hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肥満未病の鍵因子CD52による代謝疾患の予防と治療学的意義の解明

免疫制御に関わるCD52の肥満に伴う慢性炎症における機能的意義は不明である。閉経肥満早期の脂肪組織において、他の遺伝子に先行してCD52の発現変動が生じることを見出した。脂肪組織における炎症性と抗炎症性免疫細胞のバランスの欠如は肥満状態を悪化させ、2型糖尿病などの代謝疾患を誘発する起点となる。本研究では、高脂肪食負荷による食事性肥満モデルマウスにおけるCD52の欠損や補充が糖・脂質・エネルギー代謝や脂肪組織で慢性炎症に及ぼす影響を解析し、CD52が肥満病態の進展防止に果たす役割を検証する。肥満に伴う代謝疾患に対する治療法の向上に加え、肥満を未病状態で防止する新規対処法の創出をめざす。
2種類の基質用結合部位を持つ好熱菌酵素の蛋白質工学的研究

酵素は基質特異性が高く,「1酵素-1基質」であると信じられてきた。しかし,本報告書の研究を含めたこれまでの蛋白質工学的研究によって,アミノ基転移酵素は,「1酵素-2基質」の特異な酵素であることが明らかになった。これらの酵素は,酸性基質用と疎水性基質用の2種類の基質結合ポケットを持ち,基質によって基質結合ポケットを使い分けている特異な酵素であることがわかってきた(触媒基は,いずれの基質の場合も同一である)。酸性基質は揺らぎが小さく固い基質結合部位に結合するが,疎水性基質は揺らぎが大きく柔らかい基質結合部位に結合する。次に,常温での分子の揺らぎが小さいと予想される高度好熱菌Thermus thermophilus HB8のAspATの野生型および種々の変異型酵素について,基質との反応過程を解析するとともに立体構造解析を行った。その結果,高度好熱菌酵素の分子全体の揺らぎは常温生物の酵素よりも小さかったが,基質結合部位は常温生物と同等に揺らいでいることが明らかになった。高度好熱菌の場合には,一部,常温生物と異なる機構で分子の柔らかさを達成していることも明らかになった。またそれらの結果を参考にして,高度好熱菌AspATのLys109をValに変えた変異型酵素では,疎水性基質に対する活性が野生型酵素よりもかなり大きくなり,酸性基質に対する特異性の高い野生型酵素を,疎水性基質に対する特異性の高い酵素に変換することが出来た。一般に酵素は「1酵素1基質」であると信じられてきたが、高度好熱菌Thermus thermophilus HB8アミノ基転移酵素は,酸性基質および疎水性基質の全く性質の異なる2種類の基質に対して活性を示す「1酵素2基質」の特異な酵素であることがわかった。しかも,酸性基質に対す基質特異性は非常に高いが,疎水性基質に対しては非常に基質特異性が低く,基質の表面積に比例した親和性を示した。この基質認識機構を理解するために,蛋白質工学的方法で活性部位に存在するアミノ酸残基を置換して,基質との反応過程を解析するとともに,1.8A分解能におけるX線結晶解析を行った。酸性基質の認識に関しては,これまでの研究から「酵素が基質の-COO^-を認識する場合には,Arg残基が必須でありLysでは代用できない」と考えられてきた。しかし,T.thermophilsuアスパラギン酸アミノ基転移酵素(T.th.AspAT)のX線結晶解析の結果,意外にも,Lys109が基質側鎖の-COO^-の認識を行っていることが明らかになった。また,疎水性基質の認識に関しては,意外なことに,T.th.AspATのLys109をSerへ置換すると,基質の側鎖に-COO^-を持つ酸性基質に対するは減少したが,中性基質,中でもトリプトファンに対する活性は野生型酵素より約1万倍も上昇した。その理由は,野生型酵素で酸性基質を認識するLys109は疎水性基質の結合にとって大きな障害になっているか,あるいは,Lys109が存在することにより,疎水性基質の結合に適した構造変化ができない,のいずれかであることが示唆された。一般に酵素は「1酵素-1基質」であると信じられているが,高度好熱菌Thermustherm0philusHB8アミノ基転移酵素は,酸性基質および疎水性基質の全く性質の異なる2種類の基質に対して活性を示す「1酵素-2基質」の特異な酵素である。この基質認識機構を理解するために,高度好熱菌アスパラギン酸アミノ基転移酵素(T.th..AspAT)の活性部位に存在するアミノ酸残基を蛋白質工学的方法で置換した。得られた変異型酵素と基質,特に酸性基質,との反応過程を解析するとともに,1.8A分解能におけるX線結晶解析を行った。

その結果,酸性基質の_-COO^-を認識に関与していたのは,Lys109,Ser14,Thr16などであり,Argではなかった。これまで,常温生物のアミノ基転移酵素から得られていた結果から「酵素が基質の_-COO^-を認識する場合には,,Arg残基が必須でありLysでは代用できない」と予想していたが,Lysでも代用できることが明らかになった。しかし,同じ酸性基質を認識する際の,高度好熱菌酵素と常温酵素との違いは,常温酵素は分子が柔らかいために基質結合に伴って2つのドメインが相対的に大きく動いて基質を溶媒から隔離するのに対し,高度好熱菌酵素は,分子全体が固いために1本のα-へリックスだけを大きく動かして同じ目的を果たしていることが明らかになった。
Prostaglandin E1およびForskolineの勃起発現における細胞内作用機序

成熟New Zealandウサギを無麻酔下で頭部打撲脱血屠殺し、左右一対の陰茎海綿体を取り出し、二等分して陰茎海綿体切片を作製した。これをTyrode液を満たしたMagnus管内に長軸方向に懸垂し、95%02+5%CO2の混合ガスを通気し、液温を37度に保った。海綿体切片に1gの張力を負荷し、約2時間Tyrode液内で安定させた後にguanethidine monosulfate, atropineを前投与し、薬物の添加を開始した。KT5720(cyclic-AMP依存性protain kinase阻害薬),KT5823(cyclic-GMP依存性protain kinase阻害薬),そしてKT5926(cyclic-GMP依存性protain kinase阻害薬)をそれぞれ前添加した群と前添加しない群で、l-phenylephrineの収縮反応を100%としたときのPG E1およびforskolineの弛緩反応率を比較し、それぞれの薬剤がどのpath wayを経て、陰茎海綿体平滑筋を弛緩させるかを検討した。張力変化はisometric transducerを使用して等尺性に測定し熱書記記録器に記録した。1.PG E1の弛緩反応率の検討:対照群に比較してKT5926前投与群のPG E1の弛緩反応率は,有意に減少した.KT5720およびKT5823前投与群は対照群と比較して有意な減少は認めなかった.このことからPG E1の陰茎海綿体弛緩反応における細胞内作用機序は,cyclic AMPを介することが推測された.2.Forskolineの弛緩反応率の検討:現在実験中であるが,対照群に比較してKT5720およびKT5823前投与群のPG E1の弛緩反応率は,減少傾向を示している.KT5926についてはH8.3月より実験を開始予定である.成熟New Zealandウサギを無麻酔下で頭部打撲脱血屠殺し、左右一対の陰茎海綿体を取り出し、二等分して陰茎海綿体切片を作製した。1.PG E1の弛緩反応率の検討:対照群に比較してKT5926前投与群のPG E1の弛緩反応率は,有意に減少した.KT5720およびKT5823前投与群は対照群と比較して有意な減少は認めなかった.このことからPG E1の陰茎海綿体弛緩反応における細胞内作用機序は,cyclic AMPを介することが推測された.2.Forskolineの弛緩反応率の検討:現在実験中であるが,対照群に比較してKT5720およびKT5823前投与群のPG E1の弛緩反応率は,減少傾向を示している.KT5926についてはH8.3月より実験を開始予定である.
重合性フラボノイドの細胞局在機構の解明

植物根に集積するフラボノイドの機能と役割について細胞内での存在部位と動態が追跡困難なため不明な点が多い。本研究では、アカシアマンギウム単離細胞組織を用いて木本種の根に特徴的なフラボノイドの一種のプロアントシアジニン(PA)の細細胞内局在と動態、金属イオンとの対応関係を調べた。組織細胞学的観察からPAが前駆液胞やアミロプラスとは異なるより小さい小胞体に含まれるより強固な証拠を提供した。細胞毒であるアルミニウム(Al)とPA細胞内の空間分布が異なったことは、この種の強いAl耐性は細胞内でのAlとPAの直接的な結合にほぼ依存しないことを示唆する。我々のグループは現在までに、重合性フラボノイドの1つであるプロアントシアニジンがアカシアマンギウムの根端の境界様細胞に含まれることを見出しており、興味深いことに、これらのプロアントシアニジン局在が、中央液胞よりも小さい小胞に隔離される予備知見を得ている。これらの知見はプロアントシアニジンが液胞内に隔離されるとされる既存の推定に挑むことからも、本研究年度においてアカシアマンギウム境界様細胞の重合性フラボノイドの細胞学的特性および局在性の解析を行った。細胞サイズと集合状態の異なる境界様細胞のプロアントシアニジン集積割合をDMACA染色法を用いて調べたところ、プロアントシアニジンは伸長しかつ集合状態にある境界様細胞の大部分に集積することを明らかにした。細胞固定条件の改良により、細胞内プロアントシアニジンを明視野顕微鏡下で可視化したところ、プロアントシアニジンは細胞壁周縁に隣接した細胞質小胞に局在することがわかった。核と細胞質マーカーを用いた二重染色法によりプロアントシアニジン局在とオルガネラ局在を比較したところ、このプロアントシアニジンの細胞質小胞局在は、核やアミロプラスト、中央液胞とは異なる領域に位置することがわかった。アカシアマンギウムの境界様細胞の構造をプロアントシアニジン非集積性のダイズ根境界細胞と比較したところ、境界様細胞はアミロプラストを含む割合がより低く、中央液胞以外の細胞膜をより多くなる傾向を認めた。一方、DPBAを用いた観察により、クエルセチン等などのプロアントシアニジン前駆体フラボノイドはマンギウム境界様細胞の細胞質全般に分布することがわかった。プロアントシアニジン(PA)は、主として種皮および果皮に蓄積する高分子フラボノイドのグループの1種であり、昆虫食害または病原性微生物の攻撃に防御の役割を果たしていると考えられている。さらに、様々な木本植物の根端における多様なPA蓄積に関する我々の最近の知見は、PAは根において強いアルミストレス耐性に関与することを含む複数の防御役割を果たしていることを見出している。しかし、細胞内の正確なPA分布、特に原形質膜近傍におけるPAと、アポプラストとの区分はそれぞれの植物種において依然として不明のままである。本年度では、Al耐性植物種の一つであるアカシアマンギウムの根の境界細胞様細胞(BLC)を用いて、原形質分離状態または調製したプロトプラストを用いて、PAの細胞内動態を検討した。BLCを0.1 Mマンニトール溶液で処理したところ、トルイジンブルーO(TBO)で染色される反応性物質は、細胞壁から原形質分離を生じた細胞質内にのみ局在することがわかった。さらに、BLCから調製したプロトプラストの顕微鏡観察は、TBO反応性物質が中央液胞以外の小さい小胞に限定されて存在することを明らかにした。対照的に、マンギウム葉のプロトプラストにおけるTBO反応性物質は、主に中央液胞に局在していた。根の生細胞観察による現在の結果は、以前の知見となるエタノール固定細胞におけるPA分布と一致するとともに、さらに細胞内PA分布は時間変化と細胞構造変化によらず安定的に保持することを示している。プロアントシアニジン(PA)はアルミニウム(Al)結合能を有する多量体フラボノイドの一類であり、アカシアマンギウムを木本植物種根のAl耐性において保護的役割を果たす可能性が考えられる。一方、Alは根端細胞アポプラストに主に集積するのに対し、PAはシンプラストに主に集積してアポプラストへの放出が少ない。Al耐性における細胞内PA局在とその動態の役割を理解するため、アカシアマンギウム根境界様細胞と木本植物各種の根単離プロトプラストを用いて、PAとAlの細胞内関係を調べた。<Al処理による局在化変化>:アカシアマンギウム根細胞をAl処理した場合、死細胞のみシンプラストへAlが侵入する一方、生細胞ではアポプラストにAlが限定された。細胞壁を除去したプロトプラストにおいてもAlは原形質膜外側に限られ、PA小胞のシンプラスト局在は不変だった。両者の空間的差異は膜損傷を受けた後でも健全な場合と比べて大きく変化しなかった。<シンプラストのベシクル輸送評価>:エンドサイトシスを指標する蛍光物質はおもに中央液胞に取り込まれ、PA分布と異なった。アカシアマンギウム根端細胞の蛍光物質の取り込み活性はAl処理の有無によらず不変であることが判明し、Al侵入させずにエンドサイトシスが機能することが示唆された。アカシアマンギウム以外の木本植物種数種の蛍光物質の細胞内集積部位とPA分布部位はすべて異なったことからも、PAは原形質膜輸送に直接関与しない可能性が示唆された。これらの結果から、アカシアマンギウムの強いAl耐性は細胞内でのAlとPAの直接的な結合にほとんど依存しないことが示唆された。

植物根に集積するフラボノイドの機能と役割について細胞内での存在部位と動態が追跡困難なため不明な点が多い。本研究では、アカシアマンギウム単離細胞組織を用いて木本種の根に特徴的なフラボノイドの一種のプロアントシアジニン(PA)の細細胞内局在と動態、金属イオンとの対応関係を調べた。組織細胞学的観察からPAが前駆液胞やアミロプラスとは異なるより小さい小胞体に含まれるより強固な証拠を提供した。細胞毒であるアルミニウム(Al)とPA細胞内の空間分布が異なったことは、この種の強いAl耐性は細胞内でのAlとPAの直接的な結合にほぼ依存しないことを示唆する。当該年度の研究により、木本植物根から安定的にプロトプラストを調製する実験系の確立に成功した。この成功により、アポプラスト近傍に位置する細胞小器官の細胞分布を厳密に同定することが可能になる一方、細胞壁構造の制約を受けずにシンプラスト内の細胞分布を空間評価できるようになった。これはシンプラスト内での特異物質の空間占有率を評価する上で特に利点が大きい。樹木生理学・シンプラストPAのアポプラスト輸送の有無を評価するため、エンドサイトーシスによるベシクル輸送特性を異なる種間やAl処理の有無で評価する。・細胞内PAのAl結合活性の有無を評価するため、定量的なAl分布とPA分布を微量元素・同位体顕微鏡を活用して評価する・ディスク走査型顕微鏡を用いた細胞内分布の深度変化から、より詳細なPA小胞分布の実体を明らかにする本研究の結果、プロアントシアニジン局在と細胞内小器官の関係を明らかにするための、核や細胞膜とプロアントシアニジンとの多重組織化学染色マーカーをそれぞれ開発することに成功する一方、プロアントシアニジン含有細胞の適切な固定条件を確立することに成功した。これらの成功はプロアントシアニジンと細胞内小器官の詳細な空間関係を詳細に明らかにする上で必要不可欠であった。本研究による発見により、プロアントシアニジンが前駆液胞やアミロプラスとは異なる、より小さい小胞体に含まれることのより強固な証拠を提供することが可能となった。これは、プロアントシアニジンが細胞質内で特徴的な役割を果たすことをさらに支持するものである一方、このような細胞質内での小胞区画化が細胞表面への移行時のプロアントシアニジン隔離する上での利点となる仮説を支持するため、当初計画に基づいた研究の遂行を図る上でより確固な証拠を得たことの意義が大きい。平成26年度に、細胞外蛍光標識物質のエンドサイトーシス分析を行い、その結果をもとにポリフェノール集積物質の細胞内移動を評価し、学会発表と投稿論文にまとめる予定であったが、エンドサイトーシス分析の結果から、さらに高感度かつ高解像度での物質移動動態を明らかにする必要が生じたため、計画を変更し、微小領域リアルタイム解析を行うこととしたため、未使用額が生じた。・固定細胞における小器官マーカーとDMACAの二重染色やPA非集積性の境界細胞との比較から、PA胞体を構成するオルガネラ実体と局在要因の特定を試みる。・細胞内プロアントシアニジンの細胞壁成分との関連性や細胞質内に占める割合をより詳細に明らかにするため、プロトプラストを用いたプロアントシアニジン局在や細胞壁再生時のプロアントシアニジン局在の変化を時空間的に追跡する。
血液脳関門輸送機能賦活化による認知症予防

本研究は、血液脳関門(blood-brain barrier, BBB)を介した認知症防御物質の供給輸送機構及び病態によって質的量的に変化するBBB機能の分子機構を解明することによって、認知症予防に向けた学術的な基盤を構築することを目的とした。具体的には、認知症防御物質として多価不飽和脂肪酸のヒトBBB輸送特性を解明し、その輸送活性化因子を同定した。さらに脳血管障害を伴う病態モデルにおいて、ヒト脳毛細血管内皮細胞におけるチャネルの関与する局在依存的な輸送機能特性を解明するとともに、モデルマウスのBBB輸送タンパク質の発現量の変動プロファイルを構築した。「認知症防御物質の神経活動依存的な血液脳関門(BBB)輸送機能の解明」を目的として、本年度はヒトBBB in vitroモデル(ヒト脳毛細血管内皮細胞株hCMEC/D3細胞)を用いて、多価不飽和脂肪酸ドコサヘキサエン酸(DHA)のBBB輸送に関わる分子機構を同定した。記憶の形成に重要な役割を果たすDHAの脳内量の低下は、様々な中枢疾患の発症リスクを高めることが報告されている。先行研究における標的タンパク質絶対定量解析から、ヒト単離脳毛細血管においてFatty acid transport protein 1(FATP1)/SLC27A1の発現(J Neurochem 117:333-45, 2011)を見出しており、本研究ではDHA輸送機構としてFATP1の関与に解析の焦点を絞った。FATP1 /HEK293安定発現株における[14C]DHAの輸送活性は、Mock/HEK293細胞に比較し有意に高かった。hCMEC/D3細胞に対する[14C]DHAの取り込みは濃度依存性を示し、FATP1基質の長鎖脂肪酸であるオレイン酸によって阻害された。FATP1 siRNA処理によってhCMEC/D3細胞のFATP1発現を抑制した場合、コントロールと比較して[14C]DHAの取り込み量は有意に減少した。さらに、hCMEC/D3細胞への[14C]DHA取り込みを活性化する一因子の同定に目途が付いた。以上の結果から、ヒト脳毛細血管内皮細胞におけるFATP1輸送機能の賦活化が、認知症防御物質DHAの脳への供給不足を回避するための分子機構となる可能性が示された。脳内の脂肪酸プロファイルの変化は、認知症、アルツハイマー病などの中枢性疾患の罹患リスクを増大させることが報告されている。本研究は、ヒト血液脳関門(BBB)モデル細胞(hCMEC/D3細胞)及びin vivoマウスモデルを用いて、記憶の形成に重要な役割を果たす多価不飽和脂肪酸ドコサヘキサエン酸(DHA)のBBB輸送の変動を明らかにすることを目的とした。hCMEC/D3細胞における[14C]DHA取り込み輸送は、細胞外刺激因子の濃度の増加に従って増大した。hCMEC/D3細胞におけるDHAの輸送実体として同定したFattyacidtransport protein 1(FATP1)/SLC27A1発現量の変動解析から、刺激因子処理によって細胞膜画分での発現が増加した。細胞免疫染色においても同様に、刺激因子処理によって細胞内のFATP1蛍光シグナルが減弱し、細胞表面部位のシグナルが増強する傾向が示された。さらに、標的タンパク質絶対定量法を用いて、in vivo病態マウスモデルの単離脳毛細血管におけるFatp1の発現変動解析に、一定の目途が付いた。以上の結果から、ヒト脳血管内皮細胞は、刺激因子によってFATP1の細胞膜局在量を増加させ、DHA輸送機能を増加させていることが示唆された。従って、BBBにおけるDHA輸送の賦活化には、脳毛細血管内皮細胞における細胞内情報伝達経路の活性化が方策の一つである可能性が示された。認知症発症の要因の一つに、虚血・炎症性疾患、糖尿病などの慢性疾患や神経変性疾患で引き起こされる脳血管障害が知られている。脳血管障害を伴う病態における血液脳関門(Blood-brain barrier, BBB)の機能的低下のメカニズムを分子的に解明することは、BBBの賦活化又は正常化による認知症予防法の開発に不可欠である。そこで本研究は、標的絶対定量プロテオミクス(QTAP)及び輸送機能解析を基盤として、虚血・炎症性病態や糖尿病におけるBBBの機能変化の分子機構を解明することを目的とした。虚血環境におけるBBB輸送機能変化を解析するため、ヒト脳血管内皮細胞株(hCMEC/D3細胞)をトランスウエル上で培養し、虚血病態の脳内環境モデルとしてbasal側のみをカルシウムゼロの緩衝液で蛍光プローブの取り込み量を計測した。同環境では、basal側から細胞内方向の取り込みが増大し、basal側のチャネルが開口活性化したことが示された。チャネルサブタイプの輸送機能解析系を用いて、内因性基質及び薬物の基質認識性を解析した。虚血病態では脳毛細血管内皮細胞の脳側細胞膜で、選択的にチャネルが開口活性化し、BBB輸送機能変化を担う分子機構であることが示唆された。さらに、in vivo LPS投与炎症モデル及び高血糖モデルマウスから脳血管を単離し、輸送タンパク質の発現量の変動プロファイルを構築した。以上の結果から、脳血管障害を伴う病態において、BBBの輸送機能が活性化されたり、輸送タンパク質の発現量が変動したりする分子は、BBB賦活化又は正常化の分子標的となる可能性が示された。本研究では、BBB輸送機能の観点から、認知症の予防や進行を遅らせるための科学的基盤を構築する上で重要な知見を得ることができた。

本研究は、血液脳関門(blood-brain barrier, BBB)を介した認知症防御物質の供給輸送機構及び病態によって質的量的に変化するBBB機能の分子機構を解明することによって、認知症予防に向けた学術的な基盤を構築することを目的とした。具体的には、認知症防御物質として多価不飽和脂肪酸のヒトBBB輸送特性を解明し、その輸送活性化因子を同定した。さらに脳血管障害を伴う病態モデルにおいて、ヒト脳毛細血管内皮細胞におけるチャネルの関与する局在依存的な輸送機能特性を解明するとともに、モデルマウスのBBB輸送タンパク質の発現量の変動プロファイルを構築した。当初の計画に従い、血液脳関門in vitro輸送評価系を用いて、認知症防御物質の輸送特性に基づき、輸送活性化因子の同定を行った。標的タンパク質絶対定量法を用いて、in vivoマウスモデルにおけるBBB賦活化の分子機構解明に向けて、一定の結果が得られた。神経薬剤学、定量プロテオミクス次年度は、認知症病態モデルを用いたin vivo輸送機能解析を実施するとともに、定量プロテオミクスと連携研究者のケミカルバイオロジーの方法論の融合によって、一層の研究推進を図る。当初の計画通り、血液脳関門in vitro輸送評価系を用いて認知症防御物質の輸送特性を解明し、輸送活性化因子の探索に目途が付いた。In vivo輸送評価系を用いた、神経活動活性化と血液脳関門輸送機能との関連性の解析については、次年度も引き続き実施する。次年度使用額は、in vivo血液脳関門輸送解析に関する当初計画の一部を、次年度に実施することと変更したことにより生じたものである。今年度に蓄積した基本的な知見を踏まえ、次年度以降は認知症病態モデルでの解析及びケミカルバイオロジーの方法論を用いた認知症予防物質の輸送実体の解明へと展開することから、連携研究者からの最新情報を積極的に活用することで研究推進を図る。次年度に継続して実施するin vivo輸送評価に必要な経費として、平成27年度請求額と合わせて使用する予定である。次年度使用額は、神経活動活性化とin vivo血液脳関門輸送機能との関連性解析に関する今年度の当初計画の一部を、次年度に予定していた輸送実体の解明研究に変更したことにより生じたものである。次年度以降に引き続き実施するin vivo輸送評価に必要な経費として、平成26年度請求額と合わせて使用する予定である。
神経細胞の極性形成機構の解明

生体を構成する種々の細胞はその固有の機能を発揮するために極性を獲得する。具体的な例として、軸索及び樹状突起という極性の異なる突起を有する神経細胞などが挙げられる。しかしながら、これらの細胞がどのようにして極性を獲得するか、その分子機構は現時点ではほとんど理解されていない。以上の状況を踏まえて、本研究では、神経細胞及び上皮系細胞の細胞極性を制御する細胞外シグナルやその伝達メカニズムを明らかにすることを目的とする。我々はcollapsin response mediator protein-2(CRMP-2)が軸索/樹状突起の運命決定を担い、極性形成や軸索伸長に重要な役割を果たすことを提唱している。昨年度、ラミニンなどの接着分子の下流でPI3-kinaseが神経突起先端で活性化され、産生されたPIP3によって未成熟な神経突起が軸索へ運命決定されることを示した。さらに、PAR-3がKIF3によって、未成熟な神経突起の先端に輸送され、神経細胞の極性を制御することを報告した。本年度は、1)PI3-kinase/PIP3系とCRMP-2の関係を明らかにすることを目的に解析を進めたところ、GSK 3betaがCRMP-2をリン酸化して不活性化すること、PIP3が産生されるとAktを介してGSK 3betaがリン酸化されて不活性化されることを見出した。また、GSK 3betaの阻害剤等でCRMP-2のリン酸化レベルを下げると通常一本の神経軸索が複数本形成される事が明らかになった。以上の結果より、神経細胞の軸索形成、及び極性形成にGSK 3betaによるCRMP-2のリン酸化が重要な役割を果たしていると考えられる。また、2)CRMP-2は微小管モーターであるKinesin-1の軽鎖であるkinesin light chain(KLC)と直接結合し、軸索の先端に輸送されることを見出した。KLCの機能をsiRNAによって抑制すると、CRMP-2の軸索先端での濃縮が減少し、軸索の形成不全、及び神経極性に異常が見られることが明らかとなった。Kinesin-1はCRMP-2等の極性形成分子の輸送を介して極性形成に重要な役割を果たすと考えられる。さらに、3)PAR-3の上流または下流のシグナル伝達分子については不明であったが、今回我々は、PAR-3がRac1-特異的GDP/GTP交換因子であるSTEFと結合して活性化することを見出した。PAR-3は神経軸索の先端でSTEFを介してRacの活性を調節して神経極性を制御している可能性あると考えられる。本年度の成果は細胞極性形成機構を理解する上で極めて重要である。従って本年度の研究計画はほぼ達成することができたと考えている。
サイクロフィリンDノックアウトマウスによる敗血症関連脳症のミトコンドリア分子解析

本研究では、我々のこれまでの虚血性神経細胞死のメカニズム解析ならびにSAEに対するMPTPに伴うミトコンドリア機能不全の役割解析研究の結果を基盤として、SAEの脳障害発症機序の中心として活性酸素種を起因としたMPTPに伴う脳ミトコンドリア機能不全に焦点を置き、SAEの実態を活性酸素種(Reactive Oxygen Species:ROS)により活性化されるBclfamilyとMPTPを制御するミトコンドリアpeptidyl prolyl isomerase(Ppi)のCyclophilin Dを機軸とした情報伝達系の連関解析に展開することを目的としている。WTマウスとSAEモデルマウスの死亡率を比較したところ,SAEモデルマウスの死亡率が低い傾向が認められた。その原因や関連するサイトカインやたんぱくについて研究していく予定である。またサイクロフィリンDはMPTPに関与することから,ミトコンドリア呼吸鎖での働きも検討していく予定である。当該年度に産休および育児休業を取得したため研究はそれ以上行えていない。当該年度に産休および育児休業を取得したため研究は行えていない。育児休業終了後は研究を順次進めていく予定である。サイクロフィリンDノックアウトマウスの安定供給が可能になったため,サイクロフィリンDノックアウトマウスを用いて敗血症関連脳症に関係すると考えられるBcl family(Bax,Bak,Bcl-2等),TNFα,IL-6,cytochrome c,caspase3などのサイトカインの発現を比較する。また、apoptosis/necrosisと脳内Cyclophilin D発現の変動をCelestine blue and acid fuchsin染色、HE染色と免疫染色にて検討し、SAEが、Bcl family-MPTP分子間相互作用を介したサイトカイン発現およびapoptosis/necrosis誘導に及ぼす影響とその役割を解析する。さらにミトコンドリア分画を抽出しMir05 bufferに加えてOROBOROS Oxygraph-2kを用いてミトコンドリアの呼吸鎖の機能を測定し,Cyclophilin Dの発現によってSAEが脳MPTP与える影響を解析する予定である。本年度は,実験の用いるためCyclophilin D遺伝子欠損(Ppif-/-)マウス(C57BL/6/Sv129を背景とする)とWild type(WT C57BL/6)マウスを交配させ,6-8週齢のPpif+/+マウスとPpif-/-マウスの作成を行っている。Wild群の生存率等の研究は行えているが,CypD KOマウスの安定した作成が途上であるため,CypD KO群の生存率の比較や病理標本作成は行えていない。CypD KOマウスの安定した作成を進め,予定している生存率の評価と脳パラフィン切片(4μm)を作製してCelestainblue-acidfuchsin染色による大脳皮質、海馬CA1の神経細胞死の評価,および敗血症関連脳症誘発時におけるBcl-2family,MPTPを介した遺伝子発現の網羅的解析を施行し,次年度の研究につなげる。サイクロフィリンDノックアウトマウスの安定した作成が途上であるため,研究の進行にやや遅延が生じているため。平成30年度には安定した作成および供給の見込みがあるため,本年度の研究計画も含めて進む予定である。当該年度に産休および育児休業を取得したため研究を行えていない。研究再開後は研究計画に沿って実験を行っていく予定である。
肺胞蛋白症の新たな病態:転写因子T-betによるGM-CSF非依存性の発症機構

肺胞蛋白症は肺胞内にPAS染色陽性のサーファクタント様物質が蓄積し呼吸不全に至る疾患である。GM-CSFあるいはその受容体遺伝子の欠損マウスが類似の病態を発症すること、患者血清中に抗GM-CSF抗体が証明されることなどから、GM-CSFによって肺胞マクロファージの成熟過程に障害がおこることで肺胞マクロファージが機能異常をきたし、肺胞腔内から余分なサーファクタントを除去できずに貯留することが病因と考えられている。本研究で着目した転写因子T-betはTh1細胞の分化誘導を司るマスターレギュレーターとして知られている。今回我々はT-betの過剰発現が肺胞蛋白症に類似する病態を引き起こすことを見出し、その機序について検討した。ホモ型T-betの過剰発現(T-bet-tg)マウスは出生、繁殖は正常であったが、無菌環境下で何の刺激を加えなくとも生後15週くらいより死亡し始め、50週には大半のマウスが死亡した。気管支肺胞洗浄液はコメのとぎ汁用外観を示し、肺組織で肺胞領域にPAS陽性、SP-B抗体陽性の滲出物を認めた。T-bet-tgマウスの肺組織では野生型と比較してGM-CSFやその受容体の発現はむしろ増強しており、ヒトで示唆されているGM-CSFシグナリング異常以外の発症機序が推察された。T-bet-tgマウスでは造血前駆細胞による未成熟な単球/マクロファージの分化誘導が亢進していたことから、GM-CSF/M-CSFの不均衡による単球/マクロファージの分化成熟異常を考えた。T-bet-tgマウスの骨髄細胞に対してin vitroでM-CSFを投与したところ、その異常が是正されたことより、T-betの過剰発現によるGM-CSF/M-CSFの不均衡が肺胞蛋白症の発症機序の一因である可能性が示唆され。今後はT-bet-tgマウスに対してM-CSFを投与し、肺胞蛋白症類似の病態を抑制し得るかを検討する予定である。本年度研究ではT-bet過剰産生マウスを作成しフェノタイプ解析を行った。T-bet過剰産生マウスの肺組織では野生型マウスに比べ約20倍、肺胞マクロファージでは約4倍のT-bet発現を認めた。T-bet過剰産生マウスは出生時野生型マウスと比べ明らかなフェノタイプの違いを認めなかったが、20週齢以降の肺組織で肺胞領域にPAS陽性の滲出物を認めた。同滲出物はSP-B抗体陽性で、気管支肺胞洗浄液もコメのとぎ汁用外観を示し肺胞蛋白症に類似した変化であった。更に骨髄では血球を貪食した異常なマクロファージが見られ、血球貪食症候群の像を呈していた。T-bet過剰産生マウスは30週齢程度より死亡が始まり、50週齢までに約90%が死亡した。同マウスの肺胞マクロファージは野生型マウスに比べ貪食能が低下しており、細胞質内にサーファクタントの顕著な貯留を認めた。肺組織中のTh1/Th2サイトカイン解析ではILFN-γ、TNF-αの発現増加と、IL-4,IL-5,IL-13の発現低下を認め、強いTh1偏移を呈していた。肺内GM-CSF濃度は野生型マウスより高値であり、マクロファージにおけるGM-CSF受容体の発現、PU.1の発現も野生型マウスと同様であった。以上よりT-bet過剰産生マウスは生後20週頃より徐々に進行する肺胞蛋白症を認めた。同マウスではヒトの特発性肺胞蛋白症で見られるようなGM-CSF低下やマクロファージの成熟障害は見られず、骨髄の異常を伴うことより続発性肺胞蛋白症のモデルになるものと期待される。

T-bet-tgマウスの骨髄細胞に対してin vitroでM-CSFを投与したところ、その異常が是正されたことより、T-betの過剰発現によるGM-CSF/M-CSFの不均衡が肺胞蛋白症の発症機序の一因である可能性が示唆され。今後はT-bet-tgマウスに対してM-CSFを投与し、肺胞蛋白症類似の病態を抑制し得るかを検討する予定である。
抗炎症光線を用いた体腔内炎症治療法の検討-超低侵襲内視鏡治療デバイスの開発-

LPS誘導腹膜炎手術モデルマウスにおいて、局所及び全身における経時的な炎症の推移を、腹腔内への光線照射群と非照射群(暗室管理群)とで比較した。光線は人工太陽光(太陽光に似たスペクトルを併せ持つ蛍光灯)を用い、1mW/cm2で30分間照射した。結果は、局所において照射群は非照射群と比べ腹水中の細胞数、炎症性サイトカインのIL-6及びTNF-α濃度、腹膜の肥厚が有意に抑制された。全身においては、照射群は非照射群と比べ血液中のTNF-α濃度と炎症性ケモカイン(CCL2、CCL3、CCL4)の濃度が有意に抑制された。以上より、腹腔内への人工太陽光照射が局所及び全身において抗炎症効果をもたらすことが示された。今後はその機序や至適照射条件の解明、長期成績に及ぼす影響を検討する必要がある。最終研究目標;「低侵襲性の向上」と「炎症性疾患の治療」の機能を併せ持つ次世代内視鏡デバイス開発平成28年度の研究テーマ;光線照射は手術侵襲に伴う強い腹腔内炎症を抑制できるか?研究の成果;1.方法;機械的操作による手術侵襲モデル作成を試みるも炎症マーカーの上昇が不十分であったため、当初の計画通りLPS腹膜炎モデルに開腹操作を加えることによる腹膜炎における手術侵襲モデルを作成し、これを用いて光線照射群と非光線照射群の比較検討を行った。2.結果;まず腹腔内へLPS投与すると3時間後にIL-6及びTNF-αがピークを迎え、WBCは著明に低下することを確認した。LED 620nmとLED 830nmの照射群においては、いずれもLPS投与後12時間で、非光線照射群(LPS+開腹)に比べIL-6の低下を認めた。3.意義・重要性;腹膜炎に対する光線照射の抗炎症効果もしくは病態改善効果を明らかにすることを直接目標として研究された報告が極めて少ない中で、体表面への光線照射ではなく標的臓器に光線を直接照射し、手術侵襲や炎症を反映するサイトカインの低下を認めた。これは光線照射が手術侵襲が加わった腹腔内炎症を直接抑制できることを示唆する結果であり、重要な現象を捉えたと認識している。なぜなら、腹腔鏡光源としてこれらの抗炎症光線を搭載することにより腹腔鏡下手術患者の臓器への直接光線照射が可能となり腹腔内炎症の軽減効果、それに伴う手術の低侵襲化が期待できるからである。当初使用予定としていた動物モデルを変更したことにより、28年度に予定していた手術侵襲を伴う強い腹腔内炎症に対する光線照射の免疫活性、生命予後、免疫制御細胞への影響の評価がまだできていないため上記区分とした。最終研究目標;「低侵襲性の向上」と「炎症性疾患の治療」の機能を併せ持つ次世代内視鏡デバイス開発【平成29年度の研究テーマ】;光線照射は手術侵襲に伴う強い腹腔内炎症を抑制できるか?<研究の成果>;1.方法; LPS腹膜炎モデルに開腹操作を加えることによる腹膜炎における手術侵襲モデルを作成し、これを用いて光線照射群と非光線照射群の比較検討を行った。前年度は620nmと830nmの照射群を用いてこれらのモデルにおける抗炎症作用を認めた。今回は太陽光に近いスペクトルを有する蛍光灯をモデルに照射して血清中及び腹水中のサイトカイン測定ならびに病理組織像を調べた。2.結果;血清中及び腹水中のIL-6及びTNF-αは、LPS投与3時間後にピークを迎え12時間まで漸減することを確認した。更に12時間後では、光線照射群の血中及び腹水中のIL-6及びTNF-αは、非照射群に比べ有意に低値であった(p<0.05)。病理組織像では、光線照射群における腹膜から筋層までの距離は非照射群のそれに比べ短く、腹膜の浮腫が光線照射により軽減されたと判断した。3.意義・重要性;異なる波長の光線照射が腹腔内炎症に対する抗炎症効果を局所ならびに全身でも発揮するという現象を捉えた。これは光線照射により手術侵襲が加わった腹腔内炎症を直接抑制できるという我々の仮説をより強くするものであり、腹腔鏡光源としてこれらの抗炎症光線を搭載することにより腹腔鏡下手術患者の臓器への直接光線照射が可能となり腹腔内炎症の軽減効果、それに伴う手術の低侵襲化が期待できる。機械的操作による手術侵襲モデル作成を試みるも炎症マーカーの上昇が不十分であったためLPS腹膜炎モデルに開腹操作を加える手術侵襲モデルへの変更を行なった。その結果、LPS腹膜炎モデルにおいて抗炎症に有効な光線、全身ならびに局所の抗炎症効果が複数のサイトカインにより捉えることができ、その後の経過は順調と判断している。

今後はその機序や至適照射条件の解明、長期成績に及ぼす影響を検討する必要がある。手術侵襲を伴う強い腹腔内炎症に対する光線照射の抗炎症効果を捉えるという研究成果が得られており、引き続き当初の予定に沿って研究を推進していく予定である。なおモデルを変更したためそれに適した評価項目に当初の予定を少し変更することとする。次年度に予定している具体的評価項目は、各臓器における病理組織学的評価、各臓器のmyeloperoxidase(MPO)測定、血清HMGB1・PAR-1測定、電子顕微鏡における腹膜観察による形態変化である。現象を捉える研究に加え機序に関する研究を30年度のテーマ目標として行う。肺での抗炎症効果を捉えるべく気管支肺胞洗浄液(BALF)中のサイトカイン測定を施行するも、IL-6は6時間後で有意差がついたが、BALF中のTNF-αの推移はばらつきがあり、肺の病理学的な変化も捉えられていない。この原因としてマウスの好中球は小さくリンパ球と見分けがつきにくいため、HE染色では肺の病理学的変化がない(好中球浸潤の程度に差がない)可能性を考え、抗好中球抗体での染色を行う予定とした。さらに腹水洗浄液及び気管支肺胞洗浄液中の白血球数、各臓器における病理組織学的評価、各臓器のmyeloperoxidase (MPO)測定、網羅的サイトカイン測定を行う予定としている。
海綿動物由来の抗腫瘍物質の構造と機能

日本沿岸域で採取した海綿類を中心に海洋生物由来の生物活性物質の探索研究を行なっている。その一環として、培養腫瘍細胞に対する細胞毒性を指標に分離精製し、新規抗腫瘍物質の探索研究を進めている。これまでに以下の成果を得ている。1.海綿dysideaarenariaから培養腫瘍細胞に対して強力な細胞毒性を示す環状デプシペプチドarenastatinAを超微量成分として見出している。放射性同位元素で標識したarenastatinAを全合成し、既知のチューブリン重合阻害物質と比較分析して阻害機構を検討した。また、合成したarenastatinAの各不斉炭素の立体異性体について、チューブリンの重合阻害実験を行なったところ、天然型の立体配置を有するarenastatinAだけが顕著な重合阻害を示し、arenastatinAの3次元構造が活性発現に重要であることを明らかにした。さらに、arenastatinAが血液中で容易に代謝されやすく、水溶解性が悪いことから、どの部位が代謝されるかを検討した結果、分子中に存在するエステル結合が切断されることが明らかになり、現在、合成化学的に代謝され難くかつ水溶性の高い抗腫瘍リ-ド化合物の創製を検討している。2.海綿Hyrtios altumから単離した強力な細胞毒性活性を示すマクロリドaltohyrtinAについて、プロトン間のNOEを定量的に組み込んだ分子動力学計算を行ない、altohyrtinAの溶液中の3次元構造を明らかにした。3.Xestospongia属海綿からaragusteroketalAおよびBと命名した顕著な細胞毒性活性を示す新規ステロイド類を単離し、それらの全化学構造を明らかにした。
新世紀型理数科系教育の展開研究

昨今、児童生徒の「科学技術離れ」「理科離れ」の懸念がさまざまな場面で指摘されている。本領域研究は、このような問題に対処するため、教育学の専門家のみならず、広く大学等の自然科学系の研究者たちの英知を募って、平成14年度をかわきりに、平成18年度まで公募により推進し、教育現場につながる教材開発など、数多くの研究成果を上げてきた。本年度は、以下の3つの活動を軸に、研究成果の普及・公開とあわせ、評価等をすすめ、領域研究の総括を行った。1)平成19年度の本領域の活動計画について、その詳細を議論、確定するための総括班会議を随時開催(3回)し、特に、以下の活動をもとに、研究の公開、普及につとめた。(1)領域全体にかかわる、研究成果データベースのデータ収集、整理、データ入力、データベース構築。(2)本領域、ホームページの最終バージョンの作成、公開。(3)本領域で、開発された教材等の教育現場への浸透をはかる広報活動2)本領域の研究成果はかかわる最終ヒヤリング(平成19年10月)にむけ、各種資料の作成、点検をすすめるとともに、総括班が一体となり、万全の体制でのぞんだ。最終評価は、A(期待どおり研究がすすんだ。)となった。3)本領域、最終研究成果報告会は、平成20年度に予定していたが、科学研究費補助金の大幅な制度改革により、不可能となった。したがって、本年度、これにむけた試行の公開イベントと計画していたものを、これにふりむけ、以下のかたちで開催し、盛況を博した。◎平成19年度、公開シンポジュームシンポジウム『青年期にはぐくむ思考-教育と脳』2007年12月1日(土)東京有楽町朝日ホール[プログラム]基調講演有馬朗人「新世紀型理数科系教育への提言-思考をはぐくむ教育」第一部「思考をはぐくむ教育」第二部「思考の発達と脳機能」特別講演伊藤正男「脳科学から見た教育への提言-思考力と脳機能」第三部パネルディスカッション議題「新世紀理数科系教育への提言」最近、わが国の児童、生徒の「理科離れ」の懸念が、また、科学技術の飛躍的な発展の基礎となる人材育成の強力な推進要請が指摘されている。本領域研究は、これらの問題に対処するため、教育の専門家のみならず、広く研究者たちの英知を募ってすすめられ、5年間に総計232件の研究課題を採択し、研究を推進してきた。その研究成果をまとめると、つぎのようになる。1.本領域研究においては、とくに教育現場との関わりが深い研究が活発に展開され、また、これに付随した教育実践(教材開発、公開授業、公開講座など、382件)が数多く展開された。2.本領域に採択された研究代表者は、教育の専門家のみならず、多方面の最先端分野の研究者からなる。この点で、学会発表、論文投稿などの研究成果は多方面にわたるが、件数は、学会発表220件、論文(学会誌投稿等)410件。3.研究成果の公表については、5年のあいだ、各年度末、日本科学未来館を2日間にわたって借り切り、一般公開にて、研究成果報告会を開催した。また、「研究プロセス、研究成果を教育現場につなげる」をモットーに運営された本領城ホームページは400ページをこえ、メールマガジンは17号(総ページ数は288)を数えるとともに、採択課題一覧の全文検索、研究成果データベース(1238件)も稼働している。4.本領域の研究推進と併行して、最近、めざましい進展をみせている「脳科学」、またSSH(スーパー・サイエンス・ハイスクール)との接点、連携をさぐる試みにもとりくみ、本領域研究のさらなる展開のなかに、その位置づけと方向性を示すことにもなった。平成14年度の本領域は、次の研究項目について、公募課題(全75件)により研究を推進した。A01教育内容と学習の適時性に関する研究(含む国際比較、実態調査)A02論理的思考力や創造性、独創性を育むための教育内容や指導方法、教材等の研究A05情報化が児童生徒の心身の発達に及ぼす影響及び対応に関する研究総括班は、領域全体の研究方針の策定、研究項目間の連絡調整、ホームページの作成・管理及び公募研究で得られた成果の評価などを行い、領域の円滑な運営と研究実績の確実な蓄積のための体制づくりを進めた。まず、お茶の水女子大学にて全体「研究打合会」(平成14年8月9・10日)を開催し、全研究者に対して研究方針の徹底を図り、研究項目毎及び項目間の連絡調整を行った。さらに、日本科学未来館(東京都)にて「平成14年度研究成果報告会」(平成15年2月28日・3月1日)を開催して、本年度の研究総括及び評価を行った。報告会では、高等学校教員など約50名の一般参加を得て、研究成果及び作成教材について活発な議論が行われ、研究成果を教育現場につなげるという本領域の目的を推進することができた。また、本領域の教育現場への広報活動としてポスター・パンフレットを作成し、全国の都道府県教育委員会や高等学校への配布を行った。研究成果については、『平成14年度研究成果報告書』及び『平成14年度作成教材一覧』を作成した。これらは上記報告会で配布するとともに、その内容をホームページ(http://risuka.ei.tohoku.ac.jp/、平成14年10月1日より一般公開)にも掲載し、教育現場に広く公開することに努めた。

以上により、理数科系教育の一大拠点を築くための基盤を構築することができた。本特定領域研究は、わが国の児童生徒の「科学技術離れ」「理科離れ」を克服すべく、平成14年度から5年間の期間ではじまった。2年目にあたる15年度については、5つの研究項目について、関連する諸分野の研究者から、本領域が掲げる"新世紀型"にふさわしい先端的・独創的な研究に加え、教育現場に役立つ意欲的・実践的な研究を採択し、研究を推進してきた。研究をすすめるにあたっては、「社会的貢献」をキーワードとし、また、その場限りのものではない将来に向けた確かな蓄積となる研究成果、さらに、教育現場に受け入れられる研究成果をめざすことを領域全体の基本方針とすることをうちだしている。総括班は、昨年にひきつづき、研究項目間の連絡調整、ホームページの作成・管理及び公募研究で得られた成果の評価などを行い、領域の円滑な運営と研究実績の確実な蓄積のための体制づくりを進めた。とくに、本年度は、領域全体の研究方針の策定にあたって、5つの研究項目をつらぬき、縦糸ともなる、「新世紀型とはなにか」という問いを共通課題とする一方、また、最近、著しい進歩をみせている「脳科学と教育」プロジェクトとの接点をさぐる試みにもとりくんでいる。まず、年度はじめには、お茶の水女子大学にて「全体研究打合会」(平成15年6月14・15日)、を開催し、全研究者に対して研究方針の徹底を図り、研究項目グループごとの共通課題の確認、共同研究のすすめかたなどについて討議した。さらに、日本科学未来館にて「平成15年度全体中間報告会」(平成16年2月13・14日)を開催して、本年度の研究総括及び評価を行い、あわせて、上記「脳科学と教育」にかかわる基調講演、また、「新世紀型とはなにか」をテーマとした全体シンポジウムを開催し、次年度以降の研究推進の方向性を確認した。本特定領域研究は,わが国の児童生徒の「科学技術離れ」「理科離れ」を克服すべく,平成14年度から5年間の期間で始まった。研究を進めるにあたっては「社会貢献」をキーワードとし,教育現場に直結する,将来に向けた確かな蓄積となる研究成果をあげることをめざす。とくに,領域が掲げる"新世紀型"とは何かを共通の問いかけとする。また「教育の科学的解明」をより一層進めるため,近年目覚しい進展をみせている「脳科学」との接点を探る試み,また,本領域と近いテーマで進められている「スーパーサイエンスハイスクール(SSH)」との連携も,領域全体の基本方針として打ちだしている。平成16年度は,79件の採択課題による2年間の公募研究の最終年度であるので,昨年に引き続き,研究項目ごとに研究を推進した。ここでは,全体にかかわるもののみを摘記する。まず,平成16年7月30,31日に「全体研究打合会」(日本化学会化学会館)を開催し,全採択課題研究者に対して研究方針の徹底を図り,研究項目ごとの共通課題の確認,共同研究の進め方等について討議した。次に,平成16年11月22,23日には,「教育と脳科学の出会い」と題した本領域と脳科学者とのジョイント研究会を開催した。これは,教育と脳科学との連携の在り方を模索する,ある意味で"歴史的な"研究会となったといっても過言ではない。さらに,平成17年2月1
関数近似の手法に基づくニューラルネットワークの構成と学習に関する研究

本研究では,ニューラルネットワークの構成問題と学習問題をスプライン・ウェーブレット理論,標準正則化理論などの関数近似理論を応用して取り扱い,効率的での発展性のあるニューラルネットワークの設計手法を確立することを目的として研究を行った.その結果,以下の研究成果を得た.1.入出力写像の近似・学習問題を標準正則化理論に基づいて定式化し,入出力写像の近似関数をGRBF(一般化円形基底関数)ネットワークによって構成するための方法を与えた.さらに,この近似関数をニューラルネットワークへ変換するための公式を導いた.2.上記のネットワーク変換公式と整数計画法を用いることにより,ある種のパターンクラス識別問題を解く回路が3層のニューラルネットワークとしてシステマティックに構成されることを示した.その結果,現在,実験や経験に基づいて試行錯誤の繰り返しにより行われているニューラルネットワークの設計を効率的に行えるようになった.3.確率統計的なベイズ決定理論を援用した統計的パターン認識において,事後確率密度関数を直交関数展開することにより,認識関数が一般に高次の関数(有理型関数)として構成されることを示した.さらに,この識別関数を多項式ネットワーク,ロジスティックネットワークなどの多層回路網により表現・近似した.4.上記3に関連して,確率密度関数のウェーブレット関数系による推定について検討した.また,不連続な関数をフーリエ級数展開したときに生じるGibbs現象がウェーブレット級数展開においても生じるかどうかについて調べた.その結果,Gibbs現象の発生がウェーブレット関数と密接な関係にあるスケール関数の性質に依存して決まることを示し,Gibbs現象が現れるための条件を明らかにした.また,Gibbs現象が生じないようなウェーブレットを選ぶことが可能であることも示し、例としてスプライン-ウェーブレットを挙げた.本研究では,ニューラルネットワークの構成問題と学習問題をスプライン・ウェーブレット理論,標準正則化理論などの関数近似理論を応用して取り扱い,効率的での発展性のあるニューラルネットワークの設計手法を確立することを目的として研究を行った.その結果,以下の研究成果を得た.1.入出力写像の近似・学習問題を標準正則化理論に基づいて定式化し,入出力写像の近似関数をGRBF(一般化円形基底関数)ネットワークによって構成するための方法を与えた.さらに,この近似関数をニューラルネットワークへ変換するための公式を導いた.2.上記のネットワーク変換公式と整数計画法を用いることにより,ある種のパターンクラス識別問題を解く回路が3層のニューラルネットワークとしてシステマティックに構成されることを示した.その結果,現在,実験や経験に基づいて試行錯誤の繰り返しにより行われているニューラルネットワークの設計を効率的に行えるようになった.3.確率統計的なベイズ決定理論を援用した統計的パターン認識において,事後確率密度関数を直交関数展開することにより,認識関数が一般に高次の関数(有理型関数)として構成されることを示した.さらに,この識別関数を多項式ネットワーク,ロジスティックネットワークなどの多層回路網により表現・近似した.4.上記3に関連して,確率密度関数のウェーブレット関数系による推定について検討した.また,不連続な関数をフーリエ級数展開したときに生じるGibbs現象がウェーブレット級数展開においても生じるかどうかについて調べた.その結果,Gibbs現象の発生がウェーブレット関数と密接な関係にあるスケール関数の性質に依存して決まることを示し,Gibbs現象が現れるための条件を明らかにした.また,Gibbs現象が生じないようなウェーブレットを選ぶことが可能であることも示し、例としてスプライン-ウェーブレットを挙げた.