hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多環芳香族炭化水素分解能をもつ林木の分子育種

難分解性の芳香族化合物を分解できることが知られている白色不朽菌ヒラタケのマンガンペルオキシダーゼMnp2の遺伝子を葉や根で特異的に発現するプロモーターをそれぞれ用いてmnp2遺伝子をシロイヌナズナで発現させた。これらの組換え植物からビスフェノールAを分解をする株が得られた。さらに、土壌細菌Ralstonia eutrophaNH9の塩化安息香酸分解遺伝子をCaMV35Sプロモーターにつないでポプラに導入し、この遺伝子を発現するポプラの育種に成功した。自動車の排気中等に含まれる多環芳香族は人体をはじめ自然環境に大きな影響を与えることが示されている。これらを環境中から除去することはきわめて重要な問題であるが、後半に排出された汚染物質を安価に効率よく分解することは容易ではない。我々は、白色不朽菌が生産するマンガンペルオキシダーゼのうち、この多環芳香族を分解する能力を有するヒラタケMnp2に注目し、この遺伝子を植物へ導入することで、多環芳香族を分解できる植物の育種をめざした。白色不朽菌のMnp2遺伝子から分泌シグナルを除いたcDNA部分をPCR法で増幅し、これをリコンビナントPCR法でポプラの分泌シグナルと融合した遺伝子CEX-mnp2を作成した。この遺伝子を我々が独自に開発したGateway Binary Vector pGWB2へ連結した。このベクターは外来遺伝子発現用プロモーターとしてCaMV35Sをもっており、導入したCEX-mnp2遺伝子は植物の組織全体で発現することが予測された。Agrobacterium法でシロイヌナズナを形質転換したところ複数のハイグロマイシン耐性株を得ることができたが、多くの株は生育の途中で形態異常をおこし枯死した。最終的に4株から種子が得られたので、この種子をMS液体培地中で発芽させ、レマゾールブリリアントブルー(RBBR)分解能を調べたところ明らかに非組換え株に比べ分解が早かったことからCEX-mnp2遺伝子が発現していることが示された。この組換え体が多環芳香族を分解できるか解析予定である。有機塩素化合物や多環芳香族を分解することができる白色不朽菌カワラタケのマンガンペルオキシダーゼII遺伝子にポプラの分泌シグナルを融合した人工遺伝子を構築し、モデル植物シロイヌナズナで発現可能か調べた。植物の遺伝子発現ではプロモーターを何にするかが重要であるが、今回はCaMV35Sプロモーターと根で特異的は発現すると思われるR10プロモーター、葉で特異的に発現すると考えられるRubisco activase遺伝子(L15)のプロモーターをそれぞれ利用した。その結果、CaMV35Sを使った軽質転換では、多くの軽質転換体が形態異常を示し最後まで生育しなかったが、最終的には4株の正常な植物体が得られた。これらについてT2植物体を用いてモデル化合物であるレマゾールブリリアントブルーの分解をしらべたところ野生株よりも分解が早かったことからマンガンペルオキシダーゼが正常に発現していることが示された。これは、植物全体で発現したマンガンペルオキシダーゼが、植物細胞へ毒性を示すことを示唆している。一方、R10, L15プロモーターで発現させる植物体を育てているところであるが、T1植物体は正常に生育しており、全体でマンガンペルオキシダーゼを発現させないことで植物体への影響を減らせる可能性が示唆された。さらに、これらの遺伝子をポプラへ形質転換する準備を進めている。難分解性の芳香族化合物を分解できることが知られている白色不朽菌ヒラタケのマンガンペルオキシダーゼMnp2の遺伝子をモデル植物であるシロイヌナズナにカリフラワーモザイクウイルスCaMV35Sプロモーター下流につないで導入したところ、形質転換体は形態異常を示して最後まで生育しなかった。これは、Mnp2が植物の細胞壁を分解しているのではないかと予測された。そこで、組織特異的プロモーターを利用することを考え、葉で特異的に発現している遺伝子Rubisco activaseのプロモーターL15と根で特異的に発現しているR10プロモーターをそれぞれ用いてmnp2遺伝子につなぎ形質転換したところ複数の形質転換体が得られた。これらの形質転換体についてRemazol Brilliant Blueを指標にしでMnp2活性をしらべたところ活性が確認できた。そこで、芳香族化合物であるビスフェノールAの分解を調べたところ、弱いながらも分解活性のあることが示唆された。また、合成染料を分解可能な白色腐朽菌トキイロヒラタケの分泌するラッカーゼLcc2を根で特異的に発現するリン酸トランスポーター遺伝子(PHT1)のプロモーター下流につないでシロイヌナズナに導入した。形質転換体をもちいてジアゾ染料A020の分解能を確認することができた。これらの実験結果から、さまざまな環境汚染物質を分解可能な白色腐朽菌のリグニン分解酵素を植物の組織特異的プロモーターで発現させることで環境浄化型の植物を育種出来ることが示された。
エピジェネティクス解析のための新規アプタマーの探索と応用

母性・父性アレル間でメチル化状態の異なる領域(differentially methylated regions, DMR)はインプリント遺伝子の発現制御において重要な役割を果たす。DNAメチル化酵素関連遺伝子Dnmt3Lを欠損した雌マウスの卵子ではmaternal DMR(母性アレルがメチル化されるDMR)のDNAメチル化が消失し、Dnmt3L^<-/->雌由来の胚(Dnmt3L^<mat-/->)においてもこのメチル化消失が確認できる。Dnmt3L^<mat-/->のDNAメチル化状態をゲノムワイドに決定することで、新規maternal DMRを同定することを試みた。Agilent CpG island (CGI) arrayを用いたMeDIP-chip解析により16,000個のCGIについてのメチル化プロファイルを取得し、次に野生型胚と比較してDnmt3L^<mat-/->で低メチル化傾向を示すCGIを37箇所同定した。新規maternal DMR候補の一部についてメチル化解析を行った結果、正常卵子ではメチル化が確立され、DNMT3L欠損卵子ではメチル化が消失するようなCGIを少なくとも9つ同定した。これらの新規germline maternal DMRのうちの一つは、Cdh15遺伝子内に位置していた。新規DMR近傍遺伝子についてアレル発現解析を行い、Cdh15は胎生期・新生期のマウス脳において父性アレルから優位に発現することを見出した。更に初代培養ニューロン・グリアを用いた解析から、Cdh15は未分化神経幹細胞とニューロンでは父性アレル発現を、グリア細胞では両アレル性発現を示すことを明らかにした。Cdh15-DMRの母性アレル特異的なDNAメチル化は受精前に既に確立されているが、その母性・父性アレル間で異なるメチル化状態が遺伝子発現様式に反映されるのは脳神経系細胞に限定されていると考えられる。DNAアプタマーはSystematic Evolution of Ligands by EXponential enrichment(SELEX)によって選択される。SELEXとは以下の4段階の操作を繰り返すことによってアプタマーを選択する方法である。1)ランダム塩基配列領域の両端にプライマー結合領域を持つ一本鎖DNAライブラリーと標的分子を混合する、2)標的分子に結合したDNAライブラリーを回収する、3)PCRにより標的分子に結合したDNAライブラリーを増幅する、4)一本鎖DNAライブラリーを調製し、次のラウンドヘ用いる。そこで本年度は、SELEXによってメチルCpGに結合するアプタマーの選択を試みた。まず5'末端にビオチンを修飾したメチルCpG又は非メチルCpGをアビジン固定化Dynabeadsに固定した。次に60-merのランダム塩基配列を持つDNAライブラリーを非メチルCpGに加え室温で1時間インキュベートし、インキュベート後、非メチルCpGに結合しなかったDNAライブラリーを回収した。回収したDNAライブラリーをメチルCpGに加え室温で1時間インキュベートし、インキュベート後、0.15M NaOHを用いてメチルCpGに結合したDNAライブラリーを回収した。回収したDNAライブラリーを鋳型としてPCRをおこなったところ、目的のDNAライブラリーが増幅されることを確認した。つまり、メチルCpGに特異的に結合するDNAライブラリーを濃縮することができたと考えられ、これらの塩基配列を決定することによってメチルCpGに結合するアプタマーを取得できると考えられる。母性・父性アレル間でのメチル化状態の差が生殖細胞(卵子・精子)の成熟過程で確立されるゲノム領域はprimary DMRと定義され、インプリント遺伝子の発現制御において中心的な役割を担う。一方、DNAメチル化酵素関連遺伝子であるDnmt3Lを欠損した雌のマウスは、卵子形成時に確立されるprimary DMRのメチル化を形成することができない。そこで、Dnmt3Lを欠損したマウス由来の胚と野生型の胚のメチル化パターンを比較することによって、新規primary DMRを同定することができると考えた。そこで、抗メチルシトシン抗体による免疫沈降DNAをアレイ解析することによってゲノムワイドにメチル化領域を決定した。その結果、Dnmt3Lを欠損したマウス由来の胚において特異的に低メチル化状態にあるCpG islandを52領域同定することができ、詳細に解析した結果、上位5領域は新規DMRであった。次に、本研究で同定した新規DMR近傍に存在する遺伝子がインプリント遺伝子であるか解析したところ、9.5日胚では父・母由来の両アレルから発現しているが、POマウスの脳では父親由来のアレルからのみ発現している遺伝子を同定することができた。この遺伝子はヒトにおいて知的障害の原因遺伝子であることが示唆されており、今後、アプタマーを用いてこの領域のDNAメチル化異常を迅速簡便に検出できるシステムを開発することによって、知的障害の発症メカニズム解明に貢献できると考えられる。

Agilent CpG island (CGI) arrayを用いたMeDIP-chip解析により16,000個のCGIについてのメチル化プロファイルを取得し、次に野生型胚と比較してDnmt3L^<mat-/->で低メチル化傾向を示すCGIを37箇所同定した。新規maternal DMR候補の一部についてメチル化解析を行った結果、正常卵子ではメチル化が確立され、DNMT3L欠損卵子ではメチル化が消失するようなCGIを少なくとも9つ同定した。これらの新規germline maternal DMRのうちの一つは、Cdh15遺伝子内に位置していた。新規DMR近傍遺伝子についてアレル発現解析を行い、Cdh15は胎生期・新生期のマウス脳において父性アレルから優位に発現することを見出した。更に初代培養ニューロン・グリアを用いた解析から、Cdh15は未分化神経幹細胞とニューロンでは父性アレル発現を、グリア細胞では両アレル性発現を示すことを明らかにした。Cdh15-DMRの母性アレル特異的なDNAメチル化は受精前に既に確立されているが、その母性・父性アレル間で異なるメチル化状態が遺伝子発現様式に反映されるのは脳神経系細胞に限定されていると考えられる。
卵環境(卵胞液,卵丘細胞等)の卵成熟,卵受精,着床能におよぼす影響について

ヒト体外受精胚移植法において、卵胞吸引時の卵胞の大きさと採卵、受精分割の状態を比較検討した結果、卵胞液量が1ml末満の小卵胞は発育卵胞である可能性は低かった。採卵率は卵胞液5ml以上のものが非常に良好であった。また受精分割率は卵胞液3ml以上の卵胞で比較的良好であった。プロラクチン(PRL)の分泌はエストロゲン(E)レベルと密接な関係があり、hMG等による過排卵周期ではPRLが高値になると考えられる。本研究においても、高PRL群のEは低PRL群のEより高値であったことより、体外受精胚移植法周期のPRL高値は過排卵によるEの高値が関与している事が示唆された。しかし、受精率,分割率は高PRL群と低PRL群の間に差は認められず、妊娠率はむしろ前者が高かった。従って一過性のPRLの上昇は、卵あるいは卵胞の成熟を直接障害しない事が示唆された。cAMPは各種哺乳動物の卵の成熟を抑制する事が知られ、本研究においても確かめられた。ところが卵胞内卵は、持続的にcAMPにさらされていると卵成熟は認められないが、一過性のcAMPの上昇により減数分裂が再開する事が判った。家兎卵巣灌流実験系にステロイド生合成阻害剤を加え、卵の成熟,受精に及ぼす影響について検討した所、ステロイド抑制は、ゴナドトロピン刺激に伴う卵核の成熟には何ら影響を与えないが、受精率を著しく低下させた。またエストロゲンを補充する事により受精阻止効果が認められなくなった。これらにより、卵巣ステロイドが卵核の成熟ではなく、受精,初期発性過程に必要な細胞質の成熟に極めて重要な役割を果していることが示唆された。今後は、精子性状の受精卵に及ぼす影響とも検討したい。
イソフラボン代謝産物に着目した骨粗鬆症の予防に関する研究

我々は、先行研究において、健常な閉経後女性を対象に大豆イソフラボンの介入試験を実施し、イソフラボン摂取群では、ダイゼインからエクオールへの代謝能を有する者が、有しない者に比べて骨量の減少率が低いことを明らかにした。このことから、エクオール産生能を高めることにより、閉経後の骨量減少を効率よく抑えることができると考えられた。そこで本研究において、エクオール産生能を高める食品成分を骨粗鬆症モデルマウスを用いて検索したところ、水溶性食物繊維、大豆オリゴ糖がエクオール産生を高めることが明らかになった。また、閉経後女性を対象に、大豆イソフラボンと難消化性オリゴ糖の併用効果を評価したところ、両者の2週間の併用摂取は、エクオール産生能の有無に関わらず、エクオール産生を亢進しなかった。我々は、現在までに大豆イソフラボンが閉経後骨粗鬆症モデル動物において、骨量減少を抑制することを報告してきた。また、閉経後の健常な日本人女性を対象に、大豆イソフラボンの介入試験を行い、イソフラボン摂取群ではダイゼインの代謝産物であるエクオールの産生者は非産生者に比べて骨量の減少率が低いことを明らかにした。これらのことから、エクオール産生を高めることにより、閉経後の骨量減少を効率よく抑えることができると考えられた。そこで本研究では、エクオール産生を高める食品成分を検索し、最終的には骨粗鬆症予防メニューを提案する。今年度は、骨粗鬆症モデル動物を用いて、ダイゼインに加え各種食品成分を同時に摂取させ、エクオールの産生能に対する影響を評価した。その結果、ポリデキストロース、大豆のオリゴ糖であるラフィノースにより、血中および尿中のエクオール産生が亢進するとともに、ダイゼインの骨量減少抑制作用も増強されることが明らかになった。この時、盲腸内容物のpH低下とβグリコシダーゼ活性の上昇が認められた。一方、カテキンの摂取により、エクオール産生が著しく低下することが判明した。これらの結果から、併用群においては、難消化性糖質により腸内細菌の増殖や腸内環境の変化により、ダイゼインからエクオールへの代謝が促され、骨量減少抑制作用も亢進したものと考えられた。そこで本研究では、エクオール産生を高める食品成分を検索し、最終的には、ヒトにおけるエクオール産生能に対する影響を評価する。昨年度は難消化性オリゴ糖及び水溶性食物繊維がエクオール産生を亢進することを動物モデルで明らかにした。今年度は、閉経後の健常なエクオール産生女性20名を対象に、フラクトオリゴ糖(FOS)がエクオール産生に及ぼす影響を評価した。試験は2週間ずつのプラセボ対照クロスオーバー試験を実施し、大豆イソフラボン25mg/日と同時に、FOSままたはショ糖を摂取した。対象者の平均年齢は52歳、閉経後年数は8年であった。エクオール産生は尿中エクオール濃度を時間分解蛍光免疫法により測定した。その結果、FOSの摂取は、対象者の尿中エクオール濃度に影響しなかった。これらの結果から、閉経後のエクオール産生者において、少なくとも2週間のFOS摂取により、イソフラボンからエクオールへの代謝は促進されない可能性が示唆された。今後はエクオール非産生者について検討する予定である。また、閉経後の健常な日本人女性を対象に、大豆イソフラボンの介入試験を行い、イソフラボン摂取群ではダイゼインの代謝産物であるエクオール(Eq)の産生者は、非産生者に比べて骨量の減少率が低いことを明らかにした。そこで本研究では、Eq産生を高める食品成分を検索し、最終的に、ヒトにおけるEq産生能に対する影響を評価した。

初年度は難消化性オリゴ糖及び水溶性食物繊維がエクオール産生を亢進することを動物モデルで明らかにした。2年目はエクオール産生者20名について、3年目はエクオール非産生者23名について、閉経後の健常な女性(クロスオーバー試験のため86名分)を対象に、フラクトオリゴ糖(FOS)がエクオール産生に及ぼす影響を評価した。試験は2週間ずつのプラセボ対照クロスオーバー試験を実施し、大豆イソフラボン25mg/日と同時に、FOSまたはショ糖を摂取した。Eq産生は尿中Eq濃度を時間分解蛍光免疫法により測定した。対象者の平均年齢は53歳、閉経後年数は7年であった。結果、すべての群間で、年齢、体組成、栄養素摂取量に有意な差は認められなかった。大豆イソフラボンの摂取によりEq産生者の尿中Eq濃度は上昇したが、FOSの摂取は、Eq産生に関わらず、対象者の尿中Eq濃度に影響しなかった。これらの結果から、閉経後のEq産生者および非賛成者において、少なくとも2週間のFOS摂取により、ダイゼインからEqへの代謝は促進されない可能性が示唆された。今後は、さらに長期間の試験が必要であると考えられた。
発がん抑制におけるミスマッチ修復の役割

アルキル化剤によってDNAにつくられるO^6-メチルグアニンは塩基の誤対合をひき起こし、それが結果として突然変異、さらに発がんをひき起こす。O^6-メチルグアニンを修復する酵素(O^6-メチルグアニンDNAメチルトランスフェラーゼ)の遺伝子を欠くマウス(MGMT^<-/->)は、ごく低量のメチルニトロソウレア(MNU)投与によってがんを生じる。MGMT^<-/->マウスはアルキル化剤の致死作用に対しても感受性が高く、そのLD_<50>は野生型の1/10以下であった。これはO^6-メチルグアニンがアポトーシスをひき起こすことによると考えられ、その過程にはミスマッチ修復系が関与する可能性がある。MGMT欠損に加えてミスマッチ修復に関わる遺伝子の1つであるMLH1を欠損したマウスを作って解析したところ、MGMT^<-/->MLH1^<-/->マウスはアルキル化剤の致死作用に対して野生型のマウスと同程度の抵抗性を示したが、野生型マウスと異なりアルキル化剤の発がん作用に対してきわめて高い感受性を示した。しかし、MGMT^<-/->MLH1^<+/->マウスはPBS投与のコントロールでも相当高い頻度(約20%)で発がんするので、この系でのアルキル化剤の発がん性を検討するのは問題がある。そこでMLH1遺伝子に関してヘテロのマウスを作出し、それについてMNUに対する抵抗性と発がん感受性を検討した。その結果MGMT^<-/->MLH1^<+/->マウスのLD_<50>は120mg/kgで、野生型よりは若干感受性が高かったが、MGMT遺伝子単独欠損のマウスに比べてはるかに抵抗性であった。MGMT^<-/->MLH1^<+/->マウスに30mg/kgのMNUを投与したところ、40%のマウスに胸腺腫が認められた。一方PBS投与のコントロールでは期間内にはがんは生じなかった。この結果はMGMT^<-/->MLH1^<+/->マウスの系がアルキル化作用をもつ物質の発がん性を検討する上で有用なことを示している。
高校入学早期における予防・開発的なグループアプローチによる学校適応への援助と効果

高等学校入学などの新環境移行は危機であり、すべての生徒を対象とした第一次的心理教育援助(石隈、1998)、すなわち、集団を対象とした予防・開発的な援助が求められる。高等学校においては、対人関係形成のスキルに加えて、問題行動を減らして望ましい生活を送るための非行予防教育やライフスキル教育(例えば、生活習慣、薬物防止、性非行防止)の要素を加えた援助を行うことで、より大きい効果が得られると考えられる。本研究は、学校格差の低位に属する高等学校において、入学早期に予防・開発的なグループアプローチを用いて学校適応を高めるための援助を行い、その効果について検討した。予防・開発的グループアプローチのプログラムを、構成的グループ・エンカウンター(國分,1984)と非行予防エクササイズ(押切,2001)、グループワーク・トレーニング(日本学校GWT研究会,1989)、ライフスキル・トレーニング(皆川,1999)から構成した。入学早期の4月上旬に、仲間づくりと非行予防をねらいとした4時間のグループアプローチを、8月に信頼体験と進路選択に関する2泊3口のグループアプローチを実施した。効果測定のために、標準化された心理尺度である「学級集団アセスメント尺度『hyperQ-U』」(図書文化社)をグループワークの前後に実施した。その結果、グループアプローチの前後で、学校生活満足度、スクールモラール、ソーシャルスキルに統計的に有意な差がみられ、望ましい方向に変容したことが確認された。また、学級担任や授業担当者らから、生徒が落ち着いて授業に取り組み、学級集団の状況がよいことが報告された。これらから、グループアプローチによって学校適応が改善したと判断された。高等学校入学早期に予防・開発的グループアプローチを用いて、集団生活のルールの定着とポジティブな感情交流(リレーション)を形成することが、入学という新環境移行期における援助として適切であると考察された。
単層グラフェン量子ホール状態の集団励起モードの観測

グラフェン電子のエッジ状態とサイズ効果を調べる目的に適したナノグラフェン試料の作成に成功した。幅約100 nmのグラフェンナノリボンおよび大きさ約100 nmのグラフェンナノフレークが得られた。これらの厚さは1 nm程度であり、単層ナノグラフェンであると考えられる。予備実験として、ヘリウム液面電子を使ってエッジ電子の振動励起であるエッジマグネトプラズモン共鳴スペクトルを測定した。横方向の閉じこめポテンシャルが弱いときに新しい振動モードが観測されたと思われるグラフェン電子のエッジ状態とサイズ効果を調べる目的に適したナノグラフェン試料の作成に成功した。横方向の閉じこめポテンシャルが弱いときに新しい振動モードが観測されたと思われる単層グラフェンは2次元ゼロギャップ半導体であり、電荷キャリアが静止質量ゼロの相対論的ディラック粒子のようにふるまうことが知られており、関心を集めている。本研究は、ディラック粒子が多数集まったときにおこる集団振動励起のふるまいを実験的に調べ、通常の2次元電子系と比較することでグラフェンの2次元電子の特徴をあぶり出すことを目的とする。平成19年度は、グラフェンの試料づくりを中心に研究を行った。高配向性グラファイト(HOPG)を劈開する方法が現段階では最も簡便で高品質の試料が得られる。光学顕微鏡や原子間力顕微鏡などで観察すると、厚さ1nm程度、大きさ10μm程度の単層あるいは数原子層のグラフェン試料ができていることがわかった。現在、微細加工技術を駆使してこれらの試料をデバイス化する作業が進行中である。試料づくりと平行して、測定に用いる希釈冷凍機の試料室にマイクロ波を導入する準備を行い、温度10mKで100GHzの高周波測定を行う環境が整った。有限の領域に閉じこめられた2次元電子でおこる特徴的な集団振動励起であるエッジマグネトプラズモンを使ってグラフェン2次元電子のエッジ状態を調べる目的で、試料の作成および観察を2通りの方法で行った。ひとつは、膨張黒鉛を材料としていくつかの化学プロセスを経て細長いリボン状のグラフェン試料(グラフェンナノリボン)を作成した。できた試料を原子間力顕微鏡で観察すると、幅100nm以下、長さ数μm程度のグラフェンナノリボンが得られていることが確認できた。我々のグラフェンナノリボンは厚さが1-5nm程度で、これは炭素1層ないし数層に対応するものである。また、これらはエッジの構造が原子スケールでなめらかであることもわかった。我々はグラフェン2次元電子のエッジ状態を調べるためのきわめて良質な試料を手に入れることに成功した。現段階では、グラフェンナノリボンの収率が思うように上がっていない。収率をあげることが課題である。もうひとつの試料は、シリコンカーバイドの熱分解によって試料表面にグラフェン層を析出させる方法で作成したエピタキシャルグラフェンである。できた試料をSTMで観察した。表面全体にグラフェン層が生成していることを確認した。観察する場所によって原子の配向が異なってしまっていることおよび材料のシリコンカーバイド結晶のステップの位置でグラフェンの構造が安定しないことなど、いくつかの課題も見つかった。熱分解するときの雰囲気などに工夫が必要である。
規則的なナノ構造を有する高表面積半導体酸化物触媒の開発と水の光分解

平成14年度までの検討によって、白金超微粒子を内包するチタニア、シリカ、アルミナおよびシリカアルミナナノチューブの調製法を確立した。またそれらの白金内包酸化物ナノチューブの、ガス吸蔵特性と触媒活性を評価した。以下に本研究によって明らかとなった結果を列挙する。(1)白金アンミンカーボネート錯体の再結晶法を検討した結果、少量の純水に溶解した錯体溶液に、エチルアルコールを一度に多量に添加することによって、直径約50nm、長さ約1000nmの均一な針状結晶を得ることに成功した。(2)上記手法で調製したナノサイズの針状結晶を鋳型として、シリカ、アルミナ、シリカアルミナおよびチタニアナノチューブの合成に成功した。シリカ、アルミナ、シリカアルミナナノチューブは室温で合成できるのに対して、チタニアナノチューブは、前駆物質のチタンブトキシドの加水分解速度を抑制するために、200Kまで冷却して加水分解を行う必要があることが分かった。(3)上記で調製した白金内包チタニアナノチューブの水の光分解触媒活性を評価した。超高圧水銀灯を用いて純水の光分解反応を行った結果、水素ガスの生成が定常的に進行することが明らかとなった。この白金内包チタニアナノチューブは、チューブの内側に白金超微粒子が偏って分布していることから、通常のチタニア担持白金触媒と比較して電荷の分離が効率的に促進されることが期待できる。また、水素、一酸化炭素、酸素および水等に対する吸着特性を検討した結果、水を選択的に吸着することが明らかとなった。(4)本研究で調製したチタニアナノーチューブは、通常のチタンアルコキシドの加水分解から合成されるチタニアとは異なり結晶相がルチル型のチタニアで構成されることが明らかとなった。半導体酸化物触媒の光触媒活性は、その結晶性や粒子径等によって大きく変化することが知られている。したがって、それらの構造と触媒活性の関係を解明することができれば新規な触媒を設計する指針を得ることが可能となる。そこで本研究では、種々の有機・無機テンプレートを用いてナノメーターオーダーの構造の異なる半導体酸化物を合成し、その規則的な構造と光触媒活性の関係を明らかにすることを目的とした。具体的には貴金属を内包した金属酸化物ナノチューブや、層状構造を有する金属酸化物、および逆ミセル法を用いた貴金属を内包した金属酸化物超微粒子等の、規則的な微細構造を有する金属酸化物を調製し光触媒特性の検討を行う。本年度は、まず貴金属内包型の酸化物ナノチューブの調製条件を検討した。ナノチューブのテンプレートとなる針状構造を有する白金アンミン錯体の再結晶条件の検討を行い、生成する針状結晶のサイズの制御因子を明らかとした。この再結晶した白金アンミン錯体上でシリコンアルコキシドの加水分解を行ったところ、内径10nm以下の直管状の細孔を有する白金-シリカナノチューブの調製に成功した。また、アルミナやバナジア、シリカアルミナ、チタニア等の金属酸化物を用いたナノチューブの合成検討を行った。各金属アルコキシドの加水分解条件を検討し、加水分解速度を加水分解温度で適宜調節したところ、アルミナ、シリカアルミナおよびチタニアナノチューブの調製に成功した。
非凸スパース正則化の統計力学による解析

本年度はまず、非凸正則化を用いた圧縮センシングについて研究を行った。ベイズ推定やL1正則化を用いた方法と比較した結果、これら手法より高い信号復元性能を示すことが明らかとなった。その信号復元を実際に成功させるアルゴリズムを、確率伝搬法により構成した。さらに、非凸正則化に含まれるパラメータを減少させながら推定することで、推定性能が大きく改善されることも示した。一方で、要求される計算量はL1などの凸関数を正則化とした場合と変わらない。これらの結果は、実問題における非凸正則化の有用性を示すものである。また、昨年度の研究で行った、線形回帰問題における非凸正則化による変数選択について、モデル選択の問題を研究した。座標降下法と交差検証法を用いて、正則化パラメータをアニーリングすることにより推定値を効率的に得る方法を提案し、その手法によるモデル選択を行った。この手法は既存手法の計算量を大きく削減するものである。また、非凸正則化の特徴である、推定量のバイアスの少なさにより、L1正則化でモデル選択を行った場合よりも疎な表現を選択することができた。この表現は、L0正則化による方法と一致しており、計算量と性能の面で大きな優位性を持つことを示した。平成28年度は、統計的モデリングの良し悪しを判断する規準の一つである情報量規準についての研究を行った。まず、先行研究において提案されていた一般化自由度と呼ばれる量を評価することで、説明変数をランダム行列とした場合の情報量規準を様々なスパース正則化に対して導出した。更にこの結果が、一般の説明変数においても成り立つのかどうかを、確率伝搬法を用いて検証した。その結果、ある種の説明変数においても、ランダム行列において成り立つ結果が成立していることが明らかとなった。これはスパース正則化の種類に依存しない結果である。この結果は、スパース正則化における情報量規準についての一般的な理解につながると考えられる。また解析的な導出が困難な場合でも、確率伝搬法による情報量規準の評価が可能であることを示した。特に、非凸スパース正則化についても、レプリカ対称性と呼ばれる性質が現れる領域では、確率伝搬法が有効なアルゴリズムであることを示した。以上の結果を論文として出版した。この研究の発展として、情報量規準の分布についての解析を開始した。平成29年度も引き続き、この研究に取り組む予定である。また、スパース正則化を用いた行列分解問題において、確率伝搬法を用いた解法および典型性能評価についてまとめた。この研究では、行列分解問題に対して統計力学的な解析を行い、行列分解が成功するパラメータ領域を特定した。既存の発見的アルゴリズムの構成に対し、本研究では物理的描像に基づいたアルゴリズムを提案しており、理想的な状況では高い性能を示すことを明らかにした。当初の計画では、平成28年度には以下の研究を行う予定であった。(i)L1正則化とL0正則化を繋ぐ非凸スパース正則化においてAT安定性条件を導出し、AT安定性が存在するパラメータ領域を特定する。(ii)AT安定性が存在するパラメータ領域で、非凸スパース正則化の推定性能の理論予測を与え、L1正則化と性能を比較する。(i)については、SCAD正則化と呼ばれるスパース正則化についてAT安定性条件を導出することに成功した。更に確率伝搬法の導出も行い、論文にまとめた。また(ii)についても研究は順調に進展しており、スパース正則化付き線形回帰および圧縮センシングにおいてL1正則化との比較を行っている。この内容については、国内外の共同研究者とともに研究を更に発展させる予定である。以上の点から、平成28年度の本研究はおおむね順調に進展していると言える。平成29年度は、非凸スパース正則化であるSCADとMCPを用いてスパース推定を行う際に有用な、確率伝搬法によるアルゴリズムを開発した。解析の結果、確率伝搬法が収束しなくなるパラメータ領域が存在することが発見された。更に、導出された確率伝搬法の収束条件は、レプリカ法により導出される相転移点と一致することを示した。また既存のアルゴリズムであるcoordinate descent法と比較した結果、確率伝搬法の収束する範囲内でcoordinate descentも大域的安定解に収束することがわかった。coordinate descentについては、先行研究で収束のための十分条件が導出されていたが、本研究で得られた収束条件の方がよりタイトであり、システムサイズ無限大の極限で数値実験と一致している。以上の結果から、精度良い収束条件を持った、効率的なアルゴリズムが非凸スパース正則化に対して提案できた。また、非凸スパース正則化の実用において問題となるのは、正則化パラメータの選び方である。我々は確率伝搬法を用いて、予測誤差の推定量を構成する方法を提案した。一般に、AICは正則化が存在するときは予測誤差の不偏推定量とはならないため、別の推定量を構成する必要がある。我々はMallows' Cpから出発し、一般化自由度と呼ばれる量の推定量を確率伝搬法の固定点から導出する方法を開発した。この確率伝搬法に基づく推定量は、説明変数とデータの各成分が独立にガウス分布に従う場合は、不偏性を持つことが数学的に示される。しかし一般のデータでは必ずしも成り立たないため、我々は説明変数の相関を考慮した補正方法を提案した。これにより、確率伝搬法を用いてAICより良い予測誤差の推定量を構成することに成功した。

研究実績の概要に示した項目は、最終研究年度までの完成が目標とされていた。しかし平成29年度に研究成果がまとまり、論文を投稿するところまで達成している。したがって、現在までの研究進捗状況は、当初の計画以上に進展していると考えている。また、平成29年度までの研究成果は物理、機械学習の学会において発表しており、中でも機械学習の学会(IBIS2017)において優秀プレゼンテーション賞を受賞した。このことも、本研究の進捗状況が順調であることを意味していると考えている。本研究課題申請の時点では想定していなかった研究の発展が見られたため、以下の「今後の研究の推進方策」に示す通り、非凸スパース正則化を用いた圧縮センシングの研究を含めて本研究をまとめたいと考える。本年度はまず、非凸正則化を用いた圧縮センシングについて研究を行った。ベイズ推定やL1正則化を用いた方法と比較した結果、これら手法より高い信号復元性能を示すことが明らかとなった。その信号復元を実際に成功させるアルゴリズムを、確率伝搬法により構成した。さらに、非凸正則化に含まれるパラメータを減少させながら推定することで、推定性能が大きく改善されることも示した。一方で、要求される計算量はL1などの凸関数を正則化とした場合と変わらない。これらの結果は、実問題における非凸正則化の有用性を示すものである。また、昨年度の研究で行った、線形回帰問題における非凸正則化による変数選択について、モデル選択の問題を研究した。座標降下法と交差検証法を用いて、正則化パラメータをアニーリングすることにより推定値を効率的に得る方法を提案し、その手法によるモデル選択を行った。この手法は既存手法の計算量を大きく削減するものである。また、非凸正則化の特徴である、推定量のバイアスの少なさにより、L1正則化でモデル選択を行った場合よりも疎な表現を選択することができた。この表現は、L0正則化による方法と一致しており、計算量と性能の面で大きな優位性を持つことを示した。平成29年度は、非凸スパース正則化を含むスパース正則化付きの推定問題において、情報量規準の揺らぎを評価することを目標とする。情報量規準は期待対数尤度の不偏推定量として定義されるものであり、訓練データに応じてその値は揺らぐ。したがって、与えられるデータによっては異なるモデルが選択されるなどの問題点がある。よって実用上の観点から、情報量規準の揺らぎを評価しておくことは重要である。ランダム系の統計力学における手法を用いて、この揺らぎを定量的に評価することが本年度の目標である。また非凸スパース正則化の実用化に向けて、実際の問題で非凸スパース正則化の有用性を確かめることも目指す。具体的には、線形回帰や圧縮センシングを扱う。これらの問題についての知見を持つ国内外の共同研究者と協力し、非凸スパース正則化の統計力学的な解析を達成することを目指す。本年度は、非凸スパース正則化について以下の2点の研究を行う。1つ目は、交差検証誤差の近似表現の導出である。
緑色鞭毛藻の系統の解析と分類の研究.

緑色植物の起源生物の遊走細胞は、形態的には、高等植物に直接つながる系統群であるシャジクモ綱と多層構造体(MLS)を、また緑藻綱およびアオサ綱と交叉型鞭毛根系を共有すると考えられる。これまでに研究班で単離培養した藻株約200株のうち、Cymbomonas、pterospermaおよびParasinopapillaの三属でこのような中間的な性質が確認された。これら三属はいずれもプラシノ藻pyramimonasと類縁を示している。研究をピラミモナス系統群に絞って行った結果、この藻群では鞭毛打法から繊毛打法へ、後方遊泳から前方遊泳への進化傾向が認められた。一方、分裂様式は大変多様性に富み、そのうちの一つは核膜が完全に崩壊する高等植物型のそれであること、グリコ-ル酸代謝酵素の調査の結果から、Pterospermaはシャジクモや種子植物と同様にグリコ-ル酸オキシダ-ゼを使用していること(緑藻綱やアオサ綱ではグリコ-ル酸デヒドロゲナ-ゼ)、そして痕跡的ながらクロロフィルa.bとともにクロロフィルcをもち、また他の緑色物では認められない多くのカロチノイドを有していることが明らかになった。さらにピラミモナス系統群の一員であることが本研究で明らかにされたMamiellaについて5SrRNAのヌクレオチドの配列の決定を行い、既知の緑色植物と比較したところ、緑藻綱、アオサ綱、種子植物群より初期に分岐したことも明らかになった。以上の結果から、プラシノ藻類特にピラミモナス系統群は、細胞構造、分裂様式、代謝系、色素組成の点できわめて多様であり、さまざまな点で高等緑色植物群の綱のレベルの形質を合わせ持っていることが明かである。そして、そのなかのピラミモナス系統群では、すべての高等植物群と直接の類縁を示す形質が残存しており、これらの藻群を生みだした祖先生物の子孫であることがほぼ確かめられた。1研究資料の蒐集と培養及び分類の研究プラシノ藻類に所属する緑色鞭毛藻12属30余種及び緑藻類11属20余種の培養を確立した。多くは海及び淡水より採集・分離したものであるが、数種はテキサス大学及び国立公害研究所の藻類株保存施設より分譲を受けた。これらのうちの3種は新種、1種は新組合せ、1属は日本新産である。2鞭毛装置の研究上記の藻類中プテロスペルマとパキスファエラ所属の2種は非対象構造の装置をもち、従来知られない様式を示す。生活環において不動球形体の相をもつ上記2属に加えてハロスファエラ属の鞭毛装置は狭義の緑藻類と陸上の緑色植物系列の両方の性質を合わせもつことが判明した。3細胞分裂機構5種について解析を続行中であるが、その中の1種プテロスペルマ・クリスタツムで詳しい知見を得た。様式は核膜が保持されたまま染色体の分離・分配がおこる亜開放型核分裂であるが、紡錘体本体は核外に存在するので、緑色植物には従来知られていない特異なものである。4光合成色素組成の研究5属6種についてカロテノイド組成を研究した。プラシノ藻に属する5種は緑色植物には知られない特異な組成をもつこことがわかった。すなわち、ルティンの誘導体であるシフォナキサンチン及びそのエステルであるシフォネインをもち、さらに未知のカロテノイドを種により25種類含有し、その数は合計すると9種類にもなる。それらのうちの4種はオレンジ色であり、生体内で緑色光を吸収することが示唆される。5 5srRNAの塩基配列の研究緑色鞭毛藻10余種について解析中である。さらに比較のために大型緑藻10余種についても研究を続けている。6光合成代謝産物、特にグリコール酸経路の研究,プラシノ藻及び緑藻の代表種5種について関与酵素群の比較生理学的研究を続行中である。1種の同定・分類・生殖及び生活環の研究プラシノ藻のテトラセルミス属テトラテーレ亜属の日本産種についてモノグラフ的研究がほぼ完成した.2新種を含む6種について原稿を作成中である.2鞭毛装置構造の研究マミエラ・メソスティグマ・モノマスティウス・ペディノモナス・プテロスペルマ等について鞭毛装置構造の詳細が判明したプラシノ藻類には完全な対称型構造はなく,僅かな非対称→極端な非対称への多数の移行型が存在する.完全な対称型の狭義の緑藻類と完全な側方型の陸上植物系列の緑色植物の原型がプラシノ藻類に存在すると考えてよい.3細胞分裂機構プラシノ藻のプテロスペルマの1種は従来生物界に知られない特異な核分裂を行うことが判明した.核膜で包まれたままで染色体の分離,分配が進むが,その際紡錘体は核外に存在する.プラシノ藻類にはこの他にも極めて特異的な核分裂を行うものが多くあり,緑藻類(狭義)や陸上植物系列の群が一様的であるのと対照的である.この事実もプラシノ藻が上記2群の祖先型生物群であるとする意見を支持するものと解釈できる.4 5S〓RNAの塩基配列の決定プラシノ藻のマミエラで,葉緑体,ミトコンドリア及び細胞質より5S〓RNAの分離に成功し,それら三者を比較することでそれぞれの起源と年代測定に重要な知見を得ることができた.マミエラは緑色鞭毛藻類中比較的原始的と考えられている生物であり,成果の公表が各方面から注目されている.5.光合成色素組成の研究

プラシノ藻類の多くの属種について主にカロティノイドの組成を調査した結果によると,多様なシフォナキサンチン誘導体と思われる色素が得られた.シフォナキサンチンは海産緑藻に知られる色素でありまた狭義の緑藻にも僅かながら知られている.これらの事実もプラシノ藻の緑色植物祖型説を支持する緑色植物の祖先群と考えられているプラシノ藻類および近縁と思われる緑色鞭毛藻類の分類系の確立と進化・系統・類縁の解析を目標に下記の研究を実施し、成果を得た。1培養株の確立と生殖過程の研究ープラシノ藻類と緑藻類のドナリエラ科・クラミドモナス科の鞭毛藻20余種を天然より分離し、単藻培養を行い、種の階級の分類を行うとともに、培養により有性生殖過程を観察した。その結果、少くとも5種以上の新種を認め、プラシノ藻類の2属ネフロセルミスとメソスティグマにおいて初めて有性生殖を確認した。これはプラシノ藻類に知られた最初の有性生殖である。2鞭毛装置構造ープラシノ藻類において、鞭毛装置と細胞構造の構成単位の相同性の対応づけを行い、明白な進化系統的傾向の存在を認めることに成功した。さらに、カルテリア様の藻類に上記の構造に強い相同性をもつものがあり、また高等植物系列に見られるMLS構造をもつカルテリア様藻類の存在も確認できた。3有系分裂過程ープラシノ藻のメソスティグマ属は、1)開放型核分裂に近く、2)核ー染色質塊面は完全開放型で染色系の発達は顕著である。これらは高等植物系列群に見られる性質で、近縁性が示唆される。4グリコール酸酸化酵素ープラシノ藻類のネフロセルミス・オリヴアケアとピラミモナス・パルケアエの2種および緑藻類(狭義)のクラミドモナス・ラインハルデイとヴォルヴリナ・スタイニイの種はいずれもグリコール酸デヒドロゲナーゼをもつことが確認された。プラシノ藻の幾つかの属が細胞構造で示す高等植物系列への近縁性と相反する結果であるので、この点はさらに多くの種属について研究を行う要がある。5 5SrRNAの塩基組成ープラシノ藻のマミエラの1種のミトコンドリア、葉緑体および細胞質を分画し、それぞれの5SrRNAを解明した。緑色植物の起源生物の遊走細胞は、形態的には、高等植物に直接つながる系統群であるシャジクモ綱と多層構造体(MLS)を、また緑藻綱およびアオサ綱と交叉型鞭毛根系を共有すると考えられる。これまでに研究班で単離培養した藻株約200株のうち、Cymbomonas、pterospermaおよびParasinopapillaの三属でこのような中間的な性質が確認された。これら三属はいずれもプラシノ藻pyramimonasと類縁を示している。研究をピラミモナス系統群に絞って行った結果、この藻群では鞭毛打法から繊毛打法へ、後方遊泳から前方遊泳への進化傾向が認められた。一方、分裂様式は大変多様性に富み、そのうちの一つは核膜が完全に崩壊する高等植物型のそれであること、グリコ-ル酸代謝酵素の調査の結果から、Pterospermaはシャジクモや種子植物と同様にグリコ-ル酸オキシダ-ゼを使用していること(緑藻綱やアオサ綱ではグリコ-ル酸デヒドロゲナ-ゼ)、そして痕跡的ながらクロロフィルa.bとともにクロロフィルcをもち、また他の緑色物では認められない多くのカロチノイドを有していることが明らかになった。さらにピラミモナス系統群の一員であることが本研究で明らかにされたMamiellaについて5SrRNAのヌクレオチドの配列の決定を行い、既知の緑色植物と比較したところ、緑藻綱、アオサ綱、種子植物群より初期に分岐したことも明らかになった。
栄養素がニワトリ骨格筋の熱産生調節能に及ぼす影響

1.システムの構築と改良:研究開始年度の14年度に間接熱量測定システムを構築して実験を開始したが、測定精度に若干のばらつきが認められたことから、15年度に呼吸チャンバー内空気の除湿装置を付加した。さらに効率的な測定を行うために、16年度に呼吸チャンバー数の増加とこれに伴うストリームセレクターの改造と測定プログラムの変更を行った。17年度は測定プログラム-OS(Win-me)間の累積的な問題によると思われる異常が生じた。そこでOSをWin-XPに更新し、それに伴って測定プログラムを修正した。同時に呼吸チャンバー内の攪拌翼の改良も行った。2.環境温度と食餌性熱産生:環境温度が低くエネルギー消費が多いとき、消費に見合うだけのエネルギーを飼料によって供給すればよいが、実際には摂食量の限界があるために必要なエネルギーを摂取することが難しい。そこで寒冷時において必要とされる栄養素に関する情報を得るために、栄養素と環境温度の関係を調査した。その結果、飼料中エネルギーを増加させると充分なエネルギーが吸収・利用され体温の調節に役立つが、エネルギー代謝速度の増加によって循環器に負担がかかり、腹水症の発生率が増加することが明らかになった。3.栄養素の種類と熱産生量:飼料中のタンパク質含量と鶏の産熱量との関係を調査した。タンパク質摂取による産熱は顕著で、用量反応的に産熱することを確認したが、飼料中タンパク質含量が20%を超えると更なる産熱の増加はないことを明らかにした。また、タンパク質による産熱の程度は日齢によっても異なることが示唆された。次に飼料中の脂肪含量と産熱量との関係についても調査した。ニワトリにおいて脂肪酸は呼吸基質として殆ど利用されないといわれており、事実、脂肪含量と産熱量との間に関係はなかったが、脂肪酸は呼吸基質として糖よりも急速に取り込まれ利用されることを発見した。1.装置の組み立て市販品の中にニワトリの熱産生量測定に適した装置がないために、研究開始年度にあたる14年度では当初の計画通り、ニワトリ用の間接熱量測定装置を組み立てた。この装置は、今回申請した酸素ガス連続分析装置と呼気ガス流量調整装置、ならびに現有設備である呼吸チャンバーとコンピューターから成る一つのシステムである。このシステムでは熱量は間接測定法で求められるために、酸素消費量と二酸化炭素産生量を変数として用いて熱産生量を求めるための計算式を必要とする。このような計算式はいくつか提唱されているが、本実験の形態や条件に最もよく適合するものを選択せねばならない。申請者らの主目的はニワトリのエネルギー産生量における急速な応答を調査することであるので、広く使用されている計算式を使うと、動物の反応から機械の応答までの間に数分から十数分のタイムラグが生じた。そこで、急速応答を可能とするために、英国ロスリン研究所のMacLeod主任研究員の協力を得て、彼の計算式を一部修正して使用することにした。ただし、この計算式を使用するためには装置のハード部分(空気の流速調節装置)を若干変更せねばならなかった。そこで、このハード部分を変更し、MacLeod計算式の修正式を利用して実測したところ満足すべき結果が得られた。2.動物実験上記のシステムを用いて、以下の実験を行なった。すなわち、供試鶏にブロイラー雄(4週齢>を用い、温度管理された恒温室内(現有設備)で熱的中性圏あるいは寒冷に曝露させ、これらに標準タンパク質レベルの飼料を給与し、熱産生量を測定し、その後解剖して内臓を観察した。

その結果、寒冷曝露した鶏は飼料摂取量と熱産生量が増加するが、飼料摂取量の増加を許すと腹水症の発生率が増加することが明らかになった。これは熱産生量の増加に伴う酸素要求量の増加に呼吸器官の能力が追いつかないためと考えられた。1.システムの一部修整研究開始年度の14年度に組み立てたニワトリ用間接熱量測定装置を用いて熱産生量測定の実験を行っていたが、夏季になると測定値が不安定になることが判明した。これは空気の湿度が高くなるために、既存の電子除湿機では測定セルに導入されるサンプルガスを除湿しきれなくなったためと思われた。そこで空気を事前に圧縮し、高分子分離膜で除湿してから呼吸チャンバーに導入する方式に変更したところ、良好な結果が得られるようになった。2.寒冷と熱産生量熱的中性圏あるいは寒冷条件で維持したブロイラー雄(4週齢)に標準および高エネルギーの飼料を給与して、摂食量、成長、熱産生量および腹水症の生理学的指標を測定した。その結果、寒冷曝露すると摂食量は増加せず成長が遅れるが、このような負の影響はエネルギー摂取量の増加によつて解決されることが判明した。ただし、寒冷曝露時に高エネルギー飼料を給与すると筋肉における熱産生促進と心臓肥大が認められた。以上は、成長促進による熱産生量の増加が循環系に負荷を与え、その結果として腹水症が発生することを示唆している。3.栄養素と熱産生量鶏の食餌性熱産生を最も効果的に誘導し得る栄養素を検索する目的で、種々のタンパク質レベルの飼料をブロイラー雄(4週齢)に給与し、食餌性熱産生量と呼吸商の経時的変化を測定した。食餌性熱産生量は給餌直後から増加し、4時間目にピークに達し、その後漸減した。このピークの高さは飼料タンパク質レベルの増加に伴って高くなるが、20%以上ではさらなる向上はなかった。呼吸商は給餌直後から増加し、6時間目にピークに達し、その後漸減した。このピークの高さは飼料タンパク質レベルの増加に伴って低くなった。食餌性熱産生量のピークと呼吸商のピークに2時間のタイムラグがあったことから、食餌性熱産生は必ずしも飼料エネルギーの燃焼によって生じるものではない可能性が示された。1.システムの一部修整研究開始年度の14年度に間接熱量測定システムを組み立てて実験を行っていたが、測定精度に若干のばらつきが認められた。そこで、15年度に測定値の精度向上を目的としてニワトリ用チャンバー内の空気を除湿するための装置を付加した。16年度にはさらに効率的に測定を行うためにニワトリ用チャンバー数を2から3に増加し、これに伴ってストリームセレクターの改造と測定プログラムの変更を行った。2.栄養素と熱産生量15年度においてはニワトリの食餌性熱産生を増加させる栄養素といわれるタンパク質に注目して研究を行い、食餌性熱産生は飼料中のタンパク質レベルと並行的に推移するが、タンパク質レベルが20%を超えるとこの関係は維持されないことを確認した。そこで16年度はニワトリの食餌性熱産生を低下させる栄養素といわれる脂肪に注目して研究を行った。その結果、食餌性熱産生は飼料中の脂肪レベルに関わらず常に一定であることを確認し、脂肪(すなわちエネルギー)は食餌性熱産生に無関係であることを認めた。3.グルコースと低級脂肪酸の呼吸基質としての利用性
プロテインキナーゼCとその基質タンパク質との特異的相互作用を操作する技術の開発

多彩な機能を有すると同時に様々な疾患への関与が推測されているPKCの作用を制御する方策の一つとして、その基質・足場タンパク質との相互作用を制御するとの考えはきわめて魅力的である。本研究では、我々が独自に見いだし、その生理、細胞作用を明らかとした二つのPKC結合タンパク質について、PKCとの相互作用を検出するシステムを構築すると同時に、それを用いて、PKCとの結合、リン酸化に関わる配列を同定した。MDC9は、PKCδの基質・結合タンパク質として同定されたが、ADAMファミリーに属する細胞膜貫通型のメタロプロテアーゼである。PKCδはそのキナーゼドメインを介してMDC9の細胞膜直下の細胞質ドメインに直接結合し、リン酸化する。この結合の意味を試験する目的で、HB-EGFの膜結合型から可溶型への切り出し過程への関与を想定し、それを検証する実験を行い、PKCδとMDC9とが、細胞活性化に伴って起きるHB-EGFの膜結合型から可溶型への切り出し過程に関わっていることを証明した。ところで、構造類似の他のPKC分子種PKCαや、PKCεは結合しない。その結合及びリン酸化にはMDC9の25個のアミノ酸配列で十分であるが、その際にはPKC分子種に対する特異性は失われる。つまり、PKCδとMDC9との結合には細胞膜直下の25個のアミノ酸が必要十分であるが、それ以外の細胞質ドメインの配列も、関わっていることも明らかとなった。様々な細胞膜タンパク質が細胞活性化に伴い限定分解を受ける現象は、発生や組織形成過程で起きることが知られており、様々な疾患との関わりも推測されているがその分子機構は不明であった。本研究により、研究の方向性に大きな指針ができたこととなる。プロテインキナーゼC(PKC)の結合タンパク質として見いだしたASIP(aPKC speciffic interacting protein)は、PDZドメインを3個、aPKC結合部位などの特徴的な配列を有する。分子全体が線虫の細胞極性を支配する遺伝子と極めて相似の構造を示したことから、線虫におけるaPKCを検索しそれを見いだした。更に、線虫のaPKCが実際に細胞極性を支配し、線虫の初期発生の細胞分裂の不均等性を支配していることが明らかとなった。この結果を踏まえ、ほ乳類細胞におけるASIPとaPKCの機能を解析したところ、上皮細胞において、両者が細胞接着部位に極性を持って局在していることを見いだした。上皮細胞は極性を有することがその生理機能発揮に必須であり、その異常は増殖異常、つまりがんの一因と考えられている。つまり、aPKCの示す増殖制御機能の少なくとも一端は細胞の極性制御にあることがわかった事になる。興味深いことに、ASIPとaPKCの特異的な複合体は、線虫でも、ほ乳類の上皮細胞でも、細胞膜直下に存在する。更にこれら以外のタンパク質とも相互作用して巨大なシグナル複合体を構成していることが推測されるに至った。このシグナル複合体の構成分子を解析することが、細胞の極性制御の理解に極めて有効であろうと推測される。

PKCδはそのキナーゼドメインを介してMDC9の細胞膜直下の細胞質ドメインに直接結合し、リン酸化する。この結合の意味を試験する目的で、HB-EGFの膜結合型から可溶型への切り出し過程への関与を想定し、それを検証する実験を行い、PKCδとMDC9とが、細胞活性化に伴って起きるHB-EGFの膜結合型から可溶型への切り出し過程に関わっていることを証明した。ところで、構造類似の他のPKC分子種PKCαや、PKCεは結合しない。その結合及びリン酸化にはMDC9の25個のアミノ酸配列で十分であるが、その際にはPKC分子種に対する特異性は失われる。つまり、PKCδとMDC9との結合には細胞膜直下の25個のアミノ酸が必要十分であるが、それ以外の細胞質ドメインの配列も、関わっていることも明らかとなった。様々な細胞膜タンパク質が細胞活性化に伴い限定分解を受ける現象は、発生や組織形成過程で起きることが知られており、様々な疾患との関わりも推測されているがその分子機構は不明であった。本研究により、研究の方向性に大きな指針ができたこととなる。