hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シンプレクティック数値解法の開発と応用

シンプレティック数値解法に直接関係する研究として、無限自由度のHamilton系と考えられる非線形Schrodinger方程式を含む一連の偏微分方程式に対する(mixed variable)symplectic解法を開発した。1次の解法は「split-step擬Fourier法」として知られる既知のものである。高次の陽的解法も簡単に構成でき高速で高精度の数値計算を可能にすることを確認した(佐々、吉田)。また関連する種々の問題において、以下の結果を得た。1.微分ガロア理論によるハミルトン系の積分可能性の新しい必要条件を得、経験的な特異点解析の有効性を初めて正当化した(吉田)。2.平面における滑らかな写像群において、ホモクリニック点とヘテロクリニック点の出現の順序に対する一般的な規則を見いだした。(谷川、山口)。3.標準写像におけるKAM曲線の滑らかさについて、マルチフラクタルの考察から新たな知見を得た(山口、谷川)。N体問題に代表されるHamilton系H=T(p)+V(q)を数値積分する最も原始的,かつ単純なスキームはオイラー法であるが,オイラー法では相空間の面積要素(symplectic 2-form)が一般に保存されずt=0の(q,p)からt=tの(q′,p′)への変換が正準変換とはならない.そして,保存すべきエネルギー値の誤差がsecularに増大し,長時間の数値計算の結果の信頼性を失わせる.この事情は局所的な誤差を小さくするRunge-Kutta型の積分法,および従来の多段型の積分法においても同様である.シンプレクティック数値解法は(q,p)から(q′,p′)への変換が厳密に正準変換(シンプレクティック変換)となるように設計された積分法である.シンプレクティック数値解法に対して今年度我々は次の点を明らかにした.1:ケプラー運動などの積分可能系においてはハミルトニアン以外の保存量が存在するが,これらが数値解法によってよく保存されるかが問題となる.この保存量に対する形式的なべき級数を,1次のシンプレクティック解法に対して求めた.高次の解法については未解決である.2.Symplectic Integratorの応用において一つのネックとなっていた可変時間ステップにおいて,Hut etal(1993)によって示唆されたように,時間ステップをスキーム全体の可逆性を保つように決定すればエネルギーの誤差に長年的な誤差が現れないことを確認した.シンプレティック数値解法に直接関係する研究として、無限自由度のHamilton系と考えられる非線形Schrodinger方程式を含む一連の偏微分方程式に対する(mixed variable)symplectic解法を開発した。(谷川、山口)。N体問題に代表されるHamilton系H=T(p)+V(q)を数値積分する最も原始的,かつ単純なスキームはオイラー法であるが,オイラー法では相空間の面積要素(symplectic2-form)が一般に保存されずt=0の(q,p)からt=tの(q',p')への変換が正準変換とはならない.そして,保存すべきエネルギー値の誤差がsecularに増大し,長時間の数値計算の結果の信頼性を失わせる.この事情は局所的な誤差を小さくするRunge-Kutta型の積分法,および従来の多段型の積分法においても同様である.シンプレクティック数値解決は(q,p)から(q',p')への変換が厳密に正準変換(シンプレクティック変換)となるように設計された積分法である.このシンプレクティック数値解法に関連して今年度以下の成果を得た.無限自由度のHamilton系と考えられる非線形Schrodinger方程式を含む一連の偏微分方程式に対する(mixed variable)symplectic解法を開発した.1次の解決は「split-step擬Fourier法」として知られる既知のものである.高次の陽的解法も簡単に構成でき高速で高精度の数値計算を可能にしている.シンプレクティック数値解法に直接関係する研究としては無限自由度のHamilton系と考えられる非線形Schrodinger方程式を含む一連の偏微分方程式に対する(mixed variable) symplectic解法を開発した.1次の解法は「split-step擬Fourier法」として知られる既知のものである.高次の陽的解法も簡単に構成でき高速で高精度の数値計算を可能にしている.またシンプレクティック数値解法には直接関係は無いが,以下の種々の結果を得た.1)微分ガロア理論によるハミルトン系の積分可能性の新しい必要条件を得,経験的な特異点解析の有効性を初めて正当化した.2)平面における滑らかな写像群において,ホモクリニック点とヘテロクリニック点の出現の順序に対する一般的な規則を見いだした.3)標準写像におけるKAM曲線の滑らかさについて,マルチフラクタルの考察から新たな知見を得た.
染色体特異的にクラスターを形成しているトラップジーン（CSCT）の解析

我々は染色体特異的にクラスターを形成しているトラップ領域(CSCT)を発見した。ゲノム編集技術を用いてCSCT13領域全体(1.6 Mbp)を欠損したクローン(ΔCSCT13)を得ることができ、このES細胞からマウスラインを樹立することができた。ホモ接合体同士の交配で得られる産仔は極端に少なく、また、減数分裂時の染色体相同組換えへの影響評価を行ったところ、1Mbpあたりの組換え率は、CSCT13を欠損すると、CSCT13を含む領域では減少し、その周辺の領域では上昇した。本研究より、CSCT13は初期発生及び減数分裂時の染色体相同組換えに関与している可能性が示唆された。我々は、『可変型遺伝子トラップ法』を開発し、データベース『EGTC』(Databese for the Exchangeable Gene Trap Clones)を全世界に公開している。トラップした遺伝子のアノテーションを行う過程において、染色体特異的にクラスターを形成している新規遺伝子(Chromosome Specific Clustered Trap gene: CSCT)を発見した。プロモータートラップシステムなので、これらのクラスター遺伝子は少なくともES細胞で発現していることが分かる。本研究の目的は、染色体特異的にクラスターを形成しているトラップジーンに関して、クラスター全体を欠損したES細胞を作製してin vitroの解析を行うと同時に、キメラマウスを作製してノックアウトマウスラインを樹立し、個体レベルの表現型解析を行い、これらの新しい遺伝子群の生理機能を明らかにすることである。EGTCに登録しているトラップクローンの中に、染色体特異的なクラスター遺伝子をトラップしているものは少なくとも39クローン(10遺伝子)存在する。本研究においては、クラスター中に含まれるRefSeqの数が最も少ないAyu21-B145 (CSCT9)に焦点を絞り、解析を行う。CSCT9は、マウス13番染色体上の約1.6 Mbpの範囲に全て収まっているので、その領域を全て欠損させる。当初はクラスター領域の上流側と下流側にそれぞれloxP配列をジーンターゲッティング技術でノックインする予定だったが、最近急速に発展しているゲノム編集技術を用いて、一気に欠損させる事にした。また、クラスター内に存在するRefSeq遺伝子、および外側で隣接している遺伝子の、ES細胞における発現をチェックした。我々は、「可変型遺伝子トラップ法」を開発し、データベース「EGTC」(Database for the Exchangeable Gene Trap Clones)を全世界に公開している。トラップした遺伝子のアノテーションを行う過程において、染色体特異的にクラスターを形成している遺伝子(Chromosome Specific Clustered Trap region: CSCT)を発見した。本研究の目的は、トラップクローンの解析により明らかになった特殊な構造を示す領域を欠損させたマウスラインを樹立し、その個体レベルの表現型を解析し、生理機能を明らかにすることである。EGTCに登録しているトラップクローンの中に、染色体特異的なクラスター遺伝子をトラップしているものは少なくとも27クローン(領域としては4種類)存在する。本研究においては、クラスター中に含まれるRefSeqの数が最も少ない、Ayu21-B145 (CSCT13)に焦点を絞り、解析を進めている。CSCT13は、マウス13番染色体上の約1.6 Mbpの領域に全て納まっているので、ゲノム編集技術を用いて1.6 Mbpを欠損させたES細胞株を作製した。このES細胞株を用いてキメラマウスを作製し、マウスラインを樹立した。このCSCT13を欠損したマウスラインにおいてヘテロ接合体同士の交配を行ったところ、まだプレリミナリーな結果であるが、ほぼメンデル則に従ってホモ接合体を得ることができた。現在、詳細な表現型解析をスタートしたところである。我々は可変型遺伝子トラップ法を開発し、データベース『EGTC』を全世界に公開している。そのトラップした遺伝子のアノテーションを行う過程において、染色体特異的にクラスターを形成しているトラップ領域(Chromosome Specific Clustered Trap region ; CSCT)を発見した。EGTCに登録しているCSCTをトラップしているクローンは39クローンあり、染色体順にCSCT2・CSCT4・CSCT12・CSCT13が存在する。これらのトラップクローンはクラスターの中の1個を破壊しているだけで、その遺伝子の機能をつぶしているとは考えられない。そこで本研究では、クラスター領域全体を除去することで、CSCTの生体内における機能解析を行うことにした。しかし、クラスター全体を除去するということは、その領域内に存在する他の遺伝子の影響も考慮する必要がある。そのため、領域内に存在する遺伝子が最も少ないCSCT13に焦点を絞った。平成26年度までにゲノム編集技術を用いてCSCT13領域全体(1.6 Mbp)を欠損したクローン(ΔCSCT13)を得ることができ、このES細胞からマウスラインを樹立することができた。平成27年度は、このマウスラインの表現型解析を行った。ホモ接合体マウスにおいて一見して分かる明らかな異常は見られなかった。しかし、ホモ接合体同士の交配で得られる産仔は極端に少なかった。また、減数分裂時の染色体相同組換えへの影響評価を行ったところ、1Mbpあたりの組換え率は、CSCT13を欠損すると、CSCT13を含む領域では減少した。興味深いことに、周辺の領域の組換え効率は逆に2倍以上の上昇を示した。本研究より、CSCT13は初期発生及び減数分裂時の染色体組換えに関与している可能性が示唆された。

我々は染色体特異的にクラスターを形成しているトラップ領域(CSCT)を発見した。ゲノム編集技術を用いてCSCT13領域全体(1.6 Mbp)を欠損したクローン(ΔCSCT13)を得ることができ、このES細胞からマウスラインを樹立することができた。ホモ接合体同士の交配で得られる産仔は極端に少なく、また、減数分裂時の染色体相同組換えへの影響評価を行ったところ、1Mbpあたりの組換え率は、CSCT13を欠損すると、CSCT13を含む領域では減少し、その周辺の領域では上昇した。本研究より、CSCT13は初期発生及び減数分裂時の染色体相同組換えに関与している可能性が示唆された。ゲノム編集技術の中のCRISPR/Cas9 Systemを用いて、CSCT13領域全体(約1.6 Mbp)を欠損したES細胞株の作製に成功した。得られたES細胞株を用いてキメラマウスを作製し、マウスラインを樹立した。EGTCではプロモータートラップを行っており、トラップされた遺伝子は少なくともES細胞で発現していることが分かる。従って、発生初期に働く遺伝子がトラップされることも多い。当初、CSCT13ノックアウトマウス(ホモ接合体)は正常に生まれてこない可能性が高いと予想し、発生のどの段階で異常が起きるのかを調べ、その原因を追求することで生理機能の解析を行う予定であった。また、レスキュー実験も想定していた。しかしながら、驚くべきことに、ヘテロ接合体同士の交配を行ったところ、メンデル則にほぼ従う形でホモ接合体の産仔を得ることができた。現在、得られたホモ接合体マウスに異常が無いか、解析を始めたところである。実験動物学クラスターを形成している個々の遺伝子ではなく、染色体特異的にクラスターを形成している遺伝子が存在する領域を重視して、CSCTの名称及び定義を再検討した。名称には領域が存在する染色体の番号を入れることにした。当初クラスターを形成している遺伝子を10個(旧CSCT1CSCT10)リストアップしていたのだが、2番染色体上に存在する旧CSCT1と旧CSCT2は領域が重なっていたのでひとつにまとめてCSCT2とした。また、4番染色体上に存在する旧CSCT3、旧CSCT4、旧CSCT5及び旧CSCT6は、配列は違うのだが領域としては重なっているのでCSCT4としてひとつにまとめた。12番染色体上の旧CSCT7はCSCT12と呼ぶことにした。旧CSCT8については、改めてBLAT Searchをやり直した結果、クラスターと呼ぶにはコピー数が少なかったのでリストから外すことにした。旧CSCT9は13番染色体上に存在するのでCSCT13と呼ぶことにした。
トリミエマ原虫共生系を用いた細胞内共生研究モデルの構築

本研究では、メタン生成アーキアと機能未知の真正細菌共生体の2つの共生体を細胞内に保持するトリミエマ原虫を細胞内共生研究のモデルとすべく、共生体の機能推定やゲノム解析に取り組んでいる。昨年度までの研究により、真正細菌共生体TC1のドラフトゲノムを得ることに成功していることから、今年度は、これらの完全長ゲノム解読を進めるとともに、ドラフトゲノムの情報から当該共生体のゲノムの特徴や基本的代謝系の推定を行った。完全長ゲノム解読への取り組みとしては、抽出ゲノムならびにphi29 DNA polymeraseによるゲノム増幅産物を用いたPacBio RSによるシーケンスを実施した。しかしながら、ゲノム増幅産物では、多数存在する内部のリピート配列が集中的に増幅されコンティグのscaffoldingを改善することはできなかった。また、抽出ゲノムについても、高いATバイアスによると思われる断片化が著しく、長い配列(>3kb)の取得には至らなかった。この点については改善して再度シーケンスを実施する予定である。ドラフトゲノムの解析では、本共生体の推定ゲノムサイズは約1.6 Mbであり、35 kb程度のプラスミドを保持していることが明らかとなった。また、2200余りのCDSの内、約半数がORFの分断や末端の欠損等によりシュードジーン化しており、本共生体が著しいゲノム縮退の過程にあることが示された。また、基本的代謝系の推定ではピルビン酸等の嫌気的代謝を行っている可能性が考えられた。共生体の宿主への寄与としては、リポ酸あるいはリポプロテインの合成と供給がひとつの候補として考えられた。今年度はこの他に、TC1を保持する野生株と、抗生物質処理により共生体を除去した株の比較RNAにも着手し、イルミナの出力データを解析中である。25年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は、機能未知の真正細菌共生体TC1のゲノム解析に注力して研究を行った。トリミエマ原虫は餌として乳酸菌を細胞内に取り込む他、原虫の大核ゲノムの量が非常に多いことから、共生体のゲノムを解析するためには、これらを純度良く精製する必要がある。そこで、原虫を事前に飢餓状態に置いて細胞内の乳酸菌を消化させた上で、遠心分画の条件検討を行った。その結果、パーコールを用いた不連続密度勾配遠心法を用いる事で、共生体をほぼ純粋に精製することができた。この画分よりゲノム抽出を行い、約200ngのゲノムDNAを調製することができた。このゲノムDNAを直接、またはゲノム増幅を介して、ギガシーケンサー(ロシュGS Jr.ならびにイルミナMiSeq)でのショットガンゲノムシーケンスを実施した。その結果、リピート領域の問題等によりcompleteまでは至っていないものの、コンティグ数106、最大長約100kbの配列を決める事ができた。このデータより、本共生体の推定ゲノムサイズは約1.6Mbであり、34kb程度のプラスミドを保持していることが明らかとなった。また、平均GC含量は35%程度で、他の細胞内共生体の例と同じくゲノムにATバイアスがかかっていることも示された。今年度の目標は真正細菌共生体のゲノム解析であり、完全には決定されていないものの、27xのカバー率から考えて遺伝子情報自体はほぼ全て入手することができたと思われる。また、コンタミネーションの少ないゲノム調製法が確立された点も大きく、今後シーケンスを追加するなどの努力で完全長の決定に至ると考えられる。

今後はまず第一に、完全長配列を得るための取り組みを重点的に進める。具体的には、異なるアセンブラーによる解析やリピート領域の処理等、インフォマティクス的な改良により完全長配列の復元を目指す。それと同時に、スキャッホールド形成を目的として、PacBio RS等のロングリードが可能なシーケンサーによる解析も試みる。完全長配列が得られない場合においても、イルミナのリードを用いてホモポリマーの補正を行った後に、遺伝子のコード状況について検討を行う。その上で、共生の鍵になる機能性をゲノム情報から探し出し、それらの発現や機能性の確認を実験的に検証していく予定である。25年度が最終年度であるため、記入しない。
間欠的および持続的酸素濃度操作による多能性幹細胞の特質改変法の開発

細胞に対する新たな低酸素曝露装置を自主開発し、間欠的もしくは持続的低酸素状態を作成可能になった。BEADS-2B細胞において、間欠的低酸素が細胞の損傷修復を阻害することを示した。当初、多能性幹細胞の特質改変法の開発を目指したが、申請時に保有していた低酸素曝露装置では再現性に乏しく新たな装置を開発する必要があり、多能性幹細胞の樹立にも時間がかかり十分な細胞数確保が困難であったため、申請時の研究目標を達成することは困難であった。間欠的低酸素血症が生体内でみられる睡眠時無呼吸症候群の臨床研究を通して、間欠的低酸素の新規バイオマーカーを探索し、間欠的低酸素と高血圧症、脂質代謝、眠気の関連を検討した。先に我々が用いた液相法による細胞実験用の低酸素曝露装置は、低酸素化に要する時間が長く、また実際に細胞を用いた場合、安定した間歇的低酸素曝露が困難であった。そのため新たに気相法による細胞実験用の低酸素曝露装置を自主開発し、実験系の条件検討を行った。これにより溶媒液体中の酸素分圧を30-80 Torrの安定した1時間に8回程度の間欠的低酸素状態、もしくは持続的低酸素状態を作り出すことが可能になった。HeLa細胞を用いた予備実験では、間欠的低酸素暴露によりNF-κBの下流に位置するTNF-αの誘導を、持続的低酸素暴露によりHypoxia inducible factor-1(HIF-1)とその下流のvascular endothelial growth factor (VEGF)の誘導を認め、既報との整合性と実験系の妥当性を確認した。次に、睡眠時無呼吸と関連する病態の解明を目的として脂肪細胞の細胞系列である3T3-L1細胞を用いて間歇的低酸素暴露実験を試みた。しかし、この段階で実験に使用する細胞により培養液中の低酸素条件が大きく異なることが判明した。そのためTE-671細胞などを用いて実験条件を検討し、分化安定した細胞系列であれば認容範囲内で曝露条件を安定させることが可能であることを確認した。現在は、睡眠時無呼吸と関連の指摘されているリポカリン型プロスタグランジンD2合成酵素(L-PGDS)を産生する細胞系列を用いた実験を継続中である2012年度の時点で再現性のある細胞実験を続けるためには低酸素曝露実験装置の再開発が不可欠となり、新装置の製作、条件検討に時間を要した。新たな装置の製作後も実験に用いる細胞系列はある程度安定したものに限定され、また細胞系列ごとに校正する必要があった。iPS細胞樹立自体にも時間がかかり、培養効率が悪いために頻回の実験に利用できるような十分な細胞数確保が困難であった。このため、iPS細胞に対する低酸素曝露実験にまで進むことはできなかった。上記の理由により、間欠的低酸素の細胞の分化増殖に間欠的および持続的低酸素曝露が与える影響を検討するために、気道上皮細胞(BEAS-2B)の傷害/治癒モデルを用いて、低酸素曝露実験を行った。実験に使用する細胞により培養液中の低酸素条件が大きく異なるため、BEAS-2B細胞における実験条件を検討し、再現性を確認した。間欠的低酸素曝露では,持続的低酸素に比べて気道上皮の傷害からの治癒過程が有意に阻害された。この過程は,抗酸化剤の一つである,N-アセチル-L-システインを用いても完全には改善されなかった。また、この系によって得られた知見を睡眠時無呼吸の低酸素が肝の脂肪化、肝酵素上昇に関連するとの臨床研究の病因論として展開した。従来の我々が保持していた液相法による細胞への低酸素曝露では、液相内の低酸素を実験目標値に持っていくまで最低15分程度かかり、1時間に3回程度の間欠的低酸素状態を作成することしかできなかった。そのため、気相法による細胞に対する新たな低酸素曝露装置を自主開発し、実験系の条件検討を行った。溶媒液体中の酸素分圧を30-80 Torrの安定した1時間に8回程度の間欠的低酸素状態、もしくは持続的低酸素状態を作り出すことが可能になった。HeLa細胞を用いた予備実験を行い、間欠的低酸素でNF-κBの下流にあるTNF-αの誘導を認め、持続的低酸素状態において、Hypoxia inducible factor-1(HIF-1)の誘導とその下流のvascular endothelial growthfactor(VEGF)の誘導を認めた。この結果により、既報と同様に間欠的低酸素曝露と持続的低酸素曝露では異なる経路の遺伝子が誘導されることを確認した。

当初の研究計画では、iPS細胞を用いて、間欠的低酸素曝露実験を行い、iPS細胞の間欠的低酸素、持続的低酸素下での分化の状態を観察、制御する予定であったが、iPS細胞作成への影響やiPS細胞そのものへの影響を検討するためには、複数のセルラインで更なる条件検討を行う必要があるとの結論に至り、TE-671細胞やHUVEC細胞を用いた低酸素曝露実験を継続中である。この細胞実験の結果を、Tanizawa K, Chin K: Effects of intermittent hypoxia on several parameters for cardiovascular risk factorsという題目でWorld Sleep 2011のシンポジウムにおいて発表した。HeLa細胞を用いた予備実験で、既有の装置では安定した間欠的低酸素条件を再現することが困難であると判明し、実験装置の原理から見直す必要に迫られた。そのため液相式に代わり新たに気相式の低酸素曝露装置を作成し、混合ガスを用いて安定した間欠的低酸素条件を実現した。次に3T3-L1細胞を用いた間歇的低酸素暴露実験を試みた。3T3-L1細胞を分化誘導させて間歇的低酸素曝露実験に使用できる大きな細胞シートを安定して得られるまでに約2ヶ月を要した。しかしながら実験に3T3-L1細胞を用いると間歇的低酸素暴露により培養液中が持続的低酸素状態となり、間歇的低酸素が実現しないことが判明した。酸素条件が細胞系列により変化するためと考えられ、実験に使用する細胞系列ごとに実験条件を校正するところから始める必要性が判明した。この過程でTE-671細胞などを用いて検討したところ、曝露条件は分化安定した細胞系列であれば認容範囲内で安定させることが可能と考えられた。一方、未分化のiPS細胞を用いる場合は条件をより厳密にするため、複数の細胞系列を用いてデータ収集中である。また、睡眠時無呼吸の関連病態について基礎的データを得ることを主目的として、すでに樹立された細胞系列を用いての実験を継続・検討中である。当初は当講座に既有の自主開発した低酸素曝露装置(以下「1号機」)を用いて、多能性幹細胞(iPS細胞)に対する低酸素曝露実験を予定していた。ところが、HeLa細胞を用いた予備実験を繰り返したところ、既有の装置では安定した間欠的低酸素条件を再現することが困難であると判明した。細胞に対する間欠的低酸素曝露実験には幾つかの既報があるが、実験系として確立されたものはなく、実験条件もまちまちである。このため、既報を参考に新たな低酸素曝露装置(以下「2号機」)を再度自主開発する必要に迫られ、約4月間の時間を要した。2号機では1号機と異なり混合ガスを用いて間欠的低酸素を実現している。低酸素曝露された細胞の液体培地内において至適な低酸素状態が実現されるように条件検討を繰り返し、HeLa細胞を用いた予備実験において、既報と同様の結果が得られた。しかしながら、iPS細胞作成への影響やiPS細胞そのものへの影響を検討するためには、複数のセルラインで更なる条件検討を行う必要があるとの結論に至り、TE-671細胞やHUVEC細胞を用いた低酸素曝露実験を継続中である。前述のように気相式実験装置は液相式に比べ安定した間歇的低酸素暴露を実現しているが、実験に用いる細胞系列はある程度安定したものに限定され、また細胞系列ごとに校正する必要がある。細胞系列ごとの実験条件を定めることは可能と考えており、睡眠時無呼吸との関連を指摘されているリポカリン型プロスタグランジンD2合成酵素(L-PGDS)の産生細胞やグレリン分泌細胞などを用いて、睡眠時無呼吸が関連病態に及ぼす影響について基礎的検討を加える。
メディカル用超高感度イオン選択性オプト-ドの開発と応用

オプティカルケミカルセンサーは、光検出によって化学物質を測定するデバイスであり、オプト-ドとも呼ばれる。近年、光検出を利用する化学センサーの開発が盛んであり、実用面からは、より高感度のセンサーが望まれている。本研究ではまず、新規に設計・合成したニュートラルイオノフォアに基づく、低損失光ファイバー型イオン選択性オプト-ドの開発を行った。ここでは、応答のモデル化と、応答プロファイルのシミュレーションによって、応答機構の理論的解析を行い、実験データと理論式からのシミュレーションデータのよい一致を得た。またポリマー光ファイバーの伝送損失を抑えることによる高感度化にも成功した。ここではこのようなセンサーを最大限に活用するために、フローシステムを用いた目的物質検出の新しい方法論として、Rapid Flow-through Analysis(RFA)という名称の分析法を提案した。これは、ランベルト-ベール則、フィックの拡散法則から導いた理論応答式から得られるオプト-ドの理論応答を、pH及びナトリウムイオンオプト-ドの実験値を用いて最適式化することで、迅速な分析(RFA)と、高感度で高選択性のオプト-ド検出の両方の利点を合わせ持つ分析法を確立した。次に、新規の高感度なイオン検出デバイスの一つとしてアクティブ光導波路センサーを考案した。これは従来型の導波路センサーのように導波路を光の伝搬層としてのみ用いるのではなく、イオノフォアと脂溶性色素を導波路中に包括させることによって、導波路それ自身を分子認識及び情報変換層としても機能させるものである。この導波路センサーは小型でも超高感度を得ることができるメリットがある。ここでは、ナトリウム及びカルシウムイオノフォアに基づく新規アクティブ光導波路イオンセンサーを試作し、その応答感度を従来型の導波路センサーと比較したところ、10倍以上の高感度化を示すセンサーの開発に成功した。鈴木と山本は、高性能イオンセンサーのイオン感応物質とする優れたマグネシウムイオン選択性のイオノホア分子を得るための分子設計として、マロン酸ジアミド構造を有する数種の化合物についての分子メカニクス計算を行った。その結果、マロン酸ジアミド2分子でマグネシウムイオンを的確に配位結合させられる構造があることがわかった。この結果から、弱い配位場としてのアザクラウン環を有し、マロン酸ジアミドを含む2つの側鎖をもつ化合物を十数種化学結合した。これらの化合物のマウネシウムイオンとの配位能を調べるため、志智と山森は溶媒抽出法とNMR分光法を用いて測定を行ったところ、アダマンチル基のような嵩高い側鎖をもつマロン酸ジアミド誘導体が、マグネシウムイオノホアとして適していることを明らかにした。一方、小池は可視部全体において高透明性を保ったプラスチック光ファイバーを開発した。これを受けて小池と鈴木は、多検体迅速分析が可能なフローセル型の光ファイバーセンサーを試作した。この場合、試作したセンサーの基礎特性を調べ、センサー構造を最適化するために、プロトン脱着型色素を化学結合させたセンサー膜を新たに開発して実験を行った。この場合、センサー構造の検討と同時にフローセル型センサーの応答理論を定式化し、新たな溶液迅速分析法(RFA)を提案した。このセンサーの再現性は極めて良好であり、今後多種のイオンセンサーを作製するうえでのモデルとすることができた。また、RFAの開発により、微量試料の正確な測定の方法論が確立できた。超高感度のイオン選択性オプト-ドプローブの一つとして、従来から用いられている光導波路型化学センサーとは異なる形式の高感度な新規ポリマー薄膜光導波路型化学センサーを開発した。従来の導波路型センサーは、単に平板光導波路上にセンサー膜を張り合わせており、表層付近のエバネッセント波の光吸収のみをモニターすることになるので、原理的に感度は低い。

しかし、本研究で開発したものは、光導波路自体をセンシング層として用いるため、センシング感度が極端に高い。ここでは、この光導波路型化学センサーの一例として、ニュートラルイオノフォアと変色性色素に基づく高選択的かつ高感度なイオン選択性オプト-ドを開発した。このセンサーのイオン感応膜は、ニュートラルイオノフォアと脂溶性色素を含む可塑化PVC膜であり、これをスピンキャストによってパイレックスガラス上に成膜し、導波路とした。この可塑化PVC光導波路にサンプル溶液を滴下し、色素の最大吸収波長に近いアルゴンイオンレーザー(488nm)をプリズムカプラーを用いて入射させ、PVC膜中を導波してから出射される光の光量をパワーメーターを用いて検出した。また、比較のため、同じ伝播距離を持つ従来型のエバネッセント波吸収方式のセンサーも作製し、感度の比較を行った。可塑化PVC光導波路センサー及び、スパッタリングによって作製したCorning7059光導波路上に、同じ可塑化PVC膜を成膜したエバネッセント波吸収型の光導波路センサーを用いた場合のナトリウムイオンへの応答曲線を比較したところ、明らかに可塑化PVC光導波路センサーの方が高感度であることがわかった。このイオンセンサーは感応物質として使用するイオノフォアの選択によって異なるイオンの選択的検出が可能である。このような形式の光センサーはセンサー部面積を減らすことでさらに小型化が可能である。
南部アフリカ3ヵ国における小規模農家レベルでの畜産振興を妨げる要因の研究

南部アフリカ地域の最貧国であるザンビア、マラウイ、タンザニアの3カ国の小規模農家を対象に、農民、政府畜産局、研究者のさまざまな視点から畜産振興を妨げている要因を総合的に把握・分析し、実現可能な対策を提示することを目的とした研究課題である。ザンビア大学、マラウイ大学、ソコイネ農業大学と協力し現地調査を実施した。その結果、1)農民自身が畜産データを記録する"気づき"追求型普及活動による管理方法の改善(ザンビア);2)家畜の品種改良を自国で持続的に行うための人的設備的投資(マラウイ)、3)農家レベルも考慮した国家レベルでの家畜衛生情報システムの改善(タンザニア)が、各国の重要課題として提起された。一方、日本人研究者は貧困緩和と開発の視点から小規模畜産の重要性について議論し、福田は具体的な家畜(ホロホロ鳥とカシミヤ山羊)の導入について提案した。一方、海外共同研究者による報告書は教科書として使えるように単独の副読本として印刷され、3カ国へ郵送された。また、2名の海外研究協力書を日本へ招聘し、セミナーを開催し、アフリカ畜産に関する国内における情報普及にも努めた。さらに、ザンビアに関してはJICA畜産普及プロジェクトで、マラウイではJICA国内畜産研修プログラムとして、具体的な開発事業に研究成果が活かされている。小規模酪農の振興は貧農の生活向上に役立つことが確認できたが、疾病予防など克服しがたい陰性の要因も多く、この課題のようなマクロ的視野からの研究だけでは具体的な解決策が提案できないことを再認識した。そこで、3年目は、研究成果を活かす方策としてケニア国内の限定された地域を選び、かつ、大学などの研究機関だけはなく、貧困緩和をテーマとしている国際研究機関(ILRI)および現場のNGOとも協力して「食の安全」を基盤とした総合的な酪農振興プロジェクトを計画した。現在、その実現のための準備を進めている。代表者の門平は、平成15年8月は分担者の福田と、平成16年1月は研究協力者の長谷川(京都大学大学院生、文化人類学専攻、タンザニアのみ)と共に、対象国である3ヵ国を、計2回訪問し現地調査をおこなった。平成15年11月は他の研究目的でザンビアへ行く機会があったので、科研関連の調査も実施した。初年度は、文献や農家など関係者からの情報収集に基づく現状の問題分析が目的であった。よって、ザンビアでは、学部生と大学院生の未発表の論文などを中心とした文献などの情報収集や、獣医助手など政府職員の協力も得て、農民の訓練を兼ねての、農民によるデータ収集を実施している(来年8月まで継続)。また、マラウイでは、海外共同研究者が全国をまわり(代表者も一部に参加)、畜産関系者から口頭で情報収集をしたので、後日、調査報告書としてまとめられる。来年度は、ステイクホールダーを招いて、この調査結果に関する報告会を開催する予定である。実践可能な畜産開発プロジェクト形成が目的の研究課題であるので、ドナーの参加が期待されている。タンザニアでは、海外共同研究者らが現状分析に目的をおいた報告書を作成中である。この分析結果にもとづき重要課題を特定し、この課題に焦点を合わせた研究テーマが決定する。また、長谷川は「タンザニア・ドドマ州農村における階層構造の動向-人々の牧畜への関わりかたの多様化をめぐって-」と題したセミナーを開催し、タンザニア・ドドマ州における一農村の事例研究から、農村社会内部の経済的格差(階層)の実態を紹介し、その動態について検討した。この結果は、論文(英文)として発表する予定である。最後に日本側での作業であるが、3ヵ国でこれまで蓄積された研究活動情報(上記の文献など)をまとめ、データベース化する作業を開始した。

これら3ヵ国内ではもちろんのこと、外部の研究者へもこのデータベースを提供することで、研究の重複が避けられるなど様々な利点があると考えている。代表者の門平は、7月にミシンガン州立大学で開催された国際学会へ出席し情報収集に努め、8月は、ザンビア、マラウイ、タンザニアを訪問し、海外研究協力者と進捗状況に関して打ち合わせし、フィールド調査も行った。12月には名大大学院国際開発研究科助教授の伊東早苗氏(社会学、農村開発)と門平がマラウイ、ザンビアを訪問し、畜産振興と農村の変化などをテーマに海外共同研究者も交えて議論した。1月には分担者の和崎がタンザニアを訪問し多様な牧畜社会についての調査を行い、昨年の長谷川の調査結果も含めて総合的な分析をする。3月には門平がスウェーデン農業大学のウプサラ(本校)とスカラ分校にて小規模農家レベルでの畜産振興をテーマに意見交換し今後の連携について探った。海外招聘として、7月に共同研究者であるマラウイ大学農学部のMfitilodge助教授を2週間招き、研究テーマに関するセミナーを開催し、大学、JICAなど関係機関を訪問した。帰国後マラウイでは、招聘の成果に関するセミナーを開催(政府関係者も含めて50名ほどの参加者)しヽその結果として、現在、国レベルの畜産振興プロジェクトの形成中であり、JICAとも密に連携をとっている。海外研究協力者側の成果としては、ザンビアで集められた論文などの文献調査結果を電子化し、タンザニアとマラウイの共同研究者へ配布した。タンザニアとマラウイでは現在同様の文献調査中である。ザンビアでの農民によるデータ収集活動は予定どおりに終了し、データ分析と記録した農民自身へのインパクト調査中である。タンザニアでは獣医畜産サービス、普及に関する論文を作成し投稿中であり、マラウイは全国レベルの調査結果(農民レベルでのニーズ調査)を報告書としてまとめた。また研究補助を雇用し、畜産・獣医分野におけるJICAプロジェクト実施例についても調査した。このように、2年目は現地での調査活動など各種機関との連携も含め、多様性のある調査研究活動を展開した。最終年に向けて、(1)日本人研究者間では、貧困緩和に焦点をあて総合的に報告論文をまとめること、また(2)海外研究協力者とは、調査研究結果を南部アフリカ3ヶ国の大学で教育に活用できるようにすることで合意が取れている。最終年度を迎え、7月に分担者や研究協力者ら関係者を帯広畜産大学(研究代表者の新所属先)に招き、オープンフォーラムを開催した。テーマは「アフリカのアグリ・カルチャー-ヒトと家畜と環境-」とし、この研究の総括のための報告会とした。特別講師として、ザンビア大学農学部長であり、海外共同研究者でもあるルング女史を日本へ招聘した。マラウイ、タンザニア、ザンビア3カ国を対象とした研究成果を生かすための布石として、シリアやモンゴルなどで遊牧民を対象とした畜産関連研究に携わってきた平田助教授(研究協力者、帯畜大)とともにケニアを訪問した。この研究においても、小規模酪農の振興は貧農の生活向上に役立つことが確認できたが、疾病予防など克服しがたい陰性の要因も多く、マクロ的視野からの研究だけでは具体的な解決策が提案できないことを再認識した。
日本統治下の朝鮮における風俗営業と女性売買システムの展開過程に関する研究

本研究では、第2次世界大戦前、植民地朝鮮をはじめとする日本帝国の支配地域に展開していた朝鮮人風俗営業の実態を把握するために、まず朝鮮で発行されていた朝鮮語紙『東亜日報』『朝鮮日報』『中央日報』『毎日申報』や、大連の日本語紙『満州日日新聞』『満州日報』などから、朝鮮や中国東北地方における、朝鮮人風俗営業・女性売買に関連する記事を収集することにつとめた。また国立国会図書館憲政資料室・法令議会資料室、外務省外交史料館、防衛庁防衛研究図書室、東洋文庫、大阪府立中央図書館、京都大学附属図書館・人文科学研究所、大阪市立大学学術情報総合センター、神戸大学附属図書館・経済経営研究所、東京大学東洋文化研究所・法学部図書館、および台湾の国立中央図書館台湾分館などに所蔵されている刊行・未刊行資料を調査し、関東州や「満州」駐在の日本領事館、「満州国」、台湾、サハリンなどにおける公娼制度・風俗営業関連の法令資料や統計などを収集した。このような調査によって、日露戦争期の軍と「売買春」の関係、日露戦後の「満州」における公娼制度の確立過程と朝鮮人風俗営業の動向、植民地台湾における公娼制度の内容と朝鮮人風俗営業の数的変遷などを把握することができた。以上の研究成果の一端は、京都大学現代史研究会大会(1997年7月)、韓国・釜山大学校韓国民族文化研究所主催の国際学術大会「東アジアの中の韓・日関係」(1997年11月)、近現代東北アジア地域史研究会第9回大会(1999年12月)、および京都大学人文科学研究所共同研究「日本の植民地支配ー朝鮮と台湾ー」班の例会などで報告した。本年度は基礎調査として、植民地期の朝鮮で発行されていた『東亜日報』『朝鮮日報』『中央日報』『毎日申報』などの新聞や、大連の日本語紙『満州日日新聞』から、「満州」での朝鮮人風俗営業・女性売買に関連する記事を収集した。また外務省外交史料館・防衛庁防衛研究所図書室などに所蔵されている、非公開史料の調査にもつとめた。とくに本年度は、日露戦争期の軍隊と「売買春」の関係、日露戦後の「満州」における公娼制度の確立過程に焦点をしぼって分析を進めた。この時期の朝鮮における日本軍の行動については『駐韓日本公使館記録』などを参考資料として活用した。以上の成果の一端は、1997年7月27日の京都大学現代史研究会大会で「『満州』における日本型公娼制度の移植と朝鮮人『接客婦』」という題目で報告し、さらに11月14日には、韓国・釜山大学校韓国民族文化研究所主催の国際学術大会「東アジアの中の韓・日関係」において、「植民地時期韓国人の風俗営業について-中国東北地方を中心に-」というタイトルの研究報告をおこなった。一方、いわゆる「慰安婦」問題に関する研究の現段階を紹介するために、8月には共著で『いま歴史教育を考える』(全国在日朝鮮人教育研究協議会)を出版した。また6月2728日の京都大学人文科学研究所・国際シンポジウム「日・中・朝間の相互認識と誤解の表象」でも、權泰檍・ソウル大教授の報告に対するコメント(朝鮮植民地支配と現代日本・覚え書き」)として「慰安婦」問題に言及した。本年度も昨年度に引き続き、植民地期に朝鮮で発行されていた新聞『毎日申報』や、大連の日本語紙『満州日日新聞』などを中心に、「満州」での朝鮮人風俗営業・女性売買に関連する記事を収集するとともに、外務省外交史料館などに所蔵されている、非公開史料の調査につとめた。その他、いわゆる「慰安婦」問題に関する政府公開史料を全面的に収録した『政府調査「従軍慰安婦」関係資料集成』全5巻を購入し、一次史料の再検討をおこなった。その結果は、大阪産業大学研究プロジェクト「近代国家と大衆文化」の例会で報告した。

これまでの研究成果の一部は、「日露戦争と日本による『満州』への公娼制度移植」(『快楽と規制』大阪産業大学産業研究所)と題する論文で公表した。本論文は、日露戦争期の日本軍による「売買春」管理の実態と、これを継承する形で成立した「満州」における公娼制度の特質を論じたものである。一方、「慰安婦」問題に関連して、戦後日本の朝鮮近代史認識の変遷を整理し、韓国に紹介する目的で、「現代日本反動勢力の韓国史認識-日本型歴史修正主義が登場するまで-」(韓国語、『歴史批評』第44号)と題する論文を執筆、発表した。同じく「慰安婦」問題に言及した、国際シンポジウム「日・中・朝間の相互認識と誤解の表象」(京都大学人文科学研究所、1997年6月)でのコメント(「朝鮮植民地支配と現代日本・覚え書き」)も、98年12月に公刊された同シンポジウム報告集に収載された。本年度は研究のまとめとして、戦前に大連で発行された日本語新聞『満洲日日新聞』を集中的に調査し、「満洲事変」勃発以前の中国東北地方における、朝鮮人風俗営業・女性売買関連記事を一通り収集することができた。その他、国立国会図書館法令議会資料室、東洋文庫、大阪市立大学学術情報総合センターなどの所蔵する、「満州国」の風俗営業関連法令や、接客業者の統計を調査、収集した。以上の研究成果の一端は、1999年12月に京都市で開催された近現代東北アジア地域史研究会第9回大会で、「『満州』における日本型公娼制度の移植・展開過程と朝鮮人風俗営業」と題して報告した。また大阪産業大学産業研究所の共同研究プロジェクト「近代国家と大衆文化」の例会でも、とくに『満州日日新聞』の記事を中心に報告した。一方、植民地期に朝鮮人の風俗営業が、「満洲」以外の日本帝国の支配地域にも拡大していた点を掘り下げて理解するために、台湾やサハリンにおける法令資料や統計なども調査した。とくに台湾については、1999年9月、京都大学人文科学研究所共同研究「日本の植民地支配-朝鮮と台湾-」班の例会において、「台湾在住朝鮮人の風俗営業・覚え書き-従業者人口と管理制度の推移-」と題し、植民地期台湾の公娼制度の内容と朝鮮人風俗営業従事者の変遷を報告した。その他、日本軍慰安婦問題をめぐる最近の議論をテーマに開催された、シンポジウム「第4回梶村記念講座:梶村史学から現代を問う-"自由主義史観"批判」(1999年5月、川崎市)では、パネリストの一人として「日本型歴史修正主義の論理とその歴史的脈略」というテーマで報告をおこなった。
光触媒化学変換に基づく高効率エアロビック選択酸化反応プロセスの開発

気相アルカン選択光酸化においては,アルカリイオン修飾シリカ担持バナジウム酸化物が最適であり,液相アルカン選択光酸化においては,アルミナ担持バナジウム酸化物が最適である事を見いだした。またアルカン光酸化の総合的反応メカニズムを明らかにしている。液相アルコール選択光酸化においては,ニオブ酸化物が最適である事を見いだし,その反応メカニズムも解明できた。プロピレン光エポキシ化においては,低濃度シリカ担持バナジウム酸化物が最適である事が分かっていたが,活性種についての議論を現在行っている。アルケン液相光酸化については,新規のポルフィリン錯体を用いた反応系を構築した。表面バナジウム酸化物種の光励起メカニズムを理論実験双方により明らかにした。1)高分散担持系触媒上でのアルカン光反応の触媒励起メカニズムを含む反応の初期段階についてその反応機構を明らかにした。従来からシリカに担持したバナジウム,ニオブ,タンタル,モリブデン等が単分散された,MO4四面体型表面錯体として存在しているものが光触媒として有効であると考えられて来た。一方,その表面錯体の励起の機構は量子化学計算によって示されているが,その励起状態が触媒反応に関わっている保証はどこにもない。また,反応の活性点は金属酸素二重結合M=0と信じられているが,我々は,重酸素を用いてそれを間接的に示したが,それを直接示した結果は全くない。本研究では,触媒としてアルミナ担持バナジウム酸化物を用い,りん光スペクトルと作用スペクトルにより,MO4表面錯体の励起三重項状態が活性種である事を示した。また,赤外吸収スペクトルにより,V=0伸縮振動の変化を調べる事より,V=0が活性サイトである事,重水素ラベルしたシクロヘキサンを用いる事により,脱水素が起こる事を明らかにした。2)その後の反応を定常状態を用いた速度論により,アルミナ上に吸着したシクロヘキサンが,バナジウム酸化物表面錯体の励起三重項状態と相互作用し,さらに,その励起錯体に酸素分子が攻撃をすると言うエリーリディール機構で反応が進行する事を見出した。3)バルクニオブ酸化物に銅イオンを高分散担持してやると,アルコール液相酸化に高い活性を示す事を見出した。還元銅状態では触媒活性を示さず,反応に誘導期をもたらす。この誘導期は,銅を還元分散する為のものである事を見出した。銅の状態についてXAFSにより解析を行なったところ,1価,2価の分散銅が活性状態で存在する事が分かった。・アルコール選択光触媒酸化:ニオブ酸化物触媒を銅で修飾した触媒はアルコール選択酸化に対して高い活性を示した。また,この触媒系に特徴的な事は,時間はかかるが,酸化的脱水素反応がほぼ定量的に進行する事である。生成する水によって強い被毒を受けない。触媒活性と銅の修飾量の相関性について調べると,1.9mol%の修飾量までは,ほぼ直線的に活性は上昇し,銅は高分散に担持されるものと期待された。反応前はかなり大きな銅金属として存在するが,アルコールとの接触,光照射等により反応中では,fcc(面心立方格子)の特徴をのこす動径分布を与えた。結局,反応中の銅は,小さな筏型構造を取っており,1価-2価の酸化還元挙動を繰り返しているものと結論された。・担持バナジウム酸化物触媒の励起機構につき,主に,燐光スペクトルにより解析を行った。バナジウム酸化物は,2種類の励起を受け,不安定な一重項状態経て,同じ三重項状態で安定化する。これが活性種であり,この励起が,バナジウムのV=0結合に局在する事が,赤外吸収スペクトル,作用スペクトル,励起スペクトルから明らかになった。これらの励起機構は20年以上前から提唱されてきたが,機構そのものならびに励起部位を直接観察したのは本研究が初めてである。・酸化ガリウムが,水素に夜二酸化炭素の光還元に対し有効である事を見いだした。反応の機構は,従来型の,二酸化炭素の直接電子還元ではなく,酸化ガリウムのバンドギャップ励起に基づくものである事が明らかとなった。また,吸着した水素(解離吸着)と二酸化炭素のラングミュア-ヒンシェルウッド機構で反応が進行する事を見いだす事ができた。(1)低級アルケンの気相酸化:シリカ担持酸化物上における,プロピレンから酸化プロピレン生成のメカニズムについて反応速度論,リン光スペクトルの解析等により調べた結果,低担持酸化バナジウムでは,二種類の活性種が存在する事が分かった。1つはオリゴマーのVO4四面体種であり,今ひとつはモノマーのVO4種である。前者は,プロピレンとの相互作用が強く主にアセトアルデヒド,アクロレイン等を生成するが,後者は酸化プロピレンを生成するものである。

高表面積シリカにおいては,0.1wt%の担持量がVO4モノマー種の比率が高く,エポキシドへの選択性は50%となる。(2)アルケンの液相酸化:ある種の鉄ポリフルフィリンはソーレー帯の励起により,一重項酸素を発生し自動酸化を促す事が知られていたが,本研究においては,溶液中にて鉄ポルフィリンをハイドロタルサイト等の塩基性固体と共存させる事によりアルケンのエポキシ化に活性な触媒反応系を構築する事に成功した。固体塩基の共存により,鉄ポルフィリンのアキシャル位の塩素イオンが水酸イオンに変化し,反応が進行するのである。(3)アルコールの液相酸化:ニオブ酸化物に銅を微量担持した触媒は,アルコールの光酸化的脱水素反応に高い活性を示す。1-フェニルエタノールにおいては,ニートの反応においてアセトフェノンを定量的に生成する事ができる。ニオブ酸化物上において銅は,「2価-3価」の酸化還元を繰り返しており,いわば,電子のリザーバーとして働くとともに,ケトン,アルデヒドの脱離を促進する。これにより,反応の律速段階は光吸収過程となる。また,380nmの波長の光の照射において,見かけの量子収率が30%を越える事は特筆すべきである。
皮膚虚血再灌流障害モデルにおけるサイトカインの役割の研究

C57BL/6系統で812週齢の雄の野生型及びIL-4、IL-6、IL-17A、IFN-γを欠損したマウスで皮膚虚血再灌流障害マウスモデルを作成した。マウスの背部に、虚血再灌流障害の結果生じた潰瘍の経時的変化を野生型と遺伝子欠損マウスで比較した。IL-6およびIFN-γの欠損マウスでは明らかに虚血再灌流障害が軽減し、ピーク時の潰瘍の面積は野生型よりも小さく、また潰瘍の治癒も早かった。IL-4およびIL-17Aの欠損マウスではピーク時の潰瘍面積も治癒状況にも明らかな差はみられなかった。また潰瘍周囲の組織を採取して、マクロファージ、好中球、T細胞などの炎症細胞の計測を行ったところ、いずれも野生型と比較して、虚血再灌流障害後のマクロファージの浸潤細胞数が少ない傾向にあった。また、潰瘍周囲における、Nitric Oxide(NO)の関与を調べるため、NO synthetase(NOS)をreal-time PCRで測定した。NOSはnNOS、eNOS、iNOSの3種類を測定した。IL-6およびIFN-γの欠損マウスでは野生型よりもiNOSの発現レベルが低下していたが、nNOSおよびeNOSでは差はみられまかった。皮膚虚血再灌流障害においてはiNOSの関与が大きいことが判明したため、野生型マウスにiNOSの阻害薬を投与した上でマウスモデルを作成したところ、投与群では潰瘍の治癒が早まる傾向にあった。以上より皮膚虚血再灌流障害においてはマクロファージおよびそこから誘導されるiNOSが大きな役割を持つことが確認された。虚血再灌流障害による潰瘍の経時変化を比較するために、野生型・遺伝子欠損マウス計5種類をいずれも多数マウスモデルの作成にあてる必要があり、それに時間を要したため。若干遅れている分も含め、当初の予定通り研究を進めていく。IL-4およびIL-17A欠損マウスでは野生型マウスと比較して虚血再灌流障害により生じた潰瘍の大きさ・治癒状況に明らかな差はみられなかったため、IL-6およびIFN-γの欠損マウスに対象を絞って研究を進める。研究段階に報じて研究費を執行したため当初見込んだ額とは異なっている。潰瘍周囲の組織におけるサイトカイン、ケモカイン、接着分子などの発現をreal-time PCR、ELISA法、cytometric bead array assay(CBA)を用いて測定する。また、潰瘍周囲の組織から白血球を抽出し、浸潤細胞のサブセットとそれらの発現するサイトカインを明らかにし、その経時的変化を追う。野生型マウスにIL-6、IFNγの中和抗体を経静脈的に投与して、虚血再灌流障害でサイトカイン遺伝子欠損マウスにおいてみられるのと同様の変化がみられるかどうかを検証する。また、サイトカインがマクロファージを直接刺激することでiNOSの発現を誘導しうるかを確認する。野生型マウスの腹腔内から採取したマクロファージをIL-6、IFNγとともに培養し、培養上清でELISAを施行してiNOSを測定する。虚血再灌流障害においてマクロファージのM1・M2どちらが優位かを潰瘍周囲組織の免疫組織染色を用いて検討する。
腫瘍微小環境のシステム的統合理解に基づく治療法の開発

癌の増殖と転移には腫瘍微小環境が重要な役割を果たす。本研究は低酸素・低栄養など癌の悪性化や治療抵抗性をもたらす腫瘍微小環境をシステムとしてとらえ、エピゲノム、トランスクリプトームおよびメタボロームという各階層のネットワークを統合する1新しい数理ネットワークモデルを構築し、癌の悪性化や治療抵抗性などを起こす腫瘍微小環境のシステム的統合理解に基づく治療法の開発に繋がる研究を目的とした。研究成果として、(1)低酸素において解糖系やグルタミノリシスが亢進しIDH変異の有無に関わらずオンコメタボライト(2-HG)が蓄積すること。(2)低栄養もしくは低酸素・低栄養では解糖系に依存せず脂質分解系が亢進すること。(3)計算的手法によるメタボローム解析により蓄積した代謝物が腫瘍の増殖に寄与する新規のオンコメタボライトである可能性を発見した。また、未発表の研究結果として、(1)メタボローム解析に関する新しい数理モデル(COMICS)を島村徹平先生と共同で構築し、測定不能な代謝物や流速を予測することが可能になりつつある。(2)オミクス統合解析技術により新しく腫瘍微小環境で蓄積する機能未知であった生理活性代謝物を幾つか同定し、その代謝経路、発現上昇酵素、エピゲノム修飾酵素の同定や腫瘍の悪性化の解明および治療への応用につながる研究ができた。さらに、研究成果として、低酸素・低栄養という腫瘍微小環境において、エピゲノム修飾因子(JMJD1A)が血管新生や治療抵抗性などがんの悪性化を促進すること(Cancer Res. 2013),低酸素・低栄養で悪性化した癌細胞を標的にすることが新しいがん治療法になることを論文報告した(Cell Cycle 2013)。本研究から腫瘍微小環境の変化に起因する治療抵抗性を持つ癌を克服する新しい制癌法の開発に繋がる研究が可能になることが期待される。27年度が最終年度であるため、記入しない。我々は、低酸素・低栄養という腫瘍微小環境が癌の悪性化と治療抵抗性に関与することを報告してきた。本研究は、腫瘍微小環境をシステムとしてとらえ、エピゲノム、トランスクリプトームおよびメタボロームという各階層のネットワークを統合する新しい数理ネットワークモデルを構築し、このシステム的統合解析によって得られた癌微小環境適応経路の重要性を分子生物学的手法で検証し、癌の悪性化や治療抵抗性などを起こす腫瘍微小環境のシステム的統合理解に基づく治療法の開発を目的とする。平成25年度は以下の研究成果を得て一部は論文発表を行った。(1)低酸素・低栄養における転写調節機構の解明:我々は低酸素・低栄養に曝されたヒト癌細胞株においてトランスクリプトームとパスウェイ解析を行い、HIF1aとは異なるRORXとSREBXの二つの転写因子およびエピゲノム修飾因子JMJD1Aが低酸素・低栄養において重要であることを見いだした。(2)低酸素・低栄養の腫瘍微小環境下において解糖系(Glycolysis)とは別の代謝経路の代謝物の蓄積が癌細胞で起こることを見いだしているが、メタボローム解析から得られた代謝物の相対量データをもとにしてシミュレーションをもとに解糖系以外の新しい代謝経路が働いていることを見いだした。本研究により低酸素・低栄養など動的な腫瘍微小環境システムの鍵となるエピゲノム、転写、代謝の統合的なパスウェイから新しい癌の制御法の開発と、現存する化学療法や血管新生阻害療法との併用において相乗効果が期待できる治療標的の探索など治療への応用のための基盤となる研究を目指す。