hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
システム育種学：麦類の品種育成情報の統合と育種目標発掘のための理論基盤構築

本研究では,育種学の新たな理論的枠組みの創出を目的に,従来の品種育成情報の統合と新たな育種目標発掘のための理論基盤構築に取り組む.本研究では,大部分(90%)を輸入に依存し食糧安全保障上の観点から食糧自給率の向上に向けて土地利用型作物として推奨されている麦類(オオムギ,コムギ)を研究対象とする.研究は以下の3つのステップに分けて3ヵ年で実施する.1品種育成系譜およびその形質データの収集と統合,2グラフ理論に基づく育成系譜ネットワークの描出とその数学的特徴付け,3現代育種の問題発見と新たな育種目標の発掘.平成30年度の成果は以下の通り.1,2:ビール麦の品種育成系譜情報および品種比較試験データを収集し,1,500あまりの育成系統の系譜情報を入手した.予備的な解析の結果,ビール麦の育成過程はスケールフリー・ネットワークとして表現出来る可能性があるが,収集した系譜情報のうち約1割を占める中間系統の取扱を精査し,ハブ系統の特定や種々のネットワークパラメータの同定に取組んでいる.3:ビール麦の育成系譜データに基づき代表的な約200系統を選定し,これらのゲノム全域のDNA多型をGRAS-Di技術による取得した.講評されているリファレンスゲノムに対して,1,223,579箇所のSingle Nucleotide Variant (SNV)を同定した.得られたSNVは約4kbに1箇所であり,ゲノム全域を高密度に網羅していることが期待される.現在,育成系譜集団の遺伝構造を解析しており,ハブ系統や近年育成された現代品種のゲノム上で共有されている領域の特定を進めている.また,研究機関を通して育成系譜集団を実験圃場での栽培実験に供試しており,全ゲノム関連解析等の手法を用いて,現代品種を特徴づけるゲノム領域の同定にも取り組んでいる.1,300余りの系統・品種の系譜情報が収集されたビール麦について,先行して育成系譜ネットワークの構築に着手する.また育成系譜ネットワーク上での複数年にわたる形質データの表現方法について研究分担者,連携研究者と連携して,種々のアプローチで検討を加える.ビール麦については主要な現代品種および育成上中核的な品種群を約200系統程度選定し,前年度に引き続いて倉敷市で栽培実験に供試しており,生育データの取得を進めている.ゲノム多型データについては,当初計画のRNA-seqよりもさらに安価な方法として,GRAS-Di法の導入を視野に入れ検討中である.データフォーマットの最適化を進めているビール麦について,育成系譜ネットワークの構築を進める.また育成系譜ネットワーク上での複数年にわたる形質データの表現方法について研究分担者,連携研究者と連携して,種々のアプローチで検討を加える.ビール麦については主要な現代品種および育成上中核的な品種群を約200系統程度選定し,圃場栽培データの取得を進めている.ゲノム全域のDNA多型データについては,GRAS-Di技術の有効性が確認出来たので,代表系統集団での実施を進める.ゲノム多型データ収集に関して,研究課題開始後に当初予定のRNA-seq法より安価なGRAS-Di法の導入を検討したことにより,DNAサンプルの調整等に当初予定ほどの経費を要さなかったため.(理由)ゲノム多型データ収集に関して,GRAS-Di技術の予備実験を実施するにあたり,受託業者との打合せや小規模集団での予備実験の遂行に時間を要したため,DNAサンプルの調整,受託解析費等に当初予定ほどの経費を要さなかったため.(使用計画)ビール麦集団を対象にしたGRAS-Di解析を実施する.
都市の時間的変化を考慮した都市構造物郡の地震被害推定

本研究では、都市の時間的変動(建築物の耐震性の変化、建物の地域分布の変化)に着目して、都市における建築構造物の地震被害の特性を明らかにし、その推定を行うことを試みた。これまでの研究成果を以下に記す。1.木造構造物とRC構造物について、これまでに行ってきた構造物の非線形地震応答解析の結果および宮城県沖地震・釧路沖地震などの既往の地震による被害例をもとに、建物被害に最も影響を及ぼす要因を探った。その結果、建物被害は建物の構造形式とその耐力(壁量)によって大きく影響されることが明かとなった。そこで、建物の耐震性能を表現するパラメータとして、建物の構造形式と壁量に着目することとした。2.京都市および最近地震被害を受けた釧路市について、建物形式毎の地域分布の時間的変化を、住宅統計や被害統計等を基に明らかにした。その結果、両都市とも旧来からの市中心部と新しく開発された郊外地区では建物分布に差があること、旧市内では新しい建物への建て替えが進みつつあること、などがわかった。3.建物の壁量(耐力)の時間的変化を既往の研究をもとにまとめた。また、釧路市については被害資料の図面より壁量を求め、その時間変化を明らかにした。多くの地域では近年の建物ほど壁量は多くなり、ばらつきも小さくなるが、釧路では一般に旧来から壁量は多く、年代が変わっても余り変化していないことが明かとなった。4.上記の構造形式と壁量を変化させ、これまでに構築してきた構造物の地震被害推定手法を用いて構造物の被害を推定した。その結果、古い建物と新しい建物では被害に大きな差が生じること、これらの組み合わせが変化すると地域・地盤によって被害の発生の傾向が変わってくることなどが明らかとなった。今後、データを多く蓄積すれば、時間的変化を統計・数量的に表現し、建物被害を時間的に連続して評価することが可能となる。
数の幾何学とモ-デル・ヴェイユ格子

1.従来の研究に引続き、代表者塩田は、主としてモ-デル・ヴェイユ格子に関連する研究をし、種々の応用を得た。整数論への応用として、有理数体の高次ガロア拡大において、比較的小さな素数でのフロベニウス置換を、チェボタレフ密度定理との関連で調べ、興味深い具体例を構成した(文献[1])。また代数幾何の有名な問題である3次曲面上の27本の直線について(モ-デル・ヴェイユ格子の理論に加え)ワイヤストラス変換の概念を導入して、決定的な結果を得た([2])。2.藤井は、ゼータ関数のゼロ点の分布について研究し、リーマン・ゼータの場合、シャンクスの予想についての以前の結果を改良した。また、エプスタイン・ゼータの場合も興味ある結果を導いた([3]、[4])。3.木田は整数論および代数幾何学における実際の計算と、その計算量について研究した。成果の一部は[5]で公表した。これらの研究において、当補助金により購入したパーソナル・コンピュータは大変役立ったことを特記しておく。
マンガ検索のための自動要約生成に関する研究

マンガの自動要約を実現するためには、マンガに含まれるメタデータの抽出が必要である。このうち最も重要なものは登場キャラクターである。本研究では、キャラクター検出の高精度化を進めた。その結果、HOG特徴量を改良したDeformable Part Model (DPM)が有効であることを示した。また、事前知識がない状態からクラスリングにより主要キャラクターを同定する手法について検討した。これにより、正例と負例をDPMに与えることが可能となった。さらに、ロールコミュニティーモデルというキャラクターの登場場所・回数を検査する手法により、特定ページの重要度が決定でき、自動要約が実現できることがわかった。研究目的:マンガエピソードの自動要約生成には、登場キャラクターリストの自動生成が必須である。キャラクターの抽出には、その顔画像抽出が最も有効である。したがって、自然画像からの顔画像抽出を目的として開発されてきたハール変換型(Haar-like)の特徴量を、線画像主体で描かれるマンガ画像に対しても動作するように修正・拡張を行い、抽出精度の向上を目指している。研究方法:キャラクター抽出を目的とした特徴量として、対象をハール変換型(Haar-like)のみに限定せず、勾配ヒストグラム(HOG)を基盤としたDeformable Part Modelなどの最新の手法も線画像に適用してその効果を確認した。また判別にはサポートベクターマシーン(SVM)を用いることとした。キャラクター抽出には、マンガのキャラクター顔画像を数多く集積したデータセットが必要となる。そこで研究に協力的なマンガ作家の好意により、いくつかのマンガを提供してもらい顔画像(正例)切出し及び不正解画像(負例)切出しを行い、データベース化に向けた作業に入った。研究成果:1.勾配ヒストグラム(HOG)特徴量を用いてキャラクター抽出を試みる場合、正例と負例画像の識別の際にキャラクターが含まれる背景画像も抽出性能に影響を与えることが分かった。背景がセリフ入りの吹き出し画像、オノマトペが含まれる画像、それ以外に3分類した場合、オノマトペが背景に存在する場合には、キャラクター抽出への影響は小さいことが分かった。(電子情報通信学会総合大会において発表)2.勾配ヒストグラム(HOG)を基盤としたDeformable Part Modelは、顔画像中のいくつかの部分の相対的位置関係を利用するため、ハール変換型(Haar-like)特徴量よりもマンガキャラクターの顔画像抽出精度が高いことが分かった。(IEVC2014に投稿中)研究目的:マンガエピソードの自動要約生成には、マンガ登場人物のキャラクター、吹出しに含まれるセリフ、背景画像、オノマトペ、コマ分割情報などの多くのメタデータが必要である。このうちキャラクター抽出は自動要約にとって最も重要な課題である。そこで本研究では、マンガキャラクターの顔検出を中心に各種メタデータの抽出を目標とした。研究方法:予備実験によりマンガのキャラクター抽出を目的とした顔画像抽出のための特徴量としては、HOGを基盤としたDeformable Part Modelが最も効果的であることが分かった。マンガキャラクターは、前髪、目、口などの位置がマンガ毎やキャラクター毎に大きく変化する。そこで、Deformable Part Modelをマンガキャラクター抽出へ適用し、その検出特性の改良について検討した。2. Deformable Part Modelの高精度化を目指して、局所バイナリパタン特徴量を組み合わせた場合に、検出率はほぼ変化せずパートフィルタ位置が変化する結果が得られた。3. HOG+SVM識別器やDPMによる識別器をマンガキャラクターに適用する場合、正例として複数のキャラクターを混合して学習させた後に検出を行う場合と、キャラクター毎に個別に学習させた場合を比較した場合、混合学習よりも個別学習によって検出精度が向上することが分かった。(1)キャラクター抽出の高精度化:畳み込みニューラルネットワークで画像特徴量学習し、物体検出を行なう手法であるRegions with Convolutional Neural Network Features (R-CNN)のマンガ画像への適用について検討を行なった。その結果R-CNNはDeformable Part Model (DPM)と同様に、高い精度でキャラクターの検出が可能であることが分かった。また、DPMおよびR-CNNを用いたマンガキャラクターのマルチビュー顔検出について、複数の横顔モデルと準備する手法の検討を行なった。その結果、Selective Searchを利用したRCNNが最も検出率に優れることがわかった。(2)コミック自動要約:コミックのストーリーを見出して要約することによって、トレーラーを作成する手法について検討した。提案手法では、映画要約のために提案されたロールコミュニティーモデルを利用した。ロールコミュニティに対する重みを計算することで重要度を判定しトレーラーを作成した。主観評価実験の結果、コミックにおいても登場人物の関係性とその頻出度によってストーリーの本筋を見出すことができた。また従来の「試し読み」よりも少ないページ数で理解しやすいトレーラー作成が可能であることがわかった。(3)主要コミックキャラクターの自動抽出:機械学習の際に事前知識なしで主要キャラクターを同定する手法について検討した。主要キャラクターは物語において全ての登場キャラクターの中でも最も登場回数が多いと仮定した。一般的な顔画像抽出器を用いて多くの候補を抽出した後に、Bag-of-Visual-Wordsを用いてベクトル化した候補をk-means法でクラスタリングすることにより、最大クラスターに属する顔画像を主要キャラクターとして抽出する手法を提案した。スコア付与による客観評価実験により、主要キャラクターが効率良く抽出できることがわかった。

また、事前知識がない状態からクラスリングにより主要キャラクターを同定する手法について検討した。これにより、正例と負例をDPMに与えることが可能となった。さらに、ロールコミュニティーモデルというキャラクターの登場場所・回数を検査する手法により、特定ページの重要度が決定でき、自動要約が実現できることがわかった。1.当初計画タスク当初の研究計画に挙げた2013年度の4項目の研究タスク(1.初期データセットの作成、2. Haar-like特徴量の改善、3.教師付き学習、4.データベース/識別器の更新)のうち、項目1は完了し、項目2はHaar-like特徴量の改善からHOGを基盤とする手法に切り替えたために完了している。また項目3はDeformable Part Modelによって計画通りに研究が実行できた。項目4についてはデータベース規模が大きいほど汎用性のある学習器を作成できるため、今後も継続して作業を行う。2.主な達成項目HOG特徴量とSVM識別器を用いたマンガキャラクター抽出の予備検討では、学習回数と学習成功率の関係について調べ、約80回以上の学習回数が必要であることが分かった。さらに正例数400程度で検出率が収束することが分かった。またDeformable Part Modelを用いたキャラクターの顔画像抽出結果は、国際会議IEVC2014に投稿し採録された。正例数28負例数114の小規模実験では、Deformable Part Modelによる検出時のF-measureは、既知画像に対して95.3%、未知画像に対して92.2%となった。正例数、負例数をそれぞれ300、1000に増加させた場合には、F-measureは既知画像に対して98.0%、未知画像に対しては84.1%となった。また背景画像及びキャラクターの前髪形状によるシーンの分類機能について予備検討を行った。その結果、P-型フーリエ記述子を用いた前髪形状によるキャラクター分類は80%程度可能であることが分かった。背景画像とジャンルの対応については、7割弱の分類が可能である。またオノマトペの描画方法は大別して2通りあり、モフォロジー演算と領域分割処理によってある程度の形状抽出が可能である。野口多紀: "電子コミックにおけるトレーラー生成に関する研究",卒業論文Feb. 2016藤岡恭平:"マンガの自動要約にむけた要約手法の提案
虚血後治療としての吸入麻酔薬が永久中大脳動脈閉塞ラットの神経学的予後に与える影響

2018年度は引き続き成年ラットにおける永久中大脳動脈閉塞モデルを用いて、虚血直後と虚血開始2時間後(臨床における治療開始時期を想定)のイソフルラン投与が虚血1週後の神経学的障害に影響を与えるか評価を行った。その結果、永久閉塞モデルにおいてイソフルランは神経学的評価には影響を与えないという結果となった。この結果の原因がイソフルランの投与にかかわらず永久虚血が強いからなのか、あるいはイソフルランの効果が弱いためかを検討するために、当初の計画から一歩立ち戻って一時的中大脳動脈閉塞モデル(90分虚血)におけるイソフルラン投与が虚血1週後の神経学的評価に影響を与えるか評価を行うこととした。イソフルランの投与のタイミングは永久モデルに合わせ、虚血開始後15分からと2時間後(再灌流後30分後)からとし、虚血中と再灌流後のイソフルランが神経学的評価にどのような影響を与えるかを検討する。虚血用フィラメントの改良に多少の時間を要したが、現在一時的モデルによる実験を継続中である。なお、この実験系では群分けを知らない評価者を3名とし、評価者間信頼性についても同時に検討する予定である。なお、動物実験とは別に、本研究で用いる神経学的評価スケールについてのビデオトレーニングシステム(ビデオは英語)が英語を堪能としない日本人でも同様の教育効果を発揮するかどうかの検証もあわせて施行中である(UMIN ID 000030459)。こちらは2019年3月現在予定の半分の方々にご協力いただき、現在も継続中である。当初の仮説は、吸入麻酔薬は永久虚血モデルにおける1週後の神経障害を改善させ、それが4週後あるいは壮年ラットでも同様の結果が得られるかどうか評価することであった。しかし、最初の永久虚血1週間後の神経障害で当初の予測と異なる結果となったため、一時虚血モデルにいったん戻らざるを得ない状況となった。一時的中大脳動脈虚血モデルで吸入麻酔薬が虚血1週後の神経学的予後を改善させるという結果となるのであれば、ひきつづき虚血4週後の神経学的予後に影響を与えるかどうか検証を行う。もし神経学的予後に影響を及ぼさないのであれば、この現象が加齢ラットでも同様の結果となるかどうかの検証を行うと同時に、その原因が吸入麻酔薬そのものにある(吸入麻酔薬自体がネクローシス、アポトーシスに影響を与える)のか、あるいは他の臨床的要因(血圧変動など)によるものかを検証する予定である。平成29年度は永久中大脳動脈閉塞(pMCAO)モデルの確立と、吸入麻酔薬のPostconditioningとしての投与が短期神経学的予後に与える影響について研究を行った。1)pMCAOモデルの確立当初Intraluminal群とCraniotomy群で虚血後神経学的スコアの信頼性を比較する予定であったが、Craniotomy群では48ポイントスケールを用いた神経学的スコアリングのうちFace touchとVibrissae touchの2項目がうまく実施できないことからIntraluminalモデルを採用することとした。虚血までに吸入麻酔薬を用いない全身麻酔法(メデトミジン、ブトルファノール、ミダゾラム)の確立、体温測定と虚血前後の体温維持方法の確立に主眼を置き、最終的にモデルを確立できた。2)吸入麻酔薬のPostconditioningとしての投与が短期神経学的予後に与える影響雄性成年Wistarラット(8-10週齢)に上記pMCAOモデルを負荷し、虚血開始後にイソフルラン投与を行い、虚血開始7日後の神経学的予後を測定した。パイロットスタディーの結果、群分けは1虚血開始15分後から1時間1MAC(1.5%)のイソフルラン投与、2虚血開始2時間後から1MACのイソフルランを1時間投与、3虚血のみ行う(Control)とした。虚血施行者は虚血開始後に該当動物の群分けの割り振りを告知されることでブラインドを確保し、虚血7日後の神経学的評価は群分けを知らない第3者により行われることで研究データの信頼性を確保することとし、現在研究継続中である。永久中大脳動脈閉塞モデルの作成に際し、Intraluminalモデルにおける最も適切なフィラメントの選択、体温維持方法の確立、吸入麻酔薬投与のタイミングと投与時間、組織学的評価の方法など、解決しなければならない問題が多く、予想より時間を費やしてしまった。また研究分担者のうち一名が平成29年度半ばに退職となり、研究遂行のペースが落ちたことも一つの要因である。

なお、この実験系では群分けを知らない評価者を3名とし、評価者間信頼性についても同時に検討する予定である。なお、動物実験とは別に、本研究で用いる神経学的評価スケールについてのビデオトレーニングシステム(ビデオは英語)が英語を堪能としない日本人でも同様の教育効果を発揮するかどうかの検証もあわせて施行中である(UMIN ID 000030459)。こちらは2019年3月現在予定の半分の方々にご協力いただき、現在も継続中である。当初の仮説は、吸入麻酔薬は永久虚血モデルにおける1週後の神経障害を改善させ、それが4週後あるいは壮年ラットでも同様の結果が得られるかどうか評価することであった。しかし、最初の永久虚血1週間後の神経障害で当初の予測と異なる結果となったため、一時虚血モデルにいったん戻らざるを得ない状況となった。平成30年度は、まずは現在行っている成年ラットを用いた永久中大脳動脈虚血後1週におけるイソフルラン投与が神経学的所見に与える影響について結果を導く。虚血開始後のイソフルラン投与が神経学的所見を改善させるのであれば、ひきつづき永久虚血における長期(28日)予後の判定、また壮年ラットにおける短期予後の判定へと進めていく予定である。イソフルラン投与が神経学的所見に与える影響がなかった場合は、イソフルラン投与のタイミングと投与時間、また虚血翌日以降の反復投与も含めいま一度の検討を必要とする。一時的中大脳動脈虚血モデルで吸入麻酔薬が虚血1週後の神経学的予後を改善させるという結果となるのであれば、ひきつづき虚血4週後の神経学的予後に影響を与えるかどうか検証を行う。もし神経学的予後に影響を及ぼさないのであれば、この現象が加齢ラットでも同様の結果となるかどうかの検証を行うと同時に、その原因が吸入麻酔薬そのものにある(吸入麻酔薬自体がネクローシス、アポトーシスに影響を与える)のか、あるいは他の臨床的要因(血圧変動など)によるものかを検証する予定である。(理由)当初、実験に必要な人工呼吸器や吸入麻酔薬の気化器、体温維持システムなどを新たに購入する予定であったが、実験台を研究分担者と常に共用できることとなり、現段階でのその必要がなくなった。また動脈確保時の血管クリップなどの高価な手術道具や血圧モニタ、閉創用の糸などの消耗品を臨床で用いなくなったものを譲ってもらえたことで、手術道具として使用予定だった費用をかなり抑えることができたことが理由としてあげられる。(使用計画)本年度は長期予後の測定のためにロータロッドを購入する予定、また壮年ラット購入関連の費用が研究計画書の予定より多くかかると予想され、本年度に繰り越した使用額と本年度請求額とを合わせて使用する予定である。研究分担者が新たに生じた場合はもう一つ新しい実験台を設置する予定であり、そのための費用も必要となる。研究進捗が予定より遅れていること、またそれに伴ってRotarodなどの大きな物品を今のところ購入していないことから次年度使用額が生じている。今年度はこれら大きな物品の購入、また加齢ラットの購入費がかさむことが予想されるため、助成金使用は増えることを予想する。
ガンマ線バースト爆発放射機構の統一的理解

ガンマ線バーストの放射機構(爆発エネルギー、スペクトル、時間変動)を、中心エンジンまで遡って第一原理から解明します。地球に到達するガンマ線バーストは、中心エンジンからガンマ線放射領域に至るまでの様々な物理過程が密接に関連し合っています。従って、ガンマ線バースト放射機構を理解するということは、ガンマ線バーストの物理全体を理解することに相当します。ガンマ線バースト放射機構が完全に理解出来れば、ガンマ線バーストを距離指標として用い、宇宙論に応用する道も開けます。更に、ガンマ線バーストとそれに伴う重力波の包括的な理解が得られるため、近年幕を開けた重力波天文学においても大きな波及効果があります。ガンマ線バーストの放射機構を、中心エンジンに遡り、ジェット伝搬からガンマ線の伝搬・放射までのそれぞれ物理過程の数値シミュレーションを結集・結合し、ガンマ線放射のスペクトル、光度、時間変化など第一原理から解き明かす。専用のクラスター計算機を導入し、スーパーコンピューターで行なった計算結果を迅速・効率的に活用する。研究代表者らはこれまで宇宙物理各分野で実績があり、研究計画も明確で成果が期待される。重力波観測により、その起源のひとつが中性子連星合体と明らかになった現在、ガンマ線バースト現象をエネルギー源からガンマ線放射まで包括的に解明する研究はタイムリーであり緊急性も高い。またガンマ線バーストは、宇宙で最も遠方での標準光源としても重要で、暗黒エネルギー研究の際の距離指標として用いられ、その光度と時間変化の関係の理解は宇宙論研究にも大きな影響を与える。
戦前の開墾地移住奨励事業における国・県の住宅像と戦後の農村住宅改善の連続性

本研究は、戦前の開墾事業における農林省の住宅改善の手法と、それを踏まえた各県の移住家屋に対する取り組みを検証することにより、農村住宅改善の総合施策としての意義を明らかにするものである。その中心施策である開墾地移住奨励制度(1920)については、沿革・規程と8県での運用実態を既に調査し、1929年以降移住家屋の「質」の画一化が進む一方、平面・配置に県の独自性が残ることを明らかにした。そこで、各県が指導した移住家屋の改善像を、戦後県ごとに実施された農村モデル住宅事業の指導方針・成果と比較・検証することで、現代の農村住宅に繋がる地域差の形成要因を明らかにする。
乳酸菌の生産するリン酸化多糖の生合成系の解明と免疫賦活化ヨーグルトの作出

乳酸菌の生産するリン酸化多糖の生合成系の解明と免疫賦活化ヨーグルトの作出【目的】これまでに、発酵乳の持つ免疫賦活化(活性化)作用に着目し、乳酸菌が作り出す菌体外多糖(EPS)の有する生理機能について追求した結果、その活性発現にはEPSに導入されたリン酸基の存在が重要であることが判明した。そこで今年度は、昨年度とは異なる方法でEPSにリン酸基を化学的に導入し、免疫賦活化能を評価することにより、生物活性発現機構を解析することを目的とした。【方法および結果】Leuconostocmesenteroidessubsp. mesenteroides由来デキストラン(平均分子量40kDa)をリン酸緩衝液に懸濁し、凍結乾燥後、80°C160°Cで加熱することによりリン酸化を行い、陰イオン交換クロマトグラフィーによりリン酸化デキストラン(P-Dx)を調製した。P-Dxの収量およびリン酸基の導入率は、温度上昇にしたがって増加する傾向がみられ、とくに加熱温度が160°Cで最も高いリン酸化率(6.0%(w/w))となった。マウス脾臓細胞における幼若化活性を測定したところ、140°Cと160°Cで調製したP-Dxにおいて、有意な免疫活性が認められた。また、磁気細胞分離システムによりT細胞とB細胞に分離し、同様に幼若化活性を測定した結果、P-DxはB細胞のみを活性化したことから、B細胞マイトジェンであることが判明した。乳酸菌の作り出す安全なデキストランにリン酸基を導入し、免疫活性を持つ新成分P-Dxを化学合成できたことから、今後さらなる生物活性の発現機構を解析することで、免疫賦活化能を有する機能性食品の開発へつながるものと期待される。【目的】これまでに、乳業用乳酸菌の生産する菌体外多糖(EPS)の生理活性について追求し、その活性発現にはEPSに導入されたリン酸基の存在が重要であることが判明した。今年度は、乳酸菌の生産する免疫活性を示さない中性多糖の化学的リン酸化を通して、リン酸基の生理活性発現機構の一端を解明することを目的とした。【方法および結果】菌体外多糖のリン酸化条件について、市販のLeuconostoc mesenteroidessubsp. mesenteroidesを用いて検討したところ、リン酸基を導入率することにより、マウス脾臓細胞に対する幼若化活性が誘導され、中でも分子量40,000のリン酸化デキストランにおいて最も高い活性が見られた。このときの条件をもとに、乳業用乳酸菌Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus NCFB2483が生産する菌体外多糖(NPS)に対してリン酸化を行い、マウス脾臓細胞における幼若化活性を測定した。その結果、NPSもリン酸化の導入により幼若化活性が誘導され、リン酸化デキストランよりも高い活性を示した。さらには、これらのリン酸化多糖は、いずれもマウス脾臓およびパイェル板細胞のB細胞や樹状細胞を活性化し、細胞活性化抗原(CD69、CD80、CD86)の発現を増強した。以上のことから、リン酸化多糖を生産する乳酸菌を用いて発酵乳を製造することによって、免疫賦活化作用を有する新しい機能性食品の開発の基礎を築くものと期待される。
腎臓内RASの日内変動における肝臓由来AGTの糸球体濾過圧の関与

平成30年度は、大量タンパク尿を呈し、慢性進行性の腎臓障害をきたすアドリアマイシン腎症ラットモデルの作成に注力した。アドリアマイシンの投与量や投与回数、及び評価時期を検討し、コントロールラットに比較し、有意な尿タンパクの増加を認め、血圧の上昇を認める状況が出来たため、アドリアマイシン腎症ラットモデルが確立できたと判断した。次に、FITCラベルした500kDaデキストランを、コントロールラットと上記確立したアドリアマイシン腎症ラットに静注し、in vivo imagingで観察を行った。コントロールラットに比較しアドリアマイシン腎症ラットでは、糸球体赤道面の濾過面積が有意に拡大する事、輸出細動脈径に対する輸入細動脈径の割合(輸入細動脈径/輸出細動脈径)が有意に増加する事を明らかとし、コントロールラットに比較してアドリアマイシン腎症ラットで、糸球体過剰濾過が生じていることをin vivo imagingで明らかに証明することが出来た。更には、上記モデルを用い、FITCラベルした500kDaデキストランを使用したin vivo imagingで、昼間(ラットにおける休眠期)と夜間(ラットにおける活動期)の輸入細動脈径/輸出細動脈径を比較し、コントロールラットでは日内変動を認めないが、アドリアマイシン腎症ラットでは、昼間より夜間で輸入細動脈径/輸出細動脈径が拡大していることを明らかにし、日内変動をin vivo imagingで明らかにした。加えて、Atto565ラベルしたヒトアンジオテンシノーゲンを作成した。多光子顕微鏡を用いてのin vivo imagingの実験は、当教室では全く初めての試みであったため、当初は非常に苦労し時間を要した。しかし、学内外からの御助言や御指導を通じて、手技や注意点が分かってきたため、最近では順調に実験が進行できるようになってきた。モデル動物については、当初は、当教室でやりなれており、腎臓内RAS活性が亢進していることが明らかであることから、5/6腎摘モデルを使用していた。しかし、腎臓の周囲との癒着の問題などのために、糸球体をきれいに描出することが出来ないため、in vivo imagingの実験には不向きであることと判断した。そのため、新たな慢性進行性の腎臓障害をきたすモデルであるアドリアマイシン腎症ラットモデルの確立が必要となったため時間を要したが、最近、モデル動物が確立したため、順調に実験が進行できるようになってきた。Atto565ヒトアンジオテンシノーゲンは、当初、共同研究者からの供与を考慮していたが、実験量としては不足することや、蛍光抗体の減弱などより、再作成を余儀なくされた。そのため、時間を要したが、最近、新規のAtto565ヒトアンジオテンシノーゲンを作成し終えたため、今後は順調に実験が進行出来ることが期待される。今後の方針としては、確立したアドリアマイシン腎症ラットモデルに、糸球体濾過を抑制するレニン-アンジオテンシン系(RAS)抑制薬であるオルメサルタンと、全身血圧のみに影響する降圧剤(ヒドララジン)を投与し、コントロール群(C群)、アドリアマイシン腎症群(AD群)、AD群にオルメサルタンを投与する群(AD+O群)、AD群にヒドララジンを投与する群(AD+H群)を作成する。そのうえで、FITCラベルしたデキストランを静注し、糸球体面積や輸入細動脈径/輸出細動脈径から、糸球体過剰濾過を評価する。更には、それらモデル動物にAtto565ラベルしたアンジオテンシノーゲンを静注し、糸球体からの濾過量を評価する。次に、これら糸球体過剰濾過やアンジオテンシノーゲンの糸球体からの濾過量が昼間と夜間で異なるかどうかの日内変動を検討する。また、肝臓特異的なノックアウトマウスをMatsusakaらのグループより供与頂き、Wild type群と肝臓特異的なノックアウトマウス群の各々に、アドリアマイシンを加える群と加えない群を作成し、合計4群で、糸球体過剰濾過やその日内変動を評価する予定でいる。申請者は、腎臓内レニン-アンジオテンシン系(RAS)の活性化が腎臓障害や高血圧に関与するのみならず、腎臓内RASの日内変動異常が、血圧の日内変動異常や腎臓障害に関与することを明らかとしてきたが、腎臓内RASの日内変動が生じる機序は不明であった。そこで、腎臓内RAS活性の日内変動のメカニズムが、糸球体高血圧に依存した糸球体からのアンジオテンシノーゲン(AGT)の濾過のレベルに依存すると仮説を立て、慢性進行性の腎障害モデルでin vivo imagingを用いて視覚的に明らかにすることを主目的として実験を行っている。平成29年度は、当院で確立していなかった多光子顕微鏡を用いてのin vivo imagingによる可視化した糸球体の観察に注力している。具体的には、Wistar ratにイソフルランを用いて安定した麻酔深度を確保したうえで、頸静脈からカニューレーションを行った後、左腎臓を背部切開により露出した後、腎臓表面を薄くスライスすることによって、糸球体を表面から観察しやすくする手技を確立した。更にはその後、FITICラベルした500kDaデキストランを静注し、糸球体観察を行うことも確立した。また同時併行で、糸球体濾過の状態を観察することが容易で、慢性進行性の腎臓障害を生じるモデルの作成に尽力している。当初は、今まで我々が行ってきた5/6腎摘モデルでその検討を行ったが、腎臓の部分摘出により生じる周囲との癒着が強く、癒着を剥ぐ処置などにより糸球体が虚血に陥るため、観察には不向きであることが判明した。

現在、大量タンパク尿を呈し、慢性進行性の腎臓障害をきたすアドリアマイシン腎症を用いたモデル作成を開始したところである。多光子顕微鏡を用いてのin vivo imagingの実験は、当教室では全く初めての試みであったため、当初は非常に苦労し、時間を要した。しかし、学内外からの御助言や御指導を通じて、手技や留意点が分かってき始めたため、最近では徐々に順調に実験が進みつつある。モデル動物については、当初は当教室でやりなれており、腎臓内RAS活性が亢進していることが明らかであることから、5/6腎摘モデルを使用した。しかし、腎臓の周囲との癒着の問題などのために、糸球体を虚脱などの変化をきたすことなく、in vivo imagingで検討することは困難であると判断した。この決断までにそれなりの時間を要した。現在は、腎臓摘出モデルではなく、大量のタンパク尿をきたし、腎臓内RAS活性亢進が知られるアドリアマイシン腎症へとモデルを変更している。現在、適度な腎臓内RAS活性亢進をきたすアドリアマイシンの投与量や投与タイミングを検討中である。平成30年度は、大量タンパク尿を呈し、慢性進行性の腎臓障害をきたすアドリアマイシン腎症ラットモデルの作成に注力した。アドリアマイシンの投与量や投与回数、及び評価時期を検討し、コントロールラットに比較し、有意な尿タンパクの増加を認め、血圧の上昇を認める状況が出来たため、アドリアマイシン腎症ラットモデルが確立できたと判断した。次に、FITCラベルした500kDaデキストランを、コントロールラットと上記確立したアドリアマイシン腎症ラットに静注し、in vivo imagingで観察を行った。コントロールラットに比較しアドリアマイシン腎症ラットでは、糸球体赤道面の濾過面積が有意に拡大する事、輸出細動脈径に対する輸入細動脈径の割合(輸入細動脈径/輸出細動脈径)が有意に増加する事を明らかとし、コントロールラットに比較してアドリアマイシン腎症ラットで、糸球体過剰濾過が生じていることをin vivo imagingで明らかに証明することが出来た。更には、上記モデルを用い、FITCラベルした500kDaデキストランを使用したin vivo imagingで、昼間(ラットにおける休眠期)と夜間(ラットにおける活動期)の輸入細動脈径/輸出細動脈径を比較し、コントロールラットでは日内変動を認めないが、アドリアマイシン腎症ラットでは、昼間より夜間で輸入細動脈径/輸出細動脈径が拡大していることを明らかにし、日内変動をin vivo imagingで明らかにした。加えて、Atto565ラベルしたヒトアンジオテンシノーゲンを作成した。多光子顕微鏡を用いてのin vivo imagingの実験は、当教室では全く初めての試みであったため、当初は非常に苦労し時間を要した。しかし、学内外からの御助言や御指導を通じて、手技や注意点が分かってきたため、最近では順調に実験が進行できるようになってきた。モデル動物については、当初は、当教室でやりなれており、腎臓内RAS活性が亢進していることが明らかであることから、5/6腎摘モデルを使用していた。しかし、腎臓の周囲との癒着の問題などのために、糸球体をきれいに描出することが出来ないため、in vivo imagingの実験には不向きであることと判断した。
時間発展する電子状態の第一原理計算

昨年度までに私は時間依存Schroedinger方程式や時間依存Kohn-Sham方程式のもとでの波動関数の時間発展を数値的に解くアルゴリズムを改良してきました。本年度前半では、このアルゴリズムを用いて、2次元メゾスコピック系での電子状態の時間発展の汎用シミュレータを開発しました。このプログラムでは周期的または閉鎖的な2次元系の任意の回路図を設定できます。電場、磁場、密度汎関数理論による電子間の相互作用などを含めて、その回路内での電子の流れをシミュレートできます。このプログラムを用いて、近年ますます高速化と微小化が進んでいる半導体素子を量子力学的手法でより発展させることができます。本年度後半では、分子や結晶中での電子の時間発展を計算する汎用シミュレータを開発しました。このプログラムはまず電子状態の初期状態を解きます。これはいわゆる通常の第一原理電子状態計算のことで、ハミルトニアンの固有状態を求めます。そして同じハミルトニアンに外場を加ええ際の波動関数の時間発展を計算します。このプログラムでは周期的、閉鎖的な系に加えて、孤立的な3次元系を扱えます。電場、磁場、電子間相互作用などを含めて任意の結晶、分子での電子の運動をシミュレートできます。このプログラムを用いて、物質の光学特性や超高周波の外場での電気特性などを解析することできます。本研究成果の計算アルゴリズムと計算ソフトウェアは近い将来の電子工学、応用化学の分野での原子・電子レベルの物質制御や機能設計に役立つと思われます。
共蒸発分子誘起結晶化と有機薄膜太陽電池

光学設計を最適化し定在波を利用した高効率の有機薄膜太陽電池が世界の様々な研究機関から報告されている。その光電変換層の最適膜厚は、高分子ドナー:フラーレン系で250-400 nm程度、低分子ドナー:フラーレン系で一桁小さい40-50 nm程度とされている。しかし最近応募者らは、不利な低分子ドナー系を用いても、有利な高分子ドナー系の最適値より厚い500 nm以上の膜厚において、定在波を利用するよりも高い電流密度と量子収率を得られることを再現よく実証している。この現象は応募者の考案した共蒸発分子誘起結晶化法で作製した太陽電池でのみ確認できており、本研究の目的は、この現象をより高い光電変換効率を示す材料で実証することである。今年度は、上記目的の現象を既に実証できているZnPc:C60系において、その様々な特性をより詳細に検討するとともに、類似の材料系であるZnPc:C70系において、この現象が生じにくい原因を追究、確認した。また、上記のZnPc以外のフタロシアニン系でも同様の現象が起きることを確認し、さらに、フタロシアニンと同様に数十年前から有機半導体分野で既知で安価な材料系や、有機薄膜太陽電池の高効率化のために合成された材料系、従来から知られる高開放端電圧材料系、ニッケル錯体などの従来から知られる近赤外吸収材料系も加えて、「500 nm以上の膜厚において定在波を利用するよりも高い電流密度と量子収率を得られる」現象の実証を開始した。まず、既に目的の現象が実証できているZnPc:C60系において、その特性のより詳細な分析が進んでいるとともに、類似の材料系であるZnPc:C70系において、この現象が生じにくい原因を追究、確認した。さらに計画通り、上記のZnPc以外のフタロシアニン系でも同様の現象が起きることを確認した。一方、他の材料系においてはまだ同様の現象が確認できていないものの、概要に記した通り、いくつかの材料系において実証を開始している。まず、従来から知られる近赤外吸収材料であるニッケル錯体においては予期していなかった両極性に起因する問題に直面したがその解析結果を学術論文として報告している。次に、他の材料系については、それぞれの材料系に起因する問題はあるものの、おおむね予期した範囲内であり、次年度以降、順次実証されることが期待される。上記の理由から、おおむね順調に進展しているとした。当初計画通り、既に開始している様々な材料系における実証を継続する。
敗血症性ショックにおける血中VIPに関する研究

消化管は細菌とその毒素の源であるショックの際にはTarget Organの一つとして影響を受けやすいところである。また神経細胞や神経節がエンドトキシンの作用点として重要となる。Vasoactine Intestinal Peptide(VIP)は広く消化管領域に分布しているペプタイドであり神経分泌物質の性格をそなえているので敗血症性ショック時には、充分変動する可能性がある。そこで今回血中VIP濃度が敗血症性ショックの診断・治療効果の指標として役立つかどうかを生菌LD100E.coli注入犬を使って検討し興味ある知見を得たので報告する。1.LD100E.coli注入犬の平均生存時間は21時間ですべての犬は33時間以内に死亡した。これらの犬の血中VIP濃度はいずれも高値を示し、3時間で最高値をとりその後しだいに低下した。2.E.coli注入犬にステロイドおよび抗生物質を投与すると抗生物質のみ投与した群よりも7日生存率は17%に比べ83%と上昇した。また血中VIP濃度の上昇は抗生物質単独群よりもステロイドと抗生物質投与群で抑制された。3.E.coli注入犬の中で薬剤(ステロイドand/or抗生物質)投与で生きのびた犬の血中VIP濃度は3時間で最高値となりのち徐々に低下し48時間値で正常範囲にもどった。以上よりLD100E coli注入犬において血中VIP濃度の変化は敗血症ショックの生存率と相関する可能性がある。麻酔された犬にLD100のE coliを注入することによって作製された敗血症性ショックモデルにおいて血中へのVIP放出は敗血症性ショックの病態生理の中でmediator/modulatorの役目をはたすと思われる。消化管は細菌とその毒素の源でありショックの際にはTarget.Organの一つとして影響を受けやすいところである。Vasoactive Intestinal Peptide(VIP)は広く消化管領域に分布しているペプチドであり神経分泌物質の性格をそなえているので敗血症性ショック時には充分変動する可能性がある。そこで今回は血中VIP濃度が敗血症性ショックの診断・治療効果の指標として役立つかどうかを生菌【LD_(100)】E.coli注入犬を使って検討し興味ある知見を得たので報告する。1.【LD_(100)】E.coli注入犬の平均生存時間は21時間ですべての犬は33時間以内に死亡した。以上より【LD_(100)】E.coli注入犬において血中VIP濃度の変化は敗血症性ショックの生存率と相関する可能性がある。麻酔された犬に【LD_(100)】のE.coliを注入することによって作製された敗血症性ショックモデルにおいて血中へのVIP放出は敗血症性ショックの病態生理の中でmediator/modulatorの役目をはたすと思われる。62年度は、敗血症性ショックの重症度と消化管出血の程度に相関が認められるかという点を中心に血中VIPの研究を行なっていきたい。消化管は細菌とその毒素の源でありショックの際にはTarget Organの一つとして影響を受けやすいところである.

また神経細胞や神経節がエンドトキシンの作用点として重要となる. Vasoactine Intestinal Peptide(VIP)は広く消化管領域に分布しているペプタイドであり神経分泌物質の性格をそなえているので敗血症性ショック時には充分変動する可能性がある.そこで今回,血中VIP濃度が敗血症性ショックの診断,治療効果の指標として役立つかどうかを生菌LD100E.coli注入犬を使って検討し興味ある知見を得たので報告する.1.LD100E.coli注入犬の平均生存時間は21時間ですべての犬は33時間以内に死亡した.これらの犬の血中VIP濃度はいずれも高値を示し, 3時間で最高血をとりその後しだいに低下した.2.E.coli注入犬にステロイドおよび抗生物質を投与すると抗生物質のみ投与した群よりも7日生存率は17%に比べ83%と上昇した.また血中VIP濃度の上昇は抗生物質単独群よりもステロイドと抗生物質投与群で抑制された.3.E.coli注入犬の中で薬剤(ステロイドand/or抗生物質)投与で生きのびた犬の血中VIP濃度は3時間で最高値となりのち徐々に低下し48時間値で正常範囲にもどった.以上よりLD100E.coli注入犬において血中VIP濃度の変化は敗血症性ショックの生存率と相関する可能性がある.麻酔された犬にLD100のE.coliを注入することによって作製された敗血症性ショックモデルにおいて血中へのVIP放出は敗血症性ショックの病態生理の中でmediator/modulatorの役目をはたすと思われる.
界面機能の単一分子分光とフェムト秒近赤外分光による研究

1.半導体QDsの単一微粒子分光これまで,水溶性cdTe QDsの発光明滅現象の環境依存性を解析し,オージェ効果で発生した電子捕捉が環境で変化する事,及び界面におけるQDsの自由拡散と3桁近く拡散定数が小さな制限拡散を見いだした。今回,量子収率が数%と低いCdS QDsを用い,トラップ状態からの発光の発光明滅現象とその環境依存性を解析した。トラップ発光は,酸素雰囲気下でも長時間の発光明滅が観測される事,および従来の固有発光の明滅現象とはその性質が大きく異なる事を明らかにした。2.半導体QDsのオージェ効果・逆オージェ効果の界面依存性CdTe QDsのオージェ再結合と逆オージェ効果に及ぼす界面の効果を解析した。その結果,オージェ再結合の緩和時間TAugerは,粒径D^<α>に比例つるが,周りの保護剤の種類によって,指数αが大きく異なり,運動量の不確定性の大きな界面効果を強ぐ受けることが明らかとなった。さらに,光エネルギー変換において重要な,1つの光子で複数個の励起子を生成する逆オージェ効果に関しても,これまでQDsによって観測されたり観測されなかったりと混沌とした状態が続いていたが,今回,CdTe QDs周りの界面が逆オージェ効果に重要な役割を果たしていることを明らかにした。3.倍音ダイナミクスのフェムト秒近赤外分光フルオレノン-フヱノール系を用い,電子励起による近赤外過渡吸収分光でエキシマー生成に伴う自由なOHの増加,および基底状態への緩和に伴う弱い水素結合の生成を明らかにした。今回,エキシマー生成を阻害するフルオレノンを用いて倍音ダイナミクスを解村し,エキシマーと水素結合の関係を解析した。1.倍音ダイナミクスのフェムト秒近赤外分光フルオレノン-フェノール水素結合系の電子励起に伴う水素結合ダイナミクスを近赤外分光で解析した。この系は,水素結合OHの倍音が1439nmにあり,温度上昇と共に倍音吸収が短波長シフトするが,温度と共に自由なOHが増えたことを示す。フルオレノンを電子励起すると,近赤外領域の過渡吸収分光で1423nmに微弱なOH倍音ピークが観測された。この倍音吸収は,フルオレノンのエキシマー生成時間と同程度の20psの時定数で増加し, 110psで緩和した。この事から,電子励起によるエキシマー生成に伴って水素結合が切れ自由なOHが増え,基底状態への緩和に伴い弱い水素結合が再び生成する事が明らかとなった。2.界面における半導体量子ドットの単一微粒子分光水溶性CdTe QDsのトレハロース薄膜の発光明滅現象の環境依存性を解析したところ,空気条件よりも窒素やトルエン蒸気下でon-timeの分布が長くなった。この結果は,オージェ効果で発生した電子捕捉が環境で変化する事を意味している。トルエン蒸気に10分程度さらした試料では, CdTe QDsが界面で拡散を行う様になり,トルエン蒸気が無いにもかかわらず,数時間後だけでなく数日経過後もQDsの拡散が見られるという界面の特異現象が観測された。また拡散定数の解析から,表面の自由拡散とトレハロース内部の制限拡散が観測され, 3桁近く拡散定数が異なっていることが明らかになった。3.半導体量子ドットのオージェ効果に及ぼす界面効果チグリコール酸(TGA)とオレイン酸(OA)で保護した同じCdTe QDsのオージェ効果に及ぼすサイズ依存性を過渡吸収分光で解析した。その結果,オージェ効果の緩和時間τ_<Auger>は,粒径D^αに比例するが, TGAとOAで指数αが大きく異なり,運動量の不確定性の大きな界面効果を強く受けることが明らかとなった。
新規の神経突起伸長因子norbinノックアウトマウスの作製

本研究では、申請者らがクローニングした神経突起伸長因子norbinの中枢神経(脳)と末梢神経(腸管)における機能をノックアウトマウスを用いて解明することをめざした。海馬スライスの長期増強(LTP)に関連した遺伝子として中枢神経と末梢神経の細胞体に発現しているnorbinを特定した。この3年間はノックアウトマウスの作成を目指してきたが、相同組換え体を得ることができなかった。2001年になって、ランダムインサーションによりノックアウトマウスを網羅的に作成するプロジェクトを行っているドイツのGSF-Institute of Mammalian GeneticsのFloss T博士より、norbinノックアウトマウスが得られたことから共同研究の提案があった。このマウスを入手して、神経科学的、薬理学的、生化学的解析を行うことを目的として研究を開始した。提供されたnorbinノックアウトマウスのゲノムを解析したところ、norbin遺伝子の蛋白質コーディング領域のC末端にインサートが挿入されたものであった。従って、norbin蛋白質のほとんどが発現しており、極くわずかにC末端が欠如しただけの変異マウスであることが見いだされた。N末抗体で発現を検討したところ、発現量と発現領域ともに野生型との違いが見られなかった。また、神経組織を含めてほとんどの組織で形態的には肉眼的観察および光学顕微鏡観察でほとんど野生型と相同であった。極くまれに運動障害を持ったマウスが誕生したが、その出現の規則性は不明であり、また、光学顕微鏡観察では異常を見いだすことができなかった。末梢神経(腸管など)にも異常を見いだすことができなかった。norbinノックアウトマウスは胎生致死の可能性もあり、今後は条件ノックアウト法などを検討する予定である。神経可塑性は新たな(形態的あるいは機能的な)神経回路を形成するという意味では、成長してからの神経の再分化とも言える。この過程には、ただ単に既存の神経細胞が新たなシナプスを形成するばかりでなく、神経幹細胞からの新たな神経細胞の分化と供給の重要性が指摘されつつある。我々は海馬スライスにおけるtetraethylammonium(TEA)処理による長期増強(LTP)で発現が増大するクローンを検索してきた。神経組織に特異的な遺伝子KW8とHE5は、神経発生初期にも成体でも発現しており、神経可塑性に関与している重要な遺伝子であることが期待される。KW8はhelix-loop-helix領域を持う遺伝子であった。このタンパク質は日本の他の研究グループにてNDRF(Neuro D related factor)として、アメリカのグループでNeuro D2として、我々の報告の数ヶ月後に相次いで発表され、この因子の注目度を伺わせる。現在、ドイツのグループと共同でノックアウトマウスの作成を行っている。HE5は神経突起伸長作用が培養細胞で見られ、norbinと命名した。最近になり日本のグループから軟骨細胞を刺激しかつ神経に存在する因子としてnorbinはneuro-chondrinと命名された。我々もCOS細胞や神経系培養細胞neuro2aで分泌を確認することができた。また、脳のcDNAをカタログ化するプロジェクトではnorbinは非神経細胞にも存在するとRT-PCRで結論されてしまった。我々の追試では、これは末梢神経に発現しているためであり、norbinは中枢と末梢の神経細胞に特異的に発現していると結論した。ノックアウトマウスを作成を目指しているが、1000個以上のES細胞のスクリーニングを行っても相同組換え体が得られない。技術的な問題と染色体上の特異な領域にこの遺伝子が存在する可能性も考えられる。可塑性とは神経回路が外界からの情報に基づいて再構築されることであり、記憶や学習の分子機構を意味する。

その例がラットの海馬スライスで、反復電気刺激後にシナプスの伝導効率が高まる長期増強(LTP)である。LTPの分子機構として、反復刺激によりカルシウムイオンが流入し、リン酸化カスケードが重要であるとされているが、詳細は不明である。LTPは反復電気刺激のみならずKチャンネルブロッカーであるtetraethylammonium(TEA)処理でも誘発されることが報告された。そこでTEA処理によって発現が変化する遺伝子を特定して、LTPの制御機構の解明を目指している。その過程でnorbinと命名した新規の神経特異的遺伝子を同定した。norbinは神経系培養細胞Neuro 2aで過剰発現させると神経突起を伸長させた。そのことから、新たな神経回路の構築に関与していることを期待して研究を進めている。norbinは中枢神経系の神経細胞だけではなく、腸管神経節の神経細胞など末梢神経細胞でも発現していることを見いだした。また、確実なシグナル配列は見いだされないが、ある程度は細胞外に分泌されることを確認した。したがって、栄養因子のような機能の可能性も浮かび上がってきた。ノックアウトマウスの作成を数年来目指してきたが、数千個のES細胞組換え体をスクリーニングしても相同組換え体を得ることができなかった。ドイツでランダムにノックアウトマウスを作るプロジェクトを行っているグループからnorbinノックアウトが得られたとの情報があり、その機関からマウスの提供を得て解析を開始した。本研究では、申請者らがクローニングした神経突起伸長因子norbinの中枢神経(脳)と末梢神経(腸管)における機能をノックアウトマウスを用いて解明することをめざした。海馬スライスの長期増強(LTP)に関連した遺伝子として中枢神経と末梢神経の細胞体に発現しているnorbinを特定した。この3年間はノックアウトマウスの作成を目指してきたが、相同組換え体を得ることができなかった。2001年になって、ランダムインサーションによりノックアウトマウスを網羅的に作成するプロジェクトを行っているドイツのGSF-Institute of Mammalian GeneticsのFloss T博士より、norbinノックアウトマウスが得られたことから共同研究の提案があった。このマウスを入手して、神経科学的、薬理学的、生化学的解析を行うことを目的として研究を開始した。提供されたnorbinノックアウトマウスのゲノムを解析したところ、norbin遺伝子の蛋白質コーディング領域のC末端にインサートが挿入されたものであった。従って、norbin蛋白質のほとんどが発現しており、極くわずかにC末端が欠如しただけの変異マウスであることが見いだされた。N末抗体で発現を検討したところ、発現量と発現領域ともに野生型との違いが見られなかった。また、神経組織を含めてほとんどの組織で形態的には肉眼的観察および光学顕微鏡観察でほとんど野生型と相同であった。