hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
皮膚筋炎特異的自己抗原に対する免疫応答が皮膚筋炎の病態を形成する分子機序の解明

皮膚筋炎の特異抗体の対応抗原であるtranscriptionalintermediary factor 1 γ(TIF1γ)、Mi-2、melanoma differentiation-associated gene 5 (MDA5)のリコンビナント蛋白を作製し、マウスに完全Freundアジュバントおよび百日咳トキシンとともに繰り返し免疫し、筋炎の発症を検討するモデルを用いて、研究を行った。抗体または抗原特異的T細胞の移入する系では、抗体では病変は出現せず、一方、抗原特異的T細胞の移入によって病変が出現した。さらに、CD4陽性T細胞またはCD8陽性T細胞の移入では、CD8陽性T細胞の移入により病変が出現した。一方、B細胞欠損マウスB細胞表面分子の発現改変マウスに免疫したところ、B細胞欠損マウスでは野生型と有意な差は認められなかったが、野生型とは異なる重症度が観察されたため、B細胞特異的分子の筋炎病態における関与のメカニズムも存在することが示唆された。MDA5のリコンビナント蛋白を移入する系では間質性肺炎を発症させる実験系も検討し、類似した結果が得られた。所属施設の変更があったため新所属施設で実験系の早期確立を目指す。
転写伸長因子の遺伝子制御機構と疾患病態発現の解析

転写反応は、開始、伸長、終結の過程を含む。伸長過程は、開始に続いておこるRNAポリメラーゼIIによるmRNA鎖の合成反応であるが、単調な酵素反応ではない。特徴的なDNA配列やDNA障害部位などで停止し、巨大な遺伝子においては、完全長のmRNA転写に1516時間を要する。このために、真核細胞には、転写伸長を制御する伸長因子が存在しその異常によって様々な疾患病態が起こることも知られている。我々は、伸長因子エロンガンについて、当該研究期間に以下の成果を得た。(1)エロンガンAノックアウトES細胞を作成しその解析を行った。エロンガンAノックアウトマウスは生まれていないことから胎生致死であると考えられる。そこで、エロンガンA-/-のES細胞を作成し、この細胞は著しい増殖阻害を示すこと、多倍数体の染色体をもつことを見い出した。さらに、マイクロアレイの解析からエロンガンA-/-の細胞では、24%の遺伝子発現が変化を示すのみであることから、generalな転写伸長因子というより細胞増殖に関わる特異的遺伝子制御に関わる可能性が示唆された。このことは、エロンガンAがVHL病などの発癌機構に関与することの分子基盤になっていることを示唆するものと考えられる。(2)新規な転写伸長因子エロンガンAファミリー、エロンガンA3を同定した。A3は、A、A2に比べ小さく546個のアミノ酸から構成される。N-、C-末にエロンガンA, A3と相同性を示す領域があり、それぞれ、転写伸長因子SIIホモロジー領域、転写伸長活性領域に対応していた。リコンビナントA3を用いた解析から、A3が、RNAポリメラーゼIIによる転写伸長活性を促進できること、エロンガンBCサブユニットと結合するが、それによる転写活性化は示さないことなどA3特有な性質を持っていた。さらに、A3はA同様各組織にUbiquitousな発現を示したが、精巣特異的な発現を示すA2とは異なっていた。また、A3がAによる活性を抑制できることが明らかとなった。以上のことより、A3とAは、同じ組織に共存していて互いの活性制御を行っている可能性がある。転写伸長因子は、遺伝子の正常な転写に必須である。すなわち、転写開始されたmRNA合成はRNAポリメラーゼIIによって正確にかつ効率よく伸長されなくてはならないが、精製されたRNAポリメラーゼの伸長活性は、in vivoの1/10であるし、遺伝子配列には転写伸長を阻害するものがある。また、DNA障害部位では転写は停止する。一方、転写伸長因子エロンガンは、癌抑制遺伝子VHLと結合するし、ELLは急性白血病において点座例が報告されている。しかしながら、転写伸長による制御機構や疾患との関係については不明な点が多い。我々は、本研究で、転写伸長因子の遺伝子制御機構と疾患発現との関連を明らかにすることを目的としている。今年度は、次の点を明らかにした。(1)新規エロンガンファミリーA3を同定した。A3は、A及び我々が最近報告したA2に比べ、欠損領域が多いホモログであったが、リコンビナント蛋白質はin vitroで転写伸長活性を示した。(2)A2が精巣特異的に発現されるのに対し、A3はA同様、組織非特異的に発現された。

(3)さらに、A、A2とのキメラ因子を作製して解析を進めている。(4)ELLホモログの部分cDNAをESTから見い出し解析中である。(5)転写伸長因子エロンガンAのノックアウトES細胞を作成した。この細胞は、野生株、ヘテロ株細胞が正常な増殖を示すのに比べ、著名な増殖低下と体積増加を示した。個体作成中である。転写反応は、開始、伸長、終結の過程を含む。伸長過程は、開始に続いておこるRNAポリメラーゼIIによるmRNA鎖の合成反応であるが、単調な酵素反応ではない。特徴的なDNA配列やDNA障害部位などで停止し、巨大な遺伝子においては、完全長のmRNA転写に1516時間を要する。このために、真核細胞には、転写伸長を制御する伸長因子が存在しその異常によって様々な疾患病態が起こることも知られている。我々は、伸長因子エロンガンに焦点を当てて、当該年度(平成14年度)に以下の結果を得た。(1)新規な転写伸長因子エロンガンAファミリー、エロンガンA3を同定した。A3は、A, A2に比べ小さく546個のアミノ酸から構成される。N-、C-末にエロンガンA, A3と相同性を示す領域があり、それぞれ、転写伸長因子SIIホモロジー領域、転写伸長活性領域に対応していた。リコンビナントA3を用いた解析から、A3が、RNAポリメラーゼIIによる転写伸長活性を促進できること、エロンガンBCサブユニットと結合するが、それによる転写活性化は示さないことなどA3特有な性質を持っていた。さらに、A3はA同様各組織にUbiquitousな発現を示したが、精巣特異的な発現を示すA2とは異なっていた。また、A3がAによる活性を抑制できることが明らかとなった。以上のことより、A3とAは、同じ組織に共存していて互いの活性制御を行っている可能性がある。(2)エロンガンAノックアウトES細胞を作成しその解析を行った。エロンガンAノックアウトマウスは生まれていないことから胎生致死であると考えられる。そこで、エロンガンA-/-のES細胞を作成し、この細胞は著しい増殖阻害を示すこと、多倍数体の染色体をもつことを見い出した。さらに、マイクロアレイの解析からエロンガンA-/-の細胞では、24%の遺伝子発現が変化を示すのみであることから、generalな転写伸長因子というより細胞増殖に関わる特異的遺伝子制御に関わる可能性が示唆された。このことは、エロンガンAがVHL病などの発癌機構に関与することの分子基盤になっていることを示唆するものと考えられる。
大学での情報科目における理解過程の可視化と診断・支援モデルの構築と評価

本研究は情報リテラシー関連科目で活用できる学習状況診断および学習支援システムの構築に向けて、学習者データから学習者の特徴を抽出し診断モデルと支援ルールを作成した。研究では大量の学習者データから(理解度、コンピュータ利用歴、学習方略)、学習者の特徴、年度間の違いを分析し明らかにした。また理解度の結果を可視化し、学習者の理解のプロセスや年度間の違いを明らかにした。これらの分析結果に基づいて、診断ルールとアドバイスを作成し、Web-based診断システムを構築した。本研究は、学習者に時間と負担をかけることなく、学習者の理解状態を推定し診断できる枠組みとその可能性を示した。本年度は研究計画書にあるように、25年度に取得したデータに基づき作成した診断モデルの精度確認および分析手法の見直しを行うために、26年度前期に開講される情報科目「コンピュータ・リテラシ」において、再度3つのデータ(学習結果、コンピュータ利用歴、学習方略)を取得し分析を行った。まず3つのデータのうちの1つである「学習結果」データをIRS分析したところ理解度に基づいた項目間の順序関係や包含関係、等価の関係等は、前年度とほぼ同様の結果となった。これについてはさらに詳細な項目間の分析を行い、学習者の理解のモデルを作成し、これらの研究成果について発表を行った。また今回の結果に基づきシステムが提示する場合の問題セットと提示ルールを検討した。次に本年度取得した2つのデータ「コンピュータ利用歴」と「学習方略」を利用し、学習結果に影響を与える特徴や分類モデルの確認を行ったところ、前年度のモデルに必ずしも合致する結果にはならなかった。この結果については、現在、分析手法の見直しと学習グループの分類方法の再検討を行っている。今年度は昨年度作成したグループの分類モデルを再度検証するために、研究代表者が所属する大学(文系の外国語学部)において、新たに3つのデータ(学習結果、コンピュータ利用歴、学習方略)を取得した。データ取得の対象授業は、27年度前期に新入生向けに開講された必修の情報科目「コンピュータ・リテラシー」である。また診断後に提示するアドバイスを作成するために、今年度取得分と2012年度より取り続けているデータを使い、過去4年間にコンピュータ・リテラシー授業を履修する新入生達の間で、学習結果やコンピュータ利用歴に関して、どのように変化しているのか、その変化の推移について分析をした。その結果、わずか数年で学習者を取り巻くICT環境が大きく変化し、学習者のコンピュータ利用歴やPCスキルアップへのモチベーション、知識の低下が明らかになった。また特定の項目に関して、年度間で特徴的な変化があることがわかった。このような変化は、本研究が行っている学習者の理解過程、モデルの最適化、診断アドバイス作成内容にも影響する。今後はこれらの変化に対応するような支援を検討する必要がある。現在の進捗状況は、昨年度に作成した学習者の特徴や分類モデルの再検証と最適化にとどまっていること。またこれとは別に、4年分のデータを分析した結果、年度間で学習者の特徴や理解度に変化がみられ、今後はこのような変化に対応するような支援や診断後のアドバイス作成の必要性など新たな課題もでてきた。現在、システムのプロトタイプの開発を進めているが、成果物としてまだ発表できていないため(3)やや遅れているとした。今年度は主に次に三点について研究を行った。一つは研究代表者が所属する大学(外国語学部)において、2012年度から2016年度までの過去5年間に取得したコンピュータ・リテラシーのテストデータを用いてIRS (項目関連構造)分析を行い、学習者の理解構造の分析と可視化を行った。その結果、2014年度を境に学習者の苦手項目(正答率の低い項目)が増加したことや、年度を追って項目(問題)間の関連構造は細分化し、分散化の傾向がみられた。全体として学習者のPCスキルアップへの知識やスキルの低下がみられた。研究の二つ目は、同様の傾向が他学部でもみられるかについて調べるために、同大学の経済学部において、2012年度から2016年度まで、初年次の情報リテラシーのクラスで実施された「入学前のコンピュータの利用環境や利用経験、情報リテラシー科目に対する意識調査」についてのアンケートを集計し分析を行った。その結果、学生のPC利用頻度や入学時点でのPCスキル、PCスキルアップへのモチベーションの低下、また入学前にすでに持っていると思われる情報に関する知識も低下傾向にあり、学生のPC離れの傾向が示された。研究の三つ目は、2012年度から2016年度までの過去5年間に、外国語学部で行った学習者の学習方略の自己診断アンケートの分析についてである。学習者の学習方略のアンケート結果とコンピュータ・リテラシーのテスト結果との関連を調べたところ、学習方略の持ち方が、テスト結果や学習の理解度に少なからず影響を与えることが分かった。上記の結果により、従来予定していた学習支援やアドバイスの方法をさらに検討する必要がある。現在の進捗状況は、取得したデータの分析はほぼ完了した。しかしこの5年間で学習者を取りまく情報環境やPCスキル、学習者の意識、さらに情報に関する基礎知識に大きな変化が見られた。研究をはじめた頃予定していた学習支援モデルやシステム化についても、このような変化に対応していく必要があるため、やや遅れているとした。本研究は大学の情報リテラシ関連の授業で活用できる学習状況診断および学習支援システムの実現に向けて、過去に学習者が残した大量のデータ(理解度やコンピュータ利用歴、学習方略)から学習者の特徴を抽出し、診断モデルと支援ルールを作成し、それらを組み込んだWeb-basedの診断支援システムの開発を目指すものである。

本年度は昨年度までの研究を総括するために、これまで行ってきたデータ分析のまとめと診断支援ルールとアドバイスの作成、システムの実装を中心に次の二点について行った。一つは昨年度に引き続き、コンピュータ・リテラシー授業を履修する学習者の学習方略のアンケートの結果を分析し、学習者が持つ学習方略がどのように変化したのかについて考察を行った。その結果、特定の項目に有意な低下が見られた。この結果をもとに診断支援システムで提示するアドバイスを作成した。研究の二つ目は、昨年度の研究成果に基づき診断支援ルールを作成し、これらを組み込んだWeb-based診断支援システムを実装した。診断支援ルールの作成方法については、2012年度2016年度の初年次生(約1500人)に対して実施したコンピュータ・リテラシー授業の期末テストの結果を使用し、学習者の理解構造や学習項目の関連・順序関係を示すIRS(項目関連構造)グラフを作成し理解度の可視化を行った。またどのような問題が、学習者の4つの成績グループを分ける分岐点になっているのかを調べるために決定木分析を行い、成績グループを分ける分類ルールを作成した。最後にIRSグラフと決定木分析から得られた分類ルールの結果をあわせて、診断支援ルールを作成し、これをシステムに組み込み試験運用を行った。本研究は情報リテラシー関連科目で活用できる学習状況診断および学習支援システムの構築に向けて、学習者データから学習者の特徴を抽出し診断モデルと支援ルールを作成した。研究では大量の学習者データから(理解度、コンピュータ利用歴、学習方略)、学習者の特徴、年度間の違いを分析し明らかにした。また理解度の結果を可視化し、学習者の理解のプロセスや年度間の違いを明らかにした。これらの分析結果に基づいて、診断ルールとアドバイスを作成し、Web-based診断システムを構築した。本研究は、学習者に時間と負担をかけることなく、学習者の理解状態を推定し診断できる枠組みとその可能性を示した。やや遅れているとした理由は、学習者の特徴や分類モデルについては、前年度のものに必ずしも合致する結果にはならず、分析手法の見直しが必要になったためである。また26年度はエフォートを20%とし、システムのプロトタイプの実装を予定していたが、校務や講演の依頼、学会業務により、本研究課題の計画どおりに時間が費やせなかったことが理由である。27年度は取得した3つのデータ(学習結果、コンピュータ利用歴、学習方略)のうち、学習結果とコンピュータ利用歴の2つに関するモデルの再検証と分析を中心に行った。28年度は学習方略のデータを使い学習者の特徴抽出と学習者モデルの作成を行い、これらをあわせて支援システムに応用していく予定である。またこれまでの分析結果をふまえて学習者の理解促進につながるような、応用システムについても検討する予定である。今年度で過去5年間に取得したデータの分析は終わったので、今後はそれらの結果に基づき、学習支援のための診断支援モデルの洗練化とシステムへの応用をすすめていく。
大佐渡山地における植生史研究

大佐渡山地では,スギ林は海抜約700m以上の埴質な土壌母材の場所に分布し,霧の発生による高い空中湿度とあいまって湿性的な水分環境にあり,湿性鉄型ポドゾルや,乾性ポドゾル(地形的なもの)が分布していた。ヒバ林は海抜約700m以下のやや砂質で乾性的な土壌母材の場所に分布し,空中湿度はスギ林に比べてかなり低く,乾性弱ポドゾル化土壌が分布していた。ブナ林は金北山周辺の高海抜地に分布し,空中湿度はスギ林とヒバ林のほぼ中間で,土性や土壌の水分環境には明瞭な傾向が認められず,褐色森林土の高海抜型の土壌が分布していた。これらの3タイプの林分間では,ポドゾル化作用に伴う遊離酸化物や腐植の移動,土壌表層部(A0層,A層)の化学性などにかなり異なった傾向が認められた。大佐渡山地の山毛欅ケ平山の西斜面に位置するスギと広葉樹の混交林において,大面積の固定調査区を設け,毎木調査と樹冠投影図の作成,枯死・切り株の位置やサイズの調査を行った。大佐渡山地では古くから樽材や炭材としてスギやイタヤカエデが抜き切りされており,その伐根の周辺にミズナラなどが多く生育していたことから,過去の人為の影響が現在の林分構造に大きく関係していることが示された。大佐渡地域の3カ所から花粉分析用の試料を採取し,花粉分析と^<14>Cによる年代判定を行った。その結果,約200250年前にはツツジ科の低木とシダによって優占されていた場所が,現在はスギの天然林になっているところが見つかった。また,国仲平野の水田から採取した試料からは,過去1500年間の植生変遷の概略が把握され,約1000年前頃からの水田や畑地の拡大,約500年前頃からの周囲の森林の急速な開拓,さらに最近になっての植林の影響や二次林の形成が示された。大佐渡山地におけるスギ林の分布は海抜約700m以上に多く、地形による土壌の乾湿に対応して,種々の林床植生型に分化していた。一方、ヒバ林は海抜約700m以下に,ブナ林は金北山(海抜1172m)の上部に分布が認められた。土壌調査の結果、スギ林下では湿性鉄型ポドゾルが広く分布し、一部の尾根の山頂で乾性ポドゼゾルが見られた。一方、ヒバ林では乾性弱ポドゾル化土壌が、ブナ林では褐色森林土が分布していた。テンションメ-タ-により測定で、ヒバ林やブナ林に比べて、スギ林の土壌が湿性的な水分環境にあることがわかった。また、スギ林ではヒバ林よりも空中湿度が高く、気象観測期間の半分以上が湿度95%以上で、いわゆる雲霧帯に含まれていた。山毛欅ヶ平山(海抜947m)の斜面で毎木調査を行い、立木位置図を作成した。ここはスギとブナを主とした混交林で、株立ちしたものから単木状の大径木まで、様々な形態のものが認められた。林内には古い時代のスギの伐根が多数存在し、かつて樽用のスギ材を出したり、炭を焼くために広葉樹(ミズナラ、イタヤカエデ、ブナ等)がかなり伐採されたということだった。

そのため、今回の調査地を含む範囲は、古くから人為の影響を受けつつ、現在に至ったものと推察された。大佐渡山地北部の小杉立(海抜800m)、同南部の乙和池(海抜600m)、そして国仲平野の水田の計3カ所で、花粉分析用サンプルを採取した。小杉立と乙和池では、いずれも有機物層の厚さは40cm程度だった。小杉立では、はじめシダ植物が優占し、シャクナゲのような低木を交えた草原状だったが、その後スギが優勢になって現在に至ったようである。一方乙和池では、花粉分析期間を通して大きな変化はなかったが、古い時代にはミズナラやアカマツが優占し、ややクリの多くなった時期を経て、ミズナラやブナの優占する現在の林相に至っていた。大佐渡山地の上部(海抜約700m以上)にはスギ天然林が所々に分布しており、植生・土壌の特性と気象条件について前年度に調査を行った。今年度はスギ天然林内に固定調査地を設定し、林分構造と更新様式の調査を行った。その結果、スギ天然林内では、スギの高木・低木ともに集中分布を示し、高木の周囲でスギの更新が行われていた。日本海側の天然スギの更新は、一般に伏条によるとされているが、稚樹の堀り取り調査の結果、半分近くが実生による更新であることがわかった。またそれらは、ほとんどが倒木上、切株上、根株周囲に生育していた。当年生実生の調査からも、倒木上、切株上、根株周囲が生残にとって有利であることが確認された。伏条稚樹は全体の過半数を占めたが、ほとんどが母樹から1m末満の位置に成立していた。スギ天然林の伐採跡地での齢構成を調べた結果、林分によって異なるが、いずれも100年前後200年の間に比較的大きな規模の再生が行われていた。林内各所で古い切株が認められたことから、現在みられるスギ天然林の林分構造は、過去の人為の影響(盗伐など)を大きく反映していると考えられた。また、大佐渡山地の北西側(外海府側)の崩壊斜面に隣接した急斜面では、シナノキを優占種とする林分が所々に分布しているのが確認された。このシナノキ林の成因を明らかにする目的で、当初計画にはなかったが、急傾斜の崩壊斜面における低木群落の更新過程について調査を行った。その結果、この低木群落内ではシナノキの優占度が最も高く、斜面の下部から上部へ向かって個体の定着が進行していた。また定着しているシナノキは、萌芽や伏条によって株立ちしているものが多かった。このことから、崩壊斜面でシナノキが優先的に定着できるのは、立地の安定性とともに、崩壊等の物理的破壊作用への耐性が強いためと考えられた。大佐渡山地では,スギ林は海抜約700m以上の埴質な土壌母材の場所に,ヒバ林は海抜約700m以下のやや砂質な土壌母材の場所に分布していた。ブナ林は金北山周辺の高海抜地に分布が限られ,ほぼ純林状を呈していた。各林分での空中湿度は,スギ林が最も高く(生育期間の約1/2が湿度95%以上),ヒバ林が最も低く,ブナ林は中間であった。スギ林の土壌は湿性的な水分環境にあり,湿性鉄型ポドゾル(緩斜面)や乾性ポドゾル(斜面中腹尾根)が出現した。ヒバ林の土壌は乾性的な水分環境にあり,弱度の乾性ポドゾルが出現した。ブナ林では土壌母材や水分環境に特別な傾向がなく,褐色森林土や弱度に溶脱を受けた土壌が出現した。土壌中での遊離鉄や腐植の溶脱・集積は,スギ林では明瞭,ヒバ林では弱度,ブナ林ではきわめて弱度だった。土壌表層部(とくにA0層)の化学性は,ヒバ林ではCaを主とする塩基類が多く,塩基飽和度とpHが高かったが,窒素が少なく,C/N比が大きかった。ブナ林では塩基類が少なく,塩基飽和度とpHが低かったが,窒素が多く,C/N比が小さかった。スギ林の土壌は,養分的にはヒバ林とブナ林の中間であるが,ポドゾル化に伴う養分の移動・集積が認められた。国仲平野の藤津川地区の水田から採取した試料の花粉分析より,以下の知見を得た。約1千5百年前1千年前には,ヨシなどのイネ科草本が広く分布し,周囲にはコナラ亜属に含まれる樹種を主とし,クリ,スギ,ブナなどが生育していた。
アスパラガス雌雄不定胚を利用したアレロパシー物質の同定と連作障害回避技術の確立

アスパラガスはアレロパシー物質を生合成することが知られ,それが連作障害の一要因となっていることが示唆されている.本研究では研究初年度に,雌雄別に採取した擬葉及び雌雄別の再分化個体を用いた無菌的プラントボックス法によってアレロパシー活性の検出を試みたところ,いずれの場合も活性が認められたが,その活性の程度に雌雄間差異は認められなかった.これらの知見は,アスパラガス雌雄混在種のアレロパシー活性を,種子由来の実生を被検定植物に用いて検定することが可能であることを意味しており,実生を用いた生物検定法が品種間差異の検出に有効であることを明らかにした.そこで、国内主力6品種について検定を行ったところ,品種間差異が検出された.このことは,改植時に品種の見直しを図ることで減産を回避できる可能性があることを示唆している.すなわち,現行品種を連用するよりもより活性の低い品種に切り替えることで,連作障害を回避または低減できることが期待された.アスパラガスの連作障害が,前作中に生合成され土壌中へ放出されたアレロパシー物質によるものだとする考えを実験系で再現するためには,生物検定時に検定植物をアスパラガスに置換する必要がある.そこで研究2年目は、この手法により生物検定を行った結果、検定2週間後までにアスパラガス種子の発芽、発根及び根の伸長は阻害されることがなかった。一方、検定植物にレタス種子を用いた場合はアレロパシー活性が認められたことから、阻害的に作用する何らかの物質がゲル中に放出されているものと思われた。現在、生物検定中の光質を変化させるとアレロパシー活性の程度に変化がみられたことから、被検定植物に照射する単色光のPPFD値を操作して,照射後に得られるゲル・溶媒からのアレロパシー物質の単離・同定を行っている.これらの研究成果は、園芸学会において発表を5件行い、論文として取りまとめ、投稿中である。アスパラガス品種の多くは,雌雄混在種である.アスパラガスのアレロパシー活性を品種別に検定するためには,地上部及び地下部のアレロパシー活性について雌雄別に検定しておく必要がある.研究初年目となる18年度は,雌雄別に採取した擬葉のアレロパシー活性を無菌的サンドイッチ法によって評価し,他方,雌雄別に採取した若茎に由来する再分化個体を作出し,それらを用いた無菌的プラントボックス法によって地下部のアレロパシー活性の検出を試みたところ,いずれの場合も検定植物であるレタスの幼根伸長を著しく阻害し,活性が認められたが,その活性の程度に雌雄間差異は認められなかった.これらの知見は,アスパラガス雌雄混在種のアレロパシー活性を,種子由来の実生を被検定植物に用いて検定することが可能であることを意味しており,実生を用いた生物検定法が品種間差異の検出に有効であることを支持しているものと思われる.この考えに基づき6品種について検定を行ったところ,品種間差異が検出された.このことは,改植時に品種の見直しを図ることで減産を回避できる可能性があることを示唆している.すなわち,現行品種を連用するよりもより活性の低い品種に切り替えることで,連作障害を回避または低減できることが期待される.アスパラガスの連作障害が,前作中に生合成され土壌中へ放出されたアレロパシー物質によるものだとする考えを実験系で再現するためには,本研究で行っている生物検定法において検定植物をレタスからアスパラガスに置換する必要がある.

現在,検定植物に不定胚を用い,無菌的プラントボックス法を活用して,アスパラガスのアスパラガスによるアレロパシー活性の品種闇ならびに雌雄間の相互作用を確認しており、19年度にこの成果が得られる予定である.アスパラガスはアレロパシー物質を生合成することが知られ、それが連作障害の一要因となっていることが示唆されている。アスパラガスの連作障害が、前作中に生合成され土壌中へ放出されたアレロバシー物質によるものだとする考えを実験系で再現するためには、現行の生物検定法において検定植物をレタスからアスパラガスに置換する必要がある。本研究では平成18年度中に、無菌的プラントボックス法を開発し、アスパラガスのアスパラガスに対するアレロパシー様活性の検定を行うことを可能にした。そこで本年度は、この手法により生物検牢を行った結果、検定2週間後までにアスパラガス種子の発芽、発根及び根の伸長は阻害されることがなかった。アスパラガスが自身のアレロパシー物質に感受性が低いのか、非感受性であるのか、一定濃度までの蓄積を要するような閾値があるのかなど、検討すべき余地が残された。一方、検定植物にレタス種子を用いた場合はアレロパシー活性が認められたことから、阻害的に作用する何らかの物質がゲル中に放出されているものと思われた。今後は、その存在が推察される物質が、既知の中間代謝作業などであることも考慮しながち単離・同定を行う必要がある。また、生物検定中の光質を変化させるとアレロパシー活性の程度にも変化がみられたことから、被検定植物に照射する単色光のPPFD値を操作して、よりアレロパシー活性が強度に発現することが認められれば、照射後に得られるゲル・溶媒からアレロパシー物質を再現性良く、かつ、効率的に抽出できることが期待された。
異常分散・X線小角散乱を利用した無配向生体高分子の2原子間距離計測

金属原子を内包した生体高分子を将来的な研究対象の一つとして見据え,鉄原子の吸収端近傍での定量的な散乱計測,および差散乱導出について基礎的な技術調査を行った.異なる波長で記録された散乱データを定量的に強度補正するための技術として,複数の等価な観測ポートを有した測定セルを開発し,また,標準タンパク質を単分散状態で再現性良く調製する実験手順を確立した.金属原子を内包した生体高分子を将来的な研究対象の一つとして見据え,鉄原子の吸収端近傍での定量的な散乱計測,および差散乱導出について基礎的な技術調査を行った.異なる波長で記録された散乱データを定量的に強度補正するための技術として,複数の等価な観測ポートを有した測定セルを開発し,また,標準タンパク質を単分散状態で再現性良く調製する実験手順を確立した.研究実施計画書に記された標準試料を調製し、鉄原子の吸収端近傍(7.11keV)にて異常分散小角散乱の予備実験を行った。7keV近傍では試料の自己吸収効果が著しく、最初に行った予備実験で定量的なデータを取得するに至らなかった。そこで、ウシ血清アルブミンを試験サンプルとして利用し、7keV近傍での散乱測定に最も適したセル光路長を検証した。光路長を30.5ミリまでの範囲で検証したところ、11.5ミリで最も高感度・高S/N比の結果を得た。これらの基礎データに基づき、7keV近傍に最適化されたセルを来年度の予算で作成する。これによって、より安定かつ定量的に散乱データを計測できるようになると期待されるため、来年度には再度、標準試料を用いた鉄原子の吸収端近傍の測定を行う。また上記と並行して、セレンK吸収端近傍(1213keV)で異常分散小角散乱実験を行うための基礎準備を進めている。本年度は、セレン標識試料を調製するためのプラスミドや大腸菌宿主などを準備した。現在、標識試料の発現量を向上させるための条件最適化、そして標識済み試料の分離精製について予備実験を進めているところである。また、観測に足る十分な異常分散強度を得るために、野生型タンパク質に変異を導入してセレノメチオニンを大量に導入した試料調製についても検討している。しかし一方で、蛋白質本来の活性が失われてしまう可能性もあるため、今後、予備実験を行って置換場所・数を試行錯誤する計画である。昨年度より、研究実施計画書に記された標準試料を用い、鉄原子の吸収端近傍(7.11 keV)で異常分散小角散乱の計測実験を行ってきた。観測セルの光路長等について最適化に努めてきたが、未だ異常分散信号の定量的な記録には成功していない。次年度も引き続き、試料調製、観測セル、検出器、測定吸収端などについて検討・調整を進め、異常分散信号が補足できるよう研究を継続する。計測実験と並行して、異常分散を含めた小角散乱測定をより簡便に行うため、「多連セル」と「散乱計測用マイクロセルの自動洗浄装置」の開発を進めている。多連セルを作成する上で問題となる点は、異なる観測ポートで光路長、窓材の歪、窓材の平行性などを厳密に同一にせねばならない点である。各観測ポートを独立に設計して窓材を個別に調整するのが最もシンプルな方法であるが、どうしても観測ポートごとに微妙な差が生じてしまう。その解決策として、全観測ポートを窓材で一様にシールする方法を考案し、その試作機を作成した。次年度は開発したセルをビームラインに持ち込み、実際に標準試料を用いて計測試験を行い性能評価する予定である。洗浄装置については全体デザインを決定し、現在、試作機を作成して動作確認を進めている。洗浄液や乾燥空気を吹き付けるためのマニフォールドを設計し、そこに複数の制御機器を接続して使用する。また、システム全体を制御するための回路設計、マイコンへのプログラムの書き込みを行った。試作機の作成・調整から得られた知見をもとに、今後、多連セルに対応した洗浄装置の実機デザインを行う。初年度より、鉄原子の吸収端近傍(7.11keV)で異常分散小角散乱の計測実験を試みてきたが、未だ異常分散信号を定量的に記録することに成功していない。今後、より感度の高い微分型検出器を利用しつつ信号の検出に取り組んでいきたい。計測実験と並行して「多連セル」の作成を行ってきた。観測ポートごとの微妙な差を最小限に抑えることにほぼ成功しつつあり、今後、一連の散乱計測に要する時間や手間を大幅に短縮できるようになると期待される。異常分散小角散乱を検出する際、試料からの散乱を異なる波長で記録し、それらの間で定量的に加減算を行う。従って、個々の散乱強度は入射ビーム強度や検出感度について厳密に規格化されている必要があり、単分散状態に調製された標準タンパク質試料を用いた強度補正が必要不可欠となる。汎用性の高い標準タンパク質をリストアップし、それらの流体力学的諸性質を動的光散乱や分析超遠心で詳しく検証することで、単分散に極めて近い状態で試料調製する手法を確立した。単分散状態が保障された標準タンパク質について、並進拡散係数と沈降定数から分子量を見積り、同時に、X線小角散乱測定から原点散乱強度を決定した。見積もられた分子量と原点散乱強度には良好な比例関係が確認でき、平均して8%以内の精度で分子量推定が可能であることが示された。確立された試料調製法は、今後、異常分散小角散乱の信号検出に大いに役立つものと期待される。
脳ＭＲＩ次世代拡散・血流解析を用いたパーキンソン病の微細病理変化の解明

拡散テンソルによりパーキンソン病における前頭前野、脳梁の有意な白質変性と認知機能障害の尺度であるMinimental state examinationscoreと白質変性の間に有意な相関関係があることを示した。この結果から拡散テンソルによる白質変性定量はパーキンソン病における認知機能障害を客観的なバイオマーカーとなる可能性が示された。また、拡散尖度画像により、パーキンソン病における帯状束前部の白質変性を示し、拡散テンソルよりも高い感度、特異度でパーキンソン病診断が可能であることを発見した。さらに拡散尖度画像を用いた全脳解析により、拡散テンソルより高感度に白質変性を検出できることを示した。以下の研究結果が得られた。1.拡散尖度画像を用いたパーキンソン病(PD)の帯状束変性の評価帯状束は辺縁系の一部をなす重要な神経路で、PDにおいても病理変化が比較的早くから起こる領域である。我々は帯状束の白質変性を拡散テンソル像の発展形である拡散尖度画像で評価し、拡散テンソル像における評価と比較検討した。その結果、拡散尖度画像、拡散テンソル像どちらについても帯状束の白質変性を検出することができた。さらにROC解析により前部帯状束の拡散尖度画像のパラメータであるMean kurtosis (MK)が最も良いパーキンソン病診断能を示した。前部帯状束のMKがパーキンソン病診断の感度、特異度を改善する可能性が示された(Kamagata, et al. Magnetic Resonance Imaging 2013)。2.拡散尖度画像を用いたPDにおける全脳白質変性の評価iiの検討結果を基に、PDにおける全脳の白質変性を統計画像解析で検討し、拡散テンソル像における結果と比較を行った。その結果、拡散テンソル像では先行報告にあるように前頭葉の白質変性が検出されたが、拡散尖度画像ではより広範に前頭葉以外にも側頭・頭頂葉でも有意な白質変性が検出された。拡散尖度画像は拡散テンソル像より感度良く白質変性を検出できる可能性が示された(Kamagata, et al. Neuroradiology 2014)。拡散テンソルを用いて、認知症を伴うパーキンソン病患者は認知症のないパーキンソン病患者に比べて、前頭前野、脳梁の有意な白質変性があることを示した。また、パーキンソン病患者において、前頭前野、脳梁の白質線維変性と認知機能障害の尺度であるMinimental state examinationscoreとの間に有意な相関関係を検出した。この結果から前頭前野、脳梁の白質変性と認知機能障害に関連があることが示され、前頭前野、脳梁の白質変性を拡散テンソルを用いて定量することで、認知機能障害を客観的に測定するイメージングバイオマーカーとなる可能性がある。拡散尖度画像を用いて、認知症を伴わないパーキンソン病患者の帯状束前部の白質変性を示した。拡散尖度画像の定量値であるmeankurtosisは拡散テンソルの定量値であるmean diffusivityやfractional anisotropyよりも高い感度、特異度を持っており、パーキンソン病の早期診断や病勢評価のバイオマーカーとなる期待ができる。MRIにおける脳血流画像であるArterial spin labeing法を用いて、認知症を伴わないパーキンソン病患者と健常対照者を比較し、楔前部に有意な血流低下部位を検出することができた。この結果はSPECTやPETの結果とも一致し、放射性同位元素や造影剤などを使用せず、非侵襲的にパーキンソン病患者の脳血流が評価できる可能性を示した。神経放射線当初想定したものと同数程度のパーキンソン病患者の拡散テンソル像、拡散尖度画像、3DT1強調像を撮像することができており、データ収集は良好に進行している。拡散尖度画像を用いてパーキンソン病の帯状束の変性を明らかにし、パーキンソン病診断に有用であることを示した結果はMagnetic resonance imaging誌にacceptされ、掲載された。また拡散尖度画像は従来の拡散テンソル像より鋭敏に、パーキンソン病の大脳白質変性を捉えうることを示し、その研究結果はNeuroradiology誌にacceptされ掲載された。またパーキンソン病患者における前頭前野、脳梁の白質変性と認知障害との関連を示すことができ、その結果は学会発表を経て、European Radiology誌に投稿し、acceptされた。Arterial spin laberilgを用いた認知症のないパーキンソン病患者の楔前部の血流低下や拡散尖度画像を用いた認知症のないパーキンソン病患者の帯状束前部の白質変性についても学会発表をすませ、現在投稿準備中である。症例数の蓄積を進める(PD患者120例、健常対象者120例程度)と共に、平成24年研究計画の結果を踏まえて更に下記のように研究を進める。

3D-T1強調像をVBMの手法を用いて、灰白質容積の評価を行い、PD群に特異的な萎縮を評価する。VBMには最新の解析法であるDARTEL法を利用し、精度の高い結果を求める。Q space imagingを利用して、特異的な白質障害を評価し、細胞径、軸索径をはじめとした大脳白質の微細な構造変化を検出する。安静時におけるfMRIデータから安静時に賦活化されるデフォルトモードネットワークの機能をPD群、認知症を伴ったPD群、健常対照群で評価し、比較検討する。ASL、VBMの結果得られた特異的な脳部位を起点として、拡散テンソルトラクトグラフィを用いて大脳白質を描出し、定量評価する。症例数の蓄積を進める(PD患者100例、健常対象者100例程度)と共に、平成24年研究計画の結果を踏まえて更に下記のように研究を進める。平成25年度の経費の主な用途は画像解析用のノートパソコン、データ保存用のハードディスク、旅費である。当施設でもすでに処理可能なワークステーションは保有しているが,パーキンソン病患者100人、健常対照者80人程度のMRI画像データが既に蓄積され,画像処理と解析に長時間がかかることが推測されるため,当研究専用の高い処理能力を持ったノートパソコンが必要となる。当然データの容量も膨大となるため、保存やバックアップのための容量の大きなハードディスクも必要である。また、関連学会(日本放射線学会総会、秋季大会、日本核磁気共鳴医学会大会、国際核磁気共鳴学会、神経放射線学会)に参加し、研究結果の公表や先端MRI技術やパーキンソン病の新たな知見などの情報収集を行うための旅費も必要である。画像処理用のノートパソコン、統計ソフトの購入と関連学会への旅費に使用予定である。平成25年度の経費の主な用途は画像解析用のワークステーションデスクトップパソコン、ノートパソコン、データ保存用のハードディスクである。当施設でもすでに処理可能なワークステーションは保有しているが,パーキンソン病患者40人、健常対照者30人程度のMRI画像データが既に蓄積され,画像処理と解析に長時間がかかることが推測されるため,当研究専用の高い処理能力を持ったワークステーションデスクトップパソコン、ノートパソコンが必要となる。
生体膜グリケーション指標としてのアマドリ型アミノリン脂質の免疫定量

先に我々は、種々の疾患において、ヒトの血液、臓器、細胞を構成している膜リン脂質は過酸化反応を受け、生じた過酸化リン脂質(PCOOH)が細胞障害の原因になることを明らかにしてきた。例えば、糖尿病者の血漿PCOOH濃度は健常者の1.5倍に高く、PCOOH増加は糖化ヘモグロビン値(Hb_<A1C>)と正相関した。そこで、この膜脂質過酸化の原因物質を検索した結果、アミノリン脂質がグリケーションを受けて生成するアマドリ型の糖化脂質(Amadori-PE)を発見し同定することに成功した。とのAmadori-PE高純度品の合成に成功し、これが鉄イオンと共存すると活性酸素を産生し、脂質過酸化を誘発することを証明した。すなわち、糖尿病などの生体メイラード反応で細胞器官の膜リン脂質が糖化(グリケーション)されAmadori-PEに変換されると、これが原因になって膜脂質過酸化(PCOOH増加)が起こり、疾病の増悪化に関わるという従来全く知られていない可能性を明示した。糖化脂質と糖尿病の関わりをさらに明確にするためには、ヒト体内のAmadori-PE量を知る必要がある。しかしながら、ヒトの血液や組織などの臨床検体における糖化脂質の存在については世界的にも未だ確証されていない。そこで本研究では、Amadori-PEの免疫定量法の開発に取り組んだが、感度の問題からヒト試料の分析は困難であった。一方、本年度から、新型の高性能リニアイオントラップ型ハイブリッド質量分析装置(4000Q TRAP)が利用できるようになった。4000Q TRAPによる測定を試みた結果、ヒト血漿にAmadori-PEが存在することを世界ではじめて明らかにした。Amadori-PEは、成人健常者の血漿には少なく、糖尿病者とくに腎臓病を併発した透析患者の血漿から最も多く検出された。血漿のAmdori-PE濃度が高いと、過酸化リン脂質(PCOOH)濃度も高値となった。したがって、"高血糖状態に生じる脂質のグリケーション産物であるAmadori-PEは膜脂質過酸化反応を惹起することで糖尿病の増悪化につながる"という我々独自の仮説が裏付けられた。糖尿病の発症における生体内グリケーションの指標として、Amadori-PE分析の有効性が確証された。高血糖下にあるヒトの体内で膜脂質がグリケーション(糖化)反応を受けると糖化脂質が生じ、これが糖尿病における酸化ストレス発生源になることを我々は世界ではじめて明らかにした。近年、我が国では糖尿病による網膜症、腎障害、リウマチなどの合併症が増加している。しかし、これらの検査指標には糖化ヘモグロビン(HbA1c)しか利用されていないのが現状であるが、その検査値の施設間差の大きいことなどから、新たな指標の確立が求められていた。糖化アミノリン脂質(糖化ホスファチジルニタノールアミン、デオキシ-D-ワラクトシルホスファチジルニタノールアミン、糖化PEともいう)の生体膜グリケーションの新たな指標としての有効性を検証し、実用化に向けた糖化PEの免疫定量法の開発を試みた。そこで高純度のデオキシ-D-フラクトシルホスファチジルニタノールアミンの大量調製法を確立した。この高純度デオキシ-D-フラクトシルホスファチジルニタノールアミンをウサギに免疫して高糖化PE抗体の調製に成功した。糖尿病モデル動物、糖尿病者の血漿における糖化PEの分布を高精度LC-MS分析で明らかにすることができた。一方、簡便法としてUV-HPLC法を開発し、動物の加齢に相関して血中の糖化PE濃度が増加することを発見した。糖尿病合併症が加齢に相関して高発症することが動物実験によっても裏付けられた。

Amadori-PEは、成人健常者の血漿には少なく、糖尿病者とくに腎臓病を併発した透析患者の血漿から最も多く検出された。血漿のAmdori-PE濃度が高いと、過酸化リン脂質(PCOOH)濃度も高値となった。したがって、"高血糖状態に生じる脂質のグリケーション産物であるAmadori-PEは膜脂質過酸化反応を惹起することで糖尿病の増悪化につながる"という我々独自の仮説が裏付けられた。糖尿病の発症における生体内グリケーションの指標として、Amadori-PE分析の有効性が確証された。
位相幾何と超離散の融合によるシングルセルの遺伝子転写運動の解明

細胞実験データを再現する数理モデルを構築し、細胞実験では不可能な条件における転写現象の予測を可能とする研究を行った。本研究では、このような予測シミュレーションを位相幾何学を用いることでさらに進め、様々な疾患細胞の遺伝子発現のみならず、より深く転写機構の変化にまで迫った疾患の根本的な原因究明を行った。さらに、これまでの細胞集団の平均的な解析だけではなく、1細胞レベルでの転写の計算機シミュレーションを行うことで、シングルセル解析などにおける細胞実験との比較も行い、分化能や発現量の高い細胞特有の転写機構についても独自の解明を進めた。転写過程における高時間分解能の細胞実験において、大規模配列解析実験から産出されるRNAPIIのダイナミクス、エピゲノム修飾、クロマチンループ構造などの時空間数値データの解析を用いて、転写の数理モデル化のための特性抽出の研究を進めた。ここでは、主に細胞や疾患ごとのRNAPII運動の時空間情報を取得し、各種タンパク質結合情報とエピジェネティック修飾情報も取得してモデル化への活用を進めた。また、1細胞レベルでのゲノム配列決定やRNA解析を行うことで、細胞集団の平均的な解析ではなく、個々の細胞の変化を動的に追い、論理的に理解することを目的として、1細胞レベルにおける転写機構の実験データから、独自プログラムを構築することで各細胞や疾患ごとのRNAPII実体の運動情報・各種タンパク質結合情報・エピジェネティック修飾情報を、染色体上に高精度な空間分解能として特性抽出する研究開発の準備を行った。さらに、数理モデルにおいては、遺伝子の転写におけるRNAPIIの動態モデリングとして、RNAPIIの速度変化、停止、バックトラック、相互作用などのダイナミクスをより精細に再現するため、箱玉系に代表されるCAモデルのTotally Asymmetric Simple Exclusion Process(TASEP)をベースに、複数RNAPIIが相互作用をしながら移動していく蓄積排他モデルを改良して独自のCAモデルを構築した。高時間分解能の細胞実験から産出されるビッグデータ解析についてコード化を進め、高密度な時間分解能のビッグデータ解析を予定よりも早く可能とした。また、染色体3次元構造変化が転写に与える影響について、DNAの3次元構造変化とその上での転写運動を厳密にモデル化するためには代数的トポロジーを導入し、この染色体やクロマチンの3次元構造変化の実験結果を用いて、そこに代数的トポロジーと超離散系モデルを融合した新規の理論を導入して転写の数理モデル化を進めることができた。本手法によって、染色体の3次元物理構造が変化した際にRNAPIIの転写運動へ与える影響を詳細に予測することも可能となる。さらに、1次元のCAサイト間距離としては離れているが、実際の染色体の物理的位置では近傍にあるサイト間に位相構造を取り入れることで、染色体地図上で離れた場所にあるDNAサイトにも写像によって遷移可能とする新しいRNAPII動態アルゴリズムの開発も進めた。このモデルが実現可能となると、グラフ上の移動ルートから、スプライシングバリアントの組み合わせなどを計算機シミュレーションによって予測することも可能となる。遺伝子の転写とは、DNA配列を鋳型にRNAPIIという酵素によって遺伝子が読まれ、RNAが合成される現象を指す。このRNA配列からアミノ酸やタンパク質が作られるため、遺伝子の転写機構は「生命の基本原理」と考えられており、そのメカニズムの解明が非常に重要視されている。一方で、転写の生成物であるRNAは時間変異性が高く、微小不均一性を持つため、細胞を用いた実験において高時間分解能(例えば数分間隔)の現象観察を行うことは難しいのが現状である。そこで、観察不可能な領域における高分解能の検証を可能とし、さらに構築した転写モデルの再現性を保証するため、位相幾何学や超離散系シミュレーションなどの数理科学的手法が必須となってくる。昨年度までに開発した新規の転写数理モデルをベースに独自プログラムを構築することで、大規模計算機による遺伝子転写の計算機シミュレーションを行った。提案者らは、ヒトの長さ100kbp以上の一部の遺伝子について、転写運動の数理モデリングと計算機シミュレーションに成功している。その一例として、ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)をTNF刺激した際のSAMD4A遺伝子における転写過程の細胞実験データと、我々の転写数理モデルによる計算機シミュレーション結果も出力した。ここでは上段が細胞実験結果で、下段が計算機シミュレーションによる結果になるが、我々の転写数理モデルが、実際の転写過程の細胞実験データをよく再現できていることがわかる。本研究では、より精度の高い数理モデル化を進めることで、遺伝子や疾患細胞特有の転写運動についてもシミュレーションを行った。上記のように、現実の細胞実験データを再現する数理モデルが構築できたとき、この数理モデルによる計算機シミュレーションの大きな利点としては、細胞実験では不可能な条件における転写現象の予測が可能となることがあげられる。例えば、DNA上に仮想の結合タンパク質を結合させ、転写速度変化率γを変化させた場合のRNAPIIの転写運動の挙動など、計算機シミュレーションによって転写運動がどのように変化するか予測を行うことも可能となる。本研究ではこのような予測シミュレーションをさらに進めて、様々な疾患細胞の遺伝子発現のみならず、より深く転写機構の変化にまで迫った疾患の根本的な原因究明ができる可能性があり、これらの点からおおむね順調に進展しているといえる。新規の転写数理モデルをベースに独自プログラムを構築することで、大規模計算機による遺伝子転写の計算機シミュレーションを行った。これまでの研究で、ヒトの長さ100kbp以上の一部の遺伝子について、転写運動の数理モデリングと計算機シミュレーションに成功している。この結果では、我々の転写数理モデルが100kbp以上の長い遺伝子について、実際の転写過程の細胞実験データをよく再現できていることがわかる。

本研究では、より精度の高い数理モデル化を進めることで、主要な遺伝子や疾患細胞特有の転写運動についてもシミュレーションを行った。このように、現実の細胞実験データを再現する数理モデルが構築できたとき、この数理モデルによる計算機シミュレーションの大きな利点としては、細胞実験では不可能な条件における転写現象の予測が可能となることがあげられる。例えば、DNA上に仮想の結合タンパク質を結合させ、転写速度変化率γを変化させた場合のRNAPIIの転写運動の挙動など、計算機シミュレーションによって転写運動がどのように変化するか予測を行うことも可能となる。本研究では、このような予測シミュレーションを位相幾何学を用いることでさらに進めて、様々な疾患細胞の遺伝子発現のみならず、より深く転写機構の変化にまで迫った疾患の根本的な原因究明を行った。さらに、これまでの細胞集団の平均的な解析だけではなく、1細胞レベルでの転写の計算機シミュレーションを行うことで、シングルセル解析などにおける細胞実験との比較も行い、分化能や発現量の高い細胞特有の転写機構についても独自の解明を進めた。細胞実験データを再現する数理モデルを構築し、細胞実験では不可能な条件における転写現象の予測を可能とする研究を行った。本研究では、このような予測シミュレーションを位相幾何学を用いることでさらに進め、様々な疾患細胞の遺伝子発現のみならず、より深く転写機構の変化にまで迫った疾患の根本的な原因究明を行った。上記した今年度の成果をベースに独自プログラムを構築することで、大規模計算機による遺伝子転写の計算機シミュレーションを行う。ここでは、より精度の高い数理モデル化を進めることで、遺伝子や疾患細胞特有の転写運動についても高精度にシミュレーションを行う予定である。さらに、これまでの細胞集団の平均的な解析だけではなく、1細胞レベルでの転写の計算機シミュレーションを行うことで、シングルセル解析などにおける細胞実験との比較も行い、分化能や発現量の高い細胞特有の転写機構についても独自の解明を行いたい。これまでの大規模配列解析などの細胞実験では約100万個の細胞集団の挙動を扱うため、ガウス分布やポアソン分布を仮定してモデル化を行ってきたが、実際には細胞は一つずつ遺伝子の修飾情報などが違っており、全く同じ遺伝情報を持つ細胞は存在せず、発現する機能も違っているはずである。そこで、このような分布として平均化されてしまうモデル化から、シングルセル解析へと技術を進めることで新たな発見ができる可能性がある。
ドッジボールによる上肢関節障害の実態とその投球動作の特徴

ドッジボールのサイズで重量を変えた4種類のボール(200g, 280g, 380g, 500g)、および野球ボール(150g)を全力投球させた。赤外光方式の3次元動作解析装置を用いて身体各部位やボールの位置変化を求めた。そのデータから上肢関節の角度変化や関節間力、関節モーメントなどを求めた。あわせて、実際の試合における各選手の投球回数、各被験者について上肢関節におけるスポーツ障害の履歴などを調査した。野球ボールの投球とは異なる上肢関節トルク変化のパターンが得られた。ルールで規定されている正規の重量(380g)のボールに比べ、軽いボールでは肘関節にかかる負担が小さく、重いボールでは逆に負担が大きいことが明らかになった。子どもの投球動作に伴う上肢関節スポーツ障害を予防するためには、特に低学年のドッジボールにおいては現在より若干軽めのボールを用いた方が良いのではないかとの示唆が得られた。小学生の間で広く行われているドッジボールについて、理想的な投球フォームや発育発達段階に応じた練習量、適正なボール重量などについて提言を行う際の基礎的な資料を得ることを目的として研究を行った。第17回全日本ドッジボール選手権全国大会(2007年8月,大阪市舞洲アリーナ)において、ドッジボール試合のビデオ撮影を行った。そのビデオ映像の分析および観察の結果、以下の結果を得た。1セット5分間の試合におけるチーム総投球数は39±12回(平均値±標準偏差)であり、そのうち1名の選手により14±5回の投球がなされていた。2名の選手で全投球のうち66%を投げ、一方、試合中に一度もボールを投げない選手も選手数の3分の1に相当する平均4名存在した。投じられたボールの初速は21.624.0m/sであり、同じ年代の子どもの野球投手のそれと大差なく速かった。投球フォームは、野球投手のようなオーバーハンドタイプと、肘を伸ばしたままのサイドアームタイプに二大別された。チーム関係者からの聞き取り調査によって上肢関節障害が疑われる児童が多く存在することが明らかになった。使用されるボールは重量380gと野球の3倍程度重く、また練習や試合を通じ短期間でかなりの球数を投げることもありえることから、ドッジボール選手においても野球投手と同様な投球障害の発生の危険性が高い。スポーツとしてのドッジボールのますますの発展のため、また子どもの健全な発育発達のためにも、関連する上肢関節障害の実態の調査と上肢関節障害に関係したバイオメカニクス的な動作分析の必要性が強く示唆された。前年度の調査によって、小学生の間で広く行われているドッジボールについて、上肢関節障害に関係したバイオメカニクス的な動作分析の必要性が強く示唆された。小学生ドッジボール選手10名を対象として、ドッジボールの投球フォームの解析を行った。重量を変えた4種類のボール(200g,280g,380g,500g)を全力投球させた。あわせて各被験者について上肢関節におけるスポーツ障害の履歴を調査した。昨年の調査で明らかになった試合における1人あたりの投球数や、ゲームにおける面白さの要素も加味して判断すると、子どもの投球動作に伴う上肢関節スポーツ障害を予防するためには、特に低学年のドッジボールにおいては現在より若干軽めのボールを用いた方が良いのではないかとの示唆が得られた。