hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ゲノム変異標的分子による予後不良膵腺管がん治療戦略の構築

難治癌である膵癌の多くではKRAS遺伝子変異が発がんの原因になっているが、この活性型変異KRASは薬剤開発の難しい標的として知られている。我々は、DNA塩基配列を認識し、配列特異的にアルキル化することができるアルキル化ピロール・イミダゾールポリアミド(PIP)化合物の開発に取り組んでおり、大腸がんにおけるKRAS遺伝子変異(G12D/V)を標的とした化合物(KR12)を開発した。これまでに、KR12が大腸がんのみならず、KRAS遺伝子変異による膵がん自然発症マウスモデルにおいても抗腫瘍効果を示すことを確認した。本研究では、膵癌由来細胞株におけるKR12の薬理効果の検討と感受性関連遺伝子の探索を行うことを目的として研究を続けている。本年度は昨年度明らかにした膵癌細胞株KP-4以外の膵癌細胞株PANC-1、CAPAN-1、CAPAN-2、AsPc-1細胞におけるKR12のIC50値を測定した。その結果、CAPAN-1細胞において、IC50値は7.1 nMと著しく低い値を示した。一方、PANC-1やCAPAN-2、AsPc-1細胞におけるIC50値は16&#8210;86 nMと比較的高い結果であった。更に現在は上記の細胞株を異種移植したモデルマウスを作成し、動物実験におけるKR12の抗腫瘍効果を検討している。また、KP-4及びCAPAN-1のマイクロアレイ解析を行っている最中である。また、Chemseqを行うためのKR12-biotin化合物の合成が困難であったが、合成法を見直した結果、樹脂をOxime resinから2-Cl-Tri-Cl resinに変更した新規合成法の開発に成功した。現在は新規合成法にて合成したKR12-biotin化合物の毒性試験を行っている。本年度は昨年明らかにしたKR12が膵腺管がん(PDAC)細胞株KP-1に対する抗腫瘍効果を見出したが、本年度では更に対象となる癌腫を広げるために4種類のPDAC細胞株に対しin vitro及びin vivoにおける抗腫瘍効果を見出した。これはKR12がKRASコドン12の変異癌に対し広く適応できる可能性を示唆している。更に発現解析に必要なビオチン標識した薬剤、KR12-bitionを動物実験に用いることが可能な収量で得られる合成法を確立した。現在はこの化合物の毒性試験とchemi seqによる網羅的発現解析によるの条件検討を行っている最中である。平成29年度の研究により、KR12がマウスの膵腺管がん癌細胞に対する抗腫瘍効果と同様にヒト膵腺管がんに対する抗腫瘍効果を細胞および動物実験レベルで確認出来た。平成30年度はKP4以外のヒト膵腺管がん癌細胞を移植した担癌マウスにおけるKR12の抗腫瘍効果を検証するその際、投与方法、投与量、投与スケジュール等を詳細に検討し効果的な投与スキームの最適化を図る。平成31年度は膵腺管がん細胞内や担癌マウス内におけるKR12の結合部位を同定しKR12がゲノム中のどの部位に結合しているかを検証する。そのため、ビオチン標識化KR12を合成し、これを感受性のある各PDAC細胞に処理し、全ゲノムを回収する。これらのサンプルについて次世代シークエンサーによる全ゲノム解析を行い、結合部位を同定するChem-Seq法を行う。
水素の抗酸化作用による心筋虚血再潅流障害抑制効果の検討

ラットの心筋虚血再潅流モデルにおける、より詳細なメカニズムの解明を目指した。また水素ガス投与に関して新しい方法を検討し始めた。また、ヒトへの臨床応用をめざして、犬における心筋虚血再灌流モデルでの水素ガスの検討を進め良好な結果を得ている。今後より高等動物での効果、より効率的な投与法の検討を行うため現在準備中である。また虚血再潅流モデルにおける水素の安全性の確認も行いなるべく早期の臨床試験を目指す。水素ガスの吸入による虚血再潅流障害抑制効果の検討虚血再潅流障害に対し近年新しい治療戦略として硫化水素、一酸化炭素、一酸化窒素などの"Gas Therapy"が脚光を浴びつつあるが、私は、水素ガスが細胞障害性ラジカルのみを選択的にスカベンジし、しかも活性酸素の主たる発生源であるミトコンドリアや核にも効率よく拡散していくことに着目し(Nat Med. 2007)、ラットの心筋虚血再潅流モデルにおいて水素ガス吸入の再潅流障害抑制効果について詳細な検討を行った。平成20年度は、in vivoモデルで人工呼吸器下に2%水素ガスを投与し組織中の水素濃度を水素電極を用いて直接測定したところ、血液中や正常心筋内のみならず虚血心筋内でさえも水素濃度が上昇し、非虚血心筋の70%に達することを確認した(図1)。さらに虚血再潅流24時間後にTTC染色を行い梗塞巣の大きさを評価したところ、水素ガス投与群において梗塞領域が最大約50%縮小することを明らかにした(図2)。またその際水素ガスが動脈血酸素飽和度や血圧、心拍数などの血行動態に悪影響を及ぼさないことも確認した。さらに8週間後に心エコー図で左室機能を評価したところ、水素ガス吸入群では左室リモデリングが抑制され左室収縮能が改善することも明らかにした。ランゲンドルフ摘出潅流心における検討でも水素投与群で左室機能の改善が促進されることを確認した。そのメカニズムとして、in vitroでラット初代培養心筋細胞においてAntimycinAや細胞内Fenton反応によって急性酸化ストレス障害を加えたところ、水素ガスが細胞毒性の高いヒドロキシラジカルのみを選択的に消去しミトコンドリア膜電位を保ち細胞死を抑制することを明らかにした(図3, 4)。以上の研究結果は2008年Biochem Biophys Res Communに報告した。平成20年度までにラットの心筋虚血再潅流モデルにおける水素の作用について、その効果、より効率的な手法、メカニズムについての検討を行った。その上で平成21年度には更なる詳細なメカニズムについて検討を行っていった。従来まで想定されていた以外にも何らかの機序が存在する可能性が高く、その検討は水素投与による抗酸化作用のみならず、再潅流療法によって引き起こされる酸化ストレスの病態解明に重要な役割を担う可能性が多分にあると思われた。ラットの心筋虚血再潅流モデルにおける、より詳細なメカニズムの解明を目指す。神経細胞と同様な、ヒドロキシラジカルなどの酸化ストレスを介する経路の検討のみならず、その他の機序が存在する可能性があり、メタボローム・プロテオーム解析などより網羅的な解析を現在行っているところである。平成21年度にはこれまでの水素ガス投与に関して新しい方法の開発を行ってきた。今までは水素ガスの供給は水素ボンベを使っていたが、水素吸蔵金属を用いた新しい方法を検討し始めた。今後、マーモセットなどより高等動物での効果の検討、より効率的な投与法の検討を行うため、現在準備中である。また同時に人体への水素投与は)無害であることが確認されているが、虚血再潅流モデルにおける安全性の確認も行い、なるべく早期のヒトへの臨床応用につながるための臨床研究について、現在倫理委員会に申請中であり、可及的速やかに臨床試験に移りたいと考えている。
分布学習に基づく自然言語文とその意味表現の対からなる形式言語の学習に関する研究

近年,弱文脈依存文法の学習に対して強力なアプローチとして発展していた分布学習を,より複雑な文法形式に対して展開した.まず,生成規則が文脈自由文法の拡張型になっているような任意の文法形式について,分布学習が適応可能となる抽象的一般的な条件を導いた.また,連言文法と呼ばれる文法形式に対する多項式時間学習アルゴリズムを設計した.非線形ラムダ項を用いた文法形式について,分布学習が可能となる条件に関する事例的成果をあげた.さらに,分布学習可能にする文脈自由文法に関する最も代表的な条件について,これを弱め,より広いクラスの文法が学習可能であることを証明した.本研究課題では,近年文脈自由言語をアルゴリズム的に学習する技法として盛んに研究され成功を収めている「分布学習」とよばれるアプローチを,自然言語学習の素朴な数理モデルとしての文とラムダ項の対の学習へと発展させることを目的としている.平成26年度は,主に2つの課題に取り組み,成果を得た.1つはconjunctive grammarsと呼ばれる文脈自由文法の拡張にあたる文法形式に対する分布学習アルゴリズムの設計である.Conjunctive grammarsは文脈自由文法に集合積演算を導入したものとみなすことができ,文脈自由文法では表現できない多様な言語を表現できる.分布学習には,部分文字列を非終端記号の意味付けに用いる第1アプローチと,文脈を非終端記号の意味付けに用いる第2アプローチがあり,文脈自由言語の学習においてはこれらのアプローチは美しい対称形を持つことが知られているが,conjunective grammarにおいては,対称性が崩れ第2アプローチのみが有効であることがわかった.成果は国際会議LATA'2015にて発表された.もう1つは,自然言語の意味表現として特に関わりの深い,非線形ラムダ項を用いた文法形式について,分布学習が部分的に可能となる特殊ケースの条件に関する知見を得たことである.非線形性は分布学習を計算量的に困難にする要因であるが,文脈構造の非線形度が定数で抑えられる場合には第1アプローチが,部分構造の非線形度が定数で抑えられる場合には第2アプローチが,それぞれ有効に機能するという知見に基づき,そのような導出構造を与える文法規則の条件について考察した.成果は翌年度には体外発表できる見通しである.本研究課題では,近年文脈自由言語をアルゴリズム的に学習する技法として盛んに研究され成功を収めている「分布学習」とよばれるアプローチを,自然言語学習の素朴な数理モデルとしての文とラムダ項の対の学習へと発展させることを目的としている.平成27年度は,主に3つの課題に取り組み,成果を得た.1つは,分布学習が適応可能な文法形式一般に関する議論である.これまで文脈自由文法やその一般化とみなせるような多重文脈自由文法,文脈自由木文法といった各種の文法それぞれについて,分布学習概念が適用され議論されてきた.これに対して本研究代表者は,分布学習概念を適用可能な文法形式について一般的抽象的な枠組みを与えた.このような枠組みは,本課題で対象としている,文字列とラムダ項の対という特殊な数学オブジェクトに対しても有効であり,分布学習がいかに定義され議論されるべきか良い見通しを与えた.本成果は,The 14th Meeting on Mathematics of Linguisticsの招待講演において発表された.また1つは,非線形ラムダ項を用いた文法形式について,分布学習が部分的に可能となる特殊ケースの条件に関する事例的成果である.非線形性は分布学習を計算量的に困難にする要因であるが,文脈構造か部分構造の一方が非線形度が定数で抑えられる場合には,分布学習が部分的に可能である.そのような導出構造を与える文法規則の条件について考察した.成果はFormal Grammar 2015において発表された.さらに,非線形度が定数で抑えられない文法であっても,文脈構造と部分構造への分解が多項式時間で可能である場合を発見した.並列正則木文法がこのような性質を持っていること,さらに一般化した文脈自由木文法について,このような性質を持つ部分クラスが定性的に定義可能であることを証明した.本成果に関する論文はFandamenta Informaticaeに投稿した.本研究課題における3つの主要な技術的課題のうち,(a)構造分解の探索空間の爆発について,非線形文法でも探索空間が爆発しない場合があることを示し,当初想定した以上の大きな成果を得ることができた.特に木文法に関する知見は,一般の非線形ラムダ項に基づく文法における多項式時間構造分解を追究する上での重要なヒントになるだろう.一方で,オブジェクト対からなる言語の学習については関連研究者と議論をはじめた段階にとどまっている.本研究課題では,文脈自由言語をアルゴリズム的に学習する技法として近年盛んに研究され成功を収めている「分布学習」とよばれるアプローチを,自然言語学習の素朴な数理モデルとしての文と意味表現の対の学習へと発展させることを目的としている.平成28年度に得られた成果の概要は以下のとおりである.文脈自由言語を分布学習可能にする文脈自由文法に対する条件の最も代表的な2つとして,Finite kernel property (FCP)とFinite context property (FKP)が従来提案されていたが,より厳密にはこれらの条件にはそれぞれより強い条件のものとより弱い条件のものが提案されていた.学習のためには弱い意味のもので十分であることが知られていたが,果たして文法の言語表現能力として違いをもたらすのか否かについてはわかっていなかった.この未解決問題に対して,我々は,強いFKPと弱いFKPおよび強いFCPと弱いFCPの間で表現能力に違いがあることを明らかにした.また,典型的な分布学習アルゴリズムが学習を成功させる条件について,この弱いFKPがちょうど必要十分であり,一方で,弱いFCPについては更に弱めた形がちょうど必要十分条件になることを明らかにした.

これらは,分布学習可能という概念の本質に迫る成果である.この成果は国際会議Language and Automata Theory and Applications 2017において発表された.本研究課題における分布学習という概念の本質に関わる成果を挙げる一方で,文字列と意味表現の対に関する研究がやや停滞している.本研究課題では,文脈自由言語をアルゴリズム的に学習する技法として近年盛んに研究され成功を収めている「分布学習」とよばれるアプローチを,自然言語学習の素朴な数理モデルとしての文と意味表現の対の学習へと発展させることを目的としている.平成29年度の研究成果は以下の通りである.まず,ゼロサプレス型二分決定図(ZDD)と呼ばれる,集合族を表現するデータ構造の効率的な質問学習アルゴリズムを設計した.ZDDは極めて特殊な性質を持った決定性有限状態機械と見ることができるため,古典的な正則言語に対する学習アルゴリズムを適用して学習することも可能であるが,その特殊な性質に着目することで,より効率の良い学習アルゴリズムが可能であることを示した.類似の先行研究に(ゼロサプレス型でない)二分決定図(BDD)に対する効率的な質問学習の成果があったが,ZDDはより決定性有限状態機械に近い性質を持っており,形式言語の学習アルゴリズムの理解を深め発展させるためにはより適切な対象と考えられるデータ構造である.成果は査読付き国際会議Algorithmic Learning Theory 2017で発表された.また,文脈自由文法を分布学習可能にする諸条件のひとつにk-FCPと呼ばれる概念があるが,これを決定性有限状態機械の制約として捉え直すことで,有限状態機械の新しい標準形を定義し,それに対する多項式時間質問学習アルゴリズムを設計した.現在成果の発表を準備中である.近年,弱文脈依存文法の学習に対して強力なアプローチとして発展していた分布学習を,より複雑な文法形式に対して展開した.まず,生成規則が文脈自由文法の拡張型になっているような任意の文法形式について,分布学習が適応可能となる抽象的一般的な条件を導いた.また,連言文法と呼ばれる文法形式に対する多項式時間学習アルゴリズムを設計した.非線形ラムダ項を用いた文法形式について,分布学習が可能となる条件に関する事例的成果をあげた.さらに,分布学習可能にする文脈自由文法に関する最も代表的な条件について,これを弱め,より広いクラスの文法が学習可能であることを証明した.本研究課題における3つの主要な技術的課題のうち,(a)構造分解の探索空間の爆発,(b)ラムダ項の構造分解問題を初年度の中心課題として計画していたが,上記「研究実績の概要」で述べたように,非線形ラムダ項の構造分解の探索空間が限られるような文法形式の定式化を達成し,実際に構造分解できることを示すことができた.
磁気効果発現による材料組織制御

本研究は、斜方晶FeSi_2を対象として、磁場を利用した結晶方位制御により、単結晶微粒子の姿勢を三次元的に制御した焼結体の作製手法の原理の確立を目的とする。従来の融液などから単結晶を作製する手法の発想とは全く異なり、単一グレインの微粒子の結晶方位を制御し、焼結することにより単結晶あるいは単結晶に類似した結晶を作製する手法であり、新たな高次の材料組織制御手法であると位置づけられる。昨年度は、斜方晶FeSi_2粉末とエチレングリコールからなるスラリーを磁場中でスリップキャストすることで各粒子の結晶方位が三次元的に制御された凝集体の作製、さらには、その後の通電焼結による三軸配向組織を有する焼結体の作製が可能であることを報告した。本年度は、さらなる焼結体の充填率向上、粒子スケールでの配向度評価、材料特性の評価に取り組んだ。焼結密度の向上に関して、各粒子が三次元的に配向した凝集体を対象にして、印加圧力: 50MPa、焼結温度: 900°C、昇温速度: 50°C/minとし、焼結時間を10分から24時間の範囲で変化させ焼結を行った。焼結時間が長くなるに伴い焼結体のみかけ密度は最大で94.9%まで向上した。ただし、焼結時間が2時間段階でみかけ密度は94.1%に到達しており、その後の密度変化が非常に小さかった。また、配向していない試料も同程度の密度、粒径となっており、今回の配向度においては配向の有無により焼結の進行に顕著な違いはなかった。これらの試料に対しEBSDによる粒子スケールの配向度評価を行った結果、粒径が大きくなるほど高い配向度を示しており、試料全体としては、磁気エネルギーが熱的揺動に対し25倍程度あったことが推測された。材料特性評価に関して、四探針法により電気抵抗率の異方性の有無を調査した結果、試料内の粒径・配向度の分布を考慮した評価方法の確立が課題として明らかとなった。焼結密度の向上に関して、焼結温度、時間等の諸条件ならびに配向度を変化させることで、密度向上への寄与を十分に検討した。また、材料特性評価に関しても、測定の課題を明らかとし改善に向けた取り組みも進展している。今後はさらなる配向度の向上、試料内の配向度の分布の均一化に取り組み、焼結過程や材料特性の異方性に及ぼす影響を粒子スケールでの測定から明らかにする予定である。本研究では、斜方晶FeSi_2を対象とし、磁化を利用して単結晶微粒子の結晶方位を三次元的に制御したバルク体の作製を可能とするプロセス原理の構築を目指している。これは、材料特性の向上のみならず、新たなバルク単結晶の作製手法の創成につながると期待される。磁場を利用した三次元的な結晶方位制御の原理は既に明らかにされており、いくつかの系で実現されている。しかし、それらは粒子を樹脂中に分散させており、目的物質の特性を発現させることはできなかった。そこで、本年度は磁場中スリップキャストにより、三次元的に配向した粒子からなる凝集体の作製および、作製した凝集体を通電焼結することにより、三軸配向組織を有する焼結体の作製を目指した。三次元的な結晶方位制御に必要な異方的な磁場(楕円磁場)は、磁場中で試料を一定の速さで回転させ、その回転方向を周期的に変化させることで実現した。FeSi2粒子をエチレングリコール中に分散させ、印加磁場強度:10T、回転速度:12rpmの条件で、回転角を変化させながら凝集体を作製し、配向の様子をX線回折を利用して測定した。三軸配向は回転角が90。から170°の範囲で達成され、90°以下では静磁場を印加した場合と同様な傾向を示した。一方、粒子を樹脂中に分散させた場合は回転角が10°から170°の範囲で三軸配向を達成している。用いる流体によって、三軸配向に適した磁場環境がことなることが明らかとなった。また、作製した凝集体を通電焼結装置を用いて焼結することで(保持温度:900°C、保持時間:30分、印加圧力:50MPa)、三軸配向組織を有する焼結体(充填率:84%)の作製に成功した。これにより、三軸配向組織を有する焼結体の作製が可能であることが実証的に明らかになった。今後は、隣接する粒子同士の傾角や粒界に形成される組織等に着目し、材料特性との関係について研究をする予定である。

焼結密度の向上に関して、各粒子が三次元的に配向した凝集体を対象にして、印加圧力: 50MPa、焼結温度: 900°C、昇温速度: 50°C/minとし、焼結時間を10分から24時間の範囲で変化させ焼結を行った。焼結時間が長くなるに伴い焼結体のみかけ密度は最大で94.9%まで向上した。ただし、焼結時間が2時間段階でみかけ密度は94.1%に到達しており、その後の密度変化が非常に小さかった。また、配向していない試料も同程度の密度、粒径となっており、今回の配向度においては配向の有無により焼結の進行に顕著な違いはなかった。これらの試料に対しEBSDによる粒子スケールの配向度評価を行った結果、粒径が大きくなるほど高い配向度を示しており、試料全体としては、磁気エネルギーが熱的揺動に対し25倍程度あったことが推測された。材料特性評価に関して、四探針法により電気抵抗率の異方性の有無を調査した結果、試料内の粒径・配向度の分布を考慮した評価方法の確立が課題として明らかとなった。H24年度は磁場中スリップキャストにより、粒子の配向を保持した凝集体の作製を目的としていた。それに対して、本年度は、凝集体作製の次のステップである三軸配向組織を有する焼結体の作製まで成功している。以上より、おおむね順調に進展していると判断した。焼結密度の向上に関して、焼結温度、時間等の諸条件ならびに配向度を変化させることで、密度向上への寄与を十分に検討した。また、材料特性評価に関しても、測定の課題を明らかとし改善に向けた取り組みも進展している。現在、三軸配向組織を有する焼結体の充填率は約84%である。今後は、焼結体の充填率の向上に取り組む予定である。磁場を利用して作製された一軸配向組織を有する焼結体では、焼結に伴い配向度が上昇することが知られている。本研究においても、焼結体の緻密化あるいは粒子の粗大化の過程で配向度がどのように変化するのかは、非常に興味深い。特に粒成長の過程を粒子スケールでの結晶方位分布と関連して理解したいと考えている。そこで、EBSPなどを利用してミクロスケールでの配向度を評価する予定である。また、三軸配向組織を有する焼結体の配向度や粒界に形成される組織・欠陥が材料の特性にどのような影響を与えているのかは、さらに興味深い課題である。本研究では斜方晶FeSizの熱電特性や光学特性に着目してこれらの関係を調査する予定である。今後はさらなる配向度の向上、試料内の配向度の分布の均一化に取り組み、焼結過程や材料特性の異方性に及ぼす影響を粒子スケールでの測定から明らかにする予定である。
多成分ボースアインシュタイン凝縮体におけるソリトンと位相欠陥の物理

本研究ではナノケルビンの超低温まで冷却された中性原子気体のボース・アインシュタイン凝縮体(以下BECと略す)で起こる超流動現象と原子間相互作用の効果によって生じる非線形現象に関しての理論的研究を行った.2成分のBECの原子間相互作用によって起こる相分離の不安定性による種々のパターン形成の非線形ダイナミクスを明らかにした.またBECに存在し,超流動性に深く関与する特異な渦の構造を明らかにした.本研究ではナノケルビンの超低温まで冷却された中性原子気体のボース・アインシュタイン凝縮体(以下BECと略す)で起こる超流動現象と原子間相互作用の効果によって生じる非線形現象に関しての理論的研究を行った.2成分のBECの原子間相互作用によって起こる相分離の不安定性による種々のパターン形成の非線形ダイナミクスを明らかにした.またBECに存在し,超流動性に深く関与する特異な渦の構造を明らかにした.原子気体Bose-Einstein凝縮体(BEC)における量子渦とソリトンの構造とダイナミクスに関して以下の内容を明らかにした。(1)2次-4次ポテンシャル中の回転2成分BECの安定状態を、回転振動数と異成分原子間相互作用をパラメータとして幅広く取って調べ、相図を作成した。凝縮体全体の形は閉じ込めポテンシャルの形が遠心力ポテンシャルの効果で、いわゆる「メキシカンハット」型になり、これと異成分間の相互作用効果により、2成分特有の渦状態が安定化する事を明らかにした。(2)2成分BECの変調不安定な条件とそれにともなう孤立波形成のダイナミクスを調べた。一様に混ざった2成分BECは、成分の異なる凝縮体が交互に配置するマルチドメイン構造を形成する。これらのドメイン間には波動関数の位相の空間的な飛びが見られ、各ドメインがソリトン的な性質を有している事が明らかとなった。また異成分原子間相互作用が引力の場合も調べ、その場合には両成分が完全に重なり合った明るいソリトンが生成する事を明らかにした。(3)量子渦をもつBECの回転振動数とは異なる振動数で回転する光格子が挿入された状況を想定し、駆動されたピンニングに対する量子渦の応答を調べた。BECと光格子の相対回転振動数とピニングポテンシャルの強さに対する渦の動的振る舞いに関する相図を調べ、光格子の回転が遅いときは、光格子の周期と整合な渦格子がピンニングされたまま光格子と共に回転する相が実現するのに対し、光格子の方がBECよりも速くなると、更なる渦の侵入により、非整合な渦との相互作用を介した渦格子の融解が引き起こされる。この渦液体状態はエネルギー注入と散逸のつり合いで実現する一種の散逸構造であり、Frenkel-Kontrovaモデルなどで調べられている駆動された多粒子系の非平衡ダイナミクスとも密接に関連している。(1)最近、京都大学の量子光学実験グループで用いられた冷却Yb原子はボソンとフェルミオンを含めて安定な同位体が7つ存在する。これらの冷却混合気体の量子凝縮相を使うと、その組み合わせで様々な相互作用の強さで特徴づけられる多成分超流動を研究する事が可能となる。この京大で実現したYb原子気体のボース凝縮体をターゲットとして、多成分凝縮体における崩壊のダイナミクス、ソリトン形成、量子渦の物理を議論した。崩壊の不安定性が異成分間の相互作用の強さによって大きく修正され、異成分が結合した非線形ダイナミクスを示す事を明らかにした。(2)光格子中の極低温のボース気体の振る舞いは、各サイトあたりの平均粒子数が小さい時にはボース・ハバード模型で記述される。一方、平均粒子数が大きいときには各サイトをボース凝縮体が占め、サイト間はジョセフソン結合によってネットワークを組んだジョセフソン接合列(JJA)となり、ハミルトニアンはXY模型となる。最近JILAのグループが2次元光格子を回転させて、ボース凝縮体中に存在する渦と格子ポテンシャルとのピンニング効果を観測した。光格子ポテンシャルの振幅が大きいとき、この状況はJJAに一様な磁場を加えたことに対応し、サイト間結合にフラストレーションを生む。フラストレーションを持つXY模型は多彩な基底状態の構造や相転移を起こす事が知られているが、JILAの実験は冷却原子系を用いてそれらの物理を検証することが可能であることを示唆する。今年度の研究ではXY模型に還元する定式化とモンテカルロシミュレーションを用いて基底状態の性質を議論した。原子気体Bose-Einstein凝縮体(BEC)における量子渦とソリトンの構造とダイナミクスに関して以下の内容を明らかにした。1,回転する非常に深い2次元光格子ポテンシャルに閉じ込められたBose-Einstein凝縮体の振る舞いは、フラストレーションを持つXYモデルハミルトニアンにマッピングできる事を示し、基底状態の構造をMonte Carloシミュレーションにより明らかにした。2,回転ポテンシャル中の相分離した2成分BECの安定な渦状態をGross-Pitaevskii方程式の数値計算と解析的モデルを用いて議論した。この時の安定状態は2成分の境界に量子渦が一次元的に配列した渦シート構造が安定化し,特徴的な長さのスケールはドメインの表面張力と渦による運動エネルギーのつり合いで決まることを明らかにした。3,原子気体BECの量子渦上に励起されるケルビン波の横方向の不安定性(ドネリーグラバーソン不安定性)を微視的視点より議論し,熱力学的ポテンシャルの極小の消失に伴うランダウ不安定性により理解される事を示した。数値計算によりその不安定性を介して渦格子状態は量子乱流状態に発展することを示した。
ヘパラン硫酸糖鎖を基盤としたがん治療薬の開発

研究成果は、3種類に大別できる。第一に、ヘパラン硫酸の分解を介して癌の浸潤や転移のメカニズムに深く関与するヒトのヘパラナーゼの基質特異性を解明し、癌の早期発見のための診断法の基盤となる知見を得た。第二に、ヘパラン硫酸の重合化反応にEXT1/EXT2複合体に加えて、コアタンパク質あるいはそれに相当するアグリコンが必要であることを明らかにし、それまで達成されていなかったin vitroでの組み換えタンパク質による長鎖ヘパランの合成を達成した。また、同じEXT遺伝子ファミリーに属する糖転移酵素EXTL2の結晶構造解析に始めて成功し、ヘパラン硫酸の合成メカニズムの解明の突破口を開いた。第三に、ヘパラン硫酸をco-receptorとして機能する、いわゆるヘパリン結合性増殖因子の多くのタンパク質が、E二糖単位を含む特殊なコンドロイチン硫酸とも特異的に相互作用し、ヘパリン結合性増殖因子の機能発現のメカニズムに関与している可能性を指摘した。これらの研究によって、これまで注目されていなかったコンドロイチン硫酸を用いたヘパリン結合性増殖因子の機能調節による癌治療薬の開発を目指す、新しい研究分野が開拓された。さらに、グリオーマ細胞で合成されたアミロイド前駆体タンパク質アピカンに結合しているコンドロイチン硫酸鎖は、神経細胞で発現させたコンドロイチン硫酸鎖と異なり、E二糖単位を含み、ヘパリン結合性増殖因子と特異的に結合することを示し、グリア細胞の合成するアピカンのコンドロイチン硫酸が神経細胞の機能を調節している可能性を指摘した。(1)ヒトのEXTL2cDNAの塩基配列を用いてEST(Expressed Sequence Tags)データーベースを検索し、マウスEXTL2に相当するクローンを見つけた。これより得られた塩基配列の情報を基にプライマーを合成し、マウス脳cDNAを鋳型としてPCR法を用いマウスEXTL2のcDNAをクローニングした。このcDNAを発現ベクターに組み込み、COS-1細胞を用いて発現させその酵素活性を確認した。このマウスEXTL2のcDNAを用いてノーザン解析及びRT-PCR法によりそれらのmRNAの組織分布を調べたところ、調べた限りすべての組織で発現が見られたが、その発現量は組織特異的であった。さらに、in situハイブリダイゼーション法を用い詳しく解析したところ、ほとんど全ての細胞がこのmRNAを発現していることが明らかとなった。また、マウスEXTL2のcDNAをプローブとして、この遺伝子をクローニングし、遺伝子構造も明らかにした。(2)癌細胞が組織へ浸潤、転移していく際には、癌細胞の分泌するヘパラナーゼによって基底膜のヘパラン硫酸(HS)が分解される過程が含まれる。ヘパラナーゼがHS鎖中のbeta-D-グルクロニド結合を特異的に分解することは分かっていたが、詳細な基質特異性はまだ明らかになっていない。そこで、ヘパリン(Hep)及びHSから調製した様々な構造既知の硫酸化オリゴ糖を用い、ヒトヘパラナーゼの基質特異性を調べた。発現ベクターにヒトヘパラナーゼcDNAを組み込み、リポフェクション法によりヒトメラノーマ細胞に導入し、発現させたヘパラナーゼをアフィニティークロマトグラフィーで精製した。精製ヒトヘパラナーゼを用いて、Hep/HS由来の20種類の構造既知の硫酸化六糖及び四糖に作用させ、消化物をHPLCで分析した。その結果、グルクロニド結合の周辺が高硫酸化されたオリゴ糖ほど、より分解を受けやすいことがわかった。(1)細胞が組織へ浸潤、転移していく際には、癌細胞の分泌するヘパラナーゼによって基底膜のヘパラン硫酸(HS)が分解される過程が含まれる。ヘパラナーゼがHS鎖中のβ-D-グルクロニド結合を特異的に分解することは分かっていたが、詳細な基質特異性はまだ明らかになっていない。最近、ヒトヘパラナーゼの精製、クローニングを行ったので、そのcDNAを用い、ヒトメラノーマ細胞に導入、発現させた。

大量に得られたヘパラナーゼをアフィニティークロマトグラフィーで精製し、詳細に基質特異性を調べた。ヘパリン及びHSから調製した様々な構造の硫酸化オリゴ糖約20種類に作用させ、構造の違いによる感受性の違いを調べ、作用のために必須の構造を同定した。その結果、作用部位のグルクロニド結合の周辺が高硫酸化されたオリゴ糖ほど分解を受け易いことが分かった。また、分解部位近傍にグルコサミン3-硫酸構造が存在すると、分解を受けにくくなることも分かった。(2)ラミニンα1鎖中に存在するアミノ酸配列AG73(RKRLQVQLSIRT)はガン細胞の転移促進活性を保持しており、そのレセプターとしてSyndecan-1プロテオグリカンが同定されている。マウス乳腺上皮細胞株由来のSyndecan-1とAG73合成ペプチドとの相互作用を、表面プラズモン共鳴を利用した分子間相互作用解析装置IAsysを用いて調べた。また、AG73とSyndecan-1との結合をブタ小腸由来ヘパリン、ウシ肝臓由HSや種々の化学修飾ヘパリンで阻害実験を行なった。その結果、AG73とSyndecan-1との結合はHS鎖を介したものであり、また、硫酸基の数が多い程結合しやすく、その中でもアミノ基の硫酸化が重要であることが明らかとなった。ヒトのヘパラナーゼは転移性の高いヒトの様々な癌細胞で発現が高く、その組織への浸潤や転移能との高い相関性が報告されているエンド型のbeta-glucuronidaseであるが、その詳細な基質特異性はこれまで不明であり、高分子のヘパリンやヘパラン硫酸を用いて活性測定が行われてきた。今回、我々は、リコンビナントのヒトのヘパラナーゼをヒトのメラノーマ細胞で発現させ、研究室ですでに保有しているヘパリンやヘパラン硫酸から単離し、構造決定した種々の硫酸化オリゴ糖を用いて活性測定した結果、特に3種類の高硫酸化六糖と四糖がよい基質となる事を明らかにした。その結果、酵素による認識に必要な最小サイズと硫酸化パターンが明らかになった。一方、ミッドカイン、プライオトロフィン、FGF-2,FGF-10,FGF-16,FGF-18,HB-EGFなどのいわゆるヘパリン結合性の細胞増殖因子がヘパリンやヘパラン硫酸だけでなく、多硫酸化コンドロイチン硫酸Eにも高い親和性で結合する事を見い出した。これらの結果は、ヘパリン結合性増殖因子の機能発現の調節をヘパラン硫酸だけでなく、コンドロイチン硫酸も関わっている事を示唆しており、コンドロイチン硫酸オリゴ糖を用いた創薬の可能性を探る事が今後の研究課題である。ヒトのガン抑制遺伝子EXTファミリーの5つのメンバーの一つEXTL2はヘパラン硫酸(HS)の生合成に関わり、コアタンパク質との結合領域四糖に最初のα-GlcNAcを転移する酵素をコードする。α-GalNAcも転移するので、糖鎖伸長停止機構にも関与している可能性もある酵素である。そのマウスホモログの細胞内ドメインと膜貫通ドメインを除いた細胞外ドメインを可溶性タンパク質として大腸菌で発現させ、酵素活性を確認し、結晶化し、X線結晶構造解析に成功した。その結果、触媒ドメインに存在する3つの重要なアミノ酸残基を同定し、.酵素反応機構が明らかなった。
磁気転移近傍の異常金属の理論的研究

磁気転移近傍の異常金属相の物性がフェルミ流体論の枠組みを拡張することで理解できることをいくつかの場合について理論的に明らかにした。1.重い電子系合金の磁気的量子臨界点重い電子系の合金は磁気的量子臨界点の近傍に位置するものが多く、主に反強磁性スピンゆらぎが支配的なゆらぎとなっている。この場合の一様磁化率は理論的に計算されたことがなかったので、反強磁性スピンゆらぎに対するモード結合理論を用いて初めて計算した。その結果、非自明な幕の温度依存性が得られ、これまで説明されていなかった実験結果を理解することができた。また、このとき、従来は無視されていたスピンゆらぎの零点振動の寄与が重要であることが明らかになった。モード結合理論で得られた結果はフェルミ流体論の枠組みで理解することができることも明らかにしつつある。2.銅酸化物高温超伝導体の擬ギャップ銅酸化物高温超伝導体で見られる擬ギャップが、反強磁性絶縁体近傍で一般的に見られるものであることを明らかにした。反強磁性絶縁体での励起はスピン波で尽くされるが、反強磁性絶縁体近傍の金属相でも、かなりのスピンゆらぎのウエイトがスピン波的になっている。短距離の反強磁性相関が発達し、低エネルギーのスピンゆらぎのウエイトが高エネルギーのスピン波的な部分に移動するのが擬ギャップとして観測される。スピンゆらぎのスペクトルウエイトの移動に伴って、1電子のスペクトルにも擬ギャップが見られる。3. 2次元ハバード模型でのフェルミ流体2次元ハバード模型に梯子近似を用いた計算で非解析的な結果が得られ、非フェルミ流体を示唆するものであるとの主張がなされていたが、2次元では梯子近似が正しくないことを示し、ほぼ厳密に、2次元ハバード模型の電子状態が、ハーフフィリングの不安定性を除いて、フェルミ流体であることを明らかにした。磁気転移近傍の異常金属に見られる非フェルミ流体的振る舞いをスピンゆらぎから導くことを目指した理論的研究を行った。1.重い電子系の量子臨界点近傍の非フェルミ流体重い電子系のセリウム化合物の反強磁性量子臨界点近傍では、比熱、磁化率、電気抵抗などの温度依存性が正常金属を記述するフェルミ流体論から期待されるものとは異なり、非フェルミ流体的異常金属が見られる。このフェルミ流体論からのずれが、準粒子に対する臨界スピンゆらぎの散乱効果として説明できることを示した。比熱および電気抵抗は、準粒子の自己エネルギーの実部および虚部によってそれぞれ与えられるが、それらに対する臨界スピンゆらぎの寄与を評価し、実験で見られる振る舞いを説明することができた。磁化率は、準粒子の質量の繰り込みと準粒子間の相互作用の臨界異常によって説明されるが、その計算は現在進行中である。2.銅酸化物高温超伝導体の擬ギャップ銅酸化物高温超伝導体では、磁気転移近傍の非フェルミ流体的異常金属相で、電子の状態密度がフェルミ面近傍で減少し擬ギャップが形成されている。この異常金属相は超伝導相にも隣接しているため、擬ギャップを超伝導ゆらぎから理解しようという立場もあり、実際その方向の研究が多くなされているが、本研究では、磁気相に隣接していることが、より重要であると考え、スピンゆらぎから擬ギャップを理解しようとしている。後者の立場は、異常金属相での他の物理量の説明と首尾一貫したものである。電子の自己エネルギーに対するスピンゆらぎの効果を摂動論に基づいて評価し、光電子分光で見られるような擬ギャップを持ったスペクトルを得た。
結晶格子を基準に用いた二次元位置決めテーブルおよび変位センサーの開発

結晶格子の周期性を基準に用いて位置決めや測長・変位計測を行う手法を研究している。結晶を検出する手段として走査型トンネル顕微鏡(Scanning Tunneling Microscope,以下STM)および原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope,以下AFM)を試している。今年度は大気中でもAFMで容易に結晶の周期性を観察できるマイカ(雲母)およびグラファイトを用いた実験を行った。まず酸化シリコン製のAFMカンチレバーの押しつけ圧とマイカの摩耗との関係を調べ、押しつけ圧が50nN以下であれば数十時間観察し続けても表面の摩耗がおきない事を確認した。また押しつけ圧が100nNを越えると数回の走査で最表層が剥離するが、その下の層の結晶周期が観察できる事もわかった。マイカの場合、走査速度1μm/s以上では読み飛ばしが発生して正確な周期の検出ができなくなる。この原因がマイカの親水性にあると考えられたため、疎水性のグラファイトを用いて同様の検討を行ったところ、走査速度が20μm/sでも読み飛ばしなく周期を検出できることがわかった。グラファイトの場合、約0.25nm間隔の周期性がカンチレバーの固有振動数に一致する場合に周期性の検出が困難となる。現在使用している市販のAFMカンチレバーは走査時の固有振動数が約100KHzであり、グラファイトの走査速度25μm/sに相当する。コンプライアントが低く固有振動数の高いカンチレバーの開発が今後の課題である。本研究の目的は、走査型プローブ顕微鏡により観察が可能となった結晶格子を基準にして、位置決めおよび変位計測を行う手法を開発する事である。当初は走査型トンネル顕微鏡(Scanning Tunneling Microscope,以下STM)を用いる方法について検討を開始したが、現在それと併せて原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope,以下AFM)についても検討している。今年度の主な実績を以下に示す。1. STMを用いる方法については、既に2ステップの位置決め実験に成功している従来装置の特性を評価し、ステップ数を増加するのに必要な改善を行ってきた。走査の広範囲化および高速化を目指すにあたり、原子像の微分信号を得るために探針に与える微小振動の周波数帯域を上げることを試みているが、帯域を上げるにしたがってノイズが増加し安定した制御を行うのが困難となる。当面の目標として走査速度1μm/secを考えているが、現在の実績は0.1μm/sec程度である。現装置の低ノイズ対策および広範囲走査を目指した改善を続けるが、新しい実験装置の開発を検討したい。2. AFMを用いる方法では、接触式で複雑な制御を必要としないため比較的簡単に高速化が可能である。走査速度1μm/secまでは原子分解能で変位を計測できることを確認した。さらに速度を上げた場合、探針-試料間のスリップが大きくなり分解能が低下する。スリップしにくい探針および試料の選定およびコンブライアントが低く固有振動数の高いカンチレバーの開発が今後の課題である。
CMOS/スピントロニクス融合回路による不揮発性パワーゲーティング技術

本研究課題では,マイクロプロセッサやSoCなどのCMOSロジックシステムの待機時消費電力を高効率に削減できる不揮発性パワーゲーティング(NVPG)技術,およびこのアーキテクチャに必要となる不揮発性SRAM(NV-SRAM)などの不揮発性双安定記憶回路技術を創出する.CMOS双安定回路と不揮発性メモリ素子である強磁性トンネル接合(MTJ)を用いた不揮発性双安定記憶回路技術とそのNVPGへの応用技術を確立する.特に,NVPGを実現する際に重要となるエネルギー削減効率に関する指標であるBreak-even-timeの削減技術を回路とアーキテクチャの両面から開発する.対象はマイクロプロセッサやSoCのコアレベルのNVPGとするが,スマートモバイルデバイスなどにも応用できる低電圧駆動下でのNVPGについても検討する.本年度は,これまで開発してきたMTJを用いたNV-SRAMについて,昨年度に開発した階層型ストアフリー・アーキテクチャをさらなる高度化を行い,BETをさらに大幅に削減できるアーキテクチャを開発し,その評価を行った.これに昨年度開発したNV-SRAMのNVPGに関するリーク制御や書き込み電流削減に関するアーキテクチャや,周辺回路の効果もすべて取り入れ,NV-SRAMにおけるBETの総合的な評価を行った.また,IoTへの応用を考慮して,NV-SRAMの低電圧動作を可能とする設計法を確立し,この場合の電力削減率や,BETの評価を行った.また,擬似不揮発記憶を利用したリテンションフリップフロップの開発を行い,ロジック部のステイトリテンションにこのリップフロップを用い,キャッシュ部にNV-SRAMを用いたシステムの電力削減効果とBETの評価を行った.また,環境発電なども含む超低電圧駆動におけるNVPGの検討を進め,このようなNVPGシステムに期待される低電圧駆動デバイスPETによる双安定回路の設計技術を確立した.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。本研究課題では,不揮発性メモリ素子とCMOSロジックの融合による超低消費電力・超低電圧ロジック技術の創出を行う.不揮発記憶の機能を活用し,スタンバイパワーを極限まで削減できる不揮発性パワーゲーティング技術(NVPG)を低電圧駆動下において実現するため,強磁性トンネル接合(MTJ)などの低電圧でも動作が可能な不揮発性メモリ素子に着目し,MTJとCMOSとの融合による不揮発性SRAM(NV-SRAM)や不揮発性フリップフロップ(NV-FF)などの双安定記憶回路技術を開発する.特に,これらのNVPGが可能な低電圧動作アーキテクチャについて開発を行う.本年度は,まず,MTJを用いたNV-SRAMの低電圧動作化について高精度シミュレーションから検討を行った.SPICEモデル関しては,CMOSデバイスについては20nmのFinFETのPTMを採用し,MTJには本研究者らの開発した高精度マクロモデルを採用した.NV-SRAMのセル構造としては最少サイズの設計を用いた.通常電圧動作,および0.5Vと0.3Vの低電圧動作についてノイズマージンを評価指標として,マイクロアーキテクチャの開発を行った.通常動作における読み出しと書き込みには,それぞれ適宜バイアスアシストを行うことで,十分なノイズマージンを確保できることがわかった.MTJへの書き込みについては,MTJのスピン注入磁化反転の特性上安定な不揮発書き込みにはVddの若干の昇圧が必要になるが,このエネルギーに関する影響についてはBreak-even time(BET)から評価した.その結果,通常電圧動作時と同程度BETで実現できることがわかった.したがって,NVPGに適応可能な低電圧駆動による低消費電力NV-SRAMが実現できることがわかった.ここで開発したアーキテクチャは,最少サイズのパワースイッチでも適応可能であることがわかった.また,MTJに比べてより低電圧動作に向いているスピントランジスタに関する基礎的な検討も行った.本研究課題では,マイクロプロセッサやSoCなどのCMOSロジックシステムの待機時消費電力を高効率に削減できる不揮発性パワーゲーティング(NVPG)技術,およびこのアーキテクチャに必要となる不揮発性SRAM(NV-SRAM)などの不揮発性双安定回路技術を創出する.これらの記憶回路は通常の双安定回路と強磁性トンネル接合(MTJ)を用いて構成できる.NVPGでは,通常の動作時はMTJを双安定回路から電気的に遮断して,不揮発記憶は行わず通常の記憶回路として高速動作を実現し,電源遮断時にのみMTJに情報を不揮発に保持する.NVPGではBreak-even time(BET)とよばれる時間以上に待機が見込まれる時に電源遮断を行う.これとは別の待機時電力削減アーキテクチャとして,情報の記憶時に常に不揮発記憶を用いるノーマリオフ(NOF)がある.NOFはセンサーノードのような応用にはメリットがあると考えられるが.これをマイクロプロセッサやSoCにまで応用するという提案もある.本年度は,我々が前年度までに開発したNV-SRAMを両アーキテクチャに応用した場合のエネルギー性能を定量的に調べた.FinFETベースのNV-SRAMを用いて,上位階層のキャッシュを想定したメモリアレイを構成して,NVPG,NOF,通常SRAMの比較が可能なベンチマークシーケンスを用いて解析を行った.BETの読出/書込繰り返し回数

nRW依存性のNVPGとNOFの大きな差が表れる.NOFでは、nRWの増加にともないBETが大きく増大し,不揮発記憶と電源遮断を繰り返すことでエネルギー削減の効果が小さくなる.一方,NVPGは,BETのnRW依存性は極めて小さく,電源遮断によって,はるかに効果的にエネルギーを削減できることがわかった.以上から,マイクロプロセッサやSoCへの応用ではNVPGの方が圧倒的に有利であることがわかった.待機時電力削減アーキテクチャとして近年注目を集めているNVPGとNOFについて,アレーレベルのエネルギー性能を,最先端CMOSデバイス(FinFET)を用いた場合について定量評価した.その結果,マイクロプロセッサやSoCへの応用についてはNVPGが圧倒的に有利であることを明らかすることができた.また,これに付随して,NV-SRAMのセル,パワースイッチの設計法を安定性,回路性能から確立することができた.また,MTJに変わるスピンデバイス(低バリア・スピンデバイス)についても検討を進めることができた.したがって,当初の予定通りに研究計画を進めることができたと結論できる.本研究課題では,マイクロプロセッサやSoCなどのCMOSロジックシステムの待機時消費電力を高効率に削減できる不揮発性パワーゲーティング(NVPG)技術,およびこのアーキテクチャに必要となる不揮発性SRAM(NV-SRAM)や不揮発性フリップ・フロップ(NV-FF)などの不揮発性双安定回路技術を創出する.これらの記憶回路は通常の双安定回路と強磁性トンネル接合(MTJ)などの不揮発性メモリ素子を用いて構成できる.本研究課題で開発するこれらの不揮発性双安定回路では,通常の動作時はMTJを双安定回路から電気的に遮断して,不揮発記憶は行わず通常の記憶回路として動作させ,そして,電源遮断時にのみMTJに情報を不揮発に保持する.この方式によって,回路性能の劣化を生じることなく,双安定回路の不揮発化が可能となる.NVPGではBreak-even time(BET)とよばれる時間以上に待機が見込まれるときに電源遮断を行い,効果的にエネルギーを削減できる.本年度は,前年度までに開発した基本アーキテクチャを取り入れたNV-SRMの試作を行った.65nmのCMOSプロセスを用いて試作結果から評価を行った.まず,セルでは,NV-SRAMで特に重要となる所望のMTJへの書き込み電流,仮想電源電圧(パワースイッチ)と安定性を同時に満足できる最適設計を行った(これまでのロバスト設計から最適設計に移行した).そして,1kbのセルアレイと周辺回路の設計を行い,SPICEによる動作確認と性能予測を行った.この性能予測では新たに周辺回路の影響も取り込んだBETの定式化も行った.試作したNV-SRAMの評価結果とシミュレーション結果との比較から,NV-SRAMのNVPGによるエネルギー削減効果を実証した.特にこれまでに開発してきたBET削減のためのセル・アーキテクチャの有効性を示すことができた.また,さらなるBET削減のため,低電流で書き換えが期待できる磁歪効果を用いた新しいMTJの提案とその性能予測も行った.これまでに開発してきたNV-SRAMのBET削減のためのセル・アーキテクチャを,周辺回路を含めたセルアレイについて,SPICEによるシミュレーションと,試作したチップの評価・解析結果から,その有効性を実証できた.特に,BETの削減アーキテクチャの導入の効果を示すことができた.
HDAC阻害剤MS-275によるFBXW7発現誘導の胃癌腹膜播種治療への展開

以前の研究で腫瘍抑制因子FBXW7 mRNA発現は非癌部と比較して癌部で抑制されており、低発現症例は有意に癌が進行しており、予後不良であることを報告している。今回の検討で胃癌におけるFBXW7タンパク発現を免疫染色法で評価し、その発現意義を検証すると共に、癌細胞株を用いてFBXW7の機能解析実験をin vitroで施行した。その結果、FBXW7低発現症例は予後不良の傾向があった。FBXW7高発現癌細胞は抗がん剤感受性、放射線感受性が亢進した。さらにFBXW7変異癌細胞株で高い薬効を示すことが報告されているMS-275をがん細胞株に添加することでFBXW7発現が誘導されることを確認した。FBXW7は胃癌を含む様々な癌腫で腫瘍抑制因子として報告されている。われわれは以前、胃癌におけるFBXW7低発現は癌進行、予後不良と関連することを報告した。その報告の中で胃癌の代表的な再発様式である腹膜播種再発がFBXW7低発現症例で多いことも明らかにした。そこで胃癌患者の腹膜播種の制御を目指した新規治療ツールの開発のためFBXW7に本研究では注目した。FBXW7の発現誘導因子としてはp53などが報告されているが、現在抗癌剤として注目されているHDAC阻害剤MS-275がFBXW7発現を誘導することをわれわれは以前報告した。本研究の目的はHDAC阻害剤MS275のFBXW7発現誘導を介した薬効を腹膜播種モデルで検証することであるが、その感受性制御因子であるFBXW7の胃癌臨床検体での発現意義を現在検討中である。群馬大学外科診療センターで切除を行った胃癌症例のFBXW7発現を免疫染色法で評価しFBXW7発現と臨床病理学的意義、予後との関連を統計学的に検討している。使用する腹膜播種モデルについてすでに完成しており、FBXW7発現制御細胞株を樹立後にすぐにマウスへの移植実験を計画している。FBXW7抑制のために当初はsiRNAを用いる計画であったが、現在普及し始めている遺伝子ノックアウト技術であるCRISPR法を用いて胃癌細胞株のFBXW7遺伝子をノックアウトすることで、今後FBXW7とMS275の関係をより詳細に明らかにする計画である。現在までに臨床検体を用いたFBXW7発現意義の検討もほぼ終了し、FBXW7発現制御細胞株樹立も進行中であることから概ね順調とも言える。FBXW7は胃癌を含むさまざまな癌腫で腫瘍抑制因子として報告されており、以前我々はFBXW7低発現胃癌は有意に腹膜播腫を伴う症例が多いことを明らかとした。また、このFBXW7発現がHDAC阻害剤MS275で誘導されることを以前報告している。本研究の目的はHDAC阻害剤MS275のFBXW7発現誘導を介した薬効を腹膜播腫モデルで検証することである。これまでに胃癌150症例におけるFBXW7タンパク発現を免疫染色法で評価したが、タンパクレベルでのFBXW7発現意義と腹膜播腫の有無、または腹膜播腫再発の関連は認められなかった。FBXW7は腫瘍抑制因子であり高悪性度の胃がんで発現が低下する低下することが知られている。real time RT-PCRによる評価では腹膜播種が多いことが知られるスキルス胃癌において腫瘍間質にまばらに存在するFBXW7低発現胃癌を定量的に評価することが非常に難しく、この点はmRNAのデータと解離した原因ではと考察してる。今後、胃癌細胞株を用いたMS275によるFBXW7発現誘導実験、ルシフェラーゼ導入胃癌細胞株によるMS-275の薬効試験、in vivoにおけるFBXW7発現誘導の確認を行う計画である。臨床検体での解析は予定どおり行うことができたが、解析の結果mRNAレベルのデータと同様の結果を得ることができなかった。そこで現在は細胞実験によるMS275の薬効試験、FBXW7とその標的タンパクの発現変動を評価中である。動物実験についても実験を開始する計画である。問題点としてはCRISPR法でのFBXW7 KOを計画していたが、KO株でのタンパクレベルのFBXW7抑制確認が取れなかったため、今後はMS275によるFBXW7発現誘導実験をマウスモデルで進める方針としたため研究の大きな遅れとはなっていない。腫瘍抑制因子FBXW7の発現意義を免疫染色法にて胃癌臨床検体で評価した。101症例の胃癌臨床検体を用いてFBXW7発現を解析した結果、FBXW7低発現群に予後不良症例が多い傾向を確認することができた(P=0.07)。この結果はFBXW7 mRNAを評価した以前の報告に矛盾しない結果であった。さらにHDAC阻害剤MS-275によるFBXW7発現誘導実験を行いFBXW7の発現誘導を確認することができた。また、今回の検討で胃癌臨床検体だけでなく術前放射線化学療法を受けた食道扁平上皮癌患者の治療前生検検体におけるFBXW7発現の意義を免疫染色法で評価した。その結果、治療前にFBXW7発現が低下していた症例は有意に治療抵抗性を示し、病理学的治療効果判定で完全奏功症例が有意に少ないことが明らかとなった。