hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遺伝性神経疾患における軸索輸送キネシンKIF1Aの制御メカニズムの破綻

KIF1Aは軸索輸送を担うモータータンパク質である。バキュロウイルスを用いることでヒトKIF1A全長に赤色蛍光タンパク質であるmScarletを融合したリコンビナントタンパク質を昆虫細胞sf9に発現し、精製することに成功した。精製したKIF1A::mScarletを用いて全反射蛍光顕微鏡を用いた1分子アッセイを行った。その結果、全長KIF1Aはprocessiveに微小管上を動くことがわかった。次に神経疾患を引き起こすKIF1A遺伝子の点変異を導入したKIF1A::mScarletを用いることで同じアッセイを行った。その結果、3つの変異体で微小管への結合が上昇することがわかった。さらに二つの変異体については速度が上昇していた。これらのデータは疾患変異がKIF1Aの活性を亢進していることを示唆している。線虫ではUNC-104とよばれるキネシンがKIF1Aのホモログとなる。ヒトに疾患を引き起こすようなアミノ酸部位は線虫でも保存されている。そこでゲノム編集を用いることで疾患原因となる点変異を導入した疾患モデル線虫を作製した。この線虫の表現型を解析したところ、ダイニンのloss of function型変異体と同様にシナプス小胞が軸索末端に集積することがわかった。シナプス小胞前駆体の軸索輸送をタイムラプス顕微鏡法で解析したところ、軸索輸送の量が増加していた。異常のことから、神経疾患を引き起こす点変異は軸索輸送モーターKIF1Aの活性を亢進し、軸索輸送を活発にすることが明らかとなった。現在、論文を投稿準備中である。研究計画に述べた実験はすべて終えて、すでに論文を投稿準備中である。また、KIF1Aの尾部には、これまで知られていなかった「微小管上におけるKIF1Aの動きをコントロールする機能ドメイン」が存在することを示唆する新たなデータが得られた。「KIF1Aを含むkinesin3ファミリーは不活性化状態ではモノマーであり、カーゴに結合するとダイマーを形成して活性化する」という定説と異なり、「ヒトKIF1Aは最初からダイマーとして存在しており、自己阻害によってのみ制御される」ことを示唆するデータが得られている。そのため本研究計画は当初の予想以上に進展していると言える。論文を投稿し、査読者のコメントに沿って追加実験を行う。それに加えて、「現在までの進捗状況」に述べたようにKIF1Aの尾部には、これまで知られていなかった「微小管上におけるKIF1Aの動きをコントロールする機能ドメインが存在すること」「ヒトKIF1Aは最初からダイマーとして存在しており、自己阻害によってのみ制御されること」を示唆する新たなデータが得られた。これまでは1分子解析はアメリカにおける共同研究先であるRichard McKenney助教授研究室で行ってきたが、McKenney助教授の助言を受けながら日本の所属研究機関においても1分子解析を行う実験系を立ち上げて研究を発展させる。内定年度:2017シナプス小胞の軸索輸送に関与する分子モータータンパク質KIF1Aは自己阻害と呼ばれるメカニズムによって制御されている。例えるならば、KIF1Aは自動車であり、自己阻害はそのブレーキに当たる。KIF1Aの変異が自己阻害によるブレーキに異常を起こし、神経疾患を引き起こすメカニズムを解析するために、まずCOS-7細胞に変異型KIF1Aを発現して細胞を破砕し、その上清を用いて1分子アッセイを行った。その結果、3つの変異型KIF1Aで微小管への結合割合が増えていることがわかった。これは神経疾患を引き起こすKIF1Aの変異が自己阻害によるブレーキの破綻を引き起こしていることを示唆する。線虫は神経細胞生物学の優れたモデルである。上記の実験で同定したヒトKIF1Aで自己阻害に関与しているアミノ酸はすべて線虫のKIF1AホモログであるUNC-104においても保存されている。そこでCRISPR/cas9法を用いたゲノム編集を用いた変異の導入により疾患も出る線虫の作成を行った。その結果、3つの変異のうち、2つは導入に成功した。この二つの変異体を疾患モデル線虫として解析することにした。シナプス小胞マーカーであるGFP::RAB-3をmig-13プロモーターによって発現してタイプラプス解析を行ったところ、シナプス小胞の軸索輸送が増えていることがわかった。また、疾患モデル線虫ではシナプス小胞が本来存在しない軸索末端や樹状突起といった部位に異所局在することがわかった。1分子アッセイの系が予想以上うまくいき、KIF1A変異のうち3つの家系から分離した変異で自己阻害によるブレーキが失われていることがわかった。CRISPR/cas9を用いた疾患モデル線虫は2家系分作製することに成功した。これを用いた解析により疾患モデル線虫では軸索輸送が亢進していることを明らかにすることができた。

さらに二つの変異体については速度が上昇していた。これらのデータは疾患変異がKIF1Aの活性を亢進していることを示唆している。線虫ではUNC-104とよばれるキネシンがKIF1Aのホモログとなる。ヒトに疾患を引き起こすようなアミノ酸部位は線虫でも保存されている。そこでゲノム編集を用いることで疾患原因となる点変異を導入した疾患モデル線虫を作製した。この線虫の表現型を解析したところ、ダイニンのloss of function型変異体と同様にシナプス小胞が軸索末端に集積することがわかった。シナプス小胞前駆体の軸索輸送をタイムラプス顕微鏡法で解析したところ、軸索輸送の量が増加していた。異常のことから、神経疾患を引き起こす点変異は軸索輸送モーターKIF1Aの活性を亢進し、軸索輸送を活発にすることが明らかとなった。現在、論文を投稿準備中である。研究計画に述べた実験はすべて終えて、すでに論文を投稿準備中である。また、KIF1Aの尾部には、これまで知られていなかった「微小管上におけるKIF1Aの動きをコントロールする機能ドメイン」が存在することを示唆する新たなデータが得られた。「KIF1Aを含むkinesin3ファミリーは不活性化状態ではモノマーであり、カーゴに結合するとダイマーを形成して活性化する」という定説と異なり、「ヒトKIF1Aは最初からダイマーとして存在しており、自己阻害によってのみ制御される」ことを示唆するデータが得られている。そのため本研究計画は当初の予想以上に進展していると言える。培養細胞の上清を用いた1分子解析で神経疾患において軸索輸送モーターの機能が亢進していることは十分に示せているが、「よりきれいな系」においてこれを示したい。そのためにバキュロウイルスを用いてヒトKIF1A全長を発現・精製し、1分子アッセイを実施する。論文を投稿し、査読者のコメントに沿って追加実験を行う。それに加えて、「現在までの進捗状況」に述べたようにKIF1Aの尾部には、これまで知られていなかった「微小管上におけるKIF1Aの動きをコントロールする機能ドメインが存在すること」「ヒトKIF1Aは最初からダイマーとして存在しており、自己阻害によってのみ制御されること」を示唆する新たなデータが得られた。これまでは1分子解析はアメリカにおける共同研究先であるRichard McKenney助教授研究室で行ってきたが、McKenney助教授の助言を受けながら日本の所属研究機関においても1分子解析を行う実験系を立ち上げて研究を発展させる。
寄生者が害虫の変態を操作する：寄主昆虫の内分泌系をめぐる寄生バチと寄生バエの攻防

平成27年度までの調査で、ハエが寄生した場合は、ハチの有無に関わらず、未寄生時よりも寄主の前蛹化が約1日早まることが明らかとなり、ハエが寄主の変態(前蛹化)を積極的に操作している可能性が示唆された。そこで、平成28年度はまず寄主の発育とハエの発育との関係を詳しく調査した。4齢0日目、5齢0日目、6齢(終齢)0日目に、ハエを1回だけ産卵寄生させた寄主を経時的に解剖して、ハエ幼虫の齢と大きさの変化を詳細に調査した。寄生時の寄主齢が進むほどハエの発育日数は短くなった。ハエ幼虫は、寄主が4ー5齢の間は中腸壁と囲食膜の隙間で1齢のまま待機し、寄主が6齢(終齢)になると2齢に脱皮、さらに未寄生時よりも1日早い終齢4ー5日目に寄主の囲食膜を排出(ガットパージ)させ、3齢に脱皮した。次に、ハエを寄生させた4齢寄主からハエ1齢幼虫を取り出し、5齢と6齢の寄主にそれぞれ移植した場合、寄生から囲蛹化までのハエの発育日数は5齢の移植で13日、6齢移植で9日と有意に違いが見られた。これらのことから、寄主の発育とハエの発育は密接な関係を持ち、寄主の前蛹化を早める作用を行うのはハエ2齢幼虫である可能性が示唆された。平成28年度は、寄生バエが積極的に寄主の前蛹化を誘導するという現象を見いだし、その要因を解明するために寄生バエと寄主の発育の関係を詳細に調査した。その結果、ハエと寄主の発育は密接な関係を持ち、ハエが2齢時に必ず寄主がガットパージすること、さらにハエ2齢幼虫が特定の酵素を分泌し寄主の囲食膜を分解している可能性があることなどを明らかにした。平成28年度中にこれらの実験結果を学会で発表し、論文作成の準備にも取りかかったことから、期待通り研究が進展したといえる。今後は、ハエ2齢幼虫が中腸で分泌する酵素の同定を行う必要がある。また、寄生者が寄主の変態ホルモンの分泌に影響を与えることで変態を操作している可能性についても検証する必要がある。チョウ目幼虫の中腸に寄生するノコギリハリバエ(以下、ハエ)の幼虫は、寄主が摂食活動を終えて前蛹にならないと発育できない。一方、血体腔に寄生するカリヤコマユバチ(以下、ハチ)は、寄主が蛹になり表皮が硬化すると寄主から脱出できないなどの理由により、寄主の発育を制御し蛹化を遅延させる。対立した関係にある両者を同時にアワヨトウ終齢幼虫に寄生させた場合、高い確率で寄主は前蛹化し、ハエだけが脱出してくる。すなわち、ハエがハチによる寄主の変態制御を無効化して前蛹化を促していると考えられる。本研究では、ハエの重複寄生がハチによる寄主の内分泌コントロールに拮抗するメカニズムを解明することを目的とする。本研究の成果は複数の寄生性昆虫の種間相互作用を明らかにすることで、これらの昆虫の天敵としての利用技術開発に貢献するだけでなく、害虫の変態・内分泌コントロールに関わる新奇的な知見を与えるものと期待される。今年度は、ハエとハチを重複寄生させた際に寄主体内で起こる現象を把握するために、両寄生者を寄生させた寄主をステージ毎に細かく解剖し、未寄生や単独寄生の寄主と比較することで、寄主体内における両寄生者の挙動や発育を明らかにした。ハエは中腸壁と囲食膜の間で2齢初期まで成長し、寄主45日齢時に囲食膜を排出させ、寄主の前蛹化後に急速に発育が進行した。一方、ハチは血体腔で2齢まで発育したが、ハエの消化作用により寄主が死亡した頃にハチも死亡することが分かった。また、ハエの寄生は、ハチの有無に関わらず、未寄生時よりも寄主の前蛹化を早めることや、重複寄生時にはハチによる寄主の前胸腺の制御が働いている可能性が高いにもかかわらず前蛹化が引き起こされることなどを明らかにした。研究材料であるアワヨトウ、ノコギリハリバエ、カリヤコマユバチの系統維持および実験観察は問題なくできており、安定して研究が進められた。今年度は、寄主体内における両寄生者の挙動や発育を詳しく調べ、寄生者と寄主の発育との相互関係やハチが死亡する時期および要因を明らかにし、次年度以降の実験の方針を定めることができた。これらの結果について、学会で口頭発表を行った。

ハエ幼虫は、寄主が4ー5齢の間は中腸壁と囲食膜の隙間で1齢のまま待機し、寄主が6齢(終齢)になると2齢に脱皮、さらに未寄生時よりも1日早い終齢4ー5日目に寄主の囲食膜を排出(ガットパージ)させ、3齢に脱皮した。次に、ハエを寄生させた4齢寄主からハエ1齢幼虫を取り出し、5齢と6齢の寄主にそれぞれ移植した場合、寄生から囲蛹化までのハエの発育日数は5齢の移植で13日、6齢移植で9日と有意に違いが見られた。これらのことから、寄主の発育とハエの発育は密接な関係を持ち、寄主の前蛹化を早める作用を行うのはハエ2齢幼虫である可能性が示唆された。平成28年度は、寄生バエが積極的に寄主の前蛹化を誘導するという現象を見いだし、その要因を解明するために寄生バエと寄主の発育の関係を詳細に調査した。その結果、ハエと寄主の発育は密接な関係を持ち、ハエが2齢時に必ず寄主がガットパージすること、さらにハエ2齢幼虫が特定の酵素を分泌し寄主の囲食膜を分解している可能性があることなどを明らかにした。平成28年度中にこれらの実験結果を学会で発表し、論文作成の準備にも取りかかったことから、期待通り研究が進展したといえる。次年度以降は、寄主体内における変態ホルモンの動態調査、寄主由来の変態ホルモンの影響を排除した寄主遊離腹部への寄生実験、条件を操作した寄主に生きた寄生者を移植する実験などを行い、寄主の前蛹化が引き起こされる要因を特定する予定である。今後は、ハエ2齢幼虫が中腸で分泌する酵素の同定を行う必要がある。また、寄生者が寄主の変態ホルモンの分泌に影響を与えることで変態を操作している可能性についても検証する必要がある。
泌尿器科手術における回収式自己血輸血方法の応用に関する実験的研究

泌尿器科手術における術中回収式自己血輸血方法は、尿が混じった吸引液から尿成分を分離できるかどうかという問題、感染尿による細菌汚染の場合、赤血球と細菌を分離できるかどうかという問題、それに癌患者の手術において、吸引液に癌細胞が混じる可能性があり、赤血球と癌細胞を分離できるかどうかといった問題がある。これらの問題点を検討すべく、今回、以下のごとくの実験をおこなった。1.実験方法。(1)血液と尿の分離について:血液と尿を混ぜ、術中回収式システムであるCell Saverで赤血球を分離し、生理食塩水で洗浄して濃厚赤血球液として返血バッグに回収した。尿と回収した濃厚赤血球液を生化学的に検討した。(2)細菌の分離について:尿に菌液をいれ、菌数を調整後血液を混ぜ、Cell Saverで処理して回収できた濃厚赤血球液の細菌学的検査をおこなった。用いた菌株は4種類であった。(3)腫瘍細胞の分離について:用いた細胞種は、ヒト膀胱癌由来のKK47と、ヒト腎細胞癌由来のACHNで、血液と尿を混ぜたのち、10^7個の腫瘍細胞浮遊液を混ぜた。Cell Saverで処理して回収した濃厚赤血球液について、PapanicolaouおよびGiemsa染色で細胞成分の検討をおこなった。2.結果。(1)尿中で高値であった尿素窒素、クレアチニン、リン、それに尿酸は、回収した濃厚赤血球液中ではほぼ完全に除去されており、また、尿中のカリウムとカルシウムも濃厚赤血球液中では低下していた。(2)4種類の細菌は、それぞれの濃厚赤血球液すべての検体で検出された。(3)2種類の癌細胞は、それぞれの濃厚赤血球液の検体ですべて検出された。今回の検討結果から、術野に細菌尿や腫瘍細胞が混入する可能性があれば、術中回収式自己血輸血は禁忌と考えられた。1.実験方法。2.結果。
脳の初期発生における新規遺伝子arfの機能解析

我々は、ゼブラフィッシュの初期発生過程において、頭部が形成される予定領域に特異的な発現を示す新規遺伝子arf(anterior brain regulating factor)を同定しており、本研究では、arf遺伝子の機能解析を行った。まず、arf遺伝子の発現領域をWhole-mount in situ hybridization法により詳細に調べた結果、(1)arf遺伝子は、原腸陥入後期から前脳や中脳へと分化する予定領域に強く発現していること、および体節期には、新たに形成された体節に発現していることが分かった。次に、arf遺伝子の機能阻害実験をモルフォリノ・アンチセンスオリゴ(arf-MO)を用いて解析を行った。(2)arf-MOによるarf遺伝子の機能阻害により、予定前脳や中脳領域の低形成および体幹部の著しい屈曲が認められた。これらの異常は、arf遺伝子の発現領域と強い相関性が認められた。このことから、arf遺伝子が脳および体節の形成に関与している可能性が示唆された。これらの異常が、細胞死の亢進によるものかTUNEL法を用いて調べた。(3)頭部や体幹部に加え、かなり広範囲での細胞死が検出された。最後に、arf遺伝子のmRNAを合成し、ゼブラフィッシュ胚にインジェクションし、強発現実験を行った。(4)10体節期と受精後24時間の胚を詳細に調べてみたが、形態上の変化は特に認められなかった。arf RNAの量やマーカー遺伝子に対する効果を詳細に解析する必要がある。本研究により、arf遺伝子が、ゼブラフィッシュの初期発生において、頭部の領域化や体節の形成過程を制御している可能性が示唆された。今後、arf遺伝子が、どのような分子メカニズムを介して制御しているか明らかにしていく必要がある。arf(anterior brain regulating factor)遺伝子は、ゼブラフィッシュの脳の初期発生に関与することが予想される新規の遺伝子である。私たちは、この遺伝子の機能を解明するために、次のような実験を行った。1.以前の研究により、arfが、将来、前脳を形成する予定領域で発現することが分かっていたが、今回、さらに体節にも発現していることが明らかになった。モルフォリノオリゴヌクレオチド(MO)を用いてarfの機能を抑制した胚(arf-MO)において、体幹部の著しい屈曲が見られることも考えあわせると、arfが脳の形成以外に、体節の形成にも関与している可能性がある。3.arf-MOにおいて形態学的な細胞死が観察されていたので、これをさらにTUNEL法で詳細に調べた所、予想に反して、細胞死は全身に認められ、頭部のみに限局してはいないことが分かった。4.arf-MOにおける神経軸索の走行を抗acetylated αtubulin抗体で調べているが、現時点ではまだデータが出ていない。平成16年度における本研究によって、arf遺伝子が脳の形成のみならず、体節や血球細胞の形成にも関与している可能性が示唆された。おそらく、この遺伝子は、ゼブラフィッシュの初期発生において多様な役割を担っているきわめて重要な遺伝子の一つであると考えられる。

次に、arf遺伝子の機能阻害実験をモルフォリノ・アンチセンスオリゴ(arf-MO)を用いて解析を行った。(2)arf-MOによるarf遺伝子の機能阻害により、予定前脳や中脳領域の低形成および体幹部の著しい屈曲が認められた。これらの異常は、arf遺伝子の発現領域と強い相関性が認められた。このことから、arf遺伝子が脳および体節の形成に関与している可能性が示唆された。これらの異常が、細胞死の亢進によるものかTUNEL法を用いて調べた。(3)頭部や体幹部に加え、かなり広範囲での細胞死が検出された。arf遺伝子は、液性因子と考えられるので、広範囲に影響を与えていることが考えられた。そこで、arf遺伝子のmRNAを合成し、ゼブラフィッシュ胚にインジェクションし、強発現実験を行った。(4)10体節期と受精後24時間の胚を詳細に調べてみたが、形態上の変化は特に認められなかった。以上の結果から、arf遺伝子が、ゼブラフィッシュの初期発生において、頭部の領域化や体節の形成過程を制御している可能性が示唆されたが、今後、arf遺伝子が、どのような分子メカニズムを介して制御しているか明らかにしていく必要がある。
電子顕微鏡ならびに原子間力顕微鏡による細胞膜微細構造解析

平成14年度は試料作製法の実際的な手技を確立することを目的に研究を行った.A.メッシュの仕様,レプリカの回収と電子顕微鏡観察について1.単孔メッシュにフォルムバール支持膜を張り,炭素蒸着を施すことによって補強した.2.白金ならびに炭素蒸着したレプリカ面が支持膜に接着するように上記のメッシュでレプリカを回収する.3.膜の疎水性面の観察:レプリカを透過型電子顕微鏡で,極低倍から高倍率まで,種々の倍率で観察,写真撮影を行う.B.原子間力顕微鏡観察法について1.洗浄したカバーグラスに蒸留水を一滴たらし,その水滴にTEM観察した単孔メッシュを浮かべる.水を濾紙で吸い取り,乾燥させて,単孔メッシュをガラス面に付着させる.ついで,フォルムバール膜をガラス面に残すようにして,単孔メッシュを取り除く.フォルムバール膜に付着したレプリカ膜(生体膜monolayer)の親水性表面を走査プローブ顕微鏡エクスプローラ(現有機器)で観察する.C.電子顕微鏡ならびに原子間力顕微鏡による同一部位観察の試みについてグルタミン酸受容体δの免疫標識を行ったラット小脳のレプリカの観察結果を以下に記す.透過電顕観察によって,免疫標識がプルキンエ細胞シナプス後膜のE面に認められた.同一部位を原子間力顕微鏡で見出すことは可能であった.高倍率観察によって直径10nm程度の粒状構造がシナプス後膜の表面に密集して存在していることが明らかになった.標識に使用コロイド金粒子の径が10nmであったために,膜表面粒子との識別は困難であった.本結果より,電子顕微鏡ならびに原子間力顕微鏡による同一部位観察は可能であることが明らかになった.平成14年度は試料作製法の実際的な手技を確立することを目的に研究を行った.A.メッシュの仕様,レプリカの回収と電子顕微鏡観察について1.単孔メッシュにフォルムバール支持膜を張り,炭素蒸着を施すことによって補強した.2.白金ならびに炭素蒸着したレプリカ面が支持膜に接着するように上記のメッシュでレプリカを回収する.3.膜の疎水性面の観察:レプリカを透過型電子顕微鏡で,極低倍から高倍率まで,種々の倍率で観察,写真撮影を行う.B.原子間力顕微鏡観察法について1.洗浄したカバーグラスに蒸留水を一滴たらし,その水滴にTEM観察した単孔メッシュを浮かべる.水を濾紙で吸い取り,乾燥させて,単孔メッシュをガラス面に付着させる.ついで,フォルムバール膜をガラス面に残すようにして,単孔メッシュを取り除く.フォルムバール膜に付着したレプリカ膜(生体膜monolayer)の親水性表面を走査プローブ顕微鏡エクスプローラ(現有機器)で観察する.C.電子顕微鏡ならびに原子間力顕微鏡による同一部位観察の試みについてグルタミン酸受容体δの免疫標識を行ったラット小脳のレプリカの観察結果を以下に記す.透過電顕観察によって,免疫標識がプルキンエ細胞シナプス後膜のE面に認められた.同一部位を原子間力顕微鏡で見出すことは可能であった.高倍率観察によって直径10nm程度の粒状構造がシナプス後膜の表面に密集して存在していることが明らかになった.標識に使用コロイド金粒子の径が10nmであったために,膜表面粒子との識別は困難であった.本結果より,電子顕微鏡ならびに原子間力顕微鏡による同一部位観察は可能であることが明らかになった.
知識情報とあいまいさを考慮した画像処理によるリニアメントの解析法の開発

リニアメント抽出時に用いられる専門家の知識情報と,リモートセンシングデータおよび知識情報に包含される「あいまいさ」を考慮したリニアメント抽出法の開発を目的とし,ランドサットTM(Thematic Mapper)データを用いた線分抽出アルゴリズムについて検討を加えた。TMデータは受動センサにより取得されるため,これまでは中間赤外域で取得された単一バンドデータを用いた解析が行われているに過ぎなかった。しかしながら,マルチスペクトルデータであるTMデータを効果的に用いることにより地質構造の反映した線分要素の自動生成が可能と考えた。そこで,始めに各バンドデータ(熱バンドデータを除く)のヒストグラムの形状(歪度・尖度)に着目したエッジ自動抽出法について検討を加えた。その結果,特徴の異なる複数のバンドデータや空間情報の異なる他時期に取得されたデータを用いた場合でも,雲や雪および市街地など,リニアメントの構成要素には成りにくいエッジの除去が可能であることを明らかにした。次に,種々の「あいまいさ」を考慮し,ミクセル(複数の土地被覆物の輝度情報から構成される画素)を推定可能なファジィ推論法を用いて土地被覆分類を行った。また,リニアメントと水系の関連が強いことに着目し,水系に関する分類結果をリニアメント抽出のための入力要素として用いるとともに,市街地などの分類結果は構成要素には成りにくいと考え,市街地と分類された領域に抽出エッジが存在する場合は除去した。さらに,各バンドデータによる抽出エッジと分類結果を段階的に用いるリニアメント抽出法について検討を加えた。その結果,提案法により抽出された線分は,起伏量図が示す地形情報(起伏量の変化域・鞍部)との間に強い関連のあることを明らかにした。また,目視判読により専門家の抽出したリニアメントとも良好に対応することを明らかにした。専門家は限られた地表の起伏や形態を手がかりとしてリニアメントを抽出している。そこで本研究では,専門家の知識情報とあいまいさを考慮した画像処理によるリニアメント抽出法の開発を目的とし,秋田県南部に位置する秋ノ宮を対象地域として検討を加えた。本研究で行った検討・考察をまとめると以下のようになる。1,専門家の作成したリニアメント図(NEDO発行)と地形を比較するため,水系に着目し,河川の浸食状況を示す起伏量を算出して検討を加えた。その結果,断層との対応が明確なリニアメントほど水系と一致する傾向のあることを明らかにした。また,起伏量の変化域と鞍部においてリニアメントの存在していることを示した。2,航空機により取得されたSAR(Synthetic Aperture Radar)データ(NEDO発行)を用い,考案しているリニアメント抽出法により得られた線分要素と地形を比較したところ,線分要素の多くは水系や起伏量図の変化域・鞍部に対応していることを確認した。3,専門家の抽出リニアメントと抽出法による線分要素を比較したところ,局所的な地形との対応や地形特徴の捉え方は類似しているものの,大局的には異なった線分要素の得られている場合も存在した。専門家は地質構造を大局的に捉えるとともに,その周辺の地形的特徴を加味してリニアメントを抽出している。そのため,精度良い線分要素を抽出する上で必要となる線分の連結処理などについてさらに検討を加える予定である。4,ランドサットTM(Thematic Mapper)データを用い,抽出法により得られた線分要素について検討を加えた。用いたバンドデータにより得られる線分要素も異なるものの,複数のバンド情報を組み合せることにより地形情報を反映した線分要素の得られることが示唆された。そのため,複数のバンド情報を用いた抽出アルゴリズムについても検討を加える予定である。
新しい含セレン酵素の設計とその機能解析

アカパンカビのメタロチオネインのシステイン残基を全てセレノメチオニン残基に置換したペプチド(メタロセレノネイン)を全自動ペプチド合成機により合成した。メタロセレノネインを2ーメルカプトエタノ-ルで還元後、硫酸銅を添加し、銅を配位させた。アミノ酸分析及び原子吸光分析の結果、CuーSeMTは、1モルあたり3モルの銅を結合することが明かとなった。また、EXAFSの測定を行い、セレン原子のまわりにある原子の種類、結合数、原子間距離などを求めた。セレノシスチンにおけるSeーSe結合は、2.32Å、SeーC結合は、1.88Åと算出された。セレノシスチンのEXAFSのデ-タ-をもとにCuーSeMTの構造解析を行った。CuーSeMTのCuーEXAFSの測定結果について、セレン化第二銅やセレノシスチンなどの標準試料の解析デ-タ-に基づいて計算を行い、CuーSe結合距離を求めたところ、2.31,2.36,2.58Åと距離が相異なる3種類のCuーSe結合が存在することが推定された。それぞれの結合数は、3,4,2であり、また存在比は、3:1:3と求められた。これはほぼ同じ結果が、SeーEXAFSの測定からも得られた。これらの結果に基づき、CuとCuは、互いに結合していないが、それぞれ等価で正三角形の頂点に位置し、その周囲には結合距離及び結合数の相異なる三種類のセレン原子が配位すると推定した。グルタチオンののシステイン残基をセレノシステイン残基に置換したγーグルタミルーセレノシステイニルグリシン(グルタセレノン)の4種類のジアステレオマ-を液相法により合成した。グルタセレノンの4種のジアステレオマ-は、いずれもグルタチオンペルオキシダ-ゼ様活性を示し、各異性体のセレン原子1モルあたりのモル活性は、過酸化水素に対して、それぞれLL;0.97,DL;0.42,LD;0.11,DD;0.07min^<ー1>であり、最も活性の強いLL異性体は、ヒト赤血球グルタチオンペルオキシダ-ゼの約4000分の1の活性を示した。必須微量元素、セレンは含セレン酵素の活性部位にセレノシステイン残基の形で存在し、活性発現に必須な役割を果たしている。セレノシステインはシステインにおおむね類似しているが、セレノ-ル基はチオ-ル基に比べ酸化還元電位が低く、pKaも小さく、求核性も大きい。セレノ-ル基の高い反応性が含セレン酵素の触媒機能を限源的なレベルで支えている。セレノシステイン残基がタンパク質に導入されれば新しい機能を持ったタンパク質になることが考えられる。本年度はセレン取り込みのための基礎的な条件を確立し、タンパク質中に実際にセレンを導入することを目的とし以下の実験を行った。大腸菌中でタンパク質にセレンを取り込ませるための基礎的な条件を確立した。大腸菌を用いて好熱性細菌のアラニンラセマ-ゼやアカパンカビのメタロチオネインの構造遺伝子にオパ-ル終止コドンTGAを導入し、これをセンスコドンとして作用させ、タンパク質中にセレノシステイン残基を導入するための条件を検討した。

セレンはタンパク質中に確かに導入されるが、生成量は少なく、セレノシステイン含有タンパク質の合成法としてはまだ実用的なレベルに到達していない。一方、大腸菌を亜セレン酸ナトリウム存在下で培養すると、各種のタンパク質にセレノメチオニン残基が導入された。しかし、取り込みは非特異的に起こり、おおむね本来メチオニンの存在する部位に導入された。従って、セレノメチオニンを特異的に取り込ませるためにはメチオニン要求変異株を用いて遺伝子発現を行わせる必要がある。また、ペプチド合成によって、セレノシステイン残基を導入する方法を検討した。アカパンカビのメタロチオネインのシステイン残基を全てセレノメチオニン残基に置換したペプチドを固相法によって合成した。また、グルタチオンのセレノシステイン置換体は液相法によって合成した。アカパンカビのメタロチオネインのシステイン残基を全てセレノメチオニン残基に置換したペプチド(メタロセレノネイン)を全自動ペプチド合成機により合成した。メタロセレノネインを2ーメルカプトエタノ-ルで還元後、硫酸銅を添加し、銅を配位させた。アミノ酸分析及び原子吸光分析の結果、CuーSeMTは、1モルあたり3モルの銅を結合することが明かとなった。また、EXAFSの測定を行い、セレン原子のまわりにある原子の種類、結合数、原子間距離などを求めた。セレノシスチンにおけるSeーSe結合は、2.32 A^^°、SeーC結合は、1.88 A^^°と算出された。セレノシスチンのEXAFSのデ-タ-をもとにCuーSeMTの構造解析を行った。CuーSeMTのCuーEXAFSの測定結果について、セレン化第二銅やセレノシスチンなどの標準試料の解析デ-タ-に基づいて計算を行い、CuーSe結合距離を求めたところ、2.31,2.36,2.58A^^°と距離が相異なる3種類のCuーSe結合が存在することが推定された。それぞれの結合数は、3,4,2であり、また存在比は、3:1:3と求められた。これとほぼ同じ結果が、SeーEXAFSの測定からも得られた。これらの結果に基づき、CuとCuは、互いに結合していないが、それぞれ等価で正三角形の頂点に位置し、その周囲には結合距離及び結合数の相異なる三種類のセレン原子が配位すると推定した。グルタチオンのシステイン残基をセレノシステイン残基に置換したγーグルタミルーセレノシステイニルグリシン(グルタセレノン)の4種類のジアステレオマ-を液相法により合成した。グルタセレノンの4種のジアステレオマ-は、いずれもグルタチオンペルオキシダ-ゼ様活性を示し、各異性体のセレン原子1モルあたりのモル活性は、過酸化水素に対して、それぞれLL;0.97,DL;0.42,LD;0.11,DD;0.07min^<ー1>であり、最も活性の強いLL異性体は、ヒト赤血球グルタチオンペルキシダ-ゼの約4000分の1の活性を示した。
多自由度前腕動力義手の開発

本研究において,前腕動力義手の多自由度化を可能とする機構の考案と設計・製作をおこなった.前腕義手は失われた前腕部を代替するものであり,その容積並びに重量に大きな制約がある.そのため,これまで実用に用いられてきた動力前腕義手は5指同時の開閉自由度のみをもつものであり,かつその開閉角度のみを制御するものであった.これに対し,本研究で開発した機構は以下の特徴をもつ.1)多自由度:手首2自由度と,指部4自由度をもつ.駆動用モータは小型DCモータ1個のみであり,1個のステッピングモータにより,伝達ギアの切り替えをおこなう.2)コンプライアンス可変機能:脊椎動物の骨格筋は屈筋と伸筋の拮抗構造により,間接の角度および間接コンプライアンスを調節している.これに模して,ペアの拮抗するボールねじを同時に同方向あるいは逆方向に駆動することにより,関筋角度およびコンプライアンスを機構的に調節する.3)コンパクト:設計・製作した動力義手の機構は前腕部にすべて収納できる.4)指部なじみ機構:1つの指にはDIP,PIPおよびMP関節があり,これを独立して駆動することは機構の制約上不可能である.しかしながら把持物の形状にあわせて,それら3つの関節の角度が自動的に変化し,かつ把持力を調節することのできる機構が必要である.そこで.複合4リンクと遊星ギアの組み合わせにより,1自由度でこれを実現する機構を考案し,製作した.本年度は,機構の設計・製作を行い,駆動回路およびソフトを製作し,基本的な駆動実験をおこなった結果,ばねの選定およびギアの配置等の修正点を認めたものの,正常に駆動できることを確認した.本研究において,前腕動力義手の多自由度化を可能とする機構の考案と設計・製作をおこなった.前腕義手は失われた前腕部を代替するものであり,その容積並びに重量に大きな制約がある.そのため,これまで実用に用いられてきた動力前腕義手は5指同時の開閉自由度のみをもつものであり,かつその開閉角度のみを制御するものであった.これに対し,本研究で開発した機構は以下の特徴をもつ.1)多自由度:手首2自由度と,指部4自由度をもつ.駆動用モータは小型DCモータ1個のみであり,1個のステッピングモータにより,伝達ギアの切り替えをおこなう.2)コンプライアンス可変機能:脊椎動物の骨格筋は屈筋と伸筋の拮抗構造により,間接の角度および間接コンプライアンスを調節している.これに模して,ペアの拮抗するボールねじを同時に同方向あるいは逆方向に駆動することにより,関筋角度およびコンプライアンスを機構的に調節する.3)コンパクト:設計・製作した動力義手の機構は前腕部にすべて収納できる.4)指部なじみ機構:1つの指にはDIP,PIPおよびMP関節があり,これを独立して駆動することは機構の制約上不可能である.しかしながら把持物の形状にあわせて,それら3つの関節の角度が自動的に変化し,かつ把持力を調節することのできる機構が必要である.そこで.複合4リンクと遊星ギアの組み合わせにより,1自由度でこれを実現する機構を考案し,製作した.本年度は,機構の設計・製作を行い,駆動回路およびソフトを製作し,基本的な駆動実験をおこなった結果,ばねの選定およびギアの配置等の修正点を認めたものの,正常に駆動できることを確認した.
認知症高齢者の自立生活を支える居住システムの提案

前年度に開発したSONY製MESHタグを用いた試用システムを実際の個人住宅3戸に各3カ月間仮設置を行い、長期試用評価を実施した。被験者Aは、新興住宅地の戸建て住宅で82歳の認知症の疑いがある男性が配偶者と二人暮らしをしている。玄関の施錠確認、トイレの流し忘れ、就寝時の消灯と施錠、冷蔵庫のドア開放を促すシステムとした。被験者Bは郊外の農村住宅で、息子夫婦と同居の87歳女性(アルツハイマー型認知症)。デイサービスを週4回利用しており、日中独居のことが多く、デイサービスを利用できているのか、きちんと服薬できているのかが同居家族の不安となっている。朝食時のデイサービスの確認、昼食時の服薬の確認、炬燵の切り忘れの促しの3つを計画したが、炬燵の切り忘れはMESHタグの温度センサーでは検出できなかったため、2点の促しとした。被験者Cは都心の集合住宅に独居している76歳の男性で、脳血管障害に起因する高次脳機能障害(短期記憶障害、遂行機能障害、注意障害)を有する。玄関の施錠確認、トイレの洗浄忘れ、冷蔵庫の閉め忘れの3点とした。3被験者に対し、開始直後、1か月後、2か月後、3か月後にシステムの効果について5段階評価を実施した。導入初期においては、iPad上のMESHアプリが不定期に終了したり、3軸加速度センサーでのドアの開閉検知が失敗するといったシステム側のトラブルが発生した。また、被験者Aと被験者Cとで、生活習慣上、設定していた行為の流れとは異なる挙動がとられ、想定外の動作となった。この他、ESP8266やTWELITEを用いた専用センサ端末とRaspberryPiを用いたハブ機能の開発を平行して実施した。研究の成果は、アイルランドで開催されたUDHEIT2018および、カロリンスカ研究所認知症研究ユニットとの研究交流会にて報告し、情報交換を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究のキーデバイスとなるIoT(Internet of Things)に関する技術情報の収集と、促しシステムへの応用への検討を行った。具体的には、モノワイヤレス社の製品については、TWELITEを用いた電力使用状況モニタユニットの開発、3次元加速度センサを実装したTWELITE 2525Aを用いて、洗濯機の作動状況をモニタできるかどうかの確認、電池交換や給電を不要にするためのMW-eHARVEST(環境発電)の適用性の検討などを行なった。また、Espressif Systems社のWi-FiモジュールESP-WROOMが利用できるようになったので、このデバイスでの可能性についても検討を開始した。トータルなシステムとして構築する場合には、単体のコストだけでなく、アプリケーションソフトウェアの開発の容易性、電池交換頻度、センサー類を接続する自由度などを評価したが、それぞれに長所と短所があるため、アプリケーションに応じて利用することとした。IoTの有効性を簡単に眼に見える形で再現できるシステムとして、SONYがMESH TAGというキットを発売したので、これを実験用モデル住宅である「ウエルフェアテクノハウス神戸」内に組み込み、福祉関係者に対して簡単なヒアリングを行った。同時に、市販されている促しを行う製品である、ゴミ箱、傘立て、温湿度計などを購入して設置し、これらについてもヒアリングを行った。今年度は少人数であったが、IoTの可能性について理解を得られた。実際に認知機能に障害のある当事者との関係性を構築するため、地域の社会福祉協議会や認知症者家族の会、認知症カフェなどへの接触を行い、困りごとなどに関するヒアリングを行った。IoT技術は今後の発展に大きな期待が寄せられている分野であり、コアとなるデバイスの開発を各社が進めている段階であり、次々と新しいデバイスやセンサが発表されている。また、バージョン変更も頻繁に生じており、このような動きに追従できていないことが挙げられる。

この他、ESP8266やTWELITEを用いた専用センサ端末とRaspberryPiを用いたハブ機能の開発を平行して実施した。研究の成果は、アイルランドで開催されたUDHEIT2018および、カロリンスカ研究所認知症研究ユニットとの研究交流会にて報告し、情報交換を行った。各種センサを実装した個別のIoTデバイスの開発をMONOWIRELESS社製TWELITE及びTWELITE2525A、ならびにEspressif社製のESP8266及びWioNodeを用いて試作開発を行った。室内気候、屋外気候、電源消費量、ドア開閉、および、TWELITE2525A内蔵3軸加速度も用いた物体の挙動である。制御装置にはRaspberryPi3.0を採用し、JAVAおよびJAVA ServletをApatch Tomcatと組み合わせてWi-Fi経由でIoTデバイスからの信号を処理する構成とした。促しは合成音声あるいは録音されたWaveファイルとした。並行して、SONY製MESHタグを用いて簡易的に促しシーンを構築し、重度障害者用設備を組み込んだウェルフェアテクノハウス神戸内に仮設置し、動作検証を行うとともに、認知症者に関係をもつ来場者に対してデモンストレーションを行い、アンケート調査を実施した。構築した促しシナリオは10種で、玄関での外出時の促し2種類をデモンストレーションした。アンケートには53名の回答が得られ、約7割が促しに対して有効と回答した。音声による促しでは、音源の位置が理解度に影響するのではないかという疑問が分担研究者から出たため、適切なスピーカ位置を明らかにするための聞き取り実験を行った。結果はスピーカの位置による影響は見られなかったため、指向性が少なくなる天井からの音声を採用することとした。このほか、「大事なものを一定の位置に戻すことを促す」ことで認知症者のBPSDとして知られる「物取られ妄想」を未然に防ぐことを目的とした促し装置の試作をおこなったほか、テレビ、エアコン、照明の3機能を3面に配した三角柱形状の簡易リモコンを試作開発した。IoT技術は過渡期にあり、各社から多様なデバイスやセンサが頻繁に発表されており、適切なデバイスの選定に迷いが生じ、時間のロスにつながった。また、制御装置としたRaspberry Piもバージョンアップが相次ぐとともに、OSのDebianにおいてもバージョンアップが相次ぎ、細かな仕様の変更から既開発のデバイスやアプリケーションの動作がうまくいかなくなったり、動作するべきはずのプログラム等がうまくいかないなどのトラブルに見舞われた。また、電子回路設計用CADもバージョンの更新が頻回に生じ、バージョンアップに伴い、過去に作成していた部品ライブラリが消失するなどのトラブルにも見舞われ、作業が停滞した。来年度はモノワイヤレス社製品とEspressif Systems社のWi-FiモジュールESP-WROOMを用いた促し装置を開発する。具体的には、各電気製品の使用状況を伝える電力モニタ、人の動きを伝える人感モニタ、洗濯機の動作開始と完了を伝えるもの、ドアの開閉を伝えるドアモニタなどである。
Leptin-POMC axis摂食調整におけるERαの機能評価と新規分子標的の探索

摂食調整には高血糖下で特異的に作動するエストロゲン非依存型Estrogen receptora活性化の介在をAkitaマウスをモデルに解明してきた。本年度は、この分子機構の解明を以下により更に検討した。(1)Leptin-POMC経路の重要性を他の糖尿病モデルマウスにて検討すべく、雄C57BL/6にストレプトゾトシン(STZ)を投与した。血糖値上昇確認後、去勢とコントロール群に別け、摂食量・体重・血糖値、血清中レプチン・インスリン濃度の変化、視床下部内POMC発現変化を観察した。結果、去勢群で著明な摂食量低下を示し、レプチン濃度の上昇に伴うPOMC発現増加が見られた。leptin-POMCはインスリン欠損下での重要な調整経路であることが示された。(2)ERaのLeptin-POMC経路での役割検討。a)POMC発現にSTAT3活性化は必須である。今回、ERaKOAkt、ERbKOAkt、去勢-、非去勢-AkitaマウスのSTAT3発現比較をwestern blot法により検討した。結果、Akitaマウスでは去勢はPOMC発現同様STAT3発現も増加させた。一方、ERaKOAktマウスではPOMC発現は低いが、STAT3発現は上昇していた。以上のことは、ERaは、燐酸化STAT3発現に直接影響しないことを示す。b)視床下部細胞を用い、POMCプロモーターによるluciferase assayを行った。ERaをsiRNA法で欠損させる条件は整っており、今後、in vivoでのERaの重要性を再現する。Leptin-POMCは、インスリン欠損時に非常に重要であることが(1)の結果からいえる。この経路のERaの役割解明には更なる研究が必要だが、我々が作製したERa欠損Akitaマウスをモデルとすることで、摂食調整の新規pathway検索が可能となり、新たな食事予防法等の検討に繋がると考えられる。食行動は視床下部で支配されるが、そのメカニズムは不透明な部分が多い。我々は、非肥満型糖尿病・過食モデルマウス(Akitaマウス)研究から、1.血清レプチンと視床下部内の食欲抑制に働くニューロンペプチド、プロオピオメラノコルチン(POMC)の発現関係が重要であること、2.雌マウスでは、エストロゲン受容体α(ERα)が摂食制御に関与していることを報告してきた。今回、ERαと、そのサブタイプであるエストロゲン受容体β(ERβ)の摂食調整メカニズムへの関与を雄マウスを用いて検討した。雄AkitaマウスにERα又はERβを欠損させ、去勢手術を行い、摂食量・体重・血糖値の変化を観察し、血中レプチン・インスリン濃度を測定、POMC発現量を比較した。去勢効果は、Akitaマウスが示す、レプチン上昇とPOMC発現の増加に伴う摂食量低下と比較することで評価した。その結果、ERα/ERβを欠損したAkitaマウスは共に、脂肪増加・血中レプチン濃度の増加を示したが、ERα欠損Akitaマウスでは去勢後も摂食量減少を認めなかった。POMC発現を比較した結果、ERα欠損マウスではPOMC発現誘導が認められず、レプチン抵抗性を示している事が明らかとなった。一方、糖尿病を持たないマウスにERαを欠損させてもPOMC発現誘導はレプチン量と比較すると抑制されていたが、過食は示さなかった。以上より、雄においてもERαが摂食調整に重要な働きをしていることが実証された。又、ERαはLeptin下流下でPOMC発現制御に関与し、この制御機構はインスリン欠損下で特に重要であることが始めて明らかとなった。過食メカニズムをERαのleprin-POMC経路への関与を理解する事は、糖尿病罹患者、及び、予備群における食事コントロールの新たな予防法としての検討が可能になると考えられる。ERaをsiRNA

法で欠損させる条件は整っており、今後、in vivoでのERaの重要性を再現する。Leptin-POMCは、インスリン欠損時に非常に重要であることが(1)の結果からいえる。この経路のERaの役割解明には更なる研究が必要だが、我々が作製したERa欠損Akitaマウスをモデルとすることで、摂食調整の新規pathway検索が可能となり、新たな食事予防法等の検討に繋がると考えられる。
アルツハイマー病の脳内神経原線維変化をインビボで可視化する分子プローブの開発

アルツハイマー病(AD)脳内には、βアミロイド(Aβ)を主成分とする老人斑と、過剰リン酸化タウ(タウ)を主成分とする神経原線維変化の蓄積が認められる。特に、タウの蓄積量はAβに比べて臨床症状との間に高い相関性があることが報告されている。したがって、非侵襲的かつ信頼性と再現性に優れたpositron emission tomography (PET)およびsingle photon emission computedtomography (SPECT)を用いたタウの生体イメージングは、ADの早期診断につながると考えられる。私はこれまでに、フェニルジアゼニルベンゾチアゾールを母核としたPDB-3がタウへの高い結合親和性を有していることを見いだした。しかし、PDB-3はAβへの結合親和性も示し、正常マウスにおける脳内放射能滞留が認められた。そこで本研究では、これらの課題を解決することを目的とし、異なる芳香族ヘテロ環構造を有する計20種類のスチリルおよび3-ビニルピリジン誘導体を設計・合成し、タウイメージングプローブとしての有用性を評価した。AD患者脳組織切片を用いたin vitro ARGの結果、含有する芳香族ヘテロ環構造の種類によって脳組織切片上の放射能集積に相違が認められた。特に、ベンゾイミダゾールを母核とした[125I]SBI-2は、タウの蓄積分布と対応する集積を示した。1-octanol/PBS (-)分配係数(log D)測定の結果、全ての化合物は血液脳関門を透過するのに適する脂溶性(log D = 2.11-3.95)を示した。さらに、正常マウスを用いた体内放射能分布実験の結果、[125I]SBI-2は投与早期における脳移行性(投与2分後に3.69%ID/g)と速やかな消失性(投与60分後に0.06%ID/g)を示した。これは[125I]PDB-3の正常マウス脳内における放射能滞留を顕著に改善した結果であった。以上より、SBI-2はタウイメージングプローブとして有用であることが示された。26年度が最終年度であるため、記入しない。アルツハイマー病(AD)脳内には、βアミロイドタンパク質(Aβ)を主成分とする老人斑(SP)と、タウタンパク質(tau)を主成分とする神経原線維変化(NFT)の蓄積が認められる。ADの確定診断は患者剖検脳組織における、これらの病理学的所見に委ねられているのが現状で、重篤な脳障害が生じる前の早期段階でADを診断することは困難となっている。よって、非侵襲的かつ信頼性と再現性に優れたpositron emission tomography(PET)およびsingle photon emission computedtomography(SPECT)を用いたSPおよびNFTの生体イメージングはADの早期診断につながると考えられる。特にNFTの蓄積量はSPに比べて臨床症状と高い相関があることから、NFTの生体イメージングは、ADの早期診断に加え、臨床症状に相関した診断にも有効であると期待される。私はこれまでに、フェニルジアゼニルベンゾチアゾール(PDB)を母核としたSPECT用NFTイメージングプローブを設計・合成し、そのNFTへの高い結合親和性を見いだした。しかし、[^<125>I]標識PDB誘導体は正常マウス脳内において非特異的結合に由来する放射能滞留が認められた。これはPDB骨格の高い脂溶性が原因と考えられ、この脳内挙動を改善するため、PDB誘導体の脂溶性を下げる必要があった。そこで本研究では、より低い脂溶性を有するベンゾイミダゾールを母核とし、一般に毒性が高いと考えられているジアゾ部位をスチリル基に変更した3種類のスチリルベンゾイミダゾール(SBIM)誘導体を設計・合成し、そのNFTイメージングプローブとしての有用性について基礎的評価を行った。Aβ142あるいはtau凝集体を用いた結合親和性実験において、SBIM-3はAβ1魂に比べ、2.73倍高いtau凝集体への結合親和性を示した。AD患者剖検脳組織切片を用いたARGにおける[^<125>I]SBIM-3の放射能集積は、AT8による免疫染色の陽性部位と一致した。さらに、蛍光染色実験においてもSBIM-3はAD患者剖検脳組織切片上のNFTを明瞭に染色した。また、SBIM誘導体のLogP値は1.88-2.23と算出され、PDB-3(LogP=3.84)よりも低い脂溶性を有することが示された。マウス体内放射能分布実験より[^<125>I]SBIM-3は投与早期における高い脳移行性(投与2分後に3.28%m/g)と速やかなクリアランス(投与60分後に0.33%ID/g)を示した。これは[1251]PDB誘導体の正常マウス脳内における放射能滞留(投与2分後に0.94-1.03%m/g、投与60分後に2.89-3.23%D/g)を顕著に改善した結果であった。以上より、SBIM-3はAD脳内NFTイメージングプローブとして有効な基礎的性質を有することが示された。

ADの確定診断は患者剖検脳組織における、これらの病理学的所見に委ねられているのが現状で、重篤な脳障害が生じる前の早期段階でADを診断することは困難となっている。よって、非侵襲的かつ信頼性と再現性に優れたpositron emission tomography (PET)およびsingle photon emission computedtomography (SPECT)を用いたSPおよびNFTの生体イメージングはADの早期診断にっながると考えられる。特にNFTの蓄積量はSPに比べて臨床症状と高い相関があることから、NFTの生体イメージングは、ADの早期診断に加え、臨床症状に相関した診断にも有効であると期待される。私はこれまでに、フェニルジアゼニルベンゾチアゾール(PDB)を母核としたSPECT用NFTイメージングプローブを設計・合成し、そのNFTへの高い結合親和性を見いだした。しかし、[^<125>I]標識PDB誘導体は正常マウス脳内において非特異的結合に由来する放射能滞留が認められた。これはPDB骨格の高い脂溶性が原因と考えられ、この脳内挙動を改善するため、PDB誘導体の脂溶性を下げる必要があった。そこで本研究では、より低い脂溶性を有するベンゾイミダゾールを母核としたベンゾイミダゾピリミジン(BIMP)誘導体を設計・合成し、そのNFTイメージングプロープとしての有用性について基礎的評価を行った。Aβ_<1.42>あるいはtau凝集体を用いた結合親和性実験において、BIMP-4はAβ_<1.42>に比べ、L76倍高いtau凝集体への結合親和性を示した。AD患者剖検脳組織切片を用いたARGにおける[<125>^I]BMP-4の放射能集積は、AT8による免疫染色の陽性部位と一致した。さらに、蛍光染色実験においてもBIMP-4はAD患者剖検脳組織切片上のNFTを明瞭に染色した。また、BIMP4のLogP値は2.48と算出され、PDB。3 (LogP=3.84)よりも低い脂溶性を有することが示された。マウス体内放射能分布実験より[^<125>I] BIMP-4は投与早期における脳移行性(投与2分後に0.92%ID/g)と速やかなクリアランス(投与60分後に0.30%ID/g)を示した。これは[^<125>I]PDB誘導体の正常マウス脳内における放射能滞留(投与2分後に0.94-1.03%ID/g、投与60分後に2.89-3.23%ID/g)を顕著に改善した結果であった。以上より、SBIM-4はAD脳内NFTイメージングプローブとして有効な基礎的性質を有することが示された。アルツハイマー病(AD)脳内には、βアミロイド(Aβ)を主成分とする老人斑と、過剰リン酸化タウ(タウ)を主成分とする神経原線維変化の蓄積が認められる。特に、タウの蓄積量はAβに比べて臨床症状との間に高い相関性があることが報告されている。したがって、非侵襲的かつ信頼性と再現性に優れたpositron emission tomography (PET)およびsingle photon emission computedtomography (SPECT)を用いたタウの生体イメージングは、ADの早期診断につながると考えられる。私はこれまでに、フェニルジアゼニルベンゾチアゾールを母核としたPDB-3がタウへの高い結合親和性を有していることを見いだした。