hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
転写因子MafAを指標に膵島β細胞の血糖感知システムの実体にせまる

膵島β細胞でのみ発現するインスリン遺伝子の転写はグルコース(血糖値)に応答して上昇するが、細胞がグルコースの濃度を感知するメカニズムはよくわかっていない。本研究課題では、膵島β細胞に特異的に発現する転写制御因子MafAの活性が、グルコース濃度によって変化するメカニズムを生化学的に解析することにより、膵島β細胞の血糖感知システムの実体が何であるのかをつきとめることを目的としている。前年度までに、MafAタンパク質はβ細胞由来細胞株の核内で高度にリン酸化を受けており、これらのリン酸化は、細胞外液のグルコース濃度の変化に応じたMafAタンパク質の分解制御(タンパク質の安定性)に必須であることをあきらかにしてきた。さらに、MafAタンパク質はプロテアソーム系を介して分解を受けることをあきらかにした。本年度はまず、MafAタンパク質が、通常のプロテアソームによる分解に必要なユビキチン化をおそらく受けないことをあきらかにし、一般的ではない特殊なタンパク質分解経路を介して分解されることをあきらかにした。一方で、ユビキチン様のタンパク質SUMO(small ubiquitin-like modifier)によってβ細胞内のMafAの32番目のリジン残基(32Lys)が共有結合により修飾されていることを見いだした。32Lysの変異体を作製することによって、SUMO修飾によってMafAタンパク質のDNA結合能やタンパク質安定性はほとんど変化しないが、転写活性化能は抑制されることを見いだした。SUMO化修飾を受けない変異型MafAタンパク質は、インスリン遺伝子プロモーターの活性化能のみならず、他のMaf関連タンパク質の標的遺伝子の転写活性化能や、inviVOにおける内在性標的遺伝子(水晶体におけるδクリスタリン遺伝子など)の発現誘導能も亢進していることをあきらかにし、SUMO化によるMafAタンパク質活性調節のメカニズムを解明した。膵島β細胞に特異的に発現するインスリン遺伝子の転写はグルコース(血糖値)に応答して上昇するが、膵島β細胞がグルコースの濃度を感知するメカニズムはあきらかになっていない。本研究課題においては、膵島β細胞特異的転写制御因子MafAの活性が血中グルコース濃度に応じて変化するメカニズムを生化学的に解析することにより、膵島β細胞の血糖感知システムの実体が何であるのかをあきらかにすることを目的としている。より具体的には、膵島β細胞がグルコース刺激を受けたときにおこるMafAタンパク質のリン酸化などのmodificationを指標にして、グルコース刺激シグナル伝達経路に関わる因子をすべて同定したいと考えている。本年度は、β細胞由来の細胞株を用いて、SDS-ポリアクリルアミド電気泳動上の移動度の違いを指標にして、MafAタンパク質がリン酸化を受けると考えられるアミノ酸残基を8ヶ所推定した。さらに、リン酸化型MafAダンパク質を精製し、プロテアーゼ消化後に生じるペプチドを質量分析することによってリン酸化アミノ酸部位を確実に特定することを試みている。また、各種のリン酸化酵素(キナーゼ)の特異的阻害剤を用いることによって、MafAをリン酸化するキナーゼの特定を試みたところ、8カ所のうち4カ所のセリン/スレオニン残基をリン酸化するキナーゼを1種類特定できた。また、リン酸化部位の周辺配列からキナーゼを予想することにより、残りの2カ所のセリン残基をリン酸化する別のキナーゼを特定できた。したがって、グルコース濃度によるこれらのキナーゼの活性の変化を追跡することにより、グルコースによるシグナル伝達経路を今後あきらかにしていくことができる。膵島β細胞に特異的に発現するインスリン遺伝子の転写はグルコース(血糖値)に応答して上昇するが、膵島β細胞がグルコースの濃度を感知するメカニズムはよくわかっていない。本研究課題では、膵島β細胞に特異的に発現する転写制御因子MafAの活性が、細胞外液中のグルコース濃度によって変化するメカニズムを生化学的に解析することにより、膵島β細胞の血糖感知システムの実体が何であるのかをつきとめることを目的としている。前年度までの研究により、β細胞由来細胞株の核内においてMafAタンパク質が高度にリン酸化を受けていることをあきらかにし、SDS-ポリアクリルアミド電気泳動上の移動度の違いで判別されるリン酸化部位7カ所を同定した。また、そのうちの4カ所をリン酸化するキナーゼ1種(仮称キナーゼ1)を同定した。本年度は、このキナーゼ1によるMafAのリン酸化の意義とその活性制御機構を詳細に解明することを試みた。これらのリン酸化部位であるセリン、スレオニン残基をアラニンに置換した変異型MafAを構築し、その活性やグルコース応答を調べたところ、これらの部位のリン酸化は、細胞外液のグルコース濃度の変化に応じたMafAタンパク質の分解制御(タンパク質の安定性)に必須であることが判明した。また、MafAタンパク質はプロテアソーム系を介して分解を受けることをあきらかにした。したがって、この制御機構をさらに詳細に調べることにより、当初の目的である血糖感知システムにせまることが可能であると考えられる。また、MafAの上記以外の3カ所をリン酸化するキナーゼの同定も平行して試みたが、現在までに、最低でも3種類のキナーゼがこれらの部位をリン酸化することをつきとめており、MafAタンパク質の機能が複数のキナーゼによって複雑に制御がされている可能性が考えられ、より詳細な解析を継続中である。

本研究課題では、膵島β細胞に特異的に発現する転写制御因子MafAの活性が、グルコース濃度によって変化するメカニズムを生化学的に解析することにより、膵島β細胞の血糖感知システムの実体が何であるのかをつきとめることを目的としている。前年度までに、MafAタンパク質はβ細胞由来細胞株の核内で高度にリン酸化を受けており、これらのリン酸化は、細胞外液のグルコース濃度の変化に応じたMafAタンパク質の分解制御(タンパク質の安定性)に必須であることをあきらかにしてきた。さらに、MafAタンパク質はプロテアソーム系を介して分解を受けることをあきらかにした。本年度はまず、MafAタンパク質が、通常のプロテアソームによる分解に必要なユビキチン化をおそらく受けないことをあきらかにし、一般的ではない特殊なタンパク質分解経路を介して分解されることをあきらかにした。一方で、ユビキチン様のタンパク質SUMO(small ubiquitin-like modifier)によってβ細胞内のMafAの32番目のリジン残基(32Lys)が共有結合により修飾されていることを見いだした。32Lysの変異体を作製することによって、SUMO修飾によってMafAタンパク質のDNA結合能やタンパク質安定性はほとんど変化しないが、転写活性化能は抑制されることを見いだした。SUMO化修飾を受けない変異型MafAタンパク質は、インスリン遺伝子プロモーターの活性化能のみならず、他のMaf関連タンパク質の標的遺伝子の転写活性化能や、inviVOにおける内在性標的遺伝子(水晶体におけるδクリスタリン遺伝子など)の発現誘導能も亢進していることをあきらかにし、SUMO化によるMafAタンパク質活性調節のメカニズムを解明した。
近代ドイツの都市環境文化史研究 -都市社会と自然環境の関係の展開と変容-

今年度も昨年に引き続き、自然環境(及びそれに関連する要素)がどのような形で都市生活の中に取り入れられていったのかについて、特に都市の生活様式と密接に関わる領域において研究することを目指した。研究は具体的に以下二つのテーマを扱った。1)対外的文化・社会交流とドイツの都市の自然愛好文化これまで都市の自然環境の在り方については、都市あるいはドイツ国内内部の社会的・文化的文脈から論じられるだけであったが、グローバルな文化・社会的交流は部分的に近代ドイツの自然環境の形成に直接・間接的に決定的な影響を与えていた。このため都市の自然環境の認識および配置のされ方とドイツの対外的な文化・社会的交流との関連についての研究を進めた。この研究については、2003年9月に開催された環境史ヨーロッパ学会第2回国際会議、及び環境思想研究会年の9月例会において発表を行った。2)近代都市における緑との関わりについての総合的な叙述これまで色々な角度から考察を重ねてきた19世紀から20世紀初頭までのドイツの都市における緑と生活との関わりについての研究を総括し、近代都市における緑への見方および緑との関わりの特徴を考察する論文を執筆した。この論文は、従来の環境史では部分的に扱われるのにすぎなかった、都市における環境文化(環境との文化レベルでの接点・関係側面)の変遷について、ドイツの事例を通して明確にすることを目指す。この論文が、変遷する都市の環境文化の問題を環境史の一研究領域として今後とり扱っていくための、一つの手がかりになればと考える。現在、この論文が刊行できるよう準備中である。研究は以下二つのテーマを扱った。1)室内の緑化の展開からの都市生活と緑の関わり方についての考察ドイツの都市室内の自然環境の歴史的変遷を観察し、それについての分析から、都市の自然環境がもつ文化的な特徴全般について考察を加えた。この論考は6月末にイギリス・レスターで開催された第二回ヨーロッパ環境史ワークショップにおいて発表した。2)対外的文化・社会交流とドイツの都市の自然愛好文化これまで都市の自然環境の在り方については、都市あるいはドイツ国内内部の社会的・文化的文脈から論じられるだけであったが、グローバルな文化・社会的交流は部分的に近代ドイツの自然環境の形成に直接・間接的に決定的な影響を与えていた。また今年度は、これまでの環境文化史研究の成果・内容を歴史関連の研究会において発表するだけではなく、日本国内の環境学全般に関する研究会や学会においても発表することを積極的に行った。これによって学際的研究交流が始まり、違う研究分野の研究者から刺激的意見を得、自分の研究内容やその意義について見直すことができたことは大きな収穫であった。またこのような学際的な研究交流は、これまで国内で歴史学からの環境史研究が環境学研究会において発表されたことがほとんどなかったため、環境歴史学研究の存在を関連研究者に知らしめるという点でも意味が大きかったと考える。
破骨細胞のruffled-borderに発現するイオン輸送の調節機構

Whole-cell patch clamp法を用い、吸収状態の破骨細胞において、どの様なイオン輸送が活性化されているかを検討した。実験にはラットやマウスから採集した培養破骨細胞を用いた。リン酸カルシウムコートしたカバーグラス上に吸収窩を形成している破骨細胞とガラスカバーグラス上に培養した非吸収状態の破骨細胞を比較し、イオン輸送の成分を分離し、その性質を調べた。その結果、吸収状態の破骨細胞では外向き整流性Cl^-電流が活性化されており、これらCl^-輸送体が破骨細胞のCl^-輸送や細胞内pH変化を調節していることが示唆された。次に、吸収状態で活性化されるCl^-輸送体の分子種を検索するために、RT-PCR法を用いて、マウス破骨細胞に発現するCl^-輸送体の分子種を検索した。その結果、電位依存性Cl-チャネルであるC1C3やC1C7といった外向き整流特性を示すCl^-チャネルや、K^+/Cl^-共輸送体の一つであるKCC1が発現していた。また、C1C7とKCC1の蛋白は膜画分に存在し、抗体染色によりruffled border部位に存在することより、ruffled borderで働くCl^-輸送体であると考えられた。一方、C1C3は細胞内オルガネラでの局在が示唆された。また、Cl^-やpH感受性色素を用いて、破骨細胞の細胞内Cl^-濃度やpH変化を測定した。KCC抑制剤やCl^-チャネルブロッカーは細胞内Cl^-濃度を上昇させると共に、細胞内pHを上昇させた。従って、これらのCl^-輸送体を介した細胞外へのCl^-放出の抑制は、破骨細胞のH^+放出活性を低下させると考えられた。さらに、破骨細胞を象牙切片上に培養し、形成される吸収窩面積を測定し骨吸収活性を評価した。KCC抑制剤やCl^-チャネルブロッカーは共に、破骨細胞の吸収窩形成能を抑制した。さらに、KCC1とC1C7のアンチセンスオリゴやsiRNAを処理すると、破骨細胞の吸収窩形成能は優位に抑制された。以上のことより、KCC1はC1C7と同様に破骨細胞のruffled borderに発現し、吸収窩へのCl^-輸送を担うと共に、H^+放出と連動し骨吸収機能に重要な役割を果たしていることが明らかとなったWhole-cell patch clamp法を用い、吸収状態の破骨細胞において、どの様なイオン輸送が活性化されているかを検討した。以上のことより、KCC1はC1C7と同様に破骨細胞のruffled borderに発現し、吸収窩へのCl^-輸送を担うと共に、H^+放出と連動し骨吸収機能に重要な役割を果たしていることが明らかとなった破骨細胞のイオン輸送の重要性を明らかにするため、基質上でまさに吸収をしている破骨細胞のruffled border部位のイオン輸送の分子種と破骨細胞の骨吸収機能における役割を明らかにしたいと考えている。平成16年度は、patch clamp法を用い、吸収状態の破骨細胞において、どの様なイオンチャネルが活性化されているかを検討した。まず、リン酸カルシウムコートしたカバーグラス上に吸収窩を形成している破骨細胞とガラスカバーグラス上に培養した非吸収状態の破骨細胞を比較し、細胞がどの様なイオン電流を有するか、各種イオンチャネル阻害剤の効果や細胞内外のイオン組成を変化させながら、イオン輸送の成分を分離し、その性質を調べた。

その結果、吸収状態の破骨細胞には、外向き整流性の電流が優位に活性化されていた。この電流はDIDSやNPPBといったCl^-チャネル阻害薬で抑制されることや、細胞内外のCl^-濃度に依存することより、外向き整流性Cl^-電流であることが分かった。また、蛍光色素による細胞内Cl^-やpH測定法を用い、Cl^-チャネル阻害薬や細胞外Cl^-濃度変化による影響を観察した結果、外向き整流性Cl^-電流が破骨細胞のCl^-輸送や細胞内pH変化を調節していることが示唆された。現在、RT-PCR法を用いて、吸収状態の破骨細胞で活性化される外向き整流性Cl^-電流を形成するイオンチャネルの分子種を検索しているが、幾つかのCl^-輸送体が候補として挙がっている。平成17年度は、吸収状態で活性化されるCl^-輸送体の分子種を絞り込むと共に、破骨細胞のruffled border部位での局在の確認や骨吸収機能との関わりも含め、更に検討していきたいと考えている。なお、申請時に計画していたAxon社のpatch clampアンプは、交付額の削減により購入困難となったため購入を中止し、現有のpatch clampアンプで代用することとした。一方、イオンチャネル分子の細胞内局在の観察が必要となり、キーエンス社の高感度クールドCCDカメラを備品として購入した。平成16年度の結果より、吸収状態の破骨細胞では外向き整流性Cl^-電流が活性化されており、これらCl^-輸送体が破骨細胞のCl^-輸送や細胞内pH変化を調節していることが示唆された。平成17年度は、吸収状態で活性化されるCl^-輸送体の分子種を絞り込むと共に、破骨細胞内での局在の確認やH^+放出活性を含む骨吸収機能との関わりも含め検討した。まず、RT-PCR法を用いて、マウスの骨髄細胞から誘導した破骨細胞に発現するCl^-輸送体の分子種の検索を行った。その結果、電位依存性Cl^-チャネルの一種であるClC3やClC7といった外向き整流特性を示すCl^-チャネルや、K^+/Cl^-共輸送体の一つであるKCC1が発現していることが分かった。また、ClC7とKCC1の蛋白は膜画分に存在することや、抗体染色により破骨細胞のruffled border部位での存在が確認されたことより、これらはruffled borderで働くCl^-輸送体であると考えられた。一方、ClC3は細胞内オルガネラでの局在が示唆された。次に、Cl^-やpH感受性色素を用いて、破骨細胞の細胞内Cl^-濃度やpH変化を測定した。KCC抑制剤やCl^-チャネルブロッカーは細胞内Cl^-濃度を上昇させると共に、細胞内pHを上昇させた。従って、これらのCl^-輸送体を介した細胞外へのCl^-放出の抑制は、破骨細胞のH^+放出活性を低下させると考えられた。また、破骨細胞を象牙切片上に培養し、形成される吸収窩面積を測定し、骨吸収活性を評価した。KCC抑制剤やCl^-チャネルブロッカーは共に、破骨細胞の吸収窩形成能を抑制した。さらに、KCC1とClC7のアンチセンスオリゴやsiRNAを処理すると、破骨細胞の吸収窩形成能は優位に抑制された。
蛍光性を有する共役高分子の合成とポリマー1分子の光機能イメージング

高分子は非常に優れた性能を持つ有用な物質であり、我々人類が文明を維持・発展させる上で不可欠な材料である。ところが、高分子は一般にその構造が柔軟かつ多様で非常に複雑であるために、分子レベルでの構造と機能の相関関係を直接議論することが難しい。そこで私は、ポリマー鎖1本の構造と機能を直接観測することが出来れば、推論や仮定を最小限に抑え、最も明確に分子構造と機能との関係を明らかにすることが可能になり、ひいては新しい設計思想と作動原理に基づく単一分子デバイスの創製に発展するものと考えた。独自に自作したポリマー1分子の構造と機能の同時観測装置は、試料を載せた基板の上面から原子間力顕微鏡(AFM)でその分子の構造をイメージングして、下面から全反射型蛍光顕微鏡(TIRFM)で1分子蛍光発光をイメージングすることによって、ポリマー1分子の構造と蛍光発光機能の同時イメージングを達成する。試料のポリマーは、・-シクロデキストリン(・-CyD)がπ共役系主鎖を包接したポリロタキサン(+)-poly[AEPE-rotaxa-(・-CyD)]を用いて、大気中室温下でポリマー1分子の構造と蛍光発光機能の同時イメージングを行った。AFM像からポリマー鎖が伸びていることが確認された。このことから、スポット状のAFM像は、ポリマー鎖が糸鞠のように絡み合って形成されている小球体(グロビュール)であること、そして糸鞠から糸が解れているかのように、この球からポリマー鎖が伸びていることが新たに発見された。このポリマー鎖の断面の解析から、ポリマー1分子の構造と機能の同時イメージングが達成されているものと考察した。最も興味深いことは、π共役系ポリマー分子ネットワークが光エネルギーをコミュニケーションしている現象を捉えたことである。ポリマー1分子から分子ネットワーク・デバイスへの展開が期待される。ポリマー1分子の構造と機能を直接観測することができれば、分子の構造と機能の関係を明確に議論でき、さらには、分子性物質の機能発現の最小単位である分子1個で動作する「単一分子デバイス」創製への礎となるものと期待される。本研究では、光機能性高分子に着目し、ポリマー1分子の発光機能の直接観測を行うため、近接場光学を応用した対物レンズ型全反射蛍光顕微鏡(TIRFM)を製作し、π共役ポリマー1分子の発光機能を水中および大気中でイメージングした。TIRFMはスライドガラス表面近傍の試料を選択的に励起することができ、これらの内のガラス表面に吸着した分子からの蛍光のみを輝点として観察することが可能である。今回、ポリマーのπ共役系主鎖にα-シクロデキストリンを包接させたπ共役ポリロタキサン[(+)-poly[(AEPE)-rotaxa-(α-CyD)]をTIRFMで観察した。このポリマーは、水に可溶で、かつ10の6乗オーダーの分子量を持つ高分子量体であり、その水溶液は、442nm励起で蛍光を発することを確認した。大気中でのTIRFM観察の結果、観測された輝点の蛍光強度は、時間の経過ともに低下している輝点のみが観察された。次いでこの大気中で観察していた試料表面に純水を滴下して観察を続けたところ、輝点の蛍光強度が時間経過とともに大きく変化している輝点が観測された。水中での観察のみでこのような現象が観測されたことから、このダイナミックな蛍光強度の変化は、熱ゆらぎを駆動力とした、ポリマー1分子のミクロブラウン運動によるπ共役系主鎖の構造変化に基づくものと考察した。この新しい概念に基づく「単一分子デバイス」の創出が期待される。
アジア落雷観測網による気象災害をもたらす積乱雲の直前予測

積乱雲活動の監視、気象災害の直前予測を目的とし、関東圏及び東南アジア域に多点展開した雷観測システムの改良に取り組んだ。雷観測の準リアルタイム化に必要なハードウェア・ソフトウェアを開発した。試験観測により、新しい観測システムの動作検証をすると共に、データ収集を実施した。取得データの解析により、積乱雲活動との対応関係を十分とることができる精度・感度で、落雷の位置推定と検出が実現できたことを確認した。取得雷データと地上静電界データ、気象データを比較し、本研究課題で開発した簡易で安価な観測システムによる発雷予測の可能性を見出す結果を得た。平成27年度は、ELF-VLF帯電磁界計測に基づいた雷観測網の準リアルタイム化を目的とし、(1)観測ソフトウェア・ハードウェア開発、(2)新システムを用いた試験観測、(3)取得データの初期解析及び気象データとの比較を実施した。(1)では従来システムの安定運用の妨げていた膨大な記録データ容量(60[GB/day])を低減するため、各観測点で必要パラメータのみ抽出しデータ量削減を可能とするデータ処理アルゴリズムを新規開発した。また、ハードウェア開発では、従来のPCを用いたデータ記録部に故障が相次いだことから、安価で交換が容易なデータ記録モジュールの開発に取り組んだ。(2)では、国内における雷観測網において、上記のソフトウェア・ハードウェアを用いた試験観測を実施した。新しいデータ記録モジュールの動作検証において課題が抽出され、次年度の課題とした。正常動作が確認された新ソフトウェアは、東南アジア各国の観測システムにインターネット経由で導入した。(3)では、本研究にて取得した雷データと既存観測網による雷データを比較し、雷の位置推定誤差は5km以下である事、落雷の検出感度は観測網周辺において90%以上である事を確認した。また、取得雷データと各種気象データとの比較により、雷データの気象応用法を検討した。上記の成果を国内の学会及び研究会で発表し、関連する研究組織・企業との共同研究を推進した。平成27年度は、当初の予定どおり雷観測システムのデータ記録部の改善にソフトウェア・ハードウェアの両面より取り組んだ。ソフトウェア開発では、記録データ容量の削減を目的としたアルゴリズムを開発し、正常動作を確認した。ハードウェア開発では、故障が頻発するデータ記録部の交換を容易なものとするため、低価格・低消費電力なデータ記録モジュールの開発に取り組んだ。ハードウェアの一部に課題が抽出されたが、開発は概ね順調に進んだ。データ解析においては、取得データが各種気象データと比較が十分可能な精度・感度である事を示す結果を得た。これらのことから,本研究計画はおおむね順調に進展している。平成28年度は、前年度に引き続きELF-VLF帯電磁界計測に基づいた雷観測の準リアルタイム化を目的とし、(1)雷観測網の安定運用に向けた観測システムの確立、(2)観測網各点において一次処理された観測データの統合アルゴリズムの確立、(3)雷データの共有化、の3項目に取り組んだ。(1)では日本国内・東南アジア域において記録データ量の削減を目的とした自動解析システムを各観測点で稼動させ、観測システムの試験運用を実施した。ソフトウェア面では各観測点における記録データの一次処理アルゴリズムに、ハードウェア面では長期運用における安定動作に主眼を置き、課題抽出・改善に取り組んだ。前者では、日本関東圏を対象とした雷観測(100kmスケール)と東南アジア域を対象とした雷観測(1000kmスケール)の各々に適したパラメータ抽出を可能とするよう観測ソフトウェアを改定した。後者では、安定動作の阻害要因となる項目が見つかったが対応策も定まり、次年度も課題抽出・改善に取り組むこととした。(2)では多点観測網の各点で得られた一次処理データ(前項(1)で抽出)を統合し、準リアルタイムで雷分布を導出することを目的としたアルゴリズムの開発と課題抽出に取り組んだ。データ統合アルゴリズムを確立すると共に、解析結果から得られた課題は前項(1)におけるソフトウェア改定に反映した。(3)では、関連する研究者・企業と前項(2)で取得した雷データの共有化を進め、気象レーダデータや地上静電界データ等との比較に取り組んだ。積乱雲の早期検知において有効性が高いと考えられる雲放電検出を、他手法に比べ観測コストが大幅に低いELF-VLF帯電磁界計測で実現できる可能性を示す結果を得て論文化した。(1)観測システムの確立に向け、試験観測を通して観測システムの課題抽出・改善にソフトウェア・ハードウェア両面から取り組んだ。ソフトウェア開発においては、記録データの一次処理アルゴリズムが確立した。ハードウェア開発では安定動作に関して一部課題が見出され対応に時間がかかったため、次年度も継続して動作検証に取り組むこととした。(2)データ統合アルゴリズムの確立では、日本国内・東南アジアにおける取得データを用いてアルゴリズムの検証に取り組んだ。項目(1)・(2)で得られた知見をまとめ、現在投稿準備中である。(3)雷データの共有化では、関連研究者・企業の協力により雷位置データの共有化と、関連気象データとの比較を進めた。取得雷データを用いた積乱雲形成の早期検知を検討し、結果は学術論文に受理されている。以上より、一部について遅れがあるが対応策も定まっており、概ね順調に進展していると判断される。本研究は、ELF-VLF帯電磁界計測に基づいた雷観測により、気象災害をもたらす積乱雲の直前予測を目指すものである。平成29年度は、(1)前年度までに開発した雷観測システムの検証と課題抽出、(2)多点観測データ統合による電気的特性の導出アルゴリズムの確立、(3)雷データの共有化と各種気象データとの比較、の3項目に取り組んだ。

(1)では日本国内・東南アジア域の各観測点において開発システムの試験運用・課題抽出を実施した。ソフトウェア面では前年度の開発アルゴリズムの妥当性を確認した。また、項目(2)で検証した電気的特性の導出機能を観測ソフトウェアに付加した。ハードウェア面ではデータロガーとなる小型Linux PCの抽出・改善に取り組んだ。前年度の抽出課題に対応策を講じ観測へ適用できることを確認すると共に、装置の取り扱いマニュアルを作成した。(2)では多点計測データを統合し、電気的特性の導出アルゴリズムを開発、検証した。(3)ではデータサーバ構築による雷データの管理、関連研究者・企業との共有化を進めた。各種気象データとの比較では、地上静電界データ・気象レーダデータとの比較に取り組んだ。雷雲の早期検知において有効性が高いと考えられる雲放電検出を、他手法に比べ観測コストが大幅に低いELF-VLF帯電磁界計測で実現できる可能性を示す解析イベントの積み増しに成功した。(1)(2)の取り組みにより、観測網運用の安定性を向上させた。開発アルゴリズムの詳細はマニュアル等による共有化を進め、研究協力者らが主導し申請者も参画するフィリピンでの雷観測プロジェクトULAT内での適用実績を得た。(3)では、本研究課題における雷観測と地上静電界計測による雲内電荷検知の複合観測により、発生初期の雷雲内の帯電/放電監視に基づいた落雷の直前予測の可能性を示唆する結果を得た。積乱雲活動の監視、気象災害の直前予測を目的とし、関東圏及び東南アジア域に多点展開した雷観測システムの改良に取り組んだ。雷観測の準リアルタイム化に必要なハードウェア・ソフトウェアを開発した。試験観測により、新しい観測システムの動作検証をすると共に、データ収集を実施した。取得データの解析により、積乱雲活動との対応関係を十分とることができる精度・感度で、落雷の位置推定と検出が実現できたことを確認した。取得雷データと地上静電界データ、気象データを比較し、本研究課題で開発した簡易で安価な観測システムによる発雷予測の可能性を見出す結果を得た。前年度に引き続き関東圏の雷観測網運用を継続し、新規開発した観測ソフトウェア・ハードウェアの課題抽出・改善に取り組む。また、新しい観測ソフトウェアを用いて東南アジア雷観測網の安定運用を進める。データ解析においては東南アジア圏の取得データ解析を重点的に実施する。加えて、取得データの共有化を目的とし、データサーバの購入・立ち上げを行う。上記の課題を推進するため、関連する研究組織・企業との定期的な議論・情報共有を実施する。さらに論文投稿を行い、これまでの研究成果を社会に発信する。平成29年度は(1)観測システム確立と(3)データ共有化を中心課題として取り組む。(1)では、平成28年度に得られた課題に基づいて観測ハードウェアの動作検証に取り組み、観測システム全体の仕様を決定する。
オキシインド-ル類よりアゼピノインド-ルの合成

アゼピノインド-ル類は,生理活性を有する多環性のインド-ルアルカロイドの重要な合成中間体であるばかりでなく,医薬品的にも興味ある化合物群である。しかし,それらの合成報告例は少ない。本研究は,アゼピノインド-ル類の簡易合成を目的として行った。まず,アザジエン類とα,βー不飽和系を有する3ーフェナシリデンオキシインド-ル類を親ジエン試薬として,4+2環化付加反応を検討した。この実験では,容易に調製され,かつ比較的安定なアザジエンとして,主にメタクロレインーN,Nージメチルヒドラゾンを使用した。アザジエンと3ーフェナシリデンオキシインド-ル類とを,アセトニトリル中,室温で攪拌するとスピロ環化付加体が好収率で得られた。ついで,これらスピロ環化付加物をテトラヒドロフラン中,水素化アルミニウムリチウムで環元し,塩化アンモンで処理すると,目的としたアゼピノ〔3,2ーb〕インド-ル誘導体がジアステレオマ-として,3050%の収率で得られた。この反応は,WagnerーMeerwein転位機構で進行するものと推定され,生成物は異性体であるアゼピノ〔2,3ーb〕インド-ル誘導体とも考えられる。生成したアゼピノインド-ル類の機器デ-タからは,その構造を確定することができなかった。これについては,今後さらに検討する必要がある。一方,ヘテロスピロ化合物の合成を目的として,Nenitzescu反応を応用し,3ーフェナシリデンオキシインド-ルとβーアミノクロトン酸エステルとの反応を行った。生成物は,期待したスピロ化合物ではなく,フェナシリデン基の部分で閉環した3ー(2ーピロリンー5ーオンー4ーイル)オキシインド-ル誘導体であった。このため,目的としたアゼピノインド-ルへの変換は行うことができなかった。
原始銀河における低金属量大質量星形成過程の研究

初期宇宙で実現するような低金属量環境下での大質量星形成過程について、理論研究を計画どおりに遂行した。これは宇宙最初のいわゆる初代星の形成と、銀河系で観測される大質量星の形成との中間にあたり、中間的な低金属の環境を考えることで両者を包括的に理解することが可能になる。まず、初代星の形成で支配的と考えられている、原始星からのUV光によるフィードバック効果が銀河系の星形成でどのような効果があるか2次元数値シミュレーションを用いて調べた(Kuiper & Hosokawa 2018)。この結果、UV光のフィードバックは重元素量が多い銀河系では初期宇宙とは全く逆の役割を果たし、実は原始星へのガス降着を促進する役割があることがわかった。これは、銀河系ではダスト粒子にはたらく輻射圧のフィードバックが支配的である上で、UV光フィードバックがあるとガスを円盤の陰になっている部分へ押しやり、輻射圧の効果が効きづらくなるためと解釈できる。このことは、フィードバック効果の役割が定性的に金属量によって変化することを強く示唆している。これを確かめるため、まず低金属量の元でどのフィードバック効果が支配的か準解析的なモデルによって調査し(Tanaka et al. 2018)、さらに数値シミュレーションを用いて調べている(Fukushima et al. 2018; 2019 in prep.)。このときのコードは、我々が同じく低金属量の環境での原始惑星系円盤の光蒸発過程を計算するために開発したコード(Nakatani et al. 2018)を応用した。さらに、この手法を転用して低金属量環境でのブラックホールへの急速ガス降着の研究も進めた(Toyouchi et al. 2018)。宇宙最初の初代星形成と、銀河系での大質量星形成の関係に迫るべく、UV光と輻射圧のフィードバックの相互作用について最初の数値シミュレーションを遂行することができた。研究目的は初代星と銀河系での大質量星形成の包括的な理解を目指しているため、そのための第一歩を着実に踏み出すことができたと言える。さらにこれを足がかりに実際に低金属量での大質量星形成の系統的な多次元計算を進めておりこれも計画のとおりである。多次元計算に進むとガス雲の回転強度等、進化を左右する新しいパラメータが登場するため、この依存性をさらに系統的に調べるなど研究を広げることができる。最終的にはこれを3次元計算にまで拡張し、連星や星団の形成過程の研究にまで至ることを目標にして、研究を進める道筋をつけることができた。更にこの大質量星形成の研究と並行して、やはり同じく金属量の大小に着目して原始惑星系円盤の光蒸発過程、ブラックホールへのガス降着過程の研究を展開することもできた。これらの研究はテーマとしては分かれているが、現象としては定性的に同じ点と異なる点が両方ある。こうした相違点を考えながら研究を進めることで、さらに各研究への理解が深まるといったよい効果を得ることもできた。今後もこれまでの進展をさらに展開させ、計画に基づいて更に研究を進めていく方針である。まず、主目的である低金属量での大質量星形成については、すでに金属量をゼロから太陽金属量まで幅広く振った2次元の数値シミュレーションを系統的に行っており、この結果をまとめて出版することを第一の目標として進める。計算の初期条件として(1)宇宙論的な大規模構造形成シミュレーションで得られた始原星形成ガス雲を用いることで初代星形成との関係を明らかにする。このとき、有限の重元素量を付加し、その量をパラメータとすることで初期宇宙の大質量星形成において金属量の大小がどのような効果をもたらすか明らかにすることができる。一方で、(2)銀河系の大質量星形成の計算で用いられるようなやや理想的な構造のガス雲を初期条件とする研究も進める。この場合はガス雲の質量や回転強度をフリーパラメータとして、進化がこれらにどのように依存するか系統的に調査する。これらの(1)(2)の両設定の計算を実施することによって、初代星形成、銀河系の大質量星形成、それに低金属量下での大質量星形成と各々全てを系統的に理解することが可能になる。さらに、これと並行してブラックホールへのガス降着の研究もさらなる展開を目指す。より現実的な設定として、星間物質中を有限の速度で移動するブラックホールへのガス降着を考える。これは状況としては銀河合体直後の巨大ブラックホールを想定している。このときはガスからの力学的摩擦がブラックホールに働いて2つのブラックホール間の距離が縮まり、ブラックホール連星が形成されることが考えられているが、このときの効率はブラックホール近傍のガス降着流構造に依存する。これは当然フィードバック効果の影響を受けるため、重元素量の大小によってどのような依存性があるか数値シミュレーションによって明らかにする。超巨大ブラックホールの起源となり得る初期宇宙での超大質量星の形成過程について、新シナリオを提案した(Hirano et al. 2017)。これはダークマターとバリオン間の速度差による純宇宙論的な効果に基づき、これまでの先行研究に比べて、恣意的な仮定を必要としない確度の高いものである。この状況下でダークマターの構造形成からダークハロー内のガス雲形成、ガス雲の重力崩壊と原始星への質量降着の一連の進化を粒子法による宇宙論的シミュレーションと、メッシュ法による輻射流体計算を駆使して全て追跡した。その結果、この効果は初期の小ハロー中での星形成過程を抑制し、ハローが十分大きくなってから一気に星形成を引き起こすことで超大質量星形成が可能になることが分かった。

さらに僅かに重元素がある場合の大質量星形成についても研究を進めた。まず球対称の仮定の下で質量降着段階にある原始星と周囲のガス層の両構造を全てconsistentに計算し、振動数依存の輻射輸送計算を行うことで放射スペクトルの予言を行った。この結果、低金属原始星特有の観測的特徴が初めて予言できた(Fukushima et al. 2018)。また、この計算を多次元に拡張するためのコード開発を進めた。まず最初の応用として原始惑星系円盤の光蒸発過程に着目した。この業界では首尾一貫した輻射流体計算が欠けていたために、光蒸発としてX線とFUV光とどちらが主に効くのが長らく論争が続いてきた。この論争に終止符を打ち、さらに光蒸発過程の金属量依存性までも明らかにすべく最先端の計算を行った(Nakatani et al. 2018)。この結果、太陽金属量ではX線よりFUV光の蒸発が支配的であること、さらに金属量が太陽金属の0.1以下になって初めて、FUV光の蒸発を促進する形でX線の効果が現れることを示した。ブラックホールの起源と超大質量星形成は当初はこの研究計画の主テーマとは位置づけていなかったが、初期宇宙での構造形成と星形成過程を語る上では重要な過程であり、これまでの我々の仕事の自然な発展として研究が進展した。結果をまとめたHirano etal.の論文は国際的に高く評価され、米国Science誌に2017年9月に掲載された。また、低金属量下の大質量星形成については、各金属量で重要となる熱・化学反応を組み込んだ多次元輻射流体計算のコード開発を行ったが、まず最初の応用として研究した原始惑星系円盤の光蒸発過程について、この分野の進展に大いに寄与する良質の計算を行うことが出来た。以上のように、本来の研究計画の主目的に沿った進展に加えて、副産物ともいえる豊富な収穫があったので進捗は当初の計画以上の進展があったものと言える。初期宇宙で実現するような低金属量環境下での大質量星形成過程について、理論研究を計画どおりに遂行した。これは宇宙最初のいわゆる初代星の形成と、銀河系で観測される大質量星の形成との中間にあたり、中間的な低金属の環境を考えることで両者を包括的に理解することが可能になる。まず、初代星の形成で支配的と考えられている、原始星からのUV光によるフィードバック効果が銀河系の星形成でどのような効果があるか2次元数値シミュレーションを用いて調べた(Kuiper & Hosokawa 2018)。この結果、UV光のフィードバックは重元素量が多い銀河系では初期宇宙とは全く逆の役割を果たし、実は原始星へのガス降着を促進する役割があることがわかった。これは、銀河系ではダスト粒子にはたらく輻射圧のフィードバックが支配的である上で、UV光フィードバックがあるとガスを円盤の陰になっている部分へ押しやり、輻射圧の効果が効きづらくなるためと解釈できる。このことは、フィードバック効果の役割が定性的に金属量によって変化することを強く示唆している。
興奮性シナプス伝達を修飾するスパイン内小胞体制御機構の探索

Pattern separationの中枢は計算論の立場から海馬歯状回であることが示唆されている。空間的なpatternseparationタスクを用いて、学習後のラット海馬歯状回を破壊すると類似した空間の分離が難しくなり、海馬CA領域の破壊では分離が可能であったことから歯状回が空間弁別に重要な役割を果たすことが示された。ヒトの脳機能画像研究からも異なる刺激を分離する際に歯状回が活性化されることが示された。さらにLTP成立に関与するNMDA受容体の歯状回特異的欠損マウスの解析より、歯状回LTPは空間弁別に必要であり、空間認知・定位には必要でないことが示され、空間弁別の基盤となる分子メカニズムの解明が期待されている。重合性ヌクレオチド結合蛋白質ファミリーSEPT1-14から成るセプチン細胞骨格は細胞分裂蛋白質として発見された分子ではあるが、最終分化した神経系で最も高発現する。サブユニットの一部は脳特異的発現パターンを示すことから細胞分裂を超えたセプチン細胞骨格の生理機能解明に注目が集まっている。しかしながら、セプチン遺伝子破壊マウスの多くが胎生致死となるか軽微な異常しか示さないことも災いして、神経系におけるセプチン細胞骨格の機能解析は十分になされていない。我々は、セプチン細胞骨格欠損マウスが正常な空間定位能力を持つ一方で、異なる形状の空間の弁別記憶保持能力を欠くことを見出した。さらに、記憶保持の基盤となる分子・細胞レベルでの研究を進め、学習・記憶時にニューロン間(軸索と樹状突起間)の信号伝達が持続的に向上する長期増強(L-LTP)時に、セプチン細胞骨格は情報伝達の場である樹状突起瘤(スパイン)に、細胞小器官を挿入する役割を担うことを見出している。引き続き、特定のスパインにのみ小胞体が局在する機構を精査することで、空間弁別におけるセプチン細胞骨格の役割を明らかにする。昨年度、セプチン依存的な神経機能に関する成果を論文として報告しており、実験計画は滞りなく進行しているため。今年度は、引き続き表現型の分子・細胞レベルでの解析を進める。われわれはセプチン欠損マウスの細胞レベルでの表現型を電子顕微鏡で精査し、セプチン欠損マウスではスパイン形態(シナプス密度、スパイン体積、PSD面積は海馬全領域で正常であるものの、特定の部位のみで特定の細胞小器官を持つスパインが減少していることを見出している。さらに、この現象はLTP誘導に伴い生じる、という結果を得ている。これらの結果から「セプチンがスパイン内での刺激依存的細胞小器官ダイナミクス変化に必須である」と仮説を立てた。今年度はセプチン欠損/欠乏と組み合わせることでLTP誘導に伴い生じるスパイン内への細胞小器官局在が、単一スパインにおける反応性の変化に与える影響を評価するため、カルシウムプローブ(GCAMP6)を用いて上述イメージング技術でカルシウムイメージングを行う。さらに、スパイン内への細胞小器官局在に関わる分子の網羅的スクリーニングを実施し、空間弁別記憶保持における細胞骨格再編成とスパイン内への細胞小器官輸送機構の意義を明らかにする。Pattern separationの中枢は計算論の立場から海馬歯状回であることが示唆されている(Rolls, Hippocampus 1996)。空間的なpattern separationタスクを用いて、学習後のラット海馬歯状回を破壊すると類似した空間の分離が難しくなり、海馬CA領域の破壊では分離が可能であったことから歯状回が空間弁別に重要な役割を果たすことが示された(Gilbert et al., Hippocampus 2001)。ヒトの脳機能画像研究からも異なる刺激を分離する際に歯状回が活性化されることが示された(Bakker et al., Science 2008)。さらにLTP成立に関与するNMDA受容体の歯状回特異的欠損マウスの解析より、歯状回LTPは空間弁別に必要であり、空間認知・定位には必要でないことが示され(McHugh et al., Science 2007)、空間弁別の基盤となる分子メカニズムの解明が期待されている。我々は、重合性ヌクレオチド結合蛋白質セプチン細胞骨格欠損マウスが正常な空間定位能力を持つ一方で、異なる形状の空間の弁別能力を欠くことを見出した。しかしながら、発生過程からのセプチン慢性欠損マウスを使用した実験を進めており領域特異性については確認出来ていない。そこで本研究ではセプチン欠損/野生型マウスの歯状回における局所的セプチン補填/枯渇が空間弁別障害を救済/再現するかを精査することを目的とした。実験の結果、歯状回においてセプチンが発現することが空間弁別に必要であることと、セプチン欠損マウスの空間弁別障害の正常化には歯状回に限局したセプチンの発現で十分であることが検証できた。昨年度、セプチン依存的な神経機能に関する成果が論文として受理されており、実験計画は滞りなく進行しているため。さらにLTP成立に関与するNMDA受容体の歯状回

特異的欠損マウスの解析より、歯状回LTPは空間弁別に必要であり、空間認知・定位には必要でないことが示され、空間弁別の基盤となる分子メカニズムの解明が期待されている。重合性ヌクレオチド結合蛋白質ファミリーSEPT1-14から成るセプチン細胞骨格は細胞分裂蛋白質として発見された分子ではあるが、最終分化した神経系で最も高発現する。サブユニットの一部は脳特異的発現パターンを示すことから細胞分裂を超えたセプチン細胞骨格の生理機能解明に注目が集まっている。しかしながら、セプチン遺伝子破壊マウスの多くが胎生致死となるか軽微な異常しか示さないことも災いして、神経系におけるセプチン細胞骨格の機能解析は十分になされていない。我々は、セプチン細胞骨格欠損マウスが正常な空間定位能力を持つ一方で、異なる形状の空間の弁別記憶保持能力を欠くことを見出した。さらに、記憶保持の基盤となる分子・細胞レベルでの研究を進め、学習・記憶時にニューロン間(軸索と樹状突起間)の信号伝達が持続的に向上する長期増強(L-LTP)時に、セプチン細胞骨格は情報伝達の場である樹状突起瘤(スパイン)に、細胞小器官を挿入する役割を担うことを見出している。引き続き、特定のスパインにのみ小胞体が局在する機構を精査することで、空間弁別におけるセプチン細胞骨格の役割を明らかにする。昨年度、セプチン依存的な神経機能に関する成果を論文として報告しており、実験計画は滞りなく進行しているため。今年度は、表現型の分子・細胞レベルでの解析を進める。われわれはセプチン欠損マウスの細胞レベルでの表現型を電子顕微鏡で精査し、セプチン欠損マウスではスパイン形態(シナプス密度、スパイン体積、PSD面積は海馬全領域で正常であるものの、特定の部位のみで特定の細胞小器官を持つスパインが減少していることを見出している。さらに、この現象はLTP誘導に伴い生じる、という結果を得ている。これらの結果から「セプチンがスパイン内での刺激依存的細胞小器官ダイナミクス変化に必須である」と仮説を立てた。今年度は、主要な後シナプス分子を標的とした薬理学/化学遺伝学的手法を用いて、スパイン内への細胞小器官局在を誘導する神経活動を同定する。さらに、セプチン欠損/欠乏と組み合わせることでスパイン内への細胞小器官局在を制御する分子機構を明らかにする。今年度は、引き続き表現型の分子・細胞レベルでの解析を進める。今年度はセプチン欠損/欠乏と組み合わせることでLTP誘導に伴い生じるスパイン内への細胞小器官局在が、単一スパインにおける反応性の変化に与える影響を評価するため、カルシウムプローブ(GCAMP6)を用いて上述イメージング技術でカルシウムイメージングを行う。
日本住血吸虫中間宿主貝のゲノム情報プラットフォームの整備

日本住血吸虫の中間宿主貝、Oncomelania属貝のゲノム解析を通じた系統解析をおこなった。ゲノム増幅技術を用いて少数個体からのゲノム解析が可能となり、ゲノムサイズが1.47ギガベースであることが確認できた。さらに地理的分布が異なるOncomelania属亜種について全ミトコンドリアゲノムをシーケンスして系統解析をおこなった。その結果、Oncomelania属貝は中国西部地域に分布するものを起源として、揚子江沿いに東進して日本に至ったものとフィリピンに移動したものに分かれたと考えられた。Oncomelania属貝の実験室内維持株として、山梨県産の貝、千葉県木更津産の貝、フィリピンレイテ島産の貝および形態が日本産の貝と類似している中国四川省産の貝を確立した。平成25年度は山梨県産貝のミヤイリガイのゲノム解析から着手した。貝の飼育条件に土壌などを用いる関係から、ゲノム抽出に先立ち複数の貝を水溶液中でゲンタマイシン及びアンフォテリシンBにて1週間処理することで除菌を行った。ミヤイリガイのクローンも樹立されていないため、一個体のミヤイリガイからDNAを抽出することとし、抽出はキアゲン社のgenome-tipを用いて行った。アガロースゲルによる電気泳動を行い、複数のサンプルから高純度・高品質に抽出されたDNAを選択した。メス一個体から約4マイクログラムの高品質DNAが得られ、これをもとにイルミナシーケンシング用ライブラリー(350bpペアエンドライブラリーおよび3kbpと8kbpのメイトペアライブラリー)をTruSeq Sample Prepを用いて作製した。シーケンシングはイルミナHiSeq2500(1 flow cell, 2 lanes)を用いて行い、350bpペアエンドライブラリーから約2億リード、3kbpと8kbpのメイトペアライブラリーから約1億リードを取得した。これはゲノムサイズを1Gbpと想定した際の40xカバレッジに相当するリード量である。以上の行程から、ゲノム解析のために必要な試料が整い、次年度以降のシーケンス解析の準備が整った。同様の試料準備を木更津産及び中国四川省についても順次進めてきた。平成26年度は山梨県で野外採集したOncomelania hupensis nosophoraを一定期間実験室内で維持したものからDNAを抽出して山梨県産ミヤイリガイの核ゲノムおよびミトコンドリアゲノムの解析に着手した。野外採集サンプルであることから様々な微生物遺伝子の混入が予測されたが、貝の中腸と腹足を除いてDNAを抽出することにより、精度の高いサンプルが得られた(Mean Quality Score=36-37).このことを確認してゲノムサイズを推定したところ、1.47G baseであった。ヒラマキガイを参考に推定したが、それと比してはるかに巨大であった。これを10の8乗レベルのリードで解析を試みたが、結果としてはゲノムサイズに比してリードが量的に十分でなく、Hisecを用いたショートリード長解析においてもN50値が500以下と少なかった。次年度には用いるリードを約3倍に増加して解析を進め、より正確な解析資料とすることの必要が明らかになった。ミトコンドリアゲノムについては今年度の解析で山梨県産Oncomelania属貝について全長を明らかにすることができ、N100値が16000以上でカバーすることができている。今後の系統解析に重要な資料として用いることができるデータを得ることができた。中間宿主貝での宿主・寄生虫相互作用解析については、日本、中国、フィリピンの3つの地域について比較した感受性に関するチェッカーボード解析がほぼ完了し、Oncomelania属貝の日本住血吸虫幼虫の感受性解析に向けた基礎資料は整理がすんだ。これをもとに遺伝子発現データの比較を行って感受性の責任遺伝子解析に進めていく。東アジア広域に流行地がある日本住血吸虫症は、単一種の淡水産巻貝Onocomelania hupensisによって媒介される。本課題では異なった地理分布にあり、亜種と分類される中国東部のO. h. hupensis (OHH) 5株、中国西部のO. h. robertsoni (OHR) 1株、日本国内(山梨および木更津)に分布するO. h. nosophora (OHN) 2株およびフィリピンのO. h. quadrasi(OHQ)2株を対象として、年次計画に従って全ミトコンドリア(mt)ゲノム配列(約15 kb)を決定して系統解析を行った。ロングPCRで増幅したmtゲノムの次世代シーケンサー解析およびマッピングの結果、全サンプルにおいて全領域平均2000x以上かつ99%以上の領域で100xの深度を得た。SNP情報を元にした系統樹解析からは、中国西部OHRとそれ以外が最初に分岐し、その後フィリピンOHQとそれ以外が分岐して、最終的に中国東部OHHから更に日本OHNが分岐したことが示唆された。さらに、最も変異の多かったOHRとOHQの間には全mtゲノムの10.8%に変異が生じていた。以上の結果から、日本住血吸虫の中間宿主であるO. hupensisは、日本住血吸虫が拡大するよりも以前に中国西部から東へ向かって生息域を拡大していく過程で亜種を形成したことが示唆された。このようなミトコンドリアゲノムに見られた差異は、地理分布に基づく貝と虫の感受性を直接に説明するものではなく、まず貝が分布域を拡大して、その後で住血吸虫の分布が続いたこと、即ち貝と虫が常に行動を共にした共進化の経緯を必ずしも支持するものではなかった。

日本住血吸虫の中間宿主貝、Oncomelania属貝のゲノム解析を通じた系統解析をおこなった。ゲノム増幅技術を用いて少数個体からのゲノム解析が可能となり、ゲノムサイズが1.47ギガベースであることが確認できた。さらに地理的分布が異なるOncomelania属亜種について全ミトコンドリアゲノムをシーケンスして系統解析をおこなった。その結果、Oncomelania属貝は中国西部地域に分布するものを起源として、揚子江沿いに東進して日本に至ったものとフィリピンに移動したものに分かれたと考えられた。日本住血吸虫の中間宿主であるOncomelania属貝として山梨県産のミヤイリガイからのDNA抽出の解析をくり返した結果、野外生息地由来の貝サンプルを使うことのために当初懸念された様々な微生物混在による解析の困難はなく、一定期間実験室内で維持した貝サンプルを使えば、十分に満足すべき高い精製度のゲノムDNAが取れたと判定できた(% of Q30Bases=93-94))。今年度の解析の結果、ミヤイリガイのゲノムサイズについての推定値は1.47G baseと巨大であり、それに比して用いたリードが少な過ぎたことは反省点であるが、これほどの巨大ゲノムサイズであることはヒラマキガイとの比較からは予測できなかった。また年度計画にあげていたミトコンドリアゲノムについても日本産ミヤイリガイについては遺伝子構成の確認まで進めることができた。またゲノム全体のGCバイアスについてのデータも得られたことなど、核ゲノムの解析について当初の目標にほぼ沿って知見が得られつつある。日本住血吸虫の中間宿主でOncomelania属貝の住血吸虫寄生による貝の宿主応答の検討も課題としてあげていたが、日本、中国及びフィリピンに分布する日本住血吸虫と日本及び中国のOncomelania属貝の寄生適応性の検討を進め、地理的分布を異にする日本住血吸虫とOncomelania属貝に関するチェッカーボード解析データをほぼ完成させた。一方で、ミトコンドリア遺伝子を指標とした日本国内(山梨と木更津)および中国産Oncomelania属貝の系統解析は、ミトコンドリア遺伝子の解析を山梨産の貝で先行してきたので、他の地理分布の貝については次年度に持ち越した。しかし、そのデータの整備は困難ではないので、次年度には十分にカバーできると考えている。27年度が最終年度であるため、記入しない。寄生虫学、熱帯医学、感染症学本事業の2年めを終了して、今後さらに解析を進めることができる3つの項目が明らかになった。第一にはOncomelania属貝(ミヤイリガイ)核ゲノムの正確な解析、第二にミヤイリガイミトコンドリアの全配列の決定、第三にミヤイリガイと日本住血吸虫の相互作用を貝遺伝子のトランスクリプトームとして解析することである。そのうち最も重要なことはミヤイリガイ核ゲノムの正確な解析であるため、さらに解析のためのリードを増やして詳しい解析に進めていく。現状のミヤイリガイサンプルで現状の方法論で解析が十分に可能であることが確認できたことによる。この解析は将来的にはOncomelania属貝の亜種の比較にも不可欠な情報となり、系統解析がさらに進むことになる。