hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
雑食者トゲマダラカゲロウ属の体色斑による隠蔽効果と渓流食物網における役割の解明

【1】体色斑の可塑性:ミツトゲマダラカゲロウと未記載種の幼虫について、明色背景処理と暗色背景処理を施した容器において60個体を個別に1338日間飼育し、実験前後の体背面の明度の変化量を評価した。ミツトゲマダラカゲロウでは、両処理において体色斑の暗色化は認められたが、処理間で変化量に違いは認められなかった。未記載種では、明度の変化量は処理間で異なり、背景の色特性に応じた体色斑の可塑性が認められた。しかし、体色斑型が変化した個体は認められなかったことから、野外における体色斑の集団間変異に体色斑の可塑性が寄与している可能性は小さいといえる。【2】集団間の遺伝子流動:栃木県日光市を中心に採集したサンプルなどから、ヨシノマダラカゲロウ、フタマタマダラカゲロウ、ミツトゲマダラカゲロウ、未記載種の約250個体のミトコンドリア遺伝子CO1領域の約600塩基対の塩基配列を決定した。日光地域の集団について、分子分散分析を行った結果、いずれの種においても、遺伝的変異のうち集団内の変異で説明される割合は50%以上であった。また、集団間の遺伝的分化の程度と地理的距離の間に正の相関は認められなかった。これらのことから、いずれの種も集団間の遺伝子流動は大きいと推定され、各種の体色斑の集団内多型は遺伝子流動によって維持されている可能性がある。【3】微生息場:ミツトゲマダラカゲロウ幼虫について、多摩川水系小菅川赤沢(山梨県)において、石礫におけるミツトゲマダラカゲロウ幼虫の在不在と,石礫の周囲もしくは礫直下の細粒底質の表面積割合との関係を調べた。直下や周囲の河床表面を細粒底質が占める割合が大きい石礫ほど出現確率は高く、かつ直下の河床表面を細粒底質が占める割合が大きい石礫(面積割合>75%)のみに出現した。このことから、石礫だけでなく、その間隙や周辺に堆積する細粒底質も幼虫の背景となる可能性は高い。28年度が最終年度であるため、記入しない。【1】河床の色特性(河床地質)とトゲマダラカゲロウ属の色斑の関係に関する研究:北海道富良野市,栃木県日光市,東京都檜原村,山梨県道志村,愛知県瀬戸市・犬山市の河川における調査の結果,オオマダラカゲロウ,ミツトゲマダラカゲロウ,ヨシノマダラカゲロウでは明色の河床の河川では明色の体色斑型の個体が,暗色の河床の河川では暗色の体色斑型の個体が多いという河床の色特性(河床地質)と体色斑変異の間に統計的に有意な対応関係が認められ,フタマタマダラカゲロウ,未記載種では認められなかった.【2】トゲマダラカゲロウ属の色斑の捕食者と餌動物に対する隠蔽効果に関する研究:トゲマダラカゲロウ属の食性について,トゲマダラカゲロウ属の消化管内容物分析から,コカゲロウ属幼虫が餌動物の約80%を占めており,オオマダラカゲロウ,ミツトゲマダラカゲロウ,ヨシノマダラカゲロウは肉食傾向が強く,他の2種は肉食傾向が弱いことが明らかになった.魚類捕食者(ハナカジカ)の食性について,消化管内容物調査によって,ハナカジカがトゲマダラカゲロウ属幼虫を摂食していることが明らかになった.魚類捕食者と餌動物に対する隠蔽効果について,ハナカジカ(魚類捕食者)に対する隠蔽効果に関する野外実験と,コカゲロウ属(餌動物)に対する隠蔽効果に関する室内実験について実験方法を確立することができた.【3】体色斑変異の維持機構に関する研究:色斑の可塑性に関する室内実験について実験方法を確立することができた.色斑型の遺伝的分化・個体群間の遺伝子流動について,北海道富良野市,栃木県日光市,東京都檜原村,山梨県道志村,愛知県瀬戸市・犬山市において採集されたトゲマダラカゲロウ属4種(オオマダラカゲロウ,ミツトゲマダラカゲロウ,フタマタマダラカゲロウ,ヨシノマダラカゲロウ)のサンプルのミトコンドリア遺伝子CO1領域の塩基配列を決定することができた.【1】体色斑の隠蔽効果:研究室内で行ったカジカによるミツトゲマダラカゲロウに対する捕食選択実験において、明色処理水槽では暗色個体が明色個体に比べて6倍攻撃され、暗色処理水槽では明色個体が暗色個体に比べて6倍攻撃された。この結果から、ミツトゲマダラカゲロウ幼虫の体色斑のカジカに対する隠蔽効果が明らかになった。【2】体色斑の可塑性:室内のフタマタマダラカゲロウ幼虫の飼育実験の結果、明度の変化が処理間で異なっており、変化の方向は背景の明暗に対応したものであった。この結果から、本種幼虫の2体色斑型(斑型、黒帯型)における背景色に応じた体色斑の可塑性が明らかとなった。【3】体色斑型間の遺伝的分化:栃木県日光市を中心に採集したサンプルなどから、オオマダラカゲロウ、ヨシノマダラカゲロウ、フタマタマダラカゲロウ、ミツトゲマダラカゲロウ、未記載種の約150個体のミトコンドリア遺伝子CO1領域600650bpの塩基配列を決定した。

H26年度のデータと合わせた解析の結果、関東地方において、ヨシノマダラカゲロウとミツトゲマダラカゲロウでは配列が10%程度異なる2系統が存在し、両種とも系統特異的な体色斑型が存在した。日光市において、フタマタマダラカゲロウでは、斑型と黒帯型・黒茶型の間でハプロタイプの共有が認められず、それぞれの型内の同類交配が示唆された。これら3種において、体色斑型間の遺伝的分化が示唆された。【4】幼虫出現期間:東京都小坂志川で採集されたサンプルの解析から、幼虫出現期間は、オオマダラカゲロウで10月4月、ヨシノマダラカゲロウで47月、フタマタマダラカゲロウで36月、ミツトゲマダラカゲロウは16月、未記載種は68月であった。カジカの採餌の活動度は季節で変化すると考えられており、トゲマダラカゲロウ属は種間でカジカから受ける捕食圧が異なると推測される。おおむね計画通り、野外実験(体色斑の隠蔽効果の検証)、室内実験(体色斑の隠蔽効果の検証、体色斑の可塑性の検証)、サンプルの解析(体色斑型間の遺伝的分化の検証、生活環の解明)を行った。そのなかで、トゲマダラカゲロウ属幼虫の一部の種について、体色斑が魚類に対して隠蔽色として機能すること、幼虫が背景の色特性に応じた体色斑の可塑性を有していることを明らかにするなど、研究を着実に進展させることができた。以上から、研究はおおむね順調に進展していると評価できる。【1】体色斑の可塑性:ミツトゲマダラカゲロウと未記載種の幼虫について、明色背景処理と暗色背景処理を施した容器において60個体を個別に1338日間飼育し、実験前後の体背面の明度の変化量を評価した。ミツトゲマダラカゲロウでは、両処理において体色斑の暗色化は認められたが、処理間で変化量に違いは認められなかった。未記載種では、明度の変化量は処理間で異なり、背景の色特性に応じた体色斑の可塑性が認められた。しかし、体色斑型が変化した個体は認められなかったことから、野外における体色斑の集団間変異に体色斑の可塑性が寄与している可能性は小さいといえる。【2】集団間の遺伝子流動:栃木県日光市を中心に採集したサンプルなどから、ヨシノマダラカゲロウ、フタマタマダラカゲロウ、ミツトゲマダラカゲロウ、未記載種の約250個体のミトコンドリア遺伝子CO1領域の約600塩基対の塩基配列を決定した。日光地域の集団について、分子分散分析を行った結果、いずれの種においても、遺伝的変異のうち集団内の変異で説明される割合は50%以上であった。また、集団間の遺伝的分化の程度と地理的距離の間に正の相関は認められなかった。これらのことから、いずれの種も集団間の遺伝子流動は大きいと推定され、各種の体色斑の集団内多型は遺伝子流動によって維持されている可能性がある。【3】微生息場:ミツトゲマダラカゲロウ幼虫について、多摩川水系小菅川赤沢(山梨県)において、石礫におけるミツトゲマダラカゲロウ幼虫の在不在と,石礫の周囲もしくは礫直下の細粒底質の表面積割合との関係を調べた。直下や周囲の河床表面を細粒底質が占める割合が大きい石礫ほど出現確率は高く、かつ直下の河床表面を細粒底質が占める割合が大きい石礫(面積割合>75%)のみに出現した。このことから、石礫だけでなく、その間隙や周辺に堆積する細粒底質も幼虫の背景となる可能性は高い。平成26年度の研究計画に従って,野外調査(河床の色特性とトゲマダラカゲロウ属の色斑の関係,トゲマダラカゲロウ属の食性,魚類捕食者の食性,色斑型の遺伝的分化・個体群間の遺伝子流動について)及び野外と室内における予備実験(魚類捕食者と餌動物に対する隠蔽効果,色斑の可塑性について)を行った.野外調査では,明色の河床の河川では明色の体色斑型の個体が多くなるという対応関係が認められる種と認められない種がいること,トゲマダラカゲロウ属の肉食の程度に種間で差があること,魚類捕食者がトゲマダラカゲロウ属幼虫を捕食することを明らかにすることができた.
ホッジ加群の基礎理論の改良とその更なる応用

混合ホッジ加群のより簡明な定義を得るとともに、ホッジ加群の理論を代数サイクル論、特異点論、ホッジ構造論、特性類論などといった代数幾何学の様々な分野において応用する事により多くの新しい結果を得た。例えばある条件を満たす斉次多項式のb-関数の根が、多項式環をこの多項式の偏微分で生成されるヤコビ・イデアルで割ってできた商環のヒルベルト数列を計算することによって求められるなどというのは、ホッジ加群の理論無しには到底考えられないものである。まず長年懸案であった混合ホッジ加群の定義のより簡明な定式化に関しては、大体満足できるものがやっと得られたので、それを論文にまとめつつあるところである。これは本質的には、必要な道具は全部そろってはいるのだが、それらをどのような順番でどのように並べれば最も分かり易いかという問題なので、また幾何学的な混合ホッジ加群に話を限るならばあまり必要のないことなので、今まで後回しになっていたものである。ディムカ氏との共同研究においては、特異点としては通常二重特異点しか持たない射影超曲面の定義多項式の場合には、ステンブリンク・スペクトルや極位数スペクトルをかなり簡単に表せる事が分かったので、それを論文にまとめているところである。これらが比較的簡単なのは、次元などの数値的公式だからであるが、もっと詳しい表示を得るのはそう簡単ではなさそうである。ヴォツラフ氏の予想に関しては、殆どの場合は証明できたが、まだ完全ではない。許容法関数の零点の定義体に関する理論については、カタニ・ドリーニュ・カプランによって研究されたホッジ類になる点からなる代数部分多様体に関し、その定義体についての話に拡張できることがシュネル氏により発見されたので、彼との共同研究を行っているところである。部分多様体のスプレッドの理論を使えばかなりの部分は同様にいくように思えるが、まだ少し技術的に困難なところが残っている。射影超曲面のヒルツェブルフ特性類に関するマキシム及びシュルマンの両氏との共同研究については、射影的超曲面配置の場合の公式などが最近得られた。チャウ・キュネット分解の射影子の自由度に関する研究については、曲面の場合に真ん中の射影子から定義されるチャウ・モチーフの一意性が最近証明できた。昨年サバ氏と行ったコンツェビッチ予想の証明に関連して、かつてコンツェビッチ氏の定義したドラーム複体の部分複体が、実はベイリンソン極大拡張と呼ばれているものと一致するという事実を発見したので、それを論文にまとめた。証明にはステンブリンク氏の理論を用いてV-フィルトレーションを表すという約30年前に見つけたアイデアがホッジ加群と並んで本質的に使われている。藤野・藤澤の両氏との論文では、双対化層の順像の半正定値性に関する定理の一般化及び精密化を行った。ここでは次元に関する帰納法を使う際に、ホッジ構造の変動の極限における挙動に関するカタニ・カプラン・シュミットの結果が本質的に使われる。また、正規交差多様体への拡張には、ホッジ加群の理論が非常にうまく適用される様に思われる。ディムカ氏との共同研究においては、孤立特異点を持った斉次超曲面のミルナー代数とステンブリンクのスペクトルとの間のよく知られた関係を非孤立特異点の場合に拡張しようと試みたが、状況は思った以上に複雑な様で、一般にはそう簡単な関係式は得られそうにない。ここではブリースコルン加群の捩れ部分群が本質的な役割を果たし、捩れ部分群が消える孤立特異点の場合とはかなり異なる風景が見られる。ホッジ理論に関しては、シャルル氏の許容法関数の零点の定義体に関する結果に刺激を受けて、l-進コホモコジーやガロワ群の作用の代わりに部分多様体のスプレッドを用いてその一般化を証明する論文を書いた。ここでは底空間上局所的には位相的に自明な代数多様体の族とその全空間上で定義された許容法関数が与えられた時に、法関数が一つのファイバー上で一定ならば他のどのファイバー上でもそうであるという事実が本質的に使われている。その他に代数サイクルに関しては、チャウ・キュネット分解の射影子の自由度に関する研究なども行っている。混合ホッジ加群の更により簡明な定義を得る為には,やはり幾何学的混合ホッジ加群の場合に話を限るしか手が無い様ではあるが,それでもまだかなりの技術的複雑さを残しているのは或る程度はやむを得ない事なのかもしれない。これはドリーニュの混合ホッジ構造の基礎理論のかなりの部分が多重フィルトレーションや多重スペクトル系列の話から成っている事からしても避けられない事の様に思われる。完全圏を使った多重スペクトル系列の議論の簡易化に関してはもっと強調した方が良いのかもしれない。ディムカ氏との共同研究では,射影超曲面の孤立特異点が全て重み付き斉次多項式で定義されている場合においては,やはり極位数スペクトル系列のE2退化を証明しなければ話に成らないと言う結論に至ったが,その証明は予想したほど簡単には片付かず,翌年に持ち越される事に成った。この話はb-関数の理論とも密接に関係しており,かなり興味深い様に思われる。超平面配置のb-関数に関しては,デーネフ・ロゼールのゼータ関数の極とb-関数の根の重複度に関する予想が3次元の場合に解けたので,論文の最後に付け加えた。これは,重複度を除いては既に証明済みの事ではある。

許容法関数の零点の定義体に関する理論を,カタニ・ドリーニュ・カプランによって研究されたホッジ類となる点からできる代数部分多様体の定義体についての話に拡張しようというシュネル氏との共同研究については,予想以上にうまくいったと一応言えるのではあるが,動機のひとつとなった絶対ホッジ類に関する数年前の論文に関してかなり明瞭でない箇所が発見されたので,その部分を何とかしようとかなりの努力を行った。結局思ったほどはうまくいかなかったのではあるが,多少とも問題の性質は明らかになったのではないかと思われる。その他には,カラビ・ヤウ射影超曲面のフロベニウス多様体などについても研究を行った。多項式環を斉次多項式の偏微分で生成されるヤコビ・イデアルで割ってできたミルナー環の一種の捻れ部分とb-関数の根との関係についてのヴァルター氏の結果がどうも納得出来なかったので、計算機を使って色々試してみた結果、定式化が多少誤っているのではないかという結論に至り、その修正を行った上で正しい証明も付け加えた。これはカスピダル有理曲線の場合のミルナー環の捻れ部分の次元に関するディムカ氏の予想ともかなり密接に関係しており、この予想についても随分考えたのではあるが、反例も証明も見つける事はできなかった。ただしそれらと関係して、斉次多項式の特異点が一次元の場合にb-関数の根がミルナー環のヒルベルト数列だけでは決定されない例を発見する事などが出来た。上の例では斉次多項式の定める射影超曲面の孤立特異点は重み付き斉次特異点ではないのだが、特異点がすべて重み付き斉次孤立特異点の場合には今迄のところすべての計算例においてb-関数の根をヒルベルト数列から決定する事ができる。これが一般にどの程度の仮定の下に成り立つのかは現在まだ研究中であるが、超平面配置のb-関数の根が組合せ不変量ではないというヴァルター氏の例などもこの方法を使って直接確かめる事が出来る。これの良いところはb-関数自体を計算するよりも相当に速いという事で、ヴァルター氏の例などではb-関数を計算する事自体、普通の計算機ではかなり困難な様である。なお、上記の計算および考察にかなり時間を取られたのと、それから以前程は興味を持たれなくなったせいもあって、斉次多項式の定める射影超曲面の特異点がすべて重み付き斉次孤立特異点の場合の極位数スペクトル系列のE2退化の証明は延期となった。混合ホッジ加群のより簡明な定義を得るとともに、ホッジ加群の理論を代数サイクル論、特異点論、ホッジ構造論、特性類論などといった代数幾何学の様々な分野において応用する事により多くの新しい結果を得た。例えばある条件を満たす斉次多項式のb-関数の根が、多項式環をこの多項式の偏微分で生成されるヤコビ・イデアルで割ってできた商環のヒルベルト数列を計算することによって求められるなどというのは、ホッジ加群の理論無しには到底考えられないものである。最近の欧米での流行の変化により、現在行っている研究が以前ほどには注目されなくなってきたせいもあり、結果をもっと積み上げなければ良い論文としてはなかなか通用しない様になってきた。そこでどうしても極位数スペクトル系列のE2退化を示す必要が出てきたのだが、その証明はそう簡単には片付かず、原理的には大体証明出来たと思われるのだが、更に細部をつめる必要があり、翌年に持ち越される事と成った。代数幾何学極位数スペクトル系列のE2退化の証明をできるだけはやく終わらせて、その応用の研究に移る予定である。混合ホッジ加群の基礎理論の簡易化に関しては、英国でのホッジ加群に関連した研究集会までに何とか間に合った。
小児の人工内耳手術と言語の認知の国際比較

小児の人工内耳については、成人と違い多くの問題がある。主なる問題は(1)言語の違い、(2)手術年齢の時期、(3)術後のリハビリテーション、(4)知的レベルの影響、(5)人工内耳のテクノロジーの違いである。人工内耳は欧米の技術であり、わが国では、あらゆる情報が術手にまわっており、その結果、手術の適応についても極めて慎重な態度をとってきた。このような状況では、国際学術交流を行い、互いに相手国を訪れ直接自分の目で見ることが大切である。以上のような背景に基づいて、1988年度は、日本側が、オーストリアの現状を知るべく、ウィーン大学病院の耳鼻科の人工内耳手術と、人工内耳手術を受けた左先天聾の小児のリハビリテーションを見学した。さらに、インスブルック工科大学を見学し、人工内耳と人工脳幹(ABI)の基礎技術開発の状況を見学した。この視察には、東大耳鼻科より4名、東大工学部より3名が参加した。1999年度は、オーストリア側より、2名を招き、日本耳科学会で小児の人工内耳手術とその後の言語発達とABIについて講演をしてもらった。以上の2回の国際学術研究でウィーン大学と東京大学の小児の人工内耳手術で、初期の問題が次のように明らかとなった。(1)人工内耳は言語の違いによる差は少ない、(2)手術年齢の時期は、3歳以後の症例が大多数であるが、2歳で手術を行った方が、より、良い言語発達をする、(3)術後のリハビリテーションは集中的に徹底的に必要。放置されるだけでは聴能の成長は乏しい。(4)知的レベルが低いと人工内耳の効果も乏しい。(5)人工内耳のテクノロジーの違いは、先発のスペクトラと後発のCISがあるが現在のところ、その違いは明らかではない。以上、我々の国際共同研究は有意義であった。オーストリアで開発された新しい人工内耳をわが国でも幼小児の難聴に対して行うにあたって、国際共同研究を行う。すなわち、人工内耳移動下の難聴幼小児の聴覚の知覚と言語の発達が、補聴器と比較してどのように異るか認知神経科学の立場から解明する。手術前および手術後の聴覚と言語の検査法、評価法を異る言語でも共通の立場で実施できるように開発し、統計処理が可能となるようにする。日本とオーストリアで毎年セミナーを開き、進行状況をチェックし、意見交換を行い、研究目的を達成するようにする。本研究では、人工内耳手術を受けた子供の言語発達を実際に会って行動を含め観察することが最も研究推進の鍵となる。そのために相互に訪問し、患者を観察し、異る言語構造の与える影響を詳細に比較研究のためのセミナーを持つこととした。平成10年度は日本側の4名がウィーン大学およびインスブルク工科大学を訪問し意見交換を行った。以上のような背景に基づいて、1998年度は、日本側が、オーストリアの現状を知るべく、ウィーン大学病院の耳鼻科の人工内耳手術と、人工内耳手術を受けた左先天聾の小児のリハビリテーションを見学した。

さらに、インスブルックエ科大学を見学し、人工内耳と人工脳幹(ABI)の基礎技術開発の状況を見学した。この視察には、東大耳鼻科より4名、東大工学部より3名が参加した。1999年度は、オーストリア側より、2名を招き、日本耳科学会で小児の人工内耳手術とその後の言語発達とABIについて講演をしてもらった。以上の2回の国際学術研究でウィーン大学と東京大学の小児の人工内耳手術で、初期の問題が次のように明らかとなった。(1)人工内耳は言語の違いによる差は少ない、(2)手術年齢の時期は、3歳以後の症例が大多数であるが、2歳で手術を行った方が、より、良い言語発達をする、(3)術後のリバビリテーションは集中的に徹底的に必要。放置されるだけでは聴能の成長は乏しい。(4)知的レベルが低いと人工内耳の効果も乏しい。(5)人工内耳のテクノロジーの違いは、先発のスペクトラと後発のCISがあるが現在のところ、その違いは明らかではない。以上、我々の国際共同研究は有意義であった。
スーパーコンピューティングと革新的情報技術によるがんシステムの新次元探索

1.ヒトゲノム解析センタースパコン上に実装したゲノムデータ解析パイプラインGenomonに加え、「京」コンピュータ用にVirtual Grid Engineを開発し、さらに大規模なGenomon解析を実施できる体制を整備し、国内外での共同研究で多くの成果に貢献した。新規方法論としては、SAVs (splicing-associated variants)を検出する数理統計的手法を開発し、31のがん腫にわたる8,976サンプルのWES及びRNAシークエンスデータを用い、14,438のSAVsを検出した。検出されたSAVsの約50%が非GT-AG dinucleotidesを破壊するもので、ドナーサイトのイントロン部分の3番目及び5番目を含むものか新たなスプライス部位を作っているものであることが判明した。喫煙がSAVsと強く関連しており、一方で紫外線の影響は少ないことなどの知見が得られた。さらに、変異コールの新たな方法として、与えられた情報ソースに基づいたペアエンドリードに対する分割を導入し、複数の情報ソースを用いて既存の生成モデルを統合し新たなベイズ階層モデル法を構築方法OHVarfinDerを開発した。2.大規模遺伝子ネットワークの解釈と知識発見のための情報方式の開発を富士通研究所と行い、Deep Tensorの技術を基に、「説明可能なAI」の開発に成功した。これにより、これまで開発してきたNetworkProfilerを始めとした大規模な遺伝子ネットワーク推定結果から、EMTや薬剤耐性に寄与しているメカニズムを一挙に浮かび上がらせる技術が実現する見込みである。研究の詳細は未発表である。これは、ネットワークバイオロジーの観点から他の生命科学研究へ大きな波及効果があると考えている。3.Watson for Genomicsをゲノムの構造異常情報から評価を行い、現システムの限界を明らかにした。全ゲノムシークエンスが不可欠である症例も判明した。ゲノムシークエンスのコストが大幅に下がり、同時に、スーパーコンピュータについても発展があり、これまでコスト的に困難であった研究が進展した。本新学術領域では、計算システム生物学とスーパーコンピュータをがん研究に融合することに加え、人工知能システム(IBM Watson for GenomicsやFujitsu Deep Tensorなど)を導入することで、がんのシステム異常の研究、さらには、生命科学研究をこれまでのスケールと次元を超えたところで実現することが特色としている。これまで、その導入により、新たな情報技術の構築と画期的な成果がでている。特に、計画研究・小川誠司教授とはシームレスな研究システムができており、がんの発生や進展過程について、国際共同研究も含め本年度もNatureやNature Microbiology誌をはじめ多くの重要な成果を発表した。人工知能システムWatson for Genomicsについては、研究現場の意見を反映させて方向を明らかにして改良が行われ、その有効性の範囲が明確になった。計画研究・高橋隆教授との共同研究では遺伝子発現データに基づいて推定されたネットワークからの知識発見のために、がん研究では初めてDeepTensorの応用のチャレンジが結実しつつある。ニューラルネットなどをベースとしたAIは、予測制度は高いものの、なぜそのような予測ができているかが隠れておりこれまでブラックボックスと言われていた。本研究では、富士通研究所との共同研究により、グラフ構造データを対象とした「説明可能なAI」の技術ができ、その有効性をがんバイオロジーの分野で検証している。これはWatson for Genomicsは対象とはしておらず、大きな飛躍があったと考えている。このようにシステム癌新次元の方式を探りながら、そしてシステム癌の方法論を昇華させながら多くの成果がえられるとともに、方法論に革新が起こっている。ゲノムの一次元地図から、時間軸・空間軸に広がるがんのシステム異常の複雑さの本態を捉え、システムがん研究が新たに直面している挑戦的課題に解決法を与え、がん研究を新次元へ転送するためのプラットフォームと方法論をまとめる。1.がんゲノミクス研究に用いてきたWatson for Genomicsの有効性と限界が確認され、そこから得られた知見に基づき、ゲノムシークエンスデータだけでなく、RNAシークエンス、構造異常、エピゲノムへと発展させていく。また、全ゲノムシークエンス解析が、がんを理解するための第一歩であるというメッセージをアウトリーチ活動により示していく。2.がんのシステム異常をネットワークの観点から捉える研究を推し進める。このために、遺伝子発現データからソフトウェアアップリケーションSiGNによって推定した大規模遺伝子ネットワークの解釈及び知識発見のための情報方式の開発を継続してすすめる。同時に、Watson for Genomicsに加えDeep Tensorのがん研究への様々な応用を合わせて進め、がんの全体象を把握した上で、その細部へと自在にシャトルする術を獲得する。これは、がん研究だけでなくネットワークバイオロジーの観点から他の生命科学研究へ大きな波及効果がある。3.人工知能技術、とくにディープラーニングをシークエンスデータ解析へ活用する技術開発にチャレンジし、成果をだす。4.小川教授らの研究(Nature 2019)により、食道がんにおいて、遺伝子変異が乳児期から獲得され、加齢とともに増加して70歳以上では全食道面積の40%80%が、がん遺伝子の変異をもった細胞で置き換わっていること、がんがなぜ高齢者に生じ、飲酒や喫煙によって促進されるのかなど、がんが生ずる初期のメカニズムの解明と進展を理解するための突破口が創つくられた。こうした発見に基づき、今後ELSI研究との連携をさらに深める。1.大規模データ解析パイプラインのヒトゲノム解析センタースーパーコンピュータ上での整備、及び「京」コンピュータへの移植作業、及びがんの統合的理解のための応用を行い、共同研究のなかで多くの成果を得た。2.がんのシステム異常解析技術の開発の一つとして、スーパーコンピュータを活用した新たな薬剤感受性・耐性ネットワークの解析手法を開発した。

これは再帰的ランダムラッソ(RRLasso)と呼ぶ新たな統計的な方法で、高次元のゲノムデータ解析とドライバー遺伝子の探索を可能にした。この方式は高速なだけではなく、高次元のゲノムデータ解析のために有効であることを計算機実験で示した。がんドライバー遺伝子選択のための信頼性の高い結果を提示できると考えている。3.新たな情報技術によるがんの進化シミュレーションによる腫瘍内不均一性生成原理について知見を得た。スーパーコンピュータを利用して膨大な組み合わせのパラメーターセットでこのBranching evolutionary Process (BEP)モデルによるがんの進化シミュレーションを行うことにより、高い不均一性が生み出される条件の網羅的探索を行った。その結果、高い遺伝子変異率、がん幹細胞の存在を仮定すると、これまでの大腸がんの実験データに見られるような、高い不均一性有する遺伝子変異パターンが再現できることを見出した。更にこのシミュレーション結果からドライバー遺伝子は全てのがん細胞に共有されている一方で、不均一性を生み出している変異の大部分は細胞の増殖速度に影響を与えない中立変異であることが示唆された。以上、腫瘍内不均一性を生み出している進化原理の一端をがんの進化シミュレーションにより明らにした。4.IBM Watson Genomic Analyticsを導入し、100例以上の検体を用いて訓練と評価を行い重要な知見を得、その能力を向上させた。これまでの「システムがん」では、計算システム生物学とスーパーコンピュータをがん研究に融合することであったが、この新学術領域ではIBM Watson Genomic Analyticsを導入し、Cognitive Computing(人工知能はその一部)をがん研究、さらには、生命科学研究に融合させることが特色であり、導入と改良が順調に進んでいる。小川誠司教授とは洗練されたシステムとして研究が稼働しており、研究テーマごとに、新たなデータ解析の方式を開発してきた。ATLの変異の全貌解明を初め[14]、数多くの成果を導き出している。高橋隆教授とは、ノンコーディングRNAに関するネットワーク解析が進んでおり、画期的な成果が出始めた。小川・高橋ともに、ヒトゲノム解析センタースーパーコンピュータ及び「京」コンビュータを活用している。稲澤譲治教授とは、「システムがん」から発展した成果がでており、記者発表が行われている。ロングノンコーディングRNAを含むネットワーク解析についても研究が進みつつある。
陸棲哺乳類の麻痺性神経毒の構造と機能

陸棲哺乳類由来の特異な麻痺性神経毒の研究を行った。ブラリナトガリネズミの顎下腺より分子量約5 kDaの神経毒をほぼ精製した。またカモノハシの毒液から,ヘプタペプチド(HDHPNPR)など11種の新物質を単離し,その生物活性を解明した.さらに爬虫類やトガリネズミの毒と同様,カモノハシ毒にもカリクレイン様プロテアーゼが含まれることを示した.これら神経毒の作用機序解明により,新たな鎮痛剤や血圧降下剤などへの展開が期待される.陸棲哺乳類由来の特異な麻痺性神経毒の研究を行った。またカモノハシの毒液から,ヘプタペプチド(HDHPNPR)など11種の新物質を単離し,その生物活性を解明した.さらに爬虫類やトガリネズミの毒と同様,カモノハシ毒にもカリクレイン様プロテアーゼが含まれることを示した.これら神経毒の作用機序解明により,新たな鎮痛剤や血圧降下剤などへの展開が期待される.新規神経毒の化学的解明は,薬理学,神経科学,精神医学など広範な生命科学の基礎研究の発展に貢献し,また新規薬剤の創製にも直結する.一方,自然界には活性物質の不安定さや稀少性が障害となり,科学的に解明されていない生物現象が数多く残されており,新奇な有用生物活性物質の発見が期待される.毒をもつ哺乳類であるトガリネズミやカモノハシ由来の特異な麻痺性神経毒の解明を目指して,本研究を実施した.トガリネズミ由来の麻痺性神経毒の研究では,米国に棲息するブラリナトガリネズミの顎下腺抽出物に,鳥の神経筋収縮作用やミールワーム麻痺作用,およびマウス脳内投与における特徴的な麻痺・痙攣作用を見いだした.これらの麻痺活性はプロテアーゼ阻害剤による影響を受けなかったことから,タンパク毒ブラリナトキシンとは異なることが示唆された.そこでこの麻痺活性を指標に,逆相およびゲルろ過カラムで顎下腺抽出物を分離し,分子量約5kDaの低分子化合物をほぼ単一に精製することに成功した.構造や機能の解析を進めている.またカモノハシ由来の有毒成分の研究では,豪州タロンガ動物園の協力を得て採取した毒液から,ヘプタペプチドHDHPNPRを含む11種の新物質を発見し,化学合成して立体配置を決定した.ヘプタペプチドは哺乳類に普遍的に存在するC型ナトリウム利尿ペプチドのN末端断片であるが,自然界からCNP断片化ペプチドを実際に単離したのは今回が初めてである.またヘプタペプチドは,ヒト神経芽腫細胞(IMR-32)に対する細胞内Caイオン流入作用や,マウス脳内投与における痙攣活性など,特異な生物活性を示した.痛みや痛覚過敏の作用メカニズムに何らかの作用を示すと予想され,関連受容体との相互作用について,検討を進めている.新規神経毒の化学的解明は,薬理学,神経科学,精神医学など広範な生命科学研究の発展に貢献し,また新規薬剤の創製にも直結する.毒をもつ哺乳類であるトガリネズミやカモノハシの特異な麻痺性神経毒の解明を目指して研究を実施した.トガリネズミ由来の麻痺性神経毒の研究では,米国に棲息するブラリナトガリネズミの顎下腺抽出物に,鳥の神経筋収縮作用やミールワーム麻痺作用,およびマウス脳内投与における特徴的な麻痺・痙攣作用を見いだした.これらの麻痺活性はプロテアーゼ阻害剤による影響を受けなかったことから,以前発見したタンパク毒ブラリナトキシンとは異なることが示唆された.そこでこの麻痺活性を指標に顎下腺抽出物を分離し,分子量約5kDaの低分子化合物をほぼ単一に精製することに成功した.構造や機能の解析を進めている.またカモノハシ由来の有毒成分の研究では,前年度までに毒液から発見し化学合成した新規ヘプタペプチドHDHPNPR(1)について,詳細な生物活性評価を行った.N型およびL型の電位依存性Caチャネルを発現するよう分化誘導した神経芽腫細胞(IMR-32細胞)に対し,1は75μMで持続的なCa^<2+>流入作用を示した.しかし1はCaチャネル(L型,N型),Kチャネル(K_A,K_<ATP>,hERG),およびNaチャネル(site 2)などに対し,10μMではいずれも拮抗作用を示さなかった.一方,1はGABA_A受容体,NMDA受容体,およびグルタミン酸受容体などに対する拮抗作用(10μMで1621%阻害)を示した.またモルモット回腸標本に対する顕著な収縮作用(30μMでヒスタミン1.7μMと比較して38%の応答)もみられた.以上の結果から,ヘプタペプチド1のCa流入作用には,Caチャネルの直接的な活性化ではない,ユニークな作用機構が関与することが示唆された.なお本化合物は,マウス脳内投与による痙攣作用や,皮下投与による炎症惹起作用(ともに1mg/10g mice)など,多様な生物活性を示した.神経組織や,炎症,痛みの仕組みに特異的に作用すると予想される.新規神経毒の化学的解明は,薬理学,神経科学,精神医学など広範な生命科学研究の発展に貢献し,また新規薬剤の創製にも直結する.毒をもつ哺乳類であるトガリネズミやカモノハシの特異な麻痺性神経毒の解明を目指した.

トガリネズミ由来の麻痺性神経毒については,米国に棲息するブラリナトガリネズミの顎下腺抽出物に,鳥の神経筋収縮作用やミールワーム麻痺作用,マウス脳内投与における特徴的な麻痺・痙攣作用などを見いだし,この活性を指標に顎下腺抽出物を分離し,分子量約5kDaの低分子化合物の精製に成功した.構造や機能の解析を進めている.またカモノハシ由来の有毒成分の研究では,発見した新規ヘプタペプチドHDHPNPR(1)について,詳細な生物活性評価を行った.N型およびL型の電位依存性Caチャネルを発現するよう分化誘導した神経芽腫細胞(IMR-32細胞)に対し,1は75μMで持続的なCa2+流入作用を示した.また1はGABAA受容体,NMDA受容体,およびグルタミン酸受容体などに対する拮抗作用や,モルモット回腸標本に対する顕著な収縮作用を示した.さらに本化合物は,マウス脳内投与による痙攣作用や,皮下投与による炎症惹起作用など,多様な生物活性を示した.従来のイオンチャネルの直接的な活性化とは異なり,ユニークな作用機構で神経組織や,炎症,痛みの仕組みに特異的に作用する神経毒であることが示唆された.一方,カモノハシ毒液から発見したCNP断片ペプチドには,C末端がアルギニン残基のものが複数含まれ,毒液にペプチド結合を特定の位置で切断するプロテアーゼで生成したと予想された.実際,ゲルろ過HPLCで分離した毒液の高分子画分に,ヒト低分子キニノーゲンを特異的に切断する酵素活性を見いだし,爬虫類やトガリネズミの毒と同様,カモノハシ毒にもカリクレイン様プロテアーゼが含まれることを解明した.新規神経毒の化学的解明は,薬理学,神経科学,精神医学など広範な生命科学研究の発展に貢献し,また新規薬剤の創製にも直結する.本課題では毒をもつ哺乳類であるトガリネズミやカモノハシの特異な麻痺性神経毒の解明を目指した.北米に生息するブラリナトガリネズミの顎下腺抽出物に様々な神経毒作用を確認し,分子量約5kDaの低分子化合物の精製に成功した.構造や機能の解析を進めている.またカモノハシ毒成分の研究では,発見した新規ヘプタペプチドHDHPNPRが,N型およびL型の電位依存性Caチャネルを発現するよう分化誘導した神経芽腫細胞(IMR-32細胞)に対するCa2+流入作用や,GABAA受容体,NMDA受容体,グルタミン酸受容体などに対する拮抗作用,およびマウス脳内投与による痙攣作用や皮下投与による炎症惹起作用など,多様な生物活性を示すことを見出した.神経組織や,炎症,痛みの仕組みに特異的に作用するものと予想される.一方,ゲルろ過HPLCで分離したカモノハシ毒液の高分子画分に,ヒト低分子キニノーゲンを特異的に切断する酵素活性を見いだし,爬虫類やトガリネズミの毒と同様,カモノハシ毒にもカリクレイン様プロテアーゼが含まれ,その構造はヒトでは脳神経系で発現するカリクレインのアイソザイムKLK-6に非常に類似していることをホモロジーモデリングで明らかにした.さらに2012年春および2013年春には,絶滅危惧種の哺乳類ソレノドンについて,キューバのフンボルト国立公園で生態調査を行い,世界で初めての唾液採取に成功した.この成分分析により,ソレノドンの唾液にもブラリナトガリネズミに匹敵する強力なプロテアーゼ活性がみられること,またSDS-PAGEやMALDI-TOF/TOF MS解析などにより,この唾液の主成分ペプチドやタンパク質が顎下腺抽出物に比べて種類が少なく,非常に純度が高いことを発見した.毒をもつ哺乳類であるトガリネズミやカモノハシ由来の,特異な麻痺性神経毒の解明を目指して研究を実施した.トガリネズミ毒の単離構造決定は,研究代表者が世界に先駆けて達成した,哺乳類由来で初めて解明された成果である.
墨書木製品の分類を手がかりとした日本における木簡利用全史の解明

本研究は、墨書木製品を研究対象とする。木製品出土地への調査や文献調査などで資料を収集し総合的に研究を進めることにより、これまで不明とされてきた木簡の用途や種類の解明が期待できる。古代において木簡は行政事務を主な用途として用いたが、中世以降にはさまざまな用途を持った木製品への墨書がおこなわれるようになる。墨書木製品を手がかりとして時代によって変化していった日本人と木簡との関係史を捉える。
熱中症予防を目的とした機能的ウェア開発のための生理機能評価

熱中症対策のための機能性ウェアの提案という視点から研究プロジェクトを企画し,今回は赤外線・紫外線に対する温度感覚と皮膚血流反応および熱失神に関与する血流調節を検討するための4つの研究を計画し,実行した:1温度感覚スケールの改良,2皮膚温度感覚と皮膚血流変化,3紫外線による温度感覚変化,4暑熱曝露時の血流分布.1の成果を2と3で検証し,その有用性を確認した.今後の脳機能評価に関する研究アプローチへの応用が期待できる.また,4では機能性ウェア開発への生理的アプローチの指針を示すことができた.熱中症対策のための機能性ウェアの提案という視点から研究プロジェクトを企画し,今回は赤外線・紫外線に対する温度感覚と皮膚血流反応および熱失神に関与する血流調節を検討するための4つの研究を計画し,実行した:1温度感覚スケールの改良,2皮膚温度感覚と皮膚血流変化,3紫外線による温度感覚変化,4暑熱曝露時の血流分布.1の成果を2と3で検証し,その有用性を確認した.今後の脳機能評価に関する研究アプローチへの応用が期待できる.また,4では機能性ウェア開発への生理的アプローチの指針を示すことができた.皮膚血管の拡張は、温度そのものによる直接的な拡張に加え、感覚神経や自律神経を介した神経伝達物質による伝播による拡張がある。そのため、皮膚血流量をスポットで測定するだけでなく、比較的広範囲に測定することによって、赤外線および紫外線の直接的、間接的影響について検討する必要がある。そのため、新規に非接触型の血流画像化装置を購入し、赤外線および紫外線照射時の皮膚血流量反応メカニズムを明らかにするために、研究に取り組んだ。研究題目にも含まれる「熱中症予防」を想定し、人工太陽照明灯、キセノンランプとハロゲンランプの合成ランプを用いて、それぞれにフィルタを装着して限りなく太陽から照射される紫外線スペクトルに特化できるように調整することを試みた。後者に関してはハロゲンの特性に関連する波長が非接触型血流画像装置の測定領域と干渉することが明らかになり、キセノンランプのみを用いて、紫外線領域に特化させることに変更することとなった。各種フィルタの組み合わせにより紫外線領域以外の波長の抑制はできたが、それでも赤外線領域の波長を完全に消失させることはできないために、照射時に2-3°Cの皮膚温の上昇が認められた。そのため、紫外線照射実験のアプローチが必要であると考えられ、平成24年度以降に再度ヒトを対象とした実験においてプロトコールを変更する必要がある。非接触型温熱装置の開発は予算的な制約のため、マニュアル操作で古典的手法による温熱感評価実験を実施し、来年度のための基礎実験とする。対象となる接触型温熱装置をレンタルし、基礎データの収集を試みた。単純な温冷感を検討するのには十分な装置ではあったが本研究が目指すわずかな温度感覚の変化を検討するためには新たな評価手法を確立する必要性が考えられた。本研究の目的は、熱中症予防のための衣環境を提言することである。体温調節は、皮膚温度受容器によって身体周辺の温度を感知するため、衣服は外的刺激に対する防護をする一方で、情報を遮断してしまうこともある。温度受容器の活性化と皮膚の熱放散反応は密接に関係しているが、その相互作用メカニズムは不明である。当該年度は、人工太陽光照射後の皮膚血管反応・温度感覚実験を実施した。また、熱中症の症状の一つである熱失神には脳血流調節が重要であるとの報告もあることから、暑熱負荷時の脳血流調節についても検討した。紫外線の影響を検討するため、偏光レンズ・フィルム、UVカット布地、UVカットクリームを用いて検討した。前年度の結果である紫外線による皮内ヒスタミン濃度増大から、太陽光照射による皮膚血管拡張は赤外線の影響でだけでなく、紫外線の影響も存在すると思われたが、非接触型皮膚血流画像装置ならびに接触型皮膚血流計いずれによる評価においても、太陽光照射直後においては、紫外線の影響を検出することはできなかった。しかし、紫外線透過レンズを用いて照射した部位では、照射翌日においても皮膚血流量は明らかに高いレベルを維持した。さらに、温度感覚も紫外線透過レンズ側で加温に対してのみ敏感になることが観察された。本研究の結果は太陽光照射直後では紫外線の影響よりも赤外線の影響が温度感覚にも皮膚血流反応にも影響することが示された。紫外線照射による炎症反応が翌日の高い皮膚血流量に影響したと思われるが、常温や冷却認知に影響はなく、加温時の高温認知および痛みに対する温度閾値の低下のみに紫外線の影響が認められた。また、市販のUVカットウェア(UPF50)においても紫外線カットレンズと同様の効果が認められた。暑熱負荷時に頭部への血流配分の変化が認められ、被服による脳血流調節の可能性が伺われた。本研究は、熱中症予防のための衣服に着目し、これらに密接に関係する体温調節から最適な衣環境を提言することを目的とする。前年度の太陽光照射による皮膚温上昇を考慮し、本年度は人工太陽光の照射による皮膚温上昇度を実験的(時間・距離)に評価し、この温度上昇を考慮した温度感覚実験を実施した。人工太陽光照射による皮膚血管拡張反応を2次元的に評価した。また、照射時間に依存するが、照射による皮膚血流量の増加が持続が観察されたことから、照射による皮内における血管拡張物質の持続的影響が示唆された。この結果から、紫外線によるヒスタミンの変化を評価するために、マイクロダイアリシス法を用いた予備実験を行った。

温度感覚実験では再現性を高めることが非常に難しく、さらなる改善の余地があった。個人間及び個人内の皮膚温反応の分散は予測範囲内であったが、VASを用いた温度感覚評価では繰り返しの影響だけでなく、時間的影響が懸念された。また、より詳細な温度感覚評価方法を取り入れるためにVASを用いたが、被験者がその手法を理解することと習熟することに個人差が大きく、事前の習熟期間が必要とされた。人工太陽光照射による皮膚血管拡張評価は、非接触型皮膚血流量計の有用性が実証され、接触型加温計で見られる均一的な血管拡張ではなく、比較的大きな血管及び密度の高い血管網において持続的な皮膚血管拡張維持が確認された。この結果に基づき、皮内のヒスタミンの測定を実施した。マイクロダイアリシスの留置によるヒスタミン上昇の影響は除去できないが、相対的な反応から人工太陽光照射によるヒスタミンの増加が確認された。紫外線照射に起因すると思われる増加は確認できたが、個人差が大きいためにアプローチ方法の検討が必要である。光刺激用装置からの波長が皮膚血流画像測定装置の測定領域と干渉したために、当該波長領域をレンズフィルタで回避することにし、その確立に時間を要した。そのため、当初予定していたヒトを対象とした実験が遅れている。25年度が最終年度であるため、記入しない。局所的温度感覚評価のための研究アプローチを模索するにあたり、VASを応用した温度感覚評価方法の確立に時間を要した。個人内偏差は数回のアプローチで最小化されるが、実験初期の評価がその後の評価に影響を与えている可能性があり、その影響を最小化する方法を模索している。ヒスタミンの評価を定量的に実施したいが、個体差が大きいだけでなく、留置部による差も懸念され、安定した定量的な結果よりは相対的な評価方法を検討する必要がある。ヒトを対象とした人工太陽光照射実験では、繰返し実験において、その前のトライアルの影響が懸念され、予測以上に時間を要している。刺激方法に改善はみられたものの、紫外線照射刺激中に赤外線領域の影響で皮膚温が若干上昇することが判明し、実験アプローチを模索する必要がある。現在、温度上昇に関連するデータを取得しており、計画当初よりは実験アプローチの修正が必要となるが、主たる目的は達成できるものと考えている。既存の温冷感覚を刺激する装置による定量的な評価が確立されていないために、現在、基礎研究としての評価方法を確立しようとしている。概ねその方向性が見出されたことから、上記理由によるアプローチの修正はあるものの、研究計画を進めることができそうである。温度感覚実験では詳細な感覚の再現性を高めることが非常に難しかったことより、人工太陽光照射後の温度感覚実験ではより大きな変化を前提とした実験を計画する。また、より実践的な評価をすることがH25年度の成果として必要であるため、紫外線の影響の検討は、偏光レンズ・フィルム、UVカット布地、UVカットクリームを用いる。UVカット率が統一できないこと、クリームは皮膚に添加するために同一に評価できないことから、1)複数種類のUVカットクリーム、2)それ以外の比較、にわけて実験を実施する。
価値評価と多元的価値の組織化に関する研究：製造業による異業種参入事例を通じて

本研究の目的は、価値評価(valuation)や評価(evaluation)に関する研究を手掛かりに、価値が混在する異業種間の戦略的提携において、いかに多元的価値が組織化されるのかを捉えていくことにある。そのため、初年度である平成30年度は、研究実施計画に記した通りに、Sociology of Valuation and Evaluation(以下、価値評価研究)のレビューを行った。価値評価研究の目的は、真価(worth)を問うということにある。これまでの議論では、何が価値なのかが問われてきたが、価値評価研究では価値をつける根拠となる真価に注目する。その理由は、価値をいくら問うても、それは外生的な事実の測定でしかなく、答えはでない。だが、真価とは、測定の効果を真実と考える科学によって作り出すことができる。つまり、何が真実かではなく、何を真実をするのか、そちらの側面に注目することで、実際に我々が行っている価値づけの実践を明らかにしていこう、とする。これが価値評価研究の大枠である。ただし、大きく分けて2つの課題を抱えている。ひとつが、経験的研究の充実である。2013年に始まったばかりの分野である上に、いまだに理論的体系化がなされていない。この理論的体系化が2つ目の課題である。そのため、現在様々な角度から理論的体系化が行われるのと同時に、経験的研究の蓄積も行っている。上述したような内容が、平成30年度に行ったレビューから明らかとなった。この発見事実は、2018年10月に行われた国際シンポジウムで発表した(神戸大学松嶋登教授と共同で)。上述したように、価値評価研究のレビューは順調に進んでおり、その成果も研究報告で発表している。また、現在、パイロット調査を行った内容を検討した論文を投稿中であり、価値評価研究のレビュー論文も執筆中である。研究計画に記したように、今後は理論的検討を継続しながら、経験的研究の蓄積を行っていく予定である。いくつか調査先があるため、理論的枠組みの構築を目指しながら、フィールドワークを行っていく。購入予定であったノートパソコンを購入しなかったことが主要な理由である。ただし、次年度はフィールドワークに出向くため、ノートパソコンを購入する予定である。
GTP結合蛋白によるcAMPシグナルの制御メカニズム

cAMPはG結合タンパク質によって制御される代表的な細胞内シグナル系である。カテコラミン受容体などにアゴニストが結合すると刺激性G蛋白質の活性化を引き起こし,これがアデニル酸シクラーゼの活性化とcAMP依存性キナーゼ(PKA)の活性化を引き起こす。PKAは細胞内の多数の蛋白をリン酸化することにより機能変化をもたらし細胞機能を制御している。従来cAMPの標的分子の主体はPKAであるとされてきたが,近年Epac(Exchange Protein directly Activated by cAMP)と呼ばれるグアニンヌクレオチド交換因子(GEF)がcAMPによって直接活性化されることが証明された。EpacはRapなどのG蛋白質活性を制御することが知られているが,その詳細は明らかでない。本申請ではこの新規G蛋白質活性調節分子であるEpacのcAMPシグナルにおける役割を、心血管系組織を中心に検討した。心血管系は成長段階とともに細胞蛋白発現量あるいはサブタイプ比率がダイナミックに変化することが知られており,この変化が発育段階における心機能調節と密接な関連をもつとされる。Epacには組織分布の異なる2つのサブタイプが存在するが,これらの発現が発育段階に応じてどのように変化するのかを心臓,肺,腎臓,脳において検討したところ,発育段階および臓器によって特徴的な変化をしめすことがわかった。このことはEpacが臓器の発育に重要な役割を果たす可能性を意味する。さらに我々は過大発現マウスを用いた実験の結果から,心筋炎などの心機能低下が知られているが,Epacがサイトカインシグナルにおいて重要な役割を果たすことがわかってきた。Epac過大発現マウスにLPS刺激による心不全を起こし,心機能を測定したところ,野生種に比較して著名に心機能の低下が予防できることがわかった。このことはEpacが心機能維持に大切な役割を果たすことを意味する。以上の結果から,心血管系においてGTP結合蛋白はcAMPシグナルの調節を受け,心機能などの維持に重要な役割を果たすと考えられる。カテコラミン受容体などにアゴニストが結合すると刺激性G蛋白質の活性化を引き起こし、これがアデニル酸シクラーゼの活性化とcAMP依存性キナーゼ(PKA)の活性化を引き起こす。従来cAMPの標的分子の主体はPKAであるとされてきたが、近年Epac(Exchange Protein directly Activated by cAMP)と呼ばれるグアニンヌクレオチド交換因子(GEF)がcAMPによって直接活性化されることが証明された。EpacはRapなどのG蛋白質活性を制御することが知られているが、その詳細は明らかでない。心血管系は成長段階とともに細胞蛋白発現量あるいはサブタイプ比率がダイナミックに変化することが知られており、にの変化が発育段階における心機能調節と密接な関連をもつとされる。Epacには組織分布の異なる2つのサブタイプが存在するが、これらの発現が発育段階に応じてどのように変化するのかを心臓、肺、腎臓、脳において検討したところ、発育段階および臓器によって特微的な変化をしめすことがわかった。我々はEpacをアデノウイルスに組み込み、心筋細胞など通常のプラスミドによる過大発現が困難な細胞にも過大発現できる系を開発した。同様の発現系はRapないしPKAについても確立しており、それぞれの発現系において形質変化を培養細胞レベルで比較検討したところ、同じcAMPの下流でありながら、PKAとEpacはたとえば細胞遊走に反対の作用を引き起こすことがわかった。このことはcAMPの量ではなく、下流蛋白の発現によって細胞の反応が異なることを意味する。Epac過大発現

マウスにLPS刺激による心不全を起こし,心機能を測定したところ,野生種に比較して著名に心機能の低下が予防できることがわかった。このことはEpacが心機能維持に大切な役割を果たすことを意味する。以上の結果から,心血管系においてGTP結合蛋白はcAMPシグナルの調節を受け,心機能などの維持に重要な役割を果たすと考えられる。