hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
循環調節ペプチドー脳性利尿ペプチド、アドレノメデュリンーの展開研究

B型ナトリウム利尿ペプチド(BNP)、アドレノメデュリン(AM)の展開研究を行った。現在の血中BNPはBNPはBNP-32とproBNP-108の総和でありこれを分離測定する系を新たに構築した。これを用いて健常者、心不全、腎不全で測定したところ、血中の約70%がproBNPであり、proBNP濃度は年齢とともに増加しし、心不全では重症度とともに増加した。腎不全患者ではproBNPの総BNPに対する比率が高かった。AMの脂肪組織特異的なノックアウトマウスを作成した。脂肪組織におけるAMの遺伝子発現は低下していたが、正常食事下では体重、身長、脂肪量など明らかなフェノタイプの変化はなかった。1. proBNPは血中に多く含まれ、現在のBNPの測定系ではproBNPも交叉している。proBNPの多く含まれる症例と少ない症例では病態に差がある可能性を以前報告した。競合的免疫蛍光法を用いたproBNPの測定系開発を行い、健常者で検討したところBNPの免疫活性の約70%がproBNPであった。また健常者においてproBNPは年令とともに増加する事を示した。2.腎不全で透析を行っている患者を対象にproBNPを透析前後で測定した。他にANP、BNP等も合わせて検討した。透析後proBNP、ANP、BNPは低下したが、いずれも体液量の指標には相関せず、分子量の大きさに依存して低下した。3.ラット心筋細胞にヒトproBNP遺伝子をレンチウイルスを用いて遺伝子導入し、培養液中のproBNP/BNP比を測定することにより、ヒトproBNPのプロセシングを評価した。またproBNPのO型糖鎖付着部位であるThr, Ser残基をAlaに変えた遺伝子変異体を作成し、どこの糖鎖付着がprocessingに影響をもつのかを評価した。糖鎖が全く付着しない変異体を作成すると、processingはほぼ100%起こる事からproBNPのprocessingに糖鎖付着が極めて重要である事が示唆された。またラットのproBNPはprocessingがよく起こるが、この理由として、糖鎖の付着部位が関係している事を示した。4.アドレノメデュリンのコンディショナルKOマウスを作成する事に成功した。AMのfloxマウスを樹立し、aP2をプロモーターにCreを過剰発現したマウスに掛け合わせたところ、脂肪細胞特異的にAMの遺伝子発現が低下したマウスを得る事が出来た。我々は以前血中でproBNPが心不全で増加している事を、C18カラムによる抽出、ゲル濾過法を組み合わせた方法で示した。本研究では簡便なproBNP測定法を試み、最終的にproBNPを2つのモノクローナル抗体でサンドイッチして測定する系の構築に成功した。健常者ではproBNP/totalBNP比率は6070%とproBNPが静脈血中の主要な分子型である事を示した。心不全患者ではproBNPは重症度とともに増加し、その比率は平均60%であった。透析患者ではその比率は健常者に比べて高く、透析の罹患期間と相関した。proBNPが切断されない機序ついてもin vitroの系で検討を行った。ヒトproBNP遺伝子をラットの心筋細胞にレンチウイルスを用いて遺伝子導入する系を構築し、同時にヒトproBNP遺伝子の変異体を作成し、個々の糖鎖結合部位の意味を検討した。糖鎖修飾が7箇所あるとメディウム中のproBNP/totalBNP比率は約40%で、すべての糖鎖修飾部位をAlaに変えた変異体では切断がほぼ完全となった。71Thを69Th、67Th、71Alaと切断部位からの距離を遠ざけると、proBNP/total BNP比率は徐々に低下した。この事からproBNPのプロセシングに切断部位からの糖鎖の付着する位置の重要性が明からかとなった。アドレノメデュリン(以下AM)は強力な降圧活性等、循環調節並びに循環器疾患の病態に深く関与している。我々は肥満高血圧患者で脂肪の増減と比例して血中AM濃度が平行して変動する事、脂肪細胞の培養系で脂肪細胞がAMを著明に分泌している事が示してきたが、脂肪組織における生体でのAMの意義は不明であった。そこで脂肪組織における生体でのAMの意義を解明するために、脂肪細胞特異的にAMを欠損した遺伝子改変マウスの樹立をこころみ、成功した。脂肪細胞特異的にAMを欠損すると血圧が少し高くなる事が判明した。その血圧増加機序について検討したところ、レニン、アルドステロンの寄与が少ないことがわかった。1. proBNPは血中に多く含まれ、現在のBNPの測定系ではproBNPも交叉している事が判明している。

2010年の我々の報告ではproBNPをC18カラム抽出、ゲル濾過法、免疫蛍光法を組み合わせて測定していたが、この方法ではproBNP測定に数日かかり、多くの検体も処理出来ない。臨床応用には、2つの特異的なモノクローナル抗体を用いたサンドイッチ法で血漿を直接測定する系を完成する必要がある。サンドイッチ法を利用した、非競合的免疫蛍光法を用いたproBNPの測定系開発を行った。最低測定限界値が(0.4 pM)で、血漿から約7時間で測定できる系で、CV値10%以下であった。2. BNPの分子型の決定にはproBNPのcorin、furinなどのprocessing酵素が重要な働きをしている可能性がある。新生仔ラット心臓の心筋培養を行い、細胞内液とメディウムを採取し、BNP分子型の測定を行った。さらにこのcorin、furinのsiRNAを用いて遺伝子のノックダウンを行い、processingとの関係を検討した。proBNPのprocessingにはfurinが関係していることが示唆された。3.ラット心筋細胞にヒトproBNP遺伝子をレンチウイルスを用いて遺伝子導入し、培養液中のproBNP/BNP比を測定することにより、ヒトproBNPのプロセシングを評価した。またproBNPのO型糖鎖付着部位であるThr, Ser残基をAlaに変えた遺伝子変異体を作成し、どこの糖鎖付着がprocessingに影響をもつのかを評価した。その結果、71Thへの糖鎖の付着がprocessingに重要である事が示された。4.アドレノメデュリンのコンディショナルKOマウスを作成し検討予定で、現在floxマウスの樹立に成功しaP2をプロモーターにCreを過剰発現したマウスに掛け合わせている所である。達成度はほぼ良好である。proBNPの簡便な測定系の構築に成功し、現在種々の症例のサンプリングを行い、proBNPの測定を行い解析中である。processingについても、proBNPのprocessingにfurinが重要である結果を示す事が出来た。またproBNPのprocessingに糖鎖付着が決定的な役割を演じている事もproBNPの変異体を用いて示す事が出来た。今後、種々の変異体を用いて、proBNPに付着するどこの糖鎖付着が最も重要な部位であるかを示す予定である。アドレノメデュリンの脂肪細胞特異的なコンディショナルKOマウスの樹立に成功した。今後このマウスを用いてアドレノメデュリンの脂肪細胞に置ける意義を明らかしていく予定である。「ヒト血漿における糖鎖結合型proBNPと非結合型proBNPの分離測定系の構築」をもうけていたが、我々の現在のゲル濾過と新しい測定系の解析を組み合わせた検討からは、ヒト血漿では殆どがproBNPは糖鎖結合している事が示された。従って、この測定系を構築しても意味が少ないという事で、proBNPの簡便な測定系の構築に変更した。新たな課題も見つかり、今後進めていく予定である。processing酵素の同定に関しても、ほぼ順調に進んで、proBNPのprocessingにはfurinが関係しているという成果が得られた。一方、proANPのprocessingにはfurinが関係していた。
多様体上の調和解析とその総合的研究

研究代表者水原は,n次元ユークリッド空間上で定義された,非等質ボイリング・ヘルツ空間の局所ハ-ディー空間の中への埋蔵定理を示した。また,その応用として,非等質リプシッツ・ベゾフ空間のフーリエ変換像が,局所ハ-ディー空間で促えられることを示した。分担者尾方は,正則断面曲率一定なケーラー多様体内の,平行な平均曲率ベクトル場を許容する曲面の分類を目指して,研究を行った。この分野は今まで余り研究が進んでおらず,そのような具体例さえも多くは知られていない。そこで,特に複素2次元のケーラー多様体内の曲面の性質を調べ,その存在定理を与えた。分担者関川は,一般次元のメビウス変換のクリフォード数を用いた表現について,アールフォルス,和田,ウォタ-マン等による結果を中心に分析している。また,クリフォード数がクリフォード群に属するための条件についても研究している。分担者高橋は,微分方程式を代数的に解く事を目指して研究している。分担者森は,複素空間C(またはC^m)から複素射影空間P^n(C)への正則写像の値分布論の研究に関して,「正則写像のNevanlinna defectsの総和が最大値n+1に等しいとき,ある条件の下に,その写像の位数と劣位数は等しくなり,その値は正の整数か,または無限大でなければならない」という結果を得た。現在,C^nからn次元コンパクト複素多様体への正則写像の場合に,これに対応する結果が得られるかどうかを引き続き研究中である。
トランスポータの発現および機能変動に基づく新規感染症発症予防システムの開発

本研究では、lipopolysaccharide投与による感染症ラットの薬の体内動態、薬効・副作用の非侵襲的予測システムの開発を目指し、末梢血リンパ球に着目した。その結果、感染症初期段階において、末梢血リンパ球中PXR mRNA発現量より回腸ABCトランスポーターmRNA発現変動および肝臓mrp2 mRNA発現変動を予測できる可能性および、末梢血リンパ球中PXR mRNA発現量から、感染症進行時における回腸・肝臓P-gpおよび肝臓mrp2機能変動を予測できる可能性が示された。本研究では、非侵襲的な方法による薬の体内動態、薬効・副作用の予測システムの開発を目指している。特に末梢血リンパ球に着目し、排泄型トランスポーターの網羅的遺伝子発現レベルとその調節機構を解明し、遺伝子レベルから体内動態、薬効・副作用の予測評価を目指している。今年度は、Lipopolysaccharide(LPS)投与による感染症病態モデルラットにおけるABCトランスポーターmRNA発現量およびPregnane X Receptor(PXR) mRNA発現量の変動を検討した。Wistar/ST系雄性ラットにLPS(from Escherichia coli 0111:B4)の5mg/kgを腹腔内投与することで感染症病態モデルラットを作成した。投与群は、LPSの単回(単回)投与群、LPSの3日間連続(3日間)投与群、5日間連続(5日間)投与群の3群とした。それぞれの群における、末梢静脈血、回腸部および肝臓を採取し、それぞれのTotal RNAを抽出した。得られたTotal RNAを鋳型としcDNAを合成した。リンパ球中、回腸および肝臓でのmRNA発現量をリアルタイムRT-PCRにて測定した。3つのサンプルは全て同一個体からのものごとに、比較した。LPS単回投与により回腸および肝臓におけるmdr1a mRNA発現量はCTRL群に比して低値を示した。この値はLPSの連続投与により回復傾向を示し、5日間投与においてはCTRLレベルに達した。一方、リンパ球中のmdr1a mRNA発現量はLPS単回投与によりCTRL群と比較し高値を示し、5日間投与群ではCTRLレベルに収束した。以上より、病態初期のリンパ球中のmdr1a mRNA発現の上昇は、回腸および肝臓でのmdr1a mRNAレベルの低下を補うための誘導と考えられる。この考察は、5日間投与群において、3つのサンプルのmdr1a mRNA量がCTRLレベルに収束したことから妥当であると言える。さらに、リンパ球中のPXRの挙動はリンパ球中のmdr1a mRNAの挙動と類似していることから、リンパ球中のmdr1a mRNAも核内レセプターに制御されていることが示された。回腸におけるmrp2 mRNAおよびbcrp mRNA発現量を測定したところ、LPS単回投与によりCTRLに比して低値を示した。この値は、mdr1a mRNAレベルの挙動と同様に連続投与により回復傾向を示し、5日間投与においてはCTRLレベルに達した。リンパ球中のmrp2 mRNAの挙動はmdr1a mRNAの挙動と類似していたが、bcrp mRNA発現量に変動は見られなかった。以上、mdr1aおよびmrp2の発現はリンパ球においても核内レセプターにより、制御されていることが示された。病態モデルとしては、LPS投与による感染症ラットを対象にした。LPS単回投与により回腸および肝臓におけるmdrla mRNA発現量は正常(CTRL)群に比して低値を示し、この値はLPSの連続投与により回復傾向を示し、5日間投与においてはCTRLレベルに回復した。一方、リンパ球中のmdrla mRNA発現量はLPS単回投与によりCTRL群と比較し高値を示し、5日間投与群ではCTRLレベルに収束した。以上より、病態初期のリンパ球中のmdrla mRNA発現の上昇は、回腸および肝臓でのmdrla mRNAレベルの低下を補うための誘導と考えられる。この考察は5日間投与群において、回腸、肝臓、リンパ球いずれのmdrla mRNA量とも、CTRLレベルに収束したことから妥当であると言える。さらに、リンパ球中のPXRの挙動はリンパ球中のmdrla mRNAの挙動と類似していることから、リンパ球中のmdrla mRNAも核内レセプターに制御されていることが示された。この値は、mdrla mRNAレベルの挙動と同様に連続投与により回復傾向を示し、5日間投与においてはCTRLレベルに達した。リンパ球中のmrp2 mRNAの挙動はmdrla mRNAの挙動と類似していたが、bcrp mRNA発現量には変動は見られなかった。

ラットにLipopolysaccharide (LPS)を単回および3日間腹腔内連続投与後(感染症初期および感染症進行期)の薬物の吸収部位(回腸)と解毒排泄部位(肝臓)での比較を行った。その結果、LPSによる肝臓のP・gp/mdr-1のダウンレギュレーションにはIL-1βの発現およびそのレベルの維持が強く関与していることが示された。一方、正常ラット、感染症初期およびその進行段階におけるP・gp基質の腸管吸収および血中濃度推移、回腸管腔内への分泌および胆汁排泄クリアランスは、回腸および肝臓のP・gp/mdr-1レベルと高い相関があることが認められた。以上の結果を踏まえ、ラット回腸、肝臓および末梢血リンパ球中ABCトランスポーターmRNA発現量を網羅的に解析した。その結果、感染症病態時におけるABCトランスポーターの発現および機能変動が、薬物療法時の副作用発現および薬剤耐性に影響を及ぼす可能性が示された。また、感染症初期段階において回腸および肝臓PXR mRNA発現量が低下し、感染症進行によりこれらのPXR mRNA発現量は回復した。さらに、回腸および肝臓ABCトランスポーターのmRNAの発現変動がPXR mRNA発現変動と相関があることが示され、ABCトランスポーターの発現変動にPXRが関与する可能性が示された。さらに感染症初期段階において、末梢血リンパ球中PXR mRNA発現量より回腸ABCトランスポーターmRNA発現変動および肝臓mrp2 mRNA発現変動を予測できる可能性、および末梢血リンパ球中PXR mRNA発現量から、感染症病態時における回腸・肝臓P-gpおよび肝臓mrp2機能変動を予測できる可能性が示された。
核マトリックスのポリADP-リボシル化によるRNAプロセシングの調節に関する研究

1.RNAプロセシングへのポリADP-リボシル化の関与の解析メッセンジャーRNA(mRNA)のキャップ部分がADP-リボース類似のリボース-5′-リン酸-リン酸-5′-リボースの構造をもち、ポリADP-リボシル化のアクセプターとなりうる構造である点に着目し、HeLa細胞ライセートによるアデノウィルスのβメジャー後期プロモーターからの転写と転写後修飾に及ぼすNAD(ADP-リボシル化の基質)と3-アミノベンズアミド(同阻害剤)の効果を解析した。その結果、〔【^(32)P】〕NADから【^(32)P】がAMP,ATP経由でRNAに活発にとりこまれる一方、ポリADP-リボシル化と思われるとりこみも若干みられることが明らかとなった。この知見は、ポリADP-リボシル化がRNAプロセシングに直接関与する可能性を示すとともに、今後の詳細な解析の必要を示唆した。2.ポリADP-リボースグリコヒドロラーゼの精製と解析-ポリADP-リボースの分解に主役を演じるポリADP-リボースグリコヒドロラーゼを、仔牛胸線から75,000倍、単一にまで精製し、酵素学的諸性質を明らかにした。この中、本酵素に特徴的な性質として、長鎖(>20ADP-リボース単位)と短鎖(≦20ADP-リボース単位)のポリマーに対する作用様式が全く異なり(プロセシブvsディストソビュティブ)、Km値も0.4μMvs10μMと大きく違う点が注目された。この知見は、ポリADP-リボースの細胞内代謝が鎖長によって異なるという最近の観察結果とよく符合するとともに、ポリADP-リボースグリコヒドロラーゼが分解過程を通して、このポリマーの代謝ならびに(恐らく)種々推定されている機能を二元的に調節する可能性を示唆するように思われる。
細胞融合に関わる分子とその翻訳後修飾に関する分子細胞生物学研究

母体と胎児間の循環や代謝などを行う胎盤は胎児が子宮内で生存するために重要な器官であり、その機能において中心的な役割を果たしている栄養膜細胞の細胞融合に関わる分子の探索とその解析を試みた。栄養膜細胞のモデルシステムとして知られるBeWo細胞(ヒト絨毛癌由来細胞)をフォルスコリン添加により多核体へ誘導後、分画した膜画分のプロテオーム解析により細胞融合関連分子候補の1つとしてglyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase(GAPDH)を見出した。GAPDHはBeWo細胞の分化誘導に伴い等電点が酸性側へシフトしており、ナノスプレイ質量分析法で測定した結果、この等電点の変化は1Da単位の質量増加がみられる脱アミド化であることが示唆された。グルタミンの脱アミド化に関与する酵素であるトランスグルタミナーゼ(TG)に対する特異的な阻害剤添加やsiRNAによるノックダウン解析を行ったところ、TG2のノックダウンにより分化誘導に伴うGAPDHの翻訳後修飾は顕著に抑制され、多核体形成の抑制が見られた。またGAPDHの分子内に存在する7か所のグルタミン残基を含むペプチドをナノスプレイ質量分析による衝突誘起解離によって測定した結果Gln77、Gln203がGluに置換され、脱アミド化されていることを同定した。GAPDHを過剰発現させたBeWo細胞において細胞融合の抑制がみられた事からGln77または7か所全てのGlnを脱アミド化したGAPDHを過剰発現させるとGAPDHの過剰発現による細胞融合の減少の回復が観察された。これらのことからGAPDHはトロホブラストの細胞融合を抑制するがTG2によって脱アミド化を受けることにより、その機能が消失し分化へとシフトすることが示唆された.ハウスキーピングジーンとして細胞内に多量に存在するGAPDHの膜画分を分画し、ナノスプレイ質量分析法を用いた測定により翻訳後修飾が1Da単位の質量差であること、阻害剤・siRNAを用いた生物学的実験からGAPDHの翻訳後修飾が脱アミドであることを示した。さらにナノスプレイ質量分析法によりその修飾部位を同定する事ができ、TG2の基質としてGAPDHが細胞融合に関与する可能性を示す事が出来た。近年、GAPDHは解糖系の酵素としての働き以外にもさまざまな機能を有する酵素として知られており局在もまた細胞質以外にも分布すると報告されている。分化の誘導により脱アミド化されたGAPDHが細胞膜の膜画分に集積する事を示唆するデータが得られており、共焦点顕微鏡を用いてさらに詳しく観察する。母体と胎児をつなぐ胎盤機能において中心的役割を果たしている栄養膜細胞(トロホブラスト)の細胞融合メカニズムを明らかにするため、そのモデルシステムであるヒト絨毛癌由来細胞株(BeWo細胞)を用いた細胞融合関連分子のプロテオーム解析を試みた。コロイダルシリカを用いて分画した膜画分を二次元電気泳動により比較した結果、細胞融合の誘導で等電点が酸性側へシフトする翻訳後修飾を受ける分子がみられ、この分子をGAPDH (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)と同定した。RNAiによりGAPDHの発現を抑制すると細胞融合が促進したことから、GAPDHは細胞融合を負に制御していると考えられる。GAPDHの翻訳後修飾と細胞融合の制御との関連を考える上で、どのような翻訳後修飾を受けているのかを明らかにするために膜画分をOFFGEL fractionatorにより等電点分離し、酸性側へシフトした膜画分を濃縮回収した。このサンプルを逆相液体クロマトグラフィーにて分離しナノスプレイ質量分析法で測定した結果、質量が1Da増加していることを見いだした。質量の差が1Daであることと酸性側へシフトすることからGAPDHの翻訳後修飾はアスパラギン・グルタミンのアミドを含む側鎖を分解するdeamidationである可能性が考えられる。現在、deamidationを引き起こす酵素の阻害剤などを用いてその可能性について検討中である。また脂質ラフトが細胞融合にも関与していることから、細胞膜に局在するGAPDHとの関連を調べるため密度勾配遠心法によりラフト画分を分離し、Western blotting法によってラフトが分離できた事を確認した。その後同様の方法でGAPDHがラフト画分に存在することも明らかにした。GAPDHの翻訳後修飾が脂質ラフトに存在するGAPDHと関係している可能性も視野に入れ今後の研究を進める。胎盤は妊娠子宮において母体と胎児をつなぐ重要な臓器であり、その機能において中心的役割を果たしている栄養膜細胞(トロホブラスト)の細胞融合メカニズムを明らかにすることを目的とする。栄養膜細胞のモデルシステムであるヒト絨毛癌由来細胞株(BeWo細胞)を用いた細胞融合関連分子のプロテオーム解析を行うためコロイダルシリカを用いて分画した膜画分を二次元電気泳動により比較・検討した。解析の結果、細胞融合の誘導で等電点が酸性側へシフトする翻訳後修飾を受ける分子がみられ、この分子をGAPDH(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)と同定した。RNAiによりGAPDHの発現を抑制すると細胞融合が促進したことから、GAPDHは細胞融合を負に制御していると考えられた。

質量の差が1DaであることからGAPDHの翻訳後修飾はシトルリン化またはアスパラギン・グルタミンの側鎖脱アミドである可能性が考えられた。そこで脱アミドを引き起こす酵素として挙げられるトランスグルタミナーゼ-2(TG-2)は胎盤に発現していると報告され、実際RT-PCRによりBeWo細胞で発現していることが確認できたことから、その阻害剤(シスタミン/ダンシルカダベリン)を用いて検討した結果、翻訳後修飾の抑制がみられた。さらに、siRNAを用いてTG-2の発現を抑えた場合でも同様に翻訳後修飾の抑制がみられたことから、TG-2による脱アミドが細胞融合に関わる事が示唆された。今後、TG-2を過剰発現させた場合での翻訳後修飾の変化、またTG-2の抑制(過剰発現)時の細胞融合への影響を調べ翻訳後修飾の関与を検討する。母体と胎児間の循環や代謝などを行う胎盤は胎児が子宮内で生存するために重要な器官であり、その機能において中心的な役割を果たしている栄養膜細胞の細胞融合に関わる分子の探索とその解析を試みた。栄養膜細胞のモデルシステムとして知られるBeWo細胞(ヒト絨毛癌由来細胞)をフォルスコリン添加により多核体へ誘導後、分画した膜画分のプロテオーム解析により細胞融合関連分子候補の1つとしてglyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase(GAPDH)を見出した。GAPDHはBeWo細胞の分化誘導に伴い等電点が酸性側へシフトしており、ナノスプレイ質量分析法で測定した結果、この等電点の変化は1Da単位の質量増加がみられる脱アミド化であることが示唆された。グルタミンの脱アミド化に関与する酵素であるトランスグルタミナーゼ(TG)に対する特異的な阻害剤添加やsiRNAによるノックダウン解析を行ったところ、TG2のノックダウンにより分化誘導に伴うGAPDHの翻訳後修飾は顕著に抑制され、多核体形成の抑制が見られた。またGAPDHの分子内に存在する7か所のグルタミン残基を含むペプチドをナノスプレイ質量分析による衝突誘起解離によって測定した結果Gln77、Gln203がGluに置換され、脱アミド化されていることを同定した。GAPDHを過剰発現させたBeWo細胞において細胞融合の抑制がみられた事からGln77または7か所全てのGlnを脱アミド化したGAPDHを過剰発現させるとGAPDHの過剰発現による細胞融合の減少の回復が観察された。これらのことからGAPDHはトロホブラストの細胞融合を抑制するがTG2によって脱アミド化を受けることにより、その機能が消失し分化へとシフトすることが示唆された.翻訳後修飾の解析方法には幾通りかの方法が存在するが、今回のように質量差が1Daである翻訳後修飾を見いだせたことはナノスプレイ質量分析法をうまく活用した結果であり、GAPDHの脱アミドが細胞融合に関与している可能性を阻害剤を用いた生物学的実験でも示す事ができた。
植物癌腫病感染機構の有機化学的研究

1.土壌細菌Agrobacterium tumefaciensは,植物に感染し,クラウンゴールと呼ばれる腫瘍を形成する。この腫瘍は,本細菌のTiプラスミド中のTーDNAが植物の核遺伝子に組込まれ,TーDNA上の植物ホルモン合成遺伝子が発現し,植物細胞が異常増殖した結果生じるものである。しかしその形質転換機構は非常に複雑で未だ明らかにされていない部分が多い。この機構の詳細を解明するには,形質転換の過程に特異的に作用する物質が有用なプローブとなると考えられる。そこで,本細菌に対する抗菌性や宿主植物に対する毒性をもつ物質を除外しながら,ポテトディスク上のクラウンゴール形成阻害活性を指標にして,形質転換阻害物質を検索した。2.放線菌KBFPー2025株から単離同定したOxazolomycinの化学変換により調製した各種エステル体および放線菌TMー71株から単離した2種の活性物質Julichrome Q1・3,Julimycin BーIIは,本細菌に対しても,宿主植物に対しても毒性を示さなかったが,クラウンゴール形成を阻害した。3.ポテトディスクに本細菌を接種して,1224時間後に上記の化合物を投与したところ,形質転換の阻害がほとんど観察されず,正常なクラウンゴールが生成した。このことからこれらの化合物は形質転換のいずれかの段階に作用するものであり,形質転換した細胞には阻害を示さないことが判った。また,ポテトディスクの形質転換は1224時間以内に終了していると推測されるが,それを直接証明するため形質転換の指標であるオパインの微量定量法を考案した。ベンゾインを,オクトピン,ノパリンのグアニジノ基と反応させ,蛍光物質アミノー4,5ージフェニルイミダゾール誘導体とし,HPLCで分離定量する方法を確立した。この微量定量法により形質転換の時間経過を追跡することが可能となった。1.土壌細菌Agrobacterium tumefaciensは、植物に感染し、クラウンゴ-ルと呼ばれる腫瘍を形成する。この腫瘍は、本細菌のTiプラスミド中のTーDNAが植物の核遺伝子に組み込まれ、T-DNA上の植物ホルモン合成遺伝子が発現し、植物細胞が異常増殖した結果生じる自然界での遺伝子組換えの典型である。しかし、その形質転換機構は非常に複雑でT-DNAのTiプラスミドからの切り出しが細菌内で起こるのか、植物細胞内で起こるのかなど、未だ明らかにされていない部分が多い。この機構の詳細を解明するには、形質転換の過程に特異的に作用する物質が有用なプロ-ブとなると考えられる。そこで、本細菌に対する抗菌性や宿主植物に対する毒性をもつ物質を除外しながら、ポテトディスク上のクラウンゴ-ル形成阻害活性を指標にして、形質転換阻害物質をもつ検索した。2.放線菌の培養液から、すでにクラウンゴ-ル形成を阻害する物質として、Oxazolomycinを単離同定した。しかし、この化合物は、本細菌に顕著な抗菌性をもつため、このクラウンゴ-ル形成阻害活性は本細菌に対する抗菌性によると考えられる。化学変換による活性の変化を調べたところ、各種エステル体は、クラウンゴ-ル形成阻害を保有していたが、本細菌に対する活性を失なっていた。種々の試験によって、これらのエステルは、本細菌に対する抗菌性、宿主植物に対する毒性以外の作用様式、即ち形質転換の過程でクラウンゴ-ル形成を阻害していることを明らかにした。3.さらに、土壌微生物の培養液をポテトディスク法によってスクリ-ニングした結果、放線菌TMー71株から、2種の活性物質ビスアントラキノンを得た。両化合物を、それぞれJulichrome Q1・3,Julimycin BーIIと同定した。

両化合物は、本細菌に対しても、宿主植物に対しても毒性を示さないことから、形質転換過程を阻害していると推定した。1.昨年度Agrobacterium tumefaciensによる植物の形質転換を特異的に阻害する物質としてJulichrome Q1・3及びJulimycin BーIIを放線菌の培養液から単離した。ポテトディスクに本菌を接種して,1224時間後にこれらの化合物を投与したところ,形質転換の阻害がほとんど観察されず,正常なクラウンゴ-ルが生成した。このことからこれらの化合物は形質転換のいずれかの段階に作用するものであり,形質転換した細胞には阻害を示ないことが判った。2.上記の結果より,ポテトディスクの形質転換は1224時間以内に終了していることが推測されるが,その直接の証明として形質転換の指標であるオパイン生成を確認することが必要となった。まず,本研究で使用しているA.tumefaciensによって生成したジャガイモのクラウンゴ-ル細胞が生産するオパインの種類を,濾紙電気泳動法で検討したところオクトピンとノンパリンが同定された。この2種のオパインを同時に生成しているクラウンゴ-ル細胞はこれまで知られておらず,興味深い知見である。3.上記の濾紙電気泳動法は定量性に欠けるため,形量転換の初期段階におけるオパインの微量な生成を確認することはできない。そこで新しいオパインの定量法を考案した。オクトピン,ノパリンはアルギニン由来のアミノ酸であるため,グアニジノ基を有している。ベンゾインが,グアニジノ化合物と反応し,蛍光物質であるアミノー4,5ージフェニルイミダゾ-ル誘導体を生成することに着目し,この誘導体をHPLCで分離する定量法を確立した。この方法により,形質転換における微量なオパインの生成を経時的に追跡することが容易となり,アグロバクテリウム接種後形質転換が完了するまでの時間経過を明らかにすることが可能となった。
妊娠・産褥期における母親のメンタルヘルス、母親愛着と母子相互作用について

近年、児童虐待の増加傾向が指摘されており、早期からの親子関係のあり方が大きな問題となっている。しかし、母子の関係を妊娠早期から継続的に調査し、産後の母子の愛着の問題との関連について長期的にフォローした研究はこれまで余り認められない。本研究で、われわれはいくつかの研究を報告したが、そのうちのひとつに、妊娠中の母親の胎児への愛着、すなわち母親-胎児愛着に関連する要因に関る研究がある。それによると、母親の胎児に対する愛着は母親の自分の親との愛着関係が直接影響しているのではなく、他者との内的ワーキングモデルを介して間接的に母親-胎児愛着に影響を与えていることが明らかとなった。さらに、妊娠期に抑うつ症状が強い母親、あるいは胎児に対する愛着を持ちにくい母親は、2年後の調査によって、子どもに対する否定的な感情や拒否がみられ、子どもとの情緒的な絆の形成に問題があるケースが多いことが明らかとなった。しかし、妊娠期の経済的要因、産科的要因は虐待行為やボンディング障害の重要なリスク要因とはならなかった。さらには、母親の抑うつの変化を妊娠中から、継続的に追跡し、妊娠期にも抑うっ得点がかなり高いことを明らかにした。また、妊娠中期から抑うつと母親-胎児愛着は密接に関連していることが明らかとなった。このように、本研究において、われわれは、母親-胎児愛着に関して多角的な視点から検討を加え、それに関連する要因を明らかにしてきた。また、それらの妊娠期からの要因が子どもが2歳になったときに母子の愛着形成の問題にどのように影響しているかを明らかにした。これらの研究は、今後児童虐待の早期介入の問題などに有用なデータとなるであろう。名古屋大学医学部附属病院産科において、妊娠早期より母親と胎児の愛着形成に関連する要因について、質問紙調査と、Adult Attachment Interviewを実施している。さらに産褥期から生後1ヶ月、6ヶ月、1年というように母親の抑うつ、子どもに対する愛着形成などと子どもの発達に関連する要因について前方視的に調査している。現在までのところ3歳までの子どもをフォローしてきている。今後はさらに高年齢まで調査を行う予定で質問紙の作成を行っている。これまでの調査では、妊婦の胎児に対する愛着は、母親の自分自身の親との愛着関係を現在どのように捉えているかということと、現在の対人関係の内的ワーキンブモデルのあり方によって影響されることが明らかとなっている。また、子どもの気質を測定する尺度であるRITQの日本語版の短縮化に取り組み、7因子、54項目からなるRITQの短縮版を作成し、Psychiatry and Clinical Neuroscience誌上に発表した。さらに、妊婦の抑うつと夫の抑うつの間の関連についても検討を行い、妊婦が抑うつを示す場合、夫も抑うつ傾向を示すことを明らかにしている。このようにこれまでの分析で既に興味深い結果が得られているが、引き続き、調査対象を増やし、妊娠早期からのどのような要因が母子の相互作用に影響するか、ひいては、子どもの健全な発達にどのような影響を与えるかをさらに検討して行く予定である。本年度においても、前年度に引き続き名古屋大学医学部附属病院産科の妊婦外来を受診した妊娠初、中期の妊婦を対象に調査の趣旨、調査を拒否しても何ら不利益を受けることはないこと、途中でも調査への参加を止めることが出来ること等を十分に説明し、調査に同意した妊婦を対象に、質問紙調査、成人愛着面接(AAI)等を実施した。質問紙の内容は妊娠初期、妊娠中期、妊娠後期、産褥期、産後1カ月とそれぞれの調査時点で若干異なっているが、それぞれに、母親の胎児や子どもに対する愛着を調べる質問紙、母親の抑うつを調べる質問紙が主要な質問紙として含まれている。出産後の質問紙には、子ども側の要因として、子どもの気質を調べるEarly Temperament Questionnaireが含まれている。

このような質問紙調査を続けることで、本年度末で、初回調査に応じた妊婦は約600名近くになっており、年度当初に目標とした人数に近いものとなっている。本年度においても、前年度に引き続き名古屋大学医学部附属病院産科を受診した妊娠初・中期の妊婦を対象に調査の趣旨、調査を拒否しても何ら不利益を受けることはないこと、途中で調査への参加を止めることも可能であること等を説明し、調査に同意した妊婦を対象に、質問紙調査を実施した。質問紙の内容はこれまでと同様、妊娠初期、妊娠中期、妊娠後期、産褥期、産後1カ月とそれぞれの調査時点で若干の違いはあるが、それぞれに、母親の胎児や子どもに対する愛着を調査する質問紙、母親の抑うつを調べる質問紙が主要な質問紙として入っている。出産後の質問紙には、子ども側の要因を測定するために、子どもの気質尺度のEarly Temperament Questionnaireが用いられた。このように質問紙調査を続けることで、本年度末で、初回調査に応じた妊婦は約700名に達し、ある程度の分析に耐える人数が集められた。
極域雪氷の融解現象が海洋表層の二酸化炭素濃度と大気との気体交換過程に与える影響

本研究の目的は、極域における雪氷の融解現象が、海洋表層の二酸化炭素と大気ー海洋間の二酸化炭素交換過程に与える影響を明らかにすることである。目的達成のために、H30年度は、(1)夏季、氷河および海氷融解水が流入する南極海沿岸域での海洋観測を実施した。また、(2)海氷融解期のオホーツク海沿岸サロマ湖での海氷観測を実施した。(1)では、南極大陸沿岸付近の氷河や海氷融解が顕著な場において、海洋表面の塩分および二酸化酸素濃度は低くなった。また、植物プランクトン現存量の指標となるクロロフィルa濃度は高くなった。このことより、融解水流入による希釈と、植物プランクトンによる二酸化炭素の取り込みにより、海洋表層の二酸化炭素濃度は大気に対して低くなり、大気から海洋表層への二酸化炭素吸収が確認された。現在、採取した海水試料の分析および解析を実施しており、今後、氷河や海氷融解水流入による希釈と植物プランクトンによる二酸化炭素の取り込みの割合など明らかにする予定である。(2)では、海氷表面が融解する際の大気ー海氷間の二酸化炭素交換量をチャンバー法を用い直接測定した。その結果、交換量の値は負となった(負の値は大気から海氷への二酸化炭素吸収を意味する)。これは、海氷や海氷上に存在する積雪が融解し、海氷ブラインチャネル内部のブラインの二酸化炭素が融解水の影響により希釈され、大気に対して二酸化炭素濃度が低くなった結果であると考えられる。また、採取した海氷コアサンプルを鉛直方向に4層に切り、融解後、クロロフィルa濃度を測定したところ、海氷底部のみで高濃度になった。よって、海氷表面では、融解水流入による希釈に伴う二酸化炭素濃度の減少が、大気から海氷表面に二酸化炭素が吸収される主な原因であると考えられる。また、(2)海氷融解期のオホーツク海沿岸サロマ湖での海氷観測を実施した(詳細は研究実績の概要)。上記観測により、極域における雪氷の融解現象は、海洋表層の二酸化炭素濃度をより減少させ、結果として、大気から海洋への二酸化炭素吸収が増加するという現場証拠を得た。また、上記の程度を詳細に評価するための現場海水試料を採取することができた。このことより本研究は、おおむね順調に進展していると評価した。H31年度は本研究課題の最終年度となるので、計画済の現場観測と大型低温施設での海氷模擬実験を実施するとともに、これまで採取したデータの解析し、まとめの作業をする。特に大型低温施設での海氷模擬実験は、現場観測で得られた結果の普遍性を確認するものであり、本研究課題をにおいては重要な位置付けとなる。具体的な実施項目は、(1)中央北極海でのドイツ砕氷船による長期観測(9月から)である。観測では、海氷上での大気ー海洋間の二酸化炭素交換量測定、アイスコアラーによる海氷サンプルの採取、鉛直採水・CTD観測(温度・塩分)を実施する。各調査で採取した試料は、各分析項目(全炭酸、アルカリ度、塩分、酸素安定同位体、栄養塩、クロロフィルaなど)に合わせ、融解・濾過・試薬添加などの処理し、冷凍・冷蔵・常温で持ち帰り、分析を進める。また、(2)大型低温施設での海氷模擬実験は、9月にイギリス・イーストアングリア大学で実施する。温度センサーを鉛直的に配置し、雪氷融解による成層化の様子を把握する。また、気相部分の二酸化炭素濃度測定のためのシステムを構築する。そして、雪氷融解実験を実施する。(1)、(2)、これまでの観測データより、北極、南極、オホーツク海、室内実験など主要な極域や極域環境をカバーしたデータセットを得ることが可能となり、本研究の目的である「極域における雪氷の融解現象が、海洋表層の二酸化炭素と大気ー海洋間の二酸化炭素交換過程に与える影響」を総合的に評価することが可能となる。本研究の目的は、極域における雪氷の融解現象が、海洋表層の二酸化炭素(CO2)と大気ー海洋間のCO2交換過程に与える影響を解明することである。本年度は、野外観測を実施し、現場データ・試料の採取に集中した。具体的には、北極グリーンランド・ボードインフィヨルドと南極リュツォ・ホルム湾において野外観測を実施し、氷河融解水に注目した。また、オホーツク海南部およびサロマ湖での観測を実施し、海氷融解水に注目した調査を実施した。船舶もしくは海氷上に開けた穴から、鉛直採水・CTD観測(温度・塩分)を実施した。各調査で採取した試料は、各分析項目(全炭酸、アルカリ度、塩分、酸素安定同位体、栄養塩、溶存有機物、クロロフィルa、顕微鏡観察用試料など)に合わせ、融解・濾過・試薬添加などの処理し、冷凍・冷蔵・常温で持ち帰り、分析を実施した。その結果、氷河融解水の影響を受けた海水が海洋表層および氷河末端付近中層において確認された。また、氷河融解水の影響を受けた海水のCO2濃度は、周りの融解の氷河融解水の影響を受けていないものよりも低くなった。これは、融解水供給による希釈効果によるものと考えられる。

また、オホーツク海南部およびサロマ湖での観測では、海氷融解水の影響を受けた海水において、CO2濃度について氷河融解水と同様な傾向の結果が得られた。本研究結果は、劇的な環境変化をもたらす雪氷の融解が、極域の淡水・炭素収支に与える影響を評価することに貢献する。本年度は、予定どおり、野外観測を実施し、現場データ・試料を採取することが出来た。また、その後、解析を進めることが出来た。本研究の目的は、極域における雪氷の融解現象が、海洋表層の二酸化炭素と大気ー海洋間の二酸化炭素交換過程に与える影響を明らかにすることである。目的達成のために、H30年度は、(1)夏季、氷河および海氷融解水が流入する南極海沿岸域での海洋観測を実施した。また、(2)海氷融解期のオホーツク海沿岸サロマ湖での海氷観測を実施した。(1)では、南極大陸沿岸付近の氷河や海氷融解が顕著な場において、海洋表面の塩分および二酸化酸素濃度は低くなった。また、植物プランクトン現存量の指標となるクロロフィルa濃度は高くなった。このことより、融解水流入による希釈と、植物プランクトンによる二酸化炭素の取り込みにより、海洋表層の二酸化炭素濃度は大気に対して低くなり、大気から海洋表層への二酸化炭素吸収が確認された。現在、採取した海水試料の分析および解析を実施しており、今後、氷河や海氷融解水流入による希釈と植物プランクトンによる二酸化炭素の取り込みの割合など明らかにする予定である。(2)では、海氷表面が融解する際の大気ー海氷間の二酸化炭素交換量をチャンバー法を用い直接測定した。その結果、交換量の値は負となった(負の値は大気から海氷への二酸化炭素吸収を意味する)。これは、海氷や海氷上に存在する積雪が融解し、海氷ブラインチャネル内部のブラインの二酸化炭素が融解水の影響により希釈され、大気に対して二酸化炭素濃度が低くなった結果であると考えられる。また、採取した海氷コアサンプルを鉛直方向に4層に切り、融解後、クロロフィルa濃度を測定したところ、海氷底部のみで高濃度になった。よって、海氷表面では、融解水流入による希釈に伴う二酸化炭素濃度の減少が、大気から海氷表面に二酸化炭素が吸収される主な原因であると考えられる。また、(2)海氷融解期のオホーツク海沿岸サロマ湖での海氷観測を実施した(詳細は研究実績の概要)。上記観測により、極域における雪氷の融解現象は、海洋表層の二酸化炭素濃度をより減少させ、結果として、大気から海洋への二酸化炭素吸収が増加するという現場証拠を得た。また、上記の程度を詳細に評価するための現場海水試料を採取することができた。このことより本研究は、おおむね順調に進展していると評価した。今後、本観測航海で採取した栄養塩データやクロロフィルa、顕微鏡観察などの結果も考慮し、氷河融解水の影響以外の生物活動によるCO2濃度変化への寄与についても解析を実施する予定である。また、野外観測で採取した雪氷を海水に添加し、海水の物理・化学・生物成分、大気ー海洋間の気体交換の応答過程を室内実験より詳細に記述する。
バイオメカニックスシミュレーションに基づくインプラント・オーダーメイド医療

本研究では,生体個々にあったインプラントの埋入と上部構造の設計およびインプラントの定量的な経時的評価を行うオーダーメイドのインプラント個体医療の開発を目指すことを目的としている.そこで,骨量に加え,今まで術前に把握することが困難であったインプラント埋入予定部位のトルク値を口内法X線写真から簡便かつ定量的に推定できる可能性を示すとともに,インプラント埋入時の初期固定の程度を口内法X線写真の画像解析から,術前に把握できる可能性も得られた.また,これまで,十分なエビデンスのなかった上部構造咬合面の設計を,咬頭傾斜角に注目することで,その角度により生じるアバットメントの引っ張り力を明らかにすることができた.これにより,生体個々のバイオメカニックスを考慮した上部構造の製作が可能となった.つぎに,インプラントの経過観察の画期的な手法として,最も汎用性があり,かつ簡便な口内法X線写真の画像解析を応用した新しい経過観察システムを考案した.これにより,いままで口内法X線写真の肉眼的観察では,評価することができなかったインプラント埋入後のインプラント周囲骨の変化を,いくつかの海綿骨の構造パラメータの変化を追うことで評価することができた.本手法の確立により,上部構造装着後に生じるインプラント周囲骨の変化に関しても評価できる可能性が高く,それは,過大な荷重の負荷により生じるオッセオインテグレーション喪失メカニズムの解明につながる.本研究では,生体個々にあったインプラントの埋入と上部構造の設計およびインプラントの定量的な経時的評価を行うオーダーメイドのインプラント個体医療の開発を目指すことを目的としている.そこで,骨量に加え,今まで術前に把握することが困難であったインプラント埋入予定部位のトルク値を口内法X線写真から簡便かつ定量的に推定できる可能性を示すとともに,インプラント埋入時の初期固定の程度を口内法X線写真の画像解析から,術前に把握できる可能性も得られた.また,これまで,十分なエビデンスのなかった上部構造咬合面の設計を,咬頭傾斜角に注目することで,その角度により生じるアバットメントの引っ張り力を明らかにすることができた.これにより,生体個々のバイオメカニックスを考慮した上部構造の製作が可能となった.つぎに,インプラントの経過観察の画期的な手法として,最も汎用性があり,かつ簡便な口内法X線写真の画像解析を応用した新しい経過観察システムを考案した.これにより,いままで口内法X線写真の肉眼的観察では,評価することができなかったインプラント埋入後のインプラント周囲骨の変化を,いくつかの海綿骨の構造パラメータの変化を追うことで評価することができた.本手法の確立により,上部構造装着後に生じるインプラント周囲骨の変化に関しても評価できる可能性が高く,それは,過大な荷重の負荷により生じるオッセオインテグレーション喪失メカニズムの解明につながる.本研究では,生体固有の骨構造をベースとするバイオメカニツクスシュミレーションを用いて,生体個々にあったインプラントの埋入と上部構造を設計するオーダーメイドのインプラント個体医療の開発をめざすことを目的としている。まずは,骨が許容できる力を明らかにするために,埋入したインプラントに装着した上部構造の咬合面形状を数値化することとした。ここではこれまでに十分なエビデンスのなかった咬頭傾斜角に注目することで,その角度により生じるフィクスチャー周囲の応力を明らかにすることができたことから,十分にエビデンスを伴った上部構造の製作が可能となった。つぎに,生体個々により異なる骨構造を評価するために,マイクロCTを用いて骨の有限要素モデル化を行った。ここでは作成される有限要素モデルの生体反映性がマイクロCTの二値化の閾値に大きく左右されることから,骨ブロックの連続研磨標本から得られた有限要素モデルとマイクロCTの二値化による有限要素モデルの比較から,適切な二値化の閾値が明らかに出来た。しかしながら,ここでは予備実験としてサルの下顎小臼歯無歯顎部を用いていることから,ヒトでの閾値が不明である。また,下顎小臼歯部だけでなく前歯部および臼歯部,高度に顎堤が吸収されているもの等の対応が望まれる。次年度は,上記の結果を踏まえヒトの顎骨を用いた評価および今後装着される上部構造の設計法を沖らかにすることで研究目的を遂行する予定である。本研究では,生体固有の骨構造をベースとするバイオメカニックスシミュレーションを用いて,生体個々にあったインプラントの埋入と上部構造を設計するオーダーメイドのインプラント個体医療の開発を目指すことを目的としている.そこで,骨量に加え,今まで術前に把握することが困難であったインプラント埋入予定部位の海綿骨の力学的特性を口内法X線写真から簡便かつ定量的に推定できる可能性を示すとともに,インプラント埋入時の初期固定の程度を口内法X線写真の画像解析から,術前に把握できる可能性も得られた.また,これまで,十分なエビデンスのなかった上部構造咬合面の設計を,咬頭傾斜角に注目することで,その角度により生じるアバットメントの引っ張り力を明らかにすることができた.これにより,生体個々のバイオメカニックスを考慮した上部構造の製作が可能となった.つぎに,インプラントの経過観察の画期的な手法として,最も汎用性があり,かつ簡便な口内法X線写真の画像解析を応用した新しい経過観察システムを考案した.これにより,いままで口内法X線写真の肉眼的観察では,評価することができなかったインプラント埋入後のインプラント周囲骨の変化を,いくつかの海綿骨の構造パラメータの変化を追うことで評価することができた.

本手法の確立により,上部構造装着後に生じるインプラント周囲骨の変化に関しても評価できる可能性が高く,それは,過大な荷重の負荷により生じるオッセオインテグレーション喪失メカニズムの解明につながる.
ブラジル北東部海岸地域におけるコミュニティツーリズム：エンパワーメントの視点から

本研究のテーマである「観光」の発展は著しい。しかし、国内有数の観光地を誇るブラジル北東部の海岸地域における観光開発は、外部者が先導し、結果的に住民を排除する形で進められたことが問題視されている。そのような経緯から、現地の観光地周辺コミュニティでは、住民が実質的な観光の管理運営を行う「コミュニティ・ツーリズム」が地域の主体性を促す観光形態として注目されている。本研究は、同観光形態がいかに住民の自律的な意思決定・行動(=エンパワーメント)に寄与しているかを明らかにすることにより、最終的には「どのような条件で、コミュニティ・ツーリズムによるエンパワーメントが達成されるのか」を明らかにする。
分子ロボットに適した単純な分散アルゴリズム

分子ロボットを実現するためには、自律的に動作する膨大な数の分子デバイスを、自己組織化によりボトムアップに組み立てる必要がある。本研究では、分子デバイスを従来の計算機に対応させ、分散アルゴリズムの観点から分子ロボットを制御する手法の開発を目標とした。平成26年度の主な成果は以下の通りである。(a)個体群プロトコルモデルにおける緩自己安定リーダ選挙アルゴリズムの開発:個体群プロトコルモデルは、ランダムに移動するノード群が、衝突時に交流して状態を変化させる状況をモデル化しており、分子ロボットへの応用が期待できる。提案アルゴリズムは、ノード群が任意の状況から実行を開始しても、短時間でただ一つの代表ノード(リーダ)を選択し、それを十分に長い間維持することができる。これにより、任意の一時故障(不慮の状態変化など)に対する耐性をもつリーダ選挙を実現している。(b)自律分散ロボット群に対するアルゴリズムの開発:自律分散ロボット群とは、センサと移動機能をもつ複数のロボットで構成されるシステムである。本研究では、分子ロボットへの応用をふまえ、従来の研究よりも能力の弱いロボットを仮定してアルゴリズムの考察を行なった。具体的には、ロボットのセンシング範囲が限られる場合、初期配置に全く仮定をおけない場合の2つに対して、全ロボットを集合させるためのアルゴリズムを実現した。(c)モバイルエージェントに対するアルゴリズムの開発:モバイルエージェントとは、計算機ネットワーク内を自律的に移動するソフトウェアのことである。モバイルエージェントは局所的な状況をもとにタスクを実行する必要があり、これは分子ロボットの動作と共通点がある。本研究では、モバイルエージェントがグループごとに協調するためのアルゴリズムを開発した。26年度が最終年度であるため、記入しない。分子ロボットを実現するためには、自律的に動作する膨大な分子デバイスを、自己組織化によりボトムアップに組み立てる必要がある。本研究では、分子デバイスを従来の計算機に対応させ、分子ロボットで低コストで実装可能な単純な分散アルゴリズムの開発を目標とする。平成25年度の主な成果は以下の通りである。(a)格子型ネットワークに対する単純な分散アルゴリズムの開発:格子型ネットワークにおいて、任意の経路を最小経路に変換するアルゴリズム、任意の木を幅優先木に変換するアルゴリズムを開発した。経路構成は3つの局所変更ルール、木構成は6つの局所変更ルールで構成されており、分子デバイス等の低能力な機器に対して実装しやすい単純なアルゴリズムであるといえる。(b)モバイルエージェントに対するアルゴリズムの開発:モバイルエージェントとは、計算機ネットワーク内を自律的に移動するソフトウェアのことである。本研究では、リング状のネットワークのうえでモバイルエージェントを1か所に集合させるアルゴリズムを提案した。(c)モバイルロボットに対するアルゴリズムの開発:モバイルロボットとは、センサと移動機能をもつロボットで、自律的に移動しながらタスクを実行する。本研究では、格子型のネットワークにおいて、モバイルロボットを均一に配置するアルゴリズムを開発した。このアルゴリズムは、従来より少ない移動回数で目的を達成できる。さらに、メモリ書き換え回数を定数回に抑えるという、分子ロボットに適した特性を実現している。平成25年度は、(1)分散アルゴリズムの単純さの定式化、(2)個別の問題に対する単純な分散アルゴリズムの開発を目標としていた。(1)については、領域内の研究者と議論を行うことで、分子ロボットに適したアルゴリズムの特徴が明らかになってきている。例えば、分子ロボットではメモリの書き換え回数に制限が必要である点などが挙げられる。これをふまえ、モバイルロボットの均一配置問題に対して、メモリの書き換え回数を定数回に抑えるアルゴリズムを開発した。本アルゴリズムは平成26年度に論文誌へ投稿予定である。(2)については、格子型ネットワークにおいて、経路構成、木構成を実現する単純なアルゴリズムを提案した。