hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水田土壌中におけるバクテリオファージの役割とその遺伝子多様性・新奇性

C標識植物遺体(稲カルス)を添加後、25°Cの恒温室中に畑地水分状態で放置し経時的(356日)に土壌を回収後、DNAを抽出した。Stable Isotope Probing (SIP)法によりDNAを^<13>C濃度の違いに基づいて分画し、^<13>Cに富むDNAを分別・採取後、ファージのカプシド遺伝子g20に特異的なプライマーを用いてPCR増幅することにより、g20遺伝子を有するファージの存在を確認した。本研究から、土壌中での植物遺体中の炭素循環(代謝)にファージが関与していることを証明した。わが国の水田3か所から採取した土壌を供試して、定法によりDNAを抽出後、g20遺伝子をPCR増幅後に変性剤濃度勾配ゲル電気泳動(DGGE)法を用いて分画し、塩基配列を決定した。得られた塩基配列の大部分は、g20遺伝子に由来し、圃場の違い、土壌採取時期の違いが観察されるとともに、海水、陸水、水田表面水中のg20遺伝子のいずれとも異なっていた。植物遺体のモデル物質として^<13>Cで標識したカルス風乾物、さらに水稲根冠細胞のモデル物質として^<13>Cで標識したカルス新鮮物を供試して、これら風乾物、新鮮カルスを土壌に添加し、分解に伴うファージの構造遺伝子g20,g23への取り込みを試験した。使用したg20遺伝子に特異的なプライマーは藍藻に感染するファージに特異的と言われてきた。しかし、試験の結果、藍藻への^<13>Cの取り込みが観察されなかったにもかかわらず、g20遺伝子への風乾物由来^<13>Cの取り込みが観察されたことより、観察されたg20遺伝子は藍藻以外の細菌に感染するファージに由来するものと推察された。加えて、新鮮カルス由来の^<13>Cで標識されたカプシド遺伝子g20が多数得られた。以上の結果より、カルス風乾物、新鮮カルスに由来する^<13>Cが土壌中で様々の細菌群集により分解され、分解に伴って増殖した細菌群集の一部はファージにより死滅-させられていることが明らかとなった。これまで、細菌群集を起点とする土壌中での食物連鎖(炭素循環)において、細菌群集-(ファージの感染)-細胞物質-細菌群集間の微生物循環は明らかでなかった。本研究は、土壌中でも微生物循環が駆動していることを始めて証明したものとなった。環境中の細菌群集の死滅の一部は、溶菌性ファージの感染によるものと考えられており、昨年度水田土壌中の細菌群集の一部もまた溶菌性ファージによって感染されていることをTEMにより明らかにするとともに、その感染率が海洋に比べて高いことを見出した。しかし、TEM観察による感染の有無の判断は研究者により異なることから、水田圃場で表面水とその下の土壌を同時に採取し感染率を比較した。その結果、感染率は、表面水中の細菌群集に比べて土壌中の細菌群集で有意に高いことが明らかになり、昨年度の推定「土壌中は水界に比べて細菌群集へのファージの感染率が高い」が証明された。
魚体内におけるＳｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ　ｉｎｉａｅの型変異のメカニズム

魚病細菌Streptococcus iniaeには莢膜保有株(K+タイプ)と非保有株(Kータイプ)が存在する。両タイプの莢膜合成遺伝子群の構造解析を目的に当該領域をPCRで増幅したところ、Kータイプ40株中29株にK+タイプのものより12 kbp長い増幅産物が得られた。塩基配列解読の結果、長い部分にはIS981等の挿入配列が存在した。これにより遺伝子の構造あるいは発現の変化が起こり、莢膜が産生されなくなったと推察された。ヒラメにK+タイプあるいはKータイプを感染させると、約12週間で型変異したS. iniaeが魚体内から検出され、魚体内では比較的容易に型変異が起こると考えられた。ヒラメにK+タイプおよびKータイプを接種し、K+タイプからKータイプ、あるいはKータイプからK+タイプへの経日的変化を調べた。K+タイプとしてNUF631株を用いた場合、接種3日から16日目にかけて継続的に死亡が見られた。Kータイプが出現したのは接種15日目であり、分離菌の12.222.6%がKータイプであった。20日目には72.599.5%がKータイプであり、その後も高率にKータイプが分離された。分離菌のほとんどがKータイプになった34日目のヒラメの腎臓と脳の組織標本を観察したところ、食細胞に取り込まれ集塊状になったS. iniaeが腎臓ではメラノマクロファージセンター、脳では髄膜に認められた。血清抗体の産生状況を調べたところ、抗体価が高いヒラメからKータイプが高率に分離される傾向が見られた。他のK+タイプ3株を用いて同様の実験を行った結果、Kータイプへの変化は観察されたが、NUF631と比べて変化率が低かった。次に、KータイプとしてNUF44株を用いてK+タイプへの変化を調べた。その結果、35日目までS. iniaeが高率に分離されたが、すべてKータイプのままだった。そこで、NUF631から変化したKータイプ3株を用いて再度実験を行ったところ、そのうちの1株(S3K株)のみ、高率にK+タイプが分離された。しかも接種7日という極短期間で変化した。K+タイプに変化した分離菌の莢膜合成遺伝子群の塩基配列を調べた結果、Kータイプのときに挿入されていたIS981が消失していた。マクロファージ内に存在する作用因子として低pHとマクロファージ破砕液の影響を調べた。NUF631株をpH5.8のヒラメマクロファージ破砕液に懸濁し、10日間生菌数と血清タイプの変化を観察した。pH7.2のものと比較して、5日後に生菌数が1,000分の1に減少したが、血清タイプの変化は見られなかった。ヒラメ養殖場で採取した保菌魚および飼育環境から分離されたS. iniae Kータイプ17株およびK+タイプ6株、病魚由来S.iniae Kータイプ11株およびK+タイプ2株、K+タイプを用いた人為感染実験における生残魚から分離されたS. iniae Kータイプ11株、S. iniae ATCC29178 (Type strain、Kータイプ)、の合計48株の研究室保存株を供試菌株とした。GenBankで公開されているS. iniaeの莢膜合成遺伝子群の全塩基配列(Accession no.: AY904444.1)約20 kb全体を24 kbの長さで8分割するようにプライマーを設計し、供試菌株のゲノムDNAを鋳型にPCRを行った。その結果、K+タイプはすべてデータベースから予想された長さのPCR産物が得られたが、Kータイプでは40株中29株においてデータベースより12 kb長いPCR産物が12か所あることが分かった。これらの菌株では、その部分の構造がK+タイプのものと異なると思われたため、当該PCR産物の塩基配列を調べた。その結果、莢膜合成遺伝子内あるいは遺伝子間の1か所に別の配列が挿入されているために配列長が長くなっていることが分かった。挿入された配列は、レンサ球菌群に広くみられるIS981(1,224 bp)であるものが最も多く、他に未知のIS(12 kb)と思われるものが数種類あった。ISはゲノムDNA上を移動し、移動先の遺伝子に挿入変異を引き起こす。S. iniaeの場合も、IS981や他のISが挿入されたために莢膜合成遺伝子の発現や発現タンパクに変化が生じ、その結果、Kータイプでは莢膜の合成が行われなかったと推察された。以上の研究から、K+タイプからKータイプへの変異メカニズムの一つが明らかになった。

研究目的:魚類レンサ球菌症の原因菌Streptococcus iniaeは莢膜の有無によりK+とKーの2つの血清タイプに分かれる。K+は莢膜を有し強毒であるのに対し、Kーは莢膜がなく弱毒である。K+株で攻撃したヒラメのうち生き残った個体からはしばしばKータイプが分離されることから、魚体内でK+からKーへの型変異が起こると推察される。本研究はS. iniaeの魚体内における型変異のメカニズムを遺伝子レベルで解明することを目的とした。研究成果:K+タイプ11株、Kータイプ29株、魚体内でK+からKーに変異した11株、計51株の莢膜合成遺伝子群を8つの部分に分けてPCRを行った。その結果、Kータイプ40株中29株で予想される長さよりも12 kbp長い増幅断片が得られた。その断片の塩基配列を調べたところ、IS981や他の配列が莢膜合成遺伝子に挿入されていることが分かった。菌株によっては数か所に挿入があった。このことから、Kー株の多くが莢膜合成遺伝子にIS981などの配列が挿入されることで、莢膜合成が阻害されたと推察した。魚体内での型変異を調べるため、K+およびKー株をヒラメに接種し、経日的にサンプリングして血清タイプの変化を調べた。その結果、菌株によって型変異の頻度は異なるが、12週間でK+からKーあるいはKーからK+への変異が起こることが分かった。魚体内でKーからK+に変異を起こしたヒラメは10日目までにほとんどが死亡した。Kーのまま変異しない菌はヒラメ体内に長期間保持された。以上の結果から、K+菌がヒラメに感染あるいはKー菌がヒラメ体内でK+タイプに変異してヒラメが発病し、レンサ球菌症が流行する。その後、K+菌がKータイプに変異することでヒラメは死亡しないが、長期間体内に保持される、というS. iniaeの感染戦略が考えられた。魚体内で型変異を起こす因子として、低pH、ヒラメマクロファージ破砕液および過酸化水素の作用を調べたが、型変異は起こらなかった。魚病学S. iniaeの莢膜合成遺伝子群内にIS981等の挿入配列が入ることでK+タイプからKータイプに変化するという遺伝子レベルでの血清タイプ変異のメカニズムが昨年度の研究で明らかになり、当該年度の研究目的は70%以上が達成された。今年度以降の研究計画としては、魚体内における血清タイプの変化の様子を観察すること、および血清タイプの変化を引き起こす環境因子を突き止めることであった。研究実績の概要で記したように、魚体内における経日的な血清タイプの変化を調べ、K+タイプからKータイプへの変化および逆向きの変化も起こることを示し、Kータイプを保菌しているヒラメの血清抗体価が高いことも分かった。Kータイプに変化した菌の腎臓および脳における存在形態も明らかにした。血清タイプの変化を引き起こす環境因子については、pHおよびマクロファージ破砕液の作用を検討したが、血清タイプを変化させることはできなかった。このテーマについては研究期間として残された1年間で力を注ぎ、解明するつもりである。以上のことから、今年度の研究の達成度は90%以上であると判断する。本研究課題における今年度の研究計画は、Kー(莢膜非保有)タイプの莢膜合成遺伝子群およびそのプロモーター領域の塩基配列の解明であり、もしそこにK+タイプとの差異が認められなかった場合、莢膜合成遺伝子群の転写や転写調節遺伝子を調べるというものであった。そこで、まず前者について研究を進めたところ、Kータイプ40株中29株において当該遺伝子群に別の配列が挿入され、その結果、莢膜の合成が阻害されるという変異メカニズムが明らかとなった。
双方向学習環境ILEを指向したVR型知的教育システムの基礎的研究

知的教育システム(ITS)は計算機上において,高度に個別化した指導をすることを特徴としているが,知識伝達型の教育形態であるため学習者は受動的な学習になる傾向にある.そこで従来の受動的な学習形態に加えて,学習者が主体的に探求し,理解を深めるといった発見学習の形態への要求が高まっており,双方向型学習環境(ILE)の研究が注目されている.そこで本研究では,VR技術を導入したILE型の知的教育システムのフレームワーク設計を目的とし,その実証環境として発電プラントの運転員教育訓練を対象とした教育システムを提案した.発電プラントの安全性への要請は年々高まっており,知識伝達型のみの教育だけでなく,その知識を利用した実戦的な訓練の形態が望まれている点から考えてもプロトタイプシステム構築は有用である.本年度は特に,【1】VR型ILEのレ-ムワーク考察,【2】構成原理の整理,【3】プロトタイプシステムの設計,【4】発電プラントの運転員訓練における試作システムの構築を行った.【1】,【2】フレームワークの考察,及び構成原理の整理:最初にVR型ILEの構成原理について整理し,以下に示す観点から,VR型ILEはITS側とVR(マイクロワールド)側の2つのモジュールで構成を行った.・ITS側ではテキスト情報,記号等による問題・知識に対して問題解決や解説等による学習を行い,正答を導き,知識を獲得する.・マイクロワールド側ではVR技術を用いた3次元仮想空間上で,自由探索や学習者自ら状況を設定して操作を行い,ITS側では得られないリアリティのある経験・体験を得ることを可能とする.また,宣言的知識や手続き的知識を発見し,それらの意味を理解・検証する.・このような学習を繰り返すことにより,リアリティのある学習環境で知識をスキルとして身に付けることが可能となる.・学習者の理解状態を記述した学習者モデルをITS側とVR(マイクロワールド)側で共有し,ITS側における知識に関する理解状況とVR側における操作に関する理解状況を結び付けて記述する.【3】,【4】プロトタイプシステムの設計の実施:上記【1】,【2】での考察・整理に基づき,VR型ILEのプロトタイプシステムを構築した.具体的には,ITS側はSUN製WS上で,VR側はDOS/Vマシン上で開発を行った.学習対象領域として発電プラント運転員訓練を取り上げ,ITS側は運転手順・関連知識学習をモジュール,VR側は自由探索・シミュレーションモジュールで構成し,両者をイーサネット接続することにより学習者モデルを共有させ,知識とスキルを関連づけた個別指導を実現した.知的教育システム(ITS)は計算機上において,高度に個別化した指導をすることを特徴としているが,知識伝達型の教育形態であるため学習者は受動的な学習になる傾向にある.そこで従来の受動的な学習形態に加えて,学習者が主体的に探求し,理解を深めるといった発見学習の形態への要求が高まっており,双方向型学習環境(ILE)の研究が注目されている.そこで本研究では,VR技術を導入したILE型の知的教育システムのフレームワーク設計を目的とし,その実証環境として発電プラントの運転員教育訓練を対象とした教育システムを提案した.発電プラントの安全性への要請は年々高まっており,知識伝達型のみの教育だけでなく,その知識を利用した実戦的な訓練の形態が望まれている点から考えてもプロトタイプシステム構築は有用である.本年度は特に,【1】VR型ILEのレ-ムワーク考察,【2】構成原理の整理,【3】プロトタイプシステムの設計,【4】発電プラントの運転員訓練における試作システムの構築を行った.【1】,【2】フレームワークの考察,及び構成原理の整理:最初にVR型ILEの構成原理について整理し,以下に示す観点から,VR型ILEはITS側とVR(マイクロワールド)側の2つのモジュールで構成を行った.・ITS側ではテキスト情報,記号等による問題・知識に対して問題解決や解説等による学習を行い,正答を導き,知識を獲得する.・マイクロワールド側ではVR技術を用いた3次元仮想空間上で,自由探索や学習者自ら状況を設定して操作を行い,ITS側では得られないリアリティのある経験・体験を得ることを可能とする.また,宣言的知識や手続き的知識を発見し,それらの意味を理解・検証する.・このような学習を繰り返すことにより,リアリティのある学習環境で知識をスキルとして身に付けることが可能となる.・学習者の理解状態を記述した学習者モデルをITS側とVR(マイクロワールド)側で共有し,ITS側における知識に関する理解状況とVR側における操作に関する理解状況を結び付けて記述する.【3】,【4】プロトタイプシステムの設計の実施:上記【1】,【2】での考察・整理に基づき,VR型ILEのプロトタイプシステムを構築した.具体的には,ITS側はSUN製WS上で,VR側はDOS/Vマシン上で開発を行った.学習対象領域として発電プラント運転員訓練を取り上げ,ITS側は運転手順・関連知識学習をモジュール,VR側は自由探索・シミュレーションモジュールで構成し,両者をイーサネット接続することにより学習者モデルを共有させ,知識とスキルを関連づけた個別指導を実現した.
病原性大腸菌O157株特異的な非翻訳型RNAの同定と病原性発現における機能の解析

1)昨年度までに、O157株のIRR遺伝子と、それに対応するマイナーコドンを連続してつなげたβ-ガラクトシダーゼ遺伝子を、非病原性大腸菌に導入し、IRRが対応するマイナーコドンの翻訳に与える影響を調べた結果、病原性発現とIRRの発現には特に関連性が見られなかった。より良い実験系の開発をめざし、培養やアッセイの条件検討などを行ったが、現在までにポジティブな結果は得られていない。2)同定した新規ncRNA遺伝子をクローニングし、O157株に導入、過剰発現を行った結果、ある病原性関連遺伝子の発現が促進、または抑制されていることから、申請者が同定したncRNAがO157株の病原性発現に深く関与していることが明らかにされた。本年度はリアルタイムPCR法などを導入し、詳細な作用機作の解析を行った結果、ncRNAの直接の標的遺伝子候補が明らかになった。現在、その分子メカニズムの解明を試みている。さらに、DNAチップ解析により、標的遺伝子の網羅的検索を行っている。これまでの成果を2008年2月にアメリカで行われたMiami winter symposiumにおいて発表したところ、ncRNAの世界的な研究者とディスカッションをすることができ、ncRNAによる遺伝子発現制御における因子の探索についてなど、有意義なアドバイスを受けることができた。今後はその意見を参考に、ncRNAによる病原性発現制御機構の解明を目指したい。本研究では以下の2つの点を目的としている。1)病原性大腸菌O157株特異的なtRNA(IRR)の病原性発現における役割の解明2)病原性大腸菌O157株特異的なncRNAの同定と病原性発現における機能解析これまでに、1)O157株のIRR遺伝子と、それに対応するマイナーコドンを連続してつなげたβ-ガラクトシダーゼ遺伝子を、非病原性大腸菌に導入し、IRRが対応するマイナーコドンの翻訳に与える影響を調べた。その結果、あるコドンではIRRの存在下では対応するマイナーコドンを含むβ-ガラクトシダーゼ遺伝子の発現量が上昇し、IRRが翻訳に積極的に寄与していることが示唆された。現在、O157株のゲノム上の7コピーIRR遺伝子の全てを欠損させた株の構築をすすめている。K12株及びO157株を用いたin vivo及びin vitroの実験を行った結果、病原性発現とIRRの発現には特に関連性が見られなかった。今後はより良い実験系の開発、条件検討などが必要であると考えられる。2)これまでに同定したいくつかのncRNAの1次構造を決定した。また、ncRNAの発現を様々な培養条件下で観察した結果、病原性遺伝子の発現を誘発するような条件下で発現が促進されることが分かった。さらに、同定したncRNA遺伝子をクローニングし、O157株に導入、過剰発現を行った結果、ある病原性関連遺伝子の発現が促進、または抑制されていることが分かった。一方、遺伝子が1コピーであるncRNAについては欠損株を作製し、その表現型を観察したが、特に変化は見られなかった。以上の結果は、申請者が同定したncRNAがO157株の病原性発現に深く関与していることを示している。今後はどのような機構によって、ncRNAが病原性発現に関与しているかを調べていく予定である。具体的にはncRNAに結合するタンパク質の検索を行う。
高分子電解反応法による高分子薄膜の配向性やナノ構造の変換及び制御

本研究では、π共役高分子膜の電気化学的な機能化法である高分子電解反応により、π共役高分子薄膜の高次構造変換及び制御を行う。高分子電解反応は固相反応に特異的な反応性や選択性を有することを先行研究より見出している。これらの性質を応用することにより、π共役高分子からなるブロック共重合体のミクロ相分離構造の変換、並びに薄膜中のπ共役高分子主鎖の配向性制御が可能になると考えられる。これらの技術は、π共役高分子から作製される有機デバイス材料開発に資するものと期待される。
都市空間の形態的評価に関する研究-空隙の定量化による手法の提示と分析-

本研究の目的,都市空間の空隙の形態に対し,既存の評価指標とは異なる定量化手法を構築し,都市環境の評価手法へと展開させるとであるが,本年度における具体的な研究成果は以下の通りである.1.空隙形状のデータベース化:地図資料の簡易入力システムを構築し,実際に地図資料から建物ポリゴンデータを入力して,空隙形状のデータベースを作成した.これにより,地理情報システムのデータベースが整備されていない地域を取り扱うことも可能となった.一方,広域的に地域を取り扱う場合には,既存のデータベースを利用するのが適当であり,東京23区における各々約5km四方の3地域(西部,中心部,東部)を対象とし,建物ポリゴンデータを含む既存の地図情報システムのデータベースから必要な情報を抽出することおよび不足した情報を付加することにより,空隙形状のデータベースを整備した.2.都市空間の形態特性に関する分析:上記のデータベースについて,建物階数,建築面積,容積率など都市空間の形態的特性を表す指標に基づき,特に空隙の特性に関わる部分について詳細に分析を行った.3.定量化手法の提案:空隙の3次元的定量化の手法として,建物壁面を一定角度で上方に投影するという幾何学的定義によるものを提案した.これは,建物により遮蔽された空隙に対して体積を定義したことに相当するもので,ケーススタディによりその有効性を確認した.ケーススタディ:主として局所的なデータについてのみ,上記の定量化手法を適用し考察を行った.その結果,本手法が空隙を定量化するのにある程度有効であることを確認した.本研究の目的,都市空間の空隙の形態に対し,既存の評価指標とは異なる定量化手法を構築し,都市環境の評価手法へと展開させるとであるが,本年度における具体的な研究成果は以下の通りである.1.空隙形状のデータベース化:地図資料の簡易入力システムを構築し,実際に地図資料から建物ポリゴンデータを入力して,空隙形状のデータベースを作成した.これにより,地理情報システムのデータベースが整備されていない地域を取り扱うことも可能となった.一方,広域的に地域を取り扱う場合には,既存のデータベースを利用するのが適当であり,東京23区における各々約5km四方の3地域(西部,中心部,東部)を対象とし,建物ポリゴンデータを含む既存の地図情報システムのデータベースから必要な情報を抽出することおよび不足した情報を付加することにより,空隙形状のデータベースを整備した.2.都市空間の形態特性に関する分析:上記のデータベースについて,建物階数,建築面積,容積率など都市空間の形態的特性を表す指標に基づき,特に空隙の特性に関わる部分について詳細に分析を行った.3.定量化手法の提案:空隙の3次元的定量化の手法として,建物壁面を一定角度で上方に投影するという幾何学的定義によるものを提案した.これは,建物により遮蔽された空隙に対して体積を定義したことに相当するもので,ケーススタディによりその有効性を確認した.ケーススタディ:主として局所的なデータについてのみ,上記の定量化手法を適用し考察を行った.その結果,本手法が空隙を定量化するのにある程度有効であることを確認した.
低分子化合物によるポリグルタミン病治療の開発-臨床応用に向けて-

球脊髄性筋萎縮症(SBMA)はアンドロゲン受容体(AR)の遺伝子変異を原因とする運動ニューロン疾患である。我々は、本疾患の病態が男性ホルモンに依存しており、アンドロゲン低下療法が本疾患の治療となることを明らかにしてきた。現在、その臨床応用を推し進めている。加えて、他の治療戦略として、ポリグルタミン病の病態に深く関与している熱ショック蛋白質(HSP)を介した治療法について検討した。Hsp90阻害剤である17-AAG(17-allylamino geldanamycin)は、培養細胞において濃度依存性に変異ARの蛋白量を減少させ、マウスモデルの筋萎縮、歩行運動能などを有意に改善した。一方、Hsp70誘導剤であるgeranylgeranylacetone(GGA)はSBMAマウスの脊髄においてHsp70の発現量を増加させ、神経変性を改善した。SBMAをはじめとする神経変性疾患では、症状の進行が極めて緩徐であるため、効率的な臨床試験の実施のためには代用エンドポイントとなるべきバイオマーカーが必要である。SBMA患者の陰嚢皮膚における変異アンドロゲン受容体の核内集積の程度は脊髄における集積の程度を反映しており、かつ患者の臨床的重症度と相関していた。以上から、陰嚢皮膚における変異アンドロゲン受容体の核内集積はSBMAの病態を強く反映する優れたバイオマーカーであると考えられる。また、発症前のSBMAモデルマウスでは変異アンドロゲン受容体の核内集積によるdynactin1の転写障害がみられ、これが逆行性軸索輸送を阻害し、ニューロフィラメントなどの軸索タンパクの異常蓄積を起こしていることが明らかとなった。SBMAおよび他の運動ニューロン疾患の治療標的として、軸索輸送障害は重要であると考えられた。(750字)球脊髄性筋萎縮症(SBMA)はアンドロゲン受容体(AR)の遺伝子変異を原因とする運動ニューロン疾患である。(750字)球脊髄性筋萎縮症(SBMA)は成人発症の運動ニューロン疾患であり、アンドロゲン受容体遺伝子におけるCAG繰り返し配列の異常延長を原因とする。SBMAの病因タンパク質であるアンドロゲン受容体(AR)はHsp90や他の分子シャペロンとともに複合体を形成しているが、Hsp90阻害剤はAR-Hsp90複合体の構造変化をもたらし、ARのユビキチン・プロテアゾーム系による分解を促進させることが知られている。今回我々は、SBMAの病態を抑止する低分子化合物としてHsp90阻害剤である17-AAG(17-allylamino geldan amycin)に注目し、SBMA培養細胞およびマウスモデルにてその薬理作用を検討した。培養細胞モデルでは、17-AAG投与により濃度依存性にARの蛋白量減少効果を認めたが、その減少効果はAR-97Qでより強く認められた。17-AAGによるAR減少効果は、プロテアソーム阻害剤であるMG132併用により相殺された。Pulse chase法により蛋白質の半減期を測定したところ、AR-97QのほうがAR-24Qより速く分解される傾向が認められた。AR-Hsp90複合体の構成を検討したところ、AR-97QはAR-24Qに比較してp23と結合した複合体を形成しやすい傾向が認められた。17-AAGを投与するとAR-Hsp90複合体からp23が解離し、ARがより分解を受けやすくなることが示唆された。マウスモデルでは17-AAG投与により筋萎縮、歩行運動能などの有意な改善が認められ、1C2抗体を用いた免疫染色にて病理学的検索を行ったところ、脊髄などにおける変異ARの核内集積が有意に減少していた。マウスモデルにおいても17-AAGは変異型ARをより選択的に分解した。

以上の結果から、17-AAGはAR-Hsp90複合体からp23を離脱させるとこによりユビキチン-プロテアソーム系による変異ARの分解を促進し、神経変性を抑制することが示された。17-AAGはSBMAに対する多剤併用療法の一角を担う極めて有望な薬剤と考えられる。球脊髄性筋萎縮症(SBMA)はアンドロゲン受容体の遺伝子変異を原因とする運動ニューロン疾患である。我々は、本疾患の病態が男性ホルモンに依存しており、アンドロゲン低下療法が本疾患の治療となりうることをマウスモデルなどを用いて明らかにし、さらにその臨床応用を推し進めている。しかし、SBMAをはじめとする神経変性疾患では、症状の進行が極めて緩徐であるため、死亡や車椅子使用など臨床的イベントをエンドポイントとする臨床試験による薬効評価は困難である。そこで、代用エンドポイントとなるべきバイオマーカーの探索を行った。その結果、SBMA患者の陰嚢皮膚では変異アンドロゲン受容体の核内集積が高率に観察され、その程度は脊髄における集積の程度を反映していることが明らかとなった。さらに生検組織を用いた解析では、陰嚢皮膚における抗ポリグルタミン抗体陽性率と患者の臨床所見との間に相関がみとめられた。以上から、陰嚢皮膚における変異アンドロゲン受容体の核内集積はSBMAの病態を強く反映する優れたバイオマーカーであると考えられる。また、SBMAの初期病態における分子メカニズムおよびその可逆性についても検討した。SBMAモデルマウスではニューロフィラメントが運動ニューロン遠位軸索に蓄積しており、同様の集積は患者肋間筋でも観察された。その原因として逆行性軸索輸送が障害されていることが、逆行性ラベリングなどにより明らかとなった。次に、軸索輸送を担うモーター蛋白質の発現量を定量したところ、SBMAマウスの脊髄運動ニューロンおよび前根ではdynactin1蛋白質の発現量が発症前から有意に減少しており、そのmRNAレベルも発症前から減少していた。以上から、ポリグルタミン鎖の延長した変異アンドロゲン受容体の核内集積によるdynactin1の転写障害が逆行性軸索輸送障害の原因であると考えられた。
グローバルスケールにおける林齢マップの作成に向けた手法の開発

これまで、データ取得手法の非一貫性や不均一なデータ分布など既存の林齢データに内在するさまざまな問題のため、グローバルスケールでの林齢データの広域化は困難だとされていた。本研究ではこの背景を踏まえ、林齢データを利用した直接的な広域化手法ではなく、森林攪乱履歴・バイオマスなどの間接的な情報を利用した逆解析手法を開発する。攪乱履歴を考慮した生態系モデルから森林成長を再現し、成長曲線から森林の誕生年まで回帰することにより林齢を推定する。さらに、本研究で構築したデータセットを用い、森林の成長過程を考慮した新たな陸域炭素収支の推定を行い、本データが推定に与える影響を評価する。
慢性腎臓病に合併する心不全発症におけるアフターロードミスマッチの分子機序の解明

本研究では、急性心不全の発症病態の1つである急性の後負荷増大に対する不適合afterload mismatchの発症に、心臓と血管のβADR系の脱感作(心筋の収縮性低下と血管収縮を引き起こす)とLncRNA Xが関与しているか?さらに、両者の情報伝達系の連関を明らかにしCKD合併afterload mismatchの機序を解明する。
細胞膜の張力を可視化するプローブの開発

細胞膜の力学的性質である膜張力は、細胞運動や細胞分裂等の動的な細胞機能を理解するうえで必須な要素である。しかしながら、細胞膜の張力を可視化するプローブが存在しないため、細胞膜の張力がどのように、時空間的にこれらの生命現象を制御しているのか全く明らかではない。本研究により、FBP17のBARドメインが細胞膜張力の減少を感知するプローブとして最も適していることを明らかにした。ライブイメージングにより、このプローブは細胞膜張力のfluctuationを伴う伸展や退縮に依存して、ダイナミックに局在することが分かり、細胞膜張力の時空間的な勾配を直接可視化することに成功した。細胞膜の張力は細胞膜の形状変化を伴う生命現象を理解するうえで必須な要素である。近年の研究により、細胞膜の張力という物理的なシグナルが、細胞運動、細胞分裂、極性形成、発生等の基本的な生命現象を制御していることが明らかになりつつある。しかしながら、細胞膜の張力を特異的に認識するプローブが存在しないため、細胞膜の張力がどのように、時空間的にこれらの生命現象を制御しているのか全く明らかではない。本研究では、細胞膜の張力を可視化するプローブを開発することを目的としている。さらにその応用例として、細胞運動及び上皮細胞の極性形成時の細胞膜張力の勾配を実際に可視化することを目標としている。本年度は、膜変形活性をもつタンパク質に着目して、細胞膜張力プローブとして適しているタンパク質の選定を行った。まず、候補タンパク質のクローニングを行い、GFP融合タンパク質を作製し、培養細胞に発現させ、共焦点レーザー顕微鏡で観察を行い、候補タンパク質の膜変形活性を調べた。結果、タンパク質Xの部分配列が最もプローブとして適している性質をもつことが分かった。さらに、より細胞膜の張力プローブとして適するように約10か所に変異を入れ改変を行った。これらの変異体を培養細胞に発現させ、共焦点レーザー顕微鏡で観察を行い、凝集体を作らず、かつ細胞膜の張力の変動に感受性をもつ変異体を同定した。この変異体を細胞膜の張力プローブとした。本年度の目標である細胞膜張力プローブの選定に成功し、さらに、変異体を作製し、より細胞膜の張力の変動に感受性をもつプローブの作製に成功した。細胞膜の力学的性質である膜張力は、細胞膜の変形を伴う細胞運動や細胞分裂等の細胞膜の変形を伴う動的な細胞機能を理解するうえで、必須な要素である。実際に、近年の研究により、細胞膜の張力という物理的なシグナルが、細胞運動、細胞分裂、極性形成、発生等の基本的な生命現象を制御していることが明らかになりつつある。細胞膜を曲げる活性をもつBARドメインに着目し、細胞膜張力のプローブとして適しているBARタンパク質の選定を行い、5種のBARドメインを候補とした。これらのGFP融合タンパク質を作製し、哺乳類培養細胞に発現させ、浸透圧を変えることにより、細胞膜張力を操作し、張力変化に応答するBARドメインを同定した。さらに、細胞伸展装置を用いて、機械的に細胞膜を伸ばすことにより膜張力を機械的に増加させた場合、このBARドメインは細胞膜から外れることを確認した。このGFP-BARドメインを細胞膜張力の低い部位を認識する(low membrane tension sensor)プローブとした。そして、この蛍光プローブを用いて、イメージングを行った結果、細胞膜の張力の変動を伴う伸展・退縮に応答して、ダイナミックに局在することが分かり、この蛍光プローブが細胞膜張力の変動を直接感知していることが考えられた。今後は、この膜張力プローブをゼブラフィッシュの発生等in vivoイメージングに応用して、生体内における細胞膜張力の変動を可視化することを目指す。前年度に作製した細胞膜張力プローブが、実際に細胞運動の際、細胞膜の張力に変動を感知しているか、蛍光タンパク質をつなげてライブイメージングを行い、細胞膜の張力の分布の可視化を試みる。運動先端側の細胞膜張力は変動しており、細胞後方の膜張力より優位に低いことが示唆されている。そこで、実際に作製したプローブが、細胞先端側に特異的に濃縮しているかどうか調べる。さらに、プローブが細胞膜の張力を特異的に認識して先端に局在しているか確認するため、細胞伸展装置を用いて、細胞運動時の細胞膜の張力を人工的に下げた時、プローブの先端への極性化が崩壊して、細胞膜全体に局在化するかどうか調べる。
眼球運動、事象関連電位のLORETA解析を用いた軽度認知機能障害早期診断の試み

アルツハイマー型認知症(以下ATD)の早期発見早期治療を目的として、軽度認知障害(以下、MCI)やAD患者に対して、探索眼球運動や脳波のトポグラフィー解析及び事象関連電位のLORETA解析と、従来行われてきた神経心理学的検査の他、MRIやSPECTなど脳統計画像解析による計測とを同時期に検査を行うことで、健常者とMCIや認知症の初期から脳の器質的変化と、脳の機能的変化との関連を比較検討してきた。その結果健常者に比較して、ATD患者は探索眼球運動で有意に注視停留点総数の減少、総移動距離の短縮が認められ、反応探索スコアの減少が認められた。また事象関連電位のLORETA解析では、側頭・頭頂葉領域の活動性の低下が示唆された。MCI患者においても、比較的早期より反応探索スコアの減少、LORETA解析における側頭・頭頂葉領域の活動性の低下を示唆するハイリスク群が認められた。脳統計画像解析では、主に若年型ATD患者や一部のMCI患者で、明らかな海馬や海馬傍回の萎縮を認める以前に側頭頭頂領域での萎縮、SPECT所見で同部位の血流低下が認められており、これら結果との関連も続けて研究している。今回軽度認知障害(以下,MCI)やアルツハイマー型認知症(以下, AP)などの認知症患者に対して,探索眼球運動や脳波のトポグラフィー解析及び事象関連電位のLORETA解析と,従来行われてきた,MRIやSPECTなど脳統計画像解析による計測とを同時期に検査を行うことで,健常者とMCIや認知症の初期から脳の器質的変化と,脳の機能的変化との関連を比較検討することを目的とし,明らかな器質的変化が起こる以前に機能的変化が起こっていないか調べてきた。現在までに,赤ちゃんの「泣き』「笑い』「中性』表情写真や「〓」図を用いて事象関連電位のLORETA解析および探索眼球運動の計測を行ってきた。その結果,健常者に比較して,AD患者は有意に注視停留点総数の減少,総移動距離の短縮が認められ,反応探索スコアの減少が認められた。また事象関連電位のLORETA解析では,側頭、頭頂葉領域の活動性の低下が示唆された。MCI患者においても,比較的早期より反応探索スコアの減少,LORETA解析における側頭、頭頂葉領域の活動性の低下を示唆する1群が認められた。脳統計画像解析では,松田らの監修によるMRIを用いた早期AD診断支援システムのVSRADでも,若年型AD患者で,明らかな海馬や海馬傍回の萎縮を認める以前に, PETやSPECT所見で,側頭頭頂部の血流低下が認められており,これら結果との関連も研究している。今後の予定として,さらに対象者を増やし,調査を行うとともに,MMSE, HDS-R, ADAS-cog, CDRなど各神経心理学的検査との関係を調べAD患者の早期診断の診断率の向上を図るとともに,コリンエステラーゼ阻害剤などによる抗認知症薬の治療効果についても研究を行っていく予定である。アルツハイマー型認知症の早期発見早期治療を目的として、軽度認知障害(以下、MCI)やアルツハイマー型認知症(以下、AD)患者に対して、探索眼球運動や脳波のトポグラフィー解析及び事象関連電位のLORETA解析と、従来行われてきた神経心理学的検査の他、MRIやSPECTなど脳統計画像解析による計測とを同時期に検査を行うことで、健常者とMCIや認知症の初期から脳の器質的変化と、脳の機能的変化との関連を比較検討してきた。現在までに、赤ちゃんの『泣き』『笑い』『中性』表情写真や『S字』図を用いて事象関連電位のLORETA解析および探索眼球運動の計測を行ってきた。その結果、健常者に比較して、AD患者は探索眼球運動で有意に注視停留点総数の減少、総移動距離の短縮が認められ、反応探索スコアの減少が認められた。

脳統計画像解析では、主に若年型AD患者や一部のMCI患者で、明らかな海馬や海馬傍回の萎縮を認める以前に側頭頭頂領域での萎縮、SPECT所見で同部位の血流低下が認められており、これら結果との関連も続けて研究している。以上からも事象関連電位およびそのLORETA解析、探索眼球運動は患者にとり、非侵襲的で有用な生理学的指標となることが示唆された。今後更に対象者を増やすとともに、MCI患者において経目的に検査を行うこと、また時間分解能に優れている近赤外線スペクトロスコピーも導入し、探索眼球運動や事象関連電位との同時計測が可能であり、AD患者の早期診断の診断率の向上を目指していく。現在コリンエステラーゼ阻害剤などによる抗認知症薬の治療効果についても研究中である。
血小板インテグリンGPIIb-IIIaによる蛋白チロシン燐酸化と脱燐酸化機構の解明

1.血小板にトロンビン(Th)刺激を加えると蛋白チロシン燐酸化反応(PTP)が認められ、そのうちいくつかはCPIIb-IIIaを介した凝集と共に脱燐酸される。この蛋白チロシン脱燐酸化反応(PTD)は細胞外Ca^<2+>をキレートしたり、Ca^<2+>の代わりにMn^<2+>やNi^<2+>を細胞外に加えると抑制されることから、PTDはGPIIb-IIIaのみならず細胞外Ca^<2+>の流入によっても制御されていると考えられた。2.アクチン重合阻害剤であるサイトカラシンD(CytD)を血小板に加えた後Thで刺激するとPTPは著明に抑制された。このことから血小板のPTPはアクチン重合反応に依存していると考えられた。3.同様に、Th刺激時に認められるPTPおびよPTDに及ぼすカルパイン阻害剤のEST、MDL.カルパインの影響を検討したが、それらはいずれも影響を与えなかった。従って血小板のPTPおよびPTDにはカルパインは関与しないと考えられた。4.Th刺激を加えた血小板を融解し、膜骨格、細胞骨格、細胞質に分画した後、各々の画分でのPTP,PTDを検討したところ、大部分のPTPは細胞骨格で生じ、全細胞で認められたPTDは細胞骨格で起こることが判明した。このことは蛋白チロシンホスファターゼ(PTPase)が細胞骨格上で存在することを意味したので、PTPIB,PTPIC,SHPTP2の各PTPaseの細胞骨格への移行に検討した。その結果、PTPIBはGPIIb-IIIa依存性に、PTPICはTh刺激とGPIIb-IIIaの両者に依存して細胞骨格へ移行することが明らかとなった。さらにPTPICはGPIIb-IIIa依存性にチロシン燐酸化されることが観察された。このようにGPIIb-IIIa依存性のPTDには細胞骨格の再構築とPTPの両者が関与していることが明らかとなった。
人工膝関節置換術施行患者の運動機能を予測する臨床予測モデルの抽出

本研究では,人工膝関節全置換術(TKA)適用患者の身体機能と運動機能の測定を行い,(1)術後早期の機能回復を明らかにすること,(2)各機能の標準値について検討することを目的とした。本研究の結果より,術後14日目という短期間では,膝関節筋力・膝屈曲ROMと歩行速度は,術前機能まで回復しないことが明らかになった。また,各機能の関連因子を基に階級分けを行い,TKA前の身体機能検査と運動機能検査の標準値を算出した。本研究で得られた知見は,理学療法士が変形性膝関節症患者の機能低下を解釈する際の一助になるとともに,理学療法の効果判定をする際の目標値になると考える。本研究の目的は,理学療法診断に基づく臨床推論を推進していくための1手法として,理学療法士が測定可能な検査の基準値を設定し,将来の運動機能を判別する臨床予測モデルを抽出することである。これまでの大部分の理学療法評価には評価尺度の基準値がなく,対象者の測定値の持つ意味が不透明であったため,理学療法プログラムは担当理学療法士の知識と経験に基づく臨床推論に依存していた。一方,理学療法診断では担当理学療法士の知識と経験に加えて,理学療法検査の基準値と対象者の測定値との比較による定量的な予後予測に基づき理学療法プログラムの立案や変更を判断するため,臨床推論の妥当性を可視化することが可能になる。したがって,経験の浅い理学療法士にとっては,形式知化された知識を手掛かりに技術を効率的に習得していくことができ,対象者にとっては明快な情報の1つになり得ると考える。検査の基準値設定を行うためには,大規模調査により多くの症例数を集積し,様々な要因によって層別化された信頼のできるデータを提示する必要がある。そのため,本研究では多施設共同研究を実施している。平成25年度は,協力施設の募集・マニュアルの作成・倫理委員会の承認・協力施設への現地指導を行った。協力施設の募集は研修会やホームページを通して行った結果,7施設の協力が得られ,現地指導を行った。現在,測定を開始している施設は4施設であり,対象者91名の測定を実施した。また,研究協力者との研究打ち合わせを実施し,平成25年度の進捗状況と平成26年度に向けての話し合いを行った。平成26年度は,多施設共同研究の協力施設の増加を主として実施する予定である。研修会やホームページに加えて,研究協力者個人の繋がりを利用し,より広く協力施設の募集を行う。本研究の目的は,人工膝関節置換術適用患者の基本属性・医学的属性・身体機能および運動機能を多施設共同研究によって調査・測定し,1術後歩行自立日数を判別するCPRの抽出すること,2入院期間を判別するCPRの抽出すること,3術前・術後の身体機能と運動機能の標準範囲の設定することである。平成26年度は多施設共同研究の協力施設の募集を積極的に行い,8施設の協力が得られた。症例数は300例の調査・測定が終わり,計画通りに進んでいる。学会発表については研究協力者とともに予定より多くの演題登録をすることができた。また,多施設共同研究の協力を得るための研修会や打ち合わせも計画通り実施しできた。上記のように,協力施設の募集(現地での研究説明含む)やデータの調査・測定と管理・解析は計画通りに実施できたが,論文の掲載については2015年3月16日に投稿したため,掲載の有無については次年度になる予定である。本研究の目的は,人工膝関節置換術適用患者の基本属性・医学的属性・身体機能および運動機能を多施設共同研究によって調査・測定し,1歩行自立日数を判別する臨床予測式(CPR)を抽出すること,2入院期間を判別するCPRを抽出すること,3術前・術後の身体機能と運動機能の標準値と標準範囲を提示することである。現在,13施設の協力が得られ,症例数は583名にまで増加した。平成27年度は研修会(協力施設を募集するため)を2回,学会発表も6演題行った。本年度の達成度は80%である。協力施設数は13施設,症例数は583名であり,順調である。しかしながら,論文掲載については,まだ実現できていないため,今後は積極的に論文投稿をしていきたい。本研究の目的は,変形性膝関節症(以下,膝OA)患者を対象に,人工膝関節置換術前後の身体機能と運動機能について調査・測定を行い,機能低下の実態を明らかにすることである。最終年度は継続して,協力施設の募集(研修会の開催・論文投稿や学会発表)を積極的に行った。その結果,4年間で15施設の協力が得られ,866症例のデータが集積できた。また,研究成果をまとめ,原著論文を投稿し,3本の掲載が決定した。本研究の結果より,人工膝関節全置換術(以下,TKA)前の膝OA患者の機能低下はバラツキが大きいことが明らかになった。そのため,TKA前の身体機能検査(膝関節筋力・膝ROM)と運動機能検査(歩行速度・TUG)の標準値を階級分けを行い提示した。本研究で提示した標準値は,理学療法士が膝OA患者の機能低下を解釈する際の一助になるため,対象者の状態把握に役立つ指標になると考える。また,TKA後14日目では,術前機能(筋力・膝屈曲ROM・歩行速度)までの回復が認められないことが明らかになった。

現在,我が国ではTKAの入院期間は2週間が一般的となっているが,退院する時点では術前機能までの回復が見込めないことが示された。そのため,TKAでは,退院後のリハビリテーションが重要になると考える。さらに,術後早期のリハビリテーションでは,大腿四頭筋の筋力増強運動や膝関節屈曲のROM運動を中心とした運動療法が一般的な治療として実施されている。しかしながら,本研究の結果より,術後早期のリハビリテーションでは,炎症症状の改善による疼痛軽減と膝伸展ROMの改善に着目すべきであり,これらのことを理学療法評価と治療に反映すべきであると考える。本研究では,人工膝関節全置換術(TKA)適用患者の身体機能と運動機能の測定を行い,(1)術後早期の機能回復を明らかにすること,(2)各機能の標準値について検討することを目的とした。本研究の結果より,術後14日目という短期間では,膝関節筋力・膝屈曲ROMと歩行速度は,術前機能まで回復しないことが明らかになった。また,各機能の関連因子を基に階級分けを行い,TKA前の身体機能検査と運動機能検査の標準値を算出した。本研究で得られた知見は,理学療法士が変形性膝関節症患者の機能低下を解釈する際の一助になるとともに,理学療法の効果判定をする際の目標値になると考える。本年度の達成度は90%である。協力施設数の増加により,300例という多くの症例数の調査・測定が実施できた。しかしながら,術後3ヵ月以降の調査が行えていない症例がほとんどという課題がある。今後は論文掲載を目指すとともに,研修会などを実施して協力施設を増やし,より多くの症例数を集積したいと考えている。なお,現在計画している研修会は10月29・30日に愛媛県で開催する予定である。リハビリテーション科学協力施設は今後も積極的に増やしていく。そのためには,多施設共同研究の研修会の実施や協力施設の現地指導を継続して積極的に行う予定である。また,投稿した論文については掲載されるように努力していく予定である。その他の雑誌にも,研究結果を積極的に投稿していく予定である。本年度の達成度は80%程度である。計画的に「マニュアル作成」や「協力施設への現地指導」を行い,測定を開始できていると考える。しかし,基準値設定を行うためには協力施設が少なく,サンプル数も足りないと感じている。本研究は,4年間の期間を設けているため,平成26年度以降はより積極的に協力施設を募り,サンプル数を増やしていきたいと考えいる。協力施設への研究説明や研究協力者との打ち合わせの回数の増加,論文投稿料などにより,差額が生じた。90%は計画的に使用できたが,下記の理由により差額が生じた。協力施設が増えたことにより,筋力計を予定より多く購入して貸し出したり,協力施設でへの研究説明が増加したため,物品費や旅費が当初の計画より増加している。その分,研究協力者への謝金を減額している。協力施設への研究説明や研究協力者との打ち合わせを積極的に行う予定である。また,論文投稿についても積極的に行う予定であるため,研究協力者の謝金を減額して,旅費などに回していきたいと考えている。今後は,継続してより積極的に「協力施設の募集」を行い,協力が得られた施設には「現地指導」を実施していく。また,手術後3ヵ月・6ヵ月・1年と経過を追える症例については,調査・測定を実施し,日常生活活動(ADL)や生活の質(QOL)についても検討する予定である。
昆虫類の必須共生微生物におけるゲノム進化と多様化：野外集団の追跡調査による実証

共生微生物なしでは成長や繁殖ができない昆虫は多い。共生微生物におけるゲノム進化と多様化のメカニズムとして、「弱有害突然変異の蓄積・ゲノムサイズの縮小」と「置換」がそれぞれ知られている。しかしこれまでの知見は分子進化解析・ゲノム解析・分子系統解析からの推測であり、野外集団の追跡調査による直接的な証拠はなかった。本研究では、10年前に調査したチャバネアオカメムシの野外集団について再調査をおこなうことによって、共生微生物におけるゲノム進化と多様化を野外集団で実証することを試みる。
サンゴ-褐虫藻共生系の多様性とストレス耐性に関する研究

本研究では、サンゴ-褐虫藻間の共生関係の多様性と共生体のストレス耐性の関係を明らかにすること、そして白化の機構を解明することを主な目的とし、下記の実験を行った。造礁サンゴ2種(トガリシコロサンゴPavona divaricataおよびクサビライシFungia sp.)の解離細胞より細胞凝集塊(tissue ball)を調整し、白化機構を調べるための実験系を開発した。両種について、高温ストレス下では、褐虫藻密度とtissue ballの生存期間の間に負の相関関係があることを見出した。このことは、ストレス下で褐虫藻が共生体にとって有害な物質を産生していることを示唆する。高温ストレスによるtissueball生存期間の短縮が活性酸素除去剤により緩和されることから、この有害物質は活性酸素であることが示唆された。シワリュウモンサンゴPachyseris rugosaを暗黒下で1時間高温処理すると、PSIIの最大量子効率(Fv/Fm)は変化しなかったが、炭素固定回路機能の指標である最大霊子伝達速度(ETRmax)は有意な、しかし回復可能な低下を示した。一方Fv/Fmの少なくとも60%が機能していれば最大電子伝達速度は維持されることから、高温ストレスによる褐虫藻光合成系の損傷は、最初にPSII以降の要素、おそらく炭素固定回路、に生じ、PSIIの損傷は2次的なものであることが示唆された。トゲスギミドリイシAcropora nobilisおよびニオウミドリイシAcropora paliferaの幼生または一次ポリプが、異なる宿主由来の褐虫藻(クレードA, B, C, D)を取り込み、共生系を樹立することを見いだした。今後このシステムを用いて、褐虫藻の遺伝子型、生理学的性質の差異が共生体のストレス耐性にどのような影響を及ぼすかを調べることが可能となった。1.サカサクラゲを用いた白化感受性決定要因の解析サカサクラゲでは、褐虫藻をもたないクローンポリプに様々な遺伝子型の褐虫藻を感染させることができる。この実験系を用いて、褐虫藻の遺伝子型と白化感受性の関係を解析した。その結果、異なる宿主由来の褐虫藻をもつ遺伝的に等しいサカサクラゲは白化耐性が異なることが分かった。このことは、褐虫藻の生理的性質が共生体の白化耐性を決定することを示唆する。2.解離細胞を用いた白化機構解析のための実験系の開発サンゴの解離細胞を飼育すると球形の凝集塊(tissue ball)を形成する。tissue ballは、繊毛運動により回転運動を行うが、ストレス処理により運動の停止、凝集塊の崩壊が起こる。このことを利用し、様々な褐虫藻密度をもったtissue ballをストレス処理することにより、tissue ballの生存期間と褐虫藻密度の関係を調べた。その結果、高温ストレス下では、褐虫藻密度と生存期間の間に負の相関関係があることを見出した。高温ストレスによるtissue ballの生存期間の短縮が活性酸素除去剤により緩和されることから、この有害物質は活性酸素であることが示唆された。3.活性酸素産生の条件「光化学系が機能しているにもかかわらず炭素固定回路が損傷された褐虫藻は活性酸素を産生しやすく、サンゴ白化を起こしやすくする」という仮説をたてた。暗黒下での高温処理がアザミサンゴの褐虫藻排出を促進することを見出したが、この時褐虫藻の光

化学系も炭素固定回路(電子伝達速度)も低下していなかった。一方、中強度の光条件下では高温ストレスは褐虫藻の光合成系を損傷するが、褐虫藻の排出は誘引しなかった。現在のところ、上記仮説はまだ検証されていない。本研究では、サンゴー褐虫藻間の共生関係の多様性と共生体のストレス耐性の関係を明らかにすること、そして白化の機構を解明することを主な目的とし、下記の実験を行った。造礁サンゴ2種(トガリシコロサンゴPavona divarioataおよびクサビライシFungia sp.)の解離細胞より細胞凝集塊(tissue ball)を調整し、白化機構を調べるための実験系を開発した。両種について、高温ストレス下では、褐虫藻密度とtissue ballの生存期間の間に負の相関関係があることを見出した。このことは、ストレス下で褐虫藻が共生体にとって有害な物質を産生していることを示唆する。高温ストレスによるtissueball生存期間の短縮が活性酸素除去剤により緩和されることから、この有害物質は活性酸素であることが示唆された。シワリュウモンサンゴPachyseris rugosaを暗黒下で1時間高温処理すると、PSIIの最大量子効率(Fv/Fm)は変化しなかったが、炭素固定回路機能の指標である最大電子伝達速度(ETRmax)は有意な、しかし回復可能な低下を示した。一方Fv/Fmの少なくとも60%が機能していれば最大電子伝達速度は維持されることから、高温ストレスによる褐虫藻光合成系の損傷は、最初にPSII以降の要素、おそらく炭素固定回路、に生じ、PSIIの損傷は2次的なものであることが示唆された。トゲスギミドリイシAcrooora nobilisおよびニオウミドリイシAcropora paliferaの幼生または一次ボリプが、異なる宿主由来の褐虫藻(クレードA, B, C, D)を取り込み、共生系を樹立することを見いだした。今後このシステムを用いて、褐虫藻の遺伝子型、生理学的性質の差異が共生体のストレス耐性にどのような影響を及ぼすかを調べることが可能となった。