hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ストレス脆弱性モデルラットの情動記憶障害に対するクロザピンの薬理学的効果の解析

抗精神病薬は扁桃体ドパミンの基礎放出量を上昇させ、かつ情動ストレス負荷による扁桃体ドパミンの放出を抑制することを見出した。とくに、非定型抗精神病薬であるクロザピンは、定型抗精神病薬であるハロペリドールと比較して、基礎放出量を増加させる作用と情動ストレス負荷による扁桃体ドパミンの放出の抑制作用ともに優れていることを見出した。抗精神病薬はドパミン放出を調節することで情動反応を抑制し、クロザピンが他剤と比してこの抑制効果が強いことは、クロザピンが他剤と比して優れた抗精神病作用を有することの作用機序である可能性がある。【目的】統合失調症の病態モデルと考えられるメタンフェタミン慢性処理ラットにおいて、恐怖ストレス負荷時の情動記憶の亢進が生じている。この動物に条件付け恐怖ストレス(CFS)を負荷すると、対照動物に比べ情動記憶の中枢である扁桃体において、ドパミン放出率が充進する。ドパミンの異常放出は、統合失調症の脆弱性の生化学的マーカーであると考えられる。本研究では、このモデルに対するクロザピンを含めた抗精神病薬の作用を検証している。平成19年度は、まず、古典的な抗精神病薬であるhaloperidolを使用した。【方法】動物のすくみ行動時間とマイクロダイアリシスと高速液体クロマトグラフィ法による扁桃体の細胞外ドパミン濃度を計測した。動物は(1)MAP+, CFS+、(2)MAP+, CFS-、(3)MAP-, CFS+、(4)MAP-, CFS-の4群(MAP:メタンフェタミン慢性処理、CFS:恐怖条件付け、+処置あり、一処置無し)に分け、さらに、(1)から(4)のそれぞれを、Haloperidole(HAL)1mg/kg投与群と非投与群(同量の生理食塩水を腹腔ない注射)に分けた。【結果】(1)群において恐怖条件刺激(CS)提示後のDAの細胞外分泌量は他の群に比して有意な上昇を認めた。(1)、(3)群ともにHAL投与群でCS提示後のDAの上昇が有意に抑制された。かつ、HAL投与群ではドパミンの基礎分泌量が上昇していた。すくみ行動の時間には薬物は影響を与えなかった。【考察】HALは、情動記憶障害に対する改善効果をもつ可能性が示唆された。HALによる基礎分泌量の上昇は、シナプス前自己受容体への作用と考えられた。【目的】統合失調症の情動障害に対する抗精神病薬の効果をモデル動物で検討した。メタンフェタミン(MAP)慢性処理ラットに、恐怖条件刺激(CS)を負荷すると、情動記億の中枢である扁桃体でのドパミン(DA)放出が亢進し、ストレス脆弱性の生化学的マーカーであると思われる。【試料と方法】8週齢の雄性SD系ラットに、脳定位手術により左扁桃体にガイドカニューレを挿入する。CSとして80dbの連続音の直後に2mAの電気的フットショックを暴露し恐怖条件付けを行う。その後、吸入麻酔下でマイクロタイアリーシスプローブを左扁桃体に挿入、固定する。微小透析を施行し、高速液体クロマトグラフィで経時的にDAを定量する。CS暴露以前に、D2受容体アンタゴニストであるhaloperidol(HAL)、clozapine(CLZ)とD2受容体パーシャルアゴニストであるaripiprazole(APZ)を投与する。【結果】HALとCLZは、扁桃体での細胞外ドパミンの基礎放出量を上昇させた。CLZはHALより最大上昇率が有意に高かった。APZは基礎放出量を減少させた。すべての薬剤でCS後のドパミン放出が抑制された。恐怖反応としてのすくみ行動は、いずれも抗精神病薬によっても改善しなかった。【考察】抗精神病薬は、ドパミン伝達を遮断するだけでなくドパミンの基礎放出量の調節作用もあることを解明した。これは、ドパミン神経のシナプス前受容体に作用した結果と思われる。さらに、抗精神病薬は、恐怖刺激に対するドパミン神経の反応を抑制することを発見した。この機序は不明であるが、抗精神病薬の薬理作用であり、さらに恐怖記憶の再強化を抑制する可能性がある。今後はこの仮説を証明すべく、記憶の再強化におけるすくみ行動の測定、ドパミン神経が投射する標的組織における恐怖刺激に対する応答を免疫組織学的手法や電気生理学的手法によって検討したい。統合失調症患者はストレスへの脆弱性があり、情動不安定となる。ストレス耐性の獲得は、統合失調症患者の社会復帰に必須である。しかし、神経系のストレス応答機構への抗精神病薬の効果は未解明である。われわれは、統合失調症の情動障害の治療に寄与するような基礎情報を得るために、独自のモデル動物を作成し、研究を続けている。

これまで、メタンフェタミン慢性処理をした統合失調症のモデルラットが恐怖刺激に暴露されると、情動記憶の中枢である扁桃体でドパミンが過剰に放出されることを、微小透析と高速液体クロマトグラフィー(HPLC)の実験系で見出し、統合失調症の情動障害モデルを確立した。本助成金により、以下のことを見出した。上記モデルに対する抗精神病薬の効果を検証した。Haloperidolを単回投与したところ扁桃体ドパミンの基礎放出量は増加し、このとき恐怖刺激によるドパミンの過剰放出は抑制された。Aripiprazoleを単回投与したところ扁桃体ドパミンの基礎放出量は低下し、このとき恐怖刺激によるドパミンの過剰放出は抑制された。次に、基礎放出量と恐怖反応の抑制との相関関係を検証するために、clozapineとhaloperidolとで用量比較実験を行った。薬剤による扁桃体ドパミンの基礎放出量の増加とドパミンの恐怖反応の抑制効果はともに用量依存性を示し、その効果はclozapineがhaloperidolより大きかった。これより、抗精神病薬の急性投与は、シナプス前部の種々の自己受容体に作用し、ドパミンの基礎放出量を上昇させ、恐怖に対するドパミン神経の即時的な反応を抑制する可能性が示唆された。
酵母菌の蛋白質細胞内輸送に関する研究

1)生化学的解析:酵母菌における蛋白質の細胞内輸送のin vitro系を確立することが出来た。即ち透過性酵母細胞を用いた系でアメリカでは既に確立されていたが,本研究により完全に再現性よく動くようになった。酵母菌を液体窒素上で凍結融解することにより透過性酵母細胞(Pーcell)を得た。別個に酵母の性フエロモンであるαーファクタ-の遺伝子をSP6プロモ-タ-下においてin vitroでαーファクタ-前駆体mRNAを合成させ,酵母の無細胞抽出液と^<35>SーMetを用いて放射性のαーファクタ-前駆体を調製し更にゲル瀘過して精製した。この標識αーファクタ-前駆体とPーcellとを一緒に温置すると,αーファクタ-前駆体は粗面小胞体内に分泌された。即ちPーcellの外から加えたプロテア-ゼによっても小胞体内のαーファクタ-前駆体は分解されないこと,またコア糖鎖がついて分子量が大きくなっていることが確められた。更に条件を整えた結果,αーファクタ-前駆体はコア糖鎖付加型により更に分子量の大きい分子種が見出され,これらはαーファクタ-抗体と反応しConAとも結合することからゴルジ型糖鎖をもつと考えられ,小胞体からゴルジ装置への輸送が確認された。そこでこのin vitroの蛋白質輸送系において,我々が既に明かにしている<uso1>___ー変異の影響をしらべた。この変異は37°Cでは小胞体からゴルジへの輸送が止まるものであるが,in vitroの系ではこれが再現されなかった。2)阻害剤を用いた解析:酵母Candida albicansは抗生物質ブレフェルデインAに感受性で,分泌性かつ細胞表在性の酸性ホスファタ-ゼの分泌が顕著に抑制される。この現象を解析した結果,ブレフェルディンAは分泌蛋白質である酸性ホスファタ-ゼの細胞内輸送を,粗面小胞体からゴルジ装置への間でブロックしていることを明らかにした。上記in vitroの系でしらべたところ,輸送阻害は起こらなかった。本年度は生化学的解析と阻害剤を用いた解析について述べる。1)生化学的解析:酵母菌における蛋白質の細胞内輸送のin vitro系を確立した。パン酵母より粗面小胞体やゴルジ体をそれぞれ調製し、粗面小胞体からゴルジ体への分泌蛋白質の移行をみるのは容易でなく、我々は透過性酵母細胞を用いる系の確立を目ざした。この系は既にアメリカでは成功しているが、我国での成功例はない。酵母菌を液体窒素上で凍結融解することにより透過性酵母細胞(P-cell)を得た。別個に酵母の性フエロモンα-ファクタ-の遺伝子をSP6プロモ-タ-下においたものからα-ファクタ-前駆体mRNAをin vitroで合成させ、酵母の無細胞抽出液と^<35>S-Metを用いて放射性のα-ファクタ-前駆体を調製し精製した。この標識α-ファクタ--前駆体とP-cellとを一緒に孵置すると、α-ファクタ-前駆体は粗面小胞体内に分泌された。これはP-cellの外から加えたプロラア-ゼによっても小胞体内のα-ファクタ-前駆体は分解されないことから確められた。

更に条件を色々検討した結果、α-ファクタ-前駆体は更にゴルジ体まで輸送されていることが、糖鎖付加の形から確認された。この確立された方法を用いて、酵母菌のpH08蛋白質のin vitro輸送をしらべた。pH08蛋白は酵母液胞膜に存在するアルカリ性ホスファタ-ゼである。現在のところ小胞体内腔への分泌ないし、膜へのとりこみも起っておらず、更に実験系の改良が必要と思われる。2)阻害剤を用いた解析:酵母Candida albicansは抗生物質ブレフェルデインAに感受性で、分泌性(かつ細胞表在性)の酸性ホスファタ-ゼの分泌が顕著に抑制される。この現象を解析した結果、ブレフェルデインAは分泌蛋白質である酸性ホスファタ-ゼの細胞内輸送を、粗面小胞体からゴルジ体への間でブロックしていることを明かにした。1)生化学的解析:酵母菌における蛋白質の細胞内輸送のin vitro系を確立することが出来た。即ち透過性酵母細胞を用いた系でアメリカでは既に確立されていたが,本研究により完全に再現性よく動くようになった。酵母菌を液体窒素上で凍結融解することにより透過性酵母細胞(Pーcell)を得た。別個に酵母の性フエロモンであるαーファクタ-の遺伝子をSP6プロモ-タ-下においてin vitroでαーファクタ-前駆体mRNAを合成させ,酵母の無細胞抽出液と^<35>SーMetを用いて放射性のαーファクタ-前駆体を調製し更にゲル濾過して精製した。この標識αーファクタ-前駆体とPーcellとを一緒に温置すると,αーファクタ-前駆体は粗面小胞体内に分泌された。即ちPーcellの外から加えたプロテア-ゼによっても小胞体内のαーファクタ-前駆体は分解されないこと,またコア糖鎖がついて分子量が大きくなっていることが確められた。更に条件を整えた結果,αーファクタ-前駆体はコア糖鎖付加型より更に分子量の大きい分子種が見出され,これらはαーファクタ-抗体と反応しConAとも結合することからゴルジ型糖鎖をもつと考えられ,小胞体からゴルジ装置への輸送が確認された。そこでこのin vitroの蛋白質輸送系において,我々が既に明かにしている<usol>___ー変異の影響をしらべた。この変異は37°Cでは小胞体からゴルジへの輸送が止まものであるが,in vitroの系ではこれが再現されなかった。2)阻害剤を用いた解析:酵母<Cundida albicans>___ーは抗生物質ブレフェルデインAに感受性で,分泌性かつ細胞表在性の酸性ホスファタ-ゼの分泌が顕著に抑制される。この現象を解析した結果,ブレフェルデインAは分泌蛋白質である酸性ホスファタ-ゼの細胞内輸送を,粗面小胞体からゴルジ装置への間でブロックしていることを明かにした。上記in vitroの系でしらべたところ,輸送阻害は起らなかった。
高速AFMの高度化技術の開発とタンパク質の動作機序解析

本研究の目的は、高速AFMのバイオ応用研究を自ら推進するだけでなく、公募班員、計画班員、及び、領域外の研究者にも装置を開放して、彼らと協力してタンパク質分子が動作する姿を活写する動的構造生命科学を幅広く新規開拓するとともに、装置の高度化を更に進めて、従来の高速AFMでは観察不可能な分子レベルで起こる現象を観察可能にすることにある。2018年度の領域内での共同研究では、例えば、べん毛構成タンパク質のIII型輸送装置に含まれるタンパク質FlhAがリングを形成し、また、そのC端領域が一定の順序で輸送すべきタンパク質を選別していることを見出した。他の班員との共同研究でも、核膜孔複合体で起こるダイナミクスやインフルエンザフィルスの感染に重要なヘマグルチニンの構造変化を捉えることに成功し、また、ナノディスクに埋め込んだ膜タンパク質を上方・側方から観察することを可能することにも成功した。独自に進めた応用研究では、膜孔形成毒素SLOによる膜孔形成の初期に、部分的に解けたαヘリカルバンドルが膜に一部挿入し、その結果膜を上方に引き上げ、それが更にαヘリカルバンドルの膜挿入を加速することを見出した。また、膜孔形成の最終段階では、リング内腔下部に形成されたリポソームが相対的にSLOリングの下方に移動し、最終的に細胞膜に孔が形成されることを示唆する現象を見出した。高速AFMの高度化技術開発では、開発した光ピンセットとの複合装置の操作の難しさを軽減する改良を行い、力作用下にあるDNAの観察に成功した。金属探針で生ずる局所プラズモンを利用した超解像蛍光顕微鏡も開発し、従来よりも100倍速いイメージング速度と空間分解能39 nmを実現した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。タンパク質が動作する姿を活写する高速AFMの高度化技術開発、応用技術開発、実証・応用研究を進め、従来の構造生物学と一分子生物物理学の限界を克服する動的構造生物学という新規分野を開拓し、それにより我が国の生命科学の発展に貢献することが本課題の最終目標である。本課題は、1多くの班員との共同研究で進めるタンパク質分子の高速AFM撮影によろ機能発現機序解明、2独自に進める高速AFMを高度化するための技術開発、の2本の柱からなる。1についてはH27年度から開始するため、H26年度においては技術支援を行うスタッフの訓練と公開用の高速AFM装置1台を製作した。また、様々な試料系が班員から持ち込まれると予想されることから、多様な試料系に適用できる種々の基板調製法を検討した。基板調製については、確立したものを文書にまとめて班員に公開する予定である。また、いくつかのタンパク質系の高速AFM観察を独自に進めた。2については、高度化技術として主に以下に挙げる2課題を設定して、その準備を開始した。(i)探針による電磁波増強効果を利用した超解像蛍光顕微鏡の開発とその実証研究、及び、(ii)光ピンセットと複合させた高速AFM措置の開発とその実証研究。これらの技術開発のベースとなる探針走査型高速AFMの開発は別のプロジェクトにおいて進めてきたが、ほぼ完成させている。(i)については、探針走査型高速AFM装置に光学系とフォトンカウンティング装置を組み込むシステムを設計・製作した。また、探針を金属コートするためのスパッタ装置を導入した。H27年度に装置全体を組み上げ、試験を行う予定。(ii)については、探針走査型高速AFMに近赤外レーザを導入した。また、レーザでトラップされるビーズとタンパク質分子とをつなぐ長いDNA鎖の調製法を検討した。H27年度には光ピンセットと高速AFMとの複合機で試験を行い問題点を見出し解決していく予定である。本課題は、1多くの班員との共同研究で進めるタンパク質分子の高速AFM撮影による機能発現機序解明、2独自に進める高速AFMを高度化するための技術開発、の2本の柱から成る。1については、H27年8月に金沢大学で開催したバイオAFM夏の学校への班員ないしは班員のメンバーの参加を出発点とすることで、また、その機会に限らず随時当グループが観察実験に協力することで、10件以上の共同研究に着手できた。H28年4月に開催した班会議での全発表36件の内、12件の発表で何らかの形で高速AFMが利用されているのを確認した。既に有意義な観察データが得られている研究もある。独自に行う高速AFM観察の研究については、試料系の発現を行い、試験観察を行った。2については、(i)金属探針に発生する局所プラズモンによる電磁波増強効果を利用した超解像蛍光顕微鏡の開発とその実証研究、及び、(ii)光ピンセットと複合させた高速AFM装置の開発と実証研究が主な課題である。これらの技術のベースとなる探針走査型高速AFMは別のプロジェクトを中心に進め、ほぼ完成している。H27年度では、(i)については、光学系とフォトンカウンターからなる装置全体を製作するとともに、できるだけ針先端部に強い電磁波を生じさせるために、光還元法を用いてカンチレバー探針に銀粒子を成長させることを試みた。

(ii)については、レーザーでトラップされるビーズとタンパク質分子をつなぐ長いDNAを調製した。また、必要となる段差のある基板を電子線ナノリソグラフィー法を用いて調製を試みた。タンパク質の高速AFM観察については、多くの班員と共同研究に着手し、順調に進展している。独自に進めている技術開発については、本格的な技術開発に入る前段階として順調に進展している。タンパク質が動作する姿を活写する高速AFMの高度化技術開発、実証・応用研究を進め、従来の構造生物学と一分子生物物理学の限界を克服する動的構造生物学と呼ぶべき新規分野を開拓し、それにより生命科学の発展に貢献することが本課題の最終目標である。本課題は、1多くの班員との共同研究で進めるタンパク質分子の高速AFM撮影による機能発現機序解明、2独自に進める高速AFMを高度化するための技術開発、の2本の柱からなる。1については、金沢大学で開催するバイオAFM夏の学校への班員ないしは班員の研究室のメンバーの参加を出発点とすることで、また、その機会に限らず随時当グループが観察実験に協力するやり方で、多くの共同研究に着手した。積極的に当グループと連絡をとっている班員の研究は進捗しているが、その後連絡がないままになっている班員もいる。当グループ独自に進める膜孔形成膜タンパク質、ペロキシレドキシン、天然変性タンパク質、DNA関連タンパク質などを対象にした高速AFM観察の研究は順調に進んだ。2については、探針走査型高速AFMと光ピンセットを複合化し、外力作用下にあるタンパク質の動態観察実現を目指して装置・技術開発を進めた。種々の要素技術と装置全体はほぼ完成し、試験観察を通して問題の把握に努めた。タンパク質とビーズをつなぐ蛍光染色したDNAの位置を蛍光顕微鏡で確認する予定であったが、光退色に伴ってDNAが切断されるため、困難であることが判明した。そこで、対象となるタンパク質を蛍光ラベルし、タンパク質とビーズを同時に観察できる高感度カラービデオカメラを導入し、光ピンセットの移動に伴い動く蛍タンパク質の位置を把握する方法に切り替えた。光ピンセット捕捉から高速AFM観察に至るまでの手順を種々検討できた。金属探針による蛍光増強を利用する超解像蛍光顕微鏡については装置を組み上げ、蛍光像とAFM像の同時取得を試みる段階まで到達した。タンパク質の高速AFM観察については、班員との共同研究のいくつかで順調に進展し、独自に進めているイメージング研究も順調である。高速AFMの高度化技術開発は時間のかかる作業ではあるものの、要素技術開発、装置の組み上げが完了し、試験観察を進めながら問題を把握できる段階まで進展している。本研究の目的は、高速AFMのバイオ応用研究を自ら推進するだけでなく、公募班員と計画班員にも装置を開放して、タンパク質分子が動作する姿を活写する動的構造生命科学を協力して幅広く新規開拓するとともに、装置の高度化を更に進めて、従来技術では観察不可能な分子レベルで起こる現象を観察可能にすることにある。班員との共同研究では、例えば、枯草菌のH+とNa+それぞれの濃度勾配で駆動される二種の鞭毛回転モーターの活動がイオン種に応じて切り替わる仕組みを解明した。また、べん毛成長の段階に応じてタンパク質合成を切り替え、輸送装置がべん毛先端へと輸送されるタンパク質を切り替える仕組みの一端を解明した。
炎症性肺疾患における抗菌ペプチドの病態生理学的意義に関する細胞および個体での検討

マウスβ-defensin-6過剰発現マウスにおいて、骨格筋線維の変性、再生の所見が認められた。当該マウスは、さらに、寿命の短縮、るいそう、骨密度低下、酸化ストレスの亢進など、老化の促進に相当する表現型を示した。抗菌ペプチドによる組織障害を個体レベルで明らかにした初めての研究である。抗菌ペプチドHuman β-defensin-3は、他のdefensinと比較しても、培養細胞に対して、有意に強い細胞傷害性を有した。細胞膜透過性亢進がその主要な原因と考えられ、P2受容体拮抗薬であるPPADSにより阻害された。さらに、この細胞傷害性は、抗腫瘍効果として、個体レベルでも確認された。ディフェンシンは、保存されたシステイン配列をもつ抗菌ペプチドの一群である。これらは、肺や皮膚などの様々な組織で産生されており、また、好中球顆粒中にも多量に存在する。ディフェンシンは、感染防御上の重要なエフェクター因子であるが、同時に、炎症の制御因子としての機能も有し、また、高濃度では、哺乳類細胞に対して細胞毒性を示す。我々は、ディフェンシンの発現異常がもたらす病態生理学的意義を調べるために、CAGプロモーター下でマウスβ-ディフェンシン-6を過剰発現する遺伝子改変マウスを作製した。我々は、2系統の遺伝子改変発現マウスを得た。一方の系統では、著しい低体重、亀背、筋力低下、寿命の短縮が認められた。病理学的には、骨格筋中に変性線維が散在し、筋線維の多くは中心核線維に置換されていた。さらに、骨密度の有意な低下も認められた。もう一方の系統では、ディフェンシンの発現量が比較的少なく、著明な筋力低下は認められなかったが、生後1年の骨格筋には有意に多くの中心核線維が確認された。さらに、いずれの系統の骨格筋においても、多くの筋線維の細胞質内にneural cell adhesion molecule、IκBαの蓄積が観察された。その一部では、活性型カスパーゼ3の存在も確認され、アポトーシスの進行が示された。ディフェンシン過剰発現マウスの表現型は、筋の変性疾患に類似するとともに、寿命の短縮、低体重、骨密度低下など、加齢現象の促進を示唆する所見でもあり興味深い。その機序には、NF-κB系の関与が示唆された。我々の研究成果は、抗菌ペプチドによる組織障害を個体レベルで明らかにした初めての研究である。ディフェンシンが、感染防御に寄与する一方で、その発現制御の異常が、筋、肺を含む全身の炎症性疾患の病態形成や老化促進に寄与する可能性を示唆している。私は、ヒトの代表的な抗菌ペプチドであるディフェンシンが、感染防御に寄与する一方で、その発現量によっては、老化の促進、カヘキシアの発症に寄与することを検討してきた。我々は、マウスβ-ディフェンシンー6をCAGプロモーター下で過剰発現するマウスを作製し解析した。当該マウスは、寿命の短縮、低体重、骨格筋の変性の所見を呈した。筋線維の膜透過性が亢進し、血清クレアチンキナーゼは上昇しており、筋ジストロフィー症に類似する所見であった。これらの筋変性には、NF-kB系の関与が示唆された。同時に、このディフェンシン過剰発現マウスの表現型は、老化促進モデルにも類似した所見であった。当該マウスの脂肪量は明らかに少なく、著しいるいそうとともに死に至るようであった。また、骨密度も有意に低値であった。さらに、老化との関連の深い酸化ストレスのマーカーとして尿中8-OHdGを測定したところ、尿中8-OHdG/クレアチニン比の有意な上昇も認められた。しかし、当該マウスの肺については、気腔の拡大などの形態上の有意な変化は確認されなかった。一方、これらの表現型から示唆されるβ-ディフェンシンの細胞傷害性につて、肺腺癌由来のA549細胞を用いて検討した。ヒトβ-ディフェンシンー3は、投与後30分の短時間に、濃度依存性の細胞膜傷害を惹起した。FITCによりラベルしたβ-ディフェンシンの動態を観察すると、細胞膜傷害の後、ディフェンシンは細胞内、核内に移行する所見が得られた。より長時間の刺激の後には、DNAの損傷も惹起された。他のヒトβ-ディフェンシンやHNP-1と比べて、ヒトβ-ディフェンシンー3およびそのマウスホモローグの細胞傷害性は顕著に強く、なんらかの特異的機能の存在も示唆するものであった。興味深いことに、この細胞傷害性は、P2受容体の拮抗薬であるスラミンやPPADSによりほぼ完全に阻害された。

私は、ヒトの代表的な抗菌ペプチドであるディフェンシンが、感染防御に寄与する一方で、その発現量によっては、老化の促進、炎症性肺疾患の発症に寄与することを検討してきた。既に、我々は、全身にディフェンシンを過剰発現するマウスを作製、解析し、その筋萎縮について報告した。また、当該マウスでの尿中8-OHdGの増加や、骨密度の低下も確認された。このように、ディフェンシン過剰発現マウスが、老化モデルマウスとしての特徴を備えていた。肺の生理的老化である老人肺と、たばこなどの外的因子により惹起される肺気腫は、肺胞壁の破壊の有無などにおいて、異なった病理像を呈するが、一方で、肺の老化が、肺気腫の発症に関与することも指摘されている。我々は、老化モデルマウスのひとつである、klotho欠損マウスの肺の病理像、機能を解析し、さらに、経気道的に投与したエラスターゼに対する感受性を検討したところ、klotho欠損マウスの肺は、炎症や肺胞壁破壊の乏しい老人肺に相当し、同時に、klotho蛋白の減少したヘテロ接合体マウスのエラスターゼに対する感受性が亢進していることを観察した。同様に、ディフェンシン過剰発現マウスでは、野生型同腹仔では肺胞壁の破壊を惹起しない少量のエラスターゼにおいて、気腫肺の惹起される傾向を見出している。一方、私は、defensinのなかでも、humn β-defensin-3が、培養細胞に対して強い細胞傷害性を示すことを確認してきた。このような細胞傷害性は、生理的濃度と予想される低濃度でも認められた。腫瘍細胞へのこのような作用は、一方で、抗腫瘍効果としての意義も有すると予想される。個体レベルでも、マウス背部皮下に接種した腫瘍塊にたいし、human β-defensin-3マウスホモログの合成ペプチドを皮下投与すると、腫瘍塊の増大を有意に抑制した。
指細小動脈スティフネスと内皮機能を総合的に査定する指細小動脈拡張能検査の開発

動脈硬化の早期診断に役立ち病院臨床と健康増進に広く応用できる,無侵襲で簡便な新しい血管内皮機能検査と細小動脈硬度検査として,2種類の指細小血管拡張能検査(ADA両手法と片手法)を開発し国内外の特許を登録するとともに,健常者の慢性ストレス評価と臨床診断への応用データを収集した。その結果,指先端部の全周囲を低圧で圧迫するプローブを採用したADA両手法と片手法検査と医学標準検査(Endo-PAT)との極めて高い一致性と互換性を確かめた。また,健常青年の慢性的ストレス,および,糖尿病,高血圧における動脈健康の評価に有用なことが示唆された。本研究では新規に考案した指細小血管拡張能検査(ADA法)の妥当性と臨床的有用性を検証する。H27年度にはADA法のプロトコルを確定するため,ADA法の必須の新しい内皮機能検査としてRH-FCR連続法を開発した。その妥当性と有用性を健常青年と動脈硬化性疾患患者において検証し,その結果を実施例として同法の特許出願を完了した。【研究1】健常青年群(n=44)と糖尿病・高血圧群(n=27)においてエンドパット法(RH-PAT)とRH-FCR連続法を同時測定した。RH-PATは左右第2指で測定しフラミンガムRHI比(FRHI)を求めた。FCR連続法では繰返し使用可能なカフ部を備えた試作機を用い左右第3指で測定した。RH-FCR連続法では,検査指標として距離指数(DI),規準化脈波指数(NPVI),単純距離指数(SI)が得られる。再還流90-120s区間においてFRHIとNPVIの高い一致(健常群r=.80,患者群r=.75)を認めた。再還流90-150s区間について,RH-PATでは有意な群間差を認めなかったが,RH-FCR連続法では糖尿病・高血圧群の有意な減少を認めた(DI -33%,NPVI -51%,SI -54%)。【研究2】研究1の糖尿病・高血圧群と,同年代で循環器系疾患のない泌尿器科前立腺がん患者(n=14)を比較した。前者は後者に比べて,DI(-53%),NPVI(-58%), SI(-47%)はいずれも有意に低値であった。【研究3】RH-FCR両手連続法を片手連続法へ拡張するため,その基礎研究として片手第2指基節部での駆血の影響が,隣接の第3指と第4指に波及する可能性がないことを確認した。片手連続法とエンドパット法の比較は来年度以降に予定する。ADA法の必須要素であるRH-FCR法(指動脈コンプライアンスを標的としたFCR原法)において片手法を併用するFCR片手法を開発することが当初計画であったが,より精度に優れる検査法としてRH-FCR連続法を考案し特許出願に至った。その結果,ADA法は原法と連続法の2種類を,検査を両手で実施するか片手で実施するかによって,4種類の検査法が開発された(FCR両手原法,FCR片手原法,FCR両手連続法,およびFCR片手連続法)。その研究過程で,FCR両手連続法の妥当化のための資料収集,および,その検査プログラムの開発のために期間を要したため,当初の計画に遅れが生じた。しかし,今後に向けて,FCR片手連続法による基礎研究とFCR両手連続法による臨床研究に焦点化する方向性が定まった。H28年度には前年度に考案したADA片手連続法について,その妥当性と有用性を健常青年と動脈硬化性疾患患者において検証し,同法の国際特許PCT出願を完了した。【研究1】ADA法を両手で行う両手法と既存のエンドパット検査の一致性を,糖尿病患者で分析した結果,極めて高い一致を認めた(r=.97, n=12)。【研究2】健常青年を被検者とし,ADA法を片手で行う片手法とエンドパット検査との同時測定による妥当性検証を3つの実験(n=15, 27,22)で行った。実験1では,腕駆血と指基節部駆血の駆血前後の血管拡張に極めて高い一致を認めた(再還流後経過時間によりr=.8897)。実験2では,2指駆血両手法に対して1指又は5指対照の片手法の一致性は極めて高かった(それぞれr=.91, 95)。実験3では,1指を対照とする2指駆血片手法と両手5指のエンドパット検査を同時に行い,独立した4か所の値から相関を算出した結果,高い一致性を認めた(r=.88)。【研究3】ADA法における標準の検査指標NPVI以外の新しい評価指標のBVI,DI,SIも含めて,その臨床的有用性を確認するため,糖尿病患者(n=14)と動脈硬化のない対照としての前立腺がん患者(n=19)を比較した結果,BVIとDIにおいて有意性を認めた。片手法検査の指駆血は痛みのないため,痛みに関連する交感神経緊張の影響を排除できる点が原理的な利点であり,以上の基礎・臨床研究成果により,その臨床的有用性が確認できた。【研究4】ADA検査(腕駆血両手法)と健常女子青年(n=40,19.7±1.7才)の慢性ストレス関連心理社会要因および生活習慣要因の相関関係を調べた結果,特に怒り感情に関連する心理特性との有意な相関関係を認めた。

ADA法の必須要素であるRH-FCR法(指動脈コンプライアンスを標的としたFCR原法)において片手法を併用するFCR片手法を開発することが当初計画であったが,より精度に優れる検査法としてRH-ADA連続法を考案し,国内および国際特許出願に至った。その研究過程で,ADA両手および片手連続法の妥当化のための基礎資料収集,および,その検査プログラムの改良のために期間を要したため,当初の計画に遅れが生じた。しかし,今後に向けて,ADA片手連続法による基礎研究と臨床研究に焦点化する方向性が定まった。本研究では新規に考案した指細小血管拡張能検査(ADA法)の妥当性と有用性を検証する。過年度に考案したADA両手連続法とADA片手連続法について、H29年度には指部全周圧迫可能な改良カフ部を新たに導入し、基準となる既存のエンドパット検査に対してADA検査の互換性、妥当性、有用性を健常青年において再検証した。【研究1:互換性の実証】トノメトリー法を応用するエンドパット検査と光電容積脈波によるADA法の内皮機能検査としての互換性を、健常青年17名の標準検査(腕駆血)において分析した結果、極めて高い相関(r=.987、n=17)を認め、検査間の一致性(差のパーセント誤差=24%)は検査指間一致性(差のパーセント誤差=38%)に比較して、一致性がより高いことから互換性が実証された。【研究2:指駆血ADA法の併存的妥当性】実験1では健常青年9名を被検者とし、腕駆血と指駆血を左右同指で比較した結果、充血反応の極めて高い相関(r=.983)を認め、指を駆血し、駆血指末節を検査部位、反対側の同指末節を対照部位とする指駆血ADA両手法が新しい内皮機能検査として確立した。続く実験2では、同法をADA片手法に発展させるために片手法における対照指を健常青年12名で検討した。腕駆血を指駆血に替え左右2指で行うエンドパット検査を基準とし、駆血指と同側の対照指を3・4・5指で行う片手法を比較した結果、対照3指と4指の基準法との相関は極めて高かった(それぞれr=.950、984)。その結果、駆血2指と組み合わせて対照に3または4指を用いる指駆血ADA片手法が確立した。【研究3:慢性ストレス評価法としての妥当性】ADA検査(腕駆血両手法)と健常男女青年(n=71)の慢性ストレス関連心理社会要因の相関関係を調べた結果、怒り感情の内心での表出特性との有意な相関関係を認め、例数追加して過年度の結果が再現された。動脈硬化の早期診断に役立ち病院臨床と健康増進に広く応用できる,無侵襲で簡便な新しい血管内皮機能検査と細小動脈硬度検査として,2種類の指細小血管拡張能検査(ADA両手法と片手法)を開発し国内外の特許を登録するとともに,健常者の慢性ストレス評価と臨床診断への応用データを収集した。その結果,指先端部の全周囲を低圧で圧迫するプローブを採用したADA両手法と片手法検査と医学標準検査(Endo-PAT)との極めて高い一致性と互換性を確かめた。また,健常青年の慢性的ストレス,および,糖尿病,高血圧における動脈健康の評価に有用なことが示唆された。以下のサブテーマは,FCR片手原法により進める計画であったが,FCR両手連続法とFCR片手連続法に代えて2年間で実施する。1.サブテーマ1(基礎): FCR両手および片手連続法の信頼性・妥当性(札幌医科大学,田中・加藤および北海道大学循環器内科,古本)健常青年50名を対象にエンドパット法との同時測定により一致度を評価する。また,対象者の一部16名を選抜し,異なる日に複数回検査しその変動係数によって信頼性を評価する。さらに,慢性ストレスの質問紙調査を実施し,FCR片手および両手連続法との相関性を調べる。
老人骨折の病態と発生機序に関する研究

本研究の成果は以下の如く3項目に分けられる。1)非侵襲的骨量計測DXA法によるAP方向とLAT方向の脊椎骨塩量測定の研究成果は“二重X線エネルギー吸収法による側面方向からの腰椎骨量測定"と題して日本整形外科学会雑誌,67巻に発表した、実に、海綿骨が90%を占める踵骨骨塩量測定の研究成果は“単一エネルギーX線吸収法による踵骨の骨量動態に関する研究"として日本整形外科学会雑誌,68巻に発表し、脊椎圧迫骨折の骨折閾値は踵骨で313mg/cm^2で、最大骨量の約70%であった。2)腸骨バイオプシー標本の電子顕微鏡的観察腸骨海綿骨骨梁表面の骨リモデリング部位の3次元微細構造を観察し各リモデリング相の形態学的特徴を明らかにし、解剖学雑誌(Acta Anatomica Nippnica)68巻に英文で発表した。3)大腿骨頚部と生検腸骨の骨形態計測の比較人工関節手術時に大腿骨頚部と腸骨から骨標本を採取し、骨形態計測を行ない,頚部皮質骨、皮質骨内膜面、海綿骨域の骨粗鬆化,骨の質的低下について明らかにし、“大腿骨頚部内側骨折患者の骨組織形態計測"として、日本整形外科学会雑誌、69巻きに発表した。本年度の研究は以下の3つの研究内容から構成される。1)非侵襲的骨量計測健常女性と骨粗鬆症患者を対象としてDEXA法により脊椎骨塩量をAP方向とLAT方向の2方向から測定し比較検討した。その結果、LAT方向でもAP方向と同様骨塩量測定の再現性は約2%と良好で、しかもLAT方向から測定された骨塩量の方がAP方向のそれより、より敏感に加齢的骨量推移を反映することを明らかにし、更に、骨粗鬆症患者をより正確に識別できることを見出した。2)海綿骨の走査電子顕微鏡的観察閉経から高齢に至る女性の腸骨からバイオプシ-標本採取し、走査電子顕微鏡により骨梁の表面観察を行った。その結果、閉経後では骨梁表面には多数の骨吸収窩とともに軽度の骨梁幅の減少を認めた。一方、高齢者では骨梁表面には骨吸収窩は少なく比較的平滑であっても、骨梁幅の著明な狭小化や骨梁の途絶が認められた。3)大腿骨頚部骨折患者の腸骨形態計測大腿骨頚部骨折患者90例の腸骨形態計測の結果、内側骨折では海綿骨量の減少は比較的少なく、皮質骨量の減少が認められた。一方、外側骨折では海綿骨量、皮質骨量とも減少が著明であった。両骨折とも皮質骨内膜面での骨吸収の亢進が認められた。本年度の研究業績は以下のごとくである。1)非侵襲的骨量計測昨年度に行ったDEXA法によるAP方向とLAT方向の脊椎骨骨塩量測定の研究成果は“Dual-Energy X-ray Absorptiometryによる側面方向からの腰椎骨量測定"として日本整形外科学会雑誌67巻に発表した。本年度はオステオアナライザーシステムにより踵骨の加齢的骨量推移を行い、90%は海綿骨で構成されている踵骨の加齢的骨量推移を検討したところ、最大骨量は脊椎や橈骨と違って20歳代にあることが明らかとなった。2)腸骨バイオプシー標本の走査電子顕微鏡的観察骨の改変の場であるリモデリング部位の3次元微細構造と高倍率で観察することにより、吸収相、逆転相、形成相、休止相のそれぞれの形態学的特徴を明らかとし、骨粗鬆症における骨量減少機序の一端を明らかにした。3)大腿骨頸部骨折と腸骨形態計測本年度は腸骨形態計測値と橈骨、腰椎、大腿骨近位部骨塩量との比較を行った。その結果、腸骨全骨量は橈骨、腰椎、大腿骨近位部の骨塩量と有意な相関を認め、腸骨皮質骨量も腰椎、大腿骨近位部骨塩量と有意な相関を認めた。したがって、生検腸骨の骨形態計測において組織学的全骨量は身体各部位の骨塩量を良く反映していることが明らかとなった。

骨粗鬆症と関連の深い大腿骨頸部骨折の発生頻度を年齢層別に検討すると、頸部外側骨折は70歳代から急激にその頻度が高くなり指函数的に骨折患者が増加するのに対し、頸部内側骨折は加齢とともに著明に増加しないところから、骨折型により病態に違いのあることが示唆された。そこで、手術時に採取した生検腸骨ならびに大腿骨頸部(内側骨折のみ)の硬組織標本の組織形態計測を行った。その結果、(1)外側骨折である転子間骨折、転子貫通骨折では腸骨海綿骨量ならびに皮質骨量が著明に減少しており、骨粗鬆病と深く関連していた。一方、(2)内側骨折である骨頭下骨折、中間部骨折では海綿骨量の減少は認められず、皮質骨量の減少が著明であった。更に、内側骨折の手術時に直接採取した頸部横断標本では頸部前後外側の皮質骨の菲薄化が著明であった。
超伝導磁束量子系をモデルに用いた界面摩擦現象における非平衡ゆらぎの役割の解明

(1)直流バイアス電流を流せるような構造のNbを用いたストリップ線共振器を設計・作製した。8.3GHz,3.7GHzの二つの周波数で動作するものを作製した。(2)磁場を印加し,直流駆動電流を流し,上記共振器の共振特性(Q値および中心周波数f0)を電流,磁場,温度の関数として測定した。これは初めての試みである。(3)共振周波数の変化は駆動電流の2乗に比例し,超伝導秩序パラメーターの対破壊効果として理解できる。(4)インピーダンスの実部(抵抗:1/Qの変化に比例)は,臨界電流の前後から,駆動電流の関数として増加し,またこの増加は,上記2種類の周波数においては,8.3GHzのほうが顕著であることが分かった。(5)定量的な解釈には,モデルの構築が必要であるが,駆動された超伝導体磁束格子の受ける動的ピン止め力についての基本的データが得られた意義は大きい。今後,さらに周波数点を増やし,動的ピン止め力,さらには,界面の動摩擦力の微視的理解を目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。(1)超伝導体磁束量子格子の交流伝導度,それを駆動したときの交流伝導度が測定できるように,駆動電流導入端子付きストリップ線共振器の設計を行い,電磁界解析シュミレーターで解析を行いながら,特性が最適化されるように形状・寸法を決めた。(2)超伝導体であるニオブを材料として選択し,(1)で設計した共振器を実際に作製した。ニオブ薄膜は蒸着により作製し,パターンニングはウェットエッチングの方法で行った。(3)作製した共振器の特性をネットワークアナライザーで測定し,共振周波数8GHz,Q値3000(超伝導状態)を確認した。(4)磁場を印加せずに,共振器に直流電流を流し,共振特性の変化を測定した。共振周波数の変化が駆動電流の2乗に比例する様子が観測された。この振る舞い自体は過去にも観測されているもので,秩序パラメーターが電流印加による対破壊により小さくなるという考え方で,定量的にもよく理解できる。(5)磁場を印加して,共振特性が電流によりどのように変化するかを調べた。反磁場の効果を考慮すると,丁度下部臨界磁場以上で磁束量子が試料内に侵入することによる共振特性の大きな変化をとらえることができた。今年の成果はここまでで,次年度は,この磁束が侵入した状態の共振特性の変化を詳細に調べ,また高次モードの利用,もしくは別のサイズ・形状の共振器も作製する等して,周波数依存性の測定もできるようにし,磁束量子の交流伝導度,あるは,その駆動電流による変化などを議論する予定である。これまで全く行ったことのなかった,超伝導体試料のマイクロ波共振特性の駆動電流による変化をとらえられる装置を設計・作製し,実際に共振特性の電流依存性をいくつかの磁場に対して測定することができるようになったが,磁場や周波数,駆動電流の関数として詳細に測定することはまだできていない。当初計画だと,ここまで一通りの測定を行うことが初年度のタスクであったので,進捗状況は,当初計画よりやや遅れている。理由は,初動段階で駆動電流導入端子を装着したストリップ線共振器のQ値が思うように上がらなかったからである。(現在は解決済み)(1)直流バイアス電流を流せるような構造のNbを用いたストリップ線共振器を設計・作製した。次年度は最終年度であるので,今年引いたレールに従って,共振特性の詳細な磁場・電流・温度依存性を測定し,さらにはディスオーダーの量を変化させた試料も用意し,同様の測定を行い,当初目的を(少なくとも実験データを取るところまでは)達成したい。
iPS細胞由来の樹状細胞を応用した歯周病ワクチンの効能

マウスiPS細胞から樹状細胞(DCs)を千住らの方法(Stem cells. 27 : 1021, 2009)で作成した。iPS由来DCsが抗原提示細胞の機能を有するか調べるために、OT-IIマウスからナイーブCD4^+ T細胞をFACSAria^<TM>で精製した。iPS由来DCsをOVA存在下で24時間培養後、培地を交換し、OVA特異的なCD4^+ T細胞と共に3日間培養した。細胞増殖はCell countingKit-8(同仁堂)を用いて確認した。OVA存在下で培養したiPS細胞はコントロール(OVA非添加)群と比較して細胞増殖能を有した。またiPS-DCsの抗原特異的な抗体産生能を調べたところ、膣洗浄液、唾液などでIgA抗体の産生を認めた。これらの結果からiPS-DCsは効果的な粘膜ワクチンとなる可能性がある。本年度はiPS細胞を応用した歯周病ワクチンを開発するにあたって、当研究室での樹状細胞の誘導とその確認方法を確立した。すなわち骨髄細胞からGM-CSF及びIL-4を用いて樹状細胞を誘導、確認した。またTNF-α及び抗CD40抗体の添加により成熟樹状細胞を誘導した。現在、マウス歯肉細胞由来iPS細胞をOP9細胞と共培養することによる樹状細胞の誘導を行っている。日本成人の80%近くが罹患している歯周病に対して有効な免疫療法を行うには、歯周病原性細菌に対して免疫応答を適切に賦活化する必要がある。代表的な歯周病原性細菌であるP.gingivalisの線毛を抗原とし、Flt3 ligand cDNA及びCpG ODNを粘膜アジュバントとして用いたところ抗原特異的抗体反応を誘導できた。インフルエンザ抗原を用いたところ同様の強い抗原特異的抗体反応が誘導された。これらのことは、樹状細胞をターゲットにした粘膜ワクチンが様々な疾患への応用しうることを示すものである。NALTにおける免疫老化の特性評価を行った。免疫組織化学分析により、若齢マウス(6-8週齢)と比較して老化マウス(>2年齢)は樹状細胞の数が減少していることが分かった。またFACSによっても確認することが出来た。しかしながら抗原提示能は同等であった。NALTはIgAの誘導組織として知られているのでIgAクラススイッチを調べた。AID特異的mRNAの発現のレベルは低下したものの、Iμ-Cα特異的mRNAのレベルは同等であった。これらのことは適切なNALT樹状細胞をターゲットにしたアジュバントは免疫老化に対して抗原特異的なIgA抗体応答を補償する可能性が示唆された。本年度はiPs細胞から誘導した樹状細胞の免疫的機能を評価した。c57BL16歯肉線維が細胞由来のiPs細胞(Egusa et al., Pros One 2010)に対してOP9システムを用いることで樹状細胞に分化させた(Senju et al, 2004)。これら樹状細胞をOVA存在下で8時間培養後、OVAを除去しOT-IICD4^+T細胞と培養したところ増殖能を示したことから、抗原提示能を有することが示唆された。また樹状細胞をOVA存在下で8時間培養したものを細胞ワクチンとして3回腹腔内に投与したものは、コントロール群と比較して血清中に抗原特異的な抗体を誘導することが確認できた。しかしながらその抗体価は代表的なアジュバントCTが誘導するものと比較すると弱いものであった。樹状細胞によるT細胞応答は「サブクラスの存在」と「成熟化の違い」があげられるが、現在これらを考慮したTh-1&Th-2のバランスがよい樹状細胞ワクチンのシステムを考慮している。成熟樹状細胞によるCD4+T細胞分化の運命決定において、Notchリガンドファミリーが重要な役割を果たすことが知られている。Flt3hgand発現アデノウイルス(Ad・FL)とOVA抗原を経鼻免疫したマウスから分離した樹状細胞とOTIICD4+T細胞をDAPT存在下(もしくは非存在下)にてOVAで刺激したところ、IFN-YおよびIL-4産生CD4^+T細胞、DAPT存在下群において、コントロール群と比較して著しい減少がみられた(Fukuyama et al., Biochem Biopys Res Commun 2012)。このことはNotch-Notch-LpathwayがTh1-&Th-2サイトカイン産生に必要であることが示された。
統合失調症発症の脳病態解明と発症予測因子の同定

23人の精神病ハイリスク群、18人の初発精神病群、16人の健常対照群に対して、言語流暢性課題中の局所脳活動をNIRSで、局所脳体積をMRIで測定した。ハイリスク群と初発精神病群で、左側三角部の脳活動低下を認め、かつ初発精神病群では脳活動低下と体積減少に有意な相関を認めた。同部位が統合失調症などの精神病発症の病態解明に置いて重要な部位であると考えられる。引き続き脳画像検査および神経心理検査を行いデータは蓄積中である。一方で、データ解析の環境設定は東大病院の臨床研究棟の建築計画の遅れにより、その整備が2015年冬から2016年夏にずれ込んでいる。今回我々は、精神病を顕在発症していないARMS 34名およびFEP 29名に対して、追跡開始時の神経心理学的検査から得られた認知機能と、追跡開始一年後の臨床症状(mGAF)の相関を検討した。その結果、ARMS群では追跡開始時の注意機能・情報処理速度が追跡開始一年後のmGAFと相関を示し、またFEP群では追跡開始時の実行機能が追跡開始後一年間のmGAFと相関した。以上の結果より、精神病発症周辺期の患者では統合失調症認知機能簡易評価尺度から得られる注意機能・情報処理速度・実行機能が、治療開始後の全般的な社会機能や症状などの予測因子、すなわち予後を予測するためのバイオマーカーとなる可能性が示された。特に統合失調症認知機能簡易評価尺度は、短時間で実行可能な簡易な統合失調症認知機能検査であり日常の臨床場面での利用が容易であるため、精神科の実臨床での応用が期待される。ARMS群のうちFirst Episode Psychosis(FEP)を顕在発症したものは11%にとどまっているため、ARMSから顕在発症した群とそうでない群とを当初の予定にあったように比較検討するには例数が不足しているが、一方で既にFEP群36名も同様にリクルートしており、ARMS群とFEP群の比較は行えている。高頻度の標準刺激と低頻度の逸脱刺激に対する事象関連電位の差分から算出される聴覚mismatchnegativityは、聴覚の自動的な注意過程や感覚記憶機能を反映すると考えられるがその産生にはNMDAグルタミン酸受容体が関与している。統合失調症においてはMMNの振幅低下が繰り返し報告されており、統合失調症の有用なバイオマーカーの一つである。我々は19人の初発統合失調症群、21人の精神病ハイリスク群、16人の健常群を対象に、MMNの振幅と潜時および血漿中のグルタミン酸濃度を測定した。持続時間変化によるMMNの振幅は統合失調症群およびハイリスク群で健常群と比較して低下していた。また統合失調症群で健常群と比較してグルタミン酸濃度が上昇しており、グルタミン酸濃度が高いほど持続時間変化によるMMNの振幅が低下していた。これらの結果から、聴覚MMNが初発統合失調症のグルタミン酸機能を反映する有用な生物学的指標であることが示唆された。本研究の結果をScientific Report誌にて発表した。また、持続時間変化によるMMNと周波数変化によるMMNを、14人の初発統合失調症群、16人の精神病ハイリスク群、16人の健常群を対象に、一年間の間をおいて測定した。その結果持続時間変化によるMMNは初発統合失調症群、ハイリスク群の両方で初期から健常群より低下していたが、周波数変化によるMMNは低下が見られなかった。この結果は、持続時間変化によるMMNが統合失調症のリスクを示す生物学的指標であることを示唆している。本研究の結果をSchizophrenia Research誌にて発表した。引き続き脳画像検査および神経心理検査を行いデータを蓄積していく。また2016年夏までにはデータ解析の新たな環境設定が可能となる見込みであり、複数の臨床指標を基にした解析と研究発表を行う予定である。引き続き東京大学医学部附属病院精神神経科にて精神病ハイリスク患者(ARMS)および初発統合失調症患者(FEP)を対象とした専門外来を通じて、新規研究参加者のリクルートと追跡調査を行う。統合失調症の脳画像研究東京大学医学部附属病院の臨床研究棟が2015年中に竣工し、現在の研究室より移転した後に脳画像解析用のパソコンを購入して解析開始予定であった。しかし、東京オリンピックおよび東日本大震災の被災地復興のために建築費の高騰などの事情により竣工と移転が2016年夏頃にずれ込んだため、当初購入予定であったパソコンは2016年度に購入する予定となった。東京大学医学部附属病院臨床研究棟の竣工後に、以前の研究室より移転してから納画像解析用のパソコンを購入して解析開始予定としていた。しかし東日本大震災の被災地復興および東京オリンピックの準備のために建築費の高騰や人手不足により竣工と移転が2016年夏まで遅れた。その結果として、パソコンの購入と解析開始が2016年度の半ばまで遅れた。2016年夏前(5ー7月)には新しい研究室に移転予定のため、そこで脳画像解析用のパソコンを購入して解析を再開する予定である。2016年度後半には解析開始しており、すでに一部は論文投稿に至っている。2017年度中にデータの追加蓄積と解析・論文化・学会発表を行う予定である。
高強度ビームトラッキング用シリコン検出器の開発

本年度は昨年度完成させたシリコンストリップ検出器の設計をもとに、試作品の製作を行い、それをテストした。試作品は3台制作し、そのテストは東北大学光電子理学研究センターにおいて行なった。テスト実験においては、実際に高強度ビームを照射しながら、検出効率を測定した。ビーム強度を変化させながら行った測定では、ビーム強度が上がるにしたがって、検出器のノイズの増加やパイルアップなどによる多少の性能劣化は観察されたが、100Mcpsという超高強度においても検出効率95%以上が出ていることを確認できた。これは当初目標として挙げたビーム強度の10倍であり、高強度ビーム下でのトラッキングに使える検出器を製作するという目標を達成出来た。時間分解能については、4ns(rms)が得られた。また、放射線耐性、位置分解能その他についても狙い通りの結果が得られた。さらに試作品の結果をもとに、改良を加えて実機の製作も行った。試作品において唯一問題となったのが、読み出しIC(APV25)の発熱対策で、ICの温度が動作中には50度に達しており、長期間の動作に多少の不安があったため、放熱を良くする改良を加えた。読み出しについては、1イベントの処理に15ミリ秒もの時間がかかり、1秒間に60イベント程度しかデータを取得できないことが判明した。J-PARCでは、他のシステムの処理時間は300400マイクロ秒程度であり、この点を改良する必要がある。時間がかかる原因は判明しており、ゼロサプレッションをすれば解決できる見通しが得られているが、その実装は今後の課題である。本年度はシリコンストリップ検出器の設計を行った。Atlas実験の開発したセンサーとCMS実験が開発したAPV25チップを組み合わせることで、放射線耐性、レート耐性、時間分解能、位置分解能の全てにおいて所期の目的を達成できる見通しがついた。すなわち、位置分解能23μm程度(ワイアチェンバーを用いた場合の10倍程度)、時間分解能5ns以下(10Mcpsの環境におけるアクシデンタルヒット率5%以下)の性能を10Mcpsのビーム強度において保つことができ、なおかつこの状況下で3年ビームを当て続けても検出器が動作し続けるであろうという見通しが得られた。原理的には100Mcpsまで対応できるものと考えている(ただしその場合、放射線ダメージによって、数か月程度でセンサーが壊れる可能性がある)。この見通しのもと、検出器のデザインを進め、試作品の設計を完成させた。また、必要な部品を全て入手することにも成功した。現在試作品の製作を進めている。さらに、これらの読み出し回路についても設計を行い、VMEベースの読み出しシステムの製作を行った。現在は1イベントずつの読み出しを行っているが、将来的にはゼロサプレッションを行って、数千イベントをまとめて読みだすシステムにするべく開発を続けている。また、J-PARCにおける実験において実際に使うためには、読み出しシステムを全体のDAQに対応させる必要もあり、その開発も並行して行っている。