hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
成長因子が情動に作用する分子メカニズムと神経新生との関わり

本研究では、成長因子として血管内皮細胞増殖因子と線維芽細胞増殖因子に注目し、それらが神経新生と情動に与える影響について解析した。血管内皮細胞増殖因子は、神経新生を増加させ抗うつ・不安作用を示したが、これは脳内モノアミンの調節によるものと考えられた。一方、線維芽細胞増殖因子には記憶を向上させる傾向が見られたが、情動や神経新生に影響はなかった。共に神経幹細胞の増殖や分化に関わる因子であるが、成体脳の作用には差異があることが判明した。研究の目的は、成長因子が情動を制御するメカニズムについて理解を深め、情動と神経新生との関係について調べようとするものである。平成21年度は、1)血管内皮増殖因子(VEGF)マウスにおける不安・恐怖・うつ様行動の減少について注目し、成長因子がどのようなメカニズムで情動を制御しているのか、その分子経路について解析した。まず、ストレス応答による血中コルチゾール量の増加を調べたが、野生型マウスと変化が見られず、VEGFは神経内分泌系に対しては作用していないことが示唆された。次に、情動と関係が知られているモノアミン系について注目し、脳内モノアミン量の解析を行った。その結果、VEGFマウスの脳において、ドーパミンには変化はなかったが、セロトニンとノルアドレナリンが減少していることが分かった。ノルアドレナリンの減少はこの動物における恐怖感の低下と関係していると思われる。一方、抗不安・抗うつ行動を示したVEGFマウスでは脳内セロトニンの上昇が予想されたが、結果は逆となっており、セロトニン量とうつ様行動は単純な相関関係にはなっていないと考えられる。また、2)セロトニン系やノルアドレナリン系の免疫化学的な解析を行い、脳切片を用いて作動性神経の同定や投射パターンの解析、さらにタンパク抽出液を用いて各種受容体の脳内発現について解析を行った(進行中)。組織標本においては概して野生型マウスと似通った染色結果が得られており、大差はないと考えられる。一方、受容体の脳内発現量については、ある種の受容体に顕著な変化が認められており、今後更なる確認が必要である。最後に、3)神経新生が情動の変化に影響があるかどうかを調べるため、放射線照射による神経新生の阻害実験を行った。生後10日齢のマウスの頭部にガンマ線10Gを照射したが、個体に対する影響が予想以上に大きく(生存個体数の減少)、条件もしくは方法の再検討が必要である。平成22年度は、血管内皮増殖因子を脳内で過剰発現するマウス(VEGFマウス)を用いて1)電気生理学的解析と2)行動薬理学的解析を行い、また、3)マウスにおける薬剤誘導型遺伝子発現システムの検討を行った。1)電気生理学的な解析では、記憶や情動に関連のある海馬神経細胞の性質を調べ、VEGFマウスでは短期可塑性が増加していることが判明したが、長期可塑性としての長期増強や長期抑制は野生型マウスと同程度であった。2)行動薬理学的解析では、セロトニンやノルアドレナリンの再取り込み阻害剤(抗うつ剤)やそれらの合成阻害剤をマウスに投与して、VEGFマウスに見られた情動の違いが、モノアミン系と関連しているかどうかを調べた。その結果、モノアミン合成阻害剤はVEGFマウスの抗うつ・不安行動を有意に抑え、反対に、抗うつ剤の投与はVEGFマウスの情動行動を更に増強する作用はみられなかったことから、VEGFはモノアミン系と関連していることが明らかとなった。一方、我々は、情動にたいする成長因子の役割をより深く追求するため、3)tTAシステムを用いた薬剤による遺伝子活性の調節を検討した。当初の計画ではtTAを用いる予定であったが、近年開発されたrtTAを使用して、より効率的に遺伝子発現の調節を目指すことにした。我々は数種類の改良型rtTAを入手して、それらの転写活性をルシフェラーゼアッセイにより比較検討した。その結果、rtTAの中ではrtTA-V16が転写活性およびバックグラウンド活性の点で最も優れていることが判明し、これを用いて実験系の構築を進めることにした。研究の目的は、成長因子が情動を制御するメカニズムを解析し、情動と神経新生との関係を調べるものである。平成23年度は、抗うつ・抗不安様行動を示すVEGFマウスを用いて1)分子細胞レベルの解析、2)行動レベルの解析、3)遺伝子発現システムの開発、を行った。1)分子細胞レベルの解析:セロトニン受容体(12種類)とアドレナリン受容体(9種類)について、RT-PCR法でmRNAの発現量を比較したところ、ADRa1Aで発現量の減少が見られたが、全体的には野生型マウスと同程度であった。これまで、抗うつ剤による受容体の発現量の変化が報告されているが、VEGFの作用はこれとは異なると考えられる。

一方、トリプトファン・チロシン水酸化酵素(モノアミン合成の律速酵素)のタンパク質量を比較したところ、変化はみられず、VEGFマウスにおける脳内セロトニン・ノルアドレナリンの減少は、合成ではなく代謝に起因すると考えられる。2)行動レベルの解析:平成22年度の継続で、動物個体数を増やして実験を進めた。VEGF依存性の抗うつ行動にたいして、セロトニン・ノルアドレナリン選択的再取り込み阻害剤(抗うつ薬)は影響しなかったが、セロトニンやカテコールアミンの枯渇剤により阻害された。この結果は、VEGFがモノアミン系を介して抗うつ・抗不安作用を発揮していることを意味し、以前実施したモノアミン解析の結果と一致している。一連の実験は、神経新生のレベルが野生型マウスと同程度まで減少した20週齢以上のVEGFマウスを使用していたことから、VEGFには神経新生を介さずに情動行動を制御する経路があることを示唆する(モノアミン系に直接作用する)。3)遺伝子発現システムの開発: rtTAを用いた薬剤による人為的な遺伝子発現の制御に取り組み、Nestinプロモータの下流にrtTA-V16を導入したマウスを作出した。我々は、RT-PCR法によって神経新生の盛んな海馬でrtTA-V16の発現を確認し、神経幹細胞で遺伝子発現を制御できる系を構築することができた。遺伝子改変動物を用いた様々な角度からの解析により、成長因子(特に、VEGF)がうつや不安などの情動に作用する仕組みが明らかになった。特に、近年注目されている「うつ病の神経新生要因仮説」とは異なる、新規のメカニズムを提示することができた。この研究の成果は、将来、うつ病を含む気分障害の治療や、抗うつ剤の開発に役立つものと考えられる。本研究で、VEGFによる情動行動への作用には、脳内モノアミン(特に、ノルアドレナリンやセロトニン)が関わっていることが分った。しかし、VEGFがどの脳内分子に作用してモノアミンの代謝を制御しているのかは不明である。そこで、モノアミンの代謝に関わる酵素(例えば、モノアミン酸化酵素やメチル基転位酵素等)に注目し、VEGFシグナル伝達系とどのような関連があるのか調べる必要がある。さらに、VEGFと似た作用を示す他の成長因子(例えば、脳由来神経栄養因子は、神経新生作用と抗うつ作用を共に有する)についても、神経新生を介さない抗うつ作用のメカニズムがあるのかどうかを検討する必要がある。
映像の意味理解を実現する映像解析手法の確立とその応用に関する研究

サッカー映像や野球映像などのスポーツ映像は世界中の人々が関心を持ち,非常に多くの視聴者が存在する.さらに,スポーツ映像はプロやアマチュアを問わずスポーツ教育へ利用されており,非常に重要な映像資料として扱われている.しかしながら,それらのスポーツ映像を視聴者が十分に理解するためには,選手や戦術などに関する知識や経験が要求され,視聴者が映像を視聴可能な時間は限られている.このため,映像を効果的に視聴し,内容を理解することを可能とする技術が必要とされている,そこで,申請者は映像を効果的に視聴可能とする技術の確立のために「高レベル特徴量を用いた映像意味理解に関する映像解析」および「映像解析手法のスポーツ教育への応用」について研究を進めた.平成24年度は,平成23年度において計画を達成することにより確立された映像意味理解に関する映像解析手法を用い,選手及びチームの技術向上や新たな技術の獲得を目的としたスポーツ教育への応用についての検討を行った,具体的には,平成23年度に実現された類似場面検索を行うことでテレビ放送や個人で撮影された大量のスポーツ映像の中から参考となるプレーや議論の対象となる場面の検索が可能となる手法を提案した.また,平成23年度の成果に基づき,擬似的な試合を効果的にシミュレーションすることを可能とした.以上のように,平成24年度は,映像意味理解に関する映像解析手法のスポーツ教育への応用についての検討を進めた.近年,放送の多チャンネル化やインターネットによる映像配信の普及により,映像を視聴する機会が増加している.また,サッカー映像や野球映像などのスポーツ映像は世界中の人々が関心を持っており,非常に多くの視聴者が存在する.さらに,スポーツ映像はプロやアマチュアを問わずスポーツ教育へ利用されており,非常に重要な映像資料として扱われている。しかしながら,それらのスポーツ映像を視聴者が十分に理解するためには,選手や戦術などに関する知識や経験が要求される.加えて,視聴者が映像を視聴可能な時間は限られている.このため,映像を効果的に視聴し,内容を理解することを可能とする技術が必要とされている.そこで,申請者は映像を効果的に視聴可能とする技術の確立のために「高レベル特徴量を用いた映像意味理解に関する映像解析」および「映像解析手法のスポーツ教育への応用」について研究を進めた.今年度は,スポーツの戦術的な類似度に基づいた映像検索を行うため,これまでに算出可能としたパスやフォーメーションに関する高レベル特徴量を用い,戦術の類似度の算出を行った.また,高レベル特徴量に基づくCGアニメーションの生成を行い,選手の配置やパスの可能性に基づいた映像内容の再構成を行った.これにより,高レベル特徴量を用いた映像意味理解に関する映像解析手法が確立され,映像の効果的な視聴や視聴者が映像内容を理解するための補助となるデータの提供が可能となった。サッカー映像や野球映像などのスポーツ映像は世界中の人々が関心を持ち,非常に多くの視聴者が存在する.さらに,スポーツ映像はプロやアマチュアを問わずスポーツ教育へ利用されており,非常に重要な映像資料として扱われている.しかしながら,それらのスポーツ映像を視聴者が十分に理解するためには,選手や戦術などに関する知識や経験が要求され,視聴者が映像を視聴可能な時間は限られている.このため,映像を効果的に視聴し,内容を理解することを可能とする技術が必要とされている,そこで,申請者は映像を効果的に視聴可能とする技術の確立のために「高レベル特徴量を用いた映像意味理解に関する映像解析」および「映像解析手法のスポーツ教育への応用」について研究を進めた.平成24年度は,平成23年度において計画を達成することにより確立された映像意味理解に関する映像解析手法を用い,選手及びチームの技術向上や新たな技術の獲得を目的としたスポーツ教育への応用についての検討を行った,具体的には,平成23年度に実現された類似場面検索を行うことでテレビ放送や個人で撮影された大量のスポーツ映像の中から参考となるプレーや議論の対象となる場面の検索が可能となる手法を提案した.また,平成23年度の成果に基づき,擬似的な試合を効果的にシミュレーションすることを可能とした.以上のように,平成24年度は,映像意味理解に関する映像解析手法のスポーツ教育への応用についての検討を進めた.高レベル特徴量を用いた映像検索に必要なデータが提供元の都合により遅延したため,実験開始時期が遅れた.そのため,当初の計画より,4ヶ月遅延した.映像データの4ヶ月の遅延を取り戻すべく実験を進め,最終目標である映像を効果的に視聴し,内容を理解することを可能とする技術の確立のため,「高レベル特徴量を用いた映像意味理解に関する映像解析」および「映像解析手法のスポーツ教育への応用」について研究を進める.
厳密フィードバック系を利用した非線形システムのサンプル値オブザーバ設計法の開発

非線形オブザーバ(状態推定器)問題では、非線形システムの線形化による設計法が広く議論されているが、適用可能なシステムのクラスが小さい、ロバスト性に欠ける等の問題点がある。本研究では、非線形システムの「厳密フィードバック系+状態拡張」への状態変数変換を解明し、厳密フィードバック系のサンプル値オブザーバ設計法の拡張から、非線形システムの広いクラスに対するサンプル値オブザーバ設計法を開発し、ネットワーク制御への応用からその有効性を確認する。さらに安定化状態フィードバック則との組み合わせによるサンプル値オブザーバ型安定化出力フィードバック制御器の設計法の開発を目指す。
MRI画像生成シミュレーションによる放射線検査技術教育システムの開発

本研究は、MRI撮像技術の実機による実習の補完としてのコンピュータシミュレーション技術による擬似体験教育法の確立を目的とする。本研究では中核となるMRI撮像シミュレーション技術の精度の検証を軸に研究を進めた。研究の結果、元となる実測データに撮像条件に近い条件であれば良好なシミュレーション結果が得られることが確認された。また、携帯アプリとして簡単なシミュレータを構築して教材としての有効性を確認した。本研究では,コンピュータシミュレーションによるMRI撮像技術の疑似体験型教育手法の確立を目的としているが,特に,撮像条件の設定と得られるMRI断層像の関連性についての反復学習を対象としている。効率よく反復学習を行うため,MRI撮像シミュレーション技術としては,撮像条件の設定に対応する断層像の高速生成に主眼を置くものとして,核磁気共鳴現象の厳密な再現ではなぐ,MRIの撮像原理がら導出される信号強度の関係式を用いて断層像(信号強度分布)を計算する方法を採用した。当該年度の研究においては,MRI検査にで一般的に用いられるスピンエコーシーケンスについて,撮像対象の物性パラメータの推定およびシミュレーションの精度について検証した。物性パラメータは,同一断面に対して複数の条件で取得した断層像を元に,信号強度の関係式にフィッティングすることで求める。スピンエコーシーケンスにおける信号強度とエコー時間の関係について,頭部断層像を対象として検証した結果,信号強度の関係式ではエコー時間に対して信号強度が単調減少となるのに対し,実測値ではエゴー時間が0に近いところで信号強度が減少する傾向が見られた。エコー時間が30ミリ秒程度以上であれば,信号強度の関係式にほぼ従う。結果より,スピンエコーシーケンスでは,エコー時間が短い場合を除けば,実際の断層像に近い断層像が得られることが確認された。元の断層像を増やすことで精度向上が期待できるが,MRIの撮像には時間を要するため,被験者への負担が大きい。今回の結果より,比較的少ない枚数の断層像から,実際の断層像からパラメータ推定が可能であることも確認された。今後は,別の撮像条件に対して同様の精度評価を実施するとともに,実物に近い断層像が得られることが確認できた範囲で,実習教育への適用と評価を実施する予定である。物性パラメータについては、T1緩和時間はSPGRシーケンス、T2緩和時間はSEシーケンスにおける信号強度の関係式を元に推定した。シミュレーション精度は、頭部断層像およびCuSO4ファントムを対象に、SEシーケンスでは信号強度とエコー時間の関係を、SPGRシーケンスでは信号強度とフリップ角の関係を、IRシーケンスでは信号強度と反転時間の関係を、それぞれ検証した。物性パラメータ推定には、SEシーケンスおよびSPGRシーケンスの精度検証用データの一部または全部を使用した。検証結果より、SEシーケンスおよびSPGRシーケンスについては実測データに近いシミュレーション結果が得られたが、IRシーケンスについては若干大きな誤差が確認された。推定に使用した撮像条件については教育用としては十分な精度のシミュレーションが可能であるが、大きく異なる撮像条件については、推定用の撮像条件との違いによる影響について、既知の信号強度の関係式で定式化されていない要因についてのさらなる検証の必要性が示唆された。
日・米・独における「21世紀型市民性開発カリキュラム」の授業実践に関する比較研究

平成16年度の研究においては、次のような成果を得た。(1)理論的研究においては、日・米・独の間に「市民性教育」に関する授業実践を相互に理解する機運が生まれていることを明らかにした。これは、国際学力比較調査(OECD, IEA)の影響を受けたもので、日本の高いレベルの授業実践と、その授業の前提となる教員の資質形成についての関心が、米・独で高まっていることによるものである。(2)授業実践研究においては、日本(額田町立耳山小学校)ならびにドイツ(Johannes-Schrwartz-Schule)における生活科・総合的学習の実践を対象に、授業実践の映像記録を入手し、比較検証ならびにその分析を行った。アメリカの実践については、資料の収集ができなかったが、Lewis教授(Mills College)の支援を得て2005年7月に関連資料を収集する予定である。平成14年度の研究においては、次の成果が得られた。(1)理論的研究:1990年代後半以降の国際学力比較調査の受け止められ方に、日本とドイツの間に著しい差異があることが明らかになった。日本においては、小中学生の学力は「おおむね満足できる」と受け止められる一方で子どもの学びに対する興味が乏しく、自己と学習内容との関係の構築に成功していない。ドイツでは、学力水準の著しい低下が「PISA-Schock(ピサ・ショック)」と受け止められ、学力の底上げが課題とされている。この認識の相違が、両国における「市民性開発カリキュラム」に影響を及ぼしているものと考えられる。(2)日本における実践研究:甲山中学校(愛知県)における環境政策に関わる授業を対象に授業の記録を作成し、一人一人の学力形成と興味・関心の醸成をめざしたカリキュラム開発の方略を考察した。その成果については、2003年3月68日にドイツ・ブラウンシュヴァイク市で行われた第9回ドイツ政治教育学会全国大会(9.Bundeskongress fur politische Bildung)において、「日本における学校改革とその授業への応用-「環境政策の日独比較」(中学2年)の実践事例から-」で発表した。小学校低学年においては、翼小学校(愛知県)における地域探検単元の授業を観察し、記録の収集を図った。平成15年度の研究においては、[A]カリキュラム設計に関する理論的研究(継続)、[B]日本とドイツにおける授業実践の記録と分析について、次の成果が得られた。(1)理論的研究では、日本、ドイツの関連文献および実践報告集を収集し、文献による理論的研究を行った。日本、ドイツともにOECDによるPISA研究の影響を受けた学力論争が活発化し、市民性形成論としては近視眼的な論調が目立った。年度当初に予定していた米国に関する研究は、日本とドイツの調査、検討に予想以上に時間を要したため文献のリストアップに留まった。(2)授業研究では、日本においては岡崎市立甲山中学校ならびに稲沢市立稲沢西中学校(ともに愛知県)を、ドイツにおいてはハンブルク市内の同等学年を対象とし、市民教育分野の学習を始める第一単元の授業実践を記録にまとめ、分析を始めた。ドイツの実践記録の収集には、T.Grammes教授(ハンブルク大学)の協力を得た。(3)海外での調査研究は、オランダにおける国際市民教育・経済教育学会に参加し、世界レベルでの市民生開発カリキュラムの研究動向を探るとともに、ベルリンでの市民教育ワークショップにおいて日本の実践に関する報告を行った。アメリカでの調査は、当初John Cogan教授(ウィスコンシン大学)並びにCatherine Lewis教授(Mills大学)の協力を得て、米国における(2)と同等の実践記録を採取する予定であったが、日本とドイツの調査、検討に予想以上の時間を要したため展開できなかった。
新しい動的負荷分散を用いたGPUスパコン向け適合細分化格子法フレームワークの開発

本研究では、アプリケーション開発者の視点で、GPUスパコン上で高精度が必要な領域をより高精細な格子で計算できる高生産・高性能フレームワークを開発する。本研究では数千台を超えるGPUを搭載したスパコン上で機械学習と通信隠蔽技術により実行時間の最小化を目的とした動的負荷分散技術を確立する。これを基盤として、GPUスパコン上で適合細分化格子法(AMR法)を確立し、局所的に100倍の高解像度となる計算を実現することを目指す。この手法を様々なアプリケーションへ適用可能にするGPUスパコンに向けた高性能・高生産AMR法フレームワークを構築する。フレームワークの開発を通して、AMR法の適用技術を確立する。本年度においては、動的負荷分散技術および通信削減技術を発展させ、導入することでフレームワークの高度化を進めた。特に、動的負荷分散では、複数の木構造を用いたAMR法データ構造に着目し、木構造を順に辿りデータを割り当てることで、それぞれの木構造が局所的に分布することを活用し、データも局所化し均等に分散させることが可能となった。またカウントダウン方式の時間ブロッキング法を導入することで、ユーザコードの変更なく、GPU間の通信をまとめて実行することが可能となり、性能向上を実現した。本フレームワークを用い3次元の圧縮性流体計算コードで、東京工業大学のTSUBAME3.0の288 GPUを用い、84%の並列化効率を達成した。フレームワークの適用を目指す流体中を流れ成長する金属凝固成長計算は、流体計算には格子ボルツマン法を用いる。この格子ボルツマン法は時間更新幅が格子幅の定数倍に固定される計算手法であるために、解像度ごとに時間ステップ幅が異なり、時間方向にも物理量の補間が必要となる。この計算を実現できる機構を開発し、AMR法フレームワークへ導入した。現在までに、研究計画に示した通り、動的負荷分散手法の開発と複数GPUで実行可能なAMR法フレームワークを構築した。本年度は、特に、動的負荷分散では、複数の木構造を用いたAMR法データ構造に着目し、木構造を順に辿りデータを割り当てることで、それぞれの木構造が局所的に分布することを活用し、データも局所化し均等に分散させることが可能となった。またカウントダウン方式の時間ブロッキング法を導入することで、ユーザコードの変更なく、通信をまとめて実行することが可能となり、性能向上を実現した。昨年度までに開発したAMR法を適用した実アプリケーションで必須となるデータ入出力機構、リスタートファイル作成機能、リダクション計算を簡便に導入する基盤との統合を行い、大規模GPU計算を実現するAMR法フレームワークを構築した。計画を前倒し、有限体積法による流体計算への適用を進め、100台を超えるGPU計算においても高い性能が達成できることを実証した。流体中を流れ成長する金属凝固成長計算の流体計算部分へフレームワークを適用するため、時間方向にも物理量の補間を可能とする機構を開発し、AMR法フレームワークへ導入した。これを用いて、現在、流体中を流れ成長する金属凝固成長計算に対して本フレームワークの適用を進めている。当初、機械学習を用いたさらなる動的負荷分散の向上を計画していたが、実行性能の向上のためには動的負荷分散の最適化よりも各時間ステップ中の通信コストを削減する効果が大きいことが判明したため、通信コストの削減にも焦点を当てて研究を進めている。研究課題全体としては、計画通り進展している。大規模にGPUで実行可能なAMR法フレームワークの構築および実アプリケーションを開発する上での周辺技術の開発がほぼ完了したため、今後は、流体中を流れ成長する金属凝固成長計算への本フレームワークの適用を進め、これを完成させることを目指す。まずは流体計算の格子ボルツマン法にAMR法を適用することに注力し、AMR法を適用したフェーズフィールド法とカップリングさせ、これまでに開発した要素技術を統合することで、AMR法を適用した流体中を流れ成長する金属凝固成長を完成させる。また、並行して、当初の計画通り、機械学習の枠組みを用いた予測型の動的負荷分散手法の開発を進め、構築したAMR法フレームワークとの統合を進めていく。本手法の実現にはシミュレーションを学習し、その結果をシミュレーションすることなく推論する技術の開発が必要である。まず、AMR法よりもデータ構造や計算方法が比較的単純である直交格子上のステンシル計算で、この方法論が有効であることを示す。現在予備検討を進めている。ステンシル計算に対してこの方法を確立したのち、AMR法を適用した計算(凝固成長計算や流体計算など)に適用し、これを推論できる基盤を構築する。最終的に、高い性能を達成するAMR法を適用した大規模計算を実現することを目指す。本年度においては、ほぼ当初の計画通りに、動的負荷分散手法の開発と複数GPUで実行可能なAMR法フレームワークを構築した。

複数の時間ステップを通信なしでまとめて計算する時間ブロッキング法がステンシル計算において有効であることを確認し、これをこれまでに開発を進めてきたステンシル計算フレームワークへ効果的に取り込む方法を考案し実現した。これを発展させ、AMR法フレームワークへ導入することで、性能向上を実現した。複数の木構造により物理空間を表現することで、複数GPU計算では各プロセスの管理するリーフノードを局所化することが可能となり、これを基盤とした動的負荷分散を実現した。また、AMR法を適用した実アプリケーションで必須となるデータ入出力機構、リスタートファイル作成機能、リダクション計算を簡便に行う基盤を開発し導入した。本フレームワークを用い2次元および3次元の圧縮性流体計算コードの開発を完了し、流体中を流れ成長する金属凝固成長計算への本フレームワークの適用を進めた。フレームワークの開発を通して、GPUで高性能なAMR法アプリケーションを高生産に開発する方法についての有益な知見が得られた。本年度は、研究計画に示した通り、動的負荷分散手法の開発と複数GPUで実行可能なAMR法フレームワークを構築した。本年度は、特に複数の木構造を利用し各プロセスの管理するリーフノードを局所化することによる動的負荷分散の実現、複数の時間ステップを通信なしでまとめて計算する時間ブロッキング法のAMR法フレームワークへの導入、AMR法を適用した実アプリケーションで必須となるデータ入出力機構、リスタートファイル作成機能、リダクション計算を簡便に導入する基盤の開発を行ない、AMR法フレームワークを構築した。流体中を流れ成長する金属凝固成長計算に対して本フレームワークの適用を進めた。平成30年度以降にフレームワークの有限体積法による流体計算への適用を計画していたが、これを前倒し行い、複数の計算手法でのフレームワークの有用性の検証を進めた。研究計画では、本年度までに機械学習の枠組みを用いた動的負荷分散手法を開発することとなっていたが、AMR法のデータ構造の複雑さや別の簡便な手法による動的負荷分散の実現を進めたことから、機械学習の枠組みを用いた動的負荷分散手法の開発は当初計画よりもやや遅れており、平成30年度も継続して開発を進める。研究課題全体としては、計画通り進展している。本研究では、アプリケーション開発者の視点で、GPUスパコン上で高精度が必要な領域をより高精細な格子で計算できる高生産・高性能フレームワークを開発する。本研究では数千台を超えるGPUを搭載したスパコン上で機械学習と通信隠蔽技術により実行時間の最小化を目的とした動的負荷分散技術を確立する。これを基盤として、GPUスパコン上で適合細分化格子法(AMR法)を確立し、局所的に100倍の高解像度となる計算を実現することを目指す。この手法を様々なアプリケーションへ適用可能にするGPUスパコンに向けた高性能・高生産AMR法フレームワークを構築する。フレームワークの開発を通して、AMR法の適用技術を確立する。本年度においては、動的負荷分散技術および通信削減技術を発展させ、導入することでフレームワークの高度化を進めた。
心臓血管手術周術期における炎症性サイトカイン上昇機序の解明と遺伝子治療の応用

(研究計画)心臓血管手術に於いては虚血再還流障害等が原因で、高サイトカイン血症によりSIRSに陥る危険性が知られている。従って適度な炎症性サイトカイン産生抑制は患者に利益をもたらす可能性がある。よって心臓血管外科周術期においてグルココルチコイド投与がサイトカインバランスを修飾し、患者のOutcomeを改善するか否かを検討する事が一つの目的であった。またラットを用いた実験に於いて同様の結果が得られる実験系を確立する事がもう一つの目的であった。(研究経過及び成果)ストレス用量のHydrocortisoneの投与(2-3mg/kg)により血漿中及び肺胞上皮被覆液中のIL6,IL8,CD40,MMP9産生の抑制,IL10濃度の上昇と共に、血漿中Fatty Acid Binding Protein, NT-proBNP, Troponin I濃度の低下を認めた。よってストレス用量のグルココルチコイド投与が心筋保護に働いている事が示唆された。ラットを用いた動物実験においては、冠状動脈前下行枝結紮モデルに於いてIL10発現アデノウイルス(Ad-IL10)を尾静脈より注入することにより、冠状動脈前下行枝結紮による心筋梗塞発症後の血漿中Troponin I濃度の上昇が抑制された。従って、ステロイド投与による血漿中IL10上昇が心筋保護に作用していることが示唆された。これらの結果は学会にて発表予定である。また、心拍動下冠動脈バイパス術における術後心房細動の予測因子の解析研究発表は2004年の国際心臓血管麻酔学会において藤田昌雄賞にノミネートされた。本年度は、まず臨床研究において(心臓血管手術周術期)において、アミノ酸輸液が術後の人工呼吸時間、ICU入室期間、入院期間に及ぼす影響を調べた。アミノ酸輸液により術中の中枢体温が生理食塩水輸液群に比べ0.7±0.2度上昇し、有意に患者の周術期Outcomeを改善したことを日本麻酔学会等で報告した。また、アミノ酸輸液により血漿中IL6,IL8,sCD40,MMP9濃度が有意に低下したことも分かった。別の臨床研究に於いては人工心肺下心臓血管手術を対象にControl群、ステロイド群、PDE IIIinhibitor群の3群をDouble Blind Randomized Prospective Studyにて周術期の血漿中炎症性サイトカイン、及び抗炎症性サイトカイン濃度を測定した。また同じTime Pointで経気管支ファイバー下にマイクロサンプリング法により肺胞上皮被覆液を採取し濃度測定を行い比較検討した。血漿中及び肺胞上皮被覆液中共にステロイド及びPDE IIIinhibitor投与により炎症性サイトカイン濃度上昇(IL6,IL8,sCD40,MMP9)が抑制され、抗炎症性サイトカイン濃度(IL10,TIMP1)が上昇した。サイトカイン濃度の値は肺胞上皮被覆液中濃度が約10倍高い濃度を示した。また、Logistic解析を用いた臨床研究では、心拍動下冠動脈再建術後(約300例)の心房細動の発生に最も関連の深い要因を調査した。その結果、心拍動下においても人工心肺下冠動脈再建術と同様の心房細動発生率を示し(約30%)、心拍動下の優位性がない事が分かった。また、高年齢は心房細動を助長する因子として、輸液負荷、術中の高心拍出量が心房細動を抑制させる因子として働いていることが分かった。
HIV/SIV Vpx蛋白質のSAMHD1非依存的機能の解明

HIV-2 Vpxは、マクロファージなどで抗ウイルス宿主因子SAMHD1を分解する。本研究は、VpxのSAMHD1分解非依存的機能の解明を目的に開始した。まずC87AとP109A変異体においてマクロファージでのこの機能が低下していると考えられたため検討を行い、(1) C87などは亜鉛フィンガーを形成して蛋白質を安定化させる(2) P109が含まれるポリプロリンモチーフは蛋白質を多量化しSAMHD1分解を負に制御する、マクロファージ特異的なSAMHD1分解に関わる、など多様な役割を持つ(3) VpxはマクロファージでSAMHD1分解非依存的機能を持つ証拠はない、という結果を得た。既に研究代表者らは、HIV-2 VpxがT細胞中において抗ウイルス宿主因子SAMHD1と関わらない機能を発現することを報告した。本研究では、この機能の詳細を明らかにすることを目指している。平成25年度は、Vpxの全長にわたる点変異体19個のシリーズを用いて、pEF1/Myc-HisAに組み込んだ発現ベクターからのそれらの蛋白質の発現パターン、多量化能、およびSAMHD1分解能を調べた。SAMHD1分解に関してはまず野生型Vpxについて調べたところ、Vpxの量が多過ぎるとSAMHD1を分解することができず、分解には適当量のVpxが必要であることがわかった。そのため、一定量のVpx変異体の発現ベクターを用いてSAMHD1分解能を調べ、分解が見られないものについてはさらに発現ベクターの量を振って再度SAMHD1分解能を観察した。これらの結果と、既に研究代表者らが明らかにした、Vpx変異体のマクロファージとPBL(T細胞)中におけるウイルス増殖性付与能を比較した。その結果、野生型と同様かそれ以上の発現量を示した変異体の中で、C87A変異体は野生型Vpxと同様のSAMHD1分解能を示したが、マクロファージやPBLにおけるウイルス増殖性付与能は野生型に比べて明らかに低かった。また、P109A変異体も野生型Vpxと同様のSAMHD1分解能を示したが、マクロファージのみにおいてウイルス増殖性付与能が低かった。一方、P10L変異体にはSAMHD1分解能が全く見られなかったが、マクロファージでは野生型よりは低いものの増殖性付与能を示し、PBLでは野生型と同様の増殖性付与能が見られた。これらより、マクロファージやT細胞ではVpxがSAMHD1依存的機能を発現すること、またT細胞ではSAMHD1依存的機能がほとんどなく非依存的機能が主であることが示された。これらの結果はウイルス学的に意義深い。HIV-2の持つ蛋白質Vpxは、マクロファージ中で抗ウイルス宿主因子SAMHD1を分解する機能を持つことが知られる。本研究では、Vpxが持つ、SAMHD1非依存的機能の実態を明らかにすることを目指している。平成25年度には変異体解析を行い、C87A、およびP109A Vpx変異体が、SAMHD1非依存的機能が欠けた変異体の候補と考えられたため、今回、詳細な解析を行った。まず、HIV-2 GL-AN株C87AまたはP109A変異体からのVpx蛋白質の発現量、および放出ウイルス内における取り込み量を調べた。意外なことにC87A変異体の細胞内発現量は野生株と比べて極端に低下していた。N末端にFLAGタグを持つC87A変異体は野生株と同様に発現することを既に見出していたが、これはFLAGタグによる影響と考えられた。87番目のCは亜鉛フィンガーの形成に関わるとの報告があり、このことは亜鉛フィンガーの形成が蛋白質の安定化に寄与することを示唆する。一方、P109A変異体では、十分な量のウイルス粒子への取り込みが見られた。次に、HIV-2 P109A変異体では、マクロファージ様細胞において、感染後期過程には欠損が見られないが、前期過程における感染価が低下していることを示した。さらに、HIV感染時における内在性SAMHD1の分解を調べたところ、293T細胞内と異なり、マクロファージやマクロファージ様細胞では、P109A変異体のSAMHD1分解能は十分でないことが明らかとなった。すなわち、ポリプロリンモチーフに存在する109番目のPは、マクロファージ特異的にSAMHD1の分解を促進することが示された。これまでの研究で、このアミノ酸が多量化に関わり(今年度、BFCアッセイによっても確認)、過剰量のVpx存在下でのSAMHD1分解を抑制することも見出しており、多様な機能を持つことが示された。HIV-2の持つ蛋白質Vpxは、マクロファージ中で抗ウイルス宿主因子SAMHD1を分解する機能を持つ。本研究は、VpxのSAMHD1分解非依存的機能の解明を目的として開始した。これまでにVpxの全長に亘る点変異体19種類を用いた解析を行ったが、マクロファージ中ではSAMHD1分解依存的機能のみしか観察されなかった。その過程で、VpxのC末端のポリプロリンモチーフ(PPM)の機能、すなわちVpxの多量化に関わることとSAMHD1分解にマクロファージ特異的に関わることを見出した。また亜鉛フィンガーの機能として、蛋白質の安定的発現に関わることを見出した。本年度はまず、これらの機能の詳細を解明することにした。Vpxの多量化に関しては生化学的解析を行うために、大腸菌を用いたVpx蛋白質の大量発現を検討した。その結果N末端にHisタグを有する蛋白質として発現することを確認し、精製法を検討中である。

SAMHD1分解における関与については、蛋白質の安定化と関係があるのではないかと考え、まず293T細胞内での定常状態安定性を調べた。その結果、細胞内での発現量が多いとPPM点変異体は野生株と同様に発現するが、発現量を下げるとPPM点変異体の発現量は野生株のものに比べて低いことがわかた。さらにここにGagを共発現させるとPPM点変異体の発現は回復した。このことより、Gagが存在するウイルス放出細胞ではPPM点変異体は野生株と同様に発現しているが、標的細胞内では全長のGagが存在しないためPPM点変異体は不安定なのではないかと予想している。詳細は検討中である。さらに、7つのPPM点変異体のマクロファージにおける感染実験を行ったが、野生株よりも増殖性の低下が見られた。なお亜鉛フィンガーに関しては、検討を行っているが、メカニズムに関する明確な知見は未だ得られていない。なおSAMHD1非依存的機能については、活性化T細胞中で見られることが示唆されるため、実験を進めている。HIV-2 Vpxは、マクロファージなどで抗ウイルス宿主因子SAMHD1を分解する。本研究は、VpxのSAMHD1分解非依存的機能の解明を目的に開始した。まずC87AとP109A変異体においてマクロファージでのこの機能が低下していると考えられたため検討を行い、(1) C87などは亜鉛フィンガーを形成して蛋白質を安定化させる(2) P109が含まれるポリプロリンモチーフは蛋白質を多量化しSAMHD1分解を負に制御する、マクロファージ特異的なSAMHD1分解に関わる、など多様な役割を持つ(3) VpxはマクロファージでSAMHD1分解非依存的機能を持つ証拠はない、という結果を得た。Vpx蛋白質のSAMHD1非依存的機能の実態解明の過程で、予想外に、Vpxの持つ亜鉛フィンガーとポリプロリンモチーフの新しい機能を見出した。SAMHD1非依存的機能に関しては、マクロファージでこの機能が見られていないことを示すことができた。このような結果が得られたため、おおむね順調に進展していると考えている。ウイルス学VpxのSAMHD1非依存的機能に関しては、マクロファージではこの機能が見られないことがわかったが、PBLなどT細胞内で機能発現があることを確認している。従って、T細胞に絞って機能の実態を調べたいと考えている。また、本研究過程で、Vpxの持つ亜鉛フィンガーとポリプロリンモチーフの新しい機能を見出したが、この機能の詳細についても調べたいと考えている。当初はVpxのSAMHD1非依存的機能はT細胞で発現されることが示されており、本研究を計画した。今年度はVpxがより重要な働きを持つマクロファージにおいてもこのSAMHD1非依存的機能が発現されること、T細胞ではSAMHD1依存的機能がほとんど発現されずSAMHD1非依存的機能が主であることを示した。始めに計画した、SAMHD1非依存的機能に関わる候補因子の同定には成功していないが、新たな知見を得たこと、候補因子の同定に用いることができる変異体を決定したという点で、おおむね順調に進展していると言える。
非一様磁場中での量子輸送現象

本研究では非一様磁場中での電子の輸送現象を解析した。乱れたスカラーポテンシャルが存在する系ではコンダクタンスが普遍的な揺らぎを示し、不規則性が大きくなると電気伝導度の消失(アンダーソン転移)がみられる。一方、スカラーポテンシャルが一様でもベクトルポテンシャルが乱れているため、系の並進対称性が乱れ、上述の効果が現れる可能性がある。本研究ではこの二つのことを数値計算により調べた。まず系に一様な磁場と不規則磁場を同時にかけて、不規則磁場が大きくなるにつれてコンダクタンスの振る舞いがどのように変化するかをLandauer公式により解析した。その結果、不規則磁場があまり強くない状況では一様磁場によりつくられたエッジ状態が不規則磁場によってほとんど散乱されないという結果を得た。また、不規則磁場が強い極限では伝導は拡散的になり普遍的なコンダクタンスの揺らぎが存在することを示した。この値は従来から知られているスカラーポテンシャルが乱れている場合とほぼ一致していた。また、3次元の強束縛模型のホッピングの項の位相をランダムにした模型における局在長の有限サイズスケーリング法による解析を行った。これよりこの系ではアンダーソン転移が、ベクトルポテンシャルの乱れのみで起こることを示した。このとき、転移点における局在長の発散の臨界指数は1.1程度であると評価した。この値は従来のスカラーポテンシャルが乱れている場合の1.4よりも小さく、この系が新しいユニヴァーサリティクラスに属している可能性を指摘した。
NanoSuit法に元素分析法を組み合わせた、生きたままの昆虫表面解析と工学応用

電子顕微鏡は、光学顕微鏡では見ることが出来ない極微細な構造を高分解能で観察可能なため、開発・改良を重ねながら様々な分野で用いられてきた。しかし、イメージングに用いる電子線の特性を最大限に引き出すには、顕微鏡内を宇宙ステーション軌道に相当する高真空環境に保つ必要があった。そのため、構成成分の70-80%が水である生物試料を観察する場合には、事前の化学固定や脱水・乾燥作業(従来法)が不可欠と考えられ、生きた超微細構造の動的観察は不可能であった。我々は、昆虫が潜在的に備えているバリアー能を模倣・利用するという視点から新しい電子顕微鏡技術(NanoSuit法)を開発し、従来法とは全く異なる「生きたままの電子顕微鏡像」を得ることに成功した。本研究では、この技術を展開しNanoSuit法にEDS元素分析(エネルギー分散型X線分析・Energy Dispersive x-ray Spectrometry:どこにどのような元素が分布しているか、元素ごとにMappingできる測定法)を組み合わせることにより、これまで誰も成し得なかった「微細構造を壊すことなく、電子顕微鏡(FE-SEM)により、生きたまま・濡れたままの状態で高分解能・元素分析を行う新技術“NanoSuit_EDS法"」の開発を行ってきた。その結果、既に幾種かの昆虫を生きたままEDS解析し、これまでに発見されなかった金属元素の発現を特定した。この元素は生きている個体の針状構造にのみ局在し、従来法で作成した死んだ試料では(試料作成時に消失してしまうため)検出することが出来ない。そこで現在、さらにNanoSuit_EDS法を用い、生きたままの生体表面の元素情報を金属原子を中心にMappingし、超微細構造がもつ生きた機能の解明に取り組んでいる。これまでの解析から、ヒトスジシマカの幼虫(ボウフラ)では、口吻の毛状構造で特定金属元素が検出されることを発見した。そこで、卵からの発生過程をNanoSuit_EDS法により生きたまま解析し、特定元素の局在がどのように変化して行くのか追跡した。その結果、卵からは標的としている特定金属元素が検出されなかった。また、金属元素が含まれていない環境(蒸留水)で卵をふ化させても、これらの幼虫には金属元素はみられなかった。しかし、野外でボウフラが良く繁殖する場所から採取した水で育てると、1令、2令、3令とステージが進むごとに、金属元素の検出量は有意に増加した。この間幼虫は2回脱皮していること、また、この水自体を元素分析しても高い値の金属元素は同定されなかったことから、検出された元素は、外液の単なる付着に起因するとは考えらず、金属元素を濃縮する機構の存在が示唆された。予想外の展開もあったが、研究の進捗状況は、おおむね当初の計画通りに進んでいる。様々な条件下でヒトスジシマカの幼虫を飼育し、どのようにして金属元素の値が上昇していくのかを調べる。例えば、あらかじめ幾種かの金属を含む人工水を作成し、幼虫の生育と金属元素との連関を精査する。また、生きたままの試料を継時的に解析する技術を確立し、昆虫の発生過程における金属濃縮や形態形成の過程を解明する。さらに、ヒトスジシマカの幼虫以外の生物種でも同様のアプローチにより生体と金属元素との連関を探る。一方、高真空環境下における生命維持法の改良も試みる。NanoSuit法の基本原理は、液性の体表面物質を電子線およびプラズマ照射のエネルギーにより溶液中の生体適合物質としての高分子を重合させ、ナノスケールの薄膜を形成するものである。しかし、これまでの手法では短時間であるが、エネルギー照射まで生きた生物試料を真空環境に曝す必要が生じていた。この間の生物へのダメージの軽減を図る為に、これまでの手法にさらなる改良を施す。我々は、昆虫が潜在的に備えているバリアー能を模倣・利用するという視点から革新的電子顕微鏡技術(NanoSuit法)を開発し、従来法の像とは全く異なる「生きたままの電子顕微鏡像」を得ることに成功した。本研究では、この技術を展開しNanoSuit法にEDS元素分析(エネルギー分散型X線分析・Energy Dispersive x-ray Spectrometry:どこにどのような元素が分布しているか、元素ごとにMappingできる測定法)を組み合わせることにより、これまで誰も成し得なかった「微細構造を壊すことなく、電子顕微鏡(FE-SEM)により、生きたまま・濡れたままの状態で高分解能・元素分析(NanoSuit_EDS法)を行う新技術」の開発を行ってきた。その結果、既に幾種かの昆虫を生きたままEDS分析し、これまでに発見されなかった金属元素の発現を特定した。この元素は生きている個体の体表にみられる針状構造にのみ局在し、従来法で作成した死んだ試料では(試料作成時に消失してしまうため)検出することが出来ない。そこで現在、さらにNanoSuit_EDS法を用い、生きたままの生体表面の元素情報を金属原子を中心にMappingし、超微細構造がもつ未知の機能の解明に取り組んでいる。従来のEDSによる元素分析法は、化学固定・脱水・乾燥処理を施した試料を用いていた為「生きたままの高分解能解析」は不可能であった。また、この技術で作成された試料は収縮・変形により本来の微細構造を反映していないだけでなく、多様な溶液処理を行う結果として、生体試料中に付着しているだけの元素は洗い流され、残っていても局在や分布は修飾されていた。本新技術により、種々生きたままの生体表面の元素情報が明らかになった。

研究の進捗状況は、おおむね当初の計画通りに進んでいる。電子顕微鏡は、光学顕微鏡では見ることが出来ない極微細な構造を高分解能で観察可能なため、開発・改良を重ねながら様々な分野で用いられてきた。しかし、イメージングに用いる電子線の特性を最大限に引き出すには、顕微鏡内を宇宙ステーション軌道に相当する高真空環境に保つ必要があった。そのため、構成成分の70-80%が水である生物試料を観察する場合には、事前の化学固定や脱水・乾燥作業(従来法)が不可欠と考えられ、生きた超微細構造の動的観察は不可能であった。我々は、昆虫が潜在的に備えているバリアー能を模倣・利用するという視点から新しい電子顕微鏡技術(NanoSuit法)を開発し、従来法とは全く異なる「生きたままの電子顕微鏡像」を得ることに成功した。本研究では、この技術を展開しNanoSuit法にEDS元素分析(エネルギー分散型X線分析・Energy Dispersive x-ray Spectrometry:どこにどのような元素が分布しているか、元素ごとにMappingできる測定法)を組み合わせることにより、これまで誰も成し得なかった「微細構造を壊すことなく、電子顕微鏡(FE-SEM)により、生きたまま・濡れたままの状態で高分解能・元素分析を行う新技術“NanoSuit_EDS法"」の開発を行ってきた。その結果、既に幾種かの昆虫を生きたままEDS解析し、これまでに発見されなかった金属元素の発現を特定した。この元素は生きている個体の針状構造にのみ局在し、従来法で作成した死んだ試料では(試料作成時に消失してしまうため)検出することが出来ない。そこで現在、さらにNanoSuit_EDS法を用い、生きたままの生体表面の元素情報を金属原子を中心にMappingし、超微細構造がもつ生きた機能の解明に取り組んでいる。これまでの解析から、ヒトスジシマカの幼虫(ボウフラ)では、口吻の毛状構造で特定金属元素が検出されることを発見した。そこで、卵からの発生過程をNanoSuit_EDS法により生きたまま解析し、特定元素の局在がどのように変化して行くのか追跡した。その結果、卵からは標的としている特定金属元素が検出されなかった。また、金属元素が含まれていない環境(蒸留水)で卵をふ化させても、これらの幼虫には金属元素はみられなかった。しかし、野外でボウフラが良く繁殖する場所から採取した水で育てると、1令、2令、3令とステージが進むごとに、金属元素の検出量は有意に増加した。この間幼虫は2回脱皮していること、また、この水自体を元素分析しても高い値の金属元素は同定されなかったことから、検出された元素は、外液の単なる付着に起因するとは考えらず、金属元素を濃縮する機構の存在が示唆された。予想外の展開もあったが、研究の進捗状況は、おおむね当初の計画通りに進んでいる。我々は、既に『生きた植物・動物試料を用いたNanoSuit_EDS法』の開発に着手している。NanoSuitにより超微細構造が損なわれることなく観察される上、従来の「死んだ試料を解析する方法」に比べ、生きたままの試料では、EDSで検出される元素の種類・局在部位が大きく異なることが明らかになった。
C9FTD/ALSと孤発性ALSを繋ぐ病態機序の解明

孤発性ALSと同様のTDP-43病理を示す疾患であるC9FTD/ALSの遺伝子が同定された.見いだされた原因遺伝子は非翻訳領域のGGGGCC配列の増大であった.このような非翻訳領域のリピート病の病態機序は,スプライシングの乱れで説明されている.そこで,C9FTDALSに於けるTDP-43のスプライシングを検討した.リその結果、GGGGCC配列に結合する複数のRNA結合タンパクを同定した.しかし,それがTDP-43の自己調節には大きな影響を与えていないと結論した.TDP-43病理像との関係は,TDP-43を介さない他の系を介したものである可能性が考えられた.GGGGCC繰り返し配列を有するクローンの作製を行った.C9FTD/ALS患者DNAを鋳型として,PCR法によりGGGGCCクローンをもつ断片のクローニングをすでに終了していた.GGGGCC配列はPCRでの増幅が困難であったが,申請施設は繰り返し配列のPCR法での増幅に豊富な経験があり,患者DNAにて増大繰り返し配列の増幅とクローニングに成功した.我々は,得られた断片のライゲーションを繰り返すことにより正常域を超えた100リピート以上の繰り返し配列をもつ断片のクローニングに成功した.本クローンを用いて,GGGGCC繰り返し配列に結合する蛋白質の同を試みた.得られたクローンから.得られた蛋白質をSDS-PAGEにて分離・展開した後にLC-MS/MSによる分析を行い,結合蛋白質を同定した.さらにこれらのタンパク質の発現ベクター,siRNAによる検討を行った.また抗体の検討を加え,得られたクローンが問題の無いことを確認した.筋萎縮性側索硬化症(ALS)の研究は,近年飛躍的に進んでいる.中でも昨年のC9FTD/ALS (Frontotemporal Dementia and/or ALS)の原因遺伝子の発見は,極めて示唆に富む.見いだされた原因遺伝子は非翻訳領域のGGGGCC配列の増大であった.このような非翻訳領域のリピート病の病態機序は,筋緊張性ジストロフィー症,脆弱X症候群にて明らかにされており,スプライシング因子が,増大した繰り返し配列部に結合することにより,スプライシングの乱れが起こることで説明されている.一方,我々はTDP-43が多様なスプライシング体を持ち,一部は易凝集性を示すデータを得ている.このことから,C9FTDALSでは,スプライシング因子を介しTDP-43のスプライシングに影響を及ぼしTDP-43病理を呈すると推察した.本研究申請は,このスプライシング因子を特定し,両者の病態機序を繋げることを目的とする.今年度はGGGGCC繰り返し配列に結合する蛋白質の同定を試みG4C2繰り返し配列をもつRNAに結合する蛋白質をSDS-PAGEにて分離・展開した後にLC-MS/MSによる分析を行い,結合蛋白質を同定した.一方,既報からGGGGCC配列に結合すると考えられるいくつかのスプライシング因子が想定されている.我々は,TDP-43の自己発現調節機構の研究から,すでに主要なスプライシング因子である,SR蛋白,hnRNP蛋白の発現ベクター,siRNA,抗体を保有しており,それらの検討を行った.筋萎縮性側索硬化症(ALS)の研究は,近年飛躍的に進んでいる.中でも昨年のC9FTD/ALS (Frontotemporal Dementia and/or ALS)の原因遺伝子の発見は,極めて示唆に富む.見いだされた原因遺伝子は非翻訳領域のGGGGCC配列の増大であった.このような非翻訳領域のリピート病の病態機序は,筋緊張性ジストロフィー症,脆弱X症候群にて明らかにされており,スプライシング因子が,増大した繰り返し配列部に結合することにより,スプライシングの乱れが起こることで説明されている.一方,我々はTDP-43が多様なスプライシング体を持ち,一部は易凝集性を示すデータを得ている.このことから,C9FTDALSでは,スプライシング因子を介しTDP-43のスプライシングに影響を及ぼしTDP-43病理を呈すると推察した.本研究申請は,このスプライシング因子を特定し,両者の病態機序を繋げることを目的とする.GGGGCC繰り返し配列に結合する蛋白質の同定を試みG4C2繰り返し配列をもつRNAに結合する蛋白質をSDS-PAGEにて分離・展開した後にLC-MS/MSによる分析を行い,結合蛋白質を同定した.さらに既報からGGGGCC配列に結合すると考えられるいくつかのスプライシング因子が想定されている.我々は,TDP-43の自己発現調節機構の研究から,すでに主要なスプライシング因子である,SR蛋白,hnRNP蛋白の発現ベクター,siRNA,抗体を保有しており,それらの検討を行い、両者の核内挙動を明らかとした。孤発性ALSと同様のTDP-43病理を示す疾患であるC9FTD/ALSの遺伝子が同定された.見いだされた原因遺伝子は非翻訳領域のGGGGCC配列の増大であった.このような非翻訳領域のリピート病の病態機序は,スプライシングの乱れで説明されている.そこで,C9FTDALSに於けるTDP-43のスプライシングを検討した.リその結果、GGGGCC配列に結合する複数のRNA結合タンパクを同定した.しかし,それがTDP-43の自己調節には大きな影響を与えていないと結論した.TDP-43病理像との関係は,TDP-43を介さない他の系を介したものである可能性が考えられた.計画通りにG4C2増大RNAに結合する因子の同定に成功し,計画は概ね予定通りに進行している.神経内科学

今後,同定した蛋白質のTDP-43のRNA代謝に与える影響を検討し,両者の関係を明らかとする予定である.予定通りGGGGCC配列に結合する転写因子群の同定に成功しているため.データー解析が主体で有り,消耗品を使用する必要が今年度はなかったために,生化学的解析費用を次年度へ繰り越しを行った.当初の計画通りに遂行する.単離した蛋白質の生化学的解析を行う物品費として使用する計画は順調進んでいるが,分子生物学的解析には,サンプルが十分に集まった後にまとめて解析した方が望ましいと考え,平成26年度に解析過程を延長したため.分子生物学的解析に使用する