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定序性に基づく光学活性な高分子包接体の立体構造の制御

光学活性な高分子包接体を通して、分子情報が表現されるという概念の立証を目指して、定序性分子情報に基づく包接体の立体構造の制御に関する研究を系統的に行った。次のような成果が得られた。1.定序性の異なるホストを多数合成した。これらホストの分子集合体形成の有無を通常百種類以上のゲストについて、再結晶法により調べた結果、多種類の包接体の形成を確認した。生成した包接体を用いて、定序性と包接体の立体的関係を詳しく検討した。2.上記の包接形成の有無をもとに、各ホストの包接境界を求めた。この包接境界とゲストの大きさ・形・極性・キラリティーとの関係により、分子認識の機構解明に必要な基礎データを集積した。各ホストの包接範囲は、全く個性的と言ってもおかしくないほど多様であった。3.ホスト・ゲスト包接体の単結晶をつくり、まず粉末回折パターンにより、結晶が既知のものと同型か異型かを調べ、次に異型の単結晶についておもに単結晶構造解析を行った。二年間で百個以上の包接単結晶の三次元構造データを集積した。4.上記のようにして得られた構造解析データに基づいて、分子集合体をパソコン上で組み立て水素結合様式と分子集合様式を解析した。その結果、分子構造の変化と水素結合・分子配列の変化との対応関係が従来以上に鮮明になってきた。例えば、ホスト分子の部分構造と包接空間との関係について、ステロイド骨格と側鎖が包接空間の構築に関わっていく仕組みが明らかになった。5.さらに分子グラフィックスにて包接空間を解析し、分子認識の機構を考察した。その結果、定序性に基づく光学活性な高分子包接体の立体構造を制御する仕組みが明らかになってきた。定序性に基づく情報がホスト・ゲスト結晶において非共有結合などの弱い結合により表現されると考えれば、高分子包接体を通して分子情報が表現されるという概念が成立するはずである。そこで、この包接体の立体構造と定序性との関係が理解されれば、定序性分子情報による包接化の制御が可能になると期待される。そこで本研究では、定序性と包接体の立体的関係を解明することを目的とし、今年度は次のような成果が得られた。1.定序性の異なるホストを合成し、ホスト・ゲスト分子集合体を再結晶法にて形成させたところ、非常に多種類の包接体が得られた。通常一つのホストについて百種類以上のゲストを用いて調べたが、包接能はホストに依存して多様に変化した。2.包接結晶生成の観点から、分子認識の機構解明に必要な基礎データを集積した結果、包接境界とゲストの大きさ・形・極性・キラリティーとの関係を考察することが可能になってきた。3.ホスト・ゲスト包接体の単結晶をつくり、そのX線構造解析を百個以上の包接単結晶について低温で行った。まず粉末回折パターンにより、結晶が既知のものと同型か異型かを調べ、次に単結晶について解析を行い、構造データを集積することができた。4.上記のようにして得られた構造解析データに基づいて、分子集合体をパソコン上で組み立て水素結合様式と分子集合様式を解析した結果、分子構造の変化と水素結合・分子配列の変化との対応関係が明らかになってきた。さらに、包接空間を分子グラフィックスにて解析し、分子認識の機構を考察した。その際ホスト分子の部分構造と包接空間との関係を現在詳細に解析しているが、ステロイド骨格と側鎖が包接空間の構築に関わっていく仕組みが明らかになりつつある。前年度に引き続いて、高分子包接体を通して分子情報が表現されるという概念の立証を目指して、定序性分子情報による包接化の制御に関する研究を組織的に行った。今年度の研究では、次のような成果が得られた。

1.前年度に引き続いて定序性の異なるホストを合成した。これらホストの分子集合体形成の有無を通常百種類以上のゲストについて、再結晶法により調べた結果、多種類の包接体の形成を確認した。生成した包接体を用いて、定序性と包接体の立体的関係を詳しく検討した。2.上記の包接形成の有無をもとに、各ホストの包接境界を求めた。この包接境界とゲストの大きさ・形・極性・キラリティーとの関係により、分子認識の機構解明に必要な基礎データを集積した。各ホストの包接範囲は、全く個性的と言ってもおかしくないほど多様であった。3.前年度に引き続いて、ホスト・ゲスト包接体の単結晶をつくり、まず粉末回折パターンにより、結晶が既知のものと同型か異型かを調べ、次に異型の単結晶についておもに単結晶構造解析を行った。前年度と併せて二年間で百個以上の包接単結晶の三次元構造データを集積した。4.上記のようにして得られた構造解析データに基づいて、分子集合体をパソコン上で組み立て水素結合様式と分子集合様式を解析した。その結果、分子構造の変化と水素結合・分子配列の変化との対応関係が従来以上に鮮明になってきた。例えば、ホスト分子の部分構造と包接空間との関係について、ステロイド骨格と側鎖が包接空間の構築に関わっていく仕組みが明らかになった。5.さらに分子グラフィックスにて包接空間を解析し、分子認識の機構を考察した。その結果、定序性に基づく光学活性な高分子包接体の立体構造を制御する仕組みが明らかになってきた。
ラインX線ガンマ線による天体物理研究の総括

当重点領域研究は平成8年度で4年間の研究期間を終了し、今年度はその成果のとりまとめをすすめた。主要な成果の1つは、X線天文観測衛星「あすか」によるラインX線の観測、データ解析、及びそれらの理論的モデルへの適用である。研究期間を通して多くの観測がなされ、今年度もX線天体のデータ取得、データ解析がすすめられた。それに加えて、研究目標のもう一つの大きな柱である。検出器の開発研究も引続きすすめられた。本研究領域全体として達成された成果は、多数の論文にまとめられつつあり、社会的にも全国紙の科学欄で多く取り上げられその内容が広く普及されつつある。これらの成果は「物質の起源」「構造形成」「銀河や銀河団の進化」等、現在の宇宙物理の最重要課題の解明に迫る質の高い重要なものであることが明らかになってきている。本研究では、以上のようなデータ取得・解析・論文作成活動を推進・サポートし、さまざまな国際会議や、国内会議などの機会を充分に利用し、また小規模の会合の開催、研究会の集録の発行により、研究とりまとめを行なった。当重点領域の研究計画において、主要な柱の1つは、X線天文観測衛星「あすか」によるラインX線の観測、データ解析、及びそれらの理論的モデルへの適用であった。その「あすか」は1993年2月20日に成功裏に打ち上げられ、3月末からは順調に観測を開始した。X線天体に残るシリコンから鉄にいたる重元素の特性X線を、見事なエネルギー分離能でとらえている事から、天文学・宇宙物理学全般に大きなインパクトを与えている。さらに、当重点領域の研究の推進にあたって好運だったのは、主要な研究対象の一つである超新星が1993年3月末に極めて近くの銀河M81に出現した事である。この超新星1993Jは、これまでに観測例のないタイプの超新星で、6年前に出現した1987Aと同様、ラインX線ガンマ線によるまたとない研究対象となった。特に、「あすか」によって、超新星1993JからのX線が出現後早期に観測された事は、特記すべき成果である。この超新星の理論的研究においても既に世界に先駆けた成果が報告された。「あすか」による観測が順調に進み、特にラインX線に関する多くの新しいデータが得られつつあることから、この成果を各研究班、公募研究において早期に取り入れていく事が、世界に先駆けた研究成果をあげる上で急務であると考えた。そこで、総括班主催による全体的な研究会を11月11-12日に開催した。理論的研究の推進においては、超新星1993Jの研究の進展もふまえて、「Nuclear Astrophysics」ワークショップを9月に開催した。そこでは核ガンマ線の重要な源である新星や超新星における元素合成と鉄輝線に関連した銀河の化学進化、それらに関連した核反応率の問題を議論した。また、12月と3月には、「ガンマ線バースト」と「X線γ線パルサー」に関するワークショップをそれぞれの研究班が中心になって総括班の援助によって,開催した。以上のように研究会を中心にして各研究班の連携をはかると同時に、ニュースレターを年4回程度の頻度で発行した。当重点領域の研究計画において、重要な柱の1つは、X線天文観測衛星「あすか」によるラインX線の観測、データ解析、及びそれらの理論的モデルへの適用であった。「あすか」による観測が順調に進み、特にラインX線に関する多くの新しいデータが得られつつあることから,この成果を各研究班、公募研究において早期に取り入れていく事が、世界に先駆けた研究成果をあげる上で急務であると考えた。そこで、総括班主催による全体的な研究会を11月30-12月1日に開催した。また、3月には,「あすか」に関する総合的ワークショップを総括班の援助によって開催する準備をすすめている。理論グループの研究の推進にあたって好運だったのは、主要な研究対象である超新星が1994年4月初めに極めて近くの銀河M51に出現した事である。この超新星1994Iは、昨年のSN1993Jと同様、またとない研究対象となり既に世界に先駆けた理論研究の成果が報告されている。実験グループでは、購入したワークステーションを用いて、Centaurus ClusterとFornax Clusterの解析を行い「あすか」ではじめて画像とスペクトルの同時Fittingを行う事に成功した。また、直接X線撮像型CCDを試験・評価するためのシステムをほぼ完成させた結果、それを用いたCCDの特性解明の効率、信頼性が格段に高まった。さらに、購入した高圧電源を使ったテストで、PIN型検出器には約1.5mmもの厚さの検出領域が形成できることが分かった。以上のように研究会を中心にして各研究班の連携をはかると同時に,ニュースレターを年4回程度の頻度で発行した。「あすか」による観測が順調に進み、特にAGN,SNR,銀河団などの天体からのラインX線に関して多くの新しいデータが得られつつある。特に、1型セイファート銀河のX線スペクトルにある鉄KX線の輝線の幅が広がっていることを見つけ、中心に巨大ブラックホールが存在する有力が証拠をえた。これらの成果を各研究班、公募研究において早期に取り入れていく事が、世界に先駆けた研究成果をあげる上で急務であると考え、総括班主催による全体的な研究会を11月29-12月1日に開催した。

理論グループの主要な研究対象である超新星については、極めて近くの銀河に出現した超新星1993Jと1994Iの世界に先駆けた理論研究の成果が報告されている。特に、「あすか」による超新星1993Jの観測との比較から、超新星の構造の新たな特徴が明らかになりつつある。X線検出器の開発研究では,浜松フォトニクスの協力によりX線用CCDの試作、改良を重ね、6keVのX線に対してエネルギー分解能約143eVを達成した。これは世界の最高レベルである。ハードウエアーの開発研究での中心である高感度(低バックグランド)の硬X線検出器,井戸型フォスウィッチ・カウンターの改良が進んだ。以上のように研究会を中心にして各研究班の連携をはかると同時に,ニュースレターを年3回程度の頻度で発行した。当重点領域の研究計画において、主要な柱の1つは、X線天文観測衛星「あすか」によるラインX線の観測、データ解析、及びそれらの理論的モデルへの適用であった。これまでの研究に引き続き、巨大ブラックホールの存在やガンマ線バースト源の正体に迫る観測、種々のX線天体の化学組成をめぐる理論と観測の矛盾の解決など、「あすか」による観測的成果と、それに基いた理論と観測の共同研究が成果をあげてきている。それに加えて、研究目標のもう一つの大きな柱である,検出器の開発研究が、本格的に進展した。これらの成果をとりまとめるため、総括班主催による全体的な研究会を1月9日-11日に開催した。理論グループでは、重力多体問題専用計算機GRAPE-3AFを使った大規模シミュレーションが軌道にのりだし、例えば、矮小銀河の特徴を、スターバーストに伴う質量放出によって説明できることを示した.X線グループでは,衛星搭載硬X線検出器を中心として、新しいタイプの天体観測用検出器の開発を行ない、期待通りの性能を示すことを確認した。またX線CCDの応答関数計測のため、蛍光X線発生装置の開発と、低エネルギーX線分光系を開発し、O-edgeからFe-edgeまでのエネルギーで十分な精度で検出器の効率を測定できるようにした。ガンマ線グループでは,PIN型半導体検出器の開発で成果を上げた。当重点領域研究は平成8年度で4年間の研究期間を終了し、今年度はその成果のとりまとめをすすめた。主要な成果の1つは、X線天文観測衛星「あすか」によるラインX線の観測、データ解析、及びそれらの理論的モデルへの適用である。研究期間を通して多くの観測がなされ、今年度もX線天体のデータ取得、データ解析がすすめられた。それに加えて、研究目標のもう一つの大きな柱である。検出器の開発研究も引続きすすめられた。本研究領域全体として達成された成果は、多数の論文にまとめられつつあり、社会的にも全国紙の科学欄で多く取り上げられその内容が広く普及されつつある。これらの成果は「物質の起源」「構造形成」「銀河や銀河団の進化」等、現在の宇宙物理の最重要課題の解明に迫る質の高い重要なものであることが明らかになってきている。
アポトーシス応答機構を標的とした椎間板変性制御に関する統合的研究

本研究では、椎間板細胞・組織の変性変化がアポトーシス応答機構を標的に遺伝子学的に制御可能かどうかを、生体力学的・分子生物学的手法およびノックアウトマウスの表現型解析を用いた多面的なアプローチにより統合的に検討し、椎間板変性疾患に対する今後の臨床応用へと展開するための研究基盤を確立することを目的とした。本年度は昨年度に引き続き、アポトーシス誘導遺伝子Caspase 3ノックアウトマウス(KOマウス)を用いて、椎間板変性におけるcaspase 3遺伝子の果たす機能解析を行ってきた。In vitro試験として、Caspase 3 KOマウスを野生型マウスとともに腰椎椎間板細胞を単離・継代したのち、血清飢餓を誘導しアポトーシス細胞の算定を行ったところ,Caspase 3KO群で有意にアポトーシス細胞数が少なかった。次いで表現型解析として、マウス腰椎椎間板を用いた穿刺椎間板変性モデルを作成しin vivo試験を行った。35G針を椎間板に穿刺後2週で超高磁場7.0T-MRI撮影および組織学的評価を行い、Caspase3KO群で野生型マウスと比較し有意に椎間板組織の変性変化が抑制されていた。さらに、マウスの加齢変性モデルを作成し椎間板変性の評価を行ったが、穿刺椎間板変性モデルと異なりCaspase 3KOマウスにおいて椎間板組織の変性変化の抑制はみられなかった。本研究結果より、外因性の椎間板組織変性にアポトーシス誘導因子Caspase3が関与しており、本遺伝子の発現を抑制することで、椎間板組織の変性制御に有用である可能性が示唆された。通常細胞死に至るべくある細胞のアポトーシスを、人為的に抑制することで細胞の腫瘍化等を引き起こすことが危惧されたが、Caspase 3 KOマウスの椎間板組織における表現型より病理学的に腫瘍化細胞の出現などの異常は認めないことを確認した。当初の研究計画は椎間板変性疾患に対し、アポトーシスをターゲットとした革新的治療薬への臨床応用を展開するための基盤となる研究を行うため、3年の研究期間内に以下のことを明らかにすることとした。1アポトーシス最終実行因子caspase 3活性化に伴い誘導されるextracellular matrix-degrading enzymeの発現調節機構を明らかにする。2Caspase 3ノックアウトマウス(KOマウス)を用いて、椎間板変性におけるcaspase 3遺伝子の果たす機能解析を行う。これらの研究計画のうち、2のノックアウトマウスを用いたin vitro, in vivo研究が順調に進み、現在研究成果を論文化し投稿中である。当初の研究予定のうち、今後は以下の研究計画を中心に進める予定としている。2椎間板変性度に応じたcaspase3 siRNAによるヒト椎間板細胞のアポトーシス抑制効果について調べる。本年度は、アポトーシス誘導遺伝子Caspase 3ノックアウトマウス(KOマウス)を用いて、椎間板変性におけるcaspase 3遺伝子の果たす機能解析を行った。In vitro試験として、Caspase 3 KOマウスを野生型マウスとともに腰椎椎間板細胞を単離・継代したのち、血清飢餓を誘導しTUNEL染色によるアポトーシス細胞の算定を行った。血清飢餓48時間において、Caspase 3KO群で有意にアポトーシス細胞数が少なかった。次いで表現型解析として、マウス腰椎椎間板に対し注射針を用いた穿刺椎間板変性モデルを作成しin vivo試験を行った。35G針を椎間板に穿刺後2週で超高磁場7.0T-MRI撮影および組織学的評価による椎間板組織変性度を評価したところ、Caspase3KO群で野生型マウスと比較し有意に椎間板組織の変性変化が抑制されていた。また、Caspase3 KO椎間板で腫瘍化細胞などの病理学的組織異常はみられなかった。これらの研究計画のうち、2のノックアウトマウスを用いたin vitro, in vivo研究が順調に進んでいる。

本研究では、椎間板細胞・組織の変性変化がアポトーシス応答機構を標的に遺伝子学的に制御可能かどうかを、生体力学的・分子生物学的手法およびノックアウトマウスの表現型解析を用いた多面的なアプローチにより統合的に検討し、椎間板変性疾患に対する今後の臨床応用へと展開するための研究基盤を確立することを目的とした。本年度は昨年度に引き続き、アポトーシス誘導遺伝子Caspase 3ノックアウトマウス(KOマウス)を用いて、椎間板変性におけるcaspase 3遺伝子の果たす機能解析を行ってきた。In vitro試験として、Caspase 3 KOマウスを野生型マウスとともに腰椎椎間板細胞を単離・継代したのち、血清飢餓を誘導しアポトーシス細胞の算定を行ったところ,Caspase 3KO群で有意にアポトーシス細胞数が少なかった。次いで表現型解析として、マウス腰椎椎間板を用いた穿刺椎間板変性モデルを作成しin vivo試験を行った。35G針を椎間板に穿刺後2週で超高磁場7.0T-MRI撮影および組織学的評価を行い、Caspase3KO群で野生型マウスと比較し有意に椎間板組織の変性変化が抑制されていた。さらに、マウスの加齢変性モデルを作成し椎間板変性の評価を行ったが、穿刺椎間板変性モデルと異なりCaspase 3KOマウスにおいて椎間板組織の変性変化の抑制はみられなかった。本研究結果より、外因性の椎間板組織変性にアポトーシス誘導因子Caspase3が関与しており、本遺伝子の発現を抑制することで、椎間板組織の変性制御に有用である可能性が示唆された。通常細胞死に至るべくある細胞のアポトーシスを、人為的に抑制することで細胞の腫瘍化等を引き起こすことが危惧されたが、Caspase 3 KOマウスの椎間板組織における表現型より病理学的に腫瘍化細胞の出現などの異常は認めないことを確認した。当初の研究計画は椎間板変性疾患に対し、アポトーシスをターゲットとした革新的治療薬への臨床応用を展開するための基盤となる研究を行うため、3年の研究期間内に以下のことを明らかにすることとした。1アポトーシス最終実行因子caspase 3活性化に伴い誘導されるextracellular matrix-degrading enzymeの発現調節機構を明らかにする。2Caspase 3ノックアウトマウス(KOマウス)を用いて、椎間板変性におけるcaspase 3遺伝子の果たす機能解析を行う。3椎間板変性度に応じたcaspase3 siRNAによるヒト椎間板細胞のアポトーシス抑制効果について調べる。これらの研究計画のうち、2のノックアウトマウスを用いたin vitro, in vivo研究が順調に進み、現在研究成果を論文化し投稿中である。当初の研究予定のうち、今後は以下の研究計画を中心に進める予定としている。
網膜・硝子体界面におけるコラーゲン線維の第2高調波発生光イメージング

新規生体内コラーゲン線維観察系である第2高調波発生光(SHG光)顕微鏡を用いて、手術摘出標本・3次元網膜色素上皮細胞培養コラーゲンゲルを評価した。増殖糖尿病網膜症や増殖硝子体網膜症、網膜前膜ではSHG光を検出できた。また、摘出標本SHG光を発生面積及びSHG平均輝度として定量化可能となり、増殖糖尿病網膜症では増殖膜SHG平均輝度と膜成熟度との相関が示唆された。3次元コラーゲンゲル培養系ではTGFβ2刺激後にSHG平均輝度及び面積が無刺激培養系と比較して統計学的に有意に上昇した。この培養系はリアルタイムに評価ができ、新しい線維化モデルとして有用である。本研究はコラーゲン線維のポリペプチド鎖3重らせん構造から発生する第2高調波発生光(SHG光)情報を抽出できる特殊顕微鏡を用いて、硝子体内コラーゲン線維配向を評価する新しい生体イメージング方法を確立することにより、増殖性疾患・黄斑疾患における硝子体内コラーゲン配向の三次元的変化を明らかにし、新しい硝子体診断を確立することを目的としている。これに向けて、本年度我々は、ヒト増殖膜で線維様の明らかなSHG像が得られることを明らかにした。この像は皮膚で得られたSHG像とは異なり、密度が疎であり、配向も不規則であることが明らかになった。加えて、この増殖膜から得られるSHG光輝度の二次元的定量化に成功した。現在、得られた値が臨床所見での網膜症重症度と相関するかどうかを検討中である。今後は、SHG光輝度を用いたコラーゲン線維配向および密度の情報から、増殖膜形成(成熟)過程におけるコラーゲン線維の役割について明らかにする予定である。一方で、高酸素負荷網膜症モデルを用いて、高酸素負荷後1,3,5,7および10日目の新生血管膜について、組織切片におけるコラーゲン線維からのSHG光とマッソン・トリクローム染色像とを比較した。マッソン・トリクローム染色像では網膜上に新生血管膜および周囲の膠原線維染色像を得られたが、SHG光は確認できなかった。フラットマウント法でも新生血管膜周囲のSHG光は得られず、酸素負荷網膜症における新生血管膜ではSHG光が得られないことがわかった。このことから、高酸素負荷網膜症で生じる新生血管膜と患者増殖膜とは、病態にかかわるコラーゲン線維に性質の違いがあることが明らかとなった。高酸素負荷網膜症の血管膜は発生後約1か月で完全に消退する可逆性変化であることが知られている。SHG光陽性コラーゲン線維が、不可逆的な増殖膜形成の一因である可能性が示唆された。超短パルスレーザー光を生体組織に照射することによって生じるコラーゲンからの入射レーザー光の半波長光(第2次高調波発生光:SHG光)を観察することによりコラーゲンの配列情報を抽出することのできる顕微鏡を用いて実験を行った。これまでに、黄斑円孔、網膜前膜、増殖糖尿病網膜症、増殖硝子体網膜症患者から摘出したサンプルを用いて、疾患間の膜でのコラーゲン分布、SHG輝度などを観察及び定量することが可能となった。同時に採取している硝子体内の増殖関連タンパクの増減との関連解析を行い、増殖関連タンパクの一つであるペリオスチンがFibronectin,Tenascin-Cと関連が深いことを明らかにした。さらに、コラーゲンゲル上に増殖膜形成細胞の一つと考えられているヒト網膜色素上皮細胞を培養し、播種細胞数、培養条件、時間経過におけるSHG輝度の変化を観察した。SHG輝度の変化は、培養細胞によるコラーゲン線維の再構築を反映する。SHG平均輝度はRPE細胞の播種密度によらず、経時的に増強されることが明らかとなり、TGFβなどの牽引刺激因子存在下では、より短期間にSHG平均輝度の上昇が観察された。この観察系は今後コラーゲン線維の再構築を視点にした牽引性疾患の新規分子標的の新しいスクリーニング法として有用である可能性を示した。一方でMMP阻害薬であるCP471474を用いて、TGFβ刺激によるコラーゲン線維の再構築が抑制されることが明らかとなり、この系を用いる事により、線維化抑制薬の効果確認にも応用可能である。
メタボリックシンドローム発症における遺伝と環境の相互作用に関する研究

1.メタボリックシンドローム(MS)予防プログラム島根県出雲市の壮年を対象に、教育による3カ月間の介入研究を行った。体重は平均1.7kg減少した。体重減少には、摂取熱量減少の中で炭水化物摂取量差が最も貢献し、遺伝子多型ではβ3-adrenergicreceptorが有意に寄与していたが、非共役蛋白などの他の遺伝子多型は関与しなかった。減量の効果としては、血圧、ウエスト囲、脂質、血糖、インスリン抵抗性、HDL-Cが改善していた。2.東アジアにおけるメタボリックシンドローム発症における遺伝と環境の関与島根県雲南市、寧夏回族自治区銀川市において、MSのベースライン調査を行った。以前に調査したモンゴル人と合わせて1,564人をInternational Diabetes Federation(IDF)の診断基準によって内臓肥満とMSを診断した。内臓肥満は日本人男10%、女12%で、中国人男39%、女24%、モンゴル人男51%、女54%であった。MSは日本人男7%、女7%で、中国人男24%、女9%、モンゴル人男22%、女24%であった。日本人は内臓肥満もMSも他の民族より少なく、中国人では他の民族と異なり顕著な性差が認められた。また、日本に多い糖尿病は、メタボリックシンドロームから糖尿病に進展した人よりも、遺伝的にインスリン追加分泌の低下した糖尿病であることと考えられた。1.メタボリックシンドローム予防プログラム島根県出雲市の壮年を対象に、メタボリックシンドローム予防プログラムを実施した。このプログラムは、教育介入による3カ月間の介入研究である。摂取熱量262kcal減少、消費熱量97kcal増加により、体重は1.5kg減少した。体重減少には、摂取熱量減少の中で炭水化物摂取量差が最も貢献し、遺伝子多型ではβ_3-adrenergic receptorが有意に寄与していたが、他の遺伝子多型は関与しなかった。減量の効果としては、血圧、ウエスト囲、TG、TC、血糖、HDL-Cが改善していた。介入によって、メタボリックシンドロームは、介入前84人が介入後には52人に改善していた。2.東アジアにおけるメタボリックシンドローム発症における遺伝と環境の関与島根県雲南市、寧夏回族自治区銀川市において、メタボリックシンドロームのコホート研究ベースライン調査を行った。雲南市では、日本糖尿病学会の診断基準によれば糖尿病有病率は8%、メタボリックシンドロームは10%であった。20-59歳までは、男性が女性よりも糖尿病とメタボリックシンドロームの有病率が有意に高いが、閉経後の60-70歳代では性差はなくなった。メタボリックシンドローム有病者は、内臓肥満を有し、高インスリン血症(インスリン抵抗性)を認めた。糖尿病は、ヘモグロビンAICは高いが、内臓肥満や高インスリン血症の程度は正常とメタボリックシンドロームの中間であった。掛合町に多い糖尿病は、メタボリックシンドロームから糖尿病に進展した人よりも、遺伝的にインスリン追加分泌の低下した糖尿病であることと考えられた。寧夏医学院附属病院において労働者691人を対象に、国際糖尿病連盟による判定基準を用いて、メタボリックシンドロームの疫学調査を行った。BMI25以上の割合は、男性42%、女性13%であり、同年代の日本人男性28%、女性20%よりも男性で有意に高率、女性では低率であった。中国西部の男性労働者は日本人よりも肥満傾向にあった。メタボリックシンドローム有病率は男性23%、女性10%と男性で高率であることが明らかになった。両国のメタボリックシンドロームの病態は、遺伝とともに炭水化物摂取などの生活習慣によることが示唆された。島根県出雲市の壮年を対象に、教育による3カ月間の介入研究を行った。参加者は3カ月間で体重を1.7kg(介入前値比3%)、ウエスト周囲径を2.4cm(3%)減少し、体脂肪率を0.5%(2%)増加させた。

体重変化量とBMI変化量は男性0.99、女性0.98と極めてよく正相関し、体重変化量とウエスト周囲径変化量とは男性0.60、女性0.58であった。介入により体重やウエスト周囲径が減少していたのに、体脂肪率は有意に上昇していた。平均体重減少量4.4kgの群では、総コレステロール、HDLコレステロール、中性脂肪、血糖、インスリン、HOMA-IRが有意に改善していた。体重減少には、摂取熱量減少の中で炭水化物摂取量差が最も貢献し、遺伝子多型ではβ3-adrenergic receptorが有意に寄与していたが、非共役蛋白などの他の遺伝子多型は関与しなかった。島根県雲南市、寧夏回族自治区銀川市において、MSのベースライン調査を行った。以前に調査したモンゴル人と合わせて1,564人をInternational Diabetes Federation(IDF)の診断基準によって内臓肥満とMSを診断した。内臓肥満は日本人男10%、女12%で、中国人男39%、女24%、モンゴル人男51%、女54%であった。MSは日本人男7%、女7%で、中国人男24%、女9%、モンゴル人男22%、女24%であった。日本人は内臓肥満もMSも他の民族より少なく、中国人では他の民族と異なり顕著な性差が認められた。また、日本に多い糖尿病は、メタボリックシンドロームから糖尿病に進展した人よりも、遺伝的にインスリン追加分泌の低下した糖尿病であることと考えられた。
都市域の猛暑の発生に及ぼす風上地面状態の影響評価

日本で最も暑い街として知られている多治見の高温に及ぼす風上側の地面状態の影響を調査した。多治見が高温の日には、西寄りの山越え気流が頻繁に卓越していることを予め確認後、この風が高温に寄与するメカニズムに関する仮説:風上地表面からの非断熱加熱を伴うフェーンを検証した。その結果、本仮説を実証する結果を得た。すなわち、風上側の地面状態が風下側の高温に大きな影響を及ぼしていることを確認した。また、気流が都市域を通過する時や、日射が大きくかつ土壌が乾燥している日に、風上地面状態の影響が特に大きくなることが分かった。以上の結果は、風上の土地利用の改変が今後風下都市の熱環境に影響を及ぼすことを示唆している。近年行なわれてきた猛暑の数値実験の結果、都市域における猛暑の発生には風上側を含む数十kmスケールでの地面状態が重要であることが示されてきた。しかしながら、国内ではこれを裏付ける地面状態の観測データが乏しいため、この結果は検証されていない。そこで本課題では、猛暑が発生しやすく、かつ地面を吹走する気流が卓越しやすい濃尾平野を対象に、風下側の猛暑に及ぼす風上側を含む数十kmスケールでの地面状態の影響を、地面状態の観測結果に基づき検証する。本課題を気候・気象研究のための地面状態観測促進の契機にすることにより、猛暑の実態把握・予測・再現精度向上、さらには、猛暑の影響評価研究に貢献することを目的とする。濃尾平野で気象観測を行なう前段階として、濃尾平野を吹走する西寄りの山越え気流の気候学的特徴を、この西寄りの風の風下末端である多治見市の猛暑の特徴とともに調べた。その結果、濃尾平野における西寄りの風の発生確率は、22年間の統計期間の全ての日を対象とした場合は特別高いものではないが、多治見の猛暑日を対象とした場合は非常に高いことが分かった。この結果は、多治見で猛暑が発生している際に、西寄りの山越え気流が頻繁に卓越しており、そしてこの風が多治見の猛暑の発生に大きく寄与している可能性が高いことを示している。この結果をまとめ、日本地理学会で発表した。西寄りの風と多治見の猛暑の気候学的特徴を押さえた上で、平成26年度の8月の1ヶ月間、多治見市の複数地点において土壌水分量を含む気象要素の予備観測を実施した。この予備観測のノウハウを基に、平成27年度以降の本観測を行う予定である。当初予定していた濃尾平野における気象の予備観測を行い、テストデータを取得することができた。そこで本課題では、猛暑が発生しやすく、かつ地面を吹走する気流が卓越しやすい濃尾平野を対象に、風下側の猛暑に及ぼす風上側を含む数十kmスケールでの地面状態の影響を、地面状態の観測結果に基づいて検証する。この結果は、論文としてまとめ、Royal Meteorological SocietyのInternational Journal of Climatologyに投稿し、受理された。西寄りの風と多治見の猛暑の気候学的特徴を押さえた上で、平成27年度の8月の1ヶ月間、濃尾平野を含む計6地点において土壌水分量を含む気象要素の本観測を実施した。観測の結果、濃尾平野で西寄りの気流が卓越した日を数事例観測することに成功した。解析の結果、仮説としていた地表面加熱を伴うフェーンのメカニズムの存在が示唆された。当初予定していた濃尾平野における気象の本観測を行い、観測データを取得することができた。また、このデータの解析や数値気象モデルを用いた再現実験と感度実験も実行することができた。本課題では、猛暑が発生しやすく、かつ地面を吹走する気流が卓越しやすい濃尾平野を対象に、風下側の猛暑に及ぼす風上側を含む数十kmスケールでの地面状態の影響を、現地観測結果に基づいて検証する。昨年度までの調査により、多治見で猛暑が発生している日には、西寄りの山越え気流が頻繁に卓越しており、そしてこの風が、地表面からの非断熱加熱を伴う特殊なタイプのフェーンのメカニズムにより多治見の猛暑の発生に寄与している可能性が高いことが示唆された(この成果はTakane et al. 2017, IJCとして外部発表した)。これらの特徴(西寄りの風と多治見の猛暑の気候学的特徴)を事前に把握した上で、平成28年度の7、8月の2ヶ月間、上記の特殊なタイプのフェーンの存在を確かめるために濃尾平野を含む計7地点で土壌水分量を含む気象要素の観測を実施した。

上記の観測結果を、現地観測データの解析だけではなく、数値シミュレーションおよび統計解析という3つの異なる手法・視点からそれぞれ調査した結果、いずれの手法においても地表面からの非断熱加熱を伴う特殊なタイプのフェーンの存在を支持する結果が得られた。この結果は、風上側を含む数十kmスケールでの地面状態が、風下側の猛暑に大きな影響を及ぼすことを明瞭に示している。なお、以下の条件の時に、風上の非断熱加熱の影響が大きくなりやすいことも明らかになった。それは、1)気流が都市域を通過するとき、そして2)入力日射が大きく、かつ土壌が観測している日(風上側の顕熱フラックスが卓越しやすい条件での日)である。上記の成果は、論文としてまとめ、American Meteorological SocietyのJournal of Applied Meteolorogy and Climatologyに投稿し、受理された。日本で最も暑い街として知られている多治見の高温に及ぼす風上側の地面状態の影響を調査した。多治見が高温の日には、西寄りの山越え気流が頻繁に卓越していることを予め確認後、この風が高温に寄与するメカニズムに関する仮説:風上地表面からの非断熱加熱を伴うフェーンを検証した。その結果、本仮説を実証する結果を得た。すなわち、風上側の地面状態が風下側の高温に大きな影響を及ぼしていることを確認した。また、気流が都市域を通過する時や、日射が大きくかつ土壌が乾燥している日に、風上地面状態の影響が特に大きくなることが分かった。以上の結果は、風上の土地利用の改変が今後風下都市の熱環境に影響を及ぼすことを示唆している。平成26年度の予備観測では、多治見市の気象データを観測することに成功した。平成27年度以降は、濃尾平野の複数地点における本観測を実施する。また、設定した仮説:地表面加熱を伴うフェーンが多治見市の猛暑に寄与、を検証するため、上記の現地観測だけではなく、数値気象モデルを用いた再現実験・感度実験、さらには統計解析を進め、異なる手法から多角的に仮説を検証する。そして、結果をまとめ、学会や学術誌で発表する予定である。平成27年度の本観測では、濃尾平野で西寄りの気流が卓越した日を数事例観測することに成功したが、観測結果からより正確な結論を導くためには、今後も継続した現地観測によるデータの蓄積が必要である。したがって、平成28年度にも引き続き濃尾平野の複数地点における現地観測を継続する。28年度が最終年度であるため、記入しない。気候学・気象学当初購入する予定であった気象観測ステーションを、レンタル式測定器に置き換えるため、来年度に繰り越す。見積競争等に努めた結果、交付申請書作成時の想定よりも安く調達することができたため。平成27年度以降に使用する測定器の経費や旅費での使用を想定している。必要に応じて使用するが、現在のところ旅費(学会発表、現地観測)あるいは論文投稿関連での使用を想定している。
自己組織神経回路モデルによる情報表現の形成

多層の神経回路モデルがDeep Learningとよばれ注目されている.ところが,うまくいく仕組みがよく分かっていない.教師付き学習の前に教師なし学習をすることが,どれほどいいかという問には簡単には答えられないが,自己組織のモデルが重要な役割を果たしていることは間違いない.また,自己組織のモデルは,可視化のためには2次元の表示がわかりやすいが,情報抽出という観点からは,多次元の構造を持っていてよい.多次元構造をもつモデルを用いた場合,低次元配列のモデルを用いる場合と比較し,どのような利点があるだろうか.本研究は,その手がかりを得ることを目的とし,いくつかの基本的なモデルの性質を解析した.本研究は,いくつかの基本的な自己組織のモデルの性質を解析し,Deep Learningでなぜ精度の高い機械が実現できるのか,その手がかりを得ることを目的としている.多層の神経回路モデルを用いた学習回路がDeep Learningとよばれ,注目されている.その多くは,バックプロパゲーションによる学習であるので,25年前と基本的な考えは同じと言える.過去の研究と異なる点の一つは,まずは学習ということを忘れ,一層づつ順に,回路のパラメータを教師なし学習させる点である.ところが,うまくいく仕組みがよく分かっていない.教師付き学習の前に教師なし学習をするという準備が,どれほどいいかという問には簡単には答えられないが,自己組織のモデルが重要な役割を果たしていることは間違いない.初年度である平成26年度においては,Hebb学習による甘利のモデル,Kohonenの自己組織化マップ(SOM),ニューラルガスについて数値実験による解析をおこなった.SOMは,多次元データを2次元の配列で表現できることから,情報の可視化に利用されている.可視化のためには2次元の表示がわかりやすいが,情報抽出という観点からは素子の配列は3次元を超えた多次元の構造を持っていてよい.この場合,どういう情報が自己組織で抽出されるか,低次元配列の神経場を用いる場合と比較しどのような利点があるか,ニューラルガスより優れている点はあるか,などについて調べた.具体的には,素子数一定の条件のもとで120次元構造の配列をもつモデルを3層回路の中間層として用いた場合の識別性能を比較した.多次元配列の神経場を実現しようとすると非常に多くの素子が必要となる.この問題を回避するため,本研究ではランダムな場所に素子を配置した.識別性能を比較をした研究結果については第16回自己組織化マップ研究会で口頭発表した.脳が自己組織能力を持ち,外界の情報に合わせて自己を変えていく事は間違いない.本研究は,情報認識構造の自己形成のもととなる最も簡単な数理モデルを考え,脳における表現(概念の形成機構,概念間の連合など)の基本的な論理を探ることを目的としている.第2年度である平成27年度においては,主に以下の3つの研究を進めた.1)連想記憶回路は,あらかじめ記憶させたパターンの一部を入力として与えると,もとのパターンを出力する回路である.すべての素子が互いに結合している自己相関型の場合,素子数nに対し記憶できる最大のパターン数(記憶容量)は約0.14nであることが知られている.この記憶容量は,繰り返し学習することを許せば増大する.学習アルゴリズムに制約付きボルツマンマシンを用い,2層(入力層,隠れ層)構造で自己想起型連想記憶を実現する回路の性質を調べた.この結果については日本神経回路学会で口頭発表した.2) Saxeら(2013)は,特異値分解を用い,線形の素子からなる回路の数学的解析をおこなった.彼らの研究の追実験を実施し,その学習ダイナミックスをモードの観点から調べた.単純な階層構造を持つ入力データに対しては,「学習とは,より効率よく分類できるモードを見つける作業である」ことを確認した.しかし,現実データに対する解析の難しさも明らかになった.3) Deep Learningで使用されている多層神経回路モデルには,「構成性(Compositionality)を表現できない」という致命的な欠陥がある.現行の手法は,脳の情報処理の本質を押さえているとは言いがたく「暴力的」アプローチと言われても仕方がない.この問題を解決すべくS.Gemanらが提案している構成性の数理モデルについて数値実験による解析をおこなった.2)と3)については火の国シンポジウムにおいて口頭発表した.研究実績の概要のとおり,いくつかの神経回路モデルについて,数理解析と数値実験を実施できている.ただし,成果を査読付き論文誌に投稿するまでには至っていない.脳が自己組織能力を持ち,外界の情報に合わせて自己を変えていく事は間違いない.本研究は,情報認識構造の自己形成のもととなる最も簡単な数理モデルを考え,脳における表現(概念の形成機構,概念間の連合など)の基本的な論理を探ることを目的としている.第3年度である平成28年度においては,主に以下の2つの研究を進めた.1) B.Davis(1985)の自己組織化モデルの追実験を試みた.Davisのモデルは,自己組織的に素子を追加し学習することで問題を解決する,パーセプトロンの問題点を克服するモデルであり,Rumelhartら(1986)の誤差逆伝搬法によりも前に提案されている.たとえば,XOR問題では,入力信号群が線形分離できないため,出力が1個のニューロン回路では解決できないが,x_3 = x_1x_2という入力素子を新たに追加し次元を一つ上げると,信号群が線形分離され学習が可能になる.

この手法は,必要な素子を追加する手順に,脳のモデルとして不自然な点があるためか,現在では忘れられているが,何か重要な性質が隠されている可能性が高い.他の自己組織化モデルと性能を比較する目的もありDavisの手法を実装し実験した.2) Deep Learningで使用されている多層神経回路モデルには,「構成(Compositionality)を表現できない」という致命的な欠陥がある.この問題を解決すべくS.Gemanらが提案しているCommitted Complex Cellモデル(Anishchenko, 2006),構成性の数理モデル(Jin, 2006)を,自己組織神経回路モデルの観点から数値実験による解析をおこない,その数学的性質を調べた.研究実績の概要のとおり,いくつかの神経回路モデルについて,数理解析と数値実験を実施できている.ただし,成果を査読付き論文誌に投稿するまでには至っていない.ニューラルネットには,いくつかの典型的な要素モデルがある.教師なし学習の回路は,教師信号が与えられない.外界の信号だけを見て,その時間・空間的な規則性を抽出,内部(脳)に写し取る.これは自己組織化という.自己組織のモデルはたくさんある.それらのモデルに共通な面は多い.本研究は,いくつかの基本的な自己組織のモデルの性質を解析し,神経回路モデルでなぜ精度の高い機械が実現できるのか,その手がかりを得ることを目的とした.日常生活においては,学習に値する新しい情報が与えられることは滅多にない.一方,人間は,その滅多にない機会を逃さないで学習している.最終年度である平成29年度においては,本質的に予測が不可能な入力も与えられる状況を想定した予測器の開発に取り組んだ.このモデルは推定器Pと推定可能性判定器Dの二つの回路からなる.Pは実数,Dは0または1を出力する.D=1のとき,それはPの出力が予測推定値として有効であることを意味する.この2つの回路モジュールは相互に作用しながら学習が進む.その様子は,最近活発に研究がされているGAN (Generative Adversarial Nets)と類似しているが学習目的が異なる.GANはボルツマンマシンと同様,入力信号空間の確率分布を近似する生成モデルである.学習に使えないデータが例題の中に大量に混ざっている中,データを選別して学習を進める必要がある点が,ここで考えるモデルとは本質的に異なる.これまでに人工的に生成した単純な例題に対しては,回路の有効性を示すことができた.モデルの構造が単純であるため,本手法は各研究者が熟知している既存のさまざまなモデルをそのままP回路として利用できる.また,多数のP・Q回路を用意し競合学習させるなど,発展が期待できる.多層の神経回路モデルがDeep Learningとよばれ注目されている.ところが,うまくいく仕組みがよく分かっていない.教師付き学習の前に教師なし学習をすることが,どれほどいいかという問には簡単には答えられないが,自己組織のモデルが重要な役割を果たしていることは間違いない.また,自己組織のモデルは,可視化のためには2次元の表示がわかりやすいが,情報抽出という観点からは,多次元の構造を持っていてよい.多次元構造をもつモデルを用いた場合,低次元配列のモデルを用いる場合と比較し,どのような利点があるだろうか.本研究は,その手がかりを得ることを目的とし,いくつかの基本的なモデルの性質を解析した.研究実績の概要に記述した通り,ほぼ順調に研究が進んでいるため.
慢性骨髄性白血病急性転化のメカニズムの解明および早期遺伝子診断の確立

白血病は正常の好中球造血メカニズムの破綻が原因と考えられる。好中球分化に必須なサイトカインである顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)刺激時に主に活性化されるStat3の下流に位置するシグナル伝達物質の同定を行い、G-CSF刺激時に活性化されるStat3は、C/EBPαの発現を上昇させることにより好中球分化を促進していることを見出した。しかし、血球特異的Stat3欠損マウスでは、好中球系細胞は存在し、減少ではなくむしろ増加していた。またG-CSF刺激によるコロニー形成能や細胞増殖能は、Stat3が欠損するとより亢進しており、Erkの恒常的活性化が見られた。よってin vivoでは、G-CSF刺激で活性化されるStat3はG-CSFのシグナルを負に制御すること、G-CSFによる好中球造血はMAPキナーゼを介する経路により行われることを明らかにした。さらに、CMLの治療に用いられ、骨髄細胞増殖抑制作用があるIFN-αの作用機序の解析を行った。JakキナーゼであるTyk2の欠損マウスを作成し、IFN-αのシグナル伝達におけるTyk2の役割を検討した。IFN-αによる造血細胞増殖抑制作用は、Tyk2欠損時には消失し、IFN-αによる造血抑制のシグナル伝達にはTyk2が必須であった。また、IFN-αによるB細胞増殖の抑制は、Tyk2の下流の転写因子であるStat1欠損細胞ではみとめられず、JakキナーゼであるTyk2が、Stat以外のシグナル伝達物質を介してIFN-αの細胞増殖抑制シグナルを伝達することを明らかにし、その候補として、Rack-1(Receptor for activated C kinase1)をクローニングした。慢性骨髄性白血病(CML)は、bcr/abl遺伝子の再構成の結果生じ、通常数年以内に急性転化し(急性白血病となり)、致死的な経過をたどる。急性転化時に生じる遺伝子異常に関してはp53を始めいくつかの報告はあるが詳細はまだ判明しておらず、これに関与する複数の、しかも現在までに報告がある遺伝子のみならず未知の遺伝子をも含めたその動態を明らかにするため、慢性骨髄性白血病(CML)慢性期患者2名および移行期、急性期患者3名のCML細胞からRNAを抽出、10,000個のcDNAをスライドグラス上にスッポトしDNAマイクロアレイを作製した。ランダムに遺伝子配列を調べ、約7500種類の遺伝子がマイクロアレイ上に存在することを確認した。慢性期又は急性期のCML検体をCy3の、健常人好中球から得られたmRNAをCy5の蛍光色素で標識し、DNAマイクロアレイ上で競合ハイブリダイゼーションを行った。各スポットの蛍光シグナルを定量し、慢性期、急性期のそれぞれで発現量が多い遺伝子、少ない遺伝子を検討した。正常好中球、慢性期細胞で発現がなくCMLの急性転化時に発現が増える遺伝子が10個、慢性期細胞にも発現があるが急性転化するとさらに上昇する遺伝子が62個、急性転化すると発現が減少する遺伝子が20個存在した。CMLの慢性期に較べ、急性期で発現が亢進する遺伝子に関しては、急性期には未分化な細胞集団が増えており、それらの細胞は慢性期には数が少ないため、単に未分化な細胞に発現が多い遺伝子を検出した可能性と、慢性期CML細胞が急性転化する際に発現が上昇した遺伝子を検出した可能性が考えられる。今後、慢性期患者検体の未分化な細胞分画を分離し、real time PCRやNorthern blottingで上記のどちらかを明らかにしていく必要がある。慢性骨髄性白血病(CML)はbcr/abl遺伝子の再構成の結果生じ、通常数年以内に急性転化する。急性転化時に生じる遺伝子異常の動態を明らかにするため、慢性骨髄性白血病(CML)慢性期患者2名および移行期、急性期患者3名のCML細胞からRNAを抽出、10,000個のcDNAをスライドグラス上にスッポトしDNAマイクロアレイを作製した。ランダムに遺伝子配列を調べたところ、約7500種類の遺伝子がマイクロアレイ上に存在した。慢性期および急性期のCML検体をCy3の、健常人好中球から得られたmRNAをCy5の蛍光色素で標識し、DNAマイクロアレイ上で競合ハイブリダイゼーションを行った。正常好中球、慢性期細胞で発現がなくCMLの急性転化時に発現が増える遺伝子が10個存在した。しかし、各臨床サンプルを用いreal time PCR法により慢性期および急性期でその遺伝子の発現を検討すると、実際には抑制性シグナルを伝達すると考えられるSHIP1(SH2-containing inositol 5'-phosphate)のみ、急性転化することにより発現が増加することが判明した。CMLの急性期には、慢性期に較べ未分化な細胞集団が増えており、単に未分化な細胞に発現が多い遺伝子を検出した可能性も否定できない。そこで、ヒトにおける造血幹細胞を含んでいると考えられるCD34陽性細胞と、陰性細胞でのSHIP-1の発現を検討したところ、差を認めなかった。よって、SHIP-1はCMLの急性転化に伴い発現が亢進すると考えられる。SHIP-1の発現亢進がCMLの急性転化に関与するかに関して、in vitro, in vivoでの検討が必要である。CML急性転化のメカニズム解明のために、急性転化時に発現が変化する遺伝子の同定を行った。

しかし、各臨床サンプルを用いreal time PCR法によりその遺伝子の発現を検討すると、実際には1個の遺伝子でのみ、急性転化することにより発現が増加することが確認できた。CMLの慢性期に較べ、急性期で発現が亢進する遺伝子に関しては、急性期には未分化な細胞集団が増えており、それらの細胞は慢性期には数が少ないため、単に未分化な細胞に発現が多い遺伝子を検出した可能性と、慢性期CML細胞が急性転化する際に発現が上昇した遺伝子を検出した可能性が考えられる。今後、慢性期患者検体の未分化な細胞分画を分離し、real time PCRやNorthern blottingで上記のどちらかを明らかにしていく必要がある。CMLの治療に用いられ、骨髄細胞増殖抑制作用があるIFN-αの作用機序の解明を行った。CML、多発性骨髄腫、腎癌などで現在IFN-αは使用されているが、その作用機序は十分には解明されていない。IFN-αはJak-Statシグナル伝達系を介してそのシグナルを細胞内に伝達するので、IFN-αによる造血細胞増殖抑制シグナルを検討した。この抑制は、Tyk2欠損骨髄細胞を用いたBFU-E,CFU-GM,CFU-IL-7では観察されず、IFN-αによる造血抑制のシグナル伝達にはTyk2が必須であった。また、IFN-αによるCFU-IL-7の抑制は、Tyk2の下流の転写因子であるStat1欠損細胞ではみとめられなかった。またIFN-αによるB細胞増殖抑制に関与すると報告されたDaxxは、Tyk2欠損細胞ではその発現が野生型と比べ低く、IFN-αによる発現亢進が認められなかった。つまり、Jakキナーゼ依存性、Stat非依存性のIFN-αシグナル伝達経路が存在することを明らかにした。白血病は正常の好中球造血メカニズムの破綻が原因と考えられる。好中球分化に必須なサイトカインである顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)刺激時に主に活性化されるStat3の下流に位置するシグナル伝達物質の同定を行い、G-CSF刺激時に活性化されるStat3は、C/EBPαの発現を上昇させることにより好中球分化を促進していることを見出した。しかし、血球特異的Stat3欠損マウスでは、好中球系細胞は存在し、減少ではなくむしろ増加していた。またG-CSF刺激によるコロニー形成能や細胞増殖能は、Stat3が欠損するとより亢進しており、Erkの恒常的活性化が見られた。よってin vivoでは、G-CSF刺激で活性化されるStat3はG-CSFのシグナルを負に制御すること、G-CSFによる好中球造血はMAPキナーゼを介する経路により行われることを明らかにした。さらに、CMLの治療に用いられ、骨髄細胞増殖抑制作用があるIFN-αの作用機序の解析を行った。JakキナーゼであるTyk2の欠損マウスを作成し、IFN-αのシグナル伝達におけるTyk2の役割を検討した。IFN-αによる造血細胞増殖抑制作用は、Tyk2欠損時には消失し、IFN-αによる造血抑制のシグナル伝達にはTyk2が必須であった。