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神経筋系からみた生活習慣病に対する運動およびその対象者に関する運動生理学的研究

高齢者や生活習慣病患者における運動の実施が広く推奨されている.これらの人々における運動時の生理応答や運動機能を十分に理解し,運動生理学的なエビデンスに基づいた運動処方を提案することは,我々の研究領域における重要な課題の1つであると考えられる.本研究は,高齢者および生活習慣病の代表格である2型糖尿病の患者において,運動時の骨格筋の収縮を制御するシステム,すなわち神経筋系の機能特性を明らかにすることを目的とした.この研究では,従来は侵襲的な手法(針筋電図など)によってのみ得られてきた詳細な神経筋活動に関する情報を非侵襲的に得ることができる「多チャンネル表面筋電図法」という新たな手法を用いて実験を行った.本年度の研究成果として,高齢者では若齢者とは異なる方略によって骨格筋の活動を制御していること(Watanabe et al.J Electromyogr Kinesiol,2012a),2型糖尿病患者では持続的な運動を行っている際に筋内の限られた同じ部分が活動し続けること(Watanabe et al.Diabetes Res Clin Pract,in press)を査読付き国際誌に原著論文(筆頭著者)として報告した.これらの研究成果は,高齢者の神経筋機能を評価する新たな手法の開発や2型糖尿病患者で見られる運動耐容能の低下の原因の解明につながると考えられる.また,骨格筋の制御システムを理解するための基礎的な研究として,大腿四頭筋を構成する4つの筋は関節角度によってそれぞれ異なる筋活動レベルとなること(Watanabe et al.Scand J Med Sci Sports,2012),1つの筋であっても部位によって異なる役割を担っていること(Watanabe et al.J Electromyogr Kinesiol, 2012b)を査読付き国際誌に原著論文(筆頭著者)として発表した.これらの研究成果の発表に加えて,海外渡航制度を利用してイタリア・トリノ工科大学にて共同研究のため約3ヶ月間滞在し,世界でもこの研究機関でしか扱っていない特殊な解析プログラムを用いて,昨年度日本国内で取得したデータの詳細な解析を行った.設定した複数の研究課題に対する成果が,査読付き国際誌の原著論文という形で公表できていることから,おおむね順調に進展していると考えた.本研究課題では加齢や疾患にともなった神経筋活動の変化を定量的に評価することができた.今後は,これらの対象者において,運動療法が神経筋活動に及ぼす影響を調べていきたいと考えている.前年度までの研究活動から,高齢者や疾患者(2型糖尿病患者)を対象とする研究では,得られる結果の個人差が非常に大きいことがわかった.本研究で焦点を当てている神経筋活動に影響を及ぼすと考えられる要因(年齢,日常生活活動度,神経疾患など)を統制することが1つの課題であると考えている.高齢者や生活習慣病患者における運動の実施が広く推奨されている.対象者に運動機能を十分に理解し,運動生理学的なエビデンスに基づいた運動処方を提案することは,我々の研究領域における重要な課題の1つであると考えられる.特に,これらの対象者では骨格筋の組織学的変性や神経障害が生じており,このことは運動時の神経筋活動をはじめ,代謝系や呼吸循環器系の応答にも影響を及ぼしていることが推測される.本年度は高齢者および生活習慣病の代表格であるII型糖尿病の患者における運動時の神経筋活動に関する基礎的知見を得ることを目的とした.本研究では,同一筋内の筋活動分布から運動単位の動員動態を推定することが可能である多チャンネル表面筋電図法という手法を用いた.高齢者を対象とした実験では,高齢者および若齢者各13名を被験者とし,発揮筋力の増加に伴う筋活動分布の変化を検討した.その結果,高齢者および若齢者の筋活動分布は発揮筋力の増加にともなって変化したが,その変化率は若年者で有意に大きかった。同一タイプの運動単位が筋内に群化して存在するといった加齢による骨格筋内の解剖学的特徴が,特徴的な筋活動分布パターンを生じさせたと推測した.II型糖尿病患者を対象とした研究では,II型糖尿病患者および年齢を合致させたコントロール群各9名を被験者とし,持続的筋収縮中の筋活動分布の変化を評価した.その結果,時間経過に伴って両群の筋活動分布は変化したが,II型糖尿病患者ではコントロール群と比して,その変化は小さかった.この結果は糖尿病性末梢神経障害に起因していると推測され,代謝系の機能不全に加え,筋活動分布の特性もこれらの患者における筋疲労の早期発現の一要因になっていると考えられた.来年度以降は,神経筋活動の最小単位である運動単位活動に着目した研究および特異的な神経筋活動が代謝系や呼吸循環器系へ及ぼす影響に関する研究を進める.高齢者や生活習慣病患者における運動の実施が広く推奨されている.これらの人々における運動時の生理応答や運動機能を十分に理解し,運動生理学的なエビデンスに基づいた運動処方を提案することは,我々の研究領域における重要な課題の1つであると考えられる.本研究は,高齢者および生活習慣病の代表格である2型糖尿病の患者において,運動時の骨格筋の収縮を制御するシステム,すなわち神経筋系の機能特性を明らかにすることを目的とした.

この研究では,従来は侵襲的な手法(針筋電図など)によってのみ得られてきた詳細な神経筋活動に関する情報を非侵襲的に得ることができる「多チャンネル表面筋電図法」という新たな手法を用いて実験を行った.本年度の研究成果として,高齢者では若齢者とは異なる方略によって骨格筋の活動を制御していること(Watanabe et al.J Electromyogr Kinesiol,2012a),2型糖尿病患者では持続的な運動を行っている際に筋内の限られた同じ部分が活動し続けること(Watanabe et al.Diabetes Res Clin Pract,in press)を査読付き国際誌に原著論文(筆頭著者)として報告した.これらの研究成果は,高齢者の神経筋機能を評価する新たな手法の開発や2型糖尿病患者で見られる運動耐容能の低下の原因の解明につながると考えられる.また,骨格筋の制御システムを理解するための基礎的な研究として,大腿四頭筋を構成する4つの筋は関節角度によってそれぞれ異なる筋活動レベルとなること(Watanabe et al.Scand J Med Sci Sports,2012),1つの筋であっても部位によって異なる役割を担っていること(Watanabe et al.J Electromyogr Kinesiol, 2012b)を査読付き国際誌に原著論文(筆頭著者)として発表した.これらの研究成果の発表に加えて,海外渡航制度を利用してイタリア・トリノ工科大学にて共同研究のため約3ヶ月間滞在し,世界でもこの研究機関でしか扱っていない特殊な解析プログラムを用いて,昨年度日本国内で取得したデータの詳細な解析を行った.設定した複数の研究課題に対する成果が,査読付き国際誌の原著論文という形で公表できていることから,おおむね順調に進展していると考えた.本研究課題では加齢や疾患にともなった神経筋活動の変化を定量的に評価することができた.今後は,これらの対象者において,運動療法が神経筋活動に及ぼす影響を調べていきたいと考えている.前年度までの研究活動から,高齢者や疾患者(2型糖尿病患者)を対象とする研究では,得られる結果の個人差が非常に大きいことがわかった.本研究で焦点を当てている神経筋活動に影響を及ぼすと考えられる要因(年齢,日常生活活動度,神経疾患など)を統制することが1つの課題であると考えている.
斜め配向針状シリコン偏光分離素子の研究

本研究は、光ファイバ通信用偏光分離素子や光ピックアップ用波長板に応用できる斜め配向針状異方性膜の研究開発を行うものである。斜め配向針状異方性膜は、その膜厚が厚ければ(数10μm以上)偏光分離素子として、膜厚が薄ければ(数μm)波長板として機能する。本研究では、斜め配向針状シリコン偏光分離素子の開発研究に当初取り組んだが吸収損失が大きいため、その後、酸化イットリウムや石英ガラスによる斜め配向針状厚膜による波長板に取り組んだ。以下にその成果を要約する。1.膜の微細構造の分析成膜条件と斜め配向構造との関係を調べた。その結果、蒸着角度に対してそのほぼ半分の角度で針状の微細構造が成長すること、これは蒸着材料に依存しないことが確かめられた。特に、蒸着材料としてSiO_2を用いた場合には極めて明瞭な針状構造が形成されることを見出した。この構造は、その針状構造間に種々の物質を充填させるためのホスト構造としても興味があり、今後の新しい人工異方性材料の研究に発展する可能性がある。2.デバイス応用斜め蒸着膜が偏光分離効果のほかに波長板としての効果があることは、Ta_2O_5を蒸着材料として用いた従来の斜め蒸着の研究により確認されていた。本研究では新たにY_2O_3も材料に加え、波長板の作製技術の開発を行った。用途は、光ディスクの光ピックアップ系や液晶プロジェクタ用波長板である。微細構造による光の散乱の発生を抑えるため、蒸着角を50度とした。膜厚が3.8μm、針の成長角が22度のとき波長633nmにおいて、位相差が目的とした1/4波長板の値にほぼ等しい88度を得ることができた。透過率も高く、今後の実用化が期待できる。1.吸収損失の低減化現在のSi厚膜の吸収損失は大きい。これは通常の真空蒸着ではSiがダングリングボンド(未結合手)を多数有するアモルファスになっているためである。この問題の解決を図るため,成膜後のa-Si厚膜を熱処理し多結晶化することを試みた。500800°Cの間の一定温度で3時間,または650°Cで最長20時間の熱処理を行った後に厚膜の吸収損失を評価した。その結果,いずれの熱処理条件においても吸収損失は低減されなかった。今後は別の方法として,a-Si厚膜形成時に基板温度を高くする方法,またはa-Siの水素化する方法により損失の低減化を図っていく。2.偏光分離角の改善の準備理論的には最大27°の偏光分離角が期待できる。針状Siの配向角を60°付近にできるか,および充填率を0.4程度にできるかが重要である。そのために必要な真空蒸着装置を購入し,現在は上記条件を満たすべく最適な成膜条件出しを行っている最中である。さらに配向角は基板の設置角を5°以下にできるようにする必要があり,そのための装置・冶具を自作している。また,既存の偏光分離素子を利用して,偏光分離幅および偏光分離角の精密測定系を立ち上げた。(1)膜の微細構造の分析成膜条件と斜め配向構造との関係を調べた。

この構造は、その針状構造間に種々の物質を充填させるためのホスト構造としても興味があり、今後の新しい人工異方性材料の研究に発展する可能性がある。(2)デバイス応用斜め蒸着膜が偏光分離効果のほかに波長板(位相版)としての効果があることは、Ta_2O_5を蒸着材料として用いた従来の斜め蒸着の研究により確認されていた。本研究では新たにY_2O_3も材料に加え、波長板の作製技術の開発を行った。用途は、光ディスクの光ピックアップ系や液晶プロジェクタ用波長板である。微細構造による光の散乱の発生を抑えるため、蒸着角を50度とした。膜厚が3.8μm、針の成長角が22度のとき波長633nmにおいて、位相差が目的とした1/4波長板の値にほぼ等しい88度を得ることができた。透過率も高く、今後の実用化が期待できる。
エネルギーの変換技術に関する研究

1.従来のエネルギー資源の多様化と需要の大幅な変動に対処するため、種々のエネルギー間の高効率変換を実現できる新素材と新プロセス開発をめざし、次の5研究班を組織して、先導的・基礎的研究を推進した。2.(1)燃料電池班:直接型アルコール燃料電池、溶解炭酸塩型燃料電池、高温型固体電解質燃料電池について高活性で安定性の良い電極と電解質導電体の開発に成功すると共に、電池内のエネルギーおよび熱収支を評価することにより電池設計の指針を確立した。(2)太陽電池班:薄膜多層構造を用いれば変換効率40%に達する材料が実現できることを明らかにすると共に、キャリア閉じ込めによる表面再結合の低減の有用性を実証した。また、高品質アモルファスシリコン薄膜の形成法として光CVDおよびレーザとマイク波放電を併用したCVDがきわめて効果的であることを明らかにした。さらに湿式太陽電池について、電極表面の超微細構造の原子オーダーでの解明と効率の大幅向上を実現した。(3)熱化学班:熱化学サイクルを用いた水の分解による水素製造プロセスに関し、反応時間を従来の3分の1に短縮すると共に連続操業を可能にした。耐食材料を得るための多層構造CVD技術、高温域での水素分離技術も格段の進歩があった。(4)光化学班:人口光合成に関し、光触媒による二酸化炭素の固定が急速に進歩した。光励起による高酸化還元活性種の発生と反応制御には分子複合体の使用が有用であることを実証した。高歪化合物によるエネルギー貯蔵では放熱時に110度の温度上昇が可能になった。(5)高温熱直接発電班:鉄シリサイド系材料についてプラズマ処理が性能向上にきわめて有用であることを発見すると共に、ボロンやリンなどを用いた有望な新材料を見出した。また、タンタル-ハフニウムカーバイド電極を用いた熱電子発電器の試作に成功したほか、アルカリ金属熱発電用アルミナの耐食性向上因子を明かにした。
北海道における物流革命と中世の開始

1.北海道各地の擦文土器の製作工程の観察・分析を実施した。本州から遠い道東部の土器は、擦文文化後期(11世紀後半から12世紀)の前半までは回転台など土器製作工具を使用し、また計画性をもって製作したことが推定されたが、後期後半に至ると、工具の喪失、手順の省略・無計画化が明瞭に認められた。これは鉄鍋の登場で、煮炊具が入れ替わる過渡的な状況を示す。一方で、道央部や日本海側では過渡的状況がはっきりせず、土器は突然廃用を迎えるようである。2.鉄鍋は擦文期の出土例が確認できず、いずれも14世紀中頃以降と考えられるが、擦文文化終焉期に内耳式鉄鍋を模した内耳土器が製作される。漆椀類も14, 5世紀の出土が古い例で、土器文化と併行する時期の例は確認し得なかったが、道北の枝幸町で漆椀を模した土器を確認できた。上記1. 2より擦文後期(12世紀)には鉄鍋・漆椀類が、量の多寡はあるが全道に流通することがほぼ確実となった。3.鉄器・漆器類と異なり腐朽しない陶磁器類は土器とほぼ入れ替わりに出土するようになるが、散発的で土器に代わる食器としての役割は果たしていない。分布域もほぼ石狩低地帯以南に限定される。中世的煮炊具食器様式は東北地方でも12世紀には成立しており、陶磁器のみ流入が遅れたとは考え難い。4.擦文文化中世段階の船材の出土例は僅少で、確実な例は札幌市の擦文文化の中期と後期と考えられる準構造船の部材が出土している程度である。5.以上より、本州・北海道間の物流網・流通量を具体的に推定するには至らなかったが、土器の急激な廃用を迎える地域と粗雑な土器が残存する地域があることから、鉄鍋・漆器類は、北海道の中でも本州に近い地域には速やかに普及し、遠隔地にはある程度(土器1型式=数十年程度?)の期間を経て普及したと推定された。また、陶磁器は重量に比して商品としての価値が低かったために流通量が限定的だったと推定される。
動物体細胞株を使った逆遺伝子学によるDNA組み換え、修復、複製の系統的解析

我々、園田、大森、榎本は動物細胞株を使って、DNA複製時におけるゲノム損傷がどのようにして処理、または修復されているのかを明らかにした。これらの修復は、複製後修復と呼ばれ、組み換え修復経路と損傷乗り越え修復経路が主要な働きをしていることを明らかにした。特に、近年相次いで発見されてきた様々な損傷乗り越えポリメラーゼの機能欠損株を網羅的に作製し、その主要な機能の一つが複製後修復であることを明らかにした。その過程で、これらのポリメラーゼがゲノムの安定性に関与するのみならず、薬剤やホルモンで誘導される様々なゲノムの損傷を効率よく修復することで、発ガンなどの過程のも関与することを明らかにした。さらに、RecQヘリカーゼとよばれる細胞老化、発ガンを引き起こすタンパク質がこれらの複製後修復経路のどのように関与しているかを遺伝学、生化学をつかって明らかにした。老化に関与するウエルナー遺伝子に結合するタンパクを発見しその機能を明らかにした。本年度は、複製後修復に関与すると考えられるポリメラーゼRev3の欠損株を作製した。すでに発表されているヒトRev3のDNA・アミノ酸配列をもとにPCR用のブライマーを設計し、ニワトリのcDNAを鋳型として、ニワトリRev3の遺伝子の一部を単離した。単離したcDNA情報をもとにゲノムDNAを単離し、ノックアウトベクターを作製した。ニワトリDT40の野性株にノックアウトコンストラクトを導入し、Rev3欠損株を作製した。Rev3欠損株は、電離放射線・紫外線・DNA架橋剤に対して感受性を示し、Rev3の上流で機能していると考えられるRad18欠損株と同様な感受性を示した。細胞周期ごとの紫外線・電離放射線感受性もRad18欠損株と同様にS期に最も強い感受性を示した。しかしながら、Rev3欠損株は電離放射線にたいしてRad18よりも強い感受性を示し、電離放射線によるDNA損傷修復に対してRad18とは異なる機構で機能していることが示唆された。細胞の相同組換え能を表す指標について調べたところ、免役グロブリン遺伝子座における遺伝子変換の頻度はほぼ野性株と同じで、遺伝子ターゲッテイングの頻度がわずかに低下していた。現在、Rev3欠損株の放射線感受性がどのような修復機構の欠損によるものかを明らかにするために、非相同末端結合能のアッセセイ、組換え後修復能のアッセイをおこなっている。また、現在まで多数の複製後修復に関与するポリメラーゼーが単離されており、お互いに相補して働いている可能性があるので、他のポリメラーゼとの2重欠損株を作製しその機能を検証している。生体内では、種々の内的および外的要因によりたえず塩基レベルのDNA損傷が大量に発生する。未修復のまま残った損傷に複製フォークが遭遇すると、複製が停止しうる。DNA複製が完了できないと、その後のM期での染色体の凝縮と分配が正常に起こらないので、細胞にとって致死である。複製が停止した場合におこるトラブルは、複製後修復経路によってプロセスされ、複製が再開される。酵母のミュータントの解析から、主要な複製後修復には、(A)損傷乗り越えDNA合成(Translesion DNA synthesis = TLS)と(B)相同DNA組換え(Homologous DNA recmbination = HR、複製が停止した姉妹染色分体が複製を継続している姉妹染色分体と組み換えすることによって複製停止から回復)とがあることがわかっている。(A)TLSに関与すると考えられるDNAポリメラーゼ(TLS DNAポリメラーゼ)のヒトホモログ遺伝子が最近4年間に8種類も見つかった。高等真核細胞における複製後修復の役割は、これらに関与する遺伝子の多くがその欠損によりマウスで胎生致死になるので、よくわかっていない。我々は、動物細胞で唯一標的組み換えがランダムインテグレイションと同効率で起るニワトリBリンパ細胞株DT40を使って、(A)TLSと(B)HRの欠損株を系統的に作製、解析してきた。そして、HRとTLSは、互いにオーバーラップしながら、大量に発生している複製ブロックから回復するのに必須の働きをすることを解明した。このように恒常的に機能しているHRによる修復反応は、姉妹染色分体交換として検出できることを我々は明らかにした。自然発生する姉妹染色分体交換のレベルと標的組み換え効率とは、正に相関することから、我々は、恒常的に機能しているHRによる修復反応が標的組み換えにも同時に関与すると仮定して研究を進めている。(担当:園田)Werner症候群原因遺伝子産物(WRN)と結合するWHIPの機能の解析を行い、WHIPが多量体を形成してWRNと結合すること、両者の結合にはATPが必要であるが、ATPを要求するのはWHIPであることを明らかにした。

また、酵母を用いた解析により、WHIPのRFCに似たモチーフがWHIPの機能の発現に必須であること、WHIPはDNAポリメラーゼdと結合し、DNAポリメラーゼdと機能的関連をもつことがわかった。(担当:榎本)ベンゾピレンは生体内で活性化されて、主にDNAのグアニンのN2の位置に付加体を形成する。ヒトPolkはin vitroにおいてそのような損傷の向側にシトシンを挿入して比較的効率良くバイパスすることを明らかにした。マウスのES細胞においてその酵素をコードする遺伝子の欠損変異株を分離したところ、in vitroの結果と一致してベンゾピレンに対して感受性となることが分かった。免疫グロブリン遺伝子は抗原との親和性を増すために可変領域の一部において突然変異が高頻度に起こること(somatic hypermutation)が知られているが、Polk欠損マウスにおいてもそのような現象はほぼ正常に起こっていることが分かった。(担当:大森)園田は、ニワトリDT40細胞株を用い、相同組換え(HR)と損傷乗り越え修復(TLS)を同時に欠損した株(ΔRad54/ΔRad18,ΔRad54/ΔRev3)を作成し、これらの株が染色体断裂を多発して死亡することを見いだした。すなわち、HRとTLSは、互いにオーバーラップしながら、細胞内でたえず発生している複製停止からの複製再開に必須の働きをしていることを解明した。これは動物細胞に特有な現象である。榎本は、Werner症候群原因遺伝子産物(WRN)と結合するWRNIP1を発見して解析を行い、WRNIP1が多量体を形成してWRNと結合すること、両者の結合にはATPが必要であるが、ATPを要求するのはWRNIP1であることを明らかにした。また、酵母を用いた解析により、WRNIP1(Mgs1)や、TLSに関わるRad18やMms2がDNAポリメラーゼδと機能的関連をもつことを見いだした。さらに、このWRNIP1、WRN、Rad18の機能的関連をDT40細胞の遺伝子破壊株を作製して解析をおこなった。カンプトテシンによるDNAの傷害では、Rad18経路が中心的役割を担い、Rad18及びWRNIP1はWRNとは別の経路で働くことが明らかになった。一方、酵母を用いた解析からWRNIP1はRad18とMms2が関与する鋳型スイッチ機構と平行した経路で機能すること、WRNは相同組換え経路で機能することが示唆された。大森は、TLS polymeraseの一つである、Polκによる損傷バイパスのメカニズムを解析し、Polκはin vitroの反応においてベンゾピレン(BaP)がグアニンに付加したような損傷を効率良く、またほぼ誤り無くバイパスすることを発見した。しかも、生体内ではBaPなどの多環状芳香族炭化水素化合物を投与するとその発現が誘導される。このような結果から、PolκがBaPなどによるDNA損傷に対応する応答において重要な役割を担っていると考えられた。
スピン偏極水素原子散乱装置の開発とこれを利用した表面磁気構造の解明

本課題では,スピン偏極水素原子線源と測定系を開発し,水素原子の散乱を利用した表面磁気構造の測定を行うことを目的としている. H25年度は,前年度まで開発を進めてきた水素原子線源の開発をさらに進め, 3x10^<15>cm^<-2>s^<-1>の流量をもつ水素分子線, 1x10^<14>cm^<-2>s^<-1>の流量をもつ水素原子線を生成することに成功した.現時点では散乱水素原子のスピン偏極度を精度良く測定することが困難だと予想されたため,方針を切り替え,水素分子線の散乱による原子核スピン転換を利用して磁気構造を測定することを試みた.水素分子の核スピン同位体,オルソ水素分子・パラ水素分子間の遷移は気相ではほぼ禁制だが,固体表面のスピンによって促進されることが分かっている.散乱水素分子の原子核スピン状態を測定するために,多光子共鳴イオン化法による測定系の立ち上げを行った.試料として,前年度までに酸素欠損による電子状態変化と吸着水素の荷電状態を調べたSrTiO_3(001)表面を用いた. SrTiO_3(001)表面では, TiO_2やZnO表面で議論されるように酸素欠損や吸着水素が局在スピンを持つ可能性があるが,表面の常磁性相の検知が困難であることから明らかにされていなかった.酸素欠損のない表面,酸素欠損を表面に1x10^<13>cm^<-2>程度含む表面を作成し,それぞれの上で散乱された水素分子の回転状態の測定を行った.その結果,酸素欠損導入表面ではオルソ水素分子からパラ水素分子への遷移が酸素欠損のない表面と比較して1.9倍促進されることが分かった.酸素分子を物理吸着させたAg(111)表面におけるオルソ・パラ転換の促進と比較・解析することで,表面に1.7x10^<13>cm^<-2>のボーア磁子が存在する可能性があることが分かった.解析方法の確立により,将来的に物質と磁性相を選ばない表面磁気構造の解析が可能になると考えている.(抄録なし)本研究では,固体表面に吸着した水素原子,あるいは固体表面で散乱される水素原子のスピンの振る舞いを明らかにするために,スピン偏極水素原子線源と測定系を開発し,実際に試料の測定を行うことを目的としている.H23年度は水素原子線源と四重極質量分析器のアラインメントをとって設置を行い,水素原子の生成を確認した.また水素原子生成に用いているマイクロ波キャビティ,圧力の条件の最適化を行い,水素原子線の強度を高めた.水素原子の散乱実験においては入射水素原子線の強度がS/N比を決定するため,強度の上昇は意義深い.試料測定の実施を見据えて,加熱処理,冷却,温度測定,電流測定を実施可能な可回転試料ホルダーの作成を行い,水素原子の脱離実験,散乱実験が行える配置を整えた.試料として銀あるいは酸化物の水素分子吸着表面の評価を行う予定だったが,実際に酸化物の一つであるSrTiO3表面に水素原子,分子を吸着させ,吸着位置,電子状態変化の評価を行なった.一般に水素は酸化物中に深く拡散侵入することが多いが,共鳴核反応法を用いた吸着水素の深さ分布測定によって,無欠陥表面に吸着した水素原子,有欠陥表面に吸着した分子は共にSrTiO3の表面に局在していることを見出した.また無欠陥表面には水素分子は吸着しなかった.電子状態変化に関しては,欠陥のない表面に吸着した水素原子は表面に対して電子を供給し,SrTiO3のバンドギャップから伝導帯にかけての電子密度が増加することが分かった.逆に,欠陥表面に吸着した水素分子は表面から電子を受け取る傾向にあることも見出した.酸化物表面における水素の電子的に多様な振る舞いが明らかになり,酸化物表面の反応の理解にも貢献があると考えられる.スピン偏極水素を用いた実験に際しても,表面における水素の振る舞いの評価は不可欠であり,試料に関しての実験の下地が整いつつある.本課題では,固体表面と水素原子の相互作用過程におけるスピンの効果を明らかにするために,スピン偏極水素原子線源と測定系を開発し,実際に試料の測定を行うことを目的としている.そのためには,強度の高い水素原子線源を開発することが不可欠である.H23年度までに,水素原子線源を開発し,強度を向上させることに成功したが,本課題を達成するためにはさらに10100倍程度強い線源が必要だということが分かった.そこで本年度は,水素線源に用いていた真空容器を新たに設計しなおし,再設置を行った.これにより,水素線源全体の長さが1/3となり,試料の見込み立体角が10倍近く向上した.また排気効率も高くなり,バックグラウンドもより減少した.また,水素線の放出ノズルには,石英ガラスチューブとPTFE(テフロン)チューブを組み合わせたものを使用していたが,単一の石英ガラスチューブを再設計し,単一の石英ガラスチューブからなる放出ノズルを設計・製作した.これにより,水素の解離の効率が上がり,水素線のアラインメントも容易になった.表面試料として想定しているSrTiO_3表面に吸着した水素の吸着状態の評価を今年度も引き続き行った.水素の導入器に水素純化器を設置して,追試を行ったところ,欠陥のないSrTiO_3(001)表面には水素原子のみ吸着して表面の電子密度を0.8x10^<14>cm-2増加させることを確かめた.さらに共鳴核反応法により水素の吸着量が3.1x10^<14>cm-2であることが分かった.

水素による表面電子密度と吸着量の測定結果を合わせ,水素がH+0.3という荷電状態で吸着していると見積った.また,水素と表面酸素欠損の相互作用を調べるために,電子刺激脱離を利用して表面に酸素欠損を導入することを考えた.SrTiO_3表面に電子線照射を行うと,表面の結晶構造を保ったまま,表面の酸素欠損量を01x10^<14>cm-2,電子密度を02x10"14cm-2の範囲で変化させられることが分かった.電子密度の変化は,表面で02・として存在していた酸素原子がESDによって中性原子として脱離し,表面に電子が取り残された(ドープされた)ことによる.酸素の曝露により,酸素欠損,電子密度は0cm-2まで戻った.伝導帯下端の評価から,電子線照射と酸素曝露による電子密度の変化に伴い,表面が半導体的な状態と金属的な状態をスイッチできることが分かった.この方法を用いて作成した表面酸素欠損を有するSrTiO_3(001)表面に水素分子を曝露すると,水素が吸着し,表面の電子密度を半減させることを見出した.これにより,水素の荷電状態をH-と見積もった.本課題では,スピン偏極水素原子線源と測定系を開発し,水素原子の散乱を利用した表面磁気構造の測定を行うことを目的としている. H25年度は,前年度まで開発を進めてきた水素原子線源の開発をさらに進め, 3x10^<15>cm^<-2>s^<-1>の流量をもつ水素分子線, 1x10^<14>cm^<-2>s^<-1>の流量をもつ水素原子線を生成することに成功した.現時点では散乱水素原子のスピン偏極度を精度良く測定することが困難だと予想されたため,方針を切り替え,水素分子線の散乱による原子核スピン転換を利用して磁気構造を測定することを試みた.水素分子の核スピン同位体,オルソ水素分子・パラ水素分子間の遷移は気相ではほぼ禁制だが,固体表面のスピンによって促進されることが分かっている.散乱水素分子の原子核スピン状態を測定するために,多光子共鳴イオン化法による測定系の立ち上げを行った.試料として,前年度までに酸素欠損による電子状態変化と吸着水素の荷電状態を調べたSrTiO_3(001)表面を用いた. SrTiO_3(001)表面では, TiO_2やZnO表面で議論されるように酸素欠損や吸着水素が局在スピンを持つ可能性があるが,表面の常磁性相の検知が困難であることから明らかにされていなかった.酸素欠損のない表面,酸素欠損を表面に1x10^<13>cm^<-2>程度含む表面を作成し,それぞれの上で散乱された水素分子の回転状態の測定を行った.その結果,酸素欠損導入表面ではオルソ水素分子からパラ水素分子への遷移が酸素欠損のない表面と比較して1.9倍促進されることが分かった.酸素分子を物理吸着させたAg(111)表面におけるオルソ・パラ転換の促進と比較・解析することで,表面に1.7x10^<13>cm^<-2>のボーア磁子が存在する可能性があることが分かった.解析方法の確立により,将来的に物質と磁性相を選ばない表面磁気構造の解析が可能になると考えている.個別に見ると,スピン偏極水素原子線源と測定系の開発に関しては,やや遅れている傾向にある.電力問題によりマイクロ波キャビティの可動が非常に制限されていたため,水素原子生成の条件を最適化するのに時間を要した.
トロンボポエチン受容体と細胞内シグナル伝達機構の解析

トロンボトエチン(TPO)は巨核球・血小板産生を特異的に促進するサイトカインである。そのレセプターはc-mpl遺伝子によってコードされ、他のサイトカインレセプタースーパーファミリーのメンバーと同様に細胞内にキナーゼドメインを持たないが、TPO刺激により早期に多くの蛋白のチロシンリン酸化が誘導される。我々は白血病細胞株UT-7からTPOに増殖依存性を有し、成熟巨核球の性格を持つ亜株UT-7/TPO細胞株を樹立し、この細胞株を用いてTPOシグナル伝達の解析を行い、JAK-STAT系,RAS-MAPK系、そしてイノシトールリン脂質系がTPO刺激により活性化されることを明らかにし(Blood 89:552,1996;Biochem.Biophys.Res.Commun.217:230,1995;Biochem.Biophys.Res.Commun.in press)。さらに完全長型c-mplPcDNAを内因性にc-mplを発現していないUT-7/EPO細胞株に遺伝子導入し、TPOによって増殖分化が観察できる系を確立した。TPOによってトランスフェクタントは大型化し、巨核球様の細胞に変化し、糖蛋白IIb/IIIaの発現量も増加した。そこでTPOレセプターの細胞内ドメインの機能を解析するために我々はc-mplの種々のdeletion mutantを作製し、UT-7/EPO細胞に遺伝子導入し、巨核球の分化、細胞増殖、チミジン取り込みによるDNA合成について解析した。細胞増殖や巨核球分化に必須な領域はアミノ酸575-586とアミノ酸615-630にあり、アミノ酸587-614には細胞増殖や巨核球分化を負に制御する領域が存在することが明らかになった。DNA合成に必須な領域はアミノ酸565-574であり、DNA合成が誘導されても細胞増殖に必ずしも結び付くものではないこともわかった(J.Biol.Chem.In press)。
オホーツク海海氷域上の気団の熱・水蒸気収支

海氷が大気と海洋の熱や水蒸気の交換にどの様な影響を与えるかを調べるため、オホーツク海の季節風の吹き出しの上流、中流、下流での大気の気温や水蒸気量の鉛直分布を比較し、大気が海氷を含む海面からどれだけ熱や水蒸気を得るかを調べた。上流のデータとしてはユジノサハリンスク(ロシア)でのゾンデ観測データを用い、下流のデータとして北海道、オホーツク沿岸の斜里町においてゾンデ観測を継続した。また、観測期間中の海上保安庁の砕氷巡視船「宗谷」でもゾンデ観測を行った。斜里および宗谷でのゾンデ観測は各年1月から2月にかけての数十日、1日28回のゾンデを始め、地上気象等を行った。解析は、ユジノサハリンスクから斜里へ風がちょうど良い角度で季節風が吹くケースを選び、上流下流での大気のプロファイルを比較し、特に海面混合層の発達とそれに伴う、熱や水蒸気量の増加を調べ、熱フラックスを計算した。ちょうど良い風が吹くケースは意外に多くなく、また年によっては思ったより海氷がオホーツク沿岸に到達するのが早く、海氷が無い時のデータが不足するなど、解析に適する事例は期待したほど多くなかった。しかし、海氷の有無により混合層の発達が歴然と異なり、大気が海洋から得る熱が海氷によって著しく低減されることを観測から明らかにすることができた。1.過去のデータの解析NOAAより1973-90年の期間にオホーツク周辺域で行われたゾンデ観測データを購入した。冬季季節風の吹き出し時に上流と下流での大気中の気温、水蒸気量の分布を比較し、大気が海洋から得た熱や水蒸気を推算し、海氷の影響を調べる作業を始めた。その為、この期間の海氷分布と大気の客観解折データを入手した。2.斜里町におけるゾンデ観測オホーツク沿岸域でのゾンデ観測地の調査を97年11月に行った。紋別町から斜里町にかけて、数カ所の候補地を現地調査した結果、斜里町の斜里温泉付近が最適と判断された。これは海岸に近く陸の影響が出にくいこと、付近に障害物が無くゾンデ観測がやりやすいこと、海氷の存在する確率が高いこと、観測のための部屋や観測者のための宿泊施設があること、等の条件を満たしているためである。12月に再び現地を詳しく調査し、観測機器の配置などを検討した上、98年1月24日から現地入りして準備をし、26日よりゾンデ観測を開始した。2月11日まで17日間、通常1日48回の観測を行ない、重大な失敗もなく、欠測なくデータを得ることができた。3.巡視船宗谷におけるゾンデ観測海氷上での大気の状態を調べるため、海上保安庁の巡視船宗谷の航海に便乗させてもらい、ゾンデ観測を行った。航海は小樽を98年2月3日に出航、12日に小樽に帰航する12日間で、観測は船がオホーツク海内に居る間、紋別寄港中や海岸に接近した時を除き、やはり1日48回行った。ここでも全ての回にデ一タを得ることが出来た。4.斜里、宗谷のデータ解析現在、解折が進行中である。また、海氷分布、その他のゾンデデータ等の入手を計っている。1.昨年度の観測データの解析昨年度、斜里町と巡視船宗谷で行ったゾンデ観測のデータを解析した。ユジノサハリンスクのゾンデデータを用い、宗谷、斜里が季節風吹き出しの上流、中流、下流になるようなケースを何例か選び、大気中の熱や水蒸気を変化をしらべた。その結果、海氷の多い時には少ないときに比べ、大気が海洋から受ける熱や水蒸気量が少ない傾向にあることが分かった。また、海氷がある場合は、無い場合に比べ、これらのフラックスが約半分に制限される事が分かった。2.斜里町におけるゾンデ観測昨年度と同様、斜里町においてゾンデ観測を行った。今年はより期間を延長し、その代わり最高1日4回の観測に制限した。

1月18日より2月21日まで毎日、00Zと12Zの2回、そのうち1月23日から2月13日まではさらに06Zと18Zの観測を加え一日4回の観測を行った。何回か再放球の必要はあったが、全ての観測でデータを得ることができた。3.巡視船宗谷におけるゾンデ観測海氷上での大気の状態を調べるため、海上保安庁の巡視船宗谷の航海に便乗させてもらい、ゾンデ観測を行った。航海は小樽を99年2月2日に出航、11日に小樽に帰航する10日間で、観測は船がオホーツク海内に居る間、1日4回行った。ここでも全ての回にデータを得ることが出来た。1.斜里での観測昨年同様、斜里町でのゾンデの観測を行った。昨年、丁度良い風が吹く事例が少なかったことと、海氷の発達する前のデータが十分でなかったことの反省から、観測期間を延長し、1月11日から2月25日までの7週間弱に渡って観測をおこなった。この内、1月31日までは1日2回、それ以降は1日4回の観測を行った。幾つか再放球の必要はあったものの、全ての回にデータを取得することが出来た。2.宗谷による観測今年は海上保安庁の都合に例年より航海日数が短縮され、2月12日から17日の6日間に短縮された。しかし、比較的斜里の観測との位置関係が良い位置にいることが多く、観測としてはまずまずの結果となった。3.解析解析はこれからであるが、昨年は次々と小さな低気圧が通過し、なかなか冬型が安定せず、解析に適した事例が少なかったのに対し、今年は冬型が安定した期間が長く、解析に適した事例が多く見つかることが期待される。海氷も予想以上に発達し、近年では最大規模の海氷面積になっている。また、他のプロジェクトで行われたサハリンのゾンデ観測や航空機による観測との同時観測も行われ、より解析が進展することが期待される。
強相関系ハロゲン架橋Ni錯体の電子構造と伝導性

擬一次元ハロゲン架橋金属錯体の中で、パイエルス変形を起こさないNi錯体([Ni(chxn)_2X]X_2:X=Cl,Br)において良質な単結晶を作製し、その電子構造とキャリアの性質について詳しく調べた。基本的な電子構造を明らかにするために、X線光電子スペクトルおよびオージェスペクトルを測定した。その結果、このNi錯体が電荷移動型の絶縁体であること、Niイオンのオンサイトクーロン反発Uは約5eVと評価されることがわかった。また、ギャップより低エネルギー側の赤外域の吸収スペクトルを詳しく調べたところ、少量のキャリアの存在によると考えられる吸収(いわゆるミッドギャップ吸収)が観測された。熱起電力の測定から、このキャリアは電子であり、これらは電子格子相互作用によって緩和した一種の電荷ソリトンになっていると考えられる。一方、同じ錯体を光励起すれば、電子と正孔の両者を生成することが可能である。光励起によって新たに生じる吸収(光誘起吸収)と上記の赤外吸収スペクトルを比較することによって、正孔が緩和したポーラロンによる光誘起吸収の存在が明かとなった。このようなキャリアに固有の吸収を詳細に調べることは、キャリアとスピンとの相互作用を明らかにする鍵になると考えられる。さらに、Niの一次元スピン鎖による磁気的な性質を調べるために、帯磁率の温度変化および磁化測定を行った。帯磁率の温度変化の大まかな特徴は、温度に依存しない成分とキュリー成分の和で再現される。後者は、電子キャリアが低温で局在し一次元スピン鎖を寸断することによって、奇数サイトを含むドメインを生じさせるためである。
公共事業入札制度の実験による研究ー談合の発生メカニズムと入札管理コストー

実験による公共事業入札制度の検討という新しい試みを実施したが、具体的な成果と同時に将来の研究の基礎となるようなノウハウの蓄積に努めた。1.今年度の成果(1)入札コストの有無が、入札行動に予想以上に大きな影響を与える事が分かった。工事費用の1%足らずの入札費用でも、落札見込みの小さい業者を排除する強い効果を持ち、一般競争入札のもとでも、入札者数は非常に限定されたものになった。従って、一般競争入札のもとでは、入札者数が無限定に増えてしまうという議論は、実験的に支持されない。(2)ダンピング(工事費用以下での入札)は非常に多くの条件下で観察され、これが発生しなかったのは、指名入札と談合と予定価格の組み合わせのもとだけであった。予定価格制度のない場合には、赤字受注が一般的であり、予定価格とダンピング排除規定がある場合でも、ダンピングすれすれのところで落札価格が決まる場合がほとんどであった。これらの実験結果は、公共工事が失業救済策としての性質をもつ傾向があること、にもかかわらず(それ故という方が、実は正確であるが)、赤字受注が一般的である事を示している。(3)談合それ自体は、落札価格を引き上げる効果を全くと言って良いほど持たなかった。利潤の再分配が可能な場合でも、効果がなかった。談合が効果を持ったのは、指名入札制度と結びついた場合だけであった。(4)予定価格オ-バ-で二度三度と再入札が行われる現象は、談合.指名入札.予定価格からなる制度に固有の現象である事が分かった。その何れを欠いても、この入札行動は発生しなかった。2.今後の課題(1)工事費用の推定値は、業者毎に確定しており.費用をかけずにそれが一意的に分かるものとして実験を行った。しかしながら、工事費用の推定費用は、実際にはかなり大きく、しかも得られる工事費用の推定値も不確定である。この点を考慮に入れた実験が不可欠である。
^<31>PーMRSを用いた実験腫瘍の放射線療法の評価

病理組織学的には,照射6時間後は照射前と比較して腫瘍組織にほとんど変化を認めず24時間後では細胞質,核の空胞変性を示すものも出現するが,壊死範囲には差を認めなっかた。5日後では,腫瘍細胞の大部分は多核巨細胞,空胞変性を示していた。また,腫瘍径は照射後5日目までに有意な縮小を認めず,腫瘍径や病理組織学的変化が現れるより以前に, ^<31>P MRSでは照射による変化が認められ,照射効果の予測が可能であると考えられた。POGー2026で測定した腫瘍組織酸素分圧は,照射前は342mmHGとばらつきがあったが,照射直後より低下し,36時間後にはほぼ5mmHg以下となり,24時間後では10mmHg以上まで回復し,その後上昇した。腫瘍組織酸素分圧とPCr/Piの変化は相似して推移し,PCr/Piは照射後の腫瘍組織酸素分圧は指標となりうる可能性が示唆された。
高齢者の睡眠障害に関わる環境及び遺伝の相互作用の解明

ヒトの睡眠・生体リズム調整機能の加齢変化に個体差が生じるメカニズムは光感受性、位相反応特性、睡眠恒常性に関わる個体側の遺伝要因のほか、日照量、食習慣や運動など環境要因の相互作用から理解する必要がある。近年、加齢によりDNAメチル化などエピゲノム制御の変化が起きること、その一部は食事や運動習慣など環境要因の影響を大きく受けることが明らかになっている。本研究は、睡眠の質的量的低下や内的脱同調などの睡眠・生体リズム調節障害が高齢者の認知機能や気分調節に及ぼす影響を精密に評価し、その罹患脆弱性や個人差が生じる生理・分子的基盤を遺伝要因と環境要因の相互作用の視点から明らかにし、睡眠・生体リズムを効果的に調整するための生活習慣の確立とその奏功メカニズム、高齢者の頑健な睡眠機能の生理的意義の解明に資する基盤データを得ることをめざした。20代健常男性10名(平均年齢24.1歳)と60歳以上の健常男性6名(平均年齢66.5歳)を対象として、睡眠覚醒時刻、食事、照度、温湿度などのマスキング要因を統制した隔離実験室内にて、48時間にわたり睡眠(2夜のポリグラフ検査)および生体リズム指標(低照度下メラトニン分泌立ち上がり時刻)の測定ならびに4時間おきに8ポイント末梢血を採取し、メチル化タイピングを行うため各被験者の血液サンプルからゲノムDNAを抽出した。866,895マーカーを搭載するInfinium MethylationEPIC BeadChipキットを用いてマイクロアレイシステムによるゲノム全体のメチル化タイピングを行った。その結果、睡眠・生体リズム調節機能に関わるメチル化領域を同定するため、得られたメチル化量の時系列変化をコサイナー法により解析した。その結果、若年者全員にリズム性が認められた領域は239箇所、高年者全員にリズム性が認められた領域は86箇所であった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、睡眠の質的量的低下や内的脱同調などの睡眠・生体リズム調節障害が高齢者の認知機能や気分調節に及ぼす影響を精密に評価し、その罹患脆弱性や個人差が生じる生理・分子的基盤を遺伝要因と環境要因の相互作用の視点から明らかにする。また、睡眠・生体リズムを効果的に調整するための生活習慣の確立とその奏功メカニズム、高齢者の頑健な睡眠維持が健康長寿に資する生理的意義を明らかにする。本年度は若年健常被験者を対象に睡眠・生体リズム指標と連動して日内変動を示すゲノムメチル化部位を調べた。20代健常男性10名(平均年齢24.1歳)をリクルートし、非利き腕に取り付けたアクチグラフを用いて在宅での睡眠状態を調査した。各被験者の平均入眠時刻を起点として睡眠覚醒時刻、食事、照度、温湿度などのマスキング要因を統制した隔離実験室内にて、48時間にわたり睡眠(2夜のポリグラフ検査)および生体リズム指標(低照度下メラトニン分泌立ち上がり時刻)の測定ならびに4時間おきに8ポイント末梢血を採取した。現在のところ、被験者4人(平均年齢23歳)の血液サンプルからDNAを抽出し、各被験者につき8サンプル合計32サンプルに対して866,297マーカーを搭載するInfinium MethylationEPIC BeadChipキットを用いてマイクロアレイシステムによるゲノム全体のメチル化タイピングを行った。現在解析を進めている。ゲノムサンプルの採取に想定よりも期間を要し、メチル化解析の着手が遅れている。本年度は、若年健常者において睡眠・生体リズム調節機能に関わるメチル化領域を同定するため、20代健常男性10名中4人(平均年齢23歳)の末梢血由来DNAを用いて検出された865,848866,118箇所のメチル化サイトの解析を進めた。高年健常被験者を対象に睡眠・生体リズム指標と連動して日内変動を示すゲノムメチル化部位を調べるため、60歳以上の健常男性6名(平均年齢66.5歳)をリクルートし、非利き腕に取り付けたアクチグラフを用いて在宅での睡眠状態を調査した。各被験者の平均入眠時刻を起点として睡眠覚醒時刻、食事、照度、温湿度などのマスキング要因を統制した隔離実験室内にて、48時間にわたり睡眠(2夜のポリグラフ検査)および生体リズム指標(低照度下メラトニン分泌立ち上がり時刻)の測定ならびに4時間おきに8ポイント末梢血を採取し、メチル化タイピングを行うため各被験者の血液サンプルからゲノムDNAを抽出した。若年群、加齢群でのゲノムサンプリングが終了し、メチル化解析に着手できたヒトの睡眠・生体リズム調整機能の加齢変化に個体差が生じるメカニズムは光感受性、位相反応特性、睡眠恒常性に関わる個体側の遺伝要因のほか、日照量、食習慣や運動など環境要因の相互作用から理解する必要がある。

本研究は、睡眠の質的量的低下や内的脱同調などの睡眠・生体リズム調節障害が高齢者の認知機能や気分調節に及ぼす影響を精密に評価し、その罹患脆弱性や個人差が生じる生理・分子的基盤を遺伝要因と環境要因の相互作用の視点から明らかにし、睡眠・生体リズムを効果的に調整するための生活習慣の確立とその奏功メカニズム、高齢者の頑健な睡眠機能の生理的意義の解明に資する基盤データを得ることをめざした。20代健常男性10名(平均年齢24.1歳)と60歳以上の健常男性6名(平均年齢66.5歳)を対象として、睡眠覚醒時刻、食事、照度、温湿度などのマスキング要因を統制した隔離実験室内にて、48時間にわたり睡眠(2夜のポリグラフ検査)および生体リズム指標(低照度下メラトニン分泌立ち上がり時刻)の測定ならびに4時間おきに8ポイント末梢血を採取し、メチル化タイピングを行うため各被験者の血液サンプルからゲノムDNAを抽出した。866,895マーカーを搭載するInfinium MethylationEPIC BeadChipキットを用いてマイクロアレイシステムによるゲノム全体のメチル化タイピングを行った。その結果、睡眠・生体リズム調節機能に関わるメチル化領域を同定するため、得られたメチル化量の時系列変化をコサイナー法により解析した。その結果、若年者全員にリズム性が認められた領域は239箇所、高年者全員にリズム性が認められた領域は86箇所であった。次年度は高齢者を対象として睡眠・生体リズム調節機能の脆弱性(睡眠の質的量的低下、内的脱同調、生体リズム位相の顕著な日間変動)の原因となる生物時計および睡眠恒常性機能の加齢変化に連動して生じているエピゲノム制御の変化を同定する。また、高齢者を対象としたリズム同調作用が証明されている介入法(スケジュール化された高照度光照射、メラトニン服用、運動負荷)を実施するための準備に着手し、倫理委員会への申請を行う。睡眠・生体リズム調節に関わる主要な遺伝子群とそのプロモーター領域におけるエピゲノム機能の変化を測定する。エピゲノム解析結果と合わせて、高齢者の睡眠表現型への寄与度、環境的要因との相互作用を解明する。次年度は、高年者を対象として85万以上のマーカーを搭載するInfinium MethylationEPIC BeadChipキットを用いてマイクロアレイシステムによるゲノム全体のメチル化タイピングを行い、睡眠・生体リズム調節機能の脆弱性(睡眠の質的量的低下、内的脱同調、生体リズム位相の顕著な日間変動)に関わるメチル化領域を同定する。さらに、前年度に行った若年者のメチル化タイピングの結果と照らし合わせ、睡眠・生体リズム調節に関わる主要な遺伝子群とそのプロモーター領域におけるエピゲノム機能の変化を測定して生物時計および睡眠恒常性機能の加齢変化に連動して生じるエピゲノム制御の変化を同定する。これらのエピゲノム解析結果と合わせて、高齢者の睡眠表現型への寄与度、環境的要因との相互作用を解明する。また、高年者を対象としたリズム同調作用が証明されている介入法(スケジュール化された高照度光照射、メラトニン服用、運動負荷)を実施するための準備に着手し倫理委員会への申請を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
肺の分化制御機構の解明:Notch、Stat経路を中心に

我々は、肺でNotchシグナルが活性化されると、basic helix-loop-helix(bHLH)型転写因子のHesの転写が促進されること。その結果、HesがプロニューラルbHLH型転写因子Hash1を抑制し、神経内分泌の形質が抑制されることを明らかにしてきた。肺小細胞癌では、Notch-Hesシグナル系が抑制されており、その結果Hash1が過剰発現して神経内分泌の形質を生じていることを示してきた。最近、神経系前駆細胞の分化制御にNotch-Hesシグナル系とJak-Statシグナル系がクロストークし、HesがStat3のリン酸化を促進することが報告されている。肺癌細胞では、Jak-Statシグナル系の上流に位置するチロシンキナーゼ関連因子が過剰発現していることが以前より報告されている。しかしながら、正常肺や肺癌でのJak-Statシグナル系と直接関係する研究はほとんどされていない。今回我々は、肺癌細胞株を用いてStat3関連因子のwestern blottingを行い、小細胞癌、非小細胞癌ではstat3のリン酸化が異なり、非小細胞癌ではstat3はリン酸化されており、小細胞癌ではリン酸化されていないものが多いことがわかった。また、Hes1やMashl/Hashlの動態もStat3のリン酸化と関係があることがわかり、我々の得られたデータから、正常肺や肺癌でもNotch-Hesシグナル系とJak-Statシグナル系にクロストークがあることが考えられる。細胞分化においては、stat3が活性化するためにはリン酸化が重要で、その鍵となる因子の一つがHesと言うことがわかった来た。これらのことより、正常肺気道上皮細胞及び肺癌細胞の細胞分化・細胞増殖をJak-Statシグナル伝達系がNotchシグナル伝達系とクロストークして制御していることを示唆するデータが得られた。今後さらに、正常気道上皮細胞・神経内分泌細胞および肺癌細胞に見られる分化決定制御をしているNotch-Hesシグナル系とStatシグナル系の関わりを詳細に明らかにしていきたい。我々は、肺でNotchシグナルが活性化されると、basic helix-loop-helix (bHLH)型転写因子のHesの転写が促進されること。しかしながら、正常肺や肺癌ではJak-Statシグナル系と直接関係する研究はほとんどされていない。今回我々は、肺癌細胞株を道いてStat3関連因子のwestern blottingを行い、小細胞癌、非小細胞癌ではStat3のリン酸化が異なり、非小細胞癌ではStat3はリン酸化されており、小細胞癌ではリン酸化されていない物が多いことがわかった。また、Hes1やMash/Hash1の動態もStat3のリン酸化と関係があるデーらが得られ、我々の得られたデータから、正常肺や肺癌でもNotch-Hesシグナル系とJak-Statシグナル系にクロストークがあることが考えられる。