hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プロスタグランジン:生物活性分子機構

本研究では多数のプロスタグランジン(PC)受容体特異的探索分子を設計・合成し、PGの生物活性の分子機構の解明に成功した。まず、中枢神経系のPGI_2受容体に強く結合する受容体探索分子(15R-TIC)の開発に成功し、脳内に新規プロスタサイクリン受容体(IP_2)が存在することを証明した。また、15R-TICのトリチウム標識体を活用して中枢型IP_2受容体の局所分布の視覚化に成功した。さらに、IP_2受容体タンパク質解析のための光親和性標識リガンドの合成にも成功した。続いて、高速メチル化反応を開発して15R-TICの^<11>C含有PETトレーサーの合成に成功し、生きた赤毛ザルの脳PET画像撮影を行って、IP_2受容体が視床および線条体などの中枢神経系に特異的に分布することを明らかにした。抗腫瘍性△^7ーPGA_1メチルエステルに関する研究では、同PGがサイクリンキナーゼ阻害剤であるp21タンパク質の産生を特異的に誘導し、その結果、細胞周期をG_1期で停止させるという分子機構を明らかにした。また、抗腫瘍性PGによるストレスタンパク質Bipの誘導作用を明らかにし、抗腫瘍性PGの細胞内局在を解析して同PGがERに集積すること、またこの集積がストレスタンパク質BiPの誘導作用と相関していることを明らかにした。また、立体科学に着目した分子設計により、代謝に安定でかつ活性および持続性の高い抗腫瘍性プロスタグランジンを創製することに成功した。さらに、癌細胞のPG耐性機構が膜タンパク質であるGS-Xポンプによる細胞外輸送であることなどを明らかにし、その阻害剤の開発にも成功した。この阻害剤と抗腫瘍性PGとの併用による新たな耐性克服法を確立した。本研究代表者らが独自に案出した3成分連結PG合成法を駆使して、PG受容体探索子の分子設計に用いる基本PG骨格の高効率合成法を確立することができた。本研究者らは既に、プロスタサイクリン人工類縁体であるイソカルバサイクリンのω側鎖部の系統的な構造修飾により、中枢神経系である視床部位のPGI_2受容体に強く結合する受容体探索分子(15R-TIC)の開発に成功してる。15R-TICは延髄孤束核(nucleus tractus solitarius,NTS)に分布する末梢型PGI_2受容体とは結合せず、中枢神経系である視床部位(thalamus)の受容体に強く結合する。これらの結果から、中枢神経系に特異的に発現する新規なプロスタサイクリン受容体の存在を証明した。研究分担者の細谷はこの受容体タンパク質捕獲のための光親和性標識リガンドを設計し、その合成にも成功した。現在、この新規受容体の生理機能の解明を目的とした生化学実験が進行中である。一方、研究代表者の鈴木は、抗腫瘍性プロスタグランジンの人工類縁体であるΔ^7-PGA_1メチルエステルの大量合成法を確立すると供に、これらPGの細胞内挙動の化学的シミュレーションを行い、癌細胞の薬剤耐性に直結するPG細胞外排出機構がグルタチオンによる抱合反応と、GS-Xポンプと呼ばれる膜タンパク質による抱合体の細胞外輸送であることを明らかにした。また、共同研究者である根岸らはポイントミューテーション手法に基づくPGI_2受容体タンパク質の人工変異体の作成と、探索分子との構造活性相関を検討している。以上、本年度の研究は概ね計画通りに遂行できた。本研究者らは既に、中枢神経系である視床部位のPGI_2受容体に強く結合する受容体探索分子(15R-TIC)の開発に成功し、中枢神経系に特異的に発現する新規なプロスタサイクリン受容体の存在を証明している。

本年度、研究分担者の細谷は15R-TICの構造修飾により、この受容体にさらに強く結合する探索分子の合成に成功した。また、その構造を基に受容体タンパク質捕獲のための新たな光親和性標識リガンドを設計し、その合成にも成功した。現在、この新規受容体の生理機能の解明を目的とした生化学実験が進行中である。一方、研究代表者の鈴木は、抗腫瘍性プロスタグランジンの人工類縁体であるΔ^7-PGA_1メチルエステルの血清中での代謝挙動を解析し、このPGが異性化酵素の作用によりΔ^7-PGC_1を経て迅速に代謝されることを明らかにした。さらに、この問題を克服すべく、代謝酵素との分子認識という観点からPGの立体化学に着目した分子設計を行い、代謝に安定でかつ活性および持続性の高い抗腫瘍性プロスタグランジンを創製することに成功した。現在、これらPGの細胞に対する作用のスクリーニングを行っている。一方、前年度に明らかにした癌細胞のPG耐性メカニズムの知見を基に、PG細胞外輸送に中心的役割を果たしているGS-Xポンプの競合的阻害剤を設計し、その合成に成功した。予備的ではあるが、この阻害剤を抗腫瘍性PGと併用することにより耐性癌細胞のPG感受性が上がることを確認している。また、共同研究者である根岸らは抗腫瘍性PGによるストレスタンパク質BiPの誘導作用を明らかにし、PGの細胞内標的タンパク質の検索を検討している。以上、本年度の研究は概ね計画通りに遂行できた。本研究では、プロスタグランジン受容体機能探索分子を設計・合成し、これを活用した細胞情報伝達機構の解明研究に取り組み、いくつかの成果をあげることができた。まず、鈴木は脳内中枢型PGI_2受容体に強く結合する受容体探索分子(15R-TIC)のトリチウム標識体を合成してラット脳凍結断片のオートラジオグラフィーを行い、中枢型IP_2受容体の局所分布の視覚化に成功した。この結果、IP_2が情動行動、嗅覚、記憶、学習、痛覚、聴覚を掌る部位に局在することが明らかになった。また、金属触媒反応による高速メチル化反応を開発して15R-TICの^<11>C含有PETトレーサーの合成に成功し、これを用いて生きた赤毛ザルの脳PET画像撮影を行って、IP_2受容体が視床および線条体などの中枢神経系に特異的に分布することを明らかにした。細谷はIP_2受容体タンパク質捕獲のための新たな光親和性標識リガンドを設計し、その放射核導入体の合成に成功した。現在、光親和性標識実験を検討している。一方、鈴木は、天然抗腫瘍性プロスタグランジンの人工類縁体であるΔ^7-PGA_1メチルエステルおよびその構造異性体を合成し、これらを活用してPGがサイクリンキナーゼ阻害剤であるp21タンパク質の産生を特異的に誘導し、その結果、細胞周期をG_1期で停止させるということを初めて明らかにした。一方、前年度に設計・合成したGS-Xポンプの競合的阻害剤が、実際に細胞内に取り込まれた後、活性体となり作用を現すことを証明した。また、この阻害剤を上記抗腫瘍性PGと併用することにより、PG酎性癌細胞のPG感受性が上がること、その際細胞周期がG1期で停止することを確認した。根岸らは抗腫瘍性PGの細胞内局在を解析し、PGがERに集積すること、またこの集積がストレスタンパク質BiPの誘導作用と相関していることを明らかにした。
腎集合管水チャネルの機能発現と細胞内動態および機能と構造の対応に関する研究

1.ラット腎集合尿細管の側底側水チャネル、AQP3をクローニングした。このチャネルは、水のみならず尿素やグリセロールといった小分子量の物質をも輸送することが判明した。2.ラット腎集合尿細管の管腔側水チャネル、AQP2についての検討を行い、尿素に対する透過性のないこと、水銀感受性のあること、主細胞の管腔側直下に存在することを明らかにした3.ウサギ腎集合尿細管細胞の細胞容積調節機序についての検討を行い、細胞容積機序が側底側膜に存在するこや、水の移動に側底側水チャネルが関与することを示した。4.ラット腎集合尿細管の管腔側水チャネル、AQP2の機能調節を検討し、cAMPが水透過性を増加させると同時にリン酸化反応を起こす等の知見から、プロテインキナーゼAが水チャネル機能を刺激することを見い出した。5.ウサギ腎髄質集合尿細管のH-K-ATPase機能を検討し、H-K-ATPase機能は間在細胞、髄質尿細管内帯細胞の管腔側膜に限局して認められ、しかも低カリウムにて、機能が刺激されることを見い出した。1.桑原(代表者)は、ラット腎集合尿細管管腔側水チャネル(=バゾプレシン感受性水チャネル)機能のプロテインキナーゼAによる調節を検討した。アフリカツメガエル卵に水チャネルRNAを注入し、水チャネルを発現させて検討した結果、プロテインキナーゼAが水チャネルを刺激することを見い出した。この成果はJ.Biol.Chem.誌に投稿し、近々採択される見通しである。なお、この実験は、当初平成7年度に行う予定であったが、パイロット実験で興味ある結果が得られたので、平成6年度に施行した。2.当研究室の石橋賢一助手が、ラットの腎集合尿細管側底側水チャネルを世界に先駆けてクローニングしてProc.Natl.Acad.Sci.USA誌に論文を発表した。このチャネルは、水のみならず尿素やグリセロールといった小分子量の物質をも輸送することが判明し、水チャネルファミリイの中でもユニークな性質を有している。桑原は水透過性測定の実験を行うとともに、論文をまとめるにあったて有益な示唆を与えたので共著者となった。3.当研究室の伏見清秀助手が、ラット腎集合尿細管管腔側水チャネルについての検討を行い、尿素に対する透過性のないことを示すとともに細胞内の局在を明らかにした。桑原は水透過性測定の実験などを行うとともに、論文(Am.J.Physiol.に掲載)をまとめるにあたって有益な示唆を与えたので共著者となった。4.当研究室の大学院生である偉傑が、ウサギ腎集合尿細管細胞の細胞容積調節機序についての検討を行った。その結果、主たる細胞容積機序が管腔側膜ではなく側底側膜に存在することやバゾプレシンによって影響を受けないことから、水の移動に側底側水チャネルが関与することが示唆された。桑原はこの実験計画を立案して著者と実験を行い、論文(Jpn.J.Physiol.に掲載予定)をまとめるにあたって有益な示唆を与えたので共著者となった。1.桑原(代表者)は、ラット腎集合尿細管管腔側水チャネルすなわち、バブプレシン感受性水チャネルの機能調節を検討した。アフリカツメガエル卵に水チャネルRNAを注入し、水チャネルを発現させて卵細胞膜の水透過性を測定した。その結果、cAMPが水透過性を増加させる等の知見から、プロテインキナーゼAが水チャネル機能を刺激することを見い出した。この成果はJ.Biol.Chem.誌に掲載された。佐々木(分担者)は、研究に有益な助言を与えた。2.桑原(代表者)は、腎に特異的な遺伝子を発見するため、サブトラクション法を用いて検討した。腎遺伝子から肺、肝、小腸の遺伝子をサブトラクションして得られた腎特異的遺伝子の候補をスクリーニングして、2つの腎特異的と考えられる遺伝子を得た。このうちの1つは水チャネルであった。その成果は、アメリカ腎臓学会にて発表した。3.桑原(代表者)は、ウサギ腎随質集合尿細管のH-K-ATPase機能を検討した。その結果、H-K-ATPase機能は間在細胞、髄質尿細管帯細胞の管腔側膜に限局して認められ、しかも低カリウムにて、機能が刺激されることを見い出した。
対数型ソボレフの不等式の理論の深化と応用

今回の研究では当初予定していた重要な目標を達成できた。それは、指数p=∞のときの対数型Sobolevの不等式を用いて、函数のgradientのsup-normの下からの評価を与えることである。この評価は、Cauchy問題の解のgradientのsup-normの減衰率の最適性を示すのに応用された。この結果は、然るべき雑誌に既に論文として発行された。また、研究開始時には論文が発行間近であった、指数p>1に対する対数型Sobolevの不等式の完全な証明についても研究会を通じて研究者たちに広く知ってもらうことができた。これらにより、研究は満足の行く形で達成できた。今年度は、対数型のソボレフの不等式の深化と応用として、この不等式の偏微分方程式への応用に全力を注いだ。具体的には、この不等式から、リプシッツ連続な函数のリプシッツ定数を下から定数で抑える不等式をまず導いた。次に、この新たに導いた不等式の偏微分方程式への応用として、放物型方程式とハミルトン-ヤコビ方程式に対するコーシー問題を考えた。初期値が高々1次の増大度を持つとき、これらの解がリプシッツ正則効果を持つことから、これらの解のリプシッツ定数を下から定数で抑えることとそれから得られる解の情報についての解釈への応用を考えた。最初に放物型方程式に対するコーシー問題の解に対しては、F.Flandoli, M.Gubinelli and E.Priola (2010)とA.Porretta and E.Priola (2013)で初期値がヘルダー連続の時の解のリプシッツ定数の上からの評価が既に知られている。そこで、上で説明した新たに導いた不等式を応用して解のリプシッツ定数の下からの評価を導くと、上からの評価と時間無限大での時間の減衰の次数が完全に一致することが分かった。これは、彼らの結果が最も遅い場合の時間の減衰の次数を与えていることを証明していることになる。次にハミルトン-ヤコビ方程式に対するコーシー問題の解に対しては、初期値がヘルダー連続の時の解のリプシッツ定数の上からの評価と、上で説明した新たに導いた不等式を応用して下からの評価を導くと、時間無限大での時間の減衰の次数が完全に一致することが分かった。これは、この上からの評価が最も遅い場合の時間の減衰の次数を与えていることを証明していることになる。以上より、新たに得られた対数型のソボレフの不等式の深化としての不等式が偏微分方程式の解のリプシッツ正則効果の評価に有効に働くことが十分満足の行く形で示すことができた。今年度は、対数型のソボレフの不等式の深化として、この不等式の偏微分方程式への応用を考えることを主な目的にしてきた。それが、十分満足の行く形で証明できたことはおおむね順調に進展していると言えると思う。しかしながら、できればこの完成を昨年中に済ませて今頃は次の課題の研究に進むというスケジュールを昨年度の初めに抱いていたので、その意味ではそのスケジュールから約12か月遅延している。現在、論文にまとめて投稿する準備に入っているが、投稿は今年度の4月の末頃になりそうである。結果は出来てはいるが、かなりの大部な論文になりそうで書き直しに連日余念がない状況である。また、これに伴い今年度予定していたスケジュールにも若干の遅延が生じるかもしれない。それを補うべく最大限の努力をすると同時に、次の結果を出すべく今後も努力を続けたい。一方、結果は出来ているので今年度は国内、国外を問わず多くの場を活用して発表するようにもしたい。以上、時間の遅延はあるが,研究はおおむね順調に進展していると言って過言でない状況であり、引き続き努力を続けて行きたい。今年度は2つの結果を得ることができた。そのことについて概要を説明する。まず、ひとつ目は対数型Sobolevの不等式を用いてCauchy問題の解のLipschitz定数を下から正の定数で評価する方法を確立したということである。Lipschitz定数を上から正の定数で評価する方法は従来より知られているが、下から評価する方法はほとんど知られていなかった。下から評価することによる利点は、解のLipschitz定数の評価が最適か否かを判定できることにある。今回、対数型Sobolevの不等式を用いて、Cauchy問題の偏微分方程式が放物型方程式と時間発展を伴うHamilton-Jacobi方程式について、上記の最適性を判定した。本論文は昨年の11月に投稿して、revisedを経て再投稿した。概ね研究は順調に進展している。というのは、研究実績の概要に書いた2つの結果が本科研費の研究目的として達成したかった研究内容であるからである。あとは、この2つの研究内容に関する論文が本年度中に(少なくとも)acceptまで行くかである。これらがacceptされれば研究は満足のうちに完了したと言える。最初の論文についてはrevisedを完了させて5/1に再投稿した。2つ目の論文はフランス人たちともよく話し合って、適切な投稿先を見つけて早めにacceptを勝ち取りたい。

今年度は、研究当初から目的としていた対数型Sobolevの不等式を用いて、gradientのsupノルムの下からの評価を完成してそれを論文として発表することができた(A lower bound of L∞-norm of gradients for Cauchy problems, Journal of Mathematical Analysis and Applications 458 (2018), 910-924)。通常、gradientのsupノルムの上からの評価は多くの論文で調べられているが、下からの評価の研究はほとんど見当たらない。下からの評価ができると上からの評価と合わせて、例えばCauchy問題の解の減衰率の最適性を示すことができるという意義を持っている。上記論文では、実際のCauchy問題として, Hamilton-Jacobi方程式と放物型方程式に対するCauchy問題をそれぞれ考えて、各々の場合の解の減衰率の最適性を示すことができた。これが完成したことで申請時に書いた目的がほとんど達成できて研究は十分な成果を上げて完了できたと言えると思う。ただ、この結果はもう少し早い段階で論文にできると思っていたが、論文投稿からacceptまでに長い時間がかかってしまった。このため、当初考えていた∞-Laplacianの角錐型函数の特徴づけなどに手が回らなかった。これについては、今後の研究の一つの課題としていきたい。以上が今年度の成果の概要であるが、上記論文がJournal of Mathematical Analysis and Applicationsという然るべき雑誌に発表できたことは成果として良かったと考える。今回の研究では当初予定していた重要な目標を達成できた。それは、指数p=∞のときの対数型Sobolevの不等式を用いて、函数のgradientのsup-normの下からの評価を与えることである。この評価は、Cauchy問題の解のgradientのsup-normの減衰率の最適性を示すのに応用された。この結果は、然るべき雑誌に既に論文として発行された。また、研究開始時には論文が発行間近であった、指数p>1に対する対数型Sobolevの不等式の完全な証明についても研究会を通じて研究者たちに広く知ってもらうことができた。これらにより、研究は満足の行く形で達成できた。まずは上に述べた論文の投稿が第一の目標となる。予定としては、今月末の投稿を考えているが,若干早まりそうである。それが終わったら、この結果について多くの場を活用して発表する準備にも入りたい。一方、次に目指すものとして、対数的に凹(いわゆるlog-concave)な函数についての評価を対数型のソボレフの不等式から導きたい。これは、昨年度得られた結果と並行して昨年度進めていたが、十分満足の行く結果には未だ至っていない。問題は、不等式を導く際の対象とする関数のクラスに対する条件をどこまで厳しくすると同時に、どのような応用に対して導くかという接点をはっきりとさせることである。これを完成させるのが次の目標である。具体的な研究方法としては、昨年度私がフランスのリヨン第一大学に訪問したIvan Gentil教授を今年度も訪問して研究の理解を図ると同時に共同研究にも着手したい。彼は、昨年の秋に富山大と東京工業大を訪問しており、共同研究を始める下地は出来ていると考える。可能であれば、彼を再度日本に呼んでじっくりと研究のための討論を重ねたい。彼と私の共通の興味は、ハミルトンーヤコビ方程式から導かれる種々の不等式の関連を明らかにするこであり、上に述べた対数的に凹な函数はその媒体として重要な役割を果たすものと思われる。
ＲＮＡｉを用いたプラナリアの摂食行動を制御する分子メカニズムの解明

プラナリアの摂食行動は、餌を探す走化性、餌の近くで咽頭を伸ばす咽頭伸長、咽頭から餌を取り込む嚥下から成ることが観察から分かった。神経ペプチドの合成酵素の遺伝子Prohormone convertase2(PC2)のRNAi個体が摂食行動に影響があることから、プラナリアの摂食行動にはペプチド作動性ニューロンの関与が予想された。そこで、候補遺伝子を当研究室のESTデータベースとRoche454次世代シーケンサーによるトランスクリプトームデータベースから、他種のプラナリアで同定されている神経ペプチドとペプチドホルモン遺伝子のDNA配列データをクエリとして用いて探索した。最終的に21個の神経ペプチドとペプチドホルモン候補遺伝子と報告されている3個の神経ペプチド遺伝子計24個を対象にした。摂食行動の解析系を作成し、神経ペプチド遺伝子24個をそれぞれRNAi処理した個体で行動解析を行い、餌を食べるのに後れを取る表現型を持つプラナリアを13候補まで絞り込んだ。この13個の神経ペプチド候補遺伝子について、RNAiでその働きを抑制したプラナリアで咽頭伸長解析系を用いて、咽頭伸長に関与する遺伝子の同定を行った。その結果、5つの神経ペプチド候補遺伝子が咽頭伸長に関与する遺伝子であることがわかった。咽頭伸長に必要な5つの神経ペプチド遺伝子の発現パターンをwhole mount in situハイブリダイゼーションで解析した。その結果、脳を含む中枢神経系、体表面に点在、咽頭前部の腹側など異なる発現パターンが見られた。異なる発現パターンを示す少なくとも5つの遺伝子がプラナリアの摂食行動における咽頭伸長の制御に関わっており、それらの発現パターンからは、咽頭伸長を制御する神経細胞群が複雑な神経回路を形成していることが示唆された。27年度が最終年度であるため、記入しない。摂食行動は動物において共通の行動である。肉食のプラナリアは水中でどのように餌を見つけ、認識し、摂食するのだろうか。プラナリアの摂食行動は、走化性、腹部から咽頭(口)を伸ばす咽頭伸長を経て、餌を取り込む行動から成ることが観察から分かった。はじめに、プラナリアの摂食行動を定量化するための行動解析系を作成した。再生で有名なプラナリアは、体の一部を切除しても生存できるため、体の一部を欠く個体の行動を解析することができ、プラナリアの脳は頭部にあるが、咽頭が体の中部にあるため、脳または咽頭領域を切除した個体で行動を見ることができる。通常個体、尾部切除個体、頭部切除個体、頭部断片の4種類のプラナリアの走化性と咽頭伸長を行動解析したところ、頭部切除個体では、走化性も咽頭伸長も行えなかった。頭部断片は走化性を行うことができなかった。走化性には脳と咽頭部が必要であることが分かった。プラナリアは、最も原始的な脳を持つ生物の1種と言われ、ドーパミンやGABAなどを神経伝達物質とする6種類のモノアミン・アミノ酸作動性ニューロンと、複数の神経ペプチド作動性ニューロンを持つことが報告されている。プラナリアのトランスクリプトーム解析の結果をもとに、31の神経ペプチド候補遺伝子をクローニングできた。モノアミン・アミノ酸作動性ニューロンの神経伝達物質合成律速酵素の遺伝子と神経ペプチド候補遺伝子をRNAiによりノックダウンしたプラナリアで行動解析を行うために、RNAi条件の検討を行った。次に、各遺伝子をRNAi処理したプラナリアを用いて、摂食スクリーニング解析を行った。神経ペプチド候補遺伝子のうち、いくつかの遺伝子で餌を食べるのに後れを取る表現型を持つプラナリアが見つかった。プラナリアの摂食行動を定量化する行動解析系を作成・使用し、プラナリアの摂食行動に関わるプラナリアの体の範囲を切除個体を用いた行動解析から明らかにすることができた。

また、クローニングを行った神経ペプチド候補遺伝子の発現パターンが染色から明らかになった。今年度はプラナリアの摂食行動に関わる神経伝達物質の同定までは至らなかったが、行動解析のためのRNAiの条件を検討を行い、RNAi個体を用いて摂食行動に異常のある表現型を持つ候補を絞り込むことができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。行動解析から、摂食行動が正常に行えない表現型を持つRNAi個体が、なぜ、餌を食べられないのか、観察や走化性と咽頭伸長の詳細な行動の解析系から明らかにし、プラナリアの摂食行動に関わる神経系を同定する。プラナリアの摂食行動において、明らかになった摂食に関わる分子メカニズムが、進化的や生態学的にどのような意味を持つか、既知の知見と比較して考察する。
多電子移動錯体系(バナジル錯体)を利用した分子変換

ジフェニルジスルフィド(DPS)は比較的高い酸化電位(1.7V)を示すので、酸素との直接電子移動は生起しない。バナジル錯体の存在でポリフェニレンスルフィド(PPS)が生成する酸素酸化重合が可能となり、従来重合不活性とされたDPSの2電子過程による分子変換系が実現できた。電子移動担体としてジケトン錯体、ポルフィリン錯体が特に有効で、効率は520_x10^3%に達し、定量的にPPSが生成する。バナジル錯体の不均化が基づく3価と5価錯体間の酸化還元サイクルがジスルフィドから酸素への電子伝達を可能としていることが明らかになった。配位子置換不活性のバナジルサレン(VO(salen))を用いて、酸性下での多電子過程を観測した。ジクロロメタン中の二核錯体[VOV^<2+>]は、サイクリックボルタンメトリーにおいて0.54V(vsAg/AgCl)に1段の可逆なRedox波を示した。単核錯体[V^<2+>]に対応する酸化還元波(0.8V)は見られないことから、ジクロロメタン中では[VOV^<2+>]は解離しないものと考えられる。回転ディスクボルタンメトリーでは対称な酸化還元波が観測された。V^<IU>OV^<III>錯体への1電子還元、V^<IU>OV^U錯体への1電子酸化が同電位で可逆的に生起しており、全体で2電子移動が生起することが確認された。
進行性強直症マウス(Ank)における軟骨分化異常の分子機構に関する研究

この研究の目的はマウスの手指関節に強直を生じさせるprogressive ankylosis(Ank)遺伝子をクローニングし、その遺伝子変異を同定する事である。前年度は今年度は15番目の染色体のテロメア-から約14cM離れた2つの遺伝子メーカー間の約1cMの部位にその原因遺伝子を位置づけたが、本年度はその範囲をさらに狭くするために実験を進めた。まずそれらの遺伝子マーカーを用いてBACクローンのスクリーニングをし、それぞれ2つのBACクローンを得た。さらにそれらのBACクローンの中の新しいCAリピートマーカーを探すため、CAリピートを含むorigounucleotideを用いたシークエンスを行った。そのシークエンスからプライマーを作成し、C3HとDBAマウスを比較してCAの反復数の違いを検索した。現在のところCH3とDBA間でpolymorphicなマーカーは見つかっていない。また前年度は正常マウスとホモのAnkマウスの手指骨軟骨組織からmRNAを抽出しサブトラクション・クローニングを行ったが今年度はその方法を改良してSupression Subtractive Hybridization(SSH)を利用したサブトラクション・クローニングを行った。その結果数個のクローンが得られたが、そのうちのクローン2個についてノーザンブロットを行った結果、正常に比較してAnkでの転写量が減少していた。現在その2個のクローンを完全長にし、染色体上の位置およびコードするタンパクなどの点について検索を行っていく予定である。この研究の目的はマウスの手指関節に強直を生じさせる遺伝子をクローニングし、その遺伝子変異を同定する事である。今年度はその原因遺伝子の遺伝子マッピングに焦点を当て実験を行った。C3H由来の強直症マウスのへテロ(Ank/-)を異系統マウスであるDBAと交配させF1を得た。さらにF1のへテロとヘテロを交配させることにより得たF2の中からホモ(Ank/Ank)を選別した。得られたマウスから遺伝子DNAを抽出し遺伝子マーカーを用いて連鎖分析を行った。ホモのマウス200匹を分析した結果、15番目の染色体のテロメアーから約14cM離れたある遺伝子マーカーにおいて最小の遺伝子組み替えが起こっていることが判明した。また正常マウスとホモのAnkマウスの手指骨軟骨組織からmRNAを抽出しサブトラクション・クローニングを行った。得られたクローン6個についてノーザンプロットを行い正常およびAnk間での転写量の差を検索したが、今のところ有意な差を持つクローンは得られていない。さらに手指の骨軟骨組織で発現する遺伝子を検索するため正常マウスの手指骨軟骨組織から得たmRNAを用いてcDNAライブラリーを作成した。個々のcDNAクローンをシークエンスしradiation hybrid panelを用いてそれぞれの遺伝子座位を検索している。今後はYACクローンからコスミッド・コンティグを作成し、ポジショナルクローニングの方法を用いてAnk原因遺伝子のクローニングを行っていく予定である。前年度は今年度は15番目の染色体のテロメアーから約14cM離れた2つの遺伝子マーカー間の薬1cMの部位にその原因遺伝子を位置づけたが、本年度はその範囲をさらに狭くするために実験を進めた。さらにそれらのBACクローンの中の新しいCAリピートマーカーを探すため、CAリピートを含むorigonucleotideを用いたシークエンスを行った。現在のところC3HとDBA間でpolymorphicなマーカーは見つかっていない。また前年度は正常マウスとホモのAnkマウスの手指骨軟骨組織からmRNAを抽出しサブトラクション・クローニングを行ったが今年度はその方法を改良してSuppression Subtractive Hybridization(SSH)を利用したサブトラクション・クローニングを行った。

その結果数個のクローンが得られたが、そのうちのクローン2個についてノーザンブロットを行った結果、正常に比較してAnkでの転写量が減少していた。現在その2個のクローンを完全長にし、染色体上の位置およびコードするタンパクなどの点について検索を行って行く予定である。
単クローン抗体NCC-ST-439の癌血清診断への応用

単クローン抗体NCC-ST-439を用いたサンドウィッチRIAを開発し,基礎的ならびに臨床的検討を行った.(1)アッセイ法はポリスチレンビーズを固相とする前方サンドウィッチ法であり, ^<125>I.-標識二次抗体はラクトペルオキシダーゼ法により行った.(2)希釈試験,添加回収試験,変異係数の測定などの基礎的検討では,いずれも十分な測定精度を示し,臨床応用に適したアッセイ系であると考えられた.(3)健常成人の血清中NCC-ST-439抗原量は5.72±2.98units/ml(平均±SD)であり,カットオフ値を12units/mlとした.抗原量は若年女性で高値を示す傾向が認められたが,癌年令である40歳以上では全例カットオフ値以下であった.(4)各種癌疾患における測定では,比較的多種類の臓器由来の癌で平均2040%の陽性率を示し,これらの多種の癌に共通した癌関連糖鎖抗原であると考えられたが, F癌,再発大腸癌,再発乳癌などで各々64.0%(16/25), 66.7%(16/24), 54.5%(6/11)と高率に陽性例が認められ,臨床上有用と考えられた.(5).良性疾患では陽性率は6.03%(7/116)と低く,とくに肝炎,肝硬変,胆石症などの良性肝胆道系疾患では4.3%(1/23)となり,高い癌特異性を示した.(6)術前術後の経時的測定(癌疾患)では術前NCC-ST-439抗原高値例は,いずれも術後カットオフ値以下に低下し,治療効果の判定に有効であった.(7)再発例の経時的測定では,癌の進行にともない血清中NCC-ST-439抗原量は増加する傾向を示し,病状の推移を良く反映していると考えられた.単クローン抗体NCC-ST-439を用いたサンドウィッチRIAを開発し,基礎的ならびに臨床的検討を行った.(1)アッセイ法はポリスチレンビーズを固相とする前方サンドウィッチ法であり, ^<125>I.-標識二次抗体はラクトペルオキシダーゼ法により行った.(2)希釈試験,添加回収試験,変異係数の測定などの基礎的検討では,いずれも十分な測定精度を示し,臨床応用に適したアッセイ系であると考えられた.(3)健常成人の血清中NCC-ST-439抗原量は5.72±2.98units/ml(平均±SD)であり,カットオフ値を12units/mlとした.抗原量は若年女性で高値を示す傾向が認められたが,癌年令である40歳以上では全例カットオフ値以下であった.(4)各種癌疾患における測定では,比較的多種類の臓器由来の癌で平均2040%の陽性率を示し,これらの多種の癌に共通した癌関連糖鎖抗原であると考えられたが, F癌,再発大腸癌,再発乳癌などで各々64.0%(16/25), 66.7%(16/24), 54.5%(6/11)と高率に陽性例が認められ,臨床上有用と考えられた.(5).良性疾患では陽性率は6.03%(7/116)と低く,とくに肝炎,肝硬変,胆石症などの良性肝胆道系疾患では4.3%(1/23)となり,高い癌特異性を示した.(6)術前術後の経時的測定(癌疾患)では術前NCC-ST-439抗原高値例は,いずれも術後カットオフ値以下に低下し,治療効果の判定に有効であった.(7)再発例の経時的測定では,癌の進行にともない血清中NCC-ST-439抗原量は増加する傾向を示し,病状の推移を良く反映していると考えられた.単クローン抗体NCC-ST-439を用いたサンドウィッチRIAを開発し、血清中に出現するNCC-ST-439抗原の定量を行った。アッセイ法はポリスチレンビーズを固相とする前方サンドウィッチ法である。サンドウィッチプレートの各穴に測定用緩衝液200μmと標準抗原液(0200units/ml)および検体ヒト血清を20μlづつ分注する。各穴にNCC-ST-439固相化ビーズを1個づつ加え、25°Cで3時間反応させる。つぎに各穴の反応液を吸引し、脱イオン水にて3回洗浄後、【I^(125)】標識NCC-ST-439抗体(約150,000cpm)を200μlづつ分注し、再度25°Cで3時間反応させ、前回と同じく吸引洗浄後、ビーズを試験管に移し、ガンマーカウンターで放射活性を測定する。健常成人94例の血清中NCC-ST-439抗原量は平均6.11±3.41 units/mlであり、年齢性別による比較では、各年代の血清中NCC-ST-439抗原濃度は、男性では平均5 units/ml前後と低値であったのに対して、女性では20代で平均8.76 units/mlと最も高値を示し、以下10代>30代>40代>50代の順で低値となった。12 units/mlをカットオフ値とすると、悪性疾患135例中45例33.3%が陽性となった。

比較的高い陽性率を示したものとして膵癌58.3%,大腸癌再発58.3%,乳癌再発50.0%が挙げられる。その他食道,胃,肝臓,胆管,胆嚢等の癌でも約2040%前後の陽性例が認められた。また胃癌においては極めて高値を示す症例が散発的に認められるものの、陽性率は術前、再発ともに30%前後であった。肝炎,肝硬変,胆石症等の良性疾患についての測定では5/95例5.3%が陽性となったが、いずれも血清中濃度は低く、20 units/ml以上の高値を示したものは1例もない。今後はさらに多数の症例を対象として測定を行い、特に治療効果の判定、再発の予知等についてprospective studyを行い、NCC-ST-439抗原の腫瘍マーカーとしての臨床的意義を明らかにする予定である。
バイオロギング手法を用いた水生ほ乳類の保全に関する研究

アマゾン地域において絶滅が危惧されている草食性水生ほ乳類アマゾンマナティーを対象に,保護,飼育個体の野外放流後の行動を評価することを目指している.これまでに開発した餌を食べる音から摂餌行動を検出する手法を用いて,放流後のマナティーがいつ,何を,どのくらい食べていたのかを把握する.本研究では,一時的に半野生の環境で飼育して慣れさせてから野外へ放流するソフトリリーシングを実施する.アマゾン地域において絶滅が危惧されている水生ほ乳類アマゾンマナティーを対象に,保護個体の野外放流後の行動を評価することを目指している.餌を食べる音から摂餌行動を検出する手法を用いて,摂餌量の推定を行なうための実験を実施した.国立アマゾン研究所で保護,飼育されている個体を対象に,摂餌した植物の重さと咀嚼回数の関係を調べている.これまでに計8頭よりデータを得ており,より正確な推定を行なうために個体数を増やして実験を継続中である.本研究では,マナティーの咀嚼間のインターバルが餌植物種によって異なる傾向が示されており,対象個体が何を食べていたのかに加えて,どのくらい食べていたのかを把握することができる.マナティーの野外放流場所を決定するために現地調査を行い,ソリモエス川の支流,プルス川を選定した.放流は雨期である1月を予定している.現在までに,半野生の環境で計8頭を飼育して川へ慣れさせ,野外放流に向け準備している.プルス川は複数の村が点在し,一部が保護区として設定されている.以前はマナティーを食用に捕獲していたことから,熟練の漁業者たちの協力を得て野生個体が多く滞在していた場所や目撃場所などをヒアリングして放流場所を決定した.さらに,ここで野生個体の生息地利用状況を調べるため,音響機器を用いた摂餌音や鳴音の収録を行なっている.現在までに,アマゾンの雨期から乾期にかけて定期的に収録を実施しており,現在は乾期から雨期に向けて引き続き収録を継続している.これまでに得られたデータは自動抽出プログラムを用いて解析し,野生個体を特徴づける音を確認中である.マナティーにおいては,親子間での鳴き交わしが多く報告されているが,本研究ではストレス状態においても鳴音頻度が著しく増加することが分かった.鳴音頻度を指標に,放流個体のストレス度合いを把握し,一番良い状態での放流を行なうことを目指す.アマゾン地域において絶滅が危惧されている草食性水生ほ乳類アマゾンマナティーを対象に,保護,飼育個体の野外放流後の行動を評価することを目指している.これまでに開発した餌を食べる音から摂餌行動を検出する手法を用いて,放流後のマナティーがいつ,何を,どのくらい食べていたのかを把握する.本研究では,一時的に半野生の環境で飼育して慣れさせてから野外へ放流するソフトリリーシングを実施する.熱帯地域で絶滅が危惧されている草食性水生ほ乳類マナティーを対象に,保護,飼育個体の野外放流後の野生への適応を評価するため,動物搭載型の行動ロガーおよび音響ロガーを用いて下記の実験を実施した.1)餌を食べる音から摂餌行動を特定する手法の確立,2)野外放流個体の摂餌行動の特定,3)マナティーの活発度の新たな指標を提案した.1)音から摂餌行動を特定する手法については,ブラジルの国立アマゾン研究所(INPA)の飼育アマゾンマナティーを対象に音響ロガーを装着し,数種類の餌植物を与えて実験を行った.その結果,摂餌音の検出率は79%,誤検出率は7%以下と精度の高い抽出が可能であった.また,植物種によって咀嚼の早さが異なる傾向が明らかとなった.次に,本調査では野生に近い環境で慣らしてから実際の川へ放流するソフトリリーシングを採用し,INPAで飼育されていた飼育個体2頭を半野生の湖に放流して2)摂餌行動の特定を試みた.1頭において,放流14時間後の夜9時から摂餌音が録音されており,湖での摂餌が確認された.さらに,メキシコのタバスコ大学の協力を得て,カリビアンマナティー保護個体1頭を対象に,音響ロガーと行動ロガーを同時に装着して3)活動量と鳴音頻度の関係を調べた.その結果,活動度が高い場合に鳴音を多く発する傾向がみられた.マナティーは母子間のコミュニケーションとして鳴き交わすことが知られているが,実験個体は1頭のみで1年半,将来的な野外放流を見越して人間の影響をできるだけ与えない環境で飼育されていた.鳴音の役割についてはさらなる検証が必要であるが,鳴音が活動量の指標として利用できる可能性が示された.摂餌音よりマナティーの摂餌行動を調べる手法の開発は順調に進み,半野生の湖へ放流した個体より摂餌行動を特定することに成功した.当初の研究計画では,飼育マナティーをアマゾン川へ放流することで野生への適応評価を行うことを目指していたが,2012年にはソフトリリーシング方式を採用したため,野外放流は行わなかった.ソフトリリーシングとは,保護,飼育個体をできるだけ野生に近い環境で一定期間慣れさせてから野生に戻すものであり,野外放流後の生残率を高めるのに重要であると考えられる.本研究においては,雨期にアマゾン川が氾濫して形成された湖を柵で囲うことでマナティーの移動を制限し,半野生の環境を整えた.この半野生湖にはマナティーの主な餌である浮き草類が自生しているため,人間が餌を与える必要はない.

ここに機器一式を装着した2頭のアマゾンマナティー保護個体を放流し,1頭より餌植物を食べる音から摂餌行動を確認することができた.現在,半野生湖には計5頭の保護個体がソフトリリーシングされており,野外放流に向けて環境に慣らされている.放流時期はアマゾン地域の雨量が増加し始める乾期の終了時期を予定しており,研究計画を遂行するための準備は整っている.本研究は,アマゾンマナティーの野外放流後の適応評価を目指しており,世界的な希少動物である本種において,放流後の生残率を高めることは最重要事項である.放流成功には,健康状態の良い個体を選別することが必要である.次回の野外放流までの間に,半野生湖に放流したマナティーを対象に健康状態を詳しく調べて放流個体を決定する.そして,雨期と乾期で川の水位が数十メートル近く変化し,植物種の増減が激しいアマゾン地域においては,放流時期および場所の決定が生残率に大きな影響を及ぼす.本研究では,アマゾン川の水位が上昇し始める乾期の終わりを予定時期としている.この頃から餌となる植物が増加し始めることから,放流後の摂餌が容易になると考えている.そして,アマゾン川の支流で川の流れが少ない場所に餌植物が多いことがすでに報告されていることから,支流への放流を予定している.近くに人家の集落などが無く,雨期と乾期で水位が変化した際にも湖ないし川として残り続ける場所を探す.これまでにいくつかの候補地が挙げられており,現在慎重に検討している.放流時には,マナティー尾びれベルトを使用して,そこにVHF発信器,音響ロガーおよび行動ロガー一式を取り付ける.切り離しタイマーによって設定時刻に機器一式がベルトから外れるようにし,VHF発信器からの信号を便りに水面に浮いている機器を回収する.本研究では,流れが少ない支流で調査を行なうため,機器の回収が比較的容易である.また,今後の計画として,保護,飼育環境が個体に及ぼす影響を調べるために,野生個体と飼育個体の行動比較を実施する.乾期にアマゾン川の水位が下がる際に,アマゾンマナティー野生個体は水の残る場所に閉じ込められることが知られている.これまでの現地調査で,すでに乾期に野生個体が多数滞在する場所も特定できた.この野生個体を対象に行動調査を実施する予定である.該当なし
量子群の幾何学的研究およびその多元環の表現論への応用

2000年ごろ, MirkovicとVilonenはアフィングラスマン多様体の中にMirkovic-Vilonen(以下MVと略記) cycleと呼ばれる代数的サイクルを定義した.定義からMV cycleは実極大トーラスの作用を持つが,そのモーメント写像による像は,実Cartan部分代数の中の凸多面体を定める.これをMV凸多面体と呼ぶ.その後, KamnitzerはMV凸多面体全体のなす集合上に結晶構造を定義し,それが有限型量子包絡環のベキ零部分の結晶基底と結晶として同型であることを証明した.さらにMV多面体は, Berenstein-Zelevinsky(以下BZと略記)データと呼ばれる非負整数の集合と同値な関係にあることが知られている.すなわち, BZデータによる有限型量子包絡環のベキ零部分の結晶基底の新しい実現が得られたことになる.我々は,この結果をアフィンのA型の場合に拡張した.より正確には,まずアフィンBZデータなる概念を定式化し,アフィンBZデータの全体が,アフィンA型の量子包絡環のベキ零部分の結晶基底と同型な結晶構造を持つことを証明した.すなわち,我々はアフィンBZデータによる,アフィンA型の量子包絡環のベキ零部分の結晶基底の新しい実現を得たことになる.我々の主結果は組合せ論的な用語で記述されているが,その証明では, Kashiwaraと研究代表者による結晶基底の幾何学的構成が,本質的な役割を果している本研究の研究目的は量子群を幾何学的な立場から研究することにあるが、その際に中心的な役割を果たすのが結晶基底の理論である。結晶基底を仲立ちにして、Dynki図形に付随する有向グラフ(箙)から定まる代数多様体(箙多様体)の幾何学と量子群の理論・組み合わせ論を結びつけ、さらにその結果を多元環の表現論に応用し、最終的には全てを包括する統一的理論体系の構築を目標とする。Ringel-Lusztigによる量子群と箙の表現論の関係の発見以来、多くの研究が「箙の表現論で知られていた結果を量子群の表現論に応用する」という方向で行われてきた。近年、逆向き、即ち「量子群の表現論を箙の表現論に応用する」方向の研究も行われつつあるが、おもに標準基底の理論を用いるもので、結晶基底の理論が用いられている例は殆どない。結晶基底は量子群のq→0における基底であり、標準基底に比べると情報が落ちているとの欠点を持つが、同時に、情報が欠落しているために、組み合わせ論的な記述が可能との利点も持つ。本研究では、結晶基底を中心に据えることで既存の研究の意味を問い直し、結晶基底の長所である組み合わせ論的側面を最大限生かし、理論全体を再構築することを目的としている。その意味で本研究の着眼点はこれまでに無かった斬新なものである。2000年ごろ, MirkovicとVilonenはアフィングラスマン多様体の中にMirkovic-Vilonen(以下MVと略記) cycleと呼ばれる代数的サイクルを定義した.定義からMV cycleは実極大トーラスの作用を持つが,そのモーメント写像による像は,実Cartan部分代数の中の凸多面体を定める.これをMV凸多面体と呼ぶ.その後, KamnitzerはMV凸多面体全体のなす集合上に結晶構造を定義し,それが有限型量子包絡環のベキ零部分の結晶基底と結晶として同型であることを証明した.さらにMV多面体は, Berenstein-Zelevinsky(以下BZと略記)データと呼ばれる非負整数の集合と同値な関係にあることが知られている.すなわち, BZデータによる有限型量子包絡環のベキ零部分の結晶基底の新しい実現が得られたことになる.我々は,この結果をアフィンのA型の場合に拡張した.より正確には,まずアフィンBZデータなる概念を定式化し,アフィンBZデータの全体が,アフィンA型の量子包絡環のベキ零部分の結晶基底と同型な結晶構造を持つことを証明した.すなわち,我々はアフィンBZデータによる,アフィンA型の量子包絡環のベキ零部分の結晶基底の新しい実現を得たことになる.我々の主結果は組合せ論的な用語で記述されているが,その証明では, Kashiwaraと研究代表者による結晶基底の幾何学的構成が,本質的な役割を果している本年度は主に次の3つのテーマを中心に研究を行った。(1)結晶基底の幾何学的理論とそれに付随する組み合わせ論:最近アフィン・グラスマン多様体の幾何学に起源を持つMirkovic-Vilonen凸多面体によって結晶基底を実現する方法が開発された.この実現はこれまで筆者が用いてきたYoung図形による実現と相補的な関係にあり、互いの欠点を補い合うことができる.従って両者の関係を明確にすることが重要である.この問題に関しては連携研究者の内藤と共同研究を行い,特に組み合わせ論的パートに関しては部分的な成果を得た.現在幾何学的側面からの再構成を行っている最中である.(2)Hecke代数の表現論への応用:これは当初計画において,計画が予定通りに進まなかった場合の対策として考えていたテーマであったが,筆者が研究分担者として参加している「古典可積分系と量子可積分系の接点の探求」(研究代表者:覧三郎)の研究の中で急速に議論が進み,論文発表という形ので成果が得られた.次年度以降も今年度と同様の方向で研究を行っていきたい.(3)多元環の表現論との関係:qが1の幕根の場合の量子群の表現のなす圏のテンソル圏の構造について調べた.

この場合,対応する量子群は有限次元代数であり,有限次元多元環の表現論における既知の結果を用いて,直既約表現同士のテンソル積の直既約分解を完全に決定した.この結果は対数的共形場理論に応用があることが知られている,またこの研究成果に関しては現在学術雑誌に論文を投稿中である.本年度は主に次の3つのテーマを中心に研究を行った。(1)結晶基底の幾何学的理論とそれに付随する組み合わせ論:昨年度に引き続き、アフィン・グラスマン多様体の幾何学に起源を持つMirkovic-Vilonen凸多面体による結晶基底の実現と、Young図形による結晶基底の実現との関係を調べ、両者を結ぶ明示的変換公式を得た。さらに、この公式から超離散可積分系との関係も明らかになりつつある。次年度以降も引き続き同様の方向で研究を進めていく予定である。これらの成果に関しては8月(北海道)および、3月(京都)の研究集会で口頭発表を行った。また、現在論文を執筆中である。(2)Hecke代数の表現論への応用:これは当初計画において,計画が予定通りに進まなかった場合の対策として考えていたテーマであったが,筆者が研究分担者として参加している「古典可積分系と量子可積分系の接点の探求」(研究代表者:筧三郎)の研究の中で急速に議論が進んだ。次年度以降も今年度と同様の方向で研究を行っていきたい.(3)多元環の表現論との関係:qが1の冪根の場合の量子群の表現のなす圏のテンソル圏の構造について調べた.この場合,対応する量子群は有限次元代数であり,有限次元多元環の表現論における既知の結果を用いて,直既約表現同士のテンソル積の直既約分解を完全に決定した.この結果は対数的共形場理論に応用があることが知られている,この研究成果に関しては、9月(ソウル)の研究集会で口頭発表を行った。さらに現在学術雑誌に成果をまとめた論文を投稿中である。本年度は主に次のテーマを中心に研究を行った。(1)結晶基底の幾何学的理論と付随する組合せ論:アフィングラスマン多様体の幾何学に期限を持つMirkovic-Vilonen凸多面体と結晶基底の関係を調べ,昨年度までに得られた成果を精密化した。この成果に関しては8月(名古屋),10月(京都)の国際研究集会で口頭発表を行った。また,成果をまとめた研究論文を欧文専門誌に投稿中である。(2)多元環の表現論との関係:qが1の累根の場合の量子群の表現のなすテンソル圏の構造を調べ,直既約表現同士のテンソル積の直既約分解を完全に決定した。この研究成果に関しては,5月(北京)の国際研究集会で口頭発表を行った。また,成果をまとめた学術論文を欧文専門誌に発表した。(3)Hecke代数の表現論への応用:筆者が連携研究者として参加している「古典可積分系と量子可積分系の接点の探求」(研究代表者:筧三郎)の研究の中で急速に議論が進み,直交多項式系の理論との関係が明らかになった。また,この成果をまとめた研究論文を欧文専門誌に発表した。本年度に得られた最大の成果は,昨年度までに得られていたアフィン型のべレンシュタイン-ゼルビンスキー・データのクリスタルとしての連結性が証明できたことである.これは当初の計画案では予想していなかったことで,その意味でこの成果は非常に大きいものである.実際,連結性が証明できたことで,本研究成果の離散可積分系への本格的応用が可能となった.
急性肺損傷の発症における肺および肝臓内単核球系貧食細胞の関与

今回我々は急性肺損傷の発症病態における臓器間相互作用の影響、とくに細網内皮系など肺外の単核球系貧食細胞の関与を検討した。その結果、胸部への放射線照射により肺内の単核球系貧食細胞の機能を低下させても、明らかな急性肺損傷の減弱は認めなかった。また肺のみならず肝臓、脾臓などの網内系に存在する単核球系貧食細胞の急性肺損傷の発症病態への関与を検討するために、細網内皮系などを賦活化するラテックス粒子および単核球系貧食細胞の機能を特異的に抑制する2クロルアデノシンを静脈内投与して急性肺損傷を評価した。その結果、ラテックス粒子の投与を受けた動物では好中球減少状態でも急性肺損傷が発生し、肝臓内の単核球系貧食細胞の機能亢進を認めた。ラテックス粒子に加えて2CAの投与を受けた動物では肺損傷が発生せず、単核球系貧食細胞の減少、機能低下を認めた。我々は過去の検討で、好中球減少状態であっても細網内皮系が活性化していれば肺損傷が惹起されることを示した。今回の研究では胸部への放射線照射によって肺内の単核球系貧食細胞が減少し、機能的にも低下していたにも拘わらず、急性肺損傷は減弱しなかった。これは好中球減少状態における急性肺損傷の発症には、肺内の単核球系貧食細胞よりはむしろ細網内皮系など肺外の単核球系貧食細胞が関与していることの証左であると考えた。またラテックス粒子や2CAを用いた検討でも細網内皮系など肺外の単核球系貧食細胞の関与が裏付けられている。さらに血漿TNF活性の推移から、とくに好中球減少状態での急性肺損傷の発生には細網内皮系や末梢血単球など肺外の単核球系貧食細胞がサイトカインの産生などを介して強く関与しているものと考えた。平成7年度の研究成果1.モルモットに放射線照射(9Gy一回照射)を行うことにより、気管支肺胞洗浄で得られた肺胞マクロファージの生存率を著明に減少させることに成功した。2.共焦点レーザー顕微鏡を用いて肺胞マクロファージのミトコンドリアを観察したところその機能が低下していることが解った。3.放射線照射を受けたモルモットでは2x10^9の大腸菌静脈内投与で生ずる急性肺損傷指標値(肺湿乾重量比、^<125>Iアルブミンの肺組織・血漿計数比)の高値を認めなかった。4.さらに血漿中TNF, IL-1レベルも低値であった。5.これらの結果は肺胞マクロファージが大腸菌急性肺損傷の発症病態に関わることを示唆するものと考えられた。6.平成8年度に向けた予備実験として、正常モルモットの静脈内にラテックス粒子を投与して全身臓器への集積を観察した所、大部分のラテックス粒子は肝臓へ集積した。この事実はラテックス粒子が肝臓内の単核球系貪食細胞により貪食された結果と考えられた。急性肺損傷の指標値はこのラテックス粒子の投与によって高値を示し、肝臓内の単核球系貪細胞の急性肺損傷の発症病態への関与が推察された。今回我々はグラム陰性桿菌による急性肺損傷(ARDS)の発症病態における単核球系貧食細胞の関与を検討し、発症予防・治療上の基礎的知見を得ることを目的とした。単核球系貧食細胞の機能を抑制するとされる2クロルアデノシン(2CA)を投与したモルモットを用いて急性肺損傷を検討した。

実験の6日前にサイクロホスファミドを腹腔内投与し、抹梢血好中球を減少させた。単核球系貧食細胞を活性化させるためにラテックス粒子を、また単核球系貧食細胞の機能を抑制するために2CAを用いた。損傷刺激としてはエンドトキシン0.2mg/kgを用い、投与後4時間観察した。肺損傷は肺組織湿乾重量比、放射性ヨードの標識アルブミンの肺組織・血漿計数比を用いた。結果としてエンドトキシンのみを投与した群では有意な肺損傷は見られず、好中球がARDSの発症に関与していることが示唆された。しかしラテックス粒子を静脈内投与して単核球系貧食細胞を活性化した群では急性肺損傷が発生し、またラテックス粒子に加えて2CAを静脈内投与した群ではエンドトキシン投与後の急性肺損傷が抑制された。これらの成績から好中球減少状態であっても単核球系貧食細胞が活性化していれば急性肺損傷が惹起されることが示された。次に2CAを気管内投与した後にエンドトキシンを静脈内投与したところ肺損傷は抑制されなかった。また気管支肺胞洗浄により採取した肺胞マクロファージで、トリパンブルー染色により細胞の生存率を評価した。その結果2CAを気道内投与した群では肺胞マクロファージの生存率が低下した。すなわち2CAを気道内投与すると肺胞マクロファージの活性が低下するにもかかわらず肺損傷は抑制されなかった。好中球減少状態におけるエンドトキシンの静脈内投与による急性肺損傷の発生には単核球系貧食細胞、とくに細網内皮系や抹梢血の単球の関与が重要であると考えた。