hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Adenovirusvectorを用いた神経細胞および軸索再生経路全長の研究

目的:腕神経叢損傷後における肘屈曲機能再建手術として筋皮神経運動枝遠位断端を尺骨神経または正中神経の神経束と交叉が最近注目されており、この手術により独立した肘屈曲機能が獲得されている。この神経交叉術は、これまで過誤神経再生を来すので、従来行ってはいけない手技と考えられてきたにもかかわらず、予想外に良好な結果がえられており、この機能回復には大脳の可塑性とともに脊髄にも同様の可塑性が作用している可能性があると仮説をたて、これを実証するために以下の実験を行った。方法:41頭のWisterラット上肢を用いてコントロールとして正中、尺骨、擁骨、筋皮神経の支配髄節を検索し、脊髄神経支配髄節が重ならない筋皮神経と尺骨神経の交叉手術8週後に交叉縫合部の末梢部からlacZ遺伝子組み込みアデノウイルスを感染させ2週後に全身潅流後に脊髄を腕神経叢と一塊に取り出し、X-gal染色し、神経再生経路の全長を観察した。結果:グループI(コントロール):支配髄節の分布は筋皮神経C5-C7、正中神経C6-Th1尺骨神経C8-Th1であり、ヒトにおけるそれと一致しており、筋皮神経と尺骨神経の支配髄節レベルの重なりはなかった。グループII:筋皮神経近位端に尺骨神経遠位端を縫合したモデルの縫合部遠位からのウイルス導入によりC5-Th1髄節(7/7)が、逆の神経組み合わせ縫合遠位(筋皮神経遠位部)からのウイルス導入でC8and Th1髄節が染色された(7/7)。考察:これらの結果から、過誤神経縫合とも言える神経交叉術後には、これまで全く考えられてもいなかった脊髄レベルで、本来の支配髄節からの神経再支配が起こることが示された。現在、この結果を補足する目的でグループIIの数の追加と筋皮神経あるいは尺骨神経を切離後直ちに縫合し、8週後に縫合部遠位部からのウイルス導入モデル結果を評価中である。(目的)腕神経損傷に対する神経移行術のひとつであるOberlin法に類似したラットモデルを作成し、神経端側縫合モデルとの神経再生経路の相違に関して、LacZ遺伝子組換えadenovirusを用いた神経トレースにより検討調査する。(方法)ラット尺骨神経のfuniculus径の約三分の一にわたる切れこみを入れ、その断端を筋皮神経遠位断端と端々縫合したモデルを10頭作成。各モデルに対し、LacZ遺伝子組換えadenovirusを使用し、神経再生経路をトレースする。(結果)以前の実験で、支配髄節のレベルが異なる尺骨神経と筋皮神経において、尺骨神経に筋皮神経を端側縫合した場合には、元の尺骨神経の支配髄節に、筋皮神経の支配髄節を加えた範囲に軸索染色が認められる例があったが、今回の部分的端々吻合のモデルでは、尺骨神経の支配髄節にのみ軸索染色が認められ、筋皮神経の支配髄節に軸索染色は認めなかった。これまでは一般に、筋皮神経を尺骨神経に端側縫合した場合、尺骨神経からcollateral sproutingにより、筋皮神経への神経再生が起こると考えられていたが、我々の実験から神経を端側縫合した場合のみに何らかのシグナルが送られて、元の神経細胞から神経再生が起こる可能性が示唆されている。

現在これらを証明するための追加実験として、wistar系ラットを用いて、端側縫合モデルと端々縫合モデルを各10頭作成し、脊髄切片の観察や、二重染色法も加えて実験を進めている。今年度、研究中途に、LacZ virusを用いた神経線維染色について以前に比べで、染色能力の低下および、不安定性が、出現した。この原因を見いだすためにウィルスの力化試験および、X-gal反応液のチェックを段階的に行った。その結果、ウイルスの力価低下が原因と考えられたため、新たに作成したウイルスを入手して染色を再度行い,安定して、良好なtracihgを行うことが可能となり、正常神経線維のみならず、再生神経線維を安定して染色できることを確認した。ラット脊髄から末梢神経に至る連続した神経標本の取り出しは、丁寧な操作と長時間作業を必要とするが、標本固定のタイミング、脊椎の部分的、段階的な切除手順の確立により、脊髄神経とともに、第5頸髄神経根から、第1、胸髄神経根から腕神経叢さらに末梢神経を一塊に取り出し、染色固定及びグリセリンによる透明化により、末梢神経全長の標本作成が可能となった。ラット筋皮神経を切離し、その遠位断端を尺骨神経もしくは、正中神経に、端側吻合するモデルで、後根神経節はもちろん、前根糸から脊髄前角の運動ニューロンにかけてのルートをトレース可能な標本が少しずつ作成されている。今年度末にこれまでのNikon実体顕微鏡に替わり最新のZeiss社の電動ステージ付き実態顕微鏡を新規導入し、これまでにないシャープな画像を撮影できるようになった.この顕微鏡により後根神経節の軸索再生状態の観察もこれまでになく詳細に行えるので、今後、その再生線維分岐部同定もできると考えられる。また、三次元解析用のソフトウエアー導入により、後線神経節細胞、及び前角細胞の再生軸索分岐部画像を三次元画像再構築することにより再生神経発芽部位について新たな検討を行う予定である。ヒト腕神経叢ひきぬき損傷の再建では損傷と反対の健側第7神経根を用いた神経移行(交叉)が臨床治療の選択枝の一つとなっているが、この手術操作を行っても健側第7神経根損傷の脱落損傷が予想外に軽微であることが知られている。これには、大脳化可塑性機能が関与していると考えられるが、第7神経根の上下神経根が手術操作によって誘発された可塑性機能伝達経路を担っている可能性があるのでラットを用いて第7頚髄神経切離後に、その近位断端からLacZ adeno virusを導入し、その染色経路を検討予定である。目的:腕神経叢損傷後における肘屈曲機能再建手術として筋皮神経運動枝遠位断端を尺骨神経または正中神経の神経束と交叉が最近注目されており、この手術により独立した肘屈曲機能が獲得されている。この神経交叉術は、これまで過誤神経再生を来すので、従来行ってはいけない手技と考えられてきたにもかかわらず、予想外に良好な結果がえられており、この機能回復には大脳の可塑性とともに脊髄にも同様の可塑性が作用している可能性があると仮説をたて、これを実証するために以下の実験を行った。方法:41頭のWisterラット上肢を用いてコントロールとして正中、尺骨、橈骨、筋皮神経の支配髄節を検索し、脊髄神経支配髄節が重ならない筋皮神経と尺骨神経の交叉手術8週後に交叉縫合部の末梢部からlacZ遺伝子組み込みアデノウイルスを感染させ2週後に全身潅流後に脊髄を腕神経叢と一塊に取り出し、X-gal染色し、神経再生経路の全長を観察した。結果:グループI(コントロール):支配髄節の分布は筋皮神経C5-C7、正中神経C6-Thl尺骨神経C8-Thlであり、ヒトにおけるそれと一致しており、筋皮神経と尺骨神経の支配髄節レベルの重なりはなかった。グループII:筋皮神経近位端に尺骨神経遠位端を縫合したモデルの縫合部遠位からのウイルス導入によりC5-Th1髄節(7/7)が、逆の神経組み合わせ縫合遠位(筋皮神経遠位部)からのウイルス導入でC8
神経誘導・領域化に関わる新規遺伝子の同定

神経領域を決定する新規遺伝子Kheperを用いて、この遺伝子の上流・下流にて機能する因子を同定し、神経領域決定のメカニズムを解明するため、以下のようにExpression Cloning実験を行った。ゼブラフィッシュとマウスの初期胚、および分化初期のマウス胚性幹細胞(ES細胞)からcDNAプラスミドライブラリーを作成し、大腸菌にて200クローンのプールに分割し、各々からプラスミドを抽出、これを鋳型としてRNAを合成しゼブラフィッシュ受精卵にマイクロインジェクションする。インジェクションした受精卵の一部を12時間後に固定しKheperをはじめとする神経系のマーカー遺伝子によりwhole mount in situ hybridizationを行い、神経領域の変化を観察。また残りの一部は翌日まで培養し、形態の変化を観察する。総数23万クローンをスクリーニングした結果、様々な既知の遺伝子のほかにBcl2ファミリーに属する新しい遺伝子、Wntファミリーの新しい遺伝子、およびFGFファミリーの新規遺伝子(FGFx)をクローニングすることに成功した。FGFxを過剰発現させると、神経領域が拡大する。FGFシグナルを過剰に活性化させると、胚全体が背側化し、神経領域が拡大することが知られている。一方、この遺伝子はゼブラフィッシュのオーガナイザーの形成とともに背側に発現を開始し、頭部神経領域と中胚葉領域にも発現していることがわかった。これらのことから、FGFxは少なくとも頭部において神経領域の決定に関与している可能性がある。今後は、新しく同定されたこれらの因子が神経領域の決定に直接関与するかどうか、またKheperとの上下関係を明らかにしていく予定である。本研究はExpression cloning法により、ゼブラフィッシュ胚の神経発生に影響を与える遺伝子をマウス、ES、ゼブラフィッシュより同定することを目的としている。1.受精後610時間のZebrafish胚と胎生6.5日のマウス胚からcDNAライブラリーを作成した。2.ES細胞をLIF非存在下で培養して分化を開始させると4日目からHEN3β、Wnt3、brachyury、goosecoidの発現を認め、5日目からchordinの発現が増強することを確かめた。そこで3日目と4日目の細胞から得たRNAよりcDNAライブラリーを作成した。3.各ライブラリーより200クローンずつのプールを作成後、各プールより合成したRNAをゼブラフイツシュ胚(12細胞期)にマイクロインジェクションし、翌日、実体顕微鏡による観察にて形態を分類した。すでにゼブラフィッシュ2x10^5クローン、マウス1x10^5クローン、ES細胞1x10^5クローンの一次スクリーニングを終了し、形態変化の強いプールを選択した。4.既知の遺伝子を含むプールを除外するため遺伝子特異的プライマーにてPCRを行い、これまでにゼブラフィッシュのライブラリーからfgf8,squint, cyclops, chordin,β-catenin, antivin, lefty2,GBP, wnt8,vent, bmp7,bmp2bを確認した。これまでの研究からゼブラフィッシュの神経系全体の発生を制御している転写因子を単離・同定しkheperと命名した。この遺伝子は予定神経領域全体に発現し、この発現は背側化・腹側化因子であるnoggin,bmpによって調節されていることがわかった。しかし、kheperはこれらの因子によって直接制御されているのではなく、なんらかの因子を介していると予想された。また、kheperの過剰発現により神経領域が広がるものの、kheperが直接的に神経細胞分化を誘導しているわけではない。これらのことからkheperの上流・下流存在して神経系の発生を調節している因子を同定するため、ゼブラフイッシュを用いたexpression cloningを行うことにした。この実験を行うにあたり、ゼブラフィッシュのcDNAライブラリーだけでなく、マウスの胎児、分化誘導したES細胞からのcDNAライブラリーも作り、種を超えて作用する遺伝子の同定も目指した。大腸菌に形質転換したライブラリーを200から300クローンずつのプールに分け、それぞれからプラスミドDNAを抽出し、RNAを合成してゼブラフィッシュの受精卵にマイクロインジェクションした。

形態変化とkheperをはじめとする各種マーカー遺伝子の発現パターンの変化から候補をしぼり、各プールをより分けて単一のクローンを得た。現在、これらの新規遺伝子の機能を解析中である。
遠隔の特性を考慮した遠隔講義におけるインストラクショナル・デザインの研究

2つの実践を対象とし、研究を行った結果、以下のようなことが明らかとなった。1.講義自動撮影システムを用いた講義アーカイブ実践における講師・受講生への影響講義を撮影されることによる講師や受講生への影響,講義アーカイブを理解するために重要な情報,自動的に作成された講義アーカイブの有効性,の3点を明らかにすることを目的として,質問紙調査及びインタビュー調査を実施し,分析及び考察を行った。その結果,授業を撮影されることによって,当初講師や受講生には心理的な負担が若干かかるものの,経験によってその負担は減少していくことが分かった。また,講義アーカイブを見る際に受講生が重視しているのは,音声情報と教材情報であること,アーカイブ化される授業においては「教材への適切な指示」が非常に重要であることが示唆された。さらに,作成された講義アーカイブについては画質や音質の面では十分高い評価を得ることができ,FDに役に立つ可能性が大きいことが分かった。2.遠隔ゼミにおける受講生のメディア活用について平成15年度から京都大学教育学部学生と鳴門教育大学現職教員大学院生を結んで、ビデオチャット,テレビ会議,電子掲示板を通じて教育に関する問題について議論する京鳴バーチャル教育大学(KNV)実践を行い、評価研究を行った。遠隔ゼミにおけるメディアを活用した遠隔コミュニケーションの特性に関するインタビュー調査を行い、分析及び考察した結果、遠隔コミュニケーションの場合、普段のコミュニケーションよりも情報量が少ないため、重視しているモーダルを明確に意識すること、システムに対する評価の良し悪しに関わらず学生の主体的な学びに結びつけることができたことが明らかとなった。今年度は2つの実践に対する調査研究を行った。その結果,授業を撮影されることによって,当初講師や受講生には心理的な負担が若干かかるものの,経験によってその負担は減少していくことが分かつた。2.遠隔ゼミにおける受講生のメディア活用について平成15年度から京都大学と鳴門教育大学間で京鳴バーチャル教育大学(KNV)実践を行っている。京都大学教育学部学生と鳴門教育大学現職教員大学院生が,ビデオチャット,テレビ会議,電子掲示板を通じて教育に関する問題について議論する授業である。本授業を対象にして,複数のメディアを用いて遠隔ゼミを実践した際に,学生がどのような意識を持ってメディアを活用したのか,またメディアは授業の目的を満たすために役に立ったのかを明らかにすることを目的として,インタビュー調査を行った。その結果,実践での環境に対して技術的な面に不満を持つ一方で,与えられたメディアの特性を活かそうと試みていることが分かつた。
白色矮星質量の精密測定によるIa型超新星の親星の探索

白色矮星の質量を精密に測定し、Chandrasekhar質量限界に近い重い白色矮星を探索したり、種族ごとの質量分布の違いの有無を観測的に求めることで、Ia型超新星の親星の候補の解明を目指して研究に取り組んだ。とくに、ASTRO-H衛星に搭載されたX線マイクロカロリメータによる超精密X線分光と、硬X線撮像検出器による広帯域X線分光は本研究を進める上で不可欠であるため、軌道上観測の実現に向け機器の開発・地上試験・打ち上げ後の初期運用に主体的に参加した。ASTRO-H衛星は2016年2月に打ち上げられ初期観測に成功した。通信異常問題が解決し次第、白色矮星の観測データも得られる予定である。また、観測から得られる白色矮星のX線放射スペクトルを解析し、質量推定につなげるため、独自に開発してきた白色矮星のX線放射モデルを改良した。X線マイクロカロリメータのスペクトル解析で必須となる、ヘリウム状鉄の輝線放射の詳細なモデル化(密度依存性の取り込みなど)を、ハーバード大学の共同研究者らとともに実施した。並行して、自らの観測提案にもとづき「すざく」衛星を用いて白色矮星連星「ペルセウス座GK」を長時間観測し、伴星からの質量降着が爆発的に増大する2-3年に一度の瞬間をとらえた。スペクトル解析から得られた白色矮星周辺の降着流の幾何形状(降着円盤の内縁半径など)について論文として発表した。
分子キラリティー認識の新規円二色性法の開発と応用

1.我々は、分子キラリティー認識の新規円二色性法の開発と応用を目的に、単一官能基キラル分子の絶対配置を励起子カイラリティー法で決定する新規戦略を立て、その方法を開発した。(1)CD補助基として2個の(1-ナフチル)基をもつアキラル系を設計。(2)CD補助基を単一官能基のキラル分子にエステルあるいはエーテル結合で結合。(3)キラリティーが伝播し、2個のナフタレン発色団はキラル立体配座を取る。(4)ねじれに対して励起子分裂型コットン効果を観測。(5)分子力場計算等で配座解析し、発色団間のねじれを理論的に決定。(6)実測CDと比較し、絶対配置を非経験的に決定。この方法を適用して種々のキラルモノアルコール類の絶対配置を決定できた。2.物質科学研究の究極の目的の一つは「分子機械」の開発である。そこでは1個の分子が外部エネルギーを得て、機械として作動する。我々は、分子機械の一つである「光動力キラル分子モーター」の世界で初めての開発に成功した。この分子モーターは光動力機構をもち、また「ツメ歯車効果」により回転方向の制御に成功している。3.我々はチアカリックスアレーン(TCA)の簡易合成法を見出して以来、架橋硫黄の特性を利用し、従来の系では実現困難な立体化学制御を達成した。(1)架橋硫黄の金属イオン配位で、TCAの立体配座をconeに固定できた。硫黄酸化体でも立体制御が出来た。(2)これらの立体配座制御により、架橋SOの立体配置による立体異性体の全てを合成した。(3)隣接する架橋硫黄2個を酸化し、SO中心の不斉を構築した。(4)1,3-alternate型TCAの架橋硫黄を1個酸化し、骨格の不斉化を実現した。(5)TCA架橋硫黄酸化体にキレーション制御型芳香族求核置換反応を適用できた。(6)TCAに不斉アミドを導入しGC用不斉固定相へ応用できた。本研究は、分子キラリティー認識の新規円二色性法の開発と応用を目的に、単一の官能基を有するキラル分子の絶対立体化学を励起子カイラリティー法で決定する新規戦略を立て、その方法を開発できた。1.我々は、分子キラリティー認識の新規円二色性法の開発と応用を目的に、単一官能基キラル分子の絶対配置を励起子カイラリティー法で決定する新規戦略を立て、その方法を次のように開発した。(2)このCD補助基を単一官能基のキラル分子にエステルあるいはエーテル結合で結合。(4)ねじれに対して励起子分裂型コットン効果が観測。(5)分子力場計算などで配座解析し、発色団間のねじれを理論的に決定。(6)実測CDと比較し、絶対配置を非経験的に決定できた。2.この方法を適用して種々のキラルモノアルコール化合物の絶対配置決定に適用した。3.先に実用合成法を開拓したチアカリックス[4]アレーンのホスト分子機能開発のため、フェノール性水酸基の形状選択的アルキル化を検討した。

ブロモ酢酸エチルによるエーテル化で、アセトン中、ナトリウム、カリウム、及びセシウムの炭酸塩を用いて、動的立体制御によりpartialcone,cone,1,3-altemate立体異性体を選択的に合成できた。cone体を加水分解して得たテトラカルボン酸に(S)-1-フェニルエチルアミンを導入し、キラルなチアカリックスアレーンを合成した。これをガラスキャピラリーカラムに塗布、不斉カラムを調製し、光学異性体の識別機能を検討した結果、低沸点誘導化したアルコール、アミン、アミノ酸等の光学異性体対を識別することを見出した。物質科学研究の究極の目的の一つは「分子機械」の開発であろう。そこでは1個の分子が機械として作動する。我々は最近、分子機械の一つである「光動力キラル分子モーター」を世界で初めて開発した。この分子モーターは光動力機構をもち、また「ツメ歯車効果」により回転方向の制御に成功している。1.我々は先に極端にねじれたオレフィン化合物の合成、右手系と左手系に分離する光学分割、右手系か左手系かを決定する絶対配置の決定、安定なシス型オレフィンの異常なラセミ化反応(光学活性の消失)、およびメチル基の導入によるラセミ化の阻止などについて報告してきた。また、光化学のトランス型、シス型異性化反応は双方向が原則なのに、我々の系では異常な片道反応を見いだしてきた。今回、トランス型分子の異常片道光反応に実は不安定な1次生成物が存在することを見いだした。これが安定なシス型生成物に変化する。この後の段階が片道通行となり、「ツメ歯車効果」として逆回転を阻止する。これにより一方向に180°回転する。2.シス型分子も同様のことを繰り返して、結局360°回転して原形にもどる。この際、回転方向は分子のキラリティーにより制御される。光照射を繰り返すことで連続回転し、その事は分子キラリティーを検出するのに鋭敏な円二色性スペクトルで実証できた。3.不斉チアカリックスアレーンの系統的合成とGC用不斉固定相への応用、および架橋硫黄の立体制御酸化に成功した。コーン体の水酸基側やそのパラ位に不斉な官能基(アミン、アルコール、アミノ酸)を導入した。水酸基に4個のアミドを導入した系で不斉識別能が最も高かった。また、ベンジル基で配座をコーン型に固定し、当量の酸化剤で架橋Sをエカトリアル位にS=O酸化した後、ベンジル基を脱保護し、新規不斉カリックスアレーンを得る事に成功した。1.CD励起子法の新しい展開:単一官能基をもつ系への応用戦略我々は単一官能基をもつ系の絶対配置決定の新規方法を開発できた。(1)種々のモノアルコールに対して適用した。CD補助基をもつエステルは225nm付近に非常に強い励起子分裂型Cotton効果を示した。これはキラル部分から発色団への不斉の伝播を示す。(2)立体配座解析をCONFLEX/MM3法で行った。計算最安定配座の励起子間のねじれは正であり、実測のCDと一致した。以上、キラルモノアルコールの絶対配置を決定する新しい方法を確立できた。また本方法はキラルモノアミン化合物にも適用できた。2.分子機械「光動力キラル分子モーター」「分子機械」とは1個の分子で出来た機械装置であり、外部エネルギーを機械的動作に変換する。我々は分子機械の1つである「光動力キラル分子モーター」の構築に世界で初めて成功した。今回、オレフィン系二重結合のシス-トランス光異性化の中間体を単離しCDを測定できた。今後、反応の熱力学を解明する。3.キラルチアカリックスアレーンの化学カリックスアレーンによる不斉分子構築の戦略は、(1)キラル官能基の導入、(2)アキラル官能基の複数個導入に限られる。
ヒトがんへのパピローマウィルスの関与--疫学的研究を中心に--

できるだけ多種類の粘膜向性ヒトパピローマウイルス(mHPV)のDNAを効率よくPCR法で増幅できる“consensus"primerと,増幅したDNAの型判定法とを樹立するため,E6-E7領域で増幅して制限酵素切断地図で判定するS方式,L1 5′末領域で増幅して制限酵素切断地図で判定するT方式,及び,L1 3′末領域で増幅して,膜上に固定した標準HPV DNAとのハイブリッド形成率で判定するN方式の3方式が班員によって開発されてきた。今年度は1)標準HPV DNAを鋳型として,3方式のprimer活性スペクトルを調べた。2)また,同一試料の3方式による分析結果の整合性についての協同研究も継続した。その結果,次の点が明かとなった。S方式は頸がん関連の殆どのmHPVDNAには有効である。T方式は頸がん関連は無論,それら以外に少なくとも28種類のmHPV DNAに対応できる。N方式はT方式よりスペクトルがやや狭い。T方式で増幅したDNAにN方式の判別法を用いると,感度は高くノイズが極小となる。これらの結果などを勘案すると,婦人科等での通常の調査研究での基準的な方法としては,先ず,T方式で試料を調査し,確かな型判別が得られない場合は,S方式を用いて再調査を行なうことが望ましい。勿論,T方式やS方式で増幅したDNAにN方式の型判別法を用いれば,精度は向上する。また,頸がんに限られた調査では,先ず,S方式で調査し,確かな結果が得られない試料はT方式などで調査することが得策であろう。また,分子汚染に対する手順を踏むことを決して怠ってならない。6名の班員から前向き及び後向きの経時的な調査研究の結果が昨年より集積度の高い形で報告された。3名の班員から子宮頸がん,同腺がん,喉頭がんにおけるmHPV感染とp53変異との調査結果が報告された。HPV16のL2抗体調査法が樹立され,E6,E7などの抗体上昇が子宮頸がん患者に限られるのとは異なり,L2抗体上昇は同部異形成の患者にも認められることが判った。
柔軟ロボットの運動と力のハイブリッド最適制御

1.柔軟ロボットの運動にともなって種々の振動が発生するので、ロボットの力学的モデルに基づいて現代制御理論的手法を用いて制御方式を決定することが必要である。まず3自由度をもつ平行リンク形ロボットの負荷を担う最終リンクが分布的な柔かさを持つ場合について考察した。リンクの軸方向と直交する2方向の曲げ振動を偏微分方程式で表わし、ロボットのハンド位置を制御すると同時に振動をも抑性するような関節角の制御方式を理論的に導いた。さらに柔軟ロボットの根元にストレーン・ゲージを張って振動を検出し、理論的に導いた制御方式をパソコンを用いて実時間で実現して実験を行った。フィードバックによる振動制御の効果は著しいことが実験的に確められた。2.偏微分方程式モデルを用いることなく、より簡単なばねモデルを用いてアームの柔軟性を表現し、加速度計を用いて振動を検出して振動制御を行う方式を提案した。ばねモデルに基づいて振動の動特性を導き、それから制御則を導いている。軌道制御を行った場合、この制御則によって入出力安定であることを証明した。さらに、ばねモデルから得られた制御則を用いて実験を行い、ばねモデルの有効性を実証した。3.フレキシブル・ビームを剛体負荷を担って回転する場合には、ビームの曲げ振動と同時にねじり振動も発生する。剛体負荷の重心がビームの中心線上にない場合、剛体負荷のねじり振動とビームの曲げ振動の結合振動の偏微分方程式と境界条件をまず導き、次にこれらを単一の発展方程式の形で記述した。発展方程式を有限次元モデルで近似し、これに基づいて制御則を導いた。モータの回転の角加速度を制御することによって良好な制振効果が得られることを実験的にも確認した。1.ロボットの柔軟性は,アームに分布した弾性による柔かさと各関節に集中した柔かさに起因している.これらの柔軟性のために先端効果器に振動が発生する.柔軟ロボットのモデルとして仮想的な3次元の集約ばねを考えこの仮想的なばねが先端効果器を担っていると考えて柔軟ロボットのモデリングを行った.ロボットの先端に3個の加速度計をつけることによって,各方向の振動の大きさを検出することができるので,これをフィードバックして振動を安定化する.ラグランジュの方法を用いて導いた運動方程式に基づいて,ロボットに所定の運動を達成させるとともに,発生した振動をできるだけ速やかに減衰させるような制御則を導いた.制御則は,モータの位置や速度情報とともに,加速度計出力のフィードパックを用いている.また各軸ごとに分離された形の出力フィードバック形式になっており,この制御則によってシステムはロバスト安定であることを論理的に証明した.2.平行リンク型の柔軟ロボットを用いて実験を行い,理論的に導いた制御則の有効性を実証した.サーボ型加速度計を3個用いて振動を検出し,パーソナル・コンピュータを用いて制御を行った.周波数応答を測定して振動系のパラメータを決定し,最適レギュレータの理論を用いてフィードバック・ゲインを求めた.加速度系出力フィードバックの効果は顕著であり,運動にともなう振動はフィートバックによって抑制されることが実証された.1.柔軟ロボットの運動にともなって種々の振動が発生するので、ロボットの力学的モデルに基づいて現代制御理論的手法を用いて制御方式を決定することが必要である。柔軟ロボットの力学的モデルとして偏微分方程式が用いられることが多いが、偏微分方程式モデルを用いることなく、より簡単なばねモデルを用いてアームの柔軟性を表現し、加速度計を用いて振動を検出して振動制御を行う方式を提案した。ばねモデルに基づいて振動の動特性を導き、それから制御則を導いた。

2.フレキシブル・ビームが剛体負荷を担って回転する場合には、ビームの曲げ振動と同時にねじり振動も発生する。剛体負荷の重心がビームの中心線上にない場合、剛体負荷のねじり振動とビームの曲げ振動の結合振動の偏微分方程式と境界条件をまず導き、次にこれらを単一の発展方程式の形で記述した。発展方程式を有限次元モデルで近似し、これに基づいて制御則を導いた。モータの回転の角加速度を制御することによって良好な制振効果が得られることを実験的にも確認した。
人＝動物インタラクションにおける行動動態の分析と認知モデル化

本プロジェクトでは、人と動物間の社会的シグナルの動態を自然な状況で計測する技術を確立し、人と動物との相互行為とその学習を、心理実験や数理モデル化を通じてあきらかにする事を目的とする。これまでの業績を受けて、本年度での実績は具体的には1)人=サルのインタラクション場面、特にアイコンタクトの訓練において、社会的なタッチがアイコンタクト訓練を促進することを実験的に示した。このことは、視線が単なる条件づけとして促進されているのではなく社会的シグナルとして学習されていることを示している。2)人=ウマインタラクション場面において、ウマが視覚と聴覚の多感覚の情報を用いて人の情動状態を認知・予測していることを示した。ウマは人の「心」の状態を多くの手がかりをもちいて統合的に判断していることが示唆される。3)人=イヌインタラクション場面では、いちど人との共生からはなれた保護犬の訓練過程において、訓練当初と訓練後半における散歩時の歩行リズムの解析を行い、歩行リズムの同調が訓練後には強く見られることを示した。人同士では多く観察される現象が、人=イヌ間でも同様に見られた。4)人=動物で見られるような、他者の動きに応じて自己の動きを調節し、同期や同調がみられる現象と、他者の「心の理論」によって認知状態や情動状態をシミュレートする他者モデルの獲得が、共通の予測と制御の枠組みで説明可能なモデルを提案した。短いタイムスケールの予測と制御によって動きの同期や同調が、一方で長いタイムスケールの予測で他者の認知・情動の予測と制御のための社会的シグナルが生成されることでこの2つの現象を説明するモデルである。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、新しくはじめたウマーヒトインタラクションの動作計測実験を開始した。ウマの動作にコマンド(支持)を与える際の両腕の筋電図やモーションキャプチャによる動作計測、視線計測を行い、異なるコマンドにおける動作と注意の違いを定量化できた。また、イヌとヒトとの関係性を長期に記録するシステムの構築を行い、日本盲導犬協会との共同研究体制をスタートさせた。ヒトと動物との距離を長期間モニターすることで関係性の強さを定量化できるシステムを構築した。また、イヌーヒトインタラクション研究とおよびウマーヒトインタラクション研究における行動実験を行う研究員を新たに雇用し、行動実験をスタートさせた。サルーヒトインタラクションでは、新しく研究員を雇用し、玉川大学脳科学研究所の施設内において、共同注視などの視線の訓練が行える環境の整備を行った。また、学習分野および比較行動認知分野の若手研究者を講演者として研究会を開催し、イヌのトレーニング、ウマのトレーニング等での実践場面での問題点や定量化の方法などに関しての議論を行った。主に3つのプロジェクトでの計測開始とフィールド設定を行い、ウマなど一部でのプレリミナリーなデータを得た。学会発表では、研究計画と目的および一部プレリミナリーなデータに関して報告を行ったが、一定の結論を得られるまでの成果には結びついていない。ヒトと動物のインタラクションに不可欠な社会的シグナルを同定するために、動物とヒトとのインタラクションの動作計測、視線計測、筋電図計測の同時計測を行った。ヒト-ウマインタラクションの計測のために、ウマの動作計測のための簡易な加速度センサーを導入し、ウマの歩様の分類を機械学習の手法を用いてデータドリブンに分類する方法を提案し、検証した。ウマの歩様のビデオ解析をエキスパートが行い、歩様分類をした結果に対して、90%以上の精度で加速度から教師無し学習によって分類可能であることを示した。また、加速度の軌跡から歩様変化の時間を100msec前後の時間精度で検出する手法を提案した。さらに、ヒトの筋電図とウマの歩様変化の関係を解析することで、ウマに指令を出す御者の熟練者と初心者での動作の違いについて検討した。ヒト-サルインタラクションの主に相互学習の特性を明らかにするために、サルに一定の動作をさせる訓練をヒトが行っている際の、動作および音声のビデオ解析を行った。訓練中の全ての「芸」動作の同期の程度およびその分散によって学習の進行を評価したところ、動物のみではなく、ヒトの動作も収束していることがわかった。さらに、音声による声かけやコマンドの種類の解析を行ったところ、訓練初期に多様な声かけによって動物の反応を探索することが多かったが、後半になると声かけの遷移パターンやコマンドの種類が減少し、このパターンも収束していることがわかった。各動物とアプローチについて、まだ論文としての成果はあがっていないが、計測および実験は順調に進行しており、次年度以降の成果報告が期待できる状態になった。ウマのフィールド計測実験は順調にサンプル数を増やし、ヒトの音声や動作に対して、ウマの歩様の遷移確率や遷移時間の検討を開始できた。サルのフィールド計測は、既存のデータでの解析が進み、ヒトとサルのインタラクションが生じている中での相互学習が、動作および音声データによって示された。ウマの馬房での認知実験も、事前実験が進み、条件を絞り込んだ上での検討が始まっている。サルの実験室実験では、ヒトとのインタラクションを指さし行動の発現という形で訓練した動物を作成し、ヒトがいる場合といない場合での社会的シグナルの発現の有無について検討をおこなっている。本プロジェクトでは、人と動物間の社会的シグナルの動態を、よりフィールドに近い自然な状況で計測する技術を確立し、人と動物との相互行為とその学習を、心理実験やモデル化を通じてあきらかにする事を目的とする。

より具体的には、馬や犬など人が家畜化し伴侶動物として用いている動物と飼い主との間で交わされる、コマンドとその反応や、訓練状況における社会的シグナルを、モーションキャプチャや視線計測装置、心拍計などをもちいて、それぞれ定量的に計測することで、自然な状態での相互行為の動態を明らかにする。また、人に遺伝的に近いサルとの視線や指刺し訓練を行い、ヒト同士で重要である共同注意の認知メカニズムについて検討する。本年度の実績は具体的には、1)人=馬インタラクション研究において、調馬策実験課題を開発し、その課題における音声指示と動作との間の関係を記述することに成功した。とくに、教師無し学習手法による、加速度から馬の歩様の変化を時間的正確に分離する機械学習手法を確立し、学会発表した。2)人=馬インタラクションにおいて、人からの社会的シグナルであるsocialtouchの強化力を評価しする実験を行い、その結果を論文として発表した。3)人=馬インタラクションにおいて、人の注意状態に応じて馬の要求行動が変化することを実験的に明らかにし、論文として発表した。4)馬が人の情動表出の認知を行うかどうかや、個人によってそれらが変化擦るかどうかを調べるための実験セットアップを整備し、いくつかのプレリミナリーな結果を得た。3)サルと人の間の社会的シグナルに関する実験を開始し、サルの指刺し行動が、人の存在の有無で大きく変化する事を示した。人=馬間のインタラクション実験および、その解析技術の向上によって、データ取得と分析が可能となり、本年度は具体的なデータ取得とその解析によって人と馬との一定の社会手的シグナル測定と分析が可能となった。それにより調馬策実験によってその学習過程のデータ取得を行うことができた。また、人=サルインタラクションについても、指刺し実験環境が整い1頭目の訓練と行動データの取得を行うことができた。人=イヌ実験については、盲導犬での実験が困難であるため、一部遅れているが、次年度に保護犬をつかって麻布大学において実験する環境を整えることができた。おおむね、順調にそれぞれのインタラクションの実験研究を進展させることができた。人と動物間の社会的シグナルの動態を、自然な状況で計測する技術を確立し、人と動物との相互行為とその学習を、心理実験やモデル化を通じてあきらかにする事を目的とする。これまでの研究実績をうけて、本年度の実績は具体的には、1)人=馬インタラクション研究において、調馬策実験課題おける音声指示と動作との間の関係を記述し、人の音声に応じて馬の行動変化までの時間の変化が、馬をどれだけ指示通り動かすことができたか、という「人馬一体間」の主観評定と比較し、人馬一体感に2つの種類が存在することを明らかにした。人=馬インタラクションの実験結果からの知見を応用した車両制御に関するアイデアを特許として共同で出願した。2)人どうしのコミュニケーションにおいて、自然な他者認知の指標としてもちいられている「あくびの伝染」が人=馬間で存在するかどうかの実験を行い、あくびの伝染が人=馬間でも存在する事を示した。
自発的参加による効率的な公共財供給:環境問題と政治経済モデルへの応用

社会構成員に参加(協力)強制力がない状況において、排除性のない公共財が社会厚生を最大にするように社会構成員の自発的参加により供給されるかどうかを考察した。具体的な経済問題として、(1)地球環境問題および(2)政治経済モデルへの応用を考察し、それぞれにおいて、均衡配分の効率性や分配の公平性といった諸問題を考察した。また、効率的な水準で公共財を供給する部分ゲーム完全均衡点が現実に見られうる行動なのかを、実験経済学の手法を用いて検証した。
運動の同期による共同注意の促進効果に関する比較認知的検討

本申請では,他エージェントとの運動同期(時間的に随伴した行動)が生じることで,円滑なコミュニケーションが促進されるのかを検討する。研究1では,インタビュー調査と質的研究法(M-GTA)を用いて,ウマとインタラクションを行っている際の「人馬一体」感について明らかにした。結果は,ヒトの指示に時間的に随伴してウマが行動を変えたときに,ウマを手足のように感じる主体感や,ウマとの円滑なコミュニケーション感がヒトに生じ,これらが生じたときにヒトは一体感を感じていることが明らかになった。またこのようなウマの行動変容には,長期の飼育や訓練を通してウマがヒトの指示を学習するだけでなく,ヒトがウマの行動を学習する双方の学習(相互学習)が必要であることが明らかになった。研究2では,相互学習が生じると考えられる長期の飼育や訓練を通して,異種の動物が円滑なコミュニケーションのできる対象としてヒトは認識するようになるのかを質問紙を用い検討した。結果は,対象となる動物(イヌやネコ)の飼育歴がある回答者の方が,飼育歴がない回答者よりも,対象動物が感情を持つ程度は高いと回答した。従って,飼育や訓練を通して,インタラクションの対象となった異種の動物が感情を持つとヒトは感じるようになり,円滑なコミュニケーションができる対象として認識するようになることを明らかにした。研究3では,相互学習を通した時間的随伴が他エージェントとの円滑なコミュニケーションに寄与するかを実証するため,アニメーション(実験1)とロボット(実験2)エージェントを用いた実験を行った。実験1では,相互学習を通した時間的随伴が一体感を高めることを実証することができた。実験2では,時間的随伴が生じなかったエージェントの存在によって,意思決定課題における選択が固執傾向になることから,時間的非随伴は円滑なコミュニケーションを阻害する可能性を明らかにした。アニメーションエージェントやロボットエージェントを用いた,大学生を対象とした実験室実験を申請書の計画通り行えたことから,計画書通りの進展があったといえる。また,ヒトー異種間コミュニケーションにおける相互学習を通した時間的随伴性の円滑なコミュニケーションへの寄与を明らかにし論文化できたことから,期待以上に進展があったといえる。以上のことから,現在までの進捗状況は,当初の計画以上に進展しているものと判断している。本年度確立することができたアニメーションエージェントやロボットエージェントを用いた実験を,ラットを対象とし行う。ヒト以外の動物を対象とし,相互学習を通した時間的随伴によるエージェントとのコミュニケーションの促進の比較認知的検討を行う。本申請では,他者及び他個体と運動的な同期(時間的に随伴した行動)が生じることで,コミュニケーションが促進されるのかを検討する。研究1では,ヒトとウマの異種間インタラクションにおける時間的随伴の影響を検討した。まず実験1では,インタビュー調査と質的研究法を用いて,ウマとインタラクションを行っている際の人馬一体感について明らかにした。結果は,相互学習を経た運動的な随伴行動が人馬一体感に寄与していることが示唆された。実験2では実験1の質的研究をふまえ,実際にヒトとウマのインタラクションが行われている馬術訓練の場面で,相互学習は生じているのか,また時間的な随伴が生じた際に人馬一体感が生じるのかを実験的に検討した。研究途中ではあるが,相互学習が生じている可能性,及びヒトとウマの行動の時間的な随伴が生じた際に人馬一体感が生じる可能性が示唆されている。研究2では,ヒトとエージェントロボットのインタラクションにおいて,研究1の結果をふまえ,相互学習を経てエージェントロボットが時間的に随伴して行動を変容させるようになったときに,円滑なコミュニケーションが生じるのかを検討した。実験1では,時間的随伴によってエージェントロボットの印象が良くなるのか,また,エージェントロボットとの共同注意が促進されるのかを検討した。結果は,時間的随伴が生じたロボットの印象は,随伴が生じなかったロボットと比較して良くなったが,共同注意では差は見られなかった。実験2では,意思決定課題において,非随伴なエージェントロボットの説得よりも,時間的随伴が生じたエージェントロボットの説得により,自身の行動を変えるのかを検討した。結果は,共に意思決定課題を行うエージェントロボットが随伴か非随伴かによって,意思決定課題における選択が変化した。このことから,時間的随伴がコミュニケーションの促進に寄与することが示唆された。計画書に沿った進行を行っているが,エージェントロボットの作成に時間を要したため,ヒト-エージェントロボット研究に関しては計画書以上の進展はない。ただし,今年度エージェントロボットの完成及び実験計画の確立ができたため,今後研究の進展が期待される。また,並行してヒト-異種の動物インタラクションについても今年度は検討できたことから,計画書通りに進展したといえる。以上のことから、現在までの進捗状況は、計画書を大きく超えて進展するものではないものの、おおむね順調に進展しているものと判断している。

またこのようなウマの行動変容には,長期の飼育や訓練を通してウマがヒトの指示を学習するだけでなく,ヒトがウマの行動を学習する双方の学習(相互学習)が必要であることが明らかになった。研究2では,相互学習が生じると考えられる長期の飼育や訓練を通して,異種の動物が円滑なコミュニケーションのできる対象としてヒトは認識するようになるのかを質問紙を用い検討した。結果は,対象となる動物(イヌやネコ)の飼育歴がある回答者の方が,飼育歴がない回答者よりも,対象動物が感情を持つ程度は高いと回答した。従って,飼育や訓練を通して,インタラクションの対象となった異種の動物が感情を持つとヒトは感じるようになり,円滑なコミュニケーションができる対象として認識するようになることを明らかにした。研究3では,相互学習を通した時間的随伴が他エージェントとの円滑なコミュニケーションに寄与するかを実証するため,アニメーション(実験1)とロボット(実験2)エージェントを用いた実験を行った。実験1では,相互学習を通した時間的随伴が一体感を高めることを実証することができた。実験2では,時間的随伴が生じなかったエージェントの存在によって,意思決定課題における選択が固執傾向になることから,時間的非随伴は円滑なコミュニケーションを阻害する可能性を明らかにした。アニメーションエージェントやロボットエージェントを用いた,大学生を対象とした実験室実験を申請書の計画通り行えたことから,計画書通りの進展があったといえる。また,ヒトー異種間コミュニケーションにおける相互学習を通した時間的随伴性の円滑なコミュニケーションへの寄与を明らかにし論文化できたことから,期待以上に進展があったといえる。以上のことから,現在までの進捗状況は,当初の計画以上に進展しているものと判断している。本年度完成したエージェントロボットを用いて,引き続き大学生を対象とし,時間的随伴によってコミュニケーションは促進されるのかを検討する。また,次年度ではヒトだけでなく,ラットを対象とし,ヒト以外の動物においても,時間的随伴によってエージェントロボットとのコミュニケーションが促進されるのかを検討する。本年度確立することができたアニメーションエージェントやロボットエージェントを用いた実験を,ラットを対象とし行う。ヒト以外の動物を対象とし,相互学習を通した時間的随伴によるエージェントとのコミュニケーションの促進の比較認知的検討を行う。
神経回路形成におけるセマフォリンの機能

複雑な脳神経系において脳が脳として機能するためには神経回路形成が正確に行われることが必須である。この形成過程には軸索ガイダンス分子が関与していて、セマフォリンはその中でも1番多い分子である。今回の研究では神経回路形成におけるセマフォリンの機能解析を行った。新規のセマフォリンを同定し、これらのセマフォリンは反発性の軸索ガイダンス分子として機能している可能性を明らかにした。複雑な脳神経系において機能的な神経回路を形成するために、回路形成過程を制御する軸索ガイダンス分子が存在する。軸索ガイダンス分子としては、スリット,エフリン,セマフォリン,ネトリンが報告されている。セマフォリンは現在までに約30種類報告されている大きなファミリー分子で、神経系においては主に反発因子として機能する。セマフォリンの新たな機能解析の目的で新規セマフォリンのクローニングを試みた。その結果、2種類のマウスセマフォリンのクローニングに成功した。Sema3GとSema6Dである。Sema3Gは成体脳では小脳及び海馬特異的に発現している。レセプターはニューロピリン-2だと考えられ、神経軸索に対する反発活性を持つ。成体脳では生後に発現してくるので顆粒細胞の移動や高次脳機能に関与していると考えている。Sema6Dは脳に高発現している。Sema3GとSema6Dのノックアウトマウスの作成を進めており、最近Sema3Gノックアウトマウスの作成に成功した。また、最近モデル動物としてゼブラフィッシュにも注目して解析している。このため先ずゼブラフィッシュSema6Dのクローニングを試みた。この課程において、Sema6EとSema6Fのクローニングにも成功した。Sema6EとSema6Fはゼブラフィッシュ特異的なセマフォリンである。Sema6Dは発生中において菱脳やレンズなどで、成体脳においては小脳に発現している。Sema6Eは発生中においては菱脳やレンズなどで、成体脳では縦隆起に発現している。Sema6D、Sema6Eともに神経軸索に対する反発活性が認められた。これらのことより、初期発生中の神経回路形成に関与している可能性がある。Sema6Fは現在解析中である。今後は生体内での機能解析を進めていく予定である。セマフォリンは現在までに20種類以上報告されている大きなファミリー分子で、主に反発因子として機能する。Sema3Gは脳では小脳特異的に発現している。生後、顆粒細胞層などに発現してくるので顆粒細胞の移動に関与していると考えている。脳での発現は胎児から生体に至るまで同程度発現している。Sema3GとSema6Dのノックアウトマウスの作成を進めている。クローニングに成功したが、この課程において、Sema6EとSema6Fのクローニングにも成功した。Sema6DとSema6Eは神経系特異的に発現している。

脳での発現は胎児から生体に至るまで同程度発現している。Sema3GとSema6Dのノックアウトマウスの作成を進めている。また、最近モデル動物としてゼブラフィッシュにも注目して解析している。このため先ずゼブラフィッシュSema6Dのクローニングを試みた。クローニングに成功したが、この課程において、Sema6EとSema6Fのクローニングにも成功した。Sema6EとSema6Fはゼブラフィッシュ特異的なセマフォリンである。Sema6DとSema6Eは神経系特異的に発現している。Sema6Dは発生中において菱脳やレンズなどで、成体脳においては小脳に発現している。Sema6Eは発生中においては菱脳やレンズなどで、成体脳では縦隆起に発現している。Sema6D、Sema6Eともに神経軸索に対する反発活性が認められた。これらのことより、初期発生中の神経回路形成に関与している可能性がある。Sema6Fは現在解析中である。今後は生体内での機能解析を進めていく予定である。神経科学神経回路形成過程におけるセマフォリンの機能解析の研究を行っている。マウスにおいて新規セマフォリンであるSema3GとSema6Dの同定に最近成功した。これらのセマフォリンの詳細な発現解析をin situ hybridization法で行った。また、これらの抗体も作成してタンパク質レベルの発現解析も行った。さらに、神経軸索に対する反発活性の検討も培養系を用いた解析方法で行った。これらのことより、新規セマフォリンの発現解析、培養系を用いた機能解析について進展が見られた。また、重要であると考えているこれらのノックアウトマウスの作成であるが、ほぼ計画通りに進んでいる。現在はSema3Gノックアウトマウスの作成に成功したところである。このマウスはlacZ遺伝子も導入しているので、X-Gal染色により発現を簡単に見ることができる。これを使用して詳細な発現解析を行った。現在はノックアウトマウスの神経系における解析を進めている。ゼブラフィッシュの新規セマフォリンに関しても発現解析と培養系を用いた機能解析が進んでいる。生体内での機能解析を進めているところである。このようにほぼ計画通りに順調に進んでいる。神経回路形成過程におけるセマフォリンの機能解析の研究を行っている。現在は、キメラマウスを作成しているところである。
オルガネラ局在水チャネル機能阻害による腎障害発症機序のシステム生物学を用いた解析

オルガネラ(小胞体)に局在するアクアポリン-11(AQP11)の機能阻害は、腎障害を発症する。しかし、この腎障害発症メカニズムは不明のままである。本研究では、この障害メカニズムを明らかにする目的で、AQP11ノックアウトマウスなどの腎臓をsystems biology解析によって調べた。その結果、AQP11ノックアウトにより、NADPHoxidase 2 (NOX2) -酸化ストレス-アポトーシスの経路を介して障害が生じる可能性を発見した。AQP11は、オルガネラに発現するユニークな水チャネル分子で、AQP11の機能阻害は、乳児期に腎障害を発症することが明らかとなっている。本研究では、我々の研究室で培ってきた網羅的タンパク質・遺伝子解析技術とin silico分子間ネットワーク解析技術とを組み合わせたシステム生物学により、AQP11に関する遺伝子改変動物の腎などを解析し、AQP11機能阻害による腎障害発症の分子メカニズムを解明することを目的とする。本研究目的達成のために計画している研究項目は、(1)タンパク質ータンパク質間相互作用ネットワークの構築、(2)分子カスケードの抽出、(3)実証研究の3つである。最終的には、これらの結果を総合的に考察し、AQP11機能阻害による腎障害発症メカニズムを明確にし、正常な腎の発達の分子理解を進展させる。平成27年度には、(1)および(2)の2項目の実験を実施した。既に同定している322種類のAQP11結合タンパク質に基づいてタンパク質間相互作用ネットワークを構築した。また、並行してAQP11ノックアウトおよび野生型マウスそれぞれから遺伝子を抽出して網羅的解析を実施し、パスウェイ解析を行った。これらの検討結果から、AQP11ノックアウトマウスの腎において、NOX2による活性酸素経路、およびCASP9とCASP3に帰結するアポトーシス経路が障害に関与する経路として抽出された。次年度以降においては、これまでに両経路の相互作用が分かっており、この相互作用を念頭に置いて、抽出した2つの経路が妥当であったのかどうかについて、タンパク質発現量や局在の観点から検討する。また、平成27年度に得られた知見に基づいて、in vivoにおける(3)の実証研究も進めて行く。当初計画の通り平成27年度終了時点までに、AQP11機能阻害による腎障害発症経路を見出すことができた。また、この結果に基づいて、現在、同定した経路上のタンパク質の発現量の検討を行っている。さらに、次年度以降の研究に向けて、AQP11と同様の表現型を示す動物の入手などについても準備を進めている。以上の状況を勘案して、「(2)おおむね順調に進展している」と判断した。本研究は、(1)タンパク質ータンパク質間相互作用ネットワークの構築、(2)分子カスケードの抽出、(3)実証研究の3つを実施することにより、AQP11機能阻害による腎障害発症メカニズムを明確にし、腎疾患の病態生理の理解の促進とそれに基づいて将来的に創薬につながるシーズを見出そうとするものである。平成27年度には、(1)の研究および(2)の基礎的な研究を実施し、AQP11ノックアウトマウスの腎において、NOX2による活性酸素経路、およびアポトーシス経路の2経路を障害に関与する経路として抽出した。そこで、平成28年度には、(2)の検証実験と(3)の2項目の研究を実施した。(2)に関しては、平成27年度に抽出した2つの経路のうち、アポトーシス経路は様々な要因によって活性化することが知られているため、アポトーシス経路の上流に位置し、腎障害に特異性が高いと考えられるNOX2による活性酸素経路に焦点を当てて解析した。その結果、タンパク質レベルでもNOX2による活性酸素経路が活性化していることが分かった。さらに、興味深いことに、この経路の活性化は浸潤細胞によってもたらされることも観察した。(3)に関しては、AQP11に関連した遺伝子改変動物の作製を行ったが、表現型が安定せず、この動物を用いて解析しても研究が進捗しないことが考えられたため、AQP11と同様の表現型(腎嚢胞形成など)を示すpcyマウスを用いて解析した。その結果、pcyマウスにおいても、AQP11ノックアウトマウスと同様に、NOX2による活性酸素経路、およびアポトーシス経路が活性化していることを観察した。次年度においては、抽出したNOX2による活性酸素経路が妥当であるかどうかについてpcyマウスを用いて薬理学的な手法を用いた実証研究を行う。当初の計画通り平成28年度終了時点までに、AQP11機能阻害による腎障害発症経路をタンパク質レベルで明らかにし、また、同様の表現型を示す動物においても、その障害経路が活性化していることを確認した。以上の成果を勘案して、「(2)おおむね順調に進展している」と判断した。本研究は、(1)タンパク質ータンパク質間相互作用ネットワークの構築、(2)分子カスケードの抽出、(3)実証研究の3つを実施することにより、AQP11機能阻害による腎障害発症メカニズムを明確にし、腎の病態生理の理解の促進とそれに基づく将来的な創薬につなげようとするものである。平成28年度までに、(1)の研究、(2)の研究、そして(3)の研究の一部を実施した。まずシステムバイオロジー解析を実施したところ、AQP11機能阻害による腎障害発症経路として、NOX2による活性酸素経路およびアポトーシス経路の2つの経路の活性化が関与する可能性を見出した。