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小売・外食企業による生鮮食品調達・加工システムの新展開に関する実証的研究

小売・外食企業による生鮮食品調達・加工システムの新展開に関する実証的研究の中で、最終年度は、惣菜・弁当あるいは外食といった加工業務用の青果物に焦点を当て、産地側からの実証分析を行った。その結果、産地の生産者、農協の段階では、加工業務用野菜は事前の契約栽培の性格が強く、安定した取引条件となっていたが、小売・外食企業に納入している業者、さらにはそうした納入業者に加工業務用野菜を販売している卸売市場の業者などでは、頻繁なメニュー変更あるいは販売状況の善し悪し等によって、極めて不安定な取引となっていることを解明した。このように、川上では安定した契約栽培、川下では不安定な機会主義的な調達講堂、とその乖離は大きく、そのことが卸売市場の卸売業者、仲卸業者をはじめとする中間の流通を担う商業者の存立基盤にもなっていることを明らかにした。4年間にわたる研究期間を通じて、小売・外食企業の調達・加工システムの新展開について、一方ではチェーンスーパーなどが、地産地消運動の普及への対応としてエリア対応、分権的な調達を重視し、そのことを競争手段として活用しようとしていることを明らかにした。他方では、惣菜や外食向けの食材としての青果物については、生鮮形態で販売される青果物とはまた別の理由で、その購買品目、購入数量は不安定であり、機会主義的ともいえる調達行動が一般的であることが明らかとなった。加えて、本研究課題の一環として韓国・ベトナムの実態調査も実施することが出来、韓国の外食産業ではキムチなど前菜に当たるバンチャンとメニュー品目という2種に分かれており、外食チェーンでもバンチャンは各店舗に品目や食材調達が任されていることを解明した。ベトナムでは小売企業(チェーンスーパー)の分析を行い、安全野菜といわれる野菜の調達構造が国内系企業と外資系企業とで大きく異なることを明らかにした。中四国地域ならびに九州地域を対象として、チェーンスーパーによる青果物調達方式に関する現状分析を行い、チェーンスーパー各社が店舗の広域展開を行い、スケールメリットの発揮による効率的な調達を全国の産地や輸入品について実現しつつ、消費者の地場産品指向に対応するため、エリアバイヤーを多数各地区に配置し、地場産品の調達を円滑に行っていることを明らかにした。こうした地区仕入れはまた、卸売市場からの大量一括仕入れにともなう価格の高騰を回避するために行われいていることをも解明した。さらに、各地区内の卸売市場からの仕入れ比率は、本部所在地区において低くなる傾向にあり、その理由として、本部所在地区には配送センターも併設されていて、産地や遠隔地の卸売市場などから仕入れた青果物を効率的に店舗に配送することが可能なこと、消費者の指向などへの理解が進んでいることから卸売市場に頼らない調達が可能なことなどがあることを解明した。韓国外食企業の青果物調達に関する実態調査を実施した。外食企業の提供する料理は、メニューに掲載される料理と、韓国ではバンチャンと呼ばれるキムチなど前菜から構成されている。このうちメニュー料理のための青果物の調達はチェーン本部が担当しており、卸売市場、農協・営農組合法人などとならんで納入業者から調達が行われ、その比率は納入業者からの調達が圧倒的であること、バンチャンについては各加盟店がそれぞれ独自に卸売市場から調達していることが明らかとなった。さらに、チェーン本部が利用する納入業者の分析を進め、納入業者が分散零細的な産地・生産者と外食企業との間にあって、物量確保、品揃えの充実などの流通諸機能を発揮することによって、外食企業は効率的な調達を行うことが可能となっていることを明らかにした。当初、27年度に予定していた、小売・外食企業による青果物調達・加工対応のマクロ的な把握は出来なかったが、韓国を含むケーススタディを先行させ、多くの知見を得た。九州地域を対象としたチェーンスーパーによる青果物調達方式に関し、2000年前後との比較分析を行った。同地域においては大手のチェーンスーパーが相次いで経営破綻し、域外本拠のナショナル・リージョナルチェーンに統合されたこと、これらのチェーンの多くは九州本部を設置してバイヤーを配置するとともに、約10店舗を単位として地区分けを行い、エリアバイヤーを配置していること、各チェーンは輸入品と全国的な開発商品については域外にある本社が担当し、全国商材でも差別性の低い商品ならびに九州域内産品については九州本部の管轄とし、さらに地場産品の調達等についてはエリアバイヤーが担当していることが明らかになった。ただ、チェーンの中には効率性を重視して商品を極力標準化し、九州地域を地区分けせず九州本部も大幅に縮小するところも現れてきている。その結果、域外本社からの供給の増大と、域内調達における福岡市場の利用増加が生じていることを明らかにした。また、アメリカ中西部(ミシガン州)の調査を行い、中小規模生産者の農産物商品化を支援するため、ファーマーズマーケットのみならず、フードハブ運動と呼ばれる、中小生産者と小売店・レストランなどを繋ごうとする運動が盛んになってきていることを明らかにしている。また、韓国外食チェーンによる食材調達分析として、産地出荷団体(農協・営農組合法人)のうち、外食チェーンに直接販売している事例を分析し、農協については大規模な流通センターを形成して韓国全土から広域集荷を行い、スーパーを含む多数のチェーンに対して販売していることを明らかにした。チェーンスーパーの地域分析、韓国外食チェーンの食材調達分析については、論文化を進め、前者については受理され、後者についても学会報告を終え、これから仕上げ、投稿にもっていきたい。今年度は国内研究としては、九州地域における調査研究(スーパーによる青果物調達システムの再編)の最終取りまとめを行った。

その要諦は、チェーンスーパー各社はその青果物調達に当たって、チェーン本部による全国商材の一括調達による効率化を進めるとともに、各地区における消費者の嗜好の違いに対応するため、主として地場産青果物については各地区内の卸売市場からの分権的な調達システムを構築していることである。以上の国内研究と並行して、海外調査研究を重点的に進めた。まず、韓国において、卸売市場調査を行い、小売・外食チェーンへの青果物の供給体制についてヒアリングを行うとともに、外食チェーンの購買担当者協会への調査を行い、各外食チェーンが食材調達において卸売市場と納入業者に依存した調達システムを構築していることを把握した。また、ベトナム北部(ハノイ市)においてチェーンスーパーの青果物取り扱い状況についてのヒアリング調査を実施した。スーパー各社はベトナムで政策的に推進されつつある安全野菜を中心とした販売構成を採っていること、各チェーンの出自(外国資本、国内資本)によって、安全野菜のレベルが異なり、外国資本のチェーンではベトナム政府の安全野菜(RAT)、国内資本ではVietGAP、有機農産物というより高次の安全野菜を主力で取り扱っていること、調達経路についても、前者が納入業者依存であるのに対し、後者は産地の農協からの調達および自社農場での直接生産をしている等の相違があることを明らかにした。本務地における学科長等の業務、日本農経学会総務担当副会長の業務、全国大学生協連理事の業務が多く、国内調査研究の企画立案そのものが十分に出来なかった。小売・外食企業による生鮮食品調達・加工システムの新展開に関する実証的研究の中で、最終年度は、惣菜・弁当あるいは外食といった加工業務用の青果物に焦点を当て、産地側からの実証分析を行った。その結果、産地の生産者、農協の段階では、加工業務用野菜は事前の契約栽培の性格が強く、安定した取引条件となっていたが、小売・外食企業に納入している業者、さらにはそうした納入業者に加工業務用野菜を販売している卸売市場の業者などでは、頻繁なメニュー変更あるいは販売状況の善し悪し等によって、極めて不安定な取引となっていることを解明した。このように、川上では安定した契約栽培、川下では不安定な機会主義的な調達講堂、とその乖離は大きく、そのことが卸売市場の卸売業者、仲卸業者をはじめとする中間の流通を担う商業者の存立基盤にもなっていることを明らかにした。4年間にわたる研究期間を通じて、小売・外食企業の調達・加工システムの新展開について、一方ではチェーンスーパーなどが、地産地消運動の普及への対応としてエリア対応、分権的な調達を重視し、そのことを競争手段として活用しようとしていることを明らかにした。他方では、惣菜や外食向けの食材としての青果物については、生鮮形態で販売される青果物とはまた別の理由で、その購買品目、購入数量は不安定であり、機会主義的ともいえる調達行動が一般的であることが明らかとなった。加えて、本研究課題の一環として韓国・ベトナムの実態調査も実施することが出来、韓国の外食産業ではキムチなど前菜に当たるバンチャンとメニュー品目という2種に分かれており、外食チェーンでもバンチャンは各店舗に品目や食材調達が任されていることを解明した。
肛門腫瘍に対する強度変調小線源治療用アプリケーターの開発（３Dプリンター使用）

本研究は、複雑な形状を呈する患部でも放射線治療(小線源治療)を最適化するアプリケータ(補助器具)の標準モデルを設計・開発する。本研究計画は、研究期間内に新しいアプリケータを設計する。検証を行いながら形状の妥当性を確認し、正式な設計図を作成する。3Dプリンタを用い、適切な材質を使用する。作成したアプリケータを用いて線量分布を作成し、アプリケータの妥当性を検証する。本研究で設計したモデルのアプリケータの臨床応用に移行可能かどうかを検討する。【平成28年度】3Dプリンタによるアプリケータの作成1ボランティアの肛門周囲のCT画像のデータを用いて新しいアプリケータの設計図を作成(外部委託)。2その設計図から3Dプリンタにてアプリケータを作成。アプリケータの材質には放射線治療に適切な材質を使用。4線量測定用のファントムはアプリケータのデータを用いて3Dプリンタにて作成。【平成29年度】3Dプリンタによるアプリケータを用いて治療計画装置にて線量分布を作成した。検証用のフィルムを挿入可能なファントムを作成したが、フィルム検証を試みたが、線量検証における誤差が大きく、フィルム検証は困難と考えられた。【平成30年度】29年度においてフィルム検証が困難であることが判明したことから研究の方向性を修正した。研究者自らでComputer-aided design(CAD)ソフトを使用し、膣・肛門の両方に使用可能な膣鏡型のアプリケータを設計し、3Dプリンタを自ら購入して作成した。作成したアプリケータを用いて標準的な線量分布を高線量率小線源治療用の治療計画装置を用いて作成し、既存のアプリケータでの線量分布と比較して許容範囲内であることを確認した。得られた結果を学会誌に投稿準備中である。肛門部悪性腫瘍治療における肛門部の機能・形態の『温存』において、放射線治療は外科療法より優れている。しかしながら、肛門患部の複雑な形状は、適切な線量分布の妨げとなり適用例が限られてしまう。本研究は、複雑な形状を呈する肛門患部でも放射線治療(小線源治療)を最適化するアプリケーター(補助器具)の標準モデルを設計・開発する。本研究計画は、研究期間内に肛門周囲の皮膚・粘膜曲面を考慮した新しいアプリケーターをCT画像を用いて設計する。仮の形状を歯科用マウスピース材を用いて作成し、検証を行いながら形状の妥当性を確認し、正式な設計図を作成する。3Dプリンターを用い、放射線治療用としてCT値が水等価な材質を使用する。作成したアプリケーターを用いて線量分布を作成し、線量測定して検証する。照射精度の担保を確認し、本研究で設計した標準モデルのアプリケーターの臨床応用に移行可能かどうかを検討する。【平成28年度】3Dプリンタによるアプリケーターの作成1ボランティアの肛門周囲のCT画像(DICOMデータ)をパソコンソフトを用いて処理、解析した。2仮のアプリケーターとして歯科用マウスピース作成材質(エクザファインパテタイプ、歯科マウスピース作成機)を用いて作成し、肛門部に適合するかどうかを確認しつつ、解析データを用いて新しいアプリケーターの設計図を作成(外部業者委託)。3その設計図から3Dプリンターにてアプリケーターを作成した。アプリケーターの材質には放射線治療に適切である水等価の材質(ナイロン12)を使用した。(サイズ違いのものも作成した。)4線量測定用のファントムは購入済みのものを使用することを当初は考慮したが、精度が低い可能性を危惧し、作成した設計データを用いて線量測定用のファントムを新たに3Dプリンターにて作成した。29年度は、治療計画装置にて線量分布を作成し、検証実験を行う予定である。

肛門部悪性腫瘍治療における肛門部の機能・形態の『温存』において、放射線治療は外科療法より優れている。しかしながら、肛門患部の複雑な形状は、適切な線量分布の妨げとなり適用例が限られてしまう。本研究は、複雑な形状を呈する肛門患部でも放射線治療(小線源治療)を最適化するアプリケーター(補助器具)の標準モデルを設計・開発する。本研究計画は、研究期間内に肛門周囲の皮膚・粘膜曲面を考慮した新しいアプリケーターをCT画像を用いて設計する。仮の形状を歯科用マウスピース材を用いて作成し、検証を行いながら形状の妥当性を確認し、正式な設計図を作成する。3Dプリンターを用い、放射線治療用としてCT値が水等価な材質を使用する。作成したアプリケーターを用いて線量分布を作成し、線量測定して検証する。照射精度の担保を確認し、本研究で設計した標準モデルのアプリケーターの臨床応用に移行可能かどうかを検討する。【平成28年度】3Dプリンタによるアプリケーターの作成1ボランティアの肛門周囲のCT画像(DICOMデータ)のデータを用いて新しいアプリケーターの設計図を作成(外部業者委託)。2その設計図から3Dプリンターにてアプリケーターを作成した。アプリケーターの材質には放射線治療に適切である水等価の材質(ナイロン12)を使用した(サイズ違いのものも作成)。4線量測定用のファントムはアプリケータのデータを用いて線量測定用のファントムを3Dプリンターにて作成した。【平成29年度】3Dプリンタによるアプリケーターを用いて治療計画装置にて線量分布を作成した。検証用のフィルムを挿入可能なファントムを作成したが、線量評価点を設定し、フィルム検証を試みたが、線源近傍の線量検証における誤差が大きく、フィルム検証は困難な可能性が考えられた。30年度は、線量分布の検証の方法を変更して対応予定である。3Dプリンタによるアプリケーターを用いて治療計画装置にて線量分布を作成した。30年度は線量分布の検証の方法を変更して対応予定である。本研究は、複雑な形状を呈する患部でも放射線治療(小線源治療)を最適化するアプリケータ(補助器具)の標準モデルを設計・開発する。本研究計画は、研究期間内に新しいアプリケータを設計する。検証を行いながら形状の妥当性を確認し、正式な設計図を作成する。3Dプリンタを用い、適切な材質を使用する。作成したアプリケータを用いて線量分布を作成し、アプリケータの妥当性を検証する。本研究で設計したモデルのアプリケータの臨床応用に移行可能かどうかを検討する。【平成28年度】3Dプリンタによるアプリケータの作成1ボランティアの肛門周囲のCT画像のデータを用いて新しいアプリケータの設計図を作成(外部委託)。2その設計図から3Dプリンタにてアプリケータを作成。アプリケータの材質には放射線治療に適切な材質を使用。
都市別被災方策事前提案システムの提案

平成29年度における成果は以下にまとめられる。i)4D-CADを用いた住居損壊予測モデルの開発住居損壊予測モデルとして3次元モデルに対して地震波を入力することで、構造部材ごとの加速度、変位を経時的に推定可能とした。これにより非構造部材として取付けられている内・外装材および天井アンカーに発生する外力の算定が可能となり、タイル剥落やアンカー抜けなどのリスク推定への転用も可能となった。なお本モデルは3D-CADソフトウェアを使用した動的シミュレーションによる推定を行っており、構造解析として有限要素法を用いたモデルの検討については、次年度に持ち越すこととした。ii)被災による震災廃棄物発生マップおよび建設系資源需要マップの作成藤原ら*によるGISを用いたマッピング手法を参考としたマップ作成手法を提案した。次年度の有限要素法を使用した住居損壊予測モデルの開発を待って、都市を対象としたマップ作成を行うこととした。iii)廃棄物回収最適化手法の開発(追加研究)震災廃棄物の効率的利用を目的とする本研究の追加研究として、廃棄物回収最適化手法の開発を行った。住居損壊予測モデルと同様に3D-CADソフトウェアを動的シミュレーションに用い、混在した震災廃棄物の回収手法による総コストの推定を可能とした。回収廃棄物を純度によって再生資源と混廃に区分することで、震災廃棄物の回収時における分別精度とコストの相関について明らかとした。また回収重機の動作をアルゴリズムにより制御させることで、回収手法における効率性の比較も可能となった。*藤原健史,中村彰太,2013,地図情報を用いた災害廃棄物の発生量予測と収集輸送計画,EICA,Vol.17(4),pp58-65外部委託を行うプログラマについて、開発ソフトウェアであるBlenderに専門性の高い海外プログラマが直前のプロジェクトのデバック対応の関係から新規委託が受けられず、協力が得られないことが判明した。そのため新たにプログラマの選定を行う必要があり、モデル開発に遅れが発生した。住居損壊モデルの開発においてプログラミングの外部委託の遅れから、構造解析への拡張に遅れが発生している。次年度に計画している最適方策立案モデルの開発においても住居損壊モデルを用いるため、計画を変更し、次年度においても住居損壊モデルの開発を延長して行うこととする。
中枢神経障害という新たな視点から糖尿病による排便機能障害の病態解明

排泄は生きていく上で欠かせない行為であり、特に排便機能の障害は年々増加している糖尿病でも起こるため、この障害に対するリハビリテーションの需要は高い。これまで排便動作に重要な腹壁筋において、糖尿病によって中枢神経と筋の形態変化が起こることを私たちは明らかにし、排便動作の主要な筋である外肛門括約筋についても調べた。これら形態変化の要因を明らかにするためにはさらに免疫組織学的手法や電気生理学的手法による実験が必須である。よって本研究では、排便機能に重要な腹壁筋と外肛門括約筋を新たな視点から解析することによって病態変化の機序を明らかにし、排便機能障害のリハビリテーションの発展を目指す。
身障者雇用企業の時間地理学的分析に基づく、高齢化社会の企業組織についての実証研究

本研究では高齢化社会において高齢者の雇用と社会参加の場を提供しうる企業組織のありかた探るために、大分県別府市の自動車部品メーカーホンダ太陽(株)による身体障害者と健常者との「異者協働」への取組についての詳細な事例研究を行った。平成8年4月に同社が工場の新設に伴う大幅な組織・業務内容の改訂を行い、当初予定していた時間地理学的手法による定量的な調査が困難になったため、同社の経営者・管理職へのインタビュー調査を中心とした定性的な調査を行い、以下のような知見が得られた。ホンダ太陽はその創設時より、いわゆるノーマライゼーション(normalization)の観点から、従来のような「収容施設」的な「障害者だけの職場」ではなく、「障害者と健常者が共に生き生きと働ける職場づくり」を目指してきた。しかし、そうしたビジョンに基づいて実際に会社づくり・組織づくりに取り組んでいくうちに、その実現を妨げているのが、実は障害者自身の中にある学習性無力感(自分達は健常者に比べて能力が低いという「劣等感」あるいは「否定的な自己イメージ(=自分に対するラベル)」)であることに気がついた。そこで、そうした障害者達の学習性無力感を解消するために、1)彼らが持っている(あるいは陥りやすい)否定的な自己イメージを継続的に揺さぶり続ける、2)彼らの自己効力を高め、より肯定的な自己イメージの創造を支援・促進する、という2つの大きな働きかけを行い、それによって個人と組織が共に成長する職場づくりに成功した。今後はこうした研究成果を踏まえて、同社の現場レベルにおける異者協働のためのより具体的な取組内容とその一般化可能性、およびそうした同社の先駆的な試みを支えている事業環境や地域社会のありかたなど、よりマクロな構造的要因について、当初計画していた時間地理学的手法などを用いて研究を継続していく予定である。
光化学系２複合体の初期構築過程の解明

光合成光化学系II(系II)複合体は、20種類ものタンパク質から構成される膜タンパク質複合体であり、しかも、常に修復あるいは新規構築されている。本研究により、系IIの構築初期の未成熟複合体を精製することができた。その複合体のプロテオミクス解析を行うことにより、反応中心複合体のサブユニットであるシトクロムよりも先にその複合体に結合するコアサブユニットが特定され、系II構成サブユニットタンパク質の結合していく初期の順序が判明した。さらに、反応中心複合体の構築初期にだけ複合体に結合する10種類の機能未知タンパク質も見出され、系II構築の初期過程が明らかとなった。光合成光化学系II複合体は、20種類ものタンパク質から構成される膜タンパク質複合体であり、しかも、常に修復あるいは新規構築されている。その構築過程の全容解明を目指し、本研究では構築の第一ステップつまり複合体の誕生に関わるタンパク質・因子を発見・特定し、その機能の解析を行う。当該タンパク質を特定して機能を解明することは、環境ストレスにより光化学系IIが減少しやすい作物の分子育種の基礎ともなり、作物の生産性向上や大気中二酸化炭素の低減に繋がることが期待される。前年度までに、シアノバクテリアSynechocystis 6803のクロロフィル合成経路の光非依存的な酵素群を遺伝子工学的に破壊した変異体を作製し、この株を暗中で培養すると光化学系IIの蓄積が非常に少ないことを確認した。また、この変異株を親株とし、光化学系IIと光化学系Iの特定のサブユニットのN-末端に遺伝子工学的にHistidine-tagの導入を行った。24年度は、この二重変異株を主要な株として用いた。暗中・グルコース存在下で培養することによって光化学系複合体をほとんど含まない状態の細胞とし、光照射によりクロロフィルの合成、光化学系複合体の新規構築過程を誘導した。光照射開始後24時間の間の光化学系複合体の蓄積状況を解析すると、光化学系II複合体の蓄積が系I複合体よりも遅かった。また、系II複合体のサブユニット間の相異を比較すると、反応中心タンパク質D1が内在性アンテナタンパク質よりも速く蓄積されていた。さらに興味深いことに、D1タンパク質の含量は光照射前には少なかったにもかかわらず、反応中心複合体のある小サブユニットが暗中で多量に蓄積されていた。この小サブユニットが系II複合体の構築初期に重要な働きをしている可能性が高いことが判明した。その構築過程の全容解明を目指し、本研究では構築の第一ステップつまり複合体の誕生に関わるタンパク質・因子の発見・解析を行った。当該タンパク質の特定・機能解明は、環境ストレスにより系IIが減少しやすい作物を改良するための基礎ともなり、作物の生産性向上や大気中二酸化炭素の低減に繋がることが期待される。前年度までに、クロロフィル合成経路の光非依存的な酵素群を遺伝子工学的に破壊し、反応中心複合体の一つの小サブユニットタンパク質にHis-tagを導入したシアノバクテリアSynechocystis 6803の変異体を作出し、暗中・グルコース存在下で長期間培養することによってクロロフィル及び系I・系II複合体をほとんど含まない状態の細胞を得ることに成功した。そして、光照射開始とともに、系II及び系I複合体の構築を誘導することにも成功した。また、暗中培養の細胞の解析により、成熟型複合体とは異なり、反応中心複合体の特定の小サブユニットが暗中で多量に蓄積されていることが明らかとなった。最終年度は、そのような細胞から膜画分を調製し、界面活性剤で可溶化して、Ni-NTAカラムによるアフィニティ精製を行った。その結果、系IIの構築初期の未成熟複合体を精製することができた。葉緑体チラコイド膜上には異なる膜タンパク質複合体も含まれているにもかかわらず、新規合成された各サブユニットタンパク質が紛うことなく集合し、複雑な複合体を構築する。

当該タンパク質を特定して機能を解明することは、環境ストレスにより光化学系IIが減少しやすい作物の分子育種の基礎ともなり、作物の生産性向上や大気中二酸化炭素の低減に繋がることが期待される。このような目的のために、シアノバクテリアSynechocystis 6803のクロロフィル合成経路の「光依存的な酵素」と「光『非』依存的な酵素複合体」のうち、光に非依存的な酵素群を遺伝子工学的に破壊した変異体を作製した。この株は暗中・グルコース存在下で増殖したが、クロロフィルの新規合成はほとんど無かった。また、そのような細胞には光化学系II複合体のサブユニットもごくわずか含まれるだけであった。光を照射すると、急速にクロロフィルが合成され始め、光化学系II複合体の量も増加した。モヤシに光を当てたときの状態である。また、この変異株を親株とし、光化学系IIと光化学系Iの特定のサブユニットのN-末端に遺伝子工学的にHistidine-tagの導入を行った。Hisitidine-tagの導入が確認されたので、光を照射し始めたときに形成され始める未熟な光化学系複合体の精製が可能となった。また、構築・修復過程にある未熟複合体の詳細なタンパク質解析のために、膜タンパク質を分離することが可能な等電点二次元電気泳動法の実用化に取り組んだ。作出した二重変異株を用いて、暗中・グルコース存在下で培養することにより、光化学系II複合体および各種の系IIサブユニットはほとんど蓄積されていない状況で、反応中心複合体のある特定の小サブユニットが多量に蓄積されていることが判明した。この小サブユニットが系II構築の初期過程で重要な働きをしている可能性が高い。すでにこの小サブユニットにはHistidine-tagを遺伝子工学的に導入してあることから、光照射前の細胞を大量に集め、可溶化後にアフィニティクロマトグラフィによる精製を行うことが容易である。これにより、系II構築の最初期に関わっているタンパク質群を網羅的に把握する目処がたった。このような理由で、「おおむね順調」とした。平成23年度は、シアノバクテリアSynechocystis 6803のクロロフィル合成に関わる光に非存的な酵素群を遺伝子工学的に破壊することにより、光によって初めてクロロフィルが合成される変異体を作出し、クロロフィル合成が光で誘導される系を構築し、さらに光化学系II複合体の構築を光で誘導する条件を決定することを目指した。そして、このような変異体の作出ができれば、それを親株とし、他の変異の導入のための遺伝子改変(光化学系IIサブユニットタンパク質や関連のタンパク質の欠失、またはそれらへのHistidine-tagの導入等)を行う計画であった。クロロフィル合成系酵素の欠損株作出が終了し、クロロフィル合成および光化学系II複合体の構築誘導も確認することができた。さらに、この欠損株を親株として他のサブユニットの欠損や、特定サブユニットへのHistidine-tag導入も行うことができた。マイルストーンとなる構築・修復過程に関わる因子の特定には至っていないが、この特定は平成23年度に得られた各種の変異株を利用して24年度までかかるとの計画であった。
未熟児の脳の成熟度・・組織像とMRIによる評価

新生児期から小児期の剖検例の脳に磁気共鳴断層撮影MRIを施したのち、その脳切片の一般的髄鞘染色観察を行うとともに、凍結切片の偏光観察によって、白質の有髄化度を、そして発達度を評価することを試みた。1.有髄線維の存在は、髄鞘染色によって証明される時期よりもずっと早くから、偏光性構造の存在によって認められる。2.神経線維は、完全に髄鞘が完成する以前から、繊維束として、まとまって一定方向の走行を示すようになる時期から、構造性偏光性を示し始める。そして、この時期から、MRIにおいて、T1強調像では低信号域として、またT2のそれでは、高信号域として認められるようになる。2'.上記の繊維束の走行方向は、直交ニコルの偏光子の角度から求めることが出来る。3.白質中で線維の走行が錯綜している、たとえば半卵円中心で、交連、投射および連合線維が交錯している領域は、偏光観察で、偏光子の角度の如何にかかわらず偏光性が弱いが、このような領域は、MRIのT1,T2いずれの強調像においても、高信号域として観察される。4.白質の中心部での高信号域は、これまで細胞密度の高い部位に対するとの考えがあったが、今回の観察所見では、皮質直下の狭い部位を除いて、信号域境界部での細胞密度の特別な勾配を検することは出来なかった。以上から、発達期の脳のMRI像において、その経時的変化の形態学的背景として、これまでのように白質のいわゆる有髄化の程度や白質中の細胞密度のみを対象としているのでは十分ではなく、白質中の線維の繊維束としての形態形式や、その繊維束の走行をも考慮に入れる必要があることが分かった。1.これまでの剖検例の中から組織保存状態を検しつつ、晩期胎児期から4才小児まで、約10例の摘出脳を選んだ。2.これらについて、脳溝、脳回転、脳表血管系の観察記録を行った後、3.MRI撮像を行った。4.撮像データをコンピュータに取り込み、連続撮像面のデータを三次元像に再構築し、これにより画出できた、脳溝、脳回転を、実際の脳の観察記録と対応させて、MRI像からの再構成が、どの程度実態像を再現しうるかを検討し、十分に肉眼的成熟度指標として利用できることが分かった。5.MRI撮像面に対応する大型組織切片から、脳の成熟度を検しうる指標を容易に得る方法を予備実験により検討し、凍結切片の偏光観察法が最適であることを見いだした。6.以上の結果に基づいて、実際例について、凍結切片の作成と、それらの偏光観察・記録を行い始めている。3.白質中で線維の走行が錯綜している。たとえば半卵円中心で、交連、投射および連合線維が交錯している領域は、偏光観察で、偏光子の角度の如何にかかわらず偏光性が弱いが、このような領域は、MRIのT1,T2いずれの強調像においても、高信号域として観察される。

4.白質の中心部での高信号域は、これまで細胞密度の高い部位に対応するとの考えがあったが、今回の観察所見では、皮質直下の狭い部位を除いて、信号域境界部での細胞密度の特別な勾配を検することは出来なかった。以上から、発達期の脳のMRI像において、その経時的変化の形態学的背景として、これまでのように白質のいわゆる有髄化の程度や白質中の細胞密度のみを対象としているのでは十分ではなく、白質中の線維の繊維束としての形態形成や、その繊維束の走行をも考慮に入れる必要があることが分かった。
船体構造の総合的信頼性評価システムに関する研究

本研究は、船体構造の設計基準をより合理的に設定するための基礎的研究であり、次のような成果を得た。1.防撓薄板パネルについての横圧力の効きをも考慮した各種座屈・圧壊強度算定式の再検討を行うとともに、船級協会ルールを参考にした想定荷重条件下における信頼性評価モデルを構築し、船体中央部パネルの信頼性評価を行った。また、感度解析により、設計パラメータ重要度についても考察した。2.面内圧縮と剪断応力および横圧力を同時に受ける長方形板の塑性崩壊強度算定式を新たに導くとともに、従来開発している立体薄板構造モデルによる船体主構造崩壊解析とそれに基づく信頼性評価システムを用いて、船体中央部、およびL/4部付近の崩壊解析を行い、信頼性に及ぼす水圧および剪断応力の影響を検討した。特に、L/4部付近の崩壊における横圧力と剪断応力の効きが大きいことなどを明かにした。3.高齢撒積貨物船などでは崩壊に及ぼす腐食衰耗の影響が大きいこと等を、本システムを用いて示した。4.板・骨組複合構造の崩壊強度解析システムの開発についても基礎的検討を行った。今後、本システムを、超高張力鋼製コンテナ船の主構造の崩壊解析に適用し、ねじりモーメントの主要崩壊モードや強度に及ぼす影響についても検討を続けていく予定である。5.二重船殻船の船側縦通材継ぎ手部について、船体縦曲げ応力と波浪変動圧の組合せ荷重下の疲労強度に対する信頼性解析を行い、縦通材継ぎ手部の信頼性指標βの変動範囲の特徴などを考察した。6.また、総合的強度評価のための波浪荷重解析システムについても再検討を行い、本研究により開発した立体薄板・骨組複合構造モデルによる構造信頼性評価システムとの統合を可能にする見通しを得た。本研究は,船体構造の設計基準をより合理的に設定するための基礎的研究であり,船体構造部材の静的ならびに動的強度,および損傷を有する構造部材の強度を理論的,実験的に再検討を行い,構造全体の最終強度推定を行うための基礎資料を得る。また,信頼性理論による立体骨組および板構造としての船体構造の強度評価のための解析法を開発するとともに,構造部材の損傷が構造全体の信頼性に及ぼす影響度の評価システムを開発するを目的として研究を行い,研究計画初年度の本年度には次のような成果を得ている。1.高張力鋼製大型撒積貨物船のついて,まず防焼薄板パネルについての横圧力の効きをも考慮した各種座屈・圧壊強度算定式の再検討を行った。次に,船級協会ル-ルを参考にした想定荷重条件下における信頼性評価モデルを構築し,船体中央部各部材の信頼性評価を行うとともに,感度解析により設計パラメ-タ重要度についても考察した。また,従来開発されている立体薄板構造の信頼性解析システムを用いて,板構造モデルによる船体中央部断面の最終崩壊強度解析とそれに基づく信頼性評価を行い,上記結果との比較考察から構造の冗長性が信頼性に及ぼす影響の検討を行った。2.また,油槽船を想定した二重船殼船を対象として,試設計を行うとともに上記と同様の検討を行った。さらに,本船については累積損傷則を用いた疲労強度に対する信頼性評価をも試みた。3.構造部材継手部における応力分布特性および疲労強度特性について理論的ならびに実験的検討を行った。4.さらに,船体縦曲げ下の逐次崩壊解析システムについて数値例を通して検討を行った。5.また,亀裂を有する円筒部材の理想化構造要素の開発を行った。本研究は、船体構造の設計基準をより合理的に設定するための基礎的研究であり、計画第2年度の本年度は次のような成果を得た。

1.複合静荷重を受ける船体板構造部材の最終強度評価モデルの開発の一環として、面内圧縮と剪断応力および横圧力を同時に受ける長方形板の塑性崩壊強度算定式を新たに導いた。また、従来開発している立体薄板構造モデルによる船体構造崩壊解析とそれに基づく信頼性評価システムを用いて、船体L/4部付近の崩壊解析を行い、信頼性に及ぼす剪断応力の影響の大きいこと等を明らかにした。2.さらに、高齢撒積貨物船等では崩壊に及ぼす腐食衰耗の影響が大きいことが予想されるので、NKの調査結果などを参考に腐食衰耗を想定した船体構造に対して1.と同様の崩壊解析を行い、船側部の重大損傷事故との対応を考察した。3.二重船殻船の船側縦通材継手部について、船体縦曲げ応力と波浪変動圧の組合せ荷重下の疲労強度に対する信頼性試験析を行い、喫水線付近の縦通材継ぎ手部の信頼性レベルが相対的に低いこと等、信頼性指標βの変動範囲の特徴を考察した。4.アルミニウム合金6061材の摩擦圧接継手の衝撃引張疲労挙動について、実験的検討を行い、非圧接材の挙動との相違点等を明かにした。5.総合的強度評価のための波浪荷重解析システムについて再検討を行い、ストリップ法を基本とした荷重解析システムと立体薄板構造モデルによる構造信頼性評価システムの統合を可能とした。6.船体構造の総合的信頼性評価過程について従来の研究等を調査するとともに、構造全体として均整のとれた構造を実現するための部材重要度評価についても検討した。研究計画最終年度である平成5年度には、次のような成果を得た。1.複合静荷重を受ける船体構造の最終強度評価モデルの開発一環として、板・骨組複合構造の崩壊強度解析システムの開発について、基礎的検討を行った。開発に当たっては、従来開発されている有限要素法と塑性接点法を組み合わせた解析システムを基本として、これに改良を加えた。すなわち、平板部には一定ひずみ三角形膜要素を、骨組部には立体梁要素を使用し、構造のモデル化を行った。次に二三の基礎的な板・骨組複合構造に対して数値計算を行い、結果に対する考擦から本システムの有効性を確認した。2.今後は、上のシステムを超高張力鋼製コンテナ船の主構造の崩壊解析に適用し、ねじりモーメントの主要崩壊モードや強度に及ぼす影響などについても検討を続けていく予定である。3.固有関数を用いて圧縮と剪断を受ける短形板の弾塑性解析を行い、座屈モードや強度相関式について検討した。4.熱荷重を受ける立体骨組構造の崩壊解析とそれに基づく信頼性評価システムの開発を行い、二三の基礎的な立体骨組構構造に対して本システムを適用して数値的検討を行った。5.アルミニウム合金A5083棒材について、衝撃引張疲労実験を行い、残留ひずみ進展や疲労寿命などにおける鋼材との相点など、その特徴を考察した。今後は、本研究により開発したシステムをさらに改良・拡張するとともに、従来の研究などの調査と併せて、船体構造の総合的信頼性評価支援システムとして、統合させていく予定である。
中国における低炭素発展を支える風土適応型ライフスタイルの再生に関する調査研究

中国の4つの都市地域と3つの農村地域を調査した結果、都市の住宅様式およびライフスタイルには気候的の差が十分に反映されない画一的な流行が見られ、エネルギー消費水準が日本を超えるところが少なくなかった。農村では戸建て住宅の改築と暮らし方に地域的特徴が見られた。農業廃棄物を含め自然エネルギー利用、窓の配置や木陰の利用などが低炭素影響要因であった。都市も農村も、家族や近隣との関係、空間の集合的利用、屋外空間(散歩やスポーツ)への選好等が低炭素要因であった。中国における寒冷地である大連市において、大連理工大学の研究協力の下、都市部および農村部において、住宅・緑地および生活行動に関して、低炭素発展に寄与する風土適応型ライフスタイルに関して実地調査を実施した。大連都市部の築30年の社宅およびマンション、築5年の環境共生住宅、農村部の築100年から築60年の住宅地、郊外農村部の築20年の住宅地において、住宅の変遷、家電その他の使用状況、周辺緑地の状況および住宅・地域における生活行動について、物理的状況調査、ヒアリングおよびアンケート調査を行った。その結果、改革開放以後の生活の近代化の中で、資源・エネルギーに関する消費的な行動変化、地域関係の変化、暖房手段の変化等が起こってきていることが分かった。都市部の生活行動調査では、近隣相互扶助行動および資源節約行動の弱化が確認できた。環境共生住宅においては公共空間の環境維持行動への参加が弱いことが分かった。ペアガラス等の普及は著しいが、地域暖房の効率的利用について課題があった。農村部では、伝統的なカンの利用形態の変化に対応した生活空間および暖房利用に課題があることが判明した。寒冷地であるためにエネルギー消費は、冬季の暖房・給湯の利用法が左右する。都市では、家庭の暖房・給湯調整行動とそれを規定する環境条件についてより明確にしていく必要がある。農村ではそれに加えて、住宅全体の暖房の効率的な設計のあり方が課題となる。今年度の調査によって、寒冷地における住宅の建築的特性だけでなく、住宅地周辺状況の地域的特性および生活行動の特性もあわせて多面的かつ継時的に把握されたことは、非常に有意義である。山東省済南市都市住宅および近郊の寿光市農村住宅、重慶市都市住宅および農村住宅の訪問調査を実施した。山東省済南市は日射量が多く、太陽熱温水器の普及率が高い。屋根に全戸用の太陽熱温水器をのせた中層住宅が多い。都市の中層住宅では、建物の南側に日射遮蔽のために木を植えるなどの工夫が見られた。訪問先の南側のベランダは、すべて改装されて外側に窓が設置されていた。山東省農村部では、平屋建てから伝統的な四合院への増改築が進むとともに、四合院自体の改築もまた進行している。特徴的な改築は、中庭タイル化による樹木の一層、南側外廊下に窓を設置して室内化すること、伝統的な暖房のカンをやめて石炭ボイラーを設置すること、システムキッチンの導入である。居場所と生活行動についても変化が見られた。木陰などでトランプや雑談をして過ごす生活習慣が一般的であったが、居室の中で冷房を付けてTVを見て過ごす人々も増えてきている。電気料金および石炭使用量の分析から、住宅の改築および生活習慣がエネルギー消費に関係しているのではないかという分析が得られた。重慶市は雲霧の発生が多く太陽熱温水器の普及は山東省ほど高くない。都市部では屋上とベランダの緑化が多く行われている。ベランダの改築も多いが、新しい住宅では日射遮蔽のためにベランダの改造をしないこともある。訪問調査はベランダ改築をせずかつ自然通風を心がけている住宅では電気使用量が顕著に低かった。農村部では、伝統的な住宅は窓がない土壁の家であるが、窓付きのコンクリートまたはブロックの家に改築が進んでいる。住宅の作りとライフスタイルによって、冷房機器の使用時間に大きな差が見られた。家の改築と家電の普及にも地域的な特徴が見られた。以上の訪問調査結果は学会発表された。次年度に予定している大規模な社会調査によって検証が必要であろう。本研究は、二酸化炭素排出量の増加が著しい中国の低炭素的発展のために、近代機器への依存度が少ないライフスタイル(住宅・緑化・消費・地域関係)の諸類型について、調査を実施し分析を行った。本年度は最終年であり、東北部の大連市、中央部の山東省済南市、西南部の重慶市および南京市の都市および農村における訪問調査の結果と分析に基づき、低炭素ライフスタイルの類型仮説を形成するとともに、各地域の都市部と農村部で大規模なアンケート調査を実施し、ライフタイル要因の低炭素効果について検証した。地域の気候風土によって冷暖房や住宅様式、ライフスタイルなどに違いが見られた。一方で住宅の改築・冷暖房機器の普及等には地域性と画一性が見られ、地域の気候によってエネルギー消費に及ぼす影響が違う。電気料金または石炭使用量に有意に関係がある主な生活要素は以下である。

1ベランダの改築と出窓などの開口部の形状(日射の遮蔽および通風性に関係する)2網戸や格子窓の使用有無(南京・重慶など:通風性に関係する)3戸建ての場合は中庭の緑化(山東省農村)4自然通風か冷房かの選好5リビング滞在か個室滞在かの室内居住場所の選好6緑地で過ごすことが好きかどうか滞在場所の選好(大連を除く)7トランプ・麻雀、雑談が好きかどうかという社会的交際選好8カンかボイラーかの選好およびカンの数(大連・山東省:自然エネルギー利用)エネルギー節約行動だけでなく、エネルギー消費行動に影響する生活行動としてライフスタイルを広く捉えるなら、低炭素ライフスタイルは多様であり、生活的、社会的、都市的あるいは住宅的なアプローチで低炭素に関する政策的な帰結を生み出せる余地は大きいと考えられる。研究成果については、中国の研究者を招待して、国際シンポジウムを開催して発表するとともに、各関連学会にて発表した。中国済南市における都市住宅調査等において、中国と日本との関係の悪化を背景にして、協力を事前に約束していた大学関係者および都市住民から十分な協力が得られなかった。そのため必要なデータの収集が不可能になったが、済南近郊の寿光市農村の調査は順調に実施できた。また予算の一部を繰り越し、調査地を南京都市部に変えて実施した。おおむね問題なく調査を行うことができた。各調査地で風土に適応して形成されたエネルギー消費の節約に寄与するライフスタイルを発見し、ライフスタイル要因について、実際にエネルギー消費分析を行うことができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。現地調査は、順調に実施されており、ライフスタイルの仮説構築に十分なデータは収集されてきている。今後は、繰り越し地域の現地調査を実施し、その結果を踏まえて、仮説の実証のための大規模社会調査を実施する。
大口径電子サイクロトロン共鳴プラズマ中の電子温度制御

1.低電子温度ECRプラズマの生成機構電磁波動測定および波動解析コードTASK/WFを用いたパワー吸収の計算結果から、ECRプラズマ中の電子温度は電磁波のパワー吸収分布に依存しており、パワー吸収が集中して生じているとき電子温度は高く、その分布が広がりを持っているとき電子温度は低くなる傾向にあることが分かった。従って、ECRポイントでの磁場勾配やマイクロ波周波数等により実効的な共鳴幅を変化させることによってもパワー吸収分布が変化し、電子温度が制御されることが考えられる。次に異なる共鳴幅におけるプラズマパラメータ及び電磁波動測定を行ったところ、磁場勾配およびマイクロ波周波数の違いによるパワー吸収分布の変化が確認され、またそれに伴う電子温度の変化が観測された。以前から2.45GHzよりも低い周波数の電磁波で生成されたECRプラズマ源では電子温度が低く、高エネルギーの電子成分が少ないことが報告されていたが、本研究で初めて電磁波の低周波数化による低電子温度プラズマの生成機構が明らかにされた。1の結果をもとに、Si系薄膜の作製に用いられるSiH_4/H_2プラズマにおける電子温度制御を試みたところ、電子温度は3eVから8eVまで制御可能であることが分かった。またイオン飽和電流空間分布の測定結果から、SiH_4/H_2ECRプラズマにおける電子温度の変化も電磁波のパワー吸収分布の違いに起因していることが確認された。次に、電子温度の異なる条件下で実際に微結晶シリコン薄膜の製膜実験を行い、電子温度と結晶性の関係を調べた。結果、比較的電子温度が高い領域で結晶性の向上がみられ、結晶性は電子温度が低いときの方が良いとされている過去の報告とは逆の傾向を示していた。また、これまで高い圧力領域下で結晶性の良い微結晶シリコン薄膜が製膜されたという報告が大半であったが、本研究においてECRプラズマCVD法により低い圧力領域下で結晶性の良い微結晶シリコン薄膜を得ることができた1.低電子温度ECRプラズマの生成機構電磁波動測定および波動解析コードTASK/WFを用いたパワー吸収の計算結果から、ECRプラズマ中の電子温度は電磁波のパワー吸収分布に依存しており、パワー吸収が集中して生じているとき電子温度は高く、その分布が広がりを持っているとき電子温度は低くなる傾向にあることが分かった。2.ECRプラズマにおける窒素解離特性1の結果をもとに電子温度の異なる条件下で発光分光分析を行い、各種表面材料の窒化において重要なパラメータである窒素解離特性の電子温度依存性について調べた。その結果、解離度は電子温度の上昇に伴い単調に増加することがわかった。またArガスの希釈によっても解離特性は変化し、特にAr希釈率が80%以上で解離度が大幅に増加することが分かった。このとき電子密度が増加、電子温度が低下していたことからAr^++N_2→Ar+N_2^+,N_2^++e→N+Nの反応によっても窒素原子が生成され、解離度の増加に寄与したものと推測される。そこで1次元での粒子バランス、パワーバランスの計算を行い窒素原子の生成機構を調べたところ、Ar希釈時には窒素分子と電子の衝突反応だけでなく、上述の反応によっても窒素原子が生成され、その結果解離度が増加することが確認された。

また、これまで高い圧力領域下で結晶性の良い微結晶シリコン薄膜が製膜されたという報告が大半であったが、本研究においてECRプラズマCVD法により低い圧力領域下で結晶性の良い微結晶シリコン薄膜を得ることができた
LaTexによる古典籍のコード化のためのマクロ作成

本研究は、LATEXを利用して日本の古典籍をデータ化し、印刷するための、マクロファイルを作成することを目的とする。本年度は、次のような作業を行った。縦書きシステムの決定LETEXはもともと英語の印刷を前提としたシステムであり、漢字を用い、縦書きにするという仕様にはなっていなかった。そこで、いくつかの日本語LETEXが提案されていたが、本研究では、その中でも、PLATEXというシステムがもっとも一般的に普及していると考え、これを採用することとした。訓点資料用マクロ・ファイルの作成日本の古典籍の中で、まず古訓点資料の入力を想定し、そのためのコマンドをいくつか作成、マクロ・ファイルKunten. styとしてまとめた。これは、インターネットを通じて、公開している。このKunten. styには、右ルビ、左ルビ、左右ルビ、双行(二行割り注)、三行割り注等の印刷を可能にするコマンドが含まれている。「方便智院聖教目録」の入力・印刷Kunten. styを用いたケース・スタディとして、高山寺蔵「方便智院聖教目録」を入力、印刷した。この結果は、「平成七年度高山寺典籍文書綜合調査団」に収められている。この印刷にあたっては、Kuten. styの仕様の他に、ミセケチ、合点等の表記の処理や、目録に含まれる書目番号の自動ふり当て等の機能を実現している。残された問題として、いわゆる「JISにない漢字」の入出力がある。これについては、当面は切り張り・手書き等で切り抜けるしかないが、将来的にはLETEXのもともとのフォントシステムであるメタフォントを用いて、必要な漢字フォントを作ってしまうということが考えられる。ただしそれには膨大な手間がかかるので、他の適切なプロジェクトを立ち上げることが必須である。
骨系統疾患由来の変異型受容体の解析に基づくBMPシグナル伝達機構の解明

骨形成因子(Bone morphogenetic protein ; BMP)は生理的骨形成において重要な役割を果たすサイトカインであり、そのシグナル伝達異常は様々な疾患の原因となる。本研究では筋組織内に異所性骨が誘導される遺伝性難病である進行性骨化性線維異形成症(Fibrodysplasia Ossificans Progressiva ; FOP)から見いだされた変異I型B柳受容体(ALK2)の活性化機序の解析を通してBMPの骨形成作用に重要なシグナル伝達機構の解明を進めた。ALK2を含む1型BMP受容体はII型BMP受容体によって活性化を受ける。そこで、FOPから見いだされたALK2変異体をII型BMP受容体とともに細胞内に発現させると変異ALK2は野生型と比べて高度にリン酸化を受けることが確認され、下流の転写因子Smadのリン酸化や骨芽細胞分化マーカーの発現を誘導した。次に乱K2のリン酸化部位の特定を進めた結果、203番目のスレオニン(Thr203)がII型BMP受容体によってリン酸化を受ける可能性を見いだした。そこで、Thr203を変異させた乱K2の活性を確認したところ、II型BMP受容体によるBMPシグナルの亢進作用が消失した。さらに、FOPから見いだされたALK2変異体もThr203を変異させることでその活性が消失することを見いだした。以上の結果、ALK2の活性化にはThr203のリン酸化が重要な役割を果たすことが示唆された。ALK2のThr203に相当するスレオニン残基は全てのI型BMP受容体に保存されていることから、ファミリーに共通のシグナル活性化機構が存在するものと予想される。従って、これらスレオニンのリン酸化はFOPを始めとするBMP関連疾患の予防治療ターゲットとなる可能性が考えられる。
がん細胞におけるＤＮＡ脱メチル化技術の開発と早期診断バイオマーカー探索への応用

本研究では、メチルCpG結合ドメイン(MBD)とTET1蛋白の触媒ドメイン(TET1-CD)からなる融合遺伝子を用いることによってゲノムワイドにメチル化遺伝子を脱メチル化し、再活性化する方法を開発した。本法は、癌細胞で高度メチル化により転写抑制された遺伝子を簡便に探索し、同定することに役立つ。本法を前立腺癌および大腸癌細胞株に適用したところ、癌細胞の増殖抑制が引き起こされた。これらの結果は、DNAメチル化が癌細胞の増殖促進に働くこと、また、その原因遺伝子のメチル化がバイオマーカーとして利用できる可能性を示している。DNAメチル化の変化は、がんにおける重要なエピジェネティック変化の一つであり、遺伝子の転写活性化あるいは不活性化を引き起こし、がんの発生、進展に関与する。本研究では、メチル化プロモーターにおける特異的なDNA脱メチル化技術の開発により、メチル化遺伝子を簡便に探索できる手法を確立し、がんにおけるDNAメチル化を指標とする新しい早期診断バイオマーカーの探索をおこなうことを目的とした。平成25年度は、まず、メチルCpG結合ドメイン(MBD)と5-ヒドロキシメチル化修飾酵素TET1の野生型活性ドメイン(TET CDwt)の融合遺伝子(MBD-TET CDwt)を恒常的に発現するヒト胎児腎細胞株293Tのステーブル細胞株を用い、メチル化遺伝子の転写レベルの変化やそれに基づくゲノムDNAメチル化の変化を解析した。その結果、解析した5つのメチル化遺伝子すべてにおいて転写再活性化が引き起こされ、それらのプロモーター領域で脱メチル化が亢進していることを明らかにした。一方、MBDにTET1不活化ドメイン(TET CDmut)を繋いだ融合遺伝子やMBDを欠くTET CDwtやTET CDmutのみを発現する293T細胞株ではメチル化遺伝子の転写活性化およびプロモーター領域の脱メチル化は見られなかった。これらの結果は、本研究の第一の目標であったメチル化プロモーターにおける特異的な脱メチル化技術の開発に成功したことを示す。さらに、前立腺癌細胞株LNCaPを用い、テトラサイクリン投与によりMBD-TET CDwtを発現させる系を構築し、癌細胞の増殖を解析したところ、特異的なDNA脱メチル化により癌細胞の増殖が著しく抑制されることを見出した。本研究では、メチル化プロモーターにおける特異的な脱メチル化技術の開発により、メチル化遺伝子を簡便に探索できる手法を確立し、がんにおけるDNAメチル化を指標とする新しい早期診断バイオマーカーの探索をおこなうことを目的とした。平成24年度は、細胞内のメチル化プロモーターを脱メチル化するため、5-ヒドロキシメチル化修飾酵素TET1、脱メチル化酵素DMEの野生型活性ドメイン、突然変異により活性ドメインにアミノ酸置換を入れた不活性ドメインおよびこれらのドメインをメチルCpG結合ドメイン(MBD)に繋いだDNAコンストラクトを作製した。次に、これらDNAコンストラクトをヒト胎児腎細胞株293Tにトランスフェクションしエピジェネティックに転写抑制されたMLH1やMAL遺伝子の転写再活性化を調べた。その結果、MBDに野生型のTET活性ドメインあるいはDME活性ドメインを繋いだDNAコンストラクト(MBD-TETwtあるいはMBD-DMEwt)を細胞に導入した場合のみMLH1、MALの転写再活性化が見られた。また、293T細胞におけるDNAメチル化修飾、脱メチル化によって発現が変化する遺伝子を網羅的に解析するため、MBD-TETwtおよびMBD-TETmutを発現するステーブル細胞株を作製し、遺伝子発現マイクロアレイをおこなった。その結果、MBD-TETwtステーブル細胞株では多くの遺伝子で発現上昇が見られメチル化プロモーターにおける特異的なヒドロキシメチル化あるいは脱メチル化が引き起こされている可能性が示された。DNAメチル化の変化は、がんにおける重要なエピジェネティック変化の一つであり、遺伝子の転写活性に影響を及ぼし、がんの発生、進展に関与する。平成26年度は、前立腺癌細胞株LNCaPに加え、大腸癌細胞株DLD1を用い、メチルCpG結合ドメイン(MBD)と5-ヒドロキシメチル化修飾酵素TET1の野生型活性ドメイン(TET1 CDwt)の融合遺伝子(MBD-TET1 CDwt)を誘導発現させる系を構築した。また、同時に、対照としてTET1の不活化ドメイン(TET1 CDmut)を繋いだ融合遺伝子(MBD-TET1 CDmut)を誘導発現させる系も構築した。これら遺伝子誘導発現系を用いた研究により、どちらの癌細胞株においても、MBD-TET1 CDwtでのみ、1)メチル化遺伝子の脱メチル化、2)メチル化遺伝子の転写再活性化、3)癌細胞の増殖抑制が引き起こされることを明らかにした。