hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
核酸ナノ構造を活用した多元分子情報変換デバイスの創成

「感覚機能」を備えた分子ロボットを作製するため、様々な入力シグナルを1分子レベルで検知し、目的の内部情報へと自在に変換できる「多元分子情報変換デバイス」を構築することを目指し,研究を行った。まずは,人工受容体センサーの開発により,分子ロボットの感覚を実現した.また,センサーを搭載できる非対称・複雑形状のボディの開発や,ノイズリダクションのための少数分子化学反応系の理論の研究も行った.さらに,細胞内の情報をセンスする分子情報変換デバイス・分子ロボットとしてRNA型分子ロボットの構築も行った.以上により,本新学術領域研究の課題解決に成功した.近年、核酸やタンパク質などの生体高分子を設計し、目的の機能構造体を作製する分子デザイン技術の開発が世界的に進展している。しかしながら、これらデザインした分子集合体をシステムとして組み上げ、様々な環境変動に応答して望みの動的挙動を実現する「分子ロボット」の創成には至っていない。本研究では、「感覚機能」を備えた分子ロボットを作製するため、様々な入力シグナルを1分子レベルで検知し、目的の内部情報へと自在に変換できる「多元分子情報変換デバイス」を構築することを目指す。今年度は、齊藤・遠藤の共同研究により、RNAによるナノ構造構築と高解像度観察に成功し、構築した多元分子情報変換デバイスの構造情報を精度よく解析する仕組を構築することに成功した。遠藤は、分子ロボットのセンサーとなる人工レセプター構造体の構築を検討し、2つのドメインに分かれたDNAオリガミ構造体を設計し構築した。また、制御可能な転写系の構築を行った。さらに、プロモータ部位の一部を欠損した鋳型となるDNA鎖を合成し、欠損配列を導入すると、その結合によって転写を活性化できる系を構築した。また、瀧ノ上・齊藤の共同研究により、小分子・核酸・タンパク質・光・pHなどから核酸へ分子的に情報変換する反応系のデザインと、DNA/RNAナノ構造との連結に関してのシステムデザインが完了した。これにより、外部環境情報をセンシングする汎用的なメカニズムと情報変換に関して、目処が立った。鈴木は、ノイズ除去を行うための化学反応系の設計について、少数分子の非線形化学反応の特性を用いる方法とレセプターのリガンド結合様式を模した法を考案し、さらに、線形と線形の"間"に相当するメゾ非線形を提案した。また、他班との連携として、瀧ノ上・村田・野村らによって、DNAによるマイクロカプセルの開発が進展した。研究代表者の齊藤は,低分子RNA(マイクロRNA)の入力シグナルを検知して,目的遺伝子の翻訳をON/OFF制御できる新たなマイクロRNA応答性RNAスイッチの開発に成功した。このシステムは分子ロボットの感覚機能構築のための汎用的デバイスとなることが期待できる。分担者の遠藤は,分子ロボットのセンサーとなる人工レセプター構造体の構築を検討し,2つのドメインに分かれたDNAオリガミ構造体を設計し構築した。2つのドメイン間にセンサー部位を導入し,外部刺激に対して構造変化を誘導できた。また,分子ロボット内部で働く,制御可能な転写系の構築を行った。プロモーター部位の一部を欠損した鋳型DNAを作成し,欠損配列が結合すると転写を活性化できる。欠損配列を生成する制御DNA配列を使い,微量の制御DNA配列から切断と増幅を繰り返し,転写を活性化できる系を構築した。分担者の瀧ノ上は,自律的な核酸コンピューティング技術をベースにして,光刺激を感知してRNA分子情報に変換するデバイスの設計と実験を行い,実際に情報変換・増幅ができることが確認できた。また,分子ロボットの外部環境とのインターフェースとなるリポソームベースのマイクロカプセルの高速生成システムの開発に成功した。他班(アメーバ班・スライム班)との連携として,複雑形状マイクロハイドロゲルの作製手法の構築と自律運動に関する実験にも成功した。分担者の鈴木は,通常の反応系(大数系)を膜をもちいて少数系化することにより,少数分子系の性質を利用したノイズリダクション系を詳細に調べた,またノイズエラー入力による“リーク"について,ノイズであってもなくても,入力配列と結合したらいったん入力をすべてキャンセルさせること,および,前駆平衡反応の性質を用いて温度コントロールすることによりノイズリダクションを可能とする系の提案を行った。研究代表者の齊藤らは,本年度,標的乳がん細胞を選択的に認識・検出する機能性RNPナノ構造体を創製した.さらに,分担者の遠藤と共同研究を行い,高速原子間力顕微鏡を用いて,機能性RNPナノ構造体を高解像度で観察することに成功した.今回創製したRNA-Protein (RNP)ナノ構造体は,細胞表面上で発現しているレセプターを選択的に認識できるため,標的細胞への人工RNAデリバリーを可能とすると期待できる.分担者の遠藤は,本年度,分子ロボットのセンサーとなる人工レセプター構造体を構築し,2つのドメイン間にセンサー部位を導入し,特異的なDNA鎖に対して構造変化を誘導することに成功した.また,分子ロボット内部で働く,制御可能な転写系の構築を行い,低濃度のシグナルを増幅し転写を活性化できる系の構築に成功した.脂質膜とDNA構造体の相互作用では,脂質膜上でのDNA構造体の動的なアセンブリーの様子を高速AFMによって可視化に成功した.分担者の瀧ノ上は,遠心型マイクロ液滴生成デバイスによる,細胞サイズ油中水滴リアクタ,細胞サイズリポソーム,およびマイクロゲルファイバーの作製に成功した.

これらは人工細胞型分子ロボットのボディとして,センサーを配置するために利用される.また,作製したリポソーム内でのRNA転写反応や,DNAマイクロゲルの生成とそれによるリポソーム膜の制御に関しても研究を発展させた.分担者の鈴木は,分子ロボットのためのノイズリダクション反応系について,Hopfield, Alonらによる遺伝子の動的校正の観点から,分子計算系におけるリーク(ノイズ分子による反応系の誤動作)について検討を行い,少数分子系の場合には受容体分子と結合した複合体を一定の割合除去することによりノイズを除去することができることを示した.また少数分子系が特異的な振る舞いをみせる境界を明らかにした.以下のように計画に沿って進展できている.齊藤は,RNPナノ構造体の入力環境に応じた機能構造制御と,それを活用した細胞応用技術を確立した.遠藤は,分子ロボットのセンサーとなる人工レセプター構造体の構造変化の操作を行え,脂質膜上でのDNAオリガミ構造体の動的なアセンブリーを高速AFMによって可視化できた.また,瀧ノ上は,細胞サイズ分子ロボットのための基礎技術の開発が進んだ.鈴木は,分子反応が少数性により特異は振る舞いをみせる機序を明らかにしし,複数のノイズリダクションを行う化学反応系を提案した.研究代表者の齊藤らは,本年度,標的タンパク質をセンシングし、細胞内外で駆動する人工RNAナノマシンのプロトタイプを作成することに成功した。このナノマシンは、タンパク質との結合によりその構造と機能を大きく変換できることを見出した。さらに、分担者の遠藤と共同研究をおこない、タンパク質駆動型RNAナノマシンをAFMを用いて高解像度観測することに成功した。また、分担者の瀧ノ上と共同研究をおこない、リポソーム機能制御にむけたRNAナノ構造体を設計し、現在その機能を分担者らと解析中である。今後、より精密な機能を有するRNA型分子ロボットの開発が期待できる.分担者の遠藤は,分子ロボットのセンサーとなる2種類の人工レセプター構造体を構築した.一方は脂質膜を貫通する針状構造を持つDNA構造体を構築した.リポソームとDNAナノ構造体の相互作用は,脂質二重膜上での格子構造の構築と高速AFMによる格子構造の形成過程の可視化を行った.もう一方は,2つのドメイン間にセンサー部位を導入したDNAナノ構造体を構築し,特異的なDNA鎖に対して構造変化を誘導できることを見出した.分担者の瀧ノ上は,齊藤らと協力して,リポソームベースの分子ロボット構築のためのマイクロ流体デバイスの開発・応用に成功した.また,スライム班の村田・野村や公募班の柳澤らと協力し,マイクロ油中水滴をテンプレートにした,Y-motif型DNAタイルをベースの新しいDNAマイクロ構造形成のプロセスを発見し,そのメカニズムを物理学的に明らかにした.さらに,分担者の遠藤や公募班の・柳澤らと協力して,マイクロ油中水滴をテンプレートにした,DNAオリガミベースのマイクロカプセル生成の研究を発展させた.また非対称複雑形状ゲル粒子の自律運動実験と数理モデルの開発に成功した.今年度も以下のように計画に沿って順調に進展できている.齊藤らは,タンパク質をセンシングできる人工RNAナノマシンのプロトタイプの開発に成功し,それが細胞内外でタンパク質の発現情報をセンシングし,駆動することを見出した.
室温動作集積単電子トランジスタと大規模ＣＭＯＳ回路との融合による新機能創出

大規模集積回路の微細化限界を打破し新機能を創出することを目的に,室温動作シリコン単電子トランジスタとCMOS回路を1チップ上に集積し両者の融合による新機能創出に挑戦した.作製プロセスの改良により,室温動作単電子トランジスタとCMOS回路の集積化プロセスを確立し,単電子トランジスタのクーロンブロッケード振動をCMOS回路で制御することに成功し,新たな機能を創出した.本研究の目的は,ナノスケールの半導体構造中で新たに発現する物理現象を積極的に利用したいわゆるBeyond CMOSデバイスと,既存のCMOS回路を融合させることにより,新たな新機能を創出する新概念集積回路を実現することである.Beyond CMOSデバイスとして,本研究では室温動作のシリコン単電子トランジスタを取り上げる.まず,単電子トランジスタと同じ基板上にほぼ同じプロセスを用いてノーマリーオフの特性を有する標準CMOSデバイスを作製することに成功し,基本的なCMOS論理回路の動作を実証した.次に,室温動作単電子トランジスタを歩留よく作製するプロセスの開発を行った.試作条件を変化させた結果,単電子トランジスタの特性および歩留が,基板の面方向および電荷の極性に依存することを見いだし,<110>方向の電子を用いるのが最適であることを明らかにした.また,その理由をシリコンナノワイヤにおける量子閉じ込め効果で説明できることも明らかにした.この条件で単電子トランジスタを試作し,室温で大きなクーロンブロッケード振動を有する単電子トランジスタの作製に成功した.一方,室温動作単電子トランジスタを直接制御するより大規模なCMOS回路として,種々のディジタル・アナログ変換回路等を東京大学大規模集積システム設計教育研究センターの試作サービスを利用して試作し,その回路動作を確認した.本研究の目的は,ナノスケールの半導体構造中で新たに発現する物理現象を積極的に利用したいわゆるBeyond CMOSデバイスと,既存のCMOS回路を融合させることにより,新たな新機能を創出する新概念集積回路を実現することである.Beyond CMOSデバイスとして,本研究では室温動作のシリコン単電子トランジスタを取り上げる.まず,集積回路中での新機能を創出するために,室温で動作する単電子トランジスタに不揮発性メモリ効果を持たせることを試みた.デバイス構造は,シリコンナノワイヤチャネルに形成されるシリコンドットの上に,薄いトンネル酸化膜を挟んでフローティングゲートを有する構造である.さらにその上には厚い酸化膜を挟んで通常の制御ゲートが位置している.制御ゲートに電圧を印加すると,フローティングゲートに電子がチャネルから注入され,チャネル全体のポテンシャルが上昇することにより,クーロンブロッケード振動のピーク位置を変化させることができる.本構造の単電子トランジスタを試作し,室温で山谷比10以上という大きなクーロンブロッケード振動を観測するとともに,そのピーク位置をゲート電圧により正確にかつ不揮発的に制御可能であることを実験で示した.また,フローティングゲートまわりのプロセスの改良を行うことで,振動のピーク位置の保持時間をほぼ無限大に長くすることに成功した.さらに,CMOS回路を構成するためのシリコンナノワイヤトランジスタを室温動作単電子トランジスタと同一チップ上に作製することにも成功している.本研究の目的は,ナノスケールの半導体構造中で新たに発現する物理現象を積極的に利用したいわゆるBeyond CMOSデバイスと,既存のCMOS回路を融合させることにより,新たな新機能を創出する新概念集積回路を実現することである.Beyond CMOSデバイスとして,本研究では室温動作のシリコン単電子トランジスタを取り上げる.また,既存のCMOS回路を構成するトランジスタとしては,シリコンナノワイヤトランジスタを選択した.もともと室温動作単電子トランジスタのチャネル構造は極細のナノワイヤトランジスタであり,単電子トランジスタとシリコンナノワイヤトランジスタは1チップ上の集積化に適している.単電子トランジスタとシリコンナノワイヤトランジスタの1チップ集積化プロセスの確立を目指し,シリコンナノワイヤトランジスタ作製プロセス技術の改良を試みた.電子ビーム露光条件の最適化とその後のエッチングプロセスの改良により,ナノワイヤ幅のばらつきを大幅に抑制できる作製プロセスの確立に成功した.ナノワイヤ幅のばらつきは0.5nm以下と極めて小さい.その結果,シリコンナノワイヤトランジスタのしきい値電圧ばらつきの標準偏差をナノワイヤ4nmで30mV程度に抑えることに成功した.また,電流ばらつきの標準偏差も5%程度と極めて小さい.これらの特性ばらつきは,トランジスタサイズが極微細であることを考慮すると世界最小レベルである.さらに,室温動作単電子トランジスタをCMOS回路で制御するための回路方式を検討した.本研究の目的は,ナノスケールの半導体構造中で新たに発現する物理現象を積極的に利用したいわゆるBeyond CMOSデバイスと,既存のCMOS回路を融合させることにより,新たな新機能を創出する新概念集積回路を実現することである.Beyond CMOSデバイスとして,本研究では室温動作のシリコン単電子トランジスタを取り上げる.また,既存のCMOS回路を構成するトランジスタとしては,シリコンナノワイヤトランジスタを選択した.もともと室温動作単電子トランジスタのチャネル構造は極細のナノワイヤトランジスタであり,単電子トランジスタとシリコンナノワイヤトランジスタは1チップ上の集積化に適している.単電子トランジスタとシリコンナノワイヤトランジスタは同一プロセスで作製するが,CMOS回路を構成するシリコンナノワイヤトランジスタの特性ばらつきとノイズが集積化の大きな障壁となっていた.特にランダムテレグラフノイズは,ナノスケールトランジスタで振幅が大きくなるため,その抑制は必須である.ランダムテレグラフノイズのナノワイヤ幅依存性を詳細に評価した結果,ナノワイヤ幅2nmでは低い頻度ながら巨大なテレグラフノイズが観測されるものの,ナノワイヤ幅7nm程度ではノイズが抑制されることが確認された.このサイズでは特性ばらつきも抑制されることがすでにわかっている.以上の結果より,ナノワイヤ幅の最適値を7nmとし,シリコン単電子トランジスタとシリコンナノワイヤトランジスタの集積化による新機能回路実現に見通しを得た.

大規模集積回路の微細化限界を打破し新機能を創出することを目的に,室温動作シリコン単電子トランジスタとCMOS回路を1チップ上に集積し両者の融合による新機能創出に挑戦した.作製プロセスの改良により,室温動作単電子トランジスタとCMOS回路の集積化プロセスを確立し,単電子トランジスタのクーロンブロッケード振動をCMOS回路で制御することに成功し,新たな機能を創出した.室温動作単電子トランジスタと既存のCMOS回路の融合による新機能創出にむけ,同一チップ上に特性ばらつきの極めて小さなシリコンナノワイヤトランジスタと単電子トランジスタを集積することに成功しており,本研究は着実に進んでいるといえる.27年度が最終年度であるため、記入しない。集積デバイス工学シリコンナノワイヤトランジスタの特性をさらに向上させるとともに,室温動作単電子トランジスタの歩留まり向上を図る.最終目標である室温動作単電子トランジスタと既存のCMOS回路の融合による新機能創出にむけ,同じチップ上に室温動作単電子トランジスタとCMOS回路を集積することが可能となったので,本研究は着実に進んでいるといえる.最終目標である室温動作単電子トランジスタと既存のCMOS回路の融合による新機能創出にむけ,同一チップ上にシリコンナノワイヤトランジスタと不揮発制御可能な単電子トランジスタを集積することに成功しており,本研究は着実に進んでいるといえる.27年度が最終年度であるため、記入しない。同じチップ上に室温動作単電子トランジスタとCMOS回路を集積した際の歩留はまだ低く,さらなるプロセス改良を進めていく.シリコンナノワイヤトランジスタの特性を向上させるとともに,室温動作単電子トランジスタの歩留まり向上を図る.
地域生活移行直後における脊髄損傷者の障害への「適応」とピアサポートの役割

1.博士号を授与される、成果の発表これまでの研究の集大成として「中途肢体障害者における「障害の意味」の生涯発達的変化-脊髄損傷者が語るライフストーリーから-」を完成させ、京都大学から博士号(教育学)を授与された。この一部、「障舎の意味の長期的変化と短期的変化の比較研究」が質的心理学研究5に掲載された。また、日本社会心理学会から奨励論文賞を授与された。健康分野の質的研究に関する会議にて発表した。博士論文の中で、入院等から在宅生活に移行した後の同じ種類の障害者との交流の意義を考察した。2.方法論の研究日本質的心理学会第2回大会にて、質的研究による博士論文を完成させるまでのプロセスについて発表した。また、質的研究をメゾレベルの研究、特に障害施策立案の際に活用する調査法としてのあり方を、ソーシャルワーク研究に投稿し受理された。3.障害のとらえ方に関する本を編集田垣が代表編集者として、昨今の障害に関するモデルを整理して、従来の「障害」というカテゴリーにはなじみにくい人々の問題を論じた本を近刊予定。4.関連する共同研究(1)山田洋子京大教授の質的心理学に関するプロジェクトと、佐藤達哉立命館大学助教授の人間科学再構築のプロジェクトに共同研究者として参加し、国際シンポジウムにて発表。松田博幸大阪府立大助教授のセルフヘルプグループ研究にも共同研究者として参加。(2)大阪府、堺市、八尾市、豊岡市の障害者施策に関する会議に参加して、当事者主道の組織のあり方を調査。1.半構造化面接と分析(1)受障後15年程度(10名)、および5年程度(14名)が経過した脊髄損傷者に対して半構造化面接を実施した。この調査は、14年度中に行ったものを確認するための調査である。質問項目は、受障から現状までの生活の流れ、施設入所と地域生活移行直後とのギャップ、同種の障害者との関係性である。なお所要時間は、2回分を合わせて、1人あたり3時間弱である。(2)分析・過去2回分の調査の録音テープを逐語化したうえで、内容のまとまりごとに区切っていく作業を終了した。・現在は、専用のソフトウェア「ISOP」(アイテック社製)を用いて、KJ法による分析を始めたところである。2.方法論の研究当初の予定通り、本研究を支える障害者のライフストーリー研究に関して、3点の理論論文を執筆した(業績リスト参照)。本研究が学際的なバックグラウンドをもつので、発表先も社会福祉のみならず心理学も含まれている。「人間性心理学研究」掲載予定のほうでは、ライフストーリー研究の現状を「援助貢献-脱援助」「個人重視-社会・文化重視」という2×2のマトリックスによるモデルによって整理した。「現代のエスプリ」「ソーシャルワーク研究」掲載予定のほうでは、「ナラティブセラピー」のような臨床指向の問題点を指摘したうえで、障害者理解の手法としての意義を強調した。なお、10月にあった日本社会福祉学会大会にて、この一部をポスター発表した。3.その他(1)本研究の出発点となった研究の集大成が、社会心理学研究に掲載されることになった。(2)カナダ、アルバータ大学国際質的研究所の「質的研究の考え方ワークショップ2003」に参加して、A.Frank(カルガリー大学、医療社会学)等からライフストーリー研究のアドバイスを受けてきた。1.博士論文の執筆今年度は、15年度に行ったインタビュー調査の分析を、「障害の意味の長期的変化と短期的変化の比較研究」という論文にするとともに、本論文を組み入れて「中途肢体障害者における「障害の意味」の生涯発達的変化-脊髄損傷者が語るライフストーリーから-」という博士論文(京都大学)に提出する予定である。2.国際学会での発表(2004年4月末から同年5月上旬)本研究の一部を、健康分野の質的研究に関する会議にて発表(業績リスト参照)し、昨年度と同様に、A.Frank(カルガリー大学、医療社会学)等からライフストーリー研究のアドバイスを受けてきた。3.方法論の研究日本質的心理学会第1回大会にて、質的研究を完成させるまでのプロセスについて発表した。また、看護学系の雑誌に、質的研究の動向に関する意見論文を書いた。さらに、グループ・インタビューのやり方について分担執筆した。4.香港のセルフヘルプグループの調査(2005年3月15日)香港大学と、香港リハビリテーション協会にて、香港のセルフヘルプグループの実態を調査した。5.関連する共同研究山田洋子京大教授の質的心理学に関するプロジェクトと、佐藤達哉立命館大学助教授の人間科学再構築のプロジェクト、.および松田博幸大阪府立大助教授のセルフヘルプグループ研究に、それぞれ共同研究者として参加。6.大阪府八尾市、兵庫県豊岡市の障害者ワーキング会議に参加して、当事者主導の組織のあり方を調査。7.堺市障害者サービスシステム研究会に参加して、複合的ニーズをもつ障害者の支援策を研究。8.大阪府障害保健福祉室による啓発事業の効果検証のアンケート作成に協力。

博士論文の中で、入院等から在宅生活に移行した後の同じ種類の障害者との交流の意義を考察した。2.方法論の研究日本質的心理学会第2回大会にて、質的研究による博士論文を完成させるまでのプロセスについて発表した。また、質的研究をメゾレベルの研究、特に障害施策立案の際に活用する調査法としてのあり方を、ソーシャルワーク研究に投稿し受理された。3.障害のとらえ方に関する本を編集田垣が代表編集者として、昨今の障害に関するモデルを整理して、従来の「障害」というカテゴリーにはなじみにくい人々の問題を論じた本を近刊予定。4.関連する共同研究(1)山田洋子京大教授の質的心理学に関するプロジェクトと、佐藤達哉立命館大学助教授の人間科学再構築のプロジェクトに共同研究者として参加し、国際シンポジウムにて発表。松田博幸大阪府立大助教授のセルフヘルプグループ研究にも共同研究者として参加。(2)大阪府、堺市、八尾市、豊岡市の障害者施策に関する会議に参加して、当事者主道の組織のあり方を調査。
ユーラシア・ステップにおける土壌有機物のダイナミックス -地球温暖化・砂漠化対策としての土地利用の適正化とは何か?-

カザフスタン、ウクライナ、ハンガリーを含むユーラシア・ステップ土壌からの炭酸ガス・フラックスは、地域によって大きく異なった。南カザフスタンの草地では、ほとんどの耕地と比べて高い炭酸ガス・フラックスが観測された。このような違いにも関わらず、実測された年間土壌呼吸量と生物環境要因の間には、かなり単純な関係が得られた。同時に、土壌有機物分解速度を求めるための実験的アプローチにおいても、ステップあるいは森林の各々において、分解速度定数は全体的に類似していた。このことが、既存のモデル-主として分解速度定数のオーダーの違いに基づいていくつかの有機物プールが仮定されている-が見かけ上成功している主要な理由の一つであろう。耕地生態系において土壌呼吸が低下することは、開墾初期に観察される土壌有機物関連資源の顕著な減耗を緩和する。自然草地開墾後の変化は、ほとんどの場合、軽比重画分炭素あるいは易分解性炭素(C_0)など、土壌有機物のより不安定な画分に見られた。域内スケールでは、このC_0値は炭酸ガス放出量を予測する上で有用であった。チェルノーゼム土壌は、相対的に環境条件や土地利用における変化に対して安定であった。このことは、開墾後しばしば急激な土壌有機物減耗が観察される森林生態系と対照的である。ジオスタティスティクスを用いた解析によれば、北部カザフスタン農耕地における土壌有機物の蓄積量は、主として水環境や土地利用管理の結果としての累積一次生産量に影響されていた。このような地形や水分状況に起因する変異は、ウクライナのステップ土壌においても観察された。営農は通常最大収量を得るために水分状況を改善し、その後一次生産を持ち去るが、土壌有機物や養分動態を本質的に変化させることはない。もしも農業管理の負の影響が、本研究の様々なアプローチによって示されたように限定的なものであるならば、有機物動態の空間変動パターンに基づいた適地適作は、持続的な農業生産と有機物分解低減を調和させた適切かつ現実的な選択肢となるであろう。2002年度は、ウクライナ・ハンガリーにおける基礎調査、およびカザフスタン国穀作圃場における有機物資源の空間変動解析を行った。前者の試料については現在分析中であるので、ここでは後者について述べる。2001年5月にカザフスタン北部の緩傾斜地にある大規模畑(14×5km、標高差35m)において1km間隔で表層土(0-15cm)を計70点採取し、土壌水分量、全炭素量、潜在炭素無機化量を分析し、その地点の標高を測定した。また、同年8月に同地点で植物体(コムギ、オオムギ他)を採取し、穂、茎葉、根の各画分の全炭素量を測定した。それらの結果にジオスタティスティクスの手法を適用し、セミバリオグラムによる空間依存性の解析とクリギングによる地図化を行った。土壌の全炭素量は平均46.1tC/haであり、潜在炭素無機化量は平均3.1tC/haであった(全炭素量の6.8%)。一方、植物体の全炭素量は平均1.8tC/haであり、そのうち1.2tC/haが残渣として耕地に投入されていた。ここで、土壌の全炭素量は土壌水分量、標高に加え潜在炭素無機化量とも有意な正の相関を示した。また、植物体の全炭素量は土壌水分量と有意な正の相関を示した。従って、土壌及び植物に含まれる炭素はいずれも地形-水分との連環を示した。

さらに、それらの空間依存性は土壌の全炭素量で高く(指標値Q=0.93)、潜在炭素無機化量、植物体の全炭素量で中程度であり(Q>0.5)、その依存距離は土壌の全炭素量、潜在炭素無機化量で7km以上、植物体の全炭素量で4kmであった。以上の結果、作物生産環境に応じて、当生態系における炭素動態を適切に制御する地形適応型農業を実施することが可能であると判断された。異なる生産生態環境を有するユーラシア・ステップ各地域における土壌有機物動態を明らかにするために、採取試料のインキュベーション・データに基づいて土壌呼吸速度を推定し、現地における実測値と併せて比較・検討した。その結果、実測値と予測値がよく一致する地域と、これらの差が非常に大きい地域に二分された。後者が、湿潤で比較的一次生産量の大きな自然草地であったことから、土壌呼吸推定において毎年の脱落根の寄与を考慮する必要性が示唆された。おそらくステップ土壌における有機物動態は以下の3パターンに大別される。(1)有機物分解過程において新鮮有機物の供給/分解が主要な過程である生態系(湿潤な自然草地)、(2)土壌中の可分解性有機物プールが土壌有機物分解における主要なステージとなる生態系(耕地や乾燥した自然草地)、(3)乾燥あるいは低温のため一次生産量・土壌有機物分解がともに抑制される生態系(高緯度あるいは乾燥に偏った地域の耕地)。これらのうち、おそらく前述のパターン(2)に該当すると思われる北部カザフスタン畑作地における土壌有機物動態について、特にその空間依存性に留意して解析を行った。調査地は、緩やかな傾斜を持った、5×14kmの畑作耕地である。その結果、土壌の全炭素量は土壌水分量、標高(地形)に加え潜在炭素無機化量とも有意な正の相関を示した。また、植物体の全炭素量は土壌水分量と有意な正の相関を示した。従って、土壌及び植物に含まれる炭素はいずれも地形-水分との連環を示した。これらの情報をもとに、200102年度耕作期に、土壌呼吸速度の実測とバイオマス生産量の調査を行い、土壌有機物収支を推定した。その結果、当該圃場では、穀物生産量や土壌有機物収支の高低に加えて、異なる気象条件下におけるこれらの安定性の変異が大きいことが明らかになった。今後これらの農地を適切に管理するにあたって、地形条件に基づくこれらの情報を積極的に利用してゆく必要がある。生産生態環境の異なるユーラシア・ステップ各地域における土壌有機物動態を明らかにすることを目的として、今年度は特に重要な因子と予想される短期的乾湿変動に伴う微生物バイオマスおよび活性の変動について検討した。その結果は以下の通りである。1.実験室における温度・水分制御条件下において、異なる生態環境を有するカザフスタン(乾燥が厳しい)、ウクライナ(夏季乾燥)、タイ(明瞭な乾季が存在する)、日本(年中湿潤)より採取した土壌を用い、乾燥ストレス/再湿潤過程における微生物群集の応答を解析した。なおこれは通常「乾土効果」として知られるものである。その結果、すでに厳しい乾燥を繰り返し経験しているカザフスタン、ウクライナ土壌においては、土壌の乾土効果(炭酸ガス放出のフラッシュ)はそれほど劇的には観察されず、乾燥処理に際して微生物が何らかの耐性を持って生き延びていたことが示唆された。
タイ・ラオスにおけるゴンドワナ北縁地塊群衝突の地質学的検証

本研究はシンメリアン大陸の一部とされるシブマス地塊と、南シナ地塊と一体となしていたインドシナ地塊の衝突に至るテクトニクスとその古地理の解明を主要トピックスとしており、計8回の海外調査を実施した。その結果、以下のような成果を得ることができた。まず、両地塊の衝突・縫合線として認定されていたNan-Uttradit Sutureの延長問題である。従来Sutureは北東へ延びラオス国内で北へ向きを変え、中国雲南省に延びるものとされていたが、今回の調査の結果、延長が指摘されていた地域には、タイ国の地質体が北方に延びたものであり、同Sutureの延長は認められない。すなわち、同Sutureが中国への延長は従来指摘されていた位置には求めにくく、その延長問題自体の再検討が必要となった。2番目の成果としてLoei Sutureが単にSutureであるということではなく、オフィオライトとしての存在定義を見出したことである。すなわち、東から西へ、蛇紋岩、玄武岩。チャートの分布を明らかにした。3番目はMae Hon-song断層を境にして、西側のシブマス領域ではスレート帯、東側の古テーチス領域ではスラスト・褶曲帯を確認したことである。すなわち同断層は、異なる変形史を持つ地質体の接合部を意味する。また東側の地質体の一部は海山タイプの石灰岩であり、古テーチスの広がりを考える上で重要な情報である。4番目は、チャートの堆積環境に関するものである。従来チャートは深海の遠洋牲堆積物とみなされていたが、本研究により、必ずしも海洋地塊上の堆積物に限らないことが明らかとなった。すなわち、シブマス地塊上のチャートの年代を明らかにすることで、比較的浅海域でのチャートの堆積を確認することができた。今年度は2回の海外学術調査を実施した。第1回目は10月25日から11月7日、タイ王国北西部メーホンソン周辺の調査である。第2回目は1月3日から1月13日、ラオス(バンコク経由で入国)北部ウドムサイ周辺の調査である。メーホンソン調査の目的は、最近注目されているシャンタイ(別名シブマス)大陸塊に見いだされた縫合断層(メーホンソン断層)の実態とその意義を明らかにすることである。本目的達成のために縫合断層周辺の堆積物、ベルム系からトリアス系を集中的に調査した。その結果、断層西側では、下位より、石灰岩、タービダイト、層状石灰岩(一部チャートを挟在)、礫岩からなる層序を確認した。現在各分担者は岩石試料を持ち帰り分析中であるが、最下部の石灰岩からはフズリナの産出が、また上部の層状石灰岩からは二枚貝化石の産出が確認され、その同定が進めばペルム紀・トリアス紀の古生物地理区の解明に大いなる貢献ができるものと思われる。今後断層東側の調査を進める予定である。ウドムサイの調査の目的は、インドシナ大陸塊の中に提案されたロエー縫合断層の実態とその意義を明らかにすることである、タイ王国の同縫合断層については、平成16年度の調査対象としている。今回の調査で、ペルム系枕状溶岩とその上位の石灰岩、さらにその上位のタービダイトの層序を確認した。今回の枕状溶岩の確認は重要な発見で、従来インドシナ陸棚相とみなされた堆積物の広域的な再検討を提起している。現在各分担者は岩石試料を持ち帰り分析中である。今年度は3回の海外学術調査と1回の国内ワークショップを実施した。

第1回目は平成16年4月23日から5月6日に、2班(上野班と久田班)に分けて調査を行った。上野班はプーケット・ピーピー島周辺においてペルム系ケンクラチャン層群がラブリ石灰岩に整合的に覆われる関係を見いだした。この観察は、今後シブマスの古生代後期の古地理を考察する上で極めて重要である。なぜならケンクラチャン層群は氷河性ドロップストーンを含む堆積物であり、またラブリ石灰岩は低緯度の陸棚性礁堆積物とみなされるからである。すなわち、この整合関係はシブマスのテーチス北上を示唆するものであろう。久田班はロエー周辺においてロエー縫合断層帯から泥質片岩の産出を確認した。この泥質片岩は玄武岩やチャートと比較的密接な関係で産出することから、全体が古生代後期オフィオライトを形成している可能性があることを見いだした。現在微化石を抽出する作業を行っており、まもなく詳細が明らかになるものと思われる。なおこのオフィオライトは北方のラオスに延長することから、インドシナ周辺の広域テクトニクスを考察する上で、重要な構造ユニットになるであろう。10月には2日間にわたって、タイ王国の二人の研究協力者を交えて、筑波大学においてワークショップ(中間報告会)を開催した。とりわけタイにおけるチャート相の時間的変遷と分布が明らかにされ、3つの構造帯が提唱されたことは注目される。これは従来提唱されてきた構造帯を整理統合したものであり、古生代の古地理を考察する上で貴重な資料になるであろう。第2回目の海外調査は2月9日から14日にかけてタイ王国チュラロンコン大学において今後の研究方針の検討を実施した。今後の方針としてシブマスとインドシナの古緯度に関する研究を推進すること確認した。第3回の海外調査は3月13日から26日にかけて実施する予定である。今年度は2回の海外学術調査を実施した。第1回目は4月28から5月8日で、久田、原、上野、鎌田のほか、京都大学大学院研究員宇野幸治博士(古地磁気学)、秋吉台博物館藤川(古生物学)の調査協力を得て実施した。また第2回目は2月17日から21日で、久田、荒井のほか、秋吉台博物館藤川博士の調査協力を得て実施した。第1回目の調査はタイ国北東部ロエー地域・ナン地域を2班に、同じく第2回目もロエー地域を2班に分かれて行動した。これは、古生物関係と構造・岩石関係に分かれて調査を行うことで調査の効率化を図るためであった。今年度の調査をロエー地域に絞ったのは、本地域がラオスとタイ国の国境地域に位置しており、平成15年度、16年度に実施したラオス調査の結果との整合性を確認することであった。古生物調査班は、2回の調査を通して、ペルム紀のチャートから放散虫化石およびアンモナイト化石の産出層準を広域に確認することができた。従来炭酸塩岩よりアンモナイト産出が知られていたが、今回その炭酸塩岩がチャート中に挟在されること、そのチャートから放散虫化石の産出を確認するとともに、両化石群集のクロスチェックにより、精度の高い対比が可能となった。またこのチャートが、深海チャートとは異なり、炭酸塩補償深度以浅であることが確認できた。また構造・岩石班は、南北に続くロエー縫合線(インドシナ地塊とスコタイ帯との境界)の構成岩石、変成岩や蛇紋岩等の露頭観察と採集を行った。特に蛇紋岩とされた岩石から、新鮮なハルツバーガイトや堆積性と思われる蛇紋岩礫岩・砂岩の産出を確認した。これらの岩石は、蛇紋岩の起源や蛇紋岩の定置機構を推定する上で重要である。
全身性炎症に対する肥満と身体活動の影響に関する分子疫学研究

加速度計を用いて客観的に評価された日常身体活動量と血中炎症性サイトカイン(ILー6、ILー8、ILー15、TNFーα)の関連について検討した。40歳ー69歳の日本人2,123名を対象として解析した結果、日常の歩数が多い者ほど、また、身体活動レベルが高い者ほどILー6、ILー15、TNFーαが低値を示すということが分かった。さらに、身体活動強度別の解析により、肥満指標(BMIとウエスト周囲径)の影響を調整しても、中・高強度身体活動量とTNFーαの間に負の関連があるが認められた。本研究の結果から、3メッツ以上の中・高強度の日常身体活動量を増やすことが肥満と独立してTNFーαを低下させる可能性が示唆された。全身性炎症と身体活動の関連性を調査するために、抗炎症性サイトカインであるアディポネクチンと身体活動の関連について検討し[Interleukin(IL)-1β,IL-6、IL-8、IL-10、IL-13,IL-15,Tumour-necrosis factor(TNF)-αと、これらのサイトカインの遺伝子多型は現在、測定・解析中]、以下のような知見を得た。佐賀市民コホートに参加した1026名(年齢40-69歳、男性424名、女性602名)のトータル及び高分子アディポネクチンの血中濃度を測定し、身体活動計(ライフコーダー)を用いて測定した身体活動レベル(強度と時間)との関連性について調査した。その結果、身体活動量の指標であるPAL(Physical Activity Level)とトータルアディポネクチンの間に正の関連の傾向が認められた(P=0.07)。すなわち、1日のエネルギー消費量が多い者ほどトータルアディポネクチン濃度が高い傾向にあることが分かった。さらに、歩数や中強度(3.0-6.0メッツ)の身体活動量はアディポネクチンレベルに影響しなかったが、性別や年齢、BMIで補正しても低強度(<3.0メッツ)の身体活動の量とアディポネクチン濃度(トータルと高分子の両方)の間に正の関連が認められた。すなわち、歩行レベル以下に相当する軽強度の身体活動量が多い者ほどトータル及び高分子アディポネクチンのレベルが高値であることを見出した。本研究の結果は、軽強度の身体活動量を高めることで抗炎症作用をもつアディポネクチンを増加させる可能性を示唆するものである。具体的には、軽強度の身体活動量を1日当たり1[メッツ×時間(h)]増やすと(例えば、3メッツの歩行20分間に相当)トータルアディポネクチンで0.5μg/mlの増加が期待できることになる。本研究により、アディポネクチンのレベルを高めるために必要な身体活動の質(強度)と量が明らかとなり、全身性炎症の予防のための身体活動指針の作成に役立つものと思われる。血中炎症性サイトカインの上昇などにより特徴づけられる慢性炎症が、生活習慣病に共通する病態として注目されている。我々は、身体活動と血中炎症性サイトカイン(IL-6、IL-8、IL-15、TNF-α)の関連について検討した。日本多施設共同コーホート研究-佐賀地区-の調査参加者12,069名(2005年11月-2007年12月の期間に、旧佐賀市の40歳-69歳の居住者に対してベースライン調査を実施)の中で初期に参加した2,165名(男性916名、女性1,249名)の血清サイトカイン濃度を測定し、その中から加速度計法による身体活動データが得られなかった者を除外した2,123名(男性893名、女性1230名)を解析対象とした。身体活動は加速度計付歩数計(Lifecorder-EX)を用いて評価し、歩数、PALに加えて、身体活動強度別にも定量した(3メッツ未満の低強度、3-6メッツの中強度、6メッツ超の高強度)。血清サイトカイン(IL-6、IL-8、IL-15、TNF-α)はELISA法で測定した。解析は、歩数やPhysical Activity Level(PAL)、強度別身体活動量などの身体活動の指標(四分位)とサイトカイン濃度(対数変換値)について、性、年齢、飲酒、喫煙、エネルギー摂取量、BMIで調整し、共分散分析と重回帰分析を行った。歩数の増加に伴いIL-6、IL-15、TNF-αの有意な低下が認められた(P<0.05)。一方、歩数とIL-8の間に関連はみられなかった。PALについては、歩数と同様の結果であった。身体活動強度別に解析した結果、中強度身体活動量とTNF-αの間に負の関連が認められた(P=0.008)。

加えて、高強度身体活動は単独ではいずれのサイトカインとも有意な関連は認められなかった。本研究の結果から、身体活動(歩数、PAL)と血中IL-6、IL-15、TNF-αレベルの間に負の関連があることが分かった。さらに、3-6メッツの中強度身体活動の増大が肥満と独立してTNF-αの低下に寄与する可能性が示唆された。
定量調査・定性調査両面からの日本型人事制度変化のメカニズム分析

2018年度における研究実績について、定量研究・定性研究・研究方法論の3つの面について記載する。1.定量研究:(1)2016年度実施の日本株式市場上場企業調査、2017年度実施の外資系企業調査、という2つの「人事部門の組織と機能に関するサーベイ調査」:2018年6月開催の「日本応用経済学会」で発表(研究代表者須田・研究分担者森田)。2019年9月開催のBritish Academy of Management AnnualConferenceでの発表を目指して(研究代表者須田・研究分担者森田)、論文を投稿。現在、査読結果を待っている状況である(2)モチベーションとキャリア志向に関する日本・ドイツ・ロシアの3国比較調査:2018年7月開催のInternational Labour and Employment Relations Association World Congressと2019年3月開催のAmerican Association of Behavioral and Social Science Annual Conferenceで研究成果を発表(研究代表者須田)。(3)「人事部門の組織と機能に関するサーベイ」と東洋経済・CRS企業年鑑の2つのデータに基づいて人事施策と実践面での変遷、企業特性・企業業績と人事戦略の関係に関する書籍を企画。2018年度中に企画会議を通り、2019年に出版予定(研究代表者須田・研究分担者森田)。3.研究方法論:『マネジメント研究への招待:研究方法の種類と選択』の執筆(研究代表者須田)。本研究は20172021年度の5年間にわたる科研費研究であると同時に、研究内容はそれ以前の20122016年度、20092011年度、20062008年度の3つの科研費研究に続く長期継続研究である。そのため、研究領域は、日本における雇用・人事の変遷、資本国籍による人事制度・人事権の所在など様々な面での人事に関する国際比較、モチベーション・キャリア志向に関する国際比較など多岐にわたる。同時に、研究方法の面でも定量調査・定性調査の両面を含んでおり、研究方法面でも多角的である。さらに、20172018年度にかけて、研究代表者の須田敏子が研究方法論に関しても研究を進め、2019年4月に書籍『マネジメント研究への招待:研究方法の種類と選択』を発行している。以上のように本研究は、多様な内容を含む幅広い研究である。2018年度の中心的な研究内容は、本研究チームの独自調査である「人事部門の組織と機能に関するサーベイ調査」(日本市場上場企業対象調査と外資系企業対象調査の2回のサーベイ調査を実施)と東洋経済・CSR企業年鑑に収載された人事関連データという2つのタイプの人事データを分析である。2018年度中に分析内容の書籍化が決定し、2020年に出版の予定である。本科研費研究の残りの期間である20192021年度の3年間の研究の推進方策は以下のとおり。(1)人事制度に関する定量分析:2つの「人事部門の組織と機能に関するサーベイ調査」と東洋経済CSR企業年鑑に収載の人事関連データと、AstraManagerなどの企業データとの紐づけを行い、企業特性と人事戦略・企業業績と人事戦略との関係などを分析する。発表方法は、12020年に書籍として発表の予定(出版決定済み)、海外を中心に学会発表・論文投稿を通じて研究成果を発表の予定。制度化組織論を中心的な理論的背景とする予定であり、引き続き分権レビューを行っていく。本実績報告書作成時点では、British Academy of Management Annual Conference(2019年9月開催)にペイパーを提出し、査読結果を待っている状況である。(2)人事制度に関する定性分析:海外を中心に学会発表・論文投稿を通じて研究成果を発表の予定。本実績報告書作成時点では、International Labour and Employment Relations Association American Congress (2020年6月開催)に向けてペイパーを執筆中である。理論的背景は、定量分析と同様に制度派組織論を中心的な理論的背景とする予定である。(3)モチベーションとキャリア志向に関する国際比較(定量分析):2018年度に共同研究者であるアンナ・グリズノヴァ氏(モスクワ大学)と、引き続き分析と発表を行っていく旨と、新たなサーベイ調査の実施について打ち合わせを行った。(4)研究方法論:20172018年度に文献レビューを行い、2018年4月に書籍『マネジメント研究への招待:研究方法の種類と選択』を出版した。2019年度以降も研究と並行して、研究方法論についても研究を進めていく。2017年度における研究概要について(1)情報収集・(2)研究成果発表の2側面にわけて記載する。(1)情報収集:人事制度面における長期雇用・年功主義、人事管理の意思決定面における人事部主導の集権的人事管理、の2つは日本型人事管理の特色として指摘されている。これを実証するために、日本で活動する外資系企業を対象に「人事部門の機能と組織に関する調査」を実施した。目的は、本調査結果を、2016年度実施の日本市場・上場企業(ほとんど内資)対象の調査結果との比較を行い、資本国籍が人事制度、人事権の所在に与える影響を分析することにある。(2)研究成果発表:2017年度の研究成果のうち、主要3業績について担当者と発表内容を記載する。2研究代表者・須田敏子:人事管理研究と背景となる組織行動分野の理論と応用・実践方法の紹介と、日本の人材マネジメントの特色と対極的な欧米型人材マネジメントの比較によって人材マネジメント分野を紹介した『組織行動:理論と実践』を出版。

本年度は、20172021年度の5年間にわたる科研費研究の初年度であると同時に、本研究内容は、それ以前の20122016年度科研費研究、20092011年度科研費研究、20062008年度科研費研究と、4回の科研費研究期間を通しての継続研究であり、長期間にわたる研究である。科研費研究のタイトルは人事分野であるが、組織行動論、経営戦略論、組織論、国際経営比較論、文化論、制度理論など幅広い分野の理論を活用し、マクロ面での分析では各国のビジネスシステム比較、ミクロ面の分析ではモチベーション構造・意思決定構造の比較など幅広い分野で研究を行ってきている。以上のように幅広い研究分野を有する長期継続研究の中で、本年度は2016年度から新たに加えた人事権の所在というテーマに国際比較の視点を取り入れ、資本国籍における人事権の所在の違いを知るために外資系企業向けの調査を実施し、2016年実施の日本市場・上場企業対象(ほとんど内資)との比較を行える環境を整えた。現在は一次分析段階であるが、資本国籍による違いは大きく、初の研究成果発表を2018年6月に予定している。以上のとおり、2016年度・2017年度と連続してアンケート調査を実施しており、研究はおおむね順調に進展している。研究成果面では、研究代表者・須田敏子、研究分担者・森田充の2人の論文が海外ジャーナルに掲載された(研究実績の概要で論文・ジャーナル名を記載)。さらに、研究代表者・須田敏子が2018年7月開催予定のInternational Labour and Employment Relations Assopciation 2018 World Congressで2つの研究発表が決定しており、研究成果面でもおおむね順調に進展している。2018年度における研究実績について、定量研究・定性研究・研究方法論の3つの面について記載する。1.定量研究:(1)2016年度実施の日本株式市場上場企業調査、2017年度実施の外資系企業調査、という2つの「人事部門の組織と機能に関するサーベイ調査」:2018年6月開催の「日本応用経済学会」で発表(研究代表者須田・研究分担者森田)。2019年9月開催のBritish Academy of Management AnnualConferenceでの発表を目指して(研究代表者須田・研究分担者森田)、論文を投稿。現在、査読結果を待っている状況である(2)モチベーションとキャリア志向に関する日本・ドイツ・ロシアの3国比較調査:2018年7月開催のInternational Labour and Employment Relations Association World Congressと2019年3月開催のAmerican Association of Behavioral and Social Science Annual Conferenceで研究成果を発表(研究代表者須田)。
褐色脂肪細胞の小胞体ストレス応答による生体エネルギー制御機構解明

体内に取り込まれたエネルギーを熱として放散し、エネルギー消費に寄与するのが褐色脂肪組織である。褐色脂肪細胞におけるエネルギー産生及び放散の仕組みが解明できれば、様々な代謝性疾患の要因である肥満に対する新たな治療戦略に繋がる。本研究課題では、褐色脂肪細胞の機能制御機構を明らかにすべく、小胞体に収斂するシグナル経路に着目して研究を進めた。その結果、ノルアドレナリンを受容した褐色脂肪細胞において、IRE1-XBP1経路が特異的に活性化し、熱産生機能を担うタンパク質であるUCP1の転写を誘導することがわかった。また、IRE1-XBP1経路はPKA依存的に活性化することも明らかとなった。褐色脂肪細胞におけるエネルギー産生及び放散の仕組みが解明できれば糖尿病や心筋梗塞をはじめとした様々な代謝性疾患の要因である肥満に対する新たな治療戦略の構築につながる。本研究課題では、褐色脂肪細胞の分化・成熟および機能制御機構について、小胞体に収斂するシグナル経路を中心に解析し、生体におけるエネルギー出納の恒常性維持機構の解明を目指している。本年度は褐色脂肪細胞の熱産生機能における小胞体からのシグナルに関して検討した。当該細胞は、βアドレナリンなどで刺激するとミトコンドリア内膜に存在する脱共役タンパク質UCP1が転写レベルで誘導され熱を産生する。UCP1の転写亢進が小胞体ストレス応答シグナルのうち、IRE1-XBP1経路により制御されていることを見出した。さらにIRE1の活性化はprotein kinase A(PKA)が上流から調節しており、小胞体ストレスそのものがIRE1を活性化しているのではないことも明らかになった。以上から、βアドレナリンなどで活性化した褐色脂肪細胞では、βアドレナリン受容体を介してPKAを活性化し、PKAが直接ないしは間接的にIRE1をリン酸化することで下流のシグナルを誘導する。その結果、スプライシングフォームのXBP1mRNAから翻訳されたXBP1タンパク質がUCP1のプロモーターに作用しUCP1の転写が亢進する新たなメカニズムを明らかにした。本研究課題は、1)褐色脂肪細胞の活性化メカニズム解明と、2)褐色脂肪細胞の分化誘導および機能亢進をもたらす小胞体ストレス応答シグナルの経路解明を目指した研究である。本年度は1)を完全に達成し論文として纏め上げることができた(Asada et al, Scientific Reports, 2015)。さらに2)に関しても褐色脂肪細胞の機能亢進に小胞体ストレスセンサーのIRE1経路が不可欠であることを明らかにしており、計画の一部をすでに達成している。従って、当初の計画以上に進展していると判断できる。褐色脂肪細胞におけるエネルギー産生及び放散の仕組みが解明できれば糖尿病や心筋梗塞をはじめとした様々な代謝性疾患の要因である肥満に対する新たな治療戦略につながる。前年度の解析から、褐色脂肪細胞がUCP1の転写誘導を介して熱産生を行う際にPKA依存的に活性化したIRE1-XBP1経路が必要であることが明らかとなった。本年度は、IRE1-XBP1経路によるUCP1の転写亢進の詳細な分子機構の解明とIRE1-XBP1経路の生体における活性化を検討した。スプライスドフォームXBP1は転写因子として機能する。UCP1遺伝子のプロモーター領域に複数のXBP1結合配列を発見した。しかし、UCP1の転写誘導はXBP1単独では行われず、β3アドレナリン受容体下流で誘導される分子とヘテロダイマーを形成することが必要であると示唆された。また、XBP1タンパク質が核内へ移行するためには、PKA下流分子であるp38 MAPKによるリン酸化が必要であることもわかった。生体内の褐色脂肪細胞は、生体が寒冷環境に曝されると活性化する。野生型マウスを4°C環境に24時間曝すと、UCP1の発現と同時にIRE1-XBP1経路の活性化が確認され、生体内においてもIRE1-XBP1経路がUCP1の転写誘導に重要であることが明らかとなった。小胞体ストレスセンサーBBF2H7の遺伝子欠損マウスでは、褐色脂肪組織が異常に大きくなり、褐色脂肪細胞そのものも肥大化および細胞数の増加が生じている。従ってBBF2H7のシグナル経路は褐色脂肪細胞の分化や成熟に重要な働きがあることが予想される。

今後はBBF2H7遺伝子を褐色脂肪細胞特異的に欠損させたコンディショナルノックアウトマウスを作成し、その分化・成熟のメカニズムを明らかにしていく。また、UCP1の転写誘導におけるBBF2H7の役割についても解析し、褐色脂肪細胞が熱産生細胞として機能していく上で本遺伝子がどのように制御しているのかも解明する。細胞生物学