hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
トランスピュータ並列処理による伝熱数値シミュレーションに関する研究

トランスピュータを用いて,熱伝導方程式の並列演算によって高速化する手法を研究した.並列処理においては,演算素子の個数に反比例して計算時間が短縮されることが理想的であるが,実際には,素子間の通信時間等のロスが発生するため,効率的な並列化のアルゴリズム,各プロセッサ間のデータ転送の最適化,反復回数のより効果的な収束方法等の基礎手法を研究し,並列演算に影響を及ぼすパラメータとして,格子点の計算時間と通信時間の比が重要であるという知見を得た.トランスピュータを用いた並列計算機によって築いてきた並列化手法を参考にして,並列計算機としての結合形態や構成上の自由度がより大きいワークステーション結合方式による並列処理によって,伝熱数値シミュレーションを実施した.伝熱数値シミュレーションとしてポアソン方程式を対象に,領域分割法を用いて計算領域を分割し,各ワークステーションに割り当て,負荷分散,相互通信方法が並列計算効率にどのように影響するかを検討した.データ通信に関してはトランスピュータによる並列処理とワークステーションによる並列処理とでは大きな差異があるという数値実験結果を得,ワークステーションの並列化では,通信の効率化が最も重要な問題点となることを示した.ついで,ポアソン方程式の数値解析手段としてSOR法(加速緩和法),レッドブラックSOR法を速度向上率や計算効率により比較し,並列計算に適した解法は,レッドブラックSOR法であることを見いだした.つぎに,数値解析手法の開発,計算スキームの特性の確認のためにしばしば用いられる二次元キャビティーフロー問題の並列化を行い,圧力ポアソン方程式の解法には前の結果に基づいて,レッドブラックSOR法を適用した.その結果ワークステーション・クラスタによる並列計算では,比較的大規模な計算に有効であることを見出した.トランスピュータを用いて,熱伝導方程式の並列演算によって高速化する手法を研究した.並列処理においては,演算素子の個数に反比例して計算時間が短縮されることが理想的であるが,実際には,素子間の通信時間等のロスが発生するため,効率的な並列化のアルゴリズム,各プロセッサ間のデータ転送の最適化,反復回数のより効果的な収束方法等の基礎手法を研究し,並列演算に影響を及ぼすパラメータとして,格子点の計算時間と通信時間の比が重要であるという知見を得た.トランスピュータを用いた並列計算機によって築いてきた並列化手法を参考にして,並列計算機としての結合形態や構成上の自由度がより大きいワークステーション結合方式による並列処理によって,伝熱数値シミュレーションを実施した.伝熱数値シミュレーションとしてポアソン方程式を対象に,領域分割法を用いて計算領域を分割し,各ワークステーションに割り当て,負荷分散,相互通信方法が並列計算効率にどのように影響するかを検討した.データ通信に関してはトランスピュータによる並列処理とワークステーションによる並列処理とでは大きな差異があるという数値実験結果を得,ワークステーションの並列化では,通信の効率化が最も重要な問題点となることを示した.ついで,ポアソン方程式の数値解析手段としてSOR法(加速緩和法),レッドブラックSOR法を速度向上率や計算効率により比較し,並列計算に適した解法は,レッドブラックSOR法であることを見いだした.つぎに,数値解析手法の開発,計算スキームの特性の確認のためにしばしば用いられる二次元キャビティーフロー問題の並列化を行い,圧力ポアソン方程式の解法には前の結果に基づいて,レッドブラックSOR法を適用した.その結果ワークステーション・クラスタによる並列計算では,比較的大規模な計算に有効であることを見出した.トランスピュータやワークステーション・クラスタを用いた並列化によって,伝熱数値シミュレーションの計算手段の拡張,計算の高速化を目的とした.トランスピュータを用いた並列計算は,低並列度の専用並列計算機に対応し,ワークステーション・クラスタによる並列計算は,各ノードの構成を自由に設定できる汎用並列計算機に対応する.伝熱数値シミュレーションの基礎であり最も計算時間を用するポアソン方程式を対照とし,領域分割法による並列化を行なった.まず,トランスピュータによる並列計算とワークステーション・クラスタを用いた並列計算との比較検討を行った.数値解析手法としてSOR法(加速緩和法),レッドブラックSOR法,ICCG法(前処理付き共役勾配法)を速度向上率や計算効率により比較し,並列計算に適した解法は,レッドブラックSOR法,ICCG法であることを見いだした.さらに比較の対象として,高並列計算機AP-1000を用いてレッドブラックSOR法によりポアソン方程式を解き,並列化の計算効率に及ぼす格子点数やセル数の影響,最適緩和係数について調べた.今後は,ワークステーション・クラスタを用いた並列計算を中心にして,トランスピュータや高並列計算機AP-1000のような専用並列計算機とは異なる並列計算上の問題点を見いだす.本年度は,昨年度のトランスピュータによる並列計算を発展させ,ワークステーション(サンマイクロシステムズ社SPARC station IPX)を用いて,並列計算を試みた。並列処理用ライブラリとしては、Parallel Wareを用いた。このParallel Wareは,並列処理用の拡張関数や通信制御用関数などの拡張ライブラリを備えており,これらを逐次型プログラムに組み込むことにより,並列プログラムを作成した。まず,ポアソン方程式を,自然な順序で計算するSOR法と,計算点をRed点とBlack点に分け,これらを交互に反復計算するRed-Black SOR法の2種類について並列処理を行った。次に,この問題を実際の流れ場に適用し,代表的な一例として2次元Cavity Flow問題の並列化を行った。熱伝導方程式(ポアソン方程式)の並列計算では,各プロセッサが行う計算時間に比べ,通信時間の割合が多いため,並列化効率が低く,速度向上率もノード数が増えるにつれて低下した。

これは,ワークステーション,クラスターによる並列計算では,通信路を多くのユーザーが共有するため,日時,時間帯によって通信時間に大きなバラつきを生じるためである。これが,トランスピュータのように専用の通信路を有している並列計算機と最も異なる点である。2次元Cavity Flow問題においては,分割数が小さい時には,やはり並列化効率は低かったが,分割数が大きくなると計算時間が増えるのに対し,通信時間の割合が小さくなるため十分高い速度向上率が得られた。
カンコノキ-ハナホソガ絶対送粉共生系の進化的安定性とその維持機構

カンコノキ属植物(以下カンコノキ)はハナホソガ属(以下ハナホソガ)の雌成虫によってのみ送粉されるが、ハナホソガは幼虫の餌としてカンコノキの種子のみを利用する。そのため、両者の関係は相互に依存しあった絶対相利共生関係である。ハナホソガの雌成虫は、幼虫の餌を確保するために能動的に送粉を行い、その後自身が授粉した花に卵を産みつける。もし同じ花に重複産卵する状況が起これば、果実あたりの種子食害量が増加し、植物が送粉によって得る利益が少なくなってしまう。それゆえ、カンコノキとハナホソガの相利関係が長期に渡って安定に保たれるには、送粉者の重複産卵の試みに対して、植物が何らかの制裁機構を保有することが不可欠だと予測されてきた。これまでの研究で、ウラジロカンコノキは重複産卵された花を果実まで成熟させずに中絶させやすいことが分かっている(Goto et al. 2010)。この機構によって、植物は食い尽くしが起こる可能性が高い果実への無駄な資源の投資を事前に防げるとともに、重複産卵を行ったホソガに対して制裁が加えていると考えられる。本年度は、このような機構が、相利共生の安定性にどの程度寄与しているのかをより深く理解するために、奄美大島のウラジロカンコノキ3集団において、果実あたりのハナホソガの卵数、幼虫数、被食害種子数について調べた。その結果、どの集団においても、果実あたりの卵数、幼虫数、被食害種子数は少なく保たれており、選択的中絶が効果的に働いていることが示唆された。また、花の選択的中絶以外の種子食害の抑制機構として、ハナホソガの若齢幼虫に捕食寄生するコマユバチ科の役割についても検証した。さらに、西アフリカのツチトリモチ科植物について調査を行い、この植物がカンコノキ属植物によく似た送粉共生をもつことを突き止めた。この系とカンコノキ系などとの比較により、絶対送粉共生の進化について重要な示唆が得られると考えている。生物が相互に利益を提供しあう生物間相互作用は相利共生と呼ばれ、あらゆる生物界に普遍的に存在するが、その進化は自明ではない。なぜなら相利関係にある生物といえども、相手に利益の提供を行わず一方的に利益を享受するように振る舞った方が適応的であるからである。それゆえ、一方が過度に利己的に振る舞った場合、それに対して他方が制裁をもって報いる場合に限り相利共生関係は安定に進化しうると理論的に予測されてきた。しかしながら、そのような機構の実証例は驚く程少ない。私はカンコノキとその送粉を排他的に担うハナホソガとの絶対送粉共生系を材料に相利共生の進化的安定性に関する課題に取り組んできた。カンコノキ属植物は種特異的なホソガ科ハナホソガ属のガのみに送粉されており、一方ハナホソガの幼虫はカンコノキの種子のみを食べて成熟する。そのため両者は相互依存の関係にあるが、もしハナホソガが重複産卵を行うと、種子の食い尽くしが起こり植物側に送粉の利益をもたらさないことになる。私は、ウラジロカンコノキにおいて、ハナホソガが重複産卵を行った場合、そのような雌花を選択的に中絶させることを明らかにした。これはカンコノキがハナホソガの過剰搾取に対して雌花ごとホソガの卵を殺すという制裁で応じているという興味深い可能性を示唆している。これらの結果は、国際的な生態学の学術誌であるEcologyLettersにて発表を行った(Goto et al. 2010)。さらに重複産卵に対する雌花の選択的中絶がカンコノキ属に広範に見られる現象かどうかを検証するために、奄美大島において、カンコノキ属4種の雌花の定期的なサンプリングを行った。今後は継続して解析を行い、選択的中絶やハナホソガが重複産卵を回避しているかどうかを明らかにする予定である。また、ウラジロカンコノキにおいて、結実の遅延がハナホソガ幼虫の生存率の低下を招くことを見いだし、その成果は日本進化学会において発表した(ポスター)。相利共生関係が進化的な時間スケールの中でどのように維持されてきたのかは、進化生態学上最も重要な問いの一つである。しかしながら、依然としてその解決にはほど遠い状況にある。私はカンコノキ属の樹木とハナホソガ属の蛾の送粉共生をモデル系として、この問題の解決に取り組んできた。カンコノキ属の樹木は、雄花から雌花への花粉の運搬(送粉)を種特異的なハナホソガ属の雌にのみ依存しており、一方ハナホソガ属の雌は授粉と同時に雌花に卵を産みつけ、やがて孵化する幼虫は果実内の種子の一部を食べて成長する。つまり、カンコノキ属とハナホソガ属は相互に繁殖を依存しあった絶対相利関係にある。共生系の進化的安定性や動態を考える上で、共生者間の相互作用だけでなく、共生系に関わる様々な生物がどのように共生系に影響を及ぼしているのかを理解することは必須である。しかしながら、そのような観点から行われた研究は依然として限られている。カンコノキ-ハナホソガ系には、様々な捕食寄生者、種子寄生者、種子散布者が関わっているが、これらの生物が系の動態にどのような影響を及ぼしているかは明らかになっていない。

そこで、私は、コマユバチ科の寄生蜂がハナホソガ幼虫への捕食寄生を介してカンコノキの種子生産にどのような影響を与えているかについて検証を行った。その結果、コマユバチに寄生されるとハナホソガ幼虫は未成熟の段階で死亡し、種子食害量が減少していることが明らかになった。さらに、カンコノキ属3種を用いた種間比較の結果、コマユバチによる種子食害量の減少は、どの種についても観察されることも明らかになった。つまり、コマユバチはカンコノキ属の種子生産を増加させる間接的な協力者として、この絶対共生系に広く関わっている可能性がある。カンコノキ属植物(以下カンコノキ)はハナホソガ属(以下ハナホソガ)の雌成虫によってのみ送粉されるが、ハナホソガは幼虫の餌としてカンコノキの種子のみを利用する。そのため、両者の関係は相互に依存しあった絶対相利共生関係である。ハナホソガの雌成虫は、幼虫の餌を確保するために能動的に送粉を行い、その後自身が授粉した花に卵を産みつける。もし同じ花に重複産卵する状況が起これば、果実あたりの種子食害量が増加し、植物が送粉によって得る利益が少なくなってしまう。それゆえ、カンコノキとハナホソガの相利関係が長期に渡って安定に保たれるには、送粉者の重複産卵の試みに対して、植物が何らかの制裁機構を保有することが不可欠だと予測されてきた。これまでの研究で、ウラジロカンコノキは重複産卵された花を果実まで成熟させずに中絶させやすいことが分かっている(Goto et al. 2010)。この機構によって、植物は食い尽くしが起こる可能性が高い果実への無駄な資源の投資を事前に防げるとともに、重複産卵を行ったホソガに対して制裁が加えていると考えられる。本年度は、このような機構が、相利共生の安定性にどの程度寄与しているのかをより深く理解するために、奄美大島のウラジロカンコノキ3集団において、果実あたりのハナホソガの卵数、幼虫数、被食害種子数について調べた。その結果、どの集団においても、果実あたりの卵数、幼虫数、被食害種子数は少なく保たれており、選択的中絶が効果的に働いていることが示唆された。また、花の選択的中絶以外の種子食害の抑制機構として、ハナホソガの若齢幼虫に捕食寄生するコマユバチ科の役割についても検証した。さらに、西アフリカのツチトリモチ科植物について調査を行い、この植物がカンコノキ属植物によく似た送粉共生をもつことを突き止めた。この系とカンコノキ系などとの比較により、絶対送粉共生の進化について重要な示唆が得られると考えている。
磁気研磨法を用いた超平滑サニタリーパイプによる乳タンパク質の洗浄性向上

ステンレススチールパイプは,搾乳施設や乳製品加工において多用されている.本研究では,磁気研磨法によって表面を平滑化させたステンレスパイプを用いて,乳タンパク質の洗浄性向上を試みた.表面粗さRa 0.037 μmに平滑化したステンレスパイプでは,他の粗いパイプよりも牛乳汚れの洗浄性が向上した.タンパク質の洗浄性において表面粗さの影響は比較的小さかった.すなわち,牛乳汚れの非タンパク質成分の洗浄性が表面粗さの影響を受けたと考えられた.磁気研磨法は,乳製品加工機器の安全性の向上に寄与できると考えられた。磁気研磨法を用いて現在の食品衛生基準の約1/10にまで平滑化させたステンレスパイプを作製し,牛乳を循環させる送液ラインを備えた実験装置を用いて,牛乳成分の洗浄性の評価を行った。洗浄後にパイプ内表面に残存する汚れは,平面上ではないため従来の表面計測手法は適用できない。そこで,パイプ内表面の評価方法として,超音波振動子を用いて溶液中に剥離させ,牛乳成分と乳タンパク質を定量する方法を確立した。磁気研磨法で平滑化させたステンレスパイプ,サニタリーパイプそして通常のステンレスパイプを用いて,表面粗さと洗浄性との関連について調べた。その結果,磁気研磨法で平滑化させたパイプの牛乳汚れの洗浄性は,サニタリーパイプと比べて,有意に向上することを明らかにした。一方,乳タンパク質については,洗浄性について有意差は見られず,表面を平滑化させたことによる洗浄性の向上は,牛乳中の非タンパク質成分に由来する可能性が示唆された。酪農業や乳製品加工業ではステンレスパイプを多用するが,牛乳汚れが付着しやすく,洗浄関連コストや排出される洗浄水の環境負荷が問題となっている。ステンレスパイプは,内部表面を観察することが容易ではないため,プレートと比較すると洗浄に関する知見も多くはない。本研究では,磁気研磨法で平滑化させたステンレスパイプによる牛乳汚れの洗浄性向上を目的とし,表面粗さと洗浄性との関係について検討を行った。実験では,従来のサニタリーパイプと比較すると表面粗さを1/10以下まで低減させた平滑化パイプを,牛乳や洗浄水を一定条件で流すことができる装置に組み込み,汚れ付着試験(ファウリング)およびクリーニング試験を実施した。クリーニング試験では洗剤ではなく脱イオン水を用いた。クリーニング後にステンレスパイプ内部に残留した牛乳汚れ成分を,超音波振動子を用いて溶液に溶出させ,溶出液を分析することによって洗浄性を評価した。一般パイプ,サニタリーステンレスパイプ,磁気研磨パイプを用いて40°Cの牛乳汚れの洗浄性を評価したところ,クリーニング液が層流の条件では,表面粗さが小さいほど溶出液の牛乳濃度やタンパク質濃度が低い傾向にあり,洗浄性の向上が確認された。磁気研磨法によって平滑化させたステンレスパイプ表面に付着した牛乳汚れは,界面流動を利用することによって洗浄性が向上する可能性を示した。この知見は,洗剤に頼ることなく乳タンパク質を含む牛乳汚れの洗浄性向上の可能性を示唆するものである。畜産衛生工学洗浄性の評価にあたって,様々な実験条件が再現性に影響を与えることが判明し,評価法の確立に時間を要したためである。一度にテストできるステンレスパイプの数や,牛乳汚れの評価試験装置に組み込めるパイプの長さに制約があるため,1条件での実験・評価において,見込みよりも時間を要することも理由である。評価方法における課題については解決の見込みが立ったことから,今後は効率的な研究が期待できる。さらに研究を加速させるために,実験に携わる担当者を増やし,分析体制も強化する。洗浄性に与える要件として,洗浄液由来の界面流動が影響する可能性があり,実験条件に加えてその影響を検討する。旅費において次年度使用額が生じた理由は,本事業の協力研究者が所属するフロリダ大学へ打ち合わせのために渡航予定であったが,スケジュールが調整できなかったためである。物品費においては,評価方法の確立に予想以上の時間を要し,当初予定していたやや高額な消耗品を必要とする分析の本格的な実施に至らなかったことが主たる理由である。打ち合わせのためのフロリダ大学への渡航を引き続き調整し,場合によっては先方からの協力研究者の招聘も検討する。物品費については,当初予定どおり乳タンパク質の分析や洗浄性向上の阻害要因の可能性があるミネラル成分の分析に対し重点的に充当する計画である。
パラフィン切片による免疫電顕診断法

抗原賦活法によりパラフィン切片に断片的に残っている各疾患の特異な小器官の抗原を金コロイドにて標識し電顕にて検出することを目的とした。先ず、抗原検出が困難な長期ホルマリン固定標本を用いて、光顕的に抗原が特異的に再現できる、賦活剤の種類、及び条件を検討し、EDTA、イムノセイバー、TRS(Target Retrieval Solution)9098°C、1060分処理が良好な結果が得られた。次にそれぞれの賦活剤成分が電顕的に細胞小器官の保持に与える影響を検討した。賦活時間経過とともにTRSは破損が激しくなり、EDTAは電子密度、特に神経内分泌顆粒が減少し、イムノセイバーは核の萎縮傾向を示し、電顕の超薄切片ついても同様の所見がみられ、電顕的に目的の小器官の抗原検出する際は、賦活剤の種類、条件を検討する必要を認めた。そこで、形態的に賦活剤の影響が少ないピロリ菌及びその関連毒素について、免疫染色のABC法を用いて、EDTA、イムノセイバー賦活、ポリクロナール一次抗体を使用して標識し、電顕による抗原検出を行い、ピロリ菌に特異的な金コロイドの標識を観察した。同様の条件にて、post-embedding法を行い比較検討したところ、金コロイドの標識量がpost-embedding法が多く、パラフィン切片の厚さによる金コロイドの浸透が不十分と考えられた。また、モノクロナール抗体を用い、神経内分泌顆粒抗原についてイムノセイバーにて賦活後、ABCやSandwich法などを用いて標識検出を試みたが、非特異的反応のみが観察され、標識は出来なかった。他の小器官検索においても同様の所見であった。これは、パラフィン包埋時の熱処理により、この抗原抗体複合物はDABとは反応するが、金コロイドの標識を阻害している可能性があると推測し、今後、更に、モノクロナール抗体を用いた金コロイド標識法を追求していきたい。
麻酔後嘔吐の神経化学機構に関する研究

嘔気・嘔吐は、麻酔・手術後合併症の中で、頻度の高いものである。特に、全身麻酔薬として最も頻繁に用いられている亜酸化窒素は、他の麻酔薬と比べて麻酔後嘔気・嘔吐の頻度が高いといわれている。延髄の嘔吐中枢に刺激を送る化学受容器ひきがね帯(Chemoreceptor trigger zone: CTZ)は、第4脳室の両側壁にある最後野にある。CTZにはドパミン、セロトニン、アセチルコリンなどの受容器があり、脳質周囲器官構造であるため、他の延髄部分より多くの物質をよりよく透過する。本研究の目的は、CTZに受容器が存在する各種神経伝達物質の放出に及ぼす各種麻酔薬の影響を明らかにし、各種麻酔薬間の麻酔後嘔吐頻度の差が、神経伝達物質放出に及ぼす作用の相違と関連があるか否かを検討することである。ラットを用いて、ドパミンおよびセロトニンとその代謝産物である3,4ジヒロキシフェニル酢酸(DOPAC)、5ヒドロキシインドール酢酸(5-HIAA)の脳内含量に及ぼす亜酸化窒素の作用を検討した。その結果、大脳皮質及び延髄において亜酸化窒素はドパミン、セロトニン、及び5-HIAA含量には影響を及ぼさず、DOPAC含量を増加させた。ドパミン、セロトニンなどのモノアミン神経伝達物質は代謝回転が速く、代謝産物の含量がその伝達物質放出量と相関する。したがって、亜酸化窒素が大脳皮質及び延髄においてドパミン放出を促進することを示している。ラットを用いて、脳内マイクロダイアリシス法による大脳皮質のアセチルコリン放出に及ぼす各種麻酔薬の作用を検討した。その結果、亜酸化窒素は大脳皮質におけるアセチルコリン放出を増加させたが、イソフルラン、セボフルランは著明に減少させた。以上の結果より、亜酸化窒素の催吐作用はドパミンおよびアセチルコリン作動性ニューロン活動の亢進によることが示唆された。全身麻酔薬の中で、亜酸化窒素には麻酔後嘔気・嘔吐を引き起こす作用があり、プロポフォールには制吐作用がある。延髄の嘔吐中枢にはドパミン、セロトニン、アセチルコリンなどの受容器がある化学受容器ひきがね帯(chemoreceptor trigger zone:CTZ)からの刺激が入り嘔吐を引き起こす。本研究の目的は、CTZの各種神経伝達物質放出に及ぼす各種麻酔薬の影響を明らかにし、上記のように嘔吐に関する作用に差がある各種麻酔薬間に、CTZの各種神経伝達物質放出に及ぼす作用に相違があるか否かを検討することである。成猫を用いて、脳内マイクロダイアリシス法による延髄CTZのドパミン、セロトニン放出に対する亜酸化窒素の作用の検討を試みた。しかし、延髄CTZのドパミン、セロトニンがごく微量で、ドパミン、セロトニンの検出そのものが困難であり、麻酔薬の作用を検討するには至らなかった。今後、ドパミン、セロトニンの代謝阻害薬を微小透析液中に添加するなどして検出を試み、各種麻酔薬の作用を検討する。そこで、ラットを用いて、ドパミンおよびセロトニンとその代謝産物である3,4ジヒドロキシフェニル酢酸(DOPAC)、5ヒドロキシインドール酢酸(5-HIAA)の脳内含量に及ぼす亜酸化窒素の作用を検討した。その結果、大脳皮質及び延髄において亜酸化窒素はドパミン、セロトニン、及び5-HIAA含量に影響を及ぼさず、DOPAC含量を増加させた。

これは、亜酸化窒素が大脳皮質及び延髄においてドパミン放出を促進することを示している。したがって、亜酸化窒素の催吐作用は、延髄のドパミン作動性ニューロン活動の亢進によることが示唆された。嘔気・嘔吐は、麻酔・手術後合併症の中で、頻度の高いものである。特に全身麻酔薬の中で、最も頻繁に用いられている亜酸化窒素は麻酔後嘔気・嘔吐の頻度が高いといわれている。延髄の嘔吐中枢に刺激を送る化学受容器ひきがね帯(chemoreceptor trigger zone: CTZ)には、ドパミン、セロトニン、アセチルコリンなどの受容器がある。一方、全身麻酔薬は、中枢神経の活動即ち伝達物質の放出に影響を及ぼす。本研究の目的は、CTZに受容器の存在する各種神経伝達物質放出に及ぼす各種麻酔薬の影響を明らかにし、麻酔後嘔吐の頻度に差がある各種麻酔薬間に、神経伝達物質放出に及ぼす作用に相違があるか否かを検討することである。ラットを用いて、ドパミンおよびセロトニンとその代謝産物である3,4ジヒドロキシフェニル酢酸(DOPAC)、5ヒドロキシインドール酢酸(5-HIAA)の脳内含量に及ぼす亜酸化窒素の作用を検討した。その結果、大脳皮質及び延髄において亜酸化窒素はドパミン、セロトニン、及び5-HIAA含量に影響を及ぼさず、DOPAC含量を増加させた。ドパミン、セロトニンなどのモノアミン神経伝達物質は代謝回転が速く、代謝産物の含量がその伝達物質放出量と相関する。したがって、亜酸化窒素が大脳皮質及び延髄においてドパミン放出を促進することを示している。ラットを用いて、脳内マイクロダイアリシス法による大脳皮質のアセチルコリン放出に及ぼす各種麻酔薬の作用を検討した。その結果、亜酸化窒素は大脳皮質におけるアセチルコリン放出を増加させたが、イソフルラン、セボフルランは著明に減少させた。以上の結果より、亜酸化窒素の催吐作用はドパミンおよびアセチルコリン作動性ニューロン活動の亢進によることが示唆された。
高等真核生物におけるＲＮＡサイレンシングの構造基盤の解明

本研究では高等真核生物におけるRNAサイレンシングの構造基盤の解明を目的とした。本年度はArgonauteファミリータンパク質の構造解析に着手した。Argonauteは小分子RNAに結合しRISCとよばれる複合体を形成する中核因子であり、様々な特徴の違いによりAGOサブファミリーとPIWIサブファミリーの2つに大別される。AGOは22塩基長程度の小分子RNAに結合し種々の生命現象にかかわる、一方でPIWIは24-31塩基長の小分子RNA (piRNA)に結合し動物生殖巣においてトランスポゾンの発現を抑制する。この違いに加えてAGOとPIWIはRISC形成機構が異なる。近年真核AGOの結晶構造が相次いで報告されたが、その作動機構は完全には明らかになっていない。またPIWIについてはこれまで試料調製の困難さゆえに構造決定に至っていなかった。まずシロイヌナズナ由来Argonaute7 (Ago7)を解析対象として昆虫細胞を用いた発現・精製系を確立することに成功した。しかしながらタンパク質収量が極めて低く結晶化に至らなかった。次にPIWIタンパク質を解析対象とした。一般的な培養細胞ではなく動物由来生殖細胞を用いて、PIWIを特異的に認識する抗体を利用した精製系構築を目指した。生物種や精製条件の検討の末、カイコ由来PIWI (Siwi)を精製することに成功し、その結晶構造を2.4 Å分解能で決定した。SiwiはほかのArgonauteと同様、N-PAZローブとMID-PIWIローブからなっていた。Siwiは生殖細胞内在性のpiRNAと結合しており、それらの相互作用様式を明らかにした。さらに真核AGOと構造比較することでN-PAZローブの構造に大きな差異があり、その違いがAGOとPIWIの機能の違いを生み出すことを見出した。本研究成果は現在投稿準備中である。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では高等真核生物におけるRNAサイレンシングの構造基盤を解明することを目的としており、申請者は中核タンパク質Maelstrom (Mael)とArgonauteタンパク質(Ago)の結晶構造解析に取り組んでいる。本年度は、これまでの研究で明らかになったショウジョウバエ由来Maelの結晶構造を基にした生化学的機能解析、およびシロイヌナズナ由来Argonaute7 (Ago7)や生殖器官特異的なAgoタンパク質PIWIの構造解析に向けたコンストラクト・タンパク質発現系の検討などを行った。Maelは核酸結合モジュールのHMGドメインと機能未知のMAELドメインから構成される。piRNA経路を介したトランスポゾン抑制にはMAELドメインのみで十分であることが先行研究からわかっており、申請者はその結晶構造(DmMAEL)を決定したものの、生理学的機能は依然として不明であった。DmMAELがRNase H様フォールドをとることに着目し、ヌクレアーゼ活性測定を行い、DmMAELは活性を有することを示した。さらなる生化学的解析によりDmMAELは新規の一本鎖RNaseであることが明らかになった。HMGドメインの役割も不明な点が多かったが、ゲルシフトアッセイにより一本鎖RNAに強く結合することを示した。HMGドメインが基質との結合を促進し、MAELドメインが切断するというモデルを提唱し、現在論文執筆中である。Agoに関しては、Ago7とPIWIの構造解析を目指している。Ago7、PIWIともにHis-SUMOタグをN末端に融合したコンストラクトを作製し、大腸菌での発現を試みた結果、複数種のAgoタンパク質に関して発現が確認できた。培養温度やIPTG濃度などの発現条件を検討し、タンパク質発現条件の最適化を行った。現在、発現が確認できたものに関して大量培養ののち、精製条件の検討を進めている。タンパク質の可溶性・発現量を高めるため昆虫細胞発現系も既に構築しており、発現条件の最適化を行っている。本研究では高等真核生物におけるRNAサイレンシングの構造基盤の解明を目的とする。本年度はMaelstrom (Mael)の構造解析を基に生化学的機能解析を行い、成果をまとめた論文はCell Reports誌に受理された。さらにシロイヌナズナ由来Argonaute7 (AGO7)や生殖器官特異的に発現するAgoタンパク質PIWIの構造解析にも着手した。申請者はこれまでに決定したショウジョウバエ由来Maelの機能未知なMAELドメイン(DmMAEL)の結晶構造からDmMAELは特定のヌクレアーゼファミリーに共通してみられるRNase H様フォールドをとるが、そのファミリーに共通する活性部位をもたないことを明らかにした。しかし依然としてその生化学的機能は不明であった。そこでDmMAELについて様々な基質を用いたヌクレアーゼ活性測定を行った。その結果、DmMAELは一本鎖RNAを特異的に切断するエンドヌクレアーゼであることなどが示唆された。さらにカイコやマウス由来MAELドメインも共に同様の酵素活性をもつことを見出した。さらに結晶構造や一次配列などから酵素活性に関係すると予想されるアミノ酸残基の点変異体を多数精製し、活性測定の結果、活性に影響を与えるアミノ酸残基をいくつか同定した。これらの成果をまとめた論文はCell Reports誌に掲載された。Agoタンパク質に関してはAGO7とPIWIの構造解析を目指した。AGO7は様々なタグおよび発現ホストの検討の末、N末端His-SUMOタグ融合型AGO7を昆虫細胞で発現させることに成功した。現在、大量培養後の精製条件の最適化を進めている。

PIWIに関しても、複数生物種由来PIWIについて、コンストラクトや培養細胞発現系の検討を行ったものの精製することはできなかった。そこで動物由来生殖細胞からPIWI特異的抗体を用いた抗体カラムを利用することでPIWIを得ることを試みた。精製条件の検討により、PIWIの精製に成功した。しかしながら、収量が低いことから精製条件の最適化を行っている。本研究では高等真核生物におけるRNAサイレンシングの構造基盤の解明を目的とした。本年度はArgonauteファミリータンパク質の構造解析に着手した。Argonauteは小分子RNAに結合しRISCとよばれる複合体を形成する中核因子であり、様々な特徴の違いによりAGOサブファミリーとPIWIサブファミリーの2つに大別される。AGOは22塩基長程度の小分子RNAに結合し種々の生命現象にかかわる、一方でPIWIは24-31塩基長の小分子RNA (piRNA)に結合し動物生殖巣においてトランスポゾンの発現を抑制する。この違いに加えてAGOとPIWIはRISC形成機構が異なる。近年真核AGOの結晶構造が相次いで報告されたが、その作動機構は完全には明らかになっていない。またPIWIについてはこれまで試料調製の困難さゆえに構造決定に至っていなかった。まずシロイヌナズナ由来Argonaute7 (Ago7)を解析対象として昆虫細胞を用いた発現・精製系を確立することに成功した。しかしながらタンパク質収量が極めて低く結晶化に至らなかった。次にPIWIタンパク質を解析対象とした。一般的な培養細胞ではなく動物由来生殖細胞を用いて、PIWIを特異的に認識する抗体を利用した精製系構築を目指した。生物種や精製条件の検討の末、カイコ由来PIWI (Siwi)を精製することに成功し、その結晶構造を2.4 Å分解能で決定した。SiwiはほかのArgonauteと同様、N-PAZローブとMID-PIWIローブからなっていた。Siwiは生殖細胞内在性のpiRNAと結合しており、それらの相互作用様式を明らかにした。さらに真核AGOと構造比較することでN-PAZローブの構造に大きな差異があり、その違いがAGOとPIWIの機能の違いを生み出すことを見出した。本研究成果は現在投稿準備中である。Maelstromに関して、構造解析および機能解析の成果をまとめた論文がCell Reports誌に受理された。AGO7に関しては、コンストラクト・タグ・発現条件の最適化を行った結果、昆虫細胞を用いてタンパク質を発現させることに成功した。また当初の目的であったAGO7に加えて生殖器官特異的に発現するPIWIタンパク質についてもタンパク質を精製することに成功したことから概ね順調に進展していると考える。27年度が最終年度であるため、記入しない。AGO7に関して精製条件の最適化を進める。また、AGO7を昆虫細胞内で単独で発現させると結合するmiRNA
超分子有機半導体の創製

本研究では、有機半導体が本質的に包含する超分子性を理解し制御することで、秀逸な新材料として具現化し、それらを有機エレクトロニクスデバイス、特に社会的要請の強いエネルギーデバイスへと応用する。これにより真に価値ある有機半導体材料の開発を目指す。この中で、分子集合体での構造と電子状態が精緻に設計された有機半導体を「超分子有機半導体」と定義し、先ずその合理的な設計方針を確立する。これを実現するため、有機半導体における超分子効果を整理し、具体的事例から分子設計に基づく制御法を明確にする。次に、この知見をエネルギーデバイスのための有機半導体の開発へと展開し、有用材料の創出を目指す。分子集合体での構造と電子状態が精緻に設計された有機半導体を「超分子半導体」と定義し、合成化学、超分子化学、計算化学を総合した研究体制によって有機半導体における超分子効果を明確にすること、その上で薄膜太陽電池や熱電変換素子などのエネルギーデバイスに応用可能な新規有機半導体を創出することを目的としている。超分子化学的な相互作用効果の理解に基づく分子設計と分子配列制御が高性能有機半導体の開発に有効であるという視点に立った研究提案であり、新規性・独創性の高い内容となっている。有機半導体に関するこれまでの研究実績、研究計画の具体性、および研究組織から判断して、当該分野における十分な成果と新展開を期待できる。
アテロコラーゲン包埋法の応用

がんに対する遺伝子医薬治療を有効に行うためには、遺伝子ベクターや核酸医薬を生体での作用部位に効果的かつ特異的にデリバリーする技術が要求される。これらの目的を達成する目的でアテロコラーゲンによるオリゴヌクレオチドの生体内導入を検討し以下の成果を得た。1)炎症性サイトカインを抑えるICAM-Iに対するアンチセンスとアテロコラーゲン複合体を接触性皮膚炎モデルマウスの尾静脈から全身性に投与すると,マウスの耳に生じた接触性皮膚炎が顕著に抑制された。2)前立腺がんや乳がんで診られる全身性の骨転移に対する新たな治療法としてアテロコラーゲンによるsiRNAのデリバリーを試みた。まずsiRNAとアテロコラーゲンの複合体をマウス尾静脈から投与すると、各臓器の単位重量あたりのsiRNA量は,siRNA単独投与群に比べて、およそ3倍という高い導入効果を示した。さらにマウスに移植されたヒト前立腺がん腫瘍塊には3-4倍も良くデリバリーされていた。またルシフェラーゼを発現するヒト前立腺がん細胞PC-3Mを用いた骨転移モデルを用意し、リシフェラーゼを特異的に抑制するsiRNAをアテロコラーゲン複合体として尾静脈から全身投与し,そのマウスをin vivoイメージングで解析した結果,siRNA単独投与では全身の骨転移巣でのルシフェラーゼ量はせいぜい20-30%程度の抑制であったのに対し,siRNA/アテロコラーゲン複合体投与マウスでは90%以上の絶大な抑制効果が認められた。またこれらの複合体を投与されたマウスでは毒性は認められなかった。以上の結果はアテロコラーゲンがsiRNAの全身性のデリバリーに有用な方法であることを示している。しかし、siRNAには無関係な遺伝子の発現に影響を与えてしまう危険性があるため,今後は複合体投与の際の動物の生体反応やより詳細な遺伝子発現の変化等を慎重に検討する必要がある。遺伝子治療を有効に行うためには、遺伝子ベクターを生体での作用部位に適切な濃度-時間パターンのもとに的確にデリバリーする技術に加え、任意の時期にすみやかにデリバリーをストップすることの出来る安全策が施されていることが望まれる。これらの目的を達するための戦略として用いた、アテロコラーゲンによる遺伝子ベクターの生体内導入に関して、今年度の成果をまとめると、1)遺伝子ベクターを包埋したアテロコラーゲンを生体に導入後、任意の時期に除去する目的で、生体では分解されないセラミックとのハイブリッドを作製した。その結果、デバイスからの遺伝子ベクターの徐放化と組織での遺伝子発現を確認すると共に、簡単な外科的除去によりベクターの放出が最小限に抑えられることを確認した。2)アテロコラーゲンとB型肝炎ウイルスの表面抗原を発現するプラスミドベクターとの混合物を動物の皮下に注入することにより、ウイルス抗原に対する抗体産生を確認した。これによりアテロコラーゲシによる遺伝子導入方法がDNAワクチン産生のための新しい方法となりうる可能性を示した。遺伝子治療を有効に行うためには、遺伝子ベクターを生体での作用部位に適切な濃度、時間パターンのもとに的確にデリバリーする技術に加え、細胞内に取り込まれた遺伝子ベクターの徐放をコントロールすることで遺伝子発現を自由に制御するシステムの構築が要求される。これらの目的を達成するための戦略として用いたアテロコラーゲンによる遺伝子ベクターの生体内導入に関して、今年度の成果を以下にまとめる。1)細胞への導入率に関して、両者の混合物の最適な粒子径を決定すべく、詳細な検討を行ったところ、平均粒子径が125から150ナノメーターの場合が、遺伝子導入効率が最も良いことが判明した。この粒子が細胞内に取り込まれると、内包した遺伝子ベクターが徐放化され、遺伝子発現が長期間にわたって持続することが考えられる。2)アテロコラーゲンは静電気的に遺伝子ベクターと結合し、両者の混合比を調節することによって細胞に取り込まれやすいナノサイズの粒子状に成形することが可能である事を明らかにした。さらにこれらのナノサイズの混合物をあらかじめ96穴のマルチプレートに固定し、そこに細胞を播き込むと、細胞への遺伝子導入と発現が可能であった。この方法は、プラスミドDNAのみならず、ウイルスベクターやアンチセンスオリゴヌクレオチドをプレート上に固定化したうえで、細胞に導入することを可能にした。アテロコラーゲンによりプレート上にいったん固定化された遺伝子医薬は数週間活性を保ったままで保存が可能であった。この技術を応用したトランスフェクションアレイは、遺伝子医薬導入アレイを作成し、そこに目的の細胞を植え込むことで蛋白質の機能解析や疾患治療に有効な遺伝子医薬の細胞レベルでの発現スクリーニングをハイスループット化することが可能になった。我々は有効かつ安全ながんの遺伝子治療の実現に向けてアテロコラーゲン・デリバリーシステムによる生来内遺伝子発現制御方法の開発と応用を検討している。アテロコラーゲンは静電気的に遺伝子ベクターと結合しているが、本年度は両者の混合比を調節することによって細胞へと取り込まれやすいナノサイズの粒子形に成型する技術を完成させた。さらにはこれらのナノサイズの粒子混合物をあらかじめ96マルチウエルプレート上に固定化し、そこに細胞を巻き込むと、細胞への遺伝子導入と発現が可能であった。この方法は、プラスミドDNAのみならずウイルスベクターやアンチセンスオリゴヌクレオチド、さらにはsiRNAをプレート上に固定化したうえで、細胞にデリバリーさせ、機能を発揮することが可能であった。この技術を応用することで、遺伝子医薬トランスフェクションアレイを作成し、目的の細胞を植え込むことでタンパク質の機能解析や疾患治療に有効な遺伝子医薬の細胞レベルでの発現によるスクリーニングをハイスループット化することが可能になり、迅速な遺伝子機能の解析や有効な遺伝子医薬の発見につながるものと期待される。

また、アテロコラーゲン包埋法の動物個体レベルへの応用として、B16メラノーマ細胞の遺伝子治療に関するデリバリー方法の検討を開始した。方法としては、B16F10メラノーマ細胞を移植したマウスに対して、アテロコラーゲン遺伝子導入方法によってIL-2遺伝子をデリバリーし、腫瘍の抑制効果を遺伝子単独、あるいはリポゾーム法との場合と比較検討した。その結果、遺伝子単独、あるいはリポゾーム法に比べて、アテロコラーゲンをキャリアとした場合が顕著に皮下に移植した腫瘍を抑制した。今後は、B16メラノーマ細胞の肺転移の抑制に関してアテロコラーゲン包埋法が有効であるかどうかを、投与方法と併せて検討する。以上、本研究の遂行により、アテロコラーゲンが遺伝子治療用ベクターと相互作用し、ベクターの能力を生体内で効果的に引き出すことを証明し、遺伝子デリバリーにおけるバイオマテリアルの有用性を確立した。アテロコラーゲンとDNAとの結合は静電気的なものであり、ナノ粒子状の両者の複合体は細胞に効率良く取り込まれ、長期間にわたる遺伝子発現を可能にした。さらに動物を使って、これらのアテロコラーゲン・DNA複合体を用いた静脈内投与による遺伝子治療の効果を詳細に検討した。遺伝子治療のモデルとしてIL-2遺伝子投与によるB16メラノーマ細胞の肺転移モデルを用いた場合、アテロコラーゲンによるIL-2遺伝子投与はリポソーム法に比較して顕著な肺転移抑制効果を示し、アテロコラーゲン・DNA複合体の有効性が示唆された。また、疾患部位特異的遺伝子導入のためのツールとして、このアテロコラーゲン・遺伝子複合体に鉄分子をカップリングさせたナノ粒子を合成した。この粒子をマウスの尾静脈から注入し、肺及び肝臓に体外から250Gの磁場を照射したところ、複合体ナノ粒子は磁場特異的に集積し、その後の遺伝子発現も肺、肝臓特異的であり、その他の臓器外の非特異的発現はin vivoイメージング解析では認められなかった。以上の結果は鉄含有複合体と磁場誘導の手法が、臓器特異的遺伝子導入の新たな可能性を示すものである。本年度の研究成果により、アテロコラーゲン・遺伝子複合体のナノ粒子が生体内の腫瘍や特異的臓器にデリバリー可能であることが動物モデルを用いて判明した。複合体ナノ粒子の成型を均一にする技術が完成し、擬集を起こさない100nm前後の粒子を供給することが出来れば、本技術の臨床応用に近づく成果となあるであろう。さらにこの粒子にはアンチセンスのような短いオリゴヌクレオチドの包埋とデリバリーが可能であることがマウスの実験から明らかにされている。今後は、遺伝子の機能をノックダウンするツールとして大きな期待が寄せられている短い二重鎖RNA(siRNA)のデリバリー方法としての本技術の可能性を追求する必要がある。がんに対する遺伝子医薬治療を有効に行うためには、遺伝子ベクターや核酸医薬を生体での作用部位に効果的かつ特異的にデリバリーする技術が要求される。
高圧下における銅を含む複合酸化物の電気的性質と超伝導転移

La-Sr-Cu-O、Y-Ba-Cu-O系では金属領域でキャリア-濃度とT_cとの間に強い相関のあることが常圧下の実験で見いだされている。しかしながら、我々はLa-Sr-Cu-O系について1.5GPaまでの高圧下で多結晶試料のホ-ル係数の実験を行った所、T_cが圧力で上昇するのに比べて、ホ-ル係数つまりキヤリヤ-濃度はほとんど変化しないことが明らかになった。これはY-Ba-Cu-O系で報告された結果と同様であり、非常に興味深い。一方、最近発見された電子系のNd-Ce-Cu-O系について超伝導転移温度T_cの圧力効果を測定したが、T_cの圧力効果はほとんどないことがわかった。比較のために、類似の構造とT_cをもつNd-Ce-Cu-O系で実験を行ったところ、圧力効果は大きい事が分かった。こちらの系はホ-ルをキャリヤ-に持つが、従来他のホ-ル系では圧力効果が一般に大きかった事を考えると、電子系出は著しい相違がある事になる。この点について、dlnT_c/dpをT_cそのものの関数としてプロットして見ると、ホ-ル系ではT_cの小さいものほど圧力効果が大きいという関係が一般的にある事を見いだした。ところが電子系ではこの相関のある領域から全く離れたところに位置する。この結果を、結晶構造の系統性と比較してみると、CuとO原子でピラミッド型の構造をとるものがホ-ル系であり、圧力効果が大きい、YBa_2Cu_4O_8での中性子回折実験で頂点酸素のみが異常に圧力に対して変化する。という実験結果を考えると、頂点酸素の役割が圧力効果に対して非常に大きいと考えられる。これらの系に対するマ-デルングエネルギ-の計算と比較すると、頂点酸素によって橋渡しされるチェインから平面への電荷移動が圧力によって誘起されるものとの推論が成り立つ、このことを確かめるためには、高圧下の単結晶のホ-ル効果の測定が必要であろう。
光導波路法による、固体表面光反応の高感度モニタリング

本研究の課題は、我々が開発した光導波路法の汎用性を高め、特に固体表面・薄膜の光化学反応を高感度に追跡するシステムを作り上げることである。以下に本年度の成果をまとめた。1.光導波路法の多波長測定への展開光導波路法では、固体表面や薄膜の高感度光学測定が可能であるが、現在のシステムでは、レーザーによる単波長ないし複数波長の測定に限られる。そこで、チャンネル光導波路などとオプティカルマルチチャンネルアナライザーを組み合わせることによって、薄膜や表面種の時間分解スペクトルを測定するシステムを開発した。このシステムにより、後述するガラスの不安定色中心のスペクトルの時間変化や、色素含有ポリマー薄膜の着色過程を追跡することができた。2.超高感度光導波路の開発と応用超高感度の高屈折率薄膜導波路の欠点は、導波光の過剰な表面散乱である。これを解決するために、テ-パ-ペロシティーカプラー構造を導入した。センシング導波層としてTiO_2薄膜(厚さ250Å、屈折率2.3)を用い、垂直方向の測定と比較して光学密度を10^4倍に拡大できた。この導波路では、表面における散乱や吸収が大きく拡大されるので、導波路全体の損失のクラッド屈折率依存性が極めて大きくなる。その結果、屈折率センサーとして用いることもできるという特徴がある。3.光導波路法による新規現象の発見光導波路法の感度の高さは、今まで見過ごされてきた現象をあらわにする可能性を持つ。実際、紫外線照射によるガラスの色中心生成は、従来極めて弱いとされ、吸収スペクトル測定に数十時間を要していたが、例えばカリウムイオン置換導波路では、1項で述べた測定システムによれば、わずか数秒で色中心の過渡吸収スペクトル測定された。この色中心は、数十秒の短い寿命を持つ不安定なもおであることが判明した。
糖転移酸素活性、糖鎖抗原の発現と癌転移との関係の解明

成果1.癌化に伴って活性の上昇する血清α1,3フコース転移酵素の由来担癌患者血清中のα1,3FTは、腫瘍切除後活性が低下すること、腫瘍をはさんで2カ所から採血した血清中の1,3FT活性は腫瘍還流後の血中ででいずれも高く、またその大部分の活性が抗FUT6で中和されたことから、癌化に伴う血清中の1,3FT活性は、主として腫瘍に由来し、FUT6のコードするα1,3FTであることが考えられた。成果2.α1,2fucosy1基を持つ糖鎖と大腸癌の進展・転移-YB3抗体による組織学的検討-免疫染色ではα1,2フコシル基を持つ糖鎖は正常大腸組織では右側結腸の粘膜にしか発現しないが、癌化とともに左側結腸でも顕著に発現してくることが示された。またその発現パターンは深達度、リンパ節転移とも関連があり、病期が進行した症例ほどびまん性の染色性を示す。α1,2フコシル基を持つ糖鎖が大腸癌の進展・関与していることが示された。成果3 α1-酸性糖蛋白質糖鎖の癌性変化血中AGP糖鎖の癌性変化を見出すと共に、癌患者の予後予測にAGPのグライコフォームの解析が有用であることが示された。糖鎖合成酵素の遺伝子変化の解析癌関連糖鎖抗原に関与する糖鎖合成遺伝子FT-VIに対象を絞り、大腸癌組織中より分離したDNAを用いてSSCP法による変異の解析を行った。29例中3例に変異が認められた。この変異部分のシークエンスを検討中であるが、その結果を踏まえて遺伝子の変異と酵素活性や基質特異性との関連を今後解析する。hydrase活性の測定糖鎖合成における糖供与体の分解酵素GDP-Fucose Hydraseの測定系を開発し、糖鎖合成に関与する合成酵素以外の因子としてその意義を検討した。血清中の活性は術後癌再発時には低下する傾向をしめし今後、症例の集積とともに臨床的意義を検討する。1.糖鎖合成酵素の遺伝子導入細胞での検討11年に得られた結果を基に、α1-2fucosyltransferaseをcodeする遺伝子を、この遺伝子が欠損している癌細胞colon26に遺伝子導入し、得られた細胞について抗原の発現が定常的に見られることを確認後、癌の転移能、抗癌剤耐性、紫外線耐性、温度感受性について検討を行った。vectorのみを導入した細胞との比較である種の抗癌剤の耐性が生じること、hyperthermiaにおける温度感受性の変化が認められ、癌の生物学的特性にFT遺伝子が関与していることが示唆された。今後臨床への応用を念頭においた、in vivoの系での検討を行う予定である。2.YB-3抗体を用いた大腸癌での抗原の発現臨床例での糖鎖の発現と癌の治療効果との関係を明らかにする目的で、α1-2fucoseを認識するmonoclonal抗体、YB-3を用いて、ヒト大腸癌組織の免疫染色をおこなった。これまでの酵素活性とmRNAの発現の結果と一致し、正常粘膜には、免疫染色においても発現が認められず、癌部位では約80%の症例で染色された。しかし、上行結腸、盲腸では、正常の粘膜部にもわずかに染色性が認められた。臨床病理学的背景との関連を明らかにすると同時に1.のin vitroの結果とあわせて、抗癌剤の耐性との関連を臨床サンプルを用いてさらに検討を続ける。1.血中酵素起源の検索大腸癌切除時に還流静脈にカニュレーションを行い腫瘍感流血を採取した。同時に末梢動脈より採血しサンプルのα1-3Fucosyltransferaseの活性を測定しその差を算出し臨床病理学的諸因子との関係を検討したところ、腫瘍計が大きくなるほどその差は拡大した。また、Western blottingを用いにて、FUT6の特異抗体にて染色を行い、この抗体活性がFUT6遺伝子に由来することを確かめた。以上の結果は、英文誌に投稿し採用された2. YB3抗体による組織学的検討α1-2fucosy1基を持つ糖鎖抗原と反応するモノクロナル抗体YB3を用いて大腸癌の組織染色を行った。

同時に組織を採取し、正常・癌部それぞれのα1-2transferase活性を測定した。その結果、左側結腸では、正常部では酵素活性が低くまたYB3の反応も少なかった。しかし癌部においては酵素活性も抗原の発現も認められ、癌における異常な酵素活性の上昇の存在が推定できた。3.遺伝子導入細胞の特性の検討α1-2、1-3fucosyltransferase欠損細胞株Colon26にそれぞれの遺伝子を導入した細胞の、温熱効果に対する感受性を検討した。その結果、遺伝子の導入により温度感受性が増大することが判明した。14年度報告1.細胞密度による転移能の変化がんの転移は原発巣での何らかなepigeneticな変化を受けた癌細胞が転移をおこしてくると考えられる。そこで細胞同士が常に接触した状態で癌細胞を培養することによる転移能の変化と表面抗原の変化を検討した。高密度で培養した細胞はマウスの肺転移モデルで転移能が亢進し同じ細胞を低密度で培養するとその効果はなくなることが明らかとなった。2.細胞密度による糖合成酵素活性の変化高密度培養条件で培養した細胞にはレクチンや糖鎖抗原に対する抗体への反応性が変化した。この変化を担う糖鎖合成系の酵素活性を検討するとGal-Transferaseの活性の増強が起こっておりこれにより、可逆性の表面糖鎖の変更が起こっていることが示唆され転移のメカニズムの解明に有用と思われた。3.血清中AGP上の糖鎖の変化肝臓で合成される糖蛋白AGPは一分子に4箇所の糖鎖が結合し、その末端にはSialyl Lewis Xの構造を持つ。がん患者の血清のAGP上の糖鎖をレクチンを用いた2次元泳動にて解析したところ、分岐構造をもつ糖鎖の上昇と患者予後との相関関係が推察された。長期的な予後の観察中であるが、再発の予想因子としての意義を今後も検討を続ける。