hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シンク／ソース転換における可塑的葉緑体分化

植物の器官分化と協調した葉緑体分化の制御機構の解明を目的とし、地上部を切除したシロイヌナズナの根の緑化機構を調べた。その結果、切除された根における光合成関連遺伝子の発現上昇と光合成効率の向上にサイトカイニンシグナルが必須なことが分かった。このシグナル経路の上流と下流では傷害応答性因子と葉緑体発達因子がそれぞれ関与していた。さらに、切除恨の緑化は他の植物でも見られ、タンポポでは地上部の再生に重要であることが明らかとなった。ほとんどの植物はソース器官で行われる光合成に依存して生きているが、草食生物や生育環境の激変などによりソース器官の喪失が常に起こりうる。本研究の目的は、ソース器官喪失に応答した非光合成組織における葉緑体発達機構とその生理的意義を明らかにし、植物の器官分化と協調した葉緑体分化制御モデルを分子レベルで構築することにある。これまでの本課題における研究から、地上部から切り離されたシロイヌナズナの根ではサイトカイニンシグナルが上昇し、その下流で転写因子であるCGA1遺伝子の発現が顕著に増加することを明らかにした。そこで今年度は、これらの因子が切除された根における葉緑体の発達にどのように関わるのかを解析した。遺伝子発現解析により、切除された野生株の根では顕著に光合成関連遺伝子の発現が上昇するのに対し、サイトカイニン情報伝達因子であるARR1とARR12の二重変異体では、それが強く抑制されることが明らかとなった。興味深いことに、この抑制は、核にコードされる遺伝子だけでなく、葉緑体にコードされる光合成遺伝子においても見られた。切除した根で見られる光合成活性の上昇は、ARR二重変異体では見られなかったことから、これらの光合成遺伝子の発現誘導が光合成活性の上昇に寄与すると考えられる。CGA1は人工的な異所的発現により葉緑体形成を誘導することから、サイトカイニンの下流でCGA1が葉緑体分化に重要な役割を果たすと考えられる一方、CGA1とそのホモログであるGNCとの二重変異体においても切除根の緑化が見られたことから、これらの因子以外にも切除根の緑化にする因子があると考えられる。さらに、傷害時にサイトカイニンシグナル上流で働く転写因子であるWIND1の機能抑制によって切除根における葉緑体発達が抑制されたことから、WIND1を介した傷害応答が葉緑体の発達に寄与していることを明らかにした。シロイヌナズナを用いたこれまでの解析により、当研究者は地上部を切除した根で葉緑体の発達が促進されることを明らかにしている。そこで、その葉緑体の発達誘導がどのような情報伝達経路によって行われるのかを詳細に調べた。その結果、葉緑体発達に関わる写因子CGA1の遺伝子発現が、切除根の緑化時に大幅に上昇することを明らかにした。一方、サイトカイニンの情報伝達因子であるARR1とARR12の二重変異体では、切除根におけるCGA1遺伝子の発現上昇がほとんど起こらなかった。さらに、CGA1とそのホモログであるGNCの二重変異体では切除根の緑化が抑制されることを突き止めた。切除根ではサイトカイニンシグナルが増加することから、CGA1は根の切除時にサイトカイニンの下流で葉緑体発達に関わっていることが明らかになった。この結果は、ARR1とARR12の二重変異体で切除根の緑化が抑制されるという当研究者による先行結果とよく一致する。さらに、非光合成組織の葉緑体の状態を明らかにするため、根における光合成活性を調べたところ、通常根では光合成活性が低く抑えられていることが分かった。しかし、地上部を失った根ではその抑制が解除され、葉に近い活性を示すことを見出した。一方で、ARR1とARR12の二重変異体では、切除根におけるそのような光合成活性の増加は見られなかった。これらの結果から、地上部喪失により活性化されたサイトカイニンシグナリングは、根の葉緑体の質的な変化も引き起こすことが明らかとなった。本研究の主要課題の一つである、葉緑体分化制御機構におけるサイトカイニンシグナルの下流因子の解明においては、GATA型転写因子CGA1の関与を明らかにしたことで、大いに研究を進展させることができた。特に、CGA1がサイトカイニン情報伝達因子であるARR1、ARR12の下流で根での葉緑体発達に関わることを突き止めたことは、大きな成果である。さらに、これらの情報伝達経路が、葉緑体や光合成反応系の増加だけでなく、質的な良化も引き起こすことを発見したのは、予想外の成果であった。一方で、葉緑体分化制御機構におけるサイトカイニンシグナルの上流因子の解明においては、未解明な点を多く残している。

また、ソース器官喪失による根の緑化機構の生理学的意義の解明についても、根の分化能の高いタンポポを用いた解析から興味深い予備的データが取れているが、まだ本格的な解明には至っていない。そこで、今年度の成果を上記の評価とした。今年度は、葉緑体分化制御機構におけるサイトカイニンシグナルの下流因子の解明において、大きく研究を進展させることができた。そこで、次年度は、その下流分子機構のさらなる解析に加え、葉緑体分化制御機構におけるサイトカイニンシグナルの上流因子の解明に挑む。具体的には、傷害ストレスによるサイトカイニンシグナルの活性化にWIND1という転写因子が関与することが報告されているので、WIND1の一過的発現が根の葉緑体分化に与える影響を解析する。特に、サイトカイニンシグナルは、根の葉緑体の質的変化を引き起こすことが今年度の研究から明らかになったので、そこにWIND1からのシグナルがどのように関わっているのかを、光合成活性の評価や光合成タンパク質複合体の解析により明らかにする。また、葉緑体の質的変化がどのような分子メカニズムによって引き起こされているのかを、RNA sequence解析などを用いたトランスクリプトーム解析により解明する。また、ソース器官喪失における根での葉緑体発達機構の生理的意義を明らかにするため、分化能の高いタンポポの根を材料に、根の光合成が地上部の再分化に果たす役割を解析する。具体的には、タンポポの根における光合成活性を調べ、それが地上部の切除によってどのように変化するのかを明らかにする。さらに、その時に、光合成電子伝達反応の阻害剤であるDCMU等を作用させたときに、地上部の再分化にどのような影響を与えるのかを解析し、その生理的意義を突き止める。本年度は葉緑体分化制御機構におけるサイトカイニンシグナルの下流因子の解明を重点的に行った。そこで次年度では、本年度に実行できなかったサイトカイニンシグナルの上流因子の解明に、次年度に繰り越した研究費を使用する予定である。具体的には、タンパク質分析や核酸分析、レポーターアッセイを行い、上流因子であるWIND1の働きを改変したの形質転換体における葉緑体機能の解析を行う。
エキソソームデリバリーsiRNAを用いた頭蓋骨縫合癒合症の治療法開発基盤構築

生体内のあらゆる細胞が分泌し血中を循環するナノ分泌顆粒をエクソソームと呼び、新規ドラッグデリバリーシステム(DDS)の候補とされている。一方、頭蓋骨縫合癒合症を主徴とするアペール症候群は、FGFR2の機能獲得型点突然変異によるアミノ酸置換により発症する。本研究は、アペール症候群モデルマウス点変異特異的siRNAをエクソソームにより輸送し、マウス頭蓋顎顔面縫合発生に対する影響をin vitroおよびin vivoにて解析することを目的とした。得られる結果は、広く先天性疾患を対象としたsiRNA創薬の発展へと波及することが期待される。
歯肉線維芽細胞が産生するグルタミン酸脱炭酸酵素(GAD)の歯周病病因に果たす役割

申請者は,GAD65mRNAが,ヒト歯肉線維芽細胞に発現することを発見した。そして,昨年までの研究で,GAD65のmRNAの発現は,炎症性サイトカインであるIL-1刺激によって増加すること,また全身疾患を有しない歯周病患者の血清中に,GAD抗体が存在することがわかった。本年度は,歯周組織において,Gmm65がタンパクレべルで検出出来るかどうかを,Western-blot法,および免疫染色法を用いて確認した。その結果,歯肉線維芽細胞は,GAD65蛋白を産生すること,さらに歯周病患者の歯周組織においてもGAD65が存在することが確認できた。この結果は,歯周病患者の歯周組織で産生されるGAD65が抗原となり,GAD抗体が産生される可能性が示唆された。歯周病などの炎症性疾患が、GAD65の産生量に影響する可能性を示唆しているものと考察される。GAD65が自己免疫的機序により歯周病の発症に関わっていると考えた。この結果は,糖尿病を有していない歯周病患者でも、歯周組織の歯肉線維芽細胞が産生するGAD65によって,GAD65抗体が誘導される可能性を示唆するものであると考える。GAD65は,1型糖尿病の診断や治療法を決定する上で重要なマーカーであるの,歯周病を有する糖尿病患者では注意が必要である。また、歯周病および糖尿病の病態に,GAD65抗体を介する自己免疫応答が関わる可能性があると考える。申請者は,今までは脳や膵β細胞に発現していると考えられていたGAD65が,ヒト歯肉線維芽細胞にも発現することを発見した。また歯周病患者血清においてもGAD抗体が検出でき,GAD65の歯周組織での発現は炎症時により強くなることより,GAD65が自己免疫的機序により歯周病の発症に関わっていると考えた。本年度は,炎症性サイトカインであるIL-1,TNF-αを加えて線維芽細胞を培養し,GAD65mRNAの発現量を2,8,12,24時間後にRT-PCR法を用い調べた。また炎症性サイトカインを加えていない線維芽細胞のGAD65mRNAの発現量と比較することにより,炎症性サイトカインのGAD65に与える影響を調べた。その結果,IL-1β刺激の有無に関わらず,8および12時間培養した歯肉線維芽細胞で,GAD65mRNAを検出した。GAD65mRNA発現量は,8時間培養した歯肉線維芽細胞も,12時間培養した歯肉線維芽細胞も共に,IL-1β無刺激より,IL-1βで刺激した歯肉線維芽細胞群の方が増加していた。一方,TNF-αで歯肉線維芽細胞を刺激した場合,発現量に変化はなかった。この結果は,歯周病などの炎症性疾患が,GAD65の産生量に影響する可能性を示唆しているものと考察される。
加圧低温水の液液相転移及び動的性質と,水への化学的圧力印加効果

種々の第二成分を有する細孔内希薄水溶液の低温熱容量を測定した。純水で233Kに観測された極大は,メタノール等を加えたときには消失し,ヒドロキシルアミン(HA)を加えたときには明瞭なピークに発達し,一次相転移の特徴を示した。相転移温度はHA組成の増大とともに上昇し,圧力の増大とともに下降した。5wt%HA水溶液では,相転移ピーク強度は圧力の増大とともに減少した。これらの結果に基づいて, HA添加は水に負の圧力印加効果を及ぼし,純水の液液相転移とその臨界点は負の圧力領域にあるという新たな相図モデルを提示した。結晶性壁の一次元細孔を有する[M(H_2bim)_3](TMA)・nH_2O(M=Cr,Co,Ru)内部に閉じ込めた一次元水の秩序化に関する熱的性質を,非晶性壁の一次元細孔を持つMCM-41シリカの結果と比較し,細孔壁が結晶性か非晶性かで,細孔水の低温秩序挙動は決定的に異なることを明らかにした。前者では界面水から結晶化するのに対し,後者では界面水は無秩序な状態で内部に氷が生成する。また,非晶性壁を有する二次元シリカ(膜厚d=3.7,2.9,2.7,2.3nm)内部に薄膜水を閉じ込め,熱測定を行った。内部に閉じ込めた二次元薄膜水は,膜厚の減少とともに,融点降下することを見いだし,二次元水の状態図は,MCM-41シリカ細孔内の一次元水とは異なことを明らかにした。また,細孔壁の近傍に存在する二次元界面水のガラス化を観測した。そのガラス転移温度T_gは膜厚に依らず,134Kであった。この値は,一次元界面水の細孔径無限大の極限としての界面水のT_gに相当するものと理解される。このような形状制御した細孔水について,その挙動が実験的に明らかになったことは,今後の水の科学にとって重要である。さらに,水にメタノール,エチレングリコールを添加した水溶液を細孔内に閉じ込め,ガラス転移挙動を追跡した。T_gの組成依存性は,ともに純水近傍で急激な上昇を示し,その付近で水に特有の構造が急激に発達あるいは崩壊を示すこと,したがってその領域ではGordon-Taylor則が成立しないこと,純水のT_gは165Kあるいは214Kにあることを明らかにした。一方,高圧熱測定の準備として,サーモモジュール(thermo module)を利用した熱量計の開発を行い,150MPaまでの高圧下の測定が可能であることを確認した。MCM-41細孔中の軽水が233Kに熱容量極大を示すこと,極大温度は細孔径に依存しないことを見いだした。これは,この極大が液体液体間の変化であり,233K付近で秩序化が急激に進行すること,この変化が相転移ではないことを示唆する。この極大は重水では240Kに観測され、温度は細孔径に依存しなかった。軽水との差7Kは密度最大温度の差や補外された等温圧縮率の特異温度の差と同じであり,熱容量極大がバルク水の示す特異な振舞と同じ起源であると理解される。MCM-41細孔中のヒドロキシルアミン(HA)水溶液の熱容量を測定し,純水において観測された233Kの熱容量極大が、HAを添加することで、次第に鋭くなり、240-252Kにピークを持つ相転移に変化することを見いだした。相転移は,3mol%HA水溶液でも,温度に関してヒステリシスを与え,一次転移であることを確認した。相転移温度の組成依存性は,純水が示す熱容量極大の温度233Kに連続的につながり,同一の起源に基づくことが示される。サーモモジュール(thermo module)を利用した高精度高圧熱量計を完成させた。バルク水の融解温度の圧力依存性を調べ,150MPaまでの圧力が問題なく試料に掛かっていることを確認した。MCM-41細孔内の水の融解温度が細孔径の減少とともに低下することは常圧下の実験から知られている。細孔内の純水の融解挙動を高圧下で調べ,融解温度の圧力依存性は細孔径に依存しないことを見いだした。233Kの熱容量極大は確認することができなかった。極大を確認できるだけの精度がないことを意味する。細孔径2.0nmの多孔質シリカMCM-41に純水及びヒドロキシルアミン(HA)水溶液を閉じ込め,その高圧下熱分析を行った。HA濃度が10wt%および5wt%のHA水溶液について測定したところ,液液相転移由来のピークが検出された。

ピーク温度は,10wt%,5wt%ともに,圧力の増大とともに低温側にシフトした。低温相の体積は高温相より大きいことが分かる。5wt%HA水溶液の熱分析曲線のピーク強度は,圧力の増大に伴って減少し,相転移線上で臨界点に近付く,あるいはWidom線上で臨界点から離れる振舞を示す。この結果から,今日広く信じられている仮説とは反対に,低温水の液体液体相転移線は負の圧力域にあり,臨界点も負の圧力で,転移線の低温高圧極限に存在すると結論される。HAの水への添加効果を検討するために,HAと同様に,アミノ基とヒドロキシ基を有する1-アミノ-2-プロパノール,エタノールアミン,3-アミノ-1-プロパノール,の3つの第二成分を水に添加したバルク液体の常圧下示差熱分析を行った。1-アミノ-2-プロパノールの場合のみ,純水の熱容量極大温度233Kに繋がる熱容量ピークが観測され,ガラス転移温度るも上昇した。他の2つではピークは観測できず,T_gも低下した。このことは,HAと同様にアミノ基とヒドロキシ基が存在するだけでなく,その構造的配置も重要であることを示す。H[Cu_2(phen)_2(CH_3COO)_2(H_20)_2Al(OH)_6Mo_6O_<18>]30H_20結晶を用いて,結晶性壁構造を有する細孔内チャネル水の熱特性を明らかにした。細孔径が1.8nmとかなり大きい本結晶では,界面を含めてチャネル水は低温まで非晶状態のままであった。これにより,結晶性壁構造を有する細孔の形成とその細孔水特性の概念的な細孔径依存性が明らかになった。
ビッグデータ解析に応用可能な高連結度グラフの構成に関する微分幾何学的研究

近年,ビッグデータの整備が進み,より複雑なグラフを解析する必要がある.こうした複雑なグラフに対して,より効率的に解析するため,局所的な計算で大域的性質を得ることができる微分幾何学的手法を構成することが本研究の目的である.その際,必要な概念はリッチ曲率と呼ばれるもので,これはリーマン幾何学において,多様体の構造を理解する上で重要な役割を果たすものである.このリッチ曲率をグラフ上に拡張したものと,ビッグデータの解析にも用いられているグラフの結びつきの強さを表す連結度との関係を明らかにすることで,ビッグデータ解析にも応用可能な高連結度グラフを構成方法を確立する.近年,ビッグデータの整備が進み,より複雑なグラフを解析する必要がある.こうした複雑なグラフに対して,より効率的に解析するため,局所的な計算で大域的性質を得ることができる微分幾何学的手法を構成することが本研究の目的である.その際,必要な概念はリッチ曲率と呼ばれるもので,これはリーマン幾何学において,多様体の構造を理解する上で重要な役割を果たすものである.このリッチ曲率をグラフ上に拡張したものと,ビッグデータの解析にも用いられているグラフの結びつきの強さを表す連結度との関係を明らかにすることで,ビッグデータ解析にも応用可能な高連結度グラフを構成方法を確立する.
癌遺伝子プロモーター活性を指標とした新規スクリーニング系による既存薬再開発

癌の転移は、原発巣からの浸潤、血管内への侵入、転移先臓器での定着等の過程を経て成立する。本研究では、癌の浸潤・転移過程における腫瘍微小環境変化、すなわち上皮間葉転換、基底膜細胞外マトリックス(ECM)分解、腫瘍血管形成を統合的に評価できる新規薬剤スクリーニング系を開発することを目的とする。これまでに、癌促進性プロテアーゼであるMMP9発現機構に着目し、MMP9高発現肺転移性マウス大腸癌由来LuM1細胞にMMP9プロモーター蛍光レポーター細胞(LuM1/m9)を構築した。平成30年度は、三次元培養および培地成分等の影響で腫瘍オルガノイド形成が異なってくるとの知見(Eguchi T et al, 2018, Plos One)を手掛かりに、LuM1/m9細胞三次元培養下でMMP9発現および腫瘍形成能を多元評価できるシステムを構築した。Wnt/β-catenin経路は腫瘍形成性幹細胞シグナルとして知られているが、同時に、マウスMMP9プロモーター領域にβ-catenin/TCF/LEF結合部位が複数存在することが明らかとなった。さらに、Wnt/β-catenin経路を刺激するLiClをLuM1/m9に作用させたところ、MMP9発現のみならず腫瘍オルガノイド形成を促進することがわかった。また、本システムを利用して、大腸癌治療の第一選択薬である5-フルオロウラシル(5-Fu)を評価した結果、5-Fuは腫瘍オルガノイド形成を阻害したが、MMP9発現を阻害しなかった。さらに、これまでに腫瘍オルガノイド形成阻害を確認している薬剤群について、本システムを用いて評価した結果、腫瘍オルガノイド形成とMMP9発現の両方を阻害する複数の薬剤が見出された。平成30年度は、前年度確立したMMP9発現評価システムを改良し、腫瘍オルガノイド形成とMMP9発現レベルを同時評価できるシステムを構築した。本システムを用いることにより腫瘍形成能と転移能の両者を阻害出来る薬剤のスクリーニングが可能となった。既存薬スクリーニングを行った結果、腫瘍オルガノイド形成とMMP9発現の両者を阻害する複数の薬剤の発見に至った。現在、それら薬剤の作用機序およびin vivo解析を進めている。これらの成果の一部は、論文発表(Sogawa C. et al, 2019 Tissue Engineering Part A)および学会発表(国際薬理学会,日本薬理学会年会)等で発表した。平成31年度は、これまでの研究成果において腫瘍オルガノイド形成とMMP9発現の両方を阻害することが見いだされた薬剤についてのin vivoにおける抗腫瘍効果の検討と、作用機序の解明を進め、作用メカニズムの絞り込まれたリード化合物の設定を行い、新規抗腫瘍薬の開発を目指す。また、本システムをハイスループット化し、既存薬ライブラリーを利用して治療薬再開発を行う。近年、血液中を循環する循環腫瘍細胞(CTC)が、癌の転移過程の診断および治療予後を予想する目的で、検出・調査されている。本研究においてもこのことを応用し、LuM1/m9細胞をマウスに移植するCTC解析システムを確立し、薬剤による転移抑制効果の検証および癌転移メカニズム解明のために利用する。さらに、癌の浸潤性・転移性の原因と目されている腫瘍微小環境悪性化に関わるエクソソームに着目し、腫瘍悪性化機構に基づく薬剤スクリーニング系を開発する。癌における腫瘍微小環境悪性化および臓器特異的転移は、癌細胞やマクロファージ等の免疫系細胞が放出するエクソソームに含まれる因子によって規定されるとの報告が増えている。このことを踏まえ、まず、蛍光および発光で検出・定量可能なレポーターエクソソームを免疫系細胞と癌細胞において開発する。これらの細胞を三次元共培養した内部低酸素腫瘍オルガノイドを作製し、ここから放出されるエクソソームの内包因子およびエクソソーム放出制御因子を質量分析およびマイクロRNAアレイによって網羅的解析することで、腫瘍微小環境悪性化に関わるマーカーを選別する。マーカー候補の転写調節領域を解析後、癌促進性転写因子結合配列を含むプロモーター領域をクローニングし新規レポーターを構築し、創薬に用いる。癌の転移は、原発巣から間質への浸潤、血管内への侵入、転移先臓器での定着という複雑な過程を経る。したがって、癌転移を抑制するためには、腫瘍細胞の多様性を考慮した薬剤スクリーニングシステムの開発が必要である。癌転移は、癌細胞浸潤における細胞外マトリックス分解や腫瘍血管新生等の過程を経て成立する。本研究課題は、これらのイベントに寄与するMMP9遺伝子のプロモーター活性を指標とした新規レポーター細胞を樹立し、これをin vivoおよびin vitroで活用することで、腫瘍細胞特性および癌の病態を総合的に評価する薬剤スクリーニングを行うものである。平成29年度は、肺へ高転移性のマウス大腸癌由来LuM1細胞を用いて、MMP9のプロモーター活性調節機構に着目したLuM1/m9レポーター細胞を構築した。約600bpのマウスMMP9プロモーター領域に存在する転写因子結合配列を解析したところ、複数のβ-catenin/TCF/LEF結合部位が存在することがわかった。実際、このMMP9プロモーター領域はWnt-β-catenin経路を促進するLiClによって活性化された。また、LuM1細胞およびLuM1/m9細胞ともに三次元培養条件下におけるスフェロイド形成が培地成分等によって大きく異なることが明らかとなった。また、同レポーター細胞を用いて、マウス側腹壁への移植による腫瘍原発巣モデルおよび尾静脈投与による循環腫瘍細胞モデルを確立した。

平成29年度研究実施計画として予定していたレポーター細胞の樹立とそのin vitro / in vivoでの評価が概ね完了したため。癌の転移は、原発巣からの浸潤、血管内への侵入、転移先臓器での定着等の過程を経て成立する。本研究では、癌の浸潤・転移過程における腫瘍微小環境変化、すなわち上皮間葉転換、基底膜細胞外マトリックス(ECM)分解、腫瘍血管形成を統合的に評価できる新規薬剤スクリーニング系を開発することを目的とする。これまでに、癌促進性プロテアーゼであるMMP9発現機構に着目し、MMP9高発現肺転移性マウス大腸癌由来LuM1細胞にMMP9プロモーター蛍光レポーター細胞(LuM1/m9)を構築した。平成30年度は、三次元培養および培地成分等の影響で腫瘍オルガノイド形成が異なってくるとの知見(Eguchi T et al, 2018, Plos One)を手掛かりに、LuM1/m9細胞三次元培養下でMMP9発現および腫瘍形成能を多元評価できるシステムを構築した。Wnt/β-catenin経路は腫瘍形成性幹細胞シグナルとして知られているが、同時に、マウスMMP9プロモーター領域にβ-catenin/TCF/LEF結合部位が複数存在することが明らかとなった。さらに、Wnt/β-catenin経路を刺激するLiClをLuM1/m9に作用させたところ、MMP9発現のみならず腫瘍オルガノイド形成を促進することがわかった。また、本システムを利用して、大腸癌治療の第一選択薬である5-フルオロウラシル(5-Fu)を評価した結果、5-Fuは腫瘍オルガノイド形成を阻害したが、MMP9発現を阻害しなかった。さらに、これまでに腫瘍オルガノイド形成阻害を確認している薬剤群について、本システムを用いて評価した結果、腫瘍オルガノイド形成とMMP9発現の両方を阻害する複数の薬剤が見出された。平成30年度は、前年度確立したMMP9発現評価システムを改良し、腫瘍オルガノイド形成とMMP9発現レベルを同時評価できるシステムを構築した。本システムを用いることにより腫瘍形成能と転移能の両者を阻害出来る薬剤のスクリーニングが可能となった。既存薬スクリーニングを行った結果、腫瘍オルガノイド形成とMMP9発現の両者を阻害する複数の薬剤の発見に至った。現在、それら薬剤の作用機序およびin vivo解析を進めている。これらの成果の一部は、論文発表(Sogawa C. et al, 2019 Tissue Engineering Part A)および学会発表(国際薬理学会,日本薬理学会年会)等で発表した。平成30年度は、これまでに確立したシステムを利用して、既存薬化合物ライブラリーから有効な治療薬を再開発することにより、既存薬再配置(ドラッグリポジショニング)を目指す。転移抑制化合物の一次・二次スクリーニングを行い、in vivo転移イメージングによりその効果を検証する。また、前転移ニッチ形成マーカー遺伝子の探索を行う。前転移ニッチ形成マーカー遺伝子の候補を同定するため、癌細胞自身が放出するエクソソームに含まれる因子を網羅的に解析し、前転移ニッチ形成に関わるマーカー候補として有用性の高いものを選別する。
レーザー及びイオンスパッタリング過程に於ける高密度電子-正孔プラズマの役割

イオンスパッタリングの原子過程に電子的励起状態の寄与が指適されている。本研究の目的は半導体表面からのスパッタリング過程に対して、高密度電子正孔プラズマが果す役割を解明することである。本年度は、各種の化合物半導体を試料とし、レーザーにより高密度電子正孔プラズマを生成し、化合物の化学的特性がスパッタリングにどの様な寄与をするかを実験的に求めた。主たる実験結果は以下の通りである。(1)〈レーザー閾パワー〉表面脱離する為には、励起レーザーパワーにある閾値以上の値が必要である。Si,GaP,GaAs,GaN,CdSに対しこの閾値を求めると、化合物半導体のイオン度が大きくなると閾値は下ることが判明した。又、基板温度を上昇させるとやはり閾値は下ることがわかった。(2)〈速度分布〉スパッタ粒子の速度分布は、一般にMaxwell則度分布則からは逸脱し、化合物により大きく変化した。基板面に直角方向に脱離する粒子の速度ははやく、極角θを増加させるに伴いそれは遅くなった。(3)〈放出粒子種〉化合物半導体をMXと表示(M:金属原子,X:非金属原子)し、放出粒子を四重極分析計で同定すると、M,X,【X_2】が確認された。化合物のイオン度が大きくなると、【X_2】の収量がXのそれを上まわることが判明した。以上の実験結果から、我々は、半導体表面のスパッタリング過程に於いて、原子の解離を駆動するものは、電子正孔プラズマ中での【X_2】生成力であるとの認識に到達した。電子正孔濃度が増加すると、結晶のイオン度が増大する。フィリップスの解釈によれば、化合物半導体はそのイオン度が0.785以下で安定であり、それ以上では不安定となる。結晶中の非金属原子間で【X_2】生成力が増大すると、イオン度の限界値0.785を越え、結晶が相転移を行う。これにより脱離が生ずる。
神経ペプチドレセプターのアトピー性皮膚炎の病態への関与

VIPがVIP receptorを介して働くかどうかを検討するために有棘細胞癌株(DJM-1細胞)と正常表皮細胞にVIPを加えて,cAMPの産生について検討した.両細胞とも0.01μMから1μMのVIP刺激10分後に有意にcAMPの上昇がみられた.それは,VIP receptor 1R antagonistで抑制された.DJM-1細胞の培養液にIL-4,TNF-α,IFN-γを加え,各時間後(0-48h)にVIP1RをNorthern blotで検討した.それぞれのサイトカインによってパターンは異なるがVIP1R mRNAの増加がみられた.3 VIP刺激による表皮細胞からのサイトカイン、ケモカインの分泌とVIP1R antagonistによる抑制についてVIP(0.1nMから1μM)刺激により,DJM-1細胞におけるIL-1α,IL-6,IL-8,TNF-αとRANTESの産生についてELISAにより検討した.VIP刺激によりDJM-1からIL-6およびIL-8,RANTESの産生が有意に促進された.その反応はVIP1R antagonistによって抑制された.今回の検討では,マスト細胞やリンパ球など真皮に存在する細胞から放出されるサイトカインが,表皮細胞のVIP receptorの発現の制御に関わっていると考えられた.また,DJM-1細胞にVIPを加えると,cAMPの産生が増強され,IL-6,IL-8,RANTESの産生が促進されたが,この反応はVIP1R antagonistによって抑制されたことから,VIP1Rを介して誘導されると考えられた.VIPがVIP receptorを介して働くかどうかを検討するためにDJM-1細胞と正常表皮細胞にVIP(0.01μM、0.1μM、1μM)を加えて、cAMPの産生と細胞増殖について検討した。DJM-1細胞でも、表皮細胞でも0.01μMから1μMのVIP刺激10分後に有意にcAMPの上昇がみられた。2)サイトカインによるDJM-1細胞のVIP receptor type I(VIP1R)発現におよぼす影響サイトカインによりVIP1Rが増加するかどうかについてDJM-1細胞の培養液にL-4、TNF-α、IFN-γを加えて各時間後(0-48h)にNorthern blotで検討した。IL-4刺激のVIP1R mRNAは、6時間後が最大で24時間後まで増加し、TNF-α刺激では、時間依存性にVIP1R mRNAの増加がみられた。IFN-γの刺激のVIP1R mRNAでは、1時間後より増加しはじめ、3時間後が最大で、24時間後にもとのレベルに戻った。3)VIP刺激によるDJM-1細胞からのサイトカイン、ケモカインの分泌VIP(1μM)刺激により、DJM-1細胞におけるIL-1α,IL-6,IL-8,TNF-αとRANTESの産生が、増強するかどうかELISAにより検討した。VIP(1μM)刺激によるDJM-1細胞からIL-6およびIL-8、RANTESの産生が有意に促進された。今回の検討では、マスト細胞やリンパ球など真皮に存在する細胞から放出されるサイトカインが、表皮細胞のVIP receptorの発現の制御に関わっていると考えられた。また、DJM-1細胞にVIPを加えると、cAMPの産生が増強されたことからVIPのreceptorを介してIL-6、IL-8、RANTESの産生が誘導されると考えられた。DJM-1細胞の培養液にIL-4,TNF-α,IFN-γを加え,各時間後(0-48h)にVIP1RをNorthern blotで検討した.それぞれのサイトカインによってパターンは異なるがVIP1R mRNAの増加がみられた.3 VIP刺激による表皮細胞からのサイトカイン、ケモカインの分泌とVIP1R antagonistによる抑制についてVIP(0.1nMから1μM)刺激により,DJM-1細胞におけるIL-1α,IL-6,IL-8,TNF-αとRANTESの産生についてELISAにより検討した.VIP刺激によりDJM-1からIL-6およびIL-8,RANTESの産生が有意に促進された.その反応はVIP1R antagonistによって抑制された.今回の検討では,マスト細胞やリンパ球など真皮に存在する細胞から放出されるサイトカインが,表皮細胞のVIP receptorの発現の制御に関わっていると考えられた.また,DJM-1細胞にVIPを加えると,cAMPの産生が増強され,IL-6,IL-8,RANTESの産生が促進されたが,この反応はVIP1R antagonistによって抑制されたことから,VIP1Rを介して誘導されると考えられた.
メラノーマにおけるHLA Class I 抗原消失機構に関する研究

(1)メラノーマ組織におけるHLA class I抗原の発現メラノーマ凍結組織を用いてHLA monomorphic,A及びB locus,allele特異的抗原に対するモノクローナル抗体(mAb)を用いて免疫組織学的に検討した。その結果、HLA ClassI抗原の発現が低下していることが明らかとなった。HLA Class I発現異常はmonomorphic,locus,allele特異的抗体の順で検出頻度が高くなった。発現異常の程度は1個のallele抗原から検討したすべてのallele抗原の欠損に至るまで多様であった。HLAClassI発現低下はmonomorphicな抗体では検出できないことがあり、allele特異的抗体を用いることで従来の報告よりも高頻度にHLA ClassI発現異常があると考えられる。さらにこれらの発現低下は原発巣の浸潤度や予後と相関しており、病変部のCD8陽性T細胞浸潤と逆相関していた。以上のデータはT細胞を主体とした免疫療法を行なう場合の患者選択の重要な情報となり、そのメカニズムの解明や対策が免疫療法の有効性を高める上で急務である。(2)メラノーマ組織におけるLMPやTAP分子群の発現とサイトカインによる発現調整癌関連ペプチドの発現提示の機構において重要な役割を果たす分子群であるLMP2,7,TAP1,2に対する抗血清を用いてメラノーマ組織における発現を免疫組織学的に検討した。LMP2,7,TAP1,2の発現はそれぞれ相関し、約60%の症例ではHLA class Iとも相関した。すなわち、HLA class I発現低下の機構にLMPやTAP分子群が深く関与していることが示唆された。さらにこれらの発現低下はメラノーマの病勢や予後と有意に相関した。また、培養メラノーマ細胞ではIFN-ganmaやTNF-alphaの作用でLMPやTAP分子群の発現が増強することが明らかになった。(1)メラノーマ組織におけるHLA class抗原の発現メラノーマ凍結組織を用いてHLA monomorphic, A/B locus specific, allele specific抗原に対するmAbを用いて免疫組織学的に検討した。その結果メラノーマにおけるHLA Class I抗原の発現低下が明らかとなった。原発巣よりも転移巣でその頻度は増加した。HLA Class I発現異常の頻度ははmonomorphic<locus<allele specificで高くなった。HLS Class I発現異常はまずallele specificなものから部分的におこると考えられた。HLA Class I発現異常はmonomorphicな抗体だけでは検出できないことがあり、allele specificな抗体を用いることで従来の報告よりも高頻度にHLA Class I発現異常があると考えられる。以上のデータはT細胞を主体とした免疫療法の効果の限界を示唆し、そのメカニズムの解明や対策が今後必要である。(2)メラノーマ組織におけるLMT/TAP分子群の発現LMP2,7,TAP1,2に対する抗血清を用いてメラノーマパラフィンを包埋切片で免疫組織学的に検討すた。LMP2,7,TAP1,2の発現は原発巣に比し、転移巣では有意に低下した。また、それらの発現はHLA Class Iとよく相関した。HLA Class I発現低下の機構にLMP/TAP分子群が深く関与していることが示唆された。(3)LMP2,7,TAP1,2に対するmAbの作製現在LMP2,7,TAP1,2に対するmAbを作製しているところである。次年度にスクリーニングを行う予定である。(1)メラノーマ組織におけるHLAclassI抗原の発現

メラノーマ凍結組織を用いてHLA monomorphic,A及びBlocus,allele特典的抗原に対するモノクローナル抗体(mAb)を用いて免疫組織学的に検討した。その結果、HLA Class I抗原の発現が低下していることが明らかとなった。HLA Class I発現異輪はmonomorphic,locus,allele特異的抗体の順で検出頻度が高くなった。発現異常の程度は1個のallele抗原から検討したすべてのallele抗原の欠損に至るまで多様であった。HLA Class I発現低下はmonomorphicな抗体では検出できないことがあり、allele特異的抗体を用いることで従来の報告よりも高頻度にHLA Class I発現異常があると考えられる。さらにこれらの発現低下は原発巣の浸潤度や予後と相関しており、病変部のCD8陽瞥T細胞浸潤と逆相関していた。以上のデータはT細胞を主体とした免疫療法を行なう場合の患者選択の重要な情報となり、そのメカニズムの解明や対策が免疫療法の有効性を高める上で急務である。(2)メラノーマ組織におけるLMPやTAP分子群の発現とサイトカインによる発現調整癌関連ペプチドの発現提示の機構において重要な役割を果たす分子群であるLMP2,7,TAPl,2に対する抗血清を用いてメラノーマ組織における発現を免疫組織学的に検討した。LMP2,7,TAP1,2の発現はそれぞれ相関し、約60%の症例ではHLA class Iとも相関した。すなわち、HLA class I発現低下の機構にLMPやTAP分子群が深く関与していることが示唆された。さらにこれらの発現低下はメラノーマの病勢や予後と有意に相関した。また、培養メラノーマ細胞ではIFN-ganmaやTNF-alphaの作用でLMPやTAP分子群の発現が増強することが明らかになった。
アンドロゲン受容体コアクティベーターARA55の男性型脱毛の病因分子としての検討

半定量的RT-PCRの結果、アンドロゲンレセプターコアクティベーターARA55はアンドロゲンに感受性のある男性型脱毛部や髭の毛乳頭細胞で高い発現が見られ、アンドロゲンに感受性のない非脱毛後頭部の毛乳頭細胞ではその発現は低かった。毛乳頭細胞の内因性ARA55のコアクティベーター活性についてドミナントネガティブARA55を用いたレポータアッセイを行ったところ、アンドロゲンに感受性のある男性型脱毛部や髭の毛乳頭細胞で高い内因性ARA55の活性が見られ、アンドロゲンに感受性のない非脱毛後頭部の毛乳頭細胞では内因性ARA55の活性は低かった。以上よりその発現量と活性によって毛包の部位によるアンドロゲン感受性を調節していると考えられた.アンドロゲンによって髭は成長を促されるに対し前頭脱毛部では毛髪の退縮を誘導するというパラドックスを説明することはできないものの、男性型脱毛の治療においては毛包のアンドロゲン感受性を抑制することもひとつの方法と推測され、アンドロゲンレセプターコアクティベーターはそのよいターゲットとなると考えられる。また部毛乳頭細胞とケラチノサイトの共培養系を用いて前頭脱毛部毛乳頭細胞では部位特異的にアンドロゲンによってTGF-β1が誘導され、毛包の退縮へ向かうことを示した。Hic-5/ARA55の発現量はTGF-β1によって増加するので、これらが複雑に機能して男性型脱毛が進んでいくと考えられた。アンドロゲンレセプター(AR)とそのコアクティベーターARA55の合成蛋白は試験管内で共沈した。成人男性の髭の毛乳頭細胞(DPCs)におけるARA55 mRNAの発現をRT-PCRにて明らかにし、マンマリアン2ハイブリツドアッセイによりDPCsにおいてもARとARA55が相互作用することを示した。MMTV-ルシフェレースをレポーターとして一過性トランスフェクションアッセイを行ったところ、DPCsにおいてARA55がARの転写活性を3.7倍に増強した。さらに、ARA55のドミナントネガティブとして働くARA55のC末端フラグメントはARの転写活性を34.9%まで抑制した。以上よりヒト前立腺cDNAライブラリーからクローニングされた新規コアクティベーターARA55は毛乳頭細胞においてconstitutiveなARのコアクティベーターとして働いていることが示唆された。さらに、男性型脱毛部のDPCsでもARA55は67倍の子アクティベター活性を持ち、内因性にもARA55が高発現していることを半定量的RT-PCRにて明らかにした。昨今核内レセプターの新しいコアクティベーターが次々とクローニングされ、基礎内分泌学分野ではホットな領域となっている。今回我々は核内レセプターのコアクティベーターによる調節機構が皮膚において存在していることを初めて示し、さらに男性型脱毛部の病因に関わっている可能性を示唆した。
正則自己同型群および関連する問題におけるBergman幾何的アプローチ

多変数函数論において「有界性や円型性などの良い条件下で知られている定理は,仮定を弱めると結論はいかに変化するのか?」という問いは基本的であるが,特定の定理に限っても非自明な問いである.これまでにその有用性が判明しているBergman幾何的手法を援用して,次の(a), (b)について研究を行う.(a)準円形領域の正則自己同型群の等方部分群に現れる写像を分類する.(b)具体的な領域に対する同型問題や,関連する問題でBergman幾何的手法がどれほど有用かを非等質領域にて調査する.(a)ではBergman写像, (b)ではBergman幾何的に定義される不変集合が重要な役割を果たす.多変数函数論において「有界性や円型性などの良い条件下で知られている定理は,仮定を弱めると結論はいかに変化するのか?」という問いは基本的であるが,特定の定理に限っても非自明な問いである.これまでにその有用性が判明しているBergman幾何的手法を援用して,次の(a), (b)について研究を行う.(a)準円形領域の正則自己同型群の等方部分群に現れる写像を分類する.(b)具体的な領域に対する同型問題や,関連する問題でBergman幾何的手法がどれほど有用かを非等質領域にて調査する.(a)ではBergman写像, (b)ではBergman幾何的に定義される不変集合が重要な役割を果たす.
自動走行システムのための予測値整形理論の確立

本研究では,自動車の自動走行システムを対象とする.これは,たとえば,障害物回避のように環境情報(障害物の位置)をもとに,自動車を制御(加減速・操舵の制御)するものである.従来の研究では,「環境の予測」と「自動車の制御」の問題を別々に考え,それぞれに対して要素技術が開発されてきた.これに対して,本研究では,予測技術と制御技術を有機的につなぐ新技術として,予測値整形機構「予測ガバナ」を導入する.本研究では,まず,予測ガバナの設計理論を整備する.そして,予測ガバナを自動走行に応用し,実験を通して有用性を示す.本研究課題では,与えられた予測値を整形する問題を対象としているが,自動走行システムを高度化するためには,予測値そのものの精度も重要になる.そこで,本年度は,予測値を生成する部分に対して新たなアプローチを試みた.具体的に,以下の二つの成果を得た.1.自動車をとりまく環境を積極的に変化させることで,精度の高い予測値を生成する問題を考えた.とくにそのひとつとして,光センサを搭載した自動走行システムを外部に設置したプロジェクタの光で制御する問題を対象とした.これは,光があたると右旋回をし,光があたらないと左旋回をするという超単純な制御則が実装された自動走行システムをプロジェクタから投影される光分布を用いて制御するものである.そして,経路追従を達成する方法を提案した.2.予測値の生成には,ニューラルネットワークが用いられることが多いが,ネットワークが大規模になると,FPGAなどの省資源のデバイスに実装することが困難になる.この問題に対応するために,ニューラルネットワークの軽量化に取り組んだ.そして,軽量化のためのノイズシェーピング量子化手法を提案し,その鍵となる誤差拡散フィルタの系統的な設計手法を構築した.当初の計画を変更したものの,時空間光ナビゲーションの研究やニューラルネットワークの軽量化の研究に対して,一定の成果を得ることができ,さらに,次年度以降に取り組むべき課題を明らかにした.(1)予測ガバナの設計論の構築:フィードバック系や非線形性を含む系に対する予測ガバナの設計論を構築し,成果を整理する.(2)自動走行システムへの新しいアプローチの模索:本研究課題では,与えられた予測値を整形する問題を対象としてきたが,自動走行システムを高度化するためには,予測値そのものの精度も重要になる.そこで,自動車をとりまく環境を積極的に変化させることで,精度の高い予測値を生成する問題を考える.本研究では,自動車の自動走行システムを対象とする.これは,たとえば,障害物回避のように,環境情報(障害物の位置)をもとに,自動車を制御(加減速・操舵)するものである.従来の研究では,「環境の予測」と「自動車の制御」の問題を別々に考え,それぞれに対して要素技術が開発されてきた.これに対して,本研究では,予測技術と制御技術を有機的につなぐ新技術として,予測値整形機構「予測ガバナ」を導入する.本研究では,まず,予測ガバナの設計理論を整備する.そして,予測ガバナを自動走行に応用し,実験を通して有用性を示す.これに対して,本年度は以下の成果を得た.1.安定性を考慮した予測ガバナの設計:まず,非最小位相系に対して最適な予測ガバナを構築すると予測ガバナが不安定になることを明らかにした.そして,その不安定化の問題を解決するために,システムの直列分解に基づく設計手法を提案した.2.安定性と入力制約を考慮した設計:予測ガバナのゲインを導入し,安定性とゲイン制約を考慮した問題を定式化した.そして,線形計画法と特異値分解に基づく設計手法を提案した.また,不安定な機械システムを用いた検証実験を行った.3.非線形システムに対する予測ガバナの設計:入力アフィンなシステムに対する非線形予測ガバナの設計問題を定式化した.そして,その問題の最適解を解析的にを導出した.4.1/10スケールの自動車ロボットから構成される実験環境を整備した.そして,それを用いて制御実験を行い,提案手法(非線形予測ガバナ)の実応用可能性を検討した.当初の計画にはなかった「入力制約を考慮した設計手法の構築」や「非線形システムに対する非線形予測ガバナの提案」などの成果が得られた.本研究では,自動車の自動走行システムを対象とする.これは,たとえば,障害物回避のように環境情報(障害物の位置)をもとに,自動車を制御(加減速・操舵の制御)をするものである.従来の研究では,「環境の予測」と「自動車の制御」の問題を別々に考え,それぞれに対して要素技術が開発されてきた.これに対して,本研究では,予測技術と制御技術を有機的につなぐ新技術として,予測値整形機構「予測ガバナ」を導入する.本研究では,まず,予測ガバナの設計理論を整備する.そして,予測ガバナを自動走行に応用し,実験を通して有用性を示す.これに対して,本年度は以下の成果を得た.1.線形システムに対する予測ガバナの設計論の構築:線形システムに対する予測ガバナの設計論を再考し,より一般的な問題設定のもとで,最適解を与えた.また,数値最適化に基づく設計論を整備した.2.非線形システムに対する予測ガバナの設計論の構築:入力アフィンな非線形システムを対象とし,最適予測ガバナの設計論を構築した.とくに,前年度得られた結果をまとめるとともに,予測ガバナを実システムに適用する際に生じる問題点(システムの入出力の次元が同じなければならない,最適な予測ガバナが不安定になる場合がある,入力制約を考慮できない)を解決するひとつの方法として,システムの疑似線形表現と線形行列不等式を用いた数値最適化手法を提案した.

3.実験検証:1/10スケールの自動車ロボットから構成される実験環境を整備した.そして,レーンキープ制御実験を行い,提案手法の実用性を検証した.当初の計画であった,非線形性や入力制約を含む系に対する予測ガバナの設計論を構築することができ,さらに,自動走行システムを用いた制御実験を通して,提案手法の一定の有用性を示すことができた.本研究では,自動車の自動走行システムを対象とする.これは,たとえば,障害物回避のように環境情報(障害物の位置)をもとに,自動車を制御(加減速・操舵の制御)するものである.従来の研究では,「環境の予測」と「自動車の制御」の問題を別々に考え,それぞれに対して要素技術が開発されてきた.これに対して,本研究では,予測技術と制御技術を有機的につなぐ新技術として,予測値整形機構「予測ガバナ」を導入する.本研究では,まず,予測ガバナの設計理論を整備する.そして,予測ガバナを自動走行に応用し,実験を通して有用性を示す.本研究課題では,与えられた予測値を整形する問題を対象としているが,自動走行システムを高度化するためには,予測値そのものの精度も重要になる.そこで,本年度は,予測値を生成する部分に対して新たなアプローチを試みた.具体的に,以下の二つの成果を得た.1.自動車をとりまく環境を積極的に変化させることで,精度の高い予測値を生成する問題を考えた.とくにそのひとつとして,光センサを搭載した自動走行システムを外部に設置したプロジェクタの光で制御する問題を対象とした.これは,光があたると右旋回をし,光があたらないと左旋回をするという超単純な制御則が実装された自動走行システムをプロジェクタから投影される光分布を用いて制御するものである.そして,経路追従を達成する方法を提案した.2.予測値の生成には,ニューラルネットワークが用いられることが多いが,ネットワークが大規模になると,FPGAなどの省資源のデバイスに実装することが困難になる.この問題に対応するために,ニューラルネットワークの軽量化に取り組んだ.そして,軽量化のためのノイズシェーピング量子化手法を提案し,その鍵となる誤差拡散フィルタの系統的な設計手法を構築した.当初の計画を変更したものの,時空間光ナビゲーションの研究やニューラルネットワークの軽量化の研究に対して,一定の成果を得ることができ,さらに,次年度以降に取り組むべき課題を明らかにした.構築した実験システムを用いて実機実験を行い,提案手法の有用性を検証する.さらに,実験を通して理論的課題を抽出し,それを予測ガバナの設計理論の整備に反映させていく.実験環境をより現実に近いものにレベルアップさせ,実験を通して,提案手法の実応用可能性を引き続き検証するとともに,理論的課題を抽出する.(1)予測ガバナの設計論の構築:フィードバック系や非線形性を含む系に対する予測ガバナの設計論を構築し,成果を整理する.(2)自動走行システムへの新しいアプローチの模索:本研究課題では,与えられた予測値を整形する問題を対象としてきたが,自動走行システムを高度化するためには,予測値そのものの精度も重要になる.そこで,自動車をとりまく環境を積極的に変化させることで,精度の高い予測値を生成する問題を考える.
高齢期における適切な義歯装着と痴呆予防の関連性-fMRI法による解析

適切な義歯の装着、即ち咬合の良さが高齢期における痴呆に関連した脳部位の活動にどのような影響を与えるかをfMRI法を用いて明確に示すことが本研究計画の最終目標であった。そこで、我々は咬合の良否に差のある高齢被験者に、Chewingをタスクとして課し、活性化される脳部位を検索した。この結果、我々が既に報告(Journal of Dental Research 81,743-746,2002)しているように、Chewingによって感覚運動野、小脳、視床、補足運動野、島などに明瞭な活性上昇が認められたが、注目すべきポイントは咬合状況の良好な高齢被験者において、大脳皮質連合野に多くの活性上昇部位が認められたことであった。中でも右前頭前野right prefroptal areaには極めて明瞭な活性上昇があった(Journal of Dental Research 82,657-660,2003)。最近、早期痴呆患者において右前頭前野と海馬を含む神経ネットワークの活動状況が、その後の病状の進行度に大きく影響することを示唆するPETを用いた研究報告がなされた(Gradyら2003)。Gradyらは、この右前頭前野の活性上昇は衰えかけた高次脳機能ネットワークの補償Compensationを行っているのではないかと考察している。さらに、未発表データであるが、我々はfMRIによる研究で、咬合の良い高齢者は記憶課題の点数も高く、また前頭前野および海馬の活動も高いことを確認している。以上から、高齢期における義歯を含めた咬合の良さが、高齢期特有の衰えかけた神経ネットワークの活動をより活発にする重要な因子であることが示唆された。1.レジンを用いて、被験者の歯に厚さ1mmの単独人為的早期接触を造り、咀嚼を課題とした全脳対象のfMRI計測を行って得た結果について、まず報告する。いずれの被験者においても、人為的早期接触を装着した場合には装着しない場合より、咀嚼に伴って活性を上昇させる脳部位の範囲が明らかに広く、かつ活性中心の信号上昇率も高かった。本研究において焦点を当てている小脳においては、右に人為的早期接触を装着すれば右の小脳皮質前葉に確実に活性中心が認められた。また、同側視床外側腹側核および対側大脳皮質体性感覚野にも明確にその位置を同定しうる強さでの活性中心が得られた。その他、解剖学的に、早期接触を施した歯からの感覚入力を中継していると考えられる諸核においても活性中心の特定が十分に可能であった。目下、歯の部位に対応した小脳における地図すなわち"歯地図"作りを進めると共に、その小脳部位とリンクした他の脳部位におけるデータの整備を実施している。与えられた3年の研究期間内には、小脳のみならず他の脳部位も含めた壮大な歯の脳内マップを完成させる計画である。2.不快な聴覚刺激、あるいは視覚刺激を与えた際に扁桃体が活性を上昇させる事実を確認した上で、同一高齢ボランティアに高さの異なる義歯を装着していただき、咀嚼課題に伴って活動を上昇させる脳部位を検討した。この結果、日常使用している義歯よりも高く作った義歯が扁桃体の活性を大きく上昇させることが分かった。そして、(1)の人為的早期接触の際にも適応することであるが、不適切な歯の調整を行った際に、扁桃体の活性度が被験者の認識を必要としない不適切度の客観的評価基準として有用なことが判明した。3.咀嚼が高齢者の記銘時の海馬の活動を上昇させる結果について、平成13年度の神経科学学会において発表した。今後、義歯の適否の海馬活動への影響を調べる予定である。本研究の第一の目標は歯に関連した口腔の諸状況が高次脳機能と関連した脳部位の活性化と如何に関連するかの詳細を明らかにすることにある。そして、痴呆予防の観点から高齢期における適切な義歯の条件を明確にし、高齢社会における痴呆予防施策の一翼を担う提言を行うことが研究目的である。以下、これまでに明らかとなった事実を列挙する。硬い食物を食べた方が脳の活性化には好ましいとの報告がある。しかし、我々が、硬いガムと軟らかいガムのchewingによる脳の活性化を比較した実験の結果では、硬いガムの場合により強く活性効果が認められたのは小脳のみであり、他の脳部位(運動野、体性感覚野、補足運動野、視床、島他)ではむしろ軟らかいガムを噛んだ場合の方が活性率が高かった(Journal of Dental Research 81,11,743,2002)。高齢被験者を、(1)義歯を使用していない口腔状況健全な群、(2)適切な義歯装着者群、(3)不適切な義歯の装着者群、の3郡に分けて、記憶課題を用いて、fMRI法による海馬の活動状況の検定を行ったところ、不適切な義歯の装着者群では、海馬の活性化が認めがたかった。また、記憶想起のスコアも低かった。従って、高齢期に適切な義歯を装着することが痴呆予防の視点から重要であることが示された。咬合不全状況を、片側奥歯でロールワッテを噛みしめることにより簡易的に作り出し、感覚入力への咬合不全の影響を調べたところ、聴覚野において咬合不全側の活動が減弱することが分かった。