hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
構造生物学にもとづくシグナル伝達機構の解明

特定領域研究「多元的情報伝達とその制御における蛋白質間相互作用の役割」の発足のための調査研究として行った。調査研究では、細胞質内シグナル伝達と核内シグナル伝達における蛋白質間相互作用の役割に対象を絞った。細胞質内シグナル伝達については、低分子量G蛋白質を含むシグナルによる細胞骨格の制御を、また核内シグナル伝達としては、コアクチベータ-による情報統合過程における蛋白質間相互作用をとりあげ、構造生物学研究者と細胞生物学研究者の共同研究体制を作った。稲垣は、細胞骨格制御の構造生物学的解明を目的として、竹縄らとN-WASPの大量調製に着手した。N-WASPはAsh/Grb2の標的蛋白質であり、突起伸長に重要な役割を果たしている。cdc42の関与が示されており、低分子量G蛋白が如何に突起伸長に関わっているか明らかにする予定である。また、月田等は、モエシンの大量調製法を検討している。モエシンは、接着結合の裏打ち蛋白として、CD44の細胞質ドメインに結合している。モエシンの活性化にはRhoが関与していることが知られており、細胞内シグナルによる接着結合形成の制御機構を構造の観点から調べる予定である。東京ガ-デンパレスで「多元的情報伝達とその制御-構造生物学からのアプローチ」と題してシンポジウムを行った。班員の他に、Scripps InstituteのI.A.Willson博士、Rockefeller大学のS.Burley教授が講演を行い、活発な討議が行われた。この分野の研究への期待を感じた。また、電子顕微鏡による一分子観察の研究のため、生物分子工研、木村能章博士を、リン酸化ペプチドの合成のため、阪大・蛋白研・相本三郎教授を新たに班員として加えた。
リーマン多様体の崩壊理論とアレクサンドロフ空間の幾何学

平成13年度から16年度までの本研究により解明された主な事柄は以下の通りである。1)断面曲率が一様に下に有界で直径が一様に上に有界な4次元リーマン多様体の崩壊の解明に関する論文執筆を終了した。また、3次元、4次元の完備非負曲率の非コンパクトな特異空間の幾何学を確立した(代表者)。2)断面曲率が一様に下に有界で体積が小さい3次元リーマン多様体がグラフ多様体であることを証明した(代表者と塩谷隆)。3)絶対全曲率が一様に上に有界であるような曲面のグロモフ・ハウスドルフ収束を決定し,極限の真珠空間の特異性評価,ホモトピー型の決定、真珠の個数評価などの精密な幾何学を展開した(代表者と堀敦彦氏).4)曲率が上に有界な2次元の特異曲面の特異点のまわりの局所的な幾何構造を決定し、何枚かのリプシッツ円盤の張り合わせになることを示した(代表者、塩谷隆と永野幸一氏,現在論文準備中)。5)距離空間がリッチ曲率が下に有界であることの概念を定義し,そのような空間から一般の距離空間への写像のエネルギーを導入した.ポアンカレの不等式が成り立つことを証明し,それを用いてレーリッヒ型のコンパクト性定理を証明した(塩谷隆と桑江一洋氏の共同研究).6)リーマン多様体やアレクサンドロフ空間をネットと呼ばれるグラフにより離散近似して、ネットのラプラシアンの空間のラプラシアンへの収束性を証明した(大津幸男).また、ネットでの近似を用いて多様体上の熱作用素の漸近挙動の研究を行い、ベキ零被覆多様体上の熱作用素に関する中心極限定理型の定理を得た(石渡聡)平成13年度から16年度までの本研究により解明された主な事柄は以下の通りである。5)距離空間がリッチ曲率が下に有界であることの概念を定義し,そのような空間から一般の距離空間への写像のエネルギーを導入した.ポアンカレの不等式が成り立つことを証明し,それを用いてレーリッヒ型のコンパクト性定理を証明した(塩谷隆と桑江一洋氏の共同研究).6)リーマン多様体やアレクサンドロフ空間をネットと呼ばれるグラフにより離散近似して、ネットのラプラシアンの空間のラプラシアンへの収束性を証明した(大津幸男).また、ネットでの近似を用いて多様体上の熱作用素の漸近挙動の研究を行い、ベキ零被覆多様体上の熱作用素に関する中心極限定理型の定理を得た(石渡聡)今年度得られた具体的な研究成果は次の通り.・断面曲率が一様に下に有界で,直径が一様に上に有界な4次元閉リーマン多様体の崩壊に関する論文プレプリントの作成作業に予想外に時間をとられたが,ほぼこれが完成した.論文プレプリントは120ページを越えるが,残されている編集作業を終了し,学術雑誌に早急に投稿したい.・4次元非コンパクト非負曲率アレクサンドロフ空間に対するソウル定理について,ある程度系統的な手法で証明することに成功した.これにより,一般次元の場合の証明の手掛かりが得られた.・2次元の完備非負曲率アレクサンドロフ空間に崩壊する点付き4次元多様体の位相の分類が完成した.これにより,極限が1次元の場合の上記崩壊定理の証明が以前の証明と比べて明確なものとなった.・4次元非コンパクト非負曲率アレクサンドロフ空間で位相多様体でないものの分類と,アレクサンドロフ空間の等長変換群の作用の正則性などの新たな興味ある問題が生じた.来年度以降の課題である.・南開数学研究所のFang氏との交流(5月,2月)により,リッチ曲率が一様に下に有界なリーマン多様体の崩壊と基本群に関するColding氏の結果の拡張に関する興味深い問題に到達した.これについては,来年度以降の共同研究が新たな課題となった.1.断面曲率が下に,直径が上に一様に有界な4次元リーマン多様体の崩壊理論の関する論文プレプリント(134ページ)を完成し、学術雑誌に投稿した。この結果について、平成14年11月のGromov氏の京都賞受賞の際、記念ワークショップで講演した。この際、Gromov氏から一般次元多様体の崩壊の研究について有益な示峻を得た。また、6月のオイラー研究所(ロシア)への出張の際にも、Petrunin氏との刺激的な議論を通じて研究の方向を定めることが出来て、大変有益であった。

2.一般次元多様体の崩壊の研究において、余次元が1の場合、崩壊の位相的局所構造が明らかになった。幾何的構造や大域的構造の解明は来年度の課題である。また、一般化されたファイバー束定理の証明の完成まであと一歩の所まで辿りつくことが出来た。この定理の完成も来年度の課題である。3.絶対全曲率が一様に有界な閉曲面の曲率測度の収束の下での曲面と極限空間である真珠空間との間の位相的関係を詳細に調べ、論文プレプリントにまとめた。4.2月に空間収束と特異空間に関する研究集会を筑波大学で開催し、国内の活発な研究者との議論を通じて、本研究に関する有益な示唆を得ることが出来た。特に、ラジアル曲率の下限の下での収束に関し、断面曲率の下限の場合と本質的に異なる収束例を得ることが出来た。1.断面曲率が下に一様に有界で体積が小さい3次元コンパクト・リーマン多様体の崩壊を決定し、そのような多様体はグラフ多様体であることを証明した(分担者塩谷隆氏との共同研究)。この結果はPerelman氏の最近のリッチ流による3次元多様体の幾何化に関する仕事の最終段階で用いられる崩壊に関する結果と関連している。この研究結果について、5月のドイツ、Oberwolfachにおける研究集会で、また12月に、アメリカ数学研究所(AIM)における研究集会で研究発表した。初めに採用した証明は局所的なファイバー構造の張り合わせを位相的方法により成し遂げたもので、非専門家には難解であった。これをファイバーがほとんど並行であることに着目して、純粋に微分幾何的手法に変更して、張り合わせの議論を明解にすることが出来た。この証明の変更については、ドイツ、アメリカにおける研究集会での専門家との議論が大変役立った。2.曲率が上に有界な特異空間の局所的な構造は大変複雑であるが、空間の次元が2である場合に、そのような特異曲面の局所的な幾何構造を明らかに出来た。すなわちそのような空間は、各点の近傍は有限個の凸円盤の張り合わせとなることが明らかになり、特異点集合をも決定することができた。この研究については論文を準備中である。3.3月中旬に空間収束と特異空間に関する2回目の研究集会を昨年に引続き筑波大学で開催する予定で、上述のPerelman氏の仕事の解説(戸田正人氏、お茶の水大学)やアレクサンドロフ空間のランダム・ネットのラプラシアンの収束(分担者大津幸男氏)を初め、本研究計画遂行上有益な講演がなされる予定である。また、断面曲率が下に一様に有界で体積が小さい3次元コンパクト・リーマン多様体の崩壊に関する結果を講演する予定である。今年度得られた具体的な研究成果は次の通りである。1.8月にドイツのミュンスター大学で開催された研究集会"Collapsing and metricgeometry"に代表者が参加して研究発表した。その後、これを契機として、Petrunin氏やV.Kapovichi氏と研究討論を行い、代表者がこれまで考察していた端点数が最大の非負曲率アレクサンドロフ空間の分類に関する議論に誤りがあることが判明した。議論は次元に関する帰納法によるが、第一段階の曲面の場合の分類が予期していたものよりずっと複雑であることが判明した。曲面の場合には分類することが出来たが、この場合でも、その等長類には連続濃度のモジュライが現れる。現在この結果を3次元に拡張すべく研究中であるが、最終的な分類は当初予想していたものよりずっと豊富な空間を含むことが判明した。
アダプター(AP)複合体ファミリーによる細胞内蛋白質輸送の制御機構

上皮細胞の細胞膜はタイト・ジャンクションによって頂端面と側底面とに物理的に隔てられており、発現する膜蛋白質も異なる。われわれが新規に単離した上皮細胞特異的に発現する分子μ1Bを含む複合体AP-1Bは新規に合成された蛋白質の側底面への選別輸送を制御する。ポリオウイルス受容体にはαとδの2つのアイソフォームが存在するが、われわれはαがμ1B依存的に腸管上皮細胞の側底面へと選別輸送され、δはμ1Bと結合しないため頂端面と側底面の両方にランダムに輸送されることを見出した。また、上皮細胞はフィルターメンブレン上で培養すると1層の細胞層を形成するが、μ1Bを欠失した上皮細胞では1層とならず多層に折り重なって増殖する。これは、正常な上皮細胞がメンブレンに平行方向に分裂するのに対し、μ1Bを欠失すると分裂の方向がランダムとなるためであることを明らかにした。μ1Bが上皮細胞の単層形成に必要であることから、組織・器官の形成に重要である可能性がある。そこで、μ1B遺伝子欠損マウスの作成を試みた。μ1B遺伝子欠失変異を起こすための組換え用ベクターを作成し、マウス胚性肝細胞(ES細胞)に導入することによりμ1B対立遺伝子の一方に変異をもつES細胞株の樹立に成功した。現在この細胞株を用いてμ1B遺伝子欠損マウスの樹立を試みている。また、神経細胞特異的に発現し、シナプス小胞の形成やシナプス小胞の積み荷蛋白質の小胞への選択的取り込みに関与すると考えられるAP-3B複合体のサブユニットμ3Bの欠損マウスを作成・解析している。その結果、μ3B欠損マウスはてんかん様の痙攣を起こすことがわかった。このマウスでは抑制性神経伝達物質GABAの海馬切片からのKCl刺激による遊離が正常マウスに比較して約半分に減少していたことから、GABAによる神経伝達の抑制に障害があるため痙攣が起こることが示唆された。1.研究代表者らが単離した上皮細胞特異的に発現するAP複合体μ鎖ホモログμ1Bは、上皮細胞における側基底面細胞膜への選別輸送に関与する。そこでチロシン・シグナル結合能を持たない変異μ1Bを作成し、その機能を検討した結果、TGN38やLamp-1の様に側基底面への輸送がμ1Bのチロシン・シグナル結合に依存するものと、LDL受容体やトランスフェリン受容体のように依存しないものがあること、また上皮細胞に特徴的な1層の細胞シートの形成はμ1Bを必要とするが、この細胞シートの形成にもチロシン・シグナル結合能は必要としないことが明らかになった(投稿準備中)。2.神経細胞特異的に発現するAP複合体AP-3Bのサブユニットμ3B欠損マウスに関しては、加齢に伴いてんかん様のけいれん発作を起こすこと、また抑制性の神経伝達物質GABAの受容体拮抗薬によるけいれんは、若年のμ3B欠損マウスにおいても有意に誘発されやすいことがわかった。解剖学的にはKOマウスの海馬CA3の苔状線維のシナプス終末で、コントロールに比較して大きなシナプス小胞が有意に増加していることから、けいれん発作はシナプス伝達の異常に起因すると考えられる(投稿準備中)。

3.EGFやPDGFなど増殖因子の受容体はリガンドの結合にともないエンドサイトーシスされリソソームで分解されるが(脱感作)、このとき受容体の細胞質領域がユビキチン化を受けることから、ユビキチンがエンドサイトーシスおよびリソソームへの輸送に関与するとの仮説を立てその立証を試みた。ユビキチンを細胞質領域に持つキメラ蛋白を用いて、ユビキチンにはジ-ロイシン・シグナルという輸送シグナルが存在し、これがユビキチン化による受容体のエンドサイトーシスに寄与する可能性を示した(Nakatsu et al.,J.Biol.Chem.2000)。さらに、このシーロイシンシグナルはユビキチン化された受容体のリソソームへの輸送にも関与するという結果を得ている。上皮細胞の細胞膜はタイト・ジャンクションによって頂端面と側底面とに物理的に隔てられており、発現する膜蛋白質も異なる。われわれが新規に単離した上皮細胞特異的に発現する分子μ1Bを含む複合体AP-1Bは新規に合成された蛋白質の側底面への選別輸送を制御する。ポリオウイルス受容体にはaとdの2つの愛想フォームが存在するが、われわれはaがμ1B依存的に腸管上皮細胞の側底面へと選別輸送され、dはμ1Bと結合しないため頂端面と側底面の両方にランダムに輸送されることを見出した。また、上皮細胞はフィルターメンブレン上で培養すると1層の細胞層を形成するが、μ1Bを欠失した上皮細胞では1層とならず多層に折り重なって増殖する。これは、正常な上皮細胞がメンブレンに平行方向に分裂するのに対し、μ1Bを欠失すると分裂の方向がランダムとなるためであることを明らかにした。μ1Bが上皮細胞の単層形成に必要であることから、組織・器官の形成に重要である可能性がある。そこで、μ1B遺伝子欠損マウスの作成を試みた。μ1B遺伝子欠失変異を起こすための組換え用ベクターを作成し、マウス胚性肝細胞(ES細胞)に導入することによりμ1B対立遺伝子の一方に変異をもつES細胞株の樹立に成功した。現在この細胞株を用いてμ1B遺伝子欠損マウスの樹立を試みている。また、神経細胞特異的に発現し、シナプス小胞の形成やシナプス小胞の積み荷蛋白質の小胞への選択的取り込みに関与すると考えられるAP-3B複合体のサブユニットμ3Bの欠損マウスを作成・解析している。その結果、μ3B欠損マウスはてんかん様の痙攣を起こすことがわかった。このマウスでは抑制性神経伝達物質GABAの海馬切片からのKC1刺激による遊離が正常マウスに比較して約半分に減少していたことから、GABAによる神経伝達の抑制に障害があるため痙寧が起こることが示唆された。
光MOCVD法による機能性セラミック薄膜の作製と光機能素子への応用

光MOCVD法により酸化亜鉛(ZnO),チタン酸鉛(PbTiO_3),チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O_3:PZT等の機能性セラミック薄膜の作製を行なった。ZnOに関してはジエチル亜鉛とO_2もしくはNO_2を原料に用い,150°Cでガラス基板上にC軸配向膜を,450°C以上でサファイア基板上にエピタキシャル膜が得られた。紫外光照射は成長速度の増加,結晶性の改善,電気的特性の変化などをもたらした。これらの原因は,気相中よりむしろ基板あるいは堆積膜表面での光化学反応であることを実験的に明らかにした。四エチル鉛,チタンイソプロポキシド及びO_2を用いたPbTiO_3の光MOCVD成長においては,600°Cでペロブスカイト単一相を有する(III)配向膜が得られた。酸素源としてNO_2を用いると,530°Cでペロブスカイト相の多結晶膜が得られた。光照射は結晶性の改善を促進し低温成長化に有効であると同時に膜中のPb/Ti組成比にも影響を及ぼし,光堆積膜の方がストイキオメトリ-に近いものが得られた。成長膜の誘電率(εr),誘電正接(tanδ),残留分極(Pr),抗電界(Ec),低抗率(P)等の電気的特性と成長条件との関係を詳しく調べた。また本成長法で得られたPbTiO_3膜は優れたステップカバレ-ジ特性を示した。ジルコン源としてタ-シャルブトキシジルコンを用い,Pb(Zr,Ti)O_3(PZT)の成膜を行なった。ジルコンとチタン原料供給比を変え成長させると,600°Cで正方晶系のPZT膜が得られた。ジルコン供給量を多くすると,菱面体晶系PZT膜が650°Cで得られたが比較的形成が難しいことがわかった。光照射はPZT膜の成長速度の増加をもたらすばかりではなく,組成比に影響を及ぼし,膜中のジルコンの取り込み量をふやす事が確認された。600°Cで得られた膜厚3000ー6000ÅのPZT膜は,強誘電性ヒステリシス特性及び分極反転特性を示した。優れた強誘電体、圧電体であるチタン酸鉛(PbTiO_3)および酸化亜鉛(ZnO)等の機能性セラミック薄膜の成長法として光MOCVD法を導入することにより、高品質薄膜を低温で得ることができた。PbTiO_3の光MOCVD成長においては、原料としてTi(i-OC_3H_7)_4およびPb(C_2H_5)_4を用いた場合、成長速度は紫外光照射により必ずしも増加するとは限らず基板の種類や反応ガスの供給状態によって異なる。しかし、光照射は結晶性に影響を及ぼし、サファイア基板上では600°Cでペロブスカイト単一相を有する薄膜が得られ、サファイアC面上では光MOCVD法で成長させた場合のみ(III)配向膜が得られた。

また薄膜表面の平坦性の改善や薄膜組成の制御に光照射が効果を及ぼすことが見い出された。得られた薄膜は強誘電性をあらわすヒステリシスカ-ブを示すものの誘電率や誘電損はばらつきが多く、光励起プロセスがこれら電気的特性にどう影響を及ぼすか詳しい解明が今後の課題である。また光機能素子への応用を目的とし、シリコン基板上にPbTiO_3膜を成長させる場合、バッファ層としてのTiO_2層の導入が、その上のPbTiO_3の配向性や界面状態の制御に有効であることを見い出した。ZnOの光MOCVD成長においては、光照射による気相反応と表面反応との違いを分離することにより表面での光化学反応が、成長速度の増加、低温成長化、結晶性の改善、電気的特性の変化などに重要な役割をはたしていることを明確にした。さらにサファイア基板上に500°Cでエピタキシャル膜の成長に初めて成功した。さらに光照射は成長の初期での膜推積に重要な役割をはたすことが解った。またCuのド-ピングによる抵抗率の増加が確認された。チタン酸鉛(PbTiO_3)や酸化亜鉛(ZnO)等の強誘電体,圧電体の機能性セラミック薄膜を光MOCVD法により作製し,光照射が結晶成長に及ぼす効果をより詳しく調べた。PbTiO_3薄膜の光MOCVD成長においては,Pb(C_2H_5)_4とTi(iーOC_3H_7)_4およびNO_2を原料ガスとして用いた。紫外光を照射しつつ成長させると光照射が無い場合に比べ,成長速度の増加は顕著には見られなかったが,結晶構造には違いが見られ,530°Cでペロブスカイト単一構造の(101)PbTiO_3配向膜が得られた。ペロブスカイト単一相形成最低温度はO_2を用いた昨年度までの結果が600°Cであったのに比べ,約70°Cの低温成長化が達成され,より長波長で光分解するNO_2を使用した効果が確認された。また光照射が薄膜表面の平担性,膜の緻密性,電気的特性の改善をもたらす事が解った。光MOCVD法で得られたPbTiO_3膜の比誘電率は室温で40100とMOCVD法によるものやO_2を用いた場合に比べ小さな値を示しており,よりバルクの値に近くなっていたと同時に誘電損失も0.030.055と小さな値を示した。さらに光照射により成長膜のPb成分比が変化することが見出され,光照射による膜組成の制御の可能性が示された。また膜の低抗率は10^<10>10^<12>Ω・cmと高い値を示したが,絶縁破壊電圧は150180kv/cmと若干低い値を示した。成長速度や結晶構造の照射光波長依存性より,NO_2の光分解が低温成長化に重要な役割を果していることが解った。成長メカニズムを調べるための,質量分析計を用いたさらに詳しい活性種の検出実験は現在進行中である。ZnOの光MOCVD成長においては,表面光化学反応の重要性を示すと同時にCuやLiによる光ド-ピングの可能性を示した。光MOCVD法によりチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti):PZT)薄膜の成長を行ない,成長パラメ-タ-が薄膜成長に及ぼす影響を調べた。新たに多元系光MOCVD装置を開発し,Pb(C_2H_5)_4,Ti(iーOC_3H_7)_4,Zr(tーOC_4H_9)_4及びO_2を原料に,光源にはXeーHgランプを用いPZT膜成長を基板温度450ー500°Cにおいて行った。得られた薄膜は光照射の有無によらずアモルファス構造を示した。しかし800°Cで3時間アニ-ルする事によりペロブスカイト相のPZTになった。アニ-ル後のPZT膜は多結晶であったが,その結晶系は成膜時のZr/Ti供給比やPb供給量を変化させる事により正方晶系と菱面体晶系とに制御することができた。アニ-ル後のPZT膜の比誘電率は約300,誘電正接は0.002ー0.03であり,DーEヒステリシスカ-ブも得られた。基板温度600°Cで成長させると、asーgrownでペロブスカイトの(III)PZT配向膜が得られた。
内分泌かく乱物質の体内動態、特にステロイド代謝と硫酸化との関係解明

硫酸転移酵素は、生体内の薬物代謝第II相反応の一つである硫酸化に関与するとともにステロイドホルモンなどの内因性化合物の生体内濃度調節に重要な役割を果たしている。近年、内分泌かく乱物質はヒト硫酸転移酵素により、効率よく硫酸化されることが報告された。本研究では、ヒトおよびマウスに引き続き、魚類モデルとしてゼブラフィッシュのエストロゲン硫酸転移酵素を調製し、本酵素が内因性化合物および内分泌かく乱物質であるビスフェノールA、アルキルフェノール類そして植物エストロゲン類を硫酸化するかどうかについて検討した。また、内分泌かく乱物質とエストロゲンとの競合アッセイにより、内分泌かく乱物質のエストロゲン硫酸化阻害機構を解明した。さらに、ヒト硫酸転移酵素の遺伝子多型を調製して、酵素活性の差異について検討した。その結果、内分泌かく乱物質は、ゼブラフィッシュのエストロゲン硫酸転移酵素(SULT1 ST#2)により硫酸化され、競争的にエストロゲンの硫酸化を阻害することが明らかになった。エストロゲンの硫酸化に関わる4種類のヒト硫酸転移酵素と、そのアミノ酸置換を導入した酵素、すなわち一塩基多型由来アミノ酸バリアントを調製し、エストロゲンを基質にして硫酸化したところ、SULT1A1のバリアント*4(A146T, E181G, R213H)およびSULT1E1のバリアント*2(D22Y)は酵素活性が低下し、一方、SULT1E1のバリアント*4(P253H)は酵素活性が上昇した。ついで、イソフラボンとエストロゲンの競合アッセイを行ったところ、SULT1E1のバリアント*3においてイソフラボンの酵素阻害活性が低下した。以上のことから、硫酸転移酵素は哺乳類、魚類を問わずエストロゲンの生体内濃度を調節することが明らかにされ、また、内分泌かく乱物質がエストロゲンの恒常性を干渉し、哺乳動物や魚類のメス化に関与することが示唆された。また、ヒト硫酸転移酵素の遺伝子多型は酵素活性が異なることから、内分泌かく乱物質に対する感受性や疾患リスクに差があることが考えられる。代表的な内分泌撹乱物質の1つであるビスフェノールA(BPA)の塩素や臭素の置換体が古紙再生紙工場等から近年同定され、これらは環境中において生成されることが推測されている。そしてそのエストロゲン様作用は、置換体の方がBPAよりも強いことが報告されている。ヒト体内のエストロゲン濃度は、エストロゲン硫酸転移酵素(hSULT1E1)によって調節されている。我々は内分泌撹乱作用の一部がこの硫酸転移酵素の阻害によると提案してきた。そこで本研究では、ヒトSULT1E1に対するBPA塩素及び臭素置換体の阻害作用の検討を行った。リコンビナントhSULT1E1はGSTとの融合タンパク質として、大腸菌を用いた発現系を構築し、グルタチオンセファロースによるアフィニティーカラムクロマトグラフィーにより精製された。この精製リコンビナントhSULT1E1を用い、Estronおよび17β-Estradiolを基質として阻害実験を行った。その結果、BPA及び塩素・臭素置換体のいずれも硫酸化を受けることが明らかになった。また、Cl-BPAとBr-BPAはBPAよりも強い阻害を示し、また塩素と臭素の置換数は少ない方が強く阻害した。阻害形式は競争阻害であることが明らかとなり、酵素のエストロゲン結合部位に対して作用することが考えられた。これらの結果はこれまでの報告と一貫性があり、内分泌撹乱作用の一部はエストロゲン硫酸転移酵素の作用阻害によるものであることを示唆している。

平成16年度の研究では、BisphenolA(BPA)の誘導体で強い内分泌かく乱作用を有することが知られている、塩素置換体(ClBPA)と臭素置換体(BrBPA)によるエストロゲン硫酸化の阻害作用を検討した。さらに、ClBPAとBrBPAによるエストロゲン硫酸化の阻害が、生体内におけるエストロゲンの濃度調節機構に与える影響について検討した。エストロゲンを特異的に硫酸化するヒトエストロゲン硫酸転移酵素(hSULT1E1)の発現系を構築し、リコンビナントhSULT1E1をGSTとの融合タンパク質として発現させ、精製した。この精製リコンビナントhSULT1E1を用い、ClBPAおよびBrBPAそれぞれ5種類の硫酸化を検討した。硫酸転移酵素活性は[^<35>S]で標識した活性硫酸(PAP^<35>S)を硫酸供与体として用い、生成した硫酸体をTLCにより分離後、ラジオイメージアナライザーにより測定し解析した。さらに、ClBPAおよびBrBPAを17b-estradiolと競合的に反応をさせ、IC_<50>値求め、Lineweaver-Burk逆数プロット法での解析からKmとVmaxを算出した。そしてその相互関係から阻害形式を決定した。その結果、試験した5種類のClBPAとBrBPAは、hSULT1E1によって全て硫酸化されることが確認された。17b-estradiolの硫酸化に対するClBPAとBrBPAのIC_<50>値は、最も高いものでそれぞれ1.0mMと1.2mMであった。BPAのIC_<50>値は1mM以上だったため、塩素もしくは臭素が一つでも置換することにより、hSULT1E1に対する阻害能は1000倍以上強くなることが明らかになった。阻害形式を検討した結果、ClBPAとBrBPAともにKmはほとんど変化せずVmaxが減少を示し、非競争阻害であることが確認された。これらの結果から内分泌かく乱物質の新しい作用機構として、エストロゲンの濃度調節機構である硫酸化を阻害することでエストロゲンの体内濃度を上昇させ、その結果内分泌かく乱作用を引き起こしている可能性が示唆された。硫酸転移酵素は、生体内の薬物代謝第II相反応の一つである硫酸化に関与するとともにステロイドホルモンなどの内因性化合物の生体内濃度調節に重要な役割を果たしている。近年、内分泌かく乱物質はヒト硫酸転移酵素により、効率よく硫酸化されることが報告された。本研究では、ヒトおよびマウスに引き続き、魚類モデルとしてゼブラフィッシュのエストロゲン硫酸転移酵素を調製し、本酵素が内因性化合物および内分泌かく乱物質であるビスフェノールA、アルキルフェノール類そして植物エストロゲン類を硫酸化するかどうかについて検討した。また、内分泌かく乱物質とエストロゲンとの競合アッセイにより、内分泌かく乱物質のエストロゲン硫酸化阻害機構を解明した。さらに、ヒト硫酸転移酵素の遺伝子多型を調製して、酵素活性の差異について検討した。その結果、内分泌かく乱物質は、ゼブラフィッシュのエストロゲン硫酸転移酵素(SULT1 ST#2)により硫酸化され、競争的にエストロゲンの硫酸化を阻害することが明らかになった。
ポストテンションPC構造物におけるPC鋼材の腐食が耐久性に及ぼす影響に関する研究

今年度は、昨年度までの研究成果を発展させて、コンクリート構造物の耐久性向上を目的として、プレストレスを導入したPRCはり部材について、各種要因(プレストレス量,鋼材費,鋼材位置など)が曲げ,せん断ひび割れ幅に及ぼす影響を定量的に明らかにするとともに,設計に用いるためのひび割れ幅算定式を開発した。その結果以下のことが明らかとなった。1)PRC梁の曲げひび割れ性状は多段配筋の影響を受ける。ただし、2段目以上の鉄筋が中立軸に近いほど、その影響が薄れる。2)PRC梁において、プレストレスによる引張縁応力が等しい場合、PC鋼材高さの違いによる曲げひび割れ性状への影響はPC鋼より線では見られるが、PC丸鋼では見られない。3)既往の各種算定式と実験値を比較し、その適用性を検討した結果、既往の算定式である程度曲げひび割れ幅を求めることが明らかとなった。しかし、PC鋼より線は引張鋼材として働くためひび割れ制御に有効であり、今後はこの影響を考慮する必要がある。4)PRC梁のプレストレスは、せん断ひび割れ幅そのものには影響を及ぼさず、斜めひび割れ発生荷重の増加に大きな役割を持つ。5)せん断補強筋間隔はせん断ひび割れ制御に有効に働くが、導入プレストレスが大きくなると、その影響は薄れる。6)せん断ひび割れは曲げひび割れと異なり、貫通ひび割れであることが明らかとなった。7)本実験結果よりせん断ひび割れ幅算定式をfibの考えに基づいて提案した。その結果、比較的よい精度でせん断ひび割れ幅を求めることが可能となった。ポストテンションタイプのプレストレストコンクリート(以下PC)構造物において、グラウト施工が不完全な橋梁では、供用中、水や塩分の浸透により、PC鋼材が錆びて、橋の耐久性が問題となる。本研究では、PC部材中のPC鋼材または鋼製シースを陽極に、外部電極を陰極にして電気を通電させることにより錆を発生させ、腐食を促す促進試験を行い、PC鋼材の腐食程度が残存耐力と安全性に及ぼす影響を、グラウトの充填度、かぶり等を変化させて実験的に明らかにした。また、耐久性に影響を及ぼす要因としてひび割れがあげられる。そこで、ひび割れ幅を制御するために、プレストレスを導入したPRC部材のひび割れ幅について実験を行った。以下に今年度得られた研究成果を示す。1)曲線位置したPC鋼材において、グラウト充填率が高い場合においてPC鋼材に沿って腐食ひび割れを生じ易い傾向にある。しかし、PC鋼材を腐食因子から長期にわたって保護するという点からは、グラウト充填率が高い方がPC鋼材の腐食が生じる可能性は低くなる。2)プレストレスを導入することにより、ひび割れ幅を制御することが可能である。3)PRC梁において、プレストレスによる引張縁応力が等しい場合、PC鋼材高さの違いによる曲げひび割れ性状への影響はPC鋼より線では見られるが、PC丸鋼では見られない。3)既往のひび割れ幅算定式と実験値を比較し,その適用性を検討したところ、PC丸鋼は引張鋼材として考慮せずに適用可能であることが確認できた。しかし、PC鋼より線は引張鋼材として働くためひび割れ幅制御に有効であることが明らかとなった。
Pd/Ni混晶型ハロゲン架橋金属錯体の基底状態および熱的・光学的励起状態の理論

擬1次元ハロゲン架橋Pd/Ni錯体の混晶比を変えながら、その基底状態・励起状態の物性の変化を理論的に調べた。その結果、以下の知見を得た。1.ハロゲン格子変位・電荷不均一性を混晶比を連続的に変えながら求めたところ、その曲線はほぼラマン散乱強度の振る舞いと一致した。すなわち、本モデル(拡張パイエルス・ハバードモデル)はこの系を全ての混晶比に渡って十分良く説明する。2.平均場近似の代わりにDMRG法を用いて電子相関を十分正確に考慮した。その結果、CDW・モット絶縁体相変化の付近で特に大きな差異、すなわち電子相関効果を得た。特に、平均場近似では比較的なだらかな相変化が、DMRG法の結果ではより転移らしく見える。このことはIR測定において見出された比較的はっきりした価数の変化と整合する結果である。3.光励起が分離した電子正孔を生じると仮定してキャリア誘起効果も考察した。その結果、以下のような振る舞いを金属配置のランダムネスに対する統計平均の結果得た。1)CDWドメインがモット絶縁体ドメインより優勢な場合:キャリアは前者から後者への変化を誘起する。2)モット絶縁体ドメインがCDWドメインより優勢な場合:キャリアは前者から後者への変化を誘起する。特に、モット絶縁体に相変化しきった混晶比において誘起効果(CDWドメイン生成)は最も大きい。これによると、一対の電子正孔が約20サイトのドメインを形成する。本年度は、当初の予定通り、混合金属型ハロゲン架橋錯体の基底状態の精査な吟味を行った。従来は主として金属イオンとしてNiとPdが50%ずつ混合した場合のみを取り扱ったが、本研究ではその濃度比を100%から0%まで連続的に変化させ、その場合のハロゲン格子変位や金属電子の電荷分布を詳細に調べた。その結果、前者(正確には格子変位の2乗平均)の濃度比依存性はこの系において観測されているラマン強度(ハロゲンイオンの伸縮振動)のそれと極めて良く一致することが分かった。また、後者(正確には電荷分布の非一様性)は赤外吸収スペクトル(配位子のN-H振動)の濃度比依存性をよく説明することも分かった。これらの結果は現在のモデルにおける混合効果の取り扱いが現実系に適したものであることを示しており、さらにはこれまで筆者によって提唱されている濃度比50%における「Pdイオンも巻き込んだモット絶縁体の形成=電荷密度波(CDW)状態の消失」をより一層確からしいものにするといえる。また今年度においては、いままでの計算では扱われていなかった平均場近似をこえる電子相関の効果についても考察を行った。方法としては量子モンテカルロ法を用い、格子変位と電子相関の両方を量子的に扱う計算を行った。その結果、濃度比50%において、やはり平均場近似に基づく計算結果と同様に上記の「Pdイオンも巻き込んだモット絶縁体」の出現を示す結果を得た。今年度はまずこの系における強い電子相関効果をより正確に扱うため密度行列繰り込み群法(DMRG法)のプログラム開発を行った。特に本問題においては金属混合に基づくランダムネスの問題があるが、空間に固定したブロツク作成の手続きにより実用に耐えられるほど十分正確に計算が行えることが分かった。次にこの計算方法を実際に適用し、各種金属混合比の場合における格子変位や電荷密度の計算を統計平均も含めて行った。得られた結果は現在詳しく解析中であるが、少なくとも平均場近似のそれよりはよりモット絶縁体優勢であるように見え、これはモット絶縁体がスピン揺らぎにより安定化されることを考慮するともっともな結果と言える。またこの方法の優れた点としてスピン状態を正確に記述出来るのだが、それにより等しく3価になったPdとNiもスピンモーメントの期待値においては有意な差があり見分けがつくことが分かった。また、Niイオンは混合状態でも純粋状態でも3価であり状態として変化しないように思われるが、スピン状態に着目するとやはり有意な変化がある。これは軟X線発光によって測定可と思われ現在実験を依頼中である。

今年度は研究計画にはなかったことだが実験研究の進展にともない新たな取り組みも行った。最近混晶系の吸収スペクトルが詳しく測定され、特にNi濃度が希薄な領域におけるスペクトルが興味深いことが分かった。この領域はPd優勢ではあるがモット状態であることも確かめられており、すなわち準安定状態ではあるが初めてPdモット状態のスペクトルが得られたことになる。そこで本研究ではこれら3状態、すなわち、モット状態(NiおよびPd)とCDW(電荷密度波)状態(Pd)をそれぞれの光学ギャップを再現するようにパラメターを調節しながら一つのモデル(dpモデル)で統一的に記述した本年度は計画の最終年度として、残された問題、すなわち、Pd/Ni混晶型ハロゲン架橋金属錯体における光学励起状態に取り組んだ。状況設定としては、比較的高いエネルギーの光励起状態を想定し、電子と正孔に励起が分かれた状態からの格子緩和状態を各混晶比x(xはPd濃度)ごとに求める。そこでの計算方法は、電子状態を密度行列繰り込み群法(DMRG法)によって求め、それに従って断熱的な状況にある格子を古典的に動かして緩和させることにする。なお、緩和の格子に対する初期条件は光励起前の最安定状態(これは前年度までの計算によって求めた)を用いる。ちなみに、光励起前の状態としては、x_c0.7を境として0<x<x_cがモット絶縁体状態、x_c<x<1が電荷密度波(CDW)状態であることが既に前年度までの研究によって分かっている。結果としては、まず第一に最も大きい光誘起効果はこのx_c付近で得られた。これはすなわち、この付近の混成比でシステムが最も「柔らかい」事を意味する。具体的には、xx_cで光励起前はほとんど見られなかったCDW状態が光励起によって急激に発達する事を見出した。定量的には一個の電子もしくは正孔が約10サイトの金属サイトをモット絶縁体の3価から2価4価に向けて変換する。従って、一個の光子が完全に電子正孔に分離したとするならば合わせて約20サイトを変換することになり、これはかなり大きな光誘起効果と言える。なお、以上の結果はPd/Niのランダムな配置に対する統計平均に基づいている。配置によってはその光誘起効果は決して単純なものではなく、そういった金属配置に応じた特異性も興味深い。最後に、本年度の結果は実験的にも比較的簡単に検出可能と考えられる。今後の実験的研究の進展を大いに望みたい。
哺乳類卵管の炎症と上皮形態異常が導く排卵卵子のpick-up障害

自己免疫異常は雌性不妊発症の一因となるが、その病態発生機序は明らかでない。自己免疫疾患モデルマウスであるMRL/MpJ-Faslpr/lpr(MRL/lpr)は卵管において炎症、線毛上皮形態の異常及び卵子pick-up障害を呈する。本研究では、MRL/lprにおける卵子pick-up障害の病態発生機序を解明し、その知見を臨床応用へ繋げることを目的としている。本年度は、MRL/lprの卵管機能低下を導く直接的要因として特に線毛異常に着目し、3及び6ヶ月齢のMRL/lprとその対照群を用い、卵管ロート部及び気管粘膜上皮の線毛機能を評価した。6ヶ月齢MRL/lprでは、3ヶ月齢と比較して卵管ロート部及び気管粘膜上皮において線毛運動機能の指標である線毛振動数(CBF)が有意に低下した。3及び6ヶ月齢MRL/lprの相関解析において、卵管ロート部と気管のCBFが自己免疫異常の指標である脾重量/体重比と有意な負の相関を示した。加えて6ヶ月齢MRL/lprでは、同齢対照群と比較して卵管ロート部の線毛運動方向の同調性が有意に低かった。以上より、MRL/lprの全身性自己免疫異常は、適切な速さかつ同調した方向へ波打つ線毛の正常機能を変化させることで卵管の卵子pick-up機能を低下させると考察できる。また、3及び6ヶ月齢MRL/lprの相関解析において、卵子pick-up機能の指標である卵子pick-up効率は卵管よりも気管のCBFと強く相関し、後者は有意な正の相関を示した。さらに、卵管と気管のCBFは有意な正の相関を示した。以上より、MRL/lprにおいて呼吸器粘膜上皮の線毛機能の変化が卵管機能の変化を反映する可能性を示した。本結果は、免疫異常に起因する卵子pick-up障害の病態発生機序の解明、及び動物の呼吸器粘膜を用いた非侵襲的な生殖器機能評価法開発に向けて重要な知見を提供する。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
カルボニル還元の面選択性に関する新理論モデル

以下に成果を箇条書きにして示す.(1)カルボニルに対するヒドリド試薬の面選択性を説明する定量的量子化学モデルとして,エクステリアフロンティア軌道広がりモデル(EFOE Model)を考案した.このモデルでは空間分割方法として、反応中心であるカルボニル炭素に帰属される空間点として、カルボニル炭素の原子軌道の全寄与が最大の分子表面(Paulingのvan der Waaals球の集合体として定義)の外部の空間点だけを選び、LUMOの電子密度(Exterior Frontier Orbital Electron Density;以下略してEFOEDと呼ぶ)をカルボニルπ結合の上下2つのπ平面で別々に評価する.(2)この仮定に基づいて、フォートランプログラムを作成し、非経験的分子軌道計算データより、0.2a.u.(原子単位)のメッシュの3次元格子法を用いてカルボニルπ結合の面の上下で分割したEFOEDを求め、実際に観測された選択性と比較した。分子座標は非経験的分子軌道計算で最適化したものを用いた.(3)さらに、選択性の本質が軌道相互作用にあることを定量的に評価するため、摂動論に基づく軌道相互作用解析プログラムを作成して解析を進めた。シクロヘキサンはじめ多数の環式ケトンについて考察を進めたところこれまで解析した15個の環式ケトンにおいて面選択性がEFOEDModelで例外なく説明できた。これらの環式ケトンのいくつかは、Felkin-Anh ModelやCieplak Modelなどの従来の理論モデルでは面選択性の説明が出来なかったものも含まれる。(4)また、このモデルは、遷移状態での置換基とヒドリドの静電反発相互作用で説明されている5-置換-2-Decalone系および2,3-置換-Bicyclo[2.2.1]heptan-7-one系のヒドリド還元立体選択性(K.N.Houk,1991),さらに従来のモデルでは説明不可能であった3,4-benzocyclohepteneonにも適用できた。以上,分子の立体構造と置換基の配向による微妙な面選択性の変化が見事にEFOE Modelで説明できた。
口腔がんの微小リンパ節転移の検出-画像診断と分子生物学的マーカーのコラボレーション-

腫瘍の転移は悪性腫瘍の治療においてその予後に影響する最も重要な因子であり、口腔悪性腫瘍の大部分を占める扁平上皮がんの治療にあたっても、転移の有無が予後と深く関わっている。口腔扁平上皮がんの転移の大部分は所属リンパ節である頸部リンパ節へのリンパ行性転移で、その治療にあたっては原発巣とともに転移したリンパ節の制御が必須であり、とくに現在画像診断的に検出が困難である径5mm以下の微小リンパ節転移の有無を術前に知ることが可能であればその意義は大きい。今回の検索は、口腔がんにおける転移形質に関与する遺伝子/遺伝子産物の同定を行うことを第一の目標としている。ヒト口腔正常粘膜上皮、白板症、口腔がん組織より試料を採取し、直ちに液体窒素で凍結保存を行い、以後の実験に用いた。試料の一部よりRNAを抽出しDNAマイクロアレイにより網羅的解析を行ったところ、数十の発現亢進する遺伝子および発現が低下した遺伝子が認められた。これらの中で口腔がんで発現が亢進しているPim-1に注目して検索を行った。口腔扁平上皮がん細胞株6種全てにPim-1のタンパク発現が認められた。北海道大学病院で口腔扁平上皮がんと診断された早期がん症例39例についてPim-1の発現を検索したところ17例(44%)にPim-1発現が認められた。Pim-1発現症例は有意に所属リンパ節転移、遠隔臓器転移が多く、Pim-1発現と転移の関連性が示唆された。転移形質とPim-1の関連を探るため、siRNAを用いて検討を行った。その結果、Pim-1に対するsiRNA導入細胞では細胞運動能の低下がみられ、この際にRac1の活性が低下することが明らかになった。以上の結果は、Pim-1はRac1の活性化により口腔がん細胞の運動能を高め、転移形質に深く関与しており、Pim-1をターゲットにした画像診断の有用性を示唆するものだった。次いで、ヒト口腔がん細胞株HSC2,HSC3,HSC4,Ca9.22,SASよりタンパクを抽出し、Western blotにより発現タンパクの解析を行った。その結果、口腔がん細胞株ではEGFレセプターの発現が顕著だった。さらに、PTH関連タンパク(PTHrP)の発現も亢進していた。現在、ヒト口腔がん細胞株を用いて転移関連タンパクの発現を検索するとともに、これらの画像診断への応用を検討している。

口腔扁平上皮がんの転移の大部分は所属リンパ節である頸部リンパ節へのリンパ行性転移で、その治療にあたっては原発巣とともに転移したリンパ節の制御が必須であり、とくに現在画像診断的に検出が困難である径5mm以下の微小リンパ節転移の有無を術前に知ることが可能であればその意義は大きい。今回の検索は、口腔がんにおける転移形質に関与する遺伝子/遺伝子産物の同定を行うことを第一の目標としている。ヒト口腔正常粘膜上皮、白板症、口腔がん組織より試料を採取し、直ちに液体窒素で凍結保存を行い、以後の実験に用いた。試料の一部よりRNAを抽出しDNAマイクロアレイにより網羅的解析を行ったところ、数十の発現亢進する遺伝子および発現が低下した遺伝子が認められた。これらの中で口腔がんで発現が亢進していPim-1に注目して検索を行った。口腔扁平上皮がん細胞株6種全てにPim-1のタンパク発現が認められた。北海道大学病院で口腔扁平上皮がんと診断された早期がん症例39例についてpim-1の発現を検索したところ17例(44%)にPim-1発現が認められた。Pim-1発現症例は有意に所属リンパ節転移、遠隔臓器転移が多く、Pim-1発現と転移の関連性が示唆された。転移形質とPim-1の関運を探るため、siRNAを用いて検討を行った。その結果、Pim-1に対するsiRNA導入細胞は細胞運動能の低下がみられ、この際にRac1の活性が低下することが明らかになった。以上の結果は、Pim-1はRac1の活性化により口腔がん細胞の運動能を高め、転移形質に深く関与しており、Pim-1をターゲットにした画像診断の有用性を示唆するものだった。
アスピリン添加による間葉系幹細胞の治療効果増強について

治療後のインプラントの安定は近年インプラント研究の中心となっている。歯科インプラント治療は基礎的データが欠落したまま、臨床現場で進歩を遂げた特殊な医療技術である。その有効性は患者需要の著しい伸びからも容易にうかがえる。そのため、永久歯を失った際の歯科医療の選択肢としては必要不可欠なものである。研究は日々続けられその成功率も上昇、術後1年でも95%の症例で人工物であるインプラントが口腔内で歯と同様の働きをしているとされる。しかし、残りの5%や510年と長期経過症例ではインプラントの生存率は著しく減少し、脱落の理由に関しては解明されぬまま経験的に様々な憶測がされるのみである。そこで我々は総合大学としての利点を生かし、インプラント専門の臨床チームの強力により原因を追及。それにより、独自の原因に行き当たった。これは独創的な発想であるが、基礎研究に十分裏打ちされた限りなく事実に近い概念と思われる。そこで我々はその歯科インプラント治療の失敗原因として浮上した新たな要因を解決させる治療薬として、近年臨床現場の表舞台に現れてきた間葉系幹細胞(MSC)に着目した。この幹細胞もインプラント同様、臨床応用が基礎研究による裏打ちを飛び越えて始まっている医療であるが、その有効性は画期的であり多方面から研究されている。今回はさらにアスピリンを投与することでMSCの効果を高めたわけだが、その程度は予想以上に顕著であった。同時進行で大腸ポリープに対する幹細胞の効果をアスピリンによって高められるか実験したが、そちらでも同様で今後の可能性が示唆された。近年、幹細胞(iPS-cells/MSCs)は自己免疫疾患(Yamaza 2010; Ruili 2011)や癌(Atsuta 2013)の治療などにも応用され、薬物治療のような副作用のない万能に近い理想の治療法として注目されている。我々は今までの一連の幹細胞研究で、治療結果に大幅なバラツキが出ることに気付いた。これは投与される個体だけでなく採取される個体(疾患の有無、年齢など)の影響とされるが、理由は不明である。そこで治療結果の安定化を目指して研究を進めることとなった。幹細胞(iPS-cells/MSCs)は優れた増殖能、分化能から医科/歯科領域における重要な再生治療の選択肢として研究されている。その高い有効性から臨床応用が現実となる一方で、幹細胞による治療効果の不安定さが新たな問題となっている。これは臨床的にも研究的にも見られる現象であり、治療効果の明らかな大小、逆に症状を悪化させることで示される。本研究チームでは、この現象の現象を投与される幹細胞の「個性」と考え、幹細胞に対するアスピリン処理によっていかなる幹細胞にも再生治療に耐えうる能力を賦活させ、能力を一定化することで、予知性の高い治療を目指す。治療効果の安定性については幹細胞治療を進めていく上でクリアーしなければならない問題であり、この研究によって得られる成果は歯科のみでなく幹細胞を用いたあらゆる再生・細胞治療の基盤になると期待する。本研究は、幹細胞治療で見られる効果のバラツキ(治療効果の大小だけでなく病状の悪化も含む)を投与する幹細胞に対するアスピリンによる前処理で最小限に留めることを目的とする。1「異常化/正常化」幹細胞の選択採取、2アスピリン投与による細胞レベルの効果、3病態モデルラットに対する全身投与治癒効果の評価、加えて4投与細胞数をコントロールし効果の違い、5結果として生じる肺組織への副作用などを比較する。これによりアスピリン処理された幹細胞の有効性を評価する。尚、これら実験スケジュールは現在の続きとして2年間の予定であるアスピリンによる前処理で幹細胞の活性を高め、少ない細胞数で安定した治療効果が得られることを目指す。つまり異常な幹細胞を採取しアスピリン処理して、非処理群と治療効果を比較したが、その結果が思っていた以上に明らかな結果となった。

幹細胞を活性化することで、「治療効果のバラツキを最小限に留め(大小の差はあるものの)確実な結果を得る」「治療のため投与する細胞数を最小限に留め患者の侵襲を抑える」ためにアスピリンを使うことが特色であり独創的な点である。アスピリンによる幹細胞活性の促進効果は癌細胞などを用いた我々の過去の研究から明らかである(Atsuta 2013)。幹細胞の活性促進のためのアスピリン投与は共同研究を行っているShi教授のラボで近年注目しはじめたものであり、世界中のいかなるラボよりも研究実績がある。そのため得られた結果には信頼性があり、今後の研究の基盤となりうる。初年度の研究内容として、歯周外科時に歯周病罹患患者(「異常化」幹細胞が存在)から、またはインプラント治療時に歯周病治癒患者(「正常化」幹細胞が存在)からヒト口腔粘膜上皮を採取すること。さらに「異常化」幹細胞の存在を間葉系幹細胞(以下MSC)により証明するため、通例通り培養環境条件をコントロールすることでのみで幹細胞を培養することであった。これらの結果が予定より容易に得られたため、今回10万程度の繰り越し金が発生した。
マルチエージェント型農作業ロボットの知的情報処理と制御

本研究は,作業の効率性,システムの柔軟性,農地環境の負荷低減を念頭におき,複数のロボットに協調して作業を行わせるマルチエージェントロボットシステムを提案する。圃場1区画をロボットが協調して,生育情報収集や肥料散布など,食料生産プロセスにおける重要なタスクを実行できる方法論を考案することを目的とした。1.障害物認識・回避システムロボットの安全機能を障害物の認識,危険度の数値化,危険度に基づく回避動作の3つに分けて開発した。障害物の認識にはレーザースキャナを採用し,半径80m内の周囲1800に存在する物体を認識させた。危険度は障害物までの距離と速度ベクトルから分布関数を介して算出される。実際の走行試験によって,開発したシステムによって,作業中の他のロボットや障害物との衝突を回避させ得ることを確認した。2.オペレーションモジュールのためのビジョンセンサ開発オペレーションモジュールは実際の作業を司るものである。本研究では,ロボット用ビジョンセンサを開発した。草丈,葉面積などの生育情報を取得できるものである。3.ロボット追従システムの開発航法センサとして障害物の認識に使用したレーザースキャナを採用し,同時に作業するもう1台のロボットに対して追従走行による協調作業ができるロボットを開発した。4.複数ロボットの作業計画法開発ロボット群の作業スケジュールの生成法を検討した。まずロボットの運行を数理モデルで記述し,圃場などの地図及びその作業体系を調査して,その状況をモデリングした。そのあと,数理モデルを使用して最適なスケジュールを最適化法を援用して探索した。本研究では傾斜牧草地において1台の積込ロボットと2台の運搬ロボット,計3台のロボットがロールベールの回収作業を行う場合のスケジュール生成法を例題として取り上げ,その解法を考案した。本研究は,作業の効率性,システムの柔軟性,農地環境の負荷低減を念頭におき,複数の小型ロボットに協調して作業を行わせるマルチエージェント型のロボットシステムを提案する。圃場1区画を3台のロボットが相互に通信しながら,農薬散布,生育情報収集など,食料生産プロセスにおける重要なタスクを自律分散的な協調パターンで実行できる方法論を考案する。今年度は特にシステムの要素技術開発に重点をおいて実施し,以下の研究を行った。通信モジュール開発通信系は内部のモジュール間通信を効率的に行うためにCAN(Controller Area Network)を採用した。CANを使用することで,ロボットに新たなセンサ,アクチュエータを装備する場合に,高い拡張性が確保できる。また,作業に使用するロボット(エージェント)の数に制限を与えないシステム仕様とするため,エージェント間の通信には無線LANを採用し,システム構成に高い柔軟性を保証するよう配慮した。オペレーションモジュールのためのビジョンセンサ開発オペレーションモジュールは実際の作業を司るものである。本研究では,精密作業の効果が最も発揮できるピンポイントに農薬散布を行うエンドエフェクタを試作する予定であり,ビジョンセンサにより作物個体を認識して,作物葉部にだけ正確に農薬を散布する技術を開発する。今年度はビジョンセンサが広範囲に情報収集できるように,全方位カメラを使用したロボット用ビジョンセンサを開発した。圃場1区画をロボットが相互に通信しながら,農薬散布,生育情報収集など,食料生産プロセスにおける重要なタスクを自律分散的な協調パターンで実行できる方法論を考案する。今年度は特に作業機との通信システムと障害物認識・回避システムの開発に重点をおいて実施した。1.ロボット・作業機間の通信システムISOBUS上で作業マップ管理,可変施肥機の施用量決定などを管理するタスクコントローラのPCエミュレータを試作した。作業データ形式としてはISOで採用されたAMEDに準拠させた。