hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
乱流場の確率分布関数の理論と並列数値計算

1.Navier-Stokes乱流の1次元モデルやランダムな界面の成長モデルであるバーガース方程式にランダムな外力を加えた時の,速度勾配ζ≡∂u/∂xの確率密度関数Q(ζ)を理論的に求め,直接数値シミュレーション(DNS)と比較した.その結果Q(ζ)は極めて左右非対称であることや,ζの負の側にはべき的に減少する領域,とそれよりさらに大きい|ζ|で指数的に減衰することがわかった.2.3次元定常乱流のDNSを大規模に行なった.1999年12月に名古屋大学に導入されたばかりのFujistu VPP5000の32個のCPUと,当研究で開発した極めて効率のよい並列化FFTを用いて,N=1024^3の解像度で乱流場のDNSを行なうことに成功した.これは2000年3月の時点で世界最大規模であり,到達できたレイノルズ数R_λ=490もまた極めて高く,実験とも充分比較できるものである.結果は,すぐにUC Santa BarbaraのITPで開かれた乱流の国際会議でただちに発表され(2000年2月7日),大きな反響を得た(http://online.itp.ucsb.edu/online/hydrot_c00).3.速度差δu(r)=u(x+r)-u(x)の確率密度関数Q(δu)の漸近的関数形を条件付き平均値の観点から理論的に求めた.|δu|の小さいところでは,Q(δu)はガウス分布,|δu|の大きいところでは指数分布になることがわかった.これを乱流のDNSにより得られたデータと比較し,理論的な結果は実際にDNSデータと一致することが確認された.4.乱流における圧力や圧力勾配の分散をDNSにより直接計算しそのレイノルズ数依存性を詳しく調べた.その結果,圧力勾配の分散は準正規近似による結果よりもかなり大きくなることがわかった.この違いは,圧力のポアッソン方程式のソース項の秩序構造によって説明できた.また圧力のスペクトルの新しいスケーリングを得た.1.Navier-Stokes乱流の1次元モデルやランダムな界面の成長モデルであるバーガース方程式にランダムな外力を加えた時の,速度勾配ζ≡∂u/∂xの確率密度関数Q(ζ)を理論的に求め,直接数値シミュレーション(DNS)と比較した.その結果Q(ζ)は極めて左右非対称であることや,ζの負の側にはべき的に減少する領域,とそれよりさらに大きい|ζ|で指数的に減衰することがわかった.2.3次元定常乱流のDNSを大規模に行なった.1999年12月に名古屋大学に導入されたばかりのFujistu VPP5000の32個のCPUと,当研究で開発した極めて効率のよい並列化FFTを用いて,N=1024^3の解像度で乱流場のDNSを行なうことに成功した.これは2000年3月の時点で世界最大規模であり,到達できたレイノルズ数R_λ=490もまた極めて高く,実験とも充分比較できるものである.結果は,すぐにUC Santa BarbaraのITPで開かれた乱流の国際会議でただちに発表され(2000年2月7日),大きな反響を得た(http://online.itp.ucsb.edu/online/hydrot_c00).3.速度差δu(r)=u(x+r)-u(x)の確率密度関数Q(δu)の漸近的関数形を条件付き平均値の観点から理論的に求めた.|δu|の小さいところでは,Q(δu)はガウス分布,|δu|の大きいところでは指数分布になることがわかった.これを乱流のDNSにより得られたデータと比較し,理論的な結果は実際にDNSデータと一致することが確認された.4.乱流における圧力や圧力勾配の分散をDNSにより直接計算しそのレイノルズ数依存性を詳しく調べた.その結果,圧力勾配の分散は準正規近似による結果よりもかなり大きくなることがわかった.この違いは,圧力のポアッソン方程式のソース項の秩序構造によって説明できた.また圧力のスペクトルの新しいスケーリングを得た.1.乱流によって輸送されるスカラー場の統計性,特に距離r離れた2点間のスカラー場の差分δT(r)≡T(x+re_x)-T(X)の確率密度関数P(δT(r))について,直接数値計算により得られた場のデータを用いて解析を行った.その結果,P(δT(r))はδT(r)を止めたときの拡散項の条件付き平均値H(δT(r))≡<∇^2δT(r)|δT(r)>とスカラー場の散逸率の条件付き平均値G(δT(r))≡<|∇δT(r)|^2|δT(r)>により特長づけられることがわかった.特にP(δT(r))そのものではなくP(s)G(s)=exp(-∫^3_0(H(s′)/G(s′))ds′)により,分布関数が見通しよく整理できる事がわかった.2.1次元の外力のあるBurgers乱流場の速度差w(r)=u(x+r)-u(x)の確率密度関数について解析を行なった.その結果,w(r)>

0ではP(w)∝exp(-cw^3)という形で急速に減少する.一方w(r)<0ではまずP(w)|w|^<-3>というべきで減少し,さらにP(w)|w|^<-a>,0<a<2というかたちをとり,その後さらに指数的に減少することがわかった.写像関数による近似理論を用いて,この分布関数の振る舞いをある程度記述することができた.3.3次元乱流および2次元乱流の直接シミュレーションを並列計算機で行なうために,これまでのベクトル計算機用のプログラムを書き換えた.現在,2次元ではNECのSX4用に,3次元ではFujitsuのVPP500に合うように作ってある.現在すでに基本的な部分は書き換えが終了し,データが取れ始めている.しかし,さらに高速化と効率をあげるために現在調整中である.これまでに計算できた最大の格子点数は2次元ではN=4096^2,3次元ではN=512^3である.4.Navier-Stokes乱流のより単純化したモデルを構成した.このモデルでは,系の自由度のおおきさを調節することにより,一方では乱流の統計性を示し,一方ではKolmogorov1941の理論(Gaussianに近い)を示す.これを数値的に積分し,各種の統計的性質を調べた.その結果自由度が大きくなると,次第に揺らぎの幅が小さくなり,その一方で高波数側へのエネルギー輸送が平均として大きくなることが確認された.1.前年度に引き続き,条件付き平均値の方法を用いて,乱流における速度場の統計性を調べた.特に距離r離れた2点間における速度の縦方向の差分δu(r)≡u(x+re_x)-u(x)(u(x,t)=e_1・u)の確率密度関数P(δu(r))を,乱流の直接数値シミュレーション(DNS)により得られた場のデータを用いて解析を行なった.P(δu(r))はδu(r)を止めたときの粘性項の条件付き平均値H(δu(r))≡〈▽^2δu(r)|δu(r)〉とエネルギー散逸率の条件付き平均値G(δu(r))=〈|▽δu(r)|^2|δu(r)〉を用いてP(s)G(s)=exp(-∫^s_0(H(s′)/G(s′))ds′)と分布関数が見通しよく整理できる事がわかった.2.さらに理論的解析を進めて,δu(r)H(δu(r))がスケールrより大きいスケールからスケールr以下のスケールへのエネルギー輸送と密接に関連していることがわかった.この事実とスケールrにおける特性時間の考察より,|u|≪1と|u|≫1におけるH(u)およびG(u)の漸近的ふるまいを推論し,乱流のDNSの結果と比較した.両者には良い一致が見られた.3.ベクトル型並列計算機Fujitsu VPP500を用いて格子点数N=512^3までの3次元定常乱流を実現し,速度場と圧力場に関して確率密度関数をふくむ種々の統計量を計算した.特にNavier-Stokes方程式の各項のδu(r)を与えたときの条件付き平均値には,δu(r)に関する非対称性が見られるなど,興味深い性質が観察された.また,圧力場の統計についても,スペクトルのKolmogorv変数による規格化以外にレイノルズ数の依存性を考慮に入れる必要性があることなど,新しい知見が得られた.4. 1次元の外力のあるBurgers乱流場の速度差ω(r)=u(x+r)-u(x)の確率密度関数について解析を行なった.その結果、ω(r)>0では,P(ω)∝exp(-cω^3)という形で急速に減少する.一方ω(r)<0では|ω|が大きくなるにしたがい,まずP(ω)|ω|^<-α>,α≧3というべきで減少し,さらにP(ω)∝|ω|^<-1>というかたちをとり,その後さらにP(w)∝IXexp(-a|w|^β),β>0という具合に減少することがわかった.また,速度場の高階の微分(u^<(k)>≡d^ku/dx^k)についての確率密度関数を求め,|u^<(k)>|≪1ではべき的,|u^<(k)>|≫
適合原理に基づく制御系構成法とそのメカニカルシステムへの応用

実際に起こりうるシステムの稼動状態に対して適切な制御系を効率的に設計する設計法として,「適合原理」に基づく制御系設計法とそのメカニカルシステムへの応用について考察した.まず,近年制御系のほとんどがディジタル制御系として実現されていることを考慮し,サンプル点間の制御系の応答をも考慮できる「サンプル値クリティカル制御系」の構成法について考察を行った.いくつかの重要なクラスの入力空間(外生信号空間)に対して,制御系が適合するための必要十分条件を導き,この条件を用いた制御系設計法の有効性を計算機シミュレーションにより確認した.適合制御系の設計では,一般に,凸性の保証されない多目的不等式制約荷題を解く必要がある.この問題点を緩和する一手法として,線形行列不等式を用いる方法について考察し,新しい結果を得ている.現在のところ,この手法の適用範囲には制限があるが,適用可能な場合には極めて容易に所望のコントローラを得ることができる.一般的な場合に適用可能な設計法として,遣伝的アルゴリズムを用いる方法について検討し,不等式制約問題の求解に適した新しいを遺伝的アルゴリズムを提案した.適合制御系の構成では,「積分型コントローラ」が必要とされることが多い.そこで,オブザーバを含む「積分型コントローラ」を用いる適合制御系の設計について考察し,「ループ伝達関数回復手法」を利用する新しい設計法を提案した.上記の理論的成果を「救急車への搭載を目指すアクティブベット」の制御システムの設計に適用し,その有効性を検証した.実際に起こりうるシステムの稼動状態に対して適切な制御系を効率的に設計する設計法として,「適合原理」に基づく制御系設計法とそのメカニカルシステムへの応用について考察した.まず,近年制御系のほとんどがディジタル制御系として実現されていることを考慮し,サンプル点間の制御系の応答をも考慮できる「サンプル値クリティカル制御系」の構成法について考察を行った.いくつかの重要なクラスの入力空間(外生信号空間)に対して,制御系が適合するための必要十分条件を導き,この条件を用いた制御系設計法の有効性を計算機シミュレーションにより確認した.適合制御系の設計では,一般に,凸性の保証されない多目的不等式制約荷題を解く必要がある.この問題点を緩和する一手法として,線形行列不等式を用いる方法について考察し,新しい結果を得ている.現在のところ,この手法の適用範囲には制限があるが,適用可能な場合には極めて容易に所望のコントローラを得ることができる.一般的な場合に適用可能な設計法として,遣伝的アルゴリズムを用いる方法について検討し,不等式制約問題の求解に適した新しいを遺伝的アルゴリズムを提案した.適合制御系の構成では,「積分型コントローラ」が必要とされることが多い.そこで,オブザーバを含む「積分型コントローラ」を用いる適合制御系の設計について考察し,「ループ伝達関数回復手法」を利用する新しい設計法を提案した.上記の理論的成果を「救急車への搭載を目指すアクティブベット」の制御システムの設計に適用し,その有効性を検証した.起こりうる稼動状態に対して適切な制御系を効率的に設計する設計法として,「適合原理」に基づく制御系設計法とそのメカニカルシステムへの応用について考察した.まず,近年制御系のほとんどがディジタル制御系として実現されていることを考慮し,サンプル点間の制御系の応答をも考慮できる「サンプル値クリティカル制御系」の構成法について考察を行った.いくつかの重要なクラスの入力空間(外生信号空間)に対して,制御系が適合するための必要十分条件を導き,この条件を用いた制御系設計法の有効性を計算機シミュレーションにより確認した.適合制御系の設計では,一般に,凸性の保証されない多目的不等式制約問題を解く必要がある.この問題点を緩和する手法として,線形行列不等式を用いる方法について考察し,新しい結果を得ている、現在のところ,この手法の適用範囲には制限があるが,適用可能な場合には極めて容易に所望のコントローラを得ることができる.一般的な場合に適用可能な設計法として,ラマルク的手法を導入した遺伝的アルゴリズムを用いる方法を提案した.この手法では,コントローラのパラメータの探索のみならず,コントローラの構造の探索をも行うことができる一このアルゴリズムに基づく適合制御系設計支援システムのプロトタイプを構成し,簡単なメカニカルシステムの制御問題に対して適用し,その有効性を確認した適合制御系の構成では,「積分型コントローラ」が必要とされることが多い.そこで,「外乱相殺型積分型コントローラ」の新しい設計法を提案し,その有効性を計算機シミュレーションにより確認している実際に起こりうるシステムの稼動状態に対して適切な制御系を効率的に設計する設計法として,「適合原理」に基づく制御系設計法とそのメカニカルシステムへの応用について考察した.まず,近年制御系のほとんどがディジタル制御系として実現されていることを考慮し,サンプル点間の制御系の応答をも考慮できる「サンプル値クリティカル制御系」の構成法について考察を行った.いくつかの重要なクラスの入力空間(外生信号空間)に対して,制御系が適合するための必要十分条件を導き,この条件を用いた制御系設計法の有効性を計算機シミュレーションにより確認した.適合制御系の設計では,一般に,凸性の保証されない多目的不等式制約問題を解く必要がある.この問題点を緩和する一手法として,線形行列不等式を用いる方法について考察し,新しい結果を得ている.現在のところ,この手法の適用範囲には制限があるが,適用可能な場合には極めて容易に所望のコントローラを得ることができる.一般的な場合に適用可能な設計法として,遺伝的アルゴリズムを用いる方法について検討し,不等式制約問題の求解に適した新しいを遺伝的アルゴリズムを提案した.適合制御系の構成では,「積分型コントローラ」が必要とされることが多い.

そこで,オブザーバを含む「積分型コントローラ」を用いる適合制御系の設計について考察し,「ループ伝達関数回復手法」を利用する新しい設計法を提案した.上記の理論的成果を「救急車への搭載を目指すアクティブベット」の制御システムの設計に適用し,その有効性を検証しつつある.
魚類卵膜の多様性を反映した新たな卵膜形成モデルの構築

魚類の卵膜形成機構は魚種によって異なり、肝臓で前駆蛋白(Chg)を合成する種(肝臓タイプ)と卵巣で卵膜蛋白(ZP)を合成する種(卵巣タイプ)に大別される。しかし、両器官由来の蛋白を視野に入れ魚類一般に適応できる卵膜形成モデルは構築されていない。本研究では両タイプの魚種からそれぞれ解析されていない器官由来の卵膜蛋白もしくは遺伝子を観察し、肝臓タイプ魚種におけるZP蛋白の発現動態を明らかにすると共に卵巣タイプ魚種の肝臓で発現するChg様遺伝子を見出した。以上の結果から、魚類卵膜形成には一般に両器官由来の蛋白が関わるというモデルを構築した。魚類卵膜の形成機構は種によって異なりサケやヨーロッパヘダイでは肝臓が、コイ科魚類では卵巣がその合成器官であるとされている。コイでは、卵巣で発現する2種類の卵膜蛋白遺伝子(zona pellucida protein BおよびC;ZPBおよびZPC)がクローニングされているものの、肝臓で発現する卵膜蛋白前駆物質(コリオジェニンHおよびL;Chg HおよびChg L)を検索した例はない。本年度は、コイ科魚類Chgの検索を目的として肝膵臓より遺伝子のクローニングを試みた。Chg HおよびLに対する縮重プライマーを設計してRT-PCRを行い、特異的増幅産物を得た。得られた産物の塩基配列を基に遺伝子特異的プライマーを設計し、5'-RACEを行ったところコイChg Hと思われる約600bpの断片(H-H)と約400bpの断片(H-L)ならびにコイChg Lと思われる約800bpの断片(L)が得られた。これら5'-RACEで明らかにした配列とRT-PCRで得られた配列を合成した結果、H-H(1,092bp)、H-L(657bp)およびL(935bp)はそれぞれシグナルペプチドを含む360、218および311残基のアミノ酸をコードしていた。H-HおよびH-Lの演繹アミノ酸配列はZPBファミリーに特徴的なTFFドメインおよびZPドメインのN末端側の一部を含んでおり、両者ともコイZPBと高い相同性を示した。また、Lの演繹アミノ酸配列には、シグナルペプチドの下流にZPドメインのN末端側部分が観察され、コイZPCと高い相同性を有していた。以上、コイ肝膵臓から5'末端を含むChg HならびにLと思われる遺伝子断片を単離した。このことから、卵巣で主要な卵膜蛋白を合成するコイ科魚類においても卵巣外でChgが合成されていることが強く示唆された。魚類卵膜蛋白をコードする遺伝子は、いくつかの魚種から単離されている。しかし、これまで観察されている魚種はメダカ、コイ、キンギョ、サケなどの淡水魚が主であり、十分な情報が得られているとは言い難い。本年度は、海産魚における卵膜蛋白の一次構造を明らかにするため、マハゼ(Acanthogobius flavimanus)からの遺伝子クローニングを行った。供試魚は、八戸市舘鼻漁協で採集し肝臓ならびに卵巣片よりcDNAを合成した。これを鋳型とし、魚類コリオジェニン(Chg HおよびChg L)ならびに卵膜蛋白(ZPBおよびZPC)の塩基配列を基に作成した縮重プライマーを用いたRT-PCRおよびRACE法により全長を含む遺伝子をクローニングした。マハゼにおける2型Chg H遺伝子の全長はpoly Aを含む1,724bpおよび1,687bpであり、それぞれ550および461残基をコードするオープンリーディングフレーム(ORF)を有していた。ORFのサイズより、便宜的に前者をChg H1、後者をChg Lとした。一方、Chg Lでは471残基をコードする1,630bpの遺伝子ならびにそのスプライシングバリアントと思われるやや短い遺伝子(1,541bp、455残基)が単離された。同様の手法で、マハゼ卵巣で発現するZP遺伝子の単離を試みたが、今回は特異的増幅産物は観察されなかった。今後、発達段階の異なる卵巣を用いた解析などが必要であると思われた。得られたChg Hの演繹アミノ酸配列を他魚種のもとと系統解析した結果、マハゼChg H1はヨーロッパヘダイZPBb、メダカChg HおよびメナダChg Hの相同蛋白であり、Chg H2は、ヨーロッパヘダイZPBa、メダカChg Hminorの相同蛋白であることが示唆された。以上、マハゼの3型Chg遺伝子の全長をクローニングし、系統解析した。サクラマス卵膜は主に肝臓で合成される前駆蛋白で構築されるが、卵巣でも同時に2種類の卵膜蛋白(zona pellucida protein BおよびC;ZPBおよびZPC)遺伝子が発現している。しかし、本種ZP遺伝子および蛋白の卵巣における局在や発現動態は、明らかにされていない。

本年度はこれら卵巣由来の卵膜蛋白の局在を明らかにすることを目的とし、サクラマス卵巣のin situハイブリダイゼーション(ISH)および免疫組織学的観察(IHC)を行った。サクラマス1年魚雌から提出した卵巣片は常法に従ってパラフィン包埋し、6μm切片を作製した。ZP遺伝子の局在は本種ZPBおよびZPC遺伝子を基に作製したDIG標識RNAプローブを用いたISHにより検出した。一方ZP蛋白の局在は組換えZP蛋白に対する抗体(a-recombinant masu ZPBおよびZPC;a-rmZPBおよびa-rmZPC)を用いたIHCにより観察した。使用した卵巣組織片をヘマトキシリンーエオシン染色したところ、卵巣内には後期卵黄胞期もしくは初期卵黄球期の卵母細胞および初期卵黄胞期の卵母細胞が観察された。ZPBならびにZPC遺伝子の発現は、発達の進んだ卵母細胞および体細胞(濾胞組織・結合組織)には全く認められず、初期卵黄胞期(卵径200μm以下)の卵母細胞質のみに観察された。IHCでは、卵巣組織全体にわたる非特異と思われる染色が認められたものの、初期卵黄胞期の卵母細胞質にはa-rmZPBおよびa-rmZPCの両者に対する比較的強い染色が認められた。以上の結果より、サクラマスZP遺伝子は卵黄形成期以前の卵母細胞特異的に発現し、mRNAの転写と蛋白への翻訳は同時に起きることが示唆された。発現量の低さやバリアント遺伝子の多さなどからChg遺伝子のクローニングに時間を要し、全長のクローニングには至らなかったが、コイ雌の卵巣外で卵膜蛋白が発現している可能性が非常に高いことは明らかにできた。n situハイブリダイゼーションの結果より、ZP遺伝子の局在が明らかにできた。しかし、免疫組織学的観察では非特異染色が認められたため、抗体を吸収するなどの特異性を向上させる条件検討が必要であると思われる。研究計画に従って、様々な魚種における卵膜蛋白遺伝子のクローニングを行う。この研究活動内で、H24年度に明らかにできなかったコイChg遺伝子の全長も解析する。研究計画に従ってコイにおけるChg遺伝子および蛋白の検索を行う。一方で、H24年度計画が順調に進んだ場合は、サクラマス卵巣の免疫組織観察の条件検討を行う。当初予定に従って、プライマー、遺伝子解析に関わる酵素・キットなどの消耗品を中心に使用する。当初予定に従って、プライマー、抗体、キットなどの実験消耗品を中心に使用する。
花弁細胞の液胞膜輸送と花色発現に関する研究

花色発現には種々さまざまな液胞膜輸送が重要な役割を果たしている。そこで、この観点から、花色の解明を目指した。1)アサガオの開花に伴う花色変化の機構と液胞膜輸送開花時に液胞pHが上昇するのは、表層の着色細胞だけであることから、花弁の短時間の酵素処理により着色プロトプラストだけを調製し、これから、着色細胞だけの液胞膜を単離した。これを用いて、pH制御に関わると推測される輸送タンパク質の解析を行った。開花に向けてV-ATPse、V-PPaseの活性が協奏的に上昇した。ナトリウムープロトン交換輸送体(NHX1)は、開花最終ステージで劇的に発現量が上昇し、活性が上がった。同時に、PM-ATPaseの発現量と活性も上昇することがわかった。以上より、これらプロトンポンプ類およびNHX1の働きが、花色の青色化(即ち液胞pH上昇)をもたらすことを明らかにした。さらに、開花にともないアサガオの花弁の表層細胞の体積は数倍に増加し、この現象と花色の青色化、およびK^+量の増加同調していることがわかった。即ち、アサガオ開花時の液胞膜上のプロトンポンプ、NHX1および細胞膜上のプロトンポンプの発現量の増加と活性上昇は、液胞内へK^+を輸送して細胞を伸長生長させるために必須の装置ではないかと考えられる。2)その他の花の花色発現機構アジサイ、ファセリア、チューリップなどの液胞内成分を明らかにし、青色発色機構の化学的な解明を行った。空色西洋アサガオ(Ipomoea tricolor cv.Heavenly blue)のツボミは赤紫色で開花時に青色となる。既に我々は、この花色変化が液胞pHの上昇によることを、細胞内微小pH電極を用いた液胞pHの直接測定により明らかにしている。この現象は液胞膜上に存在する種々のポンプ、輸送体の統合的な働きによるものであると考えられ、液胞pHが弱アルカリ性まで上昇する植物生理学的にも、極めて興味深い現象である。そこで、アサガオ花弁から着色プロトプラストを単離して、その液胞膜を精製し、液胞膜上のイオン輸送に関与するタンパク類の局在と活性を調べた。開花ステージの異なる空色西洋アサガオ花弁からら短時間の酵素処理により着色プロトプラストを得て、これから液胞膜小胞を調製した。日本アサガオの花色変化にNHX1が関わるとの飯田らの報告を参考に、抗NHX1ペプチド抗体を作成した。液胞膜小胞の免疫ブロッティングによりV-PPaseが開花時に増加することと、開花花弁の液胞膜に抗NHX1抗体に反応する50kDaのバンドが検出され、ツボミ花弁では検出されないことがわかった。アサガオの各組織から粗膜を調製してNHX1の局在を調べたところ、このタンパクは開花花弁の表層細胞の液胞膜だけに局在した。さらに、液胞膜小胞を用いて、プロトンポンプにより形成されたH^+濃度勾配を利用したNa^+輸送能が検出できた。アサガオは開花時にV-ATPase、V-PPase、NHX1が協調して液胞pHを上昇させる機構が存在し、これにより青色となる機構を明らかにできた。既に我々は、この花色変化が液胞pHの6.6から7.7への上昇によることを、細胞内微小pH電極を用いた液胞pHの直接測定により明らかにしている。さらに、この現象は液胞膜上に存在する種々のポンプ、輸送体の統合的な働きによるものであることを、アサガオ花弁から短時間の酵素処理により着色プロトプラストを得て、これから液胞膜小胞を調製し、液胞膜上のプロトンポンプの局在と活性上昇、および、NXH1の局在とタンパク発現および活性を測定した。

その結果、開花6時間前からPPaseとNXH1のタンパク量が上昇し、開花時にはPPase、V-ATPseおよびNXH1の活性が上昇することが明らかになった。またこれらのタンパクが表層の液胞膜上に局在することも確認できた。では、なぜ液胞がアルカリ化するのであろうか?アサガオの細胞は、開花時に約2倍体積が増加する。特に、向軸側の円錐型の細胞は、ツボミと比較して細胞の高さも底辺も大きくなる。開花するためには、細胞の伸長成長が必要である。植物細胞において、水は溶質の濃度変化に伴い受動的にしか移動しない。そこで、水の流入の面から、pH上昇機構を考察した。プロトンポンプにより液胞内に運ばれたH^+をNHX1がK^+、またはNa^+と交換換輸送することで液胞内の浸透圧を上げることが主目的であり、これにより、水が流入して開花に向けて細胞が伸長成長する。と向時に、K^+、またはNa^+の流入は、液胞内のアルカリ化を促進する。これが、西洋アサガオの開花に伴う青色化の機構であると結論できた。空色西洋アサガオ(Ipomoea tricolor cv.Heavenly blue)のツボミは赤紫色で開花時に青色となる。既に我々は、この花色変化が液胞pHの6.6から7.7への上昇によることを、細胞内微小pH電極を用いた液胞pHの直接測定により明らかにしている。さらに、この現象は液胞膜上に存在する種々のポンプ、輸送体の統合的な働きによるものであることを、アサガオ花弁から得た着色プロトプラストの液胞膜小胞を用いた実験で明らかにした。液胞膜上のプロトンポンプの量と活性上昇、および、NXH1の局在とタンパク発現および活性を測定したところ、開花6時間前からPPaseとNXH1のタンパク量が上昇し、開花時にはPPase、V-ATPseおよびNXH1の活陛が上昇することが明らかになった。では、なぜ液胞がアルカリ化するのであろうか?開花過程で表皮有色細胞の体積は数倍に増大するが、この現象は細胞浸透圧の上昇による水吸収と伴う一種の伸長成長と推定された。しかし、浸透圧変化に寄与する液胞内イオン濃度の経時変化は不明であった。そこで、開花時の細胞体積とイオン濃度変化を分析した。露地栽培のアサガオ花弁を経時的に採取して、酵素処理により有色プロトプラストを調製した。プロトプラストの数と体積を計測後、細胞内の陽イオンと陰イオンをキャピラリー電気泳動法で分析した。主な陽イオンはK^+で開花24時間前では約50mM含まれていたが、12時間前には半減し、その後再び上昇して開花時には約40mMとなった。Mg^<2+>、Ca^<2+>はいずれも、24時間前では数mMであったものが開花時には1mM以下に減少した。主な陰イオンはCl^-とPO_4^3-でいずれも24時間前では約10mMであったが、開花に向けて1/3程度に減少した。リンゴ酸イオンは開花期を通じて一定値(約2mM)であった。空色西洋アサガオ(Ipomoea tricolor cv. Heavenly Blue)は、開花時に赤紫色から空色へと劇的に色を変化させる。この花色変化は、花弁表層にある着色細胞の液胞pHだけが、ツボミの時の6.6から開花時の7.7へと上昇するためであることをすでに明らかにした。しかし通常、植物細胞の液胞pHは弱酸性とされ、アサガオの着色液胞pHが開花時に弱塩基性の値にまで上昇する現象は、不可解でかつ興味深い。
架橋と表面修飾による高次機能化を可能とする新奇ミセルの開発とその生命科学的応用

本研究では、病巣の診断かつ治療を同時に行う「セラノスティクス材料」への応用を志向した新しいミセルの開発に取り組んだ。具体的には、親水部に多数の化学反応点を有する界面活性剤を合成し、それを用いてミセルを作成することで、架橋剤等を使って「(がん細胞などへの)標的性」、「刺激応答型内包物徐放性および蛍光OFF-ONスイッチング」といった機能を付与することを目指した。成果としては、親水部にポリ(2ーエチルー2ーオキサゾリン)、化学反応点としてヒドラジド基、疎水部として四角酸誘導体を有する界面活性剤を用いることで、ミセルの形成と、架橋剤による蛍光OFF-ON機能を付与させることに成功した。平成28年度は、まず疎水性の長鎖アルキルハライドを開始剤とし、2ーエチルー2ーオキサゾリンをリビング開環カチオン重合することで界面活性剤を得た。続いて、同界面活性剤の一部モノマーユニットを加水分解し、水中で自己組織化させることにより、「外殻に多数の科学反応点を有するミセル」を得た。同ミセルの粒径は10ナノメートルサイズの粒径であり、水溶性部位にあたるポリ(2ーエチルー2ーオキサゾリン)の分子量制御によって粒径をコントロールできることが判明した。本ミセルを生命科学へ応用する場合、ミセルの粒径によってその応用方法が変わってくることを考慮すると、この知見は今後の展開に向けて重要なものとなってくるだろう。さらに、ポリ(2ーエチルー2ーオキサゾリン)の末端をアジド化し、クリック反応によって疎水性色素分子を導入することで、蛍光性の界面活性剤を創出することにも成功している。この成果は、今後ミセルの凝集・分解に応じた光機能を付与する際に重要となる。また、同反応を利用することにより、ミセルを特定の細胞や生体分子を標的する際に必要なリガンド等の導入にも有効である。一方、加水分解によって得られた化学反応点(2級アミン)を架橋等に利用する場合、加熱による反応促進が不可欠であり、ナノスケールの超分子構造体(ミセル)を維持することが難しいという課題を得た。この問題に関しては、2級アミンを一度別の反応点へと変換するか、2ーエチルー2ーオキサゾリンとより反応性の高い別のモノマーを共重合させるという改善策が挙げられる。この問題をクリアした後、本格的な応用研究に取り組んでいきたい。昨年度、申請者は独立研究室を構えるにあたり、研究設備の購入・設置に想定以上の困難に見舞われた。一方、最小限の時間で行われた最小限の実験結果が示唆に富むものが多かったため、今後の研究の推進方策が非常に充実することとなった。そのため、これからの研究の加速が大いに期待できる。平成28年度では、「親水部に多数の化学反応点(2級アミノ基)を有する界面活性型色素」の合成に成功していたが、その自己組織化構造の化学反応性が低く、架橋剤による構造安定化が困難であるという課題があった。平成29年度は、同課題の克服を目指し、親水部の2級アミノ基に対し、より反応性の高いアジド基を導入した。さらに、疎水部の色素には高い発光性を有する四角酸誘導体を用いていたが、これに対し様々な長さのアルキル鎖を導入し、より安定な自己組織化構造を実現する疎水部を探索した。結果としては、ポリ(2ーエチルー2ーオキサゾリン)(約30量体+5量体のアジド部位)に対し、ドデシル基を有する四角酸を導入して界面活性剤とした際に、最も明確な臨界ミセル濃度および疎水部の色素の凝集による蛍光強度現象が見られた。この自己組織化構造は、ナノエマルションやリポソームなどの存在下では容易に分散してしまうが、アジド基に対しグルダルアルデヒドのような架橋剤を作用させることで強固な構造安定性を獲得することができた。一方、架橋反応を起こさなかった一部の界面活性剤が自己組織化を起こさないまま系中に存在することとなり、その除去、すなわち「自己組織化構造の精製」という課題が残ることとなった。今のところ明確な精製方法を見出せてはいないが、これを解決することにより、多彩な表面修飾とそれに伴う光機能を有する蛍光性界面活性剤が開発できると考えている。現在、最も解決しなければならない問題は、ミセルが有する「多数の化学反応点」の反応性を向上させることである。現在は反応点として2級アミンを使用しているが、今後はヒドラジド基を利用していく方針である。これが実現できれば、様々な生体刺激に応答できるミセルの開発が可能となるうえ、蛍光色素、薬剤、分子認識部位をミセルに導入することが容易になる。具体的には、新たなモノマーを開発するか、現在の2級アミン部位に対し、ヒドラジド基を導入することが考えられ、現在、既に一定の成果が得られつつある。

上記の課題が達成された後、生命科学への応用の検討と、学会・学術誌等への発表を同時並行していく予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。光機能性物質29年度が最終年度であるため、記入しない。
ガンマ線天体を用いた宇宙近赤外線背景放射の起源の探査

本研究の目的はブレーザー天体のガンマ線スペクトルを用いて、宇宙近赤外背景放射の超過成分の起源を探ることにある。そのために、以下の三段階に分けて研究を遂行する予定である。1)ブレーザーの放射スペクトルのモデル化、2)超過成分も含めたガンマ線吸収量の見積もり、3)ガンマ線データを用いた超過成分の探査である。本年度は、これらをもとに実際のデータに対するフィッティングを行い、超過成分の赤方偏移進化の決定を試みた。20弱の天体データを用いているが、残念ながら現状の観測データから超過成分の赤方偏移の決定には至らなかった。現在、赤方偏移進化への制限を課すことを目標に解析をやり直している。1)ブレーザーの放射スペクトルのモデル化、2)超過成分も含めたガンマ線吸収量の見積もり、2)ガンマ線データを用いた超過成分の探査である。当該年度においては、我々は「1)ブレーザーの放射スペクトルのモデル化」に取り組んだ。我々はTeVガンマ線で検出されている近傍ブレーザー天体の多波長データを集め、衝撃波加速理論に基づいた放射モデルを構築し、これをスペクトルフィットを行った。さらに、ブレーザーの種々のパラメータ(ブレーザーのパワーや加速効率など)を抜き出すことにも成功している。これらの結果は、"Baryon Loading Efficiency and Particle Acceleration Efficiency of Relativistic Jets: Cases For Low Luminosity BL Lacs", Yoshiyuki Inoue, Yasuyuki T. Tanaka, 2016 ApJ, 828, 13としてすでにAstrophysical Journal誌から出版されている。また、共同研究者らとともにAxion-like Particleを考慮にいれた場合、将来のガンマ線望遠鏡でのブレーザー観測、特にガンマ線吸収にどのような影響があるかも調べており、現在論文投稿中である。研究計画段階で予定していた通り、2016年度においてはブレーザーのデータを選定し、多波長スペクトルフィットを行うことに成功している。CIBERロケット実験による最新の近赤外線背景放射のスペクトルデータが2017年4月に公開された。CIBERによる結果は、これまでの観測よりも精度がよい一方で、スペクトル形状に違いがみられた。そこで、より確度の高いガンマ線データ解析を行うためには、最新のデータを含めた背景放射超過成分モデルの再構築が必要となり、当初予定していたH29年度中に研究計画を終えることが出来ない見通しとなり、H30年度まで延長することになった。CIBERによる最新の宇宙近赤外背景放射観測結果が報告されている(Matsuura+'17)。この結果を用いて、昨年度のスペクトルフィットの手法と組み合わせることで、ガンマ線吸収量の推定および近赤外背景放射の起源までの距離を推定する。今年度は、構築したガンマ線吸収量モデルとガンマ線ブレーザー天体をもとに近赤外線背景放射の起源の距離決定を目指す。また、統計的な取扱をするために、ブレーザーのスペクトルフィットにまマルコフ連鎖モンテカルロ法を組み込む予定である。JAXAからの研究費が支給されており、論文出版費や旅費をJAXA研究費から出していたため。出張旅費や論文出版費において、他の財源を充当したため次年度使用額が生じた。今年度はこれまでの成果報告のために、すでに招待されている国際会議二件(イタリア・ロシア)に出張予定であり、本科研費をこの旅費に使用する(国際会議参加:40万円x2=80万円)。また、ブレーザーのスペクトルフィットに関する議論および将来のブレーザー観測に向けた技術開発に関する議論のため共同研究者二名をアメリカより招聘する予定であり、この招聘費用としても充当する予定である(国際招聘費:40万円x2=80万円)。また論文出版費として、本科研費20万円を使用する予定である。以下の予定で、使用予定である。
バイオインフォマティクス解析を応用した新規ヒト生理活性ペプチドの同定

すでに獲得し解析中であったペプチドライブラリーに加えて、新たにバイオインフォマティクス解析によって選択した新規生理活性候補ペプチド配列についてペプチド合成を行った。70%程度以上の純度のペプチドが合成できたものについて、順次、当初の計画に準じて種々の生理活性を検討することによりスクリーニングを行っている。すなわち、ヒト、ラットの血管内皮細胞、血管平滑筋細胞、ラット繊維芽細胞、ヒト、マウスの単球・マクロファージ、マウスの腎由来細胞を始めとする各種培養細胞系において、種々の細胞内情報伝達系の活性化作用を指標に細胞応答を検討しているほか、c-myc、c-fosなどの各種遺伝子発現制御作用、細胞周期、血管新生、細胞増殖、細胞死に及ぼす作用を評価して、生理活性の強力な因子を選択している。こうしたスクリーニングにて得られた数多くの新規ペプチドをコードする遺伝子配列を用いて、ヒト主要臓器やビト由来培養細胞系における発現をRT-PCRにて順次確認している。構造解析を詳細に行って得られたペプチド配列のうち何らかの生理活性が認められるペプチドはヒト組織においても発現している頻度が高く、これらの流れによって一定の頻度で新規生理活性候補ペプチドが効率よく選択できていると考えている。これらのスクリーニングプロセスにて選択されたものの一部についてはin vivoでの作用を検討してきた結果、すでに摘出環流心モデルにおいて心筋収縮抑制作用を示す新規因子などが見出されている。これを含む一部についてはすでに高純度ペプチドの合成からポリクローナル抗体の作成まで完了しており、作成された抗体については順次、主にアフィニティーカラムを用いて精製している。精製終了した抗体を用いてヒト血漿抽出物の逆相クロマトグラフィーの各分画の免疫活性を解析しており、ヒト体液中にバイオインフォマティクスにより予測されたアミノ酸配列が、そのままの分子型で存在するか、あるいは修飾やさらなるプロセシングをうけているかなどの確認を進めている。
多能性幹細胞(Muse細胞)による脳深部白質梗塞に対する白質再建

間葉系幹細胞中の一分画であるMuse細胞は、高い神経分化能を持つ一方で腫瘍化の危険性は低く、優れた移植ソースと期待される。マウスを用いた本研究では、Muse細胞を移植することにより、脳梗塞によって破壊された神経回路が再建され、脳梗塞後の後遺障害が回復することが証明された。また、Muse細胞移植後に腫瘍形成等の合併症は見られず、長期的な安全性についても確認された。本研究成果が将来的に臨床応用されれば、脳梗塞患者の生活の質の向上及び寝たきりの患者数減少につながる可能性がある。本年度は、Muse細胞移植の脳深部白質梗塞に対する有効性試験を中心に研究を実施した。まず、ラット中大脳動脈閉塞モデルを用いたMuse細胞移植の予備実験を行い、移植3ヶ月後にMuse細胞が間葉系幹細胞より有意に脳に生着することや、Muse細胞が高率に神経系細胞に分化することを証明した(Stem Cells., 2016)。さらに、Endothelin-1とN(G)-nitro-1-arginine methyl esterの混合液をSCIDマウスの内包に定位的投与し、脳深部白質梗塞モデルを確立した(Brain Res., 2015)。この脳深部白質梗塞モデルを用いて、脳梗塞発症2週間後に定位的なMuse細胞/間葉系幹細胞移植(脳梗塞周囲)を行い、corner test/ cylinder testを用いた行動学的評価を行った。その結果、脳梗塞発症12週後の段階で、PBS群/間葉系幹細胞移植群と比較してMuse細胞移植群で有意な行動学的改善が確認された。一方で、梗塞巣の体積に関しては明らかな縮小効果を認めなかった。これらの所見から、Muse細胞は、脳保護効果ではなく、脳深部白質梗塞により断裂した白質線維連絡の再建により、機能回復を促した可能性が示唆された。以上の結果から、脳深部白質梗塞に対するMuse細胞移植の治療効果が明らかとなった点で意義がある。今後、Muse細胞移植の作用メカニズムについて解明する予定である。当初の予定通り、脳深部白質梗塞のマウスモデルに対するMuse細胞移植の治療効果を証明することができたため、順調に研究計画は遂行されていると考える。本年度はMuse細胞移植の脳深部白質梗塞に対する有効性試験、およびMuse細胞の作用メカニズム解明を中心に研究を推進した。前年度に確立した脳深部白質梗塞モデル(Brain Res., 2015)を用いて、脳梗塞発症2週間後に定位的なMuse細胞/間葉系幹細胞移植(脳梗塞周囲)を行い、corner test/ cylinder testを用いた行動学的評価を前年度と同様に行った。脳梗塞発症12週後の段階で、PBS群/間葉系幹細胞移植群と比較し、Muse細胞移植群で統計学的に有意な行動学的改善が再確認された。一方で、梗塞巣の体積に関しては、統計学的に有意な縮小効果を認めなかった。組織学的検討により、移植したMuse細胞は主に神経細胞に分化し、脳梗塞周囲に生着していることが確認された。さらに、順行性神経路標識法を用いたところ、脳梗塞によって断裂した神経連絡が、Muse細胞移植群では有意に回復していることが分かった。移植したMuse細胞を選択的移植細胞排除法により除去すると、Muse細胞の移植効果は完全に消失した。以上の結果から、Muse細胞は断裂した深部白質を再建することにより治療効果をもたらすことが解明された。また、Muse細胞移植の有効性について、再確認することができた。当初の予定通り、脳深部白質梗塞のマウスモデルに対するMuse細胞移植の治療効果および作用メカニズムについて明らかにすることができた。また、間葉系幹細胞と比較して、Muse細胞移植の優越性を証明することができ、順調に研究計画は遂行されていると考える。昨年度までの研究で、Muse細胞移植の脳深部白質梗塞に対する有効性(Muse細胞の神経細胞への分化/行動学的改善)、およびMuse細胞の作用メカニズム(白質の再建)について解明した。また、間葉系幹細胞と比較して、Muse細胞移植の優越性を証明できた。本年度は、将来的なMuse細胞移植の臨床応用を見据えて、Muse細胞の安全性試験を中心に研究を推進した。Muse細胞を移植して1年が経過したマウス脳切片に対して、組織学的検討を行った。Muse細胞は脳実質内に生着していたが、その多くは神経細胞に分化しており、分裂能を失っていた。H&E染色上、腫瘍を形成した個体を認めず、腫瘍死した個体はなかった。以上の結果から、Muse細胞移植の長期的な安全性について一定の検証を行うことができた。また、臨床でのMuse細胞移植に際して、免疫抑制剤の併用が必要であるかを検証した。免疫抑制剤を投与したマウス群と投与しなかったマウス群で、Muse細胞移植の治療効果に違いはなかった。免疫抑制剤を投与しなかったマウス群の脳切片を組織学的に検証したところ、神経細胞に分化したMuse細胞が生着していた。以上の結果から、Muse細胞移植に際して免疫抑制剤の投与は必ずしも必要ないことが証明された。MACS法によるMuse細胞分離では、動物由来の蛋白が製剤に混入するため、将来的な臨床応用に際して問題となる可能性が危惧された。現在、MACS法に加えて、ラマン分光やSTEAM法を用いたMuse細胞の分離を試みており、臨床への速やかな意向を目指している。

間葉系幹細胞中の一分画であるMuse細胞は、高い神経分化能を持つ一方で腫瘍化の危険性は低く、優れた移植ソースと期待される。マウスを用いた本研究では、Muse細胞を移植することにより、脳梗塞によって破壊された神経回路が再建され、脳梗塞後の後遺障害が回復することが証明された。また、Muse細胞移植後に腫瘍形成等の合併症は見られず、長期的な安全性についても確認された。本研究成果が将来的に臨床応用されれば、脳梗塞患者の生活の質の向上及び寝たきりの患者数減少につながる可能性がある。来年度以降は、(1)Muse細胞移植の作用メカニズム解明、(2)Muse細胞移植の安全性試験、の2点を中心に研究を推進する予定である。作用メカニズム解明では、パッチクランプ法、順行性神経路標識法、選択的移植細胞排除法などを用いて、組織学的/電気生理学的に白質線維再建について検証を行う。Muse細胞安全性試験では、移植1年後のマウス脳切片に対して組織学的検討を行い、移植細胞による腫瘍形成に有無等について確認する。来年度は、(1)Muse細胞移植の作用メカニズムの更なる解明、(2)Muse細胞移植の安全性試験、の2点を中心に研究を推進する予定である。作用メカニズム解明では、パッチクランプ法を用いて、電気生理学的な白質線維再建について検証を行う。Muse細胞安全性試験では、移植1年後のマウス脳切片に対して組織学的検討を行い、移植細胞による腫瘍形成の有無等について確認する。29年度が最終年度であるため、記入しない。脳神経外科29年度が最終年度であるため、記入しない。
CMTM遺伝子群による変異EGFR陽性肺癌の分子基盤と治療戦略への展開

変異EGFRの奇異な細胞内動態の責任分子としてCMTM遺伝子群の役割を解析し、輸送異常機構との関連性を解明する。さらに、新たに樹立した次世代肺癌モデルマウスを用いることで、CMTM輸送系が治療抵抗性に果たす役割をin vivoモデルで検証し、同遺伝子を標的とした新たな治療モデルを構築する。変異EGFR陽性肺癌のEGFRとPD-L1の局在を同時に制御する基礎研究を確立し、革新的な肺癌治療の基盤を築く。
慢性腎臓病における全身血管障害と保護薬物の探索

現在のわが国における透析患者数は約25万人、透析医療にかかわる医療費は約1兆1千億円と言われており、腎不全の進行を阻止するための治療法の開発が切実に望まれている。本研究ではそのような腎保護作用をもつ薬物を漢方薬に求め、ラットに6分の5腎摘を行うことにより、慢性的腎機能障害を惹起し、糸球体硬化の進行する系を開発し、その機構を解析するとともに、全身的な血管障害の機序を明らかにするための研究を行った。ラットに6分の5腎摘手術を行い、七物降下湯を1日1回強制経口投与しながら飼育した。血圧、血中クレアチニン値、血中尿素窒素値を定期的に測定し、16週後に腎組織を採取しホルマリン固定ののち、HE染色、PAS染色、マッソン取りクローム染色をおこない、糸球体面積、糸球体内総細胞数、基質領域の測定・評価を行った。ヒト常用量と比べて10倍量の七物降下湯は、腎不全ラットにおける血圧の上昇を抑制する傾向を示したが、血中クレアチニン値、血中尿素窒素値を低下させず、腎組織切片における組織学的な評価においても顕著な改善作用は認められなかった。七物降下湯は予備実験で使用した半腎摘ラットにおけるthy-1腎炎モデルにおいては腎機能保護作用を認めたことから、七物降下湯は炎症の弱い一方で残存糸球体への負荷が大きいと考えられる慢性腎硬化症モデルにおいては実験方法や投与方法に工夫を要することが推測された。次年度は本年度の結果を踏まえて、実験方法を改善してよりよい結果を得られるようにしたい。ラットに6分の5腎摘手術を行い、七物降下湯を連続経口投与しながら飼育した。血圧、血中クレアチニン値、血中尿素窒素値を定期的に測定し、16週後に腎組織を採取しホルマリン固定ののち、HE染色、PAS染色、マッソントリクローム染色をおこない、糸球体面積、糸球体内総細胞数、基質領域の測定・評価を行った。ヒト常用量と比べて5倍量、10倍量の七物降下湯は、腎不全ラットにおける血圧の上昇、血清中のNO濃度の低下とasymmetric dimethylarginine(ADMA)の増加、腎組織中のDimethylarginine dimethylaminohydrolase(DDAH)II発現量の低下を、それぞれ有意に改善した。しかし、血中クレアチニン値、血中尿素窒素値、尿中タンパク排泄量、腎組織切片における組織学的な評価においては、顕著な改善作用は認められなかった。このことから、七物降下湯は腎臓におけるDDAH II/ADMA/NO代謝経路を促進することにより、腎血管を弛緩させ、降圧作用を示すものと考えられた。次年度は本年度の結果を踏まえ、評価対象を血管病変まで広げ、七物降下湯の降圧作用メカニズムを明らかにしていきたい。現在のわが国における透析患者数は約29万人、透析医療にかかわる医療費は約1兆2千億円と言われており、腎不全の進行を阻止するための治療法の開発が切実に望まれている。本研究ではそのような腎保護作用をもつ薬物を漢方薬に求め、ラット6分の5腎摘モデルにより、慢性的腎機能障害を惹起し、糸球体硬化の進行する系を開発し、その機構を解析するとともに、全身的な血管障害の機序を明らかにするための研究を行った。実験ではWistar/STラットに6分の5腎摘手術を行い、七物降下湯を連続経口投与しながら飼育した。本モデルでは著明な腎不全を呈さず、そのため治療効果の評価において血中クレアチニン値、血中尿素窒素値、尿中タンパク排泄量、腎組織切片における組織学的所見には、顕著な改善作用は認められなかった。ラットに5/6腎摘手術を施したにもかかわらず、病理学的、血清生化学的に慢性腎不全の病態を呈していなかったため、SDラットを用いて同様の実験を行った。現在、その病態を解析中である。
体液・糞便中メタボローム解析を通じたヒト母子の化学物質曝露影響解析

本年度はまずベトナム鉛バッテリー汚染地域における尿中メタボローム組成を対照地域と比較し、鉛曝露を反映するバイオマーカーの探索及び曝露により変動する生体内パスウェイについて考察を試みた。機械学習モデルを用いた解析の結果、2群の判別に有用なバイオマーカーが既存のものも含めて複数得られ、それらのメタボロームは神経毒性、ヘム生合成、低分子化合物の輸送に関連するパスウェイと関係する因子であった。モデルの精度は汚染地域、対照地域の2値判別の場合にAUC = 0.917,血中鉛濃度との相関解析の際にR^2 = 0.647と良好な結果であり、予測モデルとしても良好な結果を示した。これらの結果は国際誌であるEnvironmental Pollution誌に投稿、受理された。また、千葉出生コホートをもちいた化学物質曝露と出生アウトカムの関係について解析を試みた。ここでは血清中ポリ塩化ビフェニル(PCBs)、カドミウム、水銀、セレン、マンガン濃度と出生体重・頭囲との関係を解析したところ、PCBs,マンガン濃度と出生アウトカムの間に負の関係が得られた。本結果は国際誌であるEnvironmental Pollution誌に投稿、受理された。更に、上記の化学物質測定結果と血清中・便中メタボローム組成および、腸内細菌組成の関係について解析を試みた。複数のオミクスを組み合わせた解析を適用したところ、それぞれの化学物質濃度の低曝露・高曝露群をAUC > 0.7程度で判別可能なモデルが得られ、曝露を反映する因子を複数のオミクス解析から抽出できる可能性が示唆された。当初の目標であるマルチオミクスの解析については目処がたち、解析を進める環境が整備された。また、関連する背景研究が受理されたことから概ね順調に進展していると考える。今後は本年度に得られた解析手法を適用し、より詳細に化学物質曝露と各種オミクスデータの関係について解析を進めていく。また、現状では出生前に得られたデータを中心に解析を進めているが、出生後のデータと組み合わせた結果についても解析を試みる。予定より安価に当該の商品について購入ができたため。来年度は物品費に加え、一部人件費に充てる予定である。