hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
加圧トレーニングによる筋細胞増大メカニズムの解明

加圧トレーニングにおける筋肥大のメカニズムを筋芽細胞を用いて細胞レベルで調べた結果、四肢の根元の圧迫による低酸素・低栄養状態が筋芽細胞にダメージを与え、その後に筋芽細胞の増殖能が増加することがわかった。さらに低酸素・低栄養状態の時に筋芽細胞に10%程度の繰り返し引張ひずみを与えると、ダメージを緩和する,あるいは回復を早める効果があることがわかった。加圧トレーニングとは,四肢の根元を適度に圧迫して,筋内の血流を制限した状態で軽度のトレーニングを行うことにより,激しいトレーニングを行ったときと同程度の筋肥大を引き起こすトレーニング方法である。本研究では加圧トレーニングにおける筋肥大のメカニズムを明らかにするため,活性化した筋衛星細胞のモデルとして一般的に使用されている筋芽細胞株を使用し,その増殖速度におよぼす各要因の効果,あるいはそれらの相乗効果を検討した。筋芽細胞を2%の酸素濃度(低酸素刺激)にて1,2時間培養し,その後通常の約20%の酸素濃度で培養した。生体内での虚血(血流制限)では酸素と同様に栄養分も欠乏する。そこで,低酸素状態では栄養分が通常より少ない培養液を使用した。そのときの細胞増殖速度をアラマーブルー法により計測し,低酸素刺激時間,その後の培養時間,初期細胞数等との関係を検討した。また,加圧トレーニングにおいては,乳酸の増加,成長ホルモンの増加,種々の増殖因子の増加が起こるため,筋芽細胞の培養液に乳酸あるいは成長ホルモン,PDGF,IGF-I,TGF-β,FGF等の成長因子を添加し,細胞増殖速度におよぼす影響を検討した。さらに,トレーニングにおいて成長ホルモン同様に分泌が増えるノルアドレナリン(神経伝達物質)についても検討した。その結果,乳酸や成長ホルモン,増殖因子の影響よりも低酸素・低栄養にすることの方が細胞増殖能を増加させることがわかった。本年度では昨年度に引き続き加圧トレーニングの際に発生する、低酸素低栄養、乳酸あるいは成長ホルモン,ノルアドレナリン,PDGF,IGF-I,TGF-β,FGF等の成長因子が筋芽細胞の増殖速度におよぼす影響を検討した。その結果,乳酸や成長ホルモン,増殖因子の影響はほとんどなく、低酸素・低栄養刺激が細胞増殖能におよぼす影響が大きいことがわかった。また,本年度では筋芽細胞を2%の酸素濃度(低酸素刺激)にて1時間培養する時に,10%あるいは18%の伸展ひずみを0.5Hzで繰り返し与え,加圧トレーニング中に行う筋肉の収縮運動が筋芽細胞の増殖におよぼす影響を検討した。低酸素・繰り返しひずみ負荷後,通常の約20%の酸素濃度で培養し,細胞増殖速度をアラマーブルー法により計測した。当年度終了時にはまだ途中段階であったが,通常の運動時の生体内での筋の長さの変化と同等の10%の繰り返し引張ひずみを筋芽細胞に与えることにより,細胞増殖能が増加することが明らかとなった。本年度では昨年度に引き続き筋肉の収縮運動を模擬した繰り返し伸展ひずみが衛星細胞の増殖におよぼす影響を検討した。筋芽細胞を2%の酸素濃度(低酸素刺激)にて1時間培養する時に,10%あるいは18%の伸展ひずみを0.5Hzで繰り返し与え,その後,通常の約20%の酸素濃度で培養し,その間の細胞増殖速度をアラマーブルー法により計測した。その結果,通常の運動時の生体内での筋の長さの変化と同程度の10%の繰り返し引張ひずみを筋芽細胞に与えることにより,細胞増殖能が増加することが明らかとなった。しかし,生体内では起こらない18%の伸展ひずみを与えた場合には細胞増殖能が細胞増殖能は変化しなかった。これらのことから,加圧トレーニングにおいて筋肉を周期的に収縮させることは,低酸素低栄養刺激のダメージを緩和する,あるいは低酸素低栄養刺激のダメージからの回復を早める効果があると考えられる。しかし,繰り返し伸展刺激のひずみ量が多ければよいわけではなく,18%繰り返し伸展ひずみを与えた場合には、細胞増殖率の回復を早めるどころか、さらに細胞増殖率を低下させることがわかった。
胎生期・乳児期のNK細胞の分化とリンホカイン応答性に関する研究

1.ヒト胎児末梢血のNK細胞活性は、姙娠後3半期にいたり出現し、姙娠月数の進むにつれ増強するが、その活性は生下時にはなお弱く、成人対照の1/21/3に止まる。リンホカイン応答性についてみると、インターフェロン・ガンマ(IFN-γ)によるNK細胞活性の増強は、basal存NK細胞活性に依存し、NK細胞活性を欠く胎生20週令では、IFN-γによるNK細胞活性の誘導はみられないが、インターロイキン・2(IL-2)により、IFN-γ産生を介することなく、強にNK細胞活性が誘導される。また、新生児Leu【11^+】細胞のNK細胞活性は低いが、IL-2により成人対照レベルにまで増強され、さらに、basalなNK細胞活性を欠く新生児Leu【11^-】細胞群にも強いNK細胞活性が誘導されてくる。このような所見から、IFN-γ反応性NK細胞は、かなり分化は進んでいるが、機能的にはなお未熟なNK細胞と考えられ、IL-2反応性細胞は、より幼弱なNK前駆細胞であろうと推論された。2.新生児期にはLeu【11^+】細胞は成人レベルに近いが、HNK-【1^+】細胞に乏しい。新生児期の抗【CD_3】誘導性細胞障害能が極めて微弱なことは、HNK-【1^+】細胞に乏しい現象と深く関連するもののようである。3.新生児期のPHA誘導性IFN-γ産生は不良であり、3-4才にいたり初めて成人レベルに達するが、放射線照射後のPHA刺激,OK-432刺激では、新生児リンパ球でも良好なIFN-γの産生がみられ、免疫組織学的にも確かめられた。新生児期のPHA誘導性IFN-γ産生の不良な原因として、PHA刺激により、IFN-γ産生に抑制的に仂く、この時期に特徴的なサプレッサー細胞の活性化が強く起っていることが明らかにされた。このようなサプレッサー前駆細胞は、【T4^+】ヘルパー形質をもち、放射線感受性であることが判明した。
現代日本社会における伝統の持続と近代化に関する研究

研究代表者の協力のもとに茨城県那珂湊市および土浦市における調査地を特定し、調査体制の確立を行った。現地滞在による面接調査を通して調査地の把握を進めた。漁協関係者等とのラポールを確立し、漁業にかかわる伝統的組織に関する歴史的なデータの収集に努めた。家族、集落等、伝統的諸制度維持にかかわるメカニズムを各種行政組織、漁業および農業セクターの諸組織について面接聴き取り調査を中心に進めた。今後計画的に各種行事への参与観察体制を確立する予定である。土浦市では鯉養殖漁業が鯉ヘルペス感染により壊滅的な打撃を受けている状況をつぶさに観察することができた。全国的なひろかりをもった事件であり、茨城県、土浦市等の行政的対応に関する貴重な資料を入手することができた。また漁業経営者の抱える深刻な問題についても理解を深めることができた。この経緯については報告書を作成中である。しかし、鯉養殖の廃業が相次ぎ、今後の調査対象とするには問題がある。那珂湊市の漁場と関連地縁集団の調査は順調に進んでいる。今後は特定の個人やキーインフォーマントとの接触を深めつつ、杜会変化のアウトラインに関する概略を把握し、量的なデータの収集に進んでいく予定である。上記の定点調査と併せて、広島、天草島原地区に調査旅行を行い資源の人工的再生産を志向する漁業社会の資料収集を行った。この過程で日本の漁業とバングラデシュの漁業の質的な違いについての理解を深めることができた。文献資料、インターネットによる資料収集については筑波大学図書館および地域研究研究科等所蔵の資料の活用を行っている。また筑波大学のスタッフ、大学院生との研究交流会を開き討議を行った。
施設の高度化・目的の多様化に連結した水管理システムの社会工学的研究-末端水利組織の意思決定に関して-

本研究は、水利施設の維持管理と水利調整の担当者として農業集落を位置づけ、その農業集落が維持管理しやすく水利調整しやすいハード(農業基盤整備)、ソフト(農地・水の水利調整)のあり方を検討するというものである。また、本研究の特色は、農業経済学と農業工学の連携により、文理融合型の総合研究を目指していることにある。解明された諸点と今後の課題は次の通りである。1)農業集落レベルの意思決定を、構成員間のパワー関係に着目しながら集団的意思決定の問題として定式化した。このとき外部支援者(水利型土地改良区)の介在が不可欠なことを指摘した。2)宮川用水土地改良区(三重県)での現地調査にもとづいて、末端水路の維持管理と水利調整の現状を明らかにし、ハード、ソフト両面にわたる具体的な解決手法を提案した。3)ハード面においては巨大区画水田整備による末端水利施設の絶対的削減を行うことが必要であるが、それだけでは水路密度の低減に結びつかず、ソフト面における換地処分と耕作地調整が不可欠なことを実態調査ならびにモデル分析から解明した。4)現地調査にもとづきながら、ソフト面における耕作地調整の手法としてGIS(地図情報システム)を使った農地・水管理システムの確立を提唱した。また、その担当者として水利型土地改良区が最適であることも示した。5)農業用水の持つ地域用水としての多面的機能については、農業水利施設が有する公共性という観点から、農業者のみならず地方自治体ならびに地域住民の費用負担、労務分担の下で実現すべき課題であるとして、その合意形成の可能性を滋賀県高月町雨森地区の事例について検討した。最後に、今後の課題として、集団的合意形成に関する理論モデルの構築が急務であることを指摘できる。末端水路の維持管理と水利用調整は集落の意思決定に委ねられている。しかしながら、都市化・兼業化・農地の流動化によって、従来出合い作業で行われていた末端水路や畦畔の草刈り、排水路の泥上げ等の作業が困難になっている事例も多い。本年度は、多数の事例を確保するため、印旛沼土地改良区や西蒲原土地改良区、香川用水土地改良区、磐田用水東部土地改良区、十日町市土地改良区など、全国各地で現地調査を行った。以下はその要約である。1.(施設の高度化の事例)末端水路の維持管理を容易にする一つの方法は、1区画が5haを超える巨大区画水田整備の合意を集落で取りつけ、ほとんどの畦畔を除去し、末端用水路を管路化し、末端排水路を地中に埋設する、といった施設の高度化を図ることである。ただし、こうした施設の高度化は建設費用がかさむため、例えば、小用排水路を作らず、上位の支線用排水路から直接的に取水・排水するようにし、建設費を引き下げる必要がある。このような施設の高度化と建設費の削減を同時に達成するためには、圃場整備実施前に農地の利用集積と集積農地の集団化を推進し、集落の合意コストを低くしておくことが不可欠である。2.(目的の多様化の事例)都市化された平坦部の農業集落では米価低迷による営農意欲の減退が著しい。こうした地域では、末端水路や畦畔の草刈りを少数の担い手農家による機械化(畦畔除草機)で対応する事例や、業者への外注で対応する事例などが増えている。一方、中山間地帯の農業集落では、農業公社や地域のリーダー的農家(例えば有機栽培志向の強い農家)が中心となって農地の利用集積を進め、都市農村交流の一環として体験型農業を実施し、農地の荒廃を防いでいる。しかし、こうした取り組みが進んでいない地域では、集落の合意コストが高く、このため個別的な農地転用などが行われている。

本研究の目的は、水利施設の維持管理と水利調整の担当者として農業集落を位置づけ、その農業集落が維持管理しやすく水利調整しやすいハード(農業基盤整備)、ソフト(農地・水の水利調整)のあり方を検討するというものである。また、本研究の特色は、農業経済学と農業工学の連携により、文理融合型の総合研究を目指していることにある。解明された諸点と今後の課題は次の通りである。1)農業集落レベルの意思決定を、構成員間のパワー関係に着目しながら集団的意思決定の問題として定式化した。このとき外部支援者(水利型土地改良区)の介在が不可欠なことを指摘した。2)宮川用水土地改良区(三重県)での現地調査にもとづいて、末端水路の維持管理と水利調整の現状を明らかにし、ハード、ソフト両面にわたる具体的な解決手法を提案した。3)ハード面においては巨大区画水田整備による末端水利施設の絶対的削減を行うことが必要であるが、それだけでは水路密度の低減に結びつかず、ソフト面における換地処分と耕作地調整が不可欠なことを実態調査ならびにモデル分析から解明した。4)現地調査にもとづきながら、ソフト面における耕作地調整の手法としてGIS(地図情報システム)を使った農地・水管理システムの確立を提唱した。また、その担当者として水利型土地改良区が最適であることも示した。5)農業用水の持つ地域用水としての多面的機能については、農業水利施設が有する公共性という観点から、農業者のみならず地方自治体ならびに地域住民の費用負担、労務分担の下で実現すべき課題であるとして、その合意形成の可能性を滋賀県高月町雨森地区の事例について検討した。最後に、今後の課題として、集団的合意形成に関する理論モデルの構築が急務であることを指摘できる。
ゼロユミッションをめざした使用済み触媒からの金属資源リサイクルプロセスの開発

使用済み脱硫触媒の硫酸全溶解液中のニッケルとアルミニウムの回収のため以下の研究を行った。(1)ピコリルアミン化合物とDNNSAとの混合抽出剤によるニッケルの選択的溶媒抽出:3種類のアルキル鎖の異なるピコリルアミン化合物を合成し、ジノニルナフタレンスルホン酸(DNNSA)との混合抽出剤を調整した。この混合抽出剤は協同効果によりニッケルとコバルトをpH2程度の低いpHから定量的に抽出したがアルミニウムを殆ど抽出せず、本研究の目的に適合した。しかし特に逆抽出において相分離が良好でなく、実用化には難点があることが明かとなった。(2)ピコリルアミン型キレート樹脂によるニッケルの選択吸着:ピコリルアミン型キレート樹脂であるDowex XFS4195を用いてニッケル、コバルト、アルミニウムを始めとする各種金属の吸着実験をバッチ法により行った。その結果ニッケルをpH1の低いpHから定量的に吸着するが、アルミニウムの吸着は無視できることが分かった。この結果に基づきこの樹脂を充填したカラムにより破過-溶離実験を行った。200ppmのニッケルと12000ppmのアルミニウムを含むpH2の希硫酸水溶液で破過実験を行ったところアルミニウムは直ちに破過するが、ニッケルは50BVで破過し、ニッケルフリーのアルミニウムが得られた。このカラムに対して1Nの硫酸で溶離を行うとアルミは殆ど検出されず、ニッケルは10数倍に濃縮されて溶離され、高濃度のアルミフリーの純粋なニッケル溶液を得ることができた。(3)アルミニウムの回収:(2)で得られたニッケルフリーのアルミの山元還元のために希硫酸中のアルミニウムをナトリウム塩型のD2EHPAをキャリアーとする液膜を通してバイヤー液である3Mの苛性ソーダ中にアルミン酸イオンとして透過させることができ、山元還元に成功した。
細胞内の物流の謎を小胞の光操作によって解明する

本研究計画は、細胞内と細胞外で分子モーターによる輸送の違いを定量することによって、細胞内と細胞外で運動速度が数倍も違うことや、デタラメな動きに見える小胞輸送がモーターの綱引きに依るのかどうかなどの謎を解明することを目的としている。当初の通り、細胞内に分子モーター-ポリスチレンビーズ複合体を導入することに成功した。ただし、計画を一部変更し、エンドサイトーシスに依らず、市販の試薬を用いて直接複合体を導入することにした。その理由は、エンドサイトーシスに依ってビーズを導入すると、観察しているビーズの輸送がどんな種類・数の分子モーターによって運ばれているかを特定できない、というデメリットがあるためである。つまり、平均的な個数や種類の情報は生化学的な実験で得られるが、観察している個々のビーズに関する情報が得られない。また、顕微鏡の焦点深度が薄いことを考え、細胞の高さを抑えるために、できるだけ細胞を薄く延ばす工夫を行い、複合体の運動を観察することにも成功した。当初の計画通り、細胞内に分子モーター-ポリスチレンビーズ複合体を導入することに成功し、細胞内での複合体の運動の観察が可能になったため。現状ではまだ導入効率が悪いので、さらに条件を詰めて、多くの複合体が高効率で入る方法を検討する必要がある。また、細胞内で複合体を光でトラップし、直接力学測定を行うための実験系を構築する。物品を購入する際の金額の誤差によって残額が生じたが、次年度に消耗品等に使用する予定である。
分裂酵母RNAポリメラーゼII largest subunit の機能解析

tsTM4は、非許容温度において、姉妹染色分体交換(sister chromatid exchange:SCE)を異常に誘発するCHO-Klの温度感受性突然変異株である。tsTM4は、SCEを異常に誘発する以外にも、S期で細胞周期を停止し、DNA合成が低下する表現型を示すことから、DNA複製に遺伝的欠損が生じているものと考えられた。このtsTM4の遺伝的欠損を相補するヒト遺伝子は、RNAポリメラーゼII largest subunit(RPIILS)であった。ヒトRPIILS遺伝子全領域を含むゲノムDNAをtsTM4株に導入したところ、得られた形質転換細胞は正常な増殖を示し、SCEの誘発は正常レベルに復帰した。また、tsTM4におけるRPIILS遺伝子の転写は正常細胞のそれと同レベルであることから、機能変異の可能性の1つがRPIILS中のアミノ酸変異であると推定した。そこで、RT-PCR法を用いてtsTM4よりRPIILSのcDNAを単離、塩基配列の決定を行い、正常RPIILSのcDNA全塩基配列と比較することによって、アミノ酸の変化を伴う塩基置換の変異部位を同定した。この置換が起こったアミノ酸は、ヒトやショウジョウバエ、そして分裂酵母においても保存されていた。平成9年度、SCEと転写,複製,修復および組換えとの相互関連を遺伝学的に解析したいと考え、分裂酵母のRPIILS遺伝子にtsTM4で見いだしたアミノ酸置換の導入を試み、変異株を得ることに成功した。この一倍体変異株は増殖に関して温度感受性を示し、正常株と比較して高温培養中のDNA含量の変化に特徴がみられた。さらに、二倍体ホモ変異株を構築し、染色体維持の安定性を解析したところ、正常型のホモ二倍体と比較して、染色体不安定性を示唆する表現型を観察することができた。
量子情報組合せ論に基づく最適化とその量子情報科学基礎拡張の研究

本研究では、量子非局所性解析のための組合せ論と量子非局所性の最大破れに関する研究を最適化のアプローチから進め、量子情報幾何空間での計算幾何を展開してこの空間での近接構造を解明し、量子通信路容量計算という最適化問題への適用を行った。また関連する最適化問題に関する代数幾何的研究も進めた。量子非局所性の解明を進め、古典力学系では表現できない量子的相関について精緻に解析し、量子情報の真の量子性を示すためのBell不等式の理論を組合せ的多面体論と対話証明の枠組みを適用することによって研究を進めた。具体的には、量子非局所性の基本をなすBell不等式の一般化したものがある特定の2部・3部グラフのカット多面体のファセット不等式に対応する点に着眼し、カット多面体の理論を拡張して、これらグラフの場合にファセット不等式を体系的に多数導出する三角消去法を提案した。これらの多数得られた一般化Bell不等式の間の量子非局所性に関する強弱関係を解明し、一般化Bell不等式の量子情報に関する意義を与えた。一般化Bell不等式の量子状態による最大破れを求める問題を最適化の観点から詳細に調べ、半定値計画を適用するアプローチを与えた。計算量理論における多証明者対話証明モデルの量子版との関係を見出し、量子非局所性と2証明者1ラウンドゲームの近似アルゴリズム解析との関係を明らかにした。量子計算幾何の研究では、量子情報空間における幾何的手法を最適化技法と融合させることを行った。量子情報幾何空間での計算幾何として量子ダイバージェンスおよび他の量子状熊間距離に関するVoronoi図の研究を進め、純粋状態の場合でのこれらの一致性を示した。さらに、量子情報Voronoi図の応用として量子通信路容量を計算する問題が、高次量子状態の場合でも理論的に量子ダイバージェンスに関する最小包含球の問題として近似的に解決できることを示した。量子情報処理においては、量子状態を用いて情報を表現・操作・伝送することによっで情報処理を実現する。こ二で重要なことは、これまでの情報処理が古典カ学系に依存して展開されていたのに対Lて、量子状態を用いた場合の情報処理ではどのような新ししきことができるかを解明することである。本年度の研究でほ、古典力学系の状態では表現できない量子的相関について精緻に解析を行い、それを情報処理方式へと発展させることに重点を置いた。具体的には、量子力学において真の量子性を示すためのBell不等式の理論を現代の組合せ的凸多面体論と対話証明の枠組みを適用することによって研究を進めた。まず、古典的な状態を含む分離可能な量子状態に文寸して測定をしたとぎに得られる相関表全体が凸多面体3部グラフのガマト凸多面体であることを指摘し、組合せ的凸多面体論で詳細に調べられているカット凸多面体の結果をこのBell不等式の場合に適用することを行った。従来研究で完全グラフのカット凸多面体のファセットは完全グラフの場合で9点程度まで調べ上げられていることに鑑み、それらファセットを完全3部グラフのファセットに変換する汎用的手法として3角消去を提案した。3角消去により膨大な数のBell不等式が系統的に獲得できることを具体的に示し、カット凸多面体の超メトリック不等式クラス等に対応する無限個からなるBell不等式のクラスが構成できることを示した。またこの問題の背景にある対称性に関して、違う過程を経て得られる3角不等式同士が異なるものになっていることを示した。

さらに、量子情報で有名なWerner状態等の量子特有の対称性を満たす量子状態について、これまでは最も基本的なCHSH不等式より強力なものが知られていなかったが、そのようなBell不等式が存在するかという未解決問題に対しで肯定的な解決を与えることに成功した。研究メンバの今井と森山は18年度に引き続きそれぞれの担当分野、すなわち研究代表者の今井は量子情報幾何空間での計算幾何と量子非局所性解析のための組合せ論を、研究分担者の森山は量子組合せ論の構築の研究を推し進めた。代表者である今井は同時に研究統括として、分担して行った作業を関連付け、全体の研究を総括することも行った。具体的には、計算幾何担当の今井は量子計算幾何手法を最適化技法と融合させることを行った。量子情報幾何空間での量子ダイバージェンスその他の距離に関する離散的近接関係を明らかにし、それを計算の観点から、量子通信路容量計算への適用を行った。量子状態と量子測定それぞれに関する一連の最適化を、組合せ幾何構造を活用しながら、実際に解くことに重点をおいて研究を進めた。特に、量子非局所性と組合せ論でのグラフの最大カットおよびその凸多面体論・半定値計画緩和との関係解明も推し進め、これによって量子情報でのBel1不等式の理論の新展開を図ることができた。量子組合せ論研究を担当する森山は、これまでの成果を踏まえて、対話証明モデルの量子版について、多証明者の場合で事前に量子もつれが許されるケースについて検討を進めるとともに、ここでも理論計算機科学の先端テーマの2証明者1ラウンドゲームと近似アルゴリズム解析との関係を見出し、量子非局所のモデルと近似アルゴリズム解析の間の新たな橋渡しを行い、量子情報特有の効果を定量的に解析する土台を築いた。これらの成果をもとに現実的な情報処理システムの確立を検討した。研究最終年度にあたり,従来の研究成果をまとめるとともに,本科研費で構成した計算環境と理論展開によって今後のさらなる発展を図る土台も築くことができ,量子情報の大規模最適化問題,量子情報空間での近接関係解析,量子非局所性と最適化について成果をあげた。具体的には,昨年度から引き続き量子情報幾何空間での計算幾何について研究を進め,これまでに得た量子情報Voronoi図の応用として量子通信路容量計算をこの空間での量子ダイバージェンスに関する最小包含球の問題として解決できることを示し,本年度の成果発表として有限離散化近似がが必要な部分についての誤差解析をISVDというVoronoi図に関する国際会議で発表した。計算幾何の観点から量子情報空間での最小包含球を求める考察もしており,3レベルの量子状態を伝送した際の量子通信路容量を具体的に数値計算も実施し,これらは今後発表していく予定である。量子非局所性に関する研究では,一般化Bell不等式に対する基礎理論をMathematical Programmingという数理計画で第一級のジャーナルに発表した。これにより,統一的に一般化Bell不等式と一般化Bell相関不等式を求める枠組みを与えた。さらに最適化の観点から研究を進め,これらのBell不等式が量子効果により破れる最大値を求めることについて新しい観点を与えた。これは,我々のグループで独自に研究していた2証明者1ラウンド対話証明とその半定値計画による近似解法の研究が,まさにこの問題に対応していることを証明することによって導入に成功し,その成果をMEMICS国際会議で発表することもできた。
結び目のDehn手術に関する研究

結び目のDehn手術は3次元球面S^3内の結び目から3次元多様体を構成していく方法としてM.Dehnにより導入された。3次元球面S^3内の結び目Kに対し、その管状近傍Vをいったん取り除き、再び別な方法でVを貼り合わせる操作を結び目K上のDehn手術と呼ぶ。Thurstonにより双曲結び目のDehn手術では有限個のDehn手術を除き、得られた多様体が再び双曲多様体になることが示されている。このような有限個のDehn手術を例外型Dehn手術と呼び、例外的な手術を記述することがDehn手術理論の主要な研究テーマになっている。本研究では例外型Dehn手術のひとつであるSeifert fibring surgeryについて考察を進めてきた。特にsatellite結び目のDehn手術については宮崎氏(東京電機大学)との共同研究によりSeifert多様体を生み出すDehn手術係数やそのsatellite結び目の型について多くのことがあきらかになり、その成果は専門誌Topologyに発表した論文にまとめられている.双曲結び目に対してはDehn手術によって得られたSeifert多様体のファイバーの"位置"に着目した研究を現在進めている.Dehn手術によってファイバーがどのように生じてくるかという問題意識はこれまでには全くなかったもので、本研究の大きな特色を成している。ファイバーの"位置"に着目するという方法は結び目の対称性とSeifert fibring surgeryの関係を調べる際に非常に有効であり,周期が2より大きな結び目はSeifert fibring surgeryを持たない事などが明らかになった.またもとの双曲構造での閉測地線とSeifert構造でのファイバーとの関係についてもJ.Weeks氏によって開発されたコンピュータープログラムSnapPeaを用いた多くのコンピューター実験を行い興味深い現象を発見できた.(これらの研究成果は2編の論文にまとめられ現在投稿中).今後もこの方面の研究を進めていく予定である.結び目のDehn手術は3次元球面S^3内の結び目から3次元多様体を構成していく方法としてM.Dehnにより導入された。ファイバーの"位置"に着目するという方法は結び目の対称性とSeifert fibring surgeryの関係を調べる際に非常に有効であり,周期が2より大きな結び目はSeifert fibring surgeryを持たない事などが明らかになった.またもとの双曲構造での閉測地線とSeifert構造でのファイバーとの関係についてもJ.Weeks氏によって開発されたコンピュータープログラムSnapPeaを用いた多くのコンピューター実験を行い興味深い現象を発見できた.(これらの研究成果は2編の論文にまとめられ現在投稿中).今後もこの方面の研究を進めていく予定である.
キノン類の成環付加反応による縮環多環化合物の合成と物性

1.2,5-あるいは2,6-アルキル置換ベンゾキノン類と芳香族ニトリルオキシドとの成環付加体に塩基を作用させると、ある種の成環付加体において、橋頭位の置換基が隣のカルボニル炭素に転位した異性化生成物を与えることをX線結晶構造解析により明らかにした。この反応は塩基性条件下で不安定な3級のアルキル基が転位するという有機化学的に非常にまれな反応である。そこで、類似化合物についても塩基との反応を検討をした結果、ニトロンとの成環付加体では同様の反応は進行しなかったが、ジアゾメタンとの反応生成物から水素の異性化によって生成した等電子構造の化合物でも同様の反応が進行することが明らかになった。塩基の種類などの反応条件をかえて検討した結果から、この反応で必要な因子は、橋頭位の水素の酸性が高いこと、生成物が芳香環化すること、およびプロトン性溶媒が存在することであることがわかった。また、α,β-不飽和カルボニル部分まで共役系が伸びていることも必要であった。2.成環付加体と異性化生成物を無水酢酸/硫酸で処理すると、ある種の置換基をもつ化合物で脱アルキル化を伴う芳香環化がみられ、ヒドロキノンまたはカテコールのジアセテートが生成した。わずかな置換基の違いが生成物の違いになって現れた。3.キノンとニトリルオキシドとの1:2の成環付加反応を検討したところ、キノン上の置換基がメチルの場合には二つの炭素-炭素二重結合と一つのカルボニル基とニトリルオキシドが反応した1:3の成環付加体が得られた。HPLCにより反応を追跡したところ、二つ目のニトリルオキシドが成環付加する速度に比べ、三つ目のニトリルオキシドの付加が非常に速く起きていることがわかった。4.キノンとトリメチレンメタンとの反応では1:1で炭素-炭素二重結合に付加した付加体が得られることを明らかにした。この成環付加体は塩基とは反応しなかった。1)p-キノン類と1、3-双極子との成還付加体の塩基による特異な異性化反応および付加体や異性化反応生成物の酸性条件下での転移反応の適用範囲と限界を明らかにするために、他の1、3-双極子やジエン類との成還付加体の反応を検討する。2)異性化反応生成物や転移反応生成物の構造は、単結晶の作成ができなかったためにスペクトルデータをもとに推定していた。単結晶作成の試みを繰り返し行った結果、置換基によっては単結晶が得られるものが見いだされたので、その結晶構造解析を行ったところ推定構造とは異なる結果となった。結晶構造解析によって得られた構造が、他の全ての化合物にあてはまるものであるのか、特定の置換基を持つもののみにあてはまるものであるのかについて検討を加えている。結晶構造解析によって得られた構造が正しいとすると塩基性条件下でアルキル基の転移が起こるという従来ほとんど知られていない極めて特異な反応が起こったことになり、反応機構などの見直しが必要になる。ブタジエン、シクロペンタジエン、などのジエン類との付加体の反応によって異性化反応の反応機構を明らかにできるものと考え、成還付加体の合成と生成物の反応性について検討を加えている。さらに、シクロペンタン環が縮環したキノン誘導体を合成するために、p-ベンゾキノン類とトリメチレンメタンとの反応を検討し、期待した付加体が比較的好収率で得られることを明らかにした。

得られた付加体の塩基や酸による反応について検討を加えている。これまでに、置換p-ベンゾキノンとニトリルオキシドとの成環付加体のうちのあるものが、塩基の作用によって特異な転位反応を引き起こすことを報告しているが、この転位反応は付加体の橋頭位にあるアルキル基の種類に影響を受けることがわかっているものの、メカニズムについては不明のままであった。そこで今年度は、メカニズムを明らかにすること、ならびに新規なキノン類の成環付加反応を見いだすことを目的として、これまでに用いられてこなかった置換キノン類、あるいはニトリルオキシド以外の種々の基質を用いた成環付加反応、および得られた付加体の塩基による転位反応性について検討を行った。まず、ジアゾアルカンならびにジエンと対称ジアルキルp-ベンゾキノンとの反応について試みたが、いずれの場合も反応性が低く、対応する付加体は得られなかった。次に3炭素1,3-双極子であるトリメチレンメタンとの反応を行ったところ、置換基の種類によっては良好な収率でメチレンシクロペンタン誘導体が得られることがわかった。しかしながらこの生成物は塩基に対して不活性であった。また、非対称ジアルキルp-ベンゾキノンおよび2-アルキル-1,4-ナフトキノンを合成し、それぞれについてニトリルオキシドとの成環付加を行い、生成物を塩基処理して転位反応性を検討したが、メカニズムに関する新たな知見を得ることはできなかった。今後は、反応条件等の影響を調べることにより転位反応のメカニズムの解明をめざすとともに、1:2-付加体の合成と生成物の化学変換、ジニトリルオキシドとキノン類との反応の検討、さらには生成物の物性評価を行う予定である。1.2,5-あるいは2,6-アルキル置換ベンゾキノン類と芳香族ニトリルオキシドとの成環付加体に塩基を作用させると、ある種の成環付加体において、橋頭位の置換基が隣のカルボニル炭素に転位した異性化生成物を与えることをX線結晶構造解析により明らかにした。この反応は塩基性条件下で不安定な3級のアルキル基が転位するという有機化学的に非常にまれな反応である。そこで、類似化合物についても塩基との反応を検討をした結果、ニトロンとの成環付加体では同様の反応は進行しなかったが、ジアゾメタンとの反応生成物から水素の異性化によって生成した等電子構造の化合物でも同様の反応が進行することが明らかになった。塩基の種類などの反応条件をかえて検討した結果から、この反応で必要な因子は、橋頭位の水素の酸性が高いこと、生成物が芳香環化すること、およびプロトン性溶媒が存在することであることがわかった。また、α,β-不飽和カルボニル部分まで共役系が伸びていることも必要であった。2.成環付加体と異性化生成物を無水酢酸/硫酸で処理すると、ある種の置換基をもつ化合物で脱アルキル化を伴う芳香環化がみられ、ヒドロキノンまたはカテコールのジアセテートが生成した。わずかな置換基の違いが生成物の違いになって現われた。3.キノンとニトリルオキシドとの1:2の成環付加反応を検討したところ、キノン上の置換基がメチル基の場合には二つの炭素-炭素二重結合と一つのカルボニル基とニトリルオキシドが反応した1:3の成環付加体が得られた。HPLCにより反応を追跡したところ、二つ目のニトリルオキシドが成環付加する速度に比べ、三つ目のニトリルオキシドの付加が非常に速く起きていることがわかった。
ストレスホルモンおよび環境ホルモンの生体影響に関する研究

本研究の目的は,これまでに開発した手法を用いて,ストレスホルモンあるいは内分泌撹乱物質の神経組織および細胞内情報伝達への影響を調べることである。まず,4週齢のラットから摘出した海馬切片は摘出後,倒立型共焦点顕微鏡に設置された人工脳脊髄液(ACSF)が潅流され35°Cに保たれたチェンバー内に移した。そして,上方から刺激および細胞外記録電極をCA1領域に刺入し,EPSPを確認する。このような電気生理学的な手法ならびに,電位依存性染色による二次元画像の記録手法を確立し発表した(2003 Hosokawa et al.)。また,PC12細胞の培養液中に異なった濃度の各種ホルモン(Nonylphenol,糖質コルチコイド)を加え,血清を抜いた培養液に交換してアポトーシスを発生させ,その発生頻度をDNAのラダーパターンと,TUNEL(TdT-mediated dUTP-biotin nick end labeling)法により検討した。また,これらの作用をアポトーシスの機序の面から確認するために,アポトーシスを亢進する因子としてBad, Baxを抑制する因子として.Bcl-2の活性を測定した。これらの実験の結果,Nonylphenol投与では100ng/ml以下でもアポトーシスを亢進することが認められた(2004 Aoki et al.)。一方,糖質コルチコイドは100nMから10μMの濃度範囲でPC12細胞の培養液に投与したところ,濃度上昇に伴いアポトーシスを抑制することが示唆された。また,その関連因子であるBaxやBcl-2も変動する傾向が示された。これらの関連因子はBcl-2遺伝子によるミトコンドリア内アポトーシス関連機能に含まれるものであり,微量なコルチゾールがこの遺伝子系に影響を与えることが考えられた。各種ホルモンのPC12細胞アポトーシスへの影響対象として我々の研究グループで継代培養しているPC12細胞を用いた。PC12細胞の培養液中に異なった濃度の各種ホルモン(Nonylphenol,糖質コルチコイド)を加え,血清を抜いた培養液に交換してアポトーシスを発生させ,その発生頻度をDNAのラダーパターンと,TUNEL(TdT-mediated dUTP-biotin nick end labeling)法により検討した。電気泳動によりDNAのラダーパターンを観察して,アポトーシスの発生の確認行った。一方、TUNEL法では、アポトーシスが発生した細胞を発色によって観察した。また,これらの作用をアポトーシスの機序の面から確認するために,アポトーシスを冗進する因子としてBad, Baxを抑制する因子としてBc1-2の活性を測定した。海馬長期増強の観察手法の確立対象は4週齢のラットから摘出した海馬切片とした。切片は摘出後,倒立型共焦点顕微鏡に設置された人工脳脊髄液(ACSF)が潅流され35°Cに保たれたチェンバー内に移す。対象として我々の研究グループで継代培養しているPC12細胞を用いた。

PC12細胞の培養液中に異なった濃度の各種ホルモン(Nonylphenol,糖質コルチコイド)を加え,血清を抜いた培養液に交換してアポトーシスを発生させ,その発生頻度をDNAのラダーパターンと,TUNEL(TdT-mediated dUTP-biotin nick end labeling)法により検討した。電気泳動によりDNAのラダーパターンを観察して,アポトーシスの発生の確認行った。一方、TUNEL法では、アポトーシスが発生した細胞を発色によって観察した。また,これらの作用をアポトーシスの機序の面から確認するために,アポトーシスを亢進する因子としてBad, Baxを抑制する因子としてBcl-2の活性を測定した。一方,糖質コルチコイドは100nMから10μMの濃度範囲でPC12細胞の培養液に投与する実験を繰り返した(n=6)。その結果,濃度上昇に伴いアポトーシスを抑制することが示唆された。本研究の目的は,これまでに開発した手法を用いて,ストレスホルモンあるいは内分泌撹乱物質の神経組織および細胞内情報伝達への影響を調べることである。本年度の研究では,コルチゾール微量存在下での培養細胞に誘導したアポトーシスの変化を検討するとともに,いくつかのアポトーシス関連因子に与える影響ついても検討した。これまでの研究の成果によれば,微量のコルチゾールでもアポトーシスを阻害している可能性が示された。そこで,アポトーシスの発生における細胞内情報伝達の系のどこが阻害あるいは助長されているかを調べるために,情報伝達系でのいくつかの主要なDNAの抗体を用いて,それらのタンパク質が正常に機能しているかどうかを検討した。腎細胞由来のPC12細胞を用い,アポトーシスの誘導は培養液中の栄養因子であるFetal Bovine Serumの除去あるいは6-hydroxydopaminの添加により行った。アポトーシスによるDNA損傷はTUNEL法、アポトーシス関連因子BaxおよびBcl-2の発現量はRT-PCR法により求めた。100nMおよび10uMのコルチゾールは細胞に誘導したアポトーシスを抑制する事が認められた。また,その関連因子であるBaxやBcl-2も変動する傾向が示された。これらの関連因子はBcl-2遺伝子によるミトコンドリア内アポトーシス関連機能に含まれるものであり,微量なコルチゾールがこの遺伝子系に影響を与えることが考えられた。
紡錘体機能における染色体パッセンジャータンパク質の役割

ショウジョウバエや酵母において染色体分配の調節タンパク質として同定されたプロテインキナーゼのヒトホモログであるAurora-A,Aurora-BおよびAurora-Cは様々ながん組織においてDNA増幅やタンパク質の発現増強が高率に認められている。細胞分裂期のピストンH3キナーゼであるAurora-B,およびその活性化タンパク質であるINCENPを含む"染色体パッセンジャータンパク質"複合体(分裂前期までは染色体上に局在し,分裂後期には中央紡錘体へとダイナミックに局在を変化させる)は染色体分配に必須である。本研究の目的は,上記複合体の相互作用分子を染色体分配前後において網羅的に同定・機能解析することで,紡錘体機能の制御機構を明らかにしてきた。●昨年度までに同定したAuroraファミリーの新規基質、微小管プラス端集積因子(+TIPs)に属するEBファミリーのホモログのひとつであるEB3のAurora-AおよびBによるリン酸化の意義を検討した。・EB3は同じEBファミリーのEB1と異なり不安定なタンパク質で、M-G_1移行時にRINGフィンガー型のユビキチンリガーゼ(E3)であるSIAH-1によりユビキチン化され、26Sプロテアソームで分解されることを明らかにした。さらに、SIAH-1によるEB3の分解はM期でのAuroraによるEB3のリン酸化で阻害されることを明らかにした。細胞周期でのEB3タンパクレベルの変動は、Auroraによるリン酸化とSIAH-1による分解で制御されているという機構を明らかにした。ショウジョウバエや酵母において染色体分離の調節蛋白質として同定されたプロテインキナーゼのヒトホモローグであるAurora-A,Aurora-BおよびAurora-Cは様々ながん組織においてDNA増幅や蛋白質の発現増強が高率に認められている。一方,細胞分裂期のヒストンH3キナーゼであるAurora-B,およびその活性化タンパク質であるINCENPを含む"染色体パッセンジャータンパク質"複合体(細胞分裂期までは染色体上に存在し,分裂後期には中央紡錘体であるミッドゾーンへとダイナミックに局在を移動させる)は染色体分配に必須である。本研究の目的は,その構成タンパク質を染色体分配前後において網羅的に同定・機能解析することで,紡錘体機能の制御機構を明らかにする。・AuroraファミリーおよびINCENP(正常及び欠損体)をGFP融合タンパク質として発現する細胞株を樹立しタイムラプス観察を行い,時間的空間的配置を決定した。・Aurora-Aおよび-Bは自己リン酸化により活性化され,オカダ酸感受性のフォスファターゼにより活性化されるが分裂期にはフォスファターゼがCdk1によりリン酸化され不活性化されるため負の制御から解放されるという機構を解明した(研究業績#1)。この分子基盤の解明は,染色体分配の新たな理解へ導くばかりでなく,がん治療のための新しい分子標的検索への端緒となる。ショウジョウバエや酵母において染色体分配の調節タンパク質として同定されたプロテインキナーゼのヒトホモログであるAurora-A, Aurora-BおよびAurora-Cは様々ながん組織においてDNA増幅やタンパク質の発現増強が高率に認められている。細胞分裂期のヒストンH3キナーゼであるAurora-B,およびその活性化タンパク質であるINCENPを含む"染色体パッセンジャータンパク質"複合体(分裂前期までは染色体上に局在し,分裂後期には中央紡錘体へとダイナミックに局在を変化させる)は染色体分配に必須である。本研究の目的は,上記複合体の相互作用分子を染色体分配前後において網羅的に同定・機能解析することで,紡錘体機能の制御機構を明らかにする。・真核生物において、カルモジュリン(CaM)が中心体や紡錘体に局在し、中心体機能や細胞質分裂に関与している報告がある。そこでCaMとAuroraファミリーとの相互作用を検討したところ、Aurora-Bではなく-Aとのみ結合し、Ca2+存在下でCaMはAurora-Aのキナーゼ活性を抑制することを明らかにした。分裂後期以降、中心体においてCaMがAurora-Aの抑制因子として働くという制御機構を解明した(論文投稿中)。・Auroraファミリーの新規相互作用分子として、微小管プラス端集積因子(+TIPs)であるEBファミリーを同定し、うちEB3は分裂期においてAurora-Aおよび-Bにより中心体および中央紡錘体でリン酸化されていることを明らかにした。

・EB3は同じEBファミリーのEB1と異なり不安定なタンパク質で、M-G_1移行時にRINGフィンガー型のユビキチンリガーゼ(E3)であるSIAH-1によりユビキチン化され、26Sプロテアソームで分解されることを明らかにした。さらに、SIAH-1によるEB3の分解はM期でのAuroraによるEB3のリン酸化で阻害されることを明らかにした。細胞周期でのEB3タンパクレベルの変動は、Auroraによるリン酸化とSIAH-1による分解で制御されているという機構を明らかにした。
強結合超対称性大統一理論

1、従来のgauge mediated SUSY breaking modelにおいては、messenger fieldとしてvector-1ikeなchiral multipletを用いていますが、massive vector multipletを用いても超対称性の破れをmediateすることができます。面白い特徴としましては、massive vector multipletを用いると超対称性を破ると同時に大統一理論のゲージ群を破るような模型が出来る可能性があるということです。massive vector multipletを用いて現実的な模型を作ることは、負の質量の二乗項が出る等の困難のため、我々の研究以前にはなされていませんでしたが、我々は初めてその困難を回避し、超対称性と大統一理論のゲージ群を同時に破ることが可能であることを具体的な模型を作ることで示しました。また、その模型の中で、超対称性模型の大きな問題の一つである、ミュー問題を解決する一つの方法を提案しました。2、超対称性の破れとフェルミオンの質量の構造を異常U(1)ゲージ理論を用いることによって、同時に理解するという可能性は非常に魅力的ですが、残念ながら、FCNCが現実よりも大きく出るとか、color chargeが破れる等の問題がありました。これらの問題は、少なくとも、dilatonの安定性の問題をdilatonのケーラーポテンシャルを変形する(特に二回微分が小さくなる)ことで回避するようなシナリオでは、dilatonのF termによるSUSY breakingが、異常U(1)D termによるものより、大きくなり得て、そのために避けられる可能性が指摘されていました。我々は、その比は、モデルによって、それほど、変化せず、従って、FCNCが予言できることを示しました。特に、ミュー粒子の電子と光子への崩壊で、実験的に近い将来このシナリオは確かめられることを示しました。3、我々の空間がより大きい次元の中に埋め込まれている可能性について、特に大統一理論とのからみで、調べています。1.現実的な模型に適用できるN=1の双対性を、より良く理解されてはいるが、現実的な模型には適用できないN=2の双対性から導くという仕事を行いました。その過程において理解できる特性を用いて、超対称性標準模型でN=1の双対性が現れる可能性についての研究を継続して行っていきます。2.従来のgauge mediated SUSY breaking modelにおいては、messenger fieldとしてvector-likeなchiral multipletを用いていますが、massive vector multipletを用いても超対称性の破れをmediateすることができます。massive vector multipletを用いて現実的な模型を作る試みをしています。この仕事に関しては、近く、まとめるつもりです。3.超対称性の破れとフォルミオンの質量の構造を異常U(1)ゲージ理論を用いることによって理解するという方向がありますが、その方向で、果たして満足の行く模型がつくれるのかどうか、ということについて吟味しました。特に、最近、Suparkamiokandeにおいて、ニュートリノに質量が存在していることが示唆されていますが、その結果を説明できるようなニュートリノの質量行列は得られるかどうか、についても議論しました。そのために必要となる中間スケールと電弱スケールが同時に理解できるような力学的模型を考察しました。
低酸素ストレス負荷における脳内グリア細胞の応答と神経細胞に与える影響

ジアシルグリセロールキナーゼ(DGK)はジアシルグリセロール(DG)の代謝を介して細胞内情報伝達に重要な役割を果たす。我々は、DGKアイソザイムの1つであるζ型DGKが核移行シグナルを有し核内に存在すること、一過性脳虚血(20分間)モデルラットの海馬CA1錐体細胞において核から細胞質に移行し再還流後も核内に戻ることはないことを報告してきた。しかし、虚血ストレスにおけるζ型DGKの核外移行に関する詳細なメカニズムおよび機能的意義は未だ不明である。本研究では、脳虚血負荷実験をシミュレートするためにラット海馬スライスに酸素グルコース欠乏負荷(oxygen-glucose deprivation : OGD)を与え、ζ型DGKの細胞内局在の経時的変化を詳細に検討した。ζ型DGKは動物モデル実験と同様、OGD負荷20分後から徐々に核外に移行し、その後、酸素グルコースを含む通常培養条件下に戻しても再び核内に戻ることはなかった。一方、OGD負荷10分後ではζ型DGKの核外移行は認められないが、その後、通常培養条件下に戻すと60分後にはζ型DGKが完全に核外へ移行することが明らかとなった。以上より、10分間のOGD負荷により細胞死カスケードが作動し、ζ型DGKの核外移行が誘導された可能性が示唆された。さらにグルタミン酸毒性との関連性を追求するために、通常培養条件下においてNMDAを添加するとζ型DGKの核外移行が誘導され、一方OGD負荷時にNMDA受容体を阻害するとζ型DGKの核外移行は認められなくなった。また、細胞外Ca2+をキレートしOGD負荷を行うとζ型DGKの核外移行は起こらなかった。以上よりζ型DGKの核外移行には、NMDA受容体刺激による細胞外Ca2+の細胞内流入が重要であると考えられた。我々は、DGKアイソザイムの1つであるζ型DGKが核移行シグナルを有し核内に存在し、一過性脳虚血(20分間)により低酸素ストレスを負荷したラット海馬CA1錐体細胞において核から細胞質に移行し再還流後も核内に戻ることはないことを報告してきた。しかし、虚血ストレスにおけるζ型DGKの核外移行に関する詳細なメカニズムおよび機能的意義は未だ不明であるので本研究を企画し種々の実験を行った。実験では、脳虚血負荷実験をシミュレートするためにラット海馬スライスを用いた酸素グルコース欠乏負荷(oxygen-glucose deprivation : OGD)モデルを施行し、DGKζの細胞内局在の経時的変化を詳細に検討した。DGKζはOGD負荷10分後ではその核外移行は認められないが、その後、通常培養条件下に戻すと60分後には完全に核外へ移行することが明らかとなったことから、10分間のOGD負荷により細胞死カスケードが作動し、ζ型DGKの核外移行が誘導された可能性が示唆された。本年度はさらにグルタミン酸毒性との関連性を検討した。その結果、通常培養条件下においてNMDAを添加するとζ型DGKの核外移行が誘導され、一方OGD負荷時にNMDA受容体を阻害するとζ型DGKの核外移行は認められなくなることが明らかとなった。また、細胞外Ca^<2+>をキレートしOGD負荷を行うとζ型DGKの核外移行は起こらなかった。

以上よりζ型DGKの核外移行には、NMDA受容体刺激による細胞外Ca^<2+>の細胞内流入が重要であると考えられた。交通事故等による外傷性脳損傷、および心血管系の閉塞や破綻に起因する脳虚血・脳梗塞・脳出血は、救急医学において生命維持に関わる代表的な病態である。これらの病態に共通する現象は、「血液還流障害による脳の低酸素ストレス負荷」と総括できる。従来行われてきた脳損傷や虚血モデル研究においては、申請者らも報告してきたように、グリア細胞と神経細胞の動態を別個に扱った研究が大部分であった。しかしながら本来、脳は神経細胞とグリア細胞の密接な連携により機能するもので各々独立した応答を示す訳ではないのは明白であり、脳のストレス応答に関して全体像が見逃されている可能性がある。申請者らは細胞内情報伝達機構に関する基礎研究に従事し、細胞内セカンドメッセンジャーであるジアシルグリセロール(DG)のリン酸化酵素DGキナーゼ(DGK)の分子多様性と生体臓器における遺伝子発現の多様性を明らかにしている。これまで、動物実験からラット脳の「一過性脳虚血・再還流モデル」において、DGKζ(ゼータ)が海馬ニューロンにおいて一過性虚血後に核から細胞質へと移行し、その後アポトーシス様の細胞死に至る現象を発見した。本研究では、この現象と脳障害ストレスとの関連を追求する目的で、DGKζの新規結合蛋白NAP1およびNAP2を同定し「低酸素脳症モデル」における蛋白間結合を起こるかどうかを検討した。成体雄マウスを低酸素ストレス(酸素濃度4.55.0%、6分40秒間)に暴露し、負荷72時間後に免疫沈降実験を行ったところ、細胞質に局在するNAP1とDGKζの結合が増加するが、DGKζとNAP2の結合は変化を示さなかった。以上より、低酸素ストレス下では、NAP1がDGKζの細胞質移行とその後のアポトーシスに関与する可能性が示唆された。これらの病態に共通する現象は、「血液還流障害による脳の低酸素ストレス負荷」と総括できるように思われる。従来行われてきた脳損傷や虚血モデル研究においては、グリア細胞と神経細胞の動態を別個に扱った研究が大部分であった。本研究ではこの点に着目し、申請者らがこれまで解析してきた細胞内二次メッセンジャー代謝酵素ジアシルグリセロールキナーゼ(DGK)の動態を指標として、同一モデルによる神経細胞とグリア細胞の経時的動態解析を全体の研究目標に設定した。本研究ではまず「血液還流障害による脳の低酸素ストレス負荷」の要因解析を行うために、脳スライス標本モデルを用いた実験系を立ち上げ解析を行った。ラット海馬スライスに酸素グルコース欠乏負荷(oxygen-glucose deprivation : OGD)を与え、ζ型DGKの細胞内局在の経時的変化を詳細に検討した。ζ型DGKはこれまでの虚血モデル実験と同様、海馬神経細胞においてOGD負荷20分後から徐々に核外に移行し、その後、酸素グルコースを含む通常培養条件下に戻しても再び核内に戻ることはなかった。一方、OGD負荷10分後ではζ型DGKの核外移行は認められないが、その後、通常培養条件下に戻すと60分後にはζ型DGKが完全に核外へ移行することが明らかとなった。以上より、10分間のOGD負荷により細胞死カスケードが作動し、ζ型DGKの核外移行が誘導される可能性が示唆された。さらにこのζ型DGKの核外移行には、NMDA受容体刺激による細胞外Ca2+の細胞内流入が重要であると考えられた。