hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人工昆虫視覚航法による小惑星探査機ミッション

本研究のテーマは、カメラ画像を用いた深宇宙探査機の自律航法システムについての研究である。探査機に搭載されたカメラで得られる画像では、探査機の運動に伴い画像中の点が移動する。これをオプティカル・フローという。本研究では、無人小型航空機(MAV)の分野で最近注目されている自律視覚航法の手法を、宇宙探査機に適用することを考えた。自律視覚航法とは、ハエや蜂などの複眼をもつ生物の視覚を模倣した状態推定法である。このオプティカル・フローをワイド・フィールド・インテグレーション(WFI)と呼ばれる広域統合処理をすることで、未知の天体表面形状にも頑健(ロバスト)な状態推定が可能になる。しかもこの手法は、低解像度のカメラを用いることができ計算負荷も小さいために、質量や電源に制限がある小型探査機による宇宙探査ミッションに適している。WFIの計算手法を詳細に再検討した結果、積分計算を必要としない、従来の手法よりも簡単な数学的定式化を行った。提案手法は、計算負荷がより小さくなるが、数学的には従来の手法と等価であることを証明した。したがって提案した手法を用いることにより、従来のWFI手法と同程度の衝突防止や相対航法推定精度を得ることができる。また、小惑星探査機だけでなく、他の自律視覚航法システム(例:MAV)にも適用可能である。本研究では、表面形状が未知である小惑星への接近・ホバリングミッション・フェーズを考え、提案手法を適用した場合の数値シミュレーションを行った。その結果、表面の凹凸がわかっていなくても、小惑星に衝突することなく探査機をホバリングさせることができることを示した。さらに、小惑星に相対的な探査機の並進速度と角速度を推定できることを示した。平成22年度は、人工昆虫視覚システムを用いた小惑星探査機ミッションについて、いくつかの研究を行った。まずは、これまでの人工昆虫視覚センサー手法の研究調査に関する論文をレヴューし、それらの研究の限界を調べた。従来のロボットの周りの環境モデルは簡単な表面に限られていることが多い。そこでの手法を一般の小惑星表面の形状に応用するために、環境をどのようにモデル化すればよいかを研究した。開発した一般的な小惑星形状モデルを用いて、探査機が小惑星を軌道周回するフェーズの視覚航法のコンピュータ・シミュレーションを行った(その結果を平成23年6月に国際学会で発表する)。そして、探査機の着陸フェーズに関しては、これまでの手法よりも一般的な場合に応用できる方法を開発した。現在、この着陸フェーズのコンピュータ・シミュレーションを開発中である(その結果は、23年8月に米国にある学会で発表する予定である)。一方、人工昆虫視覚センサーのハード・ウェア実験装置の開発を進めており、平成23年の夏に実験を行う予定である。その実験のために、航空宇宙研究開発機構(JAXA)の「はやぶさ」ミッションで得た小惑星「イトカワ」の形状データを用いて、「イトカワ」モデルを3Dプリンタで製作した。CCDカメラで小惑星モデルを観測し、探査機の自律航法を模擬するため、小惑星に対するカメラの位置や姿勢を推定する実験を準備中である。また、より実際的な小惑星運動を模擬するため、「イトカワ」モデルをエアー・ベアリングに取り付け、実験を行う予定である。現在、エアー・ベアリング実験装置の組み立てやセンサーのキャリブレーションを進めている。
新規ナノ粒子DDSの開発と斬新的脳血管障害治療法の確立

脳虚血/再灌流障害は、脳梗塞治療後血流再開に伴って生じる二次的な障害である。我々は灌流後に虚血巣を中心とした血液脳関門の破綻による血管透過性亢進に着目し、リポソームDDSを用いた障害部位への薬剤送達が可能であることを明らかとした。そこで脳保護効果が知られているアシアロエリスロポエチンおよびFK506を選択し、リポソーム製剤の有用性について検討し、脳虚血/再灌流障害に対する治療の開発を目指した。我が国において、虚血性心疾患および脳血管疾患は死因別死亡率の上位に位置する重篤な疾患である。脳虚血時や再灌流後には血管透過性が亢進することから、ナノ粒子製剤が有効に働く可能性が考えられる。実際に申請者らは、予試験的に100nmサイズのナノ粒子がラット脳虚血再灌流部位に、虚血再灌流障害が顕著となるよりはるかに早く、再灌流直後から集積することを見出した。虚血再灌流障害治療におけるDDSナノ製剤の有効性を実証するため、脳虚血再灌流モデルを用い、ナノ粒子の虚血再灌流部位への集積様式を検討した。さらに脳内局所での分布と初期の脳細胞死を解析した。ナノ粒子の脂質組成やサイズを検討しDDS製剤としての最適化を図った。次にラジカルスカベンジャーであるエダラボンのリポソーム化を試みたが、リポソーム化はできなかった。そこで血管保護・新生作用が知られているアシアロエリスロポエチンAEPOを用い、DDS製剤の開発を試みた。まず、神経様細胞において、AEPO修飾PEGリポソーム(AEPO-lip)の薬理活性をMTTアッセイにより評価した。その結果、AEPO-lipはAEPO単独と同等の細胞保護効果を示した。続いてin vivoでの検討を行った。脳虚血再灌流障害のモデルとして、栓子法による一過性中大脳動脈閉塞(t-MCAO)モデルラットを用い、サンプルは全て再灌流直後に尾静脈内投与した。まず、AEPO-lipを蛍光標識し、その脳内挙動を組織レベルで観察した。AEPO-lipの蛍光はNeuNにより染色された神経細胞周辺に強く観察された。この結果から、神経細胞膜上に発現しているEPO受容体とAEPO-lipの結合が示唆された。AEPOのリポソーム化が脳虚血再灌流障害治療において有用である可能性が高い。我々は灌流後に虚血巣を中心に起こる血液脳関門の破綻による血管透過性亢進により、リポソームDDSを用いた障害部位への薬剤送達が可能であることを明らかとした。そこで近年その脳保護効果が多数報告されているFK506を選択し、リポソーム製剤の有用性について検討した。FK506のリポソームへの封入を試みた結果、長期血中滞留性を示す約100nmのサイズに、約30%の薬剤封入率でFK506封入PEG修飾リポソーム(FK-Lip)を調製することに成功した。一過性中大脳動脈閉塞(t-MCAO)モデルラットにDiIC_<18>で蛍光標識したFK-Lipを尾静脈内投与しIVIsによるex vivo解析を行い、FK-Lipは投与後早期から虚血巣を中心に集積し、脳実質組織に広く分布することが示された。次に、FK-Lipの薬理活性を検討した。in vivo実験では、有意な抗炎症効果が示された。最後に、t-MCAOモデルラットにおけるFK-Lipの治療効果を検討した。FK-LipはPBS投与群、同用量のFK506投与群と比較し、急性期における脳細胞死、脳浮腫、運動機能障害、脳血流不全を有意に抑制し、その後の長期的な経過観察においても良好な改善効果を示した。よってFK-Lipは原薬と比べ脳虚血/再灌流障害に対する治療効果が向上し、投与量を低減可能であることが示された。以上より、FK-Lipは優れた脳虚血/再灌流障害改善効果を示し、脳梗塞患者のQOL向上に貢献することが期待される。本実験において、薬剤封入ナノキャリアが脳虚血/再灌流障害に対し有用性を示したことは、多くの低分子化合物においてナノキャリアDDSを基盤とした治療戦略が当該障害に適応可能であることを示唆する。本研究が難航する新規脳保護薬の開発の一助になることを期待する。
天然物の作用機構解明に基づく新規がん細胞致死機構の探索

緑茶ポリフェノールの一種であるEpigallocatechin-3-O-gallate (EGCG)の抗がん作用機構を解明していく中で、cGMPが癌幹細胞性を阻害する強力なメディエーターであることを発見した。実際にcGMP産生誘導剤Bay41-2272は様々なすい臓がん細胞株のスフェロイド形成能を強力に阻害した。これらの結果から、cGMP産生が癌幹細胞性を阻害する新たな標的になりえることを発見した。がんは国民の約30%の死因を占めているにもかかわらず、有効な治療法が確立されていない。既存の抗がん剤に対して腫瘍が耐性を獲得する薬剤耐性や抗がん剤による重篤な副作用が深刻な問題となっている。これらのことから、既存の抗がん剤とは異なる機構に基づくことで既存治療薬に耐性を獲得した腫瘍に有効であり、また毒性の少ない新薬の開発が不可欠である。研究室ではこれまでに、緑茶ポリフェノールの一種であるEpigallocatechin-3-O-gallate (EGCG)ががん細胞に異常高発現する細胞膜タンパク質67-kDa Laminin Receptor (67LR)への結合後、がん細胞特異的に奇特な細胞致死経路を活性化することで細胞致死作用を発揮することを明らかにしている(J. Clin. Invest. 123, 787-799 (2013))。そこで、本研究ではEGCGをベースとしたがん細胞に有効な治療戦略の確立を試みた。Panc-1細胞移植モデルにおいて、EGCG +酵素X阻害剤投与群では腫瘍が顕著に縮退し、Gemcitabine投与群と比べても有意な腫瘍成長阻害作用を示めすことを明らかにした。また、当該併用は顕著な転移抑制作用を示した。さらに、DNAマイクロアレイ解析の結果、EGCG +酵素X阻害剤投与により遺伝子Aの発現レベルが低下することが示唆された。実際に、EGCGと酵素X阻害剤の併用により遺伝子Aの発現は低下することを確認した。また、遺伝子Aをノックダウンすると転移能をはじめとするがん幹細胞性の多くは著しく阻害された。膵臓がん患者に関するマイクロアレイデータベースを解析した結果、遺伝子Aの活性が高いと思われる膵臓がん患者では予後が不良であることが明らかになった。これらの結果から、遺伝子Aががん幹細胞にいて重要な遺伝子であることが示唆された。また、ノックアウトマウスに基づく研究から、遺伝子Aノックアウトは生存期間に影響をしないこと、さらに重篤な障害を示さないことが報告されているため、遺伝子A自体が膵臓がん幹細胞に対する新規の標的となることが期待される。一方で申請者らは、緑茶ポリフェノールEpigallocatechin-3-O &#8211;gallate (EGCG)が勃起や血管弛緩を担うセカンドメッセンジャーとして知られているcGMPを介してがん細胞特異的にアポトーシスを誘導することを報告した(Kumazoe et. al. Journal of Clinical Investigation 2013)。そこで本研究ではEGCGのさらなる機構解明を糸口に新規治療戦略の確立を目指した。その結果、これまでがん抑制遺伝子として考えられてきたFOXO3が実はがん幹細胞性に重要であることを明らかにした(Kumazoe et al Oncogene 2016)。また、その下流機構についても解明を終え、現在論文を投稿中である。さらに、EGCGのがん細胞性阻害作用をPDE3阻害剤は顕著に増強することを見出した(Kumazoe et al Scie Rep 2016)。新規のがん幹細胞維持に必要な分子機構の解明に成功し、さらにそれを臨床的に可能な形で増強することに成功したから。現在はEGCGの抗がん作用機構を軸に、新たな細胞致死機構の解明を行っている。その中でがんの増殖や転移に重要なキナーゼYが重要であることを明らかにした。これまでキナーゼYが癌細胞の増殖に重要であるという知見は多く集積されている一方で逆に細胞致死の引き金になるという報告はなされておらず、非常に新規性があると思われる。今後はキナーゼYに着目し、作用機構の探索等を行っていく予定である。これまでに明らかにした臨床的に可能な手法に基づくcGMP経路増強について、臨床応用を見据え、より外挿性が高い同所移植モデルにて評価を行い、cGMPに基づくがん治療の臨床応用を目指す。天然物質の作用機構解明
耳鳴動物モデルにおける耳鳴評価法の確立と耳鳴分子マーカーの検索

[目的]ストレスの多い現代社会では、耳鳴を苦痛と感じ生活に支障をきたす耳鳴症患者の数は増加の一途にあり、重篤な精神症状を併発するなど社会的問題も生じている。中でも耳鳴、難聴、めまいを3主徴とするメニエール病はストレス下に発症しやすいため、発症後耳鳴で悩んでいる患者は多い。その原因は内耳水代謝の破綻による内リンパ水腫と考えられているが、詳細に関しては今なお不明で、このようなストレス下に置かれている耳鳴患者を軽減させるためにはメニエール病の根本治療を確立することが急務である。本研究の目的は、ストレスと内リンパ水腫を関連付けることで、メニエール病における新規治療を開発し、耳鳴を軽減することである。[結果]メニエール病患者の血中でストレスホルモンである抗利尿ホルモン(AVP)が上昇し、内リンパ嚢でV2受容体の発現も高値を示すことをReal-time PCRとWesternblottingにて証明した。このとき、血中AVP値と内リンパ嚢V2受容体発現値とは負の相関を認めた。次にメニエール病患者の内リンパ嚢で、V2受容体関連遺伝子である水チャネル分子、アクアホリン-2(AQP2)の発現が高値を示すことを同様の方法で証明した。さらに、組織培養したヒト内リンパ嚢のAQP2は、AVP曝露時に管腔側から基底膜側へ移動し、forskolin曝露時にも同様の動きを示すことを証明した。一方、V2受容体特異的拮抗薬のOPC31260やプロテイン・キナーゼA(PKA)阻害薬のH-89、KT-5720では、AQP2は逆に管腔側に移動することを証明した。さらに、ヒト培養内リンパ嚢におけるAQP2と初期エンドゾーム抗原(EEA)の免疫2重染色にて、AVP曝露により管腔側から基底膜側に移行したAQP2はエンドゾームに貯蔵されることが分かった。[総括]今回の結果より、ストレス下で血中AVPが上昇し、内リンパ嚢でV2受容体、cyclic-AMP、PKA、AQP2の活性化が次々に生じ、AQP2は基底膜側へ移動し、エンドゾームに取り込まれ水吸収が低下し、内リンパの吸収低下が生じることがわかった。[目的]我々はラットを用いた耳鳴動物モデルを考案するとともに、耳鳴を評価する分子マーカーとして聴覚伝導路における痛み受容体TRPV1の発現について検討した。[方法並びに成績]低い壁で2部屋に仕切られたケージ内を防音室内に設置して条件付けを行った。ケージ天井のスピーカーから呈示音を5秒間発し、1秒後に底部金網に電気ショックを与えると、隣部屋へ移動する。これを繰り返すと、スピーカー音を聞くと電気ショックなしで隣部屋へ移動するようになる。これが目的行動であり、10回の実験中8回(80%)以上この行動が認められるようになればテストへうつる。テストでは条件付けされたサリチル酸(400mg/kg)を腹腔投与し、2時間後に同様の音呈示(10回)を行い、音に正しく反応して隣部屋に移動した回数(score)と無音状態で隣部屋に移動した回数(false positive)をそれぞれカウントした。サリチル酸投与2時間後、false positiveの有意な増加を認め、ラットに耳鳴が生じている可能性が考えられた。次にreal-time PCR法およびwestern blot法により、サリチル酸投与2時間後にラセン神経節におけるTRPV1発現の上昇が認められた。[まとめ]サリチル酸投与ラットにおいて無音状態での反応行動が増加し、ラセン神経節におけるTRPV1の発現が上昇していた。またこれらの上昇はTRPV1拮抗剤カプサゼピン投与により抑制された。これらの結果から、サリチル酸投与により誘発される耳鳴には、聴覚伝導路におけるTRPV1の活性化が関与している可能性が示唆された。

一方、V2受容体特異的拮抗薬のOPC31260やプロテイン・キナーゼA(PKA)阻害薬のH-89、KT-5720では、AQP2は逆に管腔側に移動することを証明した。さらに、ヒト培養内リンパ嚢におけるAQP2と初期エンドゾーム抗原(EEA)の免疫2重染色にて、AVP曝露により管腔側から基底膜側に移行したAQP2はエンドゾームに貯蔵されることが分かった。[総括]今回の結果より、ストレス下で血中AVPが上昇し、内リンパ嚢でV2受容体、cyclic-AMP、PKA、AQP2の活性化が次々に生じ、AQP2は基底膜側へ移動し、エンドゾームに取り込まれ水吸収が低下し、内リンパの吸収低下が生じることがわかった。
概年性の転写因子による哺乳動物の冬眠の発現制御機構の解明

冬眠哺乳動物シマリスにおける,冬眠と同期した遺伝子の発現制御機構はこれまで明らかになっていなかった。本研究では,肝臓において非冬眠時特異的に転写が活性化されるHSP70遺伝子の転写調節機構について解析し,その結果,非冬眠時特異的に存在するHSF-1およびHSF-2タンパク質が,概年性の転写因子として,HSP70遺伝子の転写を活性化することにより,冬眠と同期した転写を達成していることを明らかにした。冬眠哺乳動物シマリスの冬眠は内因性の概年リズムによって遺伝子レベルで制御されていると考えられているが,概年性の冬眠の発現制御機構はまだ明らかになっていない。申請者は,冬眠と同期した発現を示す遺伝子の発現制御機構の解析などから,「冬眠動物では,脳の『冬眠中枢』から発信されるシグナルによって活性が制御される『概年性の転写因子』が肝臓などの末梢組織に存在することにより,全身において,冬眠の発現に関わる遺伝子の発現が統合的に制御され,「冬眠を行っている」というモデルを考えている。本研究では,この概年性の発現制御モデルを検証することにより,冬眠の発現の分子機構を解明していく計画である。(1)概年性の転写因子探索のため,冬眠時と非冬眠時のシマリス肝臓の細胞抽出液中のタンパク質をアガロース二次元電気泳動で分離し,タンパク質の存在量とリン酸化の変動を解析した。その結果,冬眠に伴って50超のスポットのタンパク質のリン酸化の亢進が確認された。さらに,肝臓の核タンパク質の濃縮法を確立し,全細胞抽出液の解析では検出できなかった多数のタンパク質の検出に成功した。今後,冬眠に伴う核タンパク質の存在量およびリン酸化の変動を解析し,概年性の転写因子の探索を行う計画である。(2)シマリス肝臓ににおける概年性の転写因子の候補であるHSF-1の発現は,心臓,腎臓においても冬眠に伴い同様の変動を示すことから,HSF+1は多くの末梢組織で概年性の転写因子として機能している可能性が考えられた。(3)冬眠時と非冬眠時のシマリス肝臓のmicroRNAの発現をヒトmicroRNAのDNAチップを用いて比較解析した結果,冬眠時に発現量が数倍以上に増加している複数のmicroRNAの存在が明らかになった。今後,これらmicroRNAが冬眠時のHSF-1の発現抑制に関与しているかどうかを,シマリスの初代肝細胞を用いて解析していく計画である。申請者は,冬眠と同期した発現を示す遺伝子の発現制御機構の解析などから,「冬眠動物では,脳の『冬眠中枢』から発信されるシグナルによって活性が制御される『概年性の転写因子』が肝臓などの末梢組織に存在することにより,全身において,冬眠の発現に関わる遺伝子の発現が統合的に制御され,冬眠を行っている」というモデルを考えている。(1)シマリス肝臓において,転写因子HSF-1のタンパク質量は冬眠に伴って変動している(冬眠時に著しく減少する)が,シマリス(非冬眠個体)の初代肝細胞においてsiRNAを用いてHSF-1をノックダウンしたところ,HSP70遺伝子プロモーター領域へのHSF-1の結合が減少し,HSP70 mRNAが減少したこと。これらの結果から,HSF-1は概年性の転写因子として,HSP70遺伝子の冬眠に伴う転写を制御していると考えられた。[投稿準備中](2)シマリス肝臓における遺伝子の発現変動をヒトのDNAチップを用いて解析したところ,転写因子HNF-3γのmRNA量が冬眠時に減少していると考えられた。ノーザンおよびウエスタン解析で確認したところ,シマリス肝臓においてHNF-3γのmRNA量およびタンパク質量が冬眠時に減少しており,冬眠において概年性の転写因子として機能している可能性が考えられた。(3)シマリス肝臓の核タンパク質のプロテオーム解析により冬眠時にeEF1Aが消失していることが明らかになった。eEF1Aは熱ショック時のHSF-1の活性化に関与しており,非冬眠時のシマリス肝臓におけるHSF-1の活性化に関与している可能性が考えられた。

本研究課題では,冬眠における概年性の転写因子の探索および概年性の転写因子による冬眠と同期した転写制御機構の解明を目的として研究を行ってきたが,本年度の研究実績は下記の通りである。1シマリス肝臓において,HSF-1タンパク質の量は冬眠に伴って変動(冬眠時に著しく減少する)し,概年性の転写因子として,HSP70遺伝子の冬眠に伴う転写を制御している。さらに,HSF-2も冬眠に伴い同様の量的変動を示し,クロマチン免疫沈降法やシマリス初代肝細胞を用いたノックダウン実験などにより,概年性の転写因子として,HSP70遺伝子の冬眠に伴う転写制御に関与していると考えられた。2シマリス肝臓においてHP-25遺伝子は非冬眠時特異的に転写が活性化される。HNF-4がHP-25遺伝子の肝臓特異的な転写を活性化するが,HP-25遺伝子のプロモーター領域のHNF-4結合配列の近傍にHSF-1が非冬眠時特異的に結合し,HNF-4による転写活性化を促進することが明らかになった。3シマリス肝臓,腎臓,心臓のウエスタン解析により,これら末梢組織においてHSF-1タンパク質の量が冬眠時に減少することが明らかになったことから,HSF-1が概年性の転写因子として,冬眠の発現に関わる遺伝子の統合的な発現制御に関与している可能性が考えられた。これまで哺乳動物の冬眠における概年性の遺伝子発現制御機構については何も明らかになっていなかったが,本研究により,シマリス肝臓においてHSF-1が概年性の転写因子として,HSP70遺伝子の冬眠に伴う転写を制御していることが明らかになった。さらに,HNF-3γも冬眠において概年性の転写因子として機能している可能性を示唆する結果を得た。24年度が最終年度であるため、記入しない。哺乳動物の冬眠における概年性の遺伝子発現制御機構を明らかにしていくため,(1)概年性転写因子HSF-1とHNF-3γの冬眠に伴う発現制御機構,(2)HSF-1とHNF-3γの標的遺伝子の探索および標的遺伝子の転写制御機構について解析する。(1-1)HSF-1は冬眠に伴い転写後レベルで発現制御を受けているので,HSF-1と複合体を形成するタンパク質のプロテオーム解析を行い,HSF-1の活性化および分解の制御機構を解明する。(1-2)HNF-3γは冬眠に伴い転写レベルで発現制御を受けているので,遺伝子クローンを単離し,転写制御機構について解析する。(2)ルシフェラーゼ解析などから,冬眠特異的遺伝子HP-25はHSF-1の標的遺伝子である可能性が考えられるので,HSF-1によるHP-25遺伝子の冬眠に伴う転写制御について解析する。
超小型3次元ナノ加工・計測システムの開発とナノスケール造形への応用

本研究では,摩擦力顕微鏡機構の表面観察機能をベースに加工用工具の交換機能,位置決め制御機能やNC機能など加工機としての機能の付加・拡充を図るとともに,110nm単位での機械加工とナノスケール計測を同一機上で安定して実現し,様々な動作環境や設置場所に対応可能な,「超小型3次元ナノ加工・計測システム」の研究開発を行った.ピエゾアクチュエータと静電容量式微小変位センサを3軸に直交配置した超小型3軸位置決めステージを新規開発し,これに加工用・観測用探針の交換機構,接触力検出用光学系を複合・搭載することで,探針先端を3次元的に位置決め制御する新ユニットを構築した.さらに工学系の小型化・軽量化について検討し,ヘッドのサイズが156×168×88mmの小型の加工・測定ヘッドの開発を実現した.ナノスケールの機械加工と計測を高精度で行うため,カンチレバーの交換機構を開発した.単結晶シリコンの異方性エッチングとCVD成膜技術を応用して,加工専用カンチレバーの開発を行った.開発したシステムを用いて加工実験を行い,その加工特性について検討した.その結果,単結晶シリコンやニッケルなどに対して,切込み数十百nmのナノスケール機械加工が可能であることがわかった.また開発した超小型3軸位置決めステージを用いクローズドループ制御を行うことで,工具の高精度な位置決めおよび加工を実現した.開発した加工用カンチレバーを用いて,単結晶シリコンや金属ガラスなどの各種材料に対して加工実験を行った.その結果,従来開発したダイヤモンド砥粒単粒を切れ刃としたカンチレバーと比較して十倍以上の切込み量での加工が実現し,優れた加工特性を示すことがわかった.また単結晶シリコンを加工した場合,加工距離1700mm以上でも切込み百nm以上の加工が可能であり,優れた耐摩耗性を有することがわかった.本研究では,摩擦力顕微鏡機構の表面観察機能をベースに加工用工具の交換機能,位置決め制御機能やNC機能など加工機としての機能の付加・拡充を図るとともに,110nm単位での機械加工とナノスケール計測を同一機上で安定して実現し,様々な動作環境や設置場所に対応可能な,「超小型3次元ナノ加工・計測システム」の研究開発を行った.ピエゾアクチュエータと静電容量式微小変位センサを3軸に直交配置した超小型3軸位置決めステージを新規開発し,これに加工用・観測用探針の交換機構,接触力検出用光学系を複合・搭載することで,探針先端を3次元的に位置決め制御する新ユニットを構築した.さらに工学系の小型化・軽量化について検討し,ヘッドのサイズが156×168×88mmの小型の加工・測定ヘッドの開発を実現した.ナノスケールの機械加工と計測を高精度で行うため,カンチレバーの交換機構を開発した.単結晶シリコンの異方性エッチングとCVD成膜技術を応用して,加工専用カンチレバーの開発を行った.開発したシステムを用いて加工実験を行い,その加工特性について検討した.その結果,単結晶シリコンやニッケルなどに対して,切込み数十百nmのナノスケール機械加工が可能であることがわかった.また開発した超小型3軸位置決めステージを用いクローズドループ制御を行うことで,工具の高精度な位置決めおよび加工を実現した.開発した加工用カンチレバーを用いて,単結晶シリコンや金属ガラスなどの各種材料に対して加工実験を行った.その結果,従来開発したダイヤモンド砥粒単粒を切れ刃としたカンチレバーと比較して十倍以上の切込み量での加工が実現し,優れた加工特性を示すことがわかった.また単結晶シリコンを加工した場合,加工距離1700mm以上でも切込み百nm以上の加工が可能であり,優れた耐摩耗性を有することがわかった.本研究では,摩擦力顕微鏡機構の表面観察機能をベースに加工用工具の交換機能,位置決め制御機能やNC機能など加工機としての機能の付加・拡充を図るとともに,110nm単位での機械加工とナノスケール計測を同一機上で安定して実現し,様々な動作環境や設置場所に対応可能な,「超小型3次元ナノ加工・計測システム」の研究開発を行った.ピエゾアクチュエータと静電容量式微小変位センサを3軸に直交配置した超小型3軸位置決めステージを新規開発し,これに加工用・観測用探針の交換機構,接触力検出用光学系を複合・搭載することで,探針先端を3次元的に位置決め制御する新ユニットを構築した.さらに工学系の小型化・軽量化について検討し,ヘッドのサイズが156×168×88mmの小型の加工・測定ヘッドの開発を実現した.ナノスケールの機械加工と計測を高精度で行うため,カンチレバーの交換機構を開発した.本機構では,加工用・測定用カンチレバーを回転軸を中心に90°回転させた位置にそれぞれ配置し,回転機構を用いることにより,マニュアルで交換することができる.これによって,ナノ加工・計測の安定化・高精度化を実現した.単結晶シリコンの異方性エッチングとCVD成膜技術を応用して,加工専用カンチレバーの開発を行った.また切れ刃の切断方法としてレーザ加工を適用し,高能率な切断が可能であった.

さらに,開発した工具を用いて単結晶シリコンの加工実験を行った結果,加工単位数十nm単位の機械加工が可能であり,ナノスケール機械加工に有用であることがわかった.本研究では,摩擦力顕微鏡機構の表面観察機能をベースに加工用工具の交換機能,位置決め制御機能やNC機能など加工機としての機能の付加・拡充を図るとともに,110nm単位での機械加工とナノスケール計測を同一機上で安定して実現し,様々な動作環境や設置場所に対応可能な,「超小型3次元ナノ加工・計測システム」の研究開発を行った.前年度開発したシステムを用いて加工実験を行い,その加工特性について検討した.その結果,単結晶シリコンやニッケルなどに対して,切込み数十百nmのナノスケール機械加工が可能であることがわかった.また開発した超小型3軸位置決めステージを用いクローズドループ制御を行うことで,工具の高精度な位置決めおよび加工を実現した.さらに加工用・測定用カンチレバーの交換機構を用いることで,同一機上でのナノ加工および測定を行うことが可能であった.前年度開発した加工用カンチレバーを用いて,単結晶シリコンや金属ガラスなどの各種材料に対して加工実験を行った.その結果,従来開発したダイヤモンド砥粒単粒を切れ刃としたカンチレバーと比較して十倍以上の切込み量での加工が実現し,優れた加工特性を示すことがわかった.また単結晶シリコンを加工した場合,加工距離1700mm以上でも切込み百nm以上の加工が可能であり,優れた耐摩耗性を有することがわかった.
固体高分解能NMRを用いた細胞膜中で機能する光受容膜タンパク質の構造解析

A02先端計測:固体NMR法を駆使して、膜タンパク質などの柔らかな分子系の機能に関与する構造変化を観測した。1.本年度はフォボロドプシンの不活性T204A変異体および活性型変異体D75Nを用いて、信号伝達に重要とされるTyr174の水素結合強度を解析した。この結果、レチナールのコンフォメーション変化とともに、機能発現の有無によってTyr174の水素結合強度が強弱に変化することを明らかにした。これによって、タンパク質がもつ特定の水素結合の柔らかさが機能発現に関与することを実証することに成功した。光照射NMRによる水素結合変化の解析をさらに進めている。2.我々がこれまで開発してきたIn-situ光照射固体NMRを用いて、レチナールの光異性化によるNMRスペクトルの変化を観測し、バクテリオロドプシンY185F変異体の光中間体の捕捉に成功した。(K. Oshima et al. (2015) Photochem. Photobiol. Sci.)3.翻訳後修飾によって生み出されるDアミノ酸残基を含む抗菌ペプチドと細胞膜との相互作用について固体NMR法によって調べ、Dアミノ酸残基が細菌膜に対する特異性を示す可能性が示唆された。現在もなお、NMRによる細胞膜との相互作用を解析している。4.本新学術領域研究において、柔らかな分子系を理解するために固体NMRを駆使した領域内の共同研究を遂行した。27年度が最終年度であるため、記入しない。1.本年度はフォボロドプシンがトランスデューサーと相互作用して機能発現するために重要なTyr174とTyr199に関して、細胞膜に再構成したフォボロドプシンのそれらTyrの13Czeta-OHの化学シフト値を決定することに成功した。T204A変異体と比較したところ、Tyr174の水素結合環境が大きく変化していることが明らかとなった。また、温度によって、この信号強度が顕著に変化することがわかった。Tyr199はトランスデューサーとの相互作用によって、NMR信号が大きくシフトすることを観測した。これらはいずれも水素結合の変化によってNMR信号の変化が誘起されているため、現在この解釈を解析している。この成果を学会発表し、研究協力者がポスター賞を受賞するなど高い評価を受けた。3.Dアミノ酸残基を含む抗菌ペプチドの細胞膜内分子間相互作用を調べるために、架橋実験や31P NMRを駆使した実験を行った。4.本新学術領域研究において、柔らかな分子系を理解するために領域内の共同研究も遂行した。本年度に目標としていたフォボロドプシンのTyr174とTyr199の13Czeta-OHのNMR信号の帰属を完了した。水素結合の変化が関与するこの信号について、領域内の班会議などにおいて十分なディスカッションを行うことができた。柔らかな分子系研究の中において、水素結合の変化によって生じる機能発現のメカニズムを理解するために興味深いデータということが明らかとなった。本年度はIn-situ光照射-固体NMRを用いたコンフォメーション変化の解析を行い、機能発現機構の分子レベルでの理解を目指す。合わせて、重水素交換実験から、Tyrの交換割合を観測し、光活性化においてどのような反応が起きているのかを評価する。これには、横浜国立大学に設置されているBruker Avance III 600 MHz固体NMR分光器およびCMX-400 Infinity固体NMR分光器の2台を使用して取り組む。さらに、領域内の研究者と協力して計算化学のアプローチを取り入れ、NMR情報による解釈を補完する計画である。また、領域内の研究者と共同研究を行い、ユニークな抗菌ペプチドを用いた細胞膜-タンパク質間相互作用を明らかにし、抗菌活性のメカニズムを理解する。
マンモグラフィ検診における中間期乳癌の生物学的特性と検診間隔の妥当性に関する研究

マンモグラフィによる乳がん検診では、特に49歳以下の年代に於いて高濃度乳腺に起因する不利益が大きいために、総合的な利益は十分とは言えないことが問題視されている。我々は検診の中間期がんを対象とした研究を継続している。「乳がん検診における超音波検査の有効性を検証するための比較試験(J-START)」の主要評価項目に関する論文は2016年1月にThe Lancetに掲載され、中間期乳がんは介入群で18例、コントロール群で35例の報告があり、有意差をもって介入群で低かった。介入群で発見された乳がんはStage Iの浸潤がんが多いことが報告されており、中間期がんに関しても解析を行っている。仙台市のマンモグラフィー併用乳がん検診における視触診の意義を考察する目的の調査を行った。平成19年度23年度のマンモグラフィー併用検診受診総数は179,911名であり、8,928名が検診の結果として要精査の判定を受けていた。検診総数に対する要精査の割合は4.96%であった。同時期に検診から発見された乳がんは559例であり、がん発見率は0.31%、陽性反応的中度は6.26%であった。要精検となった所見を調査したところ、8,928例の要精査症例中、487例はマンモグラフィーの所見は左右ともにカテゴリー2以下であり、同時に施行された視触診の所見によって要精査とされていた。視触診の所見のみで要精査となった487例中、乳がんが21例で見つかっており、陽性反応的中度は4.31%であった。視触診での発見乳がんを10歳階級の年代別で解析すると、40代では、検診発見乳がん126例中視触診発見が12例あり、視触診発見の割合が9.5%であったのに対し、50代以降では視触診発見の割合が2.1%と低く、相対的に視触診の意義は低いものと考えられた。本研究の成果は第21回に本乳癌学会総会(浜松市)にて発表し、現在論文化に向けて準備中である。前年度に続いて、仙台市乳がん検診で発見された乳がん症例の画像データの集積は継続して行っている。一方、地域がん登録で中間期がんと確定された症例であっても、治療した医療機関への逆照会は、癌登録の性格上禁止されており、把握した症例に対して当初の目的であった病理組織学的調査を追加することには大きな障壁となっている。現時点では、集積された検診での画像データの解析により、より見逃されやすい(中間期がんとなる可能性の高い)画像所見のデータベース化を進め、検診精度の向上に寄与することを目的として研究を継続している。平成24年度は東北大学病院での治療例に絞って、中間期がん症例の集積を行った。過去5年間でおよそ20例の症例が中間期がんと見られる記述があり、今後検診施設への問い合わせなどで確認する予定である。仙台市の検診結果をマンモグラフィ中心に解析するため、検診で乳がんを発見された全ての症例のマンモグラフィをコピーしその所見の解析を進めている。宮城県地域がん登録からの中間期がんの抽出は、検診の受診者名簿と、乳がん登録されている患者の名前、生年月日、住所を基にマッチング症例を選別し、受診時の所見と、がんの診断時期とを精査することで中間期がんを見つけ出すことが可能となる。平成25年度中に、過去の中間期がんの調査の際に行った倫理審査に準じて申請を行い、可能な限りの数を集積する予定である。その一方で、地域がん登録で中間期がんと確定された症例であっても、治療した医療機関への逆照会は、癌登録の性格上禁止されており、把握した症例に対して当初の目的であった病理組織学的調査を追加することには大きな障壁となっている。J-START(超音波併用検診の有効性に関する比較試験)からの報告例に関しては、平成24年度までが第二回目の検診受診と結果の集積期間となっており、検診結果が公表されることで懸念されるバイアスを排除する目的でい一切のデータに対し、発見契機などは明らかとされていない。平成25年度以降、データクリーニングが進み、公表できるデータが確定した時点で調査を開始する予定である。我が国では「乳がん検診における超音波検査の有効性を検証するための比較試験(J-START)」が計画され、仙台市でも2007年度、2008年度に登録研究が行われた。仙台市乳がん検診でJ-STARTに登録した6731名を対象として、マンモグラフィで腫瘤カテゴリー3以上の症例を抽出し、同時に施行された超音波検査結果、精密検査機関からの検査結果を基にマンモグラフィ所見と超音波検査の信頼性に関して考察を行った。マンモグラフィの所見でカテゴリー5は2例(2例とも乳癌)、カテゴリー4は13例(乳癌3例)、カテゴリー3は128例(乳癌1例:但し構築の乱れでカテゴリー4の診断、検診超音波未施行)であった。カテゴリー3の128例のうち、随伴所見として石灰化カテゴリー3が1例、石灰化カテゴリー4が1例あったがいずれもがんは認めなかった。検診時に超音波検査を併用していた症例が68例あり、超音波でカテゴリー2の所見があるものが23例、超音波カテゴリー3の症例が9例であった。この9例中6例は線維腺腫、1例が嚢胞、2例は異常なしの精査結果であった。

36例は検診超音波での異常所見がなく、精密検査の結果でも26例は正常または乳腺症、2例が線維腺腫、2例が嚢胞、6例は不明またはその他の所見と報告されている。超音波検査は十分な精度管理下では診断精度が高く、精密検査結果との整合性が高いことが示唆される。高い要精検率が不利益として問題視される40歳代女性において、マンモグラフィ検診に超音波を併用し総合判定することは腫瘤を所見とする要精査を70%程度減少させることが期待できる。一方で超音波単独で要精査となる症例が217例(受診者の6.4%)あり、検診でのバランスを検討することが必要である。今後より不利益の少ない検診システムにできるよう、マンモグラフィと超音波の総合判定基準をブラッシュアップすることが重要と考える。マンモグラフィによる乳がん検診は死亡率減少に関するエビデンスが確立され、特に50歳以上の年代においては検診の利益である死亡率減少効果が確実なこと、検診による不利益が許容範囲であることから定期的な受診が推奨されている。その一方で49歳以下の年代では乳腺濃度が高いこと(Dense Breast)に起因する不利益が大きいために、総合的な利益は十分とは言えないことが問題視されている。我々は40代女性の検診ではがん発見の感度が71.4%にどどまることを論文として報告しており、検診の中間期がんを検証することで乳がん検診の精度向上を目的とした調査、研究を継続している。前述の論文では地域がん登録殿照合によって検診の中間期がんを同定し解析を行ったが、中間期がんと確定された症例であっても、治療した医療機関への逆照会は、がん登録の性格上禁止されており、把握した症例に対して当初の目的であった病理組織学的調査は断念せざるを得なかった。次善の策として現在我々が事務局として運営している「乳がん検診における超音波検査の有効性を検証するための比較試験(J-START)」から報告される中間期がんを対象とした研究を行っている。J-STARTの主要評価項目に関する論文は2016年1月にThe Lancetに掲載された。がん発見数・発見率は介入群で184件(0.50%)、コントロール群で117件(0.33%)であり、有意差をもって介入群で高かった(p=0.0003)。中間期乳がんは介入群で18例、コントロール群で35例の報告があり、有意差をもって介入群で低かった(P=0.034)。乳がん発見感度は介入群91.1%(95%CI 87.2-95.0)、コントロール群77.0%(95%CI 70.3-83.7)となり、介入群で有意に高かった(p=0.004)。介入群で発見された乳がんはStage Iの浸潤がんが多いことが報告されており、中間期がんに関しても臨床進行度、画像所見、病理学的所見、生物学的特性等に関するデータ収集、解析を行っている。マンモグラフィによる乳がん検診では、特に49歳以下の年代に於いて高濃度乳腺に起因する不利益が大きいために、総合的な利益は十分とは言えないことが問題視されている。我々は検診の中間期がんを対象とした研究を継続している。「乳がん検診における超音波検査の有効性を検証するための比較試験(J-START)」の主要評価項目に関する論文は2016年1月にThe Lancetに掲載され、中間期乳がんは介入群で18例、コントロール群で35例の報告があり、有意差をもって介入群で低かった。介入群で発見された乳がんはStage Iの浸潤がんが多いことが報告されており、中間期がんに関しても解析を行っている。前年度に続いて、仙台市乳がん検診で発見された乳がん症例の画像データの集積は継続して行っている。
電場を利用した油中水滴の凍結核生成の促進

1.-5-4°Cに保たれたシリコーンオイル中に一対の電極板を設置し、高電圧を印加して平等電場を形成する。この電極板間に入れられた過冷却水滴は電極板間を往復運動し、電極板との繰り返し衝突により凍結を開始する。この現象を高速度ビデオ撮影し、滴と電極板との接触面積、凍結開始時期と位置について検討した。電極板として、透明なソーダライムガラスにすず-インジウム酸化物を蒸着したものを使用し、水滴の反対側から接触面積等の撮影を行った。水滴直径は4mm、電場強さは0.22、0.28MV/mを中心とした。その結果、水滴の8085%は、電極板との接触面積が最大となる時点から離脱までの間に凍結を開始する。凍結の開始は、水滴と電極板の界面付近、水滴、電極板とシリコーンオイルの三相境界付近、水滴とシリコーンオイルの界面付近のいずれにおいても見られたが、滴中心部では確認できなかった。水滴内部への凍結の進展は、過冷却水表面における核生成時の典型例と同様であった。シリコーンオイル用の濾紙を保留粒子径の小さいものに変更すると凍結開始が減少したことから、何らかの微粒子が電場の効果で凍結開始を促進していると考えられる。電極板上に水滴を静置して両者間にパルス状高電圧を印加したところ、水滴と電極板の接触面積が増大し、その後凍結を開始した。2.温度0°Cの二回蒸留水を、ノズルから噴出速度0.340.53m/sで、電場を付与した-5°Cのシリコーンオイルに注入する実験を行った。その結果、生成された水滴の、凍結開始割合および凍結率の深さ方向変化が得られた。今後、上述の微粒子の解明、およびその凍結核生成の活性化に対する電場の影響についての解明が必要であると考える。1「水滴が固体表面(電極面)に接触する際の凍結開始の様子と接触面積等を調べる研究」については、シリコーン油の温度を-6.3°C-5.2°Cに保ち、その中で二回蒸留水による水滴を一定時間保持して過冷却状態とした後、平等電場を付与して、水滴を電極板間で往復運動させ、衝突直前から直後までの水滴の挙動、凍結開始の様子を、高速度ビデオカメラで撮影、観察している。水滴直径は3、4mmの二種類、電場強さは0.160.32MV/mとした。電極板は、真鍮またはインジウム-スズ酸化物を蒸着したソーダライムガラス板(透明電極板)とし、前者では板とほぼ平行な方向から、後者では水滴が衝突する面(蒸着面)と反対の方向から撮影している。現時点での結果は以下の通りである。(1)水滴中において、氷の成長と思われる現象を撮影できている。次年度も継続する。(2)凍結開始は、最大接触面積前後から離脱までの間に起こっている。2平成15年度に予定していた「電場中に複数の滴が存在する場合に起こる現象」の実験も開始した。シリコーン油を-5°Cに保持し、その中に間隔一定かつ鉛直に二枚の電極板を設置する。その中に、約0°Cの二回蒸留水を単一ノズルから連続的に注入して水滴群をつくり、電極板間を往復運動させてそれらの凍結現象等を調べている。(1)凍結開始後の凍結進行状態を知るために、凍結中の滴のサンプルを装置から取り出し、電気ヒーターで加熱して融解させ、その際の温度変化と加熱量の関係から凍結割合を求める装置を製作した。

(2)前述の測定装置により、油面からの距離と凍結割合との関係の一部が明らかになった。「水滴が固体表面(電極面)に接触する際の凍結開始の様子と接触面積等を調べる研究」については撮影条件を工夫した実験とまとめを行った。シリコーン油の温度は-4、-5°Cを中心とし、その中に入れた二回蒸留水による水滴を同温度の過冷却状態にした後、シリコーン油に平等電場を付与して水滴を電極板間で往復運動させ、下記透明電極板との衝突直前から直後までの水滴の挙動、凍結開始の様子を、透明電極板を介して、または側方から高速度ビデオカメラで撮影、観察した。水滴の直径は4±0.1mm、電場強さは0.22、0.28MV/mを中心とした。負側電極板はソーダライムガラスにスズ-インジウム酸化物を蒸着したものであり、光を透過する。正側電極板は真鍮板である。結果の概要は以下の通りである。(1)接触面積の時間変化がほぼ明らかになった。衝突初期には水滴と電極板との間に油膜の存在が予想され、その後油膜が切れて、両者が直接接触すると考えられる。(2)凍結は、水滴と電極板とが直接接触したと判断される後に開始する。(3)凍結開始は、電極板、水滴、シリコーン油の間にできる固-液界面付近、三相境界付近、液-液界面付近のいずれでも確認された。(4)水滴内部に向かって進む凍結は過冷却水面における核生成時の典型例と同様と判断できた。(以上は、平成15年度、日本冷凍空調学会学術講演会にて発表)とくに、(3)の液-液界面近傍における凍結開始は現象の本質に関わると考えられるので、この解明を最優先とし、正負の影響の実験研究に代えることにした。実験の結果、シリコーン油中の何らかの微粒子が影響していると考えられる。なお、「電場中に複数の滴が存在する場合に起こる現象」については、平成14年度の実験のまとめを行った。
水熱光電気化学的手法による半導体超格子膜の創製

光電気化学反応や電解酸化反応を利用して種々の金属酸化物(金属伝導体や半導体)の光電析反応を追求し、次の様な知見が得られた。オートクレーブ電解槽においてコバルトの酸化物を電解酸化によって作製したところ層状のオキシ酸化物が得られ、その層間に希土類イオンがインターカレートした。この層間は希土類イオンの含有量により増大したが、結晶の状態はエピタキシャル成長を示さなかった。また、酸化チタンの単結晶半導体を電極として光電解酸化すると二酸化鉛や酸化鉄のエピタキシャル成長が観察された。この結晶配向は基板と成長する酸化物の格子のミスマッチに強く依存し、最も小さい方向に成長する。光電析の具体的機構が提出された。この機構においては、光を電析中ずっと照射し続けると基板表面全体を結晶が覆うが、電解初期のみに光照射を制限すると大きな結晶の成長となる。後者の場合には、結晶は基板全体を覆うことはなく、このことから光照射によって表面に生成した水酸化物ラジカルが照射と同時に均一に表面に生成する訳ではなく、早く生成する部分と遅く生成する部分があることが明かとなった。二酸化チタン電極に生成した二酸化鉛は電極が単結晶の場合にはトンネル電流が流れないのに対して、電極が多結晶体の場合には大きなトンネル電流が観察された。この結果は二酸化鉛と多結晶二酸化チタンの境界においては多量の表面準位が生成し、これによりフェルミレベルピンニングが生じたことによると結論できた。結局、多結晶/二酸化鉛電極は酸中のアノード電極として有用であることが分かった。はじめに、オートクレーブ電解槽を用いてCoOOHやCo_3O_4の生成する電位範囲の温度に伴う変化をXRDにより求めた。その結果、100°C以上においてこれらが結晶化することが明かになり、高電位においてCoOOHが得られ、低電位においてはCo_3O_4が得られた。このことは電位制御によりCoOOHとCo_3O_4の交互の結晶膜の作製が可能であることを示す。また、電解液にSmイオンを含有させるとこのイオンがCoOOHの層間に入ることがc軸の増大から明かになった。すなわちSmの量の増加によりc軸が増加したのである。これを用いれば、層状の超格子膜作製が可能かもしれない。また、エピタキシャル成長をAFM観察するために無電解光酸化によりTiO_2単結晶上にPbO_2膜を作製した。光照射しない場合にはこの膜が成長しにくいことから、膜成長には酸化剤とともに光照射が必要である。光照射によりTiO_2のバンドギャップ光励起でホールが形成し、0HラジカルがPbO_2形成に重要に働くと結論できる。結局PbO_2の光エピタキシャル成長が観察されたが、さらに膜状に成長させるためには条件の設定が必要である。今後、Co_3O_4/CoOOH層状膜やPbO_2/Co_3O_4膜などの超格子作製を行うつもりでいる。オートクレープ電解槽においてコバルトの酸化物を電解酸化によって作製したところ層状のオキシ酸化物が得られ、その層間に希土類イオンがインターカレートした。

後者の場合には、結晶は基板全体を覆うことはなく、このことから光照射によって表面に生成した水酸化物ラジカルが照射と同時に均一に表面に生成する訳ではなく、早く生成する部分と遅く生成する部分があることが明かとなった。二酸化チタン電極に生成した二酸化鉛は電極が単結晶の場合にはトンネル電流が流れないのに対して、電極が多結晶体の場合には大きなトンネル電流が観察された。この結果は二酸化鉛と多結晶二酸化チタンの境界においては多量の表面準位が生成し、これによりフェルミレベルピンニングが生じたことによると結論できた。結局、多結晶/二酸化鉛電極は酸中のアノード電極として有用であることが分かった。
リチウム反応性・非反応性双極型感情障害の遺伝子診断と治療への応用 -inositol 1,4,5-trisphosphate type-1 receptor sequence解析からの検討

感情障害の遺伝歴のない健康者16名・双極性感情障害18名・遷延性うつ病5名から抽出した、3種類のligand binding siteを含むバンドのサイズをagarose gel電気泳動にて判定したが、特に明らかなサイズの異常はみられなかった。また、Ca^<2+> channel部位を含むバンドのサイズもagarose gel電気泳動にて判定したが、特に明らかなサイズの異常はみられなかった。Ligand binding siteを含むPCRによって得られたバンドの見かけ上のサイズに特に異常はみられなかったため、健康者・双極性感情障害症例・遷延性うつ病症例から得られたPCR産物に含まれる、ligand binding siteのsequence解析を行った。その結果、今回対象とした16名の健康者及び5名の遷延性うつ病症例から得られたPCR産物のsequence解析からは、特に塩基配列上の変異などは検出されなかった(表2)。ところが、今回対象とした18名の双極性感情障害症例のPCR産物に含まれる、ligand binding siteのsequence解析を行ったところ、2症例で472番目のcytosineがguanineに変わる変異があり、この変異によって、アミノ酸配列もphenylalanineからleucineに変化することがわかった。この変異を有する双極性感情障害2症例に特異的な臨床症状を検索する目的で、リチウム反応性・病相経過・遺伝歴などを詳細に検討した。変異を有する2症例の内1例はリチウム反応者であり、他の1例はリチウム非反応者であった。病相経過からみて両者ともrapid cyclar型には該当しない双極型感情障害例であったが、1例は短い躁状態と被害妄想を伴った抑うつ状態を年に1回程度繰り返す症例であるのに対して、残りの1例は長いうつ病相を主病像とする(躁状態は2ヶ月程度、うつ状態は6ヶ月程度)症例であり、病相出現頻度は過去6年間で1-2年に1回程度であった。何れの症例の家族歴にも、感情障害の罹患者はみられなかった。今回対象とした双極性感情障害症例で、家族歴に感情障害を有する症例は含まれていなかった。このような結果は、今回の研究にて見い出された変異に特徴的な臨床症状は、見い出されないことを表していると思われる。感情障害の遺伝歴のない健常者8名・リチウム反応性双極性感情障害2名・リチウム部分反応性双極性感情障害5名・リチウム非反応性双極性感情障害2名・リチウム非反応性大うつ病2名を対象とした。全対象者から抽出したIP_3 binding siteを含む3種類のPCR産物およびCa^<2+>channelを含む1種類のPCR増幅産物をagarose gel上でmolecular size markerと一緒に電気泳動後見かけ上のsizeを調べたが、特に異常と認められる産物は発見されなかった。リチウム非反応性大うつ病2名・リチウム非反応性双極性感情障害1名から得られたligand binding siteのfirst portionの塩基配列を検討したが特に変異はみられなかった。これらの結果からIP_3受容体のligand binding siteおよびCa^<2+>channel siteを含むDNA断片のsizeの検討からは特に感情障害に特異的な異常は見出せなかった。またIP_3受容体のligand binding siteのfirst portionの塩基配列の検討でも特にリチウム反応性を決定するような変異は認められなかった。