hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小腸幹細胞を用いた難治性小腸疾患モデルの作成と治療法の開発

小腸癌細胞株SIAC1細胞とマウス正常小腸細胞からオルガノイドを作成し、分化や増殖における成長因子依存性について検討した。小腸癌オルガノイドは正常小腸細胞に必須であったEGFやRspo1などの増殖因子非依存性であった。Notch阻害薬はSIAC1細胞の分化マーカーの発現を増加させたが、大腸癌治療薬であるcetuximab、bevacizumabはSIAC1オルガノイドの細胞内シグナル、増殖ともに抑制作用を示さなかった。正常小腸オルガノイドにおいてE-cadherinをノックアウトすると、増殖不能となった。これらの結果より小腸癌の治療法として、分化誘導療法と接着因子阻害療法の有用性が示唆された。H27年度は我々が樹立した小腸癌細胞株SIAC1細胞と、野生型マウス小腸粘膜から分離した幹細胞の三次元培養によってオルガノイドを作成し、外的刺激の影響を検討している。成長因子、サイトカイン、低分子阻害剤などによる刺激によって経時的にオルガノイドの増殖成長速度を鏡検で検討している。分化への影響は分化上皮のマーカーであるアルカリホスファターゼ、スクラーゼ、ビリンなどの遺伝子発現を、幹細胞性への影響については幹細胞マーカーであるLgr5、Bmi1などの遺伝子発現を定量中である。また放射線による小腸傷害のモデルとして、培養した野生型マウスオルガノイドに放射線を照射して、形態変化を検討した。放射線照射後数日でオルガノイドの縮小がみられ、アポトーシスが増加していることを確認した。現在ASK1遺伝子が放射線誘導性小腸粘膜傷害に与える影響を検討するためASK1ノックアウトマウスのオルガノイドを作成している。既報で検討したSIAC1細胞の三次元培養だけでなく、マウス小腸粘膜も報告通りにオルガノイドの作成に成功して、薬剤の影響のスクリーニングを開始した。また小腸オルガノイドを用いた小腸傷害モデルの一例として、放射線傷害モデルを解析しており、ノックアウトマウスへの応用も始めている。H27年度は我々が樹立した小腸癌細胞株SIAC1細胞と、野生型マウス小腸粘膜から分離した幹細胞の三次元培養によってオルガノイドを作成し、成長因子、サイトカイン、低分子阻害剤などによる刺激によって経時的に増殖成長速度を検討した。EGFやRspo1はもともとマウスオルガノイドの培養に必須であり、濃度依存性に増殖速度の増加がみられた。一方でSIAC1細胞株のオルガノイドはRspo1非依存性に増殖した。また小腸の分化マーカーを検討したところ、DAPT、porcupine阻害薬の投与でSIAC1オルガノイドのMUC2やアルカリフォスファターゼの発現が増加がみられた。放射線による小腸傷害のモデルとして、培養した野生型マウスオルガノイドに放射線を照射して、形態変化を検討した。放射線照射後数日でオルガノイドの縮小がみられ、アポトーシスが増加していることを確認したが、ASK1ノックアウトオルガノイドでも同様の変化であった。H28年度は小腸粘膜の分化におけるe-cadherinの機能、またその機能発現における幹細胞性の検討を行った。Lgr5-creERTマウスとe-cadherinのコンディショナルノックアウトマウスを交配し、三次元培養でオルガノイドを作成した。その後タモキシフェンを投与し、in vitroでe-cadherinをノックアウトしたところ、オルガノイドは三次元構造を維持できず、死滅した。一方KRT-creERTマウスとe-cadherinのコンディショナルノックアウトマウスを交配し、KRT19陽性分化小腸細胞においてタモキシフェンによる遺伝子変異を誘導した。すると一時的なオルガノイド構造の破綻と腺管、出芽様の構造が消失するが、タモキシフェンを除去すると数日で元のオルガノイドの形態を回復した。既報で検討したSIAC1細胞、マウス小腸粘膜からオルガノイドを作成し、薬剤の影響のスクリーニングを行い分化マーカーの発現変化させる薬剤を同定しえた。また小腸オルガノイドを用いた小腸傷害モデルの一例として、放射線傷害モデルを解析した。あらたに小腸の形態維持におけるe-cadherinの役割と、Lgr5陽性幹細胞とKRT19陽性分化細胞の違いを解明した。H27年度は小腸癌細胞株SIAC1細胞と野生型マウス小腸オルガノイドの検討を行い、正常オルガノイドはEGFやRspo1濃度依存性の増殖、小腸癌SIAC1細胞株オルガノイドはRspo1非依存性の増殖であることを解明した。DAPT、porcupine阻害薬の投与でSIAC1オルガノイドのMUC2やアルカリフォスファターゼの発現が増加がみられた。放射線小腸傷害におけるストレス応答キナーゼASK1の働きをオルガノイドを用いて検討し、細胞死の頻度、経過時間は野生型オルガノイドと同定度であった。H28年度は誘導性e-cadherinノックアウトマウスモデルを用いてLgr5陽性小腸幹細胞とK19陽性分化小腸細胞におけるe-cadherinの機能を比較し、e-cadherinが小腸幹細胞においては小腸上皮形成に必須の分子であることを明らかにした。また放射線小腸傷害における炎症性サイトカインシグナルの役割について検討し、TNFαシグナルの影響は限定的であることが明らかになった。H29年度はSIAC1オルガノイドのxenograftを作成し、大腸がん分子標的薬であるcetuximab、bevacizumabの治療効果を検討し、有意な腫瘍増殖抑制効果を示さないことが明らかになり、小腸癌特異的な治療の必要性が示唆された。

また小腸粘膜障害の臨床的検討を行った。当科および関連施設で小腸潰瘍性疾患と診断された症例は68例で、成因としては、NSAID潰瘍が最多で32%、他に腸管術後の吻合部潰瘍、虚血性小腸炎、小腸癌、放射線性腸炎、リンパ腫、クローン病などであった。これらの潰瘍性病変のうちでバルーン内視鏡が診断に有用となる因子を解析し、単発性の潰瘍が、また再出血に関連する因子を検討し、低用量アスピリン服用者および多発性潰瘍症例が関連することを明らかにした。小腸癌細胞株SIAC1細胞とマウス正常小腸細胞からオルガノイドを作成し、分化や増殖における成長因子依存性について検討した。小腸癌オルガノイドは正常小腸細胞に必須であったEGFやRspo1などの増殖因子非依存性であった。Notch阻害薬はSIAC1細胞の分化マーカーの発現を増加させたが、大腸癌治療薬であるcetuximab、bevacizumabはSIAC1オルガノイドの細胞内シグナル、増殖ともに抑制作用を示さなかった。正常小腸オルガノイドにおいてE-cadherinをノックアウトすると、増殖不能となった。これらの結果より小腸癌の治療法として、分化誘導療法と接着因子阻害療法の有用性が示唆された。ASK1ノックアウトマウスから小腸粘膜オルガノイドを作成し、放射線傷害の影響を検討する。さらにASK1ノックアウトマウスで放射線傷害が軽減した場合、ASK1阻害薬を用いて同様の傷害性減弱がみられるか調べる。また阻害薬の効果があれば、生体を用いた放射線傷害モデルでも検討を行う。マウス小腸粘膜から作成したオルガノイドに種々の薬剤を投与し、小腸粘膜傷害モデルを作成する。さらに治療薬物や標的蛋白をスクリーニングする。また小腸癌細胞で遺伝子異常がみられるKras遺伝子、およびTGFbR2遺伝子の変異マウスからオルガノイドを作成し、野生型との発育、分化の違いを検討する。小腸疾患の組織の免疫染色を行い、e-cadherinの発現とびらん性疾患の関連、さらに薬剤投与歴等を検討する。小腸疾患
赤道大気レーダー高度利用技術と環境計測の研究

本研究は、インドネシアのスマトラ島に京都大学宙空電波科学研究センターが建設した赤道大気レーダー装置(EAR)を中核とし、従来の手法を用いた単独のレーダーによる観測の限界を越えた高度な利用技術を開発し、EARの価値を飛躍的に高めることを目的とする。得られた主要な成果は以下の通りである。1.赤道大気レーダーのマルチスタティック化による高機能化2005年11月12月に、EARの近傍にディジタルビームフォーミング方式による受信専用のサブアレイを2箇所設置し、従来の大気レーダーより水平分解能を著しく高めたマルチスタティック観測を実施した。この結果を詳細に解析し、3次元風速場の微細構造を観測した。山などからの不要反射信号を除去するため、アンテナ素子問相互結合の方位変化までを考慮した精密なアルゴリズムの開発に世界に先駆けて成功し、風速場に従来知られていない強い局所性があることを発見した。2.近距離降雨・乱流空間相関の観測赤道大気レーダー観測所と京都大学生存圏研究所を結ぶ衛星通信回線の信号強度を、2003年から4年9ヶ月にわたって高い時間分解能で連続的にモニターすることにより、降雨減衰および対流圏シンチレーションに伴う受信レベル変動を観測した。これと赤道大気レーダーならびに降雨レーダー等の周辺観測装置のデータを統合し、赤道大気の近距離における降雨・乱流空間相関特性を多角的に計測した。これにより、温帯域では一般的な低仰角ほど雨域通路長が増すという基本的な性質と異なる極めて特異な現象が存在することが分かった。この結果は今後赤道域において、低仰角においても十分周波数の高いKu帯以上の衛星回線が確保できる可能性を示すものと考えられる。本研究は、インドネシアのスマトラ島に、京都大学宙空電波科学研究センターが建設した赤道大気レーダー装置(EAR)を中核とし、申請者らがこれまでに蓄積してきたレーダー信号処理ならびに環境計測に関する知識と経験を集約することにより、従来の手法を用いた単独のレーダーによる観測の限界を越えた高度な利用技術を開発し、EARの価値を飛躍的に高めることを目的とする。初年度である本年度は、以下の分野の技術の開発・検討を行った。1.赤道大気レーダーのマルチスタティック化による高機能化(佐藤)本研究では、EARの近傍に、個々の受信アンテナに信号処理装置を付加したディジタルビームフォーミング方式による受信専用のサブアレイを2箇所設置し、マルチスタティック観測が可能となるよう、システムを拡張する。今年度は、まず現地の地形調査を行い、受信専用サブアレイの設置に適した用地を選定した。また、受信専用アレイを用いたクラッター抑圧の新手法を提案し、理論解析と計算機シミュレーションによる特性評価を行った。2.多次元パラメータ推定による高度データ処理手法の開発(佐藤・前川)レーダー観測においては実時間データ処理能力がレーダーの性能を制限してきた。従来の実時間処理は、基本的にはパワースペクトルの平均化という古典的な手法に依存していた。しかし近年の時間周波数信号処理技術の進歩により、時間、高度、ビーム方向などの多次元空間において直接スペクトルパラメータ推定を行い、推定精度を本質的に改善することが可能となった。これら技術を実時間信号処理に適用し、必要な時間や高度の分解能に応じた最適化処理を行うことによって、観測可能領域を限界にまで改善する。今年度は、各地のレーダーで独立に開発が進められている処理ソフトウェアの現状を調査し、最適な統合アルゴリズムの持つべき機能を検討した。第2年度である本年度は、主に以下の分野の技術の開発・検討を行った。1.アダプティブクラッタ除去アルゴリズムの開発(佐藤)

本研究では、EARの近傍に、個々の受信アンテナに信号処理装置を付加したディジタルビームフォーミング方式による受信専用のサブアレイを2箇所設置し、マルチスタティック観測が可能となるよう、システムを拡張する。今年度は、観測の支障となる山などからの不要反射波(クラッタ)を抑圧する手法を開発した。大気レーダーを考慮したアルゴリズムを提唱し、MUレーダーデータに適用して実用性をもつことを立証した。ただし、天頂を向けた素子ではクラッタに対する利得が低く、SN比の劣化が無視できない場合がある。水平方向に向けた八木アンテナなどを使用すればほぼ問題は解決できる見通しが得られた。2.降雨および乱流の近距離相関の研究(前川)信楽MU観測所内で通信衛星電波強度の計測により降雨および大気乱流の近距離相関特性を計測してきた。ノートパソコンを用いた可般性の高い計測システムを開発し、9月以降信楽で試験を行い、このシステムを2003年1月にEAR観測所に持ち込み、衛星回線の強度変動の連続的モニターを開始した。これにより、近距離の大気乱流の空間相関に関する定量的データを蓄積する体制が整備された。本研究は、インドネシアのスマトラ島に、京都大学宙空電波科学研究センターが建設した赤道大気レーダー装置(EAR)を中核とし、申請者らがこれまでに蓄積してきたレーダー信号処理ならびに環境計測に関する知識と経験を集約することにより、従来の手法を用いた単独のレーダーによる観測の限界を越えた高度な利用技術を開発し、EARの価値を飛躍的に高めることを目的とする。第3年度である本年度は、主に以下の分野の技術の開発・検討を行った。1.ディジタル受信機システムの開発(佐藤)本研究では、EARの近傍に、個々の受信アンテナに信号処理装置を付加したディジタルビームフォーミング方式による受信専用のサブアレイを2箇所設置し、マルチスタティック観測が可能となるよう、システムを拡張する。今年度は、16年度および17年度に本格的に展開する同システムのユニットを試作し、MUレーダーおよびEARの電波を実際に受信してその性能を確認した。さらに、アレイ素子の位置決定のために、個々の素子で受信した異なる送信ビーム方向からの電波到来方向を推定して自分の位置を決定する自動較正法を開発し、これが実用可能であることを検証した。2.降雨および乱流の近距離相関の研究(前川)通信衛星電波強度の計測により降雨および大気乱流の近距離相関特性を計測する研究を進めている。前年度に開発したノートパソコンを用いた可般性の高い計測システムを2003年1月以来EAR観測所に設置し、連続観測を続けている。この結果より、14GHz帯の減衰が12GHz帯より大きい傾向が明らかとなり、従来の予測と異なり霧雨型の降雨粒径分布が卓越することが示された。
遺伝子変異、負荷心エコーによる心予備能測定をもとにした薬剤性心筋症発症因子の予測

血液腫瘍に対する化学療法ならびに造血幹細胞移植を受ける患者に対して、心エコー図検査指標、心機能バイオマーカー(BNP、高感度トロポニンT、高感度CRP、Pentraxin 3、ST2)等を検討項目として患者登録を行った。76名のうち、5名(6.6%)が薬剤性心筋症を発症した。薬剤性心筋症発症群で、治療前のDiastolicwall strain値は、有意な低下を認めた(P=0.04)。上記バイオマーカーは、両群で差を認めなかった。薬剤性心筋症発症例では、抗癌剤投与前にすでに、左室拡張機能が低下している可能性があり、これを検出することにより、薬剤性心筋症を発症前に予測できる可能性がある。平成25年度始めに、血液腫瘍に対する化学療法ならびに造血幹細胞移植を受ける患者を登録するための、データベースシステムを構築した。安静時および下肢挙上による負荷心臓超音波検査の指標を中心に、BNP、高感度トロポニンTや高感度CRP等の血液バイオマーカー、心電図、胸部単純X線検査、冠危険因子や胸部への放射線照射の既往などの病歴などを検討項目とし、患者登録を開始した。また、既に、薬剤性心筋症を発症している患者も登録し、同様の治療を受けても、薬剤性心筋症を発症しない群との比較検討を行っている。現時点での解析では、顕性心不全発症、心臓超音波検査で左室駆出率が50%以下に低下、もしくは抗癌剤投与後のBNP値が正常値上限の2倍以上かつ抗癌剤投与前の2倍以上に上昇した患者を、薬剤性心筋症発症群とし、非発症群と比較した場合、抗癌剤投与前の下肢挙上負荷心臓超音波検査で、左室拡張機能の負荷への反応が不良である傾向を認めた。BNP、高感度トロポニンTや高感度CRPは、薬剤性心筋症発症群と非発症群間で、差を認めていない。症例数が少ないため、結論には至らないが、薬剤性心筋症発症例では、抗癌剤投与前にすでに、左室拡張機能が低下している可能性が示唆され、これにより、薬剤性心筋症を発症前に予測できる可能性がある。これまでに血液腫瘍に対する化学療法ならびに造血幹細胞移植を受ける患者を登録するためのデータベースシステムを構築した。安静時および下肢挙上による負荷心臓超音波検査の指標を中心に、BNP、高感度トロポニンT、高感度CRPやその他の心筋障害バイオマーカー、心電図、胸部単純X線検査、冠危険因子や胸部への放射線照射の既往などの病歴を検討項目として、患者登録を行っている。また、すでに薬剤性心筋症を発症している患者も登録し、同様の治療を受けても、薬剤性心筋症を発症しない群との比較検討を行っている。現時点での解析では、顕性心不全発症、心臓超音波検査で左室駆出率が50%以下に低下、もしくは抗癌剤投与後のBNP値が正常値上限の2倍以上かつ抗癌剤投与前の2倍以上に上昇した患者を、薬剤性心筋症発症群とし、非発症群と比較した場合、抗癌剤投与前の下肢挙上負荷心臓超音波検査で、左室拡張機能の容量負荷への反応が不良である傾向を認めた。BNP、高感度トロポニンT、高感度CRPやその他の心筋障害バイオマーカーは、薬剤性心筋症発症群と非発症群で差を認めていない。症例数を重ねるとともに、今後、新たなバイオマーカー測定を予定している。現時点では、薬剤性心筋症発症症例数が少ないため、結論には至らないが、薬剤性心筋症発症例では、抗癌剤投与前にすでに、左室拡張機能が低下している可能性が示唆され、これを検出することにより、薬剤性心筋症を発症前に予測できる可能性がある。血液腫瘍に対する化学療法ならびに造血幹細胞移植を受ける患者を登録するためのデータベースシステムを構築した。安静時および下肢挙上による負荷心臓超音波検査の指標を中心に、BNP、高感度トロポニンT、高感度CRPやその他の心筋バイオマーカー(Pentraxin 3 , ST2)、心電図、胸部単純X線検査、冠危険因子や胸部への放射線照射の既往などの病歴を検討項目として、患者登録を行った。82名の患者を登録し、治療前後で、上記検討項目を比較し得た76名について解析を行った。顕性心不全発症、心臓超音波検査で左室駆出率が50%以下に低下、もしくは抗癌剤投与後のBNP値が正常値上限の2倍以上かつ抗癌剤投与前の2倍以上に上昇した患者を、薬剤性心筋症発症群とした。薬剤性心筋症発症群の患者背景としては、造血幹細胞移植を受けた患者が3名、化学療法を受けた患者が2名であった。薬剤性心筋症発症群を、非発症群と比較した場合、抗癌剤投与前の心臓超音波検査で、心筋症発症群では、有意に左室拡張機能が低下していた。特に、Diastolic wall strain値は、心筋症発症群で0.35 [0.32-0.37]、非発症群で0.41 [0.39-0.45]と、発症群で低下を認めた(P=0.04)。下肢挙上による前負荷増加での変化は、両群で有意差を認めなかった。BNP、高感度トロポニンT、高感度CRP、Pentraxin3、ST2は、両群で差を認めなかった。

薬剤性心筋症発症例では、抗癌剤投与前にすでに、左室拡張機能が低下している可能性が示唆され、これを検出することにより、薬剤性心筋症を発症前に予測できる可能性がある。これまでの結果は、比較的症例数が少ないため、今後さらに症例数を重ね、この結果をより確実なものにする必要があると考える。血液腫瘍に対する化学療法ならびに造血幹細胞移植を受ける患者に対して、心エコー図検査指標、心機能バイオマーカー(BNP、高感度トロポニンT、高感度CRP、Pentraxin 3、ST2)等を検討項目として患者登録を行った。76名のうち、5名(6.6%)が薬剤性心筋症を発症した。薬剤性心筋症発症群で、治療前のDiastolicwall strain値は、有意な低下を認めた(P=0.04)。上記バイオマーカーは、両群で差を認めなかった。薬剤性心筋症発症例では、抗癌剤投与前にすでに、左室拡張機能が低下している可能性があり、これを検出することにより、薬剤性心筋症を発症前に予測できる可能性がある。現在、登録症例数は、60名である。症例数からみた達成度は、3年間での目標症例数100名の60%である。心臓超音波検査および血中心機能バイオマーカーは、全例でデータ取得が出来ている。一方、ゲノム解析は、全患者からは同意が得られていない。全体として、2年目までの達成度として、ほぼ順調な経過であると考えている。循環器内科学データ取得が十分に得られるため、心臓超音波検査指標と血液バイオマーカーを中心とした解析を進める。血液バイオマーカーは、新たなペプチド等も測定項目に加えることとする。今後も、新規治療症例の登録を継続し、血液腫瘍再発症例も再治療前に、同様の検査を行い、薬剤の累積投与量などで補正を行った上で、初回治療症例と併せて解析し、目標症例数に到達するように努力する。解析患者数は、初年度で症例登録を開始して間もないため、約20名と少数に留まっている。症例数からみた達成度は、3年間での目標症例数50名の40%である。心臓超音波検査および血液バイオマーカーは、全例でデータ採取が出来ている。一方、ゲノム解析は、全患者から同意が得られてはいない。全体として、初年度として、ほぼ順調な経過であると考えている。本年度は、血液バイオマーカー測定のためのELISAキットなどの検査試薬の費用が、見込みより少なく済んだため、次年度に繰り越して継続使用する。データ採取が十分に得られるため、今後は、心臓超音波検査指標と血液バイオマーカーを中心とした解析を進める。今後、新規治療症例の登録を進めることはもちろんであるが、血液腫瘍再発症例も再治療前に、同様の検査を行い、薬剤の累積投与量などで補正を行った上で、初回治療症例とあわせて解析し、目標症例数に到達するように努力する。保険適応から外れた採血項目(血液バイオマーカー)のELISA測定や、受託測定費用に使用する。また、研究成果発表のための費用として使用する予定である。保険適応から外れた採血項目(血液バイオマーカー)のELISAによる測定等の検査費用や、蓄積されたデータ保存と管理のための外部記憶用メディアなどの費用として用いる予定である。
呼吸筋の活動が高所での有酸素パフォーマンスや活動筋の酸素動態に及ぼす影響

本研究では、呼吸筋群の活動に注目して高所下で生じるような空気密度の低下や酸素分圧低下が運動時の呼吸筋活動や活動筋酸素レベルに及ぼす影響を調べることを目的として一連の研究を行った.その結果,低酸素環境下での運動時の呼吸筋活動は換気量が通常酸素下よりも高いことから高かいことが明らかとなった.低酸素下での換気量と活動筋の酸素化レベルとの間に有為な関係が見られた.一方,高所で生じうる空気密度の低下の影響をシミュレーションした,ヘリウム混合ガス吸入しながらの運動時の呼吸筋仕事量を調べたところ,換気量当たりの呼吸筋仕事量は低値を示す傾向にあり,運動パフォーマンスに影響することを明らかにした.この結果をふまえて,呼吸筋をトレーニングすることによって運動パフォーマンスや最大酸素摂取量および呼吸応答が変化するかを検討したところ,トレーニングによって呼吸筋力の指標である最大吸気圧および運動パフォーマンスが向上した.本研究の結果から、呼吸筋活動は高所での活動に影響を及ぼすこと,呼吸筋トレーニングは,健康な人において呼吸筋力および運動パフォーマンスを向上させることができることが示唆された.本研究では、呼吸筋群の活動に注目して高所下で生じるような空気密度の低下や酸素分圧低下が運動時の呼吸筋活動や活動筋酸素レベルに及ぼす影響を調べることを目的として一連の研究を行った.その結果,低酸素環境下での運動時の呼吸筋活動は換気量が通常酸素下よりも高いことから高かいことが明らかとなった.低酸素下での換気量と活動筋の酸素化レベルとの間に有為な関係が見られた.一方,高所で生じうる空気密度の低下の影響をシミュレーションした,ヘリウム混合ガス吸入しながらの運動時の呼吸筋仕事量を調べたところ,換気量当たりの呼吸筋仕事量は低値を示す傾向にあり,運動パフォーマンスに影響することを明らかにした.この結果をふまえて,呼吸筋をトレーニングすることによって運動パフォーマンスや最大酸素摂取量および呼吸応答が変化するかを検討したところ,トレーニングによって呼吸筋力の指標である最大吸気圧および運動パフォーマンスが向上した.本研究の結果から、呼吸筋活動は高所での活動に影響を及ぼすこと,呼吸筋トレーニングは,健康な人において呼吸筋力および運動パフォーマンスを向上させることができることが示唆された.健康スポーツ科学や予防医学の分野において,高所に対する不適応を防ぐことや,効果的な高所トレーニング法の開発には,低圧低酸素下での運動能力や生体反応についてのメカニズムに関する基礎的な研究が極めて重要であると考えられる。本研究では,高所での有酸素低下のメカニズムを,特に呼吸筋の活動に注目して調べることである.平成22年度は,高強度運動時の呼吸筋群の仕事量を通常酸素下と低酸素下や低圧下で,最大下から最大運動まで自転車運動を行い,その時の胸腔内圧と換気流量から,呼吸筋の仕事量を測定し,運動時の呼吸筋での仕事量は環境によって変化するかどうかを検討した.その結果,低酸素下では通常酸素下よりも換気量が同一絶対強度下で有意に高値を示した.特に,中程度から高強度運動時においてみられた.一方で,最大運動時には換気量に有意な差は見られなかった.呼吸筋の仕事量は換気量の増加の程度と関連して,低酸素下において通常酸素下よりも有意に高値を示し,特に中程度から高強度運動時においてみられた.一方で,最大運動時には換気量に有意な差は見られなかった.したがって,中程度以上の強度の運動時においては低酸素下では,通常酸素下よりも換気量が高くなり,呼吸筋の仕事量(呼吸筋への負荷)は増加することが示唆された.このことにより,低酸素環境下では,単純な血中の低酸素ストレスのみならず,呼吸筋への酸素需要増加によって活動筋への酸素供給がさらにひっ迫していることを予想でき,23年度は低酸素吸入運動時の組織への酸素状態と呼吸筋活動の関係について調べる.低圧低酸素下では換気量が増大する.そのために呼吸筋群の活動レベルが高まり,呼吸筋の仕事量は通常酸素下よりも増加することが考えられる.一方で,高所では気圧低下に伴う空気密度が低下するため、気道での物理的な抵抗が低下するため呼吸筋群の仕事量に影響することが予想される.しかしながら低圧低酸素下では運動時の呼吸筋群の仕事量は,十分に明らかでない.そこで本研究では,呼吸筋群の活動に注目して低圧低酸素下での空気密度の低下や酸素分圧低下が運動時の呼吸循環応答に及ぼす影響を調べることを目的として、気道抵抗や酸素分圧(酸素濃度)の違いにより高強度運動時の呼吸筋群の仕事量はどの程度変化するか、それが活動筋の酸素化動態にどのような影響を及ぼすかについて検討する.前年度において、低酸素下では呼吸筋の仕事量が最大運動時で増加することが観察された。平成23年度は、高所における大気密度の低下の影響をモデル化したヘリウム混合ガス吸入による運動時の呼吸筋仕事量を調べた。その結果、最大運動時の換気量はヘリウムガス吸入により増加し、有酸素能力も向上した。呼吸筋の仕事量は換気量増大にもかかわらず、変化しなかった。筋酸素化動態についての結果は解析中である。これらの結果から、吸入する気体の密度が低下することによる運動時の生体反応が明らかとなり、高所トレーニングなど高所での運動能力低下について呼吸筋が関係することが明らかとなった。本研究では、呼吸筋群の活動に注目して高所かで生じるような空気密度の低下や酸素分圧低下が運動時の呼吸活動や循環応答に及ぼす影響を調べることを目的として研究を進めてきた。平成23年度までに気道抵抗や酸素分圧の違いにより高強度運動時の呼吸筋仕事量は異なり、運動パフォーマンスに影響することを明らかにした。

しかしながら活動筋の酸素化レベルとの間には関係が見られなかった。これらの結果を踏まえて、呼吸筋をトレーニングすることによって運動パフォーマンスや最大酸素摂取量(VO2max)および呼吸応答が変化するかを検討することを目的として実験を行った。先行研究では、安静時に呼吸筋に負荷をかけるトレーニングによって、呼吸器疾患患者に対して運動耐性や呼吸機能に一定の効果があることが認められているが、健康な人に対する呼吸筋トレーニングの効果は十分に検討されていない。そこで本研究は、運動中に換気量が高く、呼吸活動が活発になる運動時に呼吸筋に負荷をかけるトレーニングによって健康な人の運動パフォーマンスや呼吸応答が変化するかを調べた。具体的には、4週間にわたり呼吸筋トレーニングを週に4回、最大吸気圧の50%の負荷をかけながら20分間運動を行った。トレーニング前後で、呼吸筋力、VO2max、呼吸応答を調べた。その結果、トレーニング群においてのみ、呼吸筋力の指標である最大吸気圧が大きく増加した。運動パフォーマンスもトレーニング群においてのみ向上した。VO2maxや呼吸応答はコントロール群およびトレーニング群ともにトレーニング前後で変化が見られなかった。これらの結果から、本研究で用いた運動時に呼吸筋負荷をおこなう呼吸筋トレーニングは、健康な人において呼吸筋力および運動パフォーマンスを向上させることができることが示唆され、呼吸筋を鍛える、新しい高所トレーニング法の開発などに応用できる実践的な示唆が得られた.平成23年度では22年度に続き、呼吸筋の負荷を軽減させたモデルを用いて実験を行った。ただし、筋酸素化動態の解析が終了しておらず、学会発表に至らなかった。24年度も引き続き検討が必要である。24年度が最終年度であるため、記入しない。筋酸素化動態の測定について、機器の問題が生じてデータに混入するノイズが大きいという事象が見られた。このことにより、解析を困難にさせている。上位機種の機器の買い替えなどは資金の面から困難であるため、解析方法を工夫する必要がある。一方で、24年度計画のトレーニング実験の予備実験を開始しているが、呼吸筋に負荷を与える装置について、若干の変更を伴う必要がある。これについては早急に解決する方策が立てられ、大きな変更を生じないで、実験可能である。
大容量フォトニックノード用波長選択光スイッチの研究

PLZT位相変調器アレイと石英導波路をハイブリッド接続したチャネル数20、チャネル間隔200GHzの高速波長選択光スイッチを構成した。応答時間20 ns以下の高速動作を確認した。石英多層導波路とLCOSによる大規模波長選択光スイッチモジュールを構成した。LCOSによるスイッチ内部波面補正機能を有し、良好な波長分波、スイッチング特性を示した。高速性を有する波長選択光スイッチを活用するフォトニックノード構成を明らかにした。1.PLZT位相変調器アレイと石英導波路による高速波長選択光スイッチ(a)帯域固定及び帯域可変導波路型波長選択光スイッチ設計法の確立全導波路構成による帯域固定及び帯域可変波長選択光スイッチ構造を検討し、低損失、低クロストーク、かつ、均一性の高い特性を得るための設計法を明らかにすることを目標に研究を実施した。石英導波路を利用した帯域固定型及び帯域可変型の1x2波長選択光スイッチの設計、試作を行い良好な特性を得ることが出来た。帯域固定型は、波長数40、周波数間隔100GHzであり、損失は8.1dB以下、クロストークは第1ポートが-23.0dB、第2ポートが-40.7dBであった。また、帯域可変型は、チャネルの帯域を200GHzから4000GHzまで可変可能であり、損失は5.9dB以下、クロストークは-25.1dB以下であった。低損失、低電圧化及び偏波依存性低減のための埋め込み導波路構造の最適化を設計と試作検証により、進めた。特にアレイ導波路回折格子の曲げ導波路による損失を低減するように最適化を行った。2.石英多層導波路とLCOSによる大規模波長選択光スイッチ(a)多層石英薄膜成膜条件、研磨条件、アニール条件の確立一括アニールにより導波路の低損失化を実現するための、アニール温度、アニール時間及びアニール昇温条件の検討を進めた。(b)波長選択光スイッチ光学系の設計各構成要素をコンパクトに配置して、低損失になる設計を実施した。3.高速型及び大規模型波長選択スイッチを組み合わせたフォトニックノード構成の検討高速性を有する波長選択光スイッチと大規模性を特長とする波長選択光スイッチを活用するフォトニックノード構成の基礎検討を実施した。1.PLZT位相変調器アレイと石英導波路による高速波長選択光スイッチPLZT光スイッチアレイと石英PLCを接続した波長選択光スイッチの設計及び試作を行った。チャネル数20、チャネル間隔200GHzのアレイ導波路回折格子で構成される分波用PLC、20台の1x2 PLZT光スイッチアレイチップ、21台のチャネル間隔200GHzの非対称マッハツェンダー型波長カプラとチャネル数21、チャネル間隔200GHzのアレイ導波路回折格子で構成される合波用PLCを接続して波長選択光スイッチを作製した。チップ全体の寸法は90mm x 31mmである。応答時間13ns以下の高速動作を確認した。損失は約30dBと大きく消光比は約10dBで改善の必要が有る。2.石英多層導波路とLCOSによる大規模波長選択光スイッチ多チャネル化を目指すためにSi導波路によるアレイ導波路回折格子を多数配置することを新規に検討した。Siアレイ導波路回折格子の高クロストーク化を実現するための回路構成を検討した。また、引き続き石英導波路の多層化の条件を検討している。3.高速型及び大規模型波長選択スイッチを組み合わせたフォトニックノード構成の検討高速性を有する波長選択光スイッチと大規模性を特長とする波長選択光スイッチを活用するフォトニックノード構成について検討し、スイッチ以外の構成部品の高速化が必須であることを明らかにした。1.PLZT位相変調器アレイと石英導波路による高速波長選択光スイッチ:石英導波路を利用した帯域固定型及び帯域可変型の1x2波長選択光スイッチの設計、試作を行い良好な特性を得ることが出来た。PLZTアレイ導波路回折格子の曲げ導波路による損失を低減するように最適化を行った。PLZT導波路と石英導波路のハイブリッド波長選択光スイッチの設計、試作と評価を行った。チャネル数20、チャネル間隔200GHzのアレイ導波路回折格子で構成される分波用PLC、20台の1x2PLZT光スイッチアレイチップ、21台のチャネル間隔200GHzの非対称マッハツェンダー型波長カプラ、チャネル数21、チャネル間隔200GHzのアレイ導波路回折格子による合波用PLCを接続して波長選択光スイッチを構成した。チップ寸法は90mm×31mmである。

応答時間13ns以下の高速動作を確認した。2.石英多層導波路とLCOSによる大規模波長選択光スイッチ:波長選択光スイッチ光学系の設計、LCOSによるスイッチ内部波面補正アルゴリズムを確立した。さらに、各構成要素をコンパクトに配置して、低損失になる設計を実施した。3.高速型及び大規模型波長選択スイッチを組み合わせたフォトニックノード構成の検討:高速性を有する波長選択光スイッチと大規模性を特長とする波長選択光スイッチを活用するフォトニックノード構成を明らかにした。さらに、大規模化を検討し、Siアレイ導波路回折格子の位相誤差評価により特性向上と利用について検討した。26年度が最終年度であるため、記入しない。光エレクトロニクス26年度が最終年度であるため、記入しない。帯域固定及び帯域可変導波路型波長選択光スイッチ設計法については、設計だけでなく、試作評価まで実施できたので計画以上の進展である。一方、多層石英薄膜成膜条件、研磨条件、アニール条件については、装置の修理などのため、最適化条件が得られていない。他の項目については、ほぼ計画通りの進捗である。PLZT位相変調器アレイと石英導波路による高速波長選択光スイッチの設計及び試作を行い、動作実験を行うことが出来た。また、その結果を反映し、特性向上を目指した改良型波長選択光スイッチも設計を終え、試作段階にある。多層導波路については、様々な条件で検討しているが、アニールによる特性劣化がある。帯域固定波長選択光スイッチについては、多ポート化を進めていく。多層光導波路は、装置の変更などもあるので年度後半に条件だしプロセスを加速する。波長選択光スイッチの大規模化などの他の研究項目は、申請通りの計画で進めていく。PLZT位相変調器アレイと石英導波路による高速波長選択光スイッチは改良型の試作を進め、最終年度中に評価を終える。石英多層導波路とLCOSによる大規模波長選択光スイッチについては、多層導波路特性の改善に努めるが、別の方法として、超小型Siアレイ導波路回折格子を多数配置することも検討する。津田研究室ホームページ主に、初年度の設計に基づいた試作を進めるために研究費を使用する。また、試作した素子の評価を迅速・正確に行うために評価系の改造に研究費を使用する。研究成果の学会発表を国内外の研究会において積極的に行い、そのための参加費・旅費などに支出する。年度末購入物品の価格が予定よりも廉価であったため。少額であるので、光部品などの消耗品として利用する。
貿易品としての近世インド絨毯の生産と国際流通に関する実証的研究

本研究では、17-18世紀にインド北部と南部で織られた絨毯には、どのような特徴があるのか、貿易品としてどのように国際流通し、各地で受容されたのかを、国内外での調査をもとに考察した。その結果、従来「ラホール絨毯」という名称で分類され、ムガル朝のもと、北インドで生産されてきたと考えられてきたインド絨毯のなかには、インド南部の絨毯生産地で、輸出先の好みと需要を反映して貿易用に織られたものが少なからず存在することが判明するとともに、絨毯そのものの価値に加えて、絨毯が受け入れられた社会的な文脈が新たな価値を生み出していく様子が明らかになった。京都祇園祭で18世紀以降、懸装品として用いられているインド絨毯は世界的にも類例が少ないタイプとされ「京都グループ」と名付けられた。本研究の目的は(1)インドでの現地調査と東インド会社関連の貿易資料を通じてこのタイプのインド絨毯がデカン地方で主に貿易用に生産されたことを明らかにする、(2)これらがどのような国際交易ルートで流通したのかを具体的に明らかにする、(3)このタイプのインド絨毯の国際流通と世界各地での受容のあり方を考察し、商品としての絨毯が国際的に流通することによって生じる意味・機能の変遷を明らかにすることである。今年度は、インドのアーマダバードとジャイプールで調査を行った。アーマダバードのキャリコ美術館にはジャイプール宮殿から移された一群の絨毯があることが1929年の写真資料と1985年の未出版の報告書により明らかだが、実際に、典型的なデカン産の連続壁龕文絨毯の存在を確認した。ジャイプール宮殿博物館では収蔵庫に入って調査した2枚の絨毯は17世紀ラホール産とされているが調査の結果、17世紀後半以降のデカン産絨毯である可能性が高いことが明らかになった。さらに、ジャイプールのアルバート・ホール美術館にデカン産の絹の絨毯があることが判明した。これはデカン産の絨毯が貿易用として海外に輸出されていただけでなく、インド国内のデカン地方以外の場所でも需要があったことを示している。現在まで続く宮殿での使用状況も調査し、デカン産絨毯の国内流通・使用の実態解明の手がかりとなった。また、これまで未出版の「京都グループ」の絨毯が1枚、京都の個人宅に所蔵されており、調査した結果デカン産であることが分かった。この絨毯に関しては1928年以降の国内流通の経路が明らかであるため、日本でのデカン産絨毯の流通を考えるうえで貴重なサンプルである。そのほか、オランダ商館長日記から絨毯に関連する記述を集めた。京都祇園祭の山鉾の懸装品として用いられているインド絨毯のなかには、17世紀後半から18世紀にかけてデカン(広く南インドを指してこの語を用いる)で織られたと思われるものがある。インドの絨毯では、おもに17ー18世紀に北インド、ムガル朝のもとで織られたものが研究されてきた。これまで十分に研究されてこなかったデカン産絨毯の特徴、生産の背景、流通の様子を明らかにすることは、インドにおける絨毯生産の歴史の解明に寄与するだけでなく、当時の絨毯貿易の様子、デカン地方の美術の特徴を考察する手掛かりになると考えられる。京都のデカン産絨毯と類似するものが、インドや欧米の美術館にも残っていることがすでに指摘されている。メトロポリタン美術館やシャングリラ・イスラーム美術館にもデカン産と思われる絨毯があることが調査の結果、判明した。それらを近年研究の進展したデカン地方の美術・建築と照らして様式的に分類すると、デカン産絨毯には、ペルシアの要素、北インド(ムガル朝)の要素、デカン独自の要素が見られ、それらの要素が融合して独特の様式をなしていることが分かった。デカン産絨毯の日本での受容を考えるため、オランダ商館長日記等に見られる、日本における絨毯の流通・使用についての言及を集め、それを茶道におけるインド・ペルシアの布の受容と関連付けて考察し、東京国立博物館所蔵の名物裂を調査した。デカン産絨毯の多くは、17世紀後半にインド南部のデカン地方、とくにコロマンデル・コースト付近の絨毯生産地でヨーロッパへの貿易用に作られたものである可能性が高いと考えられる。本来貿易品であったものが、オランダ人によって将軍や高官への献上品としてもたらされ、後に祭礼でも用いられており、世界各地での摂取の文脈に見られる差異が、新たな異なる価値を生みだしていく様子がうかがわれた。これらの研究成果を国内外の学会誌と学会で発表した。計画通り、インドや京都でのデカン産絨毯の調査を行って新たな知見を得、また国内外での学会発表を活発に行い、論文の発表・投稿も進めたので順調に進展している。オランダの貿易資料については調査を継続中である。24年度が最終年度であるため、記入しない。オランダ貿易資料に関しては、専門の先生の助言も得ながら、絨毯に関する言及箇所を地道に集めていく。

また、インド南部のハイデラバードのサラール・ジャン博物館とビージャープル考古学博物館、アサル・マハルに現地に残るデカン産絨毯を調査し、デカン美術の文脈からその特徴を考察する。オランダではデカン産絨毯の存在は報告されていないが、17世紀後半の絵画に頻繁に描かれていることを考慮すると現存の可能性も考えられるのでオランダにおいてもインド産染織品の調査を行う。具体的には、アムステルダム国立博物館にあるインド産絨毯数点と、アメロンゲン城にある、京都祇園祭の太子山の所有するデカン産刺繍と同タイプの刺繍を調査する。さらに、日本における絨毯への関心や国内流通を『長崎実録大成』や幕末の写真資料などを使って考察する。24年度が最終年度であるため、記入しない。
シリコンの酸窒化処理による表面応力の動的挙動と電気特性

シリコン酸化膜を窒化すると、ストレス誘起電流の抑制やボロン突き抜け現象の抑制など、絶縁膜としての電気特性が向上する。ゆえに、半導体デバイスの絶縁膜としても実用化が急がれているが、ちっ化処理手法は確立しておらず、電気特性以外の特性も分かっていない。本研究は、酸窒化膜実用化のために、絶縁破壊やデバイスの寿命に密接に関わる重要な性質である表面や界面の応力特性を明らかにすることを目的としている。熱酸化膜の窒化処理、プラズマ酸化膜の窒化処理について、処理中の応力変動を実時間で測定した。また、応力が安定した後の酸化膜中の窒素の分布を測定し、酸化膜による圧縮応力が緩和されている膜については、膜中に、一応に窒素が分散していることが分かった。また、緩和量は、酸化膜の膜厚に依存しなかった。(予定していた電気特性の測定は、思うように進んでいません。)他にも関連研究として、ストレスを緩和する方向に働く保護膜の研究を行い、高分子膜等で、引っ張り応力、圧縮応力いずれも発生できる素材を発見した。ゆえに、半導体デバイスの絶縁膜として最も実用化が急がれているが、窒化処理手法は確立しておらず、電気特性以外の特性も分かっていない。本研究は、酸窒化膜実用化のために、絶縁破壊やデバイスの寿命に密接に関わる重要な性質である表面や界面の応力特性を明らかにすることを目的に始めた。具体的には、(1)シリコンの酸化処理、窒化処理中に表面応力をin-situで測定する。また、(2)同窒化処理絶縁膜について電気特性を評価する。また、電気特性を悪化させるといわれる応力について、(3)表面応力の存在と電気特性の関連性の解明する、などの手順で研究を行っている。このうち、初年度において、シリコン熱酸化膜、プラズマ酸化膜の膜厚を変えて窒素プラズマに曝して、ラジカルな窒素で窒化し、その間、実時間でストレスの変動を測定した。酸化膜が出来たことによって生じていた表面の圧縮性のストレスは、窒素処理によって緩和された。しかし、その緩和量は、酸化膜厚によらず、すなわち酸化膜の作るストレスの値にも依存しなかった。また、この性質は、酸化膜の作成法が、プラズマ酸化、熱酸化のいずれでも同様に現れた。イオン酸化のみが異なったが、これは酸化時の欠陥が多く、大きなストレスが生じていたためだと考えられる。シリコン酸化膜への窒素イオン衝撃時、窒素ラジカル照射時のストレスを正確に測るため、カンチレバーへの部分照射と全照射・リファレンスの照射を行わないカンチレバーを同時に測定できるマルチプローブストレス検出装置を用いた実験を行った。マルチプローブ型ストレス検出装置は4本のカンチレバーに4つのレーザー光を当て(レーザー本体は8点の光を同時、または周期的に出せる半導体レーザー)、同一の位置検出器を用いて、各カンチレバーのレーザー反射光位置を実時間で同時に検出するものである。4本のカンチレバーの前に、ステンシルマスクを設置し、カンチレバー上のイオン照射、あるいはラジカル照射の領域を変えることによって、カンチレバー先端の歪みの違いを検出した。電気炉で、シリコンカンチレバーの両面に、酸素雰囲気中で比較的低温(1000度以下)で、さんか時間を変えて酸化膜をつくった。その後、ストレス検出装置に取り付け、チッ化処理中のストレスを測る実験を行い、チッ化による酸化ストレスの緩和を測定した。実際には熱酸化の圧縮ストレスは測れないので見かけ上の引っぱりストレスによって、ネス参加によって出来ていた圧縮ストレスが緩和したと考えた。酸化膜の膜厚010nmの範囲で、酸化膜厚の違いによる緩和量の変化がないことを確認した。これは、応力の緩和が、膜内の構造変化によるものではなく、シリコンと酸窒化層の界面の構造に依存していることを示している。`シリコン酸化膜を窒化すると、ストレス誘起電流の抑制やボロン突き抜け現象の抑制など、絶縁膜としての電気特性が向上する。

また、応力が安定した後の酸化膜中の窒素の分布を測定し、酸化膜による圧縮応力が緩和されている膜については、膜中に、一応に窒素が分散していることが分かった。また、緩和量は、酸化膜の膜厚に依存しなかった。他にも関連研究として、ストレスを緩和する方向に働く保護膜の研究を行い、高分子膜等で、引っ張り応力、圧縮応力いずれも発生できる素材を発見した。
補体ファミリー分子によるシナプス形成・維持・除去と可塑性制御機構の解明

神経回路の基盤であるシナプス形成・維持・除去を制御する分子機構の解明を目指し、今年度も引き続き、以下の2つの目標の達成を進めた。[目標1]補体ファミリー分子によるシナプス形成・可塑性制御機構の解明海馬CA1および歯状回においては、シナプス特異的にCblnファミリー(Cbln1/Cbln4)やGluDファミリー(GluD1/GluD2)分子がそれぞれ発現している。それぞれのシナプスにおけるこれらの分子の機能を解明するために、それぞれの遺伝子の単独および二重欠損マウスを作成して解析を進た。一方、シナプス可塑性制御機構としてはグルタミン酸受容体のエンドサイトーシスを光遺伝学的に制御することにより、小脳での長期抑圧(LTD)と運動学習との因果関係を初めて明らかにすることに成功した(Neuron, 2018)。またこれまでに謎であった、小脳LTDにおけるNMDA型グルタミン酸受容体の作用機序について明らかにすることができた(Cerebellum, 2018; J Physiol, 2018)。[目標2]神経活動・代謝・炎症による補体ファミリー分子の分泌調節機構の解明ライソソームは、カテプシンB等のタンパク質分解酵素をもつ細胞内小器官であり、不要となった細胞内タンパク質の分解を担う。シナプス形成分子Cbln1が小脳顆粒細胞の軸索に存在するライソソームに局在すること、また神経活動が亢進すると、軸索からライソソームの内容物(タンパク質分解酵素カテプシンB)とともにCbln1が細胞外に分泌されることを初めて明らかにし、論文として発表した(Neuron, in press)。これまで神経活動に応じてどのようにシナプス再編が起きるのはよく分かっていなかったが、タンパク質分解酵素とシナプス形成分子の分泌によって、細胞外環境の破壊とシナプス形成が、協調して働く新しいメカニズムが示唆された。シナプス形成分子Cbln1が小脳顆粒細胞の軸索に存在するライソソームに局在すること、また神経活動が亢進すると、軸索からライソソームの内容物(タンパク質分解酵素)とともにCbln1が細胞外に分泌されることを初めて明らかにし、論文として発表した(Neuron, in press)。この研究成果は次の3つの点で画期的であると考えるために、上記の自己評価とした。i)これまでにニューレキシンなどの多くのシナプス形成分子が報告されているが、神経活動に応じて分泌されることが明らかになったのはCbln1が初めての例であること。ii)タンパク質を分解する酵素をもつ細胞内小器官であるライソソームが神経活動に応じて軸索と融合し内容物を分泌することを初めて明らかにしたこと。iii)タンパク質分解酵素とシナプス形成分子を同時に分泌することによって、細胞外環境の破壊とシナプス形成が、協調して働くという新しい概念を提出したこと。今年度は、前年度に引き続き以下の2つの目標の達成を目指すとともに目標3を進める。[目標1]補体ファミリー分子によるシナプス形成・可塑性制御機構の解明海馬CA1および歯状回におけるCblnファミリー(Cbln1/Cbln4)およびGluDファミリー(GluD1/GluD2)分子の機能解明をさらに進めて論文化する。また、これまでに明らかにした、成熟後の小脳においてC1ql1ーBai3シグナリング経路を駆動すると、プルキンエ細胞が再び複数の登上線維によって支配される現象については、その分子機構の解明を進め論文化の準備を進める。[目標2]神経活動・代謝・炎症による補体ファミリー分子の分泌調節機構の解明補体C1qは正常発達時や病的過程による過剰活性化によって、シナプス刈り込みを引き起こすことがこれまでに報告されていたもののそのシグナル伝達機構は不明であった。今年度は脳内においてこれまでに同定したC1q受容体候補の解析をさらに進め論文化を図る。[目標3]補体ファミリー分子の操作による神経回路と個体行動の制御前年度までに人工シナプス形成分子を開発し、小脳および海馬に投与することにより神経回路を変化させるだけでなく、個体レベルでの小脳失調やアルツハイマー病モデルマウスの表現型を大きく改善させることに成功した。また本分子は脊髄損傷後の治癒過程も促進することがわかってきた。今年度にはこれらの成果をまとめて論文化を進める。H27年度は小脳平行線維ープルキンエ細胞シナプスにおけるCbln1-GluD2シグナルをモデルシステムとして以下の2つの目標の達成を目指した。さらに、当初H28年度に計画していたC1ql2とC1ql3によるシナプス形成・可塑性制御機構の解明についても前倒しで実施した。目標1補体ファミリー分子によるシナプス形成・可塑性制御機構の解明Cbln1はシナプス前部のneurexin (Nrx)とシナプス後部のGluD2に結合することによって平行線維ープルキンエ細胞シナプスを強力に形成・維持する。しかし、Cbln1は6量体、GluD2は4量体、Nrxは1量体と、それぞれの分子の対称性が大きく異なることから、Nrx-Cbln1-GluD2が一体どのような構造の複合体をどのようにして形成するのか、という点は不明であった。この点について検討を進め、現在原著論文として投稿中である。さらに、海馬歯状回顆粒細胞に発現する補体ファミリー分子C1ql2およびC1ql3に着目した。

顆粒細胞軸索(苔状線維)がC1ql2/3を分泌し、カイニン酸受容体に直接結合することによって、CA3錐体細胞のシナプス後部にカイニン酸受容体を集積させることを発見した。実際に、C1ql2とC1ql3を欠損したマウスの海馬では、カイニン酸受容体がシナプスに組み込まれず、てんかんを人工的に誘導する刺激を与えてもカイニン酸受容体に由来するてんかん発作が起きにくくなることも分かり、研究成果はNeuron誌に受理された。目標2神経活動・代謝・炎症による補体ファミリー分子の分泌調節機構の解明これまでの予備実験の結果から、短期的な神経活動によってCbln1分泌が亢進することが分かった。本年度はCbln1分泌過程の分子機構の解明を進め、現在論文として取りまとめている。小脳平行線維ープルキンエ細胞シナプスにおけるCbln1-GluD2シグナルの解明に加えて、海馬苔状線維ーCA3錐体細胞シナプスにおけるC1ql2/3-カイニン酸受容体シグナルについても解明が進み、Neuron誌へも採択が決まったため。H28年度は引き続き、以下の2つの目標の達成を進めた。目標1補体ファミリー分子によるシナプス形成・可塑性制御機構の解明補体ファミリー分子Cbln1はシナプス前部のneurexin (Nrx)とシナプス後部のδ2型グルタミン酸受容体(GluD2)に結合することによって、小脳における平行線維ープルキンエ細胞シナプスを強力に形成・維持する。しかし、Cbln1は6量体、GluD2は4量体、Nrxは1量体と、それぞれの分子の対称性が大きく異なることから、Nrx-Cbln1-GluD2が一体どのような構造の複合体をどのようにして形成するのかは不明であった。この点について構造生物学的に検討を進め、これらの分子は2 Nrx (1量体) : 2 Cbln1 (6量体) : 1 GluD2 (4量体)という比にて結合し、巧妙な仕組みによって強固な三者複合体を形成することを明らかにしScience誌に報告した。一方、海馬歯状回顆粒細胞に発現する補体ファミリー分子C1ql2およびC1ql3は顆粒細胞軸索(苔状線維)から分泌され、カイニン酸型グルタミン酸受容体受容体(KAR)に直接結合することによって、CA3錐体細胞のシナプス後部にKARを集積させることを発見した。実際に、C1ql2とC1ql3を欠損したマウスの海馬では、KARがシナプスに組み込まれず、てんかんを人工的に誘導する刺激を与えてもKARに由来するてんかん発作が起きにくくなることも分かりはNeuron誌に報告した。本年度もCbln1分泌過程の分子機構の解明を進め、論文として投稿準備中である。小脳平行線維ープルキンエ細胞シナプスにおいて、平行線維から分泌されるCbln1がシナプス前部の受容体Nrx、シナプス後部の受容体GluD2とどのようにしてNrx-Cbln1-GluD2三者複合体を形成するのかを構造生物学的に明らかにすることに初めて成功しScience誌に発表できた。