hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高次元データの統計的推測：スパイク性とスパース性

初年度である平成30年度は、ノイズ空間の強スパイク構造に基づいた高次元二標本問題に対する検定手法、判別手法の結果を与えた。高次元データ空間は、潜在空間とノイズ空間の2つに分けて解析することが重要である。特に、ノイズ空間が強スパイク構造を持つ場合、巨大なノイズにより潜在空間が埋もれてしまい、従来の手法では太刀打ちできない。特に、遺伝子発現データでは、遺伝子間の相関や、病気のサブタイプによるデータの混合などの理由により、ノイズ空間が強スパイクしやすいという特徴がある。このようなデータに対し、ノイズ空間にスパース性を仮定した方法論を用いると、精度が非常に悪くなる。本研究では、強スパイクするノイズ空間の特徴を活かし、新たな検定手法と判別手法を与えた。特に、判別手法では、強スパイクするノイズ空間を除去し、小標本であっても、高次元で完全分類を達成するような手法を与えた。これらの手法の有効性や、既存の手法との使い分け等についても、シミュレーションや有名な遺伝子発現データを使ったデータ解析で与えている。本研究成果は、学術論文として纏められ、既に出版をされている。また、研究成果の報告として、日本数学会や統計関連学会連合大会など、理論から応用まで含めた学会で口頭発表を行った。特に、台湾で開催された国際学会での招待講演や、日本数学会での特別講演、科研費シンポジウムでの招待講演なども行い、国内外で、広く研究成果発表を行った。初年度である平成30年度は、交付申請書に記載をした計画に沿って、強スパイクするノイズ空間の解析を進めた。また、強スパイクするノイズ空間の構造に基づいた高次元二標本問題に対する新たな検定手法・判別手法を与え、学術論文として纏め、既に出版されている。さらに、招待講演や特別講演など、国内外の学会やシンポジウムで研究成果を積極的に発表している。このような点から、進捗状況はおおむね順調に進展していると評価する。平成30年度では、高次元データにおけるノイズ空間の強スパイク構造について、体系的に扱うような技法や手法を得ることができた。次年度は、得られた知見をもとに、初年度では扱わなかった、別の強スパイク性に着目し、新たな観点からの理論や手法の構築を目指す。翌年度、既に、アメリカと台湾での2件の国際学会招待講演を行うことが決定していたため、その旅費として当該助成金を使用する。
新規ヘテロ芳香族化合物の合成を基盤とした高性能両極性有機発光トランジスタの開発

高性能両極性有機発光トランジスタの開発を目指し、電子供与性部位であるフラン環と、電子受容性部位であるピラジン環またはキノン環を併せもつ新規ヘテロ芳香族化合物を合成し、その構造物性評価を行った。フラン環については、縮環向きの異なる二種類の構造異性体を比較した。薄膜の結晶性が低かったために、合成した試料からなる薄膜の電荷移動度は低い値しか観測されなかったが、一方で予想外に高い固体蛍光量子収率を示した。これは、凝集誘起発光とよばれ、近年おおいに注目されている。この理由は、エキシマー蛍光の効率性の向上、ならびに結晶状態における分子運動の抑制ということに起因する。高い発光特性と高度な制御機能を併せ持つ有機発光トランジスタ(Organic Light Emitting Transistor, OLET)の実現を、適切な分子設計とその合成を通じて達成することが、本研究の目的である。一般にOLETは、機能の複合化・集積化という点だけでなく、三端子を有することにより細かな動作制御が可能、原理的に長寿命、また励起子密度が大きいために発光効率が高いといった点で、既存のOLED(Organic Light Emitting Diodes)と比べて発光機能そのものも優れている。分子結晶性薄膜でOLET機能が発現するには、1)材料の発光量子収率が大きく、(2)電子とホールの両方について電極からのキャリアの注入が効率的に行われ、かつ移動度が大きい(両極性もしくはアンバイポーラー性)ことで重要である。こうした目的を達成するために、本研究では当初フラン環とピラジン環が縮環した両極性縮合多環ヘテロ芳香族化合物を標的化合物として研究を開始したが、合成が予想外に困難であったことから、1年目の途中から電子受容性部位をキノン(Q)部位に置き換えた化合物を新たに標的化合物に設定し直して、研究を進めたところ、1年目にはアントラキノン(AQ)の両端に、2つのフラン部位が互いに逆向きで縮環した化合物1と、互いに同じ向きで縮環した2(1の構造異性体である)の合成に成功し、その基礎物性を測定した。このことをふまえて2年目は、1と2のQ部位をそれぞれテトラシアノキノジメタン(TCNQ)部位で置換した誘導体3および4(テトラシアノアントラキノジメタン(TCAQ)にフラン部位が縮環した分子構造を有する)の合成を行うとともに、それらの基礎物性や結晶構造、また予備的なトランジスタ動作測定を行った。この実現のために、本研究ではフラン環とピラジン環が縮環した両極性縮合多環ヘテロ芳香族化合物を新たに合成することとした。ここで、縮合多環構造は電子供与性と受容性に加えて分子間での電子間相互作用の増大に、フラン環の縮環は発光量子収率の増大に寄与することが期待できる。またピラジン環は、電子受容性のさらなる向上を目指して採用した。本年度はまず、最も基本的なジフロピラジン(1)の合成を検討した。グリシン無水物(2)を原料とし、2,5-ジメトキシ-3,6-ジヒドロピラジン(3)を経る方法を検討したが、何通りかの方法を用いたところ、いずれも途中で計画通りに反応が進まず、1は得られなかった。そこで中央のピラジン部位を、やはり電子受容性を持つキノン部位で置き換えた化合物(4)へと目的化合物を変更して合成を検討したところ、こんどは良好な収率で4が得られた。有機発光トランジスタ(OLET)機能発現に必要な分子設計指針の確立を目的として研究を行った。OLETでは、1)化合物の発光量子収率が大きく、(2)電子とホールの両方について電極からのキャリア注入が効率的に行われる程度に原子供与性と受容性が大きく、かつ(3)薄膜状態で移動度が大きいことが必要である。このような条件を満たす化合物として、本研究では当初フラン環とピラジン環が縮環した化合物を標的化合物とした。しかし、合成が予想外に困難であったことから、電子受容性部位をキノン(Q)部位に置き換えた化合物を新たに標的化合物に設定し直して、研究を進めた。

アントラキノン(AQ)の両端に2つのフラン部位が互いに逆向きで縮環した化合物1と、互いに同じ向きで縮環した2(1の構造異性体である)を合成し、そのデバイス製作と評価を行ったが、残念ながらトランジスタ機能は発現しなかった。この結果は、1と2の電子受容性がやや小さいためと考え、次に両者のQ部位をそれぞれテトラシアノキノジメタン(TCNQ)部位で置換した誘導体3および4を合成した。3と4では、基礎物性は向上したものの、トランジスタ機能はやはり発現しなかった。これらの化合物は、分子設計の方針は適切であったものの、結晶構造が期待したものでなかったために、トランジスタ機能が発現しなかったものと考えられる。その一方で、固体発光デバイスにおいて重要な凝集誘起発光(AIE)現象については、貴重な知見が得られた。すなわち、これまでほとんどAIEが観測されなかったキノンやTCNQ誘導体でもAIEが発現することを見出し、その理由を明らかとした。とくに1と2、3と4でAIEの強度に違いが見られたことは、本研究の特色である構造異性体間の違いに着目した材料開発の適切さをつよく示唆するものである。固体有機化学3と4は、1と2に四塩化チタンとピリジンの存在下、マロノニトリルを作用させることで、それぞれ高収率で合成することができた。得られた3と4は、NMR等で構造決定した後、サイクリックボルタンメトリー、UV/Visスペクトル、蛍光スペクトル、蛍光量子収率といった基礎物性を測定した。TCAQ誘導体である3と4は、対応するAQ誘導体である1と2と比べて、吸収・発光スペクトルの吸収端が長波長シフトするとともに、第一還元電位も正電位側にシフトすることが観測された。このことは、3と4がn型半導体として1と2よりも望ましい性質を有していることを示唆している。また、それらの物性値は、1と2でほとんど変わらなかったことと同様に、3と4でも大きな違いは見られなかった。結晶化挙動は3と4で異なり、3では3種類の結晶多形が観測された。またX線構造も3と4で大きく異なり、3(α形)では分子間でLUMOの2次元的な重なりが見られたのに対し、4では1次元的な重なりが観測された。予想外のことであるが、3と4の蛍光量子収率は、溶液中ではほぼゼロであるのに対し、結晶状態では0.120.13と増大することがわかった。これは、凝集誘起発光(AIE)とよばれる現象である。3が結晶多形を示すため、結晶構造との関係は明らかではないが、溶液状態でおこる配座の変換が固体状態で抑制されることが原因と推測される。3および4の電界効果トランジスタデバイスを作製し、その挙動を調べたが、残念ながらトランジスタ動作は観測されなかった。3および4は十分な電子受容性を有すると考えられるため、その原因は、結晶中でのパッキングまたは結晶粒界にあると考えられる。当初計画では、本年度はアリール置換ジフロピラジン(1)類の合成と基礎物性測定を行うこととしていた。1の合成は、途中段階において予想外の困難さがつきまとったために、現在までのところ成功していない。例えば原料であるグリシン無水物(2)から2,5-ジメトキシ-3,6-ジヒドロピラジン(3)の合成では、ある場合はMeerwein試薬の取り扱い性が原因となって目的物が得られなかった。
UTXコンディショナルノックアウトマウスを用いた膀胱癌発症機構の解明

近年、様々なヒト癌において、DNAメチル化酵素やヒストン修飾酵素など、いわゆるエピジェネティック因子の変異が報告されている。特に、膀胱癌や前立腺癌などの泌尿器科腫瘍は、ヒストンメチル化・脱メチル化酵素の変異が多いことが知られている。UTX (ubiquitously transcribed tetratricopeptide repeatprotein X-linked)はヒストンH3K27に対する脱メチル化酵素であり、膀胱癌において約20-40%と高頻度の変異を認める。そこで我々は、膀胱癌発症におけるUTX変異の関与を個体レベルで解析する目的で、Utxコンディショナルノックアウトマウスに膀胱特異的Creを発現させるマウスを掛け合わせ、膀胱特異的Utx欠失マウス(UtxΔ/Δ)を作製した。膀胱上皮を用いたウエスタンブロットでUtxの欠失が確認されたが、長期間の観察で膀胱に腫瘍発症は認めず、Utxの単独欠損は膀胱癌発症には十分ではないと考えられた。そこで、膀胱癌においてUtx変異と最も高頻度に合併する変異遺伝子であるp53のヘテロマウスと交配し、UtxΔ/Δ, p53+/ーマウスを作製した。興味あることに、UtxΔ/Δ, p53+/ーマウスは上皮内癌を発症し、Utx欠失はp53変異と協調して膀胱癌発症に関与していることが示された。我々のモデルは、膀胱癌に対する新たな多段階発癌モデルと考えられる。
非線形化学振動子のネットワークによる自己組織化の分子制御

非線形振動子は線形振動子と異なり、複数の振動子間でリズムを揃える同調現象や振る舞いが変化する分岐現象など多くの特徴的な現象を示す。非線形振動子を化学系で構築する場合、反応ー拡散の速度バランスに依存したマクロな観点と、分子構造に依存したミクロな観点の両方からシステムをデザインすることができる。本研究では、自己組織化現象として、多様に時空間発展する化学反応系を双方の観点から創発することを目的として研究を行った。本研究では、表面圧(π)ー分子占有面積(A)曲線に極大値と極小値を持つN-acyl-p-nitroaniline (CnANA)単分子膜上に、自律運動を示す樟脳円板を浮かべ、π-A曲線に依存した自律運動系を創発した。その結果、C18ANAのπ-A曲線に依存して3つの濃度領域で特徴的な運動様相を示した。低濃度領域ではπ-A曲線は可逆的でランダム運動を示した。その運動速度は表面圧に依存し、表面圧極大値では停止した。それ以上の濃度では不可逆過程に入り、表面圧極小値では、円形のある面積の空間を振動した。そして極小値以上の濃度では一次元的な往復運動が見られた。これらの表面圧に依存した運動様相を考察するために、膜の不可逆性を赤外分光法と紫外分光法による分子間相互作用の評価により解明した。前者ではANA分子間の水素結合を、後者ではフェニル基のππスタッキングを検出した。またANA分子のアシル鎖長を変え、π-A曲線、樟脳運動、及び分子構造との関係を空きあらかにした。これらの結果に基づいて数値計算による再現を行うとともに、運動メカニズムについてミクロ(分子間相互作用、他のC18ANA分子膜)とマクロ(運動様相)の見地から議論した。その他、樟脳運動のネットワーク化による同調運動の運動モードスイッチングについても実験的に明らかにした。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、非線形反応のミクロレベルにおける時空間的相互作用の機構を、分子レベルから「協同現象」の視点で解明することを目的とする。具体的には、複数の化学進行波や自律移動素子の結合によって生じる協同現象の様相に関するスイッチングについて、実験と理論の両面から解明する。(1)非線形素子の構築と素子間の相互作用によるモード変化光感受性BZ反応を用いて疎密波の伝播に関する研究を実験と理論の両面から行った。このシステムではリング場に複数個の化学進行波を進行させることができ、初期条件として数と配置を制御することができる。その結果、単純な等間隔への化学波の緩和の途中で疎密波の伝播が発生することを実験的に見出し、数値計算により再現することに成功し、化学反応系における活性因子と抑制因子の時空間的関係を明らかにした。(2)非線形素子系の様相スイッチング光BZの数理モデルとしてよく使われるオレゴネーターには、光の効果は振動の抑制項と振動の励起項の両方に含まれており、化学進行波の見られる不均一場においては統一的な見解は得られていないことから、空間勾配又は時間勾配の光照射による、光抑制と光誘起のスイッチングのメカニズムを実験と理論の面で明らかにする研究を行った。その結果、ヌルクラインの緩和プロセスでどちらかが選択されることが分かった。実験計画で示した内容について、学術論文として掲載することとなったことから順調に進展していると思われる。

同調現象や非線形素子の構築については実験系がおおよそ確立し、分子レベルでの相互作用についても分光学的に解明されており、近く論文を投稿する段階にある。24年度が最終年度であるため、記入しない。非線形素子の構築にあたって分子膜の拡散の可視化(例えば吸光係数の高い分子の導入)を行っているが、課題もある。また希薄界面測定についても他の分光学的手段を用いてより分子レベルでの制御をおこなうことを進めていく。非線形応答を示す素子を構築し、分子レベルで制御可能な時空間的に多様な振る舞いを示す実験も得られている。一方で不可逆過程についての物性評価も検討する必要があるとともに、不可逆過程のない物質の合成も行う予定である。
神経分化因子によって誘導される神経細胞特異タンパク質BRINPの機能解析

BRINP-mRNAは,中枢及び末梢神経系特異的に発現しており,脳においては胎生後期より発現が検出された.成体の脳内では,嗅球,大脳皮質,海馬,さらに中脳部分の幾つかの神経核などに発現が強く検出された.BRINPのC末に対する抗ペプチド抗体を作成し,蛋白質レベルで発現を解析した結果,BRINPは脳,脊髄等の神経系に特異的に発現し脳では胎生後期より発現が検出され,mRNAレベルでの発現パターンとよく一致した.また培養交感神経細胞においてBMPとRAによる誘導が確認され,神経線維の表面に存在が検出された.BRINPは,既知の蛋白質と相同性を有しない全く新規の蛋白質であり,その直接の機能は未知である.そこでBRINP遺伝子欠損マウスを作成し,個体発生と生理機能の変化を解析することとした.マウスゲノム上のBRINP遺伝子の構造を解析して,翻訳開始ATGを含む第2Exonを同定した.そしてこの周辺の相同な配列と挿入ネオマイシン耐性遺伝子を持つベクターを作成して,相同的組み換えを行いBRINP遺伝子をノックアウトしたマウスES細胞を得た.このES細胞をマウス初期胚に注入して発生させたキメラマウスを得た.キメラマウスを用いた交配によりヘテロノックアウトマウスが得られた.続いて完全ノックアウト(ホモノックアウト)マウスがまもなく得られると予想される.ホモノックアウトマウスの形質,特に神経の発達異常,機能異常を解析すると共に,他の生化学的,細胞生物学的実験を組み合わせることにより,BRINPの機能が明らかになると考えられる.BRINP-mRNAは,中枢及び末梢神経系特異的に発現しており,脳においては胎生後期より発現が検出された.成体の脳内では,嗅球,大脳皮質,海馬,さらに中脳部分の幾つかの神経核などに発現が強く検出された.BRINPのC末に対する抗ペプチド抗体を作成し,蛋白質レベルで発現を解析した結果,BRINPは脳,脊髄等の神経系に特異的に発現し脳では胎生後期より発現が検出され,mRNAレベルでの発現パターンとよく一致した.また培養交感神経細胞においてBMPとRAによる誘導が確認され,神経線維の表面に存在が検出された.BRINPは,既知の蛋白質と相同性を有しない全く新規の蛋白質であり,その直接の機能は未知である.そこでBRINP遺伝子欠損マウスを作成し,個体発生と生理機能の変化を解析することとした.マウスゲノム上のBRINP遺伝子の構造を解析して,翻訳開始ATGを含む第2Exonを同定した.そしてこの周辺の相同な配列と挿入ネオマイシン耐性遺伝子を持つベクターを作成して,相同的組み換えを行いBRINP遺伝子をノックアウトしたマウスES細胞を得た.このES細胞をマウス初期胚に注入して発生させたキメラマウスを得た.キメラマウスを用いた交配によりヘテロノックアウトマウスが得られた.続いて完全ノックアウト(ホモノックアウト)マウスがまもなく得られると予想される.ホモノックアウトマウスの形質,特に神経の発達異常,機能異常を解析すると共に,他の生化学的,細胞生物学的実験を組み合わせることにより,BRINPの機能が明らかになると考えられる.神経細胞がいかに特定の神経栄養因子に対する依存性を獲得するかを理解することは,神経細胞の生存維持,神経回路の形成の機構を明らかにする上で極めて重要である.我々は,交感神経細胞の初代培養をもちいて,骨形成因子(BMP2)とレチノイン酸(RA)が協同的に作用して,ニューロトロフィン3(NT-3)受容体(trkC)およびGDNF受容体(GFRα-1)の発現を誘導すると共にTrkCのリガンドであるNT-3の産生を誘導することを見いだした.すなわち,BMP2とRAは神経系の形成初期に作用し,神経細胞のニューロトロフィン応答性を誘導すると共にその特異性を決定していると考えられる.さらに我々は,Mrna-D.D.法により,BMP2/RAにより誘導される遺伝子を多数見いだした.その中の1つがコードする新規タンパク質(分子量約80K)をBRINP(BMP2/RA-Inducible Neuron-specific Protein)と命名した.本研究においてBRINPの発現を詳細に解析したところ,神経系特異的に発現しており脳においては,胎生後期より海馬に特異的に発現していた.また,BRINP遺伝子のプロモーター部位を解析したところ,種々の神経系株化細胞において,神経分化因子の作用によりプロモーター活性が誘導されることが明らかになった.BRINPは,既知の蛋白質と相同性を有しない全く新規の蛋白質であり,その直接の機能は未知である.そこでBRINPの生理機能を明らかにするためには,BRINP遺伝子を欠損したマウスを作成し,個体発生と生理機能の変化を解析することが有効である.既に,ゲノム構造の解析を終了し,BRINP遺伝子をノックアウトしたマウスES細胞を得たので,ノックアウトマウスの作成は,半年以内に達成できると思われる.BRINP-mRNAは,中枢及び末梢神経系特異的に発現しており,脳においては胎生後期より発現が検出された.成体の脳内では,嗅球,大脳皮質,海馬,さらに中脳部分の幾つかの神経核などに発現が強く検出された.BRINPのC末に対する抗ペプチド抗体を作成し,蛋白質レベルで発現を解析した結果,BRINPは脳,脊髄等の神経系に特異的に発現し脳では胎生後期より発現が検出され,mRNAレベルでの発現パターンとよく一致した.

また培養交感神経細胞においてBMPとRAによる誘導が確認され,神経線維の表面に存在が検出された.BRINPは,既知の蛋白質と相同性を有しない全く新規の蛋白質であり,その直接の機能は未知である.そこでBRINP遺伝子欠損マウスを作成し,個体発生と生理機能の変化を解析することとした.マウスゲノム上のBRINP遺伝子の構造を解析して,翻訳開始ATGを含む第2Exonを同定した.そしてこの周辺の相同な配列と挿入ネオマイシン耐性遺伝子を持つベクターを作成して,相同的組み換えを行いBRINP遺伝子をノックアウトしたマウスES細胞を得た.このES細胞をマウス初期胚に注入して発生させたキメラマウスを得た.キメラマウスを用いた交配によりヘテロノックアウトマウスが得られた.続いて完全ノックアウト(ホモノックアウト)マウスがまもなく得られると予想される.ホモノックアウトマウスの形質,特に神経の発達異常,機能異常を解析すると共に,他の生化学的,細胞生物学的実験を組み合わせることにより,BRINPの機能が明らかになると考えられる.
ケニアにおける悪液質の実態調査と発症要因解明に関する新たな試み

世界の5歳未満児の年間死亡数は560万人であり、その約半数に栄養不良が関係している。また開発途上国においては、大半の幼児に寄生虫感染が認められることから、寄生虫感染が原因となる栄養不良が報告されている。特に栄養不良の終末像とも言われる悪液質は、基礎疾患に関連した全身性代謝異常を示す病態であり、従来の栄養療法では改善が困難なため予防がより重要となる。近年、悪液質に至る発症メカニズムの解明が進展しているが、寄生虫感染が悪液質に至るとのエビデンスは未だ乏しい。本研究では、マラリアと住血吸虫症による悪液質の実態と発症メカニズムを解明することで、予防可能な疾病による死亡を減少させることを目指す。
微生物物質生産の飛躍的増強を目指す輸送体分子制御技術基盤の創成

微生物発酵生産では、細胞内外の基質・産物の取り込み排出制御が残された大きな未開拓領域である。輸送体の基質特異性及び輸送の方向性(取り込み・排出)を制御する新技術を開発するために、工業細菌のアスパラギン酸:アラニン交換輸送体AspTをモデルに、輸送の速度論的解析、基質結合部位の特定、基質特異性の改変を行った。さらに交換輸送体から排出輸送体への人為的改変を試みた。[目的]微生物発酵生産では、細胞内外の基質・産物の取り込み排出制御が残された大きな未開拓領域である。微生物輸送体は主に遺伝学的に解析され、改変は発現量の制御に留まっている。生化学的に解析された輸送体は限定的で、特に物質生産菌の輸送体では少ない。そのため、輸送体本体の蛋白質工学的改変による制御は実現していない。本研究を実施することで、輸送体分子本体の(i)基質特異性の制御、(ii)輸送方向制御(取込み・排出)の新技術基盤を確立する。さらに本研究では、(iii)未知であった取込み輸送体、排出輸送体、交換輸送体間の進化的関係に新情報をもたらす。輸送体の基質特異性及び輸送の方向性(取り込み・排出)を制御する新技術を開発するために、工業細菌のL-アスパラギン酸(Asp):L-アラニン(Ala)交換輸送体AspTをモデルに、基質特異性の改変、交換輸送体から取り込み専用輸送体および排出専用輸送体への人為的改変を行う。[実施計画]AspTの第3膜貫通領域(TM3)のsingle cysteine置換体を用いて、AspとAlaの輸送能残存率の異なる変異体を同定する。それらの変異体について他のアミノ酸の輸送能の変化を比較する。[実施計画]平成22AspTの第3膜貫通領域(TM3)のsingle cysteine置換体の解析の結果、TM3の細胞質開口部位にAspの結合部位を同定した。今年度は、TM3領域の基質特異性が変化した変異体、イオン駆動力の変化した変異体、輸送モードの変化した変異体の探索を行う。また基質結合に伴うTM3の構造変化を、蛍光修飾試薬を用いて行った。[研究実績]AspTのTM3変異体のうち、TM3開口部の変異体では野生型に対してAsp及びL-システイン(Cys)への特異性を失い、AlaおよびL-セリンへの輸送能を有する変異体を同定した。変異体の解析ではイオン共役が変化したものは無かったが、輸送モードが交換体から排出体に変化した変異体の存在が示唆された。更に、TM3の蛍光修飾解析から、TM3はAsp結合型構造、Ala基質結合型構造、基質非結合型構造の3つ状態を取ることが明らかになった。
低メタン性をもたらすイネ－土壌ー微生物系の包括的キャラクタリゼーション

水田はコメを生産する人類最大の食糧基地ですが、土壌中の微生物の働きにより強力な温室効果ガスである「メタン」が多量に生成・排出されています。最近、メタン排出量が栽培するイネの品種によって異なることが分かってきました。本研究では、世界のイネ遺伝資源から選抜した低メタン品種を対象に、同位体トレーサー法やメタゲノム解析等の先端手法を駆使し、品種によって微生物の代謝活動や炭素の流れがどう変化するかを網羅的・定量的に把握します。これによって低メタン品種が備えるイネ-土壌-微生物系の特徴を明らかにし、品種によるメタン削減の実現に向けた科学的基盤を構築します。
急性期病棟の室構成が病床管理に与える影響に関する研究

入院患者の重症・高齢化が顕著なわが国の急性期病院の多くは、従来の大規模処遇型の病棟環境のままケアを行うことを余儀なくされている。病棟の室構成は患者像の急速な変化に対応できる病棟構築に貢献できるのか、病床管理と排泄介助の二点から検討した。建替えによって病棟の個室率を高め、集中トイレから分散トイレへと排泄環境を変えたY病院において、患者の転床および排泄方法、看護動線、看護業務の記録調査を行った。結果として、看護単位や室構成の適切な選択は柔軟な病床配置を可能にし、特に分散トイレの採用は患者の早期離床を促すだけでなく、看護業務の軽減にも貢献できることが明らかになった。我が国の急性期病院では平均在院日数が著しく短縮し、重症入院患者の割合が増加している。しかし急速な患者像の変貌に病棟の建築計画は対応できているとは言えず、多くは従来の大規模で多床室中心の病棟のまま、重度の患者ケアを行うことを余儀なくされている。平成22年度から23年度にかけて「個室化する病棟の看護管理と環境的変化に関する研究」(研究活動スタート支援22860083)を実行し、多床室主体病棟と全個室病棟では諸々の条件の違いにより病床管理や利用率に差が出る可能性を明らかにするなど、一定の成果を挙げた。より多角的な情報を得るために、本研究では新たに多床室主体病棟から個室率を上げて病棟の室構成を変えた一病院の建替前後を対象に比較調査を行った。対象病院は、内科で2.8%から32.3%、外科で8.5%から33.3%へ個室率をあげている。また病棟中央の集中配置していた便所を、建替により各室分散配置とした。旧病棟の調査は2012年11月19日から12月14日、新病棟の調査は2013年6月3日から6月30日にかけて、内科および外科各1病棟で行った。調査項目は1期間中の患者の病床配置と理由および属性の記録、2期間中の見舞い客による滞在場所と滞在時刻の記録、3期間中の患者の病床配置と排泄形式の記録であった。見舞い以外のいずれの調査も病院スタッフによる記録とし、調査員に記録が渡る際には患者番号を振り直して匿名性を高め、院外に個人が特定できる情報が出ないよう十分に配慮した。結果として調査期間中の1床あたりの病棟内転床は減少し、内科では多床室主体病棟で「他患者のベッド調整のため」を理由としていた転床が少なくなった。見舞いの滞在時間に大きな変化は見られなかった。排泄行動においてはポータブルトイレの使用が減少し、特に一定の看護必要度の患者には分散配置便所が有効に機能していると考えられた。国の政策によって医療施設の機能分化が行われ、近年の急性期病院の病棟は、これまで以上に重症患者が集中するようになった。こうした状況は、患者各々を看護療養に適した病床に配し、かつ病床利用率をあげるための「病床管理」にも影響を及ぼしている。本研究は、研究代表者が平成22年度から23年度にかけて行った「個室化する病棟の看護管理と環境的変化に関する研究」(研究活動スタート支援:課題番号22860083)で得られた研究成果を踏まえて行われている。前述の先行研究の結論では、単なる病棟の個室率の多寡のみでなく、病棟の室配置や患者配置が、病棟運営や療養環境に与える影響の大きさも示唆した。これに基づいて、本研究はより幅広い意味での病棟の室構成に焦点をあてて、病床管理の一助となるような病棟建築計画と病棟運営指標との関連性を明らかにする目的で行っている。本研究は2年間で一定の成果を得られるよう計画されている。当初の目標では、初年度は多くの病棟事例訪問ヒアリング調査を通して、病棟構成と運営の関連性についての傾向をまとめ、次年度は得られた事例のなかから具体的な病棟における病床管理の実態調査を通して、より詳細な病棟構成と運営の関連性を検証することとしていた。進捗状況としては、初年度を終えた現在、既に6病院のヒアリング調査が済んでいる。病室と便所位置の関係性によって、患者の早期離床を促すことの出来る可能性があること等が明らかになった。ヒアリング調査を行った病院のうち、より具体的な病棟利用調査を行うことの出来る事例を選定し、現在病院スタッフとともに詳細な調査計画を練っているところである。また先行で行った患者の病棟転床のケーススタディを、今回の調査に基礎データとして活かせるよう整理するとともに、研究成果として日本建築学会の論文集に投稿した(2013年4月に掲載が決定している)。当初の計画どおりに6病院のヒアリング調査を終了し、結果を整理している。さらに次年度実行予定の現地調査について、すでに協力病院を選定し、月1回以上の打ち合わせにおいて、病院スタッフと調査計画を練っている状況である。調査対象病院の病棟改築前後で、内科・外科各1病棟ずつ、下記について比較調査を行う。

改築前の調査は4月の時点で終了させ、分析を開始する。改築後の調査については、既に運営の始まっている病棟において6月から7月にかけて実施し、その後分析を行う。(1)患者の属性と病床配置(1ヶ月、匿名)、(2)患者病室と便所の距離、および排泄方法(1ヶ月、匿名)、(3)患者の病棟内転床(1ヶ月、匿名)、(4)看護師動線の追跡(1週間、匿名)、(5)来訪者の滞在時間(1ヶ月、匿名)また夏頃には関連の学会において、研究成果の一部を病院と共同で発表していく予定である。ヒアリングおよび現地調査に必要な旅費、調査に必要な計測機器や文房具等の費用、データ入力等の手伝いに対する謝金、関連書籍の購入費、論文印刷費および投稿費として使用する。
オ-ジオグラムの自動診断機能を持つ人工知能指向型デ-タベ-スの開発

今回、我々は医師の視覚情報からの判断に頼っていたオ-ジオグラムの分類をパタ-ン認識に用いられている構文解析の手法を用いて聴力型自動診断を行う事を試み、次の結果を得た。1)医師による判断と本システムの判断を比較検討し、粗いレベルでのスクリ-ニングとしての機能は可能である事を確認し、実用化への手がかりが得られた。2)聴覚型を気導一骨導差とともに分類を行うようにし円滑に動作する事を確認した。3)100件のデ-タを投入し、その分析速度は0.58秒/件であり実際のスクリ-ニングに充分であることを確認した。本システムを実際のオ-ジオグラムデ-タについて応用し、医師の判断能力と比較検討したが、両者に運用上の大きな差は見られなかった。医師の判別能力はその医師の経験や主観により聴力型に対する概念が微妙に異なり、医師判別のサンプルデ-タの中には不適切な判断例も含まれている事実を考慮すれば、我々の提唱した手法はほぼ満足できるものと思われた。本手法が、従来の手法と異なる点は、「どの文字列はどの聴力型」という決定法をとるため、より柔軟な聴力型の検出が可能となる点である。そのため、より医師の聴力型判定に近い分類が可能となると考えられる。今後、分類不能なパタ-ンが出現した場合、医師が新規にそのパタ-ンを分類して辞書に登録する機能を追加すれば、次第に分類パタ-ンの文字列の辞書が充実され、分類効率も向上してくると考えられる。本年度は、構文解析の手法を用いたオージオグラムの自動解析の有効性の検証と、産業医用のオージオグラムデータベースの開発の2点について研究を行った。自動解析については、実際のオージオグラムを対象に、構文解析を行った時の解析速度、正答率について検討を行った。その結果、当初の目的である正常者の検出に関しては十分実用になるものの、難聴者の型分類に関しては、誤答率が多い事がわかった。オージオグラムデータベースの開発は、NECPC9801の上でMUMPS言語を用いて構築した。本システムは、オージオグラムのグラフ表示に重点をおき開発し、正常者の加齢変化との比較が簡単に判別できるようにした。本年度は、本年度の研究を発展させ、オージオグラムの加齢に関する自動解析と、より使いやすいデータベースの開発を計画している。本年度は、オ-ジオグラムの診断論理に関する知識を、各種の文献より収集し、我々の開発したシステムで使用できるように改修を行った。計算機に詳しくない一般の人でもシステムが使用できるように、マン-マシンインタ-フェ-スの改良を重点的に行った。特に、オ-ジオグラムの表示の改良に重点をおき、新規に聴力損失と色表示を対応させて、オ-ジオグラムの経時変化を分かりやすいように図示する事を行った。また、それと同時に、日本人の聴力の加齢変化と比較して、患者の聴力損失がより早く大きくなるか否かもわかるように配慮した。これらの、改良により本システムがより使いやすいシステムになったと考えられる。来年度は、実際の健診デ-タを投入してテストを行う予定である。今回、我々は医師の視覚情報からの判断に頼っていたオ-ジオグラムの分類をパタ-ン認識に用いられている構文解析の手法を用いて聴力型自動診断を行う事を試み、本年度は実際のデ-タをシステムに投入し次の結果を得た。2)聴覚型を気導ー骨導差とともに分類を行うように円滑に動作する事を確認した。

本システムを実際のオ-ジオグラムデ-タについて応用し、医師の判断能力と比較検討したが、両者に運用上の大きな差は見られなかった。医師の判別能力はその医師の経験や主観により聴力型に対する概念が微妙に異なり、医師判別のサンプルデ-タの中には不適切な判断例も含まれている事実を考慮すれば、我々の提唱した手法はほぼ満足できるものと思われた。本手法が、従来の手法と異なる点は、「どの文字列はどの聴力型」という決定法をとるため、より柔軟な聴力型の検出が可能となる点である。そのため、より医師の聴力型判定に近い分類が可能となると考えられる。今後、分類不能なパタ-ンが出現した場合、医師が新規にそのパタ-ンを分類して辞書に登録する機能を追加すれば、次第に分類パタ-ンの文字列の辞書が充実され、分類効率も向上してくると考えられる。
ルイス酸を用いたラジカル反応の立体制御

ラジカル反応は、近年有機合成における炭素-炭素結合形成法として広く用いられているが、最近になってルイス酸を用いたラジカル反応の立体制御法が、立体選択的合成の有力な手法として注目を集めている。我々は、これまでにβ位に不斉炭素を有するα-ブロモエステルのアリル化反応においてルイス酸として(触媒量の)ランタニド錯体Ln(fod)_3を添加することにより高いジアステレオ選択性でα-アリルエステルを与えることを報告しているが、本研究では、その発展として次に示すような立体制御を見い出すとともに、それらの機構を明らかにすることが出来た。1.2-ブロモ-3-シロキシコハク酸エステルのアリル化では、Ln(fod)_3と2つのエステル基のあいだの7員環キレート形成による立体制御が明らかになった。これまでにも5員環、6員環キレート形成による立体制御の報告はあるが、7員環キレート形成による立体制御としてはこの反応が最初の例である。2.モノエステル体では、Ln(fod)_3とエステル基との錯形成により立体制御されることを明らかにした。触媒量のルイス酸Ln(fod)_3による立体制御は、注目される。エーテルのような弱いルイス塩基とルイス酸とのキレーションによるラジカル反応の立体制御に関する研究は殆どなされていない。本研究では、α,α′-ジアルコキシラジカルとルイス酸(MgBr_2・OEt_2、MgI_2)とのキレーションが、アリル化、重水素化の立体制御に有効であることを見い出した。また、この立体制御法の適用限界についても明らかにした。ラジカル反応は、近年有機合成における炭素-炭素結合形成法として広く用いられて来ているが、最近になってルイス酸を用いたラジカル反応の立体制御法が、立体選択的合成の有力な手法として注目を集めている。我々は、これまでにβ位に不斉炭素を有するα-ブロモエステルのアリル化反応においてルイス酸として(触媒量の)ランタニド錯体Ln(fod)_3を添加することにより高いジアステレオ選択性でα-アリルエステルを与えることを見い出していたが、本研究では、次に示すような立体制御の機構を明らかにすることが出来た。2.モノエステル体では、Ln(fod)_3とエステル基との錯形成により立体制御されることをを明らかにした。次に、エーテルのような弱いルイス塩基とルイス酸とのキレーションによるラジカル反応の立体制御を検討した。その結果、1,3-ジアルコキシラジカルとルイス酸(MgBr_2・OEt_2、MgI_2)とのキレーションが、アリル化、重水素化の立体制御に有効であることを見い出している。現在、この立体制御法の適用限界について検討している。我々は、これまでβ位に不斉炭素を有するα-ブロモエステルのアリル化反応においてルイス酸として(触媒量の)ランタニド錯体Ln(fod)_3を添加することにより高いジアステレオ選択性でα-アリエステルを与えることを報告しているが、本研究では、その発展として次に示すような立体制御を見い出すとともに、それらの機構を明らかにすることが出来た。1.2-ブロモ3-

シロキシコハク酸エステルのアリル化では、Ln(fod)_3と2つのエステル基のあいだの7員環キレート形成による立体制御が明らかになった。これまでにも5員環、6員環キレート形成による立体制御の報告はあるが、7員環キレート形成による立体制御としてはこの反応が最初の例である。2.モノエステル体では、Ln(fod)_3とエステル基との錯形成により立体制御されることを明らかにした。触媒量のルイス酸Ln(fod)_3による立体制御は、注目される。3.エーテルのような弱いルイス塩基とルイス酸とのキレーションによるラジカル反応の立体制御に関する研究は殆どなされていない。本研究では、α,α'-ジアルコキシラジカルとルイス酸(MgBr_2・OEt_2、MgI_2)とのキレーションが、アリル化、重水素化の立体制御に有効であることを見い出した。また、この立体制御法の適用限界についても明らかにした。
骨形成因子複合薄膜レジンの開発

本プロジェクトの目的は生体内において、骨欠損部の形状に適合するスキャフォールド形態を手術時に調整し、その形状を保ったまま、BMPとの複合化あるいは宿主由来の細胞との培養、あるいは両者の併用などの処理を行なった後、再移植により生体内に骨欠損形状に適合した新生骨を誘導することにある。本実験の成果としては、レジン-BMP複合体の新生骨誘導に成功、レジンによる骨誘導形状の3D画像化,GSTをマーカー遺伝子とした毒性迅速スクリーニング系の構築が挙げられる。すなわち、新規レジン上にBMP(骨形成因子)を吸着させ、確実に骨を誘導する系を確立した。新規レジンにポリ乳酸を混入し、表面状態の改質を行なうときわめてBMPの吸着安定性に富むことから、今後の展開の重要な指針を得た。この延長上の実験としてデキストリンがポリ乳酸に代替し得ることを証明した。また、新規導入の高速X線CTスキャンにより骨誘導の3次元的かつ経時的な変化を世界で初めて明らかにした。さらに、当初の目的である、薄膜レジンによる新生骨誘導形状の3D画像化にも成功した。そして、当初の目的から派生して得られた大きな成果であるが、GST遺伝子を組み込んだ細胞のルシフェラーゼ活性測定系確立により、移植用レジンの選択のための高速スクリーニングへの道を開いた。一方、宿主由来の細胞を用いた実験系の確立には至らず、このため、器官培養系における宿主再移植系を導入し、研究期間を延長して宿主再移植系の確立を試みたが成功には至らなかった。しかしながら、残留モノマー以外の成分により培養が阻害されることが示唆され、今後の研究にとって重要な情報を得ることができた。本プロジェクトにおいては一部未達成の実験を残したが、今回開発を行なった実験系は3次元スキャフォールドー骨形成因子複合体の開発など、臨床応用に肉薄する部分にまで成果を得たことから、今後実際への臨床応用への研究を継続する予定である。本年度は以下の項目の実験を行なった。(1)光重合型薄膜レジンの開発(2)新規開発レジンの生体親和性試験(3)大腿骨部分における薄膜レジンの形状制御実験(4)新規開発レジン上での宿主由来細胞の培養(5)BMPの大量作製第1項に関してはEthylmethacrylate高分子を粉末として使用し、未重合モノマーに低毒素性のacrylateを混合し、成形自由度の高いシートを作製した。シートは光重合型となるよう光増感剤を使用し、可視光線重合型とした。第2項の実験のため、このシートの生体親和性に関して移植実験を行ない、組織障害性を伴わないことを確認した。さらに、細胞培養により増殖抑制がないことを確認した。第3項に関しては生体組織液の影響ならびに、シートの膜厚が厚過ぎることから、シート形状を整え、実験を継続中である。第4項に関しては、骨髄系の細胞の増殖率が低いため、実験を継続中である。薄膜レジンの細胞為害性を測るため、現在レポーター遺伝子の開発も行なっているが、マーカーをGST(グルタチオンエストランスフェラーゼ)に設定しているため、妥当性があるかの検討中である。第5項に関しては2g以上のBMPを安定して生産しており、次年度の実験に充分に供給可能であると考えている。また、新生骨誘導実験に対応するため、BMP単独移植により経時的にどのように組織誘導が行なわれるかを3次元CTを用いて計測中である。この実験手法は、骨欠損部分に当該レジンを適合させる時の情報取得にも応用できると考えている。

このように初年度は宿主に再移植を想定した実験系の下準備はほぼ終了し、次年度には目的の宿主体内における形態制御組織誘導を行なう予定である。本年度は以下の項目の実験を行なった。(1)新規開発レジンと骨形成因子の複合化(2)薄膜レジンによる新生骨誘導形状の3D画像化(3)新規開発レジン上での宿主由来細胞の培養と再移植(4)GST(グルタチオンエストランスフェラーゼ)をマーかー遺伝子とした(5)BMPの大量作製第1項に関しては新規レジン上にBMP(骨形成因子)を吸着させ、確実に骨を誘導する系を確立した。新規レジンにポリ乳酸を混入し、表面状態の改質を行なうときわめてBMPの吸着安定性に富むことから、今後の展開の重要な指針を得た。第2項に関しては、まず骨形成因子単独の移植を行ない、これまでの結果と一致した骨誘導を観察した。さらに新規導入の高速X線CTスキャンにより骨誘導の経時的な変化をこの研究領域では始めて明らかとした。この実験においては第5項に示したBMPの大量使用がきわめて有効であり、今後も当研究グループでは、世界一の天然抽出骨形成因子生産量を維持する予定である。また当初の目的である、薄膜レジンによる新生骨誘導形状の3D画像化にも成功した。第3項に関しては繊維芽細胞系の培養細胞に関しては培養系を確立したが、宿主由来の細胞に関しては同様の手法を用いても骨芽細胞系の増殖率が悪く、現在も実験継続中である。第4項に関しては当初の目的から派生して得られた大きな成果であり、GST遺伝子を組み込んだルシフェラーゼ活性により、移植用レジンの開発における高速スクリーニングへの道を開いた。このように、本実験により再生医療における多くの有益な情報を得る事ができたが、生体内再移植による実験系のみはさらに詳細な実験を行なう事が必要であり、現在も継続的に実験を行なっている。
諸外国における義務教育の教育内容の改定動向に関する比較研究

第2年次の本年度は、2回の全体打ち合せ会(平成2年6月および平成2年10月)ならびに国別打ち合せ会(随時)で共同研究としての調整を図りながら、研究を進めた。第1回打ち合せ会における研究成果の発表を踏まえて、平成2年7月に開催された日本比較教育学会第26回大会「課題研究:義務教育の教育内容研究の課題」において中間報告を行った。第2回打ち合せ会では、本研究の最終報告書の構成を話し合い、それ以後は、その原稿の執筆に入った。最終報告書の構成は次のようである。第1部現代義務教育における教育内容改革の全体構造第2部各国の義務教育における教育内容改革をめぐる諸問題第3部関連資料第1部は、前年末に作成した「義務教育課程の国際比較のための分析枠組」を念頭におきながら、対象とした8ヶ国の最近20年間の義務教育の制度改革、教育課程の改革動向、改革の背景を鳥瞰している。第2部は、1980年代における義務教育課程改定ををめぐる特徴的な問題を取り上げてやや詳しく論述している。第3部は、研究の基礎資料(各国の義務教育教育課程の国家基準=学習指導要領等の特徴的な部分を中心とする関連資料の翻訳、その最新リスト、20年間の関連年表等)を収録している。完成した原稿総量は、400字詰原稿用紙に換算すると約2450枚に達するので、科学研究費の中で印刷するのは、第1部および第2部の約1000枚分のみとした。本年度は、2回の全体打ち合わせ会(平成元年7月および平成2年1月)ならびに各国別打ち合わせ会(随時)で共同研究としての調整を図りながら、初年度の研究をすすめ、次のような成果を挙げた。(1)1970年以降の現在までの、各国(アメリカ合衆国、カナダ連邦共和国、英連合王国、フランス共和国、ドイツ連邦共和国、スウェ-デン王国、ソビエト連邦共和国、大韓民国および日本の9カ国)における学校制度および義務教育教育課程の改定に関する年表を作成した。特に義務教育課程の改定に関する詳細な年表の作成は、国の内外における初めての試みである。(2)上記9カ国における義務教育教育課程に関する最新の全国的基準を収集し、そのうち、各国の特徴をなす部分について訳出した。その成果は、400字詰原稿用紙で、1,194枚分に達し、これまでに類をみない成果を得た。これによって、かなり細かい内容分析が可能となった。(3)以上二つの作業から、最近20年間における義務教育教育課程改定の国際的動向を鳥瞰することができた。初年度においては、未だ仮説的なものにすぎないが、次年度において、この仮説を確かめる予定である。(4)各国別の研究を重ねながら、その成果を集約し、構造的に把握し、解釈するたるに、「義務教育教育課程の国際比較のための分析枠組」を作成した。これも、これまでにない試みであり、I義務教育諸学校の目的と学力到達目標、II教育課程・内容の構造、III児童・生徒の特性認識、IV教育思潮、V社会変化からの要請、VI教育条件の整備、VIIカリキュラム開発を大分類とするおよそ70の比較項からなる。次年度において、この枠組をもとにした分析と比較が行われる。本年度の研究成果は、平成2年7月12・13日に行われる日本比較教育学会第26回大会で、中間発表の形で報告される予定である。
嗅覚受容体の機能的モーダルシフト:匂い分子受容・遺伝子発現制御・軸索ガイダンス

嗅覚系は外界の匂い分子を受容し、その情報を脳へと伝達することによって、匂いイメージの形成による感覚認識とともに、内分泌・情緒・行動などの総合的変化を引き起こす重要な神経システムである。1991年のBuckとAxelによる嗅覚受容体遺伝子群の発見が契機となり、その後、嗅覚研究は飛躍的に発展してきた。特に嗅上皮の嗅細胞における嗅覚受容体の発現様式(1嗅細胞-1嗅覚受容体ルール)、嗅球への軸索配線パターン(同一嗅覚受容体発現嗅細胞の特定糸球体への軸索集束)、さらには嗅球における『匂い地図』の存在が証明され、鼻から脳の入口までに至る一次嗅覚神経系の匂い情報コーディング様式については、かなりの部分が解明されてきた。このような一次嗅覚神経系において、中心的役割を果たす分子が嗅覚受容体である。匂い情報の入力・脳への伝達を司る嗅細胞で発現する嗅覚受容体は、匂い分子受容・遺伝子発現制御・軸索ガイダンスという3つの異なった機能を果たすべくモーダルシフトすると考えられている。本研究課題では、これらの研究を推進継続するとともに新たな問題(「1嗅細胞-1嗅覚受容体ルール」の分子メカニズム解明)にも挑戦し、匂いセンサーである嗅覚受容体の機能的モーダルシフトに焦点を当てて、分子・細胞・シナプス・神経回路・システムさらには行動レベルでの統合的解析を行った。平成22年度においては特に、嗅細胞特異的新規ゴルジ膜蛋白質#123の遺伝子欠損マウスについて、その表現型解析を行った。電気生理学的に嗅上皮における匂い応答を測定したところ、野生型マウスに比べて著しく減弱しており、#123分子の嗅覚反応における重要性が示唆されていた。この原因を探索したところ、嗅細胞特異的アデニル酸シクラーゼIIIの異常な細胞内局在を見出した。また#123遺伝子欠損マウスにおいては、嗅細胞繊毛の長さも短くなっており、これらの異常が匂い応答の減弱を引き起こすことを明らかにした。特に嗅上皮の嗅細胞における嗅覚受容体の発現様式(1嗅細胞ー1嗅覚受容体ルール)、嗅球への軸索配線パターン(同-嗅覚受容体発現嗅細胞の特定糸球体への軸索集束)、さらには嗅球における『匂い地図』の存在が証明され、鼻から脳の入口までに至る一次嗅覚神経系の匂い情報コーディング様式については、かなりの部分が解明されてきた。本研究課題では、これらの研究を推進継続するとともに新たな問題(「1嗅細胞ー1嗅覚受容体ルール」の分子メ力ニズム解明)にも挑戦し、匂いセンサーである嗅覚受容体の機能的モーダルシフトに焦点を当てて、分子・細胞・シナプス・神経回路・システムさらには行動レベルでの統合的解析を行った。平成21年度においては特に、嗅覚受容体の機能発現・モーダルシフトを調節する重要分子であると予想される嗅細胞特異的新規ゴルジ膜蛋白質#123の機能解析を行った。#123遺伝子欠損マウスを作製し、電気生理学的に嗅上皮における匂い応答を測定したところ、野生型マウスに比べて著しく減弱していることが分かり、#123分子の嗅覚反応における重要性が示唆された。またT-box転写因子Tbr2の嗅球投射ニューロン(僧帽・房飾細胞)特異的ノツクアウトマウスを作製し、嗅球における層構造・分子発現の異常を見出した。

電気生理学的に嗅上皮における匂い応答を測定したところ、野生型マウスに比べて著しく減弱しており、#123分子の嗅覚反応における重要性が示唆されていた。この原因を探索したところ、嗅細胞特異的アデニル酸シクラーゼIIIの異常な細胞内局在を見出した。また#123遺伝子欠損マウスにおいては、嗅細胞繊毛の長さも短くなっており、これらの異常が匂い応答の減弱を引き起こすことを明らかにした。
血小板情報変換酵素ホスホリパーゼCとGTP結合タンパク質の分子多様性と相互作用

ヒト血小板を用いて、PLCの各種アイソザイムとGタンパく質を分離・精製し、機能的再構成系でそれらの相互作用を検索することを目的として研究を行った。ヒト血小板には数種類のPI-PLCアイソザイムやG蛋白質が存在しており、種々のカラムクロマトグラフィーにより分離・精製し、既知の各種アイソザイムの抗体を用いて同定を行なった。サイトゾル画分にはPLC-β(150kDa),PLC-γ1(145kDa),PLC-γ2(145kDa)とPLC-δ(85kDa)が同定された。さらに未同定の活性画分の存在を確認した。また、膜画分には主にPLC-βが同定されたが、さらにmPLC-IIを精製した。一方、ヒト血小板のサイトゾルと膜画分より高分子量型(ヘテロトリマー)と低分子量型(モノマー)のG蛋白質を分離・精製し、それぞれの同定を行った。膜にはIAP感受性G蛋白質の主にGi2が同定され、他にGi3も少量含まれていた。またIAP非感受性Gタンパク質のGqの存在の抗体を用いて確認した。膜画分にはralA,racl,raplBが同定されているが,他にm22KGI,IIを精製した。また、サイトゾルからc21KG(smg21A,Krev-1)が多量に存在していることが確認され、他にc25KGを単離・精製し,部分アミノ酸配列から合成オリゴヌクレオチドを用いて、巨核球ライブラリーからcDNAをクローニングしramと命名。PLCの活性調節機構として、チロシンリン酸化について検討したが、トロンビン刺激によるPLC-γのチロシンリン酸化は確認されなかった。一方、トロンボキサンA2受容体にはGqがカップルしていることが明らかにされ、このGqはPLC-β1を特異的に活性化することが明らかになり、ヒト血小板におけるトロンボキサンA2-Gqα-PLC-β1の活性化経路が示唆された。また、ヒト血小板のPLC画分は細胞骨格系の主要構成成分であるアクチン-ゲルゾリン複合体と結合していることが示され、プロフィリン同様にPLC-γのゲルゾリンによる活性調節の可能性を示唆した。ヒト血小板におけるカルシウム動員受容体を介する情報変換系に重要な役割を果たすホスホイノシチド特異的ホスホリパ-ゼC(PLC)と,その活性調節に関与するG蛋白質の多様性を明らかにするために、サイトゾルと膜から両者を分離・精製することを試みた。ヒト血小板のサイトゾルおよび膜から各種カラムクロマトグラフィ-(Qーセファロ-ス,ヘパリンーセファロ-ス、ウルトロゲルAcAー44、モノ-QHPLC,ヘパリンアガロ-スHPLC、ハイドロキシアパタイトHPLC)により,サイトゾルからは4種類、膜から2種類(mPLCーIIを含む)のPLCアイソザイムを分離・精製した。各種PLCアイソザイムの抗体を用いて検索したところ、PLCーγ2、PLCーγ1,PLCーβが同定されたが、他にいずれの抗体とも反応しないPLCの存在も確認された。