hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遺伝子サイレンシング機構の破綻によるネオセルフ生成と、免疫活性化の検証

TRIM28は、ヘテロクロマチンタンパク、ヒストン脱メチル化酵素およびヒストンメチル化酵素と会合し、抑制性ヒストン修飾によりグローバルに転写抑制を起こす役割を持つ分子である。TRIM28は初期発生で必須の働きを行うが、体細胞、とくに免疫系での意義は知られていなかった。研究代表者は、TRIM28分子をマウスのTリンパ球で特異的に欠失させると、自己反応性のIL-17産生性ヘルパーT細胞(Th17)が分化、活性化し、自己免疫疾患を発症して早期に死亡することを報告してあり、(Chikumaet al.Nat.Immunol. 2013)当研究ではたらにこの分子の、免疫系での役割を明らかにしようとしている。昨年度までに、TRIM28を、抗原提示細胞で特異的欠損するマウスを作成し、これらマウスの抗原提示細胞による抗原提示能が上昇し、Tリンパ球をよく活性化すること、特に、自家リンパ球混合反応(auto MLR)において、TRIM28欠損抗原提示細胞が自家のT細胞を強く活性化する現象を見出した。これは新規抗原が生成されていることを示唆するデータである。昨年度に検出した、TRIM28欠損下で有意に発現上昇した遺伝子群について、その発現上昇の詳細を検討した。上昇した遺伝子の中には1クロマチン免疫沈降解析により、明らかに遺伝子調節領域の抑制性修飾が解けているもの2炎症関連遺伝子3酸化ストレス因子の、少なくとも3グループが存在することがわかった。また、いくつかの免疫関連遺伝子は、実際にTRIM28欠損下で、タンパクレベルで発現し、リンパ球に新規抗原として認識され、免疫活性化に寄与していることがわかった。また、メモリーT細胞の調節機構や、制御性T細胞の制御機構について論文発表した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。TRIM28(Tripartite motif 28)は、ヘテロクロマチンタンパク、ヒストン脱メチル化酵素およびヒストンメチル化酵素と会合し、抑制性ヒストン修飾によりグローバルに転写抑制を起こす役割を持つ分子である。研究代表者は、TRIM28分子をマウスのTリンパ球で特異的に欠失させると、自己反応性のIL-17産生性ヘルパーT細胞(Th17)が分化、活性化し、自己免疫疾患を発症して早期に死亡することを報告している(Chikuma et al. Nat.Immunol. 2013)当研究の目的は、TRIM28分子の、免疫系における機能をさらに詳細に解析することである。本年度はTRIM28を、抗原提示細胞で欠損するマウスを作成し、これらマウスの抗原提示細胞による抗原提示能が上昇し、Tリンパ球をよく活性化することを見出した。特に、自家リンパ球混合反応(auto MLR)において、TRIM28欠損抗原提示細胞が自家のT細胞を強く活性化する現象を見出し、これは、遺伝子サイレンシング機構がうまく働かないため、「新規自己抗原(ネオセルフ)」として、正常細胞では提示されない新規抗原が生成されていることを示唆するデータである。新規抗原の実体を理解するため本年度行ったトランスクリプトーム解析により、TRIM28欠損細胞では、多くの免疫学的隔絶抗原、および、種々の、本来は発現抑制を受けるべき転写産物が有意に上昇していることを明らかにした。現在、これら転写産物が老化に伴いタンパクとして発現し、T細胞に異物として認識され、自己免疫疾患の原因となる可能性を検討中である。これとは別に、免疫抑制受容体PD-1の翻訳後修飾や、制御性T細胞の機能抑制をターゲットにしたがん免疫増強法などについて、論文を6報、総説を3報発表した。本年度は、細胞レベルでの遺伝子発現調節異常が免疫活性化に及ぼす影響を模索するため、新規動物モデルを作出し、当該マウスから興味深い表現型が得られたために、初期の目標は十分に達成できたと考えている。研究代表者の専門である、免疫制御に関しても多くの研究発表を行うことが出来た。また、ネオセルフ領域に参加したことで、班員とのあらたな共同研究の芽も生まれ、発展性のある予備的知見を得ている。上昇した遺伝子の中には1クロマチン免疫沈降解析により、明らかに遺伝子調節領域の抑制性修飾が解けているもの

2炎症関連遺伝子3酸化ストレス因子の、少なくとも3グループが存在することがわかった。また、いくつかの免疫関連遺伝子は、実際にTRIM28欠損下で、タンパクレベルで発現し、リンパ球に新規抗原として認識され、免疫活性化に寄与していることがわかった。また、メモリーT細胞の調節機構や、制御性T細胞の制御機構について論文発表した。トランスクリプトーム解析の結果同定した抗原が、実際にタンパクとして発現し、T細胞を刺激するのかを検証する。また、TRIM28欠損が自己免疫疾患の原因となる可能性を検討中である。本研究では比較的自己免疫疾患に抵抗性であるC57BL/6系統で行うため、明らかな表現型が得られない場合、自己免疫疾患に感受性のPD-1KOに、TRIM28欠損マウスを交配することも考えている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
日本語ゼロ代名詞の先行詞の自動同定アルゴリズムに関する基礎研究および機械翻訳等の文書処理への実装

「研究目的」日本語では「誰が何を」などの情報が往々にして表現されない。しかし、この情報は自動要約、質疑応答などの様々な言語処理アプリケーションの高度化に必要になる。特に、機械翻訳(日本語→英語)システム開発においては、それらの省略された情報(ゼロ代名詞)が英語で必須であるため、その先行詞を同定する事は一つの大きな課題となっている。その解決策として、文法や文脈を考慮したアルゴリズムを考案したが、その実装と有用性評価が研究目的。「研究実績」新聞90記事を使用し、ガ格、ヲ格、ニ格のゼロ代名詞の先行詞を自動同定する実験の結果と改良点□実装結果:アルゴリズムの内容が全てプログラム化されていないため、ここでは精度よりも、実験から得れた知見について述べる。1.26.6%(24/90)記事は、全てのゼロ代名詞の先行詞の同定が正しく行われていることから、提唱しているアルゴリズムは省略の基本は掴んでおり、その有用性はあるといえる。2.不正解の原因は、1の結果からすると、著者による書体の違いからくる文体(文型)と省略度合いにも起因しているといえる。つまり、省略を誘発する要因は、統語、意味、文脈、分野の専門知識、世界知識に大きく分かれ、右の要因ほど機械処理には困難になる。人にとっても、理解により多くの推論が必要になり、文が曖昧になる。しかし、著者により統語的な省略だけにとどめる人もいれば、それ以外の要因で推論できるものも省略する人もおり、その度合いに大きな個人差がある。1での結果に、これが顕著に現れていると考えられる。□改良点と今後の課題3.2への対策:エラーや個人的書体とゼロ代名詞使用のヴァリエーションへの対策4.今回の分析で、異なる主語を誘発する動詞があることが判明。これにより、この部分にかんしては、先行詞の同定に世界知識などに頼らなくても機械的に処理することができるようになる。該当する動詞のリスト作成が必要。5.省略の有無(必須情報)の明確な定義付け動詞の選択制限だけではなく、共起する名詞句の意味制約も関連し、また、先行詞が不特定だったり一般である時には、先行詞を同定する必要が感じられない。
人工筋肉駆動用電気粘性流体アクチュエータの開発

工場での手作業の自動化,あるいは宇宙,海洋,原子炉などの危険な環境での人間の手作業の代行を目的として,これまでいろいろのロボットが研究,開発されてきた.これらの多くのロボットによる物体のハンドリングは,腕,手首の自由度を利用して行われており,人間のようなしなやかさに欠けているものが多かった.そのため,人工的な手にも,人間の手のような柔軟なつかみ機能を取り入れる必要性が高まっている.そこで,著者らは,シリコーンゴム管を母材とし,流体圧により作動する柔軟な人工筋肉アクチュエータを開発するとともに,このアクチュエータを人工指として用いて,つかみ機能を有するロボットハンドを製作し,物体把持の研究を行ってきた.このアクチュエータ(人工指)の特徴は,1.構造が簡単,2.小型化が容易,3.多自由度動作が可能であることなどである.次に、1.電気粘性流体(ERF)の圧力バルブへの応用と解析方法の検討,2.ERF駆動用ポンプの開発と実現できる圧力,流量の測定および解析方法の検討とともに,3.微小径の人工筋肉をERFを用いて駆動し,視覚障害者のための点字ディスプレーとして使用することの可否について調べた.その結果,次の結論が得られた.(1)上下の電極にかける電場に対してほぼ線形的に変化する中間部圧力が得られるから,この装置は容易に人工筋肉の制御に応用することが可能である.したがって,この方式を人工筋肉に限らず圧力機器の制御に広く応用できる可能性がある.(2)電極長さを変えたときにもかける電場和を調整することにより電場と圧力の同一関係を得ることが可能である.この場合,同一の圧力降下を得るために必要な電場和は電極長さに対してほぼ逆比例の関係にある.(3)圧力のアナログ的制御とともにディジタル的制御が可能である.(4)ディジタル的制御において,デューティ比を変えた高周波の交番的なパルス電場を印可すると,脈動を伴わない流量と中間部圧力が得られる.(5)中間部圧力口に複数の電極を並列接続し,これらを一種の圧力弁として作動させる分圧制御が可能である.この方式は十分実用性があり,少ない電極で多くの圧力を得る方法として有効である.(6)電気粘性流体効果は,粘性係数を速度場によらず一定とした従来の解析では整理できず,粘性係数を速度こう配(ずり速度)の平方根に逆比例するものとして扱わなければならないことを知った.(7)回転壁による粘性効果を利用したポンプと回転ばねと静止電極を利用したポンプを製作し,それらがポンプとして利用できることを実験的,理論的に明らかにし,各々のポンプ特性について調べた.(8)2重管圧力バルブの考え方を,平板タイプの圧力バルブに適用した.このバルブは高速応答,低消費電力の特性があり,管径2ミリのマイクロ人工筋肉を駆動でき,点字ディスプレイとして利用できることを明らかにした.1. ER流体の応答性に関する研究は数少ない.ここでは,先に開発した任意圧力を得るアクチュエータについて,その応答性の改善の可否を調べるため,ER流体の分散濃度,2重円筒電極の間隔,電場強さ,供給圧力が圧力応答性に与える影響について調べた.併せて,分散濃度と電場により誘起されるせん断応力の関係について調べた.その結果,分散濃度と電場強さを増加させると応答特性をわずかに改善できること,電場と濃度を高くするとせん断応力は電場と濃度の自乗に比例する関係から1次比例関係に変化することが知られた.2.電気粘性流体の電圧を印加すると見かけの粘性が変化するという電気的特性を有効に利用した新しいポンプを開発した.このポンプは単純な流路系からなるが,比較的大きな分散質径の粒子を含み,粘度の大きな電気粘性流体を圧送することが可能である.ポンプの原理,構成とともに,その理論解析方法を表した.実現される流量,圧力,栓流領域の変化などポンプの特性について調べた.この方法はポンプとしての利用とともにせん断応力,粘度などの物性値測定にも有効であることを示した.3.これまで開発されてきた人工指の欠点は,人間の指と異なり触覚機能がないことと,柔軟なだけで内部に骨に対応する構造がないためにねじれ剛性に欠け,物体を把持する際にねじれが生じ,指の動きと直角方向すなわち物体表面の接線方向に指が逃げることであった.本研究はこれらの人工指の欠点を補うべく,人工指に触覚機能とねじれ剛性を賦与させて人間の指に近い機能を持たせるとともに,改良した人工指と多関節ロボットを組み合わせ,物体を把持し移動させることの可能な物体ハンドリングシステムを製作した.そして,このシステムがロボットハンドとしてどの程度効果的に利用できるかをいくつかの物体把持実験により検討した.得られた結果を要約すると次のようになる.1.アクチュエータ内部に骨格部分としての補強材を挿入することでロボットの指としての性能が向上した.すなわち,物体を把持する際にねじれが生じ,指の動きと直角方向すなわち物体表面の接線方向に指が逃げるという柔軟性ゴムを使用した人工指特有の欠点を緩和できた.2.ひずみゲージおよびコイル型触覚素子を使用することで指先が物体に触れたことの検出と把持力の推定が可能となった.3.コイル型触覚素子による把持する物体のおおよその外径を判断できた.

4.ロボットハンドの目となる視覚装置について多色物体までの距離を実時間で得る距離画像取得装置を開発し,その応用の手始めとして盲人用視覚装置としての利用を考えた.工場での手作業の自動化,あるいは宇宙,海洋,原子炉などの危険な環境での人間の手作業の代行を目的として,これまでいろいろのロボットが研究,開発されてきた.これらの多くのロボットによる物体のハンドリングは,腕,手首の自由度を利用して行われており,人間のようなしなやかさに欠けているものが多かった.そのため,人工的な手にも,人間の手のような柔軟なつかみ機能を取り入れる必要性が高まっている.そこで,著者らは,シリコーンゴム管を母材とし,流体圧により作動する柔軟な人工筋肉アクチュエータを開発するとともに,このアクチュエータを人工指として用いて,つかみ機能を有するロボットハンドを製作し,物体把持の研究を行ってきた.このアクチュエータ(人工指)の特徴は,1.構造が簡単,2.小型化が容易,3.多自由度動作が可能であることなどである.次に、1.電気粘性流体(ERF)の圧力バルブへの応用と解析方法の検討,2.ERF駆動用ポンプの開発と実現できる圧力,流量の測定および解析方法の検討とともに,3.微小径の人工筋肉をERFを用いて駆動し,視覚障害者のための点字ディスプレーとして使用することの可否について調べた.その結果,次の結論が得られた.(1)上下の電極にかける電場に対してほぼ線形的に変化する中間部圧力が得られるから,この装置は容易に人工筋肉の制御に応用することが可能である.したがって,この方式を人工筋肉に限らず圧力機器の制御に広く応用できる可能性がある.(2)電極長さを変えたときにもかける電場和を調整することにより電場と圧力の同一関係を得ることが可能である.この場合,同一の圧力降下を得るために必要な電場和は電極長さに対してほぼ逆比例の関係にある.(3)圧力のアナログ的制御とともにディジタル的制御が可能である.(4)ディジタル的制御において,デューティ比を変えた高周波の交番的なパルス電場を印可すると,脈動を伴わない流量と中間部圧力が得られる.(5)中間部圧力口に複数の電極を並列接続し,これらを一種の圧力弁として作動させる分圧制御が可能である.この方式は十分実用性があり,少ない電極で多くの圧力を得る方法として有効である.(6)電気粘性流体効果は,粘性係数を速度場によらず一定とした従来の解析では整理できず,粘性係数を速度こう配(ずり速度)の平方根に逆比例するものとして扱わなければならないことを知った.(7)回転壁による粘性効果を利用したポンプと回転ばねと静止電極を利用したポンプを製作し,それらがポンプとして利用できることを実験的,理論的に明らかにし,各々のポンプ特性について調べた.(8)2重管圧力バルブの考え方を,平板タイプの圧力バルブに適用した.このバルブは高速応答,低消費電力の特性があり,管径2ミリのマイクロ人工筋肉を駆動でき,点字ディスプレイとして利用できることを明らかにした.今年度の研究では,(1)電気粘性流体(ERF)の圧力バルブへの応用と解析方法の検討,(2)ERF駆動用ポンプの開発と実現できる圧力,流量の測定および解析方法の検討とともに,(3)微小径の人工筋肉をERFを用いて駆動し,視覚障害者のための点字ディスプレーとして使用することの可否について調べた.その結果,次の結論が得られた.(1)上下の電極にかける電場に対してほぼ線形的に変化する中間部圧力が得られるから,この装置は容易に人工筋肉の制御に応用することが可能である.
異物に対するオートファジーとユビキチン化シグナル

細胞内に侵入した病原性細菌などの"異物"上にはユビキチン化されたタンパク質が局在しており、選択的なオートファジーに重要な役割を果たしている。しかしながら、どのようなタンパク質がユビキチン化されるのか不明であった。本研究では異物のまわりに局在するユビキチン化されたタンパク質の同定を試みた。その結果、トランスフェリンレセプターを含む種々の宿主由来のエンドソームタンパク質がユビキチン化を受けており、それらが選択的オートファジーに重要な役割を持つことが明らかになった。オートファジーは真核生物に備わる大規模な細胞内分解経路である。その一義的な機能は細胞構成成分の代謝回転であるが、近年、細胞内に侵入した病原性細菌やウイルスの排除にもオートファジーが関与していることが明らかになりつつある。その選択性にはユビキチン化が重要な役割を果たしていると考えられている。しかし"異物"上に見られるユビキチン化タンパク質は病原性微生物由来のものか、または宿主細胞由来のタンパク質なのか全く明らかにされていなかった。"異物"上に局在するユビキチン化タンパク質を同定する為に、病原性微生物であるサルモネラを感染、あるいはラテックスビーズを人為的に導入して、異物選択的なオートファジーを誘導させた。細胞を破砕した後に、オートファゴソーム膜で包まれた"異物"を含むフラクションを密度勾配遠心にて精製した。精製されたフラクションを界面活性剤で用いて可溶化した後に、抗ユビキチン抗体を用いて選択的オートファゴソームに含まれるユビキチン化タンパク質を精製した。解析の結果、選択的オートファゴソームフラクションには宿主由来のユビキチン化を受けたタンパク質が多く含まれることが明らかになった。またラテックスビーズの場合には、その表面に自身のタンパク質を全く持たないことから、宿主由来のタンパク質のユビキチン化のみで選択的オートファジーが誘導されうることが示された。現在、選択的オートファジーに伴うユビキチン化の性状と分子機構の解析をさらに進めている。細胞内に侵入した病原性細菌などの"異物"上にはユビキチン化されたタンパク質が特異的に局在しており、選択的なオートファジーに重要な役割を果たしている。しかしながら、どのようなタンパク質がどのようなメカニズムでユビキチン化されるのかこれまで明らかにされていない。本研究では、細胞質に侵入した"異物"のまわりに局在するユビキチン化タンパク質の同定を試みた。ラテックスビーズを細胞にトランスフェクションした後に多段階の精製過程を経て、基質選択的オートファゴソームを精製した。解析の結果、トランスフェリンレセプターを含む種々の宿主由来のエンドソームタンパク質がユビキチン化を受けていることが明らかになった。またそれらのタンパク質は導入したビーズやサルモネラ菌のまわりに局在した。さらにエンドソーム膜タンパク質がユビキチン化されることと致して、基質であるビーズやサルモネラ菌と二重膜のオートファゴソーム膜との間に一重のエンドソーム膜が電子顕微鏡にて観察された。これらの結果から、エンドソーム膜の破れにより宿主エンドソームタンパク質がユビキチン化されると考えられる。さらにユビキチン化のメカニズムについても検討した。エンドソーム膜の破れに伴い、糖タンパク質糖鎖がエンドソーム内腔から細胞質へ露出されることから、病原性微生物の感染時に見られるユビキチン化反応を担う候補としてFbsファミリー分子に着目した。Fbsファミリー分子は糖鎖認識ドメインとF-Boxドメインを持ち、E3酵素複合体であるSCF(Skp1-Cul1-F-box)複合体の基質認識サブユニットとして機能する。実際にFbs2とFBG5はサルモネラ菌やビーズ上に特異的に局在する様子が観察されたが、これらの分子の発現を抑制してもユビキチン化に影響は見られなかった。従って、エンドソームの破れに伴うユビキチン化にはFbs以外のE3酵素の関与も考えられる。
転写因子Gli2による神経管腹側パターン形成機構の解析

脊椎動物の神経管の腹側細胞の分化は、脊索からの誘導シグナルによって制御されている。本研究は、神経管底板と脊索で特異的に発現している転写因子HNF3β/Foxa2の遺伝子発現制御領域の解析を基礎として、これら構造の形成機構の解明を目指した。マウスFoxa2のノード・脊索エンハンサーを他種のFoxa2のエンハンサーと比較することにより、種間で保存され、エンハンサー活性に必須な配列CS3を見出した。酵母One-hybrid法により、CS3に結合する転写因子としてp65(RelA)を同定した。マウス胚7.0-7.5日胚において、p65のタンパク質は胚全体で弱く発現していたが、Foxa2が発現しているノード・脊索においては、p65の発現が周囲より明らかに強くなっていた。また、p65は培養細胞P19においてFoxa2エンハンサーをCS3依存的に活性化した。これらの結果からp65がFoxa2のエンハンサーの活性化因子として機能する事により、オーガナイザー・脊索の形成に関与していると考えられた。p65は細胞外のシグナルによって活性化される転写因子であることから、オーガナイザー・脊索の形成には、p65を活性化するシグナルの関与が考えられる。そのシグナルの実体を明らかにするとともに、このシグナルと、オーガナイザー形成に働く既知の2つのシグナル(Wnt様シグナルとnodal/activin様のシグナル)が、オーガナイザーの形成においてどの様な役割を果たしているのかを明らかにすることが今後の課題である脊椎動物の神経管の腹側細胞の分化は、脊索からの誘導シグナルによって制御されている。そのシグナルの実体を明らかにするとともに、このシグナルと、オーガナイザー形成に働く既知の2つのシグナル(Wnt様シグナルとnodal/activin様のシグナル)が、オーガナイザーの形成においてどの様な役割を果たしているのかを明らかにすることが今後の課題である
ポリユビキチン鎖認識の構造生物学

ユビキチンは,タンパク質分解の目印としてよく知られているが,近年の研究の進展に伴い,分解以外にも多様な細胞機能を制御する目印であることが明らかになってきた.本研究では,ユビキチンが様々な認識タンパク質に結合した複合体の三次元構造解析を行い, DNAの損傷に対する応答や炎症に対する応答の際に,ユビキチンの目印がどのように認識されているのかを原子の解像度で明らかにした.ユビキチンは,タンパク質分解の目印としてよく知られているが,近年の研究の進展に伴い,分解以外にも多様な細胞機能を制御する目印であることが明らかになってきた.本研究では,ユビキチンが様々な認識タンパク質に結合した複合体の三次元構造解析を行い, DNAの損傷に対する応答や炎症に対する応答の際に,ユビキチンの目印がどのように認識されているのかを原子の解像度で明らかにした.ユビキチン(Ub)は,酵母からヒトまで広く保存されたタンパク質であり,鎖状につながった複数個のUb(Ub鎖)がプロテアソームによるタンパク質分解のシグナルとして働くことが一般に知られている.一方,最近になって,Ub(鎖)が,タンパク質分解以外にも様々な分子シグナリングにおいて重要であることが明らかになってきている.本研究では,Ub鎖と結合タンパク質との複合体の立体構造をX線結晶構造解析によって決定し,変異体を用いた結合解析や反応速度論的解析によって,Ub鎖識別メカニズムを解明する.平成21年度は,Lys63結合型Ub鎖と特異的に結合するRap80(DNA修復関連因子)のタンデムUIM (ubiquitin interacting motif)およびTAB2/TAB3(TNF経路などの炎症シグナリングで働くシグナル分子)のNZF型zinc fingerとLys63結合型Ub鎖との複合体の結晶構造を決定し,変異体の結合解析と併せて,Lys63結合型Ub鎖認識メカニズムを解明した(Sato et al., EMBO J., 28,2461-2468,2009 ; Sato et al., EMBO J., 28,3903-3909,2009).一方,これまでLys63結合型Ub鎖に特異的に結合すると考えられていたNEMO (TAB2/TAB3と同様に炎症シグナリングで働くシグナル分子)は,むしろ直鎖型Ub鎖と強く結合することが報告されたが,我々は,Lys63結合型Ub鎖とNEMOとの複合体の結晶構造を決定することによって,Ub鎖の種類の違いに応じて結合の強弱が決まるメカニズムを明らかにした(Yoshikawa et al., FEBS Lett., 583,3317-3322,2009).これらの解析により,多様なUb鎖認識メカニズムを明らかにした.ユビキチン(Ub)は,酵母からヒトまで広く保存されたタンパク質であり,鎖状につながった複数個のUb(Ub鎖)がタンパク質分解のシグナルとしてはたらくことが一般に知られている.一方,最近になって,Ub鎖が,タンパク質分解以外にも様々な分子シグナリングにおいて重要であることが明らかになってきている.本研究では,Ub鎖と結合タンパク質との複合体の立体構造をX線結晶構造解析によって決定し,変異体を用いた機能解析によって,Ub鎖識別メカニズムを解明する.これまでに,我々は,Lys63結合型Ub鎖(K63鎖)に特異的な切断酵素や受容体とUb鎖との複合体の立体構造を決定し,その認識メカニズムを解明してきた.昨年度は,DNAの二重鎖切断修復に関わるヘリックス型のUb鎖受容体およびNF-κBシグナリング経路に関わるZnフィンガー型のUb鎖受容体によるK63鎖の認識メカニズムなどを報告した(Sato et al., EMBO J., 28,2461-2468, 2009 ; Sato et al., EMBO J., 28, 3903-3909, 2009 ; Yoshikawa et al., FEBS Lett., 583, 3317-3322, 2009).今年度は,Met1を介して結合したUb鎖(直鎖)に特異的なZnフィンガー型のUb鎖受容体を新たに発見し,この直鎖特異的なUb鎖受容体がNF-κBシグナリングの活性化に重要であることを明らかにした.さらに,直鎖との複合体の結晶構造を決定し,変異体を用いた結合アッセイおよびレポーターアッセイと合わせて,直鎖特異的な認識メカニズムを明らかにした(投稿準備中).また,DNA二重鎖切断修復において,Ub鎖伸長を抑制するタンパク質複合体の予備的な結晶化にも成功している.ユビキチン(Ub)は酵母からヒトまで広く保存されたタンパク質であり,鎖状につながった複数個のUb(Ub鎖)がタンパク質分解のシグナルとしてはたらくことが一般に知られている.一方,タンパク質分解以外の様々な分子シグナリングにおける重要性も次々と明らかにされてきている.本研究では,Ub鎖と結合タンパク質との複合体の立体構造をX線結晶構造解析によって決定し,変異体を用いた機能解析と合わせて,多様なUb鎖識別メカニズムを解明する.

これまでに,我々は,Lys63結合型Ub鎖(K63鎖)に特異的な切断酵素や受容体とK63鎖との複合体の立体構造を決定し,その認識メカニズムを解明してきた(Sato et al., Nature, 455, 358-362 ; Sato et al., EMBO J., 28, 2461-2468, 2009 ; Sato et al., EMBO J., 28, 3903-3909, 2009 ; Yoshikawa etal.,FEBS Lett., 583, 3317-3322, 2009).今年度は,Met1を介して結合したUb鎖(直鎖)に特異的なZnフィンガー型のUb鎖受容体と直鎖特異的なUb鎖受容体がNF-KBシグナリングの活性化に重要であることを明らかにし,その複合体の結晶構造と変異体を用いた結合アッセイおよびレポーターアッセイと合わせて,直鎖特異的な認識メカニズムを報告した(Sato et al., PNAS, 108, 20520-20525).また,DNA二重鎖切断修復においてK63鎖の伸長を抑制するタンパク質複合体の結晶構造決定にも成功した.立体構造に基づいた変異体解析の結果と合わせて論文を投稿し,現在改訂中である.
尿路性器感染症の病態解明とポーリン抗体を用いた予防.治療に関する研究

ポーリン蛋白(Omp)をワクチンとした家兎実験的賢盂腎炎の予防効果を検討し,接種菌量が少なければ効果の認められることが確認された。そのメカニズムは抗Omp-IgG抗体が,他の免疫系と協力的に働き,オプソニン効果を発揮しているものと推測された。In vitroカテーテル感染モデルならびに家兎カテーテル感染モデルを用いて,尿中における各種抗菌薬のバイオフィルム緑膿菌殺菌効果を検討した。検討した薬剤のなかでもっとも殺菌効果の高い薬剤ニユ-キノロン薬であったが,臨床的な実情(緑膿菌の耐性化傾向,到達可能な薬剤の尿中濃度)を勘案すると,ニューキノロン薬でも留置カテーテルに合併した緑膿菌尿路感染症で治療効果期待できる症例は半数程度と考えられた。抗菌薬の併用でも,相乗作用が明確な一定の薬剤の組み合わせは認められず,呼吸器感染例では有効とされるマクロライド薬の併用も,今回の実験系ではその有用性を明確にすることはできなかった。性器感染モデルの作成を試みた。精巣上体炎は家兎精管内に,前立腺炎はラット尿道内に大腸菌,または緑膿菌の菌液を注入することにより作成可能であるが,精巣上体炎が成立を確実にするためには,菌液注入後に24時間の精管結紮が必要であった。ラット前立腺炎の作成時には,抗菌薬の前投与により尿道常在菌の混入,腎盂腎炎の合併を防止可能となった。これら動物感染モデルは,性器感染症の病態,治療の研究に有用と考えられる。人工尿を潅流したテフロンカテーテル内面に形成される緑膿菌バイオフィルムを,光学顕微鏡,走査型電子顕微鏡,ならびにレーザー顕微鏡を用いて観察した。その結果,カテーテルに付着した緑膿菌は,3-6時間でマイクロコロニーを形成後、菌体周囲にglycocalyxを産生し12時間目以降バイオフィルムの形成が明らかとなる。バイオフィルムの厚さは,24時間で約20μm,48時間で約30μm,4日で約40μmに達し,その後はほぼ一定の厚さで推移することが明らかになった。人工尿中で形成されたバイオフィルム緑膿菌(48時間潅流)に対する抗菌剤単独の殺菌効果を経時的に観察した。その結果,検討したβラクタム系のPIPC CAZ,アミノ配糖体系のAMK,TOBならびにキノロン系のCPFX,LVFX,いずれの薬剤でも臨床的に到達可能な尿中濃度では,バイオフィルム緑膿菌を除菌することが不可能であることが明らかとなった。今後,抗菌薬どうしあるいは抗菌薬と酵素製剤の併用効果を検討し,有効な組み合わせが明らかにされれば,動物を用いた実験系でその有効性を追試する予定である。なお,ポーリン蛋白による尿路感染症のワクチン効果は,現在までの検討効果からはその有効性を示唆する成績は得られていない。尿路留置カテーテルに合併しやすい緑膿菌感染の病態を解明し,有効な治療法の開発を目的とした研究では、人工尿と簡単な実験装置を用いて形態的,化学的組織から臨床例と類似したカテーテル感染モデルが作成できることが確認された。本モデルを用いて各種抗菌薬,蛋白分解酵素単独ないし併用によるバイオフィルム緑膿菌殺菌効果を検討した結果,抗菌薬の中ではβラクタム系やアミノ配糖体系に比較し,キノロン系薬剤の殺菌効果が優れることが確認された。しかし,臨床的に到達可能な薬剤の尿中濃度,緑膿菌の耐性傾向から,キノロン系薬剤により臨床的にも高い有効性を期待することは困難と考えられた。各薬剤を臨床的に到達可能な尿中濃度に設定し,抗菌薬どうしまたは蛋白分解酵素との併用効果を検討したが,高い有効性が期待できる薬剤の組み合わせは認められなかった。薬剤によるバイフィルム形成緑膿菌の治療には限界が認められることから,その予防の重要性が認識されたため,緑膿菌の付着とバイフィルム形成に及ぼすカテーテルの性状についても検討を加えた。

ラテックス,シリコン,テフロンカテーテルに比べ,親水性カテーテルや抗菌物質(銀,プロテイン銀)で被覆されたカテーテルは,緑膿菌の付着,バイフィルム形成の抑制効果を示すが,その効果は相対的であった。尿路性器感染症のなかでは,病態の解明が不十分な精巣上体炎について動物モデルを作成し,抗菌薬の病巣移行と病理組織学像を検討した結果,家兎精巣上体炎においては,キノロン系抗菌薬の病巣移行が最も良好であること,炎症により非可逆性の造精障害が発生することが明らかにされた。
ハエトリグモの視覚・非視覚系に着目した動物のUV光利用の多様性の解析

私たちは、動物の視覚と視覚以外の光感覚(非視覚)におけるUV光受容の意義や多様性を理解する目的で、ハエトリグモに着目した光感覚の分子基盤に関する研究を行った。複数種のハエトリグモおよびその外群となるクモ類の光受容タンパク質について分光学的・生化学的手法を用いて解析した結果、クモの光受容タンパク質の波長感受性の変遷とハエトリグモ特有のピンぼけを用いた奥行き知覚メカニズムの進化との関係が明らかとなった。また、ハエトリグモの非視覚に関わる光受容タンパク質が、光によって不活性化するという、一般的な光受容タンパク質とは逆の活性化様式を示すことを初めて明らかにした。多くの動物は、UV光を受容し、視覚や視覚以外の役割(非視覚)に利用している。本研究では、動物のUV光利用の多様性を知る目的で、視覚(主眼)・非視覚(後中眼)に機能分化した2種類の眼でUV光受容を行うハエトリグモに着目し、分子基盤を起点として、それぞれのUV光受容が関わる生理機能の解明を目指す。平成26年度には以下の結果を得た。ハエトリグモの主眼専用のUV視物質Rh3と後中眼専用のUV視物質Rh4の機能と、主眼、後中眼のUV光受容との関連を知る手がかりを得るために、それぞれのUV視物質の網膜内分布について、in situ hybridizationおよび免疫組織化学的解析を行った。その結果、主眼視物質Rh3は主眼網膜の表層(第3層と4層)のみにに局在しているのに対し、後中眼専用のUV視物質Rh4は後中眼網膜全体にわたって発現していることが明らかとなった。さらに、後中眼のUV視物質Rh4発現視細胞には、青視物質Rh2も共局在していることがわかった。この結果は、ハエトリグモ後中眼ではUV光と青色光の波長識別ではなく、短波長領域の広い範囲の光の受容を行っていることを示唆している。平成27年度は以下の研究成果を得た。・ハエトリグモの視覚を担う主眼のUV受容細胞が投射する脳内領域を同定した。・ハエトリグモ以外の徘徊性のクモ類の視物質の完全長cDNAを取得した。・ハエトリグモにおいて網膜以外に発現する光受容タンパク質を同定した。ハエトリグモにおいて予定していた実験計画はおおむね実施できており、ハエトリグモ以外のクモ類への研究の展開も順調に進んでいる。本研究では、動物のUV光利用の多様性を知る目的で、視覚(主眼)・非視覚(後中眼)に機能分化した2種類の眼でUV光受容を行うハエトリグモに着目し、分子基盤の解析を起点として、それぞれのUV光受容が関わる生理機能の解明を目指す。平成28年度は以下の研究成果を得た。・これまで解析に用いていたハエトリグモとは別種のハエトリグモおよびハエトリグモとは網膜構造が異なるクモ類(カニグモやコモリグモ等)を多数種採取し、光受容タンパク質遺伝子のクローニング用のRNAおよび網膜構造の解析のために十分な組織を入手した。・UV光受容の生理的役割の手がかりを得る目的で、複数のクモ類について、UV光受容タンパク質に加えて可視光受容タンパク質についても培養細胞発現系を用いた解析を行い、可視光受容タンパク質の吸収スペクトルの測定に成功した。また、光受容タンパク質の機能解析を行うための新しい解析系を確立した。この手法によって、組換え光受容タンパク質の調整が困難であるためにこれまで解析不能であった光受容タンパク質についても、吸収スペクトルや駆動する光情報伝達系を調べることが可能となった。・網膜以外の組織で発現する新規非視覚光受容タンパク質について、培養細胞発現系を用いて吸収スペクトルを明らかにした。また、光受容の特性を知る目的で、光情報伝達に関与する他の分子についても解析を行った。研究の基盤となる技術とリソースはすでに揃っており、UV光受容に関する実験については着実に進み、さらに、可視光受容の解析や他のクモ類への展開も順調である。本研究では、動物のUV光利用の多様性を知る目的で、視覚(主眼)・非視覚(後中眼)に機能分化した2種類の眼でUV光受容を行うハエトリグモに着目し、分子基盤の解析を起点として、それぞれのUV光受容が関わる生理機能の解明を進めている。また、対比として可視光受容についても同様の解析を行い、平成29年度は以下の成果を得た。・昨年度までに取得した、多種類のハエトリグモおよび他のクモ類(カニグモ、ハナグモ、コモリグモ等)の光受容タンパク質について、培養細胞発現系を用いてリコンビナント光受容タンパク質の取得に成功した。それぞれの光受容タンパク質について、分光学的解析によって吸収スペクトルを明らかにし、クモ類の「光利用」と「系統関係・生態」との連関を明らかにした。・クモ類において網膜以外の組織で発現する新規非視覚光受容タンパク質が、「暗状態で活性化し、光刺激によって不活性化する」という、従来の光受容タンパク質とは逆の性質を持つことを生化学的解析によって明らかにした。

また、他のクモ類についても同光受容タンパク質の解析を行い、吸収スペクトルを明らかにした。複数のクモ類について、この非視覚の光受容タンパク質の吸収スペクトルと視覚の光受容タンパク質の吸収スペクトルを比較した結果、視覚と非視覚では、受容する光の色に対する要求が異なることが明らかになった。私たちは、動物の視覚と視覚以外の光感覚(非視覚)におけるUV光受容の意義や多様性を理解する目的で、ハエトリグモに着目した光感覚の分子基盤に関する研究を行った。複数種のハエトリグモおよびその外群となるクモ類の光受容タンパク質について分光学的・生化学的手法を用いて解析した結果、クモの光受容タンパク質の波長感受性の変遷とハエトリグモ特有のピンぼけを用いた奥行き知覚メカニズムの進化との関係が明らかとなった。また、ハエトリグモの非視覚に関わる光受容タンパク質が、光によって不活性化するという、一般的な光受容タンパク質とは逆の活性化様式を示すことを初めて明らかにした。当初予定していた実験計画の中で、UV視物質の組織学的解析に関しては予定通りに実験が進み、結果も得られているため順調に進んでいると言えるが、物性解析に関しては実験条件の設定に時間を要し、進捗はやや遅れている。ハエトリグモ以外のクモ類の解析に重点を置き、光受容タンパク質の分子特性と網膜構造との関連を明らかにする。また、UV光受容の生理的役割の手がかりを得るために、可視光受容視物質および非視覚系光受容タンパク質の分子特性および発現細胞の解析も積極的に進める。別種のハエトリグモおよびハエトリグモ以外のクモ類の解析を精力的に進め、光受容タンパク質の分子特性と網膜構造との関連から、クモ類の光利用について、種あるいは生態の違いとの連関を調べる。また、UV光受容だけでなく、可視光受容についても同様の解析を進めることで、UV光受容の生理的役割と同時に、UV光受容と可視光受容との関わりあいを明らかにする。29年度が最終年度であるため、記入しない。光生物学、分子進化学、生理学遅れているUV視物質の物性解析を進めるとともに、当初の研究計画も並行して進める。当初計画では、多様なクモ類の入手に際して、海外渡航費を含む費用を計上していたが、国内での採取によって予想以上の成果が得られたために次年度使用額が生じた。多様なクモ類の入手について、当初の計画よりも低コストで予想以上の成果が得られたために次年度使用額が生じた。本年度予定していた研究計画の中で、UV視物質の物性解析(生化学実験・細胞内アッセイ)が予定通りに進まなかったために、次年度使用額が生じた。研究の過程で、ハエトリグモにおいて網膜外で機能する光受容タンパク質を同定した。当初の実験計画に加え、この非視覚系光受容タンパク質とUV光受容との関わりあいを調べるための実験費用として次年度使用額を使用する。光受容の分子基盤を起点とした解析を、当初の研究計画以上に得られた多種類のクモ類に対して展開し、より大規模・網羅的に「クモ類の光利用」と「種あるいは生態の違い」との連関を調べる。当初予定していた研究結果を進め、それらの結果を踏まえつつ、次年度以降にUV視物質の物性解析を行う。
マンガン４価サレン錯体の配位子場による不斉構造の制御とその分子機構の解明

左右対掌体の一方の化合物を選択的に合成する反応は、機能性材料や医薬品の合成に極めて重要である。こうした化合物を合成するためには、触媒となる金属錯体の環境を左右非対称な構造に制御する必要がある。こうした触媒の一つにマンガンサレン錯体がある。しかし、そのX線構造は左右ほぼ対称な平面構造となっている。このマンガン錯体触媒がどのようにして非対称な環境を作り出して選択的な反応を触媒しているのかは未だ謎で、その機構解明は今後の不斉触媒開発に有用な知見を与える。本研究では、これまでの研究とは異なる反応活性種の構造に焦点をあて、触媒の機能発現の分子機構解明をめざす。
大分県における過去２５年間の小児急性脳炎－脳脊髄液からの起因ウイルスの網羅的検索

小児急性脳炎・脳症患者の半数以上では、その原因が不明である。そこで我々は、小児急性脳炎の脳脊髄液から起因となる原因ウイルスの同定を試みた。抽出したRNA及びDNAを用いて、RT-PCRによって各種ウイルスの検出を試み、ダイレクトシークエンス法によって塩基配列を決定し、系統樹解析を行った。BLAST検索のHumanadenovirus、Human herpesvirus、Humanparechovirus、Human echovirus等が検出・同定され、大分県内の小児急性脳炎の原因ウイルスである可能性が示唆された。さらに、NGSを用いた高感度のウイルス検出系の確立を試みた。これまでに、平成5年1月14日から平成7年5月3日までの期間に集められた合計310検体の小児患者脳脊髄液からRNA及びDNAを抽出した。また、研究対象となる患者の臨床データは、平成6年7月9日から平成7年5月3日までの期間に大分こども病院にて収集・保管されたものを匿名化したのちデータ化した。RT-PCR法による病原体の検索については、同一属内のウイルスが複数検出可能な既知のユニバーサルプライマーを用いて各ウイルスの検出を試みた。これまでに抽出した310検体について、Adenovirus(AdV)、Herpesviridae(HHV)、Paramyxoviridae及び、Enteroviridaeに対する検索を行った。PCR法によって得られた遺伝子産物は、ダイレクトシークエンス法によって塩基配列を決定し、BLAST検索、ClustalW及びMEGA softwareによって分子疫学解析を行った。これらのスクリーニングの結果から、Enteroviridaeが19例、AdVを10例、HHVを3例が検出され、Paramyxoviridaeは検出されなかった。AdVのhexon遺伝子領域の部分配列を用いて分子疫学解析を行った結果、AdV 10例はすべてAdV type 41であることが明らかとなった。また、単純ヘルペスウイルス(HHV-1及び-2)については、これまで国内のウイルス性脳炎の主な原因として報告されていたが、今回検出された3例は、すべてHHV- 6であった。DNAポリメラーゼ領域部分配列を用いた分子疫学解析から、これら3例は、より神経病原性の強いvariant Aであることが明らかとなった。Enteroviridae 19例については、現在、分子疫学解析を行っている。本研究では、大分県内の小児急性脳炎患者から収集された脳脊髄液を用いて、その流行パターンを解明することを研究目的とした。これまでに、合計405検体の小児患者脳脊髄液からRNA及びDNAを抽出し、患者の臨床データを収集、データ化した。その後、同一属内のウイルスが複数検出可能な既知のユニバーサルPCRによって各種ウイルスの検出を試み、ダイレクトシークエンス法によって塩基配列を決定し、分子疫学解析を行った。Human adenovirusのhexon遺伝子領域の部分配列を用いて分子疫学解析を行い、大分県内で流行したと予想されるHuman adenovirus type 41を同定した。DNAポリメラーゼ領域部分配列を用いた分子疫学解析からHuman herpesvirus-6を3例同定し、より神経病原性の強いvariant Aであることが明らかとなった。その他、Human bocavirus 1が1例検出された。特に、エンテロウイルス属検出用プライマーで検出された19例について、VP4遺伝子領域の塩基配列を決定した。BLAST検索を実施した結果、19例全てがEchovirusであった。このうち13株はEchovirus type 9であり、これらの相同性は90-97%であった。その他、Echovirus type 14が2例、Echovirus type 3、11および20が1例ずつ検出された。系統樹解析の結果、Echovirus type9はこれまでに愛媛県もしくは兵庫県の患者から検出された株と非常に近似していた。Echovirusは新生児および小児において急性熱性疾患の主な原因と考えられており、多くの場合、無菌性髄膜炎が主症状として認められており、全身性疾患を引き起こすことが知られている。その為、このEchovirusは、大分県内で流行する小児原因不明脳炎の一因である可能性が考えられた。H27年度の研究実施計画では、1988年1998年に大分こども病院で収集・保管された小児急性脳炎患者脳脊髄液からのRT-PCR法による脳炎起因ウイルスの検索、及び分子疫学解析を行う計画であった。1993年1995年までの患者検体からの核酸抽出、RT-PCR法による脳炎起因ウイルスの検索、分子疫学解析および臨床所見のデータ化が完了した。一方で、当初計画していたよりも多くの検体が保管されていたこと、過去の患者情報が紙媒体で保存されていたことにより、核酸抽出作業と臨床所見のデータ化が完了できていない。この対策として、H26年度には核酸抽出作業を補助する実験補助員を雇用し改善を図ったが、H28年度も実験補助員を雇用し、これらの問題に対処する予定である。臨床データの収集については、患者年齢、体重、性別に情報を絞って収集し、作業の効率化を図るなど対策を講じる。これまでの研究結果から、一部のウイルスについて流行状況を把握することができた。今後は検出率が高かったウイルスについて重点的に調査を進めることができ、研究実施計画が効率的に進められることが予想される。急性脳炎は発熱、頭痛、痙攣、意識障害、嘔吐または下痢を伴う重篤な疾患である。全世界で毎年10万人に7.4人が罹患し、日本国内における小児急性脳炎・脳症患者は年間約1000例と推計されている。

急性脳炎の主な原因はウイルス感染症が原因だと考えられているが、実際には、患者の70%では原因が同定できていない。また、各症状に対する支持療法が治療の基本であり、さらに、重症患者では何らかの後遺症が残ることが多い。そこで本研究では、大分県内で集められた小児急性脳炎患者脳脊髄液検体を用いて、原因病原体の検出を試みた。これまでに、合計500検体の脳脊髄液からRNA及びDNA抽出を行い、同一属内のウイルスが複数検出可能な既知のユニバーサルPCRによって各種ウイルスの検出を試みた。増幅された遺伝子産物はダイレクトシークエンス法によって塩基配列を決定し、MAGA softwareにてNeighbor-Joining methodを用いて系統樹解析を行った。さらに、BLAST検索にて既知の株との相同性を比較した。これまでに、大分県内で流行したと予想されるEchovirus、Human adenovirus、Human herpesvirusおよび、Human bocavirusが検出された。特に、Echovirusは最も多く検出され、このうち13株はEchovirus type 9であり、これらの相同性は90-97%であった。系統樹解析の結果、このEchovirus type9はこれまでに愛媛県もしくは兵庫県の患者から検出された株と非常に近似し、大分県内においても流行する小児原因不明脳炎の一因である可能性が考えられた。当初想定していたよりも検体数が多く、検体の抽出作業が遅れているが、これまでに既に500検体の脳脊髄液から核酸抽出が完了している。今後は、これらの小児急性脳炎の原因病原体について解析を進める予定である。我々のこれまでの研究結果から、Enteroviridaeに対するユニバーサルプライマーが最も検出率が高く、さらに、このユニバーサルプライマーではEnterovirus、Coxsackievirus及びEchovirus等の検出および分子疫学解析が可能である。一方で、既知ユニバーサルプライマーは、株間でよく保存された遺伝子領域を標的としており、いくつかの株では標的遺伝子領域の保存性が非常に高く、分子疫学解析には不向きであるものがある。その為、より詳細な解析の為には、その他の遺伝子領域を標的とした新たなプライマーの設計が必要である。患者臨床情報については、紙媒体によって保管されており、患者情報の抽出とデータ化がやや困難な場合もある。既存のユニバーサルプライマーによるRT-PCR法では、約80%の検体が陰性であり、これら検出率を改善するためにも、これまで検討していないその他病原体についての検出も必要であると考えられる。急性脳炎の主な原因は、ウイルス感染症とているが、多くの症例では原因の同定に至っていない。そこで本研究では、大分県内で収集保管された小児脳炎患者脳脊髄液(CSF)を用いて原因と考えられる病原ウイルスの検出を試みた。
移民受け入れによる経済社会の成長・持続可能性の研究

超少子高齢化社会が進む日本経済で、移民受け入れによる社会保障システムの持続可能性が議論されている。本研究では、大規模経済シミュレーションモデルを作成し、移民受け入れの経済厚生効果を分析した。具体的には、アメリカにおいて、移民比率が今後80年かけてさらに10パーセントポイント上昇した場合の経済厚生に対する影響を分析した。そのシミュレーションされた経済で、移民を大規模に増やした場合、経済厚生の増加分は初期GDPの20%程度に当たること、また通説とは異なり、資本蓄積レベルは15%程度上昇する事を示した。この事は、移民受け入れの経済効果が小さくないことを示している。超少子化社会を迎え、近年、移民受け入れによる経済社会の持続的発展可能性が議論されているが、経済学の文献においても、まだ決まった結論は得られていない。この科学研究費での研究目的は、シミュレーションと実証分析によって移民受け入れの経済的インパクトを定量的に把握することである。平成23年度では、シミュレーションモデルを完成させ国際学会で発表した。また海外の研究者と交流し、いくつかの重要なコメントおよび、海外での移民に関する重要なデータを得ることができた。得られたコメントのなかで重要なもののいくつかは、(1)人口動態が機械的に設定されている。(2)移民と自国民の年齢別出生率の違いが無視されている(3)より多くのパラメータで結果の頑強性のチェックを行うべきというものであった。平成24年度では、平成23年度に作成したシミュレーションモデルを以上のようなコメントに基づき改善し、シミュレーションを完全化することを目標とした。具体的には、(1)移民と自国民が、年齢別の確率的な出生率に直面し、その確率のもとで出生をするモデルを作成(2)移民と自国民の出生率の違いに関してアメリカのセンサスデータをもとに、パラメータ化をおこなう(3)リスク回避度、社会保障の所得代替率、移民の所得の程度、移民の受け入れ速度などの多くのパラメータの値を変えてのシミュレーションの実行,の3つを行った。また実証分析のための海外データの入手もおこなった。シミュレーション分析では、移民と自国民の比率を12.5%から22.5%へ上昇させる移民政策をとった場合(アメリカの場合)、全世代がパレート改善しつつ、資本蓄積レベルが黄金律状態に達成するのに112年かかり、パレート改善の程度の割引現在価値は、初期時点のGDPの約20パーセントに達することを示した。平成24年度の研究では、アメリカにおける移民受け入れ拡大のシミュレーション分析を完成させた。このシミュミレーションモデルは、通常の大規模重複世代モデルに加えて次のような性質を持っている。(1)過去40年間アメリカで移民/本国人の比率が5%から18%まで、10%ポイント以上上昇した。この歴史的な経験にもとづき、倍の80年をかけてあらたに10%ポイント、移民/外国人比率が上昇する。(2)移民が、アメリカに滞在中には、所得税、社会保障税を支払う。(3)移民が20年以上社会保障税を支払った場合には、年金受給権が発生し、その場合移民が本国に帰ったとしても年金を受給することができる。(4)移民は、医療、教育などの公的に供給される私的財を、ネイティブとは異なった比率で消費する。(6)政府は、移民から得られる所得税、社会保障税を、政府支出に用いる。もし余剰がある場合は、それを公的に供給される私的財の増加あるいは、政府貯蓄として用いる。以上のような特徴をもったモデルを用いて、つぎのような結果が得られた。(1)追加的な移民/本国人比率の10%ポイントの増加によって、現在すべての世代の厚生を増加させて経済をパレート改善できる。(2)その改善の程度を数量化すると、初期のGDP23%程度になる。(3)移民から得られる所得税、社会保障税を、移民受け入れにより効用の低下する本国人を保障するために使い、のこる余剰を用いて、政府貯蓄を増加させた場合、経済は110年程度でgolden ruleの状態に到着し、資本労働比率は102%増加する。これらの結論は、移民をアメリカ経済において追加的に受け入れる場合の便益が非常に大きいことを示している。この結果を論文とて専門誌に投稿した。平成23年度は、移民受け入れの社会保障の持続可能性の理論分析およびシミュレーションを主におこなった。このシミュレーションでは、最終目標は日本経済であるが、移民に関するデータが豊富にあるアメリカ経済において、まず理論分析を行った。理論分析では、ある条件をみたせば、(1)移民受け入れは、経済にとってパレート改善になること、(2)この条件は、社会保障が行われている状況では、満たされること(3)このパレート改善は、移民受け入れとシンプルな租税システムで可能であること(4)さらに移民を受け入れることによって、経済の資本労働比率を上げ、経済を黄金律状態まで持って行けることをしめした。シミュレーション分析では、この理論結果をチェックするため、アメリカ経済をモデル化した、個人が最大100年生きる大規模重複世代モデルを作成した。