hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
X線精密分光によるスターバースト銀河におけるX線光電離と粒子加速の検証

本研究ではX線天文衛星(ASCA,Chandra,XMM-Newton,Suzaku)による1994から2005年の計6回の観測データを用いて、Sgr B2領域全域における中性鉄輝線の強度変化を調べた。輝線強度の不定性に影響する3つの要因について考察した。一つが各衛星・検出器がもつ絶対感度の不定性である。この感度不定性を銀河中心拡散放射に起因する6.67keV輝線を用いて評価・校正した。銀河中心拡散放射は2度-1度に広がった放射であり、その強度は時間的に一定と考えてよい。しかし、実際の観測値は有意なばらつきを見せる。この分散は各衛星が公表する感度不定性(513%)で説明できることを示し、また6.67keV輝線強度を一定値に補正する手法により、6.40keV輝線強度の絶対感度補正も行った。スペクトル解析に用いる連続成分モデルによる不定性、バックグラウンドの時間変動性による不定性についてもそれぞれ評価し、どちらも統計誤差5%以下であることを示した。以上の不定性を考慮しても、6.40keV輝線強度が有意に変動していることを明らかにした。4つの長時間観測データを用いて輝線強度の空間的変化を調べ、大きな変動を示す二つの広がった放射源M0,66-0.02(Sgr B2 cloud)及びG0.570-0.018について、詳細な時間変動解析を行った。M0.66-0.02は2000年をピークとした10年スケールの変動を示し、2005年観測時はピークの60%まで減少していることがわかった。G0.570-0.018は発見当時、超新星残骸と考えられていた。しかし、本解析において、6.40keV輝線強度がM0.66-0.02とよく似た変動を検出し、X線反射星雲である証拠を得た。以上内容を投稿論文として発表し、研究成果をまとめた。
高温超伝導体の超伝導状態における準粒子のトンネル効果

高温超伝導体のBi系の化合物等では,きわめて2次元性が強いために,原子層単位で接合したジョセフソン結合が形成されているのではないかといわれている.そこで我々は,タイトバインディングモデル(引力型ハバードモデル)を用いることで,この問題を研究した.ボゴリューボフ変換を施すことによって,準粒子のエネルギー,フリーエネルギーを厳密に導出した.位相差を変化させることによって,超伝導電流を導出した.超伝導電流は,引力を増大すれば1度単純して再び減少する傾向を示すことを明らかにした.高温超伝導のペアの対称性は,少なくとも通常のs波ではなく,d波あるいは,s+id波であることは確かになりつつある.我々はd波超伝導体のもつ準粒子状態,特にジョセフソン効果に注目して研究を行った。我々はこれまでのミクロな裏付けのあるトンネル電流の表式を現象論的に拡張して,超伝導電流の計算を行った。超伝導電流は,特にa軸配向の,超伝導の位相依存性がsin(φ)ならば,b軸配向ではsin(φ+π)になる.従って,ab軸配向性の接合でも,結晶面がきれいにそろっていないと,異なるむきに流れる超伝導電流が存在しeffectiveには大きくならないものと考えられる.一方,c軸配向では,sin(2φ)となることが明らかとなった.sin(2φ)依存性は,トリプレット超伝導体/シングレット超伝導体の接合系で以前より指摘されていたもので,4次の摂動からの寄与で,超伝導電流の絶対値もきわめて小さい.こうした場合shapiro stepの構造に変化が出ることが予想される.またこのような寄妙な位相依存性は,s波/d波接合d波/d波接合のab軸接合において,ab面内で接合面を45度傾けても(misorientation効果)得られる.高温超伝導体のBi系の化合物等では,きわめて2次元性が強いために,原子層単位で接合したジョセフソン結合が形成されているのではないかといわれている.そこで我々は,タイトバインディングモデル(引力型ハバードモデル)を用いることで,この問題を研究した.ボゴリューボフ変換を施すことによって,準粒子のエネルギー,フリーエネルギーを厳密に導出した.位相差を変化させることによって,超伝導電流を導出した.超伝導電流は,引力を増大すれば1度単純して再び減少する傾向を示すことを明らかにした.高温超伝導のペアの対称性は,少なくとも通常のs波ではなく,d波あるいは,s+id波であることは確かになりつつある.我々はd波超伝導体のもつ準粒子状態,特にジョセフソン効果に注目して研究を行った。超伝導電流は,特にa軸配向の,超伝導の位相依存性がsin(φ)ならば,b軸配向ではsin(φ+π)になる.従って,ab軸配向性の接合でも,結晶面がきれいにそろっていないと,異なるむきに流れる超伝導電流が存在しeffectiveには大きくならないものと考えられる.一方,c軸配向では,sin(2φ)となることが明らかとなった.sin(2φ)依存性は,トリプレット超伝導体/シングレット超伝導体の接合系で以前より指摘されていたもので,4次の摂動からの寄与で,超伝導電流の絶対値もきわめて小さい.こうした場合shapiro stepの構造に変化が出ることが予想される.またこのような寄妙な位相依存性は,s波/d波接合d波/d波接合のab軸接合において,ab面内で接合面を45度傾けても(misorientation効果)得られる.
脈波データに対するカオス時系列解析手法の開発及び脈波のカオス性と動脈硬化との関連

脈波データの特徴を考慮に入れたカオス時系列解析手法を開発し、久山町研究の大規模データに適用し、動脈硬化と脈波のカオス性との関連を検討した。その結果、カオス性の指標であるリヤプノフ指数は、年齢が高いほど低くなることが示されたが、血圧、血糖値、コレステロール、脈波伝播速度(PWV)などの動脈硬化関連指標とは有意な関連は得られなかった。脈波データに対するカオス時系列解析手法の開発のために下記のような研究を行った1.ダイナミックノイズを含むカオス時系列に対し、埋め込み次元、遅延時間を推定し、推定された埋め込み次元、遅延時間のもとでスケルトンをカーネル推定を用いて推定し、推定されたスケルトンを用いてリヤプノフ指数を推定するというリヤプノフ指数推定法を開発し、その一致性を証明した。2.我々はダイナミックノイズを含む非線形自己回帰モデルのもとでカーネル推定量と交差検証法を用いた埋め込み次元と遅延時間の推定法を提案しているが、その手法を脈波データに適用すると遅延時間が1で埋め込み次元が2次元や3次元を選択してしまい、スケルトンの推定がうまくいかなかった。これはカーネル推定が1ステップ先予測になっており、高い自己相関のためにこのような遅延時間と埋め込み次元が得られるのだと考えた。そこで、カオスの短期予測可能性を考え、1ステップ先予測だけではなく、kステップ先予測を考えることで脈波の埋め込み次元と遅延時間の推定が行えるのではと考え、そのための数値計算プログラムを作成し、数値実験を行った。まずエノン写像やコサイン写像にその手法を適用してみた。するとkがちいさければ1ステップ先予測でなくでも正しい埋め込み次元と遅延時間が推定できることが分かった。次に手法を脈波データに適用してみた。従来の手法で選ばれた遅延時間が1で埋め込み次元が2次元や3次元のときは、kが大きくなるにつれて交差検証法の値がどんどん大きくなり、そのような次元では全く予測がうまくいかないことが分かった。そして遅延時間=1のとき100次元以上の次元が必要となりそうなことが分かった。また、適当な遅延時間の下では低い埋め込み次元で良さそうなことが分かった。1.kステップ先予測に基づく埋め込み次元と遅延時間の推定法の理論的検証と数値的検証を行った。決定論的システムの下では、理論的には何ステップ先予測であっても真の埋め込み次元と遅延時間は最適なものであることを示すことが出来る。実際のデータにはノイズが含まれるので、ノイズの影響の増幅を考慮しないといけないが、決定論的システムに対する理論的な結果から、kが小さくノイズが小さければ1ステップ先予測に対してもkステップ先予測に対しても真の埋め込み次元と遅延時間は最適であるはずだと考えた。そして数値実験では、上記予想通りの結果を得ることが出来た。次に動脈硬化関連疾患を患っていない健常な人の脈波データを解析した。各遅延時間に対し時系列の(k×遅延時間)のラグに対する自己相関関数が最初に0と交差するkをLとする。各遅延時間に対し、k=1Lまでのkステップ先予測の交差検証法の値を求め、L個の交差検証法の値がすべてある基準値以下となさる最小の次元を求め、それを埋め込み次元としリヤプノブ指数を計算した。すると多くの場合にリヤプノブ指数は正のリヤプノブ指数を示し、スケルトンを見てみると、元の力学系の情報をきちんと捉えているように見えた。このことをIndian Statistical Instituteで行われた国際シンポジウムにおいて発表した。2.追跡研究において曝露の疾患に与える影響の柔軟な評価を可能にするために、時間依存共変量とスプラインを用いたFunctional ANOVA modelを開発した。開発した手法を久山町研究のデータに適用し、従来のアプローチと比較して有用であることを示した。この結果はStatistics in medicine誌に掲載が決定し、2つの国際シンポジウムにおいて発表した。1.昨年度までに開発した埋め込み次元・遅延時間推定手法およびリヤプノフ指数推定法は計算時間がかかるため、大規模データに適用するために以下のように手法を簡略化した。(i)遅延時間は自己相関が初めて負の値になる時間ラグを用いる。(ii)カーネル推定量におけるバンド幅の式の中の定数cを、ある1つの値に固定する。(iii)従来提案しているリヤプノフ指数の推定では1つのデータに対し、スケルトンの推定およびリヤプノフ指数の推定を20回ほど繰り返し、その平均を最終的な推定値とすることを提案しているが、その繰り返しをせず、1回で得られた推定値をそのまま推定値として用いる。上記の変更により、大規模データに適用する際の計算時間が大幅に削減することが出来た。上記手法を平成14年の久山町健診で、脈波データを測定した40歳以上のデータに適用した。カーネル推定量のバンド幅の定数c=0.1とし、埋め込み次元の推定値として1から10次元の間でCV値が最小となるものを探索し、推定された埋め込み次元・遅延時間の下で、リヤプノフ指数を推定した。

年齢とは年齢があがるにつれてカオス性が下がる有意な関連が観測されたものの、血圧、血糖値、コレステロール、脈波伝播速度(PWV)などの動脈硬化関連指標との解析では、有意な関連は観測されなかった。2.長期追跡データでは、対象者たちがある状態から別の状態に移ることが観測される。その状態に依存して危険因子の影響も変わる。そのことを柔軟に捉えるために、昨年度までに開発したFunctional ANOVAの概念を多状態モデルへ拡張し、久山町研究のデータに適用した。心血管病の既往なし、心血管病発症、死亡の3つの状態の遷移をモデリングし、各遷移により危険因子の影響が異なること、危険因子の影響が柔軟に評価できることを示し、国際シンポジウムにて発表した。
義堂周信『空華集』における観念的世界―典故表現の全貌解明を目指して

義堂が自身の詩文に杜甫に関する事項を詠出する場合、杜詩句や故事をどのように典故として用い、観念的世界を表現しえたかを整理し、かつ後世にどのように影響を与えたかについて論じた。義堂は、杜甫の詩句を用いて当時の外集嗜好を戒め、杜甫に関する画図に賛を付したり、杜甫の忠義・困窮・情といった面に着目し、それぞれの場面で杜詩句や故事を典故に用いて表現した。それらの典故表現は後世の禅僧の詩文に頻繁に見られることから、当時の規範となっていたことが分かった。訳注に関しては、当時の語感を活かせるように、禅藉・外集を始め、それらの抄物を活用することにしており、その準備が整ったところである。ただし、いざ開始してみると、禅林における慣習や義堂の交友関係、師法・受業等、不明な点が多い。『空華集』や『空華日用工夫略集』をはじめ、他の禅僧の別集等を精査し、背景を踏まえた上で作品を解釈するのは相当な時間を要する。訳注稿の公表は来年度の課題である。研究分担者の朝倉和氏が『絶海中津研究』を上梓した。本書の第二章「和韻から見た絶海中津と義堂周信」・第三章「五山文学における「和韻」についてー絶海中津と義堂周信を中心にー」において、義堂と絶海の和韻について論じている。これまで義堂に関する書物や論考が公表されているが、いずれも特徴的な作品のみを取り上げており、細部の日常的な要素まで追求が及んでいないことをつくづく感じる。遅々として進まないが、できることから進めていきたい。義堂が杜甫に関する事項について、どのように表現し、かつ後世にどのような影響を与えたかについて論じ、公表することができたため。他の別集作品についても考察していきたい。訳注作業を軌道に乗せることが急務である。来年度こそ訳注稿を公表したい。目的Iの典故表現の追究については、『空華集』における茶に関する典故表現に着目し、その傾向を調査した。盧仝の「走筆謝孟諫議寄新茶」詩・陸羽の『茶経』を意識した典故表現を頻用しており、表現の目的に応じて、典故の傾向があることが窺えた。その成果は論文として公表した。今後、各詩における典故を抽出・整理し、その表現の特徴・傾向を探っていきたいと考えている。訳注作業の基礎的作業をほぼ終え、実際に訳注を行う直前であること、典故表現に着目し、その一傾向を明らかにしたことから、おおむね順調であると判断した。今後も継続していくことが大事だと考えている。義堂が用いた詩句・語句に対する言語感覚に近づくため、抄物の整理を行い、語句の解釈を丁寧に行い、詩を読解していく。なるべく早い段階で訳注稿を公表したいと考えている。一方で、典故表現に着目し、どのような場面で、どの典故表現が頻用されているのか、その特徴の一端を明らかにしていきたいと考えている。物品等の効率的な執行に努めた結果,わずかに残額が生じたが,次年度も引き続き,物品費などに使用する。
微小循環酸素検知機構の解明とそれに基づくinvivo血流制御実験モデルの開発

骨格筋毛細血管血流は組織の酸素分圧に強く依存することはよく知られている。酸素は毛細血管から組織内の代謝率に比例して消費されつつ拡散により供給される。そのため組織での酸素需要が高い場合(運動時等)には毛細血管血流量は多く、一方、酸素需要が低い場合(安静時)では少なくなる。また、安静時の開存毛細血管数(functional capillary density)に関しても、常に全ての毛細血管に血流が存在することはなく、灌流・停止を繰り返している。本研究ではこの酸素分圧を介した骨格筋毛細血管血流調節における酸素感知機構の存在を明らかにした。骨格筋組織酸素分圧の調節は、筋周囲の灌流液の酸素分圧を変えることにより任意のレベルに保った。微小循環動態は生体顕微鏡下に毛細血管血流速度と開存毛細血管数を測定し、両者から骨格筋毛細血管血流量の相対的変化を求めた。組織(灌流液)酸素分圧の上昇に伴い毛細血管血流は減少するが、その減少の割合は直線的ではなく約40mmHgに変極点を持つS字カーブを示した。このことは、酸素分圧を介した骨格筋毛細血管血流の調節は線形ではなく、特定の酸素分圧を閾値に持つON-OFF制御機構である可能性が示唆される。つぎにこのON-OFF制御のための酸素分圧を骨格筋微小循環系においてはどこで感知しているかを検討した。酸素感受性色素Pdポルフィリンのリン光寿命法により種々のレベルの細動脈内外の酸素分圧を計測した。その結果、細動脈内酸素分圧は分岐を重ねるに従い低下し、毛細血管血流制御の変極点である酸素分圧40mmHgは、3rd order細動脈内(47mmHg)と細動脈周囲組織(29mmHg)の間に位置した。以上の結果より、骨格筋毛細血管血流を調節するための酸素感知機構は、毛細血管直前の3rd order細動脈壁に存在するのではないかと考えられる。研究初年度である今年度は、この酸素分圧を介した骨格筋毛細血管血流調節における酸素感知機構の存在を明らかにした。つぎにこのON-OFF制御のための酸素分圧を骨格筋微小循環系においてはどこで感知しているかを調べた。

酸素感受性色素Pdポルフィリンのリン光寿命法により種々のレベルの細動脈内外の酸素分圧を計測した。その結果、細動脈内酸素分圧は分岐を重ねるに従い低下し、毛細血管血流制御の変極点である酸素分圧40mmHgは、3rd order細動脈内(47mmHg)と細動脈周囲組織(29mmHg)の間に位置した。以上の結果より、骨格筋毛細血管血流を調節するための酸素感知機構は、毛細血管直前の3rd order細動脈壁に存在するのではないかと考えられる。骨格筋毛細血管血流は組織の酸素分圧に強く依存することはよく知られている。酸素は毛細血管から組織内の代謝率に比例して消費されつつ拡散により供給される。そのため組織での酸素需要が高い場合(運動時等)には毛細血管血流量は多く、一方、酸素需要が低い場合(安静時)では少なくなる。また、安静時の開存毛細血管数(functional capillary density)に関しても、常に全ての毛細血管に血流が存在することはなく、灌流・停止を繰り返している。本研究ではこの酸素分圧を介した骨格筋毛細血管血流調節における酸素感知機構の存在を明らかにした。骨格筋組織酸素分圧の調節は、筋周囲の灌流液の酸素分圧を変えることにより任意のレベルに保った。微小循環動態は生体顕微鏡下に毛細血管血流速度と開存毛細血管数を測定し、両者から骨格筋毛細血管血流量の相対的変化を求めた。組織(灌流液)酸素分圧の上昇に伴い毛細血管血流は減少するが、その減少の割合は直線的ではなく約40mmHgに変極点を持つS字カーブを示した。このことは、酸素分圧を介した骨格筋毛細血管血流の調節は線形ではなく、特定の酸素分圧を閾値に持つON-OFF制御機構である可能性が示唆される。つぎにこのON-OFF制御のための酸素分圧を骨格筋微小循環系においてはどこで感知しているかを検討した。
新規遺伝子Hoatzinを介した運動繊毛形成機構の解析

研究代表者は平成30年度に以下の研究成果を得た。1.研究代表者が見出した新規繊毛関連分子Hoatzinの機能解析を行った。野生型およびホモ変異型のマウス精巣抽出物に抗HOATZ抗体を加え、得られた免疫沈降産物をLC-MS解析することで、HOATZの結合分子と予想される87個の分子を同定した。この中で検出頻度が高く、かつ運動繊毛との関連が報告されている分子としてDLEC1およびENO4を見出した。その後種々の解析を行った結果、HOATZがENO4を運動繊毛・鞭毛に運ぶための分子シャペロンとして機能していることが推定された。2.HOATZ結合分子であるENO4の翻訳後修飾が組織により異なる可能性を見出した。気道上皮の運動繊毛はHoatz遺伝子欠損に伴う顕著な異常を認めないが、この知見は繊毛の構造的・機能的多様性の分子機構解明に向けた端緒となる可能性がある。3.Hoatzホモ変異体の雌マウスに異常死が多いことを見出した。特に分娩時に死に至る頻度が高い。これは現在不明な点が多い女性生殖器における繊毛の役割に関して、新たな視点を提供する知見であると考えられる。4.研究代表者がトランスクリプトーム解析に基づき注目した繊毛関連分子Cfap70の機能解析を行った。初代培養上衣細胞においてCfap70をノックダウンしたところ、繊毛の運動機能が低下することを見出した。また種々のCFAP70断片を発現させその繊毛局在性を検討することで、この分子のN末端領域が繊毛局在性に重要であることを見出した。同様の結果がクラミドモナスのCfap70ホモログであるfap70に関しても得られた。さらに繊毛内でCFAP70と結合していると予想される幾つかの分子をクローニングして分子間相互作用を検討し、有力な候補分子を絞り込んだ。1.Hoatzinの機能解析を目的として構造生物学的な方法と生化学的な方法を検討したところ、後者の方法によって有益な情報が得られ、研究は大きく進展した。具体的には抗体の簡便なアフィニティ精製法や低バックグラウンドの免疫沈降法などを周囲からの助言および情報を元に導入することで質の高いデータを得られるようになった。ここから分かってきたことはHOATZが運動繊毛・鞭毛内部のATP代謝に関わっているということで、これは構造生物学的手法では知りえない情報であった。2.一方、初代培養上衣細胞の繊毛のクライオ電子線トモグラフィー(CET)解析に関しては、以前確立した条件で調製した繊毛試料は光学顕微鏡では破損を認めなかったが、電子顕微鏡で観察すると軸糸構造の崩れが顕著で、CET解析には堪えないことが明らかとなった。繊毛単離時に細胞を界面活性剤処理する時間として15分を要することが原因と考えられ、この問題を解決すべく様々な条件で繊毛の単離を試みたが、解析に耐えうる試料を調製することは叶わなかった。計画書に記載した通り、昨年度までに得た結果をさらに発展させるために以下の解析を行う。1.HOATZとENO4の分子間相互作用の様式を詳細に解析する。具体的には、種々の断片を用いた免疫沈降実験による結合領域の絞り込み、HOATZ-ENO4複合体の大量発現・精製とクライオ電子線トモグラフィー解析、両者の結合定数の測定などを試みる。2.ENO4の翻訳後修飾にHOATZがどのように関与しているかを明らかにする。これまでの知見に基づくと、ENO4のユビキチン化および分解をHOATZが抑制していると考えられる。293細胞を用いた系でENO4のユビキチン化およびタンパク質分解の速度を測定し、HOATZ存在下でこれらがどのように変化するかを検討する。3.HOATZ欠損上衣細胞の運動繊毛がATP代謝低下ストレスに対して脆弱になっているかどうかを検討する。培養細胞の培地に加える栄養添加物を減らしたり、低濃度のATP代謝阻害剤を加えたりして一定時間細胞にストレスを加えたのち、固定し免疫染色を行って繊毛の形態異常を解析する。

初代培養上衣細胞においてCfap70をノックダウンしたところ、繊毛の運動機能が低下することを見出した。また種々のCFAP70断片を発現させその繊毛局在性を検討することで、この分子のN末端領域が繊毛局在性に重要であることを見出した。同様の結果がクラミドモナスのCfap70ホモログであるfap70に関しても得られた。さらに繊毛内でCFAP70と結合していると予想される幾つかの分子をクローニングして分子間相互作用を検討し、有力な候補分子を絞り込んだ。1.Hoatzinの機能解析を目的として構造生物学的な方法と生化学的な方法を検討したところ、後者の方法によって有益な情報が得られ、研究は大きく進展した。具体的には抗体の簡便なアフィニティ精製法や低バックグラウンドの免疫沈降法などを周囲からの助言および情報を元に導入することで質の高いデータを得られるようになった。ここから分かってきたことはHOATZが運動繊毛・鞭毛内部のATP代謝に関わっているということで、これは構造生物学的手法では知りえない情報であった。2.一方、初代培養上衣細胞の繊毛のクライオ電子線トモグラフィー(CET)解析に関しては、以前確立した条件で調製した繊毛試料は光学顕微鏡では破損を認めなかったが、電子顕微鏡で観察すると軸糸構造の崩れが顕著で、CET解析には堪えないことが明らかとなった。繊毛単離時に細胞を界面活性剤処理する時間として15分を要することが原因と考えられ、この問題を解決すべく様々な条件で繊毛の単離を試みたが、解析に耐えうる試料を調製することは叶わなかった。計画書に記載した通り、昨年度までに得た結果をさらに発展させるために以下の解析を行う。1.HOATZとENO4の分子間相互作用の様式を詳細に解析する。具体的には、種々の断片を用いた免疫沈降実験による結合領域の絞り込み、HOATZ-ENO4複合体の大量発現・精製とクライオ電子線トモグラフィー解析、両者の結合定数の測定などを試みる。2.ENO4の翻訳後修飾にHOATZがどのように関与しているかを明らかにする。これまでの知見に基づくと、ENO4のユビキチン化および分解をHOATZが抑制していると考えられる。293細胞を用いた系でENO4のユビキチン化およびタンパク質分解の速度を測定し、HOATZ存在下でこれらがどのように変化するかを検討する。3.HOATZ欠損上衣細胞の運動繊毛がATP代謝低下ストレスに対して脆弱になっているかどうかを検討する。培養細胞の培地に加える栄養添加物を減らしたり、低濃度のATP代謝阻害剤を加えたりして一定時間細胞にストレスを加えたのち、固定し免疫染色を行って繊毛の形態異常を解析する。試薬を当初の予定より安く購入することができたため。消耗品の購入に使用する計画である。
酵母に学ぶ長寿戦略

高等動物の寿命を理解するための前提となる細胞レベルでの寿命の理解を分裂酵母をモデルとして解明することを目標とした。これまでに唯一知られている普遍的な寿命延長シグナルは「カロリー制限」のみであったが,申請者は「硫黄の枯渇」も新規な寿命延長シグナルであることを示唆する結果を得たので、硫黄枯渇応答について詳細な解析を行う事とした。硫黄は生命にとって必須な元素のひとつであり、生体内では、主にアミノ酸であるメチオニンやシステイン等に見いだされる。申請者は硫黄枯渇により分裂酵母の細胞が小型化すること、経時寿命が延長すること等を見出すと共に、それらは経時寿命延長因子Ecl1ファミリー遺伝子(ecls)に依存することを示した。次に細胞の小型化に着目し、硫黄枯渇時に細胞内で起こる現象の解明に焦点を当てて研究を行なった。まず、硫黄枯渇時の細胞の小型化に必要な因子を探索するために、分裂酵母の単一遺伝子欠損株セットを用いて硫黄枯渇条件下で分裂酵母を培養し、小型化が起こらない欠損株の探索を行った。その結果、199種の遺伝子が小型化に必要であることを発見した。次にそれらの因子とEcl1ファミリー遺伝子の関係について、取得した199種の遺伝子のうち74種を調査した結果、21種をecl1+の下流候補因子として取得した。この21種の遺伝子の中に、分裂酵母の形態の制御に深い関係を持つとされている細胞周期関連因子を見出した。以上の結果より、硫黄枯渇時にEcl1ファミリー遺伝子が細胞周期に関係するという新たな知見が蓄積した。新しい寿命延長シグナルとして見出した硫黄枯渇シグナルについて、分裂酵母が示す硫黄枯渇応答に関する知見が蓄積した。特に、硫黄枯渇下で細胞が小型化し,これに分裂酵母の経時寿命延長因子であるEcl1ファミリーが関与することを見出した。当初計画に従い遂行する。特に,前年度までに得られた新たな知見については、作業仮説に取り込みながら,モデルの深化を目指して研究を推進する。
モレキュラーシービング膜反応器の開発

気相輸送法によって緻密なゼオライト膜の得られる条件を探索し、その分離特性を検討した。SiO_2/Al_2O_3=25、所定のpH(=1113)のアルミノシリケートゲルを調製した。得られたゲルを、アルミナ支持体の上に製膜し、乾燥した。これを、トリエチルアミン、エチレンジアミン、水の混合蒸気雰囲気下0-4日間、453Kに保った。ガラス基板上に製膜して363Kで乾燥後、クラックあるいは剥離の有無によりゲルの緻密さを評価した。ゲルの緻密さは溶液のpHに依存した。高pHほど乾燥ゲルの比表面積は小さくなり、ケイ酸ナトリウムを用いた場合pHが11.6以上で、コロイダルシリカを用いた場合12.0以上で、クラックのない薄膜状乾燥ゲル膜が得られた。上記により決定した最適な条件にて、アルミナ支持体上に製膜し、気相輸送法により結晶化した。ケイ酸ナトリウムからはANAが、コロイダルシリカからはMORが得られた。コロイダルシリカで表面処理すると、ケイ酸ナトリウムからはFER、コロイダルシリカからはMFIが得られた。ゼオライト膜表面をSEMにより観察したところ、表面のゼオライト粒子層には大きな空隙が存在することがわかった。1日目ですでにアルミナ支持体の細孔の中にもMORが生成しているようにみえる。2日目になるとアルミナ細孔内の結晶数が増え、4日目にはアルミナとMORの界面付近の細孔内は完全に埋まり、約10μm程度の緻密層が形成された。ベンゼン、p-キシレン0.86:1混合物の浸透気化分離を行った。分離係数は160以上となり、、気液平衡の値11.3を大きく上回った。MOR膜のピンホールの有無を検討する目的で、TIPBの浸透気化分離を行ったが、TIPBは透過しなかったことから、膜内にピンホールは存在しないと結論した。MORの細孔入口で形状選択性が発現したものと考えられる。
順応性自動制御換気(ASV)療法でのより安全な心臓リハビリテーションモデルの構築

本研究ではadaptive servo-ventilation(ASV)療法を適用しQOLや運動耐容能を改善させる慢性心不全に対するリハビリテーションモデルを検証した。まず基盤研究として慢性心不全における換気応答や呼吸機能低下と交感神経活動の相互関係について検討、呼吸機能の低下とともに交感神経活動が亢進していた。さらに交感神経活動のレベルと予後の関係について検証した。最終年度は心臓リハビリテーションの成否に関係する栄養障害に注目し、ASV療法による栄養障害への効果について検討、ASV療法は交感神経活動抑制とともに栄養障害を改善し、両者の改善に密接な相関関係があることが示唆された。本年度は慢性心不全患者におけるリハビリテーションモデルの構築を行うためのデータ収集を中心に行った。まず備品費で購入した肺運動負荷モニタリングシステムAE-100iおよび部品一式を用い、換気応答の評価を進めた。これと並行して換気応答の亢進と密接に関連する交感神経活動の活性化について、ASVの治療標的となる肺の特性との相互関係について調査を進めた。拘束性呼吸機能障害のある患者では交感神経活動が亢進しており呼吸機能の改善と交感神経活動の変化が関連することを見出し、アメリカ心臓病学会にて報告した。関連テーマの研究者と議論を行い、今後の研究の方向性について検討した。現在この結果を専門誌に投稿中である。症例数の問題でASVによる換気応答、運動耐容能改善の相関は精査しにくい状況だが、ASVの治療標的となる肺特定と交感神経活動の関係をまとめるなど、これまで行われていない検討・議論を展開しており、おおむね順調に進展していると考えることができる。本年度は慢性心不全患者におけるASV療法によるリハビリテーションモデルの構築を行う上で基礎となる研究報告、誌上報告を行った。慢性心不全では日常活動度の低下に伴い骨格筋の筋萎縮をきたし、ergoreflexの亢進を介して全身の交感神経活動亢進をきたす。そこで骨格筋組織を灌流する血管床に分布する筋交感神経活動を観察し、備品費で購入した心肺運動負荷モニタリングシステムAE-100i(型番222AGBZX00283000)を用いて換気応答と交感神経活動を対比した。さらに慢性心不全における呼吸機能低下と交感神経活動との相互関係について検討した。拘束性呼吸機能障害のある患者では交感神経活動が亢進しており、呼吸機能の改善とともに交感神経活動の変化が関連することを見出した。結果は2017年のJournal of cardiac failureに報告した。機序として不明な点が多いが、一部には呼吸筋疲労の改善が関与した可能性が示唆された。さらにこれと並行して、ASV療法を行う前段階において慢性心不全に対して投与されたβ遮断薬の交感神経活動への影響についても検討を行った。これまでの報告どおり、高用量のβ遮断薬は予後を改善したが、その影響は交感神経活動の亢進例においてのみ観察されることを見出した。その成果は本研究費により参加した2016年ヨーロッパ心臓病学会にて発表し、さらに2016年Circulation journalに報告した。2015年New England Journal of Medicineにおいて中枢性無呼吸合併心不全に対するASVの長期使用が有害との結果を受け、国内外でASVの長期使用が大幅に制限されることになった。しかしASV療法の有効性は依然十分に解明されたとはいいがたく、今後本邦では心臓リハビリテーションの現場において使用されていく可能性は残されている。平成28年度までにおいて心臓リハビリの治療標的となる骨格筋への血流を規定する筋交感神経活動と、呼吸筋疲労を反映する呼吸機能との関係、背景となる交感神経活動の予後へのインパクトをまとめるなど、これまで行われていない検討・議論を展開しており、おおむね順調に進展していると考えることができる。ASV療法による交感神経制御を介した心臓リハビリテーションの構築を行うべく、H27、28年度までにそれに付随する中枢性の交感神経活動(筋交感神経活動:MSNA)と呼吸、あるいは薬物療法との相互関係の解析を行い、結果を誌上報告した(Circ J 2016, J Card Fail 2017)。H29年度は上記研究成果を基盤として、心臓リハビリテーションの成否に関係する栄養障害に注目し、慢性心不全における交感神経活動と栄養障害の関係を多方面から解析するとともに、ASV療法による交感神経制御と栄養障害への効果と相互関係についても解析を広げて検討した。慢性心不全患者を対象に交感神経活動(MSNA)とともに栄養指標であるGNRI、その他の指標と複合イベント(総死亡+心不全入院)との関係を検討した結果、多変量Cox解析で交感神経活動、GNRI、LVEF、身体活動能の4つが独立した予後予測因子であった。また交感神経活動の亢進は慢性心不全患者における経時的な体重の減少と密接に関連していた。さらにASV療法の長期使用による交感神経活動と栄養障害への影響を解析した結果、ASV療法は交感神経活動抑制とともに栄養障害を改善し、交感神経活動抑制効果と栄養指標の改善との間に密接な相関関係があることが示唆された。以上、慢性心不全患者におけるASV療法による心臓リハビリテーションモデルを確立する上で、本研究はその一助となる可能性が示唆された。

さらに交感神経活動のレベルと予後の関係について検証した。最終年度は心臓リハビリテーションの成否に関係する栄養障害に注目し、ASV療法による栄養障害への効果について検討、ASV療法は交感神経活動抑制とともに栄養障害を改善し、両者の改善に密接な相関関係があることが示唆された。引き続き、慢性心不全患者におけるリハビリテーションモデルの構築を進める。本年度の結果を踏まえ次年度はASV治療を行う上で肺特性と交感神経活動の抑制効果、換気応答の改善度を評価していく予定である。本年度の結果を踏まえ次年度は心肺運動負荷試験から得られた換気応答、運動耐容能のデータと呼吸機能、筋交感神経活動を評価し、ASV療法による心臓リハビリテーションモデルの基礎となる病態生理を解明していく予定である。循環器内科、心不全、自律神経参加を予定していた国内学会の報告に公務で参加できなかったため。次年度に国内学会にて報告予定。
PI3K経路を標的としたがん免疫制御

PI3K欠損マウスは個体レベルでTh1反応が昂進している。現在までの解析から、PI3K欠損マウス由来の樹状細胞がTh1誘導因子であるIL-12を多量に生産する事、ならびに、PI3K欠損マウス由来T細胞において、好塩基球の活性化を介してTh2反応を誘導する事の知られるIL-3の生産が著しく低下している事が明らかとなっている。本研究では、樹状細胞とT細胞の両者の機能に焦点を絞り、PI3K欠損マウスの示すTh1反応昂進の分子機構の解明を目指す。本年度は、免疫系活性化の鍵を握る樹状細胞の解析において進展が見られた。すなわち、PI3K経路の下流で機能する各種の分子群のうち、mTORならびにGSK3βがIL-12の遺伝子発現の制御に関与する事が明らかとなった。活性化したmTORは、IL-12の生産を負に制御するIL-10の生産を誘導する事で、間接的にIL-12の遺伝子発現を負に制御していた。実際、mTORの特異的阻害剤であるrapamycinで樹状細胞を処理するとIL-10の発現低下とそれにともなうIL-12生産の増強が確認された。一方、PI3K経路の活性化にともない不活性化されるGSK3βに関しては、その活性を阻害剤で抑制する事で、PI3K経路の活性化と同じ表現系が認められるか否かの検証を行った。結果は予想通りであり、GSIK3βの活性を抑制することで、IL-12の遺伝子発現が著しく抑制される事が明らかとなった。GSK3βの活性抑制の効果はIL-10-KOマウス由来樹状細胞でも観察されたことから、mTORとは異なり、GSK3βは直接IL-12の遺伝子発現を抑制しうることが明らかとなった。以上のデータから、樹状細胞においてPI3K経路は、mTORの活性化とGSK3βの不活性化という、少なくともの二つの異なる経路を介してIL-12の遺伝子発現を負に制御している事が示唆された。結果は予想通りであり、GSK3βの活性を抑制することで、IL-12の遺伝子発現が著しく抑制される事が明らかとなった。

結果は予想通りであり、GSIK3βの活性を抑制することで、IL-12の遺伝子発現が著しく抑制される事が明らかとなった。GSK3βの活性抑制の効果はIL-10-KOマウス由来樹状細胞でも観察されたことから、mTORとは異なり、GSK3βは直接IL-12の遺伝子発現を抑制しうることが明らかとなった。以上のデータから、樹状細胞においてPI3K経路は、mTORの活性化とGSK3βの不活性化という、少なくともの二つの異なる経路を介してIL-12の遺伝子発現を負に制御している事が示唆された。
消化管による骨代謝制御機構の検討－インクレチンシグナルの骨形成増強作用の解明－

現在までに間葉系細胞ST2、骨芽細胞MC3T3-E1、骨細胞MLO-Y4-A2を入手し、継代培養を行い骨芽細胞・骨細胞の表現型があることを確認した。まず、これらの細胞にGIPとGLP-1の受容体が発現しているか否かを確認するために、RT-PCR法とDNAシークエンスを行った。ST2細胞にはGLP-1受容体が、MC3T3-E1細胞とMLO-Y4-A2細胞にはGIP受容体が発現していることを見出した。次に、ST2細胞培養上清中にGLP-1とGLP-1受容体作動薬であるexendin-4を用いてST2細胞の分化能への影響を検討した。しかしながら、明らかな影響はなく、GLP-1は間葉系細胞には明らかな影響はないことが明らかとなった。また、in vivo実験として、C57BL6マウスにDPP-4阻害薬の経口摂取を開始しており、今後骨組織を採取して骨構造の検討を行う予定としている。DPP-4阻害薬使用2型糖尿病患者への観察研究については、昨年度に当施設の医の倫理委員会での承認を得たので、現在DPP-4阻害薬開始患者の登録を順次行っているところである。【目的】インクレチンシグナルの骨代謝に及ぼす影響を検討する。【方法】1細胞培養実験によりGIP、GLP-1投与による骨芽細胞分化、骨細胞機能への影響を検討する。2マウスにDPP-4阻害薬を投与し、骨構造への影響を検討する。3糖尿病患者におけるDPP-4あるいはDPP-4阻害薬の骨代謝、骨折リスクへの影響を検討する。【結果】1未分化間葉系細胞ST2、骨芽細胞様細胞MC3T3-E1、骨細胞様細胞MLO-Y4を用いて、GIPとGLP-1受容体の発現を検討した。ST2にはGLP-1受容体が、MC3T3-E1とMLO-Y4にはGIP受容体が発現していることをRT-PCR法、DNAシークエンスにて確認した。ST2の培養液にGLP-1あるいはexendin-4を添加し、骨芽細胞分化マーカーや石灰化染色を行ったが明らかな影響は認めなかった。MC3T3-E1にGIPとD(Ala-2)GIPを添加し、骨芽細胞分化マーカー、石灰化染色を行ったが明らかな変化は認めなかった。また、MLO-Y4にGIPとD(Ala-2)GIPを添加し、RANKL、SOST、OPG発現への影響を検討した。real-time PCRではRANKL発現が抑制される傾向を認めているが、追加検討を行っている。2alogliptin含有食を作成し、現在マウスに経口投与しながら飼育中である。3血中DPP-4濃度と糖代謝・脂肪指標との関連、骨代謝指標と椎体骨折との関連性を検討した。血中DPP-4濃度は内臓脂肪と有意な正の相関を認め、さらにDPP-4高値が椎体骨折リスクの上昇に関連していることを明らかにした。このことから、内臓脂肪肥満が血中DPP-4濃度上昇、インクレチン作用減弱を介して骨代謝に関連している可能性が考えられる。3糖尿病患者における血中DPP-4の骨代謝、骨折リスクとの関連性を検討する。【結果】1未分化間葉系細胞ST2、骨芽細胞様細胞MC3T3-E1、骨細胞様細胞MLO-Y4を用いてGIPとGLP-1受容体の発現を検討した。ST2にはGLP-1受容体が、MC3T3-E1とMLO-Y4にはGIP受容体が発現していることをRT-PCR、DNAシークエンスにて確認した。ST2の培養液にGLP-1あるいはexendin-4を添加し、骨芽細胞分化マーカーや石灰化染色を行ったが明らかな変化は認めなかった。MC3T3-E1にGIPあるいはD(Ala-2)GIPを添加し、骨芽細胞分化マーカー、石灰化染色を行ったが明らかな変化は認めなかった。また、MLO-Y4にGIPあるいはD(Ala-2)GIPを添加し、RANKL、SOST、OPG発現への影響を検討したが有意な変化は認めなった。これらのことから、インクレチンは骨芽細胞、骨細胞には直接影響しない可能性が考えられた。2DPP-4阻害薬であるalogliptin含有餌を作成し、マウスに3カ月間経口投与を行い、大腿骨を採取してマイクロCTにて骨構造を解析した。しかしながら、通常餌マウスに比較して骨量、骨構造指標ともに有意な差は認めなかった。32型糖尿病男性における、血中DPP-4濃度と糖代謝・脂肪指標との関連性を横断的に検討した。ロジスティック回帰分析により血中DPP-4濃度の上昇が多発椎体骨折のリスク因子であることが明らかになった。さらに、重回帰分析により内臓脂肪量と血中DPP-4濃度との間に有意な正の相関を認めた。これらのことから、インクレチン不活化物質であるDPP-4の血中濃度は内臓脂肪肥満により上昇し、多発椎体骨折のリスクを上昇する可能性が考えられた。

当初の予定通り、培養実験をスタートさせ、インクレチンは間葉系幹細胞ST2と骨芽細胞様細胞MC3T3-E1細胞には明らかな影響を与えないことを認めた。現在、骨細胞様細胞MLO-Y4への影響を検討中である。動物実験については、学内の実験承認を取得し、現在DPP-4阻害薬alogliptinを投与しながら飼育を行っているところである。平成27年度中には骨を採取し、骨構造について検討できると考えている。臨床研究については、学内倫理委員会の承認を得たのち、糖尿病患者血清よりDPP-4濃度を測定し、内臓脂肪肥満では血中DPP-4濃度が高く、さらに椎体骨折リスクも高いことを明らかにした。これらの結果は国内・国際学会での報告と論文作成を行っているところである。以上より、本研究プロジェクトはおおむね順調に進展していると考えている。内分泌学培養実験については、予想していた結果とは異なるが、ST2細胞とMC3T3-E1細胞へのインクレチンの影響については結論を得たと考えている。本年度はMLO-Y4細胞への影響について計画通りに進めていく予定である。動物実験については準備が整ったところであり、本年度は結果を得るための実験を行える予定である。臨床研究については、血中DPP-4濃度と骨折リスクとの関係を明らかにできたので、学会報告、論文作成を行うこととしている。また、今後はDPP-4阻害薬内服による骨代謝への影響についても検討を行うため、患者のエントリーを進めているとことである。当初の予定通り、培養実験をスタートさせ、結果を得つつある。動物実験と臨床研究については、準備が整ってきており、今後マウスの検体採取や臨床データの収集を行っていく予定である。現時点で各細胞における受容体の発現を確認し、間葉系細胞であるST2を用いた実験の結果を得たところである。今後は、骨芽細胞MC3T3-E1と骨細胞MLOにおけるGIPの影響を検討する予定である。また、動物実験と臨床研究については現在準備を整えており、今後検体採取とデータ収集を行っていく予定としている。
歌う男たち--英独仏と日本におけるアマチュア合唱運動の音楽社会史研究

毎年、私たちは研究の方向性を検討するために、数回の打ち合わせを行った。また、ヨーロッパと日本で数回現地調査を行った。2010年にはドイツ南西部、2011年には中部(旧東ドイツ)を共同で調査し、さまざまな資料を収集することができた。私たちはいくつかのシンポジウムや学会で研究発表し、また研究誌や書籍の形で成果を発表した。ヨーロッパと日本の合唱運動のいくつかの事例研究を通じて、この分野の基礎研究を行った。本研究は、英独仏における合唱運動の隆盛と日本におけるその受容を問題にするもので、これまで音楽史の文脈ではほとんど語られてこなかったアマチュア合唱の実態とその社会的組織化の過程に注目し、音楽と社会とのダイナミックな関係を比較史的に考察しようとするものである。平成22年度は基礎調査を中心に行った。まず、2010年7月25日に東京で打ち合わせを行い、先行研究をまとめると同時に、この問題について申請者がこれまで予備的に行ってきた研究を整理し、今後の考察の基礎となる視点を確保した。国外の調査としては、9月17日から21日まで、松本彰と井上さつきの両名で、ドイツ南西部のフォイヒトヴァンゲンの合唱博物館・資料館、およびシュトゥットガルト近郊のジルヒャー博物館を訪れ、調査を行った。これらはいずれも男声合唱運動研究の中心となっている博物館で展示も充実しており、研究スタッフの案内で、当時の協会運動の詳細を知ることができた。その後、井上は、パリの国立図書館で、合唱運動に関する文献を収集した。さらに、11月17日には、名古屋の愛知芸術文化センターで開催された日本音楽学会の全国大会において、松本はシンポジウム「音楽・国民国家・コメモレーション」のコーディネーターを務め、松本、井上、共に発表を行った。男声合唱運動は当時の社会運動の中でも重要な意味をもつものであり、シンポジウムの内容と密接に関係していた。以上の調査・研究にもとづき、井上は「フランス人が見たドイツ合唱同盟祭」について、松本は「音楽におけるコメモレーション」について、それぞれ音楽学研究誌および学会誌に論文を掲載した。平成23年度は事例研究を中心に行った。まず、6月25日、日本ドイツ学会のシンポジウム「音楽の国ドイツ?」において、松本は基調報告、井上はコメンテーターを務めた。国外の調査としては、9月に井上と松本はヨーロッパに赴き、それぞれ調査を進めたが、その期間内の9月14日から18日まで、共同でドイツでの調査を実施した。具体的には、ドレスデン、フライベルク、マルクノイキルヒェン、ハレ、ライプツィヒを訪れ、文書館や楽器博物館などを調査・見学した。ドレスデンでは、1865年の第一回同盟祭に関係する場所を調査し、市文書館において、「第1回ドイツ合唱同盟祭」に関する一次資料を収集することができた。マルクノイキルヒェン楽器博物館は、楽器製作の歴史と深く関係したところで、その点について館長と懇談することができ、ドイツ市民の音楽史を考察する上で、多くの示唆を得た。その後、井上は、パリの国立図書館やギメ美術館図書室で、合唱運動に関する文献を収集した。松本はライプツィヒなどで資料の収集を行った。松本は、12月10日、早稲田大学西洋史研究会において、「19世紀ドイツにおける市民社会、国民国家、戦争-協会運動と三重のナショナリズム」を発表し、そのなかで男声合唱協会の重要性について論じた。年度後半、井上は日本における合唱運動についての事例研究に着手し、日本に合唱コンクールを根付かせた小松耕輔について、上野学園音楽大学に所蔵されている小松文庫の資料を中心に調査を開始した。今年度は研究のまとめの年であり、数回の研究会を東京で行なった。井上は政治経済学・経済史学会秋期学術大会の「音楽が国境を越えるとき」というパネル・ディスカッションに参加し、万博と音楽との関係について発表した。万博は民衆の合唱活動と深く関係していた。また、日本における合唱コンクール導入期について、紀要論文「小松耕輔と第1回合唱競演大音楽祭(1927)」にまとめた。論文では、小松耕輔が1927年に開催し、戦前日本の合唱運動を発展させる上で重要な節目となった第1回合唱競演大音楽祭について、上野学園大学所蔵の「小松文庫」および、日本合唱連盟図書館に所蔵されている資料等を使用しながら、当時の社会的コンテクストに置き直し、その意味を再考した。松本は、長年の研究を『記念碑に刻まれたドイツー戦争、革命、統一』(東大出版会)にまとめた。ドイツの男声合唱運動は、協会運動として、祭典、記念碑と深く関係して発展したのであって、19世紀初頭以来の200年のドイツの記念碑をまとめた本書は、男声合唱運動を研究する上で必要な基礎作業だった。とくにドイツにおける「国民」概念の重層性については、早稲田大学西洋史研究会での報告を活字にした。本書の冒頭に現在のドイツ国歌の元になった「ドイツ人の歌」について紹介したが、その後、「国歌、国民歌に歌われたドイツ」の研究をすすめている。

全体として、当初考えていたスケジュールに沿って、研究が進んでいるといえる。24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は当初計画していたとおり、昨年までの調査をまとめ、国内での補充調査を実施する。それらの成果を含めて、最終的な研究の総まとめを行う。
細胞リズムの階層的相関ダイナミクス:非線形振動子間の協調と破綻

生体には呼吸や心拍など多くのリズム現象が存在している。生体を器官、組織、細胞などから構成される階層性を有するシステムとして捉えると、その最小機能単位である細胞においても様々なリズム現象が認められる。本研究では、細胞全体、細胞質内およびオルガネラであるミトコンドリア・クリステ内という、異なった階層において認められる複数リズム間相互作用、それらリズムの協調と破綻のメカニズムの解明を目指した。研究成果は以下のようにまとめられる。(1)培養開始から4日目(4DIV)の心筋細胞の拍動リズムは細胞間で同期しており、細胞内Ca^<2+>振動も細胞間で同期していることを明らかに出来た。(2)物理的に接触が認められない心筋細胞間でも心筋細胞間での細胞内Ca^<2+>振動は同期していることを明らかに出来た。(3)細胞内Ca^<2+>振動の心筋細胞間同期は、ギャップ結合をDSAやheptanolによって薬理的に阻害しても持続すること、およびBDMで拍動を完全に停止させても持続することが分かった。(4)P2 purinoceptorの阻害薬であるsuramin付加によって、細胞内Ca^<2+>振動の心筋細胞間同期が崩壊することが分かった。(5)以上のことから、細胞内Ca^<2+>振動の心筋細胞間同期に細胞外情報伝達系としてのATP-puriniceptor系が関与している可能性を明らかに出来た。(6)さらに、心筋細胞-線維芽細胞共培養系による解析により、線維芽細胞は心筋細胞の発達、とくに細胞間情報伝達を増加させることで、心筋細胞拍動リズムの安定化に寄与している可能性を明らかに出来た。本年度は、自発的で周期的な拍動を示す新生ラット培養心筋細胞を非線形自励振動子のモデルと見なし、拍動リズムと細胞内Ca^<2+>振動の相関ダイナミクスと拍動を停止させたときのCa^<2+>振動の変化、およびそのメカニズムを解析した。その結果以下に述べる研究成果を得た。(1)培養開始から4日目(4 DIV)の心筋細胞の拍動リズムは細胞間で同期しており、細胞内Ca^<2+>振動も細胞間で同期していた。(2)ギャップ結合の主要構成タンパクであるCx 43に対する抗体(anti-Cx43 antibody)を用いた免疫組織化学的解析により、4 DIVの心筋細胞培養系では、心筋細胞間におけるギャップ結合が未成熟である可能性が分かった。LY dyeを用いたdye-transfer解析によっても、心筋細胞間でのギャップ結合が未成熟である可能性を明らかにできた。(3)心筋細胞の拍動を、EC-couplingの阻害剤であるBDMの培養系への付加によって完全に停止させた後でも、細胞内Ca^<2+>振動およびその細胞間同期は持続した。(4)細胞内Ca^<2+>振動の心筋細胞間同期に、細胞外シグナル伝達系(ATP-purinoceptor system)が関与している可能性を明らかにできた。

本研究では、細胞全体、細胞質内およびオルガネラであるミトコンドリア・クリステ内という、異なった階層において認められる複数リズム間相互作用、それらリズムの協調と破綻のメカニズムの解明を目指した。昨年度の解析により、培養開始から4日目(4 DIV)の心筋細胞の拍動リズムは細胞間で同期しており、細胞内Ca^<2+>振動も細胞間で同期していることなどを明らかにできた。本年度は、自発的で周期的な拍動を示す新生ラット培養心筋細胞を非線形自励振動子のモデルと見なし、細胞内Ca^<2+>振動の心筋細胞間同期のメカニズムのさらなる解明を目指した。その結果以下に述べる研究成果を得た。(1)物理的に接触が認められない心筋細胞間でも心筋細胞間での細胞内Ca^<2+>振動は同期していた。(2)細胞内Ca^<2+>振動の心筋細胞間同期は、ギャップ結合をDSAやheptanolによって薬理的に阻害しても持続することが分かった。(3)細胞内Ca^<2+>振動の心筋細胞間同期は、BDMで拍動を完全に停止させても持続していた。(4)P2 purinoceptorの阻害薬であるsuramin付加によって、細胞内Ca^<2+>振動の心筋細胞間同期が崩壊することが分かった。以上の結果は、細胞内Ca^<2+>振動の心筋細胞間同期に細胞外情報伝達系としそのATP-puriniceptor系が関与している可能性を示唆している。生体には呼吸や心拍など多くのリズム現象が存在している。生体を器官、組織、細胞などから構成される階層性を有するシステムとして捉えると、その最小機能単位である細胞においても様々なリズム現象が認められる。昨年度までの研究成果に基づき、本年度は心筋細胞の自発的拍動リズムゆらぎと細胞間相互作用との関連に関して更なる研究を実施し、以下に述べる研究成果を得た。(1)心筋細胞培養系(CM)および心筋細胞-線維芽細胞共培養系(CM/CF)を確立し、心筋細胞の発達に与える心筋細胞-線維芽細胞間相互作用の解析を行った。(2)心筋細胞-線維芽細胞共培養系における心筋細胞拍動リズムゆらぎは心筋細胞のみの培養系における拍動リズムゆらぎと比較して、有意に低下していた。(3)心筋細胞における主要なギャップ結合構成タンパクであるCx43の発現および分布を、Cx43抗体を用いた免疫細胞化学的手法により解析した。その結果、心筋細胞-線維芽細胞共培養系におけるCx43は、心筋細胞培養系と比較して強く発現している傾向が認められた。(4)心筋細胞-線維芽細胞共培養系に対して、ギャップ結合阻害薬を付加すると、拍動リズムゆらぎが有意に増加した。以上の結果は、線維芽細胞は心筋細胞の発達、とくに細胞間情報伝達を増加させることで、心筋細胞拍動リズムの安定化に寄与している可能性を示唆している。