hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
哺乳類の母体における胎児認識のための免疫戦略

ウシと同じ反芻動物であるヒツジ子宮内におけるエクソソーム(細胞外に分泌されるタンパク質や核酸などを含む小胞)が妊娠着床期に機能しているか検討したところ、エクソソームはIFNTを含んでおり、子宮内膜に対してIFNT処置と同様の作用をしていることを明らかにした。さらに、着床期のウシエクソソームの役割を明らかにするため、子宮腔のエクソソームを単離し、タンパク質網羅的解析により調べたところ、多くのタンパク質を検出し、着床前後から単離したエクソソームで含有しているタンパク質の種類が異なることを明らかにした。さらにヒツジエクソソームと同様の効果だけではなく、子宮内膜に対して、着床前のエクソソームはアポトーシスを誘導し、着床後のエクソソームは抗細胞死を示した。こららのことから、時期特異的な子宮内エクソソームは適切な着床成立のために適した子宮内膜の構築に関与していることを明らかにした。ウシが保有する妊娠認識物質IFNTの新たな発現制御機構としてTEAD2、TEAD4、YAP1が制御していることを明らかにした。また、2つIFNTの発現調節機構の違いについても明らかにした。IFNTにより子宮内膜における免疫関連因子や抗原提示に関わる因子が全て上昇することから、着床前にIFNTが子宮内膜の免疫を制御していることを明らかにした。さらに、胚からIFNTを含むエクソソームが分泌されていることを明らかにし、そのエクソソームは時期により含んでいる因子が異なること、さらに、子宮内膜に作用して着床に適した環境を構築していることを明らかにした。今後は、計画通りIFNTに応答する免疫関連因子の機能精査を行っていく。また、着床期にエクソソームを使った新たなシグナル伝達機構がウシやヒツジで行われていることを明らかにしたため、エクソソームとの関連についても検討していく。今後、計画通りIFNTに応答する免疫機構を精査ていく。さらに、IFNTを含むウシ子宮内のエクソソームの網羅的タンパク質解析と子宮内膜への効果を継続して解析していく。また、このエクソソームとISG15との関連を明らかにし、妊娠免疫にどのように関与しているのか明らかにしていく。繁殖分子生物科学論文掲載料として残していたが、論文発行が年度をまたいでしまったため。RNAシーケンス解析などの大規模解析を予定していたが、年度末までにサンプルを用意できなかったため、その解析のための費用が残った。論文掲載料として使用予定。RNAシーケンス解析などの大規模解析に使用予定である。
環境標的治療法開発のためのＳｐ１依存性癌細胞新規低酸素応答メカニズムの解明

近年、低酸素環境等癌を取り巻く微細な環境の重要性が明らかにされ、これを標的とした治療法が開発されているが副作用の問題等克服すべき課題は多い。申請者らは、血液凝固第7因子遺伝子が低酸素環境下で活性化を受け、そのメカニズムこれまでに知られる一般的なメカニズムとは異なり、HIF2タンパク質がSp1タンパク質と作用することにより間接的に遺伝子を活性化する新しいメカニズムであることを見出した。本研究においてこの遺伝子活性化の詳細なメカニズム解明と同じメカニズムで活性化される遺伝子を探索し、その癌における役割を検討した。その結果、ICAM-1タンパク質が卵巣明細胞癌細胞の進展に寄与することを見出した。昨年度申請者は、cDNAマイクロアレイ解析によりFVII遺伝子類似のSp1依存性メカニズムで発現誘導を受ける遺伝子群を見出した。特にinter cellular adhesion molecule (ICAM1)をコードするICAM1遺伝子は、細胞を低酸素と低血清環境が共存する虚血性環境で培養すると高度に相乗的に転写活性化されることが分かった。昨年度、この相乗的遺伝子発現増強には低酸素誘導性転写因子HIF1aおよびHIF2a(HIFs)やmTORシグナリングが関与することを報告したが、本年度さらに転写因子NFkappaBの活性化が重要な役割を担うことを明らかにした。さらにcDNAマイクロアレイ解析により虚血性環境において相乗的に発現誘導される遺伝子群を探索し、ICAM1発現誘導に重要なメカニズムに関して知見を得た。ICAM1発現が癌細胞のどのような悪性形質発現に関与するか解析するために、shRNAを安定発現させ、ICAM1をノックダウンさせた卵巣癌細胞株を樹立した。これらの細胞を用いて細胞の生存能、侵潤能等についてin vitro実験により検討したところ、ICAM1は虚血性環境における卵巣癌細胞の生存、浸潤性を増強することが明らかとなった。一方、ICAM1の発現がほとんど検出されない正常酸素環境下ではこのような効果は観察されなかった。さらに、in vivoにおけるICAM1の発現、腫瘍増殖における効果を検討するために卵巣癌細胞をNOD-SCIDマウスに移植した。その結果、ICAM1は腫瘍内の低酸素領域において強度に発現し、腫瘍の増殖を著しく増強させることが明らかになった。これらの結果はICAM1が卵巣癌の進展に重要な役割を担うことを示唆している。現在本研究より得られた知見を基に虚血性環境における癌細胞の環境応答メカニズムのさらなる詳細な解明に取り組んでいる。我々はこれまでに卵巣明細胞癌細胞を用いたcDNAマイクロアレイ解析により虚血性環境下、ICAM1遺伝子が劇的に発現誘導を受けることを明らかにしている。この遺伝子はInter Cellular Adhesion Molecule-1 (ICAM-1)をコードしている。昨年度の研究によりICAM-1が虚血環境下アポトーシスを抑制し、卵巣癌細胞の生存を増強させることを明らかにした。また、ICAM-1 shRNAを恒常的に発現させた卵巣癌細胞を用いてゼノグラフト腫瘍増殖実験を行ない、ICAM-1が腫瘍内の強度低酸素領域において発現誘導を受けること、ゼノグラフト卵巣腫瘍の増殖がICAM-1のノックダウンにより著しく阻害されることを見出した。これらの結果は、腫瘍内においてin vitro実験類似の虚血環境が存在し、その際誘導されたICAM-1が腫瘍の進展に重要な役割を担うことを示唆している。今年度は、ICAM1発現誘導のメカニズムには転写因子Sp1,HIFsに加え、転写因子NFkappaBの活性化が重要な役割を担うことを見出した。さらに虚血性環境において相乗的発現誘導を受ける遺伝子をcDNAマイクロアレイ解析により探索、パスウェイ解析によりNFkappaBの活性化メカニズムについて検討したところ、自己産生性TNFalphaの関与が予測された。実際に虚血性環境においてTNFalphaは強度に発現誘導され、NFkappaBの活性化に関与することが明らかとなった。またmTORもNFkappaBの活性化に関与することを見出した。また、明細胞卵巣癌外科切除切片を用いた免疫染色によりICAM-1が虚血環境と考えられる癌組織のネクローシス領域付近において強度に発現している結果を得た。このことは、低酸素誘導性ICAM-1が卵巣明細胞癌の治療標的となる可能性を示している。申請者はこれまでに低酸素環境に暴露された癌細胞中において異所的fVII遺伝子発現が従来知られている低酸素誘導性転写因子HIF1alphaおよびHIF2alpha(HIFs)によるメカニズムとは異なり、HIF2alphaの転写因子Sp1との相互作用が関与するメカニズムにより誘導されることを明らかにした。具体的に低酸素環境下におけるfVII遺伝子発現誘導機構は、1)HIF2alphaが転写因子Sp1との相互作用を介して間接的に遺伝子プロモータに作用し、転写が活性化される。2)一般的な転写活性化メカニズムと異なり、ヒストンの脱アセチル化により活性化される。

3)低酸素に加え、細胞を低血清環境で培養すると遺伝子発現が相乗的に増強される。等の特徴を備えた新規メカニズムであることを見出した。また、最近申請者はcDNAマイクロアレイ解析により類似のSp1依存性メカニズムで発現誘導を受ける遺伝子群を見出した。これら遺伝子群から選択した複数の遺伝子についてリアルタイムPCR,ウエスタンブロットを行なったところ、1)これら遺伝子はfVIIと同様に細胞が低酸素に加え、低血清環境に同時に暴露されることにより、発現が相乗的に増加する性質があること。2)相乗的遺伝子発現には小胞体ストレスに由来するUPRシグナリングではなく、mTORシグナリングが重要な役割を担うこと。等を見出した。現在本研究より得られた知見を基に低酸素、低血清条件における癌細胞の環境応答メカニズム解明と、この機序を標的とした癌治療法開発を目指し研究に取り組んでいる。Sp1依存性発現誘導遺伝子のうち、がんの悪性形質発現に重要な役割を担う分子ICAM1を特定した。ICAM1遺伝子発現メカニズムに関してもその詳細を明らかにした。新たにcDNAマイクロアレイ解析を行い、細胞の虚血性環境適応メカニズムについて予想以上の知見を得た。また、研究はin vitroのがん悪性形質発現への効果解析のみならず、マウスxenograftモデル実験を用いたin vivo環境における解析へと発展し、腫瘍進展におけるSp1依存性発現誘導分子の重要性を見出すなど予想以上の成果を得たと考える。FVII遺伝子発現メカニズムに関して詳細を明らかにし、論文発表した。cDNAマイクロアレイ解析も順調に進み、類似のメカニズムにより発現誘導を受ける遺伝子群を特定した。また、ChIP解析やレポーター遺伝子解析により個々の遺伝子のメカニズムについても多くの知見を得た。また、これら遺伝子が低酸素に加え、低血清環境に暴露されると遺伝子発現が相乗的に増加することなど予想以上の成果を得たと考える。ICAM1の腫瘍進展における重要性が明らかになったので、今後臨床検体を用いた実験により臨床データ(予後、悪性度等)と本メカニズムにより発現調節を受ける遺伝子産物との関連も検討していきたい。この結果も踏まえ、これまでの成果をまとめて欧文誌に投稿する。また、本研究終了後、得られた成果をよく検討し、今後本研究をさらに発展させるための研究を立案し、スタートさせる。今後、特定した遺伝子の癌悪性形質獲得への影響をin vitroの実験により検討する。また臨床検体を用いた実験により臨床データと本メカニズムにより発現調節を受ける遺伝子産物との関連の検討も重要課題と考える。In vivo実験に必要な消耗品や免疫染色用試薬類の購入、学会出張費等に充てる。In vitro実験に必要な消耗品や免疫染色用試薬類の購入、研究成果発表のための費用(論文、旅費)等に充てる。
食事性葉酸の吸収率に関する基礎的研究

水溶性ビタミンである葉酸はヒトにとって必須の栄養素であるが、近年、葉酸の摂取量低下と種々の疾病との関連や胎児発育における重要性が報告され注目されている.本研究では、ラットを用いて葉酸化合物の吸収動態について基礎的検討を行った.また、葉酸の吸収に関与しているグルタミン酸カルボキシペプチダーゼに及ぼす食品の影響について検討し、緑茶が本酵素を阻害することを明らかにした.水溶性ビタミンである葉酸はヒトにとって必須の栄養素であるが、近年、葉酸の摂取量低下と種々の疾病との関連や胎児発育における重要性が報告され注目されている.本研究では、ラットを用いて葉酸化合物の吸収動態について基礎的検討を行った.また、葉酸の吸収に関与しているグルタミン酸カルボキシペプチダーゼに及ぼす食品の影響について検討し、緑茶が本酵素を阻害することを明らかにした.水溶性ビタミンの1つである葉酸は,生体内において核酸の合成やアミノ酸の代謝に関与しており,必須の栄養素である。食品に含まれる葉酸は,グルタミン酸が数個結合したポリグルタミル葉酸として存在しているものが多い。これは小腸刷子縁膜に存在するコンジュガーゼによってモノグルタミル葉酸に分解されて吸収される。また食品中の葉酸補酵素型の含有量に違いがある。本研究は,食事性葉酸のグルタミン酸側鎖数,葉酸補酵素型と吸収との関連について基礎的な検討を行うことを目的としている。ラットの小腸部位を結酸紮後、葉溶液を注入し一定時間後の残存葉酸量,血中濃度を測定した。その結果,モノグルタミル葉酸に比べ,グルタミン酸鎖が3個結合したトリグルタミル葉酸の残存葉酸量が多く,吸収が遅延していることが示された。一方,血中濃度に違いは見られなかった。現在,人工消化を施した食品サンプルを用いて葉酸含量,グルタミン酸側鎖数と吸収との関連について検討しており,人工消化過程における食品中の葉酸化合物の安定性が,食品間で異なることを示唆するデーターを得て検討している。食品に含まれる葉酸はグルタミン酸が数個結合したポリグルタミン酸型として存在しており、吸収されるには小腸刷子縁膜に存在するグルタミン酸カルボキシペプチダーゼ(GCPII)(葉酸コンジュガーゼ)によって、モノグルタミン酸型となる必要がある。葉酸の生体利用率に影響する要因には、消化過程における分解や小腸での取り込み過程における阻害が考えられる。また食品成分によるGCPIIの阻害も考えられ、この点に着目して実験を行った。GCPII活性は、グルタミン酸が3つ結合したプテロイルトリグルタミン酸(PG3)を用い、豚小腸刷子縁膜小胞添加後の減少したPG3量をHPLC法で測定した。食品はホモジナイズ後、沸騰水中で抽出した溶液を用いた。抽出したレタス、キャベツを酵素反応系に添加しても、GCPII活性に影響を及ぼさなかった。一方、オレンジジュース、トマト、緑茶では活性阻害が見られ、特に緑茶による阻害が大きく、濃度依存的であった。本酵素は亜鉛依存性酵素であるが、反応系に通常の10倍量の亜鉛を添加しても、阻害の回復は見られなかった。本研究において、緑茶がGCPII活性を最も阻害することが示された。日本において緑茶は、葉酸の含有量と飲用量から、葉酸の摂取基準を満たすのに寄与している食品と考えられている。しかし、GCPII活性を阻害することにより、生体利用率に影響している可能性が考えられた。
高温超電導ケーブルへの適用を目指した絶縁紙-氷複合絶縁システムの確立

本研究では、絶縁紙-氷複合絶縁系の電気絶縁特性を解明し、高温超電導ケーブルにおける新しい極低温電気絶縁構成の開発を促進することを目的とした.主な結果は下記の通りである.(1)絶縁紙-氷複合絶縁系の極低温領域における静電容量特性と交流絶縁破壊特性を評価した.KP-氷複合絶縁系は、液体窒素に浸漬したKP絶縁系よりも、低容量化し、高い絶縁破壊の強さを有することがわかった.このことから、紙-氷複合絶縁系を適用することにより、低容量かつ高耐圧又はコンパクトな超電導ケーブルが実現できる可能性が示された.(2)極低温領域における多層絶縁紙(PPLP)自身の絶縁破壊の強さは、絶縁紙単体より高いことがわかった.さらに、正極性の絶縁破壊の強さは、負極性よりも高いことがわかった.これは、負極性課電時においては、負電荷が絶縁紙内に蓄積する又はPP内に電荷が侵入しないことより、実効厚さを薄くすることで絶縁破壊の強さが低下したと考えられる.本研究では、絶縁紙-氷複合絶縁系の電気絶縁特性を解明し、高温超電導ケーブルにおける新しい極低温電気絶縁構成の開発を促進することを目的とした.主な結果は下記の通りである.(1)絶縁紙-氷複合絶縁系の極低温領域における静電容量特性と交流絶縁破壊特性を評価した.KP-氷複合絶縁系は、液体窒素に浸漬したKP絶縁系よりも、低容量化し、高い絶縁破壊の強さを有することがわかった.このことから、紙-氷複合絶縁系を適用することにより、低容量かつ高耐圧又はコンパクトな超電導ケーブルが実現できる可能性が示された.(2)極低温領域における多層絶縁紙(PPLP)自身の絶縁破壊の強さは、絶縁紙単体より高いことがわかった.さらに、正極性の絶縁破壊の強さは、負極性よりも高いことがわかった.これは、負極性課電時においては、負電荷が絶縁紙内に蓄積する又はPP内に電荷が侵入しないことより、実効厚さを薄くすることで絶縁破壊の強さが低下したと考えられる.現在開発が進められている高温超電導ケーブルの課題の一つに電気絶縁がある.電気絶縁方式としては,従来技術の延長である絶縁紙-液体窒素複合絶縁系が用いられているが,気泡の発生により電気絶縁性能および長期信頼性の低下が懸念される.そこで,申請者らは極低温領域において優れた絶縁性能をもつ固体絶縁方式に着目し,室温では絶縁の天敵である水が低温では絶縁物である氷になることを利用して,電気的弱点である液体窒素を様々な利点を持つ氷に置き換えた絶縁紙-氷複合絶縁系を開発した.本研究では,この絶縁紙-氷複合絶縁系の電気絶縁特性を解明し,高温超電導ケーブルにおける新しい極低温電気絶縁構成の開発を促進することを目的とした.極低温領域における多層絶縁紙(PPLP)自身の直流絶縁破壊特性は,絶縁紙単体より高い絶縁破壊特性を有していることがわかった.これは,絶縁紙内の微小空隙で発生するストリーマ放電が,セルロース層構造により分散されるためと考えられる.さらに,多層絶縁紙における直流正極性の絶縁破壊特性は,直流負極性の絶縁破壊特性よりも高いことがわかった.これには以下に示すように極性における絶縁破壊機構の違いが寄与していると考えられた.負極性課電時においては,負電荷が絶縁紙内に蓄積し,実効厚さを薄くすることで絶縁破壊特性が低下したと考えられるが,正極性課電時には,正極性ストリーマ放電が負極性ストリーマ放電よりも進展しやすいと考えれば,電荷の蓄積が起こる前にストリーマ放電が進展し,セルロース層構造によるストリーマ放電分散効果が効果的に働き,絶縁破壊特性を向上したと思われた.現在開発が進められている高温超電導ケーブルの課題の一つに電気絶縁がある.電気絶縁方式としては,従来技術の延長である絶縁紙-液体窒素複合絶縁系が用いられているが,気泡の発生により電気絶縁性能および長期信頼性の低下が懸念される.そこで,申請者らは極低温領域において優れた絶縁性能をもつ固体絶縁方式に着目し,室温では絶縁の天敵である水が低温では絶縁物である氷になることを利用して,電気的弱点である液体窒素を様々な利点を持つ氷に置き換えた絶縁紙-氷複合絶縁系を開発した.本研究では,この絶縁紙-氷複合絶縁系の電気絶縁特性を解明し,高温超電導ケーブルにおける新しい極低温電気絶縁構成の開発を促進することを目的とした.絶縁紙一氷複合絶縁系の極低温領域における静電容量特性および誘電損特性を評価した.その結果,クラフト紙(KP)-氷複合絶縁系は,KP単体よりも低静電容量化することがわかった.またポロプロピレン(PP)フィルム-氷複合絶縁系はPP単体と同等の静電容量であることがわかった.これらのことから,KP内部に氷が充填されていることが確認されるとともに,KP-氷複合絶縁系は,低静電容量性な絶縁系になることが示された.また,PP内部はKPと異なり,緻密な材料構造であるため,LN2の侵入や氷の生成も起こらないため,静電容量に違いが現れなかったと考えられる.同様の方法で作製したKP-氷複合絶縁系の交流破壊電圧は従来めKP-液体窒素複合絶縁系よりも高い絶縁破壊の強さを有することが確かめられたため、KP-氷複合絶縁系は低静電容量性かつ高耐圧な絶縁系であることが確かめられた。
星間分子雲の内部構造と形成過程を探る新しい観測手段の開拓

本研究は、中性炭素原子輝線,一酸化炭素分子の回転遷移およびOH分子の18 cm線を総合的に解釈することで、分子雲形成の新しい観測手法を開拓する。特に、OH 18 cm線は分子雲の物理状況を反映し、異なる強度異常を示すことが知られている。これまでの私の研究で、OH 18 cm線(1612, 1665, 1667, 1720 MHz)の1612 MHz線の吸収線は、温かい(>40 K)希薄なガスをトレースすることを示した。本研究では、いくつかの分子雲におけるOH 18 cm線の高感度観測結果を独自の数値計算によって解析し、新たに(1)1720 MHzの吸収線, (2)1665, 1667 MHzの吸収線の起源の解明に取り組んだ。まず、おうし座の分子雲にある直線構造では、1720 MHz線が宇宙背景放射に対する吸収線として検出された。計算の結果、吸収線は星間塵の遠赤外線放射が主な原因であることがわかった。さらに、吸収線は柱密度が高く、温度が低い(< 30 K)領域を反映していることがわかった。これは、分子雲コアが形成されるような高密度低温領域と、周囲の温かい希薄なガスの中間の領域だと考えられる。また、Pipe Nebulaに対してOHの観測を行った。この天体は2つの直線構造を持ち、これらが衝突していると考えられている。観測の結果、直線同士が交わる領域において、1665, 1667 MHzの吸収線が検出された。計算の結果、この吸収線は温度が高い(> 80 K)場合に現れ得ることがわかった。これは、衝突による加熱を反映している可能性がある。以上のように、OH 18 cm線は温度に応じて異なる強度異常を示すことがわかった。この温度計としての性質に着目することで、OH 18 cm線はFASTやSKAなど、次世代の電波望遠鏡・干渉計を用いた新しい分子雲形成の研究手法になると期待される。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、ヒドロキシラジカル(OH)の18 cm線の4本の超微細構造遷移線(1612, 1665, 1667, 1720 MHz)の強度異常に着目し、これを星間分子雲の形成過程を調べる新しい手法として確立することである。また、これまで分子雲の構造形成の研究に主に用いられてきた一酸化炭素分子(CO)およびその同位体種(13CO, C18O)や中性炭素原子のスペクトル線([C I])のデータと、OH 18 cm線の観測結果を比較することで、分子雲形成の理解に新しい角度から切り込んでいくことを目指している。これまでの私の研究で、おうし座の分子雲HCL2領域で1720 MHz線が宇宙背景放射に対する吸収線として検出されていた。この起源を調べるために、星間塵の遠赤外線放射を考慮した独自の統計平衡計算を行った。計算の結果、吸収線を再現するためには温かい(>30 K)ガスに囲まれた比較的高密度で冷たい(<30 K)構造が必要であることがわかった。また、吸収線の起源をより詳細に調べるため、アメリカ国立電波天文台の大型電波干渉計JVLAを用いてOH 18 cm線の観測を行い、これを13CO, C18Oの観測結果と比較した。観測の結果、吸収線は空間的に広がった温かいガスと冷たい分子雲コアの中間の構造を反映しており、上記の条件と矛盾しないことがわかった。以上のように、OH 18 cm線は、単一鏡および干渉計の観測を組み合わせ、COおよび[C I]の観測と比較することで、拡がった分子雲ガスから分子雲コアにわたって、分子雲形成を調べる新しい手法となりうることがわかってきた。さらに、この手法を暗黒星雲Pipe nebulaに展開し、この天体における直線構造の衝突の有無を調べた。単一鏡によるOHの観測の結果、100 Kを超える高温の成分が広い線幅で検出され、衝突を支持する結果が得られた。上記の1720 MHz線の吸収線について、星間塵の遠赤外線放射の効果を考慮した統計平衡計算を様々なパラメータのもとで実施し、吸収線が現れる条件を精査した。また、この計算を観測スペクトルに適用することで、それぞれの天体の温度や柱密度を決定することができた。以上の結果を論文として投稿する段階にある。吸収線の起源をより詳細に調べるため、アメリカ国立電波天文台の大型電波干渉計JVLAを用いてOH 18 cm線の観測を行い、13CO、C18Oの観測結果と比較した。観測の結果、1720 MHz線の吸収線が非常に弱く検出された。一方、赤方偏移した速度に強い輝線が検出された。この速度はC18Oのピーク速度と一致し、OH 18 cm線の4本の超微細構造遷移線の強度比は局所熱力学平衡で予想される比に一致していた。以上の結果は、この速度成分が高密度の冷たい分子雲コアをトレースしていることを示す。一方、1720 MHz線の吸収線が非常に弱いことから、吸収線は分子雲コアよりも空間的に広がった構造、即ち、周囲の温かいガスと冷たい分子雲コアの中間をトレースしている可能性がある。

このように、干渉計によって単一鏡では捉えられなかった分子雲コアが分解され、1720 MHz線の吸収線の理解が大きく進んだ。さらに、暗黒星雲Pipe nebulaにおいてOH 18 cm線の観測を行った。この天体は垂直に交わる2つの直線構造の衝突が示唆されており、直線同士が重なる領域で1665、1667 MHz線の線幅の広い吸収線が検出された。統計平衡計算の結果、これらの吸収線は100 K以上の高温が必要であり、衝突によって暖められたガスを反映している可能性がある。本観測により、1665、1667 MHz線の吸収線が高温下で現れることが観測によって実際に確認されるとともに、Pipe nebulaにおける衝突を支持する結果が得られた。本研究は、中性炭素原子輝線,一酸化炭素分子の回転遷移およびOH分子の18 cm線を総合的に解釈することで、分子雲形成の新しい観測手法を開拓する。特に、OH 18 cm線は分子雲の物理状況を反映し、異なる強度異常を示すことが知られている。これまでの私の研究で、OH 18 cm線(1612, 1665, 1667, 1720 MHz)の1612 MHz線の吸収線は、温かい(>40 K)希薄なガスをトレースすることを示した。本研究では、いくつかの分子雲におけるOH 18 cm線の高感度観測結果を独自の数値計算によって解析し、新たに(1)1720 MHzの吸収線, (2)1665, 1667 MHzの吸収線の起源の解明に取り組んだ。まず、おうし座の分子雲にある直線構造では、1720 MHz線が宇宙背景放射に対する吸収線として検出された。計算の結果、吸収線は星間塵の遠赤外線放射が主な原因であることがわかった。さらに、吸収線は柱密度が高く、温度が低い(< 30 K)領域を反映していることがわかった。これは、分子雲コアが形成されるような高密度低温領域と、周囲の温かい希薄なガスの中間の領域だと考えられる。また、Pipe Nebulaに対してOHの観測を行った。この天体は2つの直線構造を持ち、これらが衝突していると考えられている。観測の結果、直線同士が交わる領域において、1665, 1667 MHzの吸収線が検出された。計算の結果、この吸収線は温度が高い(> 80 K)場合に現れ得ることがわかった。これは、衝突による加熱を反映している可能性がある。以上のように、OH 18 cm線は温度に応じて異なる強度異常を示すことがわかった。この温度計としての性質に着目することで、OH 18 cm線はFASTやSKAなど、次世代の電波望遠鏡・干渉計を用いた新しい分子雲形成の研究手法になると期待される。現在までの進捗状況で述べたように、暗黒星雲Pipe nebulaにおいて1665、1667 MHz線の吸収線が検出された。この吸収線は100 K程度の高温のガスをトレースし、Pipe nebulaにおける直線構造の衝突を支持している。今後はこの衝突の理解を進めるため、JVLAによるOH 18 cm線の観測を行う。Pipe nebulaの温度構造を調べ、これをCOの観測結果と比較する。特に、2つの直線構造の各速度成分について、温度分布とCOおよびOHの強度分布の関係を調べる。直線構造の交点付近で2つの速度成分が重なり、同時に温度が高くなることがわかれば、衝突の存在がより強く支持される。また、1665、1667 MHz線の吸収線は100 K以上の高温のガスをトレースするため、衝突が起きた高密度領域の周囲の希薄なガスを反映していると考えられる。
歯周炎罹患局所における免疫・生体防御ネットワーク機構の解明

歯周疾患は宿主菌相互作用に不均衡がもたらされた結果として起こる病気だが、その発症・進行機序は未だ明らかではない。そのため、研究者らは、歯周炎罹患局所における免疫・生体防御ネットワーク機構の解明の一助とすべく、以下の研究を行った。まず、歯周疾患において重要な役割を果たしているとされているTh細胞の浸潤経路を明らかにするため、歯肉溝滲出液中リンパ球を3重染色を用いたレーザーフローサイトメトリーで解析するとともに同一患者の同一部位由来の歯肉の免疫組織化学染色の結果と対比した。その結果、滲出液中Th細胞はICAM-1陽性ポケット上皮、特にポケット底部由来のものによって構成されていることが判明した。免疫・生体防御機構において多形核白血球は防御反応の第一線を司る重要な集団であることから、歯周炎罹患者より採取したGCF中の好中球機能の活性酸素産生能を調べた。成人性歯周炎における主要病原細菌であるP.gingivalis検出部位由来の好中球では、活性酸素産生能が著しく低下しており、P.gingivalisが好中球の殺菌能に大きな支障をもたらしていることが判明した。他方、歯周病原菌由来蛋白で刺激した末梢血由来の分離好中球における低親和性igG Fc受容体mRNAの発現を検索した結果、CD16,CD32が蛋白レベルで低下しているにも関わらず、mRNAは歯周病原菌由来蛋の濃度によってその発現が著しく変化することが明らかになった。さらに、歯周炎罹患部位由来のGCFに高比率の活性化好酸球及び高濃度のIgEとsCD23が含まれることを立証し、歯肉炎に罹患した患者のGCFと対比したところ、分泌型ECP陽性活性化好酸球、高濃度のIgEとsCD23を含む歯周炎患者のGCFは特異的であると考えられることが明らかにされた。現在においては、歯周炎罹患者由来歯肉を用い、In situ hybridization及びRNAsc Protection assayにてIL-1,IL-4,IL-5,IL-6のmRNAの検索を行っている。中間結果の多変量解析の結果、Th2細胞関連サイトカインと炎症性サイトカインの産生状況と病状との関わりが示唆されているが、現段階では更なる確認が必要であると思われ、目下追加実験中である。1)研究プロジェクトの一つとして、歯周病原菌由来可溶性物質で刺激した末梢血由来の分離好中球における低親和性IgG Fc受容体mRNAの発現を検索する。現在、遺伝子解析システムによるCD16,CD32TC,CD32PC,CD64mRNAに対するPCRプライマを設計・作成を終了し、特異性を検証している。本教室では、in vitro,in vivo共に、歯周病原菌の影響下におかれた好中球ではCD16,CD32の低下が起こることを立証したが、研究の現段階では、CD16が蛋白レベルで低下している反面、mRNAは強く発現している。この蛋白レベルとmRNAレベルの差異を精査中である。2)第2番目のプロジェクトとして、歯周炎罹患者より採取した歯肉組織切片を用い、In situ hybridization及びRNAse Protection assayにてIL-1,IL-4,IL-5,IL-6のmRNAの検索を行っている。

複数症例からTh2と思われる細胞集団にIL-4 mRNA発現が検出された。しかし、IL-4 mRNA発現は必ずしも臨床的パラメーターと同調しているとは限らず、組織学的にはむしろ浸潤細胞の密度と分布に関連していることが示唆されている。今後はその動態について、病状との関わりを検索していく。3)第3番目のプロジェクトとして、歯肉のクリオスタット切片の免疫組織化学染色を行い、サイトカイン産生細胞、特にTh0,Th1,Th2の分布を観察した。上述のIL-4 mRNA発現細胞と同様に、臨床的パラメーターとの同調は見らなかった。今後は機能的サブセットごとに見た浸潤T細胞集団の属性と病体との関連を検索していく。さらに、炎症歯肉中T細胞について、TCRレパートリーを調べている。また、同一患者から採取した歯肉組織と歯肉溝滲出液(GCF)を用い、レーザーフローサイトメトリーにて細胞接着因子の発現を検索中である。4)次に、歯周炎罹患者より採取したGCF中の好中球機能の一環として、活性酸素産生能を調べた。成人性歯周炎における、主要病原細菌であるPgingivalis検出部位由来の好中球では、活性酸素産生能が著しく低下しており、P.gingivalisが好中球の殺菌能に大きな支障をもたらしていることが示唆された。5)最後に、本教室では歯周炎罹患部位由来のGCFに高比率で活性化好酸球、高濃度のIgEとsCD23が含まれることを立証した。今回、歯肉の炎症を伴う疾患で、付着の喪失・歯槽骨の吸収が起こらない歯肉炎に罹患した患者のGCFを検索したところ、好酸球は殆ど含まれておらず、sCD23はELISAの検出感度以下、IgEも歯周炎罹患者のGCF中に比べて1/10以下であった。このことにより、分泌型ECP陽性活性化好酸球、高濃度のIgEとsCD23を含む歯周炎患者のGCFは特異的であることが示唆された。以上、1)5)の総合的検索が歯周炎における免疫ネットワークの解明の一助になればと考えている。歯周疾患は宿主菌相互作用に不均衡がもたらされた結果として起こる病気だが、その発症・進行機序は未だ明らかではない。そのため、研究者らは、歯周炎罹患局所における免疫・生体防御ネットワーク機構の解明の一助とすべく、以下の研究を行った。まず、歯周疾患において重要な役割を果たしているとされているTh細胞の浸潤経路を明らかにするため、歯肉溝滲出液中リンパ球を3重染色を用いたレーザーフローサイトメトリーで解析するとともに同一患者の同一部位由来の歯肉の免疫組織化学染色の結果と対比した。その結果、滲出液中Th細胞はICAM-1陽性ポケット上皮、特にポケット底部由来のものによって構成されていることが判明した。免疫・生体防御機構において多形核白血球は防御反応の第一線を司る重要な集団であることから、歯周炎罹患者より採取したGCF中の好中球機能の活性酸素産生能を調べた。成人性歯周炎における主要病原細菌であるP.gingivalis検出部位由来の好中球では、活性酸素産生能が著しく低下しており、P.gingivalisが好中球の殺菌能に大きな支障をもたらしていることが判明した。
ドイツ語の副文語順における規範の変遷-コンピュータによる基礎的研究

[高田の研究成果]17世紀の各方言地域から約3200例の用例を収集し分析した結果,次のことが明らかになった.副文での枠構造(定動詞後置)という統語規則はbehandelt werden muBやbehandeln lassen magのような3項からなる述語の場合も時間の経過とともに中部ドイツ語圏と低地ドイツ語圏へも着実に進行し,その結果17世紀の末には上部ドイツという空間的制約から原則的に解き放たれるに至った.しかし,だからといってどの方言地域の著者も17世紀末に同時にこの言語的改新を採用したわけではないことは,個人による差異の大きいことが示している.Grimmelshausenの『阿呆物語』(1668/69年)の改訂者は定動詞語順を変更したが,これは当時の平均的な語感に基づいての改訂と判断される.多項述語の副文語順の変遷は,言語変化において時間と空間と個人の選択という3つの要因が絡み合っていることを例証している.[大矢の研究成果]Grimmelshausenの『阿呆物語』をデータとして,現代ドイツ語における副詞節の位置を統御している原理が17世紀にも当てはまるかを検討した結果,次のことが明らかになった.1)一般に中高ドイツ語から新高ドイツ語にかけて,接続詞の意味が明確化したと言われるが,時間を表すals,理由を表す(die)weil,条件を表すwann/wennはその意味も生起位置もおおむね現代語と同様である.(die)weilは他の初期新高ドイツ語期のテクストでは時間の意味も表すが,『阿呆物語』では理由の意味で用いられることが多く,意味の明確化が進行していることが確認される.2)daは理由でなく場所,damitは目的でなく手段(=mit dem)の意味で用いられることも多く,da-がなお直示的・照応的な性格を保持していることが確認される.[高田の研究成果]17世紀の各方言地域から約3200例の用例を収集し分析した結果,次のことが明らかになった.副文での枠構造(定動詞後置)という統語規則はbehandelt werden muBやbehandeln lassen magのような3項からなる述語の場合も時間の経過とともに中部ドイツ語圏と低地ドイツ語圏へも着実に進行し,その結果17世紀の末には上部ドイツという空間的制約から原則的に解き放たれるに至った.しかし,だからといってどの方言地域の著者も17世紀末に同時にこの言語的改新を採用したわけではないことは,個人による差異の大きいことが示している.Grimmelshausenの『阿呆物語』(1668/69年)の改訂者は定動詞語順を変更したが,これは当時の平均的な語感に基づいての改訂と判断される.多項述語の副文語順の変遷は,言語変化において時間と空間と個人の選択という3つの要因が絡み合っていることを例証している.[大矢の研究成果]Grimmelshausenの『阿呆物語』をデータとして,現代ドイツ語における副詞節の位置を統御している原理が17世紀にも当てはまるかを検討した結果,次のことが明らかになった.1)一般に中高ドイツ語から新高ドイツ語にかけて,接続詞の意味が明確化したと言われるが,時間を表すals,理由を表す(die)weil,条件を表すwann/wennはその意味も生起位置もおおむね現代語と同様である.(die)weilは他の初期新高ドイツ語期のテクストでは時間の意味も表すが,『阿呆物語』では理由の意味で用いられることが多く,意味の明確化が進行していることが確認される.2)daは理由でなく場所,damitは目的でなく手段(=mit dem)の意味で用いられることも多く,da-がなお直示的・照応的な性格を保持していることが確認される.
エンドソームにおけるウイルスのプロセシング

受容体を仲介するエンドサイトーシスにおいて、エンドソーム内での酸性条件下でのプロセシングが重要である。我々はインフルエンザウイルスの細胞内侵入において、エンドソームの酸性条件下での膜融合が、そのゲノムを細胞質に移すのに必須であることを明らかにしてきた。本研究では、エンベロープをもたないウイルスとしてアデノウイルスを取り上げ、細胞内侵入の機構をエンベロープをもつウイルスのそれと比較研究した。1.アデノウイルスによって引き起こされる高分子のエンドソームから細胞質への放出の増加FITCで蛍光標識したデキストランをアデノウイルスと共存させると、KB培養細胞に取り込まれたデキストランは、ウイルスなしの時に較べて23倍に増加し、蛍光顕微鏡で調べるとデキストランは細胞質中に放出されていた。ウイルス感染後20分経ってからではこのような効果は著るしく減少していた。また酸性小胞のpHを上げるアンモニア等の弱塩基化合物を加えるとウイルスの効果は抑制された。2.ウイルス核酸の標的細胞内の輸送【^(32)P】で標識したアデノウイルスを用い、KB細胞の核分画への輸送を測定した。アンモニア等の弱塩基は、この輸送を部分的に阻害しウイルスに特異的なたん白質の合成も阻害した。以上のことから、エンベロープを持たないアデノウイルスでも酸性化したエンドソーム内でプロセシングがおこり、細胞質内への侵入がおこること、またその時に、一緒に取り込まれたデキストラン等の高分子も細胞質中へ放出されることが示された。またこのプロセシングがインフルエンザウイルスの時に比して弱い酸性条件下でもおこるので、アンモニア等の弱塩基の効果が弱いのであろう。
ハイペロン-陽子散乱実験のための超高速イメージ撮像管システムの完成

原子核・素粒子反応実験において、毎秒10^7までの画像事象を選別し処理可能な『超高速イメージ撮像管』の開発を行った。蛍光体の残光に頼らず、撮像管内部の電子の移動を制御する事により、画像保持すなわち"イメージ遅延機能"を有する。試験機は完成し、基本性能試験を行った。本研究により『超高速イメージ撮像管システム』を実現する。これにより、J-PARCなどで得られる大強度二次ビームの環境下で、標的とその近傍でおこるハイペロンの特徴的な軌跡を確実に認識できるようにし、ハイペロン-陽子散乱実験を始めとするストレンジネスが関わる核物理実験の統計精度の向上、及び、測定限界の開拓などを可能なものとする。超高速イメージ撮像管の試験機について、光電面、蛍光面、電極材料の選定や電極間距離等の主要パラメーターや細部寸法の設定検討を平行して進めながら、本体を組み上げた。組み上げた後に、撮像管として作動させるためには、内部を高真空にする必要がある。しかし、電界成形電極に電気抵抗をハンダ付けする際に、成形電極素材の銅板と成形電極間の絶縁のセラミックとの熱膨張率の違いによる両者の接合部分に起因する真空漏れが平成21年11月に判明した。その真空漏れ対策として被覆材の塗布等を行い、真空度の向上を試みた。光電子の移動や高電圧印可のための電源系統や、ケーブル及びコネクター等の整備に着手した。超高速イメージ撮像管から出力されるイメージとしての画像データを取得し計算機に記録するために「高速度カメラ」の機種選定を行った。超高速イメージ撮像管をシステムとして評価する為にも重要な装置であり、次年度以降に使用する。必要な事象に対してのみ撮像管に高圧を印加する為に、短い繰り返しが可能なパルス発生高圧電源の仕様を検討した。電圧を印可する各電極や電解成形電極への電気抵抗素子の取り付けを"ハンダ"方式から"ピン"方式に改良した。これにより、ハンダ付けの際の素材の熱膨張の違いによる真空漏れを排除できた。さらには、電極自体の交換や「選別領域」、「ドリフト領域」、「反射領域」などの軸方向の長さが比較的容易に変更可能となる。再加速領域用の「高電圧電源」、及び、選別領域用の「パルス電源」について機種選別を行い取り揃え、基本性能評価を行えるようになった。多チャンネルファイバー読み出しの技術を用いてハイペロン陽子散乱実験に応用し、超高速イメージ撮像管システムに活用し、高ビーム強度化のトラッキング検出器として動作させることを考えた。そのため、固定表的実験で利用できる様な、クロック同期によらない汎用回路の開発のための試験ボードを設計し制作した。ハイペロン散乱実験の検出器の読み出し用回路として使用するために32チャンネルそれぞれに電圧調整ができ、チャンネル間のゲインをそろえることが可能となるSPIROC-Aチップをこの試験ボードにより評価する。これにより、J-PARCなどで得られる大強度二次ビームを用いるハイペロン-陽子散乱実験を始めとするストレンジネスが関わる核物理実験において、標的とその近傍でおこるハイペロン生成とその崩壊の特徴的な軌跡を確実に認識できるようにし、統計精度の向上、及び、測定限界の開拓などを可能なものとする。撮像管の真空度の向上と電気素子の取り付け部の改善を行い、イメージ撮像管本体を完成した。電気素子の取り付けの後、電界成形電源、陽極高電圧電源、短パルス高電圧電源に繋ぎ込み、ソレノイド電磁石内部に組込んでシステムとして基本性能の試験を開始した。実施した試験項目は以下の通りである。・陽極の蛍光体の残光時間の確認。・陽極への印加高電圧と出力光量の相関測定。・陰極、選択電極、電界成形電極それぞれへの印加電圧と応答特性。・ソレノイド磁場強度と電圧との相関。・60Co(γ線)、55Fe(X線)、90Sr(β線)の各放射線源に対する応答と出力光の測定。また、超高速イメージ撮像管システムに活用し、高ビーム強度下におけるトラッキング検出器として動作させるため、クロック同期によらない汎用回路の開発のだめの試験ボードを設計し制作した。ハイペロン散乱実験の検出器の読み出し用回路として使用するために32チャンネルそれぞれに電圧調整ができ、チャンネル間のゲインをそろえることが可能となるSPIROC-Aチップをこの試験ボードにより評価した。
がん細胞依存性炎症が全身に及ぼす影響の統合的解明

炎症反応は本来、生体防御機構の一つであるが、がんの進行に関しては悪性化の促進に関与するという有害な側面を持っている。がん細胞依存性の炎症は原発組織のみならず血流を介して全身の臓器に影響を及ぼすが、その具体的な機序については未解明な部分が多い。特に、がん原発から産生された液性因子は、がん細胞が生着・増殖しやすいように“前転移ニッチ"を形成する。しかし、がん転移の臓器指向性がどのように決定されているかは未だ不明の点が残されている。われわれはまず前転移ニッチのマウスモデル系の作製に取り組んだ。EGFPラベルをしたルイス肺がん細胞を皮下移植して前転移ニッチを形成させ、tdTomatoラベルしたルイス肺がん細胞を尾静脈移植して肺への転移が亢進するかを確認した。その結果、尾静脈移植された腫瘍の転移の促進が見られた以前の報告と異なり、われわれの実験では、転移の促進どころか、むしろ転移の抑制が見られる結果となった。がん細胞が出すどのようなシナル分子が前転移ニッチを形成するかを検証するため、がん培養上清を静脈移植して前転移ニッチ形成をミミックしたのち、tdTomatoラベルしたルイス肺がん細胞を尾静脈移植した系においても、がん転移は促進されるどころかむしろ抑制される結果となった。過去の論文を参考に前転移ニッチ形成モデルを作成しようとしたが、2つの系においてともに真逆の結果が得られた。もし本当ならば、この結果は前転移ニッチというよりむしろ、転移抑制ニッチを形成していることを示唆しており、実験仮設の転換の必要性がある。上述の実験の再現性をとり、もし転移抑制因子が仮定されれば、その因子のスクリーニングを行う。具体的には、上述のがん細胞培養上清にどのようなものが含まれているかをMSにより解析すると共に、様々ながん細胞の培養上清で同じような結果が得られるかを検証する。がん細胞により転移する臓器が異なる「臓器指向性」の検証系として、大きく期待できる。また、骨髄移植により骨髄細胞をEGFPラベルしたマウスを用いて、どのようなニッチが形成されているかをシングルセルRNA-seqにより検証する。
乱流の知的制御システムの構築と実証

乱流摩擦抵抗の低減のための新しい手法を開発した.乱流摩擦抵抗とレイノルズせん断応力の間に成り立つ厳密な関係式であるFIK恒等式(Fukagata et al.,2002)の示唆するところによると,乱流摩擦抵抗を低減させるためには,壁面近傍のレイノルズせん断応力を減少させれば良いことがわかる.そこで,システム全体としては質量の流出がないように壁面において斜めに吹出し・吸込みをし,負のレイノルズ応力を発生させて抵抗を減少させる制御手法を提案した.この手法をレイノルズ数300(層流)と2,800(乱流)のチャンネル流動に適用した数値シミュレーションを行い,提案した制御原理の検証を行った.斜め吹出し・吸込みの角度を10度とし,速度は主流の50%とした。斜めスロットを持つチャネル乱流のシミュレーションを効率よく行うためにimmersed boundary methodを用いた.層流の計算結果としては見かけ上,本制御により層流以下の摩擦抵抗が得られたが,乱流の場合は吹出し・吸込みを一方の壁面の10%にだけ適用し,約10%の見かけ摩擦抵抗低減が得られた.しかしながら,現在までにシミュレーションを行ったケースでは,見かけ抵抗低減から制御入力を差し引いた正味のエネルギー低減は得られなかった.速度場およびエネルギーバランスの解析より,特に吸込みスロット上空において意図したようなレイノルズせん断応力の減少が起こっていないことが分かり,今後スロット形状および制御強度の最適化が必要であることが示された.一連の成果は2005年11月の米国物理学会流体力学部門年会(シカゴ)にて発表された.乱流摩擦抵抗の低減のための新しい手法を開発した.乱流摩擦抵抗とレイノルズせん断応力の間に成り立つ厳密な関係式であるFIK恒等式(Fukagata et al.,2002)の示唆するところによると,乱流摩擦抵抗を低減させるためには,壁面近傍のレイノルズせん断応力を減少させれば良いことがわかる.そこで,システム全体としては質量の流出がないように壁面において斜めに吹出し・吸込みをし,負のレイノルズ応力を発生させて抵抗を減少させる制御手法を提案した.この手法をレイノルズ数300(層流)と2,800(乱流)のチャンネル流動に適用した数値シミュレーションを行い,提案した制御原理の検証を行った.斜め吹出し・吸込みの角度を10度とし,速度は主流の50%とした。斜めスロットを持つチャネル乱流のシミュレーションを効率よく行うためにimmersed boundary methodを用いた.層流の計算結果としては見かけ上,本制御により層流以下の摩擦抵抗が得られたが,乱流の場合は吹出し・吸込みを一方の壁面の10%にだけ適用し,約10%の見かけ摩擦抵抗低減が得られた.しかしながら,現在までにシミュレーションを行ったケースでは,見かけ抵抗低減から制御入力を差し引いた正味のエネルギー低減は得られなかった.速度場およびエネルギーバランスの解析より,特に吸込みスロット上空において意図したようなレイノルズせん断応力の減少が起こっていないことが分かり,今後スロット形状および制御強度の最適化が必要であることが示された.一連の成果は2005年11月の米国物理学会流体力学部門年会(シカゴ)にて発表された.
運動に伴う脳機能変化を灰白質構造変化から予測する新手法の開発

本研究は、磁気共鳴画像法(MRI)により取得した脳構造情報に基づく新規な脳機能評価法の開発を目的とした。眼球または手首運動の直後に撮像したMRIの構造画像に対してVoxel-Based Morphometry(VBM)解析をおこない、運動中に撮像した機能的MRIにおける脳賦活部位と比較したところ、類似した部位で灰白質構造変化が認められた。上記の結果より、効果器の異なる複数の運動課題において短時間の灰白質構造変化が脳の機能的活動を反映することが明らかとなり、VBMの脳機能評価法としての妥当性が示された。平成28年度の研究目的は、眼球運動課題の学習前後に磁気共鳴画像法(MRI)により撮像した脳構造画像から検出される灰白質構造変化部位と、運動中に機能的MRIで撮像した脳機能画像から検出された機能的活動部位との相同性を比較することで、短時間の灰白質構造変化が脳の機能的活動を反映する可能性を検証することとした。健常成人12名がMRI装置内部でゴーグル型視覚刺激提示装置を装着し、呈示される視覚刺激と逆方向に素早く視線を移動させる逆向き眼球運動課題を約60分おこなった。課題前後に取得した脳構造画像を用いて、Voxel-Based Morphometry(VBM)により計算解剖学的に灰白質構造変化を定量した結果、頭頂間溝、補足眼野、大脳基底核、視床、視覚野において有意な構造変化が検出された。次に、運動中に取得した脳機能画像を用いて、局所的な血流応答変化から脳の機能的活動が生じた部位を検討した結果、灰白質構造変化が認められた頭頂間溝、補足眼野、大脳基底核、視覚野において有意な血流応答変化も検出された。一方、灰白質構造変化が認められた部位のうち、視床と補足眼野においては有意な血流応答変化は認められなかった。このような短時間の脳構造変化と脳の機能的活動との空間的不一致は、課題実行時の脳活動のみを検出する機能的MRIと、実験時間全体を通した脳活動を総体として検出するVBMとの方法論上の差異や、血管内部の酸素代謝をリアルタイムに計測する機能的MRIと、グリア細胞や血管の構造変化を課題後に計測するVBMとの、生理学的な検出対象の差異に起因すると考えられた。本年度の研究により、眼球運動課題の学習によって生じた脳の機能的活動部位を、学習前後に取得した脳構造画像から評価可能であること、さらに、VBMでは機能的MRIでは検出不可能な機能的活動も検出できる可能性が示された。当初の計画通り、逆向き急速眼球運動課題の実験系構築(視覚刺激呈示パラダイム、MRI撮像パラメータ、トライアル数の決定)を完了し、被験者12名で実験をおこなった。被験者数は当初計画の20名と比較して減少したが、統計的検出力の観点からも妥当な結果が得られたため、12名で必要十分な人数であると判断した。当初の計画に則り、脳構造画像と脳機能画像のそれぞれにおいて信号値変化が検出された部位の相同性について比較検討をおこなった結果、眼球運動に関連する複数の領域において、灰白質構造変化と機能的活動の両方が検出された。この結果は、本研究の目的である「短時間の脳構造変化を用いた脳の機能的活動の評価」の妥当性を裏付けるものであった。さらに、平成28年度の研究において、いくつかの脳部位においては、機能的活動が検出されないにもかかわらず灰白質構造変化が検出されることが明らかとなった。これは、従来法である機能的MRIでは検出できなかった運動学習にともなう脳の機能的変化を、Voxel-Based Morphometryが捉えている可能性を示しており、当初は予期しなかった進展があった。平成29年度は、Voxel-Based Morphometry(VBM)を用いた短時間の灰白質構造変化による脳の機能的活動の評価が、平成28年度に示された眼球運動のみならず手の運動にも一般的に適用可能であることを検証するため、左右鏡像反転環境下における到達運動課題を用いた実験をおこなった。健常成人22名がゴーグル型の視覚刺激呈示装置を装着し、ジョイスティックにより操作されるカーソルでターゲットに対する到達運動を約60分おこなった。運動学習を誘導するため、手首の運動方向とカーソルの運動方向は左右反転させた。実験の結果、学習前後に取得した脳構造画像から左側の運動野と頭頂葉において有意な灰白質体積の増加が認められた。学習中に取得した脳機能画像からも、同様の領域で有意な血流応答変化が認められた。構造変化が単独で認められたのは帯状皮質、機能変化が単独で認められたのは被殻と補足運動野であった。さらに、VBMにより算出された灰白質体積の変化量と、学習前後におけるターゲットとカーソル到達地点との誤差の減少量が相関する領域を全脳で探索したところ,両側の被殻が検出された。これは、被殻における短時間の灰白質体積増加と運動学習が機能的に関連している可能性を表す。上記の結果より、到達運動課題においても短時間の灰白質構造変化が脳の機能的活動を反映することが明らかとなり、複数の効果器においてVBMによる機能イメージングの妥当性が示された.さらに、被殻における灰白質体積の変化量と運動パフォーマンスの変化量に相関が認められたことから、短時間の灰白質体積変化を学習の評価指標として利用できる可能性が示された。

眼球または手首運動の直後に撮像したMRIの構造画像に対してVoxel-Based Morphometry(VBM)解析をおこない、運動中に撮像した機能的MRIにおける脳賦活部位と比較したところ、類似した部位で灰白質構造変化が認められた。上記の結果より、効果器の異なる複数の運動課題において短時間の灰白質構造変化が脳の機能的活動を反映することが明らかとなり、VBMの脳機能評価法としての妥当性が示された。平成29年度は、平成28年度に得られた逆向き急速眼球運動実験の結果が、効果器によらず性質の異なる運動課題に対しても一般的に適用可能であること確かめるため、視覚運動変換課題の一種である左右鏡像反転(Kasuga et al., J Neurophysiol 2015)環境下における到達運動課題の実験系を構築し、健常成人20名を対象に研究を実施する。具体的には、ゴーグル型の視覚刺激呈示装置上で、ジョイスティックにより操作されるカーソルをもちいてターゲットに対する到達運動をおこなう。このとき、手首の運動方向とカーソルの運動方向が左右反転するような変換を加え、被験者は画面上のターゲット方向と逆方向に手首を動かすことでカーソルをターゲットに到達させる訓練をおこなう。このとき、手首到達運動は急速眼球運動とは異なる脳の部位が運動の制御と学習に関与されていることが知られているため、fMRIにおいて平成28年度の急速眼球運動課題による研究とは異なる脳の部位が機能的に活動することが予想される。このとき、VBMにおいても同様に灰白質構造変化部位が変化すれば、運動課題の種類によらずMRI構造画像を脳機能評価に用いることの妥当性が示されるため、これを検証する。神経科学旅費については、当初計画していた1件の国際学会の渡航費を別予算から支出したため残額が生じた。謝金については、実験に協力する被験者数が当初計画より減少したこと、また、仲介業者を介さずに被験者を募集したため当初予定していた手数料が不要になったことから、残額が生じた。次年度は、予備検討と合わせて当初計画より14名多い20名の被験者を対象に実験をおこなうことを予定している。また、被験者募集に仲介業者を使用することも計画している。そのため、次年度使用額は謝金に充当する予定である。