hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海洋深層における乱流拡散率の全球的な時空間分布の解明

数値モデルで再現される深層海洋大循環のパターンや強さは,中・深層における乱流拡散過程に大きくコントロールされる.最近の数値実験によれば,深層大循環の維持には主温度躍層の下部付近でオーダー1cm^2s^<-1>程度の乱流拡散が必要とされる.乱流拡散過程に必要なエネルギーは大気擾乱や潮汐から供給されると考えられる.そのため,大気擾乱や潮汐によって励起された内部波がどの海域でカスケードダウンを起こし砕波するか明らかにすることが深層循環を知る上で重要である.潮汐モデルを用いることで,潮汐によって供給されるエネルギー散逸率の分布は次第に明らかになりつつある(Jayne and StLaurent,2001など).一方で大気擾乱によって供給されたエネルギーがどの海域で散逸するか,いままで明らかでなかった.本研究ではまず,Garrett-Munkの内部波スペクトルモデルをコリオリ周波数の変化する鉛直2次元のβ面で定義した.こうして得られた内部波場に実際の風応力を境界条件として与えることで,内部波場と風応力によって励起された内部波との相互作用を調べた.その結果,風応力の大きい中高緯度域で励起された内部波が低緯度域に伝播し非線形相互作用によってエネルギーカスケードダウンを起こすことがわかった.今後,内部波場における密度成層の違いを考慮しより現実的な状況でのエネルギーカスケード過程を明らかにする予定である.また,異なった緯度・時期におけるエネルギー散逸の様子を調べることで,エネルギー散逸率の時空間分布を明らかにする.長期の気候変動をコントロールしている深層海洋大循環のパターンや強さは中深層における小規模スケールの乱流拡散過程に大きく依存する:このため深層海洋大循環の正確な経蕗や強さを決定するにはこの乱流拡散の大きさをマッピングすることが不可欠である.本研究ではHenyey et al.(1986)で提唱された"Eikonal Approach"の手法を用い、現実的な外力スケールおよび乱流拡散スケールの間でのエネルギーカスケード過程を3次元的に再現できるモデルを構築した.また,このモデルを用いて多数回のケーススタディを実行し,その結果に基づき流速シアの強さによる乱流拡散の変化を計算した.その結果,エネルギー散逸には,内部波スペクトル空間のうち,高鉛直波数かつ高周波数成分の内部波の砕波が主に寄与していることがわかった.このときGarrett-Munkの内部波モデルを仮定すると,エネルギー散逸率は深層海洋大循環を維持するのに必要な値よりも小さいという観測と矛盾しない結果が得られた.また,流速シアの強さを変えるケーススタディの結果から,内部波の砕波は高鉛直波数の近慣性流シアがコントロールしていることが明らかになった.つまり,現実の深層海洋大循環を再現するには,高鉛直波数の近慣性流のエネルギーが何らかの機構によって外力スケールから供給されることでエネルギー散逸が強くなっている海域の存在が示唆された.さらに,エネルギー散逸率が現実の深層海洋大循環を再現するにはGarrett-Munkの内部波スベクトルモデルの20倍程度のエネルギーが高周波数の近慣性流に必要である,という定量的な結果がはじめて得られた.上記の結果を日本海洋学会秋季大会で発表した.数値モデルで再現される深層海洋大循環のパターンや強さは,中・深層における乱流拡散過程に大きくコントロールされる.最近の数値実験によれば,深層大循環の維持には主温度躍層の下部付近でオーダー1cm^2s^<-1>程度の乱流拡散が必要とされる.乱流拡散過程に必要なエネルギーは大気擾乱や潮汐から供給されると考えられるが、潮汐から供給されるエネルギーフラックスが約0.9TWと見積もられているのに対し,大気擾乱から与えられるエネルギーフラックスの値については正確な見積もりがなされていなかった.Watanabe and Hibiya (2003)は,気象庁客観解析データを用いてスラブモデルを駆動することで大気擾乱から供給される全球的な近慣性エネルギーフラックスの見積もりを行った.但し,高緯度域では慣性周期が短くなり風応力データの時間間隔に近くなるため,Niwa and Hibiya (1999)で提案された補正係数をかけあわせた.その結果,風応力による近慣性エネルギーフラックスが全球平均で0.7TWであることが明らかになった.一方Alford(2003)はこの補正項の有効性に疑問が残るとし,NCEP/NCARの風応力データを用いた近慣性エネルギーフラックスと東部北大西洋の高解像度大気モデル(REMO)の風出力データを用いた近慣性エネルギーフラックスとの比較から、全く異なる補正係数を導出した.さらに,この補正係数を用いることにより,大気擾乱から供給される全球的な近慣性エネルギーフラックスを0.47TWと見積もった.本研究では,地球シミュレータの全球大気大循環モデル(AFES)の風出力データを用いて補正係数の有効性の検証を行った.また,エネルギーフラックスの見積もりの精度を上げ,大気擾乱から海洋混合層内に与えられる近慣性エネルギーフラックスが0.7TW程度であるという結果が得られた.数値モデルで再現される深層海洋大循環のパターンや強さは,中・深層における乱流拡散過程に大きくコントロールされる.最近の数値実験によれば,深層大循環の維持には主温度躍層の下部付近でオーダー1cm^2s^<-1>程度の乱流拡散が必要とされる.乱流拡散過程に必要なエネルギーは大気擾乱や潮汐から供給されると考えられる.

そのため,大気擾乱や潮汐によって励起された内部波がどの海域でカスケードダウンを起こし砕波するか明らかにすることが深層循環を知る上で重要である.潮汐モデルを用いることで,潮汐によって供給されるエネルギー散逸率の分布は次第に明らかになりつつある(Jayne and StLaurent,2001など).一方で大気擾乱によって供給されたエネルギーがどの海域で散逸するか,いままで明らかでなかった.本研究ではまず,Garrett-Munkの内部波スペクトルモデルをコリオリ周波数の変化する鉛直2次元のβ面で定義した.こうして得られた内部波場に実際の風応力を境界条件として与えることで,内部波場と風応力によって励起された内部波との相互作用を調べた.その結果,風応力の大きい中高緯度域で励起された内部波が低緯度域に伝播し非線形相互作用によってエネルギーカスケードダウンを起こすことがわかった.今後,内部波場における密度成層の違いを考慮しより現実的な状況でのエネルギーカスケード過程を明らかにする予定である.また,異なった緯度・時期におけるエネルギー散逸の様子を調べることで,エネルギー散逸率の時空間分布を明らかにする.
骨髄由来幹細胞が有する脳腫瘍へのtropismに関する検討

我々はこれまで骨髄由来幹細胞は脳腫瘍へのtropismを有していることを明らかにしてきたが、今回このメカニズムを解析するために本研究を行った。その結果PDGF-Bによるシグナル伝達系が骨髄由来幹細胞の遊走能に関与していることが示唆された。これまでの予備実験によって骨髄由来幹細胞(MSC)が脳腫瘍に特異的に集積することが明らかにされていた。今回の実験ではさらにこの現象には腫瘍細胞が発現し、分泌するPDGFBが関与していることが示された。実験ではU87やLN229などのヒト由来の培養細胞を用いてPDGFBの発現量に応じて脳腫瘍細胞への集積量が変化し、PDGFBの発現が多いほど脳腫瘍細胞に特異的に集積することが明らかになった。これはMSCの脳腫瘍に対するtropismのメカニズムの一つと考えられるが、PDGFB以外にもEGFが関与している可能性が報告されているので、今後はEGFのtropismへの関与ならびにtropismに対するPDGFBとEGFのクロストークについても検討を加え、tropismの分子メカニズムを解明する予定である。また、これらの実験ではヒト由来のMSCを用いて、ヒト脳腫瘍へのtropismを調べているために、この現象が普遍的なものであるかの検討が必要である。今回の研究では事件動物としてラットを用い、ラット由来の脳腫瘍であるC6グリオーマ細胞を用いて、MSCの脳腫瘍へのtropismを解析する予定であるが、現時点ではまだGFPラットが入手困難であるため、ラット由来のMSCが分離同定されておらずcell lineの確立には至っていない。脳腫瘍へと集積するMSCの性格は脳腫瘍治療用のベクターとしての可能性を示唆するものであるが、培養細胞とMSCを共に培養すると腫瘍の形態が変化し、腫瘍増殖を促進させるという結果も得られたので、今後は腫瘍内に集積したMSC自身の増殖、分可能に加えて、腫瘍細胞への直接的な効果の分子メカニズムについての研究も必要と考える。当初の計画では骨髄由来幹細胞(MSC)が脳腫瘍に特異的に集積する現象が種特異的に起こるものではないことを証明するための動物モデルとして、C6グリオーマ細胞をラットに移植した脳腫瘍モデルを用いる予定であった。しかし、これまでの予備実験で腫瘍細胞のPDGFの発現量が多いほど脳腫瘍に特異的に集積することが明らかになったため、実験計画を変更してPDGFを高発現する脳腫瘍モデルを用いることにした。この脳腫瘍モデルとして用いたのは2006年に報告されたラットの系で、大脳白質に存在するグリア前駆細胞にPDGFを高発現するレトロウイルスベクターを感染させることで作成されたラット脳腫瘍モデルである(Assanah Metal, JNeurosci,2006)。このモデルでは短期間でPDGFを高発現するグリオーマが高率に発生するために本研究には非常に有用であり、現在実際のこの脳腫瘍モデル作成に成功している。またラット骨髄由来幹細胞にっいてはTulane Center for Gene Therapyから譲与されたLewis Rat Marrow StromalCellを用いる予定であり、これまでに継代培養を行って骨髄幹細胞としての分化能を確認した。本研究では骨髄由来幹細胞(MSC)が脳腫瘍に特異的に集積する現象(tropism)を証明するために実験を行ってきた。これまでのin vitroの実験で腫瘍細胞のPDGFの発現量が多いほど脳腫瘍に集積しやすいことが明らかになったため、ラット大脳白質に存在するグリア前駆細胞にPDGFを高発現するレトロウイルスベクターを感染させることで作成されるラット脳腫瘍モデルを用いるべく初期実験を行った。その結果短期間でPDGFを高発現するグリオーマモデルが確立できたが、本研究を行うための個数が確保できなかった。そこでPDGFがMSCの脳腫瘍へのtropismにin vivoで関与しているかを調べる実験を行った。グリオブラストーマの培養細胞であるU87とLN229にPDGF-Bの発現プラスミドをトランスフェクションさせ、それぞれPDGF-Bを高発現するクローンと低発現クローンを選択した。これらの培養細胞をヌードマウスの前頭葉内に定位的に注入してグリオーマモデルを作成した。このモデルの内頚動脈内にGFPラベルされたヒトMSCを直接注入して、PDGF-Bの発現量とMSCの腫瘍内に取り込まれる量について検討を行った。その結果、PDGF-Bを高発現するクローンで作成されたグリオーマモデルの方が有意に腫瘍細胞内に取り込まれたMSCが多く、in vitroでもMSCが有する脳腫瘍へのtropismにはPDGF-Bが関与していることが示唆された。
ヒト尿中落下細胞培養系を用いた尿細管機能の解析

今回の研究は、尿中落下尿細管細胞をいかにviabilityを保った形で培養系に移し、多種類の尿細管細胞を別々に培養し、性格付けるかという点を中心にしておこなわれた。尿の無菌的採取については、男児・女児をとわず、細菌の混入を防止する上でフォーレカテーテルによる採尿が必要であるとの結論に達し、1回に200mlの尿が必要量であることがわかった。培養は、ガラス上では難しく、polystylene上にコラーゲンType Iをコートした上にDMEM/F12混合培地をのせ、この中に細胞をattachさせて行うのが、もっとも効率的だった。このため実験はもっぱらマイクロプレートを用いて行なわれた。24穴よりもwellの大きいプレートでは多種の細胞が培養され、形態的には約5種類に分類され、各種染色法を用いた場合にはγ-GTP陽性の近位尿細管細胞、THP陽性EMA陰性のヘンレの太い上行脚細胞、THP陰性EMA陽性の集合管由来細胞が確認された。これらをcloneとして培養するため、初代培養の時点から、細胞と96穴マイクロプレートに散布して培養したところ、上記の3種の細胞が別々に培養し得ることが明らかとなった。又、近位由来集合管由来の細胞はドーム形成を示し、水・電解質の再吸収能を保持していることがわかった。各培養細胞群は初代培養のみではなく、継代培養も可能だった。いずれの細胞群もconfluentになった時点では電子顕微鏡所見上(TEM)、tight junctionをはっきりと認め、多層にもならず、尿細管本来の機能を保持していることが明らかとなった。
イネにおける栽培化関連遺伝子の検証―野生種の遺伝的背景で形質変化は起こるのか

イネの栽培化にどのような遺伝子座が大きく関与したのかを検証するために、栽培イネ品種2種(日本型、インド型)およびアジアの野生イネ系統を交雑し、それぞれの遺伝的背景を持つ4つの戻し交雑自殖集団を用いて、栽培化関連形質に関するQTL解析を行った。その結果、栽培イネおよび野生イネの遺伝的背景をもつ2集団でそれぞれ共通して検出された遺伝子座は、イネの栽培化の初期に関わった遺伝子座であることが示唆された。本研究では、イネの栽培化に関連した形質にどのような遺伝子が関与したのかを検証することを目的としている。そこで、栽培化関連形質遺伝子座における野生種および栽培種の対立遺伝子の作用を調査するため、以下の4つの戻し交雑自殖集団を研究材料とし、調査および解析を行った。Npb-W集団(供与親Oryza sativa Nipponbare、反復親O. rufipogon W630):圃場に144個体からなるBC2F9集団を展開し、回収した成熟種子を用いて休眠性についての調査を行った。なお、野生イネは強度の種子休眠性を持つため、種子は成熟後6ヶ月、9ヶ月、12ヶ月の3処理区を設け、経時的な種子休眠性を調査し、それぞれについてQTL解析を行った。IR-W集団(供与親O. sativaIR36、反復親O. rufipogon W630):圃場に150個体からなるBC2F7集団を展開し、出穂期、稈長、穂長、穂の開帳性、株の開帳性、葉鞘の色、芒の色、種子長、種子幅、芒の長さ、種皮色の11形質の調査を行った。また、各個体よりDNAも抽出した。W-Npb集団(供与親O. rufipogon W630、反復親O. sativa Nipponbare):163個体からなるBC2F10集団を圃場に展開し、回収した成熟種子を用いて休眠性についての調査を行った。なお休眠性の評価は、栽培イネがほぼ発芽する出穂50日後の成熟種子を用いて行い、QTL解析を行った。W-IR集団(供与親O. rufipogon W630、反復親O. sativa IR36):172個体からなるBC2F9集団を圃場に展開し、稈長、穂長、穂数、種子100粒重、籾長、籾幅、玄米長、玄米幅、穂型、有芒性、種子脱粒性、出穂期の11形質を調査した。最終年の平成25年度は、IR-W集団とW-IR集団を用いて、9つの栽培化関連形質(株の開帳性、穂の開帳性、種子色、芒の色、葉鞘の色、稈長、穂長、種穂までの日数、種子脱粒性)について調査を行い、ゲノム全体をほぼカバーする約180のマイクロサテライトマーカー座の遺伝子型のデータを用いて、QTL解析を行った。そして、前年度までに行った,Npb-W集団とW-Npb集団を用いた解析結果と比較することにより、野生種と栽培種の異なった遺伝的背景での栽培化関連遺伝子座の対立遺伝子の効果や、栽培種の日本型とインド型の2つの遺伝的背景における野生イネの遺伝子の効果を調べ、イネの栽培化の実態について総合的に考察した。そのため、栽培化関連形質遺伝子座における野生種および栽培種の対立遺伝子の作用を、それぞれ栽培種と野生種の遺伝的背景で検証することを計画し、4つの戻し交雑自殖集団、Npb-W(供与親Oryza sativa Nipponbare、反復親O. rufipogon W630)、IR-W(供与親O. sativa IR36、反復親O. rufipogon W630)、W-Npb(供与親O. rufipogon W630、反復親O. sativa Nipponbare)、W-IR(供与親O. rufipogon W630、反復親O. sativa IR36)を研究材料とした。本年度は、3集団について以下に示した調査および解析を行った。Npb-W集団:圃場に144個体からなるBC2F8集団を展開し、11の栽培化関連形質(種子脱粒性、種子長、種子幅、芒、果皮色、穂あたりの小穂数、穂の開帳性、株の開帳性、稈長、葯長、雌蕊長)の調査を行った。また、これらよりDNAも同時に抽出し、約180のマイクロサテライトマーカー座の遺伝子型を決定するとともにQTL解析を行った。IR-W集団:圃場に150個体からなるBC2F6集団を育成し、世代更新したBC2F7種子を回収した。

W-Npb集団:163個体からなるBC2F9集団を圃場に展開し、11の栽培化関連形質の調査を行った。約180のマイクロサテライトマーカー座の遺伝子型データはBC2F8世代で調査済みであるので、これらのデータを基にQTL解析を行った。圃場にそれぞれ約150個体からなる4つの集団を展開したが、台風等の被害がなかったため、予定通りの形質調査が行えた。DNA抽出ならびに分子マーカー座の遺伝子型を決定するシステムができあがっているので、各集団についての調査が効率よく行えた。研究は当初の計画通り進んでいる。圃場にそれぞれ約150個体からなる3つの集団を展開したが、台風等の被害がなかったため、予定通りの形質調査が行えた。また、PCRサーマルサイクラーの物品購入により、マイクロサテライトマーカー座の調査が効率よく行えた。本研究の構成は、世代更新、マーカー型決定、形質調査、QTL解析、考察の5つからなっている。これらをそれぞれ4つの戻し交雑自殖集団(Npb-W、IR-W、W-Npb、W-IR)について行う予定である。現在、Npb-W集団とW-Npb集団の形質調査とQTL解析がほぼ終了しており、IR-WとW-IRの2集団が来年度これらを追う形となっている。そのため、先行2集団の形質調査とQTL解析の際に見つかった問題点などを整理し、後続の2集団の同じ解析がスムーズに行えるようにする。現在、Npb-W集団とW-Npb集団が一部形質を除き形質調査とQTL解析まで進んでおり、IR-WとW-IRの2集団が来年度これらを追う形となっている。次年度は、IR-WとW-IRの2集団の植物体から抽出したDNAを用いて、分子マーカー座の遺伝子型の決定を行うことが多くなるので、電気泳動関連の物品を購入する。ただし、消耗品費の多くはDNA抽出とDNA増幅に関する試薬やチューブなどの購入に用いる予定である。また、年度末までに結果がある程度まとまれば、学会発表のための旅費や論文投稿料などに使用する予定である。次年度以降、分子マーカー座の遺伝子型の決定を行う検体数が多くなるので、電気泳動関連の物品を購入する。
心電図同期高速スィッチング方式二重エネルギー冠動脈CTによるプラークの性状評価

心電図同期高速スィッチング方式二重エネルギー冠動脈CT(DECT)では任意の二つの物質を基準とした物質弁別画像を取得できる。また、実効原子番号を用いた詳細な成分分析も可能である。物質弁別画像を用いた冠動脈石灰化除去能の評価について、通常の冠動脈CTでは冠動脈石灰化が高度なため判定困難であった病変を対象として、ヨード(造影剤)と大部分の冠動脈石灰化の主成分と我々が考えているシュウ酸カルシウムを基準とした物質弁別画像の有用性を検討した。本画像により冠動脈石灰化除去が可能であり、冠動脈造影と対比すると、依然として判定困難であった病変もあったが、大半は判定可能となった。また、冠動脈狭窄の診断能も改善することが判明した。平成30年度はこの知見の論文化を進めている。同時に、X線回折やラマン分光解析などを施行し、冠動脈石灰化の成分分析と主成分の同定も進めている。心電図同期高速スィッチング方式二重エネルギー冠動脈CT (DECT)では任意の二つの物質を基準とした物質弁別画像を取得できる。石灰化プラークの成分分析と主成分の同定について、ゴールドスタンダードとして妥当な方法の調査や協力体制の調整などにやや時間を要した。これに伴い、石灰化プラークの成分分析に影響しうる要因のファントムを用いた検討や石灰化プラークの主成分の違いがもたらす臨床的意義の検討についても、まだあまり進行していない状態である。石灰化プラークの成分分析と主成分の同定について、十分数の試料の取得などにやや時間を要している。平成29年度はこの知見の論文化を進めている。研究代表者の研究機関の異動に伴い、平成29年度は研究ミーティングの頻度が少なくなってしまった。また、冠動脈石灰化の成分分析と主成分の同定について、十分数の試料の取得などにやや時間を要している。これに伴い、冠動脈石灰化の主成分の違いがもたらす臨床的意義の検討についても、進行が遅れている状態である。

石灰化プラークの成分分析と主成分の同定について、ゴールドスタンダードとしてX線回折やラマン分光解析などが妥当と考えている。研究分担者(中岡)による協力体制の調整もほぼ完了した状態であり、平成28年度よりこのテーマを推進していく予定である。これに伴い、石灰化プラークの成分分析に影響しうる要因のファントムを用いた検討や石灰化プラークの主成分の違いがもたらす臨床的意義の検討についても、研究の推進が期待される。石灰化プラークの成分分析と主成分の同定について、すでに解析方法や協力体制を確立できたので、このテーマを引続き推進していく予定である。また、シュウ酸カルシウムを基準とした物質弁別画像が冠動脈石灰化除去による冠動脈狭窄の診断能の改善に有用であることを原著論文として発表する予定である。冠動脈石灰化の成分分析と主成分の同定に関するテーマを引き続き推進していく。これに伴い、冠動脈石灰化の主成分の違いがもたらす臨床的意義の検討も推進が期待される。また、シュウ酸カルシウムを基準とした物質弁別画像が冠動脈石灰化除去による冠動脈狭窄の診断能の改善に有用であることを原著論文として発表予定である。石灰化プラークの成分分析と主成分の同定について、ゴールドスタンダードとして妥当な方法の調査や協力体制の調整などにやや時間を要した。これに伴い、石灰化プラークの成分分析に影響しうる要因のファントムを用いた検討や石灰化プラークの主成分の違いがもたらす臨床的意義の検討についても、まだあまり進行していない状態である。そのため、ファントム作成や実験も未施行である。当初、平成27年度に血管内超音波画像定量解析システム(INDEC EXIST, Boston Scientific社)を購入予定であったが、現在、その是非は検討中である。石灰化プラークの成分分析と主成分の同定について、まだ試料数が少なく、X線回折やラマン分光解析などを十分施行できていないため。また、石灰化プラークの成分分析に影響しうる要因を検討するためのファントム作成が遅れているため。研究代表者の研究機関の異動に伴い、平成29年度実施予定の研究を一部実施することができず、それに伴い未使用額が生じた。次年度はそれら研究を行うため未使用額を使用する。平成28年度より、これらの解析の費用が必要となる予定である。また、平成27年度にできなかったファントム作成や実験も施行予定である。引続きX線回折やラマン分光解析などを施行し、石灰化プラークの成分分析と主成分の同定に関する検討を推進していく。また、石灰化プラークの成分分析に影響しうる要因を検討するためのファントム作成を実行していきたい。
アルペンスキ-ロボットとコンピュ-タシュミレ-ションによるスキ-回転機構の解明

我々は、すでに遠隔操作法によるアルペンスキ-ロボットを開発した。このアルペンスキ-ロボットは、左右の脚部を独立したサ-ボモ-タを用いて作動することより、プル-クボ-ゲン、シュテムタ-ン、パラレルタ-ン、ウェ-デルン等のスキ-動作を行える。これらのスキ-回転機能をそなえたアルペンスキ-ロボットは世界で初めてである。さらに我々は、これらのアルペンスキ-ロボットの動作を、単純化した剛体一本スキ-・モデルにより力学的に解析することに成功した。この画期的なアルペンスキ-ロボットを、さらに人間のスキ-動作に近づけ、その理論的解析を行うことは世界のスキ-界からも熱望されている。そこで本研究においては、スキ-シミュレ-ションを行うために、アルペンスキ-ロボットを、さらに現実のスキ-ヤ-に近づけるよう改良する。そしてコンピュ-タ-シュミレ-ションを開発することによって、より現実のスキ-状況に近いスキ-タ-ンのメカニズムを解明することを目的に研究を行った。その結果、アルペンスキ-ロボットでは、ジャンプができるスキ-ロボットの開発に成功した。さらに、スキ-シミュレ-ションでは、スキ-横ずれ回転と周回運動時のシミュレ-ションを開発するに至った。以下に研究成果の抜き刷りを掲載して、研究成果の報告とする。アルペンスキ-ロボットとコンピュ-タシミュレ-ションによる回転機構の解明を行うため、平成元年度の研究計画を以下のように設定した。1)スキ-ヤ-とアルペンスキ-ロボットの比較検討2)開脚(二本)スキ-・モデルのコンピュ-タシミュレ-ションそして以下のような結果を得た。1)3次元動作解析装置を用いて、スキ-ヤ-とアルペンスキ-ロボットのスキ-動作を3次元座標情報と荷重情報としてとらえ、スキ-ヤ-とアルペンスキ-ロボットの動作特性を抽出し、その詳細について現在検討中である。2)すでに開発した剛体一体スキ-モデルを、現実のスキ-ヤ-やアルペンスキ-ロボットの開脚(二本)スキ-モデルに拡張するための前段階として、パ-ソナル・コンピュ-タ上で図形表示する方法について検討した。3)平成2年度に行うアルペンスキ-ロボットの開発の、予備段階として、体重移動によるプル-クロボットジャイロセンサ-による一本スキ-ロボット、さらにジャンプ動作が可能なジャンプロボットの開発を手掛け、一応、回転が可能な状態にまで仕上げた。4)コンピュ-タシミュレ-ションについては、周回運動における安定姿勢の問題を検討し、アウトリガ-付き一本スキ-モデルの基本的な問題を解決し、今後のシミュレ-ションを行う上での土台を築くことに成功した。スキ-回転の原理については、オ-ストリアのスポ-ツ科学研究誌のSpectrumder Spoortwissenschaftenに発表した。アルペンスキ-ロボットとコンピュ-タシミュレ-ションによるスキ-回転機構の解明についての本年度の研究実績は以下の通りである。1.アルペンスキ-ロボットの改良従来開発した股関節の回旋モデル、股関節の外転・内転モデル、脚部の屈曲・伸展モデルに加えてジャンプ動作が可能なスキ-ロボットを一応完成する事ができた。このジャンプモデルの基本要素は、(1)ジャンプする、(2)スキ-を角付けする、(3)スキ-を回旋する、の3つである。さらに1本スキ-モデルについて、開発を進め、スキ-のサイドカットと角付けによる具体的モデルを検討している。2.コンピュ-タシミュレ-ションの開発(1)周回運動時の安定姿勢一様な水平面上でスキ-ヤ-が任意の円周上を転倒せずに周回し続ける条件について検討した。スキ-ヤ-の姿勢は、一定線密度を持つ変形しない折れ線図形として単純化した。剛体の動力学に基づき、周回時の運動方程式を導いた。これらの方程式より、安定周回を続けるために必要な姿勢、周回速度、周回半径などの間の関係を明らかにした。(2)スキ-の横ずれ回転(タ-ン)直線状の1本スキ-と支え棒をつけた剛体スキ-ヤ-モデルを仮定した。

サイドカットがなく、かつ変形しない直線状のスキ-板が、横ずれによってタ-ンする条件や機構について明らかにした。我々は、すでに遠隔操作法によるアルペンスキ-ロボットを開発した。このアルペンスキ-ロボットは、左右の脚部を独立したサ-ボモ-タを用いて作動することにより、プル-クボ-ゲン、シュテムタ-ン、パラレルタ-ン、ウェ-デルン等のスキ-動作を行える。これらのスキ-回転機能をそなえたアルペンスキ-ロボットは世界で初めてである。さらに我々は、これらのアルペンスキ-ロボットの動作を、単純化した剛体一本スキ-・モデルにより力学的に解析することに成功した。この画期的なアルペンスキ-ロボットを、さらに人間のスキ-動作に近づけ、その理論的解析を行うことは世果のスキ-界からも熱望されている。そこで本年度の研究においては、スキ-シミュレ-ションを行うために、アルペンスキ-ロボットを、さらに現実のスキ-ヤ-に近づけるよう改良した。その結果、プル-ク状態でスキ-回転内側のトップリフトを行うことによってスキ-回転のできるアルペンスキ-ロボット(トップリフトモデル)を開発した。またコンピュ-タ-シュミレ-ションでは、剛体1本スキ-のカ-ビングタ-ンとスキッデングタ-ンを開発するに至った。今後の課題として、アルペンスキ-ロボットでは、さらに現実のスキ-ヤ-に近いモデルの開発と、スキ-ロボットの大型化を解決する必要がある。またコンピュ-タシミュレ-ションでは、剛体1本モデルから開脚モデル(特にプル-ク)を検討するつもりである。
RNA干渉法による子宮頚癌治療開発の基礎的検討

子宮頸癌組織に組み込まれているHPVのE7遺伝子はその遺伝子産物であるE7蛋白質が癌抑制遺伝子産物であるRB蛋白質の失活を促し、E6遺伝子はその遺伝子産物であるE6蛋白質が癌抑制遺伝子産物であるP53の分解を促進することにより、癌細胞の増殖を促進している。そこで、E6,E7遺伝子をノックアウトすることにより、P53、およびRB蛋白質の機能を回復させ、癌細胞をアポプトーシスへと誘導することが可能か否かを検討する。本研究においてはHPVのE6,E7遺伝子に対するsiRNAを用い、子宮頸癌由来培養細胞株における生物学的効果を解析し、分子標的治療としてふさわしいか否かについて検討した。最初にHPV16型のE6,E7遺伝子に対するsiRNAをデザインしE6,E7遺伝子ノックアウトすることにより細胞増殖が抑制されるか否かを検討した。子宮頸癌由来培養細胞株のSKGIIIaは当研究室で樹立されたものであるが、HPV16型の遺伝子が組み込まれていることがすでに明らかとなっている。この細胞株にE6E7領域を標的としたsiRNAを導入したものの、細胞増殖抑制効果は認められなかった。次に、SKGI,SKGII細胞(両者ともに当研究室にて樹立された子宮頸癌由来培養細胞であり、HPV18型のE6E7遺伝子が組み込まれていることがすでに報告されている。)に対し、HPV18型のE6E7遺伝子に対するsiRNAを導入した。その結果、両者の細胞において増殖抑制効果が認められた。このHPV18型のE6E7遺伝子に対するsiRNAはSKGIIIa細胞においては増殖抑制効果を示さなかったことから、我々のデザインしたHPV18型のE6E7遺伝子に対するsiRNAは型特異的であることがわかった。次にこの細胞増殖抑制効果はトリパンブルーおよびベータギャル染色の結果からアポプトーシスでなく老化であることが判明した。
iPS由来神経幹細胞/嗅粘膜ハイブリッド型グラフトを用いた脳出血治療法の開発

人工多能性幹細胞を用いた再生医療の進歩は著しく、変性疾患や脳血管障害に対する臨床研究も行われている。しかしながら、脳血管障害の中でも脳出血に対する研究は他の脳疾患に比較して進んでいない。本研究は脳血管障害後損傷部の微小環境を嗅粘膜鞘細胞(olfactory ensheathing cell; OEC)によりリモデリングし、ヒト人工多能性幹細胞由来神経細胞・神経幹/前駆細胞の生着・分化等を効率的なものとするという、これまでにない概念の脳出血に対する再生医療技術を開発することを目的としたものである。ここで得られたグラフトをラット脳出血モデルに移植し、その生着の有無と機能的な評価を行う予定である。
タングステン含有多機能性反応活性種の創製

各種の遷移金属錯体を触媒量用いて適切なデザインを行った基質との反応を行い、金属部位を有する多機能性反応活性種を創出することにより、有機反応活性種としての反応と金属錯体としての反応を連続的に行うことのできる反応系を実現し、従来その合成に多段階を必要とした有用物質を一挙にかつ無駄なく合成する新手法の開発を行うことを目的として研究を行った。本年度はまず、タングステンカルボニル錯体を用いるo-アルキニルフェニルイミン誘導体からのタングステン含有アゾメチンイリドの生成とその電子豊富アルケンとの反応について検討を行った。内部アルキン部位を有する基質を用いると、タングステン錯体を用いた場合には反応の進行が遅くなったが、等モル量の錯体を用いることにより目的とする三環性インドール誘導体を良好な収率で得ることができた。さらに各種の求電子性を示す遷移金属錯体の探索を行ったところ、本反応には、塩化白金(II)、臭化金(III)が特に高い活性を示し、わずか13mol%の錯体を用いるだけで、目的とする三環性インドールを得ることができた。さらにアルキン上の置換基としてアルケニル基を持つ基質を用いてタングステン錯体との反応の検討を行ったところ、これまでほとんど例のないタングステン含有ビニルアゾメチンイリド種の生成、ならびに電子豊富アルケンとの[5+2]付加環化反応が進行し、7員環を含む三環性インドールが良好な収率で得られることを見出した。さらに興味深いことに、用いる電子豊富アルケンのかさ高さを減少させると、[3+2]付加環化体が選択的に得られることも明らかとなった。これにより、用いるアルケンのかさ高さを調節することにより、二種の有用な多環性インドール誘導体が得られることがわかった。本研究では、各種の遷移金属錯体を触媒量用いて適切なデザインを行った基質との反応を行い、金属部位を有する多機能性反応活性種を創出することにより、有機反応活性種としての反応と金属錯体としての反応を連続的に行うことのできる反応系を実現し、従来その合成に多段階を必要とした有用物質を一挙にかつ無駄なく合成する新手法の開発を行うことを目的とする。本年度はまず、タングステンカルボニル錯体を用いるo-エチニルフェニルカルボニル化合物からのタングステン含有カルボニルイリドの生成とその電子豊富アルケンとの反応につき、特に反応機構に関する詳細な検討を行った。その結果、反応系中を直接NMRにより直接観測することにより、o-エチニルフェニルカルボニル化合物とタングステンペンタカルボニルから、平衡的に少量のタングステン含有カルボニルイリドが生成していることを確認することができた。また、幾何配置の定まった三置換アルケンとの反応を検討することにより、[3+2]付加環化反応が協奏的に進行していることを明らかにすることができた。さらに、付加環化反応により生成するカルベン錯体中間体の捕捉剤としてトリエチルシラン存在下で反応を行うと、反応の面選択性が変化することを見いだした。これより本[3+2]付加環化反応が室温で速やかに平衡が存在することを見いだした。このようなカルボニルイリドの反応に平衡が存在することは極めてまれな現象である。併せて、タングステン含有アゾメチンイリドの反応についてもその一般性の拡大を目指し、基質の検討を行った。その結果、各種の三環性インドール誘導体が簡便に合成できることを明らかにすることができた。
断層近傍の深部地盤の不整形性の同定手法の開発

平野部の直下に存在する活断層や盆地端部では,地下構造が急変することが多く,その周辺では地震動の空間変動も大きくなる。この研究では,断層近傍などの地下構造急変地域での中小地震の記録から深部地盤の不整形性を同定する方法を開発することを目的としている。昨年度までに、波形逆解析方法に関する基本的な検討を行い、関東平野での盆地端部の深部地盤のS波速度構造モデルの推定を試みた。この手法では、ラブ波伝播に2次元性を仮定して2次元地盤モデルを推定している。とくに、この仮定が成り立つ範囲を水平面での地震動の粒子軌跡の主軸解析の結果から確認する前処理が重要であることを示した。平成30年度では、波形逆解析でのラブ波伝播の2次元性の仮定が地盤モデルの推定結果に及ぼす影響を数値実験で検討した。数値実験では、関東平野の既存の3次元深部地盤モデルを用いて、3次元差分法によって中程度の地震による地震動を計算した。盆地端部から平野中心部に向う直線状の観測点での合成地震記録に対して昨年度開発した前処理を行い、波形逆解析に用いる地震記録の区間を選定した。各観測点では、波形逆解析に用いる合成地震記録の区間を周期19秒の間で周期毎に決めた。ラブ波の伝播の2次元性は、長周期では、盆地端部からより遠い範囲で成立している。例えば、周期8秒と1秒の成分では、盆地端部から35kmと6kmの範囲で2次元性が仮定できることがわかった。この結果を踏まえて、ラブ波の波形逆解析を実施し、正解モデルを再現することができた。一方、前処理の結果を無視し、すべての周期ですべての範囲を使った波形逆解析では、正解モデルと推定モデルに乖離が生じた。これらの結果は、本研究で検討している波形逆解析方法では、2次元性の確認が非常に重要であることを明らかにした。開発している波形逆解析方法を実際の地震記録に適用する際に課題となる2次元性の仮定の確認方法について検討できた。これまでの2年の研究によって、実データへの適用の準備は完了したと考えられる。本研究では、基本的に2次元不整形地盤モデルを同定している。複数の2次元モデルを組み合わせて3次元モデルの作成へとつなげていきことが重要であると考えている。さらに、構築した地盤モデルの地震動説明能力の評価も重要な研究項目になると考えられる。平野部の直下に存在する活断層では,地下構造が急変することが多く,その周辺では地震動の空間変動も大きくなる。この研究では,断層近傍での中小地震の記録から深部地盤の不整形性を同定する方法を開発することを目的としている。平成29年度には、深部地盤構造の変化が大きいと考えられる盆地端部での地盤構造のモデル化に関する検討を行った。とくに、地盤同定を実施する前の地震記録の処理方法についても検討した。笠松ほか(2016)による方法を用いて、盆地端部の観測点を含む首都圏西部で得られた地震記録を分析し、同定に用いる長周期地震動、とくに表面波成分の抽出を行った。その結果から、同定に用いる地震記録の周波数帯域と波形のセグメントを観測点毎に決めた。これら観測データに対して、波形逆解析法(笠松ほか、2015)を適用し、基盤の露頭地域から平野中心部までの深部地盤構造モデルを同定した。得られたモデルは、最近の調査研究による深部地盤構造モデルに近いものであった。適切な前処理を地震記録に適用することによって、既往の波形逆解析手法でも盆地端部の深部地盤構造モデルの同定に使用できる可能性があることを示した。本年度は、過去の被害地震の断層近傍でのデータを取得するために、2004年の中越地震の断層近傍の小千谷市において微動探査および微動連続観測(数日間)を実施した。微動探査は、Yamanaka et al. (2006)による余震観測点付近で実施され、レイリー波の位相速度から表層地盤のS波速度情報を得た。さらに、余震観測記録と表層地盤の関係についてを検討し、表層地盤だけでは余震記録の特徴が十分に説明できず、深部地盤の影響も加味する必要性を示した。また、微動の連続観測記録には、小地震による地震記録も含まれており、今後の波形逆解析法の開発に使用できるデータを得ることができた。地盤同定手法の開発では、同定に用いる地震記録の前処理を行うことで既往の波形逆解析プログラムが本研究の目的にも適用可能であることを明らかにできており、本研究の第一段階を完了できたと考えている。また、2004年中越地震の被災地域での現地調査を実施し、今後の研究のためのデータを取得できたことも評価できる点であると考えられる。しかし、今年度の検討では、表面波成分を用いた方法が使われており、S波成分も含めた波形逆解析方法の適用性については、今後も検討すべき点である。

とくに、この仮定が成り立つ範囲を水平面での地震動の粒子軌跡の主軸解析の結果から確認する前処理が重要であることを示した。平成30年度では、波形逆解析でのラブ波伝播の2次元性の仮定が地盤モデルの推定結果に及ぼす影響を数値実験で検討した。数値実験では、関東平野の既存の3次元深部地盤モデルを用いて、3次元差分法によって中程度の地震による地震動を計算した。盆地端部から平野中心部に向う直線状の観測点での合成地震記録に対して昨年度開発した前処理を行い、波形逆解析に用いる地震記録の区間を選定した。各観測点では、波形逆解析に用いる合成地震記録の区間を周期19秒の間で周期毎に決めた。ラブ波の伝播の2次元性は、長周期では、盆地端部からより遠い範囲で成立している。例えば、周期8秒と1秒の成分では、盆地端部から35kmと6kmの範囲で2次元性が仮定できることがわかった。この結果を踏まえて、ラブ波の波形逆解析を実施し、正解モデルを再現することができた。一方、前処理の結果を無視し、すべての周期ですべての範囲を使った波形逆解析では、正解モデルと推定モデルに乖離が生じた。これらの結果は、本研究で検討している波形逆解析方法では、2次元性の確認が非常に重要であることを明らかにした。開発している波形逆解析方法を実際の地震記録に適用する際に課題となる2次元性の仮定の確認方法について検討できた。これまでの2年の研究によって、実データへの適用の準備は完了したと考えられる。現地調査結果の分析をさらに進め、本研究での波形逆解析法の適用性の検討を早期に行うことが重要である。その結果を踏まえて、必要に応じて再度現地調査を実施するなどの必要がある。とくに、微動連続観測で得られた地震記録が微小な振幅レベルの記録であることから、S/N比の問題で使える周波数範囲が狭くなることも懸念される。その場合には、より長い期間の連続観測を実施するなどによって、より品質の高いデータを取得し、本逆解析法の確立を目指す必要がある。本研究では、基本的に2次元不整形地盤モデルを同定している。複数の2次元モデルを組み合わせて3次元モデルの作成へとつなげていきことが重要であると考えている。さらに、構築した地盤モデルの地震動説明能力の評価も重要な研究項目になると考えられる。
第3調波電力を励磁電力に用いるブラシレス同期発電機の基礎研究

本研究の目的は、励磁機機能を同期機本体に内蔵させるために、電機子と回転子を突極にすることで、第3調波電力を発生させ、これを励磁電力として使うことにより、効率よく励磁できる同期発電機を造ることができる。また、この方式では、ブラシレス機となり、信頼性及び省スペース化に貢献できる。上記の目的に従い、次の研究を実施した。1.通常の同期発電機では、第3調波電力は、基本波に対して10%程度であるため、これを励磁電力として用いるには50%程度に引き上げる必要がある。そのための最適構造を見出すために、有限要素法を用いて、電機子及び回転子の形状をシミュレーションして、第3調波電力を計算した。計算は、次の3通りを実施した。(1)固定子に回転子の磁極の極数の数だけギャップをつける場合(2)回転子の磁極の表面にギャップをつけた場合(3)固定子と回転子に磁極の極数だけギャップをつけた場合2.計算では、3通りの構造を計算したが、製作上の観点から回転子の磁極の中心部を削った構造にした実験機を製作した。3.上記2の実験機を用いて実験を行った。実験結果から第3調波電力は、確実に得られ、ほぼ満足できる結果となった。但し、励磁電力にはまだ若干不足である。4.今後の研究課題は、第3調波電力が励磁電力として、十分に得られる構造にする必要がある。
都市街路の整備水準が土地利用遷移に与える影響の分析

市街地の土地利用遷移の動向は、都市計画の基本的な関心事の一つであり、その特性を明らかにすることは意義があろう。特に、土地利用遷移の大きな要因のひとつではないかと予想され、しかも都市計画の重要な対象である街路が土地利用遷移に及ぼす影響を明らかにすることは重要性が高い。そこで本研究では、街路網整備水準と土地利用遷移を比較することによって、この影響を分析する手法を開発した。まず街路網、土地利用のデータを扱うシステムを構築した。データとしては、国土地理院の数値地図10000および国土地理院細密数値情報10メートルメッシュ土地利用データを使用した。計算機としては、数値地図の処理に地理情報システムを搭載したPC、土地利用などの大規模データの処理にWSを使用し、両者をLANで結合して、データの交換を可能にした。このシステムに立脚して、周囲の道路量、周囲の道路幅員、街路網の整形性・規則性、周辺への到達利便性に着目した街路網評価指標を開発した。一方、国土地理院細密数値情報にもとづき、土地利用遷移を多項分布によって確率モデル化した。この確率の値と街路網評価指標に関連があるかどうかを調べれば、街路網整備水準が土地利用遷移に影響を及ぼしているかどうかの判断のための知見が得られる。そこで、街路網評価指標を含む諸要因について確率の値が異なっているかどうかを、赤池情報量基準にもとづいて検討する手法を開発した。最後にこの手法を東京都区部西部のデータに適用して実用性を検討した。
クラッシュ症候群における炎症惹起と臓器障害進行のメカニズム解明

クラッシュ症候群が全身性炎症反応症候群(SIRS)から臓器不全に至るメカニズムは不明である。我々はRAGEに注目した。1クラッシュ症候群ラットモデルにおいて、抗RAGE抗体を投与することにより、炎症性サイトカインの低下がみられ生存率の向上がみられた。2実際のSIRS患者において、可溶性RAGEは正常よりも上昇しており、血清HMGB1や急性期DICスコアとの相関関係がみられた。可溶性RAGEは細胞におけるRAGEの発現を反映するといわれ、SIRS患者においてRAGEの発現上昇が示唆された。以上から、クラッシュ症候群やSIRS病態において、RAGEを制御することが病態改善につながる可能性がある。クラッシュ症候群は大災害時に多発し、しばしば全身性炎症反応症候群から多臓器不全に至る難治性の病態である。そのメカニズムは不明であり、現在は対症療法しか治療法がない。我々はダメージ関連分子パターン(DAMPs)に注目した。圧挫によって損傷した組織からHMGB1や遊離拡散などのDAMPsが血中に放出され、炎症を惹起しているのではないかと仮説をたてた。本実験の目的はクラッシュ症候群におけるDAMPsを評価することにより炎症惹起のメカニズムを解明し、新規治療法の開発を行うことである。確立したラットクラッシュ症候群モデル(両後脚をそれぞれ3kgの重りで6時間圧迫し、3時間の再潅流を観察する)を用いる。このモデルの7日死亡率は未治療で90%、大量輸液を行えば70%程度である。1大量輸液を施行したラットモデルでは圧迫解除早期に血中HMGB1の上昇を認め、抗HMGB1抗体投与を行うことで血中HMGB1の抑制と死亡率の有意な改善を認めた。2ラットクラッシュ症候群モデルの肺ではRAGEの発現増多を認めた。RAGEはHMGB1の受容体の1つであり、炎症惹起に関与していると疑われた。3ラットクラッシュ症候群モデルに対してこ抗RAGE抗体を投与したところ、有意な死亡率の改善を認めた。上記のことから、HMGB1およびRAGEはクラッシュ症候群の炎症惹起に重要な役割を演じており、これらを制御することで炎症を抑え、死亡率の改善につながることが明らかとなった。我々はDAMPsに注目した。圧挫によって損傷した組織からHMGB1や遊離DNA・RNAなどのDAMPsが血中に放出され、炎症を惹起しているのではないかと仮説をたてた。本実験の目的はクラッシュ症候群におけるDAMPsを評価することで炎症惹起のメカニズムを解明し、新規治療法の開発を行うことである。確立したラットクラッシュ症候群モデル(両後脚をそれぞれ3kgの錘で6時間圧迫し、3時間の再灌流を観察する)を用いる。1大量輸液を施行したラットモデルの血中HMGB1を測定したところ、圧迫解除3時間後に著明な上昇を認めた。大量輸液に加えて抗HMGB1交代投与を行うことで血中HMGB1の抑制と死亡率の有意な改善を認めた(30% vs 65%)。このとから、クラッシュ症候群の炎症惹起にはHMGB1が関与しており、これを抑制することで死亡率の改善が得られることが判明した。2グレリンは胃から産生され、下垂体に作用して食欲を増進させるホルモンとして知られているが、抗炎症作用をもつ。クラッシュ症候群ラットモデルに対してグレリンを投与した。グレリン投与群でわずかな死亡率改善が見られたが、有意差は認めなかった。当初の予定通り、おおむね順調に解析がすすんでいる。当初の申請書通りに解析を進める予定である。クラッシュ症候群をラットモデルを用いた用いて炎症惹起のメカニズムと新規治療薬の効果について検討する。本年度同様に、物品費・旅費などに使用する予定である。
抗生物質に対する耐性メカニズムの分子構造論的研究と創薬への応用

アミノグリコシドは様々な細菌に対して殺菌効果を示す抗生物質であり、細菌リボソームの活性部位Aサイトに結合することでタンパク質合成の正確性を低下させる。これに対して細菌は、リボソームRNAの1408番目のAをGまたは1-methyl-Aに変異させることで薬剤耐性を獲得する。申請者は本研究で、薬剤耐性菌がもつ変異型リボソームRNAの立体構造をX線結晶解析によって明らかにし、薬剤耐性獲得メカニズムを分子レベルで解明した。さらに得られた構造情報を基に、薬剤耐性菌や感染性原虫にも効く新規薬剤のデザインにも成功した。本研究は、アミノグリコシド系抗生物質に対する細菌の薬剤耐性獲得メカニズムを分子レベルで明らかにし、耐性菌や感染性原虫にも効く新規薬剤を設計・開発することを目的とする。アミノグリコシドは細菌リボソームの活性部位に存在するRNA分子スイッチに作用することで高い殺菌効果を示す。これに対して細菌は、分子スイッチをわずか1塩基変異させることで薬剤耐性を獲得する。薬剤耐性菌が持つ変異型分子スイッチのうち、特にA1408GとA1408methyl-Aの2種類が臨床現場で問題となっている。また、リーシュマニア症やマラリアなどを引き起こす感染性原虫は元来A1408G型と同じ分子スイッチをもつので、アミノグリコシドに対して耐性を示す。平成24年度の第一の課題として、平成23年度に構造解析に成功したA1408G変異型スイッチに結合する新規薬剤の開発を行った。まずアミノグリコシドの中で特に殺菌効果が高いシソマイシンを設計の出発物質として選び、野生型分子スイッチとの複合体の構造を解析した。その結果、シソマイシンの糖環を部分的に改変することでA1408G変異型スイッチにも強く結合しうることがわかった。次に、設計した新規薬剤をカナダ・モントリオール大学との共同研究で化学合成し、変異型スイッチと共結晶化させて構造を解析したところ、この薬剤が予想通り変異型分子スイッチに強く結合することを確認できた。さらに、この薬剤が感染性原虫に対して殺傷効果を示すことを生化学的に明らかにした。平成24年度の第二の課題として、A1408methyl-A変異型スイッチの構造研究に着手した。これまでに空間群が異なる3種類の結晶が得られ、そのうち2種類の結晶について構造解析に成功した。今後はもう1種類の結晶の構造解析を進めるとともに、この変異型スイッチをもつ薬剤耐性菌にも効く新規薬剤の設計・開発を進める。また、リーシュマニア症などを引き起こす感染性原虫は元来A1408G型とよく似た分子スイッチをもつので、多くのアミノグリコシドに対して耐性を示す。平成23年度には、A1408G変異型スイッチ単独および抗生物質G418との複合体のX線構造解析に成功した。これによって、薬剤耐性菌と感染性原虫にも効く新規薬剤の設計・開発の基盤となる構造情報を得ることができた。平成24年度には、この構造情報を利用して新規薬剤のStructure-Based Designと化学合成を行い、実際にこの薬剤がA1408G変異型スイッチに強く結合することで抗原虫作用を示すことを確認した。平成25年度(最終年度)には、もう1つのターゲットであるA1408methyl-A変異型スイッチのX線構造解析にも成功し、ある種の抗生物質がこのスイッチに強く結合することを明らかにした。さらに、致死型スイッチA1408CおよびA1408Uの構造解析にも成功し、細菌がスイッチの1408番目をプリン塩基Aから同じくプリン塩基であるGまたは1-methyl-Aに変異させることでスイッチの働きを正常に保ったまま抗生物質の作用を免れることを明らかにした。以上、本研究によって薬剤耐性問題の克服という課題を基礎・応用両面で達成することができた。本研究は、緑膿菌感染症などに処方されるアミノグリコシド系抗生物質に対する細菌の薬剤耐性獲得メカニズムを分子レベルで明らかにすることを目的とする。しかしこれは、細菌にとって自身のリボソームの働きを低下させうる危険な行為である。薬剤耐性菌が持つ変異型分子スイッチには数種類あるが、平成23年度は、そのうちのA1408G変異型スイッチに焦点をあてて研究を進めた。

このスイッチを導入したRNAモデル分子を設計し、申請者が開発した核酸分子用スクリーニングキットを用いて結晶化条件を検索した結果、抗生物質を含む条件と含まない条件の両方で良質の単結晶を得ることに成功した。これらの結晶について、高エネルギー加速器研究機構Photon Factoryの放射光を用いて高分解能X線回折データを測定し、分子置換法と多波長異常分散法で結晶構造を決定した。その結果、A1408G変異型スイッチのON/OFF両方の状態の構造を得ることができたので、断熱モーフィング解析によってスイッチの動的構造変化も観察した。アミノグリコシドは野生型細菌が持つ分子スイッチのA1408と安定な擬塩基対を形成できるが、薬剤耐性菌が持つ変異型分子スイッチのG1408とはこの擬塩基対を形成できないことがわかった。また、変異型分子スイッチは野生型スイッチとまったく同じ動き方をすることもわかった。つまり、薬剤耐性菌は自身のRNA分子スイッチの働きを正常に保ったままアミノグリコシドの作用を免れることを明らかにした。今後はこの構造的知見を利用して、薬剤耐性菌にも効く新規薬剤の設計・開発を進める。平成24年度の第一の課題としてA1408G変異型分子スイッチに結合する新規薬剤の設計・合成と薬理効果の評価を、第二の課題としてA1408methyl-A変異型分子スイッチの結晶化と構造解析を予定していた。第一の課題については目標を順調に達成し、査読付き国際学術誌論文2報(うち1報は5月に出版予定)、日本語総説1件、その他の報文1件、招待講演1件、国際学会口頭発表2件、国内学会口頭発表1件とポスター発表2件として報告した。第二の課題については、これまでに3種類の結晶が得られ、そのうち2種類の構造解析に成功したので、学会などでの成果報告を予定している。さらに、当初予定していた上記課題以外にも、A1408UおよびA1408C変異型分子スイッチの結晶化に成功したので、今後はこれらについてX線回折実験と構造解析を進めていく予定である。以上を総合すると、本研究はおおむね順調に進展している。交付申請書を提出した段階では、平成23年度に数種類の薬剤耐性型分子スイッチの結晶化を、平成24年度にそれらの構造解析を、平成25年度に新規薬剤の設計・開発を行う予定であった。実際には、平成23年度中にA1408G変異型分子スイッチの結晶化と構造解析に成功し、このスイッチに作用する薬剤の設計を行うところまで研究が進展した。以上の結果はすでに国際学術誌論文(査読つき)1報、国際学会口頭発表1件、国内学会口頭発表1件とポスター発表1件として報告し、化学工業日報でも報道された。一方、A1408G以外の変異型分子スイッチ(A1408methyl-A、G1491Uなど)についてはいまだに良質な結晶が得られていないため、平成24年度中にこれを完了させ、平成25年度前半には構造解析まで完了させたい。