hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
イルカは左利き-その根源を探る

伊豆諸島御蔵島のミナミハンドウイルカは、胸ビレで相手をこする社会行動(ラビング)を、左ヒレで行う傾向がある。この現象が、イルカに共通して現れる行動形式なのか、後天的に獲得された行動が伝播した個体群特有の行動形式(文化)であるのかを明らかにする。そのために、ラビングの左右性の発達・個体群間比較・種間比較を行う。本年度は、御蔵島に約40日間滞在しミナミハンドウイルカの水中行動のビデオデータを収集した。また、能登島に定住する本種8個体に対し予備調査を行い、水中観察可能であることを確認した。篠原正典氏より本種の小笠原個体群の水中ビデオデータを借用し、ラビングの左右性を解析中である。鳥羽水族館のイロワケイルカ4個体(オトナオス1、ワカオス1、オトナメス2)を対象に、ラビングのビデオ撮影及び目視観察を行った。その結果、オトナオスは154例のうち97%、ワカオスは74例中81%で左ヒレを使用することがわかった。オトナメスは12例中42%、11例中82%で左ヒレを使用した。今後、メスのデータを増やす予定である。Kathleen Dudzinski氏より、野外の生簀に蓄養されているハンドウイルカ27個体の水中ビデオデータを借用し、ラビングの左右性を分析した。その結果、左ヒレを使用した例は735例中54%で大きな偏りはなかった。23個体の使用ヒレの偏りを検定したところ、1個体のみ有意に左ヒレを多く使用していたが、有意に右ヒレを多く使用する個体はいなかった。Kathleen Dudzinski氏より、バハマの野生マダライルカの水中ビデオデータを借用し、ラビングの左右性を分析した。その結果、左ヒレを使用した例は499例中53%で大きな偏りはなかった。18個体において使用ヒレの偏りを検定したところ、2個体のみ有意に左ヒレを多く使用していたが、有意に右ヒレを多く使用する個体はいなかった。今年度の解析で、使用ヒレの左右性は、種によって違いがあることが示唆された。
農業用水路トンネルの機能保全対策に関する研究

農業用水路トンネルの機能保全対策に関して,次の研究成果を得た。(1)農業水利ストック情報データベースに収録されているデータに基づいて,水路トンネルの健全度と変状進行の関係を明らかにした。(2)試作した分割エアーバック載荷装置を用いて,水路トンネルのひび割れ発生メカニズムを解明した。(3)発泡ウレタンを用いた裏込め注入工法を開発した。(4) FRPグリッドを用いた内面補強工法を開発した。(5)現地載荷試験により破壊解析の適用性を検討した。(1)覆工背面に空洞を有するトンネルでは,この空洞を何らかの土木材料で充填することにより,トンネルの力学的耐久性が格段に向上する.本研究ではそのための充填材量としてウレタン樹脂を提案した.この材料は軽量,軽便であり,従来のセメント・モルタルに対して種々の利点を有していると考えられた.そこで,この材料の基礎的な材料力学定数の計測を行った.(2)農業用水路トンネルのうち,既に機能診断が行われている現場の実施報告書を収集した.現段階では東北農政局管内の土地改良技術事務所で把握しているもののみを対象としたが,全国の事業所への情報提供要請を行う予定である.(3)農業用水路トンネルの機能保全では,トンネル構造の観点からの診断とライニングコンクリートの材料の観点からの診断が必要になる.南九州の段丘砂礫層にある昭和26年に施工完了した農業用水路トンネルのクラウンとスプリングラインにおけるライニングコンクリートの材料評価を行ったところ,微小領域のセメントペーストの品質はビッカース硬さにより概ね同じであることが確認されたが,コンクリートとしては吸水率,空隙率,圧縮強度,動・静弾性係数が区間および部材位置により大きく異なり,構造解析で必要になる物性値のばらつきは大きいことが明らかになった.(4)実際の水路トンネルを対象として行った載荷試験の結果と破壊解析を比較することによって,インバートの支持条件,覆工背面に作用する土圧の大きさや,地盤反力定数を推定した.そしてこれらの結果に基づいて,当該水路トンネルの安全性を評価した.変状の進行予測のため,超音波法による診断手法について検討した。農業用水路トンネルのライニングコンクリートは流水により摩耗して表面に骨材が露出していることから,超音波伝播速度の測定値は超音波端子とコンクリートとの密着性を確保する必要がある。しかし,グリセリン,シリコンなど接触媒質の種類により測定値が異なることから,コンクリートの表面状態に応じた適切な接触媒質の選択が必要になることが明らかになった。補修・補強工法の選定要件を検討するため,水路トンネルの変状などに関する情報を行政部局から収集することを目的としたアンケート様式を作成し,行政側担当との役割分担を調整した。しかし,3月11日に発生した東北関東大震災により東北・関東エリアの行政部局事情が急変したため,次年度初に改めてデータ回収を実施することとした。新工法の開発については,充填材料の候補として選定した発泡ウレタン供試体(発泡密度30kg/m^3,40kg/m^3)の曲げと圧縮における応力-ひずみ関係を求めた。試験の結果,40kg/m^3の方が30kg/cm^3に比べ,強さにおいて1.62倍大きいこと,また,曲げ強さの方が圧縮強さ(最初の降伏点で定義)の23倍大きいという特色を有することを確認した。一方,7つに分割したエアーバッグの使用組み合わせを操作することで,覆工外面が受ける様々な載荷状況を再現できる装置を試作して実験を行ったところ,天端覆工背面の空洞の存在により,覆工は変形してスプリングライン付近にひび割れが発生し,覆工の耐荷力を低減させることがわかった。さらに,ひび割れが生じた供試体を用いて裏込めの擬似再現を行った結果,裏込め充填工法の有用性が示唆された。安全性および耐久性の向上効果の評価については,背面空洞を有するトンネル覆工の応力状態を計算するために,設計現場での利用実績が豊富なフレーム解析に基づくシステムを開発した。このシステムは,引張応力が作用しひび割れが発生する領域の特定に加え,裏込め充填工法による引張応力と圧縮応力の低減効果の評価が可能であり,充填工法を実現場に適用するうえで非常に有効なものである。1.『農業水利ストック情報データベース』に収録されているデータに基づき,水路トンネルの健全度評価と変状進行予測に関する検討を行った。S-1からS-5の5段階の健全度指標に基づく分析の結果,S-3,S-2と健全度が小さくなるほど外部要因を影響因子とする件数が多くなること,特にS-3についてはその経時的な変状進行傾向を見いだすことができた。2.裏込め充填材としての発泡ウレタンの補強効果を,室内模型実験によって検討した。その結果,馬蹄形,ほろ形の両断面形ともに補強効果が得られること,発泡倍率が異なる場合,40倍発泡<30倍発泡<20倍発泡と,発泡倍率が小さい方がより大きな補強効果が発揮されること,がわかった。

3.ほろ形トンネルの覆工天端背面に空洞が存在する状況における補強工法として,FRPグリッドによる内面補強効果について検討した。空洞状況を再現した載荷試験を実施した結果,無補強供試体に比べ,補強供試体は最初にひび割れが発生する荷重や耐荷力を失う荷重が大きくなり,補強効果は十分に得られることが示唆された。また,覆工天端背面の空洞が小さい条件下や補強範囲を広げた場合の補強効果は,より大きくなることが明らかとなった。4.これまでの室内試験結果や数値解析結果から,標準馬蹄形トンネルにおける裏込め充填工法の有効性が示唆された。そこで,供用中の農業用導水路トンネルのクラウン部に生じていると考えられる地山空洞部に現場発泡硬質ウレタンフォーム充填させ,さらに圧力を作用させることより,トンネル本体の健全性・耐久性向上を確保することを目的として,現地実証実験を行った。その結果,室内試験や数値解析における結果と同様の知見が得られ,裏込め充填工法の補強工法としての有効性が確認できた。
二次性血球貪食症候群におけるT細胞抑制性補助シグナルの研究

小児2次性血球貪食症候群は高い致命率を有する疾患であり,予後の改善には病態の解明が必要である.血球貪食症候群は過剰な免疫反応が原因と考えられているが,その病態は不明である.本研究では免疫応答に関与するT細胞抑制性補助シグナルレセプターについて,小児血球貪食症候群で検討した.本研究の結果,CTLA-4の遺伝子多型が小児血球貪食症候群の発症,臨床症状に関与していることを世界で初めて証明した.小児2次性血球貪食症候群は高い致命率を有する疾患であり,予後の改善には病態の解明が必要である.血球貪食症候群は過剰な免疫反応が原因と考えられているが,その病態は不明である.本研究では免疫応答に関与するT細胞抑制性補助シグナルレセプターについて,小児血球貪食症候群で検討した.本研究の結果,CTLA-4の遺伝子多型が小児血球貪食症候群の発症,臨床症状に関与していることを世界で初めて証明した.本研究の目的は、血球貪食症候群の発症病態へのT細胞抑制性補助シグナルの関与を明らかにすることである。平成20年度は、まず、1)PD-1遺伝子多型の検討,2)BTLA遺伝子多型部位の検討,3)CTLA-4遺伝子多型の検討,を実施した。現在のところ、患者群とコントロール群においてCTLA-4遺伝子多型頻度に有意差がみられた。臨床症状においては中枢神経症状、肝脾腫の程度にCTLA-4遺伝子多型に相関がみられた。また、検査値では可溶性IL-2レセプター値、末梢血白血球数とCTLA-4遺伝子多型に相関がみられた。これらの結果からT細胞抑制性補助シグナルのなかでCTLA-4が血球貪食症候群の発症病態に関与している可能性が示唆された。現在、血球貪食症候群急性期の血清を用い、インターフェロンγ,MCPR-1,TNF-α,IL-18,IL-6を測定し、PD-1遺伝子多型,BTLA遺伝子多型,CTLA-4遺伝子多型との相関について統計学的解析を行っている。続いて血球貪食症候群患者、急性期末梢血単核球を用いPD-1,BTLA,CTLA-4の発言についてフローサイトメトリー法を用い検討を行ったが、解析症例数が少なく現在のところ有意な結果を得られていない。平成21年度も引き続き解析症例数を増やして解析予定である。今後CTLA-4の関与についてCD4+CD25+抑制性T細胞の動態についても解析を行いたい。本研究の目的は、2次性血球貪食症候群の発症病態へのT細胞抑制性補助シグナルの関与を明らかにすることである。平成21年度は感染症関連血球貪食症候群において1)CTLA-4遺伝子多型頻度が患者群とコントロール群で有意差があること,2)CTLA・4遺伝子多型で,T細胞抑制機能が弱くなる遺伝子多型を有する患者で血清LDH,可溶性IL2Rが高値をとること,を報告した(Acta Haematologica123;186-190).PD-1遺伝子多型,BTLA遺伝子多型については患者群とコントロール群で有意差はみられなかった.また,PD-1遺伝子多型,BTLA遺伝子多型と臨床検査値,臨床症状との相関について検討したが,有意差はみられなかった.これらの結果からT細胞抑制性補助シグナルのなかでCTLA-4が2次性血球貪食症候群に関与していることが明らかになった.解析症例数は58例となり,平成22年度はCTLA-4遺伝子多型についてDiplotype, haplotype解析を行いCTLA-4遺伝子多型の関与について詳しく検討する予定である.経過を通じて制御性T細胞の動態を解析できた症例は5例であるが,血球食食症候群の臨床経過と有意な相関はみられていない.平成22年度はCTLA-4遺伝子多型とトリプトファン代謝について検討し,T細胞抑制性補助シグナルがIDOを介して2次性血球食食症候群の病態に関与しているかどうか検討する予定である.小児血球貧食症候群の病態にはT細胞活性化抑制性補助シグナルの遺伝子多型が関与する、という仮説を検証するため以下の研究を実施した.すなわち,T細胞活性化抑制性補助シグナルであるCTLA-4、BTLA、PD-1の遺伝子多型について、患者群(54例)と正常コントロール群(100例)についての解析を行った.その結果,CTLA-4遺伝子多型(ATリピート数,CT60)において患者群と正常コントロール群に有意差を認めた.また,ATリピート数と患者血清可溶性IL2レセプター値,血清LDH値に相関を認めた.いずれも,T細胞活性化抑制力が弱くなると推定される遺伝子多型を患者群に多く認め,また,同多型を有する患者の可溶性IL2レセプター値は高値を示した.BTLA遺伝子多型,PH遺伝子多型についてはその頻度に患者群と正常コントロール群に有意差はみられず,臨床症状および検査値にも有意な相関を示す遺伝子多型はみられなかった.以上の結果から,小児血球貧食症候群の病態にT細胞活性化抑制性補助シグナルであるCTLA-4の遺伝子多型が関与していることを世界で初めて証明した.現在小児2次性血球貧食症候群の発症機序は明らかではなく,致命率も改善はみられていない.本研究で得られた知見は血球貧食症候群の病態解明につながるものであり,難治例に対するCTLA-4タンパクの臨床応用に有用な知見である.
高圧条件下における固相上での触媒的不斉合成の研究

本研究は、N-アルキリデンアミノ酸エステルに銅-キラルホスフィン錯体と塩基を作用させることにより得られるアゾメチンイリドのシクロ付加反応における、基質一般性の向上と反応の効率化のための新しい反応手法の開発を目的としている。本年度は、前年度に高圧条件下の反応で得られた知見を基に、高圧条件を利用した1,3-双極子シクロ付加反応の立体制御を展開した。1.種々のイミンから発生させたアゾメチンイリドを用いた高圧条件下でのシクロ付加反応N-シクロヘキシルメチリデングリシンメチルエステルに銅-BINAP錯体と塩基を作用させることにより発生するアゾメチンイリドは、常圧、室温下では、全く反応が進行しない。しかし、3kbar以上の高圧下で反応が進行し、5kbar,10kbarと圧力の上昇に伴い、不斉収率が向上することを見出した。この傾向は、出発物質のイミン炭素上の置換基がシクロアルキル基の場合に特に顕著であり、その環員数により全く異なるジアステレオ選択性を示すことを見出した。また、イミン窒素のα位に置換基をもつ、N-ベンジリデンアラニンメチルエステルを用いた反応でも、圧力の上昇に伴うジアステレオ選択性の大きな変化を観察することができた。2.種々の親双極子を用いた高圧条件下でのシクロ付加反応一般に、親双極子の置換基のかさ高さも、反応性に大きな影響を及ぼすことが知られている。そこで、マレイミド、フマル酸エステル、マレイン酸エステルのそれぞれに、かさ高さの異なる置換基を導入し、高圧条件下で反応した。すると、かさ高い置換基をもつ親双極子でも良好な収率で反応が進行した。さらに、マレイン酸エステルの場合には、置換基のかさ高さによるジアステレオ選択性の逆転が観察された。以上の結果から、本反応を高圧条件下で行うことにより基質一般性の向上に成功し、さらに反応の立体制御を可能にすることができた。1,3-双極子の触媒的不斉シクロ付加反応において、立体選択性の制御と基質一般性の拡張は重要な課題である。これらの問題を解決しさらに新しい効果を得るために、高圧条件下における固相上での触媒的不斉合成を検討した。具体的には、固相反応では本来の精製プロセスの簡略化に併せて、樹脂のかさ高さを利用した立体選択性の向上、高圧反応では反応時間の短縮だけでなく常圧下とは異なる立体選択性の発現や、より厳密な不斉場をもつキラル配位子の利用が期待できる。本年度は、銅-BINAP錯体触媒下のアゾメチンイリドの不斉シクロ付加反応における固相反応と高圧反応をそれぞれ確立するために研究を進めた。1.固相上でのアゾメチンイリドの触媒的不斉シクロ付加反応アゾメチンイリドの出発物質であるイミンを樹脂上に担持して反応を行うために、適切な樹脂やリンカーの選択や切り出し条件の検討を行った。その結果、芳香環を含むリンカーをもつWangレジンを用いた場合に不斉収率を維持しながら、ジアステレオ選択性を向上させることに成功した。また、本反応は低温において高い不斉収率を発現することから、低温でも高い膨潤率を保つことのできるJanda gelを適用することにより、低温条件で反応性の低下を抑制しながら高い不斉収率でシクロ付加体を得ることができた。2.高圧条件下でのアゾメチンイリドの触媒的不斉シクロ付加反応高圧条件下では、反応に複数の遷移状態が考えられる場合、最も分子体積が小さくなる経路で反応が進行することから、常圧とは異なる立体選択性が得られる場合がある。本研究では、様々な置換基をもつイミンを用いて反応を検討したところ、圧力によってジアステレオ選択性が変化するだけでなく、不斉収率の向上が見られた。同時に、常圧では反応の進行が困難な基質においても高い収率でシクロ付加体を得ることに成功し、基質一般性の拡張に成功した。

そこで、マレイミド、フマル酸エステル、マレイン酸エステルのそれぞれに、かさ高さの異なる置換基を導入し、高圧条件下で反応した。すると、かさ高い置換基をもつ親双極子でも良好な収率で反応が進行した。さらに、マレイン酸エステルの場合には、置換基のかさ高さによるジアステレオ選択性の逆転が観察された。以上の結果から、本反応を高圧条件下で行うことにより基質一般性の向上に成功し、さらに反応の立体制御を可能にすることができた。
電場駆動型細胞膜透過性ペプチドナノニードルによるタンパク質医薬の細胞質直接送達

がんや免疫疾患などの難治疾患の治療に有効な蛋白質医薬が注目を集めている。しかしながら、蛋白質医薬を細胞の中(細胞質)に到達させることが困難であるため、これがネックとなり蛋白質医薬の普及には至っていない。研究代表者は、ニードル形状のペプチドナノ集合体を、電場駆動でまさに針のように細胞膜透過させることができれば、これをキャリアに用いることでタンパク質医薬を細胞質に直接送達することができるのではないかと考えた。本研究では、電場駆動型の細胞膜透過性ペプチドナノニードルを、ペプチドの自己集合を精密に制御することで作製するとともに、コンセプトの実証をin vitroとin vivoで行う。
フェイルセーフ特性改善のための最適冗長設計法

各種制御系を要求に応じて複数個の可能な出力のいずれか一つを発する多値入出力システムとしてモデル化し,その危険側出力誤り率を最小にするシステムを構成するための一つの手段として多重化,冗長化を利用する場合の最適な方式について,次の研究を実施し,次の成果を得た.1.確率論的安全評価手法を使って,多重故障(共通原因故障,伝搬故障を含む)の影響も考慮して制御系の危険側誤り率を計算する評価ツールを作成した.重要度の概念を使って,危険側誤りの発生に最も寄与する素子の同定など安全性改善のために必要な知見を得るための評価部分については作成中である.この評価ツールの作成には,研究室の現有設備であるワークステーション(SONY NWS-3870)を使ったが,計算には本補助金で増設したメインメモリーを使用した.2.多値入出力システムについて,危険側出力誤りと安全側出力誤りを含む出力誤り率が一定値以下であるという条件の下で,危険側出力誤り率を最小にする冗長方式はk-out-of-n冗長方式叉は2つのk-out-of-n冗長方式の混合方式であることを理論的に明らかにした.この最適なk-out-of-冗長方式を実現するvoter回路がかなり複雑になるため,この回路の故障により出力誤りを生じる確率も無視できない.そこで,より簡単な回路で実現できる直並列冗長を採用する場合の最適冗長方式を求めるアルゴリズムを与えた.更に,1で作成した評価ツールによる計算で得た危険側出力誤り率と出力誤り率を使って,最適な直並列冗長方式を求める計算プログラムを作成した.各種制御系を要求に応じて複数個の可能な出力のいずれか一つを発する多値入出力システムとしてモデル化し,その危険側出力誤り率を最小にするシステムを構成するための一つの手段として多重化,冗長化を利用する場合の最適な方式について,次の研究を実施し,次の成果を得た.1.確率論的安全評価手法を使って,多重故障(共通原因故障,伝搬故障を含む)の影響も考慮して制御系の危険側誤り率を計算する評価ツールを作成した.重要度の概念を使って,危険側誤りの発生に最も寄与する素子の同定など安全性改善のために必要な知見を得るための評価部分については作成中である.この評価ツールの作成には,研究室の現有設備であるワークステーション(SONY NWS-3870)を使ったが,計算には本補助金で増設したメインメモリーを使用した.2.多値入出力システムについて,危険側出力誤りと安全側出力誤りを含む出力誤り率が一定値以下であるという条件の下で,危険側出力誤り率を最小にする冗長方式はk-out-of-n冗長方式叉は2つのk-out-of-n冗長方式の混合方式であることを理論的に明らかにした.この最適なk-out-of-冗長方式を実現するvoter回路がかなり複雑になるため,この回路の故障により出力誤りを生じる確率も無視できない.そこで,より簡単な回路で実現できる直並列冗長を採用する場合の最適冗長方式を求めるアルゴリズムを与えた.更に,1で作成した評価ツールによる計算で得た危険側出力誤り率と出力誤り率を使って,最適な直並列冗長方式を求める計算プログラムを作成した.
精密ナノサイズのチューブ蛋白質構築と生体分子認識ツールへの展開

(1)針蛋白質の細胞内取り込みの観察及機構解明当研究室で開発したT4ファージ由来の針蛋白質β-PNがエンドサイトーシス機構を持たない赤血球へ直接的に貫通することを共焦点顕微鏡観察で明らかとした。表面電荷を変換して取り込み評価を行った結果、β-PNが本来有する負の表面電荷(ゼータ電位: -16mV)が最も効率良く細胞膜貫通を誘起にすることを明らかとした。正電荷を持つ針蛋白質はHeLa細胞の膜上に集積し、エンドサイトーシスが誘起されることを明らかとした。従って、β-PNは細胞膜との静電反発により膜上に直立して針としての貫通反応が起きると推定される。この膜貫通反応には針蛋白質を構成するβヘリックスのサイズ、剛直性、表面電荷、水素結合ネットワーク形成が重要であることを明らかとした。(2)CO放出性錯体の導入によるCOの効率的な細胞内輸送β-PN表面に金属カルボニルを導入することで効率的な細胞内輸送を達成し、シグナル分子としてのCOの機能を明らかにした。COを細胞内に輸送するためにCO放出性金属錯体(CORM)が合成されているが、1細胞への取り込み効率が極めて低い、2CO放出が速い、3金属由来の高い細胞毒性を示す、といった理由から細胞内へのCO輸送は未だ困難であった。本研究では、β-PN表面にRuカルボニルを導入することで、効率的なCO輸送を達成し、COが時間依存的に転写因子活性及び遺伝子発現を制御していることを初めて明らかとした。CORM複合体はCORMに比べ60倍高効率で細胞内に取り込まれ、CO放出は9倍の遅延効果が見られた。細胞内のCO放出によって、転写因子NF-κBの活性を時間依存的に不活性化、活性化することを明らかとした。これは1効率的な細胞透過反応、2配位性アミノ酸の分子設計、が可能なβ-PNを用いることで初めて達成された。(抄録なし)1、所属研究室が開発したチューブ蛋白質1βfを用いた新たな人工酵素を開発した(H.Inaba et al., Dalton Trans., 2012)。表面のトレオニン、セリン由来のOH基とシステインに化学修飾したビピリジン配位子をSc3+に配位させることで、触媒活性を持つSc錯体を蛋白質上で構築することに成功した。触媒活性は変異導入したシステインの位置に強く依存し、柔軟性の高い位置で効率的にSc錯体を構築することを明らかとした。水溶液中で触媒反応が可能なことから、今後細胞を構成する分子の修飾反応へと利用可能である。この成果を国際学会で報告し、ポスター賞を受賞した。2、1βfはアミノ酸の繰り返し配列(VXGXXXXX)4から構成されている。プラスミドDNAにこの配列を導入する事でチューブ長の拡張を試みた。1-32の繰り返し配列を導入した計9種類のプラスミドを作成した。この内。繰り返し配列を2、5、8、16持つ蛋白質の発現及び精製に成功した。より長い8、16の繰り返し配列を持つ蛋白質は、当初得られる量が極めて少ないことに加え、ゲルろ過による精製が困難であったが、それぞれ精製段階における変性剤の添加、超遠心による精製によって克服した。MALDI-TOFMS、DLS、GPC、AFM、TEMによって目的の長さのチューブの構築に成功した。3、1βfに蛍光色素を化学修飾し、HeLa細胞へ添加した所、細胞質への局在を観測した。エンドサイトーシスの阻害実験を行ったところ、大部分の1βfは非エンドサイトーシス機構で細胞内に取り込まれることが明らかとなった。従って、この蛋白質の形状や高い強度といった構造情報が取り込みに重要な役割を果たしていると推定される。この現象は当初想定していた細胞膜への集積とは異なるものであるが、これまでになかった、負電荷を持つチューブ蛋白質の取り込みという点で大変興味深い。従って研究課題を変更し、取り込みの詳細なメカニズム解析と細胞内への分子輸送を試みている。この成果を学会発表し、ポスター賞を受賞した。

本研究では、β-PN表面にRuカルボニルを導入することで、効率的なCO輸送を達成し、COが時間依存的に転写因子活性及び遺伝子発現を制御していることを初めて明らかとした。CORM複合体はCORMに比べ60倍高効率で細胞内に取り込まれ、CO放出は9倍の遅延効果が見られた。細胞内のCO放出によって、転写因子NF-κBの活性を時間依存的に不活性化、活性化することを明らかとした。これは1効率的な細胞透過反応、2配位性アミノ酸の分子設計、が可能なβ-PNを用いることで初めて達成された。2つの学会誌に研究成果を報告したことに加え、多くの国際、国内学会で発表を行い、3つのポスター賞を受賞したことからも、研究を遂行するだけでなく、その意義を外部に発信することができたといえる。前年度の研究を通じて、チューブ蛋白質の細胞内への取り込みという興味深い現象を発見したことから、今後はこの発見を軸とし、取り込みのメカニズム解析、細胞内への分子輸送を試みる。また、UC BerkeleyのProf. Christopher J. Chang研究室と新たな共同研究を開始する。(抄録なし)
発育・老化過程における温熱適応能力の生物学的意義

本研究では熱放散反応の発育・老化過程を全身協関的視点から検討した.10年間の縦断的検討および横断的検討結果から,熱放散反応は老化に伴い皮膚血流量→単一汗腺あたりの汗出力→活動汗腺数と順次低下し,その一連の加齢的低下は全身同等ではなく,下肢→躯幹後面→躯幹前面→上肢→頭部と順次進行することが見出された.さらに,異なる3種のテストで検討された皮膚温度感受性,発汗中枢の活動性,アセチルコリン誘発性の軸索反射性および直接性発汗の結果から,機序面からみても皮膚の温度感受性(入力)→効果器(汗腺それ自体)→交感神経系・体温調節中枢,と順次老化することが推察された.次に,下肢温浴と膝伸展運動時の大腿動脈血流量と皮膚血流量などの結果から,大腿における皮膚血流量からみた末梢循環の老化が動脈血流量からみた中心循環の老化より先行することが示唆された.また,暑熱環境下でのアイソメトリックハンドグリップ時のデータから,非温熱性熱放散反応も老化に伴い鈍化し,その鈍化は発汗反応よりも皮膚血管反応で,さらに他の部位より大腿(筋の代謝受容器からの入力に対する応答)で顕著であることが観察された.このことは,非温熱性熱放散反応の老化過程も上述した温熱性熱放散反応の老化過程と類似することを示唆する.夏季スポーツ活動時の総発汗量と直腸温データから,思春期前児童は未発達な発汗機能を有することが再確認された.さらに,環境温度が漸次上昇する条件下の各種データから,思春期前児童は皮膚温より環境温が高くなると,体格特性(大きな体表面積/質量比)による熱獲得の増加や未発達な発汗機能に起因して生体負担度が若年成人より大きくなることが明らかにされた.また,筋の代謝受容器からの非温熱性入力に対する熱放散反応は思春期前の子どもでは未発達であり,その傾向は皮膚血管反応より発汗反応で顕著だった.この非温熱性熱放散反応に観察された子どもの特性は,上述の温熱性熱放散反応の発育特性に類似することが示唆された.本研究では熱放散反応の発育・老化過程を全身協関的視点から検討した.10年間の縦断的検討および横断的検討結果から,熱放散反応は老化に伴い皮膚血流量→単一汗腺あたりの汗出力→活動汗腺数と順次低下し,その一連の加齢的低下は全身同等ではなく,下肢→躯幹後面→躯幹前面→上肢→頭部と順次進行することが見出された.さらに,異なる3種のテストで検討された皮膚温度感受性,発汗中枢の活動性,アセチルコリン誘発性の軸索反射性および直接性発汗の結果から,機序面からみても皮膚の温度感受性(入力)→効果器(汗腺それ自体)→交感神経系・体温調節中枢,と順次老化することが推察された.次に,下肢温浴と膝伸展運動時の大腿動脈血流量と皮膚血流量などの結果から,大腿における皮膚血流量からみた末梢循環の老化が動脈血流量からみた中心循環の老化より先行することが示唆された.また,暑熱環境下でのアイソメトリックハンドグリップ時のデータから,非温熱性熱放散反応も老化に伴い鈍化し,その鈍化は発汗反応よりも皮膚血管反応で,さらに他の部位より大腿(筋の代謝受容器からの入力に対する応答)で顕著であることが観察された.このことは,非温熱性熱放散反応の老化過程も上述した温熱性熱放散反応の老化過程と類似することを示唆する.夏季スポーツ活動時の総発汗量と直腸温データから,思春期前児童は未発達な発汗機能を有することが再確認された.さらに,環境温度が漸次上昇する条件下の各種データから,思春期前児童は皮膚温より環境温が高くなると,体格特性(大きな体表面積/質量比)による熱獲得の増加や未発達な発汗機能に起因して生体負担度が若年成人より大きくなることが明らかにされた.また,筋の代謝受容器からの非温熱性入力に対する熱放散反応は思春期前の子どもでは未発達であり,その傾向は皮膚血管反応より発汗反応で顕著だった.この非温熱性熱放散反応に観察された子どもの特性は,上述の温熱性熱放散反応の発育特性に類似することが示唆された.(1)縦断的検討:高齢者における発刊反応の10年間の経年的変化を検討するため,4名の高齢者(7281歳)に対し,5年・10年前と同様に35°C環境下で下肢温浴を60分間負荷した.その結果,これまで我々が主に横断的研究結果に基づき報告してきた「汗腺機能の老化は,単一汗腺にあたりの汗出力→活動汗腺数と順次低下し,その一連の加齢的低下は,全身同等ではなく下肢→躯幹後面→躯幹前面→上肢→頭部と進行する」ことが縦断的にも支持された.汗腺機能の老化がより進行した最近の5年間で発汗量および単一汗腺あたりの汗出力の増加が前額で観察された.この増加は,末梢性の老化を発汗中枢からのover driveで代償するために生じたものと推察される.さらに,この5年間グランドゴルフに34回/週参加した被験者の結果から,70歳以上の者でも運動トレーニングにより発汗機能の亢進が十分期待できることが示された.(2)非温熱性熱放散反応:非温熱性熱放散反応が発育

・老化でどのように修飾されるのか検討するため,35°C環境下での60秒間のアイソメトリックハンドグリップ(IH)運動時における発汗・皮膚血管反応を思春期前児童(10名)vs.若年成人(13名)および高齢者(10名)vs.若年成人で比較検討した.発育に関して,筋の代謝受容器からの非温熱性入力に対する熱放散反応は思春期前の子どもで未発達であり,その傾向は皮膚血管反応より発汗反応で顕著だった.IH運動時に観察された子どもの小さな非温熱性熱放散反応は,筋の代謝受容器入力に対する反応性の未発達さand/orセントラルコマンドおよび筋代謝受容器以外の小さな非温熱性入力に起因することが推察された.さらに,IH運動時の非温熱性熱放散反応は老化に伴い減弱し,その減弱は発汗反応よりも皮膚血管反応で顕著だった.老化に伴う非温熱性熱放散反応の減弱には身体部位差が存在し,特に筋の代謝受容器からの入力に対する発汗・皮膚血管応答が大腿で減弱する傾向だった.本年度は,以下の2つの視点から熱放散反応の老化機序を検討した.(1)全身協関的視点からみた検討:本実験では発汗・皮膚血管拡張反応の老化がなぜ下肢から始まるのか,体温調節と循環調節の全身協関的視点から検討した.下肢温浴時の深部体温には高齢者と若年成人間に有意な相違はみられなかった.その間の動脈血流量の増加は上腕動脈では有意な年齢群差がみられなかったが,大腿動脈では高齢者が顕著に小さかった.同様の身体部位差が皮膚血流量の年齢群差にも認められたことから,老化に伴い下肢から始まる皮膚血流量の低下が下肢への動脈血流量の減少と関連する可能性が示唆された.(2)多重構造的視点からみた検討:体温調節の老化機序がどのような順序で発現するのか,16名の高齢者と13名の若年成人を対象とした以下の3実験で検討した.a)中枢機構vs末梢機構:下肢温浴テスト時の発汗開始平均体温(Tb)閾値・皮膚血管拡張Tb閾値には年齢群差がなかったが,発汗感受性・皮膚血管拡張感受性は高齢者が若年成人より低値を示した.この結果は,老化は中枢機構より末梢機構で早期に出現する可能性を示唆している.b)軸索反射性発汗vs.直接刺激性発汗:アセチルコリンのイオントフォレーシスで誘発した軸索反射性発汗(交感神経節後線維の要素を反映する)には老化に伴う低下はみられなかったが,直接刺激性発汗(汗腺自体の要素を反映する)は高齢者が若年成人より鈍化し,その鈍化は大腿で顕著だった.これらの結果は,末梢機構でも汗腺自体の老化が交感神経節後線維の老化より早期に出現する可能性が示唆された.c)皮膚温度感覚:熱流束温冷覚閾値計を用いて身体8部位で測定した皮膚の温・冷感受性はともに老化に伴い鈍化し(但し,前額では年齢群差なし),その鈍化部位は上記a)b)の老化部位と考え合わせると,皮膚温度感受性が効果器(汗腺)自体の老化より先行している可能性が示唆された.本年度は,熱放散反応の発育・老化特性の生物学的意義を解明するため,次の2実験を実施した.1)高齢者における膝伸展運動時の大腿動脈血流量これまで我々は熱放散反応の老化は全身同等ではなく,下肢から始まることを見出している.本年度は,熱放散反応からみて老化の引き金となる下肢の皮膚血流量の低下が大腿動脈血流量の抑制と関連するのか否か検討した.すなわち本研究では,高齢者(O群)と若年成人(Y群)に膝伸展運動〔O・Y群:0,10,20,30W ; Y群のみ40W〕を負荷し,その際の大腿動脈血流量を超音波ドプラー法で測定し,両群間で比較検討した.その結果,本研究で用いた負荷強度の範囲内における膝伸展運動では,老化は大腿動脈血流量の増加を抑制しないことが示唆された.しかし,老化は大腿動脈血流量を保持するための規定因子には影響し,高い血管抵抗を血圧の大きな上昇で代償することが示唆された.2)運動時における子どもの発汗量と直腸温
楕円銀河と球状星団系の形成と進化

本研究では、楕円銀河の形成と進化を、銀河本体の星の種族と高温ガスの特質の理解、並びに銀河を取り巻く球状星団系の起源を考察して解明した。1まず、ガスと星の系である銀河の化学進化とスペクトル進化を任意の星の生成史に対して整合的に追跡できるモデルを世界に先駆けて構築し完成した。2これを用いて楕円銀河の球状星団系の光度関数と色分布の観測データを解析し、球状星団系が120-180億年前に20-30億年の期間中に形成されたという証拠を得た。3また、電波楕円銀河のエネルギー分析を調べ、赤方偏移が2以上の銀河は星形成の兆候を有するのに対し、それより近傍の銀河にはそれがない事を突き止めた。4渦状銀河のバルジのスペクトル観測を行ない、金属線の吸収線強度とバルジの光度との相関が楕円銀河のそれと全く同一であることを発見した。これらの結果2-4は楕円銀河およびバルジが宇宙の進化の初期に原始銀河が大規模な星形成を起こして形成された事を強く示唆する。5楕円銀河の高温ガスの鉄組成は少なくとも銀河の星の平均の鉄組成と同じかそれよりも高いはずである。にも拘らず、X線衛星「あすか」で測定しところその値は星の平均値の半分以下である。この原因を天体物理学的に考察し、鉄のL輝線の原子物理量が不正確であることを明らかにした。6銀河団ガスの化学組成を評価し直し、これが楕円銀河の銀河風モデルによって再現される事を示した。5-6は2-4の結果を化学進化の観点から支持するものである。今後の研究の発展は星の大規模に生成している宇宙論的距離にある楕円銀河を発見することである。それにはCO輝線が有効である。CO輝線光度の進化をモデル化するために、7まず渦状銀河でのCO分子ガスとHIガスの分布が相転移的である事を発見し、8次にCO輝線光度を水素分子ガスの質量に変換する係数が金属量に逆比例する事を発見した。今後この知見に基づいて、星形成期の楕円銀河のモデルを構築し、観測の可能性を探る予定である。楕円銀河の周囲に存在する球状星団の年齢と金属量の頻度分布を測光量から評価する種族合成モデルを世界に先駆けて開発した(Kodama & Arimoto 1995;準備中)。これを用いて乙女座銀河団とFornax銀河団中の楕円銀河の球状星団の色頻度分を解析し、これらの銀河の球状星団が我々の銀河系の球状星団とほぼ同じくらい古いことを示した。これは楕円銀河が渦状銀河の合体でできたとする仮説とは矛盾し、宇宙形成初期に重力収縮してできたとする銀河風説を強く支持する(Kodama,Okazaki & Arimoto 1995;準備中)。楕円銀河の銀河モデルをもとに1500Å-3.5μにある波長帯のスペクトル・エネルギー分布(SED)の進化を計算し、高赤方偏移にある電波強度の強い楕円銀河のSEDがz【greater than or equal】2では銀河風発生前の星生成期のモデルと、そしてz【similar or equal】2までは銀河風発生後のモデルとよく一致することを見い出した。これは楕円銀河の起源としての銀河風説を強く支持する。

また紫外域でのSEDはその起源が若い星ではなく、年齢の古い高温な水平分枝星であるとこを示唆する(Yoshii,Arimoto,Taniguchi,&Renzini 1995; Astr楕円銀河には鉄組成の動径勾配が見られることに着目して、楕円銀河の鉄組成を再評価し、X線観測で得られた値が過少評価になっていることをつきとめた。このずれの原因は楕円銀河ガスのように比較的低温の天体の鉄組成を評価する際に使用される鉄のL輝線の原紙物理学的量の知見が不十分であるためである(Arimoto et al 1995; Astrophysical Journal誌に投稿予定)。本研究は楕円銀河とその周囲に分布する球状星団の星の種族の考察から楕円銀河の形成と進化を解明することを目的としている。最終年度に当たる本年は多角的な観点から楕円銀河の形成と進化を捉え、幾つかの特筆すべき成果が得られた。(1)まず、銀河のスペクトル進化を化学進化とともに追跡する種族合成モデルを完成させ、楕円銀河NGC3923とNGC4472の周囲の球状星団系の年齢を評価し、それらが120-180億年前に、しかも20-30億年の間に誕生したことを明らかにした。これは楕円銀河本体もその時期に形成されたことを強く示唆する(論文1)。(2)世界中の楕円銀河のスペクトル進化モデルを取りまとめ、その整合性を吟味して公にした。その中で、銀河のスペクトルエネルギー分布には年齢と金属量の情報が縮退して入っており、いずれのモデルもその分離に成功していないことを明らかにした(論文2)。(3)28個の渦状銀河のバルジのスペクトルを観測し、バルジの金属量指数と速度分散の関係を初めて導出した。楕円銀河の類似の関係と比較したところ両者は全く同一であることが判明した。これはバルジの形成過程が楕円銀河のそれと同一であることを強く示唆する(Jablonka,Martin,Arimoto 1996,AJに投稿中)。(4)楕円銀河の銀河風モデルをもとに紫外域から近赤外域までのスペクトルエネルギー分布の進化を計算し、高赤方偏移にある電波楕円銀河のそれが赤方偏移2よりも遠方の場合は銀河風発生以前のモデルと、逆に近傍の場合は銀河風発生以後のモデルと非常によく一致することを示した。これは楕円銀河の起源として銀河風説を強く示唆する(Yoshii,Arimoto,Taniguchi,Renzini,1996,ApJに投稿中)。(5)楕円銀河の形成期を直接捉える可能性のあるのはCO分子の輝線観測でする。銀河風モデルでCO輝線強度を計算するための準備として、一連の分子雲の観測の考察をまとめた(論文3,4,5)。(6)ダストによる光りの吸収と散乱が銀河のスペクトル進化に及ぼす影響を計算し、銀河の係数観測においてはそれがあたかも銀河が進化しないかのような振る舞いをもたらすことを示した(vansevicius,Arimoto,Kodaira1996,ApJに投稿中)。(7)矮小楕円銀河の惑星状星雲の化学組成を推測するモデルを化学進化に基づいて構築し、惑星状星雲の化学組成は矮小楕円銀河が矮小不規則銀河から進化したものではないことを明らかにした(Richer.McCall,Arimoto 1996,AAに投稿中)。
光化学系(II)立体構造解析のための遺伝子解析

本研究の目的は、光化学系II複合体の立体構造を解明するため、好熱性らん藻Thermosynechococcus vulcanus (旧名Synechococcus vulcanus)より単離・精製し、結晶化した光化学系II複合体の全構成成分を同定し、そのうち、遺伝子配列が未知のものについては、その遺伝子をクローニングし、配列決定することである。電気泳動、酸素発生活性及びTOF-MASS測定により、結晶化された光化学系II複合体は少なくとも13種の膜蛋白質と3種の膜表在性蛋白質を含むことが分かった。この内、数種のサブユニットについてはその遺伝子配列が未定であるが、かずさDNA研究所により近縁の好熱性らん藻Thermosynechococcus elongatusの全ゲノム配列決定が行われ、その結果がまもなく公開されることとなったため、T.vulcanusの構造解析に利用可能となった。従って、本研究の後半では、個々のサブユニットの配列決定よりも、光化学系II複合体の結晶構造解析に重点を置いて研究を進めた。位相を決定するため、多数の重原子誘導体を作製・解析し、そのうち有効な位相情報を与える誘導体を数種見つけ、光化学系II複合体の構造を3.7Å分解能で解析した。その結果、ドイツのWittらにより報告されたT.elongatus8の3.8Å分解能での光化学系IIの構造と比べ、表在性12kDa蛋白質の位置が新たに同定された。また、酸素発生反応を直接触媒しているMnクラスターについて、そのリガンドが3つ以上あり、そのうちの一つが反応中心D1蛋白質のC末端であることが示唆された。これ以外にも、各電子伝達成分間の相対距離や、ルーメン側に突出していることが示唆されているCP47,CP43のループ構造の一部について、より詳細な情報を得ることができた。光合成の光化学系II複合体は、総分子量320kDaの、光エネルギーの生物利用可能な化学エネルギーへの変換・水分解・酸素発生反応を行う重要な超分子複合体である。本研究の目的は、光化学系II複合体の結晶構造解析を行うため、申請者らが好熱性らん藻、Synechococcus vulcanusから単離・精製し、結晶化に成功した、高い酸素発生活性を持つ系IIコア粒子中のすべてのサブユニットを同定し、その中、遺伝子配列が未定のものについては、その遺伝子を単離し、配列決定することである。本年度では、結晶化に用いた光化学系II複合体を高分解能電気泳動により分離し、各サブユニットの同定を行った。すでに報告された結果との比較により、結晶化に用いたらん藻の光化学系II粒子には膜貫通蛋白質として、D1(psbA),D2(psbD),CP47(PsbB),CP43(psbC)サブユニット、チトクロムb-559のα,βサブユニット(psbE,psbF遺伝子産物)、低分子量のpsbH,psbI,psbJ,psbK,psbL,psbM,psbN,psbX各遺伝子産物の計14個のサブユニットが含まれていることが分かった。また、膜表在性蛋白質として、33kDa(psbO),チトクロムc-550(psbV),12kDa(psbU)の3つのサブユニットが含まれていた。この内のいくつかのサブユニットについては、本研究の開始時点でその遺伝子配列が未定であったが、最近、近縁の好熱性らん藻、Synechococcus elongatusの全ゲノム配列がかずさDNA研究所により決定され、その配列を利用した系II複合体のX線結晶構造解析を進めている。

本研究の目的は、光化学系II複合体の立体構造を解明するため、好熱性らん藻Thermosynechococcus vulcanusより単離・精製し、結晶化した光化学系II複合体の全構成成分を同定し、そのうち、遺伝子配列が未知のものについては、その遺伝子をクローニングし、配列決定することである。前年度の研究により、結晶化された光化学系II複合体は少なくとも13種の膜たんぱく質と3種の膜表在性たんぱく質を含むことが分かった。この内、数種のサブユニットについてはその遺伝子配列が未定であるが、かずさDNA研究所により近縁の好熱性らん藻Thermosynechococcus elongatusの全ゲノム配列決定が行われ、その結果がまもなく公開されることとなったため、T. vulcanusの構造解析に利用可能となった。従って、本年度では、個々のサブユニットの配列決定よりも、光化学系II複合体の結晶構造解析に重点を置いて研究を進めた。位相を決定するため、多数の重原子誘導体を作製、解析し、そのうち有効な位相情報を与える誘導体を数種見つけ、光化学系II複合体の構造を3、7Å分解能で解析した。その結果、ドイツのWittらにより報告されたT. elongatusの3.8Å分解能での光化学系IIの構造と比べ、表在性12kDaたんぱく質の位置が新たに同定された。また、酸素発生反応を直接触媒しているMnクラスターについて、そのリガンドが3つ以上あり、そのうちの一つが反応中心D1たんぱく質のC末端であることが示唆された。これ以外にも、各電子伝達成分間の相対距離や、ルーメン側に突出していることが示唆されているCP47,CP43のループ構造の一部について、より詳細な情報を得ることができた。
蛍光標識化DNAを用いた新規な測定法によるRecA蛋白質のDNA組換え反応の解析

遺伝情報の編成やDNA修復において重要である相同的組換え反応は,細菌ではRecA蛋白質が担っている。組換え反応の全容解明には,各々の素反応の詳細な解析,特に速度論的な解析が必要である。しかし,RecAの場合、反応過程を経時的に研究した報告はほとんどない。本研究では,複数の蛍光プローブを導入したDNAを用いて,蛍光の共鳴エネルギー転移を利用したDNA鎖の相互の配置の動的変化すなわち組換えの速度を推定し,組換え反応過程の経時的な変化を追跡することを試みた。まず,標識可能なアミノ基やチオール基を持つデオキシヌクレオチドを用いて二種類の蛍光標識化DNA(50-mer)を人工的に合成した。一方は分子中央にテトラメチルローダミン(R)を,もう1つは5'端にフルオレセイン(F),3'にテキサスレッド(T)を導入した。大腸菌RecA蛋白質は,すでに構築してある大量発現系を用いて調製した。次に,R-一本鎖DNAとRecAの相互過程を蛍光スペクトルを用いて測定したところ,少なくとも2つの結合相が観察された。このR-一本鎖DNA-RecA複合体にF/T-二本鎖DNAを加え,Rの励起光で励起したところ有意な蛍光スペクトル変化が見られた。反応前後の差スペクトルは,ほぼTのものに相当した。さらに,Tの蛍光波長で時間変化を測定したところ,大きく2つの相が見られた。このように,今回構築した測定系でRecA-一本鎖DNA複合体と二本鎖DNAとのペアリング反応を,蛍光エネルギー転移を利用して実際に測定できることが示された。本研究では,複数の蛍光プローブを導入したDNAを用いて,RecA蛋白質によるDNAの相同的組換え反応の経時的な変化を追跡することを目的としている。そこで,まず5'端と3'端をフルオレセインとテキサスレッドでそれぞれ標識したオリゴヌクレオチドと,テトラメチルローダミンで中央の塩基を標識した相補的なオリゴヌクレオチド,各50-merを合成した。また,それぞれについて標識していないオリゴヌクレオチドも合成し,異なる組み合わせの二本鎖DNAを調製した。まずテトラメチルローダミン標識した一本鎖DNAへの結合に伴う蛍光の時間変化から,大腸菌RecAの一本鎖DNA結合過程を調べたところ,少なくとも二相からなることが分かった。速い相がDNAへの結合を,遅い相がヌクレオプロテインフィラメントの形成を反映するものと考えられた。次に,大腸菌RecAが結合した一本鎖DNAに二本鎖DNAを加えて,ペアリング反応およびストランド交換反応を観察した。わずかな蛍光変化は観察されたが,共鳴エネルギー転移の効率が低かったため,定量的な解析を行うには至らなかった。現在,蛍光DNAの標識・合成方法をさらに改善している。一本鎖DNAへの結合過程をさらに詳しく解析するため,高度好熱菌Thermus thermophilus HB8由来のRecA蛋白質について,カオトロピックイオンを用いて会合状態を制御することに成功した。その結果を利用して,各会合状態からの一本鎖DNAへの結合過程を調べたところ,いずれの状態からも結合できることが分かった。単量体からでもDNAに結合できることを示したのは,本研究が初めてである。今後は,各会合状態からの結合過程の速度論的解析を行う予定である。
精神分裂病の神経情報処理障害の分子機構解明に向けた発達神経科学的研究

統合失調症(精神分裂病)が思春期以降に発症し、統合失調症様異常発現薬による精神異常や動物の行動異常も発達に伴って変化することから、統合失調症状の情報処理障害の原因分子は、統合失調症様異常発現薬に対する応答性を一定の生後発達期以後に獲得すると推測される。そこで、統合失調症における脳内情報処理障害の原因となる分子異常を見出すことを目的に、ラットを用い、その候補分子として、統合失調症様の症状を引き起こすドーパミン作動薬methamphetamine (MAP)やNMDA型グルタミン酸受容体遮断薬phencyclidine (PCP)に発達に依存した特異的応答を示す遺伝子を検索し、構造、局在、薬物に対する応答性、コード蛋白の特徴等を解析した。本研究開始前に、ラット大脳新皮質からクローニングした遺伝子群のうち、mrt1(MAP responsive transcript 1)については、アンチセンス法を用いて統合失調症の発症・再発モデルである逆耐性現象における意義の検討や、in situハイブリダイゼイションによる脳内分布の解析を行った。また、mrt1のtransgenic miceが得られ、設計した通りに前脳部におけるmrt1 mRNAの発現増強が認められたため、逆耐性現象への影響を検討を開始した。本研究開始後に、新たに同定した統合失調症関連候補遺伝子mrt3については、ゲノムならびに転写産物の構造と体内・脳内分布、MAPによる発現調節等を明らかにした。さらにprt4(PCP responsive transcript 4)も検出し、構造とPCP以外に、NMDA受容体遮断薬dizocilpineや不安惹起ストレスに対しても成熟期に応答を示すことを見出した。さらに、本研究で見出された、統合失調症関連候補遺伝子の中で、mrt1とCDCrel-1のヒト相同遺伝子の5'端より約3lb上流まで、プロモーターを含むと推測される領域のゲノム構造および統合失調症における変化の検討を終了し、現在prt4の一塩基多型と統合失調症との関連を解析中である。統合失調症(精神分裂病:分裂病と略す)が思春期以降に発症し、分裂病様症状発現薬による精神異常や動物の行動異常も発達に伴って変化することから、分裂病症状の情報処理異常の原因分子は、分裂病様症状発現薬に対する応答性を一定の生後発達期以後に獲得すると推測される。そこで分裂病における脳内情報処理障害の原因となる分子異常を見出すことを目的に、ラットを用い、分裂病様症状発現薬様症状を引き起こすmethamphetamine(MAP)やPhecyclidine(PCP)に発達に依存した特異的応答を示す遺伝子を検索し、構造、局在、薬物に対する応答性、コード蛋白の特徴等を解析した。ラット大脳新皮質からクローニングした、MAPまたはPCP急性投与に対して発達依存的に応答を獲得する遺伝子群について、これまでに解析したmrt1(MAP responsive transcript 1)、mrt3およびprt1(PCPresponsive transcript)に加え、新たにprt4の解析を行った。prt4のPCPへの反応はprt1と類似しており、a)幼若期にはPCPに対する反応性が目立たないが、成熟期にはPCPにより著明に発現が増加すること、b)成熟期のPCPへの反応は代表的抗精神病薬のハロペリドールの前処置では抑制されないことがわかった。PCPはヒトに分裂病様の陽性症状とともに抗精神病薬抵抗性の陰性症状も引き起こすことから、prt4は、陰性症状に関与する分子カスケ一ドを構築する新たな候補遺伝子と考えられる。また、mrt1およびprt1-1と、基礎的発現が発達に伴って変化するCDCrel-1の新規転写産物のヒト相同遺伝子とそのゲノム構造を明らかにし、分裂病との関係を血液から得たDNAを用いて解析中である。

統合失調症(精神分裂病)が思春期以降に発症し、統合失調症様異常発現薬による精神異常や動物の行動異常も発達に伴って変化することから、統合失調症状の情報処理障害の原因分子は、統合失調症様異常発現薬に対する応答性を一定の生後発達期以後に獲得すると推測される。そこで、分裂病における脳内情報処理障害の原因となる分子異常を見出すことを目的に、ラットを用い、統合失調症様の症状を引き起こすmethamphetamine (MAP)やphencyclidine (PCP)に発達に依存した特異的応答を示す遺伝子を検索し、構造、局在、薬物に対する応答性、コード蛋白の特徴等を解析している。これまでに、ラット大脳新皮質からクローニングした遺伝子群のうち、mrt1 (MAP responsive transcript 1)については、統合失調症の発症または再発のモデルと考えられている逆耐性現象成立時に発現が増加することから、前脳部選択的にmrt1を過剰発現する遺伝子改変マウスを作製中であり、これらの行動解析に必要な基礎検討を行った。また、mrt1ノックアウトマウスも準備中である。mrt3については、遺伝子改変動物作製のためにゲノム遺伝子の構造解析を進めた。prt4 (PCP responsive transcript 4)は、PCP以外にNMDA型グルタミン酸受容体の非競合的遮断薬dizocilpineや種々のストレスにも応答することがわかった。さらに、mrt1とCDCrel-1のヒト相同遺伝子の5端より約3lb上流まで、プロモーターを含むと推測される領域のゲノム構造および統合失調症における変化を血液から得たDNAを用いて解析中である。そこで、統合失調症における脳内情報処理障害の原因となる分子異常を見出すことを目的に、ラットを用い、統合失調症様の症状を引き起こすmethamphetamine(MAP)やphencyclidine(PCP)に発達に依存した特異的応答を示す遺伝子を検索し、構造、局在、薬物に対する応答性、コード蛋白の特徴等を解析している。本第三年度は、ラット大脳新皮質からクローニングした遺伝子群のうち、mrt1(MAP responsive transcript 1)の脳内分布をin situハイブリダイゼイションによって明らかにした。また、mrt1のtransgenic miceが得られ、設計した通りに前脳部におけるmrt1 mRNAの発現増強が認められたため、統合失調症の発症・再燃モデルであるMAPが誘発する逆耐性現象への影響を検討を開始した。mrt3遺伝子については、特異なゲノム構造をもつことや、MAPによる新たな発現調節を明らかにした。prt4(PCP responsive transcript 4)は、PCP以外に不安