hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体機能分子を利用したアミド化合物生産法の開発

多様な機能を有するアミド化合物の中でも、抗体に代わる中分子医薬品として注目されているペプチドには、血圧降下作用をはじめ抗酸化や抗疲労さらには呈味性を有するものなど多く、効率的なペプチド合成法の開発が望まれている。研究代表者は、無保護のアミノ酸から任意のジペプチドを合成可能な新規酵素を多数取得しており、それらを利用して塩味増強効果を有するジペプチドの探索や酵素の機能改変による効率的な合成プロセスを開発した。一方、汎用性のあるアミド化合物の新規合成法も開発しており、合成可能なアミド化合物の多様性を拡張した。併せてAMPやADPからのATPの再生系を構築し、プロセスの低コスト化を達成した。ペプチド合成酵素の酵素学的知見と産業利用を促進するために、立体構造解析およびアミノ酸配列情報から活性領域と推察される部位への変異導入と評価によって、構造と機能の関わりを調べ、その戦略の有用性を検証した。まず、ポリグルタミン酸合成酵素RimKの結晶化条件を種々検討し、単結晶の取得に成功した。X線回折により立体構造を決定し、Arg189が基質認識に関与していることを見出した。アミノ酸リガーゼ(Lal)における構造と機能相関の解析を目的に、結晶構造が解明されているLalの立体構造情報に基づいて部位特異的変異酵素を作製し、基質特異性及び活性を評価した。具体的には、塩基性アミノ酸をN末端基質として認識してジペプチドを合成するTabSと立体構造既知のLalであるYwfEのN末端基質の認識領域周辺の比較を行った。TabSの活性中心を推定し、その近傍のアミノ酸残基と基質となるアミノ酸の静電相互作用を踏まえて変異体をデザインしたところ、ある変異酵素では予想通りLysに対する基質親和性が著しく向上し、Lysとアミノ酸Xaaを基質とした場合にはLys-Xaaのみを生成するようになった。一方、N末端基質としてMetを強く認識するBL00235では、その立体構造情報を基にC末端基質の認識活性が変化するような変異酵素をデザインしたところ、塩味増強効果のあるMet-Glyの選択的合成に成功した。また、非リボソーム型ペプチド合成酵素(NRPS)由来のAドメインを用いたアミド化合物の合成に関しては、Trpと各種アミン化合物との反応で生成するアミド化合物をHPLC及びMS/MSで確認するとともに、基質特異性の異なるAドメインへの変更によって合成可能なアミド化合物が多様化し、拡張できることを明らかにした。さらに、NRPSのAドメインの基質特異性評価法として、簡便かつ低コストの比色分析法を開発した。ペプチド合成酵素の酵素学的知見と産業利用を促進するために、タンパク質立体構造情報およびアミノ酸配列情報から活性領域と推察される部位への変異導入とその評価によって、構造と機能の関わりを考察した。具体的な有用ジペプチドの効率的合成法の開発に成功するなど、その戦略の有用性を実証した。今年度も呈味性ジペプチドのスクリーニングを継続し、新規な塩味増強ジペプチドとしてPro-Glyを見出した。合成収量向上を目的に前年度に得たMet-Glyでの知見を基にPseudomonas属由来のLalであるTabSへの部位特異的変異導入による改変を行ったところ、2種類の改変型酵素で野生型酵素よりもPro-Glyの合成量が増加し、それらを掛け合わせた二重変異型酵素では野生型TabS対比で1.6倍の収量向上を達成した。また、β-AlaをN末端基質として認識するYwfEに対しても、同様の戦略に基づく機能改変を行い、抗酸化活性を有するカルノシン(β-Ala-L-His)の合成収量の大幅向上に成功した。Lalを用いるペプチド合成も非リボソーム型ペプチド合成酵素(NRPS)由来のAドメインを用いた多様なアミド化合物の合成も、反応には当モルのATPが必要である。工業的プロセスを想定し、安価なポリリン酸を利用するポリリン酸キナーゼによるATP再生系の共役を検討した。ADPからATPへの再生が必要なLalの反応では問題のない結果を得た。一方、AMPからのATP再生を必要とするアミド化合物合成では、単一酵素でAMP→ADP→ATPを可能とする新規ポリリン酸キナーゼ(class III PPK2)に着目し、期待通りの効果を確認した。結晶構造解析では、ポリ-α-グルタミン酸合成活性を有するRimKにおいて新規形状結晶の取得に成功し、分解能2.34Åで立体構造が決定され、基質の有無による構造上の変化を観察することができた。ペプチド合成酵素に関するこれまでに得られた立体構造情報や機能と構造に関する知見を踏まえて酵素の機能改変を行い、機能性ジペプチドの二種類に対して、実現性の高い効率的合成法の開発に成功した。取得済のアミノ酸リガーゼ(Lal)を用いて構築したジペプチドライブラリーから、塩味増強ジペプチドとして新たにPro-Glyを発見した。しかも、Pro-Glyの選択的合成を可能とするTabSに対して計画的な変異導入を行い、野生型対比で1.6倍の収量向上を達成した。塩味増強ジペプチドに関するこれら一連の成果は、専門誌の記事や科学系新聞の一面にも取り上げられた。さらに、同様な酵素改変戦略によって、抗酸化作用を有する健康食品素材として広く販売されているカルノシン(β-Ala-L-His)の効率的生産を可能とするLalの取得にも成功した。YwfEに対し二重変異を導入した結果、約5倍に収量が向上した。変異酵素の速度論的解析によってもこの成果を裏付けた。また、Lalによるペプチド合成やNRPS由来のAドメインを用いるアミド合成のようにATPを必要とする反応プロセスは、ATP供給が実用化における課題となる。

菌体反応による生体内のATP再生システムの利用も考えられるが、ペプチドやアミド化合物は菌由来のペプチダーゼやプロテアーゼによって分解されてしまう。また、ADPからのATP再生は実績があるが、NRPS由来のAドメインを用いる反応のようにAMPからのATP再生はこれまでに報告がない。そこで単一酵素でAMP→ADP→ATPを可能とする新規ポリリン酸キナーゼ(class III PPK2)に着目して検討を行ったところ、その有効性が確認できた。本プロセスは、ADPをはじめAMPからのATP再生も可能とする適用範囲の広い技術であり、その有用性や独自性が評価され日本生物工学会の年次大会でもトピックスとして選定された。ペプチド合成酵素の酵素学的知見と産業利用を促進するために、タンパク質立体構造情報およびアミノ酸配列情報から活性領域と推察される部位への変異導入とその評価によって、構造と機能の関わりを考察した。具体的な有用ジペプチドの効率的合成法の開発に成功するなど、その戦略の有用性を実証した。抗酸化作用を有するイミダゾールジペプチドの酵素的合成法の検討を実施した。前年度、β-AlaをN末端基質として認識するL-アミノ酸リガーゼYwfEの改変酵素を用いてカルノシン(β-Ala-L-His)の合成収量の大幅向上に成功したが、アンセリン(β-Ala-3-methyl-L-His)とバレニン(β-Ala-1-methyl-L-His)の合成も確認することができた。そこで、あらためてYwfEの結晶構造情報とカルノシン合成での知見を踏まえて酵素の改変を検討した。カルノシンでは新たに創製した二重変異酵素で収率が向上し、アンセリンでは段階的に変異を導入して創製した三重変異体で収率94.7%と好成績を達成した。バレニンに関しては、反応物のLC-MS解析によりその生成を確認した。ATP要求反応プロセスの工業化を想定し、前年度に引き続き、新規ポリリン酸キナーゼ(class III PPK2)によるAMPからのATP再生系の共役を検討した。L-Trp-L-Pro合成をモデルとした検討では、反応で蓄積するピロリン酸をリン酸へ分解することで反応速度を大幅に向上させることに成功した。結晶構造解析では、ポリ-α-グルタミン酸合成活性を有するRimKにおいて結晶化条件を詳細に検討し、基質との複合体の結晶構造を分解能2.05Åで決定することができた。基質の有無による構造上の変化から、L-グルタミン酸以外のアミノ酸を基質とする可能性が示唆され、実際に、部位特異的変異を導入したRimKではGlyやSerなど新たな基質を認識することを実証した。多様な機能を有するアミド化合物の中でも、抗体に代わる中分子医薬品として注目されているペプチドには、血圧降下作用をはじめ抗酸化や抗疲労さらには呈味性を有するものなど多く、効率的なペプチド合成法の開発が望まれている。研究代表者は、無保護のアミノ酸から任意のジペプチドを合成可能な新規酵素を多数取得しており、それらを利用して塩味増強効果を有するジペプチドの探索や酵素の機能改変による効率的な合成プロセスを開発した。一方、汎用性のあるアミド化合物の新規合成法も開発しており、合成可能なアミド化合物の多様性を拡張した。
生体適合性ポリマー”そのもの”を可視化するDDSイメージングの新手法開発

1.新規双性イオン型ポリマープローブの開発腫瘍に高選択的かつ高効率で集積する13C/15Nでラベルしたホスホリルコリンポリマー(PMPC)の側鎖ホスホリルコリン部位のアニオン中心ーカチオン中心を入れ替え、かつ両中心間距離を短縮した双性イオン対を有するメタクリレートモノマーを原子移動ラジカル重合を用いて重合することにより、新規双性イオン型ポリマープローブの合成に成功した。2.双性イオン型ポリマープローブの体内動態・腫瘍選択性に及ぼすベタイン側鎖の構造的影響の解明PMPCの側鎖ホスホリルコリンの構造を劇的に変更し、カルボキシベタイン(アンモニウムーカルボン酸ベタイン)、およびスルホベタイン(アンモニウムースルホン酸ベタイン)を側鎖に配置した双性イオン型ポリマーPMCBおよびPMSBの合成に成功した。これら双性イオン型ポリマープローブのマウス体内動態と腫瘍選択性は、細胞膜脂質の末端構造であるホスホリルコリン部位に特徴的な機能ではなく、ベタイン側鎖のカチオンーアニオン対の組み合わせ・種類に大きく依存することを明らかにした。3. PMPCを基軸とした新規放射線増感剤(抗がん剤)の開発放射線増感機能性部位である2-ニトロイミダゾール(NI)基を導入したPMPC-NI共重合体(コポリマー)の設計・合成に成功した。PMPC-NIは、EPR効果により担癌鶏卵の腫瘍部位に効率良く集積すること、放射線照射と併用することにより腫瘍増殖が顕著に抑制されることを明らかし、PMPC-NIのDDS挙動ならびにその薬効に関する重要な基礎知見を得た。今後、本コポリマーに安定同位元素を導入し、多重共鳴MRIによる診断と放射線治療を同時に達成可能な新規DDSイメージングプローブへ展開する。本年度は、ホスホリルコリン基を側鎖にもつ双性イオン型ポリマー(PMPC)プローブの双性イオン対構造を変化させた新規ポリマープローブの開発に成功した。本研究の準備段階として細胞膜脂質の一部であるホスホリルコリン骨格を安定同位元素でラベルしたPMPCプローブを開発し、これが腫瘍に極めて効率良く集積する様子を分子標的MRIにより画像化できることを明らかにしている。本年度は、PMPCのホスホリルコリン部位のアニオン中心ーカチオン中心を入れ替え、かつ両中心間距離を短縮した双性イオンを有するメタクリレートモノマーを原子移動ラジカル重合を用いて重合することにより、新規双性イオン型ポリマープローブ(PMCB)の合成に成功した。本プローブの分子サイズを透過型電子顕微鏡および動的光散乱法を用いて調べ、水晶発振子マイクロバランス法によりプローブと血中タンパク質との相互作用(プローブの生体適合性)を検討し、蛍光法を用いてプローブの体内動態について評価した結果、PMCBはPMPCと同様にコンパクトな分子サイズを有すること、血中タンパク質との非特異的吸着が抑制されること、さらにPMCBはPMPCと同程度の高い腫瘍選択性を示すことが明らかとなった。これにより、高い腫瘍選択性および腫瘍集積性をもつPMPCにおいて、ホスホリルコリン部位は必須の構造因子では無く、種々の双性イオン対構造で置換可能であることが示唆され、高い生体適合性を有し腫瘍に効率良く集積する双性イオン型ポリマープローブの分子設計指針が得られた。本研究の目標は、生体適合性の双性イオン型ポリマー"そのもの"を分子標的MRIで可視化できる高精度・高感度な新しいDDSイメージング材料および手法の開発である。実績概要で述べた通り、本年度は腫瘍に高集積することを見出しているホスホリルコリン基を側鎖にもつ双性イオン型ポリマー(PMPC)プローブの双性イオン対構造を変化させた新規ポリマープローブ(PMCB)の開発に成功した。詳細な検討の結果、高い腫瘍集積性と選択性を示す双性イオン型ポリマーの骨格部分には、ホスホリルコリン部位は必須の構造因子では無く、種々の双性イオン対構造で置換可能であることが示唆された。これらにより、腫瘍に効率良く集積する双性イオン型ポリマープローブの分子設計に関して基礎的な知見が得られた。この観点から、本研究は概ね順調に進展していると考えている。本研究の準備段階として、13C/15Nでラベルしたホスホリルコリンポリマー(PMPC)が高い生体適合性を示し、担癌マウスの腫瘍部位に高選択的かつ効率的に集積することをin vivo分子標的MRI法により明らかにしている。前年度の研究実績から、高い腫瘍集積性と選択性を示す双性イオン型ポリマーの骨格部分にはホスホリルコリン部位は必須の構造因子ではなく種々の双性イオン対構造で置換可能であることが示唆され、腫瘍に効率良く集積する双性イオン型ポリマープローブの分子設計に関して基礎的な知見が得られた。本年度は、得られた知見を基にまずホスホリルコリン部位を側鎖に有する双性イオン型ポリマー(PMPC)を基軸とした抗がん剤(放射線増感剤)の開発および分子標的MRI法を用いたその動態の可視化解析手法の実現に向けて、放射線増感機能性部位である2ーニトロイミダゾール(NI)基を導入したPMPC-NIブロック型ポリマーの設計・合成に成功した。マウス大腸がん細胞を移植した発育鶏卵を用いてPMPC-NIの体内動態を調べた結果、投与6時間後には、本ポリマーが腫瘍部位に最も集積することが明らかとなった。さらに、PMPC-NIを投与した担癌鶏卵に対して放射線照射を行った結果、未投与群と比較して投与群では腫瘍増殖が顕著に抑制されることを明らかにし、放射線増感剤を導入した双性イオン型ポリマーの腫瘍組織へのDDS挙動ならびにその薬効に関する基礎知見が得られた。

本研究の目標は、生体適合性の双性イオン型ポリマー"そのもの"を分子標的MRIで可視化できる高精度・高感度な新しいDDSイメージング材料および手法の開発である。実績概要で述べた通り、双性イオン型ポリマー(PMPC)を基軸とした抗がん剤(放射線増感剤)のDDSイメージングに向けて、本年度は放射線増感機能性部位(NI)を導入したPMPC-NIポリマープローブの設計・合成に成功した。詳細な検討の結果、本ポリマープローブは投与6時間後に腫瘍部位に最も効率良く集積することが明らかとなった。さらに、PMPC-NIを投与した担癌鶏卵に対して放射線照射を行った結果、未投与群と比較して腫瘍増殖が顕著に抑制されることを明らかにした。これらにより、放射線増感剤を導入した双性イオン型ポリマーのがん組織へのDDS挙動ならびにその薬効に関して一定の基礎知見が得られた。この観点から、本研究は概ね順調に進展していると考えている。1.新規双性イオン型ポリマープローブの開発腫瘍に高選択的かつ高効率で集積する13C/15Nでラベルしたホスホリルコリンポリマー(PMPC)の側鎖ホスホリルコリン部位のアニオン中心ーカチオン中心を入れ替え、かつ両中心間距離を短縮した双性イオン対を有するメタクリレートモノマーを原子移動ラジカル重合を用いて重合することにより、新規双性イオン型ポリマープローブの合成に成功した。2.双性イオン型ポリマープローブの体内動態・腫瘍選択性に及ぼすベタイン側鎖の構造的影響の解明PMPCの側鎖ホスホリルコリンの構造を劇的に変更し、カルボキシベタイン(アンモニウムーカルボン酸ベタイン)、およびスルホベタイン(アンモニウムースルホン酸ベタイン)を側鎖に配置した双性イオン型ポリマーPMCBおよびPMSBの合成に成功した。これら双性イオン型ポリマープローブのマウス体内動態と腫瘍選択性は、細胞膜脂質の末端構造であるホスホリルコリン部位に特徴的な機能ではなく、ベタイン側鎖のカチオンーアニオン対の組み合わせ・種類に大きく依存することを明らかにした。3. PMPCを基軸とした新規放射線増感剤(抗がん剤)の開発放射線増感機能性部位である2-ニトロイミダゾール(NI)基を導入したPMPC-NI共重合体(コポリマー)の設計・合成に成功した。PMPC-NIは、EPR効果により担癌鶏卵の腫瘍部位に効率良く集積すること、放射線照射と併用することにより腫瘍増殖が顕著に抑制されることを明らかし、PMPC-NIのDDS挙動ならびにその薬効に関する重要な基礎知見を得た。今後、本コポリマーに安定同位元素を導入し、多重共鳴MRIによる診断と放射線治療を同時に達成可能な新規DDSイメージングプローブへ展開する。研究は順調に進展しており、研究計画に大きな変更は無い。本年度で得られた知見である、高い生体適合性を有し腫瘍に効率良く集積する双性イオン型ポリマープローブの分子設計指針を基盤として、ポリマープローブに薬剤を複合化することにより本プローブのさらなる高機能化を図る。具体的には、本ポリマープローブへの安定同位元素(13C核、15N核)の導入法の最適化と合成、さらに抗がん剤や放射線増感剤を含有した13C/15N-双性イオン型ポリマーの合成および機能評価を進める。研究は順調に進展しており、研究計画に大きな変更はない。
現生ヒマラヤ植物相とその成立過程に関する生物地理学的解析

1.現地調査:ネパール、ミャンマーおよび中国にて下記の調査を行った。調査の主目的は、種子植物相を詳細に調査し、標本を収集すること、ならびに繁殖システムと動態、変異性を観察し、さらに帰国後の室内での分析に必要な試料を採取することである。(1)ネパール:ジャルジャル・ヒマール地域(1999年8月から9月);東部地域(2001年5月から6月)。(2)ミャンマー:中部地域(2000年8月)。(3)中国:雲南省梅里雪山・中旬県(1999年8月から9月);チベット東部(2000年7月から8月);雲南省西北部、チベット東・中部(2001年7月から8月)。2.収集した標本・試料等にもとづく分析(1)分類学的研究:採集した標本を中心に同定を行い、新種ならびに分類学上の新知見について発表を行った。1.3年間を継続して行う地域間比較の対象となる分類群としてRhodiola(ベンケイソウ科)、Saxifraga(ユキノシタ科)、Impatiens(ツリフネソウ科)、Saussurea(キク科)について、分子系統樹を構築するのに適した遺伝子領域を決めた。2.現地調査(A)を8月から9月にかけてネパールのジャルジャル・ヒマール地域で実施し、以下のことを集団単位で観察・調査した。(1)繁殖システムと動態、(2)変異性、(3)散布体と個体分散、(4)証拠標本を含む資料の収集。3.現地調査(B)はチベット東部地域に隣接する雲南省梅里雪山および中甸県の高山帯で8月から9月にかけて実施し、植物相を調査し、標本を収集し、併せて分子遺伝学ならびに細胞遺伝学の解析用サンプルを収集した。5.細胞遺伝学的解析については、Saxifraga(ユキノシタ科)、Impatiens(ツリフネソウ科)、Saussurea、Cremanthodium(ともにキク科)で、染色体を観察し、倍数性・核型を明らかにした。6.標本の分類学的研究については、採集した標本を中心に同定を行い、分類学上の新知見について発表を行った。特に、中国西南部雲南省で採集したユキノシタ科、タデ科、バラ科キジムシロ属について分類・同定が終了した。7.得られた成果について意見交換を行った。1.現地調査(B)をチベット東部地域で7月から8月に実施し、種子植物相を詳細に調査し、標本を収集し、併せて分子遺伝学ならびに細胞遺伝学の解析用サンプルを収集した。2.現地調査(A)を8月にミャンマーの北部地域で実施し、ヒマラヤ植物相に関連する植物種の分布状況、植生などについて観察を行ない、今後の野外での調査の可能性を探索した。4.細胞遺伝学的解析については、Saxifraga(ユキノシタ科)、Impatiens(ツリフネソウ科)、Saussurea、Cremanthodium(ともにキク科)で、染色体を観察し、倍数性・核型を明らかにした。Saussureaの染色体の新知見について発表を行った。5.標本の分類学的研究については、採集した標本を中心に同定を行い、ベンケイソウ科、ユキノシタ科、ラン科、アブラナ科について分類学上の新知見について発表を行った。6.得られた成果について意見交換を行った。1現地調査(A)をこれまでの調査では実施できなかった春季を選び、ネパールのランタン谷およびクンブー地域で行い、以下のことを集団単位で観察・調査した。(1)繁殖システムと動態、(2)変異性、(3)散布体と個体分散、(4)証拠標本を含む種々の資料の収集2現地調査(B)を7月がら8月に、雲南省西北部およびチベット東部および中部地域で実施し、種子植物相を詳細に調査し、標本を収集し、併せて分子遺伝学ならびに細胞遺伝学の解析用サンプルを収集した。4細胞遺伝学的解析では、Saxifraga(ユキノシタ科)、Potentilla(バラ科)、Primura(サクラソウ科)、Saussurea、Cremanthodium(ともにキク科)で、染色体を観察し、倍数性・核型を明らかにしつつある。5標本の分類学的研究では、採集した標本を中心に分類学的検討を行い、同定した。採集した標本は、東京大学総合研究博物館標本室および中国科学院昆明植物研究所標本室に収蔵した。6得られた成果について意見交換を行った。
原子核乾板を使った高エネルギー重イオンでのハイパー核生成の研究

本年度4月に,アメリカ合衆国ブルツヘブン国立研究所において,8組の各40板の乾板を10GeVと15GeVのエネルギーのStのビームにあてた.当初予定していた6GeVは,加速器の都合ができなかったので,10GeVに変更した.その後現像を終え,二連式顕微鏡で40板の乾板の相対位置の較正を行った.平均100μm以下,最大500μm以下で良く一致していることが,粒子の軌跡を通しておいかけることで明らかになった.またビーム粒子の方向は1mmラジアン以下の精度で揃っており,乾板に対しても良い精度で垂直であった.また画像処理システムを一通り完成してテストを行い,ビーム粒子に対しは満足すべきものを得たが,ヘリウム等の軽粒子に対して感度が低いという問題であり,その改良及び全体の解析速度の向上を図りながら解析を行っている.アメリカ合衆国ブルックヘブン国立研究所のAGS加速器から、核子当り15GeV/cの高エネルギー重イオンビームが61年10月初めて引出された。私達の研究は実験課題831として採択され、62年4月中旬に実施される予定である。若井・村岡等の予言によれば、高エネルギー重イオン反応でのハイパー生成率は百万分の10程度と最近低くめになったので、統計を上げるため9cm×12cmの乾板を用いることとし、4組の照射箱を用意した。またエネルギー依存性を見るため、14GeVと6GeVで照射する予定で乾板は全部で8組製作した。解析能力の向上が、統計精度の点から重要であるので、現有の顕微鏡のステージをパルスモーター駆動に改造し、計算機制御を図った。画像とり込み及び処理の準備も半分程おわっており、後は62年予算で完了する。本年度4月に,アメリカ合衆国ブルツヘブン国立研究所において,8組の各40板の乾板を10GeVと15GeVのエネルギーのStのビームにあてた.当初予定していた6GeVは,加速器の都合ができなかったので,10GeVに変更した.その後現像を終え,二連式顕微鏡で40板の乾板の相対位置の較正を行った.平均100μm以下,最大500μm以下で良く一致していることが,粒子の軌跡を通しておいかけることで明らかになった.またビーム粒子の方向は1mmラジアン以下の精度で揃っており,乾板に対しても良い精度で垂直であった.また画像処理システムを一通り完成してテストを行い,ビーム粒子に対しは満足すべきものを得たが,ヘリウム等の軽粒子に対して感度が低いという問題であり,その改良及び全体の解析速度の向上を図りながら解析を行っている.
先天性ネフローゼ症候群における原因遺伝子と発症機序の分子生物学的研究

先天性ネフローゼ症候群(CNS)は,小児慢性腎不全の原因の一つである。ネフリンはフィンランド型CNSの責任遺伝子産物で,欧米ではその8割以上はネフリン遺伝子(NPHSI)変異が原因である。ポドシン遺伝子(NPHS2)は家族性ステロイド抵抗性ネフローゼ症候群の原因遺伝子であるが,CNSの原因にもなる。α-アクチニン4遺伝子(ACTN4)変異が常染色体優性巣状糸球体硬化症において同定されている。びまん性メサンギウム硬化症において,Wilms腫瘍の原因遺伝子であるWilms腫瘍抑制遺伝子(WT1)の変異がみられる。CD2-associated protein(CD2AP)は,スリット膜関連分子である。近年,CD2AP遺伝子にヘテロの変異がある巣状分節性糸球体硬化症の2例が報告され,CD2AP遺伝子変異がヒトの腎症にも直接関与している。日本人CNS患者における,NPHS1・NPHS2・ACTN4・WT1・CD2AP変異の役割を明らかにするため,日本人CNS患者15家系の15例を対象とし,上記の遺伝子解析を施行した。原因遺伝子同定が不完全な症例において,組織におけるネフリンの発現等を検討したが,原因解明につながる結果は得られなかった。上記遺伝子解析体制を維持し,さらに症例数を増加する予定である。<結果>1. 2例に,CNSの原因となるNPHS1変異,ホモ接合体を検出した(E246Xとnt2156(del8))。2. 2例に,NPHS1のミスセンス変異,ヘテロ接合体を検出した(R460QとD105N)。3. 1例に,CNSの原因となるNPHS2変異,ホモ接合体を検出した(R196X)。4. 1例に,同じNPHS2のナンセンス変異,ヘテロ接合体を検出した(R196X)。<結論>1.日本人CNS患者においてNPHS1変異の原因頻度は低い。2.日本人CNS患者においてもNPHS2変異は原因となる。ネフリンはフィンランド型CNSの責任遺伝子産物で,欧米ではその8割以上はネフリン遺伝子(NPHS1)変異が原因である。<結果>1.2例に,CNSの原因となるNPHS1変異,ホモ接合体を検出した(E246Xとnt2156(de18))。2.2例に,NPHS1のミスセンス変異,ヘテロ接合体を検出した(R460QとD105N)。

3.1例に,CNSの原因となるNPHS2変異,ホモ接合体を検出した(R196X)。4.1例に,同じNPHS2のナンセンス変異,ヘテロ接合体を検出した(R196X)。<結論>1.日本人CNS患者においてNPHS1変異の原因頻度は低い。2.日本人CNS患者においてもNPHS2変異は原因となる。先天性ネフローゼ症候群(CNS)は,小児慢性腎不全の原因の一つである。ネフリンはフィンランド型CNSの責任遺伝子産物で,欧米ではその8割以上はネフリン遺伝子(NPHS1)変異が原因である。ポドシン遺伝子(NPHS2)は家族性ステロイド抵抗性ネフローゼ症候群の原因遺伝子であるが,CNSの原因にもなる。α-アクチニン4遺伝子(ACTN4)変異が常染色体優性巣状糸球体硬化症において同定されている。びまん性メサンギウム硬化症において,Wilms腫瘍の原因遺伝子であるWilms腫瘍抑制遺伝子(WT1)の変異がみられる。CD2-associated protein(CD2AP)は,スリット膜関連分子である。近年,CD2AP遺伝子にヘテロの変異がある巣状分節性糸球体硬化症の2例が報告され,CD2AP遺伝子変異がヒトの腎症にも直接関与している。日本人CNS患者における,NPHS1・NPHS2・ACTN4・WTI・CD2AP変異の役割を明らかにするため,日本人CNS患者15家系の15例を対象とし,上記の遺伝子解析を施行した。原因遺伝子同定が不完全な症例において,組織におけるネフリンの発現等を検討したが,原因解明につながる結果は得られなかった。上記遺伝子解析体制を維持し,さらに症例数を増加する予定である。<結果>1.2例に,CNSの原因となるNPHS1変異,ホモ接合体を検出した(E246Xとnt2156(de18))。2.2例に,NPHSIのミスセンス変異,ヘテロ接合体を検出した(R460QとD105N)。日本人CNS患者における,NPHS1・NPHS2・ACTN4・WT1・CD
未来エネルギー水素液体キャリアのアンモニア生産のための根粒菌の共生からの自立育種

有名なハーバーボッシュ法による窒素の固定・アンモニア製造の化学手法は、エネルギー消費量の大きいため、新たな方法の開拓が必須になっている。自然界におけるマメ科植物と根粒菌の共生による窒素固定は、アンモニアの実用生産には不向きである。独自に開発してきたモノリス分析材料を用いた分離媒体による根粒菌のプロテオーム解析から、共生に依存しない、根粒菌のみによる窒素固定が可能であることがわかってきた。そこで、未来のエネルギーともいえる「水素のキャリアーとしてのアンモニア生産」系の構築に、ゲノム編集により、共生に依存しない自立した根粒菌のみによるアンモニア生産育種に成功した。マメ科植物と根粒菌の共生による窒素固定は、窒素固定酵素の脆弱性ゆえに、大量生産には不向きである。我々は、ゲノム解析と独自に開発してきたモノリス分析材料を用いた分離媒体による根粒菌のプロテオーム解析から、ゲノム編集操作、特に,人工誘導性プロモーターの導入による遺伝子発現系の切り替えにより、微生物だけによる、マメ科植物に依存しない自立した窒素固定が可能であることを明らかにした。この解析を通じて、微生物「単独」での窒素固定とアンモニア生産系の確立が可能であることが判明した。これにより、未来のエネルギーとも言える「水素のキャリアーとしてのアンモニア生産」系の構築も同時にめざして、微生物工学による資源創出へのさらなる展開も拡大できた。具体的には、培養したL. japonicusにM. lotiを接触させ、根粒を形成させ、比較対照として通常培地で培養したM. lotiを非共生状態サンプルとして培養したのち、根粒内及び、非共生状態の微生物を破砕し、タンパク質試料を調製した。次に、独自に開発したキャピラリーモノリスカラムを用いたナノLC/MS/MSシステムによる高分解能と高速性能をもつプロテオーム解析系を構築し、網羅的で経時的な定量タンパク質の解析を行った。判明した共生状態と非共生状態で発現するタンパク質をすべて網羅的に同定定量するタンパク質のプロファイルにより、感染と窒素固定の要素の含有による共生という生命現象を遺伝子レベルならびに、発現、すなわち、プロテオームレベルで明らかにできた。このデータをもとに、植物からの誘導物質によるプロモーターを人工的に誘導可能なプロモーターにゲノム編集操作を利用して変換し、根粒菌のみで、空中窒素の固定と水素キャリアーとしてのアンモニア生産という、従来の植物との共生に依存しない、自立した「微生物単独」での大量実用生産系の構築が可能になった。応用生物科学
大都市の政党間競争に対する選挙制度の影響 -異なるレベルの選挙統計の比較分析-

本年度は、政令指定都市とこれに準ずる大都市において、昭和30年若しくは政令指定都市昇格後に行われた市議会議員選挙ならびに同都市選出部分の道府県会議員選挙の記録を収集し、これを研究補助員の手を借りてパソコンに入力し、その基礎的な分析を行った。まず各自治体の選挙管理委員会に資料送付を依頼し、また自力でも資料収集に赴いたところ、多くの方の協力も得られ選挙統計の収集は順調に進んだ。しかし横浜市など一部の自治体からは全く協力が得られなかったため、データの完成は残念ながら結果的に大幅に遅れざるをえなかった。ただし比較的早い時期に得られた資料については、これをロータス123によって入力し、フロッピ-ディスクなどの磁気媒体上に保存した。本研究では、市議会議員と道府県議会議員という同じ地域から選出される二つの異なる代表の選挙結果を比較分析することによって、地方自治や選挙制度に関するいくつかの仮説を検証することを最終的な目標としているが、当面まず二つの議会の選挙区定数の違いがもたらす影響について分析を進めている。現時点では、これらのような複数定員区で相対多数代表制を用いた選挙制度においては、有権者レベルでの政党支持状況がほぼ同じであっても、定数がおおきくなればなるほど、議会に多くの政党が代表として送り込まれ、またその際、議席率は得票率により近似することが確認された。今後は、比例代表制のシミュレーション結果との比較を通じて大型複数定員区での相対多数代表制の特質を、とりわけ複数候補擁立の戦術定困難さとそれへの対処方法を中心に、可及的速やかに解明する予定である。また、さらにこれらの選挙制度が日本の大都市での地方政治に与えた影響についても十分に検討していきたいと考えている。
複素環大環状化合物のカラースイッチング機能及びリチウム選択的輸送機能

我々はすでに新規に合成したピリジンを含むポルフィリン類似大環状化合物の亜鉛錯体が溶媒の極性を変えることにより共役系が変化し、溶液が無色から黄色、さらに赤色に変わること、すなわち溶媒の極性によるカラースイッチング機能を見出している。本研究では、その変色機構を解明するためにまず配位子の^1H-NMRスペクトルを調べたところ、スペクトルが溶媒の極性により大きく変化することを見出した。各プロトンの化学シフトを詳細に検討し、溶媒の極性により、分子のコンホメーションが変化し、その結果、共役系が変わり吸収スペクトルが変化することがわかった。これらについては、分子軌道法計算による理論的裏づけを行った。また、これまで亜鉛錯体でカラースイッチング効果を見出していたが、リチウム錯体においても同様に溶媒により色が可逆的に変化することがわかった。非極性溶媒中では、大環状化合物環内の水素が分子周辺に移動し共役系を減少させるために無色となるが、極性溶媒中では、環内水素がリチウムイオンと交換して電子の非局在化が促進され、深赤色となることがわかった。さらに、無色のリチウム錯体の分子周辺に移動した水素の化学シフトに大きな対アニオン効果が見られ、中心リチウムイオンと対アニオンとの間の距離と対応付けた。これらの性質は、本大環状化合物が平面構造と非平面構造の両方を持つ歪がかかったハイブリッド構造であること、環の内部に動きやすい水素をもち、この水素の位置により共役構造が変化することから生じるものであり、これまでにない新しい考え方によるといえる。また、光照射によっても内部水素が移動し色が変わることがわかったので、今後、光により色および錯体形成能が変わる新しい配位子の合成を行う予定である。本大環状化合物をキャリヤとして液膜輸送を行い、海水と同組成の塩溶液からリチウムイオンを高選択的に分離することが可能であることを見出した。今回さらに大環状構造ではない1,10-フェナントロリンの種々の2,9-ジ置換体の合成を行い輸送用キャリヤとしての評価を行った。その結果、カルボニル基をもつ置換基を有する誘導体はリチウムイオンと1:1錯体を作るが、カルボニル基を持たないものは2:1錯体を作ることを見出した。輸送用キャリヤとして用いた場合、後者は輸送速度において優れているが、前者はリチウムイオン選択性において優れていることがわかった。今後、さらに光感受性等の新しい機能をもつ大環状キャリヤの開発を行うとともに、主としてリチウムイオン分離システムを開発し、リチウムイオン電池等のエネルギーシステムへの寄与を図ることを計画している。我々はすでに4つのピリジン環からなる大環状化合物がリチウムイオンを極めて強くまた特異的に配位することを見出している。しかし、この化合物は配位力が強すぎるため、液膜輸送用キャリヤには使えない。そこで、ピリジン環の一つをピリジリデン構造とし、-N=を-NH-とすることにより、配位力が弱まり輸送用キャリヤとして極めて適したものとなることを見出した。

これをキャリヤとして海水モデル水溶液(LiCl, NaCl, KCl, MgCl2, CaCl2を含む)より液膜輸送を行ったところ、全金属塩中0.005mol%だったLiClが2.7%に濃縮された。さらに輸送を繰り返したところ、驚くべきことに80%に濃縮されることがわかった。これまでアルカリ金属イオンの輸送には過塩素酸イオンやチオシアン酸イオンのような脂溶性アニオンを対イオンとして用いることが一般的であったが、本研究におけるような塩化物イオンで成功した例は極めて珍しい。このことは、アニオン交換することなく直接海水を用いることができるため、経済的、エネルギー的に極めて有利である。本研究成果は、J. Am. Chem. Soc.に速報として掲載されることが認められ、印刷中である。さらに最近、長鎖アルキル基をもつ大環状化合物がリチウムイオンを取り込むことにより、分子が特異的なコンホメーションをとり、興味深いNMRスペクトルを与えることがわかり、現在、置換基の効果を検討中である。今後、歪のかかった錯体として、蛍光スペクトル挙動等を調べ、リチウムイオン微量分析用試薬としての利用も検討する。本年度は、新たに合成したピリジンを含む大環状化合物のさらに効率の良い合成法を探るとともに、共役系およびプロトン移動を制御するために種々の置換基を導入してその立体効果による構造変化を調べることとした。1H NMRスペクトルにより、いくつかの化合物のコンホメーションが温度および溶媒により大きく変わることを見出し、温度または溶媒の極性による共役系の制御が可能となることがわかった。これらのコンホメーションおよびさらに、これまでカラースイッチング現象は亜鉛錯体のみで見出されていたが、リチウム錯体についても検討を行ったところ、リチウム錯体においても、溶媒により色が可逆的に変化することがわかり、その構造を推定した。リチウムイオンの液膜輸送による分離については、これまで原子吸光スペクトルのみにより評価してきたが、今回設備備品として申請したイオンアナライザーは簡便に複数のイオン濃度を同時に測定できるため、選択性の評価が極めて容易になった。本年度はさらに比較のため、大環状構造ではない1,10-フェナントロリン誘導体の合成を行い、輸送用キャリヤに対する評価を行った。その結果、2,9位にカルボニル基をもつ置換基を有する誘導体はリチウムイオンと1:1錯体を作るが、カルボニル基をもたないものは2:1錯体をつくることを見出した。輸送用キャリヤとして用いた場合、後者は輸送速度において優れているが、前者はリチウムイオン選択性において優れていることがわかった。これらの結果は、J. Am. Chem. Soc.、Bull. Chem. Soc. Jpn.、J. Molecular Sci.において発表した。今後さらに新しい機能をもつキャリヤおよび輸送システムを探るとともに、配位子を固定化し、吸着によるリチウム分離材としての応用を検討する。
地域史を活用したオルタナティヴな「多文化共生」像の構築に向けた試行研究

日本人・在日住民双方の関係性の蓄積(=地域史)を広く住民に知ってもらう活動に取り組んだ。具体的には,住民座談会や区主催のフォーラムにて社会地図の展示・発表を行ったほか,NPO関係者とパンフレット『ともに生きるまち生野』を協同で作成し,住民に配布した。その一方で,在日住民の社会包摂に関わってきた市民運動資料の整理にも取り組み,データベース公開を視野に入れたシステム開発・データ入力を進めた。そのほか,高校での地域史の展示に空中写真を提供したほか,それを活用した地域学習教材の提供にも関わった。在日朝鮮人集住地区における日本人・在日住民双方の関係性の蓄積(=地域史)を広く住民に知つてもらう活動に取り組んだ。具体的な成果として,第一に,生野区地域福祉アクションプランを拠点に,生野区役所・社会福祉協議会・町会関係者・福祉NPO関係者と協働で,在日住民の現状を広く知ってもらう住民座談会を開催してきた。その際社会地図をポスターに印刷したものを掲示し,「地域」に対する「気付き」を喚起する取り組みを行った。地域住民からは,驚きをもって評価されるケースも多々あり,本研究の第一段階としては一定の成果を得た。第二に,生野区地域福祉アクションプランでは,広く一般住民に在日住民の福祉課題を伝えるパンフレットの作成・配布も行った(1万部)。その際,地域史を社会地図と重ね合わせた地図(「生野区多文化マップ」)を作成・掲載した。第三に,地域住民からの資料提供については,当初予定通りに進捗することはできなかった。しかし,生野区・東大阪市にて市民活動を展開してきた団体より,過去の資料の提供を受けた。その中で特に資料的価値が高いのは,同地域での「密航者」に関する支援活動の資料である。これまでの研究で看過されてきた生野区における在日住民の特徴として,戦後の「密航者」の占める割合が予想以上に高いことがある。彼らをめぐる排除の実相や支援の実態を「見える化」することは,地域で潜在的に育まれてきた「多文化共生」のための土壌を住民に認識してもらえる点で,非常に意義の大きいものと考える。平成21年度は,「見える化」のための第一歩として,提供された資料(簿冊1,000冊あまり)のデータベース化を進めた。本研究の目的は,「地域」を既存住民とエスニック集団住民による問題共有のための基礎的枠組み・空間的スケールと捉え,「地域」をベースに,ボトムアップ的な「多文化共生」像の構築を目指すことにある。(1)社会地図の展示:主に,生野区地域福祉アクションプランを拠点に,生野区役所・社会福祉協議会・町会関係者・福祉NPO関係者と協働で,在日住民の現状を広く知ってもらう住民座談会を開催してきた。その際社会地図をポスター印刷したものを掲示し,「地域」に対する「気付き」を喚起する取り組みを行った。地域住民からは,驚きをもって評価されるケースも多々あり,本研究の第一段階としては一定の成果を得たといえる。なお,この試みのスピンオフの成果として,小地域統計を用いてGISによる集住地区の析出を行った論文が『地理学評論』誌に掲載された。(2)市民運動データベースの作成:地域住民からの資料提供については,当初予定通りに進捗することはできなかった。本年度は,これら資料の一部について,FileMakerを用いたデータベース化を行い,「見える化」のための基盤整備に取り組んだ。
10年後の大学教育を想定したゼミ活動の方式提案と評価方法の開発

本研究の目的は,今後の大学教育を展望し,先導的にゼミ活動支援の方式を提案することにある.ここでのゼミ活動の骨子は,知識・スキルの獲得をさせることにあらずして,教員の適切な支援とともに能力進捗をゼミ生相互に評価し合い,自己増殖的に知識・スキルを自ら醸成する体質の涵養にあるとする.その理念に基づき「SMS:Seminar Management System統合ゼミ活動支援システム」の設計開発を行った.大学におけるゼミの実態を調査し,研究者自身のゼミに実際に適用し,毎回の映像や相互評価により振り返りを継続的に行い,その効果を実証した.近年の高等教育は,遠隔教育,e-ラーニング,MOOC(Massive Open Online Course)と約10年単位で大きな変革のキャッチフレーズとともに,大学教育機能のパラダイム自体がドラスティックに変貌し続けている.こうした状況から,物理的な移動をともなう通学によってはじめて可能となるキャンパスでの対面教育は,大教室での多人数一方向の講義型授業形態から,少人数対話型・参加型の討論形式に転換されるべきであるとする考えが主流となってきた.その集約的形式は「ゼミ活動」である.本研究は,これからの10年間のエポック単位を想定して,先導的にゼミ活動の方式を提案し,その活動自体の評価方法を研究開発対象とするものである.初年度の研究過程を通し,ゼミ活動を大学教育のより中心的機能として位置づけ,大学内大学(University in University)とする考えを提唱するに至った.個々のゼミに独自の教育理念を設定し,学生が所属したくなる魅力的な教育・研究体制を各ゼミどうしが競い合い切磋琢磨することで,もって今後の大学教育の質的向上を目指すべきものと考える.それを具体的に支援するシステムとして,「統合ゼミ活動支援システムSMS: Seminar Management System」の構築を目標として掲げるものである.第二年度以降,SMSのシステム構築指針の策定と開発,並びに具体的かつ多様なゼミ活動の手段として,ワークショップ/即興スピーチ,オンライン・ディスカッション,テレビ会議システムによる他大学との同時双方向遠隔合同ゼミなどを試行・展開し,手段として確立していく.その一部は既に成果として,2014年度中に学会研究会に報告した.近年の高等教育は,遠隔教育,e-ラーニング,MOOC(Massive Open Online Course)と約10年単位で大きな変革のキャッチフレーズとともに,大学教育機能のパラダイム自体がドラスティックに変貌し続けている.こうした状況から,物理的な移動をともなう通学によってはじめて可能となるキャンパスでの対面教育は,大教室での多人数一方向の講義型授業形態から,少人数対話型・参加型の討論形式に転換されるべきであるとする考えが主流となってきた.その集約的形式は「ゼミ活動」である.本研究は,これからの10年間のエポック単位を想定して,先導的にゼミ活動の方式を提案し,その活動自体の評価方法を研究開発対象とするものである.経過年度の過程を通して,ゼミ活動を大学教育の中心に置くべきことを提言するに至った.ゼミ活動の骨子は,知識・スキルの獲得にあらずして,教員の適切な支援とともに能力進捗を相互に評価し合い,自己増殖的に知識・スキルを自ら醸成する体質の涵養にある.そのことを念頭に,授業支援の基盤LMSに相当するSMS(Seminar Management System:統合ゼミ活動支援システム)の構想を改めて提唱し,開発を行った.2015年度は主に次のような研究成果を学会研究会にて発表した.「ゼミ活動における研究深化のための文献レビュー支援システム」,「プレゼンテーション能力の自主的・自律的向上を促進するSMS(統合ゼミ活動支援システム)機能の試行」,「裸眼3D視線一致型テレビ会議システムを用いた遠隔サッカー指導効果の検証」,「裸眼3D視線一致型テレビ会議システムを用いた遠隔スポーツ指導におけるスポーツオノマトペの効果」,「相互評価における評価の正確性とレポート得点の関連」等である.本研究の目的「10年後の大学教育を想定したゼミ活動の方式提案と評価方法の開発」にそい,「統合ゼミ活動支援システムSMS: Seminar Management System」の構築および実施を研究の主軸として進めてきた.日本の大学教育において理工系学部を中心にゼミ活動(研究室活動)は伝統的に重要な機能を果たしてきた.このことは国際的にも特徴的な教育方法であり,徒弟制度的な優れた方法論として,今後とも継承し,重視すべきものといえる.欧米の方式に習う形の改革が多い日本の大学教育方法にもこうした優れた点を生かす考えは有効である.しかしながらゼミ活動の具体的方法は口コミで伝えられる程度で,多くの場に共有されることが従来はあまりなかったのはもったいないことである.

このゼミ活動の方式をより一般的な方法論として,理工系のみならず大学教育の多くの領域に汎用な方式として,定着させていくことは今後の大学教育にとって意義は大きいと考える.統合ゼミ活動支援システムSMSの構想を策定し,システム構築を開始した.並びに具体的かつ多様なゼミ活動の手段として,伝統的な専門書・研究論文の輪講,ワークショップ/即興スピーチ,オンライン・ディスカッション,テレビ会議システムによる他大学との同時双方向遠隔合同ゼミなどを試行し,既にその成果を2014年度に引き続き,日本教育工学会,教育システム情報学会などの各学会研究会に報告した.以上,おおむね順調に進展していると考えられる.本研究の目的は,今後の大学教育を展望し, 10年間単位を想定して,先導的にゼミ活動支援の方式を提案する.具体的にはSMS:Seminar Management System統合ゼミ活動支援システムの開発とその効果の実証である.ゼミ活動における教育活動を,専門知識提供機能から人間関係構築・人間基礎力の育成機能を主眼として捉え直し,その集約的機能であるゼミ活動を効果的・効率的に支援するシステムの構築とゼミ活動の実践的方法論の開発を行った.特にプレゼンテーション能力,ファシリテーション能力の育成機能の増強に特に注力した.本ゼミの教育理念には,そうした能力のハウツー的な能力養成の目的でなく,基本的に相互評価を行うこと自律的に自らの能力を高める自己増殖的体質の醸成にある.ファシリテーション能力の評価値として参加者発言の空間的・時間的均等化をあげ,実用性を確認できた.またプレゼンテーション能力については共通評価項目に加え,プレゼンターが自ら改善を希望する個別評価項目を追加して,振り返り評価を行える機能を開発・試行した.2016年度は主に次のような研究成果を学会論文誌に投稿及び研究会にて発表した.「共通レポートを用いた相互評価における他者評価の正確性と理解度との関係」,「統合ゼミ活動支援システムSMSの開発状況(3)-学生向けダッシュボード機能の開発」,「統合ゼミ活動支援システムにおけるファシリテーション能力育成の試み」,「統合ゼミ活動支援システムにおける個別評価項目を用いたスピーチ能力育成の試み」,「遠隔プレゼンテーションにおける挨拶が及ぼす内容理解の促進とプレゼンターに対する印象の違いの検証」一昨年度より統合ゼミ活動支援システムSMS:Seminar Management Systemの開発を構想し,システム構築を開始した.その設計理念としての「学生同士が自律的かつ対話的に高め合う態度を涵養すること」に基づき,開発と試行・改訂を繰り返すことで,実際のゼミ授業において実用性を検証している.また具体的かつ多様なゼミ活動の手段として,伝統的な専門書・研究論文の輪講,ワークショップ/即興スピーチ,オンライン・ディスカッション,テレビ会議システムによる他大学との同時双方向遠隔合同ゼミなどを試み,既にその成果を2015年度に引き続き,日本教育工学会論文誌(査読あり)に投稿し採択・刊行された.さらに日本教育工学会,電子情報通信学会などの各学会研究会に報告した.
多元計算論に基づく最適脳刺激：オーダーメイドリハビリテーションへの展開

昨年度に引き続き、MR装置による高解像度構造MRI実験に基づく、人体頭部モデルの構築のさらなる高精度化を実施した。分解能0.25mmと0.5mmの超高解像度で解剖精緻な脳内電流分布モデルを用いた場合の、組織の判別が物理計算に与える影響について検討を行い、脳骨髄液のモデル化の影響が大きいことなどを確認した。これは、順問題としての脳電図の位置推定問題などでの傾向と合致することなどを確認した。また、最終目標であるリハビリ応用を見据え、小脳への電気刺激を念頭にした解析を実施した。MR画像を用いた脳内電流分布計算実験患者ごとの最適刺激ソフトウェア開発を念頭に入れ、研究1で構築した電気的頭部モデルに電極の位置および形状の添付を変化させるインターフェイスを開発した。昨年度から継続し、個々人の組織構成によるものに加え、電極の配置、電極の大きさなどに対するシミュレーションを自動化するソフトウェアインターフェイスを構築した。さらに、臨床研究で重要となる運動野周辺に誘導される電流ばらつきについて統計処理を行うとともに、計算結果との比較について予備的な検討を行った。具体的には、物理解析で示された一次運動野付近における電流密度の個人差と、tDCSによる運動皮質興奮性増大の個人差の相関について、一次運動野へのtDCS実施前後に、磁気刺激により誘発されるMEPを計測し、運動皮質興奮性増大の個人差を評価した。その結果、物理シミュレーションで示された一次運動野付近における最大電流密度の個人差が、tDCSによる運動課題成績に対する促進効果の個人差と傾向が合致することを確認した。当初の予定を概ね実施できており、順調に進展していると判断している。国際共同研究を含む、他研究機関との連携も順調である。有効性の検証の手法として、脳波源推定など順問題を解くことを加えるなど、最終目標に向かって多角的な検討を加えながら進めていく。今後は計算科学と実験結果の比較などに重点を置いて検討していく予定である。MR装置による高解像度画像に基づき、大脳灰白質や白質といった脳組織の詳細な解剖情報に加えて皮膚、脂肪、筋肉などの脳以外の詳細な解剖情報を考慮し、0.5mmの分解能の人体頭部モデルを構築した。その際、組織ごとに最適な画像モダリティは異なるため、複数の画像モダリティのデータを用いた。その結果、複数の画像セットに対し、高精度に人体モデルが再現できることを確認した。次に、MR画像に基づき構築した人体モデルに対し、脳内電流分布計算実験tDCS電気刺激最適化のための脳誘導電流推定ソフトウェアの改良を行った。脳電図(EEG)で用いられている典型的な電極配置(10-10法)に対して、任意の被験者に対して自動的に電極配置を決定できるような設定とした。また、磁気刺激を例にとり、購入したポジショナーと実測との比較により、その計算配置の精度が十分であることを確認した。さらに、電気刺激にかかわるシミュレーションでは、電極と皮膚の接合面のモデル化が重要となる。この種のモデル化にともなうばらつきについては、電磁界解析については研究協力者と共同して比較計算を実施の上、また、実測結果との対比により検討した。その結果、健常者を対象とした脳内電流分布と最適刺激パラメータの予備的な検討を行った。特に、計算結果を標準的(グループレベルでの平均的)脳に対して投射することにより、有効性の確認を行った。その結果、脳構造の複雑さのため、必ずしも典型的な電極配置に対して刺激が最適化できるとは限らないことなどを確認した。共同研究を実施予定の海外研究者の来日の予定がずれ込んだものの、当初の予定していた項目は実施できているものと判断する。

今後は計算科学と実験結果の比較などに重点を置いて検討していく予定である。医用画像から構築した人体モデルに対する計算科学と実験結果の比較による計算推定技術の有効性検証、計算科学に立脚した実験における簡易実装法などに重点を置いて検討していく予定である。
ヒトマクロファージ由来腫瘍細胞傷害因子の生化学的解析と制癌への応用

本研究は活性化マクロファージによる抗腫瘍活性発現機構に関与する抗腫瘍性エファクター分子の機能とその生化学的分析を目的とし、次の点を明らかにした。1)ヒト未梢血単球及び肺胞マクロファージは適当な活性化刺激にて癌細胞(ヒトメラノーマ)に対し傷害活性を発現し、その際培養上清中に腫瘍細胞傷害因子(TCF)を放出した。1)ヒト単球の抗腫瘍活性誘導には一次刺激としてインターフェロンガンマ(IFN-γ)が働き、二次刺激として合成性免疫アジュバントであるムラミルジペプチド(MDP)が相乗的に作用することを明らかにしたが、TCF産生についても同様な機序にて誘導された。3)活性化マクロファージ・単球から産生されるTCF活性をもつ因子としてインターロイキン1 (IL-1)腫瘍壊死因子(TNF)が知られているが分子量約30Kの蛋白質がTCF活性をもつことを明らかにした。4)脂溶性MDP誘導体を人工脂質膜リポリームに封入し、ヒト単球の細胞質内に取り込ませることにより作用させた場合、MDP単独に比し、有意に強くかつ長期間にわたり単球の抗腫瘍活性を発現した。そこでIL-1産生能について比較すると、MDPにて活性化された単球は抗腫瘍活性発現と共にIL-1産生を示すが、リポソーム封入MDP誘導体は抗腫瘍性のみ誘導し、IL-1産生誘導を全く示さなかった。このことはIL-1産生誘導に働く機構が膜を介した現象である事を強く示唆した。5)マクロファージ由来の抗腫瘍エフェクターの一つであるTNFの癌細胞傷害機構を分子レベルで解明する為に、リポソーム膜傷害能について検討した所、ホスファチジルコリン(PC)とホスファチジルセリン(PS)とからなるリポソーム膜はPC単独膜よりTNF感受性が高い事。さらにTNFによるリポソーム膜傷害作用はpH依存性を示し、pH5以下の酸性側で強かった。同条件下でIFN-γは完全な膜結合能を示すも殆んど膜傷害作用を示さなかった。さらに、IFN-γはTNFと相乗的に膜傷害作用を有する事が明らかとなった。