hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不連続有限要素法を用いた地盤災害の破壊力学的解明

要素節点に特異変位の不連続量を組み込むことにより,リメッシュが不要な,拡張有限要素法を使用し,新たに多軸圧縮荷重下での弾塑性体の地盤材料の破壊にも適用可能な有限要素法の開発を行った.弾塑性体の場合は特異変位場が未知なため,弾塑性体の特異変位場の漸近理論解を得た.また圧縮応力場では,滑り面に摩擦やダイラタンシーが生じるため,これらの現象を取り入れたCohisive領域の構成式を考え,弾塑性体物体とき裂面の摩擦則を一貫してリターンマップ陰解法が可能なプログラムを開発し地盤の滑り現象の解析を行なった.要素節点に特異変位の不連続量を組み込むことにより,リメッシュが不要な,拡張有限要素法を使用し,新たに多軸圧縮荷重下での弾塑性体の地盤材料の破壊にも適用可能な有限要素法の開発を行った.弾塑性体の場合は特異変位場が未知なため,弾塑性体の特異変位場の漸近理論解を得た.また圧縮応力場では,滑り面に摩擦やダイラタンシーが生じるため,これらの現象を取り入れたCohisive領域の構成式を考え,弾塑性体物体とき裂面の摩擦則を一貫してリターンマップ陰解法が可能なプログラムを開発し地盤の滑り現象の解析を行なった.地盤の滑り面の進展方向を任意の方向に進展させることを可能にするため,通常の有限要素法では,常識的に仮定されていた要素内の変位の連続性を仮定せず,要素内に変位,すなわち,変位の不連続を組み込むことにより,リメッシュが不要な,多軸荷重下での拡張有限要素法(X-FEM)の手法を,新たに弾塑性体としての地盤材料にも適用可能なように改良した不連続有限要素法の開発を行うことが本研究の主な目的である.その場合,地盤の滑り現象は,特に圧縮応力場において生じることから,X-FEMを使用して,精度の良い解を得るためには,まず圧縮応力場におけるモードII型の滑り破壊の亀裂先端お近傍の応力場の特性を解明する必要がある.しかしながら,弾塑性体内を亀裂がモードII型で進展する際の亀裂端近傍の応力,ひずみや変位の特異性の理論的解は殆ど知られていない.弾塑性体内を亀裂が進展する場合,亀裂面先端近傍では,負荷状態,その後方では除荷状態,そして亀裂面先端近傍上では再負荷状態をとるなど,応力,ひずみなどは非常に複雑になるからである.そこで,今年度は,特に,線形硬化するドラッカープラガー弾塑性体の亀裂先端近傍応力場の漸近展開による特異解による解を求めることにより,弾塑性体内の亀裂先端近傍の応力や変位の特異性の研究を行った.一方,圧縮応力場にある亀裂ないし滑り面の場合は,変位不連続面上に摩擦力が発生するが,X-FEMでは,不連続面を含む要素節点での等価節点力が陽に表わせないため,汎用されている等価節点力を用いて,固着状態,滑り状態,開き状態などを判定する接触問題の解法は適用できない.そこで,本年度では,接触面の滑り状態では,表面力はクーロンの摩擦則に従うように,表面力と不連続変位の関係が完全弾塑性体挙動する弾塑性体と仮定し,リターンマップ手法による陰解法解析のプログラムの開発を行った.前年度は,関連型のDrucker-Prager弾塑性体のモードII型のき裂先端近傍特異応力場の漸近解を得たが,関連型の流れ則では,ダイレイタンシーによる体積変化が過剰に見積もられる事から,地盤の解析では非関連型の構成式が用いられる事が多い,したがって,今年度初期には,非関連型の線形硬化するDrucker-Prager弾塑性体のモードII型のき裂先端近傍特異応力場を求めた.その後,Drucker-Prager弾塑性体と異なり,等方圧縮圧力に対しても降伏する,より地盤材料の特性に近いCam-Clay弾塑性体を用い,任意の均一応力状態まで物体内部のき裂内は滑らず,ある応力状態に達した際にき裂内が滑るという条件を与え,き裂先端近傍での応力増分場の漸近理論解を得た.ここで,粘土材料で重要となる間隙水の流れに対しては完全排水条件,非排水条件下を想定した.なお,このき裂先端近傍で常に塑性負荷と仮定する塑性増分解では弾性除荷領域が発生することが判明したため,弾性除荷を考慮した弾塑性漸近解を求め,初期き裂と同方向に進展するモードII型のせん断破壊の議論に対しては実用上塑性理論解で十分である事を示した.これらの特異応力場の漸近解に対し,漸近解第二項である均一項を足し合わせ,新しく「最大摩擦せん断応力破壊規準」なる弾塑性体にも適用可能な破壊規準を新たに提案し,これを使用すれば,今まで,力学的説明が出来なかった元のき裂と同方向に進展するせん断破壊の可能性を明確に説明できることが分かった.また,この破壊規準を使用した場合のき裂面の動摩擦係数,ダイレイタンシー係数や内部摩擦係数,弾性係数硬化係数比などがせん断破壊におよぼす影響などの考察を行った.地盤の破壊現象は,ほとんどの場合,亀裂面は圧縮応力場にある.圧縮応力場にある亀裂ないし滑り面には摩擦力が発生するが,本研究における不連続有限要素法では,不連続面を含む要素節点での等価節点力が陽に表わせないため,汎用されている等価節点力を用いて,固着状態,滑り状態,開き状態などを判定する接触問題の解法は適用できない.

そこで,より現実的な地盤の滑り状態を再現するため,滑り面自身を,最大静止摩擦から運動摩擦係数へと軟化する弾塑性体と仮定し,摩擦則だけでなく接触面の滑りによるダイラタンシ-効果も取り入れることにより,物体および接触面を一貫してリターンマップ手法による陰解法解析を行える整合性のとれた新しい不連続面伸展の解析手法を考案した.また,地盤災害を考える時,地盤は水で飽和されている場合が非常に多い.このような水で飽和された地盤の破壊進展プロセスを解明する目的で,土骨格と水との相互作用を考慮に入れた,完全飽和状態の排水・非排水状態の連成解析および土・水連成弾塑性体内の滑り面進展解析が可能な不連続有限要素法プログラムの開発を行った.この場合,滑り面中における応力と不連続変位との関係として,上記に加え,水との相互作用を考慮した摩擦やダイラタンシ-関係を考慮に入れた構成関係を取り入れた.最後に,開発した不連続有限要素法プログラム適用し,滑り面が要素辺上でなく,要素内を通過していることにより,リメッシュが不要な斜面崩壊滑りなどの破壊現象など,種々の実際的かつ具体的な亀裂や滑り面の生成・進展の不連続有限要素方解析を行いその破壊現象のメカニズムの考察を行った.
職域集団のメタボリックシンドローム発症に関わる遺伝・環境要因に関する研究

ある大企業の20-60歳の男性労働者を対象として、生活習慣、遺伝要因、内臓脂肪蓄積と、メタボリックシンドローム発症との関連性について横断的および縦断的解析を行い、メタボリックシンドローム発症に関わる遺伝・環境要因を明らかにすることを目的としている。対象者の定期健診受診に合わせて本研究へのエントリー、協力をお願いした。2年間で、731名のエントリーを得ることができた。書面による承諾を得た対象者に、生活習慣および精神的健康度に関する質問票に回答していただいた上で、遺伝子解析および血清中生理活性物質測定のための血液試料の提供を受けた。一方、アルコール感受性(ALDH2、ADH1B)および肥満に関連する遺伝子多型(ADRB3)の分析方法の検討を行い、多サンプルの効率的な分析方法について、成果が得られた。これを受けて、とくにALDH2遺伝子型については、ほとんどの対象者の遺伝子型解析が終了し、現段階での精神的および身体的健康度の様々な指標との関連性の解析を進めた。とくに、メタボリックシンドロームの病態を反映するとされる高感度CRPが、肥満度以外にALDH2遺伝子型の影響を受けることを報告した。今後はさらにADH1B、および肥満関連遺伝子型であるADRB3についても遺伝子型解析を行い健康度との関連の分析を進めていく予定である。ある大企業の20-60歳の男性労働者約2,100名を対象として、生活習慣、遺伝要因、内臓脂肪蓄積と、メタボリックシンドローム発症との関連性について横断的および縦断的解析を行い、メタボリックシンドローム発症に関わる遺伝・環境要因を明らかにすることを目的としている。まず、研究代表者の所属研究機関の遺伝子研究に関する倫理審査委員会に申請を行い、審議を経て承認を得た。次に、その大企業の健康管理センターのスタッフと相談を重ねて、安全衛生委員会における承認を得た。対象者の定期健診(各対象者の誕生月に実施)受診に合わせて本研究への協力を得ることになった。書面による承諾を得た対象者に、生活習慣および精神的健康度に関する質問票に回答していただいた上で、遺伝子解析および血清中生理活性物質測定のための血液試料の提供を受けて、現在試料の収集を行っている最中である。一方、アルコール感受性(ALDH2,ADH1B)および肥満に関連する遺伝子多型(ADRB3)の分析方法の検討を行い、多サンプルの効率的な分析方法について、成果が得られた。来年度にかけて、さらにサンプルの収集を継続し、遺伝子多型の解析を行う。また、血清生理活性物質についても、重要性によって順位をつけてELISA法等により測定を進める予定である。既に得られている身体的健康度の指標および内臓脂肪量などのデータと今回の遺伝子多型あるいは生理活性物質濃度との関連性についての解析を進めていく予定である。昨年度に引き続いて、対象者の定期健診(各対象者の誕生月に実施)受診に合わせて本研究へのエントリー、協力をお願いした。2年間で、およそ700名のエントリーを得ることができた。一方、アルコール感受性(ALDH2, ADH1B)および肥満に関連する遺伝子多型(ADRB3)の分析方法の検討を行い、多サンプルの効率的な分析方法について、成果が得られた。これを受けて、とくにALDH2遺伝子型については、400名を超える対象者の遺伝子型解析が終了し、現段階での精神的および身体的健康度の様々な指標との関連性の解析を進めている。今後種々の血清生理活性物質および内臓脂肪量などのデータと遺伝子型との関連性についての解析を進めていく予定である。
数学的モデリングを意図した授業の構成原理とそのカリキュラム開発に関する研究

数学的モデリングを促進する考え方の指導法の一つとして,「対立-止揚」過程に焦点を当てた指導法が有効である。この指導法は,下記の2点を特徴とする。(1)数学的モデリングの全過程を意識しながら,生徒が部分を考えながら全体を見渡し,全体を考えながら部分を振り返れるように配慮すること。(2)全ての過程を同程度に強調するのではなく,授業のねらいとして設定した鍵となる考えを生徒の討論すべき論点として設定し,教師と生徒,生徒同士のやりとりから,「対立-止揚」過程を通してそれが導かれるような場面設定,発問を考える。そして,意図した「対立」へと生徒を追い込むために,教師は,生徒から出された考えに寄り添いながら,その考えを否定する考えを生徒のつぶやきからひろったり,あるいは,教師自身が生徒から出された考えの否定的な側面を問いかけていくこと。(1)(2)に留意することにより,「対立」が集団の中で共通理解できれば,鍵となる考えが,どのような背景からどのように引き出されるのかを理解することが可能になる。ここに,「対立-止揚」過程を集団の中で共有しながら進めていくよさがある。ただし,「対立」を止揚した鍵となる考えについては,期待通りに引き出されるとは限らない。教師と生徒では,現象を見る視点が異なることを受け止め,意図した考えとは異なっても,一つ一つ検討しながら,鍵となる考えへとつながる発問をしていくことが重要である。モデリングを熟知していない中学校第3学年の生徒を対象に,下記のような目標系列で指導内容を構成した。「(1)数学的モデルをつくって考える意味を理解する」「(2)数学的モデリングにおける特定の考え方を獲得する」「(3)多様な考え方を総合的に用いて解決する」。これを基に,グラフ電卓を導入して,全10回にわたる内容系列を開発した。また、授業構成に関しては、「対立-止揚」過程を意図的に設定した授業構成を考え,実施した。具体的には,まず,モデリングの全過程を取り扱い,生徒が部分を考えながら全体を見渡し,全体を考えながら部分を振り返れるように配慮する。ただし,全ての過程を同程度に強調するのではなく,授業のねらいとして設定した鍵となる考えを生徒の討論すべき論点として設定し,教師と生徒,生徒同士のやりとりから,「対立-止揚」過程を通してそれが導かれるような場面設定,発問を考えていく。そして,意図した「対立」へと生徒を追い込むために,教師は,生徒から出された考えに寄り添いながら,その考えを否定する考えを生徒のつぶやきからひろったり,あるいは,教師自身が問いかけていく必要がある。「対立」を集団の中で共通理解できれば,鍵となる考えが,どのような背景からどのように引き出されるのかを理解することが可能になる。ただし,これらの結果は,本研究で取り扱った特定の題材において導かれたことであるため,教師の指導力や学級の要因等を考慮に入れながら,別の課題でさらに研究を進めていく必要がある。本年度は,昨年度に引き続き、数学的モデリングを促進する考え方の育成を目標に,モデリングを熟知していない中学校3年生の生徒を対象にして,下記のような三つの目標系列で指導内容を構成し、特に評価方法に焦点を当てて研究を行った。「第1段階:数学的モデルをつくって考える意味を理解する」,「第2段階:数学的モデルを構成・分析する際に要求される考え方を獲得する」,「第3段階:多様な考え方を総合的に用いて解決する」。これを基に,グラフ電卓を導入して,全10回にわたって実践を行った。

モデリングを促進する考え方の評価方法として,指導目標の系列の第1・2段階に焦点を当て,第2回(鏡の謎),第5回(財産が2倍になる年数),第6回(じゃんけん),第7回(缶詰)の授業で意図したある特定の考え方に焦点を当てた問題を開発し,その評価基準を設定して分析した。そして,その結果と授業展開とを対比しながら,授業展開を反省する流れをとった。モデリングを促進する考え方の評価問題と考え方の深さに応じたいくつかの段階からなる評価基準は,テスト問題間の難易度の差にいかに配慮するか等に課題が残るが,生徒が鍵となる考えをどの程度理解しているかを判断する上で有効な方法の一つといえる。授業と事後テストをセットで捉えることにより,何が改善すべき点であるのかを的確に把握することが可能になる。また、目標系列の第1・2段階において,モデリングを促進する鍵となる考え方の理解を促すには,「対立-止揚」過程を生徒同士の討論に委ねるだけでは難しいことがわかった。来年度は、モデリングを促進する鍵となる考え方により一層焦点が当たるような「対立」を意図的に授業の中に設定していく方法について考えていきたい。数学的モデリングの授業を構想する際にどのような点に着眼すればよいのかについて、生徒の陥りがちな考え(個人及び集団で)とその解釈・支援に関して、次の3点が明らかになった。(1)数学的モデリングを熟知していない生徒は,問題提示がオープンな場合,現実場面を厳密に分析しようとする考え方に偏る傾向にある。逆に,相対的にクローズドな場合は,数学的に処理しやすくするための考え方に偏る傾向にある。それゆえ,前者の場合は,数学的に処理しやすくするための考え方に,後者の場合は,現実場面を厳密に分析しようとする考え方に着目できるような働きかけが必要である。(2)数学的モデリングを熟知していない生徒は,分析的アプローチで定式化された単純な数学的モデルとその解答が与えられたとき,そこで用いられる数学的知識・技能とその手法だけを検討し,どのような仮定が設定されているのかに注意を払わない傾向にある。一方,構成的アプローチでは,仮定を設定する段階から数学的モデリング過程を踏んでいるため,数学的モデリングの全過程が概観できており,分析的アプローチの生徒より,どのような仮定が設定されているのかに注意を払う傾向にある。これより,数学的モデリングの全過程を概観できている方が,数学的モデルの検討・修正はよりよく進展する傾向にあるといえる。(3)数学的モデリングを熟知していない生徒は,現実場面の現象と数学的モデルとがうまく一致しないとき,現実場面の現象よりも数学に足場を置いて考える傾向にある。つまり,用いた数学的手法が適切かどうかより,用いた数学的手法がうまくいくように,現実場面の現象を読み直そうとする傾向にある。
MRを用いた細胞密度画像によるがん化学療法の早期治療効果判定

本研究の目的は,臨床用MRIを用いた細胞密度を可視化する分子画像によるがん化学療法の早期治療効果判定である。本年度は3テスラMRIにおいて,細胞密度を可視化する分子画像システムを構築することを主目的とした。【意義】ECR imagingは細胞密度の低下・間質の線維化を検出し,形態的な組織変化が起こる前段階での早期治療効果判定が可能である。また,CERH imagingは肝機能を有する肝細胞を検出し,病変の検出のみならず肝機能画像として有用である。すなわち,本研究はがん化学療法の早期治療効果判定および機能画像の開発としても有用である。【重要性】本研究は,組織レベルの評価から細胞レベルの評価へ,さらには分子レベルの評価を実現する臨床画像として発展することが期待できる。本年度は3テスラMRIにおいて,作年度構築した細胞密度を可視化する分子画像システムを臨床応用することを主目的とした。【具体的内容】分子画像システムとして,肝細胞特異性造影剤(Gd-EOB-DTPA)の造影効果を定量評価し得るcontrastenhanceratio in hepatocellular(CERH)imagingを用いた。CERH値は肝機能を示す血液・生化学データと相関し,肝機能画像として有用であることを明らかにした。また,CERH値は肝障害の程度により異なった値を示し,肝炎や肝硬変では正常肝よりも有意に低値を示した。さらに,切除標本との相関性を検討した結果,CERH値は肝細胞密度と相関することが明らかになった。【意義】CERH imagingは肝機能画像として有用であるとともに,肝細胞密度の低下を検出し,脂肪変性や線維化を形態的な組織変化が起こる前段階で検出することが出来る可能性がある。すなわち,本研究はがん化学療法の早期治療効果判定および肝機能低下の早期判定としても有用である。【具体的内容】分子画像システムとして,磁化移動効果を応用した交差緩和率イメージングであるECR imagingを用いた。転移性肝癌におけるがん化学療法において,化学療法開始前,化学療法開始から2週後, 4週後, 8週後, 16週後に化学療法に伴う治療効果と腫瘍のECR値の変化を評価した。化学療法により,腫瘍の縮小が見られた症例では, ECR値が低下した。ECR値の低下は腫瘍の細胞密度の低下,線維化,壊死等を反映したと推察された。ECR値を用いることにより,本手法は腫瘍の形態的な変化のみならず,構造的な変化から化学療法の治療効果判定が可能であることを示唆した。【意義】臨床における,化学療法の治療効果判定は腫瘍サイズの変化により評価されている。がん化学療法の治療効果判定に分子画像システムを応用することにより,腫瘍の形態的な変化のみならず,分子・組織の構造的な変化に基づいた化学療法の治療効果判定が可能である。すなわち,本研究はがん化学療法の早期治療効果判定に大きく寄与すると考えられる。また,細胞密度を可視化する分子画像システムを開発し,臨床応用することにより,がん化学療法における早期治療効果判定を実現することは,テーラーメイド治療を推進し得ると考えられる。CERH imagingは肝機能画像として有用であるとともに,肝細胞密度の低下を検出し,脂肪変性や線維化を形態的な組織変化が起こる前段階で検出することが出来る可能性があることを明らかにした。24年度が最終年度であるため、記入しない。
日本人のY染色体

ヒトの遺伝子研究が進むにつれて,正常個体であればその材料は何でもよかった時代から,民族や個人の違いを比較できるまでに進んできている。しかし,従来の部に生物学的な研究,ゲノムの研究は日本においてさえ,主として白人種由来の材料を用いて行われてきており,日本人材料の整備は全く不十分である。この研究では,Y染色体の構造と機能の研究を日本人由来の材料で行うという目的の下,日本人のY染色体の分類を試み,またその分類を他民族と比較した。Y染色体は多型の少ない染色体であるとの報告があるが,我々は新しい3つのDNA多型を発見し,これと従来知られているYAP多型とあわせた4つの多型について,そのハブロタイプを日本人,韓国人,白人,黒人で解析した。その結果,日本人のY染色体を4つのタイプに分けることができるようになったが,各ハブロタイプにおけるそれぞれの多型の組み合わせからこれらの多型の出現順序を推定することができた。仮に4つのハブロタイプを1から4まで番号を付けると,ハプロタイプ1は全民族共通であるが,2は黒人で頻度が高く,日本人,白人でも見られるものの韓国人には全く見られず,ハプロタイプ3,4は日本人に多く,韓国人に少数見られるだけで白人および黒人には見られなかった。ハプロタイプ1が原型で,2と3・4は別々の機会にハプロタイプ1から分岐し,ハプロタイプ4はハプロタイプ3から分岐したものと考えた。この4つの系統のY染色体について,細胞供与者のインフォームドコンセントを得た上で,その細胞ラインを作成し今後の研究につなげることにした。しかし,従来の分子生物学的な研究,ゲノムの研究は日本においてさえ,主として白人種由来の材料を用いて行われてきており,日本人材料の整備は全く不十分である。本研究の目的は,日本人由来の遺伝子研究材料を整備し,Y染色体の構造と機能の研究を日本人由来の材料で行うことである。本年度は,代表的日本人を明らかにする目的でY染色体の多型について解析した。Y染色体は多型の少ない染色体であるとの報告があるが,今回の研究で新しい2つの多型を発見した。1つは睾丸決定因子SRYのエキソン内の同義置換であり,現在のところ日本人集団でだけ見られる。もう一つは,XY相同性をもった領域内の(CA)リピートであるが,これはX染色体とY染色体でリピート数の分布範囲が異なることが分かった。こちらの多型は,白人,黒人,アジア人の全てに見られる。また,従来から知られていた47Z多型の解析方法をPCR法をもちいた簡便なものに改善した。これらに加えて,他の研究者らが発表したYAP多型を解析した。これら4つの多型を解析し,染色体のハプロタイプ化を行ったところ,日本人のY染色体を5つのタイプに分けることができるようになった。Y染色体のルーツを追うために,これらのハプロタイプを韓国人においても解析している。Y染色体は多型の少ない染色体であるとの報告があるが,昨年度の研究で新しい3つのDNA多型を発見した。これを従来知られているYAP多型とあわせて,4つの多型についてそのハプロタイプを日本人,韓国人,白人,黒人で解析した。

日本人のY染色体を4つのタイプに分けることができるようになったが,各ハプロタイプにおけるそれぞれの多型の組み合わせからこれらの多型の出現順序を推定することができた。仮に4つのハプロタイプをハプロタイプ1から4まで番号を付けると,ハプロタイプ1は全民族共通であるが,ハプロタイプ2は黒人で頻度が高く,日本人,白人でも見られるものの韓国人には全く見られず,ハプロタイプ3,4は日本人に多く,韓国人に少数見られるだけで白人および黒人には見られなかった。日本人Y染色体のルーツを追うために,これらのハプロタイプを沖縄とその離島の男性においても解析している。また,南米のインディオについても解析予定である。ヒトの遺伝子研究が進むにつれて,正常個体であればその材料は何でもよかった時代から,民族や個人の違いを比較できるまでに進んできている。しかし,従来の分子生物学的な研究,ゲノムの研究は日本においてさえ,主として白人種由来の材料を用いて行われてきており,日本人材料の整備は全く不十分である。この研究では,Y染色体の構造と機能の研究を日本人由来の材料で行うという目的の下,日本人のY染色体の分類を試み,またその分類を他民族と比較した。Y染色体は多型の少ない染色体であるとの報告があるが,我々は新しい3つのDNA多型を発見し,これと従来知られているYAP多型とあわせた4つの多型について,そのハプロタイプを日本人,韓国人,白人,黒人で解析した。その結果,日本人のY染色体を4つのタイプに分けることができるようになったが,各ハプロタイプにおけるそれぞれの多型の組み合わせからこれらの多型の出現順序を推定することができた。仮に4つのハプロタイプを1から4まで番号を付けると,ハプロタイプ1は全民族共通であるが,2は黒人で頻度が高く,日本人,白人でも見られるものの韓国人には全く見られず,ハプロタイプ3,4は日本人に多く,韓国人に少数見られるだけで白人および黒人には見られなかった。ハプロタイプ1が原型で,2と3・4は別々の機会にハプロタイプ1から分岐し,ハプロタイプ4はハプロタイプ3から分岐したものと考えた。この4つの系統のY染色体について,細胞供与者のインフォームドコンセントを得た上で,その細胞ラインを作成し今後の研究につなげることにした。
B細胞分化・活性化制御機構の解析

申請者は、B細胞の分化・活性化機構の分子メカニズムを癬析する手段として、抗体遺伝子のSHMとCSRに必須な酵素であるAIDの発現が、分化抑制因子Id2と転写因子Pax5によって制御されていることを報告した。この報告の中で、申請者が確立したAID locusのプロモーターアッセイ系が、AID発現をモニタリングするツール、すなわちB細胞の活性化をモニターしうるツールであることを示した。(J ExP Med.,2003)このアッセイ系を用いてB細胞の分化・活性化機構に関与する分子の探索と解析を引き続き行なう過程で、転写制御因子SIP-1がこれらの制御機構に関与していることを申請者は見いだした。(未発表)このSIP-1はCtBPと結合すること、さらにCtBPを含む転写抑制因子複合体を構成する分子群の一員であること、E-cadherinのプロモーター領域を用いたルシフェラーゼアッセイにて転写抑制に働く等の報告から、転写抑制因子として機能すると考えられている。申請者は、このSIP-1遺伝子の欠損マウスをすでに入手済みであり、このマウスを野生型マウスと比較することでB細胞分化・活性化機構におけるSIP-1の役割を解明することを計画している。具体的には、B細胞の初代培養系を用いて(1)CSR誘導アッセイ、(2)B細胞の分化・活性化に関与する遺伝子群のRT-PCR、(3)ゲルシフトアッセイを用いたAID locusへのSIP-1タンパク質の親和性、(4)クロマチン免疫沈降法を用いたAID locusへのSIP-1タンパク質の結合能などを解析中である。
相互予測によるコミュニケーションの相互適応モデルの構築および音楽演奏を用いた検証

数理モデルに基づく旋律や和音の予測モデル・適応モデルの構築を通じ、次にあげる成果が得られた。・ユーザが画面上に描いた旋律概形を元に、遺伝的アルゴリズムを用いて即座に旋律を生成する即興演奏システム「JamSketch」に関して、生成される旋律の音楽的な品質を評価するための評価実験を実施した。その結果として、上級者には劣るものの、上級ではない人間の演奏者と同程度の品質であることが分かった。・上述のJamSketchは、音の高さしか制御することができなかったため、旋律概形を描く際のペンの筆圧を用いて音の強さを、旋律概形を波線のように描くことでリズム(音符密度)を制御する改良版を制作し、有効性を評価実験にて検証した。・Jazzのデータベースを用いて、Jazzのベースパートの旋律をコード進行から生成する処理を実現した。この処理には、隠れマルコフモデル(HMM)を用いた。各音の出現頻度は拍節位置によって異なることに注目し、拍節位置ごとに異なる分布を学習することで、質の高い旋律を生成することができた。・歌詞付きの歌唱曲では、楽曲から受ける印象と歌詞から受ける印象が一致することが重要である。従来の歌詞を元にした自動作曲システム(Orpheusなど)では、これらの印象の一致を考慮してはいかなかった。これらの印象を考慮した自動作曲を実現する第1段階として、歌詞と受ける印象と楽曲から受ける印象をそれぞれ定量的に推定する方法を実現した。本研究では、音楽の相互予測に基づく相互適応モデルの構築を目的としている。今年度は、音楽の統計的モデル化に焦点を当て、以下の研究を行った。(1)ユーザが描いた旋律概形に基づいて即座に旋律を生成して演奏する即興演奏支援システムを実現した。このシステムでは、ブルース約50曲の旋律を学習した統計モデルに基づき、遺伝的アルゴリズムを用いて旋律を生成する。(2)音楽家の演奏スタイルは、同じ音楽家であっても時代的背景などによって変遷するのが普通であるが、そうしたスタイルの変化は定性的に語られることはあっても、定量的な分析はほとんどされていなかった。そこで、特定の音楽家の旋律の特徴が時代とともにどのように変化するかを、パターン認識的アプローチを用いて定量的に分析する手法を開発した。(3)リカレントニューラルネットワーク(RNN)、特に、LSTMを用いたRNNは時系列のモデル化手法として大きな注目をあびている。これは局所的な依存関係(短期記憶)だけでなく大局的な依存関係(短期記憶)も学習できるからである。LSTMを用いてソプラノ・アルト・テノール・バスからなる四声体和声を学習したところ、ソプラノのみの旋律に適切に他のパートを付与できることを確認した。(4)旋律には階層的な特徴があることはよく知られており、旋律の階層的構造を木構造として表現する方法は以前より多く行われている。しかし、そのほとんどは音符列表現が出発点となっている。しかし、音楽の認知の観点からは、人間が必ずしも旋律の1つ1つの音符を認識しているとは限らない点から、より旋律の大局的特徴をとらえた表現が重要である。本研究では、ウェーブレット変換を用い、音符列表現に依存しない旋律の木構造表現を提案した。当初の計画では、まず即興演奏データの採集を行うこととしていたが、手持ちのデータおよびWebにて入手可能なデータで音楽の予測モデルの構築をすすめ、下記の結果を出すことができた。(2)特定の音楽家の旋律の特徴が時代とともにどのように変化するかを、パターン認識的アプローチを用いて定量的に分析する手法を開発した。(3) LSTMを用いてソプラノ・アルト・テノール・バスからなる四声体和声を学習したところ、ソプラノのみの旋律に適切に他のパートを付与できることを確認した。(4)ウェーブレット変換を用い、音符列表現に依存しない旋律の木構造表現を提案した。これらは、音楽の相互予測モデル構築の足がかりとなるものであり、概ね順調な進捗を出せたと考えている。今年度は音楽の予測・適応モデルの構築の一環として次の研究に取組んだ。(1)遺伝的アルゴリズムを用いて旋律を自動生成するアルゴリズムを考案した。遺伝的アルゴリズムでは「適応度関数」の設計が中心的課題となるが、N-gram確率、コードや拍節位置を条件とした条件付確率、エントロピー等を用いることで、音楽的に一定の妥当性を有する旋律を生成できた。更にこの生成アルゴリズムを用い、ユーザが旋律の大まかな形(旋律概形)をマウスや指でスクリーンに描くと、リアルタイムに旋律が生成され演奏される即興演奏支援システムを開発した。(2)(1)のシステムを用い複数人で合奏する準備として、スマートフォンを用いこのシステムを利用できるよう拡張した。具体的にはスマートフォンを上下に動かし、それを加速度センサで検出するか、指定色の手袋をはめてスマートフォンのカメラに手を翳して上下に動かし、それを画像処理により検出し、その上下運動に連動する形で旋律を生成する。(3)ソプラノパートの旋律が与えられると、四声体和声(ソプラノ、アルト、テノール、バスの4パートからなる和声)を自動的に生成するアルゴリズムを検討した。申請者は同様の処理をベイジアンネットワーク(BN)と呼ばれる確率モデルを用いて実現してきたが、今年度はリカレントニューラルネットワーク(RNN)の一種であるlong short-term memory (LSTM)を用いた。BNは依存性を考慮するノードを明示的に指定する必要があり、このノード数が増えるとモデルパラメータ数が指数的に増え、限られた量の学習データでは学習が難しい。

一方LSTMは長期的な依存性を考慮できることで注目を集めている。BNとLSTMとで同じデータを用い学習・生成の実験を行い、その傾向を考察した。(4)その他音楽の自動生成、音楽の定量的分析等に関する研究に取組み、一定の成果を得た。上で述べたように、旋律の自動生成に関して新しいアルゴリズムを考案し、実験にてその有効性を示すことができた。査読付きの国際会議に多数投稿し、その多くが採録される等、順調に成果が得られていると考える。数理モデルに基づく旋律や和音の予測モデル・適応モデルの構築を通じ、次にあげる成果が得られた。・ユーザが画面上に描いた旋律概形を元に、遺伝的アルゴリズムを用いて即座に旋律を生成する即興演奏システム「JamSketch」に関して、生成される旋律の音楽的な品質を評価するための評価実験を実施した。その結果として、上級者には劣るものの、上級ではない人間の演奏者と同程度の品質であることが分かった。・上述のJamSketchは、音の高さしか制御することができなかったため、旋律概形を描く際のペンの筆圧を用いて音の強さを、旋律概形を波線のように描くことでリズム(音符密度)を制御する改良版を制作し、有効性を評価実験にて検証した。・Jazzのデータベースを用いて、Jazzのベースパートの旋律をコード進行から生成する処理を実現した。この処理には、隠れマルコフモデル(HMM)を用いた。各音の出現頻度は拍節位置によって異なることに注目し、拍節位置ごとに異なる分布を学習することで、質の高い旋律を生成することができた。・歌詞付きの歌唱曲では、楽曲から受ける印象と歌詞から受ける印象が一致することが重要である。従来の歌詞を元にした自動作曲システム(Orpheusなど)では、これらの印象の一致を考慮してはいかなかった。これらの印象を考慮した自動作曲を実現する第1段階として、歌詞と受ける印象と楽曲から受ける印象をそれぞれ定量的に推定する方法を実現した。今年度構築した統計モデルによる旋律のモデル化をベースに、音楽の相互予測モデルの構築を行う。また、相互予測モデルの評価に不可欠な実際のジャムセッション(演奏)のデータの採集も並行して行う。これらを同時並行的に行い、前者のモデルを後者のデータで評価し、随時前者のモデル化の改善に用いることで、効果的な研究開発を進めていく予定である。引き続き、予測に基づく旋律生成アルゴリズムの洗練化を進めるとともに、複数人による合奏への対応のための実装を進め、合奏によるデータの取得を開始する。また、相互適応については、アルゴリズムの検討が進んでいないので、そちらの検討も進める。いまのところ、ベイジアンネットワークなどの確率モデルまたはLSTMに対して、相互の予測精度が向上するように自動的かつ漸進的にパラメータを変更させる、という形で定式化する予定である。当初計画していた演奏データの採集を後回しとして、手持ちのデータおよびWebにて入手可能なデータを用いた検討を先行させたため。
新規キメラ酵素作製法の開発とその応用

キメラ酵素を作製する方法には様々な方法が知られている。その中で,相同的組換え法によるキメラ作製法は,制限酵素部位やプライマーDNAを必要とせずに一連のキメラ遺伝子を作製できるという特徴がある。このキメラ酵素作製法の蛋白質工学への適用範囲を調べた。用いた遺伝子は,大腸菌アスパラギン酸アミノ基転移酵素(AspAT)と芳香族アミノ酸アミノ基転移酵素(AroAT)である。これらは,アミノ酸配列の相同性が44%,塩基配列の相同性が約50%の相同な酵素である。両酵素は,様々な相同性領域を持っているので,"相同的組換え法を利用したキメラ酵素作製法"の適用範囲を調べる系として適している。そこで,AspATをコードするaspC遺伝子とAroATをコードするtyrB遺伝子とを,プラスミド上で直列につなぎ,数百個のキメラ遺伝子を解析した。その結果,"相同的組換え法によるキメラ作製法"を利用すれば,全体の塩基配列の相同性が50%以下でも,部分的に相同性の高い箇所(10塩基中8塩基以上の相同性)があれば,キメラ遺伝子の得られることが明らかになった。さらに,この結果を基にして,制限酵素部位とは無関係に2つの遺伝子をつなぐ"Homologous Ligation法"を開発した。得られたキメラ酵素の基質特異性を解析した結果,2つの基質結合ポケットを持ち,基質によって2つのポケットを使い分ける「1酵素-2基質」酵素の存在が明らかになった。また,疎水性基質の認識には,酵素分子の揺らぎが重要な役割をはたしていること,さらに,この揺らぎは耐熱性酵素の耐熱化と基質認識に巧妙に利用されていることなど,今まで知られていなかった酵素分子設計原理が次々と明らかになった。アミノ基転移酵素の特異な基質特異性を解析するために,新たな方法論の開発が必要となった。そのために,キメラ酵素作製法の蛋白質工学への適用範囲の検討を行った。キメラ酵素を作製する方法には,大別して3つある。「制限酵素法」は共通の制限酵素部位を必要とし,「PCR法」はキメラ毎にプライマーDNAを合成する必要があるのでコストがかかる。しかし,「相同的組換え法によるキメラ作製法」は,制限酵素部位やプライマーDNAを必要とせずに,一連のキメラ遺伝子を作製できる。この方法を利用すれば,全体の塩基配列の相同性が50%以下でも,部分的に相同性の高い箇所(10塩基中8塩基以上の相同性)があれば,キメラ遺伝子の得られることが,部位特異的変異法によってDNAの相同性を部分的に変化させた実験より,明らかになった。また,この「相同的組換え法によるキメラ作製法」利用して,制限酵素やPCR法を用いること無く,2つの遺伝子を連結する方法の開発が可能となった。さらに,このようにして得られたアスパラギン酸アミノ基転移酵素と芳香族アミノ酸アミノ基転移酵素のキメラ酵素から,両酵素は酸性基質用と疎水性基質用の2つの基質結合ポケットを持ち、基質によって2つのポケットを使い分けていることが明らかになった(但し,触媒基は共有)。また,疎水性基質認識には蛋白質の揺らぎが大きな役割を担っていることも明らかになった。そのために,昨年度に引き続いて,「相同的組換え法によるキメラ作製法」の蛋白質工学への適用範囲の検討をより詳細に行った。「相同的組換え法によるキメラ作製法」では,環状プラスミドを制限酵素で切断して線状DNAとし,大腸菌を形質転換する。

すると,適当な制限酵素部位やプライマーDNAが無くても,大腸菌内におけるDNAの相同的組換えにより,一連のキメラ遺伝子を作製することができる。このキメラ作製法を利用する際の(1)相同DNA領域の長さ依存性,(2)相同領域のDNA配列依存性,(3)プラスミドDNA全体における相同領域の位置依存性などを調べた。その結果,相同DNA領域の長さに比例してキメラ遺伝子の収率が増加し,その収率は相同領域のDNA配列にはほとんど依存しなかった。さらに,鎖状DNAの末端に近い相同領域でDNAの組換えが起こる確率が高かった。この方法を利用して得られたアスパラギン酸アミノ基転移酵素と芳香族アミノ酸アミノ基転移酵素の一連のキメラ酵素は,意外なことに,2つの親酵素と同様の安定性を保持していた。また,揺らぎが大きいキメラ酵素ほど,疎水性基質の特異性が低いことがわかった。アミノ基転移酵素の特異な基質特異性を解析するために,新たな方法論の開発が必要となった。そのために,「相同的組換え法によるキメラ作製法」の蛋白質工学への適用範囲の検討を行うとともに,得られたキメラ酵素の立体構造解析および機能解析を行った。その結果,アミノ基転移酵素は,全く性質の異なる酸性および疎水性の2種類の基質と反応できる特異な「1酵素-2基質」酵素であることが明らかになった。酸性基質に対する認識機構については,昨年度までに一応の解析を終えたので,今年度は疎水性基質との反応を解析した。アスパラギン酸アミノ基転移酵素,芳香族アミノ酸アミノ基転移酵素,および,それらのキメラ酵素と疎水性アミノ酸基質との反応過程を解析したところ,いずれの酵素とも,基質の表面積が大きくなり,疎水性が高くなるにしたがって高い活性を示した。基質の表面積が同じなら,基質の形状に関わらず活性はほとんど同じであった。また、基質との結合にはエントロピーよりもエンタルピーの寄与が大きいことも明らかになった。以上の結果から,これらアミノ基転移酵素の疎水性基質結合部位は「基質の形状を認識する」というよりも,基質特異性が低く「どのような形状の基質でも認識できる」分子構築になっていることが示された。この疎水性基質の認識に,酵素分子の揺らぎが重要な役割を果たしていることが実験的に示唆されたので,分子動力学計算を行って酵素分子の揺らぎを推定したところ,「疎水性基質に対する活性が高い酵素ほど揺らぎが大きい」という計算結果が得られ,上記の実験結果と一致した。
引張応力および静水圧下における培養細胞の力学刺激受容の時空間的解析

上皮組織は生活する上で様々な引っ張り刺激を受けている.このような引っ張り刺激にデスモゾームや接着ジャンクションが応答し,上皮細胞の機能のコントロールや上皮組織の形成のコントロールに影響を及ぼしている可能性が指摘されている.本研究では,上皮細胞に引っ張り刺激を負荷することにより,デスモゾームや接着ジャンクションの構造や活性に及ぼす影響を検出することを目的とした.表皮細胞として,ヒトの樹立細胞であるHaCat細胞を用いた.HaCat細胞の引っ張り刺激を負荷する装置としてFlexCellシステムを用いた.周波数1Hz,12%引っ張りを2時間,および4時間負荷したところ,ケラチノサイトは引っ張り方向と直角にそのオリエンテーションを変化させ,また形態自体も細長くなった.周波数1Hz,12%引っ張りを2時間,および4時間負荷し,細胞・細胞接着タンパクであるBeta-catenin and E-cadherin,そしてplakoglobinの存在を,細胞の境界領域と細胞質領域に分けて定量化したところ,引っ張り応力負荷による変化は観察されなかった.引っ張り負荷の周波数,ひずみ量を変化させながら,細胞・細胞接着タンパクであるBeta-catenin and E-cadherin,そしてplakoglobinの産生量の変化を定量化した.その結果,引っ張り応力負荷による産生量の有意な変化は観察されなかった.引っ張り刺激を負荷するシステムとしてFLEXCER SYSTEMを用いたが,引っ張りを受ける培養表面を観察すると,細胞の形態変化が観察される部分とそうでない部分があることが判明した.そして,形態変化が生ずる領域の細胞のみを処理して,細胞・細胞接着タンパクであるBeta-catenin and E-cadherin,そしてplakoglobinの産生量の変化を定量化すると, E-cadherinにおいて産生量の変化を見いだした.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。培養細胞に20%ひずみまで負荷可能であり,かつひずみ負荷下で顕微鏡の60倍の対物レンズの視野中に細胞像を保持するためのアルゴリズムの開発を行った.具体的には,予備ひずみを負荷したときのデータを元に20%ひずみにおける細胞の移動量を推測し,それを補正するデータをX-Yステージに入力するアルゴリズムと,ひずみ負荷に伴う培養面のZ方向の移動を基質材料のポアソン比から推定し,対物レンズのZ方向の位置をピエゾ素子を用いて補正するアルゴリズムとを組み合わせた.一方,培養細胞としてkeratinocyteを用い,keratinocyte同士の接着の関わる分子およびkeratinocyteと基質との接着に関わる分子について,ひずみ量およびそれを動的に負荷した時の周波数を変化させながら,RT-PCRを用いた遺伝子発現の定量および蛍光イメージングにより関連の分子の細胞膜上の局在状態,構造化の状態を可視化した.動的なひずみ負荷下で培養細胞を可視化するためのアルゴリズムを開発し,それをX-Yステージおよび対物レンズ駆動用ピエゾ素子に組み込むことで可視化システムを構築することができた.また,培養細胞としてkeratinocyteを選択し,目的の分子の遺伝子発現や局在化,構造化が生ずるための動的なひずみの条件を探ることができた.この条件を元にリアルタイムイメージングシステムでの可視化実験を実施する目処が立ったため.上皮組織は生活する上で様々な引っ張り刺激を受けている.このような引っ張り刺激にデスモゾームや接着ジャンクションが応答し,上皮細胞の機能のコントロールや上皮組織の形成のコントロールに影響を及ぼしている可能性が指摘されている.本研究では,上皮細胞に引っ張り刺激を負荷することにより,デスモゾームや接着ジャンクションの構造や活性に及ぼす影響を検出することを目的とした.表皮細胞として,ヒトの樹立細胞であるHaCat細胞を用いた.HaCat細胞の引っ張り刺激を負荷する装置としてFlexCellシステムを用いた.周波数1Hz,12%引っ張りを2時間,および4時間負荷したところ,ケラチノサイトは引っ張り方向と直角にそのオリエンテーションを変化させ,また形態自体も細長くなった.周波数1Hz,12%引っ張りを2時間,および4時間負荷し,細胞・細胞接着タンパクであるBeta-catenin and E-cadherin,そしてplakoglobinの存在を,細胞の境界領域と細胞質領域に分けて定量化したところ,引っ張り応力負荷による変化は観察されなかった.引っ張り負荷の周波数,ひずみ量を変化させながら,細胞・細胞接着タンパクであるBeta-catenin and E-cadherin,そしてplakoglobinの産生量の変化を定量化した.その結果,引っ張り応力負荷による産生量の有意な変化は観察されなかった.引っ張り刺激を負荷するシステムとしてFLEXCER SYSTEMを用いたが,引っ張りを受ける培養表面を観察すると,細胞の形態変化が観察される部分とそうでない部分があることが判明した.そして,形態変化が生ずる領域の細胞のみを処理して,細胞・細胞接着タンパクであるBeta-catenin and E-cadherin,そしてplakoglobinの産生量の変化を定量化すると, E-cadherinにおいて産生量の変化を見いだした.動的なひずみ負荷下で培養細胞を可視化するためのシステムと平行して,静水圧負荷下での培養細胞の可視化システムの開発を進める.具体的には,20MPaの静水圧負荷が可能であるチャンバーを設計・制作し,サファイアウィンドウを通して静水圧下の培養細胞の可視化を実現する.これら2種類の可視化システムを用いて,物理刺激の受容メカニズムについて時空間的な解析を進める.28年度が最終年度であるため、記入しない。
甲状腺癌発症の性差～アロマターゼ発現とエストロゲンとの関連

【平成21年度】本研究は甲状腺癌の性差を解析するため開始されたが、代表研究者の転出に伴い終了となる。1:培養細胞を用いてROR,TRの発現の有無によるTR及びROR応答配列を含むレポーターを用いて転写活性を比較した。また、この系にアンドロゲン受容体もしくはエストロゲン受容体(ER)及びそれぞれに対応するリガンドを加え解析したところ、ARでは活性化され、ERでは影響はなかった。さらに、アロマターゼの転写活性を調べるためマウスゲノムDNAからコンストラクトを作成する過程である。2:共同研究者により同定されたBrain-derived Repressive Molecule(B-ReM)の転写への影響を解析したところ、リガンドの有無によらず転写は抑制された。3.ROR-ROR応答配列の結合を共同研究者により樹立されたin vitro蛋白-DNA結合アッセイであるLiquid Chemiluminescent DNA Pull down Assayを用いて解析したところ、リガンドに関係なく結合していた。4:近年ヒト体内に残留し発癌性があることが危惧されている環境化学物質に臭化物化合物があるが、このうちpolubrominated diphenyether(PBDE)及びhexabromocyclododecane(HBCD)について転写への影響を解析したところ、10^<-10>Mという低濃度で転写を抑制することが分かった。これらの転写はTRとTR応答配列の部分的解離であることがLiquid Chemiluminescent DNA Pull down Assayを用いて会かった。また、ERに対して活性化作用があることが報告されている4-nonyl phenol(4-NP)によるTRを介する転写への影響を解析したところ、TR系においても転写が活性化することが分かった。
活性酸素の介在するDNAの非酵素的グリケ-ション反応に関する研究

メイラ-ド反応生成物を食品として摂取した場合,あるいは生体内で生じたメイラ-ド生成物の生物学的影響について,食品の安全性,老化,がん化といった問題の解明の観点から検討しようとした。特に,メイラ-ド反応機構への活性酸素の関与の解明を,詳しい研究のないDNAのメイラ-ド反応(非酵素的DNAグリケ-ション反応)を,in vitro系において重点的に研究した。まず,DNAグリケ-ション反応を吸光度変化および蛍光物質生成を指標として解析した.反応にかかわるグルコ-ス以外の還元糖とDNA,タンパク質との反応性を糖自動酸化能との関連性から検討した。ケト-ス,アミノ糖はアルド-スよりも反応性が高かった。ケト-スの中でもケトペント-ス,リン酸エステルの反応性が高かった。糖尿病などによるグルコ-ス濃度上昇に伴いフルクト-スやアミノ糖濃度も上昇することが知られており,これらの糖が,特に生体内メイラ-ド反応においては,重要な役割を果たしている可能性がある。反応性は,糖の自動酸化で生成した・OHとデオキシリボ-スの反応によるTBA陽性物質生成量および・OHと安息香酸の反応によるサリチル酸生成量とも,一致していた。各種活性素捕捉剤の影響を検討したところ,DDC,Cuprizoneなど銅キ-レ-ト化合物や抗酸化剤添加によって,吸光度変化および蛍光物質生成は減少した。これらの結果から,DNAグリケ-ション反応過程において糖自動酸化と活性酸素の関与する過程のあることが明らかとなった。糖の自動酸化で生成すると思われる各種アルデヒドに高いDNA切断活性を認められ,グリケ-ションDNAからの二次生成物によるDNA損傷も可能性も示唆された。
内分泌かく乱物質による精子形成不全と協調するタンパク質DJ-1

1)DJ-1によるシグナル伝達機構-AKT経路DJ-1は増殖を促進するAKT経路の正の調節因子として知られているが、その分子機構は不明であった。我々は、DJ-1が、AKT経路の上流に位置するPI3キナーゼの負の調節因子PTENに直接結合し、PTEN活性を阻害することで、AKT経路を活性化することを見出した。酸化ストレスは与えると一過性にこの経路が活性化する。DJ-1の106番目のシステインは(C106)、このストレスにより-SOH,-SO_2H,-SO_3Hと酸化され、これに伴い、PTENへの結合が最初増強、やがて減少したことにより、C106の酸化程度に依存したDJ-1の増殖機構の一旦が明らかとなった。2)DJ-1によるシグナル伝達機構-ERK軽路DJ-1はERK経路に存在するc-Rafとも直接結合することが判明した。血清刺激などにより、この経路が活性化されるが、この場合もC106酸化レベルが重要な役割をしていた。上記のAKT,ERK経路とも、RASを基点に分岐した経路である。DJ-1はrasと協調的な癌遺伝子として我々により発見されたが、DJ-1は複数のras経路を活性化することで、その機能を果たしていることが明らかとなった。我々が癌遺伝子として単離したDJ-1は家族性パーキンソン病(PARK7)の原因遺伝子でもある。パーキンソン病は酸化ストレス、ミトコンドリアのcomplex1の機能阻害、異常タンパク質の凝集が原因と考えられているが詳細な分子機構は明らかでなかった。酸化ストレスの原因物質として、内分泌かく乱物質を含む神経毒が考えられており、DJ-1は種々の内分泌かく乱物質のターゲットと考えられる。内分泌かく乱物質とDJ-1との関連を鋭敏に観察できる系として、メダカが知られている。、そこで、まずメダカDJ-1の遺伝子を単離し、抗体作成を行つた。メダカDJ-1はヒトDJ-1と約70%のアミノ酸の類似性があった。また、DJ-1機能に重要なアミノ酸であるC106,K130などは完全に保存されていた。次に、内分泌かく乱物質であるビスフェノールA、ノニルフェノールを暴露したメダカ細胞におけるDJ-1の動態観察を行った。ビスフェノールA、ノニルフェノールはメダカ細胞に活性酸素産生を誘導し、それに伴ってメダカDJ-1の発現上昇、DJ-1の酸化型への変換が起こった。更に、DJ-1はビスフノールA、ノニルフェノール誘導細胞死を抑制した。このように、メダカDJ-1系は内分泌かく乱物質の作用機作の解析に有用な系であることが明らかとなった。
精神疾患の興奮性・抑制性神経機能－脳磁図研究

全頭型脳磁計を用いて統合失調症54名、双極性障害32名、うつ病22名、健常者62名のASSRを記録し、解析を行った。ASSRのピーク値、位相同期性としては、両側半球性に、健常対照者=うつ病>双極性障害=統合失調症という結果が得られた。クリック音刺激中のパワー値は、統合失調症>双極性障害>うつ病=健常対照者という結果であった。この結果からは、統合失調症では、興奮性・抑制性神経機能のバランスの障害が顕著で、双極性障害はその程度が軽いが統合失調症に近いパターンであり、うつ病は興奮性・抑制性神経機能のバランスの観点からは、健常者に近いと思われる。なお、本研究課題期間で平成30年度は、別のデータセットであるが、統合失調症では、位相同期カップリングの左右半球バランスが正常対照者とは異なるという研究も行い論文として報告した(Hirano S, et al. Biol Psychiatry: CNNI, 3: 69-76, 2018.)。また、初発統合失調症では、進行性に聴覚ガンマ帯域活動が減弱するが、ハイリスク群では進行を認めなかったという研究結果も論文として報告した(Oribe N, Schizophr Res, in press.)。本研究により、精神疾患の興奮性・抑制性神経機能のバランスの障害という観点からの、疾患の再分類の可能性や客観的診断の補助としてこの指標が役立つ可能性が示唆された。刺激は1ミリ秒のクリック音からなり、両側にそれぞれ20、30、40、80Hzの周波数で連続するクリック音として提示した。それぞれの連続クリックの持続は500ミリ秒で、クリックの音圧レベルは80dBとした。連続するクリック音の間隔は500ミリ秒とした。MEGデータは全頭型306チャネル脳磁計(Vectorview; ELEKTA Neuromag, Helsinki, Finland)を用いて取得した。データの解析は、最も強い反応を示す平面型グラディオメーターのうちの22チャネルを選び行った。ASSRのピーク値、位相同期性としては、両側半球性に、健常者=うつ病>双極性障害=統合失調症という傾向が得られた。クリック音刺激中の位相同期性は現在解析中である。更に、MNE解析、各自の頭部MRI画像を用いたソースベースでの解析を行う予定としている。なお、MNDA受容体機能と関連していると言われている聴覚ミスマッチ陰性電位の磁場成分であるMMNmも調べて論文として報告した(Hirakawa et. Al., J Affect Disord, 215: 225-229, 2017)。この論文では、うつ病患者は右半球のMMNm磁場強度が有意に減弱していたという結果であった。また、追加研究として、視覚的に提示された自己の名前に対する誘導神経振動の予備的研究も行った。このように様々な精神疾患に対して、多角的に精神疾患の興奮性・抑制性神経機能を調べていく予定である。統合失調症、双極性障害、うつ病、健常者のリクルートは現在も進行中であり、計画は順調である。更に、我々の研究室では、前述のMMNmや他の課題を用いた誘導神経振動の研究も行っている。このためおおむねに進展していると判断した。クリック音刺激中の位相同期性はなお現在解析中である。このように、今後も多角的に精神疾患の興奮性・抑制性神経機能を調べていく予定である。サンプル数は十分な数に達している(統合失調症52名、双極性障害32名、うつ病20名、健常者50名)。解析方法はほぼ確立しているが、まだ改善の余地がある。したがって、おおむね順調に進展していると考える。