hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
鉄欠乏応答性転写因子のシグナル受容機構

イネの鉄欠乏応答に関与する転写因子IDEF1は、特徴的なドメインを介して二価鉄や亜鉛と直接結合し、これがIDEF1を介した鉄欠乏の初期応答に必須であることを明らかにした。IDEF1は鉄および他の二価金属と可逆的に結合することにより、植物体内の鉄栄養条件の変化を感知すると考えられる。また、イネの鉄欠乏応答と鉄の蓄積を負に制御するタンパク質HRZを発見した。HRZは既知の制御因子とは異なるドメイン構造を持ち、異なる機構で鉄欠乏応答と鉄の蓄積に関わると考えられた。既知の鉄関連遺伝子と同時に操作することにより、より優れた鉄欠乏耐性・鉄富化作物の創製が可能になると考えられる。植物の鉄栄養状態に関わらず恒常的に存在している2つの転写因子、IDEF1、IDEF2が、何らかのかたちで鉄欠乏のシグナルを感知することによって、シス配列IDE1、IDE2に結合し、鉄欠乏誘導性遺伝子群の発現を誘導する。IDEF1によって発現が制御される遺伝子の中には、鉄欠乏誘導性のbHLH型転写因子、IRO2が含まれる。IRO2は、さらにIRO2結合配列をプロモーターに持つ遺伝子群の発現を誘導する。IRO2によって発現が誘導される遺伝子の中には、AP2転写因子、NAC型転写因子の遺伝子が含まれており、これらの転写因子によってさらに下流の鉄欠乏誘導性遺伝子の発現が引き起こされ、カスケード状に多数の鉄欠乏誘導性遺伝子群の発現が誘導されると考えている。IDEF1、IDEF2タンパク質が直接鉄と結合することによって発現が制御される、すなわち鉄の有無によって遺伝子発現のスイッチが入るのであれば、一番シンプルな鉄感知機構となり得る。そこで最初にIDEF1、IDEF2タンパク質が、鉄と結合できるかどうかを検定する。IDEF1のアミノ酸配列中には、ヒスチジン(H)、アスパラギン(N)の繰り返しからなる特徴的な配列が存在する。ヒスチジンは一般的にタンパク質の外側の溶媒に複数の残基が露出した状態で様々な金属をキレートすることが知られている。このことから、IDEF1自身が金属と結合して転写活性化能を変化させる「金属センサー」である可能性が考えられた。大腸菌で大量にタンパク質を発現させることに成功し、二価、三価と鉄の形態を変えてその結合能を、固定化金属イオンアフィニティー・クロマトグラフィー(IMAC)法により確認した。亜鉛やマンガンなど他の金属元素についても同様に結合能を検討した。植物の鉄栄養状態に関わらず恒常的に存在している2つの転写因子、IDEF1、IDEF2が何らかのかたちで鉄欠乏のシグナルを感知することによって、シス配列IDE1、IDE2に結合し、鉄欠乏誘導性遺伝子群の発現を誘導する。IRO2は、さらにIRO2結合配列をプロモーターに持つ遺伝子群の発現を誘導し、カスケード状に多数の鉄欠乏誘導性遺伝子群の発現が誘導される。大腸菌でタンパク質を発現させて、鉄との結合能を、固定化金属イオンアフィニティー・クロマトグラフィー(IMAC)法により確認した。その結果、IDEF1は前述の特異的な領域を介して、二価鉄、亜鉛などの二価金属と結合することが明らかになった。これらの特異領域を欠失するIDEF1を発現する形質転換イネを作出し、IDEF1全長を導入した形質転換イネと比較したところ、この領域がイネの鉄欠乏初期応答に重要な機能を持つことが明らかとなった。さらに、鉄欠乏によって誘導される新規の鉄結合タンパク質HRZを発見した。

前年度までに、イネの鉄欠乏応答を制御する主要な転写因子であるIDEF1が、ヒスチジン(H)、アスパラギン(N)の繰り返しからなる特異的な領域を介して、二価鉄および他の二価金属と可逆的に結合することを明らかにした。また、これらの特異領域を欠失するIDEF1を発現する形質転換イネを作出し、IDEF1全長を導入した形質転換イネと比較したところ、この領域がイネの鉄欠乏初期応答に重要な機能を持つことが明らかとなった。IDEF1タンパク質が直接鉄と結合することによって発現が制御される、すなわち鉄の有無によって遺伝子発現のスイッチが入るのであれば、一番シンプルな鉄感知機構となり得る。さらに、前年度、発見した鉄欠乏によって誘導される新規RING-fingerタンパク質HRZの解析を行った。その結果、イネにはOsHRZ1およびOsHRZ2の2種類が存在し、ユビキチンリガーゼとしての活性があることが明らかとなった。OsHRZ1およびOsHRZ2が鉄および亜鉛と結合することを明らかにした。これらの発現を抑制したイネは鉄欠乏に耐性を示し、茎葉と種子に鉄を多く蓄積したことから、鉄欠乏耐性と植物体内への鉄の蓄積を負に制御する因子である。26年度が最終年度であるため、記入しない。植物栄養学・植物細胞工学26年度が最終年度であるため、記入しない。イネ科植物の鉄欠乏応答に関わる全く新規のタンパク質単離に成功した。このタンパク質を詳細に解析していくことにより、鉄栄養応答遺伝子発現制御に関わる新たな鉄感知機構の解明につながる。IDEF1、IDEF2タンパク質が直接鉄と結合することによって発現が制御される、すなわち鉄の有無によって遺伝子発現のスイッチが入るのであれば、一番シンプルな鉄感知機構となり得る。そこで最初にIDEF1、IDEF2タンパク質が、鉄と結合できるかどうかを検定した。IDEF1のアミノ酸配列中には、ヒスチジン(H)、アスパラギン(N)の繰り返しからなる特徴的な配列が存在する。ヒスチジンは一般的にタンパク質の外側の溶媒に複数の残基が露出した状態で様々な金属をキレートすることが知られている。このことから、IDEF1自身が金属と結合して転写活性化能を変化させる「金属センサー」である可能性が考えられた。大腸菌で大量にタンパク質を発現させることに成功し、二価、三価と鉄の形態を変えてその結合能を、固定化金属イオンアフィニティー・クロマトグラフィー(IMAC)法により確認した。亜鉛やマンガンなど他の金属元素についても同様に結合能を検討した。また、HNドメイン、あるいはPドメインを欠失したIDEF1タンパク質、あるいはイネに比べて短いHNドメインしか持たずPドメインを持っていないオオムギのIDEF1ホモログタンパク質を用いて同様の結合実験を行い、ドメインの機能を調べた。IDEF1およびIDEF2は、イネ科植物の鉄欠乏に応答する転写制御カスケードにおいて、現在知られている中では最上流に位置しているため、これらと相互作用する分子を探索することによりシグナルの源流を明らかにするために、酵母Two-hybrid法を用いて、IDEF1またはIDEF2と相互作用するタンパク質遺伝子をスクリーニングしている。
自殺リスク評価の観点からみた臨床心理検査の相互関連性

本研究では、自殺リスクの観点から精神科臨床で日常的に使用される臨床心理検査間の関連性を検討し、さらに検査後の自殺関連行動と照合することで、自殺リスクの評価に際して着目すべき検査変数を明らかにすることを目的とした。その結果、自己評価式抑うつ性尺度の「希死念慮の頻度を示す19番目の質問項目の得点」、文章完成法の「刺激語ー自殺への記述内容」、風景構成法の「通常あまり使われない色による彩色」、ロールシャッハ法の「特殊指標ー自殺の可能性一部の下位変数への該当」が、自殺リスクの評価において寄与する可能性が示された。精神科臨床で、これらの変数に着目することが自殺予防につながるものと考えられる。<研究計画の概要について>平成25年度は、これまで蓄積してきた80例の心理検査(自己評価式抑うつ性尺度:SDS、文章完成法テスト:SCT、風景構成法:LMT、包括システムによるロールシャッハ法:Ror.)に新たに18例を追加し、計98名分を本年度の研究のメイン・データとした。自殺リスクの視点から、SDSの総得点(全体的な抑うつの程度)および第19番目の質問項目であるSDS-Q19(希死念慮得点)とLMT上の指標(構成・彩色・色名)との関連性、SCTの刺激語「自殺」「死」への記述内容とLMT指標との関連性について検証した。<研究成果について>1)自殺リスクの観点から、Ror.のS-CON指標とLMTの「構成」および「色」とについて統計的検討を行ったところ、LMTの通常あまり使われない彩色がRor.のS-CONの下位変数と関連していた。このことから、通常あまり使われない彩色に注意することが自殺の予見において役立つ可能性が示唆された。2)自殺リスクの観点から、LMTの「構成」および「色」と、SDSによる抑うつの程度や希死念慮頻度、SCTの「自殺」「死」の刺激語への記述内容について統計的検討を行ったところ、LMT上の「石」を灰色で彩色した者が、黒色や無彩色の者よりも高い希死念慮頻度を示した。これは前述の先行研究結果と不一致であり、通常の臨床実感とも異なった。LMTとSCTとの間には関連は認められなかった。特にLMTとSCTはいずれも分類法や分析方法に工夫を加えることで新たな関連性が見出される可能性が示唆された。<研究計画の概要について>1)包括システムによるロールシャッハ法(Ror.)のSuicide Constellation(自殺の可能性;S-CON)指標と風景構成法(LMT)の「構成」および「色」との関連性について76例の心理検査データを用いて分析を行った結果を、専門学術誌に投稿した。2)平成26年度は、蓄積してきた98例の心理検査データに新たに13例を追加した。その内、3種全ての心理検査(自己評価式抑うつ性尺度:SDS、文章完成法テスト:SCT、Ror.)を同時期に受検した87例を本年度の研究のメインデータとした。自殺リスクの観点から、Ror.のS-CONとSDSの総得点および希死念慮頻度を問う質問19の得点との関連性、S-CONとSCTの「自殺」および「死」の刺激語に対する記述内容との関連性について、それぞれ検証を行った。<研究成果について>1)LMTの一部のアイテムに通常あまり使われないと考えられる色が用いられている場合、S-CONの下位変数に示される対象者の自殺リスクの一端が表れている可能性が示唆された。平成27年3月31日時点で、専門学術誌に投稿し査読審査中である。2)Ror.のS-CONとSDSおよびSCTとの関連性について統計的検討を行った結果、S-CONとSDS総得点との関連は見られず,SDS質問19得点と有意な関連を示した。また、S-CONの一部の下位変数は、SDS質問19得点の「2点以上」と関連していた。SDSを用いた自殺のリスク評価は,全体的な抑うつの程度よりも,SDS-Q19の希死念慮頻度に着目することが重要であることが示唆された。一方、S-CONとSCT刺激語「自殺」および「死」への記述内容とは,有意な関連が認められなかった。これには複数の要因が検討され得るが,SCTの記述を数量的に扱う先行研究が少ないため,本結果の解釈は慎重を要するものと考えられた。臨床心理検査間の相互関連性を検討することで、対象者の心理特性を多角的多層的に評価し、精神科臨床において自殺のリスクを現実的に評価できる検査変数を見出すことが本研究の目的であった。そのため、日常臨床で用いる各種検査を精神科通院患者に実施し、検査間の関連性と自殺関連行動との照合を行った。平成25年度と26年度は心理検査間の関連性について統計的検討を重ねた。結果、自己評価式抑うつ性尺度(SDS)の「2点以上の希死念慮頻度得点(第19項目)」、風景構成法(LMT)の「一部アイテムの通常あまり使われない色による彩色」、包括システムによるロールシャッハ法(Ror.)の「自殺の可能性(Suicide-Constellation: S-CON)の一部の下位変数」へ着目することが自殺予防に重要であることが示された。また、文章完成法(SCT)の刺激語「自殺」への「肯定的・親和的な」記述はSDS希死念慮頻度と相関を示した。

平成27年度は、上記の研究結果が現実の事例に適応されうるのか検討するため事例研究(うつ病者)を行った。前述の臨床心理検査バッテリーの結果から、事例の頻回な自傷行為は非自殺性自傷ではなく自殺行動と判定され、内省を促す心理療法は却って解離を伴う自殺行動を誘発するリスクが予測された。これらを踏まえた支援計画により自傷行為と抑うつ症状が消失した。本研究により、自殺のリスクを評価できる検査変数への着目と、それに基づく支援計画の策定、再検査による客観的評価の有用性が再確認された。次に、87名の臨床例において受検後1年以内の自殺関連行動の有無からSDSおよびSCTを検討した。自殺関連行動を呈した者の多数がSDS希死念慮頻度得点「3点以上」、SCT刺激語「自殺」に「肯定・親和的」な記述のいずれかを示した。この2つの条件を満たす者は複数回の自殺関連行動を呈しており、その重要性が指摘された。本研究では、自殺リスクの観点から精神科臨床で日常的に使用される臨床心理検査間の関連性を検討し、さらに検査後の自殺関連行動と照合することで、自殺リスクの評価に際して着目すべき検査変数を明らかにすることを目的とした。その結果、自己評価式抑うつ性尺度の「希死念慮の頻度を示す19番目の質問項目の得点」、文章完成法の「刺激語ー自殺への記述内容」、風景構成法の「通常あまり使われない色による彩色」、ロールシャッハ法の「特殊指標ー自殺の可能性一部の下位変数への該当」が、自殺リスクの評価において寄与する可能性が示された。精神科臨床で、これらの変数に着目することが自殺予防につながるものと考えられる。平成26年度に新たに追加した対象者データは13例であり、当初計画していた20例に概ね近づくデータ数を収集できた。また、当初の計画通り、包括システムによるロールシャッハ法のS-CONと自己評定式抑うつ性尺度(SDS)および文章完成法テスト(SCT)との関連性について、それぞれ自殺リスクの観点から統計的手法を用いて検討を行った。なお、包括システムによるロールシャッハ法のSuicide Constellation(自殺の可能性;S-CON)指標と風景構成法(LMT)の「構成」および「色」との関連性に関する投稿論文は平成27年3月31日時点で査読審査中であり、平成27年度の計画に移行する。以上より、平成26年度の研究目的の達成度は、当初の計画通りにおおむね順調に進展していると自己評価した。臨床心理学平成27年度は、主に以下2点について検討を進める方針である。1)包括システムによるロールシャッハ法のSuicide Constellation(自殺の可能性;S-CON)指標と風景構成法(LMT)の「構成」および「色」との関連性に関する論文投稿を継続し、専門学術誌への掲載を目指す。2)自殺リスクの観点から、これまで得られた各種心理検査間の関連性に関する知見と、実際の自殺既遂および未遂をはじめとした対象者の予後データとを照合し、その臨床的妥当性を検証することにより、より臨床的に活用できる指標を見出すことを試みる。平成25年度に新たに追加した対象者データは18例であり、当初計画していた20例に近いデータ数を収集できた。また、当初の計画通り、風景構成法(LMT)と自己評定式抑うつ性尺度(SDS)との関連性、およびLMTと文章完成法テスト(SCT)との関連性について、それぞれ自殺リスクの観点から統計的手法を用いて検討を行った。以上より、平成25年度の研究目的の達成度は、当初の計画通りに概ね順調に進展していると自己評価した。本年度支出分に際して値引きが生じたため、結果的に予算額と支出額に差額が生じた。平成26年度は、主に以下2点について検討を進める方針である。
重力波天文学時代を目指した高解像度信号による重力波検出確率向上のための研究

本研究は高解像度の制御信号をKAGRAの主鏡に適用することで、信号分解能の制限からくる検出器の安定性の問題を解決し、重力波を長期間にわたり取りこぼしなく安定に検出することを目指す。重力波天文学時代の多数の重力波検出に耐え得る検出器を作り上げることを最終的な目標とする。具体的には、実際のKAGRAの主鏡のアクチュエーター部分に信号を送るデジタルアナログコンバーターを、現在の16ビットのものから新たな20ビットのものに置き換えることで、制御信号の分解能の向上をし、重力波検出機としての感度と安定性を向上することを考えている。2018年度中は、まずは高解像度デジタルアナログコンバーターの選定と入手に費やした。選択したモデルはGeneral Standard社の20ビットデジタルアナログコンバーターで、現在KAGRAで使われている16ビットモデルを新たに再基本から再設計したものになる。16ビットモデルを簡易的に拡張した18ビットモデルも存在しているが、出力信号の正負の反転時で信号が飛ぶなど、不安定が確認されたために、線型性、信号の滑らかさという意味で、より素直な拡張モデルの20ビット版のものを使うことにした。このモデルを一枚入手したが、実際のデジタルアナログコンバーターとして動作させるためには64KHzおよび1PPSの同期のためのクロック信号を入力する必要がある。そのための外部からのクロック信号を、リモートで切り替えて入力できる様な回路の設計、製作した。これはKAGRA本体でもそのままリモートで制御してクロック信号の切り替えができる様な、互換性の高い回路としたため、性能評価後そのままKAGRAに導入できるようになっている。出来上がった回路の動作確認まで行い、今後実際の出力信号の測定を行なっていく。2018年度は、将来の重力波天文学時代のKAGRAの性能を満たすはずの20ビットタイプのデジタルアナログコンバーターを入手できたこと、また、入手したデジタルアナログコンバーターの動作仕様を満たすような基本回路の設計、および製作まですすんだため、ほぼ計画した通りの進捗状況となっている。回路設計時においては、クロック信号の入力切替においてこれまで使ってきた16ビットシステムの基本回路も含めて、表にはあらわには出てこないが、入力信号が途絶える様なある状況下で、故障を引き起こす様な潜在的な問題が発見され、新回路の設計時にはその改良も含むなど想定していない進展もあった。そのため、本研究を進める過程でKAGRA本体でも同様の修正をした方がいいことも示された。2019年度は実際に入手したデジタルアナログコンバーターと、設計制作した回路を使い、まずは20ビットデジタルアナログコンバーターが現在のKAGRAの制御システムと同等のシステムの上できちんと動くかどうかの確認をする。リアルタイム制御コードの改変、防振形の制御モデルの改変が必要となる。正しい動作が確認された上で、デジタルアナログコンバーター自身のの性能を評価する。具体的には8チャンネルの各チャンネルの出力信号のノイズの測定、線型性の測定、信号間のカップリングの測定などである。測定された性能が、KAGRAの感度をどれくらい制限するのかを、定量的に評価し、現在の16ビットとの分解能の性能比較をする。その後、KAGRAの性能要求を満たすかどうか確認し、実際のKAGRA本体のメインテストマスの防振装置のアクチュエーターの一つに、本装置を導入するこをと考えている。

そのため、本研究を進める過程でKAGRA本体でも同様の修正をした方がいいことも示された。2019年度は実際に入手したデジタルアナログコンバーターと、設計制作した回路を使い、まずは20ビットデジタルアナログコンバーターが現在のKAGRAの制御システムと同等のシステムの上できちんと動くかどうかの確認をする。リアルタイム制御コードの改変、防振形の制御モデルの改変が必要となる。正しい動作が確認された上で、デジタルアナログコンバーター自身のの性能を評価する。具体的には8チャンネルの各チャンネルの出力信号のノイズの測定、線型性の測定、信号間のカップリングの測定などである。測定された性能が、KAGRAの感度をどれくらい制限するのかを、定量的に評価し、現在の16ビットとの分解能の性能比較をする。その後、KAGRAの性能要求を満たすかどうか確認し、実際のKAGRA本体のメインテストマスの防振装置のアクチュエーターの一つに、本装置を導入するこをと考えている。
心・血管肥大増殖の解析と機序の解明ならびに心保護作用に関する研究

平成9年度は(1)糖尿病高血圧モデルラットに降圧薬のシクレタニンを長期投与して心血管肥大・増殖、腎保護作用に対するこれらの薬剤の効果を検討し、この薬剤は降圧をきたさない量でも心肥大抑制、腎組織保護作用を有することが判明し発表した。(2)ヒト冠状動脈におけるf-Met-Leu-Phe(FMLP)の血管収縮作用およびそれに引き続く血管拡張作用を薬理学的に検討し、合わせてその作用部位が血管内皮及び外膜にあることを証明した。また、PT-PCR法を用いて、ヒト冠状動脈および白血球でのFMLP受容体であるFPRH1、FPRH2それぞれのmRNAを検討した結果、互いにFMLPの受容体が、かなりの相同性を有していることを証明した。(3)心筋梗塞モデルラットの組織学的、生理学的特徴を検討し循環器疾患に対する運動療法の効果判定に応用できる可能性が高いこと、国際リハビリテーション医学会で発表し、新しい試みとして大いに注目された。(4)endothelin receptor typeA antagonistは、運動中の5/6腎摘除慢性腎不全モデルラットの心肥大抑制、腎組織保護作用を有しないことが判明し、発表した。(7)心肥大に及ぼすmechanical stretchとhormooneの影響、さらに降圧薬の影響に関してはデータ解析中である。(8)自然発症高圧ラットを長期運動負荷をおこない、左冠状動脈結紮・再灌流をおこなった際の心筋アポトーシスが運動によって防止可能か否かの実験を行っている。平成8年度は(1)腎不全高血圧モデルラットにACE阻害薬imidapril、AII受容体拮抗薬losartan calcium拮抗薬amlodipineを長期投与して心血管肥大・増殖、腎保護作用に対するこれらの薬剤の効果を検討し、これら3薬剤は同等の降圧作用を呈する量では同等の心肥大抑制、腎組織保護作用を有することが判明し発表した。(2)このモデルにACE阻害薬temocapril,calcium拮抗薬azelnidipine、α遮断薬doxazocinを長期投与して心血管肥大・増殖、腎保護作用に対するこれらの薬剤の効果を検討し、temocapril単独、azelnidipine単独に比較しtemocaprilとその他の薬剤の併用によりさらに良好な腎組織保護作用が認められ、糸球体血行動態の修飾(輸入輸出細動脈のバランスの採れた拡張反応に基づく糸球体血行動態の改善やメサンギウム増殖抑制作用など)が腎保護につながることが示唆され発表した。(3)心筋梗塞モデルラットに利尿薬を長期投与しても、心肥大や心負荷は改善せず、組織R-A系が利尿薬により賦活化されたために、ACE阻害薬投与の際のような心肥大改善・心負荷改善作用が認められなかったものと考えられ発表した。(4)endothelin receptorsubtypeの変化をAlzheimer humanbrainとrat ischemic brainで検討し発表した。(5)angiotensin II receptor subtypeとendothelin receptorsubtypeの腫瘍組織および皮下血管組織、腎臓血管組織での分布とその変化を発表した。(6)ACE mRNA, renin mRNA, angiotensinogen mRNAの測定やTGF-β、細胞外基質であるcollagen I, IIIのmRNAの測定系の確立と測定という遺伝子工学による検討を加えた。(7)心肥大に及ぼすmechanical stretchとhormoneの影響、さらに降圧薬の影響に関してはデータ解析中である。(2)ヒト冠状動脈におけるf-Met-Leu-Phe(FMLP)の血管収縮作用およびそれに引き続く血管拡張作用を薬理学的に検討し、合わせてその作用部位が血管内皮および外膜にあることを証明した。また、RT-PCR法を用いて、ヒト冠状動脈および白血球でのFMLP受容体であるFPRH1、FPRH

2それぞれのmRNAを検討した結果、互いにFMLPの受容体が、かなりの相同性を有していることを証明した。(3)心筋梗塞モデルラットの組織学的、生理学的特徴を検討し循環器疾患に対する運動療法の効果判定に応用できる可能性が高いこと、国際リハビリテーション医学会で発表し、新しい試みとして大いに注目された。(4)endothelin receptor typeA antagonistは、運動中の5/6賢摘除慢性腎不全モデルラットの心肥大抑制、腎組織保護作用を有しないことが判明し、発表した。(7)心肥大に及ぼすmechanical stretchとhormoneの影響、さらに降圧薬の影響に関してはデータ解析中である。(8)自然発症高血圧ラットを長期運動負荷をおこない、左冠状動脈結紮・再灌流をおこなった際の心筋アポトーシスが運動によって防止可能か否かの実験を行っている。
スタチンによる新たな心不全治療法に関する基礎的研究

【目的】最近、スタチンが脂質低下作用とは独立した種々の作用、いわゆるpleiotropic effctを有していることが報告されている。我々は心筋細胞のアポトーシスに対するスタチンの作用について検討した。【方法】10週齢雄SDラットより分離・培養した心筋細胞に特異的protein kinase C(PKC)inhibitorであるchelerythrine, rottlerinを加え心筋細胞のアポトーシス、心筋細胞内PKCアイソザイムの局在・caspase-3活性の変化について解析し、それに対するアトルバスタチンの作用について検討した。心筋細胞のアポトーシスの証明・定量はTUNEL assayにより行った。心筋細胞内PKCアイソザイムの局在変化はウエスタンブロット法により解析し、caspase-3活性の測定はcaspase-3特異的発色基質を用いた比色法により行った。【結果】chelerythrine, rottlerinは心筋細胞のアポトーシスを誘導し、心筋細胞内PKC-deltaの局在をparticulate fractionよりsoluble fractionにシフトさせ、また心筋細胞内caspase-3活性を増加させた。アトルバスタチンは、これらの特異的PKC inhibitorにより誘導される心筋細胞のアポトーシス、心筋細胞内PKC-deltaの局在変化、心筋細胞内caspase-3活性の変化を著明に抑制した。【結語】アトルバスタチンがPKC inhibitorにより誘導される培養心筋細胞のアポトーシスを抑制することを証明した。心筋細胞内PKC-deltaの活性化がその機序として重要である可能性が示唆される。【目的】最近、冠動脈疾患患者の生命予後がスタチン療法により改善することが証明された。我々はその機序を解明するため心筋細胞のアポトーシスとその制御シグナルに対するアトルバスタチンの作用について解析した。【方法】10週齢雄SDラットより分離・培養した心筋細胞にprotein kinase C(PKC) inhibitorであるstaurosporineを加えアポトーシスを誘導した。心筋細胞のアポトーシスの証明・定量はTUNEL法により、また心筋細胞内PKC活性・caspase-3活性の測定は、リン酸化PKC認識抗体を用いたウエスタンブロット法、およびcaspase-3特異的発色基質を用いた比色法により行った。【結果】staurosporineは心筋細胞内においてPKC活性を低下、caspase-3活性を増加させ、心筋細胞のアポトーシスを誘導した。アトルバスタチンはstaurosporineによる心筋細胞内PKC活性・caspase-3活性の変化を抑制し、心筋細胞のアポトーシスを臨床用量の範囲内で用量依存的に抑制した。【結語】最近、虚血心における心筋保護シグナルとしてPKC活性の重要性が注目されている。我々はアトルバスタチンが心筋細胞内PKC活性を増加させアポトーシスを抑制することを証明した。心筋細胞のアポトーシスは虚血心における心筋傷害の主因であり、我々の実験結果は冠動脈疾患患者の生命予後がスタチン療法により改善する機序の1つを示唆するものと考えられる。
イネ穂の登熟過程における止葉光合成の寄与の解明

国際イネ研究所(IRRI)で育成された少分げつで穂重型のTropical Japonica型イネIR-65598-112-2(IR-65)とIR-66740-AC1-3(IR-66)、従来のタイプのIRRIの多収品種IR-72、日本の穂重型多収品種タカナリおよび、日本稲のうちで光合成の高い品種アキヒカリ、低い品種ササシグレを密植栽培により分げつを減らし、比較することにより次の結果を得た。1.Tropical Japonica型イネのIR-65,IR-66の一穂穎果数は多かったが、登熟歩合は他の品種に比べて極端に低かった。2.主茎止葉での光合成能力は単位葉面積当たり、止葉1枚あたりともにIR-65、IR-66は全生育時期を通じて他の品種より低かった。3.呼吸においては乾物重と相関があり、タカナリやIR-65は呼吸が大きかったが、乾物当たりの呼吸には他の品種と差がなかった。4.登熟にともなってIR-72および日本稲は全乾物重が増加したが、IR-65,IR-66は全乾物重の増加は顕著ではなかった。5.IR-65、IR-66は他の品種に比べ出穂前の澱粉蓄積量は多かった。また出穂後における澱粉含量の減少量は極端に大きく、出穂前同化産物の穂への寄与率が大きいことが示唆された。澱粉の出穂前蓄積が多く、出穂後極端に減少すること、全乾物量の増加は顕著ではなかったことより、IR-65,IR-66は出穂前の物質生産が収量に大きく寄与していると考えられた。また日本稲においては出穂後の止葉光合成による物質生産が寄与していると考えられた。
微分幾何学における変分問題の解析的側面の研究

3次元ユークリッド空間上のヤング・ミルズ・ヒッグス場の流れの方程式に関しても考察を行なった.この研究に関しては,以下のような結果を得た.3次元ユークリッド空間上のヤング・ミルズ・ヒッグス場の流れの方程式の滑らかな解の正則性に関する指標として,ユークリッド空間の無限遠点として捉えられる2次元球面上のある種の積分が小さい限り,その解は滑らかに延長できる.この性質は,コンパクト多様体上の非線形放物型方程式では良く知られている性質であるが,コンパクトでない空間上の方程式に関しては,全く新しいタイプの結果で,無限遠点へのエネルギーの集中という現象を観察することができた.また,3次元ユークリッド空間上のヤング・ミルズ・ヒッグス場の流れの方程式の解の爆発点における漸近的な挙動もほぼ観察できることがわかった.さらに,流れの方程式の爆発時間におけるエネルギーの挙動を調べ,流れの方程式が時間大域的な弱会を持つことを証明した.以上の研究は慶応義塾大学理工学部の前田吉昭氏と名古屋大学多元数理科学研究科の小薗英雄氏との共同研究である.3次元ユークリッド空間上のヤング・ミルズ・ヒッグス場の流れの方程式に関しても考察を行なった.この研究に関しては,以下のような結果を得た.3次元ユークリッド空間上のヤング・ミルズ・ヒッグス場の流れの方程式の滑らかな解の正則性に関する指標として,ユークリッド空間の無限遠点として捉えられる2次元球面上のある種の積分が小さい限り,その解は滑らかに延長できる.この性質は,コンパクト多様体上の非線形放物型方程式では良く知られている性質であるが,コンパクトでない空間上の方程式に関しては,全く新しいタイプの結果で,無限遠点へのエネルギーの集中という現象を観察することができた.また,3次元ユークリッド空間上のヤング・ミルズ・ヒッグス場の流れの方程式の解の爆発点における漸近的な挙動もほぼ観察できることがわかった.さらに,流れの方程式の爆発時間におけるエネルギーの挙動を調べ,流れの方程式が時間大域的な弱会を持つことを証明した.以上の研究は慶応義塾大学理工学部の前田吉昭氏と名古屋大学多元数理科学研究科の小薗英雄氏との共同研究である.
ミトコンドリアDNA塩基配列による日本産アゲハチョウ科チョウ類の分子系統進化

1.日本産アゲハチョウ科は単系統であり、ND5系統樹は形態による分類や食性から考えられる進化の道筋と矛盾しない。2.カラスアゲハ亜属各種は大きく2つの系統に分けられる。一方にはミヤマカラスアゲハ、シナカラスアゲハ、タカネクジャクアゲハ、オオクジャクアゲハ、ホッポアゲハ、ルリモンアゲハ、カルナルリモンアゲハが含まれる。他方にはカラスアゲハ、クジャクアゲハ、ルソンカラスアゲハ、ミンドロカラスアゲハ、タイワンカラスアゲハが含まれる。3.カラスアゲハとミヤマカラスアゲハ、ルリモンアゲハとクジャクアゲハ、ホッポアゲハ♀とフィリピンのルソンカラスアゲハ♀などはそれぞれ翅紋が良く似ているが、別の系統に属し平行進化現象を呈する。4.カラスアゲハは大きく4つの系統に分けられる。それらは台湾亜種・中国大陸南部亜種、八重山諸島亜種、奄美亜種・沖縄亜種、朝鮮・日本列島亜種、トカラ列島亜種、八丈島亜種であり、これら4系統の塩基配列の違いは、種差に匹敵するほど大きい。八重山諸島と奄美・沖縄のカラスアゲハは琉球列島が大陸から分離した時に隔離されたと考えられる。5.韓国・対馬・日本本土・サハリン産、トカラ列島産、八丈島産のカラスアゲハは別亜種とされるにもかかわらず、塩基配列が全く同じであり、最近(氷河時代)朝鮮半島からトカラ海峡以北に分布を広げたものと推測される。6.クジャクアゲハとカラスアゲハ、シナカラスアゲハとミヤマカラスアゲハは、塩基配列に違いがなく、それらは同種であることを強く示唆する。7.ヒメウスバシロチョウの北海道・サハリン産と大陸産とは塩基配列が大きく異なる。ウスバシロチョウの日本産と中国産とは大きく異なる。日本産の両種は日本列島成立時に隔離されたと考えられる。日本産アゲハチョウ科、及びアゲハチョウ上科の種間系統関係は、これまで形態・生態による解析がなされてきたが、分子による解析はほとんどなされていない。本研究の目的はミトコンドリアDNAのNADH脱水素化酵素サブユニット5(NADH dehydrogenase subunit5;ND5)遺伝子をコードしている領域の一部(783塩基対)をシークエンスし、塩基配列による分子系統樹を描くことである。日本産アゲハチョウ科ほぼ全種と各科数種の系統樹を描いたところ、アゲハチョウ科が単系統群をなした。その他の科の関係は、ブートストラップ確率が低かったり、NJ法とMP法とで樹形が変わったりした。科の間の関係を知るには、ND5よりも進化速度の遅い遺伝子を用いるか、複数の遺伝子を用いて解析する必要があると考えられる。さらに、ヒオドシチョウを外群にアゲハチョウ科の系統樹はNJ,MP,MLの各方法で樹形は良く一致した。UPGMA法においては他の方法と樹形がだいぶ異なった。これは、NJ法およびML法の樹形において、種によって枝の長さが大きく変わることから、種の間で進化速度の一定性が保たれていないためと考えられる。アゲハチョウ科の系統樹では、ウスバアゲハ亜科(ウスバシロチョウ族とギフチョウ族)が単系統群を形成しないこと以外は形態によるこれまでの分類を支持する。アゲハチョウ科のより詳しい系統関係を知るために、世界のアゲハチョウ科(Papilionidae)の全亜科・族を対象にした同様の解析を進める予定である。また真正アゲハ族・Achillides亜属の各種について詳しい解析を行う予定である。日本および東アジア産のカラスアゲハのミトコンドリアDNAのND5遺伝子の一部分約800塩基の配列を決定し、それを用いて系統樹を作成した。

カラスアゲハ(P.bianor)は大きく2つのクレードに分かれる。一方のクレードはさらに中国南部亜種(P.b.bianor)・台湾亜種(P.b.thrasymedes)・台湾蘭嶼亜種(P.b.kotoensis)・クジャクアゲハ(P.polyclor)を含むグループと八重山諸島亜種(P.b.okinawensis)のグループの2つに分かれる。他方のクレードは朝鮮・日本本土亜種(P.b.dehanii)・トカラ列島亜種(P.b.tokaraensis)・八丈島亜種(P.b.hachijonis)を含むグループと奄美諸島亜種(P.b.amamiensis)・沖縄諸島亜種(P.b.ryukyuensis)を含むグループの2つに分かれる。カラスアゲハは計4つの系統に大きく分かれることになる。中国南部各地・台湾諸島産の各例体には互いに5塩基以内の違いが見られるが、朝鮮・日本本土亜種(P.b.dehanii)では韓国から日本各地、サハリンの全ての個体で塩基配列の違いがない。トカラ列島産(P.b.tokaraensis)、八丈島産(P.b.hachijonis)の個体の塩基配列もdehanii亜種と同じである。UPGMA法による系統樹より、カラスアゲハの4つの系統が分かれた時期は列島の成立時まで溯る(400万500万年前)。またdehanii亜種は中国東北部・朝鮮半島に分布していたものが、氷河時代に陸橋となった対馬海峡から日本本上をサハリンまで急速に分布を広げた(25万年以内前)と推測できる。クジャクアゲハ(P.polyctor)は中国南部、台湾緑島産のカラスアゲハ(P.b.bianor)と塩基配列が完全に一致したことから、カラスアゲハと同種であると結論できる。クジャクアゲハの一部の亜種はカラスアゲハと同種とは思えぬ翅紋を持つが、その翅紋の変異(変化)は非常に短い時間(25万年以内)に起こったことを示している。クジャクアゲハ(P.polyctor)はカラスアゲハとは別種とされるが、塩基配列に違いがなく、それらは同種であることを強く示唆する。シナカラスアゲハ(P.syfanius)はミヤマカラスアゲハと別種とされるが、塩基配列に違いがなく、それらは同種であることを強く示唆する。ウスバシロチョウ属(Parnassius)2種の各地産の系統関係を同様に解析した。ヒメウスバシロチョウの北海道・サハリン産と大陸産とは塩基配列が大きく異なる。ウスバシロチョウの日本産と中国産とは大きく異なる。日本産の両種は日本列島成立時に隔離されたと考えられる。
薄膜形式における光誘起表面反応の利用に関する研究

薄膜形成プロセスの制御性改善が強く要求され、それに答えるものとして光誘起化学気相合成法が期待されている。本研究では、特に基板表面上の光反応に注目し、その機構を解明することを目的としている。具体的には、有機金属化合物であるジメチルアルミニウムハイドライドをシリコン基板表面に吸着させ、そこへArFエキシマレーザー(波長193nm)や重水素ランプからの紫外光を照射して、アルミニウム膜を形成させた。光照射のため、熱反応によりたい積可能な最低温度250°Cより低温で膜が形成できるのみならず、膜の比抵抗は光照射により一桁以上改善されて、バルクアルミニウムの値に近くなった。膜のたい積が表面光反応であることは、使用したガス圧が1×10^<-4>Tovv以下と低いことが原因であるが、その確認としては、空間選択性(光照射部分の4に膜が形成)や、レーザーパルス周波数依存性(パルス一発当たりの膜厚増加分が周波数にほゞ逆比例)が観測された。そこで、基板表面に材料ガスが吸着されて光分解するとして、その数に対するレート方程式をたて、その解を調べた所、実験結果を全て説明できた。その際、光照射の効果としては、光分解に加えて光誘起だ脱離を考慮する必要があった。なお、この解析から、ジメチルアルミニウムハイドライドの200°Cシリコン基板上での平均誘存時間が0.2秒であることが分かった。以上のように、薄膜形成過程が一部は定量的なレベルまで解明できたが、現在の所は現象論的なった議論であり、今後ミクロな立場から、さらに詳細な研究を続ける必要がある。
構造物と地盤の動的相互作用系における耐震安全性評価とその合理的設計法に関する研究

本研究は、構造物と地盤との動的相互作用における耐震解析を通して得られる知見を、長大土木構造物の耐震設計へフィ-ド・バックすることを目的としたもので、内容として以下の事柄に視点を置いた。(1)地震波の表層地盤内の伝播特性からの増幅・位相効果,(2)地盤と構造物の動的相互作用における基礎の動特性評価,(3)強震時の相互作用系の安全性へ及ぼす地盤の非線形性(4)進行性入力地震波の多点入力系構造物の応答への影響表層地盤の地震波の増幅作用評価で、本解析では2次元モデルを主体にし、不整形基盤上の沖積層内の波動伝播を調べた。解析法として、振動数領域法と時間領域法の境界要素法、またそれらの有限要素法とのハイブリッド法を採った。パラメ-タには、入射波種別入射角、地形、形状比を設定し、代表的な無次元振動数に対する地表面の応答の様相を明らかにした。振動数領域解析では、解析精度の検討のため直接法と共に間接法を採用した。これらの解析で必須となる一様/層状の無限/半無限平面のグリ-ン関数の定式化およびその効率的計算法の開発を行った。特に波数積分におけるレ-リ極を考慮したGaussの求積求、修正ClenshawーCurtis法の適用を図った。これにより、遠地盤において層状構成をなす場合の解析が可能となり、またソ-ス間接法による第セセットの採り方に基準を与えることができた。層状地盤の場合、薄層要素法を近似的に使用することの精度について言及した。軟弱地盤上の基礎形式として群杭が多く、そのため地盤との相互作用における杭ー地盤ー杭の連成解析法を開発した。定式化は地盤と杭をサブストラクチャ化して、自然地盤に加振力の作用がある状態と、杭が地盤反力を受ける状態とする。前者は薄層要素法から対処し、後者は離散質量系と分布質量系を採り、両手法による杭頭インピ-ダンスを比較した。さらに大口径杭の加振実験,シミュレ-ションを実施して解析精度の検証を行った。剛体埋込み基礎の地盤との動的相互作用解析を、地盤の層状性,複数基礎の隣接状況、建設時の埋め戻し状況に関してパラメ-タ・スタディを行い、設計段階で採用する理想化された地盤のモデル化について言及した。強震時の地盤の挙動は大ひずみ状態で、土の応力ーひずみ関係において強い非線形性を、また入力地震波の不規則性のため基線のドリフトを伴う履歴性を呈する。ここでは応力ーひずみ特性に修正RーO,修正HーDモデルを仮定して、1次元/2次元地盤震動解析を実施した。2次元モデルによる解析は、不整形基盤上の沖積層の震動特性に注目したものである。応答評価は時刻歴と応答スペクトルで行った。入力地震波の強度、波形を変えて応答に与える非線形性の影響を調べた。有効ひずみに基づく等価線形化手法による解析も併せて実施した。これらの結果から、不整形地盤の2次元非線形応答の重要性を指摘した。従来、等価線形化1次元解析による結果の実測との対応からの妥当性について疑問が持たれていたが、本研究を通して検討している。最後に:杭基礎の地盤の非線形性を考慮しての地震応答解析を行った。先ず地盤の解析のみから遠地盤応答を計算し、これを杭ー地盤の動的相互作用系へ入力した。地盤モデルは層状とし、1次元モデル化した。杭への地盤反力の評価には、深さ方向に平面ひずみ状態を仮定して解析解を求め、変位ー力持性を応力ーひずみ関係と相似な非線形履歴曲線を規準ひずみに対応させた変位から用いた。併せて等価線形化解析も実施した。非線形解析との比較より、等価線形化手法はひずみレベルの小さい入力加速度の範囲では妥当性を与えるが、入力加速度が大きくなると応答の周期の伸び、加速度応答は小さくなるが変位応答が大きくなるという差が顕著に構造物において見られた。

これにより、遠地盤において層状構成をなす場合の解析が可能となり、またソ-ス間接法による第セセットの採り方に基準を与えることができた。層状地盤の場合、薄層要素法を近似的に使用することの精度について言及した。軟弱地盤上の基礎形式として群杭が多く、そのため地盤との相互作用における杭ー地盤ー杭の連成解析法を開発した。定式化は地盤と杭をサブストラクチャ化して、自然地盤に加振力の作用がある状態と、杭が地盤反力を受ける状態とする。前者は薄層要素法から対処し、後者は離散質量系と分布質量系を採り、両手法による杭頭インピ-ダンスを比較した。さらに大口径杭の加振実験,シミュレ-ションを実施して解析精度の検証を行った。剛体埋込み基礎の地盤との動的相互作用解析を、地盤の層状性,複数基礎の隣接状況、建設時の埋め戻し状況に関してパラメ-タ・スタディを行い、設計段階で採用する理想化された地盤のモデル化について言及した。強震時の地盤の挙動は大ひずみ状態で、土の応力ーひずみ関係において強い非線形性を、また入力地震波の不規則性のため基線のドリフトを伴う履歴性を呈する。ここでは応力ーひずみ特性に修正RーO,修正HーDモデルを仮定して、1次元/2次元地盤震動解析を実施した。2次元モデルによる解析は、不整形基盤上の沖積層の震動特性に注目したものである。応答評価は時刻歴と応答スペクトルで行った。入力地震波の強度、波形を変えて応答に与える非線形性の影響を調べた。有効ひずみに基づく等価線形化手法による解析も併せて実施した。これらの結果から、不整形地盤の2次元非線形応答の重要性を指摘した。従来、等価線形化1次元解析による結果の実測との対応からの妥当性について疑問が持たれていたが、本研究を通して検討している。最後に:杭基礎の地盤の非線形性を考慮しての地震応答解析を行った。先ず地盤の解析のみから遠地盤応答を計算し、これを杭ー地盤の動的相互作用系へ入力した。地盤モデルは層状とし、1次元モデル化した。杭への地盤反力の評価には、深さ方向に平面ひずみ状態を仮定して解析解を求め、変位ー力持性を応力ーひずみ関係と相似な非線形履歴曲線を規準ひずみに対応させた変位から用いた。併せて等価線形化解析も実施した。非線形解析との比較より、等価線形化手法はひずみレベルの小さい入力加速度の範囲では妥当性を与えるが、入力加速度が大きくなると応答の周期の伸び、加速度応答は小さくなるが変位応答が大きくなるという差が顕著に構造物において見られた。
術後認知機能障害の分子機序解明と周術期予防戦略

術後認知機能障害(POCD)は,手術・麻酔を契機に生じる認知障害である。本研究課題では, POCDの発症機序および,術前認知・運動介入の予防効果について高齢ラット開腹手術モデルを用いて検討した。その結果, 1)海馬ミクログリアの炎症反応性は加齢に伴い亢進すること, 2)認知・運動介入は海馬ミクログリアの加齢性変化を改善できること, 3) 2週間の前認知・運動介入により術後脳内神経炎症反応および関連するPOCDが予防できること,が明らかとなった。術前身体・認知活動介入は,非薬物介入であり,臨床への応用性が高いと考えられる。本研究課題では,高齢ラット開腹手術による術後認知機能障害(Postoperative cognitive dysfunction: POCD)発症モデルを用いて, POCDの発症機序における海馬マイクログリア機能,および脳内炎症の役割を明らかとするとともに,それらに機序に基づく術前身体・認知訓練のPOCD予防効果を検討することである。本年度は,高齢ラット開腹手術におけるラットPOCD発症モデルの開発・作製を行った。対象動物として,高齢24-25週齢Wister系雄性ラットを用いた。開腹手術モデルとして,イソフルラン麻酔下に,腹部2cmの正中切開,小腸を約10cm腹腔から引き出し, 3分間指で伸長させる方法を用いた。対照群では麻酔のみをおこなった。手術1週間後,新奇物体認識試験を用いて認知機能を測定した結果,本手術モデルでは対照群と比較して有意な認知機能障害(新奇物体への嗜好性低下)が生じた。また,認知試験後に海馬を摘出し,炎症性サイトカイン(TNFα, IL-1βなど)をELISA法でした結果,手術後に有意なサイトカインの増加が認められるとともに,その値は新奇物体への嗜好性と負の相関が認められた。さらに,これらの反応は若年ラットでは生じなかった。今回開発した高齢ラットPOCDモデルによりPOCD発症機序における脳内炎症の加齢性変化を検討することが可能と考えられた。また,高齢ラットの術前身体・認知訓練として,回転ケージ内で飼育することにより自発運動を促し, Hebb Williams迷路に餌をランダムにばら撒いたケージ内で飼育し,探索行動を促すモデルの検討を行った。本モデルにより,高齢ラットの身体活動性(ゲージ内の移動距離)が通常飼育と比較して約3倍増加することが明らかとなった。上記目的のために,研究分担・協力者と互いに連携を取りながら研究を進めている。本年度の研究課題についてはおおむね順調に進捗しており,着実に研究成果の蓄積が行われている。以下に進捗状況および成果について概略を示す。各成果については今後,論文あるいは学会発表を予定している。1)高齢ラット開腹手術におけるラットPOCD発症モデル作製と脳内炎症:イソフルラン(1.0-1.5%, 1.2MAC foraged rats)麻酔下に,腹部2cmの正中切開,小腸を約10cm腹腔から引き出し, 3分間指で伸長させる方法を用いた。2)術前身体・認知介入のPOCD予防効果の検討:身体訓練として,回転ケージ内で飼育することにより自発運動を促した。認知訓練としてHebb Williams迷路に餌をランダムにばら撒いたケージ内で飼育し,探索行動を促すモデルを用いた。予備実験では,それぞれのケージに24時間隔日暴露(2週間)で高齢ラットにおいて海馬重量の増加,リポ多糖の全身投与による中枢炎症の抑制効果を認めた。術後認知機能障害(POCD)の病態機序について高齢ラットを用いた基礎研究で検討した。今回手術モデルとしてイソフルラン麻酔(1.0-1.2%:高齢ラットの1.0MACに相当)下に腹部正中切開および小腸の刺激を行った。本モデルにおいて術後1-2週間後に海馬での炎症性サイトカインの増加が認められた。小腸への刺激を行わない単純開腹手術では海馬炎症性サイトカインの増加は生じなかった。一方,認知機能試験として新奇物体認識試験を用いて新規物体への嗜好性を指標として評価した。その結果,術後の海馬サイトカイン濃度と新奇物体への嗜好性には有意な負の相関関係が認められた。術後の海馬サイトカインの増加および新奇物体への嗜好性の低下は若年ラットでは生じなかった。高齢動物の術後において海馬サイトカインが増加しやすい原因を検討した。高齢および若年動物の海馬マイクログリアを単離し,エンドトキシンに対する炎症性サイトカインの放出応答を解析した。その結果,高齢群は若年群と比較して海馬マイクログリアの炎症反応性の亢進が認められた。高齢ラットにおいて海馬マイクログリアの炎症反応性の増加は対照動物と開腹手術動物間で差がなかったことから,マイクログリアの変化は麻酔・手術侵襲によるものではなく加齢による変化であると考えられた。高齢動物から単離したマイクログリアに対するデクスメデトミジンの効果を検討した。その結果,デクスメデトミジンは推定臨床使用濃度においてマイクログリアの過剰な炎症反応性を抑制することが明らかとなった。

この反応はアドレナリンα受容体拮抗薬の前投与により棄却されたことからアドレナリンα受容体を介する作用であると考えられた。本研究課題の目的は,高齢ラット開腹手術によるPOCD発症モデルを用いて, POCDの発症機序における海馬マイクログリア機能,および神経炎症(サイトカイン)反応の役割を明らかとするとともに,それらに機序に基づく術前身体・認知訓練のPOCD予防効果を検討することである。また,当該年度においては, 1) POCD発症機序における中枢神経炎症・サイトカインの役割を明らかとする,2) POCD発症における加齢の影響を明らかとする,こと目標とした。1)に関しては,高齢ラットに開腹手術を行うことによるPOCD発症モデルを構築することができた。さらに,行動評価(自発運動量側的,認知機能試験)と神経炎症(サイトカイン・マイクログリア機能)の変化の関連性を詳細に検討することにより, POCDの発症契機,経時的変化を含めた機序の解明を行うことができた。2)に関しては,高齢ラットモデルで得られた結果を,若年ラットと比較することにより, POCDが高齢者に生じる背景因子をマイクログリア"priming"現象を中心に検討できた。特に,海馬マイクログリアを単離し,リポポリサッカライドに対する炎症反応性を検討する実験系を確立できたことは今後,脳内炎症を標的としたPOCD予防戦略を検討するために有用となることが考えられる。これらの成果に加えて,現在臨床使用の高い麻酔補助・術後鎮静薬であるデクスメデトミジンの海馬マイクログリアに対する影響も検討することができた。今後の臨床応用も含めて重要な知見となったと考えている。術後認知機能障害(POCD)の動物モデルとして高齢ラット開腹手術モデルを用いた。開腹手術ラットは非手術ラットと比較して有意な認知機能障害が生じた。また,海馬サイトカイン濃度と術後認知機能との間に逆相関関係があった。これらの結果は, POCDの病態に脳内神経炎症が重要な役割を果たすことを示唆する。脳内神経炎症を標的としたPOCDの予防戦略として,プレガバリンおよびインスリン投与の可能性を検討した。1)術前プレガバリン投与:高齢ラットPOCDモデルに対する鎮痛用量(慢性痛)のプレガバリン全身投与(i.p)が及ぼす有効性を検討した。プレガバリンを術前から術後3日まで連日投与した場合, POCDおよびそれに関連する脳内神経炎症の発生が抑制された。一方,プレガバリンを術後から投与した場合,これらの予防効果は生じなかった。プレガバリンは海馬ミクログリアおよび電位依存性カルシウムチャネルの発現に対して直性的な影響を与えなかったことから,周術期の侵害シグナル伝達を抑制することにより予防効果を誘導したと推測される。これまでにプレガバリンの術後痛抑制効果が多く報告されており,プレガバリンの新たな周術期応用の可能性が考えられる。2)インスリンの経鼻投与:高齢ラットPOCDモデルでは,海馬でのGSK-3βを介するインスリンシグナルが抑制されていることが明らかとなった。したがって,インスリン投与によりPOCDが予防できる可能性が考えられる。しかし,インスリン投与に伴う低血糖は周術期では特に大きな問題となる。