hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物中の多元素動態を同時に追跡するRI・蛍光マルチライブイメージングの開発

生きたままの植物体内における物質動態を可視化できるリアルタイムRIイメージングシステム(RRIS)の撮像原理は、植物が吸収したRIから放出される放射線をシンチレータにより光に変換し、CCDカメラでその光を検出するものである。シンチレーション光は非常に微弱なため、暗箱を用いた撮影を行っている。一方で植物の生育には光が必要である。そこで照明の点灯・消灯を繰り返し、消灯の間においてのみ撮影を行うパルス照射システムを用いてきた。ただし、植物へのRI投与量が少ない等、得られるシグナル量が少ない場合、撮影の積算時間を長く設ける必要があり、それに伴い消灯時間の割合が増す。また、元素の移動が早い場合では単位時間の撮影枚数を増やす必要があり、数分単位で照明の点灯、消灯を繰り返すことになる。これらは植物に大きなストレスを与えていることが考えられる。さらには、本研究目的であるRIイメージングと蛍光イメージングの両立には、より細かな照明の制御が必要である。そこで植物が消灯を認識できない周期でパルス照射を行い、消灯に同期したCCDカメラによるパルス撮影を行うことで、植物にとっての明期を維持したままシンチレーション光の撮影が可能な装置の構築を試みた。今回使用した高感度EMCCDカメラ(iXon Ultra 888)には、外部トリガ端子にTTLレベル信号が印加されている間だけ画像信号を積算し、複数回の積算結果を1枚の画像として保存する間欠撮影機能がある。そこでカメラの間欠撮影とLEDによる間欠照明を同期させるため、市販のマイコンボード(Arduino Uno R3)を用い、ms単位の任意の周期でLED駆動回路のON-OFFと撮影トリガ信号のON-OFFを交互に行う電子回路を作成した。この回路で高感度カメラとLED照明を接続し、標準線源に密着させたシンチレーターの撮影試験を行った。様々な周期での撮影を行った結果、250 ms周期での撮影に成功した。これにより、蛍光イメージングにおける露光時間に十分耐えうる光照射の制御が可能である。一方で、200 msより短い周期ではノイズの発生により正常な画像が得られなかった。今回採用したEMCCDカメラの使用上の撮影速度上限は、20 msである。また、個々のLEDおよびLED駆動回路のON/OFFに使用しているMOSFETは、一般的には数十nsの応答速度を持ち、シンチレータとして使用したCsI(Tl)の消光はおよそμsオーダーであることから、理論上は20 ms周期のパルス照明・撮影系の構築が可能である。今後は、ノイズ発生の原因を探索し、より短時間周期での撮影を目指す。まずノイズの発生源を特定し、つぎにノイズの除去、もしくは軽減対策を行う。ノイズ発生源の可能性としては、CCDカメラの設定、もしくは光源として用いているLEDである。ノイズの対策を行った後に、実際の植物を用いて撮影を行う。さらには、短時間でのパルス照射が植物にどのような影響を与えるのかを検証する。検証項目は、水吸収量、養分吸収量および二酸化炭素吸収量である。本研究者は、植物体内において、養分元素がどのような経路および化学形態で輸送され、どのようなメカニズムにより分配・蓄積が制御されているかを明らかにすることを研究の最終目標としている。本研究では、詳細な元素動態の解明を目的としたRIおよび蛍光を用いたマルチライブイメージング技術の開発を目的としている。具体的には、本研究者らが開発しているRIライブイメージング装置:RRISにおいて、蛍光イメージングおよびRIイメージングを同時に行える新たな装置を開発することである。RRISは視野が異なる二つの装置を開発している。一つ目は、視野範囲が10 x 20 cm、二つ目は顕微鏡視野での撮影が可能である。一方で、顕微鏡RRISは、視野範囲が数mm2程度である。そこで、平成29年度は、蛍光イメージングを可能とする顕微鏡を用いて、視野範囲を20 x 20 cm程度に拡大を目指した。撮影に用いるカメラ等の検討や試行を行った結果、実体顕微鏡を元に新たな装置を開発することが最も適することがわかった。つぎに、RIイメージングを行う際に、放射線を光に変換するシンチレータの探索を行った。これまで顕微鏡RRISでは1.5 cm2のシンチレータを用いて撮影を行ってきた。広範囲における可視化を行うには、大きなサイズのシンチレータを用いる必要がある。しかしながら、これまで用いてきたシンチレータは非常に高価であり、さらには浸水に弱い。一方で、本研究では、植物根や菌類を対象としている。そのため、イメージングの際には水耕液やゲル上にシンチレータを設置する必要があり、シンチレータの破損リスクがあった。このような問題から新たなシンチレータを探索する必要があった。そこで、様々なプラスチック製のシンチレータにおける性能評価を行った結果、安価に、かつ大型化が容易な素材を見つけることができた。顕微鏡RRISの視野範囲拡大に伴い、放射線を光に変換する素材(シンチレータ)を大型化が必要であり、かつ手軽に使えるよう安価で製作することが本研究において不可欠である。様々な素材のシンチレータを用いて実験を行った結果、プラスチック製のシンチレータが適することがわかった。つぎに、厚さや材質の異なるプラスチックシンチレータを用いて、RIの検出感度や解像度等の性能評価を行い、RRISに最も適する素材を見つけることができた。現在は、メーカーとの共同研究を行うことで、さらなる発展を目指している。これらの成果は現在、国際論文にまとめているところであり、投稿中である。

また、本研究で可視化を行う元素のうち、炭素を最も重要視している。特に二酸化炭素の光合成により生成された光合成産物の動態をイメージングしたい。一方で、二酸化炭素はガス状である故、取扱いが難しい。これまでの研究においても、二酸化炭素(14CO2)を扱っていたが、より安定的に実験に用いれるよう、実験系を改良した。これらの結果も国際論文にまとめているところであり、現在投稿中である。生きたままの植物体内における物質動態を可視化できるリアルタイムRIイメージングシステム(RRIS)の撮像原理は、植物が吸収したRIから放出される放射線をシンチレータにより光に変換し、CCDカメラでその光を検出するものである。シンチレーション光は非常に微弱なため、暗箱を用いた撮影を行っている。一方で植物の生育には光が必要である。そこで照明の点灯・消灯を繰り返し、消灯の間においてのみ撮影を行うパルス照射システムを用いてきた。ただし、植物へのRI投与量が少ない等、得られるシグナル量が少ない場合、撮影の積算時間を長く設ける必要があり、それに伴い消灯時間の割合が増す。また、元素の移動が早い場合では単位時間の撮影枚数を増やす必要があり、数分単位で照明の点灯、消灯を繰り返すことになる。これらは植物に大きなストレスを与えていることが考えられる。さらには、本研究目的であるRIイメージングと蛍光イメージングの両立には、より細かな照明の制御が必要である。そこで植物が消灯を認識できない周期でパルス照射を行い、消灯に同期したCCDカメラによるパルス撮影を行うことで、植物にとっての明期を維持したままシンチレーション光の撮影が可能な装置の構築を試みた。今回使用した高感度EMCCDカメラ(iXon Ultra 888)には、外部トリガ端子にTTLレベル信号が印加されている間だけ画像信号を積算し、複数回の積算結果を1枚の画像として保存する間欠撮影機能がある。そこでカメラの間欠撮影とLEDによる間欠照明を同期させるため、市販のマイコンボード(Arduino Uno R3)を用い、ms単位の任意の周期でLED駆動回路のON-OFFと撮影トリガ信号のON-OFFを交互に行う電子回路を作成した。この回路で高感度カメラとLED照明を接続し、標準線源に密着させたシンチレーターの撮影試験を行った。様々な周期での撮影を行った結果、250 ms周期での撮影に成功した。これにより、蛍光イメージングにおける露光時間に十分耐えうる光照射の制御が可能である。一方で、200 msより短い周期ではノイズの発生により正常な画像が得られなかった。今回採用したEMCCDカメラの使用上の撮影速度上限は、20 msである。また、個々のLEDおよびLED駆動回路のON/OFFに使用しているMOSFETは、一般的には数十nsの応答速度を持ち、シンチレータとして使用したCsI(Tl)の消光はおよそμsオーダーであることから、理論上は20 ms周期のパルス照明・撮影系の構築が可能である。今後は、ノイズ発生の原因を探索し、より短時間周期での撮影を目指す。
ゲーム理論的資源配分メカニズムの定量的評価基盤の構築

本研究は,警備計画策定やキーワード広告オークションなどのゲーム理論的資源配分メカニズム(以下,メカニズム)を,最適化や学習といったアルゴリズム技法を駆使して,計量経済学の枠組みから定量的に分析する理論的基盤を構築することを目的とする.これまでのメカニズム研究は,精緻な理論モデルによる定性的な分析から,現実の制度/慣習における課題を解決してきた.しかし,研究者が企業や政府の担当者を説得して新しいメカニズムを実践するには,その効果を定量的に分析することがしばしば必要になる.そこで,本研究はデータにもとづいて新しいメカニズムを事前に評価するための技術と方法論を構築する.当該年度では,不確実な環境下における動学ゲームの均衡計算アルゴリズムを検討した.とくに各プレイヤが後悔最小化アルゴリズムにしたがって振る舞うと仮定したとき,粗相関均衡に収束することが知られている.これを不完全観測下での動学ゲームへの適用を吟味した.また,電力市場などの売り手と買い手をマッチングさせる市場を設計するために制約付きマッチングの数理構造を明らかにする試みを開始した.具体的には,制約付きマッチングの解を求める問題を数理計画法の観点から定式化し,その厳密解が存在しない際の挙動を分析した.さらに在学研究先であるスタンフォード大学にて,実証産業組織論という経済学の一分野がどのようにテック企業に取り入れられているかを調査した.研究実績の概要で述べた動学ゲームの均衡計算アルゴリズムでは,後悔最小化アルゴリズムが簡単なゲームであれば不完全観測状況に適用できることを確認した.これを本研究が目的とする警備計画策定やキーワード広告オークションといったネット市場における実証分析へ適用できるように拡張を進めている.一方で昨年度の成果である不完全観測下における多市場接触は計算機科学と経済学の学際領域トップの国際会議であるACM Conference on Economics and Computationに投稿している.制約付きマッチングでは,従来の制約なしマッチングと整数計画問題の関係を確認した上で,制約付きマッチングのための整数計画問題を構築した.その線形計画問題への緩和とあわせて実際にいくつかの問題を解き,どのようなマッチングが出力されるかを確認した.その結果,得られた(乱択)解から,厳密に成約を満たす解を導く方法の検討を開始した.GAFAやMicorsoft, Uber, Lyft, AirBnBといったテック企業は,実証産業組織論(Empirical Industrial Organization)の専門家を積極的に雇用している.産業組織論とは,企業と市場の構造や関係から企業がどう意思決定しているか/すべきかを分析する経済学の一分野であり,データをもとに混雑時の配車サービスの価格付けやバイクシェアリングシステムの基地局設計に貢献している.今年度はこうした実証技術を学び,動学ゲームや制約付きマッチングとの関わりを調査した.本年度の研究の結果,1)不完全観測下での動学ゲームの均衡計算アルゴリズムの構造,2)安定マッチングを求める近似アルゴリズムへの数理計画法からのアプローチ,3)実証産業組織論における技術のテック企業への適用例,などを進めた.今後の方策としては,従来掲げていた警備計画策定やキーワード広告オークションに加えて,マッチング問題の実証データも入手し,解析をはじめることで,既存のマッチング制度と本課題で提案した制度との反実仮想分析につなげていきたい.とくに某企業からデータ提供を受ける相談を開始しており,その業態特有の課題の発見に注力したい.また当該年度より,国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)を用いて,スタンフォード大学へ在外研究に出ている.実証産業組織論における取り組みはこの環境で初めて知ることができた.こういった経済学におけるデータ分析の技法を取り入れることで,本研究課題を強力に推進していきたい.本研究は,警備計画策定やキーワード広告オークションなどのゲーム理論的資源配分メカニズム(以下,メカニズム)を,最適化や学習といったアルゴリズム技法を駆使して,計量経済学の枠組みから定量的に分析する理論的基盤を構築することを目的とする.これまでのメカニズム研究は,精緻な理論モデルによる定性的な分析から,現実の制度/慣習における課題を解決してきた.しかし,研究者が企業や政府の担当者を説得して新しいメカニズムを実践するには,その効果を定量的に分析することがしばしば必要になる.そこで,本研究はデータにもとづいて新しいメカニズムを事前に評価するための技術と方法論を構築する.具体的には,以下の3項目を相互にフィードバックさせながら研究を推進した: 1)不確実な環境下における動学ゲームの均衡計算アルゴリズム; 2)警備計画策定問題の定量的分析;3)キーワード広告オークションの定量的分析.項目1では,不完全観測下の多市場接触の均衡解析を進めた.これはプレイヤが複数のゲーム(市場)を同時にプレイする「多市場接触」下において,どのような振る舞いが均衡として実現するかを明らかにした.一方で,実証分析の専門家であるイェール大学のMitsuru Igami氏を招き,動学ゲームの実証に用いるアルゴリズムと将棋や囲碁といったゲームを解くためのAIアルゴリズムの共通点についてのセミナーを開催した.項目2および3ではそれぞれ,テロ計画監視における警備リソースや広告オークションにおける予算の配分を分析した.さらに本研究分野に関する活動として,インセンティブサイエンスの算法セミナーを19回開催した.毎回10数名の参加者を集め,小規模ながらも関連研究に関する知見を深め,研究者間のネットワークを広げている.研究実績の概要で述べた不完全観測下の多市場接触では,それぞれのプレイヤが相手の行動に関する情報(シグナル)を私的に観測するため,どんな振る舞いが均衡として実現するかはほとんど知られていない.しかし,これを明らかにすることが,不確実な環境における動学ゲームの均衡計算にとって重要である.これに対して,すでにいくつかの非自明な戦略とその均衡条件を明らかにしていたが,さらに今年度は戦略の構造と実現する均衡利得の関係を明確にできた.

来年度はこの成果を経済学分野のトップジャーナルに投稿を目指す.また,Mitsuru Igami氏を中心としたセミナーによって,実証分析に必要な技術を研究チームで共有できた.今後,警備計画策定やキーワード広告オークションといった事例に展開していく予定である.しかし,現実的な規模のゲームの均衡を計算するには,不動点アルゴリズムの計算量が問題になる.これに対応するために,近似アルゴリズムの技術を調査した.そこから派生した結果として,予算制約付き近似安定マッチングがある.これは安定結婚問題の拡張であり,従来は個々人がマッチできる数にしか制約がなかった問題に,何らかの社会的/技術的な要請からくる制約を外生的に与えたものである.このとき,通常の意味での安定マッチングの存在を保証できなくなるため,何らかの意味で準安定なマッチングが必要となる.これに近似アルゴリズムを利用した研究がIJCAI (採択率25%=137/550)およびAAAI(採択率25%=933/over 3800)に採択された.本研究は,警備計画策定やキーワード広告オークションなどのゲーム理論的資源配分メカニズム(以下,メカニズム)を,最適化や学習といったアルゴリズム技法を駆使して,計量経済学の枠組みから定量的に分析する理論的基盤を構築することを目的とする.これまでのメカニズム研究は,精緻な理論モデルによる定性的な分析から,現実の制度/慣習における課題を解決してきた.しかし,研究者が企業や政府の担当者を説得して新しいメカニズムを実践するには,その効果を定量的に分析することがしばしば必要になる.そこで,本研究はデータにもとづいて新しいメカニズムを事前に評価するための技術と方法論を構築する.当該年度では,不確実な環境下における動学ゲームの均衡計算アルゴリズムを検討した.とくに各プレイヤが後悔最小化アルゴリズムにしたがって振る舞うと仮定したとき,粗相関均衡に収束することが知られている.これを不完全観測下での動学ゲームへの適用を吟味した.また,電力市場などの売り手と買い手をマッチングさせる市場を設計するために制約付きマッチングの数理構造を明らかにする試みを開始した.具体的には,制約付きマッチングの解を求める問題を数理計画法の観点から定式化し,その厳密解が存在しない際の挙動を分析した.さらに在学研究先であるスタンフォード大学にて,実証産業組織論という経済学の一分野がどのようにテック企業に取り入れられているかを調査した.研究実績の概要で述べた動学ゲームの均衡計算アルゴリズムでは,後悔最小化アルゴリズムが簡単なゲームであれば不完全観測状況に適用できることを確認した.これを本研究が目的とする警備計画策定やキーワード広告オークションといったネット市場における実証分析へ適用できるように拡張を進めている.
グリオブラストーマ幹細胞のDNA修復能

グリオブラストーマはもっとも悪性の脳腫瘍で平均生存率は12ヶ月に満たない。原因は電離放射線や制がん剤などに抵抗性であることによるが、その機序が近年のがん幹細胞の概念から解明されつつある。本研究は、グリオブラストーマのがん幹細胞と非幹細胞の可逆的な変換による細胞生物学的特性の変化から、グリオブラストーマの放射線抵抗性の機序を明らかにする事を目的とする。実験には、熊本大学脳外科から提供されたヒトグリオーマ幹細胞hGIC1とhGIC2を用いた。この細胞では、グリオーマ幹細胞マーカーplag11が高発現している事が確認された。この細胞に神経分化因子sox11を電気穿孔法で導入すると、plag11の発現が見られなくなった。このように、sox11の強制発現によりヒトグリオーマ幹細胞からヒトグリオーマ癌細胞への人工的な変換に成功した。これらの細胞を用いてDNA架橋を誘導する制がん剤感受性を比較した結果、ヒトグリオーマ幹細胞で顕著な抵抗性が見られた。DNA架橋剤の修復には相同組換えが必要なことから、ヒトグリオーマ幹細胞で相同組換え能が昂進、逆にヒトグリオーマ癌細胞では相同組換え能が低下していることが判明した。同様な結果はマウスグリオーマ細胞株mNSCL61-8Bで確認された。DNA二重鎖切断の指標であるH2AXのリン酸化は137Cs-γ線照射により、いずれの細胞でも同程度に起こることから、放射線あるいはシスプラチンに対するグリオブラストーマの抵抗性は、DNA修復能とりわけ相同組換えの活性化に原因する可能性が示された。
博物館における複合現実感共用システムの構築と科学的思考の育成に関する縦断的研究

自然史博物館における化石骨格標本は,それだけでも来館者に印象を与えるものである.しかし,化石を観察するということは,初心者にとっては容易ではない.本研究課題では,複合現実感技術を応用したいくつかの展示プログラムを国立科学博物館とその他の博物館等で開催した.双眼鏡型の立体視ハンドヘルドディスプレイ(HHD)を体験者が使用する展示プログラムである.コンテンツは,いずれも恐竜の基本的な骨格構造を説明するものである.本研究課題の最終的な実験では,観察に適切な位置へ体験者をナビゲートするガイド機能を開発し評価した.その結果,ガイド機能の有無により体験者の行動は大きく異なり,ガイド機能の効果が示された.自然史博物館における化石骨格標本は,それだけでも来館者に印象を与えるものである.しかし,化石を観察するということは,初心者にとっては容易ではない.本研究課題では,複合現実感技術を応用したいくつかの展示プログラムを国立科学博物館とその他の博物館等で開催した.双眼鏡型の立体視ハンドヘルドディスプレイ(HHD)を体験者が使用する展示プログラムである.コンテンツは,いずれも恐竜の基本的な骨格構造を説明するものである.本研究課題の最終的な実験では,観察に適切な位置へ体験者をナビゲートするガイド機能を開発し評価した.その結果,ガイド機能の有無により体験者の行動は大きく異なり,ガイド機能の効果が示された.本研究の目的は,1)複合現実感共用システムの構築,2)科学的思考を育成する学習プログラムの開発,の2つを実現することである。平成21年度は,1)の複合現実感共用システムについて,Web上のデータベースで3Dデータを共有し,他の博物館などからアクセスし,Web3Dとして表示するシステムおよびWeb上で複合現実感表示するシステムを開発した。また,Web上の複合現実感コンテンツを開発するツールとして既存のオーサリングツールに複合現実感の機能を追加した。2)については,「ミクストリアリティ進化ゲーム2&よみがえる恐竜2」という複合現実感を利用した学習プログラムを国立科学博物館において2009年7月2日から5日に実施した。また,「よみがえる恐竜」を放送大学千葉学習センターにおいて2009年11月14日・15日に実施した。さらに,ドイツのKnowledge Media Research Center (KMRC)(チュービンゲン),シュトゥットガルト自然史博物館(シュトゥットガルト)においても2010年3月に複合現実感コンテンツの実証実験を行った。KMRCの実験では,ドイツの10歳から14歳くらいの生徒を対象に複合現実感体験の授業を実施し,2週間後くらいに覚えているシーンなどを質問する調査を行った。これは,本研究のテーマの1つである縦断的研究の基礎資料となるものである。博物館連携としては,国立科学博物館だけでなく,宮崎県立総合博物館,厚木市情報プラザ,足立区ギャラクシティ,シュトゥットガルト自然史博物館とも,複合現実感のシステムの共有などを実施した。本研究の目的は,1)複合現実感共用システムの構築,2)科学的思考を育成する学習プログラムの開発,の2つを実現することである.平成22年度は,1)の複合現実感共用システムについて2件の成果があった.一つは本研究で開発した恐竜の皮膚をパソコンで描き複合現実感で表示するWebシステムが宮崎県立総合博物館の常設展として採用されたこと.もう一つは,パソコンではなく紙に描いた恐竜の皮膚を複合現実感技術によってキャプチャし3D化して表示するシステムを開発したこと.そしてそれが2011年1月8日から2月13日に開催された静岡科学館の企画展「ジュラ紀の地球展」で採用され実証実験を行ったことである.2)については展示の実施として国内外ともに多くの成果があった.まず,先述の静岡科学館の企画展用に複合現実感によるアロサウルスのコンテンツを新規に制作し実証実験を行った.その他,複合現実感コンテンツ「よみがえる恐竜」の改訂を行い,次のとおり展示を実施した.ニューヨークのアートギャラリー(2010年5月),ロサンゼルスで開催されたコンピュータグラフィックスの学会SIGGRAPHおよびロサンゼルス近郊の日系書店(2010年7月),北九州自然史・歴史博物館(2011年2月),米国スミソニアン国立自然史博物館(2011年3月).また展示関係の学会での招待講演やデモとして,ロンドンのテートモダン美術館(2010年9月),日本展示学会シンポジウム(2010年12月)を行った.2010年3月のドイツでの展示からはじまり,平成22年度は国際的に博物館を中心に展開することができ,本研究の成果公開につながった.本研究の目的は,1)複合現実感共用システムの構築,2)科学的思考を育成する学習プログラムの開発,の2つを実現することである.平成23年度は,小型植物食恐竜(オスニエロサウルス)および大型肉食恐竜(アロサウルス)の骨格標本を対象とし,複合現実感コンテンツを使用した評価実験を主に行った.その評価方法は,質問紙調査だけでなく,体験者の行動分析からも行った.行動分析の方法としては,体験者が体験時に持つハンドヘルドディスプレイ(HHD)のカメラ位置を取得して分析を行った.このログデータ取得機能を開発し,さらに得られたデータを分析し可視化するプログラムも開発した.大型肉食恐竜(アロサウルス)を対象とした評価実験は,平成22年度の静岡科学館で実施した展示で,この結果をまとめた論文は日本展示学会の学会誌「展示学」に投稿し採択された.また,小型植物食恐竜(オスニエロサウルス)を対象とした評価実験の結果については,現在投稿中である.さらに,小型植物食恐竜(オスニエロサウルス)を対象とした新たなコンテンツも開発し評価を行った.

このコンテンツはより教育的なコンテンツとした.これまでのコンテンツはエンターテインメント性を持たせて,魅力ある体験型の映像展示を目指してきたが,このコンテンツでは,恐竜の骨格標本を見学する上での基本的な点として骨格の構造の違いを詳しく解説するものである.このコンテンツでは,従来の展示では理解が難しかった点を複合現実感の特性を活かしてわかりやすくしたもので,現在のところ評価結果から学習効果が認められている.平成23年度は,このコンテンツを利用して,映像情報の提示パターンを変えた評価実験を行った.今後は,この実験をさらに進めていく計画である.2013年度は,まず,博物館におけるICT活用の国際会議であるMuseums and the Web 2013(アメリカ・ポートランド)において,ぬり絵した恐竜が3Dになって背景映像と合成される複合現実感システムについてデモによる研究発表を行った.このシステムは,本科研費において開発したシステムで,2013年度は国立科学博物館,杉並区立科学館等の9カ所で学習プログラムとして実施し,実用化されている.また,Microsoft社のKinectを使用して見学者のジェスチャーで展示解説をコントロールできるシステム「アロサウルス・バーチャル復元」についても東日本大震災で被災した博物館の復興をサポートするための巡回展示等で活用されている.この2つのシステムについては,日本展示学会で2013年6月に発表した.さらに,この展示学会において,日本展示学会第4期(20092012)学会賞(論文賞)を受賞した.受賞対象の論文は,アロサウルスの複合現実感展示(静岡科学館)における体験者の行動を分析した研究である.2013年10月26日から2014年2月23日に国立科学博物館で開催された特別展「大恐竜展ゴビ砂漠の驚異」においては,記念写真を撮るとタルボサウルス,サウロロフスと合成され,恐竜の大きさが自分の体と比較できるシステムを提案し採用された.本科研費研究を開始した2009年には存在しなかったiPad等のタブレット端末が,現在では広く普及しており,タブレットに対応した複合現実感システムの試作も始めた.これまでの複合現実感システムでは,白黒のマーカーや位置センサーを使用していたが,マーカーやセンサーを使用せず,画像のパターンをマーカーの代わりにするシステムである.このコンテンツとして対象としたのは始祖鳥で,化石標本が板状になっているため,マーカーレスのシステムとは親和性がある.この試作は今後の研究へのつながりとしても有効であった.本研究では,恐竜の骨格標本を対象とした複合現実感コンテンツを開発し,その評価を行ってきた.評価方法として,これまでは主に事後の質問紙調査を行ってきたが,それに加えて体験者の行動を記録し分析することも検討してきた.2011年に静岡科学館で実施した「アロサウルスが見た世界ジュラ紀の地球展」では,複合現実感展示も実施し,その時の体験者の行動ログを記録した.このログデータを詳細に分析し,日本展示学会の論文
エレクトロスピニング法を用いたセラミックマイクロチューブ不織布の開発

耐熱不織布は、触媒や断熱材などの広い工業分野で応用が期待される材料である。本研究では耐熱材料としてSiCセラミックスを選択し、セラミックファイバーまたはチューブ構造を作製するために、エレクトロスピニング法が研究された。バインダーとしてPVBを用い、セラミックス成分としてSiCと焼結助剤を加えたスラリーの溶媒濃度を制御することにより、SiC-バインダーハイブリッドファイバーの作製に成功した。40vol%のセラミックス濃度と焼結助剤を加えることによって、焼結後もファイバー構造の維持に成功した。また、芯鞘ノズルを用い紡糸することにより、チューブ構造を持つSiC焼結体の作製にも成功した。エレクトロスピニング(ES)法を用いてセラミックスナノファイバーを作製する場合、まずセラミックスと有機バインダーからなる有機無機ハイブリッドファイバーの作製が必要である。得られた有機無機ハイブリッドファイバーを熱処理することにより、有機バインダーを熱分解し、セラミックス成分のみのナノファイバーを得ることが可能になるが、バインダーの種類によって得られるセラミックスナノファイバーの形状の維持に影響が出てくる。セラミックスバインダーとして使用可能なポリビニルアルコール(PVA)重合度500および2000、ポリビニルブチラール(PVB)重合度630および2400、ポリエチレングリコール(PEG)を用い、希釈溶媒として水およびアルコールを選択し、有機バインダーの重合度、濃度および溶媒がバインダーの紡糸に与える影響について検討した。結果として、PEG、重合度の低いPVA500では、いずれの濃度でも、ファイバーの紡糸はできなかったが、重合度の高いPVA 2000(濃度12%)およびPVB重合度630(濃度612%)、2400(濃度410%)を用いることによって紡糸できることが分かった。バインダーのみで紡糸できたPVA2000、PVB630、2400の濃度212%のバインダー溶液に、セラミックス/バインダー=40vol%/60vol%となるように、SiC粉末とAl2O3-Y2O3助剤を加えたスラリーを紡糸したところ、PVAではどの濃度でも紡糸できなかったが、PVB630では610%、PVB2400では26%の濃度でセラミックスとバインダーからなるハイブリッドファイバーを紡糸できた。得られたハイブリッドファイバーを1750°Cで熱処理したところ、PVB630では10%、PVB2400では6%の濃度のものだけが、熱処理後もファイバー形状が維持され、SiCセラミックスのみの不織布を作製することができた。この同組成のスラリーは、ES装置の二重ノズルをつかって、セラミックスマイクロチューブの作製も検討された。24年度は新たに購入したES装置を用い、セラミックスバインダーとして使用可能なポリビニルアルコール(PVA)重合度500および2000、ポリビニルブチラール(PVB)重合度630および2400、ポリエチレングリコール(PEG)を用い、希釈溶媒として水およびアルコールを選択し、有機バインダーの重合度、濃度および溶媒がバインダーの紡糸に与える影響について検討した。結果として、PEG、重合度の低いPVA重合度500およびPVB重合度630では、溶質濃度5、10wt%いずれの場合でも、ファイバーの紡糸はできなかったが、重合度の高いPVA重合度2000およびPVB重合度2400を用いることによって溶質濃度510wt%で紡糸できることが分かった。PVB重合度2400を6wt%となるようにアルコールに溶解し、これにセラミックス成分がセラミックス/PVB=25wt%/75wt%および40wt%/60wt%となるように加え紡糸用スラリーを調整した。セラミックス成分としてはSiCに助剤成分としてY2O3とAl2O3がモル比で1:7組成のものを10vol%となるように混合したものを使用した。両方のスラリーにおいてセラミックス/PVBハイブリッドファイバーの紡糸が可能であり、セラミックス成分40wt%のものを1750°Cで熱処理することにより、強度は弱いがセラミックス不織布を作製することができた。平成24年度の実験の実験計画としては、バインダー種類・濃度、セラミックス濃度を変化させてエレクトロスピニング法によりAl2O3ファイバー不織布を作製し、その知見をもとにSiCセラミックス不織布を作製することである。

当初の計画では、PVAなどのエレクトロスピニング法で通常使われている熱可塑性樹脂バインダーでセラミックスが紡糸できない場合、また熱処理によってファイバー構造が維持できない場合はエポキシやフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂も紡糸用バインダーとして考えていたが、PVBで紡糸可能であり、さらに熱処理後もファイバー構造が維持されていたことから、熱硬化性樹脂の使用は行わなかった。また、SiCの紡糸がうまくいかない場合は、Al2O3をモデルとして知見を得る予定であったが、PVB-エタノール溶液を調整することにより、SiC高濃度40wt%でも紡糸でき、さらに熱処理後もファイバー構造が維持できたため、Al2O3をモデル材とする実験は行わなかった。実験内容の変更はあったものの、予定通り平成24年度の目標であるSiCファイバーからなる不織布の作製に成功した。現在、作製されたSiCファイバーは形状がスムーズでなく、SiC粒子個々の繋がりによりファイバーが形成されているため表面は凹凸の多い状態なっている。バインダー組成の検討や、より細かいSiC原料粒径を検討する必要がある。また、熱処理温度を低下させることや助剤組成と量を最適化することもファイバー形状をスムーズにすることにつながると考えられる。スムーズなSiCファイバーからなる不織布の作製条件について再検討すると共に、マイクロチューブ不織布の作製についても実験を行う。マイクロチューブの作製方法としては同心二重円の針を新たに設計・作製し、外側にはこれまで得られた知見をもとにセラミックス成分の入ったバインダースラリーを、内側にはそれとは混じり合わないバインダーを充填し紡糸を行う。セラミックス側のバインダーにPVBを用いた場合は内側には混じり合わないのでPVAが充填可能である。シリンジ径が大きくなるので、紡糸条件を再検討し、熱処理を行ってマイクロチューブの作製を行う。得られたマイクロチューブの微細組織観察から、バインダー種・濃度、セラミックス粒径・濃度、バインダー組成、熱処理条件など最適なマイクロチューブ不織布の作製条件を求める。該当無し
サルコペニア治療への挑戦－骨格筋虚血/再潅流障害の病態とオルガネラが果たす役割－

サルコペニアは治療方法だけでなく病態機序も不明な点が多い.本研究は肥満型サルコペニアに注目し,まずob/obマウスを検討し,有意な体重増加に反して有意に低い筋湿重量を示した.骨格筋MDAは有意に高く,肥満では骨格筋が慢性的な酸化ストレス障害に曝されている可能性があった.また血流低下モデルは骨格筋再生能が低く,閉塞性動脈硬化症などを合併するとさらに骨格筋減少が進行する可能性があった.さらにC2C12の酸化ストレス障害に対して,edaravoneによる抗酸化治療を検討し,有意な生存率改善,MDA低下,TNF-α抑制を示し,抗酸化治療の骨格筋の酸化ストレス障害に対する有用性を示した.要介護の原因に運動器疾患が関与することは明白で、新たな予防戦略への期待は高いが、骨粗鬆症と並ぶ代表的なロコモティブシンドロームであるサルコペニアでは病態メカニズムは不明な点が多く、予防策や治療の確立には至っていない。しかし近年、サルコペニアへの関心は急速に高まっており、整形外科では骨格筋を姿勢保持や運動といった人間活動の中心的臓器として、サルコペニアの予防、治療の重要性が広く認識され、多くの報告がなされるようになった。内科領域でも骨格筋が糖代謝の恒常性を維持する重要な器官として報告が増加している。特に多くの内科的疾患の基礎となる生活習慣病と関連の深いメタボリックシンドローム、なかでも肥満とサルコペニアの関連(sarcobesityと表現される)についての関心は高い。以上のことから、生活習慣病による慢性炎症がサルコペニアの病態に関与しており、さらには肥満と関連の深いASOなどの末梢血管疾患が更なる酸化ストレスを引き起こし、筋損傷だけでなく、筋損傷後の不十分な再生によりサルコペニアを増悪させる可能性を疑った。さらに血流障害により引き起こされた酸化ストレスの改善がサルコペニアの治療方法の一つになり得ると仮説した。我々は遊離筋肉移植やコンパートメント症候群、また挫滅症候群といった骨格筋の血流障害に由来する局所や全身性疾患に関する基礎研究に従事してきた。なかでも本邦で2001年より臨床応用されているフリーラジカル除去剤(edaravone)や炎症性サイトカインの調節因子であるNF-κBに対する核酸治療が骨格筋の虚血/再潅流障害を抑制することを示してきた。これらの知見を活かし、メタボリックシンドロームの代表である肥満モデルでの骨格筋の酸化ストレス障害を確認し、血流低下時の筋再生能とその際の細胞内小器官の役割を評価し、さらに抗フリーラジカル治療の可能性を検討することが本研究の目的である。要介護の原因に運動器疾患が関与することは明白で、新たな予防戦略への期待は高い。しかしサルコペニアの病態は現在も不明で、予防策や治療の確立には至っていない。本疾患は骨粗鬆症との合併も多く、栄養不足や加齢との関連も考えられるが、それらでは説明できない例も多く、複雑な病態メカニズムが考えられており、近年では多くの内科疾患の基礎となるメタボリックシンドローム、特に肥満とサルコペニアの相互に関連して病態が進行するという概念(sarcobesity)が注目されている。肥満は皮下、内臓周囲での過剰な脂肪蓄積をだけでなく、それ以外の本来脂肪が蓄積しない組織への異所性脂肪沈着が、様々な病態と関連するため一つの疾患と考えられている。実際に骨格筋への異所性脂肪沈着も筋の活動性低下だけでなく、インスリン抵抗性の増大を引き起こすことで糖代謝異常の原因となる。また肥満ではASOなどの末梢血管疾患を合併する例も少なくなく、局所の血流不全が肥満に関連した筋萎縮の可能性を疑った。また我々は遊離筋肉移植やコンパートメント症候群、また挫滅症候群といった骨格筋の血流障害に由来する局所や全身性疾患に関する基礎研究に従事してきた。なかでも本邦で2001年より臨床応用されているフリーラジカル除去剤(edaravone)を用いた抗酸化治療や炎症性サイトカインの調節因子であるNF-κBに対する核酸治療が骨格筋の虚血/再潅流障害を抑制することを示してきた。肥満においても我々はこれらの知見を活かし、メタボリックシンドロームの代表である肥満モデルでの骨格筋萎縮とそれにおける酸化ストレス障害の関与を確認すること、また肥満に合併することが多いASOなどの血流低下状態での筋再生能とその際の細胞内小器官の役割を評価すること、さらに骨格筋酸化ストレス障害に対する抗フリーラジカル治療の可能性を検討することが本研究の目的である。昨年と本年度の予定の実験は概ね終了しており、以下にその概略を述べる。また結果の一部は平成27年度の学術集会で報告しており、今後も報告の予定である。(実験1)肥満モデルの骨格筋の検討:レプチン遺伝子欠損による肥満モデル(C57BL/6- ob/ob, 10週齢)とコントロール(CTL)を購入し、腓腹筋を評価した。Ob/obの体重はCTLより有意に高かったが、一方で腓腹筋湿重量は96.7mgでCTLの166.3mgより有意に低かった。組織学的にはob/obの筋線維では丸い形態のものが多く、形態学的評価ではob/obでは48.6%とCTLの19.2%より有意に高かった。また骨格筋内の酸化ストレスをTBARS法でMDAを評価し、ob/obで有意に高値であった。

(実験2)肥満での血流低下時の骨格筋再生の検討:虚血は歯科矯正用輪ゴムで駆血を行う予定であったが、ob/obマウスの大腿部の肥大が強く、皮膚障害を認めたために、大腿動脈を結紮切離にて後肢の血流低下状態を作成し、術後1,2,4週で評価した。血流は大腿動脈切離で有意に低下し、2週まで徐々に改善したが、正常より低値を示した。またCTLとob/obで血流低下に差はなく、4週で筋再生を認めた。しかし組織学的にob/obではMyoD発現の低下が免疫組織学的検討とWestern blottingで示された。(実験3)In vitroでの酸化ストレス障害に対するedaravoneの効果:マウス筋芽細胞(C2C12)を用いて実験を行った。酸化ストレス障害は過去の報告を参考に250&micro;MのH2O2を4時間曝露することで与えた。MTS assayにてH2O2曝露により生存率は11.3%まで有意に低下したが、edaravone 100&micro;M投与にて18.8%まで有意な抑制効果が示された。また同様にH2O2曝露によるTNF-α発現増大も有意に抑制できた。要介護の原因に運動器疾患が関与することは明白で、新たな予防戦略への期待は高いが、サルコペニアでは病態メカニズムは不明な点が多く、予防策や治療の確立には至っていない。しかし近年、サルコペニアへの関心は高く、骨格筋を姿勢保持や運動といった人間活動の中心的臓器として、多くの報告がなされるようになった。内科領域でも骨格筋が糖代謝の恒常性を維持する重要な器官として注目され、特に生活習慣病と関連の深いメタボリックシンドローム、なかでも肥満とサルコペニアの関連(sarcobesityと表現される)についての関心は高い。そこでレプチン遺伝子欠損による過食からの肥満モデル(ob/ob)を用いて、骨格筋の組織学的特徴と筋血流について評価した。その結果からob/obでは骨格筋がの筋湿重量が低下しており、組織学的に筋線維が萎縮し、また筋線維が丸みを帯びた形態であることを見出した。また筋血流はob/obで保たれていたが、大腿動脈を結紮により後肢血流の低下状態では、ob/obの筋再生能が著明に低下していることを示した。さらにob/obの骨格筋において炎症性サイトカインや酸化ストレスマーカーが増大していることから、本邦で2001年より臨床応用されているフリーラジカル除去剤(edaravone)に注目し、in vitroにて骨格筋に対する抗酸化治療を検討し、有意な保護効果を示した。以上のことから、生活習慣病による慢性炎症がサルコペニアの病態に関与しており、さらには肥満と関連の深いASOなどの末梢血管疾患が更なる酸化ストレスを引き起こし、筋損傷だけでなく、筋損傷後の不十分な再生によりサルコペニアを増悪させる可能性が考えられた。さらに血流障害により引き起こされた酸化ストレスに対する抗フリーラジカル治療がサルコペニアの治療方法の一つになり得ると考えられた。サルコペニアは治療方法だけでなく病態機序も不明な点が多い.本研究は肥満型サルコペニアに注目し,まずob/obマウスを検討し,有意な体重増加に反して有意に低い筋湿重量を示した.骨格筋MDAは有意に高く,肥満では骨格筋が慢性的な酸化ストレス障害に曝されている可能性があった.また血流低下モデルは骨格筋再生能が低く,閉塞性動脈硬化症などを合併するとさらに骨格筋減少が進行する可能性があった.
遅発性神経細胞死阻止薬の開発

〈合成〉容易に入手可能(+)-または(-)-エピクロロヒドリンを出発原料として、多官能性の光学活性シクロプロパン誘導体を高い光学純度で簡便に合成できる新規な方法を開発した。この方法を用いて、目的の様々な立体構造を有するミルナシプラン配座制限誘導体を合成することができた。〈薬理評価及び作用基序解析〉合成した化合物を以下のようなin vitro系での活性検討を行った。a)ラット海馬NMDA受容体における[^3H]MK-801をリガンドとする結合阻害実験による、同受容体に対する親和性;b)ラット大脳皮質セロトニントランスポーターに対する[^3H]パロキセチンをリガンドとする結合阻害実験によるセロトニン再取り込み阻害活性;c)ラット脳グルタミン酸受容体を発現させたアフリカツメガエル卵母細胞系における、NMDA受容体阻害効果。その結果、(1S,2R,2'S)-1-phenyl-2-(1-aminopropyl)-N,N-diethylcyclopropanecarboxamindes(PPDC)が強力かつ特異的なNMDA受容体阻害作用を有することを見い出した。e)PPDCは、NMDA受容体チャネルブロッカーとして作用する従来にないタイプの拮抗剤であることを確認した。f)培養神経細胞系で、NMDA誘発細胞死をPPDCが顕著に抑制することを確認した。<合成>容易に入手可能(+)-または(-)-エピクロロヒドリンを出発原料として、多官能性の光学活性シクロプロパン誘導体を高い高額純度で簡便に合成できる新規な方法を開発した。<薬理評価及び作用基序解析>合成した化合物を以下のようなin vitro系での活性検討を行なった。その結果、(1S,2R,2'S)-1-pheny1-2-(1-aminopropy1)-N,N-diethylcyclopropanecarboxamindes(PPDC)が強力かつ特異的なNMDA受容体阻害作用を有することを見い出した。〈薬理評価及び作用基序解析〉合成した化合物を以下のようなin vitro系での活性検討を行なった。a)ラット海馬NMDA受容体における【^3H】MK-801をリガンドとする結合阻害実験による、同受容体に対する親和性; b)ラット大脳皮質セロトニントランスポーターに対する【^3H】パロキセチンをリガンドとする結合阻害実験によるセロトニン再取り込み阻害活性;C)ラット脳グルタミン酸受容体を発現させたアフリカツメガエル卵母細胞系における、NMDA受容体阻害効果。その結果、(1S,2R,2′S)-1-pheyl-2-(1-aminopropyl)-N,N-
オキシヘモグロビンの血管平滑筋細胞遺伝子発現に対する影響

血管平滑筋培養細胞にオキシヘモグロビンを加え、その濃度を変化させdifferential mRNA displayを行い、遺伝子発現の変化について検討した。105種類のprimer pairを用いてdifferential displayを行い、40種類の発現レベルの異なるバンドを検出した。これらを同じprimerを用いて再増幅後、blunt end ligation(TA cloningは効率が悪く中止した)にてplasmid vectorに挿入し、サブクローニングを行った。挿入DNAを制限酵素切断にて確認後、自動DNA sequencerを用いて塩基配列を決定した。塩基配列には重複が多く、最終的には半分の約20種類の異なる塩基配列を得た。これらをGenBankにてホモロジーサーチを行ったところ、5種類の既知遺伝子と相同性を認めた。その中で、小胞体に局在するシャペロン蛋白であるBiP(binding protein),同じく小胞体蛋白であるPDI(protein disulfide isomerase),またストレス蛋白のひとつであるubiquitinと部分的に同一の塩基配列を持つものがあった。また、既知遺伝子とは相同性のないものが15種類あり、未知遺伝子の可能性がある。向後、これらの発現レベルの異なる候補遺伝子のノーザン解析を施行し、実際に遺伝子の発現レベルに変化が起こっているかを確定する予定である。また、組織発現の変化を検討し、血管平滑筋に特異性の高いものを優先して、未知遺伝子をプローベとしてcDNAライブラリースクリーニングを行い、その全長を獲得したい。
がん細胞の悪性化を阻害する物質の探索

がん細胞は、遺伝子変異の蓄積により異常な増殖能、高い浸潤・転移能およびアポトーシス耐性能を獲得することにより悪性化する。そこで、これらを阻害する薬剤の探索と機構解析を行った。1)Bcl-2機能阻害物質インセドニンの発見Bcl-2やBcl-xLはアポトーシスを負に制御している蛋白質で、ヒトの半数以上の癌細胞において過剰発現が観察されている。この過剰発現が癌の悪性化に関与しておいることが考えられることからBcl-2の機能阻害物質を微生物の二次代謝産物より探索した。その結果、放線菌1772-21株の培養液に活性を見出した。単離精製および構造解析により新規化合物インセドニンを発見した。Bcl-2を過剰発現させたヒト小細胞肺ガンMs-1細胞はアドリアマイシンやカンプトテシンに対して耐性を示すが、インセドニンの存在下では細胞死が誘導された。2)新規エキソンを含むPDGF受容体mRNAの発現制御機構と機能解析サイクリンD1が過剰発現した細胞ではヒト血小板由来増殖因子受容体(PDGF受容体)が転写レベルで上昇していることを見いだした。この機構解析を進めた中から、サイクリンD1/pRB/E2F-1で制御される新規ヒトPDGF受容体mRNAスプライシングバリアントを見いだした。CDC25Aは細胞周期を正に制御するタンパク質であることから、CDC25Aの阻害剤は制がん活性が期待できる。合成された数種類のnaphtoquinoneアナログについてCDC25A阻害活性を評価し、いくつかのCDC25Aの阻害活性を有する化合物を見いだした。4)レプトマイシン感受性タンパク質の同定HeLa細胞に核外移行阻害剤レプトマイシンBを処理し、核内に蓄積したタンパク質を2次元電気泳動で分離し、MALDI-TOF Massで同定した。およそ80個のタンパク質が同定された。癌細胞は遺伝子の変異が蓄積することによって異常増殖、浸潤能・転移能および血管新生能を獲得し悪性化すると考えられているが、この癌悪性化に関わる細胞内情報伝達機構に関しては、まだまだ不明な点が多いのが現状である。癌転移の成立過程、とりわけ癌細胞が基底膜や周囲の正常組織などへ浸潤していく際には癌細胞の運動能は必要不可欠な性状である。この細胞運動能を阻害する物質は、癌の転移阻害剤として期待されるし、更に血管内皮細胞の管腔形成を阻害して血管新生の抑制剤としても期待される。そこで、高い遊走能をもつヒト食道がんEC17細胞を用いてwoundhealing assayにより微生物二次代謝産物より癌細胞遊走能阻害物質のスクリーニングを行った。その結果、2株にがん細胞遊走阻害活性を見い出したので活性物質の単離精製を行い、新規化合物であるマイグラスタチン、ムベラスチンを単離した。各種スペクトル解析により、マイグラスタチンは側鎖にグルタルイミドを持つ新規14員環マクロライドであることが判明した。マイグラスタチンは24時間前処理することによりEC17細胞の細胞遊走を10μg/mlで阻害した。一方、ムベラスチンはサイリンドロール系化合物であり、ユニークな位置にエキソメチレン、水酸基を持つ化合物であった。ムベラスチンは10μg/mlで毒性を示すことなく細胞遊走を阻害し、転移に深く関わる因子とされるマトリゲルへの浸潤を3.3μg/mlで阻害した。サイクリンD1過剰発現繊維芽細胞では、FGFR-1の転写レベルでの発現上昇が観察された。サイクリンD1は、CDK4もしくはCDK6と複合体を形成してpRBをリン酸化、転写因子E2F-1を活性化する事が知られている。そこでFGFR-1の転写がE2F-1によって制御されている可能性について検討した。その結果E2F-1はmFGFR-1の転写活性を約25倍上昇させた。一方で、転写活性可能を欠落したE2F-1の変異体はmFGFR-1の転写を活性化できなかった。このことから、E2F-1はmFGFR-1の転写を活性化することが明らかになった。また、E2F-1は転写開始点下流+28/+35の配列に直接結合することでmFGFR-1の転写を活性化することが明らかとなった。サイクリンD1過剰発現NIH3T3細胞ではpRBのリン酸化バンドが検出され、pRBが不活性型になっていた。また、サイクリンD1過剰発現細胞ではmFGFR-1転写活性がコントロール細胞よりも高く、このmFGFR-1の転写活性はE2F-1のDominant negative mutantの導入で抑制された。さらに、E2F-1とmFGFR-1の転写領域が細胞内でも結合していることがChIP(Chromatin Immunoprecipitation)assayによって確かめられた。以上の結果より、mFGFR-1の転写がサイクリンD1過剰発現細胞内でもサイクリンD1/pRB/E2F-1経路によって制御されていることが示された。さらに、サイクリンD1過剰発現細胞は単独では足場非依存性増殖することが出来なかったが、bFGFで刺激すると著しい足場非依存性増殖能を獲得した。また、サイクリンD1過剰発現NIH3T3細胞はbFGF刺激によって約2倍の浸潤能を獲得した。イノシトールリン脂質代謝回転阻害剤イノスタマイシンの誘導するアポトーシス経路の内、Bcl-2はcytochrome cの放出の過程だけでなく、イノスタマイシンが誘導するceramide合成も抑制することを見出した。

そこで、この抑制にBcl-2のどのドメインが関与しているかを、様々なドメイン欠損変異体を作製し検討した。その結果、Bcl-2のBH3とBH4ドメインは、ceramide合成抑制とcytochrome c放出阻害のいずれにも必要であることがわかった。一方、膜貫通ドメイン欠損変異体は、cytochrome cの放出は阻害したが、ceramide合成は抑制できなかった。このことから、Bcl-2がイノスタマイシンによるceramide合成を抑制するには膜への局在が重要であることが示唆された。一方、BH1ドメイン欠損変異Bcl-2はカンプトテシンによるアポトーシス誘導を促進することを見出した。この効果は、BaxやBakと結合できないBH1ドメイン内の点変異体でも同様に観察された。これらの変異体は野生型Bcl-2との結合能は保持していたが、変異体を発現させると野生型Bcl-2とBaxの結合を阻害し、かつ野生型Bcl-2のBax誘導性アポトーシス阻害活性を消失させた。これらのことから、BH1ドメイン欠損変異Bcl-2はBcl-2のドミナントネガティブ体として機能していることが明らかとなった。低分子量Gタンパク質のうち、Rho, Rac, Cdc42は癌の浸潤や転移に密接に関与している。これらのGタンパク質はゲラニルゲラニル化されて活性化することが知られている。したがって、Rho, Rac, Cdc42のゲラニルゲラニル化を抑制する薬剤は、抗転移活性を有する新しいタイプの制がん剤になることが期待できる。そこで、イソペンテニルピロクォスフェート(IPP)とファルネシルピロフォスフェート(FPP),からゲラニルゲラニル基(GGPP)の合成を触媒するGGPP合成酵素の阻害剤を微生物の二次代謝産物から探索した。約5000株のスクリーニングを行った結果、カビの一種であるBeauvelia felinaが阻害物質を生産していることを見いだしたので、各種クロマトグラフィーによって活性物質を単離した。各種スペクトルデータによる構造解析の結果、新規物質であったことからゲルフェリンと命名した。ゲルフェリンは濃度依存的にGGPP合成酵素を阻害し、そのIC_<50>値は3.5μg/mlであった。また、ゲルフェリンは、IPPに対して非拮抗阻害を、FPPに対しては反拮抗阻害の阻害様式を示した。一方、RhoAはリゾホスファチジン酸(LPA)刺激によりゲラニルゲラニル化されて細胞膜に移行する。ゲルフェリンは、LPAによるRhoAの細胞膜への移行を濃度依存的に阻害した。さらに、ゲルフェリンはLPAによって誘導されるアクチンストレスファイバーの形成も抑制した。次にゲルフェリンのがん細胞の浸潤に対する影響をトランスウエルチャンバー法で検討したところ、ゲルフェリンはB16メラノーマ細胞、ヒト小細胞肺がんMs-1細胞の浸潤を濃度依存的に阻害し、この阻害はGGPPの前駆体であるGGOH添加によってキャンセルされた。これらのことから、ゲルフェリンはGGPP合成酵素を阻害することにより癌細胞の浸潤を抑制することがわかった。がん細胞は、遺伝子変異の蓄積により異常な増殖能、高い浸潤・転移能およびアポトーシス耐性能を獲得することにより悪性化する。