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強酸性土壌に生育する植物のアルミニウム超耐性および好アルミニウム性の解明

強酸性土壌に生育する植物におけるアルミニウム有益性の解明強酸性土壌に自生するメラストーマは、Alによって生育が促進されることが知られているが、その機構は明らかになっていない。昨年度までの実験で、メラストーマに温度ストレスをかけた際にAlによる生育促進効果が認められたが、これは温度ストレスにより引き起こされる酸化ストレスがAlによって減少するという現象ではないことが示唆された。また低温処理により、メラストーマの根はストレスを受けネクロシスを起こしたが、低温条件下でも+Al処理下で栽培したメラストーマの根にはその症状が現れなかった。つまり、低温処理により引き起こされるストレスがAlによって緩和されたと考えられる。一方、元素分析の結果、Al処理によって根のFe含有率が有意に低下することが明らかとなった。メラストーマにおけるFe毒性についてはこれまでの研究で報告されており、本研究にいてもAlによるストレスの軽減の減少にFe毒性が関与している可能性が考えられた。そこで高濃度のFe条件で同栽培を行った。その結果、標準のFe濃度の栽培時と同様に、低温条件下でAlによるストレス軽減の効果が認められた。これらの結果から、低温条件下におけるAlによる生育促進の効果は、根におけるFe毒性が低温条件下で顕著になり、この症状がAlにより緩和されるという現象であると考えられる。また本研究ではAlによる酸化ストレスの軽減は認められていないため、メラストーマにおけるFe毒性は酸化ストレスではないことが示唆された。低温条件下では、細胞膜の流動性の低下、透過性の増大が引き起こされることが知られている。このことから、FeとAlの細胞膜との相互作用が、Alによるストレスの緩和に関連していることが考えられる。28年度が最終年度であるため、記入しない。【研究1】アルミニウム超耐性機構の解明強酸性土壌に生育する様々な植物を完全培養液で栽培し、根に含まれる脂質を分析した結果、木本植物のMelastoma malabathricum、Melaleuca cajuputiはイネに比べ、リン脂質の割合が非常に低いことが明らかになった。一方、草本植物のBrachiaria decumbens, B. ruziziensis, B. britzantha, B. humidicolaに加え、イネ(Oryza sativa L. var. Koshihikari)、オオムギ(Hordeum vulgare L. cv. Nijoomugi)をAl添加培養液で栽培し、生育量を指標に耐性評価を行った。いずれの種もイネ、オオムギよりも高いAl耐性を示したが、根の脂質構成と耐性との間に関連性は無かった。更に、細胞壁の成分も分析も行ったが耐性との関連性は認められず、ブラキアリアの非常に強いAl耐性機構に、根の細胞膜や細胞壁の基本構造は大きく関与していない可能性が示唆された。また、ブラキアリアの根へのAlの集積量やAlによる根の形態変化の違いから、種間でも耐性に違いがあることが推察された。【研究2】強酸性土壌に生育する植物におけるアルミニウム有益性の解明Alによる生育促進の効果が現れる条件を明確にするために、貧栄養、鉄過剰、過酸化水素処理それぞれの条件でM. malabathricumを水耕栽培し、各条件下でのAl処理の効果を検証した。各条件のうち、過酸化水素をストレスとして葉に与えた植物体で葉のストレスが軽減されていることが目視により認められた。過酸化水素は活性酸素種の一つであり、その処理により葉に強い過酸化ストレスが加わると考えられる。また、一部の植物ではAl処理によって抗酸化酵素活性が上昇することが報告されている。以上のことからAlによる生育促進の効果は、酸化ストレスにより生育が制限されている際、Alによりそのストレスが軽減されることで発現すると予想された。1.アルミニウム超耐性機構の解明これまで、アルミニウム(Al)耐性が非常に強い木本植物の、Melrastoma malabathricum(メラストーマ)、Melaleuca cajuputi(メラルーカ)の根には非常に多くのフェノリクスが含まれており、それらにはAlをキレートする能力が認められていた。両植物を、0/0.5mMのAlCl3を含む完全培養液で栽培し、それぞれからフェノリクスを抽出しプロファイルの比較した。その結果メラストーマでは、±Al栽培植物由来のフェノリクスのそれぞれのプロファイルが大きく異なる一方で、メラルーカは処理間でプロファイルがほとんど同じであった。さらに、メラストーマのーAl栽培植物由来のフェノリクスにAlを添加したところ、そのプロファイルは、+Al栽培植物由来のフェノリクスプロファイルと同じになった。つまり、メラストーマのフェノリクスプロファイルが処理間で異なるのは、フェノリクスがAlと結合した結果であると考えられた。メラストーマの根でのフェノリクスの分布を観察したところ、外皮、内皮、中心柱に多く分布していた。これは、Alの分布と非常に類似している。これらの結果から、根に非常に多くのAlを集積するメラストーマで、その無毒化にフェノリクスが大きく貢献している可能性が示唆された。これらの結果をまとめ国際誌への掲載準備を進めている。2.強酸性土壌に生育する植物におけるアルミニウム有益性の解明メラストーマはAlによって生育が促進されるが、その条件は報告により様々であった。昨年度の実験では、メラストーマに温度ストレスをかけた時にAlによる生育促進効果が認められた。しかし温度ストレス処理時にメラストーマは酸化ストレスを大きく受けていないことも明らかとなり仮説とは異なる生育促進機構が示唆された。

非常に強いアルミニウム耐性を持つ植物の根に含まれるフェノリクスの特徴をまとめることができた。これまでに得られた脂質や細胞壁の結果を踏まえて、根の成分とAl耐性についてまとめた論文を近く投稿予定である。強酸性土壌に生育する植物におけるアルミニウム有益性の解明強酸性土壌に自生するメラストーマは、Alによって生育が促進されることが知られているが、その機構は明らかになっていない。昨年度までの実験で、メラストーマに温度ストレスをかけた際にAlによる生育促進効果が認められたが、これは温度ストレスにより引き起こされる酸化ストレスがAlによって減少するという現象ではないことが示唆された。また低温処理により、メラストーマの根はストレスを受けネクロシスを起こしたが、低温条件下でも+Al処理下で栽培したメラストーマの根にはその症状が現れなかった。つまり、低温処理により引き起こされるストレスがAlによって緩和されたと考えられる。一方、元素分析の結果、Al処理によって根のFe含有率が有意に低下することが明らかとなった。メラストーマにおけるFe毒性についてはこれまでの研究で報告されており、本研究にいてもAlによるストレスの軽減の減少にFe毒性が関与している可能性が考えられた。そこで高濃度のFe条件で同栽培を行った。その結果、標準のFe濃度の栽培時と同様に、低温条件下でAlによるストレス軽減の効果が認められた。これらの結果から、低温条件下におけるAlによる生育促進の効果は、根におけるFe毒性が低温条件下で顕著になり、この症状がAlにより緩和されるという現象であると考えられる。また本研究ではAlによる酸化ストレスの軽減は認められていないため、メラストーマにおけるFe毒性は酸化ストレスではないことが示唆された。低温条件下では、細胞膜の流動性の低下、透過性の増大が引き起こされることが知られている。このことから、FeとAlの細胞膜との相互作用が、Alによるストレスの緩和に関連していることが考えられる。研究1に関しては、草本植物の研究において仮説と反する結果が得られたため、他の観点からのアプローチに切り替える必要があった。研究2に関しては、M. malabathricumの生育におけるAlの効果を確認できる条件を特定するための栽培に時間を費やした。さらに、ストレスの指標とする物質の測定を確立することができていない。1.アルミニウム超耐性機構の解明メラストーマのAl耐性については根の成分が関与していることが明らかとなり、国際誌への投稿を予定している。2.強酸性土壌に生育する植物におけるアルミニウム有益性の解明メラストーマのAlによる生育促進については、これまでの結果から低温ストレス条件下でAlによる生育促進効果が認められることがわかった。そしてこの症状は特に根で認められた。
科学的な概念形成における「ことば」と探究の関連を探るリフレクション研究

本研究は、授業ビデオを使用したリフレクション(授業後の省察)の中から、小学校理科授業における科学概念の形成と子どもの探究や「ことば」との関係を明らかにすることを目的としており、理科授業中の児童の様子(発話・行動)を多く記録してデータ化するとともに、そのデータを質的に分析して、指導法の開発やカリキュラム開発に活かすことをねらいとしていることが特色である。そこで、(1)理科授業における児童の発話のデータ化と分析、(2)認知心理学的アプローチによるデータ分析及び資料収集、(3)研究成果を活かした指導法開発、及び、カリキュラム開発などを中心に研究を進めた。特に、本年度は、小学校第5学年「流れる水の働き」及び第6学年「土地のつくりと変化」における児童の探究と概念形成に関わる「ことば」に着目した。研究の成果として、自分の考えを自分の「ことば」で十分に語らせることは、論理的に思考することを促すとともに、他者との対話の中で根拠となる観察・実験の結果にもどったり考えの妥当性を振り返らせたりすることに有効であることが明らかになった。例えば、川の上流と下流で石の大きさが違う理由について「上流では崖崩れが起きていて大きな石から土砂まで川岸にあった」「中流の石はカーブする川の内側に溜まっていた」「中流の石には、ぶつかったとき出てきたと思われる白い粉がついていた」など、丁寧に観察したことを根拠に説明する子どもがいた。また、このことは、事実と事実の関係を明らかにする確かな理由づけや生活経験を掘り起こし比喩的な表現で分かりやすく説明する豊かな理由づけを表出させることにもつながることも確認することができた。さらに、このような子どもの事実をビデオを使った授業リフレクションによって複数の教師で共有することは、授業中に子どもを見取る目とともに、瞬時に対応し授業をリ・デザインする教師の力量形成につながると考える。このようなことを丹念に繰り返すことにより、一人一人の子どもに寄り添い無理なく科学概念を形成する授業をデザインすることにつながっていくことも着目すべき事実である。今後、十分に自分の「ことば」で語り合うことができる環境づくりと、その中での教師の役割を明らかにしていくことが今後の課題として明らかになった。
生体防御レクチンとCD14・Toll様受容体関与の自然免疫生体防御の分子機構

本研究は、Toll様受容体(TLR)のリガンド認識機構を解明し、生体防御レクチンのコレクチンとCD14・Toll様受容体(TLR)との相互作用に基づく炎症制御の分子機構を解明し、その生理的意義を明らかにすることを目的として遂行された。以下に本年度の実績を要約する。1.TLR2細胞外ドメイン(Met1-Arg587)のC末端側にHis tagを付加したcDNA(sTLR2)を作成し、昆虫細胞-バキュロウィルス発現系を用いて組換え蛋白を発現、その培養上清からニッケルカラムにより、分子量約75kDaのsTLR2蛋白を精製した。N末端側アミノ酸は、Glu21でその配列はdeduced sequenceと一致した。2.ブドウ球菌由来ペブチドグリカン(PGN)と酵母由来ザイモザンとsTLR2をインキュベーションし、遠心沈降することによって沈渣画分にsTLR2が共沈したことからPGNおよびザイモザンとsTLR2との直接結合が示された。3.^<125>I標識sTLR2は、PGNとザイモザンに濃度依存性結合を示し、Klotz plotによる解析から、そのKdは48-67mMであることが示された。4.PGNあるいはザイモザン惹起NF-κB活性化およびマクロファージからのサイトカイン分泌を阻止しうる抗体は、PGNあるいはザイモザンとsTLR2との結合を有意に抑制することから、TLR2細胞外ドメインとリガンドとの直接結合がそのシグナリングとサイトカイン分泌を惹起するものと考えられた。5.肺コレクチンのSP-AはsTRL2に結合し、SP-AリガンドではないPGNあるいはザイモザンとsTLR2との直接結合を抑制することによって、マクロファージでのPGN/ザイモザン惹起NF-κB活性化とTNF-α分泌を有意に抑制していることが明らかにされた。6.SP-Aは、肺胞マクロファージによる非定型抗酸菌、ブドウ球菌と肺炎球菌の取り込みを有意に増加させ、病原菌体のクリアランスに寄与していることが示された。
エクサスケール計算機を想定した量子モデルシミュレーションに対する並列化・高速化

電子間に強い相関のある量子多体モデルであるハバードモデルのエネルギーを表現する行列の基底状態(最小固有値とその固有ベクトル)を反復法で計算する厳密対角化法のGPUでの高速化を実施した。この反復法において計算量の多い演算は、行列とベクトルの掛け算であり、モデルの物理的性質から行列の非ゼロ要素が規則的な配置にできることから、この規則性を利用したアルゴリズムを用いることで、規則的なデータアクセスが実現でき、以前のGPUでは高速化が可能であった。しかし、この方法では、同じデータへのアクセスが大量に発生する。そのため、近年のGPU環境では、汎用的に利用されているルーチンを用いたほうが高速に計算できることが指摘されている。そこで、GPUのシェアードメモリを用いて、同じデータへのアクセス回数を減らせるアルゴリズムを提案した。これにより、汎用的なルーチンを利用した計算よりも高速に計算できることを確認した。さらに、固有値計算自体に対しても、シェアードメモリを利用しデータのアクセス回数を削減できるアルゴリズムを提案した。これらの高速化により、汎用的なルーチンを組み合わせて計算するよりも、1.5倍程度高速に計算できることを確認した。この結果等をまとめた成果を2019年度に開催される国際会議「USNCCM15」において口頭発表することが決まっている。また、本研究によって得られた成果等を利用した固有値計算シミュレーションによって得られた物理結果をまとめたものが論文誌「J. Phys. Soc. Jpn.」に掲載が決定している。量子多体モデルに対する固有値計算をGPU単体で高速化するのが目的であり、汎用的に利用されているルーチンを用いるよりも、実際に開発したコードを用いたほうがGPU上で高速に固有値計算できることを確認している。また、実際に量子問題に対するシミュレーションを実施し、物理的結果も得ている。GPU単体に対する高速化を行うとともに、大規模並列計算機向きの並列化手法等についての研究開発を進めていく。また、開発したコードを量子問題に適用し、新たな物理的知見を得ることを目指す。(理由)平成30年度に開催される会議よりも、次年度以降に開催される会議のほうが、発表内容に適しているため、旅費等を繰り越しした。(使用計画)既に計算科学分野・物理分野とも研究成果は得られており、その成果を発表予定の会議のいくつかはすでに決定している。その会議の参加費や旅費として使用する。
電気自動車モータ用磁性材料開発のための多機能分析磁気光学プローブシステムの構築

我が国で戦略的に進められている永久磁石用材料や、環境負荷軽減のための軟磁性箔帯材料の迅速な開発に供するため、多機能分析磁気光学プローブシステムを構築した。まず(1)イメージングプレートを用いた「磁性材料からの漏洩磁界の空間分布を可視化する技術」,ならびに(2)「局所領域の磁気光学効果スペクトル(回転角・楕円率の波長依存性)を1回の磁界掃引の間に分光検出する技術」をそれぞれ確立した.続いてこれらの技術と,既得の「磁性材料の磁化ベクトルの可視化技術」とを組み合わせて評価システムを完成させた.我が国で戦略的に進められている永久磁石用材料や、環境負荷軽減のための軟磁性箔帯材料の迅速な開発に供するため、多機能分析磁気光学プローブシステムを構築した。まず(1)イメージングプレートを用いた「磁性材料からの漏洩磁界の空間分布を可視化する技術」,ならびに(2)「局所領域の磁気光学効果スペクトル(回転角・楕円率の波長依存性)を1回の磁界掃引の間に分光検出する技術」をそれぞれ確立した.続いてこれらの技術と,既得の「磁性材料の磁化ベクトルの可視化技術」とを組み合わせて評価システムを完成させた.電気自動車において基幹部材として用いられるモータは,軟磁性材料と永久磁石材料との組み合わせから成り立っており,各々の磁性材料の特性向上が必須である.これらの磁性材料の開発の際には,磁性材料の磁化状態とモータとしての最終形態での固定子-回転子間の漏洩磁界および磁界勾配等の静的・動的特性との相関を把握することが必須であるが,現状これを可能とする分析システムは見あたらず開発が加速できていなかった。すなわち,モータ等の巻き磁芯形態の試料に対し,非接触で磁化状態や漏洩磁界分布を評価できる分析システムの開発が渇望されていた.本研究では,低損失軟磁性材料ならびに少・脱希土類永久磁石材料の迅速な開発を行うため,「磁性材料からの漏洩磁界の空間分布を可視化する技術」と「局所領域の磁気光学効果スペクトルを短時間で分光検出する技術」を確立し,多機能分析磁気光学評価システムを構築することを目的とする.平成23年度は,表面プラズモン共鳴角付近(SPR)における磁気光学効果が磁界強度に敏感であるという知見を磁界検出に積極的に適用し,センサーイメージングデバイスの構築を目指した.その結果,Au単層膜の反射率と磁界掃引時の履歴曲線の傾きの入射角依存性が,SPRにおいて,楕円率・回転角の磁界線型応答成分(傾き)の,回転角はベル型(最小値:-0.53度/kOe),楕円率は分散型(最大・最小値は0.23度/kOe,-0.31度/kOe)の共鳴構造をとることを見出した.これはAu薄膜の基体となるガラスによる極僅かな磁気光学効果がAu膜によるSPRにより増強されることに依る.次にクレッチマン配置によるSP検出光学系を構築し,試料走査型で漏洩磁界の空間分布のマッピングを試みた結果,mm寸法の空間分布を有する永久磁石からの漏洩磁界分布のマッピングに成功した.局在プラズモン系でも同様の効果を確認した.さらに巻き磁芯形態試料からの磁気光学効果の一括検出光学系の構築に関しても目処がたった.電気自動車において基幹部材として用いられるモータは,軟磁性材料と永久磁石材料との組み合わせから成り立っており,各々の磁性材料の特性向上が必須である.これらの磁性材料の開発の際には,磁性材料の磁化状態とモータとしての最終形態での固定子-回転子間の漏洩磁界および磁界勾配等の静的・動的特性との相関を把握することが必須であるが,現状これを可能とする分析システムは見あたらず開発が加速できていなかった.すなわち,モータ等の巻き磁芯形態の試料に対し,非接触で磁化状態や漏洩磁界分布を評価できる分析システムの開発が渇望されていた.本研究では,低損失軟磁性材料ならびに少・脱希土類永久磁石材料の迅速な開発を行うため,「磁性材料からの漏洩磁界の空間分布を可視化する技術」と「局所領域の磁気光学効果スペクトルを短時間で検出する技術」を確立し,多機能分析磁気光学(MO)評価システムを構築することを目的とする.平成25年度は,既得の「磁化ベクトル可視化」技術と,平成23年度に確立した「空間磁界の可視化」技術を組み合わせ,磁性材料の磁区構造観察と材料からの漏洩磁界観察を同一装置で行うシステムの開発に挑戦した.当初提案の表面プラズモン共鳴を用いる方法は,対物レンズへの落射光スポットサイズが大きく試料への入射角が厳密に制御できなかったため,イメージングプレート(反射膜付きファラデー基板)を用いてプレートの磁区コントラスト(空間磁界コントラストを反映)を観察する手法に切り換えた.成果の一例として,励磁コイルの端部からの漏洩磁界の時間分解観察が可能となった.さらに,検出光学系から分光検出器への光路分岐を設け,局所領域の磁気光学スペクトルも検出可能とした電気自動車において基幹部材として用いられるモータは,軟磁性材料と永久磁石材料との組み合わせから成り立っており,各々の磁性材料の特性向上が必須である.これらの磁性材料の開発の際には,磁性材料の磁化状態とモータとしての最終形態での固定子-回転子間の漏洩磁界および磁界勾配等の静的・動的特性との相関を把握することが必須であるが,現状これを可能とする分析システムは見あたらず開発が加速できていなかった.

すなわち,モータ等の巻き磁芯形態の試料に対し,非接触で磁化状態や漏洩磁界分布を評価できる分析システムの開発が渇望されていた.本研究では,低損失軟磁性材料ならびに少・脱希土類永久磁石材料の迅速な開発を行うため,「磁性材料からの漏洩磁界の空間分布を可視化する技術」と「局所領域の磁気光学効果スペクトルを短時間で検出する技術」を確立し,多機能分析磁気光学(MO)評価システムを構築することを目的とする.平成24年度は,複合材料の局所組織毎の磁気特性を取得するため,磁気光学効果スペクトルを短時間で検出する技術を確立した.従来のMOスペクトルの測定法は「白色光を単色化して試料に入射させ,磁界を掃引してMO効果の履歴曲線を取得する」という操作を波長毎に反復する手法による.測定時間は波長数に比例するため,高波長分解能化と測定時間の短縮化との両立が求められていた.本研究では,白色光を試料に入射し検出側で分光した後,エリアセンサやアレイセンサを用いて波長情報を空間情報に変換してスペクトルを検出する手法に着目した.これにより,数分程度の一回の磁界掃引でMO履歴曲線の波長依存性(535-935 nmあるいは900-1700 nm)を一括して分光検出する装置を構築した.プラズモン共鳴による磁気光学効果の増強現象の原理検証と,それを活用したイメージングに関しては,当初予定通り成果が得られた.空間分解能の検証には,μm領域の静的磁界分布を有する試料が必要であるため,これを作製して評価に供したい.25年度が最終年度であるため、記入しない。当初予定通りに磁気光学スペクトルの一括評価装置を作製することができた.変調法が必要だと考えて計画を立案したが,エリアセンサは電荷蓄積型素子からなるデバイスであるため,微小磁気光学信号の高S/N検出のためには光量を多くすることが有効であることがわかった.平成23年度に成果が得られた空間磁界マッピングについては,即領域の静的磁界分布を有する試料を種々評価することにより,磁界強度の定量性や方向成分の検出を追求していきたい.動的な磁界変化挙動に関しても一括撮像方との組合せができれば,ストロボスコピックな手法や揺動部分のイメージング法により可視化可能であるため,これまで確立してきた磁区観察技術の適用が期待できる.25年度が最終年度であるため、記入しない。平成23-24年度により,空間磁界マッピングや局所磁気特性評価を可能とする光学系が完成した.平成25年度は,それぞれの光学系を実稼動させながら,両者を組み合わせたシステムを構築する予定である.
骨盤リンパ節でのHPV DNA検出による子宮頸癌再発リスクの予知(HPV PCR法での子宮頸癌微小転移の検出)

まず最初に,転移リンパ節でのHPVの存在をPCR法,PCR-Southern法で同定しうることを確認するため,最近5年間に当科で広汎子宮全摘を行い,組織学的に明らかな骨盤内リンパ節転移が確認された症例での検討を行った.Templateは8μのホルマリン包埋切片からDEXPATを用いて得られた上清を使用した.8例のリンパ節転移陽性例の原発巣から,6例に16型HPVを,2例に18型HPVを検出した.そこで次に,同一症例の組織学的陽性リンパ節からのHPV検出を試みたところ,Type specific primerとprobeを用いたPCR-Southern法により,組織型に関わらず,また16,18いずれの場合も原発巣と同型のHPVを転移リンパ節から検出した.そこでつぎに,広汎性子宮全摘術が完遂された子宮頸癌IbおよびIIb期症例のうち,組織学的にリンパ節転移陰性と診断されたにもかかわらず,その後,再発あるいは癌死に至った症例での検討を行った.原発巣のHPVは,1例のみ18型で,残り9例はすべて16型であった.PCR-Southern法により,10例中9例に原発巣と同型のHPVをいずれかの骨盤リンパ節から検出した.またこれらの症例では,HPVが検出されたリンパ節でのさらに詳細な病理組織検索を行ったが,やはり組織学的転移は確認し得なかった.これら10例中,組織型別では小細胞癌が3例と比較的頻度が高く,早期の子宮外伸展と関連深く思われた.また,10例中8例はリンパ節転移陰性との病理診断を受けて,標準的な腔内照射のみしか行われておらず,骨盤リンパ節でのHPV DNA検出による子宮頸癌再発リスクの予知が可能となれば,このような症例に,術後外照射や全身化学療法などの個別化治療を行うことにより予想外の不幸な転帰を減少させることが可能であると思われた.まず最初に,転移リンパ節でのHPVの存在をPCR法,PCR-Southern法で同定しうることを確認するため,最近5年間に当科で広汎子宮全摘を行い,組織学的に明らかな骨盤内リンパ節転移が確認された症例での検討を行った.Templateは8μのホルマリン包埋切片からDEXPATを用いて得られた上清を使用した.8例のリンパ節転移陽性例の原発巣から,6例に16型HPVを,2例に18型HPVを検出した.そこで次に,同一症例の組織学的陽性リンパ節からのHPV検出を試みたところ,Type specific primerとprobeを用いたPCR-Southern法により,組織型に関わらず,また16,18いずれの場合も原発巣と同型のHPVを転移リンパ節から検出した.そこでつぎに,広汎性子宮全摘術が完遂された子宮頸癌IbおよびIIb期症例のうち,組織学的にリンパ節転移陰性と診断されたにもかかわらず,その後,再発あるいは癌死に至った症例での検討を行った.原発巣のHPVは,1例のみ18型で,残り9例はすべて16型であった.PCR-Southern法により,10例中9例に原発巣と同型のHPVをいずれかの骨盤リンパ節から検出した.またこれらの症例では,HPVが検出されたリンパ節でのさらに詳細な病理組織検索を行ったが,やはり組織学的転移は確認し得なかった.これら10例中,組織型別では小細胞癌が3例と比較的頻度が高く,早期の子宮外伸展と関連深く思われた.また,10例中8例はリンパ節転移陰性との病理診断を受けて,標準的な腔内照射のみしか行われておらず,骨盤リンパ節でのHPV DNA検出による子宮頸癌再発リスクの予知が可能となれば,このような症例に,術後外照射や全身化学療法などの個別化治療を行うことにより予想外の不幸な転帰を減少させることが可能であると思われた.
尿路上皮癌幹細胞の同定および癌幹細胞をターゲットとした治療モデルの構築

進行尿路上皮癌においては、抗癌剤により、一時的には良好な治療効果を示すものの、長期生存率は極めて低い。これは、少数の癌幹細胞成分が残存し、再燃を来すためと考えられている。本研究では、尿路上皮癌幹細胞の分離・同定の上、抗癌剤抵抗性の検証、およびそのメカニズムを解析し、癌幹細胞を標的とした治療戦略の構築を目指した。その結果、低濃度のHSP90阻害剤を用いることにより、抗癌剤抵抗性克服の可能性が示され、進行尿路上皮癌患者における治療成績改善に寄与する可能性が示唆された。前年度に得られた以下の知見に基づき、膀胱癌幹細胞の治療耐性メカニズムの更なる検討を行なった。1,CD44陽性膀胱癌細胞が,癌幹細胞の要件を満たす細胞集団であることを確認した.2,膀胱癌幹細胞がより強いシスプラチン抵抗性を示した.3,膀胱癌幹細胞は高いAktおよびERK活性を示した.4,非殺細胞濃度のHSP90阻害剤は,膀胱癌幹細胞のAktおよびERK活性を同時に不活化させ,シスプラチンによるアポトーシス誘導を増強することによりその殺細胞効果を相乗的に高めた.5.in vitroにおいて、低濃度HSP90阻害剤を用いることで,膀胱癌幹細胞のシスプラチン耐性を克服する可能性を示した.今年度、上記のin vitroでの知見に基づき、免疫不全マウスへの膀胱癌幹細胞腫瘍移植モデルを作成した。さらに、同移植モデルにおける膀胱癌幹細胞の治療耐性克服の可能性を検討した。その結果、in vitroでの結果と同様、シスプラチンと低濃度HSP90阻害剤を併用することにより、膀胱癌幹細胞の腫瘍増大速度が抑制されるという知見を得た。進行膀胱癌の根治を目指すための、膀胱癌幹細胞をターゲットとした治療モデルの構築の可能性を示した。膀胱癌幹細胞の分離・同定,シスプラチン抵抗性の検証,治療耐性関連分子発現プロファイルの解析,およびその結果に基づくシスプラチン抵抗性克服の可能性の検討を行った。膀胱癌細胞株から,細胞表面マーカー発現により,癌幹細胞の定義とされる「自己複製能」,「多分化能」,「腫瘍再現能」を兼ね備える細胞集団を超高速Cell Sorterを用いて分離した.具体的にはspheroid colony assayによる浮遊細胞塊形成能,SCIDマウス腫瘍皮下移植モデルを用いたlimiting dilution assayによる腫瘍形成能で評価した.また,シスプラチンに対する治療抵抗性を検証し,膀胱癌幹細胞の治療耐性関連分子発現プロファイルに基づき,heat shock protein 90 (HSP90)阻害剤による膀胱癌幹細胞のシスプラチン抵抗性克服の可能性を検討した.今研究において、現時点で以下の知見を得た.1,CD44+膀胱癌細胞が,CD44ー膀胱癌細胞に比べ,sphere形成能および腫瘍形成能が高い(10100倍),癌幹細胞の要件を満たす細胞集団であることを確認した.2,膀胱癌幹細胞はCD44ー細胞の約2倍のシスプラチン抵抗性を示した.3,膀胱癌幹細胞は高いAktおよびERK活性を示した.4,非殺細胞濃度のHSP90阻害剤は,膀胱癌幹細胞のAktおよびERK活性を同時に不活化させ,シスプラチンによるアポトーシス誘導を増強することによりその殺細胞効果を相乗的に高めた.膀胱癌幹細胞はシスプラチン抵抗性を示し,低濃度HSP90阻害剤を用いることで,シスプラチン耐性克服の可能性が示された.現時点で、膀胱癌幹細胞の分離・同定および、その治療抵抗性の確認、治療耐性メカニズムの検討を行った上で、細胞レベルでの治療耐性克服の可能性を見い出した。そのため、現時点での進捗状況は順調であると考えている。次年度では、治療耐性メカニズムの更なる検討、および、マウスへの腫瘍移植モデルにて膀胱癌幹細胞の治療耐性克服の可能性を検討し、より実臨床に即した検討を行う予定である。同時に、現在までで得られた知見を日本国内および全世界へ向けて発信することに務める予定である。日本泌尿器科学会、欧州泌尿器科学会、米国泌尿器科学会にて本研究の成果を発表することが内定しており、得られた知見を世界へ発信する予定である。また、治療耐性メカニズムに関して更なる考察を行い、臨床に即した新規治療法を確立することに務める。
腸内細菌叢を標的とした網羅解析による身体活動不足パンデミックへの挑戦

生活習慣病の発症は、大きな社会問題である。近年、その原因の1つとして腸内細菌叢の関与が指摘されるようになった。加えて、全世界で年間530万人が身体活動不足が原因で死亡している。運動習慣の獲得の有無もまた、腸内細菌叢に依存しているとするならば、腸内細菌叢の改善を促すことで、不活動予防効果が期待できることになる。本研究では、この命題に対して、腸内細菌叢の変化によって高い活動性を示すようになるToll-様受容体5 (Tlr5)遺伝子欠損マウスを用いて革命的進歩を遂げる網羅的解析技術を駆使した解明に挑むとともに、腸内細菌療法の画期的な方法のひとつである便移植法による検討を行う。
地域間交通からみる古代東北の政治と社会

古代東北の各地域を結びつける交通路や交通システム、およびその上の展開された具体的な交通のあり方を解明し、東北古代史を各地域の相互関係の歴史として捉え直すことを目指した。陸奥・出羽両国における諸地域を結ぶ交通路とともに、両地域を結ぶ多様な交通路をもとりあげ、律令国家の地域編成におけるその役割を解明するとともに、蝦夷社会内部の交通路にも視点を広げ「官道」にとらわれない古代東北の多様な交通のあり方を解明した。平成24年度は、分析の基礎となる古代交通制度関連文献史料の再検討を進めると共に、前年度実施した陸奥出羽南部地域に加え陸奥国北部地域をも加えた形で基礎的な史料やデータの収集・整理をおこなった。具体的な史料調査・収集活動としては、(1)前年度よりおこなっている歴史の道調査報告書等に自治体史等を加えた形での、各地域における交通路復原に関わる情報の収集整理。(2)宮古市周辺を中心とした、岩手県三陸沿岸地域の現地調査、(3)東京国立博物館所蔵九条家本延喜式巻28(諸国駅伝馬条)の調査(高精細写真画像データの借用)などをおこない、これらをもとにした分析を進めている。またこれらの史料の分析と共に、1古代駅家制度について『和名類聚抄』「駅家」郷記載の史料的性格に関する再検討をつうじた、駅家制度と村落制度・戸籍制度の関係についての整理検討をおこない、2出羽国の東山道移管時期、天平九年の奥羽連絡路開削事業に関わる問題を中心にした、奥羽連絡路と陸奥出羽両国の支配政策やエミシ社会との関係に関して、分析・検討をおこなった。研究成果の公表については、前記1に関する分析結果を含んだ論文を執筆し、これは2013年度に刊行される予定となっている。また前年度以来検討を進めてきた陸奥国の海道・山道に関する分析検討の結果については、4月に口頭報告をおこなった。なお前記2については、平成25年度に成果をまとめ、公表する予定である。平成25年度においては、前年度までの研究の継続と3年間の成果に関する見通しの獲得を目的に下記の作業をおこなった。(1)引き続き、旧版地形図や小字名資料の収集によって地理資料にみえる古代交通路復元のための情報の整理をおこなった。(2)東北北部のうち特に秋田県日本海側地域を中心に現地踏査と情報収集・分析をおこなった。3)古代駅家遺跡調査の先進事例である播磨国山陽道駅家の実地踏査をおこなった。(3)初年度・二年度の成果をもふまえ文献資料とあわせたかたちで古代東北における交通路研究の課題や特色について検討した。(4)これらの成果をもとに、仙台古代史懇話会および第40回古代城柵官衙遺跡検討会(代読)での報告をおこなった。また文献からみた古代官道研究の課題に関する論文を執筆し、そのなかで東北古代北部における古代交通路研究について課題を論じた。3年間の研究によって得られた成果としては、下記の点があげられる。(1)古代東北の各地域における交通路の特色を。水運や山間交通路など自然的環境と政治的動向との相互作用という観点から解明できたこと。(2)エミシ社会における奥羽両地域にまたがる交通路およびネットワークの重要性を明確にできたこと。(3)古代東北における駅家や官道の政治性を特に城柵制支配との関わりで解明できたこと。(4)古代駅伝馬制度経営の東北における実態の解明。駅戸の設定・経営などが辺境支配の中でいかなるかたちでおこなわれたかを、他地域における駅伝馬制との比較から検討できたこと。(5)古代奥羽の地域編成と交通路整備との関係。出羽国の東山道移管や陸奥における交通路とエミシ支配の関係など地域の政治的編成と交通路の密接な関係を歴史的変遷過程とあわせて解明できたこと。なお本研究の成果は平成26年度以降も随時公表する予定である。また同時に地理的資料を活用した交通路研究は今後も継続していく予定である。初年度である平成23年度には、主として陸奥・出羽南部地域に関する基礎的な資料やデータの収集・整理に力点を置きつつ研究を進めた。作業としては、(1)各県の『歴史の道調査報告書』をはじめとする、前近代における交通路復原にかかる研究成果の収集と精査をおこなうとともに、(2)旧版地形図や小字名等の収集調査など前近代の交通路復原に関する基礎データの収集整理を進め、従来から進めてきた(3)刊本史料や写真版等による古代文献史料や出土文字史料の分析とあわせて研究を進めた。具体的な分析・研究成果としては、以下の二つの課題について知見を得た。第一には、陸奥国における「山道」「海道」に関する分析である。陸奥国府以北に存在した「山道」「海道」については従来、『延喜式』民部省式の郡名配列を根拠にそのルートが復原されてきた。しかし民部省式の郡名配列は陸奥国府以北の諸郡を時計回りに一括して網羅する論理を基本としており山道・海道ルートおよびその地域区分はこれとは別に考える必要がある。

この問題は陸奥国北部の地域編成や蝦夷支配方式の理解にもかかわる課題であり、この点でも新しい知見を提示できる。第二に、出羽国南部の最上川流域の交通体系についての分析である。この地域では、船を併置した駅がいわゆる「水駅」として従来から注目されているが、各駅における船には「駅馬」として配置されているものと「伝馬」としてのそれがあり、両者には配置の論理に明確な相違がある。この点に注目しつつ、個別の駅の立地状況や環境、さらには近世以前における舟運・陸運の関係などを検討することによって、古代における日常的な最上川舟運利用の実態に迫ることができると考える。以上のうち後者についてはその一部を、駒籠楯跡発掘調査報告会(平成24年3月18日)の講演において報告した。両者とも、今後関連する知見を加え、論文等として報告する準備を進めている。(1)古代東北における地域間交通路の調査復原については、文献史料の収集精査は順調に進み、具体的な分析に着手出来ている。また歴史の道調査報告書等の収集精査により、多様な交通路復原に関する素材の収集も順調に進展している。(2)古代東北における交通制度・施設の実態分析についても、前年度の成果をさらに発展させている。(3)前年度に課題であった城柵官衙遺跡と地域間交通の分析についても、情報収集と検討が順調に進展しつつある。(4)古代東北における地域間交通と地域社会編成に関する分析についても、前年度の成果をふまえつつ一定の見通しを得つつあり、さらに考古学的情報の精査なども加え今後発展させていく予定である。(1)古代東北における地域間交通路の調査復原に関しては、文献史料の収集・精査について言えば、おおむね順調に進展している状況である。また古代の文献のみでは十分に明らかにすることが出来ない多様な交通路復原の素材として中世・近世交通路に関する情報収集等も比較的順調におこなうことができている。(2)古代東北における交通制度・施設の実態に関する調査研究に関しては、最上川流域における水駅制度について検討を進めることが出来あるなど順調に進展している。(3)城柵官衙遺跡と地域間交通の関係の分析については、報告書の精査など基礎的な情報の収集はおこなっているものの、現時点ではまだ十分に着手することができていない部分も多く、今後の課題となっている。(4)古代東北における地域間交通と地域社会編成に関する分析については、特に東北南部地域における交通路と地域編成に関しては、陸奥側・出羽側ともに一定程度の見通しを得つつあるが、考古学的調査成果の精査などをもふまえながら更に見通しを深めていく必要がある。平成25年度は、23,24年度における史料や情報収集の成果を補足しつつ、研究の最終年度として、総括的な検討・分析を進めていく予定である。24年度は、岩手・秋田県域を含めたかたちで資料の集積・整理をおこなうとともに、秋田県域などでの現地調査をおこなう。また24年度に進展した各種資料の写本調査等についても補足的な調査をおこなう。これらをもとに、(1)古代東北の交通路復原に関わる基礎的データの集成・整理を総括的におこなうとともに、古代東北における交通路および駅伝馬制施行の特性について総括的な見通しを得たい。
海産養殖魚の粘液胞子虫と微胞子虫の病理生物学

近年、日本の海産養殖魚に粘液胞子虫病や微胞子虫病が増加している。それらの中には養殖ブリの脳脊髄炎の原因とされる粘液胞子虫のように新しく発見されたものもあるが、ブリのべこ病原因微胞子虫のように古くから知られているものもある。本研究では、それらの寄生虫の疫学、生活環、病理生物学、宿主-寄生虫関係に関する基礎的知見を集積すること、および早期診断法や感染防除法を開発することを目的とする。脳脊髄炎を呈する養殖ブリの脊髄から粘液胞子虫の遺伝子が採集され、SSU rDNA解析の結果、ブリの胆管寄生性Myxobolusspirosulcatusと同一であることが判明した。そこでM.spirosulcatusを特異的に検出するPCR法を開発し、海域に生息する300個体以上の無脊椎動物(多毛類等)を採集して検査したが、陽性反応は得られず、この寄生虫の生活環を解明することはできなかった。長崎県のべこ病発生地域で200個体以上の無脊椎動物を採集し、PCRにより寄生の有無を調べた結果、2個体の多毛類から陽性反応がみられた。しかし、陸上水槽内で多毛類を未感染魚と同居することによる感染実験は不成功に終わった。また、べこ病発生地域でない愛媛県産多毛類からも陽性反応がみられたことから、この多毛類が中間宿主であることを証明するには至らなかった。近年、ブリ類養殖で問題となっている未同定の粘液胞子虫による脳脊髄炎(いわゆる「不明病」)と体側筋肉寄生微胞子虫Microsporidium seriolaeによるべこ病について、寄生虫の感染源や感染経路を特定するため、遺伝子解析技術を用いて疫学調査を行った。「不明病」原因粘液胞子虫は、そのSSU rDNAの分子系統学的解析結果からブリの胆管で発育するMyxobolus spirosulcatusであることが強く示唆されていたため、M. spirosulcatusのSSU rDNA塩基配列に基づいたPCR診断法を開発して、実際の養殖ブリを診断した。愛媛県、長崎県、大分県で養殖されていたブリを採集し、脳および脊髄の部位ごと(前方、中間、後方)に組織を摘出してPCR検査を行った。その結果、脳では陰性であったが、脊髄のとくに前方で陽性反応が頻繁にみられた。この結果は現場的な診断手順の確立に有用である。また、愛媛県内で6月に採捕して以降、陸上水槽内で飼育していたブリでも陽性反応が見られたことから、感染は6月以前のかなり早期に起こっていることが示された。全体的に、外観・剖検による発病の有無とPCRによる判定結果は必ずしも一致しなかった。これは不顕感染の状態がかなり多く起きていることを示唆するが、この粘液胞子虫寄生と「不明病」との因果関係を証明することが難しいことも意味する。べこ病については、タイのナマズ類に寄生するKabatana arthuriと、長崎県のべこ病発生海域に近い場所で得られたホシガレイの筋肉寄生微胞子虫Microsporidium sp.について、胞子を採集し、寄生虫の遺伝子解析を試みた。前者との比較は、M. seriolaeの系統学的位置付けの解明に役立ち、属名を確定するのに有用である。後者との比較は、べこ病の感染環を考える上で重要な情報になると考えられる。現在、いずれも解析作業の途中であり、まだ確定的な結論は導き出せていない。ブリ類は日本で最も重要な海産養殖魚であるが、近年、未同定の粘液胞子虫による脳脊髄炎と筋肉寄生微胞子虫Microsporidium seriolaeによるべこ病の発生が増加しており、産業的に問題どなっている。本研究では、養殖ブリの脳脊髄炎の原因と推測される粘液胞子虫とM.seriolaeの疫学、生活環、病理生物学、宿主-寄生虫関係に関する基礎的知見を集積すること、および2種の疾病に関する早期診断法や感染防除法を開発することを目的とする。ブリの脳脊髄炎について粘液胞子虫の疫学調査をPCR法により行った結果、この寄生虫は四国、九州地方に幅広く分布しており、外観的に発病していない健康魚からも高率で検出される場合があった。採集された寄生虫株のSSUrDNAを系統解析した結果、2つの遺伝子型があるように見えたが、ITS領域の解析結果からは、発病の有無、種苗の由来、養殖場の場所との関連は見出せなかった。ブリ脊髄組織内に寄生する初期の栄養体を検出できるin situハイブリダイゼーションを開発し、感染初期の寄生虫の動態を追跡する糸口をつかんだ。ホシガレイのべこ病原因微胞子虫(Microsporidjum sp.SH)とM.seriolaeとの異同を検討した結果、Microsporidium sp.SHは胞子のサズがやや小さく、またrDNA配列では明らかに違いが認められたことから、両者は別種であると判断された。これは、ブリのべこ病の感染環にホシガレイは関じ与していないことを示す。ブリのべこ病の発生地域で無脊椎動物を採集し、PCR法で調査したところ、養殖筏に付着している多毛類から陽性反応がみられた。この結果は多毛類がM.seriolaeの生活環において中間宿主となっていることを示唆するが、今後、感染実験により証明する必要がある。

それらの中には養殖ブリの脳脊髄炎の原因とされる粘液胞子虫のように新しく発見されたものもあるが、ブリのべこ病原因微胞子虫のように古くから知られているものもある。本研究では、それらの寄生虫の疫学、生活環、病理生物学、宿主-寄生虫関係に関する基礎的知見を集積すること、および早期診断法や感染防除法を開発することを目的とする。脳脊髄炎を呈する養殖ブリの脊髄から粘液胞子虫の遺伝子が採集され、SSU rDNA解析の結果、ブリの胆管寄生性Myxobolusspirosulcatusと同一であることが判明した。そこでM.spirosulcatusを特異的に検出するPCR法を開発し、海域に生息する300個体以上の無脊椎動物(多毛類等)を採集して検査したが、陽性反応は得られず、この寄生虫の生活環を解明することはできなかった。長崎県のべこ病発生地域で200個体以上の無脊椎動物を採集し、PCRにより寄生の有無を調べた結果、2個体の多毛類から陽性反応がみられた。しかし、陸上水槽内で多毛類を未感染魚と同居することによる感染実験は不成功に終わった。また、べこ病発生地域でない愛媛県産多毛類からも陽性反応がみられたことから、この多毛類が中間宿主であることを証明するには至らなかった。
広葉樹の樹幹形態及び形成層活動の制御機構に関する基礎的研究

平成9年度は本研究の最終年度にあたることから、以下の3課題における7,8年度で残した問題点について検討するとともに、成果をとりまとめる方向で研究を進めた。(課題1)樹幹形態、木材形成、及び材質に及ぼす環境因子の影響についての生態生理学的解析、及び(課題3)樹幹形態及び材質に影響する異常構造材形成機構の組織解剖学的解析ヤチダモを用いて研究を進めた。木材形成に影響を及ぼす環境要因として重要な重力ストレス処理による幹の立ち上がりにはジベレリンの関与が明らかになったが、引張あて材(tension wood)に特徴的な木部繊維におけるG層の形成そのものは、ジベレリン生合成阻害剤であるウニコナゾールを用いても阻害されないことが明らかになった。この結果、ジベレリンはG層の形成よりむしろ、形成層における細胞分裂の促進に重要な役割を果たしているようである。(課題2)樹幹形態及び木材形成調節機構の生理学的・分子生物学的解析これまでのPrunus属を用いた研究に加え、枝垂れ症を示す樹種として広く知られているシダレヤナギを用いて研究を行った。本樹種の枝垂れ症はPrunus属と同様にジベレリン(GA3)処理によってうち消されて立ち上がることが明らかになった。このとき上側よりも下側のセルロースミクロフィブリル傾角が大きくなることを見いだした。またセルロースの量は、下側の方が相対的に少なくなるものの、全体では増加することがわかった。なおリグニンとヘミセルロースの量には変化が認められなかった。以上に加えて、これまでの研究成果を冊子にとりまとめ、報告書として提出した。一般に広葉樹が傾斜すると幹の上側の形成層活動が盛んとなり、引張アテ材が形成される。広葉樹の引張アテ材形成機構については不明な点が多いが、最近の報告では、枝垂れ性のサクラ属樹木がジベレリンを処理することによって直立性を回復することを明らかにし、枝垂れ性には引張アテ材形成不全が関与することを見いだしている。本研究では、広葉樹の引張アテ材形成におけるジベレリンの役割を明らかにすることを目的として、水平に位置した苗木の姿勢変化、および引張アテ材形成におよぼすジベレリン処理、さらにジベレリン生成阻害剤であるウニコナゾール処理の影響を検討した。実験には2年生ヤチダモの実生苗木を用い、水平に置いた苗木の腋芽に対してウニコナゾールPを50%アセトンで希釈し、1100mg/5μlの濃度範囲で滴下した。さらにGA3およびGA4処理もウニコナゾールP処理と組み合わせて処理した。この結果、倒置したヤチダモ苗木は時間の経過とともに立ち上がる傾向を示すが、ウニコナゾール処理区では姿勢回復は強く抑制された。このような抑制効果はジベレリンを与えることで打ち消された。ウニコナゾール処理は内生ジベレリンの生成を抑制していると予想されることから、ジベレリンは広葉樹の姿勢回復に重要な役割を果たしており、特に引張アテ材形成に関係が深いものと考えられる。またウニコナゾール処理は葉面積の拡大やクロロフィルの増加をもたらすことがわかった。これらの現象は樹体内のジベレリン濃度低下に起因するものと考えられる。(課題1)樹幹形態、木材形成、及び材質に及ぼす環境因子の影響についての生態生理学的解析:(1)重力ストレス処理(幹の傾斜)によるTension wood形成=直立のメカニズムを植物ホルモン等の処理によって調べ、ジベレリンが傾斜した幹の立ち上がりを決定していることを見出した。また形成層における重力センサーとして、カルシウム・イオンが重要な役割を果たしていることを証明した。(2)ハンノキを用いて根圏の酸欠ストレスが引き起こす過剰なエチレン生成と根株部の異常肥大現象との関係を明らかにした。特に木材形成の異常昂進時にはオーキシン-エチレンの相互作用が関与することを明らかにした。

(課題2)樹幹形態及び木材形成調節機構の生理学的・分子生物学的解析:(1)Prunus属を含めた枝垂れ症を示す複数の樹種を用いて枝垂れのメカニズムを調べ、引張アテ材(tension wood)形成不全がその原因であること、ジベレリン処理は枝垂れ症の回復=引張アテ材の形成に決定的な役割を果たしていること、枝垂れ症の発現には頂芽から幹へのジベレリンの移動不全が問題であることなどを明らかにした。(課題3)樹幹形態及び材質に影響する異常構造材形成機構の組織解剖学的解析:(1)課題(1),(2)で形成されるTension woodの組織構造的特性と形成のプロセスを検討し、ジベレリンはセルロースの合成やミクロフィブリルの配向を決定しており、ウニコナゾールによるジベレリンの生合成阻害はセルロース合成を強く抑制することを認めた。平成9年度は本研究の最終年度にあたることから、以下の3課題における7,8年度で残した問題点について検討するとともに、成果をとりまとめる方向で研究を進めた。(課題1)樹幹形態、木材形成、及び材質に及ぼす環境因子の影響についての生態生理学的解析、及び(課題3)樹幹形態及び材質に影響する異常構造材形成機構の組織解剖学的解析ヤチダモを用いて研究を進めた。木材形成に影響を及ぼす環境要因として重要な重力ストレス処理による幹の立ち上がりにはジベレリンの関与が明らかになったが、引張あて材(tension wood)に特徴的な木部繊維におけるG層の形成そのものは、ジベレリン生合成阻害剤であるウニコナゾールを用いても阻害されないことが明らかになった。この結果、ジベレリンはG層の形成よりむしろ、形成層における細胞分裂の促進に重要な役割を果たしているようである。(課題2)樹幹形態及び木材形成調節機構の生理学的・分子生物学的解析これまでのPrunus属を用いた研究に加え、枝垂れ症を示す樹種として広く知られているシダレヤナギを用いて研究を行った。本樹種の枝垂れ症はPrunus属と同様にジベレリン(GA3)処理によってうち消されて立ち上がることが明らかになった。このとき上側よりも下側のセルロースミクロフィブリル傾角が大きくなることを見いだした。またセルロースの量は、下側の方が相対的に少なくなるものの、全体では増加することがわかった。なおリグニンとヘミセルロースの量には変化が認められなかった。以上に加えて、これまでの研究成果を冊子にとりまとめ、報告書として提出した。
マウス緑膿菌性慢性気道感染症モデルを用いた病態解析-サイトカインネットワークの構築とマクロライドの作用機序の解明-

我々はこれまで、DPBをはじめとする慢性気道感染症におけるマクロライドの作用機序を解明するため、緑膿菌によるマウス慢性気道感染症モデルを創始し、病理学的、免疫学的病態を解析してきた。その結果、慢性期の成立がおよそ3ヶ月後に起こることが推測された。本研究ではこの結果をもとに、緑膿菌性慢性気道感染症モデルにおけるマクロライド系抗菌薬のBALF中の菌数および好中球数、サイトカインへの影響を検討し、本系薬の慢性気道感染症における作用機序を検討した。感染後7日目よりクラリスロマイシンを細菌学的効果を与えない10mg/kgを経口的に投与した。その結果、治療群ではIL-1β、TNFαといった炎症性サイトカイン、、肺内リンパ球の抑制が起こり、肺内リンパ球CD4/8比は回復していた。また、慢性期が成立すると推測された90日目からの投与も行った。方法は急性期と同様に設定した。その結果、やはり炎症性サイトカイン、BALF中好中球が減少しおり、これまで臨床で報告されている結果と相違ない結果であった。近年クラリスロマイシンに続く同系抗菌薬の開発が相次いでおり、なかでもケトライドはエリスロマイシン(EM)の化学構造を種々変換して合成された新規の抗菌薬であり、マクロライドと類似の効果が期待されている。本薬についても同様の検討を行った。その結果、ケトライド投与群では分離菌数は1×10^<23>CFU/mlと低値し、他のマクロライド系抗菌薬に比較し、著明に菌数を低下させる作用があることが示唆された。その効果はケトライドのP.aeruginosa NUS10株に対するMIC(>400)やその構造から抗菌作用というよりもバイオフィルム形成抑制に影響を及ぼすことが予想された。今後、ケトライドがバイオフィルムの形成に関与するAlginate産生に及ぼす効果についても他剤と比較し、検討を加えて報告する予定である。我々はこれまで、DPBをはじめとする慢性気道感染症におけるマクロライドの機序を解明するため、緑膿菌によるマウス慢性気道感染症モデルを創始し、病理学的、免疫学的病態を解析してきた。その結果、慢性期の成立がおよそ、3ヶ月後に起こることが推測された。本年度はこの結果をもとに、緑膿菌慢性気道感染症モデルにおけるマクロライド系抗菌薬のBALF中の菌数および好中球数、サイトカインへの影響を検討し、本系薬の慢性気道感染症における作用機序を検討した。感染後90日目より、クラリスロマイシンを細菌学的効果を与えない10mg/kgを5%アラビアゴムに懸濁して経口的に投与した。コントロール群には5%アラビアゴム0.2mlを投与した。その結果、治療群において、先にTumor Necrosis Factor-α(TNFα)が抑制され、続いて菌数及び好中球数が抑制されてきていることが示唆された。つまり、まず生体側へ作用するものと推測された。また、これまでの多くの臨床での報告同じように、炎症性サイトカインであるIL-1βも低下させた。一方、これまで我々はクラリスロマイシンはコントロール群に比べ、優位に肺内リンパ球、CD4/8比を回復させ、生体側に効果を及ぼしていることを報告してきた。近年、クラリスロマイシンに続く、同系抗菌薬の開発が相次いでおり、臨床の現場において、慢性気道感染症に対するその有用性が報告されている。