hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超好熱性古細菌由来ペルオキシレドキシンを基盤とする新規人工金属酵素の開発

「酵素」は化学反応を高い選択性で加速する魅力的なタンパク質触媒である。しかし、酵素が加速する反応の種類は限られ、さらに大部分の酵素は熱に不安定である。本研究では様々な反応に適用可能かつ熱に強い「人工酵素」の作成をめざす。具体的には、人工的に合成した金属触媒を、熱に強い耐熱性のタンパク質である超好熱菌由来ペルオキシレドキシンに結合して人工酵素を作成する。この手法により、多くの反応を高温下で選択的かつ効率的に加速する、有用な人工酵素の創製をめざす。人工の金属錯体触媒をタンパク質に固定した人工金属酵素は、触媒の反応性・選択性をタンパク質骨格の最適化により向上可能である。一方で既存の人工金属酵素は、高温条件の反応に適応できない、タンパク質の高次構造を反映した触媒設計に至っていない、という課題がある。本提案では、超好熱性古細菌由来ペルオキシレドキシンPrxを足場タンパク質とした人工金属酵素開発を計画した。Prxは極めて熱に強いため、高温での利用が期待できる。また、Prxは酸化処理により分子集合状態をコントロール可能であり、人工金属酵素の触媒部位の集積という新たな開発の方向性を展望できる。本年度はAeropyrum Pernix K1由来Prx(ApPrx)を足場タンパク質として最適化するために、金属錯体を結合する位置を複数箇所検討した。その結果、天然ApPrxの有する50番目のシステインには結合しないものの、123番目のアミノ酸残基をシステインに改変した変異体において、ほぼ定量的に金属錯体を結合可能であることを見出した。この変異体に関しては、結晶構造解析により、詳細な分子構造を明らかにした。また、ApPrxの分子集合状態のコントロールについても有用な知見を得た。ApPrxの十量体を構成するホモ二量体間のアミノ酸残基に変異をかけると、十量体構造をホモ二量体に解離できることを見出した。これは、人工金属酵素の分子集合状態を酸化還元に頼らずコントロールする手法として期待できる。さらに、これまで構造解析がなされていなかったPrxとして、Thermococcus kodakaraensis由来Prx(TkPrx)の結晶構造を解明し、論文を報告した。好熱菌由来のタンパク質であり、ApPrxと異なる十二量体構造を形成したことから、人工金属酵素の新たな足場タンパク質として有望である。ApPrxに金属錯体を結合するために、結合サイトのシステイン残基の位置を複数箇所検討した。天然ApPrxの活性中心であるシステインは、タンパク質空孔内の深くに位置しており、金属錯体が結合しなかった。そこで、まず金属錯体の非特異的結合を防ぐために、天然ApPrxのすべてのシステインをセリンに、メチオニンをアラニンに変換したApPrx_0s変異体を調製した。次に、ApPrx_0sのタンパク質空孔の入り口付近に位置する、123番目のヒスチジンをシステインに変換したApPrx_0s_H123C変異体を調製した。ApPrx_0s_H123C変異体にマレイミド基を有する鉄二核錯体を作用すると、ほぼ定量的に結合可能であることが、ESI-MSおよびICP-AES測定により明らかとなった。ApPrx_0s_H123C変異体に関しては結晶構造解析が完了した。ApPrxの十量体を構成するホモ二量体間の芳香族アミノ酸残基に変異をかけると、十量体構造をホモ二量体に解離できることを見出した。変異による十量体の解離は鉄二核錯体を結合した人工金属酵素にも適用可能であり、分子集合状態を酸化還元に頼らずコントロールする手法として期待できる。これまで構造解析がなされていなかったPrxとして、好熱菌由来のTkPrxの結晶構造を解明した。TkPrxはシステイン残基の酸化還元状態に依らず、十二量体を形成することが明らかとなった。TkPrxを足場タンパク質として利用すれば、人工金属酵素の集合様式を十二量体に変換可能と期待される。この内容で論文を投稿し、受理された。以上のように、人工金属酵素の構築、人工金属酵素の集合様式の変換、ならびに新たな足場タンパク質の構造解析を並行して実施した。論文も発表し、本研究はおおむね順調に進んでいると判断した。ApPrx_0s_H123C変異体に鉄二核錯体を結合した人工金属酵素(FeFe@ApPrx)の構築が達成されたことから、次のステップとしてFeFe@ApPrxを水素発生触媒として利用する光水素発生反応を実施する。光増感剤のルテニウム錯体と犠牲還元剤のアスコルビン酸をFeFe@ApPrx溶液に添加し、窒素雰囲気下でキセノン光を照射してガスクロマトグラフィーにより生成した水素を定量する。ApPrx_0s_H123C変異体にさらに変異導入を行うことで、FeFe@ApPrxの集合様式を十量体からホモ二量体に変換する。FeFe@ApPrxのターンオーバー数とターンオーバー頻度が集合様式に応じてどのように変化するか調査し、人工金属酵素の活性をその集合状態の制御によって向上可能であるか検証する。FeFe@ApPrxの結晶構造解析を行い、鉄二核錯体の周辺環境に関して知見を得ることで、さらなる活性向上をめざす。また、人工金属酵素の高温下での利用をめざした研究も推進する。C-H結合のホウ素化を高温下で触媒するイリジウム錯体を、タンパク質に結合できるように設計・合成してApPrxに結合する。

マレイミド基を有するイリジウム錯体について、現在合成の最終段階に入っている。このイリジウム錯体をApPrxに結合し、C-H結合を活性化する人工金属酵素Ir@ApPrxを作成する。Ir@ApPrxの形成をESI-MSおよびICP-AES測定によって確認する。Ir@ApPrxを触媒とし、ベンゼン環、シクロプロパン環を有する小分子を基質としたC-Hホウ素化を実施する。その位置選択性に対して、タンパク質骨格の有効性を示し、アミノ酸残基の改変を駆使して選択性の制御をめざす。「酵素」は化学反応を高い選択性で加速する魅力的なタンパク質触媒である。しかし、酵素が加速する反応の種類は限られ、さらに大部分の酵素は熱に不安定である。本研究では様々な反応に適用可能かつ熱に強い「人工酵素」の作成をめざす。具体的には、人工的に合成した金属触媒を、熱に強い耐熱性のタンパク質である超好熱菌由来ペルオキシレドキシンに結合して人工酵素を作成する。この手法により、多くの反応を高温下で選択的かつ効率的に加速する、有用な人工酵素の創製をめざす。人工の金属錯体触媒をタンパク質に固定した人工金属酵素は、触媒の反応性・選択性をタンパク質骨格の最適化により向上可能である。一方で既存の人工金属酵素は、高温条件の反応に適応できない、タンパク質の高次構造を反映した触媒設計に至っていない、という課題がある。本提案では、超好熱性古細菌由来ペルオキシレドキシンPrxを足場タンパク質とした人工金属酵素開発を計画した。Prxは極めて熱に強いため、高温での利用が期待できる。また、Prxは酸化処理により分子集合状態をコントロール可能であり、人工金属酵素の触媒部位の集積という新たな開発の方向性を展望できる。本年度はAeropyrum Pernix K1由来Prx(ApPrx)を足場タンパク質として最適化するために、金属錯体を結合する位置を複数箇所検討した。その結果、天然ApPrxの有する50番目のシステインには結合しないものの、123番目のアミノ酸残基をシステインに改変した変異体において、ほぼ定量的に金属錯体を結合可能であることを見出した。この変異体に関しては、結晶構造解析により、詳細な分子構造を明らかにした。また、ApPrxの分子集合状態のコントロールについても有用な知見を得た。ApPrxの十量体を構成するホモ二量体間のアミノ酸残基に変異をかけると、十量体構造をホモ二量体に解離できることを見出した。これは、人工金属酵素の分子集合状態を酸化還元に頼らずコントロールする手法として期待できる。さらに、これまで構造解析がなされていなかったPrxとして、Thermococcus kodakaraensis由来Prx(TkPrx)の結晶構造を解明し、論文を報告した。好熱菌由来のタンパク質であり、ApPrxと異なる十二量体構造を形成したことから、人工金属酵素の新たな足場タンパク質として有望である。ApPrxに金属錯体を結合するために、結合サイトのシステイン残基の位置を複数箇所検討した。天然ApPrxの活性中心であるシステインは、タンパク質空孔内の深くに位置しており、金属錯体が結合しなかった。
身振り学的視座からの英国ルネサンス期演劇研究

平成9年度科学研究費補助金による研究成果は、英国ルネサンス期演劇と「黙劇」(dumb show)の関連性を身振り学的視座から解明したことである。じゅうらいの近代初期の英国演劇研究は、Dieter MehlのThe Elizabethan Dumb Show(1965年)を除いて、黙劇を本格的に検討してこなかった。しかもMehlの研究においても、黙劇の起源と構造をたどったうえで、エリザベス朝・ジェイムズ朝の演劇における黙劇の様態を記述しているにすぎない。本研究では、黙劇におけるさまざまな「身振り」をめぐる表象(representation)と再現(re-presentation)のダイナミックスが、Shakespeareの劇作品をはじめとする英国ルネサンス期演劇のなかでいかに変容していくかに焦点を合わせた。たとえばHamletにおいては、劇全体の縮図ともいえる三幕二場で演じられる黙劇--The Murder of Gonzago--は、Hamletそのものが「身振り」をめぐる登場人物の解釈行為によって成立していることを物語る。なぜなら、Hamletは黙劇における役者たちの身振りを。宮廷人たちに恣意的に解釈・解説してみせるが、こうした解釈行為はHamlet以外の他の登場人物たちにもあてはまるからである。OthlloにおけるIagoもHamletと同様に、黙劇のプリゼンター(presenter)の役を演じ、DesdemonaやCassioの身振りを恣意的に解釈・解説し、Othelloの欲望(嫉妬)の装置を作動させる。以上のように本研究は、Shakespeareの劇作品をはじめとする英国ルネサンス期演劇においては、舞台上で役者の身体が作りだす身振りとその意味が、黙劇や同時代の寓意図像集(emblem book)で表象されているような安定した関係を保ちえなかったことを解明した。本年度の研究業績は、(1)身振り学的視座からのShakespeareの劇作品分析、(2)ルネサンス期演劇において表現される身振りとemblem booksに描かれた図像との関連性についての研究、(3)身振り学的視座から実践された従来のルネサンス演劇批評の検討、に分類される。(1)に関しては、Twelfth Night(1601-02年)の登場人物の身振りは、OvidのMetamorphoses(1567年英訳)のActaeonとDianaのそれによって、さらに、Timon of Athens(1607-08年)の主人公の身振りは、パジャントの野人のそれによって規定されていることを検証した。(2)に関しては、A.AlciatoのEmblemata(1550年)、G.WhitneyのAchoice of Emblemes and Other Devices(1586年)、C.RipaのIconologia(1593年)などの図像集によってコード化された図像の「身振り」と、ルネサンス期演劇における登場人物の身振りとの関連性について考察し、それらのコード化された身振りと、J.BulmerのChironomia(1644年)でカタログ化された雄弁家の身振りとを比較・検討した。(3)に関しては、B.L.JosephのElizabethan Acting(1951年)、D.BevingtonのAction is Eloquence(1984年)などの研究書を中心に検討・考察した。前者は、“Action"という言葉を核に、ルネサンス期雄弁術で用いられた身振りと、俳優のそれとの関連性を論じたものであるが、コードから逸脱する身振りについては、Josephの方法では分析不可能であること、Bevingtonの研究に関しては、中世の道徳劇からルネサンス演劇にいたる戯曲テクストに表象された身振りを帰納的に論じたものであるが、戯曲テクストとそれをとりまくコンテクストとの関連について論じられていないことが難点として挙げられる。以上のような欠点を補うための研究の方法論を、J.R.RoachのThe Player's Passion(1985年)で用いられた方法論を参考にしながら、構築すべきことを検討した。

以上のように本研究は、Shakespeareの劇作品をはじめとする英国ルネサンス期演劇においては、舞台上で役者の身体が作りだす身振りとその意味が、黙劇や同時代の寓意図像集(emblem book)で表象されているような安定した関係を保ちえなかったことを解明した。
低酸素環境下における持久性運動が筋細胞内脂質代謝に及ぼす影響

全身と筋内の脂質酸化は必ずしも一致した傾向を示さない。本研究の目的は、低酸素における全身脂質酸化の低下が筋細胞内脂肪酸化に関係するか明らかにすることとした。長距離走者は通常・低酸素下で90分間走を実施した。その結果、低酸素下では全身脂質酸化は低下したが、同様に筋細胞内脂肪酸化も低下した。本研究の結果、低酸素による全身脂質酸化の低下には少なくとも筋細胞内脂肪酸化の抑制が関係することが明らかとなった。平成23年度は、研究成果を上けることはできなかったが、翌年度に研究を推進していくための大変重要な準備の一年となった。本研究を推進していくうえで最も大事なことであり、また難しい問題は実験IIにおける骨格筋の細胞内および細胞外脂肪の定量化である。その測定はプロトン核磁気共鳴分光法(1H-MRS)により行われる。本研究では、先行研究と同様に下腿部の3筋を同時に測定する予定であった。実際にプレ実験でそれらを測定した結果、同時測定ではヒラメ筋は十分に評価できるものの、腓腹筋は被験者によって、1H-MRSの波形(スペクトル)にノイズが大きく、評価法を再検討する必要性を感じた。そのため、測定時間が長くなるものの、筋ごとに細かく合わせて測定することとした。また実験Iでは、近赤外分光法(NIRS)により走運動中の筋脱酸素化動態および再酸素化動態をモニタリングし、活動筋間の不均一性を評価する。我々は以前、自転車運動時における活動筋間の酸素飽和度の違いについて研究を行った。しかし、今回は運動プロトコルが走運動であるため、自転車運動時と同様に据置型のNIRS装置では適していなかった。そのため、平成23年度の研究費で携帯型を購入し、測定を試みている。プローブの固定法など、まだ問題もあるが、着実に前進しており、平成24年度の前半には実験法も確立され、本実験に入ることができると思われる。以上のように、本実験を行うことはできなかったが、プレ実験により、実験を実施するうえでの問題点が明らかになり、すべてでないが、解決することができた。本研究では、実験Iとして、ランニング時の活動筋酸素動態について、通常および低酸素環境(高度2800m相当)で比較した。7名の持久性種目を専門としている被験者はトレッドミル走による漸増速度運動を疲労困憊に至るまで実施した。近赤外分光法に評価による外側広筋の脱酸素化は運動強度の増加に伴い亢進を続けたが、腓腹筋の脱酸素化は中程度強度より停滞した。また、低酸素により外側広筋、腓腹筋とも脱酸素化が有意に亢進した。低酸素による最大酸素摂取量(VO2max)の低下率と腓腹筋の脱酸素化変化率との間に正の相関が認められた。これより、低酸素環境下でのVO2max低下は活動筋の酸素状態が関係している可能性が示唆された。実験IIとして、低酸素環境が長時間ランニング運動時の筋内脂肪酸化量に及ぼす影響について、同一絶対・相対運動強度で検討した。被験者は実験Iより算出されたVO2maxを元に、低酸素環境下において65%VO2maxでの90分ランニングを実施した。また、それと同一相対・絶対運動強度の90分ランニングを通常酸素環境下で実施した。その結果、同一相対運動強度の比較において、低酸素環境では酸素摂取量(エネルギー消費量)が低下し、脂質酸化量は低下傾向を示した。一方、同一絶対運動強度の比較において、低酸素環境では呼吸交換比が増加し、脂質酸化量が有意に低下した。プロトン磁気共鳴分光法により評価された下腿筋群の筋細胞外脂肪は運動により変化しなかった。一方、筋細胞内脂肪は運動により3条件とも有意に低下したが、その変化量は同一相対・絶対運動強度の比較とも低酸素環境が有意に低値を示した。実験IIの結果、低酸素環境下において、全身の脂質酸化量が低下するだけでなく、筋細胞内脂肪の利用も低下することが明らかとなった。実験IにおいてNIRS装置を用いるのだが、その装置が本実験に適しておらず、別な装置(携帯型)の購入に時間を要した。実験IIにおいて1H-MRSにより、骨格筋細胞内および細胞外脂肪を測定するが、その方法の確立に時間がかかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。まず、実験Iで用いるNIRSの測定について、改めて確認を行う。その後、実際の本実験を遂行する。実験IIにおける骨格筋細胞内および細胞外脂肪の評価を下腿部3筋で行う予定であるが、データによっては測定部位を2筋にする可能性がある。
科学捜査の高度化に向けた偽筆耐性の高い筆跡鑑定法の構築

【研究目的】近年、犯行現場に残された筆跡から、その筆者を推定する筆跡鑑定の重要性が高まってきている。犯行現場の筆跡には偽筆が含まれていることが多く、残された筆跡から、いかに偽筆に強い個人特有の特徴を抽出できるかがポイントとなる。紙面に記載された筆跡は、強く記載されるほど筆記具のインクが濃くなり、それと同時に、紙面への凹みも強くる傾向がある。したがって、紙面における筆記具のインク付着状態に加え、その凹み状態からも筆圧情報を抽出して特徴として用いることができれば、一層の照合性能の改善が期待できる。そこで本研究では、紙面に記載された筆跡から、筆圧情報を抽出して特徴として用いることにより、これまでより偽筆耐性の高い検査方法の構築を目的とした。【研究方法】本提案手法では、日常生活でボールペンがよく用いられ、そのインクの多くが赤外線を透過するという特性に着目し、可視画像と赤外画像を同時取得可能なマルチバンドイメージスキャナを用いた。具体的には、可視画像(インクの濃淡画像)と赤外画像(インクの赤外線透過特性とスキャナの斜光照明により得られる、筆圧に応じた画線の紙面への凹みの陰影画像)を一括で取得し、それらの濃淡分布から筆圧情報を抽出して組み合わせて利用する手法を構築した。【研究成果】研究の結果、実際に筆跡サンプルを用いて本提案手法の有効性を評価したところ、従来の字形情報を用いた手法よりも、可視画像・赤外画像の筆圧情報を併用する本提案手法を用いることで、一層の照合性能の改善を得た。
離散最適化問題の計算モデルと高品質アルゴリズム設計

多くの重要な離散最適化問題は計算量の意味で困難(NP困難)となる.すなわち,最適解を求めるための多項式時間で動作するアルゴリズムが存在しない.また,ある状況では,問題を解く前に,完全な入力が与えられない場合もある.例えば,入力が徐々に与えられるような要求列となっている場合である.将来の要求に関する情報が欠損している場合にもアルゴリズムは効率よく動作する必要がある.前者をオフライン計算モデル,後者をオンライン計算モデルと呼ぶ.本研究では,それら2つの計算モデルにおける困難な離散最適化問題に対して,最適解に対する出力解の精度が理論的に保証されたアルゴリズムを設計した.本研究の目的は,困難な離散最適化問題を対象とした計算モデルの構築,計算理論的解析に裏付けされた解精度保証のあるアルゴリズム設計手法の開発,及び問題自体が有する解精度の意味での困難性の解明を行うことである.今年度の主な研究成果は以下である.1.頂点数を最大とする正則誘導連結部分グラフを求める最適化問題について,求める解のサイズをパラメータとしたパラメータ版の問題を考えたとき,次数が3の正則誘導連結部分グラフを求めるときにも計算困難となることを示した.また,解精度の意味での近似困難性の改善を行った.2.入力を重み無し無向グラフとするグラフの有向化最適化問題の中で,有向グラフの出次数が指定した値Wよりも大きくなる/小さくなる頂点の数を最大化/最小化する最適化問題について考えた.本問題は,Wの値により,代表的なNP困難問題である最大独立頂点集合問題,最小頂点被覆問題と等価な問題になるという意味で,これらの問題を一般化した問題と考えることができる.様々なWの値に対して,解精度保証のある近似アルゴリズムの開発,解精度の意味での近似困難性を示した.3.複数の種類の仕事が次々に与えられたとき,その仕事を一時的にバッファに蓄え,同種の仕事を連続して処理することで,処理の切替オーバーヘッドを失くし,全体の処理時間を小さくすることを目的とするソーティングバッファ最適化問題について考え,NP困難性を示した.4.直径を制約とした最適部分グラフ抽出問題について,強弦グラフ,弦グラフ,弱弦グラフ,区間グラフを入力集合とする場合には計算が容易になることを示した.それぞれの研究成果については,国内外論文誌,国際会議,国内学会の研究会で公表を行った.本研究の目的は,以下の2種類の困難な離散最適化問題を対象とした計算モデルの構築,計算理論的解析に裏付けされた解精度保証のあるアルゴリズム設計手法の開発,及び問題自体が有する解精度の意味での困難性の解明を行うことである.NP困難問題と呼ばれる多項式時間で最適な解を求めるためのアルゴリズムを持たないであろうと予想されている最適化問題.入力インスタンスの情報の一部が与えられていない(もしくは利用できない)最適化問題,すなわち,情報が不完全な形で与えられるため最適解を求めることが困難な最適化問題.今年度の主な研究成果は以下である.1.頂点数を最大とする正則誘導連結部分グラフを求める最適化問題について,(1)入力グラフを二部グラフ,または平面グラフに限定したとしてNP困難となること,(2)それらのグラフについて多項式時間内では近似解を求めることも困難であること,(3)入力グラフを弦グラフや木幅限定グラフに限定した場合には最適解を求めるような多項式時間アルゴリズムが設計可能であることを示し,国際会議で研究成果の公表を行った.2.入力として有向非巡回グラフで表現されたWEBページ網と追加リンク数の最大値が与えられたとき,できるだけ頻繁に訪問されるページへのクリック数(距離)を最小化するためには,どのようにリンクを作成すれば良いかというリンク追加問題について,リンクを作成する頂点を根頂点とした場合について検討を行い,近似下界と最適な近似精度を持つ近似アルゴリズムを示した.得られた研究成果を国際ジャーナル誌で公表した.3.グラフとその中のいくつかの頂点が与えられたとき,それらの頂点を繋ぐような木をシュタイナー木と呼ぶ.お互いに頂点を共有しないシュタイナー木をできるだけ多く探索することを目的とした最適化問題に対する近似アルゴリズムを設計し,国内学会と国内研究会で公表した.多くの重要な離散最適化問題は計算量の意味で困難(NP困難)となる.すなわち,最適解を求めるための多項式時間で動作するアルゴリズムが存在しない.また,ある状況では,問題を解く前に,完全な入力が与えられない場合もある.例えば,入力が徐々に与えられるような要求列となっている場合である.将来の要求に関する情報が欠損している場合にもアルゴリズムは効率よく動作する必要がある.前者をオフライン計算モデル,後者をオンライン計算モデルと呼ぶ.本研究では,それら2つの計算モデルにおける困難な離散最適化問題に対して,最適解に対する出力解の精度が理論的に保証されたアルゴリズムを設計した.本研究の目的は,以下の2種類の困難な離散最適化問題を対象とした計算モデルの構築,計算理論的解析に裏付けされた解精度保証のあるアルゴリズム設計手法の開発,及び問題自体が有する解精度の意味での困難性の解明を行うことである.NP困難問題と呼ばれる多項式時間で最適な解を求めるためのアルゴリズムを持たないであろうと予想されている最適化問題.入力インスタンスの情報の一部が与えられていない(もしくは利用できない)最適化問題,すなわち,情報が不完全な形で与えられるため最適解を求めることが困難な最適化問題.今年度の主な研究成果は以下である.

1.頂点数を最大とする正則誘導連結部分グラフを求める最適化問題について,次数が3以上の正則誘導連結部分グラフを求める問題が計算困難となること,また,近似計算の意味でも困難であることを示した. 2.辺重みつき無向グラフが与えられ,重み付き出次数の最大値を最小化するように辺の向きを求める最適化問題について,グラフクラスに対する計算容易性と困難性を示した.また,最小重み付き出次数を最大化するような辺の向きを求める最適化問題については,辺重みを{1,2}に限定し,かつ各頂点の(重みなし)次数が高々3,さらにグラフが平面二部であるような場合でも計算困難であること,近似精度が2倍程度悪くなるようなアルゴリズムの設計も難しいことを示した.次数上下界制約付きグラフ向き付けについて,次数制約を満たさない場合のペナルティ関数値が最小になるような問題についての計算容易性と困難性を示した.3.オンラインOVSF符号割当問題のリソース量と競合精度の改善を行った.それぞれの結果は,国際ジャーナル誌,国際会議,国内研究会で公表を行った.本研究の目的は,(I)NP困難問題と呼ばれる多項式時間で最適な解を求めるためのアルゴリズムを持たないであろうと予想されている最適化問題,及び(II)入力インスタンスの情報の一部が与えられていない(もしくは利用できない)最適化問題,すなわち,情報が不完全な形で与えられるために最適解を求めることが困難な最適化問題の2種類の困難な離散最適化問題を対象とした計算モデルの構築,計算理論的解析に裏付けされた解精度保証のあるアルゴリズム設計手法の開発,及び問題自体が有する解精度の意味での困難性の解明を行うことである.(I)については,正則誘導連結部分グラフ抽出問題,無向グラフの有向化最適化問題,直径を制約とした最適部分グラフ抽出問題,ソーティングバッファ最適化問題,最大独立頂点集合問題を拡張した最適化問題に関して,計算容易性/困難性,計算理論的解析に裏付けされた解精度保証のあるアルゴリズム設計,固定パラメータに対する計算量解析などを行いそれらの研究成果を,AAAC年次総会や東京,ギリシャ,カナダで行われた国際会議,電子情報通信学会やOR学会の支部大会や研究会,LAシンポジウムにおいて発表した.また,国内外の論文誌でも公表をした.(II)については,W-CDMA方式で用いられる直交可変拡散率(OVSF)符号割当をオンライン情報モデルとして定式化したオンラインOVSF符号割当問題に対して,解精度の尺度である競合比と計算リソースとの関係を調べた.研究成果については国外論文誌に掲載されることが決まっている.このように,当初の計画通りに進んでいる.本年度の目的,実施計画は以下であった.1.オフライン情報モデルにおける近似アルゴリズムの設計,近似精度の解明,オンライン情報モデルにおける競合アルゴリズムの設計,競合精度の限界解明,数学的なツールに関する結果と手法の調査.2.既にオフライン情報モデルとして定式化ができている最大隣接集合問題,最適部分グラフ抽出問題の検討.3.オンラインOVSF符号割当問題の検討.4.国内各種研究会,AAAC年次総会,国際会議,国際論文誌での研究成果の公表
PCR法を用いた小児再不貧におけるサイトカインレセプター発現異常の解析と臨床応用

小児再生不良性貧血(再不貧)に対する新しい治療法として、G-CSFなどのサイトカイン療法が注目されているが、それらの効果は症例間で異なっている。従って、治療前にその反応性を予測することは非常に重要である。骨髄中に含まれる造血幹細胞はごく少数のため、以下の方法により濃縮した。AIS社の抗CD34抗体をcoatingしたマイクロセレクターによりCD34陽性細胞を分離し、さらにCD2,7,116,19,20,36,56抗体とイムノビーズにより、lineage陽性細胞を除去した細胞分画を得、これを実験に用いた。また通常の血清添加培養に使用する牛胎児血清内にはSCF活性が存在するため、無血清培養にてコロニー形成能を検討した。GーCSF、GuーCSF、IL-3単独では、正常骨髄CD34^+細胞からはほとんどコロニー形成がみられなかったが、SCFを加えることにより明らかなコロニーの形成が認められた。一方、再不貧では正常に比し、明らかにコロニー形成能が低下していた。特に、重症例の多くは種々のサイトカインを組合わせてもコロニー形成はみられず、中等症例でもコロニー形成能は不良であった。また、コロニーサイズも明らかに小さかった。RT-PCR法により、数例の再不貧において、骨髄CD34^+細胞、コロニー構成細胞のサイトカインレセプターmRNAの発現を検討したところ、正常細胞だけでなく、本症でも発現が認められた。これらのことから、本症の造血幹細胞には量的異常だけでなく、質的異常も存在し、その杵序として、サイトカインレセプターの微少系構造異常あるいは刺激伝達系の異常などが示唆された。さらに症例を増やすことにより、サイトカイン治療前の確実な予測法の開発を行なっていきたい。
複数の地球観測センサーを利用した北極の極成層圏雲と成層圏オゾン層の化学過程の解明

ISS/JEM/SMILESとSCISAT-1/ACE-FTSデータをもとに、2009/2010年の北極の冬春季の気温とオゾン化学関連物質の相関関係を調べた。1月中旬から2月初旬に、ClOデータが0.5 ppbvよりも高濃度であった地点は、気温が200 Kより十分低く、等価緯度が70°以上、太陽天頂角が96°以下であった。1月中旬にはHClとClONO2が減少、ClOが増加し、1月下旬にはClOが減少、HClとClONO2が増加した。1月の等価緯度70°以北で、観測値に基づく総塩素量がN2Oから計算した総塩素量よりも大幅に低い値を示したことから、ClOダイマーの存在が示唆された。本研究は、2009/2010年の北極の冬春季に着目して、国際宇宙ステーション搭載のSMILESやその他の衛星データを用いて、気温場とPSCsの出現およびその化学組成、オゾン破壊物質とリザボア物質の濃度やオゾン濃度などを時系列的に解析し、それぞれの関係性を定量的に明らかにすることで、将来のオゾン層回復の予測の高精度化に貢献するというものである。H25年度は、情報通信研究機構で開発されたSMILESのL2研究プロダクト(L2r)のV2.1.5データを用いて、2009/2010年の北極成層圏の塩素化合物の活性化(ClO濃度の増大)と温度場との関係を詳細に解析した。その結果、SMILESで太陽天頂角96度以下(昼間)に低温下で観測されたほとんどのデータについてClO濃度が高くなっており、PSC粒子上の不均一反応によってオゾン破壊に不活性な塩素が活性化されたと考えられる。観測時に十分に低温でも活性化が起こっていないデータについては、太陽天頂角が高いことから、塩素の活性化に十分な光が当たっていなかったためと推察される。一方、観測時の気温が高温であったにも関わらずClO濃度が高いデータについて、観測された空気塊の気温履歴を調べたところ、これらのデータには観測される3日前から1日前にかけて、平均して195 Kを下回る低温を連続して経験していたことがわかった。さらに、ACE-FTSのL2プロダクトのV3.0データを新たに取得し、SMILESと同期観測しているデータを抽出して、2009/2010年の北極の塩素化合物の濃度変動の時系列とそれらをすべて足し合わせた「総塩素量」の時系列を詳細に解析した。一酸化二窒素から推量される「総塩素量」と塩素化合物の観測データに基づいた「総塩素量」との差から、SMILESやACE-FTSで観測されていないオゾン破壊に活性な塩素化合物の量を推定することを試みた。本研究は、2009/2010年の北極の冬春季に着目して、国際宇宙ステーション搭載のSMILES、温室効果ガス観測技術衛星GOSAT、衛星搭載ライダーCALIPSOのデータを用いて、気温場とPSCsの出現およびその化学組成、オゾン破壊物質とリザボア物質の濃度、HNO3濃度、オゾン濃度を時系列的に解析し、それぞれの関係性を定量的に明らかにすることで、将来のオゾン層回復の予測の高精度化に貢献するというものである。H24年度は、情報通信研究機構で開発されたSMILESのL2研究プロダクト(L2r)のV2.0.1データのダウンロードを行い、2009/2010年の北極成層圏のオゾン破壊関連物質と気温との関係を解析した。まず、SMILESで観測された北緯60度以北の気温データの解析から、1月は高度24 kmの東経30度を中心とした領域で最も低温になっており、2月はその低温域が高度20 kmに下がっていたことがわかった。SMILESの気温データの信頼性を確認するために、対応するGEOS-5の気温データと比較したところ、SMILESのバンドBから導出された気温はGEOS-5の気温に対して明確なバイアスはなく、一方、SMILESのバンドAの気温は5-10 K程度GEOS-5の気温よりも高く導出されていることがわかった。しかし、最新のバージョンのL2rデータ(V2.1.5)では、SMILESとGEOS-5の気温差は小さくなっていた。1月初中旬の高度24 kmでは、最も低温となっている領域でHNO3濃度が少なくなっており、同じ領域でHCl濃度は減少し、ClO濃度は増加し、O3濃度は減少していた。1月下旬から2月の高度20 kmにおいても、同様の傾向が見られた。これらの領域では、低温条件下でHNO3を主成分とする極成層圏雲(PSCs)が形成され、PSCs粒子上で不均一反応が起こっていたと考えられる。H26年度は、情報通信研究機構で開発されたSMILESのL2研究プロダクト(L2r)のV2.1.5データおよびACE-FTSのL2プロダクトのV3.0データを用いて、2009/2010年の北極成層圏の塩素化合物の活性化とPSCの形成、およびその結果として起こるオゾン破壊について詳細に解析を行った。

H25年度は、データを太陽天頂角によって昼間と夜間の観測に分類し、昼間で太陽光が十分に当たっていたと考えられる環境下でかつ低温でPSCが形成されていた可能性が高い場合は、ほとんどのデータについて塩素化合物の活性化が起こっていることを確認することができたが、H26年度はさらに、データの分類の精度を高め、空気塊の気温履歴についても再計算を実施し、解析結果の高精度化を図った。さらに、北極成層圏の塩素活性時とバックグラウンド時(塩素活性が起こっていない)の、ClO、HOCl、HCl、ClONO2の総和と一酸化二窒素から推量される「総塩素量」の差を比較し、塩素活性時には両者に有意な差が見られることから、北極成層圏の「総塩素量」にClO、HOCl、HCl、ClONO2以外の塩素化合物の存在が示唆されること、極渦内でClOが比較的高濃度であることからClOダイマーの可能性が高いことを明らかにすることができた。本研究は、2009/2010年の北極の冬春季に着目して、国際宇宙ステーション搭載のSMILESやその他の衛星データを用いて、気温場とPSCsの出現およびその化学組成、オゾン破壊物質とリザボア物質の濃度やオゾン濃度などを時系列的に解析し、それぞれの関係性を定量的に明らかにすることで、将来のオゾン層回復の予測の高精度化に貢献するというものである。H27年度は、情報通信研究機構で開発されたSMILESのL2研究プロダクト(L2r)のV2.1.5データおよびACE-FTSのL2プロダクトのV3.0データを用いて、2009/2010年の北極成層圏の塩素化合物の活性化と空気塊の気温履歴と太陽天頂角(SZA)との関係を精査した。その結果、気温が200 K以下でSZAが96度未満であっても塩素活性が起こっていない空気塊は、SZAと等価緯度の値から十分に太陽光が当たっていないために塩素が不活性であったか、もしくは、極渦の縁付近で極渦内の大気と塩素活性が起こっていない極渦外の大気が混ざった空気塊を観測していたためであると推察された。また、SMILESで観測された空気塊の気温履歴からClOが高濃度である空気塊については、観測時あるいは観測される数日前にPSCsの形成に十分な低温を経験したことで塩素の活性化が起こったと結論づけることができた。さらに、北極成層圏の塩素活性時とバックグラウンド時の、ClO、HOCl、HCl、ClONO2の総和と一酸化二窒素から推量される「総塩素量」の差を詳細に比較した結果、塩素活性時には極渦内で最大1.5ー2 ppbのClOOCl量(ClOダイマー)の存在が明らかになった。本研究によって、今まで衛星による観測例がほとんどないClOOCl量を成層圏の平均場ではなく個々の観測地点において推定できる可能性を示すことができた。ISS/JEM/SMILESとSCISAT-1/ACE-FTSデータをもとに、2009/2010年の北極の冬春季の気温とオゾン化学関連物質の相関関係を調べた。1月中旬から2月初旬に、ClOデータが0.5 ppbvよりも高濃度であった地点は、気温が200 Kより十分低く、等価緯度が70°以上、太陽天頂角が96°以下であった。1月中旬にはHClとClONO2が減少、ClOが増加し、1月下旬にはClOが減少、HClとClONO2が増加した。1月の等価緯度70°以北で、観測値に基づく総塩素量がN2Oから計算した総塩素量よりも大幅に低い値を示したことから、ClOダイマーの存在が示唆された。H26年度は、H25年度に行った解析を見直し、データの再分類を行って解析の高精度化を行う予定であった。
高安定アモルファス・シリコン薄膜の作製

水素化アモルファル・シリコン(a-Si:H)の高品質・高安定化を目標に、日・米の専門家6名が協力して研究にあたった。日本側では主として製膜過程の解明と新しい製膜技術の開発を担当し、米国側では作製されたa-Si:H薄膜、およびそれを用いたデバイスでの光劣化現象の正確な把握とその原因の解明を目指すよう、それぞれの分担を明かにして協力研究を行った。その結果製膜技術に関しては、グロー放電分解で作製したSiH3を堆積前駆体とする膜堆積時に原子状水素処理を繰り返し行うことにより、バンドギャップ1.55eV--2.1eVの広い範囲で高品質a-Si:H膜を作製できる「化学アニーリング法」を開発し、その構造形成機構が水素による構造緩和促進であることを明かにした。同時に、SiH2Cl2を原料ガスとし、ECR水素プラズマで分解還元してえられた堆積前駆体、SiHnClm(n+m=3),により15A/s程度の高速度で、高品質・高安定a-Si:H薄膜を作製する技術を開発した。この新製膜法で作製したa-Si:H膜は1.8eV程度の比確定wide-gap膜で有り、そのFermi-準位もギャップ中央に位置し、低い電気伝導度、と低欠陥による高い光伝導度をもつ高品質膜である。さらに、長時間の光照射に於ても、欠陥の増加は少なく、光安定性にも優れていることが確かめられた。また、欠陥濃度が製膜時の表面反応により決定されるとするモデルを提案し、表面反応の動力学制御により反応種自己欠陥制御法(PADS)、反応種励起欠陥低減法(DREP)など高品質薄膜作製のための新規な技術を開発すると共に、プラズマ中のイオン種の制御により高移動度a-Si:H膜作製にも成功した。一方、米国側研究グループでは、分光エリプソメトリーを用いた膜堆積表面のその場観測結果からは「化学アニーリング法」における水素による構造緩和の事実を立証する結果が得られた。この場合、原子状水素は加熱したフィラメントによる水素分子の分解により作製するため、イオン衝撃などの副次的効果を避け、原子状水素の化学的効果として観察することができた。その結果によると、a-Si:Hに対する原子状水素の効果は、20nm厚程度にまで及び、Si-Si結合の切断を含む水素の網目中への浸透が観察され、その結果、網目構造の緩和を促進することが認められた。新製膜法として、SiH2Cl2とSiH4の混合ガスから、DCグロー放電分解することにより、基板上の選択的化学反応が促進され、50A/s以上の高速でa-Si:H(Cl)膜が堆積できる方法を開発した。この方法では、SiH2Cl2の分解により生成された塩素を含む堆積前駆体と少量加えた、SiH4が基板上で反応し、HClを放出しシリコン網目構造を形成する。従って、この基板上反応を促進し、高い堆積速度をうるためには、250°C以上に上昇する必要がある。さらに、このような基板上での選択反応を使用することから、高速堆積に於ても、気相中での反応生成物としてのパウダー、フレークなどの望ましからぬ生成物が少ないことも特徴である。加えて、作製された膜の光安定性に顕著な改善が認められ、上述の新製膜法と共に、今後の進展が期待される。

その結果によると、a-Si:Hに対する原子状水素の効果は、20nm厚程度にまで及び、Si-Si結合の切断を含む水素の網目中への浸透が観察され、その結果、網目構造の緩和を促進することが認められた。新製膜法として、SiH2Cl2とSiH4の混合ガスから、DCグロー放電分解することにより、基板上の選択的化学反応が促進され、50A/s以上の高速でa-Si:H(Cl)膜が堆積できる方法を開発した。この方法では、SiH2Cl2の分解により生成された塩素を含む堆積前駆体と少量加えた、SiH4が基板上で反応し、HClを放出しシリコン網目構造を形成する。従って、この基板上反応を促進し、高い堆積速度をうるためには、250°C以上に上昇する必要がある。さらに、このような基板上での選択反応を使用することから、高速堆積に於ても、気相中での反応生成物としてのパウダー、フレークなどの望ましからぬ生成物が少ないことも特徴である。加えて、作製された膜の光安定性に顕著な改善が認められ、上述の新製膜法と共に、今後の進展が期待される。日。米両国の専門家6名の共同研究として、アモルファスシリコン薄膜の高安定化技術のための研究指針を探るための基礎研究を実施した。本研究では、製膜技術、構造形成機構、欠陥評価、デバイス評価と異なる観点から、この問題に取り組む研究グループ間の研究者の交流、および共同研究をすすめることにより、この課題解決の指針を求めることを目指した。C.Fortmann博士は東工大総合理工グループに1ケ月以上の期間加わり、新規な製膜技術の開発研究に従事し、塩素化シランを原料とする高安定、高品質a-Si:H膜作製の実現に、その構造解析、特性評価、解析に協力することで深く貢献した。また、松田彰久博士グループでは、アモルファスシリコンの欠陥形成機構に関するモデルを提案し、それをもとに高品質薄膜作製指針を確立した。この製膜指針に従い作製された高品質アモルファスシリコン膜の光安定性の評価、及びその解析法に関しては、S.Wagner教授グループでの解析法を用いられ、欠陥形成機構の予測まで行うことができた。これと平行して、半那純一教授グループで進めている網目構造形成化学反応の検討により、その内容が徐徐にではあるが理解が深まりつつある。とくに、分光エリプソメトリによる膜構造形成過程のその場観測とシミュレーションによる構造解析法はC.Wronski教授を中心とするペンシルバニア州立大グループ、東工大グループがそれぞれ独立に、その応用を検討しており、この共同研究を機会に情報の交換と解析法の検討を共同で進めている。平成5年11月に開催した研究報告会には、この共同研究メンバー全員が参加し、これまでの成果を中心に意見交換と、試料交換による評価技術の確立を確認した。
継続性運動トレーニングの実施時間帯による自然免疫増強効果の検討

本研究では、継続性運動トレーニングの実施時間帯による自然免疫機能に与える影響を調べるために、高齢者を対象に身体活動量および身体組成と自然免疫機能との関係をトレーニング実施時間帯と共に検討した。その結果、トレーニングの実施時間帯による自然免疫機能の効果を明らかにすることはできなかったが、加齢により自然免疫が低下することが示唆された。一方で、年齢に関係なく筋肉量を高めることで自然免疫機能を維持・向上させる可能性が示唆された。(研究目的)自然免疫機能が低下した高齢者において、継続性トレーニングが自然免疫機能を増強することを明らかにこと。(研究方法)高齢者の日常身体活動量と自然免疫機能との関係を横断的に検討した。高齢者(49名、69.5±2.9歳)の日常身体活動量を加速度計付歩数計を2週間装着して測定した。自然免疫機能としては、末梢血樹状細胞数をフローサイトメトリで計測した。ILT3(+), CD14(-), CD16(-), CD33(+)を骨髄系樹状細胞(mDC)とし、ILT3(+), CD14(-), CD16(-), CD123(+)を形質細胞様樹状細胞(pDC)とした。身長、体重、体脂肪率、腹囲を計測し、生活習慣も調査した。(研究成果)性別とmDC数、pDC数、歩数に交互作用がみられたため、男女別に解析した。男性(19名)ではmDC数と年齢、mDC数と歩数、mDC数とBMI、pDC数と年齢、pDC数と歩数、pDC数とBMIとに有意な相関がみられなかった。男性の喫煙者(2名)や気管支喘息罹患者(2名)ではmDC数が増加していたため、この4名を除外して検討したが、やはり、mDC数およびpDC数と年齢、歩数、BMIとに有意な相関はみられなかったが、対象数が15名と少なかったためさらに検討を要する。女性(30名)では、加齢とともにpDC数(P=0.02)とmDC数(p<0.05)が減少した。mDC数と歩数およびpDC数と歩数には有意な相関は見られなかった。女性においてはmDC数がBMIと正の相関を示し、生活習慣病においてmDC数が増加する可能性が示唆された。今後は、日常身体活動量と樹状細胞機能(Toll様受容体)についても検討し、若年者やメタボリックシンドロームにおいても検討する。本研究では、免疫機能が低下/失調している高齢者や生活習慣病患者において、継続性運動トレーニングが自然免疫機能を増強することを明らかにすることを目的としている。昨年度は、高齢者49名(平均年齢69.5±2.9歳)を対象に日常身体活動量と自然免疫機能との関係を横断的に研究するために、ILT3 (+)、CD14 (ー)、CD16 (ー)、CD33 (+)を骨髄系樹上細胞(mDC)とし、ILT3 (+)、CD14 (ー)、CD16 (ー)、CD123 (+)を形質細胞様樹状細胞(pDC)とし、フローサイトメトリで計測した。今年度は、樹状細胞機能について検討するために、mDCおよびpDCにおけるToll様受容体(TLR4)の発現をフローサイトメトリにて新たに検討した。様々な抗体の組み合わせで検討を行った結果、フローサイトメトリによる樹状細胞上のTLR4発現の測定法を確立することができた。今後は、高齢者だけでなく、若年者やメタボリックシンドローム患者におけるmDC、pDC、TLR4発現と身体活動量の関係を明らかにし、特にメタボリックシンドローム患者において運動介入を実施する予定である。フローサイトメトリの結果が異常値を示すことがあり、専門業者の検査の結果、修理が必要だったために血液解析が難航した。さらに、mDCおよびpDCのTLR4発現の測定法を新たに検討するためにいくつかの抗体の組み合わせを検討しなくてはならず、その抗体が海外の受注生産だったため、納品にも時間がかかってしまった。メタボリックシンドローム患者の募集も難航しているため、医療機関や企業等とも連携し、現在、対象者集めを行っている。本研究では、免疫機能が低下および失調している高齢者やメタボリックシンドローム患者において、継続性運動トレーニングが自然免疫機能を増強して免疫機能を改善させることを明らかにすることを目的としている。平成26年度は、高齢者49名(平均年齢69.5±2.9歳)を対象に日常身体活動量と自然免疫機能との関係を横断的に研究するために、ILT3 (+)、CD14 (ー)、CD16 (ー)、CD33 (+)を骨髄系樹上細胞(mDC)とし、ILT3 (+)、CD14 (ー)、CD16 (ー)、CD123 (+)を形質細胞様樹状細胞(pDC)とし、フローサイトメトリで計測した。平成27年度は、樹状細胞機能について検討するために、mDCおよびpDCにおけるToll様受容体(TLR4)の発現をフローサイトメトリにて新たに検討した。

平成28年度は、高齢者とメタボリックシンドローム患者におけるmDC、pDC、TLR4発現と身体活動量の関係を明らかにし、若年者のデータと比較する予定であったが、研究代表者が東京オリンピック・パラリンピック競技大会開催準備に関わっているため海外出張等で多忙となり、また、研究補助を予定していた外国人研究員が母国に職を得て帰国し、ほとんど来日できなかったため、研究を進めることができなかった。そのため、補助事業期間延長申請を行って承認された。平成29年度は新たに実験補助のアルバイトが確保できたため、研究目的に対する知見を得て、研究を終了する予定である。研究代表者が東京オリンピック・パラリンピック競技大会開催準備に関わっているため海外出張等で多忙となり、研究が進んでいない。対象者としてメタボリックシンドローム患者の募集が難航している。本研究では、高齢者(61-80歳)を対象に末梢血液中の樹状細胞(Dendritic Cell: DC)を自然免疫の指標として身体組成(身長・体重・体脂肪量・筋肉量・タンパク質量)、身体活動量(総消費量、運動量、歩数、歩幅、活動時間)との関係を調べた。その結果、骨髄系DC(pDC)と筋肉量・タンパク質量・総消費量とにそれぞれ有意な相関がみられた。また、骨髄系DCにおけるToll様レセプタ4の発現(pDC/TLR4)と筋肉量・タンパク質量・総消費量にもそれぞれ有意な相関がみられた。これまでの先行研究では、歩数を指標とした有酸素運動が免疫機能を高めることが報告されてきた。しかし、本研究結果から、pDCならびにpDC/TLR4と筋肉量・タンパク質量・総消費量とにそれぞれ有意な相関がみられた。このことは、筋肉量の増大が自然免疫の主体であるpDCならびにpDC/TLR4を高める可能性が示唆された。筋肉量の増大にはレジスタンス運動による運動様式が主体となるため、血圧の高まりや重量物使用によるリスクから高齢者の運動としては避けられてきた背景がある。しかし、近年では、ゴムを用いたチューブトレーニングや軽重量トレーニング、下半身を中心としたトレーニングなどで過度な血圧の高まりを抑える取り組みが行われている。今後は、低負荷のレジスタンス運動を組み込んだトレーニング介入とpDCならびにpDC/TLR4との関係を調べることが必要である。本研究では、継続性運動トレーニングの実施時間帯による自然免疫機能に与える影響を調べるために、高齢者を対象に身体活動量および身体組成と自然免疫機能との関係をトレーニング実施時間帯と共に検討した。その結果、トレーニングの実施時間帯による自然免疫機能の効果を明らかにすることはできなかったが、加齢により自然免疫が低下することが示唆された。一方で、年齢に関係なく筋肉量を高めることで自然免疫機能を維持・向上させる可能性が示唆された。高齢者と若年者の検体は採取できた。高齢者の解析はできたが、フローサイトメトリでの計測条件設定が不適切であったため、若年者の検体の樹状細胞の計測が完了していない(凍結保存中)。メタボリックシンドロームの対象者が集まらなかったため、リクルートの方法を工夫したい。フローサイトメトリでの計測が完了していない検体について、樹状細胞機能(TLR4発現)も含めて計測を進める。また、メタボリックシンドローム患者を集めて、日常身体活動量と自然免疫機能との関係を横断的に研究し、さらに運動介入も行うことによって、縦断的な検討も実施していく。メタボリックシンドローム患者の募集は、医療機関や企業等と連携して行っていく。実験補助にアルバイトを雇用して研究を進める。高齢者とメタボリックシンドローム患者の樹状細胞と身体活動量を若年者のデータと横断的に比較して、研究目的に対する知見を得る。運動免疫フロサイトメトリでの計測が完了していない検体の計測をすすめる。また、すでに採取済みの検体(高齢者と若年者)の樹状細胞機能としてToll様受容体をフロサイトメトリで計測する。
メンブレントラフィックからみた歯周病菌の生体バリア破壊機構の解析

歯肉を覆う上皮細胞が形成する上皮バリアは、宿主が歯周病菌と拮抗状態を維持するために重要な役割を果たしている。近年の研究から、上皮バリアの破綻が感染症や慢性炎症等の疾患の素因となることが明らかとなっている。また、本研究の対象である歯周病菌Porphyromonasgingivalisは歯周組織を構成する歯肉上皮組織に侵入することにより、局所で長期感染を図っている可能性がある。しかし、P. gingivalis感染による上皮組織の免疫応答等について不明な点が多い。平成29年度は、P. gingivalisの感染により分解を受ける上皮バリア関連タンパク質の網羅的解析を行い、候補タンパク質を2つ同定した。そこで平成30年度は、候補タンパク質の歯肉上皮細胞における細胞内局在の観察、構造解析、および歯肉上皮バリア機能の確認を行った。その結果、候補タンパク質はまず小胞体に局在し、N末端の切断を受けた後に細胞膜へ輸送されることを確認した。また、P. gingivalisが分泌するプロテアーゼであるGingipainが候補タンパク質の分解の主な原因であることを見出し、Gingipainが候補タンパク質を分解するのに必須となるアミノ酸残基を同定した。さらに、候補タンパク質のノックダウンにより、主に40 kDa以上の分子量をもつトレーサーに対し歯肉上皮透過性が顕著に減少することを見出した。これらの結果より、P. gingivalisは歯肉上皮細胞の上皮バリア関連タンパク質を特異的に分解し、非感染時では透過できない分子量をもつ病原因子を歯肉上皮下組織へ選択的に透過させることが示唆された。しかし、P. gingivalisによる上皮組織への侵入機構、および本菌の細胞間侵入に対する免疫応答等について不明な点が多い。これまでの研究では、歯肉溝上皮における細胞間結合装置についてはギャップ結合とデスモゾームが観察され、タイトジャンクションは観察されないことが報告されている。しかし、これら細胞間結合を担う責任遺伝子の分析方法はリアルタイムPCRを用いた研究が主であり、改善の余地があると考えられる。また、細胞間バリア構築タンパク質が制御する選択的物質透過性の生理的・病理的な意義については、不明な点が多い。そこで平成29年度は、歯肉上皮細胞のバリア機能を司るタンパク質に焦点を当て、どの細胞間結合または細胞間接着分子がP. gingivalis感染により分解を受けるか、共焦点顕微鏡およびウェスタンブロット法により網羅的に解析した。その結果、タイトジャンクションを構成する1つの分子、および細胞間接着を担う1つの分子を、分解を受ける候補タンパク質として発見した。<到達度目標>短期目標は、P. gingivalis感染により歯肉上皮バリア機能がどのように影響を受けるか、形態学的に観察する実験の条件検討を行うことである。その結果、本研究計画の初年度にP. gingivalis感染により分解を受ける候補遺伝子が2つ同定できた。<原因・目標解析>初年度の目標は、本研究課題の達成のために必要であり、困難度も適切であった。<課題検討>今回の目標管理を通じ、P. gingivalis感染により分解を受ける細胞間結合または細胞間接着タンパク質を共焦点顕微鏡で形態学的に観察するための方法を、飛躍的に改善することができた。今後の課題は、候補遺伝子にかかる内在性タンパク質、または強制発現させたタンパク質の宿主細胞内局在の精微な違いを観察することにより、各実験のアーティファクトを可及的に除去することである。

これらの結果より、P. gingivalisは歯肉上皮細胞の上皮バリア関連タンパク質を特異的に分解し、非感染時では透過できない分子量をもつ病原因子を歯肉上皮下組織へ選択的に透過させることが示唆された。平成30年度は、初年度に同定した宿主細胞の候補遺伝子につき、タグタンパク質との融合タンパク質を歯肉上皮細胞に発現させ、P. gingivalis感染による局在の変化を共焦点顕微鏡により観察する。さらに、本菌のどの病原因子が上記候補タンパク質の分解に関与しているのか明らかにする予定である。