hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マウス聴覚における経験依存的可塑性に関与するOtx2蛋白質の作用機構の解析

本研究は,視覚野の可塑性を制御するマスター遺伝子であるホメオタンパク質Otx2が内耳形成においても必須の転写因子であることに注目し,聴覚野可塑性にもOtx2が関与しているかどうかを明らかにすることを目的としている。本研究が発展することによりOtx2による可塑性制御機構が明らかになれば,人工内耳治療やリハビリテーション領域に基礎的知見を提示できることのみならず,聴覚中枢の障害修復や,脳機能再建療法の開発へも繋がると考える。平成30年度は,生後の聴覚可塑性におけるOtx2の役割を明らかにするため,Cre-loxPシステムを用いて,組織特異的かつ時期特異的なOtx2欠損マウスの作製を行った。Otx2は胎生期に脳を作るホメオタンパク質であり,初期発生において欠損すると脳全体が失われる。生後における時期特異的な欠損をタモキシフェン投与により誘導した場合の,マウス表現型の詳細な解析を進めている。また生後発達期において,臨界期が形成される前後ならびに臨界期中のマウス大脳皮質聴覚野からレーザーマイクロダイセクションにより組織を回収し,次世代シークエンサーを用いたRNA-Seq解析に使用できる品質および量のRNAを抽出することができた。このRNAを用いて,生後発達依存的な遺伝子発現プロファイルの解析をおこなっている。今後さらに時期特異的なOtx2欠損マウスでも同様にRNA-Seq解析を行い,Otx2の下流で働く遺伝子を絞り込む予定である。本研究は,視覚野の可塑性を制御するマスター遺伝子であるOtx2が内耳形成においても必須の転写因子であることに注目し,聴覚野可塑性にもOtx2が関与しているかどうかを明らかにすることを目的としている。まず聴覚可塑性におけるOtx2の役割を遺伝子改変マウスを用いて明らかにすることと,さらに,聴覚可塑性を経験依存的に獲得することから,正常マウスと聴覚遮断モデルマウスの聴覚野の遺伝子発現の差異を網羅的に解析し,可塑性制御分子を同定することを目的としている。当研究が発展することにより,人工内耳治療やリハビリテーション領域に基礎的知見を提示できることのみならず,聴覚中枢の障害修復や,脳機能再建療法の開発へも繋がると考える。平成29年度は聴覚可塑性制御分子の探索のため,聴覚遮断モデルマウスの作製を行った。臨界期における神経の可塑性の誘導には外来刺激が必要であることから,音刺激を人為的に遮断し,可塑性を抑制したマウスから組織を回収するために,幼若期における聴覚遮断モデルの確立を行った。さらに生後発達期において,臨界期が形成される前後ならびに臨界期中の大脳皮質聴覚野から組織を回収し,生後発達依存的な遺伝子発現プロファイルの解析をおこなっている。また生後の聴覚可塑性におけるOtx2の役割を明らかにするため,Cre-loxPシステムを用いて,組織特異的かつ時期特異的なOtx2欠損マウスの作製を進めている。当初の計画では生後特異的Otx2欠損マウスの作製と解析を中心に行う予定であったが、欠損マウスの作製が当初の予定より遅れている。次年度については,大きな方向性の転換は必要とせず概ね計画どおり生後特異的欠損マウスを用いた解析を行う予定である。また,臨界期に発現の上昇が見られる分子に関して,聴覚遮断実験においてその発現上昇が抑制されたものを抽出することで,聴覚野の可塑性制御関連分子の候補を検討する。今年度に計画していた遺伝子改変マウスを用いた実験を平成30年度に行うため消耗品として使用する。
カルシウムイオンと細胞機能

カルシウムイオンは種々の細胞機能の活性化や細胞分裂に際して重要な細胞内メディエーターとして働いている。本特定研究は細胞情報の増幅伝達系において決定的な役割を果たしているカルシウムイオンの作用に焦点をあて、その細胞内の動態と多彩な細胞機能の調節に果たす作用機構の解明を目的として本年度より研究を開始し以下の成果をおさめた。即ち、カルシウムイオンがメディエーターとして作用する受容機構においてはイノシトールリン脂質がホスホリパーゼCにより加水分解をうけるが、このホスホリパーゼCには生理的濃度のカルシウムイオンの存在下で活性を示すものと、高濃度のカルシウムイオンを必要とする2種類が存在することが明らかとなった。この2種類のホスホリパーゼCの意義については明らかではないが、GTP結合性蛋白質がホスホリパーゼCの活性を調節しているという報告もあり、今後の検討を要する課題といえる。また、このイノシトールリン脂質の分解産物であるジアシルグリセロールがプロテインキナーゼCを活性化するが、ジアシルグリセロールのうちこのプロテインキナーゼCを活性化するのは1.2-sn-ジアシルグリセロールであり、その立体異性体である2.3-sn-体や、1.3-体は無効であることが明らかとなった。一方、このプロテインキナーゼCに対するモノクロナル抗体の作製に成功し、現在、免疫組織化学的方法により各種の細胞におけるプロテインキナーゼCの細胞内分布を検討中である。従って、このカルシウムイオンを介する受容機構における主要な酵素についての物質的基盤が明らかとなり、今後のカルシウムイオンと細胞機能に関する研究の基本的条件がととのった。また特定研究として研究者間の密接な連絡をはかるため、ニュースの発行(2回)、班会議(2回)と公開シンポジウムを開催した。次年度以降は、本年度の成果に基づき本研究領域の独創性の維持と本研究の強力な推進を目指す。
多孔質動圧スラスト・ラジアル複合軸受における非定常時軸心挙動の実験的解明

携帯情報端末としてモバイル化への対応が望まれるHDD、DVD・BDドライブ用スピンドルモータの軸受に、多孔質焼結含油体を用い、その端面および内周面に気孔調整層と動圧形状を形成した「スラスト・ラジアル複合軸受」を製作した。本軸受試料を使用し、軸起動時といった非定常状態において、要望される高速化・高精度化に適した動圧形状仕様やその組合せの適正化検討を実験的に実施した。結果として、動圧形状はヘリングボーン形状が最も高速化・高精度化に適しており、耐振・耐衝撃性も高く、加振状態においても十分な軸振れ抑制効果を発揮できることが判明した。「H25年度研究実施計画の達成状況」:1.ピボット支持方式、ならびに複合軸受方式における軸受内径クリアランスをパラメータとした非定常時軸心挙動の解明およびクリアランスの最適化検討:昨年度と同様な測定を軸受直径クリアランスCをパラメータとして実施した。ここでCは、従来文献を参考に軸径dの0.2%程度(C/d=0.2%)を基準とし、複数のクリアランスを設定し測定を行いその最適値を検討した。2.ピボット支持方式における回転数(dN)/起動時間(dT)をパラメータとした非定常時軸心挙動の解明検討:dN/dT設定値をパラメータとし、上記実験で採用した複数のクリアランスにて、ピボット支持方式における同様な測定を実施した。規定値:dN/dT=250rpm/sec.に対し、dN/dTを±50程度に上下に振って測定を実施した。これにより、軸心収束時間や軸振れ特性、あるいは軸心挙動に対するdN/dT変化の影響の度合いを検証した。以上の実験結果より以下の点が明らかになった。1)総じて収束時間の短縮には端面動圧に起因する復元モーメントが付与される複合軸受支持化が有効であり、軸振れ量低減にはC/dを0.1%程度へ縮小し、油膜剛性と軸受内周面動圧に起因する復元モーメントを高める方がより効果的な手段である。2)全ての仕様においてC/dを0.1%程度とすることで、軸起動時における軸心収束時間の短縮、ならびに軸振れ量Φwの低減に著しく効果的である。特にSLVにおいてはC/dを0.1%程度とし、さらにスラスト動圧形状との複合軸受支持化することで軸振れ量Φwが低減され、軸振れ挙動の安定化が大幅に促進される。3)dN/dTの増加に伴い軸心の早期収束がなされる。さらに、動圧形状仕様(HBI,HBII,TLT)においては、軸振れ量Φwの抑制もなされるため省エネルギー化、高精度化につながる。「研究目的」DCスピンドルモータに使用される軸受は、メディア容量の増加やトラックピッチの微細化、モバイル化などへの対応のため高速・高精度、耐振・耐衝撃性、小型軽量を低コストとともに実現する必要がある。近年、特にモバイル化における省電力を目的とし頻繁に電源のON/OFFが実施されるため、モータ起動時といった非定常状態における軸心収束時間の短縮や軸振れ量の低減等を望目特性とした軸心挙動の解明が喫緊の課題となっている。「H24年度研究実施計画の達成状況」1.電空レギュレータ式によるエア供給・制御装置の開発:回転軸の起動・停止を測定系にて再現するため、規定する回転数(dN)/起動時間(dT)に沿い直線的にエア圧力が加わりエアタービンを回転制御可能な装置を開発した。2.ピボット支持方式及び一体型複合軸受方式における各種ラジアル動圧形状の非定常時軸心挙動の解明実験:ピボット支持方式及び一体型複合軸受方式における各種ラジアル動圧形状の軸振れ振幅時刻歴を起動:07000rpm、(dN)/(dT)=250(rpm/sec.:実機時間軸の約50倍程度)の非定常状態にて測定した。ラジアル動圧形状には、TLT、HB (丘溝比の違いによりI,IIの2種類)、および真円形状SLVの4形状、スラスト動圧形状には、PIN、WAVEの2形状、計8種類の複合軸受を製作し上記実験を実施した。X、Y、2方向の軸振れ振幅時刻歴よりリサージュ波形(軸心軌跡)を描き起動時の軸心挙動の解明を行った。実験結果より以下の点が明らかになった。1)軸心の早期収束性,および軸振れ抑制に最も効果的な動圧形状の組合せはWAVE-HBI仕様である(ピボット支持ではHBI、HBII形状が最も効果的である)。2)スラスト・ラジアル双方に動圧形状を形成することにより、復元モーメント相乗効果が発揮され、効果的な軸心の早期収束が促される。「H26年度研究実施計画の達成状況」

加振状態でのピボット支持方式における非定常時軸心挙動の解明、および動圧形状適正化検討:軸受内径クリアランスCは基準値と設定し、起動時などの非定常状態に加え、さらにSin波による定常加振(振幅値:500μm、加振周波数5、7.98、10Hzの3種類)を与えながら昨年度と同様な測定を実施し今後のモバイル化に好適な動圧形状の仕様や組合せを検討した。加振実験には制御装置を含む振動発生装置が必要であり、これを企業からの期間限定貸し出しを利用し導入することで手振れ等を想定した一定周波数(上記3種類)のSin波加振状態にて実験を行った。また本年度も、測定された軸振れ振幅時刻歴データを用いF.F.T.による周波数分析を行うことで、軸振れ特性に影響を及ぼす影響因子の特定を試みている。定常加振による動圧形状適正化検討に関する実験結果より以下の点が明らかになった。2)軸振れ量φwの順位付けは、非加振・加振状態にかかわらず小さい順にHBI≒HBII≒TLT<<SLVとなった。これは、ラジアル動圧形状仕様では全回転数域に亘って油膜剛性向上による充分な軸振れ抑制効果が得られるためである。3)周波数分析結果から判明したf0成分の順位付けは、振幅値の低い順にHBI≒HBII<TLT<<SLV(@非加振)、HBI≒HBII<TLT<<SLV(@加振fv =5Hz、7.98Hz、10Hz)となった。また、加振状態における1/2f0成分の振幅値を低い順に順位付けするとHBII≒HBI<TLT<<SLVとなった。工学(機械機能要素・トライボロジー)H25年度の研究実施計画は、上記のように順調にしかも前倒しで推進されており、既に以下のような研究業績が発表・公開されている。1.「多孔質動圧スラスト・ラジアル複合軸受における非定常時潤滑特性の実験的検討(ピボット支持タイプにおいて回転数勾配の変化が軸心振れ挙動へ及ぼす影響について)」、圓岡成央、大塚茂、他、(社)日本機械学会中国四国学生会第42回学生員卒業研究発表講演会、広島大学、Vol.42th.(DVDーROM) Page.515(2012-3)2.「多孔質真円ジャーナル軸受の非定常時潤滑特性の実験的検討(クリアランス変化をパラメータとする軸振れ抑制効果についての一考察)」、山崎翠、大塚茂、他、(社)日本機械学会中国四国学生会第42回学生員卒業研究発表講演会、広島大学、Vol.42th.DVDーROM)Page.514(2012-3)3.「超音波による多孔質焼結含油軸受の油膜厚さ測定(油膜厚さの直交2軸方向測定)」、中川拓実、矢壁正樹、大塚茂、(社)日本機械学会中国四国学生会第43回学生員卒業研究発表講演会、高知工科大、Vol.43th. (DVDーROM) Page.504(2013-3)4.「多孔質動圧スラスト・ラジアル複合軸受における非定常時潤滑特性の実験的検討(ピボット支持における回転数勾配及びクリアランス変化をパラメータとした軸心挙動の検討)」、圓岡成央、大塚茂、他、(社)日本機械学会中国四国学生会第43回学生員卒業研究発表講演会、高知工科大、Vol.43th (DVDーROM) Page.414(2013-3)H24年度の研究実施計画は、上記のように順調に達成されており、既に以下のような研究業績が発表・公開されている。1.「多孔質動圧スラスト・ラジアル複合軸受における潤滑特性の実験的検討(ラジアル動圧軸受における非定常状態での軸心軌跡挙動について)」、平野達也、大塚茂、他、(社)日本機械学会中国四国学生会第39回学生員卒業研究発表講演会講演前刷集、山口大学工学部、p175 (2009-3)なお、本論文は工作機械技術振興財団第30次『工作機械技術振興賞奨励賞』を授与されています。
シロイヌナズナの花成誘導に関与する遺伝子の分子遺伝学的研究

シロイヌナズナを用いて花成誘導過程の制御に関与する遺伝子を同定・解析することにより、この過程の遺伝学的制御機構の理解を深めることを目的として、研究を進め、本年度は以下の成果を得た。すでに得られていた1系統を含め2系統の、T-DNA挿入による花成遅延変異体を得た。遺伝解析の結果、それらはFHA遺伝子およびFT遺伝子の突然変異変異であることが明らかとなった。突然変異体の表現型から、両遺伝子とも光周性花成誘導に関与する遺伝子であると考えられる。FHA遺伝子に関しては、T-DNA挿入部位に隣接する植物ゲノムDNAを回収し、部分塩基配列の決定から、すでに2つのESTを同定している。それらの一方がFHA遺伝子であると期待し、解析を進めている。FT遺伝子に関しては、解析の結果、得られた変異がT-DNA挿入に伴う染色体欠失変異であることが明らかになった。現在、欠失しているゲノム領域(FT遺伝子を含む)をカバーするオーバーラッピング・クローンの単離を進めている。遺伝子クローニングと平行して、詳細な表現型解析をおこなうために両遺伝子のアレルの収集をおこなった。M.Koornneef教授を通して、fha変異に関して4つ、ft変異に関して3つのアレルを得るとともに、これまでに、新たに1つのft変異を同定した。また、系統保存センターに保存されている野外集団由来の野生型系統の中から、FT遺伝子に自然変異を持つと考えられる系統を一系統同定している。現在、すでに得ている花成遅延変異の中から、さらに新たなfha変異、ft変異を探している。遺伝解析・表現型解析は、FHA遺伝子およびFT遺伝子を中心に、二重変異体の作出等を進めている。
トマト果実における香気成分の貯蔵メカニズムの解明

芳香を有する揮発性成分は、園芸作物の香り形成や食味決定に深く関わっている。特に果実の場合、“香り"は品質を左右する重要なファクターである。香気成分は配糖体化されることで非揮発性、つまり無香性となり、細胞内に蓄えられる。しかし、グリコシダーゼにより加水分解されると再び揮散するようになる。したがって、配糖体型は香りを供給するためのプールであると考えられる。本研究では、香気成分の貯蔵メカニズムを解明することを目的とし、トマト果実における香気成分の配糖体化に関わるグリコシルトランスフェラーゼ(UGT)の同定および機能解析を行った。本年度は、前年度までに実施した組換えタンパク質を用いたスクリーニングにより同定されたUGTに着目し、詳細な解析を進めた。未成熟トマト果実において強く発現するUGTは、試験管内の実験において、スモーキーフレーバーを醸すグアイアコールや、スパイシーな芳香を持つオイゲノールを配糖体化した。また、低温貯蔵した成熟トマト果実において高発現するUGTは、フローラルな香りを持つフェニルエタノールやグリーン香を持つヘキサノールをはじめ、広範囲のアルコール性香気成分を配糖体化した。低温貯蔵トマトでは、揮発性の香気成分量が著しく減少するが、配糖体型の含有量は一定であることから、このUGTが低温条件において香気成分量を維持する役割を果たしていることが推察された。しかし、配糖体化活性を有するこれらのUGTをトマトで過剰発現させたところ、配糖体量の顕著な増加は見られなかった。揮発型と配糖体型は可逆的な変換であるため、UGTの過剰発現の効果が、細胞内において両者のバランスを保つための補償作用により打ち消されたためと考えられる。現在は、UGTの発現抑制個体およびゲノム編集によるノックアウト個体の作出および分析を行い、配糖体化反応を抑えた場合の香気成分組成への影響を調べている。本研究では、果実における香気成分の貯蔵メカニズムを解明することを目的とし、トマト果実の香気成分の配糖体化に関わるグリコシルトランスフェラーゼ(UGT)の同定および機能解析を行う。平成28年度は、候補UGTの探索を進めた。UGT遺伝子はトマトゲノム上に200以上あり、それぞれが植物ホルモンや二次代謝産物の配糖体化に関わっていると考えられるが、多くのUGTは生体内における実際の基質は明らかになっていない。本研究では、香気成分の配糖体化を行うUGTを明らかにするために、二つの異なる手法を用いた。第一に、果実において遺伝子発現量の高いUGT遺伝子を約30選定し、大腸菌内で組換えタンパク質を発現させ、香気成分に対する配糖体化活性の有無を調べた。その結果、複数のUGTが香気成分の配糖体化活性を持つことが明らかになった。たとえば、未熟果実において高発現を示すいくつかのUGTは、スモーキーフレーバーを醸す香気成分(グアイアコール、オイゲノール)に対する活性を示した。また、低温貯蔵した成熟果実において強く発現するUGTは、フェニルエタノール(フローラル香)やヘキサノール(グリーン香)など、トマトの香り形成に重要な化合物に対する活性を有していた。第二のアプローチとして、果実に含まれる配糖体型香気成分量の品種間差異を調べた。配糖体量の多い品種群と少ない品種群におけるUGT遺伝子発現量を比較することで、目的のUGTを同定する戦略である。本年度は、国内外のさまざまなトマト品種を供試した。予想した通り、品種によって多様な香気成分の配糖体化パターンが検出された。この差異がUGT同定の手掛かりとなると考えられる。平成28年度は研究実施計画に掲げた通り、主に香気成分の配糖体化を行うグリコシルトランスフェラーゼ(UGT)の候補探索を行った。異種細胞発現系で得たタンパク質を用いた試験により、複数の候補UGTが同定された。また、トマトの品種間・系統間の配糖体型香気成分量の差異を検証したところ、品種によって異なる配糖体量を有していることが明らかになり、次年度以降の網羅的遺伝子発現解析の供試材料として有望な結果が得られている。ただし、配糖体量は環境の影響を受けやすく、本年度の結果だけでは判定が難しいため、次年度も継続して試験する必要がある。総じて当初の研究計画通りに進行している。なお、これらの成果については、平成28年度園芸学会秋季大会小集会および平成29年度同学会春季大会にて発表した。香気成分は配糖体化されることで非揮発性・無香性となり、細胞内に蓄えられる。本研究では、果実における香気成分の貯蔵メカニズムを解明することを目的とし、トマト果実における香気成分の配糖体化に関わるグリコシルトランスフェラーゼ(UGT)の同定および機能解析を行っている。本年度は、前年度に実施した組換えUGTタンパク質を用いたスクリーニングにおいて、香気成分に対して活性を有するものを選定し、詳細に解析を進めた。未成熟トマト果実において強く発現するUGTは、フェノール系香気成分(グアイアコール、オイゲノールなど)に対する活性を示した。これらのUGTは比較的基質特異性が高く、フェノール骨格を持つ香気成分を限定的に配糖体化した。

一方、低温処理した果実において高発現を示すUGTは、フェニルエタノールやヘキサノールをはじめ、広範囲のアルコール性香気成分に対する活性を有していた。また、これらのUGT遺伝子を過剰発現させた形質転換トマトを作出した。現在、果実内の配糖体型香気成分量および果実から揮散される香気成分量を分析している。一方、配糖体化に関わるUGTを同定するための別のアプローチとして、配糖体量の多い品種群と少ない品種群との間で発現量の異なる遺伝子を網羅的に探索する戦略を検討している。国内外の様々なトマト品種の配糖体量を測定したところ、平成28年度と29年度とでは異なる結果が得られた。その要因として、年次ごとの気候変動が考えられた。そのため、次年度も同様の分析を行い、配糖体量の多い(または少ない)品種を特定する必要がある。平成29年度は研究実施計画に掲げた通り、前年度のスクリーニングにより同定したUGTの機能解析を実施した。各UGTの基質特異性および遺伝子発現様式を調べるとともに、組換えトマトを作出し、分析を行っている状況であり、概ね順調に進行している。配糖体量の品種間差異については、初年度と2年目とでは安定した結果が得られず、3年目も実施する予定であるが、結果が揃い次第RNA sequencingによる解析を実施する。芳香を有する揮発性成分は、園芸作物の香り形成や食味決定に深く関わっている。特に果実の場合、“香り"は品質を左右する重要なファクターである。香気成分は配糖体化されることで非揮発性、つまり無香性となり、細胞内に蓄えられる。しかし、グリコシダーゼにより加水分解されると再び揮散するようになる。したがって、配糖体型は香りを供給するためのプールであると考えられる。本研究では、香気成分の貯蔵メカニズムを解明することを目的とし、トマト果実における香気成分の配糖体化に関わるグリコシルトランスフェラーゼ(UGT)の同定および機能解析を行った。本年度は、前年度までに実施した組換えタンパク質を用いたスクリーニングにより同定されたUGTに着目し、詳細な解析を進めた。未成熟トマト果実において強く発現するUGTは、試験管内の実験において、スモーキーフレーバーを醸すグアイアコールや、スパイシーな芳香を持つオイゲノールを配糖体化した。また、低温貯蔵した成熟トマト果実において高発現するUGTは、フローラルな香りを持つフェニルエタノールやグリーン香を持つヘキサノールをはじめ、広範囲のアルコール性香気成分を配糖体化した。低温貯蔵トマトでは、揮発性の香気成分量が著しく減少するが、配糖体型の含有量は一定であることから、このUGTが低温条件において香気成分量を維持する役割を果たしていることが推察された。しかし、配糖体化活性を有するこれらのUGTをトマトで過剰発現させたところ、配糖体量の顕著な増加は見られなかった。揮発型と配糖体型は可逆的な変換であるため、UGTの過剰発現の効果が、細胞内において両者のバランスを保つための補償作用により打ち消されたためと考えられる。
第一種積分方程式の直接解析による逆問題の高精度計算の新展開

代表的な逆問題である逆散乱問題を対象として,問題の数値的不安定性ゆえに計算誤差が増大して数値計算が破綻するような問題に対しても,高精度かつ高信頼な数値計算が可能であることを示した.また,この高精度計算を実現するために必要な多倍長計算環境を,科学・技術分野で広く利用される商用ソフトウエアMATLABで利用可能とした.得られた環境では,そこで公式に提供されるVPAに比して高速な計算を実現した.本研究は逆散乱問題の直接数値計算過程に現れる数値振動の構造を調べるものである.この数値振動は2次元では単位円,3次元では単位球面上のFredholm型の第一種積分方程式の解に現れる.先行研究では2次元で数値振動が現れる事を確認しており,3次元も同様の数値振動が現れることを確認することからはじめた.そこで本年度は,これらの計算に必用となる単位球面の高精度数値積分の構成に取り組み,新しい数値積分則の構成に成功した.一般に単位球面上の数値積分は,球面積分を経度・緯度方向の変数による重積分で表し,それぞれの方向に1次元の積分を繰り返して適用することが簡便である.しかしこの方法では極の付近に求積点が密集し,重みのオーダーが赤道付近に比して10進で1桁程度小さくなる.すなわち,演算量は増大するものの被積分函数値の情報を十分に利用できないという問題がある.球面上の効率的な積分則については従来よりいくつか研究がある.その中でもS.L.Sobolevによる積分則(1962)は積分点の配置に正多面体群による対称性を課しており,本研究で目的とする積分方程式の数値解法に適うと考えられる.この方法を数値計算でもちいるには積分点の座標と重みの具体的な値が必要となる.それらは未知数が50個から100個程度の非線型方程式の解として与えられるが,その厳密解の構成は困難なため,非線型方程式の高精度解法が必要となる.本研究では先行研究で構築した多倍長計算をもちいてこの求解をおこない,具体的に求積点と重みを求めることに成功した.得られた積分則は,代表的な1次元の高精度積分則を繰り返す手法よりも高精度であることが確認された.さらに球面上の積分が現れる輸送方程式の数値計算ににおいても未知数の削減と計算の高速化に寄与することが示された.本年度は主として高精度計算環境の改善に取り組んだ.その結果,科学・技術数値計算で広く利用されている数値計算ソフトウエアであるMATLAB上での高速多倍長計算環境の開発に成功した.またMATLABを提供するMathWorks社から提供されている多倍長計算環境に比して,10進100桁程度の精度では3倍から十数倍,10進500桁程度の精度では3倍から5倍程度の高速な計算を実現した.本環境は報告者が開発を続けているexflibをベースとしているが,このexflibでは特に微分方程式などの科学・技術数値計算での利用を想定して数百桁程度での演算に適するアルゴリズムを採用している.このベース部分は主としてアセンブリ言語で記述しており,これまでにもC++言語やFORTRAN90から利用されていた.そこで本年度は,アセンブリ言語で記述されたルーチンをMATLABから利用するためのインターフェースを作成し,10進数百桁の精度での連立一次方程式などの数値計算を実現した.このインターフェースはMATLABの組み込みの演算と同様の式の記述を可能としている.その結果,連立方程式の求解や,逆問題の数値計算の計算手法として広く利用されているTikhonovの正則化法スキーム(離散版)を1つの式で記述することが可能である.得られた結果は,国内外の研究者の集まる研究集会において口頭発表をおこなった.現在までにLinux, MacOSX, Windows(いずれも64ビット)のMATLABでの動作を確認しており,多倍長計算の利用を普及させる上で効果の高いものと考えている.本年度に主としておこなった計算環境の整備は,本研究推進の柱のひとつである.それが予定通り進行したことから,「おおむね順調に進展している」と判断した.信頼できる数値計算の実現において,安定性評価や誤差評価などの数値解析理論と,その数値解析理論を実現する数値計算環境の提供が重要となる.特に本研究が対象とする逆問題はHadamardの意味で非適切(ill-posed)となり,安定性を期待することができない場合が多い.そのため,たとえ解の公式や,収束性をもつ数値計算スキームが与えられても,電子計算機上での実数の近似に由来する丸め誤差の影響により,それらの公式が実現されないことが考えられる.従来の計算環境ではIEEE754倍精度とよばれる10進16桁の精度での近似が利用されてきたが,逆問題の直接数値計算ではこの精度は必ずしも十分ではなことが知られている.これに対して報告者は,計算精度を十分に確保することによって丸め誤差の影響を任意に抑える多倍長計算の利用と実現により本研究提案をおこなってい,計算環境の開発を柱のひとつとした.先行研究ではC++言語やFORTRAN90における利用環境を整備してきたが,この手法を普及させるためには,広く利用されている計算環境への移植が重要と考えた.その一つであるMATLABを対象として開発をおこなった結果,MATLABの組み込み型(倍精度)と同様の式の記述を可能とするインターフェースの作成に成功した.また第一種積分方程式として定式化されるLaplace実逆変換に適用したところ,公開されているMATLABパッケージに比して十分に高精度な計算結果を得るにいたり,本環境の有用性も確認された.

本年度は分担者の滝口孝志(防衛大学校)との議論を通し,取り組んでいる第一種積分方程式の数値解の信頼性が,数値計算可能なある積分量の計算に帰着されるという結論を得た.また,本研究で必要となる高精度数値計算環境である多倍長計算環境について,従来,共有メモリ型の計算では並列化が困難と考えていた点について解決する方策を得た.本研究で取り組む第一種積分方程式は,Colton-Kressらが逆散乱問題を帰着させたものであり,逆問題のモデルとして広く知られている.一方でその直接数値解法では,問題の不安定性に由来する誤差の増大を招く.そのため正則化法をもちいた計算がなされてきたが,この従来法では高精度な解の構成は困難であった.報告者はその解の構造を調べるうえで直接計算は有力な情報を与えると考え,報告者を含む研究グループが提唱する高精度数値計算をもちいることで,きわめて大きな振幅をもち振動するものの,ある種のパターンをもった数値解が得られていたが,その数値解の積分量をもとめることで,数値解の信頼性が得られることが分担者の研究により判明した.また,この計算を実行するうえで多倍長計算は不可欠であるが,従来,共有メモリ型の計算機での並列計算は実装されていなかった.これは,計算内部で利用するメモリ領域に複数のスレッドが同時に書き込むことで不整合が生じることを防いでいたものである.これに対してはフラグを利用するなどの方法が考えられるが,ユーザが明示的に初期化を必要とする必要があると考えられ,これまで導入してこなかった.これに対して共有メモリ型の計算で一般的に利用されるOpenMPの機能による解決が可能なことが示唆された.本研究の遂行においては,理論・計算環境の整備の双方が不可欠である.本年はいずれの面でも,従来解決できていなった点について本質的な解決の糸口が判明するとともに,次年度の課題が具体的かつ明確になった.この点においては,きわめて順調に進んだと判断している.一方,計算環境の整備の点においては,広く利用されている科学・技術計算環境のひとつであるMatlab上での移植が進行しなかった.これは,Matlabに多倍長計算環境を組み込むに際して並列計算が重要と考えたが,その実装に必要な技術的要因の調査に時間を要したためである.Matlabは一般的にPCなどの小規模なメモリで利用されることが多く,大規模かつ先端的な科学・技術計算を目的とした場合,これは深刻な障害ではないが,得られた研究成果を広く普及させるという点においては更なる調査が必要となると考えられる.一方,その調査過程において,共有メモリ並列計算環境における従来からの障害の解決の方策のアイデアを得ることができ,この調査は本来の目的であった大規模な問題の高速・高精度計算環境の整備としては大きく寄与した.以上の点を勘案し,(2)おおむね順調に進展したと判断した.本研究は,典型的な逆問題として知られる逆散乱問題の数値計算に対し,高精度数値計算環境下における数値解の新たな意味づけを与えることを目的とするものである.
不和合性群1プラスミドの接合伝達遺伝子群の解析

プラスミドR64の接合伝達領域は、54kbのDNA領域に49個の遺伝子を含む複雑な遺伝子構成を示す。細・太2種の線毛を産生し、IV型線毛である細線毛の先端に局在するPilVアドヘシンのC末端部はシャフロンのDNA再編成により7種に変換する-等の特徴を示す。本研究ではR64,Collb-P9,R721およびR621aのInclプラスミドの接合伝達遺伝子群の機能を遺伝生化学的に明らかにするとともに、各遺伝子産物を同定し、細胞内局在性を決定することを目的とした。1.R64の各種pil-tra遺伝子を大量発現、産物を精製し、その性質を調べるとともに抗体を作成した。pilN産物が外膜でセクレチン様リング構造体を形成すること、pilQ産物が多量体を形成し、ATPase活性を示すことを明らかにした。またpilKMOPRTおよびtraMN産物の細胞内局在を決定した。2.シャフロンに関して、非対称組換え部位の保存されていない配列が組換え頻度に大きく影響すること、対称組換え部位を用いたDNAの脱離が起きることを明らかにした。また各種PilVアドヘシンが、受容菌表層に存在する受容体であるリポ多糖に特異的に結合することをブロット法で明らかにした。3.PilVアドヘシンとPilSピリンの変異株を分離し、これらタンパクの構造と機能の関係、両タンパクの相互作用を解析した。4.R64のoriTオペロンは、oriT配列とnikAB遺伝子から成り立つ。NikABタンパクを精製し、oriTとの相互作用を調べた。5.InclγプラスミドR621aの接合伝達領域の構造がR64のそれとよく似ていることを明かにした。しかしR621a,R64では、exc遺伝子は異なり、異なる排斥グループに属していた。プラスミドR64の接合伝達領域は、54kbのDNA領域に49個の遺伝子を含む極めて複雑な遺伝子構成を示している。細・太2種の線毛を産生し、IV型線毛である細線毛の先端に局在するPilVタンパクのC末端部はシャフロンのDNA再編成により7種に変換し、液内接合伝達における受容菌の特異性を決定しているー等の特徴を示す。1)R64の各種pilおよびtra遺伝子をT7プロモーター系で大量発現させ、その産物を精製し、抗体を作成して、産物の細胞内局在性を調べた。pilN産物がセクレチン様構造体を形成すること、pilQ産物がATPase活性を示すことを明らかにした。2)シャフロンに関する研究では、対称性を持つ組換え部位を作成することで、順向き組換え部位間での欠失を検出するとともに、RciタンパクのC末端部の役割を推定した。また各種rfa変異株を受容菌とした液内接合伝達により、PilVタンパクに対する特異的受容体としてのリポ多糖の部分構造を推定した。3)R721のoriTオペロンは、R64のそれと同様にoriT配列とnikAB遺伝子から成り立つ。R721のoriTオペロンの機能を詳細に解析し、R64のoriTオペロンとの比較を行った。4)InclγプラスミドR621aの接合伝達領域の構造を明かにした。R621aのexc遺伝子はR64,Collb-P9のものと比較して大きく異なっていた。

プラスミドR64の接合伝達領域は、54kbのDNA領域に49個の遺伝子を含む極めて複雑な遺伝子構成を示す。細・太2種の線毛を産生し、IV型線毛である細線毛の先端に局在するPilVアドヘシンのC末端部はシャフロンのDNA再編成により7種に変換する-等の特徴を示す。本研究ではR64,Collb-P9,R721およびR621aのInclプラスミドの接合伝達遺伝子群の機能を遺伝生化学的に明らかにするとともに、各遺伝子産物を同定し、細胞内局在性を決定することを目的とした。1)R64の各種pilおよびtra遺伝子を大量発現させ、その産物を精製し、その性質を調べるとともに抗体を作成した。pilN産物が外膜でセクレチン様リング構造体を形成すること、pilQ産物が多量体を形成しATPase活性を示すことを明らかにした。またpilKMOPRTおよびtraMN産物の細胞内局在を決定した。2)シャフロンに関する研究では、各種非対称組換え部位の保存されていない配列が組換え頻度に大きく影響することを明らかにした。また各種PilVアドヘシンが、受容菌表層に存在する受容体であるリポ多糖に特異的に結合することをブロット法で明らかにした。3)PilVアドヘシンとPilSピリンの変異株を分離し、これらタンパクの構造と機能の関係、さらに両タンパクの相互作用を解析した。4)R64のoriTオペロンは、oriT配列とnikAB遺伝子から成り立つ。今回はNikBタンパクを精製し、oriTとの相互作用を調べた。5)InclγプラスミドR621aの接合伝達領域の構造がR64のそれとよく似ていることを明かにした。しかしR621a,R64では、exc遺伝子は異なり、異なる排斥グループに属していた。
神経節細胞の質的診断を目指したAI病理診断システムの構築

人工知能(Artificial intelligence)の一つである深層学習を用いて、腸管の神経節細胞の検出ができる診断補助システムを開発した。具体的にはU-netという深層学習の手法を用い、ヒルシュスプルング病の摘出標本から得られた病理プレパラートの画像(数百枚)とその画像の神経節細胞をラベリングしたデータとを学習させることで、他の病理プレパラート画像の神経節細胞をマッピングし検出できるようなシステムとなった。システムの改善を行うことで、95%ほどまで検出率を高めながら誤検出を限りなくゼロに近く減らすことができた。また、研究を進めていくにつれて観察する人間によって神経節細胞と判断する閾値に大きく差が出ることが分かり、このシステムを用いることによって人間の主観的な判断を減らすことができることも分かった。現在、神経節細胞の検出率をさらに高める方法を検討・実験をすすめ、また神経節細胞の大きさや成熟度などを測定し、ヒルシュスプルング病類縁疾患(ImmaturityやHypoganglionosis)への応用を進めている。さらに、今後製品化に向けて話を進めていきたいと考えている。
側坐核のドーパミンD2受容体睡眠-覚醒調節機構

ドーパミンは、認知、報酬、薬物依存に関与していることが知られている。細胞外ドーパミン濃度は睡眠時に低下し、覚醒時に上昇することや、ドーパミントランスポーター欠損マウスでは、覚醒時間が増加することが報告されている。これらのことから、ドーパミンが睡眠-覚醒制御に関与していることが考えられる。しかし、どの脳領域のドーパミンが覚醒作用に重要かは不明である。ドーパミンD_2受容体は脳内でも特に側坐核に高発現しており、また、側坐核は覚醒時に神経活動が観察される。したがって、側坐核のD_2受容体が睡眠-覚醒制御に関与していることが考えられる。本研究では、側坐核のD_2受容体の役割について検討した。今年度は、睡眠-覚醒におけるD_2受容体の機能についてD_2受容体欠損マウスを用いて検討した。当研究室で開発した睡眠バイオアッセイシステムを用いてD_2受容体欠損マウスの睡眠、覚醒時の脳波を記録した。その結果、D_2受容体欠損マウスでは覚醒量が有意に減少し、ノンレム睡眠とレム睡眠量が増加していることが明らかとなった。このことからD_2受容体が覚醒制御に重要であることが示唆された。また、側坐核の変性法の確立とラットの側坐核にキノリン酸(15μg/uL)を0.4μLマイクロインジェクションし変性を行った。変性後の脳波を記録した結果、覚醒量の減少とノンレム睡眠量の増加が観察された。
Transdisciplinary studies on the neural basis of cognitive development of imprinting

出生直後の経験は心の発達に決定的な役割を果たす。心理学者Harlowはアカゲザルの乳児で重要な発見をした。(A)乳児は愛着を寄せるべき対象を、生まれながらに知っている事。(B)愛着対象との相互作用を阻害されると深刻な発達障害をもたらす事。(C)にもかかわらず発達にはレジリエンスがあり、最小限でも適切な相互作用があれば回復できる事。本研究に加わる日伊の研究者は、刷り込みという雛の行動発達も、アカゲザルと同じ性格が備わっていることを見出してきた。本研究ではそれぞれの強みを持ち寄ってさらに研究を推進し、認知・神経回路・分子機構にまたがる集学的研究によって認知発達のレジリエンスの基盤を明らかにする。
グローバル・エマソン―鈴木大拙を起点として

研究代表者は既に、『エマソンの思想の形成と展開ー朱子の教義との比較的考察』とEmerson and Neo-Confucianism: Crossing Paths over the Pacificの二冊の研究書を日本及び米国で公刊し、エマソンの思想と朱子を中心とする新儒教の教義との比較研究の成果を発表しており、本研究はその第二段階と位置づけられる。エマソンの思想と禅・大乗仏教の教義との比較考察及びエマソンをキリスト教神秘思想の流れに位置づける試みを通じて、中国と欧米の双方の影響を受けた独特の歴史的・文化的背景を持つ日本人の視点から、グローバルなエマソン像を提示することを目的としている。
林質複合梁の破壊理論と梁の安全設計システムの研究

[研究目的]木材の有効利用の一貫として、低品質木材や間伐材などを構造用部材として活用するため、その実用上のネックとなっている集成複合梁の接着層の剪断破壊に及ぼす構成ラミナの品質の影響と強度計算方式を検討し、任意構成断面をもつ複合集成梁の破壊要因を総合的にチェックして安全設計をする方式を確立することを目的に研究した。[実験方法]各種切削条件のスギ縦突きスライス単板、レース単板、ならびにソード単板を用いて、それぞれ上下面をナラ材で補強した10プライ構成の複合集成材梁を作成し、短スパンの曲げ試験により剪断破壊をおこらせ、梁の剪断強度を推定する計算方式と計算結果との比較検討を行うと同時に、各種スギ単板の切削条件と外観的品質並びに剪断強さとの関係を調べた。[結果]1)厚み2.55mmのまさ目面縦突き切削の場合、刃口水平距離は零のときに、また切削角は20度、バイアス角(BA)は80度のときに強度的に良好な単板が得られた。また切削力の横分力が樹皮側に向かう切削方法がこれに反対の方向の切削に比し目違いが生じ難く、良好であった。2)国産の無欠点針葉樹の曲げヤング率とJIS試験法による剪断強さとの関係は裏割れを含むスギ単板の剪断強さにもよく当てはまることがわかった。3)曲げ試験によるスギ単板の接着層の剪断強さは、レース単板(58kgf/【cm^2】)≧BA80゚縦突き単板(55kgf/【cm^2】)>BA50゚縦突き単板(49kgf/【cm^2】)の順であった。5)総合的にみて、文献1)による曲げ計算法と、本研究で導いた剪断破壊算定法は木材の複合集成梁の強度設計計算のシステム化に有用である。文献1)浅野.材料試験11,100,1962[研究目的]木材の有効利用の一貫として、低品質木材や間伐材などを構造用部材として活用するため、その実用上のネックとなっている集成複合梁の接着層の剪断破壊に及ぼす構成ラミナの品質の影響と強度計算方式を検討し、任意構成断面をもつ複合集成梁の破壊要因を総合的にチェックして安全設計をする方式を確立することを目的に研究した。文献1)浅野.材料試験11,100,1962
ミラー対称性と多様体の退化に関わる幾何の研究

多様体と呼ばれる、一般に複雑な幾何的な対象に、巧妙に隠された対称性や構造を解き明かすのが研究の目的である。そのために主に2つの方法を用いて研究した。一つは多様体の退化という、複雑な幾何的対象をより簡単なものに分解して調べる手法で、もう一つはミラー対称性という、図形のある種の双対変換である。その結果多様体にいくつかの不変量を定義し、計算することが出来た。トロピカル幾何によるトーリック多様体上の正則曲線の研究を行った.曲線が種数0の境界成分を一つだけ持つ場合(ディスク)の結果は既に得ていたが、それを種数、境界成分の数ともに任意の場合に、ただし曲線がsuperabundantと呼ばれるクラスに入らない場合について、正則曲線とトロピカル曲線の関係を完全に解明した.証明の特別な場合として、G.Mikhalkinによるトーリック曲面上の完備正則曲線と実平面上のトロピカルカーブの関係に関する有名な結果の非常に短い証明を与える事ができた.ミラー多様体において現れるintegral affine構造を持つ多様体を調べるための手段として、区分線形構造を持つ空間上のモース理論を開発した.R.Formanにより構成された組み合わせ論的なモース理論と特別な区分線形計量を用いる事により、ー般には非常に悪い振る舞いをする区分線形ベクトル場が、モース理論を構築する際に満たすべき性質を持つようにできる事を証明した.この理論は滑らかな多様体上のモース理論と組み合わせ的なモース理論の中間に位置し、両者の特性を併せ持っている.例えば多様体と限らない複体上でも定義できる一方、組み合わせモース理論ではなかった安定/不安定多様体などの幾何学的理論を考える事ができる.また大阪大学の植田一石氏、東北大学の野原雄一氏(現名古屋大学)と旗多様体のフレアーホモロジーに関する研究を行った.旗多様体の上の可積分系の構造(Gelfand-Cetlin系)を保ちつつトーリック多様体に退化させる事で、特にGelfand-Cetlin系のファイブレーションのLagrangianトーラスのsuperpotentialの計算が可能になったので現在論文にまとめている.ここで用いた技法はかなり一般に使えるので,今後他の多様体への拡張、またはその他の応用を考えている.東北大学の野原雄一氏,大阪大学の植田一石氏と共同で旗多様体のフレアーホモロジーに関する研究を進めた。C. Cho氏, Y. Oh氏によるトーリック多様体のフレアーホモロジーの研究の拡張を目指したもので, A型の旗多様体のトーリック退化を利用することにより、Gelfand-Cetlin系のマスロフ指数2のLagrangian境界条件の正則ディスクの数え上げを行うことができた。結果として,ミラー対称性で重要なsuperpotentialという関数を計算することができた。応用として、任意の$A$型のGelfand-Cetlin系のLagrangian fiberの中に必ずHamilton同相でindisplaceableなものがあることが従う。またトーリック退化の考え方を用いて、トロピカル曲線を用いたトーリックと限らないFano多様体の有理曲線の数を数える方法を考案した。これによりA型の任意の旗多様体の特別なクラスのGromov-Witten不変量をトロピカル曲線を用いて計算することができ、また3次元空間のfull flag多様体やある種のFano完全交差の場合には全てのGromov-Witten不変量を計算することができる。次に、任意種数の正則曲線のトロピカル曲線を用いた数え上げの問題を考察した。non-superabundantと呼ばれる横断正則性が成立するクラスについては以前に結果を得ていたが、今年度はそれが成り立たないクラスの大部分についての数え上げができるようになった。トロピカル曲線に付随した新しい組み合わせの問題を定式化することにより障害にあたるコホモロジーの組み合わせ的な記述を与え、それが消える条件を、横断正則性の破れ方がgenericな場合に与えることができた。とくに種数1のトロピカル曲線は全てこの条件を満たし、これらの曲線に関しては数え上げ問題に完全な解答を与えることができる。また同様の議論により境界付きの場合も考察できる。昨年度に引き続き、東北大学の野原雄一氏、大阪大学の植田一石氏と共同で旗多様体のフレアーホモロジーに関する研究を進めた。C.Cho氏、Y.Oh氏によるトーリック多様体のフレアーホモロジーの研究の拡張を目指したもので、昨年度にはA型の旗多様体の場合に、トーリック退化を用いて、Gelfand-Cetlin系のマスロフ指数2のLagrangian境界条件の正則ディスクの数え上げを行ったが、今年度はより大きいクラスの多様体についてもトーリック退化の手法を適用できることを示した。より具体的には、weak Fanoトーリック曲面への退化を持つFano多様体に対して、ポテンシャル関数を計算する方法を開発した。これは特に球面の直積の場合には、深谷-Oh-太田-小野によるポテンシャル関数の計算を大幅に簡略化し、さらに3次超曲面など、他の場合にも適用できてポテンシャル関数を容易に計算できる。また、昨年度に引き続き任意種数の正則曲線のトロピカル曲線を用いた数え上げの問題を考察し、ほぼ満足の行く形で完成させることが出来た。

Superabundantと呼ばれるクラスのトロピカル曲線の特徴付けを、対応する特異正則曲線の層のコホモロジーを用いて行い、更にその変形理論を考察した。この場合は変形理論に障害があるのだが、倉西射像と呼ばれる変形の精密な情報を定義して、種数1の場合にはそれを具体的に計算した。種数が高い場合には具体的な計算が難しくなるが、理論的な問題点は全て解決した。
腫瘍細胞が構築する擬似血管を標的とした新規悪性脳腫瘍治療法の開発

薬物による治療の有効性が乏しい悪性脳腫瘍における新規治療法の開発を目的に、がん細胞が構築する栄養供給路であるがん組織内の血管を注目した。すなわち、がん血管はがんの栄養供給路であることから、がん血管を破綻させることによって、がんを死滅させる方法である。その基礎検討として、がん細胞が血管様構造をマトリゲル上で構築することを見出した。またファーディスプレイ法を用いて、疑似血管に対する特異抗体の創製に取り組み、いつくかの候補クローンを得ることができた。腫瘍組織の増大に血管新生は必須であることから、腫瘍組織の新生血管を標的とした分子標的治療薬の開発がなされ、血管内皮細胞増殖因子(VEGF)を標的とした抗VEGFモノクローナル抗体は、直腸がんの治療薬として上市されている。しかしながら、脳腫瘍は血液脳関門が存在するため、多くの抗悪性腫瘍薬に著効が示されず、また適用となっている分子標的治療薬も皆無である。一方、近年、腫瘍細胞の発生や転移先での腫瘍組織の増大といった初期の腫瘍組織増大時、血管内皮細胞から構成される新生血管とは異なる“擬似血管"と呼ばれるがん細胞群が極めて重要な働きをすることが報告されてきた。擬似血管は、従来から知られている血管内皮細胞や血管内皮前駆細胞が構築する血管新生経路に加え、腫瘍増殖の初期段階でがん細胞自身が血管様の構造を形成し、血管として機能しているものである。そのため擬似血管は初期のがん増殖に極めて重要な役割を担っており、擬似血管を標的とした治療法は、新規作用機序のがん治療法となることが期待される。そこで、悪性脳腫瘍の新規治療法の開発を目的に、擬似血管を標的とした樹状細胞ワクチン療法と、ファージディスプレイ法を駆使した抗擬似血管特異抗体の創製および本抗体を用いたがんテーゲティング製剤の開発を行った。本年度は、その基礎検討して、擬似血管のin vitro培養法の確立を行った。マウス腫瘍細胞を種々細胞外マトリック(コラーゲンゲル、マトリゲルなど)中で培養することで、擬似血管様構造を構築することを見出した。また至適なゲルの濃度、至適なサイトカインの添加により擬似血管構造が促進されることを見出した。さらに、浮遊培養用プレート上で培養しすることにより、スフェロイドを形成し、その内部構造に擬似血管構造を見出した。研究計画どおり、擬似血管培養法の確立に成功した。腫瘍組織における微小環境の重要性に着目し、正常組織の血管と腫瘍組織の血管機能が異なることを明らかにしてきた。本結果から、腫瘍組織の血管内皮細胞には正常組織とは異なる抗原蛋白質が発現しているという仮説のもと、腫瘍組織血管内皮細胞をパルスした樹状細胞免疫により抗腫瘍効果が得られることを明らかとしてきた。しかしながら、腫瘍組織の血管のみを標的とした治療において、腫瘍の完治が認められないことから、腫瘍には血管内皮細胞から構成される血管とは異なり、新規な血管新生経路があることが予想される。その新規経路の新生血管が「擬似血管」であるという仮説をたて、擬似血管を標的とした治療法の開発を着想した。まず、がん幹細胞からの分化誘導した擬似血管のin vitro培養法の確立を行い、マトリゲルやスフェロイドを用いたin vitro擬似血管培養法の確立に成功した。次に、擬似血管を抗原とした特異抗体の創製を目指し、ファージディスプレイ法を駆使して作製したファージ抗体ライブラリの中から抗体の創製を目指した。結果、多様性に富むライブラリ中に、擬似血管特異抗体の候補を見出すことに成功した。H28年度は、所属期間の異動があり(帝京大学から昭和薬科大学)、動物実験施設の利用開始が遅れ、また、DNA組換え申請なども再度、行う必要があり、その期間、研究を進行させることができなかったため,当初の予想より、研究は進行しなかった。まずがん幹細胞から分化誘導した擬似血管の培養法は確立されていないことから、マトリゲルやスフェロイドを用いたin vitro擬似血管培養法の確立に成功した。次に、擬似血管を抗原とした免疫ファージ抗体ライブラリの作製および特異抗体の創製を行った。擬似血管抗体の創製にあたっては、ファージディスプレイ法を用いた。免疫ファージ抗体ライブラリから擬似血管に特異的に対する結合親和性を有するクローンの選択を、in vitroおよび組織切片を用い行った。結果、擬似血管に特異的に結合するファージ抗体数種の選別に成功した。その抗体が認識する抗原の同定を行っているところである。また、様々な組織切片を用い、さらにin vivoにおけるファージ抗体集積性への基礎検討を行い、その特異性について精査中である。

すなわち、がん血管はがんの栄養供給路であることから、がん血管を破綻させることによって、がんを死滅させる方法である。その基礎検討として、がん細胞が血管様構造をマトリゲル上で構築することを見出した。またファーディスプレイ法を用いて、疑似血管に対する特異抗体の創製に取り組み、いつくかの候補クローンを得ることができた。次年度は、計画通り、本細胞を抗原とした免疫療法の効果および抗擬似血管抗体の作製を行う。候補の抗体が得られていることから、さらに特異抗体の選別を進める。また、得られた抗擬似血管抗体を用い、がんターゲティング製剤を創製する。ターゲティング製剤として、(I)抗体にイムノトキシンを直接結合させたもの、(II)抗がん剤を封入した抗体表面修飾リポソームの2種を創製し、擬似血管を標的とした療法の有効性を明らかにする。加えて、がん幹細胞から分化誘導した擬似血管は、がん治療標的のターゲットとなる抗原蛋白質を含むと予想される。そこで、擬似血管ターゲティング抗体の創製に先立って、擬似血管を抗原としてパルスした樹状細胞を用いたがん免疫療法を検討し、in vivoにおける抗腫瘍効果を有するか否かを明らかにする。がん免疫療法概ね計画通り、研究は遂行できたが、購入費の値引きなどもあり、その差額は僅かに生じた。差額は、次年度、消耗品購入費として使用する。