hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
犬猫における非侵襲的心拍出量測定法の開発とその臨床応用

心拍出量(CO)の測定は心機能の評価に重要であり、麻酔下の動物のCOを把握できれば、より的確な循環管理が可能になる。本研究では、Fick法を応用した部分的再呼吸による非侵襲的CO測定法(NICOシステム)を検討した。1.中型犬におけるNICOシステムの有用性ビ-グル犬6頭に調節呼吸下で笑気-酸素-セボフルラン麻酔を実施し、外科麻酔下でのドブタミン投与および吸入麻酔薬の過剰投与によってCOを人為的に増減させ、同時に測定した熱希釈法によるCO測定値(TDCO)とNICOシステムによるCO測定値(NICO)を比較した。NICO測定には、1回換気量200500mlに対応した再呼吸ループを接続したNICOセンサと呼吸管理モニタ(NICOモニタ7300,フクダ電子,東京)を用いた。CO測定値の範囲はTDCOで0.894.45L/min、NICOで0.72,6L/minであり、両者の間には有意な相関関係(r=0.883,n=30,p<0.0001)を認めた。TDCOとNICOのlimits of agreementとrelative errorは、それぞれ-1.04±0.54L/min(±56.2%)および-39.9±11.6%であり、両者に間には比較的大きな差を認めた。。Haryadiら(J.Clin.Monit.Compt.16:361-374,2000)は大型犬を用い(体重18.2-39.5kg)、NICOとTDCOは良好な相関(r=0.93,回帰式:NICO=0.89TDCO+0.52)を示したと報告している。ビークル犬においても両者は良好な相関を示したが、回帰式はNICO=0.46TDCO+0.29であり、NICOは心拍出量をかなり過小評価しており、中型犬では信頼性が低いと考えられた。2.大型犬におけるNICOシステムの臨床応用酪農学園大学附属動物病院に来院し、全身麻酔下で外科手術を実施した大型犬140頭を用い、麻酔中の循環機能のモニタリングにNICOシステムを応用した。これらの供試犬では、自発呼吸の場合に二酸化炭素排泄速度が安定せず、NICOシステムでCO測定ができない場合があったが、調節呼吸下では確実にCO測定できた。調節呼吸下で非侵襲的血圧測定(オシロメトリック法)による動脈血圧と心拍数が正常範囲(心拍数70-120bpm、平均動脈血圧70-120mmHg)にあり、循環機能が正常であると判断された供試犬では、NICOシステムによるCO測定値は約0.1L/kg/分であった。。【はじめに】

心拍出量(CO)の測定は心機能の評価に重要であり、麻酔下の動物のCOを把握できればより的確な循環管理が可能になる。犬では、熱希釈法などの侵襲的CO測定法が利用されてきたが、臨床例における日常の麻酔モニタリングには応用し難い。本研究では、犬においてFick法を応用した部分的再呼吸による非侵襲的CO測定法(NICOシステム)を検討した。【材料と方法】健康なビーグル犬6頭(雄,2歳,体重9.112.3kg,平均10.7kg)にパンクロニウムを用いた調節呼吸下で笑気-酸素-セボフルラン麻酔を実施し、外科麻酔(約1.2MAC)でのドブタミン投与(0、3、および10μg/kg/分)および吸入麻酔薬の過剰投与(約1.7および2.4MAC)によってCOを人為的に増減させ、同時に測定した熱希釈法によるCO測定値(TDCO)とNICOシステムによるCO測定値(NICO)を比較した。NICO測定には、1回換気量200500mlに対応した再呼吸ループを接続したNICOセンサと呼吸管理モニタ(NICOモニタ7300,フクダ電子,東京)を用いた。得られたデータの分析には、ピアソンの相関係数(r)および重複測定二元配置分散分析を用い、p<0.05で有意な差があるとした。【考察】Haryadiら(J.Clin.Monit.Compt.16:361-374,2000)は比較的大型の犬を用い(体重18.239.5kg,平均26.0kg)、MICOとTDCOは良好な相関(r=0.93,n=246,回帰式NICO=0.89TDCO+0.52)を示したと報告している。本研究においても両者は良好な相関を示したが、回帰式はNICO=0.46TDCO+0.29であり、とくにCOの高い場合に差は大きかった。NICOシステムによるCO測定は、犬の非侵襲的麻酔モニタリンク法として有用性があると考えられたが、小型犬に応用するためには、再呼吸ループ等に改良が必要と考えられた。心拍出量(CO)の測定は心機能の評価に重要であり、麻酔下の動物のCOを把握できれば、より的確な循環管理が可能になる。本研究では、Fick法を応用した部分的再呼吸による非侵襲的CO測定法(NICOシステム)を検討した。1.中型犬におけるNICOシステムの有用性ビーグル犬6頭に調節呼吸下で笑気-酸素-セボフルラン麻酔を実施し、外科麻酔下でのドブタミン投与および吸入麻酔薬の過剰投与によってCOを人為的に増減させ、同時に測定した熱希釈法によるCO測定値(TDCO)とNICOシステムによるCO測定値(NICO)を比較した。CO測定値の範囲はTDCOで0.894.45L/min、NICOで0.72.6L/minであり、両者の間には有意な相関関係(r=0,883,n=30,p<0.0001)を認めた。TDCOとNICOのlimits of agreementとrelative errorは、それぞれ-1.04±0.54L/min(±56.2%)および-39.9±11.6%であり、両者の間には比較的大きな差を認めた。Haryadiら(J.Clin.Monit.Compt.16:361-374,2000)は大型犬を用い(体重18.2-39.5kg)、NICOとTDCOは良好な相関(r=0.93,回帰式:NICO=0.89TDCO+0.52)を示したと報告している。ビークル犬においても両者は良好な相関を示したが、回帰式はNICO=0.46
医薬品による胎児への致死的・重篤な有害事象の発現機序の究明

我が国で子宮頚管熟化不全治療薬として周産期の妊婦に投与されるDHEA-Sによる致死的胎児毒性の原因究明を目的に胎児肝DHEA-S代謝酵素の多型CYP3A7^*2の日本人での頻度を調べ、T409R置換がDHEA-S代謝能を低下させる可能性を明らかにした。胎盤STSでは日本人から6種類の新規多型を発見し、5'-上流域の多型については転写への影響を検討した。V476M置換のDHEA-S脱硫酸抱合活性への影響を検討した。胎児・胎盤でのDHEA-S代謝・輸送機能を損なう多型は、DHEA-S体内動態に影響を及ぼすと考えられるが、母体へのDHEA-S投与と胎児毒性を直接結び付ける多型は見出せなかった。子宮熟化促進薬として使用されているDHEA-Sが誘発する胎児突然死の原因として、胎児または胎盤、またはその両者のDHE-S代謝酵素の遺伝子多型によってDHEA-Sの胎児体内動態異常を引き起こし、心停止に結びつくのではないか、という作業仮説の根底が崩れると本研究は継続できない。そこで初年度は、まず胎児側の要因としてCYP3A7の遺伝子多型とDHEA-S代謝酵素活性について検討を行った。交付申請書に記載した研究実施計画に基づき、CYP3A7でアミノ酸置換を伴う多型で、酵素機能に影響を及ぼすことが示されているCYP3A7.2の昆虫細胞発現系を初めて構築した。DHEAの代謝酵素活性を野一生型酵素(CYP3A7.1)と比較したところ、海外の研究者がヒト由来の細胞株で検討した結果と一致し、多型酵素で活性が高かった(Kcatで1.5倍)。このことは本研究で構築した昆虫細胞でのCYP3A7発現系がヒト細胞株由来の発現系と同等に機能することを証明したと共に、DHEA代謝に及ぼすT409R置換の影響として海外から報告されている結果は正しいと考えられた。一方、目的のDHEA-Sの代謝酵素活性を比較したところ、生体内では有り得ない高基質濃度ではDHEA同様、多型酵素では活性上昇が見られたが、興味深いことにDHEAとは異なり、kineticsがsigmoid型に変化し、低基質濃度ではむしろ代謝酵素活性が低いことが明らかになった。非線形分析から求めた回帰式で生理的濃度での代謝酵素活性を算出したところ、野生型酵素の10%程度の活性と推測された。また日本人(n=101)でCYP3A7*2の頻度を調べたところ、allele頻度は19.8%と高かった。二年度目以降、胎盤ステロイドスルファターゼ(STS)の検討を開始するにあたり、産褥時に廃棄されている日本人由来胎盤の入手について、生命倫理審査委員会に申請する研究計画書を作成した。現在、診療科医師を含めて提供の具体的方法を協議中である。本研究の目的は、子宮熟化促進薬として本邦でのみ使用されているDHEA-S製剤が誘発する胎児突然死の原因を、胎児および胎盤の両面から探求することである。交付申請書に記載した研究実施計画に基づき、胎児側の要因として、本年はまず、初年度に構築したCYP3A7のアミノ酸置換を伴う多型CYP3A7.2の発現酵素を用い、胎児組織の分化において重要な役割を担うall-trans retinoic acid(AtRA)の代謝に及ぼす影響を薬物速度論的手法で解析した。その結果、基質濃度-反応速度曲線(S-V plot)において、野生型酵素は典型的なMichaelis-Menten型の酵素反応を行うのに対し、CYP3A7.2は全く異なるSigmoid型のkineticsを示し、胎児血中における生理学的なAtRA濃度での代謝反応速度を計算した結果、野生型酵素の0.024%と極めて低い活性を示すことが明らかとなった。この結果はCYP3A7*2/*2を有しCYP3A7.2のみを発現する胎児では、正常な分化ができない可能性を示唆しているが、本研究で行った日本人における頻度解析からCYP3A7*2/*2を有する割合は2%未満であること、本研究で検討しているDHEA-S投与で心停止する胎児はみかけ上、正常に発育していることからCYP3A7*2/*2によるAtRA代謝不全が原因とは考えにくいが、ヘテロ接合体(CYP3A7*1/*2)を有する胎児がin vivoにおいてAtRA代謝が遅延することにより、循環器系の分化に影響を及ぼしている可能性は否定できない。

一方、胎盤側の要因の検討において、当初計画では正常産褥時に娩出後は廃棄されている胎盤を用いる予定であったが、DHEA-S製剤による胎児毒性の発生件数が稀なことから、原因を探るためには極めて多数の胎盤を採取し、酵素活性・mRNAの定量を行うため、解析まで-80°Cで保管する必要があるが、当初予定していた保管スペースが確保できなかったこと、同意取得方法の是非について要検討となったため、研究実施計画に基づきSTS遺伝子多型探索を行った。約100名の日本人検体の解析を行ったところ7種類の多型を見出し、そのうち6種類は新規のものであった。本研究の目的は、子宮頸管熟化不全治療薬として本邦でのみ使用されているDHEA-S製剤が誘発する胎児突然死の原因を、胎児および胎盤の両面から探求することである。胎盤側の要因を探る本年度の目的の第一は、DHEA-Sを胎児から胎盤に組みだす有機アニオントランスポーター4(OAT4)に対し、昨年度後半から開始した多型探索を終了し、見出した多型の機能解析を行うことである。第二は、昨年度見出した日本人における胎盤ステロイドスルファターゼ(STS)の新規多型の機能解析である。交付申請書に記載した研究実施計画に基づき、まず、第一の目的については、10個のexonの中で、2つのSNPsを見出したが、いずれもアミノ酸置換を伴うものではなかった。一方、5'-上流域には、1つのSNP(-18C>T)しか見出されず既知の多型であった。胎盤絨毛癌由来のBeWo細胞を用いて、レポーターアッセイを行ったところ、野生型に対し1.4倍有意に高い転写活性を示した。第二の目的であるSTS多型の機能解析について、遺伝子上流域の6つのSNPsについては、胎盤絨毛癌由来のBeWo細胞において、いずれも転写活性に有意な影響を及ぼすことはなかった。一方、exon 10に見出した1647G>A多型は、Val476Metを伴うミスセンス変異であり、その機能解析のために、大腸菌発現系の構築を試みた。試行錯誤の結果、Coldショックシステムを用いることで、ヒトSTSタンパク質を発現させることに初めて成功した。STS活性を測定するため、新規な測定法を開発した。しかし、大腸菌で発現させたヒトSTSは、大腸菌由来プロテアーゼによる分解、あるいは糖鎖付加不全によると考えられる活性欠損が認められたため、ホスト細胞をCOS-1細胞に切替えて発現させた。COS-1細胞で発現したSTSは、脱硫酸抱合活性を有しており、多型は転写後の発現には殆ど影響しないと考えられた。精製酵素での比較は行えなかったものの、Val476Met置換を有する多型酵素のミクロゾーム蛋白あたりのSTS活性は、野生型に比べて著しく低下することはなかった。
トロイダル代数及び量子トロイダル代数の表現論の研究

当初の計画では2年目はトロイダル代数の表現の指標および量子トロイダル代数の余代数の構造の研究を行う予定であったが、今年度は主にトロイダル代数と可積分系の関係に関する研究を行った。その理由は昨年度の研究で得られたトロイダル代数の対称性を持つ広田型双線形方程式の階層に興味を持ったことによる。アファイン代数の研究の初期においてソリトン方程式との関係が重要な役割を果たしたことは良く知られており、トロイダル代数の場合にもこのような可積分系との関係が表現論の理解に役立つと考えられる。トロイダル代数の対称性を持つ広田型双線形方程式の階層に関してはBilligによるA_1型の結果があったが、まずこの結果をA,D,Eの全ての場合に拡張した。この拡張の重要な点はE型の広田型双線形方程式の階層が得られたところにある。E型の場合、単純楕円型特異点に付随するWDVV方程式がE型の広田型双線形方程式の階層の無分散極限として得られるであろうと予想しており、この点は今後の重要な課題である。またもう一つの課題は広田型双線形方程式の階層の可積分性の問題である。現時点ではまだ論文に出来る形にはなっていないが、我々の得た広田型双線形方程式の階層はほぼ可積分であるとの計算結果を得た。いくつかクリアすべき問題は残っているが近い内に完全な証明が可能と考えている。トロイダル代数の構造論に関しては、Weyl群が齋藤恭司によるelliptic Weyl群と一致することを示した。この結果はすでに前年度に得られていたものであるが、以前の証明は個々の場合に応じての具体的計算によるものであった。今年度の研究で個々の場合によらない統一的な証明が得られ、より深い理解が得られた。また表現論に関してはトロイダル代数の頂点表現が本質的にアファインリー代数のレベル1の表現のループ化と一致することを証明した。トロイダル代数の表現論において頂点表現は唯一詳しく調べることが出来る例であったが、この結果により頂点表現は本質的に新しい例にはなっていないということが示された。結果自身は当初の期待とは別のものになってしまったが、トロイダル代数の表現論の理解にはある種の役割を果たす結果であると考えている。これらの結果に関してはまだ論文の形にはしていないが、来年度以降発表の予定である。当初の計画に従ってトロイダル代数および量子トロイダル代数(以下QTAと略記する)の表現の具体例の構成およびその構造の研究を行った。(1)トロイダル代数についてアファインリー代数の研究の初期においてソリトン方程式との関係が重要な役割を果たした。そこでこの関係を逆に考え、トロイダルリー代数の表現を用いてアファインの時の類似を考えることによりソリトン方程式の拡張を試みた。その結果知られているソリトン方程式の階層を部分階層として含む新しい広田型双線形方程式の階層を得た。ただしこの方程式の可積分性、物理学への応用などは不明であり今後の研究課題といえる。上記の成果に関しては以下の研究集会において発表を行った。京都大学基礎物理学研究所(2)量子トロイダル代数についてQTAの表現を頂点作用素を用いて構成し(頂点表現)さらにその指標を調べた。今までに知られていたQTAの表現の例はあったが、指標が計算された例は頂点表現が初めてである。また柏原-三輪-Sternによるq変形Fock空間上にQTAの作用が入ることを証明した。さらにこの表現の指標を計算し、ある意味で頂点表現の指標と一致することを確かめた。またこの表現のパラメータを制限することにより、レベル1の量子アファイン代数の既約表現の空間にQTAが作用することを示した。

また表現論に関してはトロイダル代数の頂点表現が本質的にアファインリー代数のレベル1の表現のループ化と一致することを証明した。トロイダル代数の表現論において頂点表現は唯一詳しく調べることが出来る例であったが、この結果により頂点表現は本質的に新しい例にはなっていないということが示された。結果自身は当初の期待とは別のものになってしまったが、トロイダル代数の表現論の理解にはある種の役割を果たす結果であると考えている。これらの結果に関してはまだ論文の形にはしていないが、来年度以降発表の予定である。
新出土資料(墓碑誌と墓室壁画)から見た初唐武周期の政治闘争史に関する研究

本研究は唐高宗朝の李忠、李弘、李賢の廃太子事件や則天武后の臨朝称制と武周革命にいたる政治闘争および復辟した中宗および睿宗と懿徳太子、永泰公主、太平公主など唐朝皇族と外戚武韋一族の政治闘争について伝世史料と新出土資料(章懐太子墓壁画・同墓誌、懿徳太子墓壁画、永泰公主墓壁画・同墓誌など)の二方面から考察して高宗朝から武周朝および玄宗朝初期にいたる唐周二王朝の政治史究明を目指すものである。今次は2016年4月から17年3月まで既収集資料の整理、分析、データベース化をおこなうとともに北京市および西安市にて研究情報の収集と出土資料の調査を実施した。12月18日22日に実施した調査行では、北京市にて中国社会科学院専任研究員王博氏と面談して同氏が専門とする唐代礼制史に関する研究情報の収集および同氏の中文翻訳による拙著『後漢書劉昭注李賢注の研究』(汲古書院、2013)の中文版刊行に関する協議をおこなった。また西安市では大唐西市博物館にて「大唐故左千牛將軍贈左金吾大將軍清河郡開國公房公墓誌銘」の墓誌石の調査および写真撮影をおこなうとともに、陝西歴史博物館附属壁画館にて隋唐墓壁画の再調査をおこなった。とくに懿徳太子墓「儀仗図」・「闕楼図」、永泰公主墓「女侍図」、章懐太子墓「打馬球図」・「礼賓図」・「狩猟出行図」の調査では貴重な成果を得た。一例を挙げれば「狩猟出行図」について懸案であった最前列に位置する黒馬騎乗の人物について、それが章懐太子李賢その人であること、またその頭部が欠落する理由について考察するに必要な最新の研究情報を得るに至った。今後は、それに基づく私見を公表すべく論文執筆を進めたいと考えている。最後に現地では研究資料の調査・購入もおこなったことを記しておきたい。
極値的擬等角写像の可視化

極値的擬等角写像の可視化の研究に取り組んだ。ベルトラミ係数と境界対応の情報から線形系を構築し、その最小二乗解として得られる区分線形写像で近似解を構成するアルゴリズムを構築した。複数の数値実験で高い精度が得られている。また、Loewner流の擬等角写像への応用可能性に着目し、その数値計算手法について研究した。提示したアルゴリズムが生成する近似多項式の係数の収束性などを示し、学術研究誌および国際会議で発表した。極値的擬等角写像の可視化手法について,研究計画に従いつつ,軌道を修正しながら,以下のような研究を行った.(1) 2つの単連結領域と境界対応が与えられたとき,対応する極値的擬等角写像を近似する,区分線形写像の構成方法について考察した.メキシコ国立工科大学高等研究所のポーター教授と共同で提案した単位円板間の擬等角写像の構成手法のアイディアを応用し,定義域のメッシュと区分線形写像のベルトラミ係数の情報,および境界対応を用いて,線形系を試験的に複数構成した.構成した線形系は優決定系となっていたため,最小自乗解を近似解として採用した.メッシュと構築した線形系の最小二乗解から誘導される区分線形写像にて,極値的擬等角写像を近似する.予め真の解がわかっているケースを用いて,構成した区分線形写像と真解について,頂点での誤差やベルトラミ係数の誤差を比較した.ソフトウェアWolfram Mathematica 11を導入し,アルゴリズムを改良しながら多数の数値実験を行い,比較的良好な数値実験結果が得られるアルゴリズムを構成した.現在,近似解の収束性などについて引き続き調べている.構築したアルゴリズムについては,今後学会等にて口頭発表をする予定である.(2) Radial Loewner方程式の擬等角写像への応用可能性に着目し,その数値計算手法について研究した.Radial Loewner方程式の解が単位円板から拡張する領域族への等角写像族となることに着目して,その近似多項式族を構成する方法について検討した.最終的に,シンプルな構成アルゴリズムを見いだせたため,現在論文としてまとめ投稿中である.また,アルゴリズムとその性質,数値実験の結果などを等角写像・値分布論合同研究集会と2017年度日本数学会年会などの場で発表した.極値的擬等角写像の可視化について,「研究実績の概要」で述べたような形で研究を進めている.本研究は,以下のような理由により,概ね順調に推移していると考えている.(1)「研究実績の概要」で述べた,ポーター教授と共同で提案した単位円板間の擬等角写像の構成手法のアイディアを応用した区分線形写像の構成手法に関しては,実験的には良好なアルゴリズムが得られている.現在はその収束性や誤差評価について調べている段階である.構築したアルゴリズムを用いると,描画が比較的難しい例でも描けるため,メッシュを細かくしていけば真の解へ収束するのではないかと期待している.構築したアルゴリズムとその実験結果については,セミナーや学会等にて発表をしたいと考えている.(2)「研究実績の概要」でも述べた通り,Radial Loewner方程式の擬等角写像への応用可能性に気がついたため,その数値的構成手法についても考察した.Radial Loewner流は時間でパラメトライズされた等角写像族を生成するが,時間ごとの等角写像は冪級数で表示することができる.そこで,時間ごとの冪級数表示とLoewner方程式より得られる係数に関する公式を離散化して,その近似値を計算するための再帰公式を構築した.Mathematicaを用いて,構築した再起公式により時間ごとの冪級数の係数の近似値を求め,解を可視化した.特に,解を具体的に記述することができるケースを用いて数値実験を行い,解の検証を行った.近似解の性質などについて調べた上で,複数の数値実験の例などとあわせて論文にまとめ,現在投稿中である.得られている結果については,ヨーロッパで開催される国際会議にて発表する予定である.平成28年度に計画した研究の推進方策に従い,これまでに得られていた成果を国際会議などの場で発表しつつ,極値的擬等角写像の数値的構成アルゴリズムとLoewner方程式の数値解法について研究を進めた.本年度の実績は以下の通りである.(1)平成28年度に構築した極値的擬等角写像を近似する区分線形写像の構成方法では,定義域のメッシュと区分線形写像のベルトラミ係数の情報および境界対応を用いて線形系を構築していた.線形系について,一部の方程式に重みをかけることで精度が向上する可能性に気がついたため,作成したプログラムに変更を加えて再度数値実験を行った.複数の例で精度が向上することが確認されたため,改めて近似解の収束性の研究に着手した.構築したアルゴリズムと実験結果について,現在学会発表に向け準備中である.(2)山口大学の堀田一敬氏とともに進めていたRadial Loewner方程式の数値解法の研究について,国際研究誌Mathematical Methods in the AppliedSciencesに投稿していた論文がminor revisionの後に受理された.revision中に,提示したアルゴリズムが生成する近似多項式の係数の収束性や,計算の際に必要となるパラメーターに関する評価などについて,より精密な成果を得ることができた.本研究に関する成果は,チェコ工科大学において開催された国際会議(25th ISQS),香港大学において開催された国際会議(25th ICFIDCAA),マリー・キュリー・スクウォドフスカ大学において開催された国際会議(8th CMFT)でそれぞれ発表した.極値的擬等角写像の可視化の研究に取り組んだ。

また、Loewner流の擬等角写像への応用可能性に着目し、その数値計算手法について研究した。提示したアルゴリズムが生成する近似多項式の係数の収束性などを示し、学術研究誌および国際会議で発表した。成果を国際会議などの場で発表しつつ,引き続き収束性の保証された極値的擬等角写像の数値的構成アルゴリズムの構築を目指して研究を進める.(1)「研究実績の概要」で述べた現在得られている極値的擬等角写像の可視化アルゴリズムについて,メッシュを細かくしていったときに近似解が極値的擬等角写像へ収束するか調べる.収束性を調べるにあたり,ベルトラミ係数に適当なレギュラリティを仮定した上で,構築した線形系の残差ベクトルを評価する.必要であれば,境界条件に修正を加える,最小二乗解の採用をやめて別の最適解を検討する,メッシュと線形系に変更を加えて解が存在するような系を模索するなど,区分線形同相写像が得られるよう臨機応変にあらゆる策を講じたい.区分線形同相写像が得られる場合は,近似解の列が擬等角写像の列となり,擬等角写像族のnormalityなど様々な性質を応用することができる.また,擬等角写像についての最新の結果を応用できる可能性もあるので,引き続き調査も並行して行う.極限関数が対応する極値的擬等角写像となっているかどうかを調べる際には,真の解と近似解のベルトラミ係数の誤差の評価が鍵となると考えている.(2)「概ね順調に進展の理由」で述べたRadial Loewner流について,構成したアルゴリズムと近似解に関する再起公式の性質,数値実験の結果などについて,国際会議において口頭発表で公開を予定している.引き続き,誤差に関する評価や計算量などについても調べていく.また,構成に関する新たな考察も行っているため,Mathematicaを活用してアルゴリズムを実装して数値実験を行い,さらなる展開を目指したい.情報学
麹菌Aspergillus oryzaeにおけるエンドサイトーシス経路の解析

エンドサイトーシスにおいて機能すると考えられるAoAbp1,AoEnd4の局在解析から,糸状菌におけるエンドサイトーシスは菌糸先端部において最も活発に行われていると示唆された。また,エンドサイトーシス欠損株では菌糸生長が著しく阻害されたことから,エンドサイトーシスは先端生長と密接に関連していることが示唆された。以上のことから,菌糸先端部において,糸状菌特異的なエンドサイトーシスの機構の存在が予想された。そこで,AoAbp1をbaitとし,A.oryzaeのcDNAライブラリーをpreyとしたyeast two-hybridスクリーニングを行った。preyから得られたcDNAクローンの1つから,AAA(A__-TPases a__-ssociated with diverse cellular a__-ctivities)ATPaseをコードすると予想される遺伝子の一部を見出した。yeast two-hybrid解析により,このpreyはAoAbp1の2つのSH3ドメインと相互作用することが示された。そこで,このpreyをコードする遺伝子をaipA(AoA__-bpl i__-nteracting p__-rotein)と名付けた。RACE解析によりaipA全長をクローニングした結果,AipAは784アミノ酸から構成されると予想された。また,モチーフ検索の結果,AipAはC末端付近にAAA ATPaseドメインを持ち,N末端付近にcoiled-coil領域を持つと推定された。次に、AipAの細胞内局在を解析するため、EGFP-AipAおよびAoAbp1-mDsRed発現株を作製したところ、それらは菌糸先端部においてよく共局在したことから、AipAがエンドサイトーシスにおいて機能している可能性が考えられた。エンドサイトーシスは細胞外からの物質を取り込む他に、シグナル伝達や細胞極性の再構築、細胞膜や細胞膜タンパク質の取り込みやリサイクリングなどに重要な機構である。しかし、麹菌A.oryzaeを含む糸状菌においてはエンドサイトーシスの明確な指標が存在しなかったために、エンドサイトーシスの詳細な機構やその生理学的意義に関する解析はほとんど行われていない。そこで、細胞膜タンパク質とenhanced green fluorescent protein(EGFP)との融合タンパク質であるAoUapC-EGFPおよびエンドサイトーシスの染色試薬であるFM4-64をエンドサイトーシスによる取り込みの指標とし、さらにエンドサイトーシス小胞を構成する際のアダプタータンパク質と推定されるAoEnd4の条件発現株を用いた解析を行った。その結果、AoEnd4の発現抑制条件下においては、エンドサイトーシスが起こらないことが確認された。次に、エンドソームに局在し、分泌に関与するAoSnc1を用いて、菌糸先端部におけるエンドサイトーシスによるリサイクリングを可視化した。Fluorescence recovery after photobleaching(FRAP)を用いた解析により、EGFP-AoSnc1は主に菌糸先端部に局在し、先端部をリサイクリングしていることが示唆された。さらに、先端生長に関連する細胞壁合成酵素群の発現量の解析から、エンドサイトーシス欠損時には細胞壁合成酵素群がリサイクリングされず、発現が上昇している可能性が考えられた。以上のことから、糸状菌において、エンドサイトーシスは先端生長と密接に関連していることが示された。現在は、糸状菌において特徴的なエンドサイトーシスの機構や生理学的意義に関するより詳細な解析を進めている。麹菌Aspergillusoryzaeは、菌糸先端からα-アミラーゼといったタンパク質を大量に分泌することから、菌糸先端部において、エキソサイトーシスと相補的なエンドサイトーシスも活発に行われていると予想された。エンドソームに局在し、分泌に関与するv-SNAREであるAoSnclを用いて、菌糸先端部におけるエンドサイトーシスによるリサイクリングの可視化を試みた。Fluorescence recovery after photobleaching(FRAP)を用いた解析により、EGFP-AoSnclは主に分泌小胞の集合体であるSpitzenkorperに局在し、菌糸先端部をリサイクリングしていることが示唆された。このことは、エンドサイトーシス欠損時にEGFP-AoSnclが菌糸全体の細胞膜に観察されたことからも確認された。次に、リアルタイムRT-PCRにより、細胞壁合成酵素群の発現量の解析を行ったところ、エンドサイトーシス欠損時には5つのキチン合成酵素、1つの1,3-β-グルカン合成酵素の発現量の上昇が見られた。このことから、細胞壁合成酵素群が細胞膜からリサイクリングされず、それらの発現が上昇している可能性が考えられた。以上のことから、糸状菌において、エンドサイトーシスは先端生長と密接に関連していることが示唆された。現在は、糸状菌において特徴的な先端生長とエンドサイトーシスに関連する新規因子の探索をyeast two-hybrid法を用いて解析し、糸状菌特異的なエンドサイトーシスの機構や生理学的意義に関するより詳細な解析を進めている。

以上のことから,菌糸先端部において,糸状菌特異的なエンドサイトーシスの機構の存在が予想された。そこで,AoAbp1をbaitとし,A.oryzaeのcDNAライブラリーをpreyとしたyeast two-hybridスクリーニングを行った。preyから得られたcDNAクローンの1つから,AAA(A__-TPases a__-ssociated with diverse cellular a__-ctivities)ATPaseをコードすると予想される遺伝子の一部を見出した。yeast two-hybrid解析により,このpreyはAoAbp1の2つのSH3ドメインと相互作用することが示された。そこで,このpreyをコードする遺伝子をaipA(AoA__-bpl i__-nteracting p__-rotein)と名付けた。RACE解析によりaipA全長をクローニングした結果,AipAは784アミノ酸から構成されると予想された。また,モチーフ検索の結果,AipAはC末端付近にAAA ATPaseドメインを持ち,N末端付近にcoiled-coil領域を持つと推定された。次に、AipAの細胞内局在を解析するため、EGFP-AipAおよびAoAbp1-mDsRed発現株を作製したところ、それらは菌糸先端部においてよく共局在したことから、AipAがエンドサイトーシスにおいて機能している可能性が考えられた。
フラバノン複素環部の環縮小反応を応じた生物活性物質の合成研究

各種置換基を有するフラバノンにおいて、硝酸タリウム(III)による複素環部の環縮小反応の条件を検討、かつその反応機構の解析を試みた。その結果、反応溶媒としてオルトギ酸メチル-メタノール中で一当量の硝酸タリウム(III)を反応させた場合、フラバノンの5または7位に電子供与性官能基が存在する場合では4865%の収率で環縮小反応が起き2-aryl-3-carbo-methoxycoumaran(以下クマラン誘導体と称する)を生成するが、5または7位に電子供与性官能基を持たないそれ以外のフラバノンはほぼ定量的に脱水素反応が起きてフラボンを与えた。この事実は反応中間体と考えられるフラバノンエノレートタリウム付加体においてデタレーションが起きる時、5、7位の電子供与性官能基の存在によりC(4)-C(10)結合のC(3)位への転移がC(2)位の水素の脱離より優先することを意味する。5、7位に電子供与基を持たないフラバノンでも3当量の過塩素酸を加えることで3649%の収量で相当するクマラン誘導体を合成することができた。生成するクマラン誘導体の2、3位の配位については、当初反応機構から考えてsynであると考えられたが、実際は反応の過程で3位で配位の反転が起きてantiであることがわかった。従って、当初計画したような3位の反転は必要ないことがわかり、5、7位に電子供与性の酸素官能基を有するフラバノンを出発原料とすることによる前述の利点を含めると、本反応を鍵とするkadsurenoneの全合成は従来法に比べてかなり少ない行程で行える目処がつき、現在は最終階段のキノイド部の構築について検討中である。上述のクマラン誘導体をシントンとする他種生物活性物質の合成については、DDQにより2、3位の脱水素で2-phenyl-3-carbomethoxybenzofuranとし、さらに2'位に酸素官能基を有するフラバノン誘導体から誘導したクマラン誘導体では加水分解によりクメスタンに誘導することができた。
事例ベース推論に基づく非線形システムの知的制御

本研究では,人間の知的情報処理機構をベースとした新しい知的制御,信号処理手法を提唱した.まず,プラントの入出力信号をウエーブレット変換した結果,ウエーブレット変換係数によって,制御対象の非定常性が効率よく抽出,表現できることを確認した.また,多重解像度分析能力を用いて,信号の主要成分である大域的特徴量と,補助的な成分である局所的特徴量を抽出することに成功した.ついで,画像の階層符号化技法を適用することにより,抽出した知識を劣化させることなくコンパクトに表現する方法を開発した.さらに,各層ごとに類似性により分類し,類似の特徴量同士を共有化することで系統的にデータベースに格納する方法を開発した.目標出力値と現在のプラント入出力値をキーとして,類似の特徴を持つ制御信号をデータベース上で検索するシステムを設計した.類似性を評価する基準となる距離空間とキー選択法を検討した結果,k-dトライが有効であることを明らかにした.以上の結果を用いて,検索した制御信号をもとに局所モデルを作成し,所望の制御目標を達成するための制御信号を生成した.そして,精度の点からは動径基底関数を用いた非線形局所モデルが,演算速度の点からは一般化動径基底関数を用いた非線形局所モデルが有効であることを示した.本手法を航空機の自動着陸システムに適用した結果,制御性能は劣るものの,パイロットが発生する制御動作に近い働きをすることから安全性が向上することがわかった.最後に,プラントの動特性の時間変化が大きい場合にも対応できるように,事例ベースの内容を時間更新する方法を開発した.信号データの挿入と削除を効率よく行うデータ構造を設計し,信号の非定常性・非線形性の強さと,データベースのサイズとの関係を明らかにした.本研究では,人間の知的情報処理機構をベースとした新しい知的制御,信号処理手法を提唱した.まず,プラントの入出力信号をウエーブレット変換した結果,ウエーブレット変換係数によって,制御対象の非定常性が効率よく抽出,表現できることを確認した.また,多重解像度分析能力を用いて,信号の主要成分である大域的特徴量と,補助的な成分である局所的特徴量を抽出することに成功した.ついで,画像の階層符号化技法を適用することにより,抽出した知識を劣化させることなくコンパクトに表現する方法を開発した.さらに,各層ごとに類似性により分類し,類似の特徴量同士を共有化することで系統的にデータベースに格納する方法を開発した.目標出力値と現在のプラント入出力値をキーとして,類似の特徴を持つ制御信号をデータベース上で検索するシステムを設計した.類似性を評価する基準となる距離空間とキー選択法を検討した結果,k-dトライが有効であることを明らかにした.以上の結果を用いて,検索した制御信号をもとに局所モデルを作成し,所望の制御目標を達成するための制御信号を生成した.そして,精度の点からは動径基底関数を用いた非線形局所モデルが,演算速度の点からは一般化動径基底関数を用いた非線形局所モデルが有効であることを示した.本手法を航空機の自動着陸システムに適用した結果,制御性能は劣るものの,パイロットが発生する制御動作に近い働きをすることから安全性が向上することがわかった.最後に,プラントの動特性の時間変化が大きい場合にも対応できるように,事例ベースの内容を時間更新する方法を開発した.信号データの挿入と削除を効率よく行うデータ構造を設計し,信号の非定常性・非線形性の強さと,データベースのサイズとの関係を明らかにした.1.ウエーブレット変換による特徴抽出時間とともに統計的性質が変化するプラントを対象として,その入出力信号をウエーブレット変換の手法を用いて解析した.その結果,ウエーブレット変換により導き出されるウエーブレット変換係数によって,制御対象の非定常性が効率よく抽出,表現できることを確認した.また,ウエーブレット変換の多重解像度分析能力を用いて,信号の主要成分である大域的特徴量と,補助的な成分である局所的特徴量が独立に抽出できることを検証した.また,それら階層構造を持つ特徴量群を自動生成するソフトウェアを開発した.さらに,コンパクトな特徴量を得ることを目的として,ウエーブレット基底関数,スケール係数,シフト係数の設定など,信号の知識表現方法について検討した.2.事例ベースの作成1で導き出した階層構造を持つ特徴量群に対し,画像の階層符号化技法を適用することにより,抽出した知識を劣化させることなくコンパクトに表現する方法を開発した.さらに,各層ごとに類似性により分類し,類似の特徴量同士を共有化することで系統的にデータベースに格納する方法を開発した.その結果,データベースの規模を削減するとともに,処理時間を大幅に短縮できることを,計算機シミュレーションにより確かめた.当初本手法は,非線形プラント制御問題を適用対象としていたが,研究を進めていく中,画像,音声,通信の非線形信号処理にも有効であることが明らかになってきた.今後は,信号処理も含めたより広い応用分野を視野に入れながら,研究を遂行していく予定である..知的検索システムの設計:目標出力値と現在のプラント入出力値をキ-として、類似の特徴を持つ制御信号をデータベース上で検索するシステムを設計した。その際、メモリとハードディスクからなる階層型メモリ管理法を導入し、上述の主要成分である大域的な特徴量を上層に、局所的な特徴量を下層に配置することで検索速度の向上を計ることに成功した。また、類似性を評価する基準となる距離空間とキ-選択法を検討した結果、k-dトライが有効であること、また周波数領域(具体的には離散余弦変換係数)であることを、計算機シミュレーションの結果示すことかできた。

2.制御ルールの生成検索した過去の制御信号をもとに局所モデルを作成し汎化機能を付与した。ついで、作成したモデルを使って所望の制御目標を実現するための制御信号を生成した。その際、いかなる局所モデルを導入すべきか、また汎化の強さをどのように設定すべきかを、処理時聞と制御性能の点から検討した。その結果、精度の点からは動径基底関数を用いた非線型局所モデルが、演算速度の点からは一般化動径基底関数を用いた非線形局所モデルが有効であることを示した。本手法を航空機の白動着陸システムに適用した結果、制御性能は劣るものの、パイロットが発生する制御動作に近い働きをすることから安全性が向上することがわかった。1.事例ベースの再構成プラントの動特性の時間変化が大きい場合にも対応できるように,事例ベースの内容を時間更新する方法を開発した.その際,信号の非定常性の強さを判断する基準としてウエーブレット変換係数を利用する方法を試みた.そして,非定常性が強い場合はデータベースに蓄えるデータ数を減らすことで追随精度を向上させ,逆に非定常性が強い場合はデータベースに蓄えるデータ数を増やすことで推定精度の向上を計ることができた.ついで,信号データの挿入と削除を効率よく行うことのできるデータベースのデータ構造を検討した上で,信号の非定常性・非線形性の強さと,データベースに記憶させる最適なデータ数との関係を明らかにした.その結果,k次元トライがk次元木に比べ効率がよいことが計算機シミュレーションにより明らかになった.2.制御性能の理論的解析事例ベースが生成する制御器の数学モデルを解析することにより,生成される制御ルールの数理的構造について検討した.その解析結果に基づき,いかなる制御対象に対してどの程度の性能が得られるかを理論的に解析した.3.信号処理・制御問題への応用音声の非線形予測問題,飛行機の自動制御着陸問題,アレイアンテナによる到来波方向推定問題に適用し,従来法より精度よく推定できることを明らかにした.また,質問点が時間とともにゆっくり変化する場合は,一次点前の検索結果を利用することで,処理時間をさらに向上させることができた.
医原性二次性脊髄神経障害の病態、馬尾癒着の成立機序と機能生理学的変調および対策

1.Evans blue-albumin (EBA)をトレーサーとした検討:対照では馬尾集合を認めず、馬尾に伴行する血管および軸索間の毛細血管ともにEBAの浸出は観察されなかった。これに対して椎弓切除により惹起される馬尾集合は術後6時間より出現した。それには、馬尾の伴行血管、軸索間毛細血管からのEBAの軽度の浸出を認めた。馬尾集合は術後1日で全体におよび、以後自然回復の傾向を示し、術後3週で部分的な集合となった。これに対し、EBA浸出は術後1日で最も著名となり、軸索間間質部、癒着した馬尾間にEBAの存在が明らかであった。このEBAの浸出は術後3週目にほぼ消褪した。術後1日ではこれらの馬尾血管透過性亢進は、椎弓切除部上下の馬尾にも及び、その程度は椎弓切除部から離れるに従い軽度な傾向を認めた。この血管透過性亢進は椎弓切除部で最も長期間観察され、遠い部分から消褪した。以上から、椎弓切除部で血管透過性の亢進を伴い、血管透過性の亢進は椎弓切除部位に留まらず極めて広範に亘ること、これらが馬尾集合癒着の推移と呼応することを観察した。2.Fluorescein isothiocyanate-Dextran (FTTC-Dextran)をトレーサーとした検討:FTTC-Dextran (Mw :20,000,70,000,150,000)の投与後、コントロール群においても馬尾血管での透過が認められ、分子量の増大につれて透過性が低下する傾向を示し、正常状態ではEBAが漏出しなかった。このため分子量のみならず荷電の状態が浸出を左右する一つの因子であると推定された。Dextranの透過性は椎弓切除群にてより高度となる傾向を示し、密着帯の開大などの形態的変化が関与していると考えられた。3.ランタンイオンをトレーサーとした超微形態の検討:椎弓切除後のラットでは、密着帯の軽度開大、トレーサーが密着帯を通過しており、血管内皮細胞の飮小胞への取り込みを認めた。手術侵襲に引き続く炎症過程は、馬尾血管透過性から見ると予想外に広範に生じる。馬尾集合癒着にひき続き発生する、癒着性くも膜炎の発生機序を示唆する所見と考えられた。4.椎弓切除部カオリン負荷ラットにおけるメチルグルコースの移行:コントロール群では脊髄、坐骨神経において他の組織よりも血液の測定値に対する比(測定値比)が高い値を示した。一方、馬尾、傍脊柱筋では低い値を示し、血行からの栄養供給は脊髄や末梢神経に比べ馬尾では少ないものと考えられた。コントロール群と比較しカオリン群では馬尾の測定値比が増大している傾向にあった。カオリン群がコントロール群に対し、1.90倍(コントロール群平均13.8±0.7%、カオリン群平均26.3±23.8%)であった。一方脊髄、筋肉、坐骨神経、脊髄液においてはコントロール群、カオリン群ともに同様の値を示した。以上よりカオリン群では硬膜外炎症反応と呼応して血管透過性が亢進し、より多くの糖が血管外へ移行しているか、もしくは脳脊髄液からの糖移行障害が存在し、血行性経路からの代償作用が働いていると推察された。

3.ランタンイオンをトレーサーとした超微形態の検討:椎弓切除後のラットでは、密着帯の軽度開大、トレーサーが密着帯を通過しており、血管内皮細胞の飮小胞への取り込みを認めた。手術侵襲に引き続く炎症過程は、馬尾血管透過性から見ると予想外に広範に生じる。馬尾集合癒着にひき続き発生する、癒着性くも膜炎の発生機序を示唆する所見と考えられた。4.椎弓切除部カオリン負荷ラットにおけるメチルグルコースの移行:コントロール群では脊髄、坐骨神経において他の組織よりも血液の測定値に対する比(測定値比)が高い値を示した。一方、馬尾、傍脊柱筋では低い値を示し、血行からの栄養供給は脊髄や末梢神経に比べ馬尾では少ないものと考えられた。コントロール群と比較しカオリン群では馬尾の測定値比が増大している傾向にあった。カオリン群がコントロール群に対し、1.90倍(コントロール群平均13.8±0.7%、カオリン群平均26.3±23.8%)であった。一方脊髄、筋肉、坐骨神経、脊髄液においてはコントロール群、カオリン群ともに同様の値を示した。以上よりカオリン群では硬膜外炎症反応と呼応して血管透過性が亢進し、より多くの糖が血管外へ移行しているか、もしくは脳脊髄液からの糖移行障害が存在し、血行性経路からの代償作用が働いていると推察された。1.Evans blue-albumin(EBA)をトレーサーとした検討:対照では馬尾集合を認めず、馬尾に伴行する血管および軸索間の毛細血管ともにEBAの浸出は観察されなかった。これに対して椎弓切除により惹起される馬尾集合は術後6時間より出現した。それには、馬尾の伴行血管、軸索間毛細血管からのEBAの軽度を浸出を認めた。馬尾集合は術後1日で全体におよび、以後自然回復の傾向を示し、術後3週で部分的な集合となった。これに対し、EBA浸出は術後1日でも最も著明となり、軸索間間質部、癒着した馬尾間にEBAの存在が明らかであった。このEBAの浸出は術後3週目にはほぼ消褪した。術後1日ではこれらの馬尾血管透過性亢進は、椎弓切除部上下の馬尾にも及び、その程度は椎弓切除部から離れるに従い軽度な傾向を認めた。この血管透過性亢進は椎弓切除部で最も長期間観察され、遠い部分から消褪した。以上から、椎弓切除部で血管透過性の亢進を伴い、血管透過性の亢進は椎弓切除部位に留まらず極めて広範に亘ること、これらが馬尾集合癒着の推移と呼応することを観察した。これらの結果から、手術侵襲に引き続いて起こる炎症過程は、馬尾血管透過性から見ると予想外に広範に生じることを示す。馬尾集合癒着にひき続き発生する可能性のある、癒着性くも膜炎の発生機序を示唆する所見と考えられる。ウイスター系雄ラットに対して、第5および第6腰椎の椎弓切除後、硬膜外にカオリンを付加し、手術後12週経過したものをカオリン群とし、非手術群をコントロール群とした。集合・癒着した馬尾への3H-metyl-glucose移行の変化について、静注3分経過後の各組織(血液、脳脊髄液、馬尾、坐骨神経、傍脊柱筋)のDPMを液体シンチレーションカウンターで測定し比較検討した。コントロール群(N=3)では脊髄、坐骨神経において他の組織よりもカウント測定値比(血液の測定値に対する比)が高い値を示した(各々血液の18.5±2.8%、19.2±5.5%)。一方、馬尾、傍脊柱筋では低い値を示し(各々血液の13.8±0.7%、12.6±4.2%)、血行からの栄養供給は脊髄や抹梢神経に比べ馬尾では少ないものと考えられた。コントロール群(N=3)と比較しカオリン群(N=3)では馬尾、脊髄のカウント測定値比が増大している傾向にあった。
神経変性疾患における異常リン酸化タウの蓄積機構の解明

(1)試験管内モデルFTDP-17のミスセンス変異(P301L、V337M、K257T、G389R)を導入したリコンビナントタウを大腸菌に発現、精製し、ヘパリン存在化でタウの線維形成を電子顕微鏡で観察したところ、変異を有するタウは野生型タウ(WT)よりも多くの線維形成がみられ、変異の線維形成促進効果が観察された。その効果はP301Lが最も大きかった。またタウをラット脳粗抽出液でリン酸化して線維化したところ、タウの線維形成の促進が観察された。ヘパリンを添加しない系においても線維形成までは時間がかかったが、同様の結果が得られた。線維化したタウを遠心後、上清と沈澱に分けて、線維化タウを定量したが、電子顕微鏡による観察とほぼ一致した結果が得られた。今回の実験から、タウの変異が線維化を促進することが確認されたと共に、リン酸化がタウの線維化を促進すること、リン酸化と変異の効果が相加的に働くことが試験管内のタウの線維化実験においてはじめて観察された。(2)動物モデル野生型ヒトタウ、及びFTDP-17のP301L、P301S変異を導入したタウを過剰発現するトランスジェニックショウジョウバエを作製し、それぞれのタウがハエの脳内で発現していることを免疫組織染色で確認した。(3)Lewy小体に蓄積するα-synucleinのリン酸化の同定。Lewy小体型痴呆患者脳に蓄積しているα-synucleinを精製し、アミノ酸配列解析、質量分析を行ったところ、蓄積しているα-synucleinの129番目のセリンが高度にリン酸化されていることを発見した。リン酸化ペプチドを合成し特異的抗体を調製して免疫化学的解析をしたところ、正常では5%程度しかリン酸化されていないのに対し、蓄積しているものは90%以上リン酸化されていることを見出した。
情報伝達による細菌の薬剤耐性因子発現制御機構の解明

細菌薬剤耐性化は、感染症に対する化学療法における重大な問題である。一方、ゲノムの解析の結果、細菌染色体上には多くの薬剤排出蛋白質をコードしていると推定されるORFが存在することが分かってきた。そこで大腸菌における37個の推定薬剤排出タンパク強制発現株を構築した。解析の結果、内20個が薬剤耐性化に関与していることを明らかにした。細菌は潜在的にきわめて多数の耐性資源を持っていることが明らかにされた。また、新たに同定した薬剤排出蛋白質は製薬会社が開発中の新規抗菌薬をも認識し、細菌に耐性化をもたらすことが分かった。ゲノム情報を用いることで、新薬開発の段階で将来の耐性菌を予想することが可能であることを証明した。これからは、未来に出現するであろうと推定される耐性菌に対してもあらかじめ手を打たねばならないし、それが可能な段階に入った。また、これら薬剤排出蛋白質ほとんどが通常培養条件においては発現していないことが分かってきた。もし、何らかの要因で排出蛋白質発現が誘導されると、細菌は強力な薬剤耐性菌になる可能性がある。よって、薬剤排出蛋白質が誘導される要因を探ることが重要であると考え、解析を行った。その結果、細菌の環境感知応答システムである二成分情報伝達系が複数の薬剤排出遺伝子を発現誘導し、多剤耐性化を引き起こすことを発見した。また、抑制性因子として、ヒストン様タンパクであるH-NSを同定した。さらに、DNAマクロアレイを使用し、二成分制御系のゲノムワイドでの発現調節ネットワーク解析を行った。その結果、潜在的耐性遺伝子が、pH、浸透圧、温度、そして細胞間情報伝達シグナルといった因子によりコントロールされていることを明らかにした。このような耐性調節機構は、これまで誰も注目してこなかったことであり、私の発見以後、この観点に立った研究が行われるようになってきている。これら一連の成果に対し、Science誌よりYoung Scientist Awardが表彰された。細菌の薬剤耐性化は、感染症に対する化学療法における重大な問題である。一方で、数多くの微生物ゲノムの解析の結果、各細菌の染色体上には数多くの薬剤排出蛋白質をコードしていると推定されるORFが数十個以上存在することが分かってきた。しかし、これらのORFが実際に薬剤耐性化に関与しているかどうかは分かっていなかった。そこで私はEscherichia coliにおける37個の推定薬剤排出タンパク強制発現株を構築した。解析の結果、内20個がE.coliの薬剤耐性化に関与していることを明らかにしてきた。また、グラム陰性菌で初のABC型薬剤排出タンパク、複数の内在性膜タンパク質がペリプラズム修飾タンパクと複合体を作った新しい分子機構を持つRND型の排出タンパク質を発見してきた。これら一連の研究により、細菌は潜在的にきわめて多数の多剤耐性資源をもともと持っていることが明らかにされた。これは、今後の多剤耐性菌対策を考える上で是非とも考慮に入れなければならない。また、各遺伝子欠損株を用いた結果から、これら薬剤排出蛋白質ほとんどが通常培養条件においては発現していないことが分かってきた。ところが、同じオペロンの中に転写調節遺伝子を持つものは数種類しかない。その他のものはリプレッサーが近傍に存在しないのにどうして発現しないのだろうか。私は、排出タンパク質遺伝子オペロンのいくつかが、その近傍に細菌の環境感知応答システムである二成分情報伝達系の遺伝子を持つことに注目した。その二成分制御系の転写調節因子をクローニングして発現させると、近傍の排出遺伝子だけでなく、離れた複数の薬剤排出遺伝子を発現誘導し、多剤耐性化が起こることを発見した。また、抑制性因子として、E.coliにおけるヒストン様タンパクであるH-NSに注目し、解析を行った。hns欠損株では抑制が解除された結果、複数の薬剤排出タンパク質が発現し、多剤耐性化が引き起こされることを発見した。この仕組みによる耐性菌はまだ臨床的には発見されていない。しかし、十分に驚異的な可能性である。E.coliは32種類の二成分制御系調節因子を持っている。そこで、これら全てをクローニングし、発現ライブラリを構築した。その結果、32種類のうち17種類の二成分制御系が多剤耐性の誘導に関わることが明らかとなった。また、5種類は薬剤排出タンパク発現を誘導して耐性化を導いていた。さらに、DNAマクロアレイ解析により、二成分制御系の発現調節ネットワークのグローバル解析を行った。潜在的耐性遺伝子が、直接、薬剤によって発現誘導されるのではなく、一見無関係の、酸や浸透圧、温度といった環境への感知応答センサーである二成分制御系によってコントロールされていることは、これまで誰も注目してこなかったことであり、私の発見以後、この観点に立った研究が行われるようになってきている。