hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
心房伸展において、炎症が心房リモデリングを惹起するメカニズムの包括的解明

高血圧などの生活習慣病は心房細動のリスクとなる。圧負荷による心房伸展刺激に加え、メタボリック症候群や糖尿病がどのように心房細動を引き起こすか、マイクロRNAの関与を中心に検討を行った。マウスを用いて圧負荷・高脂肪食・糖尿病の各モデルを作成し、心房性不整脈の誘発と心房におけるマイクロRNA(miR)の網羅的な発現解析を行い、鍵となるmiRNAを同定した。さらに、メタボリック症候群モデルマウスにおいて詳細な解析を行い、miR-27bの発現が心房で増加し、心房のギャップ結合チャネルであるCx40の発現を抑制して心房内伝導速度を低下させることで、心房細動を引き起こすことを明らかにした。横行大動脈縮窄(Transverse aortic constriction; TAC)による心房圧負荷モデルを作成し、心房性不整脈の発生とそのメカニズムについて検討した。また、圧負荷がpannexinチャネルを開口し、細胞外にATPを放出して炎症を惹起することを先行研究によって明らかにしていたため、Pannexin-1ノックアウトマウスを用いて細胞外ATP放出との関連を検討した。1.心房圧負荷モデルの経時的解析:TAC術による心房圧負荷モデルマウスを経時的に解析し、マクロファージ浸潤はTAC術1日後から見られ経時的に増加すること、IL-1, IL-6等の炎症性サイトカイン産生はTAC術3日後から有意に上昇し、5日後をピークしてその後低下することが明らかとなった。線維化シグナルおよびコラーゲン線維の沈着はTAC術5日後より出現し経時的に増加していた。2.大動脈狭窄ー解除モデルの作成:TAC術を行った後狭窄を解除し、圧負荷を解除するモデルを作成した。その結果、TAC術後初期に狭窄を解除するとその後の線維化の進行は抑制されたが、TAC術から長時間経過した後に狭窄解除を行っても線維化の進行には変化がないことが明らかとなった。3. Pannexin-1ノックアウトマウス(KO)および野生型(WT)マウスを用いて虚血再灌流モデルを作成し、虚血再灌流による心筋傷害の程度、および虚血時・再灌流時の不整脈、についての評価を行った。その結果、Pannexin-1ノックアウトマウスは虚血再灌流時の心筋傷害が大きかったものの、虚血時・再灌流時の不整脈はいずれも低頻度であった。また、KOおよびWTより心臓を摘出し、ランゲンドルフ灌流下で低酸素刺激を加えると一過性にATPが放出されること、KOおよびWTから単離した心筋細胞を低酸素環境で培養すると細胞外にATPを放出することが明らかとなった。心房伸展刺激・メタボリック症候群・糖尿病などの心房リモデリング促進因子が心房性不整脈を惹起するメカニズムについて、マイクロRNAの関与を中心に検討を行った。マウスを用いて、心房伸展モデルは横行大動脈縮窄(Transverse aortic constriction; TAC)によって、メタボリック症候群モデルは高脂肪食(HFD)負荷によって、糖尿病モデルはStreptozocin投与によって作成した。1.マイクロRNA発現変化の網羅的解析:マイクロRNAアレイカードシステムを用いて、各モデルにおける心房でのマイクロRNAの発現を網羅的に解析した。約750のマイクロRNAの発現を定量したところ、各モデルにおいて共通して変化しているマイクロRNAを数種類同定することができた。これらのマイクロRNAについて、ターゲットとなる遺伝子を検索し、心房の組織的リモデリングに関与する遺伝子を制御していることを明らかにした。2.メタボリック症候群モデルマウス(HFDモデル)において、電気生理学的変化を中心に詳細な検討を行い、HFDモデルマウスでは心房の伝導速度が低下していること、プログラム刺激によって心房頻拍が高率に誘発されることが明らかとなった。このHFDモデルにおいては、心房で発現が上昇しているマイクロRNA(miR-27b)に着目してその寄与を検討し、miR-27bが制御する遺伝子として心房の細胞間伝導に寄与するギャップジャンクションチャネル(Cx40)を同定した。Cx40の発現はHFDモデル心房で低下しており、電気生理学的変化をよく説明できることが示された。3.さらに、TACによって心房に圧負荷を加えた心房伸展刺激モデルでは、大動脈縮窄ー解除モデルを作成し、TAC術後の可逆的な遺伝子発現変化と非可逆的な発現変化について検討し、この変化に関与するマイクロRNAを検索している。心房細動は、心房伸展や炎症を契機として心房の電気生理学的・組織学的な変化が生じることにより発症する。この変化を心房リモデリングと呼ぶが、心房伸展に加え、メタボリック症候群や糖尿病なども心房リモデリング促進因子であると考えられている。これらの因子と心房リモデリングについて、マイクロRNA(miR)の関与を中心に検討を行った。1.メタボリック症候群モデルマウス(HFDモデル)を作成して、心房の電気生理学的変化を中心に詳細な検討を行い、HFDモデルマウスでは心房の伝導速度が低下していること、プログラム刺激によって心房頻拍が高率に誘発されることが明らかとなった。このHFDモデル心房においてはmiR-27bの発現が亢進していた。miR-27bが制御する遺伝子として心房の細胞間伝導に寄与するギャップジャンクションチャネル(Cx40)を同定した。Cx40の発現はHFDモデル心房で低下しており、培養細胞を用いてパルミチン酸負荷を行った検討でもmiR-27bを介したCx40の発現低下が示された。

以上より、HFDにおける心房細動発症にはmiR-27bが関与していると考えられた。2.心房におけるマイクロRNA発現変化の網羅的解析:心房圧負荷モデルマウスを作成し、HFDモデル・糖尿病モデルと共に、心房でのmiRの発現を網羅的に解析した。約750のマイクロRNAの発現を定量し、共通して変化しているmiRを同定し、それらについて、心房の組織的リモデリングに関与する遺伝子の候補を探索した。3.臨床例におけるマイクロRNAの網羅的解析:発作性・持続性心房細動患者および健常者の血清より、マイクロRNAの発現を網羅的に解析した。一部のマイクロRNAがマウス心房で発現変化していたものと一致し、心房リモデリング進行のバイオマーカーとなる可能性が示された。高血圧などの生活習慣病は心房細動のリスクとなる。圧負荷による心房伸展刺激に加え、メタボリック症候群や糖尿病がどのように心房細動を引き起こすか、マイクロRNAの関与を中心に検討を行った。マウスを用いて圧負荷・高脂肪食・糖尿病の各モデルを作成し、心房性不整脈の誘発と心房におけるマイクロRNA(miR)の網羅的な発現解析を行い、鍵となるmiRNAを同定した。さらに、メタボリック症候群モデルマウスにおいて詳細な解析を行い、miR-27bの発現が心房で増加し、心房のギャップ結合チャネルであるCx40の発現を抑制して心房内伝導速度を低下させることで、心房細動を引き起こすことを明らかにした。我々は心房の圧負荷モデル・メタボリック症候群モデル・糖尿病モデルを作成し、それらの心房における電気生理学的変化を詳細に検討している。この電気生理学的変化を説明しうる遺伝子発現変化についてもある程度の検討は終えており、さらにマイクロRNAの発現変化を全てのモデルで網羅的に解析している。HFDモデルでは、マイクロRNAのmiR-27bがギャップジャンクションチャネル発現低下を介して心房性不整脈の発現に大きく関与することを明らかにしており、当初計画を超えた新たなメカニズムの解明が進んでいる。さらに我々は、ゲノム編集テクノロジーを用いてマイクロRNAのノックアウトマウスを作成している。ゲノム編集によるノックアウトマウスは従来の手法に比べ短期間に作成することが可能であり、実際にノックアウトの成体マウスを得る段階まで既に進んでいるため、本研究計画期間中にノックアウトマウスを用いた機能解析まで到達できると考える。これにより、当初計画には記載していなかった新たな治療戦略の提案につながるアプローチも期待される。不整脈当初の計画通り、心房圧負荷モデルにおける炎症・線維化のメカニズムについての検討を進めると同時に、マイクロRNAを中心としてメタボリック症候群モデル・糖尿病モデルにおける心房リモデリングのメカニズムについて展開していく。平成26年度の研究によりマイクロRNAの網羅的解析を行い、圧負荷による心房伸展刺激モデル・メタボリック症候群モデル・糖尿病モデルにおけるマイクロRNA発現変化の共通点・相違点についてのデータを既に得ている。また、メタボリック症候群モデルにおいてはmiR-27bの関与についての検討をほぼ終えている。最終年度となる今年度は、以下の検討を行って研究のまとめとしたい。
スギ分子育種に向けたノルリグナン生合成の生化学的・分子生物学的検討

木材の利用にあたり、その諸性質は材中に含まれる化学成分に左右されることが多い。スギの場合、心材(幹等中央部の濃色部)に特徴的に含まれるノルリグナンと呼ばれる化合物群が、材色調や耐久性に関連すると考えられている。本研究では、スギがノルリグナンを作り出す(=生合成)際の酵素反応の一段階を特定すると共に、生合成後、材色発現へ向けたノルリグナンの変化の機構ならび変化物の化学構造を解明した。さらに、ノルリグナン生合成を一現象とするスギ心材形成時の生物反応(開始要因等)を遺伝子レベルで解析した。植物二次代謝産物の分類の一つであるノルリグナンに関して、その生合成はほとんど知られていない。ノルリグナンは樹木の材部に存在することが多く、強固な細胞壁に囲まれまた死滅した細胞からなる樹木・木材を生化学・分子生物学実験の材料とすることは極めて不利であり、このことがノルリグナン生合成の研究を停滞させている最大の理由であろう。本研究では、ノルリグナンを主要な二次代謝物として生産する樹木(主にスギ)材部を実験試料とし、ノルリグナン生合成に関わる酵素活性の検出、酵素の精製・特徴付けなどの生化学実験とともに、分子生物学的アプローチによりノルリグナン生合成関連遺伝子の特定などにも取り組む。また、スギ材色は材中のノルリグナンに左右されるとされるため、ノルリグナン生合成の基礎的知見に基づいた、材色優良スギ生産に向けた分子育種の道筋の提案を目指す。(1)ノルリグナンの一種であるアガサレジノールからセクイリンCへの変換に関わる水酸化酵素遺伝子(AGTH)のクローニングに向けて、分子生物学的実験の材料に不向きとされてきた樹木材部から、核酸(mRNA)を得る手順の確立を目指した。植物からmRNAを単離するために広く用いられているCTAB法では、樹木試料20gからでも十分量のmRNAを得ることができなかった。市販のmRNA抽出用キット試薬を用いた場合、樹木試料2gからmRNAを単離することができたが、得られる量は一般植物を同量用いた場合の1/10程度であり、今回の手順を10回程度繰り返す必要があることが分かった。この10回繰り返しは非現実的ではなく、したがってAGTHのクローニングを含めて一般的な植物分子生物学実験と同様の、網羅的な樹木材部遺伝子解析のための手順を確立することができた。さらに蛍光ディファレンシャルディスプレイ法によって、樹木材部で発現している遺伝子が材の部位によって異なることを確認することができた。なお、以前の酵素実験と同様、本遺伝子実験にも凍結粉砕材部試料が有用であった。(2)AGTH活性の違いの調査に向けて、アガサレジノールとセクイリンCの含有割合比(組成比)ならびにこれら以外のノルリグナンの存在を、様々なスギのクローン(29クローン、85個体)、品種(36品種、101個体)を用いて統計学的に調査した。その結果、アガサレジノール・セクイリンC含有量、アガサレジノール/セクイリンC組成比に明らかなクローン間および品種間差が認められ、これらノルリグナンの生合成が遺伝的に制御されていることが示された。特に、セクイリンC蓄積量の多いクローン・品種ではAGTH活性の高いことも予想される。その他のノルリグナンであるスギレジノールおよびヒドロキシスギレジノールを含む個体は極めて稀であり(出現頻度:2%程度)、またこれらの蓄積量に品種間差は認められなかった。(1)スギ心材ノルリグナン生合成と材色発現との関連の調査昨年度の研究により、ノルリグナン含有量・組成、さらにその生合成、特にアガサレジノール水酸化が遺伝的に制御されていることが示された。一方、スギ材色は遺伝的に制御されていると言われている。ノルリグナン含有量・組成と材色との関連を調査した結果、これらの間に明らかな相関は認められなかった。すなわち、類似のノルリグナン含有量・組成を示すスギ材においても、材色が類似しない例が認められた。したがって、スギによってノルリグナンを着色物質へと変化させる活動に能力の違いがあるものと考えられ、その着色機構の解明が重要であることがわかった。(2)ノルリグナン生合成に着目したスギ心材形成関連遺伝子の機能解析スギ移行材(辺材が心材へと変化しつつある材部位)をノルリグナン量・組成の特徴に基づいて分画し、移行材部位特異的に発現している遺伝子機能の解析を試みた。約20の遺伝子についてクローニング・塩基配列解読・相同性検索・機能解析を行った結果、主に辺材側移行材で発現している2遺伝子が、bZip転写因子遺伝子ならびにスーパーオキシドジスムターゼ遺伝子と高い相同性を示した。これら2遺伝子は、乾燥等のストレスに反応して発現することが知られており、心材形成時の比較的早期に、材組織の水分減少に対応するための生理活動が起こっているものと考察できる。

スギ心材色発現機構として、酵素酸化による心材成分の二次変化を想定し、スギ心材由来粗酵素液を用いたスギ心材ノルリグナン(アガサレジノール、セクイリンC)の酵素酸化検定を行った。酵素反応液は黄色となり特にセクイリンC反応液の着色がより著しく、また反応後にHPLC検出される両ノルリグナン基質量が減少した。さらに西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼを用いたモデル的検討において、反応液は著しく着色し特にセクイリンC反応液は褐色を示す400nmに明瞭な吸収ピークを示し、また反応液のサイズ排除HPLC分析では酵素量の増加に伴う反応後両ノルリグナン基質量の減少ならびにアガサレジノールの重合が確認されたが、セクイリンCの重合は明瞭ではなかった。以上の結果からスギ心材色発現の一機構として、心材におけるアガサレジノールの酵素酸化重合、セクイリンCの着色構造への酵素酸化的変化が示唆された。これまでの我々のスギ精英樹クローンを用いた研究により、スギ心材ノルリグナン蓄積量および組成に関して遺伝的な制御が示唆された。しかしながら、クローン間差の評価のみでは、有性生殖による次世代への遺伝性は依然として不明である。そこで本報告では、不完全フルダイアレルスギ交配家系を用いて、心材ノルリグナンの蓄積量および組成の遺伝的特性を評価した。その結果、心材抽出物量については明瞭な家系間差が確認され狭義の遺伝率は高かったが、ノルリグナン蓄積量および組成については家系間差が認められにくく、狭義の遺伝率は低いものであった。これは、ノルリグナン以外のスギ心材抽出物と比較し、ノルリグナンはその心材堆積後に二次的な変質などの環境要因による影響を受けやすい形質であるためと考えられる。(1)スギ心材色発現機構として、酵素酸化による心材成分ノルリグナン(アガサレジノール、セクイリンC)の二次変化(重合)を想定し、モデル的重合物の調製(市販フェノール酸化酵素による)とその構造解析、ならびにスギ心材から重合物の分離調製とその構造解析(モデル検証結果に基づく)を試みた。先ず、2種ノルリグナンそれぞれの単独重合物およびこれらの共重合物について、サイズ排除クロマトグラフィー、^<13>C-NMR、MALDI-TOFMS等の分析を行った結果、各試料がノルリグナン基本骨格を保持した重合物であり、重合度は10量体程であることが確認された。分析結果の特徴として、^<13>C-NMRでは(1)基本骨格に相当する幅広のピークを示し(2)重合による新たな構造の形成により基本骨格中特定のピークが消失する、(3)MALDI-TOFMSでは単量体相当の分子量間隔のイオン群が生成する、などが認められた。このモデル検証結果を基に、心材抽出物のクロマトグラフィー低移動度画分について同様の分析を行った結果、本画分の化学構造は上記の(1)(3)の特徴を示し、さらにはアガサレジノールよりセクイリンCを優勢な基本単位とすることが示唆された。したがって、初めてスギ心材中ノルリグナン重合物存在が確認されると共に、その化学構造特性が提出された。(2)スギ移行材(辺材が心材へと変化しつつある材部位)をノルリグナン量・組成の特徴に基づいて分画し、移行材部位特異的に発現している約100の遺伝子についてクローニング・機能解析を行った。
ヘテロコンピューティングと超高詳細モデルによる地震・津波外力想定高度化手法の開発

地震・津波外力想定の信頼性をさらに向上させることが出来ると期待される高詳細モデルを用いた解析は,領域が大きく,かつ,必要とされる分解能が高いため,解析コストが莫大となり,その実現が難しいとされていた.本研究課題では,大規模有限要素モデル構築手法の開発とともに,可変前処理や精度混合演算や解空間の疎密を活用した新しい大規模有限要素解析用アルゴリズムを開発し,CPUーGPUからなるヘテロコンピューティング環境上でこれを実装することにより,この解析コストの削減を図った.開発した手法によるいくつかの適用例により,高詳細モデルを用いた解析の有効性を示した.多種多様な最新の観測データを用いた推定が行われ,高詳細な地殻モデルが提案されている.一方で,地震外力生成過程(地震発生-地殻内地震波動伝播-地盤震動)・津波外力生成過程(地震発生-地殻変形-津波伝播)の評価では,その解析コストが莫大過ぎるため,このような高詳細モデルを用いた解析は行われておらず,簡単化されたモデルを用いて地震・津波外力想定が一般に行われている.本研究課題では,これを解決するための高速解法のコア技術の開発を行っている.解析を高速化することで,高詳細モデルを用いた多数回解析を可能とする.超高詳細モデルを用いることで現象をより正しく表現し,また,多数回解析することで多数シナリオやモデルの曖昧さを考慮した妥当な地震・津波外力想定が可能となり,合理的な被害軽減策提言に寄与出来ると期待される.本年度は,高詳細モデルを用いた有限要素モデルの構築手法の開発と高速解法のコア・アルゴリズムの開発を行った.具体的には,億自由度を超える有限要素地殻モデル構築手法の開発と解空間の粗密・演算空間の粗密を活用した高速ソルバーのひな型を開発した.マルチグリッドと精度混合演算を用いることで,効率的に解の候補を絞り込み,方程式の求解を可能としている.ヘテロコンピューティング環境での展開を前提に,疎な解を求める際に,それに適したマトリクスの保持方法を用いることとして,更なる高速実行を可能としている.また,ヘテロコンピューティング環境での実装を前に,ヘテロコンピューティングを念頭に大規模計算機環境でこのソルバーを実装し,億自由度を超える有限要素モデルを用いた実解析を行い,time-to-solution, scalability, peak performanceという計算効率の観点から有効性を確認した.解析規模・解析速度ともに当初予定よりも良い結果を得ているため(例えば,開発したソルバーにより京コンピュータ全計算ノードを用いた解析を,相当良い計算効率で実行できる程度になっている).地震外力生成過程・津波外力生成過程を,最新の観測事実を反映した超高詳細モデルで解析可能な手法の開発を目的としている.この開発により,最新の観測事実をより反映した合理的な地震・津波外力想定が可能となると期待される.しかし,超高詳細モデルを用いた解析コストは莫大であり,従来のアプローチでは解析が難しいため,簡単化されたモデルを用いて,地震・津波外力想定が行われている.この解析コストを軽減することで,超高詳細モデルを用いた超多数回解析を可能とするコア技術の開発を行っている.本年度は,開発中のヘテロコンピューティング用高速反復ソルバーの高度化及びそれに関連して有限要素モデル構築手法の高度化も行った.低次非構造要素による有限要素法では,小疎行列のランダムアクセスによる行列・ベクトル積がコアカーネルとなることから,計算負荷に比べ計算に使用するデータを演算器へ移動するコストが多くかかり,反復ソルバー高速化のボトルネックとなる.このデータ移動コストを軽減するために,構造データアクセスが大部分で可能となる有限要素モデルが構築可能なように有限要素モデル構築手法の高度化を行った.また,これにあわせて,この構造データアクセスに対応可能なように高速反復ソルバーの高度化を行った.以上から,構造データアクセスによりデータ転送アクセスコストを抑えつつ,精度混合・マルチグリッド演算に基づく高速反復ソルバーのアルゴリズムのひな型が開発された.開発されたアルゴリズムをCPUに基づく大型計算機に実装し,本アルゴリズムの有効性を示した.ヘテロコンピューティング用高速反復ソルバーの高度化及びこのソルバーで用いる有限要素モデルの構築手法の高度化はおおむね順調に進展している.一方で,コードの実装を効率的にすすめるためには,本年度末で区切りをつけるよりも,翌年度中盤までで実装の区切りをつける方が良いことが判明したため,そのように実施期間を変更した.地震外力生成過程・津波外力生成過程を,最新の観測事実を反映した超高詳細モデルで解析可能な手法の開発を目的としている.この開発により,最新の観測事実をより反映した合理的な地震・津波外力想定が可能となると期待される.しかし,超高詳細モデルを用いた解析コストは莫大であり,従来のアプローチでは解析が難しいため,簡単化されたモデルを用いて,地震・津波外力想定が行われている.この解析コストを軽減することで,超高詳細モデルを用いた超多数回解析を可能とするコア技術の開発を行っている.本年度は,昨年度から開発しているヘテロコンピューティング用高速反復ソルバーの高度化を行い,ヘテロコンピューティング環境上で高効率な求解が可能なソルバーを構築した.これまでに開発した超高詳細モデルを用いた有限要素モデル構築手法により構築した超高詳細有限要素モデルとこのソルバーを組み合わせることで,超多数回解析を実現し,震源の曖昧さを考慮した地殻変動解析を実現した.具体的な適用例として,琵琶湖西岸断層帯を含む240 km ×240 km ×300 kmの領域の地殻データを用いて4.2億自由度の有限要素モデルを構築し,10000通りの異なる断層すべりシナリオに対する地殻変動解析を行った.

これらのすべての断層すべりシナリオによる地殻変動解析により得られた地表面変位応答を評価し,地殻変動性状・断層すべりの曖昧さの影響を検討し,本手法の有効性を示した.ヘテロコンピューティングを実施する上で,コアカーネルの高度化が肝となるが,この高度化で大きな進捗があった.この進捗を踏まえて,ソルバー全体の性能が向上しつつあり,結果的に大規模問題を高速に解くことが可能となりつつある.地震外力生成過程・津波外力生成過程を,最新の観測事実を反映した超高詳細モデルで解析可能な手法の開発を目的としている.この開発により,最新の観測事実をより反映した合理的な地震・津波外力想定が可能となると期待される.しかし,超高詳細モデルを用いた解析コストは莫大であり,従来のアプローチでは解析が難しいため,簡単化されたモデルを用いて,地震・津波外力想定が行われている.この解析コストを軽減することで,超高詳細モデルを用いた超多数回解析を可能とするコア技術の開発を行っている.本年度は,超高詳細モデルを用いた地殻変動解析とこれを用いた津波解析を行い,従来のアプローチと比較することで,超高詳細モデルを用いた本手法の有効性を示した.超高詳細モデルを用いた地殻変動解析は,断層すべりが深部に留まる場合には従来の地殻変動解析との差は小さいが,昨今の観測結果から推察されるトレンチ近傍の浅部まで断層すべりが到達する場合には従来の地殻変動解析との差が大きくなる可能性が示された.地殻変動解析結果が異なれば,津波解析結果にも大きな差が生じうる可能性がある.従来は深部に留まる断層すべりを重点的に想定してきたが,浅部への断層すべり到達も考えた想定を今後行う場合には,本手法の有効性が際立つと考えられる.一方で,このような超高詳細モデルを用いた解析の信頼性を向上させるためには,地殻構造の物性や幾何形状の曖昧さを考慮することが重要となる.そのため,超高詳細モデルを用いた解析を行う上でボトルネックとなる解析コストの低減を図るため,開発を続けてきたヘテロコンピューティング用の高速反復ソルバーの高速化を行った.この高速化により,地殻構造の物性や幾何形状の曖昧さを超多数回解析によるモンテカルロシミュレーションにより陽に考慮した解析を行うことが可能となり,その解析結果を整理することでその有効性を示した.地震・津波外力想定の信頼性をさらに向上させることが出来ると期待される高詳細モデルを用いた解析は,領域が大きく,かつ,必要とされる分解能が高いため,解析コストが莫大となり,その実現が難しいとされていた.本研究課題では,大規模有限要素モデル構築手法の開発とともに,可変前処理や精度混合演算や解空間の疎密を活用した新しい大規模有限要素解析用アルゴリズムを開発し,CPUーGPUからなるヘテロコンピューティング環境上でこれを実装することにより,この解析コストの削減を図った.開発した手法によるいくつかの適用例により,高詳細モデルを用いた解析の有効性を示した.高詳細モデルを用いた有限要素モデル構築手法及び大自由度方程式の高速ソルバーはほぼ完成しつつある.
強誘電体表面誘起電荷と焦電性を融合したπ電子伝導制御型自立駆動電子素子の創出

本研究は、多機能強誘電体結晶(LiNbO3、以下LN)を基板とし、光/熱によりに変化する分極・表面電荷(焦電/光起電力効果と表面に誘起されるスクリーン電荷の効果を指す)が、基板上のπ電子系材料の電気特性に及ぼす影響を解明・制御することを目的とする。素子として、基板極性のパターン化および焦電/光起電力効果によるπ電子系材料の電気特性制御と電界効果型素子構造を有し、自立駆動可能なセンサー素子の動作確認も目的とする。LN基板に単層グラフェンを転写した試料の抵抗率の温度依存性を確認した。基板表面処理、電極構造の見直しにより、室温から400°Cまでの温度変化に対して二桁の抵抗率変化を実現している。これに対して、低温での導電性評価を単層3層までのグラフェンで実施した。また分極方向の異なる面において+分極方向で高抵抗化と大きな抵抗変化が確認される。低温領域では、単層および三層では2桁から3桁ほどの抵抗率の上昇が確認された。LiNbO3は負の焦電係数を有し、低温になるほど分極の効果が大きくなる傾向と一致する。さらに室温付近でI-V特性は線形であったのに対し、低温領域では非線形性を示した。しかし二層では、低温領域でも抵抗率はほとんど上昇せずI-V特性も線形を保つ結果となった。KFMによる表面電位の観察により単層及び二層は電極より表面ポテンシャルが小さく、三層は電極より大きい状態であること、二層及び三層は表面電位に大きなばらつきがあることが判明した。以上のことからLiNbO3の電界によりグラフェン内部にも電界の勾配が形成され、その影響は層数が少なくなるにつれ大きくなると考えられる。3層以上では変化率のばらつきが大きくなり、センサーとして利用するには12層の分子層が適当であることが解った。これらの結果の一部は現在、論文投稿を準備している。本研究は、多機能強誘電体結晶(LiNbO3等)を基板とし、光/熱によりに変化する分極・表面電荷(焦電/光起電力効果と表面に誘起されるスクリーン電荷の効果を指す)が、基板上のπ電子系材料の電気特性に及ぼす影響を解明・制御することを目的とする。これまでの実績としては、LN基板に単層グラフェンを転写した試料の抵抗率の温度依存性を確認した。これはπ電子系材料/極性酸化物界面の電子状態評価の結果から、分極がπ電子の電子分布に影響を及ぼし+極性面において電子が強く局在化することに対応すると考えられる。これに対して-極性面については界面の水分子の影響などを考慮する必要があり、分極と電気特性の相関については明らかにできていない。さらに、現象を理解する対比実験としてグラフェン/LNと同類の系でπ電子半導体材料であるペンタセンと極性酸化物のZnOの界面についての検討を行った。ZnO上のペンタセンの成長条件を検討することでZnOの極性によらず二次元成長する条件を確認した。またこの電子状態を光電子分光法で確認したところ酸化物の分極状態によってペンタセンとの界面のバンドアライメント及び電子状態密度の変化を確認した。これらの結果は国際会議で口頭発表を行い、国際論文に掲載された。また、これらの結果はLNの結果と類似の結果であり、今後はホール効果と抵抗率変化を行うことで分極と導電性の相関について明らかにする。グラフェン/LN界面において、環境によってグラフェンの導電率が変化し、その傾向が分極方向と焦電性に関連していることは確認された。現状ではこの現象は、理論的に予想される分極方向の変化に関しては、+極性面では説明できるが-極性面では効果が小さく、分極方向から期待される効果とは異なり、+極性と同じ高抵抗化が確認された。これは、-極性面では、表面電荷のスクリーニング効果が正チャージになるため、実際の効果が大気中の水分などによって相殺されるためと考えられる。つまりは、分極が直接グラフェンのキャリアに影響せずに、グラフェン/LN界面に存在する水などの吸着成分を介したダイポール効果などが影響していると考えられる。現状の評価は単純な抵抗率測定であるため、吸着成分を介した導電率、電子の分散の影響が考慮する必要がある。これらの影響を分離、評価するために、ホール測定を用いた導電率の温度依存性の測定を試みている。しかしながら実際の測定系においてコンタクト抵抗と測定プログラム制御部の問題解決に時間を要したためH28年度中のこれらの定量化の測定を完了することは実現しなかったが、比較対象の多層グラフェン/LN構造や半導体材料のペンタセンの成長に関しては条件が整いつつあるためH29年度の段階で遅れ分は解消されると考える。

本研究は、多機能強誘電体結晶(LiNbO3、以下LN)を基板とし、光/熱によりに変化する分極・表面電荷(焦電/光起電力効果と表面に誘起されるスクリーン電荷の効果を指す)が、基板上のπ電子系材料の電気特性に及ぼす影響を解明・制御することを目的とする。素子として、基板極性のパターン化および焦電/光起電力効果によるπ電子系材料の電気特性制御と電界効果型素子構造を有し、自立駆動可能なセンサー素子の動作確認も目的とする。これまでの実績としては、LN基板に単層グラフェンを転写した試料の抵抗率の温度依存性を確認した。基板表面処理、電極構造の見直しにより、室温から400°Cまでの温度変化に対して二桁の抵抗率変化を実現している。また分極方向の異なる面において+分極方向で高抵抗化と大きな抵抗変化が確認される。これはπ電子系材料/極性酸化物界面の電子状態評価の結果から、分極がπ電子の電子分布に影響を及ぼし+極性面において電子が強く局在化することに対応すると考えられる。これに対して-極性面については界面の水分子の影響などを考慮する必要があり、今期にサイクル測定を実施することで150°Cでの抵抗変化を確認し、水分子の影響を分離しての測定が可能となった。また、多層グラフェンを用いることで表面電荷が影響する距離についての検討を行った。12層のグラフェンでは再現性高く、LNの表面電荷に由来する抵抗率の変化を確認した。3層以上では変化率のばらつきが大きくなり、センサーとして利用するには12層の分子層が適当であることが解った。これらの結果の一部は現在、論文投稿を準備している。グラフェン/LN界面において、環境によってグラフェンの導電率が変化し、その傾向が分極方向と焦電性に関連していることは確認された。現状ではこの現象は、理論的に予想される分極方向の変化に関しては、+極性面では説明できるが-極性面では効果が小さく、分極方向から期待される効果とは異なり、+極性と同じ高抵抗化が確認された。これは、-極性面では、表面電荷のスクリーニング効果がホール(正チャージ)になるため、実際の効果が大気中の水分などによって相殺されるためと考えられる。今期は+極性面上に多層グラフェンを転写した試料で電気特性を詳細に検討した。温度依存性のサイクル測定では真空中で、室温から400°Cまでの温度範囲での抵抗率測定を実施した。大気中から真空中に試料を導入した直後の測定では、グラフェンの積層数に関係無く150°Cに変化率のピークが確認された。サイクル数の増加により、積層数が多くなるほど抵抗率の変化が減少する傾向を示すが2層までは再現性を示す結果であった。抵抗率についても積層数で規格化した場合に3層以上の積層数から劇的に抵抗率が減少することから、表面電荷を用いた伝導性制御では12層の分子層が適当であることが明らかとなった。-極性面での検討は残っているが低温側の測定系の整備も整い、次年度はセンサー機能についての検討を行う。LN基板に単層グラフェンを転写した試料の抵抗率の温度依存性を確認した。
播種性血管内凝固症候群(DIC)の病態解析および早期診断法の確立

播種性血管内凝固症候群(DIC)は様々な疾患に付随して凝固因子が活性化し、全身の微小血管で血栓が形成される疾患である。今回来院患者でDICを疑う症例について各種凝血学的検査を実施し、DICと診断した42頭の犬についてその原因疾患、凝血学的検査所見、予後等について検討した。42頭の原因疾患では腫瘍性疾患が31頭(73.8%)を占め非腫瘍性疾患は11頭(26.2%)であった。そのうち腫瘍性疾患では血管肉腫が10頭と最も多く、非腫瘍性疾患では子宮蓄膿症が3頭、急性膵炎が2頭であった。予後は36頭(85.7%)と多くの例が斃死し、治癒したものは外科的に摘出可能であった5頭および内科的に治療できた1頭のみであった。以上のようにDICの多くは腫瘍に伴って発症し、予後の非常に悪い疾患であることが明らかとなった。次に腫瘍疾患全体におけるDICの発症頻度に関し検討した。121症例の腫瘍疾患に対してDICを発症したものは19例(16%)と高率であった。またその中でも血管肉腫で3/7例,乳腺腫瘍で4/14例などが各腫瘍の中で高率にDICを発症することが明らかになった。さらに骨髄の巨核球から分離したばかりの血小板である網状赤血球について検討を行った。網状血小板の細胞質に豊富に含むRNAに強く結合するThiazole Orangeを用いて染色し、フローサイトメトリーで蛍光強度を測定した。健常犬ならびに血小板減少を示した症例について測定した結果、網状血小板率は血小板数が110x10^3/μl以下に減少すると健常犬より有意に上昇した。また血小板減少性紫斑病では治療により血小板数が回復するのに伴って網状血小板率は減少することが確認できた。さらにその際には減少時に拡大していた血小板サイズが治療に伴い縮小することが明かとなった。このことより網状血小板の測定は骨髄における血小板産生の指標になりうるものと考えられた。播種性血管内凝固症候群(DIC)は白血病や悪性固形腫瘍、敗血症、溶血性貧血など様々な疾患に付随して凝固因子が活性化された結果、全身の微小血管で血栓が形成される疾患である。今回、来院患者で白血病や悪性固形腫瘍などの基礎疾患を有し、DICを疑う症例についてプロトロンビン時間(PT)、活性化部分トロンボプラスチン時間(APTT)、血小板数、フィブリノーゲン、血清FDPおよびアンチトロンビンIII等の凝血学的検査を行いDICの診断を行った。DICと診断した犬は42症例におよび、それらの診療記録から原因疾患、凝血学的検査所見、予後について検討した。DICの診断基準は上記の6項目のうち4項目以上に異常値を認めたものとした。42頭の年齢は平均9.5歳齢と高齢で、雄が18頭、雌が24頭であった。また原因疾患では腫瘍性疾患が31頭(73.8%)を占め、非腫瘍性疾患は11頭(26.2%)であった。

疾患毎では腫瘍性疾患のうち血管肉腫が10頭(23.8%)と最も多く、肝腫瘍が5頭(11.9%)、リンパ腫が4頭(9.5%)であった。また非腫瘍性疾患では子宮蓄膿症が3頭(7.1%)、急性膵炎が2頭(4.8%)であった。予後は36頭(85.7%)と多くの例が斃死し、治癒の認められたものは外科的に摘出できた血管肉腫の3頭と子宮蓄膿症の2頭および内科的に治療できた急性膵炎の1頭のみであった。斃死例のうち30例が1週間以内に斃死あるいは安楽死をしておりそれ以上生存した6例についても治療による改善はなく、致死的経過をたどった。以上のようにDICの多くは腫瘍に伴って発症し、予後の非常に悪い疾患であることが明らかとなった。次にDIC発症時の血小板凝集能について検討を行った。上記症例のうち、血管肉腫、甲状腺癌、急性膵炎各1例および子宮蓄膿症2例について、末梢血から低速遠心により分離した多血小板血漿を用いてアデノシン二リン酸(ADP)に対する凝集能を検討した。その結果健常犬では不可逆的凝集を示すADP10μmolの濃度で一過性の一次凝集のみしか認められず、凝集能の低下が確認された。またこの傾向はDICと診断がつけられないpreDICの症例においても認められた。播種性血管内凝固症候群(DIC)は様々な疾患に付随して凝固因子が活性化された結果、全身の微小血管で血栓が形成される疾患である。今回、来院患者でDICを疑う症例についてプロトロンビン時間(PT)、活性化部分トロンボプラスチン時間(APTT)、血小板数、フィブリノーゲン、血清FDPおよびアンチトロンビンIII等の凝血学的検査を行いDICの診断を行った。上記検査によりDICと診断した犬42症例について原因疾患、凝血学的検査所見、予後について検討した。42頭の年齢は平均9.5歳齢と高齢であり、その原因疾患では腫瘍性疾患が31頭(73.8%)を占め、非腫瘍性疾患は11頭(26.2%)であった。疾患毎では腫瘍性疾患では血管肉腫が10頭と最も多く、非腫瘍性疾患では子宮蓄膿症が3頭、急性膵炎が2頭であった。予後は36頭(85.7%)と多くの例が斃死し、治癒したものは外科的に摘出可能であった5頭および内科的に治療できた1頭のみであった。斃死例のうち30例が1週間以内に斃死あるいは安楽死を選択した。次に骨髄の巨核球から分離したばかりの幼若な血小板と考えられる網状赤血球について検討を行った。網状血小板は細胞質に豊富にRNAを含んでいるためこのRNAに強く結合する蛍光色素Thiazole Orangeを用いて染色し、フローサイトメトリーでその蛍光強度を測定した。健常犬ならびに血小板減少を示した症例について測定しその有用性に関して検討した。その結果、網状血小板率は血小板数が110x10^3/μl以下に減少すると健常犬より有意に上昇した。また血小板減少性紫斑病では治療により血小板数が回復するのに伴って網状血小板率は減少することが確認できた。さらにその際には血小板のサイズも減少時に拡大していたものが治療に伴い正常範囲まで縮小することが明かとなった。このことより網状血小板の測定は骨髄における血小板産生の指標になりうるものと考えられた。
非線形最適化問題を解くための数値解法の研究およびその実装

大規模な無制約最適化問題に対する3項共役勾配法ならびに微分不可能な関数を含む非線形方程式系に対する共役勾配法について新しい解法を提案し、その大域的収束性を示した。また、無制約最適化問題を解くための準ニュートン法に関してメモリーレス準ニュートン法および目的関数値のみを利用する準ニュートン・パターンサーチ法も研究した。制約付き最適化問題に対して実行可能方向を生成する新しい非厳密逐次二次制約二次計画法を提案しその大域的収束性・超1次収束性を示した。さらに、画像処理などの応用分野で扱うトレース比最適化問題に対する新しい解法も提案した。以上の提案解法について数値実験を行って、実用的な有効性を検証した。無制約最適化問題および制約付き最適化問題を解くための数値解法について、以下の通り研究した。研究成果の一部は最適化に関する国際会議、数値解析シンポジウム、研究集会(於京都大学数理解析研究所、政策研究大学院大学)等で発表した。また、研究結果が学術論文誌に掲載された。1.無制約最適化問題に対する共役勾配法について研究した。共役勾配法の収束性にとっては、降下方向を生成することが重要である。本研究ではHager and Zhangの研究に倣って、直線探索等によらず常に自動的に降下方向を生成する非線形共役勾配法の一般形を扱いその大域的収束性を証明した。また、スケーリング付き共役勾配法の収束性についても検討した。さらに別のアプローチとして、十分な降下条件に現れる方向微係数をコントロールすることも試みて新しい共役勾配法を提案した。そして、こうした提案手法の有効性を検証するために有名なテスト問題集を用いて数値実験比較を行った。2.無制約最適化問題に対する3項共役勾配法について研究した。セカント条件を用いてヘッセ行列の情報を組み入れた解法の大域的収束性を証明し、数値実験比較をおこなった。得られた研究結果は海外の論文誌に投稿中である。3.無制約最適化問題に対する準ニュートン法の研究として、正定値性を保存する対称ランクワン公式に注目し、修正セカント条件や多段セカント条件に基づいた解法を提案した。そして、その収束性を示すとともに数値実験比較を行った。4.制約条件付き非線形最小化問題に対する数値解法の研究として、内点法の問題点(ウォームスタートなど)を解決するために主双対外点法に着目した。微分可能なメリット関数を提案して数値解法の大域的収束性を証明した。研究成果の一部は最適化に関する国際会議、日本OR学会、数値解析シンポジウム、研究集会(於京都大学数理解析研究所、統計数理研究所)等で発表した。1.微分不可能な関数を含む非線形方程式に対する3項共役勾配法に基づいた数値解法を提案し、その大域的収束性を示すとともに、実用性についても検証した。2.無制約最小化問題に対する非線形3項共役勾配法について、常に降下方向を生成し、かつ、方向微係数の大きさをコントロールできるような解法を提案し、その大域的収束性を示した。3.無制約最小化問題に対する数値解法は、通常は微分を用いる勾配法が主流であるが、実際の問題では目的関数値のみしか利用できないケースも多い。本研究では、こうした場合のアプローチとしてパターンサーチ法に準ニュートン法のテクニックを取り入れた数値解法を提案し、その実用性について検証した。4.画像処理などの応用分野ではトレース比最適化問題がしばしば取り扱われる。本研究では、トレース比最適化問題を解くための数値解法について研究した。無制約最適化問題および制約条件付き最適化問題を解くための数値解法について、以下の通り研究した。研究成果の一部は日本OR学会、研究集会(於京都大学数理解析研究所、政策研究大学院大学)等で発表した。1.大規模な無制約最適化問題を解くためのメモリーレス準ニュートン法について研究した。BFGS公式については従来から研究されていたが、本研究では正定値性を保存するようなサイジング付き対称ランクワン公式に基づいたメモリーレス準ニュートン法を提案し、その大域的収束性について議論した。2.大規模な無制約最適化問題を解くための3項共役勾配法について研究した。収束のスピードを速めることを目指して、セカント条件が3項共役勾配法に適切に反映するような工夫をして3項共役勾配法のパラメータを決定した。提案手法の大域的収束性を示すとともに、数値実験を行って有効性を検証した。3.画像処理などの応用分野で現れるトレース比最適化問題を解くための数値解法について研究した。先行研究であるSCF反復法について大域的収束するための条件を緩めるとともに、SCF反復法の改良版を提案して数値実験比較を行った。4.制約条件付き最適化問題に対する主双対外点法について研究した。これは内点法の弱点であるウォームスタートを実現するもので、シフト付きKKT条件を導入することによって従来の主双対外点法よりも緩い条件のもとで大域的収束することを示した。5.制約条件付き最適化問題を解くための逐次2次制約2次計画法について研究した。毎回の反復で実行可能な探索方向を生成するような非厳密逐次2次制約2次計画法を提案し、大域的収束性と局所的超1次収束性について解析した。

新しい観点から非線形最適化問題に対する数値解法を提案し、その大域的収束性や局所的超1次収束性についてきちんと解析している。また、数値実験を通じて、大規模問題に対する提案手法の有効性についても検証している。実用的な実装については今後の課題である。無制約最適化問題および制約条件付き最適化問題を解くための数値解法について、以下の通り研究した。研究成果の一部は国際会議、日本OR学会、研究集会(於京都大学数理解析研究所、統計数理研究所)等で発表した。また、研究結果が学術論文誌に掲載された。1.大規模な無制約最適化問題を解くための解法として、メモリーレス準ニュートン法について研究した。昨年度の対称ランクワン公式の研究に続いて、今年度はChen and Liの修正セカント条件を利用したスケーリング付き対称ランクワン公式に基づいたメモリーレス準ニュートン法の大域的収束性を証明するとともに、関連した解法の数値実験比較を行った。パラメータの選び方によっては従来のものよりも計算効率が良くなることが確認された。さらにBroyden公式族を活用したメモリーレス準ニュートン法についても検討した。2.制約条件付き最適化問題を解くための逐次2次制約2次計画法の非厳密解法について研究した。部分問題を非厳密に解く解法の構築は、現実的なアプローチである。本研究ではJianの研究に倣って、(もともとの最適化問題の)実行可能方向を生成するアルゴリズムを考案し大域的収束性と局所的超1次収束性について解析した。ただし、自動的に切り替わる解法については今後の課題である。3.非線形半正定値計画(SDP)問題を解くための主双対内点法の大域的収束性を実現するために信頼領域法を適用することを試みた。具体的には主双対空間におけるメリット関数を用いた場合と主空間におけるメリット関数を用いた場合の信頼領域法について検討した。4.2次錐相補性問題に対する研究から派生した研究として、ネットワーク上の均衡問題について研究した。特に、サプライチェーンネットワークで発生する競合状態を2次錐相補性問題や変分不等式問題に帰着し、均衡点の存在性や唯一性を議論した。大規模な無制約最適化問題に対する3項共役勾配法ならびに微分不可能な関数を含む非線形方程式系に対する共役勾配法について新しい解法を提案し、その大域的収束性を示した。また、無制約最適化問題を解くための準ニュートン法に関してメモリーレス準ニュートン法および目的関数値のみを利用する準ニュートン・パターンサーチ法も研究した。制約付き最適化問題に対して実行可能方向を生成する新しい非厳密逐次二次制約二次計画法を提案しその大域的収束性・超1次収束性を示した。さらに、画像処理などの応用分野で扱うトレース比最適化問題に対する新しい解法も提案した。以上の提案解法について数値実験を行って、実用的な有効性を検証した。新しい観点から非線形最適化問題に対する数値解法を提案し、その収束性についてきちんと解析している。また、数値実験を通じて大規模問題に対する提案手法の有効性についても検証している。ただし、実用的な実装については今後の課題である。
ヒゲ感覚システムにおいて視床から大脳皮質への入力が形成する回路の構造と機能

バレル皮質septum領域に存在するニューロンの大きな受容野が視床後内側腹側核の背側内側領域に存在するニューロンからの入力によって獲得されることを明らかにした。また、barrelに投射する典型的なタイプの視床ニューロンは、反応特性における方位選択性と神経終末分布のbarrel内での偏りとの関係によって二つのグループに分かれることが分かったバレル皮質septum領域に存在するニューロンの大きな受容野が視床後内側腹側核の背側内側領域に存在するニューロンからの入力によって獲得されることを明らかにした。また、barrelに投射する典型的なタイプの視床ニューロンは、反応特性における方位選択性と神経終末分布のbarrel内での偏りとの関係によって二つのグループに分かれることが分かった本研究課題の目的は、ラットのヒゲ感覚系において、視床から大脳皮質に投射するニューロンの反応特性と軸索の形態学的特徴との関係を明らかにすることであった。研究計画のとおり視床ニューロンのヒゲ刺激に対する反応を記録した後、BDAを注入しニューロンの標識を行った。大脳皮質に到達する軸索まで可視化され、その終末の分布はニューロンの受容野の大きさと関係があることが分かった。すなわち単一のヒゲにのみ反応するニューロンはそのヒゲに対応するbarrelに多くの神経終末を集中して分布させ、一方、複数のヒゲに反応するニューロンはそれらのヒゲに対応する領域のsepta(barrelとbarrelの間)に多くの神経終末を分布させていた。septaに存在するニューロンは複数のヒゲに対し反応することが知られているが、その反応の基盤となるのは、視床に存在する複数のヒゲに反応するニューロンから大脳皮質に投射される興奮性の入力であることが示された。複雑な中枢感覚系システムにおいて、その構造と機能を理解する上での重要な一所見を提供した。本研究課題の目的は、ラットのヒゲ感覚系において、視床から大脳皮質に投射するニューロンの反応特性と軸索の形態学的特徴との関係を明らかにすることであった。すなわち単一のヒゲにのみ反応するニューロンはそのヒゲに対応するbarrelに多くの神経終末を集中して分布させ、一方、複数のヒゲに反応するニューロンはそれらのヒゲに対応する領域のsepta (barrelとbarrelの間)に多くの神経終末を分布させていた。septaに存在するニューロンは複数のヒゲに対し反応することが知られているが、その反応の基盤となるのは、視床に存在する複数のヒゲに反応するニューロンから大脳皮質に技射される興奮性の入力であることが示された。また、barrelに神経終末を集中させるタイプのニューロンについてさらに詳しく解析を行ったところ、活動特性における方位選択性と神経終末の分布様式との関係によって2つのグループに分けられることが分かった。一つめのグループはそのニューロンのよく反応する方位に対応するbarrel内小領域に神経終末を集中させ、二つ目のグループはその反対であった。また二つ目のグループは一つ目のグループより短い潜時で反応することが分かり、その反応時間の違いによりbarrel内で小さな興奮の波が生じることが示唆された。この研究によって明らかになった視床から大脳反質への入力様式はその先の大脳反質における情報処理を理解する上で重要な所見となった。
HIV感染に対するDNAセンサー分子の役割

単純ヘルペスウイルス1型(HSV-1)の感染増殖が、脱アミノ酵素のひとつであるAPOBEC1により抑制されることをはじめて見出した。APOBEC1は、本来は小腸で脂質代謝に関わる酵素であるが、HSV-1脳内接種ラットモデルでは、ウイルス感染神経細胞にこの蛋白質の発現誘導が起きること、そして、この分子によりHSV-1のDNA配列に特徴的遺伝子変異が起き、ウイルスの増殖が抑制されることがわかった。この結果は、HSV-1脳炎過程においてはウイルス抑制因子としてAPOBEC1が誘導されていることを示している。次に、HIV感染を抑制する分子として新たに同定されたウイルス抑制分子SAMHD1について、ヘルペスウイルスであるHSV-1の感染にも骨髄系細胞において抑制的にかかわることを見出した。これらの抑制作用はHIVの場合と同じように、deoxynucleoside triphosphate (dNTP) hydrolase活性に依存した(論文投稿中)。さらに、HSV-2が共感染時には粘膜を介するHIV感染効率が増加することはよく知られている。この介在分子について抗菌ペプチドであるLL37が表皮細胞からHSV-2により誘導され、HIVの受容体(CCR5)発現が誘導され、HIV感受性が亢進することがわかってきた。この実験結果の確証のために、CCR5を使うEnvelope蛋白質のpseudotype HIVを作製し、感染性の亢進の特異性を確認した。1)単純ヘルペスウイルス1型(HSV-1)に関してHSV-1の感染増殖が、脱アミノ酵素のひとつであるAPOBEC1により抑制されることをはじめて見出し、論文として報告した。APOBEC1は、本来は小腸で脂質代謝に関わる酵素であるが、HSV-1脳内接種ラットモデルでは、ウイルス感染神経細胞にこの蛋白質の発現誘導が起きること、そして、この分子によりHSV-1のDNA配列に特徴的遺伝子変異が起き、ウイルスの増殖が抑制されることを見出した。2)DNAセンサーについてDNA結合活性を有するp202のHINドメインをDNAセンサーであるAIM2と融合させた分子を作出し、単球系細胞であるTHP1細胞に導入した。その細胞ではHIV感染によりサイトカインを産生する能力が付与されることを示した。しかし、その抗HIV活性とIL-1B産生能はそれほど高くなかった。3)新規ウイルス抑制因子SAMHD1について骨髄系細胞に発現し、HIV感染を抑制する分子として新たに同定されたウイルス抑制分子SAMHD1について、その組換え蛋白質を大腸菌で作出し、その酵素の基質特異性を検討した。その結果、種々のヌクレオチドに対してリン酸加水分解活性を示すことを見出した。この結果は、HIV感染細胞内において、SAMHD1は種々の基質特異性を有することから、細胞内ヌクレオチドの代謝過程に対して広範囲の制御能があることを意味する。HIV感染に関するDNAセンサー分子についての解析研究から、感染に対する抑制分子としてAPOBEC1ならびにSAMHD1に関する研究まで進展させている。SAMHD1についてさらにその酵素学的とウイルス学的解析を進める。最近、SAMHD1の基質はデオキシヌクレオチドであるという結果が複数報告されている。しかしながら、私の結果からはこの酵素は、デオキシヌクレオチドに限らず、多くのヌクレオチドにも対しても、リン酸加水分解活性を示すことがわかった。この相違点を明らかにするために、種々の条件を検討し、SAMHD1の活性化様式とその基質認識ドメインの同定を図る。また、単球系細胞におけるSAMHD1の活性化様式も解明する。