hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ロウソク火炎群の非線形振動・同期から俯瞰する気象現象のパターン動力学

このことにより、25年度は、ロウソク火炎振動子の特徴である、振動子間の距離に応じた同相同期・逆相同期の特徴を組み込んだ新たな振動子モデルについての数値シミュレーションを行い、気象現象のダイナミクスとの相関を議論する。昨年度の研究成果を活かし、以下の方針に従って研究をすすめる。1.ロウソク火炎振動時の上空の対流の速度情報の解析を進め、振動のメカニズムを再構築し、新たな振動子モデルを提案する。2.ロウソク振動子間の距離に応じて異なる火炎振動の同期現象が発生する際の、火炎上空の流れの可視化・速度計測を進め、振動子間の相互作用のメカニズムを明らかにする。3.1.と2.の成果に基づき、ロウソク火炎振動子集団のモデルを完成させ、数値シミュレーションを通して、大規模非線形対流振動子集団としての種々の気象現象(竜巻や台風)発生メカニズムとの関連を明らかにする。1.24年度未使用額(99,993円)に対して・物品費:99,993円(記録メディア、印刷用消耗品等を購入予定)2.25年度請求額(1,100,000円)に対して・旅費:600,000円(研究打ち合わせ:福岡一泊二日6人(九州大学及び福岡大学)、研究成果発表:札幌3泊4日2人(北海道大学)、千葉2泊3日4人(千葉大学))予定・人件費:300,000円(研究補助者謝金:データ整理、HP作成・管理)を予定・その他:200,000円(研究会開催費、研究成果出版費)を予定
薄層クロマトグラフィーを用いたイオンのためのスクリーニング法開発に関する研究

イオン性毒物の事件等に迅速対応するため、以前考案した薄層クロマトグラフィー(TLC)によるアニオン検出法をカチオン(Li, Na, Mg, AI, K, Ca, Rb, Sr, Cd, Cs, Ba, Hg, T1及びPbの計14種類)もスクリーニング法として応用可能か検討した。2.Rf値並びに検出限界確定したDSは4系統で、メタノール-2M硝酸(3:1,v/v)が最も分離出来たが、どのDSを用いても検出可能なカチオンの完全分離は出来なかった。検出限界は0.1-10μgで、1族>>2族>13族=14族の感度差がみられた。3.擬似サンプルへの応用緑茶(J)、紅茶(T)、ドリップコーヒー(D)にT1_2SO_4若しくはNaAsO_2を添加・回収した抽出物についてTLCを行った。なお、J、Tは各1mg/mL、Dは1、2及び5mg/mLに濃度調整した。各溶液1mLについて、(1)メンブランフィルター(MF)による濾過のみ、(2)MF濾過後C18固層カラムによる抽出、(3)MF濾過後イオン交換固層カラムによる抽出で検討した結果、(2)において2系統のDSを用いると妨害成分の影響を受けずCでは目的のT1、Na並びにSではSO_4、AsO_2を検出出来たが、DではSO_4は検出されなかった。4.機器分析への応用TLC後、3%硝酸溶液でイオンを抽出し、MFで濾過後にICP-MSへ応用した。Na、K及びT1、並びに亜ヒ酸由来のAsが検出可能であった。よって、本法はイオンのスクリーニングのみならず試料精製法として機器分析への応用も可能であると考える。
脊髄保護におけるインスリンの新たな役割に関する研究

手術侵襲等により軽度上昇した血糖値を正常化する程度の量のインスリンに強い保護効果があることが判明した。しかし、インスリンの脊髄内移行を促進する目的の脊髄微小損傷によってインスリンの保護効果は増強されなかった。また、インスリン投与と同時にブドウ糖を持続静注し、血糖低下を阻止すると、保護効果は認められなかった。さらに、虚血解除直後に投与したインスリンにも全く保護効果が認められなかった。以上より、血糖を約40mg/dL低下させる程度の量のインスリンに脊髄保護作用があることは明らかであるが、その機序は直接作用ではなく、血糖制御を介した機序であることが明らかとなった。IGF-1の虚血前静脈投与による強い脊髄保護効果が報告されている。IGF-1の血液脊髄関門の透過性は悪いため、脊髄への移行を促進する目的でIGF-1の虚血前腰部脊髄くも膜下投与を行ったが、明らかな脊髄保護効果は認められなかった。また、従来の報告と同量の虚血前静脈内投与を行ったが、従来の報告に匹敵する保護効果は認められなかった。その原因として、血糖値の関与が考えられる。IGF-1の脊髄保護効果を報告した研究では、虚血直後の血糖値の平均が約60mg/dLであるが、われわれの研究では虚血前の血糖値が150190mg/dLであった。すなわち、IGF-1には直接的な脊髄保護効果があったとしても、軽度高血糖によって容易に保護効果が消失することが判明した。臨床では血糖値を厳密に制御することは低血糖の危険を伴うが、正常上限である110mg/dLを目標にインスリン投与を行うことで、脊髄保護効果が期待できる。一方、IGF-1の臨床応用に関しては、費用対効果の点でさらに検討が必要と考えられる。平成17年度は、家兎一過性脊髄虚血モデルにおいて、インスリン投与のタイミングと血糖値がインスリンの脊髄保護作用にどのような影響を及ぼすかについて検討した。【方法】イソフルランによる全身麻酔下に、経後腹膜的に左腎動脈直下の腹部大動脈を13分間遮断する一過性脊髄虚血モデルを用い、以下の4群(n=8)に分けて検討した:pre-I群(インスリン0,5IU/kgを虚血30分前に静注)、post-I群(インスリン0.5IU/kgを再灌流直後に静注)、GI群(インスリン0.5IU/kgを虚血30分前に静注+インスリンによる血糖の低下を防ぐために、インスリン投与とともにグルコースを1時間持続静注)、C群(生理食塩水を虚血30分前に投与)。虚血再灌流後7日間、後肢運動機能(4:正常、3:跳躍できるが正常ではない、2:後肢はよく動くが跳躍できない、1:後肢がわずかに動く、0:後肢の完全麻痺)を評価し、その後、脊髄を灌流固定し、腰部脊髄膨大部の腹側灰白質の正常神経細胞数を計測した。【結果】虚血前の血糖値はpre-I群、post-I群、GI群、C群で、118±17、158±16、180±30、159±21mg/dLであった。その後、再灌流6時間まではGI群とC群では120150mg/dLで、pre-I群とpost-I群では90120mg/dLで推移した。再灌流7日後の後肢運動機能スコア(平均値±標準偏差)は、pre-I群、post-I群、GI群、C群で、3.8±0.7、1.6±1.6、1.6±1.5、1.3±1.2とpre-I群が有意に良好であった。

正常神経細胞数もpre-I群、post-I群、GI群、C群で、60±14、29±26、24±31、18±18とやはりpre-I群が有意に良好であった。【考察とまとめ】インスリンによる脊髄保護効果は、虚血前投与のみに認められ、しかも、グルコースの投与により容易に保護効果が消失することが判明した。インスリンは抗酸化作用や抗炎症作用などの直接作用により神経細胞を保護する可能性が指摘されているが、その直接作用はあまり強くないか血糖値に大きく影響されると考えられる。平成18年度は、家兎一過性脊髄虚血モデルにおいて、insulin like growth factor1(IGF)の虚血前腰部脊髄くも膜下投与の保護効果について検討した。【方法】24羽の家兎をC群(対照)、IV0.3群(IGF0.3mg/kg静脈内投与)、IT0.03群(IGF0.03mg/kgクモ膜下腔投与)、IT0.1群(IGF0.1mg/kgクモ膜下腔投与)の4群(各6羽)に分けた。イソフルランによる全身麻酔下に家兎を腹臥位とし、第5,6腰椎椎弓間より尾側向きにクモ膜下に薬液注入用のカテーテル(PE-10)を挿入した。2日後神経学的障害のないことを確認し全身麻酔下にIT.03,IT0.1群でクモ膜下カテーテルより虚血30分前にIGFを投与した。C群では生理食塩水を投与した。IV0.3群では静脈内投与を行った。その後、腹部大動脈を左腎動脈直下で13分間遮断し脊髄虚血を行った。虚血前より体温は38度に維持し、脊髄機能を評価するために分節性脊髄誘発電位をモニターした。再灌流7日後まで後肢運動機能を5段階(0=対麻痺、1=後肢がわずかに動く、2=後肢はよく動くが跳躍不可、3=跳躍可能だが正常ではない、4=正常)で評価した。最終の神経学的評価を行った後に、全身麻酔下に脊髄を灌流固定しHE染色した。腰部脊髄膨大部の腹側脊髄の正常神経細胞数を計測した。【結果】血糖値はいずれも4群間で有意差はなかった。再還流7日後の後肢運動機能スコアはIV0.3群において6羽中4匹が正常であったが他の3群と比べ統計的有意差はなかった。腰部脊髄膨大部の腹側脊髄の正常神経細胞数にも4群間で有意差はなかった。【考察】一過性脊髄虚血において虚血前IGFくも膜下投与による保護効果は認められなかった。またIGF静注群でも虚血前血糖値が高かった2羽では神経学的予後は悪かった。IGFによる脊髄保護効果はIGFによる直接作用による割合が小さいか、あるいはあったとしても容易に軽度中等度高血糖で効果が消失すると考えられる。
加速器質量分析放射性炭素年代測定法による縄文時代集落の存続期間に関する研究

本研究の目的は二点あり、第一は、縄文時代における集落遺跡の存続期間を放射性炭素年代測定法で実証的にあきらかにすることである。第二は、集落遺跡の存続期間と土器型式の関係をあきらかにすることである。研究の対象として、縄文時代後期中葉晩期の集落遺跡である石川県石川郡野々市町御経塚遺跡を具体的にとりあげ、検討をこころみた。目的を達成するためにとる方法は、深鉢形の縄文土器に付着した炭化物を試料に、名古屋大学年代測定総合研究センターに配置されているタンデトロン加速器質量分析計で放射性炭素年代測定をおこなうというものである。実際に作業をすすめていくうちに、あらたな問題がうかびあがってきて、それを解明するための試料採取や測定をおこなった。第一に、御経塚遺跡の測定値の妥当性を検討するためには、それと同時期の遺跡から出土した試料を測定する必要性がでてきたため、石川県金沢市藤江C遺跡・長野県小諸市氷遺跡・愛知県安城市堀内貝塚の3遺跡についても測定をおこなった。第二に、ひとつの土器型式でもいくつかの段階に細分されている型式もあり、型式レベルの存続期間ばかりでなく、段階レベルでの存続期間を究明する必要性も生じてきた。そこで、この点を検討するために、群馬県安中市中野谷松原遺跡の縄文前期有尾式を対象とし、試料の採取をおこなった。第三には、土器付着炭化物試料のold wood effectやリザーバー効果の問題である。この点を検討するために、コメの煮炊き具で、それらの影響が少ないと考えられる弥生土器や古式土師器に付着した炭化物を試料に測定した。当初は研究期間の3年間で45点の測定をおこなう計画をたてていたが、測定が順調に進み、結果的には56点実施した。平成11年度に計画した研究実施項目は、以下の3点である。各項日ごとに研究実績の概要について記述していくものである。(1)御経塚遺跡における炭化物が付着した土器型式の明確な縄文土器の選出(2)御経塚遺跡における集落構造の検討(3)試料の前処理・加速器質量分析計による本処理・データ解析(1)については、石川県石川郡野々市町教育委員会の収蔵庫に保管されている縄文土器の総量を5等分し、本年度は全体の2/5をみなおして試料をえらびだした。(2)については、既往調査の遺構図をもとに、集落構造が把握できるような小縮尺の遺構図を作製した。(3)については、3年間で総数45点の測定を予定しており、本年度は全体の1/3にあたる15点の処理をおこなった。作業をすすめていくうちに、あらたな問題がうかびあがってきて、それを解明するための試料の採収や処理をおこなった。第一に、御経塚遺跡の測定値の妥当性を検討するためには、それと同時期の遺跡の試料を測定する必要性がでてきた。そこで、同時期の他の遺跡についても試料を採収し、処理を実施した。第二には、いくつかの段階に細分されている型式もあり、型式レベルの存続期間ばかりでなく、段階レベルでの存続期間を究明する必要もでてきた。この点を検討するために、群馬県安中市中野谷松原遺跡の縄文前期有尾式を対象とし、試料の採取をおこなった。平成12年度に計画した研究実施項目は、以下の4点である。各項目ごとに研究実績の概要を記述していくものである。(1)石川県野々市町御経塚遺跡における炭化物が付着して土器型式が明確な縄文土器の選出(2)石川県野々市町御経塚遺跡における集落構造の検討(3)試料の前処理・加速器質量分析計による測定・データ解析

(4)全国各地における縄文集落の発掘状況の調査と炭化物が付着した縄文土器の調査(1)については、野々市町教育委員会の収蔵庫に保管されている縄文土器を5等分し、本年度は全体の3/5をみなおして試料をえらびだした。そして付着炭化物を試料として採取した。(2)については、集落構造を検討するために、遺構から出土した縄文土器の型式を決定した。(3)については、研究期間の3年間で総数45点の測定を予定しており、本年度は18点の測定をおこなった。その内訳は御経塚遺跡6点、金沢市藤江C遺跡(後期末晩期初頭)5点、安城市堀内貝塚(晩期)7点である。藤江C遺跡や堀内貝塚の測定は、御経塚遺跡の測定値の妥当性を検討したり、他遺跡の存続期間も究明する必要が生じてきたことによる。(4)については、全国各地における縄文集落の発掘状況や縄文土器への炭化物の付着状況を、埋蔵文化財行政機関や博物館で調査した。平成13年度に計画した研究実施項目は、以下の3点である。各項目ごとに研究実績の概要を記述していくものである。(1)石川県石川郡野々市町御経塚遺跡における集落構造の検討(2)試料の前処理・加速器質量分析計による測定・データ解析(3)縄文集落の存続期間の究明および土器型式との関係解明(1)については、御経塚遺跡において各土器型式の縄文土器がどの調査区からどれくらいの点数・量出土しているのかを把握し、竪穴住居址や土坑などの遺構との関連から居住域・墓域・広場・旧河川など集落構造の検討をこころみた。(2)については、研究をすすめていくうちにあらたな問題がうかびあがってきて、それを解明するための測定をおこなった。すなわち、土器付着炭化物試料のold wood effectやリザーバー効果に関する問題を検討するために、コメの煮炊き具で、それらの影響が少ないと考えられる弥生土器や古式土師器に付着した炭化物を試料に測定を実施した。それで今年度は当初15点の測定を予定していたが、結果的には25点の測定をおこなった。その内訳は縄文土器9点、弥生土器・古式土師器16点で、縄文土器については御経塚遺跡6点、長野県小諸市氷遺跡3点を測定した。(3)については、3年間の測定結果と集落構造の検討をもとに、御経塚遺跡における縄文集落の存続期間に関して考察をおこなった。
１分子超解像観察による、一次シリア基底部の分子選択的拡散障壁機構の解明

本研究は、一次シリアを細胞体から隔てている境界構造の分子構築と、その構造が拡散障壁として、しかも、特定の分子の選択的な出入りを決めるフィルターとしてはたらく機構の解明を目的とする。そのために、生細胞超解像ー高速1蛍光分子同時観察顕微鏡システムの3次元拡張をおこない、一次シリア基底部の構造(細胞膜の配向)を3次元的に把握しながら、拡散障壁構成分子の超解像観察、および、シリア局在分子/非局在分子の1分子追跡をおこない、基底部での出入りを調べることを目指した。昨年度に3次元拡張を完了した生細胞超解像ー高速1蛍光分子同時観察顕微鏡システムをもちいて、本年度は以下の研究進捗があった。(1)一次シリアの3次元生細胞超解像観察光変換型の蛍光タンパク質超解像プローブ(mEos3.2)で一次シリアマーカー分子(Smoothened)を標識し、一次シリア全体の3次元超解像構造を約30秒間観察できるようになった。(2)一次シリア局在分子(セロトニン受容体6)の3次元1分子追跡一次シリア基底部と先端部の位置を超解像観察で3次元的に把握しながら、一次シリア細胞膜上の蛍光(SeTau647)標識したセロトニン受容体6(Gタンパク質共役型受容体)を、時間分解能16.7ミリ秒(60フレーム/秒)で、退色するまでの10ー30秒にわたって1分子追跡することが可能になった。セロトニン受容体は、基底部で1秒以下の短時間の停留を頻繁に示したが、30秒の観察時間中に、細胞膜上の拡散で一次シリア外部に出ていくことはなかった。露光時間16.7ミリ秒、サンプリングレート4フレーム/秒で、5分間のタイムラプス長時間観察をおこなったところ、細胞内部から基底部に向けた/基底部から細胞内部に向けた、小胞輸送が活発に起こり、セロトニン受容体を含む小胞が基底部近傍に蓄積していることが明らかになった。28年度が最終年度であるため、記入しない。そのために、生細胞超解像ー高速1蛍光分子同時観察顕微鏡システムの3次元拡張をおこない、一次シリア基底部の構造(細胞膜の配向)を3次元的に把握しながら、拡散障壁構成分子の超解像観察、および、シリア局在分子/非局在分子の1分子追跡をおこなう。本年度は、以下の研究進捗があった。(1)生細胞超解像ー高速1蛍光分子観察顕微鏡の3次元拡張シリンドリカルレンズを利用した非点収差法のための光学系を、生細胞超解像用カメラ、高速1分子観察用カメラそれぞれの前に追加し、拡散障壁の超解像構造と、そこでの1分子の出入りが3次元で観察できるようになった。(2)拡散障壁超解像観察のための蛍光プローブの検討ブリンキング(明滅)型の制御が可能な超解像蛍光プローブ(rsEGFPやDronpaなどのタンパク質プローブ、ATTO655やHMSiRなどの色素プローブ)を検討したが、ブリンキング頻度が適切でない(rsEGFP、Dronpa)問題や、細胞膜透過性が十分でない(ATTO655、HMSiR)問題が明らかになり、光変換型の蛍光タンパク質プローブ(mEos3.2、dendra2)のほうが、拡散障壁候補分子の超解像観察に適していることがわかった。この結果にもとづき、mEos3.2標識した拡散障壁候補分子の、安定発現株(RPE-1細胞)の取得を進めた。一次シリア基底部は顕微鏡のz軸(上下)方向に傾いた構造を取ることが多いので、xy軸(水平)方向に投影した構造と1分子運動を観察するだけでは、拡散障壁の分子選択機構を正確に理解することは容易でなかった。拡散障壁の超解像構造と、そこでの1分子の出入りをともに3次元で観察できるようにする拡張をおこない、さらに、超解像観察する拡散障壁候補分子の選定、蛍光標識法の検討、安定発現株の取得を進めたことにより、本研究の作業仮説「一次シリア基底部の分子選択的拡散障壁機構」を本格的に検証するための準備が整った。

(2)一次シリア局在分子(セロトニン受容体6)の3次元1分子追跡一次シリア基底部と先端部の位置を超解像観察で3次元的に把握しながら、一次シリア細胞膜上の蛍光(SeTau647)標識したセロトニン受容体6(Gタンパク質共役型受容体)を、時間分解能16.7ミリ秒(60フレーム/秒)で、退色するまでの10ー30秒にわたって1分子追跡することが可能になった。セロトニン受容体は、基底部で1秒以下の短時間の停留を頻繁に示したが、30秒の観察時間中に、細胞膜上の拡散で一次シリア外部に出ていくことはなかった。露光時間16.7ミリ秒、サンプリングレート4フレーム/秒で、5分間のタイムラプス長時間観察をおこなったところ、細胞内部から基底部に向けた/基底部から細胞内部に向けた、小胞輸送が活発に起こり、セロトニン受容体を含む小胞が基底部近傍に蓄積していることが明らかになった。(1)一次シリア基底部の細胞膜に存在する拡散障壁の分子構築の実体に迫る。細胞体と一次シリアを構造的に隔てている拡散抑制機構を、私がこれまでの研究で見出してきた、[1]膜骨格フェンス効果、[2]アンカード膜タンパク質ピケット効果、[3]脂質ドメイン効果に分類し、これら3つの仮説の検証をもって、拡散障壁の分子構築に迫る。RPE-1ヒト網膜色素上皮細胞のベーサル面に形成された一次シリアの基底部において、transition fiber、Y型リンカー、ciliary necklaceに局在する拡散障壁候補分子の超解像観察をおこない、基底部におけるそれぞれの3次元構造を調べる。(2)拡散障壁の分子選択性と、出入りを制御する機構を調べる。上記の拡散障壁候補分子の超解像観察と同時に、シリア局在分子(Smoothened、Sstr3、Htr6、PDGFRα)、シリア非局在分子(リン脂質/スフィンゴ糖脂質蛍光アナログ、トランスフェリン受容体)の1分子3次元追跡をおこない、拡散障壁通過の有無を調べる。通り抜けられない場合は3つの作業仮説のどの機構により拡散抑制が起こっているか、通り抜けられる場合は、その輸送過程を明らかにする。28年度が最終年度であるため、記入しない。
確率分布を反映したゲーム木の大規模分散モンテカルロ木探索

現実世界の大規模な探索問題は全解探索は困難であり、有用そうな部分を選択的に探索するアルゴリズムが用いられる。ゲーム木の探索はこのような問題の一例であり、近年提案されたモンテカルロ木探索がその有用性から広まっているが、将棋など「細い正解の一本道をたどらなければならない」ような問題領域においては終息が遅く、適用が難しい。我々は、局面評価値の確率分布をゲーム木でそのまま取り扱えるベイジアンアプローチに基づいた探索アルゴリズムについて、分散計算の適用による効率化の可能性を検証した。ゲーム木の探索はこのような問題の一例であり、近年提案されたモンテカルロ木探索がその有効性から広まっているが、将棋など「細い正解の一本道をたどらねばならない」ような問題領域においては収束が遅く、適用が難しい。この問題に対処するため、本年度は、ベイジアンアプローチに基づく分散モンテカルロ木探索アルゴリズムを設計し、激指を用いて分散計算アプリケーションの試験実装を行い、設計の妥当性と実装方法の評価を行うとともに、性能の改善手法の検討を行った。基本となる提案手法のアルゴリズム設計、およびその性能に関する基礎的な検討結果について、以下の学術論文誌ならびに国際会議に採録され発表を行い、提案手法の有効性と有用性が確認できた。-横山大作,喜連川優,ベイジアンアプローチに基づくモンテカルロ木探索アルゴリズムの将棋への適用と評価,情報処理学会論文誌, Vol. 55, No. 11, pp. 2389-2398, (2014-11-15)現実世界の大規模な探索問題は全解探索は困難であり、有用そうな部分を選択的に探索するアルゴリズムが用いられる。我々は、局面評価値の確率分布をゲーム木でそのまま扱えるベイジアンアプローチに基づいた探索アルゴリズムを提案し、将棋での有効性を確認しつつあるが、並列計算手法が未検討であり、大規模問題を解く上での障害となっている。本年度は、前年度に行ったアルゴリズム設計及び試験実装の成果をもとに、性能向上を目指した設計検討を行い、それを考慮した実装方式を検討し、実装を行った。また、問題の一般化をはかり、実応用の可能性をより広範囲に調査するために、合法手の多い戦略ゲームや多人数ゲームにおいてのゲームプレイヤ構築手法についても研究を行い、それぞれの成果を研究会において論文発表した。これらのゲームにおける知見は現在のところそのままでは提案する探索アルゴリズムに適用することはできないが、我々の提案手法が持つ限界を検証するという意味で有効に利用できると考えている。また、他のゲームでの機械学習手法検討で得られた知見を将棋にフィードバックすることで、我々の持つ応用アプリケーションの実用性がより向上することも期待される。27年度の計画目標は、前年度に行ったアルゴリズム設計及び試験実装の成果をもとに、性能向上を目指した設計検討を行い、性能面を考慮した実装を行うことであった。これらの目標を順調に達成することができ、計画通りに進展しているといえる。我々は、局面評価値の確率分布をゲーム木でそのまま扱えるベイジアンアプローチに基づいた探索アルゴリズムを提案し、将棋での有効性を確認しつつあるが、並列計算手法が未検討であり、大規模問題を解くうえでの障害となっている。本年度は、前年度までに行ったアルゴリズムの詳細設計、及び性能評価用実装による性能面での検討成果をもとに、実用性を考慮したシステム実装を行い、評価を行った。また、提案手法の応用分野の拡大を図るため、多人数不完全情報ゲームなどのコンピュータプレイヤの構築と機械学習の適用、特に強化学習の適用に関する研究を行い、それぞれの研究成果を研究会において論文発表した。これらのゲームプレイヤに関する知見はそのままでは現在のモンテカルロ木探索手法に適用できるものではないが、今回の研究でターゲットとしている将棋プレイヤの実用性を向上させるための基礎研究として役立てられた。また、これらの問題領域へアプローチできるよう、今回の研究内容を発展させる際の方針の明確化、並びに課題の確認を行うことができた。初年度の研究計画目標は、ベイジアンアプローチに基づく分散モンテカルロ木探索アルゴリズムを設計し、激指を用いて分散計算アプリケーションの試験実装を行い、設計の妥当性と実装方法の評価を行うとともに、性能の改善手法の検討を行うことであった。アルゴリズムの設計については順調に実現でき、試験実装をもとにしたアルゴリズムの基礎的な性能評価を行うことができた。

これらの成果をまとめた複数の論文が採録され、有用性の確認も行えた。計画通りに進展しているといえる。これまでの研究は計画に従っておおむね順調に進展しているため、今後も計画に従って研究を進めていく。具体的には、28年度には、27年度までの成果をもとに大規模な実験環境での実験を行い、実用性の評価を行うとともに、性能の改善を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。ゲーム情報学これまでの研究は計画に従っておおむね順調に進展しているため、今後も計画に従って研究を進めていく。具体的には、27年度には、26年度の成果を元に本格実装を行ない、性能面の評価と改善を行う。さらに、より大規模な実験環境での実験に備え、シミュレーションなどを用いた予備実験による評価を行って、性能面でのボトルネックなどの改善手法検討を行うことを目指す。28年度にはより大規模な実験環境での実験を行い、実用性の評価を行うとともに、性能の改善を行う。研究に関する調査のために参加を予定していた国際学会について、研究の進展を考慮すると今年度は論文調査にとどめ、国内研究会への参加を行ったほうが予算をより有効に活用できると判断されたため、参加を見送ったことによる。研究に関する調査のために参加を予定していた国際学会(International Conference on Advances in Computer Games)の開催時期が2015年度に入ったため、旅費の利用を次年度に繰り越すことが適切となった。また、購入予定の計算サーバの一部について、性能の高いCPUが2015年度に購入可能になるとの情報が得られたため、それを購入するほうがより適切であるとの結論に達した。本年度予定している大規模実験を効率よく実施するためには、導入予定の計算サーバの性能を向上させる必要があると考えられるため、その予算とする。国際学会への参加を予定しており、旅費として利用する。また、性能が向上した計算サーバを導入する。
ヘモグロビンのサブユニットの4量体形成以前から用意されている構造変化の機構

1)前年度に引き続き、脊椎動物の系統樹の分岐点のまわりで、Hb(ヘモグロビン)の立体構造と機能の変化を見るために使うHbとして、硬骨魚類のクロマグロ、軟骨魚類のアカエイとシロザメ、脊椎動物と無脊椎動物の中間的存在である円口類の日本産のカワヤツメウナギ、Hbを持つ無脊椎動物で脊椎動物に最も近い棘皮動物のシロナマコからHbを取り、常時使用できる状態を維持した。一部他の研究室へも提供した。2)アカエイとクロマグロのHbのdeoxy(配位子非結合)型の結晶のX線結晶解析を1.8Å分解能で行い、得られた立体構造を「タンパク質立体構造の構築原理」ワークショップのポスターで発表した。クロマグロHbのCO結合型の結晶も2.0Å分解能で立体構造が決定できて、deoxy型とCO結合型の間の構造変化を、ヒトHbの場合と詳細な比較を行なっている。3)アカエイHbのCO結合型の結晶、ヤツメウナギHbのdeoxy型とCO結合型双方の結晶については、すでに回折データを持っていて、立体構造を決定すべく解析中である。シロザメもdeoxy型とCO結合型双方の結晶について回折データを持っているが、アカエイと同じ軟骨魚類であり、アミノ酸の1次構造を決定している最中なので後回しになっている。4)シロナマコのHbの結晶についてはまだ解析に耐える回折データが得られていない。5)日本産カワヤツメウナギのHbのcDNAを2種類取り、塩基配列を決定した。それぞれ、血液中の主成分と少量成分に対応すると考えられる。主成分と思われるHbは、ヨーロッパ産カワヤツメウナギのHbの主成分と、アミノ酸の1次構造が完全に一致した。このcDNAをもとに、ヤツメウナギHbの発現系を大腸菌を使って作製中である。6)シロザメHbのα鎖とβ鎖のcDNAを取り(シロザメHbの成分は単一)、塩基配列を決定中である。7)シロナマコのcDNAは2種類見つかり、これの塩基配列を決定中である。
Transferring innovations from abroad to Japan

日本企業が、海外から新しい製品や組織内プロセスなどのイノベーションをどのように取り入れ、日本に普及させているかを研究した。研究では1)ステータスが「高い」もしくは「低い」企業はいち早く新しいイノベーションを採用するが、ステータスが「中間」にある企業は、通常、採用が遅い、2)従来の製品、プロセスに近いイノベーションはより早く普及する、3)イノベーションが採用されない主な理由は、大きな組織変化やコスト上昇を引き起こすという懸念による、ということがわかった。その結果、影響の少ない企業はより早く新しいイノベーションを採用するが、大きな効果が期待される会社ほど採用が遅れることが明らかになった。
微細藻類の光阻害とストレス適応メカニズムの解析

本研究では、微細藻類Synechocystissp. PCC 6803を用いて光強度と増殖の関係を調査し、強度の大きい光に対して耐性を示し増殖能、物質生産能の高い株を育種するための戦略を探ることを目的とした。光強度に対して増殖速度が変化することを定量的に捉えることに成功した。また遺伝子発現量をDNAマイクロアレイにより網羅的に解析した。これらの解析から今後、強い光に対して耐性を有する細胞を創製する戦術を立てることが可能となると期待される。本研究では、微細藻類、Synechocystis sp. PCC6803を用いて光強度と増殖の関係を調査し、強度の大きい光に対して耐性を示し増殖能、物質生産能の高い株を育種するための戦略を探ることを目的とした。この目的を達成するため、光強度を人為的に制御することのできる光バイオリアクタを用い、光強度の上昇に伴う二酸化炭素吸収速度、増殖速度を測定できる実験系を構築した。光強度に対して増殖速度が、比例的に上昇する培養フェーズ、飽和するフェーズ、減少するフェーズを同定し、それぞれのフェーズで光強度に対応して発現量が変換する遺伝子、発現量が変化しない遺伝子、発現量が減少する遺伝子をDNAマイクロアレイにより網羅的に解析することを考えた。これらの結果より、光阻害を引き起こすメカニズムと細胞の適応に関与する遺伝子を抽出し、将来、二酸化炭素吸収能力、増殖能力を飛躍的に上昇させる細胞工場の創製への可能性を探ることができると考えた。平成24年度は、二酸化炭素を炭素源として光条件を種々変化させて培養を実施した。光の強さを人為的に変化させた場合の光強度が増殖に与える影響を解析した。光強度に対して増殖速度が、比例的に上昇する培養フェーズ、飽和するフェーズ、減少するフェーズが存在することが明らかとなり、光強度に対する細胞活性の影響を、比増殖速度というパラメタータにより始めて定量的に示すことに成功した。また、平成23年度に設計したSynechocystis sp. PCC6803カスタムDNAマイクロアレイにより、それぞれのフェーズのDNAマイクロアレイ解析を行い、遺伝子の発現量の網羅的データを取得した。今後、これらの結果を深く解析することで、強い光にも高い増殖能を持つSynechocystis sp. PCC6803株を創製する方法が開発されることが期待される。本研究では、微細藻類、Synechocystis sp. PCC6803を用いる。光強度を人為的に制御することのできる光バイオリアクタを用い、光強度の上昇に伴う二酸化炭素吸収速度、増殖速度を測定できる実験系を構築することを目的とした。光強度に対して増殖速度が、比例的に上昇する培養フェーズ、飽和するフェーズ、減少するフェーズを同定し、それぞれのフェーズで光強度に対応して発現量が変換する遺伝子、発現量が変化しない遺伝子、発現量が減少する遺伝子をDNAマイクロアレイにより網羅的に解析する。これらの結果より、光阻害を引き起こすメカニズムと細胞の適応に関与する遺伝子を抽出し、将来、二酸化炭素吸収能力、増殖能力を飛躍的に上昇させる細胞工場の創製への可能性を探る。平成23年度は、炭酸塩を炭素源として光条件を変化させて培養を実施した。光条件を変化させた場合の光強度が増殖に与える影響を解析した。また、Synechocystis sp. PCC6803のゲノム情報からAgilentTechnologies社製のカスタムDNAマイクロアレイを設計しSynehcocystis sp. PCC6803の細胞からmRNAを抽出しDNAマイクロアレイ解析を行うための条件検討を行った。さらに、ゲノムスケールにおける代謝モデルを用いて光取り込み速度をパラメータとして変化させた場合に、二酸化炭素吸収速度、増殖速度がどのように変化するのか、細胞内代謝フラックス状態はどのように変化するかについて、シミュレーションを行い、モデル上での挙動を把握することに成功した。今後は、実験とシミュレーションの差異を抽出し、強光条件が細胞に与える影響について遺伝子発現と代謝の側面から明らかにしていく。計画にあった光強度を変化させる条件の検討、DNAマイクロアレイによる遺伝子発現解析、ゲノムスケール代謝予測モデルによるシミュレーションとの対応について着手しており、計画は順当に進展している、と判断している。H24年度は光の強すぎる条件と、そうでない状態の遺伝子発現をDNAマイクロアレイにより、比較解析し、どのような遺伝子に影響が表れているかを明らかにする。シミュレーションで得られた結果と統合し、光合成による微細藻類の増殖と光の強さに関する理解を深めるとともに、強い光に比例して増殖速度、二酸化炭素吸収速度を上昇させる遺伝子操作の足がかりをつかむ。研究を進めてていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額は異なったが、研究計画に変更は無く、前年度の研究費も含め当初予定通りの計画を進めていく。
近代フランスにおける都市計画史と建築美学史を中心とした都市建築史研究

本年度は、18世紀末から19世紀初頭に至るパリ市都市計画にかかわる史料の調査収集に努めるともに、当時の建築・都市にかかわる雑誌・刊行物を中心に調査し、当時の建築・都市開発の動向と建築思想を明らかにした。前者においては市場=屠殺場の関係に注目した。市域の拡大と人口増加に直面したパリは、旧制度下の大規模土地占有者(主に修道院)の土地建物を再利用する。とくに懸案であったのは市場の増設である。またそこに供給する屠殺場も大規模化した。屠殺場は衛生観念と死の忌避から郊外へと移転する。市内の市場と郊外の屠殺場とは流通における重要な結節点であり、その関係から都市構造を把握することが出来る。パリ市建築家としてこの分野の重要な建築家であるジャック・モリノは、同時に公共墓地も担当した。死を介して機能的施設と象徴的施設との関係をも考察の対象とした。革命期から建築・都市関係の出版が盛んとなる。モリノと協働したジャック=ギヨーム・ルグランはJournaldesartsやJournal des Batimens civils等の主要雑誌の執筆者として重要な役割を果たした。当時の言説を追うことで、従来の19世紀の建築史、鉄・コンクリートの出現等に支えられた技術史的建築史、および創造性を失った折衷主義という進歩主義的建築館は修正を迫られる。近代初頭のフランスにおいて建築家の役割は3つあった。建物の建設に加え、モニュメントの建立と祝祭の演出である。様式史的観点から技術史的観点へという見方は、歴史的には建築の社会的な役割の全体を映し出しているとは言いがたい。上記モリノがパリ市の祝祭の演出家であったことも考え合わせれば、一人の建築家に期待された活動の広がりが理解される。建築家は、狭義の「工学的な」建設行為に留まらず、今日の日本でいうところの「イベント」、さらには国家の「記憶」「歴史」の問題をも担っていた。現在の建築および建築家の役割を歴史的に再考することが今後の課題となる。本年は研究計画に則り、18世紀建築史・都市史関係の資料調査を行った。中心的な資料は京都大学所蔵の「18世紀フランス建築・都市資料」と「パリ市歴史・地誌関係資料コレクション」である。これに加えて本年秋より研究指導の委託によりフランス・パリ第一大学客員研究員として在外研究をする機会を得て、上記コレクションに漏れる資料の調査に努めた。以上から明らかにされつつあることは、建築における科学的な概念、とくにその調和harmonieの概念の変化である。ルネサンス以来建築における科学的な側面は数学とくに幾何学をモデルとして考えられてきた。それが18世紀の後半から建築における調和の概念、およびその美が、幾何学的な比例関係とは独立して、より視覚的・感覚的に捉えられることになる。一方で、都市計画においては、科学化が始まるのが18世紀後半のことである。衛生および美化という二つの課題を中心として都市計画にたいする科学的な方法が考究され始める。この都市計画の動向の上に建築における数学モデルの後退を考えれば、それはたんに建築の科学的側面の後退(19世紀的折衷主義という建築の凡庸化)なのではなく、19世紀を支配する新しい科学的モデル=生物学モデルへの移行期だと仮定してみることができる。建築における調和の概念は、数学モデルが形態における比例関係の調和を提示していたのに対し、生物学モデルは機能における形態の調和を提示する。この機能主義は18世紀後半から巨大化していく公共施設建造物の設計理論を支え、同時に建築における美的側面と機能的側面との乖離を促すこととなった。また18世紀フランスの建築・都市に影響を与えたイタリア建築・都市・遺跡を実見・調査するためローマにて資料収集・基礎的文献の調査に当たった。本年度は研究計画に則り、18世紀後半から19世紀初頭にかけての建築史関係の資料調査を行った。昨年度より継続して研究指導の委託により仏パリ第一大学客員研究員として在外研究に従事している。主に国立図書館、国立古文書館、国立美術史研究所所蔵資料を中心に調査に努めた。本年の調査では、フランスにおける建築史学の端緒を探ることを目的とした。とくにフランス建築史学の興隆に大きく与った建築家ルグランJ.-G.Legrand関連の史料を網羅的に調査した。彼の史的視野は古典古代やゴシックだけでなく伊仏ルネサンス建築をも含む早い例であり、ピラネージとの親密な関係も含めて啓蒙主義の時代における伊仏の文化交流の実例として考察した。彼の建築史関連の著述活動は、建築博物館開設という具体的な企図と連動しており、建築史学の興隆をミュゼオロジーとの関連で考察した。また前年度から継続する建築史学と博物学との対比的研究として19世紀初頭におけるギリシア文化復興を集中的に研究した。1820年代末に仏政府によって組織されたペロポネソス半島学術調査隊の成果はL'Expedition scientifique de Moreeに纏められた。この書物は建築史の観点からは当時の考古学・オリエンタリズムとの関係から分析されることが多いが、本研究ではむしろ18世紀以来の博物学的分類・復元との関連、なかんずくキュヴィエとジョフロワ・サン・ティエール(本調査の博物学部門の責任者でもある)の生物学との対比のもとに分析するとともに、一方で具体的な事物と古典的な理論との齟齬から建築観が刷新される機会となったことを明らかにした。

また、それらギリシアの建築・都市・遺跡を実見・調査するためギリシアに調査旅行に訪れた。また、本研究にとっての重要な先行研究であるエイドリアン・フォーティーの『言葉と建築』(坂牛・邊見監訳、鹿島出版会、2005、493pp)の翻訳に参加した(共訳。第1部第4章「言語の隠喩」pp.91-125.第2部「オーダー」pp.360-375担当)。本年度は、18世紀末から19世紀初頭に至るパリ市都市計画にかかわる史料の調査収集に努めるともに、当時の建築・都市にかかわる雑誌・刊行物を中心に調査し、当時の建築・都市開発の動向と建築思想を明らかにした。前者においては市場=屠殺場の関係に注目した。市域の拡大と人口増加に直面したパリは、旧制度下の大規模土地占有者(主に修道院)の土地建物を再利用する。とくに懸案であったのは市場の増設である。またそこに供給する屠殺場も大規模化した。屠殺場は衛生観念と死の忌避から郊外へと移転する。市内の市場と郊外の屠殺場とは流通における重要な結節点であり、その関係から都市構造を把握することが出来る。パリ市建築家としてこの分野の重要な建築家であるジャック・モリノは、同時に公共墓地も担当した。死を介して機能的施設と象徴的施設との関係をも考察の対象とした。革命期から建築・都市関係の出版が盛んとなる。モリノと協働したジャック=ギヨーム・ルグランはJournaldesartsやJournal des Batimens civils等の主要雑誌の執筆者として重要な役割を果たした。当時の言説を追うことで、従来の19世紀の建築史、鉄・コンクリートの出現等に支えられた技術史的建築史、および創造性を失った折衷主義という進歩主義的建築館は修正を迫られる。近代初頭のフランスにおいて建築家の役割は3つあった。建物の建設に加え、モニュメントの建立と祝祭の演出である。様式史的観点から技術史的観点へという見方は、歴史的には建築の社会的な役割の全体を映し出しているとは言いがたい。上記モリノがパリ市の祝祭の演出家であったことも考え合わせれば、一人の建築家に期待された活動の広がりが理解される。建築家は、狭義の「工学的な」建設行為に留まらず、今日の日本でいうところの「イベント」、さらには国家の「記憶」「歴史」の問題をも担っていた。現在の建築および建築家の役割を歴史的に再考することが今後の課題となる。
近赤外ラマン分光法による生体内ガス分子動態の可視化と腫瘍検出技術への応用

腫瘍や炎症で増大するガス分子を顕微ラマン分光を利用して検出し,画像化する新しい技術開発を行うことを目的とした.まず近赤外領域で高感度にラマン散乱光を取得する光学系を構築し,ナノ秒時間ゲートシステムを用いることでバックグラウンド蛍光の除去を実現した.培養細胞に応用し,腫瘍細胞の培地中グルコース濃度を定量した.今後,腫瘍低酸素による糖代謝と,ミトコンドリア呼吸を制御するガス分子との関連を明らかにするツールとして応用可能であると考えられた.腫瘍や炎症で増大するガス分子を顕微ラマン分光を利用して検出し,画像化する新しい技術開発を行うことを目的とした.まず近赤外領域で高感度にラマン散乱光を取得する光学系を構築し,ナノ秒時間ゲートシステムを用いることでバックグラウンド蛍光の除去を実現した.培養細胞に応用し,腫瘍細胞の培地中グルコース濃度を定量した.今後,腫瘍低酸素による糖代謝と,ミトコンドリア呼吸を制御するガス分子との関連を明らかにするツールとして応用可能であると考えられた.本研究は腫瘍や炎症で増大するガス分子である一酸化窒素や一酸化炭素を顕微ラマン分光を利用して検出し,画像化する新しい技術開発を行うことを目的とした.本年度は主に(1)近赤外パルスレーザを用いてラマン散乱を高感度に測定する実験系を確立すること,および(2)ガス分子を誘発するための低酸素チャンバーの作製,以上二点に集中して実験を進めた.まず基礎光学系の設計とラマン散乱計測に関しては生体透過性を考慮して波長1064nmのNd:YAGパルスレーザを利用し,高速にラマン散乱スペクトルを解析する光学系を確立した.標準試料として4-Dimethylamino-4'-Nitroazobenzeneを用いて強いラマン散乱シグナルを取得することに成功した.しかし,試料によっては微弱なラマン散乱に対して強い蛍光が観察されたため,蛍光にラマンシグナルが埋没してSINが低下する現象が見られた,この対策としては取得したラマン散乱シグナルから蛍光成分を除去する,或いは光学系において時間ゲートをかけ,ラマン散乱に対して遅延して発する蛍光を時間的に除去する,などの対策が考えられた.一方,培養細胞の準備については細胞動態を可視化するために腫瘍細胞(Lewis Lung Carcinoma)に蛍光タンパク質を導入し,また細胞を低酸素刺激するために培養装置を独自に作製した,小型培養器はヒータで一定温度に保ちつつ,外部からPCで電磁弁を制御して培養器内の酸素分圧を15mmHgに保つように設計した.今後は低酸素刺激によるHO-1やiNOSの発現を定量する一方,ガス分子動態をラマン計測から明らかにする.本研究は腫瘍や炎症で増大するガス分子である一酸化窒素や一酸化炭素を顕微ラマン分光を利用して検出し,画像化する新しい技術開発を行うことを目的とした.本年度はナノ秒時間ゲートシステムを新たに構築し,生体由来の自家蛍光を除去することによって高感度にラマン散乱を検出することに成功した.具体的にはRhodamine色素でマウス肺がん細胞のミトゴンドリアを染色し,ラマンピーク波数である3000cm-1および非ピーク波数2700cm-1の強度比をゲート時間を変化させて蛍光除去率を定量した.その結果,ゲート時間差31nsで効率的に蛍光を除去することが実験より確かめられた.さらに波数2800cm-1から3200cm-1のラマンスペクトルでは,時間ゲートをかける以前は蛍光による平坦なスペクトルであったが,ゲートを有効にした際にはラマン散乱信号が計測され,蛍光除去効果を確認した.今後は実験系を培養細胞等に応用し,細胞から発せられる自家蛍光が有効に除去されることでガス分子だけでなく例えば培地中のグルコースなど代謝関連分子を高感度で計測することが可能になると考えられる.一方,腫瘍モデル実験への応用に向けて,動物実験モデルを作製し,腫瘍および周囲の正常組織の酸素分圧を二次元的に計測した結果,直径数ミリメートルの腫瘍でも内部が著しい低酸素を呈していることを明らかにした.この低酸素状態は細胞内で転写因子HIF」1を活性化し,iNOSやNO-1の転写が活性化されることにより,腫瘍内のガス分子動態に影響している可能性が示唆された.最終年度は腫瘍モデルに高速ゲートラマンシステムを応用し,計測系の有効性を検討する.本研究は腫瘍や炎症で増大するガス分子である一酸化窒素や一酸化炭素を顕微ラマン分光を利用して検出し,画像化する新しい技術開発を行うことを目的とした.計画初年度に光学系の設計および精度検証を行い,近赤外領域で高感度にラマン散乱光を取得するシステムを構築した.2年目にナノ秒時間ゲートシステムを用いることで高感度化を実現した.その結果,生体由来の自家蛍光を除去することによって高感度にラマン散乱を検出することに成功した.最終年度では培養細胞に実験応用した.具体的には低酸素によって腫瘍細胞が糖の取り込みを増加させることに着目し,時間的に変化する腫瘍細胞の培地中のグルコース濃度を定量することに成功した.特に安定同位体である13Cグルコースと12Cグルコースのラマンスペクトルの違いから,糖代謝速度を推定することが可能であり,腫瘍低酸素による糖代謝と,ミトコンドリア内ヘムタンパクに吸着して酸素代謝を制御するガス分子との関連を明らかにするツールとして応用可能であると考えられた.一方,腫瘍組織の分光計測に向けて動物実験モデルを作製し,腫瘍および周囲の正常組織の酸素分圧を二次元的に計測した結果,直径数ミリメートルの腫瘍でも内部が著しい低酸素を呈していることを明らかにした.

この低酸素状態は細胞内で転写因子HIF-1を活性化し,iNOSやHO-1の転写が活性化されることにより,腫瘍内のガス分子動態に影響している可能性が示唆された.以上から新たに構築した近赤外ラマン分光装置は腫瘍低酸素に関連した糖代謝を計測するシステムとして応用可能である.また生体における低濃度のガス分子の計測には感度が不足している点が今後の課題としてあげられた.組織内ガス分布イメージングはマルチアナライザか励起レーザを二次元スキャンすることで可能になると思われた.微弱なラマン散乱光を高感度に検出することはテーマ遂行の上で重要な課題であり,感度低下の大きな要因となる蛍光の除去をナノ秒時間分解ゲートシステムによって達成したことは大きな成果であると考えている.この手法は当初の計画に含めていなかったが,新たな課題として追求し改善した点である.一方,生体応用の面ではガス分子を誘発する酵素発現系の確立に向け,細胞への遺伝子導入作業などが急務である.以上を総合して順調に進展していると判断した.24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度では主に以下の3点について検討を行う.まず(1)蛍光除去によるSIN向上に向けて光学系の改善や時間分解法を追求し,更なる高感度化を目指す.また(2)ガス分子を誘導する酵素発現系を細胞レベルで確立する.更に当初の計画には含めていなかったが,(3)計測系を発展させ,ラマン計測系を糖代謝計測に応用する.これらを実施することにより,これまで明らかにしてきたミリ単位の超初期癌が極めて低酸素状態である知見に加え,腫瘍内のガス分子動態と糖代謝の関連を明らかにすることが可能となり,腫瘍代謝メカニズムを解明する上で強力なツールとなると考えられる.24年度が最終年度であるため、記入しない。
シリアに局在する摂食関連G蛋白質共役型受容体の情報制御機構

G蛋白質結合型受容体(GPCR)は様々な生理作用に関わる重要な膜受容体である。non-chemosensory GPCRの中で神経細胞1次繊毛に発現することが再現性良く報告されているGPCRはソマトスタチン受容体3 (SSTR3)、セロトニン受容体6 (5HT6)、メラニン凝集ホルモン受容体(MCHR1)とごく少数である。MCH-MCHR1系は摂食・うつ不安に関与することが知られているが、1次繊毛局在型MCHR1を介したシグナリング伝達様式は不明である。H26年度はMCHR1を中心に1次繊毛を持つモデル系であるRPE1細胞を用いて行い、以下の成果を得た:細胞にMCHR1(FlagまたはEGFP付加)を一過性発現させ、さらに24時間の無血清処理を行い(細胞をG0期へと誘導)、1次繊毛の伸長を誘発した。この細胞にMCHを添加したところ、MCHR1陽性1次繊毛が短くなる「縮退」が起こることを見出した。さらに、本縮退現象に関して定量解析を行い、以下の4点を明らかにした:11次繊毛長の有意な縮退はMCH添加3時間以降から認められ、添加6時間後でその縮退率はピークとなる。2繊毛縮退はMCH濃度依存的であり、nMオーダーで十分な効果を示す(EC50値=1.6nM)。3他の細胞ではMCHR1はGq, Gi/oと共役する。しかし、種々のアッセイとMCHR1変異体を駆使した実験により、1次繊毛の縮退に関わる主なinitial stepはGqではなく、Gi/o-PI3K-Akt-GSK経路と考えられる。4MCH-MCHR1における明白な繊毛縮退はSSTR3, 5HT6系においては観察できない。GPCRを介した繊毛縮退というダイナミックな現象はこれまでにない例のない初の報告である。従って、本研究は、1次繊毛という「場」におけるGPCRの機能に新しい知見を与えることが期待される。26年度が最終年度であるため、記入しない。G蛋白質結合型受容体(GPCR)は生物の感覚及び神経伝達物質の受容体として非常に重要な役割を果たす。光や嗅覚受容体以外のnon-chemosensory GPCRの中で神経細胞1次繊毛に発現することが再現性良く報告されているGPCRはソマトスタチン受容体3 (SSTR3)、セロトニン受容体6 (5HT6)、メラニン凝集ホルモン受容体(MCHR1)とごく少数である。様々な実験により、MCH-MCHR1系は摂食・うつ不安に関与することが示唆されている。この画期的な生理的意義を持つMCHR1が細胞膜ではなく、どのような機構で1次繊毛に局所的に発現するのか、発現位置の変化はMCHR1を介したシグナリング感受性・伝達様式にどのような転換をもたらすのか。この疑問に対し、H25年度はMCHR1を中心に1次繊毛を持つモデル系RPE1細胞を用いて行った。1膜シグナリング分子の1次繊毛への局在は厳密にコントロールされているはずである。この配列はciliary targeting signal (CST)と呼ばれている。そこで種々のMCHR1変異体を作成し、RPE1細胞へ一過性トランスフェクションを行い、受容体局在を評価した。20種類以上の置換体を用いた実験により、CSTはC末には存在せず、細胞内第3ループAPASQの中心のAlaをGlyに置換した場合に有意に受容体局在が変化することを見出した。この傾向はRPE1細胞のみではなく、アストロサイト初代培養系においても確認した。21次繊毛にMCHR1が発現した場合、通常の細胞膜に局在する場合と比べてシグナリング動作機構がどのように転換するのか様々な置換体と種々のアッセイ系を組み合わせて解析を行った。その結果、リガンド添加による受容体消失(インターナリゼーションの可能性も考えられる)に関して特徴ある時間経過を示すことがわかった。

3他の細胞ではMCHR1はGq, Gi/oと共役する。しかし、種々のアッセイとMCHR1変異体を駆使した実験により、1次繊毛の縮退に関わる主なinitial stepはGqではなく、Gi/o-PI3K-Akt-GSK経路と考えられる。4MCH-MCHR1における明白な繊毛縮退はSSTR3, 5HT6系においては観察できない。GPCRを介した繊毛縮退というダイナミックな現象はこれまでにない例のない初の報告である。従って、本研究は、1次繊毛という「場」におけるGPCRの機能に新しい知見を与えることが期待される。26年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画書に記載した昨年度計画のin vitro実験についてはその70%程度を達成した。他の部分、特にSSTR3とMCHR1のヘテロダイマー形成の可能性についてもトランスフェクション効率の良いHEK293T細胞を用いた予備実験(機能実験・蛋白質発現実験)は完了している。さらに、生理的環境を変化させた場合の個体レベルの実験に進むため、凍結切片・パラフィン切片が稼動できる環境を整え、免疫組織化学染色に必要な諸技術を確立した。H26年度からはリガンド添加による受容体消失の分子機構を継続して解析する。さらに、RPE1細胞1次繊毛におけるMCHR1と他のGPCR(特にSSTR3)とのヘテロダイマーまたはトリプル複合体形成の可能性を追求するとともに、MCHR1のCSTに結合するアダプター蛋白質(群)の同定を目指す。加えて、個体レベルの実験を開始する。MCHR1を特異的に認識する抗体により、パラフィン薄切片の免疫組織染色で海馬・側座核・視床下部の神経細胞1次繊毛にMCHR1が局在することが報告されている。そこで、生理的環境により1次繊毛におけるMCHR1の動態を当該抗体により解析する。具体的には、遺伝的肥満マウス(ob/ob, db/db)、遺伝的肥満ラット(Zucker)、絶食マウス及び高脂肪食長期飼育を用いることで、摂食・エネルギー代謝変動による各脳領域の1次繊毛の形態、MCHR1の発現箇所(1次繊毛から細胞膜への局在変動)、MCHR1と中心体関連蛋白質の変動を免疫組織化学にて解析する。そして摂食という生理的要因が「1次繊毛ー中心体構造変換」と深く関連する可能性について検討する。