hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ショック肝における肝組織中フリーラジカルに関する研究

本研究は,ショック肝モデルでin vivoの肝組織中に発生するフリーラジカルの動態について,肝マイクロダイアリシス法を用いてヒドロキシルラジカル(OH)と一酸化窒素(NO)の動態について検討した.その結果,再灌流後の肝組織中OHは,再灌流直後と7時間以後有意な上昇を認め二相性の上昇を示した.また,肝組織中NOは再灌流後より漸増傾向を示し,6時間以後は有意な上昇を認めたが,血清中NOは有意な変化を示さなかった.加えて,このショック肝モデルにおける選択的iNOS阻害剤投与時の肝組織中NO産生は,有意に抑制され,更には肝組織中OH産生も抑制されていた.ショック肝においてiNOSの産生を阻害できれば,肝組織内で発生するNOの産生を制御できるだけでなく,OHの産生も抑制でき,救急集中治療領域でのショック後続発する肝障害を軽減できる可能性があると考えられた.ショック肝における肝障害のメカニズムの解明とその際に発生するフリーラジカルを制御し,さらには肝障害を軽減することを目的とした.ショック肝モデルでin vivoの肝組織中に発生するフリーラジカルの動態について,肝マイクロダイアリシス法を用いてヒドロキシルラジカルとNOの動態について検討した結果,再灌流後の肝組織中ヒドロキシルラジカルは,再灌流直後と7時間以後有意な上昇を認め二相性の上昇を示した.また,肝組織中NOは再灌流後より漸増傾向を示し,6時間以後は有意な上昇を認めたが,血清中NOxは有意な変化を示さなかった.加えて,このショック肝モデルにおけるNO阻害剤投与時の肝組織中NO産生は,有意に抑制され,更には肝組織中ヒドロキシルラジカル産生も抑制されていた.この傾向は選択的iNOS阻害剤投与でより顕著で,虚血再灌流単独時と比較して再灌流後45時間を除いて有意にヒドロキシルラジカル産生を抑制した.ショック肝においてiNOSの産生を阻害できれば,肝組織内で発生するNOの産生を制御できるだけでなく,ヒドロキシルラジカルの産生も抑制でき,肝細胞傷害および類洞内皮細胞傷害も抑制できることが示唆され,救急集中治療領域でのショック後続発する肝障害を軽減できる可能性があると考えられた.本研究は,ショック肝モデルでin vivoの肝組織中に発生するフリーラジカルの動態について,肝マイクロダイアリシス法を用いてヒドロキシルラジカル(OH)と一酸化窒素(NO)の動態について検討した.その結果,再灌流後の肝組織中OHは,再灌流直後と7時間以後有意な上昇を認め二相性の上昇を示した.また,肝組織中NOは再灌流後より漸増傾向を示し,6時間以後は有意な上昇を認めたが,血清中NOは有意な変化を示さなかった.加えて,このショック肝モデルにおける選択的iNOS阻害剤投与時の肝組織中NO産生は,有意に抑制され,更には肝組織中OH産生も抑制されていた.ショック肝においてiNOSの産生を阻害できれば,肝組織内で発生するNOの産生を制御できるだけでなく,OHの産生も抑制でき,救急集中治療領域でのショック後続発する肝障害を軽減できる可能性があると考えられた.ショック肝モデルを作成し,肝表面における組織血流量を測定肝は充分虚血に陥り,虚血解除後も確実に再灌流されていることを確認した.末梢血ALTとヒアルロン酸は,有意に高値を示し,病理組織学的にも肝細胞壊死の所見認めらた.肝虚血再灌流障害時における肝組織中のヒドロキシルラジカルとNO発生の測定結果,再灌流後の肝組織内ヒドロキシルラジカルは,再灌流直後と7時間以後有意な上昇を認め二相性の上昇を示すことが判明した.また,肝組織中NOは再灌流6時間後より漸増傾向を示し,6時間以後は有意な上昇を認めたが,血清中NOxは有意な変化を示さなかった.ショック肝におけるin vivoの肝組織中に発生するフリーラジカルの動態については肝マイクロダイアリシス法によってヒドロキシルラジカルとNOの動態について概ね把握できたと考えられ満足すべき結果である.今後は,フリーラジカルを制御することによってショック肝における肝障害のメカニズムの解明,さらには肝障害を軽減することを目的する.活性酸素種との反応性に富む一酸化窒素nitric oxide(NO)のショック肝における肝障害への関与についてもcytoprotectiveな作用かcytotoxicな作用か一定の結論を得ていないため,このモデルにおいて種々のNO阻害剤投与時に肝組織中のNOそのものの動態とヒドロキシルラジカルの動態を測定し,さらには肝障害軽減のための方策を探る予定である.消耗品(HPLCおよびECDに使用する移動相,反応液,分離カラム,還元カラム,プレカラム)および実験動物に関する研究経費を計上するものである.またデータ解析用パソコンおよび解析用ソフトウエア,研究成果発表のため国内出張のための経費(交通費、宿泊費)等計上予定である.
科学者のためのサイエンスイラストレーション作成ガイド

本調査によって次の5つの重要な結果が明らかになった。:1)国内の多くの科学者は、優れた図・スライド・ポスターを示すことは、学会や論文での難解で専門的な内容を、聴衆や読者が理解するために役立つと思っている、2)多くが自身のビジュアル資料を作成するためのデザインやイラストレーションのスキルに満足していない、3)自身のスキルの向上を強く望んでいる、4)多くがパワーポイントを視覚資料作成のためのツールとして使用していた5)スキルを向上させるための良いガイドや参考書を持っていない。これらの結果に基づきビジュアルデザインハンドブックを作成し多くの科学者に配布した本調査によって次の5つの重要な結果が明らかになった。これらの結果に基づきビジュアルデザインハンドブックを作成し多くの科学者に配布した科学者がわかりやすいサイエンスイラストレーションを描くための学術的で実用性のあるガイドラインを提示したハンドブックを最終年度に作成するため、以下を実施した。1.サイエンスイラストレーション作成に関するオンラインアンケート調査を筑波大学研究倫理審査委員会の承認のもとで実施し、国内の様々な分野の理系研究者(学生含む)から447件もの回答を得た。次年度この回答データの整理分析を行う予定だが、これにより国内科学者のサイエンスイラストレーション作成に関する現在のニーズを把握できる。2.NPG Nature Asia-Pacificのアートエディター、「日経サイエンス」誌のアートデレクター、「ニュートン」誌の元アートディレクター、立教大学のサイエンスコミュニケーター、フリーランスのサイエンスイラストレーターなどに、聞き取り調査を行った。これにより国内の専門家が考えているサイエンスイラストレーションに関する主要な問題を把握することができた。3.国内外のサイエンスイラストレーションに関する文献を調査し、主要な問題点を把握した。4.サイエンスイラストレーションの専門教育を行っている主要な教育機関である、ジョンホプキンズ大学(U.S.A)とトロント大学(カナダ)を、日本人サイエンスイラストレーターの通訳者と共に訪問した。そこで各大学の教員や学生らと面談し、教育プログラムに関する情報交換や施設の見学を行った。日本人研究者が公的にこのような訪問を行ったことは初めてであり、今後の交流に向けた重要な布石となることが期待できる。以上の他、「月刊化学」への執筆、TARAセンターの国際フォーラムやBMB2010のフォーラム企画での講演など、サイエンスイラストレーションに関する啓発活動を多方面から行った。また日本サイエンスビジュアリゼーション研究会を設立し、研究会WEBサイトから情報発信も行っている。科学者が論文や学会発表等のために、わかりやすく美しいイラストレーションを効率よく作成することが可能になれば、科学者によるアウトリーチ活動を促進するだけでなく、結果として国内の科学や文化の発展に寄与すると考える。そこで本研究では以下を行い成果を得た。1、昨年度実施したアンケート結果を分析し、サイエンスイラストレーションの作成方法、表現方法、満足度、有益性、上達方法の他、プロのイラストレーターへの依頼の実態について察した。そして論文「科学者によるサイエンスイラストレーション作成の実態」を執筆し「筑波大学芸術研究報32」(査読有)に掲載された(2012年3月)。2、昨年度実施した文献調査、国外教育プログラムの調査結果と1をもとに、ガイドブック案をほぼ作成した(B5判、約80ページ、カラー)。目次案は、第1章:配色、第2章:Power Pointでかたちを描く、第3章:画面の構成方法、第4章:書体・文字組、第5章:グラフ表・チャート、第6章:作成例、第7章:プリントと入稿、である。3、サイエンスビジュアリゼーションの第1回トークライブを、プロのサイエンスイラストレーター等を招き実施し(2012年3月、筑波大学)、プロによるサイエンスイラストレーション作成の実態を把握した。4、2のガイドブック案の妥当性については、今年度中に行うことができなかったので、次年度の課題とする。5、日本サイエンスビジュアリゼーション研究会を運営し、そのWEBサイトで本研究に関する活動の他、サイエンスビジュアリゼーションに関する様々な情報発信を行った。科学者自身が学会発表資料等をパソコンで作成する機会が増えているが、そこではイラストレーションやグラフといったビジュアル表現が大きな位置を占めている。しかし情報の整理方法や表現方法など、問題ある研究発表スライドやポスターが多く見られる。またデザイン学上の問題をまとめた、科学者のためのガイドラインは存在しない。こうした状況をふまえ、学術的で実用性のあるガイドラインを提示したハンドブックを作成し配布することが、本研究の目的である。そのために昨年度は科学者へのアンケート調査結果を分析・考察した論文を完成させ、ガイドライン案を示したが、今年度は以下を実施した。1.ハンドブック案の妥当性を検証するため、簡易版(カラープリント)を複数部作成し、科学者、サイエンスコミュニケーター、科学系出版社の編集者等に、チェックシートとともに配布し意見を収集した(約10件)。2.ハンドブック案に1の検証結果を反映させた。3.最終的に「科学者のためのビジュアルデザインハンドブック」という名称で、6つの章【「まずは自己分析」「パワポで描く」「グラフ・表・チャート」「効果的な配色」「フォントと文字組」「画面の構成方法」】からなるコンテンツを完成させ、印刷・製本した(B5判、88ページ、1000冊、フルカラー)。

4.ハンドブックを主にアンケート協力者(H22年度実施)に配布した。ガイドブック案がほぼ完成しており、次年度末までに実施する予定のガイドブック完成と配布の準備が十分できている。24年度が最終年度であるため、記入しない。ガイドブック案の妥当性を検証するため、科学者、出版関係者、サイエンスコミュニケーター、サイエンスイラストレーター、デザイナー等に、ガイドブックブック案を提示し意見を収集する。それらの意見を反映させ、ガイドブックを完成させ、できるだけ多くの科学者に配布する。
生体の生殖巣内における新たな生殖細胞誘導法の開発

生体の生殖巣内における新たな生殖細胞誘導法の開発を目指し、マウス始原生殖細胞(Primordial germ cells, PGC)の形成に重要な因子の探索を進めた。その結果、Bmpシグナルの下流では、Six1/Six4遺伝子がIfitm3の活性化に働き、さらにDullardによるWntシグナルの適正な活性調節がPGC形成に必須である事を明らかにした。生体の生殖巣内における新たな生殖細胞誘導法の開発を目指し、まず、マウス始原生殖細胞(Primordial germ cells, PGC)の形成に重要な微小環境に必要な因子の探索を進めている。これまでマウスPGCの形成には、Bmpシグナルが重要な働きを果たしている事が報告されている。例えばBmpシグナルに依存してPGC前駆細胞マーカーであるPdrm1やIfitm3の発現が誘導されることがBmp4^<-/->胚を用いた解析から示されているが、我々は、このBmpシグナル非依存的にPGC形成が阻害されているミュータントマウスを見いだした。このミュータントマウスでは、Bmpシグナルの下流遺伝子群には、大きな異常は認められないが、canonical Wntシグナルの下流遺伝子群は、調べた限りすべてその発現が減弱していた。そこで、canonical Wntシグナル活性が低下しているWnt3^<-/->を用いてPGCの形成について解析を行なった結果、Pdrm1陽性のPGC前駆細胞集団は形成されていなかった。また、予備的な実験からは、先のBmpシグナル非依存的にPGC形成が阻害されているミュータントマウス胚をWnt3a存在下で培養すると、少なくともPrdm1遺伝子の発現減弱が回復する傾向が観察された。これらのことから、マウスPGC前駆細胞の誘導には、Bmpシグナルばかりでなくcanonical Wntシグナルが必要であり、おそらくcanonical Wntシグナルは、Prdm1のPGC前駆細胞での活性化の誘導と、その後のPGC前駆細胞の細胞塊形成に重要な働きを担っていると考えられる。今後、この生殖前駆細胞の細胞塊形成機構とその作用機構を解明していくことにより、生殖細胞誘導に必要な環境因子の同定が可能となると考えられる。生体の生殖巣内における新たな生殖細胞誘導法の開発を目指し、マウス始原生殖細胞(Primordial germ cells, PGC)の形成に重要な因子の探索を進めている。一般的にマウス生殖系列細胞の成立は、BMPシグナルに依存した分子カスケードによりPrdm1/Blimp1が始原生殖細胞(primordial germ cells, PGC)の前駆細胞で活性化されることに始まると考えられている。これまでの申請者らの解析から、マウスPGC前駆細胞の誘導には、Bmpシグナルばかりでなくcanonical Wntシグナルが必要であること、及び、Six1とSix4が協調的に働き、Bmpシグナルの下流でPGCの形成に関わっていることを見いだした。具体的には、Dullard遺伝子の欠損(Dullard^<-/->マウス胚では、BMPシグナル非依存的に生殖細胞形成異常が生じる一方、canonical Wntシグナルの活性が低下していることを見いだした(未発表)。さらに、内部細胞塊を含む胚盤胞に比べPGCにおいて強く発現する遺伝子として我々が同定したImportin13(Ipo13)遺伝子についても、PGC形成における役割について解析を進めている。生殖細胞の発生・分化において重要な働きを担うと考えられるIpo13遺伝子の遺伝子改変マウスを作成、その解析を行った結果、生殖細胞が形成される以前の着床期周辺でIpo13遺伝子の欠損(Ipo013^<-/->)マウス胚は、胚性致死を示した。胚盤胞のin vitro培養系を用いて解析を進めた結果、内部細胞塊の増殖能が低下し、発生不全が生じると考えられた。現在、生殖細胞におけるIpo13遺伝子の役割を明らかにするため、生殖細胞特異的なIpo13遺伝子の改変マウス作成とその解析を進めている。マウス生殖系列細胞の成立に伴い、始原生殖細胞(primordial germ cells,PGC)の前駆細胞集団では、未分化性の維持に関連する遺伝子群の再活性化が知られている。一般的に、この生殖系列細胞の成立は、BMPシグナルに依存した分子カスケードによりPrdmlが活性化されることに始まると考えられている。しかし、Dullard遺伝子の欠損(Dullard^<-/->)マウス胚での解析から、BMPシグナルのみではなく、WNTシグナルも生殖系列細胞の形成にかかわっていることを明らかにした。Dullard^<-/->マウス胚では、Prdml陽性の生殖前駆細胞集団による細胞塊が形成されず、その結果、PGCが欠損する。このDullard^<-/->マウス胚での生殖細胞形成不全は、顕著なBMPシグナルの減衰は認められず、また、Bmp4欠損マウスとの交配実験からも、生殖細胞形成における遺伝学的相関は見られなかった。一方、Dullard^<-/->マウス胚では、canonical Wntシグナルの下流遺伝子群の発現が低下していた。Dullard^<-/-

>マウス胚と同様にWnt3欠損マウスにおいても、PGCが形成されないことから、Wntシグナルの活性がPGC形成に必須であることが示唆された。さらに、DullardのミュータントマウスとWnt3のミュータントマウスとの交配実験より、両遺伝子のヘテロマウス胚において形成される生殖細胞数の減少が観察されたことから、WNT3シグナルが生殖細胞形成に重要な役割を担っていることが明らかとなった。興味深いことに、Dullard^<-/->マウス胚からWnt3遺伝子アリルを1本除いた場合(Dullard^<-/->;Wnt3^<+/->)、生殖細胞欠損の表現型が一部レスキューされ、少数ながらPGCが形成された。Dullard^<-/->胚においてWnt3の発現を確認したところ、その発現は上昇していた。また、Dullard^<-/->;Wnt3^<+/->マウス胚では、Dullard^<-/->胚に比べ、Wnt3の発現が減少し、一方、全体のWntシグナル活性は上昇していた。
インタラクティブ・ビジョンに関する研究

普通の冷蔵庫から指定されたものを取ってくるという課題を設定し,それに必要なインタラクティブ・ビジョンとして以下の研究を行なった.・昨年度は対象物体を回転体に限定していたが,それを多面体や果物のような不定形に拡張して,物体をどの方向から見ても認識できるようにする研究を行なった(白井,島田).・種々の容器に入った飲物を自動で認識するプログラムを用意した.昨年度は,照明の変化に適応する研究を行なったが,それを拡張し,後方からの照明光が対象物を透過することによるカラーシフトの影響があっても,認識できる方法を提案し,この方法の妥当性を実験で確かめた(白井,先山).・自動で認識することに失敗した場合,どのような処理結果をユーザに提示したらよいか,またどのような質問をすれば,ユーザに負担をかけることなく,有用な助言が得られるかを研究した(白井,島田).・音声認識のために,公開されている音声認識ソフト「Julius」を用い,応用に適した言語モデルを構築した.これにより,辞書に登録していない未知語を検出できるようになった.また,言い淀み(filler)も登録することにより,より柔軟なシステムとなった(三浦,先山).・音声認識の結果が正しくない場合,あるいはあいまいである場合に,対話の状況を考慮することにより,適切な候補を選択したり,ユーザに対して適切な質問を行なう研究を行なった(白井,島田).普通の冷蔵庫からものを取ってくるという課題を設定し,それに必要なインタラクティブ・ビジョンとして以下の研究を行なった.・対象物体のモデルをデータベースへ登録する研究を行なった.物体をどの方向から見ても認識できること,および後から別の類似物体が追加されても区別できるという条件を満足するモデルを提案し,実験を行なった(白井,島田).・種々の飲物を自動で認識するプログラムを用意した.この場合,飲物の登録時と認識時では,照明条件が異なるので,そのまま認識することは困難である.そこで,照明の変化によるカラーシフトを学習し,照明の変化への適応する方法を提案し,この方法の妥当性を実験で確かめた,(白井,先山).・ユーザとのインタラクションとしてどのようなものがあるかを調べるため,人がシステムの代わりとなり,種々被験者をユーザとしてインタラクションの実験を行なった,この実験に基づき,画像処理と音声認識の機能を準備するとともに,インタラクションに必要な機能を調べた(三浦,先山).・自動で認識した結果をユーザに画像と音声で提示する方法を研究した.認識が成功したとみなされた場合は,なるべく簡単なインタラクションで済むようにし,失敗したか成否が不明の時の認識結果の提示は,それによって有用な助言が得られるようにした(白井,島田).・音声対話において,市販の音声認識装置の結果が正しくない場合,あるいはあいまいである場合に,複数の可能な認識結果を取り出し,状況,文脈,および発音の類似性を考慮して,ユーザの意図した言葉を推定する研究を行ない,実験を行なった(白井,島田).普通の冷蔵庫から指定されたものを取ってくるという課題を設定し,それに必要なインタラクティブ・ビジョンとして以下の研究を行なった.・昨年度は対象物体を回転体に限定していたが,それを多面体や果物のような不定形に拡張して,物体をどの方向から見ても認識できるようにする研究を行なった(白井,島田).・種々の容器に入った飲物を自動で認識するプログラムを用意した.昨年度は,照明の変化に適応する研究を行なったが,それを拡張し,後方からの照明光が対象物を透過することによるカラーシフトの影響があっても,認識できる方法を提案し,この方法の妥当性を実験で確かめた(白井,先山).・自動で認識することに失敗した場合,どのような処理結果をユーザに提示したらよいか,またどのような質問をすれば,ユーザに負担をかけることなく,有用な助言が得られるかを研究した(白井,島田).・音声認識のために,公開されている音声認識ソフト「Julius」を用い,応用に適した言語モデルを構築した.これにより,辞書に登録していない未知語を検出できるようになった.また,言い淀み(filler)も登録することにより,より柔軟なシステムとなった(三浦,先山).・音声認識の結果が正しくない場合,あるいはあいまいである場合に,対話の状況を考慮することにより,適切な候補を選択したり,ユーザに対して適切な質問を行なう研究を行なった(白井,島田).
脳、脊髄でのアセトアミノフェンの機序解明と最適な使用法の検討

アセトアミノフェンは解熱鎮痛薬として臨床で使用されている薬物でありながら、作用機序は明らかでない。近年、代謝物のAM404が脳のTRPV1受容体やCB1受容体に作用することで鎮痛作用を発揮していることが報告された。しかし、脊髄後角での作用は明らかではない。アセトアミノフェンの全身投与はin vivo脊髄標本での末梢からの痛み刺激に対する反応を抑制した。さらに、in vitro脊髄標本でのAM404はC線維終末のTRPV1受容体に作用し、興奮性伝達を抑制した。アセトアミノフェンはAM404へ代謝され、脊髄後角ニューロンのC線維終末のTRPV1受容体に作用し鎮痛効果を示すことが明らかになった。アセトアミノフェンは解熱鎮痛薬として長年にわたり臨床で使用されている薬剤でありながら、作用機序は未だ解明されていない。最近になり、中枢神経系へのいくつかの神経伝達物質への作用が推定されているが、本当に生体でそれらの機序で鎮痛作用を生じさせているのか明らかではない。本研究では生体動物のin vivo状態での脳または脊髄でのアセトアミノフェンの作用機序をフラビン蛋白蛍光イメージング、in vivoパッチクランプなどの実験系を用いて明らかにする。アセトアミノフェンの脳・脊髄での作用機序解明により、それに代わる新規薬剤の開発やエビデンスに基づいた最適な使用法につながると期待できる。アセトアミノフェンのin vitro脊髄スライスでの作用は大体終了している。しかし、in vivo状態での脊髄での作用機序はまだ進行中である。今後、アセトアミノフェンの静脈投与または脊髄への潅流投与による、脊髄後角ニューロンでの作用を解析する予定である。アセトアミノフェンは解熱鎮痛薬として長年にわたり臨床で使用されている薬物でありながら、作用機序は未だ解明されていない。そこで、本研究ではアセトアミノフェンの作用機序を行動学的解析およびin vivo・in vitro脊髄標本からの電気生理学的解析により明らかにした。行動学的実験では、アセトアミノフェンおよび代謝物AM404を全身またはくも膜下腔に投与し、熱刺激に対する逃避時間を測定した。電気生理学的実験ではラットを麻酔した後、脊髄を摘出し、マイクロスライサーを用いてin vitro脊髄横断スライスを作成した。微小電極を誘導し、脊髄後角ニューロンからホールセル・パッチクランプ記録を行った。さらに、in vivo脊髄標本を用いて、アセトアミノフェンの全身投与による末梢の侵害刺激に対する脊髄後角ニューロンでの鎮痛効果を検討した。アセトアミノフェンの全身投与およびAM404のくも膜下腔投与は濃度依存性に逃避時間を延長させた。また、in vivo脊髄標本でのアセトアミノフェンの全身投与は脊髄後角ニューロンでの末梢からの痛み刺激の伝導を抑制した。さらに、in vitro脊髄横断標本でのAM404は脊髄後角ニューロンのC線維終末のTRPV1受容体に作用し、興奮性シナプス伝達を抑制した。結果、アセトアミノフェンはAM404へ代謝され、脊髄後角ニューロンのC線維シナプス終末に存在するTRPV1受容体を選択的に活性化し、グルタミン酸の放出を促進する。一方、終末部や軸索を脱分極させることにより電位依存性Na+チャネルを不活化し、末梢からの刺激を遮断することで鎮痛効果を発揮することが示された。in vivoパッチクランプ法によって、アセトアミノフェン投与による脊髄後角の細胞応答を観察し、その鎮痛効果を解析する。麻酔科学昨年度はネオリニアスライサーとクリオスタットミクロトームの大きな物品を合算使用の負担として購入した。そのために負担額が少なくなり、次年度使用額が生じた。次年度使用額の分は、本年度で試薬の購入に使用する予定である。
核輸送因子局在化ゾーンによる細胞核内外オルガネラ連携

真核細胞の核膜上にある核膜孔は、核への一定以上のサイズの分子の出入りを制限する。タンパク質などサイズの大きな分子は、特定の輸送因子に認識され、エネルギー依存的に核内外へと運ばれる。このような輸送因子の一つであるimportin αは核へと運ばれるタンパク質がもつ核局在化シグナルを認識し、細胞質から核内に輸送する。importin αは哺乳類では動物種に依存して57種類のファミリー分子が存在し、それぞれ積荷分子(基質)特異性があり、さらに組織特異的発現を示す。我々はこれまでに、importin αファミリーの発現パターンの変化がマウス胚性幹(ES)細胞の分化に必須であることを示した。importin αファミリーはそれぞれに異なる結合分子群をもち、細胞運命決定に際して異なる機能を果たすことがうかがえる。本研究では、importin αの細胞内局在について、細胞質のオルガネラと核を結ぶ連携役としての役割を果たすか、以下の内容を調べ、その機能と動態、重要性を探る。(1)核輸送因子の局在領域の構成:importin αの細胞内局在に関連する分子を、importin α相互作用分子を同定して明らかにする。(2)核輸送因子の細胞内動態:importin αの分子移動の解析を行う。(3)核輸送因子とオルガネラの相互作用:importin αと、オルガネラに含まれる分子の相互作用を解析し、importin αとオルガネラを結ぶ分子ネットワークを明らかにする。(4)異なる細胞活動に際する核輸送因子の局在変化:importin αが細胞死、細胞分化、細胞周期に応じて動態、及び機能を変化させるか、それぞれの細胞活動の際の上記(1)(3)について明らかにする。これまでに、本研究では、核輸送因子の局在領域の構成と核輸送因子とオルガネラの相互作用について、(1)核輸送因子の局在領域の構成:importin αの細胞内局在に関連する分子の同定、(3)核輸送因子とオルガネラの相互作用: importin αとオルガネラを結ぶ分子ネットワークの解明、の2項目について研究を進めた。まず、細胞質抽画分よりimportin αに結合する蛋白質を精製し、ファミリー分子間の相互作用因子に差異があるか調べたところ、明らかに異なる分子が複数種類見受けられた。また、importin α蛋白質の機能性ドメインを除いた変異体を作成して細胞に発現させたところ、細胞内局在が変化した。これらについて、使用する細胞種を変えると異なる結果が得られた。以上より、importin αが細胞種に応じて特定の相互作用因子を持つこと、自身の蛋白質の機能性ドメインを介して細胞内に局在化することが分かった。今後、(1)核輸送因子の局在領域の構成、についてはこれまでの結果得られた複数種類のimportin αファミリー分子間の相互作用因子を、質量分析を用いて同定する。多数の相互作用分子が候補に挙がった場合には、importin α蛋白質の変異体の相互作用因子も解析し、特に細胞内局在化に関与するものを優先的に調べる。(3)核輸送因子とオルガネラの相互作用については、(1)で得られた候補因子より、オルガネラ機能に関与するものを選び、解析する。さらに、(2)核輸送因子の細胞内動態、についてはimportin αの野生型および変異体の細胞内分子移動の解析を行う。(4)異なる細胞活動に際する核輸送因子の局在変化は、(1)(3)で得られた結果をもとに、細胞死、細胞ストレス、細胞分化などにおける核輸送因子の局在変化を解析する。

これまでに、本研究では、核輸送因子の局在領域の構成と核輸送因子とオルガネラの相互作用について、(1)核輸送因子の局在領域の構成:importin αの細胞内局在に関連する分子の同定、(3)核輸送因子とオルガネラの相互作用: importin αとオルガネラを結ぶ分子ネットワークの解明、の2項目について研究を進めた。まず、細胞質抽画分よりimportin αに結合する蛋白質を精製し、ファミリー分子間の相互作用因子に差異があるか調べたところ、明らかに異なる分子が複数種類見受けられた。また、importin α蛋白質の機能性ドメインを除いた変異体を作成して細胞に発現させたところ、細胞内局在が変化した。これらについて、使用する細胞種を変えると異なる結果が得られた。以上より、importin αが細胞種に応じて特定の相互作用因子を持つこと、自身の蛋白質の機能性ドメインを介して細胞内に局在化することが分かった。今後、(1)核輸送因子の局在領域の構成、についてはこれまでの結果得られた複数種類のimportin αファミリー分子間の相互作用因子を、質量分析を用いて同定する。多数の相互作用分子が候補に挙がった場合には、importin α蛋白質の変異体の相互作用因子も解析し、特に細胞内局在化に関与するものを優先的に調べる。(3)核輸送因子とオルガネラの相互作用については、(1)で得られた候補因子より、オルガネラ機能に関与するものを選び、解析する。さらに、(2)核輸送因子の細胞内動態、についてはimportin αの野生型および変異体の細胞内分子移動の解析を行う。(4)異なる細胞活動に際する核輸送因子の局在変化は、(1)(3)で得られた結果をもとに、細胞死、細胞ストレス、細胞分化などにおける核輸送因子の局在変化を解析する。
顕微分光・マイクロ電気化学法による界面電子移動反応ダイナミクス

レーザー光により微小な液滴を電極上の任意の位置に配置し,液滴と周囲の溶液の間の電子移動反応を電気化学的に誘起するとともに,その過程を顕微分光・電気化学法により直接的に測定することを試みた。その結果,半径5μm以上の液滴については,液滴/水界面を経た電子移動速度は液滴サイズの減少とともに大きくなることを見いだした。これは,水中から球形の液滴界面への物質供給は3次元的であり,液滴サイズの減少により液滴の表面積/体積比が増大することによるサイズ効果であることを明らかにした。さらに,電子移動速度の界面電位依存性についても検討し,これをマ-カス理論からの予測と比較検討することができた。一方,半径5μm以下の液滴について全く異なる電子移動速度の液滴サイズ依存性が観測された。即ち,半径5μm以下の液滴における界面電子移動速度は液滴の表面積/体積比では説明できず,単位表面積あたりの電子移動速度定数は液滴サイズの減少とともに遅くなった。界面電位依存性,電子移動と共役する液滴/水間のイオン移動の効果,さらには界面活性剤の添加効果などの実験から,半径5μm以下の液滴における特異な界面電子移動速度は液滴/水界面の構造の変化によるものであることを明らかにした。微小な球形液/液界面の特徴的な現象を初めて明らかにした。
間接差別禁止法理と社会的排除における権利侵害の特定方法に関する比較法的研究

本研究は、「社会的排除」と呼ばれる問題現象に着目することにより、これまで十分に意識されていなかった権利剥奪のプロセスの中に憲法上保障された基本的人権の侵害を認定できる問題発見枠組を開発し、それに対応した権利保障システムの構築を目指すものである。そのために、多くの法システムで採用される間接差別禁止の体系的位置と射程の比較研究を行い、排除過程の中に差別的要素等を認定できる枠組みを探求し、もって、自由権と社会権との接合方法に関する知見を進化させることが企図されている。2017年度は、本課題の共同研究成果として前年度に刊行された浅倉むつ子・西原博史編『平等権と社会的排除-人権と差別禁止法理の過去・現在・未来』(成文堂、2017年)に取りまとめられた比較対象国の理論動向に関する理解を踏まえ、比較法的分析を行う際に共通に意識される分析視角の一層の精緻化を図るとともに、それを前提に、普遍的法理論に取り込み得る要素の識別基準を抽出すべく、検討を開始した。具体的には2017年8月と2018年1月に実施された研究会及び共同研究者それぞれの研究活動を通じて、上記の成果を手掛かりとし、共同研究者に共有された理論的視点の通用可能性に関する吟味を深め、日本法に受容可能な規範的要素を識別する試みに向けた作業が行われた(成果については下記の業績リスト参照)。29年度が最終年度であるため、記載しない。本研究は、これまで十分に意識されていなかった権利剥奪のプロセスに憲法上保障された基本的人権の侵害を認定するための問題発見枠組を開発し、それに対応した権利保障システムの構築を目指す。その目的のために、多くの法システムで採用される間接差別禁止の体系的位置と射程の比較研究を行い、排除過程の中に差別的要素等を認定できる枠組を探求する。2016年度においては、共同研究の基盤を作り、間接差別論に関わる研究素材の法体系的な位置づけを探るための作業として、論文集『平等権と社会的排除ー人権と差別禁止法理の過去・現在・未来ー』(浅倉むつ子・西原博史編、成文堂、2017年)を編み、そこに共同研究参加者が対象とする国(法体系)および対象事項(差別禁止事由)との関係で認められる重要な規範的手掛かりの確認作業を行った。すなわち、そこには、日本法(第1章、浅倉)、EU法(第3章、黒岩)、イギリス法(第6章、杉山)、アメリカ法(第5章、植木;第7章、今井;第8章、森口;第9章、根田;第11章、小池)、カナダ法(第4章、白水)、フィンランド法(第10章、遠藤)等における差別禁止法理の位置づけが整理され、性別、人種、障害、宗教・信条、社会環境等による差別に関わる論点が提示された(下記の業績リスト参照)。これらの研究成果は、上記研究目的との関係において国内の法学研究において初めて体系的視点の下に整理されたものであり、非常に大きな学術的意義がある。これを踏まえて、2017年度以降の順調な研究遂行が期待される。2016年度は共同研究の初年度であり、共同研究者間において共通の理論的視点を共有し、かつ自らが専門としない比較対象国における間接差別を中心とした差別論の理論構造に向けた共通認識を形成することを目標にしてきた。2017年2月に上梓した著作『平等権と社会的排除』により、その目標は有意義に達成されることとなった。その点において、一定程度、当初の予想を上回る速度で研究が進行している部分がある。ただ、ここで得られた共通認識が存在すると同時に、この比較法研究を通じて、当初の想定以上に各法体系における理論枠組に異質性を持つ要素が組み込まれていることが明らかになり、研究目的の達成が近づいたと手放しで評価できる状態でもない。今後、この著作を手掛かりとし、共同研究者に共有された理論的視点の通用可能性に関わる吟味を深めるとともに、日本法に受容可能な規範的要素を識別し、法解釈実践において新しい成果を生み出すことに向けた営為を続けていくことになる。

2016年度に完成した著作『平等権と社会的排除』で得られた知見を踏まえ、その認識を深めるとともに、精緻化していくことになる。すなわち、本研究は、1潜在能力アプローチを通じた社会的排除過程における権利侵害の特定可能性に関する理論分析、2社会的排除の一態様に対する法的規制ルールとしての間接差別禁止法理の意義と内容に関する比較憲法的分析、3間接差別禁止法理を裁判上運用可能な立証手続ルールとして構築するための法規範構造の分析、という3種の分析対象を設定された部分プロジェクトを総合する形で推進される共同研究であるところ、2017年度以降においては、『平等権と社会的排除』に取りまとめられた比較対象国の理論動向に関する理解を深め、比較法的分析を行う際に共通に意識される分析視角の一層の精緻化を図るとともに、それを前提に、普遍的法理論に取り込み得る要素の識別基準に関する検討を進めていく。29年度が最終年度であるため、記載しない。
マウス脊椎骨癒合モデルを用いた新規骨粗鬆症薬の検討

脊椎固定術後の問題点として偽関節が挙げられ、中でも高齢化に伴う骨粗鬆症、および骨粗鬆症治療薬内服による代謝回転及び骨癒合への影響が懸念される。しかし、脊椎骨癒合の分子メカニズムについては未だ不明な点が多い。既存の基礎研究の問題点を克服すべく、本研究では、申請者らが独自に開発したマウスの脊椎骨癒合モデルを用い、脊椎骨癒合のメカニズムについて経時的な変化を、マイクロCTや組織学的評価などから解析し明らかにする。さらに遺伝子改変マウスを用いた詳細な分子メカニズムの解明も期待できる。過去に報告がない手法を用いることで、骨粗鬆症を合併する脊椎手術における骨癒合率の向上につなげることが可能であると考える。
GLI1新規標的遺伝子HES1,DEC2による膵癌悪性形質発現メカニズムの解析

ヘッジホッグシグナル経路に属する転写因子GLI1は、DEC2プロモーター領域の-1126-1117に存在するCACCC-boxを介して、直接DEC2発現を上昇させることを解明した。また、GLI1によって発現上昇したDEC2はミスマッチリペア遺伝子の一つであるMLH1の転写を抑制することも明らかにした。GLI1-DEC2経路を介したMLH1の発現抑制が、遺伝子変異やゲノムの不安定性を誘発し、膵発がんに寄与している可能性が考えられた。本研究においては、膵臓癌細胞株Panc-1にpTet-Offベクター(Clontech)、次いで転写因子GLI1とその新規標的遺伝子であるHES1、DEC2をコードするpTRE-Tightベクター(CloRtech)を順次導入し、ドキシサイクリン依存性に各遺伝子発現を誘導可能な細胞株Panc-1^<Tet/GLI1>、Panc-1<Tet/HES1>、Panc-1<Tet/DEC2>を作成、使用した。これらの細胞株を通常の接着性プレートを用いた付着状態と、超低接着プレートを使用した非付着状態にてそれぞれ培養し、各遺伝子の発現誘導が細胞増殖に及ぼす影響を比較測定した。その結果、通常の接着性プレートにおける培養条件下では、GLI1誘導は細胞増殖をわずかに抑制する傾向を示したが、HES1、DEC2遺伝子の発現はいずれも有意に細胞増殖を抑制することを明らかにした。一方、超低接着プレートを使用した非付着状態においては、いずれの遺伝子も細胞増殖を促進させることを見出した。以上から、GLI1-HESI/DEC2経路は膵臓癌細胞の接着状態によって、細胞増殖に対して異なる作用を示し、非付着状態における細胞増殖の促進が、膵臓癌の転移過程や、悪性化における機能の一端を担う可能性が示唆された。また、GLI1遺伝子の間接的な標的遺伝子としてCD24を新たに同定し、GLI1によるHES1の発現誘導が、膵癌幹細胞と考えられているESA^+/CD24^+/CD44^+分画を増加させる可能性も明らかにした。次年度は、GLI1-HES1/DEC2経路による膵癌幹細胞分画の制御という観点からも、ゲムシタビン耐性等の膵癌悪性形質発現メカニズムを検討していくことを予定している。我々は、現在までにcycloheximideを用いた実験から、Zinc finger型転写因子GLI1が、bHLH typeの転写抑制因子DEC2(BHLHE41)の発現を直接誘導することを明らかにしている。今回は、DEC2のプロモーター領域(-1728+291)をpGL4レポーターベクターに導入し、レポーターアッセイを行うことで、-1117-1126に存在するCACCC-boxを介して、GLI1がDEC2の発現を誘導することを明らかにした。また、DEC2はミスマッチリペア遺伝子MLH1の転写を抑制することを、Nakamura H.らが報告している(Oncogene,2008)。そこで、GLI1,DEC2の発現ベクター、およびDEC2の発現を抑制するshRNAベクターを膵臓癌細胞株に一過性導入し、MLH1発現の変化を検討したところ、外来性GLI1によって誘導された内因性DEC2が、有意にMLH1発現を抑制することを見出した。次に、膵臓癌切除材を用い、DEC2,MLH1発現を免疫組織学的に検討したところ、正常膵管上皮に比してPancreatic intraepithelial neoplasia (PanIN)-2,PanIN-3,浸潤癌で有意なDEC2発現上昇、MLH1発現低下を観察した。また、GLI1発現とDEC2,MLH1発現との相関性をスピアマンの順位相関係数を用いて解析したところ、GLI1-DEC2間には有意な正の相関(R=0.785,P<0.0001)を、GLI1-MLH1間には有意な負の相関(R=-0.673,P<0.0001)を観察した。以上、膵発がんの過程で発現上昇したGLI1は、DEC2の発現誘導とそれによるMLH1の発現抑制を介して遺伝子変異を誘発し、膵発がんを亢進させている可能性が考えられた。
子宮体内膜の糖脂質の解析-新しいマウス及びヒト型モノクロ-ナル抗体を用いて-

糖脂質は細胞膜を介した細胞相互の認識機構を有している事が明らかにされてきたので、子宮体内膜の糖脂質は着床に関与している可能性がある。また糖脂質は癌化に伴ってその糖鎖構造が変化する事も明らかになり、その変化に注目すれば近年増加しつつある体癌の「補助診断法」の確立出来る可能性がある。そこで本研究では子宮内膜糖脂質の解析とそのホルモンによる影響の有無の検討及び体癌における糖脂質の異常発現の解析とそれに基づく体癌の新たな診断法の開発を目的とした。その結果、世界に先駆けて子宮内膜には硫酸化糖脂質であるスルファチドが存在し、しかも増殖期より分泌期で増量する事を明らかにした。糖脂質組織を決定する要因は合成過程にあると考えられているので、硫酸基転移酵素の活性が性ホルモンの作用で誘導される可能性が示唆された。また体癌の手術材料を用いた検索でもスルファチドの存在が確認され更に我々が樹立した体癌由来株に硫酸元転位酵素の活性が存在する事が確認され、内膜の癌化に伴う糖鎖異常には糖転位酵素の変化、誘導が関与している可能性が示唆された。また体癌の糖脂質の生化学的分析や我々が作製したモクロ-ナル抗体による解析で、体癌では液体型物質であるルイスb関連糖鎖やその前駆物質であるI型糖鎖が増量している事が明らかとなった。そこでルイスb関連糖分鎖を認識するモノクロ-ナル抗体MSN-1と正常内膜と体癌細胞との反応性をフロ-サイトメトリ-に応用し、体癌の補助診断法の確立を試みた。種々の方法論の基礎的技術を検討後、臨床材料で詳細に解析したところ、正常内膜例では25例中22例が20以下の陽性立だったのに対し、体癌例では25例中21例が20%以上の高い陽性立を示し、正常内膜と体癌の細胞を鑑別する指標の一つなる可能性が示唆された。糖脂質は細胞表面に存在し,細胞相互の認識やレセプターとしての機能を有している.そこで糖脂質と生殖,癌化とのかかわり合いを調べるために,ヒト子宮内膜における糖脂質の分析を行った.1.正常体内膜に於ける糖脂質とホルモンの影響糖脂質は中性,酸性画分に二分されるが,前者としてはCMH,CDH,CTH,globosideが,後者としてはGD3,GD1a,GM3,シアリルパラグロボシド,スルファチドの存在することが確認され,特にスルファチドは分泌期に高濃度であり, progesteroneと関連していることが示唆された.2.体内膜の癌化に伴う糖脂質の変化正常内膜と同様,中性,酸性二画分が認められたが,体癌では正常では見られない様な長鎖構造を有する中性糖脂質が存在した.また当研究室で樹立した十数種の培養細胞株の内,体癌由来株のみに硫酸化糖脂質が証明された.3.糖脂質を認識するモノクローナル抗体(Mab)の作成申請者の作成したマウス型MSNー1抗体は,糖脂質上の血液型物質ルイスbをエピトープとしており,さらにTLC免疫染色で長鎖中性糖脂質の一成分と反応することを明らかにした.また本Mabは正常内膜では殆ど反応せず,体癌では85%の症例と反応したことから,体癌の免疫学的診断法に応用し得る可能性が示唆された.また申請者の作成したヒト型HMSTー

1抗体はパラグロボシドを認識することを証明し,体癌の臨床に一灯を点じた.4.モノクローナル抗体の臨床応用への基礎研究MSNー1抗体のフローサイトメトリーへの応用の可能性について,培養細胞,臨床材料を用いて検討したところ,体癌細胞で高い数値を示す症例の存在する事が明らかとなり,今後研究を続けて行く価値のあることが示された.糖脂質は細胞表面に存在し、細胞相互の認識やレセプターとしての機能を有している。そこで糖脂質と生殖や癌化とのかかわり合いを調べるために、子宮内膜における糖脂質を分析した。1.性成熟及び性同期に伴うマウス子宮糖脂質の変化性成熟に伴い中性糖脂質ではGA1が、酸性ではSursstideが増量し、又性周期別では発情期に中性糖脂質であるCTH,GA1,Forssman抗原が、間期に酸性糖脂質であるGM3,Sulfatideが増量した。即ち、卵胞ホルモンの変化に伴い糖脂質が変化し、ステロイドホルモンが糖鎖合成に関与する糖転移酵素活性に影響を与える可能性が示唆された。2.抗糖脂質モノクローナル抗体の臨床応用を志向した基礎的研究(1)フローサイトメトリー:昨年度我々が作成した抗体癌由来培養細胞株SNG-2モノクローナル抗体は、血液型物質ルイスbをそのエピトープとしているが、本抗体は正常内膜では殆ど反応せず、体癌では85%の症例と反応した。そこでフローサイトメトリー(FCM)に応用し、正常細胞と体癌細胞の表面抗原の反応性の差から両細胞の鑑別を試みた。その結果、正常細胞では8例中7例が30%以下の陽性率であったのに対し、体癌細胞では9例全例が30%以上であり、方法論を含め今後研究を続けてゆく価値のあることが示唆された。また本年度新たに作成したモノクローナル抗体MSN-2を用いた2カラーFCMも現在検討中である。(2)子宮腔内抗原測定:上記モノクローナル抗体が体癌で高頻度に発現されることに注目し、MSN-1とMSN-2のdouble determinants EIA系を確立し子宮腔内の抗原両を測定したところ、体癌症例の約3割の症例で高値を示すことが判明した。また我々が卵巣癌診断のために確立した血清測定系CA54/61でも同様な結果が得られたので、今後この方法を更に検討して行きたい。糖脂質は細胞表面に存在し、細胞相互の認識やレセプタ-としての機能を有している。そこで糖脂質と生殖、癌化とのかかわり合いを調べるためにヒト子宮内膜における糖脂質の分析を行った。1.子宮内膜における硫酸基転移酵素の存在の証明我々は昨年までの手術材料や培養細胞を用いた研究で子宮内膜には硫酸化糖脂質であるスルファチドが存在し、しかも増殖期よりも分泌期で増量する事を明らかにした。糖鎖が付加されて新たな糖脂質が生成されるときには合成酵素である糖転移酵素が必要である。そこで我々が樹立した体癌由来培養細胞はSNGーII細胞を用いての硫酸化糖脂質の合成酵素である硫酸基転移酵素の測定を行った。その結果、SNGーII細胞に硫酸基転移酵素の活性が存在し、同細胞には選択的、特異的な硫酸化糖脂質の産生能が存在することが明らかになった。2.ヒト型抗体を用いた血液型前駆糖鎖の出現の検索昨年までの研究で体癌ででルイスb及びH型糖鎖等が異常に出現する事を見いだしたが、その意義や機序を理解するためには血液型糖鎖の前駆糖鎖の出現の有無を検索しなければならない。そこで我々が作成したヒト型モノクロ-ナル抗体HMSTー1が血液型糖鎖の前駆物質であるI型糖鎖を認識する事に注目し免疫組織化学的に検索した。その結果、正常体内膜では全例が陰性であったが、体癌では約半数が陽性例であった。この様にHMSTー1抗体の認識
分子計算系の進化的計算手法を用いた設計に関する研究

本研究の目的である分子計算系として,当初はすべてのDNAが一様に混ざっている均質系のみを対象にしていた.しかし均質系ではDNAを使った化学反応の時間発展を設計することはできるが,空間的なパターンを持たせることは難しい.そこで当該年度では,均質系に比べてより複雑な拡散反応系についての調査および予備実験を行った.具体的にはDNA架橋したポリアクリルアミドゲルを設計し, DNAのハイブリダイゼーション反応によって相転移を行う実験を行った.またゲルとゾルの区別を行う観察方法として,蛍光マイクロビーズのブラウン運動を評価する手法を用いた.予備実験の成果として,人手によって設計された化学反応による架橋点の作成または分解を行い,時空間的なゾル化や,時間的なゲル化を行うことに成功した.研究の目的の一つとして複雑な系の設計を挙げたが, DNA化学反応により時空間発展を行う系は,そのような設計の対象になると考えられる.また当初は人工遺伝子回路の自動設計を行う計画であったが,文献調査の結果,着眼点は異なるものの先行研究と呼べる研究がすでに存在することが分かった.一方で, DNA化学反応を使った時空間的に発展する拡散反応系の自動設計は新規性のある分野だと言える.シミュレータの作成や系の自動設計を行うには至らなかったが,新規性のある複雑な系を提案するという成果を得られた.この成果はCBI学会での「Excellent Poster Award」の受賞, FNANOと呼ばれる国際会議での口頭発表に採択されるなどの評価を得た.今後はこれまでに作成した均質系の数理モデルを基に拡散反応系のシミュレータを作成し, DNA化学反応によって駆動する反応場の自動設計へと,本提案手法が応用できると考えられる.将来的にはDNA化学反応による時空間的なパターン形成や物質輸送,ゲルを使った流体デバイスのフロー制御,ゲルゾル相転移による薬剤の放出などの応用に貢献できると期待される.(抄録なし)本研究の目的である分子計算系の自動設計にあたり,効率よくシミュレーションを行えるモデルの開発に努めた.従来のモデルではグラフ構造によりDNA分子やRNA分子を表現していたが,分子間結合の組み合わせによる分子種の爆発が問題であった.このモデルでは入力となる分子種の数に制限があるため,多くの分子種を必要とするシステムのシミュレーションが不可能である.そこで我々は,グラフを部分構造に分割し抽象化することで爆発を防ぐ手法を提案し,具体例としてDNAの水素結合によるハイブリダイゼーション反応や,細胞内の遺伝子の抑制メカニズムであるRNAi反応のシミュレーションを行った.その結果,グラフの大きさに対して指数関数的に増大していた分子種の数を多項式で抑えることが可能となり,計算時間を大幅に短縮することに成功した.特にRNAiのシミュレーションにおいては,多くの分子種を必要とするため従来不可能であった,siRNAの濃度分布を再現することに成功した.これらの成果は研究実施計画にある「シミュレーショの理論的考察」や「RNAシステムのモデル化」にあたり,国際会議等で発表を行った.また具体的な自動設計の例として,自動設計されたDNAオートマトンの化学実験による検証を行った.このDNAオートマトンは計算機により準最適解を探索することで設計され,二つの入力を与える順序に応じて出力が決まる分子機械である.二つの入力としてATPと呼ばれる小分子と,紫外光を利用し,実際の化学実験によりその挙動を確認した.DNA以外の分子や刺激に応答するDNAシステムを設計できたことにより,自動設計手法はより一般的な分子反応系を設計できる可能性があると考えられる。この成果は研究実施計画にある「DNAモーターの設計および実験」にあたり,同様に国際会議で発表を行った.今後はより一般的なモーターの設計手法の考察や、組み合わせ最適手法の検討が課題となる.本研究の目的である分子計算系の自動設計にあたり,昨年度から引き続き行っている抽象化シミュレーションの近似精度に関する研究を行った.RNAiのシミュレーションでは,構造爆発を防ぐことが可能となったが,分子種を増やした場合に完全二本鎖の濃度の近似が悪くなることを発見した.そこで抽象化により表現される部分グラフにアノテーションを追加することで,完全二本鎖に対応した部分構造を特別に扱う工夫を行った-この結果,完全二本鎖の濃度は極めて正確に求めることができるようになった.さらにこの抽象によって得られる構造の数に着目し,シミュレーションの対象となる系の複雑さを測る指標を発見した.具体例としてRNAiの場合は,ポリメラーゼの伸長反応に対する仮定の違いにより,三段階の複雑さを持つことが分かった.この複雑さの指標は自動設計を行う組み合わせ最適化の評価値として活用されることが期待される.特に計算生物学ではグラフにより化学物質や化学反応の複雑さを定義することが従来行われているため,我々の発見と組み合わせることで,より複雑な系の自動設計への応用が期待される.これらの成果は論文にまとめ,査読を経て国際会議の議事録に採録された.また国内外の会議においても積極的に発表を行った.具体的な自動設計の例として,最新のアゾベンゼンを組み合わせたDNA反応系の設計を始めた.紫外光および可視光を照射した回数を記憶し,その回数に応じて出力を出すシステムの設計,および化学実験による検証を目指す.一方で新学術領域「分子ロボティクス」での応用を考え,DNAから合成されるハイドロゲルの作成に着手した.既存のゲルを計算場として捉え,自動設計により設計された計算システムとの組み合わせを行い,ゾルーゲル相転移やパターン形成を行うゲルの設計が期待される.ゲルによる研究を進めるために,研究指導の委託制度を活用し,東北大学を訪問することになった.