hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シロアリにおける兵蟻特異的な器官の発生機構の解明

本研究は社会性昆虫におけるカースト特異的な形態形成の発生機構を明らかにすることを目指し,タカサゴシロアリの兵隊分化過程における(1)動物の形作りに関わるツールキット遺伝子や(2)ホルモンのシグナル伝達因子の機能解析を行う.材料のタカサゴシロアリの兵隊は,頭部にツノ(nasus)と外分泌腺(額腺)を発達させると同時に,退縮した大顎を保有する.ミツバチ,アリ,シロアリのカースト分化では,幼若ホルモン,エクダイソン,インスリンが重要な役割を担うが,ホルモンのシグナル伝達が特異的な形態形成に与える影響はよくわかっていなかった.前年度までに,タカサゴシロアリの兵隊分化においてこれらのホルモン受容体遺伝子の発現量解析を行い,ホルモンの部位特異的なシグナル伝達が器官発達や退縮に関与することが示唆されていた.本年度はそれらホルモンの受容体遺伝子のRNA干渉法による機能解析を行った.その結果,エクダイソンの受容体遺伝子のRNAiにより, nasus形成および大顎の退縮が抑制された.したがって,タカサゴシロアリの兵隊分化では,エクダイソンは器官の成長と退縮の両方を制御していることが示唆された.シロアリの兵隊分化は幼若ホルモン量の上昇が兵隊への発生運命の決定にはたらく.これまでエクダイソンが兵隊分化に関わることは,エクダイソン量測定により示唆されていた.本研究は,エクダイソンのシグナル伝達因子の機能解析によりエクダイソンが兵隊分化に関わることを示した.いくつかの遺伝子について機能解析を行い,重要な働きを果たす遺伝子は一つ特定することができた.その一つの遺伝子は兵隊の特異的形態形成に中心的な役割を担う可能性を示唆する結果が得られた.しかし,カースト特異的な形態改変には多数の遺伝子が関わることが予想されるため,さらなる解析が必要となる.現在までに,候補となる遺伝子を予想し,機能解析を行ってきた.兵隊特異的な形態形成には,多数の遺伝子が関わることが予想される.したがって,網羅的な遺伝子発現解析を行うことで,兵隊特異的な形態形成に関わる遺伝子群を特定することが有効な方法となると考えられる.本研究は,社会性昆虫におけるカースト特異的な形態形成の発生機構を明らかにすることを目指し,タカサゴシロアリの兵隊分化過程における(1)動物の形作りに関わるツールキット遺伝子や(2)ホルモンのシグナル伝達因子の役割を明らかにすることを主な目的としている.タカサゴシロアリの兵隊は頭部にツノと外分泌腺(額腺)を発達させると同時に,退縮した大顎を保有する.(1)ツールキット遺伝子の役割複数のツールキット遺伝子のホモログ配列を単離し,発現量解析や機能解析を行った.発現量解析の結果,Deformedが大顎を含む口器で高発現していた.機能解析の結果,Deformedが大顎の退縮には関与するが,ツノや額腺の形成には関与しないことが明らかとなった.このことはツールキット遺伝子が,改変する器官や部位の決定だけでなく,兵隊特異的な退縮にも関与することを示唆している.(2)ホルモンのシグナル伝達因子の役割カースト分化には,幼若ホルモン(JH),エクダイソン,インスリンが重要な役割を担う.そこで,各ホルモンの受容体遺伝子および主要なシグナル伝達因子のホモログを単離し,発現量解析や機能解析を行った.発現量解析の結果,各ホルモン関連遺伝子は,兵隊分化過程において部位によって発現パターンが異なっていた.各受容体遺伝子の予備的な機能解析の結果,JH受容体とエクダイソン受容体がツノの形成に関与するが,額腺の形成には関与しないことが示唆された.さらにエクダイソン受容体は大顎の退縮にも関与する可能性が示唆された.これらのことは,部位特異的なホルモン受容が,兵隊特異的な器官の発達や退縮に重要であることを示唆している.本研究は社会性昆虫におけるカースト特異的な形態形成の発生機構を明らかにすることを目指し,タカサゴシロアリの兵隊分化過程における(1)動物の形作りに関わるツールキット遺伝子や(2)ホルモンのシグナル伝達因子の機能解析を行う.材料のタカサゴシロアリの兵隊は,頭部にツノ(nasus)と外分泌腺(額腺)を発達させると同時に,退縮した大顎を保有する.ミツバチ,アリ,シロアリのカースト分化では,幼若ホルモン,エクダイソン,インスリンが重要な役割を担うが,ホルモンのシグナル伝達が特異的な形態形成に与える影響はよくわかっていなかった.前年度までに,タカサゴシロアリの兵隊分化においてこれらのホルモン受容体遺伝子の発現量解析を行い,ホルモンの部位特異的なシグナル伝達が器官発達や退縮に関与することが示唆されていた.本年度はそれらホルモンの受容体遺伝子のRNA干渉法による機能解析を行った.その結果,エクダイソンの受容体遺伝子のRNAiにより, nasus形成および大顎の退縮が抑制された.したがって,タカサゴシロアリの兵隊分化では,エクダイソンは器官の成長と退縮の両方を制御していることが示唆された.シロアリの兵隊分化は幼若ホルモン量の上昇が兵隊への発生運命の決定にはたらく.これまでエクダイソンが兵隊分化に関わることは,エクダイソン量測定により示唆されていた.本研究は,エクダイソンのシグナル伝達因子の機能解析によりエクダイソンが兵隊分化に関わることを示した.カースト特異的な形態改変をもたらすツールキット遺伝子を特定することができた.また,いくつかのホルモンについて,部位特異的なホルモン受容が,カーストの特異的な器官の発達や退縮において重要な役割を担うことを示唆する結果が得られた.

いくつかの遺伝子について機能解析を行い,重要な働きを果たす遺伝子は一つ特定することができた.その一つの遺伝子は兵隊の特異的形態形成に中心的な役割を担う可能性を示唆する結果が得られた.しかし,カースト特異的な形態改変には多数の遺伝子が関わることが予想されるため,さらなる解析が必要となる.ツールキット遺伝子とホルモンのシグナル伝達因子との関係を明らかにし,各因子の作用機序を明確にする.カースト分化は,環境要因の影響を大きく受けるため,環境要因がツールキット遺伝子やホルモンのシグナル伝達因子に与える影響を明らかにする.シロアリの兵蟻の形態は,種によって多様であり,シロアリの社会と兵隊の形態には関係性があることが知られる.他種の兵蟻分化におけるツールキット遺伝子やホルモンのシグナル伝達因子の発現・機能解析を行うことで,兵蟻の進化発生機構の解明を試みる.現在までに,候補となる遺伝子を予想し,機能解析を行ってきた.兵隊特異的な形態形成には,多数の遺伝子が関わることが予想される.したがって,網羅的な遺伝子発現解析を行うことで,兵隊特異的な形態形成に関わる遺伝子群を特定することが有効な方法となると考えられる.
生殖・産科異常におけるリラキシンと免疫異常の関連解明

妊娠初期絨毛外トロホブラスト(EVT)、子宮筋での役割を検討した。EVTと子宮筋においてリラキシン受容体が発現していることを免疫染色で確認した。リラキシンは子宮筋細胞の増殖能には影響を及ぼさなかった。リラキシンはEVTで、caspase-3やcleaved-PARP発現を低下させ、Bcl2発現を増加させてアポトーシスを抑制した。さらにリラキシンは、MMP-2,-3,-9 mRNA発現を促進しTIMP-1 mRNA発現を抑制することによって、EVTの浸潤に関与することが示された。本研究により、リラキシンは妊娠初期の胎盤形成に役割をしていることが示唆された。本研究では、生殖・産科異常におけるリラキシンと免疫異常の関連を解明することを目的とした。平成24年度は、ヒトリコンビナントリラキシン(rH2)を用いて、ヒト培養子宮筋および子宮筋腫細胞における増殖能とアポトーシスに及ぼす影響を解析した。リラキシンが選択的にヒト培養子宮筋腫細胞においてcaspase-3発現を低下させることでアポトーシスを抑制し、PCNA発現を増加させることで細胞増殖を促進することを明らかにした。我々の研究結果により、リラキシンは子宮筋腫細胞に細胞特異的に作用することで、妊娠初期の子宮筋腫増大に関与することが示唆された(Fertil Steril 97:734-741,2012)。次に、絨毛外栄養膜細胞のモデルとしてヒトトロホブラスト由来HTR-8/SV neo細胞株を用いて、リラキシンのアポトーシスに及ぼす影響を解析した。HTR-8/SV neo細胞にリラキシンレセプターであるRXFP1、RXFP2の発現があることをRT-PCRで確認した。rH2の添加によって、TUNEL法でアポトーシス細胞の減少を認め、ウエスタンブロット法でcaspase-3とcleaved PARP発現の低下を認めた。一方、Bcl-2発現は上昇した。したがって、リラキシンは絨毛外栄養膜細胞に対してアポトーシス抑制作用があることが明らかとなった。妊娠中のリラキシン血中濃度は妊娠初期に最高値をとり、以後は不変である。リラキシンには妊娠初期の胎盤形成に重要な生理学的役割があると考えられる(論文投稿中)。ヒトリコンビナントリラキシン(rH2)を用いて、ヒト培養子宮筋および子宮筋腫細胞における増殖能とアポトーシスに及ぼす影響を解析した。リラキシンは子宮筋腫細胞に細胞特異的に作用することで、妊娠初期の子宮筋腫増大に関与することが示唆された(Fertil Steril 97:734-741,2012)。絨毛外栄養膜細胞のモデルとしてヒトトロホブラスト由来HTR-8/SV neo細胞株を用いて、リラキシンのアポトーシスに及ぼす影響を解析した。リラキシンには妊娠初期の胎盤形成に重要な生理学的役割があると考えられる(Gynecol Endocrinol 29:1051-1054, 2013)。平成23年度は、ヒトリコンビナントリラキシン(rH2)を用いて、ヒト培養子宮筋および子宮筋腫細胞における増殖能とアポトーシスに及ぼす影響を解析した。4049歳までの9症例(増殖期3例、分泌期6例)について、ヒト培養子宮筋および子宮筋腫細胞を作成し、rH2を添加した。培養細胞におけるLGR7の発現を、免疫染色を用いて確認した。細胞増殖能に及ぼす影響は、MTS法や、PCNAの発現を免疫染色することで解析した。アポトーシスに及ぼす影響は、TUNEL法や、ウエスタンブロット法を用いてcaspase-3の発現を解析した。

その結果、MTS法では、ヒト培養子宮筋腫細胞において有意に生細胞数の増加を認めた。PCNA発現は、ヒト培養子宮筋腫細胞において有意に増加を認めた。TUNEL法では、ヒト培養子宮筋腫細胞において有意なアポトーシス細胞の減少を認めた。ウエスタンブロット法では、ヒト培養子宮筋腫細胞において有意なcaspase-3発現の低下を認めた。ヒト培養子宮筋細胞では、いずれも有意差を認めなかった。我々は初めて、リラキシンが選択的にヒト培養子宮筋腫細胞においてcaspase-3発現を低下させることでアポトーシスを抑制し、PCNA発現を増加させることで細胞増殖を促進することを明らかにした。子宮筋腫の容量は妊娠初期に増大し、以後はほぼ不変であるという報告がある。妊娠中のリラキシン血中濃度は、妊娠初期に最高値をとり、以後は不変である。我々の研究結果により、リラキシンは子宮筋腫細胞に細胞特異的に作用することで、妊娠初期の子宮筋腫増大に関与することが示唆された(Fertil Steril 97:734-741,2012)。現在までの成果として、ヒト培養子宮筋、子宮筋腫細胞およびヒト絨毛外栄養膜細胞におけるリラキシン受容体の発現を確認し、リラキシンはヒト培養子宮筋腫細胞やヒト絨毛外栄養膜細胞においてcaspase-3発現を低下させることでアポトーシスを抑制することを明らかにした。子宮筋腫、胎盤形成におけるリラキシンの役割については、十分な成果を上げることが出来た。しかし、当初予定していた、「リラキシン-リラキシン受容体/免疫細胞の相互機構」、「プロゲステロン、hCGによる培養子宮内膜間質細胞でのリラキシン・リラキシン受容体(LGR7)発現に及ぼす影響」、「サイトカインやプロスタグランジン産生への影響」の解析については、成果は十分ではない。当初の予定では、解析検体を収集した後にリラキシン・リラキシン受容体(LGR7)発現の検討、プロゲステロンやhCGによる培養細胞における発現影響の検討、リラキシンのアポトーシスに及ぼす影響解析などを研究目標とした。現在までの成果としては、ヒト培養子宮筋および子宮筋腫細胞におけるリラキシン受容体の発現を確認し、リラキシンは選択的にヒト培養子宮筋腫細胞においてcaspase-3発現を低下させることでアポトーシスを抑制することを明らかにした。したがって、子宮内膜組織、子宮内膜間質細胞、絨毛外トロホブラストを用いた研究の進捗は著しいとはいえないが、子宮筋と子宮筋腫におけるリラキシンの役割について、十分な成果を上げることが出来た。以下の項目の検討を進める。1)プロゲステロン、hCGによる培養子宮内膜間質細胞でのリラキシン・リラキシン受容体(LGR7)発現に及ぼす影響の解析を行う(牧原、中林)。様々な濃度のプロゲステロンを培養子宮内膜間質細胞に添加し影響を検討する。RNAより作成したcDNAを増幅し定量解析する。抽出した蛋白は、ウェスタンブロット法で解析する。2)リラキシンのアポトーシスに及ぼす影響の解析(牧原、中林)。子宮内膜上皮細胞と間質細胞の無血清培養系にヒトリラキシンを添加し、viable cell numberをMTS法で経時的に調べる。3)サイトカインやプロスタグランジン産生への影響を検討(牧原、中林)。
スピン三重項超伝導体の多重相図の解明

Sr_2RuO_4は内部自由度を持つスピン三重項2次元超伝導体であると考えられているが,磁場を[001]に垂直に印加した場合,低温領域において上部臨界磁場が抑制される現象が観測されており,完全にはスピン三重項超伝導では説明できない.また,磁場を[001]軸に印加した場合に予想される,dベクトルのフリップにともなう相転移もまだ観測されていない.これまで我々はSr_2RuO_4単結晶の極低温静磁化測定を行い,(i)ある磁場(120Oe)以下ではヒステリシス磁化の振る舞いが磁場勾配によって大きく異な現象を発見し,この異常がdベクトルのフリップに起因する可能性を報告してきた.本年度は,磁場を[001]方向に印加した場合に弱磁場領域で起こる磁化の異常がdベクトルのフリップによるものかどうかを磁化以外の観点から検証するために以下の熱磁気量効果測定を行った.すなわち,超伝導試料に掃引速度を下げて磁場を加え,試料の発熱にともなう試料温度の磁場依存性を測定し,磁化測定結果と比較した.測定は増磁過程・減磁過程ともに行った.熱磁気量効果は,増磁過程においては,磁化の異常が起こる上限磁場(約120Oe)において発散的な振る舞いを示し,磁化の異常とよい一致を見た.しかし,減磁過程においては,その磁場では異常が見られず,磁場を反転したあとの同じ大きさの磁場(逆向き約100Oe)にならなければ発散的な振る舞いを見せず,磁化の結果と食い違う結果が得られた.この理由として,本熱磁気量効果測定では磁場勾配を加えていないため磁化測定結果と異なる結果が得られた可能性が考えられる.Sr_2RuO_4は内部自由度を持つスピン三重項二次元超伝導体であると考えられているが,磁場をc軸に垂直に印加した場合,低温領域において超伝導二段転移や上部臨界磁場が抑制される現象が観測され,一見スピン三重項超伝導と矛盾する結果が得られている.また,磁場をc軸に印加した場合に予想される, dベクトルのフリップにともなう相転移が観測されていない. Sr_2RuO_4の超伝導対称性を完全に決定するには,その多重超伝導相図を明らかにする必要がある.これまで我々はSr_2RuO_4単結晶の極低温静磁化測定を行い, (i)[001]方向に磁場Hを印加した場合,ゼロ磁場近傍で多段の微小フラックスジャンプが起こること,また,ある磁場(120 Oe)以下ではヒステリシス磁化の振る舞いが磁場勾配によって大きく異なること, (ii)[100]方向に磁場Hを印加した場合9 kOeに磁化の異常があり,新たな超伝導相が存在する可能性があることを報告してきた.本研究では,磁化,磁歪,磁気熱量効果等を詳細に調べ,超伝導多重相を確定することを目的とする.本年度は詳細な弱磁場磁化および熱磁気量効果測定(H//c)を行ない,以下のような結果を得た.(1)多段の微小フラックスジャンプは,ヒステリシスが磁場勾配に大きく依存する磁場領域(<120 Oe)でのみ観測される.(2)熱磁気量効果測定から,磁場の掃印とともに試料の温度が急上昇し, 120 Oeでピークをとることがわかった.我々はこれらの現象は,微小ドメイン単位でdベクトルのフリップが120 Oe近傍で起こるために,発熱や超伝導不安定性による磁束のピニング力の減少によるものではないかと考えている.Sr_2RuO_4は内部自由度を持つスピン三重項2次元超伝導体であると考えられているが,磁場を[001]に垂直に印加した場合,低温領域において上部臨界磁場が抑制される現象が観測されており,完全にはスピン三重項超伝導では説明できない.また,磁場を[001]軸に印加した場合に予想される,dベクトルのフリップにともなう相転移もまだ観測されていない.これまで我々はSr_2RuO_4単結晶の極低温静磁化測定を行い,(i)ある磁場(120Oe)以下ではヒステリシス磁化の振る舞いが磁場勾配によって大きく異な現象を発見し,この異常がdベクトルのフリップに起因する可能性を報告してきた.本年度は,磁場を[001]方向に印加した場合に弱磁場領域で起こる磁化の異常がdベクトルのフリップによるものかどうかを磁化以外の観点から検証するために以下の熱磁気量効果測定を行った.すなわち,超伝導試料に掃引速度を下げて磁場を加え,試料の発熱にともなう試料温度の磁場依存性を測定し,磁化測定結果と比較した.測定は増磁過程・減磁過程ともに行った.熱磁気量効果は,増磁過程においては,磁化の異常が起こる上限磁場(約120Oe)において発散的な振る舞いを示し,磁化の異常とよい一致を見た.しかし,減磁過程においては,その磁場では異常が見られず,磁場を反転したあとの同じ大きさの磁場(逆向き約100Oe)にならなければ発散的な振る舞いを見せず,磁化の結果と食い違う結果が得られた.この理由として,本熱磁気量効果測定では磁場勾配を加えていないため磁化測定結果と異なる結果が得られた可能性が考えられる.
表面微細構造の幾何学的制御による光機能の発現

本研究は,「物体表面に光の波長程度の微細構造を設けることで,機能的なふく射(光)性質をもつ表面を創成する」そのための基礎を確立することを目的としている.研究初年度にあたる平成13年度には,微細構造を有する表面の光性質を予測するための数値解析手法を開発した.この解析コードは,Maxwell方程式を有限要素法により解くもので,多様な微細構造をもつ表面を扱える汎用性の高いものである.この年度では,これを利用して2次元微細構造を表面にもつ構造体のふく射性質を解析した.この成果は,「モルフォ蝶鱗粉のふく射性質に関する数値解析」と題して「Thermal Science and Engineering」に公開されている.研究最終年度にあたる平成14年度には,開発した数値解析コードを用いて,特定の光機能を有する表面の微細構造を予測した.当初,本研究ではこの予測された構造を実際に製作し,その表面の光機能を評価する予定であったが,現在の微細加工技術では予測された微細構造を製作するには至らなかった.そこで,本研究では鱗粉表面の微細構造により金属的に青く輝くといわれるモルフォ蝶を対象に,本数値解析による光機能予測手法の妥当性を検討した.この年度には,この検討に利用する2方向反射率計測装置を制作した.この装置は、本研究費により購入した,Arイオンレーザーとこれまでに研究者の保有してたHe-Neレーザーの二つの光源を備えており,可視光領域内の4波長で,表面の反射性質を計測できるものである.この装置により,解析結果と比較しえるモルフォ蝶翅表面の詳細な反射性質を明らかにすることができた.現在,この翅表面の光性質を数値解析的に予測するために,鱗粉表面の詳細な構造を調べている.本研究は,「物体表面に光の波長程度の微細構造を設けることで,機能的なふく射(光)性質をもつ表面を創成する」そのための基礎を確立することを目的としている.研究初年度にあたる平成13年度には,微細構造を有する表面の光性質を予測するための数値解析手法を開発した.この解析コードは,Maxwell方程式を有限要素法により解くもので,多様な微細構造をもつ表面を扱える汎用性の高いものである.この年度では,これを利用して2次元微細構造を表面にもつ構造体のふく射性質を解析した.この成果は,「モルフォ蝶鱗粉のふく射性質に関する数値解析」と題して「Thermal Science and Engineering」に公開されている.研究最終年度にあたる平成14年度には,開発した数値解析コードを用いて,特定の光機能を有する表面の微細構造を予測した.当初,本研究ではこの予測された構造を実際に製作し,その表面の光機能を評価する予定であったが,現在の微細加工技術では予測された微細構造を製作するには至らなかった.そこで,本研究では鱗粉表面の微細構造により金属的に青く輝くといわれるモルフォ蝶を対象に,本数値解析による光機能予測手法の妥当性を検討した.この年度には,この検討に利用する2方向反射率計測装置を制作した.この装置は、本研究費により購入した,Arイオンレーザーとこれまでに研究者の保有してたHe-Neレーザーの二つの光源を備えており,可視光領域内の4波長で,表面の反射性質を計測できるものである.この装置により,解析結果と比較しえるモルフォ蝶翅表面の詳細な反射性質を明らかにすることができた.現在,この翅表面の光性質を数値解析的に予測するために,鱗粉表面の詳細な構造を調べている.高付加価値繊維,波長選択放射体,女性用化粧品などの開発分野では,物体表面に微細構造を設けることで,機能的な光性質を発現させようとする試みがはじまりつつある.しかしながら,現在のところ,目的に合致した表面を設計することはおろか,微細構造と光機能の関係すら明らかになっていない.本研究は,「物体表面に光の波長程度の微細構造を設けることで,機能的なふく射(光)性質をもつ表面を創成する」そのための基礎を確立することを目的としている.研究初年度にあたる本年度では,微細構造を有する表面のふく射性質を予測するための数値解析手法を開発した.この解析コードは,Maxwell方程式を有限要素法により解くもので,さまざまな表面の微細構造を扱える汎用性の高いものである.本年度,これを利用して微細構造を表面にもつ2次元構造体のふく射性質を解析することとができた.この結果は,近々,「モルフォ蝶鱗粉のふく射性質に関する数値解析」と題して「Thermal Science and Engineeing」に公開される予定である.また,本研究では,実際に光機能を有すると予測される表面を作成し,それを実験的に評価すること予定している.本年度では,この評価に利用する実験装置,2方向反射率計測装置を制作している.この装置は,本研究費により購入した,Arイオンレーザーとこれまでに研究者の保有してたHe-Neレーザーの二つの光源を備えており,可視光領域内の5波長で,表面の反射性質を計測できるものである.現在,計測装置はほぼ完成し,現在,その機能確認を行っている.以上に述べてきたように,最終年度にあたる次年度にむけて,研究は当初の計画通り進んでいる.本研究は,「物体表面に光の波長程度の微細構造を設けることで,機能的なふく射(光)性質をもつ表面を創成する」そのための基礎を確立することを目的としている.研究初年度にあたる平成13年度には,微細構造を有する表面の光性質を予測するための数値解析手法を開発した.

この解析コードは,Maxwell方程式を有限要素法により解くもので,多様な微細構造をもつ表面を扱える汎用性の高いものである.この年度では,これを利用して2次元微細構造を表面にもつ構造体のふく射性質を解析した.この成果は,「モルフォ蝶鱗粉のふく射性質に関する数値解析」と題して「Thermal Science and Engineering」に公開されている.研究最終年度にあたる平成14年度には,開発した数値解析コードを用いて,特定の光機能を有する表面の微細構造を予測した.当初,本研究ではこの予測された構造を実際に製作し,その表面の光機能を評価する予定であったが,現在の微細加工技術では予測された微細構造を製作するには至らなかった.そこで,本研究では鱗粉表面の微細構造により金属的に青く輝くといわれるモルフォ蝶を対象に,本数値解析による光機能予測手法の妥当性を検討した.この年度には,この検討に利用する2方向反射率計測装置を制作した.この装置は,本研究費により購入した,Arイオンレーザーとこれまでに研究者の保有してたHe-Neレーザーの二つの光源を備えており,可視光領域内の4波長で,表面の反射性質を計測できるものである.この装置により,解析結果と比較しえるモルフォ蝶翅表面の詳細な反射性質を明らかにすることができた.現在,この翅表面の光性質を数値解析的に予測するために,鱗粉表面の詳細な構造を調べている.
スパコン等の並列計算環境を用いた野球選手の評価手法に関する研究

本研究ではマルコフ連鎖モデルを野球の試合に適用し,選手ごとにその成績から定義される状態遷移行列を用いて得点の確率分布を求め,その結果から試合に勝つ確率を求めて選手を評価する手法を提案した.従来手法では打撃成績のみを用いて計算を行っていたが,本研究では守備成績の失策数をモデルに組み込み,より実際の野球に即した計算を行った.その結果,失策の多い野手が少ない野手に比べて1シーズンで2勝分程度の損失を守備成績によって与えていることが示された.またモデルに守備成績を加えたことで増加した計算量に対応するため並列計算環境を利用し,約2億1千万の打順から1時間22分程度で最適な打順を選ぶことが可能となった.平成25年度は昨年度に引き続き野球選手の勝率に対する貢献度を測るために野球における様々なプレーをモデル化し,選手の各種成績をそのモデルに当てはめてどの程度その成績が勝つ確率に影響しているかを定量的に評価した.具体的には,野球の試合中にとり得る状態(無死一塁や一死二塁,二死満塁など)を定義した上で打撃成績,走塁成績,相手の守備成績を考慮に入れて状態間の遷移行列を選手ごとに定義し,マルコフ連鎖を用いて1イニングに挙げる得点の期待値,9イニングに挙げる得点の期待値(延長戦に対応するために1012イニングまで計算する),与えられた2チームの得点の期待値から得られる両チームの勝つ確率を計算する.ここでいう「勝つ確率」とは一般的に「勝率」とよばれる勝利数を勝利数と敗戦数の和で割った値ではなく,上記計算を行って得られる得点の確率分布から得られる「試合終了時に相手の得点を上回る確率」を指している.この勝つ確率が,ある選手の打撃成績を一定の値だけ向上させた場合にどの程度向上されるかを計算することで,その選手の勝利に対する貢献度を測ることが可能となる.平成24年度までは対戦する2チームの試合開始時における打順から勝つ確率を計算し,その値を基にした打順の最適化や,守備成績がその値に及ぼす影響の評価等を行った.平成25年度は試合中の各選手による打撃,走塁,守備の各結果が勝つ確率をどの程度上昇あるいは低下させたかを計算するモデルの構築を行った.このモデルによる計算を行うことで,例えばある打撃結果(イニングの先頭打者による安打等)が勝つ確率に与える影響について,試合の序盤と終盤でどの程度の差が生じるかといった定量的評価が可能となり,試合開始時に出場していた選手以外の途中出場の選手についても評価が可能となる.本研究ではマルコフ連鎖モデルを野球の試合に適用し,選手ごとにその成績から定義される状態遷移行列を用いて得点の確率分布を求め,その結果から試合に勝つ確率を求めて選手を評価する手法を提案した.従来手法では打撃成績のみを用いて計算を行っていたが,本研究では守備成績の失策数をモデルに組み込み,より実際の野球に即した計算を行った.その結果,失策の多い野手が少ない野手に比べて1シーズンで2勝分程度の損失を守備成績によって与えていることが示された.またモデルに守備成績を加えたことで増加した計算量に対応するため並列計算環境を利用し,約2億1千万の打順から1時間22分程度で最適な打順を選ぶことが可能となった.平成24年度は野球選手の勝率に対する貢献度を測るために野球における様々なプレーをモデル化し,選手の各種成績をそのモデルに当てはめてどの程度その成績が勝率に影響しているかを定量的に評価した.具体的には,野球の試合中にとり得る状態(無死一塁や一死二塁,二死満塁など)を定義した上で打撃成績,走塁成績,相手の守備成績を考慮に入れて状態間の遷移行列を選手ごとに定義し,マルコフ連鎖を用いて1イニングに挙げる得点の期待値,9イニングに挙げる得点の期待値(延長戦に対応するために1012イニングまで計算する),与えられた2チームの得点の期待値から得られる両チームの勝率を計算する.ここでいう勝率は一般的に使用されている勝利数と敗戦数から得られる値ではなく,上記計算を行って得られる得点の確率分布から得られる「試合終了時に相手の得点を上回る確率」を指している.この勝率が,ある選手の打撃成績を一定の値だけ向上させた場合にどの程度向上されるかを計算することで,その選手の勝利に対する貢献度を測ることが可能となる.今年度は先行研究で計算に使用されている一般的な打撃成績(凡打,安打,本塁打など)をより細分化し,例えば凡打ならば三振や二塁ゴロ,センターフライ,安打ならば内野安打,レフトへの二塁打等のように打球を処理した野手まで区別した打撃成績を利用し,かつ相手守備選手の成績(通常捕球あるいは失策,それぞれの場合における相手走者の進塁状況)を計算に組み込み,選手の貢献度を評価した.その結果,シーズン最多失策を記録した三塁手は,別の守備能力の高い三塁手に比べてシーズンの勝利数換算で2試合分勝率を下げていることが示された.このように守備成績が勝率に与える影響を測ることが本年度の研究により可能となった.平成26年度は野球選手の勝つ確率(定義については下記※)に対する貢献度を測るために行ったモデル化の定式化を行った.

具体的には,例えば一死一塁において打者が二塁ゴロを放った場合について,過去数年分の記録(日本のプロ野球における全記録)から40%が二死一塁に遷移,30%が二死二塁,29%が併殺により三死(攻撃終了),1%が二塁手のエラーによりアウトカウントが増えない状況(一死一二塁など)に遷移したとすると,各遷移後の状況から計算により得られる勝つ確率を40%等の各遷移確率で重み付け平均した値が「日本のプロ野球における平均的な一死一塁で二塁ゴロを打者が放った後の勝つ確率」となる.この値と打者が二塁ゴロを放つ前の一死一塁における勝つ確率との差分を取れば二塁ゴロによる守備側の勝つ確率の平均的な利得(攻撃側は損失)となり,これを投手の勝つ確率に対する貢献度とする(実際にどの状況に遷移したかは問わない).ゴロを処理した二塁手は一塁走者を二塁で封殺,または打者走者を一塁で封殺するというプレーのいずれかを選択することになり,前述の勝つ確率を重み付け平均する方法を用いて同様に「走者が一塁にいる状況で二塁手がゴロを処理した後の平均的な勝つ確率」と「同状況で二塁手が実際に選択したプレー後の状況から計算で得られる勝つ確率」との差分が二塁手の勝つ確率に対する貢献度(二塁手がエラーした場合はマイナス)とする.以下同様にして他の野手の貢献度も算出できる.以上のような勝つ確率に対する貢献度を測る方法の提案を行った.※野球の試合中にとり得る状態(無死一塁や一死二塁,二死満塁など)を定義した上で打撃成績,走塁成績,相手の守備成績を考慮に入れて状態間の遷移行列を選手ごとに定義し,マルコフ連鎖を用いて9イニングに挙げる得点の確率分布を計算し,それに基づきチームの勝つ確率を計算する.情報工学本研究課題では二つの並列計算環境(GPUクラスタ,スーパーコンピュータ)上に提案したモデルに基づく計算を行うプログラムを実装することを目標としているが,平成24年度は本科研費で調達・設置したGPUクラスタに関してはプログラム開発環境の整備や基本的な演算の実行テストにとどめ,スーパーコンピュータ(東京大学情報基盤センターに設置されたFX10スーパーコンピュータシステム,以下,FX10システム)のアカウントを取得して主に同システム上で数値実験を行った.FX10システムでは並列計算環境として一般的に用いられているMPI(計算ノード間の並列化に利用されるインタフェース)とOpenMP(計算ノード内の並列化に利用されるインタフェース)が用意されているが,本研究課題で利用するプログラムはPOSIX Threadsとよばれるインタフェースを利用してより計算ノード内の並列化効率を高めることを目指し,その実装を行った.並列処理特有の排他制御(あるプログラムが利用しているデータを他のプログラムが利用しないようにする等)を本実装においても適切に行う必要がありその部分の作成に時間を要したが,インタフェースを適切に配置して動作させることにより希望する並列処理が可能となった.その結果,上記概要に記した守備成績が勝つ確率に与える影響の評価や,平成25年3月に開催された野球の国際大会(WBC)における日本代表の最適な打順をFX10システムの計算ノード96台を利用して約2億1千万通りの打順から選ぶことが可能となった.
外傷診療の質の向上－ヘルスサービスリサーチによる革新的アプローチ

外傷は若年の主な死因であり予後も悪い。にも関わらず、未だ外傷の予後を劇的に改善させる医療手段は見つかっていない。申請者はこれまでの自らの研究から新規の医療手段だけでなく、既存の医療サービスが患者の予後の改善に度寄与すること証明してきた。つまり、外傷の予後が大きく改善していない理由として医療が本当に必要な時に必要な方法で必要としている人に確かにサービスとして常に届けられていない可能性を考えた。申請者は外傷患者に対する既存のサービスを曝露因子とし、予後(アウトカム)の違いを明らかにすることによって、外傷診療の質の向上を目指すことを目的とした。Japan Trauma Data Bankのデータを用いて、外傷のヘルスサービスリサーチを行なった。Retrospective cohort studyである。まず、10年の外傷の治療や予後の経過を記述した。また、これまで情報が少なかった小児外傷についても記述疫学で報告した。プレホスピタルの分野ではドクターヘリの有効性の評価だけでなく、ドクターカーの限界を示した。検査では外傷診療でトレンドである全身CTの使用法に疑問を呈した。蘇生治療分野では近年導入が著しい大動脈内バルーン遮断(Resuscitative Endovascular Balloon Occlusion of the Aorta: REBOA)の有効性を証明し、著名な国際学会で優秀賞を受賞した。また、古典的な蘇生法の一つである気管切開の限界点やカテコラミン使用の問題点も報告した。これらは全て救急・集中治療分野の主要雑誌を中心とした雑誌に論文として発表した。検討した項目は全て現在、外傷診療で当たり前に行われていることである。当たり前の診療をもう一度見直し、診療の質の改善に繋がることができる研究となった。しかし、未だ予後を劇的に改善させるものは見つかっていない。申請者らの過去の研究では医療サービスが外傷患者の予後の改善にある程度寄与することが分かっている。つまり、外傷の予後が大きく改善していない理由として医療が本当に必要な時に必要な方法で必要としている人に確かにサービスとして常に届けられていない可能性がある。申請者は施設スタッフの種類と数などの構造、実際に行われた診療の国際標準化や提供時間などのプロセスを曝露因子とし、外傷患者へのサービスの違いによる予後(アウトカム)の違いを明らかにし、外傷診療の質の向上を目指すことを目的とした。初年度はデータ取得とともに既存のJapan Trauma Data Bankのデータを用いて、外傷のヘルスサービスリサーチを行なった。概略を示す。研究の目的は心停止を起こし得るような重症体幹外傷患者の蘇生処置として、腹部大動脈瘤破裂などの他の分野で出血性ショックに対してすでに有効とされている大動脈内バルーン遮断(REBOA)が古くから用いられている開胸大動脈クランプ術(ACC)の代替となり得るかを2004年2013年のデータを用いて、後方視的に検討した。対象はREBOAまたはACCにより蘇生処置を受けた903例とした。REBOA群は636例、ACC群は267例だった。院内死亡率は、ACC群90%に対してREBOA群は67%と有意に低かった。それは解剖学的重症度、外傷予測生存率で調整後も同様の傾向を示した。傾向スコアを用いても同様の結果であった。体幹の重症外傷にはREBOAが有効な手段の一つであることが示された。本研究はアメリカ心臓協会)よりBest Oral Abstract Awardsに選ばれた。また、同年中にCritical Careに発表した。また、申請者は他のデータを用いて、同様の外傷のヘルスサービスリサーチを行い、すでに国際学会で優秀賞を受賞し、同分野のトップジャーナルの一つに論文発表行った。本年度も同様にJapan Trauma Data Bankのデータを用いて、外傷性ショックにおけるカテコラミン利用が外傷患者に与える影響を解析した。本研究は群馬大学と共同で行い、American Heart Association学会で若手優秀賞を受賞した。現在、論文執筆中である。また、同データベースより、10年の外傷の経過を解析し、特徴をとらえた。外傷患者の予後は経年的に改善して来ているが、平均年齢が10年で47歳から64歳へと高齢して来ている驚きの結果であった。本研究はBMJ Openから出版された。また、外傷患者でも重症化の一つであるARDSについても、欧州集中治療医学会と共同研究を行なっている。現在、論文改定中であり、次年度には出版可能だと考えている。

申請者はこれまでの自らの研究から新規の医療手段だけでなく、既存の医療サービスが患者の予後の改善に度寄与すること証明してきた。つまり、外傷の予後が大きく改善していない理由として医療が本当に必要な時に必要な方法で必要としている人に確かにサービスとして常に届けられていない可能性を考えた。申請者は外傷患者に対する既存のサービスを曝露因子とし、予後(アウトカム)の違いを明らかにすることによって、外傷診療の質の向上を目指すことを目的とした。Japan Trauma Data Bankのデータを用いて、外傷のヘルスサービスリサーチを行なった。Retrospective cohort studyである。まず、10年の外傷の治療や予後の経過を記述した。また、これまで情報が少なかった小児外傷についても記述疫学で報告した。プレホスピタルの分野ではドクターヘリの有効性の評価だけでなく、ドクターカーの限界を示した。検査では外傷診療でトレンドである全身CTの使用法に疑問を呈した。蘇生治療分野では近年導入が著しい大動脈内バルーン遮断(Resuscitative Endovascular Balloon Occlusion of the Aorta: REBOA)の有効性を証明し、著名な国際学会で優秀賞を受賞した。また、古典的な蘇生法の一つである気管切開の限界点やカテコラミン使用の問題点も報告した。これらは全て救急・集中治療分野の主要雑誌を中心とした雑誌に論文として発表した。検討した項目は全て現在、外傷診療で当たり前に行われていることである。当たり前の診療をもう一度見直し、診療の質の改善に繋がることができる研究となった。今後は2年かけて主にデータの整理と解析を行い、国内、国際学会で発表後、論文化する。それらが査読により学術的評価を得た後、救急診療でのガイドライン化を目指す。国民には分かりやすい形に改変し、ホームページ等で公開する。また、得られた結果を欧米のように各施設へフィードバックし、各施設の診療の質の向上にも役立てる。データの整理はほぼ終了しているため、今後は解析を行い、国内、国際学会で発表後、論文化する。ビックデータ整理を年度をまたいで行なっているため、まだ、整理が終わっていない部分で未使用額が生じた。(理由)整理、解析は順調に進んでいるが、発表、報告、投稿をまだ残しているため。(使用計画)ビックデータ整理のための人件費、ソフトウェア代、発表のための旅費、投稿料に用いる予定である。ビックデータ整理のための人件費、ソフトウェア代に用いる予定である。
障害者の地域における自立生活のための居住環境に関する研究

障害者の地域における自立生活の必要な要件としての居住環境の役割を明らかにするため、平成16年度においては、以下の研究を実施した。1.障害者の居住環境課題に関する調査(質的調査)本調査は、主に神奈川県内に居住する障害者を対象に、居住環境の状況等について聞き取り調査(質的調査)を行った。個別的な聞き取り調査を行うことにより、量的調査では把握することのできない、居住状況、居住ニーズ、福祉サービスと居住環境整備の連携の必要性等を詳細に知ることができた。とくに、障害者自身による地域での自立生活への意向の強さは、新たな制度創設への寄与や他の障害者の地域における自立生活への先例となること等が明らかになった。2.障害者の居住環境課題に対する社会福祉実践(ソーシャルワーク)のあり方本研究の各種調査を踏まえ、障害者の地域における自立生活の実現に向けたソーシャルワークの貢献について、考察した。現状のところ、障害者の自立支援において、居住への支援はソーシャルワークの中心的な課題とはなっていない。今後、障害者の居住の安定確保への支援は、他の保健福祉サービスの効果を十全に発揮させるために欠かすことができないことを論じた。3.研究報告書の作成2ヵ年にわたる研究の成果として、障害者の地域における自立生活のための居住環境の課題を明らかにし、それへの福祉領域からのアプローチ(ソーシャルワーク、ソーシャルポリシー)の必要性についてまとめた。障害者の地域における自立生活の必要な要件としての居住環境の役割を明らかにするため、平成15年度においては、以下の研究を実施した。1、障害者の居住環境課題に関する調査本調査は、神奈川県内の自立生活センターに加入する者(在宅生活者、施設生活者を含む)を対象に、現在の生活状況、居住環境の状況等を調査した。障害者の地域における自立生活において、ハード(住宅改造等)、ソフト(居住確保のための資金援助、優先入居等)の両面にわたる居住環境の整備(支援)は、その要衝であることが確認され、また居住環境の整備と並んで福祉サービス、障害者雇用等の関連諸施策の充実が不可欠であること等も明らかになった。2、北欧における障害者の居住環境整備支援に関する調査スウェーデンにおける障害者の脱施設化(施設解体)の動向と、それに伴う地域でのサポート体制等について実地調査を行った。なお本調査は、近年、脱施設化が完結したとされる知的障害者領域を中心に実施された。脱施設化の進展は、施設解体に向けた施設の小グループ化、地域移行に向けたサービスの開発、職員教育等、地域生活の保障のためのグループホーム等を中心とした居住の場の確保、福祉サービス等による日常生活支援等が、並行して実施されることが重要であること等が明らかになった。
プロテインキナーゼN3による破骨細胞機能制御機構の解明とその臨床応用

本研究の目的は、1)In vitro及びin vivoにおけるPkn3阻害剤の骨吸収に対する効果、2)Pkn3によるc-Src活性化の分子機構、を明らかにすることである。そのために、培養破骨細胞の骨吸収活性に対するPkn3阻害剤の作用の解明、卵巣切除モデル(骨吸収亢進により骨量減少を呈する)マウスの骨量に対するPkn3阻害剤の治療効果の検証、Pkn3によりリン酸化され、c-Srcの活性化に関与する分子の同定を行う。
C3炭素資源としてのアレンの精密有機合成への応用

集積炭素-炭素二重結合を有するアレン類は独特の特徴ある反応性を示すことが知られているものの、有機合成への応用はまだまだ限られているのが現状である。アレンを合成反応の基質とする場合、集積した2つのC=C結合に起因する立体化学的要因により、単純オレフィンに対する反応よりも複雑な選択性が要求される。これらを問題を制御できれば、アレン類は精密有機合成におけるユニークな基質となりうる。アレン類の既存の合成法のほとんどは古典的な手法でありその入手も容易ではないため、有機合成への応用も限られている。研究代表者は従来より「遷移金属錯体触媒を用いる効率的なアレン合成反応の開発」をテーマの一つとして研究を行っている。本研究では「遷移金属錯体触媒を用いるアレンの合成化学の新たな展開」を目指した。一つ目の成果として、アセタール部位を有する(アレニルメチル)シランの分子内環化反応における特異な転移反応を見出した。我々の反応においては、アレン骨格が1つ隣の炭素ヘアレン構造を保持したまま転移するという、従来報告例の無いものである。二つ目の成果としては、フルオロビス(フェニルスルフォニル)メタンを求核剤として利用して(フルオロアルキル)アレンの合成法を見出し、その軸不斉誘導体の触媒的不斉合成を達成した。フルオロビス(フェニルスルフォニル)メチル化された生成物は、金属マグネシウムとメタノール中で反応させることにより容易に脱スルホン化され、対応するモノフルオロメチル化生成物をほぼ定量的に与える。一つ目の成果として、パラジウム触媒による軸不斉アレニルシランの不斉合成法を見出した。得られたアレニルシランを適当な求電子剤と反応させると、アレンの軸不斉を生成物中の中心不斉へと完全転写できる。また、適当な置換基を導入することにより、三級/四級炭素を不斉合成できることを示した。2つ目の成果としては、パラジウム触媒反応を応用して種々の環状アレンを合成する手法を確立した。環状アレンにおいては、アレン末端を架橋する炭素鎖によりアレン骨格の一方の面を遮蔽することができ、それによりアレンの反応における立体選択性を制御できることを示した。3つ目の成果としては、(アレニルメチル)シランの分子内環化反応における特異な転移反応を見出した。
Axinによるβ-cateninの分解機構の解析と癌遺伝子診断への応用

APC(Adenomatous Polyposis Coli)遺伝子産物は大腸癌で変異が認められ、その変異によりβ-cateninの分解が抑制されて細胞内に蓄積することが癌化の一つの原因であると考えられていたが、APCによるβ-catenin分解の作用機構は不明であった。β-cateninはWntシグナル伝達経路によっても分解が制御されることが知られており、WntシグナルはFrizzled、Dvl、GSK-3βを介してβ-cateninを安定化する。私共は、GSK-3β結合蛋白質AxinとAxil(Axin like)を同定し、AxinがGSK-3βによるβ-cateninのリン酸化とユビキチン化、プロテアソームでの分解を促進することや、AxinがWnt依存性の遺伝子発現を抑制すること、AxinはGSK-3βのみならずAPCや、β-catenin、Dvl、蛋白質脱リン酸化酵素PP2Aなどと複合体を形成してWntシグナルを効率良く選択的に伝達する足場蛋白質として機能することを抑制することを明らかにした。さらに、GSK-3βによるβ-cateninのリン酸化がAxinやAPCの存在下で著明に促進され、Axinに結合したGSK-3βがAPCを介してAxinと複合体を形成したβ-cateninを効率良くリン酸化することを明らかにした。実際に癌症例でのAxinやAxilの変異が見出され、これらの遺伝子を用いた癌の遺伝子診断の実用化の可能性が高くなった。また、β-catenin、Axin、Dvlに結合する新規蛋白質を検索同定し、その機能を解析した。新規β-catenin結合蛋白質Duplinはβ-cateninとTCFの複合体形成を阻害し、Wnt依存性のTCF転写活性促進を抑制した。新規Axin結合蛋白質AxamはAxinとDvlの結合を阻害し、大腸癌細胞SW480にAxamを導入した細胞では、細胞内β-cateninが著明に減少した。新規Dvl結合蛋白質IdaxはDvlのAxinに対する結合を阻害し、Wnt依存性の細胞内β-cateninの蓄積と遺伝子発現を抑制した。これら3種類の新規蛋白質は、いずれもWntシグナルを抑制すると考えられるので癌抑制遺伝子産物として機能する可能性が高いと考えられた。APC(Adenomatous polyposis coli)は、家族性大腸腺種症の原因遺伝子として単離されたが、一般の非遺伝性の大腸癌でも変異が認められることやAPCがβ-cateninと結合しβ-cateninの分解を促進する作用があることが明らかにされた。APCに変異があるとβ-cateninの分解が止まって細胞内に蓄積し転写因子Tcfが活性化されて遺伝子発現が促進されて細胞増殖が起こるということが癌化の一つのメカニズムであることが見出されている。したがって、β-cateninの分解機構を解明することは、癌の病態理解に直結すると考えられる。大腸癌や悪性黒色種の培養細胞では、β-catenin上のGSK-3βによるリン酸化部位の変異が報告されており、実験的に同じ部位を変異させるとβ-cateninの分解が阻害されることから、β-cateninの分解にはGSK-3βによるリン酸化が必須だと考えられている。

私共がGSK-3β結合蛋白質として見出したAxinはAPCやGSK-3βとβ-cateninと結合し、Axin存在下ではGSK-3βによるβ-cateninのリン酸化が著明に亢進した。したがって、この4者が複合体を形成することによりβ-cateninの分解が制御されると考えられた。事実、動物細胞にAxinを発現させるとβ-cateninの分解が促進され細胞増殖が抑制された。これらの結果から、Axinは抗癌遺伝子として機能する可能性が高く、現在種々の癌組織においてAxin遺伝子の異常の検出を試みている。APC(Adenomatous polyposis coli)遺伝子産物は大腸癌でも変異が認められ、その変異により、β-cateninの分解が抑制されたためにβ-catenin/TCF複合体が形成されて、標的遺伝子の発現が起こることが癌化の一つの原因であると考えられている。GSK-3β結合蛋白質Axinは、Wntシグナル伝達経路を構成するAPCやGSK-3β、β-catenin、Dvlと複合体を形成し、β-cateninのリン酸化と分解を促進することによりWntのシグナルを抑制する。ヒト大腸癌SW480細胞にAxinを導入すると細胞質のβ-cateninが減少して細胞増殖が抑制され、この作用にはAxinのC末端約100アミノ酸が必要である事が明らかとなった。Axinを導入したL細胞ではWnt刺激によるTCF活性の亢進が抑制された。Dvlは、GSK-3βの作用を抑制すると考えられていたが、その作用機構は不明であった。Dvlの中央のPDZ領域を欠失させた変異体を発現させたL細胞はWnt刺激による細胞内β-cateninの蓄積が抑制された。また、Dvl存在下ではAxin自体やAxinによるGSK-3β依存性のβ-cateninのリン酸化亢進が抑制されたが、Dvlの中央のPDZ領域を欠失させた変異体ではこの作用が認められなかった。以上の結果から、WntのシグナルはDvlのPDZ領域を通じてβ-cateninの分解を抑制することが明らかになった。その作用機構としては、DvlはAxin複合体中での基質のリン酸化を抑制することによりβ-cateninを安定化することが考えられる。APC(Adenomatous Polyposis Coli)遺伝子産物は大腸癌で変異が認められ、その変異によりβ-cateninの分解が抑制されるためにβ-cateninとTCFの複合体が形成されて、標的遺伝子の発現が起こることが癌化の一つの原因であると考えられている。私共が見出したGSK-3β結合蛋白質AxinとAxil(Axin like)は、GSK-3βによるβ-cateninのリン酸化と分解を促進することや、DvlはAxinのこの作用を抑制すること、AxinはGSK-3βのみならずAPCや、β-catenin、Dvl、蛋白質脱リン酸化酵素PP2Aなどと複合体を形成してWntシグナルを効率良く選択的に伝達する足場蛋白質として機能することを抑制することが明らかになった。今年度の本研究では、まずβ-cateninのリン酸化におけるAPCの役割を解析した。その結果、GSK-3βによるβ-
変異体を用いたリゾチームの構造構築過程の解析

リゾチームが還元状態からどのような道筋で再生するかを変異体を用いて解析した。Trp62をGlyへ置換した変異体を用いて還元状態から再生実験を行った。野生体は再生反応を開始した後速やかに活性の発現が認められた。一方、変異体においては再生反応開始直後から約1分間活性を発現しなかったが、その後野生体に比べゆっくりした速度で再生した。そこで、野生体及び変異体を1分、3分、5分及び30分間再生反応した後、ヨード酢酸を用いて遊離のチオール基をトラップし、ゲルクロマトグラフィーを用いてどのような大きさの分子種が生成しているかを調べた。野生体に比べ変異体では、再生反応開始直後にサイズの大きな分子種のポピュレーションが明らかに増加していた。この結果から、Trp62をGlyに変えたことでリゾチーム内の単独で構造を形成し得るペプチドAsn59からMet105を含む領域の構造形成が遅くなっており、変性構造を持つ分子種のポピュレーションが増加していることがわかった。このことを明確にするために、上述したトラップ時間において得られた生成物をトリプシン消化し、逆相HPLCによりジスルフィド結合の形成を解析した。この変異体においてもジスルフィド結合の形成される順序は野生体と同一であったが、再生1分後のそれらの生成量は、野生型に比べ明らかに低下していた。以上の結果から、Trp62のGlyへの変異体において、再生初期の構造(おそらくペプチドAsn59からMet105を含む領域)形成が非常に遅くなったと結論した。即ち、リゾチームの還元状態からの再生過程において、まずペプチドAsn59からMet105領域が形成し、その後これ以外の領域が形成することが強く示唆された。