hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
心筋ミオシン軽鎖キナーゼのアクチン結合を少した新しい収縮抑制様式の検討

平滑筋ではミオシン軽鎖キナーゼ(MLCK)が収縮制御の主役をなし、これによりミオシンがリン酸化され、アクチン・ミオシン相互作用が開始されるとされている。私どもは、このMLCKにはアクチン結合性があり、ミオシンリン酸化とは独立に相互作用を抑制するという作用を検出した。そしてこれがCa^<2+>存在下のカルモジュリンにより解除されることを発表した。この抑制作用は強力で、類似の機能をもつ平滑筋カルデスモンの100倍近くなる。一方、トロポニン-トロポミオシン系はCa^<2+>が存在しない時にはアクチン・ミオシン相互作用に抑制をかけ、Ca^<2+>によりトロポニン経由で抑制が解除される。上のような結果から、カルモジュリン(CaM)-MLCK系がトロポニン-トロポミオシン系に対するCa^<2+>の作用と酷似するため、カルモジュリン-MLCK系が心筋でも収縮抑制の一端を担っているのではないかという着想にいたった。平成6年度の本重点研究ではこの着想を骨格筋にて照明する事ができた。さらに、心筋よりアクチン結合性のMLCK isoformを精製することができ、この着想に自信がもてるようになった。心筋にはミオシン軽鎖キナーゼ(MLCK)が存在する事は知られているが、私どもは(i)これを平滑筋の経験を生かして精製することができた。次に、(ii)心筋ミオシンを用いてのin vitro motility assayによるMLCKのアクチン-ミオシン相互作用の抑制効果と(iii) Ca^<2+>存在下のカルモジュリン(CaM)を調べ、CaM-MLCK系がこの抑制を解除することを明らかにした。これにより着想の基本は達成されたと思う。今後、心筋MLCKをAキナーゼでリン酸化し、その結果をしらべる。これによりCaM-MLCK系とβ作用薬による強心作用との関係に検討を加えたい。
放射線抵抗性癌細胞の感受性を決定する放射線生物学的諸因子に関する研究

平成67年度までに、メラノーマ細胞における放射線抵抗性の機構を解明するため、ヒトおよびマウスのメラノーマ細胞の放射線感受性を検討し、以下の点を明らかにした。第一に、メラノーマ細胞の生存率曲線は低線量領域の肩部分が大きく、分割照射療法で用いられる線量に強い抵抗性を示した。第二に、メラノーマ細胞では放射線照射後に顕著なPLD回復が生じた。第三に、細胞周期では放射線抵抗性のS期細胞が相対的に多かった。第四に、L-dopaの前処置後に照射すると、sublethal damageに対するcapacityが有意に減少した。このような実験結果に基づいて、現在では悪性メラノーマの放射線抵抗性の機序を、細胞勤態、メラニン産生、GSH代謝およびDNA修復という観点から引き続き検討している。メラニン形成性メラノーマ細胞における放射線感受性の特徴は生存率曲線における低線量領域の肩部分が大きく分割線量(2Gy前後)に対して強い抵抗性を示すことであり、PLD回復を種々の条件下で検討した実験では顕著なPLD回復の発生が認められた。現在、同調培養法を用いて放射線感受性の細胞周期内変勤と細胞周期各期細胞の生存率曲線を検討している。また、メラノーマ細胞のGSHレベルおよびGSH関連酵素活性を測定し、メラノーマ細胞におけるGSH代謝と放射線感受性との関係を検討している。更に、放射線照射後の不定期DNA合成(UDS)を検討し、DNA修復と放射線感受性との関係を追求中である。このように平成67年度に計画した研究は順調に進行中であり、これらの諸因子を解明することによって悪性メラノーマに代表される放射線抵抗性癌の集学的治療に対して重要な示唆が得られるものと期待される。平成6年度までに、メラノーマ細胞における放射線抵抗性の機構を解明するため、ヒトおよびマウスのメラノーマ細胞の放射線感受性を検討し、以下の点を明らかにした。このような実験結果に基づいて、現在では悪性メラノーマの放射線抵抗性の機序を細胞動態、メラニン産生、GSH代謝およびDNA修復という観点から検討している。メラニン形成性メラノーマ細胞における放射線感受性の特徴は生存率曲線における低線量領域の肩部分が大きく、分割線量(2 Gy前後)に対して強い抵抗性を示すことであり、PLD回復を種々の条件下で検討した実験では顕著なPLD回復の発生が認められた。現在、同調培養法を用いて放射線感受性の細胞周期内変動と細胞周期各期細胞の生存率曲線を検討している。また、メラノーマ細胞のGSHレベルおよびGSH関連酵素活性を測定し、メラノーマ細胞におけるGSH代謝と放射線感受性との関係を追求している。このように平成6年度に計画した研究は順調に進行中であり、これらの諸因子を解明することによって悪性メラノーマに代表される放射線抵抗性癌の集学的治療に対して重要な示唆が得られるものと期待される。平成7年度までに、メラノーマ細胞における放射線抵抗性の機構を解明するため、ヒトおよびマウスのメラノーマ細胞の放射線感受性を検討し、以下の点を明らかにした。

第三に、細胞周期では放射線抵抗性のS期細胞が相対的に多かった。第四に、L-dopaの前処置後に照射すると、sublethal damageに対するcapacityが有意に減少した。このような実験結果に基づいて、現在では悪性メラノーマの放射線抵抗性の機序を、細胞勤態、メラニン産生、GSH代謝およびDNA修復という観点から引き続き検討している。メラニン形成性メラノーマ細胞における放射線感受性の特徴は生存率曲線における低線量領域の肩部分が大きく、分割線量(2Gy前後)に対して強い抵抗性を示すことであり、PLD回復を種々の条件下で検討した実験では顕著なPLD回復の発生が認められた。現在、同調培養法を用いて放射線感受性の細胞周期内変勤と細胞周期各期細胞の生存率曲線を検討している。また、メラノーマ細胞のGSHレベルおよびGSH関連酵素活性を測定し、メラノーマ細胞におけるGSH代謝と放射線感受性との関係を検討している。更に、放射線照射後の不定期DNA合成(UDS)を検討し、DNA修復と放射線感受性との関係を追求中である。このように平成7年度に計画した研究は順調に進行中であり、これらの諸因子を解明することによって悪性メラノーマに代表される放射線抵抗性癌の集学的治療に対して重要な示唆が得られるものと期待される。
精子幹細胞のゲノム安定性におけるポリ(ADP-リボシル)化反応の役割

精子幹細胞の長期培養系は、Germlinestemcells(GS細胞)と呼ばれている。GS細胞は2年間培養し続けても、増殖速度、形態、核型、DNAメチル化パターン、精子形成能が維持された安定な細胞である。本研究では、GS細胞におけるポリ(ADP-リボシル)化反応の役割を解析した。ポリ(ADP-リボシル)化反応を阻害したGS細胞は、DNAメチル基転移酵素の発現低下がみられ、細胞死が誘導された。この結果から、GS細胞の安定なDNAメチル化維持に、ポリ(ADP-リボシル)化反応が関与している可能性が考えられた。本研究は、発生工学や再生医療への利用が期待されている精子幹細胞について、そのゲノム安定性の制御および多能性の獲得機構を明らかにすることが目的である。とくに、生体内においてDNA修復、染色体の安定性、発癌などとの関連が知られているポリ(ADP-リボシル)化反応に着目し、その反応を担う主要な酵素、ポリ(ADP-リボース)ポリメラーゼ(PARP)ファミリーの役割について解析する。本年度はPARPコンディショナルノックアウトマウスの作製を試み、1つのファミリーについて作製に成功した。このマウスと既存のPARPノックアウトマウスを掛け合わせることで、生体内における主要なポリ(ADP-リボシル)化反応の時限的な制御が可能となった。一方、ポリ(ADP-リボシル)化反応の精子幹細胞の増殖・分化に及ぼす影響を解析するため、PARP阻害剤を用いた実験をおこなった。まずコントロールとして組織幹細胞の1つ、神経幹細胞を用いた解析をおこなった。胎生1415日のICRマウス胎児から樹立した神経幹細胞にPARP阻害剤を作用させ、細胞数の変化、細胞死、BrdUの取り込み、マーカー分子の遺伝子発現およびタンパク質発現、レポーターアッセイによる特定の転写因子への影響などについて調べた結果、PARP阻害剤が神経幹細胞の増殖を抑制することがわかった。この結果を参考にして、同系統のマウスから樹立した精子幹細胞について同様に、さらには核型やゲノムインプリンティングパターンなどの解析も進めている。本研究の目的は、精子幹細胞の増殖、分化、ゲノム安定性機構を明らかにするため、DNA修復、染色体の安定性、発癌などとの関連が示されているタンパク質翻訳後修飾の1つ、ポリ(ADP-リボシル)化反応に着目し、この反応の精子幹細胞における役割を究明することである。本年度は、ポリ(ADP-リボシル)化反応を担う酵素、ポリ(ADP-リボース)ポリメラーゼ(PARP)の活性を制御し、精子幹細胞の長期培養系、GS細胞(germline stem cells)の増殖および分化への影響を解析した。GS細胞の培養液にPARP阻害剤を添加し、その活性を抑制した場合、GS細胞の増殖に影響を与えることが明らかとなった。しかし、これらの阻害剤を処理したGS細胞の表現型は、幾つかの精子幹細胞特異的な発現マーカーや分化マーカーの発現を解析した結果、明らかな変化は認められなかった。今後、PARPのノックダウンや過剰発現したGS細胞でもその影響を解析するため、これらの実験系の構築を進めた。一方、本研究のコントロールとして用いている組織幹細胞の1つ、神経幹細胞の増殖に対してもPARP阻害剤が影響を与えることを明らかにしたことから、そのメカニズムについて解析した結果、細胞周期関連のタンパク質や遺伝子の発現に影響を与えていることがわかった。この結果を参考にして、GS細胞についても細胞周期関連のタンパク質や遺伝子の発現変化の解析を進めている。前年度までの研究から、ポリ(ADP-リボシル)化反応を担う酵素、ポリ(ADP-リボース)ポリメラーゼ(PARP)の活性を阻害することによって、精子幹細胞や神経幹細胞の増殖が抑制されることが明らかとなった。本年度はこのPARPの阻害剤がこれら幹細胞の増殖を抑制するメカニズムを調べるために、細胞周期やそれに関わる分子の解析をおこなった。さらに、PARPの阻害が精子幹細胞のゲノムインプリンティングパターンなどのエピジェネティックな修飾に影響を与えるかどうかについても、Bisulfite genomic sequencing法およびCOBRA法などを用いて解析した。これらの解析のうち、フローサイトメーターを用いた細胞周期の解析と、細胞周期の進行に関与するサイクリンA、B、D、Eとp21、p27などの遺伝子およびタンパク質発現の解析結果から、ポリ(ADP-リボシル)化がこれらの幹細胞の細胞周期制御に影響し、幹細胞の増殖に重要な役割を担っていると考えられた。
バイオオイルのin-situ改質によるグリーン基幹化学原料への高選択的転換

リグノセルロース系バイオマス主要成分の一つであるセルロースは、急速熱分解によって生じる揮発成分を、ゼオライトを用いて改質することで、芳香族化合物へと転換可能である。我々は、アルキンやジエン炭化水素化合物が芳香族化合物生成反応の重要な中間体であることを見出している。より高い選択性を得るためには、熱分解温度および改質温度に関する検討が必要である。本研究では熱分解温度および接触改質温度を制御可能な、熱分解部/接触改質部独立制御型二段反応器をGCにオンラインで接続した分析系を開発した。急速熱分解温度が,HZSM-5上での改質特性に及ぼす影響を詳細な生成物分析を通じて明らかにし、反応機構を提案した。バイオマスの急速熱分解によるバイオオイル製造は、高いエネルギー変換効率という優位性があるが、生成するバイオオイルの質の低さから、未だ本格的な実用化には至っていない。本研究では、固体触媒を用いたバイオマス急速熱分解生成物の“その場"接触改質に関して検討した。改質反応機構を解明し、改質条件最適化を通じて、バイオマスを選択的、迅速、高効率に、芳香族を中心とするグリーンプラットフォームケミカルズへと転換する改質法の確立を目的とした。平成27年度においては、管状熱分解反応器とGCおよびGC/MSを直結した装置を用いて、バイオマス熱分解生成物のその場接触改質実験を実施した。独自に設計、製作した管状熱分解反応器は、バイオマス試料の急速熱分解部と改質部の温度を独立に制御でき、少量の試料をパルス供給し、生成物の全量をGCに導入することで生成物を詳細かつ迅速に分析できる。GC直結型2台、GC/MS直結型1台の計3台を目的に応じて使い分けた。無機ガス及びC5までの低分子ガスはパックドカラムとTCD、FID(直列)を備えたGCで、ベンゼン以上の高分子量の生成物はキャピラリカラムを備えたGCで分離・定量した。GC/MS直結型は、生成物中に含まれる標準物質が入手困難な化合物の同定用として使用した。定量は基本的には標準ガス及び標準物質を用いた検量線に基づいたが、多岐に渡る生成物すべての標準物質を準備することは困難であった。そこで、検量線を作成できない生成物については、Effective Carbon Numberに基づいて相対感度を求め定量した。これまで検討実績のある杉に加えて、数種類の草本系バイオマス、セルロース、リグニンを試料とした。数種の酸触媒を用いた実験を実施し、改質特性に及ぼす接触時間、反応温度、触媒、バイオマス原料種の影響、原料マイルド前処理効果を調査した。実験においては、バイオマス試料粉末約1mgを12×12mmに切った目開き45μmのSUS316ワイヤメッシュで包み、管状反応器上部に固定し、所定の温度に加熱した反応器下部に落下させることで急速に熱分解した。生成した揮発成分は、下流の改質ゾーンで接触分解し、生成物は直結したGCで分析した。対象試料は、杉、パームヤシ絞り滓、籾殻、ジャトロファ搾り滓、セルロース、リグニンである。改質ゾーンには、触媒粒子を所定量充填する。生成物分布に及ぼす温度、接触時間、触媒種の影響を調査した。加えて、マイルドな条件下(200°C)での水熱や弱アルカリ前処理による加水分解によりバイオマスのマクロ分子構造を部分的に解重合し、急速熱分解でのバイオオイル発生量を飛躍的に増加させ、目的生成物収率の増加を狙った実験も実施した。特にリグニンを用いた実験において、急速熱分解における揮発成分への転換率増加を狙って、これまでのヘリウムあるいは窒素気流下での実験に代わり、水素を流通ガスに用いた実験を実施した。その結果、550°Cの急速熱分解において、チャーの収率が34から26wt%まで減少することを見出した。また、目的生成物である芳香族化合物収率も、ベンゼンで約3倍、トルエンで約2倍に増加した。水素が熱分解反応に作用して、チャー化(重合反応)を抑制したためと考えられる。このような、比較的マイルドな条件(550°C、ほぼ常圧)下で、当初は想定していなかった水素の効果を示すこともでき、計画通り順調に進捗しているものと判断できる。バイオマス急速熱分解によるバイオオイル製造は、バイオマスの2次エネルギーへの転換技術の中でも、高効率かつ簡便という利点がある。本研究では、バイオオイルのこれまでにない改質法による基幹化学原料(グリーンプラットフォームケミカルズ、GPC)への転換に挑戦した。バイオマスを急速熱分解し、その生成物を一旦冷却・凝縮するのではなく、その顕熱を利用してin-situで酸触媒と接触させることで、化成品や水素を一切投入せずに高選択的に芳香族化合物(ベンゼン、トルエン、スチレン、キシレン、ナフタレン)が生成する接触分解反応系を探索した。改質特性に及ぼす温度、接触時間、触媒種の影響の調査と反応機構解明を独自開発した2段反応器とガス分析装置を直結した装置を駆使して、大学院生2名の協力を得て実施した。管状熱分解反応器とGCおよびガスクロマトグラフ/質量分析計(GC/MS)を直結した装置を用いて、バイオマス熱分解生成物のその場接触改質実験を実施した。スギの他に数種類の草本系バイオマス、セルロース、リグニンを試料とした。

数種の酸触媒を用いた実験を実施し、改質特性に及ぼす接触時間、反応温度、触媒、バイオマス原料種の影響、原料マイルド前処理効果を系統的に調査し、操作条件と生成物分布との関係を実験的に明らかにした。その結果、H-ZSM5触媒を用い、改質温度550°Cにおいて、30%以上の炭素転換率でセルロースをベンゼンおよびナフタレンに転換することに成功した。バイオマス熱分解ゾーンと接触改質ゾーンを分離した2段反応器を用いて、原料バイオマス連続供給試験を実施した。生成物をオンラインで測定し、触媒活性の経時変化や再生法について検討するとともに、素反応速度モデルを用いて得られた知見も統合して接触分解反応機構を明らかにした。リグノセルロース系バイオマス主要成分の一つであるセルロースは、急速熱分解によって生じる揮発成分を、ゼオライトを用いて改質することで、芳香族化合物へと転換可能である。我々は、アルキンやジエン炭化水素化合物が芳香族化合物生成反応の重要な中間体であることを見出している。より高い選択性を得るためには、熱分解温度および改質温度に関する検討が必要である。本研究では熱分解温度および接触改質温度を制御可能な、熱分解部/接触改質部独立制御型二段反応器をGCにオンラインで接続した分析系を開発した。急速熱分解温度が,HZSM-5上での改質特性に及ぼす影響を詳細な生成物分析を通じて明らかにし、反応機構を提案した。コーキング等による触媒活性劣化などの知見を得るために、粒子連続供給型接触改質装置を製作する。反応器は、バイオマスを急速熱分解する流動層部と接触改質部から構成される。2つの電気炉を用いてバイオマス急速熱分解温度と接触改質部の温度を独立に制御する。また、接触改質部にのみ空気や水蒸気を供給することも可能である。実験では、スクリューフィーダーにより原料粒子を流動層下部に一定速度で連続供給し、急速熱分解する。生成した揮発成分は、直ちに接触改質部にキャリアガスと共に送られる。生成ガスのうち、水素、CO、CO2、CH4については質量分析計でオンライン計測する。C2以上の生成物は、生成ガスの一部をポンプで吸引し、サンプリングを経てFIDを備えたGCに導入し、間欠的に分析定量する。急速熱分解温度は、クルードのバイオオイルの収率がも高くなる550°C付近とし、粒子連続供給時の改質特性の経時変化を、接触改質部温度(400ー800°C)や接触時間(10ー1000ms)を変化させて調査するとともに、実験終了後は、触媒を燃焼し、生成CO、CO2量を測定してコーク析出量を定量する。加えて、改質部に模擬空気および水蒸気を導入し、改質特性や触媒活性の経時変化に及ぼす影響も調査する。反応工学設備メンテナンスや流通ガスの節約に努めた結果、当初予定より、実験消耗品購入費等がやや抑えられたため。ガス分析機器類のメンテナンス、実験に必要な消耗品、学会参加費等に使用する。本研究に関連する受賞2015年9月9日第47回化学工学会秋季大会・反応工学部会ポスターセッション優秀ポスター発表賞2015年日本エネルギー学会:平成27年度「論文賞」
OECD生徒の学習到達度調査(PISA)における真のリテラシー得点

2000年から3年毎に公表されるOECD生徒の学習到達度調査(PISA)のデータを用いた研究であり、研究計画にしたがって、昨年度の1と2に引き続き次の項目について研究を進めた。3.得点の再計算ルールの検討:各分野の真の得点は、共通の要素を持つ問の正誤を基に得点を再計算することで求められる。たとえば読解力と数学的リテラシーの問題の中の共通の分類要素を持つそれぞれの問に対する回答パターンは、共に正答、読解力のみ正答、数学的リテラシーのみ正答、どちらも誤答の4通りである。共に正答の場合にはこの生徒は共通の要素を持っていると言える。他方、どちらも誤答の場合には生徒は共通の要素を持たないと判断される。着目すべきは読解力のみ正答、数学的リテラシーのみ正答の場合である。読解力のみ正答であれば読解力によりこの要素に正答し、数学的リテラシーのみ正答であれば数学的リテラシーによって正答していると仮定するならば、読解力のみ正答の生徒は真の読解力を持つ生徒、数学的リテラシーのみ正答の生徒は真の数学的リテラシーを持つ生徒と判定する。そこで真の読解力を持つ生徒のグループの得点を再計算することで真の読解力の得点が求められることになる。4.真の得点の計算:3.で述べた得点の再計算ルールを共通する分類要素を持つすべての問に適用するならば、グループの数は2の共通する分類要素の数乗となり、膨大な数になる。そのため現実的にはすべての共通する分類要素を使った得点の計算は不可能であるため、いくつかの要素を使って再計算した真の得点を探索的に吟味した。具体的には共通する分類要素を持つ問一問ずつを取り上げて得点の再計算を行い、弁別力の強い問を探索し、その上で問の組み合わせを検討した。5.代替のグループ判別方法の検討:4.までの方法に加えて背景質問調査の回答とそれらが3分野の得点に影響を与える要因の分析を行った。計画では平成30年度に研究を終了する予定であった。しかしLOGデータによるさらなる分析の可能性か浮上したため研究を延長することにした。OECD生徒の学習到達度調査(PISA)の国内データを基に、LOGデータの分析を行う。LOGデータには回答に要する時間が記録されており、その長短と回答の正誤の関係から読解力と本来の科学リテラシー及び数学的リテラシーの認知的能力の関係性について明らかにできると考えている。例えば回答時間と問題文の長さや複雑さの関係、回答時間の短さと誤答の割合等、いくつかの仮説を立てて検証することを目指す。2000年から3年毎に公表されるOECD生徒の学習到達度調査(PISA:Programme for International Student Assessment,以下PISAと呼ぶ。)のデータを用いた研究であり、研究計画にしたがって、次の項目について研究を進めた。1.分野間の問題分類要素のマッチング:PISA調査の読解力、数学的リテラシー、科学的リテラシーの3分野の問題は、それぞれ次の枠組みに分類される。読解力は、A.読むテキストの形式4種類、B.読む行為の側面3側面、C.テキストが作成・利用される用途・状況4分類、D.テキスト・タイプ別5種類。数学的リテラシー:A.数学的プロセス3側面、B.数学的な内容4領域、C.数学が用いられる状況は生徒との距離と数学の記号や構造が現れる程度によって4分類。科学的リテラシー:A.状況3側面、B.適用領域6分類、C.科学的能力3つ、D.科学の知識4カテゴリー、E.科学についての知識2カテゴリー。それぞれの分野の分類枠組みの中には共通する分類要素が存在するので、それらを一覧に整理し直した。2.共通の分類要素を持つ問の特定:PISA2015の結果が公表されたため、PISA2000からPISA2015までの6回の調査で使用されたすべての問題について、共通の分類要素を持つ問を特定した。ちなみに小問単位で、PISA2012では読解力の問題が44問、数学的リテラシー85問、科学的リテラシー53問が出題された。PISA2015では読解力の問題が88問、数学的リテラシー69問、科学的リテラシー184問が出題された。研究計画の全5工程のうち時間がかかることが予想された1.分野間の問題分類要素のマッチング、2.共通の分類要素を持つ問の特定まで完了したため、概ね順調に進展していると判断する。

読解力のみ正答であれば読解力によりこの要素に正答し、数学的リテラシーのみ正答であれば数学的リテラシーによって正答していると仮定するならば、読解力のみ正答の生徒は真の読解力を持つ生徒、数学的リテラシーのみ正答の生徒は真の数学的リテラシーを持つ生徒と判定する。そこで真の読解力を持つ生徒のグループの得点を再計算することで真の読解力の得点が求められることになる。4.真の得点の計算:3.で述べた得点の再計算ルールを共通する分類要素を持つすべての問に適用するならば、グループの数は2の共通する分類要素の数乗となり、膨大な数になる。そのため現実的にはすべての共通する分類要素を使った得点の計算は不可能であるため、いくつかの要素を使って再計算した真の得点を探索的に吟味した。具体的には共通する分類要素を持つ問一問ずつを取り上げて得点の再計算を行い、弁別力の強い問を探索し、その上で問の組み合わせを検討した。5.代替のグループ判別方法の検討:4.までの方法に加えて背景質問調査の回答とそれらが3分野の得点に影響を与える要因の分析を行った。計画では平成30年度に研究を終了する予定であった。しかしLOGデータによるさらなる分析の可能性か浮上したため研究を延長することにした。引き続き、3.得点の再計算ルール及び4.真の得点の計算を実行し、結果について考察を行う。OECD生徒の学習到達度調査(PISA)の国内データを基に、LOGデータの分析を行う。LOGデータには回答に要する時間が記録されており、その長短と回答の正誤の関係から読解力と本来の科学リテラシー及び数学的リテラシーの認知的能力の関係性について明らかにできると考えている。例えば回答時間と問題文の長さや複雑さの関係、回答時間の短さと誤答の割合等、いくつかの仮説を立てて検証することを目指す。研究が基礎的なデータの整理と分析が中心となり、学会発表に見合う成果まで得られなかったため研究成果発表のための旅費を中心とした未使用額が発生した。次年度はこれまでの分析から新たな知見が産み出されることが期待でき、成果を発表する機会を積極的に設けピアレビューを受ける計画としており、そのための研究発表旅費とする計画である。PISAのデータファイル中には生徒の回答の正誤情報のみではなく、回答時間のLOG情報が含まれている。計画ではLOG情報の分析まで行う予定ではなかったが、真の得点を明らかにするためにはそれを分析することが必要と考えた。そのため年度途中から次年度に助成金を繰り越すべく支出をセーブして研究を進めたことにより次年度使用が生じた。次年度にはLOG情報の分析を行う予定である。
二次有機エアロゾルの生成に関する分光学的研究

芳香族炭化水素は都市大気中での人為起源炭化水素の中で二次有機エアロゾル生成に最も寄与していると考えられている炭化水素である。芳香族炭化水素の大気中での化学反応はシクロヘキサジエニル型ラジカルの生成とその後続反応が重要であり、光化学オゾンや二次有機エアロゾル生成収率にも影響と考えられている。しかしながらシクロヘキサジエニル型ラジカルの選択的な検出法は必ずしも確立されていない。そこで本年度は基本的な芳香族炭化水素の一つであるナフタレンを対象に、水素原子が負荷したシクロヘキサジエニル型ラジカルであるα-C10H9ラジカルのレーザー誘起蛍光検出を試みた。ラジカル生成としてはCl原子によるシクロヘキサジエン型C10H10からの水素原子引抜き反応を利用した。Cl原子源として幾つかの反応を試した結果、C10H10存在下で妨害信号を出さない系として、ClCO-dimerの308nmレーザー光分解が最も適した系である事が分かった。α-C10H9ラジカルのレーザー誘起蛍光(LIF)は0-0遷移に相当するスペクトルを528nm付近に与えた。2種類のC10H10を用いた実験でも同じスペクトルが観測されることから、観測されたLIFがα-C10H9ラジカルに帰属できる。次に538nm付近のLIF信号をモニターしながら、α-C10H9ラジカルと酸素分子との反応速度の測定を行った。O2存在下でのα-C10H9のLIF信号の反応時間依存性は、単純な単一指数関数減衰では表すことが出来ず、むしろdouble exponential型の減衰曲線として解釈するのが妥当であった。このことはC10H9+O2⇔C10H9-O2の平衡反応が存在していることが分かった。芳香族炭化水素の大気中での化学反応は主としてOHラジカルが芳香環に付加してシクロヘキサジエニル型ラジカルを生成する反応である。しかしながらシクロヘキサジエニル型ラジカルの後続反応については充分な情報が得られていない。そこで、シクロヘキサジエニル型ラジカルのプロトタイプである、ベンゼンに水素原子が付加したC6H7ラジカルとO2ならびにNOとの反応を室温において、レーザー誘起蛍光法(LIF)によって速度測定を行った。LIFによる検出はこれまでのUV吸収法とは異なり、C6H7を分光学的に選択的に検出できる点が特徴で、反応生成物による妨害(吸収の重なりなど)を受ける事なく速度測定が出来た。その結果、O2との反応は圧力に依存せずに進行し、二分子反応(生成物はHO2+ベンゼンと考えられる)である事が示された。反応速度定数は他のアルキルラジカル+O2の反応速度定数に比べ2桁から3桁程度小さいが、他のヒドロキシシクロヘキサジエニル型ラジカルに比べると12桁程度大きい値である事が示唆された。一方、NOとの反応は圧力に依存すると共に、C6H7の減衰も単一指数関数型ではなく、平衡反応である事が分つた。またNOとの反応が圧力に依存する事から測定を行った圧力量領域(10-100Torr)では、まだC6H7+NO反応が高圧極限領域に足していないことが分った。
教育支援のための地域無線・光複合情報基盤の開発

教育用地域情報基盤としての5GHz帯無線アクセスシステム(包括免許を得て運用)や光ファイバ通信網(地域学校のクラウドコンピューティング・システムによる広域支援等)、衛星通信網(JAXA超高速インターネット衛星「きずな」を活用したeラーニング実験等)と、それらを相互接続した教育情報基盤の検証や高精細HD映像による遠隔映像対話環境「超鏡」の開発、特別支援や地域教材におけるネットワークや情報技術の活用を試みた。未来に生きる子どもたちのためのより良い環境(情報基盤)構築を教育分野から促す長期目標の下、教育支援のための地域無線・光通信複合情報基盤の開発を目的とする。本研究は、未来に生きる子どもたちのためのより良い環境(情報基盤)構築を教育分野から促す長期目標の下、教育支援のための地域無線・光通信複合情報基盤開発を直接の目的とし、教育用地域無線情報基盤、セキュリティニーズ別教育用ネットワーク、未来の教室用情報操作環境、教育目的LPS(Local Positioning System:構内位置測定システム)、地域全体の科学館・博物館化及び安全・安心対策のための無線ICタグ/センサ併用技術、交流学習支援のための遠隔映像対話環境「超鏡」高精細映像・低遅延時間化、食育用味データベース、オンライン学習コンテンツ/客観的学習評価方法の実践的確立を目指している。Wifi/WiMax地域無線情報通信基盤や教室・校区における情報通信環境については、現地を含めた調査を行った。セキュリティニーズ別教育用ネットワークや未来の教室・学校における情報操作環境については、特に教室内情報提示環境についての実験を開始した。さらに、遠隔映像対話環境「超鏡」のHD高精細映像による日米(大阪大学-アトランタ国際会議場)間通信実験、日タイの小学校間(岐阜、三重、千葉-チェンマイ)における「超鏡」による食育カリキュラムの実践を行った他、教室・校内・校区等におけるLPS活用や無線ICタグ/センサを併用した地域ネットワークの検討とフィールドにおける実験に向けた現地調査、地域無線・光通信複合情報基盤における学習コンテンツや客観的学習評価方法の検討を行った。今年度は、高精細映像の無線伝送が校庭・屋上設置の直径1m強のパラボラから可能な高速インターネット実験衛星WINDSを用いた高精細映像「超鏡」による交流学習を、大分県宇佐市と大阪府八尾市の小学校間で3日連続して実施、高精細映像・低遅延時間化パケット伝送・処理技術、無線と光通信の役割、地域連携、未来の教室用映像環境等に関する数多初の実験結果が得られた。また、大阪府高石市と米国ニュージャージ州の中高等学校間の交流学習用SNSサイト構築と半年間の運用を行うと共に、オンライン学習コンテンツにおける静止画や動画・キャプションなど、映像と文字の役割に関する実践的データを収集した。さらに、客観的学習評価や地域全体の科学館・博物館化の基盤としてのネットワークやオープンソース、センサ等を活用する教育支援システムの調査・検討を行った。本研究は、未来に生きる子どもたちのためのより良い環境(情報基盤)構築を教育分野から促す長期目標の下、教育支援のための地域無線・光通信複合情報基盤の開発を直接の目的としている。今年度は、教育用地域無線情報基盤として重要と考えられる5GHz帯無線アクセスシステムの包括免許を得て、衛星通信網との多地点相互接続実験を行うため、筑波大学に基地局および筑波地域に移動局1局を開局、この地上無線通信系に筑波大学-宇宙航空研究開発機構(JAXA)間の光ファイバ網を接続、さらにJAXAから超高速インターネット衛星「きずな」を介して国内の2校、奈良女子大学附属中等学校と熊本県南小国中学校をつなぎ、地上無線移動局を筑波大学の北5km程の高エネルギー加速器研究機構(KEK)に設営、この3地点をメッシュ状に、各々高精細HD映像2系統で相互接続、高精細映像「超鏡」を用いた素粒子に関する遠隔学習を実施した。これにより、地域無線・光通信複合情報基盤に衛星通信を組入れ、緊急時にも対応可能な教育情報基盤における、複数の学校現場や研究機関をつないだモデル実験を行うことが出来、通信システムに関する数多のデータのみならず、多地点遠隔授業実践に至るさまざまの記録が集まり、今後の教育支援のための情報基盤の運用に関わる貴重な示唆を得ることができた。また、教師の負担を減じ、教育現場におけるテクノロジー活用を進める方策として、コンピュータの維持管理を専門家がネットワークを介してサーバ側で支援する、シンクライアント方式やクラウドコンピューティングの実験を大阪の小学校を対象に開始した。その他、学習状況の客観評価に向けた取組として、NIRSデータ等による検討を行った。本研究は、未来に生きる子どもたちのためのより良い環境(情報基盤)

構築毒教育分野から促す長期・目標の下、教育支援のための地域無線・光通信複合情報基盤の開発を直接の目的とした。最終年度となる今年度は、教育用地域無線情報基盤としての5GHz帯無線アクセスシステム(包括免許を得て運用)や光ファイバが通信網(地域学校のクラウドコンピューティング・システムによる広域支援等)、衛星通信網(超高速インターネット衛星『きずな』を活用したe-ラーニング実験等)と、それらを相互接続した教育情報基盤について総合的な評価を行うと共に、未来の教室用情報操作環境を検証するため、今年度から開始された子どもたち一人ひとりが情報端末を所持するフューチャースクールにおける利用状況を、機材のみならず支援員等のサポート面を含めて調査した。さらに、米国MITメディアラボから始まったOLPC(One Laptop per Child)プロジェクト関係者を招聘、グローバルな知見を得ると共に共同研究を開始した。高精細HD映像「超鏡」については、コンピュータを利用せず映像機材を組合わせて実現、シンガポールと日本(奈良)の中等学校や大学間を通常のインターネット回線で接続して、回線速度変動や通信状況に適応する国際間HD「超鏡」通信実験を行った。また、本学人間科学研究科のネットワーク運用を対象に、年間を通してさまざまの記録(セキュリティ上の問題や利用者サポートの実態等)を集積、今後の教育支援のための情報基盤運用に関わる貴重な示唆を得ることができた。
Large deviationを用いた情報通信システムの性能評価に関する研究

本研究でぱ,large deviation理論を用いて情報通信システムの微小なセル損失率を評価するための基本的な枠組みを整えることを目的としている.単一モデルからの退去過程を主に分析した1年目の結果を受け,2年目の今年度はネットワークモデルへの拡張を中心に解析を行った.解析では,まず2ノードのマルコフ型ネットワークモデルを考え,定常状態におけるセル長分布の裾の減衰率に対する上界を与える方程式系を導出した.このモデルは,セルのルーティングにループを許す点で既存の研究に比べてより現実的なモデルであるが,到着過程と退去過程に相関が生じるため解析は難しい.本研究では,large deviation理論と行列解析法を組合わせることにより2つのノードの減衰率の上界を交互に更新する漸化式を求め,それをもとに上界を定めた.得られた上界は,減衰率が既知のモデル(ジャクソン型ネットワークや直列型の一部)に対して真の値と一致するだけでなく,その他の主要なモデルに対しても数値計算によって得られた減衰率と一致しており,正確な減衰率となっていることが期待される.次に,この結果を援用して,(1)打切り処理に減衰率の情報を利用することによる2ノードモデルの数値計算法の高速化・高精度化,(2)安定なマルコフ型ネットワークにおいてセル長分布が幾何的に減衰するための十分条件の導出,(3)インツリー型のネットワークにおけるセルの総送信時間分布と各ノードでの遅延時間分布の減衰率の関係の導出,を行った.これらはいずれも2ノードモデルの解析結果を一般のモデルへ拡張するための橋渡しとなる結果であり,(1)(3)の結果によって一般のネットワークモデル解析のための枠組みがほぼ整ったと考えることができる.本研究では,高速情報通信ネットワークの性能評価の一環として,待ち行列ネットワークにおける微小セル損失率を高速かつ高精度で評価する方法を構築することを最終目標としている.初年度の今年は,待ち行列ネットワーク内の1つのノードに着目し,そのノードへのセルの入力がノードでの処理によってどのような出力に変換されるかをまず調べ,次にその結果をネットワークモデルの解析に必要な形へと拡張した.得られた主な結果は以下の通りである.1.バースト性を持つ入力のモデル化として用いられるマルコフ入力過程(MAP)に従って到着するセルが,複数のサーバでランダムな時間だけ処理されるモデルを考え,その退去過程の漸近的な挙動とMAPおよび処理時間分布の関係を明らかにした.2.1の拡張として,入力が重畳されたモデルおよび出力が分岐されるモデルを考え,1の結果を一般化した.3.1,2の結果を利用して,2段の複合直列型モデルにおけるセル損失率を評価する方法を提案した.解析は構造的でマルコフ連鎖の声質と大偏差理論を組み合わせたもので,既存の手法に比べてモデル化の柔軟性の点で優れていると考えられる.今年度は2段のネットワークまでの解析であったが,この手法を再帰的に利用することで,より一般的なネットワークモデルに対応できると考えており,この一般化とシミュレーションによる実験・検証を次年度に行う予定である.本研究でぱ,large deviation理論を用いて情報通信システムの微小なセル損失率を評価するための基本的な枠組みを整えることを目的としている.単一モデルからの退去過程を主に分析した1年目の結果を受け,2年目の今年度はネットワークモデルへの拡張を中心に解析を行った.解析では,まず2ノードのマルコフ型ネットワークモデルを考え,定常状態におけるセル長分布の裾の減衰率に対する上界を与える方程式系を導出した.このモデルは,セルのルーティングにループを許す点で既存の研究に比べてより現実的なモデルであるが,到着過程と退去過程に相関が生じるため解析は難しい.本研究では,large deviation理論と行列解析法を組合わせることにより2つのノードの減衰率の上界を交互に更新する漸化式を求め,それをもとに上界を定めた.得られた上界は,減衰率が既知のモデル(ジャクソン型ネットワークや直列型の一部)に対して真の値と一致するだけでなく,その他の主要なモデルに対しても数値計算によって得られた減衰率と一致しており,正確な減衰率となっていることが期待される.次に,この結果を援用して,(1)打切り処理に減衰率の情報を利用することによる2ノードモデルの数値計算法の高速化・高精度化,(2)安定なマルコフ型ネットワークにおいてセル長分布が幾何的に減衰するための十分条件の導出,(3)インツリー型のネットワークにおけるセルの総送信時間分布と各ノードでの遅延時間分布の減衰率の関係の導出,を行った.これらはいずれも2ノードモデルの解析結果を一般のモデルへ拡張するための橋渡しとなる結果であり,(1)(3)の結果によって一般のネットワークモデル解析のための枠組みがほぼ整ったと考えることができる.
冠側副血行血管新生に関する臨床的ならびに実験的研究

1.冠側副血行循環の臨床的意義梗塞後狭心症を有する比率は、梗塞前狭心症を有して血栓溶解療法が不成功だった群が梗塞前狭心症を有さず再疎通の得られなかった群に比べて高率だった(67% vs. 13%)。このことは梗塞前狭心症によって発達した側副血行循環により梗塞部の心筋の一部が残存し、血流予備能に限界のある側副血行路で潅流されているためと考えられた。梗塞発症時、梗塞部への側副血行循環を認めなかった症例では高率に(7/12,58%)心室瘤の形成が認められたが、有意な側副血行循環を認めた症例では、10例中わずか1例にのみ心室瘤が形成された。側副血行循環により梗塞部の一部心筋が残存し梗塞拡大を防止した結果と考えられた。安定労作性狭心症を対象として、ヘパリン静注後にトレッドミル運動負荷を20回繰り返したところ、運動耐容能の改善、心筋虚血部への側副血行路の発達が認められた。このような治療法を開発することは、虚血性心疾患患者の予後改善につながるであろう。2.心筋虚血の冠側副血行循環に及ぼす影響生来の側副血行循環の促進にとって心筋虚血が重要であることを報告した。側副血行血流は、総冠閉塞時間が同一であるにもかかわらず、5回の1分間閉塞、1回の5分間閉塞の方が、30回の10秒間閉塞より有意に大きかった。1分間の頻回冠閉塞と2分間の頻回冠閉塞で側副血行循環発達を比較したところ、1分目から2分までの1分間の刺激が最初の1分間の刺激より4.43倍有効であることが判明した。心筋虚血の程度は、冠閉塞後次第に増強するので、側副血行循環発達によって強烈な心筋虚血が必須であることが判明した。以上のデ-タより、心筋虚血は、側副血行循環の促進と発達両者に重要であると結論された。1.側副血行血管新生による労作性狭心症の治療安定労作性狭心症10例を対象として、ヘパリン5,000IU静注10、20分後にトレッドミル運動負荷を標準ブルース法により、狭心痛が出現する迄1日2回計20回施行した。最大運動時間、胸痛発作出現時およびST低下(0.1mV)発現時の心拍数X収縮期血圧の値は、治療によりそれぞれ44%、35%、19%だけ有意に増加した。治療後の冠動脈造影により、全例で側副血行循環の発達が確認された。運動のみ20回施行した6例では側副血行循環は有意に発達しなかったので、ヘパリンが血管新生を促進させ、側副血行循環が充分発達したものと結論した。急性心筋梗塞後の側副血行循環の発達梗塞前狭心症を有さなかった初回梗塞31例を対象として慢性期冠動脈造影により梗塞後の側副血行循環発達程度を評価した。右冠動脈閉塞例の側副血行循環数(0-3)は、平均2.1と左前下行枝閉要塞1.2より有意に大きかった。側副血行循環発達の程度は、発症から冠動脈造影までの期間、冠動脈病変の重症度によって影響されなかった。以上より、冠側副血行循環は、冠病変の重症度と無関係に1ケ月以内に発達し、梗塞責任冠動脈の灌流域の大きさに影響されるものと考えられた。

3.冠側副血行循環の心室瘤形成に及ぼす影響心筋梗塞急性期に存在した側副血行循環の左心室瘤形成に及ぼす影響を39例で検討した。冠動脈内血栓溶解療法成功群では、慢性期心室瘤は23例中1例に認められた。血栓溶解療法不成功で、側副血行循環良好群では、心室瘤は7例中1例のみに認められた。不良群では9例中5例にみられ、良好群より高率であった。以上より冠側副血行循環の存在は、梗塞発症後の左心室瘤形成防止に有効であると考えられた。1.急性心筋硬塞後の冠動脈側副血行循環発達に及ぼすヘパリンの効果硬塞前狭心症を有さない左前下行枝近位部に完全閉塞を認めた初回前壁硬塞患者18例を、硬塞急性期のヘパリン投与の有無により二群に分け、慢性期の冠側副血行循環の程度(Collateral Index,CI:03)と左室機能を評価した。投与群のCIは平均1.5で非投与群の0.4より有意に大きく、硬塞部左室局所短縮率も投与群が非投与群と比較して優位に良好に保たれていた。以上より急性期のヘパリン投与は側副血行循環の発達を促進させ、慢性期左室機能を良好に保つものと考えられた。2.冠側副血行循環促進によるST低下レベルの改善主要冠動脈一枝に完全閉塞を認め、その潅流域へ良好な側副血行循環を有する安定労作性狭心症10例を対象として、冠側副血行循環が虚血刺激によって次第に促進されるかを検討した。狭心症を誘発しうる運動負荷量に固定した自転車エルゴメ-タ検査による負荷3分後のST低下レベルは平均0.20mVと終了時の0.16mVより有意に大きかった。ST低下レベルが改善したのは、虚血刺激が側副血行循環を促進し、虚血部局所心筋血流の増大がもたらされたためと結論された。3.意識犬における冠側副血行循環発達に対する心筋虚血の重要性頻回冠閉塞における側副血行循環発達を、雑種成犬12頭を1分間閉塞群と2分間閉塞群に分けて比較した。1分目から2分目までの1分間の閉塞は最初の1分間の閉塞より4.43倍有効であること、すなわち、強烈な心筋虚血の存在が側副血行循環発達にとって重要であることが判明した。4.犬における心筋虚血の冠側副血行循環促進に対する重要性雑種成犬14頭を用いた様々な冠閉塞プロトコ-ルからなる急性実験で、冠側副血行循環を促進させるには、冠動脈間圧較差だけでは不十分で、心筋虚血による代謝産物の蓄積が大切であると考えられた。I.臨床的研究1.ヘパリン療法:1)心筋梗塞急性期のヘパリン投与は、測副血行循環発達を促進させ、慢性期左室機能を良好に保つこと、2)安定労作性狭心症に対するヘパリン治療は、冠側副血行循環発達による運動時の心筋虚血軽減を期待するものであるが、運動負荷に伴う心筋虚血が存在しないと無効であることが判明した。2.冠側副血行血管のト-ヌスの変化:側副血行循環は、虚血刺激、硝酸薬投与により大きく促進される。良好な測副血行循環を有する患者では、この機序により運動時の心筋虚血の程度が軽減される。3.冠側副血行循環と局所心機能:心筋梗塞発症時、既に存在している側副血行循環により梗塞責任冠動脈領域の心筋は一部残存し、この残存心筋が虚血に陥ることによって側副血行循環が更に発達し、局所壁運動の改善に貢献することが判明した。更に、硝酸薬投与による減負荷効果により残存心筋の収縮機能が亢進させられることも証明された。II.実験的研究1.犬における心筋虚血の冠側副血行循環促進に対する重要性:雑種成犬14頭を用いた様々な冠閉塞プロトコ-ルからなる急性実験で、冠側副血行循環を促進させるには、冠動脈間圧較差だけでは不十分で、心筋虚血による代謝産物の蓄積が大切であると考えられた。2.意識犬における冠側副血行循環発達に対する心筋虚血の重要性:頻回冠閉塞による側副血行循環発達を、雑種成犬12頭を1分間閉塞群と2分間閉塞群に分けて比較した。
新規マイオカインを標的とした心血管疾患リスク改善のための運動・食事療法の開発

最近,骨格筋から分泌される内分泌因子:マイオカインが複数同定されており,自己作用だけでなく,脂肪細胞や骨細胞とクロストーク(相互作用)することが報告されている。しかしながら,運動や食品摂取によって誘発されるマイオカインが動脈硬化改善に関与するか否かの検討は国内外を見ても皆無である。本研究は,動脈硬化に対する運動・食品摂取効果のメカニズムに関与するマイオカインを同定し,マイオカイン作用の貢献度や分子機序の解明から効率的な運動・食事プログラムの構築を目指すことを目的とする。平成30年度では,老齢マウスを用いて,運動による動脈硬化度の改善効果に関わる候補マイオカインXの分泌部位およびマイオカイン変動が動脈硬化度の低下に対して関与しているかについて検討した。38週齢の老齢促進SAMP1マウスを老齢対照群および老齢有酸素運動群の2群に分け,12週間後に脳,肺,心臓,肝臓,腎臓,腹腔マクロファージ,骨格筋(前脛骨筋)を摘出した。Xマイオカイン遺伝子発現はreal-time PCR法にて測定した結果,他の組織よりも骨格筋で顕著に高い発現が認められた(P < 0.01)。また,有酸素性運動により骨格筋のXマイオカイン遺伝子発現は有意に変化し(P < 0.05),動脈血管の内皮機能(アセチルコリンによる血管拡張応答)の変化に対応していた。さらに,38週齢の老齢促進SAMP1マウスを用いて12週間のマルチサプリメントによる栄養摂取によっても骨格筋のXマイオカインの遺伝子発現が変化することも明らかにした。これらの結果から,候補マイオカインXは骨格筋にて発現が高く,運動や栄養摂取により変動することが明らかとなった。ヒト試験において有酸素性運動や栄養摂取により動脈硬化度の改善効果に関わる候補Xマイオカインは動物実験においても同様の結果が得られた。今後,異なる運動様式(レジスタンストレーニング)による変化および栄養摂取との併用効果についても検討する必要性がある。運動や栄養摂取によるマイオカイン分泌の変化は有酸素性運動による変化は異なる運動様式(レジスタンストレーニング)によっても同様の変化を示すのか,また,栄養摂取との併用効果について検討し,運動や栄養摂取による動脈硬化に及ぼす影響にマイオカインが関与するのかについて検討する。本研究では,中高齢者(60歳以上)45名を対象に安静対照群、有酸素性運動(週3回,1回45分間,60-70%VO2max運動強度の自転車エルゴメータ運動)群、アミノ酸摂取(必須アミノ酸摂取)群のランダムに3群に分けた。8-12週間の介入前後に,動脈硬化指標である、全身性(baPWV)および中心(cfPWV)動脈の脈波伝搬速度を測定し、同時に採血を行った。有酸素性トレーニングにより、VO2peakは有意に増大し、腹部内臓脂肪面積およびbaPWVおよびcfPWVは有意に低下した(P<0.05)。アミノ酸摂取ではbaPWVにおいてのみ有意に低下した(P<0.05)。各被験者の血液を用いて、すでに報告されているマイオカインや新規マイオカイン候補物質の血中レベルを測定し、動脈硬化に対する運動効果に関与するホルモン・ペプチドを複数検出することができた。さらに、栄養摂取による効果に関わるホルモン・タンパクに関してもいくつか検出することができているため、今後さらなる解析により効果関連候補バイオマーカーを同定する。有酸素性トレーニングおよびアミノ酸摂取によって低下した動脈硬化度とともに変化したマイオカインについては複数同定できたが、これらのマイオカインが骨格筋から主に分泌されているのかを遺伝子発現レベルで確認した上で,今後,運動によるこれらのマイオカイン変動が動脈硬化の低下に対して関与しているのかについて動物実験を用いて検討する必要性がある。

さらに,38週齢の老齢促進SAMP1マウスを用いて12週間のマルチサプリメントによる栄養摂取によっても骨格筋のXマイオカインの遺伝子発現が変化することも明らかにした。これらの結果から,候補マイオカインXは骨格筋にて発現が高く,運動や栄養摂取により変動することが明らかとなった。ヒト試験において有酸素性運動や栄養摂取により動脈硬化度の改善効果に関わる候補Xマイオカインは動物実験においても同様の結果が得られた。今後,異なる運動様式(レジスタンストレーニング)による変化および栄養摂取との併用効果についても検討する必要性がある。運動により血中濃度が増大したマイオカインが動脈硬化度の低下に対して貢献するのかを動物実験を用いて確認し,さらに,動脈血管組織においてどのような分子機序で動脈硬化を低下させるのかについて検討する。運動や栄養摂取によるマイオカイン分泌の変化は有酸素性運動による変化は異なる運動様式(レジスタンストレーニング)によっても同様の変化を示すのか,また,栄養摂取との併用効果について検討し,運動や栄養摂取による動脈硬化に及ぼす影響にマイオカインが関与するのかについて検討する。
ES細胞の分化系を利用した初期化阻害因子の探索

新たに報告された初期化促進遺伝子の知見を取り入れ、非ウイルスベクターであるプラスミドを用いたヒトiPS細胞の効率の良い樹立方法を開発した。本方法で、ゲノム中へプラスミドが取り込まれていないiPS細胞が得られている。さらに、免疫拒絶反応に関与するHLA-A, B, C, DRがいずれもホモである歯髄細胞2株からもiPS細胞を作製し、ドーパミン神経細胞や網膜色素上皮細胞に分化することも確認した。計算上は日本人の約20%へ移植適合性がある。本年度、申請者はこれらの知見を組み合わせることで、ヒトiPS細胞を従来よりも効率よく樹立することに成功し、Nature Methods誌にて発表した(Nature Methods, in press)。この方法は、遺伝子導入にプラスミドを用いているため、ウイルスの使用に伴う危険性が無い。また、ゲノム中へプラスミドが取り込まれていないiPS細胞が得られていることから、従来のレトロウイルスベクターによる方法よりも安全性が高くなっていると考えている。同じ方法で、免疫拒絶反応に関与するHLA-A,B,C,DRがいずれもホモである歯髄細胞2株からもiPS細胞を作製した。計算上は2株で約20%の日本人への移植適合性がある。これらのiPS細胞がドーパミン神経細胞や網膜色素上皮細胞に分化することも確認した。本研究成果は、将来期待されている細胞移植治療に利用可能なiPS細胞バンクを作る上で非常に重要な知見である。ヒトやマウス線維芽細胞に、4つの遺伝子(Oct3/4,Sox2、Klf4およびc-Myc)を導入することによって、胚性幹(ES)細胞様の人工多能性幹(iPS)細胞が作製できることが報告されている(Cell,126,663-676,2006,Cell,131,861-872,2007)。ヒトiPS細胞は創薬や疾患研究、細胞移植治療への応用が期待されている。しかし最近の研究から、iPS細胞とES細胞の遺伝子発現やエピジェネティック状態の相違点も明らかとなっており、iPS細胞の初期化が必ずしも十分ではないことが分かってきた(Cell Stem Cell 5,111-123,2009)。また、iPS細胞の作製効率は非常に低く、4つの遺伝子が導入された大多数の体細胞では初期化が起こらないことが問題となっていた。この問題を解決するため本研究の開始後、国内外の研究室からiPS細胞の樹立効率を改善する様々な因子が報告されている。例えば、申請者はホンらと共に初期化過程においてp53-p21経路を抑制することでiPS細胞の樹立が高まることを示した(Nature460,1132-1135(2009))。また、中川らと共にc-Mycの代わりにL-Mycを使用することでiPS細胞の作製効率および質が上昇することを示している(Proc.Natl.Acad.Sci.USA 107,14152-14157(2010))。申請者はこれらの知見を組み合わせることで、ヒトiPS細胞を従来よりも効率よく樹立することに成功し、Nature Methods誌にて発表した(Nature Methods,2011)。岐阜大学の協力により、HLA型がホモの歯髄幹細胞からもiPS細胞の樹立を達成した。このiPS細胞は分化多能性を持ちin vivoの分化誘導法によりドーパミン作動性神経細胞(京大、高橋淳ら)あるいは網膜色素上皮細胞(理研、高橋政代ら)へと分化した。また、導入した外来因子が染色体内中に残存していないiPS細胞を得ることもできている。これらの結果は、今回開発したiPS細胞樹立方法が将来の細胞移植治療に用いるiPS細胞作製法の一つとなりうることを示している。さらに新たに開発したこの方法は、プラスミドDNAを用いるものであり、ウイルスを使わないことから実験室での取り扱いが容易である。すでに非営利団体Addgeneを通して世界の100を超える研究室に分配されており、世界的なiPS細胞研究の発展に貢献するものと期待される。