hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞質ダイニンのATP加水分解活性と運動活性の関係の解明

細胞質ダイニンモータードメインの各モジュールの構造がATP加水分解活性と運動活性の関係にどのように寄与しているのかを調べるためにヒト細胞質ダイニンの1番目のAAAモジュールであるhA1とC末端のAAAモジュールでない領域の結晶の作成に取り組んだ。第一に、大量に発現するコンストラクトの作製に取り組み成功した。そこで、実際に結晶の作製に取り組んだが、現在のところ結晶は得られていない。結晶の作製と並行して、hA1を含むフラグメントの溶液状態でのオリゴマー状態を調べた結果、6量体の状態で存在することが示唆され、さらに、電子顕微鏡観察により、リング状の構造をとっていることも示唆された。細胞質ダイニンモータードメインはリング状の構造をしていることは知られているが、C末端のAAAモジュールでない領域がその構造に含まれているかは意見が分かれており、今回得られたhA1のみでリング状の構造を形成でき得るという知見は非常に興味深いものである。また、細胞質ダイニンモータードメインのストーク(4番目と5番目のAAAモジュールの間から突き出ている)が微小管との結合部位であり、その結合はモータードメインにどのヌクレオチドが結合するかにより、影響をうけることが知られている。そこで、hA4st5を含むフラグメントを作製したところ、微小管と高い親和性で結合することが確認できた。現在、ストークに最も近いヌクレオチド結合部位であるP4のヌクレオチド状態がどのような影響を与えるかを調べているところだが、はっきりとしたデータは得られていない。しかし、このフラグメントのオリゴマー状態を調べたところ、3量体、つまり、AAAモジュールで考えると6量体ということが示唆された。これは、上記のhA1で得られた結果と矛盾しないものであり、細胞質ダイニンモータードメインの構造を考える際に、非常に興味深いものである。細胞質ダイニンの運動機構を解明するために、第一に、昆虫細胞を用いてマウス細胞質ダイニンの組換え体を発現させることに取り組んだ。当初は、発現量が十分でなかったため、組換え体を得ることができなかったため、発現条件の検討を行った。その結果、活性の評価をするために必要な量の組換え体を得ることに成功した。しかし、ここで得られた組換え体は運動活性を有しておらず、その活性を評価することができなかった。そこで、次に、ヒト細胞質ダイニンの組換え体を得ることを目的として、コンストラクト構築、ならびに、その発現に取り組んだ。しかし、この場合でも、現在のところは活性を評価することができる組換え体は得られていないので、今後も引き続き取り組んでいく。またATP加水分解活性と運動活性の関係を解明するためには、結晶構造のデータも必要であると考えているので、これらと並行して、結晶の作製にも取り組んでいる。当研究室での結果によれば、出芽酵母細胞質ダイニンの組換え体に比べ、ヒトあるいはマウス細胞質ダイニンの組換え体(およそ50kDa程度までの組換え体)は大腸菌内で非常によく発現するので、実際に一番目のAAAモジュールであるAAA1を含む組換え体を発現させてみた。その結果、以前発現させていた出芽酵母の組換え体に比べ、可溶性が非常に高いものを得ることに成功した。現在は、こうして得られた組換え体が結晶の作製に適したものであるかの検討を行っているところであり、適しているものであった場合には実際に結晶の作成に取り組んでいく。また、その場合には順次さまざまなコンストラクト(AAA1とAAA2を含むもの、あるいはAAA3とAAA4を含むものなど)も試していく。
トルコ系民族の伝統薬物に関する比較調査研究(2)

中央アジアにおけるトルコ系民族薬物に関する調査研究の第2次として、(1)現地調査として、カザフスタンのタルドクルガンからウズベキスタンのナマンガンまでの天山北路に沿った地域の伝統薬と薬用植物の調査研究を行った。また、(2)収集した薬用植物について、天然物化学的解析を行った。その結果、(1)民間薬、薬用植物の証拠標本およそ400点を得、(2)3か年の研究成果の発表は論文26報となった。(1)の多くは基原植物が同定されたが、特にバザールにて売られているものには、ヨーロッパロシアの影響が認められた。またこの地には甘草基原植物のGlycyrrhiza uralensisとG. glabraとが広範囲に分布しており、カザフスタンにはこの交配雑種とみなされるものが広く認められ、両種の種分化の点で興味ある事象である。この甘草原植物については、アルマティタシケント間の各地で分析用サンプルと種子を採取した。(2)現地で薬用とされる以下のGentiana olivieri、Inula macrophylla、Ferula foetida、F. kuhistanica、F, pallida,、F. penninervis、F. sumbu、Rheum maximowiczii、Scutellaria hematochlora、Prangos tschimganica、P. pabularia、Phlomisspinidens、Dracocephalumn komarovi 13種の特徴成分と生理活性について解析し、テルペン類(セスキテルペン、ジテルペン)、クマリン、フラボノイド類、含硫化合物など、新規化合物を含む二次代謝成分100以上を単離、構造決定した。7月21日8月16日の期間、ウズベキスタン共和国、およびカザフスタン共和国において、民間薬、薬用植物資源に関するフィールドワークを行なった。ウズベキスタンにおける調査は、平成9年、10年(課題番号09041182)に続き3回目であり、本年度は、民間で薬用にされる植物を中心に、天然物化学的研究のための材料採集を行なった。次に、ウズベキスタンに引き続き、カザフスタンにおいて初めての現地調査を行なった。旧首都であるアルマティの市場では、多数の薬草類が販売されており、用途別に複数種を処方したものもあった。売られていた薬草の種類は、概ねウズベキスタンのものと重なるが、一部はロシアから運ばれてくるといい、非常に欧州的なものもみられた。また、カザフスタン南側の山岳地帯は植物相が非常に豊富であった。アルマティから北方のバルハシ湖周辺部までの砂漠地帯では、植物相的には豊かではないものの、資源植物として重要な甘草が多く自生していた。これらの甘草は、生薬市場では東北甘草と称されるGlycyrrhiza uralensisであると同定されたが、現地の植物学者によると、カザフスタン東部ではG.uralensisが、西部ではG.glabraが多く、中部ではその交配種のG.korsinskyiがあるということであった。また、漢薬資源として重要でありながら、近年、中国からの供給が危ぶまれている麻黄(Ephedra equisetina)の自生も確認した。また、7月1日7月7日には、ウズベク科学アカデミー植物研究所・植物園の所長および所長代理を日本に招き、民族伝統薬物に関する情報交換、研究成果についての検討を行なった。平成13年7月24日より8月18日にカザフスタン共和国及びウズベキスタン共和国にて、これらの地域の伝統薬物と重要な薬用資源である甘草についての現地調査を行った。伝統薬物については、カザフスタン共和国アルマティ市の薬種商より聞き取り調査と各種サンプルの入手をした。市内のバザールの薬種商にはカザフ独自の情報と思われるものは少なく、知識の多くはロシア語で書かれた生薬の教科書からのものであった。売られていた生薬は、付近の山野で採られたもののほかにモスクワから輸入されたものもあった。カザフ国内ではほかにアルマティ県内のバルハシ湖近郊やタルドクルガン市において甘草ほかの薬用植物の調査と天然物化学的分析用の資料採取を行った。

カザフスタン共和国からウズベキスタン共和国へは陸路、旧シルクロードのオアシスの道に当たる経路を資料の採集をしながら移動した。経路沿いには甘草の自生地が点在し、Glycyrrhiza uralensis、G. glabra、および両者の交雑種が多く観察された。また、両者の交雑種と思われる中間型のものの形態は連続的に変異していることが判明した。ウズベキスタン国内においては甘草を中心に調査を行ない、サンプルの採集に努めた。さらに、これらの資料をもとに、甘草のembryogenesisが専門のウズベク科学アカデミー植物研究所アシュルメトフ教授と両種の交雑および種の鑑定について意見交換を行なった。以上の調査で得られたサンプル、および昨年の現地調査によって得られたサンプルについては、さらに詳しい分析を現在遂行中であり、得られた成果の一部は、平成13年3月の日本薬学会及び各種学術雑誌に発表の予定である。本年度は、前2回の現地調査で収集した、民間薬として用いられている植物の天然物化学的研究を中心に行った。主にウズベキスタンで止血や外傷の治療に使われるPrangos pabulariaからは、フラノクマリン類を含む4種の新規化合物と26種の既知化合物を得、それらの抗菌活性とサイトカイン遊離抑制活性を測定した。その結果、ostholに中程度の抗菌活性がみられ、12種の化合物にサイトカイン遊離抑制活性があった。ウズベキスタン、カザフスタンでさまざまな身体症状の薬として用いられるHypericum scabrumからは、9種の新規polyprenylated benzoylphloroglucinol類が得られた。これらのうち、3種類には中弱程度の抗菌活性があった。中央アジアには多くのセリ科植物が自生しており、中でもFerula属はしばしば薬用に使われる。Ferula kuhistanicaも皮膚病や切り傷の薬とされるが、このものの果実部から、非常に珍しい構造の新規セスキテルペン化合物を得、kuhistaferoneと命名した。本化合物は、ヒト癌細胞HCT116株に対して中程度の細胞毒性を示した。「臭いフェルラ」という意味の学名をもつFerula foetidaからは、S(硫黄)を含む6種の新規化合物と6種の既知化合物が得られた。また、Ferula penninervisの地下部からは、セスキテルペン類の新規化合物17種(グアイアン型15種、オイデスマン型2種)、既知9種を単離、NMRやX線結晶解析、さらにモッシャー法を用いて構造を決定した。これらの化合物のうち、ferupennin Jには、中程度のサイトカイン遊離抑制活性があった。また、ウズベキスタンの山岳地帯に自生するシソ科
インタラクティブマルチビュービデオ通信システム

画像技術の進歩により、カラー画像と奥行き画像を同時に複数の角度から撮影することが可能になった。撮影した画像を用い、本研究の目的は、インタラクティブな3次元画像システムが実現できるように、基礎技術を開発すること。三つのテーマで研究を進めた。一つ目は、3次元画像の圧縮。二つ目は、3次元データーのネットワーク転送。三つ目は、3次元データーの復元。画像圧縮に関しては、グラフフーリエ変換を用い、マルチ解像度、輪郭の対応性ある画像圧縮アルゴリズムを開発した。データー転送に関しては、データー冗長度を利用するリカバリー手法を提案した。画像データー復元に関しては、グラフラプラシアンを用いた復元手法を開発した。研究実績は以下の2点に要約される。一点目は奥行き画像の符号化。二点目は奥行き画像のノイズ除去と補間。二点目に関しては、撮影された時に奥行画像に入ったノイズが除去できる手法を提案した。まず画像の中に比較的に似ているパッチからaverage patchを計算し、average patchからGBTを計算する。そのGBTを用いて似ているパッチをsparsificationする。画像ノイズ除去に有名なBM3D手法により2dBの増加を観測した。1本の論文がIEEE会議に採択された。GBTを用いて、画像の補間にも効果あることが判明した。最初の成果はIEEE会議で採択され、今月発表することになった。研究実績は以下の二点に要約される。一点目はグラフ信号処理を用いた画像復元問題の適応。二点目はビデオ会議システム用の視線矯正と顔の美化。二点目に関しては、一般的なテレビ会議システムで撮影するカメラの位置がユーザーの注目点と違うことにより、会議の参加者たちの視線が合わない問題に対する解決方法を提案した。まずネットから入手した20代から40代までの芸能人の顔写真を機械学習し、信号の辞書(dictionary)を作成する。テレビ会議の時には、スクリーンの真ん中の視点からの画像を合成し、辞書のatomsを用いてスパースな表現を求める。結果は視線矯正した画像だけでなく、目や眉毛が美化された効果が見られる。その成果はIEEE会議で発表した。研究実績は以下の三点に要約される。一点目は3D visualのコンパクトな圧縮表示。二点目はビデオストリーミングの損失回復。三点目はビジュアルデータインタラクションにおける視線の予測。一点目に関しては、我々が開発した"transform domain sparsification (TDS)"と呼ばれる技術を使うことにより、奥行き画像の符号化が向上した。この技術によって、synthesized view qualityに、通常の技術と比較して2dB近くの増加を観測した。これらの成果についてはIEEEの会議で2本の論文を発表した。第二点目は、損失ネットワーク上でのビデオストリーミングのcooperative peer-to-peer repairを用いて、パケット回復が調査された。この研究に関しても、2本の論文をIEEE会議で発表した。三点目については、end-to-end media interaction delayを防止するために、観測者の視線が予測された。この研究結果についての論文は、2つの会議において採択された。一点目はグラフ信号を用いた画像復元問題の適応。二点目はマルチビュービデオストリーミングシステム用の画像合成。一点目に関しては、グラフ信号処理(graph signal processing (GSP))のツールgraph-signal smoothness priorを適切に定義し、画像のノイズ除去(denoising)、JPEG画像の逆量子化(de-quantization)、コントラスト促進(contrast enhancement)などの画像復元問題に適応する研究を行った。不完全なノイズ破損した信号から適切なグラフを設計するのが注目点である。グラフ設計により、問題は制約のない二次方程式になり、効率よく解決できる。区分的に滑らかな画像(piecewise smooth images)には、従来の技術よりいい画質が得られた。二点目に関しては、クライアントが三次元のシーンを多視点から観察できるように、サーバー側が保存した視点画像に限らず、ネットワーク内で新たなリファレンス視点画像を合成し、クライアントに転送する手法を提案した。サーバー側が保存した視点画像のみでクライアントで視点画像を合成する手法と比べれば、よりよい画像品質ができることが判明した。その成果もIEEE会議で発表した。信号処理奥行き画像の符号化に関しては、学会論文に発表し、現在ジャーナル論文にまとめる準備をしている。奥行き画像のノイズ除去も昨年度に初めて研究テーマとした。graph-based transform (GBT)を用いた手法は予測以上効果があり、今後も同じ方向に進めたい。GBTを用いた画像補間はまだ発足したところで、今後も従来の補間技術とうまく組み合わせてアルゴリズムを検討したい。GFTを用いた、画像のノイズ除去、bit-depthの高度化、画像の補間もIEEE会議で発表することになった。

奥行き画像の圧縮は4月にIEEEジャーナルに投稿した。テレビ会議用の視線矯正と顔の美化は二月にIEEE会議に投稿した。最初のバージョンを改善し、四月にIEEEジャーナルに投稿した。奥行き画像の符号化の分野では、我々は研究をリードするグループの一つであり、我々の論文はしばしば引用され高く評価されている。また我々研究チームは、マルチビュービデオストリーミング研究の先駆者でもあり、interactive view-switching aspectにフォーカスを置く革新的な研究手法は、他研究者とは一線を画している。ICMEに発表した視線の予測に関する論文は、最優秀論文の候補にノミネートされた。この新鮮で将来性のあるリサーチトピックは、研究者の注目と関心を集め、共同研究の申し出を数多く受けている。一点目の研究テーマについては、奥行き画像の符号化アルゴリズムの開発をスピードアップし、リアルタイムで実行できるように検討したい。二点目に関しては、奥行き画像を撮影するカメラのメカニズムを理解し、発生するノイズの相関性を学習する予定である。ノイズの相関性に応じて、除去アルゴリズムを設計する予定である。三点目は、GBTだけではなく、従来画像補間技術で使われてきたtotal variationなどのimage priorとうまく組み合わせして手法を検討する予定である。GFTのグラフ構成は画像復元の効果に大きく影響する。論理的に一番適切なグラフ構成はどう求められるかは現在検討している最中。顔の美化に関しては、実際のテレビ会議システムに適応するために、アルゴリズムのスピードアップが必要と指摘されている。アルゴリズムの簡潔化とGPUの実装を検討する予定。一点目の研究テーマについては、典型的な動画圧縮に代わり、デコーダーのinteractive view synthesisのための"compact representation"に、より一層の焦点を当てて研究を進めていく。ここでは、何を符号化するかの判断(例えば、適切な解像度での対象物のテキスチャーと奥行き画像)が、どうやって符号化するか(よく知られたH.264やHEVCといったコーディングツールを用いる等)ということより、一層重要になってくる。二点目のテーマに関しては、マルチパース伝送のためのtexture-plus-depthformatにおける自由視点ビデオのmultiple descriptionの研究をスタートしている。
超並列光インターコネクションとMEMS技術の融合によるVLSIフォトニクス

ステージ制御型マルチステージ光通信ネットワーク(SC-MIN)の研究を行った.スイッチング要素と制御線の数が膨大とならない点を特長とし,集積化に向いているため,コスト面で有利である.一例として,16×16のハイパキューブネットワークのマルチステージ版を,バッファ無しSC-MINとして実装した.可動ステージを用いて動かすことで,4種類の置換を実現することができた.このシステムの動的バージョンを実装した.まず,電気機械式スイッチデバイスを設計し,評価したところ,共振周波数417Hzを得た.ファイバアレイのピッチに相当する125umの発振を得るために4.4Vの電圧を必要とした.次に2置換モジュールシステムを構築し,834Hzでの再構成が可能なことが分かった.また,2つのSC-MINからなるロードバランス光スイッチの性能を評価するソフトウェアを開発した.異なるネットワークやバッファサイズについてシミュレーションを行い,異なる到着レートに対するパケットロス率を求めた.現在に至るまで,デジタル機器のインターコネクションは電子によって実現されてきた.しかし,電子を用いた既存の結線技術は速度・並列度の両方で限界に達していることは周知の事実であり,特に並列コンピュータのシャーシ間,基板間や電話の交換器ではこのボトルネックが顕著にあらわれている.電子がもつこのボドルネックを解消し,電子におきかわるものとして光によるインターコネクションが注目を集めている.光には静電容量や電磁誘導によるクロストーク,信号の分散や電磁場による干渉がないという利点がある.超並列光インターコネクションが抱える問題点に,2次元アレイ形状の光源とフォトディテクタを接続するのに適したコネクターが存在しないことが挙げられる.この問題を解決するために,簡単かつ正確に光学素子とチップ間を接続する手法を提案した.提案手法の評価のために,2次元アレイ状のVCSELとフォトディテクタ・イメージファイバーバンドルを5mm径のGRINレンズを単純な機構で集積化したものを試作した.接続した際のアライメントの誤差は10μm以下であると見積もられており,異なるモジュールと接続することで,64チャンネルの自由空間接続や,52チャンネルの光データリンクが実現でき,両者とも10MHzの並列データ接続が実現できた.さらに,モジュール同士の接続部分の許容誤差は±0.5mmであるにもかかわらず,チップ同士のアライメントの誤差は平均20μmであった.ステージ制御型マルチステージ光通信ネットワーク(SC-MIN)の研究を行った.スイッチング要素と制御線の数が膨大とならない点を特長とし,集積化に向いているため,コスト面で有利である.一例として,16×16のハイパキューブネットワークのマルチステージ版を,バッファ無しSC-MINとして実装した.可動ステージを用いて動かすことで,4種類の置換を実現することができた.このシステムの動的バージョンを実装した.まず,電気機械式スイッチデバイスを設計し,評価したところ,共振周波数417Hzを得た.ファイバアレイのピッチに相当する125umの発振を得るために4.4Vの電圧を必要とした.次に2置換モジュールシステムを構築し,834Hzでの再構成が可能なことが分かった.また,2つのSC-MINからなるロードバランス光スイッチの性能を評価するソフトウェアを開発した.異なるネットワークやバッファサイズについてシミュレーションを行い,異なる到着レートに対するパケットロス率を求めた.
神経幹細胞を用いた放射線生体影響評価系の確立

本研究の目的は、幹細胞を用いた新しい放射線生体影響評価系を確立することである。そのために、マウス神経幹細胞を含むニューロスフェア細胞を用い、対照としてマウス線維芽細胞を用いた。ニューロスフェア細胞は、線維芽細胞よりも放射線によるDNA2本鎖切断の修復速度が速いという特徴がみられた。そこで、ニューロスフェア細胞を長期継代培養することにより、神経幹細胞の特徴を有した不死化細胞株の樹立を試みた。その結果、神経幹細胞の特徴をよく保持し、2倍体の染色体構成を示すマウス不死化ニューロスフェア細胞株の樹立に成功した。本研究の目的は、神経幹細胞を用いた新しい放射線生体影響評価系を確立することである。そのために、本研究では2つの目標を掲げた。1つめは、神経幹細胞での放射線応答に関する特徴を明らかにすること、2つめは、神経幹細胞の特徴を有した細胞を不死化して、放射線生体影響評価に使用可能な細胞株を樹立することである。まず、1つめの目標のために、14.5日齢のICRマウス胎児脳から神経幹細胞を含むニューロスフェア形成細胞を培養系に移し、X線照射後のDNA修復能について調べた。指標はリン酸化ヒストンH2AX(γ-H2AX)フォーカス形成と未成熟染色体凝縮(PCC)を用いた染色体切断数とし、マウス胎児線維芽細胞を対照として比較した。その結果、ニューロスフェア形成細胞は、線維芽細胞に比べて、被ばく後3時間までの放射線誘発DNA2本鎖切断の修復が有意に速いことが明らかになった。このことは、ニューロスフェア形成細胞が高いDNA修復能を有していることを示唆している。一方、一定数のニューロスフェア形成細胞を3日毎、5日毎、10日毎に一定面積のフラスコで継代培養したところ、3日毎の継代培養では細胞老化により増殖停止したのに対し、5日毎と10日毎の継代培養の場合には集団倍加数が100を超え、不死化することがわかった。線維芽細胞も3日毎の継代培養では細胞老化により増殖停止したが、10日毎の継代培養では不死化した。これらの不死化した細胞は、今後、放射線による生体影響評価実験系への応用が期待される。本研究の目的は、神経幹細胞を用いた新しい放射線生体影響評価系を確立することであり、平成22年度から2つの目標を掲げている。1つは、マウス神経幹細胞での放射線応答の特徴を明らかにすることであり、昨年度、神経幹細胞を含むニューロスフェア細胞が線維芽細胞に比べて高いDNA修復能を有していることを明らかにした。2つめの目標は、放射線影響評価に使用可能な神経幹細胞の特徴を有した不死化細胞株を樹立することであり、今年度はこの目標達成を目指した。5日毎、または10日毎の長期継代培養により、マウスニューロスフェア細胞、及び対照として用いたマウス線維芽細胞が、ともに集団倍加数(PDN)が100を超え、不死化することがわかった。染色体分析の結果、線維芽細胞の染色体数は40PDNで、4倍体域を示した。これに対し、ニューロスフェア細胞では、5475PDNで、5060%の細胞が2倍体域に分布しており、その後100PDNを超えると約80%の細胞が4倍体に移行することが分かった。そこで、2倍体を保持した不死化ニューロスフェア細胞を7個分離し、それらの性質を調べた。その結果、分離クローン7個のうち5個(71%)は100PDNを超えても80%以上の細胞で染色体数が2倍体を保持していた。また、幹細胞マーカーであるCD133陽性細胞の割合は1.07.4%であり、初代細胞の1.7%と同等かそれ以上であった。さらに、1つの不死化2倍体細胞株について分化能を調べたところ、95%がグリア細胞への分化能を有していた。別の不死化2倍体細胞株について放射線感受性を調べたところ、D_0値が1.1Gyであり、初代細胞と同じ放射線感受性であった。本研究の結果は、樹立した不死化2倍体ニューロスフェア細胞の染色体が安定で、しかも神経幹細胞の特徴をよく保持しており、放射線生体影響の評価系に用いるのに有用であることを示している。
酸化コレステロールによる血管炎症とHDL機能不全に対する食事因子の改善作用の検討

食事由来の酸化コレステロールの一種である7-ketocholesterolに着目し、動脈硬化の初期段階である血管炎症惹起作用について検討を行った。層流下で接着実験を行ったところ、血管内被細胞HUVECへのヒト単球系細胞株THP-1のローリング数は、7-ketocholesterolにおいて有意に増加した。HUVECにおける細胞接着分子E-selectinの発現は、7-ketocholesterolによって著しく増加し、その作用はp38MAPK経路の活性化、転写因子ATF-2の活性化を介することが明らかとなった。加工品を頻食する食習慣に伴い、動物性加工食品に含まれる酸化コレステロールの摂取量が増加している。小腸から吸収された酸化コレステロールは、HDLの機能不全や血管炎症を引き起こし、動脈硬化の進展リスクを高める可能性が考えられる。今年度は、酸化コレステロール負荷によって、動脈硬化進展に重要な血管炎症が生じるかどうか検討を行った。C57BL/6Jマウスに、高脂肪食とともに経口ゾンデで酸化コレステロールを、対照群には通常のコレステロールを4週間摂取させた。その後、麻酔下でマウス大腿動脈を用いた生体内血管観察システムにより、血管内皮への白血球接着現象をリアルタイムで観察し、ライブイメージを動画に取り込み、画像解析することで、血管内皮に接着する白血球数を算出した。高脂肪食負荷によって、血管内皮への白血球接着は増加したものの、コレステロール群と酸化コレステロール群で有意な差は認められなかった。一方、食品中に多く含まれることが知られている酸化コレステロールの一種である7-ケトコレステロールを、ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC)に添加し、ヒト単球系細胞THP-1を用いた接着実験を行ったところ、コレステロール刺激に比して有意な接着亢進作用が認められた。今年度は、まず酸化コレステロール負荷によって、動脈硬化進展に重要な血管炎症が生じるかどうか検討した。マウスを用いた酸化コレステロール負荷実験では、当初の予想に反して、白血球の血管内皮への接着現象は見られなかった。体重、肝重量においても、コレステロール群、酸化コレステロール群ともに有意な差は見られなかった。リンパから静脈への合流付近に脂肪塊生成の所見があり、今回負荷した脂肪量が過剰であることと、酸化コレステロールの吸収率が非常に低い可能性が考えられた。投与量や負荷期間などの条件を再検討する必要がある。次に、培養細胞を用いた系で、酸化コレステロールの血管炎症惹起作用について検討した。食品中に多く含まれることが知られている酸化コレステロールの一種である7-ケトコレステロールを、ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC)に添加し、ヒト単球系細胞THP-1を用いた接着実験を行ったところ、コレステロール刺激に比して有意な接着亢進作用が認められた。7ーケトコレステロールの血管炎症惹起作用の機序について、現在解明中である。アテローム性動脈硬化巣において、食事由来の酸化コレステロールが多く検出されていることが明らかとなってきた。前年度は、C57BL/6Jマウスに、高脂肪食とともに経口ゾンデで酸化コレステロールを、対照群には通常のコレステロールを4週間摂取させ、血管内皮への白血球の接着現象を観察した。しかし、コレステロール群と酸化コレステロール群で有意な差は認められず、酸化コレステロールの吸収率が非常に低い可能性が考えられた。そこで今年度は、食事由来の酸化コレステロールの一種である7-ケトコレステロールに着目し、培養細胞を用いた系で動脈硬化の初期段階である血管炎症惹起作用について検討を行った。また、より生理的な血流条件に近いモデルとして、定常層流(1dyn/cm2)存在下における生理的細胞接着実験においても、7-ケトコレステロールを刺激したHUVECでは白血球の接着が亢進していた。HUVECにおける細胞接着分子の発現(E-selectin、ICAM-1、VCAM-1)は、コレステロール添加では変化が認められなかったが、7-ケトコレステロール添加によって増加した。特に、E-selectinの発現が顕著に増加していた。今年度は、ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)に0.1 ng/mL TNFαと7-ケトコレステロールあるいは対照としてのコレステロールを添加し、ヒト骨髄単球性白血病細胞株(THP-1)を用いて、定常層流(1dyn/cm2)存在下における生理的細胞接着実験を行った。また、HUVECに接着実験と同様の処理を行い、HUVEC表面に発現する細胞接着分子の発現レベルをウェスタンブロット法で測定した。層流下で接着実験を行ったところ、HUVECへのTHP-1の接着は、コレステロール添加(13.1±0.54 cells/CPF)に対し、7-ケトコレステロール添加(18.9 ±0.35 cells/CPF)において有意に増加した(p<0.01)。今後は、細胞接着分子の発現上昇機序に関与するシグナル伝達経路を検討する。

アテローム性動脈硬化巣において、食事由来の酸化コレステロールが多く検出されていることが明らかとなってきた。昨年度は、食事由来の酸化コレステロールの一種である7-ケトコレステロールに着目し、培養細胞を用いた系で動脈硬化の初期段階である血管炎症惹起作用について検討を行った。食品中に多く含まれることが知られている酸化コレステロールの一種である7-ケトコレステロールを、ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC)に添加し、ヒト単球系細胞THP-1を用いた接着実験を行ったところ、コレステロール刺激に比して有意な接着亢進作用が認められた。また、より生理的な血流条件に近いモデルとして、定常層流(1dyn/cm2)存在下における生理的細胞接着実験においても、7-ケトコレステロールを刺激したHUVECでは白血球の接着が亢進していた。HUVECにおける細胞接着分子の発現(E-selectin、ICAM-1、VCAM-1)は、コレステロール添加では変化が認められなかったが、7-ケトコレステロール添加によって増加した。特に、E-selectinの発現が顕著に増加していた。さらに今年度は、細胞接着分子の発現上昇機序を検討するため、MAPキナーゼの活性化をウエスタンブロット法で確認したところと、JNKの活性には変化は認められなかったが、p38MAPKのリン酸化が7-ketocholesterol添加によって亢進していた。p38MAPK阻害剤(SB203580)を用いて同様の接着実験を行ったところ、7-ketocholesterolによる接着亢進作用は阻害され、接着分子の発現も抑制された。食事由来の酸化コレステロールの一種である7-ketocholesterolに着目し、動脈硬化の初期段階である血管炎症惹起作用について検討を行った。層流下で接着実験を行ったところ、血管内被細胞HUVECへのヒト単球系細胞株THP-1のローリング数は、7-ketocholesterolにおいて有意に増加した。HUVECにおける細胞接着分子E-selectinの発現は、7-ketocholesterolによって著しく増加し、その作用はp38MAPK経路の活性化、転写因子ATF-2の活性化を介することが明らかとなった。マウスを用いた実験では、酸化コレステロールの吸収率が極めて低いことから、当初の予想に反した結果となった。一方で、培養細胞を用いた系では、酸化コレステロールの一種である7ーケトコレステロールが、コレステロールよりも有意に血管炎症を惹起する可能性を示唆するデータを得ている。今後は、In vitroの系を用いて、酸化コレステロールが単球の血管内皮細胞への接着を増加させるシグナル経路の解明を検討する予定である。今後は、細胞培養系を用いて、酸化コレステロールが単球の血管内皮細胞への接着を増加させるシグナル経路の解明を検討する予定である。血管炎症動物を使用した系から細胞培養系を用いた実験が増えたため、動物の購入・管理費用の分が減ったことが理由と考えられる。
他覚的な自閉傾向検査を難聴児に臨床応用できるか:低年齢化が進む人ロ内耳の現場から

先天性高度難聴児の約4分の1において、難聴の主たる原因が先天性サイトメガロウイルス感染と考えられている。先天性サイトメガロウイルス感染は難聴のみならず様々な程度の高次脳機能障害を引き起こすことが知られており、研究代表者は先天性サイトメガロウイルス感染児における高次脳機能障害と人工内耳装用後の言語発達に注目した。自閉傾向を持たない人工内耳装用児では認知面の発達指数と相関する言語発達指数の改善を認めた。しかし、自閉傾向を持っ装用児では言語発達の改善は極めて緩やかであり、かつ、低次の聴能から障害されていることが明らかとなった。本研究では、小児科領域で最近報告された自閉症スペクトラム障害(ASD)重症度の他覚的検査(顔認識注視点走査、光点画像認識)を難聴児に応用し、ASDの重症度と人工内耳装用効果の関連を定量的に評価することを目的とする。平成22年度は、(1)顔認識注視点走査時に被験者に提示する検査ビデオの作成、(2)人工内耳装用非ASD児、人工内耳装用ASD児、正常対照群に対して顔認識注視点走査を施行した。検査ビデオは画面を通して被験者に語りかける、または被験者と手遊び歌を行う言語聴覚士の様子を撮影した。この際、言語聴覚士の背後には、おもちゃやカレンダー等を置く様にした。このビデオを用いて検査を行った結果、正常対照群は、過去の報告(Warren et al. Arch Gen Psychiatry. 2008 ; 65 : 946-54)と同様に、言語聴覚士の顔、特に目に注目したのに対し、人工内耳装用ASD児はほとんどの時間、周りのおもちゃやカレンダー、または動く口や指を注視していた。興味深いことに、2歳代以上で人工内耳埋め込み術を施行した5名の人工内耳装用非ASD児は、言語聴覚士の顔を注視するが、目ではなく口を注視する傾向が強く、1歳前半で人工内耳手術を施行した3名の非ASD児は目を注視する傾向が強かった。これは聾学校で行っていた口唇読話訓練の影響が考えられた。当初は、眼注視時間が長い方がコミュニケーション能力が高く、ASDの程度が軽度であると予想していたが、難聴児の場合は必ずしも当てはまらない可能性が示唆された。本研究は、健聴のASD児の自閉傾向評価として用いられている他覚的検査を初めて難聴児に対して施行したものであり、顔認識注視点走査が難聴児を対象とした検査として適切か否かを検討することは臨床的に重要である。今後、より多くの被験者を対象に検査を行い、眼注視時間と人工内耳装用効果を統計学的に検討すると共に、より適切なパラメーターを検討する必要がある。本研究では、小児科領域で最近報告された自閉症スペクトラム障害(ASD)重症度の他覚的検査(顔認識注視点走査、光点画像認識)を難聴児に応用し、ASDの重症度と人工内耳装用効果の関連を定量的に評価して、この結果を人工内耳手術後の言語リハビリテーションの方針決定に役立てることである。平成23年度は、昨年度の被験者に追加して人工内耳装用非ASD児、人工内耳装用ASD児に対して顔認識注視点走査を行った。その結果、正常対照群は、過去め報告(Warren et al.Arch Gen Psychiatry.2008;65:946-54)と同様に、言語聴覚士の目に注目したのに対し、人工内耳装用ASD児と人工内耳装用非ASD児はいずれも言語聴覚士の目ではなく口や手を注視する傾向が強かった。そのため、難聴児では顔認識注視点走査をASDの重症度予測に用いることが困難であると考えられた。次に、光点画像認識検査を行った。本検査の被験者数が3名と少ないものの難聴児でもASDを持たないものは生物学的意味のある方を注視する傾向があり、難聴児におけるASDの早期診断に本検査が有用である可能性が示唆された。今後人工内耳装用非ASD児の被験者数を増やすとともに、人工内耳装用ASD児に対して検査を行い、検査の妥当性を検討する必要がある。最後に、ASD早期診断が言語リハビリテーションの方針決定に寄与しうるかを評価するために、ASD合併人工内耳装用児と、mental retardationやADHD等のASD以外の高次脳機能障害を持つ人工内耳装用児で、人工内耳装用効果がどのように異なるかを検討した。その結果、mental retardationやADHDを合併する人工内耳装用児では、言語発達遅滞は認めるものの、語音弁別等の比較的低次の聴性反応は保たれていたが、ASD合併児では語音弁別を含む低次の聴性反応も障害されていた。

これは、ASD合併人工内耳装用児では人工内耳装用開始直後からコミュニケーションを促すために視覚言語を主たるコミュニケーション手段とする必要性を示唆しており、自閉症の早期診断の意義を裏付けるものである。本研究では、自閉症スペクトラム障害(ASD)重症度の他覚的検査(顔認識注視点走査、光点画像認識)を難聴児に応用し、ASDの重症度と人工内耳装用効果の関連を定量的に評価して、この結果を人工内耳手術後の言語リハビリテーションの方針決定に役立てることである。平成23年度までの研究では、顔認識注視点走査の検査で、正常対照群では過去の報告と同様に言語聴覚士の目に注視したのに対し、人工内耳装用ASD児と人工内耳装用非ASD児はいずれも言語聴覚士の目ではなく口や手を注視する傾向が強かった。本年度は、被験者に提示するビデオを変更して再度検査を行ったが、結果は同じであった。興味深いことに、人工内耳装用後の言語発達が良好な人工内耳装用非ASD児でも、口を注視する傾向が強かった。これは音声言語を用いたコミュニケーションが良好な人工内耳装用児でも、視覚情報を補助的に使用してることを示唆している。光点画像認識検査では、人工内耳装用非ASD児4人に対して検査を施行したところ、提示した画像の特定の部分を注視することが少なく、視点が頻繁に移動するため検査自体が困難であった。この原因としては、検査画像対する順応が不十分であった可能性が考えられた。最後に、ASD合併人工内耳装用児と、mental retardation(MR)やADHD等のASD以外の高次脳機能障害を持つ人工内耳装用児で、人工内耳装用効果がどのように異なるかをさらに検討した。MRやADHDを合併する人工内耳装用児では、人工内耳装用後は認知面と言語面の発達指数の差が縮小、あるいは不変となったが、ASD合併児ではさらに拡大した。これは、人工内耳装用児でもASDの病態そのものが言語発達遅滞を増悪させていることを示唆しており、難聴児における自閉症の早期診断の意義を裏付けるものである。ASD合併人工内耳装用児はそもそも普段と異なる検査をすることが困難で、検査に慣れるまでに時間と家族の努力(児を落ち着かせる等)を要する。そのため、検査に同意していただくためには検査を行うことで児及び家族の負担を上回るメリットがあることを理解していただく必要があった。しかし、これまでASD合併人工内耳装用児の報告が少なく、ASD早期診断の意義を示す科学的根拠が少なかったため、検査の同意が得られにくかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。ASDを持たない人工内耳装用児(5人)とASD合併人工内耳装用児(4人)・に対して光点画像認識検査を行い、本検査により難聴児のASD早期診断および重症度診断が可能か検討する。これまで、ASD患者の家族に検査の意義を科学的に説明する根拠が少なかったため、検査に対する同意を得られにくかった。しかし、研究代表者は2012年4月にASDを合併する際には早期から視覚言語が不可欠であることを示唆する論文を発表したため、この結果をもとにASDの早期診断の意義を再度家族に説明し、同意を得る予定である。
細胞膜構造の形成に関わる脂質の機能と細胞内輸送に関する研究

上皮細胞には、外界からの栄養吸収を担う細胞膜構造である微絨毛や上皮細胞同士の結合や情報伝達の場として機能する細胞接着装置などの細胞膜構造が存在する。申請者はこれらの膜構造形成において、膜タンパク質の集合・離散の制御にスフィンゴミエリンやコレステロールなどの脂質が重要な役割を果たしていることをこれまでの研究で明らかにした。本研究提案では、上皮細胞における細胞膜構造形成を可能にする細胞内でのスフィンゴミエリンやコレステロールの機能やこれらの脂質の細胞内輸送・局在化の分子機構の解明を通して細胞膜構造の構築メカニズムの解明を目指す。
PETを用いたアデノシンA1レセプターの脳内分布の研究

Adenosine A1受容体の脳内分布を画像化することにより、臨床における神経病態生理を解明し、更に治療に応用することを目標とし、その基礎実験を継続し成果を発表した。Adenosine A1 receptorに親和性の高い[1-methyl]-8-dicyclopropylmethyl-3-propyl-1-methylxanthine(MPDX)をC-11にて標識したC-11 MPDXを標準的に合成する手法を確立し、今後のヒトにおける臨床使用に対し備えた。動物実験においてはサル、ネコにおいての実験を継続し、動脈血中の代謝産物を補正した放射活性と動物用PETカメラで経時的に計測した脳内局所放射活性からの動態解析によりAdenosine A1受容体結合能評価が可能であることを示した。この手法をネコ、サル脳に応用し脳内局所神経受容体結合能を計測した。この際、動物PET画像と動物用MRI画像の重ね合わせを自動処理するシステムを確立し、高い解像度で解剖学的情報が得られるようなシステム構成を確立した。これによって得られたサル脳局所アデノシンA1受容体結合能はこれまで組織学的手法により得られた情報とほぼ一致しておりこの手法の信頼性が示唆された。一方でネコによって得られた受容体分布はやや異なるものであり、これはこれまでの組織学的報告がないものの動物の種差によりこの受容体が異なる動態を示す可能性を示唆していた。この結果からヒト脳においても同じ手法によりAdenosine A1受容体分布が計測できることが示唆され、脳虚血、神経損傷、シナプス伝達系に重要な役割を持つであろうこの受容体計測の前臨床的試験として充分な成果を得ることが出来た。Adenosine A1 receptorの脳内分布を画像化することにより、臨床における神経病態生理を解明し、更に治療に応用することを目標とし、その基礎的実験を行った。Adenosine A1 receptorへの親和性の高いKF-15372を11Cでラベルし、ポジトロンエミッショントモグラフイー(PET)を用いて、全身麻酔下の正常動物(サル、ネコ)のadenosine A1 receptorの脳内分布を画像化することに成功した。adcnosine A1 receptorは線状体、視床、大脳灰白質、小脳に多く分布し、脳幹部、木脳白質に乏しいことが判明した。これらの分布は脳血流、糖代謝の分布とは異なっていることを示した。11C-KF15372の脳内分布がadenosine A1 receptorのantagonistによって抑制され、adenosine A2 receptorのantagonistでは抑制されないことを示し、11C-KF15372の分布がadenosine A1 receptorの分布を反映していることを確認した。Adenosineは脳の防御作用が注目され、虚血、けいれん発作直後より遊離され、receptorのredistributionが予想される。我々は脳の損傷に対する防御反応を解明する目的で、動物の虚血モデルでadenosine A1 receptorの脳内分布の変化をPETで測定する。今後我々は、この11C-KF15372の脳内分布を画像化する技術を虚血の動物モデルに応用し、病的状態における生体脳のadenosineの分布を解明し、更に臨床応用への基礎を固めたいと考えている。
半導体核スピンの全光ナノプローブ技術と実時間イメージング技術の開発

本研究は将来の量子演算,量子メモリ,量子メディア変換等のプラットフォームとして注目されている単一量子ドットで,それらの実現に非常に重要となっている電子スピン-核スピン間相互作用(超微細相互作用)の制御・応用を目的としており,これまでの成果をさらに発展させ,単一量子ドットでの核スピンの全光学的制御を行うことを目標としている.このために円偏光度およびオーバーハウザーシフトをプローブとする単一量子ドットでの核スピン分極の精密高感度ナノプローブ技術を開発した.この技術を単一量子ドットでの核スピン分極の揺らぎ測定に適用し,40mTの値を得るとともに,電子および正孔スピン緩和への影響を実験と理論の両面から明らかにした.本研究は将来の量子演算,量子メモリ,量子メディア変換等のプラットフォームとして注目されている単一量子ドットで,それらの実現に非常に重要となっている電子スピン-核スピン間相互作用(超微細相互作用)の制御・応用を目的としており,これまでの成果をさらに発展させ,単一量子ドットでの核スピンの全光学的制御を行うことを目標としている.このために円偏光度およびオーバーハウザーシフトをプローブとする単一量子ドットでの核スピン分極の精密高感度ナノプローブ技術を開発した.この技術を単一量子ドットでの核スピン分極の揺らぎ測定に適用し,40mTの値を得るとともに,電子および正孔スピン緩和への影響を実験と理論の両面から明らかにした.本研究は単一量子ドットで重要な電子スピン-核スピン間相互作用(超微細相互作用)の制御・応用を目的として,これまでの成果をさらに発展させ,単一量子ドットでの核スピンの全光学的制御を行うことを目標としている.このために今年度は,円偏光度(DCP)およびオーバーハウザーシフト(OHS)をプローブとする以下の核スピン分極の超精密高感度ナノプローブ技術を開発した.1.光ヘテロダイン法によるOHSの高感度検出技術の確立:まず光ヘテロダインポンプ・プローブ測定系を構築し,単一量子井戸試料を用いて,通常のポンプ・プローブや四光波混合信号とヘテロダイン法を用いた場合の信号を比較し,ヘテロダイン法の効果を確認するとともに,参照光強度等の最適化を行った.これらの結果の1部は国際学会で発表を行い,詳細は修士論文としてまとめた.2.単一QDでのハンル効果による核スピン検出:単一QDでのハンル効果を用いることにより,零磁場での微小な核スピン分極によるOHS(5μeV)の検出に成功した.また同時に観測されるDCP変化から零磁場での電子スピン緩和時間を評価し,これまで同一試料で行った他の手法による評価結果と良い一致を得た.これらの成果は,国際会議,学術論文として発表した他,詳細は博士論文としてまとめた.この成果は単にこれまで成功していなかった自己集合QDでのハンル効果観測に成功したというだけでなく,電子・核スピン結合系ダイナミクスのモデル構築に貴重な情報を与える成果として評価されている.本研究は単一量子ドットで重要な電子スピン-核スピン間相互作用(超微細相互作用)の制御・応用を目的として,これまでの成果をさらに発展させ,単一量子ドットでの核スピンの全光学的制御を行うことを目標としている.このために今年度は,核スピン分極揺らぎによる電子スピン緩和への影響の詳細と量子ドットの光学異方性を詳細に調査した.また高感度核スピン分極プローブ法として,時間分解カー回転を利用した手法の開発に成功した.この手法を発展させ2次元領域での核スピン検出は平成24年度に行う予定である.これらの3つ成果のうち、2件については既に論文として掲載されており、1つについては投稿準備中である。以下にそれらの結果の要約を記する.1.核スピン揺らぎによる電子スピン緩和について:たとえ単一量子ドットからの発光を観測していても,多数回のサンプリング測定を行うならば,その測定毎の多数の核スピンの配置には揺らぎが存在する.我々は正の荷電励起子に着目し,その発光円偏光度(DCP)とオーバーハウザーシフト(OHS)の時間発展を測定し,両者の同期した増減を確認した.これらのデータの組を外部磁場強度を変えて測定し、プロットすると,1本の曲線上に乗ることを見出した.その曲線の深さと幅から,核スピン揺らぎによる電子スピンのアンサンブルスピン緩和時間(1ns)と核スピン揺らぎ(40mT)を得ることに成功した.これに関しては既に2,3の報告例があるが,全く異なる新たな手法で実測したものであり,そこでは従来の理論からのすれが指摘でき,新たな研究問題を示唆する重要な結果となっている.2.量子ドットの光学異方性について:ドット形状異方性に由来する電子・正孔間の異方的交換相互作用とドット形成過程で生じる残留歪異方性に由来する価電子帯混合の複合的な効果として発光の偏光依存性が生じることを,実験と理論の両面から明確に示した.3.カー回転を利用した高感度核スピン分極プローブについて:ノンドープCdTe量子井戸中の希薄な残留電子のスピン分極と、斜め磁場配置おいて形成された数mT域の微小な核磁場の検出に成功した.本研究は単一量子ドット(QD)で重要な電子スピンー

核スピン間相互作用の制御・応用を目的として,単一QDでの核スピンの全光学的制御を行うことを目標としている.今年度は,核スピン分極揺らぎによる正孔スピン緩和への影響とQDの歪誘起価電子帯混合(VBM)を詳細に調査するとともに,100%核スピン分極達成を目指した新規光ポンピングおよび制御法開発を行った.定常発光のオーバーハウザーシフト,2色ポンププローブ法とカー回転法による時間分解計測を用いた.これらの成果は学術論文(1件掲載予定),学会講演(10件)として発表した.たとえ単一QDを観測していても,多数回のサンプリング測定を行うならば,測定毎に数万個の核スピン配置は異なり,核磁場揺らぎが生じて電子や正孔スピンを緩和させる.純粋な重い正孔(HH)はx(y)成分を持たないので,スピンのz成分は揺らぎの面内成分と結合せず,緩和は生じない.しかし実際のQDでは,純粋なHHは存在せず,軽い正孔(LH)が混合した状態になる.このため面内スピン成分を持つようになり,揺らぎの面内成分とスピンのz成分の結合が生じ,スピン緩和を引き起こす.即ち核磁場揺らぎによる正孔スピン緩和にはVBMの程度が大きく影響することが分かった.計算と多数の単一量子ドットでのVBMの実測から, InAlAs量子ドットでは電子に比べ10倍のスピン緩和時間(10 ns)であることを示した.新規光ポンピングおよび制御手法開発については,ます共鳴励起しても発光のオーバーハウザーシフトが観測可能とするために,2カラーポンプ・プローブ法を開発した.次にこれまでの濡れ層励起と異なり,飽和しにくい励起準位への禁制遷移を共鳴励起し,フリップ・プロップ支援禁制遷移を利用する手法により30%以上の高核スピン分極率を達成する見込みを得た.前年度に准教授から教授に昇格し研究室を移動(したがって実験室を移動)し、一時期、実験がストップし、新たに測定系を分解・再構築すること等があったため、初期の予定よりもやや遅れている.24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度で目標の核スピンの全光学的制御のための基礎技術が確立できたと考えているので、それらを実験する中で改良していく.まずは量子井戸試料で実証実験を行い、量子ドット試料に適用していく.最終的には量子井戸試料において2次元領域での核スピンイメージングまでは成功すると考えている.24年度が最終年度であるため、記入しない。