hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞接着因子の機能シグナルの解析とその臨床応用を目指す総合的研究

参加者は約150名でほとんどは朝9時すぎから夕方4時30分過ぎまで出席し、幅広く、また場合によっては極めて具体的な突っ込んた質問・議論があり、参加者に対するアンケートの結果も好評であった。研究分担者名と講演内容を以下に述べる。赤池:新しい多機能型人工基質による肝細胞の接着制御、畑:ECM接着によるビタミンA貯蔵細胞(星細胞)の機能制御、久保木:増殖分化因子の作用発現におけるマトリックスの機能、岡山:宿主の間質応答は転移に抑制的に作用するか、関口:RGD依存性インテグリンのリガンド結合特異性の解析、永井:ヒトラミニン分子の構造と機能の多様性、松本:ビトロネクチンの糖鎖、永田:コラーゲン特異的分子シャペロンHSP47、新海:新しい結合組織成分-45KD蛋白質-、北川:基底膜成分の会合に関与するシャペロニン、斉藤:フォンビルブランド因子プロポリペプチドの新規生物活性、矢追:フィブロネクチン-FGF組み換え蛋白質の細胞増殖促進作用、吉里:線維芽細胞によるコラーゲン線維の認識機構、大山:牛大動脈に含まれるコラーゲン/プロテオグリカン複合体線維と平滑筋細胞接着、坂倉:細胞外マトリックスによる細胞接着と脱着の制御、木全:コンドロイチン硫酸による細胞接着抑制機構の解析であった。さらに、本研究班以外の関連分野の参加者(鈴木信太郎博士)のアドホックの追加講演もあった。口演しなかった班員な中には他の研究会等で本研究成果の一部を公開構演した(第65回日本生化学会シンポジウム、福岡市内中村学園大学にて)。さらに、平成5年3月22日および23日には大阪大学蛋白質研究所主催のセミナーで何人かの研究分担者が本研究の成果の一部を公開講演されると期待されている。本総合研究(A)は3年度の最終年度にあたり、研究成果の集約のために、平成5年11月5日、東京大学教養学部において研究分担の本年度の内容について、中間報告、質疑応答をおこなった。11月6日、同場所にて公開シンポジウムをかねた公開の研究班会議を開催した。これらの会議での、評価、批判をもとに、また、総合研究三年度全体にわたる研究成果をまとめ報告書を作成した。細胞接着因子シグナルのうち、本研究で取り上げているものは細胞外マトリックス成分とそれらに対する細胞接着受容体である。コラーゲンおよびラミニン分子形成におけるシャペロンの機能(永田、北川)、線維芽細胞が有するコラーゲンに特異的な相互作用とその機構(吉里、林利彦)、新しい〓型コラーゲンα鎖(二宮、今村)、ヒトラミニン分子を構成するM鎖の構造と機能(永井)、ビトロネクチンの機能と細胞接着(林正男)、新規の細胞接着因子として、フォンビルブランド因子プロポリペプチド(斉藤)、糖鎖認識を利用した新しい細胞接着因子の設計(赤池)動物レクチンrkCBP18(藤本)、さらに細胞接着抑制機構として、テネイシン(坂倉)、コンドロイチン硫酸(木全)など新しい知見が得られた。一方、細胞表面上の受容体に関連しては、インテグリンα5β1の認識特異性(関口)、フィブロネクチン受容体プロテオグリカンのリン酸化(岡山)、細胞表面にも存在し糖鎖にも結合するアネキシン(松本)など、新しい視点を持つべき成果が得られた。
音楽感性を利用した心理・健康診断システムの開発

本プロジェクトでは、音楽の感性を利用した心理・健康診断システムの開発における基礎的な研究をおこなった。その内容は、音楽を構成する主要3要素のうちのひとつである音楽コード進行を用いて、それに対応する感性モデルを構築することである。もう一点は、音楽が人間の心理・健康面に対して、どのような影響を与えるかを、生体情報を用いて定量的に評価することである。前者においては、音楽コード進行の時系列変化に対応して、「明るい-暗い」「安定な-不安定な」を出力するモデルを、リカレントニューラルネットワークを用いて構築した。学習後のネットワークの内部解析を行った結果、この2つの感性情報は、楽音の周波数に対応する臨界帯域幅を持つユニットの影響を受け、またこれらの感性情報には音調性が働くことを確認した。さらに本モデル内において、蝸牛神経核以降に存在する持続型ニューロンとON型ニューロンに対応するユニットが形成され、出力層において内側膝状体皮質聴覚野の関係を表すメカニズムが獲得できていることを確認した。これらの結果は人間の生理的・心理的知見と一致し、音楽に対応する感性モデルが構築可能であることを示した。後者においては、1/fゆらぎを持つ音楽と持たない音楽、それらを逆転再生したもの計4パターンを被験者10名に呈示し、そのときの心拍変動および脳波を解析した。心拍RR間隔のHFおよびLF成分の含有率に注目したところ、1/fゆらぎを持つ・持たないに関わらず、逆転再生音楽の聴取時・聴取後のLF/HF値が平常時の値と比べて大きくなり、被験者が平常時より緊張状態にあることを確認した。被験者は逆転再生音楽を聴きなれておらず、また音楽理論からも大きく外れることから、音楽の心地よさは1/fゆらぎの要素よりもその音楽の親しみやすさ(個人の嗜好的要因、音楽経験、環境)に大きく影響されることを示した。本研究課題では、被験者の背景音楽対する聞こえかた(感性評価)と、それらに対する脳波、眼球運動、脈波、心電位、脈波伝播速度などの生体情報との関係を明確にする。次に獲得した生体情報から被験者の健康・心理状態を分析し、ニューラルネットワークを用いて、背景音楽の感性評価と健康・心理状態の関係を表現するコンピューティショナルモデルを構築する。最終的に、このモデルを使って実際に、安静または軽作業(朝食・洗顔など)時に背景音楽を流し、非拘束状態のユーザーが、その音楽に対する感性評価をグラフィック・ユーザー・インターフェース(GUI)に入力すると、その人の健康状態および心理状態を即時に診断するシステムを構成する。現段階では、被験者に聞かせる音楽、それらを評価する形容詞対「明るい-暗い」、「安定した-不安定な」などの選定、さらに被験者5人に対する、対象となる音楽を聴取したときの生体情報(脳波10ch、眼球運動2ch、心電位1ch、脈波1ch)の測定、またその際形容詞対を用いた主観的評価のデータの獲得に成功した。現在、主観評価と生体情報の関係を分析中であり、そのモデルの構築を手がけている。また、同時に背景音楽だけではなく、香り(アロマセラピーに用いる精油)に対してもモデル化の検討をおこない、アロマセラピストの感性をコンピュータ上にモデル化できることを確認している。(文献1)さらにニューラルネットワークを用いて人間の明順応のモデル化にも成功(文献2)していることから、平成17年度において、生体情報と主観評価の関係を、ニューラルネットワークを用いてモデル化できると考える。また、被験者に合う香りを提案するインターフェースを構築している(文献3)ことから、研究最終年度において、ユーザーが背景音楽に対し評価を入力すると、その人の健康・心理状態を診断するシステムが完成する状態である。
包接機能食品実用化のためのin vitro吸収評価法の開発と新規錯体への実践研究

包接機能食品実用化のためのin vitro吸収評価法の確立に向け、α-リポ酸/γ-CD複合体を用いた包接のダイナミクスの評価に、独自に展開したNMRでの各プロトンの拡散係数の比較が有効であることを初めて見出した。そして、水溶液中での会合と非会合(包接状態と徐放状態)の平衡状態を利用した競合実験により、消化系に存在するグリココール酸塩に強力な徐放効果を見出したことで、消化吸収系内モデル系の構築につながった。本研究で目指す包接機能食品実用化のためのin vitro吸収評価法の確立に向けたモデル系として選んだα-リポ酸/γ-CD複合体を用いて、実際の包接のダイナミクスについての評価法について検討した。即ち、R(+)体のみが生体内で有効性を示すα-リポ酸の両異性体のγ-CD複合体を調整した上で、R(+)体とS(-)体を区別して認識できる可能性について、両異性体と特に口径が大きいγ-CDとの弱い空間相互作用の差異について検討可能なパラメータとして、本来分子解析のためのNMR DOSY法を基礎として、各プロトンの拡散係数の比較が有効であることを初めて見出した。α-リポ酸/γ-CD複合体は包接と除放速度が当初の予想以上に早く、重水中での解析からは、γ-CDは両enantiomerを認識し、C-2位のプロトンケミカルシフトに差異を示した。しかしながら、各プロトンの拡散係数測定結果からは、C-2位よりもC-6位(不斉中心)のプロトン運動性低下が観測される結果を得、プロトン個別の拡散係数値が、ケミカルシフトだけでは不明だった微弱な化合物包接構造を確認する有効なパラメータとして評価できる可能性が確認できた。さらに微弱な結合からの徐放速度の検討のため、有機溶媒による徐放効果の検討を重ねた結果、ピリジン中においては、(R)-α-リポ酸ではその除放効果はほとんど確認できなかったが、(S)-α-リポ酸では、ピリジンの窒素原子がγ-CDの水酸基に配位する形で徐放が行われており、enantiomerの結合強度に差があることが実証された。またDMSO中では逆に、(S)-α-リポ酸ではその除放効果はほとんど確認できず、(R)-α-リポ酸複合体に関して、DMSOの酸素原子がγ-CDに配位することで(R)-α-リポ酸を徐放しており、徐放剤によりその徐放効果が大きく異なることを見出した。これまでのγ-CDとR(+)-リポ酸についての実験結果より、有機溶媒が強力な徐放効果を持つことを明らかにしたが、本研究の目的である体内での消化吸収系での包接と徐放効果のモデル構築のためには、水中での効果の詳細な検討が必要であり、今年度は特に、実験系を水中とし、包接のダイナミクス効果の検討を、包接半径を異にするα-及びβ-CDをも加えて実施した。即ち、各α-、β-、γ- CDの各水溶液中でのR(+)-リポ酸塩の会合と非会合(包接状態と徐放状態)の平衡状態の評価目的で拡散定数値のパラメータを利用し、モル比をCD:リポ酸=1:5から1:0.1まで変化させた。その結果、平衡位置が変化し、α-CDではCD:リポ酸=1:0.1の系において、またβ-CDでは1:1及び1:0.1の両系において完全な包接状態が観測できた。γ- CDの系では1:0.1の系においても完全な包接状態は観測できなかった。これより、水中においてリポ酸は、α-CD1分子中に1分子包接、β-CD1分子には複数個の包接、γ- CD分子中では1個ないし複数個のリポ酸が高速に包接と徐放の平衡状態にあると見積もれた。次いで、胆汁酸中の主成分であるグリココール酸塩について、同様の混合実験を行った結果、本研究当初の予想通り強力な包接が観測された。即ち、β-CDで1:1及び1:0.1の両系において、γ-CDでも1:0.1の系で完全な包接状態が観測できた。そこで本測定系をリポ酸とグリココール酸の競合実験へと展開し、包接平衡状態にあるリポ酸に対してのグリココール酸の効果を検討した結果、リポ酸に比してグリココール酸が優先的にCDに包接され、徐放効果を有することがわかった。これらにより、消化吸収系内モデルとして、水溶液での胆汁酸による徐放作用をチューブ1本で確認できる系の構築の土台をつくることができた。1年間の研究機関の学舎建て替えでの初年度の遅れを取り戻すべく、当初モデル系として選んでいたα-リポ酸/ CD複合体の包接と除放のダイナミクスのついてはかなり詳細に検討できたが、その影響で2年目に検討を進める予定であった新規錯体の調整がやや遅れている。本研究の目的である体内での消化吸収系での包接機能食品の分子に関わる包接と徐放効果のモデル構築のために、本研究期間前半に於いて、γ-CDとR(+)リポ酸についての実験評価に基づき、有機溶媒分子が強力な徐放剤であることを証明した。しかし食品分野では、人体の安全性と消化管内のベースとなっている水溶系が必須であるため、この条件に合う徐放剤探索について検討を続けてきた。その結果、当初の予想通り、胆汁酸の主成分であるグリココール酸塩について、β-CD,γ-CD共に強力な包接効果を見出した。

同様にα-CDに関しても包接効果を見出そうと各種条件を検討したが、明確な包接が観察できなかった。これはα-CDの包接空間半径がβ-CD,γ-CDに比して最も狭いという物理的制約から、CD空間内への分子の移動速度が大きく低下するためであろうと考えている。従ってこの時点で、当初の目的であったオールマイティな徐放剤を追求する方向から、α-CDの系では複数の因子の相乗効果での徐放系を適応させて検討する方向に切り替え、比較的細長くもぐりこみやすい形をした分子(リン脂質)について、同様の実験を実施中である。他方、新規機能錯体の合成も進めており、金属として、塩化第二鉄と硫酸第二鉄を用いての合成条件の最適化を進めている。現在、複数の合成物が生成し、再現性に改善の余地を残しているため、更なる収率の向上と安定的合成条件確率を目指していく。今後は合成を完成させた錯体についての包接化合物を合成し、これまで確立した包接・徐放系に応用して、そのモデル化を進めていく予定である。本研究課題は2016年度までの予定であったが、研究期間中、1年にわたり学舎耐震工事のために研究を実質上中断せざるを得ない状況となり、その遅れを抱えたまま現在に至っている。今回基金としてさらに1年の研究期間延長許可をいただいた。研究課題期間中の空白分を取り戻していきたい。包接機能食品実用化のためのin vitro吸収評価法の確立に向けたモデル系として選んだα-リポ酸/γ-CD複合体を用いた包接のダイナミクスを評価した。即ち、R(+)体のみが生体内で有効性を示すα-リポ酸の両異性体のγ-CD複合体を調整した上で、R(+)体とS(-)体を区別の可能性に関して、独自に展開したNMRでの分子解析であるDOSY法を用いての、各プロトンの拡散係数の比較が有効であることを初めて見出した。この結果、DOSY法で評価される分子としての動きよりも、その分子を構成するプロトン個別の拡散係数値が、微弱な化合物包接構造を確認する有効なパラメータとして評価できる可能性を初めて示すことができた。次いで、この拡散定数値のパラメータを利用して、さらにα-、β- CDを加えた3種のCDの各水溶液中での会合と非会合(包接状態と徐放状態)の平衡状態を調べることで、α-CD1分子中に1分子包接、β-CD1分子には複数個の包接、γ- CD分子中では1個ないし複数個のリポ酸が高速に包接と徐放の平衡状態にあると見積もれた。この条件に対して、徐放剤のモデル候補を検討し、胆汁酸中の主成分であるグリココール酸塩に予強力な包接が観測された。即ち、β-CDで1:1及び1:0.1の両系において、γ-CDでも1:0.1の系で完全な包接状態が観測できた。そこで本包接体へのグリココール酸の競合実験へと展開し、その徐放効果を証明することで、本研究目的の消化吸収系内モデル系の構築が可能となった。他方、新規機能錯体の合成を展開、金属として、塩化第二鉄と硫酸第二鉄を用いた機能錯体の合成に成功したことにより、構築したモデル系によるこの包接体の機能性食品としての評価が可能となった。包接機能食品実用化のためのin vitro吸収評価法の確立に向け、α-リポ酸/γ-CD複合体を用いた包接のダイナミクスの評価に、独自に展開したNMRでの各プロトンの拡散係数の比較が有効であることを初めて見出した。そして、水溶液中での会合と非会合(包接状態と徐放状態)の平衡状態を利用した競合実験により、消化系に存在するグリココール酸塩に強力な徐放効果を見出したことで、消化吸収系内モデル系の構築につながった。当初モデル系として選んでいたα-リポ酸/γ-CD複合体の包接と徐放速度が当初の予想以上に早く、通常のDOSY法その他でのアプローチが困難であることが明らかになった。
音声利用可能な日本語対話訓練用ディストグロスシステムの開発

日本語ディクトグロスシステムを開発した.日本語ディクトグロス環境において,学習者と協調学習者エージェント(以降CLA)との対話において,単語の有無・正誤を判断した理由を付して対話できる環境を構築した.また,中級学習者向けのTeachable Agentも実装した.さらに,初学者を対象とした22種類,330分の学習が見込めるコンテンツを実際に構築した.最後に,学習者とCLAの対話における音声認識を実際に構築し,留学生がシステムを使う際の問題点を再確認した.また,多層パーセプトロンやseq2seqを用いた音声対話制御手法を考案した.本研究の目的は,日本語を第二言語とする日本語初学者が日本語を学習するために用いるディクトグロスシステムを音声入力が扱えるように拡張し,日本語初学者がより現実的な環境で学習できるようにすることである.初年度の25年度においては,特にオリジナルのディクトグロスシステムの改良を行った.この成果は平成25年9月に静岡県で開催された教育情報システム学会研究会にて``FonFを指向する日本語ディクトグロスシステムの開発と評価''というタイトルで,また,平成25年11月にインドネシアで開催されたThe 21st International Conference on Computers in Education (ICCE 2013)にて``Evaluation of an Improved Dictogloss System Oriented for Focus on Form''というタイトルで報告している.留学生を対象とした日本語の講義を担当している教員に,第二言語として日本語を学ぶ初学者が特に詰まるであろう言語表現について聞き取りを行った.また,同様に,平成24年度までに構築済みのディクトグロスシステムを実際に数名の留学生に使用してもらい,その中で日本語のどんな項目についてシステムを使って学びたいか調査を行った.その聞き取りや調査を元に,日本語学習における重要な学習項目として,敬語表現,文接続の表現などを取り上げた.平成25年度の成果であるディクトグロス日本語対話訓練システムにおける,学習者と学習者エージェント間の対話では,相手方の書いた復元文と自身の書いた復元文との違いに注目し,復元文中の『単語の有無』の指摘が可能である.しかし「なぜその単語がそこにあるべきなのか」(もしくはその単語があってはいけないのか)の指摘ができなかった.平成25年度におけるシステムの評価実験を受けての被験者である留学生からのアンケート回答,及び,実験協力をしていただいた留学生に日本語を教えている日本語教員へのインタビュー結果を元に「敬語」「文接続」の2つに注目し,敬語や接続詞の有無や間違いについて,「その理由」を含めて,学習者エージェントと対話ができる枠組みを考案した.実際の実装状況としては,後者の文接続における接続詞の単語の有無や間違いの指摘ができるシステムを開発した.前者については,本システムで利用している日本語理解システムにおいて敬語の取り扱いに関しての検討が不十分であった点,敬語に関する様々な知識の登録が間に合わなかった点などから実装が完了しなかった.この点に関しては平成27年度に実施予定である.また,研究実施計画において実施予定であった,日本語初学者を対象とした音声認識技術の開発については遅延しておりまだ成果物ができていないため,平成27年度に継続して実施予定である.また,ユーザプロファイルを備えたディクトグロスシステムの実現に関しては,平成24年度の研究成果であるシステム利用のログ収集機能の利用を計画していたが,前述のシステム開発の際にシステムの大幅な改善によりシステムが再実装された関係で,そのままでは利用できない.こちらについても平成27年度に,新システムへのログ収集機能の実装を行いそれらから得られる情報からユーザプロファイルを取得し,各ユーザの知識に沿った各ユーザ専用のシステムを実現する.平成27年度は,成果1「ディクトグロスシステムの協調学習者エージェントCLAと学習者との対話において,根拠を伴ったお互いの再現文の違いに言及する手法(平成26年度から継続)」成果2「成果1の実装を受けて,中級者上級者を対象としたCLAのteachable agentの実装」成果3「ディクトグロスシステムの学習者とCLAの対話への音声利用の実装」の3つの実績がある.成果1については,平成26年度の研究の成果を受けて,国際会議ICCE2015にて1本,教育システム情報学会の2015年度第3回研究会にて1本研究成果を報告している.成果2については,learning by teaching (人に教えることで学習成果の定着を図る学習法)を取り入れ,学習者が,ある一定の方針にもとづいて間違えるCLAに対して,その間違いを指摘できる枠組みを導入した.本成果に関しては,国際会議ICCE2016に投稿予定である.成果3については,ディクトグロスの要であるところの「言語の4能力をそれぞれ効果的に学習可能である」という定義を鑑み,学習者とCLAの対話を音声で行えるよう実装を行った.特に,対話制御部の実装を簡略化するため,認識の語彙に細工を施し,認識結果から即座にどのような対話制御を行えばいいかが判断できる枠組みを構築した.これにより,プログラムに触ることなく,応答文を生成することができるようにした.こちらの成果についても,平成28年度中に成果を発表予定である.平成26年度には不慮の状況が複数重なり,結果として,(4)遅れているの判断を行った.

それを受けて,平成27年度は,その遅れを取り戻すべく,対外発表を2件行い,また,新規に成果を2つ(成果2,成果3)上げることができた.成果2については,他教員・学生とのミーティングを週1回実施し,定期的にシステムの開発をする工夫を行った.成果3については,時期によってばらつきはあるものの,年度末はほぼ毎日学生とのゼミの中で,対話制御実装を容易にする音声認識用の語彙の表記方法を考案し,実際に実装を行い,成果を出すことができた.それらの結果,その遅れを少し取り戻すことができた.しかしながら,開始当初の計画からはまだ遅れている.平成28年度は,成果1「ディクトグロスシステムの協調学習者エージェントCLAと学習者との対話において,根拠を伴ったお互いの再現文の違いに言及する手法(平成27年度から継続)」,成果2「音声対話システムにおける音声対話制御の機械学習の導入」,成果3「ディクトグロスシステムにおける学習コンテンツの拡充」の3つの成果がある.成果2については,平成29年3月の人工知能学会SLUD研究会にて"対話状況を考慮したseq2seqに基づく音声対話制御の試作"というタイトルで報告を行った.こちらでは,ルールを手作業で構築した模擬対話から入力文と出力分のペアを生成し,そのデータを使ってseq2seqを学習する.現時点ではルールの手作業を前提とした手法となっているが,実際の利用体系において入力文と出力文,及びその時の対話の満足度等を多く収集する枠組みを作れれば,ルールを作らずに最初から機械学習で対話制御を実現可能であり,その基本的枠組みが作成できた点は成果と考えられる.成果3については,平成29年開催の国際会議ICCE2017に投稿予定である.実際に大学の日本語教育現場で用いられている日本語の教科書およびその教科書の指導要領から,日本語初学者が学ぶべき学習目標の言語形式をまとめ,それらをすべて学ぶことが可能な学習コンテンツを作成した.作成したコンテンツにより300分程度の演習が可能である.日本語ディクトグロスシステムを開発した.日本語ディクトグロス環境において,学習者と協調学習者エージェント(以降CLA)との対話において,単語の有無・正誤を判断した理由を付して対話できる環境を構築した.また,中級学習者向けのTeachable Agentも実装した.さらに,初学者を対象とした22種類,330分の学習が見込めるコンテンツを実際に構築した.最後に,学習者とCLAの対話における音声認識を実際に構築し,留学生がシステムを使う際の問題点を再確認した.また,多層パーセプトロンやseq2seqを用いた音声対話制御手法を考案した.本研究においては「ディクトグロスシステムの開発」と「音声認識技術の開発」と大きく2つの大きな軸があるが,前者において想定外の状況により開発が遅れたこと,後者については研究調査の甘さから実施が遅れたことなどにより研究実施が予定通り進まなかった.平成28年度は最終年度であり,現在の計画では,ここまでに作成したディクトグロス環境を,実際の日本語学習の現場で利用しての評価実験を行う予定である.
毛髪のミクロX線分析を利用した病理診断法の開発

昨年度までに毛髪のCa分布解析の手法を確立し、乳がん患者と健常人の毛髪分析データを比較してきた。今年度は乳がん患者において、腫瘍データ(腫瘍サイズ、Ki-67を指標とした腫瘍増殖能)と毛髪Ca量が増加する毛根からの部位との相関を検討し、本研究の最終的な目標である毛髪のCa変化の測定が腫瘍の早期発見に結びつけることができるかどうかについて考察した。測定試料として、パーマ、ブリーチ、ヘアカラーはほとんど行わない、外食はほとんどしない、カルシウム・ビタミンDなどのサプリメントは摂取しない、という外部環境からの毛髪Caへの影響をできるだけ避けた毛髪を用いた。腫瘍サイズが同一、すなわち20mmと35mmの提供者、各2名ずつを比較した。結果は、腫瘍サイズが大きいほどメデュラ(毛髪中心領域)のCa量がピークとなる部位が毛根より離れていた。これはメデュラCa量の増加時期が乳がん発症時期と相関すると仮定すると、腫瘍サイズの大きい場合はより以前に(すなわちより毛根から遠い部位で)Ca量が増加したと説明できる。さらに、同じ腫瘍サイズでは増殖能が大きい場合ほどメデュラCa量のピークが毛根に近いこともわかった。この結果は短時間で腫瘍が大きくなったと解釈できる。以上の結果から、毛髪のメデュラのCa上昇時期と乳がん発症時期には相関があることが示唆された。この結果からメデュラに蓄積するCaは血液からのCaを反映していると推測されるが、パーマ等の外部酸化により毛髪周辺部のキューティクルに蓄積するCaと化学形が異なる可能性を検討するため、CaのK吸収端での吸収微細構造(NEXAFS)を両者で比較した。両者ともに2つの吸収ピークが存在したが、そのエネルギーの違いは検出されなかった。しかしながら、2つのピークの強度比は異なっており、今後さらに測定例を増やすことが課題である。今年度は、主に毛髪Ca分布を求めるために計画した複数のX線マッピング方法の有効性の検討、それらの分析のフローの構築を行った。毛髪試料として、医学部病院にて採取した乳がん患者の毛髪14試料、健診に来院した健常女性の毛髪11試料を対象とした。1)実験室タイプのX線分析顕微鏡(0.1mm径マイクロビーム;大学所有)によるCa分析。毛根から毛先まで13cm間隔で元素量を測定した。毛髪の太さによる元素量に違いは、主要元素であるSで規格化して補正した。乳がん患者、健常人問わず、毛根から毛先にかけてCa含量は増加の傾向を示した。これは先端ほど酸化ダメージの影響が大きいためと考えられる。Caの絶対量は乳がん患者と健常人で有意な違いは観察されなかったが、乳がん患者の場合はよりCa量の変動が大きい傾向が見られた。そこで、変動の前後を中心に毛根から毛先まで設定した数点に対して断面試料を作製し、次のマイクロビームによる蛍光X線マッピングを試みた。2)放射光マイクロビームによる蛍光X線マッピング。Photon FactoryのBL-4Aに設置されたKBミラーによる約5ミクロンマイクロビームによる元素マッピングを行った。X線分析顕微鏡におけるCa変動部分において、Caがメデュラに蓄積されていることが、少ないサンプル数からではあるが判明した。3)放医研マイクロPIXEによる蛍光X線マッピング。Photon Factoryでメデュラに顕著にCa蓄積が見られた試料に対して、2ミクロンマイクロビームによる高空間分解能でCaマッピングを行った。放射光より明らかにメデュラにおけるCa分布の詳細を観察することができた。実験室タイプのX線分析顕微鏡での測定、注目部位の断面のCa分布の蛍光X線マッピング、同時に酸化度マッピングと実験系は順調に構築された。測定試料数の制限は、主に外部加速器施設でのビームタイムによる。Photon Factoryでは年3回、各回1日のビームタイムで合計30試料程度はマッピングできる。酸化度分布については、各回3日のビームタイムであるが、同程度の試料数を見込めた。しかしながら、マイクロPIXEは、1日に最大数試料の測定が限度であり、数多くの測定をこなし精度を向上させるリミット因子となっている。また、マイクロPIXEには別の問題も明らかとなった。Ca分布は高空間分解能で得られたが、各画素のカウントが小さく、S分布で規格化(割り算)することが困難であった。測定時間を延ばすことも考えられるが、さらに測定試料数が少なくなってしまう。今後の利用について再考する必要がある。Caの化学マッピングを行うにあたり、1ミクロン厚以下の極薄試料作製のためクライオミクロトームを導入した。現在、作製方法の習得中であるが、SiN基板上に十分の断片試料を載せられるかどうかが課題である。本研究は、乳がん患者の毛髪において観察されるCa蓄積はメデュラに特異的に起こるという作業仮説のもとに、28年度にほぼ確立した3種類のX線分析手法のプロトコールに従って、乳がん患者由来の毛髪4種、健常人由来毛髪3種について分析を行った。具体的には、まず実験室タイプのX線分析顕微鏡(XGT2700;堀場製作所)によって毛髪根元から先端まで1cm間隔でCa含量を測定後、Caが有意に変動していると思われる部位をカットし(毛髪により異なるが4-8部位)、断面のCa分布及び酸化度分布をそれぞれPhoton FactoryのBL-4Aに設置されたマイクロビーム蛍光X線マッピング(分解能5ミクロン)、及びBL-11Bに構築したX線密着顕微鏡(分解能0.5ミクロン)により観察した。結果は以下の通りである。

1)XGT2700のデータから、すべての毛髪は根元から先端につれてCa含量が増加した。毛髪内集積部位は、蛍光X線マッピングより毛髪実質部、周辺部のコルテックス、キューティクルにあり、密着顕微鏡による酸化度分布解析から、酸化の進んだ領域とCa集積部位が相関した。2)XGT2700のデータから、乳がん患者にCa値の揺らぎが大きい傾向が見られた。一方、健常人では比較的単調にCaが増加した。3)XGT2700で顕著なCa上昇が見られた部位は毛髪中心部メデュラへの集積が顕著であった。この結果は、実験室タイプのXGT2700の測定のみでメデュラへの蓄積を推測できる可能性を示唆するものであった。しかしながら、健常人由来サンプルでもメデュラへのCa蓄積が検出される場合があり、毛髪採取と同時にとったアンケートから原因を探る必要がある。実験室タイプのXGT2700での測定は、がん患者由来と健常者それぞれ約30試料程度とほぼ順調に測定が進んでいる。Photon Factoryでの測定試料数もビームタイムから考えて妥当と思われる。しかしながら、Photon Factoryでの測定中に判明したことであるが、深刻な問題もある。毛髪の同一部位をカットした断面試料間でCa含量にかなりのばらつきが観察されたことである。そのため、複数の断面試料を測定し平均を求める作業が必要となり、さらに全体測定試料数が少なくなることが危惧される。ビームタイム増加の要求などによる対処を考えている。昨年度までに毛髪のCa分布解析の手法を確立し、乳がん患者と健常人の毛髪分析データを比較してきた。今年度は乳がん患者において、腫瘍データ(腫瘍サイズ、Ki-67を指標とした腫瘍増殖能)と毛髪Ca量が増加する毛根からの部位との相関を検討し、本研究の最終的な目標である毛髪のCa変化の測定が腫瘍の早期発見に結びつけることができるかどうかについて考察した。測定試料として、パーマ、ブリーチ、ヘアカラーはほとんど行わない、外食はほとんどしない、カルシウム・ビタミンDなどのサプリメントは摂取しない、という外部環境からの毛髪Caへの影響をできるだけ避けた毛髪を用いた。腫瘍サイズが同一、すなわち20mmと35mmの提供者、各2名ずつを比較した。結果は、腫瘍サイズが大きいほどメデュラ(毛髪中心領域)のCa量がピークとなる部位が毛根より離れていた。これはメデュラCa量の増加時期が乳がん発症時期と相関すると仮定すると、腫瘍サイズの大きい場合はより以前に(すなわちより毛根から遠い部位で)Ca量が増加したと説明できる。さらに、同じ腫瘍サイズでは増殖能が大きい場合ほどメデュラCa量のピークが毛根に近いこともわかった。この結果は短時間で腫瘍が大きくなったと解釈できる。以上の結果から、毛髪のメデュラのCa上昇時期と乳がん発症時期には相関があることが示唆された。この結果からメデュラに蓄積するCaは血液からのCaを反映していると推測されるが、パーマ等の外部酸化により毛髪周辺部のキューティクルに蓄積するCaと化学形が異なる可能性を検討するため、CaのK吸収端での吸収微細構造(NEXAFS)を両者で比較した。両者ともに2つの吸収ピークが存在したが、そのエネルギーの違いは検出されなかった。
臭化メチル吸入曝露により引き起こされる中枢神経症状の責任部位の解明

臭化メチルは薫蒸剤として広く利用されているが,吸入により様々な中枢神経症状を引き起こす.そこで,臭化メチルの脳組織への影響を調べるため,体重約300gのWistar系雄ラットに500ppmの臭化メチルを1日6時間,週3日,4週間の反復吸入曝露実験を行った.最終曝露終了後4日目に脱血死させ,直ちに脳を取り出し,氷冷下でGlowinski&Iversenらの方法に準じ小脳虫部,小脳体部,延髄,視床下部,線条体,海馬,中脳,大脳皮質に8分割し,20倍量の20mM炭酸水素ナトリウムを加えてホモジネートし,-40°Cで凍結保存した.CK活性をクレアチンリン酸基質・テトラゾリウム塩法,LDH(Lactate dehydrogenase)活性をWroblewski-La Due法,GOT(Glutamic oxaloacetic transaminase)活性をUV・Rate法で測定した.また,蛋白をRowry法で,臭化物イオン濃度をヘッドスペースガスクロマトグラフ法を用いて測定した.部位別の脳内LDH,GOT活性はいずれの部位でも有意な変化は示さなかったが,CK活性はいずれの部位でも有意な低下を示し,特に視床下部,延髄では70%以上と他の部位よりも著明な活性の低下を示した.脳の神経病理学的な検討では,1)尾状核一被殻の壊死病変,2)尾状核一被殻,視床および帯状皮質の神経細胞の萎縮およびニューロピルの染色性の低下が見られた.これは線状体に相当する部分であるが,同部のCK活性は著明に抑制されているものの,視床下部,延髄に比べるとその抑制の度合いは小さいことから,脳は部位間において臭化メチルに対する感受性の違いがあると考えられる.一方,臭化物イオン濃度はいずれの部位でも著明に増加し,脳の部位における差異は認められなかった.臭化メチルは薫蒸剤として広く利用されているが,吸入により様々な中枢神経症状を引き起こす.そこで,臭化メチルの脳組織への影響を調べるため,体重約300gのWistar系雄ラットに500ppmの臭化メチルを1日6時間,週3日,4週間の反復吸入曝露実験を行った.最終曝露終了後4日目に脱血死させ,直ちに脳を取り出し,氷冷下でGlowinski&Iversenらの方法に準じ小脳虫部,小脳体部,延髄,視床下部,線条体,海馬,中脳,大脳皮質に8分割し,20倍量の20mM炭酸水素ナトリウムを加えてホモジネートし,-40°Cで凍結保存した.CK活性をクレアチンリン酸基質・テトラゾリウム塩法,LDH(Lactate dehydrogenase)活性をWroblewski-La Due法,GOT(Glutamic oxaloacetic transaminase)活性をUV・Rate法で測定した.また,蛋白をRowry法で,臭化物イオン濃度をヘッドスペースガスクロマトグラフ法を用いて測定した.部位別の脳内LDH,GOT活性はいずれの部位でも有意な変化は示さなかったが,CK活性はいずれの部位でも有意な低下を示し,特に視床下部,延髄では70%以上と他の部位よりも著明な活性の低下を示した.脳の神経病理学的な検討では,1)尾状核一被殻の壊死病変,2)尾状核一被殻,視床および帯状皮質の神経細胞の萎縮およびニューロピルの染色性の低下が見られた.これは線状体に相当する部分であるが,同部のCK活性は著明に抑制されているものの,視床下部,延髄に比べるとその抑制の度合いは小さいことから,脳は部位間において臭化メチルに対する感受性の違いがあると考えられる.一方,臭化物イオン濃度はいずれの部位でも著明に増加し,脳の部位における差異は認められなかった.
都市緑地におけるストレス緩和を目的としたナイトランドスケープの提案と効果検証

都市緑地における夜間利用の可能性について検証を行った。その結果、都市の屋上緑化空間において、夜間でも日中と同様に肯定的な印象を持つことが明らかになった。夜間の利用においては,照明を取り入れることでより安心感を得られること,さらに緑地のある空間では気分を陽性方向へ導き,心地よい印象を持つことが明らかになった。これらの結果から、都市緑地における夜間利用は心理的には有効であることが示唆された。今回は屋上緑化空間で実験を行ったことから、性格上,安全性などに配慮されていること,また屋上という空間は,通常の都市公園などと異なり,囲われた空間であることから,より心理的にプラスに働いたと考えられた。1.ナイトランドスケープの生理・心理的効果:昨年度は商業施設の屋上における夜間の緑地利用における生理・心理的効果を計測したが、本年度は申請時の計画通り、都市緑地での実験を行った。緑地のタイプを人工、半自然、自然の3種類に分け、それぞれにおける印象評価を調べた。その結果、自然であることが必ずしも良い印象に結びつくわけでは無いことが明らかとなった。適度に人工的に作られた方が安心感や興味が大きくなることがわかった。これらの結果を踏まえて、次年度は都市緑地の夜間利用時の心理に影響を与えると考えられる要素として、緑地サイズやアクセス、ファニチャーや樹木の位置などを取り上げ、それらが及ぼす効果について検討することを計画している。2.ナイトランドスケープのモニタリング調査:昨年、予備実験を行った韓国の清渓川(チョンゲチョン)において、ソウル大学の大学生40名を対象に昼間と夜間の休憩時における生理・心理的効果を計測した。生理としては唾液アミラーゼ濃度の計測、心理としてはPOMSとSD法、さらに補足としてアンケート調査を実施した。その結果、同じ都市緑地であっても夜間と昼間では印象が異なること、また照明の効果により、不安や安全といった心理面に大きな影響をあたえること、また照明があれば、夜間の緑地でも、男女問わず心地よいと感じることなどが明らかになった。3.成果のアウトプット:現在、これらの結果を経済価値と結びつけて考察することを検討しており、本年度はその準備として、民間企業やソウル大との連携を行い、研究手法の打ち合わせをおこなった。これらをまとめた結果は、次年度に関係学会で講評する予定である。既往研究より、森林セラピーや園芸療法などの医科学的効果が検証され始めているが、それらの効果を実際に得るための手法やデザインに関する研究はほとんど見られない。例えば、ストレスを多く抱えている都市勤務者が緑地を通じてストレス緩和を求めたとしても、日中の勤務時間中に緑地で休憩を取ることは困難である。つまり都市域に緑地を増やすだけではなく、どのようにしてその効果を享受することができるかが重要課題である。そこで本研究では、勤務後である夕方以降の緑地の利用価値に着目し、「ナイトランドスケープ」として提案を行うと共に、夜間の緑地を利用することによる生理・心理的効果の検証を試みた。その結果、1.都市域の屋上緑地で実施した実験結果から、夜間においても照明の適切な導入によって緑地での休憩によりストレスが緩和されることがわかった。これまでの研究では夜間の緑地においては治安面が問題とされていたが、屋上緑地という閉鎖的な環境では安心して利用できることなども明らかとなった。2.海外での事例調査として韓国の清渓川において昼間と夜間による印象の違いや感情の違いなどの測定およびアンケート調査を実施した。その結果、昼間と夜間では同じ緑地でも利用者層が異なり、昼間は家族、夜間は勤務者や学生などの利用が多かった。また、緑量が多いことが心理的効果の向上に直接的に結びつくものではなく、他の施設とのバランスや照明との関係、空間配置など緑地の質に影響されることがわかった。韓国では日常的な緑地の夜間利用であるが日本では花見や紅葉の時期のみで日常的な利用はあまり見られなかった。今後は、安心して利用できる空間や照明、利用の提案が必要である。これらの結果から、今後都市勤務者等のストレス緩和には夜間の都市緑地利用が有用であり、そのためには緑の質や配置を考慮した「ナイトランドスケープ」を取り入れることが重要であると考えられた。1.ナイトランドスケープの生理・心理的効果検証:商業施設での屋上緑化部分における利用に関する実験の結果から、夜間でもストレス緩和効果があることが明らかになった。この研究成果は緑化工学会等で公表された。また、商業施設の屋上緑化部分の利用に関するアンケートも実施し、現在、その結果をまとめている段階である。2.ナイトランドスケープのモニタリング調査:1年目である23年度は海外におけるナイトランドスケープの先進事例として韓国のチョンゲチョン(清渓川)における調査を中心に行った。夏、秋、冬と各季節における昼間と夜間の利用状況の違いの調査、また河川の緑化割合の違いによって3つのエリアに分け、各エリアごとでの印象評価、POMSの測定をおこなった。

その結果、夏期においては昼間も夜間も利用者が多かったが、その利用者層と、利用内容が異なっていた。昼間は近辺の勤務者だけでなく、観光客や子供連れの家族など幅広い利用があり、水に足を入れるなどの利用が多いが、夜間は若者や近隣の勤務者など大人同士の利用が多く、散策や休憩などの利用が主体となっていた。また、緑量や自然の残存量と利用者数の相関は見られず、人工的な緑化空間でも、配置や照明、プログラムによって利用者が増加することがわかった。冬期は夏期よりも利用者が減るが、一定の人数は利用していた。ただ、利用時間が夏期に比べ短いことがわかった。そのほか、次年度以降の本調査に向けて、現地の大学(江陵大学やソウル大学)との研究打ち合わせ等を実施した。3.成果のアウトプット:先述の緑化工学会の発表に加え、韓国緑地環境デザイン学会において研究成果の一部を発表した。夜間の調査であること、また屋外での調査であることから、気候に左右されやすく、実験が予定通りに進まないことも多々あった。また、ヒトを対象とする実験であることから、被験者を集めること、また夜間まで拘束することなど、実験における条件が多く、全ての調査が当初の予定通りに進んだとは言えない。また、研究結果の評価手法を、より深めるために経済的な効果を検証することを加えたため、これまでの研究成果と合わせた内容については学会等に公表することが出来たが、経済効果まで加えた結果を学会等に公表することができなかったため、やや遅れていると判断した。当初の予定した3項目(1.ナイトランドスケープの生理・心理的効果検証、2.ナイトランドスケープのモニタリング調査、3.成果のアウトプット)が、予定通りに進み、学会発表にも結びついたことから、順調であると言える。申請時の予定通り、3年目の最終年度であることから、2年目までに実施した研究内容の整理と、その結果から、新しい夜間の緑地利用に関する「ナイトランドスケープ」を提案する。また、結果の整理、ナイトランドスケープの提案時に不足している調査項目や実験が確認された場合は、追加で調査、実験を行うこととする。さらに、本研究成果は日本国内の関連学会等で発表すると共に、研究対象地の一つである韓国においても、関連する国際学会などで、その結果を報告する予定である。申請時の予定通り3項目を進める。1.ナイトランドスケープの生理・心理的効果検証:ここでは、国内の緑地における夜間利用の心理調査を実施する予定である。2.ナイトランドスケープのモニタリング調査:先進事例であるチョンゲチョンでの調査を中心に実施する予定である。3.成果のアウトプット:1年目の成果および、2年目の成果がまとまり次第、学会発表、論文化を進める。基本的に当初の予定通りとするが、2年間の支出状況から、消耗品を当初の予定よりも少し増加し、その増額分は謝金から減らすこととする。1年目の使用結果から、旅費を当初の予定よりも増やす。また1年目に設備備品費で購入予定であった唾液
第三周期元素とアジドの特性を利用した切断可能リンカーの開発

生命現象を化学的な観点から明らかにしようとする場合、適切な時に、適切な場所で切断されるリンカーがしばしば必要とされる。しかし、安定性と切断条件の穏和さを両立させることは難しく、より使いやすい理想的なリンカーの開発が望まれている。これに対して、本研究では、特徴的な性質を持つリンや硫黄などの第三周期元素を利用し、これをアジドの化学と組み合わせることで、穏和な条件にて選択的に解裂できるリンカーの開発を目指す。
幅の狭い直接fバンドの物性研究

『幅の狭い直接fバンドの物性研究』を研究課題として採り上げ2年計画の研究としてスタートした。初年度の平成3年には光交流法による比熱測定の整備、立ち上げを完成させ、更に単結晶作成を重点的に行って2年度目に備えた。一方、所謂f電子系の研究はここ23年の間に急速に進展をとげ、“価数揺動"というダイナミカルな現象を連想させるTerminologyは金属に対しても絶縁体に対しても適切でないという結論に収束しつつある。すなわち、高濃度近藤効果を示す状態より更にMixingが強い領域と考えられていた価数揺動状態(これが正に本研究が目指す幅の狭い直接fバンドとして取り扱うべき領域と考えていた)は、通常のバンド計算が示す結果でその基底状態が概ね記述出来うるという事である。この結論に至る過程で、我々が本研究の一環として行った“絶縁体的価数揺動物質YbB_<12>、Ce_3(Au_<1-x>PT_X)_3SB_4"の研究が果たした役割は大きい。さて本研究で主として取り上げた強磁性体的価数揺動物質RRh_3B_2(R=Ce,Sm)や同型のUIr_3B_2の物性は、Ce-CeあるいはU-U距離が小さく“絶縁体的価数揺動物質"として捕らえることができる。この物質群に対しても果たして通常のバンド計算で律し得るか否かの問題が急浮上した。価数揺動に対する現時点での上記コンセンサスと照らし併せて、我々の本研究期間で得た成果を以下に述べる。1)Ce_3(Au_<1->xPtx)_3Sb_4系に於ける値数揺動状態...Auの一部を電子数1ヶ少ないPtで置換する事によりCeの価数が3+から4+に遷移し最終的には、価数揺動特有の性質を示す。この過程でも依然半導体的性質が保たれており、エネルギーギャップの起因がバンドギャップであることを明確に示した。2)半導体的価数揺動物質YbB_<12>の高圧下に於ける...YbB_<1 2>のエネルギーギャップ及び格子定数の圧力依存性を求め、これよりギャップがゼロになるための格子定数の変化量はYbB_<12>もSmB_6も同じであることをしめした。4)UIr_3B_2に少量のFeを添加した系での磁性の研究...Irの5dバンドがFeで分極され、それがf-d hybridizationを通じて幅の狭い5fバンドが分極して弱い強磁性が出現した。平成3年度の研究実施計画は次ぎの3点であった。1.高温比熱測定装置の整備2.R(Rh_<1ーx>Ru_x)_3B_2の単結晶作成3.基礎物性(磁化、抵抗、比熱)の測定であった。

1.の内容はロックインアンプ(NF回路設計社製)を設備備品として購入し、既存の高温比熱測定装置本体と接続して稼続して接働可能にすることであったが、これは完全に目的を達した。即ち試験的にTbB_6の比熱を80゚K300゚の範囲で測定した所、ヒ-トパルス法で1.5゚K70゚Kの範囲で求まっている測定値にスム-ズに接続した(右図)。本装置は今後、本研究のみならず他の多くの実験にも供されるものとして期待されている。2.3.の内容の主たるものはCeRh_3B_2及びSmRh_3B_2の単結晶作成とデ-タの収集にある。我々は、CeRh_3B_2に関してはトリア-ク炉を用いて引き上げ法で作成を試みている。現在2×2×5mm^3の大きさの物まで得られており、すでに電気抵抗、帯磁率、の異方性の測定が完了している。磁化容易軸はC面内であることも判明した。一方、SmRh_3B_2は蒸気圧が比較的高く引き上げ法は適さないのでトリア-クで溶した後、徐冷の過程でボタン内に成長する単結晶を物性測定に供している。磁化測定の結果、弱い強磁性体であり磁気モ-メントはC軸方向に揃っていることが明らかとなった。Rhの一部をRuで置換した系の単結晶作成は現在その方法も含めて検討中である。尚、当初の予定には無かったが、東大理学部の藤森氏からの要請もあり単結晶CeRh_3B_2光電子分光の共同実験も現在進行中である。『幅の狭い直接fバンドの物性研究』を研究課題として採り上げ2年計画の研究としてスタートした。初年度の平成3年には光交流法による比熱測定の整備、立ち上げおよび単結晶作成を重点的に行って2年度目に備えた。他方、所謂f電子系の研究はここ23年の間に急速に進展をとげ、“価数揺動"というダイナミカルな現象を連想させるTerminologyは金属に対しても絶縁体に対しても適切でないという結論に収束しつつある。すなはち、高濃度近藤効果を示す状態よりさらにMixingが強い領域と考えられていた価数揺動状態(これが正に本研究が目指す幅の狭い直接fバンドとして取り扱うべき領域と考えられていた)は、通常のバンド計算が示す結果でその基底状態が概ね記述出来うるという事である。この結論に至る過程で、我々が本研究と平行して行った“絶縁体的価数揺動物質YbB_<12>、Ce_3Au(Pt)_3Sb_4"の研究が果たした役割は大きい。さて本研究で取り上げたRRh_3B_2(R=Ce,Sm)やUIr_3B_2の物性は、Ce-CeあるいはU-U距離が小さく“金属的価数揺動物質"として捕らえることができる。この物質群に対しても果たして通常のバンド計算で律し得るか否かの問題が急浮上した。現時点での価数揺動に対する上記コンセンサスと照らし併せて、我々の平成4年度の実験を以下に述べる。1)CeRh_3B_2の^<11>Bを使用しての単結晶作成。...この仕事は平成3年度に引き続くものであり、とくに将来中性子回折の実験でCe以外にもRhが磁気モーメントを担うか否かの判定につかう。2)単結晶CeRh_3B_2の軟X線による線二色性の実験を通しての巨大結晶場と強磁性の研究3)UIr_3B_2に少量のFeを添加した系での磁性の研究...Irの5dバンドをFeで分極させ、それがf...d hybridizationを通じて5fバンドに及ぼす影響。
オートファジーの生理・病態生理学的意義とその分子基盤

オートファジーはリソソームを分解の場とする細胞質成分の分解系であり、広範な生命現象に関与していることが明らかにされてきた。本課題では、オートファゴソーム形成、オートファゴソームとリソソームの融合、それに引き続くオートファゴソーム膜の分解の分子基盤を明らかにし、さらにマウスにおけるオートファジーの生理機能の解析、新規オートファジー活性評価レポーターの開発、新規オートファジー制御化合物の同定を行った。オートファゴソーム形成の研究については、これまで遺伝学的相互関係が主に解析されてきたAtg因子群の相互関連について、時空間的相互作用を明らかにした。その結果、上流因子であるULK1複合体と下流因子のATG5の挙動がきわめて類似していること、およびVMP1陽性の恒常的構造体からオートファゴソームが形成されることが判明した。一方、これらのATG因子を含むタンパク質の合成が飢餓誘導のオートファジーに必要であるという説が以前からあったが、タンパク質翻訳阻害剤等を用いた研究から、少なくても短時間飢餓によるオートファジーには新規タンパク質合成は不要であることを明らかにした。一方、オートファゴソームとリソソームの融合過程に必要な繋留因子として、HOPSを同定した。HOPSはすでにリソソームとエンドソームの融合に必要であることが知られているが、HOPSはオートファゴソームのSNAREであるシンタキシン17と直接結合することで、オートファジーにも関与することを明らかにした。マウスを用いたオートファジーの生理・病態生理学的研究においては、ATG13ノックアウトマウスが心血管系の異常を呈することを明らかにし、これはATG13がオートファジー非依存的な作用をもつことを示唆した。マウス受精卵で誘導されるオートファジーを生細胞のままモニターする実験系を構築して、オートファジーの活性とその後の胚発生能が相関することを明らかにした。SENDA病モデルマウスとしてのWIPI4ノックアウトマウスも繁殖・解析を開始した。また水晶体細胞内でのオルガネラ分解を実時間で解析できるex vivo可視化系を確立した。本研究グループでは、これまでにオートファゴソームとリソソームの融合過程に必要なSNARE因子としてシンタキシン17を同定した。今回、シンタキシン17に結合する因子を探索した結果、リソソームとエンドソームの融合に必要であることが知られている繋留因子HOPS複合体がシンタキシン17とも結合することを見いだし、それがオートファゴソームとリソソームとの融合に必要であることを明らかにした。オートファゴソーム形成に関わるATG因子群については、これまで遺伝学的相互関係が主に調べられてきたが、これらの因子が具体的にどのような膜動態を制御しているかは明らかではなかった。そこで、今回、代表的なATG因子のノックアウトおよびノックダウン細胞の電子顕微鏡を用いた超微細構造解析を行い、各ATG因子または複合体が機能するオートファゴソーム形成ステップを特定した。また、同時にオートファジー選択的基質としてフェリチンを特定した。またCRISPR/Cas9法を用いて、ATG13ノックアウトマウス、ATG101ノックアウトマウスを作製した。常法に従いATG13ノックアウトマウスは速やかに作製できたが、ATG101マウス作製に難航した。導入遺伝子量を検討・変更するなどして作製に成功した。この間約7ヶ月当初の計画が遅延したが、その後は順調に繁殖解析へ移行した。その他、受精後に誘導されるオートファジーがmTOR非依存的であることなどを明らかにした。また、受精直後のオートファジーによる選択的分解の可能性を解析するため、精子由来のミトコンドリアや卵細胞質の脂肪滴を可視化するためのモニター系を構築した。予定されていたオートファゴソーム膜構築における各ATG因子の機能解析、オートファゴソームとリソソームの融合に関わる繋留因子の同定は論文発表に至った。ATGノックアウトマウスに関する研究についても、ATG13マウス作出に成功し、WIPI4遺伝子、ATG5遺伝子に関しても各種ノックアウトマウスの解析が順調に進んでいる。ATG101については作製に検討を要したが、約7ヶ月遅れて当初の予定のステップを完了することができている。また、オートファゴソーム形成部位の脂質・脂質合成酵素蓄積の解析、シンタキシン17の膜挿入機構の解析については興味深い予備データが得られている。合計して、原著論文6編、英文総説2編、和文総説4編を発表した。大学院生・学部学生などの若手の参画も多く、研究者育成も順調に進んでいる。本研究課題では、モデル動物を用いたオートファジーの生理学的解析と、その基盤となる分子機構の解析を行っている。平成27年度は、生理機能の解析としては、ATG13の遺伝子欠損マウスの解析を行った。ATG13はULK、FIP200、ATG101とともに複合体を形成して、オートファゴソーム形成の始動を制御する因子である。Atg13ノックアウトマウスは胎生致死となり、心筋の発達異常がその原因と考えられた。ATG13と共同して機能するFIP200のノックアウトマウスも胎児期に死亡するが、他の多くのATG遺伝子ノックアウトマウスは出生直後に死亡するため、Atg13-FIP200がもつ非オートファジー機能が心臓発生に寄与している可能性が考えられた。また中国Hong Zhang博士と共同でヒトSENDA病のモデルとしてWIPI4/WDR45ノックアウトマウスを作製・解析し、これらがオートファジー基質の蓄積とともに学習障害、運動障害を呈することを明らかとした。