hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
蠕虫嫌気的ミトコンドリアキノールーフマル酸還元酵素の細菌発現系の開発

低酸素に適応した蠕虫ミトコンドリアに特有の嫌気呼吸鎖の要であるキノール-フマル酸還元酵素(QFR)は好気的ミトコンドリア複合体IIの逆反応を効率よく触媒することで特徴付けられる。この反応を可能にする酵素学的特徴を解明するために細菌での発現系構築を目指した。発現を目的としたエキノコックスQFRに含まれるすべてのサブユニットの遺伝子をクローニングし、ミトコンドリア内でのアミノ酸N末端も決定した。発現宿主候補のRhodospirillumrubrumにおいて内在性の複合体II遺伝子を破壊も完了し、エキノコックスQFRを発現させるためのプラスミドを構築して発現の準備が整った。低酸素に適応した蠕虫ミトコンドリアに特有の嫌気的呼吸鎖の要であるキノールーフマル酸還元酵素(QFR)は好気的ミトコンドリア複合体IIの逆反応を効率よく触媒することで特徴付けられる。この反応を可能にする酵素学的特性を解明するに当たり、部位特異的変異体の特性解析から得られる情報は大きい。そこで、現在は確立されていない細菌での蠕虫QFRの発現系を構築し、活性評価、阻害剤応答、X線結晶構造解析を通じて反応機構の解明を目的とする。本研究計画については特にエキノコックスQFRについて機能的発現系の開発を目指している。エキノコックスQFR遺伝子をバクテリアで発現するに当たり、異なるバクテリア間でどの程度の範囲まで異種生物間での複合体IIの発現が可能であるかを確認するために、複合体IIを欠損したRhodobacter capsulatusにおいてRhodospirillum rubrum複合体IIをプラスミドにより導入したところ、機能的に発現することが確認できた。プロモーター領域についてはR. capsulatus由来、R. rubrum由来の2種類を検討した結果、R. capsulatusプロモーターによりわずかに高い発現が得られたが、プロモーター近傍の同義置換である塩基置換が発現の可否に影響したことから、最終的にはコドンの最適化が必要である可能性が示された。複合体形成に関与すると考えられるsdhaf1,2それぞれの作用点を明らかにするには複合体IIの4つの構成サブユニットの一つか二つを外来生物のものと置換する手法が考えられるため、親水性サブユニットの二つはR. rubrum由来、膜貫通サブユニットの二つはR. capsulatus由来となるようにしたところ、これも機能的発現を確認できた。エキノコックスについても同様の手法で段階的に導入することで問題点の絞り込みが容易になると期待される。複合体IIの発現宿主候補の一つであるRhodospirillumrubrumについて、発現時に活性のみで機能的な発現が確認できるように、ゲノム遺伝子から複合体IIの遺伝子オペロン破壊株を作製した。Rhodobactercapsulatus同様に複合体IIは必須遺伝子であったため、単純な遺伝子破壊株は確立できず、破壊したオペロンをプラスミドによって相補する事でのみ得ることが出来た。また、発現するためのエキノコックスQFR遺伝子はR. rubrumで発現しやすいように人工遺伝子によりコドンを最適化させたものを得た。これによって、エキノコックスQFR遺伝子のクローニング、発現宿主としてのR. rubrum, R. capsulatusの複合体II破壊株の作製が完了し、それぞれを宿主とした細菌複合体IIの異種発現にも成功した。R. rubrumとR. capsulatus複合体IIの双方のサブユニット半分ずつから構成されるキメラ酵素複合体も得たことから、エキノコックスQFRの発現には複合体の半分がR. rubrumのサブユニットからなるキメラ酵素複合体からその作成を開始し、発現用のプラスミドを得た。

本研究計画については特にエキノコックスQFRについて機能的発現系の開発を目指している。まず発現を計画しているエキノコックスQFR遺伝子のクローニングを行った。エキノコックスQFRは四つのサブユニットから構成されているが、鉄硫黄クラスターサブユニットsdhBには二つのアイソフォームがクローニングされた。また、成熟したQFRには含まれず酵素複合体のアッセンブリーに関与していると考えられるsdhaf1, sdhaf2も含めて合計七つの遺伝子をクローニングした。sdhBの配列を他のバクテリア、ミトコンドリア由来の複合体IIと比較すると、極めて保存性が高いアミノ酸の一つが他のアミノ酸に置換していた。そのアミノ酸が一つの鉄硫黄クラスターの近傍に位置することからエキノコックスQFRの特異な反応性を反映しているものと考えられる。興味深いことに、発現宿主の第一候補であるRhodospirillum rubrumの複合体IIも同じアミノ酸の置換を持っていた。そこでR. rubrumの細胞膜を調製しNADH-フマル酸還元系の反応性を調べたところ、エキノコックス同様にNADH酸化反応よりも高い活性を示した。これは蠕虫ミトコンドリアQFRのモデルとしてR. rubrum複合体IIが利用できる可能性を示しており、今後の変異体解析に有用である。当初の予定ではR. rubrumの複合体II欠損株が作製済みである時期だが、遺伝子欠損導入のためのプラスミドの選定が不適切であったことが判明し、目的の欠損株が得られなかった。また、R. rubrumでの同義置換が発現に影響することが分かるまでの間、プロモーターの検討に導入困難な野生型配列を使用していた事により予定よりも時間を要した。これらの結果からR. rubrumでの異種生物複合体II発現にはR. capsulatusでの手法とは異なる方法を選択すべきであることが分かり、今後のR. rubrumでの実験がより確実に進行することが期待される。本研究は平成23年度から採択されたが、申請者は平成23年9月から研究機関の異動があり、研究室をゼロから立ち上げることになった。その中でこれまで本研究課題に携わっていた学生の協力が少なくなり、実験スピードの低下を招いた。また、新たな研究室のセットアップでは数ヶ月の研究の中断を余儀なくされた。そのため、当初の計画と比較すると発現宿主、発現ベクターの作製に遅れが出ているが、エキノコックスの複合体II関連遺伝子のクローニングから得られたアミノ酸配列は予想以上の収穫を含んでいた。それはデータベース上の配列では数例しかないアミノ酸置換であり、しかもR. rubrumで同じ置換が起きていた。これは偶然の一致であり、且つロドキノンを利用するQFRという観点から生物種を決定したことによる必然でもある。エキノコックスQFRの発現系を構築することが本研究課題の目的であるが、それは発現系を利用した変異体の作製、精製を通じて酵素の反応性が変化することを実証する研究の準備段階である。このR. rubrumとエキノコックスの共通の置換はQFRの反応特性理解というより大きな研究目的の一部知見を先見しており、大きな前進であった。
分子集合を基盤とする、フラビン誘導体による酸化反応の開発

環境負荷の低い触媒の開発は「持続可能な開発目標(SDGs)」の長期目標を実現させる上で緊急の課題の一つであるが、酸化反応においてはそれが著しく遅れている。一方、生体内の酸化還元反応触媒系は環境負荷の面においても反応性の観点からも素晴らしいが、その模倣は容易ではない。当研究室では生体内酸化反応を司る補酵素フラビンの誘導体を光学活性な天然物とイオン対形成させることで、フラビン誘導体が促進する反応の一つを、これまでにない選択性で進行させることに成功した。本研究ではこの結果から得られる知見を基盤として、新たな低環境負荷型低分子触媒の開発を目指す。
油水界面は生体膜のモデル系になり得るか？―電子移動反応場としての類似性と相違点―

「油水界面は生体膜のモデル系になり得るか?」という命題に答えを出すため,生体膜により近いと考えられる自己組織化単分子膜(Self-Assembled Monolayer; SAM)および油水界面での電子移動を比較検討することによって,油水界面と生体膜の類似性と相違点を明らかにすることを目的とした。サイクリックボルタンメトリーなどの電気化学測定法を用いて,SAM膜/水溶液界面のガルバニ電位差が油水界面と同様に電子移動に重要な役割りを担うことが明らかになった。しかし,SAM膜/水溶液界面では油水界面と異なり,生体膜類似のシトクロームcの電子移動を観察することができた。本研究では「油水界面は生体膜のモデル系になり得るか?」という命題に答えを出すため,生体膜により近いと考えられる自己組織化単分子膜(Self-Assembled Monolayer; SAM)および油水界面での電子移動反応を比較検討することによって,油水界面と生体膜の類似性と相違点を明らかにすることを目指している。初年度においては,呼吸鎖電子伝達系に係るシトクロームcの油水界面での電子移動反応の反応機構をサイクリックボルタモグラムのデジタルシミュレーションに基づいて解明し,油水界面の生体膜モデルとしての有用性を示した。一方,SAM修飾金電極上にユビキノン(UQ)をドープした測定系において,支持電解質を構成する陽イオンの種類を変えたボルタンメトリー測定によって,SAM膜/溶液界面のガルバに電位差がUQの見かけの酸化還元電位に影響することを示唆する実験結果を得た。また予備的実験により,UQは油水界面において油相バルクに加えた場合,明瞭な電子移動波を与えなかったが,疎水層の厚みが分子レベルであるSAM修飾電極においては,水相に加えたレドックス種と界面電子移動を起こし,ボルタンメトリー波を与えることも明らかになっている。二年目の当該年度においては,初年度に行ったSAM修飾電極での実験結果を,測定に用いるpH緩衝液の濃度などの実験条件を最適化した上で追試を行い,信頼性の高い測定結果を得ることに成功した。初年度に示唆されたSAM膜/溶液界面の重要な役割りを確認し,さらに,疎水層が薄いSAM膜が生体膜に似た電子移動反応の場として有効であることも再確認することができた。本研究では「油水界面は生体膜のモデル系になり得るか?」という命題に答えを出すため,生体膜により近いと考えられる自己組織化単分子膜(Self-Assembled Monolayer; SAM)および油水界面での電子移動を比較検討することによって,油水界面と生体膜の類似性と相違点を明らかにすることを目的とした。初年度(平成23年度)平成24年度においては,まず,呼吸鎖電子伝達系に係るシトクロームcの油水界面での電子移動反応をサイクリックボルタモグラムのデジタルシミュレーションに基づいて解析し,油水界面の生体膜モデルとしての有用性を示した。一方,SAM修飾金電極にユビキノン(UQ)やビタミンK1(VK1)をドープした測定系について,支持電解質を構成する陽イオンを変えたボルタンメトリー測定を実施し,SAM膜/溶液界面のガルバニ電位差がUQやVK1の見かけの酸化還元電位に影響を与えるという興味ある知見を得た。また予備的実験により,UQを油水界面の油相バルクに加えた場合は明瞭な電子移動波を与えないが,疎水層の厚みが分子レベルであるSAM膜修飾電極においては,水相に加えたレドッックス種(シトクロームc)と界面電子移動を起こし,ボルタンメトリー波を与えることも明らかにした。最終年度(平成25年度)においては,まず,SAM膜/溶液界面の役割りを再確認するために,クロノポテンショメトリー測定を実施し,支持電解質の陽イオンの種類を変えて得られた電位ー時間曲線を,SAM膜/溶液界面のガルバに電位差を考慮した理論的解析によってうまく再現することができた。さらに,UQやVK1をドープしたSAM膜修飾電極におけるシトクロームcの挙動について詳細に検討したところ,電子移動の不可逆的挙動を確認し,生体膜電子移動の理解において有用と思われる知見を得た。本研究では「油水界面は生体膜のモデル系になり得るか?」という命題に答えを出すため,生体膜により近いと考えられる自己組織化単分子膜(Self-Assembled Monolayer; SAM)および油水界面での電子移動反応を比較検討することによって,油水界面と生体膜の類似性と相違点を明らかにすることを試みた。まず,当該年度(初年度)においては,呼吸鎖電子伝達系に係るシトクロームc(Cyt c)の油水界面での電子移動の反応機構をサイクリックボルタモグラムのデジタルシミュレーションを用いて詳細に検討した。その結果,油相側に加えた電子供与体(ジメチルフェロセン)が水相側に一部分配し,界面の水相側近傍でCyt cと電子移動を行うことが明らかになった。

つまり,界面を流れる電流は,界面での不均一電子移動によるのではなく,水相中の均一電子移動によって生じた反応生成物イオンが界面を移動する「イオン移動機構」によることが分かった。この反応機構は生体膜におけるCyt cの挙動に類似しており,油水界面が生体膜のモデル系として有用であることを示した。そして,この成果を論文(Langmuir, 116, p.585 (2012))として公表した。さらに,ユビキノン(UQ)のSAM修飾金電極上での電子移動反応についても検討した。SAM中に組み込んだUQの還元および再酸化の電流ピークが観察され,それらの電位は正負に大きく分離した。そして,そのピーク電位幅は支持電解質イオンの種類に依存して変化することが分かり,SAM/溶液界面が油水界面と同様に二相界面として機能していることが示唆された。しかし,疎水層の厚みが薄いSAMでは油水界面の場合と異なり,溶液側に加えたredox種との間の電子移動の電流を観察することができた。この結果は,SAMがより生体膜に近いモデルとして有効であることを示唆するものである。すでに初年度において,油水界面でのシトクロームcの電子移動に関する研究成果を,学会発表3件および論文[Langmuir, 116, p. 585 (2012)]として発表している。二年目の当該年度においては,初年度に見出したSAM修飾電極に関する実験結果を,詳細な追試実験を行って再確認することができた。そして,当初の研究計画において予測したとおり,SAM膜/溶液界面の重要な役割りと,SAM膜の厚みが薄いことが生体膜と類似の電子移動反応の実現において重要であることを明らかにすることができた。これらの成果は,2013年5月18日・19日に開催される第73回分析化学討論会(北海道大学函館キャンパス)において学会発表(ポスター)を予定している。また,学術論文の執筆も進めている。以上のように,本研究計画は当初の目的をおおむね良く達成していると言える。当該年度においては,まず,油水界面でのCyt cの電子移動のボルタンメトリー測定によって,油水界面が生体膜モデルとして有用であることを明らかにし,論文として出版した。さらに,SAM修飾金電極を用いるボルタンメトリー測定の手法を確立し,SAM中に組み込んだUQの電子移動のボルタンメトリー波を観察することに成功している。そして,UQの還元と再酸化のピーク電位が正負に大きく分離し,支持電解質イオンの種類によってピーク電位幅が変化することを見出し,SAM/溶液界面が油水界面と同様の二相界面として機能することを示唆する結果を得ている。このように,交付申請書に記載した「研究の目的」に概ね沿った形で,油水界面と生体膜の類似性と相違点を明らかにすることができた。また,SAMが生体膜モデルとして有効であることも分かった。最終年度である次年度においては,SAM膜修飾電極に関する研究をさらに進展させる。まず,SAM膜/溶液界面の役割りについては,新たにクロノポテンショメトリー測定を行い,得られる電位ー時間曲線を,SAM膜/溶液界面でのイオン分配電位を考慮したデジタルシミュレーションにより理論的に解明する。
内視鏡下ロボット支援手術チームは骨盤解剖学の革新的な教育改善の救世主となるか？

医学教育で早急に求められる診療参加型臨床実習重視の国際基準に合致する教育の先駆けとして、基礎と臨床を両輪とする先取り教育をめざす。解剖学のカリキュラム上の実習時間減少に伴い、医学生が「男女差のある骨に囲まれた狭い複雑な立体構造の骨盤解剖学」を苦手とする傾向にある。そこで、全国に急速に普及している内視鏡下ロボット支援手術の「骨盤解剖学の正確な知識を全員が不可欠とする泌尿器科と婦人科の医療チーム」から、新しい骨盤解剖学の教育法の切り口を探索し革新的な教育改善を行う。臨床に役立つ誰もがわかる骨盤解剖学の教育法の開発は、外科医療の質向上にも貢献し、基礎と臨床との架け橋となることが期待できる。
マルチスケール解析による高強度鋼板のプレス成形における焼付き機構の解明

高強度鋼板のプレス成形における焼付き現象をマクロスケールから原子スケールまで階層的に解明し、ミクロスケールでの焼付き機構に基づいてマクロスケールでの焼付き条件の定式化を行う。車体軽量化を実現するための超高強度鋼板の使用量が増加の一途を辿っているが、超高強度鋼板の冷間プレス成形において、スプリングバックと焼付きの抑制が技術的な課題となっている。最近使われ出したホットスタンピング成形の最重要な課題は金型への鋼板めっき層の移着となっている。金型への焼付きを抑制するために、異なる材質の皮膜を金型表面に被覆する技術が一般的に使われているが、材質選択はトライ結果に頼っている。本研究では、ミクロスケールの解析結果に基づいて、被加工材の材質に適合する金型材質を抽出する。本年度は、高強度鋼板の冷間成形によく用いられる各種硬質皮膜を用いて摩擦試験を行い、ミクロスケールでの焼付き起点を電子線凹凸顕微鏡を用いて観測を行った。その結果、金型表面上の焼付きは、表面の微細凹凸に起点とするものと、表面の平滑部から発生するものの2種類が存在すること、表面凹凸から始まる焼付きの成長は比較的に緩やかに成長することが判明した。VC皮膜を用いた実験では、焼付きの成長はミクロスクラッチから始まり、ミクロ凝着に成長し、最終的にはアブレシブ摩耗に至る。さらに固体潤滑剤による薄膜潤滑の場合、焼付きを抑制するために、金型がある程度の表面粗さを持った方が有効であることが判明した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。高強度鋼板のプレス成形における焼付き現象をマクロスケールから原子スケールまで階層的に解明し、原子スケールでの焼付き機構に基づいてマクロスケールでの焼付き条件の定式化を行う。車体軽量化を実現するために超高強度鋼板の使用量が増加の一途を辿っている。超高強度鋼板の冷間プレス成形において、スプリングバックと焼付きの抑制が技術的な課題となっている。最近使われ出したホットスタンピングの最重要な課題は金型への鋼板めっき層の移着となっている。金型への焼付きを抑制するために、異なる材質の皮膜を金型表面に被覆する技術が一般的に使われているが、材質の選択はトライ結果に頼り切っており、材料科学的なアプローチからの解明が望まれている。本研究では原子スケールの解析結果に基づいて、被加工材の材質に適合する金型材質を抽出する。また、焼付きに大きな影響を与える界面温度の高精度計測を行い、マクロスケールでの焼付き発生条件の定式化を行う。平成28年度は、マクロスケールの解析環境の整備を行った。高強度鋼板の焼付き挙動に及ぼす金型被覆皮膜の影響を調べるため、せん断鍛造実験装置の設計を行った。また、側方引張形摩擦試験を行い、金型被覆皮膜の材質、潤滑剤の種類、潤滑油膜の厚さ、摩擦履歴が摩擦挙動に及ぼす影響を調べた。さらに次年度に予定している摩擦界面温度を正確に測定するための先行文献、計測技術の現状調査を行い、必要な実験装置の基本設計を実施した。ほぼ予定通りに進捗している。高強度鋼板の使用量は車体軽量化を実現するために増加の一途を辿っている。高強度鋼板の冷間プレス成形においてスプリングバックと焼付きの抑制が技術的な課題となっている。本研究では、高強度鋼板のプレス成形における焼付き現象をマクロスケールからミクロスケールまで階層的に解明し、ミクロスケールの焼付き機構に基づいてマクロスケールでの焼付き条件の定式化を試みる。本研究ではミクロスケールの解析結果に基づいて、被加工材の材質に適合する金型材質を抽出する。平成28年度はマクロスケールの解析環境の整備を行った。また、側方引張形摩擦試験を行い、金型被覆皮膜の材質、潤滑剤の種類等が摩擦挙動に及ぼす影響を調べた。平成29年度はせん断鍛造実験装置を試作し、フランジつき円筒状部品の成形法に関する実験検討を行った。また、側方引張形摩擦試験を行い、液体潤滑油を用いた加工条件下の摩擦法則の定式化を試みた。さらに、摩擦界面温度を計測する手法を検討した。せん断鍛造の実験装置がほぼ完成し、金型へのマクロスケールでの焼付きが観測できる状況にある。また、ミクロスケールの焼付きの成長過程を観測する環境の整備も出来上がっている。

金型への焼付きを抑制するために、異なる材質の皮膜を金型表面に被覆する技術が一般的に使われているが、材質選択はトライ結果に頼っている。本研究では、ミクロスケールの解析結果に基づいて、被加工材の材質に適合する金型材質を抽出する。本年度は、高強度鋼板の冷間成形によく用いられる各種硬質皮膜を用いて摩擦試験を行い、ミクロスケールでの焼付き起点を電子線凹凸顕微鏡を用いて観測を行った。その結果、金型表面上の焼付きは、表面の微細凹凸に起点とするものと、表面の平滑部から発生するものの2種類が存在すること、表面凹凸から始まる焼付きの成長は比較的に緩やかに成長することが判明した。VC皮膜を用いた実験では、焼付きの成長はミクロスクラッチから始まり、ミクロ凝着に成長し、最終的にはアブレシブ摩耗に至る。さらに固体潤滑剤による薄膜潤滑の場合、焼付きを抑制するために、金型がある程度の表面粗さを持った方が有効であることが判明した。当初予定の通りに熱伝達係数の計測装置を設計、製作し、計測実験を行う。マクロスケールでの焼付きの支配因子は特定できておらず、温度、すべり距離以外の因子の見極めに必要な実験検討を引き続き行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
レプトン・フレーバー混合の物理

平成9-10年度の本研究計画においては、(1)レプトン・セクターのCP非保存の問題、および(2)宇宙のダークマター・ニュートリノ仮説の実験的検証法に重点を置いて研究を行った。(1)長基線ニュートリノ振動実験によってこれを観測できる可能性の検討、とりわけ小林・益川位相による真の物理的効果と地中の物質効果による偽のCP非保存との構造的差異、この分離方法について詳しい分析を行った。このなかで数%の精度でCP非保存効果を測定するための方法として2つの検出器のイベント数の差をとる新しいアイデアを提案した。また、物質効果による汚染効果が無視できるチャネル、マイナー・チャネル(振動確率自身は小さい実験的には難しいチャネル)がどのパラメターの領域にも常に存在することを、暗黒物質程度のニュートリノ質量差の場合について断熱近似と物質効果摂動論に基づく系統的な取り扱いによって明らかにした。(2)宇宙のダークマター・ニュートリノ仮説の実験的検証法についていくつかの考察を行った。クォーク・レプトンの三世代の枠組みの中で太陽、大気ニュートリノの観測事実を拘束条件として課すと可能なニュートリノ質量のパターンは数電子ボルト程度の質量をもった縮退ニュートリノ解か、またはニュートリノ間の質量差が数電子ボルト程度の階層的ニュートリノ解の二つのタイプの解のみが許される。太陽、大気ニュートリノの観測事実を拘束条件としておくと、振動パラメターがCHOOZ実験の有感領域にある限り、第一の解、つまり縮退ニュートリノ解しか許されないことを示した。また、この第二の解については長基線ニュートリノ振動実験で(ミュー・ニュートリノ-->電子ニュートリノ)/(ミュー・ニュートリノ-->ミュー・ニュートリノ)比を観測することによって実験的に決着させることが可能であることを指摘した。このような縮退したニュートリノ質量パターンはニュートリノが(シーソー模型で予言されるように)マジョラナ粒子である場合には、はっきりした実験的予言を行うことができ、この効果を二重ベータ崩壊実験で数年以内に検出できる筈であることが示せる。シ-ソ-機構による3世代ニュートリノ・フレーバー混合の構造を行うことが平成9年度の主な課題であったが、今年度はこの中でも特にレプトン・セクターのCP非保存の問題に重点を置いて研究を行った。長基線ニュートリノ振動実験によってこれを観測できる可能性の検討、とりわけ小林・益川位相による真の物理的効果と地中の物質効果による偽のCP非保存との構造的差異、この分離方法について詳しい分析を行った。また、物質効果による汚染効果が無視できるチャネル、マイナ-・チャネル(振動確率自身は小さい実験的には難しいチャネル)がどのパラメターの領域にも常に存在することを、暗黒物質程度のニュートリノ質量差の場合について断熱近似と物質効果摂動論に基づく系統的な取り扱いによって明らかにした。これらの結果はすでに論文として発表されているか、または近日中に掲載予定である。レプトン・セクターのCP非保存の問題と密接に関連した問題として、宇宙におけるレプトン数生成を通じたバリオン数生成機構の問題がある。シ-ソ-機構のもとになっている重い右巻ニュートリノの崩壊が自然にレプトン数生成機構として働くためである。しかしこの機構が働くためにはレプトン・セクターにCP非保存が存在することが重要で、この構造の分析および実験的な検証法の研究を行なった。また、3世代ニュートリノ・フレーバー混合行列の構造がこのレプトン数生成機構にどのような制約を与えるかについて検討中である。宇宙のダークマター・ニュートリノ仮説の実験的検証法についていくつかの考察を行った。

クォーク・レプトンの三世代の枠組みの中で太陽、大気ニュートリノの観測事実を拘束条件として課すと可能なニュートリノ質量のパターンは、第一は三世代ニュートリノが数電子ボルト程度の質量をもち、ほぼ縮退している解(縮退ニュートリノ)、第二はニュートリノ間の質量差が数電子ボルト程度の解(階層的ニュートリノ)の二つのタイプの解のみが許される。この第二の解については長基線ニュートリノ振動実験で(ミュー・ニュートリノ-->電子ニュートリノ)/(ミュー・ニュートリノ-->ミュー・ニュートリノ)比を観測することによって実験的に決着させることが可能であることを指摘した。長基線ニュートリノ振動実験でダークマター・ニュートリノ仮説についての情報が得られることは通常期待されていないことなので、この理論的な指摘が実験解析の一つの指針として役立つことを願う。さらに、世界最初の長基線原子炉実験CHOOZ(仏)が反電子ニュートリノのフラックスの逓減を測定し、これを観測しなかったことによってニュートリノ振動パラメターに厳しい制限を導いた。この制限を課し、さらに太陽、大気ニュートリノの観測事実を拘束条件としておくと、振動パラメターが実験の有感領域にある限り、第一の解、つまり縮退ニュートリノ解しか許されないことを示した。このような縮退したニュートリノ質量パターンはニュートリノが(シーソー模型で予言されるように)マジョラナ粒子である場合には、はっきりした実験的予言を行うことができ、この効果を二重ベータ崩壊実験で数年以内に検出できる筈であることが示せる。
積雪期の山地斜面における温度環境の解析に関する研究

山岳地域での冬季積雪期間中の温度等の連続的測定は、その必要性にもかかわらず様々な理由で困難であった。このためこれらの温度環境の解析は、比較的観測の容易な夏季や冬季短期間調査からの推定によって行われていた。そこで、本研究は資料のほとんど無い積雪期の山地斜面地表付近の温度環境を、長野県小県郡真田町菅平にある、標高2207mを山頂とする根子岳での実地観測に基づいて解析することを目的に立案された。本年度は3年継続研究の第2年度目に当り、研究計画に基づいて以下のようなことを実施した。まず、根子岳の南西向き斜面上の6地点に前年度設置したデ-タ記録装置を回収した。記録装置からのデ-タ転送の結果、約7割が解析対象として有効であると判明した。これは厳しい測定条件と、初年度の測定とを考慮すると、ほぼ妥当なデ-タ獲得率であろう。次に、転送デ-タから解析用デ-タベ-スを作成した。解析の結果、明らかにされたことは以下のようである。地表面付近が凍結した後に積雪を迎える地点では、凍結状態が根雪開始後、かなり長期にわたって継続する。一方、不凍結で根雪となる地点では、地表付近でも厳冬期氷点下にならず、積雪によって温度低下が抑制される。このことは積雪時期が山岳地の地表面付近の温度環境を左右する大きな因子であることを意味している。一方、地温の日変化型から地表積雪の有無の判定が可能となり、標高に伴う融雪終了及び積雪開始時期が決定でき、山岳地での根雪期間が算定された。冬季積雪のある山岳地域での温度等の連続的測定は、その必要性にもかかわらず様々な理由で困難であった。そこで、本研究は資料のほとんど無い積雪期の山岳斜面地表付近の温度環境を、実測値に基づいて解析することを目的に立案された。本年度は3年継続研究の初年度に当り、研究計画に基づいて以下のようなことを実施した。調査対象とした山地は長野県小県郡真田町菅平にある、標高2207mを山頂とする根子岳の南西向き斜面である。この斜面上の5地点(22041327m)で3深度(5、10、30cm)の地温と地中熱フラックス(7cm深)を1時間間隔で連続測定するため、デ-タ記録装置をサ-ミスタおよび熱流板に接続して積雪期前に埋設した。これによって、地表付近の熱フラックスの方向とその大きさを解析する。また積雪の深さ測定用定点を斜面上に24ヵ所設定し、積雪期定期的に実測を行った。これは、融雪終了まで継続する。頻繁な積雪期の山岳登はんは困難なため、山頂付近まで定期運行しているヘリコプタ-を可能な限り利用した。積雪の深さは、地表付近の温度形成にとって非常に重要な因子であるため、その量的変化を捉えることは、温度環境解析にとって不可欠である。連続的な積雪の深さの安価な測定方法は、現在のところないため、目視による現地観測を続けている。この他、積雪密度、土壌水分、土壌密度等の調査も行った。地温および地中熱フラックスのデ-タの回収は、次年度以降に行い、解析はその後実施する。
核酸機能の効果的時空間解析のための励起子制御イメージング

励起子相互作用による蛍光消光を効果的に使用した新しい発想のオン-オフ蛍光核酸プローブ(近赤外)を設計・作成した。このプローブは、プローブだけのときには色素の二量化によってほとんど蛍光を示さないが、標的配列(DNA・RNA)とハイブリダイゼーションしたとき二量体構造が崩れ、強い蛍光発光を与えた。DNAやRNA配列の染め分け、つまりマルチカラー核酸解析は、同時多項目解析の原点としてどうしても確立したい技術であり、それが可能になれば、核酸計測に基づくさまざまな新しいサイエンスへ応用できる。われわれは、励起子制御機構にのっとった色素群を開拓し、それらを用いた新規核酸多色染め分け法へと展開した。これまで研究代表者が検討してきたプローブは、チアゾールオレンジ色素の励起子結合効果を利用していた。この構造をもとにして400700nmの発光波長領域を持つ色素群を設計・合成した。設計するチアゾールオレンジ誘導体として、キノリン環やベンゾチアゾール環の構成原子を変換させた色素群(ベンゾセレナゾールなど)、これらの複素環にハロゲン基やメチル基などの置換基を導入した色素群、メチン部位を伸長した色素群などを作製した。このように多様性の高い色素群の合成は、合成ルートが収束的でありまた短工程であるので、容易に達成された。困難な合成工程も合成経路の中に無く、比較的収率良く目的の色素が得られた。また、本研究課題では、細胞の耐性や容器の自家発光を考慮して、400nm以上の長波長側で励起できることが重要であり、その点でも本合成ルートを通じてさまざまな励起波長に対応できる色素を設計できた。本研究では、400700nmの発光波長領域を持つ色素群を十数種類開発し核酸に導入して、励起子制御プローブとして機能するか確認した。多色の励起子制御プローブが得られたので、それぞれ異なる配列に異なる波長の色素標識ヌクレオチドを導入することにより、標的配列ごとに各色で核酸を染め分ける方法へ展開した。本年度は、前年度に引き続き、励起子制御機構にのっとった色素群を開拓し、それらを用いた新規核酸多色染め分け法へと展開した。これまで検討されてきたプローブは、チアゾールオレンジ色素の励起子結合効果を利用している。設計するチアゾールオレンジ誘導体として、キノリン環やベンゾチアゾール環の共役系を拡大させた色素群、これらの複素環にハロゲン基やメチル基などの置換基を導入した色素群、メチン部位を伸長した色素群、DNAと連結するリンカーの長さをさまざまに変えた色素群などが得られた。今回得られた色素群は、合成ルートが収束的であり、また短工程であるので、有機合成を通じて容易に構築することが可能である。困難な合成工程も合成経路の中に無く比較的収率良く目的の色素が得られた。本研究では、400700nmの発光波長領域を持つ色素群を20種類程度開発し核酸に導入して、励起子制御プローブとして機能するか確認した。計画通り励起子制御機能が機能するものが多く、その中から特に良く機能するものを発光波長も含めて勘案しながら吟味・選択し、プローブ化した。プローブ合成の方法は、これまで研究代表者が行ってきた方法に準拠して進めた。多色の励起子制御プローブが完成したので、それぞれ異なる配列に異なる波長の色素標識ヌクレオチドを導入することにより、標的配列ごとに各色で核酸を染め分ける方法へと展開することができた。DNAやRNA配列の染め分け、つまりマルチカラー核酸解析は、核酸の同時多項目解析の原点としてどうしても確立したい技術であり、それが可能になれば、核酸計測に基づくさまざまな新しいサイエンスへ応用可能である。本年度は、励起子制御機構にのっとった色素群を開拓し、それらを用いた新規核酸多色染め分け法へと展開した。また、蛍光発光の光駆動系への展開も行った。設計するチアゾールオレンジ誘導体として、キノリン環やベンゾチアゾール環の共役系を拡大させた色素群やメチン部位を伸長した色素群などを合成した。これらを核酸に導入して、励起子制御プローブとして機能することを確認した。また、近赤外領域の機能する色素修飾ヌクレオチドも開発した。色素単体で、その集合体形成によって励起子結合効果が現れることは、前年度の研究によって、いくつかの種類で既に確認しているが、その中から特に良く機能するものを発光波長も含めて勘案しながら吟味・選択し、プローブ化することができた。多色の励起子制御プローブが完成したのでは、それぞれ異なる配列に異なる波長の色素標識ヌクレオチドを導入することにより、標的配列ごとに各色で核酸を染め分ける方法へと展開した。また、光照射によって初めて核酸認識機能を生じるプローブも作成した。
メタ解剖情報医用画像処理－Post BigData時代における新しい医用画像処理

本研究は医用画像機器における大変革を予測し、「メタ解剖情報医用画像処理学」と呼ばれる新たな学術分野の開拓を目指す。本研究課題の遂行の結果。(1)対象解剖構造の検討とそのデータベースフォーマット,(2)条件付き確率場に基づくメタ解剖構造認識手法、(3)ディープラーニングを用いたメタ解剖構造情報抽出、(4)臓器存在バウンディングボックス自動検出法、(5)メタ解剖構造データベースを利用したアトラスベース解剖構造自動認識手法、(6)解剖学的名称自動付与手法の実現、(7)臨床の場等における評価、などの研究トピックスにおいて研究成果を得た。平成26年度は、「メタ解剖情報医用画像処理学」分野の確立を目指し、以下の5つの研究項目を実施した。(1)対象解剖構造の検討:本研究期間において、どの解剖学的構造をメタ解剖情報として取り扱うか工学的・医学的見地から絞り込んだ。従来の研究成果で自動取得可能なメタ解剖情報だけでなく、新たな画像解析手法・既知のメタ解剖情報の組み合わせなどを利用した新たなメタ解剖情報についても考慮した。(2)メタ解剖情報記述法の決定:メタ解剖情報を計算機上に格納する際の記述法を決定した。メタ解剖構造情報を医用画像認識理解に利用することも踏まえ、画像認識理解での利用が容易なメタ解剖情報の記述法を検討した。(3)医用画像収集:メタ解剖情報データベースを構築する上で必要となる医用画像の収集を行った。(4)メタ解剖情報認識理解手法検討:メタ解剖情報データベースを利用したメタ解剖情報認識理解手法を検討した。大規模データを効率的に扱うために逐次学習に基づメタ解剖情報認識手法に関しても検討した。平成27年度は「大規模データベースに基づくメタ解剖情報循環型認識理解手法」の実現を目指し、以下の研究項目を実施した。(1)大規模メタ解剖情報データベース作成:臨床研究協力者により収集された医用画像群および本研究グループが持つ医用画像データベースに基づき、大規模メタ解剖情報データベースを作成した。肝臓、膵臓、腎臓、動脈、静脈などの領域に関するメタ情報、血管名などのメタ解剖情報の入力を行った。(2)大規模メタ解剖情報データベースを利用したメタ解剖情報認識理解手法実現:大規模メタ解剖情報データベースから、臓器位置・形状・名称、病変位置・医学的分類などのメタ解剖情報を認識理解する手法について検討した。未知画像に対してデータベースに格納されている画像とマッチングによりメタ解剖情報を自動的に割り当てる手法を検討した。(3)大規模メタ解剖情報データベースの不完全性考慮手法開発:大規模メタ解剖情報データベースでは、入力されている情報が完全とは限らず、一部の臓器に関する情報しか入力されていない場合がある。このような不完全なメタ解剖情報に対し、不完全情報を補う手法について検討した。クラウドソーシングなどによって不完全に入力されたメタ解剖情報からどの程度完全なメタ解剖情報が得られるかについて検討した。(4)メタ解剖情報循環更新手法の実現:日々追加される画像とメタ解剖情報を用い、データベース全体のメタ解剖情報を循環的に更新する手法について検討した。「大規模データベースに基づくメタ解剖情報循環型認識理解手法」の実現のための研究を実施した。多元メタ解剖情報データベースの作成を行い、これを用いてメタ解剖情報認識理解手法、データベースの不完全性考慮手法について検討を行った。また、メタ解剖情報循環更新手法についても検討を行った。平成27年度の研究計画として当初から予定していた事項を実施できていることから、当初の計画通りに研究が進展していると言える。平成28年度は「大規模データベースに基づくメタ解剖情報循環型認識理解手法」の実現を目指し、以下の研究項目を実施した。(1)ユーザ参加型メタ解剖情報更新法の開発:メタ解剖情報をユーザも追加更新できるような仕組みを検討する。追加学習可能な解剖構造認識手法などを導入し、メタ解剖構造認識に必要なデータを追加学習できる仕組みを検討した。条件付き確率場を利用したメタ解剖構造情報認識手法など、ユーザが後からデータを追加し、それを自動認識に利用できる仕組みついて検討した。(2)診断支援・治療支援におけるメタ解剖情報の利用:診断支援においては大規模メタ解剖情報データベースを用いたメタ解剖情報自動付与により、診断時に撮影した医用画像に対し自動的にメタ解剖情報を与える手法を検討した。解剖情報を利用して計算機による高精度病変自動検出、臓器及び病変情報表示を行うシステムの検討を行った。治療支援では、手術中の患者臓器情報の表示、病変への誘導などを、メタ解剖情報に基づき行う手法について検討し、手術前の画像診断、手術ナビゲーションにおいてメタ解剖構造情報を利用する仕組みについて検討を行った。手術前の画像診断、手術ナビゲーションでは、これまで半自動抽出による解剖構造認識結果を利用していたが、手入力を介さない自動抽出出手法がどの程度利用できるかを臨床医とともに検討した。(3)医学看護学教育支援手法の開発:メタ解剖情報を用い医学看護学教育利用可能な実際の人体構造に基づいた教育資料提示法について検討した。3Dプリンタの利用も行った。科学館などの教育の場所においても解剖構造情報の利用法について検討した。臨床利用を目指し、上記のシステムを臨床利用し、メタ解剖情報を用いた支援システムの有用性を合わせて評価した。(1)対象解剖構造の検討とそのデータベースフォーマット,(2)条件付き確率場に基づくメタ解剖構造認識手法、(3)ディープラーニングを用いたメタ解剖構造情報抽出、(4)臓器存在バウンディング

ボックス自動検出法、(5)メタ解剖構造データベースを利用したアトラスベース解剖構造自動認識手法、(6)解剖学的名称自動付与手法の実現、(7)臨床の場等における評価、などの研究トピックスにおいて研究成果を得た。「メタ解剖情報医用画像処理学」分野の確立のための研究項目を実施した。本研究期間において、どの解剖学的構造をメタ解剖情報として取り扱うか工学的・医学的見地から絞り込んだ。また、メタ解剖情報を計算機上に格納する際の記述法を決定した。メタ解剖情報データベースを構築する上で必要となる医用画像の収集を行い、このメタ解剖情報データベースを利用したメタ解剖情報認識理解手法に関して検討した。さらに、大規模なメタ解剖情報データベースを効率的に扱うための逐次学習に基づくメタ解剖情報認識手法に関しても検討した。上記のように当初の計画で実現予定であった事項を実現していることから、当初の計画どおりに研究が進展していると言える。本研究課題は当初の計画通りに進展しており、研究実施計画への変更はない。今後はメタ解剖情報利用手法の開発として、ユーザ参加型メタ解剖情報更新法の開発、診断支援・治療支援におけるメタ解剖情報の利用、医学看護学教育支援手法の開発を精力的に進める。画像処理本研究課題は当初の計画どおりに進展しており研究実施計画への変更はない。今後は、大規模データベースに基づくメタ解剖情報循環型認識理解手法実現に関して研究を進める。その中でも、大規模メタ解剖情報データベースの不完全性考慮手法開発、メタ解剖情報循環更新手法の実現を精力的に進める。「大規模データベースに基づくメタ解剖情報循環型認識理解手法」の開発に利用する計算機導入に効率化を図ったため。メタ解剖情報認識理解手法の開発に利用する計算機が当初の計画よりも安価に購入できたため。データベースへ蓄える画像データの増加に伴い、より高性能なストレージおよび高性能な計算機が必要となるため、これらを購入する。また、3Dプリンタを用いたモデル作成によるメタ解剖情報提示を行うための材料購入に使用する。H27年度以降では3Dプリンタを使用したモデル作成によるメタ解剖情報提示を計画しており、それに用いる材料購入に使用する。
RAG遺伝子発現制御に関与するシスエレメントの同定

1.ヒトRAG-2遺伝子の構造解析(1)ヒトRAG-2遺伝子については、これまでに翻訳領域を含むエクソンが同定されていたが、cDNAの構造は不明であった。そこでヒトB細胞株Nalm6よりRNAを抽出し、+263+282を第一プライマー、+9+28を第二プライマーとして5'RACEを行った。その結果、約120bpの第一エクソンと思われる領域を認めた。(2)第一エクソンと思われる領域をプローブとして、ヒトリンパ球ゲノムライブラリーをスクリーニングし、ヒトRAG-2遺伝子を単離した。(3)単離した遺伝子の塩基配列と、ヒトB細胞株Nalm6ゲノムのサザンマッピングの結果から、ヒトRAG-2遺伝子は2エクソン構造をとること、またヒトRAG-1遺伝子の3'下流にRAG-1遺伝子とは逆向きに存在することが明らかになった。2.ヒトRAG-2遺伝子プロモーター領域の解析(1)異なる長さのプロモーター領域を含む遺伝子を、ルシフェラーゼをレポーター遺伝子としてもつベクターに挿入した。(2)ヒトB細胞株Nalm6に上記のベクターを導入しルシフェラーゼ活性を測定したところ、-107bpまでの領域が転写に必須であることが確認された。3.今後の計画さらにヒトRAG-1ならびにヒト-2遺伝子の発現制御に関与する領域の同定を試みる。
確率微分方程式と確率力学系の研究

本研究では下記の三つの課題において成果を得た。1.有界領域上の確率力学系。ユ-クリッド空間上に定義された確率微分方程式の解は、その系数がLipschitz連続ならば、位相同型の確率力学系をなす事が知られている。本研究では有界領域の確率微分方程式の解であっても、その系数が境界の近傍で退化しておれば確率力学系をなすことを示した。また必要な退化の次数を明らかにした。2.確率微積分方程式の解の極限定理。確率微分方程式の解のなす確率力学系の極限定理についてはこれまで詳細な研究を行った。本年度はその研究を発展させて、確率微積分方程式の解の極限定理にも適用出来るように改良した。その結果離散時間の確率差分式の解の極限定理にも広く適用出来るようになった。とくに独立確率変数列のみでなくある種の混合条件をみたすマルコフ連鎖によって駆動される離散時間の確率力学系の極限定理に関し新しい結果を得た。また上記マルコフ連鎖から導かれるランダム測度の列についても極限のランダム測度を求めた。これを用いることによって極限の確率力学系がより明確に把握できることがわかった。3.正則拡散過程の爆発問題。複素空間上の領域に与えられた正則拡散過程が爆発するか否かの判定条件を得た。その判定条件を適用することにより、境界が滑らかな領域では、正則領域であることを正則拡散過程が確率1で爆発しないことが同等であることを示した。
末梢血を用いた統合失調症発症前診断法の確立

統合失調症を発症前に診断する方法を確立することを目的とした。「こころのリスク・統合失調症外来」を受診した患者のうち、発症危険状態と診断された7名について1年にわたり症状の経過観察を継続した。経過観察期間中7名のうち3名が統合失調症と診断された。これら7名の患者から初診時に採取した末梢血を用いて、マイクロアレイによる網羅的な遺伝子発現解析を行い、統合失調症に移行した群としなかった群で発現に差がある遺伝子を検索したが、genome-wide significanceを満たすP値を検出した遺伝子はなかった。本研究では、統合失調症の発症を予測するバイオマーカーは発見できなかったが、今後さらにサンプルを増やして検討する予定である。「こころのリスク・統合失調症外来」を受診した患者のうち、発症リスク状態の包括的評価尺度(Comprehensive assessment of at riskmental states ; CAARMS)において発症危険状態(At Risk Mental State ; ARMS)と診断された8名の患者を対象としてSCID、陽性・陰性症状評価尺度(PANSS)、病識評価尺度(SAI)、全般的機能評価尺度(GAF)、臨床的全般改善度(CGI)、精神障害者社会生活評価尺度(LASMI)を用いて詳細に臨床評価を行ったのち、これらの患者を外来で6か月から1年にわたり症状の経過観察を継続した。経過観察期間中8名のうち4名が統合失調症と診断され、4名はその他の疾患(広汎性発達障害、適応障害)と診断された。これら8名の患者からあらかじめ採取した血液サンプルからRNAを抽出し、Affymetrix社の3'IVT Arrayを用いて網羅的に遺伝子発現解析を行った。RNAの抽出の過程で、2検体で十分な濃度のRNAを抽出できなかったため、以後の解析には6例のサンプルから得られたデータを用いた。なお、この6例では3例が統合失調症と診断されている。本研究の結果からは、ARMS状態からその後の統合失調症への移行する群と移行しない群の両群を鑑別するためのバイオマーカーとなるような遺伝子発現の差は見い出せず、過去に統合失調症との関連が指摘されている領域にも、一致した所見は得られなかったが、今後さらにサンプルを増やして検討を続ける予定である。当初の予定では、平成23年度中に10例の患者を対象として詳細な臨床評価およびマイクロアレイ検査のためのRNA採取を行う予定であったが、現在までに6例の患者にしか評価できていないため、平成23年度中にはマイクロアレイ検査が施行できなかった。しかし、近日中には目標の患者数が達成できる見込みであり、研究計画全体に大きく影響を与えるものではないと考える。引き続き「心のリスク・統合失調症外来」においてARMS患者の診察を行い、CAARMSの評価基準を満たした患者4名について詳細な臨床評価、認知機能検査、脳画像・生理検査を施行する。10例に達した時点でマイクロアレイ検査を行うと同時に、初診から半年および一年が経過した時点で再度、詳細な臨床評価、認知機能検査、脳画像・生理検査により評価を行う。患者を統合失調症への移行群と非移行群に分類して、マイクロアレイ検査の結果との関連について検討し、さらに、臨床評価、認知機能検査、脳画像・生理検査とマイクロアレイ検査の相関についても検討を行い、発症危険状態から統合失調症へ移行する予測因子としてどの組み合わせが最も有用であるかについて検討する。これらから、前駆期から統合失調症への移行リスクを診断する方法を確立する。この研究の費用の大半は「SZ(統合失調症)DNAマイクロアレイ」検査費用であり、この検査は申請者の所属する岡山大学が協力して完成した検査法であるが、特許をSRLが保有しており、委託検査という形をとらざるを得ない。試薬やマイクロアレイの価格が高額であることから、1検体40万円と非常に高額の費用がかかる上に、10例を一度に検査する必要があるため、当初計画した平成23年度中の検査の施行ができず、平成24年に施行することに計画を変更した。このため、研究費の大半も平成24年度に使用することになったが、研究計画全体としては大きな変更はない。
ストレス関連遺伝子発現を指標とした精神疾患の縦断的研究

統合失調症、気分障害、不安障害などの精神疾患は、青年期以降に発症する精神疾患であり、その頻度は極めて高いうえに、社会的にも損失となることが多い。早期に診断し、治療する事がこれらの疾病においては重要である。しかしながら、精神疾患の診断においては、生物学的な指標がなく、病歴の聴取と現症把握に基づいて熟練した精神科医が専門的な知識に基づき判断しなくてはならない。今回の研究では、精神疾患の病態の把握や診断、治療および予後を測定できる方法として、簡便に行える血液を用いた解析を検討する事とした。まず、精神疾患のために徳島大学病院を初診した薬物治療を受けていない患者において、ICD-10に準拠して診断し、重症度を質問紙法で評価し、末梢血白血球から発現mRNAを取り出した。この発現遺伝子の差を精神疾患患者群と健常対照群で比較すると同時に、治療により改善した後にも採血し治療前後をも比較した。具体的にはそれぞれのmRNAを逆転写しDNAとした後に、RNAポリメラーゼにて蛍光ラベルしたRNAを合成し、cDNAを固定したDNAチップ(マイクロアレイ)を用いてその蛍光強度を比較する。このDNAチップはわれわれのグループが開発したものであり、ストレス時に変動しうる遺伝子群の一括定量を実現している。本研究において、統合失調症約20例、気分障害約40例、不安障害約30例からサンプルを得て、その半数以上からは治療後のサンプルも得ることができた。気分障害においては遺伝子発現実験およびクラスター解析を終了し、特徴的な発現パターンの反転が見られた。統合失調症と不安障害については、遺伝子発現実験を終了し、現在クラスター解析に着手している。末梢血白血球におけるmRNA発現解析が新たな生物学的指標として縦断的経過観察や治療反応予測にも有望であるという所見を得ている。統合失調症や気分障害などの精神疾患は、青年期以降に発症する精神疾患であり、その頻度は極めて高いうえに、社会的にも損失となることが多い。また、早期に診断し、治療する事がこれらの疾病においては重要とされている。しかしながら、これまで精神疾患の病態像の把握においては、生体内で知りうる指標がなく、病歴の聴取や現症を取る事、質問紙による病態像をつかむ事以外の方法では、診断する事ができず、熟練した精神科医が、専門的な知識に基づき診察することが必要である。今回の研究では、精神疾患の病態の把握や診断、治療及び予後を測定できる方法として、簡便に行える血液を用いた解析を検討する事とした。まず、精神疾患患者群および健常対照群で末梢血白血球の遺伝子発現を、DNAチップを用いて解析する事により、精神疾患の病態の把握が行えると考えた。精神疾患のために医学部附属病院を初診した薬物治療を受けていない患者において、その病態を質問紙法で確認し、末梢血白血球から発現mRNAを取り出す。この発現遺伝子の差を精神疾患患者群と健常対照群で比較する。また、治療により改善した後の末梢血白血球のmRNAと比較する。具体的にはそれぞれのmRNAを逆転写し蛍光ラベルしたDNAを合成し、ストレス関連遺伝子cDNAを固定したDNAチップ(マイクロアレイ)を用いてその蛍光強度、すなわち遺伝子発現量を比較する。これまでの検討で、心的なストレスにより末梢血白血球の遺伝子発現が変化する事は確認しており、今回、疾患別に比較する事で病態像を把握できる可能性があると考えている。統合失調症、気分障害、不安障害などの精神疾患は、青年期以降に発症する精神疾患であり、その頻度は極めて高いうえに、杜会的にも損失となることが多い。

しかしながら、精神疾患の診断においては、生物学的な指標がなく、病歴の聴取と現症把握に基づいて熟練した精神科医が専門的な知識に基づき判断しなくてはならない。今回の研究では、精神疾患の病態の把握や診断、治療および予後を測定できる方法として、簡便に行える血液を用いた解析を検討する事とした。まず、精神疾患のために徳島大学病院を初診した薬物治療を受けていない患者において、ICD-10に準拠して診断し、重症度を質問紙法で評価し、末梢血白血球から発現mRNAを取り出した。この発現遺伝子の差を精神疾患患者群と健常対照群で比較すると同時に、治療により改善した後にも採血し治療前後をも比較した。具体的にはそれぞれのmRNAを逆転写しDNAとした後に、RNAポリメラーゼにて蛍光ラベルしたRNAを合成し、cDNAを固定したDNAチップ(マイクロアレイ)を用いてその蛍光強度を比較する。このDNAチップはわれわれのグループが開発したものであり、ストレス時に変動しうる遺伝子群の一括定量を実現している。本研究において、統合失調症約20例、気分障害約40例、不安障害約30例からサンプルを得て、その半数以上からは治療後のサンプルも得ることができた。気分障害においては遺伝子発現実験およびクラスター解析を終了し、特徴的な発現パターンの反転が見られた。統合失調症と不安障害については、遺伝子発現実験を終了し、現在クラスター解析に着手している。末梢血白血球におけるmRNA発現解析が新たな生物学的指標として縦断的経過観察や治療反応予測にも有望であるという所見を得ている。