hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
血管平滑筋と心筋のKチャネルの差異に関する分子生物学的検討

そこで血管を含めた多くの平滑筋組織から総RNAを抽出し、既に知られているlsKチャネルcDNAをもとに作製したプライマーを用いて、RT-PCR法により総RNAを鋳型にして解析した(RT-RCR法をCalgary大で習得した)。その結果、大動脈、十二指腸、回腸、気管、膀胱からPCR産物が得られ、その塩基配列はどの組織においてもlsK遺伝子と100%相同であった。また発現の程度も各平滑筋間で同様であった。この部分の結果は投稿準備中である。交感神経や内皮細胞の機能を薬物により除去した腸間膜動脈の潅流標本において、細胞膜2回貫通型の内向き整流性Kチャネル(IRK1)をやや選択的に抑制する低濃度のBa^<2+>を、他種のKチャネルを抑制するグリベンクラミドや低濃度のテトラエチルアンモニウムの存在下に潅流液に加えると、潅流圧が上昇した。この結果は腸間膜平滑筋の静止膜電位の維持にIRK1が寄与しており、Ba^<2+>によるIRK1抑制は平滑筋細胞に脱分極を引起こし、電位依存性Caチャネルを介するCa流入を増大させていることを示唆している。そこでIRK1遺伝子をウサギ腸間膜動脈からクローニングするため、心筋IRK1遺伝子をもとにプライマーを作製し、腸間膜動脈から得た総RNAを鋳型にしてRT-PCR法を適用した。およそ1400塩基対の長さを持つPCR産物が得られたので、これを2つの制限酵素を用いて3つの部位に分けてサブクローニングした。その結果、塩基配列はウサギ心筋IRK1と100%相同であった。さらに、内皮細胞を注意深く除去した腸間膜動脈から得たRNAからも同じPCR産物が得られたので、おそらく平滑筋由来のIRK1遺伝子と考えられる。このcDNAからcRNAを作製し、アフリカツメガエル卵母細胞に注入したところ、当然のことながら低濃度Ba^<2+>により抑制される内向き整流性K電流の発現が観察された。一方、ウサギ腸間膜動脈から単離した平滑筋にwhole-cell clamp法を適用したところ、Ba^<2+>感受性の内向き整流性K電流は極めて小さいが存在していることがわかった。他種のK電流も静止膜電位付近では極めて小さいので、幾つかの種類のKチャネルが静止膜電位の維持に寄与しており、IRK1はその一つと考えられる。以下は名市大・薬学部で行われた。これらのことから、抵抗血管の腸間膜動脈の平滑筋細胞にも心筋と同じIRK1が存在し、重要な生理的機能を果していることがウサギにおいて強く示唆された。今後、さらにin situ hybridizationを行って、腸間膜動脈の平滑筋細胞にIRK1が発現していることを示す必要がある。この部分はCalgary大で行われる予定である。ヒト、ウサギ、ラットなどの心房筋・心室筋細胞に存在するCa非依存性の一過性K電流(A電流)と類似の電流が平滑筋細胞にも存在するが、その生理的な意味は異なっていることを我々は既に明らかにしている。このKチャネルはラット心筋においてはKv4.2かKv1.4が主であると報告されている。そこでラットの血管を含む機種かの平滑筋においてA電流を担っているKチャネルを遺伝子的に同定するため、ラット脳由来のKv1.4とKv4.2の遺伝子をもとにそれぞれプライマーを作製し、ラット平滑筋RNAを鋳型にRT-PCR法を用いて解析した。PCR産物が得られたので、今後サブクローニングを行い塩基配列を決定する予定である。
プラットフォームとイノベーションをめぐる新たな競争政策の構築

1海外調査和久井が、イギリス、イタリヤ、フランスで諸大学及びOECDで競争法研究者との意見交換及び研究会・ワークショップ参加。2研究会開催3シンポジウム開催・参加(i)川濵、根岸が他の日本人研究者との「法と経済学会」シンポジウム「地方銀行統合と競争を中心として」参加、(ii)島並、前田が他の日本人研究者とのシンポジウム「平成30年著作権法改正の意義とそのインパクト」開催・参加、(iii)泉水、根岸が日中欧研究者・実務家とのシンポジウム「デジタル社会における新たな競争政策プラットフォーム&個人情報保護」開催・参加、(iv)島並、前田が中国研究者・実務家とのシンポジウム「ネット上の海賊版対策と法目的の複層的実現手法」開催・参加、(v)前田が他の日本人研究者とのシンポジウム「パブリック・ドメイン」参加。海外調査に加えて、日中欧の研究者・実務家とのシンポジウム、研究会等を通じて、研究課題に向けた、国際的に先端的な研究動向と実務動向の共通理解が深まるとともに、日本における研究の基本的な方向性と具体的な諸課題が明らかになりつつある。また、特許法、著作権法をめぐる新たな研究動向と実務動向の把握を通じ、広い意味でのイノベーションのあり方と諸課題についての共通理解も深まりつつある。さらに、日本でも、GAFAを代表例とするプラットフォーマーの行動に対し、経済産業省、公正取引委員会、総務省等が独占禁止法等による規制を提言し実施を試みる諸事例が登場し、研究課題に向けた、より深く立ち入った具体的な情報把握と分析が可能となりつつある。今後も、海外での研究者、実務家、規制当局等との意見交換を通じた調査を行うとともに、メンバー内外の、かつ国内外の研究者や実務家によるシンポジウムや研究会等を通じて、研究課題のより具体的な解明に努める。特に欧州では、プラットフォーマーの行動が市場支配的地位の濫用を禁止するEU競争法102条やドイツ競争制限禁止法19条の違反に問われているグーグル事件(2017、2018)、フェイスブック事件(2019)が登場するとともに、欧州委員会「Competition policy for the digital era」(2019)、ドイツ連邦カルテル庁「Consumer rights and comparison websites: Need for action」(2019)、イギリス政府「Unlocking digital competition, Report of the Digital Competition Expert Panel」(2019)などの報告書が公表されているが、いずれも、研究課題の分析・検討にきわめて重要であり、これらの事件と報告書とについて、立ち入って読み解くことに努める。さらに、メンバー内外の経済学者との共同研究を通じて、研究課題を経済学的見地から検討を深めるとともに、研究課題と密接に関連する政策課題に取り組んでいる公正取引委員会、経済産業省、総務省、個人情報保護委員会等の行政機関とも共同して、研究課題について現実の政策課題との関係においても検証を加えることに努める。1海外調査(i)和久井・池田が、欧州諸国において、競争・情報通信当局及び競争法の研究者との間で、特にプラットフォームと競争法の関係につき、相互の意見交換と実務と研究動向の調査を行い、(ii)川島が、北京社会科学院・上海交通大学での長期研究により、科研に係る全般的な論点に係わり、中国独禁法の研究者との相互の意見交換と中国独禁法の対応状況の調査研究を行った。2研究会、ワークショップ等(i)医薬品・機器規制の競争に及ぼす影響及び先発医薬品・後発医薬品間の競争に係る問題を解明するべく、外資系医薬品企業の2人の法務部長弁護士とのヒアリング・研究会及びSokol米国フロリダ大学教授との研究会を通じ、日米における現状と課題を把握し、(ii)競争法と知的財産権の関係を検討するべく、仁ラボ代表鶴原稔也氏との研究会及びCheng香港大学准教授との研究会「特許・イノベーションと競争法」・「不争条項」を通じ、現状と課題の把握し、(iii)日中米欧の研究者・実務家が参加した国際ワークショップ「企業結合規制の先端的問題ープラットフォーム・ビジネスとイノベーション時代の諸課題」を開催し、企業結合規制の先端的問題の把握に努め、(iv)世界的プラットフォーム事業者アマゾンの最恵国待遇条項の競争上の問題につき、アマゾン側担当の平山賢太郎弁護士との研究会を通じて、研究を深めた。3シンポジウム(i)日本の研究者・実務家によるシンポジウム「景品表示法の実現手段の多様性ー独禁法の視点も含めて」、(ii)日中米欧の研究者・実務家が参加した公正取引委員会競争政策研究センター主催の大阪国際シンポジウム「デジタル・エコノミーの進展と競争政策ーIoT、データ、プラットフォーム・ビジネスと法ー」に本科研チームが共催者として参加し、国際的な動向把握とともに日本の状況につき発信を行った。海外調査と海外の実務家・研究者の招聘による研究会・ワークショップ・シンポジウムを通じて、プラットフォームとイノベーションにより提起される競争政策上の諸問題につき、国際的な実務動向と研究動向の把握及び日本の実務動向と研究動向の海外への発信が相当程度進展した。医薬品市場における競争上の問題について、外資系医薬品メーカーの法務担当弁護士とのヒアリングと研究会、米国の研究者との研究会を通じて、欧米と日本の規制状況が相当異なることが明らかになり、その違いを踏まえた上での競争上の問題把握や研究の方向が相当程度明らかになった。標準規格必須特許の権利行使と競争法の問題について、内外の実務に精通した専門家との研究会を通じ、また、科研メンバーの研究を通じて、国際的な動向とともに、その中での日本のポジションが相当程度明らかになった。

世界的プラットフォーム事業者の行動と競争上の問題について、海外調査、担当弁護士との研究会、科研メンバーの研究を通じて、その現状と課題とが明らかになりつつある。1海外調査和久井が、イギリス、イタリヤ、フランスで諸大学及びOECDで競争法研究者との意見交換及び研究会・ワークショップ参加。2研究会開催3シンポジウム開催・参加(i)川濵、根岸が他の日本人研究者との「法と経済学会」シンポジウム「地方銀行統合と競争を中心として」参加、(ii)島並、前田が他の日本人研究者とのシンポジウム「平成30年著作権法改正の意義とそのインパクト」開催・参加、(iii)泉水、根岸が日中欧研究者・実務家とのシンポジウム「デジタル社会における新たな競争政策プラットフォーム&個人情報保護」開催・参加、(iv)島並、前田が中国研究者・実務家とのシンポジウム「ネット上の海賊版対策と法目的の複層的実現手法」開催・参加、(v)前田が他の日本人研究者とのシンポジウム「パブリック・ドメイン」参加。海外調査に加えて、日中欧の研究者・実務家とのシンポジウム、研究会等を通じて、研究課題に向けた、国際的に先端的な研究動向と実務動向の共通理解が深まるとともに、日本における研究の基本的な方向性と具体的な諸課題が明らかになりつつある。また、特許法、著作権法をめぐる新たな研究動向と実務動向の把握を通じ、広い意味でのイノベーションのあり方と諸課題についての共通理解も深まりつつある。さらに、日本でも、GAFAを代表例とするプラットフォーマーの行動に対し、経済産業省、公正取引委員会、総務省等が独占禁止法等による規制を提言し実施を試みる諸事例が登場し、研究課題に向けた、より深く立ち入った具体的な情報把握と分析が可能となりつつある。今後も、海外での規制当局、研究者等との意見交換を通じた調査を行うとともに、国内での公正取引委員会、経済産業省等関係機関、実務家、研究者との研究会、ワークショップ等を通じて日本における実態把握を行うとともに、課題を発見し解決する研究活動を行うことに努める。初年度は、競争法の観点からの研究活動に重点が置かれたが、今後、知的財産法、医療法など他の法分野の観点に加えて、経済学の観点からの研究活動に力を入れる。以上のような研究活動を通じてメンバーによる積極的な研究発信の推進に努める。今後も、海外での研究者、実務家、規制当局等との意見交換を通じた調査を行うとともに、メンバー内外の、かつ国内外の研究者や実務家によるシンポジウムや研究会等を通じて、研究課題のより具体的な解明に努める。
呼吸の動きを再現した気管支・肺胞内物質輸送シミュレーション

従来、気道末梢部位での気流速度が小さいため、末梢部位での物質輸送は主に分子拡散によるものと考えられてきた。しかし、末梢気道の幾何形状は中枢気道とは大きく異なり、複雑に分岐を繰り返していて、さらに呼吸に伴って大変形する。本研究では、高分解能CTを用いて末梢気道の動態解析を行い、さらに数値計算の手法によって生体内での末梢気道系の物質輸送について検討した。その結果、気道壁の変形によって、末梢気道内のガス・粒子輸送が促進されていることが分かった。大型放射光施設SPring8を利用して、生きたまま小動物が撮影可能なin vivo-CTを4次元(3次元空間+時間)in vivo-CTに応用して末梢気管支の動態観察を行った。撮影中は、ECGと呼吸圧をモニターした。呼吸と心拍のモーションアーチファクトを軽減するために、投影像は呼吸圧一定・心拍が拡張期に撮影を行えるようなシステムを設計した。まず、呼吸によるモーションアーチファクトを軽減ゆるために、吸気側と呼気側それぞれに電磁弁を配置し、それぞれの電磁弁を別々に外部制御可能な人工呼吸器を新たに作成した。両方の電磁弁を閉じることによって、一定期間肺圧力を一定に保つことが出来た。設定した呼吸圧一定時に現れる拡張期時に投影像の撮影を行った。本手法を用いて、肺垣力015cmH20間で6ポイントについてCT撮影を行った。最高空間分解能は、1ピクセル=12ミクロンである。この結果、実際に計測した気管支の変形は、部位に対して非均一、時間に対して不均一であることがわかった。このように変形する気管支内の流体解析を行う場合、従来の計算格子を用いる方法では、計算格子の変形を最初に求めておくことが必要であるが、計算格子の整合性を保つことが非常に困難である。そのため、現在計算格子を用いないボクセル法を用いて移動境界問題として流体解析を行う手法を検討している。第1段階として、得られた6時刻でのボリュームデータから同一気管支ネットワークを抽出し、3次元細線化処理によって求めた分岐点を追跡することによって計算ステップ毎のボリュームデータを補間した。気道末梢部位を末梢細気管支系と肺胞系の2つの部位に分けて、体内の複雑な分岐形状を再現した末梢気道部位の気流シミュレーションを行った。それぞれのモデルの特長は、末梢細気管支系は空気の流出入口が複数存在するモデル、肺胞系は流出入口が1つしか存在しないモデルである。モデル形状は、SPring-8でマウス胸部画像から構築した。得られた画像から末梢細気管支系および肺胞系の実形状モデルを構築し、気管支壁が一様に膨張・収縮する際の気流シミュレーションを行った。末梢細気管支系では気管支壁が動くことによってモデル内のガス拡散が増強することが判明し、また肺胞系では、従来気流速度はほとんどゼロであるため物質輸送は分子拡散が支配的と知られていたが、肺胞壁が動くことによって気流が発生し、それによる拡散が重要であることが明らかになった。一方、実際の呼吸に伴う動きを再現したモデルを構築するために、SPring-8放射光を利用した4D-CTを新たに開発し、末梢細気管支の動態解析を行った。このシステムでは、呼吸&心拍のモーションアーチファクトを軽減するために、露光タイミングを気道圧とECGと同期を取りながら撮影を行うことによって、鮮明な画像を取得することが可能となった。その解析結果より、実際の肺の動きは一様でなく、場所によって不均一さらに非線形であることが明らかになった。このような変形を定式化するのは困難であるため、計算格子を作らない画像から直接数値計算が可能であるボクセル法が有効である。そのため、動態観察で得られたデータの特徴量を追跡する画像処理やそれらの形状データを元にした移動境界問題に対応したボクセル法を開発を行い、呼吸に伴う実際の気道末梢部位の変形を考慮した気流シミュレーションを行っている。
MRI動画撮像法による構音・嚥下運動の動的解析に関する研究

本年度は実施計画のうち以下のことをおこなった。1、動画撮像法による構音機能の観察:事前に同意を得た健常人とした撮像は動画撮像法が確立しているATR人間情報科学研究所において行い、健常人について検討を行った。その結果、軟口蓋音の調音結合の影響についての解析を行ったところ従来の方法では得られない有益な結果が得られたので平成14年度の音響学会に発表した。2、動画撮像法による嚥下機能の観察の試み1)健常人についての試み:事前に同意を得た健常人とした発音時の動画撮像は発音条件を規定することで比較的容易であったが、嚥下時の撮像は困難であった。嚥下機能については撮像法の開発を試みたに留まった。1.2の観察の基礎となる静的な3次元MRの分析結果および異常音声に関する研究成果についても学会誌に報告した。1、動画撮像法による構音機能の観察撮像は動画撮像法が確立しているATR人間情報科学研究所において行った。1)健常人についての検討ATRにて開発された動画撮像法を用いて軟口蓋音の調音結合の影響について観察した。撮像されたデーターの解析を行い健常人の調音結合の影響について検討した。この結果については平成14年度に発表予定である。2、動画撮像法による嚥下機能の観察の試み1)健常人についての試み発音時の動画撮像は発音条件を規定することで比較的容易であったが、嚥下時の撮像は困難であった。打ち合わせのために時間を費やすことが多く嚥下機能については撮像法の開発を試みたに留まった。1.2の観察の基礎となる静的な3次元MRの分析結果については13年秋の音響学会において発表した。
高齢癌術後予後増悪因子であるフレイルへの術前介入の有用性と機序に関する包括的研究

臨床研究:高齢癌術後予後増悪因子であるフレイルへの術前介入の有用性の検討については、平成29年度に症例数は一時10例に達したが、その後の同意撤回や手術が介入期間である14日以内に行われるなどにより脱落例が多く、平成30年度末までの累積症例数は29例であり、終了・継続している症例は18例である。基礎研究:平成29年度に1)Wistarラットに癌誘導と運動を同時に行う研究、平成30年度は研究1)の継続と2)先行運動後に癌誘導を行う研究を行った。1)は雄性Wistarラットを用いて腹水肝癌細胞(AH)接種により癌カヘキシーを惹起するのと同時に低強度運動を施行する方法により、対照群(C)、癌細胞接種群(AH)、運動群(Ex)、運動+癌細胞接種群(AH+Ex)の4群比較実験を行ったところ、AH群で筋タンパク分解マーカーの発現増加がみられAH+Ex群ではその発現増加が抑制がみられ、FoxO1、P70S6K発現がAH群で減少する一方AH+Ex群でその減少が抑制されていた。癌カヘキシーによるTNFαの上昇は運動により改善しなかった。筋微小血管床はAH群で減少、AH+Ex群でその減少が抑制され、HIF1αはAH群で増加しAH+Ex群で抑制、リン酸化AMPKも同様の変化を示した。以上から癌カヘキシーに伴う筋萎縮が抑制された機序は、運動による炎症の軽減ではなく筋血流低下に伴う低酸素状態が運動により改善した可能性が考えられた(FASEB J, 2019)。抗炎症マイオカイン(IL-15)の有無による癌カへキシー抑制効果については、運動によりIL-15の血中濃度は増加するが、筋でのIL-15発現はAH群で増加しAH+Ex群で低下傾向にあることから、癌カヘキシー下ではIL-15が筋内に留まり作用が減弱するが運動により筋外にでて作用する可能性が考えられた。2)については、癌カヘキシーによる筋萎縮が先行する運動により部分的に抑制される結果を得ている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。臨床研究は、当初予定は研究A)、B)の2つの研究を予定していたが、当科と消化器外科との話合いと本学倫理審査委員会からの指摘により、研究A)高齢癌患者への術前身体トレーニング+アミノ酸介入研究のみを行うことに変更。数回に及ぶ本学倫理審査委員会とのやり取りを経て、平成28年11月に承認を得た。その後EDCシステムの構築のために時間と費用を要したが、実地シミュレーションも終え平成29年4月より症例登録を開始した。基礎研究は、平成28年度は、研究C)身体トレーニング+アミノ酸補充による癌カヘキシーの抑制効果の検討を中心に行った。対象をマウスからラットに変更し、プレ実験として、1)ラットに癌誘導した際のカヘキシーモデルとしての妥当性検証、2)ラットに癌誘導と運動を同時に行なう4群比較の検討を行った。その結果、1)癌誘導により有意な体重減少、下腿筋重量の減少、IL-6発現の増加がみられ、筋分解マーカーは遅筋、速筋双方で有意に増加し、筋分解シグナル分子であるFoxO3aタンパク発現は速筋で有意に低下していた。以上から癌カへキシーモデルとしての妥当性が示されたため、2)対照群、運動群、癌細胞接種群、運動+癌細胞接種群の4群比較実験を行った。体重は癌細胞接種により低下したが、運動による体重減少抑制はみられなかった。下腿筋量は癌細胞接種により低下し、運動による部分的な抑制がみられた。現在分子機序を検討中。今回は運動を癌誘導と同時に行ったが、平成29年度は運動+アミノ酸補充による抗筋萎縮効果を検討する。研究D)抗炎症マイオカインの有無による癌カへキシー抑制効果の検討については、使用する動物(IL-15TGマウス、IL-15KOマウス)を必要数確保するため、交配を継続中。臨床研究は、当初の計画では平成28年度中に症例エントリーを行うことになっていたが、倫理審査とEDCシステム構築に時間を要したことから平成28年度中の症例エントリーを行うことができなかった。そのため計画よりは遅れているが、時間をかけたことにより臨床研究の遂行のための基盤は確立できた。基礎研究は、研究C)身体トレーニング+アミノ酸補充による癌カヘキシーの抑制効果の検討は、プレ実験により癌カヘキシーモデルに対する身体トレーニングにより骨格筋の質・量が改善することが示されたことにより、本実験に移行することが可能となっており、ほぼ計画どおり進行している。研究D)抗炎症マイオカインの有無による癌カへキシー抑制効果の検討は、平成28年度の目標が使用マウス数の確保としていたため、前述のとおりほぼ計画通りに進行している。臨床研究に関しては、平成28年11月に大阪大学倫理審査委員会の承認を得、平成29年度から症例エントリーを開始した、高齢癌術後予後増悪因子であるフレイルへの術前介入の有用性の検討(ランダム化比較試験)(UMIN ID: UMIN000024526)については、現在も継続中である。

基礎研究に関しては、平成28年度に、1)Wistarラットに癌誘導した際のカヘキシーモデルとしての妥当性検証、2)Wistarラットに癌誘導と運動を同時に行なう4群比較の検討を行ったが、平成29年度は2)の研究継続と、Wistarラットに先行運動後に癌誘導を行う、当初の計画通りの検討を行った。2)では、対照群、運動群、癌細胞接種群、運動+癌細胞接種群の4群比較実験を行った。雄性Wistarラットに対し、腹水肝癌細胞(AH130)投与による癌カヘキシーを惹起すると同時にトレッドミル運動による全身性運動を施した結果、癌誘導群では血中TNF-α上昇およびヒラメ筋中のAtrogin-1、MuRF-1発現上昇がみられたが、全身性運動により、Atrogin-1、MuRF-1発現上昇が抑制された。このことから、全身性運動がユビキチン-プロテアソーム系の活性化を抑制し、癌カヘキシーによる筋タンパク質異化亢進を抑制したものと考えられる。本結果を受け、平成29年度は癌カヘキシーに対する先行運動による抗筋萎縮効果を検討しており、実験は年度内に終了し、現在各種解析を行っている。抗炎症マイオカインの有無による癌カへキシー抑制効果の検討については、使用予定動物であるIL-15TGマウス、IL-15KOマウスを別プロジェクトの完遂を優先していることと、交配に時間を要することから、前述の研究終了後に開始予定である。臨床研究は、平成29年度から症例エントリーを開始したが、消化器外科との共同研究であることから2科間での連携構築に時間を要し、実際には平成29年の秋以降からのエントリーとなった。現在の登録症例数は10例であるが、着実に症例エントリーが増加しているため、平成30年度中の目標症例数達成(100例)を目指す。基礎研究は、平成28年度にプレ実験を完遂できたことにより平成29年度は本実験に移行でき、実験自体は終了しているが、解析に時間を要しやや進捗が遅れているため、平成30年度前半での終了を目指す。臨床研究:高齢癌術後予後増悪因子であるフレイルへの術前介入の有用性の検討については、平成29年度に症例数は一時10例に達したが、その後の同意撤回や手術が介入期間である14日以内に行われるなどにより脱落例が多く、平成30年度末までの累積症例数は29例であり、終了・継続している症例は18例である。基礎研究:平成29年度に1)Wistarラットに癌誘導と運動を同時に行う研究、平成30年度は研究1)の継続と2)先行運動後に癌誘導を行う研究を行った。1)は雄性Wistarラットを用いて腹水肝癌細胞(AH)接種により癌カヘキシーを惹起するのと同時に低強度運動を施行する方法により、対照群(C)、癌細胞接種群(AH)、運動群(Ex)、運動+癌細胞接種群(AH+Ex)の4群比較実験を行ったところ、AH群で筋タンパク分解マーカーの発現増加がみられAH+Ex群ではその発現増加が抑制がみられ、FoxO1、P70S6K発現がAH群で減少する一方AH+Ex群でその減少が抑制されていた。癌カヘキシーによるTNFαの上昇は運動により改善しなかった。筋微小血管床はAH群で減少、AH+Ex群でその減少が抑制され、HIF1αはAH群で増加しAH+Ex群で抑制、リン酸化AMPKも同様の変化を示した。以上から癌カヘキシーに伴う筋萎縮が抑制された機序は、運動による炎症の軽減ではなく筋血流低下に伴う低酸素状態が運動により改善した可能性が考えられた(FASEB J, 2019)。抗炎症マイオカイン(IL-15)の有無による癌カへキシー抑制効果については、運動によりIL-15の血中濃度は増加するが、筋でのIL-
レーザスキャナとビデオカメラによる特定した軌跡を持つ移動体の発見手法に関する研究

本プロジェクトの研究は以下の構成により、フィールド実験などで得られた実データにより、実の応用を目指し、2年間で研究を行った。1.レーザスキャナにより移動体の検知・分類・トラッキング、1)歩行者の検知・トラッキング手法、2)移動体の同時検知・分類とトラッキング手法。リアルタイム性を求めるために、レーザスキャンを主に、移動体の同時検知・分類・トラッキング手法を開発した。また、パティコルフィルターなどで、より精確に歩行者をトラッキングする手法を検討した。さらに、もっと広い空間をカーバーするため、移動型レーザスキャナを用いた、歩行者の検知とトラッキング手法を開発した。2.レーザと画像の融合、1)画像属性の抽出手法、2)人物同一性判定手法、3)レーザと画像の融合により歩行者のトラッキング手法。特に混雑時に、レーザスキャンだけでは誤ったトラッキングが多く発生する。そのため、レーザスキャナと画像センサを併用した計測システムを開発し、画像属性を抽出し、人物の同一性判定手法を開発し、レーザと画像データが融合したトラッキング手法を提案した。3.行動認識-特定軌跡の抽出、1)歩容パラメータの抽出により歩行特性の識別手法、2)個人行動の定常と非定常識別手法、3)主な群集行動の抽出手法歩行モデルを定義し、歩幅、両足のバランス、速度、加速度など詳細な歩容特徴を求める手法を開発した。こうした歩行パラメータにより歩行者の個人差や個人特徴などを認識し、個人行動を定常と非定常に分類する手法を開発した。さらに、主な群衆行動(流れ)を抽出し、軌跡が流れへの寄与度を判定する手法を開発し、群集行動情報が温度センサなどと併用した応用へのシミュレーションを行った。本研究は駅、展示会場、交差点などでのフィールド実験により実データを取得し、実データにより手法開発を行い、また精度検証を行った。1)移動体の分類・トラッキングアルゴリズムの開発レーザデータを用いて、歩行者や車両を識別(分類)し、移動軌跡を抽出するアルゴリズムを開発した。乗用車のようなスケールの大きい移動体に対して、レーザスキャナにより断片的なデータしか得られない。また移動体の位置姿勢により計測されたデータの形状は大きく変化する。一方、歩行者や自転車のようなスケールの小さい移動物体に対して、点のクロードや直線形状が持つ点群が計測され、位置姿勢により計測データの形状は大きく変化しない特徴がある。こうしたデータに対して、移動体を0軸(例、歩行者)、1軸(例、自転車)と2軸(例、四輪車)に分け、各移動体を計測した時系列データに対して、各クラスとの尤度を評価した。また、データの形状が大きく変化する「2軸」物体に対して、車体外観モデルを定義し、典型的なデータの形状およびその推移をマルコフチェーンで表した。さらに、「2軸」と分類された移動体の位置姿勢と形状を時系列データにより推定し、より正確なトラッキング手法を開発した。2)詳細な歩行パラメータを抽出するアルゴリズムの開発歩行者の足首断面のレーザデータを時空間座標で見ると、歩行者は螺旋状の軌跡を描いていることがわかる。また両足間距離の時間的な変化を歩幅、歩行周期、速度などの歩容パラメータによる余弦関数で定義することができる。この特徴に着目し、Mean Shift手法によって螺旋の交差地点を抽出し、それに基づき歩容特徴を求める手法を開発した。3)画像属性抽出アルゴリズムの開発キャリブレーションパラメータにより、レーザスキャナで計測した足のデータをビデオ画像に投影する。そして足から頭までさかのぼるように顔や体を抽出する手法を開発した。4)フィールド実験による検証駅構内、踏み切り、交差点などで実験を行い、実データによって上記手法の有効性を検証した。1)詳細な歩容パラメータの抽出と歩行特徴の認識

計測断面における歩行者モデルを詳細に定義し、それに基づきパーティコルフィルターによりトラッキング手法を開発した。駅のコンコースで計測した歩行者データを用い、検証を行った。混雑時でも精確にトラッキングをでき、各歩行者の両足に対して、それぞれの位置、速度、加速度などの歩容パラメータの時系列データを出力することができた。こうした歩容パラメータは個人的な歩行特徴を現していることを実験により証明した。2)個人行動の認識抽出した歩行軌跡や歩容パラメータなどにより、要注目行動の認識アルゴリズムを開発した。従来手法がシーン内の行動特性を一様と見なしていたのに対し、本研究は場所ごとに卓越する行動特性(空間的行動特性)が存在することを指摘し、それらの特性を教師無し学習手法であるOne Class Support Vector Machine (One Class SVM)によって、通常行動部分空間の学習と要注目行動の認識アルゴリズムを開発し、こうした識別器の性能評価を行った。3)群集行動の認識多数の移動軌跡データから、群集流動の一、方向、面的な広がり具合、通行量、密度、速度といった情報を抽出し、かつ時系列上にその変化を定量化、視覚化するアルゴリズムを開発した。また、軌跡の類似度の評価手法を開発し、各流れに対して何人程度寄与するかを推定する手法を開発した。こうした手法を広域空間内に複数存在する各で入り口を出発地または目的地としたOD別交通量の推定に適用した。4)フィールド実験駅や展示会場などでフィールド実験を行い、実データにより手法の開発と評価を行った。
初期宇宙でのダストの進化とその宇宙背景輻射および天体形成への効果に関する研究

当該研究期間中に、宇宙初期の超新星爆発時に形成されたダストのその後の進化とダストが宇宙背景輻射および天体形成に及ぼす効果の問題と関連して主に以下の研究を行った。1.超新星爆発時でのダスト形成計算の結果をもとに、高赤方偏移銀河で観測されたダストによる減光曲線を再現するとともに高赤方偏移銀河中のダストから放出される赤外線放射量を算出した。2.衝撃波に掃かれた高温ガス中でのダストの破壊を取り扱う為に必要なスッパタリングイールドのデータを集約し、得られた近似式を用いて超新星爆発によって誘発された星間衝撃波によるダストの破壊効率と破壊のタイムスケールを明らかにした。3.Spitzer天文衛星によるCasA超新星残骸の観測結果の解釈を行い残骸中に存在するダスト種とダスト量を決定した。4.宇宙背景輻射の歪みを制約条件として、与えられた初期質量関数の下で銀河間空間に存在するダスト量と宇宙初期の星形成率を推定した。5.超新星残骸中に進入するリバース衝撃波による破壊過程によって生き残ったダストおよび星間空間に放出されるダストの種類、サイズ分布、質量を求めた。6.ACDMモデルの枠組みの中で、銀河のハロー中のglobular clustersの周りのダークマターハローの潮汐破壊が綾小銀河の形成と進化に及ぼす効果を明らかにした。ACDMモデルの下で銀河形成シミュレーションを行い、高赤方偏移で観測された銀河の過剰がシミュレションで得られたmassive dark haloを持つ原始銀河領域で形成される銀河と対応することを明らかにいした。7.銀河中心核に存在する巨大ブラックホールバイナリーが銀河中心のガスディスクに及ぼす効果の研究し、ブラックホールバイナリーの存在により星形成が促進されることを明らかにした。本年度行った主な研究は以下である。(1)種族III超新星爆発時に形成されたダストの初期宇宙星間空間での破壊シミュレーション。超新星爆発時に形成され星間空間に放出されたダストは他の超新星爆発によって発生した星間衝撃中で熱的・非熱的パッタリングにより破壊される。種族III超新星爆発時に形成される様々なダスト種のスパッタリングイールドの実験および理論データを集約し、ダストのサイズ分布を考慮して破壊シミュレーションを行った。その結果、ダストの破壊効率は、ダスト種の違いだけでなく、サイズ分布の違いに著しく依存することが判った。これらの計算結果は天文学会や国際シンポジウム等で発表された。(2)宇宙初期でのダスト進化モデルの構築種族III型超新星爆発時でのダスト形成イールドを基にダストの破壊のタイムスケールをパラメーターとして標準的なA-CDMモデルを用いた簡単なクローズドボックスモデルを構築した。Mackey(2003)による種族III星の星形成率と期待される3種類の初期質量関数を用いて初期宇宙でのダストの存在量を計算した結果、赤色偏移zが20以上では、ダストの破壊による影響がほとんどなく、種族IIIから種族IIへの転移がかなり早い時期に起こることがわかった。これらの計算結果は国際シンポシンポジウム等で発表され、現在投稿準備中である。(3)若い銀河のダスト減光曲線およびスペクトルエネルギー分布種族III超新星爆発時でのダスト形成計算結果をもとに、高赤方偏移銀河で期待されるダストによる減光曲線を計算し、また、観測で得られたz=6.2のクェーサーの減光曲線を再現した。この結果はHirashita et al.(2005)として学術雑誌に発表された。また、スペクトルエネルギー分布も計算され、Takeuchi et al.(2005)として現在投稿中である。(1)宇宙初期の星間衝撃波によるダスト破壊タイムスケールの評価種族III超新星爆発時に形成された各ダスト種に対して、星間衝撃波による破壊効率の前駆星の質量、爆発エネルギーおよび星間ガス密度依存性を系統的に調べた。

その結果、破壊効率は前駆星の質量に余り依存せず、爆発エネルギーのべき乗に比例し,星間ガス密度が大きくなるに従い大きくなる事等を明らかにし、得られた結果に基づいて、各ダスト種の破壊タイムスケールの解析的な式を導出した。これらの成果は論文としてまとめられ、近日中に学術雑誌に投稿される予定である。(2)リバース衝撃波によるダストの破壊。超新星爆発時にejecta中で形成されたダストは、ejectaが星間ガスと衝突した際に発生するリヴァース衝撃波によって破壊されることが期待される。これまで、リバース衝撃波によるダストの破壊はほとんど研究されていなかった。種族III超新星爆発およびダスト形成モデルに基づいて、リバース衝撃波による破壊計算を行い、(1)リバース衝撃波がダスト形成領域に達するのは爆発後6千年後程度である。(2)ejecta中ではダストとガスの質量比が大きく、ダストからの熱輻射によるガスの冷却が利く。(3)爆発時に形成されたダストの質量の約半分がリヴァース衝撃波によって破壊され得る事等を示し、成果は学会等で発表された。SpitzerによるCas-A超新星残骸観測チームのメンバーとして観測結果の解釈を行った。その結果、超新星残骸中のダストによる赤外線スペクトルは形成領域の元素存在度を反映して少なくとも3種類に区別されること等が明らかにされた。成果は学会等で発表され、現在投稿論文を準備中である。今年度は主に以下の研究を行った。(1)超新星残骸中を伝播するリヴァース衝撃波によるダストの破壊エジェクタが星間物質と衝突した際に発生するエジェクタ内部に伝播するリヴァース衝撃波によるガスの温度と密度の時間変化およびダストの運動とスパッタリングによる破壊を取り扱い、種族III超新星爆発時にエジェクタ中で形成されたダストの進化および星間空間に放出されるダスト量の爆発エネルギーおよび星間空間のガス密度依存性を明らかにした。サイズが0.2ミクロン程度より大きいダストは破壊されること無く星間空間に放出されるが、よりサイズの小さいダストは超新星残骸中で完全に破壊されるかフォワード衝撃波後面に形成された高密度のガス殻にトラップされる。星間空間のガス密度と爆発のエネルギーに応じて、形成されたダストの20%-100%がリヴァース衝撃波により破壊される。また、計算結果に基づいて第2世代星で観測される重元素存在量の推定を行った。これらの結果はNozawa et al.(2007)として現在Astrophysical Journalに投稿中である。(2)Cas A超新星残骸中のダストSpitzer天文衛星によるCasA超新星残骸の観測チームのメンバーとして観測結果の解釈を担当し、残骸中のガスの輝線およびダスト起源の赤外スペクトルの解析から、CasA超新星残骸中でのダストの組成および存在するダスト量を明らかにした。
ヒトDMRにおける母性メチル化インプリント確立メカニズムの解明

ゲノム刷り込み現象は,哺乳類特有の親由来特異的遺伝子発現を引き起こすエピジェネティックな現象であり,生殖細胞系列で親由来特異的メチル化インプリントの消去と確立を世代ごとに繰り返す。しかし,メチル化酵素Dnmt3a,Dnmt3Lによってどのようにメチル化すべきdifferentially methylated region(DMR)が特異的に認識されるのかなど,そのメチル化インプリントの確立機構は不明な点が多い。最近,Snrpn,Gnas遺伝子領域における母性メチル化インプリントの確立にDMR近傍の転写が重要であると報告されたが,なぜ転写がDMRにおけるメチル化を誘導するのかは明らかにされていない。しかしながら,DMRの何らかのクロマチン構造の変化や核内配置の変化が先の転写の誘導やメチル化酵素の領域特異的な認識機構に関与している可能性は極めて高い。そこで,本研究課題ではメチル化インプリント確立時期に特異的なクロマチン構造や核内配置の変化を明らかにするため,出生後のマウスより,成長卵を回収し,サイズ別にPWS-IC領域とPeg1/Mest領域の核内配置をDNA-FISH法にて解析した。また,各々のサイズにおけるメチル化状態をBisulfite Sequencing法で明らかにした。その結果,これまでの報告と一致して4060μmの大きさの成長卵においてPWS-IC領域はメチル化を受けるのに対し,Peg1/Mest領域は60μm以上の大きさになってはじめてメチル化を受けることが分かった。さらに,各々のメチル化を受ける時期のゲノムの核内配置をDNA-FISH法で解析したところ,4060μmの大きさの成長卵において,PWS-IC領域が核膜近傍に位置する傾向が見受けられた。今後,さらに詳細な核内配置を明らかにする事で,母性メチル化インプリントの確立メカニズムを明らかにする。ゲノム刷り込み現象は,哺乳類特有の親由来特異的遺伝子発現を引き起こすエピジェネティックな現象あり,生殖細胞系列でメチル化インプリントの確立と消去を世代ごとに繰り返す。しかし,メチル化酵素Dnmt3a,Dnmt3Lによってどのようにメチル化すべきdifferentially methylated region (DMR)が認識されるのかなど,そのメチル化インプリントの確立機構には不明な点が残されている。興味深いことに,ヒト15番染色体断片を保持したトランスクロモソミックマウスにおいて,母方由来のヒト15番染色体上のSNRPN DMRはメチル化されていなかった。そこで本研究では,「何故,ヒト15番染色体のメチル化インプリントはマウスの卵子内で付加されなかったのか」を明らかにすることで,生殖細胞におけるゲノムインプリントの確立に必要なエピジェネティックな分子機構の解明を目指した。平成23年度は,DMR近傍のクロマチン構造の違いがないか検討するためDNA-FISH法を用いたSNRPN/Snrpn領域特異的なクロマチン脱凝集の解析を行った。その結果,卵巣の組織切片においてSNRPN/Snrpn領域特異的なクロマチン脱凝集をマウス染色体,およびヒト染色体両方で確認できた。一方,卵を取り巻く上皮系の細胞では,両染色体共にクロマチン脱凝集は観察されなかった。つまり,移入ヒト染色体上のクロマチン状態は少なくともその組織特異性を維持しており,メチル化インプリントの確立の違いに寄与しているとは考えにくい。そこで,DMRの核内配置がメチル化インプリントの確立に寄与している可能性がないか検討を行った。本年度は,マウスKcnq1,Peg1/Mest,Igf2r,D1k1領域のDMRの核内配置を解析し,その核内配置に一般則があるか検討したが,それらの核内配置に特異性を見出すことは出来なかった。

研究計画で予定していた卵におけるヒストン修飾の解析には着手できていないが,DNA-FISH法を用いたクロマチン脱凝集の解析や多様なインプリンティングセンター(IC)の核内配置などの解析で一定の成果が上げられた。また,ヒトPWS-IC置換マウスの入舎および交配も順調であり,24年度の解析に用いる個体数の増加に努めている。ヒト15番染色体を保持したTCマウスとヒトPWS-IC置換マウスの卵でクロマチン脱凝集の状態も含め,IC領域の核内配置に差が見出せないか詳細に検討する。また,当初の研究計画の通り少量の卵からクロマチンを回収できれば,卵におけるピストン修飾を解析する。しかしながら,現在のところ少量の細胞からのクロマチンの回収には成功しておらず,細胞数の増加などの対応が必要であると思われる。今後,少量の卵からクロマチンの回収が成功すれば,3Cアッセイを用いたSNRPNDMR領域と相互作用するゲノム領域の同定を試みる。
心の自然体験：環境教育における文学教育プログラムの作成の試み

「文学作品を通した読書体験によって自然環境に向ける視線と心を養い、心の体験を通して環境意識を高める」教育プログラムを試案した.このプログラムは,以下の三つのプロセスをたどる.(1)ネイチャーライティングを扱うことにより,「読む習慣」と「読み方」を醸成しつつ,「自然と人間」の関係について考える.(2)主に自然を対象とした環境文学作品を扱うことにより,文学を通して環境意識に触れる視点を育成する.(3)広義の「自分を取り巻くものとしての環境」をテーマとした環境文学作品を扱うことで,自分の場所やアイデンティティと環境の関係を考える視点を育成する.本研究は,環境文学やネイチャーライティングといった「文学作品を通した読書体験によって自然環境に向ける視線と心を養い,心の体験を通して環境意識を高める」教育プログラムや教材を作成することを目的としている.24年度研究計画では,「ドイツ語圏文学におけるネイチャーライティングの拡大」をテーマとしていたが,そのために2月から3月に本務大学の出張でドイツに行った際に足をのばして,ドイツ南部および中部に調査旅行を行った.この調査地は,前年の調査の補足に加え,ドイツ南西部の森林地帯(Schwarzwald)の郷土文学に関する調査,および中部のハノーファー市における環境教育および政策の調査を行うために選定した.また,前年度の調査成果をまとめ,2回の学会発表を行った.(1.「ボヘミアの森:シュティフターの作品における〈場所の感覚〉」日本独文学会秋季研究発表会.2012年10月13日.於:中央大学.2.「自然と人間の交感:シュティフターのネイチャーライティング」日本独文学会関東支部第3回研究発表会.2012年11月10日.於:東京学芸大学)この2回の報告の内容は,作成予定の教材の,「読みの手法」に関する概論部分の骨格を形成するものである.口頭発表を行うことで,他の研究者からの指摘を受けて明らかになった問題点として,「ネイチャーライティングから環境文学への発展過程」が挙げられる.これは25年度の研究活動において取り組むべき問題点と言えよう.本研究は,環境文学やネイチャーライティングといった「文学作品を通した読書体験によって自然環境に向ける視線と心を養い,心の体験を通して環境意識を高める」教育プログラムや教材を作成することを目的としている.25年度研究計画では,「環境教育:〈心による自然体験〉プログラムの試案作成」をテーマとしていた.9月のドイツ視察および学会発表(「環境教育における文学の射程」日本独文学会秋季研究発表会.2013年9月28日.於:北海道大学.ブース発表)において,過去2年間の授業実践で潜在的な問題であったことが明らかになった.それは,「学生の読書習慣の形成」を踏まえた上で「文学を通した自然体験」の深化をはかる必要性がある,ということである.そこで,今までは1セメスターでまとめて扱っていた「ネイチャーライティング」と「環境文学」をそれぞれ別のセメスターで扱う形へとプログラム体系の変更を検討することとなった.最初のセメスターでは,読書習慣のあまりない学生たちにとって比較的読みやすいと思われるエッセイ(ネイチャーライティング作品)を通した「読みの習慣の形成および読みの手法の定着」を行う.その成果を前提としてその次のセメスターでは,エッセイよりも読解力を必要とする小説(環境文学)を読み込むことにより,より深い〈心の体験〉を通して環境意識を高めることにつなげることができると考えられる.このようなプロセスをたどるプログラムが妥当であるとの結論に達し,プログラムの試案作成に取り組んだ.「文学作品を通した読書体験によって自然環境に向ける視線と心を養い、心の体験を通して環境意識を高める」教育プログラムを試案した.このプログラムは,以下の三つのプロセスをたどる.(1)ネイチャーライティングを扱うことにより,「読む習慣」と「読み方」を醸成しつつ,「自然と人間」の関係について考える.(2)主に自然を対象とした環境文学作品を扱うことにより,文学を通して環境意識に触れる視点を育成する.(3)広義の「自分を取り巻くものとしての環境」をテーマとした環境文学作品を扱うことで,自分の場所やアイデンティティと環境の関係を考える視点を育成する.本研究は,環境文学やネイチャーライティングといった「文学作品を通した読書体験によって自然環境に向ける視線と心を養い,心の体験を通して環境意識を高める」教育プログラムや教材を作成することを目的としている.23年度研究計画では,「ドイツ語圏におけるネイチャーライティングを探る」ことを目的としていたが,そのために8月から9月にドイツ・チェコ南部・オーストリアそしてスイスへ調査旅行を行った.この調査地は,ドイツ語圏の環境文学およびネイチャーライティング作家として研究対象としたアーダルベルト・シュティフターとヘルマン・ヘッセが著作活動を行い,かつ対象にした土地である.環境文学やネイチャーライティングといった文学ジャンルでは,作品に描かれる「場所・土地に対する感覚」が重要な要素となること,そして後々授業で扱う事を前提としていることから,それらの土地(バイエルンの森,ドイツ南部からスイスにかけての山村)を訪ね,教材作成のための資料収集を行うと共に,教材に使用する写真撮影を行った.これらの資料は,後期に行った講義「環境文学のすすめ」において実際に活用することができた.また同時に,現在までに行っている講義「環境文学のすすめ」に関する論文を執筆した.(松岡幸司:「環境マインド育成における文学の可能性」信州大学人文社会科学研究第6号.信州大学人文社会科学研究会.p.240-250.)そこでは,23年度までの実績をまとめ,同時に問題点と今後の課題を挙げることで,24年度以降の研究活動において必要とされる点を明確にした.

「概要」に記した昨年10月の学会発表を通して,24年度の研究計画に挙げた「読みの手法」の改良が進んだ.それは,「場所の感覚」における「アイデンティティ」の視点である.人間は「場所(あるいは居場所,故郷)」との関連で己のアイデンティティを獲得するものである,というネイチャーライティングの視点は,環境(己の周り)を語る上では必須の感覚であると言えよう.この「場所とアイデンティティの感覚」を身につけない限りは,環境に対する「現実感覚」を抱くことは難しいのではないか.この観点に従うと,具体的な場所に立脚したジャンルといえるネイチャーライティングを通して「場所とアイデンティティの感覚」を伝えることは理にかなっていることになる.今後の問題としては,フィクションである「環境文学作品」に,上記の「読みの手法」をどのように応用するか,という点が挙げられる.このような視点から24年度の講義では,昨年加えたコンテンツの修正に加えつつ.また,中国文学作品として,彭見明『山の郵便配達』を扱うことによって新たなコンテンツを加えることができた.当初扱っていた作品は全体的に西洋文学のものであったが,東洋の視点を加えることによって,バラエティに富んだ「場所」を提示することで,学生たちが「環境に対する現実感覚」を得るチャンスを増やすことができたように思う.23年度は,予算の都合から申請時に計画していた北ドイツへの調査旅行(テオドール・シュトルムについて)を行うことができなかったが,それ以外についてはおおむね順調に進んでいると言えよう.その代わり23年度の講義では予定を変更して,石牟礼道子の『苦海浄土』や,深沢七郎『楢山節考』,村田喜和子『蕨野行』といった日本文学の作品を扱うことによって新たなコンテンツを加えることができた.特に前者は,水俣病という環境問題の一つ(公害病)を扱った作品であり,現実の社会問題と直結する内容であったことから,単なる環境「文学」の講義という枠を飛び出し,大きな前進をすることができた.それは(申請書提出後に起こった)福島の原子力発電所の事故を踏まえ,講義の内容(つまりは本研究の目指す「環境意識を高める」ためのコンテンツ)と今日の日本が置かれた状況との関連を意識した結果であり,現行の講義の質の向上を促すとともに,本研究の目的である「教育プログラムや教材の作成」を進めるにあたって非常に有益な(若干の)軌道修正となった.「達成度」で記したように,最終年度の問題点は,「場所とアイデンティティの感覚」という読みの手法を,ネイチャーライティングから環境文学作品にどのように適合させるか,という点である.この点については,これまでの成果を応用することで解決するめどがついている.それに加えて,信州大学の「環境マインド教育」の中に,本教育プログラムをどのように位置づけるか,という課題が残っている.
偏性嫌気性菌における脱ハロゲン呼吸の分子基盤

本研究は環境汚染物質である揮発性高塩素化合物を高度に脱塩素化する偏性嫌気性細菌についてその脱ハロゲン呼吸のメカニズムを解明するため、基礎・基盤研究を行った。我々が先に分離したDesulfitobacterium hafniense Y51株はテトラクロロエテン(PCE)を最終電子受容体としてcis-1,2-ジクロロエテン(cis-DCE)へと脱塩素化して生育する。本研究ではまず、Y51株から脱塩素化に関与するpceABCT遺伝子をクローン化した。このpce遺伝子群は二つの相同な挿入配列で挟まれ複合トランスポゾンとして機能することを明らかにした。PceAは脱塩素化酵素、PceBは膜結合タンパク質であること、また、機能不明であったpceTの産物(PceT)はPceAに特異的に働く分子シャペロンであることが判明した。すなわちPceTはTat輸送を受ける前のPceA前駆体と特異的に結合することが免疫沈降実験により明らかとなった。次にY51株を最小液体培地に接種し、1μMのクロロフォルム(CF)を添加して培養すると生育阻害が起こりlag期が長くなる、また、pce遺伝子クラスターを欠失したLD株が高頻度に出現することを明らかにした。これらの結果とさらなる生化学的・分子生物学的解析からCFは還元的脱ハロゲン酵素であるPceAの補欠分子族であるコリノイドと結合してフマル酸呼吸の電子伝達系を阻害することが明らかとなり、そのモデルを提唱した。偏性嫌気性細菌による脱ハロゲン呼吸の分子機構はまだ、未知なところが多い。今後はこの重要な脱ハロゲン呼吸細菌類における宿主ベクター系の開発、及び脱ハロゲン呼吸に関与する遺伝子の異種発現系の開発が重要である。本研究では揮発性高塩素化合物を高度に脱塩素化する偏性嫌気性細菌についてその脱ハロゲン呼吸のメカニズムを解明するため、基礎・基盤研究を行うが、本年度は以下の項目について検討した。1.テトラクロロエテン(PCE)をきわめて効率よくcis-1,2-ジクロロエテン(cis-DCE)へと脱クロル化するDesulfitobacterium hafniense Y51株について、その脱ハロゲン呼吸遺伝子pceABCTクラスターの高頻度欠失現象について詳細に研究した。その結果、2種類の欠失株(LD株とSD株)が認められ、LD株ではpceABCT遺伝子に隣接する二つの相同な挿入因子(ISDes1 & ISDes2)間での相同組換えによりpceABCTを含む6.5-kbの欠失が生起すること、SD株ではISDes1単独の欠失(1.6-kb)によりpcrABのプロモーターが欠失することが判明した。さらにISDes1-pceABCT-ISDes2が複合トランスポゾンとして機能することが明らかとなった。上記の相同組換えにより生じた欠失環状体はすべてRT-PCRにより、その存在を確認した。2.Y51株のpce遺伝子の転写発現についてはPCE脱ハロゲン酵素をコードするpceA、膜アンカータンパク質であるpceB、機能不明なpceCの三遺伝子は共転写すること、トリガーファクター遺伝子pceTは単独で転写することが明らかとなった。3.PCEを効率よくエテンへと完全脱塩素化するコンソーシアを確立した。このコンソーシアでは酢酸あるいは蟻酸を電子供与体として添加することで脱塩素化が高度に促進された。このコンソーシアからcis-DCEおよびビニルクロライドをエテンへと脱クロル化する遺伝子の存在を確認した。本研究では揮発性高塩素化合物を高度に脱塩素化する偏性嫌気性細菌についてその脱ハロゲン呼吸のメカニズムを解明するため、基礎・基盤研究を行うが、本年度はクロロメタン類がY51株の生育とpce遺伝子群の安定性に及ぼす影響を検討した。