hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
筋肉の協同発揮に基づく起立能力モデルと介入最小原理による能動的起立支援

本年度は,能動的起立支援法の開発を行った.以下に研究概要を示す.C)能動的起立支援法の開発C-1)身体能力に応じた起立動作設計:昨年度実施したB-2)から得られた筋肉駆動特性をA)で開発した起立能力モデルに入力することで,身体能力に応じた複数の起立動作パターンを得た.得られた起立動作パターンは筋肉駆動力の観点から複数存在したため,この中から,人の動作は滑らかな動きの連続であるという神経生理学的知見に基づいて,動作中の躍度が最小となる軌道を規範起立動作として選択した.さらに,昨年度明らかになった身体力学的な条件を満たす範囲で人間の動作にはぶれがあると言う点を考慮し,規範起立動作から身体力学的に許容される範囲を導出した(安定余裕範囲).C-2)能動的起立支援法の確立と体系化:C-1)で設計した規範起立動作パターンを目標軌道として人間機械フィードバック系を構成した.さらに,安定余裕範囲の中で介入最小原理に基づき,支援力が最小となる力入力方向とタイミングを選定した.これにより,高齢者の自発的な動作を優先する能動的起立支援を実現した.より具体的には,支援を受ける高齢者と起立支援装置を,協調して起立動作を行う系として捉え,C-1)にて設計した規範起立動作を目標軌道とする人間機械フィードバック系を構成した.同時に,目標軌道に対して安定余裕範囲を三次元的に設定し,この範囲内で姿勢が目標値から逸脱することを許容することで不必要な介入を低減し,以て能動的な起立支援方法を実現した.本年度行った研究概要は,以下の通りである.1)起立能力モデル論の構築1-1)身体能力と規範起立動作パターンの関係性の解明理学療法士に,日常生活で起立動作に支障がある高齢者を起立補助してもらい,高齢者の身体の動きおよび床・椅子にかかる力,理学療法士が与える支援力の向きと大きさを,モーションキャプチャ装置,フォースプレートおよび理学療法士と高齢者双方に装着した体圧測定装置を用いて測定した.同時に,大腿直筋,僧帽筋の筋電波形も測定した.これらのデータから得られる身体の動きと高齢者の筋力の弱り具合,弱っている箇所の情報を比較することで,理学療法士による規範起立動作と高齢者の身体能力の相関性を抽出した.2)筋力駆動特性推定法の開発2-1)多変量計測法とその表現法の確立1)を実施するにあたり,既に研究室にて構築していた生体計測システムを,遠方での介護施設における計測実験に使用できるよう可搬性を重視して再設計した.特にモーションキャプチャシステムは,限られた設置スペースおよび設置時間で使用できることを協力施設側より強く求められたため,計測装置としてMicrosoft社製のKINECTセンサを採用した.また人間検出および計測では,KINECTセンサの持つ人間検出機能に加えて,赤外線反射マーカによる関節位置取得ができるアルゴリズムを新たに考案・実装して用いた.さらに,支援装置のコントローラ・センサ間をOSに依存しないミドルウェアであるCORBAを用いてEthernet(有線及び無線)で接続し,時間同期を確保しながら,支援装置の動作情報および各生体情報をネットワーク内に設置した中央サーバーで集中的に記録・管理する手法を開発した.本研究は,本来今年度において,「1-2)筋肉協同発揮現象に基づく起立能力モデルの確立と体系化」を完了させる予定であった.しかし,以下の理由のため「2-1)多変量計測法とその表現法の確立」を先行して実施する必要が生じ,その結果,遅れが生じた.本研究では,「1-1)身体能力と規範起立動作パターンの関係性の解明」を本学の実験室内にて実施する予定であったが,研究協力者の要請により先方の施設内で行うこととなった.しかし,本研究用に申請者が準備していた計測装置は移動を考慮したものではなく,装置を設置するための広い場所と,設置した装置のキャリブレーションを行うための準備時間が必要であり,先方の施設内でそれを行うことは困難であった.そのため,来年度以降に予定していた「2-1)多変量計測法とその表現法の確立」を前倒しで実施した.本来の要求項目である“開発中の起立支援装置と一体となった計測情報の一括処理性能"に加えて,遠隔地で速やかに計測実験を実施できるために,“設置場所が少なく,キャリブレーションが短時間で終わる"計測システムの開発に取り組み,これを実現した.開発したシステムは先方の施設内において30分以内の設置準備にて,安定した計測が可能であり,このことは今後,実際の高齢者に協力頂く実験において非常に有効であると考えている.以上より,「1-2)筋肉協同発揮現象に基づく起立能力モデルの確立と体系化」の実施が遅れる一方,「2-1)多変量計測法とその表現法の確立」は先行して実施しているため,研究全体では進捗に遅れはないと判断している.本年度は,能動的起立支援法の開発を行った.以下に研究概要を示す.C)能動的起立支援法の開発C-1)身体能力に応じた起立動作設計:昨年度実施したB-2)から得られた筋肉駆動特性をA)で開発した起立能力モデルに入力することで,身体能力に応じた複数の起立動作パターンを得た.得られた起立動作パターンは筋肉駆動力の観点から複数存在したため,この中から,人の動作は滑らかな動きの連続であるという神経生理学的知見に基づいて,動作中の躍度が最小となる軌道を規範起立動作として選択した.さらに,昨年度明らかになった身体力学的な条件を満たす範囲で人間の動作にはぶれがあると言う点を考慮し,規範起立動作から身体力学的に許容される範囲を導出した(安定余裕範囲).C-2)

能動的起立支援法の確立と体系化:C-1)で設計した規範起立動作パターンを目標軌道として人間機械フィードバック系を構成した.さらに,安定余裕範囲の中で介入最小原理に基づき,支援力が最小となる力入力方向とタイミングを選定した.これにより,高齢者の自発的な動作を優先する能動的起立支援を実現した.より具体的には,支援を受ける高齢者と起立支援装置を,協調して起立動作を行う系として捉え,C-1)にて設計した規範起立動作を目標軌道とする人間機械フィードバック系を構成した.同時に,目標軌道に対して安定余裕範囲を三次元的に設定し,この範囲内で姿勢が目標値から逸脱することを許容することで不必要な介入を低減し,以て能動的な起立支援方法を実現した.本年度は,昨年度実施予定であった筋肉協同発揮現象に基づく起立能力モデルの確立と筋力テストによる特性推定法の開発を行った.以下に研究概要を示す.A)起立能力モデル論の構築A-2)筋肉協同発揮現象に基づく起立能力モデルの確立と体系化:昨年度見いだしたA-1)の関係性,および,起立動作時に計測する高齢者の各部の筋電信号を解析して得られる筋肉協同発揮現象を考慮して,起立能力モデル論を確立した.具体的には,昨年度A-1)課題にて取得した代表的な筋電波形データから,シナジー解析を用いて筋肉の協同発揮現象を抽出し,起立動作を複数の基本動作に分割した.既に構築している身体力学的な状態を模倣する人間モデルでは各筋肉の働きを忠実に再現できなかったため,新たにバイオメカニクスシミュレータOpenSimを用いて3次元の人間モデルを作成し,見いだした基本動作毎にA-1)にて抽出した高齢者の生体情報と理学療法士の支援方策を入力として与え,各基本動作を再現することで,その基本動作を身体力学的に成立させるために必要な能力,より具体的には動作を実行するため必要な各部位の筋力駆動特性(強度,可動域,反応速度)を明らかにした.B)筋力駆動特性推定法の開発B-2)筋力テストによる特性推定法の開発:従来,理学療法士は高齢者の起立を誘導しながら,その反応に応じて高齢者の身体能力を推定することがわかっている.このことを捉え,A)で得た起立能力モデルより,特定の筋力駆動特性を示す動作パターンを複数用意し,これに基づき使用高齢者の動作を誘導する筋力テスト方法を検討した.さらに,その結果を基に,各テスト動作における高齢者の反応,より具体的には各動作への適合度合いから,その高齢者個人の各部位の筋力駆動特性を推定する手法を開発した.本研究は,以下の理由のため遅れが生じた.本研究では,「A-2)筋肉協同発揮現象に基づく起立能力モデルの確立と体系化」にて,申請者が既に構築している身体力学的な状態を模倣する人間モデル(機構解析ソフトウェアWorking Modelをベースに,膝関節の筋肉の動きを模擬する二関節筋モデルを実装したもの)を使用する予定であった.しかし,本人間モデルでは模擬する筋肉を解析対象の筋肉のみと仮定して設計したため,扱う筋肉の数が限られ,その結果,各筋肉の働きを忠実に再現できない問題が生じた.
D-セリン取り込み部位の機能解析と発現クローニング

本研究では、D-セリン取り込み部位の機能解析を行うためD-セリンをラット腹腔内投与した。1週令のラットでは、D-セリンは小脳に最も多く取り込まれ、続いて橋-延髄>大脳皮質>間脳>中脳の順で多く取り込まれた。また、D-セリンは腎臓に最も多く取り込まれ、胸腺>脾臓>精巣>肺>心臓>肝臓の順で多く取り込まれた。7週令のラットでは、D-セリンは脳全体に取り込まれ投与3時間或いは6時間後ピークに達した。一方、橋-延髄や小脳ではD-セリン濃度の減少が早く投与3日後にはコントロールレベルに減少した。末梢組織では、全ての組織でD-セリン濃度が投与3時間後でピークに達し、腎臓=胸腺>脾臓>肺>副腎>肝臓>精巣の順でD-セリンが多く取り込まれた。全ての組織のD-セリン濃度は比較的早く減少し、投与3日後にはコントロールレベルまで減少した。また、1週令の中枢組織、末梢組織、及び7週令の中枢組織において、セリンラセマーゼの逆反応と思われるL-セリン濃度の有意な増加がみられた。今後は、D-セリンの取り込みが多かった小脳及び腎臓を用いて、D-セリン取り込み部位の発現クローニングを行って行きたいと考えている。D-セリン末梢投与によって脳内のD-セリン濃度が有意に増加することが明らかとなった。D-セリンはNMDA受容体グリシン結合部位の選択的なアゴニストであることから、NMDA受容体伝達機構の低下が知られている精神分裂病及びアルツハイマー性痴呆症の治療薬となる可能性があると思われる。これまで哺乳類における遊離型アミノ酸は、すべてL-体から構成されていると考えられてきた。しかし最近、哺乳類組織中に遊離型D-セリンやその生合成酵素であるセリンラセマーゼが存在することが明らかになった。我々もL-セリンの腹腔内投与及び脳室内投与によってD-セリン含量が増加することを報告し、L-セリンがD-セリンの前駆物質である可能性を示唆した。本研究ではD-セリン取り込み部位をクローニングする手始めとして、まずどの臓器にD-セリンが取り込まれやすいのかD-セリン取り込み活性の臓器特異性を検討した。7週令のラットにD-セリン(10mmol/kg)を腹腔内投与し、6時間後断頭してD-セリン及びL-セリン含量を測定した。D-セリンの腹腔内投与によって、胸腺>肺>脾臓>腎臓>肝臓>心臓>精巣>大脳皮質の順でD-セリンが多く取り込まれた。これまで腎臓などの臓器に取り込まれて排泄されると考えられてきたD-セリンが胸腺・肺・脾臓などの臓器に腎臓よりも高濃度に取り込まれることがはじめて明らかとなった。また、胸腺及び肺においては有意なL-セリンの増加が見られたことから、セリンラセマーゼによってD-セリンからL-セリンに変換されたと思われる。さらに、D-セリントランスポーターの発現クローニングに使用するcDNAライブラリーは大脳皮質、腎臓及び胸腺などの臓器から現在調製中である。しかし最近、哺乳類の脳内に遊離型D-セリンやその生合成酵素であるセリンラセマーゼが存在することが明らかになった。本研究では、これまでにD-セリンの腹腔内投与(6時間後)によって、胸腺>肺>脾臓>腎臓>肝臓>心臓>精巣>大脳皮質の順に多く取り込まれることを明らかにした。これまで腎臓などの臓器に取り込まれて排泄されると考えられてきたD-セリンが胸腺・肺・脾臓などの臓器にも高濃度に取り込まれることを明らかにした。そこでさらに詳細にD-セリン取り込み部位の解析を行うため、D-セリン取り込みの脳内分布及び時間依存性について検討した。

7週令のラットにD-セリン(10mmol/kg)を腹腔内投与し、3時間、6時間、1日、3日及び7日後断頭して中枢及び末梢組織のD-,L-セリン含量を測定した。D-セリン投与6時間後、中枢組織に取り込まれたD-セリン含量は大脳皮質>海馬=線条体=間脳>中脳>橋-延髄=小脳の順で多かった。これら脳部位のD-セリン含量は投与6時間後ピークに達し、その後徐々に減少した。L-セリン含量は大脳皮質、海馬、線条体において投与6時間後、間脳、中脳、橋-延髄、小脳において投与1日後ピークに達し、その後徐々に減少した。これらの中枢組織における結果は、D-セリン含量の増加によってセリンラセマーゼの逆反応が起こり、L-セリン含量が増加した可能性を示唆している。一方、末梢組織に取り込まれたD-セリン含量は、肝臓、腎臓、脾臓、胸腺、副腎、心臓において投与3時間後、精巣、肺において投与6時間後ピークに達し、その後急激に減少した。L-セリン含量は肺において投与6時間後一過性に増加したが、肺以外の全ての末梢組織においては徐々に減少する傾向が見られた。末梢組織にはセリンラセマーゼがほとんど存在しないことから、D-セリン含量が増加してもD-セリンからL-セリンの反応が起きないためと思われる。さらに、発現クローニングに使用する大脳皮質及び腎臓のcDNAライブラリーを作成した。このcDNAライブラリーをCOS細胞にトランスフェクションし、[3H]D-セリンの取り込み活性によってトランスポーターのスクリーニングを開始する予定である。これまで哺乳類における遊離型アミノ酸は、すべてL-体から構成されていると考えられてきた。しかし最近、哺乳類の脳内に遊離型D-セリンやその生合成酵素であるセリンラセマーゼが存在することが明らかとなり、D-セリンがNMDA受容体グリシン部位を介してNMDA受容体の機能調節に何らかの役割を果たしている可能性がでてきた。これまでは7週令のラットを用いてD-セリンの取り込み部位の検討を行ってきた。本年度は、血液脳関門が完成していない1週令のラットにD-セリンを腹腔内投与し、D-セリン取り込み部位の検討を行った。D-セリン投与6時間後の中枢組織においては、小脳で最も多くのD-セリンの取り込みがみられた。続いて橋-延髄>大脳皮質>間脳>中脳>海馬の順でD-セリンが多く取り込まれた。また、D-セリン投与によって全ての脳部位でわずかであるが有意なL-セリンの増加が観られた。このL-セリンの増加は、セリンラセマーゼの逆反応によってD-セリンから合成されたと思われる。末梢組織では、腎臓=胸腺>脾臓>精巣>肺>心臓>肝臓の順でD-セリンが多く取り込まれた。さらに、D-セリン投与によって末梢組織においてもL-セリンの有意な増加が観られた。本研究によって、1週令ラットの中枢組織では小脳に、末梢組織では腎臓にD-セリンが多く取り込まれることが明らかになった。腎臓と小脳はD-アミノ酸オキシダーゼ活性が高いことが知られていることから、D-アミノ酸オキシダーゼの生理的役割との関連からも興味が持たれる。今後は、腎臓や小脳に存在するD-セリントランスポーターのクローニングを行っていく予定である。
四肢形態形成分子機構解析によるパターン形成のコンセプト作り

四肢前後軸形成について、肢芽前端部に特異的に発現する遺伝子marioの発現を軸に前後軸形成メカニズムを解析した。XenopusにおけるHoxd遺伝子の発現解析からは、無尾両生類の前肢の指は従来いわれてきた1-2-3-4ではなく2-3-4-5である可能性を示した。一方、基部先端部軸形成については詳細な細胞運命図を作成し、肢芽の発生初期においては将来の基部構造と先端構造は別の位置に存在するのではなく、両者の発生運命は広範囲にオーバーラップしていることを見出した。さらに、Hoxa13/Hoxa11タンパク質発現分布の詳細な解析から、肢芽先端部の細胞の性質は肢芽の発生・伸長に伴って徐々に変化していることを議論した。以上の結果を、論文として報告した。前後肢の形態差と前肢・後肢の位置決めについて、四肢位置の決定時期と肢芽内の前後軸の決定時期が異なることを見出した。また、前肢領域の決定と前肢に固有の形態の形成には、それと同レベルの体節からの影響が重要であることを、体節の移植実験から明らかにした。すなわち前肢レベルの体節を後肢レベルに移植すると、前肢マーカーTbx5遺伝子が誘導され、後肢マーカーTbx4遺伝子の発現が抑制された。他のさまざまな分子の発現変化の結果と併せて、四肢の位置決めは側板中胚葉内の自立的なものではなく、組織間相互作用によって決定される可能性を提唱した。四肢の軸形成における遺伝子発現が、エピジェネティックな制御によりコントロールされているという新しい概念を、両生類の四肢におけるshh遺伝子発現とそのエンハンサー配列のDNAメチル化状態の関係から考察した。shhを発現する組織と発現しない・組織ではエンハンサー領域のDNAメチル化状態が明らかに異なっており、shhの発現にはエンハンサーの低メチル化状態が必要である可能性が見出された。この仮説に関する論文は現在投稿中である。まず、四肢位置の決定時期と肢芽内の前後軸の決定時期が異なることを見出し、前者が発生の非常に早い時期に決定されているのに対し後者は比較的後期になって定められることを見出した。また、軟骨魚類胚においてもshhがZPA領域に発現することを見出し、shhおよびZPAを介した肢芽前後軸形成が脊椎動物(顎口類)全体における共通のメカニズムであることを考察した。また、肢芽前端部に特異的に発現する遺伝子marioの発現部位からニワトリの前肢に存在する3本の指が1-2-3(親指-人差し指-中指)である可能性を見出した。XenopusにおけるHoxd遺伝子の発現解析からは、無尾両生類の前肢の指は従来いわれてきた1-2-3-4ではなく2-3-4-5である可能性を示唆するデータを得ている。一方、基部先端部軸形成については詳細な細胞運命図を作成し、肢芽の発生初期においては将来の基部構造と先端構造は別の位置に存在するのではなく、両社の発生運命は広範囲にオーバーラップしていることを見出した。また、この発生運命の重なりは発生の進行に伴って狭くなっていくことがわかった。以上、本年度はこれら2つの軸性に関する通説を破る実験結果を得、新しいコンセプトに繋がる実験結果としてその一部を論文で報告した。残りの実験結果に関しては現在論文作成中である。四肢の基部

先端部軸形成について、複数の発生段階に関して詳細な細胞運命図を作成した。これらの結果から、肢芽の発生初期においては将来の基部構造と先端構造は別の位置に存在するのではなく、両者の発生運命は広範囲に渡ってオーバーラップしていることを見出した。ただし、この段階で最基部の構造はすでに領域化されていた。また、肢芽の先端部の発生運命の重なりは発生の進行に伴って狭くなっていくことがわかった。さらに、Hoxa13/Hoxa11タンパク質発現分布の詳細な解析を共焦点顕微鏡を用いて行い、肢芽先端部の細胞の性質は肢芽の発生・伸長に伴って徐々に変化していることを議論した。ただし、先端部の細胞は均一な状態には無いことも同時に判明した。以上の結果を、論文として報告した。前後肢の形態差と前肢・後肢の位置決めについて、前肢領域の決定と前肢に固有の形態の形成には、それと同レベルの体節からの影響が重要であることを、体節の移植実験から明らかにした。すなわち前肢レベルの体節を後肢レベルに移植すると、前肢マーカーTbx5遺伝子が誘導され、後肢マーカーTbx4遺伝子の発現が抑制された。他のさまざまな分子の発現変化の結果と併せて、四肢の位置決めは側板中胚葉内の自立的なものではなく、組織間相互作用によって決定される可能性を提唱する論文を発表した。四肢の軸形成における遺伝子発現が、エピジェネティックな制御によりコントロールされているという新しい概念を、両生類の四肢におけるshh遺伝子発現とそのエンハンサー配列のDNAメチル化状態の関係から考察した。shhを発現する組織と発現しない組織ではエンハンサー領域のDNAメチル化状態が明らかに異なっており、shhの発現にはエンハンサーの低メチル化状態が必要である可能性が見出された。この仮説に関する論文は現在投稿中である。
幾何学における非線形問題の総合的研究

本研究は,多様体上の種々の幾何学的変分問題に対して,対象となる幾何構造を,各変分問題における停留点(良い幾何構造)へ変形していく過程に発生する特異点(幾何構造の退化)の構造とその発生のメカニズムを,対応する非線形偏微分方程式系の解の存在・収束・退化の観点から研究し,より統一的に解明することを目的として行われた。そのために本研究では,研究分担者を組織委員として,この分野で最近著しい研究成果を挙げている研究者,とくに「幾何学と大域解析学」をテーマに開催された「第1回日本数学会国際研究集会」に招待講演者として選ばれた若手研究者を中心に,平成5年7月2日7月10日にかけて東北大学理学部においてワークショップを開催し,共同研究を行った。この共同研究により,例えば,調和写像をはじめ弾性曲線やヤン・ミルズ場およびリーマン計量の共形変形に関する山辺の問題の研究などにおける,停留点への変形を記述する非線型発展方程式系の弱解の構成法が統一的に理解された。この共同研究は,我が国におけるこの方面の共同研究をより緊密にするとともに,上記の国際研究集会において日本側の研究成果をより効果的に発表することにも大いに寄与し,その成果はこの国際研究集会のプロシーディングスに10篇の論文として発表された。一方,この共同研究では,調和写像,極小曲面,ヤン・ミルズ場,アインシュタイン計量などの研究において幾何構造の退化として現れる,いわゆる「バブル・アップ」現象の解明にも焦点をあて,コンピューターシミュレーションによる模擬実験の現状について報告し合ったが,これについてはコンピューターグラフィクスの効率的利用法をはじめ,多くが今後の課題として残された。
視床下部ー下垂体ー性腺系におけるFSH分泌調節の解明

1.ヒトインヒビンの精製システムの開発ウシのインヒビンの単クロ-ン抗体を用いてウシ卵胞液中のインヒビンを大量に精製することが可能となった。そのインヒビンをヤギに免疫し,高力価の多クロ-ン抗体を大量に生産することができた。この抗体を用いて免疫吸着クロマトを開発しヒトインヒビンの精製に応用することが可能となった。ヒト卵胞液を免疫吸着クロマトをはじめ種々のHPLCシステムを用い天然のヒトインヒビンを世界で初めて精製した。ヒトインヒビンの分子量は34KDaと29KDaの2種類あり,さらに30KDaと26KDaのα鎖の前駆体が存在することを証明した。ヒトの卵胞液中のインヒビンはAタイプであった。一方,ヒト精巣から得たライブラリ-を基にクロ-ニングしたヒトインヒビンのDNAを組み込んだCHO細胞によって発現するインヒビンはインヒビンBであった。このリコンビナントインヒビンBも免疫吸着クロマトにより精製することができた。2.卵巣におけるゴナドトトロピンレセプタ-のクロ-ニング最近ラットの精巣中のFSHのレセプタ-がクロ-ニングされたので、そのcDNAをプロ-ブとしてラット卵巣のFSHレセプタ-をクロ-ニングすることに成功した。さらにヒト卵巣のLHレセプタ-のCDNAを得ることができた。これらのゴナドトロピンのレセプタ-に共通していえることは、1)G蛋白貭結合レセプタ-の特徴である7回の膜貫通部位を持つ、2)細胞外部位の長いN末端を持つ、3)共通のシスティン残基が存在する,4)Nーlinkの糖鎖の結合部位が存在することである。以上のように本研究費の交付により、下垂体一卵巣系の調節機構を分子レベルで解明することができた。1),精製したウシとブタのインヒビンを用いてそれぞれの抗体を作成しRIA系を確立した.これらのRTA系を用いて種々の生理的条件下の末梢血中インヒビンを測定した.多排卵動物であるブタ,ラットと山羊においては,排卵に伴って血中のインヒビンが著しく減少し,その結果FSHのみのサージが誘起された.さらに黄体期においても卵胞の発育と退行を反映し波状の変動が見られた.単胎動物であるウシとヒトの性周期中のインヒビンの分泌パターンは多胎動物のそれとは異なるパターンを示していた.卵胞期に卵胞が発育するに従いインヒビン濃度は上昇した.このインヒビンの土昇によりヒトとウシのFSHはゆるやか抑制された. GTHのサージ後インヒビン濃度は一過性に減少し,ウシにおいては小さなFSHのセカンドサージが見られたが,直ちに増加するインヒビンにより抑制された.ヒトにおいてはさらに黄体期においても顕著なインヒビンの分泌が起り,FSHの放出を完全に抑制した.2),癌化したヒト白血球細胞から純化したアクセビンを得ることができた.このアクチビンは下垂体のゴナドトロフからのFSHの分泌を特異的に促進した.一方,インヒビンはLHR刺激によるLHとFSHの放出を抑制したが,アクチビンはLHRHの放出のみを促進することが明らかとなった.3)インヒビンとアクチビンの卵胞内の顆粒膜細胞に対する作用を見た.アクチビンはinvitroにおいて顆粒膜細胞のFSHリセプターを増加させ,かつインヒビンの産生とエストラジオールの産生を高めた.さらに,FSHにより誘動されるLHリセプターの発現を増強する作用のあることが明らかとなった.

1.種々の生理条件下のヒトの末梢血中インヒビンを測定し、産婦人科学領域におけるインヒビンの役割を検討した。先ずヒトの月経周期においては、卵胞期初期から排卵期までインヒビンの濃度は上昇し、排卵後一時的に減少するが黄体期に大量放出が見られた。この黄体期の大量のインヒビンの分泌はヒトに特徴的な現象であった。次に卵胞期の基底レベルのインヒビン濃度とゴナドトロピン刺激後の卵胞発育の間に高い相関が見られることから、インヒビンの測定によりゴナドトロピン刺激後の卵胞の発育が予知できることが判った。排卵期から黄体期のヒトにhCGを投与するとインヒビンの分泌が促進されることから、黄体期に大量に分泌されるインヒビンは、LHの刺激により黄体細胞から分泌されていることが明らかとなった。妊娠時にはインヒビンは上昇し、89週に一時ピークを作る。その後減少し、妊娠の後半に再び増加する。分娩に伴なって血中のインヒビンは急速に減少し、4日後には殆んど検出以下にまで下った。このようなインヒビンの動態はインヒビンが胎盤の機能と密接な関係のあることを示唆している。2.性腺に存在するインヒビンとアクチビンの性腺内での局所作用について検討した。アクチビンのレセプターがラットの顆粒膜細胞に存在することを初めて明らかにしその特性についても検討した。アクチビンは培養した顆粒膜細胞に働いてFSHレセプターを増加させ、E_2の分泌を促進した。またFSHによるLHレセプターの誘導を促進し、P_4の分泌を促がした。このようなアクチビンは、顆粒膜細胞の分化系列のキーファクターであると考えられる。3.ヒトインヒビンの各サブユニットのcDNAをCHO細胞に導入し、リコンビナントのヒトインヒビンの作成に成功し、今後大量のヒトインヒビンの生産が可能となった。1.ウシのインヒビンのRIA系を用いてヒトのインヒビンを末梢血中レベルで測定することが可能となった。このRIA系を用い種々の生理的あるいは病態に伴うインヒビンの変動を明らかにすることができた。(イ)正常月経周期中では卵胞期初期では低く、徐々に増加する。このインヒビンの増加に伴いFSHが減少することを証明した。また黄体期にインヒビンが上昇することから黄体期のFSHはインヒビンにより抑制されていることが明らかとなった。(ロ)男性において血中インヒビンの日内変動が明らかにされた。早朝よりインヒビンは上昇し9時にピ-クとなり、その後ゆっくり下降し22時に最低値となった。また、男性の加令に伴う変動を調べた。その結果、インヒビンは20歳台で最高値を示し、そ後徐々に減少し、60才以降に急激に減少した。また、低機能の睾丸を持つ男性のインヒビンレベルは低く、老人のそれより低いことが明らかになった。(ハ)妊娠時においては、インヒビンは徐々に増加し、810週にピ-クを示した。一度減少したインヒビンは30週以降にピ-クを示した。このような二相性のインヒビン分泌から、妊娠中のインヒビンの分泌源が黄体と胎盤の二ケ所にあることを示唆する。分娩後速やかに血中インヒビンは減少した。(ニ)新生児の血中インヒビンは男子において有意に高いことが明らかとなった。2.アクチビンの卵巣における作用をin vivo、in vitroの系において明らかにした。(イ)アクチビンは顆粒膜細胞中のFSHレセプタ-を誘導し、FSHの作用を増強する作用がある。その結果、LHレセプタ-の発現が促進され、P_4の分泌が増加した。幼若のメスラットにアクチビンを1週間投与すると用量反応的に卵巣の重量が増加した。
代数多様体上の力学系とパンルヴェ方程式

先行研究で確立したパンルヴェ系の代数幾何学・モデュライ理論的な基盤整備の下に,パンルヴェ第VI方程式の詳細な力学系的研究を実行した。パラメータがアフィン・ワイル群の壁上にある場合に,非線型モノドロミー写像のカオス性,孤立周期解の個数の指数的増大性等を確立した。この結果を得るために,射影代数曲面上の保測的双有理写像の周期点の一般的理論を確立した。また正のエントロピーを持つ有理曲面自己同型の構成も行った。パンルヴェ第VI方程式の非線型モノドロミー写像の力学系・エルゴード理論,および周期点の研究を行う。この研究は,パンルヴェ方程式のモデュライ理論的定式化と,代数多様体上の双有理写像のエルゴード理論および周期点の理論を,リーマン・ヒルベルト対応によって結びつけ,両者の有機的な統合を果たすことによって実行される。パンルヴェ第VI方程式4次元のアフィン・パラメータに依存し,このパラメータ空間にはアフィン・ワイル群が作用する。パラメータが,この群作用の鏡映面に乗っていない場合は,研究代表者たちの以前の研究で既に取り扱いが行われていた。本研究では,パラメータが鏡映面に乗っている,より興味深い場合を中心に考察する。この場合に,非線型モノドロミー写像のエントロピー正の確率不変測度の構成を行い,付随する力学系のカオス性について論じる。また,この場合には,モノドロミー写像の不変集合として,超幾何関数解に付随する所謂リッカチ曲線が現れる。そこで,リッカチ解軌道の近傍におけるモノドロミー写像の力学系的性質について研究する。上記の場合には,モノドロミー写像の周期点として,周期曲線と孤立周期点の二種類が現れると考えられるので,それらの個数の評価について研究する。また,この研究に資するために,射影代数曲面上のエントロピー正の保測的双有理写像の周期点の一般的理論の構築を行う。更に,コンパクト複素曲面上の位相的エントロピーが正の正則自己同型をできるだけたくさん構成し,その力学系理論的な性質を調べるという研究を行う。パンルヴェ第VI方程式の非線形モノドロミー写像のエルゴード理論および周期点の研究を行った。この研究は主としてパンルヴェ方程式のモデュライ理論的定式化と,代数多様体上の双有理写像のエルゴード理論および周期点の理論を,リーマン・ヒルベルト対応により結びつけ,両者の有機的な統合を果たすことによってなされた。パンルヴェ第VI方程式は4次元のアフィン・パラメータに依存する。このパラメータ空間にはアフィン・ワイル群が作用している。パラメータがこの群作用の鏡映面に乗っていない場合は,研究代表者たちの以前の研究で既に扱われている。この揚合は,リーマン・ヒルベルト対応の行き先である指標多様体が滑らかな三次曲面をなし,リーマン・ヒルベルト対応そのものが双正則同型となる。この事実が,この場合の研究を比較的やさしくしていた。今年度は,より困難で興味深い場合である,パラメータが鏡映面に乗っている場合について研究を行った。この場合の困難さは,対応する指標多様体がパラメータの配置に応じた特異点を持ち,リーマン・ヒルベルト対応がそれらの解析的最小特異点解消を与えるのみであるという事実に由来する。そこで,指標多様体の代数的最小特異点解消を取り,リーマン・ヒルベルト対応を双正則同型に持ち上げる必要がある。このことによって初めて,パンルヴェ方程式の非線形モノドロミー写像に狭義共役な,指標多様体上の正則力学系を得ることができる。今年度は,このことを実行し,また特異点解消によって生じる例外集合のまわりで力学系の挙動を詳細に調べた。続いて,指標多様体をコンパクト化し,力学系を双有理力学系に拡張することによって,代数曲面上の双有理写像のエルゴード理論を適用可能にした。そして,実際にこの理論を適用することにより,パンルヴェ方程式の非線形モノドロミー写像のカオス性を証明した。すなわち,位相的エントロピーの正値性の証明を行い,また混合的で鞍型双曲的な最大エントロピー普遍確率測度の構成を行った。さて,周期解については,それらが孤立せずに曲線となって現れる場合があることが,パラメータが鏡映面に乗っている場合の困難さである。今年度は,このような周期曲線上にある解が超幾何関数解のみであること,および孤立周期解の個数が周期とともに指数的に増大することを示した。パンルヴェ第VI方程式の非線形モノドロミー写像の力学系について研究した。今年度は主に,(1)ガウスの超幾何関数解の近傍におけるパンルヴェ方程式のカオス的現象,(2)マルコフ・パンルヴェ超越関数の初期値,の二点に関して研究を行った。先ず主題(1)について述べる。パンルヴェ方程式のパラメータがアフィン・ワイル群作用の鏡映面上に乗っているとき,対応するパンルヴェ方程式はガウスの超幾何関数を用いて表される古典的な解軌道をもつことが知られている。このような特殊解はリッカチ解と呼ばれているが,非線形モノドロミー写像に関して不変部分集合になっている。

今回の研究では,非初等的ループに沿う非線形モノドロミー写像が,リッカチ解軌道の任意の近傍にスメールの馬蹄力学系をもつことを観察した。これは,古典的な特殊解の近傍におけるパンルヴェ方程式の解のカオス的な振る舞いを記述するものとして注目される。この結果の報告を数理解析研究所講究録として公表するとともに,研究集会・セミナー等で発表した。次に主題(2)について述べる。マルコフ曲面と呼ばれる三次曲面上の正の整数点を求めるディオファンタス問題は古典的によく知られている。特に全ての解が,一つの自明な解に,ある無限群を作用させて得られる軌道全体と一致することが知られている。しかしこの軌道の性質に関しては未だ解明されていないことが多々存在する。そこで,この軌道をパンルヴェ方程式を通して研究することを着想した。そして,この軌道をリーマン・ヒルベルト対応を通して,ある特殊なパンルヴェ第VI方程式の特殊な超越解芽の解析接続全体と同一視することができることを発見した。この特殊な超越関数をマルコフ・パンルヴェ超越関数と名付けた。今回の研究では,マルコフ・パンルヴェ超越関数を解とするパンルヴェ方程式に対して,そのパラメータ値を決定するとともに,更に進んでその初期点と初期値をも具体的に決定した。もた,日本数学会年会において総合講演を行った。パンルヴェの代数解析と力学系と題して,ここ数年間におけるパンルヴェ方程式の代数幾何学・力学系的研究の総合報告を行った。射影代数曲面上の保測的な双有理写像の孤立周期点・周期曲線の一般論を構築した論文(上原崇人と共著)が冊子体として出版された。この論文の結果を用いて,パンルヴェ第VI方程式の孤立周期解の個数に関する評価を得た。また,ある種のディオファンタス方程式の整数解をリーマン・ヒルベルト対応を通して記述する特殊関数である,マルコフ・パンルヴェ超越関数のパラメータ値と初期値を決定した結果のアナウンス論文が講究録原稿として出版された。更にパンルヴェ性という非線型微分方程式の定性的性質について考察を進めた。これはパンルヴェ型の微分方程式を規定する最も大切な要件の一つであるにもかかわらず,その難しさの故に,これまでほとんど理解が進んでいない主題である。これについての現在までの研究の状況と,これから取り組むべき課題をまとめ,問題提起として京都大学数理解析研究所共同研究「複素幾何学の諸問題」や熊本大学理学部におけるアクセサリーパラメータ研究会などの研究集会で発表した。その内容は講究録の記事として出版された。パンルヴェ方程式の力学系の概要について,力学系のセミナーやハミルトン系の研究集会で発表した。また代数多様体上の力学系の分野で,有理曲面上のエントロピーが正の自己同型写像の構成について,上原崇人と共同研究を行った。上原氏の構成を方法を分析し,より一般化的な構成法を構築するための予備的研究を開始した。その内容については東北大幾何セミナーなどで発表した。研究代表者と研究分担者は,有理曲面上の正エントロピーをもつ正則自己同型の共同研究を行った。そのために分担者を数回北大に招聘し討議を行った。
合金化による生体関連めっき皮膜の抗菌・抗カビ性向上に関する研究

環境負荷性とユーザーフレンドリー性を高めることは,まさに21世紀において重要な開発指針となるべき要素である。高齢化社会に向かいつつある我が国においては,とりわけ,抗菌性を有する材料が望ましい。このような背景から,生体関連の抗菌・抗カビ性の材料表面処理を追及する理由がある。抗菌性とか環境負荷性を低減する表面処理としてはいろいろなものが考えられるが,とりわけ本研究者は合金皮膜に着目し,これを形成させるプロセスを新しい角度から行い,その抗菌・抗カビ性を検討した.その根本には,環境負荷性の高い金属皮膜を,より環境負荷性が低い合金で置き換え,環境負荷性を低減させながら,同時にできるだけその特性を維持しようという考え方がある。従来の方法では,合金化と電析が同時に一つのプロセスで行われる利点はあるものの,電析条件を満足させるために,ある一定の化学種を用いなければならず,それが環境負荷性を再び高めたりする可能性がある。また電析条件を制御するのは一般にそれほど容易ではなく,同時に形成される皮膜は非平衡状態であることもしばしばで,これが製品として使用される際の変質につながる可能性もある。そこで,本研究者は熱処理合金めっき法(Heating Stacked Single Layers Process: HSSL Process)と呼ぶ,単相を積み上げるプロセスと熱処理による合金めっきプロセスを組み合わせた新しい合金めっき法を開発した。この方法により,食品加工関連に多用されるすずめっきに,抗菌性のある銀,銅を加えて合金化し,同時に耐摩耗性を付与する諸条件を明らかにした.これらの大腸菌に対する抗菌性を調べたところ,すずめっきが全く示さなかった抗菌性が銀,銅の添加により高められた.同時に硬度や耐摩耗性が,金属間化合物の形成により高められ,抗菌性を示す硬質皮膜が形成されることがわかった.環境負荷性とユーザーフレンドリー性を高めることは,まさに21世紀において重要な開発指針となるべき要素である。この方法により,食品加工関連に多用されるすずめっきに,抗菌性のある銀,銅を加えて合金化し,同時に耐摩耗性を付与する諸条件を明らかにした.これらの大腸菌に対する抗菌性を調べたところ,すずめっきが全く示さなかった抗菌性が銀,銅の添加により高められた.同時に硬度や耐摩耗性が,金属間化合物の形成により高められ,抗菌性を示す硬質皮膜が形成されることがわかった.めっきに使用される各種金属粉末の抗菌,抗真菌(かび)作用について検討した。供試菌体としては,E-coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniaeを用いた。これらそれぞれの供試菌をめっき金属として知られる,亜鉛,マンガン,ニッケル,銅,コバルト,クロム,アルミニウム,マグネシウム,チタン,銀,鉄の粉末とともに,寒天培地に共存させ,各供試菌の生育状況を観察した。その結果,三つの類型にその結果が分類出来た。一つは,なんの影響も与えない金属であり,それらに属するものは,マグネシウムと鉄である。これらの抗菌性は見いだすことができなかった。一方,第二のグループは,やや抗菌性が認められるもので,その効果はあるものの,それほど強くないと考えられる。このグループに属するものは,アルミニウム,クロム,チタン,銀である。第三のグループは,強い抗菌効果が認められたものであり,亜鉛,コバルト,マンガン,ニッケル,銅がこれに属する。その中で,人体に大きな負荷がかからないと考えられれている亜鉛,および抗菌性が認められて鋼の合金元素としてこの目的で添加されている銅に着目して,そのめっきをスライドカルチャー法を用いて,抗菌性試験した。その結果,銅めっき,亜鉛めっきについて,抗菌性が認められた。一方,抗真菌の試験であるが,これについても,上記と同種の各種金属粉末の抗真菌性試験を同様の方法で行った。銅,コバルト,マンガンについて抗真菌性が認められたが,細菌に対する試験に比べると,多く小野金属に置いて,完全に真菌の発育をとめることは困難であった。亜鉛,銅のメッキについて同様の抗真菌1生をスライドカルチャー法にて検討したが,明確な抗真菌性は確認出来なかった。金属の抗菌性・抗真菌性のうち,抗菌性に焦点を絞り,それらを調べて,主として鉄鋼材料に応用して,抗菌性に優れた材料を作り出すことを目的として実験を行った。

平成16年度においては,各種金属粉末の以下の三つの細菌,Escherichia Coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniaeに対する抗菌性を検討し,どのような金属が潜在的に抗菌性を有しているかを明らかにした。その結果,抗菌性が確認されたいくつかの金属のうち,本年度は銅に着目し,食品加工において多用されているすずめっきに対して銅を合金化しその抗菌性を検討することにした。通常合金めっきは,水溶液中における複数の元素の同時電析により形成される。しかし,同時に水溶液中における電析を可能とする条件を実現するために,使用する化学種が限定される。しばしばそれはシアン化物のような毒性の高い化学種であったりするため,環境負荷性が高くなる危険性がある。そこで,本研究では銅,すずの単相を数μmの膜厚で積層させ,この積層単相膜を加熱処理して合金化をはかるプロセスを検討し,形成した合金皮膜の構造を決定し,その抗菌性を調査した。積層単相膜を200°Cから350°Cの範囲内で加熱すると,各温度とも銅とすずの合金が形成された。温度が低く,すずの融点以下の場合は,すず,銅の固溶体が形成されるのみであったが,温度が上昇しすずの融点以上になると,1時間程度の加熱で,Cu_3Sn, Cu_6Sn_5が形成されることが認められた。温度が高くなると,最表面にすずの酸化物, SnO_2が形成されるのが認められた。以上の結果をふまえて,350°Cにて,3時間加熱した表面にCu_3Sn, Cu_6Sn_5が形成された試料,および銅めっき,すずめっきの三種類を試料として,フィルム密着法用いて,上記三種類(Escherichia Coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae)の細菌に対する抗菌性を調査した。その結果,すずめっきは全く抗菌性を示さず,一方銅メッキは強い抗菌性を示した。またすずと銅の合金めっき皮膜に関しては,強い抗菌性を示すことがわかった。この結果から,食品加工においてしばしば用いられるすずめっきは,それ自体は,あまり顕著な抗菌性を示さない。しかし,銅を合金化させることにより,抗菌性を持たせることができることがわかった。これは本熱処理合金化めっき法の作成において顕著なことと考えられる。すなわち,本熱処理合金化めっき法により作製される合金めっきは熱的に安定であり,崩壊せず,しかもごく微量の金属イオンとして表面において解離し,これが抗菌性に大きな役割を果たしているのである。本年度は高い抗菌性が一般的に認められる銀を数十μmオーダーのすずめっき鋼板上に数nm1μm程度,スパッタリングにより積層させ200°Cから300°Cにて加熱処理を行い合金化を図った.積層単相膜を電気炉中において200°C1時間,200°C2時間,300°C2時間加熱処理し,X線回折によりその表面皮膜を調べた。その結果,未処理の状態で最上部のAg層のみが検出されていたのに対し,熱処理が進むと共に,次第にAgとSnが相互に拡散することにより金属間化合物層(Ag_3Sn)や固溶体皮膜が形成された。
表面開始重合により高分子修飾した無機ナノファイバーの基板上への位置選択的固定化に関する研究

無機のナノファイバーであるイモゴライトの構造制御、および高分子による表面修飾を行うことで、ナノファイバーの凝集構造状態の制御を行った。構造制御はマイクロ波を利用した合成法により、表面修飾はファイバー表面に高分子開始剤を吸着させた後高分子のグラフト化により行った。また、イモゴライトを固定化する基板を高分子薄膜をベースとして作成し、モデル実験を行った。アルミノシリケートナノファイバーであるイモゴライトは透明性、吸脱水特性、高表面活性等の特性を有しているため、応用材料としての利用が検討されている。しかし、比表面積が大きく、強固な分子間相互作用により大きな会合体を形成し、ナノファイバーの構造形態および凝集制御が困難であるため、応用材料としての進展が無いのが現状である。そこで本研究ではイモゴライト表面・界面の精密構造を設計することによりナノファイバーの凝集構造制御と共にナノファイバーへの機能性付与を行い、材料応用への可能性の模索を目的とする。本年度はイモゴライトの形状および凝集構造制御を目的としてイモゴライトの合成制御を行った。合成は従来の溶液重合法で行い、前駆体溶液の加熱にはマイクロ波照射法を利用した。マイクロ波照射は、照射媒体を急速かつ均一に加熱させることが可能であるため、合成時間の短縮のみではなく、ファイバーの均一成長させることができ、形状および凝集構造制御が可能になると考えられる。実際にマイクロ波照射によりイモゴライトの合成を行ったところ、汎用の加熱装置で合成したイモゴライトと比較して、ファイバー長成長の促進が確認された。また形成されたファイバー数の増加も明らかとなり、マイクロ波照射によるイモゴライト合成への有用性が認められた。今後、合成したイモゴライトの形状や長さ分布を確認し、その凝集構造との関連を検討する。更にこのイモゴライトを用いて表面・界面の精密構造制御を試みる。平成21年度は引き続きイモゴライトの形状および凝集構造制御を目的としてイモゴライトの合成制御を行った。マイクロ波の4時間照射により、イモゴライトのファイバー形態が確認されたが、長さが十分ではなかった。812時間照射することで、ファイバー長が十分に伸びたイモゴライトが確認されたことから、十分なマイクロ波照射により、イモゴライトの成長制御が可能であることが確認された。更にイモゴライトの形状制御を行うため、イモゴライトに含まれるケイ素成分の代わりにゲルマニウムを添加したGe-イモゴライトのマイクロ波による調製を行った。しかし、この系はファイバーではなく粒子状の形態が得られ、マイクロ波照射によりイモゴライトではなく新しいナノ粒子の存在が示唆された。今後このナノ粒子について評価を行う予定である。またイモゴライトを固定化する基板を、ナノインプリント法により調製した。イモゴライトを選択的に固定化するまでに至らなかったが、PSナノ粒子は基板の形状に沿って配列することが確認され、この基板を用いて、イモゴライト配列の可能性が示唆された。
ゲノム損傷応答系の不全による変異誘発と発がんに関する研究

(1)酸化ストレス誘発発がん過程において共通に変異する遺伝子(群)やそれらの変異を明らかにする目的で、Mutyh遺伝子欠損マウス等に酸化ストレスで誘発された小腸がんのゲノムワイドな変異解析を行い、独立のがん組織で共通に認められる遺伝子変異の探索を行った。3例の独立の腫瘍でアミノ酸置換変異が検出された遺伝子はそれぞれ105、100、67例で、6遺伝子は3つの腫瘍全てに、9遺伝子は3の腫瘍のうち2つで共通していた。(2)ジーントラップ法により構築した変異体ライブラリーからゲノム損傷誘発細胞死に関与する遺伝因子の網羅的探索を進め、新規アポトーシス誘導因子としてMAPO1とHMGAを同定した。研究の目的細胞ががん化する過程では、様々ながん細胞に特有な細胞機能の喪失・獲得が起こる。これら細胞機能の変化に関与する普遍的な遺伝子(群)の変異の同定は、発がん予防やがんの新しい治療法の研究に重要な基盤を与える。本研究では酸化ストレスを負荷することでマウス同一個体の小腸に比較的短期間で多数の上皮性がんを誘発させる実験系を用い、誘発された多数のがん組織のゲノムワイドな突然変異解析を行い、独立のがん組織で共通に認められる遺伝子変異を探索することで、酸化ストレス誘発発がん過程において普遍的に変異する遺伝子(群)や変異を明らかにする。また、酸化ストレスによる発がんの抑制に大きく寄与していると考えられる細胞死を誘導する分子機構に関わる因子を網羅的に同定するために、遺伝学的手法(挿入型突然変異体の単離)を用いてそれらの因子の分離・同定を行い、酸化ストレスに応答して能動的に誘導される細胞死に関わる系の解明を行う。(1)酸化ストレス誘発小腸がんのゲノムワイド変異解析酸化ストレス誘発発がん過程において普遍的に変異する遺伝子(群)や変異を明らかにするためのComparative Genomic Hybridization(CGH)解析と次世代シークエンサーを用いたゲノム解析を行うために、Mutyh遺伝子欠損マウスを用いて酸化ストレス誘発小腸発がん実験を行い多数の腫瘍サンプルを得た。一部のサンプルを用いてCGH解析を行った結果、大きな転座や欠失・挿入等の染色体不安定性は観察されなかった。(2)酸化ストレス抵抗性変異体の分離酸化ストレス誘発細胞死に関わる遺伝因子を網羅的に同定するために、レトロウイルスベクターを用いた突然変異体の分離を行っている。また、以前に分離したメチル化剤抵抗性を示す変異体細胞株の酸化ストレス抵抗性について詳細に検討している。細胞ががん化する過程では、様々ながん細胞特有な細胞機能の喪失・獲得が起こる。本研究では酸化ストレスを負荷することでマウス同一個体の小腸に比較的短期間で多数の上皮がんを誘発させる実験系を用い、誘発された多数のがん組織のゲノムワイドな突然変異解析を行い、独立のがん組織で共通に認められる遺伝子変異を探索することで、酸化ストレス誘発発がん過程において普遍的に変異する遺伝子(群)や変異を明らかにする。(1)酸化ストレス誘発小腸がんのゲノムワイド変異解析酸化ストレス誘発発がん過程において普遍的に変異する遺伝子(群)を明らかにするためのMicorarray解析と次世代シークエンサーを用いたゲノム解析を行うために、MUTYH欠損マウス、Msh2欠損マウスおよびTrp53欠損マウスを用いて酸化ストレス誘発小腸発がん実験を行っている。一部のサンプルを用いてMicorarray解析を行った結果、KBrO3投与されたマウスでは抗酸化関連遺伝子群やDNA複製関連遺伝子群の発現が大きく変動していた。(2)酸化ストレス抵抗性変異体の分離酸化ストレス誘発細胞死に関わる遺伝因子を網羅的に同定するために、レトロウイルスベクターを用いた突然変異体の分離を行った結果、酸化ストレス抵抗性を示す細胞株を2株(N2およびY1)分離した。これらの変異体細胞株の酸化ストレス抵抗性について詳細に検討している。本年度は、独立のがん組織で共通に認められる遺伝子変異を探索することを目的として、KBrO3誘発発がん実験に用いたMutyh遺伝子欠損マウスおよびTrp53遺伝子欠損マウスを解剖後、RNAlaterまたは凍結保存された各組織からゲノムDNAを精製し、マウス全エクソーム(約50Mb)の解析をmiSeq2000にて行い、SNV検出を試みた[受託先:(株)マクロジェンジャパン]。全てのサンプルで、マップ可能リードは99%以上、ターゲット領域のカバー率(x10) 94%以上、平均depthは約80の値が得られた。Mutyh遺伝子欠損マウスの小腸腫瘍および心臓のサンプルでは、それぞれ3,000以上の変異がコールされ、そのうち約30%が遺伝子コード領域の一塩基置換型変異で、さらにそのうちの半数以上が非同義置換であった。欠失・挿入変異は全体の約30%であった。Trp53遺伝子欠損マウスの小腸腫瘍および小腸正常組織サンプルでは約2,000の変異がコールされ、そのうち約25%が遺伝子コード領域の一塩基置換型変異で、さらにそのうちの半数弱が非同義置換であった。欠失・挿入変異は全体の約50%であった。

Mutyh遺伝子欠損マウスの小腸腫瘍のみで検出された変異は992サイトで、そのうち559サイトが塩基置換変異、433サイトが欠失・挿入変異であった。また、Trp53遺伝子欠損マウスの小腸腫瘍のみで検出された変異は1,105サイトで、601サイトが塩基置換変異、504サイトが欠失・挿入変異であった。Mutyh遺伝子欠損マウスとTrp53遺伝子欠損マウスの腫瘍における突然変異スペクトラムはほぼ同様であった。また、これら2つのサンプルでは様々な多数の遺伝子に変異が見つかっているが、ある種の癌遺伝子には共通に変異が見つかっている。現在、変異した遺伝子群の詳細な解析を進めている。細胞ががん化する過程では、様々ながん細胞特有な細胞機能の喪失・獲得が起こる。これら細胞機能の変化に関与する普遍的な遺伝子(群)の変異の同定は、発がん予防やがんの新しい治療法の研究に重要な基盤を与える。本研究では酸化ストレスを負荷することでマウス同一個体の小腸に比較的短期間で多数の上皮がんを誘発させる実験系を用い、誘発された多数のがん組織のゲノムワイドな突然変異解析を行い、独立のがん組織で共通に認められる遺伝子変異を探索することで、酸化ストレス誘発発がん過程において普遍的に変異する遺伝子(群)や変異を明らかにすることを目的としている。平成27年度は、平成26年度に行ったMutyh遺伝子欠損マウスおよびTrp53遺伝子欠損マウスを用いたKBrO3誘発発がん実験で得られた小腸腫瘍の全エクソーム解析を計画通りに行った。その結果、Mutyh遺伝子欠損マウスの小腸腫瘍では992変異(塩基置換変異:559、欠失・挿入変異:433)が検出され、Trp53遺伝子欠損マウスの小腸腫瘍では1,105変異(塩基置換変異:601、欠失・挿入変異:504)が検出された。これらの腫瘍では、様々な遺伝子のコード領域で非同義置換、ナンセンス変異、フレームシフトが検出されている。また、ある種の癌遺伝子では、これらの腫瘍で共通に変異が検出されている。以上のことから、本年度までの研究は順調に進展していると考えている。独立のがん組織で共通に認められる遺伝子変異を探索することを目的に、複数のがん組織のゲノムワイドな突然変異解析を行った。0.15%臭素酸カリウムを16週間飲水投与したMutyh欠損マウス2個体から小腸に発生した腫瘍3例と対照となる正常組織として同一個体の心臓からゲノムDNAを抽出し、全エクソーム解析を行った。また、同様に酸化ストレスを負荷したTrp53遺伝子欠損マウス1個体から小腸に発生した腫瘍1例と小腸正常組織の全エクソーム解析を行った。全てのサンプルで平均スループット深度は100以上、×10カバレッジは92%以上、マップ可能リードは99%以上であり、シーケンスおよびマッピングは良好な条件で行われた。腫瘍特異的変異のスペクトルを解析したところ、Mutyh欠損マウスではG:CからT:Aへの変異が30%以上含まれおり、各個体間で共通に持つ変異(B6マウス系統が持つ多型)の中で同変異が占める割合は約8%であったことから、このマウスの組織に生じた体細胞突然変異に特徴的であると考えられた。