hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
界面捕獲法による流路中の細胞挙動の数値シミュレーション

本研究では計算負荷の軽い二相流数値シミュレーション法である界面捕獲法を拡張して細胞を含む流れを扱えるようにすることを目的とし,レベルセット法に等方弾性皮膜モデルを組み合わせた数値シミュレーション手法を開発した.特に膜の変位をオイラー的に表現するためにレベルセット関数を利用した定式化を提案し,その有効性を確認した.また,複数の細胞の衝突を扱えるよう,レベルセット関数を利用した反発力モデルを提案し,その効果を確認した.本研究では計算負荷の軽い二相流数値シミュレーション法である界面捕獲法を拡張して細胞を含む流れを扱えるようにすることを目的とし,レベルセット法に等方弾性皮膜モデルを組み合わせた数値シミュレーション手法を開発した.特に膜の変位をオイラー的に表現するためにレベルセット関数を利用した定式化を提案し,その有効性を確認した.また,複数の細胞の衝突を扱えるよう,レベルセット関数を利用した反発力モデルを提案し,その効果を確認した.生化学分析や細胞の培養などを行うμTAS内では微細加工技術により製作されるマイクロ流路が形成されている.マイクロ流路中の実験では圧力や流速分布の実験的測定は難しいため,実験を補間すべく,マイクロ流路中の細胞挙動を再現できる数値シミュレーション技術の構築が期待されている.細胞の力学的な特性は粘弾性を持つことであり,この粘弾性挙動は例えば赤血球をマイクロピペットで吸引することにより観察できる.これまで細胞挙動は様々な数値シミュレーション手法を用いて解析されているが,本研究では連続体としての界面相互作用を取り入れやすいLevel Set法を用いる.細胞とマイクロ流路中の流体を液液二相流であると仮定し,マイクロ流路の流れ中での細胞挙動を解析できる手法を開発する.本年度は細胞モデルの細胞膜に等方性弾性皮膜モデルを適用し,Level Set関数による細胞膜の変位算出方法を提案した.急拡大縮小流路での数値シミュレーション結果より提案した細胞モデルは変形を捕らえることができるということがわかった.また複数の細胞モデルを取り扱う場合に細胞モデルが重なることを回避するために反発力モデルを提案した.細胞モデル同士を衝突させるシミュレーションから,細胞同士が衝突した時に反発力を入れた計算では界面の重なりを回避できることがわかった.本研究で提案した手法は簡便かつLevel Set法との親和性の高いものであり,容易に3次元計算に拡張できると考えられるため,次年度は実際に提案手法を3次元に拡張し,手法の妥当性を検証する予定である.生化学分析や細胞の培養などを行うμTAS内では微細加工技術により製作されるマイクロ流路が形成されている.マイクロ流路中の実験では圧力や流速分布の実験的測定は難しいため,実験を補間すべく,マイクロ流路中の細胞挙動を再現できる数値シミュレーション技術の構築が期待されている.細胞の力学的な特性は粘弾性を持つことであり,この粘弾性挙動は例えば赤血球をマイクロピペットで吸引することにより観察できる.これまで細胞挙動は様々な数値シミュレーション手法を用いて解析されているが,本研究では連続体としての界面相互作用を取り入れやすいLevel Set法を用いる.細胞とマイクロ流路中の流体を液液二相流であると仮定し,マイクロ流路の流れ中での細胞挙動を解析できる手法を開発する.本年度は昨年度開発した計算手法の定量的な検証のために,まず従来の研究で良く用いられているFront-Tracking法(ラグランジュ系)の計算と比較した.またこれを拡張し3次元コードを開発した.本研究ではオイラー系で全てを表現することを目的としているため,細胞膜モデルとして従来良く用いられてきた超弾性体モデルは適用しにくい.そこで,等方性弾性皮膜モデルを適用し,これを超弾性体モデルを用いた計算と比較したところ,微小変形の場合には両者は定量的に一致するが,等方性弾性皮膜モデルでは大変形は正しく捕えられないという結果が得られた.この点の改良は最終年度の課題とする,また,計算の検証用データを得るために,液相中の気泡および液滴の挙動の実験を行い,画像計測データを得た.最終年度に計算と実験との本格的な比較を行う予定である.生化学分析や細胞の培養などを行うμTAS内では微細加工技術により製作されるマイクロ流路が形成されている.マイクロ流路中の実験では圧力や流速分布の実験的測定は難しいため,実験を補間すべく,マイクロ流路中の細胞挙動を再現できる数値シミュレーション技術の構築が期待されている.細胞の力学的な特性は粘弾性を持つことであり,この粘弾性挙動は例えば赤血球をマイクロピペットで吸引することにより観察できる.これまで細胞挙動は様々な数値シミュレーション手法を用いて解析されているが,本研究では連続体としての界面相互作用を取り入れやすいLevel Set法を用いる.細胞とマイクロ流路中の流体を液液二相流であると仮定し,マイクロ流路の流れ中での細胞挙動を解析できる手法を開発する.昨年度は初年度に開発した計算手法の定量的な検証のために,Front-Tracking法の計算と比較したが,オイラー系の計算に適用できる膜モデルとして等方性弾性皮膜モデルを適用したところ,微小変形の場合には両者は定量的に一致するが,等方性弾性皮膜モデルでは大変形は正しく捕えられないという結果が得られた。本年度はこの点の改良を試みたが,数値不安定性が顕著になり,最終年度に行う予定であった計算と実験との本格的な比較をするまでには達しなかった.その後数値不安定性は主にLevel Set法に用いられる再初期化の手順で発生することが分かったため,Level Set法の代わりにPhaseField法を用いることにし,検証問題としてレイリー・テイラー不安定性の問題およびこれに一様せん断を加えた問題の数値シミュレーションを行った結果,Level Set法よりも長時間安定に計算が行えることが分かった.
パーキンソン病関連因子DJ-1の還元による新規機能回復ならびに酸化抑制薬の開発

パーキンソン病は、中脳黒質ドーパミン神経の変性により引き起こされる神経変性疾患である。その原因としてミトコンドリア機能障害や酸化ストレスが挙げられるが、詳細は不明である。DJ-1は家族性パーキンソン病原因遺伝子PARK7であることが報告されている。DJ-1タンパク質は3つのシステイン残基を有し、そのうち106位システイン残基(C106)のチオール(SH)基は非常に酸化されやすく、順次SOH、SO2H、SO3Hとなり、SO3H型まで酸化されたDJ-1は活性がないことを我々は報告している。このことから、DJ-1の酸化修飾はDJ-1の様々な細胞内機能の調節に関連していると考えられている。我々のグループは以前で、酸化ストレスによる神経細胞死を抑制する化合物を単離した。別のグループの研究からDJ-1は酸化ストレスに対する防御機構の主要な転写因子であるNrf2を活性化することが明らかとされている。そこで今回の研究ではこの化合物がNrf2を活性化するのか、さらにその活性化のメカニズムを検討した。その結果、DJ-1結合化合物は、酸化ストレスと同時に処理することで、Nrf2の安定性を増加させ、転写活性を増強することが明らかとなった。また、DJ-1のNrf2の安定化には、Nrf2の主要な調節因子であるKeap1ではなくPTENを抑制し、PI3K/Akt経路を介することが明らかとした。さらに、DJ-1によるPTENの抑制にはPTEN内にジスルフィド結合を形成させることが示唆された。このDJ-1によるPTENのジスルフィド結合による抑制はDJ-1結合化合物により増強することも明らかにしている。これらのことは、DJ-1に結合する他のタンパク質にも、同様の結果が得られつつあり、今後の解析に期待できると考えられる。パーキンソン病は、中脳黒質ドーパミン神経の変性により引き起こされる脳神経変性疾患である。その原因としてミトコンドリア障害や酸化ストレスが挙げられるが、詳細は不明である。DJ-1は3つのシステイン残基を有し、そのうち106位システイン残基(C106)のチオール(SH)基は非常に酸化されやすく、順次SOH、SO2H、SO3Hとなり、SO3H型まで酸化されたDJ-1は活性がないことを我々は報告している。このことから、C106の酸化修飾はDJ-1の様々な細胞内機能の調節に関わっていると考えられている。私は、DJ-1とその様々な結合タンパク質の相互作用の解析を行っている。そのうち、ペルオキシレドキシン群やp53、ベクリン、PTEN等は酸化ストレス下においてDJ-1との結合が増加することを見出した。また、DJ-1との免疫共沈降の実験では非還元状態でのSDS-PAGEを行うと、これらのタンパク質は分子量が大きくなることが示され、さらに、ベクリンは沈降物を還元試薬であるDTT処理すると結合が解離した。これらのことはDJ-1と結合タンパク質の間(分子間)にジスルフィド結合を形成することが示唆される。一方、CRISPR/Casシステムにより、DJ-1のノックアウト(KO)細胞の作製に成功した。DJ-1 KO細胞に酸化ストレスを処理をしたところ、PTENやベクリンの分子内ジスルフィド結合と考えられるタンパク質が修飾の減少が観察された。さらに、DJ-1は通常ダイマーを形成するこが、我々のグループにより単離されたDJ-1に結合する化合物は酸化ストレスによるダイマー分子内のジスルフィド結合の形成を減少することを明らかとした。以上のことから、DJ-1ははじめ、結合タンパク質と分子間のジスルフィド結合を形成し、後に結合タンパク質分子内にジスルフィド結合を形成することが示唆できる。

これらのことは、DJ-1に結合する他のタンパク質にも、同様の結果が得られつつあり、今後の解析に期待できると考えられる。これまでに殆ど報告のないDJ-1とジスルフィド結合するタンパク質を数種類ではあるが、単離できた意義は大きい。また、PTENの分子内ジスルフィド結合により、PTENのホスファターゼ活性が減少するとの報告があり、DJ-1とPTENに酸化ストレスを処理することで、in vitroでPTENのホスファターゼ活性が減少した。また、DJ-1結合化合物によりこの抑制は解除されることも明らかとなっており、実際にこの作用が細胞内で観察されるかを検討することが必要である。また、ベクリンとの相互作用による分子内ジスルフィド結合の形成の意義は、全く報告されていないことであるためにさらなる検討が必要であると考えられるため、検討することが残っていると考えている。このベクリンとDJ-1の相互作用については、パーキンソン病の原因となる異常ミトコンドリアの除去に関する重要な知見となる可能性があることから、特にマイトファジーの影響を詳細に検討する予定である。さらに、我々のグループにより単離されたDJ-1に結合する化合物によるDJ-1のジスルフィド結合に対する影響はin vitroでの検討は終了している。細胞内での検討は現在行っている。以上、これらのことからおおむね順調に進展していると考えられる。PTENとDJ-1の関連は酸化ストレスに対する転写調節機構の重要な因子であるNrf2の活性調節に関与すると考えている。このDJ-1とPTENの相互作用はジスルフィド結合の形成を明らかとすれば、DJ-1のNrf2転写調節を介する抗酸化ストレス機能の細胞内シグナル伝達機構を詳細に解明できると考えられるため、さらに検討したいと考えている。同時に、DJ-1結合化合物によりPTENのジスルフィド結合を増加させることが示されつつあるので検討していく予定である。ベクリンはオートファジーに関連するタンパク質で、パーキンソン病の発症に関わるミトコンドリアのマイトファジーの分子機構の解明でき、発症メカニズムを明らかとすることが可能であるため、詳細に検討していこうと考えている。特にDJ-1のマイトファジー/オートファジーの影響については、現在促進するという報告と抑制するという報告があり、混沌としている状況であるが、DJ-1の酸化修飾によるマイトファジーの関与はこの状況を打開できると考えている。さらに、上記の研究に、DJ-1結合化合物を加えて検討することは、現在、根本的治療法のないパーキンソン病治療薬の礎となることが考えられるため、更なる解析を行う予定である。細胞培養試薬・培養器具、オートファジーに関連する試薬の購入するための、物品費として使用し、物品は3月に納品された。4月に執行の予定である。上述の通り。
グリコペプチド耐性ブドウ球菌におけるグリコペプチド耐性メカニズムの解明

薬剤耐性菌の出現とその急速な蔓延は、既存の抗菌薬を無力化しつつある。グリコペプチド系抗菌薬は、半世紀にわたりブドウ球菌感染症治療の切り札として使われてきた。しかし、グリコペプチド系薬耐性黄色ブドウ球菌(VISA)が1996年に本邦で報告されて以降、世界中から相次いで報告され、現代医療に脅威をもたらしている。本研究は、グリコペプチド耐性Staphylococcus capitisの耐性分子機序を明らかにすることを目的とした。まず、同一患者から分離したバンコマイシン(VCM)耐性菌TW2795-1株,テイコプラニン(TEIC)耐性菌TW2795-3株と両剤に感性を示すTW2795-4株を用いて、それらの全ゲノム解析を行い、VCM耐性とTEICに関わる遺伝子の同定を行った。全ゲノムの比較解析で、耐性株には二成分制御系センサー因子の一つであるwalK遺伝子に点突然変異(L566R)が起こっていたことが判明された。引き続き、遺伝子置換実験や遺伝子転写解析などを行い、walK変異がStaphylococcus capitisにVCMとTEIC耐性をもたらした原因であることを明らかにした。今回解析した耐性菌2株(TW2795-1とTW2795-3)は、VCMとTEICに対して逆交差耐性を示した。耐性株TW2795-1はVCMに高い耐性を示す反面、TW2795-3はTEICに高い耐性を示していた。TW2795-1とTW2795-3のVCMとTEICのMICsはそれぞれ、8,8と4, 32 microg/mlであった。このような同じクラスの抗菌薬(ペプチドグリカン系抗菌薬)に逆交差耐を示す現象は臨床で散々報告されているが、その耐性機構は不明である。今回の解析で、WalK因子のL566R変異はVCMとTEICに対して逆交差耐性を起こす原因であることも明らかになった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。初年度は、同一患者から分離したバンコマイシン(VCM)耐性,テイコプラニン(TEIC)耐性と両剤感性の感染起因菌1株ずつ、計3株の全ゲノム解析と性状解析を行い、その遺伝学的背景の解明を試みた。耐性菌2株(TW2795-1とTW2795-3)は、VCMとTEICに対して逆交差耐性を示した。即ち、耐性株の一株(TW2795-1)はVCMに高い耐性を示す反面、他の1株(TW2795-2)はTEICに高い耐性を示していた。TW2795-1とTW2795-2のVCMとTEICのMICsはそれぞれ、8,8と4, 32 microg/mlであった。現在、全ゲノム解読は完了し、それぞれ耐性株から耐性に関与していると思われる遺伝子変異が同定されおり、更なる確認実験は進行中である。研究は予定通り順調に進んでいる。現在、全ゲノム解析が終わり、同一患者から分離だれた三株は同じクローンからの派生株であることが確認できた。また、VCMとTEICに対して逆交差を示す2株間には二制御遺伝子系の一つであるwalKRにアミノ酸置換が伴う変異が存在することを確認した。また、本研究に必須となる遺伝子の導入のため、Staphylococcus capitisを含む11種類ブドウ球菌にプラスミドを導入するプロトコルを開発した。耐性株TW2795

-1はVCMに高い耐性を示す反面、TW2795-3はTEICに高い耐性を示していた。TW2795-1とTW2795-3のVCMとTEICのMICsはそれぞれ、8,8と4, 32 microg/mlであった。このような同じクラスの抗菌薬(ペプチドグリカン系抗菌薬)に逆交差耐を示す現象は臨床で散々報告されているが、その耐性機構は不明である。今回の解析で、WalK因子のL566R変異はVCMとTEICに対して逆交差耐性を起こす原因であることも明らかになった。同定された変異と交差耐性の関連性を確認する。そのため、それぞれ株に同定された変異を遺伝子組換えにより挿入し、その表現型の変化を確認する。また、次世代シーケンサーを用いたRNAシーケンス解析を行い、上記変異が耐性を誘発する調整機構を解明したい。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
北西太平洋における海底堆積物中の珪酸塩酸素同位体比マッピング

古海洋環境復元の新たな定量的指標開発を目指し、海底堆積物中の珪酸塩(珪藻殻、放散虫骨格、石英粒子)の酸素同位体比測定を行った。分析法の開発、改良の結果、従来法と同等の精度(±0.2‰)の測定を1/20(50μg)の試料量で実現した。開発した分析法を用いて、海底堆積物試料中の珪藻殻、大型放散虫骨格、石英粒子の酸素同位体比測定を実施し、古海洋環境復元のための基礎データを収集した。本研究の目的は、炭酸塩が保存されないため定量的な古梅洋環境復元が難しい北太平洋高緯度海域において、珪酸塩の酸素同位体比を指標とし、面的なマッピングを行うことで定量的な古海洋環境復元を行うことである。本年度は、珪酸塩の酸素同位体比を精度よく測定するため、分析システムの改良に注力し、ブランクの低減とリファレンスガスの安定化に成功した。その結果、微量(最低80μg,既存研究は最低1mg)かつ高い分析精度(0.2-0.3‰)での珪酸塩酸素同位体比測定を実現した。予察的に、北太平洋高緯度域の海底堆積物試料から抽出した、珪藻殻、大型放散虫骨格、および石英粒子の酸素同位体比を測定し、高い分析再現性があることを確認した。石英粒子については、先行研究で得られている東アジア土壌中の細砕石英の酸素同位体比の値と極めて近い値を持つことがわかり、このことを利用して、北太平洋へ輸送された風成塵から過去の偏西風の変化を調べられるかもしれない。また、珪酸塩の酸素同位体比を測定している世界の研究室(我々を含め8機関)が集い、共通の珪藻殻、プラントオパール、および無機非晶質珪酸塩の測定結果を相互に比較するプログラムに参加した。その結果、我々の測定値が参加機関の半数が提出した値に近いことが確認できた。また、導入試料量が他機関の数分の1ながら、他機関と同程度もしくはより高精度の分析精度で測定できた。上記のとおり、分析システム・メソッドの改良がほぼ完了し、ルーチンワークで測定ができる態勢が整った。現状、一日あたり5-8試料の測定が可能で、次年度以降の本格的な海底堆積物試料測定に対応できる。本研究の目的は、炭酸塩が保存されないため定量的な古海洋環境復元が難しい北太平洋高緯度海域において、珪酸塩の酸素同位体比を指標とし、面的なマッピングを行うことで定量的な古海洋環境復元を行うための基盤を築くことである。本年度は、前年度に引き続き分析システムの改良を行いつつ、海底堆積物試料から珪酸塩(珪藻殻、放散虫骨格)を拾い出し、酸素同位体比測定を行った。また、分析法の紹介を中心に国内外の学会で発表を行った。分析装置・手法の主な改良点は(1)グラッシーカーボン炉由来のブランク蓄積低減のための高温加熱を行うための整備、(2)高真空領域における真空度計測、(3)グラッシーカーボン炉由来のブランクが持つ酸素同位体比(-90‰)を求め、ブランク補正を行うための補正式の作成、の3点である。その結果、特に試料量100μg以下の微量試料量での測定における分析精度が向上した。海底堆積物試料測定については、珪藻軟泥試料から珪藻殻と大型放散虫骨格を拾い出し、酸素同位体比測定を行った。ただし、分析を予定していた北太平洋海底堆積物試料のうち、一部大水深域試料については、珪酸塩の含量が少なく、酸素同位体比測定を行えるだけの試料量が得られなかった。珪藻殻と放散虫骨格以外に、珪質海綿骨針と石英粒子について、拾い出しが可能な試料において抽出を進めている。前年度に引き続き、珪酸塩酸素同位体比測定の相互比較プログラムに参加し、各研究グループの珪酸塩酸素同位体比データの検討が行われた結果、我々の提出した分析結果の妥当性が示された。本研究の目的は、炭酸塩が保存されないため定量的な古海洋環境復元が難しい海域において、珪酸塩の酸素同位体比を指標とし、面的なマッピングを行うことで定量的な古海洋環境復元を行うための基盤を築くことである。本年度は、引き続き分析システムの改良を行いつつ、海底堆積物試料から珪酸塩(珪藻殻、放散虫骨格、石英粒子)を拾い出し、酸素同位体比測定を行った。本研究の一環として参加していた国際的な珪酸塩酸素同位体比測定の相互比較プログラムの成果が原著論文として出版された。分析装置・手法については、グラッシーカーボン炉由来のブランクが持つ酸素同位体比の補正式を完成させ、SiO_2換算で最低40μgの試料量があれば精度よく(±0.2%)珪酸塩の酸素同位体比測定を行えるようになった。これにより従来法と同等の精度の測定を1/20の試料量で実現した。

海底堆積物試料測定については、珪藻軟泥試料から珪藻殻と大型放散虫骨格を拾い出し、酸素同位体比測定を行った。放散虫単一種の酸素同位体比測定を世界で初めて実現した。また、海底堆積物中の石英粒子についても酸素同位体比測定を行い、海氷や風成塵により運搬されてくる粒子の起源推定のためのデータを収集した。ただし、本システムで使用している高周波誘導加熱装置は電力消費が大きく、精度良い測定のためには1週間程度連続稼働させる必要があるため、震災とその後の電力不足の影響により4月から9月まで使用を自粛した。その結果、年度内に予定していた分析をすべて完了させることはできなかった。
高等教育におけるカリキュラムの国際化に関する比較研究

〈研究の目的〉この国際共同研究は、近年、世界的潮流となっている高等教育の国際化の実態、意義、問題点を、とくに「カリキュラムの国際化」に焦点を合わせて調査研究し、高等教育の国際化の将来的展望を明らかにすることを目的とするもので、主として欧米諸国の大学の事例研究によって日本との国際比較研究を行い、大学のカリキュラムの国際化に関する理論的、実践的知見を獲得することを試みた。この研究は本来、経済協力開発機構の研究機関である教育研究革新センター(OECD/CERI)の国際共同研究事業「国際化の新段階における高等教育の研究」事業との関連で実施したもので、事例研究の対象としては、欧米6カ国並びに比較のために韓国を取り上げ、また、前年度実施した日本国内の大学の事例研究との比較を試みた。〈調査研究の実施〉この研究は元々、0ECD/CERI及びNUFFIC(オランダ高等教育国際協力機構)と九州大学を中心とする日本研究グループとの共同研究として計画したものであるため、これら2機関との協力のもとに、諸国間の併置・比較が可能となるように「国際化されたカリキュラム」の操作的概念規定と類型の定式化を試み、調査研究の枠組みを作成して資料収集に当たった(その基礎的準備作業はすでに前年度にほぼ完了)。今年度の共同研究は、当初計画通り、主として次の3つの作業により実施した。(1)日本側研究分担者によるアメリカ、オーストラリア、ヨーロッパ、及び韓国の大学に関する現地調査(平成7年9平成8年3月):ヨーロッパに関しては、イギリス、オランダ、フランス及びベルギーの4カ国に6名の分担者を派遣し、10機関について関連資料の収集の当たらせた。大学数の多いアメリカに関しては、全国3地域(西部、中西部及び東部)について15機関を選び、5名の分担者によって手分けして調査を行った。オーストラリアについては、研究代表者と2名の分担者によって7機関に関する訪問調査を実施した。また、韓国については、1名を派遣し全国主要大学の調査を行った。(2)外国側研究分担者による自国調査(平成7年911月):上記日本人派遣による調査とは別に、アメリカ、オランダ及びドイツについては、外国側研究分担者による現地調査をそれぞれの責任において実施した。(3)外国側研究分担者の招聘による国際共同研究会(平成7年12月):上記外国側研究分担者のうち2名(アメリカ及びドイツ)を九州大学に招聘し、日本側研究分担者全員との国際共同研究会を開催して、上記(1)及び(2)の調査研究の結果を持ち寄り、比較検討と情報交換を実施した。〈研究成果のまとめ〉国際共同研究会の成果の一部を中間報告の形で英文報告書にまとめた。なお、この英文報告書には、前年度実施した日本国内の事例研究結果をまとめて研究代表者がOECDに提出した日本報告書(1995年11月)も付録の形で収録した。なお、上記(1)(2)及び(3)の成果の総括は、別途経費により1996度中に単行本の形で公刊する計画である。〈主要な成果〉わが国では近年、国際語による外国人学生教育コースの新設、国際資格取得のためのカリキュラムの研究、外国大学との協力協定による教育・学術交流等、何らかの意味で国際化を志向した学部・研究科の新設やカリキュラムの開発が進んでいるが、同様の傾向は欧米諸国においてもみられる。本研究では、この問題に関わる高等教育の組織改革やカリキュラム導入の過程、その効果等について、各国の状況を調査研究した結果、各国のカリキュラムの国際化は、予想以上に多様な形態で展開していることが判明した。中でも、複数の外国大学との協力による共同プログラムの開発や共同(二重)学位授与システムの開発、インターネットを活用した共同カリキュラムの開発等、斬新な試みが各国において展開している点が特筆される。それらの動きは、高等教育に関する教育交流及び学術研究の国際的ネットワークの構築に貢献するものとして注目される。各国の動向は明らかに、国際競争と国際協力という二つの相反する要求にいかに統合的に対応するかに腐心している状況を物語っているように思われる。

大学数の多いアメリカに関しては、全国3地域(西部、中西部及び東部)について15機関を選び、5名の分担者によって手分けして調査を行った。オーストラリアについては、研究代表者と2名の分担者によって7機関に関する訪問調査を実施した。また、韓国については、1名を派遣し全国主要大学の調査を行った。(2)外国側研究分担者による自国調査(平成7年911月):上記日本人派遣による調査とは別に、アメリカ、オランダ及びドイツについては、外国側研究分担者による現地調査をそれぞれの責任において実施した。(3)外国側研究分担者の招聘による国際共同研究会(平成7年12月):上記外国側研究分担者のうち2名(アメリカ及びドイツ)を九州大学に招聘し、日本側研究分担者全員との国際共同研究会を開催して、上記(1)及び(2)の調査研究の結果を持ち寄り、比較検討と情報交換を実施した。〈研究成果のまとめ〉国際共同研究会の成果の一部を中間報告の形で英文報告書にまとめた。なお、この英文報告書には、前年度実施した日本国内の事例研究結果をまとめて研究代表者がOECDに提出した日本報告書(1995年11月)も付録の形で収録した。なお、上記(1)(2)及び(3)の成果の総括は、別途経費により1996度中に単行本の形で公刊する計画である。〈主要な成果〉わが国では近年、国際語による外国人学生教育コースの新設、国際資格取得のためのカリキュラムの研究、外国大学との協力協定による教育・学術交流等、何らかの意味で国際化を志向した学部・研究科の新設やカリキュラムの開発が進んでいるが、同様の傾向は欧米諸国においてもみられる。本研究では、この問題に関わる高等教育の組織改革やカリキュラム導入の過程、その効果等について、各国の状況を調査研究した結果、各国のカリキュラムの国際化は、予想以上に多様な形態で展開していることが判明した。中でも、複数の外国大学との協力による共同プログラムの開発や共同(二重)学位授与システムの開発、インターネットを活用した共同カリキュラムの開発等、斬新な試みが各国において展開している点が特筆される。それらの動きは、高等教育に関する教育交流及び学術研究の国際的ネットワークの構築に貢献するものとして注目される。各国の動向は明らかに、国際競争と国際協力という二つの相反する要求にいかに統合的に対応するかに腐心している状況を物語っているように思われる。
新世代銀河形成モデルを活用した銀河・活動銀河核の形成進化の研究

宇宙進化に基づく銀河の形成・進化の過程を明らかにするために、申請者らは、N体シミュレーションをベースにした準解析的銀河形成モデルを構築してきた。本研究のメインターゲットのひとつは、銀河中心に存在する超巨大ブラックホールの進化と、ブラックホールへのガスの降着により発現する活動銀河核の進化の理解である。申請者らにより開発してきた銀河形成モデルについて、特に銀河中心超巨大ブラックホールへのガスの降着過程について改良を行った。ガスの降着は、銀河同士が激しく合体(メジャーマージャー)した際に起きると考えられている。これは、ガスの角運動量保存則により、非軸対称ポテンシャルが発達するような激しい合体が起きなければ、ブラックホール周辺領域までガスが落ちられないと考えられるためである。我々のモデルもメジャーマージャー時にガスが落ちると仮定しているが、その際、落ちるはずのガスは、速やかにブラックホール周辺まで落ち、その後は短いタイムスケールでブラックホール周辺から降着円盤を介してブラックホールに落ち込み、活動銀河核を発現すると仮定してきた。今回は、銀河スケールで分布するガスがそもそもブラックホール周辺領域まで落ちるタイムスケールを考慮し、それをモデル化することで、観測される活動銀河核の光度関数等を良く再現できることを示した。また、同じモデルを用い、銀河の星形成率の関数としてHα輝線が放出されることを使って、その分布について調べた。Hα輝線天体の分布の非一様性は高く、相当の広視野のサーベイ観測を行わなければ、宇宙における平均的性質を得ることは困難であることがわかった。モデルの改良については順調に推移しており、活動銀河核の様々な特性について再現できるようになった。またその空間分布についても解析が進んでいる。研究を進める中で、Hα輝線天体についての研究がかなり進められそうな状態にあることがわかってきた。これは当初はあまり考慮していなかったが、基本的な観測量であるにもかかわらず、予備的な報告でも観測グループからは興味が寄せられる状況になっている。海外の他のグループもあまり手をつけておらず、予想外に重要であることが見えてきたため、銀河形成モデルの拡張の方向性として、活動銀河核に加え、Hα輝線天体についてもメインターゲットの一つとして研究を進めていきた。我々が開発してきた銀河形成モデルは、銀河の様々な特性を包括的に取り扱うモデルであるため、同じモデルを用いても、どの部分に焦点を当てるかで一見異なる領域の研究を統一的に扱うことができる。これは、その特性を活かしたものである。活動銀河核は通常の銀河に比べ数が少なく、モデル計算をする場合には、なるべく広い領域を取る必要がある。我々が開発してきたモデルは計算精度を保ったまま広大な領域を計算できる点で、他のグループにはない長所がある。本研究では、活動銀河核の空間分布に注目した。観測では、宇宙初期ほど、活動銀河核のクラスタリングがダークマター分布に比べ強いということが報告されている。しかし、これまでのモデルでは、その傾向を定量的には再現できていなかった。その原因を理解するために、超大質量ブラックホールに降着するガスの量と、その際に放出される光度の関係に注目した。降着率が低いと、降着率と光度には比例関係が見られるが、最近の研究では、降着率が高くなると比例関係が崩れることが予想されている。それをモデルに取り込んだところ、宇宙初期では活動銀河核のクラスタリングが強くなる傾向が見てとれた。これは、ブラックホール周辺領域の物理という極めて小さいスケールの物理と、活動銀河核のクラスタリングという極めて大きいスケールの物理に関係があることを示しており、クラスタリングの解析からブラックホール周辺の物理を解明できる可能性があることを示すものである。

また、新たな方向性として、銀河から放出されるHα輝線に注目した解析を行った。Hα輝線は伝統的に使われてきたものであるにもかかわらず、銀河の形成・進化の文脈では、これまであまり解析されることがなく、そのための基礎づくりを行った。初年度、研究補助者着任の遅れにともない研究の進展が遅れていたが、着任後は順調に研究が進展しており、問題のある状況ではない。研究を進める中で、Hα輝線天体についての研究がかなり進められそうな状態にあることがわかってきた。これは当初はあまり考慮していなかったが、基本的な観測量であるにもかかわらず、予備的な報告でも観測グループからは興味が寄せられる状況になっている。海外の他のグループもあまり手をつけておらず、予想外に重要であることが見えてきたため、銀河形成モデルの拡張の方向性として、活動銀河核に加え、Hα輝線天体についてもメインターゲットの一つとして研究を進めていきた。我々が開発してきた銀河形成モデルは、銀河の様々な特性を包括的に取り扱うモデルであるため、同じモデルを用いても、どの部分に焦点を当てるかで一見異なる領域の研究を統一的に扱うことができる。これは、その特性を活かしたものである。銀河形成モデルの改良を続ける。特に、活動銀河核の観測データを再現するためには、ブラックホールへの降着モデルを改良する必要があり、これを進める。活動銀河核のクラスタリングについても、そこから引き出せる物理についての考察をすすめ、様々な観測データとの比較をすすめる。また、星形成にともなうHα輝線の放出が、銀河の進化を解析する上で重要であることが見えてきた。これについても解析をすすめ、他グループにはない特色を出すようにする。
エピゲノム情報修復システムとしての受精後刷り込みメチル化機構の役割

H27年度までに、本来DNAメチル化刷り込みを受けないλファージDNA断片(CpG配列に富む)に対して、インスレータータンパク質CTCFの結合配列を4カ所、さらに細胞に対して多能性を与える転写因子、Octの結合配列を付加した断片を調製し、LCb(lambda+CTCF+b)と命名した。同断片を用いてトランスジェニック・マウスを作成し、in vivoでDNAメチル化刷り込みを受けないことを明らかにした。受精後刷り込みメチル化に必要な配列をin vivo(YACトランスジェニック・マウス)で同定し、PODSと命名した。これを、LCb配列に付加した断片(LCb+PODS)を用いて、YACトランスジェニック・マウスを作製した(再構築系)。その結果、同配列がDMR (differentially methylated region)として機能することが分かった。そこでH28年度は、1.内在H19-ICRの機能をLCb+PODS配列により代替できるのかについて(つまり、十分性の)検証をおこなうため、ES細胞で、ゲノム編集による内在H19-ICRの置換を行った。さらに、集合法によりマウス個体を作出した。同断片のDNAメチル化解析(Southern blot、及び、Bisulfite sequencing解析)を、一部開始した。2.ゲノム編集により、内在PODS配列の欠失を行った(一部、RNAエレクトロポレーション法を使用)。3. PODS配列に結合し、DMRの機能を担う因子を同定するため、ゲルシフトアッセイや酵母one-hybrid systemによるクローニングを開始した。年度始めの当初計画内容を順調に遂行し、次年度に予定していた内容(結合因子の探索)についても着手することができた。研究計画の変更はなく、その遂行上の問題点は見当たらない。今後も、当初の計画通りに研究を遂行する。我々はこれまで、新規に見いだしたDNA配列機能の十分性に加え、その十分性の見地からの検証も開始した。今後は、人工的に再構築したDNA配列を内在遺伝子座の相当配列と置換する、あるいは、PODS配列を内在遺伝子座から欠失させることで、その生物学的重要性を明らかにする。また、ゲノム刷り込みの分子メカニズム解明のため、複数の手法を採用することにより、関与する分子の探索をおこなう。新規分子の探索のために、大規模細胞培養と質量分析解析、及び、候補分子の解析のために、まとまった種類の抗体の購入を予定している。また、CRISPR/Cas9ゲノム編集で作製中のマウス系統の中には、組み換え領域が巨大なためか、作製できていないものがある。このため、ES細胞集合胚キメラ法により作製をおこなうことを考えており、前年度分の経費の減少分は、これらに使用したい。1.我々がトランスジェニックマウスを用いて新奇に発見した、H19-ICR配列の受精後刷り込みメチル化について、その反応が起こる時期を詳細に解析した。父親に由来するトランスジェニックH19-ICR配列のメチル化状態を、1細胞期や2細胞期胚を用いて解析した結果、受精後のごく早い時期にメチル化が開始することを明らかにできた。2.マウス刷り込み遺伝子座のH19-ICR配列のメチル化は、精子生殖細胞においてはDNAメチル化酵素(DNA methyl-transferase )、Dnmt3aとDnmt3Lにより触媒される。一方、トランスジェニックマウスの初期胚(1細胞期胚)におけるH19-ICR配列の刷り込みメチル化反応については、精子からのこれら酵素の持ち込みは期待できない。そこで、卵から持ち込まれるmaternalな酵素を遺伝学的にノックアウトすることで、責任触媒酵素を明らかにすることとした。具体的には、Dnmt酵素群の遺伝子を全身で欠損するコンベンショナル・ノックアウト(KO)マウス、あるいは、Zp3-Cre TgM(卵特異的発現を示す)を用いることで、これら遺伝子を卵のみで欠損するコンディショナル・KOマウスを準備した。次に、これらノックアウト・マウスに対して、交配により、野性型H19-ICRを保持する酵母人工染色体(YAC)遺伝子座を導入し、そのメチル化解析をおこなった。その結果、受精後刷り込みメチル化に必須の母親由来酵素を明らかにすることができた。・H19-ICR断片(2.9-kb)の5'欠失変異体を作製し、酵母人工染色体(YAC)上で、ヒト・β-グロビン遺伝子座へ導入した。同YACをマウス受精卵へ顕微注入し、多系統のYAC Tgマウスを作製した。これら5'欠失変異体Tgマウスについて、生殖細胞と体細胞におけるDNAメチル化解析を行い、PODS(受精後刷り込みメチル化に必要な配列)の大まかな位置を同定した。・刷り込みメチル化におけるPODS配列機能の十分性を検証するために、本来刷り込みを受けないλDNA断片へ移植し、再構築系Tgマウスを作製した。我々は以前、λDNA断片に対して、CTCF結合配列を4カ所挿入し、さらに多能性転写因子、Octの結合配列を付加したものを作製し、LCb断片とした。同配列に対してPODSを付加し(LCb+PODS断片とする)、これを用いてYAC Tgマウスを作製した。同Tgマウスのメチル化解析を一部、開始した。年度始めの当初計画内容を順調に遂行し、次年度に予定していた内容についても着手することができた。また成果の一部を、国際的に著名な学術雑誌に発表することが出来た。H27年度までに、本来DNAメチル化刷り込みを受けないλ

ファージDNA断片(CpG配列に富む)に対して、インスレータータンパク質CTCFの結合配列を4カ所、さらに細胞に対して多能性を与える転写因子、Octの結合配列を付加した断片を調製し、LCb(lambda+CTCF+b)と命名した。同断片を用いてトランスジェニック・マウスを作成し、in vivoでDNAメチル化刷り込みを受けないことを明らかにした。受精後刷り込みメチル化に必要な配列をin vivo(YACトランスジェニック・マウス)で同定し、PODSと命名した。これを、LCb配列に付加した断片(LCb+PODS)を用いて、YACトランスジェニック・マウスを作製した(再構築系)。その結果、同配列がDMR (differentially methylated region)として機能することが分かった。そこでH28年度は、1.内在H19-ICRの機能をLCb+PODS配列により代替できるのかについて(つまり、十分性の)検証をおこなうため、ES細胞で、ゲノム編集による内在H19-ICRの置換を行った。さらに、集合法によりマウス個体を作出した。同断片のDNAメチル化解析(Southern blot、及び、Bisulfite sequencing解析)を、一部開始した。2.ゲノム編集により、内在PODS配列の欠失を行った(一部、RNAエレクトロポレーション法を使用)。3. PODS配列に結合し、DMRの機能を担う因子を同定するため、ゲルシフトアッセイや酵母one-hybrid systemによるクローニングを開始した。年度始めの当初計画内容を順調に遂行し、次年度に予定していた内容(結合因子の探索)についても着手することができた。当初の研究計画、あるいは、年度初めの研究実施計画に記した研究目的を順調に遂行し、期待の成果を得ることが出来たため。論文公表も視野に入れたい。研究計画の変更はなく、その遂行上の問題点は見当たらない。今後も、当初の計画通りに研究を遂行する。我々はこれまで、新規に見いだしたDNA配列機能の十分性について検証をおこなってきたが、今後は、その十分性の見地から検証を行う予定である。このため、人工的に再構築したDNA配列を、内在遺伝子座の相当配列と置換する実験を行う必要があるが、その対象範囲が巨大なため、複数の戦略を採用しつつ、実験を行う必要があるかもしれないと考えている。我々はこれまで、新規に見いだしたDNA配列機能の十分性に加え、その十分性の見地からの検証も開始した。今後は、人工的に再構築したDNA配列を内在遺伝子座の相当配列と置換する、あるいは、PODS配列を内在遺伝子座から欠失させることで、その生物学的重要性を明らかにする。また、ゲノム刷り込みの分子メカニズム解明のため、複数の手法を採用することにより、関与する分子の探索をおこなう。今後も、当初研究計画に記述したとおりに研究を遂行する。
逐次近似画像再構成を用いたＣＴ線量低減技術に関する研究

CTの撮影に関してさらなる線量低減技術として期待される逐次近似画像再構成法(Iterative reconstruction: IR)を用いて、従来との画像再構成との比較ならびに新たな逐次近似画像再構成法の有用性について検討をおこなった。特に、線量低減が課題となっている心臓領域に関して診断能を重視してステント描出や自動管電流変調技術などの基礎研究ならびに臨床研究へ取り組んだ。23年度から25年度にかけて、さらなる線量低減技術として有効な逐次近似画像再構成法を用いた新たな画像再構成法の可能性について取り組む予定であり、具体的には以下の項目を中心に研究を遂行している。1.心臓CTでの低管電圧技術と逐次近似画像再構成法を併用した線量低減ならびに画質改善2.逐次近似画像再構成法を用いた心臓CTでのアーチファクト低減3.逐次近似画像再構成法を用いたカルシウムスコアの線量低減ならびにスコアの改善。さらに上述の結果を参考にし、新たな手法を用いた逐次近似画像再構成法の開発ならびに他の領域における応用についても検討する。24年度は、心臓の血管を拡張させるステントの内腔の描出能について取りくんだ。ステントは金属のためにCTで撮影した場合、画質を劣化させる要因となり、特にステント内腔(血管内腔)の評価が難しい。そこでステントによる画質劣化を抑える手法を考案した。具体的には逐次近似画像再構成法とCTの画像再構成関数を高周波タイプに変えることで、ステント内腔の描出能を改善するものである。まずはファントムを用いた基礎的な検討をおこない、そのデータをエビデンスとして臨床研究をおこなった。これらの研究内容は、両者とも国際雑誌へ論文を掲載することができ一定の成果が得られた。また、新たな逐次近似再構成法の研究を進めている。具体的には豚の肝臓を使用して、これまでの画像との違いや描出能の改善、診断能への影響、線量低減の可能性などを検討するものである。現在、研究を進行中であり、新しい逐次近似再構成法の内容についても最終年度である25年度までに国際学会や国際雑誌等に結果をまとめ報告する予定である。25年度は研究期間の最終年度であり、これまで取り組んできた研究課題の継続ならびに新規課題へ取り組んだ。これまでの継続課題である豚の肝臓を使用し、従来画像と比べて逐次近似画像を用いた画質の違いや描出能の改善、診断能への影響、線量低減の可能性などについて一定の成果を得られた。ただし、この研究では腫瘤を含めた研究まで進展しておらず、描出能に関しては詳細な検討が今後も必要であり、継続的な課題と考える。また、逐次近似法と画質のコントロールが可能な自動管電流変調(AEC)を併用することで、従来では不可能であった心臓CTでの安定した画質と線量のコントロールを目的として研究をおこなった。研究結果は国際学会での発表や国際雑誌へ論文を掲載することができ一定の成果が得られたと考える。23年度は、心臓CTでの低管電圧技術と逐次近似画像再構成法を併用した線量低減ならびに画質改善を行った。心臓CTにおいて被曝線量の低減ならびに造影剤の低減の面からも低管電圧の使用は重要である。ただし、欠点として挙げられるノイズの増加を逐次近似画像再構成を用いて低減をおこなうことが研究の目的である。結果としては低管電圧に逐次近似画像再構成を組み合わせることで、画質の因子であるコントラストやノイズ、低コントラスト描出能などを改善した状態で、従来用いられているX線量よりも最大で76%低減することが可能となった。今後、臨床研究では、診断を最大に考慮して50%の線量低減でおこなう予定である。次に心臓の血管を拡張させるステントの内腔の描出能について取りくんでいる。

ステントは金属のためにCTで撮影した場合、画質を劣化させる要因となり、特にステント内腔(血管内腔)の評価が難しい。そこでステントによる画質劣化を抑える手法を考案した。具体的には逐次近似画像再構成法とCTの画像再構成関数を高周波タイプに変えることで、ステント内腔の描出能を改善するものである。これらは研究内容の一部を国際学会へ発表したが、データなどを積み重ねて最終的にまとめる予定である。研究目的に最適なファントム実験をおこなうことができ、内容を論文化することができた。また、逐次近似法に関する新しい内容も国際学会で発表できたため、おおむね順調に進展していると考える。逐次近似法に関する文献等や、各装置メーカの逐次近似法の手法および概要について調べることに予定よりも時間を費やしたが、これらを参考としたために研究目的に最適なファントム実験をおこなうことができ、内容を論文化することができた。24年度からおこなっている新しい逐次近似再構成法の基礎検討から、23年度、24年度前半におこなった従来の逐次近似再構成法との違いや、特徴などを確認することができた。また、臨床へ適応するための問題点についても把握することができた。ただし、24年度の検討で新しい逐次近似再構成法は、再構成アルゴリズムの特徴から従来のファントムを使用した研究では、間違った方向へ結果を導く可能性があることも明らかとなった。そこで、既存のファントムを使用せずに、人体に近い組成のファントムを作成し検討する必要がある。これらの結果を踏まえて最終年度である25年度では以下の研究内容を具体的に完成させる予定である。1)人体の肝臓を模擬するために豚の肝臓を使用してファントムを数種類作成する。2)ファントムをCTスキャナで100回程度繰り返して撮像し膨大なデータを得る。3)得られた100回の画像データから従来の再構成を使用して、現在でのゴールドスタンダード画像を作成する。4)100回の画像データそれぞれにおいて逐次近似再構成で画像を構成し、ノイズや、ばらつき、特徴量などを測定し画像の特徴を把握する。5)放射線科医に依頼しアーチファクトや画像の雰囲気、描出能について評価をおこない、これまでの逐次近似法との違いや有用性について検討する。また、これらの研究と平行して線量を数段階変更した画像も同様に作成し、線量低減と画質との関係についても議論をおこなう。平成23年度に調査した逐次近似再構成法やカルシウムスコアに関する論文等から、心臓CTにおけるカルシウムスコアの問題点が明らかになり、今後、逐次近似再構成法を用いて心臓CTにおけるカルシウムスコアでの精度改善や、ステントやカルシウムなどで発生するブルーミングアーチファクトの低減についても検討する。具体的には以下の内容で進める予定である。1)心臓の動きを可能としたファントムに模擬冠動脈を付属する。模擬冠動脈は狭窄率0%と50- 90%の数段階の閉塞モデルを使用する。また、閉塞率75%に対して軽度、中等度、高度の石灰化を伴う模擬冠動脈も使用する。
αGlcNAcによる胃分化型癌の制御機構

胃粘膜の下層から分泌される腺粘液は、糖鎖の末端にα1,4結合したN-アセチルグルコサミン(αGlcNAc)を有するユニークな糖蛋白質を含んでいる。最近、我々は胃幽門粘膜において炎症を基盤に胃分化型癌を自然発症するA4gntノックアウト(KO)マウスの解析から、αGlcNAcがMUC1とIL-11を介するがん関連シグナルを抑えることで胃分化型癌の発生を制御している可能性を見出した。本研究ではA4gnt KOマウス並びにヒト胃癌の病理検体を解析対象として、MUC1とIL-11に着目しながらαGlcNAcによる胃分化型癌制御機構の解明を目指す。
モルフォゲンの濃度勾配ロバストネス保証および分化運命決定における閾値の分子機構

モルフォゲン濃度勾配のロバストネスの実験的検証:モルフォゲン濃度勾配形成のロバストネスに関しては、Elderらの提唱した数理モデルがあるが、Shhについてこのモデルの検証を行った。このモデルはShhの産生が多く、且つ分解が非線形の場合を想定しているが、Shhの勾配のプロフィールが通常の線形の分解の場合と比べてどうなっているのか、理論側から実験的な計測ができるような予測を立て、実際にReal time PCR,ウェスタンブロット、ELISA等によって測定した。実際に比較する領域としては、剖出の際に領域を個体間の差なくきちんと定義しやすい肢芽と肺を用いた。どちらの器官においてもShhがパターン形成に重要な働きをしていることが分かっている。その結果、gene doseが半分であるヘテロ接合体では、SHHの産生量が野生型の半分になっていた。これは前述のモデルと矛盾する結果であるが、詳細な検討の結果、検出されているSHHタンパクは細胞内の前駆体であることが分かった。実際に機能する細胞外のタンパクは今のところ検出限界以下である。従ってモデルの検証にいたらず、細胞外のタンパクを可視化・定量化することを試みている。この方法を確立した後、神経管においても測定する予定である。上述の理論予測ではShhの量が多い場合にしか勾配が安定に保たれないが、予備的実験において肺におけるShhのタンパク量は肢芽や神経管における量よりもかなり少ないことが分かっている。従って、肺のパターン形成では先ほどの理論の前提と合わないことが起こっている可能性がある。更に、実際のタンパクの分布を計測するために、免疫組織化学の方法の改良を試みた。現在行っている免疫組織化学の手法では、細胞外に放出されたシグナル因子が固定の段階でうまく周辺の構造にトラップされず、Shhの産生細胞内のタンパクは検出できても濃度勾配は検出されない。拡散しているタンパク分子を固定して可視化する方法の開発を試みたが成功していない。モルフォゲン濃度勾配のロバストネスの実験的検証モルフォゲン濃度勾配形成のロバストネスに関しては、Elderらの提唱した数理モデルがあるが、Shhについてこのモデルの検証を行った。このモデルはShhの産生が多く、且つ分解が非線形の場合を想定している。実際に比較する領域としては、剖出の際に領域を個体間の差なくきちんと定義しやすい肢芽と肺を用いる。まず、Shhノックアウトマウスのヘテロ接合体と野生型において、Shh産生量に違いがあるのか定量的RT-PCR、ウェスタンブロット、ELlSAを行ったところ、いずれの場合においてもヘテロ接合体でShh量は半減していた。これはElderらのモデルと整合性がない。しかしながら、詳細な検討の結果、測定しているSHHタンパクは細胞内の前駆体であり、実際に機能している細胞外タンパクは検出できていなかった。拡散しているタンパク分子を固定して可視化する方法を開発すべく条件検討を行っている。この染色強度により濃度勾配を定量する予定である。上記研究から、濃度勾配ロバストネスの強い部位と弱い部位を予測する。分化運命決定における閾値の分子機構の解明神経管腹側半分のニューロンの種類の決定は、脊索・底板から発せられるShhの濃度勾配によって決まる。ニューロンの分化運命はShh標的遺伝子の2値的挙動によって決まる。この離散的パラメータへの変換についてはエンハンサー領域を介したフィードバック機構が大切であるとSchafferらのグループは数理生物学的に予想している。そこで本課題においてはShh標的遺伝子Gli1エンハンサー領域におけるGli結合部位の個数を増やしてこのポジティブフィードバックを「強化」することを試みた。この効果をルシフェラーゼアッセイにて確認した後に改変エンハンサーをノックインしたマウスを作成、解析したところ、Gliの発現量や範囲に変化が見られた。現在詳細な解析を行っている。

従って、肺のパターン形成では先ほどの理論の前提と合わないことが起こっている可能性がある。更に、実際のタンパクの分布を計測するために、免疫組織化学の方法の改良を試みた。現在行っている免疫組織化学の手法では、細胞外に放出されたシグナル因子が固定の段階でうまく周辺の構造にトラップされず、Shhの産生細胞内のタンパクは検出できても濃度勾配は検出されない。拡散しているタンパク分子を固定して可視化する方法の開発を試みたが成功していない。
C/EBP転写因子ファミリーによる骨髄球分化の制御機構

骨髄球系前駆細胞は多分化能を有し、樹状細胞をはじめ様々な骨髄球系細胞に分化する。C/EBPファミリー転写因子は主に骨髄球系細胞に発現し分化および細胞機能の重要な制御因子として機能している。しかし、C/EBPファミリーのメンバー間には、発現および機能的な重複が存在し、骨髄球においてもメンバー間の機能的なredundancyが存在する。そこでわれわれはすべてのメンバーのDNA結合を阻害しうるドミナントネガティブ型のC/EBPを用いて解析を行った。ドミナントネガティブ型C/EBPを発現する骨髄球系前駆細胞からは全く顆粒球・マクロファージが分化せず、かわりにランゲルハンス型樹状細胞分化が著明に促進された。この樹状細胞への分化の偏りは骨髄球系前駆細胞の分化決定のレベルで起こっていることが確認された。すなわち、骨髄球系前駆細胞においてC/EBP活性が抑制された場合ランゲルハンス樹状細胞への分化決定が優位に行われるのである。したがって、C/EBPファミリーは骨髄球系前駆細胞の顆粒球・マクロファージへの分化決定において必須であり、逆にランゲルハンス樹状細胞への分化には抑制的に働く。以上の所見はC/EBPファミリーが骨髄球系前駆細胞の分化決定の制御に深く関与することを示すものである。また、未だに十分に解明されていない樹状細胞分化の制御機構の一端を明らかにする新規の知見である。