hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
豊かな環境が糖尿病由来認知症ラットに及ぼす改善効果～介入時間・要素に着目して～

糖尿病は、認知症の発症リスクを増加させる。申請者らは、糖尿病モデルラットを豊かな環境で飼育(enriched environment : EE)する事で、認知症が引き起こす学習記憶障害が予防されることを確認した。さらにEEが認知機能へ及ぼす効果メカニズムとして、糖尿病による高血糖状態が内在性骨髄間葉系幹細胞(bone marrow-derived mesenchymal stem sell : BM-MSC)の異常化を進めてしまい、EEがBM-MSCの異常化を改善すること。さらに改善されたBM-MSCがマイクロRNA-146aを含むエクソソーム(exosomal miR-146a)を血行性に分泌し、アストロサイトの炎症を改善し神経保護作用を促す可能性を見出した。これらの研究においてEEは24時間で9週間介入を行なったが、人に応用する上では地域で行われている認知症予防教室などに倣い、短時間でも効果が認められるか検討することが必要と考えた。そこで本研究では糖尿病モデルラットに対し、短時間のEEにおいても糖尿病によるBM-MSCの異常化が改善され、BM-MSCが分泌するマイクロRNAがアストロサイトを修復し神経保護作用に働くかどうかを検索する。またEEのどのような構成成分(社会的相互作用・運動・認知)がBM-MSCの異常化およびマイクロRNAに影響を及ぼすのかを明らかにすることを目的とした。共同研究にて出た成果や論文をもとに解析するマイクロRNAの追加、それらマイクロRNA解析に最適なリファレンスジーンの設定実験を行ったこと、EE装置が巨大なため設置している動物実験施設の実験スペースの予約に時間を要したため若干の遅れが生じている。引き続き、糖尿病による認知症モデルラットに対するEE介入、学習記憶などの行動学的解析、海馬CA1領域における組織学解析を進める。またラットの血清におけるマイクロRNAの解析も行なっていく予定である。本年度は研究の進行がやや遅れてしまったため、次年度の研究備品や実験各種備品などの購入に使用する。
木材の老化機構の解明とその応用―古材の材質変化の解析―

これまでに、ヒノキ材の経年および熱処理に伴う色変化に対して反応速度論的解析を適用することに成功し、経年に伴う色変化は基本的に熱酸化反応として説明できるとの結論を得ている。また、熱処理に伴うセルロースろ紙の色変化から、セルロースの色変化が木材の色変化にある程度寄与していることを明らかにしている。本年度は、木材、紙、セルロースろ紙の経年および熱処理に伴う色変化を統一的に考察することによって、これら材料の老化機構の解明とその応用を目指し、以下のことを行った。1.ケヤキおよびスギ現生材を90、120、150、および180°Cで熱処理し、色変化たついて反応速度論的に解析した。処理温度による色みの変化の違いを考慮した解析法を適用し、複雑な傾向を示す色変化に温度一時間換算則を適用することに成功した。これにより、上記の温度範囲において、任意の温度・時間での色変化を予測できるようになった。2.昨年度に加え、新たに3点のケヤキ古材について放射性炭素年代法により年代を測定し、物性試験に供した。ヒノキ材と同様に、経年に伴う色変化と熱処理に伴う色変化から予測される常温での変化とを比較したところ、実際の経年では予測よりも速く色が変化することがわかった。このことから、ケヤキ材の経年に伴う色変化はヒノキ材とは異なり熱酸化反応のみでは説明できないことが示唆された。3.書画用紙(宣紙)を90180°Cで熱処理し、その色変化を反応速度論的に解析することができた。また、宣紙の色変化はほぼセルロースの色変化によることがわかった。経年した宣紙は、熱処理宣紙と同様の色を示すことが確認されたが、傾向を把握するためにはさらに試料数を増やす必要がある。1.これまでの研究で、ヒノキ材の経年および熱処理に伴う色変化に対して速度論的解析を適用することに成功し、経年にともなう色変化は熱酸化反応として基本的に説明できるとの結論を得ている。本年度はこれまで注目されていなかったセルロースの木材色変化への寄与を調べるために以下のことを行った。セルロース試料としてコットン由来の高純度セルロースろ紙を90、120、150、および180°Cで処理した際の色変化について速度論的解析を行い、ヒノキ材の解析結果と比較した。その結果、180°Cの処理では、セルロースとヒノキ材は同様の色変化を示し、また、セルロースの色変化における見た目の活性化エネルギーはヒノキ材のそれに比べて高かった。従って180°Cでの熱処理ではセルロースの寄与が認められる一方、それより低い温度での色変化においてはセルロースの寄与は小さく、他成分の寄与が大きいと推察された。2.木材の老化における樹種間の比較をするために、ケヤキ材およびスギ材の90180°Cでの熱処理を開始し、処理が完了したものから、密度・平衡含水率・色・強度等各種物性を測定している。今後はヒノキ同様に速度論的に解析し、樹種間および針葉樹広葉樹間の経年変化における比較を行う。一方、京都大学で保管しているケヤキ古材3点(江戸期、桃山期、鎌倉期)を試料として選定し、試験片を作製、色・密度・曲げヤング率を測定した。今後、古材試料を増やしてさらに測定を行う。また、選定試料の年代を放射性炭素年代法によって測定する予定である。3.木材の熱処理技術の応用として、書道用紙としてよく使われる中国宣紙を180°Cで処理し、経年変化した紙と同様の優れた性質を示す紙を人為的に作成することを試みた。その結果、適当な時間の熱処理で色や吸水性、浸透性に優れた紙を作成することに成功した。現在、原料や製法の違う様々な書画用紙を熱処理し、同様の結果を得ることができるかどうかを検討中である。本年度は、木材の老化における樹種間の比較をするために、ケヤキ材およびスギ材の熱処理を行い、基礎物性および力学特性を測定した。そのうち、色変化についてヒノキ材同様に速度論的に解析を試みたが、ヒノキ材やセルロースの色変化では見られなかった、処理温度の違いによる色変化の傾向の違いが見られた。従って、解析法の工夫や、色変化に関与する成分の評価が必要であり、現在検討中である。また、昨年度物性を測定したケヤキ古材について、放射性炭素年代法により年代を測定した。その結果、人文的年代と異なる放射性炭素年代をもつ試料があった。経年に伴う有意な物性変化があるか否かを結論づけることはできなかった。今後、試料数を増やして物性試験に供する予定である。2.昨年度より、木材の熱処理技術の応用として、書道用紙としてよく用いられる中国宣紙を熱処理し、経年変化した紙と同様の優れた性質を示す紙を人為的に作成することを試みている。本年度は、原料比や製法の違う中国宣紙を試料として熱処理を行った。宣紙の種類に関わらず、熱処理に伴う色および吸水性、浸透性の変化に関して、同様の傾向を示すことがわかった。

また、実際に経年した試料として製造年の明らかな宣紙を入手し、熱処理をした宣紙と物性の比較を行ったところ、色に関して、経年および熱処理に伴って同様の変化を示すことがわかった。これまでに、ヒノキ材の経年および熱処理に伴う色変化に対して反応速度論的解析を適用することに成功し、経年に伴う色変化は基本的に熱酸化反応として説明できるとの結論を得ている。また、熱処理に伴うセルロースろ紙の色変化から、セルロースの色変化が木材の色変化にある程度寄与していることを明らかにしている。本年度は、木材、紙、セルロースろ紙の経年および熱処理に伴う色変化を統一的に考察することによって、これら材料の老化機構の解明とその応用を目指し、以下のことを行った。1.ケヤキおよびスギ現生材を90、120、150、および180°Cで熱処理し、色変化たついて反応速度論的に解析した。処理温度による色みの変化の違いを考慮した解析法を適用し、複雑な傾向を示す色変化に温度一時間換算則を適用することに成功した。これにより、上記の温度範囲において、任意の温度・時間での色変化を予測できるようになった。2.昨年度に加え、新たに3点のケヤキ古材について放射性炭素年代法により年代を測定し、物性試験に供した。ヒノキ材と同様に、経年に伴う色変化と熱処理に伴う色変化から予測される常温での変化とを比較したところ、実際の経年では予測よりも速く色が変化することがわかった。このことから、ケヤキ材の経年に伴う色変化はヒノキ材とは異なり熱酸化反応のみでは説明できないことが示唆された。3.書画用紙(宣紙)を90180°Cで熱処理し、その色変化を反応速度論的に解析することができた。また、宣紙の色変化はほぼセルロースの色変化によることがわかった。経年した宣紙は、熱処理宣紙と同様の色を示すことが確認されたが、傾向を把握するためにはさらに試料数を増やす必要がある。
有機分子内包ガラスを利用した持続的水質浄化プロセスの開発

ゼオライトは結晶性多孔質アルミノシリケートであり、その高い安定性、吸着特性、細孔容積から、有価物回収や汚染物質除去プロセスに応用できると考え、今回は主にゼオライトの合成及び物性評価、そして低コスト・低環境負荷でのゼオライト合成プロセスの確立を対象としたものを報告する。ゼオライトはシリカ源、アルミ源、アルカリ源、水及び有機構造規定剤(organic structure-directing agent;OSDA)を混合して反応混合物を調製し、これをオートクレープ内で高温・高圧下で水熱反応させて合成される。この時、OSDAの種類、反応混合物組成、反応条件及び反応操作を変化させることにより生成結晶相が制御され、これまでにbeta、ZSM-11、ZSM-12をはじめとする工業的価値の高いゼオライトが合成されてきた。これらのゼオライトを合成するためにはOSDAが必須であり、同時に新しいOSDAを用いた新規構造ゼオライト合成の試みも継続的に行われている。しかしながら、現状ではOSDAの構造はより複雑化し高価なものへと変化しているばかりでなく、OSDAを用いる従来方法は有機物含有廃液の処理や焼成時の排ガス処理などが不可避であるという欠点があり、ゼオライトの大量生産においてプロセスの煩雑化と高い環境負荷の主要因となっている。このような背景から、本研究では種結晶添加法によってOSDAを用いずに種々のゼオライトを合成することを試みた。種結晶添加法はOSDAを含まない反応混合物に予めOSDAを用いて合成したゼオライト種結晶(焼成品)を少量添加して水熱合成を行い、種結晶と同一構造を有するゼオライトをOSDA-freeで合成する新しいアプローチである。種結晶添加法によってこれまでにbeta、ZSM-11、ZSM-12ゼオライトの合成を行い、さらにこれらの生成物をそれぞれ種結晶として利用し、反応混合物に再度添加することで、種結晶と同一構造を有したゼオライト(グリーンゼオライト)を結晶化させることに初めて成功した。また実用化の面から、合成プロセスにおける種結晶の組成と添加量、反応混合物組成と生成物の関係の詳細な検討を行い、種々のゼオライトにおける最適合成条件を見出した。以上の結果は、グリーンケミストリーに基づいたゼオライトのOSDA-free合成プロセス確立のための重要な知見になると考え、国際学術雑誌への投稿を行った後、国際及び国内学会においてその成果を報告した。種結晶添加・OSDA無添加法の最大の魅力は優れた特性を有し、工業的価値の高いゼオライトを低コスト・低環境負荷で合成できる点である。しかしながら、betaは前記した条件では収率向上が課題である。また、ZSM-12については細孔特性の改善が必要である。さらに、得られるゼオライトの応用範囲を拡大するためには、構造破壊を伴わずにSi/Al比を増大させる方法の検討も必要である。今後はこれらの課題について検討していく予定である。報告者は工業的価値の高いベータ型、MTW型、MFI型、MEL型ゼオライトらをより環境負荷の低い条件下で合成するプロセスの確立にも貢献し、多くの国内・国際学会においてその成果を報告した。また研究室の運営に貢献し、また海外からの研究員との共同研究にも積極的に従事した。今後も更なる研究成果をあげ、学術論文に投稿、発表していく。今後は得られた多孔質材料の大量合成技術、モジュール化、膜化といった技術の開発に取り組み、それをシステム化することで実用化を目指した研究を遂行していく予定である。同時に得られた成果を学術雑誌、特許申請、国内・国際学会で報告する。シリカガラスはケイ酸塩(SiO_2)を主体とする非晶質材料であり、高い透明性、化学耐久性及び熱耐久性を示す。ガラスの一般的な合成法は溶融法と呼ばれ、これはガラス原料のケイ砂を1600°C以上の高温環境下で溶融することで得られる。この時、ケイ砂と共に炭酸カルシウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムなどを同時に溶融させて混合し、その後冷却を行うことで、ガラスを構成するSi原子骨格の中に様々な他原子を組み込み、ガラス自身の性質を変化させることができる。この応用として、より様々な機能を有する有機分子をガラス内に閉じ込めてガラスに機能性を付与する試みがなされてきたが、一般的なガラスは溶融法で合成されることから、有機分子の熱分解が容易に起こり、ガラス骨格中に有機分子を組み込むことが困難であった。本研究で用いた液状有機分子、リン酸トリブチル(tributyl phosphate,TBP)は主に工業廃水中に多量に含まれる有毒なフェノール分子の吸着・回収する機能を有する。これまでの利用方法として液状TBPを直接廃水に混合することでフェノール成分を選択的に吸着していたが、吸着後のフェノールをTBPから分離すことは困難であり、一般的には、TBP・フェノール共に焼成して分解させる手法をとっている。このため、TBPによるフェノール抽出は非常に高い環境負荷をもたらすことから、実用化及び、プロセスのスケールアップに至っていないのが現状である。近年ガラス合成の代替法として確立されたのが、ゾルーゲル法であり、これは液状のガラス原料を用いて加水分解反応及び重縮合反応を経てガラス骨格が形成されるため、溶融法のような高温を必要とせず、室温下でガラスを合成することができる画期的な手法である。本研究ではゾルーゲル法を用いて、室温下でガラス骨格を形成させ、そこに有機分子のTBPを固定化することを試みた。

その結果、ガラスの原料に対して非常に多くのTBP分子がガラス骨格中に取り込まれていることが、熱分析(TG-DTA)、FT-IR、X線散乱、漏出試験(得られたTBPガラスを長時間水中に浸漬させて、TBPの漏出の有無を確認する実験)等の検証から明らかになった。しかし、ゾルーゲル法で得られたTBP内包ガラスは水耐久性が一般的な溶融ガラスに比べて低いことが漏出試験からわかった。そこで、ゾルーゲル法のみで可能となる、ガラスの一部を有機化し、有機-無機ハイブリッドガラスを作製することで、水に対する耐久性の向上に成功し、且つTBPの漏出を抑えることに成功した。また得られたTBP内包ハイブリッドガラスを実際にフェノール含有水溶液に浸漬させ、フェノール吸着試験を行った結果、TBP内包ハイブリッドガラスはフェノール分子を安定に吸着することがわかった。吸着メカニズム、脱着試験及び繰り返し利用等については今後検証する予定である。ゼオライトは結晶性多孔質アルミノシリケートであり、その高い安定性、吸着特性、細孔容積から、有価物回収や汚染物質除去プロセスに応用できると考え、今回は主にゼオライトの合成及び物性評価、そして低コスト・低環境負荷でのゼオライト合成プロセスの確立を対象としたものを報告する。ゼオライトはシリカ源、アルミ源、アルカリ源、水及び有機構造規定剤(organic structure-directing agent;OSDA)を混合して反応混合物を調製し、これをオートクレーブ内で高温・高圧下で水熱反応させて合成される。この時、OSDAの種類、反応混合物組成、反応条件及び反応操作を変化させることにより生成結晶相が制御され、これまでにbeta、ZSM-11、ZSM-12をはじめとする工業的価値の高いゼオライトが合成されてきた。これらのゼオライトを合成するためにはOSDAが必須であり、同時に新しいOSDAを用いた新規構造ゼオライト合成の試みも継続的に行われている。しかしながら、現状ではOSDAの構造はより複雑化し高価なものへと変化しているばかりでなく、OSDAを用いる従来方法は有機物含有廃液の処理や焼成時の排ガス処理などが不可避であるという欠点があり、ゼオライトの大量生産においてプロセスの煩雑化と高い環境負荷の主要因となっている。このような背景から、本研究では種結晶添加法によってOSDAを用いずに種々のゼオライトを合成することを試みた。種結晶添加法はFig.1に示すようにOSDAを含まない反応混合物に予めOSDAを用いて合成したゼオライト種結晶(焼成品)を少量添加して水熱合成を行い、種結晶と同一構造を有するゼオライトをOSDA-freeで合成する新しいアプローチである。種結晶添加法によってこれまでにbeta、ZSM-11、ZSM-12ゼオライトの合成を行い、さらにこれらの生成物をそれぞれ種結晶として利用し、反応混合物に再度添加することで、種結晶と同一構造を有したゼオライト(グリーンゼオライト)を結晶化させることに初めて成功した。
急性呼吸窮迫症候群ラットにおける短時間完全液体呼吸による炎症制御と肺胞障害の軽減

急性呼吸窮迫性症候群(ARDS; Acute Respiratory Distress Syndrome)は肺胞領域の非特異的な炎症によって,重篤な低酸素血症を呈する肺の炎症性疾患である.医療技術の発展に伴い様々な疾患の治療が進歩しているのにも関わらず,現在推奨されている人工呼吸療法はあくまでも支持療法であり,肺胞の障害および肺機能の低下を抑える治療法はなく,未だ高い致死率が報告されている.ARDSの病態には,炎症性サイトカイン増加、好中球の活性、浸出液の貯留が関与しており,これらの原因を直接的に除去する治療法の確立が期待されている.完全液体換気(TLV; Total Liquid Ventilation)は肺に対して液体を出し入れすることでガス交換を維持する人工呼吸法であり,ガスの代わりに液体を用いることで,1肺洗浄効果,2虚脱肺の再拡張,3圧損傷リスクの低減といった効果を得ることができる.TLVは呼吸不全の新たな治療法として確立が期待されているが,近年、液体材料の問題により研究が停滞している。そこで、我々は新たな材料として酸素マイクロ・ナノバブルを分散させた生理食塩水(MNB液)に着目し,新規TLVシステムの肺洗浄技術としての確立を目指している。今回、エンドトキシン(LPS; Lipopolysaccharide)気管内投与による肺炎症モデルラットを用いて新規TLVシステムの肺疾患に対する有効性を評価した。LPS投与量を変化させることで1重度肺疾患モデルおよび2致死性肺疾患モデルを作製し,5分間のTLV肺洗浄を実施した。その結果、炎症物質投与20分後の介入により炎症の重度化および重度低酸素血症を抑制することができ、致死性の肺炎症モデルでは1週間生存率を0%から80%まで改善させることが確認された。炎症初期段階に対するTLV肺洗浄の有効性を証明することができたため.重症度の異なる2種類の肺疾患モデルを検討し,原因物質を洗浄除去することで重度呼吸不全を防げることを確認した.肺洗浄に要した時間は5分間だけであり,術後1週間後,ラットの肺機能および肺構造は正常であり,重度な副作用は確認されなかった.また,肺洗浄後肺サーファクタントの補填を行わずに,3時間の呼吸管理を行うことで,自発呼吸に復帰できることも発見した.炎症物質投与20分後,すなわち,ARDSの症状がでる以前の介入による治療効果ではあるが,TLV肺洗浄の有効性を示すことができたため順調に進んでいると評価できる。大きく2つの方針があり,1つ目はLPS投与1日後の介入におけるTLV肺洗浄の有効性評価,2つ目はMNB液の改良によるTLV肺洗浄中の生理状態の改善,を検討していく予定である。1つ目の課題に関しては,肺洗浄時間の延長および術後の管理が重要な要素となる。2つ目の課題に関しては,MNB液中の酸素含量を増やすことでTLV肺洗浄中の酸素供給量を向上させることが重要な要素となる。また,肺洗浄液を評価することによって経時的な肺洗浄効果を定量的に示す方法も考えていく。

1つ目の課題に関しては,肺洗浄時間の延長および術後の管理が重要な要素となる。2つ目の課題に関しては,MNB液中の酸素含量を増やすことでTLV肺洗浄中の酸素供給量を向上させることが重要な要素となる。また,肺洗浄液を評価することによって経時的な肺洗浄効果を定量的に示す方法も考えていく。試薬購入にあたり納品が遅れたため、差額9,461円が生じました。
北海道南西沖地震後の奥尻島における民俗事例の軌跡と文化再活性化に関する研究

研究代表者は、2001年度02年度の2カ年を使用し、北海道南西沖地震後の奥尻島における民俗事例の軌跡と文化再活性化についての調査を進めてきた。奥尻島の中でも、特に大きな被害を受けた青苗言代主神社例祭、さらには奥尻3大祭りのうちの2つである賽の河原祭り、室津島祭り、そして震災後のネズミの大発生による災害予測の事例に焦点を当て、地震後の民俗事例の軌跡たどった。すべてを消失した青苗言代主神社例祭の復興は、地区の文化の再活性化を喚起したと理解した。室津島祭りについては、出発地を松江に変えてまでも、青苗の人々は震災の翌年から祭りを継続することを選択した。そこからは、人々が室津島祭りを維持しなければならない重要な行事として再認識したことがうかがわれた。賽の河原祭りについては、北海道南西沖地震の被害者の供養という精神性が加わり、まさに津波の悲しみを味わった奥尻島を象徴する祭りとしての道を歩み続けている。また、ネズミないしはヘビの発生の変化が災害を予知するものとして認知され、災害予兆の民俗伝承として普及し、伝えられていくかどうか、今後も見守り続ける必要がある。結論として、奥尻島の文化にとって、北海道南西沖地震というものは、2つの側面を持つ大きな出来事であった。すなわちそれは、一方では、社寺、霊場、祭祀用具その他民具類など、多くの文化的財産を消失させ、文化を一時的に停滞させてしまったという側面であり、一方では、奥尻島で培われてきた文化というものに再び人々の目を向けさせ、またそれらを維持しようとする気運を生じさせたという側面であった。本研究は、北海道南西沖地震によって被害を受けた奥尻島で、奥尻島が培ってきた民俗事例にどのような揺れ動きが生じたのか、また、どのように文化再活性化がなされたのかを具体的に明らかにし、北海道南西沖地震が奥尻島の文化に与えた影響について考察しようとするものである。そのため、第1に、奥尻島の民俗の歴史を把握するために、奥尻町の教育委員会の協力を得て、古老から奥尻島各地区の民俗事例について聞き取り調査するとともに、奥尻島のここ100年間の生活史を描いた古写真の発掘に力を入れた。第2に、賽の河原祭り、室津島神社例祭、青苗言代主神社例祭、奥津神社例祭などの年中行事について、現在の状況を調査し、記録した。また、北海道南西沖地震前と後では、それらの行事にどのような揺れ動きがあったのか、聞き取り調査を行い、記録した。第3に、奥尻島内各地における有形文化財の流出状況についての調査を行なった。特に被害の強かった青苗地区、稲穂地区では多くの文化財が流出したことが明らかとなった。さらに、流出した文化財のなかで、現段階で復活したもの、以前復活していないものについての整理を行った。本年度は、青苗地区、稲穂地区ともに、御輿が復活した年度でもあった。また、上記の奥尻島の事例をより客観的に分析するために、日本列島における歴史災害と文化との関係についてのデータを収集し、比較材料として、データベース化した。なお、奥尻島に残存する古写真については、北海道開拓記念館発行の出版物で発表した。その他調査したデータについては、学会及び学会誌などにおいて発表すべく、現在準備を進めているところである。
パラミクソウイルスcDNAを用いた細胞病変モデルの分子生物学的解析

1.HVJの細胞融合活性を担う2種類の糖タンパク質であるFとHANAのcDNAの採取と、全塩基組成の決定が行われた。2.cDNAを含むプラスミドを細胞に注入して、その発現が観察された。先ずSV40oriを含むプラスミドをCOS細胞に電気刺激で注入すると、充分量のF或はHANAの発現を見ることができた。COS細胞はプラスミドの増幅と共に次第に死減するため、一般の細胞を用いると、ほとんど発現が見られず、実験を先に進めることが不可能となった。このため、cDNAをアクチンプロモーターを含むプラスミドに組換え、一般の培養細胞での発現が検定された。現在のところ、確かに発現は見られるが、期待した発現量にいたらず、検討が引き続き行われている段階である。3.HVJによる細胞相互の融合は、1ケのHVJ粒子の外膜が、2ケの細胞膜と同時に融合するために可能になるのではなくて、(1)HVJの糖タンパクによって、細胞膜に障害がおこり、(2)外部のCaイオンが細胞内に流入して細胞膜内タンパク粒子の細胞質側のドメインと、その裏打ち系との結合が解除され、(3)膜内タンパクが細胞膜脂質層を自由に動けるようになり、(4)膜内タンパク粒子の均一な分布がくずれ、(5)裸の脂質層が露出し、(6)その部位で融合がおこることが示された。この現象は、多分生体膜融合の典型的なモデルであろう。4.HVJのFタンパクの活性化のためには、細胞内でF_0型で合成された分子がタンパク分解酵素でF_1とF_2に限定分解される必要がある。この限定分解を認識するアミノ酸配列とウイルスの毒性との相関がパラミクソ群で明らかなので、この知見を土台にして、ミクソウイルス、レトロウイルスの毒性の推定が行われた。本研究は,半導体光デバイス構成材料の量子井戸構造化による飛躍的な特性向上,およびバルク材料では実現できない基本的特性を創造することを基礎として,超高速超小型光スイッチ/光変調器の実現および量子井戸構造の多次元化による半導体レーザの高性能化を行い,これらの研究を通して超高速モノリシック光集積回路構成の為の学問的基礎を確立することを目的として行い,以下の成果を得た.半導体量子井戸構造における電界印加時の屈折率変化が通常のバルク結晶よりも約1桁大きくなることを理論的に初めて見い出すと共に,この効果を用いた超小型超高速光スイッチ/光変調器を提案した.この提案に基づいて,多重量子井戸層を光導波路のコア部に用いたリッジ導波路構造交差型光スイッチ/光変調器素子を試作し,半導体への電界印加では初めての光スイッチング動作を,世界に先駆け達成した.量子井戸構造半導体レーザの発振しきい値が,量子化次元を増すことにより,飛躍的に低減できることを理論的に明らかにした.この理論に基づいて,多次元量子井戸構造半導体レーザ実現を目指し,その基礎として,有機金属気相成長法によるGaInAsP/InP量子井戸構造の試作,極微細加工および再成長工程の実験的検討を行い,液体窒素温度において3次元量子井戸構造からの誘導放出を初めて観測すると共に,同温度条件下で2次元量子井戸構造半導体レーザの連続発振を世界に先駆け実現した.さらに,超高速モノリシック光集積回路を構成する方法として,これまでの方法とは全く異なり,光周波数での応答が可能な超高速電子増幅素子を基本素子とするという新しい基本概念のもとに,金属/絶縁体超格子構造3端子電子素子を提案し,その応答速度がTHz領域にまで達することを理論的に明らかにした.1.HVJの細胞融合活性を担う2種類の糖タンパク質であるFとHANAのcDNAの採取と、全塩基組成の決定が行われた。本年度はHVJのFとHNをコードする完全なcDNAを予定通り採取することができた。

備品として購入したクリーンベンチはこの作業の遂行に有効であった。1.【F_0】-cDNA :HVJ,Z株感染後20時間のLLC-M【K_2】細胞からLandらの方法でcDNAバンクを作製した。プローブとしては、すでにGethingらによって示されていたF、ペプチドのN末アミノ酸配列を参考にして、各アミノ酸コドンの3番目の塩基をすべてdeoxyinosineに置換した20塩基の合成プローブを用いた。2000ヶのクローンから採取した1ヶがfull-length cDNAであった。即ち5′末53塩基,3′末65塩基にはさまれて565ヶのアミノ酸をコードするORFが存在した。565ヶのうちN末の1123番がsignal sequence,C末500523番が膜内ドメインで、それよりC末端の42ヶのアミノ酸が細胞質ドメインと推定された。【F_0】が【F_(1,2)】に解離する場処は116番のargで糖鎖結合域は【F_1】に2ヶ処、【F_2】に1ヶ処存在した。2.HN-cDNA :すでに知られていた5′末の塩基配列を利用して、27塩基のプローブを合成し、cDNAバンクからの2000のクローンから採取した最長のcDNAをしらべた。ORFは5′末から57番目から始まり575ヶのアミノ酸をコードしpoli(A)tailにつながっているfull-lengthのHN-cDNAであることがわかった。この575ヶのアミノ酸のうち疎水部域はN末の3560番目の間の1ヶ処しかなく、多分この部域がsignal sequenceと共に膜結合ドメインを形成すると推定された。N末端の34ヶのアミノ酸が細胞質ドメインであろう。糖鎖結合部位は全体で5ヶ処存在した。(1)SV40oriをもつFcDNA,或はLTRをもつHANAcDNAをL,CHO細胞に導入し、夫々数十株のトランスフォーマントを接取した。夫々の細胞株で組込まれたcDNAの量は異っていたが、cDNA量と発現量との間には関係が見られなかった。残念ながらF,HANAの発現量は少なく、どのレベルの問題かを検討することとなった。(2)mRNAの存在は確認されたが、感染系に比してその量は少なかった。次にSV40oriを組込んだcDNAをCOS細胞に注入して一過性の発現を観察したところ、F,HANA共充分の発現が見られた。さらに感染細胞から採取したmRNAをin vitro系で翻訳させると、電気泳動でNPの位置にHANAもFも泳動されることが確認された。以上のことから、(1)のトランスフォーマントの発現量の少なさは、転写段階のものであると結論された。以上の観察から以後の実験は一過性の発現を利用して行うことになった。(3)Cタンパク質の機能がF,HANAの発現調節では無いことが相当確かな事になったが、本格的にその機能を解析する準備として、コンピューターで機能ドメインのアミノ酸配列を推定し、ペプチドの人工合成に着手した。(4)HVJ粒子の外膜は、生体膜としての基本構造をもっており、細胞融合のモデルとして有効である。発芽直後の若い粒子の外膜の裏うち構造は、加齢と共に崩れてゆくことがわかっているが、本年度の研究で、生体膜融合を誘発させる条件を与えると、加齢粒子は容易に相互融合するが、若い粒子は融合に強い抵抗を示すことがわかった。また細胞工学的応用として人工リポゾームとウイルス粒子との融合条件の工夫が行われた。
陽極酸化皮膜を利用した微細加工による厚膜磁石の異方性化と医用磁気マイクロマシン

本研究の目的はAlの陽極酸化を局所的・異方的に進行させる新しい微細加工技術を確立し、これを利用して厚み300μmの異方性厚膜磁石を作製し、人体への埋め込みを可能とする医療工学用電磁マイクロポンプを実現する事である。厚膜磁石に関しては磁歪の逆効果による磁気異方性の導入を試みた。アスペクト比20程度の微細孔に応力導入材を使用すれば、厚み方向に磁化容易軸を有する厚膜磁石を電着で実現できることを確認した。マイクロポンプに関しては、永久磁石が交流磁界中で受けるトルクを利用して、弾性板の泳動運動によるポンプ、および、摩擦板と管壁の摩擦力を駆動源とした回転力によるポンプを開発した。Tbコーティングによる表面改質によりエネルギー積を向上させた永久磁石の利用、管壁形状に応じて姿態を変化させるフレキシブル泳動板の利用でポンプ出力の向上を図った。本ポンプの駆動力である磁気トルクは永久磁石の磁化の大きさに比例する。表面改質により残留磁化を20%向上させた磁石の使用で、実用周波数である60Hzでのポンプ流量を2倍に向上させることができた。また、フレキシブル板で20%程の出力増大が得られた。これらの結果をこれまで得られた、磁石運動部屋の設置による磁石回転軸の省略、スリットを導入した弾力性樹脂逆流防止弁の採用と組み合わせて、母胎内の胎児水頭症児の頭部に装着し必要に応じて交流磁界を印加することで、頭部から母胎に4cc/min.の必要水量を排出できる直径4mmの医用ポンプを実現した。陽極酸化法においては酸性浴中の通電による電気化学作用で通電路に酸化アルミナ相が形成される。得られるアルミナ皮膜は機械的に強固であり数百μmに厚膜化しても殆ど機械的ひずみを生じないため、電着用の厚膜レジストとして優れた性質を有している。まず、磁界印加前に陽極酸化時の浴温、Phなどをコンピュータ制御する事で厚み300μmの均一なアルミナ厚膜を得る技術を確立した。更に、陽極酸化時に外部磁界を印加することで異方的に陽極酸化を進行させる技術を開発した。陽極酸化の異方性化は電流路のローレンツ力による制御に起因するものである。酸化浴への印加磁界の強さは電気抵抗を変化させるため、最適値が存在する事が判った。アルミ表面にフォトリソグラフィで微細パターンを形成することで、永久磁石電着の為の微細構造厚膜鋳型を得られるものと確信される。拡大モデルの電磁ポンプにより、流量増大の為の構造最適化を行った。流量増大のためには渦流の抑制が重要であることが判った。また、永久磁石に対する磁界印加の方向と流量の関係を調べた。共振周波数近傍で使用すれば、方向依存を抑制できる事が判明した。厚膜磁石に関しては、磁界を印加することにより電子に働くロレンツフォースを利用することで陽極酸化の進行方向を制御する技術の確立を試みた。陽極酸化の進行方向は電子が感じるファラデー力とロレンツ力の兼ね合いで決定される。

陽極酸化膜のバリア層の有効電界は一定であることから、陽極酸化皮膜の進行方向の磁界依存性から約30kOeの磁界を印加すれば酸化皮膜の進行方向を自由に制御出来る事が判った。マイクロポンプに関しては、体内導入時の低侵襲化を考慮したポンプの細径化と、逆流防止バルブの設置による流量の制御を試みた。弾性体扇ぎ運動の駆動源となる永久磁石の回転軸を省略し、円柱形の回転磁石に相似形の運動部屋を設けることで外径4mmまでの細径化が可能となった。また、弾力樹脂にスリットを設けることで逆流防止弁を構成し、逆流防止圧力はスリットの数とその長さで所望の範囲で調整できることを確認した。これにより、母胎内の胎児水頭症児の頭部に装着し必要に応じて交流磁界を印加することで、頭部から母胎に4cc/min.の必要水量を排出できることを確認した。本研究の目的はAlの陽極酸化を局所的・異方的に進行させる新しい微細加工技術を確立し、これを利用して厚み300μmの異方性厚膜磁石を作製し、人体への埋め込みを可能とする医療工学用電磁マイクロポンプを実現する事である。厚膜磁石に関しては磁歪の逆効果による磁気異方性の導入を試みた。アスペクト比20程度の微細孔に応力導入材を使用すれば、厚み方向に磁化容易軸を有する厚膜磁石を電着で実現できることを確認した。マイクロポンプに関しては、永久磁石が交流磁界中で受けるトルクを利用して、弾性板の泳動運動によるポンプ、および、摩擦板と管壁の摩擦力を駆動源とした回転力によるポンプを開発した。Tbコーティングによる表面改質によりエネルギー積を向上させた永久磁石の利用、管壁形状に応じて姿態を変化させるフレキシブル泳動板の利用でポンプ出力の向上を図った。本ポンプの駆動力である磁気トルクは永久磁石の磁化の大きさに比例する。表面改質により残留磁化を20%向上させた磁石の使用で、実用周波数である60Hzでのポンプ流量を2倍に向上させることができた。また、フレキシブル板で20%程の出力増大が得られた。これらの結果をこれまで得られた、磁石運動部屋の設置による磁石回転軸の省略、スリットを導入した弾力性樹脂逆流防止弁の採用と組み合わせて、母胎内の胎児水頭症児の頭部に装着し必要に応じて交流磁界を印加することで、頭部から母胎に4cc/min.の必要水量を排出できる直径4mmの医用ポンプを実現した。
全生物種のトランスクリプトーム解析を加速するHiCEPデータ高速解析手法の開発

HiCEP法は、マイクロアレイなど他の技術では不可能であった未知遺伝子を含む転写物の網羅的単離およびプロファイリングが全ての生物で可能な唯一の実験技術であるが、一次元電気泳動(1-DE)パターン比較に基づく発現プロファイル解析法であるため、データ解析に多くの手間と時間がかかっていた。本研究課題によって開発された手法の適用により、データ解析の大部分において自動化が達成できた。HiCEP法は、マイクロアレイなど他の技術では不可能であった未知遺伝子を含む転写物の網羅的単離およびプロファイリングが全ての生物で可能な唯一の実験技術であるが、実験データ取得後の解析が労働集約型の一次元電気泳動)1-DE)パターン比較に基づく発現プロファイル解析法である。そのため、モデル生物で主に用いられているマイクロアレイ実験を行ったときに自動的に得られる"遺伝子発現行列"を作成するのがボトルネックとなり、それがデータ解析の高速化を阻む大きな壁となっていた。研究代表者はこれまでに比較したい1-DEパターンの正規化手法(Kadota et al., BMCBioinformatics, 2005)を開発してきたが、平成19年度はさらに視覚による評価を容剔こしつつ同一ピーク認識精度を向上させる一連の手法(GOGOT法; Kadota et al., Algorithms Mol. Biol., 2007)開発を行った。結果として、HiCEPの1-DEパターンを入力として、HiCEPの遺伝子発現行列を高精度に得ることが可能となった。これは、マイクロアレイ解析分野で数多く開発されている遺伝子発現行列からのデータマイニング手法をHiGEPデータにも適用可能であるということを意味するため、GOGOT法開発と平行してHiCEPデータに適用可能な様々なマイクロアレイ解析手法の比較検討も行った。平成19年度は、組織特異的発現遺伝子を検出する二つのマイクロアレイ解析手法について比較検討を行いROKU法(Kadota et al., BMC Bioinformatics, 2006)が有用であることを確認することができた(Kadota etal., Gene Regulation Systems Biol., 2007)。HiCEP法は、マイクロアレイなど他の技術では不可能であった未知遺伝子を含む転写物の網羅的単離およびプロファイリングが全ての生物で可能な唯一の実験技術であるが、実験データ取得後の解析が労働集約型の一次元電気泳動(1-DE)パターン比較に基づく発現プロファイル解析法である。平成20年度は、HiCEP解析の主要な目的の一つである発現変動遺伝子の同定を高速に実行するための方法WAD(Kadota et al., Algorithms Mol. Biol., 2008)の開発を行った。既知の発現変動遺伝子が多数判明しているマイクロアレイデータを用いて本手法の評価を行った結果、感度・特異度を評価基準とした場合に他の手法に比べ高い精度を示すことを確認した。また、再現性を評価基準とした場合でも抜群の高再現性を示すことを確認した。従来、感度・特異度が高い手法は再現性が低く、また再現性が高い手法は感度・特異度が低いというトレードオフの関係が指摘されていたが、両方の評価基準において高い精度を示す初の方法WADの開発を行うことができた。本研究成果により、HiCEPデータ高速解析手法の開発という当初の目標が達成されただけでなく、発現プロファイル解析の他の手段であるマイクロアレイ解析における手法選択の既存ガイドラインに比べよりよいガイドラインを提案することもできた。
外科的同所性移植による大腸癌肝転移モデルの確立とその遺伝子発現

腫瘍の転移成立過程において転移過程をより忠実に再現する動物実験モデルとして、原発巣の臓器に癌組織を移植する外科的同所性移植が行われており,従来の腫瘍細胞を注入するモデルとは異なる事が証明されている.さて、腫瘍の転移過程には様々な遺伝子が関与している事が予測され、外科的同所性移植モデルでは周囲組織との相互作用によって遺伝子の発現が制御されていることが考えられる。本研究では、培養細胞株を用いてマウスに外科的同所性移植を行って転移モデルを確立し、原発巣と転移巣および皮下注射による皮下腫瘍との遺伝子発現の差をマイクロアレイ解析し、腫瘍の転移に関与する遺伝子を明らかにすることを目的とした.まず,実験系を二つに分けて,ヌードマウスを用いた手術手技を基本とする実験系とマイクロアレイ解析への実験系とに分けて開始した。まず,ヌードマウスを用いた実験系であるが,大腸癌培養細胞株の同所性移植を試みたが,技術的な問題点を研究期間内に解決しえなかった。一方,マイクロアレイ解析の基本技術を拾得するために,結果が明確に出る培養細胞を用いた系で行なうこととした。基礎データを得るための培養細胞株として,当初,入手しえた樹立された食道癌培養細胞株(5株)を用いることととし,培養細胞株よりm-RNAの抽出を行ない,マイクアレイ解析をおこなった。解析は外注(宝酒造,DNA機能解析センター)に委ねざるを得なかった。しかし,マイクロアレイ解析の結果は満足すべきものであったが,外注した実験系の解析費用は予想以上に高価であり,原発巣,転移巣の比較までには至らなかった。1.外科的同所性移植モデルの作製についてまず、動物実験系ではマイクロアレイ解析の処理(メッセンジャーRNAの抽出)を培養細胞を用いた系(実験系の対照群)を中心に進めている。培養細胞系のメッセンジャーRNAの抽出は後述する臨床検体とは異なり、安定した収量が得られている。また、外科的同所性移植モデルの実験系に必要な手術手技の習熟度を高めているところである。2.マイクロアレイ解析について教室においては胃癌を中心に解析が進められてきたが、食道癌・胃癌・大腸癌の検討を平行して行っている。臨床検体を用いた検討では書面によるインフォームド・コンセントをおこなった上で採取している。臨床検体を用いたマイクロアレイ解析における我々の問題点は、臨床検体からの腫瘍組織からのメッセンジャーRNAの抽出にあり、培養細胞を用いた場合に比して収量が低いため、手術室における検体の処理などの工夫とともに手技的な検討を行っている。また、科研費申請の際にも記載したが、マイクロアレイ解析には多額の設備投資が必要であり、我々の施設の現況では委託せざるを得ないの状況にあるが、検体病理標本をどのステップまでを自前で処理するかの見極めが重要であり、精製までを行ったものと、腫瘍片から凍結して外注したものとの比較を行っているところである。しかし、外注のコストは非常に高価であり、対研究費に占める比率が非常に高くなるため、検体数を増やすには至っていない。腫瘍の転移成立過程において転移過程をより忠実に再現する動物実験モデルとして、原発巣の臓器に癌組織を移植する外科的同所性移植が行われており、従来の腫瘍細胞を注入するモデルとは異なる事が証明されている。さて、腫瘍の転移過程には様々な遺伝子が関与している事が予測され、外科的同所性移植モデルでは周囲組織との相互作用によって遺伝子の発現が制御されていることが考えられる。本研究では、培養細胞株を用いてマウスに外科的同所性移植を行って転移モデルを確立し、原発巣と転移巣および皮下注射による皮下腫瘍との遺伝子発現の差をマイクロアレイ解析し、腫瘍の転移に関与する遺伝子を明らかにすることを目的とした。まず,実験系を二つに分けて,ヌードマウスを用いた手術手技を基本とする実験系とマイクロアレイ解析への実験系とに分けて開始した。

まず,ヌードマウスを用いた実験系であるが,大腸癌培養細胞株の同所性移植を試みたが、技術的な問題点を研究期間内に解決しえなかった。一方、マイクロアレイ解析の基本技術を拾得するために、結果が明確に出る培養細胞を用いた系で行なうこととした。基礎データを得るための培養細胞株として,当初,入手しえた樹立された食道癌培養細胞株(5株)を用いることととし、培養細胞株よりm-RNAの抽出を行ない、マイクアレイ解析をおこなった。解析は外注(宝酒造,DNA機能解析センター)に委ねざるを得なかった。しかし、マイクロアレイ解析の結果は満足すべきものであったが,外注した実験系の解析費用は予想以上に高価であり,原発巣,転移巣の比較までには至らなかった。
結び目の体積予想の研究

結び目の体積予想とは、結び目のジョーンズ多項式の極限に結び目補空間の体積が現れる、という予想で、ジョーンズ多項式に代表される量子不変量の幾何的背景の謎に迫る、重要な予想です。ジョーンズ多項式の積分表示に現れるポテンシャル関数の幾何的性質が証明の鍵となりますが、これまでの研究により、構造方程式、体積、チャーン・サイモンズ不変量が、ポテンシャル関数の臨界方程式、臨界値を与えることがわかっていました。この研究では、ポテンシャル関数のヘッセ行列式が、カスプ・シェイプと呼ばれる結び目の不変量を与えることを示すと同時に、その一般化となる不変量の族を提唱し、ポテンシャル関数による公式を与えました。結び目の体積予想とは、結び目のジョーンズ多項式の極限に結び目の補空間の体積が現れる、という予想で、ジョーンズ多項式の発見以降活発に研究されてきた量子不変量と、結び目補空間の幾何構造を結びつける、重要な予想です。今年度の研究では、ジョーンズ多項式の極限に現れるポテンシャル関数に注目しました。具体的には、ポテンシャル関数に、結び目のデーン手術のパラメータに由来する項を付加することにより、デーン手術の結果、得られる閉3次元多様体の体積とチャーン・サイモンズ不変量、いわゆる複素体積の、正確な公式を導くことに成功しました。この結果は過去に行った結び目補空間の複素体積公式の応用です。またポテンシャル関数のヘッシアンを用いて、結び目補空間の基本群の2次特殊線形群への表現における、緯線の固有値の変化を、経線の固有値の級数として書き下す方法を発見しました。緯線と経線の固有値は、Aー多項式と呼ばれる関係式を満たすことが知られており、結び目の例外的デーン手術や非圧縮曲面など、位相幾何学的に重要な情報を多く含んでいますが、残念ながら計算が非常に困難です。本研究の結果から、Aー多項式をより効率的に計算する方法を開発できる可能性があります。ポテンシャル関数のヘッシアンは、ライデマイスター・トーションと呼ばれる不変量との関係も期待され、結び目のジョーンズ多項式の漸近展開における高次項の研究の足がかりとなるはずです。今後も引き続き、ポテンシャル関数の研究を発展させていきたいと思います。結び目の体積予想とは、結び目のジョーンズ多項式の極限に結び目の補空間の体積が現れる、という予想であり、ジョーンズ多項式に代表される量子不変量と、3次元多様体の幾何構造を結びつける重要な予想です。平成23年度までに行った、ジュネーブ大学のカシャエフ氏・京都大学の大槻氏との共同研究で、交点数が少ない結び目に対しては、予想が成立するための解析的なメカニズムがわかってきたと同時に、結び目のジョーンズ多項式が、結び目の補空間の体積だけでなく、チャーン・サイモンズ不変量、ライデマイスター・トーションなどの重要な幾何的不変量の情報をも含んでいる事実の裏付けがとれました。このうちチャーン・サイモンズ不変量に関しては、平成23年度までの研究で、ジョーンズ多項式の積分表示に現れるポテンシャル関数の臨界値として記述できることを示し、計算が困難だったチャーン・サイモンズ不変量を、結び目の図式から計算する公式を与えました。これは、体積予想の研究の応用として、重要な一歩だと考えています。本年度の研究では、ライデマイスター・トーションをポテンシャル関数プラスアルファで記述する方法を模索し、ライデマイスター・トーションと関係の深い、カスプ・シェイプと呼ばれる幾何的不変量を、ポテンシャル関数のヘッシアンを用いて記述する公式を発見しました。この結果は、平成24年8月にドイツで開催されたワークショップで発表し、その報告集にも掲載されています。結び目の体積予想とは、結び目のジョーンズ多項式の極限に結び目補空間の体積が現れる、という予想であり、ジョーンズ多項式に代表される量子不変量と3次元多様体の幾何構造を結びつける重要な予想です。平成26年度の研究では、体積予想への双曲幾何的側面からのアプローチとして、平成25年度に引き続いて、ジョーンズ多項式の積分表示に現れるポテンシャル関数に注目し、双曲幾何的不変量との関係を研究しました。具体的には、結び目補空間の双曲構造の変形に対応する、結び目の緯線の2次特殊線形表現の固有値に対するノイマン・ザギエ級数を、ポテンシャル関数の高階微分を用いて書き下す公式を証明すると同時に、カスプ多項式と呼ばれる幾何的不変量を一般化した高次カスプ多項式の概念と、その実用的な計算方法を提唱しました。結び目の例外的デーン手術や非圧縮曲面の探求に有用なA多項式は、一般に計算が困難とされていますが、上記の高次カスプ多項式全体と同等であり、A多項式の実用的な計算方法、低次元トポロジーへの直接的な応用が期待できます。位相幾何学結び目のポテンシャル関数やその変形、ポテンシャル関数のヘッシアンなどの理解が進み、結び目のジョーンズ多項式の漸近展開における高次項の研究の足がかりは整いつつあるが、目標の漸近展開における初項の解析、すなわち体積予想の完全解決のメドがたっていない。

交点数の少ない結び目に対するジョーンズ多項式の漸近展開が、ライデマイスター・トーションに関する新しい公式を示唆していることに気づいたため、ジョーンズ多項式の積分表示の評価を後まわしにして、ポテンシャル関数のヘッシアンとライデマイスター・トーションの関係の研究に注力したことによります。本研究課題で得られた成果を、8月に予定されている国際ワークショップで発表する。その際、ジュネーブ大学のカシャエフ氏と情報交換を行い、研究の方向性を検討する。またAー多項式やライデマイスター・トーションに関する情報収集・意見交換を行う。平成24年度の研究を進めて、ポテンシャル関数のヘッシアンとライデマイスター・トーションの関係を完全に解明し、ライデマイスター・トーションを結び目の図式から計算する公式を与える方針です。これにより、さらに明快な形で結び目の体積予想を拡張することができます。この課題が解決した後、ジョーンズ多項式の積分表示の評価に戻る予定です。本務との兼ね合いで、スケジュールが調整できず、海外出張を取りやめた。本研究課題の最終年度のため、8月のヨーロッパ出張に加え、国内出張を増やし、成果発表を行う。このため、平成26年度の旅費は、70万円程度と見込んでいる。また、計算機ソフトのアップデートなど、計算機環境の充実に20万円程度使用する予定である平成25年5月には、京都大学で研究集会が企画されており、京都大学の大槻氏はもちろん、ジュネーブ大学のカシャエフ氏も来日します。この機会に共同研究の打ち合せを行うことになりますが、主に京都大学・ジュネーブ大学を訪問する旅費として、次年度の研究費を使用する予定です。
肥満時の細胞内代謝によってマクロファージが肝がん促進性へと変化する機序の解明

肥満時にHIF-1αの活性化に関与する代謝物を同定するため、肝臓マクロファージ内の代謝産物を解析した。肥満マウス、非肥満マウス、肥満HIF-1α欠損マウスより、肝臓マクロファージを磁気ビーズ法により分離し、メタボローム解析を行なった。肥満マウスと肥満HIF-1α欠損マウスの肝臓マクロファージではsuccinateに違いを認めなかった。またクエン酸回路の他の代謝物も同様にHIF-1αとの関連を確認できなかった。肝臓マクロファージの分離に時間を要するため、調製中に細胞内の代謝が変化した可能性がある。肝臓組織では、増殖因子であるERK2の活性化(リン酸化)がHIF-1α欠損により減少した。しかし、肝組織におけるEGFやPDGF、VEGFといった増殖因子は差を認めなかった。肝臓マクロファージにおける炎症関連遺伝子の発現は、肥満マウスでは非肥満マウスに比べ増加し、肥満HIF-1α欠損マウスでは肥満マウスに比べ発現が低下していた。マクロファージHIF-1α欠損による炎症反応の軽減が、肝がん減少の一因と考えられる。一方、HIF-1αの安定化に低酸素が重要であることは広く知られているが、過去の自験から肥満マウスの肝臓および肝腫瘍では低酸素となっている細胞は一部に限られており低酸素によるHIF-1αへの影響は今回のモデルでは小さいと考えられる。今回の研究では、低酸素以外の何らかの因子が肥満時に肝臓マクロファージのHIF-1αを活性化し肝がん発症の促進に関与すると示唆された。HIF-1αを活性化させる機序の同定には至らず、今後の課題である。肥満におけるマクロファージのHIF-1α活性化の有無を検証するため、非肥満マウス、肥満マウス、肥満マクロファージ特異的HIF-1α欠損(HIF-1α欠損)マウスより肝臓マクロファージ分離し、HIF-1αの下流の遺伝子発現を解析した。肥満による代謝物の変化およびHIF-1α欠損による変化を比較するため、肥満マウス、非肥満マウス、肥満HIF-1α欠損マウスより、肝臓マクロファージを磁気ビーズ法により分離した。メタボローム解析では、LC/MS(液体クロマトグラム質量分析計)とGC/MS(ガスクロマトグラム質量分析計)を併用し、鍵となる代謝産物の同定を試みたが、当初想定した代謝産物はHIF-1αとの関連を確認できなかった。そこで、肥満、非肥満、HIF-1欠損マウスの網羅的なメタボローム解析を外部委託し、その結果をもとにクラスター解析を行ない、新たな候補代謝物の探索を行なうことを検討している。また、HIF-1αがマクロファージの炎症反応に関与することは、自験および既報から確認されている。マクロファージのHIF-1α欠損により肝腫瘍の数が減少したため、炎症発癌の経路ではマクロファージHIF-1αは影響が小さいと考えられたが、肝組織での炎症経路の変化について詳細を確認する。肥満マウスにおいてマクロファージのHIF-1αが肝がん促進性にはたらくこと、肝臓マクロファージの遺伝子発現の結果について第60回日本糖尿病学会年次学術集会で発表した。メタボローム解析では、LC/MS(液体クロマトグラム質量分析計)とGC/MS(ガスクロマトグラム質量分析計)を併用し、鍵となる代謝産物の同定を試みた。しかし、当初想定した代謝産物はHIF-1αとの関連を確認できなかった。糖代謝やTCA回路などの複数の代謝産物を解析したが決定的な変化を確認できなかった。そのため同定した代謝物によってマクロファージのHIF-1αが活性化されることの検証実験へ進むことができない状況である。

今回の研究では、低酸素以外の何らかの因子が肥満時に肝臓マクロファージのHIF-1αを活性化し肝がん発症の促進に関与すると示唆された。HIF-1αを活性化させる機序の同定には至らず、今後の課題である。メタボローム解析では、LC/MS(液体クロマトグラム質量分析計)とGC/MS(ガスクロマトグラム質量分析計)を併用し、鍵となる代謝産物の同定を試みたが、当初想定した代謝産物はHIF-1αとの関連を確認できなかった。そこで、肥満、非肥満、HIF-1欠損マウスの網羅的なメタボローム解析を外部委託し、その結果をもとにクラスター解析を行ない、新たな候補代謝物の探索を行なう予定である。またHIF-1αがマクロファージの炎症反応に関与することは、自験および既報から確認されている。マクロファージのHIF-1α欠損により肝腫瘍の数が減少したため、炎症発癌の経路ではマクロファージHIF-1αの関与は小さいと考えられたが、肝組織での炎症経路の変化について解析する。上記Webページの更新時に論文の掲載雑誌について情報を公開予定物品購入額に見積額との差があったため、残額が発生した。次年度の物品購入に充てる予定である。