hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子標的創薬に向けたリン酸化ネットワーク基盤の解明

本研究では、in vitroキナーゼ大規模アッセイに基づく精度の高いキナーゼ基質モチーフ取得とそれを用いた基質予測スコアリング法の開発に成功した。また、定量リン酸化プロテオミクスの高性能化も順調に進展し、細胞内キナーゼに対する摂動から得られるリン酸化変動からキナーゼ基質を同定・推定し、さらにはリン酸化プロテオーム変動をキナーゼ変動に変換することにも成功した。測定系のスループットもマルチプレックス定量タグの導入により1測定あたりに要する時間は1時間と実用的であり、今後さらに大規模なデータを取得することにより、細胞内リン酸化ネットワークの分子基盤解明の進展が期待される。7割以上のヒトタンパク質はリン酸化修飾を受けていることが、独自の手法により、初めて明らかとなった。しかし、それぞれのリン酸化修飾を担うキナーゼまでわかっているものは数%程度しかなく、シグナル伝達ネットワーク解析の障害となっている。本研究では細胞内リン酸化ネットワークの分子基盤を解明することを目的とし、組換えキナーゼと組織細胞抽出物を用いたin vitroリン酸化反応解析・相互作用解析に加え、様々なキナーゼ阻害薬やキナーゼsiRNAによって撹乱されるin vivoリン酸化ネットワークの選択的変動をプロテオーム規模で解析することにより、リン酸化ネットワーク構成分子の相互関係を明らかにする。(1)摂動による細胞内リン酸化変動データの大規模取得については、9種の分子標的薬のリン酸化プロファイルを取得し、in vitroキナーゼ反応における基質情報に基づく解析を行うことでキノームの変動にコンバートし、そこからパスウェイ濃縮解析に展開する方法を確立した。(2)組換えキナーゼを用いたin vitroリン酸化解析では、より深い解析を3つのキナーゼについて行い、詳細なリン酸化モチーフの取得に成功した。この情報をもとに変動リン酸化プロテオームデータをキナーゼ活性と結びつける方法を検討し、モチーフをスコアリングする手法を開発した。(3)in vitro基質データを詳細に解析し、キナーゼ構造のプロファイリングを行い、キナーゼ構造と基質認識性の相関解析を行った。H24およびH25前期は(1)摂動による細胞内リン酸化変動データの大規模取得、(2)組換えキナーゼを用いたin vitroリン酸化解析、(3)リン酸化ネットワークマップ作製のためのデータマイニングを行った。(1)では9種の分子標的薬を用いて検討を行った。質量分析計の日間変動が激しく、分子標的薬による効果が埋もれてしまうケースもあったが、様々なパラメータを最適化することにより、安定した測定が可能となってきた。(2)については、より多くのキナーゼ(変異体も含む)に対してデータを取得した。さらにリン酸化率を定量するための測定系の構築も行った。(3)についてはサポートベクターマシンを用いたキナーゼ基質相関の予測器の構築を行った。7割以上のヒトリン酸化タンパク質はリン酸化修飾を受けていることが独自の手法により、初めて明らかとなった。本研究では細胞内リン酸化ネットワークの分子基盤を解明することを目的とし、組換えキナーゼと組織細胞抽出物を用いたin vitroリン酸化反応解析・相互作用解析に加え、様々なキナーゼ阻害薬等の摂動によって攪乱されるin vivoリン酸化ネットワークの選択的変動をプロテオーム規模で解析することにより、リン酸化ネットワーク構成分子の相互関係を明らかにする。本年度は10種の安定同位体タグとLC-MS用メートル長カラムを用いた定量系を構築し、16種の分子標的薬によるリン酸化プロテオームプロファイルを取得した。in vitroでの各薬物のキナーゼ阻害プロファイルと組み合わせることによりリン酸化ネットワークマップを構築することに成功した。さらに、各キナーゼとin vitroでの大規模基質解析から取得されるモチーフスコアと上記の薬物による細胞内リン酸化変動プロファイルを合わせて解析する手法を確立し、細胞内での直接基質推定に適用した。一方、リン酸化ネットワークを解析する上で不可欠なパラメータである各リン酸化サイトにおけるリン酸化率(リン酸化ストイキオメトリー)の大規模測定の開発に成功し、肺がん細胞株およびその薬物耐性株におけるストイキオメトリーの変動解析に適用した。26年度が最終年度であるため、記入しない。プロテオミクス26年度が最終年度であるため、記入しない。

H24年度は測定装置の故障・不調が続き、測定計画に多少の遅れが出たが、H25年度はほぼ順調に計画通りの解析を進めることができた。基質予測のところは若干遅れ気味であるがキナーゼ構造との相関研究をさらに進めることで打開する予定である。測定機(質量分析装置)の故障で、大規模データの取得計画が少し遅れ気味であるが、その他の部分はおおむね計画通り進行しており、研究全体において大きな問題はない。前年度に引き続き、(1)摂動による細胞内リン酸化変動データの大規模取得、(2)組換えキナーゼを用いたin vitroリン酸化解析、(3)リン酸化ネットワークマップ作製のためのデータマイニングを行う。(1)については、引き続きキナーゼ阻害薬およびキナーゼsiRNA摂動実験を展開する。さらに多くの化合物を用いることで、より摂動の幅を広げる。(2)についてはさらに組換えキナーゼを増やして、より詳細な解析をすすめる。(3)について、(1)(2)で取得されたデータを順次マイニングしてゆき、ネットワーク構築を開始する。それとともにキナーゼ構造からの基質予測をさらに展開する。変動が顕著でない場合や、感度が悪い場合には、細胞をあらかじめ各種ホスファターゼ阻害薬で処理し、細胞内リン酸化を活性化させた状態から摂動実験を行うことも検討する。また、キナーゼ阻害薬以外の標的分子を有する薬剤についても、そのリン酸化ネットワークに及ぼす影響をスクリーニングする。(1)(2)で取得されたデータを順次マイニングしてゆき、ネットワーク構築を開始する。それとともに摂動の種類間でのクラスター解析もすすめ、標的分子の類似性についても検討する。別に、リン酸化プロファイルを構成する具体的な分子情報を切り離して、摂動のfingerprintとしてリン酸化プロファイルを用いる方法もバックアップとして検討する。
非消化性粘性多糖類の特異的アルミニウム結合性と加熱による影響

Alが神経毒性を有することは,すでに多くの研究から明らかにされている.また'02年3月に大阪大学の遠山正哉らがAlはアルツハイマー病を引き起こす危険性があると報告して以来,新たな関心を集めている.一方摂取したAlも食物繊維などと結合し,速やかに排泄されればヒトに与える影響は少ないと考えられる.13年度までにAlは食物繊維と結合しやすいこと,水不溶性より水溶性食物繊維に結合しやすいこと,また粘性多糖にその傾向が強いことを明らかにしてきた。そこで今年度は,Feイオンと非消化性多糖類との結合性について検討した.さらに一部の試料については加熱が多糖の官能基や分子量,構成糖に及ぼす影響について検討した.その結果FeイオンはAlより不溶性食物繊維に結合しやすいことが認められた.水溶性食物繊維の場合は,Alに結合しやすいものと,Feイオンに結合しやすいものとに分かれたが,その原因までは明確にできなかった.これらをヒト胃と近似のpH2にすると,モロヘイヤやセロリ不溶性食物繊維などを除いてAlおよびFeイオンの結合量は著しく低下した.その傾向はアロエで特に著しかった.食品を加熱すると,非消化性多糖のOH-基やCOOH-基が影響を受けた.また,一部で遊離のCOOH-基の増加が認められた.加熱はまた酸性糖を増加させたが,同時に非消化性多糖を低分子化して,粘性を持たないほとんどの食物繊維の金属結合能を低下させる傾向にあった.Alが神経毒性を有することは,すでに多くの研究から明らかにされている.また'02年3月に大阪大学の遠山正哉らがAlはアルツハイマー病を引き起こす危険性があると報告して以来,新たな関心を集めている.一方摂取したAlも食物繊維などと結合し,速やかに排泄されればヒトに与える影響は少ないと考えられる.13年度までにAlは食物繊維と結合しやすいこと,水不溶性より水溶性食物繊維に結合しやすいこと,また粘性多糖にその傾向が強いことを明らかにしてきた。そこで今年度は,Feイオンと非消化性多糖類との結合性について検討した.さらに一部の試料については加熱が多糖の官能基や分子量,構成糖に及ぼす影響について検討した.その結果FeイオンはAlより不溶性食物繊維に結合しやすいことが認められた.水溶性食物繊維の場合は,Alに結合しやすいものと,Feイオンに結合しやすいものとに分かれたが,その原因までは明確にできなかった.これらをヒト胃と近似のpH2にすると,モロヘイヤやセロリ不溶性食物繊維などを除いてAlおよびFeイオンの結合量は著しく低下した.その傾向はアロエで特に著しかった.食品を加熱すると,非消化性多糖のOH-基やCOOH-基が影響を受けた.また,一部で遊離のCOOH-基の増加が認められた.加熱はまた酸性糖を増加させたが,同時に非消化性多糖を低分子化して,粘性を持たないほとんどの食物繊維の金属結合能を低下させる傾向にあった.アルミニウムは神経毒性を有するが,地球上のいたるところに存在するため,体内への取り込みは避けられない.そこで摂取したアルミニウムの排泄の可能性を食物繊維,なかでも粘性多糖類の金属イオン結合能の点から検討する.さらに特異的性質を有する多糖類を糖構成と化学的構造面から調べる.またヒト胃条件下(pH2)での非消化性多糖類とアルミニウムとの結合安定性について調べるとともに,加熱が粘性多糖類の金属結合能に及ぼす影響について検討する.これらを平成1214年度の3ヵ年計画で行う予定である.今度はそれらの準備段階として主に試料調製を行った.また次年度予定のアルミニウム結合能に関する予備実験を食物繊維の標品を用いて行った.まずオクラ,アロエ,ナメコなどの試料約20種を,小売り店で任意に購入し,水道水で丁寧に洗浄後,直ちに純水でゆすいだ.水切りをした後アドバンテック東洋ろ紙No.5Cで水分を拭き取り,その後セラミックスの包丁もしくはナイフで細断後凍結乾燥し規定の大きさに摩砕した.これをProsky変法により処理し,非消化性多糖類を水溶性(SDF)と水不溶性(IDF)に分画抽出した.なおProsky変法での非消化性多糖類の抽出はターマミル,プロテアーゼ,アミログルコシダーゼの3段階の酵素処理後,ろ過・予備乾燥まで一気に行った.抽出後のIDF・SDFは57日間純水で透析し,順次凍結乾燥した後,ほぐしてから低温(4°C)にて保存した.また標品を用いたアルミニウム吸着能の実験では,SDFはエリオクロムシアニンR吸光光度法,IDFはクロムアズロールS吸光光度法で再現性のある値を得られることが認められた.アルミニウムは神経毒性を有するが,地球上のいたるところに存在するため,体内への取り込みは避けられない.そこで摂取したアルミニウムの排泄の可能性を食物繊維,なかでも粘性多糖類の金属イオン結合能の点から検討する.さらに多糖類を糖構成と化学的構造面から調べる.またヒト胃条件下(pH2)での食物繊維とアルミニウムとの結合安定性について調べるとともに,加熱が粘性多糖類の金属結合能に及ぼす影響について検討する.本研究は平成12年度から3ヵ年計画で行っているが,12年度は主に試料調整を行い13年度は(1)水溶性および水不溶性食物繊維のアルミニウム結合能(2)食物繊維とアルミニウムのpH2条件下における結合安定性の検討を行った.

アルミニウム結合量は,一定量の食物繊維に一定量のアルミニウムイオンを添加し37°Cで1時間振盪後,残留イオン量を水溶性はエリオクロムシアニンR吸光光度法,水不溶性はクロムアズロールS吸光光度法で測定した.このとき添加したアルミニウムイオンから残留イオン量を差し引くことで結合量を算出した.また,pH2の調整には市販の金属測定用塩酸を超純水で0.1モルに希釈して用いた.その結果,アルミニウムは水不溶性より水溶性食物繊維とより結合しやすいことが認められた.水溶性食物繊維のアルミニウム結合量は粘性を有するアロエが最も高く,次いでオクラ,ナス,マッシュルーム,セロリ,キャベツ,ゴボウ,ニンジン,ダイコンであった.水不溶性では,ゴボウ,ヒジキ,キャベツで特にアルミニウム結合量が高くなった.またこれらをpH2にすると結合量は著しく低下することが認められた.Alが神経毒性を有することは,すでに多くの研究から明らかにされている.また'02年3月に大阪大学の遠山正哉らがAlはアルツハイマー病を引き起こす危険性があると報告して以来,新たな関心を隼めている.一方摂取したAlも食物繊維などと結合し,速やかに排泄されればヒトに与える影響は少ないと考えられる.13年度までにAlは食物繊維と結合しやすいこと,水不溶性より水溶性食物繊維に結合しやすいこと,また粘性多糖にその傾向が強いことを明らかにしてきた.そこで今年度は,Feイオンと非消化性多糖類との結合性について検討した.さらに一部の試料については加熱が多糖の官能基や分子量,構成糖に及ぼす影響ついて検討した.その結果FeイオンはAlより不溶性食物繊維に結合しやすいことが認められた.水溶性食物繊維の場合は,Alに結合しやすいものと,Feイオンに結合しやすいものとに分かれたが,その原因までは明確にできなかった.これらをヒト胃と近似のpH2にすると,モロヘイヤやセロリ不溶性食物繊維などを除いてAlおよびFeイオンの結合量は著しく低下した.その傾向はアロエで特に著しかった.食品を加熱すると,非消化性多糖のOH-基やCOOH-基が影響を受けた.また,一部で遊離のCOOH-基の増加が認められた.加熱はまた酸性糖を増加させたが,同時に非消化性多糖を低分子化して,粘性を持たないほとんどの食物繊維の金属結合能を低下させる傾向にあった.
認識状況から視点の位置を決定する能動的環境認識システムに関する研究

本年度は,移動ロボットの視覚システム実現のため,物体の見え方によるロボットの位置推定について研究を行った。入力画像が与えられると,エッジ抽出,細線化,Hough変換,ρ-θ空間でのクラスタリングを行い,線分の要素となる線要素を求める.線分解釈では,線分モデルを用いて,線分の特徴から5つのクラスに分類し,それぞれの関係を記号表現(1 form)する.物体を構成する線分が床面上に存在すると解釈されると,線分情報より逆透視変換を行い,視点と物体の相対的な位置関係を求める.さらに,環境マップ中にあらかじめ用意している物体の絶対座標と,視点と物体の相対的座標より,視点の絶対座標を求め,環境マップに投票する.複数の物体に対して上記の処理を繰り返し行い,最も投票のあった地点をロボットの位置とする.入力画像は,512x512画素のモノクロ画像である.前処理部はC言語で,また,線解釈部は,perlを用いて作成した.実験では,視点の位置推定において良好の結果を得ることができた。現在,カメラ角度は固定で逆透視変換を行なっているが,実際は,廊下の凹凸などによって角度は,必ずしも安定しない.そこで,廊下の特徴を利用してカメラの多少の角度変化に対応可能なよう改良を加えて行きたい.さらに,DSPボードによる前処理の高速化,解釈部の制約に基づいた前処理部の検討,ならびに移動を考慮した位置推定方式について,今後研究を進めていきたい.本年度は,移動ロボットの視覚システム実現のため,物体の見え方によるロボットの位置推定について研究を行った。現在,カメラ角度は固定で逆透視変換を行なっているが,実際は,廊下の凹凸などによって角度は,必ずしも安定しない.そこで,廊下の特徴を利用してカメラの多少の角度変化に対応可能なよう改良を加えて行きたい.さらに,DSPボードによる前処理の高速化,解釈部の制約に基づいた前処理部の検討,ならびに移動を考慮した位置推定方式について,今後研究を進めていきたい.
陸水酸性化の生物・化学指標に関する研究

本研究の目的は,酸性化によって著しく影響を受けた陸水系において、環境条件を反映するような化学的・生物的指標を見出すことである。中でもその場に生息する微生物は、水質の変化にもっとも敏感に反応すると考えられることから、本研究では、堆積物中に分子化石として残され得る有機化合物に着目した。この目的に沿って、無機酸性湖として知られるわが国のいくつかの湖沼(pH=3:屈斜路湖・恐山宇噌利湖・田沢湖・猪苗湖・志賀大沼池)堆積物柱状試料において、脂質化合物とケイ藻化石を分析・観察した。これらの湖沼は、火山性の酸性温泉水や、火山岩中の硫化鉱物を浸出する河川水の流入の影響を受けて、酸性化しており、中には、人為的な導水や地震など比較的近過去のイベントによって、著しく水質の変動したことが知られている湖も含まれている。水系の調査・湖沼の化学的記載には、本科学研究補助金で購入したイオンクロマトグラフを使用した。ガスクロマトグラフ及びがスクロマトグラフ-質量分析計による有機物分析の結果、硫化鉱物浸出水の影響を受ける湖の一例である志賀大沼池を除き、酸性温泉水の影響下にある湖沼堆積物で、アンテイソ骨格を有する、一群の特異な長鎖分枝炭化水素・アルコール・脂肪酸が検出された。柱状堆積物試料において、これら特異的な化合物群の存在量を見ると、過去に知られている湖水のpH条件を大きく変えたイベントの生起と良く対応し、また酸性条件の生物指標として広く応用されて来ている、ケイ藻の種構成の変動の特徴ともおおむね一致した。この脂質化合物群の起源生物についてはまだ明らかでないが、湖外から持ち込まれたものではなく、湖内で生産されたものであることはほぼ確実であり、今日の地球規模での酸性雨問題や、過去の地殻変動等に伴う、水環境の変動の、有力な生物地球化学的指標になるのではないかと期待される。この間の研究代表者らの研究で、温泉水の流入によって、無機酸栄養湖となっているわが国の屈斜路湖、田沢湖等の堆積物中に共通して、一連の特異な長鎖anteiso化合物群(炭化水素、脂肪酸、アルコール)が検出された(Fukushima et al.,1993)。これらの化合物群は、中性ならびに強酸性の湖沼堆積物では認められないことから、ある限られたpH範囲の特異な生物生息状況を反映するものと考えられた。そこで本年度は、温泉水の流入以外の原因、すなわち岩石中の硫化物が空気酸化されて流入したため、上記の湖沼と同程度に酸性化している湖沼に焦点をあて、志賀高原の大沼池を調査した。1993年7月に同湖の最深部において、約20cmの柱状堆積物を採取し、これを2cm間隔で切断し、脂質化合物を抽出、GC-MS分析した。大沼池は、観測期間(93.7-12月)において湖水のpHが5.0前後で一定であり、上述の田沢湖や屈斜路湖の最近の値とほぼ同程度であった。しかし、底質の表層から下層に至るまで、問題としたanteiso化合物は検出されなかった。この意味を深るために、屈斜路湖、大沼池両湖水系の主要イオンを、本年度導入したイオンクロマトグラフにて分析し、相互に比較すると共に、湖水のpHの生物指標として提起されている堆積物中のケイ藻殻を観察、種構成を吟味した。屈斜路湖の柱状堆積物は、93年10月に新たに採取した。

この結果、両湖とも酸性を好むEunotia sp.などが卓越するという特徴を示すものの、ケイ藻の量は屈斜路湖の方が圧倒的に多く、大沼池の生物生産が、極めて貧弱であることがわかった。脂質成分の分析結果も、大沼池は外来性有機物の寄与が圧倒的に大きいことを示し、このことは、anteiso化合物の出現が、湖内生産力と深く関連していることを示唆した。引き続き、anteiso化合物のpH化学指標としての可能性を評価するべく、この相対量が、柱状堆積物で大きく変動する屈斜路湖について分析を進めている。本研究課題の2年目にあたる平成6年度は、1993年10月に北海道屈斜路湖で採取した、3本の柱状堆積物試料中の有機物分析と、顕微鏡下でのケイ藻種組成の分析を実施した。また、屈斜路湖で、2回目の現地調査を行い、流入河川水や、湖岸に湧出する温泉水を総合的に調査した。加えて今年度は、田沢湖や屈斜路湖と同じ様に、酸性温泉水の流入によって、湖水がpH=5程度の酸性を示す、福島県猪苗代湖水系を新たな調査対象に加えた。すなわち、猪苗代湖への酸性の流入河川である長瀬川水系の調査と、堆積物柱状試料の採取である。屈斜路湖・猪苗代湖は、共にわが国では有数の大きさをほこる湖沼であり、気象条件が整わなかったために、当初予定した湖心付近での良好な堆積物柱状試料の採取はできなかった。しかし、いずれの堆積物試料からも、昨年度までの我々の研究で見出された、中程度の酸性湖に特徴的な一連の長鎖分枝化合物群が検出された。この長鎖分枝化合物群の鉛直方向の量的変化と、ケイ藻殻の観察から、屈斜路湖堆積物においては、過去のpH変動-およそ150年ほど前の酸性から中性への変化、並びに50年ほど前の中性から酸性への変化が推定された。この屈斜路湖における大きなpH変動は、湖水・温泉水・流入河川水のイオン分析結果から、酸性泉と重炭酸泉の混合中和のバランスがくずされるためと推定され、地下温泉水脈を乱すような地殻変動との関わりが示唆された。問題の長鎖分枝化合物群は、屈斜路湖の酸性泉川湯温泉源泉直下の河床付着藻類、また猪苗代湖では、長瀬川河口での懸濁物には検出されず、湖内での生物活動によって生産されるものであることが確実視された。猪苗代湖北西岸よりの柱状試料の分析から、年代は不詳だが、中性から酸性への変化ポイントがあることが明らかとなった。
多元ヒト脳図譜データベースによる脳深部刺激療法支援システム

申請者は,世界初の試みである,1体の日本人献体脳を用いて,脳表から組織・細胞構造までの形態解剖・生理情報を内蔵した精緻なデジタル脳図譜}を開発中である.当該研究は,この標準脳図譜を基盤に,1)性別・年齢(時間軸)や疾患(病理軸)などに特異的な多元脳図譜データベースと,2)これに基づき標準脳図譜を変形させ,脳内構造の個人差・疾患特異性に対応した患者固有脳図譜推定法を構築することで,次世代テイラーメイド脳外科手術支援システムの開発を目的とする.平成30年度では,複数の脳図譜間の対応付け法を構築した.データベース構築には,脳図譜間の対応付が必要である.ここで,脳図譜は,脳表上や脳内部にある頂点と,それを接続した四面体からなるボリュームモデルである.一方,ヒトの脳形状が異なり,また異なるヒトの脳図譜ボリュームモデルは.必ずしも同一頂点数・パッチ数とは限らない.そこで,脳図譜ボリュームモデルを,形状が単純な目標体に写像する方法を構築した.6つの脳のボリュームモデルを使って,平均的な脳形状を有する目標体に写像する実験を行った.ここで,脳ボリュームモデルは,脳表と2つの内部構造(脳室1:側脳室と第3脳室,脳室2:第4脳室)を持つ.いずれの写像においても,提案手法は脳ボリュームモデルを四面体の自己交差を極力少なくしつつ,モデルを目標体に写像できたことを確認した.また,この写像結果から,逆に目標体のボリュームモデルから脳図譜を復元することで,全ての脳図譜を目標体のボリュームモデルで統一的に記述でき,脳図譜間の対応付けが可能となった.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。申請者は,世界初の試みである,1体の日本人献体脳を用いて,脳表から組織・細胞構造までの形態解剖・生理情報を内蔵した精緻なデジタル脳図譜}を開発中である.当該研究は,この標準脳図譜を基盤に,1)性別・年齢(時間軸)や疾患(病理軸)などに特異的な多元脳図譜データベースと,2)これに基づき標準脳図譜を変形させ,脳内構造の個人差・疾患特異性に対応した患者固有脳図譜推定法を構築することで,次世代テイラーメイド脳外科手術支援システムの開発を目的とする.平成29年度では,申請者が有するデジタル脳図譜と,非線形有限要素解析とほぼ同程度の推定精度で,且つ実時間で推定する技術DeepFEMを基盤として,脳の内部組織ごとの挙動解析を統合し,脳図譜全体の変形を推定するシステムについて研究を行った.具体的には,脳図譜を構成する節点ごとに,その挙動を推定するDNN(Nodal behavior estimator: NBE)を構築し,全節点のNBEを統合することで内部構造や脳全体の変形を推定する.脳内部構造の一つである,被殻の2次元メッシュモデル(大きさ:幅29[mm],高さ59[mm])の変形を推定する実験を行った.この実験では,非線形有限要素法で推定した変形データを真値とし,開発したシステムの推定精度を比較した.その結果,システムによる変位および応力の推定誤差は,3.2 ±1.4 [mm×1E-2]および1.5 ±1.2 [N/mm^2]であり,モデルのサイズと比較すると十分小さく,開発したシステムの精度を確認できた.脳の内部構造を変形するシステムを構築し,その精度を確認している.このシステムの規模を拡大することで,脳図譜全体の変形を効率的に推定するシステムは実現可能である.申請者は,世界初の試みである,1体の日本人献体脳を用いて,脳表から組織・細胞構造までの形態解剖・生理情報を内蔵した精緻なデジタル脳図譜}を開発中である.当該研究は,この標準脳図譜を基盤に,1)性別・年齢(時間軸)や疾患(病理軸)などに特異的な多元脳図譜データベースと,2)これに基づき標準脳図譜を変形させ,脳内構造の個人差・疾患特異性に対応した患者固有脳図譜推定法を構築することで,次世代テイラーメイド脳外科手術支援システムの開発を目的とする.平成30年度では,複数の脳図譜間の対応付け法を構築した.データベース構築には,脳図譜間の対応付が必要である.ここで,脳図譜は,脳表上や脳内部にある頂点と,それを接続した四面体からなるボリュームモデルである.一方,ヒトの脳形状が異なり,また異なるヒトの脳図譜ボリュームモデルは.必ずしも同一頂点数・パッチ数とは限らない.そこで,脳図譜ボリュームモデルを,形状が単純な目標体に写像する方法を構築した.6つの脳のボリュームモデルを使って,平均的な脳形状を有する目標体に写像する実験を行った.ここで,脳ボリュームモデルは,脳表と2つの内部構造(脳室1:側脳室と第3脳室,脳室2:第4脳室)を持つ.いずれの写像においても,提案手法は脳ボリュームモデルを四面体の自己交差を極力少なくしつつ,モデルを目標体に写像できたことを確認した.また,この写像結果から,逆に目標体のボリュームモデルから脳図譜を復元することで,全ての脳図譜を目標体のボリュームモデルで統一的に記述でき,脳図譜間の対応付けが可能となった.平成30年度では,引き続き脳図譜変形推定システムの開発を行うと共に,推定した複数の脳図譜を用いたデジタル脳図譜データベースと,それに基づく患者固有脳図譜推定について研究を実施し,脳外科手術支援システムの構築を目指す.
数学・理科・情報の教科で共通に使われている科学用語の分析に関する研究

中学校と高等学校の数学・理科・情報等の教科書に掲載されている索引を基に,科学教育用語データベースを開発した。このデータベースを用いて,数学,理科,情報の各教科の中で共通に使われている科学用語は何か,また,どのような特徴があるかについて調べてみた。この研究で以下のことが明らかになった。(1)教科別の特徴科学教育用語は,中学校より高等学校の方が増加する。1学年当たりで比較すると,数学は1.3倍,理科は3.7倍の増加率である。教科別の科学教育用語は,数学が少なく,情報(技術),理科の順に多い。高等学校の理科では,物理と化学が少なく,生物と地学が多い。(2)異なる科目で共通の科学教育用語4科目以上で共通に使用されている用語はない。3科目間で使用されている用語は,「電池,弾性,回路,紫外線,位置エネルギー,光合成,単細胞生物,核,光ファイバー,アンモニア,周波数(計11用語)」である。(3)同一科目の教科書間の科学教育用語分析対象とした教科書は,高等学校「理科総合A」の教科書全てである。理科総合Aの科学教育用語の異なり数は1189件である。この内,半数以上の680件が1つの教科書だけで使われている科学教育用語である。〔例:BTB溶液,CD-R, CTスキャン,DVD-R, IC(集積回路)〕逆に,すべての教科書で使われている科学教育用語は40件(3%)しかない。〔例:α線,β線,γ線,イオン,イオン結合,陰イオン〕本年度は,数学・理科・情報の教科で共通に使われている科学用語を分析するために必要不可欠な「科学用語データベース」の設計と開発に着手した。具体的な内容は以下のとおりである。(1)データベース設計科学用語をデータベース化するために,科学用語の定義,記述の仕方,キーボードからの入力方法,ディスプレイの表示方法,データベースの検索方法等を検討した。基本データは,現在発行されている教科書索引を用いた。(2)科学用語の収集とデータ入力科学用語は,理科教育,数学教育,情報教育に関連する教科書から収集した。対象となる教科書は,中学校の数学,理科,家庭と,高等学校の数学,物理,生物,地学,化学,情報,技術で,合計175冊である。基本データの総数は約3万件である。(3)データのチェックとデータ整理収集した基本データが,科学用語データであるかどうかをチェックした。次に,一次情報の科学用語データから,検索の効率化,利便化を図るためにデータを再整理し,さらにデータ属性,検索キーワード等を付加して「科学用語データベース」を構築した。(4)科学用語の基本統計処理構築した科学用語データベースを用いて,科学用語の構造や特徴を明らかにするために,集計・分類等の基本統計処理を行った。科学用語は,数学分野より理科分野が多いことや,中学校より高等学校の方が多いことなどが明らかになった。さらに詳しい分析は,来年度に実施する予定である。〔例:α線,β線,γ線,イオン,イオン結合,陰イオン〕
ベクトル最適化問題の解析的研究とゲーム理論的応用

最適化理論全般に関連する凸解析及び錐解析に現れる解析的な性質を体系化するために、その最近の研究結果を論文の別刷りやコピーとして収集した。これらの資料をもとにして研究を行った結果、大きく分けて2つの新しい知見が得られた。一つは、ε-劣微分解析を取り入れたベクトル最適化問題の考察を行い、ベクトル最適化問題の近似解の解析的研究への応用を行ったことである。これは、ベクトル最適化問題の近似解の解析的研究に関するユニークな取り組みであり、近似的有効解の存在性やその特徴付けが理論的に与えられた。また、これまでに知られている近似解に比べて病的な例を除去した近似解の概念を提唱し、その有効性を検証した。もう一つは、ベクトル値関数に関する性質を凸性・準凸性及び半連続性についていろいろなクラス分けとそれらの間の関係について詳細に調べ、これを基に新しいタイプのベクトル値ミニマックス定理を証明した。これは、ベクトル最適化のゲーム理論的応用と考えられ、これまでの著者のベクトル値ミニマックス定理が整理された。今回のこの後者の研究に対して、ロシアから招待講演の依頼があり、平成6年9月にオレホボ・ズエボ(Orekhovo-Zuevo)で開催された「不確実性の下での多基準問題について第3回国際研究集会」に組織委員として出席し、ベクトル値ミニマックス定理について45分の全体講演を行ってきた。ロシアでは、最適制御の立場から微分ゲームのベクトル版に関する研究が盛んであり、私のベクトル値ミニマックス定理は多くの注目を浴びた。しかも、この訪問を契機に自分のこれまでの研究の応用を微分ゲームに見いだすことが出来たのは、たいへん大きな収穫である。今後は、ロシアの研究者との共同研究などを通じて、ベクトルミニマックス理論を大きく発展させたいと願っている。
走査型顕微光散乱によるソフト＆ウェット流路の解析技術の開発

走査型顕微光散乱によるソフト&ウェット流路in-situ観察システムの開発を行った。高強度ゲルと3Dプリンターの技術を組み合わせることにより、血管を模倣したソフト&ウェット流路の設計と作製を行った。また、ずり流動するゲルの表面近傍に存在する流体に剛直な高分子を添加しながら、ゲルの表面の直接観察を行い、流動に対する添加高分子の効果を調べることができた。さらにゲルの表面近傍を直接測定する装置の開発により、ずり流動するゲル表面の水層を直接観察した。赤血球はその直径の半分以下の内径しかない細い毛細血管内を詰まることなく循環し続ける驚異的な輸送現象を実現している。この現象を解明するには血液(流体)の挙動だけに注目するのでなく、ソフトな血管(ゲル管壁)の挙動にも同時に網羅的に注目することがソフト&ウェットな流路における輸送現象を解明する上で非常に重要である。申請者の得意とする光散乱の手法を駆使することにより、流体の濃度、粘度、流速、ゲル管壁の弾性率、拡散係数の全てを解析可能である。本研究では、「ナノ・ミクロンスケールでゲルと流体の界面の動的現象を直接in-situ観察する」ことを目的として、申請者独自の走査型顕微光散乱法を活用した世界初の観察装置を開発し、血管というソフト&ウェットな流路における効率的な輸送のメカニズムを解明する。平成25年度は下記を実施した。【テーマ1.走査型顕微光散乱によるソフト&ウェット流路in-situ観察システムの開発】1.ソフト&ウェット流路の設計と作製2.流路測定用の光学系の設計と構築3.流路ゲルの調製4.ソフト&ウェット流路のin-situ観察-疑似血管中の疑似赤血球輸送の直接観察赤血球はその直径の半分以下の内径しかない細い毛細血管内を詰まることなく循環し続ける驚異的な輸送現象を実現している。平成26年度は下記を実施した。・流路ゲルの内部構造解析、流路全体のイメージング走査型顕微光散乱による流路内部の構造解析を行い、流速と粒径の同時測定が可能であることが確かめられた。また、流路を作るゲルの内部構造解析ができることも確かめられた。・ゲル壁面近傍の直接観察ゲルの表面近傍を直接測定する装置の開発により、ずり流動するゲルの表面の直接観察に成功した。・剛直性を変えた高分子添加物の効果ずり流動するゲルの表面近傍に存在する流体に高分子を添加しながら、ゲルの表面の直接観察を行い、添加高分子の効果を調べることができた。ソフト&ウェット材料工学上記、テーマ1.に関して、下記の事項を達成した。1.ソフト&ウェット流路の設計と作製:血管を想定した流路を設定するため、腕の血管に相当する6mmの内径をもつソフト&ウェットな管状の造形物を高強度ゲルで作製した。2.流路測定用の光学系の設計と構築:前項1.の流路の試作と並行して光学系の設計と構築行った。また、これに合わせて、流路測定用の新規の走査型顕微光散乱装置を組み立てた。3.流路ゲルの調製:流路中の流量が安定し、かつin-situ観察に適した管状ゲル試料を製作した。4.ソフト&ウェット流路のin-situ観察:上記の1.3.がおよそ上手く行ったところで、流路内のin-situ観察を試みる予定であったが、3.までの進行に時間がかかったために、今後継続的に進める。この間雑誌論文(査読付論文)2件、招待講演2件、国際学会発表4件、国内学会発表4件を行い、成果を外部に公表した。【テーマ2.流路中の流速と管壁内の網目構造の同時測定】5., 6.流路ゲルの内部構造解析、流路全体のイメージング:前年度に引き続き、流体の内部構造だけでなく、ゲル中の内部構造をも解析できるように装置を改良する。試料中の多数の場所における物理量を測定し、試料全体の性質を正しく反映したアンサンブル平均の物理量を決定する機構をシステムに組み込む。これが上手く行き始めたら、流体とゲルの界面の両側で、流体内部の動的構造とゲル内部の動的構造をシームレスに観測できるようにシステムを改良する。7.ゲル壁面近傍の直接観察-

壁面の位置変化への追従:ゲルと流体の界面においては、流速や流体の物性を変えることによって法線応力が変化するので、in-situ観察しようとすると、ゲル表面の凹凸や弾性率の場所による違いなどのさまざまな観察条件によって界面の位置が変化することになる。観察条件を広く変えても界面の位置変化に追従し、界面近傍の直接観察できる方法を検討する。【テーマ3.流体中の高分子がソフト&ウェット流路に与える効果】8., 9.剛直性を変えた高分子添加物の効果、高分子デンドリマー添加の効果:流体に剛直性を変えた高分子を添加することで、ソフト&ウェット流路中の流動現象がどのように変化するかを調べる。また、最近では制御された分岐構造をもつ高分子を精密に合成することができるようになっており、新しい添加物としての可能性を検討する。
海外からのウイルス侵入によるC型インフルエンザの生態変化

海外からのウイルス侵入によるC型ウイルスの生態変化を実証する目的で解析を進め以下に要約する成績を得た。1.1996年に分離された29株の中で、1981年に中国でブタから分離されたウイルスと同じ系統(山形/81系統)の抗原性をもつことが明らかになった26株から4株(山形/3/96、山形/8/96、山形/9/96、山形/20/96)を選び、7つの遺伝子分節について塩基配列を決定し系統樹解析を行った。結果は、HE、PB2、PB1、M、NS遺伝子は中国由来のウイルスと同じ系統に属していたのに対し、P3、NP遺伝子は抗原グループの異なるMS/80系統のウイルスと同じ枝に属していた。以上から1996年に山形市周辺で流行したC型ウイルスは、中国由来のウイルスがMS/80系統のウイルスとのあいだで遺伝子再集合体をつくったものであることが明らかになった。2.199293年に分離された、山形/1/92、山形/1/93、宮城/5/93の3株の抗原性が、既知の株とは大きく異なり、未解析の海外分離株8株のうちサンパウロ/378/82と同じ抗原性を持っていた。昨年度はHE遺伝子の系統樹解析から山形/1/93とサンパウロ/82が新しい系統(サンパウロ/82系統)に属していることを明らかにした。今年度はさらに両株のHE以外の遺伝子分節の比較を行った。その結果、この2株の遺伝子分節はすべて同じ系統に属しており、このうちPB2、P3、M、NS遺伝子はHEと同様にこれまでの分離株にはない新しい系統をつくっていた。PB1、NP遺伝子分節は山形/81抗原グループの株と同じ枝に属していた。以上の結果から3つの199293年分離株は、比較的最近海外から侵入したサンパウロ/82様ウイルスであることが明らかになるとともにこれらのウイルスが山形/81様ウイルスとのあいだにできた遺伝子再集合体であることが判明した。海外からのウイルス侵入によるC型ウイルスの生態変化を実証する目的で、次の2つの方向から解析を進めている。(1)C型インフルエンザのサーベイランスで分離されたウイルスの性状解析、(2)未解析の海外分離株8株の遺伝子解析。それぞれの解析から得られた平成10年度の成績を以下に要約する。1. 1996年に分離された29株(山形/120/96、宮城/19/96)の抗原性を抗HE単クローン抗体によるHI試験で解析した結果、宮城/4/96、宮城/7/96、宮城/8/96を除く26株が、1981年に中国でブタから分離されたウイルス(P/B/81)と同じ系統(山形/81系統)の抗原性をもつことが明らかになった。2. 199293年に山形と仙台の両市で分離された16株の中で、山形/1/92、山形/1/93、宮城/5/93の3株の抗原性が、既知の3系統とは大きく異なり、未解析の海外分離株のうちサンパウロ/378/82と同じ抗原性を持っていた。今回、山形/1/93と海外分離株8株のHE遺伝子の全塩基配列を決定し、系統樹解析を行った結果、次のことが明らかになった。(1)山形/1/93とサンパウロ/378/82のHE遺伝子の違いは、18塩基(0.9%)であり、他の7株との違い(3.67.2%)に比べ非常によく似ている。(2)系統樹解析から、山形/1/93とサンパウロ/378/82は同じ枝に入り、これまでになかった新しい系統に属している(サンパウロ/82系統と命名)。3.以上の成績から、山形、宮城地方において、中国及びブラジルからのC型ウイルス侵入が強く示唆されている。今後はHE以外の6つの遺伝子分節の比較を行い、より詳細に検討を行う予定である。

その結果、この2株の遺伝子分節はすべて同じ系統に属しており、このうちPB2、P3、M、NS遺伝子はHEと同様にこれまでの分離株にはない新しい系統をつくっていた。PB1、NP遺伝子分節は山形/81抗原グループの株と同じ枝に属していた。以上の結果から3つの199293年分離株は、比較的最近海外から侵入したサンパウロ/82様ウイルスであることが明らかになるとともにこれらのウイルスが山形/81様ウイルスとのあいだにできた遺伝子再集合体であることが判明した。
マイクロパターン配向処理による新規な双安定型液晶デバイスの開発

双安定マイクロパターン液晶セルにおける色相スイッチング特性の向上のために,液晶セルの透過光側に位相板を挿入した構成について考察した。ここで,位相板としてホモジニアス液晶セル(液晶:E170,メルク)を用い,電圧の印加によってリタデーションを変化させた。液晶層の厚みがコントラストに与える影響を考察するために,厚みが異なる複数の評価素子を作製したが,12μm程度の厚みにおいてのみ双安定性が得られた。そのため本研究では,液晶層の厚みを12μmに固定し色相のコントラストの定量評価を行った。色相の定量評価においては,CCDカメラを組み合わせた偏光顕微鏡により取得したカラー画像から評価値(0360°)を求めた。まず,位相板の光学軸(ホモジニアス液晶セルのラビング方向)の角度が色相のコントラストに与える影響について調査した結果,ラビング方向がマイクロパターンの格子ベクトルに平行な場合よりも,垂直な場合の方が色相のコントラストが高くなることを確認した。次に,ラビング方向を格子ベクトルに垂直な方向に固定し,ホモジニアス液晶セルの印加電圧によってリタデーションを変化させ,偏光顕微鏡画像(クロスニコル)の測定を行った。画像解析により色相と印加電圧の関係を求めたところ,印加電圧の増加とともに色相に周期的な増減が見られ,安定状態および準安定状態における色相の差を求めたところ1.4Vにおいて151°,2.0Vにおいて144°という大きな値が得られた。さらに,パラレルニコルにおける色相の差についても定量評価を行ったところ1.6Vにおいて68°,1.9Vにおいて87°という値が得られ,クロスニコルにおける値を大幅に下回った。これにより,偏光板の角度もまたコントラストを改善する上で重要なパラメータであることが確認された。当初の研究計画では,双安定マイクロパターン液晶セルにおける色相スイッチング特性の向上のために以下の3つの考察課題を設定していた。(1)液晶セルにおける液晶層の厚みおよび液晶の複屈折,(2)位相板のリタデーションおよび光学軸の角度,(3)偏光板(ポーラライザとアナライザ)の透過軸の角度が色相のコントラストに与える影響の考察。これらの考察課題のうち,本研究では(2)および(3)について実験により考察がなされ,位相板のリタデーションや光学軸の角度,および偏光板の透過軸の角度が色相のコントラストに大きな影響を与えることが定量的に示され,良好な表示特性を有する双安定表示素子の実現に向けた有意義な知見を得ることができた。一方,色相のコントラストが最大となるような各々のパラメータの最適化については完了には至らなかった。以上を総合的に考慮すると,当初の計画通りすべて順調に進展しているとは言い難いがおおむね順調に進展していると判断する。平成30年度に引き続き,双安定マイクロパターン液晶セルの透過光の色相のコントラストが最大となるようなパラメータの最適化を行い,色相のコントラストの更なる改善を目指す。ここで,最適化のパラメータは(1)位相板のリタデーションおよび光学軸の角度および(2)偏光板の透過軸の角度とする。また,従来の加熱による相転移プロセスを利用した双安定スイッチングとは異なり,電圧印加のみによる双安定スイッチングの実現を目指す。そのために,種々の電圧印加条件と得られる液晶分子配向状態との関係を実験により詳細に調査し,電圧印加のみによる双安定スイッチングのスキームを構築する。微小針により走査する(マイクロラビング)ことによって微細な配向パターンを形成したポリイミド膜付き基板を2枚組み合わせ,隙間に液晶(5CB)を注入し封止することによってセルを作製した。本研究では配向の双安定状態が得られる条件について以下の観点から考察を行った。(1)双安定性が実現しやすい配向処理パターンの考察/マイクロラビング処理法を用いてポリイミド膜上に周期的な半円状パターン(周期:80μm)を形成した。電圧印加および加熱による等方相の誘起により初期状態と異なる配向状態が得られるかどうか実験により確認を行った。その結果,2枚の基板のマイクロパターンの向きを一致させるように組み合わせた場合には外部刺激の種類に関わらず双安定性は発現しなかった。一方,マイクロパターンの向きが逆向きとなるように基板を組み合わせた場合には,10Vの電圧印加によって初期状態(±π/2ツイストモード)と異なる安定な配向状態(±πツイストモード)が得られることが明らかとなった。さらに,等方相の誘起によって±πツイストモードから±π/2ツイストモードへ遷移することから,±πツイストモードは±π/2ツイストモードよりもエネルギーの高い準安定な状態であることが示唆された。(2)配向処理パターンの周期Λおよび液晶層の厚みdが配向の終状態に与える影響の考察/本研究においては周期と厚みの比Λ/dが液晶の配向特性に与える影響について考察した。まず,液晶層の厚みdが3,10,20および40 μmの評価セル(Λ=80μm)を作製し,10V印加・除去後の配向状態について偏光顕微鏡により観察した。その結果,液晶層の厚みdが10μmよりも厚くなると(Λ/d<8)±πツイストモードが優勢になることが見出された。すなわち,周期と厚みの比を8以下に設定することが応用の観点から重要であることが明らかとなった。当初の研究計画では双安定性を有する液晶の配向特性について,以下の具体的な検討課題を設定していた。(1)双安定性が実現しやすい配向処理パターンの考察,

(2)配向処理パターンの周期Λおよび液晶層の厚みdが配向の終状態に与える影響の考察。上記の検討課題に関して主として実験による考察を行い,(a)2つのマイクロパターンの向きを逆向きに組み合わせることによって双安定性が発現すること,(b)電圧印加と等方相の誘起によって2つの安定な配向状態が切り替えられること,(c)マイクロパターンの周期と液晶層の厚みの比が8以上のときに双安定性が定常的に得られることなどが明らかとなった。液晶双安定デバイスとしての基本的なスイッチング特性を実現するために特に重要な知見が複数得られたことは評価に値すると考える。一方,双安定性が実現しやすいマイクロパターンの具体的な形状については,今回検討した半円状のほかに楕円や台形を模したパターン形状も考えられ,これらを含めたより詳細な考察には至らなかった。しかしながら,液晶のマイクロパターン配向を活用した双安定デバイスの基本的なスイッチング特性の概要を明らかにしたことを踏まえて,本研究成果の進捗状況を総合的に判断すれば,おおむね順調に進んでいるとの評価が妥当と考える。双安定マイクロパターン液晶セルにおける空間的な配向分布状態を考察することを目指し,紫外線硬化型液晶フィルムの切削試料の観察により配向分布状態を実験的に評価する手法の有効性について検討した。具体的な手順は以下の通りである。まず,紫外線硬化型液晶(UCL-001-K1,DIC)を用いてホモジニアス配向セル(厚み:50μm)を作製した。重合硬化後,ガラス基板から液晶フィルムを剥離しパラフィン包埋処理を施した。最後にミクロトームにより40μmの厚みでスライスし,短冊状の試料片とした。偏光顕微鏡により液晶フィルムの断面方向から観察したところ,短冊試料の長手方向が偏光子に平行(0°)もしくは垂直(90°)となるときに透過光強度が最少となり,45°をなすときに最大となることが確認された。これは液晶層全体に渡って均一なホモジニアス配向状態であることを意味する。以上より,ミクロトームを用いて紫外線硬化型液晶をスライスし断面方向から観察する手法が,液晶層内の配向状態を詳細に考察する有益な手段となり得ることを実証することができた。次に,双安定マイクロパターン液晶セルにおける双安定状態の安定性を考察するために,遷移時における過渡的な配向状態についてCCDカメラを用いて動画撮影による観察を行った。以下に得られた知見をまとめる。作製した液晶セルにおいては±πツイストモードおよび±π/2ツイストモードと呼ばれる異なる配向状態が得られた。これらの状態間の遷移速度は液晶層の厚みに大きく依存し,液晶層の厚みが減少するほど±π/2ツイストモードへの遷移速度が増すことが明らかとなった。また,液晶層の厚みが増加すると±πツイストモードへの遷移が優勢になり,ある厚み(約10 μm)において±π/2ツイストモードから±π/2ツイストモードへの遷移速度が0になる均衡点が存在することが見いだされた。当初の研究計画では双安定性を有する液晶の配向特性について,以下のような考察課題を設定していた。すなわち,(1)紫外線硬化型液晶を用いた液晶層内部の配向状態の考察,(2)遷移時における過渡的な配向状態の考察である。
カテプシンLならびにその阻害剤による矯正的歯の移動と歯根吸収の制御に関する研究

新規に合成されたカテプシンLに特異性の高い阻害剤である、エポキシコハク酸誘導体を用いてカテプシンL特異的阻害剤のスクリーニングを行った。また、これらの阻害剤の各濃度での、ラット肝カテプシンL、B、HおよびJ活性に対する阻害効果を検討した。次に新生ラット骨髄細胞による骨吸収実験では、ラット骨髄細胞をウシ骨片に播種し、副甲状腺ホルモンにより骨吸収を促進させた条件下で種々のエポキシコハク酸誘導体を添加し、その結果生ずる骨吸収窩の面積を測定して骨吸収阻害作用を評価した。CLIK-1は10^<-6>MでカテプシンL活性を完全に阻害した。この濃度でカテプシンH活性の阻害も認めたが、カテプシンB活性は全く阻害しなかった。CLIK-63は10^<-7>MでカテプシンL活性を完全に阻害し、10^<-6>M、10^<-7>Mで骨吸収を有意に抑制した。CLIK-65はカテプシン活性をやや阻害したが、カテプシンB活性を阻害せずカテプシンLを強く阻害する10^<-7>Mで骨吸収を有意に抑制した。さらに最近、新規に合成された種々のエポキシコハク酸誘導体の中で、CLIK-88は、10^<-5>MでカテプシンL活性を完全に阻害するが、同濃度でカテプシンJ活性をやや阻害するも、カテプシンBおよびH活性に対する阻害を認めなかった。骨吸収窩形成実験の結果は、CLIK-88は10^<-5>Mで骨吸収を有意に抑制し、CLIK-90においては10^<-4>Mで骨吸収を有意に抑制した。以上の結果、エポキシコハク酸誘導体の中でも特にカテプシンLの阻害効果の強い、すなわち、カテプシンL特異的阻害剤として、CLIK-1、63、65、88および90を見出すことに成功した。また、これらのカテプシンL阻害剤は骨吸収を強く抑制することを明らかにした。本年度はまずカテプシンLの特異的阻害剤のスクリーニングを行った。これは新規に合成されたカテプシンLに特異性の高い阻害剤であるエポキシコハク酸誘導体を用いて検討した。まず、これらの阻害剤を種々の濃度でカテプシンL基質と反応させ、ラット肝カテプシンL、B,HおよびJ活性に対するカテプシンL活性の阻害効果を検討した。次に新生ラット骨髄細胞による骨吸収実験ではラット骨髄細胞を牛骨片上に播種し、副甲状腺ホルモンにより骨吸収を促進させた条件下で種々のエポキシコハク酸誘導体を添加し、その結果生ずる骨吸収窩の面積を測定して骨吸収阻害作用を評価した。種々のエポキシコハク酸誘導体のなかでCLIK-1は10^<-6>MでカテプシンL活性を完全に阻害した。この濃度でカテプシンH活性の阻害も認めたが、カテプシンB活性を全く阻害しなかった。骨吸収窩形成実験ではCLIK-1は10^<-6>Mで骨吸収を有意に抑制した。CLIK-63は10^<-7>MでカテプシンL活性を完全に阻害し、10^<-7>M、10^<-6>Mで骨吸収を有意に抑制した。また、10^<-7>M、10^<-6>MでカテプシンJ活性の阻害を認めたが、カテプシンHおよびB活性は全く阻害されなかった。

CLIK-65はカテプシンJ活性をやや阻害したが、カテプシンB活性を阻害せずカテプシンLを強く阻害する10^<-7>Mで骨吸収を有意に抑制した。以上の結果、エポキシコハク酸誘導体のなかでも特にカテプシンLの阻害効果の強い、すなわち、カテプシンL特異的阻害剤としてCLIK-1、63、65を見い出すことに成功した。また、これらのカテプシンL阻害剤は骨吸収を強く抑制することを明らかにした。本年度は、カテプシンL特異的阻害剤のスクリーニングを行った。新規に合成されたカテプシンLに特異性の高い阻害剤であるエポキシコハク酸誘導体を用いて検討し、また、これらの阻害剤の各濃度での、ラット肝カテプシンL、B、HおよびJ活性に対する阻害効果も検討した。次に新生ラット骨髄細胞による骨吸収実験では、ラット骨髄細胞をウシ骨片に播種し、副甲状腺ホルモンにより骨吸収を促進された条件下で種々のエポキシコハク酸誘導体を添加し、その結果生ずる骨吸収窩の面積を測定して骨吸収阻害作用を評価した。さらに最近、新規に合成された種々のエポキシコハク酸誘導体の中で、CLIK-88は、10^<-5>MでカテプシンL活性を完全に阻害するが、同濃度でカテプシンJ活性をやや阻害するも、カテプシンBおよびH活性に対する阻害は認めなかった。骨吸収窩形成実験の結果は、CLIK-88は10^<-5>Mで骨吸収を有意に抑制した。CLIK-90においては10^<-4>Mで骨吸収を有意に抑制した。以上の結果、エポキシコハク酸誘導体の中でも特にカテプシンLの阻害効果の強い、すなわち、カテプシンL特異的阻害剤として、CLIK-88およびCLIK-90を見出すことに成功した。今後は、矯正的歯の移動時における歯槽骨の吸収に関わるカテプシンLの役割を明らかにするとともに、カテプシンLの特異的阻害剤を用いて歯根吸収の制御に関する研究を予定している。