hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
睡眠時無呼吸症候群に有効な治療システムの新規開発:ランダム化比較試験

閉塞型睡眠時無呼吸症候群(Obstructive Sleep Apnoea Syndrome ; OSAS)に対し、入眠による舌の咽頭方向への沈下を防止するOSAS治療装置(舌位置制御装置)を開発した。この装置は、弱陰圧による非侵襲的な舌位保持を目的とし(i)口腔部分(舌を覆うマウスピース)、(ii)陰圧発生装置、(iii)コネクション(iiとiiiを連結するカテーテル)により構成される。パイロットスタディの結果から、同装置は既存の口腔内装置と同等のOSAS治療効果を有する可能性が示唆され、今後、改良と副作用の調査を進めつつ実用化をはかる予定である。本研究の目的は、閉塞性睡眠時無呼吸症候群(Obstructive Sleep Apnea Syndrome ; OSAS)患者に対し、治療成績とコンプライアンス(患者が治療者の指示通りに治療装置を使用できる割合)の向上に貢献でき、かつ副作用の少ない新規治療システムを開発し、その有効性をランダム化比較試験(Randomized Controlled Trial ; RCT)により検証することである。その第一段階として、平成20年度は新規システムの基本的構造を実験的に決定した。新規システムは弱陰圧による非侵襲的な舌位保持を目的とし、口腔部分、吸引装置、コネクションより構成される。OSAS患者の協力を得てシステム開発(試作)を行い、その実用化に向けて特許出願を行った(特願2008-280205,PCT/JP/2009/051427)。その結果、開発された新規システムは新規性、進歩性があると判断され、さらに産業上の利用可能性を有すると判断された(PCT国際調査機関の見解書PCT/JP/2009/051427,見解所作成日16.02.2009)。平成20年度後半からは、新規システムおよび既存のOSAS治療を用いたランダム化比較試験を行う準備として、対象患者サンプリングを開始している。新規システムの有効性検証は終夜ポリグラフ検査によるOSAS重症度の改善度を指標に行い、無呼吸改善因子を形態的、生理機能的に明らかにする。本研究の目的は、閉塞性睡眠時無呼吸症候群(Obstructive Sleep Apnea Syndrome; OSAS)患者に対し、治療成績とコンプライアンス(患者が指示通りに治療装置を使用できる割合)の向上に貢献でき、かつ副作用の少ない新規治療システムを開発し、その有効性をランダム化比較試験(Randomized Controlled Trial; RCT)により検証することである。平成21年度は実験的に決定された新規システムを用いて、OSAS患者を対象にその有効性の評価を開始した。被験者は、29歳男性(181cm, 85.0kg, BMI=25.9kg/m2)、夜間の激しいいびきと日中傾眠を主訴にし、終夜ポリグラフ検査の結果、中等度のOSASと診断された。上下顎印象採得により新規システムの口腔部分を作製し、圧コントローラーを用いて就寝時舌位置の弱陰圧保持を行った。約一カ月の新規システムの使用により、主訴の改善傾向が確認され、このときの陰圧を適正処方圧と判断した。口腔内診査および問診により副作用がみられないことを確認後、簡易呼吸モニター(PMP300E,パシフィックメディコ)を用い、同システムの有効性を呼吸障害指数(Respiratory Disturbance Index; RDI)を指標に検討した。その結果、RDIは12.7/hrより5.0/hrへ、Oxygen Desaturation Indexは17.1/hrより7.0/hrへ減少した。今年度は、引き続き症例数を増加し。新規システムの有効性につきグループ解析を行う予定にしている。本システムは平成20年度にPCT出願を行っていることから、平成21年度の研究進行状況を勘案し審査移行を行うかについても協議検討をする(参考:特許第4445565号公報)。本研究の目的は、閉塞性睡眠時無呼吸症候群(Obstructive Sleep Apnea Syndrome ; OSAS)患者に対し、治癒成績とコンプライアンス(患者が指示通りに治療装置を使用できる割合)の向上に貢献でぎ、かつ副作用の少ない新規治療システムを開発し、その有効性を「ランダム化比較試験(Randomized Controlled Trial ; RCT)により検証するこである。平成23年度は、前年度までに基本構造が決定された新規システム(舌位置制御装置)プロトタイプの有効性を検討するためにパイロットスタディを行った。対象は、終夜ポリグラフ検査によってOSASと診断された患者(N=6)であり、被験者を舌位置制御装置使用群(A群,N=3)とTongue Stabilizing Device使用群(TSD群,N=3)の2群に振り分けた。A群の被験者に対し、舌位置制御装置の口腔部分を作製し、同部分と圧コントローラーをチューブを用いて連結した後、圧コントローラーから口腔部分内側へ弱陰圧を作用させ、就寝時の舌位置保持をはかった。

約12カ月の装置使用により、いびきおよび日中の過眠の改善が確認され、このときの陰圧を適正処方圧と判断した。口腔内診査および問診により、舌、歯牙、歯周組織、および顎関節に副作用がみられないことを確認後、簡易呼吸モニター(PMP300E,パシフィックメディコ)を用い、同システムの有効性を呼吸障害指数(Respiratory Disturbance Index ; RDI)を指標に検討した。一方、B群の被験者に対してTSDを処方し、使用に慣れた段階でA群同様にRDI変化を検討した。その結果、A群ではRDI(mean±sd/hr)は26.7±14.1より12.3±8.8へ、B群では28.2±22.4より12.2±6.2となり、RDIの減少率はそれぞれ51.2%と50.4%であった。以上の結果から、本研究において開発された舌位置制御装置プロトタイプは、既存の口腔内装置と同等のOSAS治療効果を有する可能性が示唆された。
ハイパーテキスト・ハンドリング技術を利用した統計解析支援システムの作製

計算機の高性能・普及化に伴い、統計プログラムはデータ解析を行う際に必要不可欠なソフトウェアの1つとなっている。これら統計プログラムは、統計学の知識を持った利用者に対しては、豊富な統計機能や複雑な計算結果が容易に得られるため、有益な道具として活用されている。しかし、統計学に対する知識の浅い者に対しては、解析手順すら明確に判断できないため、統計プログラムは有効に機能しないばかりが、場合によっては誤用の原因となっている。そこで、予め蓄積された過去の解析事例集や統計学の知識を参照しながら、利用者に対して適切な統計手法を助言する解析支援システムを提案した。本システムでは統計知識の表現形式として、一種のハイパーテキストであるストラテジ・マップ(Strategy Map)を導入した。このストラテジ・マップとは知識を階層的に表現した独自の記述形式で、外部の統計ソフトウェアとのオブジェクトリンクや知識間の相互結合、関連知識の表示等の機能を体系的に構造化した知識表現形式である。この表現形式を採用したために、知識を柔軟に改良・維持できることが可能となった。一方、時間経過による統計知識の陳腐化や、統計家ごとの解析テクニックの差異に対しては、統計知識を柔軟に改良・維持する必要でがる。しかし、統計知識を動的に修正させるには、人間の作業では限界があり、これに対する何らかの方策を準備する必要がある。今後の展開としては、ニューラルネットワークの適用可能性を吟味しようと考えている。
寄生虫のゲノムタイピングによる降海銀ウナギの生息地域の解明

本研究はウナギ鰾内に寄生するウキブクロセンチュウ類(Auguillicola)のmtDNAの塩基配列情報に基づき、本種の東アジア各地域における遺伝的変異を明らかにする。そして得られたDNAマーカーに基づいて、東シナ海を産卵回遊中の銀ウナギ鰾内の同線虫がどの地域個体群であるかを特定し、ウナギの生息地域を明らかにすることを目的とした。平成18年度は、日本の太平洋側では栃木県、宮崎県において、日本海・東シナ海側では福井県、福岡県、鹿児島県において天然ウナギ計85個体を採集した。銀ウナギは長崎県から山口県沖合および紀伊水道で採集した。中国においては山東省青島と福建省廈門で採集を試みたが、天候不良や河川の汚染がひどく、汽水域や河川で天然ウナギを採集することはできず、魚市場で計10個体を入手した。得られたウナギは体各部の測定を行ったのちに、生殖線、耳石および鰾を摘出した。耳石は核を含む面が表出するまでダイアモンドペーストを用いて鏡面に研磨し、波長分散型マイクロアナライザーを用いて、SrとCaの含量を中心核から縁辺部に向かって測定し、塩分環境履歴を明らかにした。また、摘出した鰾から寄生虫を取り出し、形態の観察と計測を行った。耳石解析の結果、用いた天然ウナギは全て淡水生活型であった。銀ウナギを含む日本産では供試魚全体の約60%にAnguillicola crasiusの寄生がみられた。中国で得たウナギにはウキブクロセンチュウ類の寄生は見出されなかった。寄生虫から全DNAを抽出し、ミトコンドリアDNA遺伝子のうち、チトクロームb領域,12S/16SリボゾームRNA領域300-500bpをPCR法により増幅した。銀ウナギを含む日本産ウナギに寄生していたA.crasiusのいずれの遺伝子配列にも差異は認められず、これらは遺伝的に均質であることが明らかにされた。本研究は淡水域でウナギに寄生するウキブクロセンチュウ(Auguillicola)のmtDNAの塩基配列情報に基づき、本種の東アジア各地域における遺伝的変異を明らかにする。そして得られたDNAマーカーに基づいて、東シナ海を産卵回遊中の銀ウナギ鰾内の同線虫がどの地域個体群であるかを特定し、ウナギの生息地域を明らかにすることを目的とし、平成17年度は以下の研究を行った。平成17年度は主に、日本の太平洋側(宮城、高知、宮崎)と日本海側・東シナ海側(新潟、鳥取、熊本、鹿児島)から天然ウナギを採集した。得られたウナギは体各部の測定を行ったのちに、生殖線(雌雄の判別)、耳石および鰾を摘出した。耳石は核を含む面が表出するまでダイアモンドペーストを用いて鏡面に研磨し、波長分散型マイクロアナライザー(EPMA)を用いて、ストロンチウムとカルシウムの含量を耳石中心核から縁辺部に向かって、数μm間隔で測定し、塩分環境履歴を明らかにした。その際、耳石にみられる年輪や輪紋間隔の変化、光学的変化との対応を検討し、ウナギの年齢、環境、生理、栄養状態等の推定を行った。上述の結果に基づき、個体毎に生活履歴を詳細に明らかにし、ウナギを河川生活型、内湾域生活型、河川内湾移動型、海域生息型の各生活履歴型に分類した。摘出した鰾から寄生虫を取りだし、形態を観察と計測を行った。固定前に微分干渉顕微鏡で観察することにより、従来の形態形質以外に有効となる可能性をもつ分類形質を見いだした。現在、寄生虫からから全DNAを抽出し、ミトコンドリアDNA遺伝子のうち、D-loop領域、チトクロームb、12SリボゾームRNA、16SリボゾームRNAなどの領域をPCR法により増幅し、どの領域が最も有効なマーカーであるか、これらの塩基配列を解析中である。

寄生虫から全DNAを抽出し、ミトコンドリアDNA遺伝子のうち、チトクロームb領域,12S/16SリボゾームRNA領域300-500bpをPCR法により増幅した。銀ウナギを含む日本産ウナギに寄生していたA.crasiusのいずれの遺伝子配列にも差異は認められず、これらは遺伝的に均質であることが明らかにされた。
食用植物種子による時計遺伝子発現の制御：成分の特定と機構解明

食用植物種子抽出成分(EPPS)が、ヒト肺由来線維芽細胞において時計遺伝子のmRNA発現に影響を与えた熱水抽出、エタノール抽出成分の単離を行い、その成分について一部Bmal1, Per1、Sirt1のmRNA発現への影響を検討し、活性成分の特定を行った。また、それらの活性段階の機構を検索することを目的に実験を実施した。EPPSの熱水抽出成分の粗抽出の段階におけるBmal1,Per1,Sirt1 mRNA発現における影響をすでに確認しており、これらの中核となる成分の確定を試み、それぞれ単離された成分についてBmal1及びPer1とSirt1について、どの成分が特定の遺伝子をdown-regulation及びup-regulationするのか確認実験を行うため、粗抽出成分について、ポリフェノール性成分を中心に分画、さらに高速液体クラマトグラフィーによる細分画を行った。配糖体の形での存在のため、単離溶出条件など検討しながら進め、単離精製することでその活性低下も一部認められ、mRNAの発現状況を確認しながら、どの段階の単離成分が最も活性が高いか検討を行った。エタノール抽出成分についても同様な実験を実施し、熱水抽出成分と同様な結果を得た。また、今後の予定を考え、EPPSによる時計遺伝子発現機構に関し、予備的実験検索を行った。まず、NRF2の発現変化を通しての影響について検討した。NRF2がredoxバランスと概日リズム振動の関係に介在していることから、単離成分は、抗酸化機能を有するポリフェノールを含有していたため、細胞内redox反応に関与することが推定され、NRF2の役割に変化を与えるのか検討した。結果、Nrf2のmRNA発現に変化が認められるサンプルも見られ、粗抽出の段階で認められたBmal1, Per1, Sirt1への影響から、直接的な影響も考えられた。抽出精製に関して、若干遅れている傾向にあるが、その後の研究課題である機構に関し、一部結果を得ており、全体としてはおおむね順調に研究は進行しているものと考える。平成30年度の目標は、熱水抽出活性成分及びエタノール抽出活性単離成分についてそれぞれの時計遺伝子Bmal1,Per1,Sirt1のmRNA発現への影響及び予備的機構確認である。これらの中核となる成分の時計遺伝子Bmal1,Per1とそれらの制御遺伝子であるSirt1についての影響が、熱水抽出成分とエタノール抽出成分について異なる活性について、どの成分が特定の遺伝子をdown-regulation及びup-regulationするのか確認したい。mRNAの発現状況を確認しながら、どの段階の単離成分が最も活性が認められる形であるか検討を行う。また、EPPSによる時計遺伝子発現の機構検索として、NRF2の発現変化を通しての影響についてさらに検討を行う。NRF2がredoxバランスと概日リズム振動の関係に介在し、その中心的な役割をNADPHが担っていることから、単離成分は、抗酸化機能を有するポリフェノールを含有するため、細胞内redox反応に関与することが推定され、その結果redoxに変化を与えることが、時計遺伝子にどのような影響を与えるのか検討を行う。また、時計遺伝子機構確認のためNR1D1のmRNAレベル発現についても実験を試みたい。

また、EPPSによる時計遺伝子発現の機構検索として、NRF2の発現変化を通しての影響についてさらに検討を行う。NRF2がredoxバランスと概日リズム振動の関係に介在し、その中心的な役割をNADPHが担っていることから、単離成分は、抗酸化機能を有するポリフェノールを含有するため、細胞内redox反応に関与することが推定され、その結果redoxに変化を与えることが、時計遺伝子にどのような影響を与えるのか検討を行う。また、時計遺伝子機構確認のためNR1D1のmRNAレベル発現についても実験を試みたい。HPLCに伴う実験条件による幾つかのカラムの購入予定と、溶出液中に含まれる空気の状況によるデガッサー購入についての必要性のバランスのため、次年度予算での使用とした。
アドバンス慣性核融合炉の概念検討

アドバンス慣性核融合炉"高輪-【I】"を提案する。これはDT点火部とD主燃料よりなるペレット、液体鉛壁、中性子減速用カーボンブロックとSiC容器より構成され、安全性、燃料や材料の資源制約、エネルギーコストや要求される技術の観点から、より一層慣性核融合の利点を延ばそうとする概念である。適切な液体金属鉛を第1壁保護や1次側冷却流の役割で使用できうるようペレット中でのトリチウム自己増殖を図るDT点火部と、D主燃料のペレットを考えた。鉛は比較的融点が低いこと、また誘導放射能の減衰が早く、他の材料との共存性も良いという利点がある。一旦数KeVになるまで点火部が効率良く圧縮されると、DT反応によるα粒子は点火部自身を、また中性子は点火部周囲のD燃料を数百keVにまで加熱する。DD反応で生ずるトリチウムはその殆どが再燃焼するが、未燃のトリチウムは点火部燃料として再生して利用される。シミュレーションの結果より、必要トリチウムの量はD燃料の23%でよく、またトリチウムの自己増殖率1以上を達成するにはPDRDが1015g/【cm_2】であればよいことがわかった(ここでPDとRDはD燃料の圧縮終了時での密度および半径である)。燃料ゲインは低い(例えば200程度)ので、その分ドライバーの効率は高くなければならず、20%程度が要求される。従って粒子ビームドライバーを考えるベきと思われる。炉およびペレットの材料として【P(^1_0)】,SiおよびCだけを採用して、誘導放射能を低く(炉停止後1年で【10^(-6)】ci/W th)抑え、遠隔操作が楽になることを図った。またこれらの材料は希少資源でもなく、再使用もできるので、資源制約は受けないであろう。エネルギーコストの概算も行ったが、非常に小さい。これは核分裂やDT核融合炉のように燃料精製のために非常に多量のエネルギーを消費することがないからである。
グリア細胞に発現するトランスグルタミナーゼの神経変性疾患発症への寄与解明

中枢神経系には神経細胞以外にオリゴデンドロサイト、アストロサイト、ミクログリアと呼ばれる3種類のグリア細胞が存在しており、脳機能の維持に重要な役割を果たす一方、異常な活性化は脳疾患の原因ともなり得る。トランスグルタミナーゼ(TGs)は蛋白質の架橋結合を形成する酵素であり、ヒトではTG17と血液凝固第13因子の8種類が知られている。中でも組織型TG(TG2)は生体内に広く存在し、種々のストレス状況下において発現誘導されることや炎症反応に関与することが報告されている。近年、アルツハイマー病などの神経変性疾患においてTG2の関与が示唆されており、中枢神経系におけるTGsの役割が注目されてきている。8種類のTGsのうち、脳ではTG2を含む4種類の発現が報告されているが、神経細胞やグリア細胞の各細胞における個々のTGsの役割はあまり知られていない。本研究では、グリア細胞に発現するTGsの脳機能への寄与について検討した。これまでに培養アストロサイトおよびミクログリアを用いた実験において、細胞を活性化した際の一酸化窒素産生にTG2が関与すること、活性化ミクログリアの貪食能にもTG2が関与することを報告している。アルツハイマー病に特徴的な病変である老人斑の主たる構成蛋白質はアミロイドβ(Aβ)であり、Aβ凝集体が神経細胞死に関与すると考えられている。しかしながら、Aβが直接神経毒性を示す濃度に比べ、アルツハイマー病の脳内Aβ濃度は低いことが報告されている。神経細胞とグリア細胞との混合培養系にAβを添加して免疫染色を行ったところ、Aβは主にミクログリアに取り込まれミクログリアを活性化すること、このミクログリアによるAβの取り込みにはTG2が関与することが示唆された。したがって、TG2を介したグリア細胞のAβ取り込みと活性化がアルツハイマー病の病態悪化に関与する可能性が示唆される。本研究は、研究代表者と所属研究室の学生を実験実施者として進めているが、当初想定していたよりも実験を実施する人員が少なく、各実験の同時平行が困難であった。また、2018年度には、研究代表者自身が本研究で得られた成果を発表するため、海外を含めた学会出張を複数回行っており、自身の実験実施の進捗にも遅れが生じた。研究計画に記載のアルツハイマー病のモデル動物を用いた実験を行うにあたり、所属機関内の別の研究室において、アルツハイマー病モデル動物を用いた実験を過去に行った経験のある研究者がいるため、実験協力を依頼し、動物実験を推進する。中枢神経系には神経細胞以外にオリゴデンドロサイト、アストロサイト、ミクログリアと呼ばれる3種類のグリア細胞が存在しており、脳機能の維持に重要であることが明らかになっている。また、グリア細胞の機能異常は脳疾患の原因ともなり得る。トランスグルタミナーゼ(TGs)は蛋白質の架橋結合を形成する酵素であり、ヒトではTG17と血液凝固第13因子(FXIII)の8種類が知られている。近年、アルツハイマー病などの神経変性疾患において、TG2の発現上昇が見られることや、疾患に特徴的な凝集体の構成蛋白がTG2の基質となることなどが報告されており、中枢神経系におけるTGsの役割が注目されてきている。まず、培養アストロサイトを用いてTGsの発現を解析したところ、脳に発現していると言われる4種類全ての発現が認められた。また、培養液中の蛋白質を解析したところ、TG1、TG2、FXIIIは細胞外への放出も検出された。アストロサイトの培養液を精製Aβ蛋白質と混和したところ、Aβの凝集が促進され、TGs阻害剤の添加によって抑制されたことから、アストロサイトから放出されたTGsがAβ凝集を促進したと考えられる。したがって、アストロサイト由来のTGsがアルツハイマー病の病態悪化に関与する可能性が示唆される。アルツハイマー病のモデル動物を用いた実験を行うにあたり、発症までに時間を要することから、平成29年度中に飼育を開始する予定であったが、まだモデル動物の選定および購入または譲渡の手配が出来ていない。

8種類のTGsのうち、脳ではTG2を含む4種類の発現が報告されているが、神経細胞やグリア細胞の各細胞における個々のTGsの役割はあまり知られていない。本研究では、グリア細胞に発現するTGsの脳機能への寄与について検討した。これまでに培養アストロサイトおよびミクログリアを用いた実験において、細胞を活性化した際の一酸化窒素産生にTG2が関与すること、活性化ミクログリアの貪食能にもTG2が関与することを報告している。アルツハイマー病に特徴的な病変である老人斑の主たる構成蛋白質はアミロイドβ(Aβ)であり、Aβ凝集体が神経細胞死に関与すると考えられている。しかしながら、Aβが直接神経毒性を示す濃度に比べ、アルツハイマー病の脳内Aβ濃度は低いことが報告されている。神経細胞とグリア細胞との混合培養系にAβを添加して免疫染色を行ったところ、Aβは主にミクログリアに取り込まれミクログリアを活性化すること、このミクログリアによるAβの取り込みにはTG2が関与することが示唆された。したがって、TG2を介したグリア細胞のAβ取り込みと活性化がアルツハイマー病の病態悪化に関与する可能性が示唆される。本研究は、研究代表者と所属研究室の学生を実験実施者として進めているが、当初想定していたよりも実験を実施する人員が少なく、各実験の同時平行が困難であった。また、2018年度には、研究代表者自身が本研究で得られた成果を発表するため、海外を含めた学会出張を複数回行っており、自身の実験実施の進捗にも遅れが生じた。所属機関内の別の研究室において、アルツハイマー病モデル動物を用いた実験を過去に行った経験のある研究者がいるため、実験協力を依頼し、動物実験を推進する。研究計画に記載のアルツハイマー病のモデル動物を用いた実験を行うにあたり、所属機関内の別の研究室において、アルツハイマー病モデル動物を用いた実験を過去に行った経験のある研究者がいるため、実験協力を依頼し、動物実験を推進する。細胞培養に使用する牛胎児血清は、実験条件を一定にするため、ある程度の本数をまとめ買いしているが、単価が購入時期によって大きく異なり、平成29年度に購入したものは予想よりも安価であったため。次年度に物品費として使用する。現在までの進捗状況において、人員不足等により実験の実施が少なく遅れが生じたことから、2018年度の物品費使用額が減少した。次年度に改めて物品費として使用する。
二段階口蓋形成手術法にFurlow法を適用した唇顎口蓋裂児の言語機能

口唇口蓋裂の治療では、良好な言語機能と顎発育という相反する課題について、いかに効果的に獲得可能であるかを焦点として、これまでにも数多くの手術方法および管理体制が報告されてきた。その中で、二段階口蓋形成手術法は、あえて口蓋部の手術を2回に分け、硬口蓋部の手術時期を遅くかつ侵襲を小さくすることにより顎発育抑制が少なく、形態的な面では良好な結果が得られるとされている。しかし、言語機能に関しては手術方法、硬口蓋閉鎖の時期など未だ一定しておらず、必ずしも十分な結果が得られていないとされている。二段階口蓋形成手術法の言語獲得過程を知る上で、硬口蓋閉鎖前の4歳から5歳時の言語を評価することは重要と思われる。そこで今回、新潟大学医歯学総合病院口腔外科・顎顔面外科診療室において、Furlow法によるHotz床併用二段階口蓋形成手術法を施行した症例で、軟口蓋形成術以前の早期から定期的に言語管理が可能であった4歳児37例(F4群)、5歳児33例(F5群)を対象(F群)に、鼻咽腔閉鎖機能、正常構音の獲得過程および異常構音について調査した。さらに、Furlow法による言語機能獲得過程の特徴を調査する目的で、Widmaier変法により軟口蓋形成術を行った症例(W群)と比較し、以下の結果を得た。1.鼻咽腔閉鎖機能は、4歳時、5歳時ともにF群においてW群より高率に、かつより早期に獲得されていた。2.正常構音の獲得例については、F群では異常構音の発現のない正常な構音発達を示す症例が多く、異常構音が出現した場合でも自然消失する症例が多かった。また、4歳時、5歳時ともF群の異常構音の数はW群より少なく、会話明瞭度はより良好と思われた。以上より、4歳時、5歳時の鼻咽腔閉鎖機能と構音は、F群はW群より良好であると考えられた。今年度は上顎の形態による差異が唇顎口蓋裂児に比し少ないと思われる口蓋裂単独症例を対象に調査を行った。Furlow法による口蓋裂形成術施行例(18例、以下F群)について術後の鼻咽腔閉鎖機能と構音の評価を経年的に行って正常言語獲得の経過を調査し、5歳時の評価を言語成績とし、これをpush-back法施行例(30例、以下P群)と比較した。、なおP群ではNasometerによる検査が実施されていなかった(購入されていなかった)ため、今回は比較できなかった。5歳時の言語成績をみると、鼻咽腔閉鎖機能と正常構音の獲得について、両群に有意差はなかった。正常構音獲得の経過をみると、F群では幼児期早期の構音が発達する時期にまだ鼻咽腔閉鎖機能が完全には獲得されていないために異常構音が生起し、機能の改善に伴って消失したものと考えられた。逆にP群は、幼児期早期に鼻咽腔閉鎖機能が獲得されるため構音発達も良好である反面、機能獲得が不十分だった例では異常構音の消失も少ないと考えられた。F群では3歳までは鼻咽腔閉鎖機能の獲得がP群に比しやや遅く、この間に異常構音が発症しやすいが、その後には加齢に伴い著しい機能改善がみられて異常構音が自然消失するという特徴があった。現在、対象を唇顎口蓋裂児とし、データの収集、結果の考察を行っている。これらの結果は、言語機能の獲得と正常な顎発育の両者を目的とする二段階口蓋形成術手術法の効果を検討する上で、重要な示唆を与えるものと期待される。
タイト結合に存在するジスルフィド結合の機能解明：酸化還元センサーとしての可能性

タイト結合膜蛋白オクルディンの細胞外ループには2か所にシステインがあり、その安定性や細胞内局在を保つ働きを持つ。オクルディンの安定性には周囲酸素濃度との関連性が見られ、低酸素では細胞質内のオクルディンが分解されるが、細胞膜上のオクルディンは比較的保たれた。以上からオクルディンのジスルフィド結合の存在が推測される。オクルディンの分解はユビキチンE3リガーゼITCH結合によるポリユビキチン化を介して生じる。オクルディンとその他のタイト結合膜蛋白(トリセルリン、クローディン-4など)は相互作用を示すが、それぞれのタイト結合膜蛋白のシステイン変異の有無による結合性変化は見られなかった。タイト結合膜蛋白のうち、今回は特にoccludinやtricellulinについて、ジスルフィド結合形成と細胞周囲の酸化還元環境との関連や、細胞内動態への影響を検討するため以下の実験を行った。1、Occludinやtricellulinについて、FLAGタグやGFPとの融合蛋白を発現するベクターを作成した。またそれぞれについて、細胞外ループにあるシステインを変異させたベクターも作成した。Occludinについては、そのN末近傍に存在するユビキチンE3リガーゼITCH認識部位を変異させたベクターも開発した。2、ヒト上皮系培養細胞に上記のタグ付加蛋白を発現させた状態で低酸素培養状態に置き、タイト結合蛋白の細胞内分布を蛍光顕微鏡で観測した。低酸素下では全体にoccludin減少が見られ、またoccludinがエンドソームと共局在しているのが観察された。その一方、細胞膜上、特に隣接細胞とのジャンクションにあるoccludinが比較的保たれていることが分かった。細胞表面ビオチン化とウェスタン解析を組み合わせた解析でも同様の結果を得た。3、occludinの安定性を測定したところ、システイン変異型では野生型に比べ蛋白安定性の低下があり、低酸素の培養ではより不安定なる事が確認された。ユビキチンE3リガーゼITCH認識部位を変異させたoccludinでは安定性が回復し、ユビキチンを介した分解機構の存在が示唆された。なお、occludinのシステイン変異とoccludinのリン酸化には有意な関連性を見出せなかった。4、共免疫沈降により、occludinとtricellulinとの相互作用を野生型と変異型で測定、比較したが、相互作用の有意な差は見られなかった。タイト結合蛋白occludinのジスルフィド結合とoccludin安定性に関る分子機構や安定性変化の機序を解明するために以下の実験を行い、結果を得た。1、FLAGタグやGFPタグを付加したoccludinの野生型およびシステイン変異型の細胞内分布を蛍光顕微鏡で観察したところ、システイン変異型では、occludinの細胞内の集積が確認できた。また、低酸素では細胞膜上のoccludinが比較的保たれる一方で、細胞内のoccludin分解が進む事をウェスタン解析で確認した。システイン変異型では細胞内のoccludinがより分解しやすい事がわかった。2、ユビキチンE3リガーゼITCH結合部位を変異させたoccludinは野生型に比べ、明らかにポリユビキチン化が低下しており、ユビキチンE3リガーゼITCHがoccludin安定性に重要であることが示された。3、ユビキチンE3リガーゼITCH変異型occludinは低酸素環境での安定性が増すことから、ITCH結合部位近傍のリシンにユビキチンが結合すると予想し、一部のリシンについてのリシン変異型occludinを作成し、低酸素環境での安定性を測定した。しかし低酸素下での安定性はリシン変異型と非変異型に大きな差が見られなかった。4、共免疫沈降で、システイン変異型occludinがE3リガーゼITCHと結合している事が示された。その一方で、E3リガーゼITCHをノックダウンした細胞を低酸素状態で培養したが、システイン変異型occludinの分解抑制は十分に確認できなかった。OccludinとE3リガーゼITCHの結合について興味深いデータが得られている。また、低酸素状態とoccludinの細胞内分布の変化について解析が進んでいる。その他、変異型occludin発現ベクターを多種類にわたって作成し、それらを用いた解析が進んでいる。しかし、Thioredoxin family蛋白についての解析が十分ではない。全体としてはおおむね順調に進展していると考えた。タイト結合蛋白occludinのジスルフィド結合を介したoccludin安定性に関る分子機構や、その細胞機能への影響を探るためために以下の実験を行い、結果を得た。1、H2O2曝露状態で野生型およびシステイン変異型occludinの量を測定したが、いずれにも通常状態と比べて大きな変化は見られなかった。2、ユビキチンE3リガーゼITCH結合部位(PPxY)変異型occludinは低酸素環境での安定性が増す。低酸素でのPPxY変異型occludinの細胞内と細胞膜上の量の変化をウェスタン解析で測定、比較したところ、細胞質内の量はほとんど変化しないものの、細胞膜上では変異型occludinがむしろ増加していた。ただし、低酸素で細胞膜上のoccludinが細胞質内へ移動が阻害されるか否かの確認はできなかった。3、共免疫沈降でPPxY変異型occludinとITCHの結合性消失が確認できた。また、ITCHとの共免疫沈降で、システイン変異型occludinは野生型に比べてITCHとより多く結合する傾向が見られた。

occludinの共免疫沈降で、細胞膜上だけでなく細胞質内でもoccludinとoccludinの相互作用があることが確認できた。4、PPxY変異型occludinを導入した細胞は、細胞増殖性が減少する傾向を示した。Occludinが高発現している細胞株で見られたことから、PPxY変異型occludinが細胞増殖に関してdominant negativeに働くことが示唆された。免疫染色ではMIB-1の染色性には違いがないものの、cleaved caspase-3が有意に多く染色され、アポトーシスが亢進することが示された。タイト結合膜蛋白オクルディンの細胞外ループには2か所にシステインがあり、その安定性や細胞内局在を保つ働きを持つ。オクルディンの安定性には周囲酸素濃度との関連性が見られ、低酸素では細胞質内のオクルディンが分解されるが、細胞膜上のオクルディンは比較的保たれた。以上からオクルディンのジスルフィド結合の存在が推測される。オクルディンの分解はユビキチンE3リガーゼITCH結合によるポリユビキチン化を介して生じる。オクルディンとその他のタイト結合膜蛋白(トリセルリン、クローディン-4など)は相互作用を示すが、それぞれのタイト結合膜蛋白のシステイン変異の有無による結合性変化は見られなかった。OccludinとユビキチンE3リガーゼITCHの関連について、以前は予想していなかった興味深いデータが得られている。また蛍光顕微鏡を用いた細胞内局在の検討が進んでいる。しかし、thioredoxin family蛋白に関する検討が十分には進んでいない。全体としておおむね順調に進展していると考えた。前述の実験を引き続き行うと共に、以下の実験も行う。1、ユビキチンE3リガーゼITCH結合部位を変異させたoccludinとITCHの結合性の有無を確認する。また、低酸素やH2O2曝露状態でのoccludinとITCHの結合性に変化があるか検討する。4、野生型occludinや様々な変異型occludinを導入した細胞株について、細胞増殖性、細胞遊走性など、細胞生理学的な変化がないか検討する。人体病理学、実験病理学、分子病理学前述の実験を引き続き行うと共に、以下の実験を行う。1、他のタイト結合膜蛋白の低酸素下やH2O2存在下での動態を、蛍光顕微鏡、共焦点顕微鏡や細胞表面ビオチン化-ウェスタン解析で検討する。同時に、システイン変異型タイト結合膜蛋白でも行い、比較検討する。2、Occludinとユビキチン化について、ユビキチン化の変化の測定のほか、ユビキチンE3リガーゼITCHのノックダウンや強制発現を行い、蛋白量の変化や細胞内動態を、野生型とシステイン変異型について比較する。4、Occludinやtricellulinのジスルフィド結合に作用するthioredoxin family蛋白の検出を目指し、共免疫沈降や質量分析を試みると共に、いくつかのthioredoxin family蛋白についてノックダウンを行う。
ドナー細胞の門脈内投与による免疫学的寛容誘導〜臨床応用にむけての大型動物での検証〜

【目的】臓器移植の最終目標はドナー特異的免疫寛容誘導である。われわれは、門脈内にアロ細胞を投与することによって免疫寛容の誘導がされることを小動物ではマウスの皮膚移植で証明した。今回、より臨床に近いプロトコールに変更し、雑種のブタの腎臓移植において検証した。【方法】ドナーを白ブタ、レシピエントを黒ブタとした。ドナーとレシピエントの組合せは、mixed lymphocyte response(MLR)にてstimulation index(SI)が15以上のものを選択した。腎移植:レシピエントは両腎を摘出し、同所性にドナーの腎臓を1個移植した。コントロール群としてCyAを、day 0day 13の2週間筋肉内注射のみを施行した。このコントロール群のプロトコールは、ハーバード大学によるもので、MHC class I不一致のブタの組み合わせの腎移植で100%生着するが、class II不一致のブタの組み合わせでは拒絶されるとされている。【結果】コントロール群(n=8)は1匹(71日生存)を除いて、25日以内に死亡した。門脈内投与群(n=10)では、550日以上生存のブタが3匹であり、血中クレアチニン、血中BUNの経時的計測によると、腎臓生着例では1021日以内に正常化した。573日、608日で犠死させ、病理学的検索をおこなったところ致命的な異常所見はみられなかった。残りの一匹は1700日の生存を確認した。臓器移植の最終目標はドナー特異的免疫寛容の誘導である。ドナー特異的免疫寛容の誘導法が確立されればHLAの一致を必要としないため、ドナー不足の解消につながる可能性があり、また免疫抑制剤の長期投与が不要となるため移植患者の負担の軽減にもつながる。免疫寛容を導入、維持する方法の一つとして門脈内にアロ細胞を投与する事が知られている。われわれはマウスを用い、骨髄細胞(特に造血幹細胞)を静注すると肝臓にtrapされ、免疫学的寛容が誘導されることを報告した(Eur.J.Immunol,24:1558,1994)。その機序としては、clonal deletionやsuppressionではなく、clonal anergyが重要な役割を果たしていることを見いだした(Immnobiol.197:460,1997)。これらの結果に基づいて、MHCの異なった種々のマウスの組み合わせにおいて、致死的な放射線照射をせずに、骨髄細胞あるいは脾細胞を門脈より注射することによって、ドナー特異的免疫寛容を誘導し、皮膚移植で350日以上の長期生着を実証した(Proc.Natl.Acad.Sci.95:6947,1998)。加えて、ブタの異型皮膚移植において長期生着を確認した(Annals of Surgery:Vol.230(1),114-119,1999)。今回は異種移植(モルモットからマウス)で検証した。異種皮膚移植の場合、脾細胞の門脈内投与だけでは十分な寛容誘導が得られず、骨髄細胞の追加投与(Booster)を必要とした(Transplantation Proceedings,32,293-294.2000)。この結果を踏まえて、プロトコールを若干変更し、大型動物(ブタ)において異系小腸移植、腎移植を施行しているが、腎移植において2年以上の生着を確認し、より臨床に則したドナー特異的免疫寛容誘導法の確立を目指して研究中である。臓器移植の最終目標はドナー特異的免疫寛容誘導である。われわれは、門脈内にアロ細胞を投与することによって免疫寛容の誘導がされることを小動物ではマウスの皮膚移植で証明した(Proc.Natl.Acad.Sci.USA,95,6947-6952,1998)。また大型動物ではブタの皮膚移植で証明した(Annals of Surgery,230,No.1,114-119,1999)。

そして異種移植においても、移植皮膚が長期に生着することを証明した(Transplantation Proceedings,32,293-294,2000)。現在、われわれはより臨床に近いプロトコールに変更し、ブタの腎臓移植において検証している。【方法】ドナーとレシピエントの組合せは、mixed lymphocyte responseにてstimulation indexが15以上のものを選択した。レシピエントは両腎を摘出し、同所性にドナーの腎臓を1個移植した。移植と同時に腸間膜静脈より、ドナー脾細胞浮遊液を注入した。翌日(day 1)、ドナー骨髄細胞浮遊液を静脈内に投与した。シクロスポリンA(CyA)10mg/kg/dayを、day 1day 14の2週間筋肉内注射した。コントロール群としてCyAを、day 1day 14の2週間筋肉内注射のみを施行した。【結果】コントロール群は1匹(71日生存)を除いて、25日以内に死亡した。門脈内投与群では、550日以上生存のブタが3匹であり、血中クレアチニン、血中BUNは、腎臓生着例では1021日以内に正常化した。573日、608日で犠死させ、病理学的検索をおこなったが異常所見は認めなかった。残りの一匹は1000日以上生存している。この内容は、2001年、日本外科学会総会にて発表された。臓器移植の最終目標はドナー特異的免疫寛容誘導である。われわれは、門脈内にアロ細胞を投与することによって免疫寛容の誘導がされることを小動物ではマウスの皮膚移植で証明した(Proc. Natl. Acad. Sci. USA,95,6947-6952,1998)。また大型動物ではブタの皮膚移植で証明した(Annals of Surgery,230,No.1,114-119,1999)。残りの一匹は1300日以上生存している。現在、実験を継続中である。【目的】臓器移植の最終目標はドナー特異的免疫寛容誘導である。
三次元計測法による顎変形症手術前後の顔面形態変化の検討

アルジネ-ト印象剤と普通石膏とを組み合わせて患者の顎顔面の印象を採取し、その印象面に硬石膏を流し入れて顎顔面の石膏模型を作製する。印象採取時に改良したフェ-スボウを組み合わせることにより顎顔面の石膏模型上に外耳道の位置を再現でき、計測の基準として頭部エックス線規格写真等と互換性のあるフランクフルト平面を利用できるようになった。その顎顔面の石膏模型と生体の両者を三次元座標測定機にて計測し、印象採取時に発生する印象剤や石膏の重みによる歪等の誤差と顎顔面石膏模型の再現性に関して解析を行った。その結果、生体との誤差は外鼻の部分では0.2ー0.4mm以内、上唇や頬部については0.7ー0.8mmと臨床上問題とならない誤差であった。また再現性に関しては、顔面全体で0.6mm以内で計測上重要な基準点や特徴点に関しては0.1ー0.2mm前後で再現されていた。三次元座標測定機を用いて顎顔面模型を定ピッチ自動測定することが可能となり、それから得られる曲面デ-タをス-パ-ミニコンピュ-タ-(Sun3/260)にフアイル転送することが可能となった。CT画象の三次元再構築においてはすでにソリッドモデルの作製は可能となり、その精度に関しては解析検討が行われているが、今後三次元座標測定機からの顎顔面模型の曲面デ-タをそのス-パ-ミニコンピュ-タ-上で三次元コンピュ-タ-グラフィックスソフトウェアに処理させ、三次元立体モデル(ソリッドモデル)を作製する。その三次元立体モデル画像解析装置(nexus 6800)に転送し、顎顔面軟組織形態を三次元的に計測し、手術前後の形態の変化について立体的に解析を行い、得られた計測デ-タは大型計算機センタ-にて統計処理を施することを考えている。
夜間能動型多重分光画像観測による作物の形態および栄養状態の計測法に関する研究

収穫物の安定的な生産のみならず、周辺環境の保全管理に役立つ技術のひとつとして、作物の生育段階、葉面積、葉の傾斜などの特性を観測する省力的な手法が求められている。本研究では、野外に栽培された作物の形態・構造および各種成分含有率を分光光学的・画像工学的にモニタリングする新たな方法、特に夜間に人工光源下で撮影することで、より高精度な作物生育データを連続的・長期的に自動取得するための基盤技術を開発した。作物の生育過程(フェノロジー)、葉面積指数、葉面傾斜角などの特性をリモートセンシングにより非破壊・非接触で観測することは、安定的な生産や肥培管理・作業管理による環境保全にとり重要な技術である。本研究では、野外に栽培された作物のフェノロジー、葉面積、バイオマス、葉面傾斜角分布などの形態・構造および各種成分含有率を分光光学的・画像工学的にモニタリングする新たな方法を開発し、夜間に人工光源下で撮影することにより高精度な作物生育データを連続的・長期的に自動取得することを目的としている。本年度は、富山県農業技術センター内の作況試験水田にマルチバンド定点連続観測カメラを地上高12m、6mおよび1mの位置にそれぞれ設置し、イネ栽培期間中の画像データを取得した。このうち1m高のカメラはフラッシュによる昼夜連続撮影を試行した。また農業環境技術研究所内水田(於つくば市)において、可視域30バンドの分光画像カメラ(JAXAより借用)によるイネ群落の昼夜観測を生育後期を中心に延べ3回実施した。定点連続撮影によるバンド反射率推定値から、イネのバイオマスおよび葉色推定の可能性が見いだされ、画像の高速フーリエ変換処理により、フェノロジー判別の可能性が示唆された。また夜間撮影画像の解析により、特に出穂などイネ植物体の形態上の変化が比較的容易に抽出可能なことがわかった。一方、可視域30バンドの昼夜の穂と葉などの器官別反射特性の解析により、肥料水準や収量の差に感度を有する波長バンドを探索した。この知見を基礎に簡易な偏光・分光画像撮影装置を企画・設計した。20年度には、マルチバンド定点連続観測カメラをソフトおよびハード面で改良するとともに、現有装置を農業環境技術研究所内水田に設置して19年度までの成果を追試・検証する。また偏光・分光画像の野外計測法を策定し、作物の葉面傾斜角の検出等その活用法を検討する。作物の生育過程(フェノロジー)、葉面積指数、葉面傾斜角などの特性を省力的なリモートセンシングにより非破壊・非接触で観測することは、収穫物の安定的な生産管理のみならず、周辺環境の保全面でも重要な要素技術である。本研究では、野外に栽培された作物のフェノロジー、葉面積、バイオマス、葉面傾斜角分布などの形態・構造および各種成分含有率を分光光学的・画像工学的にモニタリングする新たな方法を開発し、夜間に人工光源下で撮影することにより高精度な作物生育データを連続的・長期的に自動取得することを目的とした。本年度は、農業環境技術研究所内水田(於つくば市)にマルチバンド定点連続観測カメラを地上高12mおよび1mの位置にそれぞれ設置し、イネ栽培期間中の画像データを取得した。このうち1m高のカメラはフラッシュにより昼夜連続撮影した。また富山県農林水産総合技術センター内のイネおよびオオムギについて定期的にデジタルカラー画像を撮影し、データベース化をすすめた。地上高12mからの定点連続撮影による反射率推定値の信頼性を野外検証するとともに、その季節変動特性の面的表示法の開発およびイネの葉面積推定手法を作成した。また夜間フラッシュ撮影画像により、草丈の伸長、植被率および出穂状況など群落状態のイネ植物体の形態上の変化を推定する手法を開発し、関連特許を出願した。一方、昨年度測定した可視域画像30バンドの穂と葉などの器官別反射特性の解析により、葉の緑色濃度および収穫籾の品質に係わる形質を夜間人工照明下と昼間太陽光下のいずれの照明条件でも推定可能な手法を見いだした。また可視近赤外域4バンドの簡易型偏光・分光画像撮影装置を試作し、水田・畑を対象として、分光画像ならびに偏光度画像の野外試験撮影を実施した。さらに作物研究現場などで手軽に活用できる新たなマルチバンド定点連続観測カメラを設計した。
環境に適応した運動出力を生み出す神経回路機構の解明

動物の運動速度制御は、動物が環境に適応して行動するために重要である。本研究では、ショウジョウバエ幼虫の運動をモデル系として、運動速度を制御する介在神経細胞を同定し、速度が生み出される回路機構を明らかにした。PMSIsと名付けた細胞により、運動する速さの機構が明らかになった。prePMSI1とprePMSI2という介在神経細胞の同定により、運動の方向性がどのように神経回路に実装されているのかが明らかになった。これらの知見は運動出力を生み出す神経回路機構の一端を明らかにするものとなった。研究計画の項目に従って記述する。1.運動速度制御を担う新規介在神経細胞の同定これまでに、運動速度制御を担う介在神経細胞として、PMSIを同定した。PMSIの神経活動を阻害すると運動速度が低下することから、PMSIの上流の介在神経細胞が運動速度制御を担っている可能性が高い。そこで、PMSIの上流の神経細胞の同定を進めた。Janelia Farm研究所のAlbert Cardona博士との共同研究で、ショウジョウバエ幼虫の神経系の連続切片電子顕微鏡像の3次元再構築データを用いて、PMSIとの間にシナプスを形成している神経細胞の探索を行なった。その結果、数十の候補介在神経細胞を同定した。続いて、同研究所のJames Truman博士との共同研究により、候補介在神経細胞でのみ特異的に発現するGal4系統の探索を進めたところ、このうち、30の候補介在神経細胞について、そのような特異的Gal4系統が、作成済もしくは、作成可能であることが分かった。一方、細胞接着分子をコードする遺伝子の発現制御システムを利用して作成されたGal4系統を探索したところ、少数の神経細胞で発現する系統が複数得られた。以上の2つのスクリーニングにより、運動回路を構成する候補神経細胞を特異的にマークするGal4系統の同定に成功した。2.適応的運動速度制御の回路機構の解明幼虫の運動パターンを精密に定量化するために、幼虫の各体節に限局して発現するGal4系統を見出し、GFPを発現させ自由行動中の個体の蛍光を経時的に測定することにより、幼虫個体の運動のみならず、各体節の運動ダイナミクスを抽出する系を構築した。その結果、運動パターンを表現するいくつかのパラメータについて、画像解析に基づく半自動的定量化に成功した。1.運動制御に関わる介在神経細胞の探索昨年度、コネクトミクス解析により、PMSI介在神経細胞の上流の神経細胞の候補リストを作成した。今年度は、これらの神経細胞について遺伝学的手法によって構造・機能解析を進めた。その結果、PMSIの上流の細胞として、pre-PMSI1とpre-PMSI2を見出した。これらの細胞は各半体節に1つずつ存在しており、興奮性の伝達物質と考えられるアセチルコリン陽性であった。pre-PMSI1は、1つ後方の体節のPMSIに投射しpre-PMSI2は、1つ前方の体節のPMSIとシナプス結合をしていた。Ca imaging法によってこれらの細胞の活動を調べたところ、非常に興味深いことに、pre-PMSI1は、前方伝播特異的に活動し、逆にpre-PMSI2は、後方伝播特異的に活動を示した。これらの結果は、運動回路制御において、活動が伝播する方向とは反対方向に局所的にフィードバックを送っているという新しい機構を示唆するものである。2.適応的速度制御の回路解析昨年度、蛍光マーカを用いて、ショウジョウバエ幼虫のぜん動運動を半自動で高解像度で定量する方法を確立した。今年度は、この手法を用いて環境温度を変化させた際、運動ダイナミクスがどのように変わるのかを解析した。ショウジョウバエ幼虫は、高温では高速で移動し、低温では低速で移動する。この適応的速度変化のダイナミクスを定量化した。すると、興味深いことに、速度が変化するにも関わらず、体節収縮の速さと体節弛緩の速さの比が一定に保たれていることが明らかになった。さらに、体節間の収縮タイミングを定量したところ、速度の変化に関わらず、異なる体節間での収縮のタイミングが保たれていることが分かった。この二つの恒量の発見は、運動ダイナミクスをモデル化する上で非常に強い制限を与え、運動制御機構の解明に大きく寄与するものと考えられる。1.運動制御に関わる介在神経細胞の探索コネクトミクスと遺伝学を用いた解析により、運動制御に関わる新規介在神経細胞の同定に成功し、伝播における局所フィードバックという新しい機構を見出した。2.適応的速度制御の回路解析運動ダイナミクスの定量化により、運動出力の適応変化において一定に保たれる量の発見に成功した。これは、神経回路、及び筋・上皮組織の生み出す運動ダイナミクスの適応性についての理解につながると期待できる。動物の運動速度は、動物の行動の中で重要なパラメータの1つである。本研究では、ショウジョウバエ幼虫の運動をモデル系として、運動速度を制御する介在神経細胞を同定し、速度が生み出される回路機構を解明を行なった。ショウジョウバエ幼虫は、ぜん動運動と呼ばれる定型的な運動を示す。幼虫は体節構造をなし、ぜん動運動において各体節は尾端の体節から順に収縮する。適切な時間差を持って隣り合う体節が収縮することによって、運動速度が制御されている。このような、回路を伝わる活動伝播は、哺乳類にもみられる普遍的な神経回路のダイナミクスパターンであり、神経回路の動作を理解する上で重要な研究テーマである。遺伝学的手法により介在神経細胞の探索を行なった結果、速度制御に関与する神経細胞の同定に成功し、PMSIsと名付けた。

詳細な解析により、この細胞は、運動神経細胞を抑制することで、運動神経細胞の活動する時間幅を調整し、運動速度を制御していることが明らかになった。この発見は、運動速度の回路機構を理解する上で重要な知見となった。神経回路がどのように運動速度を制御するのかをより深く明らかにするために、コネクトミクスと呼ばれる手法を用いて、PMSIsの活動を制御する上流の神経細胞の探索を行なった。その結果、prePMSI1とprePMSI2という介在神経細胞を新たに同定した。興味深いことに、これらの介在神経細胞の活動には、方向特異性があった。prePMSI1は前進運動時に活動するのに対し、prePMSI2は後退運動時に活動する。これらの知見は、適切な運動出力を生み出す神経回路機構の一端を明らかにするものとなった。動物の運動速度制御は、動物が環境に適応して行動するために重要である。本研究では、ショウジョウバエ幼虫の運動をモデル系として、運動速度を制御する介在神経細胞を同定し、速度が生み出される回路機構を明らかにした。PMSIsと名付けた細胞により、運動する速さの機構が明らかになった。prePMSI1とprePMSI2という介在神経細胞の同定により、運動の方向性がどのように神経回路に実装されているのかが明らかになった。これらの知見は運動出力を生み出す神経回路機構の一端を明らかにするものとなった。「1.運動速度制御を担う新規介在神経細胞の同定」に関して、当初予定していたGal4系統の同定が順調にすすみ、数十の候補系統を得られた。次年度に行なう各介在神経細胞の機能解析に必要な準備が整った。「2.適応的運動速度制御の回路機構の解明」に関して、運動出力をより精密に測定する手法を確立でき、適応的運動変化の測定の準備が整った。1.運動制御に関わる介在神経細胞の探索同定に成功したpre-PMSI1, 2について、コネクトミクスを用いてさらに上流の細胞を探索し、運動制御を担う介在神経ネットワークの理解を目指すとともに、適応的速度制御の回路機構の解明を進める。2.適応的速度制御の回路解析適応的速度制御における、運動ダイナミクスの数理モデル化を進めると共に、その生物学的意義の解明を目指す。神経科学「1.運動速度制御を担う新規介在神経細胞の同定」に関して、予定通り候補系統を用いて、介在神経細胞の機能解析を進め、速度制御を担う回路機構の解明を進める。「2.適応的運動速度制御の回路機構の解明」に関して、確立した計測手法を、各温度条件、及び各栄養条件に適用し、当初の計画通り、運動速度の適応的変化の定量化を進める。