hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シナプス伝達がシナプス形成に及ぼす影響

昆虫においては神経筋シナプスの伝達物質はグルタミン酸であり、シナプス後膜に局在する受容体チャネル(シナプス型)は、シナプス外膜に散在するもの(シナプス外型)とは性質が異る。シナプス後膜にあるシナプス型グルタミン酸受容体チャネルはパッチクランプ法によってその単一チャネル電流を直接記録することができないために、シナプス部にグルタミン酸をパフ投与してその結果おこる複合チャネル電流をホールセル・モードで記録した。100μMグルタミン酸投与では、ほとんど電流は見られないが、1mMでは数百pAの内向電流に重なって顕著な電流ノイズが見られた。このノイズを解析することによって、シナプス型チャネルの性質が解明されると思われる。ところがこの実験の過程において、予想外の現象を見つけたためにその解析をまず行うことにした。外液中にCa^<2+>存在しない条件下で100μMのグルタミン酸を投与すると、自発性シナプス電流の頻度が増大した。同様の変化は1mMでも起ったが頻度の増大はほぼ同じくらいであった。このことから自発性シナプス電流の頻度の増大はシナプス後膜にあるグルタミン酸受容体とは異る受容体によるものであろうと推察された。そこで代謝型グルタミン酸受容体のアゴニスト(S)-4C3HPGを試みた。100μMで自発性シナプス電流の頻度を大きく増大させた。また代謝型グルタミン酸受容体の特異的なアンタゴニストであるMCCG-Iはグルタミン酸および(S)-4C3HPGの作用をブロックした。代謝型グルタミン酸受容体はショウジョウバエではクローンされた受容体のホモロジーと薬理学的な性質からGroupII、すなわちcAMPにカップルしている受容体と分類されている。そこでcAMPの自発性シナプス電流にたいする作用を調べた。まずadenylate cyclaseの賦活剤であるforskolinを外液中にCaのない条件で作用させたところ、シナプス電流の頻度は大きく上昇した。しかも膜透過型cAMPアナログであるCPT-cAMPを用いても同様の現象が見られた。したがって神経終末内のcAMP濃度が増大すると自発性シナプス電流の頻度は増大することがわかった。次に代謝型グルタミン酸受容体を活性化した時にadenylate cyclaseが働いているかどうかを調べた。まずadenylate cyclaseに欠陥のある突然変異体rutabagaを用いて、(S)-4C3HPGによって受容体を活性化した時の反応を調べたところ、予想通り自発性シナプス電流の頻度はあまり上昇しなかった。したがって代謝型グルタミン酸受容体の作用はadenylate cyclaseを経由していることがわかった(Zhang et al.,1999)。
蛋白質の機造構築におけるジスルフィド結合の役割とその形成機構

大腸菌のアルカリ性ホスフアターゼ(PhoA)のフォールディングは、ペリプラズム領域においてジスルフィド結合の形成に依存して起こる。PhoAの約2組のジスルフィド結合内、C未端側に位置するものが活性発現に必要であり、N末端側のジスルフィド結合は活性には不必要だがプロテアーゼ耐性桝造の雑得には必要である事を明らかにした。DsbAはthioredoxin様の活性中心を持ちそのジスルフィトを使って標的蛋白質のCysを酸化するが、PhoAの最もN末端側のCys残基をSerに変えると、残りの3つのCysがDsbA依存的に誤った組み合わせのジスルフィド結合を形成すること、およびそれがDsbCによって正しい組み合わせのものに変換されることを見いだした。in vivoにおいては、単純にジスルフィド結合を架けるDsbAと、導入されたジスルフィド結合を正しい組み合わせのものに異性化するDsbCの協同作用によって、初めて蛋白質に正しくジスルフィド結合が導入されることが明らかとなった。DsbAが機能すると、自らのCysは還元され、それは膜琴白質DsbBによって再酸化・リサイクルされる。細胞が呼吸鎖構成成分欠損状態で増殖中にはDsbBがDsbAとの複合体状態として蓄積し、その結果、過剰にあるDsbA分子のほとんどが還元型として蓄積することを見いだした。即ち、DsbA-DsbB系への酸化力は何らかの機構で呼吸鎖電子伝達系を介して供給されること、したがって、非酵素的にも起こり得るジスルフィド結合形成という単純な生化学反応が、細胞内では呼吸鎖にまで繋がるシステムによって支えられている事実が明らかになった。
低リン食飼育動物の奇妙なアシドーシスの病態メカニズムの解明

【研究目的】1週間の食餌性リン制限マウスは、血中[P]を正常に維持しつつ高Ca血症を呈し、アシドーシスにもかかわらずアルカリ尿を排泄する。本課題では、この酸塩基バランス異常に、腎皮質集合管(CCD)B型間在細胞(IC-B)の側底膜に局在しているカルシウム感知受容体(CaSR)が関与しているか否か調べることを目的とした。【方法】(1)低リン食(0.02%Pi)をマウスに7日間負荷した。NPS2143(CaSRアンタゴニスト)を経口投与し、尿pH、尿中Ca排泄量を30分毎に4時間、血漿pH、血漿成分を投与4時間後に測定した。(2) IC-BのCaSRが血中Ca^<2+>によって直接的に刺激されるかどうかを調べるために、細胞内Caイメージングを行った。まず、実体顕微鏡下で単離尿細管実験法(Microdissection法)を適用し、1本のCCDを無酵素条件で単離した。Ca感受性色素を取り込ませ、R568(CaSRアロステリックアゴニスト)を添加後、[Ca^<2+>]_i変化を測定した。【結果】(1)アンタゴニスト投与2時間後から尿pHが有意に低下し、尿中Ca排泄量は減少した。一方、4時間後の血漿pHに変化はなかったが、血漿[HCO_3^-]は上昇した。(2)アゴニスト添加後に、CCDの一部の細胞で一過的な[Ca^<2+>]_iの上昇が観察された。CCDはIC-Bを含む3種類の細胞から構成されているので、抗体染色による細胞同定を試みたが、使用できる抗体が少なかったため、A型間在細胞ではないという不完全な同定にとどまった。これらの結果から、低リン食飼育マウスに見られる、「アシドーシスでアルカリ尿排泄」という病態は、IC-B側底膜のCaSRを起点とし、管腔膜のCl^-/HCO_3^-輸送体(Pendrin)を介してHCO_3^-(アルカリ)が分泌されることによって引き起こされるという可能性が示唆された。
ナノレベルの周期構造を持つ誘電体格子表面の走査型近接場光顕微鏡像の電磁界解析

SNOMでしばしば、その解像度を見積もるために各種のグレーティングを測定に用いることがある。しかし、このグレーティング表面にどのような近接場が発生するのかの理論的な解析は、意外にも行なわれていない。そのため、SNOMによって得られたグレーティングの映像の解釈も明確には行なえていない。ここでは、グレーティングの表面上に発生する近接場を理論的に明らかにするため、表面に凸凹な溝が周期的に作られた周期構造を持つ誘電体格子が空気と接する場合に、その境界面上の空気領域に発生する近接場の解析を行なった。透過型SNOM像の解析を仮定し、平面電磁界(光)が誘電体内部から空気層へ入射した場合を解析した。解析には、周期構造線路での電磁界の伝搬、散乱、回析の解析に用いられるフロケの定理、モード展開理論を用いた。また、解析を簡単にするため、入射平面電磁界としてはTE(S)波を用いた。理論解析に基づき、周期境界上の近接場の強度分布を数値計算した。計算の妥当性を評価するため、我々が以前、マイクロ波で行った近接場強度分布の測定の実験条件と同じパラメタ(比誘電率を空気層1.0、誘電体層1.5)で数値計算を行った。数値計算とマクロ波の測定結果を比較し、本解析手法がマイクロ波実験の結果をよく説明していることを示した。さらに、実際のSNOMの測定で用いられる波長以下の構造によって発生する近接場の強度分布を計算した。計算結果から、表面に非常に近い位置の近接場のみしか表面形状を反映していないことを示した。このことは、一般にSNOMの測定で言われていることに一致している。
沿岸域から外洋域への物質フラックス

人類の化石燃料使用により大気中に放出される炭素フラックス5Gton/yearのうち2Gton/yearは大気中の二酸化炭素濃度を増加させ、15Gton/yearは外洋に吸収されるが、残りの1.5Gton/yearの行方は不明であり"missing sink"問題と呼ばれている。我々は富栄養化した沿岸域で吸収、有機化され、外洋へ流出・沈降する炭素フラックスが、この問題を解決する可能性を考えて、東京湾から太平洋への炭素フラックスを定量的に明らかにすることを試みた。過去の膨大な観測資料を収集・整理・解析した結果、東京湾に河川から流入する有機炭素フラックスは219ton/day、堆積物として埋没するそれは115ton/day、湾口から太平洋に流出するそれは260ton/dayであることが明らかとなった。したがって、さしひき74ton/dayの炭素フラックスが、大気又は外洋からの無機炭素フラックスとして存在しているはずである。世界の沿岸海域の5%が東京湾と同程度に富栄養化して、東京湾と同じ程度の外洋への炭素フラックスを有し、残りの95%の沿岸海域から外洋への炭素フラックスが東京湾の1/3程度であると仮定すると、世界中の沿岸海域から外洋への炭素フラックスは1.12Gton/yearとなり、先述した"missing siuk"はほぼ説明できることになる。現在、この仮説の正否を確めるべく、大阪湾や東シナ海でも同様な研究を行って、沿岸海域から外洋域への炭素フラックスを定量的に明らかにしていこうとしている。
ノンコーディングRNA転写に共役する新規クロマチン制御機構の解明

私は、これまでに行っていた、分裂酵母の研究で長鎖ノンコーディングRNA(mlon)転写と共役した新規のクロマチン再編成機構を見いだし、mlonRNA転写の一般的働きとして、遺伝情報場の根幹をなすクロマチン構造を整える働きを提唱した(mlonRNA仮説)。京都大学へ異動後、ニワトリBリンパ球細胞を用いた研究で、自身の唱えたmlonRNA説を高等動物細胞に一般化することに挑戦している。本申請課題では、ニワトリ細胞における長鎖ノンコーディングRNA(mlonRNA)のクロマチン構造制御における働きを分子レベルで解析し、遺伝情報の発現・維持のメカニズムを解明することを目的としている。本研究は申請者が独自に発見した新規メカニズムの動物細胞への一般化であり、国際的に競争相手のない独自の領域であり、我が国のエピジェネティックス分野における研究を世界的レベルで競争しうる水準に押し上げるために重要である。今年度、ニワトリDT40細胞の免疫グロブリン遺伝子の組換え活性化のメカニズムを解析し、(1)組換え部位では、DNAの2重鎖切断ではなく、単鎖切断が組換えの起点となること、(2)クロマチンの構造を開かせる薬剤(TSA)で処理すると、組換えのドナー部位(上流偽遺伝子)でクロマチン構造が開き、その結果組換えが上昇する。(3)TSAでクロマチン構造が開くのに連動して、この領域にノンコーディングRNAの転写が見られることの3点を見いだしている。これらの結果から、ニワトリ免疫グロブリン遺伝子座の多様化において、ノンコーディングRNA(mlonRNA)転写時のRNAポリメラーゼのドナー領域における通過に伴ったクロマチン再編成によって、組換えが引き起こされ、開いたドナー部位を選択的に組換えのドナーとする組換えが高頻発する機構が浮かび上がってきた。これまでに申請者は、分裂酵母で、ノンコーディングRNA転写に共役し誘導される新規クロマチン再編成機構を見いだし、この機構が大規模な転写活性化や組換えの誘導に寄与していることを示してきた(Hirota et al. Nature 2008; Hirotaet al MBC 2008)。そこで、このクロマチン再編成機構が、高等動物細胞にも保存された機構なのか探ることを目的として、申請者は酵母と同様に遺伝子破壊などの操作が容易に実施可能なニワトリBリンパ球細胞DT40を用いて解析を行った。DT40のイムノグログリン遺伝子座で起こっている、ある種の遺伝子の組換え現象(ジーンコンバージョン)とクロマチン構造の関係につき解析する。本年の成果として、イムノグロブリン遺伝子転写物のうち、コーディング領域より3kb以上長い転写物2種を検出した。これらの長鎖RNAはイムノグロブリン遺伝子上流ノンコーディング領域を含むことが期待される。現在長鎖RNAの構造につき解析を行っている。さらに、クロマチンの構造とジーンコンバージョンの起点となるDNA上のキズ(単鎖切断か2本鎖切断)の関連につき解析を行うために、イムノグロブリン遺伝子座のDNA上のキズを検出するアッセイシステムを構築した。その結果、イムノグロブリン遺伝子座中のDNAのキズは単鎖切断であり、AID(デアミネース)酵素によって誘導されることを見いだした。今後、分裂酵母で見いだしているノンコーディングRNA転写に伴い誘導されるヒストンの修飾(アセチル化やメチル化)とクロマチン再編成および、イムノグロブリン遺伝子座での単鎖切断の誘導との関わりにつき解析する。
エジプト、テーベ・ネクロポリス岩窟墓群の保存管理に関する基礎的研究

近年、「貴族の墓」に代表されるテーベ・ネクロポリスの岩窟墓群を取り巻く環境が急激に変化し、遺跡が危機的な状況に陥っている。本研究では、この状況を改善するために、岩窟墓群の現状を把握し、この文化遺産に対し将来的に「危険を及ぼす要素」を明らかにすることを目的に現地調査を実施した。本研究は、保存管理基本計画の策定に向けた基礎的研究として位置づけられ、今後の同地域の遺産の保存に寄与することが期待される。エジプト、アラブ・共和国、首都カイロから約600キロ南に位置するルクソールのナイル川の東岸と西岸の遺跡群は、1979年の第3回世界遺産委員会ルクソール会議において、「古代テーベとそのネクロポリス」としてユネスコ世界遺産リストに登録された。この遺跡群は、エジプト文明最盛期の繁栄を証明する文化遺産としてその普遍的価値が認められ、とりわけ、同地域に残された古代エジプト中王国時代からコプト時代にかけての岩窟墓や神殿の壁画の美術的価値が評価されている。しかしながら、世界有数の観光地としての近年の観光客の増加に伴う遺跡劣化、都市の開発に伴う遺跡破壊や遺跡景観の変化など、この地でも様々な遺跡保存問題が表面化してきている。様々な遺跡保存問題がある中で、とりわけ、2007年以降、大きな問題となっているのが、ナイル川西岸のテーベ・ネクロポリスの岩窟墓群の上に古くから暮らしてきたクルナ村の住人の移住の問題である。2006年末からは、ブルドーザーによる住宅の取り壊しという大規模な撤去作業がおこなわれ、多くの住人が「ニュークルナ村」へ移住し、遺跡を取り巻く環境が著しく変化している。こうした状況を受けて、住居の取り壊しに伴う遺跡の現状を調査するため、2007年12月から2008年1月にかけて以下の項目で現地において緊急調査を実施した。(1)住宅の取り壊し状況と遺跡への影響の確認と記録のための調査、(2)「遺跡の将来に影響を及ぼす要素(リスクファクター)」を抽出、分類、定義するための調査、(3)岩窟墓における「遺跡の将来に影響を及ぼす要素(リスクファクター)」の危険度の調査、(4)ステイクホルダ(利害関係者)調査。2008年度も調査を継続し、保存管理計画作成のための基礎データとしたい。エジプト・アラブ共和国、のルクソール西岸に位置する遺跡群は、「古代テーべとそのネクロポリス」の一部として世界遺産リストにも登録され、エジプト文明最盛期の繁栄を証明するものとして顕著で普遍的な価値が認められ、特に同地域に残された岩窟墓分の壁画の美術的価値が評価されている。しかしながら、近年の観光客の増加、都市開発による影響など遺跡保存上の問題が表面化してきている。さまざまな問題がある中で、とりわけ大きな問題となっているのが、岩窟墓群の上に古くから暮らしてきたクルナ村の住人の移住と民家取り壊しの問題である。民家の取り壊しにより遺跡を取り巻く環境は著しく変化しており、これらの岩窟墓群の保存状態を把握するため調査を継続した。昨年度は、テーベ・ネクロポリスの11のエリアのうち「アル・コーカ地区」「シェイク・アブド・アル=クルナ地区」「アサシーフ地区」について昨年度は調査を実施したので、今年度は、「ドゥラ・アブ=ナーガ地区」「クルナット・ムライ地区」を中心にその状況の緊急調査を実施した。また、将来的な保存管理計画作成の基礎データとするため、「アル=コーカ地区」の岩窟墓内部および外部の計5地点で、1年間の自動計測をおこない、年間の温湿度変化のデータを取得した。国内では、現地で収集したデータに基づき、遺跡に将来を及ぼす要素の検討を継続し、ウェブ上での調査・研究成果の公開および情報発信に向けた作業を開始した。
環境の動態把握に関する基礎班

環境動態領域本年度研究班は、気圈部門6班、陸域部門13班、海域部門14班、都市域部門9班、物質循環部門9班で、全体で51研究班が組織された。この研究班組織の決定に伴い、本研究基礎班班員24名からなる環境動態領域委員会と部門代表を含む11名からなる環境動態領域小委員会を組織し、領域委員会2回、小委員会4回開催し、各研究グループの間の研究方針の検討・相互交流・総活・研究成果の評価・補足的な重点プロジェクト研究・過去10年間に渡って行われた動態領域における研究の取りまとめ等を行った。本年度の研究計画発表会並びに事務連絡会議を昭和61年7月12日諏訪、7月13日宇奈月において行った。この会議に於て本研究計画に関連した連絡・報告を行うと共に各研究方針の倹討、研究班相互の交流・連絡・調整をはかった。補足的重点プロジェクト研究の一環として、7月12日沖野氏(信大・臨湖研)より、長期に渡る諏訪湖の水質浄化と生物相の関係についての研究状況の解説があり、諏訪湖の見学調査を行った。また坂本氏(名大・水圈研)の案内で諏訪湖内に設けられたモデルシステムを実地に見学した。13日には黒部ダムの見学・調査も行った。年間の研究成果と過去10年間の環境動態領域研究の総括を含めた発表会を、昭和62年1月29日・30日に国立公害研究所にて行った。研究発表会では気圈4件、陸域4件、海域6件、都市域5件、循環4件の総括的研究報告及び特別講演1件、また各領域分科会において成果報告を28件行った。これは報告書として出版した(B-306)。また動態領域検討班「環境動態の不調・改善に関する展望と理念」(代表栗原康・班員14名)を昨年に引続き組織し、班会議を3回開催した。
第3回国際比較生理生化学会議をわが国における生物科学の発展に結びつける方策の検討

第3回国際比較生理生化学会議は,国際生物科学連合比較生理生化学部門加盟団体である日本比較生理生化学会が主催し,関連する諸学会等の協力を得て1991年8月25日から6日間,東京都立大学新キャンパス(八王子市)を会場として開催された。本研究班は,この国際会議の学術的成功を基礎にして,日本における比較生理生化学の今後の研究の発展を導くための方策の検討を行った。まず班員および研究協力者に対して,1)わが国の比較生理生化学の現状についての認識,2)個々の研究者の研究・教育環境の問題点,3)比較生理生化学関連分野の研究を振興するための具体的方策,などについてアンケ-ト調査を行った。つぎにこれらの問題点について2回の研究会を開いて討議した。わが国の比較生理生化学においては分野によって研究者が大変少ないなどの偏りが見られ,また,研究・教育環境にも問題がある。比較生理生化学の研究・教育を一層推進するにはさまざまな方策が考えられるが,わが国におけるこの分野の発展に中心的役割を担う日本比較生理生化学会の活動は極めて重要である。このため、毎年行われる大会の様式の検討・内容の充実を計る,各種の学術集会を開き,学会員のみならず関連分野の研究者との交流を計る,出版事業等を通して比較生理生化学のPRを計る,また,比較生理生化学分野の発展に関する問題を考える会を作り,継続的にこの問題について検討することが望まれる。本研究班による,比較生理生化学の研究と教育の現状分析ならびに比較生理生化学の発展への方策(案)は,提言の形で関係研究団体などに報告する予定である。
有機導体の熱電能測定

これまで詳細な熱電能の測定が行われていなかった、擬一次元有機導体において熱電能の温度依存性を調べることを目的とした。そして、熱電能という物理量がスピン密度波(SDW)の多相構造を明らかにする新たなプローブとなることを期待した。そこで、低温領域まで測定可能な熱電能測定クライオスタットを製作し、擬一次元有機導体TMTSF塩の熱電能の温度依存性の測定を試みた。1.熱電能測定システムの整備既に熱電能の温度依存性が知られている参照資料と、未知試料とで熱電対を形成し、その両端に適当な温度勾配を与えた際の起電力を計測し未知試料の熱電能を求めた。参照試料として鉛を用いた。クライオスタットは自作した。ガラス製ヘリウムデュワ-内に納められ、室温から4.2K、更に減圧により1.4Kまで連続的に降温可能である。未知試料として銅を用いて動作試験を行ったが、その熱電能の絶対値及び温度依存性は文献値とよい一致を示した。2.TMTSF塩の熱電能測定室温から1.4Kまでの温度領域で(TMTSF)_2ClO_4の熱電能を測定した。しかしながら、ノイズが大きく、再現性のあるデータは現在のところ得られていない。この原因は、参照試料の鉛と試料との接合部(熱電対の片端)にあると思われる。機械的接触により接合させているが、温度を変化させた際試料の熱収縮(膨張)等により接合が不安定になることが分かった。このため、圧電素子を用いて適当な応力を加えられるように現在改良を行っているところである。
格子QCDハドロン間相互作用によるエキゾチック・ハドロンの構造と生成の研究

近年の国内外の理論・実験研究において、チャームクォークを含むハドロンや原子核の存在の可否や、その構造に関して大きな注目を集めている。本研究ではチャームクォークを含む反D中間子と核子のハドロン間相互作用に関して、強い相互作用の第一原理計算である格子QCDを用いて計算を行い、解析を通して未知の原子核存在の可能性を調べた。チャームクォークは核子を構成するアップ、ダウンクォークに比べ非常に重く、このために、チャームクォークを含むハドロン、原子核では、アップ・ダウンクォークのカラー自由度による動力学が明らかにされると期待される。これまでのところ、反D中間子-核子相互作用の情報を実験から得ることは難しく、様々な現象論的模型による予言が存在しているが、それらによる物理量の予言値は様々であった。今年度の研究課題において、反D中間子-核子相互作用を、格子QCD計算によりパイ中間子質量が400-700MeVの領域において、同時刻南部-Bethe-Salpeter波動関数を計算し、ポテンシャルの形で導出した。この結果、反D中間子-核子間の相互作用は弱い引力であることが理解された。また、この相互作用は、QCDの散乱行列の情報を忠実に再現するものであり、これを用いて未知の原子核の可能性を探った。本研究では、得られた相互作用をアイソスピンに依存する相互作用と非依存の相互作用に分けた。この結果、アイソスピン非依存の相互作用は斥力であることが理解された。この結果は、核子数を大きくすればする程、反D中間子が束縛しにくいことを意味する。一方、アイソスピン依存の相互作用は、正符号を持つため、核子のアイソスピンが大きくなればなる程、束縛し易くなる。結果、反D中間子は、中性子過剰な少数核子系に束縛する可能性があると理解された。今年度、研究計画通りの進展が見られた。本年度得た反D中間子-核子相互作用を用いて、少数原子核系での反D中間子束縛の可能性を、少数系精密計算法を利用し調べて行く。また、我々が格子QCDで計算する同時刻南部-Bethe-Salpeter波動関数はQCDの散乱行列(S行列)の情報を持っており、S行列に忠実に相互作用を導きだすことができる。そのため、我々の求めた相互作用は散乱理論に忠実なものとなる。このことを利用して、実験で考え得る生成反応断面積の計算を行い、実験ができる可能性も探る。また、物理的なクォーク質量での計算も進める。近年、国内外の理論・実験からチャームクォークを含むハドロン分光や原子核の存在の可否に関して注目を集めている。本研究ではチャーム・クォークを含むようなハドロンに関して、強い相互作用の第一原理計算である格子QCDを用いてハドロン間相互作用の導出を行い、未知の原子核存在の可能性を議論した。チャームクォークは核子を構成するアップ、ダウンクォークに比べ約500倍程も重い。このため、チャームクォークを含むハドロン、原子核では、アップ、ダウンクォークのカラー自由度による動力学が明らかにされると期待される。今年度、1つのチャームクォークを含むハドロンの中で、基底状態であるD中間子ならびにLambda_cバリオンと核子間の相互作用を導出した。これらの相互作用の情報は実験からの直接理解は難しく、様々な現象論的模型がこれまで存在したが、それらによる物理量の予言値はバラバラであった。本研究課題では第一原理計算によりこれらの相互作用を、同時刻南部-Bethe-Salpeter波動関数を計算し、ポテンシャルの形で導出した。この結果、D中間子-核子、Lambda_cバリオン-核子間の相互作用は弱い引力であることが理解された。本研究では、その第一歩として格子QCDの相互作用をそのまま用いて、foldingポテンシャルの形で原子核系へ応用した。その結果、Lambda_cバリオンについては、核子数が約10以上において原子核が存在する可能性を示した。今年度は研究計画通りに進行した。

この結果、アイソスピン非依存の相互作用は斥力であることが理解された。この結果は、核子数を大きくすればする程、反D中間子が束縛しにくいことを意味する。一方、アイソスピン依存の相互作用は、正符号を持つため、核子のアイソスピンが大きくなればなる程、束縛し易くなる。結果、反D中間子は、中性子過剰な少数核子系に束縛する可能性があると理解された。今年度、研究計画通りの進展が見られた。D中間子およびLambda_cバリオンを含むような原子核生成実験がJ-PARC等の加速器研究施設において考えられている。これらの実験計画にそった形で理論の予言を与えることは当該分野における最重要課題である。特に、実験で重要となるのは、D中間子およびLambda_c原子核の生成断面積である。今後は、これらの生成に関する情報を含むような理論的計算を中心に行って行きたいと考えている。特に、我々が格子QCDで計算する同時刻南部-Bethe-Salpeter波動関数はQCDの散乱行列(S行列)の情報を持っており、S行列に忠実に相互作用を導きだすことができる。そのため、我々の求めた相互作用は散乱理論に忠実なものとなる。この事実を利用して、実験で考え得る生成反応断面積の計算を行う予定である。本年度得た反D中間子-核子相互作用を用いて、少数原子核系での反D中間子束縛の可能性を、少数系精密計算法を利用し調べて行く。また、我々が格子QCDで計算する同時刻南部-Bethe-Salpeter波動関数はQCDの散乱行列(S行列)の情報を持っており、S行列に忠実に相互作用を導きだすことができる。このことを利用して、実験で考え得る生成反応断面積の計算を行い、実験ができる可能性も探る。また、物理的なクォーク質量での計算も進める。研究は現在円滑に進んでおり、来年度も国内のスーパーコンピュータセンターを利用し約30-50TB相当のデータの保存が必要となる予定であり、これは当初の研究計画より約20-30TB大きい計算である。このデータを保存するために、差額分を利用する。
心血管ホルモンによるミトコンドリアを介した酸素利用制御の病態生理学的意義の解明

申請者はこれまでの検討で、血管拡張/収縮による酸素供給の制御がその本質であると考えられてきた心血管ホルモンが、酸素を利用する臓器である骨格筋のミトコンドリア制御を介してエネルギー代謝を調節することを明らかにしてきた。本研究では内分泌因子のミトコンドリア作用の治療応用を目指し、高齢者や腎不全患者の身体能力低下におけるミトコンドリアならびに内分泌因子の意義を検討した。加齢や腎不全による身体能力およびエネルギー代謝の低下に、骨格筋量の減少に加えミトコンドリア機能不全が密接に関与していることを見出し、また、摂食を促す消化管ホルモンであるグレリンの補償が、加齢に伴う身体能力低下の改善に有効であることを明らかにした。ミトコンドリアはエネルギー代謝の主たる場であり、その機能不全はメタボリックシンドロームなどの代謝障害に直結する。申請者は、これまで血管トーヌス調節により酸素供給を制御すると考えられていた心血管ホルモンが、骨格筋など末梢酸素利用臓器において、ミトコンドリアを制御することを見出し、そのことが酸素利用の調節と、肥満・糖尿病発症にも関与することを明らかにした。これまでの検討で、加齢マウスにおいては骨格筋量のみならずミトコンドリア量が減少することを確認した。高齢者の筋肉量低下を予防する目的で推奨される高蛋白食が、筋肉量と筋力の維持には寄与するものの、ミトコンドリア生合成とミトコンドリア電子伝達活性を抑制し、持久力をむしろ低下させることを見出した。したがって加齢に伴う筋力・持久力低下の双方を高蛋白食により改善することは容易ではなかった。そこで本年度の研究で、加齢に伴い血中濃度が低下する内分泌因子の補償による、高齢マウスの身体能力改善を検討したところ、GH/IGF1の分泌を介して筋肉量制御にも関与する、消化管ホルモンであるグレリンの投与により、骨格筋量と骨格筋ミトコンドリアの双方が増加して、筋量と持久力が改善することを見出した。一方、グレリンの受容体であるGHSRを全身で欠損したGHSR-KOマウスは、一見大きな異常を認めないものの、骨格筋量と骨格筋ミトコンドリアが減少し、持久力が大きく低下していた。GHSR-KOマウスにおいて骨格筋量が減少するメカニズムとして、蛋白合成を促進する分子であるS6K1の活性低下を、骨格筋ミトコンドリアが減少するメカニズムとして、ミトコンドリア生合成制御因子である、PGC1αの発現低下を見出した。以上の結果より加齢に伴う身体能力低下において、消化管ホルモングレリンの投与は有用であり、筋力のみならず持久力も同時に改善すると考えられた。申請者はこれまでもミトコンドリア機能不全を基盤とした病態における心血管ホルモンの応用を目指した検討を続けてきた。本年度は加齢による骨格筋の変化、すなわち骨格筋加齢におけるミトコンドリア機能不全の意義の解明ならびに、骨格筋加齢が身体能力およびエネルギー代謝に与える影響を検討した。8、20、50、100週齢のマウスを用いて骨格筋量や身体能力、耐糖能、骨格筋単離ミトコンドリア活性の評価を行った。骨格筋量は20週齢で最も多く、20週齢以降加齢と共に減少した。マウス握力測定計を用いて評価した筋力も、骨格筋量と同様に20週齢で最も強く、20週齢以降加齢と共に低下した。マウストレッドミルにて評価した持久力は8週齢以降加齢と共に連続的に低下した。糖負荷試験およびインスリン負荷試験により評価した耐糖能も加齢と共に低下した。骨格筋量制御の主要因子であるTORC1 (target of rapamycin complex1)活性を評価したところ、20週齢以降TORC1活性は有意に低下しており、筋量の時間的経過と並行していた。骨格筋からミトコンドリアを単離して評価したミトコンドリア活性は持久力と同様に8週齢以降加齢と共に連続的に低下した。ミトコンドリア制御の主要因子であるAMPK活性はミトコンドリア機能と同様に8週齢以降連続的に低下した。以上より、加齢に伴うTORC1の活性低下が筋量の減少を、AMPK活性の低下がミトコンドリア機能障害を惹起していると考えられた。また、持久力および耐糖能の悪化には骨格筋量のみならず骨格筋ミトコンドリア機能の低下も密接に関与していることが示唆された。これらの研究成果は骨格筋加齢の予防および治療において骨格筋量の維持のみならず、骨格筋ミトコンドリア機能の重要性を示した点で非常に意義深いものと考えられる。当初予定していた実験の大半を行い、一定の結果および知見を得られた。本年度は、8週齢から100週齢までの各週齢マウスを用いた検討で、加齢に伴うTORC1活性の低下が骨格筋量減少を、AMPK活性の低下がミトコンドリア機能障害を惹起している可能性を示した。

長期間の高蛋白食投与による検討で、長期の高蛋白食投与による慢性的なTORC1活性化がAMPKの抑制を介して骨格筋ミトコンドリア機能障害を惹起し、持久力低下や耐糖能悪化の原因となる可能性を示した。骨格筋ミトコンドリア機能が加齢による身体能力の低下およびエネルギー代謝の低下に密接に関与している可能性を示し、骨格筋加齢治療にミトコンドリア機能維持が重要である可能性を見いだせた点は、今後の研究の展開にも非常に有意義であると考えている。骨格筋ミトコンドリア機能制御における骨格筋量制御因子TORC1の意義を検討するため、TORC1の選択的阻害剤であるラパマイシンの投与実験をマウスを用いて行う。TORC1シグナルを制御することが知られている内分泌因子であるIGF1やグレリンが、加齢筋の骨格筋量,筋力,ミトコンドリア活性,持久力および耐糖能に与える作用を検討する。血管トーヌス制御に関与する心血管ホルモンが骨格筋加齢に与える影響も検討する。消耗品ならびにマウス飼育費に充当する。
構造的失業を考慮した世代重複モデルによる年金制度改正の分析

世代重複モデル等の長期経済成長モデルは、完全雇用を前提として分析を進めるのが一般的である。しかし、実際の経済では、完全雇用は達成されることはなく、ある程度の失業が存在する。マクロ経済レベルの失業の原因として、一つは雇用側と労働側のミスマッチなど、いわゆる「摩擦的失業」がある。もう一つは、賃金が完全雇用の水準まで低下しない(スムーズに調整されない)ことによる「待機失業」である。長期的に見れば、価格(この場合、賃金)はスムーズに調整されるため、「待機失業」は解消されると考えられる。ところが、長期的にも賃金が下がらない、または、スムーズには下がらないとする考え方がある。それらの基礎となる考え方は、「労働組合の交渉モデル」や「効率賃金仮説」と呼ばれるものである。このような場合、「待機失業」も常に存在することになる。このような長期的な賃金の下方硬直性も経済の構造とみなし、「構造的失業」とした。前年に引き続き、「労働組合の交渉モデル」や「効率賃金仮説」を、長期経済成長モデルの枠組みに取り入れ、分析を行っている先行研究を収集し、まとめた。そして本学の紀要、「産業総合研究」に発表した。世代重複モデルの枠組みで、「労働組合の交渉」を導入し、賦課方式年金の理論的分析を行っているものは見られたが、「効率賃金仮説」を導入し、同様の分析を行っているものは、確認した中には見られなかった。したがって、今後の課題としては、この方向で理論分析および数値シミュレーション分析を行うことを考えている。また、「効率賃金仮説」を用いたモデルにも、努力関数の設定や、雇用側と労働側の情報の非対称性の状態などにより、いくつか異なったアプローチがあるので、それぞれについても比較分析を行う予定である。本年度は、失業を含む新古典派型成長モデル、特に世代重複モデルについて関連文献を調査した。多くの新古典派型成長モデルは完全雇用を仮定しているため、人口成長・技術成長に伴い経済が成長していく。その枠組みの中で、賦課方式年金問題を分析すると、主に人口構造の変化が経済に与える影響に焦点を当てることになる。ところが近年の年金問題は、単に人口構造の変化による財源不足だけでなく、長期不況に起因する保険料収入の減少や、国民年金の未納なども一つの要因となっていると考えられる。したがって、年金問題を経済モデルを用いて分析する際には、失業をモデル内に取り込む必要があると考えた。文献を調査した結果、効率賃金の理論や労働組合の交渉理論などの「構造的失業」を取り入れた世代重複モデルが存在し、そのうちのいくつかは年金分析にも用いられていることが分かった。しかし、二世代重複モデルのような、ライフサイクルをあまりにも単純に分割してしまっているモデルの場合、労働期間に失業しているということが非常に扱いにくい。したがって、多世代モデルの分析も進める必要がある。また同時に、失業補償などの別の社会保障政策との関わり合いも考えねばならない。今後は、この「構造的失業」を取り入れたモデルを用いて、賦課方式年金の理論分析を進めていく予定である。また、コンピュータを用いた数値シミュレーションに関する文献調査も進めた。ライフサイクルを多期間に分割し、同時点に多くの世代が存在する一般均衡型多世代重複モデルを、コンピュータを用いた数値シミュレーションにより行う年金分析は、多くの先行研究が存在する。この分析手法は、年金制度の変更の影響が、具体的な数値として得られるのが特徴である。ところが、失業を伴った年金分析のシミュレーションモデルは、今のところ見受けられなかった。したがって、今後この研究を続けることにより、新しい知見が得られるものと期待できる。
DNA公開鍵暗号

RSA暗号等の現代公開鍵暗号の安全性は、巨大数の素因数分解が困難であることを基礎として、秘密鍵からの公開鍵生成→公開鍵による暗号化→秘密鍵による復号化に高い一方向性があることによって保障されている。一方で、理論的には量子コンピュータが素因数分解を高速に行えることが示されており(Shorの定理)、我々は非ノイマン型コンピュータ時代の新しい公開鍵暗号システムを考える必要がある。本研究では、物理空間における複雑性の高いDNA分子群の「空間的拘束を保った不可逆な切断」を基礎とした新たな公開鍵暗号システムBSGが、あらゆる計測技術、計算機の介入による情報の窃盗に対して極めて頑健であることを提案する。BSG暗号では、情報の受信者はDNAバーコード二つが連結されたものを大量に合成し、この連結DNAバーコード群の情報を秘密鍵とする。次に、それぞれをコンテナ内に包埋し、コンテナ内で連結DNAバーコードが切断されるような反応後、この連結バーコードが切断されたコンテナ群を公開鍵とする。情報の送信者は公開鍵を受け取り、ランダムにコンテナを1つ選び、ここに包埋されていた切断バーコードペアをDNAシークエンシングによって解読する。一つは平文の暗号化キーとして利用され、もう一つは暗号文とともにワンタイムパスワードとして受信者に送信される。受信者はバーコードの組合せ情報を秘密鍵として持つため、ワンタイムパスワードに対応する暗号化キーを知ることができ、暗号文を安全に復号できる。本年度は、その有効性を実証するものであるが本年度は以下の項目について進めた:Aim 1:コンテナ型BSG暗号システムの概念実証実験Aim1:コンテナ型BSG暗号システムの概念実証実験酵母細胞と部位特異的DNA組換酵素反応を用いてBSG暗号システムの概念証明実験を進めた。これを実現するためのバックボーンDNAベクターの構築を行い、このDNAベクターに連結DNAバーコードがを搭載したものについて複雑性の高いDNAライブラリーが構築可能であることを示した。さらにこれをクローン化した数例について酵母細胞内で部位特異的DNA組換酵素Creの誘導発現依存的に不可逆な連結DNAバーコードの切断が引き起こせることを示した。細胞等を利用したコンテナ型BSG暗号における公開鍵の全体観測性は現代技術に対しては十分に低いものが実現できると考えるが、完全ではない。また細胞を利用するという点において実用化のハードルが高い。これまでに連結バーコードを持つ環状DNAベクター分子が試験管内においてもCreによって分断できることを確認した。2つに分断された環状DNAは分子量が小さくなるため、反応が電気泳動によって確認できる。しかしながら、これはDNA分子が空間的に完全に分離されたときのみである。DNA分子は通常溶液中では多様な構造を取り、ここにはスーパーコイル構造と呼ばれるもの等、複雑にねじれたものが含まれる。これまでに、環状DNA分子がねじれたまま、DNA組換え酵素による分断反応に至ると、理論的には分断された一つの環状DNA分子がもう一つの環状DNA分子の環の中を通過し、空間的に分離されないことを発見した。これに関連して環状DNAチェーンを精製できるような新しいバックボーンDNAベクターの構築および、環状DNAチェーン構造の形成を触媒できるようなCre改変体Cre111についてクローニングを進めた。Aim 1について、実際にDNAマイクロチップを用いた超並列DNA合成によって複雑な連結DNAバーコードライブラリーを合成し、酵母細胞を用いた系についてBSG暗号システムの概念実証を行う。具体的に、連結DNAバーコードライブラリーを酵母細胞集団に導入、DNA組換え酵素によって全ての細胞それぞれにおいて不可逆に各DNAバーコードペアを切り離し、この細胞集団を公開鍵とする。これを公開鍵として受け取った情報送信者が選択培地にその一部を塗布し、形成されたコロニーから1つをランダムに採取することで、1つのDNAバーコードペアの情報をDNAシークエンシングによって解読、暗号送信を行い、複合するという一連のプロセスをデモンストレーションする。Aim 2について、昨年度までに作成したバックボーンDNAベクターおよびCre111変異体などを用いて、効率的に環状DNAチェーン構造の不可逆な作成と精製が可能か検討実験を進め、これの実用可能性について見極める。以上の結果までをまとめて国際論文誌に新しいDNAを用いた公開鍵暗号手法として報告する。

本年度は、その有効性を実証するものであるが本年度は以下の項目について進めた:Aim 1:コンテナ型BSG暗号システムの概念実証実験Aim1:コンテナ型BSG暗号システムの概念実証実験酵母細胞と部位特異的DNA組換酵素反応を用いてBSG暗号システムの概念証明実験を進めた。これを実現するためのバックボーンDNAベクターの構築を行い、このDNAベクターに連結DNAバーコードがを搭載したものについて複雑性の高いDNAライブラリーが構築可能であることを示した。さらにこれをクローン化した数例について酵母細胞内で部位特異的DNA組換酵素Creの誘導発現依存的に不可逆な連結DNAバーコードの切断が引き起こせることを示した。細胞等を利用したコンテナ型BSG暗号における公開鍵の全体観測性は現代技術に対しては十分に低いものが実現できると考えるが、完全ではない。また細胞を利用するという点において実用化のハードルが高い。これまでに連結バーコードを持つ環状DNAベクター分子が試験管内においてもCreによって分断できることを確認した。2つに分断された環状DNAは分子量が小さくなるため、反応が電気泳動によって確認できる。しかしながら、これはDNA分子が空間的に完全に分離されたときのみである。DNA分子は通常溶液中では多様な構造を取り、ここにはスーパーコイル構造と呼ばれるもの等、複雑にねじれたものが含まれる。これまでに、環状DNA分子がねじれたまま、DNA組換え酵素による分断反応に至ると、理論的には分断された一つの環状DNA分子がもう一つの環状DNA分子の環の中を通過し、空間的に分離されないことを発見した。これに関連して環状DNAチェーンを精製できるような新しいバックボーンDNAベクターの構築および、環状DNAチェーン構造の形成を触媒できるようなCre改変体Cre111についてクローニングを進めた。Aim 1について、実際にDNAマイクロチップを用いた超並列DNA合成によって複雑な連結DNAバーコードライブラリーを合成し、酵母細胞を用いた系についてBSG暗号システムの概念実証を行う。具体的に、連結DNAバーコードライブラリーを酵母細胞集団に導入、DNA組換え酵素によって全ての細胞それぞれにおいて不可逆に各DNAバーコードペアを切り離し、この細胞集団を公開鍵とする。これを公開鍵として受け取った情報送信者が選択培地にその一部を塗布し、形成されたコロニーから1つをランダムに採取することで、1つのDNAバーコードペアの情報をDNAシークエンシングによって解読、暗号送信を行い、複合するという一連のプロセスをデモンストレーションする。
抗がん剤投与による末梢神経障害の緩和を目的とした皮膚貼付型ハイドロゲルの開発

抗がん剤投与による末梢神経障害は患者のQOL低下の原因となっている。そこで本研究では、適用方法が簡便な経皮吸収型製剤に着目し、電子線架橋によるハイドロゲルの調製と評価を行ない、経皮吸収型製剤としての可能性について検討した。種々の濃度のメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒプロメロースの各種水溶液に電子線を種々の線量で照射したところ、ハイドロゲルの形成が認められた。ハイドロゲルのゲル分率は、照射線量の増加に伴い、増加した。末梢神経障害治療薬であるトラマドール塩酸塩を含有するハイドロゲルを調製したところ、ゲルの物性に応じた放出挙動を示し、薬物担体としての可能性が示唆された。本研究は抗がん剤投与により引き起こされる末梢神経障害を緩解する皮膚貼付型ハイドロゲル製剤を水溶性高分子に電子線を照射して得られるハイドロゲルを薬物担体として調製する事を目的としている。平成24年度はメチルセルロース(MC)、ヒプロメロース(HPMC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)を基剤とするハイドロゲルを種々の電子線照射量により調製した。その結果、ゲル分率は照射線量の増加に伴い10kGyで急激に増加し、その後30kGyでほぼ一定となった。これらのゲルの膨潤度を検討したところ、照射線量の増加に伴い減少した。これは照射により橋架け構造が密になり、ゲルの構造もより強固な構造を呈した為と考えられる。これらハイドロゲルのゲル強度を平成24年度に物品として購入したレオメーターを用いて測定したところ、上記物性を反映し、照射量の多い、ゲルはより高い破断強度を示した。照射線量の低いハイドロゲルはそのままでは流動性が高く、取り扱いにくい性状を呈したが、袋状のメッシュ内に導入する事により漏出も観察されなくなり、高い吸水膨潤挙動を示した。一方、照射線量の高いハイドロゲルは吸水膨潤能には限界が観察されたが、そのまま手で取り扱いが可能であった。これらの結果から、照射量の高低に応じて得られる物性を利用し、患部の様々な状況において利用可能な性状を呈する事ができるものと考えられた。【研究目的】がん化学療法において末梢神経障害は手足のしびれ感、痛み、感覚が鈍くなるなどの症状を示し、程度によっては薬剤の変更、化学療法の中断を余儀なくさせることから、がん患者が早期に治療を中止する最も多い理由となっている。抗がん剤投与により引き起こされる末梢神経障害には対症療法としてケタミン、ガバペンチン、サルポグレラートなどを経口投与するが、これらの医薬品は苦味・不快味を有し、患者の医薬品服用への意欲を低下させる原因となっており、経口投与に替わる投与形態が望まれている。本研究では、患部に直接医薬品を適用する貼付剤の開発を目的とし、水溶性の高分子溶液にγ線を照射することにより、有機溶媒を用いず、高分子間を橋架けして薬物担体とした「末梢神経障害治癒効果を有する医薬品を放出する機能を持つ外用剤(皮膚貼付型ハイドロゲル)」を新規に調製し、実用化に向けた製剤学的検討を行った。【方法】ハイドロゲルの調製は、メチルセルロース(MC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)の各種水溶液に電子線を種々の線量で照射した。ゲル分率の測定、膨潤度の測定、強度の測定、付着力の測定、吸水量の測定、ニトロセルロース膜を用いたフランツ拡散セルによる薬物放出量の測定により、ハイドロゲルの物性を評価した。【結果・考察】MC、HPC、HPMC各種水溶液への電子線照射により、ハイドロゲル形成が認められた。ハイドロゲルのゲル分率は、照射線量の増加に伴い増加した。膨潤度は照射線量の増加に伴い減少し、膨潤度の増加とともにゲル強度は低下する傾向を示した。また、いずれの条件で調製したゲルも約1時間で急激に吸水する事が明らかになった。以上の結果より、電子線照射により調製したハイドロゲルは様々な物性を示し、特に、その吸水膨潤挙動から、薬物担体へ応用可能であると考えられた。本研究で研究代表者は皮膚貼付型製剤の開発を目的として、増粘多糖類であるイオタカラギーナン(ι-CG)と熱可塑性水溶性高分子であるポリエチレンオキサイド(PEO)を種々の比率で混合した溶液にガンマ線を照射し、ハイドロゲルの調製を試み、得られた試料の物理化学的性質について検討した。PEOとιー

CGの混合物にガンマ線を照射することにより全質均等なハイドロゲルを形成することが明らかになった。ハイドロゲルの強度をクリープメーターにより評価したところ、ガンマ線照射量の増加に伴い高い値を示し、ガンマ線がPEO分子鎖間を強固に架橋するものと考えられた。一方、ZnCl2添加量の増加に伴いゲル強度は低下した。「ハイドロゲルを一端乾燥してキセロゲルとし、再度水分を吸収させる」ことを繰り返し、ハイドロゲルの吸水膨潤挙動を検討したところ、低い照射線量のハイドロゲルは高い吸水能を有することが明らかになった。ハイドロゲルからのZnCl2の放出挙動を検討したところ、ZnCl2添加量およびガンマ線照射量に依存せず、同様な放出挙動を示した。PEOとι-CG混合物のガンマ線照射によるハイドロゲル形成は本研究により初めて見出された現象で有り、さらに種々の水溶性高分子を組み合わせることにより新しい機能を有するハイドロゲル形成が期待できる。また、乾燥ー吸水膨潤挙動の検討より、末梢性神経障害の治療に用いられる医薬品を実際にハイドロゲルに導入する際の基礎データを得ることができた。前年度試作したポリエチレンオキサイド-ι-カラギーナン混合物からなるハイドロゲルは(吸水膨潤-乾燥)実験を繰り返すと未半応のιーカラギーナンが流失す事が明らかになり、新たな水溶性高分子の探索が必要となったが、本年度はMC、HPMC、HPCなどの水溶性高分子でハイドロゲルが形成される事が明らかになり、ジエンンドに置ける薬品の導入に向けての基礎データを得る事ができたという点で「おおむね順調に進展している」と自己評価した。今年度はモデル薬物としてガンマ線照射前からZnCl2を含有させたが、ハイドロゲルの吸水膨潤挙動の検討から、ハイドロゲル形成後に医薬品を導入可能であることが示唆されたことから、本課題の目的である末梢神経障害の治療に使用される医薬品を実際に導入したハイドロゲルの調製および物性検討を行う基礎データが得られたという点で概ね順調に進展していると自己評価した。【ハイドロゲルへの医薬品の導入】本研究では当初ケタミン、ガバペンチンなどをハイドロゲル中に導入する予定であったが、近年、塩酸サルポグレラート(SPG)、トラマドールなど、末梢神経障害改善効果、鎮痛効果が高い医薬品が着目されている。そこで、本年度はこれらの医薬品のハイドロゲル中への導入を検討し、in vitroにおける放出挙動について検討する。【Franz'sセルを用いたゲル中医薬品の皮膚透過性の検討】上記で得られた医薬品含有ハイドロゲルから放出された医薬品の皮膚透過性を検討する為、ヒト再生表皮を購入し、薬物のハイドロゲルからの放出を検討する。【医薬品含有ハイドロゲルの臨床評価】医薬品含有ハイドロゲルの臨床応用について山梨大学医学部倫理委員会に諮り、承認を得る.抗がん剤投与により末梢神経障害を発症している患者で、山梨大学緩和ケアチームにより治療の必要ありと診断された患者について、医薬品含有ハイドロゲルを貼付し、鎮痛効果を評価する。投与にあたり、患者には本臨床試験について充分に説明し、文書による同意が得られた患者に対して実施する。【ハイドロゲルへの医薬品の導入】
哺乳類における膜電位依存的イノシトールリン脂質シグナルの生理的役割の解明

マウスVSPの分子特性をホヤVSPとのキメラ生成により解析し、基質特異性が従来知られてきたVSPの酵素特性と類似することを明らかにした。精子からのwestern blot解析から一次構造から予測されるマウスVSPの長さより50kD程度バンドのサイズが大きいことから翻訳後修飾が生じている可能性が考えられ、哺乳類のVSPがこれまで全長タンパク質で発現系での機能発現が成功しない理由として哺乳類精子固有の翻訳後修飾が関わっている可能性が示唆された。VSPノックアウトマウス由来の精子からパッチクランプ計測を行い、CatSper電流には差が見られず、またPMCAの阻害剤存在下でも細胞内Ca2+濃度の大きさに差が見られたことから、capacitationに伴うCa2+シグナルがVSPノックアウトマウスで野生型マウスに比して増強している原因にはCatSperとPMCAは直接関わっていないと考えられた。また研究分担者西澤博士と連携し計算化学的手法による解析を行い、哺乳類VSPとホヤVSPに共通に保存される膜相互作用部位が酵素ドメインの膜との近接化を促進することで酵素活性を増強する仕組みを明らかにした。今年度の解析では精子からのパッチクランプ計測とCa2+イメージング計測を積極的に進め、CatSperとPMCAの関与が考えにくいことが判明したため、今後ターゲット分子をK+チャネルに狭めることが可能になった。また精子からのパッチクランプ計測が安定して記録が可能になったことで阻害剤を用いた電流計測も今後可能になると期待される。精子でのVSPの局在部位を明確にするべくタグ配列をノックインしたマウスを作成する。ターゲット分子として精子特異的K+チャネルであるSlo3に注目し、阻害剤やPIP2抗体などを用いた精子からのパッチクランプ計測を行って、野生型マウスとVSPノックアウトマウスでのSlo3チャネル活性の定量比較を行う。また質量分析によるイノシトールリン脂質の定量解析を継続し、PIP2の量の変化とチャネル活性との関係を明らかにする。1.発現系細胞を用いたマウスVSPの分子特性の解析:マウスVSPの分子特性を明らかにする目的で、S1-S3がCi-VSPで、S4-酵素領域がm-VSPのキメラ体を作成し、cRNAをアフリカツメガエル卵母細胞に発現させ、PLC-delta-PHD-GFPおよびKirチャネルを用いた電位依存性酵素活性の定量を行った。膜電位依存的酵素活性が確認されたことから、電位センサーの膜電位感知に重要なS4とリンカー部、酵素領域をカバーするほとんどの分子構造が、従来知られてきたVSPの膜電位依存的酵素活性特性をもつことが明らかになった。2.野生型マウスとノックアウトマウスの精子での細胞内Ca、pHの蛍光測定:蛍光指示薬を用いた細胞内Ca濃度計測により、精子尾部においてノックアウトマウス由来精子のほうが細胞内Ca2+濃度の上昇が顕著であることが明らかになった。pH感受性蛍光指示薬であるBCECFを用いた計測では細胞内pHには差が見られなかった。3.精子のパッチクランプ法での計測によるCatSperおよびSlo3電流の計測:パッチクランプ法によりCatSper電流を比較したところ、正常マウスとノックアウトマウスでは電流量に大きな差が見られなかった。Slo3電流についても計測したところ集団内での電流量のばらつきが大きく有意差が明確でなかった。両方のイオンチャネルについて今後更なる条件の検討を行う必要がある。4.CatSperの発現系での電流解析:ホヤ由来CatSper3が電位センサー領域のみでCa2+電流を示すことが判明し、マウス由来Catsper3について同様な解析を行ったところCa2+電流活性をもつことが明らかになった。5.精子からの膜電位計測を目指した手法の構築:遺伝子コード可能な膜電位プローブとしてmerm2を発現系細胞以外の細胞での膜電位計測が可能かを検討するため、血球系細胞のRaw細胞にmerm2を発現する安定株を構築した。高カリウム溶液刺激によりFRETシグナルの変化を認めることに成功した。ノックアウトマウスと野生型マウスの精子間で細胞内Ca2+濃度上昇の仕方に大きな相違があり、一方細胞内pHには大きな相違が見られないことから、具体的なVSPの下流にある分子機構の対象の絞り込みが可能となった。また、これまで発現系細胞系でのm-VSPの分子特性の解析が大きく遅れてきたが、S1-S3までをCi-VSPの構造を用いることによって、重要な分子特性がm-VSPにおいて保存されていることが明らかになったことの意味も大きい。これにより膜電位依存的にPIP2を減少させる役割が、精子においての役割であるという研究の主軸が確認されたことになる。