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筋失調症モデルマウスの頭頚部を支配する運動性及び知覚性ニューロンに関する研究

筋失調症は筋肉が異常に緊張しコントロールできなくなる疾患である。このような疾患では不随意的に四肢の筋肉が緊張し、痙攣することにより手足の運動が障害される。また、口腔顔面領域においては顔面や舌の連縮や顎の変位等が症状としてあらわれることが知られている。本研究では、筋失調症モデルマウスの頭頚部を支配する運動性及び知覚性ニューロンをワイルドタイプマウスと比較し、筋失調症の原因を明らかにする。筋失調症モデルマウスの頭頚部を支配する運動性及び知覚性ニューロンをワイルドタイプマウスと比較し、筋失調症の原因を明らかにする。筋失調症(ジストニア)では不随意的に四肢の筋肉が緊張したり舌の連縮や顎の変位等が認められる。この筋失調を示すマウスにおいてはジストニンの遺伝子変異が認められ、この遺伝子をノックアウトしたマウスでは筋失調の症状を示したことから、マウスの筋失調症の原因がジストニン遺伝子の変異であることが明らかとなった。このノックアウトマウスでは筋組織や運動神経には異常が全く観察されなかった。しかし後根神経節における大型のニューロンが消失していたことから、発生段階において四肢の筋肉の伸展受容(固有感覚受容)ニューロンに細胞死が生じ、手足の随意運動が損なわれるという可能性が示唆されている。三叉神経系における固有感覚受ニューロンは三叉神経中脳路核に存在している。これらのニューロンは咀嚼筋中の筋紡錘に軸索を送り咀嚼筋の伸展や緊張を伝える機能を持っている。本研究では細胞死のマーカーであるcaspase-3の免疫染色により、三叉神経系における固有感覚受ニューロンの細胞死をジストニンノックアウトマウスとワイルドタイプマウスで比較した。その結果、何れのマウスにおいても三叉神経中脳路核ニューロンの細胞死が大変稀であることが明らかとなった。また生後2週のこれらのマウスにおける三叉神経中脳路核ニューロンをパルブアルブミンの免疫染色により調べた結果、何れのマウスにおいても三叉神経中脳路核ニューロンは大変豊富で、それらの数に有意な差は認められなかった。以上の結果から、ジストニンの遺伝子が欠損しても三叉神経系における固有感覚受ニューロンにはほとんど影響がないことが示唆された。今後、表情筋、舌筋及び咀嚼筋を支配する運動ニューロンの分布や細胞死とともに三叉神経節における痛覚、触覚、圧覚などの外来性刺激に対する受容ニューロンへのジストニンの遺伝子欠損による影響について明らかにする予定である。筋失調症(ジストニア)では不随意的に四肢の筋肉が緊張し、痙攣することにより手足の運勲が障害される。この疾患の一つのモデルであるジストニンノックアウトマウスでは同様の症状を不すことが知られているが、筋組織や運動神経には異常が全く認められない。しかし手足の筋肉の緊張や弛緩を感受するニューロンや筋紡錘が消失しているという報告がされている。一方、口腔顔面領域においては顔面や舌の連縮や顎の変位等がジストニアの症状としてあらわれる。口腔顔面領域における筋失調が哺乳や咀嚼機能を妨げ、生命の維持に危険をもたらす可能性があるにもかかわらず、この原因に関する研究は全く行われてこなかった。三叉神経系における運動ニューロンの細胞体は三叉神経運動核に、固有感覚受容ニューロンの細胞体は三叉神経中脳路核に含まれている。三叉神経の運動ニューロンは咀嚼筋を支配し、下顎の運動を行っている。一方、三叉神経中脳路核におけるニューロンは咀嚼筋中の筋紡錘に軸索を送り咀嚼筋の伸展や緊張を伝える機能を持っている。これらの運動性及び知覚性ニューロンに異常が生じると哺乳や咀嚼運動が障害されると考えられている。本研究では、まず三叉神経運動核における咀嚼筋の運動ニューロンの分布をジストニンノックアウトマウスとワイルドタイプマウスとで比較した。その結果、脊髄神経系における運動ニューロンと同様に、いずれのマウスにおいても三叉神経運動ニューロンが豊富に観察された。また、三叉神経中脳路核を調べてもジストニンノックアウトマウスとワイルドタイプマウスにおいて固有感覚受容ニューロンが豊富に観察され、明らかな差は認められなかった。ジストニン欠損による固有感覚受容ニューロンに対する影響は三叉神経系よりも脊髄神経系の方が大きいと考えられた。筋失調症(ジストニア)では不随意的に四肢の筋肉が緊張し、痙攣することにより手足の運動が障害される。この疾患の一つのモデルであるジストニンノックアウトマウスでは同様の症状を示すことが知られているが、筋組織や運動神経には異常が全く認められない。

口腔顔面領域における筋失調が哺乳や咀嚼機能を妨げ、生命の維持に危険をもたらす可能性があるにもかかわらず、この原因に関する研究は全く行われてこなかった。三叉神経運動核における咀嚼筋の運動ニューロンの分布をジストニンノックアウトマウスとワイルドタイプマウスとで比較した結果、脊髄神経系における運動ニューロンと同様に、いずれのマウスにおいても三叉神経運動ニューロンが豊富に観察された。また、三叉神経中脳路核を調べてもジストニンノックアウトマウスとワイルドタイプマウスにおいて固有感覚受容ニューロンが豊富に観察され、明らかな差は認められなかった。一方、これらジストニンノックアウトマウスと比較するために筋の変性疾患のモデルマウスであるdmuマウスについても現在研究を進めている。このマウスにおける筋変性が神経に由来するのか、或いは神経には全く関係なく、筋肉そのものに原因があり変性するのかは全く明らかではない。ジストニンノックアウトマウスとdmuマウスを比較することによりそれぞれの疾患の原因や咀嚼機能への影響について明らかにすることが可能であると考えている。筋失調症(ジストニア)では不随意的に四肢の筋肉が緊張し、痙攣することにより手足の運動が障害される。この疾患の一つのモデルであるジストニンノックアウトマウスでは同様の症状を示すことが知られているが、筋組織や運動神経には異常が全く認められない。しかし手足の筋肉の緊張や弛緩を感受するニューロンや筋紡錘が消失しているという報告がされている。一方、口腔顔面領域においては顔面や舌の連縮や顎の変位等がジストニアの症状としてあらわれる。一方、これらジストニンノックアウトマウスと比較するために筋の変性疾患のモデルマウスであるdmuマウスを調べたところ、筋肉によって変性の程度に差があることが明らかとなった。また運動神経終板や脊髄の運動ニューロンにおいて、変性のマーカーであるCGRPの発現が上昇していた。以上の結果から、ジストニンノックアウトマウスにおいては三叉神経系における運動ニューロンや固有感覚受容ニューロンに変性は認められないことが明らかとなった。dmuマウスにおいては筋変性とともに運動ニューロンに変性が生じている可能性も示唆された。
発達障害児の注意・認知機能の診断、評価とその指導に関する実験的、実践的研究

本研究では,以下の3つの研究課題を設定し,発達障害児の注意・認知機能の診断・評価法の開発と,それに適した新しい指導技法の開発を目指し,実験的・実践的検討を行った.1.注意・認知機能の発達とその障害を,神経系の成熟・発達の文脈上で理解するための発達神経モデルの構築.2.発達モデルに基づき,かつ神経メカニズムのレベルを含む診断評価法の開発.3.形成実験を通した発達モデルの検証と,指導技法の開発.本研究では、上記の課題を,4つの群(知能障害,自閉症,学習障害,重度脳障害)を対象とした実験的・実践的検討を通して具体化することにした.また,診断評価法と指導技法の開発のための検討も,同時に行うことにした.そのための対象群と研究方法を組み合わせた班構成を行い,分担研究を進めた.その結果,「平成9年度平成12年度科学研究費補助金(基盤研究(A)(1))研究成果報告書」に見られるように,各対象領域において興味深い知見が見いだされ,それらに基づいた発達神経モデルの構築と診断評価法と指導技法の開発が試みられた.しかし,どの対象領域においても,診断評価法と指導技法の開発は,いまだ研究途上にある.今後,さらに,研究を重点的に継続し,関連領域の研究者の参加と協力を求めることが必要と考える.上記の報告書のないようをさらに検討し,次年度出版助成を得て,出版する予定である.研究業績については,各研究分担者の学会発表や論文を総合すると膨大な数になるために,ここでは一部を掲載する.本研究では,以下の3つの研究課題を設定し,発達障害児の注意・認知機能の診断・評価法の開発と,それに適した新しい指導技法の開発を目指し,実験的・実践的検討を行った.1.注意・認知機能の発達とその障害を,神経系の成熟・発達の文脈上で理解するための発達神経モデルの構築.2.発達モデルに基づき,かつ神経メカニズムのレベルを含む診断評価法の開発.3.形成実験を通した発達モデルの検証と,指導技法の開発.本研究では、上記の課題を,4つの群(知能障害,自閉症,学習障害,重度脳障害)を対象とした実験的・実践的検討を通して具体化することにした.また,診断評価法と指導技法の開発のための検討も,同時に行うことにした.そのための対象群と研究方法を組み合わせた班構成を行い,分担研究を進めた.その結果,「平成9年度平成12年度科学研究費補助金(基盤研究(A)(1))研究成果報告書」に見られるように,各対象領域において興味深い知見が見いだされ,それらに基づいた発達神経モデルの構築と診断評価法と指導技法の開発が試みられた.しかし,どの対象領域においても,診断評価法と指導技法の開発は,いまだ研究途上にある.今後,さらに,研究を重点的に継続し,関連領域の研究者の参加と協力を求めることが必要と考える.上記の報告書のないようをさらに検討し,次年度出版助成を得て,出版する予定である.研究業績については,各研究分担者の学会発表や論文を総合すると膨大な数になるために,ここでは一部を掲載する.我々の4年間の研究課題は,以下の3点である.1.発達神経心理学モデルの構築,2.本モデルに基づく診断・評価法の開発,3.形成実験を通した発達神経心理学モデルの検証と指導技法の開発.本年度における重度脳障害,知能障害,自閉症,学習障害研究グループの研究業績は以下の通りである.(1)生理的反応(随伴性陰性変動と心拍)と行動反応(注視と快表情)を指標に重度脳障害者の期待反応を測定し,重度脳障害者の診断評価を行うための測定条件と評価基準の一部が特定された.(2)自閉症児(712歳)を対象に誤信念課題(社会性発達検査),触覚-運動覚検査,ジャンケン課題.知能検査等を実施し,自閉症児の社会性発達の異常と感覚-運動系の異常との間の関係の詳細な分析を開始した.(3)事象関連電位を指標として自閉症の表情認識について分析し.健常者と自閉症者とでは,表情の処理半球が異なるという事実を見出した.この結果と自閉症の表情認識に関するこれまでの研究に依拠して自閉症の表情認識モデルを提出した.(4)自閉症児及び重度知能障害児を対象に事象関連電位のP3複合及び聴性脳幹反応を測定し,注意・認知機能の診断指標としてのP3複合の有用性について研究を進めた.(5)認知処理に関するPASS(Planning,Attention,Simultaneuous,Successive)モデルに基づき各機能単位の測定を可能にするための予備的検討を学習障害児及び知能障害児を対象に行った.(6)文章刺激と絵画刺激に対する学習障害児の眼球運動(特に注視点の数と左右差)の測定から学習障害のタイプ(言語性と動作性)によって大脳半球間の情報処理特性が異なるとの結果を得た.(7)幼児及び知能障害児の触察課題及び視覚課題解決過程を多角的・同時的映像画像分析システムによって分析評価し,同システムの有効性を確立した.(8)陣害児の視認知系を総合的に診断評価する指標を得るために,物体視系と空間視系における並列的情報処理に対応する視覚誘発電位を析出する基礎的研究を丹念に行い,その見通しが明らかになった.各研究グループでは,これらの研究に基づきながら発達神経心理学的モデルの構築へ向けての検討を進めている.本年度における重度脳障害,知能障害,自閉症,学習障害研究グループの研究業績は以下の通りである.

(1)昨年に続き,生理的反応(随伴性陰性変動と心拍)と行動反応(注視と快表情)を指標に重度脳障害者の期待反応を測定し,重度脳障害者の診断評価を行うための測定条件と評価基準の特定がさらに進んだ.(2)昨年度に続き,自閉症児(713歳)を25名を対象に誤信念課題(社会性発達検査),感覚運動系課題(手指判別,手形模倣等)を実施し,自閉症児の社会性発達について認知能力及び大脳半球機能差の特徴との関係を検討した.(3)重度知能障害児32名を対象に事象関連電位のP3複合を測定すると同時に記憶機能検査を実施し,P3複合と記憶機能検査との間の関係について分析を進めている.(4)昨年に続き,認知処理に関するPASS(Planning,Attention,Simultaneuous,Successive)モデルに基づき各機能単位の測定を可能にするための検討を学習障害児及び知能障害児を対象に行い,機能単位の測定が可能であるとの見通しを得た.(5)学習障害児・周辺児を対象に文章刺激と線パターン刺激に対する眼球運動を測定した.学習障害のタイプ(言語性と動作性)によって眼球運動のパターン(左右眼の注視点数)が異なり,言語性タイプの処理特性が明確になった.(6)多角的・同時的映像画像分析システムによって幼児及び知能障害児の触察課題及び視覚課題解決過程を分析評価を進めた.(7)学習障害児(特に,注意欠陥多動症,ADHDを持つ)及び精神遅滞児を対象に事象関連脳電位のMMN及びP300の測定を行い,MMN及びP300の診断的価値について検討した.(8)算数学習に困難を示す中軽度精神遅滞児を対象に,算数スキルの獲得困難の特徴を検討した.算数スキル及びそれに関連する認知機能を評価するためのコンピュータ支援認知評価システムを構成し検討した.(9)物体視系と空間視系における並列的情報処理に対応する視覚誘発電位の析出が進み,視覚機能の視覚誘発電位による他覚的診断評価の見通しが大きくなった.(10)読み障害児の読み障害モデルを構成し,それに基づいて個別教育プログラムを作成して)読み障害児に治療教育を行い著しい改善を得た.各研究グループでは,これらの研究成果に基づきながら発達神経心理学的モデルの構築へ向けての検討をさらに進めている.本年度は,以下のような研究成果を得た.1.重度脳障害における心拍指標の持続性変動(RSA)について検討し,RSAが一過性心拍反応が未分化な最重度脳障害例への援助における有効な指標であることが確認された.2.重度脳障害における期待分化形成に及ぼす援助者の介入効果について実験的検討を行い,重度脳障害において明瞭に期待分化形成が生じ,介入効果が認められた.また,重度脳障害の指導効果を評価できるシステムの開発を目的に,期待心拍反応の縦断的研究を開始し,形成過程の分析評価が可能であるとの見通しを得た.3.自閉症児の対人・社会性障害モデルとして大脳辺縁系扁桃核障害を中心とする障害モデルを構成した.このモデルを検証するために事象関連電位のMMNによる検討を進めた.4.障害児の認知機能の評価指標は,異なる発達・障害レベルに対する広い適用可能性が求められる。今年度もP300について検討し,自閉性障害児の反応にはP3aが優位に出現する群とP3a/bともに欠如する群の二つのタイプがあることを確認した。
再生核理論の応用と工学的問題への新展開

我々の開発した,再生核理論とチホノフの正則化理論の融合理論をもちいて,いくつかの逆問題に挑戦し,具体的な解の計算アルゴリズムを構築し,その有用性を確認した.具体的には,波動方程式の逆問題の解の陽的表現,任意境界が与えられた場合のディリクレ問題の解公式の導出,複素ガボールウェーブレット変換を利用した混合信号の復元問題,ポアソン方程式の近似解の構成アルゴリズムの有効性の確認,正則方程式を数値的に解く新しい離散化法の提案,熱伝導問題の逆問題に関して再生核空間の拡張問題などを扱い,成果を上げた.1)再生核理論とチコノフ正則化を用いて波動方程式の逆問題の解の陽的表現の導出に成功した.また,この表現の理論的な誤差解析もおこなった.さらに,この解表現の妥当性を詳細な数値計算により検証した.ここでの検証は1次元の場合のみであるが,解の表現自体は次元によらない.2次元以上についての数値的検証については,数値計算的有効桁を大きく取る必要があり,今後,藤原宏志氏(京都大学大学院情報学研究科,無限精度の概念に基づく強力な計算機システムの開発者)の協力を得て遂行したいと考えている.2)まだ論文にはなっていないが,任意境界が与えられた場合のディリクレ問題の解の公式を再生核理論を用いて導出しようとする研究を進めている.この方法が完成すれば従来の円周上などの簡単な場合に限らず,現実的な境界条件においてディリクレ問題が解けることになる.この解公式の妥当性の検証にも大きな有効桁を必要とするものである.3)共同研究者(齋藤三郎先生,現在ポルトガル・アベイロ大学の研究員)とアベイロ大学の仲間との研究であるが,再生核理論を用いて得られた解表現に対して,新しい離散化法を確立しようとしている.原理は再生核空間の計算機による実現の新しい方法によるものであり,逆変換法を用いることによって広範な線形問題が統一的に扱える.特にこの方法論の延長上に,関数の滑らかさや関数の解析性を計算機で捉える方法や,新しい型のサンプリング定理の原理等を得ているので,今後の新たな発展が期待される.昨年度からの続きで,再生核理論を用いて任意境界が与えられた場合のディリクレ問題の解の公式を導出する研究をおこなった.この結果は第9回ISAACCongressにおいて発表した.この研究はディリクレ問題を従来のように円周などの簡単な境界形状のみならず,現実的な複雑な境界形状にたいして具体的・効率的に計算可能な方法を示したものであり,学会においては具体的な調和関数について実例をいくつか取り上げ,その有用性を示したところ,ディリクレ問題の適用範囲が大きく広がったとの高評価を得た.ここで公表した考え方と具体的なアルゴリズムを詳しく記したものを論文(査読付き)にして,すでにアクセプトされている.発刊は2014年度の予定である.平成23年度からの本研究課題では,再生核理論の応用により,逆問題の地平を広げ現実的な問題に適用することを目標にしてきた.初年度においては主に混合信号の再生分離問題を扱った.そこでは複素ウェーブレット変換を用いることにより信号源の数も合わせて推定する方法を考案した.この手法は脳磁図データの解析などに用いることを想定している.2年目はチコノフ正則化を用いて波動方程式の逆問題の解の陽的表現の導出をおこなった.この表現の理論的な誤差解析もおこない,この解表現の妥当性を詳細な数値計算により検証した.3年目は上記のようにディリクレ問題を扱った.また,まとめとして文部科学省主催の平成25年度「数学・数理科学と諸科学・産業との連携ワークショップウェーブレット理論と工学への応用」において「再生核理論とその応用」と題する招待講演をおこなった.これは我々の方法論の啓蒙のために講演したもので,多くの数理工学者,数学者,工学者に関心を持っていただくことができたのは大きな喜びであった.我々の開発した,再生核理論とチホノフの正則化理論の融合理論をもちいて,いくつかの逆問題に挑戦し,具体的な解の計算アルゴリズムを構築し,その有用性を確認した.具体的には,波動方程式の逆問題の解の陽的表現,任意境界が与えられた場合のディリクレ問題の解公式の導出,複素ガボールウェーブレット変換を利用した混合信号の復元問題,ポアソン方程式の近似解の構成アルゴリズムの有効性の確認,正則方程式を数値的に解く新しい離散化法の提案,熱伝導問題の逆問題に関して再生核空間の拡張問題などを扱い,成果を上げた.混合信号の分離再生問題を逆問題の一つとして扱った.この問題には,従来多変量解析の手法(主成分分析,因子分析等)を用いる流儀があるが,それぞれの元信号のパワーがある程度そろっていないと有効ではない.この問題点を克服するために,近年,信号源の統計的独立性を利用する「独立成分分析」も開発されてきたが,この手法は事前に元の信号源の種類数がわかっていることが前提となっている.そこで,複素ウェーブレット関数を用いて元信号の種類数も同時に求めることが出来る方法を開発した.

この方法は混合信号の複素ウェーブレット変換(主にガボール変換を用いた)の商を,各時間,各周波数毎に(離散点上で)求め,その値が実数に近いものになった場合は,その時間・周波数において(混合信号においても)元の信号が卓越しているはずであり,同じ元信号が卓越している時間・周波数においては,上記の商が同一の実数を取る,という数理的性質を利用している.また,この方法で得られた実数値(これは,元信号の種類数に対応する異なる実数が得られるはずである)から,元信号から混合信号を生成した混合行列も推定することができる.よって推定された混合行列を用いて,元信号を再生することが可能となる.以上の方法をアルゴリズム化して2次元の混合信号(混合画像)分離・再生の数値実験を行ったところ,非常に良好な結果が得られた.同じ問題を独立成分分析でも行ったところ,同じ程度の分離結果が得られることもあるが,ここで開発した方法は,あらかじめ元信号の種類数がわかっていない場合(実際の問題では,この状況が普通である.)にも適用できることが大きな利点である.本研究課題の目標は再生核理論を抽象的な理論にとどまることなく,工学的問題などにおける逆問題に具体的に応用して解を得るためのアルゴリズムを構築することである.この方針のもとに様々な問題を扱ったが,具体的な逆問題を研究している最中に一般的な初期値問題の逆問題に関して再生核理論を用いて解を構成するアイデアが湧いた.それはシステムを構成する微分方程式系を線形作用素方程式に書き直し,対応する固有値,固有関数に随伴する再生核を考え,この再生核を手掛かりに(チホノフ正則化も援用して)解を構築してゆく方法である.さらにこの方法を簡単な初期値問題に適用して,その妥当性を検証した.また,これも以前より研究対象としていた熱伝導問題の逆問題に関して派生したものであるが,逆問題の解を構成するために,2次フーリエ変換を考え,2次式の係数パラメータに対応する許容解空間を定め,その解空間における再生核によって解を構成する方法を考えた.この研究では,係数パラメータに依存して6種類の解空間を考えうることが判明し,初期条件の性質によって空間を適切に選ぶことにより解の特性を容易に論じることが可能となった.この結果も再生核理論の応用を拡げたという重要な意味を持つと考えている.昨年度から続けている「アベイロ離散化法」の研究もさらに進めた.この離散化法に関して,再生核との関連,逆問題への適用方法,非線形システム同定問題への応用,非線形パターン分類の強力な手法であるサポートベクタマシンとの関係等を考察した.さらにこの研究によって,チホノフ正則化による有界線形作用素方程式の解の構成に我々の離散化法をどのように適用すればよいかも判明し,具体的な問題に(特に以前大きな成果を上げたラプラス実逆変換問題などに)応用して,その有用性を明らかにした.数理工学当初予定していた我々の方法論の工学的展開という意味では,波動方程式の逆問題という工学的にも有用である課題に対して一応の解決を見たので,本課題に対して順調に進展していると考えている.また,まだ論文にはしていないが,新しい離散化法(共同研究者の齋藤三郎先生が,"アベイロ離散化法"と命名した.)も提案しており,再生核理論から導かれた逆問題などの解構成方法に対する統一的な数値計算手法の確立の端緒を得ることができた.この手法の確立は再生核理論の応用で得られた逆問題などの解表現の数値的実現という意味で,工学的展開に対する大きな可能性を開いたと考えている.本研究課題(3年間)の目標は再生核理論を応用することにより,逆問題の地平を広げ抽象的な理論にとどまることなく,工学的問題などに具体的なアルゴリズムを与えることであった.
超広視野・多視点ホログラフィック3次元画像計測法の創出

今年度は,視野角の極めて大きな,広視野ディジタルホログラフィック3次元動画イメージングを目指し次に述べる研究アプローチをとった。まず,提案に基づく,大きな値の開口数を有するディジタルホログラフィック顕微鏡の光学系を構築した。結果として,申請書に記載した視野角とほぼ同程度の条件で,複数方向照明により得られる情報を単一露光で取得可能であることを原理的に確認できた。一方で,視野角が申請書で目指した値に達したかどうかを像再生により確認するには至っておらず,追実験による確認が課題である。この実験においては,申請書,昨年までの研究内容よりも情報取得が容易な方法を発案したため,発案システムに基づく系を構築し,実験,そして原理の確認までを行なっている。次に,高速化においては,申請書に記載の通りメーカーから協力を得ることができ,動画イメージングシステムを試作した。そして,ディジタルホログラフィック顕微鏡システムを,多視点情報を高速に取得可能なシステムに適用し,申請書に記載のレート以上で情報取得可能であることを原理的に確認できた。しかしながら,深さ方向の情報を可視化するには至っておらず,この点は次年度に持ち越しの課題である。また,高速化において,高速度顕微鏡システム内の振動源がホログラムに与える影響が無視できないことが分かった。協力メーカーと検討の末,振動源を取り除くアプローチをとり,計測系の安定化に成功した。単一単色撮像素子を用いた複数波長情報の記録においては,再度検討し,申請書にて提案した方法よりも原理的に空間的に高性能な光学システムを構築し適用することが望ましいという結論に達した。以下の理由により,上記区分の自己評価とした。昨年度までの提案よりも目標達成が容易な,超広視野のシステムを発案し,構築を行ない,実験し原理を確認したところまでが進捗として挙げられる。一方で,申請書に記載した視野角とほぼ同程度の条件で,単一露光記録での複数視点情報の取得を実験的に確認しているが,再生像により確認するには至っておらず,また動画イメージングの達成は未だであり今後の課題である。当該研究課題の遂行に必要な実験機材を予期せぬ事情により使用できなくなった期間が長くあったため,実験研究としての遅延が無視できないほどあったことも影響した。高速化においては,申請書に記載の通りメーカーから協力を得ることができ,動画イメージングシステムを試作している。そして,申請書に記載のレート以上で情報取得可能であることを原理的に確認できている。予期せぬ問題として,高速化において,高速度顕微鏡システム内の振動源がホログラムに与える影響が無視できない点が挙げられる。協力メーカーと検討の末,振動源を取り除くアプローチをとり,計測系の安定化に成功したため,本問題は年度末までに解決した。単一単色撮像素子を用いた複数波長情報の記録の挑戦においては,再度検討し,申請書にて提案した方法よりも原理的に空間的に高性能な光学システムを構築し適用することが望ましいという結論に達した。マルチカラーイメージングへの展開は,空間方向又は時間方向の情報容量とのバランスにより方式を決定の上で行なう。(1)平成31年度に計画している研究内容の遂行と共に,(2)超広視野ディジタルホログラフィック計測システムの実証と,(3)高速度イメージングにおける深さ方向の情報の可視化が課題である。(1)の前に(2),(3)が必要である。2019年4月から研究機関の変更に伴い,再度(2)の光学システムを変更後の研究機関にて構築し,原理の実証実験を行なう。また,(3)においては振動源の除去と計測系の安定化が成功したことに鑑み,再度実験の上で,深さ情報の可視化の実証までを行なう。(1)では,(2)の提案で実現できるかどうか,実現可能な光学システムを構築できる見込みがあるかどうかを含め,再度検討の上で研究遂行する。当該年度では,(1)エイリアシングが発生する中で多数の物体光が多重化されたホログラムの記録,(2)広角情報を瞬時記録可能な光学システムの導入,(3)多数物体光波の多重記録のためのアレイ素子の選定と光学設計を並行して行ない,研究を推進した。(1)では,既存の光学システムとイメージセンサ,そしてエイリアシングを用いて最大で±40度以上の情報を記録できることを,本課題申請中に明らかにしていた。そのため,エイリアシングを発生させながら多数の物体光が多重化されたホログラムを取得できることを今年度に明らかにすべく検討を重ねた。結果として,エイリアシングが発生しながら3種の物体光波が多重化される状況においても物体の3次元画像情報を単一露光でレンズレス記録し,像再生できることが明らかとなった。したがって,波数の高密度サンプリングのために視点数は少ないものの,単一露光・広視野のディジタルホログラフィを実証できた。(2)では,広角情報を得るために最先端の高画素密度イメージセンサとレンズ系の導入を試みた。本課題においてはモノクロ撮像素子の適用が望ましいが,既存の高画素密度のイメージセンサではモノクロ撮像素子の入手が困難であり,交渉を重ねた結果,本年度の入手ができなかった。そのため代替案として,既存のイメージセンサでも広角情報取得可能な光学システムを導入するに至り,本課題を達成するための光学システムの試作を行なった。本試作システムは,平成31年度に必要な光学システムの機能を一部兼ねるため,一部前倒しの形で研究遂行するに至った。

(3)では,(2)の導入に伴い光学システムの設計を行ないなおし,設計内容に見合うアレイ素子を選定した。空間光変調器を導入することにより実現可能であると見積もったうえで,(2)の光学システムに導入した。研究機関の変更に伴い一旦システムを解体し再構築中である。当該年度では,波数分割多重記録に基づく高速・広視野・多視点ディジタルホログラフィの実証を目的とし研究推進した。目的達成のために,概要に示す(1),(2),(3)の研究を並行して行なった。(1)では,エイリアシングを発生させながら多数の物体光が多重化されたホログラムを取得できることを今年度に明らかにすることが重要であると判断し,実験的に検討を重ねた。結果として,エイリアシングが発生しながら3種の物体光波が多重化される状況においても物体の3次元画像情報を単一露光でレンズレス記録し,像再生できることを明らかにした。したがって,波数の高密度サンプリングのために視点数は少ないものの,単一露光・広視野のディジタルホログラフィを実証できた。(2)では,さらに広角の情報を得るためには,画素間隔が2um以下となる最先端の高画素密度モノクロイメージセンサが必要であった。該当センサを販売している複数の業者を当たったが,実機での評価や交渉を経た結果として所望の性能を満たすものは市販品では無いことが明らかとなった。そのため代替案として,既存のイメージセンサでも広角情報取得可能なレンズ系,光学システムを導入するに至り,本課題を達成するための光学システムの試作を行なった。本試作システムは,平成31年度に必要な光学システムの機能を一部兼ねるため,一部前倒しの形で研究遂行するに至った。以上を踏まえ,予期せぬ事態が発生したが,視点数が少ないものの技術を実証した点,次々年度の研究内容を前倒しで遂行した点,所望の光学システムを構築できた点を総合し,区分の自己評価とした。今年度は,視野角の極めて大きな,広視野ディジタルホログラフィック3次元動画イメージングを目指し次に述べる研究アプローチをとった。まず,提案に基づく,大きな値の開口数を有するディジタルホログラフィック顕微鏡の光学系を構築した。結果として,申請書に記載した視野角とほぼ同程度の条件で,複数方向照明により得られる情報を単一露光で取得可能であることを原理的に確認できた。一方で,視野角が申請書で目指した値に達したかどうかを像再生により確認するには至っておらず,追実験による確認が課題である。この実験においては,申請書,昨年までの研究内容よりも情報取得が容易な方法を発案したため,発案システムに基づく系を構築し,実験,そして原理の確認までを行なっている。次に,高速化においては,申請書に記載の通りメーカーから協力を得ることができ,動画イメージングシステムを試作した。
レゾルベント型跡公式の一般化と細分化による保型形式とゼータ関数の研究

保型形式やゼータ関数の研究に役立つレゾルベント型跡公式の一般化や細分化について研究した。ヒルベルトモジュラー曲面に対する1変数、または2変数のセルバーグ型やルエル型ゼータ関数の解析的性質を証明した。併せて、素測地線型定理やヒルベルトーマース形式に作用する制限されたラプラシアンの正規化行列式公式を証明した。今年度は、多変数のセルバーグ型ディリクレ級数とその数論的応用について研究を行った。現在まで、多変数のセルバーグ型ゼータ関数の定義はよくわかっていないが、Deitmarによって定義された、高階数の局所対称空間に対して定まる多変数のディリクレ級数がひとつの候補と考えられている。このディリクレ級数は階数が1のときは通常のセルバーグゼータ関数の対数微分と一致する。Deitmarはこの多変数のセルバーグ型ディリクレ級数をコンパクトな局所対称空間に対して定義し、その多変数複素関数としての性質やその解析的性質から対応する素測地線定理を証明した。証明の際にはセルバーグ跡公式の単純化にあたる“レフシェッツ型公式"がポイントであった。今回は実二次体のヒルベルトモジュラー群に対して、二変数のセルバーグ型ディリクレ級数を定義しその解析的性質を研究した。ヒルベルトモジュラー群は非ココンパクトなので、Deitmarのレフシェッツ型公式を適用出来ないことに注意する。代わりに、セルバーグ跡公式の幾何学的辺の総双曲共役類がこの二変数ディリクレ級数になるようなテスト関数を取るとき、双曲ー楕円共役類の寄与がある一変数のセルバーグ型ディリクレ級数の無限族を用いて表示できることが証明できた。この方法を用いると、非コンパクトな場合でもこの二変数のセルバーグ型ディリクレ級数の解析接続を得られることがわかった。応用として、与えられた実二次体の整数環係数の二元二次形式で判別式が総正なものの、ふたつの基本単数の大きさで並べた、類数の和の漸近公式が得られる。同じ設定で、ひとつの基本単数に関する密度関数を掛けた類数和の漸近公式についても同様に得られることがわかった。今年度はヒルベルトモジュラー曲面に対するセルバーグ型ゼータ関数の特殊値とヒルベルト-マース形式に作用するラプラシアンの固有値の組に関するゼータ正規化積について研究を行った。その際に、重さ(0,2)のセルバーグ型ゼータ関数の平方根ともいうべき“1/2次のオイラー積"をもつセルバーグ型ゼータ関数を新たに定義し、ヒルベルトモジュラー曲面のオイラー・ポアンカレ標数が偶数であるという仮定の下、全平面への有理型解析接続や正規化行列式表示を証明した。重さ(0,2)のヒルベルト-マース形式の空間に作用する1番目のラプラシアンのある部分空間への制限に関するスペクトルゼータ関数を考察し、そのスペクトルゼータ関数が原点で正則であることを示した。結果として、平方根型セルバーグゼータ関数の上記の意味での制限されたラプラシアンに関する正規化行列式表示を得ることが出来た。併せてこの制限されたラプラシアンの正規化行列式のこのセルバーグ型ゼータ関数の特殊値を用いた表示を得た。重さが4以上の場合の制限されたラプラシアンについては、今回定義した平方根型セルバーグゼータ関数と以前に定義されその解析的性質がわかっている重さ4以上のセルバーグ型ゼータ関数をいくつか組み合わせることで、同様に正規化行列式表示が得られることが証明できた。そういった点からも今回定義され研究された平方根型セルバーグゼータ関数が重さが4以上の場合の研究においても重要であることがわかった。今年度は主に、ヒルベルトモジュラー曲面に対するルエル型ゼータ関数とその数論的応用について研究した。Kを類数1の実2次体とするとき、その整数環の元を成分にもつ次数2の特殊線形群であるヒルベルトモジュラー群を考える。この群は上半平面二つの直積に不連続に作用し、この作用による(非コンパクトなカスプ付き)商空間をヒルベルトモジュラー曲面という。ヒルベルトモジュラー曲面に対するルエル型ゼータ関数は重さ(0,2)のセルバーグ型ゼータ関数を用いてかけるので、対応するセルバーグ型ゼータ関数の解析的性質について詳しく調べた。この重さのセルバーグ型ゼータ関数の全平面への有理型解析接続を示し、零点と極の位置と位数、関数等式に現れる局所因子をすべて決定した。特に、自明零点の位数がヒルベルトモジュラー曲面のオイラー標数を用いてかけることが分かり、幾何的にも興味深いと言える。数論的な応用として、ヒルベルトモジュラー曲面に対する、原始的双曲-楕円共役類に対応する「素測地線定理」を誤差項付きで証明した。併せて、証明の鍵となるヒルベルト-マース形式の存在に関する固有値分布の「ワイルの法則」も証明した。ワイルの法則を導く際に、ヒルベルトモジュラー曲面に対するセルバーグ跡公式に現れる、散乱行列式が実2次体のヘッケL関数とそのガンマ因子を用いて具体的にかけることが証明の際に重要であった。

また、ルエル型ゼータ関数の数論的表示を用いて、実2次体Kの整数環係数の不定値2元2次形式の類数和の漸近公式を導いた。主要な研究目的のひとつであった多変数のセルバーグ型ゼータ関数の研究に進展があった。具体的には、ヒルベルトモジュラー群に対する二変数のセルバーグ型ディリクレ級数の定義や、解析接続の方法や数論的な応用である判別式が総正な二次形式の類数和の漸近公式が得られたので、研究計画はおおむね順調に進展していると言える。主要な研究目的であった数論的な応用である「素測地線定理」や、実2次体の整数環係数の2元2次形式の類数和の漸近公式などが誤差項付きで証明できたので、研究計画はおおむね順調に進展している言える。階数2の実斜交群の特異点をもった球関数からポアンカレ級数を構成し、それを核とする積分作用素の「レゾルベント型跡公式」の研究を行う。通常このタイプの積分作用素は跡族にならないが、畳み込みを複数回行えば収束する。上記の「レゾルベント型跡公式」の研究を特定のKタイプを固定した上で行う。次に、シフト作用素で移り合うKタイプの組に対して、それぞれのKタイプを持つ球関数から構成されたレゾルベント型跡公式の両辺を比較し、それらの差分を計算する。このようにして得られるレゾルベント型跡公式とそれらの差分である細分化を用いて、セルバーグ型ゼータ関数の研究や関連する数論的応用を考察する。直積型でない階数2の群の跡公式の差分の研究を行う。具体的には各放物型部分群から誘導された主系列表現のKタイプの分布を調べ、Kタイプを固定した跡公式をいくつか比較してそれらのKタイプに関する差分が出来るだけ簡単になる組み合わせを考察する。上記方法で、フルモジュラーな場合にいくつかのKタイプの組の候補に対して、散乱行列式と放物共役類の寄与の差分を計算する。得られた跡公式の差分を用いて、セルバーグ型関数の定義を行いその解析的性質を調べたい。国内外の整数論、表現論、幾何学、特殊関数論等の研究者との研究打ち合わせや情報交換、議論行うために、研究費で国内旅費や外国旅費を賄う。また、日常の研究や成果の取りまとめ等の文房具や計算機関連経費等に研究費を使用する。研究を円滑に遂行するための謝金等にも使用する。また、研究で得られた結果を広く知らしめるために国内外の研究集会やシンポジウムで発表するために国内旅費や外国旅費を使用する。国内外の整数論、表現論、特殊関数論等の研究者との研究打ち合わせや情報交換、議論を行うために、研究費で国内旅費や外国旅費を賄う。
幹細胞移植と遺伝子導入によって脊椎動物の四肢を再生させる手法の確立

四肢再生過程におけるWnt遺伝子の機能を明らかにするために、ツメガエルの四肢再生過程におけるWnt遺伝子の発現量をRT-PCR法によって解析したところ、四肢の形成過程に関わることが示唆されているWnt遺伝子のうちで特にWnt-3aの発現が切断後の早い時期(3日以内)に活性化されることを明らかにした。さらにWnt-3aの発現をin situハイブリダイゼーション法で解析したところ、肢芽先端部領域での発現を確認した。そしてWnt-3aによって引き起こされるとされるWnt/canonical経路を担っているTcf-3およびLef-1の発現も同時に解析したところ、Wnt-3aとよく似た発現パターンを示す事を明らかにした。またWnt-3aのタンパクを染み込ませたビーズを、変態が進行して再生能を失ったツメガエルの四肢の切断面に移植すると、FGF-10タンパクを作用させた場合と同様に本来ならば発現しないfgf-8の発現を誘導しうることを明らかにした。またWnt/canonical経路のシグナリングの活性化を検出するレポーター遺伝子を組み込んだトランスジェニックガエルを作成し、レポーターの活性を解析したところ、原腸胚および尾芽胚の時期において背側正中領域において強い活性が検出される事を確認した。この胚を肢芽が形成される発生段階まで育てた後に、再生能を有する発生段階で肢芽を切断したところ、形成された再生芽の先端部領域において、レポーター遺伝子の活性が見られることを発見した。ツメガエル肢芽においては、特定の遺伝子を強制発現させる適切な方法が無いために、四肢再生における遺伝子の機能を実証することが従来難しかった。以前の研究で、市販されているヒト組換えFGF-10タンパクをビーズにしみこませて、切断面に作用させると、再生能を失った変態中のツメガエル肢芽に対して、本来発現しないfgf-8の発現を誘導し、ひいては再生能を向上させうることを明らかにした。本年度の研究では、ツメガエルのfgf-10遺伝子の全長をクローニングし、そのcDNAまたはそれを元にin vitroで合成したmRNAをエレクトロポレーションによって変態中のツメガエル肢芽に導入することによっても、タンパクを染み込ませたビーズの移植と同様に、切断面にfgf-8の発現を誘導しうることを明らかにした。また変態の完了したfrogletの肢に対してもFGF-10を作用させると、fgf-8の発現が切断面に誘導されうることを明らかにした。またニワトリの四肢の発生過程においてはWnt遺伝子群がfgf-10遺伝子の上流にあってその発現を制御していることが報告されている。そこで四肢再生における再生開始のメカニズムをさらに詳しく調べるために、ツメガエルにおけるWnt遺伝子群のクローニングを行い、現在その発現を解析中である。また前年度に引き続き、間充織を解離した後に再集合させた再構成肢芽において、前側または後側どちらか一方の細胞のみにX線を照射する実験を、線量を2段階に変えて行い、中間の指の形成には前後の細胞の相互作用が必要だとする昨年度の成果を確証するとともに、Developmental Dynamics誌において、この成果を発表した。また解離状態ではなく前後の細胞を集合させた状態で接触させても、中間の指の形成が起こりうることを明らかにした。
超高中性子束炉に関する調査及び設計研究

超高中性子束炉の設計研究を日本側大学関係研究者と、米国オークリッジ国立研究所(米国側幹事研究機関)との間で共同研究として実施している。前例のない高い中性子束10^<16>n/cm^2.secを実現するためには、前例のない高い出力密度を実現する必要があるが、これには大きな技術的困難がある。これらを解決しつつ高い性能を確保することが、この設計研究の目標である。本年度、日本側が寄与した部分を主体として、その成果の概要を述べる。1988年3月、種々の検討を経て、基本炉心は上下2分割円筒型炉心に決定した。これをReference Coreとして、種々の特性を詳細に調べることとなった。第一には、冷却特性についてであるが、出力密度が12MW/lにも達し、燃料板表面(板状、インボリュート型燃料を用いる)における平均熱流束は9MW/m^2、ホットスポットにおいては、17MW/m^2にも達するものと予想されるため、これを冷却水の沸騰なしで冷却するには、流速27m/sec必要とされている。この炉心の熱解析に用いるためHFIR(オークリッジにある高中性子束炉)用に作られた炉心熱解析コードの修正を行うことになり、日本側はこの中、サブクールバーンアウト熱流束相関式についての検討を行なった。917MW/m^2の表面熱流束及び27m/sec冷却水流速をカバーできるよう従来の実験結果と、17種の相関式とを比較検討した結果、誤差が小さく、相関系数の大きいGambillの式を採り、今後実施する実験によって修正を加えた上で設計に用いることが適当であるとの結論を得た。またホットスポットの取扱いは、このような極限に近い条件下では極めて重要である。従来の手法とは違った、種々の誤差の間の相関性などを考慮にいれた、より合理的な取扱いについての基礎研究を行なった。次に研究炉では、中性子束を外の実験設備へ導くための実験孔、照射のための照射孔などが設けられ、それが実験の要請に合致する必要がある。上述の中性子束密度は性能の最も重要なものであるが、その他、実験孔を設けることによる反応度変化、実験孔から外へ出てくる中性子束密度とスペクトル及びγ線の混入の度合いなどが重要である。このような性能を計算によって出すことは非常に困難であるが、実験者からは強い要請がある。日本側は、これを満足に計算できるのはモンテカルロ・コードMORSEだけと判断し、その適用性を調べた。実際に、このReference core用に処理された断面積を用いて、計算してみたところ、減速材、反射材として用いる重水の中性子吸収断面積が小さいため中性子の飛行行程が長く、計算速度が非常に遅いため、現実には使えないことが判った。そこで、基本的には攝動法によることとし、モンテカルロ・コードMORSE等を攝動計算用に拡張した上で本計算に適用すべきであると考えている。次ぎに、このような高中性子束の大出力炉(約300MWと想定)では、一次冷却系ポンプの故障により冷却水の流れが停止した場合の燃料板の破損が問題である。一次ポンプ故障の場合、原子炉は直ちに緊急停止するが、大きな崩壊熱が、かなり長時間続くので、非常用冷却設備で強制冷却をする必要がある。この非常用冷却の後は自然循環になるが、何時間後に自然循環に切りかえることができるかは安全上重要である。この非常用冷却の所要時間は通常時下向きの場合は、流れの向きが変わり一旦流れが止まるので、その瞬間燃料破損が起こることになる。計算の結果、下向流の場合十数時間以上の非常冷却が必要となる。これに対し、通常時上向流の場合、78時間の非常用冷却で十分との結果を得た。なお、これらと並行して検討された結果上下2分割炉心の中間から、冷却水を入れるための仕切り板は、大流量のため通常の構造では強度的に耐えられないことが明らかになったので、直径の異なる炉心をoff set型に配置し、流れを真直ぐになるように変更、あわせて、冷却水の向きも上向きに変更されることになった最新のReference Coreはoff set型、冷却水の向きは上向きである。なお、今後はこの新しい炉心について種々の研究が進められる。

この炉心の熱解析に用いるためHFIR(オークリッジにある高中性子束炉)用に作られた炉心熱解析コードの修正を行うことになり、日本側はこの中、サブクールバーンアウト熱流束相関式についての検討を行なった。917MW/m^2の表面熱流束及び27m/sec冷却水流速をカバーできるよう従来の実験結果と、17種の相関式とを比較検討した結果、誤差が小さく、相関系数の大きいGambillの式を採り、今後実施する実験によって修正を加えた上で設計に用いることが適当であるとの結論を得た。またホットスポットの取扱いは、このような極限に近い条件下では極めて重要である。従来の手法とは違った、種々の誤差の間の相関性などを考慮にいれた、より合理的な取扱いについての基礎研究を行なった。次に研究炉では、中性子束を外の実験設備へ導くための実験孔、照射のための照射孔などが設けられ、それが実験の要請に合致する必要がある。上述の中性子束密度は性能の最も重要なものであるが、その他、実験孔を設けることによる反応度変化、実験孔から外へ出てくる中性子束密度とスペクトル及びγ線の混入の度合いなどが重要である。このような性能を計算によって出すことは非常に困難であるが、実験者からは強い要請がある。日本側は、これを満足に計算できるのはモンテカルロ・コードMORSEだけと判断し、その適用性を調べた。実際に、このReference core用に処理された断面積を用いて、計算してみたところ、減速材、反射材として用いる重水の中性子吸収断面積が小さいため中性子の飛行行程が長く、計算速度が非常に遅いため、現実には使えないことが判った。そこで、基本的には攝動法によることとし、モンテカルロ・コードMORSE等を攝動計算用に拡張した上で本計算に適用すべきであると考えている。次ぎに、このような高中性子束の大出力炉(約300MWと想定)では、一次冷却系ポンプの故障により冷却水の流れが停止した場合の燃料板の破損が問題である。一次ポンプ故障の場合、原子炉は直ちに緊急停止するが、大きな崩壊熱が、かなり長時間続くので、非常用冷却設備で強制冷却をする必要がある。この非常用冷却の後は自然循環になるが、何時間後に自然循環に切りかえることができるかは安全上重要である。この非常用冷却の所要時間は通常時下向きの場合は、流れの向きが変わり一旦流れが止まるので、その瞬間燃料破損が起こることになる。計算の結果、下向流の場合十数時間以上の非常冷却が必要となる。これに対し、通常時上向流の場合、78時間の非常用冷却で十分との結果を得た。なお、これらと並行して検討された結果上下2分割炉心の中間から、冷却水を入れるための仕切り板は、大流量のため通常の構造では強度的に耐えられないことが明らかになったので、直径の異なる炉心をoff set型に配置し、流れを真直ぐになるように変更、あわせて、冷却水の向きも上向きに変更されることになった最新のReference Coreはoff set型、冷却水の向きは上向きである。なお、今後はこの新しい炉心について種々の研究が進められる。
ガレクチン-3の肺線維化への関与と治療の可能性

我々は、間質性肺炎、肺線維症患者肺胞気管支洗液中(BALF)のガレクチン-3濃度が正常に比べ増加していること、及び、BALF中のマクロファージのガレクチン-3産生が正常対照にくらべ亢進していることを明らかにした。さらにマクロファージをTNF-α、IL-8にて刺激するとガレクチン-3産生が誘導されることをあきらかし、間質性肺炎、肺線維症成立機構におけるガレクチン-3の関与を明らかにした。つぎに、我々は肺線維症モデルを検討したが、良好なマウスが得られずプロトコールを変更した。我々は以前ガレクチン-3がFcγRを介したマクロファージ(MΦ)の貪食能に重要な役割をはたしていることを示した。MΦはFcγRからの刺激で活性酸素を産生して肺線維症において肺胞上皮障害などの重要な役割を持つ。そこで我々は野生型とガレクチン-3欠損マウスから骨随由来MΦを培養して抗体を用いFcγRに刺激を加えたところ、ガレクチン-3欠損MΦでは野生型と比べ著明に活性酸素の産生が低下し、細胞膜直下のf-actinのredistributionも同様に著明に低下していた。Western blottingを用いたところ、ガレクチン-3欠損MΦではFcγRのクロスリンク後の細胞内チロシンリン酸化が低下、FcγRに会合しているLynのリン酸化とその下流のJNK1の活性化が低下していることを見出した。それたの分子の細胞内局在を蛍光免疫染色とconfocal microscopyを用いて検討したところ、ガレクチン-3は細胞膜直下にredistributionしてきたf-actinと共局在していることが明らかになった。同部位には様々なシグナル伝達分子が集まっており、以上の結果からガレクチン-3が細胞内シグナル伝達を介してマクロファージの活性化に関わっていることが示唆された。本研究の目的は、肺線維症における多機能糖鎖結合分子のガレクチンファミリーの一つであるガレクチン-3の役割を明らかにするために、マウスを用いた実験系を行うことである。予定通りに肺線維症感受性のマウスにガレクチン-3欠損マウスをバッククロスして順調に実験用のマウスが揃い始め、ブレオマイシン投与による肺線維症誘発を行う直前まで準備は進んでいた。ただ実験計画書提出時と状況が多少変化したために、当初の予定とやや異なる実験を先行して行わざるを得なくなっている。ひとつは、本研究の基礎データとなっているヒトにおける肺線維症におけるガレクチン-3の役割の研究の追加実験が必要になったことであり、ふたつめは途中で実験代表者が変更にあったことである。ヒトにおける結果が認められなければ本研究の意義自体が疑問となるために、やむを得ずマウスを用いた実験系は後回しにせざるを得なかった(勿論、研究費はマウスの実験系に用いるものにしか使用されていない)。幸いなことに追加実験によりガレクチン-3がヒトの特発性間質性肺炎と膠原病や血管炎に伴う間質性肺炎に重要な役割を果たしていることがさらに明らかになった。

具体的には、1.実験計画書でも既に示したようにガレクチン-3がヒト肺線維症や間質性肺炎の局所、特に肺胞マクロファージ中で増加していること、2.さらに新たに明らかになった結果として、ガレクチン-3はマクロファージ自身を刺激してTNF-αとインターロイキン-8を産生して、それぞれ肺の炎症と血管新生を通じて病態に関与している可能性を示唆したこと、3.そして最後にガレクチンー3が直接に線維芽細胞の局所への遊走とコラーゲン産生を誘導することを明らかにした。これらの新たな結果を追加してまとめ、下記の通りの論文を作成、受理されている。それをもって現在、予定にあるマウスの実験を再び開始している段階である。今回我々は共同研究者の実験上の都合により十分な数のマウスが得られずプロトコールを変更せざる得なかった。我々は以前ガレクチン-3がFcγRを介したマクロファージ(MΦ)の貪食能に重要な役割を果たしていることを示した。MΦはFcγRからの刺激で活性酸素を産生しで肺線維症において肺胞上皮障害などの重要な役割を持つ。そこで我々は野生型とガレクチン-3欠損マウスから骨髄由来MΦを培養して抗体を用いFcγRに刺激を加えたところ、ガレクチン-3欠損MΦでは野生型と比べ著明に活性酸素の産生が低下していた。またそのとき生じる細胞膜直下のf-actinのredistributionも同様に著明に低下していた。Western blottingを用いたところ、ガレクチン-3欠損MΦではFcγRのクロスリソク後の細胞内チロシンリン酸化が低下、FcγRに会合しているLynのリン酸化とその下流のJNK1の活性化が低下していることを見出した。それらの分子の会合がimmnoprecipitationでは明らかでなかったため細胞内局在を蛍光免疫染色とconfocal mincroscopyを用いて検討したところ、ガレクチン-3は細胞膜直下にredistributionしてきたf-actinと共局在していることが明らかになった。同部位には様々なシグナル伝達分子が集まっており細胞活性化との関連が疑われたがLynやJNK1の共局在は明らかでなかった。以上の結果からガレクチン-3が細胞内シグナル伝達昂介してマクロファージの活性化に閏わっていることが示唆された。