hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Golginによるグリコサミノグリカン生合成調節機構と遺伝性骨・皮膚疾患との関連

本研究ではGolginファミリータンパク質によるグリコサミノグリカン(GAG)の生合成調節機構とGolginやGAG生合成酵素の変異による遺伝性骨・皮膚疾患における発症メカニズムの解明を目的とする。今年度は、Notch受容体上の糖側鎖(-Fuc-GlcNAc-Gal-Sia; Fuc、GlcNAc、Gal、Siaはそれぞれ、フコース、N-アセチルグルコサミン、ガラクトース、シアル酸を示す)の生合成過程におけるGlcNAc残基の付加に関与しているLunatic Fringe (LFNG)の複合ヘテロ接合変異(p.Leu156Arg/p.Arg286Trp、p.Lys124Asnfs*/p.Asp201Asn)を持つ2人の日本人脊椎肋骨異骨症患者を見出した。脊椎肋骨異骨症は、肋骨の融合や欠損、椎骨の多発性分節異常に起因する融合や欠損などを特徴とする骨系統疾患である。患者では短勁、短体幹、側弯、胸郭不全、重篤な側弯症および多発性の椎骨形成異常を示した。野生型LFNGと比較して、変異型LFNG(LFNG-p.Leu156Arg, -p.Arg286Trp, -p.Asp201Asn)はGlcNAc転移酵素活性が顕著に低下していた。これらの知見から、患者ではLFNG変異によって糖転移活性が低下し、糖側鎖(-Fuc-GlcNAc-Gal-Sia)の合成異常を引き起こし、その結果、脊椎肋骨異骨症を発症すると推察された。したがって、LFNGあるいは-Fuc-GlcNAc-Gal-Sia糖鎖が椎骨の発達に必要であることが示された。しかしながら、LFNGの役割や-Fuc-GlcNAc-Gal-Sia側鎖の機能には不明な点が多い。今後、患者由来の細胞を用いた機能解析が必要であろう。これらの成果を踏まえ、国際誌に原著論文3報を発表し、学会での発表を19回行った。グリコサミノグリカンの生合成不全により、骨系統疾患および皮膚疾患が発症する(Mizumoto et al., J Biol Chem 2013)。さらに、糖鎖の合成の場であるゴルジ体の機能の調節を担うGolginファミリーの異常によっても、同様の骨系統・皮膚が引き起こされることが明らかになりつつある。しかしながら、Golginによるグリコサミノグリカン合成の調節機構は不明な点が多い。そこで、本研究ではGolginファミリータンパク質によるグリコサミノグリカンの小胞輸送の制御機構とGolginの変異による遺伝性骨・皮膚疾患について解明することを目的とする。今年度は、グリコサミノグリカンの生合成にかかわる糖転移酵素であるGlcAT-IとCSGalNAcT-1の変異によって、それぞれ多発性骨折症と結合組織の脆弱性を伴う骨格異常症を発症することを見出した。これらの変異によって、糖転移活性が減少し、患者由来の細胞においては糖鎖の合成量も減少していることを見出した。また、デルマタン硫酸の欠損に起因するエーラス・ダンロス症候群の尿を用いた確定診断法を開発した。尿からデルマタン硫酸を含む画分を精製し、酵素法および陰イオン交換クロマトグラフィーによって、デルマタン硫酸の定量を行うことで診断を可能にした。またGolginタンパク質の変異により、デルマタン硫酸の生合成が低下し、皮膚疾患を引き起こすことも見出した。これらの成果を踏まえ、国際誌に原著論文5報、総説2報、紀要1報を発表し、学会での発表を9回行った。当初の計画以上に進展している理由としては、研究計画書に記載した内容に沿って概ね遂行できており、さらに予想以上の成果が得られ、国際誌5報の原著論文の発表に至っているからである。内容としては、1)皮膚疾患に関わるゴルジ体タンパク質の同定、2)プロテオミクスによるタンパク質同定の構築、3)グリコサミノグリカンの生合成に関わる糖転移酵素の変異による遺伝病の発見、4)デルマタン硫酸欠損によるエーラス・ダンロス症候群の尿を用いた診断法確定である。これら成果の一部を国際誌(PLoS ONE、BMC Medical Genetics、Human Mutation、Clinical Biochemistry、Journal of Human Genetics)に発表した。今年度の成果発表をまとめると、査読有りの国際誌に原著論文5報、総説2報、紀要1報を発表し、学会での発表を9回行い、本研究で得られた成果の国民・社会への発信に大いに貢献していると考えている。本研究ではGolginファミリータンパク質によるグリコサミノグリカン(GAG)の生合成調節機構とGolginやGAG生合成酵素の変異による遺伝性骨・皮膚疾患における発症メカニズムの解明することを目的とする。今年度は、Golginタンパク質の一種であるGORABの変異に起因する骨異形成性老人性皮膚症のモデルマウス(Gorab欠損マウス)の解析を行った。Gorab欠損マウスはデルマタン硫酸の合成量が低下し、TGF-ベータのシグナル伝達が亢進していることがわかった。一方、コンドロイチン硫酸の量は、野生型とGorab欠損マウスで差はなかった。したがって、Gorabの変異によって、ゴルジ体でデルマタン硫酸が正常に合成されずに、皮膚や骨形成異常が引き起こされることが示唆された。また、GAG生合成酵素の一つであるEXTL3の変異(p.Pro318Leu)が免疫異常を伴う脊椎骨端骨幹端異形成症を発症することを見出した。

野生型EXTL3と比較して、変異型EXTL3-p.Pro318LeuはN-アセチルガラクトサミン転移酵素活性が顕著に低下していた。したがって、患者ではEXTL3変異によって糖転移活性が低下し、GAGの合成異常を引き起こし、その結果、脊椎骨端骨幹端異形成症を発症すると推察された。デルマタン硫酸の生合成に関わるデルマタン4-O-硫酸基転移酵素-1(D4ST1)の変異により1型筋拘縮性エーラス・ダンロス症候群を発症する。その発症機序を改名するためにD4st1のノックアウトマウスを用いて解析したところ、胎盤でのデルマタン硫酸が減少し、その血管形成に異常をきたすことを見出した。これらの成果を踏まえ、国際誌に原著論文6報、総説2報を発表し、学会での発表を9回行った。当初の計画以上に進展している理由としては、研究計画書に記載した内容に沿って概ね遂行できており、さらに予想以上の成果が得られ、国際誌6報の原著論文の発表に至っているからである。内容としては、1)骨異形成性老人性皮膚症に関わるゴルジ体タンパク質GORABのノックアウトマウスの解析、2) GAG生合成酵素EXTL3の変異による新規の免疫異常を伴う脊椎骨端骨幹端異形成症の同定、3)デルマタン4-O-硫酸基転移酵素1(D4st1)のノックアウトマウス解析、4)プロテオミクスによるコンドロイチン硫酸結合タンパク質同定である。これら成果の一部を国際誌(PLoS Genetics、Clinical Biochemistry、Journal of Human Genetics、Nature Communications、Glycobiology)に発表した。今年度の成果発表をまとめると、査読有りの国際誌に原著論文6報、総説2報を発表し、学会での発表を9回行い、本研究で得られた成果の国民・社会への発信に大いに貢献していると考えている。本研究ではGolginファミリータンパク質によるグリコサミノグリカン(GAG)の生合成調節機構とGolginやGAG生合成酵素の変異による遺伝性骨・皮膚疾患における発症メカニズムの解明を目的とする。今年度は、Notch受容体上の糖側鎖(-Fuc-GlcNAc-Gal-Sia; Fuc、GlcNAc、Gal、Siaはそれぞれ、フコース、N-アセチルグルコサミン、ガラクトース、シアル酸を示す)の生合成過程におけるGlcNAc残基の付加に関与しているLunatic Fringe (LFNG)の複合ヘテロ接合変異(p.Leu156Arg/p.Arg286Trp、p.Lys124Asnfs*/p.Asp201Asn)を持つ2人の日本人脊椎肋骨異骨症患者を見出した。脊椎肋骨異骨症は、肋骨の融合や欠損、椎骨の多発性分節異常に起因する融合や欠損などを特徴とする骨系統疾患である。患者では短勁、短体幹、側弯、胸郭不全、重篤な側弯症および多発性の椎骨形成異常を示した。野生型LFNGと比較して、変異型LFNG(LFNG-p.Leu156Arg, -p.Arg286Trp, -p.Asp201Asn)はGlcNAc転移酵素活性が顕著に低下していた。これらの知見から、患者ではLFNG変異によって糖転移活性が低下し、糖側鎖(-Fuc-GlcNAc-Gal-Sia)の合成異常を引き起こし、その結果、脊椎肋骨異骨症を発症すると推察された。したがって、LFNGあるいは-Fuc-GlcNAc-Gal-
能動的リソースマイニングに基づく異種情報統合基盤の研究

1)マイニング要素技術に関する研究■比率規則マインング:数値データの線形関係を比率規則として定式化し,サポートと確信度に基づく比率規則の抽出手法を開発した.■XMLデータの対するOLAP: XMLデータの分析処理を可能にするXML-OLAP技術.XMLデータ上の多次元キューブの概念を定式化し,RDBを利用したOLAP演算の実現方式を開発.■話題構造マイング:文書集合の話題分析手法,文書の話題分類,主要な話題の特定,複数の話題間の関係分析,話題に対する文書の位置付けの分析等が可能.■人物の呼称情報抽出:情報統合を行う上で重要なオブジェクト同定に対するアプローチとして,同一人物オブジェクトの呼称をWebから抽出する手法を提案.■時系列文書クラスタリング:ニュース記事等の時系列文書の集約技術として,新規性に基づくクラスタリングと,k-means法を拡張したインクリメンタルな更新処理を開発.■移動統計情報抽出:多くの移動オブジェクトの移動軌跡をコンパクトに集約する移動ヒストグラムの構築手法を開発.2)マイニングと情報統合に関わる応用研究■Web連続監視によるページ移動先探索:Web情報の統合利用における問題として,Webリンクの一貫性維持の問題に着目し,リンク切れが発見されるとページの移動先の探索を行う一貫性維持支援システムを開発し公開.■DBと連携した文書情報源からの情報抽出:情報源マイングの考え方に基づき,データベースと連携した文書情報源からの情報抽出手法を開発.3)情報統合基盤システムの研究開発各種データマイング機能を組み込んだ能動的情報統合を実現するための基盤システムを開発.1)マイニング要素技術に関する研究■比率規則マインング:数値データの線形関係を比率規則として定式化し,サポートと確信度に基づく比率規則の抽出手法を開発した.■XMLデータの対するOLAP: XMLデータの分析処理を可能にするXML-OLAP技術.XMLデータ上の多次元キューブの概念を定式化し,RDBを利用したOLAP演算の実現方式を開発.■話題構造マイング:文書集合の話題分析手法,文書の話題分類,主要な話題の特定,複数の話題間の関係分析,話題に対する文書の位置付けの分析等が可能.■人物の呼称情報抽出:情報統合を行う上で重要なオブジェクト同定に対するアプローチとして,同一人物オブジェクトの呼称をWebから抽出する手法を提案.■時系列文書クラスタリング:ニュース記事等の時系列文書の集約技術として,新規性に基づくクラスタリングと,k-means法を拡張したインクリメンタルな更新処理を開発.■移動統計情報抽出:多くの移動オブジェクトの移動軌跡をコンパクトに集約する移動ヒストグラムの構築手法を開発.2)マイニングと情報統合に関わる応用研究■Web連続監視によるページ移動先探索:Web情報の統合利用における問題として,Webリンクの一貫性維持の問題に着目し,リンク切れが発見されるとページの移動先の探索を行う一貫性維持支援システムを開発し公開.■DBと連携した文書情報源からの情報抽出:情報源マイングの考え方に基づき,データベースと連携した文書情報源からの情報抽出手法を開発.3)情報統合基盤システムの研究開発各種データマイング機能を組み込んだ能動的情報統合を実現するための基盤システムを開発.
ナノ構造化と鋳型反応に基づくRNAの医薬機能創発

核酸鋳型化学反応を開発し、機能性RNAを設計・合成することを試みた。本法のRNA干渉法への適用を試みた。RNA干渉には通常20塩基以上のRNA二本鎖が用いられる。しかしながら、20塩基以上のRNAは細胞内で免疫応答を起こすことが問題なる。この非特異的な免疫応答はRNA干渉を医療応用する際に大きな問題となる。これを解決するために短鎖のRNA鎖を細胞内に導入することで、免疫系を回避した後、ビルドアップ的に長鎖の活性型RNA二本鎖を細胞内構築する反応を開発した。ビルドアップ型RNAは、免疫応答を回避できるとともに、RNA干渉効果をもたらすことが明らかとなった。本年度は、ビルドアップ型siRNAを検証した。25塩基対の2本鎖RNA(siRNA)を4つに断片化し低分子化したRNA断片を設計した。断片にはホスホロチオエート(PS)基とヨウ化アセチル基を末端に導入する。これらは化学反応によって連結され元の長さの25塩基対のRNAを形成し、RNA干渉効果を示すと考えた。また、細胞外では反応しないようにPS基はフェニルジスルフィドで保護する。これら断片化RNAは細胞内に導入されると、細胞内の高濃度のグルタチオン(GSH)によりPS基は脱保護され、化学的RNA連結反応が進行し、活性型siRNAが構築される。実際に、試験管中で本反応が進行するかを検証した。ビルドアップ型RNA断片をGSHが存在する溶液中で30分処理し、ポリアクリルアミドゲル電気泳動にて解析した。その結果、GSHが存在するときのみに完全長のRNA2本鎖が形成されることが明らかとなった。これはGSHでフェニルジスルフィド保護基が除去されて初めて化学的連結反応が進行することを意味する。つづいてビルドアップ型RNA断片を細胞内に導入して、実際にRNA干渉が起こるかを検証した。化学反応基がない断片化RNAでは全くRNA干渉効果を示さなかった。一方、化学反応基があるビルドアップ型RNAは顕著なRNA干渉効果をしました。試験管反応と同様に細胞内でもGSHによる脱保護を引き金としてRNA干渉効果を引き起こしたと考えられる。さらに、通常RNA干渉に用いられる25塩基対のRNAとビルドアップ型RNAの免疫応答の強さを比較した。その結果、25塩基RNAが強い免疫応答を示すのに対して、短いビルドアップ型RNAは免疫応答を示さなかった。短鎖RNA断片を細胞内に導入して細胞内でビルドアップ的に活性型siRNAを構築できる技術を開発する。これは、我々がこれまで開発してきた細胞内での核酸鋳型反応を応用することで可能になる。ビルドアップ戦略により、高分子RNA医薬の問題である細胞膜透過性の低さや免疫系の非特異的活性化を克服することを目指す。本年度は、ビルドアップ型siRNAの最適化を検討した。21塩基対の2本鎖RNA (siRNA)の分断位置を5塩基目で切断したRNAを作成した。これが細胞内で活性化されライゲーション反応を起こし、活性型siRNAに変化されることで、RNA干渉効果を示すと予想した。調整した連結型2本鎖RNAを、細胞内で評価したところ、十分なRNA干渉効果が確認された。一方、ビルドアップ型RNAを導入した場合、極めて弱いRNA干渉効果しか示されなかった。これは検討の結果、相補領域が4塩基であるため、2本鎖形成能が低下し、ライゲーション効率が低下したと思われる。一方、ビルドアップ型RNAを高濃度で導入しても免疫応答は極めて低い結果となった。このことは、2本鎖RNAが断片化されることで、免疫応答を回避できることを示している。RNA干渉効果をより高めるためには、細胞内での反応効率を上げる必要がある。一つは、相補鎖領域5塩基以上のものを設計する必要がある。さらに、化学反応性を上げることで連結収率を高めることができると考えられる。これらの改定を新しいプローブに組み込むことで、より実用性の高い方法論になると期待される。これを解決するために短鎖のRNA鎖を細胞内に導入することで、免疫系を回避した後、ビルドアップ的に長鎖の活性型RNA二本鎖を細胞内構築する反応の開発を試みた。分子設計では、活性型二本鎖RNAを四分割することとした。分割してできた短鎖RNA鎖の末端には、それぞれ、ブロモアセチル基あるいは、ホスホロチオエート基を結合させた。さらに、ホスホロチオエート基にはジスルフィド型の保護基を導入し、細胞内のグルタチオンと反応して脱保護される分子メカニズムを導入した。このビルドアップ型RNAは、グルタチオン存在下で混合すると完全長の二本鎖RNAに変換されることを溶液反応にて確認した。さらに、ルシフェラーゼ遺伝子を標的としたビルドアップ型RNAを設計し、これを細胞内に導入したところ、RNA干渉効果を発現することが明らかになった。しかしながら、ビルドアップ型RNAのRNA干渉効果は天然型RNAに比較し50%程の効果であった。これは、ビルドアップ型RNAが与える生成物に非天然骨格が含まれることに起因すると考えられる。

今後は、より天然骨格に近い生成物を与える核酸鋳型化学反応を開発する必要があると考えられる。核酸鋳型化学反応を開発し、機能性RNAを設計・合成することを試みた。本法のRNA干渉法への適用を試みた。RNA干渉には通常20塩基以上のRNA二本鎖が用いられる。しかしながら、20塩基以上のRNAは細胞内で免疫応答を起こすことが問題なる。この非特異的な免疫応答はRNA干渉を医療応用する際に大きな問題となる。これを解決するために短鎖のRNA鎖を細胞内に導入することで、免疫系を回避した後、ビルドアップ的に長鎖の活性型RNA二本鎖を細胞内構築する反応を開発した。ビルドアップ型RNAは、免疫応答を回避できるとともに、RNA干渉効果をもたらすことが明らかとなった。断片化RNAの作成により、免疫応答の低減効果が示された。このことは、今回の研究戦略を進めるにあたって有用な知見である。27年度が最終年度であるため、記入しない。核酸化学RNAを断片化することで、免疫応答が低減できることが示された。しかしながら、断片化したRNAを効率よく再連結することが、現段階では難しい。新しい化学反応を開発し、連結反応を効率化する必要がある。ビルドアップ型RNAのRNA干渉効果を確認し、論文に投稿することができた。2015年3月に、北海道大学から名古屋大学へ移動した。名古屋大学での立ち上げのために、基金を繰り越した。これまでに、ダンベル型環状一本鎖RNAや分岐型RNAを合成し、従来の二本鎖RNAよりも血清中で安定性が向上すること、かつRNA干渉活性の持続性を確認した。しかしながら、低濃度で有効且つより高い活性を獲得すべくその構造の最適化を進めていく必要がある。また、二本鎖RNAを用いたRNA干渉法の課題である免疫応答による非特異的遺伝子発現抑制現象を、ナノ構造化することで回避・低減できないか、検討を行う。ダンベル型RNA構造は、2つのループ部とステム部に分類できる。この2つの部分の長さ及びループ部の配列を変えた誘導体を種々合成する。ループ部は、安定性やダイサーに対する反応性に重要と考えられることから、詳細な構造活性相関を検討する必要がある。研究室の立ち上げに必要な消耗品、装置の購入に使用する。25年度は所属の移動があり、研究室のセットアップに時間がかかり、本格的な研究活動を26年度から行うこととした。そのため、26年度に予算を繰り越した。博士研究員の雇用費用に使用する予定である。
医療用微小金属材料の特性改善を目指した表面強化処理

本年度は、医療用金属材料の機械的性質に及ぼす窒素吸収処理の影響を調査した。汎用の医療用材料として用いられているオーステナイト系ステンレス鋼(SUS316L)の板材(厚さ:0.6mm)を、100%窒素ガス雰囲気にて1200°Cで10分10時間保持し、窒素濃化層の厚さを種々変化させた。オーステナイト系ステンレス鋼の硬度上昇量は固溶した窒素濃度に比例することから、窒素濃化層の厚さの評価は硬度試験により実施した。試料の厚さ方向の硬度の勾配はシミュレーションで見積もられる窒素の濃度勾配とよく一致しており、理論値どおりの窒素濃化層が形成されていることを確認した。このようにして得られた各試料に対して引張試験による力学的性質の評価を行い、以下の知見を得た。(1)オーステナイト系ステンレス鋼の降伏応力は、短時間の窒素吸収処理により急激に上昇し、その後の長時間処理を施してもほとんど変化しない。(2)一方で、引張強さは窒素吸収処理の時間に伴い単調に増加し、窒素が内部まで十分に吸収された際に最大の値を示す。以上のことから、医療用の薄鋼板(厚さ0.6mm程度)では、その降伏応力は材料の表層の性質に、引張強さは材料内部の性質に依存することが示唆された。表層に濃化した固溶窒素原子により表面からの転位の放出が抑制されるため、短時間の窒素濃化処理により顕著な降伏応力の上昇を示したと考えられる。また、処理時間によらず窒素吸収処理を施すことによって、孔食に対する耐食性が大幅に改善されることも明らかとなった。
生理的多型性の観点からみた人工環境への環境適応能に関する実験的研究

人工環境への非適応者としての「暑がり」の特徴を調査するために、実験室実験とフィールド調査を行った。1)実験室実験20名の青年女子(21.3±0.6歳)を被験者とし、自己申告に基づき暑がり(HS群: 12名)と非暑がり(NS群: 8名)の2群に分けた。被験者は26°C(60% RH)の前室で20分間安静を保った後、28°C、30°C、32°C(50% RH)のいずれかの温度に設定された曝露室で60分間過ごした。実験中、身体7か所の皮膚温、舌下温、衣内湿度が測定され、同時に温冷感、快適感の申告が記録された。28°Cへの曝露60分目の平均皮膚温は、HS群33.6°C、NS群33.2°Cであり、群間に有意差(P<0.01)が認められた。HS群は発汗量が多く、発汗開始時期も早い傾向にあったが、群間に有意差は見られなかった。両群とも、平均皮膚温と快適感の間に有意な相関関係が認められ、HS群の回帰直線の傾きはNS群より大きかった。HS群は平均皮膚温の上昇に伴い、温熱的不快感を生じさせやすい傾向にあることが示された。2)フィールド調査本研究の目的は「暑がり」が生活する住居の温熱環境とその状況での生理・心理反応をあきらかにすることであった。被験者は暑がり10名(以下HS群)、非暑がり10名(NS群)の青年女子であり、彼女らの自宅(もっとも長い時間を過ごす部屋)において調査が行われた。調査は7月から8月にかけて行った。気温、気湿は2分間間隔で1週間にわたり記録した。自宅に滞在時には、約1時間間隔で身体7か所(前額、胸、前腕、手背、大腿、下腿、足背)の皮膚温が放射温度計により測定された。同時に温冷感、快適感、着衣量が記録された。温熱的中立(暑くも寒くもない)を申告したときの室温はHS群27.2°C、NS群28.3°Cであった。平均皮膚温と室温の間には両群とも有意な直線関係が認められたが、中立温感が得られると考えられる平均皮膚温34°Cが得られた室温はHS群31.2°C、NS群28.7°Cであった。被験者が発汗を感じたときの室温はHS群30.2°C、NS群30.7°Cであり、両群間に有意差が認められた。室内での着衣量はHS群0.27clo、NS群0.25cloであり、群間に有意差は認められなかった。HS群の被験者は暑さに敏感であり、涼しい環境を好む傾向にあることが示された。また、エアコンを使用して快適環境を構築する傾向にあることも示唆された。

被験者が発汗を感じたときの室温はHS群30.2°C、NS群30.7°Cであり、両群間に有意差が認められた。室内での着衣量はHS群0.27clo、NS群0.25cloであり、群間に有意差は認められなかった。HS群の被験者は暑さに敏感であり、涼しい環境を好む傾向にあることが示された。また、エアコンを使用して快適環境を構築する傾向にあることも示唆された。日常の温熱環境や体質と温熱適応能についての検討を行った。被験者は健康な女子21名(平均年齢21.24歳)とし、アンケートにより暑がりグループ12名、非暑がりグループ9名に分けた。前室(環境温26±1°C、湿度60±10%)で20分間、曝露室(環境温28°C、30°C、32°C、湿度50±10%)で60分間椅座位安静にさせた。曝露室入出前後に体重の測定、10秒毎に皮膚温、衣服内湿度、5分毎に主観申告、10分毎に心拍数、血圧、曝露室入室前後と30分目に舌下温を測定した。着用した衣服の熱抵抗は0.25cloであった。環境温28°Cでの前腕皮膚温は暑がりが34.47°C、非暑がりが34.05°Cで暑がりが有意に高く、平均皮膚温も暑がりが34.25°C、非暑がりが34.06°Cで暑がりが有意に高かった。舌下温は両グループ間に差は認められなかった。皮膚表面からの放熱が多い暑がりが、体内温度(舌下温)を非暑がりと同程度に保っていることから、暑がりの産熱量が大きいことが示唆された。暑がりが生理・心理的にも発汗する傾向にあるが、非暑がりとの差は小さいものと思われる。心拍数と血圧は3温熱条件で同様に変化し差は認められなかった。中程度の暑熱環境では循環機能への負担は同程度であるものと考えられる。両グループとも温冷感-平均皮膚温、快適感-平均皮膚温に相関が見られた。両グループの温冷感の感じ方は同程度のものであったが、快適感については、暑がりは皮膚温が上昇するとすぐに不快を生じる傾向にあった。冷え性に関して、アンケート調査および被験者実験を行った。「冷え性」に関するアンケート調査は、本学の女子学生147名を対象に行った。被験者実験は、事前に行ったアンケート調査をもとに被験者を選出した。実験は1月から2月において行い、被験者(冷え性:9名、非冷え性:7名、冷え性傾向:8名)を22°C、24°Cに曝露したときの皮膚温の低下や曝露後の回復率などの生理反応と、温冷感や快適感などの心理反応を測定した。アンケート対象者147名のうち、「冷え性」と回答したのは84名で、全体の51.7%の人が冷え性を自覚していた。冷え性自覚者は、「寒冷環境下において、他の人よりも寒さを感じる」「夏季でもたまに冷えを感じる」「夏季にたいていの人が快適だと感じるエアコンの効いた部屋で寒さを感じる」というアンケート項目において該当者の割合が高かったため、季節や室内外を問わず冷えを感じていることが示唆された。また、「冬季に寒さや指先の冷えのため目が覚めることがある」「寒さで血流の循環が悪くなり、指先やつま先に苦痛を感じたり変色したりする」という項目についても、冷え性自覚者で該当者の割合が高く、冷えが日常生活に支障をきたしていることも明らかになった。注目すべきは、「冬季に他の人よりも厚着をする」という項目については、冷え性の有無による影響は見られず、冷えを感じているにもかかわらず、日中の冷え対策(着衣量)が十分に行われていない可能性が示された。被験者実験では、温熱的に中立な環境であっても、冷え性自覚者は交感神経が緊張した冬型の皮膚温分布で定常状態を保っており、暖房としてはやや涼しい環境においては体幹部の皮膚温が高いことが示された。涼しさを感じ始める環境温度では、冷え性者よりも非冷え性者のほうが寒さや不快を敏感に感知している傾向が見られた。常に寒さに曝された状態に近い皮膚温分布である冷え性者は、軽度の寒さへの温熱的感受性が鈍化しており、そのことによって自律性・行動性の体温調節が遅れ、日常生活に支障が出るほどの冷えを被ってしまう可能性が示唆された。日常の温熱環境や体質と温熱適応能について、フィールド調査により検討した。
多角的熱測定による分子ダイマー型Mott絶縁体における電荷秩序・電荷揺らぎの解明

典型的な一次の相転移挙動を示す電荷秩序物質θ-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)4(RbZn塩)の電荷秩序挙動を追跡し、本系において急冷を必要としない電荷ガラス状態の実現手法を開発した。RbZn塩においては、電荷秩序転移温度である185K付近を10K/min以上の速度で急冷すると電荷秩序形成が阻害され、一定以上の電圧印加により電流値が急増する非線形伝導挙動を示す電荷ガラス状態の実現が報告されている。本系を含む4つの報告例では、電荷ガラス実現には臨界冷却速度と呼ばれる速度よりもはやい冷却速度での急冷が必要となる。一部の物質では150 K/min以上の急冷が必要な場合がある。前年度までの研究においてX[M(dmit)2]2における電荷秩序転移は、本質的に高次相転移の性質を有していることがわかった。電荷秩序転移が本質的に一次相転移の性質を持たないことは、隣接相としてギャップレスな量子スピン液体が実現していることと深く関係している可能性がある。一次転移性を検証する意味合いで、X[M(dmit)2]2における電荷ガラスの実現を検証することは有用であるが、臨界冷却速度がきわめて速く現実的に達成できない可能性がある。このため、本研究では非線形伝導状態と電荷ガラス状態の可逆性を利用して、急冷を必要としない電荷ガラス状態の実現方法の開発を目指した。RbZn塩に対して、交流電圧を印加しながら徐冷し、インピーダンスおよび熱容量を測定し、急冷によって得られた電荷ガラス状態と比較を行い、臨界冷却速度を大幅に下回る0.1 K/minの冷却速度でも電荷ガラス状態がバルクに実現することを明らかにした。この手法を用いればX[M(dmit)2]2系における本質的な電荷ガラス状態実現の可否を解明できる可能性がある。本研究の目標は種々の測定手法を組み合わせることによりX[M(dmit)2]2系の電荷秩序転移の詳細を解明し、量子スピン液体に隣接した電荷秩序相特有の挙動を明らかにすることにある。前年度までに本系の電荷秩序が本質的に高次相転移の性質を有していることを見出した。この特徴が本系特有のものであるかどうかを考察する上で、典型的な電荷秩序との比較は重要である。本年度にRbZn塩に対して行った電圧印加による徐冷過程での電荷ガラスを実現させる手法は、X[M(dmit)2]2系における電荷ガラスの実現を検証可能な新たな手法である。この手法を用いれば急冷が難しいインピーダンス測定システムや熱容量測定システムを用いても実質的な急冷効果を検証でき、多角的な視野から急冷効果を調べることができる。本手法をX[M(dmit)2]2系に対して適用することで、本質的に急冷効果が存在するかどうかを調べることが可能となる。しかしながらインピーダンス測定装置の大規模な故障が生じたため、データ採取が滞ったため、最終的な結論が得られてない状況であり研究進捗はやや遅れている状況である。すでに修理やその他必要な測定環境の整備等は完了しており、予定しているデータを取得し、これまでの得られた結果とともに議論を行うことで、典型的な電荷秩序状態と本系の電荷秩序の違いを明らかにしていくことは十分に可能である。誘電測定装置の故障により研究進捗が遅れてはいるが、これまでに得られた結果は、研究当初の想定から大きく外れておらず、研究自体は順調に進行している。また、本研究で開発した急冷を必要としない電荷ガラス状態の検証方法は、冷凍機など冷媒を使用しない装置にも転用できる記述である。すでに誘電測定装置の修理は完了しており、ファンクションジェネレータ,データーロガーなどの測定環境が整っている。このため、RbZn塩およびX[M(dmit)2]2系における電圧印加による電荷秩序状態の影響をインピーダンス測定および熱容量測定の観点から調べていく。また、電場印加をしながらの冷却効果について熱容量測定からも評価し、典型的な電荷秩序状態と本系の電荷秩序の違いを議論し、特有の性質についてまとめていく予定である。Pd(dmit)2,Pt(dmit)2分子をアクセプターとする電荷移動型の分子性導体では、分子がダイマーを形成し実効的に1電子サイトあたり1つの電子が存在するHalfーFilledの電子系が形成される。Pd(dmit)2分子系では、主に反強磁性秩序状態が基底状態として得られるが、一部の物質およびPt(dmit)2系では量子スピン液体相に隣接する形で電荷秩序状態が実現する。Half-Filled系の電荷秩序の形成機構が典型的な1/4ーFilled系の電荷秩序の形成機構と同一であるかについてや、この電荷秩序相と隣接相である量子スピン液体相との関係は未解明である。本研究の目的は、これらの電荷秩序を示す物質およびその類似物質の電荷秩序挙動を多角的熱測定により明らかにすることにある。研究の初年度にあたる今年度は、熱起電力測定装置と熱伝導度測定装置の開発と電荷秩序関連物質の低温磁場下熱容量測定に取り組んだ。500 μm級の単結晶を用いた測定が可能な熱起電力測定装置および熱伝導率測定装置を開発した。

非磁性化を伴う電荷秩序転移が報告されているEtMe3Sb[Pt(dmit)2]2では、非磁性化近傍温度で熱起電力のkinkのみが観測され、電荷秩序形成に相当する熱起電力の大きな変化が低温で非磁性化温度より50 K程度低い温度で観測されることを見出した。この結果は、他の混晶塩における熱容量挙動と合致する結果であり、磁化率測定以外から本系における電荷秩序を評価する重要な指針である。量子スピン液体物質と電荷秩序物質の混晶塩の低温磁場下熱容量測定では、相図上において電荷秩序相から十分に離れた量子スピン液体相領域においては、低温磁気熱容量の顕著な磁場依存性は観測されないが、電荷秩序相境界に近づくと通常の常磁性的な振る舞いとは異なる磁場依存性を示すことを見出した。本研究の要点は、従来Pd(dmit)2系の電荷秩序転移の評価に用いられてきた磁化率測定に加えて、熱容量測定,熱起電力測定,熱伝導度測定を組み合わせた測定によりHalf-Filled系の電荷秩序の特徴を明らかにすることにある。特に、熱容量測定における電荷秩序転移の相転移挙動と磁化率測定における相転移挙動が異なることの詳細を熱起電力測定・熱伝導度測定などの熱容量測定とは異なった視点の熱測定により解明することを特徴としている。よって、電荷秩序の形成に対して敏感な測定手法の特定および測定装置の開発が重要となる。本年度は、熱起電力測定装置および熱伝導度測定装置の開発に成功し、また、熱起電力測定が本系の電荷秩序形成の評価に対して有効であることを確認した。さらに、得られた結果は熱容量測定の結果と一致する可能性が高いことを見出した。これらは、研究計画段階において予想した結果と一致している。また、低温磁場下の熱容量測定においては、電荷秩序ー量子スピン液体相境界近傍においてのみ観測される低温熱容量の磁場依存性を観測した。これは、電荷秩序状態と量子スピン液体状態の関係性を解明するうえで重要な知見を与える結果であると考えている。これらの結果より、当初の計画は順調に進行しており、かつ、新たな知見も得ることができている。量子スピン液体相の隣接相として実現するX[M(dmit)2]2における電荷秩序相の形成機構の詳細について、主として熱力学的観点から研究を行った。前年度に行った熱起電力測定の結果より本系では非磁性化と電荷秩序状態の形成は独立しており、電荷秩序転移が2次以上の高次相転移またはクロスオーバー的な性質を持っている可能性を示した。量子スピン液体塩EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2と電荷秩序塩Et2Me2Sb[Pd(dmit)2]2の混晶体の熱容量測定では、量子スピン液体相と電荷秩序相で低温熱容量の磁場依存性が異なることを発見した。本年度は、より高磁場を用いた熱容量測定を系統的に行い混晶体における電荷秩序状態の評価を行った。高磁場下の熱容量測定において、量子スピン液体領域では本質的な量子スピン液体の実現を示すT-linear項の存在が確認されたが、電荷秩序領域ではT-linear項の存在は確認されなかった。量子スピン液体領域では、T-linear項以外の磁気熱容量が弱磁場ではギャップレスに近い振る舞いを示すが、高磁場ではギャップが開く兆候を観測した。この磁器熱容量は電荷秩序領域では常磁性的な振る舞いに変化することを発見した。よって、量子スピン液体側の相境界近傍では、非磁性状態もしくは電荷秩序状態と量子スピン液体の混在が生じ、乱れによる広義のスピン液体状態が実現している可能性が考えられる。この傾向は、中心金属をPdとPtで混晶化させた系でも観測された。
無限アーベル群論へのトポロジーの応用の研究

主に次の3点について成果を得た.1.零次元位相空間Xから整数環〓への連続関数全体の作る群C(X,〓)が自由加群であるためには, Xが疑コンパクトであることが必要十分であること,及びC(X,〓)が〓の直積であって, Xが非可測濃度のとき, Xは離散空間であることを証明した.第2の結果で, Xが可測濃度のときどうなるかは今後の課題である.2.上で述べた群A=C(X、〓)について、A^<**>=Hom(Hom(A、〓)、〓)がAと同型でないような位相空間Xはたくさん存在することが分った。またA*が^<*A***>と同型でないような位相空間Xが存在するかという問題について、反例の有力な候補となる位相空間を見つけた。これが実際に反例を与えることを証明するには至らなかった。3.群C(X,〓)とXから非アルキメデス的付値体Kへの有界な連続関数が作るK上のBanach空間BC(X, K)の性質の類似性を或る程度明らかに出来た.特に, van der PatによるBC(X, K)に関する重要な定理のいくつかが群C(X,〓)に対する定理と共通の方法によって証明されることを示した.以上の結果は裏面の図書欄の論文に発表予定である.更に研究の副産物として,次の〓点の結果を得た.4.距離空間のクラスを真に含んで, M_1-空間のクラスに含まれるクラスで,部分空間,可算積,完全写像による像をとる操作の下で閉じているものを発見した.5.積空間X×Yの零集合がいつ積空間X×BYの零集合に拡張されるかという問題について,いくつかの結果を得た.6.その上の任意のBaire測度が,正則なBarel測度に拡張されるような位相空間の性質を明らかにした.主に次の3点について成果を得た.1.零次元位相空間Xから整数環〓への連続関数全体の作る群C(X,〓)が自由加群であるためには, Xが疑コンパクトであることが必要十分であること,及びC(X,〓)が〓の直積であって, Xが非可測濃度のとき, Xは離散空間であることを証明した.第2の結果で, Xが可測濃度のときどうなるかは今後の課題である.2.上で述べた群A=C(X、〓)について、A^<**>=Hom(Hom(A、〓)、〓)がAと同型でないような位相空間Xはたくさん存在することが分った。3.群C(X,〓)とXから非アルキメデス的付値体Kへの有界な連続関数が作るK上のBanach空間BC(X, K)の性質の類似性を或る程度明らかに出来た.特に, van der PatによるBC(X, K)に関する重要な定理のいくつかが群C(X,〓)に対する定理と共通の方法によって証明されることを示した.以上の結果は裏面の図書欄の論文に発表予定である.更に研究の副産物として,次の〓点の結果を得た.4.距離空間のクラスを真に含んで, M_1-空間のクラスに含まれるクラスで,部分空間,可算積,完全写像による像をとる操作の下で閉じているものを発見した.5.積空間X×Yの零集合がいつ積空間X×BYの零集合に拡張されるかという問題について,いくつかの結果を得た.6.その上の任意のBaire測度が,正則なBarel測度に拡張されるような位相空間の性質を明らかにした.
オキサリプラチンによる遺伝子発現調節機構の解明と新規抗癌剤併用療法の研究開発

オキサリプラチンは5-フルオロウラシルをベースとした併用化学療法に用いられている。興味深いことに、癌細胞内のdUTPase遺伝子の発現はオキサリプラチン処理によって抑制されることが知られていたがその詳細な分子機構は解明されていなかった。本研究の結果からdUTPase遺伝子の発現抑制効果は代表的な白金系抗癌剤であるシスプラチンやカルボプラチンでは観察されず、オキサリプラチンに特徴的な化学構造によって誘起されていることが明らかとなった。この特異なDNA損傷応答の結果として複数の核酸代謝に関わる遺伝子の発現が抑制され、併用薬である5-フルオロウラシルの薬効が増強されることが示唆された。研究代表者は進行性大腸癌に対する標準的な併用化学療法(FOLFOX)において5-フルオロウラシルと併用される白金製剤であるオキサリプラチンがdUTPase遺伝子の発現を抑制することで相乗効果を発揮する可能性に着目した。前年度までにオキサリプラチンが持つdUTPaseの抑制効果がシスプラチンやカルボプラチンなどの他の白金製剤では観察されないことを見いだした。また、種々の大腸癌細胞株を試験した結果、本現象には野生型のp53が必須であることを確認した。本年度は主にdUTPase抑制の分子機構解明に取り組んだ。等濃度の白金製剤で大腸癌細胞株を処理した場合ではオキサリプラチンが最も効率的なp53の安定化をもたらし、dUTPaseの発現低下との明確な相関が見られた。オキサリプラチン処理によるp53のリン酸化(Ser15)が確認されたが、種々のキナーゼ阻害剤を用いたスクリーニングでは責任キナーゼの同定に至らず、一般的なDNA損傷応答に関わるキナーゼ群のp53安定化への寄与は小さいことが明らかとなった。また、dUTPase遺伝子の転写制御において重要とされているE2F1の量的低下とp53安定化との関連性を見いだした。興味深いことにdUTPaseと同様にSP1とE2F1結合サイトを有するプロモーター構造によって転写が制御されている複数のDNA代謝系酵素の遺伝子発現もオキサリプラチンの作用によって抑制されることを見いだした。これらの研究成果から5-フルオロウラシルをベースとする併用化学療法においてオキサリプラチンが相乗効果を発揮する分子機構の一端が明らかとなった。シスプラチンに代表される白金系抗癌剤は様々な癌に対する化学療法に用いられている。進行・再発大腸癌に対する化学療法では、いわゆる第三世代型の白金系抗癌剤であるオキサリプラチンと5-フルオロウラシル(5-FU)の併用化学療法が標準治療の一つとされている。オキサリプラチンはDNA鎖間の架橋を形成することで癌細胞のDNA複製を阻害する。一方、5-FUの代謝物はチミジン三リン酸(dTTP)の生合成経路を阻害するとともに、デオキシウリジン三リン酸(dUTP)の蓄積を促進することで癌細胞の増殖を抑制する。このように異なる作用機序を有する抗癌剤を併用することで治療効果を高めているものと考えられるが、オキサリプラチンと5-FUの高い相乗効果を説明する詳細な分子機構は解明されていない。研究代表者はオキサリプラチン処理によって遺伝子発現が低下することが知られているもののうち、前述のdUTPを分解する酵素であるデオキシウリジン三リン酸ジホスホリラーゼ(以下、dUTPase)に注目し、その遺伝子発現調節の分子機構と5-FUとの併用効果について検討を行った。申請書に記述したとおり、オキサリプラチンと同じ白金系抗癌剤であるシスプラチンやカルボプラチンで大腸癌細胞株を処理した場合にはdUTPaseの遺伝子発現低下は観察されなかった。まず、この現象を誘起する白金系抗癌剤の構造因子を探るべく、研究用試薬の白金系化合物を用いて同様の実験を行ったが、これまでのところオキサリプラチンと同様の活性を有するものは見いだされていない。細胞側の因子としてはDNA修復系蛋白質の変異との関係性は見られず、癌抑制遺伝子であるp53が正常型であることが本現象において重要であることが明らかとなった。また、大腸癌細胞株においてオキサリプラチンを前処理することで5-FUの細胞増殖阻害活性が増強されることを確認した。申請書で計画した初年度の研究計画を達成している。具体的には臨床で用いられている白金系抗癌剤三種類と入手可能な研究用試薬であるシスプラチン類縁体四種類について試験が完了し、本現象がオキサリプラチンでのみ観察されることを見いだした。また、大腸癌細胞株と正常繊維芽細胞株を合わせて十種類程度について試験を行い、大腸癌細胞株に特徴的なミスマッチ修復経路の欠損の有無は本現象を誘起する上で関係が無く、癌抑制遺伝子であるp53が正常型であることのみが必要だということを明らかにした。

既に二年次目の研究課題であるオキサリプラチンによるdUTPase遺伝子発現抑制の分子機構解析に着手している。代表的な白金系抗癌剤であるシスプラチンを対照薬としてオキサリプラチンに特徴的なDNA損傷応答シグナル経路の解明を行っている。なかでもp53の翻訳後修飾に伴う安定化と、その転写制御支配下にある遺伝子群の機能解析を中心に研究が順調に進んでおり、本現象の分子機構を解明するための作業仮説の構築に至っている。また、dUTPaseと同様にオキサリプラチンによってのみ遺伝子発現が低下するDNA複製、修復関連因子も複数同定しており、今後の分子機構解析と応用研究を進める上で有用な情報を得ている。今後はオキサリプラチンの作用によってdUTPaseの遺伝子発現が低下することで5-FUの薬効が増強される分子機構の完全解明を目指す。オキサリプラチンはDNA損傷作用を有することで癌細胞のDNA複製を阻害するが、それ故に副作用として正常細胞への毒性を引き起こすことが実臨床で問題となっている。本研究ではオキサリプラチンによるdUTPase遺伝子の発現抑制が5-FUの薬効を高める一因であると捉えており、将来的にこの遺伝子発現抑制にかかわるシグナル分子の機能を低分子有機化合物で調節することによって低毒性の5-FUの薬効増強剤を開発するための学術的基盤を創出することを最終目標としている。該当なし。
脳型信号処理とゆらぎを利用した通信方式の研究とその通信システム評価

現在使用されているCDMA通信方式では、各信号に適切な疑似乱数で構成された拡散符号を適用することで複数ユーザが同一周波数帯を同時に使用することを可能としている。本研究ではカオス的なゆらぎを持った拡散符号や、脳型信号処理を利用して生成した直交拡散符号など、より性能の高い符号を提案しその評価を行った。また、カオス系列と純粋な乱数系列に対して異なる値を示す物理量を見つけ出し、解析的数値的に示した。本研究では、脳型信号処理とゆらぎを利用した通信方式とその通信システム評価を行う。現在利用されているCDMA通信方式では各信号に適切な擬似乱数で構成された拡散符号を用いることで複数ユーザが同一周波数帯を同時に使用することを可能としている。ここではその拡散符号としてカオス的なゆらぎを持った系列など、より性能の高い符号を提案し、さらに脳型信号処理による信号分離やゆらぎ(雑音)によって信号が強調される確率共鳴を取り入れた通信方式・信号受信機を考える。現在の通信システムでは上り回線、下り回線それぞれにおいて異なる拡散符号が用いられている。これは下り回線では同時送信されている信号間の同期が実現可能である一方、上り回線では同期の実現が困難であるなどそれぞれの環境に合わせて、要求を満たす適切な拡散符号を使用する必要があるからである。近年我々は脳型信号処理の一種として独立成分分析を用いることによってこれまで困難であった上りと下り両回線において使用可能な特性を持つ拡散符号を提案しており、本年度は下り回線で帯域制限がある通信環境においてこの拡散符号がどのくらいの性能を実現できるのかを数値シミュレーションを行って調べた。この結果現在実際に使用されている符号に比べて格段に性能が向上されることが示された。また、本年度は更にゆらぎの一種としての拡散符号について、パワーが一定となる複素カオス拡散符号の性質を調べ、また、IQチャネルを用いるCDMAに適用した場合の通信性能評価を解析的、数値的に行った。更に調査過程において、ランダム系列とカオス系列を比較すると特徴的な差異が現れる量を見出すことができた。現在使用されているCDMA通信方式では、各信号に適切な疑似乱数で構成された拡散符号を適用することで複数ユーザーが同一周波数帯を同時に使用することを可能としている。CDMAにおいて重要な役割を果たす拡散符号には、使用環境に応じて様々な特性が要求される。現在、上り回線、下り回線それぞれにおいて異なる種類の拡散符号が使用されているが、これは同期において要求される理想的な符号間相関特性と、多元接続干渉を避けるための符号間直交性を同時に満たすことが困難であるためである。そこで、カオス系列と脳型信号処理の一つである独立成分分析を用いることで、理想的な相関特性を持ち、更に同期時には符号間が直交する拡散符号を提案し、下り回線における帯域制限を施した通信路で、CDMA通信評価を行った。その結果、現在実際に使用されている直交拡散符号に比べて格段に性能が向上されることが分かった。この拡散符号はこれまでのものと異なり、上り下り両回線で使用することができる。また、信号のパワーが一定となる複素カオス拡散符号を提案しその性能評価を行った。この複素カオス系列は複素平面上に単位円を描くようにプロットされる。そこで更に、系列を3点連続的にプロットしそれぞれ線で結んだ際にできる内角に注目し、その値の統計的評価を行った。その結果を、単位円上に点を一様乱数的にプロットした場合と比較すると、明らかな違いが生じることを解析的数値的に示した。
言語共同体をはぐくむ国語科学習指導法の研究

1研究目的子どもたちが将来,言語共同体をつくっていく主体として生きていくことができるように「話すこと・聞くこと」について研究をすすめた。読むことの力と区別がしにくいという課題があるため,具体的な子どもの姿(VTR)を分析するようにした。本研究では手だてを打つことで,子どもたちの「聴解力」「構成力」「表出力」「認識力」の伸びを検証しようとした。2研究方法スピーチと話し合いの2単元について授業を行い,分析した。スピーチに関しては子どもたちがどこで間を取ったのか,どういう構成で話したのか,ジェスチャー,表情はどうであったかなどを2回のスピーチの変容から分析した。また,話し合いに関しては話し合いの様子について後日子どもたち自身で振り返りをし,話し合いをすすめる上で何が大切かを考えていくという活動を設定し,教師がその内容を分析した。これらの活動の際,子どもたちが身につけるべき力を意識しながら活動できるよう,学習用語のカテゴリー化を位置づけた。3研究成果スピーチに関して,子どもたちは自分の伸びや他者のよさを認識しながら活動することができた。話し合いに関しては,話し合いを実際にすすめながら,どういう時にどのような意見を言えば話し合いが一つの方向に向かうかを考えながらすすめることができた。この活動を通して,意見を出すこと,発言をすることの重要性を認識することができた。この研究では特に「表出力」を伸ばすことができたと考える。
唾液腺再生を制御する幹細胞の解明と薬剤の応用

本研究は唾液腺再生における前駆細胞の作用機序を詳細に解明することで唾液腺再生を目指した研究である。申請者は既存薬であるピロカルピン塩酸塩を用いて唾液腺組織の解明を行い、権威ある論文に投稿し掲載された(1: Minagi HO, Ikai K, AraieT, Sakai M, Sakai T. Benefits of long-term pilocarpine due toincreased muscarinic acetylcholine receptor 3 in salivaryglands. Biochem Biophys Res Commun. 2018Sep 5;503(2):1098-1102.doi:10.1016/j.bbrc.2018.06.125. Epub 2018 Jul 3. PubMed PMID: 29953856.)。唾液腺機能低下は虫歯や口腔乾燥、味覚障害、嚥下障害など、日常生活に支障をきたす副作用をもたらす。ピロカルピンは既に臨床で広く用いられている強力な唾液分泌促進作用を有する症状改善薬である。今回、私たちは大阪大学歯学部附属病院ドライマウス外来にてピロカルピンによる服用治療を行ったシェーグレン患者について診療録を参考に患者背景・服用量・副作用・サクソンテストによる唾液分泌量・VASを調査し、ピロカルピンの有効性と安全性を後方視的に検討した。またICRマウスを用いて、ピロカルピン継続服用の有効性と機序を検討するため分子生物学的解析を行った。マウスの実験では、ピロカルピンを反復投与すると単回投与と比べて唾液分泌量が有意に増加しており、唾液腺マーカーおよび前駆細胞マーカーの発現増加を認めた。推奨量より少ないピロカルピン服用量で唾液分泌能や自覚症状の緩和が保たれており、服用量を調整することがQOLに寄与している可能性があると考えられた。以上の結果から唾液分泌量の維持にはピロカルピンの反復投与が有効であり、前駆細胞の活性化に寄与している可能性が示唆された。近年、再生療法の研究が盛んに行われているが、唾液腺治療に臨床応用された報告はない。そこで我々は臨床応用可能な唾液腺再生を目標とし、口腔乾燥症改善薬であるピロカルピン塩酸塩(以下ピロカルピン)の投与による唾液腺組織に対する作用の検討を行った。まずシェーグレン症候群者に対するピロカルピンの継続投与における有効性を後方視的に調査し、さらに唾液腺組織におけるメカニズムを検討するためシェーグレンモデルマウスを用いて分子生物学的解析を行った。具体的な研究結果としてはまず大阪大学歯学部附属病院ドライマウス外来を通院した患者のうちピロカルピンを服用した患者について、診療録を参考に患者背景・服用量・唾液分泌量・VASによる自覚症状を調査した。その後ピロカルピン継続服用の有効性とそのメカニズムを検討するため、ピロカルピンを投与したマウスの分子生物学的解析を行った。その結果、6か月間服用が確認された症例では、継続投与することで唾液分泌および自覚症状が改善され口腔乾燥症状が緩和された。またWTおよびシェーグレンモデルマウスを用いた実験において、ピロカルピン継続投与群では単回投与群と比べて唾液分泌量は有意に増加していた。さらに唾液腺における遺伝子発現を解析したところ、継続投与マウスでは唾液腺前駆細胞マーカーKeratin5および唾液腺マーカーAQP5、Amylaseの発現増加を認めた。マウスを用いてピロカルピンが唾液腺マーカーおよび前駆細胞マーカーの発現を上昇させることを明らかにした。研究結果を国内外の学会で発表を行った。ピロカルピンは、患者に合わせた適切な量を設定し継続投与することが有効あることが示された。

またピロカルピンの継続投与は前駆細胞の活性化に寄与している可能性が考えられ、近年注目されているドラッグリポジショニングとしての応用するための研究が必要である。培養条件の設定に時間を費やし研究が遅れている。そのため、培養時間、ステップを増やして条件を設定し、引き続きサンプルの回収を継続する。本実験には細胞培養関連試薬、遺伝子工学試薬、生化学実験用試薬を用いる。唾液腺に障害を与え再生を図り観察を行う実験に関しては成体メスマウスを用いる予定であるが、唾液腺の再生過程を継時的に観察するために多くの実験動物が必要である。また妊娠マウスから胎仔唾液腺を採取するため、マウスの維持、継代が必要となる。