hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
気管上皮を介した気管支平滑筋弛緩機構の解明

気管支平滑筋細胞へのTrifolirhizin前処理で細胞内カルシウムイオン濃度抑制が認められた。しかし漢方生薬を添加した気管上皮細胞の培養液で処理した気管支平滑筋細胞ではホスホキナーゼA活性化による収縮抑制経路は活性化されず、Ca2+低依存性の経路の関与が示唆された。またカルシウムイオン測定の代わりにミオシン軽鎖のリン酸化を収縮の指標に用いるべく検討中である。一方TrifolirhizinはホスホキナーゼCを介する経路の抑制に関与している可能性を見出した。これはPC2-Bの併用で増強することが判明し、RhoAを標的として経路を探索中である。漢方配合剤ASHMIに含まれるTrifolirhizinには近年抗アレルギー作用の存在が示唆されており、PKA活性化による筋弛緩を示唆する結果を得ている。漢方成分の作用は不明な点も多く、我々は一部の成分が気管上皮へ作用し、その結果産生されたPGE2等のメディエータが気管支を二次的に弛緩させるという気道クロストーク仮説を考えた。漢方成分の一つであるTrifolirhizinのPLCbを介するmyosin light chainのリン酸化経路への影響を確認するため、単離したPLCbに対するTrifolirhizinの直接作用を確認した。陽性対照として、U-73122を用いた。Trifolirhizinは50uM以上で明らかにPLCb活性を抑制することが示された。その抑制率は陽性対照の70%程度であった。一方、気管支平滑筋培養細胞のprimary cellを用いた生薬由来成分のEP receptorを介する平滑筋収縮・弛緩に及ぼす影響に関しては、現在測定条件の評価中である。筋収縮発現に影響する細胞内カルシウム([Ca2+]i)濃度変化を検出するためにFura2-AMやCa Assay kitを含むCa2+蛍光プローブを用いているが、既存の細胞株およびGABA受容体抑制物質を用いた[Ca2+]iの変動は測定可能だったが、TrifolirhizinやASHMI等の漢方成分では安定して測定出来ず、現在プローブの剪定やマイクロプレートリーダーの測定条件を調整中である。また直接EP2/4受容体による筋弛緩経路を介することの検索のためphosphoCREBおよびphospho myosin lightchainを標的としたwestern blotに関し、実験条件の確立および陽性対照群を作成のため、ヒスタミンを用いて実験中である。しかし一方で漢方成分の作用には不明な点も多く、我々は一部の成分が気管上皮へ作用しその結果産生されたPGE2等のケミカルメディエータが気管支を二次的に弛緩させるという、気管クロストーク仮説を考えた。漢方成分の一つであるTrifolirhizinのPLCbを介するmyosin light chainのリン酸化経路への影響を確認し、50uM以上で明らかにPLCb活性を抑制することが示された。一方気管支平滑筋のprimary cell培養細胞を用いた生薬由来成分の平滑筋収縮・弛緩に及ぼす影響に関しては、現在測定条件の評価中である。筋収縮発現に影響する細胞内カルシウム濃度;{Ca2+}i変化をASHMIやTrifolirhizin等の漢方成分存在下に安定して検出するためにはCalcium assay kitを含む新規蛍光プローブが必要となる。プローブの選定は完了したが、その後測定機器と細胞保管設備に不具合が発生したため、研究の一時中断を余儀なくされた。しかし既存の細胞株およびGABA受容体抑制物質を用いた{Ca2+}iの変動は別施設ですでにその測定方法も確立しており、今後はPGE2前処理と漢方成分前処理による{Ca2+}i変化への影響を確認後、細胞内反応伝達の違いに関して。また直接EP2/4受容体による筋弛緩経路を介することの検索のため、ヒスタミン刺激による気管支平滑筋刺激による反応経路検索を目的にwestern blotを用いてそれぞれ検討する予定である。漢方薬の色調と干渉しない蛍光プローブの検索中に、27年度から使用予定の共用施設の測定装置不備が原因となった不具合が発生し、細胞内カルシウム濃度測定条件の設定が予定通り進行しなかった。また年度後半には細胞を保管している冷凍庫の故障により、保管していた気管支平滑筋細胞の保存株が使用不能になり、新規継代を作成しなければならなくなった。これらの設備に起因する問題は年度末には解決しており、再度のプローブ選定の結果、既に新しいプローブを選択済である。以降はは従来通り細胞内カルシウム濃度の測定が可能となり、現在の遅延は回復できると考えている。また研究分担者によるwestern blottingでは、ヒスタミン刺激によるphospho CREBの増加を確認することが出来た。Trifolirhizinには近年抗アレルギー作用の存在が示唆されており、漢方配合剤ASHMIによる気管支平滑筋収縮の解除機構としてPKA活性化を介した経路を示唆する結果を得ている。しかし一方で漢方成分の作用にはいまだ不明な点も多く、我々は一部の成分が気管上皮へ作用しその結果産生されたPGE2等のケミカルメディエータが気管支を二次的に弛緩させるという、気管クロストーク仮説を考えた。気管支平滑筋の初代培養細胞をASHMIより抽出したTrifolirhizinで前処理することにより、100uM以上の濃度でヒスタミン刺激による細胞内カルシウム濃度;[Ca2+]i上昇の抑制傾向が見られた。

一方ASHMIあるいはTrifolirhizinに暴露させた気管上皮細胞の上清で前処理した気管支平滑筋細胞にはヒスタミン刺激による[Ca2+]i発現量の抑制は明らかにはならなかった。そこで収縮の指標として[Ca2+]i変化に加えmyosin light chain(MLC)のリン酸化(MLCp)を測定することとした。平滑筋収縮の抑制機構として、PKCを介する経路の増強の他にも上記の前処理薬剤が影響を及ぼす細胞内伝達経路の候補に挙げているPKAを介する経路、中でも直接MLC phospataseを刺激する直接経路とRhoAを抑制することによる間接経路も検討に加えることとした。具体的には現在U-73122によるPLC抑制によるPKCを介する経路への影響に加え、RolipramによるPKAの抑制によるphosphoCREBの産生量減少、およびY-27632によるROCK抑制を標的として各経路を確認し、上皮由来メディエータを介した気管支平滑筋のシグナル調節の作用伝達経路を検討中である。気管支平滑筋細胞へのTrifolirhizin前処理で細胞内カルシウムイオン濃度抑制が認められた。しかし漢方生薬を添加した気管上皮細胞の培養液で処理した気管支平滑筋細胞ではホスホキナーゼA活性化による収縮抑制経路は活性化されず、Ca2+低依存性の経路の関与が示唆された。またカルシウムイオン測定の代わりにミオシン軽鎖のリン酸化を収縮の指標に用いるべく検討中である。一方TrifolirhizinはホスホキナーゼCを介する経路の抑制に関与している可能性を見出した。これはPC2-Bの併用で増強することが判明し、RhoAを標的として経路を探索中である。漢方成分の一種であるTrifolirhizinのPLCbを介するmyosin light chainのリン酸化経路への直接的影響を確認し、50uM以上で明らかにPLCb活性を抑制することが示された。一方、気管支平滑筋培養細胞を用いた生薬由来成分のEP receptorを介する平滑筋収縮・弛緩に及ぼす影響の検討に関しては、従来より筋収縮発現に影響する細胞内カルシウム([Ca2+]i)変化を検出するため用いてきたCa2+蛍光プローブでは安定して検出出来なかった。スペクトラムスキャン等の検討により、漢方成分自体の色調により蛍光と干渉していることが疑われたためプローブを変更することで再検討中である。プローブが決定した後は従来と同様に[Ca2+]i測定が可能となるため、概ね順調と判断する。また直接EP2/4受容体による筋弛緩経路検索のためphosphoCREBおよびphospho myosin light chainを標的としたwestern blotに関し、研究分担者により実験条件の確立およびヒスタミンを用いた陽性対照を作成中であり、条件が決定しつつあるとの言質を得ている。気管支平滑筋培養細胞のprimarycell lineと同様の方法で気管支上皮培養細胞においても漢方成分のPGE2産生に対する影響を検討する。
筋萎縮とタンパク質分解系との連係-カルシウムシグナル伝達系とカテプシン群の関与-

【目的】骨格筋の萎縮に伴ってlysosome由来のcathepsin群活性と遊離dipeptideレベルが如何に変動するかを明確にすること。【方法】約6週齢雄性ラットを身体(whole body suspension : WBS)法により10日間連続して後肢筋をhypokinesia(筋の力学的負荷の低下)/hypodynamia(筋活動の低下)[H/H]の状態に保持した(WBS群)。対照(CON)群はcage controlとした。H/Hが終了した翌日、各群ラットの体重、ストレス応答臓器(胸腺、副腎、脾臓)、遅筋(ヒラメ筋:SOL),速筋(ヒフク筋:GAS,足底筋、長指伸筋)の各重量を測定した。併せて、遅筋・SOLと速筋・GASの筋lysosome由来のcathepsin B, Jの活性および筋内遊離carnosine(CARN)とanserine(ANSN)の各濃度を測定した。【結果】(1)体重はWBS群がCON群の0.58倍であった。(2)ストレス応答臓器重量はWBS群がCON群より有意に高いもの(副腎:1.61倍)と逆に有意に低いもの(脾臓:0.61倍、胸腺:0.52倍)に分類された。(3)体重あたりの筋重量はWBS群がCON群より有意に高いもの(長指伸筋:1.29倍)、変化なし(GAS,足底筋)、有意に低いもの(SOL:0.67倍)に分類された。(4)WBS群のSOL内cathepsin BとJの活性はいずれもCON群の各活性値より2.3倍と有意に高かったが、WBS群のGAS内catbepsin BとJの活性はCON群との各活性値とほぼ同じであった。(5)WBS群のSOL内CARNとANSN量はCON群の各値のそれぞれ0.56および0.78倍と有意に低かったが、速筋のGAS内CARNとANSN量は両群間で差が見られなかった。【まとめ】ラット後肢筋をH/Hの状態にすると、筋のSOLで特異的に萎縮がみられ、それに伴いprotease活性が有意に高まり、筋内のdipeptide量が著明に低くなる。このことからH/Hによってラットの遅筋であるヒラメ筋を萎縮させると筋内タンパク質が分解を受け、dipeptide量が有意に減少する。これらの現象が速筋のヒフク筋ではみられないことから、H/Hによる代謝応答は速筋と遅筋で異なる。本年度は当初の計画を若干変更し、新たに購入した高速液体クロマトグラフ装置、電気泳動装置および分光蛍光光度計の操作に習熟し、筋内フリーアミノ酸およびカテプシン群活性の分析法について種々検討した。これらの装置を用いて予備的な基礎実験を繰り返し実施した。

特に高速液体クロマトグラフ装置を用いて特定の病原菌を有さないSprague-Dawley系雄性ラットを用いて骨格筋の3-メチルヒスチジン、アンセリン、カルノシンの定量法について前処理の方法を含めて種々検討した。その結果、上記三種類のアミノ酸誘導体の定量法を確立することが出来た。次に、筋の萎縮の程度と上記アミノ酸誘導体レベルとの間にどの様な関係があるかを明確にするため、デキサメサゾンを用いて詳しく検討した。具体的には、ラットの骨格筋(腓腹筋)を萎縮させるためにデキサメサゾンを体重1kgあたり0.1、1mgを毎日、10日間投与した。対照ラットには当該量の0.9%塩化ナトリウウム溶液を同様に投与した。各デキサメサゾン投与群と対照群の骨格筋内3-メチルヒスチジン、アンセリン、カルノシン濃度を測定し、それらの値を相互に比較・検討した。その結果、腓腹筋の重量はデキサメサゾンの投与量にほぼ比例して減少したが、腓腹筋の3-メチルヒスチジン濃度はデキサメサゾンの投与量にほぼ比例して上昇した。同様の傾向はカルノシンでも明らかに認められた。一方、腓腹筋のアンセリン濃度はデキサメサゾンの投与量にほぼ比例して減少傾向が認められたが、個体間のバラツキが大きく、有意差は認められなかった。引き続き、蛍光分光測光法により骨格筋内のカテプシン群活性の定量法を検討し、良好な結果を得た。本年度の前半は,遊離アミノ酸の測定精度およびデータの再現性をしらべた。併せて,カラムの安定性をしらべた。また,筋内のリソゾームの調製法を再検討し,この標品の可溶化について検討した。その結果,1)三種類の遊離アミノ酸(アンセリン:ANS,カルノシン:CAR,3-メチルヒスチジン)の各保持時間と濃度は変動係数にして0.1%以下で測定できること,2)1本のカラムで約100120回測定できること,3)リソゾーム膜の可溶化にはtriton X-100を用いることが妥当であること,4)このリソゾーム内のセリンプロテアーゼに属するcathepsin BとJ(C)の活性が安定なこと,等が明確となった。次に,ラットに合成グルココルチコイドとハイドロコルチゾンを10日間投与した後,ヒラメ筋とヒフク筋の遊離アミノ酸濃度を測定した。その結果,二種類のグルココルチコイドを投与したラットの筋内CAR濃度は対照より有意に低かったが,筋内ANS濃度は有意な変化がみられず,筋内の遊離アミノ酸ごとに異なった応答性がみられた。引き続き,ラットを懸垂させて筋に力学的負荷を無くし,さらに運動を制限することによって萎縮させたときのヒラメ筋およびヒフク筋における遊離アミノ酸濃度およびcathepsin BとJ(C)の活性を測定した。その結果,懸垂によってラットの筋を萎縮させると,筋内CAR濃度は対照より有意に低かったが,ANS濃度は萎縮筋で有意に高かった。また,cathepsin BとJ(C)活性は,懸垂によって有意に上昇した。これらの結果より,筋内CAR濃度は,懸垂またはグルココルチコイド投与で萎縮させても明らかに低下する。しかし,ANS濃度は懸垂で上昇,グルココルチコイドで変化なしと,筋萎縮を惹起させる方法によって応答性に差が認められる。また,懸垂に伴って萎縮した筋内ではリソゾーム由来のタンパク分解系の促進作用があるものと推定される。【目的】骨格筋の萎縮に伴ってlysosome由来のcathepsin群活性と遊離dipeptideレベルが如何に変動するかを明確にすること。【方法】約6週齢
シトクロムP-450依存性モノオキシゲナーゼ系の組織特性とP-450関連疾患

1)動物組織のシトクロムP-450のラマン分光スペクトルはこれまで発表されていないが、我々は副腎皮質のシトクロムP-【450_(scc)】のラマン分光スペクトルを測定し、P-【450_(scc)】の酸素活性化機構を解析した。2)副腎皮質の各帯のシトクロムP-450とその関連酵素の量をWesternブロッティング法で決定した。これまで活性等の測定はあったが、定量されたものはなかった。3)ウシ副腎皮質ミトコンドリアのアドレノドキシンは、HPLCカラムで5個に分けることが出来る。これらの一次構造を調べるとアミノ末端側は変わらないが、カルボキシル末端側が多様であることが分かった。これは組織中のProtease影響かどうか検討中である。4)ウシ肝ミトコンドリアにアドレノドキシンと類似のヘパレドキシンが存在している。この性質を検討した。5)ヒト肝ミトコンドリアのシトクロムP-【450_(s27)】モノオキシゲナーゼの欠損によるCerebrotendinous Xanthomatosis(CTX)について調べた結果、NADPH-hepato-ferredoxin reductaseとHepato-ferredoxinは、CTXの患者では増加し、シトクロムP-【450_(s27)】が欠損していることを見出した。この性質を検討した。
強相関系物質の不均一電子状態に対する回折限界を超えた赤外分光実空間イメージング

本年度は,放射光近接場赤外分光を行うための原子間力顕微鏡(AFM)用のアパーチャー付探針の評価と近接場赤外スペクトル取得の評価を中心に行った.市販のAFM用探針から本研究に適合するような針の形状を有するものを数種類用意し,その針先端に大きさ,形状が異なるくさび型微小開口を収束イオンビームにより穴あけ加工を行った.穴あけ加工を行った針を用いてAFMとして動作するかどうかを,ストライプ状のくし型金電極の金表面と基盤との段差を観測することで確認した.その結果,空間分解能などの性能は悪化するが,本研究の近接場赤外分光で必要とする空間分解能である1マイクロメータは十分に達成できていることを確認した.しかし,探針の先端近傍に開口を作製したことで,針のどの位置で原子間力を感じて動作しているかが不明なところがあり, AFM像と開口位置での分光イメージングにずれが生じる可能性がある.これを解決するためには,金ストライプのような標準試料での同時測定を繰り返し,原子間力,分光イメージングの位置相関を今後確かめる必要がある.近接場赤外分光とそのイメージングの評価は,大型放射光施設SPring-8の赤外物性ビームラインBL43IRでおこなった.BL43IRにおける赤外顕微鏡の空間分解能は約10マイクロメータであるが,このビームを作製した探針のくさび開口の上面に照射し,約1-3マイクロメータに縮小し微小開口先端で近接場を発生させた.この近接場を用いて金ストライプの分光と空間イメージングをおこないその評価をした.その結果1マイクロメートル程度の空間分解能が得られ,本研究で目標とした波長限界を超えた赤外近接場によるスペクトル取得が達成できたことを確かめた.これらの結果を踏まえて,より空間分解能を向上させるために微小開口プローブから金属探針先端での近接場発生が次の課題である.本年度は,赤外分光近接場発生用のマイクロアパーチャーをAFM用カンチレバー先端に収束イオンビーム(FIB)加工により作製すること,および作製したマイクロアパーチャーを使用した近接場光発生を確認するための性能評価を主として行った.また,性能評価およびマイクロアパーチャー付カンチレバーを実際に強相関物質系の測定に用いるために必要となる,低温動作する小型の原子間力顕微鏡の試作にむけた設計と要素部品の選定を行った.マイクロアパーチャーを作製するAFM用カンチレバーには,窒化シリコン製の探針が2本出ている特殊形状をしたカンチレバーを,複数の作製メーカーから異なる形状,サイズ,力学特性のものを入手した.その中から先端にマイクロアパーチャーを作製するためにFIB加工性の良いもの選択し,サイズの異なるアパーチャーをカンチレバー探針の直近に作製した.アパーチャーは,丸穴が好ましいが,加工が困難なため四角穴を作製し,1x1μm^2から3x3μm^2までのいくつかのサイズのものを用意した.作製したマイクロアパーチャー付カンチレバーによる赤外近接場光発生の確認,評価をするために高輝度放射光施設SPring-8の赤外物性ビームラインBL43IRの顕微ステーションにおいて,実際にカンチレバー先端のマイクロアパーチャーに放射光赤外光を照射した.分解能測定用に用意した5μm間隔の金ストライプパターンの反射測定を行った結果,赤外領域の波長において,十分にこのパターンを空間分解した反射スペクトル測定を行うことができ,ほぼ設計どおりの性能が出ていることが確認された.放射光赤外光を利用した波長回折限界を超えた空間分解能を有する赤外実空間イメージングを行うために,近接場手法を赤外顕微鏡に応用した実験装置の開発が,本研究の目的である.本年度は,AFMカンチレバー先端に近接場を発生させるためのマイクロアパーチャーの作製と作製したカンチレバーの性能評価をSPring-8赤外物性ビームラインで行った.カンチレバー先端に角錐型のくぼみを有する窒化シリコン製のカンチレバー数種類を入手し,その先端に収束イオンビーム加工により2μm^2,3μm^2の穴あけ加工を行った.また,穴の大きさ,また探針位置に対する穴の位置の異なる数種類のカンチレバーを作製し,それらの違いによる空間分解能などの性能の違いを評価した.赤外測定を行う前に,これらのカンチレバーは穴あけ加工後も,マイカなどの標準試料で原子分解能を有することを確認した.作製したカンチレバーは高輝度放射光施設SPring-8赤外物性ビームラインBL43IRで性能試験を行った.走査型局所赤外反射スペクトル測定の試料位置に微小開口付きAFMカンチレバーを配置し,AFM動作をさせながら微小開口での近接場を分光を行った.テスト試料として金薄膜ストライプの走査測定を行った.金ストライプの間隔に対応するスペクトルの変化が観測され,ストライプ間隔よりも短い空間分解能があることが確かめられた.また遠赤外領域でもこのような空間分解できることから遠赤外光の波長よりも短い空間分解が達成され確かに近接場による分光,走査測定ができていることが確かめられた.本年度は,放射光近接場赤外分光を行うための原子間力顕微鏡(AFM)用のアパーチャー付探針の評価と近接場赤外スペクトル取得の評価を中心に行った.市販のAFM用探針から本研究に適合するような針の形状を有するものを数種類用意し,その針先端に大きさ,形状が異なるくさび型微小開口を収束イオンビームにより穴あけ加工を行った.

穴あけ加工を行った針を用いてAFMとして動作するかどうかを,ストライプ状のくし型金電極の金表面と基盤との段差を観測することで確認した.その結果,空間分解能などの性能は悪化するが,本研究の近接場赤外分光で必要とする空間分解能である1マイクロメータは十分に達成できていることを確認した.しかし,探針の先端近傍に開口を作製したことで,針のどの位置で原子間力を感じて動作しているかが不明なところがあり, AFM像と開口位置での分光イメージングにずれが生じる可能性がある.これを解決するためには,金ストライプのような標準試料での同時測定を繰り返し,原子間力,分光イメージングの位置相関を今後確かめる必要がある.近接場赤外分光とそのイメージングの評価は,大型放射光施設SPring-8の赤外物性ビームラインBL43IRでおこなった.BL43IRにおける赤外顕微鏡の空間分解能は約10マイクロメータであるが,このビームを作製した探針のくさび開口の上面に照射し,約1-3マイクロメータに縮小し微小開口先端で近接場を発生させた.この近接場を用いて金ストライプの分光と空間イメージングをおこないその評価をした.その結果1マイクロメートル程度の空間分解能が得られ,本研究で目標とした波長限界を超えた赤外近接場によるスペクトル取得が達成できたことを確かめた.これらの結果を踏まえて,より空間分解能を向上させるために微小開口プローブから金属探針先端での近接場発生が次の課題である.
クロトーファミリーの分子機能解明を基盤とした代謝の臓器相関に関する研究

α-Klotho (Kl)、β-Klの機構解明により以下の結果を得た。α-Kl結合蛋白の糖鎖構造、α-Klの構造解析、MDシミュレーションによりα-Klは3S-GlcA、HNK-1に結合する新規レクチンであることを発見した。蛋白間相互作用、FGF23シグナル伝達における糖鎖の新たな機能を解明した。更に、コレステロール代謝のバストネス、胆汁がと体重調節に関連しないこと、脂肪組織がアミノ酸代謝制御に関わること、カルパイン1阻害剤投与により多様な老化類似症状が改善すること、ヒト血中α-Klは加齢に伴って減少し、FGF23濃度と逆相関すること等を明らかにした。全体として恒常性維持機構の理解に貢献した。本研究課題ではα-Klotho、β-Klotho、FGF19 subfamily等、関連分子間の特異的認識機構を解明し、これらの分子の分子機能、生理機能解明の分子基盤とすることを目的としており,以下の結果が得られた。課題1 : FGF23の糖鎖結合配列にアミノ酸変異を導入し、α-Klothoとの複合体形成に寄与する糖鎖を同定し,該当する糖鎖配列を質量分析により構造決定した。一方、α-Klotho/FGF23/FGFR1複合体の構造を原子力間顕微鏡で観察し、シグナル伝達複合体の構造を提案した。課題2 : FGF21を肝臓で高発現するマウスを作成し、FGF21が集積する臓器を調べ、顕著に集積する臓器を発見し、シグナルの行き先を解析する重要な手がかりを得た。課題3 : α-Klothoは上皮小体、腎遠位尿細管、脈絡叢においてNa+, K+ATPaseと結合しており、その細胞表面へのリクルートの制御を介して腎臓でのCa^<2+>の再吸収、脈絡叢を介した脳脊髄液へのCa^<2+>の輸送、上皮小体でのPTHの分泌などの重要な機能を担っている。α-Klothoと複合体を形成するNa+, K+ATPaseは電気泳動上の挙動が異なっており、その理由について解析を進めているが,結論には至っていない。課題4 : β-Klothoも発現細胞(肝臓、脂肪組織、すい臓)において重要な分子と複合体を形成して脂質代謝、コレステロール代謝の制御を担っていると推定され、Na+, K+ATPase、アミノ酸トランスポーター、ミトコンドリアのエネルギー代謝関連因子が結合因子の候補である。分化誘導した脂肪細胞(3T3L1細胞)、野生型、β-Klothoノックアウト由来の初代培養脂肪細胞、及びマウス個体を用いアミノ酸、インスリン、脂肪酸、胆汁酸などの投与、高脂肪食摂取、絶食などが、これらの結合分子の機能に与える影響を調べた。また,FGF19が膵臓からの膵液分泌の制御に関与する事を見いだしたので,その詳細を検討している。課題1:FGF23とα-Klothoとの複合体形成に寄与する糖鎖を同定し,該当する糖鎖構造決定した。一方、また、糖鎖がa-klothoの構造変換を誘導し、安定な結合をもたらす事を解明した。課題2:FGF21が膵臓に集積する事を発見し、結合タンパクを同定した。課題3:α-Klothoは上皮小体、腎遠位尿細管、脈絡叢においてNa+, K+ATPaseと結合しているが、α-KlothoはNa+, K+ATPase Complexのなかでも糖鎖末端にグルクロン酸が付加されたタイプののβ-subunitと選択的に結合している事を確認した。課題4:β-Klothoも発現細胞(肝臓、脂肪組織、すい臓)においてNa+, K+ATPase、アミノ酸トランスポーターと結合している。分化誘導した脂肪細胞(3T3L1細胞)を用いて解析した結果、非必須アミノ酸を添加によりNa+, K+ATPase活性が上昇する事を見いだした。課題5:α-Klotho、β-Klotho結合タンパクを網羅的に解析し、これらの結合タンパクにはHNK-1抗体が結合するグルクロン酸修飾された糖鎖を含まれていることを見いだした。課題6:α-Klotho変異マウスでは、ビタミンDの過剰合成、高リン、高カルシウム血症の下流でタンパク分解が亢進しており、その阻害剤を投与する事によりα-Klotho変異マウスで観察される動脈の石灰化、肺気腫、皮膚の老人性萎縮等の発症が抑えられる事を見いだした。研究結果を以下に記載する。(1】

糖鎖末端がグルクロン酸修飾をうけているNa+,K+ATPase、FGFR1、その他のα-Klotho結合蛋白質が優先的に複合体を形成することを明らかにした。(2)FGF23の198番アミノ酸に結合する糖鎖がα-Klothoとの結合に重要であることから、その構造を決定した。また、この糖鎖は単独で直接α-Klothoに結合すること、結合することによってα-Klothoの構造変換をもたらすことを見いだした。(3)α-Klothoを大量合成ベクターに繋ぎ、Hec細胞で大量生産した。次いで、結晶化の条件を検討し、解析可能な結晶を取得し、スイスの解析施設に運び、結晶構造の解明に成功した。α-Klothoは2つのドメインからなっており、その中心にFGF23の糖鎖を結合するKl1ドメイン、Na+,K+ATPase、FGFR1などが結合するKl2ドメインがあり、複数のタンパクが結合するKl2ドメインの方がより可変性が高いとの結果がえられた。また、FGF23が結合できない変異α-Klothoでは、変異アミノ酸が糖鎖結合部位に影響を与えていることを確認した。(4)FGF23の198番アミノ酸に結合する糖鎖とα-Klothoが結合した共結晶構造を解析した。次いで、糖鎖の構造がα-Klothoの構造変化をどのようにもたらすのかを分子動力学的解析によりシミュレートする予定である。(5)α-Klotho変異マウスではビタミンD亢進の下流でカルパインが活性化されており、変異表現型の重要な要因であることを結論した。(6)肝臓でb-Klothoを特異的に発現するトランスジェニックマウスを作成し、ノックアウトと掛け合わせて、肝臓における機能を解析した。(1)全てのα-Klotho結合タンパク質がHNK-1抗体(GlcA-O-Gal-O-GalNAc-O---配列を認識)と共通に反応することを発見した。また、FGF23の特殊なO型糖鎖もグルクロン酸修飾されており、これらのグルクロン酸修飾された糖鎖をα-Klothoのグルクロン酸認識モチーフが認識、結合することを見いだし、「α-Klothoはβ-glycosidaseから進化したグルクロン酸を認識する新規のレクチンである」と結論した。(2)FGF23のO-GlycanT173はFGF23の腎臓への集積、α-Klothoの結合、生理的濃度でのシグナル伝達を担っていることを確認した。その機構としてO-GlycanT178糖鎖がα-Klothoに結合し、α-KlothoをFGF23と結合しやすい状態へとシフトさせることによりFGF23とα-Klothoの結合を促進、安定化させることを発見し、「タンパク間相互作用における糖鎖の新たな機能」を提唱した。(3)FGF23シグナル伝達の分子機構を示すモデルを構築した。FGF23はα-Klothoに効率よくトラップされ、腎臓に集積し、FGFR1と共にFGF23/α-Klotho/FGFR1複合体を形成する。2個のα-Klotho/FGF23複合体の4つのドメインがリングを作り、2分子のFGFR1を取り巻くことによってFGFR1を活性化し、シグナルを伝える。(4)α-Klothoと同様、β-KlothoもNa+,K+-ATPaseと複合体を形成、細胞外アミノ酸の低下に応答して、その細胞表面への移動が制御されることを見いだした。
分化を変調する小分子化合物

胚性幹細胞(ES細胞)は、生体内のあらゆる器官・臓器へと分化出来るという特色を持ち、これまでにも、試験管内において様々な細胞系列への分化法が報告されている。しかし、それらの多くは、高度な技術や高価な液性因子を要するため、誰もが簡便に利用できるという手法では無かった。そこで本研究計画においては、取り扱いが簡便であり、安価に大量合成も可能な小分子有機化合物を利用した、ES細胞のある特定の細胞系列への特異的な分化誘導を試みている。その過程で、ES細胞をドーパミン産生神経へと分化させる化合物、101D7を見出した。本年度は、まず作成した15個の101D7誘導体の活性を検討した。その結果、101D7ほどの活性を持つものは得られなかった。そこで、さらに8個の誘導体を作成したところ、101D7と同程度の活性を有するものを見出した。また、DNAサブトラクション法によって見出した3つの遺伝子のうち、分泌蛋白質と考えられるもの一つについて解析を進めた。大腸菌を用いて組み替え蛋白質を作成し、ES細胞に対する分化誘導活性を調べたが、顕著な効果は認められなかった。さらに、この蛋白質に対する抗体を作成しろ、細胞における局在を確認したところ、分泌蛋白質というよりはむし、細胞表面に存在する膜蛋白質であることが明らかとなった。大腸菌による組み換え蛋白質に顕著な効果が見られなかったのは、膜蛋白質を無理に可溶化させたため、その構造が壊れてしまったためかもしれない。そこで、この蛋白質の細胞外ドメインと考えられる領域について、組み換え蛋白質を作成し、ES細胞に対する神経分化誘導能を検討している。しかしながら、それらの多くは操作が煩雑であったり、高価な液性因子を必要としたりといった欠点があった。そこで本研究計画においては、安価に大量合成も可能な小分子有機化合物を利用することによって、ES細胞のある特定の細胞系列への特異的な分化誘導を試みている。本年度は、この101D7の作用を増強させる目的で、その誘導体を合成した。すなわち101D7の、ヘテロ環につく官能基の変換、ベンゼン環につく官能基の修飾、及びリンカー部位二重結合を還元することによる自由度の向上、の三点に留意することによって、15種類の誘導体を系統的に合成していった。現在、それぞれの誘導体における神経分化誘導活性の増減を確認中である。さらに、サブトラクション法を用いることによって、101D7によって発現誘導される遺伝子の同定を行った。未処理の細胞、及び101D7で6時間、あるいは48時間処理した細胞よりmRNAを抽出し、サブトラクション法に対するサンプルに供した。サブトラクトされた遺伝子をクローニングし、そのうちの300個について塩基配列の決定を行った。その結果、機能既知の液性因子を一種類、機能が未知である分泌タンパク質を二種類、そして亜鉛フィンガーを持ちDNA結合タンパク質と考えられるタンパク質一種類を同定することに成功した。現在、それぞれの遺伝子について、そのES細胞からのドーパミン産生神経への分化における機能について解析中である。
K/Pg層の超高精度年代モデルの構築と古環境変動の解析

本年度は,昨年,北海道白糠丘陵・川流布川で採集した泥岩試料から引き続き植物片の抽出を行い,植物片の炭素同位体比層序を作成した.さらに,2018年10月22日から10日間,ネパール・トリブバン大学のBabu Ram Gyawali博士を東北大学総合学術博物館に招聘し,同セクションの石灰質ナンノ化石層序の検討も行った.その結果,全層厚200mのセクションのうち,基底から80m上位の層準から,白亜紀を特徴づける石灰質ナンノ化石Biscutum sp., Watznaueria barnesiaeなどを見つけることができた.今年度得られた石灰質ナンノ石層序・炭素同位体比層序と,昨年実施した浮遊性有孔虫化石層序を組み合わせた結果,基底より90110mの区間にみられる炭素同位体比層序の大きな負のシフトが,K/Pg境界である可能性が高くなった.さらに,K/Pg境界直下の厚さ4cmの珪長質凝灰岩(基底より85m上位の層準)からはジルコンが大量に産出したため,ジルコンのU-Pb年代測定を実施することが可能である.また,K/Pg境界付近の古環境変動を解析するために,粘土鉱物組成とイライトの結晶化度の検討も実施した.これらについてはまだ全試料の1/6程度しか測定できていないが,現時点では本セクションにおいて乾燥・湿潤のサイクルが存在していたことが見出された.微化石・同位体比統合層序と凝灰岩の放射年代に加えて,サイクロストラティグラフィーによる高精度年代モデルを作成するために,泥岩の元素分析用粉末を全試料に対して作成した.野外調査はすでに終了しており,約200試料の泥岩試料,7試料の凝灰岩試料の採集を終えている.これらの試料に対して,浮遊性有孔虫・石灰質ナンノ化石層序,炭素同位体比層序の作成についてはおおむね順調に進み,来年度前半にはすべてのデータが出そろう予定である.一方,凝灰岩の放射年代については,保存良好なサニディンを得ることができず,ウィスコンシン大学で実施する予定だった39Ar/40Ar放射年代分析ができないが,U-Pb放射年代測定に十分な量のジルコンを抽出することができ,現在, Arizona大学に送付してU-Pb年代測定分析を依頼中である.このように,K/Pg境界の層準の特定と年代決定についてはほぼ終了のめどが立った.また,並行して進めている古環境解析については,粘土鉱物組成とイライトの結晶化度について30試料の分析が終了し,底生有孔虫化石の拾い出し作業もすでに50試料が終わっている.本年度までの研究でK/Pg境界の詳細な層準の特定がほぼ見通しが立ったことから,最終年度は北海道・白糠セクション(当時のアジア大陸東縁の北西太平洋域)における白亜紀末古第三紀初頭の古環境変動の解析を行うことに注力する予定である.まず期間の前半は,当時の乾燥・湿潤変動の解析を目的として,泥岩の粘土鉱物組成とイライトの結晶化度の測定を引き続き実施する.また,東北大学工学部合同分析班に設置のICP-MSを用いて各種無機元素の測定を実施し,海洋の酸化還元状態の復元(Mn, V, Ce, Mo),隕石由来物質の検出(Ir),化学風化強度の変遷(Rb, Sr, Al)などを解析し,これらの各元素の増減を周期解析する.この結果を基にサイクロストラティグラフィーによる年代モデルの構築も放射年代と同時に樹立する予定である.これらの結果を統合することにより,K/Pg境界の詳細な年代モデルの樹立と,古環境変動の復元を行うことが可能である.本年度は,白糠地域浦幌町に分布する根室層群において野外調査を実施し,柱状図・ルートマップの作成と泥岩・凝灰岩試料(それぞれ200,10試料)の採集を行った.また,採集した泥岩のうち,100試料について微化石および植物片の抽出処理をボロン法を用いて実施した.その結果,3試料から暁新世初期(Danian前期)を特徴づける浮遊性有孔虫化石群集,1試料から白亜紀末期を特徴づける浮遊性有孔虫化石群集を見出すことができ,白亜紀/古第三紀境界(K/Pg境界)層の層準を限定することができた.また,抽出した植物片の炭素同位体比の測定を岡山大学理学部において実施し,炭素同位体比曲線を作成した.現時点では,K/Pg境界層にみられる変動と類似した炭素同位体比の大きな負のシフトが見出されたが,試料の分析個数がまだ十分ではなく,この層準付近から年代決定に有効な微化石が見出されていないため,さらなる検討が必要である.また,K/Pg層の決定に有効なオスミウム同位体比の検討を分担者の黒田が海洋研究開発機構において実施した.今回,このオスミウム同位体比については10試料を検討したが,いずれも暁新世の試料に特徴的なやや低い値(0.40.5)を示しており,白亜紀末期を特徴づける高い値(0.6)は出ていない.今後さらに下位の層準の試料を測定し,K/Pg境界層をより詳細に限定していく必要がある.なお,凝灰岩試料については,5試料について重鉱物の抽出を実施し,2試料からは年代測定に有効なジルコンが大量に産出した.K/Pg境界層を含む地層の試料採集は順調に終了させることができた.まだ,K/Pg境界層の詳細な層準は決定できていないが,かなり限定することができたと考えている.

今後,採集した試料の分析を継続していけば,明らかにすることが可能と考えられる.本年度は,昨年,北海道白糠丘陵・川流布川で採集した泥岩試料から引き続き植物片の抽出を行い,植物片の炭素同位体比層序を作成した.さらに,2018年10月22日から10日間,ネパール・トリブバン大学のBabu Ram Gyawali博士を東北大学総合学術博物館に招聘し,同セクションの石灰質ナンノ化石層序の検討も行った.その結果,全層厚200mのセクションのうち,基底から80m上位の層準から,白亜紀を特徴づける石灰質ナンノ化石Biscutum sp., Watznaueria barnesiaeなどを見つけることができた.今年度得られた石灰質ナンノ石層序・炭素同位体比層序と,昨年実施した浮遊性有孔虫化石層序を組み合わせた結果,基底より90110mの区間にみられる炭素同位体比層序の大きな負のシフトが,K/Pg境界である可能性が高くなった.さらに,K/Pg境界直下の厚さ4cmの珪長質凝灰岩(基底より85m上位の層準)からはジルコンが大量に産出したため,ジルコンのU-Pb年代測定を実施することが可能である.また,K/Pg境界付近の古環境変動を解析するために,粘土鉱物組成とイライトの結晶化度の検討も実施した.これらについてはまだ全試料の1/6程度しか測定できていないが,現時点では本セクションにおいて乾燥・湿潤のサイクルが存在していたことが見出された.微化石・同位体比統合層序と凝灰岩の放射年代に加えて,サイクロストラティグラフィーによる高精度年代モデルを作成するために,泥岩の元素分析用粉末を全試料に対して作成した.野外調査はすでに終了しており,約200試料の泥岩試料,7試料の凝灰岩試料の採集を終えている.これらの試料に対して,浮遊性有孔虫・石灰質ナンノ化石層序,炭素同位体比層序の作成についてはおおむね順調に進み,来年度前半にはすべてのデータが出そろう予定である.一方,凝灰岩の放射年代については,保存良好なサニディンを得ることができず,ウィスコンシン大学で実施する予定だった39Ar/40Ar放射年代分析ができないが,U-Pb放射年代測定に十分な量のジルコンを抽出することができ,現在, Arizona大学に送付してU-Pb年代測定分析を依頼中である.このように,K/Pg境界の層準の特定と年代決定についてはほぼ終了のめどが立った.また,並行して進めている古環境解析については,粘土鉱物組成とイライトの結晶化度について30試料の分析が終了し,底生有孔虫化石の拾い出し作業もすでに50試料が終わっている.今後は,採集した試料に対して,微化石分析,炭素同位体比分析,オスミウム同位体比分析を継続して実施していく予定である.また,凝灰岩試料については,研究協力者のWisconsin大学のSinger教授に送付し,年代決定を行っていきたいと考えている.本年度までの研究でK/Pg境界の詳細な層準の特定がほぼ見通しが立ったことから,最終年度は北海道・白糠セクション(当時のアジア大陸東縁の北西太平洋域)における白亜紀末古第三紀初頭の古環境変動の解析を行うことに注力する予定である.
二段階抽出法の漸近的性質と多群判別問題への応用およびその頑健性について

逐次解析法の第一人者E.J.Dudewicz(Syracuse大学,U.S.A.)との共同研究によって、新しいタイプの二段階法を開発することに成功した。この二段階法は、さらに九州大学との共同研究によって、2つの正規母集団の平均の差に関する推測において要求される精度を正確に保証する解を与え、従来のどの二段階法よりも有効であることが証明された(投稿中)。複数個の正規母集団への拡張にも成功し、解の漸近的性質が研究され、拡張された二段階法が多群判別問題にも有効であることが示された(投稿中)。その際、従来の二段階法の複数個の母集団への拡張および漸近的性質は論文2で与えられ、この結果に基づいて新しい二段階法の漸近有効性が示された。筑波大学との共同研究によって、二段階法による解が正規分布より広いクラスである楕円分布に対しても正しいことを証明した(投稿中)。この頑健性の研究において、二段階法に楕円分布を仮定すると、特別な漸近有効性が現れることを発見した。さらに九州大学および熊本大学との共同研究によって、級内相関モデルの平均ベクトルに関して固定されたサイズの信頼領域を構成するための二段階法と逐次法を提案し、両者による解の有効性の比較が行われ、論文3にまとめられた。二母数指数分布の2つのパラメータに関して、同時に母集団選択を行うことを可能にする二段階法を提案した(投稿中)。その際、最適な初期標本数の決め方は論文1で与えられ、母集団選択の確率はモンテカルロ法による100万回のシミュレーションで計算された。
不安定原子核による爆発的元素合成-低・中間エネルギー不安定核ビームによる相補的研究-

1.ルーバン大学での研究^<19>Neの不安定核ビームを水素標的に入射し、(p,γ)反応の結果生じる^<20>Naのβ線を測定した。高いエネルギーの電子を測定するため、大型ソレノイドとプラスチックシンチレータによる検出装置を開発し、実験を行った。この反応は高温高圧下の水素燃焼過程の中で、CNOサイクルからNeNa領域の燃焼に移行する条件を決めている。そこで重要と思われている励起エルネギ-2.64MeVの準位の崩壊確率は、検出限界以下であった。得られた上限値は、理論的に予想されていた崩壊確率よりも小さかった。hot CNOサイクルを点火する^<13>N(p,γ)^<14>O反応の測定は、不安定核ビーム加速によって初めて可能になった。理研でのクーロン分解反応による実験と、ルーバン大学での直接反応測定がほぼ同時に行われ、結果は誤差の範囲で一致した。誤差を小さくして、クーロン分解法の信頼度を確立するために、直接測定を再度試みた。64個のNaI (Tl)シンチレータと大面積プラスチックシンチレータによるγ線検出器系を立教大学で組み立て、バックグラウンド放射線の測定・検討を行った後、ルーバン大学に運び、^<13>Nビームによる測定を行った。検出効率の向上により高い計数を得ることができた。結果は現在解析中である。2.理研での研究入射核^8Bが標的核^<208>Pbのクーロン場により分解する過程の実験を行った。太陽ニュートリノ問題の鍵をにぎる^8Be→^7Be+p反応についての知見を得ることが目的である。理論解析上問題となるE2遷移の強度をみつもるため、散乱角度の大きな範囲について測定した。また、^8Bの核構造についての理論計算に関する討論を行い、上述のE2遷移強度についての予想値が従来考えられていたものより小さい可能性があることが明かとなった。実験データの解析の結果からは、特にp-^7Beの相対エネルギーが低い場合には、E2強度がこれまでのどの理論予測よりも小さいことがわかった。上に述べた実験では、標的と検出器の間にヘリウムガスをつめ、飛行時間法によって粒子のエネルギーを測定していた。ところが、ヘリウムガスによる核反応が無視できず、p-^7Beの相対エネルギーが低い場合には、精度のよいデータを得ることができなかった。そこで、粒子の飛行距離の大半を真空とするために、想定装置の改造を行い、再び実験を行った。(1)の実験でE2強度が小さいことがわかったので、クーロン分解法から精度の高い天体物理的S因子(S_<17>)が得られると期待される。(3)^<12>Nのクーロン分解反応の実験星の温度が10^8K以上になると、hot pp modeと呼ばれる燃焼過程が始まり、^<11>C(p,γ)^<12>N反応が重要な役割を果たすと予想されている。短寿命の原子核が関与するため測定がされていないこの反応を、クーロン分解法によって調た。実験では約10^5s^<-1>の^<12>Nビームを加速することに成功し、十分な計数を得ることができた。結果は解析中である。3.理論的研究(1)クーロン分解反応機構クーロン分解反応の断面積から(p,γ)反応の断面積を得るためには、分解をもたらす仮想光子の強度を計算する必要がある。従来は、半古典論的方法によって来たが、E2遷移のように核吸収の効果が現れる角度でも大きな断面積が予想される場合には適当でない。量子論的方法(DWBA法)による計算を行い、半古典論との比較を行うとともに、核力の効果を評価した。(2)^8Bの核構造と(p,γ)反応^8Bのクーロン分解反応で調べている^7Be(p,γ)^8B反応を理論的に計算するためには、^8Bの核構造についての正確なモデルが必要となる。^8Bをα+t+pに分解する微視的クラスターモデルを構築し、(p,γ)反応や密度分布の予測を行った。特に大きな4種極能率から議論のあった陽子ハロ-構造については否定的な結論を得た。またこのモデルは、問題となっているE2-M1強度は比較的小さな値を予言する。

64個のNaI (Tl)シンチレータと大面積プラスチックシンチレータによるγ線検出器系を立教大学で組み立て、バックグラウンド放射線の測定・検討を行った後、ルーバン大学に運び、^<13>Nビームによる測定を行った。検出効率の向上により高い計数を得ることができた。結果は現在解析中である。2.理研での研究入射核^8Bが標的核^<208>Pbのクーロン場により分解する過程の実験を行った。太陽ニュートリノ問題の鍵をにぎる^8Be→^7Be+p反応についての知見を得ることが目的である。理論解析上問題となるE2遷移の強度をみつもるため、散乱角度の大きな範囲について測定した。また、^8Bの核構造についての理論計算に関する討論を行い、上述のE2遷移強度についての予想値が従来考えられていたものより小さい可能性があることが明かとなった。実験データの解析の結果からは、特にp-^7Beの相対エネルギーが低い場合には、E2強度がこれまでのどの理論予測よりも小さいことがわかった。上に述べた実験では、標的と検出器の間にヘリウムガスをつめ、飛行時間法によって粒子のエネルギーを測定していた。ところが、ヘリウムガスによる核反応が無視できず、p-^7Beの相対エネルギーが低い場合には、精度のよいデータを得ることができなかった。そこで、粒子の飛行距離の大半を真空とするために、想定装置の改造を行い、再び実験を行った。(1)の実験でE2強度が小さいことがわかったので、クーロン分解法から精度の高い天体物理的S因子(S_<17>)が得られると期待される。(3)^<12>Nのクーロン分解反応の実験星の温度が10^8K以上になると、hot pp modeと呼ばれる燃焼過程が始まり、^<11>C(p,γ)^<12>N反応が重要な役割を果たすと予想されている。短寿命の原子核が関与するため測定がされていないこの反応を、クーロン分解法によって調た。実験では約10^5s^<-1>の^<12>Nビームを加速することに成功し、十分な計数を得ることができた。結果は解析中である。3.理論的研究(1)クーロン分解反応機構クーロン分解反応の断面積から(p,γ)反応の断面積を得るためには、分解をもたらす仮想光子の強度を計算する必要がある。従来は、半古典論的方法によって来たが、E2遷移のように核吸収の効果が現れる角度でも大きな断面積が予想される場合には適当でない。量子論的方法(DWBA法)による計算を行い、半古典論との比較を行うとともに、核力の効果を評価した。(2)^8Bの核構造と(p,γ)反応^8Bのクーロン分解反応で調べている^7Be(p,γ)^8B反応を理論的に計算するためには、^8Bの核構造についての正確なモデルが必要となる。^8Bをα+t+pに分解する微視的クラスターモデルを構築し、(p,γ)反応や密度分布の予測を行った。特に大きな4種極能率から議論のあった陽子ハロ-構造については否定的な結論を得た。またこのモデルは、問題となっているE2-M1強度は比較的小さな値を予言する。1.^<19>Ne(ρ,γ)^<20>Na反応の直接測定を行った。高いエネルギーの電子を測定するため、ルーバン大学において大型ソレノイドとプラスチックシンチレータによる検出装置を開発し、最初の実験を行った。不安定核^<19>
熱蛍光薄膜体による３次元線量分布測定

本研究の目的は、線量分布測定用として開発した組織等価型の熱蛍光薄膜体(TLDシート)、および光刺戟蛍光薄膜体(PSLDシート)を用いて、光子線、電子線の線量の2次元・3次元的評価を精度良く行うことである。これまでの研究成果として、1)熱・光フェイディング、繰返し使用による感度変化、分割照射による感度変化を調べ、測定・解析に伴う誤差が最小となるプロトコールを作成、2)放射線治療に用いられるエネルギー領域の光子線、電子線の3次元線量分布の測定が可能であることを示し、3)線量分布が急勾配となるような強度変調放射線治療(IMRT)においてもシートによる線量分布測定が有効であることを明らかにした。本研究の目的は、放射線治療において照射線量分布を測定できるよう開発された組織等価型熱蛍光薄膜体(TLDフィルム)および、組織等価型光刺戟蛍光薄膜体(PSLDフィルム)を用いて、既存の測定装置では定量的な評価が困難であった表面線量を含めた線量の2次元、3次元的評価を高精度、かつ簡便に行うことである。当該年度は、立教大学漆山教授との共同研究により、昨年までに開発された試験的なTLD、PSLDフィルムをより精度良く、安定した測定が可能となるよう、フィルム自体の改良を行い、2種類のTLDフィルム(C型、M型)と、1種類のPSLDフィルムを作成した。これらのフィルムは蛍光体の組成が異なるため、それぞれの基礎的性質を調べた。基礎的性質としては、測定精度に大きく関与しうる以下の3点である:1)熱・光フェイディング、2)繰り返し使用による感度変化(繰り返し使用による耐久性)、3)分割照射による感度変化(線量加成性)。1)熱・光フェイディング:C型フィルムでは照射後5時間は室温で1時間あたり約5%のフェイディングがあったが、他のフィルムではフェイディングは1%程度であった。2)耐久性:10回繰り返し使用することにより感度上昇の傾向が見られたが、その変化は5%以内であった。感度上昇の原因については、今後の検討課題である。3)線量加成性:総線量4Gyに対する分割時の測定線量の変化は最大1.9%であった。以上の性質から、各フィルムの特性を踏まえた測定プロトコールを作成することで、実際の患者投与線量検証に求められる精度での線量測定を簡便に行えると考えられる。また、当該年度は陽子線線量分布の測定のため、陽子線に対するフィルムの基礎特性の評価を開始した。陽子線線量に対するフィルムの感度関数は、光子線・電子線と同様、市販のガフクロミックフィルムに比べて広い線量領域で直線となることが示された。放射線治療では高線量の放射線が人体に照射されるため、様々な治療の条件において治療計画装置を用いて線量を正確に求める必要がある。そのためには、精度良く測定されたデータを治療計画装置へ入力することが重要となる。本研究の目的は、熱蛍光薄膜体(TLDシート)、および光刺戟薄膜体(PSLDシート)という全く新しいタイプの2次元線量計を用いて、患者へ投与される線量分布を求め、高精度な治療を安心して患者へ提供できるようにすることである。TLD、およびPSLDシートは、既存の2次元線量計と比較して薄く、柔らかいため、自由に形を成型できることから、人体等の曲線を持った部位に対しても表面に密着して設置することができる。したがって、これまで測定するのが困難であった部位(患者体表面など)の線量を精度良く簡便に評価することが可能となる。線量分布測定を始めるにあたって、まず、シート使用上の特性として、熱・光フェイディング、繰返し使用による感度変化(耐久性)、分割照射による感度変化(線量加成性)の評価を行った。その結果から、測定・解析に伴う誤差が最小(5%以内)となるような使用プロトコールを作成した。また、放射線治療に用いられるエネルギー領域(MeVエネルギー)のX線、電子線に対するシートの基本的特性、およびその3次元線量分布の測定が可能である事も同時に示し、線量分布が急勾配となるような強度変調治療においてもシートによる線量分布測定が有効であることを明らかとした。次に、高原子番号物質(チタン、鉛)の線量への影響評価としてシートを用いた。高原子番号物質存在時の特性とシート使用時の測定結果はよく一致していた。これにより、既存の線量計では評価が困難とされていた患者体内に金属が留置されているような状況下においても、金属による散乱成分の定量的な評価を金属に密着した面まで含めた定量的な評価を可能とした。放射線治療では高線量の放射線が人体に照射されるため、どのような治療の条件においても治療計画装置を用いて線量を正確に求める必要がある。