hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
レプチンにより脳内に誘導される新しい転写因子の単離とその解析

申請者らはmRNA differential display法、suppression subtractive hybridization技術に基づいた新しいsubtractive library作製により(PCR-Select cDNA subtraction法)、レプチンが視床下部で制御しているであろう遺伝子群の単離を試みた結果、マウス視床下部においてレプチンにより誘導される新規の転写因子の一部を得た。この転写因子の断片をプローブとしてマウス悩から作成したcDNA libraryより全長cDNAがクローニングを試みた結果、約95%のcDNAを得た。残りの部分については5'-RACE法を行うことにより全長cDNAをクローニングした。レプチン静脈注射後、30分、1時間、2時間後のマウスの脳をin situ hybridization法により検索した結果、1時間後、2時間後に弓状核においてこの遺伝子の発現を認めた。さらに、最低、6種類のスプライシングアイソフォームが存在することが確認され、現在、その機能について検索中である、また、レプチン投与のプロトコール決定の前実験としてマウスを48時間の絶食下においたところ、Erkのリン酸化の増強が視床下部弓状核及び室傍核において認められた。p38やJNKなどのリン酸化はみられなかった。ところが、ob/obマウスでは逆に絶食によりErkのリン酸化が減少した(投稿準備中)。さらに、STAT75Aのdominant negative formを3T3-L1細胞に発現させることにより、脂胞の誘導が阻害され、脂肪細胞の分化におけるSTAT5Aの新しい役割を見い出した(Nanbu-Wakao R, et al., Mol. Endocrinol.,16:1565-1576,2002)。現在、STAT5Aのdominant negative formを脂肪特異的に発現したトランスジェニックマウスを用いて、悩視床下部に及ぼす影響ならびに脂肪萎縮性糖尿病との関わりについて検索中である。この転写因子の断片をプローブとしてマウス脳から作成したcDNA libraryより全長cDNAがクローニングを試みた結果、約95%のcDNAを得た。残りの部分については5'-RACE法を行うことにより全長cDNAをクローニングすることに成功した。得られた遺伝子が本当にin vivoでレプチンにより誘導されるのかどうかを確認するために、レプチン静脈注射後、30分、1時間、2時間後のマウスの脳よりmRNAを抽出し、Northern blot analysisを行った結果、1時間後、2時間後においてこの遺伝子の誘導を認めた。脳の視床下部での発現状況をin situ hybridization法により検索した結果、弓状核においてその発現を認めた。さらに、ob/obマウスは高インスリン血症を示すことが知られているので、脳内のインスリンシグナリングに異常がないかを抗インスリンレセプター抗体を用いて免疫組織学的に検索した結果、ob/obマウスにおいて発現の増強を認めた。数十例のヒト肥満患者からのサンプル収集は、これまでに採取した糖尿病患者からのサンプルと併せて肥満患者のデータベースを再構築しているところである。申請者らはmRNA differential display法、suppression subtractive hybhdization技術に基づいた新しいsubtractive library作製により(PCR-Select cDNA subtraction法)、レプチンが視床下部で制御しているであろう遺伝子群の単離を試みた結果、マウス視床下部においてレプチンにより誘導される新規の転写因子の一部を得た。

残りの部分については5'-RACE法を行うことにより全長cDNAをクローニングした。レプチン静脈注射後、30分、1時間、2時間後のマウスの脳をin situ hybridization法により検索した結果、1時間後、2時間後に弓状核においてこの遺伝子の発現を認めた。さらに、最低、6種類のスプライシングアイソフォームが存在することが確認され、現在、その機能について検索中である。また、レプチン投与のプロトコール決定の前実験としてマウスを48時間の絶食下においたところ、Erkのリン酸化の増強が視床下部弓状核、及び室傍核において認められた。p38やJNKなどのリン酸化はみられなかった。ところが、ob/obマウスでは逆に絶食によりErkのリン酸化が減少した(投稿準備中)。さらに、STAT5Aのdominant negative formを3T3-L1細胞に発現させることにより、脂肪細胞の誘導が阻害され、脂肪細胞の分化におけるSTAT5Aの新しい役割にを見い出した(Nanbu-Wakao R, et al., Mol. Endocrinol., 16:1565-1576,2002)。現在、STAT5Aのdominant negative formを脂肪細胞特異的に発現したトランスジェニックマウスを用いて、脳視床下部に及ぼす影響ならびに脂肪萎縮性糖尿病との関わりについて検索中である。
NPOとの連携による国際協力活動を通した大学の国際貢献と人材育成に関する研究

2006年度は4月初旬から主として神戸・京都・長崎ワークキャンプ参加者の募集を開始した。このフィリピンでのワークキャンプは、本研究の協力団体であるNPO法人GIVEが1991年から15年間にわたって継続して実施しているものである。ワークキャンプ地の決定と現地での下準備は、現地協力団体DAWV Foundationの協力を得て行った。日本では、京都と長崎にそれぞれコーディネーターを置き、参加者は京都と長崎でそれぞれ下準備((1)現地での活動について話し合い(2)活動のための教材等の作成および練習(3)OGによる体験談とその内容についての質疑応答(4)タガログ語の学習およびフィリピンの文化についての学習等)を行った。また、コーディネーターはそれぞれ2日間に渡って事前合宿セミナー((1)ボランティア(2)国際協力(3)異文化間コミュニケーション(4)危機管理等)を開催した。2006年9月7日から9月16日までフィリピンのバタンガス州にあるバレテ村でワークキャンプを実施した。参加者は日本人7名、バレテ・ファミリー・ファーム・スクールの職員1名、生徒約60名、DAWVスタッフ1名である。参加者にはワークキャンプ前後にアンケート調査を実施した。また、キャンプ期間中、毎日、日記形式でレポートを書かせ、それを提出させた。研究代表者である松本は長崎のコーディネーターとしてキャンプに参加した。ワークキャンプ終了後、報告書作成に着手し、『WorkCamp19912006-国際協力15年間の歩み-』を作成した。作成に当たっては、1991年度からの参加者にも協力を呼びかけた。アンケート調査等の結果から、ワークキャンプが大学の人材育成のための有効な手段であるということが明らかになった。2007年度に研究成果を学会等で発表する予定である本年度は、国際協力活動を教育的に有効な形で実施するために、日本国内・海外における大学の国際協力活動への参加状況について、資料の収集及び情報交換を中心に行った。海外については、ポーランドで行われたEAIE年次総会に参加し、ワークショップ、セッションへの参加、各機関のブース訪問等を通じて、情報収集・意見交換を行った。国内については、「2005年度大学教育における海外体験学習研究会」に参加し、研究会主催のフォーラム、全国大会に出席するとともに、学生による海外協力活動(海外体験学習プログラム)を推進している先進的な日本国内の大学の事例を収集し、プログラムを中心的に組織・実施しているメンバーと意見交換を行った。また同時に、本研究の協力団体であるNPO法人GIVEと連携し、海外協力活動(ワークキャンプ)予定地であるフィリピンのNPOのメンバーと連絡をとり、ワークキャンプの2月下旬実施に向けて、学生の事前学習のための資料の作成、勉強会、オリエンテーション等の準備を進めていた。しかし、フィリピンの現地での状況等により、NPO法人GIVEと現地NPOと協議した結果、ワークキャンプの今年度実施を見合わせることに決定し、参加予定者に対する通知と状況説明を行った。このことにより、今年度の後半の研究計画は大幅に変更を余儀なくされた。その後、新たにキャンプ時期の検討とその内容の協議を行い、現在2006年9月中旬に実施を予定している。4月からのキャンプ参加者再募集に向けて現在準備中である。2007年度に研究成果を学会等で発表する予定である
順序と位置の学習を担う神経基盤:齧歯類デグーでの検討

本研究は、社会性齧歯類デグー(Octodon Degu)を対象に、順序や位置の情報処理過程を明らかにすることを目的とし、(1)オペラント学習場面における動作系列の訓練と(2)非学習場面における位置認知テストの開発と神経行動学的研究を行った。(1)に関し、雌雄のデグーに対しスクリーン上に提示された図形刺激を決まった順序で押すことにより報酬を得る訓練を行なった。完遂強化スケジュールでは系列学習は成立しなかったが、逐次強化スケジュールでは3項目の系列生成が可能であった。加えて、雌雄の学習曲線は異なっており、系列の獲得方略に雌雄差があることを示した。(2)に関し、Saveらの物体探索テストに基づき、デグーに適応した物体認知テストを設定した。視覚的にも触覚的にも異なる4つの物体を探索させるこのテストは動物の自発的な探索欲求に基づくものである。4つの物体を繰り返し探索させると、探索量は徐々に減少し馴化が生じる。しかし、物体の配置や物体そのものが変化すると探索量が増加した。この結果は他の齧歯類の結果と一致しており、空間認知と物体の新奇性認知についてデグーの行動基礎データを得たといえる。(3)当初予定していなかった行動実験として、同種他個体間のコミュニケーションの測定を行った。(2)と(3)に関して、その脳機構を明らかにするため、海馬損傷の効果を検討した。本研究では言語の下位機能として重要なモジュールである時系列操作の脳機構を明らかにする前段階として、デグーにおける系列課題の開発と基礎データの収集を行なった。これまでの研究において、デグーは自発的に複数のカップを操作し、時系列的に大中小のカップを重ねる階層操作能力や訓練による熊手の操作といった道具使用が可能であることが報告されている。このような複雑な時系列行動が可能なデグーを対象として、主に霊長類や鳥類で用いられてきたタッチスクリーンシステムにおける、動作系列課題の開発を行なった。デグーに対しスクリーン上に提示された図形刺激に対しタッチし、報酬を得る訓練を行なった。左右にランダムに提示される刺激を追従することを訓練し、2つの異なる強化スケジュールで本訓練を実施した。系列完成後に報酬を与える群を完遂強化群、反応ごとに報酬を与える群を逐次強化群とした。まず、実験者が任意に決めた順序で2項目系列の生成を訓練した。完遂強化スケジュールでは強化子が与えられる項目への固執が生じることにより学習ができないが、逐次強化スケジュールでは3項目の系列生成が可能であった。学習成立後に完遂強化に移行すると、成績は一旦悪化する。これは強化子が与えられない項目への反応が消去されることによる。また、2項目系列生成では雄のほうが雌に比べて成績が良いが、3項目系列生成の初期には雌の成績が雄を上回った。雄では3項目系列が徐々に獲得されていくのに対し、雌では1セッションで獲得された。以上の基礎データをふまえて、位置の系列生成に関わる脳部位の特定を行なっていく。社会性齧歯類デグー(Octodon Degu)は豊富な音声レパートリーを有し、約20種類の音声を状況別に使い分けコミュニケーションする。適切な場面で適切な発声を行なうには、他個体との相互関係を含めた文脈の認知が必要である。学習・記憶研究において、海馬は空間・文脈認知の有力な候補であるが、高次の文脈認知を必要とするコミュニケーションにおける海馬の役割については充分明らかでない。そこで、本研究ではデグーを対象に、発声・非発声コミュニケーションに及ぼす海馬損傷の効果を2種の社会相互作用場面で検討した。社会相互作用場面1では、同ゲージ内で飼育された馴染みのある同性個体(♂)とのコミュ、ニケーションについて、接触、対他的毛繕い、喧嘩、添い寝の頻度(または時間)を海馬損傷手術の前後で比較した。海馬損傷はイボテン酸の海馬内多点投与により行った。海馬損傷群では、馴染個体との再会において接触頻度が増加し、その結果として喧嘩が増加した。

コントロール群では、再会試行の前半に接触頻度が増加したが、後半には対他的毛繕いや添い寝など親和行動が増加した。社会相互作用場面2として、新奇な雌に対する求愛行動を海馬損傷手術の前後で比較した。海馬損傷個体では求愛開始時に特徴的な導入行動が欠落し、機能の異なる音が求愛歌中に出現した。この他、4つの異なる物体を探索させる物体認知課題において、海馬損傷群は位置の変化した物体に対する探索の増加を示さず、新奇な物体に対する探索量は増加した。また、固定物体に対する探索量は徐々に減少した。従って、海馬損傷により空間認知は障害されたが、固定物体に対する馴化や新奇な物体の認知は正常であった。これらの結果は、海馬は空間認知のみならず、コミュニケーションにおける適切な反応の選択、すなわち文脈の認知に関与している可能性を示唆した。
低強度運動介入が高齢者の高次認知機能に及ぼす影響－ｆＮＩＲＳによる神経基盤の検討

本研究は、低体力者でも適応可能な低強度の運動トレーニングが高齢者の前頭前野機能に与える効果の脳内メカニズムを、最新の脳機能イメージング装置である近赤外線分光法装置(fNIRS)を用いて明らかにすることを目的としている。昨年度までで、一過性の低・中強度運動が健常高齢者の実行機能(前頭前野が司る高次認知機能)を高める脳内機構を明らかにしてきた(Hyodoら, Neurobiol Aging,2012 ; Byunら、Neuroimage,2014)。また、低強度運動で向上する有酸素能力である換気性作業閾値(VTが高い高齢者は実行機能が高く、その脳内機構として、若者型の左半球優位の脳活動が保たれていたことから(論文投稿中)、本年度は、VTを高める3ヶ月間の低強度運動介入が健常高齢者の実行機能に与える影響とその脳内機構について検討した。健常高齢者を通常生活を送らせる安静群と、3ヶ月間低強度運動トレーニング(週3回、1時間、3540%VO2peakの自転車運動)を行なう低強度運動群に振り分けた。両群とも、介入前後で漸増運動負荷試験によるVT測定、ストループ課題による実行機能測定をおこなった。課題中の前頭前野の活動はfNIRSで測定した。有酸素能力に関して、低強度運動群ではVTの低下が抑えられて運動効果が見られた。また、認知課題成績は、低強度運動群でのみストループ課題の中でも実行機能を反映するストループ干渉の反応時間において有意な短縮が見られた。本研究の結果は、わずか3ヶ月間の軽運動でも高齢者の実行機能を高める効果があることを示唆している。現在はfNIRSデータを解析中であり、その脳内機構を解明していく予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度までの研究で、換気性作業閾値(VT)が出現する強度(中強度)の運動を高齢者に対して10分間行うことで、前頭前野機能を評価するストループ課題の成績が向上すること、そしてそのメカニズムとして、加齢による脳機能低下を防いでいると考えられる右前頭極(FPA)の活動が運動により増加することを、光による脳機能イメージング技術である近赤外線分光法(fNIRS)を用いて明らかにした(Hyodo et al 2012, Neurobiol of Aging)。今年度は、まずVTという最大下有酸素能力の指標と、高次認知機能(ストループ課題の成績)、そして認知課題中の脳活動の関係性を高齢者で横断的に検討し、VTが高い高齢者は認知機能が高く、その背景には若者型の脳活動(左半球優位)が起こることを明らかにした(論文投稿準備中)。そして、次なる研究として、多くの高齢者にも適応可能な低強度の運動効果に着目し、一過性の低強度運動が前頭前野機能に与える影響の検討に着手した。まず、低強度運動の実験モデル作りを行うために、低強度運動の強度設定を漸増運動負荷試験で得られるVT強度負荷の50%(50%VT)とし、強度設定が妥当であるかを確認した。その後、10分間の50%VT運動後の皮膚血流、中大脳動脈血流速度の動態を測定し、低強度運動後は5分以内でfIIRSに影響のある上記のパラメータが安静レベルに落ち着くことを確認した。以上の結果を踏まえたうえで、健常高齢者に対して低強度(50%VT強度)運動の前と5分後にストループ課題を行わせ、まず一過性低強度運動が前頭前野機能に与える影響を行動データから調査した。現在実験段階であるが、ストループ干渉が起こる困難なIncongruent条件の反応時間が運動後に短縮することを示唆する結果を得ている。本研究は、低強度の運動介入が高齢者の前頭前野機能に与える効果の脳内メカニズムを、最新の脳機能イメージング装置である近赤外線分光法装置(fNIRS)を用いて明らかにすることを目的としている。昨年度までで、健常な高齢者に対して、一過性の中強度運動が実行機能(前頭前野が司る高次認知機能)を評価するストループ課題の成績を高める脳内メカニズムを明らかにし(Hyodoら, 2012, Neurobiol Aging)。横断的研究により、最大下の有酸素能力である換気性作業閾値(VT)の高い高齢者は実行機能が高く、その脳内メカニズムとして、若者型の左半球優位の脳活動が保たれていることが明らかとなった(論文投稿中)。VTは低強度の身体活動量と関係することから、低強度の運動でも実行機能が向上する可能性が示された。しかし、低強度運動が直接的に実行機能に与える効果については未だ明らかではない。したがって、本年度はまず若齢成人を対象に低強度の運動が実行機能に与える影響とその脳内メカニズムを検討した。25名の若齢成人に、10分間の低強度運動(30%VO2peak)を行わせ、その前後にストループ課題をおこない、課題中の前頭前野脳活動をfNIRSで測定した。その結果、低強度運動後にストループ課題の成績が向上し、その際ストループ課題の遂行に必要な左前頭前野の活動増加が見られた(Byun, Hyodo,ら, Neuroimage, minorrevision)。この結果から、低強度運動は中強度運動と同様に実行機能を高めることが明らかになり、高齢者においても同等の効果が表れる可能性がある。しかし、習慣的な低強度運動が実行機能に与える影響は未だ明らかではない。

そこで、現在は、3ヶ月間の低強度運動が、高齢者の実行機能に与える影響の脳内メカニズムを検討している段階である。本研究は、低体力者でも適応可能な低強度の運動トレーニングが高齢者の前頭前野機能に与える効果の脳内メカニズムを、最新の脳機能イメージング装置である近赤外線分光法装置(fNIRS)を用いて明らかにすることを目的としている。昨年度までで、一過性の低・中強度運動が健常高齢者の実行機能(前頭前野が司る高次認知機能)を高める脳内機構を明らかにしてきた(Hyodoら, Neurobiol Aging,2012 ; Byunら、Neuroimage,2014)。また、低強度運動で向上する有酸素能力である換気性作業閾値(VTが高い高齢者は実行機能が高く、その脳内機構として、若者型の左半球優位の脳活動が保たれていたことから(論文投稿中)、本年度は、VTを高める3ヶ月間の低強度運動介入が健常高齢者の実行機能に与える影響とその脳内機構について検討した。健常高齢者を通常生活を送らせる安静群と、3ヶ月間低強度運動トレーニング(週3回、1時間、3540%VO2peakの自転車運動)を行なう低強度運動群に振り分けた。両群とも、介入前後で漸増運動負荷試験によるVT測定、ストループ課題による実行機能測定をおこなった。課題中の前頭前野の活動はfNIRSで測定した。有酸素能力に関して、低強度運動群ではVTの低下が抑えられて運動効果が見られた。また、認知課題成績は、低強度運動群でのみストループ課題の中でも実行機能を反映するストループ干渉の反応時間において有意な短縮が見られた。本研究の結果は、わずか3ヶ月間の軽運動でも高齢者の実行機能を高める効果があることを示唆している。現在はfNIRSデータを解析中であり、その脳内機構を解明していく予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度は、一過性の低強度運動の効果を検証するにあたり、まず低強度運動の実験モデルを確立するために時間を要したため、本実験への取り掛かりが遅れてしまったため。当該年度中に高齢者への低強度運動介入が実行機能に与える影響の実験を終了予定だったが、一過性低強度運動が実行機能に与える効果を検討する実験に時間がかかり、介入実験が年度をまたがる形になった。また、高齢者への運動負荷試験をおこなうための運動機器が故障し、修理に出したり、運動教室で使う運動器具の購入に時間がかかったことも介入研究が遅れた理由の1つである。今年度は、昨年度確立した低強度運動の実験モデルを応用し、一過性の低強度運動が高齢者の脳機能に与える影響を検討するとともに、長期の運動介入による高次認知機能の向上効果を検証するための予備的検討をおこなう。これまでで、過性の低強度運動が実行機能を高めることが明らかとなったが、長期の低強度運動介入が実行機能に与える影響については明らかではない。したがって、現在は3ヶ月間の低強度運動介入が高齢者の実行機能に与える影響について実験をおこなっている段階である。55名の高齢者を対象に、低強度運動をおこなう運動群と、これまでと同様の生活をおこなう通常生活群に分け、運動群には3ヶ月間、週3回1時間の低強度運動(ペダリング運動)をおこなう。7月にポストの測定が終了する予定であり、その結果を解析し、データをまとめて論文化する作業をおこなう。
経路積分の効率化に基づいた場の量子論からの重力ダイナミクスの創発

本年度の主たる研究実績大きく二つに分かれる。一つ目は、ゲージ重力対応における重力理論の時空を量子情報理論的に解釈する新しい予想を提起した研究成果である。ゲージ重力対応では、特に共形場理論から反ドジッター時空の重力理論が創発すると考えられており、これまでに非常に多くの証拠が見つかってきているが、完全な説明は未だ得られていない。そこで、何故一次元高い時空が共形場理論から現れるのか理解する必要があるが、本研究では、重力理論の時空の余次元1の曲面は、共形場理論を離散化した場合の経路積分の量子サーキットと解釈できるという新しい予想を提案した。これを仮定すると、余次元2の曲面が量子状態に対応するという曲面/状態対応が自然に得られる。またテンソルネットワークによるゲージ重力対応の解釈とも整合性がよい。さらには、経路積分の効率化で現れる複雑性(経路積分の複雑性と呼ぶ)が自然に重力作用の最小化と同一視でき、結果として、サスキンドらの提唱しているホログラフィック複雑性を基底状態について導出することに成功した。二つ目の研究では、2次元共形場理論における経路積分の効率化を利用して、エンタングルメント純粋化と呼ばれる量をいくつかのセットアップで計算することに成功した。エンタングルメント純粋化は、研究代表者らによって2017年にゲージ重力理論における計算法が提案された。ゲージ重力対応の新しい側面を探求する良い道具として注目を浴びたが、具体的に共形場理論の計算が重力理論からの予想と一致するのか、これまで定量的な検証はなされてこなかった。しかし、本研究では経路積分の効率化の手法をうまく利用することで、両者はいくつかの具体例で一致することを確かめた。本科研費による支援は2018年の8月からスタートしたが、その後、年度末までの約半年間に研究代表者は4本の論文を出版した。初年度行う予定であった研究(経路積分の効率化の手法を用いたゲージ重力対応の再解釈)に加え、複数の予定外の研究成果を得た。特に、ゲージ重力対応を用いたエンタングルメント純粋化の計算は特筆すべき業績である。エンタングルメント純粋化という量は、ゲージ重力対応において重要な量であり、研究代表者らが1昨年に、重力理論で計算する公式を提案した。しかしながらこの量は、純粋化した量子状態のエンタングルメントエントロピーを、すべての純粋化について最小化をとるという非常に計算が困難な量として定義され、一見、共形場理論における計算は困難に見える。しかし、経路積分を用いたエンタングルメントエントロピーの計算法(レプリカ法)を用い、経路積分を共形変換で変形して、その変形について最小化するという斬新な着想を適用することで計算を実行した。その結果、ゲージ重力対応からの予想と一致することが確かめられた。この業績によって、ホログラフィック・エンタングルメント純粋化の公式の初めての定量的な検証が得られ、国際的にも注目を浴びている。この成果はPRL誌に掲載され、この業績や関連研究が評価され、研究代表者はドイツのテンソルネットワークに関する国際会議や、名古屋大学の国際シンポジウムなど、6つの国際会議で招待講演を行い、イタリア・トリエステの有名な国際スクールで講義を行った。そのほかにも相対エンタングルメント・エントロピーと呼ばれる量子エンタングルメントの測度の一つを共形場理論で計算する初めての試みを行った論文も出版した。以上のように、当初の予想を超えて多くの興味深い研究成果が得られた。今後の研究の方向性は大きく二つに分かれる。一つは、経路積分の効率化のメカニズムとゲージ重力対応の基礎原理がどのように対応しているのか、より明確な理解を深める研究である。ゲージ重力対応では、古典重力が現れるのはゲージ理論が強結合で、自由度が大きい場合に限定される。この条件をうまく経路積分の効率化に取り入れて、局所的な重力理論の作用がどのように共形場理論から導出できるのか明らかにしていきたい。また重力理論において時間方向を含む長さや面積が、経路積分の量子サーキットのエンタングルメントとかかわっていることを2018年度の研究で突き止めたが、その詳細について具体的な計算を行い定量化したい。さらにホログラフィック複雑性で予想されている時間発展が経路積分の効率化の手法でも得られるのか明らかにしたい。もう一つの研究の方向性は、経路積分の効率化を共形場理論の計算に応用することである。2018年度の研究で、エンタングルメント純粋化の計算に成功した。今後は、さらに一般的な量である、多体エンタングルメント純粋化の計算を行い、ゲージ重力対応による予想との比較を行いたい。また量子エンタングルメントの測度として知られる、エンタングルメント・フォーメーションや、スクワッシュト・エンタングルメントなどの量を、経路積分の効率化の手法を用いて計算し、ゲージ重力対応の立場で考察したい。最後に、余裕があれば経路積分の効率化を具体的な離散模型で実行したい。自由スカラー場理論を離散化した模型が良い例と期待される。具体的に効率化を実行して、得られた波動関数が厳密な波動関数をうまく近似していることを確かめたい。

そこで、何故一次元高い時空が共形場理論から現れるのか理解する必要があるが、本研究では、重力理論の時空の余次元1の曲面は、共形場理論を離散化した場合の経路積分の量子サーキットと解釈できるという新しい予想を提案した。これを仮定すると、余次元2の曲面が量子状態に対応するという曲面/状態対応が自然に得られる。またテンソルネットワークによるゲージ重力対応の解釈とも整合性がよい。さらには、経路積分の効率化で現れる複雑性(経路積分の複雑性と呼ぶ)が自然に重力作用の最小化と同一視でき、結果として、サスキンドらの提唱しているホログラフィック複雑性を基底状態について導出することに成功した。二つ目の研究では、2次元共形場理論における経路積分の効率化を利用して、エンタングルメント純粋化と呼ばれる量をいくつかのセットアップで計算することに成功した。エンタングルメント純粋化は、研究代表者らによって2017年にゲージ重力理論における計算法が提案された。ゲージ重力対応の新しい側面を探求する良い道具として注目を浴びたが、具体的に共形場理論の計算が重力理論からの予想と一致するのか、これまで定量的な検証はなされてこなかった。しかし、本研究では経路積分の効率化の手法をうまく利用することで、両者はいくつかの具体例で一致することを確かめた。本科研費による支援は2018年の8月からスタートしたが、その後、年度末までの約半年間に研究代表者は4本の論文を出版した。初年度行う予定であった研究(経路積分の効率化の手法を用いたゲージ重力対応の再解釈)に加え、複数の予定外の研究成果を得た。特に、ゲージ重力対応を用いたエンタングルメント純粋化の計算は特筆すべき業績である。エンタングルメント純粋化という量は、ゲージ重力対応において重要な量であり、研究代表者らが1昨年に、重力理論で計算する公式を提案した。しかしながらこの量は、純粋化した量子状態のエンタングルメントエントロピーを、すべての純粋化について最小化をとるという非常に計算が困難な量として定義され、一見、共形場理論における計算は困難に見える。しかし、経路積分を用いたエンタングルメントエントロピーの計算法(レプリカ法)を用い、経路積分を共形変換で変形して、その変形について最小化するという斬新な着想を適用することで計算を実行した。その結果、ゲージ重力対応からの予想と一致することが確かめられた。この業績によって、ホログラフィック・エンタングルメント純粋化の公式の初めての定量的な検証が得られ、国際的にも注目を浴びている。この成果はPRL誌に掲載され、この業績や関連研究が評価され、研究代表者はドイツのテンソルネットワークに関する国際会議や、名古屋大学の国際シンポジウムなど、6つの国際会議で招待講演を行い、イタリア・トリエステの有名な国際スクールで講義を行った。そのほかにも相対エンタングルメント・エントロピーと呼ばれる量子エンタングルメントの測度の一つを共形場理論で計算する初めての試みを行った論文も出版した。以上のように、当初の予想を超えて多くの興味深い研究成果が得られた。今後の研究の方向性は大きく二つに分かれる。一つは、経路積分の効率化のメカニズムとゲージ重力対応の基礎原理がどのように対応しているのか、より明確な理解を深める研究である。
虚血心筋Gap JunctionにおけるCx43の動態と不整脈発生のメカニズム

虚血性心疾患を基礎疾患として有する患者の不整脈による心臓突然死を分子生物学的に解明する目的から、心筋細胞間の電気伝導に関する主要チャンネルであるGap JunctionにおけるCx43の量が遺伝的に半減している個体(Cx43-deficient mice)を用いた虚血モデルの実験系を確立した。まず心臓超音波検査で虚血心の機能評価を行い、梗塞領域の形態的修復過程を経時的に観察した。その結果、梗塞心の形態的Remodelingは梗塞の大きさに依存することが示されたが、Remodelingにおけるwildとhetero間の統計的有意差は得られず、Gap JunctionにおけるCx43の50%減弱は組織修復の支配的要素ではないと推察された。しかし梗塞領域の定量評価ではheteroにおいてより小さい梗塞が生じるという結果が証明され、Gap Junctionの物質透過性に関与する結果であると考えた。不整脈の誘発実験ではCx43の量が半減している個体においては不整脈がより誘発されやすい傾向にあるという結果であったが、梗塞慢性期ではwildとhetero間の有意差は消滅し、梗塞心は時間経過とともに電気的恒常性が維持される方向で組織修復がなされると考えられた。病理組織学的検索では組織所見と心室性不整脈との相関性を検討した。組織学的特徴である梗塞の壁貫通性、心室瘤形成の有無、モザイク状の梗塞や梗塞巣における残存心筋層の存在に着目し、虚血傷害に起因する異常伝導路の仮説を立て、梗塞領域の心内膜側に残存心筋の層構造が認められる個体では、不整脈の誘発性が有意に高率であるという結果を得た。Gap JunctionにおけるCx43の量が遺伝的に半減している個体(Cx43-deficient mice)及びWildtype miceを用いた人工的心筋梗塞モデルを複数の術者が同様の生存率(80%以上)で作成可能となるような手技を確立した。これらのマウスに対し、術後に経時的な超音波検査を施行し、心機能評価を行うとともに、梗塞心の形態的変化を追跡した。その結果、梗塞心の形態的Remodelingは梗塞の大きさに依存することがわかった。またこのRemodelingにおいてwildとhetero間に有意差は得られず、約1週で陳旧性梗塞巣は組織的にほぼ完成するという所見が得られた。また梗塞領域については、1週よりも10週でより小さく評価される傾向があることがわかり、瘢痕領域の組織的変化に起因するものと考えられた。術後1週において行った不整脈の誘発実験ではCx43の量が半減しているグループにおいては、急性期の実験結果と同様に不整脈が誘発されることを確認したが、慢性期ではwildとhetero間に有意差は得られなかった。病理組織学的検索ではデータの蓄積を行い、ヘマトキシリン・エオジン染色に加えてMasson trichrome染色を全例に行って組織所見と心室性不整脈との相関性を検討する材料とした。組織所見では梗塞の壁貫通性、心室瘤形成の有無、モザイク状の梗塞や梗塞巣における残存心筋層の存在を中心に詳細に観察することにより、これらの特徴的な所見が致死性不整脈と有機的相関性を有するか否かを検証した。その結果、梗塞領域の心内膜側に残存心筋の層構造が認められる個体では、不整脈の誘発性が有意に高率であるという結論を得たが、この組織所見の出現頻度においてはwildとhetero間に有意差は得られなかった。心筋細胞間の電気伝導に関する主要チャンネルであるGap JunctionにおけるCx43の量が遺伝的に半減している個体(Cx43-deficient mice)を用いた虚血モデルを用いて各種実験系を確立した。超音波検査での心機能評価については、前年度のデータに加えてさらに長期の経過観察を行い、梗塞領域の形態的修復過程を観察した。

その結果、梗塞心の形態的Remodelingは梗塞の大きさに依存することが追認されたが、Remodelingにおけるwildとhetero間の統計的有意差は依然得られず、Gap JunctionにおけるCx43の50%減弱は組織修復様式の支配的要素ではないのではないかと推察された。また梗塞領域が1週よりも10週でより小さく評価される傾向は再び証明され、瘢痕組織の境界領域からの修復機転によるものと考えられた。不整脈の誘発実験では前年度に引き続き、今年度は長期生存例に関する誘発実験を行った。その結果、Cx43の量が半減しているグループにおいては、不整脈が誘発されることを再び確認したが、慢性期ではwildとhetero間の有意差は消滅し、全体として電気的恒常性が維持される方向で組織修復がなされることが推察された。病理組織学的検索では前年度に引き続き組織所見と心室性不整脈との相関性を検討した。組織所見では梗塞の壁貫通性、心室瘤形成の有無、モザイク状の梗塞や梗塞巣における残存心筋層の存在を中心として観察することにより、虚血傷害に起因する異常伝導路の仮説を立てた。梗塞領域の心内膜側に残存心筋の層構造が認められる個体では、不整脈の誘発性が有意に高率であるという前年度の仮説は再び支持されたが、'同様の残存心筋層が心外膜側にある場合の不整脈誘発性に関してはwildとhetero間に有意差は無く、結論は得られなかった。
ロシア社会における非営利団体の活動実態にかんする実証研究

現代ロシアでは、メドヴェージェフ大統領とプーチン首相による双頭政治体制が強化されています。政治権力の集中にともない、社会では市民団体などの非営利団体の活動が衰退しているように考えられています。しかし今回の調査では、中央集権化がすすむ一方で、人権擁護団体や宗教組織が政治権力と真っ向から対峙しなくても、独自の運動を展開している実態が浮き彫りになりました。平成18年度の研究では、ロシア周辺国からロシアに大量に流入する出稼ぎ労働への支援事業を展開する非営利団体「移民センター」をとりあげ、三度にわたって事務所を訪問した。この団体は1993年に設立され、職員は10名(センター長はガヴハル・ジュラーエヴァ・カンジーロヴナ、3人の弁護士、1人の医師、3人から5人ほどのボランティア)ほどである。かれらは出稼ぎ労働者、なかでも中央アジア諸国からの移民労働者のさまざまな相談を受けつけている。かれらの労働条件は過酷なうえに、警察官からの賄賂の強要スキンヘッド・グループの襲撃の対象になることが多いからである。たとえば2005年の訪問者を振り返ると、年間の訪問者数は6999人である。月平均の訪問者数は583人、多かったのは1月の678人、7月の677人、8月の662人、少なかったのは10月の471人であり、全体としては季節労働者が多くなる夏季の訪問者数が比較的に増大する。一日あたりの訪問者は20人ほどであり、職員が日曜日を返上して問題に対応している。移民センターを訪問する人たちの相談内容としては警察官による暴行、海外旅券の紛失、労働手帳の没収、給料の未払い、医療費の補助、労働災害、行方不明者の捜索、遺体の自国への搬送などがあり、出稼ぎ労働者が直面する日常生活の諸問題が多様であることがわかる。自国の経済的な貧窮を逃れてモスクワにきているのであるが、かれらを待ち受けているのは多難な生活である。移民センターを訪問する人たちが相談する内容でもっとも深刻なものは、行方不明者の捜索依頼と遺体の本国搬送の問題である。移民センターの内部資料によれば、行方不明者の捜索については2004年8月から2006年5月までの22カ月間に140件の依頼を受けつけている。1カ月あたりの平均は6.3件である。平成19年度の研究では、これまで調査してきました外国人労働者を支援する「ロシア・移民センター」の活動内容を単著『虚栄の帝国ロシア-闇に消える「黒い」外国人たち-』(岩波書店、2007年10月)のなかで紹介し、非営利団体がロシア社会ではたしている役割とその限界について論じました。そのなかで特に強調したことは、多くのロシア人や自国大使館でさえ見向きもしない外国人労働者の悲惨な状況を、非恵里団体が積極的な救済に乗り出していることです。ロシア経済の繁栄の影の部分で、こうした非営利団体が活動していることが明らかになりました。他方で、かれらの活動は社会のなかで孤立しており、財政的な基盤が脆弱である点に限界があります。非営利団体といっても、なかには形式的な組織だけのものもあり、ロシア政府や市民たちは「移民センター」のように本来の活動を展開している組織にたいしても、懐疑的であり、非営利団体の活動が拡大しない要因となっています。この「移民センター」の活動とは別に、おもにロシア国内で活動する青年組織を調査しました。若い研究者たちが結成している「青年アカデミー」では、政府からの給付金が削減されている今日、教育と研究の改善を求めてロシア全土に活動をひろげています。また「若き親衛隊」の活動についても調査しました。この組織はソ連時代のソ連共産党青年組織「コムソモール」に似ており、地域社会のボランティアに従事しています。たとえば道路の清掃や公園の整備、さらには地区の祭りなどを積極的に企画しています。この「若き親衛隊」は、プーチン与党「統一ロシア」が深く関わっており、政治と非営利団体の関係が見えてきました。平成20年度の研究ではおもに、ロシア国内で活動する宗教団体、とりわけロシア正教会の実態について調査しました。従来のロシア研究では宗教の文学的、または歴史的な意義について論じられることがおおく、社会科学の研究対象になることはありませんでした。このような実情をふまえて、ロシア正教会がロシア社会において信者にかぎらず、ふつうの人びとの暮らしとどのようにかかわっているかを実際に解明するために、モスクワ市内と市郊外の教会を訪問しました。近年のロシア社会では正教会寺院の建設ラッシュがおこっており、いわゆる正教会ブームがまき起こっています。その背景には、ロシア経済の急速な市場経済化によるロシア人のなかでの貧富の差の拡大、外国製品や文化の流入によるロシア人のアイデンティティーの喪失があり、ロシア人の精神的な源泉の復興の必要性が唱えられています。そのような正教会にたいする社会的な要請がある一方で、今回の調査が明らかになった重要な点は、ロシア正教会そのものがビジネスを展開し、莫大な資金を獲得していることです。1917年

社会主義革命で財産を没収された正教会はプーチン政権下、その返還を求めています。あらたに手にした、たとえば不動産を私企業に売却することで富を得ており、そのことで先に述べたような人びとの生活実態からかけ離れたような存在になりつつあります。と同時に、もはやロシア最大の財閥になった正教会と政治権力との癒着が生じています。政治と宗教とのかかわりの方向性は、ロシア政治の重要な視点となっています。
高強度繊維および超分子分散による複合レジンの分子運動と動的粘弾性の研究

養歯床用PMMAレジンの補強にマクロ的補強法として繊維(炭素繊維;CFおよびアラミド繊維;KF)クロス複合によるもの、ミクロ的補強法としてアラミド繊維の構成分子(ポリパラフェニレンテレフタ-ルアミド;PPTA,ポリメタフェニレンイソフタ-ルアミド;MPIAおよびポリパラフェニレンー3.4'ーオキシジフェニレンテレフタ-ルアミド;PPOT)を用いた分子複合レジンの補強効果について研究を行った。繊維複合による補強レジンでは曲げ、引張りおよびアイゾット衝撃強さおよび動的粘弾性装置(DMTA)によるE'およびtanδについて、また分子複合レジンでは歯科理工学的性質,TG,NMRによるT_1およびDMTAによるE',tanδについて測定した。CFおよびKFクロス(共に0.1mm1枚複合)共に樹脂含浸処理(CFではエポキシ樹脂処理(ECF)、KFではクロロスルフォン化ラテックスレゾルシン樹脂処理(CLRKF)によるものが優れていた。処理剤の性質においてDMTAよりECFの場合、複合枚数の増加と共に処理剤量も増加するので、αピ-ク温度に低下が見られ重合条件に問題があった。CLR処理の場合、αピ-ク温度はほぼ一定で、tanδ値は複合枚数と共に低下し、優れた処理剤であることが解った。次に分子複合レジンにおいては、DMSO+N_aH系より複合コア分子のN位にオクチル置換(Oct)によりMMAに溶解する改質ポリアラミド(OctーPPTA,OctーMPIA,OctーPPOT)が得られることを見いだした。そしてPMMAに3ut%複合したレジンの歯科理工学的性質を検討したところ3OctーPPTAーPMMA>OctーPPOTーPMMA>OctーMPIAーPMMA≧PMMAという順となった。この性質をTG,NMRによるT_1,およびDMTAによるコア分子の主鎖,側鎖の分子運動性およびPMMAとの相互作用について分子論的に追及したところ、分子の剛直性と補強性との関連が明らかにされた。現在、歯科用レジン系材料は義歯床用材、充填材、レジン前装冠および接着剤などに広く用いられている。そして、より優れた性能および機能を有する材料として複合材料が注目されている。これまで義歯床用PMMAレジンの補強法には金属線、ガラス繊維、炭素繊維およびアラミド繊維などを複合した方法で行っているものの、PMMAとの接着および構造上などに問題点があり、これまで同時に解決した研究は見当たらない。今回、義歯床用PMMAレジンの補強として、一つにはマクロ的繊維として炭素繊維(CF)およびアラミド繊維(KF)を用い、先ず表面処理を行った。繊維の形態は特に上顎義歯床口蓋部を高機能的に補強するために平織型を採択した。処理法には化学処理および樹脂含浸処理を行ったところ、化学処理において官能基はCFおよびKF共に極表層のみに留まり、また繊維がほつれてしまうこととなった。一方、樹脂含浸処理においてCFにはエポキシ樹脂処理、KFにはエポキシ樹脂処理およびラテックス処理を行った。これにより繊維のダメ-ジは無く、PMMAとの接着および親和性に改善が期待される。次に、KFの構成分子であるPPTAは全芳香族系で全トランス型でパラ型であるため剛直性が高いのでこれをコア分子とし、PMMAの様な屈曲性高分子中に分子分散させることによりマトリックス分子が束縛されることにより機械的性質などが向上すると考えた。

原料PPTAはそのままではMMAに溶解しないためDMSO+NaH系によりアミド結合のN位のH原子をnーアルキル基で置換を行うと、ほぼ定量的であることがNMRより判明した。そしてnーアルキル基の炭素数が8つ以上になると常温でMMAに容易に溶解することを見出した。繊維複合の補強では表面処理繊維とマトリックスレジン(PMMA)との相互作用について動的粘弾性装置(DMTA)を用い,50250°Cにおけるガラス状領域ゴム状領域流動状領域のE^1およびtanSを測定した。曲げおよび弓張り強さに補強効果の見られなかった未処理CF、KF複合でも高温領域になるとPMMAの極性による分子間相互作用により,PMMAより高いE^1値を示した。中でもECF複合PMMAのE^1値は200°CでPMMAの約2.2倍となり,tanS値は1.31と最も低く,PMMAとの結合に優れていた。次にECFの枚数の増加と共にE^1値も増大したが,αピ-ク温度に低下が見られ重合条件に問題があった。CLRKF1枚複合では150°Cで約1.4倍,2枚複合で約2倍および4枚複合で約4.1倍PMMAより高いE^1値となり,曲げ強さとの相関性を示した。αピ-クの温度はほぼ一定で,tanS値は複合枚数と共に低下し,優れた処理剤であることが解った。次に分子複合レジンではPPTA,MPIAおよびPPOTをコア分子とし,N位オクチル置換(Oct)の各種改質ポリアラミドを3wt%複合PMMAの歯科理工学的性質はOctーPPTAーPMMA>OctーPPOTーPMMA>OctーMPIAーPMMA≧PMMAとなった。この性質を分子論的に追及するためにコア分子にはNMRによるT_1測定、分子複合レジンにはTGおよびDMTA測定した。コア分子の主鎖カルボニル基およびN位側鎖末端メチル基のT_1値はOctーPPTA<OctーPPOT<OctーMPIAとなり,コア分子として直線性の高い分子の方が暖和時間が短くなった。TGの開始温度はOctーPPTAーPMMA(266°C)>OctーPPOTーPMMA(263°C)>OctーMPIAーPMMA(246°C)>PMMA(237°C)となった。DMTAで200°CにおいてOctーPPTAーPMMA,OctーPPOTーPMMAは共に約1.35倍,OctーMPIAーPMMAは約1.15倍PMMAより高いE^1値を示した。これより直線性の高い剛直なコア分子の複合により,優れた歯科理工学的性質を示し,T_1,TGおよびDMTA測定より分子の剛直性と補強性との関連を分子論的立場から明らかにすることが出来た。
出芽酵母の細胞周期に共役した細胞の形態形成の分子機構

細胞周期一連のプロセスを進行することによって起こるが、細胞周期は厳密に制御されていて、増殖に不適切な状況下ではその進行を停止する。我々は、細胞壁合成欠損株の表現型を解析する過程で、細胞壁合成の停止が核分裂の停止を引き起こすという興味深い現象を発見し、新しいチェックポイント制御機構が存在することを発見した。細胞壁チェックポイントと名付けた新規チェックポイントは、グルカン合成欠損株などで観察され、細胞はSPB複製後、紡錘体形成以前で細胞周期を停止することが明らかになり、同時にこの細胞周期のC1b2pの異常により起きることが明らかになった。このチェックポイントに関与する因子について探索したところ、ダイナクチン複合体のコアタンパク質であるArp1pが関与していることが明らかになった。そこで、Arp1pの分子内の役割分担をしらべるために、30以上の変異を導入して解析した。ダイナクチンは、核移行とチェックポイントの二つの機能をもっているが、二つの機能のうち一方だけが欠損している表現型を示す変異株が得られたことから、Arp1pは細胞壁合成チェックポイントと核移行に必要な機能を分子上の互いに異なる領域にもつ分子であることが明らかになった。またArp1pの立体構造を予測して変異の部位を調べたところ、チェックポイント機能にのみ欠損を示すアリルでは変異部位が核の移行に関与する領域とは異なる部位でドメインを形成していることが分かった。これらのことから細胞壁チェックポイントと核の移行機能は互いに独立して制御されており、Arp1pはその2つの機能に対して分子内の異なる機能領域で関与していることが示唆された。真核生物の細胞増殖は細胞周期と呼ばれる一連のプロセスを進行することによって起こる。細胞周期は厳密に制御されていて、増殖に不適切な状況下ではその進行を停止する。我々は、細胞壁合成欠損株の表現型を解析する過程で、細胞壁合成の停止が核分裂の停止を引き起こすという興味深い現象を発見していたが、細胞壁合成をモニターする新しいチェックポイント制御機構が存在することを予想し、その分子機構を解明するために本研究を分子生物学、遺伝学の観点から行った。その結果、グルカン合成欠損株はSPB複製後、紡錘体形成以前で細胞周期を停止することが明らかになり、グルカン合成停止によるG2期停止はClb2pの異常により起きることが明らかになった。細胞壁チェックポイントが誘導されると、CLB2の転写因子であるFkh1P, Fkh2Pにシグナルが伝達され、CLB2の転写を制御していることが変異株を使った研究から明かになった。さらに、細胞壁チェックポイントによるG2期停止にはダイナクチン複合体のうち、Arp1pだけでなく、Jnm1p, Nip100pなど全てが必要であった。グルカン合成欠損株だけでなく、グルカン合成阻害剤やmnn10Δ変異株によっても細胞壁チェックポイントが誘導されることから、細胞壁チェックポイントはグルカン合成だけではなく細胞壁合成全体、あるいは細胞壁の安定性をモニターしていると考えられた。さらに、arp1の部位特異的変異株を単離して、その耕造と機能との関係、特にダイナクチン複合体の「チャックポイント」と「核移行」の機能について解析を行った。以上の結果から、細胞壁チェックポイント機構は、有糸分裂を開始する前に、細胞壁合成が正常に行われ適切な大きさの芽が形成されることを保証していると考えられた。細胞周期は一連のプロセスを進行することによって起こるが、細胞周期は厳密に制御されていて、増殖に不適切な状況下ではその進行を停止する。細胞壁チェックポイントと名付けた新規チェックポイントは、グルカン合成欠損株などで観察され、細胞はSPB複製後、紡錘体形成以前で細胞周期を停止することが明らかになり、同時にこの細胞周期のClb2pの異常により起きることが明らかになった。

このチェックポイントに関与する因子について探索したところ、ダイナクチン複合体のコアタンパク質であるArp1pが関与していることが明らかになった。そこで、Arp1pの分子内の役割分担をしらべるために、30以上の変異を導入して解析した。ダイナクチンは、核移行とチェックポイントの二つの機能をもっているが、二つの機能のうち一方だけが欠損している表現型を示す変異株が得られたことから、Arp1pは細胞壁合成チェックポイントと核移行に必要な機能を分子上の互いに異なる領域にもつ分子であることが明らかになった。またArp1pの立体構造を予測して変異の部位を調べたところ、チェックポイント機能にのみ欠損を示すアリルでは変異部位が核の移行に関与する領域とは異なる部位でドメインを形成していることが分かった。これらのことから細胞壁チェックポイントと核の移行機能は互いに独立して制御されており、Arp1pはその2つの機能に対して分子内の異なる機能領域で関与していることが示唆された。
神経芽腫におけるＴｒｋＢを標的とした新規治療薬の探索とその機能解析

難治性神経芽腫の治癒率向上のために、新しい観点からの分子標的治療薬の開発を試みることを目的とした。TrkBを標的としたインシリコのスクリーニングから得られた低分子化合物により、PARPやCaspase 9の断片化、p53のリン酸化が認められ、p53を介した細胞死の誘導が示唆された。またBDNFによるTrkBのリン酸化により、TrkBのBDNF結合領域はBDNFと低分子化合物で競合し合っていることが示唆された。CHP134細胞をマウスに移植した動物実験では、低分子化合物による抗腫瘍効果が認められた。以上の結果より、神経芽腫におけるTrkBを標的とした新しい抗癌剤候補となる低分子化合物を見出した。予後不良な神経芽腫で発現の高い遺伝子TrkB(神経栄養因子受容体)のBDNF (Brain-derived Neurotrophic Facter)が結合する領域を標的分子として、すでに300万個の候補低分子化合物仮想ライブラリーから、インシリコで60個の低分子化合物をスクリーニングした。その結果候補となった低分子化合物の中で、細胞増殖抑制能に影響を与える化合物をさらにスクリーニングし、がん細胞の増殖抑制や分化制御に関わる最適化合物の探索を行い、その作用機序を解明することを目的とした。昨年度の解析から、化合物処理に伴って細胞増殖抑制能が顕著に認められた化合物は7個であった。また、それはp53を介した細胞死を誘導することが示唆された。さらに、TrkBのBDNF結合領域を低分子化合物とBDNFで競合していると考えられたことより、今年度は、SH-SY5Y/TrkB細胞をBDNFで処理したときのTrkBのリン酸化が低分子化合物処理によりどのような影響を与えるか検討した。その結果、BDNF処理のみでは、TrkBのリン酸化が顕著に認められたが、低分子化合物の存在下でBDNF処理するとTrkBのリン酸化は抑制されることが判明した。従って、TrkBのBDNF結合領域を低分子化合物とBDNFで競合していると考えられた。さらに、低分子化合物処理による神経芽腫細胞への影響は、TrkBのシグナル経路により引き起こされていることが示唆された。また、昨年度、選択した7個の低分子化合物のうち、顕著に細胞増殖抑制能を示した化合物について、原子や官能基を一部変換した低分子化合物を作成し、細胞増殖抑制効果を検討した。その結果、構造を一部変換する前の低分子化合物に比べ、変換した化合物は、細胞増殖抑制効果が大きいことが明らかとなった。その結果候補となった低分子化合物の中で、細胞増殖能に影響を与える化合物をさらにスクリーニングし、がん細胞の増殖抑制や分化制御に関わる最適化合物の探索を行い、その作用機序を解明することを目的とした。インシリコでスクリーニングされた低分子化合物60個のうち入手可能な化合物37個について、神経芽腫細胞株[SH-SY5Y/TrkBおよびCHP134(TrkB発現あり)]に対する細胞増殖抑制能を検討したところ、両細胞とも化合物処理に伴って細胞増殖抑制能が顕著に認められた化合物は7個であった。また、IC50は、0.074.6μMであった。さらに、どのようなシグナル伝達経路を介して細胞死や細胞分化等が起きているか解析を行ったところ、TUNELアッセイ法では化合物処理により細胞は陽性染まり、ウエスタンブロッット法ではPARPやCaspase 9の断片化が検出され、さらには、p53のリン酸化が認められた。以上の結果から、p53を介した細胞死を誘導していることが示唆された。またSY5Y/TrkB細胞を化合物と同時にBDNF処理し、BDNF存在下、非存在下において、細胞増殖抑制速度を比較検討したところ、BDNF存在下の方が、細胞の増殖抑制速度は、遅くなっていることが判った。TrkBのBDNF結合領域を低分子化合物とBDNFで競合していると考えられる。さらに、CHP134細胞をマウスに移植し、腫瘍形成が明らかであるマウスに対し低分子化合物を処理した。その結果、低分子化合物による抗腫瘍効果が認められた。