hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ラットを用いた性条件づけの学習過程に関する研究

経験を通じて性的な嗜好性が変容する仕組みの一つとして,オスラットを用いた性条件づけの学習メカニズムについて検討した。第1に,特定の場所を条件刺激として提示した後にメスとの交尾機会を与えられると,ラットが場所刺激に対して社会性と見られる60kHz帯域の超音波発声を行うようになることを見いだした。第2に,物体刺激を条件刺激としてメスとの交尾機会と対提示すると,物体刺激に対する接近行動が増加すること,この接近行動はテストステロンの投与水準の影響を受けることから性的動機によって維持されることを見いだした。メスラットとの交尾を無条件刺激(US)としたオスラットに対するパブロフ型の性条件づけの可能性について検討した。メスは卵巣を摘出し,皮下に埋め込んだサイラスティックカプセルによるエストロゲンの慢性投与を行った。実験によっては,オスへの提示4-6時間前のプロゲステロンの皮下投与も行った。今年度は特に,条件刺激(CS)となる刺激条件について検討した。CSとしては,ライトの点滅,物体,場所(ケージ)について検討した。その結果,10分間のライトの点滅後にメスとの交尾を行わせた場合には,CSに対する顕著な行動の変化は認められなかった。しかし,物体刺激を用いた場合には,CS-USの対提示による物体刺激に対する接近・探索行動の明確な増加が認められた。また,物体CSに対する交尾USの提示を中止した消去段階では,物体CSに対する接近・探索行動の明確な低減が認められ,性条件づけの成立が示唆された。また,飼育ケージとは別のケージへの移動と5分間の滞在をCSとして後続の交尾と条件づけたところ,統制条件と比較して,明確な活動性と超音波発声の上昇が認められた。このように,今年度は,物体CSと場所CSに対して交尾USの随伴的提示による性条件づけが成立することを明らかにした。しかし,これらの知見はあくまで探索的なものであり,被験体数および統制条件の設定が必ずしも十分ではない。引き続き,適切な統制条件との比較を通じてこれらの現象を確認し,成果を公表する予定である。オスラットを非験体として(1)物体刺激をCSとした性条件づけの成立,(2)(1)の実験におけるテストステロン水準の効果,および(3)場所刺激をCSとした性条件づけにおける超音波発声CRの測定,について検討した。(1)に関する実験では,物体CSを発情メスUSに先行して提示し,接近行動をCRの指標として計測した。CSとUSの正の随伴的提示による興奮条件づけ群と統制条件としてCSとUSとの負の随伴的提示による制止条件づけ群を比較したところ,予測に反して,両者においてほぼ等しくCS物体への接近時間が増加した。各種のテストを行った結果,CS提示時の実験者の気配等の文脈刺激がCSとして機能して一般活動性の増加というCRをもたらし,それが結果として物体CSへの接近時間を増加させていたことが明らかとなった。(2)物体刺激への接近CRは,条件づけ後に実験的に操作された非験体オスのテストステロン水準に応じて変化した。この結果は,(1)の実験から,接近CRは一般活動性の上昇を反映したものである可能性が高いものの,それらのCRがオスラットの性的動機と関連していることを強く示唆するものである。(3)に関する実験では,特定の場所CSを発情メスUSに先行して提示し,CS滞在中の超音波発声をCRとして計測した。その結果,CSとUSを負の随伴性においた条件ではそのような超音波発声はほとんど生起しなかったが,正の随伴性においた場合には50kHzタイプの発声が条件づけ後に有意に増加した。この結果は,場所CSに対してその後のメスとの接触を予期した社会的反応として超音波発声が獲得されたことを示唆するものである。物体刺激に対する性条件づけの成立および学習過程について検討した。昨年度までに,物体CSを発情メスUSに先行してオスラットに提示し,接近行動等の様式と量を条件反応(CR)の指標として動画記録・分析した。その結果, CS-USの対提示により, CSに対する接近時間が増加することが明らかとなった。そこで,この接近CRがCSと直接連合したS-R学習によるのか, CSはUS表象との連合を通じてCRを喚起するS-S学習によるのかを, US価値低下法を用いて調べた。去勢したオスに浸透性のカプセルの皮下移植を通じてテストステロンを慢性投与した状態で物体-メス条件づけを行った。その後,半数のラットのカプセルをブランクに交換した。10-20日後のCS提示テストでは,テストステロンの投与を中止した群において有意なCRの低下が認められた。またこれらのラットにテストステロンを再投与するとCRが上昇することも確認された。

この結果について,テストステロンが一般的な活動性への影響を通じてこれらのCR様の行動を上昇させた可能性について検討するため, CS物体一餌による食餌性条件づけにおいて同様の手続きを行ったところ,テストステロンの投与または除去による影響は認められなかった。これらの結果から,性条件づけによって獲得される接近CRは性的動機によって喚起されることが示唆された。別の検討として,特定の場所への移動をCS,後のメスとの交尾をUSとした条件づけにおいて,場所CSに対するCRとしてラットは60kHz帯域の超音波を発声するようになることが新たに示された。このような発声は社会的場面においても観察されることから,メスとの遭遇の予期に基づく行動である可能性が考えられる。
プロスタノイドの肝線維化進展における役割の解明

非アルコール性脂肪肝炎(NASH)は、進行すると肝硬変や肝がんの発症リスクが高い。本邦において、NASH患者は200万人以上と推定されているが、十分なエビデンスを持った薬物療法は、未だ確立されていない。プロスタノイドは、プロスタグランジン(PG)とトロンボキサン(TX)より成る生理活性脂質であり、各プロスタノイドに特異的な受容体を介して非常に多彩な作用を示す。現在まで、PGD2、PGE2、PGF2α、PGI2、TXA2の受容体としてDP、EP、FP、IP、TPが知られており、EPにはEP1EP4の4種類のサブタイプが存在する。我々は以前にPGI2がその受容体IPを介してNASH病態進展に関与する可能性を見いだしている。そこで本年度は、メラノコルチン4受容体(MC4R)欠損マウスへの高脂肪食負荷によりヒトと類似したNASHを発症する系を用い、プロスタノイドとの関係を解析した。MC4R欠損マウス及びMC4R/IPダブル欠損マウスに20週間の高脂肪食負荷を行い、体重、肝重量、精巣上体周囲脂肪量、血漿トランスアミナーゼ量などについて解析した。体重増加、肝重量/体重比、精巣上体周囲脂肪量については、両群間で差が認められなかったが、MC4R/IPダブル欠損マウスにおいて有意な脾腫を認めた。また、トランスアミナーゼAST/ALT値は、MC4R/IPダブル欠損マウスにおいてMC4R欠損マウスより高値を示した。しかし、組織学的解析による線維化の程度については、両群ともその程度が低かった。今後、高脂肪食の種類や期間を延ばした解析も行っておく予定である。本学動物実験施設改修工事により、1月後半より動物繁殖場所の変更を余儀なくされた。しかし、変更後の場所において繁殖が上手くいかず、使用可能な動物数が大きく減少したため。今後も研究実施計画に沿って実験を進める非アルコール性脂肪肝炎(NASH)は、進行すると肝硬変や肝がんの発症リスクが高い。今後も研究実施計画に沿って実験を進める
ＤＬＣ膜コーティングと化学修飾を併用したチタン製口腔インプラントの表面機能化

純チタンの表面にDLC膜を形成し、さらにその表面に生体機能性分子を固定化することによって、耐久性と機能性に優れた口腔インプラントを開発することを目的とした。PBIID法を用いて3 μmの厚さにコーティングしたDLC膜によって、酸性フッ化物溶液中および疑似体液中における純チタンの耐食性を著しく向上させ、腐食による表面荒れを防止できることが分かった。また、DLC膜の表面を細胞接着性タンパク質や抗菌タンパク質でコーティングすることによって、細胞適合性に優れ、かつ抗菌性を有するインプラント用材料が開発できる可能性が示唆された。研究2年目に当たる平成24年度は、プラズマイオン注入・成膜法(PBIID法)によってダイヤモンドライクカーボン膜をコーティングした純チタンの表面に機能性タンパク質を固定化する手法を検討し、このように化学修飾した純チタン試料上における細胞の動態を調べた。機能性タンパク質の固定化法は、まず、水素終端ダイヤモンドライクカーボン膜をコーティングした化した純チタン試料を過酸化ベンゾイルとカルボン酸を含む溶媒中で処理し、試料表面にカルボキシ基を導入した。その後、試料を縮合剤(EDC)と機能性タンパク質を含むリン酸緩衝液に24時間浸漬し(40°C)、表面に導入したカルボキシ基とタンパク質のアミノ基との間でペプチド結合を形成させ、機能性分子をチタンの表面に固定化した。各表面処理過程にける試料の表面状態はFT-IRとXPSを用いて調べ、カルボキシ基の導入やタンパク質の結合を確認した。フィブロネクチン(pFN)およびコラーゲン(Col)を固定化したチタン試料上でヒト骨髄由来間葉系幹細胞の動態を詳細に調べた結果、研磨した純チタン試料と比較して、(1)細胞の初期付着数の増加(2倍)、(2)細胞の伸展の促進、(3)ビンキュリンの発現の促進、(4)細胞増殖の促進、(5)骨芽細胞への分化の促進などの効果が得られることが分かった。以上の結果から、口腔インプラントのフィクスチャーに対するpFNとColの固定化は、オッセオインテグレーションの早期獲得に有効であることが明らかとなった。平成25年度は、(1)表面粗さの異なるDLCコーティングしたTi試料に対する細胞の付着と増殖を調べること、(2)DLCコーティング層にラミニンを化学修飾し、上皮細胞の付着を促進する手法を確立することを目的とした。その結果、DLCコーティン試料の接触角(θ)は53-59°であり、純Ti試料(28-32°)と比較して大きいことが分かった。表面粗さの影響は認められなかった。また、DLC-Smoothに酸素プラズマ処理を施すことによって、表面は超親水性(θ<5°)となった。各試料に対するヒト歯肉上皮細胞(HGEP)の72時間後の細胞付着数を調べたところ、疎水性を示したDLC-SmoothとDLC-RoughはTi-SmoothとTi-Roughと比較して、細胞数が約40%減少することが分かった。DLC-Smoothに酸素プラズマ処理を施しても、細胞数の増加は認められなかった。しかし、DLC-Smoothに酸素プラズマ処理した後、ラミニン-5を化学修飾した試料では、細胞数は増加しTi-Smoothと同程度となることが分かった。さらに、インプラントのアバットメントに抗菌性を付与することを目的として、抗菌タンパク質であるラクトフェリンをDLC-Smoothに吸着させたところ、プラーク形成菌の一種であるS. gordoniiの付着数を著しく減少できることが分かった。本研究では、純チタンの表面にダイヤモンドライクカーボン膜(DLC膜)を形成し、さらにその表面に生体機能性分子を固定化する化学修飾法を確立することによって、耐久性と機能性に優れた口腔インプラントのフィクスチャーとアバットメントを開発することを最終目的としている。研究初年度である平成23年度は、主に鏡面に研磨した純チタン試料の表面にプラズマイオン注入・成膜(PBIID)法を用いてDLC膜を形成し、酸性フッ化物溶液中(0.9% NaCl + 0.1%NaF溶液、pH4.0)における耐食性を電気化学的手法、ICP発光分光分析法および表面分析法を用いて評価した。最表層の成膜条件は、メタン、アセチレンおよびトルエン混合ガス雰囲気にて、真空度0.7 Pa、高電圧パルス印加電圧10 kV、プラズマ生成高周波出力300 Wとした。断面のSEM観察から、膜圧は約3μmであった。酸性フッ化物溶液中で腐食電位を測定した結果、研磨した純チタン試料は浸漬直後から電位が急激に低下して約-1 Vとなったのに対して、DLC膜でコーティングした試料では電位の急激な低下はみられず、浸漬12時間後も-0.2Vと高い値を維持した。浸漬試験の結果、研磨した純チタン試料から溶出したチタンは235.8±38.7ng/cm2であったのに対して、DLC膜でコーティングした試料では0.20±0.07

ng/cm2と有意に少なかった(Student's t-test, p<0.001)。また、浸漬後の試料表面をSPMで調べた結果、研磨試料の表面粗さ(Ra)は48.3±7.3 nmであったのに対して、DLC膜でコーティングした試料では5.8±1.8 nmと小さな値を示した。以上の結果から、DLC膜コーティングを施すことによって、純チタンの酸性フッ化物溶液中における耐食性を飛躍的に向上できることが明らかとなった。DLC膜でコーティングしたチタン表面へ生体機能性分子を固定化し、チタンインプラントに生体活性を付与する技術の確立に成功し、本年度の研究目的はほぼ達成できた。しかし、チタン上に形成したDLC膜の密着性に関しては、試験装置の故障によって評価は完全に終了していない。口腔インプラントのアバットメント(粘膜貫通部)を想定し、ハブラシ磨耗試験を実施して、密着性や耐摩耗性を評価する予定である。当該年度の計画通り、試料の作製と酸性フッ化物溶液中における耐食性評価の実験を実施することができた。また、酸性フッ化物溶液中における純チタンの腐食は、DLC膜コーティングによって予想以上に効果的に防止することができた。これらの結果に基づいて、来年度以降の研究計画を変更することなく実施することができる。また、副次的成果として、矯正用ブラケットの表面にDLC膜をコーティングしたところ、硬さの値が著しく高くなるとともにワイヤーとのフリクションが低減化した。洗口剤溶液として使用される酸性フッ化物溶液中における耐食性も高くできることから、臨床的に極めて有用な表面処理であることを明らかにしている。これらの成果の一部をまとめた論文はEuropean Journal of Orthodonticsに受理され、印刷中の状態となっている。T. Muguruma, M. Iijima, W.A.Brantley, S. Nakagaki, K. Endo, I. Mizoguchi: Frictional and mechanical properties ofdiamond-coated orthodontic brackets. Eur. J. Orthod., in press.研究最終年度となる平成25年度は、主に口腔インプラントのアバットメント(粘膜貫通部)に対するDLC膜コーティングと機能性分子の化学修飾を併用した表面処理を検討する。まず、インプラント周囲炎の予防を目的とし、DLC膜でコーティングしたチタン試料にラミニン5やIGF-1を固定化し、ヒト歯肉由来上皮細胞の付着を速やかに、かつ強固に付着させる手法を確立する。また、ヒト歯根膜細胞群の動態を表面処理によってコントロールし、歯根膜様の組織が構築することが可能かどうか検討を加える。さらに、アバットメントに抗菌性を付与することを目的として、唾液や母乳に含まれる抗菌タンパク質であるラクトフェリンのDLC膜への吸着速度や吸着量を調べるとともに、プラーク形成菌を用いてその抗菌性を評価する。また、研究初年度から得られた結果を総括し、耐久性と生体親和性に優れた口腔インプラントを開発するためのインプラント体のデザインと表面処理法を提案する。今後の研究は、申請時に立てた研究計画通りに実施する予定である。
大腸菌SSBレギュロンと増殖環境

大腸菌は、与えられた環境のもとで、その増殖能力によって淘汰されてきており、効率のよい増殖調節機構を備えているはずである。複製、転写、翻訳各系の間に存在する調節機構は、状況証拠は見いだされてきたが、確実なものはまだ見いだされていない、大腸菌一本鎖DNA結合蛋白質(SSB)は、大腸菌の複製、修復に関与している蛋白質である。SSBはDNAの一本鎖部分に結合し蛋白クラスタ-を形成する。この複合体がRNAプライマ-合成のための鋳型となり、また、修復や組み換えを促進する構造だと考えられている。申請者は、in vitroでSSBが一群のmRNAに特異的に結合して、翻訳を阻害することを見いだした。細胞内でもこの機構が働くならば、増殖速度、つまり、複製速度が大きいときには、SSBは複製系で消費され、翻訳は阻害されないことが予想される。一方、複製速度が遅いときには、翻訳が阻害される一群のオペロン(SSB翻訳レギュロン)があるはずでる。すでに、in vitroの証拠は得られているので、本研究の目的は、SSB翻訳レギュロンには、どのような遺伝子があるのか、複製と翻訳のSSBによる共役をin vivoで証明することである。本年度は、in vivoでの遊離SSBの量が変化させられるように、発現プロモ-タ-を持つがSSB結合部位を欠失させたSSB遺伝子を持つプラスミドを調製した。このようなプラスミドをもつ大腸菌は、SSBを発現させると死滅したことから、細胞内の遊離SSBは有害であり遊離SSBは調節を受けていることが推定できる。二次元ゲル電気泳動によって、in vivoでのSSB量の変化にともなって発現が変化する蛋白質が最低6種類存在することが明らかになった。この遺伝子の同定が終わりしだい、報告をまとめる予定である。
原発避難者に対する受け入れ地域住民の態度規定要因に関する社会学的研究

本研究では、福島県内の三地域の住民に対する質問紙調査を通じて、原発避難者に対する受け入れ住民の態度規定要因に関する研究をおこない、そのことを通じて、避難者と受け入れ住民との間に軋轢が生ずる社会的メカニズムを明らかにすることとした。その結果、第一に、避難者と受け入れ住民との軋轢については、原発事故から6年が経過しても未だに存在していること、第二に、避難者と受け入れ住民との軋轢は、地域によって違いがあること、第三に、避難者に対する受け入れ住民のまなざしは、ソーシャル・キャピタルとの間において関連が見られず、いわき市居住であることの効果があることが明らかになった。原発避難者の受け入れ態度を規定する要因に関する社会学的研究として、本年度は(1)エスニシティ、環境問題分野の先行研究の整理を実施し、他方で(2)関係者へのヒアリングを実施することで、本研究における主内容である質問紙調査の準備をおこなった。(1)先行研究に関しては、日本における外国人集住地域に関する研究と、水俣病など公害問題の発生により被害者に対する差別のメカニズムについての研究などを参照した。その他、外国人に対する意識についての質問紙調査などを用いて本研究の調査の基本的な枠組みを整理した。先行研究の探索のなかでは、避難者の受け入れの規定要因を見ていく際に、外国人問題よりは、むしろ政治的権利の問題として見ていく方が理論形成において当てはめやすいことが明らかになった(2)関係者へのヒアリングとしては、避難者、避難者支援団体、受け入れ自治体に対して5件程度のヒアリングを実施した。ヒアリングの概要としては、震災から4年以上が経過するなかで、避難者を取り巻く状況については一定程度の変化が見られるが(たとえば仮設住宅から公営住宅への移行など)、避難者に対する受け入れ住民のまなざしには依然として厳しく捉えていることが明らかになった。他方で避難者と受け入れ住民との交流の機会は多数できており、両者をつなぐ支援団体も多数出てきていることなどが明らかになった。とはいえ、両者の交流は限定的であり、支援団体も両者の交流について慎重にならざるを得ない実態があることが明らかになった。これらの事前準備の上に、翌年度における質問紙調査を実施する。本年度は本研究に関連する先行文献を読み、あわせて関係者へのヒアリングを実施した。本来ならば本年度において質問紙調査を実施する予定であったが、先行研究の整理とヒアリングに時間がかかったため、質問紙調査の実施は翌年度に行うこととなった。本研究のテーマである原発避難者の受け入れ態度を規定する要因に関する社会学的研究として、本年度は(1)ソーシャルキャピタルに関する実証的研究の整理、(2)ひきつづき関係者への聞き取り調査を実施し、(3)質問紙の内容作成をおこなった。(1)前年度のエスニシティ、環境問題に関する先行研究の整理に加えて、災害とソーシャルキャピタルに関する先行研究を整理した。被災者コミュニティにおいて形成されるソーシャルキャピタルが復興に及ぼす影響については実証的に研究されており、本研究において参考にすべき視点である。ただし原発事故に際して避難してきた人の受け入れに際してソーシャルキャピタルがどう働くかについては、十分な見通しを得られなかった。これについてはエスニシティや環境問題に関する先行研究とつきあわせて整理し、調査項目を設定する。(2)関係者への聞き取り調査として、避難者向けの復興公営住宅入居者への聞き取り調査、特に自治会長への聞き取り調査を実施した。復興公営住宅における入居者のコミュニティ形成を支援するNPOが活動しており、ヒアリングした自治会長からもコミュニティ形成に関して一定程度の手応えを感じているが、他面で周辺住民との関係づくりについて多くの自治会長さんが「まだまだ時期尚早である」と口にしていた。このような状況も踏まえて、質問紙調査の内容を検討する。(3)これまでの先行研究の整理と聞き取り調査を踏まえ、質問紙の内容について確認した。本来であれば平成28年度に実施すべきところであるが、調査内容が詰め切れずに翌年度実施とした。研究が遅れている理由としては、先行文献を読み、あわせて関係者へのヒアリングを実施する作業をもう少し実施する必要があると判断し、そのため当初予定していた質問紙調査の実施を見合わせたためである。ただし、質問内容についてはほぼ固まりつつあり、研究期間内に実施する予定である。本研究のテーマである原発避難者の受け入れ態度を規定する要因に関する社会学的研究として、最終年度の本年度は福島県内の三都市、会津若松市、郡山市、いわき市にて質問紙調査を実施した。調査は2017年7月に実施した。会津若松市、郡山市、いわき市から500人ずつ、合計1500人から対象者を抽出した。対象者抽出にあたっては選挙人名簿を利用したが、各地区の復興公営住宅を二団地ずつ選び、その周囲1キロメートル以内にある投票区から250人ずつ、合計500人を抽出した。調査票は郵送にて対象者に配付・回収した。その結果、543名から回収があった(そのうち1票は無効)。有効回収率は37.0%だった。各地区の回答割合は、会津若松が31.4%、郡山市が30.4%、いわき市が38.2%だった。以下、調査結果の概要を紹介する。「原発事故の補償で不公平感を感じる」という回答については64.0%であり、多くの人が震災6年半が経過しても賠償の不公平感を感じていた。これについてはいわき市の住民でそう思う割合が多くなっており、受け入れている避難者が多い地域ほどその傾向にある。また、原発避難者に対する意識については63.7%「お金をもらえてうらやましい」と回答しており、避難者への否定的なまなざしはまだまだ残存していた。

これについてもいわき市の住民でそう思う割合が多くなっており、受け入れている避難者が多い地域ほどその傾向にある。これらから、総じて福島県内でも避難者に対する受け入れ住民の意識は地域によって異なっていることが明らかとなった。ソーシャルキャピタルとの関係については、住民層の流入が多くない昔からの地域において避難者への厳しいまなざしが強い傾向にある。調査結果をまとめるとともに、対象者には概要版の調査報告書を作成し、送付した。その他、概要版の調査報告書をPDFにし、所属機関のホームページなどで公表している。本研究では、福島県内の三地域の住民に対する質問紙調査を通じて、原発避難者に対する受け入れ住民の態度規定要因に関する研究をおこない、そのことを通じて、避難者と受け入れ住民との間に軋轢が生ずる社会的メカニズムを明らかにすることとした。その結果、第一に、避難者と受け入れ住民との軋轢については、原発事故から6年が経過しても未だに存在していること、第二に、避難者と受け入れ住民との軋轢は、地域によって違いがあること、第三に、避難者に対する受け入れ住民のまなざしは、ソーシャル・キャピタルとの間において関連が見られず、いわき市居住であることの効果があることが明らかになった。これまで実施してきた質問紙調査実施に向けての準備を踏まえて、原発避難者を受け入れている福島県いわき市、郡山市、会津若松市を対象とした質問紙調査を実施する。当初は各自治体の全域を対象とした調査実施を検討していたが、その後の状況の変化を踏まえて、長期避難者向けの復興公営住宅の周辺地域に暮らす人々に限定して調査をおこなうことを検討している。その他、前年度同様関係者へのヒアリングを実施する。これまで聞いてこなかった関係者(受け入れ地域の自治体、復興公営住宅の自治会、支援団体、病院や福祉施設など)へのヒアリングを通じて、長期避難のなかでの受け入れ体制について確認する。これまでの準備状況を踏まえて、原発避難者を受け入れている福島県いわき市、郡山市、会津若松市を対象とした質問紙調査を実施する。また、別途実施している復興公営住宅入居者への質問紙調査とリンクさせながら、本調査で実施する質問紙調査の結果を解釈していきたい。社会学申請時においては、初年度において質問紙調査を実施すべく予算を計上していた。しかし調査に向けた準備作業が遅れており、調査を翌年度に実施することになった。そのため多くの額を次年度に振り向けることとなった。申請時においては、初年度において質問紙調査を実施すべく予算計上をしていた。ただし、先行研究の整理ならびにその後の状況変化を鑑み、実査を遅らせることとなった。次年度に質問紙調査を実施する。上記で述べたように、翌年度に回した額は、その多くを質問紙調査の実施ならびに対象者への調査結果の送付のための費用に充てることを計画している。上記で述べたように、翌年度に回した額が、そのほとんどを質問紙調査の実施ならびに対象者への調査結果の送付のために充てることになる。
停滞スラブ上火成活動の成因の解明

本研究では、沈み込んだ海洋プレートが背弧側上部マントルに与える熱・物質的影響を評価するために、ユーラシア大陸東縁部背弧域・超背弧域に産する新生代プレート内火山の物質科学的検討を行っている。本年度は,中国・南京および五大連池周辺の第三紀・第四紀火山玄武岩試料,日本海にある清風海山,中国地方神鍋火山の玄武岩試料の分析・解析,および中国地方横田火山群・黒岩高原玄武岩試料の採取・分析・解析を中心に行った.中国・五大連池周辺の玄武岩火山に含まれる斑晶を,JAMSTEC横須賀本部に設置してある高電圧パルス選択性粉砕装置(SELFRAG LAB)を用いて分離した.実体顕微鏡を用いて結晶中にメルト包有物を含む斑晶をさらに分離し,二次イオン質量分析装置(SIMS)を用いて揮発性元素の含有量測定のため,メルト包有物が表面に出るように斑晶の研磨を行った.メルト包有物の研磨に関してはJAMSTEC高知コア研究所で指導を受けた.清風海山玄武岩試料は,全岩K2O含有量の違いから高Kグループと低Kグループに分けられることを前年度明らかにした.両グループ間で全岩TiO2,Zr, Yなどの含有量が系統的に異なることから,その違いがその他の微量元素,放射性同位体元素でも見られるかどうか確認するため,北海道大学において誘導結合プラズマ質量分析計(ICPMS)および表面電離型質量分析装置(TIMS)を用いた分析を行った.また,大阪市立大学設置の電子線マイクロプローブアナライザ(EPMA)を用いて,斑晶化学組成の分析を行った.横田火山群および黒岩高原において調査・サンプリングを行い,両地域から比較的新鮮で変質の程度が小さい良質な合計約60個の岩石試料を採取した.採取した全試料について,岩石薄片・岩石粉末の作成を行い,偏光顕微鏡観察,蛍光X線分析装置による全岩化学組成(主要元素,微量元素)分析を行った.中国・五大連池周辺の玄武岩試料(合計30試料)は,岩石をスラブ状に切り出し,高電圧パルス選択性粉砕装置を用いて粉砕し,そこから実体顕微鏡を用いて斑晶を選り分けた.斑晶含有量が少ないため(5vol%以下),合計50kg程度の試料を粉砕して,回収した斑晶は現時点で合計300粒程度で,さらにメルト包有物を含む斑晶はその1割未満であるが,比較的大きなメルト包有物は複数回収できている.メルト包有物の研磨作業も2018年度中に開始しており,10粒程度の研磨は終了している.最終的には二次イオン質量分析装置を用いて,メルト中の揮発性元素含有量を測定し,マグマの生成条件の推定,マントル含水量や化学組成の決定を行うが,膨大な時間がかかるメルト包有物の探索と研磨作業の見込みが2018年度中についたことから,概ね順調に進んでいる.清風海山玄武岩試料は,全62試料から,風化の程度,化学組成の幅,記載岩石学的特徴等を総合的に考慮して,全体を代表する30試料を抽出し,北海道大学との共同研究でICP-MSおよびTIMSを用いた微量元素・放射性同位体元素組成の決定を行った.これにより,清風海山玄武岩試料において予定していた分析は,EPMA分析による斑晶化学組成の決定のみとなった.中国地方横田火山群・黒岩高原玄武岩火山玄武岩試料は,2018年度前半に試料を採取し,蛍光X線分析装置(XRF)による全岩主成分および微量成分化学組成の測定まで終了した.作成した岩石薄片は組織観察,鉱物組み合わせの決定,斑晶モードの測定まで全て終了し,一部の薄片試料に関してはダイヤモンドを用いた鏡面研磨を行い,EPMA分析を開始している.黒岩高原玄武岩試料の全岩化学組成分析結果からは,これまで報告されていなかった系統的な化学組成トレンドが見出された.いずれの地域に関しても,今後の研究に必要十分な数と質の分析値を取得することができた.中国・五大連池周辺の玄武岩試料に関しては,引き続きメルト包有物探しと,研磨作業を行い,2019年度前半の早い段階で終了する予定である.研磨が終了し次第,JAMSTEC高知コア研究所において,SIMS分析を行い,メルト含水量やその他揮発性元素組成を決定する.メルト含水量が決定した後,マグマ生成条件の推定を行い,先行研究との比較を行う.清風海山玄武岩試料については,全岩化学組成(主成分元素,微量元素,放射性同位体元素)は予定していた分析が全て終了した.全岩化学組成分析から,単純な結晶分別過程では説明できない微量元素・放射性同位体組成トレンドが存在することが明らかとなったため,今後は地殻物質の同化作用や,マグマ混合過程などの詳細な検証を行う.そのためにまず,斑晶鉱物化学組成,石基ガラス組成分析を行い,2種類のマグマ組成(高Kと低Kグループ)の違いの原因を特定する.また,鉱物化学組成からマグマ含水量の推定を行った上で,マグマ生成条件,微量元素・放射性同位体からマントル起源物質組成の推定を行い,8Ma頃の日本海周辺におけるマントルの物理化学的状態を明らかにする.中国地方の第三紀玄武岩火山(横田玄武岩火山,黒岩高原玄武岩火山)の新たな試料採取,岩石記載および全岩化学組成分析が終了したため,今後は薄片研磨の後,EPMA分析により斑晶・石基化学組成分析を行う.

全岩化学組成および斑晶化学組成を用いて,結晶分別過程,マグマ混合過程,地殻同化作用などの検証を行ったうえで,マグマ含水量の推定を行う.また,全体を代表する試料を抽出し,他の研究機関においてICP-MS分析およびTIMS分析を行い,希土類元素組成・放射性同位体元素組成を決定し,より詳細な地殻同化作用の検証と,マグマ起源物質の特定を行う.本研究では、沈み込んだ海洋プレートが背弧側上部マントルに与える熱・物質的影響を評価するために、ユーラシア大陸東縁部背弧域・超背弧域に産する新生代プレート内火山の物質科学的検討を行っている。本年度は,中国・南京周辺の第三紀・第四紀火山玄武岩試料,日本海にある清風海山の玄武岩試料,および中国地方神鍋火山玄武岩試料の分析・解析を中心に行った.中国・南京周辺の玄武岩火山に含まれる斑晶かんらん石には,特異的に高いNiO含有量と低いMnO含有量を示すものが多数含まれていることを明らかにした.高NiO・低MnOかんらん石斑晶は玄武岩質起源マントル物質に由来すると言われている.そのような火山下のリソスフェアは,系統的に厚い(>80km)ことが示唆されているが,本地域下リソスフェアの厚さは70km程度と見積もられており,その傾向からはずれている.清風海山玄武岩試料は,2次的な変質をあまり受けていない試料の全岩化学組成分析結果から,大きく2種類のグループに分けられることが新たにわかった.全岩K2O含有量が特徴的に異なることから,それらを高Kグループと低Kグループとした.両グループとも全岩MgO含有量はほぼ等しいが,TiO2,Zr, Yなどの含有量が系統的に異なる.両グループの全岩化学組成差が,マグマ溜まり内での分化過程の違いによるのか,初生メルト組成の違いによるものかは今後の検討課題である.神鍋火山玄武岩試料は,全岩主成分および微量成分化学組成,同位体組成(Sr-Nd-Pb-Hf)分析結果,鉱物化学組成分析結果をまとめ,短報を出版した.全岩および鉱物主成分化学組成から,マグマ含水量及びマントル融解条件を推定した結果,神鍋火山下深さ約80kmから400kmまで伸びる低速度異常域の上端部分と,本研究で推定したマグマ生成深度が一致することがわかった.全岩同位体組成もこの結論を支持する.中国・南京周辺の試料(合計58試料)および清風海山試料(合計62試料)は,岩石から粉末作成用および薄片作成用のチップを切り出すところから開始した.岩石粉末からガラスビードを作成し,蛍光X線分析装置(XRF)により全岩主成分および微量成分化学組成を測定した.岩石薄片は全てダイヤモンドを用いて鏡面研磨を行い,組織観察,鉱物組み合わせの決定,斑晶モードの測定,電子線マイクロプローブアナライザ(EPMA)による鉱物化学組成分析を行った.南京周辺の火山試料に関しては,斑晶かんらん石を約500粒子分析した.まず,含まれる斑晶(かんらん石,輝石,斜長石など)の主成分化学組成を決定するため,全鉱物に関して同一条件で分析を行った.その後,かんらん石中微量成分(NiO, MnO, CaO)を高い精度で分析するために,加速電圧とビーム電流の設定を変更し,ピーク強度測定をより長時間行う設定で分析を行った.斑晶かんらん石の分析はほぼ予定数の7割程度を終了したが,その他の斑晶鉱物(単斜輝石,直方輝石,斜長石,クロムスピネル)の分析は,まだ予定の半分程度である.斑晶かんらん石以外の斑晶鉱物の分析点数を増やし,傾向を明らかにする必要がある.清風海山玄武岩試料の分析
心筋細胞死を遅延させるメカニズムのバイオイメージング解析

平成1516年度に開発した正立型蛍光顕微鏡システムを用い、単一心筋細胞の酸素濃度、ATP、ミトコンドリア酸素代謝、ミトコンドリア膜電位等の同時的高解像度イメージングを行った。その結果、低濃度の脱共役剤を用いミトコンドリア膜電位にほとんど影響を与えずに酸素消費量(フラックス)を大きく増加させた場合、in vivo心筋組織中の正常酸素濃度(5%)よりわずかに低い3%という酸素濃度でnecroticな細胞死が誘導された。さらに、心筋細胞中のクレアチンキナーゼ(CK)を阻害したところ、この低酸素性細胞死が加速したばかりではなく、正常酸素濃度と考えられる5%酸素下でも細胞死が誘導された。すなわち、正常心筋細胞では、クレアチンリン酸(PCr)-CK系が低酸素性細胞死を遅延させていることがわかった。一方、酸化的リン酸化によるATP産生を阻害しても、酸素フラックスを低値に維持する限り細胞死は見られなかったことから、酸素不足による酸化的ATP産生の低下は、ここで見られた細胞死の主たる原因ではないことが予測された。これまでの研究から、酸素フラックスが上昇している時には、細胞中心部に酸素不足領域が形成されることが分かっている(anoxic core)。今回の実験結果と合わせて考えると、anoxic coreにおいてミトコンドリアの膜電位が消失し、この部位でoligomycin-sensitiveなATP消費が急激に進行し、その結果細胞全体のCa^<2+>overloadならびに細胞死が招来された可能性がある。一方、PCr-CK系は、酸化的リン酸化が活発に行われている細胞表層近傍で産生されたATPを拡散によりanoxic coreに輸送することにより、anoxic coreでのミトコンドリア膜電位の消失ならびにそれに続く細胞死を防いでいるものと思われた。低酸素・虚血・再灌流そして細胞死に関わる種々の分子のダイナミクスを相互に関連づけるために、これらの分子の細胞内動態を超高解像度で画像化できる多波長蛍光・分光同時測定システムを新規に開発した。このシステムでは、細胞の蛍光画像と分光画像をほぼ同時に獲得できるよう透過蛍光光学系を採用した。これまでは、透過蛍光測定は励起光が蛍光に重畳するため、両者の分離が難しく実用的ではないと考えられてきたが、最近開発されたブロッキングに優れた干渉フィルタを蛍光側に用いる事により、実用上全く問題ない低バックグランドの蛍光画像を得る事が可能なことがわかった。また、励起光の強度も通常の落射蛍光光学系に匹敵した。つづいて、このシステムを用い細胞のタイムラプス多波長蛍光画像測定ソフトウエアを開発した。GFP(緑色蛍光タンパク)を一過性発現させた培養細胞(COS7)に、さらにミトコンドリアの蛍光プローブであるMitoTracker Redを導入し、本システムの性能評価をおこなった。申請者が以前報告した、低酸素環境下でのGFP蛍光の赤色シフト(11.研究発表-雑誌論文参照)とミトコンドリアの細胞内ダイナミクスを動画として得る事が可能であった。また、興味深い点として、ミトコンドリアの画像化に際し、数学的共焦点法(deconvolution法)が、通常の落射蛍光画像と比べ、透過蛍光画像においてより効果的であった。これは、透過蛍光法の利点のひとつと思われた。以上より、多波長蛍光・分光同時測定の可能な顕微鏡システムが、透過蛍光光学系を用いる事で可能な事を明らかにし、交付申請書に述べた本年度の研究計画を達成したと考える。(1)緑色蛍光タンパク(GFP)をknock inしたマウスの血液灌流腎臓ならびにランゲンドルフ灌流心臓標本に強い緑色励起光を照射することで、臓器中の虚血部位においてGFPの緑色蛍光が長波長側にシフトすることを示した(論文投稿中)。

これは、GFPが臓器レベルのin vivo酸素イメージングプローブとして利用できる事を意味する。この手法は、低酸素や虚血に際しての細胞の生存戦略を臓器レベルで検討するために極めて有用と考えている。(2)本研究の中心をなす仮説-心筋細胞においては、低酸素や虚血に際し、ミトコンドリアはATP産生を犠牲にしてまでもミトコンドリア膜電位を維持し、細胞死を回避する-を検証するためには、subcellularの空間分解能で細胞内のATPをイメージングする必要がある。これまで、細胞内ATPのバイオイメージングは報告されていないが、今回、マウス卵細胞をモデルとして、細胞内遊離Mg^<2+>から間接的にATPをイメージングすることに成功した。脱共役剤により細胞内ATPを枯渇させた所Mg^<2+>の急速な上昇が見られた。この結果は、in vitroでのATP測定結果(通常のluciferine-luciferase法を用いた)と合致した。また、受精時には、一過性にATPレベルが低下するものの、ただちに受精前値よりも高いレベルで定常となることを初めて示した。これは、受精がミトコンドリアにおけるATP産生調節をリセットするものと結論した(Biol Reprod on lineで先行publish済み)。本年度は、平成1516年度の研究において新規に製作した、分光・蛍光イメージングが同時に可能な顕微鏡システムを用い、低酸素により誘導される単離心筋細胞の細胞死と細胞内ATPレベルの関係を追求した。細胞内ATPの相対的変化は、Mag-fura-2を用いた細胞内遊離Mg^<2+>の蛍光イメージングにより、また、ミトコンドリアへの酸素供給はミオグロビンの分光イメージングにより同時的に可能であった。両者を細胞の形態観察とあわせて行う事で、細胞内酸素濃度の低下がATP枯渇をもたらし、それが最終的に細胞死をもたらす様子を経時的にイメージングできた。特に、低濃度の脱共役剤を用いミトコンドリア呼吸を増加させた細胞では、細胞内部に顕著な酸素濃度の勾配(細胞中心部で濃度低下)が明瞭にイメージングされた。細胞内ATP拡散速度は酸素のそれの約1/10であるから、細胞内酸素濃度勾配が存在すれば、同様なATP濃度勾配も形成されると思われたが、期待された細胞内ATP濃度勾配は見られなかった。一方、心筋細胞のクレアチンキナーゼ(CK)を0.5mM iodoacetamideにより阻害したところ、上述の酸素濃度勾配に対応するATP濃度の細胞内勾配が出現するとともに、低酸素下での細胞の生存時間が顕著に短縮した。これらは、CKにより触媒されるクレアチンリン酸(PCr)からの酸素非依存性ATP供給が、細胞内酸素濃度勾配により生じたミトコンドリアの酸素依存性ATP産生の細胞内勾配を補償し、細胞内エネルギーを一様に維持する事で、細胞死を遅延させたものと考えた。
人工ウイルスを用いた新規早期ガン診断システムの構築

本研究の目的は、微量癌細胞を検出するため、独自に開発したナノ構造体である人工ウイルスを用いて癌細胞特異的な人工マーカーを血中/尿中に放出させて検出及び定量することによる早期診断を開発することである。本年度は以下の研究を行った。(1)人工マーカーの作製および安定性の評価:昨年までの研究において、人には存在しない配列を有する人工マーカーの候補として作成した3つのオリゴマーカー(M1、M2、M3)を作成し、化学修復により人由来血中における安定性をあげることを試みたが、安定性を得られなかったため、現在、人由来血中にて安定なマーカーを作成中である。(2)癌特異的人工ウイルスの改変:昨年までの研究において、独自に開発した人工ウイルスの疎水性の内孔に膵癌治療薬であるゲムシタビン(GEM)内包させ、表面に癌腫特異的表面マーカーであるMUC1、c-Met、EGFR等を標的とするアンテナ分子をアミド結合を介して付加した人工ウイルスを作成することに成功した。これらの人工ウイルスが癌細胞のみに特異的に取り込まれることは確認されたものの、この人工ウイルスは、取り込まれた細胞内で崩壊する機能が不十分であったため、ユビキチン化による人工ウイルスの崩壊の誘導を試みた。また、作成した癌特異的人工ウイルスにGEM同様に人工マーカーの代替として蛍光色素を内包させ、癌細胞特異的にキャリアーが侵入、崩壊することを蛍光顕微鏡にて観察し、また、客観的な評価として蛍光量の定量化に成功した。本研究の目的は、微量癌細胞を検出するため、独自に開発したナノ構造体である人工ウイルスを用いて癌細胞特異的に人工マーカーを血中/尿中に放出させ検出・定量することによる早期診断を開発することである。本年度、我々は以下の1-3の研究を行った。1.人工マーカーの作成および生体内安定性の評価:人には存在しない配列を有する人工マーカーの候補として3つのオリゴマーカーを作成した(M1、M2、M3)。このマーカーに対するreal-time PCR用primerをproduct sizeが長くならないように設計した。しかし、これらM1-3は人由来血中における安定性が低かったため、現在M1-3を化学修飾により安定性を上げる工夫を行っており、それを用いれば良好な結果が期待できるものと考えられる。2.癌特異的人工ウイルスの改変:我々は、膵臓癌を念頭に癌特異的標的マーカーの選択とそれに対するアンテナ分子の作成を行った。MUC1、c-Met、EGFR等を標的とするアンテナ分子を合成し、人工ウイルスにアミド結合を介して付加した。これらの人工ウイルスが癌細胞のみに特異的に取り込まれ、癌細胞特異的人工ウイルスの作成に成功した。3.人工ウイルスへの人工マーカーの内包:現在人工マーカーの安定性が得れていないため、まず内包化モデルとして膵癌治療薬であるゲムシタビン(GEM)を用いて内包化試験を行った。まず内包化最適条件の検討を行い、24量体を形成する人工ウイルス1つに対して約11モルのGEM内包化に成功した。この内包化条件を用いれば、同様に人工マーカーM1-3の内包化も可能と考えられる。これらの結果をふまえ、次年度はM1-M3の安定化マーカーが得られ次第、本年度作成した癌特異的人工ウイルスにGEM同様に人工マーカーを内包する。また、このようにして作成した新規人工ウイルスをin vitro、in vivoで機能評価する。
プロドラッグの脳移行性に関与するエステラーゼ遺伝子の構造と転写調節機構の種差

カルボキシルエステラーゼ(エステラーゼ)は、エステルやアミド結合を有する化合物を効率良く加水分解することからプロドラッグの代謝過程において重要な役割を果たしている。ところでこのような薬物の中枢神経系への移行を考慮した場合、エステラーゼの局在部位や特性が脳への移行性に極めて重要であることが予想される。これまで、申請者らはヒト脳毛細血管内皮細胞にエステラーゼ局在していることを明らかにしており、さらに脳毛細血管内皮細胞には種々のトランスポーターが発現していることから、代謝・排出の連関によりエステラーゼが薬物の脳移行性に重要な働きをしている可能性を示唆している。そこで本研究においては、ヒト脳に発現するエステラーゼの転写調節領域を明らかにするとともに、相同性の高いエステラーゼ分子種が発現しているマウスの転写調節機構を調べ、ヒト脳のモデル系としての有用性を確かめることを目的として研究を行ってきた。本研究において、ヒトおよびマウスエステラーゼの転写調節機構を調べるため、ヒトおよびマウスゲノムから転写調節領域を含むゲノムのングを行い、それぞれの遺伝子の5'上流部位を含むクローンを得た。さらに、これらの遺伝子をルシフェラーゼを含むpGL3ベクターにサブクローニングした後、哺乳動物培養細胞にトランスフェクションして転写活性を調べた。その結果、ヒトとマウスエステラーゼ遺伝子の転写調節領域にはGC-Box, CCAAT-Boxなど共通した転写調節領域がみられ、基本プロモーター部位は類似している可能性が考えられた。そこで、ゲルシフトアッセイにより結合タンパクを調べたところ、ヒトではGC-BoxにSp1が結合することが明らかとなった。さらに、ヒトにおいてはinverted duplicationの結果と考えられる2つの遺伝子が存在し、、それぞれ異なった制御機構を受けていることが明らかとなった。カルボキシルエステラーゼ(エステラーゼ)は、エステルやアミド結合を有する化合物を極めて効率良く加水分解することから、これらの結合を有する薬物やプロドラッグの代謝過程において重要な役割を果たしている。ところでエステルやアミド結合を有する薬物の中枢神経系への移行を考慮した場合、脳に存在するエステラーゼの局在部位や特性が脳への移行性に極めて重要であることが予想される。これまで、申請者らはヒト脳毛細血管内皮細胞にエステラーゼ局在していることを明らかにしており、さらに脳毛細血管内皮細胞には種々のトランスポーターが発現していることから、代謝・排出の連関によりエステラーゼが薬物の脳移行性に重要な働きをしている可能生が考えられる。そこで本研究においては、ヒト脳に発現するエステラーゼの転写調節領域を明らかにするとともに、ヒト脳エステラーゼと同様の分子種が発現しているマウスおよびイヌの転写調節機構を調べ、ヒト脳のモデル系としての有用性を確かめることを目的として研究を行ってきた。平成14年度は、主としてヒトおよびマウスエステラーゼの転写調節機構を調べるため、ヒトゲノムおよびマウスゲノムから転写調節領域を含むゲノムのクローニングを行い、それぞれの遺伝子の5'上流部位を含むクローンを得た。その結果、ヒトとマウスではTATA-Boxはなく、またGC-Box, CCAA-Boxなど転写調節領域の一部に相同性が高い部位がみられ、基本プロモーター部位は類似している可能性が考えられた。現在、マウスについて解析を進めているところである。平成15年度は、本年度の結果を踏まえてさらに研究を発展させる予定である。

これまで、申請者らはヒト脳毛細血管内皮細胞にエステラーゼ局在していることを明らかにしており、さらに脳毛細血管内皮細胞には種々のトランスポーターが発現していることから、代謝・排出の連関によりエステラーゼが薬物の脳移行性に重要な働きをしている可能性が考えられる。そこで本研究においては、ヒト脳に発現するエステラーゼの転写調節領域を明らかにするとともに、ヒト脳エステラーゼと同様の分子種が発現しているマウスおよびイヌの転写調節機構を調べ、ヒト脳のモデル系としての有用性を確かめることを目的として研究を行ってきた。本研究において、ヒトおよびマウスエステラーゼの転写調節機構を調べるため、ヒトゲノムおよびマウスゲノムから転写調節領域を含むゲノムのングを行い、それぞれの遺伝子の5'上流部位を含むクローンを得た。さらに、これらの遺伝子をルシフェラーゼを含むpGL3ベクターにサブクローニングした後、哺乳動物培養細胞にトランスフェクションして転写活性を調べた。その結果、ヒトとマウスエステラーゼ遺伝子の転写調節領域にはTATA-Boxはなく、またGC-Box, CCAAT-Boxなど転写調節領域の一部に相同性が高い部位がみられ、基本プロモーター部位は類似している可能性が考えられた。そこで、ゲルシフトアッセイにより結合タンパクを調べたところ、ヒトではGC-BoxにSp1が結合することが明らかとなった。さらに、ヒトにおいてはinverted duplicationの結果と考えられる2つの遺伝子が存在し、それぞれ異なった制御機構を受けていることが明らかとなった。
腎癌による免疫代謝改変の制御を利用した新たな治療戦略に向けた基礎的研究

本研究では、薬剤抵抗性の腎癌で特に高レベルに発現する事が判明したIL-6の生物活性に着目し、腎細胞癌が免疫チェックポイント阻害剤や分子標的薬に抵抗性を来すメカニズムの詳細を解明する。さらにIL-6による癌細胞内での免疫細胞増殖や血管新生に有利な代謝経路を代謝リプログラミングによって負に制御することによって制癌を達成する新たな治療法の開発に向けた基礎的研究を行う。
糖鎖が吸入麻酔薬による心保護作用に及ぼす影響

イソフルランはO-GlcNacを介したシグナル伝達経路で心筋保護効果をあらわす。その経路としてmitochondrial permeability transition pore(mPTP)の構成要素であるvoltage-dependent anion channel(VDAC)はイソフルラン投与によりO-GlcNAc化される。それを介してmPTPの開口が抑制される可能性が示唆された。吸入麻酔薬をあらかじめ投与することによって後に起こる心筋梗塞のサイズを減少させるAnesthetic preconditioning (APC)作用が知られている。APCには様々なシグナル伝達経路が知られている。今回我々は、糖鎖であるO-Linked β-N-acetylglucosamine(O-GlcNAc)が吸入麻酔薬による心保護に関与すると仮説を立てた。In vivoでのマウス虚血再潅流(30分-2時間)モデルにおいてリスク領域に対する心筋梗塞サイズはAPC群では対照群と比較して減少する(30±4%vs. 41±4%,p<0.05)が、O-GlcNAc transferase阻害剤であるアロキサンを前投与することによって心筋保護作用は阻害された(42±5%)。さらに、心室筋を摘出し、APCの影響をイムノブロッティング法にて検討した結果、イソフルラン投与によってO-GlcNacの発現が増強していることが明らかになった。マウスの遊離心室筋細胞を用いたin vitro低酸素モデルにおいて低酸素後の細胞生存率はイソフルランによるAPC作用によって上昇するが(51±14%vs.23±12%,p<0.05)、イソフルラン刺激前にアロキサンを投与し同様の実験を行なった場合、その保護作用は棄却された(30±13%)。これらの結果から、O-GlcNAcは吸入麻酔薬による心保護に関与すると考えられる。これまでに我々は、イソフルランを投与されたマウスにおいて、複数のタンパク質がO-Linkedβ-N-Acetylglucosamine (O-GlcNAc)により修飾され、心筋保護効果をあらわすことを明らかにした。心筋プレコンディショニングのシグナル伝達の最終到達地点としてmitochondrial permeability transition pore (mPTP)が知られており、近年の報告でO-GlcNAcとの関連が示された。本研究はイソフルランのO-GlcNAcを介したmPTP開口に及ぼす影響を検討した。マウスの遊離心筋細胞をイソフルランに暴露後、calcein AMと塩化コバルトでミトコンドリアを蛍光染色し、過酸化水素により酸化ストレスを与えた。イソフルラン投与で蛍光強度の減弱が抑制された(60.5±9.2% vs.85.6±4.1% of baseline, P<0.05)が、O-GlcNAc transferase阻害剤であるアロキサンを前投与することによってその効果は棄却された(57.2±6.9% of baseline)。mPTPを構成するタンパク質であるvoltage-dependent anion channel (VDAC)がイソフルラン投与により、O-GlcNAcで修飾されることを免疫共沈降法によって明らかにした。また、酵素法によっても確認した。mPTPの構成要素であるVDACはイソフルラン投与によりO-GlcNAc化される。それを介してmPTPの開口が抑制され、心筋保護効果をあらわす可能性が示唆された。