hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人間活動の地球地図「人間地球地図」の構築と居住・生存環境評価への応用

IPCCレポートなどにより地球温暖化が人間活動により引き起こされており,その予兆が既に明らかになっていることが公式に認められて以来,地球の環境資源を以下に持続的にうまく利用していくかという議論が世の中の注目を集めている.食糧安全保障の問題,バイオ燃料と食糧供給との相克,水資源問題などがその典型である.人間活動のあり方を変革することが究極の対策であることを考えると関心の高まりはきわめて重要であるが,具体的な政策決定や資本投下などにあたっては定量的な現状把握や予測結果に基づいた客観的な評価が必要となる.「人間地球地図」は,提供的な検討,シミュレーションをベースに人間の居住や諸活動の空間的な分布とその変化を全球スケールで過去・現在・未来と視覚化することで,政策決定にも利用できる情報共有のプラットフォームとなっている.本研究により(1)土地利用(農地,都市集落)の変化モデルと国別の産業活動モデル、国際交易モデルという互いに連携したシミュレーションモデルが開発され,さらに(2)さまざまな観測・調査・統計データを上記モデルに組み合わせて自動的にキャリブレーションすることでモデルの精度を向上させ,人間活動の空間分布をより正確に推定・視覚化するモデル・データ同化手法を開発した.これらに加えて,従来データが不足してきた都市集落分布や道路データについて,大量の衛星画像と既存の地図等を利用してマッピングする手法も開発した.(3)また,分散して集積されているさまざまな観測データを作成者の手元に置いたままに多数の利用者が検索できるようにするためのメタデータについても流域解析などを事例として開発した。(4)最後に最新のIPCCレポートで集積された気候シミュレーション結果に基づき,将来にわたる土地利用,都市集落分布の変化などをシナリオごとに視覚化した.IPCCレポートなどにより地球温暖化が人間活動により引き起こされており,その予兆が既に明らかになっていることが公式に認められて以来,地球の環境資源を以下に持続的にうまく利用していくかという議論が世の中の注目を集めている.食糧安全保障の問題,バイオ燃料と食糧供給との相克,水資源問題などがその典型である.人間活動のあり方を変革することが究極の対策であることを考えると関心の高まりはきわめて重要であるが,具体的な政策決定や資本投下などにあたっては定量的な現状把握や予測結果に基づいた客観的な評価が必要となる.「人間地球地図」は,提供的な検討,シミュレーションをベースに人間の居住や諸活動の空間的な分布とその変化を全球スケールで過去・現在・未来と視覚化することで,政策決定にも利用できる情報共有のプラットフォームとなっている.本研究により(1)土地利用(農地,都市集落)の変化モデルと国別の産業活動モデル、国際交易モデルという互いに連携したシミュレーションモデルが開発され,さらに(2)さまざまな観測・調査・統計データを上記モデルに組み合わせて自動的にキャリブレーションすることでモデルの精度を向上させ,人間活動の空間分布をより正確に推定・視覚化するモデル・データ同化手法を開発した.これらに加えて,従来データが不足してきた都市集落分布や道路データについて,大量の衛星画像と既存の地図等を利用してマッピングする手法も開発した.(3)また,分散して集積されているさまざまな観測データを作成者の手元に置いたままに多数の利用者が検索できるようにするためのメタデータについても流域解析などを事例として開発した。(4)最後に最新のIPCCレポートで集積された気候シミュレーション結果に基づき,将来にわたる土地利用,都市集落分布の変化などをシナリオごとに視覚化した.人間活動分布を描くために最も分かり易い指標である土地利用を対象に、その分布とその変化を説明するグローバルな土地利用モデルを開発した。またこれまで主に農業的な土地利用だけを対象にモデル化が行われてきたが、都市域の拡大モデルも組み込んだものとし、人間の居住分布により近づけた。また、人口や経済成長などのマクロ社会経済指標の長期的な変化もシステムダイナミックスによるモデル開発に着手した。同時に、国際交易による国と国とのつながりを、計量経済モデルとして表現した。これらにより、マクロ経済指標の変化が国際交易を通じて他国に波及し、同時に土地利用や都市の拡大などにもインパクトを与える様子がシムレーションできる。一方、IPCCにおける温暖化シナリオの影響を捕捉するために、穀物収量を穀物生長モデルにより推定するモジュールも土地利用変化モデルの中に組み込んだ。穀物生長モデルはあわせて、葉面積指数などのシミュレーションも可能であり、衛星画像と付き合わせることで、収量予測などにつなげることも可能になることを確認した。一方、モデルの検証や、現実のデータに基づく土地利用の分布などを描く作業に適用するために土地利用や土地被覆の観測データのレジストリを作成することを目的として、土地利用・被覆の分類体系などを収集・分析した。こうした収集を通じて、各国の土地利用・被覆データを比較・利用することが可能になる。最後にこうした各研究項目の進展を受けて、人間地球地図を描くためのシステムフレームワークを設計した。研究の最終年度である平成19年度は以下の成果のとりまとめを行った。人間の居住や諸活動の空間的な分布とその変化を全球スケールで過去・現在・未来と視覚化する「人間地球地図」というコンセプトに基づき、土地利用・人口分布の変化モデルと国別の産業活動モデル、国際交易モデルという互いに連携したシミュレーションモデルを開発した。これにより、0.1度グリッドで土地利用の変化、都市の広がりの変化などを時空間的にシミュレーションを行い、現況再現や将来のシナリオ分析を行うことを可能とした。さらに既存の土地利用データなどの断片的、局地的「観測」データや社会統計データなどスケールの異なる観測データを上記モデルに組み合わせてより高精度に人間活動の空間分布を推定・視覚化するデータ同化手法を開発した。

また、「人間地球地図」を利用すると、気候変動などが人間社会へ与える影響を居住・生存という側面から分かり易く評価できることをケーススタディにより示すことができるが、特に食糧需給という観点からのシナリオ分析、そのインパクトの評価を行った。また、モデルシミュレーション結果や各種土地利用データ、統計資料など地球の状況を人間活動の視点から表現する地理空間データを集積し、それを視覚化するためのソフトウェアを開発した。このソフトウェアは一般的なウェブブラウザの拡張であり、誰にでも利用できる上、表示するためのXMLデータを非常に簡単に作成でき、また視覚表現の方法もさまざまにプログラムすることが可能である。最終年度である本年度は,人間の居住や諸活動の空間的な分布とその変化を全球スケールで過去,現在,未来と視覚化する「人間地球地図」を構想し,構築,利用の技術,手法のとりまとめを中心に進めた。具体的には,土地利用,人口分布の変化モデルと国別の産業活動モデル,国際交易モデルという互いに連携したシミュレーションモデルをほぼ完成させた。これにより,気候変動が穀物生産に与える影響を評価し,その際土地利用変化や生産地の国際的な変遷をも考慮できることを示した。さらに,遺伝子組み換え穀物の今後の普及など最近効果を発揮し始めたバイオ技術の影響などについても,穀物生産性のモデルを改良することによって対応した。昨今話題となっている。バイオ燃料の需要の急増などを考慮したシナリオ解析を行った。その結果は,「人間地球地図」といったビジュアルな土地利用マップとそのアニメーションの形で示すことができた。なお,シミュレーションを今後より高度化するにあたり,都市の分布や広がり,道路ネットワークなどのデータが非常に古く土地利用の統合的なシミュレーションに適さないことが判明したため,グローバルや都市分布マップや道路ネットワークデータを構築する手法についても実証的な検討を行った。さらに,こうした視覚化機能をウェブブラウザに追加できるプラグインソフトを開発した。視覚化されたデータやアニメーションを容易に閲覧することのできる環境を提供できる。これまでに集積されたグローバル情報の視覚化の方法についても検討を加え,シミュレーション結果の集積したポータルサイトの立ち上げを行った。
PACを用いた神経再生の検討

光活性化アデニル酸シクラーゼ(Photoactivated Adenylyl Cyclase: PAC)は光刺激により生体内でのcAMP産生を制御可能な分子でミドリムシの光応答から発見された(Iseki M etal, Nature, 2002)。浜松ホトニクス社はアデノ随伴ウィルスベクターを用いてPAC遺伝子を導入することで細胞内cAMP濃度を高精度に調整することを可能にした。cAMPアナログ投与により脊髄再生が促進することは知られているが(Neumann S etal, Neuron, 2002)、cAMPアナログ投与は生体内でのcAMP濃度コントロールは困難である。一方、PACは光制御のため時間的、空間的なcAMP濃度調整が可能となり、より至適な生体内cAMP濃度を再現、維持することが可能である。今回PAC遺伝子導入による神経再生効果の検討を目的とした。本年我々は浜松ホトニクス社の協力下にPAC導入アデノ随伴ウイィルスベクターの神経細胞導入効率を大幅に改良し、90%以上の導入効率が得られた。これにより安定したin vitro実験が可能となったのみならず、ウイルスの大幅濃縮により、in vivoでも使用可能な高品質のものとなった。光強度に関し、光強度を4パターン調整し同時に照射できる装置を用い、0.5, 5, 50, 500mVと調整し光強度による軸索発芽率,伸長の差異についてControl群(照射なし)と比較検討を行ている。PAC導入アデノ随伴ウイィルスベクターの導入効率を大幅に改善可能となった。また高濃度のウイルス作成に成功した。高濃度PAC導入アデノ随伴ウイィルスベクターを用い、光強度の調整に加え、in vivoの実験に着手する。
新しいセンシングメカニズムに基づいたリン酸化タンパク質のレシオ型蛍光検出

前年度に引き続いてリン酸化タンパク質をはじめとする生体内リン酸種に対してレシオ型の蛍光変化によりセンシング可能な亜鉛錯体型人工低分子センサー一の開発を目指して、1)アクリジンを蛍光団として有するセンサー分子酵素反応解析への応用、2)キサントンを蛍光団として有するレシオ変化型センサー分子機能評価を行った。1)については前年度までにレシオ型蛍光波長変化メカニズムについて詳細な解析を行ったが、今年度はアクリジン型蛍光センサーの酵素反応の蛍光リアルタイム解析への応用について検討を行った。本系はアクリジン型蛍光センサーのATPなどのヌクレオチドピロリン酸に対する選択的な蛍光センシング能を利用したもである。詳細な解析条件検討の結果、糖転移酵素反応であるガラクトシルトランスフェラーゼおよびATP分解酵素であるアピレースのリアルタイムでの酵素反応モニタリングに成功した。以上のアクリジン型蛍光センサーに関する結果は,Chemistry-An Asian Journalへと投稿し掲載された。2)については、前年度に引き続いてキサントン二核亜鉛錯体型センサー分子のレシオ型蛍光変化のメカニズムについて詳細な検討をさらに1Hおよび31P-NMRを用いて行った。得られる結果は昨年度の検討により推測されたメカニズムを明確に支持するものであった。このキサントン型蛍光センサーに関する結果はまとめてAngew.Chem.Int.Ed.へと投稿し掲載された。一方で開発されたアクリジンおよびキサントン型蛍光センサーはともにリン酸化ペプチドに対しても良好なレシオ型の蛍光スペクトル変化を示し、リン酸化タンパク質やペプチドに対する蛍光センサーとして機能することが明らかとなった。当該年度では、リン酸化タンパク質をはじめとする生体内リン酸種に対して、レシオ型の蛍光変化によりセンシング可能な亜鉛錯体型人工低分子センサーの開発を目指して、1)アクリジンを蛍光団として有するセンサー分子の機能評価と酵素反応解析への応用、2)新しいタイプのレシオ変化型センサー分子のデザインと合成、および機能評価を行った。1)については、アクリジン型センサーのリン酸種との相互作用に伴う蛍光波長変化がアクリジン窒素-亜鉛イオン間の配位結合の解消であることを蛍光測定、吸収測定、X線結晶解析などによりさらに詳細な検証を行った。また、アクリジン型センサーの応用例として、糖転移酵素反応のリアルタイム解析について検討を開始し、良好な結果を得つつある。2)については「リン酸種との相互作用によって誘起される蛍光団カルボニル基と亜鉛イオンとの配位状態変化による蛍光波長変化」に焦点を絞り、このメカニズムの有効性を実証する研究を展開した。その結果、キサントンを蛍光団として有する二核亜鉛錯体型のセンサー分子が、水中においてリン酸化ペプチドやATPなどの生体リン酸種と相互作用すると蛍光励起波長がレシオ型で変化することが明らかとなった。蛍光測定、吸収測定、X線結晶解析、およびITC(等温滴定熱量測定)などを用いた様々な解析の結果、キサントン型センサーは当初のデザインどおりにリン酸種との相互作用によりカルボニル基-亜鉛イオン間の配位が解消されるメカニズムで蛍光波長変化が誘起されていることが明らかとなった。この結果については現在、学術誌への投稿を準備中である。
円滑な診療諸記録入力と関連文書の作成支援機能を実現するシステムの開発

診療記録の活用で、医療連携に係る諸文書類の作成支援を行う仕組みの開発が待たれている。これまでは、予め診療記録入力者が記録時に特定の目印を付けたものを必要書類作成時に表示させ、それらを利用しての文書の作成編集を行うことが主体で、煩雑な作業・編集作業を要することが少なくなかった。今回、診療現場において入力された診療関連情報を特定の疾患ごとに収集し、そこ中から診療内容を集計評価する仕組みを構築、これら情報で診療関連文書の作成を支援できる仕組みの構築を目指した。キーとなる症状を提示する患者の訴え語句に、重みづけを行い、鑑別に必要となる疾患を予想される頻度ごとに提示する仕組みをWebベースで構築した。平成25年度においては、日々蓄積されている診療の記録を効果的に活用して、退院サマリ、診療情報提供書などの医療連携に係る諸文書類の作成支援を行うための基盤整備を目指した研究を行った。このために、1)診療関連情報の収集基盤構築、2)個別症例の標準診療内容、個別診療内容の疾患ごとの類型化、3)典型症例蓄積及び模擬文書作成システムの設計開発、4)特異症例における標準診療、治療から外れる場合の情報収集が重要となるが、このためのシステムの設計を行った。以上のことの実現のためには、電子化診療録に記載のある語句の中で病態ごとに頻度の高い語句を抽出し、重みづけ後に語句変換マスタ、および変換データ辞書を作成することが必要となってくる。電子化診療録からの直接のデータを利用して、前記のことを行うことが重要ではあるが、今年度は症状の重みづけについて、これまで教科書的に指摘されているものを基盤として、ポイントとなる単語を入力することで必要となる文章を作成する仕組み、キーとなる症状を提示する患者の訴えの語句にこれまでの医学的見地からの重みづけを行い、鑑別に必要となる疾患を予想された頻度ごとに提示する仕組みをWebベースで構築することを試みた。この仕組みは、疾患ごとに頻出する単語を予想するうえでの対比となるデータであり、今後の研究の展開に重要なものとなった。症候を選択入力することで、一定の確率で鑑別となる疾患の選択提示はできたが、実症例との対比が今後必要となる状態であった。このように本年度は、情報収集の基盤を構築するとともに、得られた情報の重みづけを行うために、これまでの医学的情報を有効に生かすための仕組みを構築することを行った。平成26年度においては、平成25年度に行った「頻度の高い語句の選択抽出、語句重みづけ後に語句変換マスタに登録、および変換辞書を作成する仕組み」の構築の研究をより発展させることを目指した。キーとなる症状を提示した場合に、この語句を医学的見地から重み付けを行い鑑別に必要となる疾患を頻度毎に提示できる仕組みをWebベースで構築していたわけであるが、これのみでは現場で利用する医師の経験をさらに生かすことが不可能であった。理由は、あらかじめ用意し、抽出したデータからの情報提供のみであったからである。ここを改善するために、実際に診療を行っている際の情報も取り込んで、さらに重み付けのやり直しも含めた仕組みとして、更新を行った。平成27年度においては、平成25年度に引き続き平成26年度に行った「頻度の高い語句の選択抽出、語句重みづけ後に語句変換マスタに登録、および変換辞書を作成する仕組み」の改変を行った。元になる症状を選択入力した場合に、選択語句を臨床医学的観点から重み付けを行うことで、鑑別として考慮をして行く疾患を頻度毎に提示できる仕組みの利便性向上に努めた。これらの仕組みは、Webベースで構築を行っていた。しかしながら、これらの仕組みのみでは現場で利用する医師の経験をさらに生かすことが不可能であった。この点を改善するために、あらかじめ用意し、抽出したデータからの情報提供のみならず、実際に診療を行っている際の情報も取り込む仕組みをこれまでの仕組みの上に構築した。その上で、更に重み付けのやり直しも含めた仕組みとして、改訂更新を行った。加えて、実際の診療情報と病名を電子化診療録から抽出し、語句辞書として利用できるシステムの構築を行った。診療情報からデータ抽出を行い、そこで情報の重み付けの後に、あるキーとなる言葉、症状を入力した際に、必要な鑑別疾患などは提供できたいた。この形のみでは、実診療から発生する情報を生かせなかったのであるが、平成25年までのものを、更に発展させる形で本年度は研究が出来たので、おおむね順調に進展していると考えている医療情報学、診療録管理学、神経内科学平成26年度は、実診療での情報取り込みを仕組みを準備できたわけであるが、平成27年度には、更に重み付けとマスター辞書の構築の充実を図る方向で研究を進めることにしている。入力された診療情報から個別症例において重要な語句を抽出するには、多数例からの抽出を行うことが必要であり、このための基盤整備が行えたので、最初の目標は達成できたと考えている。

また、その語句が実際の診療支援の段階で有用か否かは、あらかじめ準備された語句の集団(解析用辞書)が必要であるが、このための第一段階のものも作成できた。以上のことから、おおむね順調に進展していると考えている。物品購入の予定がなくなり、旅費ならびに、その他業務委託費が増したために生じた。診療において情報の収集を行う第一番目は患者からの訴えを聴取することである。これまでの知見を総合した形での、第一段階の解析辞書を利用し、そこから医学的に鑑別を必要とする疾患を複数個提示する仕組みとして、解析辞書を使うことを実現した。ただ、まだ十分な程度に疾患の提示等を行える段階には至っていない。今後は、実症例との対比で、より現場に即した仕組みとして利用できるための研究開発を行って行く予定である。平成27年度は、旅費としての利用を予定している。
HTLV‐1PX過剰発現による自己免疫性関節炎発症促進機構

IL-6ファミリーサイトカインに共通する受容体gp130の759番目のチロシン(Y759)に変異を持つノックインマウスgp130^<F759/F759>では、Y759を介する抑制性制御を欠くために転写因子STAT3の活性化が遷延する結果、免疫反応が亢進し、関節リウマチ(RA)類似の自己免疫性関節炎を自然発症する。ヒト成人T細胞白血病の原因ウィルスHTLV-1のpX遺伝子の過剰発現によりRA様関節炎を発症するマウスpX Tgとの交配により作出した二重変異マウスgp130^<F759/F759>/pX-Tgでは、関節炎発症抵抗性の遺伝子背景にもかかわらず、関節炎の発症と進行が著しく促進された。関節滑膜組織の免疫染色により滑膜のマクロファージや線維芽細胞のIL-6産生とリン酸化STAT3の核への局在が検出され、関節炎局所におけるgp130信号の関与が示された。また関節局所においてCD4T細胞が、CD11b^+細胞の発現するクラスII MHCと近接して存在することが確認された。IL-6^<-/->/gp130^<F759/F759>/pX-Tg三重変異マウスでは関節炎の発症と進行が著明に抑制され、IL-6の重要性が示された。gp130^<F759/F759>/pX-Tgにおける異常;脾臓細胞数、血清IgG,リウマトイド因子、抗dsDNA抗体、リンパ節におけるナイーブCD4T細胞の比率の低下、メモリー・活性化CD4T細胞、活性化CD8T細胞及び好中球の増加、樹状細胞におけるクラスIIMHC^<bright>な成熟細胞の比率の低下などはIL-6依存性に増強しており、関節炎の病態との密接な関連が示された。IL-6/STAT3の信号を介する樹状細胞の成熟抑制性制御を試験管内及び生体内で証明した。骨髄移植実験により非造血系細胞における二重変異(gp130^<F759/F759>とpX過剰発現)の関節炎発症における重要性が示された。IL-6ファミリーサイトカインの受容体gp130のSHP-2結合領域のチロシン残基に変異(Y759F)を導入し、SHP-2を介する情報伝達経路を選択的に遮断したノックインマウス(gp130^<F759/F759>)は、脾臓・リンパ節腫大、自己抗体産生を伴う慢性関節炎を自然発症する。また関節炎抵抗性のC57BL/6・HTLV-1 pXトランスジェニックマウス(pX-Tg)にgp130Y759F変異が加わると重症関節炎が早期より発症する。この関節炎モデルマウスにおけるIL-6の役割を解析するためにC57BL/6に戻し交配したgp130^<F759/F759>(N5)、pX-Tg(N17)、IL-6^<-/->(N8)の交配により3重変異マウスgp130^<F759/F759>

pX-TgIL-6^<-/->を作成し,関節炎の発症と病態を解析した。gp130^<F759/F759>pX-TgIL-6^<-/->はgp130^<F759/F759>pX-TgIL-6^<+/+>と比較して6ヶ月齢における関節炎罹患率と重症度は軽度であり、X線検査と組織学的解析でも軽症化が確認された。gp130^<F759/F759>pX-TgIL-6^<+/+>で認められた脾臓腫大、高γ-グロブリン血症、自己抗体産生および好中球、マクロファージ、メモリー型/活性化T細胞の増加、CD11c+細胞中の成熟樹状細胞の頻度の減少といった異常は、gp130^<F759/F759>pX-TgIL-6^<-/->において著明に軽減していた。免疫染色によりgp130^<F759/F759>pX-Tgの関節滑膜表層およびその下層におけるIL-6産生細胞とリン酸化STAT3の核への局在を認めた。gp130^<F759/F759>pX-Tgにおける免疫・血液系の異常、関節炎の発症および病態の進行にIL-6/gp130/STAT3の信号伝達が中心的役割を担っていることが示された。IL-6ファミリーサイトカインに共通する受容体gp130の759番目のチロシン(Y759)に変異を持つノックインマウスgp130^<F759/F759>では、Y759を介する抑制性制御を欠くために転写因子STAT3の活性化が遷延する結果、免疫反応が亢進し、関節リウマチ(RA)類似の自己免疫性関節炎を自然発症する。ヒト成人T細胞白血病の原因ウィルスHTLV-1のpXの過剰発現によりRA様関節炎を発症するマウスpx-Tgとgp130^<F759/F759>との交配により新たな関節炎マウスモデルを作出した。二重変異マウスgp130^<F759/F759>/pX-Tgではpx-Tgによる関節炎発症抵抗性のC57BL/6の遺伝子背景にもかかわらず、関節炎の発症と進行が著しく促進された。関節滑膜組織の免疫染色により滑膜のマクロファージや線維芽細胞のIL-6産生とリン酸化STAT3の核への局在が検出され、関節炎局所におけるgp130信号の関与が示された。IL-6^<-/->/gp130^<F759/F759>/pX-Tg三重変異マウスでは関節炎の発症と進行が著明に抑制され、IL-6の重要性が示された。gp130^<F759/F759>/pX-TgにおいてIL-6依存性に増強した異常;脾臓細胞数、血清IgG,リウマトイド因子、抗dsDNA抗体、リンパ節におけるナイーブCD4T細胞の比率の低下、メモリー・活性化CD4T細胞、活性化CD8T細胞及び好中球の増加、樹状細胞におけるクラスIIMHC^<bright>な成熟細胞の比率の低下などは関節炎の病態と密接な関連を示唆した。IL-6/STAT3の信号を介する樹状細胞の成熟抑制性制御を試験管内および生体内で証明した。gp130^<F759/F759>/pX-Tgは、遺伝子素因(gp130の点変異)と環境因子(ウィルス感染)の相乗作用により関節炎の発症と進行が促進される興味深いモデルである。
イネにおけるブラシノステロイドとオーキシンの相互作用機構の解析

今年度は昨年度末に技術を習得したブラシノステロイド(BR)とそのレセプターBRI1の結合活性測定を応用して、イネとシロイヌナズナで生理活性の異なる数種のBR類縁体のBRI1への結合の有無を確認した。その結果イネではBR活性が低いあるいは見られないBR類縁体もイネのBRI1に結合していた。しかしこれらのBR類縁体によるBR生合成遺伝子のフィードバック制御はみられなかったことから、結合後のシグナル伝達上で情報伝達が阻害されていると考えられた。これらのBR類縁体の一つは天然で最も活性の高いBR、ブラシノライドと競合的にBRI1に結合していることが分かった。イネの葉はラミナジョイント(LJ)と呼ばれる器官により開閉が調節される。BRとオーキシンは葉の屈曲角度の制御を行う植物ホルモンであり、LJを用いてBRとオーキシンの相互作用を調べた。実験にはイネの第二葉を用いた。まず、これまでほとんど観察されていなかったLJの細胞を観察したところ向軸側と背軸側では細胞の形が異なり、また、背軸側では中央部と葉縁部で異なる細胞を持っていることが分かった。LJはBRとオーキシンの何れの処理によっても背軸側の中央部では伸長が見られず、向軸側と背軸側の葉縁部の細胞の伸長により屈曲していることが分かった。BRは発芽34日目に最大の反応性を示し、その後は反応性が激減した。BRの反応性が高い時期にはBRI1の発現が高く、BRの作用はBRI1の発現の程度により調節されていると考えられた。BRの作用はオーキシンの阻害剤であるPCIBによる影響を受けなかったが、オーキシンはいくつかのイネBR生合成欠損変異体で作用が増加し、イネBRI1欠損変異体では作用が低下していた。これらをそれぞれまとめて国外の雑誌に投稿予定である。ブラシノステロイド(BR)は植物の生長を制御するホルモンの一つである。BRI1は、双子葉植物であるシロイヌナズナを用いてBRの受容体であることが示されている。単子葉植物であるイネでは、双子葉植物を用いた研究と比較して、BRおよびオーキシンのいずれも生合成やシグナル伝達の研究は未解明な部分が多いため、私はまずイネにおけるBRおよびオーキシンの作用を明らかにすることを目的として今年度の研究を行った.所属研究室ではこれまでに10個のイネBRI1遺伝子欠損変異体を単離しており、私はその中で最も強い表現型を示すd61-4に着目して研究を行った。d61-4は地上部では極矮性でねじれた濃緑の葉を持つ一方、地下部では野生型と同様発達した根を持っていた。地上部ではイネで検出される最も活性の高いBRであるカスタステロンが野生型植物の30倍蓄積していたのに対し、地下部では1.5倍の上昇にとどまっていた。また、BRI1の相同性遺伝子であるBRL1およびBRL3の発現を調べたところ、これらの遺伝子は地下部で発現が高く、d61-4では地上部地下部とも発現が増加していた。d61-4では胚の発達にも異常が見られたが、野生型で形成される器官は全て揃っていた。これらの結果から、イネにおいてもBRは植物の生長に深く関わっており、BRL1およびBRL3はBRI1欠損を部分的に相補していると考えられた。この研究成果をまとめ、誌上発表を行った。IAA遺伝子はシロイヌナズナを用いた研究からオーキシンのシグナル伝達に関与していることが示されている。私はドミナントネガティブに作用する変異型IAA遺伝子を導入することにより、オーキシン非感受性となるような形質転換体を作成し、解析した。これらの形質転換イネはオーキシン処理を行ってもオーキシンによって誘導される遺伝子を誘導せず、シロイヌナズナのオーキシン非感受性変異体と同様、重力に非感受性となった。また、維管束や茎頂分裂組織の形成に異常が見られた。これらの結果をまとめ、誌上発表予定である。今年度は昨年度行っていたイネブラシノステロイド(BR)関連変異体の探索の結果得られた候補のうち2つの変異体について、原因遺伝子を決定したが、それらはそれぞれすでに単離された変異体である、BR生合成酵素であるDWARF遺伝子を欠失したbrd1変異体とジベレリン生合成酵素であるKO2遺伝子を欠失したd35変異体のアリルであった。従ってこれらの変異体についての研究は中止した。一方BR生合成阻害剤であるBrzとイネのアクティベーションタグラインを用いてBRのシグナル伝達の正の制御因子の探索を開始した。また、昨年度に引き続きイネのBRレセプターと考えられるOsBRI1およびそのホモログのOsBRL13について、BRとの結合活性測定を行う準備を行っている。シロイヌナズナでBRとの結合部位とされているペプチドタンパク質を作成し、フォトアフィニティーラベルしたBRの一種であるカスタステロンと反応させたところ、これらが結合することが分かった。OsBRI1のホモログであるOsBRL13でも同様の実験を行う予定である。さらにOsBRI1や、そのホモログで全長を用いてより詳細な解析を行うために、シロイヌナズナでこれらの遺伝子を過剰発現するような形質転換体を作成している。

BR生合成関連遺伝子や、OsBRI1,OsBRL1およびOsBRL3がオーキシンによって遺伝子発現が制御されている可能性を検討するために半定量的RT-PCRを行った。その結果、OsBRI1以外の遺伝子がオーキシン処理によってオーキシン早期応答性遺伝子であるOsIAA3の発現が上昇した後発現が上昇している傾向が見られた。これについては再現性を確認中である。今年度は昨年度末に技術を習得したブラシノステロイド(BR)とそのレセプターBRI1の結合活性測定を応用して、イネとシロイヌナズナで生理活性の異なる数種のBR類縁体のBRI1への結合の有無を確認した。その結果イネではBR活性が低いあるいは見られないBR類縁体もイネのBRI1に結合していた。しかしこれらのBR類縁体によるBR生合成遺伝子のフィードバック制御はみられなかったことから、結合後のシグナル伝達上で情報伝達が阻害されていると考えられた。これらのBR類縁体の一つは天然で最も活性の高いBR、ブラシノライドと競合的にBRI1に結合していることが分かった。イネの葉はラミナジョイント(LJ)と呼ばれる器官により開閉が調節される。BRとオーキシンは葉の屈曲角度の制御を行う植物ホルモンであり、LJを用いてBRとオーキシンの相互作用を調べた。実験にはイネの第二葉を用いた。まず、これまでほとんど観察されていなかったLJの細胞を観察したところ向軸側と背軸側では細胞の形が異なり、また、背軸側では中央部と葉縁部で異なる細胞を持っていることが分かった。LJはBRとオーキシンの何れの処理によっても背軸側の中央部では伸長が見られず、向軸側と背軸側の葉縁部の細胞の伸長により屈曲していることが分かった。BRは発芽34日目に最大の反応性を示し、その後は反応性が激減した。BRの反応性が高い時期にはBRI1の発現が高く、BRの作用はBRI1の発現の程度により調節されていると考えられた。BRの作用はオーキシンの阻害剤であるPCIBによる影響を受けなかったが、オーキシンはいくつかのイネBR生合成欠損変異体で作用が増加し、イネBRI1欠損変異体では作用が低下していた。これらをそれぞれまとめて国外の雑誌に投稿予定である。
複雑系化学反応論のためにナノ秒で脱保護可能な光応答性保護基を創る

複雑系としての脳・神経系においておこるシグナリング化学反応論を展開する為の方法論として、シグナリング分子の有する官能基を光応答性保護基で化学修飾し、生体系に与え、光を照射する事により望みの量のシグナリング分子を望みの個所に高い時間及び空間分解能で発生させる事を考えた。シグナリング分子の多くが、カルボキシル基や燐酸基を有することから、これら酸性官能基を光エネルギー受容基として適当な発色団を持つエステルとして保護することを基本とした。これらエステルのフォトソルボリシスは、単純な単結合のヘテロリシスを介して起こる単純な素過程だから、時間分解能に優れているからである。一般に、この種の光化学反応は、往々にしてラジカル結合開裂を起こす。目的とする光脱保護基化学反応は、選択的にイオン開裂即ち、フォトソルボリシスで進行する必要がある。ラジカル反応が起こると生体成分に対して好ましくないラジカル攻撃を起こすからである。本研究では、どのような構造を有する保護基が選択的にフォトソルボリシスをおこし、ラジカル反応を起こさないかを検討した。多くの光化学実験と量子化学計算を行った結論として、基底状態ラジカル対よりも励起状態イオン対のエネルギーレベルが低いような構造を持つ化合物が、光照射により選択的にヘテロリシスを起こす事を見出した。これにより、分子軌道計算によって高性能光応答性保護基を分子設計する事が可能になった。励起一重項から結合開裂が起こるとインターナルリターンにより量子収率が下がる為、励起三重項から結合のヘテロリシスが起こる事が望ましいが、その分子設計の指針が得られた。生体内情報伝達物質に含まれるカルボキシル基や燐酸基の光応答性保護基は、光エネルギー受容部と生体内情報伝達物質への架橋部からなる。光受容部としてアントラセンを、架橋部には結合エネルギーの小さなN-O結合を選んだ。cAMP等の燐酸誘導体生体内シグナリング分子のモデルとして、ジフェニルフォスフィン酸を選び、N-(9-アントラニルメチル)-N-メチルヒドロキシルアミンと脱水縮合しエステルとした(9-Anthranyl-CH_2-N(CH_3)-O-P(0)Ph_2;I)。化合物Iに溶液中光照射すると、定量的に目的とするジフェニルフォスフィン酸が生成した。本光応答性保護基反応は、(1)ジフェニルフォスフィン酸の1,2-光脱離反応と、(2)我々がphoto-aza-Wargner-Meerwein転位反応と命名した、新規光化学反応の2つの経路で起ることを明らかにした。前者の寄与が約20%、後者の寄与が約80%である。後者では、N-O結合がヘテロリシスを起し、N原子上に発生する陽電荷をアンスラニル基が隣接基関与により安定化する。アンスラニル基は最終的にCからNに転位し、N-メチル-N-アンスラニルアミン(An-NHCH_3)を生じる。1,2-光脱離反応では、イミンを生成する。本光応答性保護基反応の量子収率が約60%と大きい事から、反応が励起三重項からN-O結合開裂を起している可能性がある。三重項増感反応反応により、確かに化合物Iの光応答性保護基反応は励起三重項からも起るが、分子状酸素の影響から本光応答性保護基反応は主として励起一重項状態から起ると推定された。複雑系、即ち生物体内、特に脳・神経情報伝達科学反応論を可能にする事を目的として、生体内情報伝達物質に含まれるカルボキシル基や燐酸基の光応答性保護基の研究を行っている。光受容部としてアントラセンを、架橋部には結合エネルギーの小さなN-O結合を選んで研究をしてきた。N-O結合は結合エネルギーが小さい事から、狙った通り高効率で光脱保護基反応が進み、新規photo-aza-Wargner-Meerwein転位反応等が発見されて化学的には成果を得た。しかしながら、N-O結合は熱的に不安定である点で充分な系とは言えない事がわかってきた。そこで、もう一度原点に戻って、生体内情報伝達物質に含まれるカルボキシル基と光受容部である置換ベンジル基を熱的に安定なC-O結合で結ぶことを検討した。この反応で大きな障害になるのは、C-O結合のホモリシスが起こって、欲しくないラジカル反応が主反応になり得ることである。そこで、私達および他研究者がこの方面で蓄積してきた研究成果を、理論面から再検討した。即ち、カルボン酸の光応答性保護基として置換ベンジルを想定し、カルボン酸の置換ベンジルエステルが起こす光化学反応機構を量子化学的見地から研究した。光化学的C-O結合切断反応がたどるポテンシャルエネルギー面の計算から、保護基がどのような構造をとれば望みのヘテロリシスが効率よく起こるか推定する事が可能になった。励起一重項と三重項の関係と、各励起状態にあるエステルのC-O結合がホモリシスへ進むかヘテロリシスに進むかを何が支配しているかを明らかにする事が出来た。

複雑系としての脳・神経系においておこるシグナリング化学反応論を展開する為の方法論として、シグナリング分子の有する官能基を光応答性保護基で化学修飾し、生体系に与え、光を照射する事により望みの量のシグナリング分子を望みの個所に高い時間及び空間分解能で発生させる事を考えた。シグナリング分子の多くが、カルボキシル基や燐酸基を有することから、これら酸性官能基を光エネルギー受容基として適当な発色団を持つエステルとして保護することを基本とした。これらエステルのフォトソルボリシスは、単純な単結合のヘテロリシスを介して起こる単純な素過程だから、時間分解能に優れているからである。一般に、この種の光化学反応は、往々にしてラジカル結合開裂を起こす。目的とする光脱保護基化学反応は、選択的にイオン開裂即ち、フォトソルボリシスで進行する必要がある。ラジカル反応が起こると生体成分に対して好ましくないラジカル攻撃を起こすからである。本研究では、どのような構造を有する保護基が選択的にフォトソルボリシスをおこし、ラジカル反応を起こさないかを検討した。多くの光化学実験と量子化学計算を行った結論として、基底状態ラジカル対よりも励起状態イオン対のエネルギーレベルが低いような構造を持つ化合物が、光照射により選択的にヘテロリシスを起こす事を見出した。これにより、分子軌道計算によって高性能光応答性保護基を分子設計する事が可能になった。励起一重項から結合開裂が起こるとインターナルリターンにより量子収率が下がる為、励起三重項から結合のヘテロリシスが起こる事が望ましいが、その分子設計の指針が得られた。
重層培養細胞系によるヒト口腔粘膜細胞層の薬物透過機構の解析

本研究では、口腔粘膜における薬物透過機構の詳細を解析するため、ヒトケラチノサイト由来細胞(HaCaT)を用いて、評価に適した重層細胞の培養条件を確立し、D-glucose輸送系について種々の基礎的検討を行った。HaCaT細胞の培養条件に関しては、細胞増殖能の面からはDMEM EGF(+)、もしくは、DMEM + Supplement EGF(+)を用いた培養が適していることが示唆された。組織学的な面からは、充分な重層が形成されており、細胞間が密に詰まっているシートを形成していたDMEM EGF(+)を用いた培養が適していると示唆された。膜抵抗値の面からは、定常状態に達する時期が早く、その後安定して、比較的高い膜抵抗値を呈するDMEM : Ham's F-12 EGF(+)を用いての培養が適していることが示唆された。一方、3T3細胞を用いた培養法は、期待したほどのメリットが得られなかった。細胞活性、重層化、膜抵抗値、D-glucoseの輸送能の検討より総合的に評価すると、HaCaT細胞系はDMEM EGF(+)を用いて34週間培養したものを用いるのが最適であると示唆された。培養したHaCaT細胞を用いて、glucoseの輸送能について検討を行った結果、細胞内への取り込みはL-glucoseに比べD-glucoseが有意に大きく、HaCaT細胞にD-glucose輸送に関与する輸送担体の存在が示唆された。そこで、抗SGLT1抗体や抗GLUT13抗体を用いた免疫学的検討により、重層扁平上皮でのD-glucoseトランスポータの発現を解析したところ、SGLT1およびGLUT13の発現が確認された。それにもかかわらず、すでに報告している口腔粘膜重層培養細胞層の場合と異なり、D-glucoseとL-glucoseの重層細胞層の透過に差が認められなかった点については、更なる解析が必要である。多孔性フィルター上に重層を形成した培養細胞系を用いて、受動的に透過する親水性及び親油性の物質の透過を検討し、薬物の物理化学的性質と重層上皮の透過経路との関係について解析を行ったところ、mannitol、melatonin、estradiolの順に透過係数が大きくなり、親油性との相関が認められた。これは、HaCaT細胞が、受動輸送で透過する薬物の口腔粘膜透過性評価に有用であることを示唆する結果である。HaCaT細胞の培養条件に関しては、細胞増殖能の面からはDMEM EGF(+)、もしくは、DMEM+Supplement EGF(+)を用いた培養が適していることが示唆された。

膜抵抗値の面からは、定常状態に達する時期が早く、その後安定して、比較的高い膜抵抗値を呈するDMEM : Ham's F-12 EGF(+)を用いての培養が適していることが示唆された。一方、3T3細胞を用いた培養法は、期待したほどのメリットが得られなかった。細胞活性、重層化、膜抵抗値、D-glucoseの輸送能の検討より総合的に評価すると、HaCaT細胞系はDMEM EGF(+)を用いて34週間培養したものを用いるのが最適であると示唆された。次に以上の条件で培養したHaCaT細胞を用いてglucoseの輸送能について検討を行った結果、D-glucoseとL-glucoseの重層細胞層の透過に差は認められなかったが、細胞内への取り込みはL-glucoseに比べD-glucoseが有意に大きく、HaCaT細胞にD-glucose輸送に関与する輸送担体の存在が示唆された。本研究では、口腔粘膜における薬物透過機構の詳細を解析するため、ヒトケラチノサイト由来細胞(HaCaT)を用いて、評価に適した重層細胞の培養条件を確立し、種々の基礎的検討を行った。培養したHaCaT細胞を用いて、glucoseの輸送能について検討を行った結果、細胞内への取り込みはL-glucoseに比べD-glucoseが有意に大きく、HaCaT細胞にD-glucose輸送に関与する輸送担体の存在が示唆された。そこで、抗SGLT1抗体や抗GLUT13抗体を用いた免疫学的検討により、重層扁平上皮でのD-glucoseトランスポータの発現を解析したところ、SGLT1およびGLUT13の発現が確認された。それにもかかわらず、すでに報告している口腔粘膜重層培養細胞層の場合と異なり、D-glucoseとL-glucoseの重層細胞層の透過に差が認められなかった点については、更なる解析が必要である。多孔性フィルター上に重層を形成した培養細胞系を用いて、受動的に透過する親水性及び親油性の物質の透過を検討し、薬物の物理化学的性質と重層上皮の透過経路との関係について解析を行ったところ、mannitol、melatonin、estradiolの順に透過係数が大きくなり、親油性との相関が認められた。これは、HaCaT細胞が、受動輸送で透過する薬物の口腔粘膜透過性評価に有用であることを示唆する結果である。
集合知の体系化による知の創出支援基盤技術の開発

集合知の体系化として,Wikipediaの記事間のハイパーリンクを利用し,減衰流を用いて記事が表す事項間の関係の強弱を計測する新たな手法を開発した.減衰流による関係の強さの尺度は,既存の尺度である距離連結度,共引用の概念を包含したものとなり,他の尺度よりも高い精度を持つことを明らかにした.出発点から到達点に至る流路に存在する節点を説明オブジェクトとし,それを基に,入力された二つの項目の関係の全体または一部を説明する画像をWebから検索するアルゴリズムを開発した.さらに,Wikipediaの記事において,記事項目に対応するオブジェクトと何らかのオブジェクトとの関係を表す画像が,記事にふさわしいかどうかを判定する手法を開発した.集合知の信頼度推定としては,Wikipedia記事の多くの著者らによる記事の変更履歴に基づき,既存の素性に加え,新たに筆者グループ間における記事の更新を取り消し合う状況を表す素性を導入した手法を開発し,Wikipediaの情報の信頼度推定精度が向上することを確認した.また,大量のニュース記事からの因果関係抽出による因果関係ネットワークの増分構築手法を開発した.トピックと内容を独立して事象を表現するモデルを用いて事象間の同一性判定を類似トピック内に限定することによる計算量の削減を実現した.さらに,事象を表現する語彙の役割(SVO構造)と意味(概念)を考慮してネットワークを構築する手法を提案し,事象の内容を表す語の役割を考慮し,WordNetやオントロジーを用いて概念レベルで事象の類似性を計算することで,ネットワーク構築の一貫性を保つことを可能とした.本課題では,Web上で公開されている多様な集合知を体系化して,より品質の高い情報を効率良く探索するための基盤技術について研究を行い,今年度は主に以下の結果を得た.実世界の事象には複雑な関係がある.これらの関係を整理して知識化することは,我々の実世界に対する理解を支援するための有効な手段である.本研究では,事象間の因果関係に着目した.特にニュース記事を対象として事象の同定と因果関係の抽出を行いその体系化を行うための研究開発行った.我々の手法では,日々新たに追加されるニュース記事から増分的に因果関係を抽出することができる,現在,様々な知識サーチの研究が盛んになってきているが,重要なテーマとして「関係に関する知識の検索」がある.例としては、「石油とアメリカの関係を成り立たせているのは何か?」などの問合せが考えられる.関係に関する知識検索は,社会的に重要なものが多いにもかかわらず、既存のキーワード型検索エンジンでは極めて困難である.本研究では,集合知として構築されているWikipediaを対象とし,Wikipediaのリンク構造と減衰流を用いてオブジェクトや事象の間の関係をモデル化し,その強さを求める手法や,関係を説明する手法を構築した.また,Wikipediaの複数個の記事間の関連度を数値化してする手法を開発した.Wikipediaにおいて記事の信頼度を推定する方法として,書かれた記事がその後,削除されなかった期間を用いる手法がある.信頼度を算出する際に,重要となる著者であるキーパーソンを特定し,それら重要な著者の情報だけを利用して記事の信頼度を算出することによって,全ての著者を利用して信頼度を算出する方法よりも精度の高い信頼度を算出する手法を開発した.また,大量の分布データから問合せと類似した分布を検索するために,多段順次走査などの手法を用いた高速アルゴリズムを開発した.集合知の体系化として,Wikipediaの記事間のハイパーリンクを利用し,減衰流を用いて記事が表す事項間の関係の強弱を計測する新たな手法を開発した.減衰流による関係の強さの尺度は,既存の尺度である距離連結度,共引用の概念を包含したものとなり,他の尺度よりも高い精度を持つことを明らかにした.出発点から到達点に至る流路に存在する節点を説明オブジェクトとし,それを基に,入力された二つの項目の関係の全体または一部を説明する画像をWebから検索するアルゴリズムを開発した.さらに,Wikipediaの記事において,記事項目に対応するオブジェクトと何らかのオブジェクトとの関係を表す画像が,記事にふさわしいかどうかを判定する手法を開発した.集合知の信頼度推定としては,Wikipedia記事の多くの著者らによる記事の変更履歴に基づき,既存の素性に加え,新たに筆者グループ間における記事の更新を取り消し合う状況を表す素性を導入した手法を開発し,Wikipediaの情報の信頼度推定精度が向上することを確認した.また,大量のニュース記事からの因果関係抽出による因果関係ネットワークの増分構築手法を開発した.トピックと内容を独立して事象を表現するモデルを用いて事象間の同一性判定を類似トピック内に限定することによる計算量の削減を実現した.さらに,事象を表現する語彙の役割(SVO構造)と意味(概念)を考慮してネットワークを構築する手法を提案し,事象の内容を表す語の役割を考慮し,WordNetやオントロジーを用いて概念レベルで事象の類似性を計算することで,ネットワーク構築の一貫性を保つことを可能とした.
放射線適応応答の分子機構に関する研究

予め低線量放射線に当たることにより、その後の中高線量放射線に対して抵抗性を獲得する生体応答を放射線適応応答と呼ぶ。本研究では、ヒト由来培養細胞における放射線誘発突然変異を指標とした放射線適応応答を解析し、効率のよいDNA2本鎖切断修復機構の活性化が放射線適応応答のメカニズムに関係していることを示す一方、細胞周期とアポトーシスは主要なメカニズムではないことを示した。また、マウス胎児の死亡と奇形発生を指標とした放射線適応応答については、Tead3遺伝子、Csf1遺伝子およびCacna1a遺伝子の発現変動が機能的に関係することを明らかにした。放射線適応応答のうち、特にヒトリンパ芽球由来細胞AHH-1におけるHPRT遺伝子座突然変異を指標とした放射線適応応答、および胎児マウスの死亡および発生異常を指標とした放射線適応応答の分子機構を解明する目的で、我々はcDNAマイクロアレイの解析を行った。ヒトリンパ芽球由来細胞AHH-1におけるHPRT遺伝子座突然変異を指標とした放射線適応応答の条件下では、M期のチェックポイント制御に機能すると考えられているdeathinducer-obliterator 1(DIDO1)遺伝子の発現が上昇することを示した。また、マウス胎児の死亡と奇形発生を指標とした放射線適応応答については、Tead3遺伝子、Csf1遺伝子およびCacna1a遺伝子の発現が変動することを明らかにした。Tead3は分化に係る転写因子であり、適応応答条件下で発現が上昇、Cacna1aはCaチャネルの制御、遺伝子発現、細胞運動、細胞分裂、細胞死等に機能する遺伝子で、適応応答条件下で発現が低下、Csf1は胎児期の器官形成に関わる増殖因子であり、高線量単回照射では発現が上昇するものの、放射線適応応答条件下では変動しない遺伝子である。これらの遺伝子の発現変動はRT-PCRによって確認した。更に、我々はTead3遺伝子とCacna1a遺伝子について、胎児マウス指趾原基細胞初代培養系を用いてRNA干渉法による遺伝子ノックダウンの実験を行った。そして、遺伝子をノックダウンした条件下で放射線適応応答が消失することを観察した。この結果から、Tead3遺伝子とCacna1a遺伝子が放射線適応応答に重要な機能を果たしていることを明らかにした。胎児マウスの死亡および発生異常を指標とした放射線適応応答の分子機構を解明する目的で、我々はcDNAマイクロアレイの解析を行い、放射線適応応答条件下特異的にTead3遺伝子、Csf1遺伝子およびCacna1a遺伝子の発現が変動することを明らかにした。昨年度、Tead3遺伝子とCacna1a遺伝子について、胎児マウス指趾原基細胞初代培養系を用いてRNA干渉法による遺伝子ノックダウンの実験を行い、遺伝子機能抑制条件下で放射線適応応答が消失することを観察した。そして、Tead3遺伝子とCacna1a遺伝子が放射線適応応答に重要な機能を果たしていることを明らかにした。一方、Csf1は胎児期の器官形成に関わる増殖因子であり、高線量単回照射では発現が上昇するものの、放射線適応応答条件下では変動しない遺伝子であるが、まだ遺伝子ノックダウンの実験はされていなかった。今年度、胎児マウス指趾原基細胞初代培養系を用いてRNA干渉法によりCsf1遺伝子のノックダウンを行い、放射線適応応答との機能的関連性を解析した。その結果、Csf1遺伝子ノックダウン細胞において放射線適応応答は顕著には観察されず、このことからCsf1遺伝子の放射線適応応答への機能的関与が示唆された。必ずしも明確な結論が得られなかった理由は、Csf1遺伝子のノックダウン効率が69%しかなかったことが一因と考えられる。実際、Csf1遺伝子は抗アポトーシスの機能を有することが報告されているものの、ノックダウン細胞でアポトーシスが亢進する現象は観察されなかった。平成23年度は2通りの実験系を用い、その分子機構を調べた。一つは、p53遺伝子のステータスが異なる種々のヒト由来培養細胞を用い、放射線誘発突然変異を指標とした放射線適応応答を解析する実験系である。予め20mGyのX線を照射してから6時間後に2Gyの粒子線照射(20keV/μm炭素イオン線、40keV/μm炭素イオン線および150keV/μmネオンイオン線)を行った場合、2Gyの粒子線照射のみの場合に比べてHPRT遺伝子座の突然変異頻度が有意に低下していることがわかった。このメカニズムを調べるため、粒子線照射後の細胞当たりのDNA2本鎖切断量(γH2AX発現量)の経時変化を調べた。その結果、予め20mGyのX線照射した場合、DNA2本鎖切断の消失速度が顕著に速くなることがわかった。このことから、効率のよいDNA2本鎖切断修復機構の活性化が放射線適応応答のメカニズムに関係していることが示唆された。一方、細胞周期とアポトーシスは、どちらも適応応答条件下で変化していないことから、主要なメカニズムではないことが示唆された。

もう一つの実験系は、マウス胎児における放射線誘発奇形発生(四肢形成異常)と致死を指標とした放射線適応応答である。我々は、これまでにこの放射線適応応答がマウスの系統に依存することを観察しているが、これが母体内環境の違いを反映しているものかどうかを明らかにするため、マウス受精卵を異なる系統のマウスに移植し、仮腹で発生した胎児における放射線適応応答を検証する実験を開始した。そして、適応応答の見られないC3H系マウスの受精卵を適応応答の見られるICR系受容体へ移植する実験系、およびその逆の移植を行う実験系を構築した。現在、移植受精卵から発生した胎児における放射線適応応答を調べている。