hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ニュートリノ放射をともなう星内原子核・素粒子反応率の精密決定と天体現象への応用

太陽ニュートリノ問題を有限質量差を持つ素粒子ニュートリノが示す振動現象の帰結として解決するために、太陽中心部の温度10^7Kに相当するGamow windowエネルギー110keVでの^7Be(p,γ)^8B反応の断面積を3%5%の精度で決定することが求められている。順反応断面積の理論計算、核子移行反応を利用するANC法、クーロン分解反応と詳細つり合いの原理を適用する逆反応断面積の算出法など、複数の異なる方法論に依る理論・実験の取り組みによって、原子核反応物理の系統的な理解と精度に挑戦した。その結果、上村グループの理論計算によって、原理的に3%という理論精度で反応断面積を決定できることが明らかになった。しかし、本林グループによる実験では、まだ12%程度の実験精度である。梶野グループは、これと鏡央関係にある^7Li(n,γ)^8Li(α,n)^<11>B、等の反応断面積の決定を試み、非一様ビッグバン元素合成モデルや超新星r-過程元素合成に応用して中重核合成への影響を調べた。超新星爆発で発生するニュートリノ駆動風でのRプロセス元素合成を、大型科学計算機を駆使した爆発流体のシミュレーションと結合した。昨年までのわれわれの理論モデルでは、原始中性子星の質量が2倍太陽質量程度でないと元素合成が成功しなかったが、駆動風の外部境界条件を適正に選ぶことによって、1.4倍太陽質量の典型的な中性子星モデルでもR-プロセスが成功することを明らかにした。超新星Rプロセスは、宇宙・銀河の化学進化の理解および銀河年齢の推定にとっても重要な宇宙物理過程である。長寿命の放即性Rプロセス重元素Th、Uの初期生成量を精巧化した理論モデルで予測し、安藤グルーブによるすばる望遠鏡を用いた天文観測と比較した。その他、ニュートリノ対称性の破れた宇宙論の研究も発展させ、ビッグバン元素合成、宇宙背景放射揺らぎのスペクトル、超新星Iaの高赤方分布などの観測事実と矛盾しない理諭モデルの可能性を明らかにした。また、超新星ニュートリノ過程によるHe層での軽元素LiB合成が、超新星ニュートリノフラックス、温度、コア-質量などを強く制限できる可能性を理論的に明らかにしつつある。太陽中心部で起こっている核融合反応^3He+^4He->^7Be+γと^7Be+p->^8B*+γ、CNPサイクルの核反応率を、理論・実験・観測から総合的に研究し、太陽ニュートリノ放射率が持つ不定性を除く研究を展開した。多核子系の量子力学的波動関数を構築することによって、^7Be+p->^8B*+γ->2^4He+e^++νの核反応率を理論的に高精度で計算するとともに、核融合反応直接測定法、光分解反応間接測定法、クーロン散乱ANC法という複数の異なる実験方法を用いて測定し、これらの原子核構造・反応理論による詳細な計算と比較して理論計算の妥当性を詳細に検証した。その結果、理論的には5%の精度で、実験的には15%の精度で天体核反応率パラメータS17を決定した。同様に、^3He+^4He->^7Be+γおよび^3H+^4He->^7Li+γ反応率の理論計算を高精度で実行し、高エネルギー電子散乱による電磁気形状因子との相関を見つけ、核反応率の不定性を取り除く新しい方法を提案し、天体核反応率パラメータS34を5%の精度で決定した。CNOサイクル反応^<14>N+p->^<15>
RecAタンパク質の相同性認識機構に学んだ人工リプレッサーの医薬分子設計

1 RecAとPNABoc基をPNAの核酸塩基の保護に使った新規PNAモノマーを活用することによって市販のモノマーでは合成が難しいプリンを多く含むが合成可能となり、PNA合成における配列制限を克服した。ホモプリンおよびホモピリミジン配列のPNAは二本鎖DNAに侵入できるが、それに伴って相補鎖と反対のDNA鎖が引き剥がされて一本鎖の領域が生成する。ストランドインベージョンの中間体は不安定で、もとの二本鎖DNAにもどりやすいが、この一本鎖領域を他の分子で覆って逆反応を防げばストランドインベージョンが加速されると考えた。今回、RecAペプチドが一本鎖DNAに優先的に結合する性質を利用して、ストランドインベージョン中間体の安定化を試みた。ホモピリミジンPNAが二本鎖DNAに侵入してできる三重鎖複合体はゲル電気泳動で検出可能なので、この反応系にRecAペプチドを添加してストランドインベージョンの加速効果を調べた。反応条件を種々検討したがRecAペプチドを使ってストランドインベージョンを加速することはできず、むしろ反応を阻害してしまうことがわかった。RecAペプチドが一本鎖DNAほどではないが二本鎖DNAにも結合するため、PNAのDNAへの接近を妨害しているのかも知れない。2修飾塩基平成15年度にPNAの核酸に対する親和性を高めるためグアニンの2位にスペルミンを導入したPNAモノマーを合成した。本年度はこのモノマーの合成効率を改善して、安定に供給できるようになったので、Fmoc法による固相合成への適用を検討した。縮合にはHATUを使用したが、このモノマーの場合には無保護の二級アミノ基がHATUでアルキル化されるおそれがあるため、PyAOPを用いて縮合反応を行った。以降のオリゴマーの伸長にもPyAOPを使用した。修飾塩基の縮合効率はあまりよくなかったが、HPLC精製後、TOF Massで確認したところ目的のオリゴマーが得られていることがわかった。1 RecAペプチドのクロスリンク我々は5-ホルミルウリジン(X)のホルミル基が有機溶媒中でリジンの側鎖アミノ基とシッフ塩基を形成することをアミノ酸とヌクレオシドのレベルで確認している。本研究では大腸菌の遺伝子組換え酵素RecAのDNA結合部位にはリジン残基が1つだけ存在することに注目し、X含有オリゴヌクレオチドとの水中でのシッフ塩基形成によるクロスリンクをオリゴマーのレベルで証明した。RecAのDNA結合部位に相当するオリゴペプチドとそのリジンの位置を変えた変異体をFmoc法により固相合成し、天然の配列をもつペプチド(FECO)の他にもDNAに結合する変異体G8Kを見出した。FECOと天然DNAを反応させてもクロスリンクは起こらなかったことからクロスリンクはシッフ塩基形成によることが確認された。2 RecAとPNARecAによる相同認識は一本鎖DNAの鎖侵襲によるものであるが、人工分子であるPNAもまた、配列に制限があるものの、鎖侵襲によって二本鎖DNAに結合することが知られている。本研究ではRecAに対する比較化合物としてPNAの使用を計画している。市販のモノマーは高価なうえにオリゴマー化の効率が配列に依存するので、これを改善するため、新しいモノマーを開発している。近年、さまざまな領域でPNAの需要が高まっており、簡便かつ経済的な合成法が望まれている。Fmoc法でペプチド合成をおこなう場合、側鎖アミノ基はBoc基で保護するのが一般的であるが、Boc基をPNAの核酸塩基の保護に使った例は報告されていない。我々は、Boc基とPNAとの相性を調べる目的で、主鎖をFmoc基・塩基をBoc基で保護したPNAモノマーの合成を行った。現在、大量合成を行っている。1 RecAとPNAの相互作用RecAによる相同認識は一本鎖DNAの鎖侵襲によるものであるが、人工分子であるPNAもまた、配列に制限があるものの、鎖侵襲によって二本鎖DNAに結合することが知られている。特に、ホモピリミジン配列のPNAは相補的なDNAに鎖侵襲して三重らせんとなり電気泳動でも検出可能な安定な複合体を形成する。RecAペプチドは一本鎖DNAに対する親和性が高いので、PNAの鎖侵襲によって生じる一本鎖DNA領域に結合することによって鎖侵襲を促進すると期待された。そこで、この反応系にRecAペプチドを添加してPNAの鎖侵襲に対する加速効果を調べたが、RecAペプチドはむしろ抑制的に作用してしまうことがわかった。2 PNAの固相合成平成14年度に、Boc基をPNAの核酸塩基の保護に使った新規PNAモノマー合成を達成しているので、本年度はこれらのモノマーのFmoc法による固相合成への適用を検討した。Fmoc法でペプチド合成をおこなう場合、側鎖アミノ基はBoc基で保護するのが一般的であるが、Boc基をPNAの核酸塩基の保護に使った例は報告されていなかったので、Boc基とPNAとの相性を調べる必要があった。固相担体から切り出したPNAオリゴマーを逆相HPLCにより精製し、TOF Massで構造を確認したところ、目的のオリゴマーが得られていることがわかった。また、PNAの核酸に対する親和性を高めるためグアニンの2位に置換基を導入したPNAモノマーを合成した。合成効率にまだ改善の余地があるので引き続き検討している。さらに、オリゴマー化も計画している。

1 RecAとPNABoc基をPNAの核酸塩基の保護に使った新規PNAモノマーを活用することによって市販のモノマーでは合成が難しいプリンを多く含むが合成可能となり、PNA合成における配列制限を克服した。ホモプリンおよびホモピリミジン配列のPNAは二本鎖DNAに侵入できるが、それに伴って相補鎖と反対のDNA鎖が引き剥がされて一本鎖の領域が生成する。ストランドインベージョンの中間体は不安定で、もとの二本鎖DNAにもどりやすいが、この一本鎖領域を他の分子で覆って逆反応を防げばストランドインベージョンが加速されると考えた。今回、RecAペプチドが一本鎖DNAに優先的に結合する性質を利用して、ストランドインベージョン中間体の安定化を試みた。ホモピリミジンPNAが二本鎖DNAに侵入してできる三重鎖複合体はゲル電気泳動で検出可能なので、この反応系にRecAペプチドを添加してストランドインベージョンの加速効果を調べた。反応条件を種々検討したがRecAペプチドを使ってストランドインベージョンを加速することはできず、むしろ反応を阻害してしまうことがわかった。RecAペプチドが一本鎖DNAほどではないが二本鎖DNAにも結合するため、PNAのDNAへの接近を妨害しているのかも知れない。2修飾塩基平成15年度にPNAの核酸に対する親和性を高めるためグアニンの2位にスペルミンを導入したPNAモノマーを合成した。本年度はこのモノマーの合成効率を改善して、安定に供給できるようになったので、Fmoc法による固相合成への適用を検討した。縮合にはHATUを使用したが、このモノマーの場合には無保護の二級アミノ基がHATUでアルキル化されるおそれがあるため、PyAOPを用いて縮合反応を行った。以降のオリゴマーの伸長にもPyAOPを使用した。修飾塩基の縮合効率はあまりよくなかったが、HPLC精製後、TOF Massで確認したところ目的のオリゴマーが得られていることがわかった。
サーファクタント蛋白B欠損マウスの高濃度酸素負荷での病態解析と治療法に関する研究

肺サーファクタント蛋白B(SP-B)は肺の生理的表面活性を維持する上で重要な蛋白質である。SP-Bの完全欠乏は、マウス、ヒトともに出生直後に致死的呼吸障害を引き起こすが、SP-Bの部分欠乏であっても、高濃度酸素負荷などのストレス環境下で重篤な呼吸障害を引き起こすことがわかってきた。ヒト遺伝性SP-B欠乏の動物モデルと考えられているSP-B欠損マウスのヘテロ接合体(SP-B+/-)を95%酸素環境下に72時間留置すると重篤な呼吸障害を呈する。今回、我々は精製したSP-Bあるいは、その対照として脂質のみで合成したサーファクタントを事前に気管内投与したSP-B+/-マウスを、その後95%酸素下に72時間留置した。それぞれの呼吸機能を測定、比較検討したところ、脂質のみのサーファクタントでは予防効果が認められなかったが、SP-Bサーファクタント投与では、呼吸機能障害に対する予防効果が示唆された。サーファクタント蛋白B(SP-B)欠損ヘテロ接合体(SP-B+/-)マウスを高濃度酸素環境下に留置し、その肺機能を評価した。SP-B+/-マウスは、野生型(SP-B+/+)マウスに比べ有意に高い死亡率、呼吸機能の低下、重度の肺組織障害、肺胞への異常な血漿蛋白の漏出を呈した。SP-B+/-マウスの肺サーファクタントの構成成分では、SP-Bが野生型の半分である以外、他のサーファクタント蛋白やリン脂質の量・割合に差がないことから、SP-B+/-マウスの高濃度酸素に対する罹患率の高さはSP-Bの不足に起因すると推測された。南カリフォルニア大学のBaatz教授より供与を受けたSP-B(ウシ肺胞洗浄液より精製)を用いて治療用(1)2mol%SP-B混合液、(2)脂質混合液の作成を行った。SP-B+/マウスにあらかじめ(1)あるいは(2)を気管内投与後、高濃度酸素に暴露し肺機能を評価した。生化学的特徴として、SP-B混合液は、脂質混合液に比べ有意に高い表面活性を有していた。脂質混合液投与SP-B+/-マウスは、無投与SP-B+/-マウスに比べ肺機能の改善効果は認められなかった。SP-B混合液投与SP-B+/-マウスは、無投与SP-B+/-マウスに比ベ、有意に高い生存率、呼吸機能の回復、軽度の組織障害、肺胞への血漿蛋白漏出の抑制効果が認められた。なお、SP-B混合液投与に起因すると考えられる明らかな副作用は認めなかった。今回の検討でSP-Bに高濃度酸素に対する生体の防御効果があることが判明した。この効果は、SP-Bの肺胞内容量依存性であり、対外からの補充効果もあることが示唆された。臨床上SP-Bの不足すると考えられる肺疾患でのSP-B補充療法への展望が開かれる成果と考えられる。
大脳皮質から視床への投射軸索がもつ巨大シナプス終末の発達メカニズムの解明

大脳皮質5層から皮質下の神経回路への軸索投射は、哺乳類の随意運動や体性感覚に応じた運動を制御する。その中で、皮質5層から視床核への投射軸索は特徴的な巨大シナプス終末形態をもち、皮質からの強力な出力を着実に視床核に伝えるために重要な投射であることが示唆されている。しかし、その巨大シナプス終末形態の発達の制御機構は不明である。本研究では、皮質5層特異的な遺伝子操作により、シナプス前終末側の制御因子を調べる。さらに、トランスクリプトーム解析を用いて後シナプス側の制御因子の候補を網羅的に探索することにより、巨大シナプス終末の形態形成を制御する分子機構の解明を目指す。
臨床解析と分子細菌学的手法による敗血症発症因子の解明と予測法の確立

臨床解析によって分類した菌血症、尿路感染症、健常者由来の大腸菌株を用いた解析において、菌血症由来株に9種類の既知病原遺伝子の優位な保有を認めた。未知病原遺伝子の検索では、新生児髄膜炎由来大腸菌株について全ゲノムの分析、BLASTおよびPfamデータベースに対する相同性検索を行った。その結果、タンパク質機能が未知で類似の構造モチーフを既知蛋白質に認めない12種類の遺伝子が見つかった。更に、これらの遺伝子は菌血症、尿路感染症、健常者由来の大腸菌88株において殆ど保有を認めなかった。以上の結果から、12種類の機能未知遺伝子が大腸菌の血液脳関門の通過に重要な役割を有している可能性が示唆された。本研究は、敗血症の発症過程として重要な、病原体の血管内侵入、組織および細胞への定着、自然免疫からの回避に関わる種々の因子を、患者の臨床背景によってクラス分類した臨床由来株の分子細菌学的比較解析によって明らかにすることを目的としている。今年度は、大腸菌の既知病原遺伝子17種類について血液由来大腸菌株100株と血液以外の臨床材料から得られた大腸菌株100株における保有率の比較を行い若干の傾向を認めた。また、新規病原因子の検索として新生児髄膜炎由来大腸菌株の全塩基配列の解析をもとにして20種類の候補遺伝子を選定した。更に、この候補遺伝子の血液由来大腸菌株と血液以外の臨床材料および健常者の糞便から分離された大腸菌株における保有率の比較を行っている。平成26年度は、血液由来大腸菌株、尿路由来大腸菌株に加えて健康人由来大腸菌について、18種類の既知大腸菌病原遺伝子(sfa/foc, fimH, pap, afa, iha, cvaC, kpsMT, ompT, traT, aer, fyuA, iroN, cnf1, hly, ibeA, PAI, usp, ETTT)の保有状況をPCR法によって調べた。次にこの結果について、尿路由来大腸菌株の臨床解析によって感染群と非感染群に分けて各菌株群での保有状況の比較を行った。その結果、血液由来大腸菌株において線毛・接着遺伝子、細胞保護遺伝子、鉄取り込み遺伝子の保有率が高いことが判明した。また、新生児髄膜炎由来大腸菌株の次世代シークエンサーIon PGM(Life Technologise)による全塩基配列の分析と次世代データ解析ソフト(CLC Genomics Workbench)による遺伝子マッピング解析、BLAST(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)による相同性解析、Pfam 27.0 ( Sanger institute http://pfam.sanger.ac.uk/ )によるアミノ酸配列の構造モチーフ検索の結果得られた17種類の新規遺伝子について、血液由来大腸菌株、尿路由来大腸菌株、健康人由来大腸菌株での保有率を調べたが、優位な保有率を示す遺伝子は得られなかった。しかし、新生児髄膜炎由来大腸菌株に特有な遺伝子の可能性を有する3種類の遺伝子が得られた。平成27年度は、新生児髄膜炎由来大腸菌株の次世代シークエンサーによるゲノム解析によって得られた17種類の新規遺伝子の内9種類について、血液由来大腸菌株、尿路由来大腸菌株、健康人由来大腸菌株での保有状況を調べた。その結果、8種類の遺伝子について血液由来、尿路由来、健康人由来大腸菌株での保有を認めず、ゲノム解析に用いた新生児髄膜炎由来大腸菌株に特有の遺伝子であることが推定された。この中でAFH37372についてBlastp, tblastn, ExPaSy, InterProによってアミノ酸の相同配列を検索したが、有意な結果が得られなかった。そこで、Sequences Annotated by Structure(SAS)を使用して、2次構造予測を行い、既に立体構造がわかっているデータについて検索した結果、構造上相同性のある部分を有するタンパク質として核酸またはリン酸エステルを認識する酵素蛋白が検索された。職位の昇格に伴う学内業務の増加により、実験・研究の遂行を予定通りに行うことが困難であった。本研究では、臨床解析によって分類した菌血症、尿路感染症、健常者に由来する大腸菌株について、大腸菌既知病原遺伝子の保有率をPCR法によって調べた。その結果、菌血症由来株では接着遺伝子群(fimH, afa, iha)、細胞保護遺伝子群(cvaC, kpsMT, ompT)、鉄取込み遺伝子(aer)、尿路病原性特異蛋白遺伝子(usp)、組織侵入性遺伝子(ibeA)の9種類の病原遺伝子を優位に保有していた。しかし、これらの結果は病原性を完全に理解するためには不十分であった。このことから、新規病原遺伝子の探索を目的として、新生児髄膜炎由来大腸菌株の全ゲノム遺伝子を解析し、大腸菌K-12株(E. coli DH10B)および尿路感染症由来大腸菌(E. coli CFT073)のゲノム配列との比較解析を行った。その結果、新生児髄膜炎由来大腸菌のみが保有する26種類の遺伝子を見出し、これらの遺伝子がコードする蛋白質の機能が解明されているものが7種類、解明されていない遺伝子が19種類含まれていた。そこで、機能が解明されていない遺伝子について、遺伝子がコードする蛋白質の構造モチーフをPfam ver.27.0(https://pfam.sanger.ac.uk/)によって解析した。その結果、7種類の遺伝子について構造モチーフが類似する既知蛋白質を認めたが、残り12種類の遺伝子については類似の構造モチーフを有する既知蛋白質を認めなかった。

更に、この12種類の遺伝子について菌血症、尿路感染症、健常者に由来する大腸菌株での保有率をPCR法によって調べたが、予想とは異なり何れのグループの大腸菌においても保有率が極端に低く、新生児髄膜炎由来株に特有と考えられる結果を示した。この結果は、これらの機能未知の遺伝子が大腸菌の血液脳関門の通過に重要な役割を有している可能性が示唆される。このことから、この機能未知の遺伝子の機能を解明する事で新たな病原因子や感染メカニズムについての重要な知見が得られると考えられる。臨床解析によって分類した菌血症、尿路感染症、健常者由来の大腸菌株を用いた解析において、菌血症由来株に9種類の既知病原遺伝子の優位な保有を認めた。未知病原遺伝子の検索では、新生児髄膜炎由来大腸菌株について全ゲノムの分析、BLASTおよびPfamデータベースに対する相同性検索を行った。その結果、タンパク質機能が未知で類似の構造モチーフを既知蛋白質に認めない12種類の遺伝子が見つかった。更に、これらの遺伝子は菌血症、尿路感染症、健常者由来の大腸菌88株において殆ど保有を認めなかった。以上の結果から、12種類の機能未知遺伝子が大腸菌の血液脳関門の通過に重要な役割を有している可能性が示唆された。大腸菌による敗血症が更に進行した状態として髄膜炎を想定し、その菌株の特有遺伝子を検索対象としたが、想定とは異なった結果が得られたため研究の進行が予定よりも少し遅れてしまった。今後は、残り8種類の遺伝子について血液由来大腸菌株、尿路由来大腸菌株、健康人由来大腸菌株での保有状況を調べ、新生児髄膜炎由来大腸菌株に特有の遺伝子を検索する。また、新生児髄膜炎由来大腸菌株に特有な遺伝子について、コードされているタンパク質の機能の解明を試みる。臨床微生物学今後は、血液由来大腸菌株(120株)について臨床解析を行い患者要因の最も少ない菌株について遺伝子解析を行い特有遺伝子を選定し、その保有率を調べる。また、優位な保有率を認めた遺伝子についてコードされているタンパク質の機能を明らかにする予定である。研究初期段階の目的としている大腸菌の敗血症発症に関わる既知病原因子の解析は順調に進んでいる。また、もう一つの未知病原因子の解析についても新生児髄膜炎由来大腸菌を対象として用いた全遺伝子解析において20種の候補遺伝子が得られており、現在その遺伝子のクラス分類した大腸菌株について保有率の解析を進めており、当初の計画よりやや遅れているものの順調に進行している。研究の進捗が少し遅延したため、予定していた遺伝子クローニングなどの分子生物学的実験が実施できなかった。また、今年度に予定していた大腸菌ゲノムのシーケンス解析結果の納入が3月を過ぎたため、次年度の支払いとなったことによって次年度使用額が生じた。本研究課題の今後の推進方策については、現在行っている候補遺伝子の解析結果をもとに対象遺伝子がコードしているタンパク質の分析を進めるために、遺伝子のクローニングおよび発現系の構築を速やかに行いたい。また、タンパク質の培養細胞に対する生理活性についての分析も進めていきたい。今年度に予定していた大腸菌株のゲノム解析および、特有遺伝子の検索・機能解析を目的とした分子生物学的実験に使用する予定である。
固形癌悪性化におけるXBP1の機能解析

小胞体内に不良タンパク質が蓄積することで引き起こされる小胞体ストレスは,低酸素・低栄養環境下にある固形がん細胞で観察され,特にその生存のために転写因子XBP1(X-boxbinding protein 1)を活性化させている.そこでXBP1の活性化阻害物質は固形がん選択的な治療薬になり得ると考え,その阻害物質を微生物培養液から探索した.その結果,2つの新規物質を含む3つの化合物の取得に成功した.それぞれのXBP1阻害メカニズムを解析したところ,そのうちの一つトヨカマイシンがXBP1を強く阻害し,小胞体ストレス状態のがん細胞にアポトーシスを誘導した.よって,トヨカマイシンが新しい固形がん選択的ながん分子標的治療薬になることが期待できる.小胞体内に不良タンパク質が蓄積することで引き起こされる小胞体ストレスは,低酸素・低栄養環境下にある固形がん細胞で観察され,特にその生存のために転写因子XBP1(X-boxbinding protein 1)を活性化させている.そこでXBP1の活性化阻害物質は固形がん選択的な治療薬になり得ると考え,その阻害物質を微生物培養液から探索した.その結果,2つの新規物質を含む3つの化合物の取得に成功した.それぞれのXBP1阻害メカニズムを解析したところ,そのうちの一つトヨカマイシンがXBP1を強く阻害し,小胞体ストレス状態のがん細胞にアポトーシスを誘導した.よって,トヨカマイシンが新しい固形がん選択的ながん分子標的治療薬になることが期待できる.固形がん悪性化におけるXBP1の機能解析のため,XBP1活性化阻害剤を微生物2次代謝産物より探索した.その結果,これまでに新規トリエン・アンサマイシン系化合物トリエリキシンを一放線菌培養液中より活性物質として単離したが,更なる探索の結果,他の放線菌培養液中にもXBP1活性化阻害活性が見出され,新規トリエン・アンサマイシン系化合物キノトリエリキシンを単離した.トリエリキシンとキノトリエリキシンはXBP1の活性化をnMオーダーで強く阻害し,またほぼ同濃度で様々ながん細胞の増殖を抑制したことから,トリエリキシンとキノトリエリキシンはXBP1の活性化を阻害することでがん細胞の増殖を抑制していることが強く示唆された.一方で,さらなるスクリーニングの継続の結果,RNA合成阻害剤として知られているトヨカマイシンを単離した.しかしトヨカマイシンはRNA合成を阻害する濃度よりも約100倍も低濃度でXBP1を阻害したことから,RNA合成阻害とは異なった機構でXBP1を阻害することが強く示唆された.さらに,低栄養状態を模倣する2-deoxy Glucose (2DG)存在下でトヨカマイシンを添加すると,2DGによるXBP1の活性化が抑制され,そして2DGとトヨカマイシン相乗的に細胞死が誘導されることを見出した.よってトヨカマイシンは, XBP1を阻害することでXBP1依存的な生存シグナルを抑制し,その結果細胞死を誘導することが示唆された.以上,平成20年度は3つのXBP1活性化阻害物質の単離・精製に成功し,XBP1活性化阻害とがん細胞増殖阻害の関係を強く示唆する結果を得ることが出来た.固形がん悪性化におけるXBP1の機能解析のため,XBP1活性化阻害剤を微生物2次代謝産物より探索した結果,これまでに新規トリェン・アンサマイシン系化合物トリエリキシンとキノトリエリキシンの2化合物とトヨカマイシンの取得に成功した.そこで本年度はトリエリキシンとキノトリエリキシンによるXBP1活性化阻害メカニズムの解析を行った.トリェリキシンとキノトリエリキシンはお互いに類縁体であり,また同じ活性を有することからそのXBP1阻害メカニズムは同じであると予測されたために,キノトリエリキシンに焦点を絞ってメカニズム解析を行った.まず始めに,キノトリエリキシンがタンパク質合成阻害活性を持っていることを見出した.さらにシクロヘキシミドやアニソマイシンといった既存のタンパク質合成阻害剤もXBP1活性化を阻害することがわかり,キノトリエリキシンはタンパク質合成阻害によってXBP1活性化を阻害していることが強く示唆された.一方,同じくタンパク質合成阻害剤であるピューロマイシンはXBP1活性化を阻害しなかったことから,キノトリエリキシンは小胞体内に流入する新生ポリペプチドの合成を阻害することで不良タンパク質の蓄積を抑制し,その結果としてXBP1活性化を阻害することが明らかになった.タンパク質合成阻害がXBP1活性化を阻害することは初めての知見で,XBP1を活性化するためには新生ポリペプチドが小胞体内に流入することが必須であることを明らかにした.固形がん悪性化におけるXBP1の機能解析のため,XBP1活性化阻害剤を微生物2次代謝産物より探索した結果,これまでに新規トリエン・アンサマイシン系化合物トリエリキシンとキノトリエリキシンの2化合物とトヨカマイシンの取得に成功した.昨年度までの研究によって,トリエリキシンとキノトリエリキシンはタンパク質合成阻害によって小胞体ストレスによるXBP1活性化を阻害することを明らかにした.一方で,単離したもう一つの化合物トヨカマイシンはRNA合成阻害剤として知られているが,トヨカマイシンはRNA合成とは異なるメカニズムでXBP1を阻害し,また小胞体ストレス状態の細胞にトヨカマイシンを添加すると細胞死を誘導することから,トヨカマイシンのXBP1阻害機構についてさらに解析を行った.その結果,トヨカマイシンは小胞体ストレスによるIIE1aの活性化ステップを阻害していることがわかった.

小胞体ストレスによるIRE1aの活性化には,IRE1aの自己リン酸化とその後のADPもしくはATPの結合が必須であるが,トヨカマイシンはIRE1aの自己リン酸化は阻害しなかった.したがって,トヨカマイシンはIRE1aの自己リン酸化後におこるヌクレオチドの結合を阻害していることが示唆された.近年,恒常的な小胞体ストレス状態であることが知られている骨髄腫細胞に対して,IRE1aの阻害剤が抗腫瘍物質として有効であることが報告されている.今後,トヨカマイシンが骨髄腫に対する新しい分子標的治療薬として期待できる.
アルコール代謝関連酵素型とアルコール関連疾患に関する分子疫学的研究

アルコール代謝関連酵素であるアルコールデヒドロゲナーゼ2(ADH2)とアルデヒドデヒドロゲナーゼ2(ALDH2)の遺伝子型を、爪から正確で簡便に観察できる方法(PCR-SSCP法)を開発し、一般住民を含む多数の人集団に応用して、アルコール関連疾患の分子疫学的研究を行った。男106組のAUD症例対照研究に上記のPCR-SSCP法を応用し、ADH2およびALDH2遺伝子型とAUDとの関連を調べ、ADH2^<1/1>型保有者はその他のADH2遺伝子型(ADH2^<1/2>、ADH2^<2/2>)保有者よりオッズ比で3.5倍、ALDH2^<1/1>型保有者はその他のALDH2遺伝子型保有者よりオッズ比で7.1倍、AUDに罹患し易いことが判明した。男177組の肝癌症例対照研究では、HBs抗原陽性者や抗HCV抗体陽性者が共に有意に高い肝癌リスクを示した他、飲酒量60drink-years以上の多量飲酒者やALDH2^<1/1>型保有者はその他の者より有意に肝癌に罹患し易いことが判明した。爪からのアルデヒドデヒドロゲナーゼ2(ALDH2)遺伝子型観察方法は完成していたが、大量資料の処理に当たり、更に改善できる観察方法を開発した。すなわち、これまでは7段階の処理が必要であったのを3段階に改良することにより、抽出に要する時間が約半減し、DNAのコンタミネーンョンの危険性も減少させることができた。観察方法の感度と特異度に変化はなく、旧法と新法とで全く同一のALDH2遺伝子型が得られることを確認した。ALDH2以外のアルコール代謝関連酵素として、CYP2E1とアルコールデハイドロゲナーゼ2(ADH2)の遺伝子型観察方法の開発もほぼ見通しがつき、実用性についての細部の検討を残す段階になった。来年度中には完成できるものと思われる。平成7年7月から福岡、佐賀両県をフィールドとする肝がん症例対照研究を実施しており、症例は久留米大学病院受診の原発性肝がん患者、対照は同大学関連病院の非肝がん患者として、両者から肝炎既往歴、HBsAg、Anti-HCVAb、輸血歴、飲酒歴その他のライフスタイルに関する情報を継続的に収集すると共に、爪を採取している。平成10年2月末日現在、127名の適格症例について情報収集が終了した。それに対する対照として、男は1:1,女は1:4の対照を収集しているが、症例対照とも全情報が入手でき、爪からのALDH2遺伝子型も観察できた症例対照数は、男72組、女13組となった。男での輸血歴保有者は、症例・対照とも14%、非飲酒者は症例17%、対照21%、HBsAg陽性者は症例7%、対照で皆無、Anti-HCVAb陽性者は症例88%、対照1%などであった。Anti-HCVAbと肝がん罹患との関連は統計学的に有意となったが、HBsAgとALDH2遺伝子型と肝がん罹患との関連はこの段階では有意ではない。女の場合はさらに少数のため解析は行っていない。今年度は爪からのCYP2Elとアルコールデハイドロゲナーゼ2(ADH2)遺伝子型観察方法を検討し、CYP2Elは既報の方法に準じて遺伝子型が観察できることを確認した。また、ADH2遺伝子型観察方法については新たな確実な方法を開発し、同一人の末梢血と爪を用いた結果が一致することも確認した上で発表した。一方、今年度は、平成4年6月平成7年6月の間に福岡、佐賀両県をフィールドとする肝がん症例対照研究として収集した結果を解析し発表した。従来から対照としての入院患者が一般集団から偏っている可能性があったが、そのことを申請者らの地域で実際に観察してはいなかったので、今後も症例対照研究を継続する上での留意事項を明らかにする目的で今回の解析を行った。症例は久留米大学病院受診の原発性肝がん患者で、対照は同大学関連病院の非肝がん患者(HC)と、性・年齢(±3歳)を対応させて無作為抽出した久留米市民(CC)の両者から輸血歴、親の肝疾患既往歴、飲酒歴その他のライフスタイルに関する情報を収集し、爪を採取した。

収集数が少なかった女を除き、115名の男の適格症例対照組について解析した。その結果、輸血歴はHCとCC間に差はなかったが、正常ホモALDH2遺伝子型保有者割合、多量飲酒者割合がいずれもHCに高かった。従って各要因と肝がんとの関連をHCに基づくオッズ比(ORHC)とCCに基づくオッズ比(ORCC)で見ると、輸血歴はORHC=1.9対ORCC=1.8で共に有意差はなかったが、親の肝疾患既往はORHC=3.8(5%水準で有意、*)対ORCC=l.9、正常ホモALDH2遺伝子型はORHC=0.9対ORCC=2.1*、多量飲酒はORHC=1.9対ORCC=5.0*となった。すなわち、H CとCCは正常ホモALDH2遺伝子型保有者割合や多量飲酒者割合などで差があり、いずれを対照とするかで結果が異なることがわかった。今年度は、アルコール関連疾患の一つの、アルコール症(AUD)とアルコール代謝関連酵素遺伝子型観察のための前段階として、AUDスクリーニング法の開発と検討を行った。AUDのスクリーニング法としてWHOが開発したAlcohol Use Disorder Identification Test(AUDIT)質問紙がある。10項目の質問項目からなるAUDITを、飲酒頻度や量に関する項目を北九州地区住民向けに改変し翻訳した9項目からなるK/AUDIT質問紙を開発した。次いでK/AUDITの有用性を明らかにする目的で、K/AUDITのcriterion-related validityを調べた。久留米大学病院とその関連診療科に入院し、専門医が診断した男のAUD106症例と、同じく専門医がAUD以外の疾患であると診断した男の非AUD106症例にK/AUDIT質問紙法を実施し、エタノール12.2gを1standard drinkとしてK/AUDITのスコアを算出した。K/AUDITスコアは033の範囲に分布し、AUDであるか否かを判定するcut-off値と敏感度、および特異度の関係をROC曲線でみると、曲線下面積は0.983であり、cut-off値を12とすると、専門医の診断とK/AUDITによる判定結果との一致割合は0.939、k統計量0.877、敏感度0.915、特異度0.962となり、K/AUDITは高いcriterion-related validityを持つことがわかった。すなわち、K/AUDITを用いれば、精神科専門医による診断を実施しなくても、AUDの可能性が高い者と低い者を高い確率のもとで区分でき、精神科以外の受診療科診者や一般住民を対象としてアルコール症(AUD)とアルコール代謝関連酵素遺伝子型との関連性の観察を可能にしたと考えられる。肝癌については、昨年度と同様の方法で、症例と対照数の増加に努めており、最終年度には実質的な結果が得られる予定である。アルコール代謝関連酵素であるアルコールデヒドロゲナーゼ2(ADH2)とアルデヒドデヒドロゲナーゼ2(ALDH2)の遺伝子型を、爪から正確で簡便に観察できる方法(PCR-SSCP法)を開発し、一般住民を含む多数の人集団に応用して、アルコール関連疾患の分子疫学的研究を行った。男106組のAUD症例対照研究に上記のPCR-SSCP法を応用し、ADH2およびALDH2遺伝子型とAUDとの関連を調べ、ADH2^<1/1>型保有者はその他のADH2遺伝子型(ADH2^<1/2>、ADH2^<2/2>)保有者よりオッズ比で3.5倍、ALDH2^<1/1>型保有者はその他のALDH2遺伝子型保有者よりオッズ比で7.1倍、AUDに罹患し易いことが判明した。
細胞間相互作用に着目した組織形成の解析

本課題では、形態形成において細胞間に働く力をシグナル入力とするメカノフィードバック機構の役割の解明を目指した。実験との定量的な比較による検証を重ね、細胞・組織レベルにおいては、細胞間接着のメカノフィードバック機構を考慮した多細胞ダイナミクス、および、分子レベルにおいては、力による分子間結合親和性の変調を表す数理モデルをそれぞれ構築した。これらの数理モデルにより、メカノフィードバックは、細胞レベルの力作用の集積した結果として生じる組織の大域的な形状を、再び、細胞レベルのローカルな安定形状にフィードバックすることによって、平滑な組織形状を力学的に安定に実現する役割を果たしている可能性が示された。本課題では、形態形成における細胞集団の協調した細胞間相互作用について、細胞間に働く力をシグナル入力とするメカノフィードバック機構の役割を明らかにすることを目指している。本年度においては、初年度の計画に沿って、組織内に発生する力と組織形状との関連を解析することのできる数理モデルを構築した。本数理モデルを用いたシミュレーションにより、成長する球殻状上皮組織の形状変化と組織内に発生する力との関係性を検討した。その結果、細胞増殖により、組織内には細胞同士が押し合う圧縮力が発生するため、組織表面の形状は極めて乱れやすく、幾何学的には非一様曲率を有する凸凹面が生じやすいことが明らかになった。加えて、単層構造であった組織は、細胞配置換えが生じることにより多層構造に変化した。この多層化の起点となる細胞配置換えが生じる箇所は、組織の幾何学的な曲率の高い箇所と相関することが確認された。一方で、細胞の頂端面における能動的収縮(アピカル収縮)により、細胞増殖による表面形状の乱れは抑えられることがわかった。細胞増殖により、組織内の個々の細胞としては押し合いながらも、細胞頂端面においては互いに引っ張り合う力が発生することにより、組織の頂端面を滑らかに維持する役割を果たしていることがわかった。驚くことに、頂端面のみに作用する収縮力であるにもかかわらず、頂端面の平滑化によって基底膜側の表面形状も結果的に滑らかに維持されることがわかった。以上のように、組織スケールの形状変化と細胞スケールの力発生との関連について、数理モデルを用いて定量的に検討することが可能となった。本年度においては、2年目の計画に沿って、前年度に構築した多細胞ダイナミクスを表す3Dバーテックスモデルの適用範囲を、細胞間接着タンパク質複合体の張力感受性を考慮した組織形成のシミュレーションに拡張するため、細胞間のメカノフィードバックの数理モデル構築を行った。共同研究者の実験に基づく観察結果から、細胞間接着の張力感受性は、成長する組織の形状に、均一な曲率をもたらすことがわかっている。そこで、数理モデル構築のための作業仮説として、ローカルな力のバランスの結果として決まる周囲細胞の頂端周長が、頂端収縮力の変化にフィードバックされるとし、その時間発展式を導出した。この新しい数理モデルに基づき、成長する組織の多細胞ダイナミクスシミュレーションを行ったところ、実験観察と同様に、メカノフィードバックが存在する場合に、組織形状は均一な曲率を有し、存在しない場合には組織スケールの形状が凹凸に乱されることが再現された。このシミュレーションによって、組織内における細胞の振る舞い、力の空間的・時間的分布の変化、周長の変化等を解析することが可能となった。これらの解析から、頂端収縮力の調整と組織形状の安定化・不安定化との関係には、上皮極性の向きが力学的に重要であること、成長する組織形状が連続的に滑らかに維持されるためには、頂端収縮力は常にメカノフィードバックによって動的に調整されることが重要であることが示唆された。本年度においては、3年目の計画に沿って、前年度に構築した細胞間接着のメカノフィードバック機構を考慮した3Dバーテックスモデルを用いて、実験との定量的比較による数理モデルの評価を行った。まず、in vitro実験により得られた組織形状を楕円形近似により定量化し、シミュレーション結果との比較を行うと、数理モデルは、メカノフィードバックの有無による形状変化の定性的な傾向を捉えられることが確認された。より定量的な再現を目指し、エネルギー関数の改良を検討した結果、メカノフィードバックによって発生する収縮力そのもののばらつきを考慮することが重要であると示唆された。次に、改良を施した新しい数理モデルを用いて、組織形成シミュレーションを行い、メカノフィードバックの形態形成における役割を検討した。メカノフィードバックのあるコントロールモデルでは、メカノフィードバックを介した隣接細胞間との逐次的な収縮力の調整によって、安定な細胞形状が組織サイズに整合するよう1つに定まり、平滑な組織形状が維持された。一方、メカノフィードバックの調整感度に関するパラメータを次第に鈍化させたところ、細胞間のローカルな力の釣り合いから生じる細胞形状が、必ずしも組織サイズとは整合しない感度域となり、組織形状の乱れとともに様々な細胞形状が生じた。このことから、メカノフィードバックは、細胞レベルのローカルな力作用の集積した結果として生じる組織の大域的な形状を、再び、細胞レベルのローカルな安定形状にフィードバックすることによって、平滑な組織形状を力学的に安定に実現する役割を果たしている可能性が示唆された。

実験との定量的な比較による検証を重ね、細胞・組織レベルにおいては、細胞間接着のメカノフィードバック機構を考慮した多細胞ダイナミクス、および、分子レベルにおいては、力による分子間結合親和性の変調を表す数理モデルをそれぞれ構築した。これらの数理モデルにより、メカノフィードバックは、細胞レベルの力作用の集積した結果として生じる組織の大域的な形状を、再び、細胞レベルのローカルな安定形状にフィードバックすることによって、平滑な組織形状を力学的に安定に実現する役割を果たしている可能性が示された。当初の計画通り、前年度に構築した数理モデルの適用範囲を、張力感受性を考慮した多細胞ダイナミクスに対応させるため、細胞間のメカノフィードバックの数理モデル化に成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。メカノバイオロジー引き続き、当初の計画通り、実験と数理の双方向の連携により、組織形成におけるメカノフィードバックの役割について検討を進める。初年度の計画通り、細胞動態から組織形成を解析する数理モデルの基礎を構築することができた。その成果として、組織変形における細胞の発生する収縮力と細胞増殖による圧縮力が重要であることが示唆された。これらにより、次年度からの力をシグナル入力とするメカノフィードバックの数理モデル化を行うことが可能となった。研究補助のために雇用したオフィスアシスタントの人件費について、労災保険料等の計算式が年度末に変更となり、当初試算とのズレ(1円)が生じたため。研究協力者の実施する組織形成実験の最新結果(未発表)を共有し議論を続けており、当初計画通り、実験と数理の双方向の連携により、力をシグナル入力とするメカノフィードバック機構の役割について検討を続ける。研究補佐員の人件費の一部として使用する。
マウス胚前後軸形成における子宮の役割と加齢による影響

脊椎動物は前後、左右、背腹の三つの軸をもつ。多くの生物では前後軸はその後の胚発生の基となる最初に明確に形成する体軸である。これまでの研究により、前後軸の起源はマウス着床期付近という予想外に早期のステージまで遡ることができることが明らかになった。ここで、私たちはマウス着床期付近の子宮においてNodalとLefty1が発現していることを明らかにした。この発見は、胚の前後軸が子宮からのNodalシグナルによっても制御されている可能性を示唆している。我々ヒトやマウスの胎生動物胚は、母体の中で1個の受精卵から発生を開始し、前後・左右・背腹の3つの体軸をもった個体として産まれてくる。前後軸は、一番早期に形成し、その他の2つの体軸やその後の胎児の発生現象の基となる体軸である。代表者はこれまでに、マウス胚の前後方向は受精後4日の着床期付近の胚DVE(Distal Visceral Endoderm,遠位臓側内胚葉)と呼ばれる細胞群によって決定していることを明らかにした(Takaoka et al., Dev. Cell 2006, NCB 2011)。また、このDVE細胞は、Nodalシグナルのネガティブフィードバック分泌因子であるLefty1の発現で規定されており、DVE細胞の形成される位置はNodalシグナルの入力位置と量に応じていることを示した。着床期付近である受精後4日に現れるDVEの細胞(緑)は、受精後6日において頭部を誘導する細胞AVE(Anterior Visceral Endoderm,前側臓側内胚葉を前側へガイドする。DVE細胞で発現するLefty1はNodalシグナルによって誘導される(Takoaka et al.,Dev. cell 2006)こと、DVEが現れる時期は着床期付近であることから、代表者は、NodalシグナルのリガンドであるNodalの発現を子宮で調べた。結果、Nodalは子宮腺上皮組織で着床期特異的に発現していることが明らかにした。加えて、Lefty1もNodal同様に、子宮腺上皮組織で発現していた。これらのことから、前後軸パターニングを規定する細胞群DVEは、子宮と胚のNodalシグナルが空間的ネットワークとして働くことで、生み出されている可能性が示唆された。発生生物
15世紀イタリア人文主義者の書簡・論考の研究

今回我々が試みたこの写本-15世紀イギリスのカンタベリーで筆写されたと推定される、子牛の皮に書かれた手写本-の解読と、写本の文化的背景分析の過程で、以下に示すように、この写本の持つ史料的価値の大きさと、写本の歴史的意味に関しての新しい知見が明らかとなった。とりわけ、重要な成果として三点を挙げる。1)写本中のポッジョ・ブラッチョリーニ(Poggio Bracciolini)の書簡については、特にイギリス人文主義者たちとの交流の中で生み出されたものについては、他に公刊されたことがない史料が相当数含まれていること。とりわけ、ポッジョのイギリス滞在(14181422年)以後の数年間の時期の書簡は、そのほとんどが今まで知られていないもので、その史料的価値ははかり知れないほど大きい。2)写本に含まれるグァリーノ・ダ・ヴェローナ(Guarino Da Verona)の書簡については、その大半が公刊ずみのものと比べて劣化が激しいものであるが、そうした中でも未公刊のものが数多く存在し、他に参照できる史料が未発見である現状では、非常に貴重なものであること。3)中世の弁論術(ars dictaminis)の伝統と、この写本に典型的に見られる書き方術(ars epistolandi)の伝統が深いつながりを有していること。これは特にガスパリーノ・バルツィッツァ(Gasparino Barzizza)が手紙の「書き出し」部分を論じ、かつ実例を挙げて説明している箇所で、キケーロの弁論術の規範を大筋においてそのまま利用している点などに明瞭に表われている。現在まで日本では例を見ないような、手書きの古文書(15世紀ヨーロッパのもの)の読解を果たした点で、それだけでも大きな成果と言えるであろう。
水牛の特性評価と高度利用に関する比較研究

アジア在来家畜の水牛は、湿潤熱帯に優れた適応能力を持ち、牛よりも粗飼料の利用性に優れていることが報告されている。本研究では、水牛の高度利用を図るための基礎的知見を得ることを目的に、1)体温調節反応、2)飼料利用性と産肉能力、3)繁殖特性の各側面について、水牛と牛の成績を比較検証することにより水牛の特性を明らかにしようとした。研究はタイ、フィリピンおよびイタリアの水牛研究者の協力を得て、主にタイおよびフィリピンで実施した。研究成果の概要は、以下のとおりである。1)水牛は牛よりも高い水分代謝率を持ち、発汗や水分蒸散による放熱能力が低いものの、生理的な体熱蓄積量が大きく、これを顕熱放散によって効果的に放熱する特性を有することを明らかにした(業績1,2)。2)水牛は牛よりも優れた乾物消化率を示し、飼料のエネルギー利用効率も高いこと、また、同年齢・同一飼養条件下で肥育した場合には、水牛は牛に比肩し得る産肉能力を発揮することを実証した(業績3,4,6)。3)水牛には過排卵・体外受精などの人為繁殖技術の適用が難しいため、牛未受精卵を利用した体細胞クローン作出の可能性を検討した結果、異種間の核移植により移植可能な胚盤胞期胚の作出に成功した(業績5)。4)これらの成果は、水牛は湿潤熱帯に適応する過程で牛とは異なる生理・生態的特性を獲得したことを証明するものであり、湿潤熱帯では水牛の特性を効果的に利用する新たな動物生産が可能であることを示している。今後も高い人口増加が見込まれる熱帯アジアの発展途上国では、わが国が歩んだ集約的な加工型畜産とは異なり、在地性に配慮した地域資源活用型の畜産の発展が望まれている。本研究では、アジア在来家畜の水牛が湿潤熱帯に優れた適応能力を持ち、牛よりも粗飼料利用性に優れていることに着目し、(1)水分代謝、(2)栄養生理、(3)繁殖生理の各側面から、水牛の特性を詳細に比較検証することにより、水牛の高度利用を図るための基礎的知見を得ようとした。今年度(初年度)は、海外共同研究者の協力の下に主にタイ国で水牛の水分代謝特性評価を行い、以下の成果を得た。1.気温の日周期的変化に伴う体温及び基礎代謝量の変動を解析した結果、水牛の体温は牛と比較してより大きな変動幅を示すこと、また基礎代謝量も同様に日周期的変動を示し、かつ牛よりも低いことが明らかになった。これらの知見から、水牛の持つ変温性(thermo-lability)は代謝量の節減という点において優れた特性であることが示唆された。2.給水及び絶水条件下における水分出納試験を行うとともに、絶水後の飲水行動に対する抗利尿ホルモン(ADH)及び脳内アンジオテンシン(ANG)の関与について比較検討した。その結果、給水及び絶水条件下のいずれにおいても水牛の体水分回転率は牛より高く、水牛の飲水要求量は常に牛よりも大きいことが判明した。また、絶水に対するADH分泌反応は水牛で特に顕著であった。さらに脳室内へのANGアンタゴニスト注入による飲水抑制試験では、牛では明らかな抑制がみられる投与量でも水牛では無効であった。これらの知見から、飲水行動調節あるいは体水分調節に関わる脳内の神経制御機構にも水牛と牛との違いが予見された。3.水牛の栄養生理及び繁殖生理特性の評価については、フィリピンでの現地試験を準備中であり、次年度には一定の成果が得られる見込みである。アジア在来家畜の水牛は湿潤熱帯に優れた適応能力を持ち、牛よりも粗飼料利用性に優れていることが報告されている。

本研究では、水牛の特性を詳細に比較検証することにより、水牛の高度利用を図るための基礎的知見を得ることを目的とし、(1)水分代謝特性、(2)粗飼料利用性と肉質特性、および(3)繁殖特性の各側面から評価・研究を進めている。今年度(第2年度)は以下の成果を得た。(1)我々はこれまで、牛(温帯種)と水牛の水分代謝特性を比較し、水牛は牛より高い水分代謝回転率を示すことを明らかにしたが、この性質が水牛に固有のものであるかどうかを検討するため、タイにおいて水牛と牛(熱帯種)を暑熱環境或いは2日間の絶水状況下におき、水分代謝の動態を比較した。暑熱環境曝露下では、水牛は牛よりも飲水量が多く、血液量が増加した。一方、絶水状況下では、水牛は牛よりも血液量の減少が顕著であった。これらの結果は、日本における温帯種の牛との比較結果と同様に、水牛の水分代謝回転率が熱帯種の牛よりも高いことを示しており、水牛は独特の水分代謝特性を発達させることにより湿潤熱帯に適応していることを示唆するものであった。水牛と牛の水分代謝の相違を中枢レベルで明らかにするために行っているアンギオテンシン・アンタゴニストの脳室内への注入による飲水抑制試験については、今後も現地試験を継続していく予定である。(2)フィリピンでは在来の役肉用水牛と乳用水牛の交雑種をつくり、水牛の利用価値を多角的に向上させ、小規模農家を支援するための基礎研究を継続している。水牛の肉は低脂肪・低コレステロールであるとされていることから、水牛の肉質を客観的に評価するため、この交雑種水牛と在来交雑種牛を6ヶ月にわたり一定飼料で飼養管理し、その間の成長率・飼養効率を比較するとともに、と殺後の肉質を比較する。この実験は、現在海外共同研究者であるCruz教授の協力を得て、フィリピン水牛センターにおいて継続中で、来年度に結果をまとめる予定である。(3)水牛には過排卵・体外受精など人為的繁殖技術の適用が困難なことから、牛未受精卵を利用した体細胞クローン胚作出可能性を検討している。本年度は、筑波大学で飼育されている水牛の耳から組織片を採取し、牛未受精卵に移植するための細胞核を得るために、水牛の組織片の培養方法を検討した。その結果、従来から牛で体細胞から細胞核を得るために行われている培養法により、水牛の耳から採取した体細胞組織片から線維芽細胞を発生させることが可能である事を確認した。今後は、実際に牛の未受精卵に移植して、その発育動態を解析する予定である。今後も高い人口増加が見込まれる熱帯アジアにおける畜産発展のために、この地域に適応した水牛を1)水分代謝、2)栄養生理、3)繁殖生理の各側面から牛と詳細に比較検証することにより、総合的に水牛の特性を評価し高度利用の可能性について検討した。1)水分代謝:中枢におけるアンギオテンシンの解析については、まだ解析中である。本年度は、研究を進めるうちに水牛の水分代謝調節における抗利尿ホルモン(AVP)の反応に熱帯牛と比較して種特異的な違いが見られたことから、体水分保持作用を熱帯牛と比較した。絶水に曝露した結果、水牛のAVP上昇は牛よりも低く、種特異的な環境適応を行っていることが明らかになった。今後は、これらの結果の取りまとめを行い投稿する予定である。2)栄養生理:東南アジア地域では水牛肉の多くが老齢水牛から生産されることが原因で、水牛の産肉性・肉質は牛よりも劣ると評価されてきた。したがって同一飼料により水牛と牛を6ヶ月間肥育し、日増体量・枝肉歩留まり・食肉特性・官能試験を比較した。この結果、枝肉歩留まりで僅かに水牛が低かった以外は水牛の値に牛と差はなく、水牛の産肉性および肉質は牛の肉と変わらないとが示唆された。