hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不安定核の新しい殻模型・平均場計算と社会的応用

また、平成24年度に計画されながら、種々の事情で実現できなかった海外での研究打ち合わせを行い、本研究計画の推進に役立てた。大型殻模型計算を従来型の方法で行う手法は順調に発展しており、今年度は様々な場合に応用された。特に、今年度において導入された計算用サーバーは順調に稼働しており、以下の成果を出すのに貢献している。成果の一つは、エキゾチック原子核の構造に関わるもので、核子間有効相互作用をEKK法により求める研究が進み、それによって得られた有効相互作用によるsd+pf殻のネオン、マグネシウム、ケイ素の中性子過剰な同位体に対する系統的な計算を行った。結合エネルギー、励起エネルギー、電磁遷移行列など、どれも実験とよい一致を見た。同じコードによって得られた波動関数を用い、二重ベータ崩壊の演算子コードを開発して、ゼロニュートリノの場合の二重ベータ崩壊の核行列要素の計算が進展した。カルシウムー48に対して、sd+pf殻での計算を世界で始めて行い、この核行列要素がpf殻だけの計算に比べてかなり大きくなることを示した。やはり同じコードを用いて、放射性廃棄物の処理に於いて重要な基礎的データとなる電気的双極子励起のスペクトルを殻模型計算の範囲で計算できるようにしつつあり、その第1段階が終了した。さらに、このコードを重い原子核の四重極集団運動状態の計算に適用した。キセノンやバリウムで中性子数が82か、それより少ないものは球形からガンマ不安定な四重極変形、そしてプロレートな四重極変形へと、中性子数の減少とともに形の遷移を起こすことが実験的には知られている。それを殻模型というフェルミオン多体系計算で、単一のハミルトニアンによって再現することに成功した。さらに、それらの状態に於ける、量子力学的な形の揺らぎを表すことにも成功した。以上の研究成果のどれに関しても、会議での口頭発表を行い、並行して、論文の投稿、或は、投稿準備が進んでいる。このように研究実績は期待されたペースを上回って出ている。大型殻模型計算をハミルトニアン行列の直接対角化で実行する計算は順調に発展している。第一原理的に導出された有効相互作用による「逆転の島」の研究など、多様な場合に応用された。昨年度に本科学研究費補助金で導入された並列計算機は順調に稼働している。エキゾチック原子核の構造に関しては、原子核という媒体中の核子間有効相互作用を量子色力学から導いていく研究を我々が開発したEKK法によって行った。それにより、中性子過剰なネオン、マグネシウム、ケイ素のエキゾチックなアイソトープで起こる異常な変形(逆転の島)に対する系統的な計算を前年度に引き続き行った。その中で、エキゾチック原子核における平均場的な効果、即ち、殻進化に関してもそのような第一原理的相互作用の観点から議論した。さらに、対象をアルミニウムのアイソトープや、中性子数が奇数である上記アイソトープの場合にも拡張した。成果を国際学術誌に投稿し、早期の出版へ向けて努力している。第2報ではカルシウム、チタン、ニッケルなどを対象とし、3体力の効果に着目し、新魔法数32、34の発現機構も解明する研究成果を示す予定で準備中である。
粘土と非両親媒性分子との複合LB膜の非線形光学機能

長鎖アルキル基を有しない分子(非両親媒性分子)を用いたLangmuir-Blodgett(LB)膜には、(1)機能性を有する発色団を高密度に集積できること、(2)長鎖アルキル基の導入が容易ではない化合物の配列制御を可能とし、LB法が適用できる分子の種類を拡張できること、などの特微かある。我々のグループは、粘土単一層とカチオン性分子からなる粘土-有機物複合LB膜において、粘土とゲスト分子の組み合わせを適切に選べば、非両親媒性分子の配列制御が可能であることを示してきた。また、作製条件の制御により、粘土上に吸着するゲスト分子の密度が精密に制御できることも見いだした。前年度までの研究で、粘土と非両親媒性分子との複合LB膜の形成機構がほぼ明らかとなった。その結果、多様な非両親媒性分子を用いて複合LB膜を作製することが可能となった。そこで今年度は、蓄積されたノウハウを活用し、機能性・実用性の観点から有用な粘土-有機物複合LB膜の作製を試みた。このことにより、粘土-有機物複合LB膜の特徴を活かした、新しい非線形光学機能・電子機能を有する材料の開発を目的とした研究を進めた。まず、テトラチアフルバレン(TTF)およびその誘導体と粘上との複合LB膜の作製を試みた。TTFおよびその誘導体は、π-πスタッキングを生じやすいため高い自己凝集能を持つ。また、隣接する分子とのπ電子の重なりを変化させると、電子状態が変化することもよく知られている。粘土LB膜化することで、TTF分子の配列や分子間の距離を制御でき、電子物性を変化させることが可能であることを示した。また、高効率二光子吸収化合物やフラーレンの誘導体を粘土LB膜化することで、興味深い非線形光学特性を示す新規光機能性材料が創出できることを示した。●波長オーダーでの均質さを有する複合LB膜の作製これまでの粘土LB膜には、(1)陽イオン交換容量が大きくゲスト分子を吸着する能力が高い、(2)粒径はおよそ数μmとスメクタイト系粘土鉱物の中では大きい、(3)それぞれの粒子の表面は原子レベルで平滑である、などの特徴を有する天然モンモリロナイトがホスト粘土として主に用いられてきた。しかし、天然モンモリロナイトの粒子の大きさ・形状は不均一であるため、複合LB膜化した際には粘土粒子間に光の波長オーダーの大きさをもつ隙間が生ずる。したがって、多層化した膜では光散乱が生じやすく、光学材料としての応用には限界があった。そこで本年度は、粒径が小さく、かつ、粒子の大きさ・形状が揃った合成サポナイトを用い、複合LB膜の作製を行った。分子占有面積-表面圧力等温線、紫外-可視吸収スペクトル、光第二高調波発生、AFM像などの測定から、陽イオン交換容量の小さい合成サポナイトを用いても非両親媒性分子による複合LB膜の作製が可能であることを明らかにした。●イオン性分子からなるLB膜の粘土との複合化による非線形光学機能の保持と会合状態の制御ヘミシアニン誘導体のようなイオン性分子は、優れた非線形光学特性を示す。しかし、イオン性分子は会合体を形成しやすいため、LB膜を作製した際に膜中の分子配列を完全に揃えるのが難しいのに加え、得られた膜が再配列を起こしやすく安定性にも問題が多かった。そこで、イオン性分子と粘土とを複合化することで、イオン性分子のLB膜中での配列が安定化できることを示した。この際、膜作製時の下層水中の粘土濃度を変化させることで、膜中のイオン性分子間の距離を連続的に制御することが可能で、そのことにより会合状態が連続的に制御できることも見いだした。
2次元電子格子系におけるパイエルス歪みと非線形局在励起

2次元正方格子半充填バンド電子格子系におけるパイエルス相は,電子系のフェルミ面における異なる領域を結びつけるネスティング・波数ベクトルに対応する格子歪みだけを伴ったものが従来知られていたが,本研究では,最低エネルギー状態が,より複雑な歪み構造を伴うマルチモード・バイエルス状態であることを示した。この新しいバイエルス相では,ネスティング・ベクトルだけでなく,それに平行な波数ベクトルに対応する多くのモードが歪みとして実現している。さらに複雑なことには,等価でない歪みパターンが多数存在し,そのどれもが同じ基底状態エネルギーを有することが示された。縮退の度合いについても,数値的な解析から,N×Nのシステムサイズについて2^N程度であることを導いた。マルチモード・バイエルス状態の複雑な構造および縮退は,有限温度でも存続し,歪みパターンによらない転移温度(電子格子結合定数には依存)ですべての歪みモードが同時に消えることが確かめられた。この転移に伴うフォノンのソフト化についても解析が行われ,転移温度より高温側から温度を下げていった場合にも,また歪みの存在している低温側から温度を上げていった場合にも,ネスティング・ベクトルモードの縦波および横波が,ネスティング・ベクトルに平行な他のモードでは横波が転移温度で一斉にソフト化することを見出した。低温側では,フォノンの分散関係が歪みパターンに依存していることが示されこの結果を量子補正に取り入れることによって,異なる歪みパターンの縮退を取り除ける可能性があることを論じた。非線形局在励起に関しては,電子バンドに電子が1個だけ存在する場合の音響ポーラロンの構造およびダイナミクスをシミュレーションによって調べ,音響ポーラロンが安定に存在するために電子格子結合定数が満たすべき条件,ポーラロンの有効質量の異方性,飽和速度等に関する知見を得た。当初の研究計画では,2次元電子格子系の音響ポーラロンのダイナミクスについての研究を進める予定であったが,基礎となる1次元電子格子系においても音響ポーラロンやバイポーラロンの動的振る舞いについて調べるべきことが残っていることがわかり,今年度は主として1次元系のダイナミクスを解析した。その中で,得られた重要な知見は,複数のバイポーラロンやポーラロンの衝突に関するもので,電子格子結合定数や電子間斥力パラメータ,衝突前の相対速度等の因子に応じて,単純反発,素通り,ポーラロンのバイポーラロンへの結合等多彩な振る舞いが起こりうることを確認した。また,不純物ポテンシャル障壁に衝突する音響ポーラロンが,電子格子間結合の弱い領域でポーラロンとしてトンネル現象を起こし得ることを数値シミュレーションによって示した。2次元電子格子系で電子バンドが半分満たされている場合ののパイエルス転移については,これまで絶対零度でのみ確かめられていたパイエルス歪みの構造(ネスティングベクトル以外のモードも含む多モード歪み)が、有限温度においても最低自由エネルギー状態として存在することを確かめ,更に転移温度に向かって温度を上げていくときに,異なる波数を持った歪みの成分がすべて同時にある臨界温度で連続的に消失することが明らかになった。この成果を受けて,高温側から臨界温度に近づけた場合のフォノン周波数のソフト化に関しても線形モードの解析を行い,低温側での歪みに対応して,多数のフォノンモードが同時にソフト化するという現象を発見した。2次元電子格子系のパイエルス転移に関しては,前年度に引き続き,転移に伴うフォノンのソフト化の問題を調べ,前年度の高温側の解析を,歪みの存在する低温側に拡張した。その結果,高温側から転移点に近づけた場合と同様に,ネスティング・ベクトルモードの縦波および横波が,ネスティング・ベクトルに平行な他のモードでは横波が転移温度で一斉にソフト化することを見出した。また,フォノンの分散関係が歪みパターンに依存していることが示され,この結果を量子補正に取り入れることによって,異なる歪みパターンの縮退を取り除ける可能性があることを論じた。

さらに,電子間相互作用をハバードモデルで取り入れることにより,マルチモード・パイエルス状態がどのような影響を受けるか解析し,電子間相互作用の強い極限ではパイエルス相が消えて,スピン密度波状態が安定であることを見出した。ネスティング・ベクトルモードだけを考慮した理論では,パイエルス状態とスピン密度波状態の共存を示唆するものも発表されているが,より正しい基底状態であるマルチモード・パイエルス状態で考える限り,一様な相としてのスピン密度波との共存は起こらないことを数値的に示した。2次元系では基底状態の複雑な構造が完全に解明し切れていないため,非線形局在励起の研究には手がつけられていない。1次元系を拡張して2次元系に近づけた例として,枝分かれ構造をもった準1次元系における音響ポーラロンの振る舞いが調べられ,分岐点が電子にとっての引力ポテンシャルを与えること,分岐点に向かうポーラロンは反射されるか,トラップされるか,あるいは部分的にトラップ,部分的に反射されるかのいずれかであることが示された。どの状況が実現するのかは,衝突前のポーラロンの広がり(幅)によって決まっていることが明らかになった。
酸化物超伝導体薄膜の原子層成長

平成6年度においては、無限層化合物の原子層成長における基板結晶表面との間の界面層の状態をイオン散乱法により明らかにした。また、無限層化合物の各原子層表面の構造を観察し、Cu-O表面に置ける高酸素濃度相が二価のCuO2形成に必要であることを明らかにした。キャリアー供給相として、炭素根を含む超構造の形成を試みた。基板となるチタン酸ストロンチウム単結晶の表面構造および、Sr層形成による表面構造の変化をイオン散乱法(CAICISS)を用いて検討した結果、製膜直前の基板表面は、TiO_2面とSrO面の比がおおよそ8:2であること、この表面へ酸化剤であるNO2存在下でSrを供給すると300°Cの基板温度でも完全なSrO表面が得られることが明らかになった。さらに、1層目のSrO層に比べ、2層目以降のSr-O層はc軸方向の結晶性が異なり、格子がソフトになっていることが示され、前年度の研究成果である、基板表面にSrO層二層を形成した表面でCuO_2層の形成が実現されることの理由として、1層目のSrO層が電荷的に中性な表面となっているのに対し、二層目以降のSrO_xx層は格子がソフトになり酸素量の調整が容易になるために、CuO_2面に適合できるようになることが示唆された。SrおよびCuの供給を酸化雰囲気中で逐次的に行い、原子層単位でSrCuO_2相を形成する際に観測されるCu-O表面に特異な表面構造は表面酸素量と密接な関係があることが明かになった。また、今年度はCuO_2面へのキャリアードープ相として、炭素を含む無限層(SrCuO_2)薄膜超構造の形成を試みた。一原子層単位での成長制御法により無限層(SrCuO_2)ユニットを形成し、周期的にCuO2をパルス的に供給し、C系12(n-1)n相及び、(Cu,C)系12(n-1)n相の形成を試みた。アルカリ土類金属としてはSrのみを用い、炭素相の挿入による超構造の確認を行った。X線回析の結果、ブラッグ反射はいまだ不明瞭であるが、低角領域の散乱から算出される格子定数はn値と正の相関を示し、nの増加にともない、ほぼ無限層1ユニットずつc軸長の増加が認められた。
2次元相間と周波数選択的動揺補正を用いた耐動揺性合成開口ソーナーの研究

本研究は合成開口ソーナーの実用化への1ステップとして、高性能な動揺補正技術の確立をめざす。その手段として、プラットフォームの動揺を周波数別に分解し、それぞれに補正処理ルーチンを適用する方法を提案、そのルーチンに最適である2次元相関方式による画像再生を組み合わせた合成開口ソーナーを試作し、その効果を水槽実験によって検証する事を目的とした。最終年度である本年度の研究計画では、水槽実験を通して提案する動揺補正処理の効果を確認し、全成果の取りまとめを行う計画であった。研究計画に掲げた具体的な実施項目1の「提案する動揺補正を用いた合成開口処理プログラムによるシミュレーション」に関しては、提案する処理プログラムの能力を確認するため、実海域での合成開口ソーナーの運用を想定した動揺周期を設定し、動揺する航跡の情報を元にしたシミュレーションを行い、合成開口処理への影響を見極める事ができた。実際の位置情報は多くの場合正確性に欠けたデータであるので、それら劣化動揺データを用いた補正処理の限界を見極めるために、航跡情報とは別に外乱成分としてまったく別の外乱を加えて航跡情報を意図的に劣化させ、そのデータを用いたシミュレーションを行った。その結果、外乱成分の印加により合成開口処理結果は悪化するが,正しい航跡情報が補正処理に含まれていれば結果の向上は可能である事が判明した.具体的な実施項目2の「動揺補正を行う合成開口処理プログラムと試作した合成開口ソーナーを用いた水槽実験」においては、ソーナーに動揺を加えながら目標を観測する水槽実験を行い、補正プログラムの妥当性とその能力を確認した。加えて劣化した航跡データによる補正効果の限界を見極めるために、位置情報取得用センサーとして超音波位置センサーと加速度計を同時に使用し、それぞれのセンサーによる位置情報の劣化度と補正効果を確認した。その結果、絶対位置を精度良く取得できる超音波位置センサーであれば、印加する動揺周期によらず高い補正効果が得られるが、加速度計では低周波振動の計測制精度が著しく低下する事がわかった。これにより実海域で運用する際に必要なセンサーの能力と、現状のセンサーでは精度が不足する動揺周波数帯域を明らかにする事ができた。そして具体的な実施項目3の「成果のとりまとめ」として、現在までに研究会において発表を2講演行い、論文1編を投稿中である。本年度の研究実施計画では、動揺がある場合のシミュレーションプログラムの製作、同左プログラムを用いた動揺シミュレーション、動揺の補正を行なう合成開口処理プログラムの製作、同左プログラムを用いた動揺補正シミュレーション、以上4項目の達成を目標とした。1、動揺がある場合のシミュレーションプログラムの製作MATLAB言語で当該プログラムを完成させた。2、動揺がある場合のシミュレーションプログラムを用いての動揺シミュレーション完成させたプログラムを用いて、実海域における合成開口ソーナーを想定したシミュレーションを行った。シミュレーションでは周波数や帯域、ピングインターバル等のソーナーパラメータを実海域における合成開口ソーナー運用時に適切と思われる値に設定し、波浪の周期と振幅、曳航体及び自律型無人潜水機の実際の動揺から求めた周期と振幅をもとに、動揺を加えた状態で合成開口処理を行い、観測目標画像の歪みと反射波強度の最大値から分解能の悪化を定性的・定量的の両面で解析した。その結果、分解能への悪影響は動揺周波数に大きく依存する事がわかった。3、動揺の補正を行なう合成開口処理プログラムの製作MATLAB言語で当該プログラムを完成させた。4、動揺の補正を行なう合成開口処理プログラムを用いた動揺補正シミュレーション未実施。従って、劣化動揺データを用いた補正処理の限界、補正処理に適した実海域用合成開口ソーナーの周波数や帯域、センサーの必要精度等の見極めも未実施。本年度研究計画には含めなかったが、合成開口システムにおけるプラットフォームの動揺を補正する新方式を開発し、その特許権を申請した。また実験水槽において合成開口ソーナーに動揺を加えた状態で目標を観測し、その結果と目標1で完成させたプログラムによる同条件下でのシミュレーション結果を比較し、両者が同じである事を確認した。

加えて劣化した航跡データによる補正効果の限界を見極めるために、位置情報取得用センサーとして超音波位置センサーと加速度計を同時に使用し、それぞれのセンサーによる位置情報の劣化度と補正効果を確認した。その結果、絶対位置を精度良く取得できる超音波位置センサーであれば、印加する動揺周期によらず高い補正効果が得られるが、加速度計では低周波振動の計測制精度が著しく低下する事がわかった。これにより実海域で運用する際に必要なセンサーの能力と、現状のセンサーでは精度が不足する動揺周波数帯域を明らかにする事ができた。そして具体的な実施項目3の「成果のとりまとめ」として、現在までに研究会において発表を2講演行い、論文1編を投稿中である。
社会的身体表現による個体間相互作用の生成モデル開発

社会性とは、他者の振る舞いからその内部の状態(感情や意図など)を推測し、それに対して適切に自己を制御する事で、集団として適応的な行動を実現する能力である。その背景にある神経回路システムは高度に複雑であり全容は明らかでない。そこで本研究では、人工知能技術を用いた新規の行動解析技術を開発し、小型霊長類コモン・マーモセットの非言語コミュニケーションを詳細に分析する。更に、遺伝学的手法により脳の活動を局所的に制御しその影響を多角的にイメージングする事で、これまで社会性障害の責任領域として候補に挙がってきた神経回路システムが、自然な社会的交流に対して与える影響を明らかにする。
酸化ストレスと小胞体ストレスが軟骨変性に及ぼす影響とその病態生理に関する研究

酸化ストレス、カルボニルストレス、小胞体ストレスが関節軟骨細胞の代謝変化と軟骨変性に及ぼす影響を検討した。ラット正常軟骨細胞培養系において、3つのストレスを薬剤を用いて誘導あるいは抑制した結果、各ストレスはそれぞれの発生と反応経路において互いに関連して、軟骨細胞の機能低下とアポトーシスを惹起することが示された。ラット生体膝に負荷した酸化ストレス、カルボニルストレス、小胞体ストレスは、それぞれがアポトーシスと軟骨変性の進行に関与したが、互いの関連性については確認できなかった酸化ストレス、カルボニルストレス、小胞体ストレスが関節軟骨細胞の代謝変化と軟骨変性に及ぼす影響を検討した。ラット生体膝に負荷した酸化ストレス、カルボニルストレス、小胞体ストレスは、それぞれがアポトーシスと軟骨変性の進行に関与したが、互いの関連性については確認できなかった【目的】ラット正常軟骨細胞培養系を用いて、軟骨細胞に生じる酸化ストレス、カルボニルストレス、小胞体ストレスの関連性を検証し、これら3つのストレスの強度と相互作用が軟骨細胞機能とアポトーシスに及ぼす影響を検討した。【方法】5週令SDratの膝関節より採取した軟骨細胞培養系において、カルボニルストレスをGlycolaldehyde (GA;0,100,500,1000μM)、酸化ストレスをLipopolysaccharide (LPS ; 0, 0.1, 1, 5μg/ml)、小胞体ストレスをTunicamycin (TM ; 0, 1, 5, 10μg/ml)で刺激誘導した。24時間後に培養液と軟骨細胞を回収し、軟骨細胞のcell lysateからRNAを抽出した。カルボニルストレスはDNPH、酸化ストレスはDCFH-DAをELISAで評価し、小胞体ストレスはXBP-1とCHOPの発現をRT-PCRで解析した。また、アグリカンとII型コラーゲンの発現をRealTime-PCRで、アポトーシスをELISAで定量化した。【結果】LPSとTM刺激により、酸化ストレスと小胞体ストレスがそれぞれ濃度依存的に上昇した。GA刺激ではカルボニルストレスだけでなく、酸化ストレスや小胞体ストレスも濃度依存的に誘導され、GA 500μMはLPS 1μg/ml、TM 5μg/mlの刺激と同等だった。これらの刺激で、アグリカン発現はそれぞれ95%、69%、70%、II型コラーゲン発現は85%、85%、62%抑制された。アポトーシスの誘導はGAとLPS刺激は同等で、TM刺激の1.7倍強かった。【考察】3つのストレスを惹起すると、それぞれが軟骨細胞の機能低下とアポトーシスを誘導するが、GAによるカルボニルストレス誘導は酸化ストレスと小胞体ストレスも同時に発生し、より重篤な細胞障害をきたすことで軟骨変性に関与することが示唆された。【目的】酸化ストレス、カルボニルストレス、小胞体ストレスはそれぞれが軟骨細胞障害性を有するが、互いの関連性については不明な点が多い。平成22年度は、各ストレスの刺激剤を用いて、軟骨細胞代謝とアポトーシスに及ぼす影響を評価した。平成23年度は、各ストレスの抑制により、それぞれのストレスの相互作用をより詳細に検討した。【方法】ラット軟骨細胞培養系において、酸化ストレスをLipopolysaccharide (LPS, 1μg/ml)、カルボニルストレスをGlycolaldehyde (GA, 500μM)、小胞体ストレスをTunicamycin (TM, 1μg/ml)で刺激誘導した。さらに抗酸化剤としてN-acetylcysteine (NAC, 1mM)、カルボニルストレス抑制剤としてAminoguanidine (AG, 1mM)、小胞体ストレス抑制剤として4-phenylbutyricacid (PBA, 3mM)をそれぞれ併用投与し、24時間後に培養液と細胞溶解物を採取した。酸化ストレスはDCFH-DA、カルボニルストレスはDNPHをELISAで、小胞体ストレスはXBP-1、GRP78およびChopの発現をqPCRで解析した。また、II型コラーゲンとアグリカンの発現をqPCR、アポトーシスをELISAで評価した。【結果】LPS、GA、TMにより、酸化ストレス、カルボニルストレス、小胞体ストレスがそれぞれ上昇し、抑制剤NAC、AG、PBAにより各ストレスはそれぞれ45%、47%、50%に抑制された。LPSはカルボニルストレスも誘発し、NACとAGが抑制効果(43%、73%)を示した。GAは他二つのストレスも誘発したが、酸化ストレスのみNACとAGにより抑制(51%、58%)された。LPS、GA、TM刺激によるII型コラーゲンとアグリカンの発現低下およびアポトーシスの増加は、それぞれ対応する抑制剤によって抑制された。【考察】酸化ストレスとカルボニルストレスは、各々の発生と反応経路において互いに関連して軟骨細胞の機能低下とアポトーシスを誘導することが示された。また、カルボニルストレスによりAGEsが産生されるが、近年AGEsと小胞体ストレスの関連性が示唆されており、上記の結果はその知見を支持するものである。【目的】

軟骨変性における酸化ストレス、カルボニルストレス、小胞体ストレスの関連性を明らかにするために、平成2223年度は各ストレスの刺激剤と抑制剤を用いて、軟骨細胞培養系における軟骨細胞代謝とアポトーシスに及ぼす影響を評価した。平成24年度は、生体膝における各ストレスの軟骨変性へ及ぼす影響を検討した。【方法】5週齢雄Wistar ratの右膝関節内に、酸化ストレス刺激剤としてLipopolysaccharide(LPS,10μg)、カルボニルストレス刺激剤としてGlycolaldehyde(GA,1M)、小胞体ストレス刺激剤としてTunicamycin(TM,5μg)をそれぞれ注入した。1週後と4週後に膝関節を摘出して、PFA固定、脱灰後にパラフィン標本を作製した。PBS(40μl)を関節内注入した群と前十字靱帯切離による変形性膝関節症(OA)モデル群を対象として別に準備した。パラフィン標本から薄切切片を作成し、酸化ストレス、カルボニルストレス、小胞体ストレスを、それぞれ抗8-OHdG抗体、抗AGEs抗体、抗XBP-1抗体を用いた免疫染色により評価した。また軟骨変性度をサフラニンO染色、アポトーシスをTUNEL染色によりそれぞれ評価した。【結果】薬剤投与1週後に、LPS群、GA群、TM群の8-OHdG、AGEs、XBP-1陽性細胞数がそれぞれ上昇した。しかし4週後にはそれらの上昇はなくなりPBS群との差はなかった。1週後の軟骨変性度は各群間で差がなかったが、4週後にはGA群が有意に上昇した。4週後のTUNEL染色はLPS群とTM群でOA群と同等の上昇を示した。【考察】生体内で発生した酸化ストレス、カルボニルストレス、小胞体ストレスは、それぞれが軟骨変性を誘導したが、互いの関連性については明らかな傾向は確認できず、さらなる検討が必要である。昨年度までの計画は終了しており、予定通りに進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成23年度までは、酸化ストレス、カルボニルストレス、小胞体ストレスの関連性について、それぞれのストレス誘導と制御による各ストレスの発生強度と相互作用を、ラット正常軟骨細胞培養系において検討した。その結果をもとにして、今後はラット膝関節内に各種ストレスの刺激剤を投与し、それぞれのストレスが軟骨変性と軟骨細胞アポトーシスに及ぼす影響を生体内において検討する。
外因性ホルモン様化学物質の複合汚染による生体影響の総合的アセスメント

本研究では、外因性ホルモン様化学物質と疑われているp, p'-DDEおよびトリブチルスズの未成熟個体や胎仔に対する影響について検討した。それぞれの物質の単独影響と複合影響を観察するため、ラットを、コントロール群、p, p'-DDE(DDE)投与群、トリブチルスズ(TBT)投与群、DDEおよびTBT複合投与群の4群に分け、コントロール群には通常飼料を、それ以外の群にはDDEおよびTBTのいずれかあるいは双方を混入した特殊飼料を自由摂取させた。その後のラットの発育、成長、発達を48週にわたり経時的に剖検を含めて検討した。6週齢以降に生育した個体に対するこれらの被験物質の投与では、TBTはオス、メスともに成長を促進する効果を示した。また、TBTのこの作用は、DDEの同時投与により相殺された。胎児に対する影響を検討した実験では、12週齢のオス、メスのウイスターラットを交配し、妊娠したラットを同様に4群に分け、通常飼料あるいはDDEおよびTBTのいずれかあるいは双方を混入した特殊飼料を、妊娠2日目より授乳期が終了する(出産後21日目)まで母ラットに自由摂取させた。仔ラットは離乳後、すべての群で通常飼料により飼育され、その仔ラットの発育、成長、発達を48週にわたり経時的に剖検を含めて観察、検討した。胎児期からの投与では、TBTは、仔ラットの成長、発達を抑制する傾向を示した。これらの結果から、TBTは哺乳類においても内分泌撹乱作用を有すること、曝露される時期の相違により成長、発達への影響が異なること及びTBTの作用は、DDEの同時投与により阻害されることから、アンドローゲン受容体を介して発現されていると推定された。マグロやカツオの体内には、かって農薬として広く使用されたDDTの代謝物であるp,p′-DDEが、近海物のかれいや貝類には、船底塗料や漁網の汚染防除剤として使用されているトリブチルスズ(TBT)が高濃度に蓄積されていることが明らかにされている。これらの海産資源に含まれる外因性ホルモン様化学物質であるp,p′-DDEとトリブチルスズによる生体影響を検討するため、6週齢のラットに体重1kgあたり200mgのp,p′-DDEおよび餌に混ぜたトリブチルスズ5mg/kgを与え、24週齢に至るまでその影響を観察した。それぞれの物質の単独影響と複合影響を観察するため、コントロール群、p,p′-DDE単独投与群、トリブチルスズ単独投与群、p,p′-DDEおよびトリブチルスズ複合投与群の4群のグループを設定し、経時的にその影響を観察した。成熟後の個体に与えられたp,p′-DDEやトリブチルスズは、個体の成長および精巣下降や性周期などの性発達過程にはほとんど影響を与えなかった。しかし、p,p′-DDEおよびトリブチルスズ複合投与群において、体重増加がやや鈍化する傾向がみられた。各臓器においては肝臓、腎臓、脾臓などの内臓臓器重量、生殖器である精巣、精巣上体、子宮、卵巣の重量にもコントロール群との間に大きな変化が認められなかった。病理学的には、内臓諸臓器を含め精巣の萎縮や子宮内膜の異常などの所見はなかった。血清テストステロン濃度は、20週齢以降、投与群にて低下し、外因性ホルモン様化学物質の影響が疑われたが、個体間のばらつきがはなはだしく今後再検討する必要がある。外因性ホルモン様物質の生体影響は、暴露を受けた個体(親)そのものよりその次世代(仔)に強く現れることが推定されているので、妊娠動物を用い、妊娠前期より被験物質(TBT,p,p′-DDE)を投与しその次の世代(仔)にどのような影響が現れるのかを検討して行く予定である。

本年度は、外因性ホルモン様化学物質と疑われているp,p'-DDEおよびトリブチルスズの次世代影響について、主として検討を加えた。12週齢のオス、メスのウイスタ-ラットを交配し、受精を確認した翌日より、それぞれの物質の単独影響と複合影響を観察するため、コントロール群、p,p'-DDE(DDE)投与群、トリブチルスズ(TBT)投与群、DDEおよびTBT複合投与群の4群に分け、コントロール群には通常飼料を、それ以外の群にはDDEおよびTBTのいずれかあるいは双方を混入した特殊飼料を自由摂取させた。これらのダムラット(仔ラットを得るために交配したメスラット)は、各群5匹ずつとし、得られた仔ラットはオス、メス各4匹ずつに生後2日目に調整した。また、被験物質の投与は、妊娠2日目より授乳期が終了する(出産後21日目)まで継続し、仔ラットが離乳し、自力で餌を食べ始める段階ですべての群において通常飼料へ転換した。その後、仔ラットの発育、成長、発達を経時的に観察、検討した。前年度に行った6週齢に生育した個体へのこれらの被験物質の投与では、TBTはオス、メスともに成長を促進する効果を示したのに対し、本年度に行った胎児期での投与では、むしろ成長、発達を抑制する傾向を示した。また、TBTのこの作用は、DDEの複合投与により相殺され、認められなくなった。これらの結果から、同一の物質でも、投与時期の違いにより成長、発達への影響が異なること及びTBTの影響は、アンドローゲン受容体を介して発現されることが明らかとなった。本年度は、外因性ホルモン様化学物質と疑われているp,p'-DDEおよびトリブチルスズの乳仔期、胎仔期に対する影響およびそのメカニズムについて詳細な検討をした。12週齢のオス、メスのラットを交配し、受精を確認したのちに、妊娠メスラットを、コントロール群、p,p'-DDE(DDE)投与群、トリブチルスズ(TBT)投与群、DDEおよびTBT複合投与群の4群に分けた。コントロール群には通常飼料を、それ以外の群にはDDEおよびTBTのいずれかあるいは双方を混入した特殊飼料を、ダムラット(仔ラットを得るために交配したメスラット)のみに、妊娠2日目より授乳期が終了する(出産後21日目)まで自由摂取させた。自力で餌の摂取が可能となる離乳期以降、仔ラットは、すべての群で通常飼料により飼育され、その後の仔ラットの発育、成長、発達を48週にわたり経時的に剖検を含めて観察、検討した。胎児期からの投与では、TBTは、仔ラットの成長、発達を抑制する傾向を示した。この傾向は、これらの物質への曝露が中止された後も、ひきつづいてその影響が認められた。また、胸腺や前立腺などの臓器は、委縮傾向を示した。一方、DDEは仔ラットの成長や発育に対して、大きな影響を与えなかったが、同時投与によりTBTの成長や発育に対する抑制的影響を阻害し、通常の成長、発育過程に回復させた。。これらの結果から、TBTは哺乳類において内分泌撹乱作用を有すること、曝露される時期の相違により成長、発達への影響が異なること及びこのTBTの作用は、抗アンドローゲン作用を有するDDEの同時投与により阻害されることから、アンドローゲン受容体を介して発現されていると推定された。
AMPによるミトコンドリア機能の変化とマウス心肺停止モデルへの作用の研究

2016年に心肺停止モデルの作成が困難な場合には、モデルの変更も考慮する旨検討していたが、心肺停止モデルの作成が困難であったため通常のマウスにAMPを投与して生理学的指標の変化を調べた。AMP投与により徐脈、低体温などの人工冬眠を示唆する所見が引き起こされた。また低体温を引き起こしたことは熱中症の治療にも有効なのではとの仮説のもと、熱中症モデルマウスをヒートパッドを用いて深部体温を40°C程度にコントロールして構築した。熱中症モデルマウスに対するAMPの効果は未だ不明であるが、これらの結果は次年度以降も引き続き研究を継続し、今後十分データの積み重ねを検討している。AMPを用いた心肺停止モデルマウスのテスト実験に先駆け、既存の心肺停止に対する治療等の効果を調べるために公表された臨床研究の結果を用いてシステマティックレビュー(メタ解析を含む)を実施した。病院到着前の外傷性心肺停止に対する、輸液、アドレナリン、気道確保、薬剤投与(マグネシウム、キシロカイン、アミオダロン)の効果を検討した。しかしながら外傷患者においては治療効果が無効のものが多いという結果であり、AMPなどの治療の有効性はさらに期待されることがわかった。またこれらの研究において、心肺停止への治療のタイミングが遅いということは総じて考えられたため、心肺停止モデルマウスではAMPの前処置や心肺停止と同時期での投与など、早期投与を行うことがより臨床的意義が深いと考えられた。心肺停止モデルマウスの作成に難渋しているため。AMPを投与することは、脳神経培養細胞においてミトコンドリアの機能を抑制することがわかった。また脳神経培養細胞にトランスフェクションさせてカルシウムの細胞内への流入を調べたところ、AMP投与では濃度依存的にカルシウムの流入を抑制していた。ミトコンドリア機能の活性化にはカルシウムの流入が関与していると考えられているため、この現象はミトコンドリア機能を抑制するという仮説を間接的に裏付けるものであった。またマウスにAMPを投与し、人工冬眠が誘発されることを確認した。培養細胞を用いた研究については概ね結果が出て来ている。しかしながら心肺停止モデルマウスの作成は前年に引き続き困難であったため、盲腸結紮穿孔による敗血症モデル、もしくは熱中症モデルマウスに変更してAMPの予後改善効果の有無を検討する予定である。心肺停止モデルの作成が困難な場合には、モデルの変更も考慮する。患者の血液検体や臨床データ等を用いてのミトコンドリア機能の解析、心肺停止への効果や作用機序の検討も考慮に入れる。盲腸結紮穿孔による敗血症モデル、もしくは熱中症モデルマウスを利用してAMPの予後改善効果の有無を検討する予定である。モデル作成に必要な物品購入が遅れたため。マウスの実験が進んでいないため購入をしなかった。来年度に使用予定である。平成29年度では心肺停止モデル作成のための物品購入を計画しており、マウス用麻酔機、心拍モニターなどを購入予定である。
高圧力制御による励起子凝縮と超伝導の研究

近年、半世紀以上前に予言された電子と正孔による励起子の凝縮相と関連した物性が注目を集めている。その有力な候補物質である擬1次元物質Ta2NiSe5は、高圧力印加による半導体-半金属転移に伴って励起子相に起因すると考えられる相転移が抑制される近傍で超伝導を示す。本研究では高圧力下における精密物性測定により、超伝導相と励起子相の相関を明らかにすることを目的として研究を行った。高圧半金属相での電気抵抗測定において、低圧半導体相と類似したギャップ的な異常T*が見出されていたが、本研究では圧力下ホール効果測定を行ったところ、T*以下の温度域では励起子形成に伴うキャリア数の減少を示唆するホール係数の絶対値の増大が観測された。また、その異常は加圧とともに抑制し、T*が絶対零度に向かって消失する圧力付近でドーム状の超伝導相が出現することが明らかとなった。加圧による金属化とともに、層状構造を有するTa2NiSe5の電気伝導の異方性がどのように変化しているかを明らかにすることはその電子状態を議論する上で重要な意義がある。そこで、同一圧力下において各主軸方向の電気抵抗率の測定を行い、面内および層間の電気抵抗率の圧力変化を調べた。その結果、約3万気圧における構造相転移を境に、層間の電気抵抗率が顕著な減少を示すことを見出した。この実験結果は、過去に行われた高圧X線回折実験から評価された格子定数の圧力依存とコンシステントであり、加圧に伴う系の次元性の変化が励起子相の不安定化と関係していることを示唆している。Ta2NiSe5に関しては、電気抵抗率の異方性測定およびホール効果測定を高圧力下で系統的に行うことに成功し、圧力誘起半導体-半金属転移に伴って系の異方性が変化することが励起子相の不安定化に関与している可能性を見出した。また、関連するいくつかの低次元物質において、電荷密度波と超伝導の相関に関して化学置換または物理的圧力を用いた包括的な相図を得ることにも成功した。Ta2NiSe5の高圧相で出現する超伝導相や励起子相の電子状態の理解にはさらなる実験結果を蓄積する必要があるが、関連物質も含めた系統的な研究が順調に進展している。Ta2NiSe5において観測された圧力印加に伴う電気抵抗の異方性の変化が類似構造を有するTa2NiS5においても観測されるか否かを確かめる。また、Ta2NiSe5の圧力誘起超伝導に関しては、上部臨界磁場の異方性や超伝導転移に伴う比熱異常を実験的に明らかにする。さらに本年度は物質および測定の幅を広げ、励起子凝縮を示す可能性が議論されている他の物質群に対する高圧下物性測定や、励起子相の形成を実験的に検証るための新たなプローブと期待される非線形伝導に着目した研究にも取り組む予定にしている。

さらに本年度は物質および測定の幅を広げ、励起子凝縮を示す可能性が議論されている他の物質群に対する高圧下物性測定や、励起子相の形成を実験的に検証るための新たなプローブと期待される非線形伝導に着目した研究にも取り組む予定にしている。
柔らかい有機電極を用いる脳機能改善法の開発

脳活動を長期間にわたって低侵襲で安定して測定したり、脳を適切に刺激する技術は、疾患の診断や生体機能補完などに重要である。ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)をベースとする導電性有機電極は生体親和性が高いが、従来は電気的特性が不十分であった。PEDOTにp-トルエンスルホン酸をドープして作成した電極では、電気的特性が大きく改善された。この電極を用いて、脳活動の測定や、脳の局所刺激による神経の活性化が可能になった。ポリエチレンジオキシチオフェンにp-トルエンスルホン酸をドープした導電性高分子(PEDOT-pTS)をシルク糸にコートして,柔らかいシルク製電極を作成した。作成した電極は約2 kΩ/cmの抵抗を示した。基材として,セリシンを完全に除いた精練糸を用いた場合でも,セリシンを部分的に残した硬質糸を用いた場合でも,ほぼ同様の電気特性が得られた。電解質溶液中でインピーダンスを測定した結果,比較的平坦な周波数特性が得られた。このことから,この電極は脳波のような遅い電気活動の測定に特に適していると考えられた。またシルク製電極を複数並べた電極アレイも作成した。次にこの電極をニワトリ胚の脳表面に設置して,脳の活動測定と刺激を試みた。脳表面に刺激用と記録用の各1対のシルク製電極を設置し,刺激電極に通電することにより刺激が可能かどうかを検討した。その結果,通電によりシナプス電位を誘発することが可能であることが示された。また硬質糸を用いて作成した電極では,脳に電極を刺入することが可能であった。以上の結果から,シルク製電極を脳の電気活動の測定と刺激に用いることが可能であることが明らかになった。電極の作成と性能の基本的な性能の評価は東北大学において行った。さらに,孵化の12日前のニワトリ胚の脳においては,約60 Hzの顕著なガンマ帯域活動が生じることが明らかになった。ガンマ帯域活動は自発性に生じるほか,光刺激によっても誘発された。複数の点から同時測定した結果,ガンマ帯域活動が空間的に広い範囲で同期していることが示された。発生の早い段階におけるガンマ帯域活動の出現は,ニワトリの認知機能の早い発達と関連している可能性が考えられた。当初の計画通り,シルク糸を基材とする柔らかい電極を脳の活動測定および刺激に用いることができた。シルク製電極は柔らかいため,脳に刺入することが困難と考えられたが,硬質糸を用いることでこの問題も解決された。さらにシルク製電極を複数配置した電極アレイを作成して,多点測定を行うことができた。このように平成27年度に予定していた課題はほぼ達成することができた。さらにニワトリ胚の脳活動に関して,従来報告されていなかった新しい現象を見出した。これを詳細に解析することで,生物学的にも意義のある成果を得ることができた。ポリエチレンジオキシチオフェンにp-トルエンスルホン酸をドープした導電性高分子(PEDOT-pTS)をコートした繊維状電極を作成し、これを従来から用いられている、ポリエチレンジオキシチオフェンにポリスチレンスルホン酸をドープした導電性高分子(PEDOT-PSS)でコートした繊維状電極と比較した。PEDOT-pTSでコートした電極は、PEDOT-PSSでコートした電極に比べて約3桁低い抵抗を示した。次に、電極-電解質界面におけるインピーダンス特性を解析した。PEDOT-PSSでコートした電極のナイキストプロットは半円状となり、Randles回路で説明された。これに対し、PEDOT-pTSでコートした電極のナイキストプロットは45°の傾きを持つ直線を示し、Warburgインピーダンスの特性を持つことが明らかになった。これらの結果について、平成27年度に取得したニワトリ胚脳における電気生理学的データとともに論文を出版した。次に学習行動の解析を行うために、マウスを用いて瞬目反射条件付けを行った。音を条件刺激、瞼への空気の吹きつけを無条件刺激として、遅延課題により10日間条件付けを行った。条件反応は瞼のビデオ画像を用いて検出した。その結果、条件付け群では条件付けの開始直後から条件反応の増加がみられ、条件反応は条件付け期間を通じて徐々に増加し続けた。また条件付けの後には速やかな消去がみられた。条件刺激と無条件刺激の間隔をランダムにした偽条件付け群では、条件反応の増加はみられなかった。さらに、神経損傷からの回復を早める作用が知られているchondroitinase ABCを小脳核に注入して条件付けを行ったところ、条件反応の有意な増加がみられた。これらの結果から、学習行動に対する脳刺激の効果の評価を行うことが可能になった。平成27年度に作成方法を確立したPEDOT-pTSでコートした繊維状電極について、電気化学的性質を詳細に解析し、これが従来の繊維状電極に比べて優れた特徴を持つことを明らかにした。この電極に関して、当初の計画より早く論文を発表することができた。また本課題では、瞬目反射条件付けを用いて、主に深部脳刺激が学習機能に与える影響を解明することを目指しているが、本年度はそのために必要となる瞬目反射条件付けの実験方法を確立した。従来、マウスの瞬目反射条件付けでは、瞼に埋め込んだ電極を通じて無条件刺激を与えるとともに、条件反応の検出を行っていた。しかし本研究ではより侵襲の少ない瞼への空気の吹き付けを無条件刺激として用い、瞼のビデオ画像から条件反応を検出する方法を用いて、安定した学習の成立を可能にした。

また実際に神経回路の操作によって瞬目反射学習の改善が可能であることを、chondroitinase ABCの投与によって明らかにした。以上により、当初の目標はほぼ達成されたと考えられる。ポリエチレンジオキシチオフェンにp-トルエンスルホン酸をドープした導電性高分子(PEDOT-pTS)をコートして作成した繊維状電極について、電位測定および通電刺激における適用可能性を検討した。種々の糸(直径100400μm)にPEDOT-pTSをコートして作成した電極は、220 kΩ/cm程度の抵抗を示した。反応液に多価アルコールを加えることにより、抵抗をさらに半分程度まで下げることが可能になった。この電極は従来のPEDOT-PSSでコートした電極に比べると抵抗が低いものの、通電刺激に使用するには抵抗が高いと考えられた。電極の体積抵抗率は26 Ωcm程度で、PEDOT-pTS単体の抵抗率より3桁程度高いことから、基材への導電性高分子のコーティングの改善によりさらなる抵抗の低減が可能になる可能性が考えられた。またマウスの瞬目反射学習についての解析を進めた。昨年度までに、音を条件刺激、瞼への空気の吹き付けを無条件刺激として用いる遅延課題の条件付けを確立した。さらにペリニューロンネットを分解するchondroitinaseABC(ChABC)を小脳深部核に注入すると、学習が促進されることがわかった。そのメカニズムを解明するため、小脳の急性スライスを用いて電気生理学的解析を行った。その結果、ChABC処理を行うと小脳深部核ニューロンにおける抑制性シナプス電流が増強され、これはシナプス前終末からのGABAの放出の増強によることが示唆された。ペリニューロンネットは小脳深部核における抑制性シナプス伝達を調節していると考えられ、ChABCは脳機能の障害からの回復に用いることができる可能性がある。脳活動を長期間にわたって低侵襲で安定して測定したり、脳を適切に刺激する技術は、疾患の診断や生体機能補完などに重要である。ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)をベースとする導電性有機電極は生体親和性が高いが、従来は電気的特性が不十分であった。PEDOTにp-トルエンスルホン酸をドープして作成した電極では、電気的特性が大きく改善された。この電極を用いて、脳活動の測定や、脳の局所刺激による神経の活性化が可能になった。平成27年度にシルク製電極の評価を十分行うことができたため,平成28年度は,脳深部刺激による学習機能への影響を重点的に調べることを目標とする。そのために新たに連携研究者を加えて,マウスの瞬目反射条件付けを用いる実験系の開発をに着手する。従来,マウスの瞬目反射条件付けは,瞼に設置した電極を介した電気刺激(無条件刺激)と,瞼の筋電位の測定(条件反応)を用いて行われるのが普通であった。しかしより侵襲性の低い方法を用いることが望ましいため,空気の吹きつけを無条件刺激とし,瞼の反応を高速ビデオカメラで撮影して計測する方法を用いることを計画している。データ解析のために,独自の画像解析プログラムの開発も行う。安定した条件付けが可能になったら,深部核の刺激を行い,学習に影響が生じるかどうかを検討することとする。
細胞内ＤＮＡセンサー蛋白とエンドトキシン応答クロストーク

pyhin1は、これまでウイルスなどに由来する外来DNAの細胞内センサーとして知られていたが、本研究によって、エンドトキシン刺激でMyD88非依存性経路のNF-kappaB依存性に誘導されること、刺激に応答して誘導されるインターフェロン-βや一酸化窒素を減少させることから、エンドトキシンシグナルのネガティブレギュレーターであることを明らかにした。エンドトキシンでマクロファージを刺激すると、細胞内DNAを検出するセンサータンパクが増加することを偶然発見した。そこで、細胞内DNAセンサータンパクとエンドトキシン応答のクロストークについて、検討を加えた。マウスマクロファージ株であるRAW264.7細胞をLPSで刺激し、PYHIN1の発現をmRNAレベルで解析し、その増強を確認した。PYHIN1遺伝子の発現にはNF-kappaB活性化に依存し、それも早期のNF-kappaB活性化が重要であることを見出した。p38,ERK,JNKといったMAPKの関与は除外された。また、LPSにはMyD88依存性、非依存性活性化経路があるが、インターフェロンβに依存しないことから、MyD88依存性経路のNF-kappaB活性化によるものと推定された。small interfering (si)RNAを使用して、LPSの炎症性サイトカインの産生に及ぼす作用を検討した。PYHIN1 siRNAは腫瘍壊死因子(TNF-α)、インターロイキン6,10の産生には影響を及ぼさなかったが、インターフェロンβ産生は明らかに抑制した。PYHIN1の発現はNF-kappaB活性化に依存することから、NF-kappaB阻害剤でも抑制されることを確認した。さらに、siRNAの一酸化窒素(NO)産生に及ぼす作用を調べ、NO産生が抑制されることを見出した。PYHIN1siRNAによるNO産生抑制はインターフェロンβ産生抑制と密接に関連し、誘導型NO合成酵素の転写が抑制されたことに起因していた。誘導型NO産生酵素のタンパク発現も減少していた。PYHIN1遺伝子がエンドトキシンによって誘発される炎症反応に関与していることが明らかになった。細胞内DNAセンサーであるマウスpyhin1の発現に及ぼすエンドトキシン(LPS)の作用を調べた。LPSはRAW 264.7マクロファージ細胞株でpyhin1 mRNAの発現を増強した。この増強はNF-kappaB阻害剤で阻止された。このLPSによる増強作用は生理的なマウス腹腔マクロファージでも認められた。small interfering RNAによるpyhin1の発現阻止は、LPS誘発インターフェロン(IFN)-βや一酸化窒素(NO)産生を抑制した。pyhin1の発現阻止がLPSシグナル活性化に及ぼす影響を調べた。pyhin1の発現抑制は、MyD88依存性シグナル活性化に影響を及ぼさなかったが、MyD88非依存性シグナル活性化を抑制した。このpyhin1の発現阻止は、MyD88非依存性シグナル分子であるTRAF6, TBK1、TRIFの発現を抑制した。マウスpyhin1遺伝子はLPS刺激におけるNF-kappaB反応性遺伝子であり、MyD88非依存性シグナル経路のシグナル分子の発現を阻止して、MyD88非依存性シグナル活性化を抑制し、LPS誘発性IFN-βの産生を減少させ、IFN-β依存性のNO産生を抑制することを明らかにした。さらに、LPS刺激による後期炎症物質であるhigh mobility group box1 (HMGB1)の産生を調べたところ、NO同様抑制されることを予備的に見出した。細胞内DNAセンサーであるpyhin1は、ウイルスなどの細胞内DNAを監視する分子であるが、微生物関連物質であるLPSのシグナル活性化を制御して、LPSによる炎症反応を調節していることが明らかになった。今後、pyhin1以外の微生物関連物質監視分子もこのような作用を持っているか解析すべき課題である。近年の報告から,細胞内DNAセンサーpyhin1がエンドトキシン(LPS)シグナルにクロストークする可能性が示唆されたので,pyhin1のLPSシグナル制御の可能性を調べた.最初に,LPS刺激に依存してpyhin1の発現が変化するのか調べた.RAW264.7マクロファージ細胞株をLPS刺激すると,pyhin1 mRNAの発現が増強された.この増強はマウス腹腔マクロファージでも認められることから,生理的に意義があると考えられたので,その役割と誘導メカニズムを調べた.siRNAによりノpyhinをノックダウンすると,LPS誘導性のインターフェロン-β(IFN-β)や一酸化窒素(NO)の誘導が増強され,LPSシグナルを制御する可能性が示唆された.関連するシグナル伝達経路を調べたところ,MyD88依存性シグナル経路に影響は見られなかったが,MyD88非依存性シグナル経路が増強されていた.実際,そのシグナル伝達分子であるTRAF6,TBK1,TRIFの発現増強が確認された.さらに,この増強はNF-kappaB阻害剤で抑制されることから,NF-kappaBシグナル依存性に増強されると考えられた.以上の結果から,pyhin1はLPS刺激によって,MyD88非依存性経路のNF-kappaB依存性に誘導され,LPS応答に負の制御作用を持つことが明らかになった.すなわち,本研究は,pyhin1はウイルスなどの細胞内の外来DNAのセンサーであるだけでなく,LPS刺激で誘導された炎症反応の過剰な応答を定常状態へ引き戻す調節機能を持つ可能性を初めて明らかにした.

pyhin1は、これまでウイルスなどに由来する外来DNAの細胞内センサーとして知られていたが、本研究によって、エンドトキシン刺激でMyD88非依存性経路のNF-kappaB依存性に誘導されること、刺激に応答して誘導されるインターフェロン-βや一酸化窒素を減少させることから、エンドトキシンシグナルのネガティブレギュレーターであることを明らかにした。予定通り、初期の目標をクリアしている。これから先の課題は、抗体の作成から始めなければならないため、時間がかかる。現在の持っているツールでできることはほとんどやり終えていると思う。細菌学(含真菌学)1.LPS以外の微生物関連物質刺激に対するpyhin1の作用を調べること。2.マクロファージ以外の細胞のLPS応答性にも影響を及ぼすかどうかを解析すること。3.pyhin1以外の微生物関連物質監視物質もLPSシグナル、炎症反応に影響を及ぼすかどうかを解析すること。予想通りの結果が得られている。PYHIN1遺伝子産物のエンドトキシンシグナルの抑制作用をさらに詳細に検討する。