hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リウマチ関連タンパク質 PAD4 の骨髄造血細胞における役割

ペプチジルアルギニンデイミナーゼ4(PAD4)は、ヒストンH3をシトルリン化して転写を制御する転写制御因子である。PAD4は骨髄等の造血系組織に高い発現がみられるがその生理機能はほとんど分かっていなかった。本研究により、骨髄中の造血多能性細胞においてPAD4が発現していることを明らかにした。PAD4欠損マウスを用いた解析から、PAD4欠損マウスでは野生型に比べ造血多能性細胞が増加していた。PAD4欠損マウスの造血多能性細胞ではc-myc遺伝子の発現が亢進しており、PAD4がc-mycの発現を抑制することが示唆された。クロマチン免疫沈降等の解析から、PAD4はc-myc遺伝子の上流において転写因子LEF1とヒストン脱アセチル化酵素HDAC1と相互作用しその転写を制御することが示唆された。これらのことから、PAD4は、c-myc遺伝子の転写を制御することで造血多能性細胞の増殖を調節することが示された。ヒストンタンパク質の修飾は、アセチル化やメチル化など様々なものが知られており、多くの生物学的現象において重要な役割を担っている。ペプチジルアルギニンデイミナーゼ4(PAD4)により修飾されるヒストンH3のシトルリン化は、遺伝子発現制御に関わることが知られているが、その生理的意義はほとんど分かってない。最近、骨髄中の造血幹細胞及び多能性前駆細胞(Lineage- Sca-1+ c-kit+; LSK細胞)におけるPAD4の高い発現を見いだし、LSK細胞におけるPAD4の生理機能を研究した。PAD4欠損(PAD4-/-)マウスと野生型(WT)マウスのLSK細胞を用いたマイクロアレイ解析、定量的RT-PCR、イムノブロット法により、PAD4-/-LSK細胞において、がん遺伝子c-mycの発現が高いことが示された。また、クロマチン免疫沈降法によりc-myc遺伝子上流におけるPAD4の結合が示され、その領域のヒストンH3がシトルリン化されていた。また、PAD4-/-マウスではヒストンH3のアルギニン残基メチル化が亢進しており、PAD4がc-mycの発現制御に関わることが示唆された。さらにPAD4は、Wnt-β-cateninシグナル経路の下流で作用する転写因子LEF1や、ヒストン脱アセチル化酵素との相互作用を明らかにした。PAD4は、これらタンパク質と複合体を形成しc-mycの遺伝子発現制御に関わることが示唆された。さらに、PAD4-/-マウス骨髄中のLSK細胞特に造血多能性細胞は、WTマウスと比較して増殖が盛んになっており、その割合や絶対数が増加していた。これらのことから、PAD4は骨髄造血多能性細胞においてc-mycの発現を制御し細胞増殖を調節していると考えられる。また、PAD4が骨髄球増多症などの造血系疾患の発症に関わる可能性がある。近年、Peptidylarginine deiminase 4 (PAD4)によるクロマチンのシトルリン化は、エストロジェンレセプターやp53を介する転写を抑制することが報告され、その重要性が明らかになりつつある。しかしながら、PAD4によるクロマチン修飾の生理学的意義はまだよく分かっていない。我々の研究結果から、PAD4は骨髄中の造血幹細胞や多能性前駆細胞に強く発現しており、増殖制御に関わることが示唆されていた。本年度では、その機能の詳細を解析した。1、造血幹細胞及び多能性前駆細胞(LSK細胞)では強い発現が認められたが、骨髄球系前駆細胞では約5倍程度の発現低下がみられた。また、成熟好中球では再度発現が上昇しそのレベルは多能性前駆細胞と同程度になっていた。このように、骨髄造血細胞において、PAD4の発現はダイナミックに変動していることが明らかとなった。2、BrdUを用いた細胞増殖解析から、PAD4欠損マウスではLSK細胞におけるBrdUの取り込みが上昇しており、増殖能が上昇していることが示された。また、骨髄移植を用いた実験から、PAD4欠損マウスでは、骨髄環境に影響はなく、LSK細胞における細胞内因子の異常が引き起こされ、細胞増殖が盛んに行われていることが示された。3、免疫沈降及びクロマチン免疫沈降の結果から、LSK細胞ではPAD4がLEF1やHDAC1と複合体を形成し、c-myc遺伝子の上流に結合することが示された。また、結合領域では、ヒストンのシトルリン化がみられ、c-mycの転写を制御することが示唆された。

以上より、PAD4ががん遺伝子であるc-mycの発現を制御しLSK細胞の増殖をコントロールしていることが示された。これは、PAD4ががん抑制因子として機能することを示唆している。本年度は、開始当初までに明らかにしたPAD4の機能について、その分子機構等をより詳細に解析することを目的とした。研究実績の概要に記載した通りの研究成果を得ており、ほぼ順調に進展していると考えている。特に、PAD4の複合体として、c-mycを制御する転写因子であるLEF1を同定できたことは非常に興味深い。LEF1は、Wntシグナルの下流で機能する転写因子であり、Wntシグナルは、個体発生や細胞増殖・分化など多岐にわたって重要な役割を担っている。これは、PAD4がそれらイベントに関与することを示唆しており、今後の研究の発展に大いに期待が持たれる。また、がん抑制因子として機能することが示唆され、発がんとの関連についても興味深い。以上の通り、本年度の研究成果は当初の目的をほぼ達成しており、今後のPAD4に関する研究に大きな発展が見込まれるものであった。これらのことから、おおむね順調に進展していると判断した。1、これまでの研究成果を論文としてまとめ、投稿し公表したいと考えており、現在執筆中である。まとめるにあたり、これまでの成果に関して補強となるデータを取りながら進めていく。2、これまでの結果は、PAD4ががん抑制因子として機能することが示唆している。今後、この可能性を追求したいと考えている。すでに、マウス骨髄球細胞株M1にPAD4およびその変異体を安定発現させた細胞を樹立した。これを用いて細胞増殖や分化に与える影響を調べる。3、白血病のモデルマウスやヒトで骨髄球におけるPAD4の発現低下が報告されている。しかしながら、現在のところPAD4欠損マウスでは白血病などの病態は観察されていない。なんらかの刺激を加えることによりPAD4欠損マウスに白血病様の病態が発症するかどうか調べる。4、PAD4はリウマチ関連タンパク質であるが、その発症に関わるのはPAD4だけでなくPAD2も同様である。そのため、現在PAD2欠損マウスも作製中であり、ダブルノックアウトマウスを用いてリウマチ発症への関与を調べていく。下記に研究費の使用目的を示す。1、論文出版関連:次年度の初頭に論文を投稿する予定であり、ほぼ書き終えている。2、細胞培養、マウスなどの維持:多くの細胞培養やマウスを維持するため。3、抗体など研究用試薬:抗体等高価な試薬等が必要である。4、学会等における研究発表に必要な旅費等:次年度中に国内外で本研究の成果を発表する予定である。
正20面体クラスター固体の光キャリア緩和の発光波長選択による解明

正20面体クラスター固体であるβ菱面結晶ボロン(β-B)とAlPdRe準結晶について光励起によるキャリアダイナミクスの解明を目的として変調(MPC)およびパルス(PPC)光伝導の測定を行った。光伝導はバンドギャップ間の電子の光励起による遷移によって生じる現象としてこれまで主に半導体において観測が行われてきたが、我々のグループでは準結晶合金においても疑ギャップにおける光励起による電流の増大が起こることを報告してきた。本研究においては薄膜状の準結晶試料を用いることにより測定のS/Nを向上し、これまで観測できなかった準結晶における光励起電流の温度依存性を観測した。その結果、温度の上昇に伴って光電流が増大するβ-Bとは逆に準結晶では温度の上昇と共に光励起電流が減少することが分かった。準結晶試料は薄膜であり、また光励起によって生じる電流の増大に対して暗電流が大きいため、光励起による試料の温度上昇に伴うキャリアの増大が観測されている可能性があると考え、サファイア基板上の準結晶薄膜について熱伝導解析を行った。この結果、準結晶において観測される光励起キャリアの緩和特性はほとんど基板も含めた試料の熱緩和によって説明されることが分かった。一方β-Bにおいて励起波長を可変としたPPCの測定を行ったところ、1.5eVのギャップ内に0.2eV刻みで存在するトラップ準位で構成されるバンド構造と対応した光電流値の励起波長・時間依存性が観測され、β-Bの場合には主に一般的な半導体と同様な光電流が観測されていることが分かった。さらに、波長可変PPC測定により、β-Bの光伝導は、伝導帯への電子励起の後、トラップヘの高速な緩和とトラップから伝導帯へのゆっくりとした熱離脱が支配し、結果としてマイクロ秒オーダーから10000秒以上に渡る極めて広いキャリア緩和時間分布が観測されることが明らかになった。本年度は、β菱面体晶ホウ素(β-B)とAl-Cu-Fe準結晶(QC)における光キャリア緩和の観測を目的として、固定励起波長による光伝導の測定をパルス光および変調光を用いて50300Kの各温度において行うと共に、励起波長を可変としたシステムの構築を行った。変調光伝導(MPC)およびパルス光伝導(PPC)の測定を併せて行うことにより、双方の試料において10^<-7>1秒に渡る広い緩和時間帯域で低温から室温に渡って光励起キャリアによる伝導が観測された。また、β-Bにおいては光伝導は温度の増大と共に促進され、熱活性化的であることがわかった。一方QCの光伝導は10^<-3>secより速いキャリア緩和時間帯域ではほとんど温度に依存しないのに対し、10^<-3>secより遅い帯域では温度の増大と共に抑制されることが明らかになった。これらの光伝導の相異なる振る舞いの解明には、フォトルミネセンスの観測よりも、光伝導の励起波長を変化させることによりバンド構造における光励起の深さを変化させて光伝導測定を行う方がより直接的かつ広い条件範囲において測定が可能であると考えられる。従って次年度においては光励起の波長を可変とした光伝導測定を、上記の固定波長における測定と対応する条件で行い、バンド構造と光伝導のメカニズムの関係について明らかにする。また、次年度におけるPPCの励起波長可変測定のため、新たにデジタルオシロスコープを購入しパルスOPO波長可変レーザー励起システムに組み込むことにより励起波長可変システムにおける測定系を構築し、このシステムにおいて測定が可能であることを確認した。また、MPCの励起波長可変測定のために高出力赤外ランプを分光器により分光するシステムを新たに設計し測定系の構築を行った。
「動く身体」をつくる表現運動のカリキュラム検討-実感をともなう題材に注目して-

○研究目的:本研究は横浜国立大学教育人間科学部附属鎌倉小中学校における、連携教育の一貫として、体育の表現運動の教材開発・カリキュラム開発を大きな目的とした。今回の指導要領の改訂では中学1・2年におけるダンスの必修化が示された。表現運動の授業の量的な拡大とともに他領域とは異なる学びの質の深まりを求めなければならない。そこで問題になったのが、9年間のカリキュラムにおける確かな学力(技能を含む)向上をはかるための小学校期における表現運動の強化であった。小中の接続を意識した題材・カリキュラムの開発を進めることを目的とした。○研究方法:昨年度から体育科では具体的に小学3年生での表現運動、「実感をともなう題材」に注目した授業を実践してきた。体育館での創作にとどまらず、美術館で本物の絵を前に踊ったり、海岸で作品をつくったりといった実感をともなう題材の選抜、また、ダンスを専門とする講師やプロフェッショナルの作品鑑賞、図工や音楽といった他教科との合科的なカリキュラムを編成した。○研究成果:より子どもが「実感をともない」自ら感じたままに動き出せる題材を模索し、教材化することで結果、自ら感じたままに表現することのできる「動く身体」をつくることができた。この実践は全国女子体育研究大会で報告され、指導助言者からも評価を受けた。さらに、総合的な学習の時間などの時間枠も使って、指導要領にもある「合科的・関連的な指導」の実践的な授業例として効果的であるし、中央教育審議会でも述べられている「小中の接続」を意識した体育実践が図られると考えている。
家族が認識する看護師の意思決定支援における共同性に関する記述的研究

2018年3月に「人生の最終段階における医療の決定プロセスに関するガイドライン」が改訂され、advance care planning(ACP)の考え方が盛り込まれたことにより、患者・家族と医療・ケアの多専門職種によるチームが共に繰り返し話し合うことの重要性が述べられている。本研究は、ACPを実践するうえで重要なshared decision-makingの概念を手がかりに、代理意思決定をした家族の経験から、意思決定を看護師と「共同で行うこと」に着目する研究であり、家族への新たな意思決定支援方法にむけての基盤構築に資する家族看護学研究である。
多発性骨髄腫治療用ｓｇＲＮＡ薬の開発

多発性骨髄腫は2番目に多い血液がんであり、全世界で年間15万人程の患者がこれにより死亡していると見積もられている。新薬の導入により平均生存年数は延びてきているが、ほとんどの患者でこの薬に対して抵抗性を持つ骨髄腫細胞が出現し再発してしまう。骨髄腫は原因も解明されておらず、成功率の低い骨髄移植以外に治療法もないがんである。我々は、遺伝子発現抑制法TRUE gene silencingを骨髄腫に応用し、患者を治癒に導くことができるsgRNA薬を発見することを長期目標としている。本研究では、sgRNA薬候補の作用機構の一端を解明し、マウスモデルにおけるこのsgRNA薬の腫瘍増殖抑制効果を確認した。本研究の目的は、ヒト骨髄腫細胞に効率よくアポトーシスを誘導するheptamer型sgRNAのアポトーシス誘導機構を解明することと、マウスゼノグラフトモデルにおけるこのsgRNA薬の腫瘍増殖抑制効果を試験することである。初年度は、2つの有望heptamer型sgRNA(H13024とH15540)に関して、そのアポトーシス誘導機構を解析した。この2つのsgRNAは、それぞれがcomplex Iの2つのサブユニットをコードするミトコンドリアmRNAを標的としたheptamer型sgRNAであることが、DNAマイクロアレイ解析により示唆されていた。3味端をAlexa標識したH15540のheptamer型sgRNAを用いて、共焦点レーザー顕微鏡によりヒト骨髄腫細胞RPMI-8226およびKMM-1内の局在を解析したところ、sgRNAの一部はミトコンドリアに移行することが示された。また、3'-RACE法を用いてミトコンドリア内標的mRNAの切断部位をRT-PCRとDNAシークエンシングにて決定することにより、この切断がこれらのsgRNAによりガイドされたtRNase ZLによるものであることが示唆された。更に、sgRNAによる骨髄腫細胞のアポトーシス誘導に活性酸素種の生成が伴うことが示された。以上の結果より、この2つのsgRNAは、細胞に取り込まれた後、一部がミトコンドリアに移行しミトコンドリアmRNAの切断を誘導し、活性酸素種の生成を引き起こすことによりアポトーシスを誘導することが示唆された。また、より優れたheptamer型sgRNAの探索を行い、H3252が上の2つのsgRNAと同等のアポトーシス誘導能を示すことを見出した。平成25年度は、前年度に新たに見出されたheptamer型sgRNA(H3252)に関してそのアポトーシス誘導機構を解析した。このsgRNAのアポトーシス誘導能が、実際にtRNase ZLによる標的mRNAの切断によるものであることを検証するために、3′-RACE法により標的mRNAの切断部位をRT-PCRとDNA sequencingにて決定した。その結果、3′末端配列がtRNaseZLによる切断予想部位の少し上流に対応することが示され、この標的mRNAの切断がtRNaseZLによるものであることが示唆された。また、コード番号H11247とH15860のheptamer型sgRNAについて、flow cytometry解析、caspase試験およびDNA fragmentation解析を行った結果、これらの新規sgRNAがヒト骨髄腫細胞に効率よくアポトーシスを誘導することが示された。最終年度は、平成25年度までの解析により、最も効率の良かった3種類のheptamer型sgRNAに関して、ヒト骨髄腫細胞株KMM-1を免疫不全SCID/NODマウスの皮下に移植したマウスxenograftモデルを用いて、個体レベルでの腫瘍増殖抑制効果を試験した。具体的には、コード番号H11247、H15860、H15540の3種類のheptamer型sgRNAを試験した。KMM-1細胞が皮下に生着したSCID/NODマウスにそれぞれのsgRNA薬を1日1回、5日間局所投与し、その後の腫瘍体積の増加を1,500 mm3に到達するまで観察した。その結果、生理食塩水を投与した対照群マウスと比較して、sgRNA薬を投与した何れのマウス群においても腫瘍の増殖抑制が観察された。特に、コード番号H15540のheptamer型sgRNA薬は際立った効果を示した。今後は、このH15540のheptamer型sgRNAを用いて、全身投与による腫瘍増殖抑制試験や、他の抗がん剤との併用試験を行っていく予定である。

また、がんの微小環境を形成するマクロファージを標的としたsgRNA薬の開発も行う予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度の目標は、ヒト骨髄腫細胞に効率よくアポトーシスを誘導する2つのheptamer型sgRNA(H13024とH15540)に関してそのアポトーシス誘導機構を解明することと、新規有効heptamer型sgRNAの探索を行うことであった。この目標は、「研究実績の概要」に書いたようにほぼ達成された。平成25年度の目標は、初年度に見いだされた新規heptamer型sgRNAに関して、そのアポトーシス誘導機構を解析することと、この新規sgRNAおよびコード番号H13024とH15540のsgRNAを用いて、RPMI-8226やKMM-1以外のヒト骨髄腫細胞株についても、アポトーシス誘導効果を調べることであった。また、年度の終盤には、マウスゼノグラフト実験を開始することができ、当初の計画以上に進展している。当初の計画に従って、平成25年度は、初年度に見いだされた新規heptamer型sgRNAに関して、そのアポトーシス誘導機構の詳細を解析する。また、この新規sgRNAおよびH13024とH15540のsgRNAを用いて、RPMI-8226やKMM-1以外のヒト骨髄腫細胞株についても、アポトーシス誘導効果を調べる。最終年度は、平成25年度までの解析により、最も効率の良かった2種類のheptamer型sgRNAに関して、ヒト骨髄腫細胞KMM-1をSCID/NODマウスの皮下に移植したマウスゼノグラフトモデルを用いて個体レベルでの腫瘍増殖抑制効果を試験する。経費の執行に際し一部費目間流用があったが、ほぼ当初計画通りに執行し18円の執行残が発生した。次年度の計画への影響はないものと判断される。次年度使用額は18円であり、次年度の計画への影響はないものと判断される。
幾何学的手法に基づくランダム粒界構造の解明

対称傾角粒界の構造と有理数の一対一対応を用いて粒界最安定構造を系統的に解析した.また,傾角粒界に存在する階層構造をファレイ数列によって記述した.これにより,指数の大きな傾角粒界であってもファレイ数列を用いることで構造ユニットの配列を精度よく推定することが出来る.このとき,転位間隔は原子の離散性を反映して準周期の一部を実現する.参照構造は粒界エネルギーだけでは決定することができず,現状としては実験および理論計算により適切に特定しなければならない.今後,参照構造の決定条件および粒界最安定原子構造を決定する根源的な理論の構築が望まれる.金属やセラミックス材料は主に多結晶体であり、粒界構造が機能物性に多大な影響を及ぼすことが知られている。対称傾角粒界は、しばしば構造ユニットと呼ばれる多面体の配列で記述でき、その配列を正確に記述することで物性予測に役立つと考えられる。粒界転位同士は局所的に相互作用をすることから、それらが導入される構造ユニット同士は最大限離れるように配置される。その結果、構造ユニットの配列は準周期配列の一部を実現し、有理数の分布との一対一対応が導かれる。一方、さまざまな物理現象に現れるファレイ数列は有理数の分布と深く関連することから、粒界構造ユニットの配列を予測することが可能である。このような数学的手法により、粒界構造ユニットの配列の本質的な原理を明らかにし、計算機シミュレーションなどによらず代数的な取り扱いで粒界構造を予測することに成功した。さらに、傾角が90度までの<001>, <111>粒界の構造はファレイ数列を用いて記述されるが,傾角が180度までの<110>, <112>粒界は,鏡映ファレイ数列によって記述できることが新たに分かった.原子分解能走査透過電子顕微鏡計測を組み合わせることで、様々な物質の粒界構造の予測に応用することができる。また、幾何学的な視点を導入することで、異種界面や非対称傾角粒界の構造予測にも役立てることができる。多結晶体である金属やセラミックス材料は、低指数粒界と「ランダム」粒界に大別されると考えられてきたが、対称傾角粒界ではランダム性とは準周期性の一部であることが実験的に示された。すなわち対称傾角粒界は、局所的に歪んだ構造ユニットの準周期配列の一部で構成される。従来、すべての傾角に対する構造を予測するためには、無限回の操作が必要であるとされてきたが、我々はファレイ数列などの代数的な取り扱いにより、任意の傾角に対する構造ユニットの配列を高精度で予測するアルゴリズムを確立した。この予測をもとに酸化マグネシウムの原子分解能走査透過電子顕微鏡計測結果を解析すると、複数の試料で数十ナノメートルに渡って予測どおりの配列が観察された。ランダム粒界の解明という研究課題について、対称傾角粒界の構造を数学的に予測し実験結果とよい一致を得られた点において、概ね順調に進展していると判断する。セラミックス材料は多結晶体として用いられることが多く,粒界構造に起因した物性発現が注目されている.粒界に無数存在する自由度を単純化するため,バイクリスタル法などにより傾角をコントロールし粒界を作製する手法が有効である.対称傾角粒界は,多くの場合構造ユニットと呼ばれる多面体の配列で記述でき,電子顕微鏡法の発達に伴って,正確な原子配位が得られるようになってきた.粒界には不整合を緩和するため粒界転位が導入され,転位間相互作用により最低エネルギー配位が実現される. 1980年代にSuttonらが提唱したように,粒界構造が2種類の低指数構造ユニットの線形和によって記述できるとき,粒界構造が傾角の関数としてできる限り連続的に変化するためには,転位ユニットが平均的に配置することが必要である.このとき,構造ユニット配列と有理数分布との間に一対一対応が存在する.前年度までの研究で,有理数分布を記述するファレイ数列を用いることにより,効率的に粒界構造ユニットの配列の予測が可能であることを指摘した.本研究では,先ず幾何学的考察から傾角に対応する近似有理数を求め,数理的手法により粒界構造ユニットの配列を予測した.この手法を現物質に応用すべく,3種類の異なる物質・方位の対称傾角粒界[(1)酸化マグネシウム<001>バイクリスタル,(2)イットリア安定化ジルコニア<110>バイクリスタル,(3)酸化亜鉛<0001>配向薄膜]に対して構造の予測と観察を行った。収差補正器搭載の原子分解能走査透過電子顕微鏡(STEM)・高角環状暗視野法によって粒界原子構造が明らかになり,構造ユニットの配列という点では観察結果と予測が数十ナノメートルの範囲にわたってよく一致していた.このような数学的手法と原子分解能STEM観察を組み合わせることで,様々な物質の粒界構造の予測に応用することができると考えられる.本研究では, 3種類の異なる物質・方位の対称傾角粒界[(1)酸化マグネシウム<001>バイクリスタル,(2)イットリア安定化ジルコニア<110>バイクリスタル,(3)酸化亜鉛<0001>配向薄膜]に対し数学的解析法を導入し,構造ユニット配列の予測を行った.原子分解能走査透過電子顕微鏡法により,予測の正しさが実証された.一方で,リーマン・カルタン幾何学に基づく応力場分布の定量的予測は,理論的仮定が強すぎ応用に不向きであることから左程進展させることができなかった.

しかしながら,種々の粒界の構造を効率よく予測できるアルゴリズムを開発した点において,おおむね順調に進展していると判断する.材料は多結晶体として用いられることが多く,内部に種々の格子欠陥を有している.粒界等の欠陥構造が材料の機能特性に多大な影響を及ぼすことから,欠陥に起因する諸現象を詳細に検討するためには,バイクリスタルなどのモデル材料を用いた研究が必要不可欠である.近年の原子分解能収差補正・走査透過型電子顕微鏡の飛躍的な解像度向上と,エネルギー分散型X線分光法の発達により,原子レベルで元素ごとのマッピングを行うことが可能となった.その結果,酸化マグネシウムの傾角粒界面において不純物元素がマグネシウムサイトを置換し,特定の構造ユニットへの選択的偏析現象が観察された.観察結果に基づき理論計算モデルを作成し第一原理計算により置換エネルギーを計算したところ,選択的偏析は局所的な原子構造依存性が大きいことが分かった.対称傾角粒界においては,転位同士の相互作用により粒界転位構造ユニットは最大限に離れて配列すると考えられてきた.しかしながら,実際には幾何学的制約による影響が大きく,整数論的手法を用いて構造ユニット配列の定量的記述が可能である.本研究では粒界構造ユニットの定義について検討し3次元モデルの重要性を認識した.特に酸化亜鉛の対称傾角粒界に関してその手法を適用し,3次元構造を考慮することで系統的にすべての粒界構造を定量的に予測することが可能となった.また,対称傾角粒界における構造ユニット配列の傾角依存性に現れる数理は二種類の周期性が競合する際に普遍的に見られる現象であり,同様の数理が合金の変調構造等にも現れることが先行研究で報告されている.このため,捩り粒界および異相界面においても同様の手法による構造予測が可能であり,周期性を持つ異なる構造が界面を形成する際の構造は,統一的な手法で記述可能であることが分かった.対称傾角粒界の構造と有理数の一対一対応を用いて粒界最安定構造を系統的に解析した.また,傾角粒界に存在する階層構造をファレイ数列によって記述した.これにより,指数の大きな傾角粒界であってもファレイ数列を用いることで構造ユニットの配列を精度よく推定することが出来る.このとき,転位間隔は原子の離散性を反映して準周期の一部を実現する.参照構造は粒界エネルギーだけでは決定することができず,現状としては実験および理論計算により適切に特定しなければならない.今後,参照構造の決定条件および粒界最安定原子構造を決定する根源的な理論の構築が望まれる.今回得られた粒界構造ユニットの代数的取り扱いを応用し、粒界エネルギーを求めることを検討している。粒界エネルギーは主に,弾性エネルギーと粒界転位芯のエネルギーで構成されるが、転位芯エネルギーの平均値は、2種類の構造ユニットの比および配列に依存すると考えられる。通常、低指数対応方位からのずれ角が小さいことなどを仮定し近似を行う場合が多いがそのような近似は行わず、構造ユニットの配列を考慮しつつ組合せ的に粒界エネルギーを計算する。この手法は,いくつかの参照構造についての転位芯エネルギーを与えるだけで、任意のミスフィット角の粒界面に対して適用することができる。現在得られている結果は既存の結果における粒界エネルギーの特徴を捉えており、第一原理などによる理論計算に比して極めて短時間に粒界エネルギーの概形を得ることが期待できる。
弾性殻の大変形シミュレーションとトライポロジー

カーボンナノチューブは曲げや引張りに強く,大きな変形を加えてもなかなか破断しない。本研究ではより一般的な弾性チューブに対して,その基板吸着による大変形を計算機シミュレーションを用いて調べ,物理量のスケーリング解析を行った。モデルとして,以下の3つのエネルギーを考えた。まず各粒子と基板の間には長距離的なファン・デル・クールス相互作用及び近距離的な排除体積相互作用が働いているとする。そのために変形されたレナード・ジョンズ型ポテンシャルを用いた。次に,粒子間をつなぐボンドを自然長を持つバネであるとする。最後に曲率エネルギーも含める。これらのエネルギーの和が最小になるように共役勾配法を用いて計算した。その結果,チューブが変形を受けない場合,曲げエネルギーは曲げ定数に比例する。チューブが大変形を受ける場合,曲げエネルギーは曲げ定数の0.75乗に比例する。この2つの間に,クロスオーバー領域が存在することがわかった。また,全エネルギーをCb/N^2に対してプロットするとサイズ効果がなくなることが判明した。閉じた弾性殻においては二種類の弾性的効果が重要となる。一方の寄与は曲げエネルギーであり、E_bκ∫dAc^2で与えられる。ここで、κは曲げ剛性率、cは平均曲率、dAは面積要素である。他方の寄与は伸長エネルギーであり、E_sG∫dAe^2で与えられる。ここで、Gは二次元のヤング率、eは面内の歪みである。この球殻と平らな基盤の間でファン・デル・ワールス相互作用が働き、球殻が変形する状況を考える。ただし球殻の厚みをhとする。吸着エネルギーと弾性エネルギーがバランスするという条件から、球殻の変位が小さい場合と大きい場合の変位の表式はそれぞれH_<small>R^2u/G^<1/2>κ^<1/2>とH_<large>R^4u^2/G^<1/2>κ^<3/2>のようにスケールする。ただし、uは単位面積当たりのファン・デル・ワールスエネルギー、GC_<11>h、κC_<11>a^2hでaはミクロなカットオフ長、C_<11>は二次元の伸長弾性定数である。さらにこの変形が外部圧力によってもたらさせる場合、変位が球殻の半径Rと同程度になるという条件によって球殻が破壊される臨界圧力を求めると、P_cG^<1/4>κ^<3/4>/R^<5/2>となる。本年度はこのスケーリング則を導いた。さらに二次元の球殻(円環)のシミュレーションを行った。そこでは以前にライブラーらによって二次元のベシクルで用いられた手法を使った。このような円環を二枚の剛体板間に挟み、板間距離を徐々に小さくしていき、エネルギーが最小の状態に対応する円環の配置を共役勾配法によって求めた。その際、板間距離の関数として伸長エネルギーや曲げエネルギーがどのように振舞うかを解析した。さらに板間距離を小さくすることによって起こる円環の挫屈現象を調べた。
カイラル相転移前駆現象の探索

この研究の目的は、カイラル相転移への前駆現象の探索に必要な大立体角測定器の一部の最小単位を開発研究することであった。初年度は、主に、大型BSOクリスタル開発に関係する部分の研究を行った。EGS4によるシミュレーションを行い、BSOクリスタルの大きさや形を決定した。クリスタルは世界最大の大きさであるため、その大型化への過程においては、時間を要したが、縦型のブリッジマン方式によって、所期の大きさの単結晶が得られた。次年度では、大型BSOクリスタルを同時に複数個製造し、電子及びガンマ線ビームに照射してその特性を調べる予定であったが、大型クリスタルの複数個製造に困難をきたした。これは、前年度に確立したと思われていた大型BSOクリスタル製造の技術が未だ確立していないことによるものであった。安定に大型結晶を成長させる技術の確立には、なお時間がかかるようである。この研究は、本来、SPring-8におけるレーザー電子光を用いた実験(カイラル相転移への前駆現象の探索)に使用するガンマ線検出器の開発を行うものである。大型BSOクリスタルの大量生産に困難をきたしたため、平成10年度の予定を変更し、BSOクリスタルに代わるPWOクリスタルの性能を調べることにした。実験はSPring-8のBL11XUビームラインで行われ、PWOクリスタル検出器を用いて、蓄積リング内の残留ガスによる制動輻射光を測定することにより、レーザー電子光ビームのバックグラウンドを測定するとともに、PWOクリスタルの位置分解能のテストも同時に行われた。この測定により、1GeV以上の制動輻射光が、1秒間に最大600個検出された。BL11XUビームラインの直線部は、レーザー電子光ビームラインに比べて、約2倍の長さなので、実際には300Hz程度のバックグラウンドと推定される。これは、レーザー電子光の強度(1×10^6個/s)に比べて十分小さいことが判った。又、8GeVの制動輻射光がPWOにより、精度よく測られ、そのビームの大きさが、0.6mm(RMS)以下であることが判明した。尚、このテスト実験では、前年度に開発したLINUXによるデータ収集プログラムが用いられた。この研究は、カイラル相転移への前駆現象の探索に必要な大立体角測定器の一部の最小単位を開発研究することを目的としている。本年度は、主に、大型BSOクリスタル開発に関係する部分の研究を行った。単結晶の形状は、高さが200mmの正六角錘台で、上底の半径は48φであり、下底の半径は64φである。電子ビームによるBSOクリスタルのエネルギー分解能等の測定は、BSOクリスタルが1つしかつくれなかったために、参考程度のデータとなったが、予想された程度のエネルギー分解能を得ることが出来た。尚、この間に、Java言語を用いたLINUXによるデータ収集プログラムを開拓し、テスト実験に使用した。

今年度は、大型BSOクリスタルを同時に複数個製造し、電子及びガンマ線ビームに照射してその特性を調べる予定であったが、大型クリスタルの複数個製造に困難をきたした。これは、前年度に確立したと思われていた大型BSOクリスタル製造の技術が未だ確立していないことによるものであった。この研究は、本来、SPring-8におけるレーザー電子光を用いた実験(カイラル相転移への前駆現象の探索)に使用するガンマ線検出器の開発を行うものである。大型BSOクリスタルの大量生産に困難をきたしたため、本年度の予定を変更し、レーザー電子光ビームのバックグラウンドを測定することとした。実験はBL11XUビームラインで行われ、PWOクリスタル検出器を用いて、蓄積リング内の残留ガスによる制動輻射光が測定された。この測定により、1GeV以上の制動輻射光が、1秒間に最大500個検出された。BL11XUビームラインの直線部は、レーザー電子光ビームラインに比べて、約2倍の長さなので、実際には300Hz程度のバックグラウンドと推定される。これは、レーザー電子光の強度(1×10^6個/s)に比べて十分小さいことが判った。尚、このテスト実験では、前年度に開発したLINUXによるデータ収集プログラムが用いられた。
自律最適化に基づく低消費電力ダイナミック・リコンフィギャラブルVLSIの開発

リコンフィギャラブルVLSIの消費電力が専用VLSIと比べて十数倍となる問題点がある.また応用範囲の拡大によって,高信頼性・高セキュリティ性が要求されるようになった.本研究では,演算負荷および回路の状態に応じて,電源電圧・演算並列度・故障修復などを自律的にリアルタイムで最適化するアーキテクチャを開拓する.本年度は,以下の研究を実施した.(1)自律細粒度パワーゲーティングに基づく低消費電力アーキテクチャの評価回路モジュールの使用状況を自律的に検出できるという非同期方式の特長を活用して,リコンフィギャラブルVLSIの高速性・低電力性を両立できる,パワーゲーティング及び電源電圧制御を自律的に行う制御方式およびアーキテクチャの評価を行なった.(2)低消費電力・小面積を達成する不揮発ロジックの開発パワーゲーティングでは,記憶素子を含めて電源をオフと記憶状態が消えてしまうため,CMOS回路では記憶素子の電源をオフにして静的消費電力を削減することができない.そこで,電源をオフにしても記憶状態が消えない不揮発索子のフローティングゲートMOSおよび強誘電体を活用した.小面積・低消費電力を実現するため,多値記憶・多値演算一体化技術および演算機能を可変にできる手法を開拓した.(3)低消費電力を達成する同期・非同期ハイブリッドアーキテクチャの試作と評価本研究で提案されている非同期式回路を活用した自律最適化技術を適用すると,回路は無駄な消費電力を大幅に削減できる利点がある.一方,稼働率が高い回路はこのような無駄な消費電力がほとんどなく,回路構成がシンプルな同期式回路のほうが電力効率が良い.本研究では非同期式と同期式それぞれの利点を活かして,それぞれの部分回路が稼働率に応じて同期式回路あるいは非同期式回路に切り替えできるハイブリッドアーキテクチャを提案・試作し,その有効性を明らかにした.リコンフィギャラブルVLSIの消費電力が専用VLSIと比べて十数倍となる問題点がある.また応用範囲の拡大によって,高信頼性・高セキュリティ性が要求されるようになった.本研究では,演算負荷および回路の状態に応じて,電源電圧・演算並列度・故障修復などを自律的にリアルタイムで最適化するアーキテクチャ,また暗号モジュールの情報漏洩を防ぐ高セキュリティリアーキテクチャを開拓する.本年度では,以下の研究を実施した.1.自律的最適化に基づく低消費電力リコンフィギャラブルVLSIのアーキテクチャモデルの確立環境の変化およびVLSI内の使用状況を効率よく収集できるアーキテクチャを開発し,演算器の遅延および利用量に基づき,低消費電力手法である電源電圧制御を自律的に行うアーキテクチャを開拓した.提案アーキテクチャに基づくチップを試作した.従来アーキテクチャと比べ,消費電力を75%に削減できた.2.自律的最適化に基づく低消費電力リコンフィギャラブルVLSIの回路の確立効率のよい非同期アーキテクチャを構成するため,4相2線プロトコルを演算回路に適用することにより小面積性を実現し,LEDRプロトコルをデータ転送に適用することにより高スループット性および低消費電力性を実現している.提案アーキテクチャに基づくチップを試作した.従来の4相2線方式と比べ,ほぼ同じトランジスタ数で,スループットを45%向上させ,消費電力を36%削減している.また,パワーゲーティングでは,記憶素子を含めて電源をオフと記憶状態が消えてしまうため,CMOS回路では記憶素子の電源をオフにして,静的消費電力を削減することができない.そこで,電源をオフにしても記憶状態が消えない不揮発素子のフローティングゲートMOSおよび強誘電体を活用した.また,小面積・低消費電力を実現するため,記憶・演算の一体化が可能である不揮発ロジックを開拓した.リコンフィギャラブルVLSIの消費電力が専用VLSIと比べて十数倍となる問題点がある.また応用範囲の拡大によって,高信頼性・高セキュリティ性が要求されるようになった.本研究では,演算負荷および回路の状態に応じて,電源電圧・演算並列度・故障修復などを自律的にリアルタイムで最適化するアーキテクチャ,また暗号モジュールの情報漏洩を防ぐ高セキュリティリアーキテクチャを開拓する.本年度では,以下の研究を実施した.1.同期・非同期ハイブリッドアーキテクチャの確立非同期式回路はクロックツリーによる消費電力がないため,演算負荷の低い部分回路において電力効率が良い.一方,同期式回路は非同期式回路と比べ構成が簡単であるため,演算負荷の高い部分回路において電力効率が良い.そこで,同期式回路と非同期回路それぞれの利点を活かし,それぞれの部分回路が演算負荷に応じて同期式回路あるいは非同期式回路として動作できる低消費電力アーキテクチャを開発した.2.演算セルの故障予測・検出を行うアーキテクチャの確立縮退故障,オープン故障,ブリッジ故障,遅延故障などのハードウェア故障では,故障の前兆として,遅延が増大する.また,実際に故障が起きた場合,信号の遷移が起こらないため,遅延を無限大と見なすことができる.非同期符号化方式である2線方式では,演算セルの遅延を検出できる.また,束データ方式では,予め演算セルの最大遅延が遅延素子で定義されている.そこで,2線方式で演算セルの実際の遅延を検出し,それを束データ方式で予め定義されている最大遅延を比較することで,回路の故障を検出できるアーキテクチャを開発した.将来的には,検出した情報を基に故障した回路を切り離し,空いている演算セルにマッピングするアーキテクチャを開発する.リコンフィギャラブルVLSIの消費電力が専用VLSIと比べて十数倍となる問題点がある.また応用範囲の拡大によって,高信頼性・高セキュリティ性が要求されるようになった.本研究では,演算負荷および回路の状態に応じて,電源電圧・演算並列度・故障修復などを自律的にリアルタイムで最適化するアーキテクチャを開拓する.本年度は,以下の研究を実施した.

(1)自律細粒度パワーゲーティングに基づく低消費電力アーキテクチャの評価回路モジュールの使用状況を自律的に検出できるという非同期方式の特長を活用して,リコンフィギャラブルVLSIの高速性・低電力性を両立できる,パワーゲーティング及び電源電圧制御を自律的に行う制御方式およびアーキテクチャの評価を行なった.(2)低消費電力・小面積を達成する不揮発ロジックの開発パワーゲーティングでは,記憶素子を含めて電源をオフと記憶状態が消えてしまうため,CMOS回路では記憶素子の電源をオフにして静的消費電力を削減することができない.そこで,電源をオフにしても記憶状態が消えない不揮発索子のフローティングゲートMOSおよび強誘電体を活用した.小面積・低消費電力を実現するため,多値記憶・多値演算一体化技術および演算機能を可変にできる手法を開拓した.(3)低消費電力を達成する同期・非同期ハイブリッドアーキテクチャの試作と評価本研究で提案されている非同期式回路を活用した自律最適化技術を適用すると,回路は無駄な消費電力を大幅に削減できる利点がある.一方,稼働率が高い回路はこのような無駄な消費電力がほとんどなく,回路構成がシンプルな同期式回路のほうが電力効率が良い.本研究では非同期式と同期式それぞれの利点を活かして,それぞれの部分回路が稼働率に応じて同期式回路あるいは非同期式回路に切り替えできるハイブリッドアーキテクチャを提案・試作し,その有効性を明らかにした.
全方位移動型昆虫トレッドミルを用いた昆虫の状況適応的な行動選択過程のモデル化

本研究では,カイコガ雄成虫の雌探索行動を主な観測対象として,昆虫が有する環境・身体の特性と神経情報処理の相互作用から生じる状況適応的な行動選択指標の獲得に取り組む.2018年度は,研究計画に沿って全方位移動型昆虫トレッドミルという新奇の計測系の設計と構築を行い,システムの評価実験を実施した.主に,カイコガの行動計測系と駆動のための制御系設計を行った.全方位移動型昆虫トレッドミルは昆虫(カイコガ)の行動量に応じて移動するため,カイコガは計測装置上にいながら実環境下を匂い源探索する.そのため,従来の特殊環境下での生物実験から脱し,よりリアルな状況下での嗅覚刺激に対する適応行動が計測可能となる.カイコガは多脚昆虫であることから進行方向に対して直行する方向にも移動することが考えられる.そこで,全方位移動型昆虫トレッドミルの駆動系には全方向に移動可能なオムニホイールを採用し,カイコガの移動量を制約無しに反映するようにした.全方位移動型昆虫トレッドミル自体の移動速度はトレッドミルで計測されるカイコガの移動速度と同じになるように制御器を構築した.全方位移動型昆虫トレッドミルのカイコガ行動計測系と移動のための駆動系の評価実験として,全方位移動型昆虫トレッドミルにカイコガを配置し,フェロモン源探索を行わせた.その結果,システムは探索の初期姿勢に関係なくフェロモン源に定位可能であった.このことから,全方位移動型昆虫トレッドミルの基礎設計に成功した.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
全ての樹状細胞サブセットに共通の新規前駆細胞の同定・純化

樹状細胞は全身に分布し、異なる機能を持つ様々なサブセットが存在する。しかし、その分化起源は長い間不明であった。研究代表者はマウス骨髄から、樹状細胞サブセットのみに分化する共通樹状細胞前駆細胞を同定・純化した。この結果により、異なる樹状細胞サブセットが同一の前駆細胞から由来することが証明された。この発見は血液細胞分化経路図に樹状細胞分化経路を新たに追加することが出来た大変重要な研究成果である。本研究で、我々はDC分化に重要と考えられているサイトカイン受容体Flt3とM-CSFRの発現を指標にしてマウス骨髄から、in vitro及in vivoにおいてDCサブセットのみに分化する共通樹状細胞前駆細胞(common dendritic progenitor;CDP)を世界で初めて発見した(Nature Immunol.;8,1207-16,(2007))。このCDPはin vitrocolony assayにおいて、他の血球系列(骨髄系、赤芽球系、pre-B細胞)へはほとんど分化せず、Flt3リガンドを用いて培養すると、95%以上がCD11c^+MHC class II^+ DCへと分化した。このCDPを未処理のNew bomマウスに移植したところ、脾臓、骨髄とリンパ節においてpDC及びcDCのみに分化した。さらに、マウスstromal cellとFlt3リガンドとの共培養実験から、単一のCDPがpDC、cDCあるいはpDCとcDCに分化した。また、CDPはその分化能に一致しるように樹状細胞分化に重要なサイトカイン受容体及び転写因子を他の前駆細胞と比較して高度に発現していた。これらの研究成果に基づき今後は、新たに発見したこのCDPの下流に存在すると予想されるpDCあるいはcDCだけにコミットした前駆細胞の同定を試みる。さらにこれらDCサブセットへコミットした前駆細胞群、骨髄系前駆細胞、リンパ球系前駆細胞を用いて包括的な遺伝子発現プロファイルリングを解析し、DCさらにはDCサブセットの分化、機能に特異的な新規遺伝子の同定を試みる。これらのアプローチにより、細胞レベル、分子レベルにおける樹状細胞分化機構を明らかにすることを目的とする。マウス二次リンパ組織内には、ウイルス核酸成分やCpGに反応し、大量のI型インターフェロンを産生する形質細胞様樹状細胞(plasmacytoid dendritic cell : pDC)や、強力なクロスプレゼンテーション能力を持つCD8α^+DCを代表とする古典的樹状細胞サブセット(conventional DC : cDC)といった機能の異なるDCサブセットが存在している。これらの2つDCサブセットは、同一の前駆細胞から由来するのか、あるいはそれぞれ異なる前駆細胞由来するのか、その分化起源は長い間不明であった。研究代表者はDC分化に重要なサイトカイン受容体Flt3とM-CSF受容体の発現を指標にして世界で初めてDCサブセットのみに分化するマウス共通DC前駆細胞(common dendritic cell progenitor : CDP)をマウス骨髄から同定・純化に成功した(Nature Immunol.8 : 1207-12(2007))。このCDPを用いて、in vitroにおけるクローナルアッセイを行ったところ、1つのCDPからpDCとcDCに分化するbipotentialなクローン、pDCのみ、あるいはcDCのみに分化するuni-potentialなクローンが存在することが明らかとなった。さらにin vivoにおいても、CDPを移植した定常状態のマウスの脾臓、リンパ節、骨髄において、CDPはpDCとcDCのみに分化した。これらの結果は、異なる,エフェクター機能を持ち抗原提示細胞であるpDCとcDCが同一の起源(CDP)から由来することを見事に証明した。これらの研究成果は、血液細胞分化系譜にDC分化経路図を追加した学術的に非常に重要な発見である。また、Flt3-ligandx GM-CSFダブルノックアウトマウスを作製し、DCサブセットやDC前駆細胞数を検討したところ、Flt3-ligandノックアウトマウスよりもさらに、DCサブセットや前駆細胞数が減少していたが、その機能には差がないことを見出した(Blood in press(2009))。これら2年間に及ぶ研究成果は、当初予定していた研究目的はほぼ達成され、CDPの発見により研究代表者は国際的にも高い評価を得た。さらに現在のDC分化研究はCDPを中心に遂行・議論されている。一方で、DC分化・機能及びDC特異的分化プログラムの研究は現在進行中で今後の重要な課題である。
PlGFを用いた慢性腎臓病における心血管病，腎障害進展の新規予測法と治療法の確立

PlGFは慢性腎臓病における炎症や低栄養と相関し,腎機能低下の重症度と比例して増加した.また,慢性腎臓病患者でPlGF濃度は心血管疾患や総死亡の独立した予測因子になることが明らかになった.心血管疾患の2年間の発症予測モデルにおいて,PlGFの予測能は既知のバイオマーカーであるBNPと比べても遜色なく,またPlGFとBNPを併用することで予測能の向上が得られた.また,これらの研究結果は慢性腎臓病症例のみならず,血液透析や腹膜透析などの透析患者でも同等であることが確認された.これらの臨床データを基礎として,ヒト腎組織や腎不全マウスの血管病変とPlGFの関連性について検討し,現在解析を進めている.慢性腎臓病は心血管病と末期腎不全の2つの発症リスクを有しているが,古典的な降圧剤や脂質代謝改善薬が両リスクの軽減に対する有効性は乏しい.分子機序に立脚した新規治療法が期待されているが,われわれは血管内皮増殖因子(VEGF)ファミリーの1つである胎盤増殖因子(PlGF)が基礎的かつ臨床的に動脈硬化疾患に関与することを証明してきた(Kidney int. 2014, J Am Soc Nephrol. 2015).本研究の目的は慢性腎臓病における心血管疾患あるいは末期腎不全発症の新規バイオマーカーとしての血中PlGF濃度の有益性を証明し,PlGFアンタゴニストの投与が心血管疾患かつ腎硬化症の治療薬としての臨床応用に道筋を立てることを目的としている.維持透析患者205名の検討では,PlGFは総死亡,心血管疾患に対する独立した危険因子であり,VEGFよりも予測因子として優れていた.さらに,年齢,血清アルブミン,冠動脈疾患の既往,脳性Na利尿ペプチド(BNP)にPlGFを加えたモデルではイベントの予測診断能がC統計で0.795と著明に向上した.この研究成果は論文化している(Am J Nephrol. 42: 117-125, 2015).現在はPlGFと腎予後の関連性の調査を進めると同時にPlGF抗体でヒト腎生検組織を染色している.平成27年度は臨床的には1000人以上の症例に対して測定したPlGFと慢性腎臓病ならびに維持透析患者の総死亡や心血管疾患の発症について解析した結果,上記の成績を得た.本年度はPlGFと腎生検組織ならびに腎予後との関連を解析するとともに腎組織の局在化を明確にするため,PlGF抗体でヒト腎生検組織を染色中である.慢性腎臓病は心血管病と末期腎不全の2つの発症リスクを有しているが,古典的な降圧剤や脂質代謝改善薬が両リスクの軽減に対する有効性は乏しい.分子機序に立脚した新規治療法が期待されているが,われわれは血管内皮増殖因子(VEGF)ファミリーの1つである胎盤増殖因子(PlGF)が基礎的かつ臨床的に動脈硬化疾患に関与することを証明してきた(Kidney int. 2014, J Am Soc Nephrol. 2015).本研究の目的は慢性腎臓病における心血管疾患あるいは末期腎不全発症の新規バイオマーカーとしての血中PlGF濃度の有益性を証明し,PlGFアンタゴニストの投与が心血管疾患かつ腎硬化症の治療薬としての臨床応用に道筋を立てることを目的としている.維持透析患者205名の検討では,血中PlGF濃度は総死亡,心血管疾患に対する独立した危険因子であり,VEGFよりも予測因子として優れていた.さらに,年齢,血清アルブミン,冠動脈疾患の既往,脳性利尿ペプチド(BNP)にPlGFを加えたモデルではイベントの予測診断能がC統計で0.795と著明に向上した.この研究成果は既に論文化している(Am J Nephrol. 42: 117-125, 2015).また,40名の腹膜透析患者の検討では,血中PlGF濃度は腹膜機能と有意な正の相関を示し,腹膜透析の離脱ならびに心血管イベントの予測に優れていることを公表した(Cardiorenal Med. 6: 251-259, 2016).平成28年度は臨床的には維持透析患者の総死亡や心血管疾患の発症について解析した結果,上記の成績を得た.また,1300人の症例に対して測定したPlGFは,透析導入ならびにクレアチニンの倍化で規定した腎予後と独立した関連性を有することも分かっており,現在統計解析中である.PlGFの血中濃度が低いためか,ヒト腎生検組織において,PlGF抗体は不染であった.現在,5/6腎摘出を施行したマウスを用いた実験系で,腎細動脈に対するPlGF/Flt-1系の作用機序を調査している慢性腎臓病はその発症率の高さから新たな国民病と周知されるとともに,高率に心血管疾患を合併する予後不良な疾患群に属する.心血管疾患の合併を予防する様々な試みがなされているが,現状では効果的な検査法や治療法は存在しない.本研究では,新たな血管新生因子である血中胎盤増殖因子(PlGF)を用いて,心血管疾患の早期診断に繋がるかをまず検討した.血中PlGF濃度は慢性腎臓病における炎症や低栄養と相関し,腎機能低下の重症度と比例して増加した.また,慢性腎臓病患者で血中PlGF濃度は心血管疾患や総死亡の強い予測因子になることが明らかになった.

具体的には,血中PlGF濃度が10.1pg/mL以下の患者群に比べて,19.6pg/mL以上の患者群では3.87倍の死亡リスク,8.42倍の心血管疾患の発症リスクを有する.心血管疾患の2年間の発症予測モデルにおいて,PlGFの予測能は既知のバイオマーカーである脳性利尿ペプチド(BNP)と比べても遜色なく,またPlGFとBNPを併用することで有意な予測能の向上が得られた.また,これらの研究結果は慢性腎臓病の患者のみならず,血液透析や腹膜透析などの透析患者でも同等であることが確認された.一方で,血中血管内皮増殖因子(VEGF)濃度は総死亡や心血管疾患の発症と全く相関が得られなかった.以上より,ヒトにおいてPlGFは新たな心血管病のバイオマーカーになることが示唆され,その臨床応用への展開は心血管病に対して早期治療を実現できるものとする.さらにわれわれは,これらの臨床データを基礎として,ヒト腎組織や腎不全マウスの血管病変とPlGFの関連性について検討し,現在解析を進めている.PlGFは慢性腎臓病における炎症や低栄養と相関し,腎機能低下の重症度と比例して増加した.また,慢性腎臓病患者でPlGF濃度は心血管疾患や総死亡の独立した予測因子になることが明らかになった.心血管疾患の2年間の発症予測モデルにおいて,PlGFの予測能は既知のバイオマーカーであるBNPと比べても遜色なく,またPlGFとBNPを併用することで予測能の向上が得られた.また,これらの研究結果は慢性腎臓病症例のみならず,血液透析や腹膜透析などの透析患者でも同等であることが確認された.これらの臨床データを基礎として,ヒト腎組織や腎不全マウスの血管病変とPlGFの関連性について検討し,現在解析を進めている.実験を共にする若手研究員が確保できるため,臨床的のみならず基礎的な実験を遂行していく.最初は動脈硬化自然発症マウスであるApoEノックアウトマウスを使用する予定であるが,期待された結果が得られないなら,PlGFのアンタゴニストであるsFlt-1のノックアウトマウスを用いて実験を遂行する.実験を共にする若手研究員が確保できたため,臨床的のみならず基礎的な実験を遂行している.PlGFのアンタゴニストであるsFlt-1のノックアウトマウスを用いて,糖尿病や一側尿管結紮,5/6腎摘モデルなど様々モデルを作成して,腎に対する影響を見る.腎臓