hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メタボリックシンドローム一次予防：活性酸素を介した老化関連遺伝子からのアプローチ

メタボリックシンドロームモデルラットであるSHRSP・Z-Lepr^<fa>/IzmDmcr(SP・ZF)において、酸化ストレスの亢進、UCP2mRNA発現量については、腎臓、心臓において亢進が認められた。以上のことから、UCP2発現異常は、活性酸素やNO産生調節に影響を与え、メタボリックシンドロームの病態に関与している可能性が示唆された。さらに、イソフラボンを多く含む葛蔓抽出物をSP・ZFに投与した結果、体重減少を伴い、血圧上昇抑制、脂肪肝改善等抗メタボリックシンドローム作用が認められた。SHRSPにZFのレプチン受容体変異を導入した新しいメタボリックシンドロームモデルラット(SHRSP・Z-Lepr^<fa>/IzmDmcr(SP・ZF))を用い、メタボリックシンドローム病態発症・進展のメカニズムの一端を解明することを目的とした。SP・ZFはヒトのメタボリックシンドロームと同様に内臓脂肪型高度肥満、重篤な高血圧を呈し、高脂血症、高血糖、さらに尿中にアルブミンとタンパク質の漏出が認められ、組織学的にも腎障害を起こしていることが確認された。24時間尿中NO_2^-+NO_3^-排泄量および8-OHdG排泄量においてSP・ZFで正常血圧ラット(WKY)や非肥満同胞(Lean)より有意に高値を示した。またUCP2mRNA発現量に関しては、心臓においてSP・ZFで発現亢進が確認され、腎臓ではWKYに比しSP・ZFとLeanにおいて発現亢進が認められた。以上の結果より、SP・ZFでは体内の活性酸素、遊離脂肪酸が増加しており、これらが心臓におけるUCP2mRNAの発現を亢進させていると考えられる。さらに、心臓におけるUCP2過剰発現はミトコンドリア内の代謝経路の破綻を引き起こし、これまでUCP2の機能の一つとして報告されている活性酸素の産生抑制機能を、SP・ZFでは失っていると示唆された。その結果、UCP2過剰発現に起因するATP不足、O_2消費の増加により心筋の機能低下を招き心血管疾患の発症に関与している可能性が考えられる。また、活性酸素の増加やNO bioavailabilityの低下が、循環器疾患の危険因子である高血圧の進展に関与していると考えられ、活性酸素抑制、つまり抗酸化物質によるメタボリックシンドロームモデル動物における予防研究の可能性が示唆された。昨年度病態発症機序の一端を明らかとしたメタボリックシンドロームモデルラット(SHRSP・Z-Lepr^<fa>/IzmDmcr(SP・ZF))を用い、イソフラボノイドを豊富に含有する葛蔓エタノール抽出物負荷によるメタボリックシンドローム病態予防のメカニズムの一端を解明することを目的とした。5週齢SP・ZFを1週間予備飼育後、3群(負荷群(I群)、ペアフィーディング群(C群)、自由摂食群(FC群))に分け、6週間負荷実験を行った。その結果、摂食量の差に起因してFC群において他の2群より肝臓湿重量が有意に高値を示した。また、スーパーオキシド産生に関与する大動脈中NADPHオキシダーゼサブユニットタンパク発現量について、I群において有意に低値を示した。また、血清脂質、尿中酸化ストレスマーカーおよび大動脈中iNOSタンパク発現量についてI群にて有意ではないが、低下傾向が認められた。しかし、体重、血圧については差が認められなかった。以上の結果から、SP・ZFに対する葛蔓由来イソフラボノイド負荷は、エストロゲン様作用による血清脂質の改善および抗酸化作用が明らかとなり、その抗酸化作用の機序としては、NADPHオキシダーゼを介した活性酸素の抑制、iNOS由来のNOの過剰発現抑制によるONOO^<-・>の低下によると推察された。よって、イソフラボノイド含有葛蔓エタノール抽出物による血管内皮機能の改善への効果が期待され、それに伴うメタボリックシンドローム病態改善の可能性が示唆された。昨年度の結果より、メタボリックシンドロームモデルラットにおいて、葛蔓エタノール抽出物により、血清脂質の改善がみられた。さらに、それがNOや活性酸素の影響による可能性が示唆され、そのメカニズムに興味が持たれる。しかし、葛由来イソフラボノイドや葛特有に含まれるプエラリンについての報告は限られており、科学的根拠もほとんど示されていない。そこで、その予防メカニズムについて検討するため、以下の加再加o系の実験を行う。1.葛蔓エタノール抽出物および葛蔓特有に含有することが知られているプエラリンを前駆脂肪細胞株3T3培養細胞に負荷し、効果を検討する。その結果、・葛蔓50%エタノール抽出は99.5%エタノール抽出と比較し、抽出効率が高く、また脂質代謝関連タンパクであるPPARs、CD36、sirt1のタンパク発現およびUCP2mRNAの発見が亢進していた。

・葛蔓抽出物のメタボリックシンドローム改善効果は、プエラリン単体といったイソフラボノイド単体よりも葛蔓50%エタノール抽出物の方が脂質代謝の改善効果が高く、効果的であることが示唆された。・葛蔓50%エタノール抽出物のUCP2mRNA発現亢進には濃度依存性があり、過剰な負荷は作用低下を招くことが明らかとなった。以上のことから、葛蔓エタノール抽出物は50%エタノールを用いたものが最もメタボリックシンドローム改善作用を発揮することが示され、また食品への添加にも適していることから葛蔓エタノール抽出物の機能性食品としての可能性が示唆された。
マルチファイバ型波長多重ネットワークの実証実験に関する研究

マルチファイバ型波長多重ネットワークにおいて,双方向伝送技術を適用して波長効率を改善し,ファイバ数を半減させる方式の特性を実験により検証した。主な研究成果を以下に示す。(1)レーリー後方散乱(RB)の基本的な性質はすでに詳しく研究されているが,マルチファイバ方式の検証に必要となるパラメータを明らかにするため,その性質を実験的に再確認した。最初に,1リンクの実験系を構成し,RB反射係数,DOP, SOP,パワースペクトル分布などを測定した。その結果,従来知られている理論値あるいは測定値とほぼ同等の実験結果を得た。(2)マルチファイバ型波長多重リングネットワークではファイバおよび光アンプを多段に接続したシステム構成となる。しかし,これをそのまま実験システムとして構築すると,実験回路の規模が大きくなり,限られたリソースの下では実現が困難である。このため,RB信号の多段リンク伝送時の加算特性を実験的に評価した。その結果,電力相加することが確認できたので,1リンクの実験系を構成し,光アンプのゲインを調整して多段リンク時のRB信号を模擬した。(3)上記の実験系を用いて,RB信号によって生じるパワーペナルティ(PP)を実測した。実験結果と理論解析結果を比較したところ,PP値が1dBより大きい領域で実験値が理論値を大幅に上回る傾向があることが明らかとなった。その違いが測定誤差以上のものであるため,その原因について検討した。当初,実験系の問題(サーキュレータのクロストーク,コネクタでの反射など)と想定して,それらの可能性を1つずつチェックしたが,特に問題ないことが判明した。今後,他の要因(理論式の誤り,理論モデルと実験系の相違など)について検討を進める。1.マルチファイバ型波長多重ネットワークにおける双方向伝送特性の数値解析マルチファイバ型波長多重ネットワークでは、波長を再利用しない代わりにノード構成が簡易化できるという特徴がある。しかし、波長を再利用しないことで、ファイバ数が増加する問題がある。このため、双方向伝送技術を適用することでファイバ数を半減させる方式を検討してきた。今年度、新たに得られた研究成果を以下に示す。(1)双方向伝送ではレーリー後方散乱によるパワーペナルティが大きくなる問題がある。従来のパワーペナルティの解析では偏波の影響が考慮されておらず、正確な評価ができない状態であった。本研究では偏波状態を考慮したパワーペナルティを表す計算式を解析的に導出した。(2)上記の計算式に基づいて、マルチファイバ方式に双方向伝送を適用した場合のパワーペナルティを数値解析した。光ファイバ損失を補償するために挿入する光アンプのゲインと同じ抑圧度を有する光フィルタを挿入することで、パワーペナルティを1dB以下にできることを明らかにした。2.マルチファイバ型波長多重ネットワークにおける双方向伝送特性の実験上記の数値解析で明らかにした結果の妥当性を検証するための実験を開始した。最初に、NTT未来ねっと研究所の協力を得て、長さ200kmの双方向伝送系を研究室内に構築した。光ファイバのレーリー反射係数の測定や、レーリー反射信号の相加則などの基礎実験を行い、ほぼ予想通りの実験結果を得た。次に、双方向伝送実験を行い、伝送区間を増やした場合のパワーペナルティの特性を実測した。現在、その実験結果を整理・分析している状況である。1.マルチファイバ型波長多重リングネットワークへの双方向WDM伝送の適用マルチファイバ型波長多重ネットワークにおいて,双方向伝送技術を適用して波長効率を改善し,ファイバ数を半減させる方式の特性を実験によって検証した。今年度,新たに得られた研究成果を以下に示す。最初に,1リンクの実験系を構成し,RB反射係数,DOP,SOP,パワースペクトル分布などを測定した。

その結果,従来知られている理論値あるいは測定値とほぼ同等の実験結果を得た。(2)マルチファイバ型波長多重リングネットワークではファイバおよび光アンプを多段に接続したシステム構成となる。しかし,これをそのまま実験システムとして構築すると,実験回路の規模が大きくなり,限られたリソースの下では実現が困難である。このため,RB信号の多段リンク伝送時の加算特性を実験的に評価した。その結果,電力相加することが確認できたので,1リンクの実験系を構成し,光アンプのゲインを調整して多段リンク時のRB信号を模擬した。(3)上記の実験系を用いて,RB信号によって生じるパワーペナルティ(PP)を実測した。実験結果と理論解析結果を比較したところ,PP値が1dBより大きい領域で実験値が理論値を大幅に上回る傾向があることが明らかとなった。その違いが測定誤差以上のものであるため,その原因について検討した。当初,実験系の問題(サーキュレータのクロストーク,コネクタでの反射など)と想定して,それらの可能性を1つずつチェックしたが,特に問題ないことが判明した。現在,他の要因(理論式の誤り,理論モデルと実験系の相違など)について検討中である。
天然配位子とイオン液体を用いるランタノイドの環境調和型高効率分離システム

天然配位子ヒノキチオール(Hipt)およびその類縁体として一連のβ-ジケトン,補助錯形成剤として,疎水性の高い4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(dpp)やトリオクチルホスフィンオキシド等を用いて,ランタノイドイオン(Ln)の新規な協同効果抽出を研究した。抽出溶媒として極性の高いo-ジクロロベンゼン(DCB)あるいはイミダゾリウム系イオン液体を用いると,Lnはカチオン性三元錯体として抽出され,重希土選択的な協同効果が発現することが分かった。また,Hipt-dpp-DCB支持液体膜を用いて,Lnの膜輸送の律速段階を明らかにし,NdとDyなどの分離に適用できることを示した。研究初年度は,酸性抽出剤をヒノキチオール(Hipt)から同族のβ-ジケトンにまで拡張し,中性配位子として,親油的で水に溶けにくい1,10-フェナントロリン(phen)誘導体,さらに疎水的なトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO),溶媒として,極性のo-ジクロロベンゼン(DCB)と1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(C4mimTf2N)を用いて,ランタノイド(III)イオン(Ln)の抽出,さらには液体膜輸送実験にも着手した。1)Hiptと1,10-フェナントロリン誘導体として,4,7-ジメチル-1,10-フェナントロリン(dmp),4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(dpp)を用い,全Lnの協同効果抽出を検討した。塩基性の高いdmpや,疎水性の高いdppを用いるとphenを用いる時と比べて協同効果が大きくなり,Hipt-dmp系ではLn間の分離係数はこれまでで最大となることが示された。2)β-ジケトンとして,2-テノイルトリフルオロアセトン(Htta),2-ナフトイルトリフルオロアセトン(Hnta),ベンゾイルアセトン(Hba)を用い,TOPOとの協同効果抽出を研究した。C4mimTf2Nを用いると,ベンゼンなどの有機溶媒系とは全く異なる抽出選択性を示し,協同効果によってLnの抽出効率だけでなく,相互分離効率も高くなることを見出した。特にHba-TOPO-C4mimTf2N系では,Luにおいて最も大きな協同効果が発現し,La,Eu,Lu間の分離が最も大きくなることを明らかにした。3)Hiptとdppを含むDCB溶液を疎水性ポリビニリデンフロリド高分子膜に含浸させ液体膜(SLM)を調製した。SLMを供給相と受容相の二種類の水相で挟み,供給相中の金属イオンをSLM内の抽出試薬によって抽出し,受容相で逆抽出することによって,La,Eu,Luイオンが輸送できた。供給相の減少率と受容相への輸送率は等しく,理想的なイオン輸送ができ,8時間で99 %以上の輸送に成功した。酸性抽出試薬として,pKaの大きなアセチルアセトン(Hacac),ジベンゾイルメタン(Hdbm),3-フェニルアセチルアセトン(Hpaa),ヒノキチオール(Hipt)を用い,中性配位子として,疎水的なトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO),トリシクロヘキシルホスフィンオキシド(TCyPO),4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(dpp)を含むo-ジクロロベンゼンあるいは1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(C4mimTf2N)への,ランタノイド(III)イオン(Ln)の抽出と液体膜輸送を研究した。2)厚みの異なるテフロンメンブレンフィルターに種々の濃度のHiptとdppを含む有機溶媒を含浸させ,供給相から受容相へのLnイオンの輸送速度を測定した。いずれのLnでも,輸送速度定数は,供給相のpHの上昇とともに増大し,一定値に達した.輸送速度は期待通りに,Lnの原子番号順に大きくなり,EuからLu,NdからDyの分離が可能であることが分かった。分析化学協同効果抽出の溶媒としてイオン液体を用いると,従来の有機溶媒系とは全く異なり,酸性度の低いHbaで,しかも重希土のLuにおいて最も大きな協同効果が発現し,結果としてLnの抽出効率の増大だけでなく分離効率も同時に高めることに成功した。この研究成果の一部については,学会誌に速報(Anal. Sci., 30, 323 (2014))で論文発表することができた。計画に大きな変更はないが,できるだけ広範囲の抽出剤の組合せを検討し,その中から液体膜系への展開を図る予定である。

イオン液体は高価であり,従来から研究室で合成し,少量(1mL)の抽出実験を行ってきた。本研究ではイオン液体0.5 mL,水相0.5 mLの微量抽出法を実現することができ,イオン液体の使用量を当初の予定より大幅に減少させることができた。また,廉価な液体膜輸送装置を新たに設計し,実用化することができた。研究最終年度は,イオン液体の成分イオンの効果を調べる予定であり,数種類の高価な市販品を使用する必要がある。また,研究計画に沿って,温度効果を検討するためにウオータージャケット付きの液体膜輸送装置を作成する予定であり,必要額として計上する。
ポリグルタミン病における小胞体分子シャペロン発現調節機構の解析と治療への応用

伸長ポリグルタミン病は、疾患原因遺伝子内のCAGリピートが伸長することにより生じる伸長ポリグルタミン鎖含有タンパク質の凝集を特徴とする遺伝性神経変性疾患であり、このタンパク質凝集体が他の細胞内タンパク質の機能低下を誘発することが発症原因であると考えられている。本研究では、(1)我々が明らかにしてきた伸長ポリグルタミン病モデル細胞での小胞体分子シャペロンGRP78の発現減少がユビキチン-プロテアソーム系を介したタンパク質分解の促進に起因すること、および(2)漢方薬からのGRP78発現調節物質の探索し、甘草の主成分の一つであるナリンゲニンをGRP78発現誘導物質として見出した。本研究課題では、遺伝性神経変性疾患に分類される伸長ポリグルタミン病における小胞体分子シャペロンGRP78の発現減少メカニズムを明らかにしてGRP78を利用したポリグルタミン病の新たな治療戦略の基盤を確立するとともに、新規GRP78誘導物質の探索を目的として検討し、以下の結果を得た。1)伸長ポリグルタミン病モデル細胞を用いてGRP78の発現と伸長ポリグルタミン含有タンパク質の凝集が逆相関にあること、伸長ポリグルタミン含有タンパク質の発現によるGRP78の発現減少がタンパク質の分解レベルで生じていることを明らかにした(Biochem Biophys Res Commun. 417, 527-533 (2012))。2)GRP78遺伝子のプロモーター活性を指標として漢方薬および生薬抽出液をスクリーニングした結果、ナリンゲニンを見出し、伸長ポリグルタミン含有タンパク質の凝集を抑制することを明らかにした(Biological and Pharmaceutical Bulletin. 35, 1836-1840 (2012))。3)これまでに2型糖尿病モデル動物においてGRP78を含むいくつかの小胞体ストレス応答関連タンパク質発現の減少を見出しているが、培養細胞レベルでGRP78誘導物質であるナリンゲニン処理がインスリンシグナルを増強することを見出した(Biochem Biophys Res Commun. 417, 364-370 (2012))。伸長ポリグルタミン病に対する有効な治療法は未だ確立されていないが、本研究により小胞体分子シャペロンGRP78がその治療標的になりうることが明らかになってきた。また、GRP78発現減誘導物質であるナリンゲニンが細胞のインスリンシグナルの活性化を増強することから、糖尿病の治療への応用についても期待できる。本研究課題では、遺伝性神経変性疾患に分類される伸長ポリグルタミン病における小胞体分子シャペロンGRP78の発現減少のメカニズムを明らかにしてポリグルタミン病の新たな治療戦略の基盤を確立するとともに、新規GRP78誘導物質であるナリンゲニンのタンパク質凝集抑制効果を検討し、以下の結果を得た。1)これまで用いていた伸長ポリグルタミン病モデル細胞はHeLa細胞に由来する細胞であったので、神経系に由来するPC12細胞の伸長ポリグルタミン病モデル細胞の作成を試みるとともに、一過性発現系を用いてグリオブラストーマ由来U251細胞、ニューロブラストーマ由来GI-1細胞におけるナリンゲニンのタンパク質凝集抑制効果を明らかにした。2)これまでに2型糖尿病モデル動物においても肝臓でのGRP78の発現減少を明らかにし、培養細胞レベルではナリンゲニンがインスリンシグナルを増強することがわかってきたので、ナリンゲニン投与が2型糖尿病モデル動物の症状改善につながるかどうか検討し、インスリン抵抗性に若干の改善傾向が見られることが明らかになった。現在、伸長ポリグルタミン病モデル動物においてもナリンゲニン投与の効果を調査しているが、本研究の成果により伸長ポリグルタミン病や糖尿病の治療標的としてのGRP78の発現制御が期待できると考えられる。本研究課題では、ポリグルタミン病における小胞体分子シャペロンGRP78発現減少メカニズムを明らかにしてGRP78を利用したポリグルタミン病の新たな治療戦略の基盤を確立するとともに、新規GRP78誘導物質の探索を目的として以下の検討を行った。(1)GRP78発現減少メカニズムを明らかにするため、伸長ポリグルタミン鎖含有タンパク質の発現に伴い減少するGRP78の発現がGRP78遺伝子の転写調節、翻訳、翻訳後制御のいずれのレベルで行われているのかについて検討した結果、mRNAレベルでの発現変化は認められず、タンパク質の分解レベルで生じていること、またこの過程にはユビキチン-プロテアソーム系の関与が示唆される結果が得られた(J. Biochemistryに投稿中)。(2)GRP78プロモーター活性を指標として非ステロイド性抗炎症薬のインドメタシンおよびスリンダックスルフィドがGRP78の発現を誘導することを見出していたが、これらの薬剤処理が伸長ポリグルタミン鎖含有タンパク質の凝集体形成を抑制できることが明らかになった。

また、COX-2阻害活性のないスリンダックの代謝産物であるスリンダックスルホンでもGRP78発現は誘導されることから、インドメタシンおよびスリンダックスルフィドによるGRP78発現誘導にはCOX-2阻害活性は関与しないと考えられた(投稿準備中)。(3)GRP78のポリグルタミン病治療標的として応用するため、GRP78遺伝子のプロモーター活性を指標としてさらなるGRP78誘導物質を漢方薬抽出液から探索し、甘草抽出液から新たにフラボノイドであるナリンゲニンを見出した。また、ナリンゲニンは伸長ポリグルタミン鎖含有タンパク質の凝集体形成を抑制できることが明らかになった(Biochem Biophys Res Commun.に投稿準備中)。本研究課題では、遺伝性神経変性疾患に分類される伸長ポリグルタミン病における小胞体分子シャペロンGRP78の発現減少メカニズムの解明と新規小胞体分子シャペロン誘導物質の探索および伸長ポリグルタミン病への治療応用を目指し、以下のような結果を得た。(1)伸長ポリグルタミン含有タンパク質の発現による小胞体分子シャペロンGRP78の発現減少は、翻訳後レベル、特にユビキチン-プロテアソーム系によるタンパク質分解が関与することが明らかになった(BBRC 2012a)。(2)GRP78遺伝子のプロモーター活性を指標とした小胞体分子シャペロン誘導物質の探索により非ステロイド性抗炎症薬であるインドメタシンおよびスリンダックがGRP78を発現誘導すること、この活性にCOX阻害活性は関与しないことを明らかにした。また、新規GRP78誘導物質としてナリンゲニンを見出した。(3)GRP78を誘導するインドメタシン、スリンダックおよびナリンゲニンは、伸長ポリグルタミン含有タンパク質の凝集体形成を抑制できることが明らかになった(BPB 2012)。(4)GRP78発現は2型糖尿病モデル動物の肝臓においても減少が認められていたが、ナリンゲニン処理がインスリンシグナル伝達を増強することを見出した(BBRC 2012b)。(5)伸長ポリグルタミン病モデルマウスへのナリンゲニンの継続投与により運動能力低下や寿命に対して改善する傾向が認められた。また、ナリンゲニンの継続投与がグルコース負荷後の血糖上昇を抑える傾向が認められた。伸長ポリグルタミン病に対する有効的治療法は未だ確立されていないが、小胞体分子シャペロンがその治療標的となりうること明らかとなった。またナリンゲニンの健康増進への応用も期待できると考えられる。生化学、細胞生物学GRP78遺伝子のプロモーター活性を指標としたGRP78誘導物質の探索については、甘草抽出液からのナリンゲニンを見出すなど、ほぼ計画通りに進んでいる。また、今年度以降に予定していたモデル動物を用いた検討の準備も順調に進んでいる。
P式血液型に関する基礎的研究

P式血液型と関係するP類似抗原の生合成について解明することを目指している。P類似抗原構造を合成するN-アセチルガラクトサミン(GalNAc)転移酵素活性がヒト血漿や尿中に存在すること[Takeya et al.(1992),(1995)]、及びその酵素活性が本来はN-アセチルグルコサミン(GlcNAc)の転移を行う酵素(Ii抗原の合成に与る酵素)によって生じている可能性がある[Takeya et al.(1993),(1995)]ことを既に明らかにしてきた。このように本研究は、血液型糖鎖生合成の全く新しい側面を明らかにするものであるが、それ故に従来はあまり問題にされなかった酵素基質純度についても厳しく再検討を迫るものとなった。すなわち、P類似抗原合成酵素活性値が、用いる標識UDP-GalNAc商品の種類によって大きく異なることが判明した[Takeya et al.(1995)]。その原因として、標識UDP-GalNAc中に微量ではあるが種々の程度に標識UDP-GalNAcがコンタミしていることが考えられる。そのことを確かめる手段として、糖ヌクレオチドのレクチンカラムによるアフィニティークロマトグラフィーについて検討した。昨年度は、UDP-GlcNAc結合性レクチンとしてムジナタケレクチンを見い出した[Takeya et al.(1996)]。一方、UDP-GalNAc結合性レクチンとしてはビロードクサフジのレクチンが有効であることを見い出した[Takeya et al.(1997)CarbohydrateLetters 2,237-240]。さらに、本レクチンと糖ヌクレオチドとの結合定数を決定し、本レクチンの糖ヌクレオチド保護機能についても検討した[Takeya et al.,submitted]。これらのレクチンカラムによって吟味した、純度の高い糖ヌクレオチドを基質とした場合に、基質飽和の条件で、ヒト結漿中のP類似抗原合成活性はi抗原合成活性の約1/10であることが判明した。その原因として、標識UDP-GalNAc中に微量ではあるが種々の程度に標識UDP-GlcNAcがコンタミしていることが考えられる。このことを確かめる手段として、糖ヌクレオチドのレクチンカラムによるアフィニティークロマトグラフィーについて検討したところ、GlcNAc結合性レクチンとしてムジナタケのレクチンがUDP-GlcNAcと強力に、かつ特異的に結合することを見い出した[Takeya et al.(1996)Carbohydrate

Letters 2,109-113]。一方、GalNAc結合性レクチンとしてはビロードクサフジのレクチンが最も強力にUDP-GalNAcと結合することを見い出した[Takeya et al.(1997)CarbohydrateLetters2,in press]。興味あることに、このレクチンは単糖そのものよりも、そのC-1位にリン酸やUDPが結合しているものを好む。レクチンについて、このような性質が明らかになったのは、これが初めてである。以上、これらはP類似抗原の生合成研究にとって、欠かすことのできない重要なステップであったと考えている。P式血液型と関係するP類似抗原の生合成について解明することを目指している。P類似抗原構造を合成するN-アセチルガラクトサミン(CalNAc)転移酵素活性がヒト血漿や尿中に存在すること[Takeya et al.(1992),(1995)]、及びその酵素活性が本来はN-アセチルグルコサミン(GlcNAc)の転位を行う酵素(Ii抗原の合成に与る酵素)によって生じている可能性がある[Takeya et al.(1993),(1995)]ことを既に明らかにしてきた。このように本研究は、血液型糖鎖生合成の全く新しい側面を明らかにするものであるが、それ故に従来はあまり問題にされなかった酵素基質純度についても厳しく再検討を迫るものとなった。すなわち、P類似抗原合成酵素活性値が、用いる標識UDP-GalNAc商品の種類によって大きく異なることが判明した[Takeya et al.(1995)]。その原因として、標識UDP-GalNAc中に微量ではあるが種々の程度に標識UDP-GlcNAがコンタミしていることが考えられる。そのことを確かめる手段として、糖ヌクレオチドのレクチンカラムによるアフィニティークロマトグラフィーについて検討した。昨年度は、UDP-GlcNAc結合性レクチンとしてムジナタケレクチンを見い出した[Takeya et al.(1996)]。一方、UDP-GalNAc結合性レクチンとしてはビロードクサフジのレクチンが有用であることを見い出した[Takeya et al.(1997)CarbohydrateLetters 2,237-240]。さらに、本レクチンと糖ヌクレオチドとの結合定数を決定し、本レクチンの糖ヌクレチオド保護機能についても検討した[Takeya et al.,submitted]。これらのレクチンカラムによって吟味した、純度の高い糖ヌクレオチドを基質とした場合に、基質飽和の条件で、ヒト血漿中のP類似抗原合成活性はi抗原合成活性の約1/10であることが判明した。
ヒューマナイズドがん転移モデルを用いたヒトがん転移機構の解明

免疫不全マウスを用いた異種移植実験系によるヒトがん細胞の転移モデルでは、その転移能をヒトとは異なる微小環境で評価していた。ヒト生体におけるがん転移現象をより正確に反映したモデルとして、宿主標的組織対移植細胞の関係がヒト対ヒトになるよう、マウス肝臓をヒト型化したヒューマナイズドマウスを宿主として用いた。従来の異種移植モデルでは転移性が無い(あるいは極めて低い)と評価された細胞株でさえ、このモデルでは転移が認められた。本研究により、移植モデルにおける宿主・移植細胞の関係の重要性が示された。これらの結果によりヒト対ヒトの同種移植モデルの重要性が示唆された。本研究課題「ヒューマナイズドがん転移モデルを用いたヒトがん転移機構の解明」の第一段階として1)基盤となるヒューマナイズドliver NOGマウスの作製と、2)それを用いた転移モデル系確立の可能性の2つのテーマについて検討を実施した。1)ヒューマナイズドがん転移モデルの基盤となるヒューマナイズドliverNOGマウスの作製では、ヒト肝臓細胞の宿主としてuPA-NOGと薬剤誘導型肝傷害NOGマウスを用い、移植経路、宿主の週齢、移植細胞数、移植細胞のロットなどの各要因について評価を行った。脾臓から門脈経由で直接、宿主肝臓にヒト肝臓細胞を移植する非門部移植法(isp)と尾静脈にヒト肝臓細胞を移植する方法(iv)を比較したところ、ispでは移植後、ヒトアルブミン産生を認めたが、iv法では全く認められなかった。生後6,8,10週齢のuPA-NOGマウスを宿主としてヒト肝臓細胞の受容性を比較したところ、いずれのマウスでもヒトアルブミンの産生が認められ、週齢による差は認められなかった。また、移植細胞数(0.5-2.0x10^6 cells/匹)を同様に検討したが、大きな差は認められなかった。11ロットのヒト肝臓細胞について生着性を比較したところ、全く生着しないものが5ロット、置換率10%程度が3ロット、60%以上の高置換を示したものが3ロットであり、移植細胞のロット差が生着性を大きく左右する要因であることが判明した。2)転移モデル系確立では、1)の検討の結果、ヒト肝臓細胞移植法としてiv法が利用できないことから、脾臓に2度の細胞移植術を施す系の確立を行った。すなわち、ヒト肝臓細胞移植をisp法で実施し後、再びisp法により脾臓からヒト大腸ガン細胞HCT-116を移植したのである。我々は宿主肝臓の同一切片上にヒト肝臓細胞とヒトがん細胞を検出することに成功した。このことは従来、異種微小環境で解析していた転移現象を同種、すなわち、よりヒトに近い環境で再現したものであり意義あるものと考える。本研究課題「ヒューマナイズドがん転移モデルを用いたヒトがん転移機構の解明」の第二段階「肝生着促進因子、および、肝転移関連因子の同定」に向け、本年度は1)ヒューマナイズドliverマウスのヒト細胞による置換率の更なる向上と、2)ヒトがん細胞移植後の解析法の検討を実施した。1)マウス肝傷害発症機序の違いによるがん細胞生着性への影響を考慮し、同時に開発を進めていたガンシクロビル投与により肝傷害を誘導するTK-NOGマウスが完成した。TK-NOGマウスに移植されたヒト凍結肝臓細胞はuPA-NOGマウス同様、宿主肝臓内で生着・増殖し、ヒト型遺伝子発現やヒト型薬物代謝機能を示すことを明らかにした(Hasegawa et al.2011)。両モデルとも、ヒトがん細胞の転移標的とする場合、置換率が高いことが望まれる。これまでの検討で「ヒト凍結肝臓細胞のロット差」は解凍時の細胞生存率の差によることを明らかにしており、この問題を克服するため、死細胞を効率よく除去する精製法を検討し、精製前生存率40%のヒト凍結肝臓細胞から生存率80%以上の細胞集団に精製する方法を確立することに成功した。また、「新鮮なヒト肝臓細胞の利用」については、単離条件の検討を実施し、定常的に生存率80%以上の細胞を調整する方法を確立した。上記細胞をuPA-NOG,TK-NOGマウスに移植し、ヒューマナイズドがん転移モデルを作製した。2)前年度に確立した"ヒト-ヒト"同種移植モデルをin vivoイメージングにて解析を行うため、赤色蛍光タンパク発現腫瘍細胞株を樹立すると共に、近年、急速に発展した新しい分子プローブによるがん細胞イメージングを実施した。近赤外蛍光分子標識デオキシグルコースプローブを用いることにより、遺伝子導入することなくがん細胞の動態が観察できた。既存の細胞株をそのまま解析できる本技術の確立は、in vivoイメージングによるヒューマナイズドがん転移モデルの評価を可能にする意義あるものと考える。本研究課題

「ヒューマナイズドがん転移モデルを用いたヒトがん転移機構の解明」の最終目標である「肝生着促進因子、および、肝転移関連因子の同定」に向け、最終年度はヒト大腸がん、ヒト膵臓がん、および、ヒト肝臓がんを用いてヒューマナイズドliverマウスへの転移性評価を実施した。1)前年度までに確立した"ヒトーヒト"同種移植モデルは、NOGマウス肝臓にも極めて良く生着することが明らかなヒト大腸がん細胞株HCT116によるものであった。宿主マウスに生着したこれらの細胞をin vivoイメージングにて解析を行うため、赤色蛍光タンパク発現HCT116細胞株(tdTomato-HCT116)を樹立し、がん細胞のイメージング法を確立した。異種の肝臓にも生着しやすいこのような細胞株では宿主の違いによる生着性の差を検証するのは困難であることから、次に従来の条件では生着しがたい細胞株、ヒト大腸がん細胞株SW48やヒト膵臓がん細胞株BxPC-3について、ヒト正常肝臓細胞が生着したuPA-NOGマウス(ヒューマナイズド肝マウス)、及び、ヒト肝臓細胞が移植されていないuPA・NOGマウスの肝臓に移植を行った。1x10^5個のSW48細胞株を移植したところ、ヒューマナイズド肝マウスでのみ生着が確認できた。また、BxPC-3細胞株では1x10^5個の移植により、ヒト肝臓細胞が移植されていないuPA-NOGマウスの肝臓にも生着が認められたが、ヒューマナイズド肝マウスでは生着の程度が極度に亢進していた。2)異種細胞の同所性移植実験においても同様結果が得られた。すなわち、従来のNOGマウスの肝臓では生着が認められなかったヒト肝臓がん細胞株HuH-7が、ヒューマナイズド肝マウスには高率に生着することが確認できた。これらのヒトがん細胞はヒト正常肝細胞の領域に接して増殖している傾向が見られた。現在、免疫組織化学的手法により、接着性向上に関わる分子について検討を行っている。
臍帯血造血幹細胞移植免疫不全マウスを用いたヒトマラリアモデルの作製

目的:ヒトマラリアである熱帯熱マラリアの動物モデルを作製しワクチンや抗マラリア薬の開発に資する。方法と結果:臍帯血より高純度の造血幹細胞の分離精製:市中病院より、検査に用いた後の廃臍帯血を入手し、12時間以内に実験室に搬送を行った。まず、臍帯血はフイコールハイパック比重遠心法により単核球分離を行った。造血幹細胞のマーカーであるCD34陽性の血液幹細胞分画をミルテニル社のMACSビーズ法により精製を行った。その結果、2度カラム精製を行う事で、CD34陽性細胞の純度を95%以上にあげる事が可能となった。'確認はFACS Culiberによる検査で行った。また、CD34陽性細胞は単核球中に0.3%程度存在する事が確認された。赤血球期ヒトマラリア原虫の実験室内での培養実験:ヘマトクリット値5%のヒト0型赤血球と、10%ヒトB型あるいはA型血清を含むRPMI1640培養液を用いて、CO_2,O_2,N_2がそれぞれ5%、5%、90%の混合ガス中で培養を行った。その結果、赤血球期ヒトマラリア原虫の生活史は、ほぼ48時間で周期することが確認された。また、これらの培養ヒトマラリア原虫については、ゼラチン濃縮法を用いる事で、輪状体を除くヒトマラリア原虫を60%程度まで濃縮できる事を確認した。造血幹細胞の免疫不全マウスヘの移入:熱帯医学研究所倫理委員会の審査を受け承認された。実験中央研究所よりNOGマウス(雌4週令)を購入し、長崎大学実験動物施設のSPF室にて飼育した。放射線照射により骨髄を処理したのち、眼窩より脳底静脈叢に臍帯血由来のCD34陽性の細胞を注入した。6週後より末梢血にヒトB細胞マーカー陽性細胞を検出し、その後CD3陽性のT細胞が出現したが、その後ヒト赤血球の出現はなかった。本年度の研究成果臍帯血造血幹細胞の移入及びヒトマラリア感染モデル作製の為の基礎実験1)臍帯血造血幹細胞移植免疫不全マウス作製を行うには、臍帯血より高純度の造血幹細胞を分離精製する事が重要である。その為、動物実験に先立ち、臍帯血からの造血幹細胞分離精製について検討を行った。市中病院より、検査に用いた後の廃臍帯血を入手し、12時間以内に実験室に搬送を行った。まず、臍帯血はフィコールハイパック比重遠心法により単核球分離を行った。確認はFACS Culiberによる検査で行った。2)ヒトマラリア感染モデル作製に先立ち、赤血球期ヒトマラリア原虫の実験室内での培養実験を行った。ヘマトクリット値5%のヒトO型赤血球と、10%ヒトB型あるいはA型血清を含むRPMI1640培養液を用いて、CO2,O2,N2がそれぞれ5%、5%、90%の混合ガス中で培養を行った。以上の結果から臍帯血造血幹細胞移入ヒトマラリア感染モデル作製の基礎実験を終了し、現在申請中の熱帯医学研究所倫理委員会の審査終了と共に動物実験を開始する。(なお、動物実験計画、およびDNA組換え実験計画については既に承認済みである。)目的:ヒトマラリアである熱帯熱マラリアの動物モデルを作製しワクチンや抗マラリア薬の開発に資する。

また、これらの培養ヒトマラリア原虫については、ゼラチン濃縮法を用いる事で、輪状体を除くヒトマラリア原虫を60%程度まで濃縮できる事を確認した。造血幹細胞の免疫不全マウスヘの移入:熱帯医学研究所倫理委員会の審査を受け承認された。実験中央研究所よりNOGマウス(雌4週令)を購入し、長崎大学実験動物施設のSPF室にて飼育した。放射線照射により骨髄を処理したのち、眼窩より脳底静脈叢に臍帯血由来のCD34陽性の細胞を注入した。6週後より末梢血にヒトB細胞マーカー陽性細胞を検出し、その後CD3陽性のT細胞が出現したが、その後ヒト赤血球の出現はなかった。
ヒト永臼歯のエナメル質厚さとエナメル象牙境形状の三次元形態解析

本研究ではリベン遺跡出土の永久歯標本について、上顎第一切歯・上下顎犬歯・上下顎大臼歯、合計318点の歯冠部についてマイクロCT撮影を実施し、高精度ボリュームデータを取得した。データ解析としては、主として未咬耗大臼歯標本167点について、特に近心咬頭断面上とその近傍におけるエナメル質厚さについて検討した。これにより以下の知見を得た。1)計測位置が咬頭尖から離れると象牙境尖からの最短エナメル質厚さ値が著しく過大評価される。咬合面のエナメル厚さについては、過大および過小評価の双方の推移があった。対照的に歯冠側面の最大エナメル厚さは、部位ごとに比較的安定していた。2)従来の基準線とエナメル象牙境との交点を計測位置とする歯冠側面の厚さ計測に関して、計測されたエナメル厚さが定義ごとにことなり、特に頬舌の差異の値が大幅に増減することが示された。よって基準線によらない最大厚さを評価するのが妥当との結論が得られた。3)歯冠部位間のエナメル質厚さの差異は、頬舌方向に顕著であった。下顎臼歯では頬側で厚く、上顎臼歯では舌側で厚い傾向が示され、機能的な部位間変異と解釈できる。ただし、上下の第一大臼歯では近心頬側咬頭のエナメル質が特異的に薄く、機能的勾配が上顎では強調され、下顎では軽減される傾向が認められた。4)第一から第三大臼歯のエナメル質厚さの比較では、後方へ行くほど厚さが増すのではなく、第一大臼歯近心頬側咬頭の薄いエナメル質の影響により、特に第一と第二・第三大臼歯との間に線計測厚さの相違が認められた。5)第一大臼歯近心頬側咬頭の薄いエナメル質は機能的には説明できず、エナメル象牙境の尖度もしくはエナメル形成のタイミングと関連する可能性があり、エナメル質厚さには機能適応に基づく勾配と形成メカニズムに起因する制約の双方の要因が内在することが示唆された。本年度は主としてマイクロCTによる三次元形状データの取得活動に従事した。米国リベン遺跡より出土した人骨標本のうち、個体歯列と断定できる子供の標本から、永久歯標本総数700以上を抽出した。それらを実体顕微鏡下で観察し、未咬耗もしくはそれに殉ずる上顎第1切歯、上下顎犬歯、上下顎小臼歯、上下顎大臼歯、合計250本ほどを選定し、クリーニングを行った。これらの標本の歯冠部について、マイクロCT装置を用いて連続CT断面画像を取得した。CT撮影は1断面を28ミクロンの厚さとし、512×512の16ビット画像として再構築し、21断面づつのボリューム撮影により、1標本数100断面からなる歯冠部全体のCTデータを各標本について効率よく取得した。断面画像のピクセルサイズとスライスピッチのキャリブレーションは0.1%程度の精度で実施し、高精度のボリュームデータを取得した。データ解析としては、次年度の準備として、CTあるいはレーザー三次元計測装置に基づいたヒトと類人猿大臼歯の既存3次元サーフェスデータの解析を進めた。先ずは、ヒト大臼歯の3次元データを用いたエナメル質厚さの可視化と数量化方法の解釈に関する考察を詰め、さらには歯冠部位による厚さパターンを検討した。次に類人猿とヒトの大臼歯において、平均エナメル厚さなどの3次元総合指標、歯冠咬頭部の平均

エナメル質厚さ、歯冠側壁での最大最短厚さなどを比較し、各指標間の関係と厚さ値の動向を解析した。断面データにおける厚さ指標の比較検討により、咬頭方向厚さの変異は特に大きく、歯冠側壁の最大最短厚さがより安定していることが示唆された。その上で第1・第2大臼歯混合データにおける歯冠側壁の最大最短厚さを調べたところ、少数サンプルにおいて、ヒトでは1.25から1.99mm、オランウータンでは0.97から1.71mm間の変異を示すことが明らかになった。本年度中に、リベン遺跡出土の永久歯の未咬耗標本について、マイクロCT撮影による高精細三次元データの取得を完了した。極微量の咬耗のある臼歯若干数をも含めて、上顎第一切歯22、上顎犬歯29、下顎犬歯13、上顎小臼歯18、下顎小臼歯21、上顎大臼歯76、下顎大臼歯85、合計264標本である。CTデータは28ミクロンの立法体ボクセルのボリュームデータとしてファイル化した。このデータセットを用い、half maximum height法によるエナメル質厚さの計測とその予備的解析を行った。各歯種の咬頭尖端部における歯冠側面部のエナメル質厚さを数通りの方法で定義し、おのおのの尺度の実用性を検討した。また、歯冠側面部のエナメル質厚さの歯種内と歯種間における変異を調べた。その結果、歯種ごとの相同部位におけるエナメル質厚さの変異幅は、数十のサンプルの時、平均値の30%から40%ほどになることが示され、変動係数は7から10程度であり、歯冠径よりも相対的に変異が大きいとの結果を得た。同一歯種内ではfunctional cuspのエナメル質のほうが有意に厚い。大臼歯間の比較では、non-functional cuspでは有意差がなく、functional cuspでは第一大臼歯が後方の2臼歯より有意にエナメル質が薄いという結果を得た。第二小臼歯はnon-functionalとfunctional cusp双方共に大臼歯と有意差がなく、第一小臼歯のfunctional cuspは第二小臼歯と後方の2臼歯より有意に薄かった。また、歯種間の相関は低く、大臼歯と小臼歯間のエナメル質厚さには相関はなく、犬歯と小臼歯もしくは大臼歯間には有意でない弱い相関が見られた。これと対照的に第一と第二小臼歯間では有意に近い相関がみられた。相関分析はいずれもサンプル数が少ないため今後標本数を充実する必要がある。本年度は、今までの予備的解析結果を踏まえ、リベン遺跡出土のものを中心に、ヒトの未咬耗大臼歯標本167点について特に近心咬頭断面上とその近傍におけるエナメル質厚さについて詳細に検討し、ヒト大臼歯のエナメル質厚さに関する内外でも最も充実した基準データを作製した。得られた主な知見は以下の通りである。1)計測位置が咬頭尖から離れると象牙境尖からの最短エナメル厚さ値が著しく過大評価されることが明らかとなった。咬合面のエナメル厚さについては、過大および過小評価の双方の推移があり、頬舌の厚さの差異など従来の機能的測度の変異が大きいことが判明した。これらとは対照的に歯冠側面の最大エナメル厚さは、部位ごとに比較的安定していることが分かった。2)歯冠部位間のエナメル質厚さの差異は、頬舌方向に顕著であった。下顎臼歯では頬側で厚く、上顎臼歯では舌側で厚い傾向が示され、機能的な部位間変異と解釈できる。ただし、上下の第1大臼歯では近心頬側咬頭のエナメル質が特異的に薄く、機能的勾配が上顎では強調され、下顎では軽減される傾向が認められた。
人工知能型自動NMRデータ解析システムの開発

核磁気共鳴法(NMR)は生体高分子などに対して原子分解能レベルで立体構造、動的状態、薬剤相互作用など多様な情報を得る事ができる分光学上特異な存在であると言える。この10年までにX線結晶解析、クライオ電子顕微鏡などの構造解析技術が大規模に自動化されている一方でNMR解析は現在もなお経験論や手動解析に依存した部分が多い。申請者は高い自動化性能を求める目的で深層学習の技術を取り入れる世界初の試みに成功し、平成31年度においてはこれらの技術的基盤をさらに発展させ、NMR研究の経験が無い初学者も高速かつ高精度に解析を達成し、創薬研究に取り組めるシステムとして公開することを目的とした。NMR解析では安定同位体ラベル化されたタンパク質を用いる場合、多数の多次元スペクトルより得るべきNMRシグナル数は例えば76残基のタンパク質ですら4,000個近い真のピークを検出する必要がある。これは簡便な自動ピーク検出法で得ようとするならば多数のノイズを含む20,000個以上のシグナルを検出してしまう。研究代表者は世界に先駆けて深層学習によるノイズ・シグナル判別機能を実装した解析ツールを公開し、国際誌への掲載に成功した。入力として2次元あるいは3次元スペクトルから検出されたピーク位置近傍のデータをグレースケール化し、畳込みニューラルネットに入力させ、期待されるピーク数と強度分布による統計的情報を最終段のニューラルネットへ入力し、ノイズであるか否かを総合判定する。この機能は単純なピーク強度の統計分布のみならず、シグナル近傍の状態を視覚的にAIが経験したイメージに基づいた判別が行われており、人間の直感に近い処理が実行されている点が特色である。このシステムを使ってFLYA, CYANA, TALOS+を連携させ、通常NMR専門の研究者が数週間かかる解析をわずか数時間で完了可能となった。研究代表者により開発されたシステムはMagROと呼ばれる統合型NMRデータ解析システムに実装され、深層学習機能はその洗練されたGUIとともに極シンプルかつ高機能な解析性能を実現した。投稿された論文は一流国際誌であるBioinformaticsに掲載され、世界初の人工知能型解析システムとしての地位を獲得した。その一方で解析結果を客観評価するシステムとしてNMR信号にのシュミレーション機能を人工知能の一種である有限オートマトン・グラフ理論により実装し、残余双極子実験(RDC)の解析支援を行う機能を実装させる事にも成功した。これらの客観評価機能によって従来手動解析あるいは自動解析においても解析の進行状況や完成度を判断する事が容易になり、結果として解析プロジェクト自体の終了判定できるようになった事は重要な成果である。これらのプロトコールをまとめた論文は国際誌への投稿準備中である。また平成31年度における共同研究者との連携により既に8個以上の新規フォールドタンパク質を研究代表者のみによる解析で実施され、これらの結果は国際誌への投稿準備中である。新規フォールドのタンパク質解析は従来ハイリスクである一方、タンパク質科学において極めて重要であり、それらが極短期間で高精度に決定できる性能を得た事は特筆に価する。今後は更なる自動化の補助機能として信号の重なり判定を深層学習で実現する性能を実装する予定である。NMR解析においては近接した23つの信号ですら数理科学的に解析する事は困難であるが研究代表者は10層および12層よりなる畳み込みニューラルネットワークによって人間の直感に近い信号分離性を実現するツールの開発に成功している。これを現在の解析システムへ組み込むことによってより効率的に自動解析できるシステムへと拡張していく。またタンパク質、RNA、DNAばかりではなく他の有機化合物分子も解析対象とできるようなライブラリ拡張を行い、創薬科学研究への応用の窓口を広げていく。現在のシステムではNMR信号帰属の問題解決性能が充分ではないため有限オートマトン・グラフ理論を応用した信号シミュレーション技術を発展させて信号帰属の自動化・効率化を図り、難度の高い解析サンプルデータとして固体NMRデータ群を対象としたシステムの最適化を行っていく。自動帰属・解析のスループットは大規模に改善される事が予想されるため平成32年度においても外部のユーザーとの連携により複数のサンプルデータの解析を行い、構造生物学への貢献を続けていく。

この機能は単純なピーク強度の統計分布のみならず、シグナル近傍の状態を視覚的にAIが経験したイメージに基づいた判別が行われており、人間の直感に近い処理が実行されている点が特色である。このシステムを使ってFLYA, CYANA, TALOS+を連携させ、通常NMR専門の研究者が数週間かかる解析をわずか数時間で完了可能となった。研究代表者により開発されたシステムはMagROと呼ばれる統合型NMRデータ解析システムに実装され、深層学習機能はその洗練されたGUIとともに極シンプルかつ高機能な解析性能を実現した。投稿された論文は一流国際誌であるBioinformaticsに掲載され、世界初の人工知能型解析システムとしての地位を獲得した。その一方で解析結果を客観評価するシステムとしてNMR信号にのシュミレーション機能を人工知能の一種である有限オートマトン・グラフ理論により実装し、残余双極子実験(RDC)の解析支援を行う機能を実装させる事にも成功した。これらの客観評価機能によって従来手動解析あるいは自動解析においても解析の進行状況や完成度を判断する事が容易になり、結果として解析プロジェクト自体の終了判定できるようになった事は重要な成果である。これらのプロトコールをまとめた論文は国際誌への投稿準備中である。また平成31年度における共同研究者との連携により既に8個以上の新規フォールドタンパク質を研究代表者のみによる解析で実施され、これらの結果は国際誌への投稿準備中である。新規フォールドのタンパク質解析は従来ハイリスクである一方、タンパク質科学において極めて重要であり、それらが極短期間で高精度に決定できる性能を得た事は特筆に価する。今後は更なる自動化の補助機能として信号の重なり判定を深層学習で実現する性能を実装する予定である。NMR解析においては近接した23つの信号ですら数理科学的に解析する事は困難であるが研究代表者は10層および12層よりなる畳み込みニューラルネットワークによって人間の直感に近い信号分離性を実現するツールの開発に成功している。これを現在の解析システムへ組み込むことによってより効率的に自動解析できるシステムへと拡張していく。またタンパク質、RNA、DNAばかりではなく他の有機化合物分子も解析対象とできるようなライブラリ拡張を行い、創薬科学研究への応用の窓口を広げていく。現在のシステムではNMR信号帰属の問題解決性能が充分ではないため有限オートマトン・グラフ理論を応用した信号シミュレーション技術を発展させて信号帰属の自動化・効率化を図り、難度の高い解析サンプルデータとして固体NMRデータ群を対象としたシステムの最適化を行っていく。自動帰属・解析のスループットは大規模に改善される事が予想されるため平成32年度においても外部のユーザーとの連携により複数のサンプルデータの解析を行い、構造生物学への貢献を続けていく。MagRO, Filt_Robotを始めとする深層学習を利用した人工知能型NMR解析ツール群の紹介、およびダウンロードページ。