hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肝内血流・代謝調節機構におけるプロティンキナーゼCの役割とその特色

前年度までの研究で、(1)PKCが肝血流・代謝の制御に関与していること、(2)PKC依存性の変化は、門脈中のブドウ糖およびカルシウム濃度、またラットの栄養状態により影響されることが明らかとなった。本年度は、このPKC依存性肝血流・代謝調節機構の中で、Kupffer細胞の役割を明らかにした。また、揮発性麻酔剤であるイソフルランやハロ-センの影響も検討した。灌流開始24時間前に、Kupffer細胞の不活性化剤であるgadolinium chlorideでラットを前処理すると、PKC活性化剤であるphorbol myristate acetateによる肝灌流量および代謝変化は減弱した。灌流数を、イソフルランやハロ-センで飽和させると、PKC活性化作用を有するphorbol esterによる肝灌流量および代謝変化は抑制された。以上より、kupffer細胞のPKCが、特に、肝血流・代謝の制御に関わっていること、また、揮発性麻酔剤は、PKC活性化による病的肝血流・代謝変化に抑制的に働く事が明らかになった。本研究は、ラット摘出灌流肝を用いてきたが、今後、研究で明らかになったPKC依存性肝血流・代謝機構が、種々の病態においてどのような意義を持つのかを、検討する必要がある。
慢性関節リウマチにおける好中球上のC5aレセプターの動向

実施項目:1、慢性関節リウマチ(RA)19例に対し、膝関節液・血液を採取し、関節液にはムチンを除去した後、それぞれの検体より好中球を分離し、一次抗体として抗C5aレセプター抗体、二次抗体としてFITCで標識されたこうマウスIgG抗体をつけ、蛍光標識細胞自動分析装置(FACS)を用いてC5aレセプターを測定し、関節液中と血液中との比較を行った。結果:1、関節液と血液のC5aレセプターのMeanFluorescence Intensityを対比すると、血液より関節液がdown regulateされている症例が9例、血液と関節液が同等にdown regulateされている症例が6例、関節液より血液がdown regulateされている症例が4例であった。
ハエ培養細胞での高効率RNAi法を用いたWnt経路構成遺伝子のゲノムワイド解析

本研究では、Drosophila培養細胞S2R+を用いたRNAiによって、Wingless(Wg)経路の構成員を網羅的に検索する事を目的とした。384wellplate僅か50枚を使ってDrosphilaの全遺伝子をカバーする系の確立を目指した。1スクリーニングシステムの設計と検証2 Drosophilaの全遺伝子に対応するdsRNAコレクションの作成3 1次スクリーニングの実施dsRNAが標的としている分子がWg経路の正あるいは負の制御因子である事を考慮して、スクリーニングはWg刺激の有、無しの両系にて行なった。Microplateの各wellに個々のdsRNAを分注しておき、そこへreporterプラズミドとEffectene試薬の混合液を添加し、そこへ血清を含む完全培地で作ったS2R+細胞懸濁液を加えて、それを3日培養後Assayに供した。正の制御因子の新規の候補と考えられる遺伝子を148個、負の制御因子の新規の候補と考えられる遺伝子を32個得た。現在これらにつき解析中である。研究目的Wnt/Wingless(Wg)のCanonicalシグナル伝達経路は動物の発生、形態形成そして癌の発生にも関わっている。一方S2R+,KcなどのDrosophila培養細胞では、長鎖のdsRNAでも特異的で高効率なRNAiを実施できる。本研究では、このRNAi実験系を用いてWgシグナル伝達経路の構成遺伝子を網羅的に洗い出しす事を目的としている。モデルスクリーニングの実際と新規Wg経路のモジュレーター遺伝子の同定Wg経路の活性を計測するに、heat shock promoterの下流にD-Tcf転写因子の結合モチーフを12個導入したFirefly Luciferase reporter plasmidを作成した。また、Pol-III promoterによりRenilla Luciferaseを発現させるplasmidをinternal controlとした。Wg刺激によりFirefly Luciferase活性は1500倍上昇し、この系が極めて広いダイナミックレンジを持つWg signaling assay系である事が明らかになった。さらにS2R+細胞に、Wg経路の構成員の発現plasmidと各種のdsRNAを96 well plateスケールでCo-transfectionする事により、当該dsRNAに対応する遺伝子のWg経路への効果とその作動する位置を評価できる事が分かった。その結果、SUMO conjugating enzyme,Ubc9が、Wg経路の負の制御因子として新たに同定された。Ubc9のRNAiはWg経路の正の制御因子Dishevelledによ利誘導されたTcf reporter活性を阻害したが、ArmadilloによるTcf reporter活性の上昇を抑制できなかった。このことより、Ubc9作用点はDishevelledの下流でなおかつArmadilloの上流であると結論した。384 wellplate僅か50枚を使ってDrosophilaの全遺伝子をカバーする系の確立を目指した。Microplateの各wellに個々のdsRNAを分注しておき、そこへreporterプラズミドとEffectene試薬の混合液を添加し、そこへ血清を含む完全培地で作ったS2R+細胞懸濁液を加えてそれを3日培養後Assayに供した。
Real-Time PCRを用いた発育期小児における齲触リスクファクターの解析

【目的】乳歯齲蝕と齲蝕原因菌であるStreptococcus mutansおよびStreptococcus sobrinusとの関連を詳細に遺伝子レベルで調査することは,リスク因子を抽出するうえで齲蝕予防の新しいアプローチとなる。また,臨床応用では齲蝕罹患の軽症化および齲蝕初発年齢の遅延を目的とした動機付けと保健指導および齲蝕予防の指標の確立を期待し本研究の目的とした。【試料および対象】長野県内の保育園児を対象に口腔内診査,齲蝕感受性試験(ミューカウント^<【○!R】>,カリオスタット^<【○!R】>および安静時唾液とブラッシング歯垢の採取を行なった。齲蝕が無く齲蝕活動性試験が<+>以下の園児14名を無齲蝕群,齲蝕保有で齲蝕活動性試験が<++>以上の園児13名を高齲蝕群に分類した。【方法】唾液および歯垢を改良型MSB培地に塗抹し,嫌気培養を行った。出現したコロニーからRNA抽出後cDNA合成を行った。不溶性グルカン形成に関与するglucosyltransferaseを齲蝕リスクファクターの指標と考えS.mutansにおけるgtfB,gtfC,gtfDおよびS.sobrinusにおけるgtfI,gtfS,gtfT,gtfUの発現をReal-Time PCRで確認した。【考察】以上の結果から,齲蝕を保有している高齲蝕群ではこれら細菌のgtf発現率が高く,その発現量も多いことから,乳歯齲蝕はgtf発現率とその発現量に強く関連することが示唆された。【対象】長野県内の1歳から6歳までの保育園児を対象に口腔内診査,齲蝕感受性試験(ミューカウント^<【○!R】>,カリオスタット^<【○!R】>)および安静時唾液とブラッシング歯垢の採取を行なった。対象はその中の3歳から5歳までの乳歯列期(Hellmanのdental age IIA)の園児で,齲蝕がなくミューカウント^<【○!R】>あるいはカリオスタット^<【○!R】>値が[+]以下の園児14名を齲蝕なし群,齲蝕保有の園児では齲蝕重症度指数(CSI値)が15以上かつミューカウント^<【○!R】>あるいはカリオスタット^<【○!R】>値が[++]以上の園児13名を高齲蝕群と選定した。【方法】1.採取した唾液および歯垢を改良型MSB培地にそれぞれ塗布し,37°C,48時間の嫌気培養を行なった。2.S.mutansおよびS.sobrinusの菌数は実体顕微鏡にてカウントを行い,同定にはコロニーPCRを用いた。3.培養された全てのコロニーを回収し,RNA抽出後cDNA合成を行った。4.齲蝕リスクファクター指標として不溶性グルカン形成遺伝子であるglucosyltransferase(9tf)に着目し,上記cDNAをテンプレートとしてReal-time PCRを行った。S.mutansにおけるgtfB,gtfC,gtfDおよびS.sobrinusにおけるgtfI,gtfS,gtfT,gtfUの発現をみた。これらの結果から,乳歯齲蝕と細菌学的関連性について検討した。【結果】1.S.mutansの検出率は齲蝕なし群と比較して高齲蝕群の方が高い検出率を示し,有意差が認められた。2.S.sobrinusの検出率は低かったものの,齲蝕保有の高い園児から検出された。3.検出された細菌数はS.mutansおよびS.sobrinusともに齲蝕保有の高い園児の方から多く認められた。【考察】S.mutansの検出率は齲蝕なし群と高齲蝕群の間に有意差が認められ,乳歯齲蝕との関連性が考えられた。また,検出率は低かったものの,S.sobrinusは高齲蝕群のみに認められたことから,齲蝕の発生あるいはその重症度に本細菌が関連していることが考えられた。*現在は方法3,4について,各サンプルのcDNA合成したのちReal-time PCRにてS.mutansおよびS.sobrinusのgtf発現について研究を進めている。

出現したコロニーからRNA抽出後cDNA合成を行った。不溶性グルカン形成に関与するglucosyltransferaseを齲蝕リスクファクターの指標と考えS.mutansにおけるgtfB,gtfC,gtfDおよびS.sobrinusにおけるgtfI,gtfS,gtfT,gtfUの発現をReal-Time PCRで確認した。【考察】以上の結果から,齲蝕を保有している高齲蝕群ではこれら細菌のgtf発現率が高く,その発現量も多いことから,乳歯齲蝕はgtf発現率とその発現量に強く関連することが示唆された。
テーラーメイド治療を目指したマイクロアレイ解析に基づく肺癌治療戦略

【目的】肺癌においてはリンパ節転移や再発が予後に関わる重要な因子であるが、その分子生物学的メカニズムに関してはほとんど分かっていない。本研究では、100例の原発性肺癌切除検体を用いて網羅的遺伝子発現解析を行い、肺癌の各組織型、リンパ節転移および術後再発などの臨床病理学的な因子に関連する特異的遺伝子群の抽出に関して検討を行った。【対象と方法】遺伝子発現プロファイルはオリゴヌクレオチドマイクロアレイを用いて情報を獲得し、統計学的手法を用いて、選別した遺伝子から判別に最適な遺伝子群を抽出した。【結果】遺伝子発現解析の結果、腺癌に関連して530遺伝子、扁平上皮癌に関連して519遺伝子、リンパ節転移に関連して94遺伝子、術後再発に関連して60遺伝子が抽出された。これらの遺伝子の中から選別した遺伝子群を用いた前向き試験による解析では、組織型判別率は腺癌90.9%、扁平上皮癌91.5%であった。リンパ節転移の判別率は71.4%、再発の判別率は84.6%であった。病理学的検索と遺伝子発現プロファイルを用いて選別した術後再発高危険群は有意に予後不良であった(p=0.0114,Log-rank test)。【結論】遺伝子発現解析によって原発性肺癌の組織型、リンパ節転移の有無、術後再発に関連した特異的な遺伝子群を抽出することが可能であった。本研究は当施設の生命倫理委員会において受理されたため、インフォームドコンセントの得られた100例の肺癌患者からの手術後摘出検体より腫瘍組織検体と正常肺組織検体を採取し、mRNAを抽出した。個々の検体を匿名化した状態で、oligoDNAマイクロアレイ解析を行った。対象としたDNAは既知の機能を有した10000遺伝子とし、その発現解析を行った。臨床病理学的背景因子として、性別、年令、喫煙指数、病理組織型、腫瘍径、臓側胸膜浸潤、肺内転移、リンパ節転移、再発等の臨床データを登録し、各臨床病理学的因子とマイクロアレイ解析による遺伝子発現の特徴を検討した。その一部は、2005年第105回日本外科学会定期学術集会、第22回日本呼吸器外科学会総会、第58回日本胸部外科学会定期学術集会、第46回日本肺癌学会総会にて発表した。さらに2005年American Association for Cancer Researchの96th AnnualMeetingにて発表した。本研究は当施設の生命倫理委員会において受理されたため、インフォームドコンセントの得られた100例の肺癌患者からの手術後摘出検体より腫瘍組織検体と正常肺組織検体を採取し、個々の検体を匿名化した状態で、oligoDNAマイクロアレイ解析を行った。その一部は、2005年日本呼吸器外科学会総会、日本外科学会総会、日本胸部外科学会総会、日本肺癌学会総会、2006年日本呼吸器外科学会総会、日本胸部外科学会総会、日本癌学会総会にて発表した。さらに2005年、American Association for Cancer Researchの96th Annual Meetingにて発表した。関連研究として、蛍光内視鏡によって発見された扁平上皮化生巣の細胞像に関して研究し、Oncol Repに結果を報告し、Acknowledgementsに本補助金によるサポートを受けた主旨を記載した。関連研究として、大細胞神経内分泌癌に関して研究し、日本肺癌学会雑誌(肺癌)に結果を報告し、Acknowledgementsに本補助金によるサポートを受けた主旨を記載した
異なる調光方式のＬＥＤ照明によるメラトニン分泌抑制作用

夜間照明は我々の生活を安全で快適にした反面、発癌等の健康リスクを高める可能性が指摘され、光によるメラトニン抑制が原因として考えられている。本課題では異なる時間的発光特性の異なる光によるメラトニン分泌抑制作用を検討した。本実験では波長が同じLED照明を用い、単位時間における光強度(放射照度)を統一した場合での点滅光と一定に発光させた定常光を用いて、それぞれのメラトニン分泌抑制作用を評価した。その結果、100Hzの点滅光は定常光よりもメラトニン分泌を抑制しにくいことが示されたものの、その点滅光の点滅速度が1000Hzと高速になる場合は定常光と同程度のメラトニン分泌抑制作用となることが示唆された。夜間照明は我々の生活を安全にした反面、健康リスクを高める可能性が指摘されている。国際ガン研究機構(IARC)はシフトワークを“おそらく発癌性がある(グループ2A)"に指定している。このメカニズムとして、夜間照明によるメラトニン分泌抑制が示唆されている。このような光による生体への作用は、古くから知られている桿体細胞や錐体細胞といった光受容器ではなく、メラノプシン含有神経節(mRGCs)という新たに発見された光受容器に由来するとされている。これまでの研究より、メラトニン分泌抑制は光の曝露強度や曝露時間、波長に依存することが明らかになってきた。しかし、mRGCsは古くから知られている光受容器とは光に対する時間応答特性が異なることが報告されている。つまり、同じ波長の光を同じ曝露量(光強度×時間)で曝露しても、短時間だけ発光する高速点滅光と一定に発光している光ではmRGCsに対して異なる作用をする可能性がある。しかし、このような光の時間的発光特性に着目した研究は非常に少なく、時間的発光特性の異なる光によるメラトニン分泌抑制作用は検討されていない。そこで、本課題では、異なる時間的発光特性の異なる光によるメラトニン分泌抑制作用を検討した。1年目は波長が同じLED照明を用い、単位時間における光強度(放射照度)を統一した場合での高速点滅光と一定に発光させた光(定常光)を用いて、それぞれのメラトニン分泌抑制作用を評価した。実験は、メラトニンが分泌される深夜(午前0時から午前2時30分)に行った。光曝露前後にメラトニン分泌を評価するために唾液を採取した。本実験の結果、光曝露後のメラトニン濃度は、高速点滅光より定常光で高い傾向が得られ、高速点滅光は定常光よりもメラトニン分泌抑制作用が低いことが示唆された。この結果より、夜間照明としては定常光よりも短時間だけ発光する高速点滅光が適していることが示唆された。2年目である本年度は、初年度よりも光の強度を低く設定し、異なる点滅速度の光について検討した。その他の実験プロトコルは初年度と同様とした。本実験の結果、点滅速度が1000Hzという高速となる場合は、定常光と同程度のメラトニン分泌抑制作用を有することが示唆された。以上、本研究課題の結果より、点滅光は定常光よりもメラトニン分泌を抑制しにくいことが示されたものの、その点滅光の点滅速度が高速となる場合には定常光と同程度のメラトニン分泌抑制作用となることが示唆された。人間工学本年度は、短時間発光の高速点滅光が定常光よりも低いメラトニン分泌抑制作用である可能性を示すことができた。この成果は、当初の年度計画を達成するものである。

初年度の成果は当初の年度計画目標を達成した。しかし、曝露する光の強度によって桿体細胞とmRGCsのメラトニン分泌抑制への寄与率が異なることが示唆されている。つまり、曝露する光強度が異なる場合には、メラトニン分泌抑制へのmRGCsの寄与率が変化し、高速点滅光の効果も異なることが考えられる。したがって、今後は異なる光強度での作用を検討する。具体的な光強度として、初年度の光強度は40μW/cm2であり桿体細胞の光に対する応答が飽和した光強度であった。そこで、次年度は桿体細胞の光応答が飽和しない程度の光強度にて高速点滅光と定常光のメラトニン分泌へ与える影響を検討する。研究代表者が業務多忙となったため、本研究に関する情報収集や成果発表の時間が十分にとれず、予定していた旅費の一部が繰り越しとなった。次年度使用額は初年度の研究成果を学会等にて幅広く発表するため出張旅費に充てる。
スパース正則化法に基づく探索的構造方程式モデリング

ガンマダイバージェンスに基づくロバストな相対誤差推定に関する研究を進めた.具体的には,提案手法を電力消費量データに適用し,提案手法の有効性を検証した.電力消費量が極端に小さな値を取るとき,従来の相対誤差推定だとその値に引っ張られて不安定になるが,提案法を使うと,その影響が取り除かれることを確認した.また,交差検証法を適用することにより,適切なガンマの値を推定できることがわかった.この内容は,国際誌Entropy(オープンジャーナル)に掲載された.さらに,国内外の学会・シンポジウムでこの内容を講演した.昨年度考案した,スパース因子分析モデルにおける新たな正則化項であるPrenet正則化法の有効性を検証するため,fMRIデータと大規模アンケートデータへ適用した.その結果,fMRIデータに対して,従来法であるウォード法よりも良い結果が得られることを数値的に示した.また,大規模アンケートデータに対しては,従来のQuartimin回転よりも単純完全構造に近く,解釈しやすい因子負荷行列が推定でき,さらにあてはまりも比較的良いことを確認できた.この結果を論文に追加し,arXivに再投稿した.現在,国際誌に投稿中である.また,この研究内容を国内外の学会やシンポジウムで講演を行った.群の数が多い場合の判別分析に関しては,昨年度考案した重み付きクラス間変動行列を用いた手法よりも,クラスタリングと組み合わせた手法のほうが精度が上がることを確認した.この内容を,来年度の国際会議(EcoSta2019)で講演する予定である.本年度は,因子分析における新たな正則化法を提案し,因子回帰モデルへの拡張を試みた.また,グラフィカルモデルにおける新たなスパース正則化法を提案した.具体的には以下のとおりである.(1)lassoに基づく因子分析の正則化法は,最近開発された,高次元データへ適用可能な方法であるが,lassoでは正しく因子を特定できないことが多い.そこで,因子回転と結びつけた正則化法が必要であると考え,因子回転の一般化を試みた.すると,varimaxなどの回転基準をペナルティとしてそのまま適用しても,因子負荷行列を計算することができず,正則化法と因子回転の関係性を考慮した新しいペナルティを作る必要があることがわかった.そこで,varimax回転やquartimin回転を修正した新たな正則化法を考えた.(2)因子分析モデルを拡張させたモデルとして因子回帰モデルがある.これは,複数の説明変数を一つの因子としてまとめ,その因子を使ってダイレクトに回帰を行うという方法である.本研究では,因子回帰モデルにおける正則化法を提案し,その理論的性質を調べた.回帰モデルでは,予測が重要になるが,予測の観点から推定量の性質を調べた文献は申請者の知る限り存在しなかった.そこで,予測の観点から推定量の性質を調べたところ,lassoの推定量のバイアスが予測には大きく影響せず,かつ多重共線性に対処することができるという知見が得られた.(3)ガウシアングラフィカルモデルは,共分散逆行列のスパース性を用いてネットワークを生成するモデルである.現実世界では,スケールフリーネットワークと呼ばれる,「ハブ」を持つネットワークが多いが,このようなネットワークを普通のlassoで推定することは難しい.そこで,ハブを持つ場合にうまく推定できる新たなペナルティを考案した.これまで,因子回転を拡張した正則化法は提案されておらず,そもそもうまく機能するかどうか,実際に研究にとりかかるまで全く分からなかったが,適切に回転基準を修正すれば正則化法に拡張できることがわかったので,特に大きな問題はなく順調に進んでいると考えている.また,因子回帰モデルにおいても,思った以上に予測の観点から理論的性質を導き出すことができた.グラフィカルモデルに関しては,論文がアクセプトされた.本年度は,グラフィカルモデル,因子回帰モデル,因子分析モデルにおける新たな手法を考案した.(1)ガンマダイバージェンスに基づくロバストかつスパースなグラフィカルモデルを考案し,その性質を調べた.まず,提案法が,再下降性と呼ばれる,ロバスト推定の良い性質を満たすことがわかった.また,先行研究と比べ,パフォーマンスが圧倒的に良いことを数値的に示した.また,実データ解析においても,提案法が,適切に外れ値に対処できることがわかった.(2)昨年度提案した因子回帰モデルの数値シミュレーションをより詳細に行った.因子回帰モデルでは,因子と変数の間の関係性を予め仮定しない,探索的因子分析が用いられる.しかし,因子と変数の間の関係性を予め仮定した検証的因子分析に対しても,因子回帰モデルを構築することができる.そこで,探索的因子分析と検証的因子分析の比較を行った.その結果,もし検証的因子分析で正しくモデルを同定できたとすると,検証的因子分析のほうが若干パフォーマンスが良いものの,さほど変わらないということがわかった.一般に,正しくモデルを同定することは難しいので,探索的因子分析のほうがより実用的であると結論づけることができた.(3)因子分析における正則化法のペナルティとして,Prenet (Product elastic net)と呼ばれるペナルティを提案した.本ペナルティは,因子回転でよく用いられるQuartimin法を拡張したものであり,多くのパラメータを正確に0と推定することができる.ロバストかつスパースなグラフィカルモデルに関しては,現在国際誌に投稿中である.因子回帰モデルの論文は,Statistical Papersに採択された.また,Prenetペナルティに関しては,arXivに投稿した.次年度は実データ解析を徹底的に行い,国際誌に投稿する予定である.1.ガンマダイバージェンスに基づくロバストかつスパースなグラフィカルモデルに関する論文が国際誌Journal of Multivariate Analysisに掲載された.

また,国内外の学会で講演した.2.スパースな因子分析モデルに対する新たな正則化項であるPrenet正則化項の理論的性質を詳しく調べた.まず,この方法が,適当な正則条件のもとでQuartimin回転による最適値に漸近的に一致することを示した.また,Prenet正則化が完全単純構造を持つことを示し,それがk平均法の一般化であることを示した.3.群の数が多い場合における判別分析における新たな手法を考えた.具体的には,正準判別におけるクラス間変動行列を拡張した重み付きクラス間変動行列を考案した.この方法により,判別しにくい群同士が適切に判別されることがあることがわかった.Prenet正則化法に関しては,論文投稿直前の段階まで来ており,かなり順調である.一方で,群の数が多い場合における判別分析に関しては,重み付きクラス間変動行列とほぼ同じアイデアが過去にすでに提案されていたため,今回提案した方法をさらに改良した手法を考える必要があることがわかった.ガンマダイバージェンスに基づくロバストな相対誤差推定に関する研究を進めた.具体的には,提案手法を電力消費量データに適用し,提案手法の有効性を検証した.電力消費量が極端に小さな値を取るとき,従来の相対誤差推定だとその値に引っ張られて不安定になるが,提案法を使うと,その影響が取り除かれることを確認した.また,交差検証法を適用することにより,適切なガンマの値を推定できることがわかった.この内容は,国際誌Entropy(オープンジャーナル)に掲載された.さらに,国内外の学会・シンポジウムでこの内容を講演した.昨年度考案した,スパース因子分析モデルにおける新たな正則化項であるPrenet正則化法の有効性を検証するため,fMRIデータと大規模アンケートデータへ適用した.その結果,fMRIデータに対して,従来法であるウォード法よりも良い結果が得られることを数値的に示した.また,大規模アンケートデータに対しては,従来のQuartimin回転よりも単純完全構造に近く,解釈しやすい因子負荷行列が推定でき,さらにあてはまりも比較的良いことを確認できた.この結果を論文に追加し,arXivに再投稿した.現在,国際誌に投稿中である.また,この研究内容を国内外の学会やシンポジウムで講演を行った.群の数が多い場合の判別分析に関しては,昨年度考案した重み付きクラス間変動行列を用いた手法よりも,クラスタリングと組み合わせた手法のほうが精度が上がることを確認した.この内容を,来年度の国際会議(EcoSta2019)で講演する予定である.(1)の因子分析モデルでは,とりあえず定式化はできたものの,推定量の理論的性質の考察やアルゴリズムの考案まで行っていない.
周辺視野での他者観察における知覚的・認知的他者間相互作用の解明

周辺視野に存在する複数の近接する対象は同定が困難になる現象(クラウディング)が知られている.目の端で複数の人間の動作をとらえる際の認知特性を検討するため,本研究では動作方向や動作種別判断におけるクラウディングを検討した.その結果,動作の方向判断と動作判断のプロセスの部分的な違いの存在が示唆された.また,動作からの感情判断についても検討したところ,感情によってクラウディングの強度が異なることや,感情判断に対するクラウディングは動作種別判断や人かどうかの処理過程とは別かそれ以前のプロセスで起こっている可能性が示唆された.ヒトが視界の端で複数の他者の動作をとらえる際に、観察対象となる他者の近くにいる他の人物が観察対象の動作の見え方に与える影響を明らかにするための研究を行った。そのために実験に使用する映像素材を作成し、それらを用いて実験を行った。平成25年度の本研究の成果は以下の通りである。1実験用映像素材の作成:モーションキャプチャシステムを使用して、人間の動作の撮影を行い、人の関節運動情報のみから構成されるバイオロジカルモーション(BM)刺激を作成した。自身で撮影を行うことにより、今後の実験へ使用するための条件を満たした様々な種類の動作表現を得ることができた。2他者の動作方向判断における周囲の人間の動作の影響の検討:集団の中で特定の他者の動作を識別する際の知覚の特性について、周辺視野で複数の物体が近接して提示されると個々の物体の同定が困難になるというクラウディング効果を利用して研究を行った。実験には自身が作成したBM刺激を用いた。実験では観察者に歩行や蹴りといった様々な動作をしているBM刺激を複数体、周辺視野で観察させ、その中の1体の動作方向を判断させた。その結果,BMの方向を判断する場合は全てのBMの動作が一致しているときに全てのBMが異なる方向を向いているとクラウディングが強く起こった.このことから近接する同一動作のBMはBM方向判断を困難にさせることが示された.しかしながらBMの動作の種類を判断する場合には近接するBMの方向の違いによる影響は示されなかった.以上の結果は人間の動作の方向判断と動作の種類判断のプロセスの部分的な違いの存在を示唆すると考えられる.この成果は平成26年度開催の国内学会(日本認知心理学会第12回大会)と国際学会(ECVP2014)において発表される予定である。ヒトが視界の端で複数の他者の動作をとらえる際に,観察対象となる他者の近くにいる他の人物が観察対象の動作の見え方に与える影響を明らかにするための研究を引き続き行った.平成26年度の代表者の成果は以下の通りである.1.他者の動作方向判断における周囲の人間の動作の影響を検討した前年度の研究の学会発表:前年度の研究から,周辺視野に存在する近接する同一動作の他者の存在は動作方向判断を困難にさせることが示された.しかしながら動作の種類を判断する場合には近接する他者の動作方向の違いによる影響は示されなかった.以上の結果は人間の動作の方向判断と動作の種類判断のプロセスの部分的な違いの存在を示唆すると考えられる.この成果を国内学会(日本認知心理学会第12回大会)と国際学会(ECVP2014)において発表した.2.他者の動作から感情を判断する際の周囲の人間の動作種別による影響の検討:周辺視野において近接した複数の対象を見るときに,個々の対象の同定が困難になる現象はクラウディングとして知られている.この現象は人間の動作の動的情報から構成されるバイオロジカルモーション(BM)刺激の動作方向や動作種別の判断においても生じることが知られている.本研究ではBMの感情判断におけるクラウディングを検討した.その結果,BMの感情判断に対してもクラウディングが生じる可能性が示され,ターゲットBMと妨害BMの動作が一致しない場合に感情判断が容易になった.また,クラウディングの生じる強さはターゲットBMの動作種別や感情種別によって異なることも示唆された.この相互作用の原因として動作種別によって読み取りやすい感情が異なることが考えられる.この成果を国内学会(日本基礎心理学会第33回大会)において発表した.ヒトが視界の端で複数の他者の動作をとらえる際に,観察対象となる他者の近くにいる他の人物が観察対象の動作の見え方に与える影響を明らかにするための研究を行った.平成25年度は,モーションキャプチャシステムを使用して,今後の実験への使用に適した様々な種類の動作アニメーション(バイオロジカルモーション:BM)を実験用素材として作成した.この素材を用いて他者の動作方向判断における周囲の人間の動作種別の影響を検討する実験を行った.このために,周辺視野で複数の物体が近接して提示されると個々の物体の同定が困難になるというクラウディング効果を利用して研究を行った.実験では観察者に様々な動作をしているBM刺激を複数体,周辺視野で観察させ,その中の1体の動作方向を判断させた.その結果,それぞれのBMの動作種別や方向の一致の有無が方向判断へのクラウディングに影響することが明らかになった.しかしながらBMの動作種別判断課題では近接するBMの方向による影響は示されなかった.以上の結果は人間の動作の方向判断と動作の種類判断のプロセスの部分的な違いの存在を示唆すると考えられる.平成26年度は,昨年度の研究成果を国内学会(日本認知心理学会第12回大会)と国際学会(ECVP2014)において発表した.これに加え, BMの感情判断におけるクラウディングを検討した.その結果,BMの感情判断に対してもクラウディングが生じる可能性が示され,ターゲットBMと妨害BMの動作が一致しない場合に感情判断が容易になった.

また,クラウディングの生じる強さはターゲットBMの動作種別や感情種別によって異なることも示唆された.この相互作用の原因として動作種別によって読み取りやすい感情が異なることが考えられる.この成果を国内学会(日本基礎心理学会第33回対会)において発表した.平成27年度はこれまでの成果をまとめた論文が学術誌へ受理され,現在印刷中である.周辺視野に存在する複数の近接する対象は同定が困難になる現象(クラウディング)が知られている.目の端で複数の人間の動作をとらえる際の認知特性を検討するため,本研究では動作方向や動作種別判断におけるクラウディングを検討した.その結果,動作の方向判断と動作判断のプロセスの部分的な違いの存在が示唆された.また,動作からの感情判断についても検討したところ,感情によってクラウディングの強度が異なることや,感情判断に対するクラウディングは動作種別判断や人かどうかの処理過程とは別かそれ以前のプロセスで起こっている可能性が示唆された.平成25年度末の計画通り,観察対象他者と観察対象外他者の動作の特性を操作し,観察対象他者から得る情報の内容が違う際に観察対象外他者動作の特性がどう影響するかの研究を進め,学会でその成果を発表した.ただし,平成25年度の撮影機材トラブルと他研究室との機材共有による撮影の遅延から,研究成果を論文としてまとめる作業に遅れが生じた.しかし平成26年度から論文の執筆作業は進行させているため,平成27年度中に投稿作業を終えられる予定である.認知心理学平成27年度はこれまでの成果を論文としてまとめ,学術誌への論文投稿を進める.既に論文の執筆は進行しているため問題なく遂行可能であると予想される.当初の計画通り、平成25年度中に研究用に映像刺激を作成した。途中、機材のトラブルによって撮影が滞ることがあったが、速やかに撮影セッティングを整え、実験に使用できる素材を獲得した。年度内にはこれを用いて実験を遂行することが可能であった。研究成果の発表は年度内に収まらなかったが、すでに実験結果の分析は終えており、平成26年度に開催される学会発表で報告される予定である。平成25年度に映像素材の作成を予定していたが,機材を所属先の他研究室と共有で使用することになったことに加えて撮影機材のトラブルが生じたことで撮影が予定よりも遅れることになった.このために以降の実験の遂行と結果の分析が遅れた.全ての実験とほぼ全ての実験の学会発表は平成26年度内に終了したが,論文投稿の平成26年度内の遂行が困難となったため,未使用額が生じた.平成26年度は引き続きクラウディング効果によってバイオロジカルモーション(BM)知覚の妨害が起こる現象を利用して、他者動作観察時の複数対象同士の動作が他者動作の識別へ及ぼす影響を探る。基本的には当初の研究計画の指針通りに研究を進める。また、平成25年度の成果をまとめ、学会で発表し、学術誌への論文投稿を進める。平成26年度は「観察者の認識を妨害しないための対象間距離以外のパラメータの検討」というテーマで研究を進める。
細胞質分裂におけるカルシニューリンの機能と関連遺伝子の単離

分裂酵母においてカルシニューリン遺伝子を破壊した場合、酵母の増殖には影響がないが、細胞質分裂に著しい異常が認められる。さらに、培地中の塩濃度を高くすると細胞質分裂の異常がより強くなり、分岐した多核の状態になって、増殖も著しく抑制される。細胞質分裂におけるカルシニューリンの機能を明らかにし、細胞質分裂に関連する遺伝子を分離、解析するため、カルシニューリン破壊による細胞質分裂異常を多コピーで抑制する遺伝子をスクリーニングした結果、数種類の遺伝子を分離できた。その1つは、ヒトのCL100から出芽酵母のMSG5まで広く種を越えて存在し、その構造が保存されているDual specificity phosphataseと相同性を示す新規の蛋白質をコードしており、これをdsp1^+と名付けた(第18回日本分子生物学会年会)。dsp1^+遺伝子破壊と高発現はいずれも致死ではないが、細胞質分裂異常と思われる形質変化をもたらした。また、dsp1^+遺伝子はカルシニューリン遺伝子と合成致死性を示し、細胞増殖における必須機能を共役する事が示された。新規のMAP kinase homologであるpmk1^+遺伝子産物がdsp1^+遺伝子産物の基質であることが遺伝学的および生化学的実験により明らかとなった。即ち、カルシニューリン遺伝子破壊によりもたらされる高塩感受性は、pmk1^+遺伝子破壊により抑制され、大腸菌において発現されたdsp1^+遺伝子産物は燐酸化pmk1^+遺伝子産物を脱燐酸化した。また、pmk1^+遺伝子破壊は、著名な細胞質分裂異常をもたらした。以上の結果は、カルシニューリンとMAP kinase系を含む燐酸化および脱燐酸化反応が細胞質分裂に深く関与していることを強く示唆している。
細胞内自己分解を担うオートファジー:分子機構及び発生・分化・疾患との関係の解析

細胞自身の構成成分分解は、主にオートファジーにより細胞質やオルガネラの一部がリソソームに運び込まれることで遂行される。オートファジーは日常的な代謝回転に寄与するだけではなく、状況に応じて著しく促進されて大規模な細胞質・オルガネラの分解を行うことで、細胞・組織の再編成を臨機応変に行うと考えられる。また各種の疾患においてオートファジーの亢進が観察されており、その病理的な意義が注目されている。本研究では、未知の部分の多いオートファジーについて、その分子機構の解析を行うと同時に、発生分化・疾患におけるその役割を探ることを目的とした。分子機構については、1)Atg5とAtg12の共有結合反応を触媒する酵素Atg10を同定、2)エンドソームオートファゴソーム間輸送が、オートファゴソームとリソソームの融合に必須であることを示し、3)Atg5とAtg12の共有結合体が、約800kDaの巨大分子複合体を作ることを明らかにし、その成分として新規のタンパク質Atg16Lを同定、4)オートファゴソームへの局在化に際し、LC3がフォスファチジルエタノールアミンと共有結合している証拠を得、LC3のホモログであるGABARAPとGATE16もオートファゴソームに結合することを示した。発生・分化については、GFP-LC3を全身に発現するトランスジェニックマウスを作成し、各組織におけるオートファジー誘導を容易に検出できるようにした。さらに、疾患の解析において、オートファジーの新しい機能を発見した。すなわち、細胞内に蓄積凝集し変性疾患を起こす延長ポリグルタミン鎖とα_1アンチトリプシンのZ変異体の分解と、細胞内に侵入したある病原性細菌の死滅にオートファジーが働いていた。また、SARSの原因となるコロナウイルスの仲間であるマウス肝炎ウイルスが、細胞内で増殖する際オートファゴソームを利用していることも判明した。リソソームは、外部から取り込んだ物質の消化に加え細胞自身の構成成分分解の主要な場としても機能している。この自己分解は、オートファジーと呼ばれる機構により細胞質やオルガネラの一部がリソソームに運び込まれることで遂行される。また神経変性疾患等で見られる異常蛋白質等の蓄積時にオートファジーの亢進が観察されており、その病理的な意義が注目されている。本研究では、未知の部分の多いオートファジーについて、その分子機構の解析を行うと同時にその役割を探ることを目的とした。まず、オートファジーを担う膜構造オートファゴソームに結合することを見出したラットのLC3タンパク質のホモログである哺乳類のGABARAPとGATE16が、LC3同様の翻訳後修飾を受けてオートファゴソームに結合することを見出した。酵母ではLC3ホモログは一つしかないので、高等動物のオートファジーに特有の機構や制御の存在が窺われる。次にポリグルタミンの細胞内凝集(ハンチントン舞踏病などの原因)やα_1アンチトリプシン変異体の細胞内蓄積(肝疾患の原因)を、培養細胞において再現する系を作りオートファジーの関与を検討した。その結果、オートファジーに必須のAPG5遺伝子を破壊しオートファジーが不能になったマウスES細胞では、これらの異常蛋白質の蓄積や凝集が正常細胞より著しく亢進することが判明した。APG5遺伝子破壊細胞における異常タンパク質の分解が低下していたことから、オートファジーがこのようなタンパク質の分解除去に寄与していることが強く示唆される.

リソソームは、外部から取り込んだ物質の消化に加え細胞自身の構成成分分解の主要な場としても機能している。この自己分解は、オートファジーと呼ばれる機構により細胞質やオルガネラの一部がリソソームに運び込まれることで遂行される。オートファジーは日常的な代謝回転に寄与するだけではなく、状況に応じて著しく促進されて大規模な細胞質・オルガネラの分解を行うことで、細胞・組織の再編成を臨機応変に行うと考えられる。また感染症などの疾患でオートファジーの亢進が観察されており、その病理的な意義が注目されている。本研究は、未知の部分の多いオートファジーについて、その分子機構の解析を行うと同時にその役割を探ることを目的としている。本年度は、オートファゴソーム形成の最初期過程である扁平小胞へのAtg5タンパク質の結合を、細菌毒素ストレプトリシンOで細胞膜に孔を開けたセミインタクト細胞に調整サイトゾルとATP再生系を加え再構成することに成功した。Atg5が扁平小胞に結合すると、小胞の膜が伸長しオートファゴソームが形成される。結合は、オートファジーが誘導される飢餓状態にしたマウスの肝臓由来サイトゾル添加で、餌を与えたマウスのサイトゾル添加の場合より顕著に亢進した。この実験系はオートファジーを制御する分子、例えば飢餓信号の伝達分子の同定に有用で、その確立は分子機構解明にはずみをつける大きな成果である。また、ある病原性細菌が細胞内に侵入後,高効率でオートファゴソーム様構造に捕獲され、増殖が抑制されていることを世界に先駆け示した。
アシナガバチ亜科の幼虫形態比較と属間の系統関係解析

(1)アシナガバチ亜科(スズメバチ科)30属金属を網羅する約250種ならびにアジナガバチ亜科の姉妹群であるスズメバチ亜科の4属15種について,幼虫を解剖,染色して光学顕微鏡下で外部形態を観察することを終えた。(2)状態のよい液浸標本を得ることのできた,アシナガバチ亜科41種(主要な属を網羅している)について,凍結乾燥し,試料を走査電子顕微鏡を用いて観察した。走査電子顕微鏡観察を行うことにより,光学顕微鏡下でははっきりと確認することのできなかった上唇上のウロコ状構造の有無,体表上の微小突起の形態等を確認することができた。(3)上記(1),(2)の結果をもとにし,観察した幼虫形態の記述を現在行っており,近年中にアジナガバチ亜科の幼虫形態のモノグラフとして発表する予定である。(4)これまでにまとめられている成虫形態ならびに巣構造に,今回得られた幼虫形態の形質を追加して,アジナガバチ亜科の属間の系統関係解析をCarpenterならびにWenzel博士と共同で行っている.解析は分岐分類の方法に基づき,Hennig86,NONA等のコンピュータプログラムで行っている.この最初の成果として,南米の属であるOccipitaliaをClypearia属のシノニムとすることが系統分類の視点から適切であることが明らかになり,論文としてまとめた.(1)アシナガバチ亜科(スズメバチ科)30属金属を網羅する約250種ならびにアジナガバチ亜科の姉妹群であるスズメバチ亜科の4属15種について,幼虫を解剖,染色して光学顕微鏡下で外部形態を観察することを終えた。(4)これまでにまとめられている成虫形態ならびに巣構造に,今回得られた幼虫形態の形質を追加して,アジナガバチ亜科の属間の系統関係解析をCarpenterならびにWenzel博士と共同で行っている.解析は分岐分類の方法に基づき,Hennig86,NONA等のコンピュータプログラムで行っている.この最初の成果として,南米の属であるOccipitaliaをClypearia属のシノニムとすることが系統分類の視点から適切であることが明らかになり,論文としてまとめた.
アーベル多様体の算術的理論の研究

本研究において代数体上定義されたアーベル多様体の数論的性質、特にそのモ-デル・ヴェイユ群について研究した。その詳しい内容は以下の通りである。1.研究代表者は代数体上定義された楕円曲線のモ-デル・ヴェイユ群のトーション部分が同種写像により、どのように変動するかを調べた。その結果、与えられた楕円曲線が虚数乗法を持たなければ、それに同種な楕円曲線の中で、トーション部分が定義体に含まれる1のべき根の数の約数を位数とする巡回群と同型になるものが存在することを証明した。これは、ロスが彼の論文の中で提起した問題の一つに肯定的な解答を与えるものである。2.代数体上定義されたアーベル多様体のモ-デル・ヴェイユ群から定義体のイデアル類群への写像(ideal class pairing)を研究した。この写像は、メイザーとテイトの論文において初めて統一的な定義がなされたのであるが、その詳しい性質については、あまり深い研究がなされてはおらず、唯一コールの研究があるだけだったと思われる。本研究において、研究代表者は超楕円曲線のヤコビ多様体に焦点を当てて、その写像の像がいくらでも大きくなり得ることを証明した。更に、ヤコビ多様体のモ-デル・ヴェイユ群のトーション部分は、ほとんどの場合その写像により定義体のイデアル類群へ単射的に写されることを証明した。3.研究分担者(塩田)はルート格子E_6,E_7,E_8及びそれらの双対格子を一律に構成する方法を与えた。これは、モ-デル・ヴェイユ格子と3次元曲面等の関連を追及いているうちに得られた副産物である。また、3次元曲面のEckardt pointとD_4型のモ-デル・ヴェイユ格子の関係を望ましい形で確立した。
構造を規定した酸化物表面をテンプレートにした水分子の結晶化に対する電場効果の解明

表面原子を周期配列させた(構造を規定した)酸化物表面に水中で電場を発生させ、表面を鋳型として水分子を結晶化させることを目標とした。超高真空(UHV)中で作製した二酸化チタン(110)-(1×1)表面を高圧水蒸気、大気、水に暴露した後、UHVに再導入して構造・組成を解析した。(1×1)構造が高湿度環境で安定であることを明らかにし、(1×1)表面が鋳型として有望であると結論した。また、UHVへの導入時に水分子が解離して、その生成物が(1×1)表面に吸着することを見出した。水分子由来の表面種を特定できたことで、含水ガスや水溶液から吸着する原子・分子をUHV中で高感度・高空間分解能に解析できる。本研究では、水中で接近させた周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)の探針と酸化物表面間に局所高電場を発生させ、H2O分子を特異的に結晶化させる。結晶化プロセスおよび電気的・力学的特性をFM-AFMを用いて分子スケールで観察・解析する。研究の成果は、外場および水素結合や配位結合などで分子を配向・配列させる結晶工学(クリスタルエンジニアリング)に表面科学の手法を持ち込むものであり、ナノスケールの材料科学と表面科学の境界を切り拓く契機となる。本年度は、Nb:TiO2(100)表面へのSiOXを気相堆積を実施した。堆積条件(温度、速度、SiOX量)を調整したが、非ドープTiO2(100)表面を基板とした際に作製されるSiO2-(3×4)超薄膜は作製できなかった。XPSによる表面組成分析により、TiO2(100)/SiO2界面にNbが偏析することがわかった。高濃度のNbがOとTiで構成される基板の(1×1)構造の形成を阻害すると考えられる。現在、非ドープTiO2(110)表面に立ち返り、表面水酸基(OH基)が原子スケールで周期配列したテンプレート表面を作製することを進めている。TiO2(110)-(1×1)表面に超高真空中で酸素原子欠陥を作製し、H2Oを解離させてOH基を作製する。これまでにOH基の被覆率を0.2程度に増大させることに成功している。研究の過程で、MgO(100)表面に<011>ステップを選択的に作製することに成功した。この<011>ステップ表面はOH基配列テンプレートにはならなかったが、<011>ステップに水中で難溶性Mg(OH)2がエピタキシャル成長することを見出した。MgOは、構造部材や生分解性インプラントとして用いられるMg材の不動態皮膜である。難溶性Mg(OH)2の選択的成長を実現できれば、Mg材の侵食性の制御に繋がるため、研究を進めている。本研究では、水中で接近させた周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)の探針と酸化物表面間に局所高電場を発生させてH2O分子を特異的に結晶化させ、その結晶化プロセスを分子スケールで解析することを目的とした。研究の成果は、外場および水素結合や配位結合などで分子を配向・配列させる結晶工学に表面科学の手法を持ち込むものであり、ナノスケールの材料科学と表面科学の境界を切り拓く契機となることが期待できる。昨年度、NbドープTiO2基板をテンプレートとする結晶成長が、Nbの表面偏析のために困難であることを見出した。そのため、本年度は非ドープTiO2表面をテンプレートとした研究を進めた。超高真空中で原子配列を規定したTiO2(110)-(1×1)表面を水中に導入して、FM-AFM探針-表面間のギャップに高電場を発生させたが、画像中のH2Oクラスターの形状や配列に変化は観察されなかった。そこで、水中に浸漬させた(1×1)表面を超高真空中に再導入し、表面の化学種を走査トンネル顕微鏡で解析した。その結果、酸性OH基、塩基性OH基、ヒドロペルオキシ(OOH)基、原子状酸素が表面に存在することがわかった。これらの化学種が水和層の脱離時に形成されることを、X線光電子分光解析の結果を合わせて明らかにした。この成果は、O欠陥を高密度に作製した(1×1)表面に水蒸気とO2を導入すれば、強固なOOH基が密に周期配列した、水分子の結晶化に適したテンプレートを作製できることを示唆する。また、電極モデル表面として用いられる大気加熱TiO2(110)表面が(1×1)様構造のTiO2微小片で形成されることを、研究過程で見出した。これは、電極表面の原子スケール情報の取得に繋がる成果である。以上の様に、本研究では水/TiO2界面の原子スケール構造に関する知見と原子スケールテンプレートの作製のための基盤情報を取得した。

水分子由来の表面種を特定できたことで、含水ガスや水溶液から吸着する原子・分子をUHV中で高感度・高空間分解能に解析できる。平成26年度は、NbドープTiO2(100)(Nb:TiO2(100))単結晶表面に気相堆積法によりSiO2超薄膜を製作し、表面の水酸基(OH基)及び吸着H2O分子を周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)で画像化して、テンプレート表面ー純水界面の構造を超高真空中で解明することを目標とした。Nb:TiO2(100)表面に作製したSiO2薄膜の表面原子は周期配列しておらず、結晶成長のテンプレートとして活用できないことがわかった。そこで方針を変更し、非ドープTiO2(110)表面を超高真空中清浄化して(1×1)表面とし、電子線照射により周期配列したOH基を作製できることを見出した。これまでにOHの被覆率を0.2程度に増大させることに成功した。現在、OH層上にH2O分子を吸着させてH2O分子の吸着構造・配向に対する電場の影響を解析するという課題を進めており、平成27年度の課題である液中での結晶成長に着手する目処が立っている。表面科学水酸基(OH基)で被覆したTiO2(110)表面で、吸着H2O分子の配列・配向に対する電場の影響を超高真空中で解明する。OH被覆TiO2(110)表面を水中に導入して周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)探針-表面間のサブナノギャップに高電場を発生させ、電場強度を調整してH2O分子の配列・配向を制御し、H2O結晶生成に挑む。非ドープTiO2(110)表面を超高真空中で清浄化して(1×1)表面とし、電子線のエネルギー及び照射時間を調整して高被覆率OH層を作製する。TiO2基板を液中FM-AFMに導入して溶液セルに純水を注入し、探針先端を表面に徐々に接近させながら、吸着H2O分子、表面OH基の配置・配向を分離して解析する。空冷-水冷2段のペルチェユニットを用いてFM-AFM試料ステージに低振動冷却システムを構築し、TiO2基板を背面から冷却する。TiO2表面を冷却し、低温でのH2O分子の結晶化過程をFM-AFMで解析する。次に、室温で探針-TiO2表面間に電圧を印加した状態で吸着H2O分子、表面OH基の配置・配向を解析する。更に、TiO2表面を冷却してH2O分子の結晶化過程を解析する。無電場下の画像と比較し、H2O分子の結晶構造に対する電場の影響を解明する。
超初期発癌診断用光ファイバ型P450インビボクイックセンサシステムの開発

発癌の超初期(発症する直前)では、発癌促進酵素cytochromeP450-1Aが発現し、これが発癌物質(carcinogen)を究極発癌物質までに励起させ、癌遺伝子を産むDNA-carcinogen Adductsを形成させる。これが発癌プロセスのinitiationと呼ばれる過程である。これは酵素の発現そのものが癌発症の危険性が高まったことを意味していると理解すれば、酵素の知見は癌診断に利用できる可能性がある。つまり、酵素の動態から癌発症の危険性を診断しようとするものである。この方法は癌を発症前に診断できることから、これが実現できれば画期的診断法となりうる。そこで、平成15年度16年度にわたり、超初期癌診断に利用することを目的に最新の光ファイバセンサ技術を利用して実用性の高い酵素検知システムの開発を進めてきた。その結果、検査に要する時間が短く(quick)、しかも生体に直接適用(in vivo)できる酵素検知システムの開発に成功した。この方法は酵素がその周囲に産生する蛍光物質を励起して蛍光を発生させ、その蛍光強度の時間推移の状況から酵素の活性度を評価しようとするもので、励起光の導入および蛍光を信号として検出系への取り出しに光ファイバを用いることが特徴である。光ファイバは細径で柔軟性の高いプラスチック型のものを利用することにより、生体の任意の部位に容易にアクセスできるが、非侵襲であることが望ましいことから、経皮、あるいは皮膚表面での検知も試みた。その結果、先端より1mm程度前方に最高感度を有する空間領域があることがわかり、皮下2mm程度の深さまでの酵素状態を検知できることがわかった。以上の研究結果により、超初期癌診断は技術的には可能となったことから、今後は診断医療の場に本装置の適用を試みる。発癌の初期の課程での代謝酵素チトクロムP450-1Aの関わりについて、生体内での挙動を調べることにより癌を発症前に予防診断ができるのではないかと期待がもたれている。本研究は、光を使ってP450-1Aの挙動を癌発症の超初期の段階で高感度、高信頼性をもって評価することのできる光ファイバセンサ、および、そのドライブシステムを構築することを目的に進めているものである。P450-1Aはethoxyresorufinを脱アルキル基反応により蛍光物質であるresorufinを産生するので、この基剤を試験薬として用いるとき、励起光として波長535nm光を用いたとき、蛍光として590nm付近の光を得る。このシステムは、励起波長をアクセス信号、resorufinからの蛍光波長が応答信号となるような波長識別による生体内部と生体外部との波長多重擬似通信システムを構成していると考えることができる。このシステムを実現するため、2本のプラスチック光ファイバを、1本は励起用、他方は蛍光の検出用として1体化して光ファイバセンサヘッドを形成させ、光源にはレーザー、検出器には高感度フォトダイオードを用いて装置を構成している。その結果、酵素反応の進捗を反映した蛍光強度の時間推移が観察されれ、その曲線と特長を解析することによりP450の活性を評価できるようになった。この装置を用いて、さまざまな条件での発癌過程を調査中である。例えば毒性の高い発癌物質が摂取されると急速にP450-1Aの活性が高まることが観測された。一方、毒性の弱いもの(あるいは低濃度レベル)であっても長期間の摂取による慢性効果、潜伏効果などがあるものと考えられ、これらの潜伏限界値などが評価できれば、発癌診断の一助となる。発癌の超初期(発症する直前)では、発癌促進酵素cytochromeP450-1Aが発現し、これが発癌物質(carcinogen)を究極発癌物質までに励起させ、癌遺伝子を産むDM-carcinogen Adductsを形成させる。