hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
一酸化窒素（No）の膵炎重症化における意義〜IRF−1ノックアウトマウスを用いて

急性膵炎の重症化には一酸化窒素(NO)の関与が注目されている。すなわち、膵炎発症時に腹腔マクロファージは各種刺激を受け誘導型NO合成酵素(iNOS)を発現し、大量のNOを長時間にわたり産生放出する。このNOが逸脱した活性膵酵素と共に標的正常細胞を障害、破壊しMOFを惹起し、重症化するというものである。以下、実験結果を示す。IRF-1 Knockoutマウスでの膵炎像の検討:雄性IRF-1 Knock outマウスと対照として雄性CD-1マウスを用い,セルレイイン膵炎(セルレインは20μg/kgを4回腹腔内投与)を作成した。血清アミラーゼ値は、18277±2684 vs 22201±2641、edema indexは、10.34±0.40 vs 10.75±0.35とIRF-1KOマウスとコントロール群とで有意な差を認めなかった。膵組織像も明らかな差を認めなかった。INF regul atory factor elementに結合しiNOS遺伝子の転写促進作用を有するIRF-1は、軽症膵炎であるセルレイン膵炎において大きな役割を果たしていないと考えられた。LPS腹腔内前投与によるマウスセルレイン膵炎の重症化の検討:LPS2mg/kgを前投与して膵炎を作成した。以前の報告と異なり、膵炎の増悪は認めなかった。マウスタウロコール酸膵炎誘導:ラットと異なり、マウス膵管内ヘタウロコール酸を注入し、膵炎を作成することは、非常に困難であり、マウス重症膵炎としてのタウロコール酸膵炎をモデルとして確立できていない。今後の計画:確立された重症膵炎モデルであるラットタウロコール酸膵炎を用いて、ラジカル-ラジカルカップリング反応により直接NOをNO_2に酸化,除去し、その生理作用を定量的に阻害し、かつ、水溶液中においても非常に安定な有機ラジカル種を有するimidazolineoxyN-oxide (PTIO)系化合物誘導体の効果をMOFへの進展度、生存率、膵組織像にて検討する。
フラクタル手法による景観構成のためのCDAシステムの開発

異種のフラクタルの重ね合わせに関して、フラクタルフォームは元来複数の写像から構成されるものであることに着目し、特徴的な写像の組み合わせに関して平面上での検討を行った。まず一つの線形変換による縮小写像を考え、次の写像を基本形式として取り上げた。(1)全体から一つの点に集中していくもの;これはランドマークのように一つの中心を周囲に対して誇示するものである。(2)動線的に進みながら一つの集積点に近づいていくもの;今回は直線的に進むもの、雁行して進むもの、渦巻状に進むものについて検討した。これは空間構成における軸線的なものを想定している。次に、以上の単純な図式のそれぞれに組み合わせる交換として、環境条件に対応づけられるような縮小・平行移動・回転という操作を検討した。このことによって空間構成に対して描かれる単純な形式が、想定した条件によって変形されたものが得られた。結果としての図形は奇妙に捻じれていたり、形式性が読み取りにくくなったりしており、フラクタルの解説書で紹介される典型的な図形とは異なっている。典型的な例は限られた単純な写像の対からできており、より自由に写像を組み合わせても意味のある形象を作りうることを示した。変換のN回目の結果としての図形と、N回目までの写像の履歴も示した図とでは、読み取られる形式性も異なり、このことから、フラクタルフォームは多義的な空間図式を含みうる事も示した。画面上で、図形の在るところと無いところ、言い替えれば特定の形象の画面上での分布状況をどのように考えるかという問題がある。都市街路などのおおまかな自己相似図形についてフラクタル次元を統計的に測定する際、図形が存在しない空白部は無視できない影響を与える。そこで統計的な手法では粗視化の適性範囲の検討方法などが提案されている。本研究のように積極的にフラクタルな形象を発生させることを目的とする際には、空白部は全くの空白ではなく、フラクタルな形象が一定のレベル以下で潜勢化していて隠れていると考えねばならない。問題を簡略化するため1次元の例として道沿いの特定物の分布に関して考察した。屈曲の2次元モデルでは風景としての景観や建築のヴォリュームのシルエットをどのように表現できるかを検討したが、山並の切れ目などにおいては上記と同様の状況を考えるべきであり、これは平成6年に計画している異種のフラクタルの重ね合わせとも関係する。従って以上の考察は平成6年に纏めて報告することとする。ところで、数学的で決定論的なフラクタル曲線は、通常、ジェネレーターとしての生成規則が各回とも同一であることから自己相似性を得ている。ところがこのようなフラクタル曲線は、単調な形態となりがちであり、応用範囲に限りがでてくる。ここではフラクタル曲線が不動点の極限集合の閉包を得るという点にのみ着目し、レビィのC曲線の生成規則を変更することによってどのような図形が得られるか、また、その数学的な特徴について考察した(11.研究発表参照)。
傍腫瘍性神経変性症の抗原蛋白の解析と細胞性免疫の研究

傍腫瘍性神経症候群の発症機序には、液性免疫及び細胞性免疫の双方の標的抗原である神経蛋白がに重要な役割を果たしていると推定されるが、その生物学的機能にっいては不明である。本疾患の神経変性機序の解明を目的として、本疾患の神経抗原を用いた疾患モデルの開発と、神経抗原の細胞内機能の解明を目的として3年間の研究を進めた。平成11年度は傍腫瘍性小脳変性症に関連する神経抗原pcd-17の転写調節における役割について、NF-kappa B遺伝子と共に神経芽腫細胞に導入し、そのレポーター活性を検討した。その結果、pcd-17は、NF-kappaBに対して転写活性を抑制することを見出した。平成12年度はDM免疫によりヒト傍腫瘍性神経症候群にみられる生体内の腫瘍による免疫環境をin vivoに誘導できるかについて検討した。その結果、実験動物においてDNA免疫の実験系により抗神経細胞抗体と神経抗原に特異的な細胞障害性T細胞を誘導することを示した。このDNA免疫の手法は、傍腫瘍性神経症候群のin vivoで免疫現象を解析する上で有用であると考えられる。pcd-17はそのアミノ酸構造より、他の蛋白と結合して転写機能に作用すると考えられる。平成13年度にはpcd-17遺伝子をbaitとしたtwo-hybrid法により、ヒト脳由来cDNAライブラリーからpcd-17と結合する蛋白の同定を試みた。その結果、この神経抗原は細胞周期に関連するMRGXと結合することが明らかになった。MRGX蛋白は単独でT98Gグリオプラストーマ細胞内で核の形態変化を惹起し、細胞死に至らしめるが、pcd-17はMRG X蛋白と結合して核内へ移行し、核の形態変化と細胞死を抑制し得る。このことは、この抗原の機能が神経細胞の細胞周期の調節に関連していることを示唆した。傍腫瘍性小脳変性症に出現する抗小脳Purkinje細胞質抗体(Yo抗体)の病因における役割については不明な点が多い。この抗体の標的抗原であるpcd17蛋白については、転写調節活性の役割が推定されている。この神経抗原の転写調節における役割について検討を試みた。GAL1promoterの下流にβ-galactosidase reporter活性をもつ遺伝子を含む酵母細胞を用いたone-hybrid assayでは、pcd17 cDNAは明らかな転写活性を認めた。しかしながら、NF-kBの結合コンセンサス配列の下流にfirefly luciferase遺伝子をもつレポーター遺伝子と共にpcd-17遺伝子をNB-1細胞とCOS細胞に導入し、そのluciferase活性を測定したところ、NF-kBの転写活性はpcd17を導入することにより用量依存性に有意に抑制された。さらに、TNF-α(10ng/ml)による刺激後にNF-kB転写活性もpcd17cDNAの導入により抑制された。血清の存在下に培養した細胞でのSRF転写活性に対するpcd-17遺伝子の有意な影響は認められなかった。NF-kBの転写因子DNA結合コンセンサス配列への神経抗原蛋白の結合の明らかな結合は認められず、細胞質におけるIkBの量的な変化は認められなかったが、主にNF-kBのp50homodimerのDNA結合能が、pcd17を導入することにより有意に抑制されることが明らかになった。今回の結果から、pcd17は転写機能調節の活性と抑制の二重の働きをすることが証明され、NF-kBの活性の調節を通じて小脳プルキンエ細胞の代謝や抗神経細胞抗体や細胞傷害性T細胞の認識に重要な働きをしていることが示唆された。

傍腫瘍性神経症候群にみられる免疫現象を実験動物のin vivoで誘導し得るかについて検討する目的で、本症候群の腫瘍神経共通抗原であるpcd17とple21をコードするcDNAを用いて、遺伝子銃を使ったDNA免疫の方法によりin vivoにおける免疫応答を解析した。その結果、マウスに対していずれのDNA免疫においても、血清中に効率よく神経細胞抗体を産生させ得ることができた。また、pcd17cDNAを用いたDNA免疫により、神経抗原に対する細胞障害性T細胞を誘導し得ることも明らかとなり、DNA免疫によって実験動物に対して傍腫瘍性神経症候群にみられるような神経抗原に対する免疫応答を誘導し得ることを示した。このDNA免疫を用いた新たな実験系は、傍腫瘍性神経症候群のin vivoでの免疫現象を今後解析していく上で有用であると考えられる。細胞障害性T細胞の抗原認識には組織適合抗原class I分子の発現が必要であるが、一般に神経細胞にclass I抗原の発現はみられない。我々は、神経芽細胞腫を用いてflavoid抗酸化物質によってclass I抗原を誘導し得ることを証明した。その発現の機序は、class I抗原遺伝子のプロモーター領域に位置するE-boxモチーフにこの物質が直接あるいは間接的に作用して発現していることを示し、このような物質の刺激を介した刺激により神経細胞におけるclass I抗原の発現が誘導することが可能であることを示すと共に、脳炎等の疾患においてこの抗酸化物質を用いる可能性を示した。卵巣癌、子宮癌や乳癌を伴う傍腫瘍性小脳変性症の患者の血清や脳脊髄液に、神経蛋白pcd-17に対する抗小脳Purkinje細胞質抗体(Yo抗体)や細胞障害性T細胞が出現しており、発症に液性免疫及び細胞性免疫の関与が想定されているが、その直接の意義は不明である。また、液性及び細胞性免疫の標的抗原であるpcd-17は発症機序に重要な役割を果たしていると推定されるが、その生物学的機能の詳細は明らかでない。本研究では本疾患の神経抗原の機能の解明を目的として研究を進めた。pcd-17遺伝子をbaitとしたtwo-hybrid法により、ヒト脳由来cDNAライブラリーからpcd-17と結合する蛋白の同定を試みた。その結果、この神経抗原pcd-17は、MORF蛋白ファミリーに属し、細胞周期に関連するhelix-loop-helix leucinezipper蛋白であるMRG Xと結合することが明らかになった。MRG X蛋白は単独でT98Gグリオブラストーマ細胞に過剰発現させることによって、核の形態の異常を惹起して細胞死に至らしめるが、pcd-17をMRG Xと共に過剰発現することによって、pcd-17蛋白はMRG X蛋白と結合して核内へ移行し、核の形態の異常変化と細胞死を抑制し得ることが証明された。このことより、この抗原の機能が神経細胞の細胞周期の調節に関連していることが示唆された。このように傍腫瘍性神経変性症の抗原蛋白の神経細胞における転写調節と細胞周期の調節に関与している可能性が明らかになり、実験動物にヒト傍腫瘍性神経変性症の免疫環境を誘導し得ることを示した。
イオン性分子材料の光誘起電子状態変化に基づく光機能制御

クロモフォア間の電子的相互作用による電荷共鳴吸収(CRバンド)を示す安定な光生成ラジカルの支配因子と動力学を解明し分子制御を行い,新しい分子間非局在電子系の構築とその光制御及び特異な光機能発現を目的として研究を行っている.本年度は,分子内及び分子間におけるクロモフォアの光誘起電子移動反応により生じるラジカルの電子的相互作用について検討を行った.テトラフェニルホウ酸を対アニオンとする長鎖アルキルを有するシアノピリジニウムモノマー及び同クロモフォアをプロパンで連結したダイマーモデルを合成した.極性溶媒であるアセトニトリル溶液中で脱酸素下において光照射を行うと,可視域にアニオンからシアノピリジニウムカチオンへの光誘起電子移動が起こり,シアノピリジニルラジカルが生じ可視域に吸収が生じた.このとき,ダイマーモデルは近赤外域に1360nmにピークを有する光生成ラジカルともとめカチオンとの電子的相互作用により生じたダイマーラジカルカチオンによるCRバンドが生じた.このCRバンドは,モノマータイプでは観測されなかったことから,ダイマーラジカルカチオンが分子内での電子的相互作用によるものであることが示唆された.なお,低極性溶媒である1,2-ジメトキシエタン溶液中では,モノマー,ダイマーいずれにおいても,ダイマーラジカルカチオンは観測されなかった.また,電子スピン共鳴の測定から超微細構造が観測され,モノマータイプでは17本,ダイマータイプでは44本以上のシグナルが生じた.シミュレーション結果より,前者はモノマーラジカル,後者は二つのクロモフォアで不対電子一個を共有したダイマーラジカルカチオンに帰属され,吸収スペクトルの結果とよく対応することが示された.クロモフォア間の電子的相互作用による電荷共鳴吸収(CRバンド)を示す安定な光生成ラジカルの支配因子と動力学を解明し分子制御を行い,新しい分子間非局在電子系の構築とその光制御及び特異な光機能発現を目的として研究を行っている.本年度は,二つのクロモフォアを立体規制した化合物を合成し,光生成ラジカルの電子的相互作用について検討を行った.二つのニトロスチリルピリジニウム塩をペンタン2,4位で架橋したペンタン誘導体と,プロパン1,3位で架橋したプロパン誘導体を合成した.脱酸素下において光照射を行うと,可視域に光誘起電子移動により生じたニトロスチリルピリジニルラジカルの吸収が,また近赤外域に光生成ラジカルともとのカチオンとの電子的相互作用により生じたダイマーラジカルカチオンによるCRバンドがともに生じた.ペンタン誘導体の吸収は,プロパン誘導体に比べ若干ブルーシフトした.その後,ペンタン誘導体は暗所で放置すると,1500nm付近にピークを有する新たな吸収が生じて20時間後まで増加し100時間以上生じた.このペンタン誘導体が,プロパン誘導体に比べ顕著な違いを生じるのは,2,4位に有する2つのメチル基の立体規制によりダイマーラジカルカチオンの解離が遅くなったためと考えられる.また,電子スピン共鳴の測定から,通常のダイマーラジカルカチオンとは異なり,不対電子が二つのクロモフォアに完全に共有されてはいないことが示された.今回,プロパン誘導体において,2つのメチル基の立体規制によりダイマーラジカルカチオンが特異な配置をとり,これまでのプロパン誘導体に比べより大きな分子内相互作用を生じさせることが示された.クロモフォア間の電子的相互作用による電荷共鳴吸収(CRバンド)を示す安定な光生成ラジカルの支配因子と動力学を解明し分子制御を行い,新しい分子間非局在電子系の構築とその光制御及び特異な光機能発現を目的として研究を行っている.本年度は,分子内及び分子間におけるクロモフォアの光誘起電子移動反応により生じるラジカルの電子的相互作用について検討を行った.テトラフェニルホウ酸を対アニオンとする長鎖アルキルを有するシアノピリジニウムモノマー及び同クロモフォアをプロパンで連結したダイマーモデルを合成した.極性溶媒であるアセトニトリル溶液中で脱酸素下において光照射を行うと,可視域にアニオンからシアノピリジニウムカチオンへの光誘起電子移動が起こり,シアノピリジニルラジカルが生じ可視域に吸収が生じた.このとき,ダイマーモデルは近赤外域に1360nmにピークを有する光生成ラジカルともとめカチオンとの電子的相互作用により生じたダイマーラジカルカチオンによるCRバンドが生じた.このCRバンドは,モノマータイプでは観測されなかったことから,ダイマーラジカルカチオンが分子内での電子的相互作用によるものであることが示唆された.なお,低極性溶媒である1,2-ジメトキシエタン溶液中では,モノマー,ダイマーいずれにおいても,ダイマーラジカルカチオンは観測されなかった.また,電子スピン共鳴の測定から超微細構造が観測され,モノマータイプでは17本,ダイマータイプでは44本以上のシグナルが生じた.シミュレーション結果より,前者はモノマーラジカル,後者は二つのクロモフォアで不対電子一個を共有したダイマーラジカルカチオンに帰属され,吸収スペクトルの結果とよく対応することが示された.
抗肥満を目指した新規摂食遺伝子の機能解析

MIG12遺伝子発現が摂食により転写レベルで活性化すること、またその活性化はLXRおよびChREBPが直接的にMIG12遺伝子プロモーター領域に結合し、転写を亢進することを明らかにした。さらに、MIG12が脂肪酸合成およびトリグリセリド蓄積を亢進させることを明らかにした。これらの成果により、生体における脂肪酸合成の新たな制御機構を明らかにした。生物は外界から栄養を摂取することにより生命を維持しているが、生体には摂取したエネルギーを一時的にグリコーゲンやTGとして体内に蓄え、栄養が不足した際に利用する巧妙な機構が存在する。摂食によるTG合成(貯蔵)の活性化は主に転写因子SREBP-1やLXRにより担われている。本研究では、Midlip1(MIG12)遺伝子発現が摂食により転写レベルで活性化することを見出すことに成功した。その誘導機構についてルシフェラーゼを用いたレポーターアッセイ、EMSA、ChIPアッセイ等により解析を行ったところ、摂食時に活性化することが知られている転写因子であるLXRおよびChREBPが直接的にMIG12遺伝子プロモーター領域に結合し、転写を亢進することが明らかになった。次にMIGI2タンパク質の機能について解析を行った。マウス初代培養肝細胞にMIG12タンパク質をアデノウイルスを用いて過剰発現およびノックダウンさせ、脂肪酸合成に対するMIG12の機能解析を行ったところ、LXR活性化による脂肪酸合成亢進においてMIG12が重要な役割を果たすことが明らかになった。すなわち、MIG12発現を抑制することにより、LXR活性化による脂肪酸合成亢進が抑制され、一方でMIG12過剰発現によりLXR活性化による脂肪酸合成亢進がさらに上昇した。これらの結果はMIG12がLXR活性化による脂肪肝に関与している可能性を示している。また、MIG12抗体の作製に成功し、現在、各種臓器におけるMIG12タンパク質の発現レベルを解析中である。本研究では昨年度までに、Midlip1(MIG12)遺伝子発現が摂食により転写レベルで活性化すること、またその活性化はLXRおよびChREBPが直接的にMIG12遺伝子プロモーター領域に結合し、転写を亢進することを明らかにした。さらに、MIG12が脂肪酸合成を亢進することを示した。本年度は、MIG12がACC(脂肪酸合成系の酵素)のポリマー化を促すことにより、その活性を亢進させることを明らかにした。MIG12がACCと複合体を形成すること、MIGI2のC末端に存在するロイシンジッパー領域がACCポリマー化に必須であることを明らかにした。H型糖尿病モデルマウス肝臓でのMIG12mRNA発現レベルを検証したところ、db/dbマウスならびに高脂肪食負荷マウスで約2倍に上昇していた。これらのモデルマウスでは脂肪肝が発症しており、脂肪肝発症にMIG12発現の上昇が関与する可能性が考えられた。肝臓での脂肪酸合成は転写や翻訳レベルさらには酵素活性レベルでの厳密な制御が知られているが、ACCのポリマー化調節によってその活性制御を行う分子の報告はこれまでに無く、本研究は脂肪酸合成制御に新たな機構を提示する、非常に重要な発見につながった。ACCのポリマー化による活性化は生化学の教科書にも記載されている基本的な事象ではあるが、その詳細な制御機構についてはほとんど明らかにされていない。今後、MIG12の機能解析を通じて、ACCポリマー化制御の分子機構を明らかにできると考えられる。
高強度耐熱材料の下部組織安定化に寄与する析出粒子の歪による成長加速現象

近年開発されている先進耐熱鋼はマルテンサイト変態によって導入された高密度の転位と微細な亜結晶粒を含んでいる.これらの鋼の優れた高温強度特性の理由は主として下部組織強化と析出強化によるものでる.この下部組織の熱安定性は転位の運動や亜結晶粒界の移動を妨げる析出物の成長速度によって定まる.T91に関する最近の研究は析出粒子の成長速度がクリープ歪に依存することを示唆している.本研究は析出粒子の成長速度がクリープ歪に依存するか否か,どのような機構が起り得るのかを検討するために行った.プロジェクトの期間中に4つの課題,即ち(1)T91に関する既存のデータの解析,(2)析出型Al-Cu合金およびマグネシウム合金に関する実験的検討と解析,(3)溶質雰囲気を持つ転位の運動に関する数値シミュレーションを行った.析出型Al-Cu合金およびマグネシウム合金に関する実験的検討と解析から,析出物の成長速度が歪に依存することが確認できた.溶質雰囲気を持つ転位の運動が溶質の輸送を加速し,析出物の成長速度を促進するという仮定に基づき析出粒子の成長モデルを提案した.このモデルは実験結果を首尾よく説明することができた.近年開発されている先進耐熱鋼はマルテンサイト変態によって導入された高密度の転位と微細な亜結晶粒を含んでいる.これらの鋼の優れた高温強度特性の理由は主として下部組織強化と析出強化によるものでる.この下部組織の熱安定性は転位の運動や亜結晶粒界の移動を妨げる析出物の成長速度によって定まる.T91に関する最近の研究は析出粒子の成長速度がクリープ歪に依存することを示唆している.本研究は析出粒子の成長速度がクリープ歪に依存するか否か,どのような機構が起り得るのかを検討するために行った.プロジェクトの期間中に4つの課題,即ち(1)T91に関する既存のデータの解析,(2)析出型Al-Cu合金およびマグネシウム合金に関する実験的検討と解析,(3)溶質雰囲気を持つ転位の運動に関する数値シミュレーションを行った.析出型Al-Cu合金およびマグネシウム合金に関する実験的検討と解析から,析出物の成長速度が歪に依存することが確認できた.溶質雰囲気を持つ転位の運動が溶質の輸送を加速し,析出物の成長速度を促進するという仮定に基づき析出粒子の成長モデルを提案した.このモデルは実験結果を首尾よく説明することができた.近年開発されている多くの耐熱鋼は、焼き戻しマルテンサイト組織を有し、母相中には2種類の析出物(M_<23>C_6およびMX)が分散している。これらの析出物はクリープのしきい応力を高めるとともに、高密度の転位組織を安定化するのに寄与している。耐熱鋼の焼戻しマルテンサイト組織は極めて熱的に安定であるが、応力付加状態では析出物が粗大化し、ラスマルテンサイトの間隔が広くなるとともに、転位密度が低下して高温強度特性が劣化する。劣化の機構を解明することは,高温部材の寿命予測に必要であるともに,新材料開発にとって不可欠な情報である.本年度は改良9Cr-1Mo鋼のラスの成長過程を硬度測定とTEM観察を通して調査し,ラス組織の変化を定量的に記述する式を提案した.また,ラスの成長過程を考察し成長過程のモデル,硬度変化とクリープ寿命消費率との関係を定式化するとともに,実験式を合理的に説明するモデルを提案した.現在,投稿準備中である.析出物の成長が歪に依存する転位モデルを提案し,その実証のために計算機実験,既存のデータの解析を行った.結果は近々発表の予定である.また,提案したモデルの実証のためにアルミニウム基の高温材料を対象にしてオストワルド成長に及ぼす歪の影響を実験的に検討した.結果は近々投稿する予定である.本年度は,Al-1mass%Cu合金,Al-2mass%Cu合金およびマグネシウム合金AZ80の析出物粗大化に及ぼすクリープ歪の影響を詳細に検討した.何れの合金においても,クリープ歪が析出粒子の粗大化に大きな影響を及ぼすことが確認できた.これらは非鉄合金の例であるが,昨年度検討したT91鋼のように,先進耐熱鋼は何れもマルチンサイト変態で導入された多くの転位を含み,それらの転位は微細な析出物によって固着され,その結果として高い高温強度が実現しているので,歪によって加速される析出物粗大化現象は,実用上極めて重要であることが確認できたことになる.本年度は,これらの実験的な検討に加え,溶質雰囲気を持つ転位の運動に関する数値シミュレーションを行った.この計算結果を基にして,溶質雰囲気を持つ転位の運動が溶質の輸送を加速し,析出物の成長速度を促進するとする転位モデルを提案し,実験結果と比較した.その結果,このモデルによって実験結果が首尾よく説明できることが分かった.結果の一部は,国際会議Plasticity 2003,Quebec, Canadaおよび13th International Conference on Materials, Budapest, Hungaryにおいて発表する.
シスプラチン耐性遺伝子ATP7Bの阻害によるプラチナ系抗癌剤の感受性の向上

我々は既にシスプラチン耐性遺伝子ATP7Bの抗体を用いて免疫組織化学的に口腔扁平上皮癌での発現を明らかにするとともにATP7Bの発現とシスプラチンベース化学療法の奏功度との関連性についても報告した(Oral Oncol)。本研究の実績概要として(1)当科所有の口腔扁平上皮癌細胞株を用いてATP7B高発現癌細胞株の樹立を行った。これらの内、ATP7B蛋白発現量が最大のものを選定しATP7B高発現細胞株とした(HSC-2-O7B)。この高発現細胞株とコントロール細胞株をシスプラチン及びカルボプラチンで処理し、MTTアッセイにて奏功度の変化について比較検討したところ、高発現細胞株において有意に奏効度の低下が認められた。(2)ATP7B高発現細胞株HSC-2-O7Bを用いてその発現及び活性を、アンチセンスにて抑制した後にシスプラチン及びカルボプラチンで処理したところ、抗癌剤単独で処理した細胞株と比較し有意に奏効度の向上が認められた。(3)プラチナ系抗癌剤の一つであるカルボプラチンによる術前化学療法を施行した口腔扁平上皮癌症例においても、免疫染色にてATP7B高発現の口腔癌では、有意に奏功度が低下すると共に予後不良であったことを確認した。(4)ヌードマウスに移植可能なヒト口腔癌細胞株でもATP7B高発現癌細胞株を樹立し(OCC-1-JCK-O7B)、ヌードマウスに皮下注し生着させた後、シスプラチンで化学療法を行ったところ、コントロール群と比較して臨床的奏功度は有意に低かったことが確認された。以上より、・シスプラチン耐性遺伝子ATP7Bが、プラチナ系抗癌剤の一つであるカルボプラチンに対しても耐性を示すことが確認された。1.プラチナ系抗癌剤による化学療法施行症例におけるATP7Bの発現今回、カルボプラチンやネダプラチンといったシスプラチン以外のプラチナ系抗癌剤にて術前化学療法が行われた症例を用いて、免疫染色にてATP7Bの発現を評価し奏功度との関連について検討した。その結果、カルボプラチンによる化学療法施行症例では、ATP7Bの発現レベルと奏功度との間に相関性が認められた。また夲研究とともに、当科における過去10年間の口腔扁平上皮癌一次症例についての臨床病理学的因子及び5年生存率についても検討し、その概要について報告した(第30回口腔外科学会北日本地方会.2004)ヒトATP7BのcDNAを発現ベクター:pGEX-4T-3にインサートし、E.Coli : DH5-αにトランスフォームし、シングルクローンを選び、これをアンピシリン含有LBメディウム中で大量培養し、自動抽出器にてATP7B発現ベクターを抽出した。これを用いて、上記ヒト口腔扁平上皮癌細胞株にトランスフェクトした。ウエスタンブロッテイング及びReal-time-PCRにてATP7B蛋白発現量を確認し各々の細胞株について、ATP7B高発現細胞株を樹立した。
数体を用いた量子計算機耐性を持つ公開鍵暗号の実現

量子計算機耐性数体利用暗号系OTU2000の古典計算機による実用化を考察した.数体Fで暗号の効率的鍵生成をするには,整数基底でFの整数を表した係数の大きさの積による成長評価が要る.そこでFに新しい乗法を導入し,部分和問題に基く効率的鍵生成プログラムを実装した.更に高密度部分和問題を持つ公開鍵を生成し,暗号文の平文復号攻撃を行う計画を立てた.実際に計算機実験を進めると,高密度部分和問題を持つ鍵生成には時間が掛り過ぎ,予定した平文復号攻撃は挫折した.この問題点は量子計算機実現で解決されるから,それ以外の鍵生成を効率化した事は一定の実用的意味を持つ.量子計算機耐性を持つ数体ナップサック暗号系OTU2000の実用化が目的である.この暗号系の鍵を任意次数の数体で効率的に生成する為に,整数を整数基底で表現した係数の大きさの積による成長の良い評価が必要である.その為,我々は数体の整数環に(一般には結合法則を充たさない)新しい乗法★演算を導入してきた.この★演算には適用方法が幾つかある.今年度は実二次体について最適な★演算適用法を確定し,それを用いた暗号系の強度について解析する予定であった.その為に適切な整数基底v, wを固定する必要がある.ところが最初に標準基底v=1, wを用いて計算しているうちに,これは最適ではなく別の良い基底があることに気付いた.そこで最適基底v, wの理論的確定に専念した.それに予想外に手間取り現在でも何が最適基底か未解決である.結果として,今年度予定していた実二次体に対するOTU2000の安全性評価はできていない.しかしながら,実二次体の標準整数基底v=1, wに対しては,各種の★演算適用法を試し個別の体では最適なものを確定できる.また,それから秘密鍵である素イデアルPを計算し,そのノルムでOTU2000の暗号文に於る部分和問題の密度を評価できる.ある程度高密度のOTU2000が得られたものについて,そのPによる剰余体の乗法群の位数が滑か等の理由で,その離散対数問題が現存する古典計算機で解けて,秘密鍵から公開鍵が計算できるものも選べる.これらで実際に暗号文を作成し,その部分和問題に対して格子の最短ベクトル問題を解くアルゴリズムを適用し,その暗号文の強度について解析も可能となる.これらは前述の基底選択に没頭していた為まだ系統的な結果ではない.予定していた海外(シドニー・ドイツ)の研究者との集中的な共同研究は,双方のスケジュールが調整できず,来年度に先送りする事とした.量子計算機耐性を持つ数体ナップサック暗号系OTU2000の実用化が目的である.この暗号系の鍵を任意次数の数体Fで効率的に生成する為に,整数を整数基底で表現した係数の大きさの積による成長の良い評価が必要である.その為,我々は数体の整数環に,一般には結合法則を充たさない,新しい乗法★演算を導入してきた.この★演算には適用方法が幾つかある.今年度は実2次体と巡回3次体について,最適な★演算適用法を確定し,それを用いた暗号系の強度について解析を予定した.それは,次の各段階からなる:(1)各種整数基底を選択.(2)各種★演算適用法を選択.(3)秘密鍵としてFの素イデアルPと整数達を選択.(4)公開鍵を法Pの剰余体の乗法群の離散対数問題の解から計算.(5)平文と公開鍵から暗号文を作成.(6)暗号文と公開鍵から部分和問題を解き平文復号の攻撃.現在迄に(1)--(5)はプログラムが完成し,ある程度計算データも得られている.しかしながら幾つか欠陥がある.先ず(4)は乗法群が滑らかな位数の場合に可能で,その様なPの選択に時間がかかる事である.次に(6)が未完成なために,ランダムに生成した部分和問題等,既知の部分和問題と難易度(暗号の強度)が比較できていない事である.我々の方法による部分和問題は(4)の段階で密度が評価できるが,その密度を必ずしも高くできていない.そこで暗号系の安全性評価には,少なくとも実験データによる保証が必要である.予定していた海外(シドニー・ドイツ)の研究者との集中的な共同研究は,今年度も双方のスケジュールが調整できず,来年度に先送りする事とした.他方でANTS XIに参加し,またR. Scheidler (カナダ)を招聘し,関連分野の研究者と情報交換をした.量子計算機耐性を持つ数体ナップサック暗号系OTU2000の古典計算機による実用化が目的である.この暗号系の鍵を任意数体Fで効率的に生成する為に,整数基底でFの整数を表現した係数の大きさの,積による成長の評価が必要である.そこで,数体の整数環に,一般には結合法則を充たさない,新しい乗法★演算を導入した.それにより昨年度迄に,任意のFの定義多項式からサイズn, kの部分和問題に基くOTU2000の効率的鍵生成をするアルゴリズム開発に成功し,それをプログラムとして実装した.今年度は,それを用いて高密度な部分和問題を持つ公開鍵を生成し,それによる暗号文の平文復号攻撃を集中的に行う計画を立てた.

ところが実際に計算機実験を進めると幾つか問題点が判明した.第一に,古典計算機で離散対数問題を解く為,秘密鍵の一つであるFの素イデアルPを選ぶとき,剰余体の乗法群が位数滑らかな必要がある.しかしkが少し大きいと,その様なPの発見に時間が掛り困難となる.第二に,暗号文の耐性を保証する部分和問題の強度を上げる為に密度を高める必要がある.有効なのはkをn/2に近く大きくする事だが,その時は第一の問題点が障害となり鍵生成が困難である.更に離散対数問題を解くのにも時間が掛り過ぎる.以上により予定していた,高密度な部分和問題を持つ暗号文に対する攻撃は前段階で挫折した.但し上記問題点は量子計算機実現で解決されるから,それ以外の鍵生成を効率化した事は一定の実用的意味を持つ.また,ドイツClaus Fieker,フランスAndreas Enge両教授を,国際研究集会「代数学と計算2015」に招聘し特別講演・招待講義・ゼミで集中的共同研究をした.その中で我々の鍵生成法は計算法が簡単であるだけでなく最良に近い鍵が得られる事と,新たに確率的観点を導入して更に効率的な鍵生成が可能である事が判明した.量子計算機耐性数体利用暗号系OTU2000の古典計算機による実用化を考察した.数体Fで暗号の効率的鍵生成をするには,整数基底でFの整数を表した係数の大きさの積による成長評価が要る.そこでFに新しい乗法を導入し,部分和問題に基く効率的鍵生成プログラムを実装した.更に高密度部分和問題を持つ公開鍵を生成し,暗号文の平文復号攻撃を行う計画を立てた.実際に計算機実験を進めると,高密度部分和問題を持つ鍵生成には時間が掛り過ぎ,予定した平文復号攻撃は挫折した.この問題点は量子計算機実現で解決されるから,それ以外の鍵生成を効率化した事は一定の実用的意味を持つ.今年度は実2次体,巡回3次体のOTU2000実用化を予定した.研究実績の概要で述べた通り,実際に動かすという意味では目的を達成したが,その安全性については十分な保証が得られていない.そこで安全性を評価するための実験を特に重視して行う必要がある.海外研究者との集中的な共同研究が次年度に見送られた事も痛手である.数物系科学今年度やり残した,研究実績の概要で述べた「(6)暗号文と公開鍵から部分和問題を解き平文復号の攻撃」を実2次体・巡回3次体に対して集中的に行う.また純3次体,巡回4次体,純4次体など整数基底が比較的判り易い低次のFについても,同じ問題を考える.最後に,これ迄に得てきた虚2次体(や有理数体)の場合と比較して,その有用性について総括する.今年度は実2次体のOTU2000を実用化する予定であった.しかし,研究実績の概要でも述べた様に,最適整数基底選択の問題が発生した為,それができなかった.これは最適な基底の理論的確定に拘った事に原因があると思われる.そこで現時点では最適整数基底の理論的確定は棚上げしたいと考える.また海外研究者との集中的な共同研究が次年度以降に送られた事も痛手であった.予定していた海外(シドニー・ドイツ)の研究者との集中的共同研究を来年度に先送りした.また学会での成果発表もできなかった.これ等の為に旅費が大幅に予算消化できなかった.今年度予定していた実2次体のOTU2000実用化を,次年度予定していた巡回3次体のOTU2000実用化と並行して行う.その際に最適な整数基底や★演算適用は,理論的に検討するのではなく,個別の場合にプログラムで最適なものを選ぶ様に変更し,実践的に解決する.この様に修正すれば,理論的には条件が異なる実2次体と巡回
インシデント発生に関連する看護師のコンディション・アセスメントツールの開発

インシデント発生には個人の技能や性格のような変化しない特性のみでなく、気分・疲労・睡眠という変化する特性も大きく影響を与える。先行研究では連続的に主観的気分状態を測定することでインシデント発生との関連があることを認めている。しかし、連続的に測定しインシデント発生と関連を調査した研究はなく、看護師個人のコンディションとインシデント発生との関連は明らかとなっていない。本研究では、看護師の体調や疲労、睡眠、気分に関して一定期間連続的に測定をすることで、看護師の勤務に対する疲労・睡眠・気分といったコンディションの実状を明らかにすることに焦点をあててインシデント発生との関連を明らかにする。引き続き「気分・疲労・睡眠」ごとの得点について個別・病棟における特性ごとの相対比較、勤務終始の前後比較、「インシデントの体験の有無」との関連について等、収集したデータについて量的分析を行い、インシデント発生要因と関連するコンディションの要因を探索的に分析を進める。看護師の業務環境では、看護師個人の能力や性格だけでなく、疲労・睡眠・体調・気分といった、日々変化する個人要因、すなわちコンディションもインシデントの発生に大きく関連する。本研究では、それらの看護師のコンディションとインシデント発生の関連を明らかにし、業務環境を整えるための看護師のコンディション・アセスメントツールの開発を目指す。そのため、次の13を目的としている。1.インシデント発生に関連する看護師の個人要因(コンディション)の明確化、2.インシデント発生に関連する看護師のコンディション・アセスメントツールの作成・検討、3.インシデント発生に関連する看護師のコンディション・アセスメントツールの信頼性・妥当性の検証平成28年度は、研究協力者の貢献により、文献レビューを順調に進めることができ、当初の計画通り、インシデント発生に関連する個人要因(コンディション)がほぼ特定された。本研究では、看護師のコンディションがインシデントの発生に大きく関連するという前提のもと、看護師の疲労、睡眠、気分に関して一定期間連続的に測定をすることで、看護師の勤務に対するコンディションの実状を明らかにする。本年度は、研究成果の一部として、第37回医療情報学連合大会で、「外科病棟で働く看護師の連続的気分状態とその変化」の口演発表を行った。また「インシデント発生要因と関連するコンディションに関する研究」の研究実施計画書一式を倫理審査委員会に申請し承認されている。その概要は、急性期病院における一般病棟(全14病棟)、集中治療部門(高度救命救急センター、GICU、CCU)、外来部門に所属する日勤もしくは夜勤業務に従事する研究者による口頭と文書による研究についての説明を受け同意の得られた看護師約630名を対象に調査を行うものである。実施方法として、調査票をファイルに綴り、1名に1つのファイルと1ヶ月分の調査用紙を渡す。ファイルと調査票はIDを付与し他の対象者と用紙が混合しないよう配慮する。調査票に記載する内容は、「日付」、「日勤もしくは夜勤」、「勤務の始まりの気分・疲労・睡眠」と「勤務の終わりの気分・疲労・睡眠」、「インシデント体験の有無」である。各勤務の開始時と終了時に記載を行い、1回の勤務で1枚の調査票を埋めるように記載する。また、性別・年齢・経験年数・病棟経験年数について初回に調査票による調査を行う。対応表を準備し、記載したデータと勤務状況の一致があるかどうかを確認する。各部門の特性については、調査期間の病棟の患者重症度(看護必要度)、外来部門は外来患者数等を用いる。コンディションの実状がインシデント発生とどのように関連しているかを明らかにすることができれば、コンディション・アセスメントツールを作成することが可能となる。本研究の主たる調査の研究実施計画書が対象施設の倫理審査委員会の承認を受け、対象施設管理者への説明も終了しており、今年度早々に調査が行える状況にある。当初の計画通り平成29年度は、コンディションについて疲労・睡眠・体調・気分の4領域に、追加・統合等を進めながら「インシデント発生に関連する看護師のコンディション・アセスメントツール」の作成に取り組むことができる。研究実施計画書の通り、4月に新人看護師を迎えた対象病棟が落ち着いた頃の7月及び半年後の評価ため、次年度7月に調査を実施する予定である。平成28年度は、大阪府内の大学院生である研究協力者の多大なる貢献により、交通旅費・会議費や図書費等を大幅に節約することができ、文献レビューを順調に進め、当初の計画通り、インシデント発生に関連する個人要因(コンディション)がほぼ特定された。

しかしながら、年度半ばでその研究協力者が遠方に就職することが決まったため、次年度以降に研究計画の遂行上、交通旅費・会議費等の経費が必要になると見込んでいる。(理由)平成29年度は、1名の研究分担者が遠方に引っ越したものの関西医科大学研究員としての立場を鑑み、関西医科大学での会議、大阪での成果発表のための交通宿泊費は研究代表者の私費負担とし予算を抑えることができた。また平成30年4月にワシントンDCで開催されるNursing Education Conference2018での発表演題が採択されており、次年度以降に研究成果発表上、交通旅費・会議費等の経費が必要になると見込んだ。(使用計画)平成30年7月と平成31年1月の2回「日付」「日勤もしくは夜勤」「勤務の始まりの気分・疲労・睡眠」と「勤務の終わりの気分・疲労・睡眠」「インシデント体験の有無」、性別・年齢・経験年数・病棟経験年数について初回に調査票による調査を行う。各部門の特性について調査期間の病棟の患者重症度(看護必要度)、外来部門は外来患者数等を用いる。「気分・疲労・睡眠」ごとの得点について個別・病棟における特性ごとの相対比較、勤務終始の前後比較、「インシデントの体験の有無」との関連について等、収集したデータについて量的分析を行う。そして各部門の看護必要度や日勤・夜勤の勤務バランスといった病棟ごとの特徴とインシデント発生の関連、主観的気分状態への影響について明らかにする。さらにインシデント発生要因と関連するコンディションの要因を探索的に分析する。平成29年度は、平成28年度の研究協力者が研究分担者となり、新たに同施設に着任した研究分担者1名追加したため、交通旅費・会議費等の経費が必要になる。会議では、平成28年度に得られたデータについて研究者間で吟味・検討を重ね、インシデント発生に関連する看護師のコンディション・アセスメントツールを作成する。アセスメントツールを作成後、対象看護師(約500名)の年齢・性別、看護師経験年数等の属性、作成したアセスメント項目、特定された個人要因であるコンディション(疲労・睡眠・体調・気分等)の既存の尺度からなる調査票を作成し、それを用いて調査を実施する予定である。
電界非接触撹拌技術を用いた術中迅速免疫組織染色法の開発

手術中に癌の微小転移巣を免疫組織染色で診断するには免疫染色の時間短縮が必須である.我々は組織切片に電界を与えることにより2時間以上を要する組織染色を12分に短縮させ特許出願した(電界IHC法).電界IHC法により肺癌患者のリンパ節を染色し、術中にリンパ節微小転移診断が可能であることを明らかにした.また本技術は脳腫瘍の術中悪性度診断にも応用可能であることも明らかにした.本法は肺癌、脳外科のみならず、消化器外科系、婦人科系、小児、耳鼻科系の癌の術中迅速免疫組織染色を用いた診断にも応用可能であることが明らかなった.手術中に癌の微小転移巣を免疫組織染色で診断するには免疫染色の時間短縮が必須である.我々は組織切片に電界を与えることにより2時間以上を要する組織染色を12分に短縮させ特許出願した(電界IHC法).電界IHC法により肺癌患者のリンパ節を染色し、術中にリンパ節微小転移診断が可能であることを明らかにした.また本技術は脳腫瘍の術中悪性度診断にも応用可能であることも明らかにした.本法は肺癌、脳外科のみならず、消化器外科系、婦人科系、小児、耳鼻科系の癌の術中迅速免疫組織染色を用いた診断にも応用可能であることが明らかなった.癌の手術でセンチネルリンパ節生検に基づくリンパ節郭清省略を安全に行うには微小転移を確実に診断する必要がある.そのためには免疫組織染色が必要であるが,術中に診断するには免疫組織染色の時間短縮が必須である.我々は組織切片に電界を印加することにより通常2時間以上を要する免疫組織染色を12分に短縮させ特許出願した(電界IHC法).本研究は電界免疫組織染色法を術中免疫組織病理診断に臨床応用することを最終目的とする.今回の申請期間では(1)印加する至適電界条件の設定,(2)電界免疫組織染色法による術中センチネルリンパ節微小転移診断の検討,(3)専用免疫染色装置の開発を目的とした.また電界免疫組織染色法は電界時間延長により抗体量を1/25まで節約可能であることから(4)電界免疫組織染色法で連続切片のセンチネルリンパ節微小転移診断を行った時の診断コストと臨床的意義も検討したい.平成23年度は電界免疫組織染色法を応用する電界条件を直径12mmと20mmで検討してきた.また滴下する抗体液を200μL・400μLに固定して行った.その結果抗体の種類を変えても安定して迅速に免疫組織染色が可能であることが明らかとなった.また装置の開発も進み,平成24年度は試作機8台を作成して多施設共同で前臨床試験を行う予定である.癌の手術でセンチネルリンパ節生検に基づくリンパ節郭清省略を安全に行うには微小転移を確実に診断する必要がある.そのためには免疫組織染色が必要であるが,術中に診断するには免疫組織染色の時間短縮が必須である.我々は組織切片に電界を印加することにより通常2時間以上を要する免疫組織染色を12分に短縮させ特許出願した(電界IHC法).本研究は電界免疫組織染色法を術中免疫組織病理診断に臨床応用することを最終目的とする.今回の申請期間では1印加する至適電界条件の設定,2電界免疫組織染色法による術中センチネルリンパ節微小転移診断の検討,3専用免疫染色装置の開発を目的として研究を行った.電界免疫組織染色法を応用する電界条件を直径20mmで検討してきた.また滴下する抗体液を200μL・400μLに固定して行った.その結果,染色は安定して良好な結果が得られた.この際の電界条件は液量200μLで電圧4kV,周波数10Hz,隙間4-4.5mm,液量400μLで4kV,周波数7-10Hz,隙間5-6mmであった.この条件で秋田大学,秋田県産業技術センターと北海道大学でほぼ同様の結果が得られた.今後はこの条件で研究を進めることにした.癌の手術でセンチネルリンパ節生検に基づくリンパ節郭清省略を安全に行うには微小転移巣を確実に診断する必要がある.そのためには免疫染色が必要であるが、術中に診断するには免疫組織染色の時間短縮が必須である.我々は組織切片に電界を印可することにより通常2次案以上を要する組織染色を12分に短縮させ特許出願した(電界IHC法).本研究では電界IHC法を術中免疫組織病理診断に臨床応用することを最終目的としていた.平成24年度の研究で至適電界条件を設定して免疫組織染色の安定性を検討した.そして一定の電界条件を決定した.この条件を元に秋田エプソン株式会社で迅速免疫染色装置を製造してサクラファインッテックから平成25年5月に上市した.この装置を用いて肺癌のリンパ節を術中に免疫染色した.34例の患者に対して65個のリンパ節を、抗サイトケラチン抗体を用いて術中迅速免疫染色により微小転移診断を行った.65個中18個で転移を認めた(研究代表者南谷).一方本技術は肺癌の微小転移のみならず、診断に免疫染色が使われているさまざまな領域に有用であることを示すために、研究分担者(谷野)、連携研究者(南條)は北海道大学と秋田大学の脳腫瘍183例に対してgliomaの悪性度診断のためにKi67染色を凍結切片とパラフィン切片に対して同時に行った.

その結果パラフィン切片での診断を正しいとした時の正診率90.7%を得て臨床応用の可能性を明らかにした.また分担研究者南條は肺癌以外に脳外科、消化器外科、婦人科、小児外科、耳鼻科、血液内科の手術例に対して本技術を用いた術中迅速免疫組織染色を行い、その有用性を明らかにした.26年度が最終年度であるため、記入しない。胸部外科学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初予定していたとおり,電界条件を設定することができたため,安定して迅速免疫組織染色を行う準備が整った.今後はダコペンで作成している撥水円の正確性に若干のズレはあるものの,今年度の実験は概ね順調に進んだと言える.当初予定していたより装置の開発が進んだために8台の試作機を用いて迅速免疫組織染色に関して多施設共同研究を行って研究を推進させる予定である.現在のペースで研究を進めるとともに,ダコペンで手書きで作成している撥水円作成法に若干の工夫が必要と思われる.それは次年度の課題として研究を進めたい.
カンショ塊根生産におけるシンク能決定機構の解明

カンショの生産性を飛躍的に高めるには,シンク能の遺伝的改良を進めることが効果的であるとされている.本研究では,種々の糖溶液を植物体地上部に給与し,デンプン合成系における主要酵素の発現,活性化にはスクロース以外,フルクトースやグルコースの給与が効果的であることを実証し,塊根肥大の基礎として酵素(AGPase等)の活性化における糖の役割の重要性を明確にした.つぎに,,本研究補助金で購入した13C分析計を活用し,給与した糖の植物体各器官への輸送状況を把握した.その結果,塊根における糖濃度の上昇がデンプン合成関連酵素の活性化の引き金となって塊根のシンク機能を向上させ,これによって個葉光合成速度が増加し,最終的に塊根のデンプン生産量が増収するシステム(シンク・ソース関係)が明らかとなった.本研究は,従来のシンク・ソース関係の解析実験に対して新しい視点を与えるものであり,これらの結果は,酵素活性を育種的あるいは栽培技術的に調節,向上させるための基礎情報を提供するものである.カンショに限らずデンプン生産作物の物質生産や収量生産の解明における理解を深めたものと考えられる.カンショの生産性を飛躍的に高めるには,シンク能の遺伝的改良を進めることが効果的であるとされている.本研究では,種々の糖溶液を植物体地上部に給与し,デンプン合成系における主要酵素の発現,活性化にはスクロース以外,フルクトースやグルコースの給与が効果的であることを実証し,塊根肥大の基礎として酵素(AGPase等)の活性化における糖の役割の重要性を明確にした.つぎに,,本研究補助金で購入した13C分析計を活用し,給与した糖の植物体各器官への輸送状況を把握した.その結果,塊根における糖濃度の上昇がデンプン合成関連酵素の活性化の引き金となって塊根のシンク機能を向上させ,これによって個葉光合成速度が増加し,最終的に塊根のデンプン生産量が増収するシステム(シンク・ソース関係)が明らかとなった.本研究は,従来のシンク・ソース関係の解析実験に対して新しい視点を与えるものであり,これらの結果は,酵素活性を育種的あるいは栽培技術的に調節,向上させるための基礎情報を提供するものである.カンショに限らずデンプン生産作物の物質生産や収量生産の解明における理解を深めたものと考えられる.サツマイモ生産の改善にはシンク能の改良が効果的であること,またシンク能はデンプン合成代謝関連酵素の一つであるADP-グルコースピロホスホリラーゼ(AGPase)の活性によって支配されることが知られている.申請者らは塊根内のAGPase活性が光合成生産にともなって変化することを明らかにしており,シンク能がソース能の制御因子になることが推察される.本研究では,植物体にスクロース溶液(人工ソース)を供与した場合の塊根内のAGPase活性と塊根乾物重の反応を調査し,塊根生産に及ぼすシンク能とソース能の影響について検討した.供試材料にはサツマイモ品種の高系14号を用い,土耕ポット栽培を行った.根の活着が確認された移植後10日目に茎を地際から2節残した状態で切断し,その切断部とガラス管とをシリコンチューブで繋ぎ,速やかにガラス管にスクロース溶液を充填させて植物体へのスクロースの供与を開始した.スクロース溶液濃度は0%(蒸留水),6%および12%とした.処理後28日目の塊根乾物重は対照区と比較して6%区では2.3倍,12%区では3.1倍の値となった.植物体に供給するスクロース溶液の処理濃度が高くなるほど光合成速度が低下し,それは主に葉肉伝導度の低下に起因するものであった.このようにスクロース供給によって,葉身の光合成能力は低下するが,塊根乾物重は増加し,スクロース溶液の供給は塊根肥大に有効に作用した.シンク能を司るとされる塊根内のAGPase活性を測定した結果,対照区の0.68unit gFW-1に対して6%区および12%区ではそれぞれ0.86unit gFW-1,0.85unit gFW-1であり,有意に高い値を示した.本酵素の活性は主要転流物質であるスクロースによって誘導されることが明らかであり,ソース能の向上によってシンク能を高め得ることが示唆された.サツマイモの塊根生産(シンク能)はデンプン合成代謝関連酵素の一つであるADP-グルコースピロホスホリラーゼ(AGPase)の活性によって支配されることが知られている.昨年度には,植物体に人工ソースとしてスクロースを注入するとAGPaseの活性増加や塊根肥大に顕著な効果があることを明らかにする中で,塊根生産に及ぼすシンク能とソース能の影響を考察した.本年度は,処理を増やしスクロース,グルコース,フルクトースの3種類の糖を人工ソースとして植物体に給与して反応を調査した.供試材料には品種コガネセンガンを用い,土耕ポット栽培中の2葉挿し植物体に糖溶液濃度を変えて植物体に給与した.給与方法は昨年と同様であり,茎切断部にガラス管を繋ぎ,ガラス管中の溶液を供与した.3種の糖溶液が塊根肥大に及ぼす効果を比較すると,濃度による差もあるが,スクロースの効果が大きく,ついでグルコースであり,フルクトースの効果は小さかった.スクロースでは12%溶液の効果が高かったのに対して,グルコースでは薄い溶液(1%)での効果が大きく注目された.植物体中を移動する光合成産物はスクロースが主体であるが,グルコースでも強い効果が示されたため,その機作の解明に関心が持たれる.

AGPaseも塊根肥大と同様に,スクロースとグルコースの給与によって活性が上昇した.得られた成果は日本並びにドイツの作物学会等に発表した.カンショの生産性を飛躍的に高めるには,シンク能の遺伝的改良を進めることが効果的であるとされているが,本研究では,まず,シンク能決定の主要因とされるデンプン合成関連要酵素の活性の発現,調節には,光合成産物であるスクロースが深く関わっており,シンクの機能の開始を決定する鍵はソース側にあることを予測した.ついで,種々の糖溶液の人工給与実験から,デンプン合成系における主要酵素の発現,活性化にはスクロース以外,フルクトースやグルコースの給与が効果的であることを実証し,塊根肥大の基礎として酵素(AGPase等)の活性化における糖の役割の重要性を明確にした.さらに,本研究補助金で購入した13C分析計を活用し,給与した糖の植物体各器官への輸送状況を把握した.その結果,塊根における糖濃度の上昇がデンプン合成関連酵素の活性化の引き金となって塊根のシンク機能を向上させ,これによって個葉光合成速度が増加し,最終的に塊根のデンプン生産量が増収するシステム(シンク・ソース関係)が明らかとなった.このように研究開始当初の予測を実験的に立証することができた.この研究は,従来のシンク・ソース関係の解析実験に対して新しい視点を与えるものであり,これらの結果は,酵素活性を育種的あるいは栽培技術的に調節,向上させるための基礎情報を提供するものである.カンショに限らずデンプン生産作物の物質生産や収量生産の解明における理解を深めたものと考えられる.これらの業績を国際学会誌2報と国内誌1報に論文として公表した.