hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
DNAナノリアクターで構築する高効率な人工光合成システム

細胞には膨大な種類の酵素が存在しており、それぞれが特定の化学反応を触媒する。個々の化学反応が相互に連結し共役することで、物質やエネルギーの代謝がおこなわれ、生命が維持されている。このような連携した化学反応を試験管で構築できれば、単純に数種類の酵素を混ぜ合わせただけでは達成できない高効率な物質変換システムになると期待される。その代表例の一つは、光を利用して物質を創る光合成システムである。本研究では、DNAナノ構造体を足場として、我々が開発したモジュール型アダプターを利用してDNAナノ構造体上に複数種類の酵素を配置し、高効率な多段階反応を実現するDNAナノリアクターの開発をおこなった。酵素や人工分子で構築される複数の反応点を一分子レベルで厳密に制御して配置した反応場「ナノリアクター」をDNAを足場として構築し、複数の反応点が連携する多段階物質変換反応を高効率化するためのDNAナノリアクターの設計原理を見出すことが研究の目的である。そのためには、複数の反応点の空間位置を一分子レベルで様々に変化させて配置し、その配置が反応効率に及ぼす影響を系統的に評価していく。例えば、距離や配向・分子数などのパラメータが多段階物質変換反応に同様に影響するかを明かにし、高効率な多段階物質変換反応を進行させるための設計原理を確立する。昨年度は、二段階酵素反応についてその空間距離が反応効率にどのように影響するのかを明らかとした。本年度は、本研究を三段階酵素反応へと展開するために必須となる酵素の配置方法の拡張をおこなった。これまでにDNAナノ構造体上の特定の場所に酵素を定量的に配置する技術として、「共有結合型アダプター」の開発に成功している。これを複数の酵素に展開するためには、直交性を有する「共有結合型アダプター」の開発が必須であった。そこで共有結合型アダプターを構成するモジュールを組み合せ、複数種類の直交性共有結合型アダプターの候補を設計・評価し、最終的に3種類の直交性を有する共有結合型アダプターを開発した。さらに今後共有結合型アダプターをさらに拡張するための設計原理を見出すことにも成功し、合理的な設計戦略を獲得した。実際に、開発した直交性を有する共有結合型アダプターを組み合わせた三段階酵素反応システムを構築し、その酵素間距離依存性を評価したところ、三段階酵素反応においても酵素間距離が反応効率の高効率化に重要なパラメータであることを明らかとすることができた。DNAナノリアクター構築において必須となる複数の酵素をDNAナノ構造体上に定量的に配置する技術「モジュール型アダプター」の開発に成功し、その合理的な設計原理を開発することに成功している。このモジュール型アダプターは、共有結合によりDNAナノ構造体上に酵素を配置することができる。そのため、複数種類の酵素を配置した場合でもそれぞれほぼ定量的に配置することができ、結果、複数種類の酵素が配置されたDNAナノリアクターを高収率に獲得することができるようになった。そのおかげで、これまでDNAナノ構造体上では希少な評価例しかなく、かつ定性的な議論に留まっていた三段階酵素反応を定量的に評価することが可能となったことがその理由として挙げられる。酵素や人工分子で構成される複数の反応点を一分子レベルで厳密に制御して配置した反応場であるナノリアクターを構築し、複数の反応点が連携する多段階物質変換反応を高効率化するためのナノリアクターの設計原理を見出すことを研究の目的としている。そのために、複数の反応点の空間位置を一分子レベルで様々に変化させて配置し、その配置が反応効率に及ぼす影響を系統的に評価していく。例えば、距離や配向・分子数などのパラメータが多段階物質変換反応にどのように影響するかを明らかとし、高効率な多段階物質変換反応を進行させるための設計原理を確立する。今年度は、二段階の酵素反応についてその空間距離が反応効率にどのように影響するのかを明らかとした。DNAナノリアクター上に二種類の連携する酵素を空間距離を変化させて配置した。配置された酵素の数を原子間力顕微鏡を用いて決定したうえで、空間距離が二段階酵素反応の効率にどのように影響するのかを詳細に評価した。また、配置した二種類の酵素間を二種類の分子(基質と補酵素)が受け渡される場合と、一種類の分子(補酵素)が受け渡される場合で、その空間距離の影響がどちらの場合により顕著に確認されるかを評価した。特筆すべき点として、これまでにもDNAナノ構造体上に酵素を並べてその空間配置が反応効率に及ぼす影響を評価した報告例は存在するが、(1)分子数を正確に確定させた上で評価をおこなった点(2)二種類または一種類の分子が酵素間を移動する場合の空間配置と反応効率の関係について評価をおこなった点においてこれまでに例がない。また、評価した二種類の酵素については、その発現量比を変化させることで効率を評価した例はあるが、本研究のように環境を変化させることでその反応効率の変化を評価した例はなく、有益な知見を得ることに成功した。酵素で構成される複数の反応点を一分子レベルで厳密に制御して配置した反応場であるDNAナノリアクターを構築し、複数の反応点が連携する多段階物質変換反応を高効率化するためのナノリアクターの設計原理を見出すという一連の研究を、一組の連続する酵素について示すことに成功している。この知見を生かしつつ、人工光合成システムをDNAナノリアクター上に構築するための材料合成までは計画通り進行している。ただし、その配置効率について期待した程の結果が得られなかったためDNAナノ構造体と酵素を配置するためのアダプターのそれぞれを再設計している。

一方で、新しい展開が期待できるような興味深い実験結果も得られている。総じて「おおむね順調に進展している」と評価した。細胞には膨大な種類の酵素が存在しており、それぞれが特定の化学反応を触媒する。個々の化学反応が相互に連結し共役することで、物質やエネルギーの代謝がおこなわれ、生命が維持されている。このような連携した化学反応を試験管で構築できれば、単純に数種類の酵素を混ぜ合わせただけでは達成できない高効率な物質変換システムになると期待される。その代表例の一つは、光を利用して物質を創る光合成システムである。本研究では、DNAナノ構造体を足場として、我々が開発したモジュール型アダプターを利用してDNAナノ構造体上に複数種類の酵素を配置し、高効率な多段階反応を実現するDNAナノリアクターの開発をおこなった。酵素や人工分子で構築される複数の反応点を一分子レベルで厳密に制御して配置した反応場「ナノリアクター」をDNAを足場として構築し、複数の反応点が連携する多段階物質変換反応を高効率化するためのDNAナノリアクターの設計原理を見出す。そのために、複数の反応点を一分子レベルで厳密に制御して配置し、その配置が反応効率に及ぼす影響を系統的に評価する。距離や配向・分子数などのパラメータの多段階物質変換反応への影響を評価し、高効率な多段階物質変換反応を試験管内で進行させるための設計原理を確立することを目的としている。これまでに、二段階酵素反応や三段階酵素反応についてその空間距離が反応効率にどのように影響するのかを明らかとした。そこで本年度は、それぞれの酵素の酵素額的パラメータに基づいた分子数の違いによる反応効率への影響を評価した。また、DNAナノ構造体を新たに設計し、複数の酵素を1分子ずつ最大35分子配置できるDNAナノ構造体の設計評価をおこなった。さらには、これまでの酵素分子間での中間体の拡散が反応効率に影響を及ぼすという知見を生かし、これまでの2次元DNAナノ構造体を3次元DNAナノ構造体へと展開すべく、新たなDNAナノ構造体の設計をおこなった。これらにより、より多段階の連続する酵素反応をDNAナノ構造体上で連携させ、より高効率に反応を進行させることのできる足場の構築をおこなうことができた。さらに、前年度確立したモジュール型アダプターの設計原理に基づいて3分子以上の酵素を配置できるような直交性を有するモジュール型アダプターの開発もおこなった。これらの用いた試験管内での多段階反応システムに関しては、異なる酵素を配置しての評価もおこなった。ひきつづき、DNAナノ構造体上に酵素を配置する技術であるDNA結合性アダプター法を拡張しながら、人工分子とも組み合わせた多段階反応システムの構築をおこなっていく。これまでに酵素間距離をパラメータとした多段階反応システムの高効率化を達成してきたが、配向や分子数もパラメータとして多段階反応システムの高効率化を目指した設計原理の導出をおこなっていく。ひきつづき、アダプターやDNAナノ構造体の最適化をおこないつつ、DNAナノ構造体上への酵素や人工分子の配置効率の決定およびその配置の高効率化を目指した最適化をおこなっていく。
Dirac方程式の逆散乱問題

時間に依存する電磁場をもつディラック方程式の逆散乱問題を考えた。同じ量子力学の基礎方程式でも、非相対論的な方程式であるシュレディンガー方程式の場合には、電磁場が時間に依存していても散乱作用素からその電磁場を完全に再構成できることは知られていた。また、ディラック方程式の場合にも電磁場が時間に依存しない場合には、完全な再構成が可能であった。しかし、相対論的な方程式であるディラック方程式の場合は、電磁場として時間に依存する場合を考えるほうが自然である。この研究の成果として、散乱作用素から電磁場のある部分は再構成できることを証明することができた。この結果を用いることによって、電磁場がある指数減衰条件を満たすなら、散乱作用素から完全に電磁場が決まることが示された。また電磁場が時間に依存しない場合には従来の結果よりよい結果を得ることができた。再構成できない部分が原理的に再構成できるのか否かについては、現在も研究中である。相対論的シュレーディンガー方程式に対しても、同様な逆散乱問題を考え、同様な結果を得ることが出来た。ディラック方程式の研究はパウリ方程式やシュレディンガー方程式の研究と密接に結びついている。岩塚は田村英男氏とともにパウリ作用素の固有値の漸近分布を決定し、また峯拓也、土居伸一両氏とともに、電磁場をもつシュレデインガー方程式の場合にIDSについて調べた。大鍛冶は、シュレーディンガー方程式の解の特異性の伝播や平滑化効果やDe Carliとともにディラック作用素の強一意接続性に関して興味深い結果を得た。島田は、サポートが直線上にあるポテンシャルをもつシュレディンガー方程式の解析を行った。猪狩は、複素領域におけるコーシー問題の解の特異伝播性について調べた。定松は退化方物型方程式の正準形に対して初期値が適切であるための必要条件を求めた。時間に依存する電磁場を持つDirac方程式の逆散乱問題を考えた。時間に依存しない電磁場の場合には筆者、Jung氏、磯崎氏らにより、散乱作用素からもとの電磁場を再構成できることが証明されていた。しかし、相対論的不変性を要求されるDirac方程式の場合には時間に依存する一般的な形でこの問題を考察する方が自然である。電磁場および電磁ポテンシャルに適当な減衰条件を課すと、散乱作用素から電磁場のある部分が再構成できることを示した。また、再構成できない部分も散乱作用素には影響を与えることも示した。しかし、直観的な考察によるとこの部分は相対論的な立場からは特異な部分であり、この部分が散乱作用素から再構成できるかどうかは現在研究中である。だたし、電磁場が適当な慣性系においては時間に依存しない場合やある種の指数減衰条件を満足する場合には電磁場全体が完全に再構成できることを示すことが出来た。我々の仮定や得られた結果は慣性系の取り方によらない形で述べられており、相対論の立場からは自然な結果である。Dirac作用素の研究は、Pauli作用素、Schrodinger作用素の研究と密接な関係がある。岩塚は、田村英男氏とともに2次元Pauli作用素の0以下の離散固有値の漸近公式を与えた。そして、磁場と電場の干渉の仕方に応じてその公式はいくつかに分かれることを示した。また、大鍛冶はSchrodinger方程式の初期値問題に関する特異性の伝播、平滑化および一意接続定理を研究した。さらに、島田は、サポートが直線上にあるポテンシャルをもつSchrodinger作用素の自己共役的拡張やスペクトルおよび散乱作用素の解析を詳しく行った。

ディラック方程式の逆散乱問題に関して、今まで得られた我々の結果が相対論に特有なものなのか、それともディラック方程式のもつ有限伝播性に依存するものなのか検討するために、時間に依存する電磁場をもつ相対論的シュレーディンガー方程式の逆散乱問題を考えた。この方程式は有限伝播性をもたない。相対論的シュレーディンガー方程式の定義には、ワイル量子化を用いた。我々は、散乱作用素から電磁場の一部が再構成できることを示した。完全に再構成が可能かどうかは現在研究中である。しかし、電磁場が時間に依存しない場合やある指数減衰条件を満たす場合には、完全に再構成できることを示した。この結果は、ディラック方程式の場合と同様の結果であり、我々がディラック方程式の逆散乱問題に関して完全な解決が出来なかった原因は相対論的な効果によるものであると思われ、今後の研究に大きな指針を与えた。一方、ディラック方程式の研究はパウリ方程式やシュレデインガー方程式の研究と密接に結びついている。岩塚は、田村英男氏とともに2次元パウリ作用素の固有値の漸近分布を調べた。大鍛冶は、De Carli氏とともに、スカラークーロンポテンシャルをもつディラック作用素は常に強一意接続性が成り立つことを示した。また、シュレーディンガー方程式の解の特異伝播や平滑化効果を調べた。猪狩は、複素領域におけるコーシー問題の特異伝播性についての結果を得た。定松は退化方物型方程式の正準形に対して初期値が適切であるための必要条件を求めた。
広範な有機合成反応に高い触媒活性を示すメタルフリー窒素ドープカーボンの開発

種々の化学反応には遷移金属,金属酸化物,アルカリ化合物などが触媒として用いられている。本研究は,これらを含まない炭素ー窒素(ー酸素)を構成成分とする多機能な炭素触媒の開発とその活性発現機構の解明を目標とする。そのために,市販の活性炭あるいは窒素含有ポリマーから窒素ドープカーボンを調製し,炭素原子の化学的・電子的状態を変え,多様な触媒活性を発現させる。さらに,窒素ドープ条件と触媒性能の関係を明らかにすると共に,種々の方法によるカーボン触媒の状態分析により活性点構造を明らかにする。前年度はアンモオキシデーション法で窒素ドープした活性炭を用いて,種々の反応基質を対象として空気酸化とヒドラジンによる還元反応を行ったが,適用可能な反応基質は限られており,この触媒の汎用性を広げるためにはさらに反応条件の検討が必要であることが分かった。本年度は市販の活性炭担持ポリアニリンを焼成,アンモニア処理することで窒素ドープカーボンを調製し,メタノールと炭酸エチレンから炭酸ジメチルを合成するエステル交換反応を行った。焼成温度やアンモニア処理温度は触媒活性に影響し,300-500°Cで焼成し,800°Cでアンモニア処理して調製した触媒が最も高い活性を示した。調製活性はその塩基量や表面窒素量と良い相関を示すことが分かったが,どのような窒素種が活性点であるかは明らかにはできなかった。従来,本反応に用いられた固体塩基触媒は140°C程度の反応温度を必要としていたが,ポリアニリンから調製した窒素ドープ炭素触媒は80°Cでも高い活性を示し,固体塩基触媒として有望であることが分かった。上記のように,ポリアニリンから調製した窒素ドープ炭素触媒は固体塩基触媒として優れていることが分かったが,活性点構造に関する詳細な情報は得られていない。次年度はポリアニリンから調製した窒素ドープ炭素触媒の空気酸化やヒドラジンによる還元反応に対する触媒性能を調べる。また,最近報告されているメラミンからの窒素ドープ炭素触媒の調製とその触媒としての利用も試みる。本年度はアンモオキシデーション法で窒素ドープした活性炭を用いて,種々の反応基質を対象として空気酸化とヒドラジンによる還元反応を行い,窒素ドープカーボン触媒の多様性を明らかにすることを目的に実験を開始した。空気酸化反応:窒素ドープカーボンを用いたキサンテンとアルコールの空気酸化反応は既に行っているので,類似の反応条件で反応基質としてアルデヒドやビニル化合物を用い実験を行なった。しかし,これらの化合物を反応基質とした場合には触媒活性は極めて低かった。ヒドラジン還元:既にニトロベンゼンの還元反応に窒素ドープカーボンが活性を示すことが明らかになっているので,類似の反応条件でアルデヒドとニトリルの水素化を行ったが,窒素ドープカーボンは触媒活性を示さなかった。以上のように,窒素ドープカーボン触媒を用いた空気酸化とヒドラジンによる還元が適用可能な反応基質は限られており,この触媒の汎用性を広げるためにはさらに反応条件の検討が必要であることが分かった。記のように,活性炭から調製した窒素ドープカーボン触媒は空気酸化とヒドラジン還元に対しては汎用性の観点からは期待する成果は得られなかった。そこで活性炭よりも多くの窒素原子を含む窒素ドープカーボンの調製が可能と考えられる窒素含有ポリマーに着目した。予備実験としてポリアクリロニトリルとポリアニリンから種々の窒素ドープカーボンを調製し,メタノールと炭酸エチレンから炭酸ジメチルを合成するエステル交換反応を行い,その性能を調べた結果,これらのポリマーから活性炭からよりも高い触媒活性を示す窒素ドープカーボン触媒が得られることが分かった。今後これらの触媒の性能とそれに対する調製条件の影響を調べることでより高性能な窒素ドープカーボン触媒が得られると期待される。研究の遅れを取り戻すことができると考えている。

調製活性はその塩基量や表面窒素量と良い相関を示すことが分かったが,どのような窒素種が活性点であるかは明らかにはできなかった。従来,本反応に用いられた固体塩基触媒は140°C程度の反応温度を必要としていたが,ポリアニリンから調製した窒素ドープ炭素触媒は80°Cでも高い活性を示し,固体塩基触媒として有望であることが分かった。上記のように,ポリアニリンから調製した窒素ドープ炭素触媒は固体塩基触媒として優れていることが分かったが,活性点構造に関する詳細な情報は得られていない。次年度はポリアクリロニトリルとポリアニリンから種々の窒素ドープカーボンを調製し,その触媒活性と表面特性を調べる。最初に,塩基触媒反応の代表的なモデル反応であるエステル交換反応とKnoevenagel反応を行う。窒素含有ポリマーから調製した窒素ドープカーボンは活性炭から調製したそれよりも多くの窒素原子を含むと考えられるので,これらの反応に対しより高い活性を示すことが期待される。また,窒素含有ポリマーから調製した窒素ドープカーボンのキサンテンやアルコールの空気酸化およびニトロベンゼンやスチレンのヒドラジン還元に対する触媒活性を調べる。さらに窒素含有ポリマーから窒素ドープカーボンを調製する条件が触媒の性能にどのような影響を与えるのかも検討する。これらの結果に基づき,いくつかの触媒を選択し,それらのキャラクタリゼーションを行い,活性点構造を推定する。次年度はポリアニリンから調製した窒素ドープ炭素触媒の空気酸化やヒドラジンによる還元反応に対する触媒性能を調べる。また,最近報告されているメラミンからの窒素ドープ炭素触媒の調製とその触媒としての利用も試みる。年度最後の2か月間の試薬・実験器具・ガスなどの消耗品への支出が予想よりわずかに少なかったため次年度使用額が生じた。
喉頭、気管ケミカルメディエーター受容体発現の日内変動の解析

ブラジキニンは代表的な発痛物質であると同時に浮腫の形成に関与していることが知られている。本研究においてラット喉頭における疼痛受容体の発現を免疫組織化学法およびreal-time PCRを用いて解析した結果、喉頭上皮および粘膜下末梢神経、節状神経節にB1およびB2受容体の発現を認めた。mRNAレベルで発現の昼夜差は認めたものの、統計学的に有意差は認められなかった。現在加齢に伴う発現の低下について検討を行っており、気道防御機構の加齢に伴う低下の原因究明につながる可能性があると考えている。マウス喉頭粘膜におけるケミカルメディエーター受容体の発現を免疫組織化学法を用いて調べたところ、ブラジキニンB1,B2受容体、ロイコトリエン受容体、ヒスタミン受容体の発現が声帯、声門下において示された。これらの分子は声帯粘膜のアレルギー反応や喉頭浮腫の形成に関与していると考えられ、今後ヒト病理組織標本をもちいて各疾患における発現の変化を検討していきたいと考えている。一方でマウス喉頭における日内変動については免疫組織化学法では明らかな昼夜差を示さず、優位なサーカディアンリズムは認められなかった。mRNAの定量についてはマウス喉頭の微量な組織の処理が技術的に難しく、安定した結果を得るまでに至っていない。ヒト声帯アクアポリン発現の解析結果を英文誌に投稿中で、現在追加実験を行っている(摘出喉頭標本における発現解析)。また輪状咽頭筋、甲状咽頭筋における筋小胞体カルシウムポンプSERCA1,2の発現をマウス、ラットを用いて解析し、同定しえた。神経障害時にこれらの遺伝子発現が低下するかを迷走神経切断モデルを用いて検討している。これらの結果を嚥下障害における下咽頭収縮筋機能不全の病態解明につなげたいと考えている。声帯粘膜におけるケミカルメディエーター受容体発現を免疫組織化学法にて調べるためにマウス喉頭気管を灌流固定後に摘出し、切片を作成し免疫組織化学法に供した。一次抗体に抗bradykinin B1, B2受容体抗体を二次抗体にFITC標識抗体を用いた。マウス声帯上皮にいずれの受容体も発現することが確認された。発現の日内変動を調べるために2点(CT4とCT16、各n=3)におけるサンプル採取を行い発現の比較を行った結果、軽度の昼夜差が認められたが、現時点では有意差は認められていない。また水分子チャンネルアクアポリン(AQP)の発現についても同様の検討を行った。AQP1、AQP5が声帯粘膜に発現することから両者についてCT4、CT16での比較を行った結果CT16におけるAQP5の発現が喉頭腺において増加するとの結果を得た。現在この結果を確認するためにrealtime-PCRを用いてmRNA量の定量を行っている。ヒト声帯粘膜におけるAQP発現についても手術における切除標本を用いて発現解析を行ったところ、正常粘膜では声帯重層扁平上皮にAQP5が粘膜固有層の毛細血管の内皮細胞にAQP1の発現を認めた。AQP5の発現は声帯ポリープ(3例)、ポリープ様声帯(5例)などの病変部では消失することも確認している。AQP1の発現はポリープ様声帯において2例において血管増生に伴う高発現を認めたが、他の3例では変化を認めなかった。この結果はエジプトのルクソールで行われた5th International Conference of World Voice Consortiumでのシンポジウムで口演報告した。ラット喉頭におけるブラジキニン受容体の発現を免疫組織化学法にて検討した。上皮では声門上、声門下は呼吸上皮を中心にB1およびB2受容体の発現を認めた。特に線毛上皮において強く発現する傾向が認められた。粘膜固有層の血管、漿液腺にも発現は認められた。気管上皮においては陽性細胞数の比率が声門下と比べて低く、浮腫形成、分泌など炎症反応の差に関連している可能性が示唆された。声門においては声帯膜様部の扁平上皮には発現せず、移行部の多列円柱上皮において最表層の細胞にのみ発現が認められた。声門下の粘膜下にはB1, B2陽性神経線維が存在し、感覚神経節である節状神経節には多くの陽性細胞が認めまれた。コレラトキシンBをトレーサーとして上喉頭神経より浸漬したところ、節状神経節の陽性細胞はB1, B2陽性であり、喉頭の侵害刺激に対する感覚を担っていると考えられる。日内変動について調べるためにZT4およびZT16の2点でサンプルを採取し、発現の差を調べたが、粘膜、神経節ともに優位な日内変動は認めないことが判明した。また神経切断による発現の変化を調べるために片側の迷走神経切断を行った。2ー4週後で発現の変化を調べたが、上皮、神経節ともに左右差は認めなかった。現在加齢モデルにおける発現の変化を解析中である。

ブラジキニン受容体は喉頭の侵害受容、炎症反応の形成に重要であることが示唆されたが、疾患や加齢における変化については今後引き続き検討を行っていく必要がある。耳鼻咽喉科学各ケミカルメディエーター受容体発現の特性を調べることができたが、日内変動については十分なデータを得られていない。一方で、アクアポリン発現に関するデータは論文投稿の段階に達している。下咽頭収縮筋における筋小胞体CaATPaseの発現解析を新たに行っているが、現時点では機能解析に結びつけられるデータを得られていない。喉頭粘膜におけるbradikynin受容体、アクアポリンの発現を同定し、一定の日内変動の傾向をつかんでいるものの、有意差を確認できるまでには至っていない。しかし今後のmRNA量の定量についても見通しが立っており予定通りの進行と考える。またアクアポリンのヒト声帯粘膜における発現については学会報告に引き続き国際誌への投稿準備中であり、今年度前半に投稿できると考えている。引き続きマウス喉頭mRNAの採取およびrealtime-PCRによるケミカルメディエーター受容体遺伝子発現の昼夜差をしらべ、日内変動の有無を検討していく。アクアポリンの正常喉頭粘膜における発現をヒト摘出喉頭を用いて解析し、再投稿する下咽頭収縮筋における筋小胞体CaATPaseの発現については神経切断モデルや加齢マウスにおける変化を検討し、老化や球麻痺などの疾患による嚥下機能低下との関連を追求するヒト声帯粘膜におけるアクアポリン発現に関する論文を現在投稿準備中で本年度中に投稿する。マウス喉頭粘膜におけるBradykinin受容体発現をmRNAレベルで解析を行いまずCT4と16さらにCT0,4,8,12,16,20の6点における発現変動についても検討する。さらにヒスタミン受容体、ロイコトリエン受容体についても順次解析を行っていく予定である。免疫組織化学法(ヒスタミン受容体などの抗体)に用いる試薬類に20万円動物(マウス、ラット)に15万円旅費、英文校正、投稿料などに25万円
デフォルトのタイミングを考慮した債権回収率の計量モデルの構築

デフォルトと債権回収率の実証分析を行い、マクロ変数および他の変数がデフォルトのタイミングおよび回収率に影響を与えているかを検証した。また、実証分析から得られた知見をもとに新たなデフォルトタイミングと回収率の関係の理論的なモデルの構築を試みた。モデルよりデフォルト時点の分布および回収率の期待値や分散が求められた。本研究の主な目的は、既存の信用リスクの構造モデルを発展させ、操業中の企業がデフォルトするタイミングとデフォルトした際の企業の状態(回収率の大きさ)をモデル化し、その結果を用いてより現実的でより精緻な信用リスクの計量化を行い、さらに債券やクレジットデリバティブの価格付けに応用することである。平成22年はデフォルト確率と債権回収率が同時決定される理論的なモデルの構築を行った。具体的には、デフォルト時の担保の価値が債権回収率を決定し、企業価値と担保価値が離散観測しかできないという仮定をおき、デフォルトのタイミングと債権回収率の関係を考慮した信用リスクモデルを作成した。また、パラメーターを変化させて債権回収率とデフォルト確率がどのように変化するか数値計算を行った。このモデルにより、債権回収率がモデルから内生的に決定され、これまでより現実的なデフォルト時損失率の計算を行うことが可能となった。さらに、モデルではデフォルトのタイミングを早期、標準、遅延と3タイプの異なる条件で発生すると仮定し、デフォルトのタイミングと回収率の大きさを同時決定することができる。また、各タイプの回収率の分布の形状なども数値計算を行い求めた。この成果から、財務健全性条項などがついた債券の価値を求める際に役立てることができる。以上の結果から、より精緻な債券の価値を算出することにより健全で効率的な債券市場の構築が行われると考える。信用リスク移転証券が、リーマンショックをはじめとする経済危機の主な原因の一つになっている。経済危機を克服するためにも信用リスク量をより正確に把握することが大きな課題となっているにも関わらず、信用リスクの最も重要な要素の一つである債権回収率の研究はほとんど行われていない。本研究の目的は個別の企業のデフォルトのタイミングと債権回収率の関係性を分析し、より精緻な債権回収率の計量モデルを構築し、また、そのモデルを用いて信用リスクの特性について分析を行うことである。平成23年度は、過去にデフォルトを起こした企業のデフォルト以前の財務データ、債券価格、株価およびデフォルト後の回収データなどからデフォルト以前の企業の状況と回収率の関係を調べた。海外および日本の回収率に関する先行研究についてサーベイ研究を行った。米国での研究ではデフォルト確率と回収率は相関を持ち、それらがマクロ変数に影響を受けるという結果が出ている。本研究でもマクロ変数および他の変数がデフォルトのタイミングおよび回収率に影響を与えているかを実証分析した。また、平成22年度の理論モデルの研究の成果と今年度の実証分析の結果から得られた知見を元に新たなデフォルトタイミングと回収率の関係の理論的なモデルの構築を試みた。また、貸し手にとって最適なデフォルトのタイミングを求められた。
高性能レイノルズ応力方程式モデルの構築に関する研究

本研究の目的は、研究代表者が97年に提案した、壁面反射再分配項を含まない低レイノルズ数型応力方程式モデルをベースとして、多種多様な乱流を包括的に予測できる乱流モデルを構築することである。多種の基本的性格を有する乱流を対象として97年モデルの検証を行い、その結果に基づいて一般性の高い実用モデルを構築することを目指した。対象とした流れは、3種の系回転(スパン方向軸、流れ方向軸、壁面垂直方向軸まわりの回転)を伴うチャネル乱流、円管内非定常乱流、同心環内乱流、周期的な吹き出し・吸い込みを有するチャネル乱流である。系回転流れと同心環流れについては、比較対象のデータ自体が十分ではないので、直接数値シミュレーション(DNS)を実行しデータを整備した。97年モデルは同心環乱流をよく再現し、また吹き出し・吸い込みを有するチャネル流では2方程式モデルに対する優位性を示した。非定常流については、モデルは流量変化に対する乱れの応答の予測において、研究代表者の壁面反射項を含むモデルに及ばなかった。流れ方向軸まわりの回転の場合、回転が比較的弱い範囲では、回転によって誘起されるスパン方向速度の分布を含め、モデルはDNSデータをよく再現した。しかし、回転が強くなると速度分布はDNSとは著しく異なるものとなった。これは、せん断応力の1成分の符号がDNSとは逆になることに対応しており、既存の研究結果と併せると、応力方程式モデルに共通のアノマリーである。壁面直交軸まわりに回転する流れは回転が強くなると層流化する。層流化以前の予測はDNSとよく一致するが、モデルはDNSより早い段階で層流化を与えた。以上、97年モデルは壁面反射再分配項を用いずに壁まで積分できる応力方程式モデルとして一定の有用性をもつモデルではあるが、いくつかの弱点を有することが明らかにされた。研究期間の成果に基づき、より高い性能を求めて新たなモデルの開発に着手した。本研究の目的は、研究代表者が97年に提案した、壁面反射再分配項を排除した応力方程式モデルをベースとして、多種多様な乱流を包括的に予測できる乱流モデルを構築することである。今年度においては、系回転を伴うチャネル内乱流および円管内非定常乱流に対して97年モデルの検証を行った。系回転については、既に検証済みのスパン方向軸まわりの回転に加えて、流れ方向軸および壁面直交方向軸まわりの回転をとりあげた。これらのケースでは、比較対象のデータ自体が十分ではないので、直接数値シミュレーション(DNS)を実行し、データを整備した。これは、せん断応力の1成分の符号がDNSとは逆になることに対応しており、応力方程式モデルのひとつの限界を示唆しているのか、検討中である。層流化する臨界点自体はDNSとずれるが、モデルは全体としてDNSの挙動を捉えた。この流れでは、平均流に直接作用する回転効果が主役を演じており、乱流モデルの役割は相対的に低いことが明らかにされた。円管内非定常乱流については、流量が時間とともに正弦的に変化する流れと直線的に変化する流れをとりあげた。ともに準定常のレベルを超えた非定常性を有する流れに関する実験を対象としてモデル検証を行った。

モデルは流量変化に対する乱れの応答を大略捉えたが、定量的には代表者の壁面反射項を含むモデルの予測性能には及ばなかった。回転効果、非定常効果に関する以上の結果は、公表準備中である。ほかに、周期的な吹き出し・吸い込みを有するチャネル流れにおけるモデル検証を行い、2方程式モデルに優る予測性能を有することを確認し、それを公表した。本研究の目的は、研究代表者が97年に提案した、壁面反射再分配項を含まない低レイノルズ数型応力方程式モデルをベースとして、多種多様な乱流を包括的に予測できる乱流モデルを構築することである。今年度においては、同心環内乱流と3種の系回転チャネル乱流に対する97年モデルの検証を行うとともに、新たなモデルの構築を進めた。同心環流れについては、比較の対象となるデータが十分ではないので、直接数値シミュレーション(DNS)とラージ・エディ・シミュレーション(LES)を実行し、データベースを整備したうえで97年モデルの検証を行った。この同心環流に対するDNSおよびLESによる研究の成果を公表した。スパン方向、流れ方向および壁面垂直方向の軸まわりに回転するチャネル流れに関しては、モデル検証の結果を公表した。さらに、従来より広いパラメータ範囲のDNSを実行し、今後のモデル検証のためのデータベースを構築した。平成13,14年度およびそれ以前の研究によって、97年モデルは壁面反射再分配項を用いずに壁まで積分できる応力方程式モデルとして一定の有用性をもつモデルであると言える。しかし、非定常流における流量変化に対する乱れの応答、種々の流れにおける低レイノルズ数効果や層流化の予測において、モデルは弱点を現した。より高い性能を求めて、新たなモデルの開発に着手した。97年モデルは、チャネル流や平板境界層の壁面近傍遷移層における垂直応力の著しい非等方性を忠実には再現しない。これが、上述の弱点につながってているものと考えられる。現在、壁面距離を用いずに壁面まで適用でき、かつ遷移層における非等方性を再現するモデルの開発を進め、チャネル流れ、吹き出し・吸い込みを伴うチャネル流れ、曲がりチャネル流れ、回転円管内流れ、回転チャネル流れ、同心環内流れにおいて好結果を得ている。さらに範囲を広げた検証を経て、モデルを提案する予定である。
有機物除去機能を有するイオン吸着体を利用した尿中放射性核種の迅速測定

原子力施設で事故等が発生した場合、被ばく者に適切な措置を施すためには速やかに被ばく状況を把握する必要がある。特にαおよびβ核種の体内摂取による内部被ばく線量評価に有効な尿試料中の核種分析では、測定前処理に長時間を要するため作業工程の短縮が課題となっている。本研究では、透水性に優れたシート状多孔体の細孔表面に、放射線グラフト重合法によってさまざまの官能基を導入し、尿試料中の放射性核種分析を迅速簡便化する吸着体の作成を試みた。陰イオン交換基を導入した多孔性シートを用いた場合、Uの吸着から溶出までに要した時間は約20分であり、迅速化達成を実証できた。原子力施設での事故,放射線源の紛失・盗難,または放射能テロが起こった場合,被ばく者に適切な医療措置を施すためには,速やかに被ばく状況を把握する必要がある。特に,αおよびβ核種(例えば,UやPu)の体内摂取による内部被ばく線量評価では,誰でもその場で簡単に採取できる「尿」を用いるのが有効である。しかしながら,尿試料の測定前処理には長時間を要するため,前処理工程の短縮が課題となっている。本研究では,有機物除去機能を有するイオン吸着体を作製し,迅速な前処理を達成する分析用固相抽出材料を作成することを目的とした。H21年度は,まず,透水性能の優れた多孔性基材の選択および無機イオンの基本吸着性能の評価をおこなった。多孔性基材としては,流路径の大きい(1-1.5μm)シート状モノリス型ポリエチレンを採用した。放射線グラフト重合法によって,その細孔表面に陰イオン交換基であるジエチルアミノ基を導入し,ディスク状に裁断してカートリッジに充てんした。得られたディスクをDEAカートリッジとよぶ。実尿試料に既知量の^<233>U標準を添加して,DEAカートリッジにおけるウランの吸着性能および尿中に多量に含まれる塩成分(Na, K, Mg,およびCa)の除去性能を評価した。尿試料を3mLの10M塩酸溶液とし,DEAカートリッジに透過してウランを吸着させた。ウランの回収率は99.6%,ウラン溶出液中の塩成分の混入率は0.1%以下であり,実用的に優れた性能を確認できた。また,ウランの吸着から溶出まで20分で操作でき,分離の迅速化を達成できた。本研究では,有機物除去機能を有するイオン吸着体を作製し,迅速な前処理を達成する分析用固相抽出材料とすることを目的とした。まず,透水性に優れたポリエチレン製シート状多孔体(細孔径1-1.5μm)を基材とし,放射線グラフト重合法によって陰イオン交換基(ジエチルアミノ基)を導入してウランの吸着性能を評価した。陰イオン交換基に吸着したUは,塩成分除去のために透過させる洗浄液容量がシート体積の12倍を超えると溶出し始めた。また,透過速度が速いほど溶出割合が高くなった。溶出の主な原因は,高分子鎖に吸着したUが高分子鎖相内で拡散移動するためであることがわかった。そこで,洗浄液の酸濃度を高くし固相分配比を向上させ,さらに洗浄液量を少量に抑えることより,透過速度が速い場合でもウランを固相に保持できることを実証した。陰イオン交換シートの他,スルホン酸基を導入して陽イオン交換シートも作成した。陽イオン交換シートでは,種々の核分裂生成物(Cs^+,Ba^<2+>,Sr^<2+>,Y^<3+>,希土類元素)を効率よく吸着できることがわかった。原子力施設での事故が発生した場合、被ばく者に適切な措置を施すためには速やかに被ばく状況を把握する必要がある。特にαおよびβ核種の体内摂取による内部被ばく線量評価では、誰でもその場で簡単に採取できる「尿」を用いるのが有効である。しかしながら、尿試料の測定前処理は長時間を要するため作業工程の短縮が課題となっている。本研究では、透水性に優れたシート状多孔体の細孔表面に、放射線グラフト重合法によって2種類の官能基を導入し、イオンのサイズを識別する新規な吸着体の作製を試みた。

まず、尿中の不要な有機分子を除去し、かつ無機イオンとして存在する放射性核種を捕捉するために、グラフト重合によって付与される高分子鎖の上層部に「有機分子をプロックする官能基(水酸基)」を、下層部に「無機イオンを捕捉する官能基(イミノニ酢酸基)」を導入した。グラフト高分子鎖中における官能基導入位置は、官能基の反応順序によってコントロールできる。得られた吸着体について有機分子のサイズ排除性能を評価するため、サイズの大きな分子の模擬物質としてアルブミンを用い、作製したシートに透過させたところ、アルブミンは吸着せずにニッケルイオン(ウラニルイオンの模擬)のみを吸着させることができた。水酸基を導入した高分子鎖上層部は、尿試料のpH領域において収縮構造を形成し、アルブミンが高分子鎖下層部に導入したイミノニ酢酸基まで到達するのをブロックするためである。したがって、本研究で作製した吸着体は、サイズの大きい有機分子は高分子鎖上層部で排除され、サイズの小さい無機イオンだけがイミノニ酢酸基に吸着できる特異な性能をもつことを実証できた。
腸上皮組織に存在するアセチルコリンの新規生理学的役割の解明

研究代表者は腸オルガノイド培養系を用いて、腸上皮細胞内ACh産生系が存在すること、及び腸上皮にある内因性AChが代謝型ムスカリン性ACh受容体(mAChRs)を介して腸幹細胞の分化・増殖、維持機構に関与することを突き止めた。さらに、「多段階質量分析イメージング」(MS/MS測定)を応用することにより、ごく微量のAChを腸組織切片から直接検出し、腸上皮組織にAChが分布していることを初めて可視化することに成功した。本研究により、非神経性AChが細胞分化、組織形成に関与しているという今までほとんど研究のターゲットにされなかったAChの新規生理学的役割をin vitroで明らかにすることに成功した。マウス腸組織及び腸オルガノイドを用いて、腸上皮細胞内にアセチルコリン産生系が存在することを遺伝子発現解析及び生化学的解析により明らかにした。さらに、これまで困難であると考えられていたアセチルコリンの局在を、イメージング質量分析により明らかにすることができた。次に、ムスカリン性アセチルコリン受容体(mAChRs)の選択的アンタゴニスト(アトロピン等)を用いて、mAChRsを介した腸上皮幹細胞の分化・増殖、維持機構を調べた。その結果、選択的アンタゴニストは腸オルガノイドの成長及び個々の細胞(腸上皮幹細胞、パネート細胞、吸収上皮細胞、腸内分泌細胞及び杯細胞)のマーカー遺伝子の発現を促進させた。トランスジェニックマウス(Lgr5-EGFP-ires-CreERT2マウス)のクリプトから作製した腸オルガノイドの解析から、アトロピン処理によりLgr5陽性腸上皮幹細胞の数が増大することをフローサイトメトリー(FACS)にて確認することができた。これらの結果から、腸上皮に存在するアセチルコリンは、mAChRsを介して腸上皮幹細胞の維持と分化抑制に関与することを突き止めた。上記の成果をまとめてFEBS Jに投稿し、受理された(2014,281(20),4672-4690)。本論文のイメージング質量分析の図が表紙(281(20))を飾った。また、本論文の内容を、ドイツのギーセンで行われた第4回非神経性アセチルコリン国際会議において口頭発表を行った結果、Best Short Oral Presentation賞を受賞することができた。マウス腸組織及び腸オルガノイド培養系を用いて腸上皮におけるニコチン性アセチルコリン受容体(nAChRs)の局在を、遺伝子発現解析法及び免疫組織化学的手法で調べた結果、腸上皮にnAChRsのサブユニットが発現・局在していることを見出した。次に、nAChRsの選択的アゴニストであるニコチンの作用を、腸オルガノイド培養系を用いて調べたところ、腸オルガノイドの成長及び腸オルガノイドを構成する細胞(腸幹細胞、吸収上皮細胞、パネート細胞、腸内分泌細胞、杯細胞)のマーカー遺伝子の発現を促進させることを見出した。一方、nAChRsの選択的アンタゴニストであるメカミールアミンは、腸オルガノイドの成長及びマーカー遺伝子の発現を抑制した。さらに、nAChRsの下流域に働く遺伝子群を、次世代シークエンサーを用いたRNA-Seq法によるトランスクリプトーム解析を行った結果、Wntシグナルの1つであるWnt5a遺伝子の発現がニコチン処理により顕著に変動することがわかった。また、Wnt5aタンパク質がマウス腸上皮層に分布していることを始めて確認できた。薬理実験の結果から、Wnt5aは腸オルガノイドの成長及びマーカー遺伝子の発現を促進し、一方、Wnt5aの分泌阻害剤であるIWP-2で処理すると抑制することを見出した。さらに、メカミールアミンの抑制効果は、Wnt5aによりレスキューされることを確認した。このことは、nAChRsシグナルの下流域にWntシグナル(Wnt5a)が関与していることを強く示唆する結果である。(1)腸オルガノイド培養系を用いた解析から、nAChRsを介した非神経性アセチルコリンの効果は腸幹細胞の分化・増殖を促進することを見出した。(2)nAChRsシグナルの下流域で働くシグナルがWntシグナル(特にnon-canonical Wntシグナル)であることを明らかにすることができた。(3)Wnt5a処理により腸オルガノイドの成長と分化・増殖を促進し、一方、阻害剤のIWP-2で処理すると抑制効果を示すことを見出した。(4)nAChRsのアンタゴニストであるメカミールアミンの抑制効果は、Wnt5aによりレスキューされることを確認した。このことは、nAChRsの下流域にWnt5aを介したnon-canonical Wntシグナルが関与していることを強く示唆する結果である。マウス腸組織及びオルガノイド培養系を用いて腸上皮におけるニコチン性アセチルコリン受容体(nAChRs)の役割を調べた結果、選択的アゴニストであるニコチンを作用させると、腸オルガノイドの成長及びマーカー遺伝子の発現に対して促進効果を示し、一方、選択的アンタゴニストのメカミールアミンを作用させると、抑制効果を示すことを見出している。次に、ニコチン投与後のnAChRs下流域に働く遺伝子群を、RNA-Seq法によるトランスクリプトーム比較解析を行った結果、Wntシグナルの1つであるWnt5aの発現が顕著に変動することを突き止めた。薬理実験の結果から、Wnt5aはニコチンと同様、腸オルガノイドの成長及びマーカー遺伝子の発現を促進し、Wnt5aの分泌阻害剤であるIWP-2で処理すると、抑制効果を示すことを見出した。

さらに、メカミールアミンの効果抑制は、Wnt5aによりレスキューされることを確認している。このことは、nAChRsシグナルの下流域にWntシグナル(Wnt5a)が関与していることを強く示唆する結果である。抗体染色の結果から、nAChRsサブタイプがα2/β4であることを明らかにできた。また、α2/β4及びWnt5aが腸幹細胞のニッチの役割を果たしているパネート細胞に局在していることから、非神経性AChの刺激を受けたパネート細胞が細胞内シグナル(Ca2+シグナル)を介してWnt5aを放出し、傍分泌により腸幹細胞の分化・増殖を促進しているという結論を得た。上記の成果をまとめて、現在論文投稿中である。研究代表者は腸オルガノイド培養系を用いて、腸上皮細胞内ACh産生系が存在すること、及び腸上皮にある内因性AChが代謝型ムスカリン性ACh受容体(mAChRs)を介して腸幹細胞の分化・増殖、維持機構に関与することを突き止めた。さらに、「多段階質量分析イメージング」(MS/MS測定)を応用することにより、ごく微量のAChを腸組織切片から直接検出し、腸上皮組織にAChが分布していることを初めて可視化することに成功した。本研究により、非神経性AChが細胞分化、組織形成に関与しているという今までほとんど研究のターゲットにされなかったAChの新規生理学的役割をin vitroで明らかにすることに成功した。(1)腸オルガノイドにおけるアセチルコリンとコリン作動系構成要素の存在を検証し、腸上皮細胞内のアセチルコリン産生系を明らかにすることができた。(2)イメージング質量分析により、腸上皮に存在するアセチルコリンの分布を、世界で初めて可視化することができた。(3)ムスカリン性アセチルコリン受容体のアンタゴニストを用いて、どの受容体を介してシグナルが伝達されるかを腸オルガノイドの組織形成・維持を指標に評価することができた。(4)上記の成果を論文(FEBS J 2014,281(20),4672-4690)にまとめ、さらにドイツのギーセンで行われた第4回非神経性アセチルコリン国際会議においてBest Short Oral Presentation賞を受賞することに至った。(1)腸オルガノイドを構成する個々の細胞を同定し、アセチルコリン(ACh)処理後のマーカー遺伝子のmRNA分子数の変動を定量解析するためにsinge molecule FISH法(smFISH法)を導入する。そして、どの細胞がAChを合成・分泌し、どの細胞に局在する受容体を介してシグナルを伝達し、腸幹細胞の分化・増殖、維持に関わっているかを解明する。(3)nAChRsとムスカリン性ACh受容体(mAChRs)の発現部位や、非神経性AChの両受容体を刺激するタイミングや強度を明らかにし、腸幹細胞の分化・増殖に対する促進・抑制の二面性の作用をもたらす意義を明らかにする。発生生物学今後は、mAChRsの下流域に働く遺伝子群を網羅的に解析、分子機構を明らかにする。方法は、次世代シークエンサーを利用したRNS-Seq法によるトランスクリプトーム比較解析やマイクロアレイ解析を行い、薬物処理と無処理の腸オルガノイドの遺伝子発現変動を調べる。薬理効果の検証として、ノックアウトマウスを用いたmAChRsの機能解析を行う。
糖鎖新機能の開発とその応用

(1)白血球細胞接着分子であるセレクチンが認識する糖鎖リガンド構造を分子及び官能期基レベルで追及するために、シアリル・ルイスメガングリオシドキのシアル酸、L-フコース及びセラミド部分に種々の化学修飾を加え、系統的な糖鎖構造要求性の解析を行った。その結果、シアル酸の硫酸基への変換により、全てのセレクチン・ファミリーに対する結合活性が増強されること、一方、天然セラミドは、2-テトラデシルヘキサデシル基(B-30)の様な対象性のある2本鎖アルキル基に置換可能であることが明らかになった。しかしフコース部分の化学修飾により、E及びL-セレクチンに対する結合活性は完全に消失し、P-セレクチンに対しても部分的な減少が見られた。これらの知見に基づき、スルホルイスX3糖エピト-ブに人工脂質であるB-30がβ-グリコシド結合した全く新しい新規機能糖鎖の開発に成功した。この分子は、E-セレクチンに対してCa^<2+>依存性であるが、L-、P-の順にCa^<2+>依存性は減少し、セレクチンの結合サイトには陰イオン性結合サイトとフコースを介するCa^<2+>結合性サイトが存在することを化学的に証明した。この分子は現在抗炎症モデルを使った応用研究に供されている。(2)ガングリオシドGM_3やGM_4アナログを系統的に合成し、T細胞増殖抑制効果を指標として、免疫抑制機能を検討した。その結果、シアリルα(2→3 ́)Lacβ(1→1)-OB-30(GM_3アナログ)に顕著な活性が発現された。この機能は、臓器移植などの際に極めて有効であると考えられ、現在医学的応用が試みられている。これらの糖鎖新機能の発見と開発は、セレクチン研究及びガングリオシドの機能研究を先導する画期的な研究成果であり、今後の応用研究が大いに期待される。複合糖質中に含まれる接着機能性オリゴ糖鎖の構造活性相関の解明と、新機能の開発研究については、シアリルLe^Xガングリオシド中のシアル酸部分と、L-フコース部分に化学修飾を加えることにより、各セレクチン(E-,P-及びL-セレクチン)に対する糖鎖構造要求性の系統的解析を行った。その結果、シアル酸の側鎖(79位)は、活性発現に関与しないこと、5位のアセタミド基は、水酸基(すなわちKDN)に置換しうること、1位のカルボキシル基は、活性発現に不可欠であることが明らかとなった。一方、L-フコース部分の水酸基は、全てが活性発現に不可欠(E-,P-,L-セレクチン)であると同時に、選択的接着機構も存在していることが明らかとなり、選択的な機能の発現が制御しうる可能性も示された。ガングリオシドには、免疫抑制効果が知られている。特にガングリオシドGM_4,GM_3とその同族体に強力なT細胞増殖抑制効果が見出された。この知見に基づき、各種の鎖長を有するGM_4,GM_3誘導体を系統的にデザインし、免疫抑制機能を有する新機能性糖鎖複合体の開発を行った。一方、1-デオキシノジリマイシン及びその誘導体を機能性糖鎖中に導入した、新機能性糖鎖ミミックの分子設計を行った。その結果、トリパノソーマ・クルーズ(眠り病原因ベン毛虫)のトランス・シアリダーゼを阻害する化合物を見出した。(1)複合糖質中に含まれる接着機能性

オリゴ糖鎖の構造活性相関の解明:前年度において、シリアルLewis Xガングリオシド中のシアル酸部分とL-フコース部分に化学修飾を加えることにり、糖鎖構造要求性の系統的解析を行った(Glycobiology,3,633-639,1993)。その結果に基づいて、レクチン型細胞接着分子(セレクチン・ファミリー,LEC-CAMS)が認識する糖鎖リガンド構造を官能基レベルで追究した。すなわち、シアル酸の硫酸基への変換ならびにセラミドの人工脂質への変換により、天然型シアリルLewis Xガングリオシドよりも接着能力を有する新機能糖鎖の開発に成功した。この分子は、E-,P-,L-セレクチンの全てに対して有効であり、E-セレクチンに対しては完全にCa^<2+>依存性,L-セレクチンに対しては5070%,P-セレクチンに対しては殆んどCa^<2+>依存性を示さない。この発見によって、セレクチンの結合サイトが陰イオン性サイトとCa^<2+>結合性サイトに集約されることが明らかとなった。この分子は現在、抗炎症モデルを使った応用研究に供されている。(2)1-デオキシノジリマイシン及びその誘導体を糖鎖中に導入した新規機能性糖鎖ミミックの分子設計:上記の新知見に基づき、1-デオキシノジリマイシンの酸素阻害性を利用した糖鎖新機能の開発を行った。その結果、N-アルキル-1-デオキシノジリマイシンを含有するシアリルLewis X及びシアリルLewis A糖鎖に強力なセレクチン結合阻害活性が見出された。
HMGB1の抗腫瘍免疫における機能解明とがん免疫療法への応用

HMGB1は細胞死により核内から細胞外へ放出される内因性危険シグナルである。HMGB1は免疫抑制的に作用することが示唆されている一方で、TLR2やTLR4、RAGE等を介した自然免疫の惹起とそれに続く特異免疫応答の誘導に重要であるとも考えられており、「HMGB1が抗腫瘍免疫において善玉なのか?あるいは悪玉なのか?」は明確ではない。本研究では、1HMGB1の腫瘍細胞に対する作用、2HMGB1の宿主免疫系への作用、3HMGB1の治療への応用、の3点について腫瘍免疫学の立場から明らかにし、腫瘍由来HMGB1の制御のがん免疫療法への応用展開と次世代複合免疫療法の確立を目指す。