hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
放射線によるDNA障害の修復遺伝子を選択的に抑制する誤修復を応用した新治療法開発

放射線治療は腫瘍組織に最大の損傷を与え、正常組織損傷を最小限に抑えることが目標であり、本研究では最近注目されているATM遺伝子に対するsiRNAの治療効果改善について検討を行った。ATM遺伝子は放射線誘発の2本鎖切断修復の初期反応で重要な遺伝子として知られており、我々はATM遺伝子の異常により高頻度に誤修復が引き起こされることを報告してきた。今回の研究では対数増殖期にある癌細胞、線維芽細胞ではsiRNAの導入により放射線感受性は増強されたが、静止期の細胞ではsiRNAにより放射線増感効果が見られなかった。この結果は正常組織では静止期が多く、正常組織の障害にはつながらないことが示唆された。In vivoでの効果を見るために、Balb/cマウスの大腿にHela癌細胞(ヒト子宮癌由来)を移植し、2週間後にATM siRNAの放射線増強効果を検討した。12nMのATM siRNAを照射24時間前に直接腫瘍に注入し、1回目照射ののちに再度siRNAを投与した。照射方法は1日4Gyを5日間、計20Gy照射を行った。実験開始後21日目で腫瘍サイズを計測したところ、非照射郡では6倍、放射線単独郡では4.5倍、照射にsiRNAを併用した郡では腫瘍の増殖は3倍までに抑制された。siRNAの直接注入での効果は限られていたが、ATM遺伝子の機能を抑制することにより放射線感受性を高めることができると考えられた。現在、ATMに対する特異的なinhibitorを用いて、放射線誘発二本鎖切断修復におけるATM遺伝子の役割を検討しておりATM遺伝子抑制と放射線効果の論文を投稿中である。放射線によるDNA損傷の修復に関与する経路として相同組換え(HR)と非相同組換え(NHEJ)が知られており、ヒトではNHEJが主たる修復経路であると考えられている。我々はATM遺伝子に異常のあるA-T細胞では、放射線誘発DNA切断に著しい誤修復が引き起こされることを解明し、ATM遺伝子が、NHEJにおける修復の正確性に重要な役割を果たす可能性があること明らかにした。本研究は静止期癌細胞のATM遺伝子抑制と放射線の相乗効果を期待した新しい遺伝子抑制放射線増感療法の開発を目的としている。本年度は静止期癌細胞および正常細胞の放射線感受性試験としてヒト由来の肺癌細胞、食道癌、膵臓癌、そしてヒト由来の正常線維芽細胞の放射線感受性を決定した。放射線抵抗性の細胞は非増殖期の細胞であり、低栄養状態で静止期にした状態でX線2-8Gy照射し、37°Cで24時間修復させた後にコロニー法による細胞生存率からそれぞれの細胞の放射線感受性を決定した。静止期ではNHEJにより修復されるため、感受性はNHEJの効率性を反映すると考えられた。今回、一番抵抗性を示した膵癌細胞と正常線維芽細胞にsiRNAの導入を試みたが、ウエスタンブロッテイングでは、十分な抑制効果がえられなかった。実際コロニー法による生存率においても若干の感受性の亢進が示唆されたが、有意な差は指摘できなかった。ATMおよびγH2AXによるリン酸化抗体を用いたフォーカスの検討からもATM抑制は十分ではなかった。そこで、ATM inhibitorのカフェインを使用してATM抑制による感受性を腫瘍細胞にて検討した。ATMのsiRNA導入は本年度は十分ではなかったが、siRNA導入の効率を上げることを目標に次年度に引き続き研究を続ける予定である。特定の遺伝子発現を選択的に抑制するRNA干渉法(SiRNA)を用いて遺伝子の発現抑制と放射線照射の併用による新しい治療法の可能性について基礎的な検討を行った。1.細胞レベルにおける効果:ヒト線維芽細胞AG1522およびヒト腺癌細胞HeLaS2,ヒト骨肉種細胞MG63を実験に使用した。GIAGEN社製のATMsiRNA(S100299299)およびHiPerFectReagent(301704)を用いて12nMのATMsiRNAを作製した。照射はX線を用い,26Gyの照射を実施した。

照射に先立ち,上記のHVJEncelopeベクターを細胞に導入し,放射線の増感効果を細胞の生存率曲線から経時的に検討した。その結果,HeLaS2細胞においてベクター導入後2448時間後に明らかな放射線増感効果認められた。2.マウス移植腫瘍に対する効果:ヌードマウス(BALB/c nu/nu♂6週齢)の右大腿部皮下に細胞レベルにおいて放射線増感効果が認められたHeLa細胞を移植し,腫瘍の長径が5mmに成長した時点で実験を開始した。腫瘍に対するATMsiRNA導入は腫瘍に直接12nM ATMsiRNA(100ul)を注入した。注入は照射の24時間前(初回)および2回目の照射直後(3回目照射24時間目)の計2回実施した。照射は,X線発生装置を用いて管電流20mA,管電圧150kV(線量率2.05Gy/分)の条件で連日5日間(4Gy/日),計20Gyの照射を行った。その結果,非照射マウスの移植腫瘍は移植後3週目から急な増殖がみられたが,照射単独およびsiRNA導入+照射マウスでは照射終了後7104間に腫瘍の増殖傾向はみられなかった。siRNA導入+照射マウスでは照射後14日前後で腫瘍の縮小傾向がみられた。実験開始後21日目の腫瘍体積増加比は,非照射マウスで約6.5倍,照射単独マウスで約4.5倍およびsiRNA導入+照射マウスで約3.0倍であった。これらの結果から,さらに腫瘍細胞によるベクター導入に関する検討を行い,ATM遺伝子制御と放射線の相乗効果を期待した遺伝子制御放射線増感療法の開発に寄与で得ると考えられた。
3本鎖DNA結合蛋白質STM1の3本鎖DNA認識機構と生物学的意義の解明

出芽酵母の3本鎖DNA結合蛋白質STM1の同定に用いられた3本鎖DNAであるPur19:Pur33:Pyr33について、配列を短縮したものや、塩基に一連の点変異を導入した変異型3本鎖DNA用オリゴヌクレオチドを調製し、変異型3本鎖DNAを形成させた。変異型3本鎖DNAと、既に我々が明らかにしているSTM1の3本鎖DNA結合ドメイン(STM1DBD)との結合活性をゲルシフト法で測定し、Pur19:Pur33:Pyr33の長さを短縮した場合や塩基に点変異を導入した場合に、変異のない場合と比べてどのくらい結合活性が変化するかを解析した。Pur19:Pur33:Pyr33の長さが短くなると、STM1DBDとの結合能は低下したが、Pur19:Pur33:Pyr33に点変異を導入しても、STM1DBDとの結合能はほとんど変化しなかった。さらに、Pur19:Pur33:Pyr33と塩基配列が全く異なる、ヒトのRas遺伝子上流の塩基配列から構成される3本鎖DNAとSTM1DBDとの結合能をゲルシフト法で解析したところ、STM1DBDはPur19:Pur33:Pyr33に結合するのと同等のレベルの結合能で、Ras遺伝子上流の塩基配列からなる3本鎖DNAとも結合した。以上より、STM1DBDは、3本鎖DNAの塩基配列よりも3本鎖DNAの形状を認識して結合することが明らかになった。転写制御因子など2本鎖DNAに特異的に結合する蛋白質の2本鎖DNA認識機構に関する知見は急速に蓄積されつつあるが、3本鎖DNAに特異的に結合する蛋白質の3本鎖DNAの認識機構に関する報告は無く、これを明らかにした本研究成果の意義は大きい。また、ヒトのRas遺伝子上流配列から形成させた3本鎖DNAとSTM1DBDとの結合能が明らかとなったことは、ヒトにおける3本鎖DNA結合蛋白質と3本鎖DNAによる遺伝子発現制御の可能性を示唆し、重要である。以上より、STM1DBDは、3本鎖DNAの塩基配列よりも3本鎖DNAの形状を認識して結合することが明らかとなった。

以上より、STM1DBDは、3本鎖DNAの塩基配列よりも3本鎖DNAの形状を認識して結合することが明らかになった。転写制御因子など2本鎖DNAに特異的に結合する蛋白質の2本鎖DNA認識機構に関する知見は急速に蓄積されつつあるが、3本鎖DNAに特異的に結合する蛋白質の3本鎖DNAの認識機構に関する報告は無く、これを明らかにした本研究成果の意義は大きい。また、ヒトのRas遺伝子上流配列から形成させた3本鎖DNAとSTM1DBDとの結合能が明らかとなったことは、ヒトにおける3本鎖DNA結合蛋白質と3本鎖DNAによる遺伝子発現制御の可能性を示唆し、重要である。
難視認性パターンの光学的投影による撮影防止技術の開発

本研究は、対象物を問わない画一的な撮影防止技術の構築を目指したものである。潜像技術のひとつであるキャリアスクリーン画像をベースとした撮影防止パターンの生成手法の構築では、誤差拡散法(ハーフトーン処理)を利用することで、投影パターン自体の視認性が低く、顕在化時のコントラストの良いパターンの生成手法を確立した。撮影防止パターンの光学的な投影による実物体への情報埋め込み技術手法の構築では、液晶プロジェクタを用いた評価システムを構築し、光学的な埋め込み、埋め込まれた情報のデジタルカメラによる顕在化が可能であることを確認した。本研究は、対象物を問わない画一的な撮影防止技術の構築について、申請者が培ってきた潜像技術を拡張した撮影防止パターンの生成技術によって確立を目指す。当該年度においては、平成24年度に得られた成果を拡張する形で研究を進めた。提案するシステムでは、市販のデジタルカメラを保護対象に向ける事で、デジタルカメラの液晶ファインダ上に、何らかのメッセージが浮かび上がる技術の構築を目指している。そのため、この浮かび上がったメッセージがどの程度、良好に表示されているかを定量的に評価する必要がある。当該年度においては、液晶ファインダ上に表示されたパターンのモアレ縞の縞数を用いた復号判定方法を開発した。デジタルを用いてメッセージを浮かび上がらせるためには、投影する難視認性パターンの解像度を低解像度で生成する必要がある。しかしながら、低解像度で難視認性パターンを生成する場合、メッセージ画像のエッジなどにおいて、光強度のムラが生じてしまい、十分な光強度での投影が難しくなる。当該年度においては、誤差拡散法を利用した一様な難視認性パターンの生成法において、一様性の高いパターンの生成における問題点を明らかにした。一方、赤外線レーザ光源およびデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いたより高度な難視認性パターンの埋め込み評価システムの構築を試みた。予備実験において、システムを構築するために赤外光の波長や光強度について、更なる調査が必要であることがわかった。この件について、平成26年度において、デジタルカメラの赤外光への感度に関する追加実験を行い、提案システムへの赤外線光源の使用の可否の判断を早急に行う必要がある。平成24年度においては、撮影防止パターン生成法の開発およびデジタルカメラを用いた評価実験の実施を目標とし研究を実施した。また、そのための簡易評価システムの構築を行った。【撮影防止パターン生成法の開発】デジタルカメラの液晶ファインダへ表示する際に生じるモアレ縞を利用した撮影防止パターンの生成手法の一つとして、申請者が提案している潜像技術「チェッカパターンキャリアスクリーン画像」をベースとした「階調反転を考慮したキャリアスクリーン画像」の生成手法を開発した。本手法は、顕在化される画像に微細構造を持たせることで、デジタルカメラを用いた復号時に階調反転の生じない領域を作ることが可能である。【簡易評価システムの構築】撮影防止パターンの光学的な投影による撮影防止技術手法の妥当性を確認するための簡易評価システムを構築した。簡易評価システムでは、市販のプロジェクタおよびビデオカメラを用いることで、光学系の設定などを省くことができ速やかな構築を実現した。【デジタルカメラを用いた評価実験】市販のデジタルカメラおよび簡易評価システムを用いた評価実験を行った。プロジェクタを用いてスクリーン上に投影した撮影防止パターンにおいても、デジタルカメラの液晶ファインダ上に復号結果が得られることを確認した。また、複数のコンパクトデジタルカメラを用いた実験において、撮影距離等の復号条件は異なるものの、使用したすべてのデジタルで復号結果が得られた。本研究は、対象物を問わない画一的な撮影防止技術の構築について、申請者が培ってきた潜像技術を拡張した撮影防止パターンの生成技術によって確立を目指すものである。当該年度においては、平成24年度、平成25年度に得られた成果を拡張する形で研究を進め、平面実物体への撮影防止パターンの投影およびデジタルカメラを用いた復号における、秘匿性の向上および復号コントラストの向上を目指した。【コントラストの高い復号結果を得るための潜在化手法の確立】申請者が提案している潜像技術「チェッカパターンキャリアスクリーン画像」では、デジタルカメラの液晶ファインダへ取得画像を表示する際に生じるモアレ縞を利用した復号を行っている。よりコントラストの高い良好な復号結果を得るためには、投影されるキャリアスクリーン画像は低解像度であることが望ましい。一方、低解像度でキャリアスクリーン画像を投影した場合、秘密画像のパターンのエッジ部分における情報の露見が問題となる。平成25年度に提案した誤差拡散法を利用した潜在化手法における秘匿性および復号コントラストの特性評価実験を行った。特性評価実験から誤差拡散法の特性により良好な復号結果が得られる潜在化パラメータの範囲を示した。【今後の展望】近年、スマートフォンの急速な普及に伴い、コンパクトデジタルカメラはスマートフォンのカメラに取って代わりつつある。

提案技術手法は撮影防止という枠組みを超えることで、新たなカメラ付き携帯情報端末への情報提示技術としての利用が期待できる。光画像情報処理デジタルカメラを用いた復号における、定量的な評価のための復号判定方法を開発した。また、撮影防止パターンの生成法においては、一様性の高いパターンの生成における問題点を明らかにした。一方、赤外線レーザ光源およびデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた評価システムの構築を予定していたが、予定していたデジタル・マイクロミラー・デバイスの終売によりシステムの変更を行った。さらに予備実験として行った、赤外光によるデジタルカメラのファインダへの非可視情報の表示実験において良好な結果が得られなかった。撮影防止パターン生成法の開発、簡易評価システムの構築においては、おおむね順調に進展しているものの、デジタルカメラを用いた復号評価実験において、十分な定量的評価ができていない。そのため定量的に評価する手法の開発が必須である。また計画時に考慮していなかった課題として、フィードバック評価用CCDカメラを用いて、コンパクトデジタルカメラの液晶ファインダを撮影する際の、コンパクトデジタルカメラの液晶ファインダの画素構造の影響に対する対策について検討する必要がある。平成26年度では、【デジタル・マイクロミラー・デバイス評価システムの構築】赤外線レーザ光源およびデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた評価システムの構築のためには、さらなる調査が必要となる。デジタルカメラの赤外光への感度に関する追加実験を行い、提案システムへの赤外線光源の使用の可否の判断を早急に行う。赤外線光源の使用が可能と判断できた場合、デジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた評価システムの構築を行い、それと並行して平成24年度に構築した簡易評価システムを用いた、赤外光源を模擬した評価実験を行う。一方、赤外線光源の使用に問題がある場合は、デジタル・マイクロミラー・デバイスの高速変調、高コントラストの特徴に特化した、システムおよび撮影防止パターンの生成手法の構築を行う。【難視認性パターンの生成法の構築】多機種のデジタルカメラに対応するため、様々な顕在化条件で生成された撮影防止パターンを時間的・空間的に変調させた動画として作成することを検討する。平成25年度では、撮影防止パターンの拡張、および赤外線レーザ光源・デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を用いた赤外光評価システムを構築する。【撮影防止パターンの拡張】多機種のデジタルカメラに対応するため、様々な顕在化条件で生成された撮影防止パターンを時間的・空間的に変調させた動画として作成することを検討する。時間的な投影パターンの変化において、その変化が大きいとき部分的な階調反転、あるいはエッジなどの顕在化が生じる可能性が考えられる。
地域の廃棄物問題を教育に：融合複合分野の実践的教育システム構築を目指して

近年,高専が有する工学教育システムを生かし,地域産業の課題に取り組むことが求められている.そこで,地域の廃棄物問題の解決に向けて異なる専門分野の学生と教員が連携して処理プロセス構築に携わり,必要な知識・技能・マネージメント力を修得する社会実装教育の実施を目指した.具体的には,(1)地域の眠っている未利用資源の探索,(2)廃棄バイオマスからのエタノール生産,(3)エタノール回収装置の製作について実施した.その結果,学生に対して課題設定・課題解決能力やマネージメント能力の涵養が可能となる教育事例を築くことができた.本申請課題では,学生が地域社会の問題点を明らかにし,専門が異なる教職員と学生が連携して地域社会の問題の解決に向けて取り組む実践的な教育プログラムを構築することを目指している.特に,本申請課題では研究代表者が得意とする廃棄物問題に焦点を当て,地域で問題となっている廃棄バイオマスの問題について取り組んだ.本年度は,地域社会が抱える廃棄バイオマスの現状について沼津高専第2学年および第4学年の学生が調査を行ない,対応すべき課題を教員とともに検討した.その結果,廃棄バイオマス処理コストに加え運搬費の問題があり,加えてエネルギー価値が高いバイオマスである製菓工場廃棄物を検討することとした.これら調査結果は学内にて発表を行なった.製菓工場から排出されるバイオマスについて現地調査を行ない,工場内にて活性汚泥法により処理されていた廃シロップについてその有効利用法を検討することとした.廃シロップの組成分析の結果,グルコース,フルクトースおよびスクロースからなる糖質水溶液(13wt%)であることわかった.微生物工学を専門とする教員とともに廃シロップ中を酵母(Saccharomyces sp.)によるエタノール発酵を行なった結果,50vol%廃シロップ溶液を含むペプトン酵母エキス培地にて,糖質の90%がエタノールに変換されることがわかった.今後は酵母の種類を検討し,エタノール収率の向上を目指す.エタノール発酵により生成した低濃度エタノールについて,オルダーショウ型蒸留装置を用いてエタノールの回収を行なった.その結果,94.6vol%の高濃度エタノールを回収することができた.本実験で使用した装置は市販品を購入した.今後は計測工学を専門とする教員とともに本装置の自動化を行なう.なお,上記研究成果(3件)は学外の学術研究発表会にて担当学生が発表を行なった.そのうち,4件については優秀賞を受賞した.本年度は異なる専門分野の学生と教員が地域社会の環境エネルギー問題の解決に向けて,問題把握,問題点の抽出および廃棄バイオマス利用プロセスの提案を行なった.平成27年度の計画事項(3項目)に基づき,現在までの進捗状況を報告する.【廃棄物アンケート調査の実施】地理学を専門とする教員(連携研究者)とともに地域が抱える廃棄物問題について調査した.具体的には高専第2学年と4年生の学生が地域の廃棄物問題について調査研究を行ない,学内でポスター発表を行なった.その過程で実際に工場見学を行ない,廃棄物処理の現状とその処理コストについて生の声として学ぶことができた.4年生についてはいくつかの解決策が提案されたことから,次年度は提案内容を検証したいと考えている.【廃棄バイオマスからのエタノール生産】微生物工学を専門とする教員(連携研究者)とともに地元の製菓工場から排出される廃シロップのエタノール発酵を行なった.その結果,廃シロップ中糖質の90%がエタノールに変換できる条件を明らかにした.本研究成果は担当学生が学外の学術研究発表会にて発表し,優秀賞を受賞した.【エタノール回収装置の製作】計測工学を専門とする教員(連携研究者)とともに上記実験により生成したエタノールの蒸留回収を行なった.本年度は最少構成の蒸留装置を購入し,自動制御に向けたデータ収集を行なった.本研究成果は担当学生が学外の学術研究発表会にて発表し,優秀賞を受賞した.今年度の取り組みを通して,学生は地域社会の問題を把握し,解決するために自分が学んでいる専門以外の技能が必要であることを学びつつある.また,教員においても教員連携は個別に解決策を提案するより現実性のある提案ができることを感じている.また,学生および教員ともに知識と技能を集約し,実行可能な計画を立案するマネージメント能力と的確なコミュニケーション能力が必要であることを学んだ.本申請課題では,学生が地域社会の問題点を明らかにし,専門が異なる教職員と学生が連携して地域社会の問題の解決に向けて取り組む実践的な教育プログラムを構築することを目指している.特に,本申請課題では研究代表者が得意とする廃棄物問題に焦点を当て,地域で問題となっている廃棄バイオマスの問題について取り組んだ.本年度は地域社会が抱える廃棄バイオマスとして放置竹林を取り上げ,沼津高専第2学年の4チームが連携し,放置竹林の活用法について探った.第1グループでは,地域に未利用資源を探索し,放置竹林が問題となっていることを明らかにした.タケの有効利用を目的に,タケからバイオエタノールを合成するプロセスと検討した.第2,3グループでは第1グループが合成したエタノールを濃縮する蒸留装置について,エネルギー効率を高める検討を行なった.第4グループでは蒸留残渣の活用を検討した.本活動を通して,異なる専門分野の学生が地域社会の抱える環境問題に目を向け,連携して取り組み,幅広い知識・経験・マネージメント力を修得することができたと考える.本研究の取組みについては参加学生による学外での発表を2件行っている.また,昨年度に引き続き地域社会が抱える廃棄バイオマスとして製菓工場から排出される廃シロップについて,その活用方法を卒業研究にて検討した.

その結果,廃シロップ中の糖質をエタノールおよび酵母として回収するプロセスを構築した.エタノールは工業原料及び燃料として利用可能であり,酵母は栄養補助食品として利用可能であることを示した.また,本研究で合成したエタノールを低学年の学生実験の試薬として利用し,参加学生に未利用資源の活用事例として高い教育効果を得ることが出来た.本研究成果については学会発表を行なうとともに,現在,関連学会に論文投稿中である.昨年度に継続し,異なる専門分野の学生と教員が地域社会の環境エネルギー問題の解決に向けて,問題把握,問題点の抽出および廃棄バイオマス利用プロセスの提案を行なった.平成28年度の計画事項(4項目)に基づき,現在までの進捗状況を報告する.廃棄バイオマスからのエタノール生産:研究代表者の指導のもと卒業研究にて地元の製菓工場から排出される廃シロップのエタノール発酵を行なった.その結果,廃シロップ中糖質の90%がエタノールに変換できる条件を明らかにした.また,エタノール発酵により生成した酵母が栄養補助食品として利用可能であることを示した.エタノール回収装置の製作:計測工学を専門とする教員(連携研究者)と伝熱工学を専門とする教員(連携研究者)ともに上記実験により生成したエタノールの蒸留回収を行なった.本年度は学生に対して蒸留装置を教材に蒸留操作の省エネルギー化について検討を行なった.本研究成果は担当学生が学術研究発表会にて発表した.エタノールの有効利用:廃シロップから作成したエタノールを低学年の学生実験の試薬として利用した.具体的には有機合成反応の原料として,また,ガソリンエンジン燃焼実験における燃料として活用した.廃棄物から作成したエタノールを利用したことで,持続可能なものづくりの必要性を理解させることができた.アルコール発酵残渣の有効利用:本年度,アルコール発酵残渣を水耕栽培の液肥と利用する検討を開始した.現在,本実験は進行中である.平成29年度は植物学を専門とする教員(連携研究者)と連携しながら検討する.今年度の取り組みを通して,学生は地域社会の問題を把握し,解決するために自分が学んでいる専門以外の技能が必要であることを学びつつある.また,学生および教員ともに知識と技能を集約し,実行可能な計画を立案するマネージメント能力と的確なコミュニケーション能力が必要であることを学んだ.地域の廃棄物問題の解決に向けて異なる専門分野の学生と教員が連携して処理プロセス構築に携わり,必要な知識・技能・マネージメント力を修得する社会実装教育の実施を目指した.具体的には,(1)地域の眠っている未利用資源の探索,(2)廃棄バイオマスからのエタノール生産,(3)エタノール回収装置の製作について実施した.(1)については低学年におけるPBL型講義にて行った.その結果,静岡県東部地区には資源となりうる廃棄バイオマス(製菓工場からの廃シロップ)があること,廃棄物を活用するための大きな問題点は輸送であることを明らかにした.上記(1)の結果を踏まえ,5年生が卒業研究にて,
リソスフェアの沈み込みにおける球殻座屈破壊現象の群論的考察

本研究では沈み込み帯での海洋リソスフェアの変形に関連した現象の研究を行なっている。沈み込み帯でのメカニズムを記述できる方程式の導出とその振る舞いに関した数理研究について進めている。沈み込み帯で見られる海洋リソスフェアの球殻座屈についての方程式を記述し、さらに現象を支配する現象の解明を目指している。本年度は、海洋リソスフェアの球殻座屈現象についての研究を進め以下の結果を得た。沈み込み帯では、M 8を超える巨大地震が発生している。沈み込み帯は大きく、チリ型とマリアナ型に分けられるとされてきた。チリ型の沈み込み帯では年齢が若く、一方マリアナ型は年齢が古い。マリアナ型の沈み込み帯で巨大地震が起こっており、これは若い沈み込み帯では、海洋プレートの浮力があり、その浮力により巨大地震が発生すると考えられてきた。しかし、スマトラや東日本はマリアナ型に属す沈み込み帯であるが巨大地震が発生している。一方で、沈み込み帯の地震は、その地震と余震の発生頻度との関係の統計則であるグーテンベルグーリヒター則のb値と関連していることが指摘されている。また沈み込み帯に沿っておこる巨大地震の規模は、スラブの長さまたはトレンチ長によって決まるが、沈み込み帯の形状と沈み込み帯の地震の性質の関係は明らかにされていなかった。一方で、沈み込み帯におけるリソスフェアの球殻座屈現象が研究されている。本研究では、沈み込み帯におけるリソスフェアの球殻変形現象を解明するために、工学分野で行われてきた手法を援用して研究を行ない、沈み込み帯の形成が球殻の座屈により引き起こされていることを完全相似性から導出した。さらに沈み込み帯の上盤が、大陸プレートと海洋プレートとで異なる相似則が導かれ、沈み込み帯で起こる地震のb値がその沈み込み帯の曲率と関係することを指摘した。28年度が最終年度であるため、記入しない。沈み込み帯におけるリソスフェアの球殻座屈現象(球殻テクトニクス)が研究されてきた。沈み込み帯に沿って巨大地震が起こり地震の規模は、スラブの長さまたはトレンチ長によってきまる。スラブの長さは、弧の長さとリソスフェアの年齢、リソスフェアの厚さにほぼ比例する。球殻テクトニクスにおいてリソスフェアの座屈波長は、沈み込み帯における鎖状の弧の連なりにおける1つの弧を単位長さとしている。また、球殻シェルの変形部の長さは、和達-ベニオフ帯の長さによって定義され、シェルの厚さは、リソスフェアの有効弾性厚さに相当する。しかし、球殻テクトニクスにおいてスラブの長さと底部周縁の静水圧との関係はまだ明らかになっていなかった。沈み込み帯におけるリソスフェアの球殻座屈現象を解明するために、工学分野で行われてきた手法を援用して研究を行なった。バッキンガムのパイ定理とBatdorfのシェルの寸法のパラメータに基づいて、リソスフェアの沈み込む際の幾何学的パラメータのデータセットから、Batdorfパラメータと正規化された静水圧の間に新たな直線関係を提示した。この結果は、日本地質学会第122年学術大会において成果を発表した。海洋リソスフェアの変形現象において、リソスフェアの曲率を考慮した高次歪みを伴う座屈方程式の取扱いは与えられてはいなかった。一方、近藤一夫は湾曲した材料の曲げ及び座屈にリーマン幾何学の概念を使用している。この近藤の理論を沈み込み帯の球殻座屈に援用することにより、リソスフェアの曲率を考慮した球殻座屈方程式を記述できることを本研究課題で示した。この結果については、日本地球惑星科学連合2015年大会、新学術領域地殻ダイナミクス年次集会で報告した。本研究では沈み込み帯での海洋リソスフェアの変形と剪断帯での地震現象に関した現象を、群(対称性)の低下の現象として研究を行なう。沈み込み帯でのメカニズムを記述できる方程式の導出とその振る舞いに関して群論を用いた数理研究について進めている。沈み込み帯で見られる海洋リソスフェアの球殻座屈と剪断帯での地震現象についての方程式を記述し、さらに現象を支配する対称性破壊分岐現象の解明を目指す。本年度は、海洋リソスフェアの球殻座屈現象についての研究を進め当初の目標を達成できた。初めに次元解析理論の方法を海洋リソスフェアの球殻座屈現象に援用し、工学分野で行われている球殻座屈の解析手法を元に実際の沈み込み帯でのデータを解析し、海洋リソスフェアが沈み込み帯で球殻座屈を起こしていることを突き止めた。さらに、地球科学では、球殻座屈現象において曲率を考慮した統一的な高次歪みを伴う座屈方程式の取扱いを、今まで議論することができなかったが、多様体の高次元空間へのはみ出しの概念を用いることにより、曲率を持った変形現象に関して統一的な扱いを可能とする近藤の変形の理論を援用し一般的な座屈方程式の導出をおこなった。このことにより、沈み込み帯における曲率を持ったリソスフェアの座屈の記述が可能となった。

沈み込み帯で見られる海洋リソスフェアの球殻座屈についての方程式を記述し、さらに現象を支配する現象の解明を目指している。本年度は、海洋リソスフェアの球殻座屈現象についての研究を進め以下の結果を得た。沈み込み帯では、M 8を超える巨大地震が発生している。沈み込み帯は大きく、チリ型とマリアナ型に分けられるとされてきた。チリ型の沈み込み帯では年齢が若く、一方マリアナ型は年齢が古い。マリアナ型の沈み込み帯で巨大地震が起こっており、これは若い沈み込み帯では、海洋プレートの浮力があり、その浮力により巨大地震が発生すると考えられてきた。しかし、スマトラや東日本はマリアナ型に属す沈み込み帯であるが巨大地震が発生している。一方で、沈み込み帯の地震は、その地震と余震の発生頻度との関係の統計則であるグーテンベルグーリヒター則のb値と関連していることが指摘されている。また沈み込み帯に沿っておこる巨大地震の規模は、スラブの長さまたはトレンチ長によって決まるが、沈み込み帯の形状と沈み込み帯の地震の性質の関係は明らかにされていなかった。一方で、沈み込み帯におけるリソスフェアの球殻座屈現象が研究されている。本研究では、沈み込み帯におけるリソスフェアの球殻変形現象を解明するために、工学分野で行われてきた手法を援用して研究を行ない、沈み込み帯の形成が球殻の座屈により引き起こされていることを完全相似性から導出した。さらに沈み込み帯の上盤が、大陸プレートと海洋プレートとで異なる相似則が導かれ、沈み込み帯で起こる地震のb値がその沈み込み帯の曲率と関係することを指摘した。最終年度は群論における分岐理論を用いて、球殻座屈を起こした海洋リソスフェアが、沈み込んでいる沈み込み帯における剪断帯の対称性破壊分岐現象について検討をおこう。初めに、文献調査を地球科学と工学等の関連する分野について実施する。各分野における実験、観測、理論等の文献を収集し、整理する。得られた結果を基にして、沈み込み帯における海洋リソスフェアの新しい剪断帯の理論を構築し、剪断帯が変化した際の対称性低下についての検討を行う。この際、必要に応じて文献を収集し、研究を遂行する。沈み込み帯における地震発生場である剪断帯に対する方程式を近藤の理論を援用し記述し、この方程式に対してもIkeda et al. (1994)で検討された座屈に対する分岐理論を用いて、対称性破壊分岐現象のメカニズムについて行う。本年度の成果は、日本における地球科学の主要な学会である日本地質学会や日本地震学会等で公表を行う。また、12月にアメリカで開催される地球物理学の会議に出席し、情報発信を行う(旅費に分担金を使用)。さらに、国際学術誌等への投稿も随時行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
肝動脈再建に関する実験的研究

本研究の成果は、口演、或は出版物を通じて現在まで公表中である。成果に関連した論文の写しを次頁以降に挿入する。成果を以下に要約する。1.イヌ、ラットを用いた肝大量切除モデルでは、残存肝動脈血行の有無は肝エネルギー代謝の回復にわずかに影響するのみで、耐術性を左右しない。しかし黄疽肝の大量切除、或は肝移植モデルでは動脈血行開存の良否がエネルギー代謝の回復に大きく影響し、耐術性も左右した。2.肝動脈の再建血行の維持はいくつかの要因に支えられる。i)手技的にはmicrosurgeryが有効である。ii)heparin,抗血小枝薬のうち、後者の有効性は低い。肝エネルギー代謝の示標である動脈血中ケトン体比に与えるheparinの影響は軽微でありcriticalな肝外科においも安全に使用出来る。iii)消化液汚染による再建部破綻がfibringlueの吻合部被覆によって効果的に回避されることは、静脈グラフト、単純吻合のいずれにおいても、ラットを用いた実験で確認されたが、collagenの混入による増強効果はみとめられなかった。3.ラット肝大量切除によりリンパ球、白血球のエネルギー代謝は著しく低下し、肝大量切除におけ創傷治癒機転の障害を推論させた。顕微鏡下ラット大動脈のレーザー吻合は、用糸吻合に比べて強度の点で遜色なく、所要時間の点では前者が短い。肝大量切除下の吻合強度は両者とも低下するが両者間には差がみとめられず、肝外科での肝動脈再建におけるレーザー吻合の有用性が示唆された。1.半導体レ-ザ-19基、光ハンドルファイバ-その他の光学部品を用い接触型レ-ザ-凝固装置を製作した。所定の試獣大動脈の吻合は充分可能であるが装置尖端と凝固組織と癒着することが少なくなく、現在これに対し尖端のテフロン加工を検討するとともに、従来型のまま癒着を避ける条件をも併せて検討する。2.ラット腹部大動脈を約1cm同種静脈で置換したものについて再建部をフィブリンコ-ティングで被覆した群と無処置群について術後2日目に局所を汚染させその後の経過を観察した。無被膜群は術後5日目までに60%斃死した。7日目に80%、9日目に100%、被覆群は5日目までに28%が再建部破綻を生じた。12日目に被覆群の他のラットを屠殺したがその78%に壁の感染巣をみとめた。以上の結果から汚染の予想される血行再建部にフィブリンコ-ティングによる局所被覆を行い更に抗生剤投与を加えれば汚染による再建部破綻は高率に回避出来ることが予想された。現在、フィブリンコ-ティングの汚染に対する被覆効果及び汚染による再建部破綻の機作について組織学的所見にもとづく知見を近く発表する予定である。3.ラット70%肝切後の動脈血中ケトン体比及び肝再生(重量)率を肝動脈の結紮の有無について検討したところ肝動脈結紮群でそれぞれが第2日目に有意に低下した。現在イヌについて同様の検討を実施中である。肝の大量切除における耐術性或は肝再生率は,残存肝動脈血行に大きく左右されるとおもわれるが,このことは病態肝,移植肝においてとくに重要である。イヌ,ラットを用いた肝大量切除モデルでは,残存肝動脈血行の有無は,耐術性に影響せず,わずかに術後早期の肝エネルギ-代謝の回復に影響するにすぎなかったが,黄疸肝では耐術性,肝エネルギ-代謝の回復が,それぞれ低下或は遅延した。また,イヌ移植肝においても,動脈血行の開存の良否は耐術,エネルギ-代謝回復を大きく左右した。再建動脈血行の維持は,血栓形成,吻合部肥厚,消化液汚染による再建部の破綻によって妨げられる。

血栓形成はheparinよりもむしろmicro surgeryが有効であったが,吻合部肥厚にはheparinが有効で抗血小板薬の初用は否定的であった。消化液汚染に対して有効なfibrin glueも,collagen未混入がその効果を増強するという当初の予想は,ラットを用いた動脈再建モデルでは,混入比0.1%,1%,10%,50%,100%ののいづれにおいても証明出来なかった。
自然観・世界観と地球環境問題

本年度は、地域公害、エコ・フェミニズム、環境教育にテーマを絞って研究を進めた。まず、地域公害として水俣病をとり上げ、その実情を、疫学的側面および文学的側面から検討した。その結果、地域公害に対する科学的解明のプロセスが、国政レベルの政治・行政の分脈によって枠付けられてきたことが明らかになった。同時に、水俣文学の誕生には、公害という社会問題とともに、水俣という風土の生み出した想像力が、深くかかわっていることが明らかになった。環境教育と環境倫理学の相互連関性を検討した結果、まず、環境倫理学における「保全」と「保存」の対立が、そのまま環境教育にも反映されていることが明らかになった。また、環境教育の理念と、現在の学校教育の現状との間に、大きな矛盾があることも明らかになった。エコ・フェミニズムの検討によって、この思想が、今後の先進諸国のエコロジーだけではなく、第三世界のエコロジーをささえる思想として展開されていることが分かった。そして、特に日本の分脈でエコ・フェミニズムを展開するときには、「母性主義」と「近代主義」の思想的対立をいかに超えるかが、ポイントになることが明らかになった。以上の、本年度の成果と、前年度までの成果を総合し、総括的な問題整理を行ない、今後の研究への指針を明確にした。詳細は別な形で報告する予定である。今年度は、地球環境問題を、西洋哲学・東洋哲学・上部構造・下部構造の4側面から検討した。まず、最近の西洋哲学の「自己組織系」の考え方を用いて、環境概念を検討した。自己組織系とは、人間から働きかけがなくても、自分自身の力によって成長し、自分自身を変化させてゆくようなシステムのことである。この立場によれは、安定的平衝的環境概念は否定されるべきものとなる。次に、中国の伝統的思想のひとつである朱子学が、環境問題をどのようにとらえるかを考察した。朱子学では、世界=環境を「死せる機械」とはとらえずに、「生命現像で満ちあふれた時空」として考える。これを「生生する時空」と呼ぶ。その生命あふれる時空の中で、人間がどのように行為してゆけばよいかが、朱子の倫理学の基本的な問いになる。上部構造の問いとしては、今日の地球環境問題で議論されている。「近代」の問題がある。すなわち、「近代」が産み出した地球環境問題を、同じ近代の原理で解決することが可能か、それとも「近代」を超えるあらたな文明の創造が必要なのかという問題である。この点をめぐって「近代派」と「脱-近代派」の2つの思想が対立していることが明確になった。地球環境問題が国際政治のイッシューとなった背景には、冷戦構造の解体にともなう、新たな国際的な「不安」の創出というメカニズムが働いている。それら国際政治の枠組みの変化に対応して、地球環境問題が1980年代以降、議論されてきたという、科学史的事実が解明された。
薬用植物資源の多様性,地球規模での分布,保全,代替方法に関する企画調査

地球規模での薬用植物資源の多様性の調査のため,地域別に担当者を決め,文献情報,該当大使館,インターネットなどを駆使して薬用植物の分布,生態,利用等および生物多様性条約による国内法,地域法の規制の調査を行った。また,絶滅危倶薬用植物の代替方法および保全のために利用可能な技術としてのバイオテクノロジーの現状についての調査を分担して行った。調査項目としては,(1)薬用植物の分子生物学的同定および近縁関係の同定法,(2)特色ある生合成系を持つ薬用植物の酵素学的研究,(3)薬用植物の凍結保存法,(4)薬用植物の栽培化に関する諸問題,(5)組織培養法による有用二次代謝産物の生産,(6)遺伝子導入薬用植物の作成,(7)ゲノムプロジェクトを視野に入れた特色ある薬用植物の選定などである。これらの結果を持ち寄り、平成16年11月26日に研究連絡会議を行った。また、公開シンポジウム「薬用植物資源の多様性,分布,保全,代替方法」を平成17年3月28日に東京において行い多数の参加者があった。その中で明らかになったこととしては,薬用植物に関する民族独自の伝承に基づく情報はすでに失われつつあり,それらの収集は急務であること,生薬にしろ薬用植物にしろそれがなにであるかの確実な鑑定眼が重要であること,それらの中で薬用植物園が重要な役割を果たす必要があることなどが浮き彫りになった。また,絶滅危倶植物の保全,未利用資源の開拓等の国際協力のためにも日本が主導的な役割を果たす国際共同研究の必要性を認識した。
小学生におけるスピードスケートカーブ滑走動作の技術的特徴

本研究の目的は,小学生におけるスピードスケートカーブ滑走動作を3次元画像解析法によってキネマティクス的に分析し,カーブ滑走における技術的特徴を技能レベル向上の様相と関連づけて検討することによって,技能レベルに応じた児童への滑走技術の指導に役立つ基礎的知見を得ることであった.この目的を達成するため,平成30年度では,スピードスケートが盛んな地域である北海道帯広市周辺における小学校46年生男女計98名を被験者とし,スピードスケートカーブ滑走動作の測定を行った.測定では,3次元計測範囲を400m室内リンクのカーブに設定し,3台の高速度ビデオカメラを用いて側方,前方および後方より撮影を行った.試技は公益財団法人日本スケート連盟公認シングルトラック(インレーンのみの滑走)での500m全力滑走とし,最大スピード到達後のカーブ区間(およそ350m付近)における画像を収集した.スピードスケートにおけるカーブ滑走での独特の動きである両脚の交差(「クロスオーバー」動作)は技術的難易度の高い動作であり,その習得へ向けての発育発達期での滑走技術の指導法が現場において模索されている.しかし,初心者としてスピードスケート滑走を経験することの多い児童期におけるカーブ滑走動作の実態は,未だ学術的に明らかにされていない.本研究では,公益財団法人日本スケート連盟が認定するバッジテスト(競技距離ごとに設定されたタイムをクリアすることによってバッジテスト級が段階的に認定される)を活用し,被験者を男女それぞれ技能レベルでグループ化した後,技能レベルに応じてカーブ滑走動作の習熟過程を検討する.本研究は,スピードスケートにおける発育発達期での技術指導を効果的に進めるために意義があるといえる.本研究では,実験試技(500m全力滑走)のゴールタイムを基に,児童期後半に相当する小学校46年生が標準的に取得できると考えられるバッジテストBE級までの4カテゴリーを設定し,これらのカテゴリーに分類された被験者グループ間の滑走動作の相違を比較することが目指された.実験場所は,天候の影響を受けない400m室内リンクで実施するため明治北海道十勝オーバル(北海道帯広市)とし,被験者となる小学生からの多くの協力が得られる日時を調整し,実験が行われた.最終的な被験者数(収集したデータ数)は,小学校46年生男女計98名であり,当初予定よりは多少減ったものの,グループ間比較を行ううえで十分な数であった.3次元画像解析法では,複数台のカメラから得られた画像を用いて3次元座標を算出し,様々なバイオメカニクス的パラメータを検討していく.ここで,撮影によって得られた映像から座標を算出するための作業としてデジタイズ(画像上の分析点をマウスで読み取っていく作業)が挙げられ,これは多くの時間を要する作業である.平成30年度では,実験によって得られた映像を整理し,今後,全身およびスケートブレード端点の3次元座標を算出するための準備を進めた.平成30年度の実験によって得られた98名の被験者のデジタイズを行い,カーブ滑走動作の3次元座標データを算出するには多くの時間が必要となる.今年度は,計画的な作業スケジュールを設定し,このデジタイズ作業を中心に分析を進める予定である.また,本研究で対象とする小学生のカーブ滑走動作に関する研究はほとんどなく,滑走動作の特徴を検討するための知見は不足している.動作に関連するバイオメカニクス的パラメータを効果的に選別するためにも,小学生への指導現場の実態を十分に把握する必要がある.また,発育発達期における動作の変容について,関連する研究を改めて確認する必要もあり,今後,これらの調査も並行して進めていく予定である.本研究の目的は,小学生におけるスピードスケートカーブ滑走動作を3次元画像解析法によってキネマティクス的に分析し,カーブ滑走における技術的特徴を技能レベル向上の様相と関連づけて検討することによって,技能レベルに応じた児童への滑走技術の指導に役立つ基礎的知見を得ることであった.この目的を達成するため,平成30年度では,スピードスケートが盛んな地域である北海道帯広市周辺における小学校46年生男女計98名を被験者とし,スピードスケートカーブ滑走動作の測定を行った.測定では,3次元計測範囲を400m室内リンクのカーブに設定し,3台の高速度ビデオカメラを用いて側方,前方および後方より撮影を行った.試技は公益財団法人日本スケート連盟公認シングルトラック(インレーンのみの滑走)での500m全力滑走とし,最大スピード到達後のカーブ区間(およそ350m付近)における画像を収集した.スピードスケートにおけるカーブ滑走での独特の動きである両脚の交差(「クロスオーバー」動作)は技術的難易度の高い動作であり,その習得へ向けての発育発達期での滑走技術の指導法が現場において模索されている.しかし,初心者としてスピードスケート滑走を経験することの多い児童期におけるカーブ滑走動作の実態は,未だ学術的に明らかにされていない.本研究では,公益財団法人日本スケート連盟が認定するバッジテスト(競技距離ごとに設定されたタイムをクリアすることによってバッジテスト級が段階的に認定される)を活用し,被験者を男女それぞれ技能レベルでグループ化した後,技能レベルに応じてカーブ滑走動作の習熟過程を検討する.本研究は,スピードスケートにおける発育発達期での技術指導を効果的に進めるために意義があるといえる.本研究では,実験試技(500m全力滑走)のゴールタイムを基に,児童期後半に相当する小学校46年生が標準的に取得できると考えられるバッジテストBE級までの4カテゴリーを設定し,これらのカテゴリーに分類された被験者グループ間の滑走動作の相違を比較することが目指された.

実験場所は,天候の影響を受けない400m室内リンクで実施するため明治北海道十勝オーバル(北海道帯広市)とし,被験者となる小学生からの多くの協力が得られる日時を調整し,実験が行われた.最終的な被験者数(収集したデータ数)は,小学校46年生男女計98名であり,当初予定よりは多少減ったものの,グループ間比較を行ううえで十分な数であった.3次元画像解析法では,複数台のカメラから得られた画像を用いて3次元座標を算出し,様々なバイオメカニクス的パラメータを検討していく.ここで,撮影によって得られた映像から座標を算出するための作業としてデジタイズ(画像上の分析点をマウスで読み取っていく作業)が挙げられ,これは多くの時間を要する作業である.平成30年度では,実験によって得られた映像を整理し,今後,全身およびスケートブレード端点の3次元座標を算出するための準備を進めた.平成30年度の実験によって得られた98名の被験者のデジタイズを行い,カーブ滑走動作の3次元座標データを算出するには多くの時間が必要となる.今年度は,計画的な作業スケジュールを設定し,このデジタイズ作業を中心に分析を進める予定である.また,本研究で対象とする小学生のカーブ滑走動作に関する研究はほとんどなく,滑走動作の特徴を検討するための知見は不足している.動作に関連するバイオメカニクス的パラメータを効果的に選別するためにも,小学生への指導現場の実態を十分に把握する必要がある.また,発育発達期における動作の変容について,関連する研究を改めて確認する必要もあり,今後,これらの調査も並行して進めていく予定である.本研究に参加した被験者は,小学46年生男女スピードスケート選手98名であり,男女計120名としていた当初の計画通りにデータを収集することができなかった.検討の結果,この被験者数によって発育発達の観点から分析を進めることが十分可能と判断されたため,追加実験を行うことなく,データ収集を完了することとした.このため,被験者への謝金として見込んでいた経費が当初計画ほどかからなかった.また,実験場所の確保が順調に進み,当初予定していた実験実施へ向けた現地での撮影準備を効率よく行えることとなり,検者の旅費削減に繋がった.今後,データ分析を進めるうえで,指導現場の実態や発育発達に関する最新の研究動向についての調査が必要とされるため,平成30年度における残額はこれらの経費に使用する予定である.
グリーンGNPの試みに基づくGNP計算の修正

本研究では「グリーンGNP=GNP-環境維持費用-環境被害費用」と定義し、GNP計算に修正を加えることとした。環境維持費用については、国・地方公共団体による治山治水対策事業費、農地等保全管理事業費、下水道事業費、環境衛生施設整備事業費、環境保全対策事業費、および民間企業による公害防止設備投資額を計上した。環境被害費用については、大気面と水質面の環境に限定し、大気汚染の被害費用については自動車から排出される5種類の大気汚染物質(一酸化炭素,二酸化炭素,窒素酸化物,炭化水素,浮遊粒子物質)に着目して計測した。ここでは、汚染物質の被害費用の原単位と車種別燃料別自動車1台の汚染物質別排出量を用いて自動車1台の排気ガスによる被害費用を算出し、これに各年の車種別燃料別自動車台数を掛け合わせることによって求めた。水質汚濁の被害費用については、水質改善に対する住民の支払意思額が理想的水質からみた被害額であると考え、それを計測した。ここでは、名古屋市内の2カ所の都市公園において公園利用と水質改善に関する意識調査を実施して、水質改善に対する住民1人の支払意思額を算出した。また各年の支払意思額はBODの環境基準未達成率に比例するものと仮定し、それに各年の総人口を掛け合わせることによって求めた。以上の方法で19751992年の18年間のグリーンGNPを計算した。1975年では152兆円のGNPが145兆円のグリーンGNPとなり、7兆円の減少(4.6%の減少率)である。1992年では469兆円(GNP)が457兆円(グリーンGNP)となり、12兆円の減少(2.6%の減少率)である。全体の傾向としては、GNPから差し引かれる環境維持費用と環境被害費用の合計はほぼ一定であり、そのためGNPに対する割合は減少している。しかし、自動車の普及に伴って大気汚染の被害費用が着実に増加していること、また1992年以降の環境維持費用に再び増加の兆しがあることなどから、近い将来にグリーンGNPが減少傾向に転じる可能性もある。
クロマチン構造構築とダイナミクスの分子制御機構

本研究は、細胞核内のクロマチンダイナミクスの意義と制御機構を明らかにすることを目的として行われた。膜透過化細胞やアフリカツメガエル卵抽出液を用いた再構成系を用いて、ヒストンの交換やアセンブリに働く因子の同定と解析を行い、ゲノムの恒常性維持や複製における各ヒストンシャペロンの機能を明らかにした。また、生きた細胞におけるヒストン修飾のダイナミクスの解析法を確立した。クロマチン構造構築の制御機構を明らかにするために,非イオン性界面活性剤処理により細胞膜を透過性にした細胞(膜透過化細胞)を用いて,生細胞で見られるヒストンのアセンブリ・分子交換を再構成する系を確立した.GFP融合ヒストンを発現する細胞から調製した細胞抽出液を膜透過化細胞に添加し,蛍光顕微鏡を用いて細胞抽出液中のGFP融合ヒストンが膜透過化細胞クロマチンへ取り込まれる様子を観察した.その結果,ヒストンH2AとH2BはDNA複製に依存せず真正クロマチンに取り込まれたが,ヒストンH3は主に複製したクロマチンに取り込まれ,生細胞で見られるヒストンの挙動と同様であった.また,精製したGFP融合H2A・H2B複合体を膜透過化細胞に添加しただけではその取り込みは見られなかったが,HeLa細胞由来の細胞抽出液を添加するとGFP融合H2A・H2B複合体の取り込みが回復した.そこで,細胞抽出液をクロマトグラフィーにより分画し,GFP融合H2A・H2B複合体の取り込みを補助する因子の精製を行った.ゲルろ過後の最終精製産物を電気泳動した結果,3本のバンドが検出され,質量分析によりそれぞれのタンパク質を同定した.さらに,これらのタンパク質を大腸菌で発現・精製し,膜透過化細胞におけるGFP融合H2A・H2B複合体の取り込み促進活性を測定した結果,それぞれ単独で活性を持つことが明らかになった.以上の結果より,今回構築した膜透過化細胞を用いるヒストンアセンブリ・交換系は,ヒストンダイナミクスの分子機構の解明に向けたブレイクスルーとなりうることが示された.現在,この系で同定されたタンパク質の生細胞内における役割をフォトブリーチング法により解析している.また,研究分担者は,アフリカツメガエル卵抽出液を用いたクロマチン再構成系を用いて異なるヒストンアセンブリ因子の役割を明らかにしている.真核生物の遺伝子発現やDNA複製・修復などの制御には、クロマチンレベルでの調節が重要な役割を果たしている。しかしながら、クロマチンの主要な蛋白質であるヒストンのダイナミクスの意義と、その制御機構についてはほとんどわかっていない。そこで、本研究では、動物培養細胞とアフリカツメガエル卵を用いてヒストンのヌクレオソームへのアセンブリや分子交換に必要なシャペロンの探索と機能について解析を行っている。研究代表者の木村は、膜透過化細胞に細胞抽出液を添加してヒストンアセンブリと分子交換を再現する系を構築した。この系を利用してH2A-H2Bの交換に働く活性をHeLa細胞抽出液から精製したところ、Nap1(nucleosome assembly protein-1)、Nap2、PP2Cγ(protein phosphatase 2C gamma-subtype)の三種類の蛋白質が含まれていた。PP2Cγは他のPP2Cファミリーには見られない酸性アミノ酸を多く含むドメインを持っており、免疫沈降や膜透過化細胞を用いたアッセイ系により、このドメインがヒストンH2A-H2Bとの結合や交換活性に必要であることを明らかにした。また、PP2Cγが実際にヒストンを脱リン酸化することも明らかにした。これらの結果から、ヒストンの交換と脱リン酸化がリンクしていることが示唆されている。また、研究分担者の大隅は、ツメガエル卵のヒストンH3-H4に対するシャペロン、N1、Asf1、CAF-1に対する特異抗体を作成した。それらを用いて各シャペロンを選択的に免疫除去した卵抽出液を調製し、そこで複製された精子DNAのクロマチン構造を調べた。その結果、CAF-1はDNA複製に共役したヌクレオソーム形成に必要なことが確認され、Asf1は新規のヌクレオソーム形成に不可欠であること、また、N1は必要でないことが示された。真核生物の遺伝子発現やDNA複製・修復などの制御には、クロマチンレベルでの調節が重要な役割を果たしている。しかしながら、クロマチンの主要な蛋白質であるヒストンのダイナミクスの意義と、その制御機構については良くわかっていない。研究代表者の木村は、昨年度までの研究で、膜透過化細胞に細胞抽出液を添加してヒストンアセンブリと分子交換を再現する系を構築し、Nap1(nucleosome assembly protein-1)とNap2に加えて、PP2Cγ(protein phosphatase 2C gamma-subtype)がヒストンH2A-H2Bの交換に働き、ヒ`ストンの脱リン酸化を行なうことを示した。本年度は、PP2Cγを欠損するDT40を作製し、その生物学的機能の解析を行なった。