hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
陸域生態系における熱・水・温室効果ガスの輸送構造の解明とモデル化に関する研究

個葉から群落レベルにCO_2・水・熱輸送量をスケールアップするために、CO_2・水・熱の鉛直一次元輸送モデルに、森林の樹冠構造(枝葉の集中度)と陽葉・陰葉の鉛直分布を取り入れたモデルを開発し、名古屋市の都市二次林やその他の気候帯における森林生態系に適用した。樹冠構造の取り込みは、植生層内における陽葉・陰葉の鉛直分布および土壌面への日射の入りやすさとして表現した。陽葉・陰葉の空間分布および植生層内における日射の多重散乱過程を、個葉の反射・透過特性を考慮した日射伝達モデルを構築することにより評価した。また、気孔コンダクタンスモデルを組み入れて光合成・蒸散活動を表現することにより、CO_2・水・熱の鉛直輸送量を見積もった。植生層内の各層における個葉レベルの熱交換特性および気孔コンダクタンス特性から、簡単な方法で群落レベルの熱交換・気孔コンダクタンス特性を近似的に表現し、群落全体の計算を行った。その結果、枝葉の集中度(樹冠構造)の変化は、個葉・群落レベルでのCO_2・水・熱交換量に大きな影響を与えることがわかった。数値モデルによってCO_2・水・熱輸送量を個葉から群落レベルにスケールアップする際に必要な気孔コンダクタンスの計測は、都市二次林内6樹種について行った。Jarvis型モデルによる気孔コンダクタンスの推定の結果、落葉広葉樹が開葉する春季には、展葉直後の気孔コンダクタンスを精度良く推定することができなかった。これは、葉齢を表現するパラメータをモデルに取り入れる必要性を示唆した。気孔コンダクタンスの計測と同時にクロロフィル含量やSPAD値、葉内窒素含量の季節変化を調べた結果、葉齢を表現するパラメータとしてSPAD値やクロロフィル含量が適当と考えられた。観測が比較的簡単なSPAD値を光の捕捉率としてモデルに組み込んだ結果、全ての樹種で、気孔コンダクタンスの再現結果が向上した。本年度は、陸域生態系として最も代表的な森林生態系をターゲットに、主に三つの手法を用いて研究を行った。一つは、熱・水・二酸化炭素の各輸送過程に関する気象連続観測を行った。観測は、名古屋大学構内の都市二次林に既存の気象観測タワーを用いて、既存の超音波風速計と二酸化炭素変動計により行った。その結果、上層木が落葉している冬期においても、中・下層木としての常緑性広葉樹の存在により正味の二酸化炭素輸送量は吸収側を示した。上記観測と同時に、熱・水・二酸化炭素の各輸送量(フラックス)に影響を及ぼす個葉レベルでの気孔コンダクタンスの日変化に関する観測的研究を、当科学研究費補助金により購入した「携帯用光合成蒸散測定装置」により行った。この観測は、当装置の購入が冬期になったため、主に冬期における計測のみ行った。冬期には当森林試験地での上層木である落葉性広葉樹のコナラがすでに落葉していたが、中・下層木である常緑性広葉樹での個葉レベルの気孔コンダクタンスの計測が実施できた。その結果、常緑性広葉樹の気孔コンダクタンスは、気象要素の中では特に放射量の大小により敏感に変化し、陰葉としての中・下層木の特徴を醸し出した結果となった。最後に、土壌内部から林床面、森林内、樹冠上に至る熱・水・二酸化炭素輸送過程に関する鉛直一次元モデルの開発を行った。上記で得られた冬期の気孔コンダクタンスの計測値をこのモデルに入力し、森林樹冠における熱・水・二酸化炭素の各輸送量(フラックス)を算出したところ、観測された熱・水・二酸化炭素の各輸送量(フラックス)と若干の差異が見られ、より精緻に森林構造を反映させたモデル化の必要性を示唆した。

気孔コンダクタンスの計測と同時にクロロフィル含量やSPAD値、葉内窒素含量の季節変化を調べた結果、葉齢を表現するパラメータとしてSPAD値やクロロフィル含量が適当と考えられた。観測が比較的簡単なSPAD値を光の捕捉率としてモデルに組み込んだ結果、全ての樹種で、気孔コンダクタンスの再現結果が向上した。陸域生態系と大気との間のCO_2・水・熱輸送過程を精緻に表現できるモデルを開発し、様々な気候帯の陸域生態系に応用していくことが、本研究の目的である。平成12年度は、昨年度に課題として取り上げた「森林構造を反映した形での」大気-森林間のCO_2・水・熱輸送を計算するモデル開発に焦点を絞った。本モデルの特徴は、個葉スケールの物理的・生理的特性を入力値として群落全体のCO_2・水・熱輸送量を求めるところにある。植生層を多層に分割して扱うことにより、森林が鉛直方向に不均一な構造をもつことと、多様な植生種によって構成されることを考慮できる。このことによって大気-森林間のCO_2・水・熱交換特性が植生活動によって変化することに、十分対応できる。また、入力とする気象データがあれば、様々な気候帯に属する多様な形態と特性をもつ生態系に容易に適用できる。加えて、本モデルでは計算コストの高い熱収支計算を単葉型に簡単化している。さらに特徴的な点は、植生層と土壌層を区別して扱うところにある。これによって植生層における光合成活動と土壌からのCO_2放出を別々に評価することができる。本モデルを名古屋大学構内二次林に適用した。その際には、個葉レベルでの気孔コンダクタンスを観測から求め、気象要素により関数化し、樹種別・陽葉・陰葉別に表現する推定式を作成し、モデルに当てはめた。その結果、林内大気中にCO_2が滞留される現象がシミュレーションされた。秋期に光合成活性が弱まると、単調的にCO_2貯留量が増加していく結果となった。この原因としては、比較的大きい土壌呼吸量に対して、大気と土壌面との間のガス交換効率が悪いことが考えられた。一方では、土壌面から放出されたCO_2が拡散以外の輸送によって林外に運ばれ、あるいはある部分が植物によって再吸収される可能性も考えられた。これらのモデル化については、来年度の課題とする。個葉から群落レベルにCO_2・水・熱輸送量をスケールアップするために、CO_2・水・熱の鉛直一次元輸送モデルに、森林の樹冠構造(枝葉の集中度)と陽葉・陰葉の鉛直分布を取り入れたモデルを開発し、名古屋市の都市二次林やその他の気候帯における森林生態系に適用した。樹冠構造の取り込みは、植生層内における陽葉・陰葉の鉛直分布および土壌面への日射の入りやすさとして表現した。陽葉・陰葉の空間分布および植生層内における日射の多重散乱過程を、個葉の反射・透過特性を考慮した日射伝達モデルを構築することにより評価した。また、気孔コンダクタンスモデルを組み入れて光合成・蒸散活動を表現することにより、CO_2・水・熱の鉛直輸送量を見積もった。植生層内の各層における個葉レベルの熱交換特性および気孔コンダクタンス特性から、簡単な方法で群落レベルの熱交換・気孔コンダクタンス特性を近似的に表現し、群落全体の計算を行った。その結果、枝葉の集中度(樹冠構造)の変化は、個葉・群落レベルでのCO_2・水・熱交換量に大きな影響を与えることがわかった。数値モデルによってCO_2・水・熱輸送量を個葉から群落レベルにスケールアップする際に必要な気孔コンダクタンスの計測は、都市二次林内6樹種について行った。Jarvis型モデルによる気孔コンダクタンスの推定の結果、落葉広葉樹が開葉する春季には、展葉直後の気孔コンダクタンスを精度良く推定することができなかった。
微粒子照射による宇宙風化作用のシミレーション

本テーマは宇宙風化作用の解明が主目的であるが、宇宙風化作用再現の為の模擬実験のみが宇宙風化作用の解明に重要であると言う訳ではない。実際の小惑星の表層から取ってきたサンプルを測定して、望遠鏡で測定されたスペクトルと比較するという作業は非常に重要である。この事から、実際に小惑星表層からサンプルを持ち帰る小惑星探査計画MUSES-Cについても参加を行い、サンプル収集装置サンプラの開発・較正実験に参加した。なお、MUSES-C探査機は昨年の5月9日に無事打ち上げが成功し、はやぶさ探査機と名付けられている。微粒子照射による宇宙風化作用のシミレーションにおいて、照射量を見積もる為に、従来型ダストソースを用いたカウント実験を行った結果、従来型のダストソースでは、宇宙風化作用を再現するための照射量が不足している事が判明した。そこで、昨年度は微粒子の照射量を増やす為の新しいダストソースの開発を行った。昨年度の3月末に3MVのヴァンデグラーフ加速器にとりつけ、実際に惑星間塵の速度で微粒子を加速を行い実際に加速されている事を確認した。なお、加速した粒子はカーボン・銅・鉄・ニッケル・銀である。本テーマは宇宙風化作用の解明が主目的であるが、宇宙風化作用再現の為の模擬実験のみが、宇宙風化作用の解明に重要であると言う訳ではない。具体的には、MUSES-C探査機実機に取り付けられるプロジェクターの性能試験・地上収率試験を行った。一方、2004年2月に打ち上げが予定されている宇宙赤外線望遠鏡ASTRO-Fによる小惑星の観測計画を昨年度に引き続き立案した。ASTRO-Fは地上では観測する事が困難であるLバンドのスペクトルを非常に感度良く測定する事が可能である。このバンドのスペクトルを測定する事によって、炭素質コンドライトの小惑星帯での分布が判別できるのではと期待されている。また、宇宙風化の影響を受けにくい長波長側を見るために、実際の小惑星の宇宙風化作用の進行度合いを測るものとしても期待できる。また、地上の大型望遠鏡で実際に幾つかの小惑星のLバンドのスペクトルを測定した。
プラズマナノバブルへの抗体修飾による選択的アポトーシス誘導法の開発

水中に絶縁被覆された針状の白金ワイヤ電極とリング状の白金ワイヤ電極を超純水中に設置し,針電極に高電圧を印加することで,水中に微細気泡を大量生成する装置の開発に成功した.これらの気泡は最大頻度が100200 nmの粒径を有する粒径分布となることを明らかにした.一方,電極材などの固形不純物と微細気泡の判別を行うため最大100気圧に加圧・観測する装置の開発,衝撃波を利用した気泡変形観察装置を開発し,固気判別が不可能であった超微細気泡の検証法を開発した.これらの成果により,ナノバブルの抗体修飾に向けた重要な基盤要素技術を提案した.水中に絶縁被覆された針状の白金ワイヤ電極とリング状の白金ワイヤ電極を超純水中に設置し,針電極に高電圧を印加することで,水中に微細気泡を大量生成する装置の開発に成功した.これらの気泡は最大頻度が100200 nmの粒径を有する粒径分布となることを明らかにした.一方,電極材などの固形不純物と微細気泡の判別を行うため最大100気圧に加圧・観測する装置の開発,衝撃波を利用した気泡変形観察装置を開発し,固気判別が不可能であった超微細気泡の検証法を開発した.これらの成果により,ナノバブルの抗体修飾に向けた重要な基盤要素技術を提案した.平成25年度は,1.水中プラズマ流による高安定性ナノバブル発生法の開発,2.ナノバブルの気泡径計測・制御法の開発,3.超音波照射によるナノバブル破裂法の開発に取り組んだ.水中に絶縁被覆された0.3 mm径の針状の白金ワイヤ電極とリング状の露出した白金ワイヤ電極を超純水中に設置し,針電極にー6 kVより大きな高電圧を印加することで,水中に微細気泡を大量生成する装置の開発に成功した.水中プラズマ流により生成した微細気泡を含む水を,フィルターを利用し生成物を濃縮し,光学顕微鏡により観察すると,500 nm以下の粒径を有する球状の物体が多数生成されている様子が観察された.そこで,レーザー共焦点顕微鏡により詳細に観察した結果,300 nm以下と見られる微小球体がブラウン運動している様子が観察された.より微小な粒径の計測と統計的な粒径分布を計測するために,動的光散乱法を利用し分析した.これにより,最大頻度が100200 nmの粒径を有する粒径分布が得られた.さらに,SEMによる観察を行った結果,数十nm数百nmの球状の物体が観察された.SEM観察では真空中における計測のため気泡は残存していないと考えられるため,観察された微粒子のX線分析を行い,白金や有機物の微粒子が発生していることを確認した.これより,微粒子群にはプラズマ発生時に生成された電極材やコーティング材などからなる微粒子が含まれていることが明らかになった.この微粒子群が固体のみなのか気泡が含まれているのかを判別するために,最大100気圧まで加圧できる顕微鏡観測チャンバーを利用し観察したところ,いずれの微粒子も変形しないことが明らかになった.そこで,衝撃波照射による微粒子の固気判別法の開発に取り組み,水中に存在する気泡核が膨張したと考えられる気泡生成過程を観察できる,極限微小時空間観察装置を開発した.平成26年度は,平成25年度に引き続き,微細気泡の可視化法と微細気泡と微粒子の固気判別法の開発と検証を行った.微細気泡の可視化法は,新たに購入したナノパルスレーザを利用して衝撃波を水中に発生させ,気液界面で反射した膨張波を利用した.レーザの波長は532 nmで,出力は7 nsで180 mJであり,収束点から5 mmの位置で6.8 MPaのパルス状の正圧が得られ,膨張波は水面直下において-3.3 MPaが得られた.この膨張波が通過すると,水中の微細気泡が膨張し数十μm程度まで膨張し,観察が可能になる.本研究では,この手法を利用して,膨張波の圧力と最大気泡径から水中の微細気泡径を推測する手法について検討した.そのため,既知の初期気泡径を有する微細気泡を生成させ,その気泡が膨張波圧力により,最大径がどの程度変化するかについて検証した.その結果,膨張波の圧力と膨張した気泡の最大気泡径にある相関が現れた.さらに最大気泡径の体積との相関を検証したところ,概ね圧力に対して線形であることが明らかになった.これらの成果は,初期気泡径と膨張波の圧力,気泡最大径との間に強い相関があることを示しており,より微細な気泡径に対しての適用の可能性を示唆する新しい知見である.また,既知の同程度の直径を有する微細気泡と微粒子を分散させた溶液に膨張波を照射し,その時の気泡生成の様子について検証した.その結果,微細気泡に照射した場合は多くの気泡が生成されたが,固体粒子の場合はほとんど気泡生成が観察されなかった.これらの成果は,さらなる小径の微細な気泡や微粒子に対しても適用が可能であると考えられ,今まで固気判別が不可能であった超微細気泡の検証法を本研究において提案することができた.これらの成果により,ナノバブルの抗体修飾に向けた重要な要素技術の開発に成功した.

流体工学平成25年度に計画した,1.水中プラズマ流による高安定性ナノバブル発生法の開発,2.ナノバブルの気泡径計測・制御法の開発,3.超音波照射によるナノバブル破裂法の開発についての進捗状況は以下の通りである.1.と2.については,針状の絶縁白金ワイヤ電極とリング状の露出白金ワイヤ電極を水中に設置し,負極性高電圧を印加することで簡便に微細気泡を発生する装置を開発した.また,生成した微細気泡をフィルターにより濃縮する手法を開発した.この装置を利用して生成された微細気泡を光学顕微鏡ならびにレーザー共焦点顕微鏡により観察することにより,数百nm以下の微粒子が大量に生成されていることが確認できた.さらに,動的光散乱法を利用して微粒子の粒径分布を計測した結果100200 nmを最大頻度とする粒径分布が得られた.これらの成果は,平成25年度の計画以上の進展である.しかしながら,微粒子に固体が含まれていることが明らかになったため,新たに微粒子の固気判別法を開発する必要が生じた.ナノサイズ微粒子の固気判別法は世界でも例が無いため,開発に成功すれば世界に先駆けた計測法の提案が可能となる.3.については,固気判別法の開発終了後に行う予定であるため,十分に進捗していない.これらのことを総合的に考慮し,おおむね順調に進展していると判断した.平成26年度は,水中プラズマ流により生成された球状物体の固気判別法の開発を行う.衝撃波による水中気泡生成発生装置ならびに観察装置を平成25年度に開発したが,衝撃波の生成に利用しているスパークにより,強いノイズが発生し衝撃波の圧力計測が困難であること,スパークの強さが安定していないことによる再現性の低下などの問題が生じている.そこで,衝撃波生成用にナノパルスレーザーを購入し,ノイズ発生の低減や再現性の向上を図り,より精度の高い固気判別法の開発に取り組む.続いて,固気判別法によりナノバブル生成の確認と選別をする手法を開発し,当初予定していたナノバブル破裂法の開発を行う.これらの開発を進めた上で,ナノバブルに抗体を修飾する手法の開発,がん細胞の表面にナノバブルを固定させる手法の開発,超音波照射によりナノバブルを破裂させがん細胞にアポトーシスを誘導する手法の開発に取り組む.最終的には,複数種細胞培養時における選択的がん細胞アポトーシス誘導手法の開発を目指す.平成25年度に実施した,水中プラズマ流によるナノバブル生成装置の開発,フィルターによるナノバブル濃縮装置の開発,ナノバブルの観察・分析は,既存の施設を利用して行うことで使用額を抑えた.新たに開発した衝撃波による微細球状物体の固気判別装置の開発では,既存のスパーク発生装置を利用し衝撃波を生成したが,衝撃波の生成に利用しているスパークにより,強いノイズが発生し衝撃波の圧力計測が困難であること,スパークの強さが安定していないことによる再現性の低下などの問題が生じたため,ナノパルスレーザーの導入が必要不可欠となり,次年度に購入することを想定し,25年度の予算の使用を抑えた.平成26年度では,衝撃波発生用ナノパルスレーザーの購入により,微細球状物体の固気判別装置の開発を行う.さらに,ナノバブルへの抗体修飾のための物品の購入を行う.
食道癌化学放射線治療施行時の腫瘍代謝推移のポジトロンCTによる定量評価と臨床応用

食道癌腫瘍部における糖代謝およびアミノ酸代謝をPositron CTを用いて評価し、化学放射線療法の効果判定への応用について検討することを目的とした。進行食道癌51例を対象とした。はじめに、サイクロトロンおよびトレーサー合成装置にて18F-FDGおよび11C-methionineを合成し(別日)、それそれ148MBqおよび370MBqを静注投与し、それそれ60分後、30分後に腫瘍への集積が定常状態になった時点で、PETにて腫瘍部をスキャンし、腫瘍部の放射能濃度を測定した。局所集積度は、SUV(standardized uptake value)を用いて定量評価した。腫瘍部の集積は、糖代謝およびアミノ酸代謝とともに正常食道の平均約6倍の有意な高値を示し、分布は2倍から10倍を呈した。集積の多寡は組織型とは関連を認めなかった。また、腫瘍マーカー(SCC、CYFRA)およびP-53抗体とも相関せず、独立した指標と考えられた。HDRA(hysto-culturedrug response assay)による切除標本腫瘍部の抗癌剤感受性評価では、各集積度とCDDPおよび5-FU単独との効果との相関性は認めなかった。化学放射線療法施行例の検討では、放射線治療により両者の集積度とも腫瘍径の縮小に先立って減少し、早期治療効果判定に有用であった。特にFDGの治療開始1週における早期集積低下度と治療終了時(6週後)における治療効果は相関した。また、11C-methionineの治療前集積度は有意にCDDP・5-FU療法の治療効果と相関し、二剤のbiochemical modulationの評価が可能と考えられた。食道癌腫瘍部における糖代謝およびアミノ酸代謝をPositron CTを用いて評価し、化学放射線治療の効果判定への応用について検討することを目的とした。はじめに、サイクロトロンおよびトレーサー合成装置にて18F-FDGおよび11C-methionineを合成し(別日)、それぞれ148MBqおよび370MBqを静注投与し、それぞれ60分後、30分後に腫瘍への集積が定常状態になった状態で、PETにて腫瘍部をスキャンし、腫瘍部の放射能濃度を測定した。腫瘍部の集積は、糖代謝およびアミノ酸代謝ともに正常食道の平均約6倍の有意な高値を示し、分布は2倍から10倍を呈した。集積の多寡は、組織径とは関連を認めなかった。また、腫瘍マーカー(SCC、CYFRA)およびp-53抗体とも相関せず、独立した指標と考えられた。放射線治療により両者とも腫瘍径の縮小に先立って減少し、早期治療効果判定に有用であったが、18F-FDGと11C-methionineの集積は相関しなかった。また、11C-methionineの集積度が治療前に高い症例ほど有意に治療効果が高い傾向が見られた。また、予後との関連では、18F-FDGが予後と相関した。次年度は、治療経過にともなう代謝の変化についてさらに両方向から検討をすすめたい。

腫瘍部の集積は、糖代謝およびアミノ酸代謝とともに正常食道の平均約6倍の有意な高値を示し、分布は2倍から10倍を呈した。集積の多寡は組織型とは関連を認めなかった。また、腫瘍マーカー(SCC、CYFRA)およびP-53抗体とも相関せず、独立した指標と考えられた。HDRA(hysto-culturedrug response assay)による切除標本腫瘍部の抗癌剤感受性評価では、各集積度とCDDPおよび5-FU単独との効果との相関性は認めなかった。化学放射線療法施行例の検討では、放射線治療により両者の集積度とも腫瘍径の縮小に先立って減少し、早期治療効果判定に有用であった。特にFDGの治療開始1週における早期集積低下度と治療終了時(6週後)における治療効果は相関した。また、11C-methionineの治療前集積度は有意にCDDP・5-FU療法の治療効果と相関し、二剤のbiochemical modulationの評価が可能と考えられた。
クォータニオンニューラルネットワークによる色彩情報処理システムの構築

本課題研究は,複素数ならびに超複素数の一つであるクォータニオンを導入した連想記憶システムについて,それを実工学応用に供するための理論整備を行うことを目的としている.本課題研究では,次の2点について研究を展開した.(1)カラー画像に代表される3次元データを記銘・想起することができる連想記憶システムを提案し,そのシステムの特性や性能の評価を行うとともに,データ記銘方法についても検討を行った.(2)より高精度に記憶想起を行うことができる連想記憶システムであるシナジェティックコンピュータについて,これを複素数値化し,画像想起問題を通してその性能を精査した.本課題研究は,複素数ならびに超複素数の一つであるクォータニオンを導入した連想記憶システムについて,それを実工学応用に供するための理論整備を行うことを目的としている.本課題研究では,次の2点について研究を展開した.(1)カラー画像に代表される3次元データを記銘・想起することができる連想記憶システムを提案し,そのシステムの特性や性能の評価を行うとともに,データ記銘方法についても検討を行った.(2)より高精度に記憶想起を行うことができる連想記憶システムであるシナジェティックコンピュータについて,これを複素数値化し,画像想起問題を通してその性能を精査した.本研究課題は,超複素数の1つであるクォータニオンを導入したニューラルネットワークモデル(以下QNN)について,その情報処理能力の理論的解析ならびに実工学問題に向けた実装面での問題解決を行うことが目的である.本課題は,(1)クォータニオンニューラルネットワーク(QNN)による3次元情報を記憶可能な連想記憶システムの構築,(2)QNN連想記憶システムによる複数カメラからの動画像における人物追跡システムの構築,(3)量子ニューラルネットワークおよびQNNを融合させたニューラルネットワークモデルの構築,の3副課題から構成されている.H21年度においては,上記課題(1)に関連して,連想記憶システムにおけるパターン記銘手法について検討を行った.パターンを記銘させる場合において,互いに相関が存在する,すなわち非直交なパターンの記銘は連想記憶システムにおいて大きな問題となっている.そこで,従来のいわゆる実数型のニューラルネットワークモデルにおいて提案されている射影学習ならびにその一実装手法である局所逐次学習について,QNNならびに複素ニューラルネットワークへの拡張を行った.射影学習は非直交なパターン群を直交パターン群に写像し,それをHebb学習により連想記憶システムに埋め込むことによりパターン記銘を実現する.この手法では一度に多くのパターンを記銘することが可能であるが,記銘の過程において巨大な擬逆行列を算出する必要がある.局所逐次学習においては,繰り返しパターンを提示し,ニューラルネットワークにおけるニューロン間の結合荷重を逐次的に更新する.この手法では擬逆行列を求める必要がなく,かつ記銘させるパターン毎にその記銘度合いを調節することも可能である.QNNならびに複素ニューラルネットワークにおいてこれらの記銘手法を実現するにあたり,それらの安定性・収束性の証明を行った.H22年度においては,可換クォータニオンに基づく連想記憶システムの構築を行うとともに,連想記憶の一つであるシナジェティックコンピュータ(以下SC)について,その複素数値化ならびにクォータニオンへの拡張を行った.まず,前者についてであるが,これまでに本研究申請者が研究を展開してきた相互結合型QNNによる連想記憶システムにおける問題点の一つとして,クォータニオンにおける積演算の非可換性,すなわちクォータニオン同士の積の順序により得られる結果が異なる,ということが挙げられる.これに対して可換なクォータニオン体系が研究されている.QNNを画像処理応用に供するためには,クォータニオンの演算を容易化することが重要であると考えられる.可換クォータニオンを基にした連想記憶(以下CQNN)として,本研究申請者は二種類のCQNNを提案した.一つは各素子の状態が2つの位相情報と1つの振幅情報により表現されるものであり,もう一つは可換クォータニオンの持つ性質である2つの複素数の重ね合わせで素子状態を表現する.これらのネットワークにおける安定条件をそれぞれ導出した.後者のSCによる連想記憶システムにおいては,システムの各要素の挙動が隷属原理により支配されており,それらによるマクロな挙動は秩序パラメータと呼ばれる実変数により表される.これらのシステムでは全てのパラメータは実数で表現されているが,位相・振幅情報や色彩情報を自然に表現することが困難である.そこで,まずSCの各パラメータを複素数で表現するとともにパラメータ更新則を全て定義し直すことにより,SCを複素数値化した.この複素SCにおけるノイズ耐性や安定性について,実画像を記銘,想起させる実験を行うことにより評価し,その結果,複素SCは実SCよりも高い想起性能を持つことを明らかにした.現在,同様にして構成したクォータニオンに基づくSCについて,カラー画像を記銘することによりその性能評価を行っている段階である.H23年度においては,連想記憶の一つであるシナジェティックコンピュータ(以下SC)について,その複素数値化を行ったモデルによる画像想起性能を精査した.SCによる連想記憶システムにおいては,システムの各要素の挙動が隷属原理により支配されており,それらによるマクロな挙動は秩序パラメータと呼ばれる実変数により表される.これらのシステムでは全てのパラメータは実数で表現されているが,位相・振幅情報や色彩情報を自然に表現することが困難である.そこでH22年度において,SCの各パラメータを複素数で表現するとともにパラメータ更新則を全て定義し直すことにより,SCを複素数値化した.この複素SCにおけるノイズ耐性や安定性について,実画像を記銘,想起させる実験を行うことにより評価し,その結果,複素SCは実SCよりも高い想起性能を持つことを示した.また,2つの画像を混合して生成した画像についてもそれらを峻別することが可能であることを示した.

これらの結果については,国際学会(IJCNN)にて発表するとともに論文としても計測自動制御学会に投稿し,論文集に採録されている.今後の課題として,パラメータをクォータニオンにより表現したSCについて,その構成を行うとともに,カラー画像などの3次元情報を記銘することにより性能評価を行う予定である.
オートファジーが胎児成長に及ぼす効果とその機序の解明

野生型のマウス及びATG5ノックアウトマウスより樹立された胎児線維芽細胞を用いて、無血清刺激または無血清および低酸素刺激を与えたところ、オートファジーの欠失により、インスリン様成長因子シグナルが亢進することが認められ、オートファジーと成長因子では何らかのクローストークが存在することが示唆された。しかしながら浸透圧ポンプによるトロンボキサンA2類似体投与による、子宮内発育不全モデルでの検討では成長に与えるオートファジーの効果については明らかにならなかった。今後適切なモデルによる検証が必要と考えられた。本研究は妊娠中の胎盤機能低下などによって引き起こされる胎内ストレスが子宮内発育不全や出生後の低身長を引き起こすことに対して、オートファジーがどのように活性化され成長因子シグナルにどう影響するかを明らかするため、1)子宮内発育不全モデルを確立し、そのオートファジー活性化状態の評価、2)オートファジー欠損/促進による胎児成長の評価、3)ストレス下の成長因子シグナル変化の解析、及びストレスによって誘導されるオートファジーと成長因子シグナルの相互作用の解析がある。1)については、当初野生型マウスでの両側子宮動脈結紮モデルでの測定を行ったが、安定的な結果が得られず発育不全モデルの変更を行った。いくつかの提唱されているモデルを検証したが、その中でも浸透圧ポンプによるトロンボキサンA2類似体投与による子宮内発育不全誘導が安定していることが判明し、2)を含めた今後の解析に応用できる見通しがついた。3)についてはマウスより採取した骨芽細胞、間葉系幹細胞を無血清などのストレスに暴露したところ、AKTのリン酸化で評価されるインスリン様成長因子シグナルの低下する傾向を認めた。さらに、オートファジー阻害剤の添加でシグナルの低下が増強された。オートファジー誘導剤をあらかじめ作用させておくと、ストレスによるインスリン様成長因子シグナルの低下が軽減され、骨芽細胞および間葉系幹細胞において、ストレスによるインスリン様成長因子シグナルにオートファジーが関係していることが明らかになった。子宮内発育不全モデルの作成に関して、報告されている子宮動脈の両側結紮モデルを試みたが、作成される子宮内発育不全胎児が安定して作成されず、解析に耐えるだけのモデルにならないと判断されたため、モデル変更を検討した。その結果当初の解析に遅れが生じている。細胞内シグナルの解析については骨芽細胞の採取も計画通り遂行でき、一部のシグナル解析について終了しており、おおむね順調に推移していると考えられる。本研究は妊娠中の胎盤機能低下などによって引き起こされる胎内ストレスが子宮内発育不全や出生後の低身長がどのように引き起こされるかを明らかにするため、近年注目されているオートファジーについて、成長因子シグナルとどう相互作用するかを検討した。オートファジーを変化させる薬剤で成長因子の反応に変化が見られたが、安定性に欠けたため、解析を野生型のマウス及びATG5ノックアウトマウスより樹立された胎児線維芽細胞を用いて行った。無血清または無血清および低酸素で刺激し、インスリン様成長因子によって制御されるAKTのリン酸化状態を評価した。無血清刺激でAKTのリン酸化状態は、ノックアウト細胞で基底状態から亢進していることが認められた。また、無血清及び低酸素刺激では野生型およびノックアウト細胞ともIGF-1刺激によるAKTの反応はほぼ消失していたが、ノックアウト細胞においてAKTのリン酸化は野生型に比して亢進していた。生体での作用を確認するため子宮内発育不全モデルの確立について検討したが、野生型マウスでの両側子宮動脈結紮モデルでの測定では、安定的な結果が得られなかった。いくつかの提唱されているモデルを検証し、その中でも浸透圧ポンプによるトロンボキサンA2類似体投与による子宮内発育不全誘導が安定していることが判明した。野生型同士とATG5ヘテロノックアウトマウス同士を交配し、母体にトロンボキサンA2類似体を浸透圧ポンプにより投与した。新生児マウスを計測したが、野生型とノックアウトマウスでの差は明らかではなかった。以上の結果からオートファジーの欠失により成長因子シグナルの変化が引き起こされ、オートファジーと成長因子で何らかのクローストークが存在することが示唆されたが、生体での効果については明らかにならなかった。子宮動脈の両側結紮モデルによる子宮内発育不全モデルが、当初予定したとおりに進まなかったことから、子宮内発育不全モデル作成にトロンボキサンA2類似体を、浸透圧ポンプを用いて、母体に持続投与することによって発育不全マウスを作成し、そのマウスのオートファジー活性化を評価する。オートファジーを欠損している遺伝子改変マウスを用いて、同様にトロンボキサンA2類似体を母体に持続投与し、オートファジー欠損時における子宮内発育の変化を評価する。さらにピューロマイシンを、母体を通じて胎児に投与してオートファジーの誘導を行い、トロンボキサンA2類似体母体投与による子宮内発育の変化を評価する。

細胞内シグナル解析はマウス骨芽細胞におけるオートファジーを、レンチウイルスを用いたAtg5ノックダウンによって欠損させた後にインスリン様成長因子シグナルの解析をウエスタンブロット法にて行う。マウスの細胞で得られた結果をヒトの間葉系細胞を用いて検証するため、ヒトの間葉系幹細胞を分化させたのちに、オートファジー阻害剤を作用させて、インスリン様成長因子シグナルの解析をウエスタンブロット法にて行う。小児科
光フェントン型反応とフェライト触媒による有機汚染物質の水中での完全酸化分解

本研究では、フェントン酸化における鉄スラッジの発生抑制と無機化の促進を目的として、固体で磁気分離可能なフェライト触媒用いて光照射と組み合わせる方法を検討した。フェライト触媒をフェノールの分解触媒として検討したところ、酸性条件下では、光照射なしでも分解が進行したが、触媒から溶出した鉄イオンの影響であった。鉄イオンの溶出を抑制する方法として、反応時のpHを中性にしたところ、鉄イオンの溶出を抑制することができ、さらに光照射と組み合わせることで分解が進行した。検討した触媒の中では、銅フェライト触媒の場合が最も高い無機化率を達成できた。最も分解が進行したのは、銅フェライト触媒を125 mg/L投入した場合で、100 mg/Lのフェノールを3時間処理することによって炭素基準で90%以上CO2まで酸化分解することに成功した。本年度は、フェライト触媒の調製法の検討および実際にフェノールの分解に適用し、その分解特性を評価した。フェライト触媒の調製方法としては、Fe(II)とFe(III)を含む水溶液をアルカリ条件下で共沈させる共沈法とFe(II)を含む水溶液をアルカリ条件下で酸化させる湿式酸化法があげられる。ここでは、湿式酸化法でのフェライト触媒の調製を試みた。0.1MのFeSO4と触媒金属となるCu、Mn、Ni等のイオンを10002000mg/L含む溶液を原料とし、ほぼすべての触媒金属をフェライト内に取り込ますことができる条件を検討したところ、空気でバブリングしながらpH=9-10で保って65°Cで1h反応させればよいことがわかった。このようにして調製したフェライト触媒を、100mg/Lのフェノール水溶液に100-400mg/Lの濃度で触媒を仕込み、過酸化水素を加えて光を照射しながら反応させた。その結果、NiフェライトおよびCuフェライトにおいて、2時間程度でほぼすべてのフェノールが分解した。特にCuフェライトについては、UVを照射しなくてもフェノールの分解が進行した。完全酸化分解率の指標となるTOC(全有機炭素)除去率を見てみると、Niフェライトの場合は低かったが、Cuフェライトの場合は、UVを照射しなくてもTOC除去率は時間とともに高くなり、4時間で0.5程度になった。そのため、さらに反応時間を長くしたところ、24時間でTOC除去率が0.7を超えることがわかった。Cuフェライトの量による影響を見てみると、100mg/Lではやや遅かったものの200mg/Lおよび400mg/Lはほぼ同程度の分解速度を示した。このことから、フェノールの完全酸化分解にCuフェライトが非常に有効であることがわかった。昨年度、銅-フェライトが、光照射がなくても有機物の酸化分解に効果があることを見出したが、反応溶液を詳細に分析したところ、触媒から溶出した鉄イオンや銅イオンが、分解に大きく寄与していることがわかった。そのため、イオンがなるべく溶出しない条件において、光を照射し、分解性を検討した。フェライト触媒を850°Cで焼成し、より安定な結晶化を行ったところ、焼成によって触媒粒子が大きくなり、触媒効果が見られなかった。一方、pHをより高くし、中性付近にしたところ、イオンの溶出量が飛躍的に抑制されたが、分解は進行し、触媒の効果が見られた。中性付近で分解を進行させることができれば、分解処理後にpH調整をする必要がなく、大きなメリットとなる。そのため、初期pH=6として、より分解できる条件の検討を行った。完全酸化分解率と直接関係する全有機炭素(TOC)濃度を分析し、分解活性の指標とした。光源としては、100Wの高圧水銀ランプを用い、ビーカーの中心に冷却管とともにセットした。触媒および過酸化水素を投入し、pH調整後、光照射を行うことで反応を開始させた。反応開始後、pH調整を行わなかった場合は、3時間後にはpHが4以下まで低下していた。TOC濃度の低下を、反応開始後もpHを6程度に調整した場合と比較したところ、反応中もpHを6程度に調整した方がTOC濃度の低下が大きく、pH=6付近の方が分解も促進されることがわかった。触媒濃度の影響を検討したところ、触媒が多すぎても光の遮蔽効果が出てしまい、分解が進行しないこともわかった。最も分解が進行したのは、銅フェライト触媒を125mg/L投入した場合で、100mg/Lのフェノールを3時間処理することによって炭素基準で90%以上CO2まで酸化分解することに成功した。本研究において、上記の成果に加え、水中の銅イオンがフェントン酸化を促進し、UVを照射しなくてもフェノールの無機化率を大きく向上させる効果があることも明らかにした。
プロインスリン分泌動態からみた膵B細胞機能異常の研究

本研究では末梢血中のプロインスリン(PI)のインスリン(I)の対する比率(PI/I)が膵B細胞にかかる負荷の程度を示す指標になるとの仮説に基づき、糖尿病の発症因子と考えられている肥満や加齢、糖尿病の遺伝(家族歴)のプロインスリン分泌動態に及ぼす影響、糖尿病発症のリスクの高い、糖負荷試験(GTT)境界型でインスリン低反応者におけるプロインスリン分泌を検討し、さらに糖尿病の経口剤治療後のプロインスリン分泌の変化を調べた。これらにより、インスリン分泌のみでは知りえなかった膵B細胞機能の質的変化をとらえ、プロインスリン分泌動態からみた糖尿病の発症・悪化の機序に迫ろうと試みた。1.PI分泌動態に及ぼす肥満の影響:肥満者では非肥満者に比べ、空腹時及びGTT時のI,PIともに増加し、PI/Iには差がなかった。肥満自体では膵B細胞の機能の質的な異常を示さなかった。2.PI/Iの糖尿病家族歴の有無による比較:GTT境界型を対象に、糖尿病家族歴の有無により空腹時、GTT時のPI/Iに差がみられるかどうか比較したが、差はなかった。PIの相対的増加に遺伝の影響はなかった。3.PI/Iに及ぼす加齢の影響:GTT正常型の非肥満者を対象に10歳代60歳代に層別し、空腹時、GTT時のPI/Iに及ぼす加齢の影響をみたが、PI/Iが加齢とともに上昇する傾向をみとめた。4.境界型のインスリン低反応者におけるPI/I:非肥満境界型を対象に、GTT時のインスリン低反応者と正常反応者のPI/Iを比較したところ、インスリン低反応者の方がPI/Iが高値を示した。5.糖尿病患者における経口剤(SU剤)治療前後のPI/Iの比較:食事療法単独ではコントロ-ル不良の糖尿病患者にSU剤を投与し、治療前後のPI/Iを比較したところ、耐糖能の改善に伴い、PI/Iは低下した。プロインスリン(PI)の分泌動態や末梢血中のPIとインスリン(I)の比率は膵B細胞の機能を知るよい指標となりうる。本研究では,糖尿病発症因子の一つである肥満と糖尿病への移行の頻度が高いとされている糖負荷試験(GTT)境界型でインスリン低反応者におけるプロインスリン反応を検討し以下の結果を得た。1.肥満のプロインスリン分泌に及ぼす影響健常者,糖尿病を含む種々の程度の耐糖能異常計147名(非肥満74名,肥満73名;肥満:Body Mass Index>25)を対象に75gGTTを行い,負荷前負荷後180分まで計6回採血し,血糖,I,PIを測定した。その結果,1)正常型,境界型,糖尿病型と耐糖能の悪化に伴い空腹時PI,空腹時PI/I比が高くなる,2)肥満者では非肥満者に比べ,GTTの各区分において,空腹時PI及びGTT時の総和ΣPIが高くなる,3)空腹時PL/I比,ΣPI/ΣI比は肥満の有無による差はみられないとの成績を得た。PI/I比が膵B細胞の機能状態を反映するとすれば,肥満が膵B細胞に及ぼす影響は耐糖能異常に比べ少ないことが示された。2.境界型でインストン低反応者におけるプロインスリン反応非肥満境界型34名について,GTT時のインスリン指数(Insulinogenic Index;I.I.)により正常反応者(I.I.≧0.4)16名と低反応者(I.I.<0.4)18名の2群に分け,空腹時PI,ΣPI,PI/I比などを比較した。

その結果,1)空腹時PI,ΣPIは両群で差がみられない,2)空腹時PI/I,ΣPI/ΣI比は低反応者の方が有意に低く,ΣPI.ΣIとI.I.とは逆相関を示す,3)低反応者の方がPIの相対的過剰分泌を示すとの成績を得た。以上の結果と境界型でインスリン低反応者の糖尿病移行頻度が高いことを考え合わせると,PI/I比が糖尿病移行への予知指標の一つになりうる可能性が示唆され,今後の経年的観察が重要と思われる。プロインスリン(PI)の分泌動態や末梢血中のPIとインスリン(I)の比率(PI/I)が膵β細胞の機能のよい指標になるとの仮説を立て、糖尿病や種々の程度の耐糖能低下を示す病態におけるPI分泌を測定した。その結果,これまでPI/Iが1)耐糖能の低下に伴い上昇する、2)肥満の有無では差がみられない、3)GTT境界型において、インスリン低反応者では正常反応者に比べ高値を示すことなどの諸点を明らかにした。本年度は主として以下の3点について検討した。(1)プロインスリン分泌動態からみた加齢の影響:GTTで正常型を示す非肥満者56名を対象に、10歳代60歳代の各年齢層別で、空腹時のI,PI,PI/I,GTT時のΣI,ΣPI,ΣPI/ΣIを比較した。その結果,空腹時PI/I,ΣPI/ΣIともに加齢に伴い上昇傾向がみとめられた。(2)糖尿病家族歴の有無によるプロインスリン分泌の比較:GTTで境界型を示す非肥満者159名を対象に,空腹時およびGTT時のPI/Iを測定し糖尿病家族歴の有無で比較した。その結果,家族歴の有無でこれらの指標に差異をみとめなかった。(3)経口血糖降下剤(スルホニル尿素剤)投与前後のプロインスリン分泌動態の比較:SU剤による血糖コントロ-ル前後のGTT時のΣPI/ΣIを比較したところ、耐糖能の改善に伴い,ΣPI/ΣIの有意の低下をみとめた。以上より,糖尿病発症の一因子とされている加齢に伴いプロインスリンの相対的増加がみられること,PI/I比に家族歴(遺伝)の影響はみられないこと,SU剤治療により耐糖能が改善すればプロインスリンの相対的増加も改善することなどが明らかとなった。
幼児期の描画活動における意図理解の検討：絵への命名行為に着目して

<今年度に実施した研究の具体的内容>今年度は,大きく2つの内容を実施した。第1に,交付申請書「研究実施計画」で予定していた研究(交付申請書「研究の目的」の目的2.に該当する)を,昨年度の結果を踏まえて一部内容の改善をして実施した。この研究では,ミスコミュニケーションでの命名行為・描画行為と他者の心的状態の理解との関連を明らかにするため,35歳児65名を対象に子ども自身の描画についてミスコミュニケーションが生じた後に再び描画を求めることで,子どもが他者からの見えを含んだ絵の複数の意味を考慮して表現を変化させるかを検討した。併せて心的状態の理解として信念理解課題(スマーティー課題,位置変化課題)を行った。これらの調査結果は協力園にフィードバックを終えており,結果の一部は学会発表も行った。第2に,昨年度からの調査結果をまとめ,論文として投稿するとともに博士論文とし,幼児期の描画の変化について考察を行った。<意義,重要性>申請者の研究から,描画がシンボルを産出する行為として出現し,複数の見えが想定された多層的な意味を内包するシンボル活動へと変化することが見いだせた。また,対人場面における他者のあり方が描画に影響を及ぼすことも明らかになった。これらの結果を踏まえ,申請者の研究には2つの意義が挙げられる。1つ目は,絵への命名が表象関係の理解に基づくことを明らかにした点である。2つ目は,描画における他者理解の影響を明らかにしたことである。これらの研究から得られた成果は,発達心理学に資するだけではなく,保育場面における他者の重要性が示された点や子どもの発達によって描画の意味が変化しており,描画という表現活動での目的が変化していることが示された点などから保育・教育実践にも資するものであると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。今年度に実施した研究の具体的内容交付申請書「研究実施計画」で予定していた研究2(交付申請書「研究の目的」の目的1-2.に該当する)と,来年度に計画していた研究3(交付申請書「研究の目的」の目的2.に該当する)を一部内容の改善をして実施した。研究2の具体的内容絵への命名行為と描画技術の関連を明らかにするため, H県下の13名を対象に, 2歳から3歳までの1年間の縦断的な調査を行った。参加児が2歳, 2歳半, 3歳の時点に,調査員が家庭へ訪問する,または公的施設に集合して個別調査を行った。参加児は自由描画,描画技術課題(新版K式発達検査模写課題)と描画命名課題を行った。研究3の具体的内容ミスコミュニケーションでの命名行為・描画行為と他者の心的状態の理解との関連を明らかにするため, H県下の保育園の年少児から年長児と,学童に通う小学1年生の合計98名を対象として調査を行った。調査は保育園,または学童の一室を借りて個別調査である。ミスコミュニケーションが想定される描画としてカード注文課題(Eskritt & Olson, 2012の変更版)と,心的状態の理解として信念理解課題(スマーティー課題,位置変化課題)を行った。意義,重要性研究2より, 3歳児時点になると,事前の描画意図通りの命名を行うようになることが改めて示された。この研究には,複数名の個人を縦断的に調査することによって,これまで実証的な検討が行われてこなかった2歳時点から3歳時点への命名変化の詳細を明らかにした意義がある。また,命名行為に対して描画技術の影響が仮説よりも限定的であったことは,描画技術が命名の発生を促すという一方向の関係ではなく,命名という意味づけによって描画行為が調整されるという新たな仮説を提案する結果として考察された。研究3からは,年長児ごろから状況(相手)によって,子どもが自発的に表現方法を変化させることが明らかとなった。これらの変化と信念理解との関連は有意傾向でしか示されなかったが,体系的な指導を受ける前から,子<今年度に実施した研究の具体的内容>今年度は,大きく2つの内容を実施した。

2つ目は,描画における他者理解の影響を明らかにしたことである。これらの研究から得られた成果は,発達心理学に資するだけではなく,保育場面における他者の重要性が示された点や子どもの発達によって描画の意味が変化しており,描画という表現活動での目的が変化していることが示された点などから保育・教育実践にも資するものであると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。協力してくださる施設(保育園,学童)のご都合上,調査内容が実施計画の順序とは前後したが,交付申請書「研究の目的」に明記した2つの調査が終了した。この調査結果のフィードバック,学会発表も終えており,おおむね実施計画の通りの進行状況ある。研究3のフィールドが先に確保できたことから,今年度の実施を計画していた研究1は来年度に課題内容を一部変更して実施する。実施するフィールドには承諾をいただいており,今後詳細を詰める段階である。具体的な変更箇所と対応策は以下に示す通りである。研究1について,交付申請書では命名変化と絵の意味理解課題(ApPrely, et al, 2004)との関連を検討することとしていた。しかし,今年度の研究2を通して,この課題のみでは命名の変化が捉えられないことが予測される。そこで,絵を含む幼児期早期の表象の発達,そして他者(特に養育者)との描画を介したコミュニケーションについても検討を行うことにより,絵への命名行為の変化を明らかにする。
癌ゲノム異常情報に基づく肝細胞癌に対する治療標的分子の探索

肝細胞癌の発生・進展に関与し、かつ治療の標的分子となり得る遺伝子を同定するために、全ゲノム領域を高密度に網羅するオリゴヌクレオチドアレイを用いて、肝細胞癌に生じたDNAコピー数の変化(特定染色体領域の増幅・欠失)を探索した。その結果、DNAコピー数の増加を1q、8q、20qなどに高頻度に認めた。一方、コピー数の減少を4q、8p、9pなどで高頻度に認めた。そして、これまでに報告のない新規の遺伝子増幅あるいはホモ欠失領域を複数検出することができた。そのうち、1q21増幅領域について、増幅メカニズムによってその発現が亢進する遺伝子(増幅の標的遺伝子)として、CREB/ATFファミリーに属するCREB3L4など3遺伝子を同定した。また、17p11増幅の標的遺伝子としてMAPK7を同定した。MAPK7がコードするERK5はMAPキナーゼファミリーの一員であり、MAPK7の遺伝子増幅によるERK5の発現と機能亢進は、細胞周期G2/M期の進行を制御することで、肝細胞癌細胞の増殖を促進した。MAPK7(ERK5)の発現をRNAiで抑制すると肝細胞癌細胞の増殖が抑制されたので、MAPK7(ERK5)は肝細胞癌の治療標的分子の候補になり得る可能性が示唆された。肝細胞癌に生じたゲノム異常(DNAコピー数変化)を指標に癌関連遺伝子にアプローチする本研究は、肝発癌の機序解明と治療標的分子の同定に有用と考えられた。肝細胞癌の発生・進展に関与し、かつ治療の標的分子となり得る遺伝子を明らかにするために、これまでCGH (comparative genomic hybridization)法による網羅的DNAコピー数解析を行ってきた。しかし、CGHの解像度は510Mbレベルと決して高くはなかった。そこで新たに高密度オリゴヌクレオチド・アレイを導入し、肝細胞癌に生じたDNAコピー数変化の解析をさらに推進することとした。方法としてAffymetrix社のGeneChip 100Kアレイを用いた。このアレイは、全ゲノムをカバーする約12万個のSNP (single nucleotide polymorphism)特異的プローブを搭載しており、元々は大規模SNPタイピングを目的にした高密度アレイであるが、癌に生じたDNAコピー数の変化(特定染色体領域の増幅・欠失)を極めて高い解像度(平均23Kb)で検出することもできる。今年度は、このアレイを用いて、肝細胞癌由来細胞株20株を対象に解析を行った。その結果、従来のCGHでは検出不可能であった微細な新規遺伝子増幅領域やホモ欠失領域と検出することができた。例えば、第1番染色体長腕の1q21領域に新規の遺伝子増幅を検出した。1q領域は肝細胞癌において最も頻度が高い増幅領域であるが、増幅メカニズムによってその発現と機能が亢進する遺伝子(増幅の標的遺伝子)は明らかにされていなかった。われわれは1q21増幅領域を700Kbの範囲に絞り込み、その領域内にある26遺伝子をすべて調べた結果、そのうちの3遺伝子を1q21増幅の標的遺伝子候補であると同定した。同様に、17p11領域に新規の遺伝子増幅を検出し、その標的遺伝子としてMAPキナーゼ・カスケードに関与する遺伝子を同定した。

また、17p11増幅の標的遺伝子としてMAPK7を同定した。MAPK7がコードするERK5はMAPキナーゼファミリーの一員であり、MAPK7の遺伝子増幅によるERK5の発現と機能亢進は、細胞周期G2/M期の進行を制御することで、肝細胞癌細胞の増殖を促進した。MAPK7(ERK5)の発現をRNAiで抑制すると肝細胞癌細胞の増殖が抑制されたので、MAPK7(ERK5)は肝細胞癌の治療標的分子の候補になり得る可能性が示唆された。肝細胞癌に生じたゲノム異常(DNAコピー数変化)を指標に癌関連遺伝子にアプローチする本研究は、肝発癌の機序解明と治療標的分子の同定に有用と考えられた。
過栄養ストレスによる幹細胞運命決定機構とエイジング

本研究では,高脂肪食という栄養的ストレス下において,造血幹細胞の恒常性を保つための機構を理解することを目的とした。本年度は、昨年に引き続き、Spred1の高脂肪食における役割を解析した。高脂肪食による過栄養状態では,Spred1欠損造血幹細胞の機能障害が生じることが観察されたため、そのメカニズムの解明を目指し、腸内細菌叢との関連を検討した。まず、野生型マウスとSpred1欠損マウスの両者を普通食および高脂肪食群、計4群に分け、それぞれのマウスから糞便を採取し、16S rRNAを次世代シークエンサーにて解析し、細菌叢の変化を観察した。予想通り、高脂肪食群では、グラム陰性菌の増加が観察された。Spred1欠損の有無によって、腸内細菌叢の違いは顕著には認められなかった。ただし、詳細に観察することで、Spred1特有の細菌叢が存在する可能性も示されたため、今後の検討が必要である。腸内細菌叢を除去する目的で、抗生剤カクテルを投与したところ、血液異常は部分的に回復した。また、造血幹細胞の機能低下も有意に回復した。以上の結果より、Spred1欠損マウスでは、腸内細菌叢の異常が造血幹細胞に作用し、造血異常を引き起こしていると考えられた。また、Spred1は、異常な食餌(高脂肪食)による環境変化に対して、造血幹細胞を保護する役割を有することが明らかとなった。本シグナルの詳細な解析と人為的に変化させる技術開発を進めることによって、幹細胞老化の本態を理解し、アンチエイジングなどの革新的医療技術の開発に寄与できると考えられた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。高脂肪食などの過栄養は,全身の様々な臓器に影響を与え,組織恒常性の破綻の誘因となる可能性が示唆されている。高脂肪食は,骨髄微小環境の変化を促すこと、造血幹細胞の再生能を低下させることなどが報告されているが、どのような因子が幹細胞機能の制御に関与しているか詳細は明らかではない。本研究において,我々は、高脂肪食による栄養的ストレス下において,Spred1が造血幹細胞の恒常性を保つ上で極めて重要な役割を果たすことを見いだした。Spred1は,c-Kit結合分子としてクローニングされ,Rafの負の制御因子として知られる。また,SPRED1遺伝子の異常は,皮膚,神経,骨格異常を示す遺伝疾患(Legius症候群)で認められ,RAS/MAPK経路の活性化を示す他の遺伝疾患とともにRAS-MAPK経路症候群(RASopathy)と呼ばれる。我々は,通常の状態では,Spred1はRhoA/ROCK経路・アクチン重合の調節を介して自己複製の抑制因子として機能していることを見出した。また,Spred1の欠損状態では,自己複製能の亢進を介して,感染や加齢などによる幹細胞障害を回避できる反面,高脂肪食による過栄養状態では,造血幹細胞の機能障害が生じることが観察された。このことから,本経路が,個体レベルの栄養環境変化に反応して,幹細胞の運命制御に寄与する重要な経路であると考えられた。前年度まで推進してきた基盤研究で得られた成果や材料を十分に活用し、解析を進めることができたため、順調に研究が進展していると考えられる。栄養シグナルに関する未分化性制御メカニズムの解明を進め、さらにエイジングとの関連について理解を深めることを目標とする。