hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
腰背筋における酸素動態の筋性腰痛における役割

間欠跛行型の腰痛では神経障害に起因する腰部多裂筋の機能障害を呈していた。動作時型の腰痛と痛みの程度は同程度であったが、多裂筋の筋収縮における酸素化能の低下とtype II筋線維の収縮低下とtype I筋線維の参入が筋血行動態的及び電気生理学的に示唆された。手術による除圧で間欠跛行型の腰痛の改善は良好であり、腰痛の改善と筋機能のデータとは関連せず、間欠跛行型腰痛においては筋力強化よりも神経障害に対する治療が重要と考えられた。近赤外分光器(near infrared spectroscopy ; NIRS)の腰背筋血流低下のデータが腰痛と関連するかを検証する目的で以下の研究計画を立て、データ収集を開始した。腰椎変性疾患における手術患者の術前後において、腰部多裂筋の電気生理学所見、筋血流動態を計測し、術前後の腰痛につき各種自覚および他覚評価を行った。電気生理学的検査として、腰椎伸展および屈曲時における表面筋電図、筋音図を、筋血流動態としてNIRSを用いて腰椎伸展・屈曲15秒間における酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、組織酸素化率を計測し、解析ソフトを用いコンピューター上でデータ管理した。また筋虚血の指標となる筋硬度についても筋硬度計を用い、術前・術中・術後で計測した。腰痛評価法として、日本整形外科学会腰痛判定基準(JOAスコア)、Roland-Morris Questionnaire(RDQ))、visualanalogue scale(VAS)、QOL調査としてBarthel index、SF-36、EQ-5Dをそれぞれ術前・術後2週・3ヶ月・6ヶ月・12ヶ月で評価した。また腰背筋血流の動脈硬化の影響を評価するため、術前ABIおよびTBIを計測した。画像評価として、単純レントゲンにおいてL1-S1可動域および前弯角、仙骨傾斜角の術前後の変化、腰椎MRIにおけるL4/5高位での多裂筋及び脊柱起立筋の断面積を左右別々に計測した。以上、研究プロトコールを作成し当研究センターにおける倫理・利益相反委員会に提出し承諾を得た後、データベースを作成し、現在30例のデータ収集を開始、3年間で200例を目標としている。高齢者の腰椎変性疾患の代表である腰部脊柱管狭窄症手術者を対象に、術前後のデータ収集を継続中である。H23年4月現在、100例の術前データと50例の術後データを収集しえた。術前100例のデータ解析を行い、腰部脊柱管狭窄症に伴う腰痛の要因を推測しえた。腰部脊柱管狭窄症手術例100例中腰痛を呈したのは53例で、腰痛性間欠性跛行36例、動作時腰痛17例であった。各種疼痛評価では腰痛VAS、RDQ、JOAスコアでは差は認めなかったものの、下肢痛VASでは動作時腰痛で有意に高かった。SF-36、EQ5Dにおいては腰痛性間欠跛行、動作時腰痛では腰痛なし群に比べphysical、mentalとも有意に低い項目がみられた。腰椎X線での前弯角、仙骨傾斜角、腰椎可動域には有意差を認めず、MRIでの脊柱起立筋、多裂筋断面積、多裂筋脂肪変性においても有意差を認めなかった。腰痛性間欠跛行における腰痛のlateralityは31例(86.1%)で下肢痛のlateralityと一致していたが、患側における筋萎縮は有意ではなかった。DXA法による筋量評価では、腰痛性間欠跛行において上肢筋量が有意に低いものの、下肢、体幹筋量では有意差を認めなかった。NIRSでの評価では腰痛性間欠跛行では腰椎伸展時のOxy-Hb増加が有意に少なく、屈曲時のDeoxy-Hbの増加が多い傾向(p=0.068)であった。腰部脊柱管狭窄症における腰痛性間欠跛行は痩せ型の女性に多い傾向であり、腰痛の程度としては動作時腰痛と比べ差はなく、動作時腰痛の心因性関与が示唆された。下肢痛に加えて腰痛を伴うことによりADLの低下が示唆された。下肢および体幹筋量では十分保たれていると考えられ、下肢痛のlatetarilyと腰痛性間欠跛行のlateralityとは関連があったものの、罹患側の背筋は必ずしも萎縮や脂肪変性には陥っていなかった。腰部脊柱管狭窄症では神経根圧迫による後枝の障害により、筋収縮や筋酸素動態に与える影響が腰痛性間欠跛行の発症に関連すると考えられる。腰部脊柱管狭窄症に伴う腰痛が手術、すなわち圧迫された神経の除圧によりいかに改善されるか、改善されにくい腰痛はいななる腰痛かを術後データから解析する予定である。高齢者の腰椎変性疾患の代表である腰部脊柱管狭窄症手術患者を対象に、腰痛に関する詳細なデータ収集と解析を行った。

手術前後に100例のデータ解析を行い、腰部脊柱管狭窄症に伴う腰痛の要因を推測しえた。腰部脊柱管狭窄症手術例100例において腰痛を呈したのは53例で、腰痛性間欠性跛行36例、動作時腰痛17例、腰痛なし47例であった。腰痛の発生機序解明のため、これらの腰痛タイプ別に痛みの性状(visual analogue scale(VAS)、日本整形外科学会腰痛治療成績判定基準(JOAスコア)、Roland-Morris Disability Questionnaire(RDQ)、short form of the McGillPain Questionnaire(SF-MPQ)、SF-36)、腰背筋における画像(筋量、断面積)、筋機能(筋電図、筋音図、近赤外分光法(NIRS))を調査した。腰痛の程度には差はなかったが、動作時型では精神的要素の関与が認められた。間歇跛行型では痩せ型の女性に多く認めたが、全身・四肢筋量及び腰背筋断面背筋では差を認めなかった。多裂筋の筋電図では間歇跛行型で低振幅・高周波数であり筋音図でも低振幅であり、神経障害による筋収縮におけるtypeII線維の収縮低下とtypeI筋線維の導入が示唆された。NIRSによる多裂筋酸素動態は間欠跛行型において有意に酸素化が劣っていた。間欠跛行型では腰部脊柱管狭窄症による下肢神経痛と腰痛の左右一致が動作時腰痛と比較して有意に高く、腰痛の発症に何らかの神経性の関与を示唆しうる結果であった。手術後の腰痛の改善はJOAスコア(腰痛)の改善率は間欠性跛行型80.4%、動作時型52.6%と有意に間欠跛行型で良好であった。間欠跛行型を呈する腰痛では神経根圧迫による後枝の障害により、筋収縮や筋酸素動態に与える影響が腰痛性間欠跛行の発症に関連するものと考えられ、手術すなわち神経圧迫の解除により腰痛の改善が見込めることが判明した。
官能基修飾された天然補欠分子とアポ蛋白質との複合体形成による機能性超蛋白質の合成

本研究の目的は、非天然機能分子を化学修飾した補欠分子(我々はヘムを用いた)のアポタンパク質への取り込みによる超ヘムタンパク質複合体を構築し、天然の機能を越えるような新しい機能発現を目指した天然超タンパク質分子の分子設計指針を確立することである。本年度はこのために糖類と水中でも結合をつくることのできるフェニルホウ酸を有するヘムコファクターを合成してアポミオグロビンとの超分子複合形成(再構成によって複合体形成が可能であることがわかった)を試み、フェニルホウ酸基をペンダントした人工ミオグロビンを調製することに成功した。得られたミオグロビンに単糖類を添加すると吸収スペクトルによってヘムとアポタンパク質との相互作用が微妙に変化することが明らかになった。この相互作用に変化は糖類の構造によって違いがみられる糖類認識機能が発現している可能性も示唆された。さらにミオグロビンの本来持っている酸素貯蔵機能を糖類を添加して評価すると、糖類を加えない場合にはかなり低下していた酸素貯蔵能が相互作用の強い糖類を添加することで大きく増幅することが示された。即ちここで合成されたフェニルホウ酸を有する人工ミオグロビンは糖類の添加に応答して機能が制御されるこれまでにない新しい超タンパク質分子となりうると考えられる。より詳細な分子認識と機能制御の相関関係については現在検討を続けているところである。
セラミックス基ナノ構造体の電子機能制御:量子・古典並列分子動力学計算

本研究の目的は、セラミックス基ナノ構造体における新しい電子機能の発現について、その物性解析に対する量子・古典分子動力学シミュレーションの実践的適用である。本年度に遂行を計画した課題は:(1)タイトバインディング法および分子動力学法に基づくナノ構造セラミックスにおける原子・電子輸送係数の計算;(2)第一原理計算コードの整備とタイトバインディング(TB)分子動力学(MD)計算用のパラメータ抽出方法検討;および(3)それらの成果発表であった。計画(1):高温・高圧下でのSiCやTiO_2のナノ微粒子間のネック形成・焼結のシミュレーションを実施(雑誌論文1、2、3、5番目参照)。また、古典MD計算や中性子散乱実験データと比較し、粒界イオン拡散の温度依存性について、その微視的なメカニズムを解明した(雑誌論文1、5番目参照)。また、微粒子間粒界での電子移動度についてのTB計算も行い、セラミックス対応粒界において電子移動度が増大する可能性を提唱した(雑誌諭文1番目参照)。また、これらのシミュレーションにおいて、微粒子がそれぞれの結晶方位を自己組織形成的に揃え合う現象を見い出し、高緻密化と機能性制御へ向けた重要な知見を得た(雑誌諭文2、5番目参照)。計画(2):昨年試みた平面波基底計算からのTBパラメータ抽出に続き、第一原理LMTO計算法からの抽出法と精度についての検討を行った。計画(3):上記成果を国内外の学会で報告した。(日本物理学会・日本金属学会・日本セラミックス協会の各秋期大会、日本MRS学術シンポジウム)特に日本物理学会秋期分科会において、大規模シミュレーションに関するシンポジウム招待講演を行い、本研究の遂行状況と他の手法等の現状を解説した。また、日本MRSのシンポジウム「多粒子集合体の組織形成ダイナミックス」を組織・開催し、当該研究に関連する分野の多くの研究者間の交流をはかった。また、3月末に開かれる日本セラミックス協会の春期大会でも、当該研究の成果発表を行った。本年度に遂行を計画した課題は:(1)並列計算システムの拡充;(2)第一原理計算コードの整備とタイトバインディング(TB)分子動力学(MD)計算用のパラメータ抽出;(3)電子・イオン伝導度のTB-MD計算;(4)それらの成果発表であった。計画(1)については、パーソナル並列計算システム(Dual Pentium III×8+Myricom社製ギガビットスイッチ)の構築、および安定稼動を実現した(雑誌論文1、6番目参照)。そして、並列計算機上の効率的使用可能な並列TB-MD計算コードを開発(雑誌論文4番目参照)、更に圧力・温度一定のシミュレーション・コードへの拡張を完了した。計画(2)については、平面波基底の第一原理計算からのTBパラメータ抽出を試み、シリコン単結晶への適用を試みた。更に、近年開発されている第一原理LMTO計算法からの抽出法も、現在検討中である。計画(3)については、SiCやTiO_2のナノ微粒子間のネック形成・焼結のシミュレーションを実施(雑誌論文1、2、3、6番目参照)。また、古典MD計算や中性子散乱実験データ(雑誌論文5番目参照)と比較し、粒界イオン拡散の温度依存性について検証した。結果、粒径が極微小であるが故に通常のパウダーに比べて焼結温度が数百度も低くなる事を確認した。また、微粒子間粒界での電子易動度についての予備的なTB計算も行った(雑誌論文2番目参照)。計画(4)に従い、上記成果を国内外の学会で報告した。(日本物理学会・日本金属学会秋期大会、米国材料研究学会秋期大会、ルイジアナん州立大国際会議、他。)更に、3月末に開かれる日本物理学会・日本金属学会の春期大会でも発表予定である。

また、日本MRSのシンポジウム「多粒子集合体の組織形成ダイナミックス」を組織・開催し、当該研究に関連する分野の多くの研究者間の交流をはかった。また、3月末に開かれる日本セラミックス協会の春期大会でも、当該研究の成果発表を行った。
遷移金属ダイカルコゲナイド層間化合物の結晶構造と物性

層状物質TiS_2の層間にFe原子を挿入した層間化合物Fe_xTiS_2はx>0.4で強磁性相にx<0.2でスピングラス相に相転移する。また0.2<x<0.4の中間領域ではクラスターグラス相に相転移する。一方、Feの原子配置については、x=1/4およびx=1/3で超格子を形成するといわれているものの明確な構造解析がなされていない。また、他の濃度領域ではランダムな配置や超格子から適当にFe原子が抜けた配置が仮定されているだけである。本研究の目的は、X線回折法を用いてFe原子の配置を定量的に求め、磁性と大きく係る結晶構造についての情報を得ることである。実験は現有の回転対陰極型X線発生装置に今回購入したMoターゲットを取り付けて行った。回折装置には4軸回折計を使用し、今回購入したカウンターを組み込んで自動計測ができるように改造した。クラスターグラス相については単結晶構造解析を行った。結果として、x1/4およびx1/3でそれぞれ2a×2a×2c、√<3>a×√<3>a×2cの超格子を形成し、空間群はそれぞれP3^^-(Z=8)およびP3^^-1C(Z=6)であることがわかった。Fe原子はX1/3では濃度が多少変化しても、可能なalpha、beta、gammaサイトに1:3:0の比で配置する。そうするとX0.4でほぼbetaサイトが詰まってしまう。磁気相図によるとこのあたりが強磁性相との境界であり、Fe原子がスピン相間をもち始めるパーコレーションリミットであると思われる。一方、x1/4では可能なalpha、betaサイトにほほ均等に配置する。また、x<0.2の濃度の低いスピングラス相になるとFe原子は短距離秩序しか持たなくなることがわかった。スピングラス相では通常の構造解析ができないが、X線散漫散乱を解析し、局所モデルを構築した。その結果、Fe原子は6回対称を持って平均的には2a×2a×2cの格子を組んでいるように思われる。これらの結果は第16回国際結晶学会で発表した。
甲状腺自己免疫の研究：マウスにおける抗マウスTSH受容体免疫反応と中枢性免疫寛容

マウスはヒト甲状腺刺激ホルモン受容体(TSHR)免疫に対し、効率よく抗体を産生するが、マウスTSHRに対しては免疫寛容を示す。この免疫寛容における末梢性寛容の関与はそれほど大きくないことを以前示したので、本研究では、中枢性寛容の関与の程度を検討した。抗RANKL抗体による胸腺細胞除去とZAP-70に遺伝子変異を持つSKGマウスを用いて検討したところ、TSHRに対する免疫寛容における中枢性寛容の関与が確認された。1抗RANKL抗体による胸腺髄質細胞除去マウス作製とTSHRによる免疫:最近Khan ISらによって報告された胸腺髄質細胞除去方法(J Exp Med.211:761,2014)を取り入れて、胸腺髄質細胞の中枢性免疫寛容における役割を検討した。(1)抗RANKL抗体をBio X Cell社より購入した。50ug、100 ug、200 ugと量を変えて、TSHR免疫感受性マウスであるBALB/cマウスの腹腔内に週3回、2週間にわたって投与した。(2)マウスから胸腺を摘出して、酵素処理により、胸腺細胞を分離した。分離細胞を各種細胞表面抗原に対する抗体を用いて染色し、flow cytometerを用いて、CD45-/EpCAM+/MHC II+/Ly51+胸腺皮質細胞とCD45-/EpCAM+/MHC II+/Ly51-胸腺髄質細胞を同定し、全胸腺細胞、胸腺皮質細胞、胸腺髄質細胞の数を測定した。その結果、抗RANKL抗体は容量依存性に主に胸腺髄質細胞をdepleteし、200 ugでほぼ90%のdepletionが得られた。(3)既報に従い、無処置マウス及び胸腺細胞除去マウスをマウスTSHR発現アデノウイルスで3週間隔で2回免疫した。2回目免疫2週後に、採血して血清を得、抗TSHR抗体・甲状腺ホルモンをそれぞれFlow cytometryとELISAで測定した。その結果、無処置マウスでは後マウスTSHR免疫反応が認められなかったのに対し、胸腺細胞除去マウスでは、抗マウスTSHR抗体の明らかな産生が認められた。しかし、過去のTSHR KOマウスをマウスTSHR発現アデノウイルスで免疫した際の抗体価の上昇に比較すると、かなり低く、恐らくそのため甲状腺ホルモンの上昇には至らなかった。1年目に計画していた研究は、ほぼ順調に消化された。しかし、得られた結果は、仮説に反して、中枢性免疫寛容の重要性を強く示すものではなかった。よって、計画通りであるが、28年度は方法を変え、胸腺細胞での情報伝達系に関与するZAP-70に種々の程度の変異を持つマウスを用いて、胸腺を介した中枢性免疫寛容の抗TSHR自己免疫反応における役割をさらに詳細に明らかにしたい。胸腺細胞における自己抗原刺激の異なるマウスの作出と免疫反応の検討H27年度での胸腺除去によるTSHRに対する中枢性免疫寛容破たんの実験で、甲状腺ホルモン上昇には至らなかったものの、抗TSHR抗体価の上昇がみられたことから、胸腺におけるTSHRの発現量の変化がTSHR免疫への感受性(すなわちバセドウ病発症の感受性)を変えるという仮説が証明されたことになる。そこでH28年度は、さらにこの点を確認するため、胸腺細胞での情報伝達系に関与するZAP-70に変異を持つマウスを用いた。ZAP-70はMHC class IIと結合した自己抗原に刺激されたT細胞受容体の細胞内領域に結合して細胞内情報伝達、つまりT細胞の刺激ひいてはnegative selectionに関与する因子で、これに点突然変異を持つSKGマウスはZAP-70の機能低下のため自己反応性T細胞が除去されず、関節リウマチを自然発症する(Nature. 426: 454, 2003)。また、ZAP-70 KOホモマウスはT細胞受容体刺激後の細胞内情報伝達が欠如し免疫不全を呈する。マウスの交配に時間がかかったが、予定通り6種類のマウスを作出することができた。マウスのジェノタイプなどにも技術的な問題は発生しなかった。28年度にZAP-70wt/wt、ZAP-70wt/skg、ZAP-70wt/-、ZAP-70skg/skg、ZAP-70skg/-、ZAP-70-/-の6種類のマウスを作出した。既報に従って、ヒト或いはマウスTSHR A-サブユニット発現アデノウイルスを用いて3週間隔で2回免疫し、2回免疫後2週で採血して、抗TSHR抗体をflow cytometryで、甲状腺ホルモンをELISAで測定した。同時に甲状腺組織も摘出して組織学的に検討した。胸腺を摘出して、RNAを抽出し、RT-PCRにてZAP-70及びTSHRの発現量を測定した。脾細胞を分離して、TSHR蛋白と共培養し、TSHR特異的サイトカイン分泌を比較検討した。ヒトTSHRで免疫した場合は、アロ抗原であるため、従来の報告通り野生型マウスで反応がよくみられたが、ZAP-70の機能の低下と並行にT細胞の機能も落ちるため、徐々に反応の低下がみられ、ZAP-70skg/skg、ZAP-70skg/-、ZAP-70-/-マウスではもはや反応が見られなくなった。マウスTSHRで免疫した場合は、真の自己抗原であるため、野生型マウスでは反応が見られなかったが、ZAP-70の機能低下に合わせて、negative selectionがうまくいかず、自己反応性T細胞が出現し、ZAP-70

skg/skg、ZAP-70skg/マウスで徐々に反応が見られるようになった。しかしZAP-70の異常のため、T細胞が十分に活性化されず、抗体の反応のみで、甲状腺ホルモンの上昇、すなわちバセドウ病の発症には至らなかった。ZAP-70-/-マウスでは、おそらくZAP-70の機能低下の程度が著名なため、全く反応がなかった。以上より、3年間の研究で、TSHRに対する免疫寛容における中枢性寛容の関与が確認された。マウスはヒト甲状腺刺激ホルモン受容体(TSHR)免疫に対し、効率よく抗体を産生するが、マウスTSHRに対しては免疫寛容を示す。この免疫寛容における末梢性寛容の関与はそれほど大きくないことを以前示したので、本研究では、中枢性寛容の関与の程度を検討した。抗RANKL抗体による胸腺細胞除去とZAP-70に遺伝子変異を持つSKGマウスを用いて検討したところ、TSHRに対する免疫寛容における中枢性寛容の関与が確認された。上記の【現在までの進捗状況】に書いたように、27年度は仮説を強く支持するデータは得られなかったが、実験内容は計画通り進んだ。28年度も当初の計画通り、ZAP-70変異マウスを用いた研究へ進む予定である。H29年度は、既報に従い、ヒト或いはマウスTSHR A-サブユニット発現アデノウイルスで3週間隔で2回免疫し、2回目免疫の2週後に採血して、抗TSHR抗体をFlow cytometryとTSAbアッセイ法で、甲状腺ホルモンをRIAで測定する。胸腺を摘出して、RNAを抽出し、RT-PCRでZAP-70及びTSHRの発現量を測定する。脾細胞を分離して、TSHR特異的サイトカイン分泌を比較検討する。内分泌学実験が順調に進み、予定したより、少数のマウス数で充分な結果が得られたため。H28年度は、マウスの交配が中心であったため。28年のマウス購入・飼育費用として用いる予定である。平成29年度の実験消耗品費用として使用する予定である。
熱磁気モーターの開発

熱磁気モーターとは、比較的低温度にキュリー点を有する磁性材料を用いてその磁気特性の温度依存性を利用し、磁気エネルギーと熱エネルギーを組み合わせて機械エネルギーに変換する装置である。本研究では、これまで開発した試作機の問題点を考慮したうえで、より強力な磁場を発生する磁気回路を設計し、回転軸に複数枚の回転子を取り付けた連装型熱磁気モーターを試作した。また、感温磁性材料の形状は、回転子装着時の機械的ガタを減少させること及び温度応答性が向上するように設計した。本試作機を用いて、モーターの回転に適切な加熱位置と冷却領域を実験によって調査した。また、加熱温度とモーターの回転数の関係を実験によって調査した。さらに、加熱温度60°Cおよび40°Cにおける回転子1枚および2枚の場合について、モーターの出力を測定した。このとき温水の温度は、温泉の源泉とその捨て湯を想定したものであり、冷却水の温度はすべての実験で11°Cであった。本研究で得られた結果は以下のとおりである。(1)加熱位置は磁極の上部かつ磁性体片先端部分であり、冷却領域は磁場が十分減衰した領域で行うことがより効果的であった。(2)加熱温度が高いほどモーターの回転数が増加した。(3)回転子を2枚とした場合のモーターの出力は0.7Wで、1枚のときの出力0.36Wに対して約1.8倍となり、回転子の枚数を増やすことが出力向上に有効であることが明らかになった。本研究におけるモーターの出力が回転子の枚数に比例しなかった理由は、各磁気回路の相互作用による磁気特性の低下によるものと思われる。熱磁気モーターは,温度による物体の磁性変化の性質を利用して,温排水の熱エネルギーと永久磁石のもつ磁気エネルギーを回転エネルギーとして取り出すものである.本研究では,ローター直径50cmの熱磁気モーターを試作し,出力トルク向上を目指して,感温磁性体の配置や永久磁石による磁場の分布,加熱冷却の位置および方法について実験による検討を行った.本研究によって得られた結果は以下のとおりである.1試作機設計(1)円盤,フレーム等の主な部材の材質をジュラルミンとした.(2)永久磁石の種類と形状を工夫し感温磁性体がより強力な磁界中を通過するようにした.(3)磁性体の取り付け方式を検討し,強度および位置精度の向上をはかった.(4)フレーム等を可動式にし,実験条件による変更を可能にした.2実験結果,考察(1)試作機による屋外での運転実験において,温水と冷却水の連続供給により,始動および定常回転が可能であることを確認した.(2)温水による加熱箇所の検討から,永久磁石付近の加熱が連続運転に適する結果を得た。(3)永久磁石の幅と感温磁性体の取り付け間隔がほぼ同じであることが回転力を妨げていると考えられる.永久磁石の幅を広げることでこの問題に対処できると考えられる.(4)永久磁石と感温磁性体の間隔を狭めたり,永久磁石を複数使用することで吸引力を向上することができると考えられる.熱磁気モーターとは、比較的低温度にキュリー点を有する磁性材料を用いてその磁気特性の温度依存性を利用し、磁気エネルギーと熱エネルギーを組み合わせて機械エネルギーに変換する装置である。
姿勢制御系におけるスティフネス調節機構の解析

人間は,力学的に不安定な直立姿勢を視覚や前庭覚などの情報に基づくフィードバック制御によって姿勢の安定化を行っているが,姿勢の安定性を左右する要素には,収縮レベルに比例して増加する筋の粘弾性と,外力によって関節を受動的に動作させたときに生じる伸張反射,が存在する。これら3者の間には,何らかの機能分担がおこなわれているものと考えられるが,従来は個別に計測することが不可能であったため,その調節機構は不明であった.本研究では,われわれが開発した高速機械外乱発生装置を用いて,姿勢制御中の足関節にステップ状の回転外乱を加え,そのときの反力と足関節角度を計測し,その経時変化波形の伸張反射発生以前から,足関節粘弾性を,以降から伸張反射感度を,個別に推定するシステムを開発し,バイオメカニズム学会に論文投稿した.粘弾性の計測に関する実験では,開眼,閉眼なと視覚条件を変えて健常者実験を行ったところ,頭部搭載型ディスプレイを用いて開眼で視覚刺激を与えたときには,姿勢情報が得られない閉眼と同等の条件であるにもかかわらず,閉眼よりも姿勢安定性が高いことが確認され,日本ME学会に論文投稿した.また,立位中の粘弾性と伸張反射の計測は,本研究が最初に成功例である.実験結果からは,両脚立位では伸張反射の寄与率が高く,片脚立位では粘弾性の寄与率が高くなること,また両者の総和としての周波数特性が,相補的変化によって,ほぼ一定に保たれていること,などが明らかになり,計測自動制御学会に論文投稿した.人間は,力学的に不安定な直立姿勢を視覚や前庭覚などの情報に基づくフィードバック制御によって姿勢の安定化を行っているが,姿勢の安定性を左右する要素には,収縮レベルに比例して増加する筋の粘弾性と外力によって関節を受動的に動作させたときに生じる伸張反射,が存在する.これら3者の間には,何らかの機能分担がおこなわれているものと考えられるが,従来は個別に計測することが不可能であったため,その調節機構は不明であった.本研究では,これまでに開発した高速機械外乱発生装置を用いて,姿勢制御中の足関節にステップ状の回転外乱を加え,そのときの反力を計測した.同時に,新規に購入した関節角時計で足関節角度を,生体信号増幅器で筋活動を記録し,筋活をもとに伸張反射開始以前の波形を分離した.その伸張反射開始以前の関節角度と反力から,反射の影響を含まない関節の粘弾性特性を推定した.推定値は既報の値よりも小さく,伸張反射の成分が除去されたことが確認された.さらに開眼,閉眼など視覚条件を変えて健常者実施を行ったところ,閉眼時には粘弾性が増加する傾向が認められた.これは,フィードバック情報の減少による安定性を低下を補償するために,高次姿勢制御系が粘弾性の調節を行った結果と推察された.すなわちフィードバック姿勢制御系と足関節粘弾性の両者を統合する制御システムの存在が示唆された.これらの結果は、バイオメカニズム学会において発表し,さらに伸張反射も含めた総合的な解析をすすめる計画である.人間は,力学的に不安定な直立姿勢を視覚や前庭覚などの情報に基づくフィードバック制御によって姿勢の安定化を行っているが,姿勢の安定性を左右する要素には,収縮レベルに比例して増加する筋の粘弾性と,外力によって関節を受動的に動作させたときに生じる伸張反射,が存在する。これら3者の間には,何らかの機能分担がおこなわれているものと考えられるが,従来は個別に計測することが不可能であったため,その調節機構は不明であった.本研究では,われわれが開発した高速機械外乱発生装置を用いて,姿勢制御中の足関節にステップ状の回転外乱を加え,そのときの反力と足関節角度を計測し,その経時変化波形の伸張反射発生以前から,足関節粘弾性を,以降から伸張反射感度を,個別に推定するシステムを開発し,バイオメカニズム学会に論文投稿した.粘弾性の計測に関する実験では,開眼,閉眼なと視覚条件を変えて健常者実験を行ったところ,頭部搭載型ディスプレイを用いて開眼で視覚刺激を与えたときには,姿勢情報が得られない閉眼と同等の条件であるにもかかわらず,閉眼よりも姿勢安定性が高いことが確認され,日本ME学会に論文投稿した.また,立位中の粘弾性と伸張反射の計測は,本研究が最初に成功例である.実験結果からは,両脚立位では伸張反射の寄与率が高く,片脚立位では粘弾性の寄与率が高くなること,また両者の総和としての周波数特性が,相補的変化によって,ほぼ一定に保たれていること,などが明らかになり,計測自動制御学会に論文投稿した.
「運動する上肢の映像」を用いた運動イメージ訓練の効果の検証

「運動する上肢の映像」を見ながら運動イメージを行うことが、通常の運動イメージよりも大脳皮質運動野の興奮性を高めることができるかどうか、健常被験者を対象に脳波・脳磁場計測を用いて検討した。この新しい運動イメージは、運動の観察や通常の運動イメージよりも広い範囲の大脳皮質神経活動を引き起こしていた。しかしながら、この新しい運動イメージが、通常の運動イメージよりも運動野の興奮性を高めるという傾向は明らかでなかった。本研究の目的は,運動イメージ訓練についてより施行しやすく効果の大きい方法を考案することである.本研究では,液晶モニタに映る「上肢が動く映像」を自分(被験者)の上肢に重ねた状態で運動イメージを行ってもらい,運動イメージ訓練の効果が向上するかどうかを検討する(実験A).また,このような新しい運動イメージ訓練が,運動野の興奮性をより増大させるかどうかを調べる(実験B).平成21年度においては主として実験Bの視覚刺激提示方法の検討と予備的な計測を行った.本研究では,運動する上肢の映像を,被験者本人の上肢に重ね合わせて写し,運動する肢を自分の肢であるかのように錯覚させることが肝要である.当初計画の段階では,視覚刺激の提示方法として液晶モニタを利用する予定であったが,実際にこれを使用しながら脳磁図計測を行ったところ,モニタから無視できないレベルの磁場ノイズが生じて脳磁図の計測が難しいことが明らかとなった.これをソフトウェア的に除去するため各種フィルタを試したが不十分であった.そのため,視覚刺激の提示方法を小型液晶プロジェクタを使用する方式に変更し,磁場ノイズの大きさを計測したところ,液晶モニタに比べかなり小さいレベルのノイズに抑えられることが明らかとなった.平成22年度ではこの方式を用いて本実験を行う予定である.なお,液晶モニタは大きな磁場ノイズを生じるが,このノイズは脳波計測にはそれほど大きな影響を与えない.脳磁場と同時に計測している脳波データを若干名で検討したところ,「運動を観察しながら行う運動イメージ」の際の脳活動は,通常の運動イメージと,通常の運動観察の際の脳活動の単純な加算にはなっていない可能性を示唆する結果を得た(第32回日本神経科学大会にて報告済).本研究の目的は,運動イメージ訓練についてより施行しやすく効果の大きい方法を考案することである.本研究では,液晶モニタに映る「上肢が動く映像」を自分(被験者)の上肢に重ねた状態で運動イメージを行わせることで,運動野の興奮性をより増大させられるかどうかに焦点をあてている.平成21年度の段階で,液晶モニタを用いた動画提示方法が不適切であることが判明したため(磁場ノイズが生じて脳磁図の計測が難しい),小型液晶プロジェクタを使用する方法に変更した.平成22年度では,この方法を用いて,1)映像(動画)を見ながら運動イメージを行う,2)動画を観察するのみ,3)静止した上肢を見ながら運動イメージを行う,の3条件で脳磁場計測を行った.大脳皮質運動野の興奮性を定量化し3条件で比較したところ,仮説と反する傾向(運動イメージと動画を見ながら行う運動イメージの間に明確な差がない,あるいは単なる運動イメージの方が運動野の興奮性が高まる)がみられた.従って,運動野の興奮性のみの評価では,1)が3)よりも興奮性を増大させるという結論は得られなかった.なお,運動イメージ遂行の遂行に対する被験者の主観的評価は,1)と3)の条件でかなり異なる(1は映像によってある種の錯覚を感じ運動イメージを行いやすいが,3は何も手がかりがないため,自分で積極的に運動イメージを行わなければならない)ことが明らかになった.本研究では,運動する上肢の映像を見ながら行う運動イメージが,通常の運動イメージより運動野の興奮性をより増大させるという証拠を得ることはできなかった.この新しい運動イメージを行うことが実際にどのような大脳皮質神経活動を引き起こすのか,またその効果が通常の運動イメージと比較してどの程度であるかという点を今後検討したいと考える.
亜酸化窒素濃度分布を介した北極域オゾン層の長期変動に関する研究

北極域オゾン濃度の年々変動は、オゾンの化学破壊の年々変動とオゾン輸送の年々変動の両方の影響を受ける。そこでこれらに関係する、オゾン濃度、亜酸化窒素濃度、気温、大気大循環(子午面循環)、化学オゾン破壊率などの量の年々変動を解析した。その結果、下部成層圏の亜酸化窒素濃度や子午面循環・大気の波動活動などの力学指標を導入して各年を力学状態によって分類すると、北極域のオゾン濃度と大気中のフロンとハロン量との相関がよくなることがわかった。極域オゾン濃度の年々変動は、オゾンの化学破壊の年々変動と、オゾン輸送の年々変動の、両方の影響を受ける。そこで、この両方の過程に関係する、オゾン濃度、亜酸化窒素濃度、気温、大気大循環(子午面循環)、化学オゾン破壊率などの量的関係を調べ、オゾンの化学破壊の年々変動と輸送の年々変動を分離して理解することが本研究のポイントである。成層圏の大気波動活動の年々変動によって引き起こされた上述の要素の年々変動の因果関係および量的関係を数十年にわたるモデル計算結果と衛星観測データを解析し、明らかにしていくことが本研究の目的である。それによって、複雑な北極域オゾン変動に関して力学的にコントロールされている部分と化学的にコントロールされている部分とをある程度分離することが可能となり、それはまた、北極域オゾン層破壊の将来予測の不確定性の縮小につながる。この目的達成のために、以下を行う。(1)19792002年について、再解析データ(ERA40)の気温、東西風速、南北風速を、化学気候モデルにナッジングという手法で同化し、北極渦崩壊時期と北半球中・高緯度下部成層圏の亜酸化窒素濃度の年々変動の関係を調べる。(2)19792100年までの過去から将来にわたる期間について、温室効果ガスおよびハロゲンガス濃度のシナリオと化学気候モデルとを用いた、気象要素(気温、風速など)、微量成分濃度(オゾン、亜酸化窒素濃度など)、オゾンの化学破壊速度の計算(3)(2)の実験について、平均子午面循環(残差循環)、EP-flux、亜酸化窒素濃度など、オゾンの輸送とそれを引き起こす要因および結果に関する解析、また、気温やオゾンの化学破壊速度など、オゾンの化学的な破壊に関連する解析(4)解析された力学量・化学量と北極域オゾンおよび亜酸化窒素濃度の年々変動に関して統一的な見解を得る。温室効果気体(二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素)とオゾン破壊物質(フロン、ハロン、塩化メチル、臭化メチルなど)濃度の長期変化による、オゾンと亜酸化窒素の気候変化を通した濃度変化を調べるため、化学気候モデルによるオゾンと亜酸化窒素分布の1980年2100年までの121年間積分を行った。1.まず、この数値計算のためのモデルの設定作業を行った。(1)気温、風速、物質分布の初期値、およびフロン、ハロン、温室効果気体の地表濃度シナリオデータの、バイナリのデータセットを作成した。(2)オゾンと亜酸化窒素分布の長期変動の解析を行うためには、その化学過程、力学過程に関連したモデル変数の出力を行うことが必要である。具体的には、オゾン濃度、亜酸化窒素濃度、その関連物質の光解離率、オゾン化学触媒サイクルによるオゾン破壊率、気温、水平風速、鉛直風速、渦度、発散、地表面気圧、ジオポテンシャルハイト、などの出力を1日単位で出力するように設定した。2.この初期値と地表面値を使ってCCSR/NIES化学気候モデルの121年間積分を行った。化学気候モデルの成層圏内の鉛直解像度は対流圏界面付近で1.1km、下部成層圏で約2km、上・中部成層圏で23kmである。水平解像度はT42(2.8°×2.8°)である。このモデルの121年間分のアウトプットは、購入したディスク装置に保存した。この計算期間の121年間について、温位600K(高度22-24km付近)、45-90°Nの緯度範囲における亜酸化窒素濃度のPDF解析を行った。その結果、Akiyoshi and Zhou(2007,JGR)の1979年2002年に見られたのと同様に、北極渦崩壊の早い年と遅い年との間には、亜酸化窒素濃度の季節変動に明確な違いがあることがわかった。オゾン濃度変動を含めたより詳しい解析は次年度に行う。昨年度実行した、化学気候モデルの約120年間(1980年2100年)の計算結果について、亜酸化窒素(N2O)濃度とオゾン濃度の分布・変動の長期変動に関する解析を行った。成層圏下部では、N2Oは大気の輸送のトレーサーとして、オゾンは輸送と化学過程の両方の影響をうけるので、その違いから輸送によるオゾンの年々変動と化学的なオゾン破壊によるオゾン濃度の変動とを分離することが本研究の目的である。まず、1980年2100年までの全期間についての極渦崩壊時期を計算し、この121年間の北極渦崩壊時期のヒストグラムを作った。

そのヒストグラムをもとに、全期間の年を極渦崩壊の早い年、平均的な年、遅い年への分類を行った。次に、45N以北の中高緯度における下部成層圏N2O濃度をProbability Distribution Function(PDF)解析し、Akiyoshi and Zhou(2007,J.Geophys.Res.)の1979-2002年の過去24年間の期間についてのPDF解析に見られたような、極渦の早い年と遅い年との間のN2O濃度分布に明確な違いがあるかどうかを調べた。その結果、1980年2100年に対しても同様な違いがみられることがわかった。すなわち、北極渦崩壊時期の早い年は、初冬から早春にかけての北極渦崩壊時期の前後を含む期間で、北半球中高緯度全体としてみると下部成層圏のN2O濃度が大きく減少していた。これは、北半球のプラネタリー波の活動が活発で、それに伴って、中高緯度で下降流が強まったためである。一方、北極渦崩壊時期の遅い年には、プラネタリー波の活動が低く、それに伴う下降流も弱いので、このようなN2O濃度の急激な減少は見られなかった。さらに、より詳しく緯度毎の違いを見るため、45-90Nの解析領域を3つの等価緯度帯に分割して解析を行った。極渦内部、境界領域、その外側の3つの領域に分け、下部成層圏のいくつかの温位面上で、N2O濃度とオゾン濃度との相関関係を調べた。その結果、北極渦の外側で、オゾン濃度とN2O濃度の間に明確な負の相関があり、この領域の空気が鉛直移流(下降流)の影響を強く受けていることがわかった。今年度は、化学気候モデルの121年間(1980年2100年)の計算結果に基づき、子午面循環とEP-fluxの年々変動を調べ、これらの量の、極渦崩壊時期の早い年と遅い年との対応、およびそれらの年の亜酸化窒素濃度との対応、さらに、オゾン濃度との対応を調べた。その結果、極渦崩壊時期の早い年は、対流圏から成層圏へ入るEP-fluxが大きく、それに伴って、子午面循環が強くなっていることがねかった。そして、下部成層圏の亜酸化窒素濃度は低くなり、オゾン濃度は高くなっていた。また、極渦崩壊時期の遅い年は、この逆の傾向があることがわかった。次に、子午面循環の北極域の下降流の強さがある値以下で、下部成層圏の亜酸化窒素濃度がある値以上の年のみ(輸送の影響が小さい場合)、長期的に見るとハロゲン量の増加/減少に呼応したオゾン量の減少/増加が見られる、などといった北極域オゾン破壊の経年変動の分類化が可能かどうかに着目した解析を行った。これらの値に閾値をいくつか設けて、それらの閾値以上(以下)について、計算を行った120年を分類した。閾値の値によっては、ハロゲン量の増加/減少に呼応したオゾン量の減少/増加が見られる場合があることがわかった。今後この解析をさらに進めて解析の精度を上げ、亜酸化窒素濃度を指標にして北極域のオゾン量の年々変動の輸送による変動を取り除き、ハロゲンによるオゾン層破壊量の不確定性を縮小することができるかどうか、また、北極域のオゾン量変動の振幅が最近増加している事実を説明できるかどうかについて検討する。関連研究として、化学気候モデルを用いた共同研究で、成層圏気温のトレンドに関する研究、成層圏オゾンの変動の対流圏気温変動への影響のメカニズムに関する研究、エルニーニョと北半球冬の気温およびオゾンとの相関の研究を行った。また、大気の子午面循環に関連して、SAGE観測データを使って成層圏エアロゾルの季節変動の研究を行った。
電子遷移を伴う多次元化学動力学理論の開発と応用

3次元反応系DH_2^+を用いて、古典軌道ホップ(TSH)法にZhu-Nakamura理論を組込んだ計算を行い、Landau-Zener公式に比べて遥に優れていることを実証した。円錐交差型及び非断熱トンネル型に対する同様の研究を行い、一般多次元系に適用出来る様にコードを一般化している。また、DH_2^+及び0(^1D)HCl系の厳密な量子動力学計算を行いメカニズムを解明した。更に、レーザー制御との関係で位相を含めてZhu-Nakamura理論を組込んだ半古典力学的理論を構築している。これは反応動力学解明にも有効に活用出来る。また、有効な多次元トンネル理論をエネルギー分裂と準安定状態の崩壊に対して確立した。量子化学者との協力によりマロアルデヒドに対して決定版と言える答を得ることに成功した。現実の化学及び生物系における電子的非断熱反応の重要性に鑑み、大きな系に適用可能な半古典論をZhu-Nskamura理論を用いて開発する研究を行った。先ず、最も簡単な手法であるTSH(Trajectory Surface Hopping)法にZhu-Nakamura理論の非断熱遷移確率公式を組み込み、3次元のDH_<2^+>反応系に応用し、旧来のLandau-Zener公式を用いるものと比べて遥かに優れていることを実証した。広いエネルギー範囲に亘って、また、広い初期振動状態に対して、量子力学的な厳密計算と比較して大変良く働くことをが示された。初期振動状態が低い場合に、Landau-Zener理論では反応確率が低エネルギーでゼロになってしまうが、我々の理論では量子力学計算を再現している。しかも、Landau-Zener理論との差が高エネルギーでもなくならず、エネルギーの全域に亘ってLandau-Zener理論が駄目であるのに対して我々の理論は良く働くことが分かった。円錐交差型及び非断熱トンネル型に対する同様の研究を行っている。また、DH_2^+及びO(^1D)HCl系の厳密な量子動力学計算を行いメカニズムを解明した。
前立腺がん腫瘍源細胞の生存維持と分化抑制の分子機構の解析

前立腺がんは、我が国において急増し、主要ながんの一つである。前立腺がん細胞集団中には高い腫瘍形成能をもつがん幹細胞が存在し、治療抵抗性の要因となっていることがわかってきた。しかし、がん幹細胞を標的とした薬剤は未だ十分に見出されていない。本研究では、前立腺がん幹細胞の新しい治療標的分子として、TRIB1という生存分子を同定した。また、TRIB1は小胞体のストレス応答因子GRP78の機能を制御する事によって、前立腺がんの増殖を引き起こすことがわかった。さらに、TRIB1の生存シグナルを遮断する候補薬剤を見出した。本研究成果は、前立腺がんの根治に結びつく新たな治療法開発の基盤になる可能性がある。前立腺がんではその細胞集団中に、高い腫瘍形成能を有する「腫瘍源細胞(癌幹細胞)」が存在し、治療抵抗性や再発に関わることが明らかにされてきた。しかし腫瘍源細胞の生存因子に関する研究や知見は乏しい。我々は、包括的RNAiスクリーニングにより、前立腺がん腫瘍源細胞の生存維持因子を探索し、TRIB1(PCSC1)を同定した。TRIB1のノックダウンは、癌幹細胞の増殖の指標となるスフェア増殖を選択的に抑制し、またin vivoにおける腫瘍形成を強く阻害した。TRIB1の発現は、前立腺がん細胞の腫瘍源細胞(CD151/CD166/TRA1-60陽性細胞)において選択的に認められた。また、TRIB1ノックダウンは、マーカー陽性細胞に選択的な増殖抑制効果を示した。我々はさらにTRIB1ノックダウン細胞を用いた遺伝子シグニチャー解析を行い、下流のシグナル経路を調べた。その結果、TRIB1はその下流において小胞体ストレス応答に関わる遺伝子群、とくに前立腺がんのがん化の要因となる小胞体ストレスシャペロンGRP78の発現を正に制御していることを見出した。GRP78は、マーカー陽性細胞において選択的な発現が認められた。免疫蛍光抗体法による細胞内局在の検討の結果、TRIB1は前立腺がん細胞において小胞体に局在することがわかった。さらに、前立腺がんの組織アレイや組織由来RNAを用いた解析から、前立腺がんではTRIB1が過剰発現していることや、その発現がGRP78の発現に相関することも見出した。以上から、TRIB1は前立腺がん腫瘍源細胞の生存維持に重要な役割をもつことが明らかになった。前立腺がんではその細胞集団中に、高い腫瘍形成能を有する腫瘍源細胞(癌幹細胞)が存在し、治療抵抗性に関わることが明らかにされてきた。しかし腫瘍源細胞の治療ターゲットとなりうる生存因子に関する知見は乏しい。我々は、機能遺伝学的手法により、前立腺がん腫瘍源細胞の新たな生存維持因子としてTRIB1を同定した。前年度までの解析で、TRIB1が、腫瘍源細胞選択的に増殖に関わり、腫瘍形成に寄与することが示された。さらにTRIB1が小胞体シャペロンGRP78の発現に関わる事もわかった。TRIB1のノックダウンで3次元増殖の抑制が見られたが、これはshRNA抵抗性TRIB1の過剰発現によりレスキューされた。またTRIB1によるGRP78の発現制御がそのプロモーター活性制御によることもわかった。他方、TRIB1のノックダウンにより明確な細胞の形態変化が見られ分化様の変化が考えられた。その際、Dicer遺伝子の発現が顕著に変動することを見出した。そこでTRIB1発現抑制時の形質変化へのマイクロRNAの関与を見るため、Affymetrix miRNAアレイによりTRIB1ノックダウン時に変動するマイクロRNAに関するデータを取得した。またTRIB1自体は酵素でなく、薬剤探索の標的として適さない。そこで、TRIB1依存的な生存経路を抑制し、前立腺がん幹細胞を選択的に抑制できる薬剤シーズを探索する目的で、TRIB1の発現抑制時と類似した遺伝子群を変動させる薬剤のスクリーニングをin silico探索にて行い、候補化合物を抽出した。前年度までに同定したTRIB1の前立腺がん腫瘍源細胞における役割について、当初予定したGRP78の発現制御機構の解析やDicerの関与、マイクロRNAの解析に関して予定通りに進める事ができた。またTRIB1関連の生存経路やここに作用する薬剤を探索するため、遺伝子発現データに基づいたin silico探索も進める事ができた。前立腺がんではその細胞集団中に、高い腫瘍形成能を有する癌幹細胞が存在し、治療抵抗性に関わる。しかし癌幹細胞の治療ターゲットとなりうる生存因子に関する知見は乏しい。我々は、包括的RNAiスクリーニングにより、前立腺がん幹細胞の新たな生存維持因子としてTRIB1を同定した。我々はTRIB1が、癌幹細胞の増殖の指標であるスフェア増殖に関わり、腫瘍形成に寄与することを示した。さらにTRIB1が前立腺がんの癌化の要因となる小胞体シャペロンGRP78のプロモーター活性制御を介した発現制御に関わる事もわかった。実際、前立腺がん組織においては、TRIB1が高頻度に過剰発現しており、その発現がGRP78の発現に相関する事も示した。TRIB1のノックダウンにより明確な細胞の形態変化が見られ、分化様の変化が認められた。その際、Dicer遺伝子の発現が顕著に変動した。miRNAアレイ解析により、実際、TRIB1ノックダウン時に複数のマイクロRNAの発現変動が見出された。これらの結果より、TRIB1は、前立腺がん幹細胞の生存維持に関与し、有望な治療標的分子であることがわかった。しかしTRIB1分子は、シグナル伝達のアダプター分子として知られ、それ自体は酵素でなく、薬剤探索の標的として適さない。

そこで、TRIB1の発現抑制時と類似した遺伝子群を変動させる薬剤を、connectivity map等によるin silico法により探索し、細胞内シグナル分子Xの阻害剤を同定した。実際、そのシグナル伝達がTRIB1の下流にあることもわかり、さらに、同阻害剤は、下流のリン酸化シグナルを抑制し、スフェア細胞選択的な増殖抑制を示した。以上より、前立腺がん幹細胞の生存に寄与する制御因子TRIB1が見出され、そのシグナル伝達経路の抑制が、前立腺がんを抑制する有用なストラテジーとなる事が明らかになった。前立腺がんは、我が国において急増し、主要ながんの一つである。前立腺がん細胞集団中には高い腫瘍形成能をもつがん幹細胞が存在し、治療抵抗性の要因となっていることがわかってきた。しかし、がん幹細胞を標的とした薬剤は未だ十分に見出されていない。本研究では、前立腺がん幹細胞の新しい治療標的分子として、TRIB1という生存分子を同定した。また、TRIB1は小胞体のストレス応答因子GRP78の機能を制御する事によって、前立腺がんの増殖を引き起こすことがわかった。さらに、TRIB1の生存シグナルを遮断する候補薬剤を見出した。本研究成果は、前立腺がんの根治に結びつく新たな治療法開発の基盤になる可能性がある。がん幹細胞の新しい生存維持因子として、TRIB1を同定することができ、またその下流のシグナル分子としてGRP78を明らかにできた。計画していた研究内容としては、腫瘍源細胞におけるTRIB1の発現やノックダウンの効果を調べ、また遺伝子シグニチャー解析から示唆されたTRIB1と小胞体ストレス応答因子(GRP78)との関連性を明らかにすることであった。これらの点は概ね解析できたと思われる。とくにこれらの成果については論文化も完了した。ただし、TRIB1の前立腺がん細胞分化との関連については今年度は十分に解析できなかったので、この点は次年度にさらに解析を進めて行く予定である。次年度は、TRIB1依存的な生存経路の解析という基礎研究の側面、および、TRIB1依存的生存経路に作用する薬剤の探索という応用研究の側面、両面において、さらなる検討を進めていきたい。本年度までに得られた結果は、こうした解析の良い基盤になる。TRIB1による小胞体シャペロンの転写発現制御の機序をさらに解析するとともに、TRIB1発現抑制時に発現変動のみられるマイクロRNAについても、得られたデータを体系的に整理し、機能的に関わる因子の探索へとつなげる。また本年度の解析で、TRIB1関連経路に作用する可能性のある薬剤については、腫瘍源細胞への選択的な増殖抑制作用を見るとともに、TRIB1経路をどのように抑制するのかの機序を明らかにしていく。腫瘍治療学前年度までの解析で明らかにできたTRIB1の前立腺がんの腫瘍源細胞の生存維持への関与の知見をベースとして、その分子機構の解析をさらに進める。
転移温度向上を目指したダイヤモンド超伝導体の三次元ドーパント構造解明

高濃度ホウ素ドープダイヤモンドの超伝導転移温度の向上を目指し、高分解能光電子ホログラフィー実験により高濃度ホウ素ドープダイヤモンド超伝導体において、金属性/超伝導性を担う「活性サイト」およびキャリヤー導入を阻む「不活性サイト」周辺の局所構造を実験的に解明することを目的として昨年度開始した研究を継続して行った。昨年度測定した高濃度ホウ素ドープダイヤモンドの光電子ホログラフィー実験結果の解析を進めた。ホウ素1sの内殻光電子スペクトルの各コンポーネントごとにホログラムを作成し、各ホログラムから三次元像再生を行った。すべてのコンポーネントにおいて、主要な構造はホウ素原子がダイヤモンド構造の炭素位置に置き換わる局所構造(置換位置への導入)であることを見出した。その一方で、再生原子像の強度や位置に違いが見られること、強度は弱いもののダイヤモンド構造以外の位置にも原子像も再生されることがわかった。これらの違いは、置換位置に導入されたホウ素原子の周辺構造の違いを反映していると思われる。SPring-8 BL25SUにおいて、高濃度及び中濃度の高濃度ホウ素ドープダイヤモンドの光電子ホログラフィー比較実験を行った。測定したホウ素1sおよび炭素1sの内殻光電子スペクトルに対してピークフィッティング解析により化学状態を分離し、それぞれの化学状態に対して光電子ホログラムを作成した。関連物質である高濃度リンドープダイヤモンドの光電子ホログラフィー実験の解析をさらに進め、ダイヤモンド格子に二つある結晶サイトのリン原子占有率が異なることを見出した。この結果については論文としてまとめて投稿中である。光電子ホログラフィー実験の可能性を調べるために、窒素ドープダイヤモンドの実験も行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。高濃度不純物ドープ半導体においては孤立して置換型以外に導入されるドープ原子数が増加する。これらの化学状態の理解は試料の物性発現の理解や物性の向上・制御には不可欠である。本研究課題において我々は、高濃度ホウ素ドープダイヤモンドの超伝導転移温度(Tc)の向上を目指し、高分解能光電子ホログラフィー実験により高濃度ホウ素ドープダイヤモンド超伝導体において、金属性/超伝導性を担う「活性サイト」およびキャリヤー導入を阻む「不活性サイト」周辺の局所構造を実験的に解明することを目的として研究を行う。本年度後期にSPring-8 BL25SUにおいて、手法班A02の室氏、木下氏の協力のもと、高濃度ホウ素ドープダイヤモンドの光電子ホログラフィー実験を行った。実験に用いた試料のホウ素濃度は8×10^21 cm^(-3)と見積もられており、Tcは6 Kである。測定したホウ素1sおよびC1sの内殻光電子スペクトルに対してピークフィッティング解析により化学状態を分離し、それぞれの化学状態に対して光電子ホログラムを作成することに成功した。化学状態を分離したB1s光電子ホログラムはどれもよく似ていることがわかった。またそのパターンは、C1sの光電子ホログラムパターンとも似ていることがわかった。これらの結果は、ホウ素原子が化学サイトの違いにかかわらず置換サイトに近い位置に導入されることを示す。今後、得られたホログラムから像再生を行うとともに、予測されている局所構造に対する光電子ホログラムのシミュレーションとも比較することにより、各化学サイトの局所構造を明らかにする。関連物質として高濃度リンドープダイヤモンドの光電子ホログラフィー実験の解析を進め、二つのバルクサイトの一方が置換位置に導入されたリン原子のサイトであることを見出すとともに、もう一方のサイトがリン原子と欠陥の複合体である可能性が高いことを見出した。高濃度ホウ素ドープダイヤモンドについて高分解能光電子ホログラフィー実験を行うことができた。また、その結果から光電子ホログラムの作成にも成功し、局所構造についての情報が得られ始めている。加えて、関連物質として研究を行っている高濃度リンドープダイヤモンドのリン原子周辺の局所構造についても、他の手法では得ることのできない情報が得られ始めている。これらの理由から、当初の計画以上に進展していると判断した。

関連物質である高濃度リンドープダイヤモンドの光電子ホログラフィー実験の解析をさらに進め、ダイヤモンド格子に二つある結晶サイトのリン原子占有率が異なることを見出した。この結果については論文としてまとめて投稿中である。光電子ホログラフィー実験の可能性を調べるために、窒素ドープダイヤモンドの実験も行った。今年度は昨年度の研究を進展させ、濃度の異なる高濃度ホウ素ドープダイヤモンドについて高分解能光電子ホログラフィー実験を行うとともにその解析を進める。これにより、金属性/超伝導性を担う「活性サイト」およびキャリヤー導入を阻む「不活性サイト」周辺の局所構造の実験的解明を目指す。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。