hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細菌性毒素の新規磁気分離-電気化学センシングシステムの開発

一連の分析過程において試薬の添加を一切必要としない、迅速・簡便かつ、磁気分離・高濃縮分析が可能なタンパク質の電気化学アッセイの開発に成功した。本法は、電極活性とタンパク質認識能を有する磁性マイクロ粒子に、分析対象であるタンパク質が結合した際に得られる応答変化からタンパク質を定量する方法である。代表的な細菌性毒素タンパク質であるコレラ毒素アッセイへの応用を達成した。近年、磁性マイクロ粒子は生体分析分野などで、アッセイの高感度化、簡便化に有効なツールとして用いられている。例えば米国のW. R. Heinemanらの研究チームは、磁性マイクロ粒子を流動性担体として使用することにより、簡便、高感度なサンドイッチ型ELISAを開発し、タンパク質やウイルスなどの電気化学的アッセイを達成している。本研究では、酵素免疫定量法(ELISA)などの従来法よりも、簡便・迅速で、利便性の高い新しい細菌性毒素タンパク質の電気化学的スクリーニング試験の開発を目的とする。細菌性毒素と親和性を有するスフィンゴ糖脂質と、電極活性物質を表面に修飾した磁性マイクロ粒子(直径ca.0.13μm)を作製し、この機能化磁性マイクロ粒子を利用し、試料中に含まれる細菌性毒素の磁気分離・高濃縮を伴う、酵素を利用しない、新しい電気化学センシングシステムの開発を目指す。本年度は、磁性マイクロ粒子の選択とそれに修飾する電極活性物質を選択した。磁性マイクロ粒子として、磁気分離の容易さを考えて直径1μmのカルボキシル基、またはアミノ基を修飾したものを選択し、それらの溶液からの磁気回収法について検討した。電極活性物質としては、チオニン、1, 5-ジアミノアントラキノン、1, 1-フェロセンジカルボン酸、ピロロキノリンキノンを選択し、それぞれの液滴(40μL)中での対流ボルタンメトリック応答を調査した。その結果、チオニンから最も良好な電流応答が得られたため、チオニンを修飾した磁性マイクロ粒子を調整し、その電流応答の効率的な検出を検討した。チオニン修飾磁性粒子にさらに糖を化学結合させ、レクチンをモデルタンパク質として検出を試みたところ、10^<-7>Mのタンパク質が検出可能であるということがわかった。例えば米国のW.R.Heinemanらの研究チームは、磁性マイクロ粒子を流動性担体として使用することにより、簡便、高感度なサンドイッチ型ELISAを開発し、タンパク質やウイルスなどの電気化学的アッセイを達成している。磁性粒子(直径1μm)にアミド結合を介して電極活性物質(PQQ)を修飾させ、更にビオチン、或いはラクトースを結合させた機能性磁性粒子を調整した。磁石を包埋させた回転ディスク電極を用い、機能性磁性粒子の電極応答を測定した結果、磁石を包埋させていない電極と比較して約5倍の電流応答が得られた。これは、機能性磁性粒子が回転電極表面に磁気濃縮されたためである。機能性磁性粒子の応答をアビジンと反応させた後に測定したところ、試料溶液中のアビジン濃度の増加に伴い応答の減少が得られた。この現象は、機能性磁性粒子表面のPQQ分子がビオチンと共にアビジンによって被覆されることに起因すると考えられる。更に、ラクトースを修飾した機能性磁性粒子を用いて、コレラ毒素とγ-グロブリンによる応答変化を測定した結果、コレラ毒素結合時に選択的な応答の減少が得られた。本研究では、一連の検出過程において試薬の添加を一切必要としない、迅速かつ簡便なタンパク質アッセイの開発に成功し、代表的な細菌性毒素タンパク質であるコレラ毒素アッセイへの応用にも成功した。
黒潮続流の十年規模変動に対する北西太平洋域の移動性擾乱と海上風、雲・降水系の応答

全球大気再解析は過去の大気の状態を長期に渡って再現したものであり,大気の観測から得られたデータを数値予報モデルに同化することにより,過去の大気状態の高い再現性が実現されている.よって今日では,大気再解析データは異常気象の要因分析などの気候系監視や研究に幅広く活用されており,そのデータ品質のさらなる向上は社会の利益に資するのみならず気象・気候学の発展にも非常に重要である.本課題では世界中の西岸境界流が海上風や雲・降水系へ及ぼす影響を調査するために,長期に渡って高解像度の海面水温データを用いた大気再解析データを気象研究所と協力して作成した.この再解析データと,低解像度の海面水温データが用いられている他の大気再解析データとの比較を通じて,西岸境界流がその周辺の大気へ及ぼす影響を調査すると共に,大気再解析における高解像度海面水温データの重要性を評価した.高解像度の海面水温データが与えられている再解析データでは,南北両半球の主要な西岸境界流に沿う強い海面水温勾配の暖水側で海上風収束や上昇流が強化され,それに伴って降水や雲水量が局所的な増加を示していることが確認された.一方、低解像度の海面水温データが用いられている大気再解析では,海面水温の分布に微細構造が表現されていないことを反映して,上記の大気の構造やその変動の表現は不明瞭であることが確認された.これらは,中緯度の西岸境界流や海洋渦が大気の三次元循環場や雲・降水系の分布へ及ぼす影響を全球について明瞭に示した結果であると共に,大気再解析データの品質向上のために高解像度の海面水温データを用いることの重要性を示した成果である.実際に,これらの成果を踏まえて,気象庁の次世代の大気再解析では高解像度の海面水温データが用いられることが決定している.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。中緯度帯において、海面水温の強い水平勾配として特徴づけられる海洋前線の存在とその変動が、その近傍の海上風や雲、降水の分布に顕著な影響を及ぼしていることが近年明らかとなり注目を集めている。本課題では、海洋前線が適切に表現されるほど高い水平解像度の海面水温データを与えて作られた最新の大気再解析データを用いて、海洋前線が移動性擾乱やそれに伴う雲、降水の分布に及ぼす影響を定量的に調査している。日本東海上に位置する黒潮続流前線付近の海面水温の暖水偏差に対応して、大気前線に伴う降水が局所的な増加を示す傾向が確認された。さらに、大気擾乱は広い領域に強い降水をもたらすが、その通過後に黒潮続流上でのみ弱いながらも降水が持続的に降り続く傾向にあることが確認された。これらは、平均場において黒潮続流に沿う降水の極大が形成されていることと整合的であり、黒潮続流が降水へ果たす役割を理解する上で重要な特徴である。さらに、より低解像度の海面水温データを用いて作成された再解析データとの比較を通じ、海洋前線が大気へ及ぼす影響について、季節依存性と海域依存性についての調査を進めている。特に夏季において、海洋前線が大気へ与える顕著な影響は海面付近に留まらず、対流圏中層から上層(高度810km)まで及んでいることも見出された。この結果は、海洋前線がより大規模な大気循環へも影響を及ぼしている可能性を示唆している。これらの特徴は、日本東方海上のみならず、南半球も含めた海洋前線帯でほぼ整合的であることが確認され、これらの結果は海洋前線が全球における雲・降水分布に重要な役割を果たしていることを示している。さらに、大気再解析において海洋前線が大気へ及ぼす影響を衛星観測と整合的に表現するためには、高解像度の海面水温を与える必要があることが明らかになった。海洋前線が適切に表現されるほど高い解像度の海面水温データを用いて作成された大気再解析データを用いて海洋前線が大気へ及ぼす影響を調査している。日本東方海上に位置する黒潮続流付近の暖水偏差に伴い、大気前線に伴う降水が局所的な増加を示していることや、移動性擾乱の通過後に黒潮続流上でのみ海上風収束や降水がより持続的になる傾向にあることが見出された。これらは、冬季平均場において黒潮続流に沿ってそれらの極大が形成されることと関係していると考えられる。黒潮続流の流路変動に伴い北太平洋域の移動性擾乱活動が有意に変動することが先行研究から示唆されており、そのメカニズムについて調査を進めている。黒潮続流変動に対応する海面水温偏差が大気へ及ぼす直接の影響は比較的海面付近に限られていることが確認され、従来着目されてきた大気境界層上端付近の傾圧性ではなく、より下層の傾圧性が重要な役割を果たしている可能性が示唆された。移動性擾乱活動の応答には顕著な季節性がある可能性も見出され、詳細な解析を進めている。より低解像度の海面水温データを用いて作成された再解析データとの比較を通じて、海洋前線が大気へ及ぼす影響の季節依存性と地域依存性についても調査を進めている。海上風や降水の両データの平均場の差は、冬季の海洋前線付近で最も顕著であった。上昇流の鉛直分布にも顕著な違いがみられ、それは対流圏中層にまで及んでいる。一方、夏季は冬季に比べて差の振幅は小さいが、より深い構造をしており、対流圏上層にまで及んでいることが見出された。

さらに、そのような大気の構造は黒潮続流域以外の海洋前線帯でも概ね整合的であるものの、南半球に位置するアガラス反転流域では比較的不明瞭であることが明らかにされた。このように、黒潮続流が移動性擾乱へ及ぼす影響のみならず、海洋前線が全球における海上風や雲、降水系の分布へ及ぼす役割が明らかになりつつある。全球大気再解析は過去の大気の状態を長期に渡って再現したものであり,大気の観測から得られたデータを数値予報モデルに同化することにより,過去の大気状態の高い再現性が実現されている.よって今日では,大気再解析データは異常気象の要因分析などの気候系監視や研究に幅広く活用されており,そのデータ品質のさらなる向上は社会の利益に資するのみならず気象・気候学の発展にも非常に重要である.本課題では世界中の西岸境界流が海上風や雲・降水系へ及ぼす影響を調査するために,長期に渡って高解像度の海面水温データを用いた大気再解析データを気象研究所と協力して作成した.この再解析データと,低解像度の海面水温データが用いられている他の大気再解析データとの比較を通じて,西岸境界流がその周辺の大気へ及ぼす影響を調査すると共に,大気再解析における高解像度海面水温データの重要性を評価した.高解像度の海面水温データが与えられている再解析データでは,南北両半球の主要な西岸境界流に沿う強い海面水温勾配の暖水側で海上風収束や上昇流が強化され,それに伴って降水や雲水量が局所的な増加を示していることが確認された.一方、低解像度の海面水温データが用いられている大気再解析では,海面水温の分布に微細構造が表現されていないことを反映して,上記の大気の構造やその変動の表現は不明瞭であることが確認された.これらは,中緯度の西岸境界流や海洋渦が大気の三次元循環場や雲・降水系の分布へ及ぼす影響を全球について明瞭に示した結果であると共に,大気再解析データの品質向上のために高解像度の海面水温データを用いることの重要性を示した成果である.実際に,これらの成果を踏まえて,気象庁の次世代の大気再解析では高解像度の海面水温データが用いられることが決定している.高水平解像度の海面水温データを与えて作られた再解析データJRA-55CHSデータは現在26年が利用可能であり、今後延長される予定である。このデータを用いたこれまでの解析から、冬季における黒潮続流付近の水温偏差が個々の大気擾乱に伴う海上風や降水の強度や持続性へ影響を及ぼすことが示唆されている。今後はそれを長期に渡って統計的に検討することで、海洋前線が大気擾乱へ与える影響を気候学的に明らかにする。特に、冬季平均場において黒潮続流に沿って見出される海上風収束や降水の極大の形成に対して、大気擾乱が果たす役割の定量的化を目指す。低水平解像度の海面水温データを用いて作成された再解析データJRA-55Cとの比較もすることで、海洋前線が果たす役割を明確にする。さらに、黒潮続流が北太平洋のストームトラック活動へ及ぼす影響に関して、詳細な調査を行う。これまで得られた知見を裏付けるため、ラグ合成図解析等の大気の応答をより純粋に抽出できる手法を用いて黒潮続流が果たす役割をより明確にする。特に、黒潮続流の変動に対応する海面水温偏差分布と、その海面水温偏差の大気への直接の影響が及びうる高度について慎重に調査を進める。それらに基づき、大気の傾圧性の指標として従来用いられてきた定義の妥当性も考察しながら具体的なメカニズムを議論する。海洋前線に沿って形成される大気のメソ構造の特徴ついて、大気下層における鉛直循環場や非断熱加熱の構造などこれまでに着目されてこなかった側面について調査を進める。
亜鉛欠乏および社会的隔離による情動変化に関する基礎的研究

実験動物(ラット)に対して亜鉛欠乏(zinc deficiency, ZD)や社会的隔離(social isolation, SI)を負荷したところ、ZDやSI単独では不安様行動やうつ様行動が増加したが、同時負荷ではそれはかえって減弱した。また、ZDやSI単独の負荷では青斑核におけるNEトランスポーターの発現や海馬における脳由来神経成長因子の発現が低下し、同時負荷によりこれらの傾向がより顕著となった。以上より、ZDやSI単独の負荷ではうつ状態となるが、同時負荷では躁状態となる可能性があること、また、これらの行動変化にはNE神経系や神経可塑性の障害が関与している可能性があることが示唆された。高架式十字迷路試験では、コントロール群と比べて、Zn(-)群およびSI群では%不安様行動が増加したが、Zn(-)+SI群では不安様行動がかえって減弱していた。強制水泳試験では、コントロール群と比べて、Zn(-)群およびSI群ではうつ様行動が増加する傾向にあったが、Zn(-)+SI群ではそのような傾向は認められなかった。NE神経系の活動性を反映する血中MHPG濃度は、コントロール群と比べてZn(-)群において上昇しており、その傾向はZn(-)+SI群でより顕著となった。NETの発現は、特に青斑核において、コントロール群と比べてZn(-)群において低下しており、その傾向はZn(-)+SI群でより顕著となった。亜鉛不足などの栄養学的な問題や、社会的隔離などの生活環境の問題はそれぞれうつ病の発症と関連することが報告されている。亜鉛不足に社会的隔離が重なることで精神機能はさらに悪影響を受け、うつ状態が増悪することが想定される。ところが、実験動物を用いた我々のこれまでの研究からは興味深いことに、亜鉛欠乏と社会的隔離の同時負荷により、うつ様行動や不安様行動はかえって減弱することが明らかとなってきた。一方、亜鉛欠乏や社会的隔離は神経可塑性に影響を及ぼすことも明らかとなってきた。従って、亜鉛欠乏と社会的隔離の同時負荷により、神経可塑性はさらに重篤な障害を受けているのかもしれない。そこで、亜鉛欠乏(Zn(-))および社会的隔離(Social Isolation, SI)の単独負荷あるいは同時負荷が神経可塑性に与える影響を評価することを目的に実験を行った。3週齡のラットを搬入し、SI負荷は搬入直後より3週間隔離飼育を、Zn(-)負荷は1週間普通食を与えた後にZn(-)食を2週間与えることで行った。コントロール群、Zn(-)群、SI群およびZn(-)+SI群の計4群より海馬を切り出し、神経可塑性に深くかかわるタンパクであるbrain-derived neurotrophic factor (BDNF)やpost-synaptic density-95 (PSD-95)をターゲットしたwestern blottingを行った。BDNFやPSD-95の発現は、コントロール群と比較してZn(-)群やSI群ではある程度低下していたが、Zn(-)+SI群ではさらに低下していた。従って、神経可塑性は亜鉛欠乏や社会的隔離の単独負荷によりある程度障害され、亜鉛欠乏と社会的隔離の同時負荷によりさらに重篤に障害されることが明らかとなった。最終年度までの研究として、実験動物(ラット)を用いて亜鉛欠乏(zinc deficiency, ZD)や社会的隔離(social isolation, SI)が、気分障害の指標となる行動やノルエピネフリン(norepinephrine, NE)神経系、神経可塑性に与える影響を検討してきた。ZDやSIの単独負荷では不安様行動やうつ様行動が増加したが、両者を同時に負荷するとそれらはかえって減弱した。ZDやSIの単独負荷ではNE神経系の活動性が亢進して青斑核におけるNEトランスポーターの発現が低下し、両者の同時負荷によりこれらの傾向が更に顕著となった。また、海馬における脳由来神経成長因子の発現は、ZDやSIの単独負荷によりある程度低下し、両者の同時負荷によりさらに低下した。以上より、ZDやSIの単独負荷ではうつ状態となるが、ZDとSIが同時に負荷されると躁状態となる可能性があること、また、これらの行動変化にはNE神経系や神経可塑性の障害が関与している可能性があることが示唆された。最終年度では、これまでに得られたデータとヒトにおける気分変動との関連を明らかにするために、上記の行動変化に対して代表的な気分安定薬であるリチウムが与える効果を検討した。3週齡のラットを搬入して個別飼育(SI)を開始した。1週間後に、食餌を普通食から亜鉛欠乏食に切り替えて(ZD)さらに2週間飼育した。リチウム投与は、普通食から亜鉛欠乏食に切り替えるのと同時に8mMリチウム水を2週間自由に飲ませることにより行った。その後に行った高架式十字迷路試験では、ZDとSIの同時負荷による不安様行動の減弱が、リチウム投与により認められなくなった。従って、ZDとSIの同時負荷による不安様行動の減弱は、ヒトにおける躁状態と類似している可能性が考えられた。

以上より、ZDやSI単独の負荷ではうつ状態となるが、同時負荷では躁状態となる可能性があること、また、これらの行動変化にはNE神経系や神経可塑性の障害が関与している可能性があることが示唆された。気分障害次いで、得られたデータを集積し、気分障害の指標となる行動変化と,NE神経系の変化や神経可塑性の変化を比較検討する。これらを総合的に評価することで、Zn(-)やSIが情動に与える影響およびそのメカニズムを解明していく。当初の計画には盛り込んでいなかったが、亜鉛欠乏(Zn(-))や社会的隔離(Social Isolation, SI)の負荷期間をさらに長くすることで、気分障害の指標となる行動がどのように変化するのか、NE神経系がどのような影響を受けるのかも評価していきたいと考えている。また、Zn(-)やSIのモデル動物より脳スライスを作成し、Zn(-)やSIが脳糖代謝に与える影響についての評価も開始する。次いで、ここまでの研究で得られたデータを集積し、情動や記憶に関する行動変化と、中枢NE神経系の変化や脳糖代謝の変化を比較検討する。これらを総合的に評価することで、亜鉛欠乏や社会的隔離、さらには両者の相乗効果が情動に与える影響およびそのメカニズムを解明する。既に開始している、Zn(-)とSIの同時負荷が神経可塑性に与える影響の評価を継続する。また、当初の計画には盛り込んでいなかったが、亜鉛欠乏(Zn(-))や社会的隔離(Social Isolation, SI)の負荷期間を延長することで、Zn(-)とSIを同時に負荷した場合と同様の行動変化やノルエピネフリン(Norepinephrine, NE)神経系への影響、神経可塑性への影響が現れるのかを評価していきたいと考えている。亜鉛欠乏(Zn(-))と社会的隔離(Social Isolation, SI)のモデル動物を作成し、不安様行動やうつ様行動など、気分障害の指標となる行動の変化を評価したが、Zn(-)やSIによる行動変化が予測よりも顕著に現れ、当初計画していたよりも少ない実験動物・実験回数で目標を達成する成果が得られた。また、当初の計画には盛り込んでいなかったが、亜鉛欠乏(Zn(-))や社会的隔離(Social Isolation, SI)の負荷期間をさらに長くすることで、気分障害の指標となる行動がどのように変化するのか、NE神経系がどのような影響を受けるのかも評価していきたいと考えている。
認知症高齢者の能動的感情評価・見守りシステム

独居の認知症高齢者が積極的にコミュニケーションできるようにすることを支援するシステムについて検討した。高齢者宅にあるテレビにPCを接続し、ボタン一つの操作で家族とテレビ電話のできるシステムを開発した。高齢者側には見守りのためのセンサがあり、異常と思われるときには家族に連絡するようになっている。また、高齢者側には小型のロボットが置かれ、家族が応対できないときなどに高齢者と対話する。高齢者の対話の際の映像から表情の認識と心拍数の計測ができる方法を開発した。実験により、これらの情報から高齢者の感情状況の推定ができる見通しを得た。認知症高齢者が増えている。独居の認知症高齢者には近親者との親密なコミュニケーションが望まれるが、記憶に不安があり同じことを繰り返すことが多い認知症者への対応は近親者にとって負担が大きい。一方、認知症の専門家からは、認知症では記憶障害に加えて感情の喪失が大きな問題なこと、予防のためには本人が主体的・自発的に活動に取り組むのが望まれること、そして、感情の表出を評価する定量的指標が欲しいことが指摘されている。本研究では、近親者の負担を減らしながら、専門家のあげた3つの問題に対応する見守りシステムの開発を目指す。平成26年度は認知症者と近親者の間でネットワークを通じて画像通信ができるシステムを準備し、それに定時になると認知症者に現状を知らせる近親者からのビデオ映像が流れ、近親者や認知症者が望めばテレビ電話ができるようなソフトウェアを実装した。後者では認知症者の昔の写真などを双方の側に表示し、近親者側がある部分をポインティングすると、高齢者側に表示されたロボットが対応する部分を指し示すようにして、昔の思い出についての話の活性化を図る枠組みを実現した。このような対話の際の感情の状況などを評価するための予備的な検討として、画像から表情を認識する方法、画像から心拍数を認識する方法を検討し、ともにこの分野で研究比較に用いられるデータセットに対しては、従来研究より優れた認識結果を得た。平成27年度は前年度に開発した認知症者と近親者の間でネットワークを通じて画像通信ができるシステムを実際に認知症者と近親者の間で半年以上使っていただき、その際の映像データを取得した。データが得られたので、今後は、その分析とそれに基づいてシステムの改良を行っていく。また、このシステムにロボットを付加したものも前年度に開発したが、平成27年度は、そのロボットを近親者側から簡単に操作できるように改良した。高齢者の感情状況の評価に向けて、表情認識の研究を進め、標準的に使われているデータセットに対しては、トップレベルの認識結果を得た。さらに、画像から心拍数を認識する方法の検討を進め、75%の場合、毎分5拍以内の誤差で認識できることを示した。この成果をコンピュータビジョン分野のトップコンファレンスのICCV2015で発表した。当初の計画では、平成27年度には前年度に開発したシステムを実際に使用していただきデータを収集・分析することと、それにロボットを付加したシステムを開発する予定であった。後者については、前年度に前倒しで主要部分は開発したので、今年度は近親者側からの遠隔操作の方法等について改良を行った。ロボットの動作を高齢者の感情状況の認識結果に応じて変えることを計画していたが、感情状況の認識部分については独立した研究にとどまった。実際の認知症者の画像データは得られ始めたところなので、それを用いた実験は行えなかったが、標準的なデータセットに対しては高い認識率で表情認識を行える方法を開発した。また、心拍数をビデオ映像から求める方法を開発し、高い認識率を得た。この成果はコンピュータビジョン分野のトップコンファレンスのICCV2015に採択された。現時点では、これがそのまま認知症者の感情の評価に使えるかは分からないが、感情状況の変化と心拍数の変化の相関があることは知られているので、有望な技術であると評価できる。ロボットの制御までは進めなかったが、感情状況の認識に関しては、研究が進展したと考えられる。前者の実験については、介護施設の家族会の際に説明をして実験への協力をお願いした。ただし、開発したシステムは認知症者側は簡単に使えるが、近親者側にはある程度、PCの使用法の知識が必要で、近親者側も高齢者の場合が多く、協力者が1組しか得られなかった。その1組には7月から半年以上継続して使用していただき、実際に認知症者側については使用できることが分かり、今後の分析のためのデータも得ることができた。データの収集という点では1組のデータであり不十分だが、近親者側にも使いやすいシステムにしなければならないことなどを含め、システムに必要な改良点が明らかになった。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断する。

一方、認知症の専門家からは、認知症では記憶障害に加えて感情の喪失が大きな問題なこと、予防のためには本人が主体的・自発的に活動に取り組むのが望まれること、そして、感情の表出を評価する定量的指標が欲しいことが指摘されている。そこで、以上の問題に対応するために、コミュニケーションを活発にするためのシステムの開発と、将来的には、それに利用することを考えているが、まずはコミュニケーションのときの感情等の状況を画像から認識する方法について研究を行った。前者については、近親者とビデオ通話できるシステムで高齢者側にロボットを付加したものを開発した。高齢者に違和感がなく簡単に使えるものをということで、市販のテレビに小型PCを付加したハードウェアで、ボタン一つを押すだけで通話のできるシステムを開発した。ロボットは簡単な自動対話をするとともに、ビデオカメラやドアの開閉センサの情報を利用して、挨拶をしたり、異常と思われるときには近親者にメールで連絡するようになっている。平成28年度には、実際に独居の90歳以上の高齢者宅にシステムを設置し、使用できることを確認した。後者については、画像からの表情認識法の開発に加え、顔画像から心拍数を計測する方法を提案した。これについては、他でも研究されているが、標準的に比較に使われているデータセットに対してはトップレベルの精度を得ている。平成28年度は、コメディーやホラーなどの映画を見ているときの顔画像データを取り、表情や心拍数の変動を調べる実験を行った。当初から研究期間内で認知症の感情表出指標を得るところまでは目標にしていなかったが、これらの情報を利用した方法の有望性が確認できた。独居の認知症高齢者が積極的にコミュニケーションできるようにすることを支援するシステムについて検討した。高齢者宅にあるテレビにPCを接続し、ボタン一つの操作で家族とテレビ電話のできるシステムを開発した。高齢者側には見守りのためのセンサがあり、異常と思われるときには家族に連絡するようになっている。また、高齢者側には小型のロボットが置かれ、家族が応対できないときなどに高齢者と対話する。高齢者の対話の際の映像から表情の認識と心拍数の計測ができる方法を開発した。実験により、これらの情報から高齢者の感情状況の推定ができる見通しを得た。当初の研究計画どおり、認知症者と近親者の間で画像通信を中心としたコミュニケーションの行えるシステムを開発できた。ただし、実際の対話のデータについては、認知症者と施設の介護者の間で試験的に行ったもので、実際の近親者との間でのデータは取得できていない。当初計画でも平成26年度はデータ収集用のシステム開発までを目標としており、これは特に計画が遅れているわけではない。埼玉大学の倫理委員会で実験についての許可が得られたので、今後、認知症者と近親者の間の実際のデータを収集していく予定である。人間の行動等の画像認識法については、まだ実データが得られていないので、既存のデータセットを用いて、必要となると思われる要素技術について検討を行った。これについては、従来研究より良い結果が得られたので現時点では十分な成果が得られたと判断できる。
合金内部微細構造の安定性に対する組織分岐(Bifurcation)理論とその応用

我々は、相分解組織を多体としてとらえ、組織の界面エネルギーのみならず化学的エネルギー、弾性歪エネルギーさらに粒子間弾性相互作用エネルギーをも考慮した組織の安定性についての新しい組織分岐理論の理論的予測から弾性的に強く拘束された合金やセラミックス等では、組織が粗大化ではなく逆に均一に微細化する場合のあることを以前の研究で示した。本研究はこの現象を多数の合金に適用してその普遍性を確認することを目的としたものである。得られた成果の大略は以下のようである。(1):弾性拘束を受けない析出物は、従来のオストワルド成長理論に従って充分理解されるが、弾性拘束を受けた析出物は粗大化速度は小さくなり場合によっては停止することがある。それにともなって粒子の分布はシャープになり粒径の均一化が生じる。これはサイズ分布の自己相似性がないことを意味している。これらの新しい現象は、2体粒子のエネルギー評価に基づいて計算される粒子の安定性に対する組織分岐図形より充分に理解される。(2):弾性的に歪んだ系においては相平衡がギブスの相律に従わない場合のあることを理論的および実験的に示し、さらに弾性的に強く拘束された合金においては、マクロ的な平均濃度に差のある2つの組織へ分離すると言う新しい相分解機構を見い出した。(3):時効によって形成される組織の有する自由エネルギーを評価する方法を新しく確立し、それに基づいて組織変化を予側する手法を提案した(組織自由エネルギー理論)。さらに物質の変化を記述する新しい方法として、Temperature-Time-Composition System Diagram(Tーtーc組織図)を提唱した。我々は相分解組織を多体としてとらえ,組織の界面エネルギーのみならず化学的エネルギー,弾性歪エネルギーさらに粒子間弾性相互作用エネルギーをも考慮した組織の安定性についての新しい組織分岐理論の理論的予測から,弾性的に強く拘束された合金やセラミックス等では,組織が粗大化ではなく逆に均一微細化する場合のあることを示した(Mater.Sci.&Eng.77(1986),125).この現象は,弾性拘束を強く受けた固体における相平衡がもはや単純な熱力学的平衡論では説明できない場合があることを意味しており,学問的に重要な意義を有している一方で,実用的にも拡散可能な高温に長時間保持しても組織変化の生じない合金等の存在を意味するものである.本研究はこの現象を多数の合金に適用してその普遍性を確認すると共に,この現象を利用した非時効軟化性材料の開発を目的としたものである.現時点で得られている結果は以下の様である.格子ミスマッチの小さいNiーCrーAl,NiーAlーSi合金では粒子サイズは時間の1/3乗に比例して成長し,析出物サイズ分布の標準偏差も全時効時間を通じて一定で組織の自己相似性が成立していた.しかしながら, NiーMo,NiーCuーSi,NiーSiおよびNiーAlなど格子ミスマッチの大きな合金系においては,時効の後期に粒子成長の停滞が見られると共にサイズ分布の標準偏差が粒子の粗大化につれて小さくなる現象が認められた.このことは組織分岐理論に基ずいて予測された組織の均一化が生じていることを明瞭に示すのもので,始めて得られた実験結果である.この内容は昨年9月フランスで開催された「材料科学における非線形現象国際会議」で招待講演として既に発表され,大きな反響を得た.相分解組織を多体としてとらえ、組織の界面エネルギーのみならず化学的エネルギー、弾性歪エネルギーさらに粒子間弾性相互作用エネルギーをも

考慮した組織の安定性についての新しい組織分岐理論の理論的予測から、弾性的に強く拘束された合金やセラミックス等では、組織が粗大化ではなく逆に均一微細化する場合のあることを示した。この現象は、弾性拘束を強く受けた固体における相平衡がもはや単純な熱力学的平衡論では説明できない場合があることを意味しており、学問的に重要な意義を有している一方で、実用的にも拡散可能な高温に長時間保持しても組織変化の生じない合金等の存在を意味するものである。本研究はこの現象を多数の合金に適用してその普遍性を確認すると共に、この現象を利用した非時効軟化性材料の開発を目的としたものである。得られた結果は以下の様である。格子ミスマッチの小さいNiーCrーAl、NiーAlーSi合金では粒子サイズは時間の1/3乗に比例して成長し、析出物サイズ分布の標準偏差も全時効時間を通じて一定で組織の自己相似性が成立していた。しかしながら、NiーMo、NiーCuーSi、NiーSiおよびNiーAlなど格子ミスマッチの大きな合金系においては、時効の後期に粒子成長の停滞が見られると共にサイズ分布の標準偏差が粒子の粗大化につれて小さくなる現象が認められた。このことは組織分岐理論に基づいて予測された組織の均一化が生じていることを明瞭に示すものである。さらに、弾性的に強く拘束された合金においては濃度差のある2つの組織へマクロ的に組織分離するという新しい相分解機構を見い出した。また、時効組織の有する自由エネルギーの評価法を示し、それに基づいて弾性的拘束系の組織変化を予測する方法を提出した。
Discovery of Aurora-A Regulated Signal Networks Critical for Glucose Metabolism and EMT

本研究では、細胞のがん発症過程で引き起こされる上皮間葉転換と解糖能の変化におけるがん遺伝子オーロラAキナーゼの関与について検討した。その結果、オーロラAキナーゼの高発現により、EMTの誘導、細胞極性の異常、細胞分裂期における解糖能の上昇が誘導されていることがわかった。オーロラAキナーゼによりリン酸化されたp53においても解糖能の上昇が認められた。リン酸化p53に特異的に結合するタンパク質中に解糖経路に関わるタンパク質が含まれていることから、オーロラAキナーゼの高発現による解糖能上昇にp53が部分的に関与していることが示唆された。オーロラAキナーゼの発現を誘導できるヒト正常乳腺上皮細胞(MCF-10A)安定株において、ミトコンドリア過剰分裂を伴うミトコンドリア機能の低下による嫌気的エネルギー代謝の有意な増加、上皮間葉転換(EMT)の誘導と細胞極性異常が起きることを見出した。これら現象の背景となる分子機構を明らかにするため、まずオーロラAキナーゼが直接的にミトコンドリアに作用しているか否かを、オーロラAキナーゼ結合タンパク質中にミトコンドリア関連タンパク質が含まれるかプロテオミクス法により検討した。その結果、ミトコンドリアに局在しミトコンドリア分裂を調節しているタンパク質と結合し、更にリン酸化することを見出した。ミトコンドリア分裂はグルコース代謝に直接的に影響を及ぼすことから、同定したタンパク質のリン酸化の生理的役割を突き止める予定である。また、我々は以前に嫌気的エネルギー代謝を調節している代表的なタンパク質p53はオーロラAキナーゼのリン酸化により核から細胞質に移行することを見出しているが、今回、ミトコンドリアへの局在が増加していることを突き止めた。p53が転写活性依存的及び非依存的にグルコース代謝経路を抑制することを考慮すると、今回の発見は転写活性非依存性を示している。今後その役割について検討を行う予定である。本研究では、オーロラAキナーゼの高発現下により誘導される正常細胞の上皮間葉転換(EMT)と解糖系代謝能の変化、これらのミトコンドリア分裂との関係についてその背景となる分子機序について調べることを目的とし、次に述べる結果を得た。1オーロラAによるEMT誘導に関わる遺伝子を探索した結果、Cyclin D1とPTENの関与が明らかになった。2解糖系への影響は、p53のリン酸化により解糖系代謝の上昇を認めた。しかしp53ファミリーメンバーでありオーロラAの基質であるp73ではそのような変化は認められなかった。リン酸化p53に特異的に結合するタンパク質群のプロテオミクス解析から解糖系に関与していることが知られているがp53との結合が明らかにされていないタンパク質を複数同定した。3正常な細胞分裂進行時におけるミトコンドリア機能(呼吸能/ATP生産能)と比較し、オーロラA活性阻害剤を処理した染色体分配異常を示す細胞では、著しいミトコンドリア機能の低下を認めた。間期の細胞ではこのような差は認められなかった。今後、本研究から新たに見出したp53結合タンパク質の解析を通して解糖系代謝におけるオーロラA ーp53複合体のシグナル経路の詳細が明らかになることが期待され、また染色体分配異常がミトコンドリアの活性に影響を与えることから、染色体分配の異常ながん細胞におけるミトコンドリア機能低下の一つの機構である可能性を示唆し、EMTの誘導を関わる遺伝子発現異常につながるのではないかと考える。プロテオミクス解析を優先させたため、オーロラAキナーゼにより転写レベルで影響を受けている遺伝子群の網羅的解析が遅れた。腫瘍生物学次年度は、オーロラAキナーゼにより転写レベルで影響を受けている遺伝子群の網羅的解析を優先させるとともに、同定したミトコンドリア分裂タンパク質のオーロラAキナーゼによるリン酸化のミトコンドリア分裂への影響とその結果生じるグルコース代謝の変化とEMT誘導について詳細を明らかにする。また、ミトコンドリアへのリン酸化p53増加の意義については結合タンパク質の同定を試み、それらタンパク質機能への影響を調べる。今年度はプロテオミクス解析を中心に行い、予想よりも早く有望な結合タンパク質を同定することが出来たため。オーロラAキナーゼによって発現調節を受けているグルコース代謝関連遺伝子群の網羅的解析に次年度のと合わせて使用する予定である。
石質遺跡の新しい保存技術の開発に関する研究

水を絶つことにより石質遺跡の保存を行うことを目的に、石と同じ成分で化学的に反応結合し、かつ強力な撥水性を有する有機ケイ素樹脂を石質遺跡のすぐ内側(背部)の岩盤中に常圧で注入含浸し、遺跡の内側(背部)に強力な不透水層(厚く均一に撥水層)を形成させることにより、遺跡部への地中水の浸入を阻止して、その劣化を防止するとともに遺跡部を乾燥状態にして、強化処置(表面からの樹脂含浸処置)を容易かつ効果的にする方法について実験的研究を行って来た。平成一年度、福島県小高町、史跡・薬師堂石仏近くの岩崖において実験施工を行い、平成二年度にその部分でコア-ボ-リング調査を行った。施工以降、処置部分は乾燥を続け、現在では高い乾燥状態にある。本年度は、更にコア-ボ-リング調査を行って、岩体内での撥水層の形成具合(樹脂の分布度合)を詳細に調べた結果、岩体内部に一定の厚さの撥水層(樹脂含浸層)が形成されていることが確認された。また,現地実験と並行して、実験室において樹脂含浸された石の撥水力の耐久性について種々の劣化促進試験を行った結果、極めて高い耐久性があることが確認された。表面からの樹脂含浸強化処置を現地実験の最終段階とし行い、高い乾燥状態にある多孔質の岩体には、容易に多量の樹脂が含浸されることが確認された。本研究で行った現地施工箇所については、今後も定期的な調査を行って行く予定である。水を絶つことにより石質遺跡の保存を目的に、石と同じ成分で石と化学的に反応結合しかつ強力な撥水性を有する有機ケイ素樹脂を、石質遺跡のすぐ内側の岩盤中に常圧で注入含浸し、遺跡の内側(裏側)に強力な不透水層(厚く均一な撥水層)を形成させることにより、遺跡部への地中水の浸入を阻止して、その劣化を防止すると伴に遺跡部を乾燥状態にして、強化処置(表面からの樹脂含浸処置)を容易かつ効果的にする方法について実験的研究を行っている。本年度行った研究活動およびそこから得られた知見は次の通りである。1.実験場所として福島県相馬郡小高町、史跡・薬師堂石仏近くの岩崖を選定し、その石質、劣化状態、劣化原因、水の動向について現地調査を行うと伴に、温度、湿度の継続測定を開始した。又、石材ブロックサンプルを採取し、その基本物性(比重、空隙率、強度等)を調べた。〈知見〉岩質は多孔質、脆弱で、雨水が極めて浸透し易く、冬期の凍結破壊を受け易い状態である。2.実験場所において、有機ケイ素樹脂の常圧含浸施工を行い、施工上の問題点を調査、検討した。又、施工後の状態変化を定期的に調査している。〈知見〉岩の含水率が極めて高く、そのため脆弱な岩質であるにも拘らずドリルで孔をあけるのはそれほど容易ではない。しかし、高含水状態でも有機ケイ素樹脂の浸透は悪くなく、繰り返し注入することにより充分な量の含浸が得られた。処置後すぐに岩層の乾燥現象が観察され、現在徐々に乾燥が進行しているところである。水を絶つことにより石質遺跡の保存を行うことを目的に,石と同じ成分で化学的に反応結合し,かつ強力な撥水性を有する有機珪素樹脂を、石質遺跡のすぐ内側の岩盤中に常圧で注入含浸し、遺跡の内側(裏側)に強力な不透水層(厚く均一な撥水層)を形成させることにより、遺跡部への地中水の浸入を阻止して、その劣化を防止すると伴に遺跡部を乾燥状態にして、強力処置(表面からの樹脂含浸処理)を容易かつ効果的にする方法について実験的研究を行っている。昨年度、福島県小高町、史跡・薬師堂石仏近くの岩崖において実験施工を行ったが、その部分について定期的な観察を行うと同時にコア-ボ-リング調査(1本)を行った。中央部分において行ったコア-ボ-リングにより、岩体内部に一定の厚さの撥水層(樹脂含浸層)が形成されていることが確認された。来年度は、更に数本のコア-ボ-リングを行って、岩体内での撥水層の形成具合(樹脂の分布度合)を調べ、また表面からの樹脂含浸による岩体の強化処置実験を行う予定である。尚、現地実験と並行して、実験室において樹脂含浸された石の撥水力の耐久性について試験しているが、極めて高い耐久性を示している。

本年度は、更にコア-ボ-リング調査を行って、岩体内での撥水層の形成具合(樹脂の分布度合)を詳細に調べた結果、岩体内部に一定の厚さの撥水層(樹脂含浸層)が形成されていることが確認された。また,現地実験と並行して、実験室において樹脂含浸された石の撥水力の耐久性について種々の劣化促進試験を行った結果、極めて高い耐久性があることが確認された。表面からの樹脂含浸強化処置を現地実験の最終段階とし行い、高い乾燥状態にある多孔質の岩体には、容易に多量の樹脂が含浸されることが確認された。本研究で行った現地施工箇所については、今後も定期的な調査を行って行く予定である。
トウガラシ疫病抵抗性に関する量的形質遺伝子座の解析

本研究では疫病抵抗性の評価方法として最も適した葉身接種条件を確立し、由来の異なる疫病菌株の病原性の違いや抵抗性品種における抵抗性の程度の違いを明らかにした。さらに、与保呂菌株とpph菌株を用いて上述の評価方法によりQTL解析を行ったところ、LG9に両菌株に共通、LG7に与保呂菌株に特異的、LG1にpph菌株に特異的な3つの新規のQTLを検出した。一方、両菌株に共通で寄与率の高いLG5に座乗するQTL近傍のDNAマーカーを探索し、LOD値の最も高い位置に、新たに開発した3つのマーカーを得た。これらのDNAマーカーは実際の育種において有効に利用できるものと考えられた。疫病菌株の特性評価:pph菌株を用いて遊走子密度(1.0E+3、1.0E+4および1.0E+5個/mL)と培養温度(15、20および25°C)に関して葉身接種条件の検討を行った。その結果、遊走子密度1.0E+4個/mL以上、培養温度15°Cの条件で、接種後7-10日目の病斑の大きさにより抵抗性の程度を評価できると考えられた。この方法により抵抗性5品種を評価したところ、`CM334'、`台パワー'および`AC2258'の3品種が`No.10'と`CM2M-54'よりも抵抗性が強いと推察されたが、植物体の生育環境(夏季の遮光ハウス、秋季の無加温ハウス)によって抵抗性程度に変動が認められた。一方、疫病菌株の病原性は、上述の接種条件下で与保呂系菌株、pph菌株、明石系菌株、大原野系菌株の順で病原性が強い傾向が認められたが、抵抗性品種により病原性の強さが異なる場合もあった。新たな疫病菌株による遺伝解析集団の抵抗性評価とQTL解析:最も病原性が強いと推察された与保呂系菌株を用いて、`CM334'と`MDH12-33'の交配F1由来倍加半数体系統の疫病抵抗性評価を行った。接種7日目の病斑の最大径を計測し、これを抵抗性の程度としてInterval mapping法によりQTL解析を行ったところ、これまでに報告したQTLとは異なる位置にLOD値が2.0以上のQTLを2箇所検出した。しかし、2回目の反復試験ではこの2箇所のQTLは検出されなかった。根系への疫病抵抗性評価のための簡易検定法の検討:50mLのコニカルチューブを用いて植物インキュベータ内で土壌潅注処理を用いる方法を検討した。罹病性品種`MDH12-33'では遊走子密度104個/mLの疫病菌液を5mL処理することで全個体が枯死することを確認した。この方法により、1台のインキュベータで解析集団全ての抵抗性評価が可能であると推察された。疫病菌株の特性評価:トウガラシにおいて良好な生育環境である6月から7月に育成した材料を用いて、検定条件は遊走子密度1.0E+5個/mL、培養温度15°Cの条件で葉身接種検定を行った。その結果、同じ品種の接種葉間での病斑サイズのばらつきは昨年よりも小さく、生育適期の材料を用いることで安定した検定結果を得ることができた。疫病菌4菌株の病原性については、与保呂系菌株とpph菌株が同程度で病原性が強く、続いて大原野系菌株となり、明石系菌株が最も病原性が弱かった。特に、明石系菌株は罹病性品種`MDH12-33'でも病斑が形成されない接種葉が認められた。一方、抵抗性5品種の抵抗性の程度については、`CM334'と`CM2M-54'が与保呂系菌株、pph菌株、大原野系菌株に対して強い抵抗性を、`台パワー'は与保呂系菌株と病原性の弱い大原野系菌株には強い抵抗性を、`AC2258'は大原野系菌株にのみ強い抵抗性を示し、`No.10'については抵抗性はほぼ認められなかった。新たな疫病菌株による遺伝解析集団の抵抗性評価とQTL解析:与保呂系菌株とpph菌株を用いて、`CM334'と`MDH12-33'の交配F1由来倍加半数体系統の疫病抵抗性評価を行った。接種7日目の病斑の最大径を計測し、これを抵抗性の程度としてInterval mapping法によりQTL解析を行った。その結果、既報の2つのQTLは、どちらの菌株においてもほぼ同じ位置にQTLが認められた。一方、新たなQTLとして、LG9に両菌株に共通でLOD値2程度のQTLを1か所、LG7に与保呂系菌株に特異的なLOD値2以下のQTLを1か所、LG1にpph菌株に特異的なLOD2程度のQTLを1か所検出した。これらの新規のQTLは、LOD値は低いが2回の反復試験で共通して検出されたことから、疫病抵抗性に関与している可能性が高いと推測された。本研究では、これまでに京都府のトウガラシ疫病発生圃場から単離した疫病菌株の病原性の違いによる新たな抵抗性遺伝子座を明らかにすることを目的として行った。さらに、同じナス科のトマトやナス等のゲノム情報を駆使し、実際の育種場面でマーカー選抜に利用できる疫病抵抗性選抜のためのPCRマーカーの開発も目指した。本研究では15°C

条件下での葉身接種検定により菌株間と品種間の比較試験を行った。由来の異なる疫病菌4菌株の病原性については、与保呂系菌株とpph菌株が同程度で病原性が強く、続いて大原野系菌株となり、明石系菌株が最も病原性が弱いことが明らかになった。また、疫病抵抗性5品種の抵抗性の程度については、`CM334'と`CM2M-54'が全ての菌株に対して強い抵抗性を示したが、その他の品種については菌株によって抵抗性が弱くなることが示された。一方、与保呂系菌株とpph菌株を用いて遺伝解析集団の疫病抵抗性を評価し、QTL解析を行ったところ、既報の2つのQTLは、どちらの菌株においてもほぼ同じ位置に認められた。さらに、LOD値は低いが新たなQTLとして、LG9に両菌株に共通のQTL、LG7に与保呂系菌株に特異的なQTL、LG1にpph菌株に特異的なQTLを検出した。また、2つの菌株に共通で寄与率の高いLG5に座乗するQTL近傍のDNAマーカーを、トウガラシEST由来のSSRマーカー、RAPDマーカーおよびトマトで開発されたCOSIIマーカーから探索し、37cMのQTL領域に新たな6マーカーをマッピングした。LOD値の最も高い位置には、RAPD由来の2つのCAPSマーカーとCOSIIマーカー由来のSNPsマーカーを得ることができ、これらのDNAマーカーは実際の育種場面でマーカー選抜に有効に利用できるものと考えられた。本研究では疫病抵抗性の評価方法として最も適した葉身接種条件を確立し、由来の異なる疫病菌株の病原性の違いや抵抗性品種における抵抗性の程度の違いを明らかにした。さらに、与保呂菌株とpph菌株を用いて上述の評価方法によりQTL解析を行ったところ、LG9に両菌株に共通、LG7に与保呂菌株に特異的、LG1にpph菌株に特異的な3つの新規のQTLを検出した。一方、両菌株に共通で寄与率の高いLG5に座乗するQTL近傍のDNAマーカーを探索し、LOD値の最も高い位置に、新たに開発した3つのマーカーを得た。これらのDNAマーカーは実際の育種において有効に利用できるものと考えられた。生育適期の材料を用いることで、再現性のある葉身を用いた疫病抵抗性の評価が可能となった。この抵抗性評価方法を用いて、疫病菌2菌株に共通あるいは特異的と思われる新たなQTLを検出することができた。一方、根系への疫病抵抗性評価については、種子の確保が十分に行えなかったため、検定方法の検討は行わなかった。したがって、概ね順調に進展しているといえる。農学26年度は根系への疫病抵抗性評価方法については、種子の確保が十分に行えなかったため検討しなかった。しかし、葉身接種法により、既報の土壌潅注法と同じQTLを検出したこと、さらには病原菌株共通あるいは特異的と思われる新たなQTLを検出できたことから、根系への接種方法の検討は中止し、現在得られているQTL領域近傍のDNAマーカーの開発を中心に27年度の研究を推進する。疫病菌株の病原性の評価において、ほぼ再現性のある結果が得られており、葉身を用いた抵抗性評価方法についても、概ね安定した手法であることが明らかとなった。また、新たな疫病菌株を用いた疫病抵抗性評価により、新規のQTLを検出することができた。ただし、これについては再現性を確認する必要がある。一方、根系への疫病抵抗性評価のための簡易検定法については開始したところではあるが、室内の植物インキュベータの利用の可能性が示せた。本年度は高額消耗品を必要とするDNAマーカーの開発に関する研究にまで進展しなかったため、次年度のDNAマーカーの開発研究に向けて助成金を残すこととした。葉身接種法を用いた場合、植物体の生育環境(夏季の遮光ハウス、秋季の無加温ハウス)によって疫病抵抗性評価が変動する可能性が認められた。
TDP-43とRNAグアニン四重鎖の相互作用及びその破綻の研究

TDP-43は、RNA認識モチーフを持つタンパク質でALS(筋萎縮性側索硬化症)やFTLD (前頭側頭葉変性症)患者の神経細胞内に出現する封入体の主要成分である。また、家族性及び孤発性ALSあるいはFTLDでは多数のTDP-43遺伝子(TARDBP)突然変異が報告されている。しかし本来の機能が不明であるため、何故TDP-43の異常がALSなどの神経変性疾患を引き起こすのか全く解っていなかった。研究代表者はTDP-43が、グアニン四重鎖構造(G-quadruplex)と呼ばれる特殊なRNA立体構造を認識し、核から遠く離れた神経末端に輸送することを発見した。これまでに10種類のヒトALS由来点突然変異のタンパク質を発現・精製し、グアニン四重鎖との相互作用を確認したところ、有意に結合が低下していることを定量的に確認した。当該年度は細胞内での突然変異によるmRNA輸送への影響および、その輸送を司るタンパク質因子の捜索を中心に解析を続行した。突然変異のタンパク質のグアニン四重鎖(G4)mRNA認識に及ぼす影響に関しては、培養細胞を用いた定量実験系を立ち上げる事が出来た。また、輸送に関わるタンパク質因子に関しては、質量分析により微小管関連タンパク質を同定する事に成功した。新たな実験系を用いる事で、正確に定量する事が出来る様になり、相互作用タンパク質因子の発見は発症機序解明のみならず、治療薬創出にも役立つと期待できる。これまでの研究の結果、TDP-43が標的mRNAを核から遠く離れた局所的翻訳システムへ輸送する分子メカニズムの詳細が明らかとなって来た。また、ヒトALS由来点突然変異を有するTDP-43はその機能が低下していることも突き止めた。当該年度は定量的な実験系を構築できた事が大きな前進と言える。まず培養細胞にMS2-GFP融合蛍光タンパク質を発現させ、同時にMS2結合配列を有するG4mRNAを発現させる事で、G4mRNAの局在を観察する実験系を樹立。G4mRNAの細胞内局在をGFPの蛍光シグナル強度として定量的に計測する事に成功した。さらにその細胞でTDP-43を強制発現させると核に多く留まっていた蛍光シグナルは細胞質に移動する。細胞質の蛍光シグナル強度は点突然変異を有するTDP-43では野生型と比較して明らかな低下を示した。しかし一方で、TDP-43が細胞内でどの様にmRNAを輸送しているのかは全くの謎であった。その輸送には細胞内のどの様なタンパク質が関与し、樹状突起や軸索輸送を担っているのかを突き止める必要があった。しかし、TDP-43タンパク質は単体では他のタンパク質とほとんど相互作用がみられず、これまで輸送の分子機能はほとんど解っていなかった。今回、TDP-43とG4のコンプレックスを用いて捜索する事で、微小管関連タンパク質を同定する事に成功した。この様な結果はこれまでに例がなく、今後新しい結果に繋がると期待できる。神経細胞では神経突起に局在するmRNAの実に30%以上が3′非翻訳領域にグアニン四重鎖を持つことから考えても、非常に離れた長い距離を移動する機構が極めて重要である。それらタンパク質間相互作用やタンパク質-RNA間相互作用を理解するために、TDP-43と結合する微小管関連タンパク質を同定出来た事は大きな契機であった。これまでmRNAの細胞内輸送はRNA顆粒と呼ばれる集合体による制御が予想されているが詳細は明らかではなく、本研究の結果はこれまでに無い新しいmRNA輸送システム発見に繋がる可能性も高い。今後はモータータンパク質との関連や、同じくALSの責任遺伝子産物である他のRNA結合タンパク質との機能的な共通点等も確認する予定である。また、家族性・弧発性の患者でも遺伝子変異が報告されている。本研究は、TDP-43が標的mRNAを核から遠く離れた局所的翻訳システムへ輸送する分子メカニズムの解明を目的とする。既にin vitroで確認されたTDP-43とグアニン四重鎖との相互作用が実際に生体内で機能していることを神経細胞で確認を行った。ラット海馬細胞を用い、mRNAの3'側にグアニン四重鎖を有する非制御遺伝子候補PSD-95, CaMKIIα,のmRNAとTDP-43タンパク質の共局在を蛍光標識の検出強度で確認した。家族性のALSあるいはFTLDでは多数のTDP-43遺伝子(TARDBP)突然変異が報告されている。そこで10種類のヒトALS由来点突然変異のタンパク質を発現・精製し、グアニン四重鎖との相互作用を確認したところ、有意に結合が低下していることを定量的に確認した。また、TDP-43の発現ベクター及び10種類の点突然変異発現ベクターをトランスフェクション後に被制御遺伝子産物であるPSD-95, CaMKIIαタンパク質の神経突起等での蓄積量を定量した。結果、変異タンパク質では非制御遺伝子のmRNA輸送と局所翻訳が低下していることを突き止めた。ALS発症に関わる責任タンパク質であるTDP