hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
骨芽細胞の分化段階におけるMAPKsの機能制御機構

間葉系幹細胞は骨芽細胞、脂肪細胞へと多分化能を持つ細胞である。近年、機械刺激が幹細胞の分化調節の重要な因子であることが報告されている。LIPUS(低出力超音波)は骨折部に機械刺激を与えることで早期治癒を促す臨床応用例であるが、骨折部に最初期に集合し骨芽細胞を供給する間葉系幹細胞への影響については殆ど報告がない。そこで、LlPUSによる機械刺激が間葉系幹細胞の分化に与える影響とその分子機構を解析した。マウス間葉系幹細胞株ST2細胞にLIPUSを20分間照射しながら、脂肪分化または骨分化誘導培地で培養を行い、分化レベルをOil Red O染色及びAlizarin Red S染色と、RealtimeRT-PCRによる分化マーカー遺伝子の発現で評価した。またLIPUS照射後にタンパク質を回収し、シグナル分子の活性化をWestern blottingによって調べた。更に各シグナル分子特異的阻害剤とsiRNAを用いて、LIPUS刺激の分化における影響を解析した。ST2細胞をLIPUS照射しながら脂肪分化誘導すると、脂肪滴形成や脂肪分化マーカー遺伝子のFabp4、PPARgamma2の発現が抑制された。一方、ST2細胞にLIPUS照射しながら骨分化誘導すると、石灰化物形成と骨分化マーカー遺伝子であるRunx2、Osteocalcinの発現が上昇した。またLIPUS照射は、細胞骨格に係留するROCKと呼ばれる分子を介し、下流のキナーゼカスケード(Cot/Tp12・MEK-ERK)を活性化して細胞内にシグナルを伝達することが分かった。更にLIPUSによって活性化したERKは、脂肪分化を促進し骨分化を抑制する作用を持つ転写因子であるPPARgamma2のリン酸化を誘導した。リン酸化修飾されたPPARgamma2はその転写活性が抑制されるため、脂肪分化を抑制し、骨分化を促進したと考えられる。LIPUSは出力や時間を安定して制御でき、照射も簡便なため、細胞分化を制御する上で有用なツールである可能性がある。また、ROCK-CotiTp12-MEK・ERK経路は、細胞のメカニカルストレス受容機構における新たなシグナル伝達経路であると示唆される。本研究はtheJournal of Biological Chemistry誌にアクセプトされた。LIPUS(低出力超音波)が間葉系幹細胞及び前駆細胞の脂肪分化を抑制し、骨分化を促進することを見出した。そのメカニズムとして、ROCK-Cot/Tp12-MEK-ERK経路の活性化による脂肪分化マスター遺伝子PPARgamma2の発現抑制と転写活性の減弱が関与していることを明らかにした。本研究成果はthe Journal of Biological Chemistryにアクセプトされた。LIPUS(低出力超音波)の治療応用に関する研究については、細胞分化に対する影響のみならず、炎症の制御や関節や靭帯に対する影響など、幅広い応用が期待できる基礎データが集まっており、臨床応用を見据えた研究を更に推進していく予定である。(1)メカニカルストレスのシグナル伝達機構におけるCot/Tp12の役割について解析を進めた。Cot/Tp12特異的阻害剤を施した骨芽細胞は、伸展刺激や低出力超音波によって誘導されるERKのリン酸化が阻害された。Cot/Tp12ノックアウトマウス由来骨芽細胞に伸展刺激を施すと、野生型に比較してERKのリン酸化が減弱していた。Cot/Tp12は間葉系幹細胞や脂肪細胞においても、低出力超音波によるERK活性化の上流分子として機能していた。間葉系幹細胞を低出力超音波を照射しながら脂肪分化または骨分化誘導培地にて培養すると、脂肪分化は抑制され、骨分化は促進された。しかし、Cot/Tp12阻害剤を施すことで、これらの分化調節はブロックされた。さらに特異的阻害剤を用いた実験で、ROCK-Cot/Tp12-MEK-ERK経路が低出力超音波による分化調節に関与することが示唆された。脂肪分化のマスター転写因子であるPPARgamma2はERKによるリン酸化部位を持ち、PPARgamma2の転写活性を減少させることが報告されている。低出力超音波刺激はPPARgamma2のリン酸化を著明に誘導したことから、PPARgamma2の転写活性の抑制が間葉系幹細胞の分化調節に影響を与えていることが示唆された。(2)骨芽細胞の分化段階におけるMKP-Mの機能を明らかにするため、MKP-Mノックアウト(KO)マウスの骨格系の表現型解析を行った。肉眼所見において、MKP-M KOマウスは尾椎変形が観察された。椎間部の組織切片を作成したところ、変形の有無に関わらず、関節円板が軟骨様組織によって破壊されていた。MKP-MKOマウス胎仔の生体組織染色では頭蓋骨の石灰化の促進を認めた。またin vitroにおけるMKP-MKOマウス由来骨芽細胞の分化実験では骨分化マーカーの発現の上昇が認められた。

マウス間葉系幹細胞株ST2細胞にLIPUSを20分間照射しながら、脂肪分化または骨分化誘導培地で培養を行い、分化レベルをOil Red O染色及びAlizarin Red S染色と、RealtimeRT-PCRによる分化マーカー遺伝子の発現で評価した。またLIPUS照射後にタンパク質を回収し、シグナル分子の活性化をWestern blottingによって調べた。更に各シグナル分子特異的阻害剤とsiRNAを用いて、LIPUS刺激の分化における影響を解析した。ST2細胞をLIPUS照射しながら脂肪分化誘導すると、脂肪滴形成や脂肪分化マーカー遺伝子のFabp4、PPARgamma2の発現が抑制された。一方、ST2細胞にLIPUS照射しながら骨分化誘導すると、石灰化物形成と骨分化マーカー遺伝子であるRunx2、Osteocalcinの発現が上昇した。またLIPUS照射は、細胞骨格に係留するROCKと呼ばれる分子を介し、下流のキナーゼカスケード(Cot/Tp12・MEK-ERK)を活性化して細胞内にシグナルを伝達することが分かった。更にLIPUSによって活性化したERKは、脂肪分化を促進し骨分化を抑制する作用を持つ転写因子であるPPARgamma2のリン酸化を誘導した。リン酸化修飾されたPPARgamma2はその転写活性が抑制されるため、脂肪分化を抑制し、骨分化を促進したと考えられる。LIPUSは出力や時間を安定して制御でき、照射も簡便なため、細胞分化を制御する上で有用なツールである可能性がある。また、ROCK-CotiTp12-MEK・ERK経路は、細胞のメカニカルストレス受容機構における新たなシグナル伝達経路であると示唆される。本研究はtheJournal of Biological Chemistry誌にアクセプトされた。研究目的における重要なターゲット分子の1つであるCot/Tpl2が、メカニカルストレスによる脂肪/骨分化調節機構のシグナル分子であることが明らかになった。本研究成果は、先端歯学スクール2012にて最優秀賞、第11回日本超音波治療研究会にて最優秀演題を受賞した。現在、学術誌に投稿中である。LIPUS(低出力超音波)が間葉系幹細胞及び前駆細胞の脂肪分化を抑制し、骨分化を促進することを見出した。そのメカニズムとして、ROCK-Cot/Tp12-MEK-ERK経路の活性化による脂肪分化マスター遺伝子PPARgamma2の発現抑制と転写活性の減弱が関与していることを明らかにした。本研究成果はthe Journal of Biological Chemistryにアクセプトされた。MKP-Mノックアウトマウスの骨格系解析については、来年度導入されるマイクロCTを用いた画像解析、骨形態解析にて詳細な検討を行う予定である。関節部変形の原因は骨芽細胞に加え、軟骨芽細胞、間葉系幹細胞の関与が考えられるため、これらの細胞の分化やストレス応答におけるMKP-Mの役割を検討する。また発生のどの部分において関節部変形が出現するのかを明らかにするため、組織染色を用いた胎仔の解析を行う。
ハロカ-ボン類を安全に分解処理する化学的手法の研究

特定フロンの無害化処理法として、我々はナフタレニドを用いた有機塩素物質の還元的脱塩素処理1)がCFCー113ならびにCFCー12の完全脱フッ素化に極めて有効であることを明らかにした2)。そこでは有機性塩素は瞬時に還元脱離するが有機性フッ素の脱離は遅く、高温と添加剤が必要であった。そこで特別の加熱操作や添加剤なしに高効率で脱フッ素化を進行させる方策を考案する必要があると考えた。本研究では紫外光照射を併用したCFCー113の還元的脱フッ素処理を実施した3)。紫外光照射により室温においても150°Cにおける非照射処理と同程度の脱フッ素化が進行し、またテトラグライム等の還元速度促進剤を加えた加熱処理以上に脱離効率が高くなることが示された。結果的には紫外光照射下では18°C処理時間100分で完全脱フッ素化が実現できることが判明した。紫外光照射が高い還元的脱フッ素化効率を示す理由は、ナフタレンのLUMOに位置する不対電子が照射下でさらに高エネルギ-準位へ励起され還元力を増大することに起因すると考えている。有害物質の処理で処中間体の構造を知ることは大切である。そこでCFCー113のナフタレニド処理法における中間生成物の構造分析を実施したキャピラリ-GC質量分析から確認された中間体は、ナフタレン、ジヒドロナフタレンにCFCの二炭素単位が1つ、2つ、さらに3つの結合し脱ハロゲン化が完全に進行したものと、フッ素が残存しているものとであった。またCFCー113にベンズアルデヒドを加えて還元処理を行いプロパルギルアルコ-ルが得られた。これはCFCー113から二炭素アニオン種が生成していることを示している。これらに結果から脱ハロゲン化反応経路も推定した。
企業の国際化とR & D活動・イノベーションの相互因果関係に関する実証分析

本研究は、企業のR & D活動・イノベーションに焦点を当て、国際化がR & D活動を促進するのか、R & D活動によって達成したイノベーションが国際化を促すのか、両者の間の因果関係を実証的に明らかにしている。日本の企業レベルのミクロデータを利用した本研究の実証分析の結果は、企業のR & D活動・イノベーションが国際化と密接に関連していることを示しており、両者の間には相互に因果関係があることが示唆された。今後のR & D政策や知的財産権政策、貿易振興政策へ政策的な含意をもたらすことが期待される。実証分析の際に必要となるミクロデータの収集と整備を進め、海外業務委託とR&D活動との関係について企業レベルのミクロデータを利用した実証分析を実施した。この分析結果をTechnological Knowledge and OffshoreOutsourcing : Evidence from Japanese Firm-level Dataという標題で学術論文にとりまとめた。分析では、日本の製造業企業のミクロデータを利用して、企業の業務委託モードを識別可能な4つ((1)海外サプライヤー・資本関係有り、(2)海外サプライヤー・資本関係なし、(3)国内サプライヤー、(4)外部委託なし)に識別し、業務委託の選択と企業の研究開発レベルとの関係を多項ロジット分析により実証的に明らかにしている。分析結果から、選択に影響を及ぼすと考えられる企業属性の中で、R&Dと特許保有の有無が与える影響の度合いが最も顕著であることが判明した。また、海外への業務委託はR&D集中度が高い企業ほど盛んであるものの、業務の委託先は海外のグループ子会社であり、技術流出や訴訟リスクを恐れて内部化していることが示された。さらに、たとえ企業外への業務委託を選択しても特許権によって自社の技術知識が保護されるならば問題とならないことも考えられたが、この内部化の傾向は特許保有企業であるほど強く見られた。こうした結果は海外への技術輸出促進に向けた政策立案に一定の含意をもたらすものと考える。政府は知的財産計画の中で、現在2兆円規模の技術輸出額を3兆円に増額させる目標を立てている。他方で技術輸出の多くは海外サプライヤーへの技術供与に向けられており、海外業務委託と表裏一体の関係にある。技術輸出促進のためには、R&D集約的な企業の多くが最も効率的な調達形態として海外子会社からの調達を選択しているという実態に留意する必要がある。初年度に引き続き企業レベルのミクロデータ整備を進め、企業の国際化と研究開発(R&D)活動との関係について実証分析を進めた。第一に、日本企業の海外業務委託とR&D活動との関係について分析を実施した。この分析では、業務委託の選択と企業のR&Dとの関係を多項ロジット分析により明らかにしている。結果から、選択に影響を及ぼすと考えられる企業属性の中で、R&Dと知的財産権保有の有無が与える影響の度合いが最も顕著であることが判明した。また、海外への業務委託はR&D集中度が高い企業ほど盛んであるものの、業務の委託先は海外のグループ子会社であり、現地での技術流出を防ぐ狙いから内部化していることが示された。同様の分析を技術輸出とR&D活動との関係、海外直接投資とR&D活動との関係についても実施し、これらの結果については著作図書としてとりまとめた。分析から業務委託の場合と同様に、こうした企業の国際化とR&D活動との間には相互補完的な関係があることが判明した。すなわち、R&D集約的な企業ほど国際化に積極的であり、とりわけ直接投資を通じた企業内取引に従事する企業ほどR&D活動が活発である。このような国際化とR&D活動の補完的な関係は、企業の生産性にも影響を与えている。国際化の生産性への影響に関しては、海外生産がその後の国内生産性を45年の時間的なラグを持って上昇させることが示された。直ちに生産性が上昇しないのは、企業内の資源再配分や、学習効果が結実するまでに時間を要するためと考えられる。これらの分析に加え、企業の国際化が仕向地の経済にどのような影響を与えているかに関しても中国の企業データを基に分析を拡張した。
ヘルパースレッドを用いたマルチスレッディングプロセッサのための高速化技術研究

近年、マルチコアCPUが相次いで登場している。本研究では、こうしたマルチコアCPU上でのマルチスレッディングを用いた高速化技術について研究を行った。2005年度は、本分野でのサーベイ、アルゴリズム検討、アプリケーション側からの検討を行った。アルゴリズム検討では、分岐予測の面からパイプライン中の空きスロシトを削減する方法を検討した。さらに、近年のオンチップマルチプロセッサでは、L2を共有するものが増加しており、L2の効率的な制御方法についても検討を行った。具体的には、L2内のどこに必要となるデータを配置するかというデータ配置最適化技術を提案し、SPECint95、SPECint2000で平均17%のIPC向上を確認した。アプリケーションレベルからの検討では、今後その高速化が重要となってくると考えられる検索アプリケーションの動作特徴等を調査した。2006年度は、前年度の検討に基づき、ターゲットをディスクアクセスの最適化に特化し、オンチップマルチプロセッサ上でのキャッシュ最適化について研究を進めた。まず、DISKの先読みにヘルパースレッドを用いる例では、先読みスレッドで事前にデータの読み込み込む手法を提案し、gzipが最大で39.2%性能向上することを確認した。次に、DISKキャッシュ自体をネットワーク接続された他のPC上に置き、ヘルパースレッドによりディスクキャッシュを制御する高速化手法を提案した。DBT-3ベンチマークテストによる評価では、最大3。08倍の性能向上を確認した。さらに、実アプリケーションとして、シェルスクリプト実行の高速化を実現した。特に、シェルスクリプトの自動並列化プログラムを提案することにより、シェルスクリプト実行を1.41.8倍高速化することができた。本研究成果は、USP研究所において製品化を目指している。本年度は、本分野でのサーベイを行うと共に、アルゴリズムの検討、さらには、実アプリケーションを想定したアプリケーション側からの検討を行った。サーベイにおいては、「スレッドレベル並列性の抽出」に関してサーベイを行った。さらに、ARCS2006国際会議(欧州地域での国際会議)へ参加し技術動向調査を実施した。スレッドレベル並列性抽出は、Load命令を対象とした提案と分岐命令を対象とした提案に分類できる。Load命令を対象としたものはキャッシュミスを隠滅することを目的としており、分岐命令を対象としたものはパイプラインの空きスロット数を削減することを目的としている。何れもハードウェアの改変を伴う手法と既存のハードウェアで実行する手法に分類できる。これらのサーベイにより、本領域での最大のブレークスルーとなる技術が、スレッド間の同期オーバヘッドの削減もしくは隠滅であることがわかった。例えば、SPECint95、SPECint2000によるシミュレーションでは、平均32%性能向上する。アルゴリズムの検討においては、我々がこれまで実施を継続している分岐予測の面からパイプライン中の空きスロットを削減する方法を検討した。さらに、近年のオンチップマルチプロセッサでは、L2を共有するものが増加(Power5、UltraSparcIV)しており、L2の効率的な制御方法についても検討を行った。具体的には、L2内のどこに必要となるデータを配置するかというデータ配置について最適化を行う技術を提案し、SPECint95、SPECint2000で平均17%のIPC向上が見込めることを確認した。最後に、アプリケーションレベルからの検討では、今後その高速化が重要となると予想されるアプリケーション(検索、P2P)にターゲットを絞り、これらの分野のアプリケーションの動作特徴等を調査した。本年度は、昨年度実施した本分野でのサーベイ、ヘルパースレッド生成に関するアルゴリズムの検討、さらには、実アプリケーションを想定したアプリケーション側からの検討を元に、ターゲットをディスクアクセスの最適化に特化し、オンチップマルチプロセッサ上でのヘルパースレッドによるキャッシュ最適化について研究開発を実施した。まず、DISKの先読みにヘルパースレッドを用いる例では、先読みスレッドで事前にデータの読み込みを行うことにより、事前にディスクキャッシュ上に目的のデータを乗せることを実現した。

これにより、gzipが最大で39.2%性能向上することが確認できた。次に、DISKキャッシュ自体をネットワーク接続された他のPC上に置き、ヘルパースレッドによりディスクキャッシュを制御することによる高速化手法を提案し、DBT-3ベンチマークテストによりPostgreSQLに対して評価を行ったところ、最大大3.08倍の性能向上が確認できた。さらに、実アプリケーションとしてUSP研究所と連携し、マルチコアプロセッサ上でのシェルスクリプト実行の高速化を実現した。マルチコアプロセッサ・SMT環境において、シェルスクリプトの高速化を実現する手法、シェルスクリプトの自動並列化プログラムを提案することにより、マルチコアプロセッサ・SMTマシン上でシェルスクリプトの実行を1.41.8倍高速化することができた。本研究成果は、USP研究所において製品化を目指している。なお、これらの評価実施にあたり、本研究費にて導入した合計6種類のマルチコアPCを用いた。さらに、最終年度の1月にはマルチスレッディング及びOSの専門家であるニュージャージー工科大学のアンドリュー・ソン先生を招聘し、本研究開発の成果を報告するとともに、実用化に向けてのアドバイスをいただいた。
統計的学習法とベイズ推定の協調による短期電力需要予測システム開発

本研究では、統計的学習法とベイズ推定に基づく短期電力需要予測システムを構築した。本予測システムの特徴は、各時間先の電力需要予測値のみならず、予測値の信頼性の情報も得られる点である。予測モデルであるガウシャンプロセスモデルの学習に、粒子群最適化法やカッコウ探索アルゴリズム等を適用することも提案した。九州地区を対象とした短期電力需要予測のシミュレーションを行い、精度の良い電力需要予測値とその信頼性の情報が得られることを確認した。本研究は、統計的学習法とベイズ推定の協調による高精度な電力需要予測システムの構築を目的としたものである。本年度は、学習用データに対する対数周辺尤度を評価とし、線形最小二乗法と遺伝的アルゴリズムとのハイブリッド化による、ガウシャンプロセスモデル(予測モデル)の事前分布の決定手法を開発した。次に開発した予測モデルとベイズ推定の枠組みに基づく直接型の多段先予測法を開発した。通常この種の予測問題では、予測値を予測システムの入力側にフィードバックする繰り返し型の形が取られるが、本研究では予測誤差の累積を避けるために、予測器を段毎に作成する直接型の予測システムを構築した。同時に、九州地区の電力需要実績値と気温のデータを収集した。過去の電力需要実績値と気温を入力とし、24時間先まで1時間毎の電力需要予測値とその信頼性の情報を出力とする基礎的な短期電力需要予測システムを開発した。開発した予測システムの妥当性を検証するため、提案手法をMATLABにより計算機上で実現し、シミュレーションにより精度良い予測結果が得られることを確認した。また、従来法では得ることが困難であった電力需要予測値の信頼性の情報が得られ、かつその信頼性の情報値は電力需要実績のデータと照らし合わせて妥当であることが明らかになった。本手法によれば、事実上、電力需要の上下限が同時に見積もられることになり、最大電力需要値を想定した電力供給計画策定が可能となる意義がある。平成27年度の研究実施計画のほとんどの項目を実施し、その一部は学術講演会で公表できていることから、おおむね順調に進展していると判断できる。平成27年度の研究において、24時間先まで1時間毎の電力需要予測値とその信頼性の情報を出力する基礎的な短期電力需要予測システムを構築できたことから、本年度はこの基礎的な予測システムの予測精度を改善していく方向で研究を推進した。具体的には、平成27年度では平日と土日祝日の区別なく予測システムを構築していたが、本年度の研究では、平日と土日祝日とでは電力需要の傾向がかなり異なることを考慮し、平日用の予測システムを構築する際は平日のみの学習用データを用いて学習し、土日祝日用の予測システムを構築する際は土日祝日のみの学習用データを用いて学習することにより、別個に予測システムを構築し、これまでの予測手法と比べて予測精度が改善されることを示した。また、予測システムへの入力として過去の需要実績データの中から最適な入力種別の選定を行った。さらに、予測システムの学習にカッコウの托卵行動を模擬したカッコウ探索アルゴリズムを適用することによる予測精度について、他の最適化アルゴリズムを適用した場合と比較して検証した。日射量など電力需要に影響を与えうる他の気象情報値を予測システムの入力とした場合の予測精度についても検証できた。平成28年度の研究実施計画のほとんどの項目を実施し、その一部は学術講演会等で公表できていることから、おおむね順調に進展していると判断できる。平成27年度は、学習用データに対する対数周辺尤度を評価とし、線形最小二乗法と遺伝的アルゴリズムとのハイブリッド化による、ガウシャンプロセスモデル(予測モデル)の事前分布の決定手法を開発した。さらに、過去の電力需要実績値と気温を入力とし、24時間先まで1時間毎の電力需要予測値とその信頼性の情報を出力とする基礎的な短期電力需要予測システムを開発した。平成28年度の研究では、平日と土日祝日とでは電力需要の傾向がかなり異なることを考慮し、平日用の予測システムを構築する際は平日のみの学習用データを用いて学習し、土日祝日用の予測システムを構築する際は土日祝日のみの学習用データを用いて学習することにより、別個に予測システムを構築し、これまでの予測手法と比べて予測精度が改善されることを示した。また、予測システムの学習にカッコウの托卵行動を模擬したカッコウ探索アルゴリズムを適用することによる予測精度について、他の最適化アルゴリズムを適用した場合と比較して検証した。研究最終年度の平成29年度は、予測システムを構築する際の学習用データに予測対象の前年のみならず、過去複数年に渡る電力需要実績値や気温を用いる手法を提案し、複数年に渡る学習用データを用いる方が予測精度の向上が見られることを示した。本研究の成果により、事実上、電力需要の上下限が同時に見積もられることになり、最大電力需要値を想定した電力供給計画策定が可能となる意義がある。

九州地区を対象とした短期電力需要予測のシミュレーションを行い、精度の良い電力需要予測値とその信頼性の情報が得られることを確認した。平成27年度の研究において、基礎的な短期電力需要予測システムを構築できたことから、今後は、この基礎的な予測システムの予測精度をさらに改善していく方向で研究を推進していく。具体的には、平成27年度では平日と土日祝日の区別なく予測システムを構築していたが、実際には平日と土日祝日とでは電力需要の傾向がかなり異なるため、平日用の予測システムと土日祝日用の予測システムを別個に構築することにより、予測精度改善を図る。また、予測システムの学習にカッコウの托卵行動を模擬したカッコウ探索アルゴリズムを適用することによる予測精度について検証する。さらに、日射量や湿度など電力需要に影響を与えうる他の気象情報値を予測システムの入力とした場合の予測精度についても検証していく。平成27、28年度の研究において、基礎的な短期電力需要予測システムを構築できたことから、今後は、この基礎的な予測システムの予測精度をさらに改善していく方向で研究を推進していく。予測システムへの入力として、過去の電力需要データ、気温、日射量等の種別のさらなる最適化法について検討を進める。また、現状では予測システムの学習にかなりの計算コストがかかっているため、予測精度を損なわずに計算効率を向上させる学習法を開発する。システム制御工学当初国際会議発表のための旅費を見込んでいたが、次年度以降に発表する予定としたため、次年度使用額が生じた。当初国際会議発表のための旅費を見込んでいたが、次年度以降に発表する予定としたため、次年度使用額が生じた。開発した短期電力需要予測を実現するための信号処理言語MATLABを平成27年度に購入したことから、平成28年度にはパーソナルコンピュータとその周辺機器を購入して研究遂行のためのシミュレーション環境を向上させる。また、研究成果を発表するための国際学術会議発表旅費や、本研究の基盤となる最適化アルゴリズム等の研究動向調査のための国内学会参加旅費等に充てる。開発した短期電力需要予測を実現するための信号処理言語MATLABを平成27年度に購入し、その後シミュレーション環境を整えてきた。平成29年度にはパーソナルコンピュータとその周辺機器を購入して研究遂行のためのシミュレーション環境をさらに向上させる。また、研究成果を発表するための国内学会・国際学術会議発表旅費や、本研究の基盤となる最適化アルゴリズム等の研究動向調査のための国内学会参加旅費等に充てる。
組織の環境適応におけるミクロマクロ関係のダイナミクス評価法の開発

本研究では企業の環境適応を中心に企業レベルのマクロな適応行動と従業員レベルでのミクロな適応行動それぞれのリンケージについての数量的な評価方法の開発を行う。現在組織論では組織全体のレベルを分析するマクロ組織論と従業員に焦点を当てたミクロ組織論に大別される。一方で、組織における企業レベル-従業員レベルを同時に分析し、ミクローマクロの関係を分析することは必ずしも十分に行われておらず長年課題となっていた。これについて。しかし、組織の動的側面である適合行動についてのミクロ-マクロ関係を考慮した上での分析手法は開発されておらず課題として残されている。この方法を開発することを本研究の目的とする。本年度では前年度実施したアンケート調査データの整理と分析を行った。本年度中に論文の投稿はできなかったものの学会報告並びに次年度以降の学会報告を行うためのデータ分析を行い一定の成果を得た。本年度えられた分析結果に基づき、国内・国外の研究会・学会大会などで研究発表を行い、そこでの議論を踏まえて研究成果をまとめ、学術誌に投稿する。さらに、現在未利用となっているデータを元にした分析をさらに推進する。これについて。本年度は当初予定していたアンケート調査を実施し大規模なデータ収集を行った。データは企業レベル並びに個人レベルで収集を行っており本課題でも停められるミクロレベルとマクロレベルを同時に分析出来る形での収集に成功した。現在これらのデータについて加工と分析を実施中である。今後は、前年度の成果を整理/分析、個々のモデルを統合した分析を行っていく。また、国内・国外の研究会・学会大会などで研究発表を行い、そこでの議論を踏まえて研究成果をまとめ、学術誌に投稿する。さらに、これと並行して、パネルデータの分析に加えてアンケート調査などを実施し、動的な変化構造と企業の内部構造とのリンケージを分析していく。すなわち、時系列的変化に対応するダイナミズムを含んだモデルへ組織構造を考慮したモデルを拡張し分析を実施する。次年度以降学会報告並びに論文投稿を行う予定である。本年度はデータ収集を中心に計画していたが計画通り大規模なデータを収集することが出来た。分析は現在実施中であるが学会報告レベルの結果は得られており、概ね順調に進んでいると考える。これについて。データ収集と分析に基づき今後は論文報告等の成果発表を行っていく。また、共同研究者と連携し複数のデータベースを連結しより深い分析を実施する。少額の残高のため効率的運用のためには次年度繰越が必要であると判断したため。
生体微粒子等の運動の非破壊測定のためのフォトン走査トンネル顕微鏡の試作

本研究では光ファイバー・プローブが必須素子であるのでまずこれを製作する方法を開発した。特に我々が既に開発した化学エッチング法をさらに発展させて、二段階エッチング法を考案した。これによりクラッド外周直径を従来の1/20まで減少させることができた。このような細いプローブは試料との原子間力によりたわみやすいことを利用し、プローブと試料との間の距離を高精度で制御するためのサーボ系を開発することができた。このプローブを用いてフォトンSTM装置を組立、その性能を評価した。評価のための標準試料として直径25nmのサルモネラ菌鞭毛を用いた。コレクションモードで測定を行い、分解能約5nmでの画像計測に成功した。また、その分解能はプローブ開口径の増大、プローブ・試料間距離の増加とともに劣化することを確認した。これらは我々が過去に提案している現象論的な理論モデルである「仮想光子モデル」による解析結果と一致することがわかった。さらに、画像の特徴が入射光の偏光依存性を持つことが見い出されたが、これは試料表面に発生する光誘起分極の空間的分布、方向、により決まることがわかった。一方、イルミネーションモードの性能を評価するために、ニューロンを試料として用いた。特に、ニューロン軸索の内部にある公称直径25nm(電子顕微鏡観測による)の毛細血管の束を、軸索から取り出すことなく画像計測できた。このときの直径は25nmと測定された。これは上記の公称直径と同等であり、生体試料測定において、本フォトンSTM装置は電子顕微鏡と同等の分解能を有することがわかった。以上は空気中での実験であるが、上記コレクションモードにてサルモネラ菌鞭毛付け根のポリフックを水中で画像計測するのにも成功した。本研究では光ファイバ・プローブが必須素子であるのでまずこれを製作する方法を確立した。これはコア部を先鋭化し、外周のクラッド部直径を減少させ、プローブ外周と試料との接触を避けるものである。この方法によってクラッド外周直径を従来の約1/20まで減少させることができた。ところで画像の分解能はプローブの先端曲率半径、先鋭角、試料との距離によって決まる。我々がさきに提案した仮想光子モデルを利用してこれらの関係を明らかにするための理論計算を行った。その結果、先鋭角が20度以内であれば分解能は先端曲率半径、試料との距離とによって決まることが明らかになった。上記のプローブはこの条件を満たしている。このような細いプローブは試料との原子間力によりたわみ易いことを利用し、プローブと試料との間の距離を高精度で制御するためのサーボ系を開発することができた。またこのサーボ系は原子間力顕微鏡としても同時に働くのでフォトン走査トンネル顕微鏡の性能の校正に利用することができるようになった。本顕微鏡を溶液中で作動させるための予備実験として色素のドープされたラテックス球(直径50nm)に紫外線を照射しながらプローブで蛍光を検出する光子計数システムを開発し、その動作を確認することができた。以上の実験により液体中で動作するフォトン走査トンネル顕微鏡の基礎が確立したので、次年度への橋渡しができたと考えられる。前年度に作成したファイバプローブを用いてフォトンSTM装置を組み立て、その性能を評価した。評価のための標準試料として直径25ナノメータのサルモネラ菌鞭毛を用いた。コレクションモード(試料裏面から光を照射し、発生するエバネッセント光をプローブで集める方法)で測定を行い。分解能約5ナノメータでの画像計測に成功した。

また、その分解能はファイバプローブ開口の増加、プローブ・試料間距離の増加とともに劣化することを確認した。これは我々が過去に提案している現象論的な理論モデルである「仮想光子モデル」による解析結果と一致することがわかった。さらに、画像の特徴が入射光の偏光依存性を持つことが見いだされたが、これは試料表面に発生する光誘起分極の空間的分布、方向により決まることがわかった。一方、イルミネーションモード(プローブ先端からエバネッセント光を発生し、試料を照明する方法)の性能を評価するために、ニューロンを試料として用いた。特に、ニューロン軸索の内部にある公称直径25ナノメータ(電子顕微鏡による測定値)の毛細管の束を、軸索から取り出すことなしに画像計測することができた。このときの直径は25ナノメータと測定された。これは上記の公称直径と同等であり、生体試料測定において、本フォトンSTM装置は電子顕微鏡と同等の分解能を有することがわかった。なお、ここでは試料表面を導体化することなく、また毛細管を軸索から取り出す事なく、さらに高真空を用いる事なく空気中で測定しており、これらのことから本装置の性能の高さが確認された。
新型走査型プローブ顕微鏡を用いた成長円錐の構造非対称性の証明

成長円錐の静止画像を明確に獲得する方法論を確立した。現時点では、培養系で20分程度で画像を取得することができ、明瞭な3D画像が得られた。これは初代培養系(マウス大脳皮質)および神経系株細胞(PC12, NG108)で成功した。Z軸方向での盛り上がりは正確にとらえられ、大多数が非対称であった。成長円錐の表面のくぼみのクラスターは培養72時間後の成長円錐で最も顕著となり、成長円錐の構造上は非対称であって通常は片側、すなわち伸びて曲がっていく方向で顕著となることが推測された。申請者および分担者牛木の解析により、成長円錐の静止画像を明確に獲得する方法論を確立した。また免疫染色で小胞のリサイクリングに関係する分子に関する解析を試みたが、エンドサイトーシスに関する分子などでまだ明確な染色は見られなかった。これは、抗体の特異性に問題がある可能性が考えられたが、ある程度の染まりを認めるものもあり、今後の検討課題と思われる。一方動画(リアルタイム画像)については、他の細胞ではある程度の精度で得られているが、成長円錐に関しては現時点までの努力ではまだ十分なものが得られなかった。その主たる理由は、成長円錐が非常に「やわらかい」構造であり、退縮が起こりやすい構造を有していること、またきわめて速い移動を行うこと、が推測された、当面は静止画像でもかなりの情報量が得られることが明らかとなり、静止画像での解析で研究を進めていくことで、成果があげられると考えられるが、リアルタイムイメージングのためには培養条件、特に温度設定を変えてある程度動きを遅くして観察することが有効ではないかとの端緒を得た。既に書類に記載した通り、25年度も本研究に必須のSICMが使用可能となったため、さらなる飛躍を期して、一部の経費を留保して研究を継続することとした。24年度の実績は以下のとおりである。1.成長円錐の正常形態の静止画像取得と解析:マウス大脳皮質の神経細胞を培養し、その成長円錐をSICMで画像取得した。固定標本においては、20分程度で立体画像を取得することに成功した。成長円錐の立体的な構造を決定しているのが、微小管であることが画像から読み取れた。微小管はかなり成長円錐の末端(いわゆるP領域)まで入り込んでいることが見て取れた。この傾向は、培養後24時間以内ではあまり顕著でなかったが、培養後72時間後にはかなり顕著になった。従って、この時期の画像取得が優先的に進めるべき条件として考えられた。2.成長円錐の膜凹凸クラスターの構造:われわれが計画開始時点で観察した膜の3次元的凹凸のクラスターについて、解析を進めたが、やはり72時間程度の培養後に顕著になっていた。成長円錐の全てにあるのではなく、特定の成長円錐に観察できた。成長円錐の片側に集合し、特に微小管との局在関連性が関係していることが示唆された。この結果は、成長円錐内に明らかに非対称性を有することを示唆した。3.成長円錐のライブイメージング:ノイズがまだ多いが、基本的にはライブイメージング可能であることが示された。4.腫瘍株細胞での成長円錐の静止画像取得:SICMでPC12, NG108細胞を分化誘導後に成長円錐からの画像取得を試み、初代培養との違いを解析開始した。基本的に類似の構造が見られたが、膜凹凸クラスターの出現頻度は少なかった。実際にはこの1年で取得できた画像は、当初の予想よりもはるかに解像度が高く、かつ予想よりはるかに短時間でスキャンできた。この結果は、次年度に分子レベルでの行うことで、非常に情報量の高い結果を得ることが可能と考えられる。少なくとも静止画像では今後の研究が非常に高水準の結果を得られることを予測できる。但し、リアルタイム画像については、ノイズを下げる努力が、ソフトウェアレベル、及び画像取得条件の設定変更、の2点から必要と考えている。少なくとも、静止画像の鮮明さが本研究の最も重要な点であるため、これをクリアできたことから予想を超える進展と判断した。

代表者の研究室で免疫染色を微小管及び膜小胞動態に関係する分子の局在を明確化し、これをSICM画像取得後に分担者の研究室で同様の方法を行い、両者の局在を3次元的に再構成して、当該の非対称性の確認と、その原因となる分子同定を明確にする。24年度に着手したリアルタイム画像取得や、腫瘍株細胞成長円錐の構造を比較し、結論をさらに明確化する。なお成長円錐の形態変化を誘発する条件(疑似シナプス形成、成長円錐退縮)を使って、成長円錐の3次元形態変化をSICM観察することを最終目標に設定する。25年度は全体の4割程度の経費を留保しているが、免疫染色の抗体作成経費(その他費目)、特異抗体購入・培養試薬の購入などの物品費、成果発表のための国内・国外学会の発表旅費、論文作成のための英文校閲(その他費目)で計上し、効率的に研究を進める。
初等中等段階における地学リテラシー育成のための教材開発

地学リテラシー育成のための教材開発を行うに当たり、ここで取り上げる地学リテラシーの内容を検討し、その育成に適した素材の研究及び開発した教材での実験学習等を試みた。1地学リテラシーとして次の内容を取り上げて検討した。(1)自然(実物)を知覚的に認識できること(2)自然環境の変化を認識できること(3)人間と自然との関わりを認識できること2本研究では、我が国に広く分布し、地学リテラシー育成の観点からも重要な「火山灰起源の土壌」を取り上げ、それを教材化しようと試みた。(1)火山灰、軽石等の素材についての基礎的研究(岩手県内)(2)火山灰起源の土を用いた実験授業を岐阜県、神奈川県、東京都、岩手県の小・中学校で実施した。3理科の自由研究や課題研究における事例の収集を行った。(1)赤土と黒土を題材とした課題研究の事例(中学校)(2)理科の自由研究の事例(高等学校)4これまでの研究結果を報告書としてまとめた。(1)地学リテラシーの育成と教材開発の観点との関わりを明確にすることここでの地学リテラシーとしては次の3つを取り上げることとした。(1)自然を知覚的に認識すること(2)自然の変化を認識すること(3)人間と自然との関わりを認識することこれらは理科教育での自然認識と環境教育における基礎となるものである。教材開発の観点としても、このことを踏まえて当然のことながら理科教育と環境教育との接点となる材料を選ばなければならない。(2)素材の選定地学リテラシー育成の観点から、人間と自然との関わりが理解し易く、児童生徒が実際に手に取って観察できる素材として「土」を選定した。現行の学習指導要領では、土についての体系的な学習は行われていない。そこで、土に関するテーマを中学校生徒に課題研究として課し、その指導過程や研究結果を基にリテラシー育成と教材開発のあり方について検討を進めることにした。(4)課題研究結果がまとまった課題研究のテーマは次の通りである。(1)土の露頭の観察(2)土の露頭周辺の環境変化の観察(3)植物を育てて土の性質の違いを調べる(4)土に含まれる鉱物を調べる(5)植物を育てて土の水もちを比べる(6)土の水はけを比べる(7)土の浄化作用を調べる(8)崖の観察と含まれる鉱物から土のできかたを考える地学リテラシー育成のための教材開発を行うに当たり、「土」に焦点を当てて教材開発の基礎的研究といくつかの実験学習を実施した。1土は、生物の生存を支える重要な環境要素の一つでありながら、これまでの理科教育では体系的な取り上げ方はされてこなかった。我が国では、火山噴出物起源の土壌が広く分布しており、地学リテラシー育成の観点からも、この「土」を取り上げることにした。2火山噴出物起源の「土」の教材化は次の様な手順で行った。(1)岩手県内における火山灰、軽石層の素材研究の実施(2)火山噴出物の教材開発と問題解決学習の試み(3)小・中学校における火山噴出物起源の「土」を調べる実験学習の実施3理科の自由研究や課題研究における事例の収集を行った。
転写メディエーターによる造血幹細胞と白血病細胞のニッチ制御機構

私たちはこれまでにマウス線維芽細胞MEFには造血幹細胞支持能が存在するが、Med1^<-1->MEFの造血幹細胞支持能が野生型MEFに比べて低下することを報告している(Sumitomo, Ishino, et al. Mol Cell Biol 30, 4818-4827, 2010)。マイクロアレイにより、野生型MEFに比べて発現が低下する分子として、線維芽細胞増殖因子(FGF)7が検出された。FGF7はmRNAレベルと蛋白レベルにおいてMedl^<-1->MEFで野生型に比べ著しい発現低下がみられた。私達が持つ造血ニッチモデルを用いてFGF7の存在下では骨髄細胞の増殖と造血幹/前駆細胞の支持が行われていることがわかった。ニッチ細胞依存性の骨髄芽球性白血病細胞MB-1においても抗FGF7抗体を添加して培養したところ、細胞数およびコブルスストーン数が有意に減少した。しかし、FGF7の受容体であるFGFR2IIIbの発現分布を調べたところ、骨髄間質細胞に発現を認めたが、骨髄造血細胞(血球)では全く発現していなかった。そこで、フィーダー細胞にもたらすFGF7刺激の影響を検討したところ、MEFや骨髄問質細胞が産生したFGF7はオートクライン機構によりMEFや骨髄間質細胞自身に作用していることがわかった。以上より、FGF7は骨髄間質細胞の発現するFGFR2IIIbを介して間接的に正常造血幹/前駆細胞および骨髄芽球性白血病幹細胞の支持・増殖を担うことが強く示唆された。間葉系幹細胞は近年注目されているニッチのひとつで、骨髄以外にもさまざまな組織に存在している。由来組織によってその性質は違い、中でも臍帯由来の間葉系幹細胞はES細胞に近い性質をもっとされている。マウス臍帯をコラゲナーゼ処理し、諸条件で培養したところ、一部の細胞で骨分化・脂肪分化を誘導できた。今後はより高率で間葉系幹細胞が分離できるよう検討を重ねる予定である。(抄録なし)私たちはこれまでにマウス線維芽細胞MEFには造血幹細胞支持能が存在するが、Med1^<-/->MEFの造血幹細胞支持能が野生型MEFに比べて低下することを報告している(Sumitomo, Ishino, et al. Mol Cell Biol 30, 4818-4827, 2010)。FGF7はmRNAレベルと蛋白レベルにおいてMed1^<-/->MEFで野生型に比べ著しい発現低下がみられた。しかし、FGF7の受容体であるFGFR2IIIbの発現分布を調べたところ、骨髄間質細胞に発現を認めたが、骨髄造血細胞(血球)では全く発現していなかったため、MEFや骨髄間質細胞が産生したFGF7は直接骨髄細胞に作用しているのではなく、オートクライン機構によりMEFや骨髄間質細胞自身に作用している可能性が考えられる。この刺激によりニッチ側の細胞がなにか別のニッチシグナルを分泌しているのではないだろうかという仮説をもとに今後さらに検討を続ける予定である。一方、間葉系幹細胞は様々な組織に存在するが、それらは組織特異性があって同一ではない。臍帯に存在する間葉系幹細胞は分化度が最も低く、ES細胞に近い性質を持つことが指摘されている。これまでにマウス臍帯由来のものを単離した例がないが、この培養法が確立できれば多くの実験に応用でき、間葉系幹細胞や造血における新しいメカニズム解明への第一歩となりうる。そこで、その培養法を確立するため諸条件の検討を行っている。

由来組織によってその性質は違い、中でも臍帯由来の間葉系幹細胞はES細胞に近い性質をもっとされている。マウス臍帯をコラゲナーゼ処理し、諸条件で培養したところ、一部の細胞で骨分化・脂肪分化を誘導できた。今後はより高率で間葉系幹細胞が分離できるよう検討を重ねる予定である。新しい造血ニッチ分子候補としてFGF7を同定できたことは、造血の仕組の一端を解明する重要な前進であると考えられる。引き続き造血幹細胞支持能におけるFGF7の役割とその機序を詰め、まとめあげる予定である。並行して、オステオポンチン(OPN)プロモーターにおけるVDR、Runx2の協調的転写活性化のメカニズムを明らかにし、造血微小環境におけるOPN転写の関係性をみていく。また、マウス臍帯由来間葉系幹細胞の培養法確立においては、様々な条件下における増殖率や骨、脂肪への分化能を比較し、未分化な状態で分離培養できる最適な条件を検討していく。(抄録なし)
有機半導体超薄膜のイオン分極制御と高効率光電変換に関する研究

本研究ではイオン性不純物を微量添加した高分子系有機EL素子について、前処理として加熱処理と電界処理を行うことでイオン分極を形成させることでキャリア注入制御が可能となり、有機EL素子の駆動電圧を20V以上であったものを10から15V、30%から50%と大幅に低減させるだけでなく、電流に対する輝度特性(EL効率)が10倍以上増加することを見出した。特に、添加するイオンとしては電位窓が広い化学的に安定な材料が望ましい。例えば、添加するイオン対のカチオンをLi^+から(C_2H_5)_4N^+などの比較的大きな代表的支持電解質塩に変えると、分極による特性向上の持続時間が数時間のオーダーであったものが数100日から数年のオーダーに大幅に向上し、実用レベルの有機EL素子への適用が可能であることも本研究によりはじめて見出された。なお、一連の分極効果は100°C程度で熱処理により消去可能で、再び分極形成すれば何度でも再現可能である。すなわち、本研究の遂行により有機半導体素子に微量のイオン性不純物ドーピングとその後の分極処理により、容易に電流から光への変換効率を大幅に向上可能であることが明らかとなった。また、N型酸化物半導体である酸化チタン上に吸光係数が大きなP型有機半導体膜(色素)を膜厚100nm程度となるように形成した新規PN接合型光電変換素子についても検討した。吸光係数が大きなP型色素の多くは移動度が低く吸収スペクトル幅も狭いために、擬似太陽光に対する電力効率は0.001%にも満たない低いものであった。そこで、高い正孔移動度を有する正孔輸送材料とP型色素をブレンドし、さらに上記イオン性不純物をドーピングしたところ0.01%以上(単色光に対する量子収率は3%以上)まで効率が向上し、イオン分極処理との併用によりさらなる特性向上が実現できた。また、色素をポルフィリン系材料からレーザ色素として知られるクマリン系に変えることでブレンド層が効果的なバルクヘテロ接合となり、単色光の量子収率11%、擬似太陽光での電力効率も0.2%まで向上し有機太陽電池実現への期待が高まった本研究ではイオン性不純物を微量添加した有機半導体薄膜を作成し、これに前処理として加熱処理及び電界処理を行うことでイオン分極を形成させることにより、有機半導体膜の光電変換特性の向上を目指すと共に、薄膜中での分極イオンの安定性や移動機構について検討を行った。まず、半導電性高分子であるポリビニルカルバゾール薄膜と電子輸送材料(オキサジアゾール錯体:BuPBD)や発光材料(クマリン6:C6)の混合材料に安定なイオン性不純物である過塩素酸テトラエチルアンモニウムを微量ドープした材料を用いて有機電界発光(EL)素子を作成した。これを真空中で80°Cで加熱しながら1.5MV/cm程度の電界でイオン分極して室温に戻すと、駆動電圧の低下だけでなく電流-輝度変換効率が1桁近く向上した。これは、電極界面の電界変歪により電極から電子及び正孔のキャリア注入効率が大幅に増加したことによるものと解釈された。なお、イオン分極の効果は室温では数日間にわたり安定に維持されるが100°C程度で数分間熱処理を行うと消失(脱分極)する。なお、1度脱分極した試料でも再度分極処理を行うことで再び特性向上可能である。次に、正孔輸送材料と光電変換特性に優れた有機半導体として知られるポルフィリンの混合膜を透明電極と金属膜とで挟んだ単層構造の光電変換素子及び、酸化チタンと積層した色素増感型光電変換素子を作成し、その光電変換特性を調査した。その結果、酸化チタンとの積層膜の方が量子収率において1桁程度優れるが起電力に若干劣ることがわかった。また、同素子にイオン性不純物を再び添加して真空中でイオン分極処理したところ、0.1から0.2MV/cm程度の比較的小さな電界により数10%程度の効率向上が得られた。

そこで、高い正孔移動度を有する正孔輸送材料とP型色素をブレンドし、さらに上記イオン性不純物をドーピングしたところ0.01%以上(単色光に対する量子収率は3%以上)まで効率が向上し、イオン分極処理との併用によりさらなる特性向上が実現できた。また、色素をポルフィリン系材料からレーザ色素として知られるクマリン系に変えることでブレンド層が効果的なバルクヘテロ接合となり、単色光の量子収率11%、擬似太陽光での電力効率も0.2%まで向上し有機太陽電池実現への期待が高まった
ＤＮＡ脱メチル化剤による翻訳効率向上が造血細胞の分化を促進するメカニズムの解明

骨髄異形成症候群の発症や進展にはエピゲノムの異常が関与することが知られているが、DNA脱メチル化薬がどのような遺伝子の発現変化を惹起して薬剤効果を発揮するのか判明していない。本研究では、DNA脱メチル化に伴ってヘモグロビンの産生が増加するK562白血病細胞を実験モデルとし、DNA脱メチル化薬がどの遺伝子を標的としてヘモグロビン産生を促すのか検証した。K562細胞において、薬剤暴露によってプロモーター領域の脱メチル化が促進された658遺伝子の詳細な解析により、グロビンタンパク質の増加は翻訳促進によるものであると推定され、本研究代表者は翻訳伸長促進因子eEF1A2を有望な直接標的として単離した。DNAメチル化阻害剤であるデシタビン(Aza-dC)がどのようなメカニズムでヘモグロビンの産生を促すか、エピゲノム状態の変化の観点から分子生物学的解析を行った。実験モデルとしたK562細胞では、Aza-dC処理によりヘモグロビンの産生が増加するが、これはグロビン遺伝子やヘム合成酵素関連遺伝子のmRNA増加を伴わないことから、Aza-dCは翻訳レベルでヘモグロビン産生を促進したと考えられた。次世代シーケンサーでメチル化DNAの変化を解析したところ、K562細胞をAza-dCで処理した際、658遺伝子のプロモーターが有意に脱メチル化されたが、このうち遺伝子発現が2倍以上増加したものは86遺伝子に過ぎないことがわかった。この、Aza-dC直接標的遺伝子といえる86遺伝子のうち、われわれは翻訳促進に関わる因子としてeEF1A2を単離した。実際eEF1A2遺伝子上流には強くメチル化されたプロモーター活性を有する領域があり、Aza-dCによってここのメチル化はほぼ完全に解除された。また、遺伝子特異的shRNAによってeEF1A2を発現抑制したK562細胞ではヘモグロビン産生が減弱したことから、DNAメチル化によるeEF1A2発現低下が造血器腫瘍細胞で貧血が生じる一因であることが推察された。以前より、eEF1A2遺伝子を欠損した動物モデルとしてwastedマウスが知られている。このマウスはeEF1A2遺伝子を含む15.8Kbの領域を自然欠損したマウスで、ホモ欠損マウスは神経・筋の発達異常により生後早期に死亡する。昨年度より、本マウス由来の骨髄細胞をレシピエントマウスに移植する実験を開始した。また、CRISPR/CAS9システムを用いたeEF1A2コンディショナルノックアウトマウスの作製にも着手した。本年度はこれらマウスモデルを用い、生体内でのeEF1A2と造血との関連を詳細に解析する。まずK562白血病細胞株を実験モデルとして、DNA脱メチル化剤による細胞分化とDNAメチル化変化との関連を検討した。次世代シーケンサーによるDNAメチル化の解析には、MBDドメインタンパク質によるメチル化DNA断片の濃縮精製法(MethylCap-seq)と、RRBS法を用いた。K562細胞では、培養液中へのDNA脱メチル化剤添加により658遺伝子のプロモーターが有意に脱メチル化されたが、このうち遺伝子発現が2倍以上増加したものは86遺伝子に過ぎないことが分かった。この86遺伝子は、プロモーター脱メチル化により発現誘導されなかった572遺伝子と比較して、特にプロモーターのDNAメチル化が強いということはなかった。しかしながら、これら86遺伝子はDNA脱メチル化剤添加前のmRNA発現量が比較的少ない遺伝子であったことから、プロモーターのDNAメチル化に加えて、他のエピゲノム因子による発現抑制を受けているものと推測された。そこで、ChIP-sequence法によりヒストン修飾状態の検討を行った。その結果、プロモーター脱メチル化により発現増加した86遺伝子は、転写開始点近傍にH3K4me3とH3K27me3の両方のピークを持つbivalentな状態であることが判明した。以上のことから、DNA脱メチル化剤の標的となりうる遺伝子は、プロモーターDNAがメチル化されていることに加え、ヒストン修飾制御をうけており発現準備状態にあることがわかった。これらの結果をもとに、現在MDS患者由来CD34陽性細胞を用いてDNAメチル化とヒストン修飾状態の解析を進めている。骨髄異形成症候群の発症や進展にはDNAメチル化やヒストン修飾などエピゲノムの異常が関与することが知られており、数年前より本邦においてもDNA脱メチル化薬のアザシチジンが使用されている。しかしながら、本薬剤がどのような遺伝子の脱メチル化による発現変化を惹起して薬剤効果を発揮するのか判明していない。本研究では、DNA脱メチル化に伴ってヘモグロビンの産生が増加するK562白血病細胞を実験モデルとし、アザシチジンやアザデオキシシチジンがどの遺伝子を標的としてヘモグロビン産生を促すのか検証した。