hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地球規模気象・水文情報を活用した水資源管理の高度化

本研究では、近年世界的に急速に整備が進んでいる地球規模気象・水文情報を利用し、特に貯水池の長期的な放流意思決定を支援する手法の開発を行った。具体的には、気圧高度や気温、海面水温の全球的な分布情報を用いて、管理対象とするダム流域の将来3か月間における降水量・流量を決定論的および確率的に予測する手法を構築した。また、当該情報を放流意思決定に反映させる手法を開発し、これを実装した貯水池操作支援モデルを構築した。1.本研究は、地球規模で得られる数多くの広域気象・水文情報の中から、流域水文量との相関の大きな情報を統計学的手法及び情報学的手法を用いて抽出し、その相関の程度を反映しながら、抽出された情報を水資源管理に活用する手法を開発することを目的とするものである。特に、水資源実管理において大きな役割を果たす貯水池の管理を対象とし、当該開発手法を、貯水池の操作意思決定支援システム(Decision Support System : DSS)に導入し、実時間管理における意思決定の高度化を行うものである。2.地球規模気象・水文情報を用いた渇水時貯水池操作のための長期降水予測手法の開発地球規模気象・水文情報を貯水池管理へ導入することを目的として、まずは、貯水池操作意思決定に必要とされる、貯水池管理流域における降水量の予測手法の開発を行った。広域的な気象現象がその時間スケールの大きさから一般的に長期にわたって地域の気象に影響を与えることを踏まえ、予測対象としては、将来3か月間にわたる月降水量を考えた。オンラインで容易に入手することが可能であり、かつ全球にわたって情報が整備されている気圧高度分布情報や海面水温分布情報等の気象情報を用いて、これらの情報から流域の将来3か月間における月降水量との関連性が大きな情報を、統計的手法や情報量基準を活用しながら取り出し、取り出した情報を説明変数とした降水量予測式を作成する手法を構築した。提案手法を、ダム貯水池を擁する実流域に対して適用し、予測精度の検証を行った。地球規模気象・水文情報を貯水池管理に導入することを目的として、本年度は、貯水池操作シミュレーションモデルを開発した。初年度に開発済の地球規模気象・水文情報を利用した3か月先までの降水予測モジュールを適用することを念頭に置きながら、低水操作及び洪水操作用の意思決定支援機構を組み込んだ貯水池操作シミュレーションシステムを開発した。低水操作用のモジュールでは、統計回帰式を用いた3か月先までの流量予測モデル、放流操作行動を蓄積するデータベース、予測状況と渇水リスクを考慮した最適放流決定モジュールを開発し、導入した。洪水操作用モジュールでは、出水状況をモニタリングし貯水池の操作規則に基づいて放流意思決定に反映させる過程を導入し、低水操作モジュールに応答をリンクさせるように設計した。これにより、洪水対応操作を行いながら、地球規模・気象水文情報を利用して長期的な渇水リスクを考慮し可能な限りこれを軽減する操作放流意思決定手法を開発することができた。また、貯水池操作シミュレーションシステムにユーザーインターフェイスモジュールを導入し、シミュレーション結果の可視化を行った。開発した貯水池操作シミュレーションシステムを利用して、吉野川流域早明浦ダムを対象に長期貯水池操作シミュレーションを行った。シミュレーション結果では、地球規模気象・水文情報を活用したことにより、これを用いなかった場合と比較して操作精度に改善が見られた。これにより、近年整備が進められながらもあまり活用されてこなかった地球規模気象・水文観測情報を利用した長期的な水資源管理高度化のための提案手法の有効性が示され、多様な情報源を用いた水資源管理上の意思決定の合理化手法の確立に寄与することができたと考えられる。
インディカ、ジャポニカ水稲品種間のセシウム吸収・体内分配の変異要因と分子機構

インディカ品種の高セシウム蓄積性の要因を吸収・分配、輸送体、及び遺伝要因から解析した。圃場条件においてタカナリ(インディカ品種)とコシヒカリ(ジャポニカ品種)の133Cs吸収は、両品種とも幼穂形成期穂揃い期頃に最大となることを示唆した。水耕にて根圏のセシウム、カリウム濃度が品種間で同一になる条件でタカナリとコシヒカリを栽培した場合、幼穂形成期の133Cs濃度およびカリウム濃度ならびに穂揃期のカリウム濃度に品種間差は認められなかった一方で、茎葉及び植物体全体でタカナリの方が有意に高かったことよりインディカ品種は幼穂形成期穂揃期のセシウム吸収能力が高いことが示唆された。またインディカ品種の北陸193号やソルトスターとジャポニカ品種の日本晴で比較するとインディカ品種は根から地上部への移行が大きい傾向があり、茎基部の不伸長部での輸送にも違いがあると推察された。圃場において無カリ区とカリ施肥区でコシヒカリ及びハバタキ(インディカ品種)を栽培し、登熟期の葉身及び穂首の133Cs濃度とカリウム輸送体遺伝子発現量を解析した結果、輸送体遺伝子発現にはカリ施肥の効果はほとんど認められなかったが、いくつかの輸送体について品種間差異は明瞭だった。登熟期における133Cs濃度の葉身での減少や穂首での増加と遺伝子発現量が相関を示す輸送体も認められたが、品種間差異との関連性は判然としなかった。さらにコシヒカリとIR64の染色体置換系統を用いて遺伝要因を解析したところ、コシヒカリ//コシヒカリ/SL2007のB1F2集団からは第2染色体28.9MbのRM5833マーカー付近にIR64型でCs吸収が高まるQTLの存在が、IR64/SL2109//IR64のB1F2集団からは第2染色体33.8MbのRM5460マーカー付近にコシヒカリ型でCs吸収が低下するQTLの存在がそれぞれ示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。ジャポニカ品種とインディカ品種の品種間のセシウム吸収と移行の生理・遺伝要因の絞り込みと実験系の確立を行うことを目的として研究を進めた。1.根系のセシウム吸収における品種間差異の生理・形態要因の解明においては、インディカ品種とジャポニカ品種を土耕栽培し、溶液中のカリウム濃度が低下するとセシウム吸収量が高くなる傾向がみられたことからインディカ品種の高セシウム吸収が、根圏のカリウム濃度の低下で少なくとも一部は説明できる可能性を示した。またセシウムとカリウム吸収のカイネティック特性を解析するため水耕でインディカ品種北陸193号とジャポニカ品種コシヒカリを異なるカリウム濃度溶液(0.3、1、10mg/L)で栽培しカリウム吸収速度の比較を行った。根重当りおよび個体当りのカリウム吸収速度は、10mg/Lでは北陸193号の方が高い傾向があり、ミカエリス定数と最大吸収速度ともに北陸193号の方が高いことを示唆する結果を得た。セシウム吸収と蒸散速度との関係を解明するための実験系の検討を行った。相対湿度を高湿度(約90%)または低湿度(約50%)に制御した人工気象室の中でイネをポット栽培すると、低湿度条件での葉面積あたりの蒸散量は高湿度条件に対して1.5倍程度高まることが確認できた。2セシウムの体内分配・蓄積における品種間差異と分子メカニズムの解明においては、インディカ品種北陸193号はジャポニカ品種コシヒカリと比較して、セシウム吸収量が多いことに加え、登熟期に葉身等の部位から玄米へ再転流されるセシウムの割合が多かった。さらに、地上部の節や節間、葉身等の各器官で多く発現するカリウム輸送体を明らかにした。またセシウム吸収、玄米への蓄積に関与するQTL解析を開始した。コシヒカリとIR64を相互に遺伝的背景とする染色体置換系統CSSLs2組を解析した。その結果、第2および第9染色体上Cs吸収に関与するQTLが存在することが示唆された。根系のセシウム吸収における品種間差異の生理・形態要因の解明については、土壌溶液中のカリウムの影響を解析し、セシウム吸収の品種間差異がカリウム吸収能力に関係している可能性を明らかにできた。一方で水耕実験によりカイネティック特性に関する基礎データを取得することができた。ミカエリス定数と最大吸収速度にも品種間差異があることが示唆された。また蒸散の影響を検証するための蒸散要求を変化させる実験系を確立できた。このように多面的に品種間差異に関わる生理要因の解析が進められている。セシウムの体内分配・蓄積における品種間差異と分子メカニズムの解明に関しても、体内分布の品種間差異を明らかにし、また関与する候補輸送体を見出すことができた。さらにジャポニカ、インディカ両面の遺伝的背景をもつCSSLsで類似した領域に候補QTL領域をみいだすことができた。以上から計画通りに研究は進捗していると判断した。1.根系のセシウム吸収における品種間差異の生理・形態要因の解明においては、耐塩性品種を含むインディカ品種でセシウム吸収が高い要因として土壌溶液中のカリウム濃度の低下およびカリウム、セシウムの選択性の違いが推察された。

また水耕栽培試験において登熟期間中の根部から穂へのセシウムの移行に対する根域のカリウム濃度の影響を調査した結果、登熟期間中のセシウム吸収に対する根域カリウム濃度の影響は明瞭ではない一方で、カリウム濃度が低い条件ではより多くのセシウムが穂に移行する傾向が認められ、穂へのセシウム蓄積には出穂期までのセシウム吸収と登熟期の穂へのセシウム転流の関与が大きいことが示唆された。さらに蒸散との関係解析のために幼苗期から幼穂形成期頃までの約6週間、高湿度または低湿度環境でポット栽培したタカナリとコシヒカリの蒸散量とセシウム吸収の関係を解析した結果、栄養成長期の両品種の地上部へのセシウム吸収に及ぼす蒸散流の寄与は大きくないことが示唆された。2.セシウムの体内分配・蓄積における品種間差異と分子メカニズムの解明においては、昨年度成果により明らかになった地上部各部位で発現するセシウム輸送体候補遺伝子に着目し、登熟期における遺伝子発現量の変動を経時的に測定したところ、登熟期にセシウムが蓄積する上位節間において発現量が大きく増加する輸送体が認められた。また登熟期にセシウムが再転流され濃度が減少する葉身では、複数の輸送体について遺伝子発現量がコシヒカリよりハバタキで高い傾向が認められた。3.セシウム吸収、玄米への蓄積の遺伝制御機構の解明においてはコシヒカリ/SL2007およびIR64/SL2109など第2染色体上のファインマッピングを行うための材料を養成した。これらの素材について、それぞれ160個体程度の遺伝子タイピングを終え、現在、セシウム吸収の調査とファインマッピングを進めている。根系のセシウム吸収における品種間差異の生理・形態要因の解明については、その要因解析が進んだ。栄養成長期におけるセシウム吸収に及ぼす蒸散流の寄与は小さいこと、穂へのセシウム蓄積には登熟期間中の穂へのセシウム転流の影響が大きいことが示唆されるなど新規の要因を明らかにできた。このように品種間差異に関わる多面的な生理要因の解析が予定通り進められている。セシウムの体内分配・蓄積における品種間差異と分子メカニズムの解明に関しても、体内分布の品種間差異の詳細を明らかにし、関与する候補輸送体が見出されている。また耐塩性とセシウム吸収の関連性を示せた。さらに遺伝解析においてはジャポニカ、インディカ両面の遺伝的背景をもつCSSLsで候補QTL領域の絞り込みを進めた。以上から計画通りに研究は進捗していると判断した。インディカ品種の高セシウム蓄積性の要因を吸収・分配、輸送体、及び遺伝要因から解析した。圃場条件においてタカナリ(インディカ品種)とコシヒカリ(ジャポニカ品種)の133Cs吸収は、両品種とも幼穂形成期穂揃い期頃に最大となることを示唆した。水耕にて根圏のセシウム、カリウム濃度が品種間で同一になる条件でタカナリとコシヒカリを栽培した場合、幼穂形成期の133Cs濃度およびカリウム濃度ならびに穂揃期のカリウム濃度に品種間差は認められなかった一方で、茎葉及び植物体全体でタカナリの方が有意に高かったことよりインディカ品種は幼穂形成期穂揃期のセシウム吸収能力が高いことが示唆された。またインディカ品種の北陸193号やソルトスターとジャポニカ品種の日本晴で比較するとインディカ品種は根から地上部への移行が大きい傾向があり、茎基部の不伸長部での輸送にも違いがあると推察された。圃場において無カリ区とカリ施肥区でコシヒカリ及びハバタキ(インディカ品種)を栽培し、登熟期の葉身及び穂首の133Cs濃度とカリウム輸送体遺伝子発現量を解析した結果、輸送体遺伝子発現にはカリ施肥の効果はほとんど認められなかったが、いくつかの輸送体について品種間差異は明瞭だった。
糖尿病性腎症における抗利尿ホルモンV1a型受容体の役割と新たな治療法開発

バゾプレッシンV1a受容体KOマウスは、軽度腎機能低下、代謝性アシドーシス、高K血症を特徴とする4型腎尿細管性アシドーシスを呈することを報告した。さらに、腎における酸排泄部位である集合尿細管間在細胞cell line(IN-IC cell)を作成し、アルドステロンの受容体であるmineralocorticoid receptorの核内への輸送にバゾプレッシンV1a受容体が必須であることを明らかにした。以上より、バゾプレッシン系であるV1a受容体がレニン・アンジオテンシン・アルドステロン(RAS)系であるアルドステロンの酸塩基平衡調節作用を制御していることを明らかにした。これらの事は、バゾプレッシンV1a受容体拮抗薬によるアルドステロン作用制御という臨床応用の可能性を示唆している。腎臓による体液恒常性維持の中心的役割を担っているのが抗利尿ホルモン(arginine vasopressin, AVP)である。AVPには2種類の受容体が腎臓に発現し、主に集合尿細管主細胞血管側膜に発現しているV2受容体(V2R)は、抗利尿作用に関連する。それに対し、主に集合尿細管介在細胞管腔側膜に発現するV1a受容体(V1aR)の生理的機能に関しては、血圧に関与する事以外、不明な点が多い。私たちは国立成育医療センターの田上医師らとの共同研究でV1aRノックアウト(KO)マウスを用いて、V1aRの機能を明らかにする研究を行ってきた。体液調節機構としては、容量調節系であるレニン・アンジオテンシン・アルドステロン系と浸透圧調節系のV2R-aquaporin2系の二つがあるが、二つのシステムが関連するかについては不明であった。V1aR-KOマウスでは、RAS系が抑制され、低血圧及び4型腎尿細管性アシドーシスになり、V2Rを介した尿濃縮作用も低下することを私達は明らかにした。この事は、V1aRがアルドステロンによる尿酸性化を制御している事を示唆し、アルドステロンによる尿酸性化は、集合尿細管の介在細胞において行われるので、私達が世界に先駆けて、SV40トランスジェニック(Tg)ラットより新しく作成した集合尿細管介在細胞cell lineを用いてV1aR遺伝子をノックダウンすることで、細胞レベルでのV1aRによるアルドステロン制御機構を明らかにした。その結果、4型腎尿細管性アシドーシスは、V1aRの異常とそれに引き続くH-ATPase,HK-ATPase,Rhcgの異常によることが判明した。現在、論文投稿中である。体液恒常性維持を担う腎臓の中心的役割を司っているのが抗利尿ホルモン(arginine vasopressin, AVP)である。それに対し、主に集合尿細管介在細胞管腔側膜に発現するV1a受容体(V1aR)の生理的機能に関しては、不明な点が多かった。私たちはV1aRノックアウト(KO)マウスと世界に先駆けてSV40トランスジェニック(Tg)ラットより新しく作成した集合尿細管介在細胞cell lineを用いて、V1aRの機能を明らかにする研究を行ってきた。体液調節機構としては、容量調節系であるレニン・アンジオテンシン・アルドステロン系と浸透圧調節系のバゾプレッシン系の二つがあるが、二つのシステムが関連するかについては不明であった。V1aR-KOマウスでは、RAS系が抑制され、低血圧及びV2Rを介した尿濃縮作用も低下することを私達は明らかにした。そこで、V1aR-KOマウスの酸塩基平衡状態を調べたところ、4型腎尿細管性アシドーシスを呈することがわかった。さらに、集合尿細管介在細胞cell lineを用いてV1aR遺伝子をノックダウンすることで、細胞レベルでのV1aRによるアルドステロン制御機構を明らかにした。その結果、4型腎尿細管性アシドーシスは、集合尿細管介在細胞のV1aRの機能異常とそれに引き続くH-ATPase, HK-ATPase, Rhcgの機能異常により惹起されることが判明した(J Am Soc Nephrol.2011)。腎臓の働きは体液恒常性維持であり、その中心的役割を司っているのが抗利尿ホルモン(arginine vasopressin,AVP)とアルドステロンである。

AVPには2種類の受容体が腎臓に発現し、集合尿細管主細胞血管側膜に発現しているV2受容体(V2R)は、抗利尿作用に関連する。それに対し、集合尿細管介在細胞管腔側膜に発現するV1a受容体(V1aR)の生理的機能に関しては、不明な点が多かった。一方、アルドステロンの受容体であるmineralocorticois receptor(MR)は、集合尿細管に存在する。私たちはV1aRノックアウト(KO)マウスと世界に先駆けてSV40トランスジェニック(Tg)ラットより新しく作成した集合尿細管介在細胞cell lineを用いて、V1aRの機能を明らかにする研究を行ってきた。V1aR-KOマウスでは、RAS系が抑制され、低血圧及びV2Rを介した尿濃縮作用も低下することを私達は明らかにした。そこで、V1aR-KOマウスの酸塩基平衡状態を調べたところ、4型腎尿細管性アシドーシスを呈することがわかった。さらに、集合尿細管介在細胞cell lineを用いてV1aR遺伝子をノックダウンすることで、細胞レベルでのV1aRによるアルドステロン制御機構を明らかにし、4型腎尿細管性アシドーシスは、集合尿細管介在細胞のV1aRの機能異常とそれに引き続くH-ATPase,HK-ATPase,Rhcgの機能異常により惹起されることを明らかにした。アルドステロンは、その受容体であるMRの細胞質から核内への輸送を促進するが、その過程におけるV1aRの役割を検討した。アルドステロンは、RCC-1活性を上昇させ、バゾプレッシンはRanGap1活性を低下させることで、ともに核内Ran減少を来たす事で、MR核内への輸送を司り、またsiRNAでV1aR遺伝子をノックダウンすると、MRの核内輸送がブロックされることからMR核内輸送にV1aRが必須である事が明らかとなった。
機能性高分子による効率的なｍＲＮＡデリバリーシステムの創製

核酸とポリカチオンの複合体(ポリプレックス)は治療用核酸キャリアとして期待されている。Messenger RNA (mRNA)はゲノム組み込みがなく、安全な治療用核酸として注目を集めているが、生体環境で分解されるため、効率的な導入は未だに困難である。そこで本研究では側鎖構造を僅かに変えたポリカチオンとmRNAのポリプレックスを作成し、それらのmRNA導入機構を比較することで、化学構造と導入能の相関を調べた。その結果、奇数回のアミノエチレン構造を有するポリカチオンは偶数回のものより高いmRNA導入能と細胞質内での安定性を示した。このような結果はさらなる高効率なキャリア設計に有益と考えられる。本研究では、ポリアスパルタマイド側鎖構造とmessenger RNA(mRNA)の細胞導入機構の構造機能相関を調べることを目的とした。24年度は4種の側鎖のアミノエチレンの繰り返し数のみが異なるポリアスパルタマイドの合成、それらとmRNAから作成した複合体(ポリプレックス)による培養細胞へのin vitro mRNA導入を行った。poly(β-benzyl-L-aspartate) (PBLA)の側鎖にアミノリシス反応によって、ethylenediamine (EDA), diethylenetriamine (DET), triethylenetetramine (TET), tetraethylenepentamine (TEP)を導入した。このような合成法によって、同一主鎖、同一重合度でありながら、側鎖のアミノエチレン構造のの繰り返し構造のみが異なるポリアスパルタマイドを合成した。これらのポリアスパルタマイドとGaussian luciferase (GLuc)をコードしたmRNAからポリプレックスを作成した。それぞれのポリプレックスは同程度の粒径をしており、100 nm以下のポリプレックスを確認できた。この粒径は細胞のエンドサイトーシスで取り込みが十分可能な粒径と考えられる。ついで、これらのポリプレックスによる培養細胞への導入を行った。初期の12時間のmRNAの発現は2回と4回の発現が高かったが、それ以降は3回の発現が高いことが判明した。このような結果は、側鎖のアミノエチレン構造の繰り返し数が導入したmRNAの発現に時間依存的に影響していることが確認された。前年度において側鎖のアミノエチレン構造の繰り返し数を変えたポリアスパルタマイドとmRNAから作成した複合体(ポリプレックス)のin vitroでの機能評価を行ったところ、繰り返し数が奇数回のアミノエチレンの繰り返し数を有するポリアスパルタマイドから作成したポリプレックスは偶数回のそれと比較して有意に安定に内包したmRNAを保持できることを見出した。このような特性は生体環境下においてmRNAをデリバリーするのに非常に最適であると考え、ついでこれらのポリアスパルタマイド側鎖の生体適合性を上昇させるために末端にPEG鎖を付与したPEG blockポリマーの合成を行った。本年度はまず、これらのBlockポリマーとmRNAからミセルを作成し、Homoポリマーから作成したポリプレックスと同様に側鎖構造依存的に内包mRNAを保持できるかを評価するために、FBSと混合し、37 °Cで1時間インキュベート後に内包mRNAを回収し、逆転写後Realtime-PCRで残存mRNA量を評価した。結果Blockポリマーにおいても、側鎖に奇数回のアミノエチレン繰り返し構造を有するポリマーは高い内包mRNAの残存量を示した。さらに、これらのミセルをマウス尾静脈から投与し、その後マウスの血液中のmRNAを回収後に同様にRealtime-PCRで残存mRNA量を評価した。すると、奇数回のアミノエチレン繰り返し構造を有するポリマーから作成したミセルは偶数回よりも有意に高い残存量を示した。これらの結果は、ポリカチオンの化学構造を精密設計することによって内包mRNAを生体環境においても効率的に保持し、ターゲット部位へとデリバリーできうることを示唆しており、有益な知見であると考えられる。ただし、in vivo環境での残存量は未だに治療に使用するには少なく、今後はさらに安定的かつ効率的なmRNA carrierの開発を進める必要がある。研究計画書の予定では、平成24年度中に4種のポリアスパルタマイドの合成とそのmRNAとの複合体の物性評価を行い、さらに24年度中盤から25年度中盤にかけて、それらによる細胞導入実験とその機構解析を行う予定であった。現在までに、4種のポリアスパルタマイドの合成とmRNAとの複合体の物性評価を行い。4種のポリアスパルタマイドのいずれも100 nm以下のポリプレックスをmRNAと形成することを明らかとした。さらに、これらポリプレックスによる細胞導入も行なっており、初期の発現は2回と4回の繰り返し数のアミノエチレン構造を側鎖に有するポリアスパルタマイドから作成したポリプレックスが高い発現を示すが、投与後、24時間以降では3回のものの発現が高くなることが判明した。以上のように、ポリアスパルタマイドの合成から複合体形成が完了しており、さらに細胞導入実験もすでに開始しており、当初の予定通りに研究は進行していると考えられる。

25年度が最終年度であるため、記入しない。現在までに、ポリアスパルタマイドの合成からmRNAとの複合体形成が完了しており、さらに細胞導入実験においては、ポリアスパルタマイドの側鎖構造が時間依存的に影響することが判明した。25年度中盤までは、このin vitro mRNA導入機構をより詳しく評価し、化学構造の差異がどのように導入mRNAの発現に影響するかを調べる予定である。具体的には、市販のキットを使用してmRNA導入時の細胞生存率で評価する。ついで、蛍光標識したmRNAから作成したポリプレックスを導入し、フローサイトメーターで細胞ごとの蛍光量を測定することで、細胞取り込み量を評価する。さらに、エンドソームからの脱出効率を定量評価するために、共焦点レーザー顕微鏡による観察を行う。蛍光修飾したmRNAから作成したポリプレックスを導入した細胞の酸性オルガネラ(エンドソーム・リソソーム)を市販の蛍光試薬のLysoTrckerで染色し、観察を行う。このとき、mRNAの蛍光とLysotrackerの蛍光が重なれば、ポリプレックスはエンドソームかリソソームに局在しており、mRNAの蛍光が単独で存在すれば、エンドソームから脱出していると判別できる。細胞内の脱出したmRNAの蛍光を定量し、ポリプレックスごとのエンドソームからの脱出効率を評価する。これらの実験でポリカチオン構造がどのようにmRNA導入を促進するかを明らかとする。さらに、25年度中盤以降は、マウスを使ってのin vivo導入効率の評価を行う。局所投与モデルとしてマウス大腿部へと複合体を投与し、発現を確認する。また全身投与モデルとしては、マウス尾静脈からmRNA複合体を投与し、投与後に血液を回収する。さらに回収したmRNAを逆転写後にRT-PCRで残存量を評価することで、複合体の血中滞留性を比較する。
「教育的教授」論を機軸とした学校構想と学校教育改革に関する実証的研究

本研究の目的は、ヘルバルト(Herbart,J.F.)の原典および先行研究を丹念に読み込み、「教育的教授(erziehender Unterricht)」論に従来の定説とはまったく異なる解釈を施した上で、それが教育思想史研究として意味があったばかりでなく、ドイツの学校教育改革を現実に導くものだったことを証明することにあった。さらに、「教育的教授」論の新たな解釈が現実の学校教育改革までも動かすことができた理由には、「教育的教授」を試行・実験する学校改革プロジェクトの成果がそこに寄与していたことも明らかにした。研究目的ならびに研究実施計画を参照すると、平成21年度には研究課題の二つの柱があった。一つは、「教育的教授」論と近代学校の関係を、これまでの研究代表者の先行研究をより具体的に掘り下げ明らかにすることにあった。これについては、日本学校教育学会の研究紀要『学校教育研究(第24号)』に掲載した論文「『教育的教授』論と教科指導(学校教授)」にまとめた。そこでは、ヘルバルトが近代学校教育における「教育的教授」論の困難性を認識していたこと、そしてその理由が究明されている。研究課題のもう一つの柱は、近代学校が抱える問題を認識するばかりでなく、その克服の際にヘルバルトの「教育的教授」論を参照し、それに基づいて試行・実験された学校改革プロジェクトの全体像を復元することにあった。それは、ドイツ・ミュンスターに位置するヴァルトブルク基礎学校を舞台に、1977年-1983年に実施された「ギーフェンベック基礎学校プロジェクト」のことである。研究代表者は、3月に当該学校を訪問・調査して、当時の学校教育構想(「教育的教授」論)が2009年現在でも継続されているという感触を得た。その実証のために、当該プロジェクトの理論的基盤を構想した研究者にインタヴュー調査を実施(Benner教授、Ramseger教授)するとともに、ベルリン自由大学に保管されている当該プロジェクトに関する記録の参照作業の一部を済ませた。学校プロジェクト全体像の復元、ならびにヘルバルトの「教育的教授」論との関係の詳細については、平成22年度中に研究論文としてまとめる予定となっている。研究目的ならびに研究実施計画を参照すると、平成22年度には研究課題の二つの柱があった。一つは、昨年度に収集した「ギーフェンベック基礎学校プロジェクト」に関する一次資料に、「方法的開放性」「テーマ的開放性」「制度的開放性」の理論枠組みから考察を加え、その学校構想の全体を把握することであった。それを通して、「教育的教授」論は、いわゆるオープン・スクールとして具現化されたことが明らかになった。この成果を、2010年度の日本教育方法学会大会において、「ギーフェンベック基礎学校プロジェクトの学校構想とその実際」とのテーマで発表した。研究目的のもう一つは、ノルトライン・ヴェストファーレン州の85年版学習指導要領に対する「基礎学校プロジェクト」の影響関係を精査することにあった。申請時の計画では、デュッセルドルフ(Duesseldorf)にある州文部省を訪問する予定であったが、事前に確認したところ、同州カリキュラム開発研究所に必要資料が移管されていることが判明したので、訪問先を変更しなければならなかった。同カリキュラム開発研究所では、行政文書の閲覧と複写作業に取り組んだ。とりわけ、80年代当時の教育改革議論において、「教育的なもの」をどのように学校教育の中に取り入れていくか、との議論が活発に交わされ、そうした時代的な議論が「基礎学校プロジェクト」を経由し最終的に85年版学習指導要領の「教育的教授」の項目作成につながっている、との見通しが得られた。この成果は、次年度の早い時期に研究論文にまとめること予定である。
小学校体育授業における思考・判断に関する学力の育成に関する研究

本研究の目的は、タブレットPCを活用した思考・判断を育成する小学校体育授業実践を行い、タブレットPCの活用が児童の思考・判断を高めるかどうかを、実証的に明らかにすることであった。研究方法は、以下の通りであった。対象は、第4学年の1クラスの男女児童38名、器械運動及び体つくり運動の単元であった。収集したデータは、(1)教師行動、(2)学習者行動、(3)教師の発言及び抽出グループの会話、(4)体育授業に対する愛好的態度調査、(5)思考・判断に関わるアンケート調査、であった。なお、(1)-(3)は対象単元の全授業時間をビデオに収録し、(4)及び(5)は単元前後に実施した。得られた主な結果は、以下の通りであった。第一に、タブレットPCを使用することにより、動きを映像で捉え直すことが可能となり、視聴した映像を基に他者との思考・判断に関わる交流が生まれた。第二に、複数のタブレットPCを使用することにより、運動の活動量及び思考・判断に関わる活動量の双方を保証できた。以上の結果から、タブレットPCの活用は、技能の習得にかかわる効果的な思考・判断を促すことが可能であると考えられた。なお、本研究の課題として、以下の三点が示された。第一に、タブレットPCで動きを捉える際、映像の撮影方法や動きの着目点等、技能面の学習内容とより関連を図り設定する必要があること、第二に、タブレットPCを提供するだけでは思考・判断を促すツールとはならず、思考・判断を高めるような発達段階に応じた教材の工夫が必要であること、第三に、学習内容と思考・判断を高める教材の工夫及びタブレットPCの使用方法などを関連させて授業の中に位置づけていく必要があること、であった。今後、これらの点を踏まえて、児童の発達段階に対応したタブレットPCの効果的活用のための条件を明らかにしていく必要があること、が示唆された。
フードシステムをめぐる食品産業と国内農業の提携条件

本研究では全体的な課題に加えて、第1に鶏肉をめぐるインテグレーションの研究からブランド管理、生産システムの調整、地域農業との連携について分析した。第2に、鶏肉と比較して、小麦粉製品のフードシステムについては川中の一次加工の製粉と二次加工のパン・麺産業との関係を分析し、川下への統合化や提携条件について解明した。さらに国内産麦と中小製粉メーカーとの関係についてコーディネーターとしての役割を検討した。第3に、青果物については産地マーケティングの展開については、系統農協の再編戦略と直売所など小売段階の統合化についての販売チャネル管理という視点から分析を加えた。さらに代表的な農業生産法人のネットワーク組織の販売戦略を検討した。研究の成果としてみると、鶏肉をめぐる研究成果については4論文に整理した。次の小麦粉製品のフードシステムについては、これまでの研究成果も加えて編著として農林統計協会から出版した。この編著には4本の論文を収録し、パン産業・麺産業、製粉産業の垂直的な競争関係と分業働系について解明し、ついで中小製粉メーカーが国内産麦との関係を深めることによって二次加工メーカーとの付加価値形成が可能になることが分析された。青果物については単協を中心に市場流通、食品産業との契約取引、量販店との連携や直売所の設置が進展しつつあるのに対して、県連組織では市場外流通チャネルの開発が遅れてきたが、契約生産と買付処理、パッケージ業務、市場外の流通チャネルの開発で進展するようになった。理論的整理、青果物、小麦粉製品、食品産業の農業参入について分析することができて、調査研究はほぼ終了することができた。本年度は「食品産業と農業の戦略的提携の課題」をフードシステム学会で報告して、理論的な課題を整理し、いくつかの視点から実証的な分析を図った。理論的な課題の1つとして経済主体間の関係性についてマーケティングの視点から解明したのが、「フードシステムにおける関係性マーケティングの課題」である。この関係性のマーケティングの研究は櫻井清一の学位論文にも盛り込まれた。また、食品流通全体の効率性と関係性については、「フードシステムの革新と食品流通の効率化」がある。食品企業の農業参入をめぐる問題については、「食品産業からの農業参入とその条件」に論点を整理し、食品企業の農業支援システムについても論じた。具体的な分析では、青果物と鶏肉の産業を事例として、産業の固有な問題をふまえて、調査研究を実施することで主要な課題について分析した。青果物では、システム間競争、法人ネットワーク組織の新しい役割、トレーサビルティの意義、産直センターの流通機能などである。また、インテグレーションが最も進展した鶏肉では、インテグレーターの競争関係と経営戦略について分析した。青果物では食品企業が農業に参入したいという要求が強いが、農業サイドでも加工処理、卸売機能の統合化の戦略をとる生産者が増加している。このように青果物では、食品産業と農業の間でシステム間競争が進展するようになった。鶏肉では、インテグレーターによる卸売機能の統合化、加工比率の拡大、量販店・生協との提携とブランド管理が進展し、効率的なシステムが形成されている。生産者との関係では、契約生産、リース(委託生産)、所有の3タイプがあって、生産者のリスクがインテグレーターに移転しやすい、リース方式への転換とインセンティブシステムが課題となった。本年度の調査研究は、第1に鶏肉をめぐるインテグレーションの研究からブランド管理、生産システムの調整、地域農業との連携について分析した。第3に、青果物については産地マーケティングの展開については、系統農協の再編戦略と直売所など小売段階の統合化について販売チャネル管理という視点から分析を加えた。

研究の成果としてみると、鶏肉をめぐる研究成果については4論文に整理した。次の小麦粉製品のフードシステムについては、これまでの研究成果も加えて編著として農林統計協会から出版した。この編著には4本の論文を収録し、パン産業・麺産業、製粉産業の垂直的な競争関係と分業関係について解明し、ついで中小製粉メーカーが国内産麦との関係を深めることによって二次加工メーカーとの付加価値形成が可能となることが分析された。青果物については単協を中心に市場流通、食品産業との契約取引、量販店との連携や直売所の設置が進展しつつあるのに対して、県連組織では市場外流通チャネルの開発が遅れてきたが、契約生産と買付処理、パッケージ業務、市場外の流通チャネルの開発で進展するようになった。以上から初期の研究計画に小麦粉製品を加え、調査研究はほぼ終了することができた。
収穫後の青果物における緑色保持とクロロプラストの微細構造に関する研究

1.エタノール処理によるブロッコリー小花の緑色保持本研究では収穫後の青果物の品質保持について、エタノール処理によるブロッコリーの緑色保持への応用を試みた。エタノール処理は、新鮮なブロッコリーより切り出されたBranchletをガラス容器に入れ、エタノール溶液をバブリングして得られた蒸気を通気した。エタノールは0%(蒸留水、対照区)、10%、25%、50%、100%とし、通気時間は24時間と連続処理を設け、20°Cで貯蔵した。緑色の指標となるHue angleについて、24時間処理では25%100%処理は対照区や10%処理区のものに比較して減少が遅く、黄化が遅れた。しかし、エタノールの濃度が高すぎるとくすんだ緑色になった。連続処理もほぼ同様の傾向であったが、異臭が認められ、また小花のクロロプラストにも形態的に異常が観察された。このことから、ブロッコリーの緑色保持には25%エタノールでの24時間処理が最適と判断された。また、エタノールの簡便処理法として“固形アルコール"を用い、ブロッコリーとともに有孔ポリエチレン袋に封入したところ、緑色保持の効果が認められた。2.ブランチング処理されたブロッコリー小花における貯蔵中の温度と照明の影響本研究では野菜サラダの具として用いられているブランチングされたブロッコリーの緑色保持に関して、店頭での陳列を想定し、保持温度と照明の有無についてその影響を調査した。新鮮なブロッコリーのBranchletを1分間熱湯でブランチングした後、透明フィルムでラッピングし、5°Cと10°Cの下、それぞれ明所(2,000 LUX)と暗所に保持した。その結果、小花のクロロフィルは明所で暗所より早く減少し、また10°Cで5°Cより早く減少した。光学顕微鏡と走査電子顕微鏡による観察から、ブランチングしても小花のクロロプラストは保持されたが、その内部は熱の影響とみられる著しい変化が認められた。また貯蔵中、保持温度が高いとクロロプラストの崩壊がやや早く進むように思われたが、照明による崩壊への影響は明確でなかった。以上より、ブランチングされたブロッコリーの品質保持には低照明下での低温が推奨される。最近は野菜をカットして販売するカット野菜、また色々な種類を組み合わせたサラダなどの消費が増えつつある。ブロッコリーもその材料として使われ、わが国ではブランチング後サラダなどとして販売されている。しかし、ブランチングされたブロッコリーも退色しやすく、品質保持が困難である。筆者は以前から生のブロッコリー小花の緑色保持と老化に伴うクロロプラストの変化について研究しているが、ブランチングにより活性の失われた細胞でも変化が起きることから、比較のため、ブランチングしたブロッコリーのクロロプラストの劣化や緑色保持について調査を試みた。本研究は上記の実用面も考慮し、ブランチング後の保持温度と光の影響を調査した。ブロッコリー小花は1分間熱水中でブランチングの後、冷水で冷却され、トレイ・ラップ包装で5°C、10°C下、それぞれ暗所及び明所(2,000lux)で保存された。ブロッコリー小花はブランチング直後は鮮やかな緑色であったが、明所で保存したものは退色が早く特に5°Cより10°Cで顕著であり、色差計による測定ではHue angleが、またクロロフィルの含量もほぼ同様な傾向で減少した。クロロプラストの変化について、光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡で観察した。

クロロプラストはブランチングにより鮮やかな緑色に変化し、光学顕微鏡上形態は保持された。しかし、走査型電子顕微鏡での観察では表面に凹凸がみられた。貯蔵に伴うクロロプラストの変化と緑色の退色の関連について現在検討中であるが、全般的な形態の変化は以下の様であった。ブランチング直後細胞内の周辺部に位置していたクロロプラストは次第にその局在性が失われ、そのサイズは減少する傾向にあった。またクロロプラストの表面の凹凸より派生したとみられる顆粒が多く細胞内で観察された。今年度はブロッコリーにエタノールの蒸気を与え、緑色保持効果を調査した。さらに実用面から、"固形アルコール"ブロックについても効果を調べた。エタノールを水と混合し、O%(対照区)、10%、25%、50%、100%のエタノール溶液を作成し、そこに空気をパブリングして様々なアルコール濃度の蒸気を発生させた。それをブロッコリーの小花に導き、20°Cの下、24時間または連続処理を行った。その結果、24時間処理では処理エタノールの濃度が増すにつれ、黄化が遅れる傾向にあった。しかし、50%、100%処理区でくすんだ緑色になるものがあった。10%,25%処理は漸次黄化が進んだものの25%の方が緑色保持効果が優れていた。一方、連続処理もほぼ同様の傾向であったが、異臭の発生が多く認められた。24時間処理のものは処理直後はアルコール臭は感じられるものの10%や25%のものは次第に減少した。このように25%のエタノール処理が比較的低濃度で緑色保持に効果のあることがわかった。そこで25%エタノール処理について、クロロプラストの変化を光学顕微鏡により観察した。対照区では3日でクロロプラストがほぼ認められなくなったのに対し、24時間処理では、約2日間の遅れがあった。連続処理では0日から6日までクロロプラストは認められたが、2日以降クロロプラストの表面に小さな凸凹が観察されたり、またクロロプラストが互いに寄り集まり一つの団塊となることが確認された。これらのことから、一時的なアルコール処理により、クロロプラストの崩壊が抑制されること、また連続処理ではクロロプラストに何らかの異常が生じることがわかった。次に有孔ポリエチレン袋に同時に"固形アルコール"のブロックを封入し、その緑色保持の効果を確かめた。ブロックの個数が増えるにしたがい黄化の抑制効果が認められた。黄化の進行を完全には阻止できないものの、緑色保持効果が認められ、特に異臭はなかった。
胎仔肝における造血巣の移動の解析

造血巣は哺乳類では個体発生では卵黄嚢から胎児(仔)肝を経て、出生後は骨髄やリンパ組織にてみられる。胎児(仔)期に肝臓において造血が行われることの意味を明らかにすることは難しいが、胎仔肝における造血巣の変化を解析することはできる。既に代表者は、ラット胎仔肝における造血に関して、幼若な肝実質細胞(hepatocytes)と造血系細胞との細胞間相互に作用について、胎仔肝にある造血系細胞並びにhepatocyteに対するモノクローナル抗体を用いてflow cytofluorometry及び免疫組織化学的手法を用いて解析してきた(Biomed.Res.1992)。今回は造血系細胞並びにhepatocyteの細胞増殖について解析し、両細胞間での増殖の位相を検討した。その結果、増殖の指標となるBrdUの取り込みは胎令16日頃が極めて高く、18日令では低下していることがわかった。このことはラット胎仔肝において、造血系細胞数が胎令18日を境に急速に減少して行くこととよく一致していた。また申請者らのグループは胎仔肝の細胞を更によく解析するため、胎仔肝細胞を免疫原として新たなモノクローナル抗体UB-18及びUB-19、HAM 10及び11を作製した。今後はこれらの抗体を用いて胎仔肝細胞について、更に解析を進める予定である。なお、これらの解析を行うにあたってはラット胎仔肝の細胞調整などのために設備備品として今年度購入できた実体顕微鏡が有用であった。
色素分子の二次元集合系におけるコヒーレント状態の解明とその利用に関する研究

経過:本研究の目的は、真に二次元とみなすことができるようなエキシトンの状態をもつ色素集合体を形成し、そこに見られる二次元のコヒーレントな励起状態の分子的描像を得ることであり、以下のような実験を行った。(1)J-会合体、H-会合体それぞれについて、二次元性がはっきりとキャラクタライズできる色素凝集体試料の作製。前者については吸着法を、後者についてはLB法を用いた。(2)低温で顕微分光できる装置を作製した。不均一幅の影響を極力おさえるために、大きいNAをもつ光学窓のついたクライオスタット、超長焦点対物レンズ、光ファイバ、OMAの組み合わせによって、単分子膜という、光学的に薄い試料であっても、直径20ミクロンの領域の分光測定が容易に行えるように準備した。(3)常温から液体ヘリウム温度までの領域で、吸収.蛍光分光を行った。(4)H-会合体における高調波発生を行った。(5)ストリークカメラにより、蛍光寿命の測定を行った。(6)ポンプ・プローブ法による過渡測定の予備実験を行った。結果:これらの実験によって、以下の知見を得た。(1)単分子膜といえども確立されたフレンケルエキシトンの描像がよくあてはまること。特に、構造的な乱れと温度揺らぎの共存下でのエキシトンの振舞いとして完全に記述できること。(2)二次元性は温度依存性にわずかに現れるが次元性の影響はあまりみられないこと。(3)蛍光寿命の早さは、一次元的な系よりかなり早く、これは二次元性(すなわちコヒーレント状態にある分子数が多い)による超放射的にプロセスの寄与によると思われる。(4)高調波発生過程において分子場近似がよく成り立つこと、すなわち、コヒーレント状態は高調波発生に特別の寄与をしないこと。本研究の目的は、二次元色素集合系がメソスコピックなコヒーレント状態を発現する場であるという見方に立ち、そのコヒーレント状態の分子的描像を理解することである。この目的のために、初年度は以下のような研究を行った。(1)二次元性がはっきりとキャラクタライズできる試料の作製:LB法、吸着法、薄膜単結晶などの試料を作成し、中でもマイカ上への吸着による単分子膜および溶液からの析出による単結晶薄片が再現性良く作製出来ることを明らかにした。(2)低温光学測定系の整備:連続フロー型光学クライオスタットを購入し、低温下での顕微分光を行うための光学系を作製した。(3)基礎データの収集:基本となる吸収・発光スペクトルの温度依存性を詳細に調べた。その結果、常温においても、鋭い吸収ピークの大部分が不均一幅によること、その低エネルギー側は僅かな外乱によって容易に消失すること、発光効率は100/cm程度の励起エネルギー障壁をもつ熱励起的温度依存性をもつこと等を明かにした。(4)上記の結果をもとに、分子間のエネルギー伝達にランダムネスがあることによるコヒーレント状態の局在化というモデルによって、吸収スペクトルを解釈した。(5)このモデルを実証し、より詳細を理解するため、蛍光寿命測定、およびポンプ・プローブ法による吸収飽和の実験を行った。蛍光寿命は数10pSと非常に高速であったが、この測定は室温で行われたため、無輻射課程との競合が問題である。また、吸収飽和の実験は有意な効果を見出さなかった。この理由は明らかでないが、これらの実験を踏まえて、次年度は、(1)低温における蛍光寿命測定、(2)白色光源をプローブにする吸収測定と四光波混合によるピコ秒の時間分解能をもつ三次の非線形性測定を通じて、コヒーレント状態の解明に迫る予定である。

本研究の目的は、二次元色素集合系に見られるコヒーレントな励起状態の分子的描像を得ることである。この目的のために、第2年度は以下のような研究を行った。(1)試料の作製法を従来型のLB膜や吸着膜からさらに広げて、高分子吸着膜や水面上への蒸着といった新しい方法を試みた。(2)マイカ上への吸着による単分子膜を用いて、4.6Kから室温までの波長選択励起による蛍光スペクトルを観察し、励起エネルギーが段階的に低いエネルギー状態に移行して、最低レベルで発光すること、エネルギーの注入レートが大きいと、より高いレベルに溜り込みが起きることを確認した。(3)吸収スペクトルの温度依存性を詳細に調べ、理論的に予想される2次元のエキシトンの振舞いとよく一致する(低エネルギー側でのアーバック則および高エネルギー側でのローレンツ型の振舞い)ことを確かめた。これは、単分子膜の系では初めて得られた知見である。(4)発光スペクトルは、揺らぎのあるポテンシャル中で極小レベルへ励起エネルギーが落込んだことによるとするモデルとよく合うことが示された。(5)室温における蛍光寿命は数10pS以下と非常に高速であったので、ポンプ・プローブ法による吸収飽和の実験を行ったが、励起条件に問題があり確定的な結果に到らなかった。すなわち、ポンプ光のパルス繰り返し(80MHz)よりも遅い成分が非常に強くあり、現在の実験条件では定常的に吸収飽和が起こってしまっており、ポンプとプローブが時間的に一致したときにはむしろ大きな誘導吸収が起きていることが観測された。この点に関しては今後も研究を続ける予定である。(6)色素集合形態をH会合体にまで広げ、その第2高調波スペクトルを調べることにより、高調波発生では平均場(局所場)近似が系をよく記述することを確かめた。
爆発的星形成領域のダストスペクトルモデルを用いたマゼラン星雲の研究

爆発的星形成をガスから星への変換過程、化学進化と捉えて、マゼラン星雲などをはじめとする近傍の銀河の爆発的星形成領域(SBRs)、のスペクトルエネルギ-分布(SED)の再現を目指した。形成過程に応じて種族合成された星の光は、超新星爆発などによるその周囲のガスの重元素汚染に応じてばらまられたダストに散乱、吸収された後に観測されるので、球対称物質分布近似のもと、輻射輸送方程式を解いて、SEDモデルを構築した。ダストの成分としては、big grains(BGs),very small grains(VSGs),PAHsを考える。この成分比はSEDを再現する時のパラメータである。また、ダスト総量は、この成分比は固定したまま、星間ガス中の重元素量に比例して増加して行くと仮定した。このモデルが信頼性の高いSEDを再現できることは、我々の求めた星形成率が、Halpha線強度などから求められた値とよく一致していることで確かめた上で、近傍の代表的な爆発的星形成銀河について、UVで明るいUVSBGsから赤外で明るいULIRGsまでの数十個について適用して解析した。それらのSEDのほとんどがSMCタイプのダスト、SBRsの年齢が0.1Gyr程度でよく再現できた。さらに、そのそれぞれのベストフィットモデルの星形成領域の物質密度が、ULIRGsでは系全体で重力不安定を起こす程度密度が大きいのに対して、UVSBGsではその臨界密度程度であることを明らかにした。このようにSEDから星形成領域の物質密度を換算するには、ダストによる減光を正しく見積もらなければならない。UVからFIRにわたるSEDモデルとしては、我々のモデル以外にも、現在、提案されているものがいくつかあるが、この星形成領域の集中度の換算は、化学進化によるダスト生成量を星形成率に関わる光度と連動させ、また、光学的厚さを正しく再現する輻射輸送を解く我々の手法ではじめて可能になった。
がん不均一性メカニズム解明に基づいた難治性癌の先進的治療開発

本研究は、幹細胞可視化システムによる難治性癌の不均一性分子基盤解析と、その臨床応用を目指した先進的治療開発という二つの視点を特徴とする。幹細胞可視化システムを用いた解析の結果、クロマチン動的変動の不均一性により癌幹細胞転移能が制御されていることを見出し(PloS One 2016)、様々な癌腫で特徴的なクロマチン・ヒストン制御異常のサブタイプ特異性を解明するため、Crisp/Cas9ゲノム編集技術による解析を進めた(J Hepatol 2017)。ヘテロクロマチン形成を制御するDAXXは膵神経内分泌腫瘍PNETの特異的変異遺伝子として報告されたが、分子生物学的意義を解明するためゲノム編集技術を用いてDAXX欠失ヒトPNET細胞を作成した。その結果、幹細胞遺伝子プロモーター領域のヒストンH3.3メチル化を介した発現制御機序が破綻し、癌幹細胞性・造腫瘍性を惹起することを見出した(Endocr Relat Cancer 2018)。ヒストン修飾因子KDM6Aは予後不良膵癌サブタイプに特徴的な変異遺伝子として報告されたが、我々はゲノム編集技術を用いてKDM6A欠失ヒト膵癌細胞を作成し、ヒストンアセチル化酵素p300による癌抑制遺伝子の阻害機序(COMPASS複合体)が破綻して癌幹細胞性・造腫瘍性を惹起すること、ヒストン脱アセチル化酵素HDAC阻害剤が特異的に著効することを見出し、サブタイプ特異的治療の可能性を明らかにした(Int J Cancer 2019)。さらにレンチウイルスベクターを用いた高効率ゲノム編集技術を新たに開発し、肝癌におけるロイシン欠乏性オートファジー因子DEPDC5(Sci Rep 2018)、胃癌におけるヒストン修飾因子PRMT6(Carcinogenesis 2019)など新規遺伝子異常メカニズムを解明し、分子サブタイプ特異的治療の開発へと展開している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。さらに生体内薬剤耐性化による幹細胞性獲得機序およびオートファジーを介した不均一性機序について解析している。本研究では幹細胞可視化システムを用いて、癌幹細胞と非癌幹細胞をそれぞれ抽出して遺伝子発現差を解析し、クロマチン免疫沈降法を用いて癌幹細胞特異的遺伝子がクロマチンbivalent状態から開放状態への動的変動によって発現制御されることを明らかにしている(Ito, Tanaka et al. PLosOne 2016)。さらにクロマチン制御に注目して、SWI/SNFクロマチンリモデリング複合体サブユニットARID2の遺伝子欠損ヒト肝癌をゲノム編集法によって作成し、ARID2変異による新たな発癌メカニズムを見出すことができた(Oba, Tanaka etal. J Hepatol, in press)。ARID2は肝癌特異的に変異が多く、予後不良と相関することが報告されており(Fujimoto et al. Nat Genet 2016)、本研究によってDNA修復異常や免疫チェックポイントを標的とした新規治療開発へと発展する結果が得られたことは当初の計画以上である。さらに生体内薬剤耐性化による幹細胞性獲得機序およびオートファジーを介した不均一性機序について解析を展開しており、基礎研究のみならず臨床治療への展開が期待できる画期的な成果が得られている。まず幹細胞可視化システムを用いた解析によって、癌幹細胞特異的な遺伝子発現がクロマチン動的変動の不均一性によって制御されていることを証明し、癌幹細胞の治療抵抗性可視化解析に応用した(Ito, Tanaka, et al. PLosOne 2016)。肝癌に対する化学療法はソラフェニブやレゴラフェニブなど抗血管新生療法が主体であるが、初期には治療が奏功しても腫瘍内不均一性から次第に治療抵抗性を獲得し、却って予後不良となることが多く、その対策は喫緊の臨床課題となっている。本研究では、抗血管新生剤に感受性が高いヒト肝癌細胞株をマウスに移植して血管新生阻害剤を投与し、残存した腫瘍片を次のマウスに継代移植して再び阻害剤投与を行うプロセスを12回繰り返し、生体内で治療抵抗性株を樹立した。その結果、DNA脱メチル化およびヒストンH3活性型修飾を伴うクロマチン動的変動によって幹細胞性を獲得し、生体内治療抵抗性となることを見出し、肝癌臨床検体の検証によってソラフェニブ抵抗性の新規バイオマーカーとなることを明らかにした(Ohata, Tanaka, et al. Mol Cancer Ther 2017)。さらにクロマチン動的変動の意義をCrisp/Cas9ゲノム編集法によって解析した。クロマチン再構築複合体サブユニットARID2が欠損したヒト肝癌細胞をゲノム編集にて作製した結果、DNA修復機構(ヌクレオチド除去修復)が破綻し高い造腫瘍性を獲得すること、臨床検体では高頻度腫瘍変異負荷(hypermutator phenotype)を呈することを解明した(Oba, Tanaka, et al. J Hepatol 2017)。現在レンチウイルスベクターを用いた高効率ゲノム編集技術を新たに開発し、肝・膵腫瘍の幹細胞性制御遺伝子のゲノム編集解析へと研究展開を進めている。本研究では幹細胞可視化システムを用いて、2つの重要な新規成果および技術開発が得られている。