hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞の老化に起因する肺組織の病態解析

前年度までに、代表研究者は生体から任意の時期に老化細胞を特異的に排除可能な遺伝子改変マウスを作製し、このマウスを利用して肺組織の加齢性変化(老化)が少なくとも部分的に肺組織内に加齢とともに蓄積する老化細胞に起因し、老化細胞を排除することにより老齢個体で呼吸機能を回復可能であることを報告した。老化は、様々な疾患のリスク因子となる。肺組織においても同様に、加齢により様々な呼吸器疾患の罹患率が上昇する。本研究では前年度から、代表的な呼吸器疾患である肺気腫モデルを作製し、細胞老化が病態の進行にどの様な役割を持つのかについて解析を行った。本研究ではマウスに肺気腫を誘導する系として、エラスターゼ吸入による肺気腫モデルを利用した。エラスターゼを吸入させると3週間以内に、広範囲に及ぶ肺胞壁の崩壊による重篤な肺気腫が誘導された。しかしながら予め老化細胞を排除したマウス群においては、肺胞壁の崩壊は抑制された。呼吸機能検査により肺組織コンプライアンス値を測定した結果、肺気腫誘導群では顕著なコンプライアンス値の上昇が認められたが、老化細胞を排除した群では、エラスターゼ吸入によるコンプライアンス値の上昇は見られなかった。肺気腫の誘導には、肺組織内の炎症が不可欠であることが先行研究により示されている。そこでエラスターゼ吸入後に一過的に生じる肺胞の炎症性細胞の動態変化に、老化細胞の排除が与える影響について調べた。エラスターゼ吸入一週間後には、肺胞内においてマクロファージを主とする炎症性細胞の顕著な増加が見られたが、老化細胞を排除した群では炎症性細胞の増加は部分的に抑制されていた。これらの結果から、老化細胞は肺気腫を増悪化させる因子であることが強く示唆された。さらに、senolytic薬の投与によっても同様の効果が見られたことから、肺気腫の治療において老化細胞が有効な標的になることが示唆された。当該年度は、我々の研究室で作成した老化細胞除去マウス(ARF-DTRとタンスジェニックマウス)を利用し、呼吸器の加齢性変化と細胞老化の関連について解析を行った。敗訴息の加齢性変化は、エラスチン線維の減少に起因する組織弾性の低下によって特徴づけられる。組織弾性の低下は1秒量の低下、すなわち呼吸機能の低下を惹起する。このような加齢に伴う生理機能の低下自体は疾患ではないが、肺気腫などの疾患のリスクを増大させることが知られている。肺組織では、ほかの組織よりも早くから老化細胞の蓄積が認められる。我々はARF-DTRマウスを利用し、老齢個体肺組織から老化細胞だけを特異的に排除することに成功した。このマウスを用いて肺機能検査(スパイロメトリー)を行ったところ、加齢によって低下した組織の弾性が、老化細胞を排除した肺組織では顕著に回復することを見出した。さらにマイクロアレイにより、肺組織遺伝子発現の網羅的解析をおこなったところ、加齢性変化を示す遺伝子の半数以上が、老化細胞依存的に変動することが明らかになった。また、肺胞内にぞんざいする免疫細胞の構成についてフローサイトメトリーによる解析を行った結果、加齢個体では有意に好中球の増加が認められた。興味深いことに老化細胞を排除した老齢肺では、好中球のレベルが若齢マウスの肺組織と同程度にまで低下していた。以上の結果より、肺組織の老化現象の多くは細胞老化の亢進に起因すること、さらにこのような加齢性変化の多くは、老化細胞を排除することにより可逆的に改善可能であることが明らかになった。これら研究成果について、国際誌に発表した。進捗状況に関してはほぼ計画書に記載した予定通りに解析を完了させることができたと考えられる。前年度は、肺組織から老化細胞を特異的に排除可能なマウス(ARF-DTRマウス)を用い、肺組織の加齢性変化の多くが細胞老化に依存した現象であることを報告した。肺組織の老化は、様々な疾患が生じやすい環境をつくると考えられている。そこで当該年度は、肺気腫モデルを作製し、老化細胞の排除が肺気腫病態の進行に与える影響について解析を行った。マウスでは解析可能なレベルで肺気腫を発症する遺伝子改変モデルは存在しないため、エラスターゼ吸入による肺気腫モデルを樹立した。マウスにブタ膵臓由来エラスターゼ(PPE)を吸入させると、3週間後には広範囲に及ぶ肺胞壁の崩壊が認められた。しかしながら老化細胞を排除したマウスでは、肺胞壁の崩壊は顕著に抑制され、平均肺胞径の増大は有意に抑えられていた。また呼吸機能検査により、肺機能を測定したところ、PPE投与マウスでは組織弾性の低下が生じるのに対し、老化細胞を排除したマウスでは組織弾性の低下はほぼ抑制されていた。PPE誘導性の肺気腫は、薬剤吸入後初期に惹起される肺胞内の炎症反応に依存することが知られている。そこで、PPE処理1週間後の肺胞内炎症性細胞を計測したところ、対照群と比較して3倍以上の炎症性細胞の増加が認められた。しかしながら、老化細胞を排除したマウスではPPE投与による炎症性細胞の増加は有意に抑えられていた。したがって、肺組織内の老化細胞は炎症が惹起されやすい環境を作ることにより、肺気腫病態を促進することが考えられた。進捗状況に関しては、ほぼ予定された期間内に計画した解析を完了させることができたと考えられる。

前年度までに、代表研究者は生体から任意の時期に老化細胞を特異的に排除可能な遺伝子改変マウスを作製し、このマウスを利用して肺組織の加齢性変化(老化)が少なくとも部分的に肺組織内に加齢とともに蓄積する老化細胞に起因し、老化細胞を排除することにより老齢個体で呼吸機能を回復可能であることを報告した。老化は、様々な疾患のリスク因子となる。肺組織においても同様に、加齢により様々な呼吸器疾患の罹患率が上昇する。本研究では前年度から、代表的な呼吸器疾患である肺気腫モデルを作製し、細胞老化が病態の進行にどの様な役割を持つのかについて解析を行った。本研究ではマウスに肺気腫を誘導する系として、エラスターゼ吸入による肺気腫モデルを利用した。エラスターゼを吸入させると3週間以内に、広範囲に及ぶ肺胞壁の崩壊による重篤な肺気腫が誘導された。しかしながら予め老化細胞を排除したマウス群においては、肺胞壁の崩壊は抑制された。呼吸機能検査により肺組織コンプライアンス値を測定した結果、肺気腫誘導群では顕著なコンプライアンス値の上昇が認められたが、老化細胞を排除した群では、エラスターゼ吸入によるコンプライアンス値の上昇は見られなかった。肺気腫の誘導には、肺組織内の炎症が不可欠であることが先行研究により示されている。そこでエラスターゼ吸入後に一過的に生じる肺胞の炎症性細胞の動態変化に、老化細胞の排除が与える影響について調べた。エラスターゼ吸入一週間後には、肺胞内においてマクロファージを主とする炎症性細胞の顕著な増加が見られたが、老化細胞を排除した群では炎症性細胞の増加は部分的に抑制されていた。これらの結果から、老化細胞は肺気腫を増悪化させる因子であることが強く示唆された。さらに、senolytic薬の投与によっても同様の効果が見られたことから、肺気腫の治療において老化細胞が有効な標的になることが示唆された。本年度は、昨年度に開始した気腫モデルの解析を行う。昨年度から、エラスターゼ吸入および喫煙刺激による2種の肺気腫モデルの樹立を試みている。エラスターゼ吸入モデルの関してはほぼ100%の再現性を持って気腫を誘導可能な系を樹立できた。喫煙刺激モデルに関しては、他施設の設備を利用して現在作製・確認中である。これらモデルを利用し、老化細胞を排除したときに気腫の発生や進行にどのような影響が出るかについて解析を行う予定である。当該年度までの解析から、老化細胞が肺気腫の予防や治療に有効な標的であることが強く示唆された。そこでこの知見の将来的なヒトへの応用を見据え、改変遺伝子に依存しない薬剤による老化細胞除去を試みる。近年、様々な老化細胞特異的に細胞死を誘導する活性を持つ薬剤が報告されている。これらはSenolytic薬と呼ばれ、複数の疾患モデルにおいて細胞老化に依存した表現型を緩和することが示されている。そこで、肺気腫モデルにおいてSenolytic薬の投与を行い、肺気腫病態におけるこれら薬剤の有効性について検討を行う。当該年度は、施設内で研究室の引越しのため、計画書に記載してあった卓上クリーンベンチの購入が年度内に間に合わなかった。(理由)再び当施設内でラボスペースの移動があったため、フリーザー等機器の更新が年度内にできなかった。(使用計画)本年度は一部機器の更新と、外注による遺伝子発現解析を行う。研究室の引越しに伴う機器移設が完了したので、昨年度の計画書において購入予定であったクリーンベンチの購入を行う。
新規エピゲノム編集技術を用いた脳内ストレス感受性制御のマルチスケール解析

本研究は、精神疾患発病脆弱性に関わる“ストレス感受性"の脳内メカニズムを新規エピゲノム編集技術の創出によりマルチスケールな視点から解明することである。エピゲノム編集による分子階層での変容が上位階層(細胞-可塑性-行動レベル)に及ぼす影響を多階層アプローチにより解析し、エピゲノム編集された個体がストレス感受性からストレス耐性を示す事を検証する。エピゲノム編集技術の介入によって、ストレスレジリエンスの獲得や抗うつ作用を発揮することのできる制御法を開発し、ストレス性精神疾患の構成的理解ならびに新たな治療法の確立につなげる。
へき開共振器ミラーを有する非極性ＧａＮ基板上緑色半導体レーザに関する研究

低コスト・高性能の緑色半導体レーザを実現するためには、素子の構造設計が重要である。本研究では、構造設計の理論計算を行う際に用いる材料パラメータ(変形ポテンシャルなど)の信頼性について理論・実験両面から研究した。その結果、偏光PL測定の実験結果を基に求められている現在の材料パラメータは信頼できず、偏光PLE測定を用いて決定しなければならないことがわかった。これは、ポテンシャル揺らぎが大きいInGaN系独特の効果が原因となっている。本研究の目的である「半極性GaN基板上に作製した劈開共振器ミラーを有する窒化物半導体レーザ」を実現し、その有用性を確かめるため、理論的研究を継続した。前年度に現実的な光学利得を計算するための数値計算プログラムを作成したため、それを用いて様々な検討を行った。これまでに世界各国の研究機関から報告されている実験データをすべて調査し、それらすべての実験データを矛盾なく説明できるように、材料パラメータを決定する作業を行った。この結果について国際会議に投稿し、8月に発表予定である。その一方で、実験的な研究も継続している。前年度までに、レーザの光学利得を測定するためのvariale Stripe Length法の実験系を立ちあげるとともに、顕微偏光PL測定系、偏光PLE測定系を完成させたが、今年度がそれらの測定系を用いて実際のサンプルの測定を行うとともに、さらにこれらの測定を極低温で行うためのシステム構築を行っている。本研究の目的である「半極性GaN基板上に作製した劈開共振器ミラーを有する窒化物半導体レーザ」を実現し、その有用性を確かめるため、まずは理論的計算として、現実的な光学利得を計算するための数値計算プログラムを作成し、計算を開始した。この計算を行うにあたっては様々な物性パラメータが必要となり、それがレーザ特性に大きな影響を与えることを発見した。そして、これらの物性パラメータの正確に決定するために必要な実験方法を考案し、提案した(国際会議に投稿し、5月に発表予定)。その一方で、実験的な研究にも着手を開始し、半極性GaN基板を作製と、その光学的評価を行い、品質の良い基板が作製できたことを確認した。また、その基板の上にInGaN量子井戸レーザを作製した際に、レーザの光学利得をVariable Stripe Length法で測定するために、励起光源としてYAG-THGレーザを購入し、それを用いて光学利得測定系を構築し、従来のc面GaN基板上のInGaN量子井戸レーザの光学利得スペクトルをきれいに測定することができた。今後、半極性GaN基板上にInGaN量子井戸を作製した際には、このシステムを利用して、偏光ごとの光学利得を測定することが可能となる。さらに、光学利得を測定する前の段階の光学異方性の評価を行うために、顕微偏光PL測定系、及び、偏光PLE測定系を構築した。顕微偏光PL測定は広く行われている測定法であるが、後者の偏光PLE測定系はあまり行われていない方法である。偏光PLE測定系では、活性層の状態密度を偏光ごとに分離して見ることができるため、レーザ構造を作成する前の単なるInGaN量子井戸試料の段階で光学利得に直接つながる情報を得ることができる。本研究では、低コスト・高性能の緑色半導体レーザを実現するために、通常の窒化物半導体デバイスで用いられているc面GaN基板ではなく、c面から3040度程度傾斜した面方位を表面にもつ基板(以下、低角半極性基板と呼ぶ)の上にレーザ層構造を積層した半導体レーザ素子構造の実用可能性の実証に取り組んだ。このレーザ構造では、偏光特性が我々の理論予測どおりになっていれば、劈開面を共振器ミラーに用いることができるため、従来の緑色半導体レーザに比べ、低コスト・高性能化が期待できるものである。研究期間の間に、複数の民間企業の協力により、非c面GaN基板上InGaN量子井戸のサンプルを作製していただき、それらの偏光特性を測定し、これまでの文献データとの比較、及び、未探索領域のデータ取得を行った。その過程の中で、これまでの文献の中で行われている「偏光PL測定」と呼ばれる手法では、偏光特性を実質的に決めている価電子帯構造を正しく把握できないこと、及び、「偏光PLE測定」と呼ばれる手法を用いれば正しい理解が可能になることがわかった。このため、これまでの文献データ、及び、それに基づく理論予測はすべて見直す必要がある。そこで、本研究では、急遽、これまでのデータをすべて疑い、ゼロからデータを取り直していくことを開始した。その結果、これまでにc面から90度傾斜した基板上のInGaN構造についてはデータがほぼそろう状況まで達した。今後、他の面方位まで実験対象を広げ、価電子帯構造の完全な把握、及び、それに基づきレーザ特性予測を行っていく予定である。

一方、それと並行して緑色半導体レーザの光学利得、及び、その偏光特性を同時に正確に測定する装置の開発もこの研究期間中に完了し、一部の半導体レーザについて光学利得を広い波長範囲に渡って計測することに成功した。半導体光物性理論的な研究は順調に進んでいるが、実験的な研究については、協力企業の都合もあり必ずしも計画どおりに進んでいない側面もある。ただ、確実に前には進んでいる。理論計算による光学利得の計算、実際のサンプルの準備、光学測定系の構築ともに順調に進んでいる。理論研究においては、これまで取り扱ってこなかったIn組成揺らぎの効果を計算に取り入れるようにする計画である。InGaN量子井戸レーザの特性に、In組成揺らぎは非常に大きな影響を及ぼしていることは明らかなので、これを計算に取り入れて、その物理を解明するとともに、より現実的な理論予測ができるようにしていきたい。一方、実験的には実際に低角半極性GaN基板上のInGaN量子井戸構造において、光学利得を測定して、本提案構造の優位性を示すことを最優先したい。理論研究については、計算プログラム自体はほぼ完成した状態になっているので、今後具体的な素子設計につながる計算をどんどん進めていきたい。ただ、この際に使用する物性パラメータ(変形ポテンシャルや価電子帯Aパラメータ)が計算結果に大きな影響を与えることがわかっている。したがって、まずはこれらのパラメータを正確に決定するために、これまで報告されているすべての実験データを矛盾なく説明するパラメータの値を求めるようなことを行いたい。一方、実験的には研究協力者の企業の方々との連携の下に実際のサンプル作製を引き続き進めていく。そして、作製されたサンプルの質的な評価を、すでに構築した光学評価系で行うとともに、偏光PL(PLE)測定や光学利得測定を行うことにより、本研究テーマで提案しているへき開面共振器ミラーをもつ半極性面上InGaNレーザの優位性の確認につながる実験を行っていく。前年度からの繰越金\2,356は、端数として残った残金であり、この金額を無理に使い切るよりも、次の年度に新たな助成金と合わせて研究目的に沿った物品購入に使うべきだと判断した。新たな助成金と合わせて研究目的に沿った物品購入に使う。該当なし
RSEーPCRと次世代シーケンサによるマイクロサテライトマーカーの簡便大量開発法

近年,育種学,遺伝学および生態学の分野で広く用いられているDNAマーカーの中で,最も変異性(多様性)に富み,高い遺伝情報量を有するマイクロサテライト(以下,MS)マーカーの新規開発法を構築した。次世代シーケンサーの特性を活用することにより,従来法で膨大な作業と大きな経費を要していたMS領域のDNA断片のクローニングと塩基配列情報の取得を,簡便・安価に行うことが可能となった。その概要は次の通りである。1.RSE-PCR(Restriction Site Extension PCR)法とアダプター付加法との比較検討:RSE-PCRによるMS領域のエンリッチメントについて検討を行い,4種類の制限酵素を用いた分析系を構築した。また,5制限酵素を用いたアダプター付加法による系を構築し,両者を比較した結果,RSE-PCR法は簡便性では若干優れていたが,再現性ではアダプター付加法の方が明らかに優れていたことから,アダプター付加法を採用した。3.スギおよびクロマツにおけるMSライブラリーの構築:上記方法を用いて,スギとクロマツにおいて4塩基繰返しMSライブラリーを作成した。4.従来法と新規法の比較:新規法と従来法でのマーカー開発の効率等を評価するため,マツ属の2樹種において従来法による4塩基繰返しMSマーカーの開発を行った。従来法で開発されたマーカー数は,わずか1213個であった。
下顎頭軟骨における間葉系幹細胞分化のマイクロRNAによる分子制御基盤の解明

胎齢14日の下顎頭軟骨はそのほとんどがosteo-chondro progenitor cell (OCPC)で形成されていることから、我々はmiR-200aがOCPCの分化制御において重要な働きをしていると考え、これに着目することとした。はじめに培養したOCPCにおいてmiR-200aの発現の促進や抑制が軟骨細胞分化にどのような影響を与えるか検討することとした。マウス軟骨前駆細胞株であるATDC5 cellに対しmiR-200a mimicとinhibitorをリポフェクション法により導入した。導入後、3日間高密度培養を行い、軟骨細胞への分化をアルシアンブルー染色により検討した。形成された軟骨基質をグアニジン塩酸塩により溶解後、吸光度測定を行い、軟骨基質の形成を定量化した。mimic導入群では、対照群およびinhibitor導入群に比べ軟骨基質の形成が有意に減少した。よって、miR-200aが間葉系幹細胞の軟骨細胞分化を制御する可能性が示唆された。次に我々は、miR-200aが、OCPCの分化に与える影響について器官培養をした下顎頭軟骨において検討することとした。下顎頭軟骨に対しmiR-200a mimicとinhibitorをマイクロマニピュレーターによりインジェクションし、エレクトロポレーション法により遺伝子導入することとした。我々はこれに先立ち、下顎頭軟骨の器官培養系を確立することとした。胎齢14日ICRマウス胎仔より下顎頭を摘出し、modified Trowell法により培養することとした。培地は無血清DMEM、2 %含有DMEM、無血清BGJb、2 % FBS含有BGJbとし、7日間培養後、組織学的解析を行った。無血清DMEM、2 % FBS含有DMEMの2群においては軟骨様の特徴を示したが、無血清BGJb、2 % FBS含有BGJbの2群は骨様の特徴を示した。よって、我々は無血清DMEMにて器官培養を行うこととした。前年度のマイクロアレイによる検討より、micro RNA-200a (miR-200a)は、下顎頭軟骨中の間葉系幹細胞の軟骨細胞への分化を抑制するが、一次軟骨における間葉系幹細胞からの軟骨細胞への分化は抑制しないと考え、これを検討することとした。はじめに、miR-200aの顎顔面領域における局在を検討するためにin situ hybridizationを行った。胎齢14、16、18日のマウス胎仔の頭部を切断し、固定、脱水し、パラフィン切片を作製した。これらの切片を用いてin situ hybridizationを行い、miR-200aの局在を検討した。胎齢14日目において下顎頭軟骨、嗅上皮、鼻鋤器において陽性像が認められた。一方、胎齢16、18日の試料では下顎頭軟骨における陽性像は認められなかった。次に我々は下顎頭軟骨ならびに一次軟骨であるメッケル軟骨におけるmiR-200aの発現を定量的に検討することとした。これに先立ち、miRNAの定量に際してのハウスキーピング遺伝子を検討した。過去の報告からlet-7fをハウスキーピング遺伝子として用いることを考え、この遺伝子の下顎頭軟骨における発現をリアルタイムPCR法にて検討した。胎齢14、16、18日のマウス下顎頭におけるlet-7fの発現量はほぼ一定であり、有意差は認められなかった。よって、miR-200aのリアルタイムPCR法による定量的検討ではlet-7fを内部標準として使用することとした。胎齢14、16、18日のマウス下顎頭におけるmiR-200aの発現をリアルタイムPCR法により検討したところ、胎齢16、18日目では14日目に比べ有意に発現が減少することがわかった。一方、col2a1、sox9などの軟骨関連遺伝子の発現は有意に上昇した。本年度の結果より、以降の検討は胎齢14日のマウス下顎頭軟骨を用いて進めることとした。マウス下顎頭軟骨形成においてmiR-200aが軟骨分化を制御する可能性が考えられたため、miR-200aの標的遺伝子を軟骨分化制御因子の中から、データベースおよび文献を用いて検索した結果、Dlx5 (distal-less homeobox)に注目することとした。免疫組織下顎染色法およびIn situ hybridization法を用いた検討により、DLX5はE14では下顎頭原基で弱く発現が認められ、E16では下顎頭軟骨の増殖細胞層および前肥大細胞層に強く発現が認められ、miR-200aがE14からE16にかけて発現が減少することとは対照的であった。つぎに、マウス軟骨前駆細胞株ATDC5の単層培養を行い、miR-200aの導入実験を行った。導入翌日にタンパクを回収し、ウエスタンブロッティングによる解析を行った結果、有意にmiR-200a導入群においてDlx5タンパク量の減少が見られた。また、導入翌日に回収したRNAを用いて、逆転写およびRTーPCR解析を行ったところ、Dlx5遺伝子発現に減少傾向が認められたが有意差はなかった。さらに、Dlx5がmiR-200aの直接のターゲットであるかを調べるために、レポーターアッセイを行った。Dlx5遺伝子の3'-UTR配列をホタルルシフェラーゼ遺伝子の下流にクローニングしたベクターをATDC5に導入し、さらにmiR-200aを導入した結果、ルシフェラーゼ発現が有意に減少した。

Dlx5遺伝子の3'-UTR配列に一部変異を導入したベクターを用いた際には、ルシフェラーゼ発現の減少は認められなかった。以上のことから、下顎頭軟骨発生期の間葉系細胞において、miR-200aはDlx5を標的遺伝子として軟骨分化の制御を行っていることが示唆された。我々はマイクロアレイ解析による結果から、マウス下顎頭軟骨細胞の分化を制御するmicro RNAとしてmiR-200aを考えた。一方で、一次軟骨ではmiR-200aは異なる働きをしているものと仮説を立案した。本年度の検討から、miR-200aは、胎齢14日マウスの顎顔面領域において嗅上皮、鼻鋤器に加え、下顎頭軟骨に限局して発現していることがわかった。また、その発現量は胎齢14日以降、軟骨関連遺伝子の発現が上昇する一方で、miR-200aの発現は減少することがわかった。次年度より、胎齢14日マウス下顎頭軟骨の器官培養に対しmiR-200a mimicやinhibitorの導入を行い、このときの下顎頭軟骨細胞の分化の変化を定量的に検討する予定である。医歯薬学胎齢14日マウス下顎頭軟骨の器官培養に対し、エレクトロポレーション法によりmiR-200a mimicとinhibitorの遺伝子導入を行う。導入した試料よりmiRNAを含めたtotal RNAの抽出を行い、cDNAを合成し、リアルタイムPCRを行う。Col1a1、col2a1、sox9などの軟骨分化関連遺伝子の発現を検討し、miR-200aの下顎頭軟骨中の間葉系幹細胞の分化に与える影響を検討する予定である。遺伝子導入を行った器官培養について、パラフィン切片を作成し、組織変化を観察するとともに、軟骨細胞層特異的に発現するmRNAであるSox9, Col2a1, Col1a1, Col10a1, PTHrP, IHH, FGFR1-3などの発現パターンや発現量について、ISHあるいはreal-time PCR法を用いて検討する。我々はマイクロアレイ解析による結果から、OCPCの軟骨細胞分化を制御する遺伝子としてmiR-200aを考え、これがOCPCと類似したATDC5 cellの軟骨分化を有意に抑制することを示した。よって、次年度以降はmiR-200aに焦点を置き、OCPCの軟骨細胞分化制御について検討を進めることができる。また、培養細胞における検討に加え、器官培養での検討を進めるための培養条件を決定することもできた。よって、器官培養を行った下顎頭軟骨に対しmiR-200a mimicとinhibitorの遺伝子導入を行い、軟骨分化の変化を検討する実験系を次年度以降進めることができる。本年度までは検討対象とするmiRNA、実験に使用する動物の至適な胎齢、遺伝子発現量を定量化する際に使用するハウスキーピング遺伝子の検討などと、実験の条件の検討を行うことが多かった。よって、比較的高額である遺伝子導入試薬や抗体、プローブなどの購入の多くが次年度へ持ち越しとなったため、次年度使用額が生じた。軟骨細胞分化の初期過程で、細胞増殖は重要な過程である。よって、初年度と同様にATDC5 cellへmiR-200a mimicとinhibitorの遺伝子導入を行った際の細胞増殖の変化を検討する。また、下顎頭由来OCPCにおいても同様に遺伝子導入を行い、細胞増殖の変化を検討する。
データレジデントコンピューティングの研究

今日のコンピュテーションにおいて高性能化と低消費電力化を妨げている大きな壁は、演算や処理を行う部分ではなく、演算処理を行う部分に対するデータ転送にこそ存在している。そこで、データ転送を直接最適化することが可能な新しい実行パラダイムであるデータレジデントコンピューティングを提案する。メニーコアプロセッサを対象に、このパラダイムに基づく2つの新しい処理方式として、転送路の物理的な場所を意識したデータ圧縮方式と、転送路における競合を考慮したプロセススケジューリング方式の2つを提案し、その有効性を示した。コンピュテーションの高性能化と低消費電力化を飛躍的に推し進めるべく、演算処理を行う部分とデータ転送路の「物理的な場所」を陽に規定することが可能な、これまでとは全く異なる新しい実行モデル「データレジデントコンピューティング」の導入とその設計方法論の確立を目指している。その目的のために、VLSI内部で多くのプロセッサがパケットスイッチングネットワークで接続されるメニーコアプロセッサを取り上げ、以下の2点の検討を行った。(1)デッドロックを避けるため、ネットワーク上のデータ転送経路は転送元と転送先が決まれば一意に定まる。しかしその場合にはネットワーク上の経路の利用率に偏りが生じ、一部の転送経路が性能のボトルネックになることが分かった。このボトルネックの経路は物理的なプロセッサの配置に依存する。そこで、その物理的な配置を考慮し、混雑するところのみを局速化する回路的手法を考案し、この回路を130nmプロセスを用いて実装して詳細に評価を行い、その有効性を確認した。(2)データ転送路の混雑は物理的な配置だけでなく、実際の転送量にももちろん依存する。転送量を削減する手法としてデータ圧縮が広く知られているが、このデータ圧縮の効果も当然ながらデータ転送路の物理的な配置に依存する。そこで、物理的な配置に応じて混雑しやすいデータ転送路においてのみデータ圧縮を実施する手法を考案した。またその手法の有効性の実証検討を開始した。(1)物理的な場所を意識したデータ圧縮:データ転送路の混雑は物理的な配置だけでなく、実際の転送量にももちろん依存する。またデータ圧縮自体に時間を要するので、得られる効果がこのオーバヘッドを上回る必要がある。そこで、3次元実装VLSIをとりあげ、物理的な配置に応じて混雑しやすいデータ転送路においてのみデータ圧縮を実施する手法を提案しその手法の有効性を示した。(2)データ転送路のモデリング:設計方法論を確立するためには、(1)でのべるような個々の最適化がシステム全体の性能に与える影響を定式化する必要がある。そのために、データ転送に要する時間を、転送量、リンクの幅、ホップ数等の基本パラメータで定式化した。また、この定式化で得られる所用時間が、複数のアプリケーションが並行して独立に実行される場合でも小さい誤差範囲におさまることを確認した。演算処理を行う部分とデータ転送路の「物理的な場所」を陽に規定する新しい実行モデル「データレジデントコンピューティング」の導入とその設計方法論の確立を目指している。その目的のために、VLSI上に多数のプロセッサコアを搭載するメニーコアプロセッサを取り上げ、以下の2点の検討を行った。・パケットスイッチングネットワークにおける優先度制御:今年度はデータ転送路に優先度制御を導入した場合の最適化手法について検討を加えた。具体的には、優先度の高いパケットのデータ転送経路と優先度の低いパケットのデータ転送経路をスイッチ内でのみ分離し、スイッチ内で優先度制御をおこなうものである。複数のアプリケーションが同時に実行され転送路上のトラフィックが比較的大きい時に、レスポンス時間を重視するもののデータ転送量自体は少ないアプリケーションに対して効果があることを確認できた。・実行モデルに基づくプロセススケジューリング方式:プロセスには多くのコアを割り当てたほうが一般に性能は向上するが、性能向上への寄与はプロセスの特性によるため、異なるプロセスが並行処理される場合には、プロセスへのコアの割り当て(スケジューリング方式)が重要となる。そこで、性能向上率と割り当てるコア数の関係の統一的なモデルを構築し、モデルの係数を実行中に取得することでこのスケジューリングを実現する方式を提案し、有効性を検討した。このモデルの新規性は、コアをより多く割り当てると逆に性能が悪化する現象をも包含している点にある。この性能悪化の理由は、データ供給に関するプロセス間の競合であり、「演算部をいかに有効に活用するか」ではなく「データ供給路をいかに有効に利用するか」が重要である、という、本研究の基本方針の正しさを示すものとなった。

データ転送路を活用する手法としてのデータ圧縮の有効性を確認でき、また実行モデル確立のためのデータ転送路のモデリングも当初の予定通り進んでいるため。24年度が最終年度であるため、記入しない。コンピュテーションの飛躍的な高性能化と低消費電力化を目的としているが、高性能化に関してはこれまでの研究成果である程度は達成している。低消費電力化に関しても定性的には有効性を示せているが、定量的な有効性を示せるように、評価環境の整備を含めて今後進めていく。
経済的価値観・利他性の形成と性格特性の労働市場での評価に関する行動経済学的分析

Kubota, Ito and Ohtake (2019, Japan and World Economy改訂要求) "Long-Term Consequences ofGroup Work in Japanese Public Elementary Schools"において、小学生時代に学校でグループ学習の経験と大人になってからの経済状態や幸福度の間にどのような関係があるかを明らかにした。グループ学習の経験がある人は、そうでない人よりも所得や金融資産残高が少ない。一方、幸福度や生活全般に関する満足度は、グループ学習の経験とは無関係であった。ところが、グループ学習の経験と利他性、正の互酬性、共同作業をすることの満足感などは高くなっている。家族や配偶者との関係についての満足度も高まっている。これからの結果から、グループ学習の経験が協力についての価値観を高め人間関係の満足度を高める一方で、経済的な成功についての価値観や満足度を下げた可能性があると推測できる。大垣・大竹(2019)「規範行動経済学と共同体」は、利他性の形成・変化に関する理論的研究と実験・実証的研究を展望し、規範行動経済学と共同体について概観している。小原美紀・山並千佳・納田泰成(2019)「注意喚起と労働者の健康意識の向上」は、労働者の健康状態を高める行動を促すためにメッセージフレーミングに基づく予防行動の分析を行った。熱中症対策をとらないことで受ける損失を強調した注意喚起を行うことが有効だという結果を得た。この分析にあたり、大阪府内に実在する企業において、実際に働いている従業員にアンケート調査を行った。また、分析結果の頑健性を確かめるために、求職者を対象としてメッセージフレーミングに基づく仕事選択に関する質問を含む追加調査を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。競争的市場や再分配に対する態度、利他性や互恵性などの社会性、様々な性格特性といった非認知能力は、学力に代表される認知能力以上に人的資本において重要なものだということを示す多くの研究成果が生まれてきている。しかし、非認知能力が労働市場のパフォーマンスに与える影響を厳密に明らかにするためには、非認知能力の内生性を考慮した分析が必要であるが、十分な分析が行われていない。そこで、非認知能力の形成過程を、教育および家庭環境との関連を明らかにした上で、非認知能力が労働市場でどのように評価されるかを実証的に明らかにするためにインターネット調査を行った。分析結果では、以下のことが明らかとなった。公立小学校における隠れたカリキュラムは学校間において大きく異なっており、生徒の選好形成とも関連している。特に、参加・協力学習を経験したものは、利他性と互恵性が高くなり、他人への協力を好み、国に対する誇りをもつようになる。これに対し、反競争的な教育慣行の影響を受けている人は、これらの選好をもつ可能性が少なくなっている。推定結果の頑健性についても検討した結果、欠落変数バイアスや逆の因果関係の可能性は小さいと判断できる。本研究の分析結果では、早い段階での社会化の場所としての初等教育は、社会的選好の形成を担う役割を果たしていることが示された。また、経済的社会的選好の一つである互恵性が賃金・正規雇用確率・昇進確率に与える影響についての暫定的な分析結果から、次のことが明らかになった。第一に、先行研究と同様、正の互恵性と賃金および正社員確率の間には正の相関関係が観察された。第二に、隠れたカリキュラムを操作変数とした推定結果から、正の互恵性は賃金および正社員となる確率に影響を与えていない。この結果は、正の互恵性と賃金および正社員確率の正の相関は因果的影響でないことが示唆される。Ohtake, Yamada and Yamane(2016)では、東日本大震災の発生直後から5週連続で5都市において、5回にわたって同じ人に幸福度を調査した結果を用いて、震災被害のニュースが幸福度に与える影響を分析した。その結果、震災被害のニュースが幸福度にマイナスの影響を与えるのは、被災地に近いか大きな地震を経験した地域に限られていたことを明らかにした。Lee and Ohtake(2016)では、ビッグ5と呼ばれる性格特性が労働市場でのパフォーマンスに与える影響について、日米比較研究を行った。従来、勤勉性は賃金にプラスであるが、協調性の高さは賃金に影響しないと米国の研究では報告されてきたが、1000人以上の大企業では日米共通に協調性が高いことが賃金を高める影響があることを明らかにした。一方、協調性の高さは日米ともに昇進には影響を与えないことを示した。Ito, Kubota and Ohtake(2016)は、小学校教育における隠れたカリキュラムが社会的選好や経済的価値観に与える影響について、継続的な研究を行ったものである。この論文では、5つのグループに分けられた隠れたカリキュラムの中で参加型学習の経験は互恵性や利他性にプラス、非競争的教育の経験は互恵性や利他性にマイナスの影響を与えることを明らかにしていたが、学校選択の内生性の可能性が小さいことについての分析を新たに行った。Yamamura, Tsutsui and Ohtake(2016)では、相対的所得地位別、内閣支持別に選挙結果が幸福度に与える影響を分析した。その結果、小泉政権では、所得階層にかかわらず内閣支持者は幸福になっていたが、安倍政権では所得階層の低い内閣支持者の幸福度は高まらなかったことを明らかにした。

本年度は当初東日本大震災に関するアンケート調査を新たに行うという予定にしていたが、研究代表者が参加している阪大GCOEパネル調査に必要な調査項目が入ったため、H26年度に行った隠れたカリキュラムに関するアンケート調査の追加調査を行った。具体的には、時間割引率、危険回避度、利他性などの指標と育った家庭環境に関する情報、労働時間に関する情報を集め、9,232人から回答を得た。H26年度およびH27年度に行った隠れたカリキュラムに関する大規模アンケート調査を用いたデータ解析を進めた。小学校における参加型学習の経験、地蔵、寺社の存在が一般的信頼や互恵性などのソーシャルキャピタルのレベルを高めていることを実証的に確認した。また、これらの環境がソーシャルキャピタルの操作変数として、ソーシャルキャピタルが賃金や労働時間に与える影響を推定し、ソーシャルキャピタルから賃金への因果効果がないことを明らかにした。伊藤・窪田・大竹(2017)は、一般的信頼、互恵性、利他性などのソーシャル・キャピタルが、所得・従業上の地位・管理職という労働市場でのアウトカムと幸福度・健康水準に与える影響を個人に関する独自のアンケート調査をもとに検証した。ソーシャル・キャピタルの内生性に対処するために、小学生の頃に通学路および自宅の近隣に寺院・地蔵・神社があったか否かという変数を用いた。分析結果は操作変数法の有効性を示しており、推計結果からはソーシャル・キャピタルが高くても労働市場でのアウトカムには影響しないが、幸福度および健康水準を高めることが示唆された。また、労働市場でのアウトカムを高めない理由として、ソーシャル・キャピタルが高いと地域間移動が減少するという事実の存在を示した。さらに、これらの結果は、地域、仕事、所得、家族、友人、余暇などの対象別の満足度にソーシャル・キャピタルが与える影響とも整合的であった。Sasaki, Akesaka, Kurokawa, Ohtake(2016)は、社会的地位が余命に与える影響を、日本の著名な文学賞である芥川賞と直木賞の受賞者と非受賞候補者の比較を統計的に行って明らかにした。社会的地位の上昇が、余命に与える影響は、理論的には上昇させる効果と下落させる効果の両方が考えられる。社会的地位が高まることで経済的に安定し、相対的所得も高まる効果は余命を延ばす効果がある。一方で、社会的地位の上昇により、仕事量が増え、仕事のコントロールが不可能になるとストレスが高まり、余命を短くする可能性がある。分析の結果、純文学の新人賞である芥川賞の受賞では前者の効果が上回り余命を長くし、主に大衆小説の中堅作家にあたえられる直木賞の受賞では後者の効果が上回り余命を短くすることを明らかにした。阪大GCOEパネル調査で、本研究プロジェクトで用いる行動経済学的な質問項目を追加することができたため、この調査結果を用いた研究を継続することが可能になった。佐々木・奥山・大楽・大竹(2017)「自然災害と利他性」は、2016年4月14日・16日に発生した熊本地震の前後2時点において同一個人を追跡して独自実施したインターネット調査の個票を使用して、自然災害の被災体験が人の利他性に与える影響を検証した。
幼少期における食を通じた親との関わりが若年成人の朝食欠食に及ぼす影響

本研究は、大学生の朝食欠食と関わる要因について、大学生側及び大学生が子どもの頃の親の態度を含む保護者側の両面から明らかにすることを目的とした。大学生の朝食欠食には、男女共に独居、1時以降の就寝、朝食を欠食しても良いとの考え、母親の朝食欠食が関連しており、その他、男子学生の朝食欠食には喫煙習慣が、女子学生の朝食欠食には夕食以降の間食、食事を楽しみにしていない事が関連していた。子どもの頃の食事中の親の態度と大学生の朝食欠食との間に有意な関連は認められなかった。大学生の朝食欠食の予防・是正には、現在の生活習慣の改善や、朝食を毎日摂取する事の重要性について保護者も含めて再認識させる必要性が示唆された。本研究は、大学生の朝食欠食と関わる要因について、大学生の生活習慣、朝食摂取に対する意識等の大学生自身の要因のみならず、子どもの頃に親が子どもに対してとった態度、親による食育実施状況等、保護者側の要因も含む様々な側面から明らかにすることを目的としている。本年度は、子どもに対する親の態度を測定する目的で開発されたCaregiver's Feeding Styles Questionnaire(CFSQ)の調査票について日本語版を作成し、その再テスト信頼性及び併存的妥当性について検討を実施した。また、CFSQ日本語版の項目を含む質問紙調査を大学生及びその親に実施し、大学生自身の生活習慣や朝食欠食に対する意識、その親の朝食摂取状況、教育歴、就業形態、食育実施状況、大学生が子どもの頃の子どもに対する親の態度等と大学生の朝食欠食との関連について男女別に検討を行った。集計結果については対象者に結果返却を行った。検討の結果、男子学生の朝食欠食には一人暮らし、喫煙習慣、1時以降の就寝、朝食を欠食しても良いとの考え、母親の朝食欠食が関連していた。一方、女子学生の朝食欠食には、一人暮らし、1時以降の就寝、朝食を欠食しても良いとの考え、夕食就寝までの間の間食、食事を楽しみにしていない、母親の朝食欠食が関連しており、逆に母親がパートタイム勤務の人では、朝食欠食者が少ないという結果が得られた。CFSQによる子どもの頃の母親の態度と大学生の朝食欠食との関連については、男女ともに有意な関連は見られなかった。以上の結果から、大学生の朝食欠食には男女共に不健康な生活習慣や意識、母親の朝食欠食が関連しており、朝食欠食の予防・是正には、大学生における生活習慣の改善、及び大学生やその保護者へ朝食を毎日摂取することの重要性について再認識させる必要性が示唆された。本研究は、大学生の朝食欠食と関わる要因について、大学生の生活習慣、朝食摂取に対する意識等の大学生自身の要因のみならず、子どもの頃に親が子どもに対してとった態度、親による食育実施状況等、保護者側の要因を含む様々な側面から明らかにすることを目的としている。本年度は、子どもに対する親の態度を測定する目的で開発された調査票であるCaregiver's Feeding Styles Questionnaire(CFSQ)について、日本語版を作成し、大学にて調査を実施した。具体的には、作成者の許可を得た上で日本語に翻訳し、バックトランスレーションを実施した後、英語を母国語とする研究者によって原本との比較を行った。その後、CFSQ日本語版の項目を含む自記式質問紙を作成し、関東の1大学にて、約2300名の大学生及びその保護者を対象に調査を実施した。調査から約1か月後には、調査票に回答いただいた大学生の保護者全員に対してCFSQ日本語版の項目を含む調査票を再度郵送し、保護者から回答を得た。現在は回収したデータの入力及びデータベースの作成、データクリーニング等の作業を実施中であり、来年度は、CFSQ日本語版の内的妥当性、構成概念妥当性、併存妥当性、繰り返し再現性等についての検討、及び大学生の朝食欠食と関連する要因について、大学生側・保護者側の要因の両面から検討していく予定である。また、研究に協力いただいた対象者の方への研究結果の報告も行う予定である。本年度は、(1) Caregiver's Feeding Styles Questionnaire (CFSQ)日本語版調査票の作成、および妥当性・信頼性の検討、(2)対象者の募集および自記式質問紙調査の実施の2つを目標としていた。妥当性・信頼性に関する解析を除き目標は達成できており、本研究はほぼ順調に進展していると考えられる。本研究では既にデータ収集まで終了しており、来年度の予定としては、データベースの確定、データ解析、及び得られた結果に基づく学会発表や論文執筆を実施する予定である。その他、研究に協力いただいた対象者の方には、研究結果をまとめたリーフレットを作成し、報告を行う予定である。使用する研究費の内訳としては、データ入力代、研究協力者へのリーフレット作成及び郵送費用、研究に関する打ち合わせや学会発表による旅費、論文執筆や投稿にかかる費用等が主になると考えられる。
多重視覚運動の解析に関わる神経機構の研究

日常の生活における私たちの視野にはたくさんの「動き」が含まれている。それに対して私たちはいくつかの動きを同時に感じたり、ただ一つの動きのみを感じたりする。この研究では、その背景にある神経機構を理解するために、視覚像の動きを解析する脳の領野のニューロン活動を調べた。視野内に2つ以上の動きが含まれる場合に、個々のニューロンがどのように活動するか、その活動が運動反応や視知覚判断にどのように繋がるかを示す多くの新たな知見を得た。これらは、より自然な環境における視覚システムの働きの理解を進める重要な知見である。視覚像中に複数の動き要素がある場合には、要素の性質や要素間の関係に応じて二つ以上の動きが同時に見える場合や一つの動きのみが見える場合がある。また、眼の動き等の運動出力においては複数の要素が等しく寄与する場合や、統合あるいは選択された一つの動きのみが寄与する場合がある。本研究では、ヒトと動物を対象とした行動実験とサルを対象とした神経活動記録実験を行い、異なる視知覚や眼球運動の基となる多重運動の脳内表現およびその情報処理機構の解明を目指している。眼前に置いたモニタ上に多重運動刺激を提示し、それを見ている時に誘発されるヒトと動物の眼球運動反応を調べた。互いに反対の方向に動くテクスチャパターンが重畳した多重運動刺激を見ている時の被験者の眼球運動反応を調べた結果、眼球運動開始時の眼の動きが運動速度が速いほうの要素により強く影響されること、反応開始から1-2秒後ではより遅い要素に支配される等のことがわかった。これらの結果は運動情報選択のおダイナミクスを示唆する所見である。互いに反対の方向に動く、空間周波数が異なる二つの正弦波要素の和で構成される二重正弦波運動縞を用いてサル大脳皮質MT/MST野の神経活動と同時に起こる眼球運動を調べた。多くの運動方向選択細胞において、選択方向に動く要素の振幅が大きい場合には、二重正弦波運動縞に対する反応が要素単独の動きに対する反応に近くなること、振幅が小さい場合には活動が抑制されること、要素の振幅が同じ場合には活動がその中間となることがわかった。同時に計測した二重正弦波運度縞に対する眼球運動では、二つの要素の振幅が異なる場合には振幅が大きい要素単独で起こる眼球運動と似ており、要素の振幅が同じ場合には要素単独で起こる運動の平均に近かった。これらの成果は多重運動の脳内表現と眼球運動出力の関係を示している。ヒト及びモデル動物を対象とした行動実験では、互いに異なる空間周波数を持つ二つの正弦波運動縞で構成される視覚刺激(二重正弦波運動縞)を見ている時の運動視知覚と眼球運動反応の性質、網膜の視覚運動処理様式、複数の運動要素の空間的統合様式、視野内に複数の運動情報が重畳する場合の運動情報選択の時間経過が明らかになった。サル大脳皮質MT/MST野の神経活動記録実験からは、MT野とMST野の個々の神経細胞が動画像の時空間周波数成分を検出すること、二重正弦波運動縞で構成される視覚刺激を用いた実験から、二つの要素のコントラストの違いに応じて選択された運動情報あるいは複数の運動情報が同時にMT/MST野の活動として表現されること、複数の正弦波運動縞で構成される運動錯視刺激を用いた実験から、MT野とMST野の神経応答特性で錯視現象や眼球運動出力を説明できることがわかった。以上の結果は多重運動の脳内表現と眼球運動出力の関係を示す重要な所見である。行動実験では、ヒトとサルの眼前に置いたモニタ上に多重運動刺激を提示し、それを見ている時に誘発される追従眼球運動反応を調べた。

互いに反対の方向に動く、空間周波数が異なる二つの正弦波要素の和で構成される様々な二重正弦波運動縞に対する反応を調べた結果、二つの要素の振幅が大きく異なる場合には振幅が大きいほうの要素のみが寄与すること、要素の振幅が同じ場合には両方の要素が等しく寄与すること、さらにこれらの性質が視覚刺激の広い空間周波数帯域で成り立つことがわかった。また、同じ刺激に対するげっ歯類の視運動性反応も同様な性質を持つことがわかり、動物種に共通の性質であることが示唆された。同じ実験課題を用いて、サルの大脳皮質MT/MST野から追従眼球運動中の単一ユニット活動記録を行った。正弦波運動縞を用いた実験から、MT/MST野ニューロンを効率良く活動させる時空間周波数帯域を調べ、この帯域内にある二つの正弦波運動縞を要素とする二重正弦波運動縞を作成し、その刺激を用いてニューロン活動を記録した。その結果、要素の振幅が同じ場合には両要素の運動がそれぞれの運動方向に最適性を持つ運動方向選択性ニューロンの活動として保持されること等、多重運動の脳内表現を示唆する結果が数多く得られた。視覚像中に複数の動き要素がある場合には、要素の性質や要素間の関係に応じて二つ以上の動きが同時に見える場合や一つの動きのみが見える場合がある。また、眼の動き等の運動出力においては複数の要素が等しく寄与する場合や、統合あるいは選択された一つの動きのみが寄与する場合がある。本研究では、ヒトと動物を対象とした行動実験とサルを対象とした神経活動記録実験を行い、異なる視知覚や眼球運動の基となる視覚運動の脳内表現およびその情報処理機構の解明を目指している。平成26年度はヒトとモデル動物を対象とした行動実験および構成的研究を実施し以下の成果を得た。齧歯類を対象とした行動実験では視運動性反応の時空間周波数特性を明らかにすると共にその特性に視細胞-双極細胞間のシナプス構造が影響を及ぼすことを示した(Sugita et al., 2015, in press)。ヒトを対象とした実験では多重運動に対する運動視知覚と眼球運動反応との比較から異なる脳の出力の基盤となる視覚運動計算メカニズムの類似点と相違点を明らかにした(Nohara et al., 2015, in press)。また、視覚運動計算モデルを用いた構成的研究では、大脳皮質MT/MST野の二重正弦波運動縞及び運動錯視刺激に対する応答について、運動方向選択性及び空間周波数依存性を持つユニット間の相互作用を仮定した一次運動検出機構のモデルで良く説明できることを示した。さらにそのモデルの出力からヒトや動物の眼球運動反応を再現できることもわかりNeuroscience2014で報告した。本研究課題の実施により視覚運動の脳内表現と情報処理機構に関する多くの研究成果を得たが、それらは日常遭遇する複雑な環境の中で行われる感覚情報処理の解明に寄与する重要な所見である。神経科学神経活動記録実験では、初年度に二重正弦波運動縞を使った実験課題を確立し、現在までに二頭のサルから大脳皮質MT/MST野の神経活動を取得した。二頭のサルから得たデータを比較・検討し、実験の再現性が確認ができている。この実験の主要な成果は研究実績欄に記載のとおりであるが、取得したデータを詳細に解析し論文誌に投稿する準備を進めている。さらに、得られた結果を解釈するために、MT/MST野の視覚応答に関する基本的特性(時空間周波数応答特性と視覚運動検出メカニズム)を調べる必要があり同時に実験を進めていたが、これらの性質についてもまとまった結果が得られ、論文誌に投稿する準備を進めている。
癌細胞のデス小胞が惹起する新規なCAFリード型の癌浸潤プロセスの解明

1論文発表1)間質の癌組織で、間質細胞は癌細胞により刺激され、癌浸潤や増殖の促進に働いてしまう。申請者は間質のCAF(癌関連線維芽細胞)が約25%の癌細胞の細胞死を引き起こし、癌アポトーシス小胞の産生を促すことを見つけた。この小胞は癌ーCAFの連携した癌浸潤の促進に働くことをOncogene誌(2017)で報告した。浸潤システムはマウス癌モデルで確認され、ヒト癌での発生が想定される。論文発表2)癌細胞での異常な染色体分配は細胞の染色体数や種類を変化させる。この変化は癌細胞の抗がん剤耐性などの多様性を生み出す。Chromosomes rosetteは分裂期初期の特徴的な染色体配向であるが、申請者はこの正しい配向が最終的に適切な染色体分配に結びつくことをScientific Report誌(2018)にて報告した。Chromosomes rosetteはヒト胃がん組織でも観察され、この配向が異常となった場合、癌悪性化を招く可能性がある。成果1)間質のCAFとマクロファージは癌細胞の周辺に多く分布する。そこで、これら3者の関連を調べた。マクロファージのモデルとしてRAW264.7マウス細胞を使用した。CAFに刺激されたRAW細胞は44As3スキルス胃癌細胞の細胞死を誘導することを見つけた。一方で、細胞死を回避できるSASヒト扁平上皮癌細胞ではCAFーRAWリード型の癌浸潤を促進させた。成果2) MMP阻害剤GM6001や微小管重合阻害剤Nocodazoleの添加はCAFの浸潤を抑制し、癌浸潤の形態に変化を与えることを見つけた。CAF浸潤にとって、MMP-1とMMP-14の同時抑制が有効であった。CAFと44As3胃癌細胞をゲル上にて共培養した結果、CAFのMMP-1 / -14を阻害した場合ではCAFリード型癌浸潤から圧排性増殖様の癌浸潤様式への転換が認められた。平成29年度、申請者は新規の癌浸潤システムを明らかとし、筆頭著者としてOncogene誌にて報告した。また、発がんや癌進展への関与が予想される細胞分裂メカニズムを明らかとし、筆頭著者としてScientific Reports誌にて報告した。間質の癌関連線維芽細胞(CAF)が癌細胞のアポトーシスを誘導することを見つけた。癌アポトーシス細胞は大型の細胞外小胞を産生し、この小胞により刺激されたCAFは高い運動能を獲得することを明らかにした。このCAFは強い浸潤を示し、特にスキルス胃がん細胞44As3株はこのCAF浸潤に従った広範囲の浸潤を示した。一方、癌アポトーシス阻害はCAF浸潤を低下させ、癌浸潤は圧排性増殖型癌と類似した局所の範囲にとどまった。結果より、癌細胞死は癌浸潤様式を転換させるトリガーとなることが示唆された。また、癌浸潤システム転換の詳細を引き続き検討した。この転換にとってCAF浸潤能が鍵となるが、MMP1とMT1-MMPが関連候補因子として同定された。染色体と微小管の結合は、分裂初期には一過性にキネトコアと微小管側面への結合(側面結合)、その後に微小管末端へと転換(末端結合)される。申請者らにより、側面結合はキネトコア構成分子のHec1、ZW10、CENPEの連携により維持されることを明らかとした。ヒト子宮頸がん株HeLa細胞からこれら分子を同時に発現抑制すると、側面結合の欠損とその後の末端結合に解離が認められ、染色体分配は異常となった。正しい側面結合は末端結合への転換を保障することで、最終的に適切な染色体分配を担保することが示唆された。側面結合の異常は不均衡な染色体分配を導き、細胞の性質(浸潤能亢進など)を変化させることで癌悪性化に関与するかもしれない。CAFの浸潤能を阻害できる各種の阻害剤を検討した結果、MMP阻害剤であるGM6001(MMP-1,2,3,7,8,9,14,26阻害)や微小管重合阻害剤であるNocodazoleの添加が有効であった。siRNAを用いたMMPs発現抑制により、CAF浸潤にとってMMP-1とMT1-MMP(MMP-14)の同時抑制が有効であることがわかった。CAFと44As3胃癌細胞をゲル上にて共培養することで癌浸潤を観察した結果(3Dゲル浸潤アッセイ)、MMPを阻害した場合ではCAFリード型癌浸潤から圧排性増殖様の癌浸潤様式への転換が認められた。