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スペクトル逆散乱理論の新モデルー離散から連続まで

(1)非コンパクト多様体上の逆散乱理論(2)量子グラフ上の逆散乱理論(3)回転面に対する逆スペクトル理論(4)層状媒質における定常波動方程式(1)に関してはリーマン計量が微分可能である場合には数年前に完成していたが,錘状特異点を持つリーマン計量を含む場合にまで拡張することができた.無限遠におけるリーマン計量の挙動としては考え得る最も一般な場合まで含んでおり満足すべき結果である.(2)に関しては六角格子の量子グラフに関してS行列から各辺上のシュレーディンガー作用素のポテンシャルを決定する逆問題を解決した.物理モデルとしてはグラフェンを扱っており,応用上も極めて重要である.(3)に関しては回転面のプロファイルを記述する関数空間とスペクトルデータとの間の無限次元解析的写像を構成することによりスペクトル逆問題を解決した.(4)に関しては平行な2層に分かれた媒質内でのヘルムホルツ方程式の解の無限遠における漸近展開を導いた,2層の境界面が存在するために入射波に対して散乱波,屈折波が現れ,その波はある錘面に特異性をもつ.そのため,この問題は古典的な問題でありながら未解決問題として長く残されてきた.得られた結果は完全な解決といってよく大きな意義がある.また古典物理学における逆散乱問題に関してマックスウエル方程式の逆問題を論じた著書を出版した.特に3次元空間における外部領域において有限領域に任意の摂動を与えたときにS行列から境界のベッチ数が定まることをこの本の中で示した.この結果はさらに無限部分がユークリッド空間と微分同相であるような任意のリーマン多様体にも成立し,非コンパクト多様体上の微分形式に対する逆問題としても意義がある.非コンパクト多様体上の逆散乱問題に関してはリーマン計量が微分可能である場合には数年前に完成していたが,昔からの課題である錘状特異点を許す場合にまで結果を拡張するのに大きな困難があったため予想よりも長い期間を要したが,錘状特異点の扱い方を解決することができたためこの懸案は本質的に解決できた.格子系と量子グラフに関する逆散乱問題は予想していたことを解決できた.層状媒質における定常波動方程式は計算が困難であるため長い研究期間を要したが,解決できた.非コンパクト多様体上の逆散乱理論に関しては今の結果を論文として発表する.100ページを超える大きな論文となる.この問題の次の発展として非線形波動に関する問題が重要であり,その研究に着手する.離散系の問題に関しては連続系への収束問題へと進む.層状媒質の問題に関しては当初の目的である半空間での弾性波の漸近展開,特にレーリー波の導出を完成させる.非コンパクトなリーマン多様体上での散乱の逆問題を研究している.多様体の有限部分では任意のリーマン計量を与え、無限遠の近傍ではある標準的な計量に漸近するものとする。この多様体のラプラシアンを用いて波動方程式を考える。無限の過去において多様体の無限遠から入射された解は多様体の有限部分において反射され、再び無限遠に帰る。このとき解の無限遠における波形から散乱行列(S行列)が定義される。このS行列から多様体を再構成するのが研究の目的である。本研究では多様体の無限遠部分には考え得る限りの最も一般的な計量を許し、すべてのエネルギーに対応するS行列を与えて多様体の計量の決定を行う。無限遠において多様体の体積が増大する場合と減少する場合の双方を許し、その増大度、減少度は多項式的と指数関数的の双方を許すものとする。増大する無限遠部分においてはオービフォールドの構造をもち、有限部分ではより一般な垂状特異点を教養するものとする。この一般的な設定の下で散乱の順問題を完成した。すなわち、多様体上での一般化されたフーリエ変換を構成し、S行列を定義した。逆問題はこれまでの研究により、錘状特異点以外の部分については解決される。残っているのは錘状特異点の取り扱いであり、現在はそこに集中している。ユークリッド空間内の回転面をスペクトル量から決定する逆問題を解決した。これはリュービル変換により1次元の境界値問題の逆問題に帰着されるのだが、ある非線形写像の値域決定問題に帰着され、無限次元空間における解析関数論が必要となる。これらのことを解決し、回転面のスペクトル的特徴づけができた。特に、回転面に対するMinkowskiの問題を解決した.非コンパクト多様体上の散乱の順問題については必要事項をすべて研究し、90ページに上る草稿としてまとめた。Minkowski問題については現在論文を投稿中である.無限遠において標準的なリーマン計量に漸近する非コンパクトな多様体においてラプラシアンの連続スぺクトルの性質を研究した。特にハイゼンベルグのS行列を多様体上に拡張し、S行列の情報から多様体の情報を引き出す逆問題を主目標とした。多様体としては幾何学や物理学に現れるものから数論に現れるものまでを考慮し、また連続モデルと離散モデルの双方に並行して進めることのできる統一的理論を構築することを目標とした。連続モデルにおいては数論における多様体をよい例とする錘状の特異性を持つ多様体において逆散乱理論を研究した。錘状特異点の一般的な定義を導入することができ、以前から行ってきたスペクトル理論と合わせることにより散乱理論の順問題の部分については骨組みを確立した。さらに逆問題における重要な手法である境界制御法を錘状特異性をもつ多様体に拡張しつつある。離散モデルにおいては周期的な格子を局所的に摂動した系に対してスペクトル逆散乱理論を研究した。

六角格子は物理的に重要な例としてのグラフェンを含んでおり離散シュレーディンガー作用素の重要な研究対象である。六角格子に対してS行列からのポテンシャルの再構成、欠損の同定という逆問題を解決した。また格子上のシュレーディンガー作用素の異なる定式化として辺上の微分作用素を扱う量子グラフがある。これは量子力学のみならず神経系等の医学的問題、ネットワーク等のITの問題にも関連があり研究を発展させることは重要である。六角格子に対応する量氏グラフに関してスペクトル散乱理論を構築し、S行列から辺上のポテンシャルを再構成する逆問題を解決した。また回転面のミンコフスキー問題を逆問題の立場から解決した。3次元シュレーディンガー作用素のトレース公式を共鳴状態を用いて記述する新しい方法を発見した。非コンパクト多様体上の逆散乱問題に関しては懸案であった錘状特異点の構造に関して進展があった。適切な定式化を得ることができ、スペクトル逆散乱理論構築への道が開かれた。格子上の逆散乱問題に関しては六角格子上の離散シュレーディンガー作用素に対してS行列の決定、欠損の同定の問題を解決した。また量子グラフに対しては六角格子の場合にS行列からのポテンシャルの再構成を証明した。1次元ゲルファントレビタン理論を応用して回転面に関するミンコフスキーの問題を解決した。(1)非コンパクト多様体上の逆散乱理論(2)量子グラフ上の逆散乱理論(3)回転面に対する逆スペクトル理論(4)層状媒質における定常波動方程式(1)に関してはリーマン計量が微分可能である場合には数年前に完成していたが,錘状特異点を持つリーマン計量を含む場合にまで拡張することができた.無限遠におけるリーマン計量の挙動としては考え得る最も一般な場合まで含んでおり満足すべき結果である.(2)に関しては六角格子の量子グラフに関してS行列から各辺上のシュレーディンガー作用素のポテンシャルを決定する逆問題を解決した.物理モデルとしてはグラフェンを扱っており,応用上も極めて重要である.(3)に関しては回転面のプロファイルを記述する関数空間とスペクトルデータとの間の無限次元解析的写像を構成することによりスペクトル逆問題を解決した.(4)に関しては平行な2層に分かれた媒質内でのヘルムホルツ方程式の解の無限遠における漸近展開を導いた,2層の境界面が存在するために入射波に対して散乱波,屈折波が現れ,その波はある錘面に特異性をもつ.そのため,この問題は古典的な問題でありながら未解決問題として長く残されてきた.得られた結果は完全な解決といってよく大きな意義がある.また古典物理学における逆散乱問題に関してマックスウエル方程式の逆問題を論じた著書を出版した.特に3次元空間における外部領域において有限領域に任意の摂動を与えたときにS行列から境界のベッチ数が定まることをこの本の中で示した.
時間使用データの組成データ分析と主観的幸福に関する実証分析

平成30年度は,前年度に作成した時間使用データを用いた実証分析のための試行モデルを用いて女性の生活時間の決定要因に関する分析を行った.推定結果は,われわれが既に行った別のデータベースを用いて行った研究と比較検討し,論文とする作業を行っている.また,前年度にDiscussion Paperとしてまとめた働く既婚女性の生活時間に関する分析の論文の改善を図り,洋雑誌に投稿したところ,年度内にほぼ洋雑誌に受理される見込みを得た.今年度の研究では,総務省統計局の『社会生活基本調査』のデータを利用するため,独立行政法人統計センターより匿名データの提供を受けた.同調査は,国民の生活実態を生活時間の側面において詳細に調査していて標本数も多い.1日の様々な活動時間の合計は一定(24時間)であり,しかも各個人が1日に必ずしもすべての活動を行うわけではないため,生活時間データはゼロを含む組成データである.本研究ではそうしたデータを用いて実証分析を行う方法を検討することが課題であるが,われわれはLeininger (2013)を参考にしたモデルをBayes法で推定した.われわれは,(旧)家計経済研究所の『消費生活に関するパネル調査』を用いて既婚の働く女性の生活時間に関する分析を行っていたので,その結果と今回の推定結果を比較検討した.両分析を通して乳幼児の有無が,女性の仕事時間に負の効果を及ぼし,家事・育児時間に正の効果を及ぼすこと,また,所得は通勤・通学時間や仕事時間に正の効果を及ぼすことなどは共通していた.日本における女性の家事育児負担の偏りはこれまでも主張されてきたことであるが,われわれの複数のデータによる分析でも同様の結果が得られた.また,所得を得るためには,長時間の通勤や労働が伴うことを意味する結果も得られ,日本社会の一面が統計的にも明らかとなったと考えている.本研究では,生活時間のデータはゼロを含む組成データであるため,その実証分析の手法を検討することが一つの課題であるが,これについてはLeininger (2013)によるモデルをBayes法で推定することで対処できるようになっている.また,主観的幸福を生活時間ベースから捉えるため,生活時間について詳細に調査を行っている『社会生活基本調査』の匿名データを整理して分析に必要なデータベースの作成を行い,女性の生活時間についての実証分析を行い,論文としてまとめている.こうした点からおおむね進捗状況は順調であると考えている.平成31年度は研究最終年となるので,残っている課題に取り組み研究全般のまとめとなるような論文の作成を目指す.引き続き『社会生活基本調査』などのミクロの生活時間のデータを利用して,時間使用という観点から主観的幸福感に関係する貧困や不平等という問題を分析し,その結果が所得など経済的豊かさの観点からの分析で得られた知見とどのような関係にあるのかを検討する.分析結果については,論文にまとめて洋雑誌に投稿する.本論文では,家計経済研究所による「消費生活に関するパネルデータ」を用いて,婚姻状況にある夫婦の活動時間(通勤・仕事・家事・学習・余暇・その他)と性別や妻及び夫の所得や学歴などとの関係を調べた.われわれは,妻と夫それぞれの生活時間における通勤や仕事などの活動時間の間の相関だけでなく,妻と夫のそれらの活動時間の間にも相関があることを見出し,これら2種類の相関を考慮して実証分析を行った.また,時間使用データは,組成データ(1日は24時間なのですべての活動時間の割合の合計は1になる)と呼ばれる特徴を持つだけでなく,誰もが1日にすべての活動を行うわけではないので,ゼロを多く含むるという特徴を持つ.こうしたデータを用いる実証分析には注意が必要であることが知られているため,われわれはベイジアンの統計手法を用いて実証分析を行った.われわれは,さらに時間使用の視点から主観的幸福を考えるため,個人の生活時間のゆとりを測ることにつながる時間貧困(time poverty)の実証分析を行う準備に着手した.先行研究の調査.また,個人の時間使用についてより詳細に調査が行われている社会生活基本調査のデータの利用可能性および試行モデルの検討を行った.われわれは,交付申請書で今年度の実施計画として,「個人の時間の使い方と主観的幸福度に関する分析の準備として,個人の時間の使い方と所得や就業・雇用状態など経済的状況,性別や婚姻状況,教育水準など社会人口的属性との関係分析を行う.また,貧困や不平等などとの関係について分析を行う.そのため,先行研究を分析し,実証モデルを構築する.」としていた.これに対して,われわれは「研究実績の概要」に記したように個人の時間の使い方についての実証論文を作成し,ディスカッションペーパーとしてまとめた.また,時間使用データを実証分析で利用する際に問題となる点について,ベイジアンの手法による克服を提起した.さらに,時間使用の視点から「時間貧困」という概念について実証分析を行うため,先行研究の調査を行ってメモとしてまとめている.さらに,その実証分析を行うための試行モデルを検討している.こうした点から,現在までの進捗状況は「おおむね順調に進捗している」と考えている.平成30年度は,前年度に作成した時間使用データを用いた実証分析のための試行モデルを用いて女性の生活時間の決定要因に関する分析を行った.推定結果は,われわれが既に行った別のデータベースを用いて行った研究と比較検討し,論文とする作業を行っている.また,前年度にDiscussion Paperとしてまとめた働く既婚女性の生活時間に関する分析の論文の改善を図り,洋雑誌に投稿したところ,年度内にほぼ洋雑誌に受理される見込みを得た.今年度の研究では,総務省統計局の『社会生活基本調査』のデータを利用するため,独立行政法人統計センターより匿名データの提供を受けた.

同調査は,国民の生活実態を生活時間の側面において詳細に調査していて標本数も多い.1日の様々な活動時間の合計は一定(24時間)であり,しかも各個人が1日に必ずしもすべての活動を行うわけではないため,生活時間データはゼロを含む組成データである.本研究ではそうしたデータを用いて実証分析を行う方法を検討することが課題であるが,われわれはLeininger (2013)を参考にしたモデルをBayes法で推定した.われわれは,(旧)家計経済研究所の『消費生活に関するパネル調査』を用いて既婚の働く女性の生活時間に関する分析を行っていたので,その結果と今回の推定結果を比較検討した.両分析を通して乳幼児の有無が,女性の仕事時間に負の効果を及ぼし,家事・育児時間に正の効果を及ぼすこと,また,所得は通勤・通学時間や仕事時間に正の効果を及ぼすことなどは共通していた.日本における女性の家事育児負担の偏りはこれまでも主張されてきたことであるが,われわれの複数のデータによる分析でも同様の結果が得られた.また,所得を得るためには,長時間の通勤や労働が伴うことを意味する結果も得られ,日本社会の一面が統計的にも明らかとなったと考えている.本研究では,生活時間のデータはゼロを含む組成データであるため,その実証分析の手法を検討することが一つの課題であるが,これについてはLeininger (2013)によるモデルをBayes法で推定することで対処できるようになっている.また,主観的幸福を生活時間ベースから捉えるため,生活時間について詳細に調査を行っている『社会生活基本調査』の匿名データを整理して分析に必要なデータベースの作成を行い,女性の生活時間についての実証分析を行い,論文としてまとめている.こうした点からおおむね進捗状況は順調であると考えている.今後の研究については,海外では時間貧困(time poverty)として実証研究が行われている問題について,日本における時間使用の詳細なデータを用いて実証する方向で研究を進めている.先行研究で取り上げられている海外の場合と日本とでは生活スタイルが異なるが,日本においても働き方や家事・育児などの負担に関する問題が顕在化しているため,日本的な視点から時間貧困について分析することを考えている.すでに先行研究の整理については整理を進めているので,今後はデータの取得,整理,また実証手法の検討などを研究分担者とともに進めていくことになる.平成31年度は研究最終年となるので,残っている課題に取り組み研究全般のまとめとなるような論文の作成を目指す.引き続き『社会生活基本調査』などのミクロの生活時間のデータを利用して,時間使用という観点から主観的幸福感に関係する貧困や不平等という問題を分析し,その結果が所得など経済的豊かさの観点からの分析で得られた知見とどのような関係にあるのかを検討する.分析結果については,論文にまとめて洋雑誌に投稿する.研究分担者の使用残額が2404円と少額となったため必要な下記の洋書の購入には不足した.そのため,次年度の交付金と合わせて使用することとした.成果は学術雑誌に投稿を予定している.作成したディスカッションペーパーは,以下の通りです.
新規転移診断遺伝子による口腔癌特異的 OSNA 法の開発

口腔扁平上皮癌センチネルリンパ節生検の際に、リンパ節すべてを検査対象とした精確で迅速な診断を行うため、すでに乳癌におけるリンパ節転移診断において応用されているOSNA法を用いた遺伝子診断法の開発を試みた。われわれはすでに転移リンパ節に特異的に発現亢進している遺伝子(ANXA8L2, DSG3)を同定しており、本研究では、OSNA法で用いられている迅速な遺伝子増幅法RT-LAMP法に応用できる新規標的遺伝子に対するプライマーの設計を行い、口腔扁平上皮癌転移リンパ節53個、非担癌患者由来リンパ節14個を対象に遺伝子発現定量解析を行った。結果であるが、DSG3においては、転移リンパ節においても発現時間が遅い検体が散見されたため、有用なプライマーの設計は困難であった。一方、ANXA8L2に対するプライマーにおいては、発現時間のカットオフ値を20分としたとき、感度が90.6% (48/53)、特異度が100%(14/14)、正診率92.5% (62/67)という良好な結果であった。乳癌においては、CK19を検出対象としているが、原発組織におけるその発現様式の違いにより、口腔扁平上皮癌においては十分な感度が得られない。今回、口腔扁平上皮癌においてANXA8L2を検出対象に用いたが、偽陰性であった5個のリンパ節はCK19陽性であった。したがって、ANXA8L2にCK19を加えた複数マーカーによる迅速かつ正確なリンパ節転移分子診断が臨床に応用されれば、さらなる診断精度の向上により正確な病期分類と適切な治療法の選択が可能となると考える。
培養細胞および神経細胞における麻薬刺激による遺伝子発現プロファイルの変化

麻薬の長期投与によって免疫抑制が引き起こされるが、これには遺伝子発現の変化に基づく免疫系の可塑的変化が関与している可能性がある。麻薬によって免疫細胞に生じる遺伝子発現の変化を検討する目的で、以下の実験を行った。血液から単離したT細胞を塩酸モルヒネ10μMで12時間刺激し、刺激前後の細胞から得たcDNA群間でsubtraction PCRを施行、モルヒネ投与で発現の変化する遺伝子をdifferential screeningにより検索した。モルヒネによって発現誘導される分子の中で特徴的なものに、p53、eukaryotic initiation factor 5A(eIF5A)、syntenin等のアポトーシス制御因子があった。さらにDNAが損傷を受けた際に誘導されるdamage-specific DNA binding protein 2(DDB2)の発現も増加した。現在、次のような作業仮説を立てて研究を継続している。すなわち、モルヒネ刺激によりT細胞にストレス刺激が入りDNA損傷をきたす。それに反応してp53が誘導され、その制御にeIF5Aとsynteninが関与する。さらにDDB2が誘導され、DNA修復に関与する。DNA修復が不十分な細胞はアポトーシスを引き起こす。生体が手術等でストレスを受けると、視床下部-下垂体-副腎系が活性化される。この過程で視床下部から分泌されたCRFにより、下垂体前葉でプロオピオメラノコルチン(POMC)遺伝子の発現誘導がなされ、ACTH等の分子が放出される。POMCプロモーターの下流にルシフェラーゼ遺伝子を組み込んだプラスミドを導入した下垂体系培養細胞を使用し、POMC遺伝子発現に対する麻酔関連薬物の作用について検討した。その結果、CRFあるいはforskolinによるPOMC発現誘導を、局所麻酔薬およびカルシウム拮抗薬の一部が増強することが明らかとなった。麻薬の耐性・依存性あるいは麻薬を休止した際の退薬兆候は、麻薬の長期投与、反復投与によって引き起こされる神経ネットワークの適応現象であると考えられているが、そこに遺伝子発現の変化が関連しているという報告がある。この研究の目的は、オピオイド受容体を内因性に発現している培養細胞(SH-SY5Y)という最も単純な系を使用し、μオピオイド受容体をモルヒネ等の麻薬により刺激することによって遺伝子発現の変化が引き起こされる分子を同定し、さらにそのメカニズムを明らかにすることである。SH-SY5Yを培養し、レチノイン酸によって5日間刺激し分化させた。μオピオイドアゴニストであるモルヒネ10μMでSH-SY5Yを6時間刺激した。刺激前後の細胞からそれぞれtotal RNAを抽出し、逆転写酵素を用いてfirst-strand cDNAを合成、さらにSMART PCR法を用いてdouble-strand cDNAライブラリーを作製した。制限酵素RsaIで切断後、刺激前後の2種類のcDNA間でサブトラクションPCR法を行い、モルヒネ刺激によって細胞内で増減する遺伝子の候補を網羅的に取り出した。それぞれを特殊なベクターに組み込んだ後、大腸菌にトランスフォーメーションし、マスタープレートを作製するところまで計画は進行している。今後は、Dot-blot解析により目的遺伝子候補の絞込みをし、シークエンスおよびBlast解析によってモルヒネによって増減する遺伝子を決定し、さらにノーザンブロット解析あるいは定量的PCRによって確認する予定である。麻薬の耐性・依存性および麻薬中毒患者における易感染性(免疫抑制)は、麻薬の長期投与によって引き起こされる生体の適応現象であると考えられている。これら神経系および免疫系の可塑的変化に遺伝子発現の変化が関与している可能性がある。レチノイン酸によって分化させた神経系培養細胞SH-SY5Yおよび健康ドナーから供与された血液から抽出したT細胞をそれぞれ塩酸モルヒネ10μMで612時間刺激した。刺激前後の細胞からそれぞれtotal RNAを抽出し、SMART PCR法を用いてdouble-strand cDNA群を作製した。

刺激前後のcDNA群間でサブトラクションPCR法を行い、モルヒネ刺激によって細胞内で増減する遺伝子の候補を網羅的に取り出した。それらをベクターに組み込んだ後、大腸菌にトランスフォーメーションし、マスタープレートを作製した。さらに、コロニーハイブリダイゼーションによって陽性クローン、すなわちモルヒネによって発現が増減する遺伝子クローンをSH-SY5Yでそれぞれ106クローン、173クローン、T細胞でそれぞれ125クローン、57クローン選択、シークエンスし、BLAST解析によるホモログ検索によって同定した。これらを現在、Northern blottingにより確認している。モルヒネによって発現誘導されるクローンの中で特徴的なものに、神経系細胞のSH-SY5Yからは抗アポトーシス作用を有する分子が、T細胞からはアポトーシス作用のある分子がそれぞれ数種類得られ、これはモルヒネが神経系細胞には抗アポトーシス、免疫系細胞にはアポトーシス効果を示す、というこれまでの報告と矛盾しない。現在、これらの分子が実際にアポトーシスに関与しているかどうかを解析中である。今後は、神経系と免疫系のモルヒネによる細胞応答の相違のメカニズムに迫りたい。
高濃度ゾルゲル法によるフォトニック結晶の合成とデバイス応用

本年度は電子線リソグラフィーで作製した高分子鋳型と高濃度ゾルゲル法を用いて、可視領域で透明かつ高屈折率をもつ酸化物材料である酸化チタンおよびチタン酸バリウムの二次元フォトニック結晶の作製法を提案して、作製したフォトニック結晶の基本的な光学特性を調べることを目的とした。まず可視領域にフォトニックバンドギャップを持つ構造を計算により決定して、この結晶から電子線リソグラフィーにより高分子鋳型を基板上に形成した。この微細な鋳型を隙間なく充填し、かつ乾燥時に亀裂の発生しないゾル溶液の条件を調査した。次に鋳型の表面に形成されるゲル膜の除去法を検討した。鋳型を除去後、焼成して酸化物の柱からなる微細周期構造を得た。得られた周期構造体のフォトニック結晶としての光学特性を反射および透過光測定により評価した。この結果、周期350-500nm、直径約250nmの円孔が二次元三角格子上に配列した厚さ1200nmの高分子鋳型をSi単結晶基板、MgO基板、メソポーラスシリカ上に形成した。ポリエチレングリコール(分子量400)を適量添加した金属アルコキシドを出発材料とする高濃度なゾル溶液は微細な鋳型を隙間なく充填し、乾燥後に亀裂が発生しないことがわかった。また鋳型の表面に形成されるゲル膜をフッ化炭素ガスを用いた反応性イオンエッチングにより除去できた。鋳型を溶解してゲルの柱からなる周期構造を得て、この周期構造を723-1173Kで焼成し、最終的にチタニアまたはチタン酸バリウムの柱からなる周期構造を得た。この柱配列のサイズは周期350-500m、高さ500nm、半径約80nmであった。またTEM観察の結果から、柱は酸化物の微結晶で構成されていた。反射測定および透過測定の結果、作製した柱配列はフォトニックバンド構造を持ち、可視領域に計算とほぼ一致するフォトニックバンドギャップ構造を持つことがわかった。
インスリン分泌顆粒開口放出の時空間的制御機構の可視化解析

インスリン分泌顆粒開口放出機構解明のため、インスリン分泌顆粒開口放出関連因子Rab27a、またはそのエフェクター分子Granuphilinを欠損したマウスの膵β細胞を2種類の顕微鏡を用いて比較解析した。1.全反射蛍光顕微鏡を用いて蛍光インスリンの開口放出を記録した。野生型β細胞では高グルコース刺激直後から分泌顆粒の細胞膜への移行に伴う開口放出があった。Rab27a欠損では高グルコース刺激に応答する開口放出の減少が主に細胞膜へ移行してくる分泌顆粒で起こることを示した。同時に、少ないながらも刺激前から細胞膜に結合している分泌顆粒からの開口放出の減少もあった。逆に、Granuphilinの欠損では、細胞膜へ移行してきた分泌顆粒からの開口放出が増加した。Rab27a/Granuphilinダブルノックアウトマウスでは上記2マウスの両方の表現型を示した。2.電子顕微鏡像を解析し、細胞膜からの距離毎にインスリン分泌顆粒数を算出した。Granuphilin欠損β細胞では細胞膜に結合している分泌顆粒が全く見られなかった。Rab27a欠損β細胞では細胞膜からの距離250-350nm付近に位置する分泌顆粒数が顕著に減少していた。ダブルノックアウトβ細胞では両方の表現型が表れた。以上のことから、Granuphilinによる分泌顆粒の細胞膜への結合は開口放出に必要不可欠なステップではなく、むしろ一時的な開口放出抑制を生むメカニズムであることを示した。またRab27aとGranuphilinタンパク質は生体内で複合体を形成する一方、インスリン顆粒エクソサイトーシスの過程で、それぞれが相互作用せず機能するステップが存在することが示唆された。
食用担子菌におけるスフィンゴ糖脂質の偏在性と第三次機能の科学的評価

各種食用担子菌にセラミド含有糖脂質を見出し、その構造と生理活性を明らかにした。マイタケ、エノキタケより得られたスフィンゴ糖脂質は主要長鎖塩基はC18:1とC20:1のsphingenine、脂肪酸は2-OH C16:0と解析した。マイタケ、エノキタケには共通してGSL-1が存在し、その化学構造はGlucosyl-β(1→1)-ceramideと同定した。また、マイタケ、エノキタケ、ヤマチャタケ、ヤマブシタケ、ハナビラタケおよびマツタケは属レベルが異なるものの、いずれの総脂質でも免疫賦活作用が明らかにされていることから、きのこ総脂質における免疫賦活作用は担子菌門共通である可能性が示唆された。本年度は、β-グルカンを高濃度に含有し、抗腫瘍作用、血糖値低下作用および全身性の免疫賦活作用が報告されているハナビラタケについて検討した。抗腫瘍作用、血糖値低下作用および全身性の免疫賦活作用などのこれらの作用はハナビラタケに含まれるβ-グルカンによるものと報告されているが、β-グルカンが含まれない低分子画分においても、高い損傷治癒効果が報告されている。また、キノコに含まれる微量な脂質成分が免疫賦活作用、抗酸化作用を示すことが明らかにされていることから、ハナビラタケおよび脂質成分の免疫賦活作用および腸内菌叢改善作用について、マウスを用い、ハナビラタケおよび脂質成分投与前および24時間後に新鮮糞を回収し、糞IgA濃度を測定した。またサンプリング時の盲腸内容物を用いて腸内菌叢解析を行った。対照餌、ハナビラタケ子実体および脂質添加餌飼育マウスでは、摂食量及び体重増加量には差は認められなかった。飼育期間終了時の血糖値は、ハナビラタケ子実体および脂質成分投与マウスで低下する傾向が認められた。小腸パイエル板の表面積は、ハナビラタケ子実体および脂質成分投与マウスで増加する傾向が認められた。ハナビラタケ子実体および脂質成分投与前および投与24時間後の新鮮糞を用いてIgA濃度を計測した結果、投与により糞IgA濃度が増加することが明らかとなった。さらに腸内菌叢解析の結果から、ハナビラタケ子実体投与マウスでは、LactobacillusおよびBifidobacteriumの著しい増加が観察された。またハナビラタケ脂質成分投与マウスにおいても、これらの腸内細菌数は高い値を示した。以上の結果から、ハナビラタケ子実体および脂質成分のパイエル板を介した腸管免疫賦活作用が示唆され、腸内菌叢の改善作用を有することが明らかとなった。本研究では、ヤマブシタケ(Hericium erinaceum)、ヤマチャタケ(Flammulina velutipes)、マイタケ(Glifola frondosa)菌床及びマツタケ(Tricholoma matsutake)に含まれる総脂質およびアルカリ安定化脂質の含量とその構造解析および免疫賦活作用を検討した。薄層クロマトグラフィーを用いて各種キノコの脂質成分の分布を検討したところ、ヤマブシタケ、ヤマチャタケ、マイタケ菌床及びマツタケには、エノキ、マイタケに含まれる構造既知のGSL-1及びGSL-2と同じRf値にスポットが確認された。また、マツタケのGSL-1をMALDI-TOF/MS解析した結果、m/z 766を中心とした-[M+Na]+疑似分子イオンを検出した。この結果からヤマブシタケ、ヤマチャタケ、マイタケ菌床及びマツタケには、エノキ、マイタケと類似した糖脂質glucosyl-ceramidoが含まれることが推察された。マチャタケ、ヤマブシタケおよびマツタケの総脂質を腹腔内に投与したマウス腹腔内の白血球数は30%グリセリン/生理食塩水のみを投与した対照群に比べて著しく高い値を示した。この結果から、マウス腹腔内に投与したきのこ脂質成分は腸管および腹膜から吸収されることなく、マクロファージ・好中球などの白血球に抗原認識されていることが明らかとなった。ヤマチャタケ、ヤマブシタケおよびマツタケは属レベルが異なるものの、いずれの総脂質でも免疫賦活作用が明らかにされていることから、きのこ総脂質における免疫賦活作用は担子菌門共通である可能性が示唆された。本研究では、種々の食用担子菌に含まれるスフィンゴ糖脂質(GSL)の分布と構造解析からその偏在性を明らかにするため、各キノコの総脂質画分とアルカリ安定脂質を各種展開溶媒系でTLC展開し、GSLの分布を検討した。総脂質画分を弱アルカリ加水分解すると、エステル結合型のリン脂質や糖脂質は分解されるが、GSLは分解されずに安定であった。

TLCの結果、食用担子菌であるマイタケ(Glifola frondosa)、エノキタケ(Flammulina velutipes)、マツタケ(Tricholoma matsutake)、シイタケ(Lentinula edodes)、エリンギ(Pleurotus eryngii)、ブナシメジ(Hypsizygus marmoreus)に構造不均一なGSLが多量に含まれていることを見出し、その構造と偏在性を明らかにした。即ち、マイタケ、エノキタケ、マツタケ、シイタケ、エリンギ、ブナシメジには共通したGSL-1が存在し、その化学構造はglucosyl-β(1→1)-ceramideと同定した。エノキタケ、マツタケ、エリンギにはマイタケに存在しないGSL-2が検出された。GSL-2はGSL-1に比べTLC上の移動度が異なり、質量分析の結果から分子量が120程度大きかった。糖、脂肪酸、長鎖塩基の解析も含めGSL-1と比較しているが、構造の同定までは未だ至っていない。しかしながら、担子菌間でGSLの分布に違いがあることが示唆され、他の食用キノコ、ハナビラタケ(Sparasis crispa)、ヤマブシタケ(Hericium erinaceum)についてもGSLの偏在性を今後検討したい。スフィンゴ糖脂質(GSL)は糖とセラミド(長鎖塩基と脂肪酸)からなり、動植物などの真核生物に広く分布し、脳細胞、神経細胞膜、脾臓、筋肉等の重要な構成成分である。細胞シグナル伝達物質として分化、増殖、プログラム死を制御し、免疫学的に重要な働きをしている。また、皮膚においては保湿や細胞透過性への関与が指摘されている。これらスフィンゴ糖脂質は自己免疫疾患や神経変性疾患の治療に役立つ可能性もあり、健康の維持増進への関与が示唆される。今回我々は、これらの糖脂質の生体内での働きの一端を解明した。我々は食用キノコの化学分類の指標として脂質分布の解析を開始し、一部の担子菌マイタケ; Glifola frondosa (真正担子菌綱チョレイマイタケ目トンビマイタケ科マイタケ属)、エノキ; Flammulina velutipes (真正担子菌綱ハラタケ目キシメジ科エノキタケ属)、マツタケ; Tricholoma matsutake (真正担子菌綱ハラタケ目キシメジ科キシメジ属キシメジ亜属マツタケ節)、シイタケ; Lentinula edodes (菌じん綱ハラタケ目キシメジ科ヒラタケ科ホウライタケ科ツキヨタケ科シイタケ属)、エリンギ; Pleurotus eryngii (真正担子菌綱ハラタケ目ヒラタケ科ヒラタケ属)、ブナシメジ; Hypsizygus marmoreus (真正担子菌綱ハラタケ目シメジ科シロタモギタケ属)にスフィンゴ糖脂質の存在と構造不均一性を認め、化学分類の可能性が示唆できた。今後は、属の異なる各種食用キノコの脂質成分を分画し、パイエル板を介した腸管免疫賦活作用および、腸内菌叢の改善作用を検討する。スフィンゴ糖脂質は糖とセラミド(長鎖塩基と脂肪酸)からなり、動植物などの真核生物に広く分布し、脳細胞、神経細胞膜、脾臓、筋肉等の重要な構成成分である。また、スフィンゴ糖脂質を認識するCD1d拘束性NKT細胞が見出され、その機能解明が求められている。
外眼筋の固有感覚の生理学的包括的研究

視線方向の判断には,視覚フィードバック情報に加え外眼筋の固有知覚と遠心性コピーが用いられていると考えられている.外眼筋を切除しない筋短縮術であるPlication法は低侵襲の術式であり,外眼筋の固有受容器への侵襲は筋切除に比べ小さいと考える.Plication法と筋切除の術後の視線方向変化について解析し,その違いについて調査する.岡山大学病院で2016年11月2018年4月までの期間に外斜視に対し片眼斜視手術を施行した連続症例で前転法にPlication法を用いたもの10例(平均年齢17±4),筋切除6例(平均年齢17±10)を対象.被検者の頭部を正中位に固定し,片眼遮閉下で単眼視(術眼,非術眼)させ,視覚情報のない暗室下で被検者自身が中心と認識する視線位置をポインターで示してもらい,実際の中心からの視線位置の水平偏位量(°)を測定した.術前,術翌日での術眼,非術眼,両眼の偏位変化量をMann-WhitnyのU検定で比較した.偏位変化量(平均±SD)は,Pliation法と筋切除の術眼で1.7±3.0°,2.9±4.6°(P=0.30),非術眼で2.1±1.6°,3.1±3.7°(P=0.22)であり有意差を認めなかった.両眼(両眼の和)では3.8±2.5°,6.0±5.4°であり有意差を認めた(P<0.05).Plication法は視線方向に与える影響が小さい.これは,外眼筋の固有知覚が関与している可能性を示している.外眼筋の固有感覚の測定システムの開発を行っている。軽量(36g)の眼鏡フレーム型の装置であり、リアルタイムに6軸加速度センサーにより頭位の測定、また、眼電位により視線方向の測定を可能にした装置を用いてのシステムを構想、開発中である。これを用いて完全暗室下での頭位や視線を測定することが可能となり、つまり視覚情報がない外眼筋の固有感覚のみでの視線や頭位を調査可能となる。完成までにはまだ時間が必要である。外眼筋の固有感覚の別の調査として、後ろ向き研究で斜視手術で前後転術を行った場合、低年齢であるほど術後の眼位の変動が大きい、かつ長期に変動が続くことが分かった。固有感覚の眼位に与える影響は長期であるといわれている。また、筋移動術(後転術)のみよりも、固有知覚受容器を含む筋腱の切除術(短縮術)を行った方が、術後の変動が大きいことから、固有感覚の関与を示唆する。引き続き調査を進める予定である。これらの新知見と関連する知見については、World Ophthalmology Congress 2014Tokyo、第68回日本臨床眼科学会、第70回日本弱視斜視学会にて報告した。また、2つの新知見については英論文として投稿した。外眼筋の固有感覚の測定システムの開発を行った。軽量(36g)の眼鏡フレーム型の装置JINSMEME(JINS)を用いることにより、内蔵されている6軸加速度センサーでリアルタイムに頭位の測定、また、眼電位の変化により視線方向の測定ができる。これを用いて完全暗室下での頭位もしくは視線方向を測定することが可能となる。つまり視覚情報がない固有感覚のみの知覚情報での視線方向・頭位の調査が行える。iOS搭載デバイスiPad(Apple)を用い、Xcodeプログラミングで作成された測定専用アプリによってリアルタイム頭位を数値化し記録できるシステムを開発した。次年度は暗室安静時での正常者の頭位、斜視患者(術前・術後)の頭位を数値化し、固有知覚の関連性について検討する予定である。固有感覚の眼位に与える影響は長期間かかるといわれている。外眼筋の固有感覚の別の調査として、後ろ向き研究で間欠性外斜視の手術で前後転術を行った場合、術後眼位の過矯正が大きいほどその後長期に経過観察すると眼位の変動(戻り)が大きくなることが分かった。固有知覚の関連性について調査を進める予定である。この新知見については第119回日本眼科学会総会にて報告した。また、この新知見については英論文として投稿した。外眼筋の固有感覚の測定システムの開発は、主要部の器材JINSMEME(JINS)が発売となり、急ピッチで測定アプリの開発を行い、実際に被験者で測定可能となるまでに進んだ。被験者のデータは、まだ少ないがすでに測定している。昨年度に開発した外眼筋の固有感覚の測定システムを用いて、被検者の頭位の測定を行った。このシステムは軽量(36g)の眼鏡フレーム型の装置JINSMEME(JINS)を用いることにより、内蔵されている6軸加速度センサーでリアルタイムに頭位の測定、また、眼電位の変化により視線方向の測定ができる。iOS搭載デバイスiPad(Apple)を用い、Xcodeプログラミングで作成された測定専用アプリによってリアルタイムに頭位を数値化し記録できるシステムである。斜視手術は固有知覚受容器を含む外眼筋の腱に侵襲が加わることにより固有知覚が変化し頭位の変動が生じるという仮説を立てた。

暗室安静時で被検者に中心と推測される方向を向いてもらい、健常者と斜視患者(術前・術後)の頭位を3軸の角度で数値化し、グループ間の有意差を検定した。仮説を検証するため解析を行ったが、グループ間での有意差を認めなかった。片眼斜視手術(後転術および/もしくは短縮術)を施行した斜視患者に片眼遮閉下で単眼視(術眼、非術眼)させ、暗室下で頭部を正中位に固定し、中心と推測される位置をポインターで示してもらい、中心位置からの視線方向の偏位(°)を測定した。術眼、非術眼ともに術前後で有意差を認めた。術眼のみならず非術眼も同程度の推測された視線方向の変化を認め、術後の異なる固有感覚の知覚情報が非術眼に影響を及ぼしたと考えられた。引き続き固有知覚の関連性について研究をすすめ、それに関連する研究を進める予定である。この新知見については第71回日本眼科学会にて報告する予定である。また、この新知見については英論文として投稿する予定である。昨年度までに急ピッチで開発した外眼筋の固有感覚の測定システムは、主要部の器材JINSMEME(JINS)の発売によって被験者での実際の測定が可能となり、数名の被検者(健常者、斜視患者の術前後)の頭位のデータを予定通りに収集することができた。斜視手術は固有知覚受容器を含む斜筋の腱に侵襲が加わることにより固有知覚が変化し頭位の変動が生じる仮説を立て検証するため被検者のデータの解析を行ったが、グループ間での有意差を認めなかった。そのため、新たに別の方法で固有感覚の役割についての研究を考案する必要が生じたため、やや遅れが生じていると考えられる。近年、外眼筋の固有感覚の存在についてはいくつかの文献を散見できるが、その役割は未だ明確になっていない。斜視手術の術眼の外眼筋の固有感覚の変化が、推測された視線方向に与える影響について調査し、その役割について検討した。片眼斜視手術(後転術および/もしくは短縮術)を施行した8例(平均年齢30±22、外斜視4例、内斜視4例)を対象にHESS変法(片眼遮閉下で単眼視(術眼、非術眼)させ、暗室下で頭部を正中位に固定し、中心と推測される位置をポインターで示してもらい、中心位置からの視線方向の偏位(°)を測定した)外斜視の場合は固視眼の外方偏位を+(プラス)、内斜視の場合は内方偏位を+とし、反対はー(マイナス)とした。術前後で2回測定し、術眼と非術眼の視線方向の偏位の変化についてウィルコクサン符号付順位検定で比較し、固有感覚の影響について評価した。結果、術前の偏位(平均±SD)は、術眼が4.9±10.4°、非術眼が3.1±5.3°であった。術後の偏位は、術眼が-3.1±5.3°、非術眼が-4.4±4.7°であった。(p<0.05)術眼のみならず非術眼も同程度の推測された視線方向の変化を認め、術後の異なる固有感覚の知覚情報が非術眼に影響したと考えられた。視覚のみならず外眼筋の固有感覚も視線方向を知覚する情報として得ていると考えられた。次に、斜視16例(平均年齢22±17,外斜視10例,内斜視6例).健常者13名(平均年齢34±10)を対象に、HESS変法を行ったところ.健常者、外斜視に対し有意に内斜視で視線方向の偏位が認められた.特に年齢に相関していた。遠心性コピーもしくは外眼筋固有知覚の異常の可能性を示唆し、これらは内斜視の生じる原因である可能性がある.
超高純度素材創製のための新しいレーザー精製法の開発

本研究では金属などの素材の新しい超高純度精製法の基礎を確立するため、レーザー光と原子ビームとの相互作用に基づく運動量制御法の開発を目指している。そのため、まず装置の試作を行った。装置は、レーザー光源と超高真空装置から成っている。初年度では、超高真空装置の真空度として10^<-10>Torrが得られたが、次年度ではさらに真空系の改良を行い、10^<-11>Torr台を達成した。ただし、この値は現有の測定機器の限界であって、実際にはこれ以下の真空度が達成されているものと考えている。レーザー光源には小型で簡便、安価な半導体レーザーを用いるが、本研究の目的の遂行のために求められる性能として、以下の点を挙げることができる。すなわち、(1) 100kHz程度の狭いスペクトル幅、(2)高い安定度、(3)速い周波数掃引である。初年度では安定化を進めるためにレーザーの外部にコンフォーカルファブリペロ-型干渉計を置き、その反射光をレーザーに光帰還する実験を行った。その結果、発振周波数の大幅な掃引が実現されたが、周波数掃引の際にモードホッピングと呼ばれる現象が発生したため、スムーズな掃引が難しかった。そこで、次年度では回折格子による光フィードバック法を用いたところ、極めて広範囲でスムーズな周波数掃引が実現された。以上と平行して、究極の高純度化とも言える新しい同位体分離法の研究も行った。これは光誘導ドリフトに基づく分離法である。本研究においては、光誘導ドリフトを行うための実験装置の設計試作とレーザー光源の準備を行った。さらに、バッファガス圧力やレーザー光波長、強度などのパラメータに対する、ルビジウム原子の密度分布測定を行った。その結果、バックポンピング法によって極めて顕著なドリフト現象が観測され、高効率な同位体分離が生じていることが示唆された。本研究は従来全く実現されていないような、極めて高純度な素材の新しい精製法の確立を目指し、新奇な原理に基づいたレーザー精製法を開発しようとするものである。その実現のために、本年度はレーザー光源部とレーザー精製部との試作を行った。レーザー光源部は極めて狭いスペクトル幅を有し、かつ時間的に安定な半導体レーザーシステムである。波長は850nmおよび780nmであり、まず温度と電流の安定化を行った。その結果20MHz程度のスペクトル幅にレーザー周波数幅を安定化することができた。また、その安定性はほぼ1MHz以下である。本研究ではさらに、外部鏡による光フィードバック法を用いることにより、スペクトル幅をさらに1/(10)以下にすることを目指している。現在は試作を終え、スペクトル幅の確認を行うところである。同時に精密なスペクトル掃引も可能となり、約500MHzの幅での掃引を確認した。次に、レーザー精製の場となる超高真空装置の試作について述べる。テンナイン程度に達するような極めて高純度な素材を精製するためには、他からの不純物の混入は絶対に避けなければならない。そのため、10^<-10>Torr以下の真空度を達成するために、ターボ分子ポンプやイオンポンプなどからなる真空排気装置をもちいて、超高真空チャンバーを試作した。また、レーザー光を導入するための複数の覗き窓も設けてある。排気試験の結果10^<-11>Torr以下の真空度が実現できた。金属などの素材の新しい超高純度精製法の基礎を確立するために、まずレーザー光と原子ビームとの相互作用に基づく運動量制御法の開発を目指している。そのため、現在装置の試作を行った。

前年度までに、超高真空装置の真空度として10^<-10>Torrが得られているが、本年度はさらに真空系の改良を行い、10^<-11>Torr台を達成した。ただし、この値は現有の測定機器の限界であって、実際にはこれ以下の真空度が達成されているものと考えている。レーザー光源には小型で簡便、安価な半導体レーザーを用いる予定であるが、本研究に用いるために求められる性能として、以下の点を挙げることができる。すなわち、(1)100kHz程度の狭いスペクトル幅、(2)高い安定度、(3)速い周波数掃引である。前年度までは安定化を進めるためにレーザーの外部にコンフォーカルファブリペロ-型干渉計を置き、その反射光をレーザーに光帰還する実験を行った。その結果、発振周波数の大幅な掃引が実現されたが、周波数掃引の際にモードホッピングと呼ばれる現象が発生したため、スムーズな掃引が難しかった。そこで、回折格子による光フィードバック法を用いたところ、極めて広範囲でスムーズな周波数掃引が実現された。以上と平行して、究極の高純度化とも言える新しい同位体分離法の研究も行った。これは光誘導ドリフトに基づく分離法である。本研究においては、光誘導ドリフトを行うための実験装置の設計試作とレーザー光源の準備を行った。さらに、バッファガス圧力やレーザー光波長、強度などのパラメータに対する、ルビジウム原子の密度分布測定を行った。その結果、バックポンピング法によって極めて顕著なドリフト現象が観測され、高効率な同位体分離が生じていることが示唆された。
化学処理ー樹脂含浸圧密複合処理による木管楽器材料の開発

木材の物理・化学加工技術を組み合わせ、枯渇が危惧されるグラナディラ材の代替材を、持続可能な汎用木材や天然樹脂を用いて製造する技術を開発する。具体的には、化学処理(寸法安定化)と樹脂含浸圧密(緻密化)を複合することで、グラナディラ材に匹敵する高い力学性能と寸法安定性を達成する。グラナディラ材のストックが払底する数年以内の実用化が求められることから、第1段階として、薬品を用いた化学処理と合成樹脂を用いた樹脂含浸圧密を組み合わせ、速やかに実用化できる材料を開発し、第2段階として、天然化合物や天然樹脂を用いた、持続可能な加工法を検討する。
脂肪組織・マスト細胞インタラクションを介した脂肪由来慢性炎症の解明

脂肪組織がアレルギー性気道炎症や糖尿病、動脈硬化等の疾患に慢性炎症という観点で関与しているという事実が知られて久しい。我々は、脂肪細胞が分泌する未知の液性因子が、マスト細胞のフェノタイプをマクロファージ様にに変化させることを見出した。本研究ではその液性因子を同定し、慢性脂肪炎症にマスト細胞が関与する機構を分子レベルで明らかにしたいと考えている。
小児の進行性腎疾患における活性酸素種(ROS)の役割解明とその治療応用

腎炎進行での細胞形質制御機構として活性酸素種(R0S)の役割を検討した。WKYマスギ腎炎では、半月体形成部位に強いROS産生が認められ、NADPHオキシダーゼ構成蛋白の発現や細胞外基質(ECM)リモデリング異常などの細胞反応の発生時期と一致した。同時に、アンジオテンシンII(AngII)産生、AngII受容体発現が認められた。培養実験では、Ang IIやH2O2刺激によるROSシグナル経路の検討を行い、ERK5のリン酸化亢進などのシグナル変化が観察された。siRNAを用いた検討により、ROSシグナル経路は細胞生存能などの細胞形質を亢進し、腎炎進行に関与する可能性が示された。腎不全に至る進行性腎疾患には、糸球体メサンギウム細胞(MC)の活性化(MC増殖と細胞外基質(ECM)の産生増加)、糸球体ポドサイト(POD)障害による剥離・アポトーシス、活性化ボウマン嚢上皮細胞(PEC)の上皮-間葉移行(EMT)による半月体形成などといった糸球体構成細胞の形質変化が共通して認められる。腎炎の進行を左右する細胞形質変化の制御機構における活性酸素種(ROS)の役割を明らかにするために、培養細胞や腎炎モデルを用いて検討した。1)進行性糸球体病変におけるROSの役割の組織学的検討WKYマスギ腎炎の糸球体をDHA染色を用いてROS活性を検討したところ、半月体形成部位に強いROS産生が認められ、それはNAD(P)Hオキシダーゼ構成蛋白(Nox2)の発現推移や腎炎におけるメサンギウムECMのリモデリング異常やPEC増殖などの細胞反応の発生時期とも一致していた。2)ラット進行性腎炎モデルにおけるNAD(P)Hオキシダーゼ活性の検討WKYマスギ腎炎の単離糸球体を可溶化しルシゲニンケミイルミネッセンスアッセイを用いてNAD(P)Hオキシダーゼ活性の測定をおこなった。腎炎におけるMC活性化、EMTによる半月体形成などの細胞形質質変化の発生時期と一致してNAD(P)Hオキシダーゼ活性が上昇していた。今後、NAD(P)Hオキシダーゼの特異的阻害剤を用いて、腎炎進行に関与する細胞反応の解明と薬剤による腎炎進展阻止法の可能性を検討する予定である。腎不全に至る進行性腎疾患には、糸球体メサンギウム細胞(MC)の活性化(MC増殖と細胞外基質(ECM)の産生増加)、活性化ボウマン嚢上皮細胸(PEC)の上皮-間葉移行(EMT)による半月体形成などといった糸球体構成細胞の形質変化が共通して認められる。腎炎の進行を左右する細胞形質変化の制御機構における活性酸素種(ROS)の役割を明らかにするために、ラット腎炎モデルや培養細胞を用いて検討した。1)ラット進行性糸球体病変におけるROSの役割の組織学的検討片腎Thy1腎炎やWKYマスギ腎炎の糸球体を用いて検討したところ、MC増殖やPEC増殖部位に強いROS産生、Nox2発現、アンジオテンシンII(Ang II)産生、AngIIレセプター(AT1R)発現が認められ、それはメサンギウムECMリモデリングや半月体形成などの腎炎進行性の細胞反応に先行して観察された。2)培養MCを用いたROSシグナル経路の検討培養MCをAng IIやH202にて刺激して、ROSシグナル経路を検討したところ、容量、時間依存性にERK5のリン酸化亢進が観察された。ERK5のsiRNAによる検討では、Ros-ERK5シグナル経路はMCの生存能やECM産生能などの細胞形質を亢進するものであり、腎炎進行に関与する可能性がある。今後、ERK5シグナルの阻害剤の開発やNAD(P)Hオキシダーゼ(ROS産生系)特異的阻害剤を用いて、腎炎進行に関わる細胞反応の解明と薬剤による腎炎進展阻止法を検討する予定である。腎不全に至る進行性腎疾患には、糸球体メサンギウム細胞(MC)の活性化(MC増殖と細胞外基質(ECM)の産生増加)、活性化ボウマン嚢上皮細胞(PEC)の上皮-間葉移行(EMT)による半月体形成などといった糸球体構成細胞の形質変化が共通して認められる。腎炎の進行を左右する細胞形質変化の制御機構における活性酸素種(ROS)の役割解明と治療応用手段を開発するために、ラット腎炎や培養細胞を用いて研究した。1)ラット進行性腎炎におけるROSスカベンジャーの効果の組織学的検討2)培養MCを用いたROSシグナル経路の検討とROS産生阻害薬による効果培養MCをAng IIやH2O2にて刺激して、ROSシグナル経路を検討したところ、容量、時間依存性にERK5のリン酸化亢進が観察された。

ERK5のsiRNAやにROS産生阻害薬よる検討では、ROS-ERK5シグナル経路はMcの生存能やECM産生能などの細胞形質を亢進するものであり、腎炎進行に関与する可能性が示きれた。今後、ERK5シグナルにたいする特異的な経口阻害剤の開発やROS産生阻害薬(NAD(P)Hオキシダーゼ特異的阻害剤)を用いて、更なる動物実験を行い薬物の安全性を確認した後に臨床応用に進めて行きたい。