hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小脳系神経回路の構造的特異性を決定する転写制御機構の解析

小脳入力神経回路群の一つを構成する橋核神経細胞とその標的である小脳顆粒細胞との間の特異的シナプス結合を担う分子を探索し、細胞接着因子cadherin-7(Cdh7)を同定した。Cdh7は標的認識と軸索伸展終了の両方の機構を制御することで、これらの神経細胞間の特異的なシナプス接続を確立する重要な役割を持つことが明らかとなった。また、小脳入力神経回路群では複数のcadherin分子が回路特異的に発現しており、これらの分子の発現のON/OFFが回路の接続特異性を決定する重要な要因であることがわかった。さらに、発現解析などによってこれらのcadherin分子の上流発現制御因子の候補を複数同定した。本年度はCadherin-7(Cdh7)の詳細な発現解析から開始した。入手可能なCdh7抗体にはマウス組織の免疫染色に使用出来る抗体がなかったため、ウサギに免疫してまず抗Cdh7特異抗体を作製した。そして、抗原吸収実験やshRNAによる発現抑制実験など種々の実験系により、作製したCdh7抗体の特異性が確認された。先行して行ったDNAマイクロアレイ解析の結果と一致して、シナプス形成期である生後14日目の橋核神経細胞でCdh7の高い発現が認められ、登上線維神経細胞では発現がみられなかった。また、Cdh7は橋核神経細胞以外の苔状線維神経細胞群でも発現していた。橋核神経細胞におけるCdh7の発現を経時的に調べたところ、Cdh7は橋核神経細胞の軸索が小脳に到達する以前の胎生後期から出生後のシナプス形成期にかけて高発現し、その後、成体期になると大きく発現量が減少することが明らかになった。一方、生後14日目の小脳では、橋核神経細胞の軸索の標的細胞である小脳顆粒細胞やゴルジ細胞、また非標的神経細胞であるプルキンエ細胞で発現がみられた。興味深いことに、プルキンエ細胞ではCdh7はゴルジ体に限局した細胞内分布を示し、細胞膜や樹状突起上には局在していないことが明らかになった。一方で、小脳顆粒細胞では、Cdh7は細胞膜上や樹状突起に局在していた。また、小脳内の橋核神経細胞の軸索末端にCdh7が局在していることも明らかになった。これらの発現・局在パターンは、Cdh7が橋核神経細胞と小脳顆粒細胞との間のシナプス結合を制御している可能性を支持するものであった。また、上述のDNAマイクロアレイ解析で橋核神経細胞で特異的に発現している可能性が示唆された転写因子群についての組織学的発現解析も開始した。昨年度までにおこなったCadherin-7の後脳・小脳神経細胞群における詳細な発現解析の結果に基づいて、本年度は橋核神経細胞と小脳神経細胞群との間の回路接続におけるCadherin-7の機能を中心に解析を進めた。まず、初代神経細胞培養系において前シナプス・後シナプスマーカーを用いて細胞生物学的に橋核神経細胞のシナプス結合を解析した。その結果、Cadherin-7は橋核神経細胞とその標的である小脳顆粒細胞との間のシナプス結合を促進するが、橋核神経細胞とプルキンエ細胞との間のシナプス結合には影響を与えないことが明らかになり、Cadherin-7が橋核神経細胞のシナプス結合の特異性を制御する可能性が強く示唆された。また、橋核神経細胞とCOS細胞との共培養実験系を用いて、Cadherin-7の同種親和性結合によるシグナルが橋核神経細胞の軸索内に前シナプス蛋白質synaptophysinの蓄積を引き起こすことも明らかにし、Cadherin-7がシナプス結合の特異性確立だけでなくシナプスの成熟化にも寄与する可能性を示した。また、橋核神経細胞の最終標的細胞である成熟小脳顆粒細胞で発現するCadherin-7が橋核神経細胞の軸索伸展に対して抑制作用を持つことを明らかにし、標的細胞由来のCadherin-7シグナルが軸索の伸展を適切なタイミング・場所で終了させて、シナプス形成を促している可能性が示唆された。一方、本年度は、これまでにおこなったDNAマイクロアレイ解析によって抽出されたCadherin-7の上流の候補発現制御因子群のクローニングやそれらの因子に対するshRNAベクターの構築、さらにそれらの組織学的・生化学的発現解析も進めた。細胞接着因子Cadherin-7は、小脳入力神経回路の一つ「苔状線維」を構成する橋核神経細胞とその標的である小脳顆粒細胞で発現し、同種親和性結合を介して標的細胞認識および軸索伸展終了の両方の機構を制御することで、それらの神経細胞間の特異的なシナプス接続を確立する重要な役割を持つことが明らかとなった。このことから、一つの膜蛋白質が軸索を“止める"、“つなぐ"という二つの機能を担うことでスムーズかつ正確な回路接続を可能にする新たなメカニズムが存在することが示された。一方、もう一つの小脳入力神経回路「登上線維」を構成する下オリーブ核神経細胞で特異的に発現する別のcadherin分子を子宮内電気穿孔法によって橋核神経細胞に異所的に発現させて組織学的解析を行ったところ、橋核神経細胞の特異的な回路接続に異常が起こることが明らかになった。これらの研究結果から、小脳入力神経回路におけるcadherin分子群の回路特異的なON/OFF発現制御が回路接続の特異性を確立する上で重要であることが強く示唆された。

これまでにDNAマイクロアレイ解析によって抽出したシナプス形成期の橋核神経細胞または下オリーブ核神経細胞で特異的に発現する発現制御因子群について組織学的・生化学的発現解析を行って、それらの後脳・小脳における時空間的な発現パターンを検証し、実際に各神経細胞で特異的に発現する発現制御因子を絞り込んだ。現在、生化学的解析法によりこれらの中で橋核神経細胞あるいは下オリーブ核神経細胞でcadherin分子の発現を制御する因子の同定を進めている。小脳入力神経回路群の一つを構成する橋核神経細胞とその標的である小脳顆粒細胞との間の特異的シナプス結合を担う分子を探索し、細胞接着因子cadherin-7(Cdh7)を同定した。Cdh7は標的認識と軸索伸展終了の両方の機構を制御することで、これらの神経細胞間の特異的なシナプス接続を確立する重要な役割を持つことが明らかとなった。また、小脳入力神経回路群では複数のcadherin分子が回路特異的に発現しており、これらの分子の発現のON/OFFが回路の接続特異性を決定する重要な要因であることがわかった。さらに、発現解析などによってこれらのcadherin分子の上流発現制御因子の候補を複数同定した。本年度は当初の研究計画とは少し進め方が変わったが、代わりに回路接続におけるCadherin-7の機能解析が大きく進展し、また次年度以降の研究の準備が順調に進んでいるため。神経発生生物学今後は、橋核神経細胞と小脳神経細胞との間の特異的シナプス結合に関してin vivoでの詳細な解析を進めていく予定である。また、同時に、Cadherin-7の上流発現制御因子の同定を目指して種々の生化学的・細胞生物学的実験を進めていく。研究計画の通り、Cdh7の詳細な発現パターンを明らかにしており、また上流転写因子の発現解析にもすでに着手し、次年度以降の研究の準備が順調に進んでいるため。未使用額の発生は、効率的な物品調達を行った結果であり、次年度の研究費と合わせて消耗品購入に充てる予定である。今後は、まず橋核神経細胞と小脳顆粒細胞との間のシナプス結合におけるCdh7の詳細な役割を様々なin vitro、in vivo実験系から明らかにしていく。また、Cdh7の候補上流発現制御因子の解析を進めるための初代神経細胞培養系や種々の生化学実験系の立ち上げを進めていく。購入を予定していた物品のうち本年度までに購入が終わらなかった抗体や試薬などの消耗品を購入する予定である。未使用額の発生は効率的な物品調達を行った結果であり、次年度の研究費と合わせて消耗品購入に充てる予定である。購入を予定していた物品のうち本年度までに購入が終わらなかった抗体などの消耗品を購入する予定である。
ランダムミュータジェネシスによる遺伝子欠損モデルラットの開発と系統化に関する研究

実験動物としてのラットにはマウスにはない有用性があるが、マウスで行われているようなノックアウト個体の開発はされていない。目的とする遺伝子を不活性化する方法はランダムに遺伝的変異を挿入しそれをスクリーニングする方法しかなく、効率良く遺伝子ノックアウトラットを得るための基礎検討を行った。マイクロアレイによる発現解析によりCyp3a3遺伝子について遺伝子発現がほぼ完全に抑制されている個体を得た。しかしこの個体はCyp3a3領域のゲノムDNAに大きな欠損が観察されなかった。Cyp3a3の発現を詳細に調べたところ0日齢でも発現がない個体とある個体があることがわかった。その差は授乳前か後かに起因するものと推測された。すなわち胎児ではCyp3a3の発現がないが、授乳後に発現すると推測された。今回のケースでは誕生直後にサンプリングを行った個体で解析したため、Cyp3a3が発現していないという結果になったと推測される。遺伝子発現解析ではこのようにゲノムの欠損に起因しないケースも出てくるため直接ゲノムの欠損をサーチする方法が必要だと考えた。そこで発がん、薬物代謝、放射線感受性などに関わる遺伝子を約100個ピックアップし、その第1エクソンと最終エクソン近辺にprimerを設計し定量PCRを行った。まずノックアウトマウスで実施したところ正常ホモ、ヘテロ、ノックアウトホモのゲノム量が定量できた。次に正常ラットで約200セットのプライマーで定量PCRを実施したところ雌雄でX染色体に設計したプライマーで雌:雄=2:1と正確にゲノム量が測定できることがあきらかとなった。そこでミュータジェネシスG1世代約80個体について定量PCRを実施した。その結果、1個体についてある遺伝子のゲノム領域が欠損していることが示唆された。定量PCRによるゲノム欠損領域の特定は有効な手段であることを明らかにできた。これまでの研究により、G3世代のラットにおいて極めて矮小な個体が誕生し、これらのラットについてDNAマイクロアレイを用いた解析の結果、少なくとも10個程度の遺伝子の発現がほぼ消失している結果を得た。今年度の研究では、これらのラットについて、脳および肝臓から採種されたRNAサンプルを用いて、RT-PCR法によって、その遺伝子発現を確認する実験を行った。マイクロアレイによる実験で消失している想定された4つの遺伝子、Cyp3a3,Sce1,Alas1,Lipcについてプライマーを設計し、RT-PCR法によって発現の有無を解析したところ、Cyp3a3遺伝子については矮小固体で発現が抑制されていたが、その他の遺伝子についてはコントロール個体にくらべ発現量は低下しているものの、少量の遺伝子発現が観察された。この結果により、遺伝子が完全にノックダウンされていないことが予測されたので、これら3遺伝子については今後の解析から除外した。一方、Cyp3a3遺伝子については矮小個体での発現抑制が観察されたので、これらの個体のゲノム解析を行って、どのような遺伝子破壊が起こっているのかを解析した。ラットCyp3a3遺伝子は13個のエクソンからなることが報告されていたので、それぞれのエクソンを増幅するプライマーを設計し、染色体上の欠損エクソンの検出を試みた。ところが矮小個体について、全ての個体の全てのエクソンが染色体上に存在すると言う結果を得た。そこでプロモーター領域の染色体領域欠損を確認するため、第1エクソンの上流5kbについて4セットのプライマーを設計し、ゲノム解析を行ったが、全ての領域が存在する結果を得た。すなわち矮小個体はCyp3a3遺伝子について遺伝子発現がほぼ完全に抑制されているにもかかわらず、ゲノムDNAに大きな欠損が観察されないという結果を得た。現在、さらに詳細な解析を行っている。

前年度までに、矮小個体はCyp3a3遺伝子について遺伝子発現がほぼ完全に抑制されているにもかかわらず、ゲノムDNAに大きな欠損が観察されないという結果を得た。その後、0日齢の個体でのCyp3a3の発現を詳細に調べたところ0日齢でも発現がない個体とある個体があることがわかった。その差は授乳前か後かに起因するものと推測された。すなわち胎児ではCyp3a3の発現がないが、授乳後に発現すると推測された。今回のケースでは誕生直後にサンプリングを行った個体で解析したため、Cyp3a3が発現していないという結果になったと推測される。遺伝子発現解析ではこのようにゲノムの欠損に起因しないケースも出てくるため直接ゲノムの欠損をサーチする方法が必要だと考えた。そこで発がん、薬物代謝、放射線感受性などに関わる遺伝子を約100個ピックアップし、その第1エクソンと最終エクソン近辺にprimerを設計し定量PCRを行うことを計画した。まずノックアウトマウスで実施したところ正常ホモ、ヘテロ、ノックアウトホモのゲノム量が定量できることがあきらかになった。次に正常ラットで約200セットのブライマーで定量PCRを実施したところ雌雄でX染色体に設計したプライマーで雌:雄=2:1と正確にゲノム量が測定できることがあきらかとなった。そこでミュータジェネシスG1世代約80個体について定量PCRを実施した。その結果、1個体についてある遺伝子のゲノム領域が欠損していることが示唆された。定量PCRによるゲノム欠損領域の特定は有効な手段であることを明らかにできたが、全遺伝子を網羅するにはスループットが悪いことが欠点である。ラットにはヒトのようにゲノム定量アレイはないので、発現アレイでゲノム量を測定できないかを検討し、全遺伝子を網羅的に検索することを計画している。
建築杭基礎敷設規模全国調査と実証実験によるエネルギーパイルシステム導入可能性評価

本研究は,地下熱利用の導入可能性に関して,計画系における環境設備からの知見のみでなく,構造系のアプローチが実施したものである.地質にもよるが,杭基礎の規模は建築規模と概ね連動するとすれば,エネルギー需要量と杭基礎による供給可能熱量は非常に良好な関係にあることが推定される.これらのことを明らかにするため,計画・構造系の両面から横断的に大規模な調査を行ったものである.データベース作成にあたっては,主要な設計事務所,総合建設業,杭業者に調査協力を得た.本研究を通じて得られた知見は以下の通りである.(1)実規模建築における空調用エネルギーパイルシステムの運転実績に基づく評価札幌の事務所における摩擦杭を用いたエネルギーパイルシステムの実測・評価における研究成果を踏まえ,用途を住宅等にも拡げ,実証実験を実施した.10m程度の摩擦杭を対象とした.長期的な運転実績を測定し,省エネルギー性,環境保全性,経済性に関する評価を行い,本システムが長期的に導入効果が高いことを示した.(2)エネルギーパイルシステムの最適設計手法の構築地質,地下水流速などを用いて,エネルギーパイルシステムシミュレータを開発した.さらに,調査結果に基づく杭基礎の熱利用を図った場合に予測される供給可能エネルギー量と建築のエネルギー需要の比較を実施した.(3)国土数値情報による都市における導入ポテンシャルの広域的な総合評価北海道内における主要都市における地質から土壌の総合的な熱伝導率,熱容量などに関するデータベースを構築し,国土数値情報化を行った.また,地下水が存在する帯水層の厚さ,深度,地下水流速などの情報についても整備し,建築規模,地質と杭基礎の関係を現状の実績に基づき推計し,導入可能性が高いことを明らかにした.地下熱利用システムの経済性を考慮した実現の可能性に関して,建築物の杭基礎を空調用熱交換器として利用するエネルギーパイルシステムの導入ポテンシャルを全国的に調査するとともに,実際の住宅,事務所に本システムを導入し,省エネルギー効果とコスト削減効果に関する検討を行った.(1)建築物の杭基礎を空調用熱交換器として利用するエネルギーパイルシステムの導入可能性評価を目的として,建築物杭基礎敷設規模全国調査によるデータベースを作成した.現在の収録件数は345件である.(2)建築物仕様の調査結果を整理した.今回,対象とした物件の延床面積は,最小で100m2,最大で50899m2であった.(3)杭基礎仕様の調査結果を整理した結果,PHC杭の利用頻度が最も高く,46%を占め,次いでPC杭が18%,回転貫入鋼管杭が13%であった.(4)建築物規模と杭基礎規模との関係について検討した.建築物規模が大きくなるほど杭基礎規模も大きくなるという傾向が見受けられたが,杭の種類により特徴的な分布が見られため,全体的にばらつきが大きかった.(5)札幌における熱需要量と地下熱賦存量の関係について検討した.24時間連続運転により,調査件数全体の約42%において,エネルギーパイルシステムのみで建築物の暖房需要量をすべて賄うことができる可能性があることがわかった.(6)札幌におけるエネルギーパイルシステムの導入効果の評価を行った.暖房期間の運転において,従来システムに対して,一次エネルギー削減率は30%程度,CO2削減率は30%から45%程度,ランニングコストは5%から40%程度と非常に導入効果の高い結果となった.本研究は,地下熱利用の導入可能性に関して,計画系における環境設備からの知見のみでなく,構造系のアプローチが実施したものである.地質にもよるが,杭基礎の規模は建築規模と概ね連動するとすれば,エネルギー需要量と杭基礎による供給可能熱量は非常に良好な関係にあることが推定される.これらのことを明らかにするため,計画・構造系の両面から横断的に大規模な調査を行ったものである.データベース作成にあたっては,主要な設計事務所,総合建設業,杭業者に調査協力を得た.本研究を通じて得られた知見は以下の通りである.(1)実規模建築における空調用エネルギーパイルシステムの運転実績に基づく評価札幌の事務所における摩擦杭を用いたエネルギーパイルシステムの実測・評価における研究成果を踏まえ,用途を住宅等にも拡げ,実証実験を実施した.10m程度の摩擦杭を対象とした.長期的な運転実績を測定し,省エネルギー性,環境保全性,経済性に関する評価を行い,本システムが長期的に導入効果が高いことを示した.(2)エネルギーパイルシステムの最適設計手法の構築地質,地下水流速などを用いて,エネルギーパイルシステムシミュレータを開発した.さらに,調査結果に基づく杭基礎の熱利用を図った場合に予測される供給可能エネルギー量と建築のエネルギー需要の比較を実施した.(3)国土数値情報による都市における導入ポテンシャルの広域的な総合評価北海道内における主要都市における地質から土壌の総合的な熱伝導率,熱容量などに関するデータベースを構築し,国土数値情報化を行った.また,地下水が存在する帯水層の厚さ,深度,地下水流速などの情報についても整備し,建築規模,地質と杭基礎の関係を現状の実績に基づき推計し,導入可能性が高いことを明らかにした.
DNAフィンガープリンティングによる栽培二粒系コムギの起原地の同定

世界の主要作物であるコムギは、西南アジアの「肥沃な三日月地帯」で野生種から栽培化されて起原した。栽培型のコムギやオオムギの出現は人々の生活形態に画期的な変化をもたらし、ひいては文明をはぐくむ基盤となった。本研究では、栽培コムギの起原を解明するため、以下の研究を行った。1.精密なフィンガープリンティングを行うため、葉緑体ゲノムに存在する24のSSR(simple sequence repeat)座を探索した(Ishii et al.in press)。コムギの倍数種およびエギロプス属の合計11種43系統を用いて解析したところ、このSSR座は核ゲノムのRFLPとほぼ同等の高い多型性を示した。また、野生4倍性コムギから普通系コムギに至る母系が少なくとも2つ存在することが判明した(Ishii et al.,in press)。2.栽培二粒系コムギ(T.dicoccum)の起原地を同定するため、世界各地で採集されたT.dicoccumとその祖先野生種であるT.dicoccoidesの合計172系統についてフィンガープリンティングを行った。その結果、大多数(80%)のT.dicoccumがA型ハプロタイプを持つことが判明した。A型は祖先野生種において低い頻度(8.3%)で存在し、トルコの1地域のみに分布することが判明した。この結果は、現存する栽培二粒系コムギに至る母系の数は少なく、メジャーな母系はトルコ中南部の1地域に起原した可能性を強く示唆していた。3.コムギ・エギロプス属の全ての2倍種16種39系統を用い、24の葉緑体SSR座について解析したところ、種内に比べて種間で大きな多様性が見られ、コムギ・エギロプス両属の葉緑体ゲノムが2倍体のレベルで明瞭に分化していることを示していた。さらに、一粒系コムギにおいて、T.urartuがユニークな葉緑体ゲノムを持つことが判明し、T.urartuは両属2倍種の種分化初期に起原した可能性を示唆した。コムギは世界でもっとも多くの人々が利用する穀物の一つである。考古学的研究から、栽培コムギは約1万年前にメソポタミアで人類によって栽培化された結果起原したと考えられている。本研究の目的は、これら栽培コムギの起原を現存する栽培種や野生種の核DNAの構造変異を手がかりに解明することである。本年度は以下の3点について研究を行った。2.ゲノムサイズが非常に大きいコムギを対象としたAFLP解析系のたち上げを行った。様々な方法を検討した結果、PCRの段階で合計8個の選択的塩基を使用し、銀染色法によって解析する方法を確立した。3.システムのテストを兼ねて、上記の普通系コムギ80系統について2組のプライマーによる解析を行った。その結果、形態的に原始的なT.machaとT.speltaがもっとも大きな多様性を示し、興味深いことにコーカサス地方の固有種とされるT.machaが普通系コムギの中で最も初期に起源した可能性が示唆された。12年度は、以上のシステムにより大規模かつ組織的にフィンガープリンティングを進める予定である。

本研究では、栽培コムギの起原を解明するため、以下の研究を行った。1.精密なフィンガープリンティングを行うため、葉緑体ゲノムに存在する24のSSR(simple sequence repeat)座を探索した(Ishii et al.in press)。コムギの倍数種およびエギロプス属の合計11種43系統を用いて解析したところ、このSSR座は核ゲノムのRFLPとほぼ同等の高い多型性を示した。また、野生4倍性コムギから普通系コムギに至る母系が少なくとも2つ存在することが判明した(Ishii et al.,in press)。2.栽培二粒系コムギ(T.dicoccum)の起原地を同定するため、世界各地で採集されたT.dicoccumとその祖先野生種であるT.dicoccoidesの合計172系統についてフィンガープリンティングを行った。その結果、大多数(80%)のT.dicoccumがA型ハプロタイプを持つことが判明した。A型は祖先野生種において低い頻度(8.3%)で存在し、トルコの1地域のみに分布することが判明した。この結果は、現存する栽培二粒系コムギに至る母系の数は少なく、メジャーな母系はトルコ中南部の1地域に起原した可能性を強く示唆していた。3.コムギ・エギロプス属の全ての2倍種16種39系統を用い、24の葉緑体SSR座について解析したところ、種内に比べて種間で大きな多様性が見られ、コムギ・エギロプス両属の葉緑体ゲノムが2倍体のレベルで明瞭に分化していることを示していた。さらに、一粒系コムギにおいて、T.urartuがユニークな葉緑体ゲノムを持つことが判明し、T.urartuは両属2倍種の種分化初期に起原した可能性を示唆した。
グルタミン酸生産菌の代謝工学の新展開：オキサロ酢酸過剰生産型代謝への改変

最終年度は事業廃止のため実施せず。研究期間全体を通じて実施した研究の成果【目的】ピルビン酸キナーゼ(PYK)は、ホスホエノールピルビン酸(PEP)からピルビン酸への変換を触媒する。これまでの研究でPYK欠失株では過剰なPEPの蓄積を避けるために、PEPからオキサロ酢酸生成方向へと代謝が傾くことを報告した。一方てで、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ(PEPCx)は、ホスホエノールピルビン酸からオキサロ酢酸へのアナプレロテイック反応を触媒している。そこで本研究では、PEPCxのアスパラギン酸によるフィードバック阻害の解除がアミノ酸生産に与える影響を解析した。【方法】C. glutamicum ATCC13032およびPYK欠失株に、PEPCxのフィードバック阻害を解除する変異を導入した。得られた株を、ビオチン量を制限したグルタミン酸発酵条件下で培養し、その発酵特性について解析を行った。また、各株の細胞抽出液をアナプレロテイック経路およびTCAサイクル関連酵素の活性測定に供した。【結果】PEPCx変異株およびPEPCx変異かつPYK欠失二重変異株において、親株よりも最大生育量の減少が見られた。しかし、糖消費速度(OD660当たり)に有意な差はみられなかった。一方でグルタミン酸およひアスパラギン酸濃度は、両株において有意な上昇が認められた。以上の表現型および酵素活性測定の結果から、PEPCxのアスパラギン酸によるフィードバック阻害の解除は、PYK欠失と同様に、PEPの代謝をオキサロ酢酸生成方向に傾かせることが示唆された。また、二重変異株では更なるグルタミン酸生産量の増大が観察されたことから、グルタミン酸生産においてはオキサロ酢酸の供給量が重要な因子であることが改めて示唆された。【目的および背景】オキサロ酢酸(OAA)はリジンやスレオニンなどアスパラギン酸(Asp)系アミノ酸の前駆体であるため、OAAの円滑な供給はこれらの発酵生産において重要である。そこで本研究課題では、アミノ酸生産菌CorynebacteriumglutamicumのOAA供給能強化に向けた代謝改変を目指している。細胞内においてOAAは様々な代謝経路への分岐点となっており、多数の酵素が生成と分解に関わるため、OAAをAsp系アミノ酸生合成に選択的に供給することは難しい。これまでの知見から、ピルビン酸キナーゼの欠失(PYKー)、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼの脱感作(PEPCfbr)、クエン酸シンターゼの活性低下(CSL)の3種類の変異はAsp生成量を増加させることから、OAA供給量を強化することが示唆されている。そこで本研究課題では、グルタミン酸生産条件(biotin制限条件)において、これら変異の組合せがOAAの供給に与える影響を検討した。【方法と結果】野生株C. glutamicum ATCC13032のゲノム上に3種類の変異(PYKー, PEPCfbr, CSL)を単独または組合せて導入し、発酵培地でbiotinを制限して培養した。OAAの蓄積はAspの生成量を指標として評価した。その結果、3種類の変異を単独で導入した株は全て親株と比べAsp生成量が増加した。また、変異を2重、3重と組合せると、Asp生成量が更に向上した。したがって、これらの変異それぞれが、OAAのAsp系アミノ酸生合成経路への供給を強化する効果があり、また、これらの変異には相乗効果があることが示された。現在、ジャーファーメンターを用いた培養を行い、更に詳細な解析を行っている。【目的】

ピルビン酸キナーゼ(PYK)は、ホスホエノールピルビン酸(PEP)からピルビン酸への変換を触媒する解糖系の鍵酵素である。これまでの研究で、PYK欠失株では過剰なPEPの蓄積を避けるためにアナプレロティック経路の酵素活性を変化させ、PEPからオキサロ酢酸生成方向へと代謝を傾かせることを報告した。一方で、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ(PEPCx)は、ホスホエノールピルビン酸からオキサロ酢酸へのアナプレロティック反応を触媒している。そこで本研究では、PEPCxのアスパラギン酸によるフィードバック阻害の解除が、アミノ酸生産に与える影響を解析した。【方法】C. glutamicum ATCC 13032およびPYK欠失株に、PEPCxのフィードバック阻害を解除する変異を二重相同組換え法によって導入した。得られた株を、ビオチン量を制限したグルタミン酸発酵条件下で2Lジャーファーメンターを用いて培養し、その発酵特性について解析を行った。また、各株の細胞抽出液をアナプレロティック経路およびTCAサイクル関連酵素の活性測定に供した。【結果】PEPCx変異株およびPEPCx変異かつPYK欠失二重変異株において、それぞれ親株ATCC 13032よりも最大生育量の減少が見られた。しかし、糖消費速度(OD660当たり)に有意な差はみられなかった。一方でグルタミン酸およびアスパラギン酸濃度は、両株において有意な上昇が認められた。以上の表現型および酵素活性測定の結果から、PEPCxのアスパラギン酸によるフィードバック阻害の解除は、PYK欠失と同様に、PEPの代謝をオキサロ酢酸生成方向に傾かせることが示唆された。また、二重変異株では更なるグルタミン酸生産量の増大が観察されたことから、グルタミン酸生産においてはオキサロ酢酸の供給量が重要な因子であることが改めて示唆された。研究計画では平成24年度はPYK欠失変異に加えて、PEPCxのアスパラギン酸によるフィードバック阻害解除が、アミノ酸生産に与える影響を解析する予定であったが、それは達成された。さらにPYK欠失との組み合わせの評価も行った。平成24年度の研究計画では、複数変異の効果を確認する研究計画になっているので、順調に進展している。さらにクエン酸シンターゼの活性低下変異に関しても、検討に着手している。研究計画では平成23年度はPEPCxのアスパラギン酸によるフィードバック阻害の解除が、アミノ酸生産に与える影響を解析する予定であったが、それは達成された。さらにPYK欠失との組み合わせの評価も行ったので、順調に進展している。平成25年度で補助事業を辞退するため記入しない。他の酵素の菌体内オキサロ酢酸濃度への寄与を調べるため、さらにCSの活性低下変異、MDH欠損変異の導入効果について検証する。本研究で導入予定の4種の変異の内容は以下の通りである。A.オキサロ酢酸合成を促進(=1.PYK欠損変異, 2.PEPC(fbr)変異)B.オキサロ酢酸分解を抑制(=3. CS活性低下変異4. MDH欠損変異)。変異の導入は前年度と同様にShaeferらの二重相同組換え法を用いる。
Porphyromonas gingivalis 産生ベジクルの病原性解析

グラム陰性菌の多くが菌体外にベジクルを放出することが知られているが、その性質や病原性については不明な部分が多く残されている。歯周病原細菌の一つであるPorphromonas gingivalis(以下P. gingivalis)も菌体外にベジクルを放出することが知られており、本研究はこのベジクルの病原作用を解析することを目的として取り組んできた。これまでにベジクルは炎症性サイトカイン(IL-1βおよびTNFα)の発現に関与することを確認してきたが、さらにP. gingivalis由来ベジクルはマクロファージに対してiNOSを活性化し、一酸化窒素(NO)を誘導しうることを見い出した。マクロファージを用いた実験で一般的にIFNγやLPSが刺激剤として用いられるが、本研究の結果、ベジクルは刺激剤を用いなくても単独で細胞にNO産生を誘導した。さらにNOの産生量は通常の用いられる量のIFNγやLPSで刺激した場合と比較して、同等かあるいはそれ以上であった。本研究の結果、P. gingivalisが菌体外に放出するベジクルは炎症性サイトカインの誘導のみならず、様々な障害活性を有するフリーラジカルをも誘導することが明らかにされたことから、P. gingivalisが産生するベジクルは重要な病原因子として位置ずけられることが示唆される。Porphyromonas gingivalis(以下P.gingivalis)は成人性歯周疾患の発症・進行の中心的な役割を果たしていることを示唆する免疫学、病理学的所見が多く報告されている。本研究はP.gingivalisが菌体外に産出するベジクルに着目し、その病的役割を明らかにすることを目的として行われるものである。平成9年度は(1)P.gingivalisの培養環境とベジクル産生の関係、(2)電子顕微鏡によるベジクルの形態観察、(3)ベジクルによる培養細胞刺激について研究を進めた。この結果、(1)について、ベジクルはP.gingivalisの菌株によって産生される量が異なること、すなわち標準的に用いられるP.gingivalis ATCC 33277株の産生量は少なく、逆にP.gingivalis w83株は大量に産生することが明らかにされた。また、培養環境中に血液成分が存在すると、両菌株ともにベジクルの産生は極端に少なくなることが明らかとなった。これらの成績は(2)の電子顕微鏡観察により得られたものである。また、観察の結果、ベジクルは一層の外膜で囲まれた直径30から500nmの粒子状構造物として存在し、その表面はLPSと思われる微細な線維構造で覆われていることも今回明らかにされた。さらに(3)においては培養線維芽細胞にIL-1β、IL-6、TNFα、Type-1 collagenase等のmRNAを発現させることも明らかにされ、現在詳細な機序について解析中である。Porphyromonas gingivalis(以下P.gingivalis)が菌体外に放出するベジクルの病原作用を解析することを目的として昨年度に引き続き研究を継続している。この研究過程でP.gingivalisの培養条件や菌株の違いによって菌体外に放出されるベジクルの量に大きな差があることを見い出した。特に血液が存在する環境では菌株の差にかかわりなくベジクルは殆ど産生されないことである。この現象はin vitroでのみ観察されるのか、あるいは歯周疾患の病巣局所でも起こっているのか不明である。本年度はベジクルが引き金となって細胞間におけるサイトカイン伝達がなされるのかを調べるための実験系の設定を行った。ベジクルはヒト線維芽細胞に対して明らかに炎症性サイトカイン(IL-1βおよびTNFα)の発現を誘導することはすでに確認しているが、ベジクルの刺激を受け遺伝子発現が誘導される状態の細胞をチャンバーカルチャーの底面にて培養し、メンプランを介して上段に未刺激細胞を培養し、この細胞からIL-1βあるいはTNFα刺激によって2次的にIL-8あるいはNO等の炎症関連因子が誘導されるのかを調べた。

この結果、上段に培養する細胞が線維芽細胞を用いた場合、IL-8やNO等の2次的な炎症関連因子の発現は極めて微量かあるいは発現が確認できなかった。現在、上段で培養する細胞の種類を変えて(リンパ球および血管内皮細胞)再検討を行っている。グラム陰性菌の多くが菌体外にベジクルを放出することが知られているが、その性質や病原性については不明な部分が多く残されている。歯周病原細菌の一つであるPorphromonas gingivalis(以下P.gingivalis)も菌体外にベジクルを放出することが知られており、本研究はこのベジクルの病原作用を解析することを目的として取り組んできた。これまでにベジクルは炎症性サイトカイン(IL-1βおよびTNFα)の発現に関与することを確認してきたが、さらにP.gingivalis由来ベジクルはマクロファージに対してiNOSを活性化し、一酸化窒素(NO)を誘導しうることを見い出した。マクロファージを用いた実験で一般的にIFNγやLPSが刺激剤として用いられるが、本研究の結果、ベジクルは刺激剤を用いなくても単独で細胞にNO産生を誘導した。さらにNOの産生量は通常の用いられる量のIFNγやLPSで刺激した場合と比較して、同等かあるいはそれ以上であった。本研究の結果、P.gingivalisが菌体外に放出するベジクルは炎症性サイトカインの誘導のみならず、様々な障害活性を有するフリーラジカルをも誘導することが明らかにされたことから、P.gingivalisが産生するベジクルは重要な病原因子として位置ずけられることが示唆される。
高エネルギーコライダーにおける超対称性模型の現象論的研究

(1)超対称性模型における、スクォーク・セクターのフレーバー構造に注目し、それが中性子の電気双極子能率(Electric Dipole Moment、以下EDM)の予言にどのような影響を与えるのか、定量的な評価を行った。グルイノ交換ダイアグラムがフレーバー構造に最も高い感度を持つことを指摘し、またスクォーク世代間の質量差に比例して、EDMの予言値が大きくなる事を示した。(2)LHCにおいて生じるであろうゲージボソン対消滅によるカラーを持たない超対称粒子の対生成過程の研究を行った。特に計算手法として、行列要素の自動計算プログラムSUSY-MadGraph開発し、この過程の詳細な計算を行った。また、散乱振幅のユニタリティ条件から課される、複数の相互作用結合定数間に成り立つ和則(sum rules)を与えた。(3)ニュートリノの質量は超対称性の破れによって与えられる、という可能性について近年議論がなされている。このような模型がもつ典型的な現象論的帰結は、スカラー粒子の3点相互作用が他の模型に比べて顕著に大きいということである。この模型の、高エネルギーライダー実験における検証可能性について調べた。1.大統一理論の持つ深刻な問題の一つに、ヒッグス場の「二重項・三重項分裂」問題がある。この問題は、カラー三重項ヒッグス場の湯川結合の値が十分小さければ、陽子崩壊実験からの制限に抵触する事無くカラー三重項ヒッグス場が軽くなれるので回避される。近年、余剰次元を持つ或る種の大統一理論でこのような軽いカラー三重項ヒッグスの存在が示唆されたが、我々はこの軽いカラー三重項ヒッグスの、ハドロンコライダーにおける探索可能性を調べた。この種の模型で予言されるカラー三重項ヒッグスの特徴として、クォークやレプトン等との湯川結合が非常に小さく、コライダー実験のスケールで安定な粒子の様に振る舞うという点が挙げられる。この特徴を考慮し、生成されたカラー三重項ヒッグスの検出方法についても議論した。その結果、このようなカラー三重項ヒッグスは、その質量が1.5TeVから2TeV位までなら、LHC実験で十分に発見可能である事を明らかにした。2.ゲージ相互作用により超対称性が破れる場合(Gauge mediated SUSY breaking、以下GMSB)では、一般にグラビティーノが一番軽い超対称粒子となり、宇宙初期に大量生成されたそれが現在まで生き残る事で観測と矛盾を生じる、いわゆる「宇宙論的グラビティーノ問題」を引き起こす。このような問題を回避するために、グラビティーノが取るべき質量スケールは色々な方法で議論されてきたが、本研究では、そのように宇宙論的な制限から期待されるグラビティーノ質量スケールが、電弱スケールでの実験に対してどのように影響し得るのかを調べた。その結果、宇宙論的には許されていた、O(GeV)程度の質量スケールは、電弱スケールの実験結果から排除される事を示した。ゲージ階層性問題に対する新たなアプローチとして近年提案されている「リトルヒッグス模型」に関する現象論的な研究をおこなった。この模型では、ヒッグスボソンはある種のグローバル対称性の破れに起因する擬ゴールドストーン粒子として取り扱われる。また、ヒッグスボソン質量が量子補正に対して安定であることを保証するために、模型の持つゲージ対称性は標準模型のそれから拡張され、標準模型のゲージボソンとトップクォーク、ヒッグスボソンに対応する新粒子が導入される。本研究では新粒子の中でも最も軽いものである中性ゲージボソンの生成崩壊を調べ、また同様に中性ゲージボソンの存在を予言する超対称E6大統一模型との特徴の違いを調べた。特に中性ゲージボソンの質量が電子・陽電子リニアコライダーの重心系エネルギーの範囲内にある場合に、中性ゲージボソンの生成・崩壊を通してリトルヒッグス模型とリトルヒッグス模型の区別をつけることが可能かどうかを調べた。電子・陽電子衝突により中性ゲージボソンが生成され、それがミューオン対に崩壊する過程の断面積の測定のみでは模型が持つ任意パラメータのために模型の区別をつけるのは不可能だが、前方後方非対称性を測定すると、それはパラメータ依存性を持たず、明確に模型の区別をつけられることを示した。
小型宇宙機向け超臨界スラスタシステムの構築

本年度は,亜酸化窒素を推進剤として用いる超臨界スラスタの研究開発の一環として,自己分解を生じさせる触媒反応部に関する特性取得試験を実施した.本試験は,昨年度に実施した触媒反応部特性取得試験の結果を踏まえつつ,実フライト向けの設計を施したものを供試体として用いたものである.昨年度の結果を踏まえ,ノミナルの触媒としてはロジウムを使用した.また,その他の可能性としてイリジウム触媒やプラチナ触媒に関しても試験を実施した.その結果,[1]最も反応性が高いのはロジウムであること[2]プラチナについては反応が起きなかったことを知見として得ることができた.続いて,スラスタの動作点の調整を行った.亜酸化窒素を大流量で流すと過大な分解熱が発生するため,1000°Cを超える高温酸化雰囲気に触媒が晒されるため,触媒の機能が喪失してしまう.そこで,流量を下げることによりスラスタチャンバ内温度を,触媒機能を維持できる状態まで下げる方策をとった.その結果,代表的な動作点として「流量44mg/sec,推力41mN, Isp 100sec」を得ることができた.この動作点に置いては,スラスタの繰り返し使用が可能となる.なお,本試験で使用した供試体は,金属3Dプリンタ(材料:インコネル)で作成した.3Dプリンティングを使用したことで,溶接コストを抑えることが可能となり,低コストな推進系実現にも近づけることができた.これらは,本研究が掲げた「安全で・Ispが高く・連続噴射可能で・低コストな」亜酸化窒素超臨界スラスタシステムの構築実現に直接的に寄与する成果である.また,本研究で得られた成果は,学会で発表し,当該分野において知見の共有を図った.本年度は,亜酸化窒素を推進剤として用いる超臨界スラスタの研究開発の一環として,(i)自己分解を生じさせる触媒反応部, (ii)液体亜酸化窒素をガス化させるためのヒーター,の要素試験及び性能評価を実施した.また,これらの試験を通じて亜酸化窒素の安全な取扱い手法を確立した.(i)については,ハニカム触媒及び粒状触媒(いずれもロジウムを担持)の2種を使用した分解反応可視化試験を実施した.その結果,ハニカム触媒を使用した場合はガス亜酸化窒素との接触面積が小さすぎて分解反応を持続できないこと,粒状触媒を使用した場合は連続的な分解反応によりターゲットとなる分解後温度(>500°C)を達成できることが実験的に示された.粒状触媒を用いた試験で取得した分解反応開始位置及び過渡状態の特性は,次年度に行うシステム設計条件そのものである.(ii)については,銅管とニクロム線を組み合わせたヒーターサブシステムを構築し,取り扱いが用意な複数種類の高圧ガス(GN2, R600a, R116)を用いた温度上昇特性取得試験を実施した.この試験により,必要電力,温度上昇に対するヒーター長さの寄与,及び所望の温度上昇を得るためのレイノルズ数に対する制約に関する知見を得ることができた.これらは,本研究が掲げた「安全で・Ispが高く・連続噴射可能で・低コストな」亜酸化窒素超臨界スラスタシステムの構築実現に直接的に寄与する成果である.また,本研究で得られた成果は,学会で複数回発表し,当該分野において知見の共有を図った.提案する超臨界スラスタの主要構成要素である触媒反応部,ヒーターについて,それぞれの特性を取得し,スラスタシステムが設計できるまで原理解明が進んだため.本年度は,亜酸化窒素を推進剤として用いる超臨界スラスタの研究開発の一環として,自己分解を生じさせる触媒反応部に関する特性取得試験を実施した.本試験は,昨年度に実施した触媒反応部特性取得試験の結果を踏まえつつ,実フライト向けの設計を施したものを供試体として用いたものである.昨年度の結果を踏まえ,ノミナルの触媒としてはロジウムを使用した.また,その他の可能性としてイリジウム触媒やプラチナ触媒に関しても試験を実施した.その結果,[1]最も反応性が高いのはロジウムであること[2]プラチナについては反応が起きなかったことを知見として得ることができた.続いて,スラスタの動作点の調整を行った.亜酸化窒素を大流量で流すと過大な分解熱が発生するため,1000°Cを超える高温酸化雰囲気に触媒が晒されるため,触媒の機能が喪失してしまう.そこで,流量を下げることによりスラスタチャンバ内温度を,触媒機能を維持できる状態まで下げる方策をとった.その結果,代表的な動作点として「流量44mg/sec,推力41mN, Isp 100sec」を得ることができた.この動作点に置いては,スラスタの繰り返し使用が可能となる.なお,本試験で使用した供試体は,金属3Dプリンタ(材料:インコネル)で作成した.3Dプリンティングを使用したことで,溶接コストを抑えることが可能となり,低コストな推進系実現にも近づけることができた.これらは,本研究が掲げた「安全で・Ispが高く・連続噴射可能で・低コストな」亜酸化窒素超臨界スラスタシステムの構築実現に直接的に寄与する成果である.また,本研究で得られた成果は,学会で発表し,当該分野において知見の共有を図った.本年度は,超臨界スラスタの主要構成要素である触媒反応部,ヒーターの特性を取得した.次年度は,この成果と,既に理解が進んでいる面積比付ピストン昇圧器(Charger)を組み合わせたスラスタ全体を構築し,システム試験を実施することで,提案する超臨界スラスタの成立性を実験的に実証する.また,これらの成果の論文化作業及び学会発表を実施する.
鋼板貼付けによる既設円筒鋼製橋脚の耐震補強法に関する実験的研究

本研究は,既設橋脚の設計強度を考慮し,且つ地震時の耐荷力特性を向上させるために塑性域における靱性を向上させる補強法として鋼板貼り付け補強を行い,その補強効果について検討するものである。研究実績の経過は以下の通りである。本研究では、2タイプの供試体について,単調載荷及び繰り返し載荷実験を行った。その結果,以下のような結果を得た。1.タイプIは、貼付鋼板の板厚を従来(2.5mm)よりも薄くした鋼板(1.6mm)を貼り付けたものである。従来の鋼板を貼り付けた補強法では,既設橋脚に相当する(無補強)供試体に対して耐荷力が10%以上増加するものが大半であった。板厚の薄いものを貼り付けた場合,耐荷力の増加は単調で平均8%,繰返では,隙間幅の違いにより1%16%となったが,耐荷力は10%程度に収まるものが多く概ね良好な結果を得た。また,塑性率(μ)の増加では,単調で平均15%,繰返では耐荷力と同様隙間幅の相違により4%10%となった。以上のように繰返において,隙間幅の狭いものの結果が応力集中などの影響を受けて小さな値となった。2.タイプIIは、供試体本体の板厚及び鋼板貼り付けの板厚を従来の2.5mmから、3.0mm程度に変更して、径厚比パラメータを厚めにしたものである。その結果、タイプIIでは、このタイプにおける無補強の最大耐荷力比に対して隙間10mmでは、単調で15.8%、繰返で60%の上昇となり最大耐荷力において既設橋脚(無補強)に対して改善されたことが分かる。また、同様に塑性率においても同様の比較を行うと、単調で82.0%,繰返で34%の増加となった。このことから、橋脚の強度を一定限度内に抑制しつつ、靱性を向上させる目的を十分満足することが分かった。本研究は,既設橋脚の設計強度を考慮し,且つ地震時の耐荷力特性を向上させるために塑性域における靭性を向上させる補強法として鋼板貼り付け補強を行い,その補強効果について検討するものである。現在のところ研究実績の経過は以下の通りである。1、設備備品等の購入これまでの実験では,一定軸力を作用させるために手動で軸力を入力してきたが,今回作製した一定軸力載荷装置を設置することで自動化でき,実験の精度が向上した。この装置は昨年8月中旬に納入され,載荷実験の結果,順調に稼働することを確認した。今年度分の供試体は、鋼板貼り付け板厚をこれまでの2.3mmよりも薄くした鋼板板厚t=1.6mmを用い,(径厚比パラメータRt=0.13)隙間幅を4種類とし作製した。来年度分の供試体も現在発注中である。2、実験の進行状況載荷実験は、2種類の隙間幅のものについて,単調載荷及び繰り返し載荷実験を行った。その結果,これまでの厚肉鋼板を貼り付けた補強法では,既設橋脚に相当する無補強の供試体に対して耐荷力が10%以上増加するものが大半であった。今回の実験結果では,耐荷力の増加は単調で平均8%,繰返では,隙間幅の違いにより1%,と16%となったが,耐荷力は10%程度に収まるものが多く概ね良好な結果を得た。

また,塑性率(μ)の増加では,単調で平均15%,繰返では耐荷力と同様隙間幅の相違により10%と4%となった。以上のように繰返において,隙間幅の狭いものの結果が応力集中などの影響を受けて小さな値となった可能性があり,現在その原因について検討中である本研究は,既設橋脚の設計強度を考慮し,且つ地震時の耐荷力特性を向上させるために塑性域における靱性を向上させる補強法として鋼板貼り付け補強を行い,その補強効果について検討するものである。研究実績の経過は以下の通りである。本研究では、2タイプの供試体について,単調載荷及び繰り返し載荷実験を行った。その結果,以下のような結果を得た。1.タイプ1は、貼付鋼板の板厚を従来(2.5mm)よりも薄くした鋼板(1.6mm)を貼り付けたものである。従来の鋼板を貼り付けた補強法では,既設橋脚に相当する(無補強)供試体に対して耐荷力が10%以上増加するものが大半であった。板厚の薄いものを貼り付けた場合,耐荷力の増加は単調で平均8%,繰返では,隙間幅の違いにより1%16%となったが,耐荷力は10%程度に収まるものが多く概ね良好な結果を得た。また,塑性率(μ)の増加では,単調で平均15%,繰返では耐荷力と同様隙間幅の相違により4%10%となった。以上のように繰返において,隙間幅の狭いものの結果が応力集中などの影響を受けて小さな値となった。2.タイプIIは、供試体本体の板厚及び鋼板貼り付けの板厚を従来の2.5mmからいずれも、3.0mm程度に変更して、径厚比パラメータを厚めにしたものである。その結果、タイプIIでは、このタイプにおける無補強の最大耐荷力比において隙間10mmでは、単調で15.8%、繰返で4.6%の上昇となり最大耐荷力において既設橋脚(無補強)に対して改善されたことが分かる。また、同様に塑性率においても同様の比較を行うと、単調で82.5%,繰返で40%の増加となった。このことから、橋脚の強度を一定限度内に抑制しつつ、靱性を向上させる目的を十分満足することが分かった。なお、更に詳しい結果については、報告書にその詳細を報告する。
４次元呼吸ダイナミ ックCTを用いた間質性肺炎における局所呼吸運動・病態解析

間質性肺炎における局所の病態生理を反映する気道・末梢肺野・胸膜及び肋間筋を含む胸壁での呼吸運動を可視化・定量化すること、間質性肺炎の新たな治療指針・戦略を提供しうる呼吸動態画像診断法を確立することを目的に、平成29年度に滋賀医科大学倫理委員会により臨床研究申請が承認された(整理番号:29-277)平成30年度に、呼吸器内科にて抗炎症薬・抗繊維化薬による治療を受ける予定のある、或いははすでに経過観察されている間質性肺炎、上葉優位型肺線維症或いは気腫合併肺線維症患者48名に、研究の内容を説明し・同意を得た後、肺野全体での4次元呼吸ダイナミックCTを施行した。(被曝線量は、すでに先行的に行われている同種の呼吸ダイナミックCT研究より約3-4mSvと算出されており、通常の胸部CTの被曝線量(3-4mSv程度)と併せても、推奨の胸部CTの一回被曝量(10mSv前後)以下である)ザイオソフト社からレンタル契約している、隣接するより多時相での画像データの計算により動態の連続性をより緻密に再構成する技術・非剛体レジストレーションアルゴリズム・物体内の刻々と形状が変化するボクセルを追跡する技術等の画像処理技術を応用した4次元肺動態解析ワークステーションを用いて、現在、正常肺を含めた末梢肺野領域の呼吸内運動の局所間比較(容積・CT値ヒストグラムパラメータ・CT値から算出された推定空気量)や肺葉別の容積や平均CT値変化の解析を行っている。理由間質性肺炎、上葉優位型肺線維症或いは気腫合併肺線維症患者での肺野全体での4次元呼吸ダイナミックCTの画像データ収集は想定範囲内であるが、動態画像解析の対象範囲が、予想していたよりも多岐にわたること、臨床上有用な定量的パラメータを決定するための、動態画像解析に想定していたよりも多くの時間が必要であるため。平成31年度も、引き続き、間質性肺炎、上葉優位型肺線維症或いは気腫合併肺線維症患者での肺野全体での4次元呼吸ダイナミックCTの画像データ収集を継続する。加えて、末梢肺野の局所間、末梢肺野と近傍の比較的中枢側の気管支、肋間筋や横隔膜等において、呼吸内運動にどのような類似性・相違性が生じるかを、膠原病に関連する間質性肺炎、上葉優位型肺線維症或いは気腫合併肺線維症の間で群間比較、或いは群内でも比較し、病態の進行や予後予測に貢献できる定量パラメータを検出すべく、容積・CT値ヒストグラムパラメータ・CT値から算出された推定空気量に加えて、末梢細気管支分岐角等の新たな詳画像解析を行う予定である。新たなCTの撮影法である、320列CT撮影装置を用いて撮影を行う4次元呼吸ダイナミックCTでえられた画像を解析することにより、従来の画像診断や各種の臨床生理学的検査では評価不可能であった、間質性肺炎における局所の病態生理を反映する気道・末梢肺野・胸膜及び肋間筋を含む胸壁での呼吸運動を可視化・定量化すること、間質性肺炎の新たな治療指針・戦略を提供しうる呼吸動態画像診断法を確立することを目的に、平成29年度に、滋賀医科大学倫理委員会に臨床研究の申請を行い、承認を得た。(整理番号:29-277/間質性肺炎における呼吸ダイナミックCTを用いた気道・末梢肺野・胸壁の局所動態解析)具体的には、呼吸器内科にて抗炎症薬・抗繊維化薬による治療を受ける予定がある、或いははすでに経過観察されている間質性肺炎、上葉優位型肺線維症或いは気腫合併肺線維症を対象とするもので、4次元呼吸ダイナミックCTでの被曝線量は、すでに先行的に行われている同種の呼吸ダイナミックCT研究より約3-4mSvと算出されており、、通常の胸部CTの被曝線量(3-4mSv程度)と併せても、推奨の胸部CTの一回被曝量(10mSv前後)を十分下回る安全な検査となることが確認されている。引き続いて、隣接するより多時相での画像データの計算により動態の連続性をより緻密に補完再構成する技術、変化し続けるあらゆる部位の形状を経時的に可能な限り正確に捉えるための非剛体レジストレーションアルゴリズム、物体内の刻々と形状が変化するボクセルを追跡する技術等の画像処理技術を応用した4次元肺動態解析ワークステーションのレンタル契約をザイオソフト社との間に締結した。研究内容を説明し、同意が得られた対象症例の登録を開始した。現在、呼吸ダイナミックCT撮影を随時施行しつつある状況で、数例の画像で、末梢肺野領域の呼吸内運動の局所間比較を開始した。具体的な症例の登録基準の選定、呼吸ダイナミックCT及び通常CTでの経過観察期間の決定の最適化に時間を要し、臨床研究の当院倫理委員会への申請がおくれてしまったため。