hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
世代を超えたエピジェネティックな情報伝達に関わるヒストン修飾の探索

哺乳類において、栄養条件など環境情報が母親から子に伝わることが知られている。この栄養条件が子の遺伝子発現に影響を与え、疾病のリスクになる。この世代間の情報伝達には、遺伝情報の変化を伴わず、エピジェネティックな遺伝子発現制御が関与すると考えられる。最近、同様の現象がショウジョウバエでも確認された(Buescher et al., 2013)。ショウジョウバエでは、母親の体内で子の発生はほとんど進行しないことから、栄養条件がなんらかの形で、配偶子(卵、精子)を介して、次世代に伝わる可能性が考えられ、生殖細胞の新たな機能を探る実験系として有効であると考えられた。しかし、ショウジョウバエにおいては、成熟卵を介して様々な生体分子が母性供給され、子の発生に強い影響を与えることから、エピジェネティックな遺伝子発現制御の実態やその分子機構の解析が困難であると予想された。そこで本研究では、父親の生育環境、低グルコース環境が、子の発生に与える影響を調べる実験系の開発を試みた。その結果、父親の栄養環境が子の発生速度に影響を与えることが判明した。また、エピジェネティックな遺伝子発現制御に関わるPolycomb (Pc)遺伝子を精子形成過程でノックダウンさせ、Pcが父親由来の栄養情報の伝達に影響を与えるかを検討した結果、Pcのノックダウンにより父親の栄養環境の子に対する影響が抑制されることが判明した。さらに、低グルコース環境が精原細胞中のヒストン修飾レベルに影響を与えることがわかった。これらの結果から、Pcを中心としたエピジェネティックな制御が父から子への栄養情報の伝達に関与する可能性が示唆された。また、この研究と並行して、エピジェネティックな制御因子CBPが母性供給され、生殖細胞中の生殖細胞性遺伝子, vasaの発現の活性化に関わることが判明したので、その結果を現在、論文として投稿中である。近年、ゲノムDNAの遺伝情報だけでなく、栄養条件などの環境情報を配偶子が次世代に伝達することが明らかになっている。この情報伝達に関わる分子機構を解析することを目的として、本年度は、ショウジョウバエを使った実験系の開発を試みた。先行研究から、母親ハエに高カロリーの餌を与えることにより、次世代の子(F1)の代謝状態、代謝関連遺伝子の発現が変化することが示されている(TMP現象)(Buescher et al., 2013)。実際に、高カロリーの餌(通常の3.4倍のグルコースを含む、HS条件と表記)と低カロリーの餌(通常の半分量のグルコースを含む、LS条件と表記)を使って、親の栄養条件が子に与える影響を調べた。HS条件下で成熟させた成虫雌と雄を交配し、交配の結果得られたF1をLS条件下で飼育したもの(H-L)と、LS条件下で成熟させた成虫雌と雄を交配し、そのF1をLS条件下で飼育したもの(L-L)の間で、F1に対する影響を調べた。LS条件と比較して、HS条件下で卵が成熟することで、F1に母性供給される栄養が多くなると考えられたため、H-LのF1の発生がL-Lのものと比較して早くなると予想し、F1の発生速度に注目して解析を行った。しかし、予想に反して、H-LのF1と比較して、L-LのF1が早く成虫になる傾向が明らかになった。通常の餌で飼育した成虫のF1をLS条件で飼育するだけでは、発生を促進する効果は見られなかった。さらに、雌雄の親をともにLS処理することにより、F1の発生が促進されることが分かった。これら結果から、栄養条件が親から伝達され、このことがF1の発生速度に影響を与えた可能性が示唆された。本年度の研究により、F1の発生速度を指標にTMP現象を評価することが可能になった。本年度は、研究の基盤となるTMP現象の性質を理解するために、現象そのものに注目して解析を行った。解析を進める上で、次の点に注意しながら研究を進めた。先行研究(Buescher et al., 2013)は、高カロリーの食事の影響を解析することを目的とした基礎医学的な研究であるため、高カロリー餌の効果に研究の焦点がある。しかも、高カロリーの餌を摂取した雌親から栄養そのものがF1に伝わる影響が考えられ、そのことが二次的にF1の代謝産物量の変動、代謝酵素の発現量の変化に与える可能性が残される。私たちは、基本的な実験条件の設定(実験に使用するグルコースの濃度、HSあるいはLS条件下での処理時間、F1の表現型解析など)を詳細に行い、その過程において、上述の新しい現象を見出すことに成功した。H-LのF1と比較して、L-LのF1が早く成虫になることから、雌成虫から卵を介してF1に栄養そのものが供給されるのではなく、栄養に関わる環境情報が親から伝達されることを強く示唆する。また、HS条件よりむしろLS条件が親からF1に伝達され、LH条件下におけるF1の発生に有利に働き、発生を促進した可能性が考えられる。新たな現象の確認に時間がかかったが、栄養という環境情報が親から子に伝達されるという現象の理解に重要な知見が得られたと評価できる。また、先行研究では、TMP現象を評価するためには、代謝産物量や、代謝酵素の発現量を検出しているが、この現象に関わる分子機構の遺伝学的解析には、これらの生化学的手法による解析は不向きである。

今年度の研究結果から、F1の発生速度を比較解析することで、簡便に栄養情報が親から子に伝達されるという現象を評価することが可能になった。今後の解析に有効な実験系ができあがりつつあるといえる。これまでに、栄養条件などの環境情報を配偶子が次世代に伝達することが明らかになっている。この情報伝達の分子機構を探るためには、簡便なバイオアッセイ系が必要である。ショウジョウバエを用いたバイオアッセイ系の開発を試み、その結果、低カロリーの餌(通常の半分のグルコースを含む餌、LS餌)で飼育する場合において、LS餌で成熟した成虫に由来するF1が、通常餌で成熟した成虫に由来するF1より早く羽化する傾向が観察された(2017年日本動物学会発表)。この結果は、栄養条件が親から子に伝わる可能性を示唆する。今年度は、さらに、アッセイ系の改良を試みた。まず、アッセイにかかる操作を簡便化し、実験時間を短縮するために、蛹化に注目した。羽化には約10 14日かかるが、蛹化は4 6日である。そこで、産卵されたF1が蛹になるまでの日数を測定することでF1の発生に対する影響を評価できるか検討した結果、解析が可能であることが明らかになった。また、低カロリーの餌の組成を再検討した結果、予想外のことが判明した。野生型の系統を用いた実験において、通常餌と比較して、グルコース量を1/3に低下させた餌において、蛹化にかかる時間が短くなる、発生促進効果があることが分かった。通常ショウジョウバエの飼育に用いている餌は、多様な突然変異体を飼育することを目的として作られており、野生型系統に対してはやや高カロリーぎみの組成になっていることが示唆された。また、グルコース量を1/3に低下させた餌で飼育しても、成虫の発生率に顕著な影響が見られないことが分かった。そこで、グルコース量を1/3に低下させた餌と通常の餌を使って、親の栄養条件がF1に与える影響をよりクリアにかつ安定して検出するための条件の改良を行った。その結果、親を1世代低グルコース餌(1/3)で飼育し、より安定した結果を得られるようになった。栄養条件を配偶子が次世代に伝達するという世代間の情報伝達の分子機構を探るためには、バイオアッセイ系の開発、改良、安定化が重要な前提条件になる。本年度は、栄養条件を配偶子が次世代に伝達する現象の性質の解析とともに、この現象を分子レベルで解析するためのバイオアッセイ系の開発、改良を進めた。上述の通り、アッセイ系の簡便化、安定化に成功しており、計画は順調に進行している。本年度の解析から、グルコース量を通常の1/3に低下させた餌そのものが発生を促進する効果を示すという予想外の結果が得られたため、アッセイ系の改良が必要になった。しかし、この結果は本研究を進めるために重要な示唆を与える。つまり栄養条件そのものが発生の速度に影響与えることを示唆する。グルコースの豊富な通常の餌では、幼虫が積極的に栄養を摂取し続け、グルコース量を1/3に低下させた餌と比較して、結果的に蛹化が遅くなる可能性が考えられた。このことは、幼虫が栄養環境に応じて柔軟に発生スピードをコントロールできる可能性を示唆する。この幼虫自体の反応と、本研究のテーマである親からの栄養条件が幼虫に与える影響とのバランスや相互作用が、発生スピードのコントロールに関わることが予想できる。親からの栄養条件がF1に与える影響を理解する上で、本年度の結果は重要な知見であり、今後の解析の基礎になる情報が得られたと評価できる。哺乳類において、栄養条件など環境情報が母親から子に伝わることが知られている。
身体疾患に対する心理臨床的アプローチの基礎研究

本研究では、人が身体の病気になった時、それをどのように体験しているのか、1088人を対象とした大規模量的調査、552人を対象とした記述式の質的調査、20名を対象とした個別インタビュー調査を通じて、多層的に捉えようとした。病の体験をそれとして生活の中に位置づける意識は、ポジティヴにも、ネガティヴにも、全体的に男性に比して女性の方が高く、また、「食」の領域への影響が最も大きいことが示唆された。大規模アンケート調査については、調査会社登録モニターを対象としたWeb調査を実施した。回答依頼メールを登録モニターに配信後、回答受付2日間でHP上での回答があった1088名を調査協力者とした。割り当て法によるサンプリングを行い、総数の目安を1000として、性別×年代(10代区分:20代60代)の各カテゴリーがほぼ均一に配置されるようにした。本調査では病の体験を「医療機関を受診後、治療や経過観察に1週間以上の通院または入院を要した体験すべて」と定義し、治療継続中・完治体験まで全てを含むこととした(事故・スポーツ障害・精神疾患は含まず)。Web調査では、最初に過去に経験した身体疾患について113個の疾患名リストから複数選択させ、その後現在の生活への影響度が高い病を上位3つ以内で選ばせた。そして、身体疾患がもたらすその後の生活や生き方の変化について回答させ、その病体験が今現在の生き方に与えた影響、及び未来に与えると思われる影響について、プラスの側面、マイナスの側面をそれぞれ0100で回答させた。最後に病の体験イメージをSD法によってとらえる質問をおこなった。病の体験イメージからは、3つの因子が抽出され、それらを軸に、性別、年代別の特徴をとらえ、整理をおこなった。これらの基礎データは、これまで例を見ない心理領域からの身体疾患の体験についての包括的調査であり、非常に貴重な資料となると思われる。平成22年度の日本心理臨床学会、日本心理学会において、5つのパートに分けて「身体疾患に対する心理臨床的アプローチの量的基礎研究」として発表する。また、自由記述質問紙調査については、研究会議を重ねるなかで、一定の質問項目を整理し、調査を進める準備段階に至っている。これをもとに、平成22年度に本調査を実施していく。1.学会発表本研究は、一般の身体疾患を対象として「病の体験」、「病の意味」に焦点を当てながら、心理臨床的アプローチの可能性をとらえるための基礎研究を行うものである。その出発点となる大規模意識調査(昨年度実施)の結果を基に、裏面5件の学会発表を行い、一般的な「病の体験」の内容や意味づけを明らかにした。また、「病の体験」イメージについて、SD法、因子分析等の手法を用いて解析を行った。2.「病の体験」に対する質的基礎データの収集「病の体験」について、民間の調査会社に委託して質的調査を行った。大規模意識調査の結果から選んだ7つの疾患について、病の体験の影響、意味づけについて、2060才代の男女各50名計500名に自由記述アンケートで回答してもらった。このデータによって、大規模意識調査からとらえた「病の体験」の内容を、男女別や年齢層毎に、より具体的に明らかにしてゆくことが可能になると考えられる。3.臓器イメージについての調査今年度に大学院生での予備調査を予定していたが、次年度以降に本調査を想定していたフィールドでの調査実施が難しくなったため、研究の方向性として考え直しを余儀なくされた。この点については、次年度以降の方向性の見直しを含め、検討しているところである。4.医療従事者の側の視点の聴き取り今年度は、関西医科大学医学部心療内科学講座の医師・神原憲治氏、心療内科医で心身問題に詳しい橋爪誠氏(橋爪医院)、プレマカウンセリングルーム札幌を主催する心理セラピスト・藤原千枝子氏に、それぞれ予備的にお話しをうかがう機会を持った。(1)「病の体験」に対する質的基礎データの収集・分析平成22年度におこなった「病の体験」に関する自由記述アンケートの結果を元に議論を重ねた。本調査は大規模意識調査の結果から選んだ7つの疾患について、病の体験の影響、意味づけについて、2060代の男女各50名計500名に施行したものである。自由記述の分類を行い、全体の特徴を捉えた。この作業は現在も継続中である。(2)特定疾患の病体験の調査の実施本科研の当初の目的であった疾患臓器が病の体験が及ぼす影響を比較検討するため、上記の自由記述アンケートの結果を踏まえて、呼吸器系、循環器系、消化器系、内分泌・代謝系の4系列の疾患についてインタビュー調査を行なった。この調査も、これまでの調査と同様民間の調査会社に委託して被験者を募った。調査は11月23日に行い、現在分析中である。(3)医療従事者の側の視点の聞き取り

心身医療の専門医でもあり、関西医科大学名誉教授でもある中井吉英氏から「からだとスピリチュアリティを考える会」の会合の場を借りて、心身医学の立場からのお話を伺った。また、関西医科大学医学部心療内科学講座の医師・神原憲治氏にも、研究会議に合わせて参加いただき、お話を伺った。(4)研究会議の開催6月26日、9月14日、11月2日、11月19日、2月2目、2月22日、3月28日計7回19:0021:00京都文教大学キャンパスプラザ演習室にて実施した。(1)「病の体験」に関する自由記述アンケート結果の分析平成22年度に行った自由記述アンケート結果の分析は、諸般の事情で遅れていたが、今年度中に大筋の分析を終えることができた。その結果、「病気を意識する場面」「生活への影響」といった具体的側面では、「食」という要因がひとつの大きな軸であることが浮き彫りになった。「食」にダイレクトに影響の出る消化器系、内分泌・代謝系の疾患において食事に関連する場面や食生活への影響への記載が有意に多く、それ以外の呼吸器系、婦人科系、神経・筋肉系では有意に少なくなっている。その一方で、「人間関係の変化」「生き方・人生観の変化」といったより心理的な側面では、消化器系、内分泌・代謝系の疾患では特に傾向がみられないのに対して、呼吸器系、婦人科系、神経・筋肉系では「他者への想いや態度の変化」「生き方・人生観のネガティブな影響・変化」が多いという特徴が示された。また、具体的側面に関しても心理的側面に関しても性差が目立ち、男性では具体的側面、特に「食」での記載が有意に多いのに対し、女性では心理的側面での記載が多かった。疾患の違いによる「病の体験」の特徴上の相違は、病む本人を理解する上で貴重な内容であると共に、「病」そのものへの今後の対応を考える上でも意義深い結果であると考える。(2)特定疾患の病体験の調査の実施上記の自由記述アンケートの結果を踏まえて、呼吸器系、循環器系、消化器系、内分泌・代謝系の4系列の疾患についてインタビュー調査を平成23年度に行なった。この調査データを、語りと樹木画描画の二点から、ひとりひとりの病体験を事例研究として検討してきた。(3)研究会議の開催5月1日、5月30日、7月4日、8月25日、11月1日、12月16日、1月20日、2月6日、3月6日、計9回概ね19:0021:00京都文教大学キャンパスプラザ演習室にて開催。予想以上にデータの整理に手間取り、3種類の調査データを並行しながら検討していく作業を進めているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。今回の研究に必要な基礎データはおおよそ収集し終えたので、それらを全体的に傭轍しつつ、当初の目的に照らし合わせて一定の総括とまとめを行なっていく。そのために、研究会議の頻度をここ数ヶ月、増やして対応している。
ポストゲノム時代における革新的技術開発を目指した新規架橋型人工核酸の創製

当研究室では、次世代のポストゲノムテクノロジー開発に向けて、核酸の糖部立体配座を適切に固定化した各種架橋型人工核酸(BNA)の開発を行ってきた。その代表例として現在世界的に広く用いられている2',4'-BNA/LNAがあるが、本研究ではこれを上回る特性を持つ人工核酸の開発を行ってきた。昨年度までに、新規な架橋型人工核酸2',4'-BNA^<NC>の合成に成功し、その物性評価を行い、優れた二重鎖形成能、三重鎖形成能を確認している。これらの物性は従来の2',4'-BNA/LNAと同等かそれを上回るものであった。さらに、2',4'-BNA/LNAを大きく上回る酵素対性能(生体内での安定性の指標)を示すことも確認している。しかし、本人工核酸は合成の効率自体に問題はないものの合成の工程数が比較的長いという難点を抱えており、今後のより詳細な機能評価に向けてこの点を改善する必要があった。そこで今年度は、本人工核酸の合成行程の短縮を目指し、各工程について徹底的に精査を行った。その結果、本人工核酸合成の鍵となる架橋構築段階において新たな知見を見いだした。すなわち、従来は架橋構築段階において反応に関わる窒素原子の活性化が必要であり、そのために別途数工程を要していたが、今回、反応条件を種々検討することで、この窒素原子の活性化を伴わず架橋構築が可能であることを見いだした。これにより、反応経路を大幅に短縮することができ、大量の試料供給を効率的に行うための道すじが整った。これに加え、今年度は本人工核酸の架橋部分への置換機導入を検討し、新規構造を有する2',4'-BNA^<NC>類縁体の合成にも成功した。新たな架橋型人工核酸として当研究室ですでに設計、合成したリボースの2'位酸素原子と4'位を-NRCH_<2->で架橋し6員環構造で固定した、人工核酸2',4'-BNA^<NC>について分子軌道計算、分子力場計算等、計算化学的手法を用いてそのコンホメーション解析を行った。これまでに開発した5員環構造によりN型に環固定を行った2',4'-BNA、7員環構造により同じくN型に環固定を行った2',4'-BNA^<COC>と比較した結果、2',4'-BNA^<NC>は予想どおりこれまでの人工核酸と同様、糖部コンホメーションはN型に固定されており、各種構造パラメーターから、2',4'-BNAと2',4'-BNA^<COC>の中間的なコンポメーションをとっており、アンチセンス、アンチジーン分子として有望な人工核酸であることが明らかになった。さらに当研究室ですでに開発した2',4'-BNA^<NC>モノマーの合成方法は、多行程であったため、アンチセンス、アンチジーン分子としての機能評価に充分な量を供するためには不向きであったことから、大量合成に向けた新しい効率的な2',4'-BNA^<NC>モノマー合成方法の開発に着手した。その結果、今年度は、新たな合成経路としてこれまでに例のないO-アミネーションを鍵反応とする短行程かつ効率的な合成経路を立案した。チミンを出発原料として本合成経路に従って合成を検討し、鍵反応となるO-アミネーションの原料アルコールの効率的合成にも成功した。当研究室では、ゲノム情報を利活用し遺伝子発現を制御するためのツールとして、核酸の糖部コンホメーションを固定化した各種架橋型人工核酸(BNA)を開発してきた。その中の代表的な化合物として世界に先駆けて開発した2',4'-BNA(別名LNA)があるが、これまでの研究成果を基に2',4'-BNA上回る第2世代架橋型人工核酸として2',4'-BNA^<NC>の設計・合成を行なった。合成に関しては、文献既知の糖誘導体より2'位水酸基立体化学の反転、3'位、5'位水酸基の保護を経て2'位にアミノオキシ基を導入し、さらに2'位と4'位の間での閉環反応を行い、目的とする2',4'-BNA^<NC>モノマーへと導いた。続いてこれらモノマーは常法に従って5'位水酸基のトリチル保護、3'位水酸基のホスホロアミダイト化を行った後、DNA合成機により2',4'-BNA^<NC>修飾オリゴマーの合成を行った。合成したオリゴマーを用いて融解温度(Tm)測定による二重鎖および三重鎖形成能についても検討を行い、その結果2',4'-BNA^<NC>により修飾したオリゴヌクレオチドは期待した通り第1世代人工核酸2',4'-BNA修飾オリゴヌクレオチドと同程度、あるいはそれを上回るRNA選択的二重鎖形成能と配列選択性を示し、高い三重鎖形成能も示すことを明らかにした。また分解酵素に対する安定性を評価した結果、2',4'-BNAを大きく上回り、現在用いられている修飾オリゴで最も安定なホスホロチオアートオリゴ(S-オリゴ)と同程度の酵素耐性能を示すことも明らかになり、アンチセンス・アンチジーン分子として非常に有望な化合物であることが判明した。

その代表例として現在世界的に広く用いられている2',4'-BNA/LNAがあるが、本研究ではこれを上回る特性を持つ人工核酸の開発を行ってきた。昨年度までに、新規な架橋型人工核酸2',4'-BNA^<NC>の合成に成功し、その物性評価を行い、優れた二重鎖形成能、三重鎖形成能を確認している。これらの物性は従来の2',4'-BNA/LNAと同等かそれを上回るものであった。さらに、2',4'-BNA/LNAを大きく上回る酵素対性能(生体内での安定性の指標)を示すことも確認している。しかし、本人工核酸は合成の効率自体に問題はないものの合成の工程数が比較的長いという難点を抱えており、今後のより詳細な機能評価に向けてこの点を改善する必要があった。そこで今年度は、本人工核酸の合成行程の短縮を目指し、各工程について徹底的に精査を行った。その結果、本人工核酸合成の鍵となる架橋構築段階において新たな知見を見いだした。すなわち、従来は架橋構築段階において反応に関わる窒素原子の活性化が必要であり、そのために別途数工程を要していたが、今回、反応条件を種々検討することで、この窒素原子の活性化を伴わず架橋構築が可能であることを見いだした。これにより、反応経路を大幅に短縮することができ、大量の試料供給を効率的に行うための道すじが整った。これに加え、今年度は本人工核酸の架橋部分への置換機導入を検討し、新規構造を有する2',4'-BNA^<NC>類縁体の合成にも成功した。
神経細胞体及び軸索に蓄積したニューロフィラメントと神経変性疾患との関係

筋萎縮性側索硬化症などの変性疾患や髄鞘形成不全、脱髄疾患などの神経疾患、ニューロフィラメント(NF)遺伝子過剰発現動物及び老化で、神経細胞体あるいは軸索にNFが蓄積し神経細胞が変性するが、NF遺伝子の過剰発現トランスジェニックマウスの結果からこのNFの蓄積はNFの遺伝子変異と関連しているのではないかという発想で、NF蓄積のメカニズムを解明する一環としてNFサブユニットのNF-L, NF-M及びNF-Hの3種類の遺伝子をそれぞれノックアウトしたマウスを作製し、神経細胞の変化を解析した。また他の中間径フィラメントにはみられないMFの構造であるMF-MとNF-HのC末端領域で形成されるクロスブリッジの存在意義とNF蓄積及び神経疾患との関係から、それそれのC末端除去及び両蛋白のC末端同時除去ノックインマウスの神経細胞及び変異NFも解析した。すべて種類のマウスにおいて変化は軸索の構造にみられ、細胞体の構築にはほとんど影響がみられなかった。NF-L欠損マウスではNF-M及びNF-HのmRNAは発現するがその蛋白はほとんど発現せずNFが形成されず、微小管が増加したが、軸索が有意に細くなった。NF-M欠損ではNF-L蛋白の発現が減少し、NFが減少しその配列も不規則になった。NF-H欠損ではNF-M蛋白が増加し、NFの構築にほとんど影響しなかった。NF-MのC末端除去ではNFの構築に有意な変化がみられなかったが、NF-HのC末端除去ではクロスブリッジが減少しフィラメント間が極めて狭くなった。両C末端同時除去では軸索が有意に細くなりクロスブリッジがみられずフィラメントの配列が極めて不規則になり膜性小器官が蓄積し、軸索輸送障害が起きていることが示唆された。以上のマウスで軸索が細くなったものではミトコンドリアの増加がみられた。以上の解析はNFとミトコンドリアさらに神経疾患との関係に加えて、NF及びクロスブリッジの神経細胞での存在意義を明らかにし、将来ある種の神経疾患に対してNFの遺伝子治療の可能性が期待される。神経疾患において神経細胞体あるいは軸索にニューロフィラメント(NF)が蓄積するメカニズムを解明する一環としてNFのサブユニットの遺伝子それぞれの欠損マウスおよびNF-MあるいはNF-HのC末端を除去した蛋白を発現するように遺伝子操作したトランスジェニックマウスを作製し、そのNFの変化を切片および急速凍結ディープエッチ電子顕微鏡法で検索した。NF-L欠損マウスではNFが神経細胞体と樹状突起には全くみられず、軸索にもほとんど存在しないため、細胞体や軸索にNFの蓄積はもちろんみられない。しかし、これらの神経細胞の軸索は太さが小さくなり、微細管の密度が極めて増加し、ミトコンドリアが大きくなる傾向にあった。上記のいずれのマウスでもNFの細胞体蓄積を起こさないことがわかったが、急速凍結ディープエッチ法で検索するとNF-H欠損マウスおよびのC末端除去NF-H蛋白を発現するマウスの軸索ではNFの構築に有意な変化がみられた。NF-H欠損マウスでは軸索でのNFの走行が不規則で、NF-Mからのみ形成されるクロスブリッジは発達が悪く、コントロールマウスの軸索よりNF間の間隔は広いところもみられるが、部位によりNF同士がほとんど接触するぐらいに接近しているところもみられる。このような軸索ではNF間の間隙が広い部位が存在し、また微細管もよく発達しており、軸索輸送障害は起こっていないと考えられる。

しかしC末端除去NF-Hを発現したマウスの軸索ではクロスグリッジは短く出現頻度も少なく、NF同士が接近し多くの領域でほとんど接触していることがわかった。さらにNF間には小胞がNFに圧迫されるような状態でみられた。すなわち、NF-H自体が欠損しても軸索機能に障害は起こらないが、NF-Hのクロスブリッジを形成するC末端部のみ欠損したNF-Hをもつ軸索ではNFの密度が増加し軸索輸送障害が起こることが示唆される。多くの神経変性疾患、老化及び遺伝子操作で変異SOD1を発現したりニューロフィラメント(NF)蛋白が過剰発現したトランスジェニックマウスで神経細胞体や軸索にNFが蓄積することが報告されているが、その根本的な原因がNFの遺伝子の変異にあるかどうかを解析する一環として、本研究では米国の大学とも共同してNFを構成する各サブユニット蛋白の遺伝子のノックアウトマウスを作製し、神経細胞にどのような変化が生じるかを微細形態学的に検討した。また他の中間径フィラメントには存在せずNFにのみに出現するクロスブリッジの機能的意義あるいはNFの蓄積との関係について、クロスブリッジが存在しないと神経細胞内どのようなNFの構築になりまた神経細胞にどのように影響するかを検討するために、NF-M、NF-H及び両蛋白のC末端領域が発現しないようにそれぞれの変異NFサブユニット遺伝子が発現するノックインマウスの神経細胞を解析した。その結果、いずれのNF遺伝子操作マウスでも神経細胞体にはNFの蓄積が見られなかったが、1)NF-LノックアウトマウスではNFが形成されず軸索径が小さくなるが、微小管が増加しNFの機能を補うことが示唆され、またミトコンドリアが増加し軸索変性を抑制している可能性が考えられる。2)NF-MノックアウトマウスではNFLも減少する傾向にあり、フィラメントが減少して配列が不規則になり、微小管が目立つ傾向にある。3)NF-HノックアウトマウスではNFMが増加し、末梢神経ではチュブリン及び微小管が増加する。4)NF-MのC末端除去マウスではクロスブリッジが多少減少する傾向があるが、フィラメントの配列にはぼとんど影響がみられない。5)NF-HのC末端除去マウスではクロスブリッジがかなり減少しフィラメント同士が極めて接近する傾向にある。6)NFMとNFHのC末同時除去マウスでは軸索径が小さくなり、髄鞘が不規則に肥大し、フィラメントにはクロスブリッジが全く形成されず、その配列は極めて不規則で軸索細胞質には膜性小器官が蓄積する傾向にあり軸索機能障害が示唆される。
MPECを応用した公共輸送機関の次善料金形成に基づく都市交通システム政策分析

本研究では、温室効果ガスの排出量の抑制や道路混雑緩和などを目的として導入される軌道系公共輸送機関の料金政策と財源制度について、伝統的な次善料金形成理論に沿って既存研究を拡張し、工学的な交通ネットワーク分析と経済的な交通経済システム分析を複合的に組み合わせたモデルを構築し、分析を行った。平成11年度は、モデルの基礎となる理論面での検討を中心に行った。11年度前半では、軌道系公共輸送機関の導入目的に即した費用負担制度及び公共輸送機関の料金制度を整理した。また、自動車利用者の費用負担を考慮した都市鉄道整備に対する費用負担問題を数理最適化問題として定式化した。11年度後半には、小規模な都市交通システムを表すネットワークモデルに対して、本研究で構築したモデルを適用し、費用便益分析の枠組みで交通政策の影響を分析した。なお、これらの理論的分析の成果はUrban Transport and Environment for the 21st centuryで研究発表した。平成12年度は、都市交通計画に対する実務的な観点からの検討を行うことを目的として、実規模の都市交通ネットワークを対象とした実証分析を行った。12年度前半では、既存交通ネットワークデータを収集し、実規模交通ネットワークを交通ネットワーク均衡モデルの計算プログラムシステムとして構築した。12年度後半には、実規模交通ネットワークを対象として、費用負担制度、料金体系及び排出ガス制限とそれらを組み合わせた交通政策オプションについて分析を行い実用的な観点から研究成果と検討課題を整理した。なお、研究成果については8th EWGT及び日本地域学会で発表した。本研究では、温室効果ガスの排出量の抑制や道路混雑緩和などを目的として導入される軌道系公共輸送機関の料金政策と財源制度について、伝統的な次善料金形成理論に沿って既存研究を拡張し、工学的な交通ネットワーク分析と経済的な交通経済システム分析を複合的に組み合わせた理論的な分析を平成11年度に行った。本年度前半では、軌道系公共輸送機関の導入目的に即した費用負担制度の整理及び公共輸送機関の料金制度の整理と交通システムに対する影響を検討した。そこでは、既存の公共交通システムの強化を目的とした軌道系公共輸送機関の整備目的とその目的に見合った費用負担の考え方を整理し、既存交通整備制度と諸外国の交通整備制度を比較し、我が国の現行制度の問題点を整理した。また、費用負担制度の変更によって都市交通システムに生じる影響を検討し、最終的に自動車利用者の費用負担を考慮した都市鉄道整備に対する費用負担問題を数理最適化問題として定式化した。本年度後半では、MPECに基づく小規模交通ネットワークモデルを用いた政策分析を試みた。小規模な都市交通システムを表すネットワークモデルに対して、本研究で構築したモデルを適用し、交通機関別・主体別の厚生分析を基礎とする費用便益の観点から交通政策の影響を分析した。また、今年度末には、次年度の実証研究に備えて地理情報システムを導入した。
ブログにおけるスポーツのメディア言説に関する研究

本研究の目的は、オンラインメディアにおけるスポーツのメディア言説の特徴を明らかにし、またスポーツのメディア言説が、マス・メディアからオンラインメディアへどのように変化していくのかについて明らかにすることであった。マス・メディアの分析対象は全国紙(読売新聞、朝日新聞、および毎日新聞)とし、オンラインメディアの分析対象はSportsnavi plus(以下、ブログ)とした。ブログの投稿者は、新聞におけるスポーツの言説について意味を付与することで再言説化していた。ただし、新聞記事で数多く取り上げられた内容が、必ずしもブログ上でも取り上げられる状況になってはいなかった。それは、マス・メディアにおけるメディア・バリューが、投稿者にとってのメディア・バリューとは必ずしも一致しないことが理由としてあげられる。また、例えば2011年の朝日新聞の記事には、震災の影響によって中止を余儀なくされた行事を取り上げられる一方で、スポーツなどの開催自粛は社会の活力を失わせるとし、大会開催を復興への前向きなイベントとして報道されていた。ブログにおいては、大会日程が進行するにしたがって、被災地である東北勢優勝の物語が意識されるようになっていた。つまり、本来、震災後半年にも満たない状況下でスポーツの大会など開催できるはずもないという現実と、スポーツを通じた夢や希望、また優勝への期待が結びつけられるよう意味付けの変化が生じていたことが示唆された。これまでのメディア・スポーツ研究は、マス・メディア(情報発信が一方向のメディア)におけるメディア言説を対象とする研究が多くを占めてきた。しかしながら、インターネット上のブログなどに代表されるマルチメディア(情報発信が双方向のメディア)におけるスポーツのメディア言説を対象とした研究は行われてこなかった。その一方で、インターネットは情報収集の手段として主流になりつつある。本研究の目的は、新聞におけるスポーツのメディア言説が、インターネット上でどのように変容しているのかを明らかにすることである。本研究の目的達成のために、平成28年度は、関連する先行研究の渉猟、夏の高校野球に関する新聞記事の探索・蒐集、およびSportsnavi.comに投稿された記事(ブログ)の探索・蒐集を行った。計画段階では、新聞における資料を蒐集・分類し、分類された資料を基にブログにおける資料の蒐集・分類を行うことであったが、平成28年度は資料の蒐集のみに努めた。したがって、平成29年度には、蒐集された資料の分類が課題として残されている一方で、Sportsnavi.comに掲載されたブログ記事の90%程度は蒐集できている。研究目的達成に向けた研究計画および方法に関して、平成28年度には、1)新聞における夏の高校野球に関する記事を蒐集し、時系列的に内容を検討すること、その上で2)ブログ記事の蒐集および分析を行うこと、さらに3)それぞれ分析された資料について比較検討を行うこと、であった。しかしながら、平成28年度は、本研究遂行に予定していた全仕事時間の35%を本研究のエフォートとすることができなかった。そのため、1)新聞における資料の蒐集および分類、2)ブログ記事の分析、および3)それぞれの資料の比較検討、について遅れが生じている。平成29年度には、計画段階において平成28年度に実施予定であった内容について早急に取り掛かり、研究成果の発表に努める。その一方で、インターネットは情報収集の手段として主流になりつつある本研究の目的は、新聞におけるスポーツのメディア言説が、インターネット上でどのように変容しているのかを明らかにすることである。本研究の目的達成のために、平成28年度および平成29年度において、関連する先行研究の渉猟、夏の高校野球に関する新聞記事の探索・蒐集、およびSportsnavi.comに投稿された記事(ブログ)の探索・蒐集を行った。新聞では、分析期間中に活躍した高校やその選手、あるいは選手への信頼といった言説が扱われる傾向にあったのに対し、ブログにおいては、選手のヒーロー性や能力、技術、あるいは高校野球連盟への批判的言及などが扱われており、それぞれのメディアにおけるメディアバリューが示されていた。またブログの内容に関して、新聞の内容とは全く異なる独自の視点に基づいたものを確認することもできなかった。ブログの内容は、マス・メディアからの一次情報を引用し、その記事内容についてコメントを加筆するというような特徴が見受けられた。平成29年度末までには、分析対象とする資料の蒐集は完了し、ブログにおけるスポーツの言説の特徴については国内外の学会において発表している。平成30年度には、新聞およびブログにおける言説の特徴とその変容に関して、学会発表および論文を執筆予定である。当初、平成29年度実施予定であった研究発表および論文執筆に至るまで資料の考察が及ばず、研究遂行上必要となる資料の追加蒐集に努めた。また、研究計画上、資料となる記事を掲載しているブログが急遽閉鎖されることに伴い、計画を変更せざる得ない状況であった。

ブログの投稿者は、新聞におけるスポーツの言説について意味を付与することで再言説化していた。ただし、新聞記事で数多く取り上げられた内容が、必ずしもブログ上でも取り上げられる状況になってはいなかった。それは、マス・メディアにおけるメディア・バリューが、投稿者にとってのメディア・バリューとは必ずしも一致しないことが理由としてあげられる。また、例えば2011年の朝日新聞の記事には、震災の影響によって中止を余儀なくされた行事を取り上げられる一方で、スポーツなどの開催自粛は社会の活力を失わせるとし、大会開催を復興への前向きなイベントとして報道されていた。ブログにおいては、大会日程が進行するにしたがって、被災地である東北勢優勝の物語が意識されるようになっていた。つまり、本来、震災後半年にも満たない状況下でスポーツの大会など開催できるはずもないという現実と、スポーツを通じた夢や希望、また優勝への期待が結びつけられるよう意味付けの変化が生じていたことが示唆された。本研究における研究課題は、新聞における記事の蒐集および分析、ブログにおける記事の蒐集および分析、さらにそれぞれの資料を比較検討することである。平成28年度には、ブログにおける記事の蒐集がほぼ終えられた一方で、新聞における記事の蒐集と分析、が課題として残されている。そのため、平成29年度には、早急に新聞における記事の蒐集と分析、さらにブログ記事との比較検討を行うことで、新聞における記事の内容がブログにおいてどのように表現されているのか、その変過程を検討する予定である。平成29年度末までに新聞およびブログにおける記事の蒐集を終え、平成30年度前半において、各記事の内容の分析結果について研究発表を行う予定である。また、平成30年度後半にはそれぞれの記事の内容の比較分析を進めることで、その変容過程の考察を行い、論文の執筆を予定している。職場の異動も含め、当初予定していたエフォートの配分では研究が進められていない。そのため、平成28年度に実施予定であった分析が十分に進められておらず、また研究成果の発表が行えなかったことから、若干の次年度使用額が生じている。計画当初予定していた研究の成果発表および論文の執筆に関して、当該年度内に行うことができなかったことが主たる理由である。そのため、次年度において成果発表および論文執筆に係る費用に使用する予定である。次年度使用額については、平成28年度に実施した研究内容を早急にまとめ、成果発表に関わる経費として使用する予定である。
グリーンツーリスムにおける健康増進機能の解明と地域保健活動への応用に関する研究

我々は、グリーンツーリスムを「農家住民が主体的に参加して運営される農村生活体験型の余暇活動の提供とその受け手となる都市住民との交流の展開」と定義し、前年度に引き続き、(1)関連文献の収集整理、(2)実践現場の事例収集整理、(3)QOLとグリーンツーリスムの関連を評価するための調査票の開発とそれを用いた調査研究を実施した。(1)については、わが国のグリーンツーリスムが、欧州のそれを基盤としながら、多様な形で様々な地域で展開されていること、(2)については、阿蘇町(阿蘇百姓村)、長陽町(ポッコアポ舎)、二丈町(稲作)および熊本市(ハウス)の実践農家、熊本大学徳野教授、らを招聘、訪問して、グリーンツーリスムの実践、意識および取り組みが視点によって大きな差異を見ること、(3)については、上記調査票を開発し、熊本環境保全型農業研究会員(100名)を対象に郵送調査し、グリーンツーリスムの評価基準(農業、生活、環境、経済、地域活性化、景観など)は各人により異なっているものの、農業従事者のQOLの向上に対する機能には一定の評価が与えられたこと、などが明らかにされた。本研究を通じ、グリーンツーリスムが農業従事者に対する健康賦活作用を持ち、それが各人のQOLを高めることによって、活性化された健康地域をつくることにつながる機能を持っていることが示唆された。この知見を基盤として、我々は、グリーンツーリスムを「持続可能な健康社会の創造につながる混住化社会における生活の産業のシステム」と位置づけ、その視点から、(1)社会経済的評価(地域力)、(2)環境評価(アメニテイ)、(3)健康賦活・QOL評価(生理/精神機能、子供の発育/発達、生活力/ノーマライゼイション)から構成されるグリーンツーリスム評価モデルを設定した。今後、それを検証するための研究を引き続き進めてゆく予定である。我々は、本研究を、健康行動の最終目標をQOLの向上におき、グリーンツーリスムがそれを提供する農村住民と受ける都市住民の双方のQOLの向上に寄与し、QOLの高い住民を地域に創ることによって、持続可能な活性化された健康地域の創生に寄与することが出来るという仮説に立脚して進めた。初年度研究として、グリーンツーリスムの健康増進機能を実証的に解明する手法を確立するための基盤となる理念の構築や技術の検討を行った。まず、わが国におけるグリーンツーリスムの地域展開について、熊本大学佐藤教授、東和大学齋藤教授より、その現状と欧米先進国との相違について学術的な知見を得た。さらに、文献的にグリーンツーリスムの事例を収集整理した。次に、熊本県におけるグリーンツーリスムの実践地区として小国町、南小国町を視察した。両町は、それぞれ独自に体験/滞在型の余暇活動の場を積極的に提供、運営し、まちづくりとして一定の成功を収めている。我々は、南小国町の農家民宿(さこんうえの蛙)に滞在し、両町内の関連施設を視察した。これらの調査活動を通じ、我々は、グリーンツーリスムを「農家住民が主体的に参加して運営される農村生活体験型の余暇活動の提供とその受け手となる都市住民との交流の展開」と定義し、わが国における成功事例においては、その定着にはなお大きな課題が残されているものの、それが地域に対する経済的な貢献だけでなく、我々が仮説として設定した健康増進機能に関しても寄与しうる可能性の高いことを明らかにした。また、次年度は、それを実証的に解明する予定であるが、、そのための調査票調査の企画、グリーンツーリスムの提供者と受け手の健康/QOLの測定と評価指標の設定、事例調査モデル提起のための基礎資料を検討した。
原子間力顕微鏡が誘導する原子プロキシミテイ場の諸現象

非接触型原子間力顕微鏡(ncAFM)によって、実験的には明瞭な表面原子像が観察され、周波数シフトと探針高の関係曲線(フォース分光曲線)は表面上の原子種や結合状態を反映した原子尺度の依存性を示す。本研究では非接触原子間力顕微鏡像とフォース分光曲線のメカニズムの理論的解明を行い、実験データに隠された物理現象の定量解析法を開発することをめざした。そのためカンチレバーの振動が探針・表面間の非線形な相互作用によって受ける影響、両者に働く力と探針上でのその分布、種々の不可逆原子過程による散逸などを明らかにした。第一原理計算から探針・表面相互作用力を計算し、これを共鳴周波数シフトに変換して非接触原子間力顕微鏡像を再現するための理論シミュレーション法を開発した。さらに、要請される大規模計算を効率化するために、2次元フーリエ変換法を開発した。これらを実際の系に適用する研究を、Si(111)√3×√3-Ag表面に適用して実験と比較し、実験像を再現した。一方、非接触走査散逸力顕微鏡(ncDFM)の理論を研究し、この実験法が表面のナノ力学的な性質、例えばを表面のやや内部にある空洞の画像化などを検出するため有効なことを確認した。また散逸量を支配する原子揺らぎが原子の質量で異なることを利用して、走査トンネル顕微鏡では不可能であった、表面の原子種の同定の可能性にを調べている。さらに探針で誘導される表面構造の不可逆変化やその探針振動のエネルギー散逸への影響を調べた。原子間力顕微鏡(AFM)の測定モードには接触型AFM、水平力(摩擦力)顕微鏡、非接触型(nc)AFMがある。本年度は種々の理論解析とシュミレーションにより、グラファイトの摩擦力顕微鏡像をトムリンソン機構によって再現した。短針の加重が小さく表面との相互作用が弱い場合は探針先端原子は支点位置の連続な一価関数であるが、加重を大きくしてゆくと探針先端原子はポテンシアル面上の多くの準安定なくぼみを、次々と選びながら移動することになる。この跳び移りによって系のエネルギーが散逸し、これがミクロな摩擦の起源となる。跳び移る瞬間の支点の位置が像の明暗部を分かつ境界線になることを明らかにし、像の加重による特徴的な移り変わりを説明した。最近,ncAFMによって表面の原子尺度像が得られることが判明し、メカニズムを解明が理論研究の急務となった。理論的な機構を探るにはカンチレバ-の振動状態が、探針・表面間の極めて非線形な相互作用によってどのような影響をうけるか、両者に働く力と探針上でのそん分布、散逸の効果などを明らかにしなければならない。本年度は前者について集中的な研究を行っなった。探針が折り返し点で表面との相互作用ポテンシアル域内に入ると、共鳴曲線のピーク位置がわずかにずれるようになる。斥力領域では動的接触モードという振動状態が可能でこれより。双モード現象が出現する。これらはポテンシアルの局所形状に敏感で、原子尺度分解能の重要な因子となりうる。このうち、nc-AFMはここ数年の間に、原子尺度の分解能が得られることが実験的に確認され注目されている。また周波数シフトと探針高の関係曲線(フォース分光曲線)が表面上の原子種や結合状態を反映して、著しい原子尺度の依存性を示すことも明らかになりつつある。しかし、このような像の形成機構やフォース分光曲線の基礎は理解されておらず、定量解析の基礎が未だ存在しない。本研究ではこのようなnc-AFMの理論的な機構を探るため、カンチレバーの振動状態が探針・表面間の極めて非線形な相互作用によってどのような影響をうけるかを明らかにする。

さらに両者に働く全合成力と探針・表面の接触領域での各原子上での力の分布、探針の動的あるいは歪みエネルギーの散逸の効果を詳細に調べる。これらを基に非経験的な電子状態理論からnc-AFM像およびフォース分光曲線を計算する理論シミュレーション法を開発し、重要な系に応用する。本年度はこの方針にしたがって探針の非線形な動力学を解析し、周波数シフトが探針・表面間の力曲線によってどのように決定されるかを明らかにした。さらにこの原理を用いて、理論的に与えられる探針・表面間力からnc-AFM像をシミュレーションする方法を開発した。また探針の振動エネルギーの散逸機構についても、揺動散逸定理による理論的な導出法を考案した。摩擦力顕微鏡についても、前年に引き続き種々の解析を行った。超高貴空中では、非接触原子間力顕微鏡(ncAFM)によって表面の原子尺度像が得られることが判明し、いくつかの実験グルーブでは明瞭な表面原子像を観察しつつある。したがって、そのメカニズムの理論的解明と定量解析法を開発することが理論研究の急務になった。理論的な機構を探るにはカンチレバーの振動状態が、探針・表面間の極めて非線形な相互作用によってどのような影響をうけるか、両者に働く力と探針上でのその分布、散逸の効果などを明らかにしなければならない。本年度は、第一原理計算か、ら探針・表面相互作用力を計算し、これを共鳴周波数シフトに変換して非接触原子間力顕微鏡像を再現するための理論シミュレーション法を開発した。さらに、要請される大規模計算を効率化するために、2次元フーリエ変換法を開発した。これらを実際の系に適用する研究を、Si(111)7x7表面,Si(111)√<3> ×√<3>-Ag表面に適用して実験と比較し、良好な結果を得た。一方、非接触走査散逸力顕微鏡(ncDFM)の理論を研究し、この実験法が表面のナノ力学的な性質、例えばを表面のやや内部にある空洞の画像化などを検出するため有効なことを確認した。また散逸量を支配する原子揺らぎが原子の質量で異なることを利用して、走査トンネル顕微鏡では不可能であった、表面の原子種の同定の可能性にを調べている。非接触型原子間力顕微鏡(ncAFM)によって、実験的には明瞭な表面原子像が観察され、周波数シフトと探針高の関係曲線(フォース分光曲線)は表面上の原子種や結合状態を反映した原子尺度の依存性を示す。本研究では非接触原子間力顕微鏡像とフォース分光曲線のメカニズムの理論的解明を行い、実験データに隠された物理現象の定量解析法を開発することをめざした。そのためカンチレバーの振動が探針・表面間の非線形な相互作用によって受ける影響、両者に働く力と探針上でのその分布、種々の不可逆原子過程による散逸などを明らかにした。第一原理計算から探針・表面相互作用力を計算し、これを共鳴周波数シフトに変換して非接触原子間力顕微鏡像を再現するための理論シミュレーション法を開発した。これらを実際の系に適用する研究を、Si(111)√3×√3-Ag表面に適用して実験と比較し、実験像を再現した。
全ヒトタンパク質の構造・変性ドメインのアノテーション

本研究の目的はヒトプロテームにおける、構造・変性ドメインの見積を行う事である。変性ドメイン同定は実験的方法論が確立していないため、生命情報学的にこの問に答えることは重要である。一般の変性領域予測プログラムは変性領域のみを出力、構造予測法では既知構造に類似性のある領域のみが出力されるが、本研究で開発したシステムDICHOTは、構造予測法と新たに開発した配列の保存度を用いる変性領域予測法を組み合わせることで、アミノ酸配列の全長にわたり完全に構造領域または変性領域かを判別するという特徴を持っている。DICHOTシステムをuniprotデータベースに収録された全ヒトタンパク質に適用することで、プロテーム全体で35%の領域が変性、52%が既知構造と類似性を示す構造領域、13%が既知構造と類似性のない構造領域であると見積もられた。このように全域にわたり構造・変性領域の見積もりを行ったのは世界的に初出である。また、最後の13%は構造未決定の領域であり、構造ゲノミクスの有望なターゲット領域となる。また、uniportに記述されている多くの機能サイト、たとえば転写因子の活性化部位、リン酸化サイト、o結合糖鎖修飾部位等が変性領域に多く存在することが示唆された。また、変性領域は核タンパク質に顕著に多く、小胞体、分泌タンパク質の順で少なくなり、ミトコンドリアのタンパク質が最も少なかった。タンパク質は構造・機能単位としてドメインを構成しており、ドメイン構成を知ることは機能を推測する上で重要である。これまでタンパク質は特異的な立体構造を作り機能すると考えられ、ドメインも構造単位として考えられてきたが、近年になって天然状態で球状構造を形成しない長大な変性領域を含むタンパク質が真核生物に多く存在し、これらのタンパク質は細胞内シグナル伝達系や、転写・翻訳制御又は細胞周期制御に関与し、その機能的重要性からも注目を集めている。本研究では、ヒト全タンパク質のドメイン・変性領域のアノテーションを行うことにより、ヒトタンパク質中の構造ドメインの数、未知ドメインの数、天然変性領域の割合、等を生命情報学的に明らかにすること目的としている。本年度、アミノ酸配列から構造領域・変性領域を予測するシステムDICHOTを開発した。このシステムは、変性領域のアミノ酸配列の特徴から変性領域を予測する新たに開発したプログラム、および既存の構造ドメイン予測法を組み合わせたものである。既存の変性領域予測プログラムと構造予測の組み合わせでは多くの領域がどちらとも判断されずに残ってしまうが、本システムではアミノ酸配列を構造・変性領域に完全に区分することが出来る。この方法を、典型的な変性タンパク質であるヒト転写因子に適用し、全体の62.5%が変性領域、37.5%が構造領域であるという結果を得た。構造領域の中には、立体構造未知のものが10%含まれ、今後の構造決定のターゲットとして有望と考えられる。このような全域にわたる予測統計が発表された例はなく、この結果は論文にまとめ発表された。本年度は、昨年度開発した天然変性領域予測プログラムDICHOTをヒトおよびその他のモデル生物のプロテームに適用した。これに際し、前年度では転写因子に対してプログラムのチューンナップを行っていたため、全タンパク質に適用できるよう改良した。具体的には構造部位の選択基準の見直し、繊維タンパク質の持つドメインの判定の見直し、等である。これに伴い、昨年度購入したサーバ上にDICHOTシステム環境を整え、モデル生物に適用した。ヒトでは全体の35%が変性と判定された。この結果はヒトタンパク質に関して、初めて構造領域/変性領域の割合を見積もったものであり、結果は論文として発表すべく、現在執筆中である。

タンパク質は構造・機能単位としてドメインを構成しており、ドメイン構成を知ることは機能を推測する上で重要である。これまでタンパク質は特異的な立体構造を作り機能すると考えられ、ドメインも構造単位として考えられてきたが、近年になって天然状態で球状構造を形成しない長大な変性領域を含むタンパク質が真核生物に多く存在し、これらのタンパク質は細胞内シグナル伝達系や、転写・翻訳制御又は細胞周期制御に関与し、その機能的重要性からも注目を集めている。昨年度までに、アミノ酸配列を構造領域・変性領域に二分するコンピュータシステムDICHOTを完成させ、ヒト転写因子に適用した内容は論文として発表した。ヒト全タンパク質の解析の解析は昨年度終了していたが、本年度はその他のモデル生物プロテオームにも解析範囲を広げ、論文にまとめた(印刷中)。モデル生物間で比較をすると、真核生物で変性領域の残基レベルでのプロテオーム全体に占める割合は3040%であったのに対し、原核生物では10%という顕著な違いが見られた。DICHOTの特徴は、構造領域であるが構造決定されていない領域(cryptic domain=CD)を予測することである。面白いことに、CDの残基レベルでの割合はすべてのモデル生物で概ね似たような値(1219%)となった。ヒトのタンパク質に関して細胞内局在部位ごとに、変性領域の割合を比較すると、核タンパク質が最も変性領域が多く、ミトコンドリアではもっとも少ない。様々な機能部位が変性領域に位置することは知られていたが、今回O結合型の糖鎖修飾部位が変性領域に大きく偏って存在することを初めて指摘した。これらの結果はインターネットで公開している(http:///spock.genes.nig.ac.jp/genome/DICHOT/)