hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地方都市の観光需要拡大を目的とした風景画像の定量的評価とメロディー化

本研究では,主に高速フーリエ変換アルゴリズムを応用して,次の2つの方法を提案した.つまり,(1)観光地の写真の「心地よさ」を評価し,同時に(2)写真からメロディーを抽出する.尾道市の観光スポットの写真198枚を用いた実験を行い,この結果を示して市民や学生,美術学科の教員等に意見を求めたところ,直観に合致するとの前向きな意見を得ることができた.この方法をwebページ等に実装することにより,「癒しルート」のような従来とは異なる視点から観光ルートを推奨し,訪れた場所の風景を音楽に変換することが可能となる.本研究では,主に高速フーリエ変換アルゴリズムを応用して,次の2つの方法を提案した.つまり,(1)観光地の写真の「心地よさ」を評価し,同時に(2)写真からメロディーを抽出する.尾道市の観光スポットの写真198枚を用いた実験を行い,この結果を示して市民や学生,美術学科の教員等に意見を求めたところ,直観に合致するとの前向きな意見を得ることができた.この方法をwebページ等に実装することにより,「癒しルート」のような従来とは異なる視点から観光ルートを推奨し,訪れた場所の風景を音楽に変換することが可能となる.本研究では,高速フーリエ変換(FFT)を応用して,次の2つの手法を提案している.(1)写真の「心地良さ」を定量的に計測し,(2)(1)の過程で分解された波を対応する音に変換することにより和音並びに曲を生成する.これらの方法により,観光スポットの写真を計測し,「癒しスポット」などの観光ルートを推奨したり,各スポットの写真からメロディーを生成したりすることができ,従来とは異なる視点から観光地の魅力を(観光客に)伝えることができると考えられる.これまで(1)の方法を改良しながら,尾道市における観光スポットの写真250枚について,(a)ホワイトノイズ,(b)1/fゆらぎ,(c)レッドノイズに分類する実験を行っている.これらの(a),(b)及び(c)に分類された写真には,主に次のような特徴が見受けられることも確認している.つまり,(a)細かい葉や花弁を有する植物が,写真の60%以上を覆っている.(b)自然と人工物(古い建物,石による建造物,石像など)が調和している.(c)海や夕焼けの情景が撮影されている.この結果について,本学美術学科の教員や学生に意見を求めたところ,尾道市の観光スポットが有する特徴を反映した分類ができているとの前向きな意見を得た.従って,本研究で提案した写真の分類方法が観光ルートを推奨する際に有効に機能していると考えられる.また,(2)の方法により生成した曲(原曲と呼ぶ)を,写真の特徴に応じてアレンジする(例えば,写真の暗い箇所から抽出された音は重くゆっくりと,明るい箇所から抽出された音は軽快に演奏する)ことにより,写真毎に異なったメロディーを再生することも実現している.ここまでの成果については,日本感性工学会の全国大会にて発表しており,今年度開催される国際会議(WCE2014)のプロシーディングスに掲載されることも決定している.本研究では,高速フーリエ変換(FFT)などを応用して,次の2つの手法を提案した.(1)「癒しスポット」などの観光ルートを推奨するために,写真の「心地よさ」を定量的に計測する.(2)各スポットの写真からメロディーを生成する.これにより,従来の方法に加えて異なる視点から観光地の魅力を観光客に伝えることができると考えられる.H25年度は,主に1次元FFTを応用し(1)及び(2)の方法を提案した.尾道市の観光スポットの写真250枚について,(a)ホワイトノイズ,(b)1/fゆらぎ,(c)レッドノイズに分類する実験を行い,それぞれのカテゴリーに分類された写真の特徴について考察した.この結果について,本学美術学科の教員や学生,市民に意見を求めたところ,尾道市の観光スポットが有する特徴を反映した分類ができているとの前向きな回答を得た.また,画像を分析する過程でスペクトル解析により分解された「波」を音高に変換し,和音を生成する方法についても提案している.H26年度は,画像の平面上のフラクタル性を検出し,より人間の直観に合致した写真の分類が可能となるように,また,平面上の特徴を考慮した和音抽出を実現するために2次元DFAやFFTを応用した方法も提案した.また,同じ和声進行の曲であっても,音の「厚み」を変化させることにより,印象が全く異なる曲を生成することができる.写真の特徴に応じて音の厚みを変化させ,写真の特徴をより反映させた曲を生成することも考えている.予備実験として,100曲のクラッシック音楽の楽譜データを分析し,音の厚みにより作曲者別に曲を分類する方法についても提案した.これらの成果については,国際会議(WCE2014,IMECS2015)のプロシーディングスに掲載され(Best Paper Award受賞,Merit受賞),日本感性工学会の全国大会や研究会等でも公表している.オペレーションズ・リサーチ,画像のゆらぎ解析平成25年度の研究計画は次の通りである.(1)分析の対象となる写真の収集,(2)画像の定量的評価方法の提案,(3)DFAなどのFFT以外の方法を応用した画像評価方法の提案,(4)写真の色彩や明るさ,被写体の奥行きなどを考慮した画像評価方法の提案,(5)ファジィ理論におけるメンバシップ関数の画像の定量的評価への応用.

これまでに,(1)の写真収集,並びに写真データを256階調のグレースケール画像に変換し,この画像を(1)及び(2)の方法により評価する方法の開発については,概ね計画通りに進んでいる.この一方で,(4)の評価方法を提案する際には,グレースケール画像に変換する前の画像におけるRGB値を用いた方法を構築する必要がある.既存の関連する研究の調査や,本学美術学科の教員や学生に対するヒヤリングにより,色彩(やその配置)と「心地良さ」との関係についてある程度把握できているものの,このような要因を考慮する場合には,パワースペクトル密度の振る舞いに応じて画像を評価する方法を適用するだけでは不十分である.(5)の方法も考慮しつつ,新しい画像の評価方法を検討する必要があるという点で課題が残っている.しかしながら,平成26年度の計画としてあげている,楽譜データの収集,和音抽出・和声進行決定方法創案,曲の特徴分析(曲の厚みに関する分析)に関しては,既に着手しており,これらのことも含めて総合的に判断した結果,「やや遅れている」と判断した.上の【現在までの達成度】において,課題として示した画像の定量的評価法の改良については,これまでの調査結果を反映した成果が得られるよう,交付申請書にあげている研究協力者からの知識提供を受けながら引き続き継続していく.また,平成26年度の計画は,(1)楽譜データの収集,(2)和音抽出・和声進行決定方法創案,(3)曲の厚みに関する分析,(4)画像の特徴を考慮した音の装飾方法の創案,(5)曲のゆらぎ解析である.(1)については十分な数の楽曲を収集し,このうち70%程度をデータ化して入力済みであり,(2)についても概ね安定した結果が得られるようになっている.(3)については「曲の厚み」を定義し,定量的に求める手法を提案して,これを実現するためのシステムを開発できたので引き続き分析を継続する.(4)に関しては,研究会や学会報告の際に,画像から抽出した曲に対して「曲から画像をイメージできない」や「画像の定量的評価が中心であるため生成される曲はシンプルなものでよい」という意見を得ている.前者を解決しようとすると曲が複雑になり,後者のシンプルさを実現しようとすることと相反する.また,前者を追求するあまり「曲らしい」ものを生成してしまうと,かえって「作為性」を疑われることにもなりかねない.このため,次のような方法を検討している.すなわち,地方観光都市における風景画像については,画像の色の分布を調べることにより,被写体をある程度推定することができる(例えば,緑なら山,青なら海,赤なら社殿や鳥居など).写真に含まれる色に応じて,(2)で作成した「原曲」を移調することにより,被写体のイメージに沿った曲に編曲する.さらに,(5)の曲のゆらぎ解析については,既存のDFAを応用した方法により対応可能であると考えられる.平成25年度の残額が330,920円である理由については次の通りである.(1)予定していた国際会議に参加できなかっため,国内学会の発表に切り替えた.(2)データ入力やシステム開発補助に携わる人員が十分に確保できず,結果として人件費が大幅に節約できた(3)開発用ソフトウェアの購入を予定していたが,これまでの作業については旧バージョンで対応できたので購入を見送った.ただし,今年度はサポートの打ち切り等を考慮して,新バージョンのそれを購入する必要がある.平成25年度の残額330,920円については,次の通り使用する予定である.
新規Ａｋｔ基質Ｇｉｒｄｉｎの血管恒常性制御機構の解明

我々が新規にその機能を解明したAkt基質Girdinは血管内皮細胞と血管平滑筋細胞に発現している。血管内皮細胞ではGirdinの発現とAktによるリン酸化は血管新生に関与しているが、すでに構築されている毛細血管ではGirdinはR-Rasと結合し、VE-cadherinの細胞内輸送の調節に関与していた。この機能は血管透過性の調節に重要であると判明した。また血管平滑筋細胞ではGirdinの発現とAktによるリン酸化は細胞遊走と細胞分裂を制御し、血管損傷後の新生内膜形成過程に重要な役割を果たしていることが確認された。・ラット頸動脈内膜擦過モデルでのGirdinによる遺伝子治療の検討ラット頚動脈内膜擦過モデルで、Girdinに対するshRNAを発現するアデノウイルスベクターを注入し、中膜平滑筋細胞でGirdinをノックダウンした。14日後に得られた組織標本で新生内膜厚をコントロール群と比較したところ、Girdinノックダウン群では新生内膜形成の有意な抑制が認められた。また、新生内膜内の細胞で、Girdinノックダウン群では、細胞増殖が有意に減少していた。再内皮化過程には両群で差は認められなかった。次いで、Girdin wild type、SA formを発現するアデノウイルスベクターを用いて擦過後の頚動脈中膜平滑筋でGirdin wild type、SA formを過剰発現させて新生内膜形成を評価したが、有意な差は認められなかった。GirdinのAktによるリン酸化の、新生内膜形成における役割を明確にするために、GirdinのAktによるリン酸化サイトであるセリン1416をアラニンに置換したGirdinS1416Aノックインマウスを作製した。このマウスで大腿動脈wire injuryモデルを作成してさらに研究を進める予定である。・Girdinのvascularpermeability調節機能のin vivo、in vitroでの解析Girdinの血管透過性調節に対する関与を検討するために、HUVECを用いたin vitroの実験を行った。Girdinのノックダウンで、VEGF刺激下でのFITC-dextranのHUVECのmonolayerでの透過性は有意に抑制された。また、Girdinのノックダウンにより、VE-cadherinのendocytosisが減少していることが判明した。このメカニズムをさらに検討していく予定である。Aktによってリン酸化されるGirdinのセリン1416をアラニンに置換したGirdinS1416Aノックインマウスを作成して、大腿動脈にワイヤー擦過を行い、新生内膜の形成を評価した。野生型に比べてGirdinS1416Aノックインマウスでは新生内膜の形成が有意に抑制されていた。また、新生内膜内での細胞増殖が有意に抑制されていることが判明した。GirdinS1416Aノックインマウスから単離した血管平滑筋細胞では細胞増殖が低下していた。このメカニズムとして、GirdinS1416A変異体を発現する平滑筋細胞では、多核を呈する細胞が有意に増加しており、細胞分裂の障害が関与していると考えられた。・組織特異的Girdinノックアウトマウスの作成と解析血管内皮特異的・血管平滑筋特異的Girdinノックアウトマウスを作製した。これらのマウスは通常成育条件では正常に発育し、肉眼的異常を認めなかった。今後、これらのマウスでざまざまな疾患モデルを作成して、Girdinが血管系の疾病で果たす機能を解析する予定である。・Girdinが血管透過性調節に果たす機能の解析VEGF刺激で誘発される血管透過性亢進時にGirdinはsmall GTPaseの一つであるR-Ras、VE-cadherinと結合し、VE-cadherinのendocytosis、細胞内でのTraffickingを調節することが明らかとなった。今後は疾患モデルでのこの機能の意義を解析していく予定である。平成23年度は血管内皮細胞でGirdinが、血管透過性調節に関与するメカニズムを解析した。Girdinをノックダウンした血管内皮細胞では、VEGF刺激による血管透過性の亢進が抑制されていた。これに伴い、Girdinノックアウトでは、VEGF刺激後の血管内皮細胞間のadherens junctionの乖離が抑制されていた。さらに検討を行ったところ、Girdinをノックアウトすると、VEGF刺激で生じるVE-cadherinのエンドサイトーシスが著名に減少していた。また、GirdinはVE-cadherin、clathrinと複合体を形成していることも確認された。これらの結果から、GirdinはVE-cadherinにendocytosisに際して、クラスリン・アダプターとして作用している可能性が示唆された。さらに、我々は血管の安定性を制御していると報告されている低分子量GタンパクであるR-RasとGirdinによって制御されるVE-cadherinのendocytosisの関連を検討した。

GirdinはVEGFの下流で活性化されたR-Rasと複合体を形成し、R-RasとGirdinの複合体形成がendocytosis後のVE-cadherinのリサイクリングと分解のバランスを制御していることが判明した。昨年度までに作成された血管内皮特異的Girdinノックアウトマウスは、血管新生に大きな影響がなかった。しかし、Aktによりリン酸化されるセリン残基であるセリン1416をアラニンに置換した変異体をノックインしたGirdinS1416A変異体導入マウスで心筋梗塞後の線維化巣の形成不良が認めらた。また、同変異体導入マウスは、対照である野生型マウスと比べて、心筋梗塞作成後1週間以内に、心破裂による死亡数が有意に増加していた。組織学的な検討では、Girdinの発現と、セリン1416のリン酸化は、心筋梗塞領域と健常部位の境界領域に集積している細胞に認められた。これらのリン酸化Girdin陽性細胞は、CD45、CD31での免疫染色は陰性であったが、αSMAが陽性であった。これらのことから、心筋梗塞モデルでのGirdinのリン酸化は、主に活性化されたいわゆるmyofibroblastを中心に認められると考えられた。これと一致して、野生型マウスではアンギオテンシンIIの皮下持続注入後の心臓で、血管周囲の線維化領域において、Girdinの発現の増加、セリン1416リン酸化の亢進が確認された。また、培養ヒト心室線維芽細胞でGirdinをノックダウンすると、細胞増殖、細胞運動が優位に抑制された。細胞の増殖、運動能の低下は、GirdinS1416A変異体導入マウスの心臓から分離した線維芽細胞でも同様に認められた。これらのことから、Girdinは心臓では、線維芽細胞に発現しており心筋梗塞後や高血圧などの心筋線維化過程において重要な役割を果たしていると考えられた。組織特異的Girdinノックアウトマウスの作成に予定よりも時間がかかったため。また、同時に解析を行っている、GirdinのAktによるリン酸化部位であるセリン1416をアラニンに置換した変異体をノックインしたGirdinS1416Aマウスに関して、予定よりも出生数が少なく、実験に必要な個体数を得るのに時間がかかったため。25年度が最終年度であるため、記入しない。組織特異的Girdinノックアウトマウスで腫瘍血管、下肢虚血モデルなどを作成して、血管新生に及ぼす影響を検討する。また、GirdinS1416Aノックアウトマウスに対して、アンギオテンシンII持続注入、心筋梗塞モデル作成を行い、個体の生存、心機能に与える影響の評価を行う。また、組織学的所見の評価も行う。
一般型代数多様体の特異ケーラー・アインシュタイン計量とその極小モデルプログラムとの関係

代数多様体又は複素多様体に付随していわゆるRiemann-Zariski空間という,その多様体の双有理モデルの情報をすべて持つような空間がある.本研究では,そのRiemann-Zariski空間の幾何構造,特に凸性とMonge-Ampere作用素の理論の研究により,ある関数空間の増大度を正確に測る方法を開発し以下のような結果を得た.多様体上の直線束に対して大域切断の次元の増大度を測る量(体積)が,直線束をパラメーターtで動かしたときにその変化がtに関して可微分になること,さらにその微分係数のよい評価があることを示した.また,巨大直線束の幾つかの組と部分多様体に関する交点理論を定式化し,さらにこの方向で以前から知られていた藤田の定理を再証明した.これらは最近大きな進展があった極小モデル理論におけるHacon-McKernanの方法にも通じるところがあり重要である.複素局面の自己有理写像に対して,そのRiemann-Zariski空間への作用としての持ち上げ写像を研究することで,自己有理写像の反復の次数の増大度を正確に記述することに成功した.これは自己有理写像の軌道の統計的な振る舞いを記述するであろうとされる,極大エントロピーの不変測度を構成する第一歩である.また,多変数複素力学系の研究に代数幾何を背景とした方法をより深く用いるという点で注目されている.複素多様体上の付値全体の空間の構造に関する研究を行った.この付値全体の空間の構造に関する研究はFavreとJonssonにより複素多様体が2次元の場合に深く研究され,本にまとめられている.彼らはその空間が様々に分岐した,しかしコンパクトな"tree"(樹木)であること,そして2変数の多重劣調和関数はこのtreeの上にある強凹な関数を誘導することを示した.さらにそのtree上に正測度としてラプラシアンを定義し,それを用いてDemailly-Kollarによるある予想(多重劣調和関数ψに対し,e^<-ψ>の局所可積分性は開な条件である.)を2次元の場合に肯定的に解決した.彼らの研究を3次元以上の場合に拡張するということは自然な発想であり,また可能であると思われる応用を考えると大変重要である.今年度の研究では,以下のようなことが証明できた.まず,3次元以上の複素多様体に対しては,その付値全体の空間は有限個の単体複体の和集合であり,特に可縮である.さらに複素多様体上の多重劣調和関数はその付値全体の空間の上にある強凹な関数を誘導し,それに付随し,正測度として実Monge-Ampere作用素が定義されることを示した.このMonge-Ampere作用素の基本解が構成できて,それによって多重劣調和関数のLelong数をその付値の平均として表すことに成功した.上述のDemailly-Kollar予想の3次元以上の場合については現在のところ解決できてはいないが,別の分野(特にBerkovich解析空間)との関係も明らかになりつつあり,複素幾何,代数幾何のみならず数論への応用も視野に入れた研究ができるようになった.代数多様体又は複素多様体に付随していわゆるRiemann-Zariski空間という,その多様体の双有理モデルの情報をすべて持つような空間がある.本研究では,そのRiemann-Zariski空間の幾何構造,特に凸性とMonge-Ampere作用素の理論の研究により,ある関数空間の増大度を正確に測る方法を開発し以下のような結果を得た.多様体上の直線束に対して大域切断の次元の増大度を測る量(体積)が,直線束をパラメーターtで動かしたときにその変化がtに関して可微分になること,さらにその微分係数のよい評価があることを示した.また,巨大直線束の幾つかの組と部分多様体に関する交点理論を定式化し,さらにこの方向で以前から知られていた藤田の定理を再証明した.これらは最近大きな進展があった極小モデル理論におけるHacon-McKernanの方法にも通じるところがあり重要である.複素局面の自己有理写像に対して,そのRiemann-Zariski空間への作用としての持ち上げ写像を研究することで,自己有理写像の反復の次数の増大度を正確に記述することに成功した.これは自己有理写像の軌道の統計的な振る舞いを記述するであろうとされる,極大エントロピーの不変測度を構成する第一歩である.また,多変数複素力学系の研究に代数幾何を背景とした方法をより深く用いるという点で注目されている.
高分子材料のイオンビームミキシング法による薄膜付与と多機能化

ポリエーテルイミド(PEI)樹脂の各種構造部材料等への適用を想定し、同樹脂の環境因子による劣化の抑制及び同材料の特性を活かした高機能化等を目的とする真空蒸着薄膜とイオンビームミキシング法によるアシスト蒸着薄膜の付与を試みると共に、両法によるTiO2及びTiO薄膜の付与が環境中での同材料の劣化挙動、疲労挙動及び光学的、電気的、生物学的およびその他の機能性の評価を実施した。その結果、以下の事柄が明らかとなった。1.PEI樹脂のTi薄膜の付着力について、Ti真空蒸着薄膜に比してTiアシスト蒸着薄膜のそれが2倍程度大きくなることから、イオンビームの注入によるミキシング効果が確認された。また、Tiアシスト蒸着薄膜については加速電圧2kVより5kVで形成されたものの方がより高い付着力をもたらすことが明らかとなった。2.イオンビームミキシング法によれば、膜厚が0.1μm0.01μmまでの範囲で目的の化学成分を有するTiO2薄膜をPEI樹脂表面に形成し得ることが明らかとなった。3.膜厚0.01μmという極めて薄いTiO2薄膜形成であっても、TiO2薄膜とPEI樹脂の界面に濃度匂配を有するミキシング層の形成が可能であることが明らかとなった。4.薄膜の形成を伴わない、濃度匂配を有するミキシング層のみの形成が可能であることが明らかとなった。5.PEI樹脂へのTi薄膜の付与は、電気・電子部材料としてほぼ実用に耐え得る10^6Ω前後の表面抵抗値をもたらすことが明らかとなった。6.異なった厚みを有するTiO2薄膜は、膜厚により程度の差はあるものの、可視領域における遮閉効果、および波長選択性を有することが明らかとなった。7.PEI樹脂へのTi薄膜の付与は、光透過性を維持しつつ、電気特性を保持するなどの機能をもたらすことが明らかとなった。8.TiO2薄膜を付与することにより抗菌効果の得られる可能性のあることが明らかとなった。各種高分子材料(主としてポリエーテルイミド樹脂及びポリウレタンアクリレート系光硬化性樹脂)に対し薄膜付与を試み、薄膜生成条件(主としてTi)の確立を図るばく実験をい実施した。また、薄膜を付与した材料について、環境劣化試験及び電気特性試験(薄膜電気特性評価装置・申請設備備品を用いた)を実施した。当初予定していた平成7年度の研究計画項目の大部分を既に消化しており、年度終了時には予定を上回るものと考えられる。尚、これまでの研究により、高分子系材料に対するイオンビームミキシング法による薄膜付与技術をほぼ確立、接着強度の高い薄膜を生成することが出来た。さらに、この薄膜を付与した高分子系材料は未付与高分子系材料に比して、耐環境劣化性(耐線照射性も含む)・耐摩耗性等が格段に向上すること及び優れた電気特性を有すること等が明らかとなった。また、膜厚の極めて薄い付与材について光透過性を保持しつつ先述の特性を発揚することがあらたに判明した。尚、各種分析手法により線照射による劣化の評価を試みた結果より、特定波長の紫外線及びガンマ線の照射を受けた熱硬化性樹脂の結合鎖切断にある規則性が確認された。もとより熱硬化性樹脂は分解が難しくリサイクルという観点から扱いにくくされているが。もし線照射によって目的とする共有結合鎖を切断し低分子量化が出来るのであれば、線照射を前処理とする溶剤溶解手法による有効なリサイクル技術が可能となる。

そこで先に述べた光透過性とともにこのことについても併せ次年度検討を検討を加えたい。各種高分子材料(主としてポリエーテルイミド、ポリカーボネイト、高密度ポリエチレン樹脂及びポリウレタンアクリレート系光硬化性樹脂)に対し薄膜付与を試み、Ti,TiO_2薄膜の生成条件の確立を図るべく実験を実施した。また、薄膜を付与した同系材料について、環境劣化試験及び電気特性試験(薄膜電気特性評価装置・平成7年度申請設備備品を用いた)等を昨年度に引き続き実施した。さらに、平成8年度の申請装置備品である低波長紫外線照射装置を用いた有害紫外線の薄膜による隔絶効果の確認実験を行い、有効であることが明らかとなった。当初予定していた平成8年度の研究計画項目の大部分を既に消化しており、年度終了時には予定を上回るものと考えられる。尚、これまでの研究により、高分子系材料に対するイオンビームミキシング法による薄膜付与技術をほぼ確立、接着強度の高い薄膜を生成することが出来た。さらに、この薄膜を付与した高分子系材料は未付与高分子系材料に比して、耐環境劣化性(耐線照射性も含む)・耐摩耗性等が格段に向上すること及び優れた電気特性を有すること等が明らかとなった。また、膜厚の極めて薄い付与材について人体に有効な光の透過性を保持しつつ、人体に有害な光を遮り、加えて先述の特性を発揚することがあらたに判明した。なお加えて、TiO_2薄膜の付与材において、抗菌性のあることが確認された。他方、各種分析手法により線照射による劣化の評価を試みた結果より、特定波長の紫外線及びガンマ線の照射を受けた熱硬化性樹脂の結合鎖切断にある規則性が確認された。もとより熱硬化性樹脂は分解が難しくリサイクルという観点から扱いにくいとされているが、もし線照射によって目的とする共有結合鎖を切断し低分子量化が出来るのであれば、線照射を前処理とする溶剤溶解手法による有効なリサイクル技術が可能となる。そこで先に述べた光透過性とともにこのことについても、併せ次年度検討を加えたい。平成7年度より、各種高分子材料(主として、ポリカーボネート、高密度ポリエチレン、及びポリウレタンアクリレート系光硬化性樹脂ポリエーテルイミド樹脂)の表面に、イオンビームミキシング法によるTi,TiO_2薄膜の付与を試み、個々の組み合わせにおける薄膜生成条件の確率を図るべく実験を実施してきた。また平成8年度から、薄膜を付与した同系材料について、環境劣化試験及び電気特性試験(平成7年度申請設備薄膜電気特性評価装置・申請設備備品を用いた)を実施してきた。当初予定していた平成7、8年度の研究計画項目の大部分を年度内に消化し、それぞれの年度終了時には予定を上回る結果を得た。平成7、8年度までの研究により、高分子系材料に対するイオンビームミキシング法による薄膜付与技術をほぼ確立、接着強度の高い薄膜を生成することが出来た。さらに、この薄膜を付与した高分子系材料は未付与高分子系材料に比して、耐環境劣化性(耐線照射性も含む)・耐磨耗性・抵菌性等が各段に向上すること及び優れた電気特性を有すること等が明らかとなった。これらの結果を受け最終年度である9年度では、膜厚の極めて薄い付与材について各種機能が保持されるのかを確認する実験を実施した。その結果、極めて膜厚の薄い薄膜付与材であっても、例えば光透過性を保持しつつ先述の特性を発揚することがあらたに判明した。
リンフォカインと受容体の発現制御

ヒトILー2受容体β鎖cDNAを用いて染色体遺伝子を単離し、その構造を明らかにした。ヒトβ鎖遺伝子は第22染色体長腕qー12ー13に位置し、24.3kbの染色体DNA上に9個のイントロンと10個のエクソンから構成され存在する。さらに第1エクソンの5′上流域の解析から、RNA転写開始部位の5′上流約850ベ-スにおよびDNA配列内にILー2受容体β鎖遺伝子の発現制御に関与するプロモ-タ/エンハンサ-活性が存在することを明らかにした。またヒトcDNAをプロ-ブとしてマウスILー2受容体β鎖cDNAの単離に成功した。cDNA解析から推定されるマウスβ鎖分子は539アミノ酸からなりアミノ酸レベルでのヒトβ鎖分子との相同性は59%であった。マウスILー2受容体β鎖cDNAを用いた解析から、ある種のTリンパ系腫瘍細胞株においてβ鎖遺伝子プロモ-タ-領域にレトロウィルスプロモ-タ-が挿入され、異常発現を惹起していることが明らかにされた。この結果はTリンパ系腫瘍発症/進展にILー2受容体の異常発現が何らかの役割を果たしている可能性を示唆するものと考えられる。前年度に確立したILー3依存性細胞株におけるヒトILー2受容体β鎖cDNAの機能的発現系を用い、さらに詳細なβ鎖細胞内機能ドメインの解析を行い、細胞内富ロリン領域に存在する単一のロイシン残基を他のアミノ酸に置換するこにより増殖シグナル伝達能が完全に失われることを見い出した。さらに抗ILー2受容体β鎖抗体を用いた免疫沈降実験からβ鎖分子の細胞内ドメインにリンパ球特異的チロシンキナ-ゼp56^<eck>が物理的に会合している可能性を示す結果を得た。ILー2シグナル伝達におけるチロシンリン酸化の重要性が強く示唆される。ヒトILー2受容体鎖β鎖を認識する単クロ-ン抗体を用い、この分子をコ-ドするcDNAの単離に成功した。cDNA解析から、成熟したヒトILー2受容体鎖β鎖は525アミノ酸よりなるI型膜タンパクであり、214アミノ酸からなる細胞外領域、25アミノ酸から成る膜通過領域ならびに286アミノ酸からなる細胞内領域に区分される。遺伝子導入法を用いた再構成実験から、本分子は単独で中間親和性ILー2受容体として機能することが確認され、さらにα鎖cDNAとβ鎖cDNAを同時発現させることにより高親和性受容体が形成されることが証明された。本分子の細胞内ドメインはシグナル伝達に直接関与しうるに充分な大きさを有しているが、既有の増殖因子受容体とのアミノ酸レベルでの有意な相固性は認められない。ILー2シグナル伝達におけるこのβ鎖分子の重要性は以下の実験から明らかになった。すなわちILー3依存性骨髄細胞にβ鎖cDNAを導入・発現させることによりILー2依存性の細胞増殖胞が獲得された。また種々の人工改変cDNAを用いた発現実験からβ鎖の細胞内ドメインのある特定の領域がこの増殖シグナル伝達に必須であることが明らかとなった。HTLUー1由来の核タンパクp40^<tax>をコ-ドするcDNAをリンパ系培養細胞に導入し、安定発現細胞株を樹立した。親株はILー2受容体陰性であったがこれらp40^<tax>陽性細胞株はいずれもILー2受容体陽性となりかつ微量ながらILー2の産生も認められた。このような細胞株の樹立はHTLVー1感染から成人T細胞白血病発症に至る機構を分子レベルで解析する絶好のモデル系となると考えられる。ILー2受容体鎖α鎖遺伝子のプロモ-タ-領域およびILー2遺伝子のプロモ-タ-領域に共通に結合するトランス因子を同定した。その認識塩基配列から、この因子はNFーRBと同一あるいはそのファミリ-分子と推定された。この分子のプロモ-タ-への結合は遺伝子活性化に必須である。

さらに抗ILー2受容体β鎖抗体を用いた免疫沈降実験からβ鎖分子の細胞内ドメインにリンパ球特異的チロシンキナ-ゼp56^<eck>が物理的に会合している可能性を示す結果を得た。ILー2シグナル伝達におけるチロシンリン酸化の重要性が強く示唆される。
小胞体における蛋白質品質管理の分子機構

我々の研究グループは、神経変性疾患発症機構における小胞体(ER)ストレスの意義を検討することを目的に研究を進めた。その研究成果として、(1)孤発性アルツハイマー病(AD)発症機構において、低酸素、金属負荷、などにより誘導されるHMGA1a蛋白質が異常スプライシングを誘導し、プレセニリン2バリアント(PS2V)の発現を誘導すること。さらには、このPS2Vにより誘導されるERストレス脆弱性が神経細胞死を促進することを報告した。さらには、この異常スプライシング機構を抑制するために作成したdecoy配列により細胞死が抑制されることから、新たな孤発性AD治療法の可能性を示した。また、(2)筋萎縮性側索硬化症(ALS)の原因遺伝子であるSOD1変異体に注目し検討を行ったところ、L84V型のSOD1変異体(mtL84V)は細胞質内での断片化されたERが取り込まれている凝集塊形成が促進していることを示した。このことは、ALS発症過程においてもER機能瘧Qが大きな役割を果たしている可能性を示している。さらに我々は、ADで認められる細胞死にcaspase-4活性化が関与していることを報告し、家族性ADの原因遺伝子が発現する細胞ではERストレス下でのcaspase-4の早期活性化が起こることを明らかとした。前述したmtL84Vにおいてもcaspase-4がERストレス下で早期誘導されることから、ALS発症機構においてもERストレス脆弱性による神経細胞死の促進が関与している可能性を示した。また、(3)ERストレス下で活性化されるcaspase-4がcaspase-9,caspse-3の上流に存在し、ミトコンドリア経路を介さずに、これら因子群を活性化することで細胞死を誘導することを示した。また、caspase-4の活性についてはCaホメオスターシスの異常が重要な役割を示すことを示した。これらの研究はADのみならず、広く神経変性疾患にERストレスが関与している可能性、さらには神経変性疾患における新たな治療法へのアプローチを示すものとなった。我々はアルツハイマー病に置ける神経細胞死が小胞体の機能異常を起源とする事、家族性ADでは遺伝子異常にリンクするタンパク質が,弧発性ADではエクソン5を欠損するプレセニリン2スプライスング変種が小胞体に存在するタンパク質センサーの機能を障害する事を明らかとしてきた。これらのセンサーは小胞体ストレスが加えられると小胞体内に発現する折りたたみ不良タンパク質を感知し正常化させるシグナルを出す。家族性ADでは遺伝子にリンクする権威蛋白が,弧発性ADではPS2Vがこれらセンサーと結合しセンサーの機能を障害する。それゆえAD患者神経細胞に小胞体ストレスが加わると本来正常化されるタンパク質が正常化されずに小胞体内に過剰蓄積する。しかしこの状態から何故神経細胞死が惹起されるかは不明であった。本研究ではこの機序の解明を行った。さらにPS2Vが弧発性ADに置ける神経細胞死のキー因子であるか否かの検討も合わせ行った。前者についてはまず小胞体ストレスを負荷するとカスペース4の活性化する事を見いだした。この活性化は小胞体ストレス以外の刺激では惹起されず、小胞体ストレスに特異的な反応である事がわかる。カスペース4の発現をsiRNAにより低下させた細胞に小胞体ストレスを負荷すると細胞死が抑制され,逆に発現増強させると細胞死が促進する。

またカスペース4は小胞体膜に存在する事も明らかとするとともにカスペース4の活性化はカスペース3の活性化を引き起こすことも見いだした。さらにAD患者の脳でカスペース4が老人斑の存在する部位で活性化していることも明らかとなった。以上の事実はAD患者では小胞体ストレスが負荷されると小胞体中に折り畳み不良タンパク質が過剰蓄積し,カスペース4が小胞体から遊離活性化,次いでカスペース3が活性化し神経細胞死が引き起こされる事が明らかとなった。また後者の研究ではAD患者の脳でのPS2V発現は痴呆の始まる極めて早期に発現しPS2VがAD神経細胞死のキー因子である事が証明できた。我々はアルツハイマー病(AD)と小胞体ストレス(ERストレス)の関連性を報告してきた。一方、小胞体ストレスによる細胞死の経路にヒトにおいてはcaspase-4が細胞死に関与していることも明らかにしてきた。そこで、ADの原因遺伝子の一つプレセニリン1(PS1)の変異体がcaspase-4に及ぼす影響とそこで我々は、このような現象がcaspase-4を介して引き起こされているのか否かを検討する目的で、caspase-4の強制発現系を作製し、下流のcaspaseの変動を確認することとした。その結果、caspase-4を強制発現することでcaspase-4は自己切断を行うこと、それに遅れてcaspase-9、caspase-3の切断が引き起こされること、これらの現象はcytochrome-cのミトコンドリアからの流出に起因しないことを明らかとした。の活性化機構について検討した。家族性ADの原因因子は、ERストレス脆弱性を誘導しERストレスを介した細胞死を促進することが知られている。実際に、このような現象がcaspase4と関連性があるか否かを検討した。その結果、PS1ΔE9と呼ばれる変異体を発現した神経系の細胞ではcaspase4の活性型フォームの発現が早期から観察された。さらに、細胞死において実行因子と言われるcaspase-3/-7発現についての検討を行ったところ、caspase-4に遅れながらもmock細胞よりも早期からの発現上昇を認めることが出来た。そこで我々は、このような現象がcaspase-4を介して引き起こされているのか否かを検討する目的で、caspase-4の強制発現系を作製し、下流のcaspaseの変動を確認することとした。
超並列オペレーティングシステム実現のためのマイクロ・カーネルとその通信に関する研究

これまでの超並列計算機においては、計算処理重視であり,オペレーティングシステムと呼ばれるものがないものもあった。単にアプリケーションを起動し,その結果を出力できる機能があれば良かった。しかし,今後超並列コンピュータが広く普及するためには,複数のユーザで共有し複数のジョブを同時に実行できることが必要である。一人のユーザが占有するのではなく,使われていないPEのCPUを有効利用する必要がある。超並列処理を可能にするオペレーティングシステムは,通常のオペレーティングシステムに比べて柔軟である必要がある。種々の並列処理,メモリモデルをサポートできなければ超並列の性能を出し切ることができない。このような柔軟性が高く,しかもオーバヘッドが少ないオペレーティングシステムを開発するにはマイクロカーネルを用いるのがもっともふさわしい。個々のPE上でマイクロカーネルが動き,それらを協調させることにより全体を制御する。マイクロカーネルは非常にオーバヘッドが少ないため,ほとんどオペレーティングシステムなしの性能と変わらない性能でアプリケーションを動作させることができる.当初は,分散オペレーティングシステムのために開発されたToMマイクロカーネルを共有メモリ型のマルチプロセッサに移植する予定であったが,その上のUNIXエミュレータなどの問題から,カーネギーメロン大学で開発されたMachマイクロカーネルを移植することに変更した。現在,マイクロカーネルの移植の最終段階にある。性能評価,マイクロカーネル上のより高度なサービスを提供する部分については,今後の課題である。
高マッハ数無衝突衝撃波における散逸機構としての微視的不安定性

無衝突衝撃波における散逸機構の変遷に、遷移層での微視的不安定性が大きな役割を果たしていることを明らかにした。遷移層でのイオンの挙動は、電子スケールの不安定波動による影響を少なからず受ける。その結果、マッハ数が10程度以下の場合、衝撃波再形成過程の時間・空間スケールが顕著に大きくなることが分かった。また、電子加熱効率のマッハ数依存性が、マッハ数数十を臨界点として大きく変化することを見出した。高マッハ数無衝突衝撃波遷移層の一部を模擬して、周期境界条件を仮定したフル粒子シミュレーションを様々なパラメータに対して行い、そこで励起される波動の特性を調べた。地球磁気圏衝撃波や惑星間空間衝撃波の典型的なパラメータ領域では、変形2流体不安定性(MTSI)と電子サイクロトロン-ドリフト不安定性が励起されるが、これらの微視的不安定性に伴う電場の飽和レベルはMTSIの方が高い。MTSIは主に電子の沿磁力線加熱に寄与するが、温度上昇は最大で初期の値の1桁以上となり、非断熱的加熱が有意に起こることが示された。シミュレーションで見られた電子の温度上昇は主に静電場によるものであると仮定して、静電近似した準線形方程式のモーメントを取って得られる温度の時間発展方程式を議論した。様々なパラメータ依存性を調べたところ、電子温度の飽和レベルはプラズマベータ値や電子プラズマーサイクロトロン周波数比にはよらず、衝撃波のマッハ数の対数にほぼ比例することが分かった。また、MTSIが支配的となるパラメータ領域に対して1次元シミュレーションで衝撃波を再現し、衝撃波再形成過程の時間周期を計測した。MTSIの成長率および飽和レベルは衝撃波角(衝撃波法線ベクトルと上流磁場のなす角)に依存するが、不安定性が強い時ほど衝繋波再形成周期が長いという結果が得られた。これは過去の研究結果と異なっており、支配的な不安定性の種類によって、衝撃波再形成過程への寄与の仕方に違いがあることを示唆するものである。今後理由の解明を目指す。地球磁気圏衝撃波や惑星間空間衝撃波の典型的なパラメータ域において、準垂直衝撃波遷移層における微視的不安定性が衝撃波の散逸過程に及ぼす影響のうち、電子加熱効率およびリフォーメーション過程の詳細への寄与を議論した。H.19年度は、遷移層での電子加熱の飽和値を、過去の文献(McBride et al. [1972])に習って幾つかの極端な仮定を施した準線形解析によって議論したが、H.20年度はより一般化した解析を行い、結果を1次元PICシミュレーションと比較した。PICシミュレーションでは、比較的低マッハ数(M_A≦10)の衝撃波では変形2流体不安定性(MTSI)が支配的となり、この場合電子加熱の飽和値はマッハ数にあまり依存しないこと、高マッハ数域(M_A≧10)ではBuneman不安定性(BI)が支配的となり、電子加熱の飽和値はマッハ数とともに上昇することが示された。これに対して、一般化した準線形解析はMTSIのマッハ数依存性をよく説明することが分かった。BIについては、捕捉理論がPICシミュレーションの結果をよく説明するとの結論を得たため、今後両者を比較することでマッハ数による電子加熱機構の変遷を理解することができると期待する。一方、PICシミュレーションによって、不安定性によるイオンの運動の乱され具合が、リフォーメーション過程の詳細やその時間・空間スケールにも大きな影響を与えることを示した。遷移層におけるイオンの振る舞いのコヒーレンスの度合いにより、少なくとも3つの異なるタイプのリフォーメーション過程が存在することが分かった。以上の結果は、遷移層における微視的不安定性と衝撃波の散逸過程が不可分の関係にあることを強く示唆するものである。衝撃波遷移層における電子加熱効率のさまざまなパラメータに対する依存性を、H20年度までに整備した拡張された準線形解析を用いて詳しく調べた。比較的低マッハ数域では変形2流体不安定性(MTSI)が支配的となり、上流のマッハ数やプラズマベータ値、電子プラズマ/サイクロトロン周波数比は電子温度にあまり影響を与えないことを示し、特に電子温度のマッハ数依存性を定式化した。高マッハ数域で支配的となるBuneman不安定性についても捕捉理論を用いて電子温度のマッハ数依存性を定式化し、前者とともに1次元PICシミュレーションの結果と比較して妥当性を確認した。シミュレーションでは、いわゆる磁場のアンダーシュートにおいて、通常準垂直衝撃波では期待されない電子温度異方性(沿磁力線方向の電子温度が卓越)が確認され、低マッハ数域でMTSIが起こる際に見られる特徴であることが分かった。これらの結果をもとに、内部太陽圏における典型的な太陽風パラメータに対して、電子加熱機構が変化する臨界マッハ数を見積もった。臨界マッハ数の存在は、マッハ数によって衝撃波の散逸機構が質的に大きく変化することを示唆するが、一方でPICシミュレーションでは、この変化が衝撃波再形成過程に与える影響は限定的であることも示された。ただし、新たな知見として、電子-イオン間のスケール間結合を反映した遷移層の電磁場構造の時空間変化が、非熱的電子の生成機構に重要な役割を果たしていることも見出された。
光機能化ジルコニアインプラントの応用研究

本申請研究は紫外線照射による物理的な表面改質により発生するナノジルコニアの抗酸化機能を細胞内活性酸素種と細胞生存率、さらにアポトーシス誘導能の検証から紫外線照射から発生する活性酸素種と細胞死との関連について検察し、抗酸化能について実証した。平成29年度に引き続き30年度では老細胞を使用した培養実験を行った。生後8ヶ月と15ヶ月の骨髄由来骨芽細胞の比較から培養初期の表現系(接着、増殖、石灰化能、形態)においていずれも両者間に有位な差は認められず、大将軍の培養皿状での結果と比較して老細胞においてのみその表現系のデータが維持されていた。現在遺伝子実験により詳細を検証中である。今後、ナノジルコニアインプラントサーフェイスの紫外線照射によるさらなる有意性(抗酸化能)を細胞レベル、動物レベルで解明、実証できるものと確信する。昨年度やや遅れ気味であったが実験設備等の環境が整いほぼ順調に進行している。培養試験の結果は順調に経過している。結果の再現性を確認し、早々に動物実験に移る予定である。本申請研究は紫外線照射による物理的な表面改質により発生するナノジルコニアの抗酸化機能を検証する。平成29年度はその基礎実験として、紫外線照射によるナノジルコニア上の環境ストレス応答としての細胞内活性酸素種を測定し、紫外線照射に対する細胞応答を細胞生存率という形でその安全性という観点から評価中である。また活性酸素種の発生に伴う細胞のアポトーシス誘導能を調べUV照射によって発生する活性酸素種と細胞死との関連を調べながら光機能化ナノジルコニアの抗酸化能を実証すべく調査中である。実験は現在進行中だが、少しずつデータは蓄積されている。今後、NANOZR surfaceの紫外線照射によるさらなる有意性(抗酸化能)を細胞レベルで明らかにできると確信する。新規設置した紫外線照射器によるUV強度が不安定であったためそこから得られるデータに多くの誤差が発生した。そのため研究の進行が遅れたが、現在はランプの消耗や点検を終え軌道に乗りつつある。早々に遅れを取りもどし、細胞内活性酸素種を測定し、紫外線照射に対する細胞応答を評価する。また活性酸素種の発生に伴う細胞のアポトーシス誘導能を調べUV照射によって発生する活性酸素種と細胞死との関連を急ぎ調査する。それにより光機能化ナノジルコニアの抗酸化能を実証すべく研究を推進していく予定である。消耗品を含む物品費が進行の遅れなどもあり少なかった。今後本年度にその分を取り戻し、使用予定である。本年度は培養実験を種として行ったため消耗品等の在庫が多く存在し使用額が大きく減少した。また次年度の動物実験での使用額が当初の計画より増加する可能性を考慮し検討を行った結果とご判断いただきたい。
形式文法に基づくRNAタンパク質相互作用予測

本研究ではまず、形式文法を用いたRNA-RNA相互作用予測を行った。次に、形式文法によるタンパク質の2次構造のモデル化と、タンパク質配列における2次構造領域予測のための高速なアルゴリズムを開発した。さらに、RNA配列における結合部位予測のための、プロファイルに基づく効率的なアルゴリズムの開発を行った。いずれの手法に対しても実際の生物データを用いて予測性能評価を行い、既存研究に勝るとも劣らない予測精度を上げることに成功した。近年、遺伝子の転写後調節等の能動的な役割を果たすRNAの機能が注目されている。生物学の経験則から、構造と機能の間には相関があると言われており、機能推定のためには構造を知ることが重要となる。生体内ではRNAのみならずタンパク質も折り畳み構造をとり、多くのRNAはタンパク質と結合することで機能を発現することが知られている。ところが、RNAとタンパク質の相互作用解析の重要性にもかかわらず、情報科学における手法を用いてモデル化する研究は数少ないと思われる。平成20年度ではまず、以前に提案した多重文脈自由文法(MCFG)の構文解析に基づくRNA-RNA相互作用予測モデルに対し、複数の既知のRNA-RNA複合体を扱うことで有効性の検証を行った。その結果、塩基対に基づく予測精度は平均にして約88%と高い数値を上げることができた。本モデルは形式文法に基づくRNAタンパク質相互作用解析に対する基盤を与えるものである。次に、タンパク質のβシートはRNAとの相互作用と密接に関係しているため、βシートに特化したMCFGに基づくモデル化、ならびに動的計画法(DP)を開発した。特に、DPによる平均予測精度は、アミノ酸残基ごとの評価で約77%、2次構造要素の重なり度合いを評価して約78%となり、既存手法と同等以上の性能を示した。なお、RNAと、それに複雑なトポロジーで結合するβシートの両者の構造をMCFGの枠組みの中でモデル化すると、予測に要する計算量が入力配列の長さの8乗のオーダーとなることが明らかとなったため、平成21年度では異なる観点から見て計算量の少ないRNAタンパク質相互作用のモデル化行う予定である。近年、遺伝子の転写後調節や触媒としての役割を担うRNAの構造と機能の解明のため、計算機や実験的解析に基づく様々なRNA解析手法が提案されている。その意味で、RNAとタンパク質の相互作用を数学的にモデル化し、精度の良い予測法を開発することは重要な課題である。平成20年度では、形式文法でRNAとタンパク質の相互作用を複雑な構造レベルで完全にモデル化すると、計算量オーダーが高くなって実際の構造予測には不向きであることを示した。これは両方の配列をアルゴリズムに入力して同時に構造を予測することには大きな負荷がかかることを示唆している。そこで、平成21年度では視点を変え、構造予測の対象をRNA配列のみに限定し、相互作用する相手(タンパク質など)はプロファイルという形で情報を縮退させることを考えた。この考え方は新規標的の発見に応用可能である。まず、RNA・RNA相互作用予測に向けて、相互作用することが知られているRNAの結合部位の情報をもとにプロファイルを作成し、2次構造予測の動的計画法の漸化式に組み込むことで、入力配列の長さの3乗時間の予測法を開発した。また、提案手法を用いて、特定のRNAの推測標的RNAをいくつか示唆した。残念ながら平成21年度中に、タンパク質のプロファイルを作成してRNA配列におけるタンパク質結合部位予測の計算機実験を行えなかったが、このプロファイルに基づく予測手法が、実用的なRNAタンパク質相互作用予測への十分な基盤を与えるものと期待される。
タウ蛋白質の異常代謝開始点から見るタウ蓄積と神経毒性獲得に関わる因子の同定

〔目的〕微小管結合たんぱく質タウは、加齢依存性神経変性疾患脳で異常な修飾を受けて蓄積し、神経細胞死を引き起こす。しかし、疾患脳でタウの異常代謝がどのように進行するのかは不明である。疾患脳ではタウは多くのリン酸化を受けるが、中でもSer262のリン酸化はタウの異常代謝を引き起こし毒性を増加させる。本課題では、Ser262&#8729;356でリン酸化されたタウの生成・代謝に関与する遺伝子を網羅的に同定することを目的とした。〔方法〕優れた遺伝学的モデルシステムであるショウジョウバエタウ毒性モデルを用い、Ser262でリン酸化されたタウの量を制御する遺伝子をRNAiによるノックダウンを行いてスクリーンした。タウの量とリン酸化レベルはWestern blottingで定量し、タウの毒性について切片を作成して神経細胞死によって起きる空包の大きさを測定した。〔結果および考察〕これまでにリン酸化タウの量と毒性に関わる遺伝子二つを新規に同定し、そのメカニズムを調べている。一つはE3 ubiquitin ligase, UBR4ドメインを持つタンパク質であり、リン酸化タウまたはそのリン酸化酵素のタンパク分解に関与する可能性がある。もう一つの遺伝子はS6Kのショウジョウバエホモログであり、そのノックダウンによってリン酸かタウの量が増加する。S6Kはインスリンシグナリングの下流に位置する。インスリンシグナリングの乱れと認知症の関連が指摘されており、この研究を発展させることで、インスリンの下流にあるシグナルがタウの毒性を変化させる分子メカニズムが明らかになる可能性がある。〔結論〕本研究から、タウ毒性に関わる新たな経路が複数同定された。将来これらの知見をタウオパチー治療戦略の開発に繋げたい。28年度が最終年度であるため、記入しない。微小管結合たんぱく質タウはアルツハイマー病や前頭側頭型認知症など多くの加齢依存性神経変性疾患脳で異常な修飾を受けて蓄積し、神経細胞死を引き起こすと考えられている。しかし、疾患脳で、タウの異常代謝がどのように始まり、毒性を持つタウの蓄積につながるのかは不明である。疾患脳でのタウたんぱく質の変化の中でも、特にSer262/356でのリン酸化は初期におき、タウ蓄積につながることが示唆されている(Ando et al., PLoS Genetics, 2016)。本課題では、Ser262/356でリン酸化されたタウの生成・代謝に関与する遺伝子を網羅的に同定することを目的とする。H27年度には、スクリーニングに適した遺伝学的モデルシステムであるショウジョウバエモデルを用い、タウの遺伝子スクリーンを行った。ショウジョウバエの複眼にヒトのタウを発現させると疾患関連部位でのリン酸化が起き、細胞死を引き起こす。このモデルでさらにRNAiによる遺伝子ノックダウンを行い、Ser262でリン酸化されたタウの量が変化するかをウェスタンブロッティングにより検討した。これまでに37の候補遺伝子についてタウの量とリン酸化に与える影響を調べ、二つの遺伝子についてノックダウンするとリン酸化タウの量が減少することがわかった。来年度は、これらの遺伝子がタウのリン酸化と蓄積を変化させるメカニズムをさらに解析する予定である。この研究から、タウ蓄積と毒性獲得に至る過程について新たな知見が得られると期待される。37の候補遺伝子についてショウジョウバエモデルを用いてリン酸化タウと全タウ量についてウエスタンブロットを行い、タウの蓄積に関与する候補遺伝子を二つ同定した。これらの遺伝子をRNAiによりノックダウンすると、Ser262でリン酸化されたタウが減少し、また総タウ量も減少していた。この効果はSer262とSer356をアラニンに置換した変異型タウでは見られないことから、これらの遺伝子のノックダウンによりタウのリン酸化依存的にタウの代謝が変化していることがわかった。

これまでに37の候補遺伝子についてタウの量とリン酸化に与える影響を調べ、二つの遺伝子についてそれらをノックダウンするとリン酸かタウの量が減少することがわかった。本年度はそれらの遺伝子がタウの蓄積と毒性を減少させるメカニズムをショウジョウバエモデルを用いて明らかにする。具体的には、この二つの遺伝子のノックダウンによって、タウのリン酸化酵素の量や活性が変化しているのか、それともリン酸化されたタウの安定性が変わっているのかを、トランスジェニックショウジョウバエに発現させたタンパク質について、ウエスタンブロットその他の生化学的手法を用いて調べる。また、それらの遺伝子の上流、下流として知られている遺伝子についても同様にタウの蓄積と毒性への影響を調べ、タウの代謝と毒性を制御する細胞内経路を明らかにする。さらに、アルツハマー病でタウの上流にあると考えられるベータアミロイドやミトコンドリア異常によりこれらの経路が変化するかについても検討を行う。これらの結果を、国内・国際学会で発表し、論文として発表する。28年度が最終年度であるため、記入しない。