hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
上肢の随意的筋弛緩運動における予測的姿勢制御と事象関連脳電位

本研究では、上肢運動を同一の主動作筋の収縮あるいは弛緩で開始する運動課題を課し、上肢運動に付随する外乱を補償する姿勢制御、および上肢運動前の注意や運動準備状態について検討した。収縮および弛緩による運動条件間で、運動前の注意や運動準備状態ならびに運動開始までの処理時間に差はなかった。しかし、主動作筋に対する姿勢筋活動の変化の開始は、収縮運動の方が遅かった。これは運動速度の違いによる可能性が考えられた。今後、運動速度を考慮に入れて、収縮と弛緩による運動について検討していく必要性が示唆された。平成27年度に測定したデータの結果から、弛緩動作は収縮動作よりも困難であると考えられ、被験者が弛緩動作を十分に行えるような状況にて、本動作を詳細に検討する必要性が示唆された。それを受けて、弛緩動作に集中できるようにS2に対して常に反応を行う課題に変更したところ、被験者は弛緩による動作を行えたことが確認できた。したがって、平成28年度は、この課題条件にて実験を重ねていき、弛緩による動作の詳細について検討する。さらに、収縮と弛緩の切り替えについて、選択反応課題にて切り替えに関連する事象関連脳電位P300を用いて検討を行っていく。運動生理学
高速高精度A-D・D-A変換のためのディジタル量子化器及びディジタルフィルタ

高い線形性を有するA-D・D-A変換器において,アナログ回路の製造過程で生じる素子値の誤差により,線形性は大きく劣化してしまう.この問題に対して,入力信号を補間した上で高次1ビットΣΔ変換器を用いる手法があるが,必要な補間倍率が高くなってジッタにより精度が逆に劣化したり,消費電力が膨大になる問題が生じる場合がある.更に動作の安定性に致命的な問題が生じることも知られており,未だ未解決である.このためこの種のA-D, D-A変換器の性能は頭打ちになっており,またΣΔ変換器自体の応用先も限定されたままとなっている.これらの問題に対して研究代表者は,平成1415年度において,補間倍率128でSN比132dBが可能となることを示すに至り,高いSN比を維持しつつ補間倍率を低減してきている.そして,補間倍率64でSN比107.6dBを実現する厳密に安定なΣΔ変換器の設計に成功している.上述の手法により,オーバーロードが無く安定なシグマデルタ変換器が設計可能とはなるが,一般に,オーバーロードを有限とした上で安定性を保証することにより,ノイズシェーピングの性能を改善することができる.本研究では,D-A変換器に対し,あらゆる入力信号に対して厳密に安定,かつ出力誤差が解析可能となる量子化器の効率的な実現を目標としている.裏面雑誌論文に掲載されている論文において,まず安定な多ビットΣΔ変換器と,有限長のベクトルを出力する非線形時不変量子化器の組み合わせによる安定な量子化器を提案している.本量子化器の利点として,出力信号が有する誤差スペクトルのピークが従来の量子化器に比べ大きく低減される点がある.本研究において,従来のシグマデルタ変換器の性能の再評価とアルゴリズムの解析を行った.始めに,変換器の安定性をある十分条件の下で保証しつつ出力誤差成分のピークを最小化するための変換器の設計アルゴリズムを提案し,多数の変換器の次数に対して最適設計を行った.これにより,用いた安定性を保証する十分条件の下での変換器の最適な性能が,明らかになった.少なくとも,オーバーサンプリング比128程度でさえSN比130dB程度を実現する変換器が存在することが明らかになった.この性能は,研究代表者自身が当初予想した性能を遥かに凌ぐ性能であり,またこの設計において更なる性能改善の余地が残されていることから,研究実施計画においては,回路規模の最適化や非線形時不変量子化器との組み合わせを考察する予定であったが,計画を変更し,シグマデルタ変換器自体の設計法の更なる改善を試みている.線形計画法を用いた設計法を新たに開発し,現在,この設計法を上述の設計法に組み込むための手法を検討中である.この線形計画法を用いた設計法については,新たに雑誌論文に投稿中である.高い線形性を有するA-D・D-A変換器において,アナログ回路の製造過程で生じる素子値の誤差により,線形性は大きく劣化してしまう.この問題に対して,入力信号を補間した上で高次1ビットΣΔ変換器を用いる手法があるが,必要な補間倍率が高くなってジッタにより精度が逆に劣化したり,消費電力が膨大になる問題が生じる場合がある.更に動作の安定性に致命的な問題が生じることも知られており,未だ未解決である.このためこの種のA-D, D-A変換器の性能は頭打ちになっており,またΣΔ変換器自体の応用先も限定されたままとなっている.これらの問題に対して研究代表者は,平成1415年度において,補間倍率128でSN比132dBが可能となることを示すに至り,高いSN比を維持しつつ補間倍率を低減してきている.そして,補間倍率64でSN比107.6dBを実現する厳密に安定なΣΔ変換器の設計に成功している.上述の手法により,オーバーロードが無く安定なシグマデルタ変換器が設計可能とはなるが,一般に,オーバーロードを有限とした上で安定性を保証することにより,ノイズシェーピングの性能を改善することができる.
光合成複合体間の連係プレイにおける構造基盤の解明

本研究は、天然光合成の初期過程における集光・電荷分離と電子移動間の連係プレイ(Interplay)に関するものである。これらの素機能を担う光捕集複合体LH1、反応中心RC、水溶性電子伝達タンパク質HiPIPと膜内チトクロム(Cyt) bc1を研究対象とし、LH1-RC、HiPIPとCyt bc1からなる光捕集・電荷分離・電子伝達の3機能を併せもつ超分子複合体の共結晶化と構造解析を行い、これらの複合体間において機能調節を司る相互作用の構造基盤の解明を目指す。本年度はまずHiPIPとLH1-RCの単離精製および特性評価を行った。好熱性紅色硫黄光合成細菌Thermochromatiumtepidum由来のHiPIPを水溶性画分から、LH1-RCを膜画分からそれぞれ単離できた。吸収スペクトル、SDS-PAGEおよびMALDI-TOF/MSの測定結果から両タンパク質とも高純度に精製され、HiPIPは還元状態であることを確認した。次に、HiPIPとLH1-RCの共結晶化を行った。精製されたHiPIPとLH1-RCを界面活性剤を含む溶液でバッファー置換と濃縮を行い、HiPIPとLH1-RCを各種モル比で混合し、シッティングドロップ法とオイルバッチ法で結晶化を行った。約2週間後に一部の条件下で結晶の形成が確認されたが、MALDI-TOF/MS測定ではpHやHiPIPの割合によって結晶中に含まれるHiPIPの組成にバラツキがあった。有望と見られる結晶を回折実験で調べたところ、タンパク質が単独に存在する場合に得られた結晶と比べて、空間群や格子定数に変化が現れたことからHiPIPとLH1-RCとの共結晶が形成されたことを示唆した。本補助金を受ける前から通常の菌体培養から各種タンパク質の精製、特性評価までの手法を確立し、各種予備実験などを行ってきたため、本研究課題をスムーズに開始することができた。1年目の今年はHiPIPとLH1-RCの単離精製および特性評価までは順調に行ったものの、共結晶化条件のスクリーニングと共結晶形成の確認に予想以上の時間と労力がかかった。最終的には、協力研究者たちとの努力によって膨大な条件の組合せの中からかなり限られた条件まで絞り込むことができた。まだ結果の再現性などを確認する必要があり、これができ次第、速やかに成果を学会発表と国際学術論文誌を通して社会に発信する予定である。以上のことを総合的に判断した結果、上記の評価とした。現状では、共結晶化条件の更なる最適化が必要である。具体的に、pH、金属イオンの種類と濃度、沈殿剤PEGのサイズ、界面活性剤、温度、バッファーの種類などを調整して、得られる結晶の回折分解能で判断する。これと同時に共結晶の構造解析を開始する予定である。既存のLH1-RCの高分解能構造を用いて分子置換を行い、結合部位と考えられるところにHiPIPに対応する電子密度の有無を確認する。一方、LH1-RCとHiPIPとの相互作用を裏付けるために等温滴定マイクロカロリメトリーと赤外分光FT-IR測定を行う。これらの手法によって相互作用における熱力学的パラメータ(結合定数、化学量論比、Gibbs自由エネルギー、エントロピー、エンタルピーなど)と相互作用する界面における構造変化を調べることができる。

最終的には、協力研究者たちとの努力によって膨大な条件の組合せの中からかなり限られた条件まで絞り込むことができた。まだ結果の再現性などを確認する必要があり、これができ次第、速やかに成果を学会発表と国際学術論文誌を通して社会に発信する予定である。以上のことを総合的に判断した結果、上記の評価とした。現状では、共結晶化条件の更なる最適化が必要である。具体的に、pH、金属イオンの種類と濃度、沈殿剤PEGのサイズ、界面活性剤、温度、バッファーの種類などを調整して、得られる結晶の回折分解能で判断する。これと同時に共結晶の構造解析を開始する予定である。既存のLH1-RCの高分解能構造を用いて分子置換を行い、結合部位と考えられるところにHiPIPに対応する電子密度の有無を確認する。一方、LH1-RCとHiPIPとの相互作用を裏付けるために等温滴定マイクロカロリメトリーと赤外分光FT-IR測定を行う。これらの手法によって相互作用における熱力学的パラメータ(結合定数、化学量論比、Gibbs自由エネルギー、エントロピー、エンタルピーなど)と相互作用する界面における構造変化を調べることができる。
人類進化の視座に基づくヒトの望ましい栄養摂取量、身体活動量、体格の再検討

研究実施計画書にしたがい、本年度も文献調査およびフィールドワークを行った。文献調査は、現代に生きる狩猟採集民、伝統的漁撈民・農耕民の先行研究に加えて都市居住者(先進国および発展途上国)を収集し、体格・栄養摂取量・身体活動量のデータを分析した。また霊長類、先史人類の考古学的研究についても、方法論の違いに注意を払いながらデータ収集、分析を行った。データ分析、とくに方法論の違うデータの比較・統合について利用可能性の高い手法について学んだ。フィールドワークは、研究計画書に記載したとおり、インドネシア共和国の都市居住者(中部ジャワ州の州都スマラン市)について、とくに子どもの肥満に焦点をあてて測定調査を行った。また、コミュニティー全体を対象とした調査としては、南太平洋ソロモン諸島の首都近郊の村居住者を対象として調査を行った。調査内容は、1)身体計測・血圧測定、2)食物摂取量調査、3)安静時代謝量測定、4)身体活動量測定であった。発表論文(別紙参照)としては、国内高齢者の身体活動量とフィットネス、パプアニューギニア高地民の農村居住者と都市移住者の身体活動量および体格・体組成に関する比較研究をはじめとして、海外の研究者と協力してアフリカ(カメルーン)狩猟採集民、日本人大学相撲選手、中国都市部および農村部の学童、トンガ王国の思春期の少年少女について公刊した。研究実施計画書にしたがい、文献調査およびフィールドワークを行った。文献調査は、現代に生きる狩猟採集民、伝統的漁撈民・農耕民の先行研究を収集し、体格・栄養摂取量・身体活動量のデータを分析した。フィールドワークは、南太平洋ソロモン諸島の伝統的半農半漁民および都市居住者を対象として調査を行った。伝統的半農半漁村の住民は、根茎類、魚、ココヤシといった自給的食物に依存していたことが明らかとなった。コメ、小麦粉、缶詰といった購入食品の摂取栄養素量(エネルギー、タンパク質、脂質)に占める割合は1割に満たなかった。一方、遺伝的に等しいメラネシア系の都市居住者の食生活は現金経済の浸透にともない購入食品の依存度が高まっていた。実際に、エネルギー、タンパク質、脂質摂取量に占める購入食品の割合はいずれも5割を超えていた。このように食事内容は大きく異なっていたものの、栄養摂取量は伝統的村落居住者と都市居住者で差はなかった。成果発表として、計画書に記載した国際学会(X International Congress of Auxology)で口頭発表を行った。また、日本生理人類学会(6月)、日本民族衛生学会(11月)、日本成長学会(12月)、福岡教育大学国際シンポジウム(2005年1月)で学会発表を行った。
外国人研究者のための科学技術日本語読解CAIの開発

科学技術の読解支援システムを開発、とくに、本研究では、科学技術文献における重要表現の訓練システムの開発を行った。開発にはサンマイクロシステム社のワークステーションSun SPARCstation 5を用いた。開発には、C、AWK、SEDなどのプログラミング言語、スクリプト言語などを使った。日本語の科学・技術論文・雑誌の記事を収集し、それぞれ機能別に例文と文型を整理し、機能、日本語、英語、翻訳のインデックスをつけたデータベースを作成した。たとえば、問題の核心や要点を述べる表現を日本語でなんというかを調べたい時はkey,glimpse,core,heartなどの用語で検索し、“これは問題の核心にふれる/これは問題を解く鍵である"という日本文を提示してくれる。これは作文にも使えるデータベースであるが、本研究ではこのデータベースを利用して、電子化された専門文献から問題点を指摘する,問題を考察する観点を示す,問題を後回しにする,問題の考察を始める,問題の核心・要点を述べる,例をあげる,理由や根拠を述べる要約する,由来を示す,本論へ導入する,分類する,付け加える,表現法を限定する表現される,反論する,反対の趣旨に導く,対照的なことへつなぐ,反対の趣旨に導く,などの機能を含む日本語文を自動抽出し、単文、複文、名詞修飾節を持つ文、またその複文のように文の複雑さ、文の長さでソーティングを行い、単文読解訓練用の文章を作成するシステムを作った。今後の課題は、このシステムが出力する単文に対する回答方法を受理し、その正誤の判定をする部分を開発すること、システムの評価があげられる。
音波摂動を用いた遺伝子操作技術「ソノジェネティクス」の創出

初年度である平成29年度は、発見した音波応答性遺伝子の応答特性を詳細に解析して学術誌に報告するとともに、ゲノムワイドに音波応答遺伝子を検出する取り組みを開始した。主な実績は以下である。1.音波応答性遺伝子の特性解析メカノバイオロジーや超音波に対する遺伝子応答の知見を参考に、音波刺激によって有意にその活性を低下させる遺伝子を複数発見し、その応答特性を解析した。その結果、この遺伝子応答には、1)音波の音圧と波形が重要な要素である一方、周波数はあまり影響がないこと、2)明らかな細胞種依存性がみられること、などを見出した。これらの知見を論文にまとめ、学術誌に報告した。2.音波応答遺伝子のゲノムワイド探索音波に対する影響が顕著に見られたマウス筋芽細胞C2C12を用い、次世代シークエンサーを用いたRNA-seqにより、音波依存的にその発現量を変化させる遺伝子を検索した。その結果、音波により活性的・抑制的制御を受ける遺伝子候補を多数得ることに成功した。現在その実験的検証を進めるとともに、データ解析を進めて音波に対する細胞応答の全体像を得ることを目指している。これらにより、細胞レベルで遺伝子の音波応答が起きる可能性を示すことができた。この業績は、本研究が目する音波依存的な遺伝子制御システム「ソノジェネティクス」の足掛かりとなるものであり、今後の研究発展に向けた基礎を固めることができたものと考えている。平成29年度には、音波応答遺伝子を学術論文に報告することで、今後の研究を進めていく足がかりを作ることができた。また、ゲノムワイド解析も予定通り進展し、今後の研究期間において音波応答性遺伝子制御システムを構築する基礎が整いつつある。これらのことから、全体の研究はおおむね順調に進んでいるといえる。平成29年度の進展を元に、今後は音波摂動による遺伝子操作技術「ソノジェネティクス」の確立のため、当初の予定の通りに以下の計画を推進する。1.人工導入した遺伝子を音波で操作する技術の開発RNA-seqで挙げた音波応答性遺伝子のプロモーターをクローニングし、それが音波応答性を示すかどうかをレポーターアッセイにより明らかにする。これにより、音波に応答するゲノム領域を特定することができる。2.音波により細胞内在性遺伝子を操作して細胞分化を制御する技術の開発いくつかの音波応答性遺伝子は骨芽細胞分化に関係する。このことから、音波を用いて細胞分化をコントロールするシステムの構築を目指し、様々な細胞種や音波を用いて定量的に細胞分化能を評価していく。
喉頭粘膜ならびに内喉頭筋の血流および血管分布様式に関する研究

四肢骨格筋におけるミオシンATPase染色による筋線維タイプ分類の検討では、タイプ分類だけではなく、筋線維タイプ別に毛細血管分布についても論じられている。好気性代謝を行うタイプ1筋線維は毛細血管の分布が多く、逆に解糖系代謝を行うタイプ2b筋線維は毛細血管分布が疎であるとされている。しかし、内喉頭筋においては筋線維タイプ分類の検討だけであり、毛細血管分布の検討は未だ報告されていない。そこで我々は、内喉頭筋における毛細血管分布を明らかにするため以下の検討を行った。実験動物には成熟雌ラットを用いた。喉頭を摘出し、イソペンタン内で急速凍結固定を行い、厚さ10μmの連続凍結切片を作成した。対象としたのは甲状披裂筋(内筋)と後輪状披裂筋(後筋)で、比較対照として長指伸筋を選んだ。毛細血管の染色にはアルカリフォスファターゼ染色を、筋線維タイプ分類にはミオシンATPase染色を用いた。検討項目は、平均筋線維断面積、タイプ1線維の構成比率、毛細血管数/筋線維数、毛細血管密度、筋線維周囲の毛細血管数である。その結果、後筋が最も毛細血管分布に富み、次いで内筋、長指伸筋の順であった。内喉頭筋間で差が見られた点については、後筋は唯一の声門開大筋であることに加えて、タイプ1線維の比率が高いと言うこともあるために毛細血管分布が豊富という結果になったと考えられ、合目的な分布様式であると思われた。また、内喉頭筋は四肢筋より毛細血管分布が豊富という結果から、各筋の担う筋活動の差が毛細血管分布に関連しているものと推察した。今後はさらに、内喉頭筋における毛細血管の立体的分布について検討を行うことで、内喉頭筋の特殊性を明らかにすることができれば望ましいと考える。
線条体の局所回路ニューロンの機械的特徴付け

運動制御に関連する線条体の神経回路の解析を進めるために、線条体を構成する神経細胞の特徴を生理学的・解剖学的手法を用いて調べた。特に,今までほとんど解析のされていない線条体の局所回路ニューロンの性質を脳切片標本で明らかにした。線条体の介在細胞は生理的特徴から三種類(LAcell、FScell、PLTScell)に分けられ、それぞれの細胞は発火様式を膜電位依存的に変えることを見つけた。これらの細胞は神経支配の仕方などの形態的特徴も異なっていた。またアセチルコリン(ACh)合成酵素、抑制性伝達物質GABA、一酸化窒素(NO)合成酵素を持つ細胞と生理的・形態的サブタイプとの関連も明らかにした。線条体の出力細胞はこれら三種類の介在細胞から性質の異なる制御を受けていると考えられる。
高等動物細胞の分化・増殖を制御する遺伝子の解析

高等動物細胞の細胞周期G1期の制御機構の解析は、細胞の分化、癌化、老化がいかにして起こるかを知る上で必要不可欠である。G1期特異的なサイクリン依存性キナーゼCdk4を中心にその制御機構を調べてきた。この酵素は17番目のチロシン残基の燐酸化・脱燐酸化により活性が制御されているが、この制御機構が紫外線によるG1期停止の中心的役割を担っている。このことはチロシン残基をフェニルアラニン残基に置き換えた脱燐酸化型(活性化型)のCdk4が紫外線によりG1期停止を起こせなくなること、そして紫外線照射してG1期停止を起こしている細胞のCdk4は確かにチロシンが燐酸化されたままとなっているから明らかとなった。こうした細胞では修復が完了しないままS期へと入ってしまうため染色体異常が多発する。このCdk4は静止期に燐酸化され、増殖刺激により脱燐酸化され、増殖期には有意な変化のないことを見いだした。この制御機構がG0からG1へ移行するのに使われていることを意味する。このことは増殖中の細胞よりも静止期からスタートさせたばかりの細胞の方が紫外線によく反応して増殖が停止することもよく説明する。G0からG1期への移行と染色体異常の発生との関連は以前より注目されてきたことであり、この機構の解明に重要な手がかりが得られると思われる。また癌化と通常増殖ではそのシグナル伝達経路が質的に異なっていることを示す知見を得た。通常増殖時のNRK細胞では抗Cdk4抗体の微量注入によりS期開始を阻害できるが、癌増殖時は抗Cdk4抗体だけでは阻害できず、抗Cdk6抗体と共に注入した場合のみにS期開始が阻害できた。ところがどちらの刺激でもCdk4、Cdk6共に活性化されており、発現量も局在も変らない。すなわち癌化誘導時、Cdk6の未知の標的(Rb以外)が誘導されてCdk6に依存したシグナル伝達がONとなり、癌増殖(足場非依存性増殖)が引き起こされることが示唆された。一方、分裂酵母の性分化制御異常の突然変異株を用いてクローニングされた高等動物細胞由来の遺伝子Rod1は、同様にしてクローニングされた分裂酵母の遺伝子Nrd1のホモログである。両者は栄養源枯渇のシグナルによる分裂酵母の性分化をSte11を制御することによりコントロールしていた。Rod1は、個体の発生過程においても時期特異的な発現パターンを示し、培養細胞レベルでも分化と発現パターンとの間に相関が見られた。巨核球への分化誘導可能なヒト白血病細胞K562にRod1を大量発現させると発現量と相関してその巨核球への分化が抑制された。以上よりRod1は高等動物においても分化制御に関係のあることが分かった.高等動物細胞の細胞周期G1期の制御機構の解析は、細胞の分化、癌化、老化がいかにして起こるかを知る上で必要不可欠である。以上よりRod1は高等動物においても分化制御に関係のあることが分かった.高等動物細胞の細胞周期

G1期の制御機構の解析は、細胞の分化、癌化、老化がいかにして起こるかを知る上で必要不可欠である。G1期特異的なサイクリン依存性キナーゼcdk4を中心にその制御機構を調べてきた。この酵素は17番目のチロシン残基の燐酸化・脱燐酸化により活性が制御されているが、この制御機構が紫外線によるG1期停止の中心的役割を担っている。このことはチロシン残基をフェニルアラニン残基に置き換えた脱燐酸化型(活性化型)のcdk4が紫外線によりG1期停止を起こせなくなること、そして紫外線照射してG1期停止を起こしている細胞のcdk4は確かにチロシンが燐酸化されたままとなっているから明らかとなった。こうした細胞では修復が完了しないままS期へと入ってしまうため染色体異常が多発する。このcdk4は静止期に燐酸化され、増殖刺激により脱燐酸化され、増殖期には有意な変化のないことを見いだした。この制御機構がG0からG1へ移行するのに使われていることを意味する。このことは増殖中の細胞よりも静止期からスタートさせたばかりの細胞の方が紫外線によく反応して増殖が停止することもよく説明する。G0からG1期への移行と染色体異常の発生との関連は以前より注目されてきたことであり、この機構の解明に重要な手がかりが得られると思われる。一方、分裂酵母の分化制御異常の突然変異株を用いてクローニングされた高等動物細胞由来の遺伝子Rod1は、同様にしてクローニングされた分裂酵母の遺伝子Nrd1のホモログである。両者は栄養源枯渇のシグナルによる分裂酵母の性分化をSte11を制御することによりコントロールしていた。Rod1は、個体の発生過程においても時期特異的な発現パターンを示し、培養細胞レベルでも分化と発現パターンとの間に相関が見られ、高等動物においても発生分化に関係のあることが分かった。高等動物細胞の細胞周期G1期の制御機構の解析は、細胞の分化、癌化、老化がいかにして起こるかを知る上で必要不可欠である。G1期特異的なサイクリン依存性キナーゼCdk4を中心にその制御機構を調べてきた。その結果癌化と通常増殖ではそのシグナル伝達経路が質的に異なっていることを示す知見を得た。血清により通常増殖を誘導したNRK細胞は抗Cdk4抗体の微量注入でS期開始を阻害できるが、増殖因子により癌増殖を誘導したNRK細胞は抗Cdk4抗体だけではS期開始を阻害できず、抗Cdk6抗体と共に注入した場合のみにS期開始が阻害できた。ところがどちらの刺激でもCdk4、Cdk6共に活性化されており、発現量も局在も変わらない。Cdkインヒビター発現量も変化ない。以上のことより癌化誘導時、Cdk6の未知の標的(Rb以外)が誘導されてCdk6に依存したシグナル伝達がONとなり、癌増殖(足場非依存性増殖)が引き起こされることが示唆された。また、Cdk4は17番目のチロシン残基の燐酸化・脱燐酸化により活性が制御されているが、この制御機構が紫外線によるG1期停止の中心的役割を担っている。この17番目のチロシン残基は静止期に燐酸化され、増殖刺激により脱燐酸化され、増殖期には有意な変化のないことを見いだした。
磁気圏擾乱における中緯度電離圏-内部磁気圏電磁結合の役割

孤立型サブスームの爆発相開始時に対流電場と過遮蔽電場がともに強まることを、磁力計ネットワークとSuperDARN観測から事例、および統計解析により明らかにした。中緯度赤道では過遮蔽電場が卓越し、HFドップラー観測データの解析から夜側中緯度で2mV/mを超えることがわかった。この値は磁気嵐に伴う対流電場に匹敵し、サブストーム発生が磁気圏対流を阻害し、磁気嵐の盛衰に影響を与える可能性を示唆する。中低緯度の電離圏電場の起源のうち極から侵入する電場には、対流電場と過遮蔽電場の2種類あり、それらの競合によって電場の向きが決まる。対流電場は領域1沿磁力線電流(R1-FAC)に伴う電場で太陽風磁場が南向きの場合に発達する。一方、過遮蔽電場は領域2沿磁力線電流(R2-FAC)に伴う電場であり、そのダイナモは磁気圏の非対称赤道環電流にある。本研究では対流電場と過遮蔽電場が競合した中緯度電離圏の電場が内部磁気圏へ伝搬し、さらに磁気圏擾乱に影響を与える可能性を検証することが目的である。我々はサブストーム爆発相に過遮蔽電場が卓越し西向き赤道ジェット電流(CEJ)が強まることを示してきたが、一方Huang et al.[2004,2009]はSawtoothイベントの解析からサブストーム時に対流電場が卓越すると主張した。そこで本年度は、サブストーム時の対流電場と過遮蔽電場の競合関係を明らかにするため、再検証を行った。2002-07年のIMAGE磁力計網のオーロラ帯で東向きジェット電流が強まると同時にサブオーロラ帯で過遮蔽が生じた事例(5nT以上の減少が20分以上継続)を確認し、133事例を抽出した。磁気赤道(Sao Luiz,Huancayo)の地磁気データによると、これらの事例ではCEJが強まっていた。さらに120事例で、夜側中緯度の柿岡でほぼ同時にポジティブベイが観測され、サブストーム爆発相に過遮蔽が発生したことを確認した。すなわち、サブストーム爆発相に対流電場と過遮蔽電場の両方が強まったが、R2-FACの発達により中低緯度では過遮蔽電場が卓越したと考えられる。擾乱が継続的に発生するSawtoothイベントの場合は孤立型サブストームとは異なり、R1-FACが卓越した状態が続く可能性もある。これらの成果は論文としてまとめ、2011年1月に米国地球物理学会誌に投稿した。本研究課題では中緯度電離圏がエネルギー伝送路としての役割を持つという仮説のもとに、中緯度の電離圏電流および電場変動が磁気嵐やサブストームなどの擾乱現象において果たす役割を明らかにすることを目的とする。昨年度までにサブストーム爆発相に中低緯度で、対流電場の過遮蔽が発生することを事例・統計解析の両面から示し、論文を今年度9月に米国地球物理学会誌に発表した。サブストーム時には夜側のカレントウェッジだけでなく、昼側サブオーロラ帯の領域2型沿磁力線電流系(R2-FAC)および、昼側赤道電離圏まで広がる電流系も同時に発達することを示した。Tanaka et al.(2010)のグローバル磁気圏MHDシミュレーションが示したサブストーム電流系とよく一致することが注目される。夜側のカレントウェッジと昼側のR2-FACのどちらが先に発達するかという点が、爆発相開始機構における中低緯度電離圏電場の役割を知るために非常に重要である。そこでこれら2つの電流系発達の時間的関係を精度良く調べるために、GEOTAIL衛星で観測されたオーロラブレークアップに伴うAKRと昼側赤道のカウンタージェット電流(CEJ)の比較を試みた。まずは魚住禎司研究員(九州大学)らがすでにオーロラブレークアップに伴うAKRと同定した事例を解析した。ほとんどの事例では擾乱が小さく、地上の地磁気で明瞭なCEJをとらえることが難しかったが、1事例について高高度AKRが発達する直前にCEJが増大したことが確認された。この結果を検証するために今後さらに事例を増やす必要がある。一方、磁気嵐中のサブストームに伴う過遮蔽の効果について、2006年12月14-15日に発生した磁気嵐のデータ解析を行った。主相に発生したサブストームにより、赤道で過遮蔽電場が卓越することが確認された。この過遮蔽電場が磁気圏擾乱に与える影響についてさらに研究を進めて行く。本研究は、電磁エネルギーを低緯度電離圏へ流入させる電場(対流電場)と、エネルギー流入を阻害すると考えられる電場(遮蔽電場)の競合関係の変化が、磁気嵐やサブストームなど磁気圏電離圏擾乱現象をコントロールする可能性を検証することを目的とする。

サブストーム発生時に昼側低緯度・赤道で過遮蔽電場が発達することを明らかにしてきたが、今年度、磁気嵐時の赤道カウンタージェット電流(CEJ)がサブストーム発生に伴う過遮蔽電場であるかどうかを調べた。磁気嵐時に短時間に発達する赤道カウンタージェット電流(CEJ)に着目し、サブストームとの関係を詳細に調べた。その結果、2004年11月8日に発生した磁気嵐では、カナダのCANOPUSでフォトメーター観測された連続する3回のオーロラ爆発が、インドのCEJの増大と一対一対応を示すことを発見した。磁気嵐時に、熱圏ダイナモ電場だけではなく、サブストーム起因のCEJが発達することを示す結果であり、現在論文を執筆中である。また、サブストームに伴い夜側の低緯度電離圏で過遮蔽電場が卓越するかどうかを調べるため、電気通信大学の低緯度HFドップラー観測データの解析をおこなった。2003年に発生した孤立型サブストームの事例で、夜側低緯度に昼側のCEJに対応する過遮蔽電場が確認され、その強度が2.1mV/mに達することを明らかにした。同時に夜側赤道に東向きジェット電流が流れることも発見した。Fejer et al. (2007)によると、赤道のJicamarcaレーダーで観測された磁気嵐時の電場が最大で3mV/mである。この値に対して、今回得られたサブストーム時の低緯度の電場は十分強く、サブストームにともなう電場が磁気嵐にあたえる影響が小さくないことを示唆する結果である。磁気嵐時の対流電場とサブストームに伴う過遮蔽電場の定量的な関係がこれからの課題となった。本研究課題の代表者は、2011年度に所属大学の異動があり、これに伴い新規に担当科目数が倍増したため、当初計画していた以上に教育に費やす時間の比重を高くせざるを得なかった。しかしながら、研究成果を米国地球物理学会学会誌に発表することができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。地上の磁力計及びSuperDARNレーダーのネットワーク観測で観測された地磁気擾乱時における中低緯度電離圏電場と、電離圏観測衛星ROCSATの電場データとの比較を行なってきたが、解析事例が十分な数とはいえない。しかし低調であった太陽活動度が極大期に向けこの数年で活発化しているため、米国のC/NOFS衛星による最近の電場データから事例を多く抽出し解析を進める。地磁気活動度により解析データの期間を選択し効率を高める。
癌化を念頭に入れたC型肝炎ウイルスなどの持続感染に対する治療モデルの構築

持続感染ウイルスに対する免疫と持続感染に続発する腫瘍に対する免疫の破綻のメカニズムを解析し、遺伝子治療をはじめとする新規治療法を開発している。これまで肝癌細胞に導入する各種遺伝子:1)B7遺伝子、2)AFP遺伝子、3)HCVの構造遺伝子、4)p53遺伝子、5)ribosomalS6 kinase、6)癌抑制性tob遺伝子を持つ発現アデノウイルスベクターを作成した。それぞれの遺伝子を各種肝細胞癌に導入して、増殖能・表面抗原・抗原性・生着性について検討を行っている。これまで以下の結論を得た。1)Hepa1-6と同系のC57/B6マウスに細胞株を移植すると、野生株に比較してB7遺伝子導入細胞株は効率よくT細胞を誘導する。脾臓より分離して、クローン化したT細胞はCD8(+)、CD28(+)のキラーT細胞であった。このキラーT細胞が認識するエピトープを決定し、報告した。更に平成10年度は、C型肝炎ウイルスについて以下の結果を得ている。1)癌細胞の新規エピトープを同定した。2)正常細胞の細胞分裂を障害する領域を同定した。3)細胞内正常シグナル伝達を阻害する作用領域を決定した。以上が発癌と強く関わっていると考えられる。また、4)癌抑制遺伝子Tobをウイルスベクターを使ってマウス癌性腹膜炎に投与して、癌治療に良好な結果を得ている。持続感染ウイルスや免疫抑制剤によって惹起される免疫抑制状態が腫瘍免疫の低下に関係していると考えてHCVと肝細胞癌をモデルにウイルスによる免疫機能の障害と腫瘍免疫との関わりを研究している。まず、B7・AFP・HCV・p53・ribosome S6kinase各遺伝子を持つ発現ベクターを作成した。それぞれの遺伝子を肝細胞由来のHepal-6に導入して同系マウスに移植し、T細胞を中心に解析した。1)肝細胞癌を認識するT細胞株を樹立した。現在この癌抗原を精製している。2)HCVの遺伝子を肝細胞株とT細胞に導入してウイルス蛋白質の細胞内局在と表面抗原を観察した。アクセサリ分子とFasLの発現に注目して詳細を解析している。3)AFPは肝再生や肝細胞癌で上昇する。AFPを産生する肝癌細胞にB7遺伝子を導入して同系のC57/B6マウスに移植すると、野生株に比べて効率よくT細胞を誘導した。このCD8(+)CD28(+)キラーT細胞をクローン化してレセプターの一次構造を決定した。レセプターの新規修飾様式を解析している。また、B7-2を用いてヘルパー細胞の誘導に差異があるか検討中である。更にクローン化T細胞のAFP産生繊維芽細胞に対するキラー活性を解析している。AFPの抗原性と免疫抑制作用の両面から研究を続けている。4)p53は増殖抑制作用やアポトーシスに重要である。p53遺伝子を肝癌細胞に導入して腫瘍免疫に対する影響を検討している。5)上記T細胞と肝細胞の相互作用を検討する。6)自己免疫疾患への応用が検討されている第三の免疫抑制剤rapamycinの標的であるribosome S6 kinaseが細胞増殖を調節していることと癌細胞の増殖を抑制しアポトーシスを引き起こすことを報告した。この遺伝子や変異体を肝癌細胞に導入して腫瘍免疫への影響を解析することを計画している。持続感染ウイルスは、HIV感染の世界的ひろがりとともに重要な現代病となっている。本研究は、持続感染ウイルスに対する免疫機能と持続感染に続発する腫瘍に対する免疫の破綻のメカニズムを解析し、遺伝子治療をはじめとする新規治療法を開発する事を目的としている。これまで肝癌細胞に導入する各種遺伝子:1)B7遺伝子、2)AFP遺伝子、3)HCV遺伝子、4)p53遺伝子、5)ribosomalS6 kinase、6)癌抑抑制tob遺伝子を持つ発現ベクターを作成した。それぞれの遺伝子を各種肝細胞癌に導入して、増殖能・表面抗原・抗原性・生着性について検討を行った。1)Hepal-6と同系のC57/B6

マウスに細胞株を移植すると、野生株に比較してB7遺伝子導入細胞株は効率よくT細胞を誘導する。脾臓より分離して、クローン化したT細胞はCD8(+)、CD28(+)のキラーT細胞であった。このキラーT細胞が腫瘍特異性を持つことを証明し、報告した。本年度は、このキラーT細胞の認識する肝細胞癌特異的腫瘍抗原を分離同定した。更に平成10年度は、C型の肝炎ウイルスについて以下の結果を得ている。1)正常細胞の核構造を障害する領域を同定した。2)細胞内正常シグナル伝達を阻害する作用領域を決定した。以上が染色体を障害して発癌と強く関わっていると考えられる。3)癌抑制遺伝子Tobをアデノウイルスベクターに組み込んでマウス癌性腹膜炎に投与して、癌治療に良好な結果を得ている。
培養ヒト角膜内皮・実質細胞と再生角膜実質を用いた角膜再生医療実用化技術の確立

角膜内皮および実質の再生医療においては、角膜内皮細胞の培養方法の確立が最も重要な課題の一つである。ヒト角膜内皮細胞の培養方法については、培養液にアスコルビン酸2リン酸を添加することで細胞の増殖を促進し、良好な形態の角膜内皮細胞を得ることができることがわかった。またこのアスコルビン酸2リン酸の角膜内皮細胞への効果は、アスコルビン酸2リン酸による抗酸化作用によるものではなく、アスコルビン酸2リン酸がhepatocyte growthfactorの角膜内皮細胞からの分泌をオートクリンに増加させることによるものである事がわかった。臨床において角膜実質の切開に使用されているフェムトセカンドレーザーを用いた角膜実質加工の際の、切開深度の精度や切開面の平滑さ、角膜内皮細胞への傷害について検討した。角膜内皮細胞への傷害に関しては、切開の深さを角膜内皮細胞からの残りの実質が150ミクロン、100ミクロン、70ミクロンとなるように切開を行った。切開面の平滑さについては切開の深さが100ミクロン、300ミクロン、500ミクロンとなるように切開を行った。その結果としては、切開精度や平滑さは影響を受けないが、角膜内皮から70ミクロンの深さになると角膜内皮細胞への傷害が大きくなることが分かった。培養内皮細胞とフェムトセカンドレーザーで加工した角膜実質で作成した移植片を移植する際に使用する新しい器具の開発を行った。新しい挿入器具では薄い移植片でも、簡単な押し込み法で移植片を挿入することができ、また角膜内皮へのダメージは、これまでの挿入器具と同等でできることが分かった。25年度が最終年度であるため、記入しない。角膜実質再生に使用する素材およびその加工法を検討した。素材として無細胞化ヒトおよびブタ角膜実質、アテロコラーゲン、多孔性ゼラチンを検討した。100%N2のチューブ内に角膜実質を冷凍保存する事で角膜実質を脱細胞化した角膜実質をフェムトセカンドレーザーで加工する方法を検討した。無細胞化ヒトおよびブタ角膜実質を人工前房装置にセットし、中央の直径8mmの範囲を様々な条件でフェムトセカンドレーザーを用いて切開し、切開後の角膜を組織学的に検討した。レーザー照射条件としては表面から10-100μmの切開を行い、切開された角膜を取り除いて同じ深さの切開を繰り返していき、数枚の角膜片を作成する方法と、一度に10-100μmの厚さで数枚の角膜片を作成する方法を行った。得られた角膜片の厚さや表面の平滑性などを組織学的に評価した結果、フェムトセカンドレーザー照射条件としては表面から100,300,500μmの切開において表面の平滑性さに差がない事がわかった。ただ一度に複数の平面での切開を行うと平滑さが低下する事がわかった。10、50,100μmの厚さのアテロコラーゲンと多孔性ゼラチンを家兎角膜実質に移植し生体適合性を検討した。移植法としては、家兎の角膜中央部に直径3mmまたは6mmの角膜上皮+実質の切除を行い切除部の周辺に向かって移植実質をはめ込むための実質層間切除を行っておく。直径が4mmもしくは7mmで厚さが10、50,100μmのアテロコラーゲンと多孔性ゼラチンを家兎角膜実質ポケットにはめ込み、術後6カ月にわたって、前眼部観察、組織学的観察を行った所、10,500μmで、良好な透明性、上皮被覆が得られた。

角膜実質候補である無細胞化ヒトおよびブタ角膜実質、アテロコラーゲン、多孔性ゼラチンについての最適な切除法や生体適合性の検討が予定通り終了し、来年度以降の、角膜内皮および実質細胞それぞれについて、組織前駆細胞と通常の培養細胞との有用性の比較を予定通り開始できるので。25年度が最終年度であるため、記入しない。角膜内皮および実質細胞それぞれについて、組織前駆細胞と通常の培養細胞との有用性を比較する。培養角膜内皮および実質細胞と再生角膜実質の最適な組み合わせを用いて再構築した角膜移植片(実質+内皮)を動物角膜にDSAEKの手法で移植し、術後1年間にわたって経過観察を行う。
母指の屈曲・伸展,内転・外転運動における各筋張力の推定

【目的】我々は,昨年,三次元解析による母指筋力測定装置を開発し,母指手根中手関節(以下,母指CM関節)の屈曲,伸展,外転,内転力を計測した.今回は,さらに三次元動作解析装置と同期させて関節トルク計測システムを開発し,母指CM関節の屈曲,伸展,外転,内転トルクを検索し各筋の寄与を検討した.【対象と方法】対象は,健常女性15名30手の母指で,年齢は21.5±0.6歳であった.本システムは,三分力計を用いた筋力測定装置と,デジタルビデオカメラ2台を用いた三次元動作解析装置で構成される.前者で,母指CM関節の屈曲,伸展,外転,内転の各押し力を,後者で,母指CM関節からセンサー部までの距離を計測し,各々押し力と距離を乗じて,母指CM関節の各トルクを算出した.計測肢位は,肩関節屈曲60度,前腕中間位,手関節背屈40度,母指CM関節橈側外転20度とした.各トルクの計測は,末節骨,基節骨近位部の2通りの部位で行い,各3回計測し,その平均値を測定値とした.各トルクの統計処理は,一元配置分散分析を使用し多重比較検定にはTukeyの方法を用い,末節骨部と基節骨部の比較は,対応のあるt検定を用い,ともに有意水準を5%とした.【結果と考察】末節骨部の屈曲トルクは平均2.03Nm,伸展は0.66Nm,外転は0.95Nm,内転は2.44Nmで,基節骨部の屈曲は1.87Nm,伸展は1.24Nm,外転は1.04Nm,内転は2.80Nmであった.末節骨部と基節骨部はともに,内転と屈曲が,伸展,外転より有意に大きく,さらに基節骨部の内転は,屈曲より有意に大きかった.また,基節骨部の伸展,外転,内転は,末節骨部より有意に大きく,末節骨部と基節骨部の計測において,寄与する筋の作用効率が異なることが推測された.母指,手指の機能障害の程度によって,握力,ピンチ力の計測は困難となり,手の残存能力の評価が不十分となることがある.そこで今回,三次元解析による新しい母指筋力測定システムを開発し,母指の末節骨部と基節骨部での屈曲,伸展,外転,内転力を比較検討した.対象は,健常女性10名20手の母指で,年齢は21.1±1.2歳であった.自作の母指筋力測定システムは,センサー部に三分力計を固定し,3台の動歪みアンプと,A/D変換解析機器を介して,自作のコンピュータソフトでシステムを制御した.計測肢位は,肩関節屈曲60度,前腕中間位,手関節背屈40度,母指CM関節橈側外転20度とした.各運動方向の筋力は,センサー部を母指の末節骨部,あるいは基節骨部に当て,尺側方向への運動を屈曲,橈側方向を伸展,掌側内転方向を内転,掌側外転方向を外転として最大努力下で計測した.各測定は3回計測し,その平均値を測定値とした.各運動方向の筋力の統計処理は,一元配置分散分析を使用し多重比較検定にはScheffeの方法を用い,末節骨部と基節骨部の比較は,対応のあるT検定を用い,ともに有意水準を1%とした.母指末節骨部の屈曲は平均25.9N,伸展は8.3N,外転は11.2N,内転は22.8N,基節骨部の屈曲は28.4N,伸展は14.7N,外転は13.1N,内転は36.5Nで,ともに内転と屈曲は,伸展,外転より有意に大きかった(P<0.01).しかし,屈曲と内転,伸展と外転の間には有意な差はなかった.また,基節骨部の伸展,内転は,末節骨部より有意に大きかったが(P<0.01),屈曲と外転では有意な差はなかった.本法は,新しい母指筋力評価法として臨床応用が期待できると考えられ,同時に現在は,母指の手根中手関節における関節トルクを試算している.【目的】我々は,昨年,三次元解析による母指筋力測定装置を開発し,母指手根中手関節(以下,母指CM関節)の屈曲,伸展,外転,内転力を計測した.今回は,さらに三次元動作解析装置と同期させて関節トルク計測システムを開発し,母指CM関節の屈曲,伸展,外転,内転トルクを検索し各筋の寄与を検討した.【対象と方法】対象は,健常女性15名30手の母指で,年齢は21.5±0.6歳であった.本システムは,三分力計を用いた筋力測定装置と,デジタルビデオカメラ2台を用いた三次元動作解析装置で構成される.前者で,母指CM関節の屈曲,伸展,外転,内転の各押し力を,後者で,母指CM関節からセンサー部までの距離を計測し,各々押し力と距離を乗じて,母指CM関節の各トルクを算出した.計測肢位は,肩関節屈曲60度,前腕中間位,手関節背屈40度,母指CM関節橈側外転20度とした.

各トルクの計測は,末節骨,基節骨近位部の2通りの部位で行い,各3回計測し,その平均値を測定値とした.各トルクの統計処理は,一元配置分散分析を使用し多重比較検定にはTukeyの方法を用い,末節骨部と基節骨部の比較は,対応のあるt検定を用い,ともに有意水準を5%とした.【結果と考察】末節骨部の屈曲トルクは平均2.03Nm,伸展は0.66Nm,外転は0.95Nm,内転は2.44Nmで,基節骨部の屈曲は1.87Nm,伸展は1.24Nm,外転は1.04Nm,内転は2.80Nmであった.末節骨部と基節骨部はともに,内転と屈曲が,伸展,外転より有意に大きく,さらに基節骨部の内転は,屈曲より有意に大きかった.また,基節骨部の伸展,外転,内転は,末節骨部より有意に大きく,末節骨部と基節骨部の計測において,寄与する筋の作用効率が異なることが推測された.
色素幹細胞における老化ストレスと幹細胞の運命制御

組織は加齢とともに機能低下を伴う典型的な加齢変化を示すと同時に、癌の発症頻度も増加する。毛包は典型的な幹細胞システムを形成しており、幹細胞とニッチの相互作用によりその恒常性を維持している。白髪は脱毛と並んで最も典型的で一般的な老化形質の一つである。申請者らは2002年に黒髪のもとになる色素幹細胞をはじめて同定し、加齢やゲノムストレスによりその維持が不完全となり白髪を発症することを明らかにした。色素幹細胞は、放射線照射などのゲノムストレスや加齢によって、幹細胞が自己複製しなくなって枯渇するのに対して、DMBAや紫外線などの皮膚発癌促進性のゲノムストレスに対しては異なる挙動を示し、むしろ自己複製が促進することを見出している(未発表データ)。そこで、ゲノムストレスの質の違いに対応して、色素幹細胞において特異的な変化や運命転換等が起こるのかどうか、生理的な加齢変化(ステムセルエイジング)と比較しながら解析をすすめた。これまでに色素幹細胞と隣接する毛包幹細胞がニッチ細胞としての役割を果たすことを明らかにしており、毛包幹細胞における白毛化促進性または発癌促進性のストレス応答が存在することを想定し、それぞれの分子実体の同定、ストレス応答タイプごとの色素幹細胞の運命と白毛化かメラノーマかの運命の振り分けとの関係性について検証した。その結果、とくに発癌誘発性のストレスによって誘導される毛包幹細胞由来のニッチ因子について複数の候補が得られ、毛包幹細胞特異的に欠損させたり過剰発現するマウスの解析をすすめた。これらの研究から、幹細胞が組織を老化させるか癌化へと導くか、いずれかの運命を決定する仕組みが明らかになりつつある。本研究課題においては、色素幹細胞における老化ストレスと制御機構の解明をめざすものであるが、そのアプローチの中で我々は毛包だけではなく汗腺内にも色素幹細胞が存在することをはじめて見出し、加齢に伴って分化した細胞を供給しやすくなる現象やメラノーマでは増殖像や癌遺伝子の増幅が見られることを見出し、さらにメラノーマのオリジンとなりうる可能性まで示すことが出来た。さらに、加齢に伴って色素幹細胞ニッチの構築変化が見られ、毛包そのものがミニチュア化することを明らかにした。そこで、若齢と高齢のマウスの皮膚から毛包幹細胞を純化し、老化シグネチャーの同定を行ったところ、色素幹細胞の枯渇に先立ってその維持に必須である17型コラーゲンを含め、毛包幹細胞の制御分子の発現が変化していることを明らかにすることが出来た(Matsumura H etScience 2016)さらに、老化ストレスによって誘導される毛包幹細胞由来のニッチ因子についても複数の候補が絞られて、毛包幹細胞特異的に欠損させるマウスの解析が進捗している。色素幹細胞、および毛包幹細胞の加齢に伴う遺伝子発現変化とゲノム変化、さらに白毛化促進性または発癌促進性のゲノムストレス下で見られる遺伝子発現変化とゲノム変化に着目し、ニッチ因子由来のシグナルが大きく組織の運命を決めている可能性について遺伝子改変マウスを駆使して明らかにしていく。これらのマウスにおける幹細胞運命の解析から、加齢によって、あるいは様々な環境ストレスに対応して組織が変容していくメカニズムを明らかにしていく予定である。これらの研究を通して、癌の発生の再初期段階が、幹細胞システムのどのような契機によっておこってくるのか明らかにし、診断や治療へと役立てて行く予定である。皮膚のメラノーマは、一般に表皮内の色素細胞に由来すると考えられているが、起源の詳細は明らかにされていない。我々は、マウスやヒトの毛包内に色素幹細胞を見出し、加齢やストレスにより色素幹細胞が未分化性を失って枯渇すると、色素細胞が不足し白髪を発症することを明らかにしてきたが、頭皮におけるメラノーマ発生頻度は低い。本邦では、メラノーマ症例の約半数が掌蹠に発生し、面積あたりの頻度では掌蹠以外の皮膚の約16倍に相当する。近年、ダーモスコピーで掌蹠に皮丘平行パターンが見られた際に99%の特異性でメラノーマと診断されることが示されているが、そもそも色素幹細胞が掌蹠に存在するのかどうか明らかではなかった。我々は、ヒトのメラノーマ細胞が汗腺の存在する皮丘に親和性を示しながら増殖することに着目し、若齢マウスのfootpad内の汗腺に着目して解析した結果、未知の未熟な色素細胞集団が汗腺分泌部に存在しており、加齢やストレスに伴って一過性に自己複製し、メラニンを産生する色素細胞を生み出し、汗管を経て表皮に分化細胞を供給するようになることを見出した。これら汗腺内の色素幹細胞が、メラノーマのオリジンとなりうるのかどうか明らかにするためにヒトの初期メラノーマの組織を解析し,マウスの色素幹細胞様の未熟で静止期にある細胞がマウスと同じく汗腺分泌部に局在しており,初期メラノーマでは同部で増殖が見られること,さらに初期メラノーマでみつかるCyclinD1遺伝子の増幅を同部において認めることを見出した。以上の結果から,汗腺分泌部内にはじめて見出した色素幹細胞が,メラノーマのオリジンとなりうる可能性が示唆された。白髪は脱毛と並んで最も典型的な老化形質の一つである。我々は黒髪のもとになる色素幹細胞をはじめて同定し、加齢やゲノムストレスによりその維持が不完全となり白髪を発症することを明らかにした。

色素幹細胞は、放射線照射などのゲノムストレスや加齢によって、幹細胞が自己複製しなくなって枯渇するのに対して、DMBAや紫外線などの皮膚発癌促進性のゲノムストレスに対しては異なる挙動を示し、むしろ自己複製が促進することを見出している。そこで、ゲノムストレスの質の違いに対応して、色素幹細胞において特異的な変化や運命転換などが起こるのかどうか、生理的な加齢変化(ステムセルエイジング)と比較しながら明らかにする.これまでに色素幹細胞と隣接する毛包幹細胞がニッチ細胞としての役割を果たすことを明らかにしており,毛包幹細胞における白毛化促進性または発癌促進性のストレス応答が存在することを想定し、それぞれの分子実体の同定、ストレス応答タイプごとの色素幹細胞の運命と、白毛化かメラノーマかの運命の振り分けとの関係性について検証し、幹細胞が組織を老化させるか癌化へと導くか,いずれかの運命を決定する要因を探る。本研究課題においては,色素幹細胞における老化ストレスと制御機構の解明をめざすものであるが,そのアプローチのなかで我々は毛包だけではなく汗腺内にも色素幹細胞が存在することをはじめて見出し、加齢に伴って分化した細胞を供給しやすくなる現象やメラノーマでは増殖像や癌遺伝子の増幅が見られることを見出し,さらにメラノーマのオリジンとなりうる可能性まで示すことが出来た。さらに,加齢に伴って色素幹細胞ニッチの構築変化が見られ,毛包そのものがミニチュア化することを明らかにした.そこで若齢と高齢のマウスの皮膚から毛包幹細胞を純化し,老化シグネチャーの同定を行なったところ,色素幹細胞の枯渇に先立ってその維持に必須である17型コラーゲンを含め,毛包幹細胞の制御分子の発現が変化していることを明らかにすることが出来た(Matsumura H etScience 2016).組織は加齢とともに機能低下を伴う典型的な加齢変化を示すと同時に、癌の発症頻度も増加する。毛包は典型的な幹細胞システムを形成しており、幹細胞とニッチの相互作用によりその恒常性を維持している。白髪は脱毛と並んで最も典型的で一般的な老化形質の一つである。申請者らは2002年に黒髪のもとになる色素幹細胞をはじめて同定し、加齢やゲノムストレスによりその維持が不完全となり白髪を発症することを明らかにした。色素幹細胞は、放射線照射などのゲノムストレスや加齢によって、幹細胞が自己複製しなくなって枯渇するのに対して、DMBAや紫外線などの皮膚発癌促進性のゲノムストレスに対しては異なる挙動を示し、むしろ自己複製が促進することを見出している(未発表データ)。そこで、ゲノムストレスの質の違いに対応して、色素幹細胞において特異的な変化や運命転換等が起こるのかどうか、生理的な加齢変化(ステムセルエイジング)と比較しながら解析をすすめた。これまでに色素幹細胞と隣接する毛包幹細胞がニッチ細胞としての役割を果たすことを明らかにしており、毛包幹細胞における白毛化促進性または発癌促進性のストレス応答が存在することを想定し、それぞれの分子実体の同定、ストレス応答タイプごとの色素幹細胞の運命と白毛化かメラノーマかの運命の振り分けとの関係性について検証した。その結果、とくに発癌誘発性のストレスによって誘導される毛包幹細胞由来のニッチ因子について複数の候補が得られ、毛包幹細胞特異的に欠損させたり過剰発現するマウスの解析をすすめた。