hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
標識モノクローナル抗体を用いる新しい画像診断法、治療法の開発(^<99m>Tc,^<186>R

投与した抗体が、免疫反応により病巣に特異的に集積することを利用して、モノクローナル抗体は癌、炎症、心筋梗塞、血栓などの画像診断のみならず癌、エイズや移植に伴った急性拒絶症反応などの治療にも応用されようとしている。しかしモノクローナル抗体はマウス由来のため投与した患者血中に抗マウス抗体の産生されるが、遺伝子工学により作製したヒト型モノクローナル抗体を用いると抗マウス抗体の産生がなく副作用を軽減できる。遺伝子工学の手法を用いて白血球と反応する抗体、卵巣癌と反応する抗体を用いて、ヒト型モノクローナル抗体を作製した。画像診断の目的には放射性同位元素(RI);テクネシウム(Tc)-99mが最も優れている。それぞれのヒト型抗体はTc-99mで標識され、血中でも安定していた。本学倫理委員会の許可を得て、まず卵巣癌患者に、次いで骨髄疾患患者で安全性と臨床的有用性を検討した。投与したヒト型抗体は安全で、何ら副作用なく、卵巣癌に集積することが確かめられた。また白血球と反応するヒト型抗体はこれまで17例の患者を対象にテクネシウム-99m標識したヒト型抗体の安全性、臨床的有用性を検討した。投与した白血球と反応するために正常骨髄に集積するのに対し、癌の骨転移部は陰影欠損として描画され、骨転移の診断に有用であった。さらに溶血性貧血、骨髄線維症、骨髄増殖性疾患ではそれぞれ特徴的な骨髄分布を示すことが明らかとなった。いずれの症例でもRI標識キメラ抗体は安全に使用することができた。それぞれの抗体はテクネシウム-99mで標識され、血中でも安定していた。白血球と反応する抗体は骨髄に集積するため、骨転移の診断や、炎症、感染症の画像診断に用いることができる。卵巣癌の腫瘍マーカーCA125抗原に対するモノクローナル抗体を放射性ヨード、テクネシウム-99mで標識。本学倫理委員会の許可を得て卵巣癌患者に投与したところ、RI標識抗CA125抗体が卵巣癌腫瘍に集積すること、その分布はMRIによる腫瘍成分とよく一致することが明らかとなった。新しい治療法を開発するため、細胞障害性強いレニウム-186を用いて、モノクローナル抗体のレニムウ-186標識方法を検討中である。

また白血球と反応するヒト型抗体はこれまで17例の患者を対象にテクネシウム-99m標識したヒト型抗体の安全性、臨床的有用性を検討した。投与した白血球と反応するために正常骨髄に集積するのに対し、癌の骨転移部は陰影欠損として描画され、骨転移の診断に有用であった。さらに溶血性貧血、骨髄線維症、骨髄増殖性疾患ではそれぞれ特徴的な骨髄分布を示すことが明らかとなった。いずれの症例でもRI標識キメラ抗体は安全に使用することができた。
水和物の性質と水蒸気吸着等温線によるコンクリートの性能評価手法の構築

本研究は,セメント系硬化体中の水和物の組成と量から硬化体の物理化学的特性を,水蒸気吸着等温線から空隙構造を評価し,それらを組み合わせることにより,任意の材料・配合・養生のコンクリートの性能,特に物質移動抵抗性を評価する手法を構築することを目的として検討を行った.その結果,水蒸気吸脱着曲線からC-S-Hのゲル空隙の特性とC/S比への依存性を明らかにした.また,セメント系硬化体中の塩化物イオン透過性をC-S-Hの生成量とC/S比および空隙径から評価できること,シリカフュームが塩化物イオン浸透抵抗性を向上させる効果をC-S-HのC/Hを低下させる能力から評価できることを明らかにした.本研究は,セメント系硬化体中の水和物の組成と量から硬化体の物理化学的特性を,水蒸気吸着等温線から空隙構造を評価し,それらを組み合わせることにより,任意の材料・配合・養生のコンクリートの性能,特に物質移動抵抗性を評価する手法を構築することを目的として検討を行った.その結果,水蒸気吸脱着曲線からC-S-Hのゲル空隙の特性とC/S比への依存性を明らかにした.また,セメント系硬化体中の塩化物イオン透過性をC-S-Hの生成量とC/S比および空隙径から評価できること,シリカフュームが塩化物イオン浸透抵抗性を向上させる効果をC-S-HのC/Hを低下させる能力から評価できることを明らかにした.本研究は,種々の材料・配合および養生条件のコンクリートの性能を的確に評価する手法を構築することを目的として,以下の二つの検討を行った.i)セメント系硬化体が水和物の集合体であることから,水和物個々の性質を明らかにし,それを積算していくことによって,硬化体全体の物理化学的特性を評価する.ii)材料・配合・養生の異なるセメント系硬化体の水蒸気吸着等温線を測定し,硬化体の空隙構造および物質移動性を評価する.その結果,以下のような成果を得た.(1)任意の湿度環境下においてCaO/SiO_2モル比とH_2O/SiO_2モル比が直線関係となることを明らかにし,C-S-Hの水蒸気吸着量をその組成に基づいて推定する式を提案した.(2)セメント系硬化体を構成する各種水和物の生成量,比表面積,ゼータ電位を積算することにより,実際のセメント系硬化体のゼータ電位を精度良く推定することが可能となった.(3)セメント硬化体中のカルシウムアルミネート系水和物の比表面積の推定では,アルミネート相の反応率とC_3AH_6生成量のみを把握すればよいことを明らかにした.(4)高炉スラグ微粉末とシリカフユームを併用した配合においては,空隙構造の屈曲度の増加により塩化物イオン実効拡散係数は大きく低下した.屈曲度の増加は,水和物の大部分を占めるC-S-HのC/S比が低下し,C-S-Hの比表面積が増加したことが原因であることを明らかにした.(5)養生条件の相違がコンクリートの諸特性に及ぼす影響の程度は結合材種類により異なること,同程度の圧縮強度を有する高温養生コンクリートと常温養生コンクリートとでは収縮特性,物質移動特性が大きく異なることを明らかにした.本研究は,種々の材料・配合および養生条件のコンクリートの性能を的確に評価する手法を構築することを目的として,以下の二つの検討を行った.i)セメント系硬化体が水和物の集合体であることから,水和物個々の性質を明らかにし,それを積算していくことによって,硬化体全体の物理化学的特性を評価する.ii)材料・配合・養生の異なるセメント系硬化体の水蒸気吸着等温線を測定し,硬化体の空隙構造および物質移動性を評価する.その結果,以下のような成果を得た.1含水状態がC-S-Hの密度に及ぼす影響を明らかにし,C-S-Hの密度変化を考慮して各相対湿度におけるセメント硬化体の密度変化の傾向を推定することが可能であることを確かめた.2セメント硬化体の実効塩化物イオン拡散係数を,電気泳動法により得られた拡散係数と硬化体のゼータ電位から推定する方法を構築した.3セメント硬化体の水蒸気吸脱着等温線はヒステリシスを示し,吸着曲線と脱離曲線の差から硬化体の酸素拡散における屈曲度を評価できることを明らかにした.4初期高温履歴が硬化後の収縮ひずみに及ぼす影響を検討し,収縮ひずみの特に大きな結合材種類と初期高温履歴の組合せがあることを示した.さらに,本研究で構築するセメント硬化体性能評価手法の検証のための硬化体の力学特性,耐久性等の測定を行った.本研究は,種々の材料・配合および養生条件のコンクリートの性能を的確に評価する手法を構築することを目的として.以下の二点について検討を行った.1.セメント系硬化体が水和物の集合体であることから,水和物個々の性質を明らかにし,それを積算していくことによって,硬化体全体の物理化学的特性を評価する.2.材料・配合・養生の異なるセメント系硬化体の水蒸気吸着等温線を測定し,硬化体の空隙構造および物質移動性を評価する.その結果,以下の様な成果を得た.(1)C-S-HのC/S比により硬化体の塩分浸透抵抗性を評価でする手法を構築した.

さらに,塩分浸透抵抗性の向上を目的とした混和材の品質評価手法として,C-S-HのC/S比を低下させる能力を評価することが有効であることを示した.(2)酸素および塩化物イオン拡散性状を比較することで、物質移動に及ぼす電気的作用について明らかにした.さらに,電気的作用と相組成の関係について検討するとともに電気泳動法により求まる塩化物イオン拡散係数に対して電気浸透流が及ぼす影響度を定量的に評価した.(3)各種材料・配合のセメント系硬化体の水蒸気吸脱着等温線を測定し,水結合材比と混和材の使用が水蒸気吸脱着等温線,ひいては空隙構造に及ぼす影響を整理した.また,水蒸気吸着量から,水銀圧入法が対象とする径より微細な空隙径分布を評価する手法を構築した.(4)水蒸気吸脱着試験と水銀圧入法を比較することにより,インクボトル型空隙のボトルネックを毛細管空隙同士の連結を担う空隙として評価し,その量と空隙の複雑さの関係を明らかにした.26年度が最終年度であるため、記入しない。土木材料・施工・建設マネジメント26年度が最終年度であるため、記入しない。水和物の物性評価,硬化体の水蒸気吸着等温線の測定は,概ね計画通り進行している.また,硬化体の諸持性を水和物および水蒸気吸着等温線によって定性的に説明することが可能となっているため.昨年度測定できなかった長期材齢の硬化体の相組成のデータが蓄積されつつある.また,水和物の物理的化学性質から硬化体のマクロな性質を評価できる手法が構築されつつあるため.26年度が最終年度であるため、記入しない。前年度に引き続き,合成水和物,硬化体を試料として,水和物の各種性質を測定する.特に長期材齢の測定結果を加える.また,前年度の測定で問題のあった試料の再測定を行う.前年度に引き続き,長期材齢の硬化体について種々の測定結果を行う.また,検証データとの比較によりパラメータ等を修正し,セメント硬化体の性能評価手法の精度を高める.26年度が最終年度であるため、記入しない。設備備品の納入が当初の計画より遅れたため,実験の進捗が若干遅れている.水和物の合成のための薬品類,硬化体作製のための材料費に充てる.予定した実験が一部実施できなかったため.実施できなかった実験を次年度に行い,予定した金額を次年度に支出する.
超高輝度極端パルスXFEL光を用いた光化学系II複合体の無損傷結晶構造解析

光化学系IIの結晶構造は放射線損傷を受けていることが指摘されていた。そこでSACLAのX線自由電子レーザー(XFEL)と何百の巨大で同型な結晶を用いてS1状態における無損傷構造を1.95A分解能で解析した。XFELによって決定したOECではMn-Mn原子間の距離がこれまでの結晶構造よりも0.1-0.2A短くなっていた。構造にもとづき,水分解反応の開始状態では酸素発生中心を構成するMnの価数はMn1が+3,Mn2が+4,Mn3が+4,Mn4が+3であることを明らかにした。これらの結果は水分解の反応機構を解明するための構造基盤を提供し,水分解の人工触媒合成のための設計図ともなり得ると期待される。光化学系II複合体のS1状態での無損傷結晶構造をXFEL施設SACLAを利用して1.95A分解能にて決定した。この構造解析の内容は論文発表した。光化学系II複合体は総分子量が約700kDaの巨大膜タンパク質複合体で、太陽の光エネルギーを利用して,水分子を電子とプロトンと分子状酸素へと分解する。この水分解反応の詳細なメカニズムの解明は再生可能でクリーンなエネルギーを作り出す人工光合成研究への応用に繋がると期待されている。水分解反応機構のモデルでは、基質の水分子は酸素発生中心(OEC)によって電子を一つずつ引き抜かれ、S0S3の四つの反応中間体を経て、プロトンと酸素分子へと分解される。これまでに反応開始状態に相当するS1状態におけるPSIIの結晶構造は放射光で1.9 A分解能で解析され、OECの組成がMn4CaO5クラスターであり、その構造が歪んだ椅子型であることが示されていた。この放射光で決定した構造は放射線損傷の影響を受けている可能性があったため、申請者らはX線自由電子レーザー(XFEL)施設SACLAの超高輝度極短X線パルスの特性を利用して無損傷構造解析を行い、天然状態のOECの原子構造を1.95 A分解能で決定した。このOEC無損傷構造から、水分解反応のスキームを幾つかに絞ることに成功した。XFELを用いた構造解析ではシンクロトロンの実験以上に結晶が必要となるので、初年度はサンプルが十分に供給できるシステムを立ち上げるのが目標であったが、培養装置の大型化によりサンプル量が倍増したため当初の計画以上に回折実験に使用できるサンプル量が増えた。そのためデータ収集が順調に進み、2ヵ年にわたってデータ収集する予定であったが初年度で全てのデータを収集することができた。加えてXFELの光源の安定性が向上したため、高分解能のデータを収集することができた。構造生物化学XFELを利用した無損傷構造を決定する手法が確立したこと、XFEL実験に必要なサンプル量が確保できるようになったことは大きな進展である。今後は中間体状態の構造解析を視野に入れ、中間体状態をトラップする方法を条件検索して中間体の無損傷構造解析に進展させる予定である。購入予定の物品を学内で譲り受けたため、使用額が生じた。生じた使用額は翌年に試薬の購入に当てる予定である。
半導体微結晶を用いた三次光学非線形素子の研究

本研究の目的は、半導体CdS_xSe_<1-x>微結晶における光と電子の相互作用による三次光学非線形効果の増大機構を解明することと、これを光機能素子に応用してその有用性を実証することである。共鳴波長に近い励起光源で発生した非線形光学効果を、共鳴領域から離れた波長の信号光で利用することによって、光吸収の小さい波長域で大きな屈折率変化を得る点に研究の特徴がある。これにより、素子設計の自由度も高くなる。この効果を利用するためには、まず励起光とは異なる波長で生ずる三次非線形光学効果を明確にする必要がある。研究内容と得られ成果を次にまとめる。1.半導体微粒子の三次光学非線形係数の定式化ガラス母材中にCdS_xSe_<1-x>半導体微結晶が分散した材料(半導体ドープガラス)について、三次光学非線形係数を決定するモデルを構築し、非線形屈折率係数ならびに非線形吸収係数の定式化を行った。2.光制御形光スイッチング素子の設計モデリングを行った三次光学非線形係数に基づき、ブラッグ反射形の光制御形光スイッチならびに非線形方向性結合器を設計した。設計したデバイスの特徴は、信号光とは異なる波長の光を制御光として用いることで、信号光と同じ波長の制御光で制御する場合に比べてスイッチングに必要な光パワーが低減できることである。本研究の目的は、半導体Cds_xSe_<1-x>微結晶における光と電子の相互作用による三次光学非線形効果の増大機構を解明することと、これを利用した光機能素子を製作してその有用性を実証することである。本研究は、共鳴波長に近い励起光源で発生した非線形効果を共鳴領域から離れた波長の信号光で利用することで、光吸収の小さい波長域で大きな非線形効果を得、素子設計に大きな自由度を与えることに特長がある。この効果を利用するためには、励起光とは異なる波長で生ずる三次非線形光学効果を明確にする必要がある。この目的に沿って行った今年度の研究内容と得られ成果を次にまとめる。1.半導体微粒子の三次光学非線形効果を記述する理論モデルの確立CdS_xSe_<1-x>半導体微結晶がガラス母材中に分散した材料(半導体ドープガラス)について、励起子モデルに基づいて三次光学非線形係数を計算するモデルを構築した。2励起子励起状態までを考慮し、微粒子の粒径分布、共鳴波長の異なる半導体組成が分布して分散している状態についても考慮し、正確な記述を行った。2.三次線形係数の測定系の整備励起光波長とは異なる波長の光電磁場が受ける三次光学非線形係数を測定するために、半導体ドープガラスで形成した光共振器を試料とする測定系を整備した。3.光制御形光スイッチング素子の設計と製作プロセスの確立信号光と同じ波長で制御するよりも小さな光電力でスイッチングすることが可能であることを実証するために、1.のモデルに基づいて素子の設計を行った。また、これを試作するための製作プロセスをほぼ確立した。1.半導体微粒子の三次光学線形係数の定式化ガラス母材中にCdS_xSe_<1-x>半導体微結晶が分散した材料(半導体ドープガラス)について、三次光学非線形係数を決定するモデルを構築し、非線形屈折率係数ならびに非線形吸収係数の定式化を行った。

2.光制御形光スイッチング素子の設計ならびに試作モデリングを行った三次光学非線形係数に基づき、ブラッグ反射形の光制御形光スイッチならびに非線形方向性結合器を設計した。設計したデバイスの特徴は、信号光とは異なる波長の光を制御光として用いることで、信号光と同じ波長の制御光で制御する場合に比べてスイッチングに必要な光パワーが低減できることである。
実用追従制御法に基づいた外乱とノイズに強い飛行船の最適制御系の設計と屋外飛行実験

本研究の目的は、実用的な飛行船の自動航行制御システムを開発することである。本研究では、非線形かつ非ホロノミックな飛行船に対する実用追従制御手法に基づいた新しい最適制御系の設計法を開発した。提案する制御法は、追従偏差に許容誤差を導入する新しいアイデアにより、非ホロノミック・非線形な制御対象を厳密に線形化できるため,過渡応答や外乱抑制の最適化やコントローラ設計の簡単化を達成した。飛行実験やシミュレーションにより成果の有用性を実証した。本研究の目的は、屋外飛行のための実用的な飛行船の自動航行制御システムを開発し、屋外飛行実験により有用性を実証することである。この鍵となる制御法が「実用追従制御法」であり、追従誤差を零でなく、任意に与えられた値以下に保証することを目的とする。本研究代表者は、この手法により制御対象の非線形性・非ホロノミック性を緩和できることに着目し、車両型ロボットなどの簡単な非線形系に応用した。さらに非線形系の制御問題をある簡単な線形系の制御問題に帰着させ、目標値追従を達成する低ゲインフィードバック補償器の設計に成功した。以上の背景の下、平成25年度はつぎの2点を明らかにした。・実用追従制御系の設計と最適化:まず、本応募者が提案した車両型移動ロボットの実用追従制御法を、3次元空間で運動する飛行船に拡張し、目標値追従を達成する低ゲインフィードバック補償器を設計した。つぎに、評価関数と入力変換の工夫により、飛行船の非線形最適制御問題を、ある線形系の標準的な最適制御問題に帰着させ解き、過渡応答と制御入力を最適化した。同定実験により得られた小型飛行船の物理パラメータに基づいた数値シミュレーション実験を行い、有効性を検証した。・屋外用飛行船の改良・データ解析・同定・評価:まず、屋外実験用飛行船(現有設備)について、アクチュエータやセンサの種類・数量・配置などを再検討し、高い運動性と風などの外乱に強いシステムの設計を行った。その後、屋外用実験機に必要なパラメータ(飛行船や翼の空力係数など)の同定を飛行実験などにより求め、同時に、飛行船の運動テータの取得とコンピュータシミュレーションによる解析を行った。本研究の目的は、従来法の問題点を解決する実用的な飛行船の自動航行制御システムを開発し、屋外飛行実験により有用性を実証することである。本研究代表者、この手法により制御対象の非線形性・非ホロノミック性を緩和できることに着目し、車両型ロボットなどの簡単な非線形系に応用した。以上の背景の下、平成26年度は次の2点を明らかにした。・4元数に基づいた制御系の設計:姿勢角に4元数表現を導入し、運動範囲を広げ、大域的な3次元目標軌跡に対して追従制御を達成する補償器を設計した。入力変換の工夫により、4元数に基づいた飛行体の非線形制御問題を、ある簡単な線形システムの安定化制御問題に帰着させ、設計を容易にした。同定実験により得られた小型飛行船の物理パラメータに基づいた数値シミュレーション実験を行い、有用性を確認した。・未知風外乱適応制御系の設計:未知の風外乱をオンライン推定・抑制し、飛行船の揺れを軽減しながら、目標軌跡追従を達成する実用追従制御系を設計した。風外乱が時間変化する場合の揺れの最悪値解析や外乱の抑制速度を任意に指定できる手法なども提案した。本研究の目的は実用的な飛行船の自動航行制御システムを開発することである。この鍵となる制御法が、本研究代表者が開発した「実用追従制御法」であり、追従偏差を漸近的に零に保証するのではなく、許容誤差を導入することにより、追従可能な目標経路のクラスの拡張、制御対象の非線形性・非ホロノミック性の緩和などの利点をもつ。本研究期間(平成2527年度)での具体的な研究成果は以下のとおりである。1)まず、実用追従制御法の適用可能なクラスを拡張した。これまで実用追従制御法は、制御対象として車両型移動ロボットに限定され、運動も2次元平面内に限定されていたが、本研究では、この制御法を3次元空間で運動する飛行体に拡張した。その結果、飛行船などの飛行体に対して、3次元空間での目標値追従を達成できるフィードバック補償器の設計法を開発した。入力変換などを工夫することで、飛行船の非線形最適化問題を、ある線形系の標準的な最適化問題に帰着させ、過渡応答などを最適化し、設計法も簡単化できた。さらに、目標軌跡の曲率に合わせて、最適な許容誤差を自動調整できる手法も開発し、過渡応答や制御入力などを緩和した。2)姿勢角に4元数表現を導入し、運動可能な範囲を広げ、追従可能な3次元目標軌跡のクラスを拡張した。4元数に基づいた飛行体の非線形制御問題を、入力変換などを工夫することで、ある線形系の標準的な安定化制御問題に帰着させ、設計法を容易にした。

3)飛行船の動きなどのデータを用いて、風力などの外乱を推定する実用的な外乱オブザーバや、その推定値を用いてオンラインで制御器を自動調整することで、風外乱の状況下でも目標軌跡にすばやく追従できる新しい未知風外乱適応型の追従補償器を導出した。以上の成果は、同定実験により得られた小型飛行船の物理パラメータに基づいた数値シミュレーションや実験により、有用性を実証した。本研究の目的は、実用的な飛行船の自動航行制御システムを開発することである。本研究では、非線形かつ非ホロノミックな飛行船に対する実用追従制御手法に基づいた新しい最適制御系の設計法を開発した。提案する制御法は、追従偏差に許容誤差を導入する新しいアイデアにより、非ホロノミック・非線形な制御対象を厳密に線形化できるため,過渡応答や外乱抑制の最適化やコントローラ設計の簡単化を達成した。飛行実験やシミュレーションにより成果の有用性を実証した。本年度の研究目的は、14元数に基づいた制御系の設計と2未知風外乱適応制御系の設計である。第一の目的である、「4元数に基づいた制御系の設計」については、交付申請書に記載の通り、まず、本研究代表者が提案した実用追従制御法を、従来のオイラー角ではなく、4元数に基づき記述された飛行体に拡張し、オイラー角表現での問題点であった運動範囲の制約を緩和し、大域的な3次元目標軌跡に対して追従制御を達成する補償器を設計した。そして、同定実験により得られた小型飛行船の物理パラメータに基づいた数値シミュレーション実験を行い、有用性を確認した。一方、第二の目的である、「未知風外乱適応制御系の設計」については、交付申請書に記載の通り、未知の風外乱をオンライン推定・抑制し、飛行船の揺れを軽減しながら、目標軌跡追従を達成する実用追従制御系を設計した。その後、風外乱が時間変化する場合の揺れの最悪値解析や外乱の抑制速度を任意に指定できる手法なども提案し、同定実験により得られた小型飛行船の物理パラメータに基づいた数値シミュレーション実験を行い、有用性を確認した。以上の理由により、おおむね順調に進展している。制御工学平成27年度は最終年度であるため、これまで得られた実用的な制御手法を小型の飛行体を用いた飛行実験により検証と評価を行い、理論と実機を同時に見直しながら研究を進めていく。また、平成25年度と26年度の研究中、「実用追従制御法」に関して、研究してみて初めて分かった知見がいくつかあった。その重要なものの一つが、飛行船の姿勢角の応答と目標軌跡の関係である。「実用追従制御法」では、追従偏差を任意に与えられた値以下に保証する新しい制御手法で、制御対象の非線形性・非ホロノミック性を緩和できる利点を持つ。しかし追従偏差は零ではないため、目標軌跡とフィードバックコントローラのパラメータの与え方により、飛行体の姿勢が振動的になりやすいという問題点をもつ。そのため、平成26年度では、その新たな研究課題についても研究し、目標軌跡の生成法として、「三角法」とよぶ新しい手法を提案できた。この手法は、現在の情報だけでなく、未来の情報も利用することで、姿勢の振動を軽減できる効果をもつ。以上により、今後は実用性向上のため、この新たな研究課題と制御手法を含め、交付申請書に記載のスケジュールで研究を進める予定である。本年度の主な研究目的は、1実用追従制御系の設計と最適化と2屋外用飛行船の改良・データ解析・同定・評価の2点である。
生体内分子に着目した高感度環境影響評価法の構築

近年,廃棄物の処理→再利用という循環型社会の動きが活発になっている。しかしながら,廃棄物の処理過程においては,ダイオキシン類の発生に代表されるような予想だにしない処理副産物質の生成が伴う。これら副産物質について,適切なリスク評価がされないまま環境中に放出されることにより,我々の生活が脅かされることが危惧される。一方で,従来の生体影響評価は主に生物の生死によって判断してきたため,(1)感度が低い(2)生死以外の情報がない(3)判定までに時間がかかる等の問題があった。特に影響物質の取りこぼしを防ぎ環境中に放出させないようにするという観点より,検出システムの感度は重要であると考えられる。環境と調和した健全な経済活動と安全・安心な国民生活の実現を図るために,高感度影響評価システムの構築が望まれる。本研究では生体影響評価について従来法では全く考えられていない生体分子の動きに着目した新規高感度評価系の構築を行うことを目的とした。細胞は外界からのストレスに応じて,種々の防御タンパク質を発現する。ストレス応答タンパク質の一つであるp21は熱ストレス,紫外線,電離性放射線,化学物質等によりDNAが損傷を受けると細胞周期の進行を停止し,修復を促すために発現してくるタンパク質である。本研究では上記目的を達成するためにストレス応答分子であるp21に着目し,p21-GFPの恒常発現細胞CHO-p21を作製した。CHO-p21細胞の基本的性質を把握するためにp21のinducerとしては既知であり,かつ変異原性があるとされている熱処理による検討を行った。熱処理による影響を細胞の生存率を指標にした場合には検出することができなかったが,p21-GFPの発現を指標にすることで,非常に感度よく検出することが可能であった。また代表的な環境汚染物質であり,発ガン性が示唆されているベンゾピレンの酸化体を作用させた場合においても生存率に変化を与えない低濃度暴露影響をp21を指標として高感度にその影響を検出することが可能であった。当システムが有害化学物質のスクリーニング等の際に有効であることが示された。21世紀を向かえ、限りある資源を大切にするために循環型社会の実現が重要である。それに伴い、廃棄物の処理→再利用という動きが今後、ますます加速すると考えられる。しかしながら、廃棄物の処理過程においては、ダイオキシン類の発生に代表されるような予想だにしない処理副産物質の生成が伴う。これら副産物質について、適切なリスク評価がされないまま環境中に放出されることにより、我々の生活が脅かされることが危惧される。一方で、従来の生体影響評価は主に生物の生死によって判断してきたため、(1)感度が低い(2)生死以外の情報がない(どのような影響で生物死が起こるのか不明)(3)判定までに時間がかかる等の問題点があった。特に影響物質の取りこぼしを防ぎ環境中に放出させないようにするという観点より、検出システムの感度は重要であると考えられる。環境と調和した健全な経済活動と安全・安心な国民生活の実現を図るために、高感度影響評価システムの構築が望まれている。そこで本研究では生体影響評価について従来法では全く考えられていない生体分子の動きに着目した新規高感度評価系の構築を行うことを目的とした。細胞は外界からのストレスに応じて、種々の防御タンパク質を発現する。ストレス応答タンパク質の一つであるp21は熱ストレス、紫外線、電雌性放射線、化学物質等によりDNAが損傷を受けると細胞周期の進行を停止し、修復を促すために発現してくる重要なタンパク質である。このようなことより、p21が新規高感度評価系構築のためのターゲット生体内分子になりうると考えた。本研究では上記目的を達成するためにストレス応答分子であるp21に着目し、P21-GFPの恒常発現細胞CHO-p21を作製した。CHO-p21細胞の基本的性質を把握するためにp21のinducerとしては既知であり、かつ変異原性があるとされている熱処理による検討を行った結果、熱処理による影響を細胞の生存率を指標にした場合には検出することができなかったが、p21-GFPの発現を指標にすることで、非常に感度よく検出することが可能であった。今後、環境汚染物質等をはじめとする化学物質を作用させ、当システムが有害化学物質のスクリーニング等の際に有効であるかどうかを検討する予定である。また、ストレス負荷後、p21-GFPはクロマチン画分において集積しfociを形成することが判明した。このfociがどのような理由で形成されているのか(DNA損傷部に集積しているのか、クロマチンの高次構造が崩れるために集積するのか等)については今後の検討予定である。

環境と調和した健全な経済活動と安全・安心な国民生活の実現を図るために,高感度影響評価システムの構築が望まれる。本研究では生体影響評価について従来法では全く考えられていない生体分子の動きに着目した新規高感度評価系の構築を行うことを目的とした。細胞は外界からのストレスに応じて,種々の防御タンパク質を発現する。ストレス応答タンパク質の一つであるp21は熱ストレス,紫外線,電離性放射線,化学物質等によりDNAが損傷を受けると細胞周期の進行を停止し,修復を促すために発現してくるタンパク質である。本研究では上記目的を達成するためにストレス応答分子であるp21に着目し,p21-GFPの恒常発現細胞CHO-p21を作製した。CHO-p21細胞の基本的性質を把握するためにp21のinducerとしては既知であり,かつ変異原性があるとされている熱処理による検討を行った。熱処理による影響を細胞の生存率を指標にした場合には検出することができなかったが,p21-GFPの発現を指標にすることで,非常に感度よく検出することが可能であった。また代表的な環境汚染物質であり,発ガン性が示唆されているベンゾピレンの酸化体を作用させた場合においても生存率に変化を与えない低濃度暴露影響をp21を指標として高感度にその影響を検出することが可能であった。当システムが有害化学物質のスクリーニング等の際に有効であることが示された。
真空中におけるポジトロニウム超微細構造の直接測定

ポジトロニウムのオルソ-パラ準位差(超微細構造)に相当する203GHzの大強度電磁波を用い、ポジトロニウム超微細構造の直接遷移の観測および遷移曲線の測定を行った。大強度ミリ波源のジャイロトロンと熱伝導率が高い高抵抗シリコン上に蒸着した金メッシュ鏡を用いたファブリー・ペロー共振器を用いることで、超微細構造の遷移中心では10シグマを越える遷移が確認でき、また複数の周波数で遷移を測定することで遷移曲線が確認できた。本研究は電子と陽電子の束縛系であるポジトロニウムのオルソーパラ準位差(超微細構造)を測定することで、束縛系QED(量子電磁力学)の精密検証を行い、素粒子標準理論を越えた現象を探ることを目標とする試みである。これまでポジトロニウム超微細構造は理論と実験の間にわずかにずれが見つかっているが、実験は間接測定しか行われておらず、直接測定を行う意義が高い。我々は直接測定を目指す実験を2008年に立ち上げ、これまでに超微細構造の中心値付近で遷移の兆候を確認していた。本研究期間では、この遷移のより確実な検証と、複数の周波数で遷移率を測定することによる超微細構造曲線の確認を目指した。上記目標の達成のためには、より強く周波数可変なミリ波光源の開発やより多くのパワーを効率的に蓄えられる共振器が必要となった。ミリ波光源については、福井大学と共同でガウシアンモード変換機能を内蔵したジャイロトロンを開発することで、より多くのパワーを共振器に導けるようになった。このジャイロトロンは、中心部の共振器を換装でき、これにより複数周波数による測定に対応した。共振器については、ジャイロトロンの高いパワーに従来の石英基板上に蒸着した金メッシュ鏡では対応できない(溶けてしまう)ため、抜本的に改良する必要があった。一つの対策として、銅板グレーティングとリング共振器を用いたセットアップを考案し、実際に製作、テストを行った。より熱伝導率が高い高抵抗シリコン上に蒸着したメッシュも開発し、メッシュの周囲から銅パイプを介して水冷を行う機構を追加し、性能評価、冷却試験を行った。高抵抗シリコン基板を用いたメッシュ共振器を用いてジャイロトロンを複数の周波数で運転し、遷移測定を行った。遷移中心では10シグマを越える遷移が確認でき、周辺では遷移確率が下がっており遷移曲線が確認できた。今後詳細な評価を進め、超微細構造の決定を行う。ポジトロニウムは,電子・陽電子が束縛された準安定な系であり,束縛系の量子電磁力学(QED)の精密検証を行う上で重要な研究対象である.ポジトロニウムの超微細構造(HFS)は束縛系QED計算の進歩により近年2ppmの精度で求められ,以前の測定(3.3ppm精度)と3.9σのずれがある.過去の実験はすべてゼーマン効果を用いた間接測定であり,未知の系統誤差の影響を検証するため、本研究では先進的なミリ波大強度光源および光学共振器を用いたポジトロニウムの超微細構造遷移の直接観測を行っている。平成23年度は前年末からの直接遷移の観測実験を継続し、得られた結果の妥当性を精密に評価した。測定では、陽電子の生成時間のタグおよびアクシデンタルバックグラウンドの除去のための特別な測定によりS/N比を向上させ、系統誤差を含めて5.4σで直接遷移の観測を確認した。また、いくつかの光源強度で遷移測定を行い、遷移確率が光源強度に比例していることも確かめた。光源強度測定の精度評価を精密に行い、直接遷移の遷移確率としてA = 3.1 (+1.6 ー1.2)x 10^-8 /secを得た。これは理論予想3.37x 10^-8 /secとよく一致している。また、HFS値の精密決定のための開発研究を合わせて開始した。HFS値の精密決定のためには共振器内の蓄積パワーを増やす必要があり、そのためには耐熱性の高い銅板グレーティングを用いることが有用である。このような高いフィネスの共振器を銅板グレーティングで実現した例はこの周波数帯域では知られていない。シミュレーションによりグレーティングのパラメータを最適化し、試験を行った結果、金属メッシュを用いた従来のファブリー・ペロー共振器と同程度の性能が得られた。当初の計画と比べると、平成22年度末に兆候が見られた直接遷移の測定結果をより精密に確認することになったため、次の精密測定に向けた開発項目はやや遅れている。当初予定していた周波数可変のジャイロトロンについては、製作・測定を行ったものの、期待していた周波数可変性が現存のセットアップでは得られないことが測定の結果判明し、本実験への採用はいったん見送られることとなった。その代わりに共振部を交換可能なジャイロトロンを製作し、複数の共振部を交換することで周波数を変化させることにした。そのための測定は進んでおり、平成24年度はこれらの複数の共振部を用い遷移測定を行うことになる。グレーティングを用いたリング共振器の開発は当初の予定通り進んだ。

ただし、ポジトロニウムの生成・検出効率の関係から従来のファブリー・ペロー型の方が最終的な性能が高い可能性があることも判明し、現在従来型のメッシュで耐熱性を上げるセットアップの可能性も検討している。真空での実験については、現在進んでいる精密測定の次のステップとして位置づけられたため開発は中断している。また、周波数測定とモニタリングに関しては、試験セットアップでの測定を行い周波数測定が行えることを確認した。継続的なモニタリングシステムの具体的な開発検討を現在行っている。平成24年秋から第一回のHFS値測定実験を予定している。5個のジャイロトロン共振器を用い、それぞれ準備含め1ヶ月程度の測定期間で、半年程度での測定を予定する。そのために本年前半で、用いる外部共振器の決定のためのシリコン基板上メッシュの製作・試験、新しいジャイロトロンに適合した光学系の開発、周波数モニタリングシステムの構築、共振器に適合したポジトロニウム生成・測定系セットアップを行う。平成24年度中にははじめての直接遷移を用いたポジトロニウム超微細構造の測定値が得られる見込みである。光学系の試験のために石英結晶による半波長板を購入し、またシリコン基板上のメッシュ蒸着を行う。シリコン基板は前年の実験で窓板として購入したものを流用し費用を節減する。その他、国際学会発表の旅費等にも用いる。
天疱瘡モデルマウスを用いた病因的デスモグレイン3反応性T細胞の解析

本年度はデスモグレイン(Dsg)3反応性T細胞株の統計学的解析を可能とするために、昨年度に引き続きさらに多数のT細胞株を樹立し、病原性関連因子の同定を試みた。1.Ds3反応性T細胞株の樹立。昨年度と同様に、Dsg3^<-/->マウス両足底をrmDsg3で免疫後、膝窩リンパ節細胞をin vitroにおいてrmDsg3-1rmDsg3-5で刺激し、限界希釈法によりDsg3反応性T細胞株を合計15株樹立した。そのうちT細胞受容体Vβ鎖特異的なプライマーを用いたfamily PCRで合計9つのT細胞クローン株を確認した。全ての株はMHC class II拘束性の反応性を示したが、サイトカイン発現パターンやケモカイン受容体発現パターン、Vβgene usageとT細胞エピトープは様々であった。2.Ds3反応性T細胞性の確認。全15株についてin vivoにおける病原性を次の様に評価した。rmDsg3で免疫したDsg3^<-/->マウス脾臓からB220陽性細胞を磁気ビーズで単離し、樹立した各T細胞株とともにRag2^<-/->マウスに移植した。その結果、15株中6株のT細胞株では、移植後にRag2^<-/->マウスの血清抗Dsg3抗体価が上昇し、口蓋粘膜の棘融解像を認め、病原性を有する株であったが、9株は病原性を有さなかった。3.Dsg3反応性T細胞株の病原性と関連する因子の抽出。全15株の上記特性と病原性との関連を統計学的に解析した結果、IL-4とIL-10が病原性と有意に関連した(P=0.04)。また、他のサイトカインやケモカイン受容体、Vβgene usage、T細胞エピトープは関連しなかった。本年度の検討で、Dsg3反応性T細胞株の病原性関連因子としてIL-4およびIL-10を抽出した。今後は、同分子の治療標的としての可能性について検討していく。本年度はデスモグレイン(Dsg)3反応性T細胞クローン株を樹立するため、マウス免疫用、T細胞刺激用の抗原を作成し、クローニング作業をすすめ、以下のような結果が得られた。1.T細胞刺激用のDsg3抗原の作成精製。大腸菌の発現系を用いてDsg3細胞外領域を5つのmDsg3断片(rmDsg3-1rmDsg3-5)に分割し、maltose-binding protein (MBP)との融合タンパクとして発現、精製した。それぞれの精製リコンビナント蛋白の純度はSDSポリアクリルアミド電気泳動後のクマシーブルー染色により評価し、いずれも95%以上であった。また、バキュロウイルスベクターを用いて昆虫細胞の培養系でmDsg3の細胞外ドメインとE-tag、His-tagとの融合タンパク(rmDsg3)を発現、精製した。純度はおよそ80%であった。3.Dsg3反応性T細胞クローン株の病原性の確認。2株についてin vivoにおける病原性を確認した。あらかじめrmDsg3で免疫したDsg3^<-/->マウス脾臓からCD4およびCD8陽性細胞を除去した後に、B220陽性細胞を磁気ビーズで単離し、培養T細胞クローン株とともにRag2^<-/->マウスに移植した。その結果、Th0型クローン株を移植したRag2^<-/->マウスでは血清抗Dsg3抗体価上昇、口蓋粘膜の棘融解像、皮膚びらんをみとめたが、Th1型T細胞クローン株を移植したマウスでは認めなかった。本年度の検討で、Dsg3反応性T細胞クローン株を効率よく樹立できることが分かった。現在までのところ、T細胞株の数が少なく、病原性と関連するT細胞の因子は不明であるが、来年度は数を増やすことによって、それを明らかにしていく予定である。

その結果、15株中6株のT細胞株では、移植後にRag2^<-/->マウスの血清抗Dsg3抗体価が上昇し、口蓋粘膜の棘融解像を認め、病原性を有する株であったが、9株は病原性を有さなかった。3.Dsg3反応性T細胞株の病原性と関連する因子の抽出。全15株の上記特性と病原性との関連を統計学的に解析した結果、IL-4とIL-10が病原性と有意に関連した(P=0.04)。また、他のサイトカインやケモカイン受容体、Vβgene usage、T細胞エピトープは関連しなかった。本年度の検討で、Dsg3反応性T細胞株の病原性関連因子としてIL-4およびIL-10を抽出した。今後は、同分子の治療標的としての可能性について検討していく。
妊娠糖尿病発症メカニズムを基盤とした疾患モデルマウスの開発

メラトニンは、セロトニンからarylalkylamine N-acetyltransferase(AANAT)によるN-acetyl serotonin(NAS)の産生を経て、hydroxyindole O-methyltransferase(HIOMT)により生成される。膵β細胞において、セロトニンはインスリン分泌促進及び妊娠期における膵β細胞増殖に関与すること、また、セロトニンから変換され生成されるメラトニンもインスリン分泌調節に関わることが報告されている。そこで本研究では、膵β細胞におけるメラトニンシグナリングの意義を解明し、妊娠糖尿病との関連を明らかにすることを目的とした。今年度は、C57BL/6Jマウス単離膵島およびβ細胞株INS-1細胞を用いて、NASが細胞内Ca2+濃度([Ca2+]i)変化及びインスリン分泌に及ぼす効果、INS-1細胞におけるNASの生成について解析を行った。16.7 mMグルコース刺激により発生する[Ca2+]iオシレーションに対して、NASは濃度依存的に抑制した。グルコース誘発インスリン分泌も30 μM NAS処置により有意に抑制された。NASのこれらの作用は、非選択的メラトニン受容体阻害薬であるluzindoleにより抑制されたが、MT2受容体選択的阻害薬4-P-PDOTではluzindoleほどの抑制は認められなかった。以上より、膵β細胞において、NASは主にメラトニンMT1受容体を介してインスリン分泌を抑制することが示唆された。次に、膵β細胞におけるNASの合成を検討するため、HPLCを用いてINS-1細胞の培養上清中のNASを定量した。しかし、500 μMセロトニン存在下においても、INS-1細胞の培養上清中にNASを検出することはできなかった。すなわち、NASがINS-1細胞で生成されていることを支持する結果は得られなかった。初年度の検討により、以下のように、当初予想していたのとは異なる結果が得られている。まず、ゲノムワイド関連解析(GWAS)により見出された妊娠糖尿病患者におけるMTNR1B遺伝子の変異から、妊娠糖尿病ではメラトニンMT2受容体の発現が上昇することが示唆されていたことから、膵β細胞ではNASはMT2受容体アゴニストとして作用するという予想をしていたが、NASのインスリン分泌抑制効果は主にMT1受容体を介することが示唆された。そこで今後は、妊娠糖尿病ではMT2受容体の発現が上昇することをふまえて、MT2受容体を過剰発現させたβ細胞株を用いた検討を追加する。また、HPLCを用いてβ細胞株の培養上清中のNASの定量を行ったが、NASは検出できなかった。そこで、NASの前駆物質であるセロトニンを培養液に添加してみたが、それでもNASは検出できなかった。β細胞におけるNAS産生酵素であるAANATの発現は確認しているので、NAS産生のためには何らかの刺激が必要であると考え、現在、種々の刺激条件下におけるAANATの発現変化について検討している。以上のように、当初の研究計画とは部異なる点も出てきているが、新たな研究の発展が見込まれることから、おおむね順調に進展していると判断した。膵β細胞ではセロトニンからNASが生成され、オートクリンとしてメラトニンMT2受容体を活性化することでインスリン分泌を抑制するという機構の証明を引き続き目指す。並行して、この機構が妊娠糖尿病と関連する可能性について検証する。GWASにより見出された妊娠糖尿病患者におけるMTNR1B遺伝子の変異では、MT2受容体の発現が上昇することが示されている。膵β細胞においてNASがインスリン分泌抑制作用を示すことは証明できたが、通常状態では作用発現に高濃度を要し、さらに主に働くのはMT1受容体であることが示唆された。そこで、妊娠期には、NASのインスリン分泌抑制作用にMT2受容体が関与する可能性を検証する。妊娠期の膵β細胞におけるMT2受容体の発現の検討、セロトニン刺激によるMT2受容体発現の変動、及びINS-1細胞にMT2受容体を過剰発現させた時のNASの作用を検討する。また、β細胞株の培養上清中にNASが検出できなかったことから、NAS産生酵素であるAANATによるNAS産生には何らかの刺激が必要であると考え、種々の刺激条件下におけるAANATの発現変化を検討する。AANATの発現上昇が認められた条件下で、再度、HPLCを用いて、培養上清中のNASを検出する。さらに、妊娠期の膵β細胞におけるAANAT及びNASの発現変化を免疫染色及びウェスタンブロットにより解析するとともに、単離膵島ライセート中のNASをHPLCにより定量して、非妊娠期と比較する。以上より、膵β細胞におけるNASの生理学的意義の確立とともに、妊娠期におけるメラトニンシグナル関連分子の変化を調べることにより、NASの妊娠糖尿病との関連について検証する。

今年度は、C57BL/6Jマウス単離膵島およびβ細胞株INS-1細胞を用いて、NASが細胞内Ca2+濃度([Ca2+]i)変化及びインスリン分泌に及ぼす効果、INS-1細胞におけるNASの生成について解析を行った。16.7 mMグルコース刺激により発生する[Ca2+]iオシレーションに対して、NASは濃度依存的に抑制した。グルコース誘発インスリン分泌も30 μM NAS処置により有意に抑制された。NASのこれらの作用は、非選択的メラトニン受容体阻害薬であるluzindoleにより抑制されたが、MT2受容体選択的阻害薬4-P-PDOTではluzindoleほどの抑制は認められなかった。以上より、膵β細胞において、NASは主にメラトニンMT1受容体を介してインスリン分泌を抑制することが示唆された。次に、膵β細胞におけるNASの合成を検討するため、HPLCを用いてINS-1細胞の培養上清中のNASを定量した。しかし、500 μMセロトニン存在下においても、INS-1細胞の培養上清中にNASを検出することはできなかった。すなわち、NASがINS-1細胞で生成されていることを支持する結果は得られなかった。初年度の検討により、以下のように、当初予想していたのとは異なる結果が得られている。まず、ゲノムワイド関連解析(GWAS)により見出された妊娠糖尿病患者におけるMTNR1B遺伝子の変異から、妊娠糖尿病ではメラトニンMT2受容体の発現が上昇することが示唆されていたことから、膵β細胞ではNASはMT2受容体アゴニストとして作用するという予想をしていたが、NASのインスリン分泌抑制効果は主にMT1受容体を介することが示唆された。そこで今後は、妊娠糖尿病ではMT2受容体の発現が上昇することをふまえて、MT2受容体を過剰発現させたβ細胞株を用いた検討を追加する。また、HPLCを用いてβ細胞株の培養上清中のNASの定量を行ったが、NASは検出できなかった。そこで、NASの前駆物質であるセロトニンを培養液に添加してみたが、それでもNASは検出できなかった。β細胞におけるNAS産生酵素であるAANATの発現は確認しているので、NAS産生のためには何らかの刺激が必要であると考え、現在、種々の刺激条件下におけるAANATの発現変化について検討している。以上のように、当初の研究計画とは部異なる点も出てきているが、新たな研究の発展が見込まれることから、おおむね順調に進展していると判断した。膵β細胞ではセロトニンからNASが生成され、オートクリンとしてメラトニンMT2受容体を活性化することでインスリン分泌を抑制するという機構の証明を引き続き目指す。並行して、この機構が妊娠糖尿病と関連する可能性について検証する。GWASにより見出された妊娠糖尿病患者におけるMTNR1B遺伝子の変異では、MT2受容体の発現が上昇することが示されている。膵β細胞においてNASがインスリン分泌抑制作用を示すことは証明できたが、通常状態では作用発現に高濃度を要し、さらに主に働くのはMT1受容体であることが示唆された。
遺伝子機能の環境依存性に着目した代謝ネットワークのロバスト性機構の解明

大腸菌の遺伝子機能を解析するためには、その遺伝子が欠失したときの表現型や、遺伝子と表現型がどのようなネットワークにより制御されているかを知ることが重要である。しかし、従来の表現型解析はグルコースやLBなどの限られた培地条件でしかおこなわれていない。そこで(1)Phenotype MicroArrayで測定された1920種類の培地環境における大腸菌の野生株と一遺伝子欠失株の細胞増殖の違いを統計的に解析し、(2)大規模な中央代謝の数理モデルの構築することで、培地条件によって遺伝子の必要性が変化する「遺伝子の環境依存性」の解析を試みた。本研究は、遺伝子機能の環境依存性に着目した代謝のロバスト性機構の解明を目的として、大腸菌の野生株と欠失株を対象にPhenotype MicroArrayで測定されたデータに対し、無限関係モデル(IRM)とよばれるバイクラスタリングのアルゴリズムを適用した[1]。さらには、グルコース培地という環境条件に限定することで,解糖系を中心としたエネルギー代謝の数理モデルの計算機上に構築し、シミュレーションにより遺伝子の変異や欠失の影響を分析した[2]。加えて,代謝ネットワークを構成する酵素反応の比較法を提案した[3]。一方で,pgl-1欠失株に着目し、欠失株と野生株に対して、生育温度環境の違いに着目した2D-DIGEとLC-MS/MS、RT-PCRによる実験を行うことで、欠失株において、タンパク質やmRNAの発現量が大きく変動する遺伝子群を特定した[4]。そして、得られた技術を応用する形で、さまざまな共同研究を進めた[5,6]。本研究は「遺伝子機能の環境依存性に着目した大腸菌の代謝ネットワークのロバスト性機構の解明」を目的にしており、平成25年度の課題は「代謝ロバスト性の総合的モデル化と機能予測」であった。そこで当初予定通りに、大腸菌の野生株と欠失株を対象に大腸菌の生育の違いを明らかにするための数理モデル構築を行った。モデルの構築は、グルコース培地とグリセロール培地に着目して行われた。まず、代謝の定常状態から定常状態への継時的な変化であることから、Chassagnoleらの大腸菌の解糖系に関する微分方程式によるモデルを基に、大規模な数理モデルのパラメータ最適化および感度解析を行う手法を提案した[1]。さらにグルコース培地とグリセロール培地を想定したモデル構築をおこなった[2]。これまでグリセロールの取り込み系を含む中央代謝を再現したモデルとしてWangらのモデルがある。しかし、解糖系および簡略化されたTCA回路のみとその規模は小さく、グリセロールの取り込み系および解糖系やTCA回路を含む中央代謝全体を含めた大規模なモデル構築の報告はまだない。そこで本研究ではKadirらのモデルに,グリセロール培地で大腸菌を培養したときに活性化される糖新生経路、エントナー・ドゥドロフ経路、芳香族経路およびグリセロールの細胞内への取り込み系を追加し、大腸菌におけるグルコースおよびグリセロール代謝の動的モデルの構築を行っている。そして,Martinez-Gomeらによって実験的に測定されたグルコース培地とグリセロール培地での大腸菌K12由来JM101株の増殖と炭素源および酢酸,インドール濃度を再現を目指しモデルのパラメータ最適化を行った。さらには感度解析により、パラメータの変化が代謝ネットワークに与える影響を評価した。[1]Tohsato Y. et al., Genes, 2013.[2]Shionoya Y., Yukako Tohsato, et al. Genome Informatics, 2013 [poster].大腸菌の遺伝子機能を解析するためには、その遺伝子が欠失したときの表現型や、遺伝子と表現型がどのようなネットワークにより制御されているかを知ることが重要である。本研究は、遺伝子機能の環境依存性に着目した代謝ネットワークの頑強性機構の解明を目的としており、第一に、代謝の頑強性の制御機構のオミックスデータ解析による解明をめざし、大腸菌の野生株と欠失株に対する遺伝型とPhenotype MicroArrayにより測定された表現型の比較を行っている。その成果は4月に書籍として出版することができた[1]。加えて、pgl-1欠失株に着目し、欠失株と野生株に対して、生育温度環境の違いに着目した2D-DIGEとLC-MS/MS、RT-PCRによる実験を行うことで、欠失株において、タンパク質やmRNAの発現量が大きく変動する遺伝子群を特定した[2, 3, 4]。また、構造の似た化合物を効率的に発見する問題を扱っており、化合物や酵素反応の類似性を定量的に判定するアルゴリズムを開発した[5, 6]。研究実績:[1]Y. Tohsato, et al., Springer, 2011,[2] Y. Tohsato, et al., J. Proteomics, 2012 [3]A. Terasawa, Y. Tohsato, et al., 18th International C. elegans Meeting, 2011,