hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
運動神経軸索ガイダンス異常を示す変異マウスの原因遺伝子の同定

遺伝的に特定の運動神経枝が欠損することが原因で、支配筋に神経原性の筋萎縮がおこる変異マウスを用い、その原因遺伝子を同定し、機能解析をすることによって、運動神経軸索ガイダンスの仕組みを分子レベルで明らかにすることを目的として行った。平成14年度までに行った連鎖解析により原因遺伝子座の候補領域を約2Mbにまで狭めていた事を基に、本基盤研究では、さらに以下の4つの方法により研究を行った。1.マイクロサテライトマーカーの種類を大幅に増やし、さらに多検体を用いた連鎖解析を行った。その結果、候補領域は約1.2Mbとなった。2.原因遺伝子座の候補領域内に存在が予想された約20個の転写産物(transcripts)に対し、変異マウスと2系統の正常マウス(C57BL/6、129/sv)を用い、エクソンとその周辺の塩基配列の比較を行った。これまでに比較したエクソン合計222個について、エクソン内で1塩基置換が70か所、1数塩基の欠失が3か所、イントロン内で1塩基置換が179か所、1数塩基の欠失あるいは挿入が16か所確認された。3.pmaマウスを用いて、運動神経特異的にEGFPを発現するトランスジェニックマウスを作成した。このマウスを用いて運動神経軸索の発達を経時的に調べた結果、pmaマウスでは、運動神経軸索伸長の比較的早期に異常が現れることが明らかになった。4.候補領域内に存在する遺伝子16個の発現を、RT-PCRとin situ hybridization法を用いて調べた結果、幾つかの遺伝子に関してはpmaマウスで発現が低下しているものが見つかった。これらの遺伝子に関しては、原因遺伝子の候補となる可能性があるため、今後詳細な解析を行う予定である。遺伝的に特定の運動神経枝が欠損することが原因で、支配筋に神経原性の筋萎縮がおこる変異マウスを用い、その原因遺伝子を同定し、機能解析をすることによって、運動神経軸索ガイダンスの仕組みを分子レベルで明らかにすることを目的としている。これまでに行った連鎖解析によって特定した約2Mbpに渡る原因遺伝子座の候補領域内には、データベース検索により約20個の転写産物(transcripts)の存在が予想された。その中でも転写産物である可能性の高いものに関して、正常マウス胎児から抽出したmRNAを用いてRT-PCRを行ったところ、13個の遺伝子については予想される大きさのDNA断片が増幅された。また、転写産物である可能性が高い残りの遺伝子に関しては、他のマウス組織等からRT-PCRによりDNA断片を増幅した。それら増幅されたDNA断片をクローン化し、in situ hybridizationに用いるプローブを作成した。正常マウス胎児の組織切片上でのin situ hybridizationを行い、その結果少しでも発現が観察されたものについては、優先的に以下の遺伝子構造解析を行った。上記の予想されるエクソンについて、変異マウスと2系統の正常マウス(C57BL/6、129/sv)の、エクソンおよびその周辺の塩基配列を決定し、比較した。その結果、エクソン内での1塩基置換、1数塩基の欠失、イントロン内での1塩基置換、1数塩基の欠失あるいは挿入が複数カ所確認された。今後、候補領域内に予想される全てのエクソンとその周辺の塩基配列を決定し、比較すると共に、それらが多型であるか遺伝子変異であるかについて検討を行う。

これまでに行った連鎖解析によって特定した約2Mbpに渡る原因遺伝子座の候補領域内には、データベース検索により約20個の転写産物(transcripts)の存在が予想された。本年度は以下の3つの方法により研究を進めた。まず前年度に引き続き、変異マウスと2系統の正常マウス(C57BL/6、129/sv)を用い、候補領域内に予想されるエクソンとその周辺の塩基配列の比較を行った。これまでに比較したエクソン合計197について、エクソン内で1塩基置換が57か所、1数塩基の欠失が3か所、イントロン内で1塩基置換が155カ所、1数塩基の欠失あるいは挿入が16か所確認された。次に、平行して、マイクロサテライトマーカーの種類を大幅に増やし、さらに多検体を用いた連鎖解析を行った。その結果、候補領域がさらに狭まり、およそ1.2Mbpとなった。さらに、表現型の詳細な解析を行うため、変異マウスにおいても運動神経特異的にEGFPを発現するトランスジェニックマウスを作成し、7ラインを得た。EGFPの発現パターンはどのラインでも一致しており、トランスジーンの挿入場所による影響はほとんどないと考えられた。今後、エクソン及びその周辺に関して塩基配列の比較を行うと共に、表現型並びに遺伝子発現の詳細について比較検討し、原因候補遺伝子を明らかにする予定である。運動神経は、発生期に特定の筋へ投射するが、その仕組みについては不明である。pma(peroneal muscular atrophy)マウスは実験動物中央研究所で発見された自然発症の変異マウスで、先天的に腓骨筋の萎縮が見られ、その原因は発生期に神経が腓骨筋に投射しないことであると考えられている。従って、特定の神経投射のみに異常が見られるpmaマウスは、運動神経の軸索ガイダンスの分子機構を解明する上で有用なモデル動物である。本研究では、pmaの原因遺伝子を同定し、運動神経軸索ガイダンスの機構を明らかにすることを目指している。平成16年度に、pmaマウスを用いて、運動神経特異的にEGFPを発現するトランスジェニックマウスを作成した。前年度まで行ってきた、ニューロフィラメントの免疫染色では、運動神経軸策のみならず知覚神経軸索も染色されるために、運動神経走行の詳細を見ることは困難であった。このトランスジェニックマウスでは運動神経細胞とその軸索がEGFPによって標識されるため、運動神経軸索の発達を経時的に調べることができ、上記の問題点を克服することができた。本年度は、このマウスを用いて、胎生10日胎生14日にかけて蛍光蛋白で標識された運動神経軸索の走行を蛍光実体顕微鏡を用いて観察した。その結果、pmaマウスでは、胎生12日頃に下肢に向かう座骨神経束の一部に正常と異なる走行を示す繊維が見られ、運動神経軸索伸長の比較的早期に異常が現れることが明らかになった。また、連鎖解析により決定された原因遺伝子の候補領域内に存在する遺伝子16個の発現を、RT-PCRとin situ hybridization法を用いて調べた結果、幾つかの遺伝子に関しては、pmaマウスで発現が低下しているものが見つかった。これらの遺伝子に関しては、原因遺伝子の候補となる可能性があるため、今後詳細な解析を行う予定である。
ナノ粒子の集積体表面を利用した新規な大気圧レーザー脱離ソフトイオン化法の開発

金属ナノ粒子を利用した表面支援レーザー脱離イオン化(SALDI)は、低分子量域(<500 Da)に妨害イオンがなく良好なスペクトルが得られる。本研究の目的は、低分子量の化合物を簡便に質量分析(MS)するための新しい"大気圧(AP)"-SALDIの開発である。新規に創製したナノ粒子構造体を用いてAP-SALDIのイオン化の特性を調べたが、AP-SALDIはソフトなイオン化であるが検出感度は低かった。SALDIの新規技術として、1)局在表面プラズモン共鳴とSALDI-MSを結合した分子同定法、2)磁性ナノ粒子によるアフィニテーSALDI-MS、3) Pt蒸着によるMSイメージングを開発した。本研究の目的は、環境中の低分子量の汚染物質、医薬品、食品・工業材料の添加剤を簡便にハイスループット質量分析(MS)するための新しい「大気圧」表面支援レーザー脱離イオン化法(AP-SALDI)を開発することである。自己組織化・自己集積を利用して新規な大気圧用のイオン化支援表面構造体であるシングルナノ粒子集積体の創製とそれら固体表面の物理および化学的構造の制御を行った。置換メッキ法によりシリコン基板上に白金ナノ粒子を自己成長させた基板をSALDI基板へと応用した。スクラッチ処理したシリコン基板を用いることで、ナノサイズの突起形状を有する白金ナノフラワー構造体がシリコン基板上に成長するのを初めて見出した。この白金ナノフラワーの突起形状とシリコン基板との複合効果で、従来のSALDI基板と比べて、感度やソフトイオン化など点において極めて高い性能を発揮することが明らかになった。シリコンなどの半導体基板を用いたSALDI質量分析法は、半導体基板が紫外レーザー光を吸収し、そのエネルギーを使って試料を壊さないでレーザー脱離イオン化し、それを質量分析で同定する手法である。しかし、SALDI-MSでは酸を過剰に添加しても、高感度検出できるプロトン付加分子を生成しにくいという課題があった。ところが、シリコン基板に白金粒子を担持することで、SALDI-MSにおいてプロトン付加分子の生成が促進されることを見出した。このプロトン付加分子の生成の促進は、白金粒子担持シリコン基板で起こるレーザー誘起による電荷分離現象が関与するという新しいメカニズムを提案することができた。(1)金ナノ粒子積層薄膜を熱処理することにより、金ナノ粒子が集合した新しい金ナノ構造体基板を開発した。この金ナノ構造体基板を表面プラズモン共鳴センシング(LSPR)に用いたところ、10^<-12>Mの極微量の溶液中のリゾチームを高感度検出できることがわかった。LSPRで検出した試料は、そのままCHCAマトリックスを用いたMALDI-MSによって同定することが可能であった。一方、従来の金ナノ粒子を担持した基板では、この極微量のリゾチームは検出できなかった。金ナノ構造体基板は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析(MALDI-MS)のための試料基板としても利用できることから、LSPRとMALDI-MSを連携させた新しい分析用基板としての展開が期待される。(2)AP-SALDI用のイオン源装置を製作し、イオントラップ型質量分析計に接続した。残留性有機汚染物質であるperfluorooctanoicacid(PFOA)とタンパク質シトクロムcを用いて、AP-MALDIとしてのイオン化特性を評価した。一般にMALDIではPFOAのイオンは検出できない。しかし、AP-MALDIでは分子負イオン[M-H]^-が強い強度で検出できた。さらにシトクロムCの多価イオンマススペクトルが得られた。これらの結果から、「大気圧」MALDIまたはSALDIは「真空中」のそれらに較べてよりソフトなイオン化であることがわかった。白金ナノ構造体チップを用いたアミノ酸20種の表面支援レーザー脱離イオン化法(SALDI)の特性評価を行った。デンドリックな形態を持つ白金ナノフラワー(Pt Nf)を無機マトリックスとして用いることにより、SALDI特性が向上することを見い出し、様々な側鎖を持つアミノ酸の化学構造とイオン化特性との関係を検討した。Pt Nfチップの合成は、Siチップをサンドペーパー(#1000)でスクラッチした後、アセトン、メタノール、続いてHF洗浄を行った。その後、5 M HFと1 mM H2PtClの混合水溶液に1時間浸漬させPt Nfをシリコン上に自己成長させた。

更に、Pt Nfチップを1 mMパーフルオロデシルトリクロロシラン(PFDTS)溶液に1時間浸漬し、チップ表面のシリコン部分の疎水化を行った(PFDTS-Pt Nf)。PFDTS-Pt Nfチップ基板を用いてアミノ酸20種(100 pmol)の測定を行った。アンジオテンシンIIを内部標準とするアミノ酸20種のPFDTS-Pt NfによるSALDI-MSの相対イオン強度を測定した。いずれもプロトン付加分子としてアミノ酸を検出できた。正イオンでは、塩基性アミノ酸であるアルギニンが最も相対イオン強度が大きかった。一方、側鎖にチオール基を持つシステインのみ検出されなかった。これは、チオール基と白金との強い相互作用により、脱離が抑制されたと考えている。また、20種のアミノ酸の相対イオン強度と、アミノ酸の気相中でのプロトン親和力(PA)には正の相関があることがわかった。一方、脱プロトン化分子として検出されるアミノ酸の負イオンの相対イオン強度は、アミノ酸の気相酸性度(GA)と正の相関があることが見い出された。本研究の目的は、環境中の低分子量の汚染物質、医薬品、食品・工業材料の添加剤を簡便にハイスループット質量分析(MS)するための新しい「大気圧」表面支援レーザー脱離イオン化法(AP-SALDI)を開発することである。平成24年度は、(1)金、白金、酸化鉄などを利用した構造体を創製した。それらの磁性ナノ粒子と試料との相互作用を利用して,標的試料のみを河川中、血液中から捕捉・分離し、抽出操作をしないで直接レーザー脱離イオン化質量分析で検出・同定できるアフィニティSALDI-MSに成功した。しかし、これらのFe3O4、CoCの磁性ナノ粒子を用いた大気圧下でのAP-SALDIのイオン化効率は、従来の真空SALDIに較べて低いことがわかった。(2)低いイオン化効率の原因の調査中に、金属クラスター用の新規な有機マトリックス、α,β-ジフェニルフマロニトリル(DPF)を見いだした。このマトリックス用いることにより,従来、困難であったフラグメントイオンなしの状態で[Au25(SCH2CH2Ph)18]-イオンを検出できた。(3)最近、MALDI-MSイメージングは、位置情報と分子量の情報が同時に得られるので、医療分野を中心に精力的に研究されている。しかし、1均一に有機マトリックスを試料に塗布するのが難しく空間分解能の悪化の原因となる、2有機マトリックス由来のピークが低分子化合物の検出の妨害となる、3試料に導電性が必要ため薄切片の作成などの煩雑な前処理が必要などの問題点がある。そこで我々は、迅速・簡便に均一な金属ナノ構造体を作成できる白金スパッタ蒸着に着目し、SALDI-MSイメージングへの応用を試みた。ガラスプレートのTLCで分離した試料について、白金蒸着SALDI-MSイメージングを検討し、良好な結果が得られ報告した。「大気圧」表面支援レーザー脱離イオン化法で利用するためのナノ粒子機材の開発は順調に進展している。また、「大気圧」でのレーザー脱離イオン化装置の製作が完了し、各種構造体基板を用いて、環境汚染物質の質量分析に適用する予定である。25年度が最終年度であるため、記入しない。表面支援レーザー脱離イオン化法(SALDI)で利用するためのナノ粒子、ナノ構造体機材の開発は順調に進展している。
データ同化手法を用いた斜面災害に対する近未来予測手法の開発

平成30年度は次の成果を得た.すなわち,1H30年7月豪雨時のおける土中水分挙動を観測することが出来き,特に,地下水位の形成という非常に貴重な現象を観測することができた.2同定された土壌水分特性パラメータを用いたシミュレーション解析によって,降雨強度と擬似飽和体積含水率の関係を導いた.また,その結果に基づき,降雨量に基づく高速道路の通行規制基準の提案を行った.3ハイブリッド型斜面解析手法の実用化を目指し,同定された土壌水分特性パラメータを用い,体積含水率に関する通年の数値シミュレーションを実施した.それを通じ,提案手法の適用性の限界や改善点を明らかにした.4頻度の高い降雨では地下水位が生ぜず,以上降雨について地下水位が形成されるような境界条件の設定方法とそれに関わるパラメータのデータ同化に基づく決定法について提案した.また,同手法を7月豪雨時の観測結果に適用し,その再現性と妥当性を検証した.また,いくつかのケーススタディーから降雨強度が強いときに,地下水位が発現しやすいことを明らかにした.5逐次パラメータの調整が行われるMPFアルゴリズムによるデータ同化結果を使ったシミュレーションの予測精度について検討を行った.その結果,アンサンブル平均を使うとパラメータの変動の影響がでにくいことが分かった.また,研究期間を通じ,本研究では,当初設定目標を達成した.すなわち,1データ同化手法を適用することにより,現場モニタリング結果をできるだけ忠実に再現できるように自動的に自己修正できるハイブリッド型斜面解析手法を開発した.2開発したハイブリッド型斜面解析手法に基づき,運用状況に応じた短時間先の斜面災害の危険度予測手法のプロトタイプを提案し,実用化に向けた課題を明らかにした.1)データ同化手法を適用したハイブリッド型斜面解析手法の開発:筆者らが開発した飽和・不飽和浸透流解析と地盤変形の連成解析をデータ同化手法のうちの粒子フィルターを使ってハイブリッド化し,ハイブリッド型斜面解析手法を開発した.また,ハイブリッド型斜面解析手法における最適なアルゴリズムの選択,データ同化を行う際に必要となるシステムのノイズの分散がデータ同化結果に与える影響について研究を行う,粒子フィルタによるデータ同化の実用的な方法の提案を行った.2)不飽和状態から飽和状態に至る土壌の水分挙動の変化に対するハイブリッド型斜面解析手法,特に雨水浸透挙動への適用性の検証:筆者らが実施してきた現地計測結果に対し,開発したハイブリッド型斜面解析手法を適用し,土壌水分特性パラメータの同定を試みた.その結果,非常に高い精度でパラメータの同化が可能であることを明らかにした.また,同化されたパラメータを用いた検証解析は,同化に使用しなかった観測結果を再現できることを確認した.すなわち,本手法は客観的なパラメータを決定できることを確認した.3)監視モニタリング対象斜面の抽出:人工知能技術を利用した地形情報解析に基づき,災害の危険性が比較的高い斜面を抽出した.その際,斜面の数値的な特徴付けとそれらに基づく分類・危険度評価方法として,筆者らが既に提案しているCIPを用いた.また,いくつかの候補斜面を机上分析し,モニタリングの運用の観点も含めモニタリンツ対象斜面を抽出した.4)現場調査・モニタリング機器の設置・斜面監視モニタリング:西日本高速道路(株)から提供していただいた,モニタリングサイトにモニタリング機器(土壌水分計,雨量計)を設置するとともに監視を開始した.当初,カラム試験を実施し,その結果を利用して開発したハイブリッド型斜面解析手法のチューニングを行う予定であった.しかし,現場計測結果を適用したところ予想以上に適合性が分かった.このため,適用事例を増やすこととした.この方針に基づき,当初予定には入れていなかった実斜面において現場計測と行う,また,過去の計測事例を袖手することとし,それらに対するデータ同化手法を適用することとした.1H28に開発したハイブリッド型斜面解析手法の改良:効果的なデータ同化を行うため,適用する粒子フィルタのアルゴリズムについて検討した.最終的に,観測結果に基づき自己修正できるMPF(融合粒子フィルタ)が最も効果的なアルゴリズムであることをあきらかにした.2斜面監視モニタリング:既に設置している斜面監視モニタリングシステムによって斜面監視を継続的に行った.また,新たな地点で動態モニタリングを実施した.3動態モニタリング結果に対するデータ同化:異なる地点,異なる地質,様々な種類の観測手法によって観測されたモニタリング結果に対し,ハイブリッド型斜面解析手法を適用した.その結果,どの様な斜面,どの様な観測情報に対しても本手法を利用してデータ同化ができ,かつ,そのモデルを利用して近未来の土壌水分特性の推定が可能であることを明かにした.4実大模型実験結果に対するデータ同化:実大傾斜面を用いた降水実験におけるモニタリング結果に対し,ハイブリッド型斜面解析手法を適用した.その結果,不飽和状態における雨水浸透挙動だけでなく,地下水位の形成過程までデータ同化が可能であることをあきらかにした.5実用的なデータ同化法の提案:開発したハイブリッド型斜面解析手法による土壌水分特性の解明と解明した土壌水分特性を用いた土中の含水量の推定の普及を図るため,実用的な推定方法(マニュアル)を提案した.研究実績の概要で示したように,筆者らが開発したハイブリッド型斜面解析手法は雨水浸透挙動を再現する解析モデル構築において簡易かつ効果的である.これは,当初の研究計画通りである.平成30年度は次の成果を得た.すなわち,1H30年7月豪雨時のおける土中水分挙動を観測することが出来き,特に,地下水位の形成という非常に貴重な現象を観測することができた.2同定された土壌水分特性パラメータを用いたシミュレーション解析によって,降雨強度と擬似飽和体積含水率の関係を導いた.また,その結果に基づき,降雨量に基づく高速道路の通行規制基準の提案を行った.

3ハイブリッド型斜面解析手法の実用化を目指し,同定された土壌水分特性パラメータを用い,体積含水率に関する通年の数値シミュレーションを実施した.それを通じ,提案手法の適用性の限界や改善点を明らかにした.4頻度の高い降雨では地下水位が生ぜず,以上降雨について地下水位が形成されるような境界条件の設定方法とそれに関わるパラメータのデータ同化に基づく決定法について提案した.また,同手法を7月豪雨時の観測結果に適用し,その再現性と妥当性を検証した.また,いくつかのケーススタディーから降雨強度が強いときに,地下水位が発現しやすいことを明らかにした.5逐次パラメータの調整が行われるMPFアルゴリズムによるデータ同化結果を使ったシミュレーションの予測精度について検討を行った.その結果,アンサンブル平均を使うとパラメータの変動の影響がでにくいことが分かった.また,研究期間を通じ,本研究では,当初設定目標を達成した.すなわち,1データ同化手法を適用することにより,現場モニタリング結果をできるだけ忠実に再現できるように自動的に自己修正できるハイブリッド型斜面解析手法を開発した.2開発したハイブリッド型斜面解析手法に基づき,運用状況に応じた短時間先の斜面災害の危険度予測手法のプロトタイプを提案し,実用化に向けた課題を明らかにした.H29-1)地下水位形成過程に対するハイブリッド型斜面解析手法の適用性の検証:斜面の不安定化は地下水の形成によってもたらされる.昨年度までは,不飽和下における雨水浸透挙動に対するデータ同化の適用性を検証した.本年度は地下水位の形成過程に対する適用性を検証する(H29年度).H29-2)近未来予測へのハイブリッド型斜面解析手法の適用性:斜面崩壊に対する危険性を予測するために、ハイブリッド型斜面解析手法を気象予報と連動させる.そのために現在の気象予報技術について調査を行う.また,逐次型更新型ハイブリッド型斜面解析手法の開発を試みる(H29年度).H29-3)斜面監視モニタリング:設置した斜面監視モニタリングシステムによって斜面監視を継続的に行う.豪雨の発生は不確実であるので監視は継続して行う(H29年度).H30-1)実斜面における斜面監視モニタリングと降水予測に対するハイブリッド型斜面解析手法の適用性の検証と実用化に向けた課題の抽出:実斜面に開発したハイブリッド型斜面解析手法を適用する.数値解析モデル設定における斜面の不均一性の評価,必要なモニタリング点の個数,観測時間間隔等々に加え,実際の降雨予報との連動性などについて,提案手法の実用化の観点から検証し,その問題点を抽出する.
ピラードレイヤー型多孔性配位高分子を鋳型とした高度周期性単層二次元ポリマーの創製

本研究ではジカルボン酸型有機配位子、ビピリジル型ピラー配位子、及び銅イオンにより構築され、異方的な結晶構造を有するピラードレイヤー型MOFを鋳型として用い、このMOFの異方的な結晶構造中に平面的に配列したモノマー間を内部架橋することで単層の二次元ポリマーを作製することを目的として研究を行った。具体的には二点アジド基を有するターフェニルジカルボン酸有機配位子(AzTPDC、モノマー)を用いてピラードレイヤー型MOFを作製し、この結晶構造中に平面的に固定化された有機配位子のアジド基間を内部架橋することで二次元的なネットワーク構造を有する二次元ポリマーの作製を目指した。これまでの研究にて、AzTPDC、4,4'-ビピリジル(bpy)、及び硝酸銅三水和物を用いてアジド基を異方的に有するピラードレイヤー型MOF (AzPL(bpy))を作製した。これを四点プロパルギル基を有する架橋剤を用いて架橋することで架橋されたAzPL(bpy) (CLPL(bpy))を作製し、配位結合を分解することで高分子に変換した。このようにbpyをピラー配位子として用いた場合、アジド基の存在する平面同士の距離は十分に隔離されておらず、平面間においても架橋が生じることから二次元ポリマーの作製は不可能であるが、その一方でMOFの異方性を反映した3次元的なネットワーク構造を有する高分子ゲルの作製が期待できた。実際、上述の流れで配位子間を架橋し高分子合成を行ったところ、AzPL(bpy)は高分子ゲルに変換され、得られた高分子ゲルは異方的な膨潤挙動を示した。これは得られた高分子ゲルがMOFの異方構造を反映した異方的なネットワーク構造を有していることを示す結果である。一般に、高分子ゲルは等方的な膨潤挙動を示すものが大多数であることから、作製された異方膨潤高分子ゲルは極めて特異的な物性を示したと考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究ではジカルボン酸型有機配位子、ビピリジル型のピラー配位子、及び銅イオンが錯体を形成することで構築され、異方的な結晶構造を有するピラードレイヤー型多孔性配位高分子を鋳型として用い、この有機配位子に固定化した架橋点を内部架橋することで単層の二次元ポリマーを作製することを目的としている。今年度はまず、本研究の基本的な知見を得るため、二点アジド基を有するターフェニルジカルボン酸型有機配位子、4,4'-ビピリジル、及び硝酸銅三水和物を用いてアジド基を異方的に有するピラードレイヤー型多孔性配位高分子を作製した。これに対して四点プロパルギル基を有する架橋剤を用いてクリック反応により架橋した後、これの配位結合を、塩酸水溶液を用いて分解したところ、ピラードレイヤー型多孔性配位高分子は高分子ゲルに変換された。さらに、高分子ゲルの良溶媒であるジメチルホルムアミドに浸漬したところ、異方的な膨潤挙動を示した。これは、異方的な結晶であるピラードレイヤー型多孔性配位高分子の骨格中に異方的に配列されたアジド基間を架橋することで、短軸、及び長軸方向に架橋密度の疎密が生じたためと考えられる。従来の高分子ゲルはランダムにモノマー間を架橋して作製されるため等方的な膨潤挙動を示すのが一般的であり、これと比較すると本研究で作製された異方膨潤を示す高分子ゲルは特異的である。この異方的な膨潤挙動を示す高分子ゲルの評価を進めると同時に、本研究より得られた知見を活かし、二次元ポリマーの作製を行う予定である。本研究ではジカルボン酸型有機配位子、ビピリジル型のピラー配位子、及び銅イオンにより構築される、異方的な結晶構造を有するピラードレイヤー型MOFを鋳型として用い、この有機配位子に固定化した架橋点を内部架橋することで単層の二次元ポリマーを作製することを目的としている。昨年の研究では本研究に関する基本的な知見を得るため、あえてアジド基の存在する平面間でも架橋が起こる条件のもとで架橋反応を行い、異方的な膨潤挙動を示す高分子ゲルの作製を行った。具体的には、二点アジド基を有するターフェニルジカルボン酸有機配位子(AzTPDC)、4,4'-ビピリジル(bpy)、及び硝酸銅三水和物を用いてアジド基を異方的に有するピラードレイヤー型MOF (PLMOF)を作製した。さらにPLMOFの有機配位子間を、四点プロパルギル基を有する架橋剤(CL4)を用いて架橋することで架橋されたPLMOF (架橋PLMOF)を作製し、配位結合を分解することで高分子ゲルに変換した。このようにbpyをピラー配位子として用いた場合、アジド基の存在する平面同士の距離は十分に隔離されておらず、平面間においても架橋が生じることが予想される。実際、このようにして高分子の作製を行ったところ、PLMOFは高分子ゲルに変換され、得られた高分子ゲルは異方的な膨潤挙動を示した。これは、得られた高分子ゲルがMOFの異方構造を反映した構造を有しており、その異方性に起因した異方膨潤を示したと考えられる。本年度はこの異方膨潤について詳細に知見を得ることを目的に実験を行った。具体的には、架橋構造のモデリング、及びフローリー・レナーの式を用いた架橋密度の算出を行った。

結果、モデリングから得られた架橋密度とフローリー・レナーの式から導かれた架橋密度は良い一致を示した。この一致は本研究で作製された高分子ゲル異方的な膨潤挙動がMOFの結晶構造に起因した異方的な網目構造に起因することを強く示唆する結果である。本研究ではジカルボン酸型有機配位子、ビピリジル型ピラー配位子、及び銅イオンにより構築され、異方的な結晶構造を有するピラードレイヤー型MOFを鋳型として用い、このMOFの異方的な結晶構造中に平面的に配列したモノマー間を内部架橋することで単層の二次元ポリマーを作製することを目的として研究を行った。具体的には二点アジド基を有するターフェニルジカルボン酸有機配位子(AzTPDC、モノマー)を用いてピラードレイヤー型MOFを作製し、この結晶構造中に平面的に固定化された有機配位子のアジド基間を内部架橋することで二次元的なネットワーク構造を有する二次元ポリマーの作製を目指した。これまでの研究にて、AzTPDC、4,4'-ビピリジル(bpy)、及び硝酸銅三水和物を用いてアジド基を異方的に有するピラードレイヤー型MOF (AzPL(bpy))を作製した。これを四点プロパルギル基を有する架橋剤を用いて架橋することで架橋されたAzPL(bpy) (CLPL(bpy))を作製し、配位結合を分解することで高分子に変換した。このようにbpyをピラー配位子として用いた場合、アジド基の存在する平面同士の距離は十分に隔離されておらず、平面間においても架橋が生じることから二次元ポリマーの作製は不可能であるが、その一方でMOFの異方性を反映した3次元的なネットワーク構造を有する高分子ゲルの作製が期待できた。実際、上述の流れで配位子間を架橋し高分子合成を行ったところ、AzPL(bpy)は高分子ゲルに変換され、得られた高分子ゲルは異方的な膨潤挙動を示した。これは得られた高分子ゲルがMOFの異方構造を反映した異方的なネットワーク構造を有していることを示す結果である。一般に、高分子ゲルは等方的な膨潤挙動を示すものが大多数であることから、作製された異方膨潤高分子ゲルは極めて特異的な物性を示したと考えられる。今年度の研究では昨年の研究で得られた高分子ゲルの異方的な膨潤挙動について詳細に評価を行い、高分子ゲルの異方的な膨潤挙動がMOFの異方構造に起因することが強く示唆された。本結果はMOFの構造と得られる高分子ゲルの構造の関連性を立体的に考えた点で、目的の二次元ポリマーの合成においても非常に有用な結果である。27年度が最終年度であるため、記入しない。今年度得られた知見をもとに配位子、架橋剤、およびピラー配位子の分子設計を行い、目的の二次元ポリマーの作製を行う予定である。二次元ポリマーの作成の参照実験を行った結果、異方的な膨潤挙動を示す特殊な構造を有する高分子ゲルの作成ができた。これは目的の二次元ポリマーとは異なるものであるものの、興味深い物性を有していることが期待されることから、今後評価を進める予定である。また、これらの知見は二次元ポリマーの作成につながるものになると考えており、二次元ポリマーの作成に活用するつもりである。目的の二次元ポリマーを作成するにはアジド基を有する平面同士の距離を十分に大きくすること、及び平面の内部のアジド基を選択的に架橋しうる小さい架橋剤を用いることが必要であると考えられ、4,4'-ビピリジルより長いピラー配位子を用いること、及び小さく剛直な分子構造を有する架橋剤を使用することを検討する予定である。
ミトコンドリアにおけるROS増幅の誘導に基づく放射線増感法の確立

乳癌等において発現亢進するArf6およびAMAP1は、インテグリンの細胞膜への再輸送を促進して浸潤・転移に寄与する。一方、インテグリン下流のシグナルは、がん細胞の放射線や薬剤への耐性にも寄与している。本研究では、Arf6-AMAP1経路の阻害によりインテグリンシグナルが減弱すると、ミトコンドリアの細胞内分布が阻害され核周辺に顕著な集積を起こし、放射線によって生じる活性酸素が増幅することを新たに見出した。また、インテグリンの下流でミトコンドリア輸送に寄与する分子群と、それらの相互作用の様式を明らかにした。さらなる研究により、ミトコンドリア集積と活性酸素増幅に基づく放射線増感法の確立が期待される。siRNAによる蛋白質発現阻害等の方法を用いて、乳癌細胞においてミトコンドリア分布に関与するタンパク質群(ミトコンドリア上のアダプターやモータータンパク質等)を幾つか同定した。また、それらのうち、タンパク質相互作用等がインテグリンシグナルの下流で制御され得るものを明らかにすることができた。さらに、当該タンパク質群をsiRNAで発現抑制した際には、ミトコンドリア分布が阻害されるとともに活性酸素産生の上昇や放射線への増感作用がみられ、着目しているArf6-AMAP1経路の阻害を行った際とほぼ同等の効果が得られることから、実際にそれらがArf6-AMAP1-インテグリン経路の下流で働きミトコンドリア分布の調節に関与していることが裏付けられた。興味深いことに、異なる形態および悪性形質を示す複数の乳癌細胞株を用いた解析から、当該のタンパク質群は特に浸潤性の高い細胞株でのみ明確な発現が見られることを確認している。乳癌以外のがん細胞におけるそれらの発現や、発現亢進のメカニズムについては現在解析中である。上記に加えて、薬剤を用いた細胞内ミトコンドリア分布制御系の確立を完了し、薬剤添加によってミトコンドリアの集積が実際に引き起こされることを確認した。この実験系を用いて、ミトコンドリアの集積そのものと活性酸素種の細胞内濃度の上昇が直接関連すること、また、ミトコンドリア集積によってがん細胞の放射線への感受性が著しく高くなることを確認することができた。また、上述の浸潤性とインテグリンによるミトコンドリア制御機構が関連する結果を受けて、ミトコンドリア分布と浸潤活性との関連を調べた。その結果、薬剤によるミトコンドリア分布阻害そのものによって、乳癌細胞の浸潤能が著しく低下することを明らかにできた。当初計画していた通り、ミトコンドリア分布がインテグリンシグナル下流で制御される仕組みと、ミトコンドリア分布自体が活性酸素産生や放射線感受性と密接に関連することを明らかにすることができたため。また、異なる悪性度の乳癌細胞株を用いたミトコンドリア分布制御タンパク質群の発現比較解析によって、前項で述べたような当初想定していなかった興味深い結果を得ることができ、インテグリンがミトコンドリアを制御する「意義」についても明確にすることができたことから、「当初の計画以上に進展している」と判断した。平成28年度は、前年度までに明らかにした、浸潤性の高い乳癌細胞株においてミトコンドリア輸送に関与することが予想されるアダプタータンパク質群について、それらの発現量や、蛋白質相互作用を調節する分子メカニズムの解析を行った。前者については、mRNA量とタンパク質量の相関が明確にはみられないことから、何らかの転写後調節が関与していることが示唆された。詳細については現在も解析を継続しているところである。後者については、インテグリンの裏打ち構造として細胞質内で形成される接着斑(focal adhesion)の形成が重要であること、そこに局在するキナーゼの活性が関与することが示唆された。これらのことから、おそらく接着斑近傍において、アダプター上のいずれかのアミノ酸がリン酸化を受けること、それによってタンパク質相互作用が調節され、ミトコンドリアの輸送方向が制御されることが示唆された。この詳細についても、解析を継続中である。また、昨年度までに、薬剤誘導によるミトコンドリア集積によって浸潤性を抑制できることを見出していたが、上記のアダプタータンパク質群を発現抑制することによっても、乳癌細胞の浸潤性が著しく阻害されることを新たに確認した。さらに、このようなインテグリンとミトコンドリア分布のリンクを介した細胞の運動や生存の制御について、これまで主に用いてきたMDA-MB-231細胞のみならず、その他の高浸潤性乳癌細胞でも確認できた。一方で、浸潤性が低くインテグリンがArf6-AMAP1経路によって制御されていないMCF7などの乳癌細胞では、このような分子メカニズムの働きは非常に弱いことが示唆された。前年度予定していた、分子メカニズムの詳細な解析については、概要を捉えることはできたものの、リン酸化部位の同定など、更なる解析の余地が残っている。複数の乳癌細胞を用いた解析にも着手し、想定していたように、浸潤性の高い乳癌細胞において共通した分子メカニズムが利用されていることを確認できた。今後、この分子メカニズムを標的とした薬剤開発等に繋げていくためには非常に有用な情報であると考えている。以上の理由から、「おおむね順調に進展している」と判断した。平成29年度は、これまで明らかにした癌浸潤や接着斑形成と連動するミトコンドリア分布制御の分子メカニズムについて、さらに詳細な解析を行った。これにより、接着斑の構成要素であるILK(integrin-linked kinase)が、ミトコンドリア上のモーターアダプター蛋白質と相互作用し、微小管のマイナス端方向への輸送を担うダイニン・ダイナクチンとの結合を調節していることが明らかとなった。

Arf6-AMAP1経路を阻害するとILKを含む接着斑の形成が阻害されるが、このときILKとミトコンドリア上のアダプターとの相互作用は変化しないことから、ILK自体がキナーゼとして働くことよりも、接着斑においてアダプターとして機能することが重要であると示唆された。また、proximity ligation assayにより、当該のミトコンドリア上のアダプターは主として細胞質中に局在する間にILKと相互作用することが示唆された。一方、ミトコンドリアの辺縁部への分布および活性酸素産生を阻害することによって浸潤能が低下することも確認された。これらの結果から、がん細胞が盛んに運動・浸潤する際には、接着斑形成が促進されるとともに、ミトコンドリアの逆行性輸送が減少して運動先導端などの細胞辺縁部へのミトコンドリアの分布が促されること、辺縁部におけるミトコンドリアによる活性酸素産生は、がん浸潤を促進することが示唆された。また、この仕組みを破綻させてミトコンドリアの核周辺への集積を促すと、活性酸素増幅反応を引き起こして放射線への耐性が著しく減弱することが明らかとなった。以上の成果および関連する実験結果は論文に取りまとめ、学術雑誌への投稿または発表を完了している。乳癌等において発現亢進するArf6およびAMAP1は、インテグリンの細胞膜への再輸送を促進して浸潤・転移に寄与する。一方、インテグリン下流のシグナルは、がん細胞の放射線や薬剤への耐性にも寄与している。本研究では、Arf6-AMAP1経路の阻害によりインテグリンシグナルが減弱すると、ミトコンドリアの細胞内分布が阻害され核周辺に顕著な集積を起こし、放射線によって生じる活性酸素が増幅することを新たに見出した。また、インテグリンの下流でミトコンドリア輸送に寄与する分子群と、それらの相互作用の様式を明らかにした。さらなる研究により、ミトコンドリア集積と活性酸素増幅に基づく放射線増感法の確立が期待される。本研究で今回明らかにした分子メカニズムが、特に浸潤性の高い乳癌細胞において働き、活性酸素や放射線への耐性に寄与することが示唆されたことから、一連の関連分子を標的とした阻害剤等は、高い浸潤性を示す進行癌、あるいはそのような特徴を示す一部のサブタイプにおいて、特に有効であると予想される。次年度以降は、当初の予定通りに活性酸素の増幅によって細胞死が誘導されるメカニズムの解析を進めると同時に、上記の観点に基づき当該分子メカニズムが活性化する(タンパク質の発現が亢進する)機構についても解析を開始する。これまで明らかにした知見については、平成29年度半ばを目処として、論文として取りまとめ報告する予定である。並行して、より詳細な分子メカニズムの解析や、3次元培養系を用いた解析についても進めていく予定である。これまでの解析は細胞外基質をコーティングしたプラスチック平面において行ったものであり、より生体内の環境に近い、細胞外基質の3次元ゲルを用いた解析によっても、同等の結果が得られることを確認しておくことが望ましい。
Liquid biopsyと腫瘍生検の遺伝子変異パターンによる直腸癌治療の最適化

平成30年度は、大腸癌患者における手術・化学療法・放射線療法を施行した計約200名のリキッドバイオプシーを経時的に採取した。1名につき45ポイントの経時的サンプル採取を施行した。しかし、放射線療法施行者は1年で十分なサンプル数には届かないため、放射線療法施行者のサンプル採取を引き続き継続する。今後は、これらのサンプルを用いて、次世代シーケンサーやデジタルPCRを用いて解析をすすめ、治療前後の遺伝子変異の量的・質的変化を解析することにより治療の効果や転移再発を起こす可能性を評価する。それらの結果から局所進行直腸癌に対する治療の最適化を行う。治療開始前のNGS解析の結果から術前化学放射線療法が奏効する可能性の低い症例を同定する計算式を開発する。治療開始前及び治療開始後の経時的なccfDNAを用いて術前化学放射線療法が奏効する可能性の高い症例を同定する方法を開発する。また、化学療法や手術施行例との相違を検討し、治療に特異的な遺伝子変異の経時的変化があるのかどうかについて検討を行う。放射線療法施行者の数は1年では不十分なため継続的なサンプル採取を要する。次世代シーケンサーによる解析が遅れているため、その後のデジタルPCRによる解析も遅れてしまっている。次世代シーケンサーによる解析が終了次第、順次進めていく予定である。今後も継続的に大腸癌に対する治療を施行した患者のリキッドバイオプシーを行い、順次解析をすすめていく。放射線治療患者の症例数の若干の不足とそれに伴う解析の遅れ。
深層学習の原理究明に向けた関数推定理論の開発

本研究は、近年急速に普及・応用が進んでいる深層学習の安定化や省コスト化を目指し、その原理を明らかにする統計・数理的な理論の構築を行うものである。具体的には、既存理論が対象としてきたものよりも広範なクラスのデータ生成過程を考え、それから得られたデータのもとで深層学習の性能を解析し、他手法と差別化できる状況を明らかにする。本研究では、"区分上でのみ滑らかな関数"からデータが生成されている場合、深層学習およびそれ以外の手法がどの様な性能を発揮するのかを理論的に明らかにした。これまでの統計理論において、データは微分可能な関数より生成されていることを考えることが多かったが、その状況下では深層学習以外の手法が最適性を持つことが示されているため、深層学習の優位性を示すことは出来なかった。対して、本研究が考えた区分上でのみ滑らかな関数は微分できない点を持つという性質があるため、既存手法が最適性能を発揮できず、深層学習との差別化ができることが期待された。本研究は、その様な区分上でのみ滑らかな関数に数学的定義を与え、また深層学習がそのもとで発揮する精度を理論的に解析した。深層学習による推定量として、二乗誤差最小化および最適化の問題を持たないベイズ推定量を考えた。結果として、深層学習が理論上の最適(ミニマックス)性を達成することを示した。加えて、既存法のうち線形推定量に分類される推定量が最適性を達成しないことも示し、結果として区分上でのみ滑らかな関数を考える場合、深層学習の理論的優位性を証明することに成功した。この成果により、深層学習が他手法に優越できる理論的な状況を一つ特定できたことになり、深層学習の経験的な高性能を説明できる理論を一つ構築できた。上記で得られた結果は、国際会議AI&Statisticsに採択され、論文が掲載された。また、アメリカ統計学会による連合統計大会や、中国で開催される国際数理統計機構(IMS)の学会など、複数の国際学会の招待講演セッションでの講演が決定している。論文の公開後に連絡を取り合った海外の研究者との共同研究も始まりつつある。これらを踏まえて、一つの研究トピックの開始という意味では順調に推移していると思われる。また進捗を議論するにあたり、一つ懸念事項がある。今回の研究成果の論文は機械学習分野で投稿を行ってきたが、機械学習、特に深層学習の分野では推定精度の統計的評価よりも最適化に基づく学習手法に関心が強く、査読者から統計的評価について理解が得られないことが多かった。これらを踏まえて、本研究が関心としている関数推定理論と一致する研究関心を持つ様なコミュニティを、慎重に模索していくことが必要であると思われる。また並行して、最適化の影響を踏まえた学習全体の理論的評価の確立も急務であり、それらを並行して進めていくことが望まれる。今後の研究方針は、大きく分けて二つある。一つは、深層学習が他手法を優越する理論をより一般化していくこと、二つ目はそれらの理論に基づく学習支援アルゴリズムの開発である。一つ目について、これまで得られた区分上でのみ滑らかな関数の分析結果を、より一般的な関数のクラスに拡張していくことを模索している。現状の区分上でのみ滑らかな関数は理論のために模索的に定義されたクラスであるが、画像のエッジ検出などの分野ではより包括的な関数クラスやその特徴づけが与えられている。本研究はそれらの結果を導入して、より一般化された関数の推定理論および深層学習の性能の特徴付けを進めていく。また、関数の微分可能性以外にも、データの持つ低次元構造などから深層学習を説明する方法も模索している。これまでの微分の情報などを用いた関数推定の研究では、データを生成する関数そのものについて注目してきたが、実際にはデータの分布も重要な情報を持つことが経験的に知られている。それらの情報を数学的に厳密に扱うことで、深層学習の性能をより明らかにしていく。二つ目について、これまで深層学習の性能を説明するのに重要なデータの性質が分かったことで、それらを補助的に推定し深層学習の実装を効率的に進める手法の開発が可能になった。例えば微分不可能な領域をデータから低コストに推定するなどの手法が考えられ、それらを進めることは、現状深層学習の実用の上で大きな問題になっているネットワーク選択のコストを削減できることが期待される。

結果として、深層学習が理論上の最適(ミニマックス)性を達成することを示した。加えて、既存法のうち線形推定量に分類される推定量が最適性を達成しないことも示し、結果として区分上でのみ滑らかな関数を考える場合、深層学習の理論的優位性を証明することに成功した。この成果により、深層学習が他手法に優越できる理論的な状況を一つ特定できたことになり、深層学習の経験的な高性能を説明できる理論を一つ構築できた。上記で得られた結果は、国際会議AI&Statisticsに採択され、論文が掲載された。また、アメリカ統計学会による連合統計大会や、中国で開催される国際数理統計機構(IMS)の学会など、複数の国際学会の招待講演セッションでの講演が決定している。論文の公開後に連絡を取り合った海外の研究者との共同研究も始まりつつある。これらを踏まえて、一つの研究トピックの開始という意味では順調に推移していると思われる。また進捗を議論するにあたり、一つ懸念事項がある。今回の研究成果の論文は機械学習分野で投稿を行ってきたが、機械学習、特に深層学習の分野では推定精度の統計的評価よりも最適化に基づく学習手法に関心が強く、査読者から統計的評価について理解が得られないことが多かった。これらを踏まえて、本研究が関心としている関数推定理論と一致する研究関心を持つ様なコミュニティを、慎重に模索していくことが必要であると思われる。また並行して、最適化の影響を踏まえた学習全体の理論的評価の確立も急務であり、それらを並行して進めていくことが望まれる。今後の研究方針は、大きく分けて二つある。一つは、深層学習が他手法を優越する理論をより一般化していくこと、二つ目はそれらの理論に基づく学習支援アルゴリズムの開発である。一つ目について、これまで得られた区分上でのみ滑らかな関数の分析結果を、より一般的な関数のクラスに拡張していくことを模索している。現状の区分上でのみ滑らかな関数は理論のために模索的に定義されたクラスであるが、画像のエッジ検出などの分野ではより包括的な関数クラスやその特徴づけが与えられている。本研究はそれらの結果を導入して、より一般化された関数の推定理論および深層学習の性能の特徴付けを進めていく。また、関数の微分可能性以外にも、データの持つ低次元構造などから深層学習を説明する方法も模索している。これまでの微分の情報などを用いた関数推定の研究では、データを生成する関数そのものについて注目してきたが、実際にはデータの分布も重要な情報を持つことが経験的に知られている。それらの情報を数学的に厳密に扱うことで、深層学習の性能をより明らかにしていく。二つ目について、これまで深層学習の性能を説明するのに重要なデータの性質が分かったことで、それらを補助的に推定し深層学習の実装を効率的に進める手法の開発が可能になった。例えば微分不可能な領域をデータから低コストに推定するなどの手法が考えられ、それらを進めることは、現状深層学習の実用の上で大きな問題になっているネットワーク選択のコストを削減できることが期待される。
高倍率光学顕微鏡画像からのパンフォーカス・ステレオ表示

本研究では、光学顕微鏡の欠点である焦点深度の浅さに起因するボケによる試料の形状認知の困難さを解決するために、画像処理とコンピュータグラフィックスの両者の手法を融合した高倍率光学顕微鏡画像のパンフォーカス・ステレオ表示法を開発した。すなわち、次の項目に関する手法の開発を行った。1.焦点位置を一定間隔で奥行き方向に変化させた複数枚の光学顕微鏡画像をCCDカメラから取り込み、それらの連続画像から、合焦点領域のみを高速かつ精度よく抽出する手法を開発した。焦点の合っている領域ほど空間周波数が高くなるという性質を利用し、画像中の高周波成分を取り出したマップ画像を用いて合焦点領域の抽出を行う。さらに精度良く合焦点領域を抽出するために、マップ画像値を奥行き方向にスプライン補間して合焦点位置を決定する方法を開発した。2.抽出された合焦点領域ををもとに、合焦点領域の色をもった柱状ボクセルにより3次元形状を構築し、カラー陰影表示を施したステレオ表示を行う方法を開発した。多数の柱状ボクセルの表示を高速に行うために、視点位置からの可視の優先順位に従ってボクセル画を描画する手法を開発した。さらに詳細な観察を行うために、表面の高さに応じた類似カラー表示を行うことも可能である。土木工学の材料学や医学分野における、水中の微粒子や眼球内部の観察に本手法を適用することにより、その有用性を明かにした。
放流トラフグの種苗性向上のための行動学的研究

放流種苗の小型化を最終目標として,人工種苗への種苗性付与を検討した。天然トラフグ稚魚と人工種苗の行動特性の定量・比較を通じて,放流種苗の種苗性評価の手法として,新規環境に晒されたときの稚魚の遊泳水深が有効で,種苗性の高い個体や天然稚魚は底層を泳ぐことが明らかとなった。水槽底面に砂を敷いた水槽とそうでない水槽で人工種苗を1週間馴致飼育した結果,砂を敷いた水槽で馴致した人工種苗は移槽後に底層を遊泳することが明らかとなり,さらに捕食者の居る環境に放流したところ,砂馴致種苗が生残率の高い傾向が見られた。天然トラフグ稚魚と、同サイズの人工種苗の行動特性の定量・比較と種苗性の指標行動の抽出を実施した(業績1、2)。まず、天然トラフグ稚魚と人工種苗を捕食者(スズキ)を収容したメソコスムに放流し、5日後の生残と成長の追跡調査を実施した。その結果、人工種苗は天然稚魚に比べて捕食に遭いやすく、天然稚魚の生残率(86%)は人工種苗のそれ(56%)よりも有意に高かった。この間の行動観察から、天然稚魚はベントスを積極的に摂餌するのに対して人工種苗は天然餌料を摂餌していないことと、天然稚魚は底層を遊泳するのに対し人工種苗は表層や中層を泳ぐ個体が多いことが分かった。遊泳水深の違いが被食の強弱を決定する要因の一つと推察された。そこで、種苗性の指標行動として、新規環境に晒されたときの稚魚の遊泳水深に着目することとした。50500L規模の実験水槽に稚魚を移槽し、移槽直後から数時間の遊泳水深の変化を調べた。その結果、天然稚魚は移槽後に底層を遊泳するのに対し、人工種苗は表層または中層を遊泳し、放流実験と同様の行動が観察された。このことから実験水槽を用いて種苗の放流後の行動を再現することが可能であり、その行動特性を定量か可能であることが明らかとなった。さらに、人工種苗が放流後に底層を遊泳しないのは、飼育時に底質のない水槽で飼育されているために、放流後に底質を認知できないのではないかという仮説を立てた。そこで、水槽底面に砂を敷いた水槽とそうでない水槽で人工種苗を1週間馴致飼育し、その後実験水槽への移槽を行った。その結果、砂を敷いた水槽で馴致した人工種苗は移槽後に底層を遊泳することが明らかとなった。以上のことから、底質への馴致という方法で、トラフグ人工種苗の放流後の行動を制御し、種苗性を高める可能性のあることが示された。天然トラフグ稚魚と,同サイズの人工種苗の行動特性の定量・比較を通じて,放流種苗の種苗性評価の手法として,新規環境に晒されたときの稚魚の遊泳水深が有効で,種苗性の高い個体や天然稚魚は底層を泳ぐことが明らかとなった。飼育中に捕食者を提示した場合,種苗が新規環境に晒されたときに底層遊泳をする場合と表層遊泳をする場合に完全に二分された。表層遊泳をする個体とそうでない個体を同時に,捕食者の居る天然水域を模したメソコスムに放流すると,表層遊泳をする個体が多く被食を受けた。これを受けて,人工種苗が放流後に底層を遊泳しないのは,飼育時に底質のない水槽で飼育されているために,放流後に底質を認知できないのではないかという仮説を立てた。そこで,水槽底面に砂を敷いた水槽とそうでない水槽で人工種苗を1週間馴致飼育した結果,砂を敷いた水槽で馴致した人工種苗は移槽後に底層を遊泳することが明らかとなり,さらに捕食者の居る環境に放流したところ,砂馴致種苗が生残率の高い傾向が見られた。以上のことから,底質への馴致と捕食者の提示という方法で,トラフグ人工種苗の放流後の行動を制御し,種苗性を高める可能性のあることが示された。さらに,天然トラフグ稚魚がフグ毒を蓄積していることに着目し,試験的に無毒の人工種苗にフグ毒を投与したところ,新規環境に晒した場合に底層遊泳をする個体が出現し,これらの個体が被食に遭いにくいという予備知見を得ることが出来た。