hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
過去の神経活動がスパイク生成に与える影響から神経系の情報キャリアを探る

本年度は主に下記の2点について研究を行った。1.これまで行ってきた、jump-diffusion項を持つ確率的非線形振動子(神経細胞のダイナミクスもこの振動子で近似される場合がある)に関する研究を論文として出版した。論文中で示した主要な項目は以下の通りである。1確率的振動子が一意解を持つことを証明した。2確率的振動子の状態が、ある時間後、どの状態に推移するかを表す推移確率密度の漸近展開を計算するため、その条件となる推移確率密度の非退化性を示した。3振動子のフルモデルと位相方程式の推移確率密度の漸近展開を計算した。位相方程式の推移確率密度の漸近展開の精度をモンテカルロ法で計算される推移確率密度と比較し検証した。4ジャンプ数が1回までであるが、数値積分に成功し、推移確率密度の特性を調べた。論文出版後、さらに、ジャンプ1回までしか数値計算ができなかった推移確率密度をジャンプが複数回入るまで拡張できるよう工夫し、その工夫によりどのぐらいの精度で推移確率密度を計算できるか検討した。2.jump-diffusion項を持つ確率的非線形振動子に対し、その推移確率密度から統計的挙動を表す線形作用素を構築できる。この線形作用素の固有値、固有関数を計算するときの近似行列の要素数をなるべく少なくするため、適切な基底を選択し、線形作用素を展開することが必要となる。どの基底が、我々の線形作用素を展開するに当たり適切なのか検討を行った。神経回路網理論によれば、神経回路網モデル内での情報キャリアは各素子の"出力関数"に依存する。したがって、神経細胞の特性を反映した"出力関数"を求めることが、神経系における情報キャリアを明らかにするには必要であると考えられる。神経細胞はノイズを含む素子でもあり、"出力関数"を求めるためにはノイズを持つ神経細胞モデルの相空間全体のダイナミクスを調べることが重要となる。以上の観点で、下記の3つのテーマに関して研究を実施した。1.シナプスノイズ(ジャンプ過程で記述)およびイオンチャネルノイズ(拡散過程で記述)を持つ確率的神経振動子のダイナミクスを調べた。確率的神経振動子の状態が、ある時間後、どの状態に推移するかを表す推移確率密度の近似を計算した。推移確率密度の近似式の精度をモンテカルロ法を用い検証した。近似式は積分を伴い、その数値計算では数値積分法を工夫する必要があった。ジャンプの数が非常に少ない場合だけであるが、推移確率密度に関し解析を行った。2.我々はこれまでも確率的神経細胞モデルの振る舞いを解析するために線形作用素を用いてきた。確率的神経細胞モデルの線形作用素を離散化し、そのスペクトルを計算し、モデルのダイナミクスを解析するが、単純な離散化では得られる行列の次数が大きくなってしまい、そのスペクトル特性の計算が難しくなる。我々は直交函数系でWiener過程をノイズ項として持つ確率的神経細胞モデルの線形作用素を展開し、どの程度の次数の行列まで縮約することができるか試みた。3.確率的神経細胞モデルの統計的大域挙動を表す線形作用素を用い、実験で"出力関数"を同定できるか検討した。上記の1の研究テーマについては、論文にまとめ、論文を投稿した。また、関連する研究について国内外の学会で研究成果を発表した。以上の観点で、下記の2つのテーマに関して研究を実施した。1.昨年度に引き続き、シナプスノイズ(ジャンプ過程で記述)およびイオンチャネルノイズ(拡散過程で記述)を持つ確率的神経振動子のダイナミクスを調べた。確率的神経振動子の状態が、ある時間後、どの状態に推移するかを表す推移確率密度が存在する条件、確率的神経振動子から導かれる生理学的実験で観測可能な量の近似方法などについて解析を行った。これに関しては一部の結果を論文にまとめ投稿中である。2.神経細胞モデル(確率的神経振動子を含む)の現在のダイナミクスが過去の神経活動にどの程度依存し、どのような構造を持つのか調べ、情報キャリアとして何が適切なのか検討した。特に発火頻度などの生理学的な量がどのように過去の神経活動に依存するのか主に調べた。この解析で問題となったのはある種の実験で観測可能な量を計算するとき、高次元積分が出て来ることである。この他にも、高次元積分の数値計算は本研究で出てくる。我々は、モンテカルロ法を用いるなどしたが、必要とする精度に達成せず、スパースグリッド法など他の方法も検討し、この計算上の困難さを避ける方法を探した。また、この困難が解決したとき実験でどのように検証できるか検討した。研究業績の概要の2番で説明した数値高次元積分に伴う困難をどのように避けるまたは克服するか検討するのに予定していたよりも時間がかかった。そのために進展がやや遅れた。しかし、28年度の検討により、解決法の候補がいくつか見つかったので、それをなるべく早く適用し、遅れを取り戻す予定である。神経細胞は、拡散過程で近似されるイオンチャネルノイズ、シナプス小胞の自発的放出によるジャンプノイズなどを持つ確率的な挙動をする素子である。各神経細胞の過渡応答特性とノイズの影響を反映した出力関数を実験的に求めることが、情報キャリアを解明するために必要であると考えられる。

実験で神経細胞の出力関数を調べる方法を構築するため、ジャンプ拡散過程で記述されるノイズを持つ確率的神経細胞モデルの統計的大域挙動を調べている。本年度は、特にジャンプ拡散過程項を持つ確率的非線形振動子における、漸近展開の数学的基礎について研究した。以下の2点の証明により、我々は確率過程の漸近展開の適用範囲を拡げることができた。これにより確率微分方程式で記述される多くの確率的神経細胞モデルに漸近展開理論を適用できるようになると思われる。1.通常、確率微分方程式の一意解の存在を示すため、リプシッツ条件、線形増大条件が用いられる。しかし、我々が用いた確率的非線形振動子モデルおよび多くの神経細胞モデルにおいて、これらの条件を満たさない場合がある。そこで、我々は今回用いた確率的神経振動子が一意解を持つ十分条件を調べ、それを明らかにした。これは他の確率的神経細胞モデルにおいても広く成り立つことが期待される条件となっている。2.一意解が存在しても与えられた確率微分方程式の推移確率密度が退化してしまえば、推移確率密度の漸近展開を計算することはできない。我々は、最新の確率解析の結果を用い、確率的神経振動子が非退化性を満たすパラメータの範囲を明らかにした。さらに、上記の解析に基づき、神経細胞の膜電位データを用い、どのような解析法が適切なのか検討した。これまでの研究で膜電位データでも過去の神経活動に依存するような応答が見られることが分かっているが、それを定量化する方法も検討した。ジャンプ拡散過程項を持つ確率微分方程式により記述される確率的非線形振動子で、その推移確率密度の漸近展開の数学的基礎を示す必要が生じた。我々が知る限りでは、この結果は確率過程の漸近展開理論の適用範囲を拡げる成果であり、神経細胞のような非線形性を持つ確率的なシステムでも、我々が示した十分条件を満たせば、確率過程の漸近展開理論を適用できることを示したことになる。現在は解決したが、この課題を遂行中予想外の事情が発生し、研究に遅れが生じた。本年度は主に下記の2点について研究を行った。1.これまで行ってきた、jump-diffusion項を持つ確率的非線形振動子(神経細胞のダイナミクスもこの振動子で近似される場合がある)に関する研究を論文として出版した。論文中で示した主要な項目は以下の通りである。1確率的振動子が一意解を持つことを証明した。2確率的振動子の状態が、ある時間後、どの状態に推移するかを表す推移確率密度の漸近展開を計算するため、その条件となる推移確率密度の非退化性を示した。3振動子のフルモデルと位相方程式の推移確率密度の漸近展開を計算した。位相方程式の推移確率密度の漸近展開の精度をモンテカルロ法で計算される推移確率密度と比較し検証した。4ジャンプ数が1回までであるが、数値積分に成功し、推移確率密度の特性を調べた。
原発性アルドステロン症の新たな治療法の開発：静脈塞栓術による副腎梗塞法の基礎研究

梗塞を生じさせるには、一般的に動脈塞栓を行うが、副腎の場合、動脈が3本あり、組織全体を梗塞させることは難しい。1本の静脈塞栓により、副腎梗塞を起こすことができれば、効率よい副腎塞栓が行える。バルーン閉塞下に副腎静脈から逆行性に無水エタノールを投与し、副腎のMRI画像変化、組織学的変化、副腎ホルモン値の推移を評価した。バルーン閉塞下副腎静脈塞栓術により、副腎は出血を伴う凝固壊死を経て線維化を伴い萎縮し、結果として副腎の細胞の大半は壊死した。バルーン閉塞下副腎静脈塞栓術は副腎梗塞を生じさせる一つの方法と考えられた。本研究は、経カテーテル的に副腎静脈を塞栓することにより、静脈梗塞を起こすことを明らかにし、副腎機能低下を起こすことができるかを検討することであるが、本年度は、種々の塞栓物質のうち、どの塞栓物質が効果的に静脈性梗塞を引き起こすかを検討した。検討した塞栓物質は、3種類で99%無水エタノール、ポリドカノール、モノエタノールアミンオレイン酸塩(以後オルダミン)である。5頭のミニブタに対して左副腎静脈の塞栓を行ったが、左副腎静脈の選択に関しては全例可能であったが、マイクロカテーテルを挿入することにより、2例で静脈損傷を生じてしまい、目的の薬剤を使用して塞栓することができなかった。また採血に関しては、左副腎静脈にマイクロカテーテルを挿入すると、ほぼ採血ができなかったため、左腎静脈からに変更して行った。2ヶ月後にも静脈造影と採血を行い、塞栓前と比較した。採血結果(アルドステンロン:pg/ml)は以下の通りである。ポリドカノール:前3800→後106エタノール:前1800→後10.0以下オルダミン:前10.0以下→後19.7血管損傷(2頭の平均):前171.5→後10.0以下ポリドカノール、エタノールは塞栓前後の著明に低下しているが、オルダミンに関しては低下を認めなかった。このcaseに関しては術前のアルドステロンが元々低値を示しており、他のcaseと塞栓前のアルドステロン値が大きく異なるが、オルダミンを使用した塞栓は、臨床例で使用する場合、4時間以上の長時間の薬剤停留が必要とされており、今回10分ほどのバルーン閉塞下では不十分であったことが予想された。よって、オルダミンを使用した塞栓は、本研究には不向きと考えられた。塞栓2ヶ月後に犠牲死させて肺、腎、副腎を摘出しおり、病理標本を作成中である。本研究は、経カテーテル的に副腎静脈を塞栓することにより、静脈梗塞を起こすことを明らかにし、副腎機能低下を起こすことができるかを検討することである。前年度の実験より、塞栓物質として、エタノールが、使用しやすく、値段も安いため、今研究の主要塞栓物質とした。本年度は、副腎静脈塞栓による刑事的な組織変化と副腎ホルモンの推移を検討することに加え、造影MRIを撮像して、画像変化を併せて検討した。対象はミニブタ6頭。左副腎静脈からバルーン閉塞下に無水エタノール3mlを投与し5分間待機した。犠牲死は塞栓後1日(n=1)、3日(n=1)、7日(n=2)、14日(n=2)に行った。評価項目は(1)造影MRI:塞栓前(n=6)、塞栓後1日(n=1)、3日(n=5)、7日(n=4)、14日(n=2)、(2)犠牲死直前の左副腎静脈造影、(3)塞栓前と犠牲死直前の副腎静脈採血(アルドステロン、コルチゾール)、(4)組織学的評価である。結果は、(1)造影MRI:塞栓後1日では副腎実質の造影欠損を認めた。3日では副腎実質の出血と、被膜およびと中心部静脈の造影効果を認めた。7日では副腎実質の造影効果を認めた。14日では副腎は縮小し、T2強調像で低信号を示し、均一に造影された。(2)左副腎静脈造影:塞栓後1日では1例で実質の造影効果が消失し静脈のみ残存しており、7日以降では4例でバルーン留置部より遠位で消失していた。(3)副腎静脈採血:塞栓前と比べて2例でアルドステロン、コルチゾールの低下、3例で上昇を認めた。(4)組織学的評価:塞栓後1日では出血、鬱血を認め、3日では凝固壊死、7日では線維化が出現し、14日には線維化と残存した細胞を認めた。以上より、バルーン閉塞下副腎静脈塞栓術により、副腎は凝固壊死を経て線維化を伴い萎縮し、結果として副腎皮質および髄質の細胞の大半は壊死した。27年度に予定していた副腎静脈塞栓による組織変化、ホルモン変化に加えて、予定していなかったMRI画像による経時変化を検討することができたため、より詳細な治療効果や周囲組織まで含めた変化を見ることができた。予定以上の結果を得ることができたと考えている。背景:副腎の場合、動脈は3本あり動脈塞栓で組織全体を梗塞させることは難しい。1本の副腎塞栓により、副腎梗塞を起こすことができれば、効率よい副腎塞栓が行える。

目的:バルーン閉塞下に副腎静脈から逆行性に無水エタノールを投与し、副腎の画像変化、組織学的変化、副腎ホルモンの推移を評価する。方法:対象はミニブタ6頭。左副腎静脈からバルーン閉塞下に無水エタノールを3mlを投与し、5分間待機した。犠牲死は塞栓後1日(n=1)、3日(n=1)、7日(n=2)、14日(n=2)に行った。評価項目は(1)造影MRI:塞栓前(n=6)、塞栓後1日(n=1)、3日(n=5)、7日(n=4)、14日(n=2)、(2)犠牲死直前の副腎静脈造影、(3)塞栓前と犠牲死直前の副腎静脈採血、(4)副腎の重量、(5)組織学的評価である。結果:(1)造影MRI:塞栓後1日では副腎実質の造影欠損を認めた。3日では副腎実質の出血と被膜及び中心静脈の造影効果を認めた。7日では副腎実質の造影効果を認めた。14日では副腎は縮小し、T2強調像で低信号を示し、均一に造影された。(2)副腎静脈造影:塞栓後1日では1例で実質の造影効果が消失し静脈のみ残存しており、7日以降4例でバルーン留置部より遠位で消失していた。(3)副腎静脈採血:2例でアルドステロン、コルチゾールの低下、3例で上昇を認めた。(4)副腎重量比(左副腎/右副腎):塞栓後1日で1.2、3日で3.5、7日で1.5、14日で0.70であった。(5)組織学的評価:塞栓後1日では出血、鬱血を認め、3日では凝固壊死、7日では線維化が出現し、14日には線維化と残存した細胞を認めた。結論:バルーン閉塞下副腎静脈塞栓術により、副腎は出血を伴う凝固壊死を経て線維化を伴い萎縮し、結果として副腎の大半は壊死した。バルーン閉塞下副腎静脈塞栓術は副腎梗塞を生じさせる一つの方法と考えられた。梗塞を生じさせるには、一般的に動脈塞栓を行うが、副腎の場合、動脈が3本あり、組織全体を梗塞させることは難しい。1本の静脈塞栓により、副腎梗塞を起こすことができれば、効率よい副腎塞栓が行える。バルーン閉塞下に副腎静脈から逆行性に無水エタノールを投与し、副腎のMRI画像変化、組織学的変化、副腎ホルモン値の推移を評価した。バルーン閉塞下副腎静脈塞栓術により、副腎は出血を伴う凝固壊死を経て線維化を伴い萎縮し、結果として副腎の細胞の大半は壊死した。1年目では、9頭のブタの実験を行う予定であったが、5頭(静脈損傷2頭含む)しか施行できなかった。この理由は動物生命科学研究センターで割当られている当数が5頭であること、また静脈梗塞の実験だけでブタを殺処分することは動物の有効利用と見なされないため、副腎に影響を及ばさない動脈系の実験(具体的には胃の実験)を事前に行っており、これにも6ヶ月程期間がかかるため、5頭のブタの実験サイクルが約8ー9ヶ月と長くかかるためである。現在、新たなミニブタを5頭購入し、動脈系の実験をした後に副腎梗塞の実験にとりかかることとなっている。その間に病理標本を作成していく予定である。予定していた実験は完了したため、今後は、データのまとめや発表、論文作成に当たる。また追加実験が必要となった場合には、ブタを再度購入し、追加の実験とする。血管内治療今年度に評価した塞栓物質のうち、血液データからは、エタノールとポリドカノールが良好な血管を得られているが、病理組織と対比した上で最適の塞栓物質を選ぶ。ポリドカノールはエタノールをベースにした塞栓物質であり、費用対効果ではエタノールに分があるため、病理組織が大差なければ、エタノールで塞栓を行う方針とする。今年度は、その塞栓物質を使用して経カテーテル副腎静脈塞栓術による経時的な組織変化と副腎ホルモンの推移を検討する。1(もしくは3)日後、2週後、1か月後にそれぞれ2頭づつ(計6頭)に血管造影を行い、左腎静脈の採血を行う。
脳内神経伝達物質をターゲットとした摂食機能障害の病因・病態の解明とその治療戦略

神経伝達物質を投与した際の顎運動制御メカニズムの解明に関して、GABAアンタゴニストのビククリンを投与すると、顎運動に関しては、開口量や側方移動量、咬合相における前方滑走距離などすべての運動パラメータが増加し、筋活動については、咬筋、顎二腹筋ともに増強された。一方、GABAアゴニストのムシモールを投与すると、顎運動、筋活動ともに逆の結果が得られた。以上より、神経伝達物質を介した情報伝達機序が咀嚼・顎口腔領域の運動調節に重要な役割を果たすことが示唆された。中枢神経系における神経伝達物質伝達系の変化が咀嚼運動や嚥下運動の制御に影響を及ぼすことが考えられており、本年度はγ-アミノ酪酸神経伝達系の異常が咀嚼運動制御に障害を引き起こすという仮説を検証するために、脳室内投与による実験を試みた。われわれのこれまでの遺伝子改変マウスを用いた研究では、γ-アミノ酪酸受容体の膜発現率の上昇を特徴とするマウスを対象として、咀嚼時の自由運動下における顎運動ならびに筋活動を記録したが、基本的な運動パターンは健常マウスと比較して、咀嚼リズムには影響がみられなかったが、不安定な咀嚼運動の軌跡が認められた。一方、健常マウスを対象として、γ-アミノ酪酸拮抗薬のビククリンを脳室内投与した場合には、咀嚼リズムに変調が認められた。ヘテロノックアウトマウスを用いた場合には、ホモ接合体と野生型の中間的な表現型を示したため、予想していた咀嚼リズムへの影響はみられなかったが、健常マウス脳室に直接投与した際には、γ-アミノ酪酸神経伝達の抑制が咀嚼のセントラル・パターン・ジェネレータ(CPG)にも作用し、咀嚼リズムに変調をおこしたことが考えられた。脳室内投与の実験系も確立し、神経伝達物質が咀嚼の運動制御に及ぼす影響についての概要が把握できる体制になった。本年度はまず、神経伝達物質が特に咀嚼運動の制御ならびに咀嚼リズム形成にどのような影響を及ぼすかについて検討した。本実験に先立ち、顎運動計測システムを改良した。これまでの磁気センサを用いた3次元顎運動計測装置では、下顎骨に装着した磁石を計測点とする、1点3次元運動の記録に限定されたものであり、下顎骨上の任意の点における多点3次元運動を同時に解析することができなかった。そこで、モーションキャプチャーを応用した光学式6自由度顎運動計測システムを開発した。これにより、下顎頭の滑走運動や臼歯部における食物の粉砕臼磨運動など、高精度多点同時計測が可能となった。GABA神経伝達系の異常が咀嚼運動制御に障害を引き起こすという仮説を検証するために、脳室内投与による実験を試みた。われわれのこれまでの遺伝子改変マウスを用いた研究では、GABAA受容体の膜発現率の上昇を特徴とするマウスを対象として、咀嚼時の自由運動下における顎運動ならびに筋活動を記録したが、基本的な運動パターンは健常マウスと比較して、咀嚼運動の軌跡や咀嚼リズムに優位な有意な差が認められなかった。健常マウスを対象として、GABA作動薬のムシモールを脳室内投与した場合には、咀嚼リズムに変調が認められる可能性が示唆された。一方、GABA拮抗薬のビククリンを投与した場合には、摂食抑制が生じ、かなりの時間が経過してからの運動記録となったため、咀嚼リズムに変調は認められなかった。今後、投与後短時間で記録ができるよう対応策を検討する必要がある。過去の研究において、ヘテロノックアウトマウスを用いた場合には、ホモ接合体と野生型の中間的な表現型を示したため、予想していた咀嚼リズムへの影響はみられなかったが、健常マウス脳室に直接投与した際には、GABA神経伝達の異常が脳幹に存在する咀嚼中枢にも作用し、咀嚼リズム形成機構に変調をおこしたことが示唆された。小動物を対象に高精度多点同時計測が可能な顎運動測定システムを確立した。光学的システムのため、頭部を固定する必用があるものの、固定座標系の下で、顎運動の各パラメータを同一条件で記録でき、異なる薬剤投与の影響を正確に比較、検討することが可能となった。脳室内投与の実験系も確立し、今後様々な神経伝達物質を用いて、咀嚼および嚥下運動制御に及ぼす影響を解明する準備が整備された。本研究の目的は、脳内神経伝達物質が咀嚼・嚥下運動制御におよぼす影響を解明し、機能障害の病因・病態を特定することで、摂食機能障害に対する治療戦略の確立に向けた新たな展開を目指すことであるが、まず咀嚼時の顎運動計測の手法として、新たに光学式顎運動計測システムを開発した。また、計測した顎運動機能データと、対象とするマウス頭蓋の形状計測データを統合することにより、これまで光学式運動計測機器では記録が不可能だった、生体内部の解剖学的ポイント、例えば下顎頭などの三次元運動解析が可能となった。さらには、顎運動データと形態データを統合することにより、下顎頭の滑走運動や臼歯部における食物の粉砕臼磨運動など、ダイナミックな顎運動動態を視覚化することが可能となった。両側下顎頭は、開口相前半において大きく前方滑走する点では、ヒトやウサギなど他の動物と同様の傾向を示した。

しかしながら、開口相後半では、両側下顎頭で異なる運動動態を示した。平衡側下顎頭は、開口相で前方滑走し、最大開口時点を境に閉口相開始と同時に滑走方向が後方に逆転した。一方、作業側下顎頭は、開口相前半で前方滑走するものの、開口相後半において後方に滑走方向が変わった。すなわち、両側下顎頭の協調運動による開口時における側方偏位を反映したものと考えられた。神経伝達物質を投与した際の顎運動制御メカニズムの解明に関して、GABAアンタゴニストのビククリンを投与すると、顎運動に関しては、開口量や側方移動量、咬合相における前方滑走距離などすべての運動パラメータが増加し、筋活動については、咬筋、顎二腹筋ともに増強された。一方、GABAアゴニストのムシモールを投与すると、顎運動、筋活動ともに逆の結果が得られた。以上より、神経伝達物質を介した情報伝達機序が咀嚼・顎口腔領域の運動調節に重要な役割を果たすことが示唆された。今後、軟性飼料や硬性飼料を与えた場合の、末梢感覚器からのフィードバックの影響を解析していきたい。また、ドーパミンの脳室内投与が嚥下誘発に及ぼす影響を解明するための実験系を構築し、解析を進めていきたい。それにより、GABA神経伝達系の異常が咀嚼運動制御に障害を引き起こす可能性について検討したい。三叉神経中脳路核や大脳基底核への薬剤投与など、投与部位を限定していくことが咀嚼・嚥下運動の発現と制御にどのような影響を及ぼすかを検討する。さらに、セロトニン、オキシトシン、オレキシンなど他の神経伝達物質の受容体に作用する薬剤が咀嚼・嚥下機能の制御に及ぼす影響も同時に検討し、咀嚼障害や嚥下障害が発症するメカニズムを解明し、治療法を開発する。29年度が最終年度であるため、記入しない。歯科矯正学29年度が最終年度であるため、記入しない。
衛星通信回線における降雨時のネットワーク動作特性とデータ伝送効率に関する研究

雨域分布に関連した降雨時の衛星通信回線のネットワーク動作特性については、まず本学(寝屋川)において方位角が約30°離れた3衛星間でのサテライトダイバシティ効果の検討をそれぞれの降雨減衰の測定値を用いて数値的に検討を行なった。降雨減衰値には、SCC、N-STAR、およびBSのKu帯あるいはKa帯電波を同時に測定したデータを用いた。一方、2050km距離が離れた数地点間におけるサイトダイバシティ効果についても、同様に測定値に基づく数値実験的な評価より総合的に検証を行った。測定地点としては、本学(寝屋川)と本学から北東に18km離れた京都大学宇治構内、および約42km東方の同信楽MUレーダーサイトを選び、SCC(スーパーバード)およびBS電波受信装置をそれぞれ設置した。そして降雨減衰同時の累積発生時間率分布について2003年から2004年のほぼ2年間にわたって蓄積された各測定点のデータからサイトダイバシティ効果の評価を行った。その結果、Ku帯において1地点では年間時間率0.1%程度発生する34dB程度の減衰量は、2地点間でサイトダイバシティによる切替え受信を行うことにより、ほぼ0.01%以下に減少させることが可能であることが示された。また上記の3地点間での減衰発生の時間差から雨域の移動速度と移動方向の推定し、2003年から2004年の2年間に得られた約100例の降雨事象について、天気図での前線や低気圧等の移動速度や方向と比較を行った結果、両者の間に0.9を超える良い相関があり、数十km程度の距離では前線とほぼ垂直な方向へ雨域が全体的に移動していることが本測定により実証された。そしてサイトダイバシティ効果については、前線と垂直な通過方向に2局を配置するほどその効果が上がることが統計的に示された。また、サテライトダイバシティでの伝搬路の差による効果についても同様の傾向が認められた。平成14年度は、降雨時の衛星通信回線のネットワーク動作特性を実回線やシミュレーションで検討を行う準備として、衛星間および地球局間でネットワーク運用の切替を行った場合の時間率の改善率の評価を数値的計算することにより行った。衛星間切替、即ちサテライトダイバシティに関しては、1995年から1998年の間に、CS-3(後にN-STAR)、BS、JCSATの3衛星の電波を長期にわたって同時に測定したデータを用い、それぞれの周波数帯の受信レベルを周波数スケーリング法によりKa帯(19.45GHz)やKu帯(11.8GHz)の同じ周波数での降雨減衰値に変換して上で、減衰量が衛星軌道位置を除いて同一条件になるようにして公正な評価を行った。その結果、軌道位置でそれぞれ20°、方位角でそれぞれ30°程度差がある3個の伝搬路上において、前線や対流雲の空間スケールや通過速度に従って、降雨減衰量のピークの出現に1数分程度時間差が生じ、その移動方向は西から東へ向かう例が圧倒的に多かったが、大型台風接近時等は逆に東から西へ向かう例もあった。そして、Ka帯で1020dB(Ku帯で38dB)の減衰量に対し、サテライトダイバシティによって回線不稼動時間率が40%程度改善(1回線だけの場合の60%まで減少)することが示された。また、このダイバシティ効果は前線種別等の気象状況に大きく依存し、概して寒冷前線や夕立等の比較的規模の小さい対流雲に対しては効果が高いものの、停滞前線を伴なう低気圧の通過や台風が停滞前線を刺激した場合等、空間スケールが大きい降水雲が広く分布する場合には効果が少ないことが示された。

地球局間で切替を行うサイトダイバシティに関しては、本年度より本学(寝屋川市)の他、宇治市(約20km北東)と信楽町(約50km東北東)でBS電波(11.8GHz)の同時測定を開始した。宇治市との間ではダイバシティ効果が少ないが、信楽町との間ではその改善効果による不稼働率の減少が確認されている。また、降雨減衰の3点観測による降水雲の分布や進行方向も詳しく推定可能となりつつある。平成15年度は、降雨時の衛星通信回線のネットワーク動作特性について、前年度のサテライトダイバシティに関する測定値に基づく数値実験的な評価に引き続き、主として数数10km離れた数地点間におけるサイトダイバシティ効果により検証を行った。測定地点としては、本学(寝屋川)と本学から北東に18km離れた京都大学宇治構内、および約42km東方の同信楽MUレーダーサイトを選び、SCC(スーパーバード)およびBS電波受信装置をそれぞれ設置してKu帯衛星電波の降雨減衰同時の累積発生時間率分布について2003年のほぼ1年間蓄積された各測定点のデータから評価を行った。その結果、Ku帯において1地点では年間時間率0.1%程度発生する34dB程度の減衰量に対しては、2地点間でサイトダイバシティによる切替え受信を行うことにより、ほぼ0.01%以下と衛星通信回線では実用上無視できる値にまで減少させることが可能であることが示された。また上記の3地点間で発生する減衰ピーク値の時間差をそれぞれ検出し、降雨に伴う雨域の移動速度と移動方向の推定を行った。そして2003年の1年間に得られた約50例の降雨事象について、実際に天気図やひまわり画像から読み取った前線や低気圧等の移動速度や方向と比較を行った結果、両者の間にかなり良い相関があり、特に温暖前線や寒冷前線については前線とほぼ垂直な方向へ雨域も前線の動きに忠実に従って移動していることが、本測定により実証された。従って本測定結果をもとに今後さらに雨域の広がりと降雨減衰継続時間の関係を明らかにすることにより、衛星通信回線ネットワーク動作の評価で将来重要と考えられる降雨減衰による不稼動継続時間等を、前線種別やその移動速度からかなり正確に予測できる可能性があり、特に減衰が大きいKa帯衛星電波について有効な推定法になると期待できる平成16年度は、降雨時の衛星通信回線のネットワーク動作特性について、平成14年度から引き続き、方位角が約30°離れた3衛星間でのサテライトダイバシティ効果と、2050km距離が離れた数地点間におけるサイトダイバシティ効果について、測定値に基づく数値実験的な評価より総合的に検証を行った。測定地点としては、本学(寝屋川)と本学から北東に18km離れた京都大学宇治構内、および約42km東方の同信楽MUレーダーサイトを選び、SCC(スーパーバード)およびBS電波受信装置をそれぞれ設置してKu帯衛星電波の降雨減衰同時の累積発生時間率分布について2003年から2004年のほぼ2年間にわたって蓄積された各測定点のデータから評価を行った。一方サテライトダイバシティに関しては、本学でSCC、N-STAR、およびBS電波を同時に測定したデータを用いた。その結果、Ku帯において1地点では年間時間率0.1%程度発生する34dB程度の減衰量は、2地点間でサイトダイバシティによる切替え受信を行うことにより、ほぼ0.01%以下に減少させることが可能であることが示された。
レジリエンスを踏まえた高校生の怒りに対するアンガーコーピング発生メカニズムの解明

高校生を対象に、レジリエンスを踏まえた怒りに対するアンガーコーピングの発生メカニズムについて実証的に解明することを目的とした。2年間の縦断調査を実施し、レジリエンスと怒りに対する対処行動における因果の方向性おいてレジリエンスは、ストレスを認知した後、対処行動の下位概念である援護要請に影響を及ぼすことが明らかとなった。さらにその結果を基礎に、怒りに対するアンガーコーピングの発生メカニズムの因果モデルを構築し、横断調査を行った。その結果、レジリエンスは、アンガーコーピング内の援護要請に影響を与え、精神的健康を高めること、対人ストレスが高いほどレジリエンスが低下すること、女性は援護要請を高めることが実証的に解明された。さらに、環境(教師サポート)が心理ストレスモデルに及ぼす影響において教師サポートは、アンガーコーピング内の援護要請に影響を与え、精神的健康を高めることが示唆された。以上の研究結果から高校生の暴力行動予防に向け、レジリンス向上に焦点を当てた認知的介入及び性別に配慮した介入や援護要請を高める介入が有用であると推察された。今後、本研究を発展させ、高校3年間通してのレジリエンス、怒りに対する対処行動等について網羅的に実態を明らかにすること、生徒同士によるピアサポートの現状等を明らかにすることを通して、高校生のレジリエンス促進に向けたストレングスベースの認知行動療法を取り入れた「感情統制教育プログラム」の開発を行う予定である。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
個別微粒子表面に吸着した難揮発性有害有機物の直接分析法の研究

天然ならびに人工材料の燃焼や、一般ならびに産業廃棄物の焼却に伴い発生するおそれのあるダイオキシン類や多環芳香族炭化水素など非常に強い発がん性や毒性を有する化合物が近年大きな社会的関心を集めるにいたっている。これらの物質が問題とされる濃度はきわめて低く、従来の分析では多量の試料から抽出、精製を行って得た濃縮液にたいする測定がなされている。しかしながらこれらの物質の多くは疎水性かつ低蒸気圧であるため、環境中では微粒子に吸着した状態で存在していると考えられ、その存在形態に関する知見が重要である。本研究は、環境微粒子に吸着した難揮発性有害有機物を、粒子単位で直接分析する方法を開発することを目指し、微小領域の高感度有機物分析が可能な飛行時間型二次イオン質量分析法を用いた分析法を検討することを目的とする。モデル有機物として、フタル酸ジエチルヘキシル、フタル酸ジオクチル、ビスフェノールAの3種類を用いた。これらの物質を単独で銀板、自然酸化膜を有するシリコンウェーハ、グラファイト板表面に単分子層程度吸着させた試料について、得られるスペクトルの検討を行った。その結果、基板が異なってもスペクトルパターンはほぼ同じで、異なる組成の環境微粒子に吸着した場合でもスペクトルは同じであるとみなせることがわかった。フタル酸エステル類は側鎖の違いによらずm/z=149に特徴的ピークを与えることがわかり、また、側鎖の違いを見出すことは困難であることがわかった。ビスフェノールAはm/z=213に特徴的ピークを与えることがわかった。直径6.8ミクロンのシリカ粒子にフタル酸ジエチルヘキシル、ビスフェノールAそれぞれを単独で吸着させた試料をインジウム板の上に担持し、上記の特徴的ピークを用いてスペクトルマッピングを行った結果、有機物の分布とケイ素の分布が一致し、微粒子に吸着した状態での分布を観察することが可能であることが示された。フタル酸ジエチルヘキシルとビスフェノールAそれぞれを吸着した微粒子を混合してインジウム板の上に担持した試料からは、粒子ごとにいずれの化合物が吸着しているかを区別することができた。これらの結果から、特徴的ピークを用いれば微粒子に吸着した物質の粒子単位での直接分析が可能であることが示された。1.機器の準備飛行時間型質量分析器を備えた既設の機器に組み込むことを目的として,パルス収束イオン銃を購入した。機種選定の基準として,連続ビームで1CnA:500nm,100pA:60nmの収束特性とビーム電流密度を実現できること,パルス幅10nsをを容易に実現できること既設の機器に直接取り付け可能であることを主要な要件とした。これらの要件を満たすイオン銃に接続し,実際に制御を行うための制御電源類は,動作モードの柔軟性と,飛行時間型質量分析器との多様な同期関係を実現するために,自ら設計し試作した。既設の収束イオン銃を用いて制御電源の動作試験を行った結果,既設の収束イオン銃の性能の範囲内では十分に機能することが確認できた。現在,購入したパルス収束イオン銃と接続し,機能確認の準備を進めてる。2.測定条件の検討はじめに,収束イオンビームのパルス化と収束性の維持を両立させるための光学形条件の検討を行った。

ビームのクロスオーバーをパルス化電極の中央に作ること,パルス化アパチャーをビームが通過する方向を一定に保つことの2点を満たすことにより,連続ビームにおける収束特性がパルス化を行う場合でもほぼ持続されることを確認した。次いで,アルミ板上に塗布した有機物の質量スペクトルの,収束イオンビーム照射に基く変化を,照射量との関係で検討した。連続照射を行うと短時間でスペクトル中から分子イオンが消失し,試料の構造が破壊されることを確認した。一方,飛行時間型二次イオン質量分析に用いられるパルス照射では,照射絶対量が少いため,構造変化は十分に小さいことが明らかとなった。1.飛行時間型質量分析計の最適化微粒子表面に吸着した有機物の二次イオン質量スペクトルを測定するためにはパルス収束イオン銃と高質量分解能・高透過率の飛行時間型質量分析管が必要である。昨年度はパルス収束イオン銃の最適化を行い、十分な性能が得られた。本年度は、飛行時間型質量分析管の最適化を行った。透過率は二次イオンの加速電圧に強く依存するため、引き込み電圧を従来の2kVから5kVに引き上げることを試みた。引き込み電極とリフレクトロン分析管の間のイオンレンズ系部分について耐電圧性能を向上させることで、所期の目的をほぼ達成することができた。質量分解能に関しては、リフレクトロン分析管の電位配分の最適化と、一次イオンパルスの短パルス化を能率良く組み合わせることが必要であり、現状ではパルス幅は十分である一方、リフレクトロン電位配分について調整を行うことが有効である点が確認された。2.標準有機物の二次イオン質量スペクトル測定二次イオン質量分析法による有機物の測定で標準的に用いられている試料であるポリメタクリル酸メチルとポリスチレンについて、金属基板に塗布した薄膜状態での二次イオン質量スペクトルの測定を行った。測定結果は現在解析中であるが、次の段階として、酸化物微粒子表面に担持した状態での測定を試み、薄膜状態との比較を行う予定である。天然ならびに人工材料の燃焼や、一般ならびに産業廃棄物の焼却に伴い発生するおそれのあるダイオキシン類や多環芳香族炭化水素など非常に強い発がん性や毒性を有する化合物が近年大きな社会的関心を集めるにいたっている。これらの物質が問題とされる濃度はきわめて低く、従来の分析では多量の試料から抽出、精製を行って得た濃縮液にたいする測定がなされている。しかしながらこれらの物質の多くは疎水性かつ低蒸気圧であるため、環境中では微粒子に吸着した状態で存在していると考えられ、その存在形態に関する知見が重要である。本研究は、環境微粒子に吸着した難揮発性有害有機物を、粒子単位で直接分析する方法を開発することを目指し、微小領域の高感度有機物分析が可能な飛行時間型二次イオン質量分析法を用いた分析法を検討することを目的とする。モデル有機物として、フタル酸ジエチルヘキシル、フタル酸ジオクチル、ビスフェノールAの3種類を用いた。これらの物質を単独で銀板、自然酸化膜を有するシリコンウェーハ、グラファイト板表面に単分子層程度吸着させた試料について、得られるスペクトルの検討を行った。その結果、基板が異なってもスペクトルパターンはほぼ同じで、異なる組成の環境微粒子に吸着した場合でもスペクトルは同じであるとみなせることがわかった。
動脈硬化病変の進展および破綻における免疫系細胞活性化分子の役割の解明

近年の研究により、動脈硬化病変の進行において、T細胞をはじめとする免疫系細胞が重要であることが明らかとなってきた。本研究では、T細胞活性化分子であるOX40とそのリガンドであるOX40Ligand(OX40L)とのシステム(OX40/OX40L系)の抑制により、動脈硬化病変の進行の抑制が可能か否か、遺伝子改変マウスを用いて基礎的、臨床的に詳細な検討を行う。平成21年度は、下記の点について研究を遂行した。骨髄細胞におけるOX40Lの発現の動脈硬化病変における影響を調べるため、以下の実験を施行した。動脈硬化発症マウスであるApoE遺伝子欠損マウス(ApoE^<-/->)の全身にX線を照射したのち、2種類のGFPマウス(全身の体細胞がGFP陽性かつOX40L発現に関しては野生型;GFP-WT、全身の体細胞がGFP陽性かつOX40L遺伝子欠損マウス;GFP-OX40L^<-/->)由来の骨髄(BM)を移植し、以下の骨髄置換キメラマウスを作成した。これらのキメラマウスに高脂肪食を摂取させ、動脈硬化病変の面積を評価したところ、両群間に有意な差を認めなかった。また、蛍光顕微鏡を用いて骨髄由来細胞の動脈硬化病変への動員を評価したが、こちらに関しても両群間に有意な差を認めなかった。これまでの我々の研究で、ApoE/OX40Lダブル遺伝子欠損マウスは、ApoE遺伝子欠損マウスに比して、動脈硬化病変が減少することが確認されている。本年度の結果を踏まえて考察すると、動脈硬化病変形成においては、骨髄におけるOX40Lよりも血管局所のGX40Lの発現がより重要であることが示唆される。本結果により、血管局所のOX40Lによりターゲットをしぼった動脈硬化治療法の開発の可能性が考えられるため、臨床的にも重要な意義がある結果と考える。本研究では、T細胞活性化分子であるOX40とそのリガンドであるOX40Ligand(OX40L)とのシステム(OX40/OX40L系)の抑制により、動脈硬化病変の進行の抑制が可能か否か、遺伝子改変マウス、ヒト組織を用いて基礎的、臨床的に詳細な検討を行った。平成20年度は、下記の点について研究を遂行した。以下の遺伝子欠損マウスに高脂肪食を摂取させ、OX40/OX40L系の抑制により、動脈硬化病変の進行が抑制されるか否かを検討した。高脂肪食投与後、マウス大動脈ならびに大動脈弁において、ApoE^<-/->/OX40L^<-/->はApoE^<-/->に比して、有意に動脈硬化面積が減少していた。また、動脈硬化の安定性に関与する、マクロファージや平滑筋細胞についても免疫組織学的手法により評価したが、両群間で有意な差は認められなかった。2.ヒト冠動脈動脈硬化病変におけるOX40/OX40L系の発現の検討剖検の際に得られたヒト冠動脈組織を使用し、免疫組織化学的手法を用いて検討したところ、内膜深部にOX40Lの発現が認められた。この発現部位は血管内皮のマーカーであるCD34と一致し、この結果から、OX40Lはヒト冠動脈内膜深部の微小血管内皮に発現していることが明らかとなった。これらの結果より、ヒト動脈硬化病変においてOX40/OX40L系の発現が認められること、OX40/OX40L系の抑制により、ApoE遺伝子欠損マウスの動脈硬化病変の進行が抑制されることが明らかとなった。
悪性黒色腫の免疫抑制病態に関与するシグナル系の体系的解明と臨床応用

悪性黒色腫では免疫療法が効くが、効かない症例もあり、原因として免疫抑制が考えられ、その機序解明は、治療効果の改善に重要である。本研究では、低分子化合物・siRNAライブラリーを用いて、ヒト悪性黒色腫細胞に対するT細胞反応の低下や樹状細胞の機能抑制に関与する分子を網羅的にスクリーニングし、免疫抑制に関与するTGF-βとMAPKシグナルを同定し、その阻害が悪性黒色腫治療に有用であることを示した。本研究では、ヒト悪性黒色腫による免疫抑制のメカニズムを、siRNAやシグナル阻害剤などを含む各種薬剤ライブラリーなどを用いて、網羅的なデータ駆動型研究による解明を目指す。本年度は、ヒト悪性黒色腫からの免疫抑制性サイトカイン産生に関与するキナーゼをsiRNAライブラリーを用いてスクリーニングし、複数のキナーゼ候補を同定した。また、保有する天然化合物ライブラリーを用いて、ヒト悪性黒色腫細胞からの免疫抑制性サイトカインの産生を抑制する複数の化合物を同定した。さらに、ヒト悪性黒色腫に作用すると、悪性黒色腫特異的T細胞からのインターフェロンガンマ(IFN-g)産生を増強させる化合物、すなわち抗悪性黒色腫特異的T細胞の効果増強が期待できる化合物を探索するために、ヒト悪性黒色腫抗原MART-1特異的なT細胞受容体遺伝子を導入して作製したヒト悪性黒色腫特異的T細胞を用いるスクリーニング系を構築した。その方法を用いて、MAPK経路阻害剤は、悪性黒色腫細胞での腫瘍抗原の発現増加を介して、悪性黒色腫特異的T細胞からのIFN-g産生を増強することが判明した。そこで、本スクリーニング法を用いて、約400の抗腫瘍化合物や天然化合物、さらに新たに取得した約1000種の既存薬ライブラリーを用いて、抗腫瘍T細胞のサイトカイン産生を増強させる化合物の探索と標的の検討を開始した。次年度は、これらin vitroスクリーニングの継続ともに、マウス腫瘍モデルを用いて、同定した化合物のin vivoでの抗腫瘍免疫応答制御作用を検討予定である。本年度は前年度構築したヒト悪性黒色腫抗原MART-1特異的T細胞受容体遺伝子を導入して作製した抗悪性黒色腫T細胞を用いた化合物スクリーニングを継続し、抗腫瘍T細胞の作用増強効果をもつ化合物を複数同定した。そのうちの一つは、TGF-βシグナルを阻害する化合物あった。そこで、TGF-βのin vivoでのがん免疫病態への意義を検討するために、T細胞エピトープが同定されているマウス腫瘍モデルを用いて、がん組織でのTGF-β増加による免疫変動を解析したところ、がん微小環境におけるTGF-βの増加は、腫瘍組織および所属リンパ節で、樹状細胞の機能低下や、免疫抑制性の制御性T細胞や骨髄由来免疫抑制細胞(MDSC)などの増加を介して、腫瘍抗原特異的T細胞の誘導を抑制することが判明した。したがって、TGF-β経路の阻害はがん免疫病態の改善に有用である可能性が示唆された。ヒト悪性黒色腫のTGF-β産生機構を解明するために、悪性黒色腫細胞にsiRNAライブラリーを導入したところ、悪性黒色腫からのTGF-β産生を促進するキナーゼが同定され、悪性黒色腫の臨床腫瘍検体では、このキナーゼのリン酸化が亢進していることが判明した。このキナーゼを阻害する薬剤を既存キナーゼ阻害剤ライブラリーを用いて検討したが、明確な阻害剤は見つからなかった。前年度に同様なスクリーニング系で、MAPK経路阻害剤が抗悪性黒色腫T細胞の作用増強効果をもつことが判明したが、ヒト悪性黒色腫で突然変異により活性化されているBRAFの阻害剤を、ヒト悪性黒色腫細胞を移植したヌードマウスに投与すると、担がん状態で機能低下していた樹状細胞のT細胞刺激能の回復が認められた。本研究により、悪性黒色腫では、TGF-β経路やMAPK経路の遮断が、がん免疫病態の改善増強作用を介して治療効果の改善に有用である可能性が示唆された。腫瘍免疫学ヒト悪性黒色腫からの免疫抑制性サイトカイン産生に関与するシグナル伝達分子、およびサイトカイン産生を抑える化合物がスクリーニングにより複数同定された。ヒト悪性黒色腫細胞の培養上清が樹状細胞機能を低下させるのに関与するシグナル伝達分子候補が同定された。新たにヒト悪性黒色腫のT細胞感受性を増強する化合物をスクリーニングする方法を開発し、MAPK経路阻害剤が一候補として同定された。次年度も各種スクリーニングを継続し、免疫制御のための標的候補の同定と、免疫制御作用をもつ化合物候補の探索を進める。さらに、同定された候補化合物を用いて、抗腫瘍免疫応答の測定が簡便にできるマウス腫瘍モデルを用いて、in vivoでの免疫制御作用を検討する予定である。
異所性ACTH産生褐色細胞腫の発症機構の解明

褐色細胞腫でありながらクッシング症候群を呈する稀な病態としてACTH産生褐色細胞腫が報告されている。重篤化して治療に難渋した症例を経験し、病態解明を目的にDNAメチル化解析を施行した結果、POMC(ACTH前駆体)promoterの低メチル化の関与を明らかにしてきた。今回、クッシング病(ACTH産生下垂体腺腫)、非機能性下垂体腺腫、GH産生下垂体腺腫、TSH産生下垂体腺腫を対象にパイロシークエンスによるPOMC promoterのメチル化定量を行った。ACTH産生下垂体腺腫において、POMC promoter領域の広範な低メチル化を呈したのに対して、その他の下垂体腺腫では高メチル化を呈しており、異所性ACTH産生症候群と同様に、クッシング病(ACTH産生下垂体腺腫)においても、POMC発現の機能性獲得に、POMC promoter領域の脱メチル化が重要であると考えられた。さらに、ACTH産生小細胞肺癌細胞株(DMS79)、ACTH非産生小細胞肺癌細胞株(N417)、非小細胞肺癌細胞株(H1299)、神経芽腫細胞株(IMR32)を対象にパイロシークエンスによるPOMC promoterのメチル化定量と遺伝子発現解析を行った。ACTH産生能を有するDMS79では、POMC promoter領域は広範な低メチル化、POMC高発現を呈したのに対して、H1299、IMR32では高メチル化、POMC低発現を呈した。N417は比較的低メチル化を呈しているものの、POMC発現はDMS79と比較して低く、POMC発現の機能性獲得に、POCM promoter領域の脱メチル化に加えて、POMC発現制御に関わる転写因子の関与の可能性が示唆された。異所性ACTH産生症候群は、下垂体以外の組織から発生した腫瘍がACTHを産生・分泌し、過剰分泌されたACTHによってクッシング様徴候を呈する症候群であるが、腫瘍におけるACTH自律分泌獲得の分子機構は十分には明らかにされていない。本研究の目的は、褐色細胞腫でのACTH自律分泌能獲得におけるメチル化制御異常と神経発生分化制御システムの役割を解明することにある。異所性ACTH産生褐色細胞腫の腫瘍組織では、ACTH前駆体であるPOMCのpromoter領域の低メチル化が確認されている。褐色細胞腫の25%が遺伝性であり、遺伝子変異が褐色細胞腫の臨床病型を規定する重要な因子と考えられており、ACTH産生褐色細胞腫の腫瘍組織を用いたエクソーム解析を行い、DNAメチル化制御異常を引き起こすエピジェネティック制御遺伝子変異の有無を評価したが、同定されなかった。次に、脱メチル化によるPOMC発現への影響を評価するために、クロム親和性細胞由来の腫瘍である神経芽細胞株IMR32を用いて、脱メチル化剤デシタビン投与を行い、パイロシークエンスによるPOMC promoterのメチル化定量と遺伝子発現解析を施行した。POMCpromoter領域が脱メチル化したサンプルでは、POMC mRNA発現の上昇を認め、更に興味深いことに異所性ACTH産生褐色細胞腫の腫瘍組織を用いたRNA-sequencingの解析から、着目した神経発生制御に関わる転写因子が、デシタビン添加によりPOMCの発現誘導された際に発現上昇を認め、POMC発現制御に関わることが示唆された。神経発生制御システムがPOMC発現に関与が示唆され、現在同定した転写因子のノックダウン、過剰発現によるPOMC遺伝子発現解析も進んでいる。1CRISPR/Cas9系を応用した標的ゲノム局所の脱メチル化法とパイロシークエンスを用いたDNAメチル化定量を組み合わせてPOMC発現制御調節関わる脱メチル化部位を同定する。2ACTH

産生褐色細胞腫の腫瘍組織を用いたRNA-sequensing解析から、POMC発現制御の上流に神経発生分化制御システムに関わる転写因子の関与を示す知見を得ていることから、神経発生分化制御システムに関わる転写因子のPOMC promoter領域へのリクルートメント評価と新たな結合蛋白質の探索を行う。成果報告のための学会の旅費を計上したが、使用しなかった。次年度の旅費に使用を計画している。
破骨細胞前駆細胞プールによる骨代謝調節機構の解析

交付申請書に記載した「QOPマーカーの探索」、「QOP分化誘導因子の探索」は、現在進行中である。「QOP遊走因子の探索」について以下の所見が得られた。以前、石井らは、免疫抑制剤であるFYT720(SIPアゴニスト)の、マウスへの投与は破骨細胞前駆細胞を骨髄から末梢血中へ移行させ、骨髄中の破骨細胞前駆細胞を枯渇させることを明らかにした(Nature 458,524,2009)。さらに、それにより骨組織の破骨細胞数は減少し、骨量が増えることを示した。そこで我々は、QOPがFYT720の投与により、骨髄から末梢血へ移行するか否かを調べた。その結果、FYT720のマウスへの投与後5時間で、T細胞(CD3陽性細胞)とB細胞(B220陽性細胞)は末梢血から骨髄へ移行した。一方、QOP(RANK陽性細胞)は骨髄から末梢血に移行した。以上より、以前の報告と同様に、FYT720は、破骨細胞前駆細胞(QOP)を骨髄から末梢血に移行する能力を有することが明らかになった。「QOPの成熟B細胞への分化能の解析」について以下の所見を得た。以前我々は、FACS解析により、RANK陽性/c-Fms陰性の画分中にはB220陽性細胞が含まれることを明らかにした.そこで、RANK陽性/c-Fms陰性/B220陽性細胞をセルソーターにより分取し、M-CSFとRANKLによる破骨細胞分化能を調べた。その結果、RANK陽性/c-Fns陰性/B220陽性細胞は、破骨細胞分化能を有さなかった.さらに、この細胞画分は、IgMを産生することがFACS解析より明らかになった。以上より、当初の予想とは異なり、RANK陽性/c-Fms陰性/B220腸性細胞は、B細胞画分であり、QOPはRANK陽性/c-Fms陰性/B220陰性の画分に存在することが明らかになった。交付申請書に記載した「QOPマーカーの探索」について以下の所見を得た。以前、ヒドロキシウレアはマクロファージの破骨細胞への分化を抑制するが、QOPの破骨細胞分化は抑制しないことを報告した(J Cell Biol. 2009;184:541-554)。破骨細胞分化に対するヒドロキシウレア感受性を利用し、マウス骨髄細胞を、QOP[RANK(+)Fms(-)]およびマクロファージ画分[RANK(-)Fms(+)]に分画した。QOP画分とマクロファージ画分の、マイクロアレイ解析を試みた。その結果、QOP画分はマクロファージ画分に比較し、マクロファージマーカー(F4/80,CDllb,Fms)発現が低く、破骨細胞マーカー(Carbonic anhydrase II, MMP9, TRAP5b, Trasferrin receptor)発現が高いことを明らかにした。以上より、QOPはマクロファージより破骨細胞分化へコミットした細胞であることが示唆された(J Bone Miner Res. 2011; 26:2978-2990)。交付申請書に記載した「c-Fos欠損マウスへのQOP移植実験」について以下の所見を得た。生体内におけるQOP数が非常に少ないため、移植実験は断念した。一方、c-Fos欠損マウスへ野生型マウス由来骨髄細胞を移植すると、骨表面にRANK陽性細胞が出現することを認めた。さらに、(1)QOPは、骨表面でRANKの発現上昇を介して破骨細胞へ分化すること、(2)RANKの発現上昇には骨芽細胞が発現するM-CSFが必要あること、(3)RANKの発現上昇にはM-CSF/Fmsの下流のc-Fosが必要であることを明らかにした(J Cell Sci. 2012 in press)。
Pb含有複酸化物ペロブスカイト相の安定化機構

Pbを含む緩和型誘電体化合物は比較的低温で合成でき、高い誘電率を持っていることから現在広く研究、開発が進められている。しかしながらこれらの化合物は合成時および熱分解時に誘電率の低いパイロクロア型化合物が生成しやすいという問題がある。この理由はしかしながらほとんど明らかにされていない。本研究ではPb含有複合ペロブスカイト相の安定性を支配する因子を明らかにし、新しい強誘電体であるリラクサ-材料のペロブスカイト-パイロクロア相の相変化に対する新しい考え方を構築することを目的とした。リラクサ-材料として比較的合成が容易であるPb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3(PMN)および通常のセラミックス合成プロセスでは全く合成ができないが、PbOのフラックス中では単結晶として育成が可能なPb(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3(PZN)のそれぞれについて単結晶を育成し、Pbの揮発を押さえた環境で高温における熱安定性を調べた。その結果PZNは単結晶育成温度と同じ温度で分解した。この理由について本研究ではオストワルドの段階則がこの系に成立しているのではないかと考察した。一方PZNはAサイトまたはBサイトの一部を他の元素で置換することによっても安定化されるが、その理由についてはPb^<2+>における孤立電子対の立体障害効果の減少を結晶学的に検討することによって説明することに成功した。さらに本研究では一般式A(B ́B〃)O_3を持つペロブスカイト型化合物に対して、Bサイトを構成している個々のB ́およびB〃イオンについて"部分静電ポテンシャル"という概念を導入してその安定性を検討し、PZNに代表されるようなペロブスカイト相が安定に生成しない化合物すべてに適用可能な規則を確立するのに成功した。