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配位高分子による分子配列制御を用いた非水系プロトン伝導体の創製

酸性基を有するプロトン伝導性配位高分子(H3N(CH2)4NH3)[Zn2(ox)3]を用いて、非水系伝導媒体として、水以外にアルコール、その他の吸着質に対する吸着特性の評価を行い、窒素、水素、メタノール、アセトニトリル、アセトアルデヒド、エタノール、アセトン、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールの吸着等温線を測定した結果、水酸基を有するメタノール、エタノールのみを選択的に吸着することを見出し、世界で初めて完全な水酸基認識能を有する物質を見出すことに成功した。また、この結果について、論文を執筆・投稿し、Journals of the American Chemical Societyへ受理・掲載された。アジピン酸を導入した配位高分子(NH4)2(adp)[Zn2(ox)3]・3H20およびアンモニウムイオンを非プロトン性のカリウムに置換したK2(adp)[Zn2(ox)3]3H20のプロトンダイナミクスを明らかにするために、英国の中性子施設ISISにおいて中性子準弾性散乱実験を行った。測定の結果、NH4体では3つの異なる緩和を、K体では2つの異なる緩和を観測することに成功し、それらが回転運動であることを明らかにした。また、それによりこの配位高分子中では主にグロータス機構によってプロトンが伝播していることを明らかにした。さらに、それらの温度変化を測定することにより、配位高分子中では、細孔中のアンモニウムイオンの回転運動が、他の伝導媒体の回転運動を誘起していることがわかり、最も活性化エネルギーの低いアンモニウムイオンの回転運動が、系内のプロトンの伝播を支配していることを明らかにした。また、系内の親水性を制御可能である配位高分子{NR3(etac)}[MCr(ox)3]・nH20 (R=Me, Et, Bu; M=Fe, Mn)において、最も親水性が高い{NMe3(etac)}[FeCr(ox)3]・nH20が低加湿下においても高プロトン伝導性を発現することを見出すことに成功した。この結果について、論文を執筆・投稿し、Journals of the American Chemical Societyへ受理された。また、学会発表では分子科学討論会、錯体化学討論会、日本化学会等の学会へ参加し、積極的に成果発表を行った。分子配列制御を用いた新規プロトン伝導性配位高分子の創製を行うにあたり、酸性分子であるブタンジホスホン酸およびプロパンジホスホン酸の合成を行った。同定はNMRを用いて行った。それらの酸性分子をシュウ酸、および金属塩と反応させて水熱合成法により配位高分子の合成を行った。現在のところ、目的としている二次元配位高分子の生成は確認されていない。これは酸性分子のサイズが適切でなく、結晶のパッキングに適していないためであると現在考えており、今後はアルキル鎖を変えて酸性分子のサイズを制御することによって引き続き目的の新規配位高分子の合成を目指していく。また、アジピン酸を用いた配位高分子においてカチオンであるアンモニウムをカリウムに置換した配位高分子の合成に成功した。また、単結晶X線構造解析によりこの結晶構造を決定した。その結果、カリウム置換体の構造はアンモニウム体と同一の構造であることが明らかとなった。プロトン伝導性を交流インピーダンス測定により評価したところカリウム体では同湿度において2桁以上低い伝導度を示した。結晶構造から、この伝導度の低下はアンモニウムからカリウムに置換されたことによって、水素結合ネットワークが部分的に寸断されたためであると考えられた。これは、水素結合ネットワークを限定的に制御してプロトン伝導性に影響を与えることができた極めて稀な例であり、今後も解析を進め、詳細を明らかにしていく予定である。論文発表では、アジピン酸を用いた配位高分子のプロトン伝導性に関しての論文を執筆し、Journals of American Chemical Societyへ投稿・受理・掲載された。また、学会発表では、Japan-Canada Coordination Space Symposium 2009、分子科学討論会、錯体化学討論会、日本化学会等の学会へ参加し、積極的に成果発表を行った。ブタンジホスホン酸およびプロパンジホスホン酸を用いて配位高分子の合成を継続的に行ったが現在のところ二次元化合物の生成は確認させていないため、引き続き水熱合成によるスクリーニングを行っている。一方で、ホスホン酸、スルホン酸という強酸を用いた場合にのみ、結晶の生成が見られないことからシュウ酸配位子よりも飛躍的に酸性度の強いビ四角酸を配位子に用いた合成を行うために、ビ四角酸配位子の合成を行った。同定は粉末X線回折、NMR測定、元素分析によって行った。アジピン酸を用いた配位高分子(NH_4)_2(adp)[Zn_2(ox)_3]・3H_2Oのプロトンダイナミクスを解明するために、中性子準弾性散乱の測定を行った結果、プロトンの局所的な運動モードに関する散乱を観測することに成功した。また、これまでに合成に成功しているカリウムイオン置換体K_2(adp)[Zn_2(ox)_3]・3H_2Oにおいては、乾燥時の構造決定に成功し、アンモニウム体と同一の構造であることを明らかにし、水素結合ネットワークを限定的に制御してプロトン伝導性に影響を与えることができた稀な例であることを見出した。さらに、非水系伝導媒体として、水以外のアンモニアや、アルコール、その他の吸着質に対する吸着特性の評価を行った。

アンモニア-アンモニウム縮退系の構築が期待できるジアンモニウム体(H_3N(CH_2)_4NH_3)[Zn_2(ox)_3]を用いた。アンモニア吸着では、12kPaで3分子の吸着が観測され、縮退系が構築されていることが示唆された。その他の吸着質に関しては、サイズや極性によらず、2箇所以上で同時に水素結合が可能である水酸基をもった分子のみを選択的に吸着することが分かり、水素結合を用いた配位高分子では初めて官能基認識を実現することに成功した。酸性基を有するプロトン伝導性配位高分子(H3N(CH2)4NH3)[Zn2(ox)3]を用いて、非水系伝導媒体として、水以外にアルコール、その他の吸着質に対する吸着特性の評価を行い、窒素、水素、メタノール、アセトニトリル、アセトアルデヒド、エタノール、アセトン、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールの吸着等温線を測定した結果、水酸基を有するメタノール、エタノールのみを選択的に吸着することを見出し、世界で初めて完全な水酸基認識能を有する物質を見出すことに成功した。また、この結果について、論文を執筆・投稿し、Journals of the American Chemical Societyへ受理・掲載された。アジピン酸を導入した配位高分子(NH4)2(adp)[Zn2(ox)3]・3H20およびアンモニウムイオンを非プロトン性のカリウムに置換したK2(adp)[Zn2(ox)3]3H20のプロトンダイナミクスを明らかにするために、英国の中性子施設ISISにおいて中性子準弾性散乱実験を行った。測定の結果、NH4体では3つの異なる緩和を、K体では2つの異なる緩和を観測することに成功し、それらが回転運動であることを明らかにした。また、それによりこの配位高分子中では主にグロータス機構によってプロトンが伝播していることを明らかにした。さらに、それらの温度変化を測定することにより、配位高分子中では、細孔中のアンモニウムイオンの回転運動が、他の伝導媒体の回転運動を誘起していることがわかり、最も活性化エネルギーの低いアンモニウムイオンの回転運動が、系内のプロトンの伝播を支配していることを明らかにした。また、系内の親水性を制御可能である配位高分子{NR3(etac)}[MCr(ox)3]・nH20 (R=Me, Et, Bu; M=Fe, Mn)において、最も親水性が高い{NMe3(etac)}[FeCr(ox)3]・nH20が低加湿下においても高プロトン伝導性を発現することを見出すことに成功した。この結果について、論文を執筆・投稿し、Journals of the American Chemical Societyへ受理された。また、学会発表では分子科学討論会、錯体化学討論会、日本化学会等の学会へ参加し、積極的に成果発表を行った。
血液透析患者の水分管理への認知行動療法的介入

1.筆者は透析患者の自己管理行動を向上させるためプログラムを開発中であり、これは、自己効力を高めることによる自己管理行動の向上を期待するものである。その根拠を得るために、自己効力が自己管理行動に影響するかを明らかにした。調査研究による重回帰分析の結果、食事管理の自己効力と家族からの支援が24%の寄与率で食事管理行動に影響していた。(Oka M,Chaboyer Wが、International Journal of Nursing Practice,2001に報告)2.セルフ・モニタリング法とセルフコントラクト法を応用した、体重管理プログラムを48歳女性、血液透析歴13年に適応した。その結果、体重管理が良好になると同時に結果は、ベースライン期に比べ介入期は一日体重増加率で減少した。またコミュニケーションがとりやすくなり、自らの思いを話してくれるようになった。(中沢恵美、山田幸子、岡美智代が米沢市立病院医学雑誌,2001に報告)3.血液透析患者に対する介入プログラムによる一日体重増加率の減少に対する効果の検証と,ピア・ラーニング法による自己管理における認識の変化の有無,及びその適性を明らかにする研究を行った。対象者は、血液透析患者5名であり、ピア・ラーニング法、ステップ・バイ・ステップ法、セルフ・モニタリング法を用いたプログラムを立案・実施した。その結果、5名中3名の一日体重増加率の減少がみられた。ピア・ラーニング法では特にモデリングが有効であった。(第46回日本透析医学会学術集会,2001で口頭発表)認知行動療法による透析患者における自己管理行動への、一定の介入効果はほぼ検証された。今後は多くの医療者が本法を活用できるよう、認知行動療法の意義や手順に関するマニュアルの作成が必要である。また、他対象者に対する効果検証も行っていきたい。認知行動療法を応用した透析患者の水分管理プログラムを開発し、このプログラムが1)患者の透析間の行動目標を達成させ、2)一日体重増加率を減少する効果があるか否かを検証することを目的とした。対象は、通院透析を受けている10名であった。方法は、介入前の基準となるベースライン期4週間、認知行動療法の行動強化法、セルフ・コントラクト法、セルフ・モニタリング法の3技法を組み合わせて介入を実施した介入期6週間,さらに4週間のフォローアップ期のプログラム実施である。介入期における透析間の行動目標の達成頻度は、全透析18回中平均11.7回(65.0%)であったことから、プログラムは透析間の行動目標を約65%達成させることが示唆された。一日体重増加率は、分散分析の結果、F(2,18)=10.21、p<0.01で介入の効果は有意であった。さらに、多重比較を行った結果、一日体重増加率はベースライン期と介入期の間(p<0.01)、ベースライン期とフォローアップ期との間(p<0.05)で有意差があったことから、プログラムにより一日体重増加率を減少する効果があり、介入終了後4週間は維持されることが示唆された。したがって、今回認知行動療法を応用して開発した本プログラムが、水分管理に関係する行動に影響を与え、一日体重増加率を減少する有効性が確認された。現在は、同一プログラムを血液透析患者に適応すると共に、プログラムの適性について患者の心理的特徴や家族背景、透析歴からの検討を行っている。また、認知行動療法の中でも患者同士の意見交換会や交換日誌によるピアラーニングを活用したプログラムによる、水分管理の改善に取り組んでいるところである。
メラニン生成酵素遺伝子変異による未知の色素異常症の発見とその病態解明

色素異常症の代表であるチロジナーゼ陰性型白皮症が、メラニン生成の律速酵素であるチロジナーゼの遺伝子変異によって生ずることが、最近富田らの研究により明らかにされた(Tomita et al. BBRC 164:990, 1989)。その後、遺伝子工学の実験手法の利用により、チロジナーゼ以外に、メラニン生成に関与する蛋白の遺伝子が二つ発見された。つい最近になって、この二つの蛋白は、チロジナーゼ反応以降のメラニン合成経路の反応に関与する酵素dopa-chrome tautomeraseとDHICA oxidaseであることが明らかとなった。しかし現在この二つの酵素欠損によりどのような色素異常症が起こるのか明らかではない。本研究は、これら2つ酵素をはじめメラニン生成に関与する未知の蛋白の遺伝子変異により起こる色素異常症の検索と、その病態を明らかにすることにある。dopa-chrome tautomeraseあるいはDHICA oxidase欠損による白皮症の研究を行うためには、まずこれらの白皮症と色素異常症の代表であるチロジナーゼ陰性型白皮症とを鑑別する必要がある。そこでまず手始めに多くの白皮症患者の中から、容易にチロジナーゼ陰性型白皮症を鑑別するスクリーニング系を確立することにした。その結果PCRを用いたallel-specific amplificationによるチロジナーゼ陰性型白皮症のスクリーニング系を作成した。現在この系を利用してdopa-chrome tautomeraseあるいはDHICAoxidase欠損による白皮症患者の収集に努めている。今後発見された患者の病態、病因の研究を進める。色素異常症の代表であるチロジナーゼ陰性型白皮症が、メラニン生成の律速酵素であるチロジナーゼの遺伝子変異によって生ずることが、最近富田らの研究により明らかにされた(Tomita et al.BBRC 164:990,1989)。そこでこの1年間、様々な色素異常症の患者のリンパ球を収集し、それぞれの患者リンパ球から、染色体遺伝子を抽出し、すでにクローニングされている2つの酵素遺伝子をプローベに用いて、変異の発見に努めた。またlinkage anaalysisも行っている。検討中の症例の一つに遺伝性対側性色素異常症(遠山)の家系がある。遺伝性対側性色素異常症は手足の背側に点状ないし網状の色素斑、脱色素斑が混在する優性遺伝性疾患である。1923年に遠山によって初めて報告されて以来、未だその病因は明らかではない。最近図に示す本症の1家系を見い出し、現在この家系の遺伝子異常の検索を進めている。色素異常症の代表であるチロジナーゼ陰性型白皮症が、メラニン生成の律速酵素であるチロジナーゼの遺伝子変異によって生ずることが、最近富田らの研究により明らかにされた(Tomita et al. BBRC 164:990.1989)。しかし現在この二つの酸素欠損によりどのような色素異常症が起こるのか明らかではない。

本研究は、これら2つ酵素をはじめメラニン生成に関与する未知の蛋白の遺伝子変異により起こる色素異常症の検索と、その病態を明らかにすることにある。dopa-chrome tautomeraseあるいはDHICA oxidase欠損による白皮症の研究を行うためには、まずこれらの白皮症と色素異常症の代表であるチロジナーゼ陰性型白皮症とを鑑別する必要がある。そこでまず手始めに多くの白皮症患者の中から、容易にチロジナーゼ陰性型白皮症を鑑別するスクリーニング系を確立することにした。その結果PCRを用いたallel-specific amplificationによるチロジナーゼ陰性型白皮症のスクリーニング系を作成した。現在この系を利用してdopa-chrome tautomeraseあるいはDHICAoxidase欠損による白皮症患者の収集に努めている。今後発見された患者の病態、病因の研究を進める。
好中球プロテアーゼによる歯肉上皮系創傷治癒の制御機構の解析

本研究はエラスターゼの炎症反応調節因子としての作用を検討した。まず、歯肉線維芽細胞に対するエラスターゼの影響を検討した。同細胞上に発現する炎症反応調節機構に重要なCD40に着目したところ、エラスターゼは細胞膜上でのProteolysisを介してその発現を消失させ、CD40からめ刺激によるケモカィン(IL-8およびMCP-1)の産生を抑えることを証明した(J.Leukoc.Biol.2002)。線維芽細胞による抗炎症作用に働くCD73 (J.Periodontal Res.2004)に対してはエラスターゼの分解作用は見られなかった。また、細菌由来のセリン系プロテアーゼ・ジンジパインを用いて同様の実験を行ったところ、CD14に対する同様の作用機序にてLPSに対するIL-8産生を低下させることが分かった(Infect.Immun.2002)。すなわち、生体の産生するプロテアーゼは過剰な炎症反応に対するフィードバック機構として、細菌由来のプロテアーゼは生体防御反応機構を低下に関与していることが示唆された。次に、歯肉上皮細胞に対するエラスターゼおよびジンジパインの影響を検討した。ジンジパインにおいては、上皮細胞上のICAM-1を選択的に分解し、ICAM-1を介した好中球との結合能が阻害されることがわかった。すなわち、上皮細胞においても生体防御反応機構を低下に関与していることが示唆された(J.Dent.Res.2003)。エラスターゼの上皮細胞に与える影響においては、上皮系創傷治癒に重要な各成長因子受容体に焦点を当てて検討した。上皮成長因子受容体(EGFR)に発現が僅かに高まることが蛋白レベルで分かった。この発現亢進機構には細胞内シグナル伝達過程でホスフォリパーゼCが関与していることがインヒビターを用いた実験から明らかとなった。好中球は第一線の生体防御細胞であるが、好中球の過度の浸潤は、滑性酸素や蛋白分解酵素の放出によって、逆に炎症を促進させる。特にセリン系プロテアーゼであるエラスターゼは抗菌作用だけでなくコラーゲンなど細胞外マトリックスの分解作用や細胞障害作用を示すことが知られてる。本研究は、好中球エラスターゼによる傷害作用の面とは逆に上皮系創傷治癒反応を積極的に制御している可能性とその制御機構を検討することを目的とする。上皮成長因子(EGF)レセプターは上皮系創傷治癒反応に密接に関連していることから、まずエラスターゼがEGFレセプターの発現にどのような影響を与えるのか検討した。口腔上皮由来細胞株であるHSCおよびKB細胞上にはEGFレセプタが発現されていることをフローサイトメトリーで確認した。好中球由来エラスターゼ(HLE)はEGFレセプタの発現を時間および濃度依存的に増加させ、1ナノモル、24時間刺激が至適条件であることがわかった。この発現誘導の実験系にエラスターゼの酵素活性に対するインヒビターであるアンチトリプシン、PMSF、あるいはエラスターゼ特異的インヒビター(HLE/CMK)を共存させたところ、ほぼ完全に発現誘導が抑制された。このことから、この反応には酵素活性を必要とすることが分かった。次に、この発現増加の機序を検討したするため、フォスフォリパーゼCの活性化インヒビターであるU73122を共存させるとHLEによるEGFレセプター発現誘導がほぼ完全に抑制された。さらに上皮細胞をパラフォルムアルデヒドで固定することでHLEの作用が消失することがわかった。これらの結果からHLEによるEGFレセプター発現誘導機構は細胞内シグナル伝達が関与していることが示唆された。
ニホンアカガエルの卵塊調査を基にした生息環境と水田整備の影響の多角的な評価手法

水田周辺におけるカエル類等の生物の生息環境や圃場整備等による影響の調査にはこれまで多大な労力を要してきた。そこで、この調査を省力的に行える方法の開発・提示に取り組んだ。ニホンアカガエルの卵塊の調査をもとに、個体数や卵塊の空間分布、産卵期間が圃場整備の影響の指標になること、卵の安定同位体比が地区外からの親個体の加入状況の指標になることを確認した。また、人工衛星画像の解析により水田の乾湿を広域的に推定する方法を提案し、越冬期に湿潤な地区にカエル3種が生息している傾向があることを確認した。ニホンアカガエルの卵塊の調査(以下,「卵塊調査」)から,カエル類の生息環境と農業農村整備(以下,「整備」)の影響を多角的に評価する手法の構築に向けて,今年度は,項目1「卵の安定同位体比の予備分析」のためのサンプル収集,項目2「卵塊の空間分布の予備解析」を実施した。また,次年度以降に予定していた項目3「水田域での卵塊調査と指標間の関係解析」に用いるデータ・サンプル収集を前倒して開始した。項目1では,産卵直前の母親ガエルを捕獲し,飼育条件下で産卵させ,親ガエルの体の一部と卵をサンプルとした。来年度,サンプル数を増やしたうえで,親ガエルと卵の安定同位体比が等しいことを確認する予定である。項目2では,北関東のA地区において,本年度および過去の卵塊調査の結果に基づき,GISを用いて卵塊の位置を解析した。水田内の卵塊は,コンクリート水路がない,あるいは水路にフタが掛けられた畦畔に多い傾向があり,水路による卵塊の空間分布への影響が推察された。なお,当地区における卵塊数の推移を解析した結果,圃場整備事業地区内の卵塊数の密度は,事業後には事業前の1/11に減少し,事業による本種の個体数の減少が示唆された。項目3では,整備状況(整備の内容,整備年)の異なる茨城県・栃木県の10地点を調査地として選定し,前倒して調査を開始した。各水田域の畦畔を歩きながら,卵塊の位置と数を地図に記録し,卵をサンプリングした。産卵期間について,未整備の地区は,整備済みの地区(産卵可能な水辺が存在しにくい)よりも産卵開始・終了が早かった。また,整備済みの地区では,ため池などの恒久的水域では水田よりも産卵開始が早かった。次年度のデータ・サンプルと併せて卵の遺伝的多様度,安定同位体比,卵塊の空間分布,産卵期間等の指標の値を定量し,整備と指標との関係,指標間の関係を解析する予定である。本研究では、ニホンアカガエルの卵塊の調査から、カエル類の生息環境と農業農村整備の影響を多角的に評価する手法の構築に向けて、4研究項目(項目1:卵の安定同位体比の予備分析、項目2:卵塊の空間分布の予備解析、項目3:水田域での卵塊調査と指標間の関係解析、項目4:研究全体のとりまとめ)に取り組んでいる。このうち、今年度は項目1と3を実施した。項目1では、(1)前年度に引き続き、産卵直前の母親ガエルを捕獲し、飼育条件下で産卵させ、親ガエルの体と卵をサンプルとした。親ガエルの後肢の筋肉、骨、指、胃と卵について窒素・炭素安定同位体比を分析し、部位間に正の相関があることを確認した。項目3では、(1)茨城県・栃木県において、前年度から継続中の10地区および新たに選定した11地区で卵塊の調査を実施した。各地区では、水田の畦畔を歩きながら、卵塊の位置と数を地図に記録し、卵をサンプリングした。(2)産卵期間について、圃場整備が行われていない地区は、整備済みの地区(産卵可能な水辺が存在しにくい)よりも産卵開始・終了が早かった。また、整備済みの地区では、ため池などの恒久的水域では水田よりも産卵開始が早かった。(3)地区間の遺伝的多様度の比較に向けて、核DNAのマイクロサテライトを対象とした解析に既存のプライマーが使えるかどうかを確認した。卵からDNAを抽出した後、19種類のプライマーを用いて、それぞれPCR法によりDNAを増幅した。13種類のプライマーについてはマイクロサテライトに多型が確認され、遺伝的多様度の比較に利用できることが確認された。(4)卵の炭素・窒素の安定同位体比を計測し、地区間で比較した。同位体比の値から親ガエルを「水田に生息していた個体」、「樹林に生息していた個体」、「耕作放棄地に生息していた個体」に区分した結果、各区分の構成比は地区の立地環境によって異なることが確認された。本研究では、ニホンアカガエルの卵塊の調査から、カエル類の生息環境と農業農村整備の影響を多角的に評価する手法の構築に向けて、卵の安定同位体比の予備分析、卵塊の空間分布の予備解析、水田域での卵塊調査と環境指標間の関係解析、研究全体のとりまとめに取り組んでいる。このうち、今年度は水田域での卵塊調査と環境指標間の関係解析を行うとともに、研究全体をとりまとめた。具体的な結果として、茨城県・栃木県において、前年度から継続して14地区で卵塊の調査を実施した。2年間の調査結果から、卵塊が高密度の地区ほど産卵開始日が早く、産卵期間が長かった。

圃場整備済みの地区(産卵可能な水辺が存在しにくい)では、ため池などの産卵適地がある場合には産卵開始が早かったものの、多くの地区では水田の灌漑開始とともに産卵が行われていた。乾田化に伴う圃場の乾湿がカエル類に与える影響をより広域的に明らかにするため、人工衛星Landsat 7 ETM+の中間赤外バンドの反射強度から非灌漑期の圃場の乾湿を表す「湛水指数」を求め、現地の状況およびカエル類の分布との関連を解析した。対象地は茨城県桜川中流域の116地点とし、ニホンアカガエルに加えてトウキョウダルマガエルとシュレーゲルアオガエルを対象種とした。解析の結果、湛水指数は圃場の乾湿の相対的な指標として利用できること、圃場の乾湿がカエル3種の分布に影響することが確認された。卵の炭素・窒素安定同位体比を計測し、地区間で比較した。同位体比の値から親ガエルを「水田に生息していた個体」、「樹林に生息していた個体」、「耕作放棄地に生息していた個体」に区分した結果、各区分の構成比は地区の立地環境によって異なることが昨年度と同様に確認された。水田周辺におけるカエル類等の生物の生息環境や圃場整備等による影響の調査にはこれまで多大な労力を要してきた。そこで、この調査を省力的に行える方法の開発・提示に取り組んだ。ニホンアカガエルの卵塊の調査をもとに、個体数や卵塊の空間分布、産卵期間が圃場整備の影響の指標になること、卵の安定同位体比が地区外からの親個体の加入状況の指標になることを確認した。また、人工衛星画像の解析により水田の乾湿を広域的に推定する方法を提案し、越冬期に湿潤な地区にカエル3種が生息している傾向があることを確認した。当初の計画通り、今年度までに研究項目1(卵の安定同位体比の予備分析)と2(卵塊の空間分布の予備解析)を実施するとともに、項目3(水田域での卵塊調査と指標間の関係解析)を進行中である。また、論文等の成果を着実にあげている。以上から、研究は全体を通して概ね順調に進捗している。農村生態工学27年度(最終年度)は、研究計画に従い、前述の項目3(水田域での卵塊調査と指標間の関係解析)について、各調査地において卵の遺伝的多様度、安定同位体比、卵塊の空間分布、産卵期間等の指標の値を求め、農業農村整備と各指標との関係、指標間の関係を解析する。3年間の結果をもとに、項目4(研究全体のとりまとめ)を行う。研究協力者に現地調査や解析の協力、助言を得ながら効率的に研究を進め、関連学会で発表を行う。前述の項目1「卵の安定同位体比の予備分析」について,今年度はサンプル数が少なかったため,解析作業の効率性を考慮して,来年度のサンプルと併せて解析をすることとした。一方で,来年度以降に予定していた項目3「水田域での卵塊調査と指標間の関係解析」に前倒して取り組むとともに,論文等の成果を着実にあげている。以上から,研究は全体を通して概ね順調に進捗している。課題担当者のみで調査、解析作業を行ったため解析補助者の人件費を要さなかったこと、論文が依頼原稿として掲載されたため投稿料等を要さなかったことから、次年度使用額が生じた。研究計画に従い,前述の項目3「水田域での卵塊調査と指標間の関係解析」に重点的に取り組む。また,項目1「卵の安定同位体比の予備分析」のサンプルを追加し,安定同位体比に関する解析を行う。研究協力者に現地調査や解析の協力,助言を得ながら効率的に研究を進め,得られた結果をとりまとめて関連学会で発表を行う。27年度は引き続き、項目3(水田域での卵塊調査と指標間の関係解析)に関連する調査、解析を行うため、必要な旅費や分析試薬等の消耗品費を支出する。
専門高校における真のスペシャリストの育成に向けたキャリア教育の開発

就職氷河期から一転し、就職戦線はバブル期に匹敵する売り手市場で活況を帯びている。高卒労働市場においても求人倍率の点からは同じく好況には違いないが、高校教育が産業界を支える質の高い人材を輩出しているのかという点については等閑視されてきた。本研究ではまず近年の高校教育を取り巻く状況について、学校・生徒・社会のそれぞれの視点より文献に基づき分析をおこない現状認識を深めた。つぎに高卒労働者の質について評価する指標づくりとして、全国1020の事業所高卒採用人事担当者を対象に「高校生の採用と企業が求める教育像に関する調査」を郵送法にておこなった。調査は「採用時に重視したポイント」と「企業が高校教育に望む教育活動」の2つから構成し企業側の視点による高卒採用の実態について迫った。その結果、高等教育機関への進学率の上昇や学力低下を主因に、企業の高卒採用は決して順調に進んでおらず、「人手は足らないし、質も確保できない」という高卒労働市場が危機的な状況にあることがわかった。詳細については「専門高校と企業との接続に関する研究」(『教職教育研究-教職教育研究センター紀要』、関西学院大学教職教育研究センター、第13号、2008年3月)に小論としてまとめた。さらに、そうした状況を打開するためにはどういった方策が必要であるか。その手かがりを探るため「新規高卒若年社員(事務職以外)における職場適応に関する調査」を全国139の事業所高卒採用人事担当者を対象におこなった。内容は「社内研修の内容」と「早期離職の要因」を中心に構成し、就職後の高卒生の課題について考察を深めた。以上2つの調査結果に基づき、専門高校でのキャリア教育を企業との接続の観点から検討し、産業界を支える専門高校のあり方について明らかにした。
発達期聴覚中枢におけるミクログリアに焦点をあてた自閉症モデルマウスの解析

本年度はまず、正常発達モデルラットを用いて、蝸牛神経核におけるミクログリアの推移とミクログリア関連遺伝子をqPCRにて検討した。蝸牛神経核では聴覚獲得期である生後12日目以前よりミクログリアの活性化をみとめ生後2週以降ではその細胞面積、細胞数は徐々に減少していた。qPCRにおけるミクログリア関連遺伝子も同様の変化をみとめ、聴覚発達における聴覚中枢においてミクログリアが機能していることが示唆された。さらに、自閉症モデルCD38KOマウスを用いて聴覚異常を検討するため他覚的生理検査であるABR(聴性脳幹反応)を行った。現時点では当初の計画に必要なサンプル数には達していないが、聴覚伝導が遅延する傾向を認めている。また、聴力異常と蝸牛神経核ミクログリアの関係について論文を執筆し、投稿した。その内容については国際学会にて口頭発表を行った。当初予定した正常モデルだけでなく、自閉症モデルを用いた聴覚異常の解析を行なっている。当初予定していたCD38KOモデルだけでなく、その他の自閉症モデルを用いることも検討している。予定通り、自閉症モデルを用いて、聴覚中枢の解析を免疫染色、qPCRを用いて行う予定である。さらに、電顕を追加し、聴覚伝導遅延の原因を検索する予定である。得られた結果について学会発表を行なった。当初の予定より多くの学会にて発表を行い、より詳細な検討や話し合いを行うことが必要と考えたため、次年度使用額を必要とした。
TGF-βシグナルの細胞応答選択的な制御手法の研究

Transforminggrowthfactor(TGF)-βは標的細胞に多様な細胞応答を惹起することにより、個体の恒常性維持において重要な役割を果たしている。本研究において、転写因子Olig1がTGF-βシグナル依存的にSmad2/3と協調し、細胞運動性を促進することが明らかになった。また、Smad2/3とOlig1の相互作用を阻害することにより、TGF-βによる細胞運動亢進作用を選択的に抑制することに成功した。これらの知見により、TGF-βによる細胞応答を選択的に制御する手法の開発へと道が開かれた。代表的な細胞増殖因子であるtransforming growthfactor-β(TGF-β)は正常細胞に対して癌抑制的に作用するが、いったん癌化した細胞に対しては悪性化促進的に作用する。本研究では、癌悪性化に関与する細胞応答を選択的に抑制する手法の開発をめざしている。我々はbHLH型転写因子Oliglが、TGF-βの下流のシグナル伝達因子であるSmadと複合体を形成し、協調的にシグナル伝達に関与することは既に見いだしていた。平成22年度にはSmad-Oligl複合体が細胞運動性亢進作用に関与することを明らかにした。Oliglノックダウン条件下では、TGF-βによる細胞運動性亢進作用は顕著に抑制されたが、細胞増殖抑制作用や上皮間葉転換作用は抑制されなかった。また、他のサイトカインによる運動性亢進作用も影響されなかった。従って、Oliglの作用は特異的と考えられた。細胞運動性亢進作用はTGF-βによる癌細胞の転移・浸潤促進作用に関与する細胞応答である。そこで、Smad-Oligl複合体の機能を特異的に阻害する手法の検討を進めた。Smadのアミノ酸置換変異体を用いた実験により、Smadタンパク質上でOliglとの相互作用に関与する領域を絞り込んだ。ついで、その領域に該当するペプチドを合成し、細胞に取り込ませたところ、TGF-βによる細胞運動性を抑制することを見いだした。本研究の成果はTGF-βによる癌悪性化促進作用を特異的に抑制する手法の開発へと道筋をつけたという大きな意義がある。今後は、この抑制機能ペプチドの作用の特異性を確認するとともに、さらに効力と特異性を高めるために改良を進める予定である。平成22年度にはbHLH型転写因子Olig1が、TGF-βの下流のシグナル伝達因子であるSmadと複合体を形成し、TGF-βによる細胞運動性元進作用に関与することを明らかにした。また、SmadとOlig1の結合を阻害するペプチドブロッカーを開発し、これが細胞運動性元進を抑制することも見いだした。平成23年度にはペプチドブロッカーの作用を詳細に検討し、TGF-βが細胞に惹起する応答のうちで、細胞運動性は抑制するが、細胞増殖抑制と上皮間葉転換は抑制しない事を見いだした。細胞運動性の亢進は、癌細胞の転移・浸潤につながると考えられており、癌悪性化に関与する細胞応答である。また、ペプチドブロッカーの細胞応答に対する選択性はTGF-β標的遺伝子への作用の選択性でよく説明できることもわかった。以上の結果により、TGF-βによる細胞応答を選択的に抑制するためには、Smadと転写因子の複合体形成をターゲットとする手法が妥当であることが証明された。さらに有効な物質をスクリーニングするために、現在、Smad-Olig1の協調的転写制御作用をモニターするレポーターの構築を進めている。一方、Smad-Olig1複合体による標的遺伝子の転写制御がpeptidyl-prolyl cis/trans isomeraseとして知られるPin1による制御を受けることを見いだした。これは、Smad-Olig1の作用をコントロールするための新たな作用部位となる可能性がある。平成23年度までにSmad-Olig1複合体の機能を抑制することにより、TGF-betaによる細胞応答のうちで細胞運動性亢進作用を選択的に阻害できることを見いだした。平成24年度は、Smad-Olig1複合体の機能がpeptidyl-proryl cis/trans isomeraseであるPin1により制御されているメカニズムの解明を進めた。Pin1がSmadのリンカー領域に結合し、この領域のコンホメーションを変化させることにより、SmadとOlig1の相互作用を促進し、TGF-betaによる細胞運動性亢進を選択的に促進することが明らかになった。実際にOlig1とPin1を各々ノックダウンした時に遺伝子発現の誘導が低下する標的遺伝子をDNAマイクロアレイを用いて解析したことろ、両者には非常によい一致が見られた。

また、阻害剤を用いた実験により、Smad-Olig1複合体の形成にはPin1の酵素活性、およびCDK8/9によるリンカー領域のリン酸化が重要であることが示唆された。これによりSmad-Olig1複合体機能の新しい調節点が明らかとなり、この複合体を選択的に制御する手法の開発に新しい手段が賦与されたと考えている。一方、Smad-Olig1複合体による転写活性化を検出するレポーター系の構築も進めた。TGF-beta刺激した細胞の核抽出液とオリゴヌクレオチドライブラリーを混合し、内因性Olig1を免疫沈降する手法によりOlig1結合配列を決定した。この配列をSmad結合配列を組み合わせてレポーターを構築したが、レポーター活性は検出できなかった。しかし、Smad依存的転写のメカニズムが現状では十分に理解されていないこともあり、Smad結合配列による転写活性化の検討を行った。この知見を用い、将来的にOlig1依存的なレポーター系の構築が可能であると考えている。Smad-Olig1複合体の機能抑制ペプチドの機能評価は順調に進んだが,Smad-Olig1複合体による転写活性化のレポーター構築は、PCRを用いる実験系へのDNAのコンタミネーションにより遅れてしまった。24年度が最終年度であるため、記入しない。Smad-Olig1複合体による転写活性化のレポーター構築の遅れは、問題点をすでに解決した。今後は順調に進展すると期待している。また、Smad-Olig1複合体の機能調節へのPin1の関与を新たに見いだした。この知見をさらに掘り下げ、細胞応答選択的な制御の新たな作用点を見いだすことが、有効な手法の開発につながると考えている。さらに今回開発したペプチドブロッカーの作用特異性について検討を進めたい。
牛におけるストレスがAVP投与後のACTH・Cortisol分泌に及ぼす影響

牛におけるストレス負荷時のAVP投与後のACTH・Cortisol分泌反応変化が、ストレス評価方法となるか検討を行なった。1.社会的ストレス実験実験区ホルスタイン種育成雌牛5頭を乾乳牛群(5頭)へ混群し、対照区は元の群にとどまった3頭とした。混群前(P期)、混群後3(D3)、7(D7)、14(D14)、21日(D21)に剄静脈AVP投与後0・10・30・60・120分に採血し、血漿中ACTHとCortiso濃度を測定した。闘争の勝敗より各個体の優劣順位(ADV)を評価した。実験区は混群後優劣順位が低下した。AVP投与後血漿中ACTH濃度は、0-60分では日間差はなく、血漿中Cortisol増加反応は、実験区では30分を除く各時間で混群後有意に低下した(p<0.05)。対照区では差はなかった。実験区ではADVはD3にACTH濃度と正の相関を示し(p≦0.05)、優劣順位の高い個体ほどACTH濃度が高く、順位低下量が大きい個体ほどCortisol濃度が低かった。2.暑熱ストレス実験実験区黒毛和種去勢牛3頭ホルスタイン種去勢牛2頭計5頭を日中2時間直射日光に暴露し、対照区は同品種同頭数を畜舎内に繋留した(最高気温実験区38.0°C、対照区34.7°C)。頸静脈AVP投与後0・5・15・30・60・120分に採血を行った。血漿中ACTH濃度は実験区と対照区間では有意な差は示さなかったが、異常値を示した個体を各区1頭ずつ除くと、5分・15分で実験区よりも対照区が高い傾向を示した(p=0.06)。血漿中Cortisol濃度は、実験区と対照区間では有意な差は示さなかった。これらから、AVP投与後のACTHとCortisolの分泌反応は、ストレス評価方法として有効であることが示された。また月齢によりAVP投与後のACTHとCortisol分泌反応は異なることが示された。[目的]牛に社会的序列の変化というストレスを与え、AVP投与後のACTHとCortisolの分泌反応を調べることにより、ストレス評価方法としての有効性の検討を行なった。〔実験方法〕ホルスタイン種育成雌牛実験区5頭、対照区3頭を供試した。Day(D)0に、実験区5頭を乾乳牛群(5頭)へ混群し、混群3日前(P期)、混群後3日(D3)、7日(D7)、14日(D14)、21日(D21)に頸静脈へ生理食塩水1cc溶解AVP0.093mg/頭を投与し、0(投与直前)・投与後10・30・60・120分に、頸静脈より採血、RIA法により血漿中ACTHとCortisol濃度を測定した。各採血日前3日間8時17時に闘争行動を観察・記録、その勝敗より各個体の優劣順位(ADV)を評価した。〔結果〕実験区ではP期の,ADVは74.114.5で、混群後D3に31.40.4に低下した。

AVP投与後の血漿中ACTH濃度は、10分にピークとなりその後低下し、5頭平均で0分では8.33(P期)10.26(D21)pg/ml、10分13.53(D3)21.31(P期)pg/ml、60分6.91(P期)9.60(D14)pg/mlで、060分では日による差はなかったが、120分ではP期5.28pg/mlから、D21には7.63pg/mlに増加した(p<0.01)。AVP投与後の血漿中Cortisol濃度は、10分30分にピークとなりその後低下した。0分では1.26(P期)2.90(D3)μg/dl、10分に最も高く7.04(P期)4.08(D7)μg/dl、120分では0.43(D21)0.97(P期)μg/dlだった。AVP投与後のCortisol増加反応は、実験区では30分を除く各時間で混群後有意に低下した(p<0.05)。対照区では実験区と同様にACTHでは10分、Cortisolでは10分から30分にかけてピークとなり、その後低下した。日による差は見られなかった。実験区ではADVはD3にACTH濃度とAVP投与後30・60・120分で0.87以上の正の相関を示し(p≦0.05)、優劣順位の高い個体ほどACTH濃度が高かった。CortisolはADVとは有意な相関は示さなかった。また、順位低下量が大きい個体ほどACTH濃度が高く、Cortisol濃度が低いことが示された。これらの結果からAVP投与後のACTHとCortisol分泌反応の変化は社会的ストレスと関連し、ストレス評価方法として有効である可能性が示されたが、まだ頭数が少なく、ストレスの種類や強度、持続期間などにより、その反応がどのように変化するのかについては更に検討を重ねていく必要があると考えられる。〔目的〕本研究は、反芻動物へのアルギニンバソプレシン(AVP)投与に対する下垂体ホルモンACTHおよび副腎皮質ホルモンのコルチゾールの分泌反応の、種々のストレス下での違いを明らかにすることにより、ストレス評価の手段として利用できる可能性を明らかにすることを目的としている。〔実験方法〕実験1.社会的ストレス:育成牛4頭の群に2頭を導入して6頭1群とした。闘争行動を観察し、その勝敗により社会的序列の評価を行った。導入前、導入後2日、7日、14日、30日にAVPを頸静脈へ投与し、0、5、15、30,、60、120分に採血を行い、RI法により、血漿中ACTHとコルチゾールの分析を行った。実験2.暑熱ストレス:育成牛実験区4頭を1時間パドックに放飼し、対照区4頭は、畜舎内とし、実験1と同様にAVP投与後採血を行い、ACTHとコルチゾールの分析を行った。〔結果〕実験1.血漿中ACTH濃度はAVP投与後5分でピークとなりその後低下した。ACTH分泌反応は個体差が大きく、社会的ストレスとの関連は見られなかった。血漿中コルチゾール濃度はAVP投与後15分から30分にピークとなり、その後低下した。群構成後14日の社会的序列は、14日の血漿中コルチゾール濃度と有意な正の相関、30日の血漿中コルチゾール濃度と有意な負の相関を示した。実験2.実験開始時の気温は36°Cであったが、その後曇ってしまい、十分な暑熱ストレスをかけることができなかった。そのため実験区と対照区で、AVP投与に対するACTHとコルチゾール分泌反応に有意な差は見られなかった。今年度の実験では、社会的ストレスの評価手段として、AVP投与に対するコルチゾール分泌反応が利用できることが示唆されたが、暑熱ストレスに関しては明確な反応を得ることができなかった。平成12年度には、さらに実験を行って検討する予定である。本実験は種々のストレスがアルギニンバソプレシン(AVP)投与後のACTH・Cortisol分泌反応に及ぼす影響を明らかにすることを目的としている。本年度は、暑熱ストレスについて行う予定であったが、8月に雨が続き、実験を行うことができなかった。そこで、飼育環境の変化によるストレスが及ぼす影響について、実験を行った。
膵ランゲルハンス島細胞の発生・増殖機構に関する発生工学的解析

1.活性型TGF-βをglucagon promoterでNODマウスに発現させるトランスジェニックマウス:TGF-βがTリンパ球を抑制し、1型糖尿病の発症率を著減させた。また、TGF-βの膵島増殖抑制作用によって、膵島は低形成となった。2.優性阻害型、常時活性型、正常型アクチビン受容体をinsulin promoterでそれぞれ発現させるトランスジェニックマウス:アクチビンのシグナルが過小でも過剰でも膵島の発生は障害された。したがって、膵島の正常発生には適正な強度のアクチビンシグナルが必要であることが明らかとなった。3.インターフェロン-γをglucagon promoterで発現させるトランスジェニックマウス:インターフェロン-γの直接毒性によって、リンパ球の働きを介さずにβ細胞にアポトーシスが生じた。しかし、インターフェロン-γには未分化な膵島細胞の増殖を刺激する作用もあり、膵島の再生が活性化することにより、糖尿病は発症しなかった。4.Pax6をinsulin promoterあるいはPdx1 promoterで発現させるトランスジェニックマウス:どちらのpromoterを使用しても膵β細胞の分化異常とアポトーシスにより糖尿病が発症した。また、Pdx1/Pax6-トランスジェニックマウスでは膵管上皮細胞原発の嚢胞腺腫が発生した。Pax6は、未分化な膵島前駆細胞の増殖を促進する作用と、膵α細胞のフェノタイプを誘導する作用、の2つの作用を有すると考えられた。5.Reg Iをグルカゴンプロモーターで発現させるトランスジェニックマウス:Reg Iの過剰発現は正常膵β細胞にアポトーシスを引き起こし、糖尿病が発症した。さらにReg Iの慢性的な全身的過剰は腫瘍発生を促進することが明らかになった。これはReg Iを臨床応用する際には留意すべき点である。(2)優性阻害型アクチビン受容体、常時活性型アクチビン受容体、正常型アクチビン受容体をinsulin promoterでそれぞれ発現させるトランスジェニックマウス:アクチビンのシグナルが過小でも過剰でも膵島の発生は障害された。(3)インターフェロン-γをglucagon promoterで発現させるトランスジェニックマウス:インターフェロン-γの直接毒性によって、リンパ球の働きを介さずに膵β細胞にアポトーシスが生じた。しかし、インターフェロン-γには未分化な膵島細胞の増殖を刺激する作用もあり、膵島の再生が活性化することにより、糖尿病は発症しなかった.(4) Pax-6をinsulin promoterあるいはPDX-1 promoterで発現させるトランスジェニックマウス:どちらのpromoterを使用しても膵β細胞の分化異常とアポトーシスにより糖尿病が発症した。また、PDX-1/Pax-6-トランスジェニックマウスでは膵管上皮細胞原発の嚢胞腺腫が発生した。Pax-6は、未分化な膵島前駆細胞の増殖を促進する作用と、膵α細胞のフェノタイプを誘導する作用、の2つの作用を有すると考えられた。(1)Reg Iをグルカゴンプロモーターで発現させるトランスジェニックマウス:Reg Iの過剰発現は正常膵β細胞にアポトーシスを引き起こし、糖尿病が発症した。(2)Pax4をインスリンプロモーターで発現させるトランスジェニックマウス:β細胞の増殖が障害され糖尿病を発症した。Pax4はPax6の膵島細胞増殖促進作用を阻害する作用があると考えられた。(3)FGF-8をグルカゴンプロモーターで発現させるトランスジェニックマウス:膵島細胞の一部が肝細胞に分化誘導された。

すなわちグルカゴンを産生する時期にまで分化た膵島細胞であっても、ある程度の多分化能を有しており他の細胞への分化を誘導できる可能性が示された。また、FGF-8遺伝子は肝細胞のマスター遺伝子である可能性が示された。(4)FGF-10をグルカゴンプロモーターで発現させるトランスジェニックマウス:膵島内に膵島細胞と外分泌細胞と膵管細胞とが混在した。すなわち、FGF-10は内分泌細胞の分化を阻害し、外分泌細胞への分化を促進することが示唆された。(5)優性阻害型アクチビン受容体をPdx1プロモーターで発現させるトランスジェニックマウス:内分泌・外分泌組織ともに膵臓全体が低形成になり、アクチビンのシグナルが膵臓の初期発生に重要な役割を果たしていることが明らかになった。1.Pax6をインスリンプロモーターあるいはPdx1プロモーターで膵臓に発現させるトランスジェニックマウス:3系統ずつ、計6系統のトランスジェニックマウスを確立した。どちらのプロモーターを使用しても膵β細胞の分化異常と、数の減少により糖尿病が発症した。また、Pdx1プロモーター/Pax6-トランスジェニックマウスでは、外分泌組織が低形成で、しかも、膵管上皮細胞原発の嚢胞腺腫が発生した。すなわち、Pax6は、未分化な膵管上皮細胞と膵島前駆細胞の増殖を促進する作用と、膵α細胞のフェノタイプを誘導する作用、の2つの作用を有すると考えられた。また、β細胞と外分泌細胞の正常発生にはPax6の発現が抑制されることが必要である。2.Reg Iをグルカゴンプロモーターで膵α細胞に発現させるトランスジェニックマウス:3系統のトランスジェニックマウスを確立した。Reg Iの過剰発現は正常膵β細胞にアポトーシスを引き起こし、糖尿病が発症した。また、トランスジェニックマウスでは膵管上皮細胞にPCNA陽性細胞が目立ち、Reg Iは本来、膵管内に分泌され、膵管上皮細胞が標的細胞である可能性が示された。さらにReg Iの慢性的な全身的過剰は腫瘍発生(膵臓癌、肝細胞癌、子宮平滑筋肉腫、卵巣癌、頚部悪性リンパ腫、涙腺癌)を促進することが明らかになった。これはReg Iを臨床応用する際には留意すべき点である。
生体内分子ネットワークに基づく大規模がんゲノムデータ解析の方法論の研究

本年度の研究成果を以下にまとめる。昨年度に引き続き、高次元データからの情報抽出手法としてサブセットマイングと次元圧縮の両面からのアプローチについて研究内容を深めた。マイクロアレイによって計測される遺伝子発現データは、2万以上の遺伝子について生成されるRNAの量が計測される。また、次世代シークエンサーを用いたRNA-seqでは、転写産物ほとんど全て計測できるため、その種類は桁が一つ増える。従って、がんの分類やがんの鍵となっている遺伝子の絞り込みにおいては、この超高次元データからの情報抽出手法の改良が本質的となる。この問題に対して、昨年度開発したNull Spaceを用いた新しい方法について、その性能についてより詳細なデータを取り、更なる改良に向けて研究を進めた。また、主成分分析は、次元圧縮の有効な統計手法であるが、超高次元データに対しては、その計算量も問題となる。主成分分析を超高次元データに適用可能とするため、時間計算量の削減を目的にQR分解を利用した新しい主成分分析を行うアルゴリズムを提案し、論文としてまとめた。がんゲノムの解析については、次世代シークエンサーを利用することによりがんが起きる原因の可能性のある変異が同定できる。しかしながら、実際に変異同定を行うとがん細胞に蓄積した数千の体細胞変異が見つかり、どの変異がドライバーなのかを判断することは困難である。この問題について、タンパクを構成するペプチド鎖の折りたたみを予測する方法を開発し、タンパクの構造について影響力の大きいゲノム変異を同定する問題として定式化した。この新しく開発したベプチド鎖の折りたたみを予測する手法については、現在論文としてまとめ投稿中である。立案した研究計画に従い、確実に研究を遂行できている。項目の一つ一つにおいて着実に新たなアイデアを元に、より有用な方法の開発を行い、情報科学的な評価に加えて生物学的な意義に関しても議論が出来ている。平成22年度は以下の3つの研究を遂行した。[1]これまでに出版されているがんに関連する遺伝子発現データについてサーベイを行った。特に、NatureやScience誌などの一流誌に掲載された論文において計測されたものについて網羅的に調べ解析ができるようダウンロードし整理した。また、それらのデータを用いたデータ解析について、JASAやJRSSBなどの統計科学分野のトップジャーナルやバイオインフォマティクスなどの専門誌に掲載された手法を調査し、それらの性能評価をがんサンプルの教師有り学習の枠組みにおいて行い、様々な手法の性能限界や問題点を議論するとともに[3]で開発した研究に利用した。[2]受け入れ研究者のグループが開発しているベイジアンネットワーク・ダイナミックベイジアンネットワークや状態空間モデルのソフトウェアについての論文を精読し、その解析の基本的プロトコルを整理した。また、既存のがんに関わる遺伝子発現データ(時系列、非時系列)にネットワーク解析手法をスーパーコンピュータ上で実行する技術を身につけ適用し、ネットワーク解析の経験を積み、次年度以降の研究を円滑に進める準備を行った。[3]データ解析手法開発の研究として教師有り学習のための新しい特徴量選択方法を開発した。開発した方法をがんの臨床サンプルや細胞株からの遺伝子発現データに適用しくがん種を予測する教師有り学習において、最小誤判別率を達成する最小サイズの遺伝子セットを発見した。この成果は、論文としてまとめ、Electronics Lettersに出版した。遺伝子発現プロフィールデータやゲノムデータの情報科学的特性を有効に利用した解析方法を構築するために転写制御に関する事項やがんゲノムにおけるゲノム変異について、関連する重要文献の整理を行った。その情報収集の中から、高次元データの解析手法をバイオインフォマティクスにおけるデータの特性に合わせるよう改良を進め、新たな高次伝データ判別手法を構築した。その方法は、約2万以上の遺伝子から、がんの分類に有用であると予測される少数の遺伝子を抽出する、情報科学としての次元圧縮としてサブセット抽出を行うことを基本的なアイデアとしている。数万の遺伝子からがんの分類に予測能力を持つ少数の遺伝子を抽出し、高い予測能力を持つ予測判別器を構築する提案手法は、これまでに高い判別能力を有するとして提案されてきたサポートベクトルマシンに基づく方法、スパース学習、KNN法などと網羅的に性能を比較し、その有効性が証明された。また、この提案手法からがんのクラス予測に有効であるとされた遺伝子群の生物学的な特徴を明らかにするために、GO::TermFinderやGSEAのようなGene Set Analysisの手法について網羅的に調査を行い、遺伝子のパスウェイ情報などに基づき得られた結果の生物学的な評価を行った。その際、判別の正解率という情報科学的な指標に加え、遺伝子のパスウェイという生物学的な意味からも提案法の妥当性を示すことに成功した。この成果は、論文としてまとめ、バイオインフォマティクスの一流紙IEEE/ACM TCBBに採択されている。さらに、遺伝子発現データの統計的分布情報を用いた方法や、Null Space法に基づく方法など多様な方法についてもその有用性を検討し、新たな改良と共に論文としてまとめた。