hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
燃料電池用メソポーラスカーボン-酵素複合触媒の創製

申請者の従来研究であるメソポーラスカーボンを用いた燃料電池触媒研究の特徴を活かし、新たにラッカーゼ(マルチ銅オキシダーゼ酵素)を組み合わせることで、新しい複合触媒を作製した。ナノ空間内で安定化されたラッカーゼは有機溶媒(メタノール)に対する耐久性が大きく向上した。また、アントラセンをカーボン上に固定し、ラッカーゼのオリエンテーションを制御することで、より高い酸化還元電流応答を得ることができた。この研究では、環境調和型化学システムの確立に向けて、研究代表者の従来研究であるメソポーラスカーボンを用いた燃料電池触媒研究の特徴を活かし、新たに酵素を組み合わせることで、白金代替触媒の開発を目指すことを目的としている。酵素の中でも高い酸素還元特性が報告されているマルチ銅オキシダーゼを利用し、メソポーラスカーボン-酵素複合触媒の創製を試みた。既に合成方法を確立している直接合成法を用いて合成したメソポーラスカーボンを担体として用い、酸素還元酵素としては市販のラッカーゼ酵素を利用した。これらを組み合わせることでメソポーラスカーボン-ラッカーゼの複合触媒を合成した。具体的には、ラッカーゼ分散液をメソポーラスカーボンに粉末に吸着させ、撹拌・分離工程を経てバルクの粉末材料を合成した。この時、メソポーラスカーボンのナノ空間効果の比較対象として市販のカーボンブラック担体も同様に用い、カーボンブラック-ラッカーゼ複合材料も合成した。カーボン担体へのラッカーゼの吸着に関して言うと、カーボンブラックにはよく吸着するものの、メソポーラスカーボンにはその20%程度しか吸着しなかった。一方で、触媒活性を評価した結果、カーボンブラックよりラッカーゼ吸着量の少ないメソポーラスカーボン触媒のほうが、ABTSの還元において5倍以上高い活性を示すことが分かった。このことから、酵素量あたりの活性を考えると従来のバイオ燃料電池の活性をはるかに向上できる可能性が出てきた。これらの成果については、国内外の学会で成果発表を行った。実際の電極触媒としての評価は、メソポーラスカーボン-ラッカーゼ複合材料を作用極としてHalf-cellシステムにて、酸素還元活性評価を行った。具体的な作用極作成方法として、メソポーラスカーボン-酵素複合材料分散液をカーボンロッド上に滴下・乾燥し、バインダーとしてナフィオンを使用した。今年度は、触媒が作用極として上手く固定できないなどの問題があり、来年度に向けて固定法及び評価方法を検討している。環境調和型化学システムの確立に向けて、従来研究であるメソポーラスカーボンを用いた燃料電池触媒研究の特徴を活かし、新たに酵素を組み合わせることで、次世代を担う触媒開発を試みた。酵素の中でも高い酸素還元特性が報告されているマルチ銅オキシダーゼを、カーボンのナノ空間に導入することで、メソポーラスカーボン-酵素複合触媒を作製した。平成23年度の実施計画の一つ目として挙げていた"メソポーラスカーボン-酵素の複合材料の活性・耐久性評価"に取り組んだ。平成22年度の研究成果として、8nmのナノ空間にラッカーゼ酵素を導入した場合に、30nm以上の空間内に比べ、ラッカーゼの固定化量は少ないが酵素活性が非常に高いことを見出しており、平成23年度は更に8nmナノ空間内での耐環境性について検討した。ナノ空間内で安定化されたラッカーゼは有機溶媒(メタノール)に対する効果が大きく向上し、50%メタノールに30分浸漬した場合に、ラッカーゼ単身では活性がゼロになるのに対して、8nmのナノ空間内では、80%の活性を維持することができた6。また、30nm以上の空間では、3050%程度の活性しか維持できないことから、8nmのナノチャンネル構造が耐久性に関しても有効であることが分かった。平成23年度の実施計画の二つ目として"燃料電池カソード触媒としての活性評価"を行った。平成22年度は、メソポーラスカーボンーラッカーゼ複合材料の酸素還元活性が上手くあがらず、平成23年度はバインダーの検討やメディエータの使用を検討した。メディエータとして硫酸銅を添加することで、酸素還元電流応答の改善が見られた。また、酵素電気化学反応において、固定化された酵素のオリエンテーションが重要であることが分かった。アントラセンをカーボン上に固定し、ラッカーゼのオリエンテーションを制御することで、より高い酸化還元電流応答を得ることができた。
量子-古典協調計算の能力について

量子-古典協調計算を対象に様々な計算モデルを取り上げ,その能力の解析や,効率的な量子アルゴリズムの提案を行った.また,量子暗号技術についても研究を行い,古典情報だけでなく量子情報も送信できる秘匿通信手法の提案,文字列に対する最適な量子封印プロトコルの提案を行った.さらに並列計算機向けの高速量子計算機シミュレーション手法を開発した.量子-古典協調計算を対象に様々な計算モデルを取り上げ,その能力の解析や,効率的な量子アルゴリズムの提案を行った.また,量子暗号技術についても研究を行い,古典情報だけでなく量子情報も送信できる秘匿通信手法の提案,文字列に対する最適な量子封印プロトコルの提案を行った.さらに並列計算機向けの高速量子計算機シミュレーション手法を開発した.本年度は量子-古典協調計算に関する研究の一環として,量子封印,量子直接秘匿通信,Pure Dephasingが起こりうる量子回路の誤り訂正手法に関する研究を行った.1.量子封印とは乱数と量子ビットを用いてメッセージを符号化することにより,第三者がそのメッセージを復号すると両氏状態が壊れるというものである.この性質のため,誰でもメッセージを復号することができるが,符号家事に使用した乱数を知っているものは,誰かがメッセージを読んだことを高い確率で検出することができる.つまり,メッセージの開封確認ができる.本研究では,流出する情報量の上界が自明な下界に一致する,つまり,最適な量子封印プロトコルを開発した.2.現在よく知られている量子暗号はBB84プロトコルに代表される鍵配布プロトコルである.これは量子通信を用いて安全に暗号化鍵を配布し,その後配布した鍵を利用して古典暗号通信を行うというものである.一方,暗号化鍵を事前に共有することなく秘密情報を直接送信するのが「直接秘匿通信」である.本研究では量子通信を用いて直接秘匿通信を行うプロトコルを開発し,その安全性について解析した.提案プロトコルは「量子情報を送信できる」,「光子数分割攻撃に強い」等のメリットを有する.3.量子回路での演算中にエラーが生じた場合の対処方法として,これまでに様々な研究が行われているが,そのほとんどがバイアス付オラクル計算モデルを用いてエラーをモデル化している.このモデルで扱うことのできる量子状態は純粋量子状熊のみであり,実際に物理的に生じうるすべてのエラーをモデル化できているわけではない.本研究では,今まで取り扱われていなかったPure Dephasingと呼ばれるエラーが生じる場合について,量子回路中でどのように対処すれはよいかの指針を示した.「量子分散計算について」任意のネットワークトポロジを対象とした量子分散計算について,その通信量の下界を求めた.また,特定の問題について,通信量の上界を求めた.対象とする計算モデルにおいて,古典の乱数を導入することにより,良い上下界を求めている.「量子暗号プロトコルについて」・量子封印プロトコルについての研究を行い,盗聴される情報量と不正者の検出率のトレードオフについての情報理論的な解析を行った.また,この解析に基づき最適な量子封印プロトコルの提案を行った.・量子直接秘匿通信プロトコルを開発し,その安全性の解析を行った.提案プロトコルは,量子通信と古典通信を併用し,送受信者間で繰り返しメッセージのやり取りを行うことにより,安全性を高めることができるという特徴がある.また,提案手法は(1)エンタングルメントを使用しないことから実現が容易である.(2)盗聴者検出のために秘密情報に対する鍵を公開する必要が無いため,光子数分割攻撃に強いという利点がある.さらに,提案プロトコルを量子メモリを用いずに実装するための方式について検討を行った.「量子計算機シミュレータについて」並列計算機を用いた量子計算機シミュレータを開発した.並列計算機を用いる際にはノード間の通信がボトルネックになることが多いが,本シミュレータでは,時間発展行列の行と列を動的に入れ換えることにより,ノード間の通信を減らすことができ,高速にシミュレーションを行うことが可能である.
PDCD4に着目した去勢抵抗性前立腺癌の新規マーカー・治療の確立に関する研究

進行性前立腺癌においてホルモン除去療法に不応性となる去勢抵抗性前立腺癌の詳細な機序は未だ明らかになっておらず、有効な治療法も確立されていない。それに対し、申請者らはアンドロゲン受容体によって調節される癌マイクロRNAであるmiR-21とその標的遺伝子について研究を進めてきた。本研究では、miR-21の有力な標的遺伝子で、癌抑制遺伝子であるprogrammed cell death 4 (PDCD4)に着目し、1前立腺癌における去勢抵抗性の機序の解明、2miR-21/PDCD4経路をターゲットとしたCRPCの治療選択や予後予測の新たなバイオマーカーの確立、新規治療法の開発を目的としている。
裸子植物花粉管の多様性と細胞間コミュニケーション

本年度は、花粉管と珠心組織の関わりについて、(1)マオウ、イチョウ,アカマツを材料とした形態解析、および(2)アカマツ胚珠内に時期特異的に発現するタンパク質の二次元電気泳動法を用いた探索を試みた。[結果](1)マオウ:胚珠では雌性配偶体の成熟に伴い珠心の一部がDNA断片化を伴う細胞死を遂げ、深い花粉室が形成した。花粉の発芽は花粉室形成まで抑制されており、花粉-珠心組織-雌性配偶体の間には密接な連携が見られた。伸長した花粉管には分岐や突起は形成されなかった。発芽後形成される大小2個の精子核の動態について、現在解析を試みている。イチョウ:加圧凍結固定法を用いた解析を行ったが、他の植物に比べ花粉管が破裂しやすく観察は困難であった。アカマツとスギで観察された、珠心細胞から花粉管への小胞による物質輸送はイチョウにおいては観察されなかった。アカマツ:胚珠内のカルシウム分布と花粉管伸長の関係を明らかするため、アンチモン酸カルシウム沈殿法により解析をおこなった。カルシウムは分岐した全ての花粉管壁および珠心細胞壁とその周辺に分布したが、雌性配偶体内では検出されなかった。(2)マツ実生を材料としてタンパク質の抽出方法の検討を行った。現在のところ、タンパク質の二次元泳動パターンに再現性が見られず、実生特異的タンパク質を検出するには至っていない。原因について現在検討中である。また、凍結保存した球果より胚珠の収集を試みたが、凍結融解による組織の損傷が起こり材料を十分に得ることが困難であった。材料の保存法も今後の課題となった。本研究では、異なる進化段階に属する裸子植物の花粉管と周辺組織について詳細な形態解析を行ってきた。その結果、細胞死や物質の輸送などを通じて両者が密接に関係していることが明らかになりつつある。現在、アカマツに関する論文を投稿中である。1.裸子植物(イチョウ、スギ、サワラ、コノテガシワ、アカマツ、マオウ)花粉管伸長過程の微細形態的解析:スギ、サワラ、コノテガシワ、アカマツの花粉管は分岐しながら珠心中を伸長するが、造卵器の形成に伴いその中の一本が花粉管核、柄細胞、中心細胞を造卵器まで運搬し、他の花粉管は伸長を停止することが明らかになった。また、花粉管伸長に伴い細胞死した珠心細胞の液胞ではオートファジーがおこることが加圧凍結固定法により明らかとなった。細胞死に伴い液胞は貯蔵型から分解型に変化し、細胞内容物を分解することが示唆された。2.被子植物の花粉管伸長に関与する物質群(デンプン、ペクチン、アラビノガラクタンタンパク質(AGP))の裸子植物における局在:裸子植物花粉管の通路となる珠心細胞間隙および細胞壁における物質群の動態を解析した結果、すべての材料でメチルエステル化ペクチンが、またアカマツ以外の植物で脱エステル化ペクチンが検出された。AGPはスギ、サワラ、アカマツ、コノテガシワで局在したがイチョウ、マオウでは見られなかった。珠心細胞内でのデンプンの蓄積はアカマツ、コノテガシワで広範囲に多量であったがスギでは部分的、イチョウ、サワラ、マオウではほとんど見られなかった。花粉管伸長と物質群の消長・分布には種による多様性があることが示唆された。3.花粉管内Ca^<2+>の濃度測定:Fluo-3を用いアカマツ花粉管におけるCa^<2+>濃度の解析を試みた。分岐した花粉管の間にCa^<2+>濃度の差は認められなかったが、染色剤の選択や染色方法に検討の必要性があり今後の課題とする。裸子植物の生殖機構は被子植物に比べ不明な点が多い。花粉管の多様性、また周辺組織との相互関係の解析から裸子植物さらには種子植物全体の生殖機構解明に大きく寄与すると期待される。本年度は主にサワラおよびシナマオウについて花粉管伸長に対する珠心組織の役割について解析を行った。サワラ(Chamaecyparis pisifera):花粉管は受粉から受精までの約2か月間、珠心中を断続的に伸長する。花粉は受粉から約1週間後に発芽、分岐しながら2週間伸長した後、伸長を停止する。その後、造卵器形成時に、分岐した花粉管の中の一本のみが伸長を再開し精子細胞を運搬する。花粉管周辺の珠心細胞はオートファジーを伴った細胞死を遂げる。被子植物において、花粉管伸長への関与が示されているペクチン、アラビノガラクタンタンパク質(AGPs)およびペクチン分解酵素(Cryjl、Cryj2)の分布について解析した。ペクチンは珠心全体と雌性配偶体の造卵器室周辺、AGPsは珠心頂端側の細胞壁と細胞間隙に分布した。また、Cry J1は珠心の頂端側に、Cry J2は花粉管壁にそれぞれ分布した。シナマオウ(Ephedra sinica):受粉に先立ち雌性配偶体では造卵器が、珠心では雌性配偶体に到達する深い花粉室が形成される。珠心にデンプン粒はほとんど見られない。花粉室で発芽した花粉管は分岐せずに伸長する。受粉から受精までの期間は約2日であり、精子細胞は一つの細胞に、大小の2つの核を持つ。珠心組織では、メチルエステル化ペクチンが細胞壁と細胞間隙に分布したが、AGPsの分布は見られなかった。

来年度は、イチョウについて解析を行うことで、様々な進化段階の裸子植物について花粉管と周辺組織の相互関係を明らかにすることができると期待される。本年度は、花粉管と珠心組織の関わりについて、(1)マオウ、イチョウ,アカマツを材料とした形態解析、および(2)アカマツ胚珠内に時期特異的に発現するタンパク質の二次元電気泳動法を用いた探索を試みた。[結果](1)マオウ:胚珠では雌性配偶体の成熟に伴い珠心の一部がDNA断片化を伴う細胞死を遂げ、深い花粉室が形成した。花粉の発芽は花粉室形成まで抑制されており、花粉-珠心組織-雌性配偶体の間には密接な連携が見られた。伸長した花粉管には分岐や突起は形成されなかった。発芽後形成される大小2個の精子核の動態について、現在解析を試みている。イチョウ:加圧凍結固定法を用いた解析を行ったが、他の植物に比べ花粉管が破裂しやすく観察は困難であった。アカマツとスギで観察された、珠心細胞から花粉管への小胞による物質輸送はイチョウにおいては観察されなかった。アカマツ:胚珠内のカルシウム分布と花粉管伸長の関係を明らかするため、アンチモン酸カルシウム沈殿法により解析をおこなった。カルシウムは分岐した全ての花粉管壁および珠心細胞壁とその周辺に分布したが、雌性配偶体内では検出されなかった。(2)マツ実生を材料としてタンパク質の抽出方法の検討を行った。現在のところ、タンパク質の二次元泳動パターンに再現性が見られず、実生特異的タンパク質を検出するには至っていない。原因について現在検討中である。また、凍結保存した球果より胚珠の収集を試みたが、凍結融解による組織の損傷が起こり材料を十分に得ることが困難であった。材料の保存法も今後の課題となった。本研究では、異なる進化段階に属する裸子植物の花粉管と周辺組織について詳細な形態解析を行ってきた。その結果、細胞死や物質の輸送などを通じて両者が密接に関係していることが明らかになりつつある。現在、アカマツに関する論文を投稿中である。
真核生物型低温ストレス検知機構の解析

低温ストレス刺激に応答した酵母HOG経路の活性化は,この経路のMAPキナーゼキナーゼであるPbs2を欠損すると全く起こらなくなることから,正常なMAPキナーゼ経路の活性化機構を介したものであることが明らかになった。また,2つの浸透圧センサー経路のうち,Sln1経路の必須因子であるSsk1,もしくはSln1経路に特異的なMAPキナーゼキナーゼキナーゼであるSsk2/22を欠損させると,低温ストレス刺激に応答したHOG経路の活性化は観察されなくなった。これに対してもう一方の浸透圧センサー経路であるSho1経路を欠損させても,低温ストレス応答性には変化が認められなかった。このことは,2つの浸透圧センサー経路のうち,Sln1経路が低温センサーとして機能していることを示している。さらに,低温条件下ではSho1経路による浸透圧ストレス応答性も著しく低下していたことから,Sln1経路のみが低温センサーとして機能するのは,低温でSho1経路の機能が低下することによるものであると考えられる。有機溶媒であるDMSOを培地に添加することにより、細胞膜の流動性が低下することが報告されている。酵母細胞をDMSO処理すると,低温ストレス刺激と同様にHOG経路の活性化が引き起こされた。さらに,DMSO処理と低温ストレス刺激のHOG経路活性化に及ぼす作用は相加的であった。また,逆に細胞膜の流動性を昂進させることが知られているエタノール処理によって,HOG経路の低温ストレス応答性が抑制された。このことは,酵母が主に細胞膜の流動性の低下を低温ストレス刺激の指標としてモニターしていることを示唆している。
冷却水中の溶存酸素と大電力水冷マグネットの破損

ハイブリッド・マグネットに使用され,破壊した幾つかのビッタ-型水冷コイルを分解して、破損の原因を究明した。破損したコイル導体板上には酸化銅の微粒子が付着し、コイルの絶縁板を侵して絶縁劣下を引き起こし,導板間短絡を生じることによってコイルの破壊が起こっていることが分かった。このような銅の酸化には、冷却水中の溶存酸素が関与していると考えられる。酸化銅の生成過程を測定するために、厚さ0.1mm、幅1.8mm、長さ約120mmの銅板を循環する純水中で通電により直接加熱する実験を行った。イオン交換された純水は貯水槽内で冷却器により±0.1°Cで一定温度にに保たれる。貯水槽中では溶存酸素濃度を一定にするため、空気バブリングが行われており、溶存酸素濃度は溶存酸素計により恒に測定されている。加熱電流は1050A、純水の流量は約0.03m^3/hである。試料片で発生するジュ-ル熱および試料温度は、試料に流れた電流、試料両端の電圧、銅の比熱および比抵抗などから見積られ、推定最大温度上昇は50°Cであった。酸化銅の付着量は通電電流が多い程、水温が高い程急激に増加することが観測された。また、貯水槽内で窒素バブリングを行うことにより、溶存酸素量を殆んど無くすことが出来、試料片の酸化を防げることを確かめた。冷却水中の溶存酸素量は水温の水昇と共に急激に減少するから、イオン交換された純水を直接コイル導体に触れさせてコイルを冷却させる水冷コイルでは、導体上で水温が瞬間的に上昇し、そこで放出された余分な酸素の一部がコイルの銅と結び付いて酸化銅を生成すると推論される。実働の大電力水冷マグネットの冷却槽内に窒素ガスバブリング・パイプを設置し、溶存酸素量減少による効果を試したが、コイルに付着する酸化銅の量には明らかな減少が見られた。
膀胱癌に対する腔内照射用治療機器の開発

膀胱腫瘍に対する放射線療法は、膀胱機能を温存しながら治療を行なう方法であるが、治療効果を期待できる線量を照射すると全身的な副作用や周辺臓器への障害を与えるため専ら手術不能例などに対して姑息的治療法に停まっていた。そこで腫瘍局所あるいは膀胱粘膜にのみ充分な線量の放射線を照射する方法を開発することを目的として今回の研究が施行された。1.膀胱癌に対する経膀胱鏡的腔内照射法の確立:照射用硬性膀胱鏡を作成し、基礎検討を行なった。充分臨床応用可能であることが判明したので14例の膀胱腫瘍患者に治療を行ない9例に有効であった。2.照射用軟性膀胱鏡の試作:膀胱頸部を観察できなかった硬性膀胱鏡の欠点を解決した軟性照射用膀胱鏡およびコントロール用機器を試作し、その動作および線量分布について基礎検討がなされた。今後線源のペレットを小さくするなど改善すべき問題点が明らかとなった。3.照射方法の確立:1)経膀胱鏡的照射法:腫瘍に直接線源を誘導し、照射する方法である1回900ラドの照射を35回行なう。2)膀胱全粘膜照射法:膀胱内にバルンカテーテルを膨らませ、その中心部に線源を誘導し粘膜全体を均等に照射する、再発防止を目的として20004000ラドの照射を行なう。3)スキャン照射法:軟性膀胱鏡の先端まで線源を誘導しスキャンすることによってCISなどの局面を照射する。4.本療法の対象臓器の拡大および他治療との併用治療方法の確立:本治療法は膀胱腫瘍ばかりでなく前立腺への治療もすでに試みている。今後その治療効果の評価がなされる予定である。私たちは本研究と同時にマイクロ液を用いた腫瘍凝固療法もすでに確立しており、両者の併用治療を施行している。今後化学療法との併用なども検討し、より効果的な併用治療法の確立を目指している。本研究の主たる目的は、膀胱腫瘍に対し、放射線を胱膀局所に集中させることによって副作用の発現をおさえ治療効果を上げることにある。今年度の計画は以下の5点であり、それぞれの進行行状況を報告する。1.膀胱腔内照射用内視鏡およびflexible looding tubeモニターシステムの設計・製作:rigid type屈折膀胱鏡は試作品が完成した。flexible loading tubeは膀胱鏡のapplicator channelに制限があり、現段階では難しい。そこでfiber optic cystoscopeのものを現在設計中である。2.本装置の照射基礎検討,性能検査,線量測定:ダイオードによる照射線量測定値をもとに線量解析プログラムを作成し、検討中であるが、良好な結果が得られている。3.実験動物による安全性の確認:犬および家兎を使用し臨床的治療線量の約3倍の線量を試験的に膀胱に照射したが、一過性の潰瘍をみとめたが、6週間後には、ほぼ回復した。4.移植膀胱癌家の治療実験:V【X_2】腫瘍を膀胱に移植してから5日目に本治療を施行したところcontrol群に比べ生存率は有意に延長しており、3ケ月後解剖によって全治している兎をみとめている。5.臨床的治療効果:現在までに14例の膀胱腫瘍患者に治療を試みたところ8例にCRを認めた。今後放射線感受性検査の一つとして有用な手段となる可能性を有している。しかし臨床的には、診断の段階でできるだけ早く、放射線感受性に関する情報が必要であるので次年度には、この点に関しても検討する予定である。今年度における研究計画および実績の概要は以下のとおりである。1.フレキシブル膀胱鏡の作成および性能評価:昨年度までに試作した硬性膀胱鏡を用いた照射法の欠点を解決する目的で、フレキシブル膀胱鏡を試作した。

これにより膀胱頚部などに発生した腫瘍に対しても容易に照射することが可能となった。さらにこの装置を用いることによってCISなどに対しての局面照射法が可能となった。2.遠隔操作式駆動モーター(フレキシブル角調節用)の作成:本装置もフレキシブル膀胱鏡と同様に試作し、性能評価を行なったが、予測したとおりの動作を確認できた。3.スキャンニング照射法およびシュミレーション、安全性の検討:当初目的とした経膀胱鏡的照射ばかりでなく、CISなどある広がりをもった局面に対し、今回試作した膀胱鏡の特徴を生かし、誘導される線源を遠隔操作によって弧状にスキャンさせることによって均等に粘膜を照射する方法を確立した。4.論文発表、報告書作成:本研究に関する発表は、米国泌尿器科学会をはじめとし、内外の研究会、学会において12回の口頭発表を行ない、論文13編として報告した。以上のように本研究は今年度で当初の目的を達し終了するが、すでに臨床的検討に入っており、これらの治療成績に関しては、今後も継続し観察する必要がある。さらに本研究は膀胱腫瘍ばかりでなく、前立腺癌腎孟腫瘍、食道癌、胆道癌などに対しても応用可能であり今後検討する予定である。また本治療とマイクロ波凝固法あるいは化学療法との併用効果についても基礎的な検討を行ない、実際の治療に役立てることが今後の課題である。
スリットスキャンによる複数波長での分光撮像による太陽大気の立体構造の探求

現在、市販されている個人で購入可能な太陽観測用狭帯域フィルターはHαとCaKに限られており、その他の波長での太陽単色光観測は簡単にはできない。そこで、本研究では、教育用にも活用できる小型、高分散、高解像度の太陽観測用分光器を製作し、スリットスキャンによってさまざまな吸収線における太陽単色光画像が得られるようにした。製作した分光器は、波長分解能0.022nm、分散2.4nm/mmで、重量約7キロと市販の小型赤道儀に搭載可能である。リトロー配置された回折格子(1200g/mm、25×25mm、ブレーズ波長500nm)の1次光スペクトルを用い、回折格子の傾きを変えることにより眼視での観察のほか、CCDカメラを装着することで360nm970nmの範囲で撮像観測できる。また、スリットを太陽の南北方向に一致させて分光器を固定し、日周運動により移動していく太陽を毎秒10フレーム程度で撮像(スリットスキャン)し、得られたスペクトル画像の吸収線上のピクセルデータを切り出して順番に並べると、太陽の単色光画像(スペクトロヘリオグラム)が得られる。この方法で、Hα、CaK,CaHのほか、G-band、Fe、Mg、Naの画像を作成した。Hα、CaKについては、市販のファブリペローフィルター太陽望遠鏡で撮像した画像と比較し、ほぼ同じものが得られることが確認できた。スリットスキャンは1ピクセル(0.03nm)の波長分解能があり、これは市販の太陽望遠鏡の透過半値幅(約0.1nm)より波長分解能において優れている。そのため、Hαの市販望遠鏡ではHα核部における彩層上部(高さ1500km、フィラメント、プラージュなど)とHα翼部の彩層下部(高さ200km、彩層ネットワーク構造)が同時に撮像されるのに対し、スリットスキャンではこれらを分離することができた。さらに、活動的フィラメントに対しHαでのドップラーグラムを作成し、視線方向の運動も確認できた。Hα、CaK,CaH以外の波長は、光球に近い領域を見ており、黒点以外の顕著な活動は見られなかったが、今後大きなフレアなどが起きた時、他では観測していない単色光画像が得られるものと期待できる。
大規模人災の損害論―福島第一原子力発電所事故とメキシコ湾原油流出事故を題材に

福島第一原子力発電所事故によって生じた様々な損害は、メキシコ湾原油流出事故において損害賠償の対象として個別類型化されているほどには、互いを区別しがたい。環境損害一つをとってみても、自然豊かな地域において、その恵みを享受しながら生活してきた人々にとって、当該地域の環境固有の価値は、「ふるさと」の価値と明確に区別できるのだろうか。現在係属中の訴訟の多くにおいて原告が主張している「ふるさとの喪失」について、今後は、被災者の長期避難が生じている災害との比較研究において明らかにしていきたい。本研究の目的は、福島第一原子力発電所事故とメキシコ湾原油流出事故という二つの大規模人災を題材に、有毒物質への曝露による潜在的被害、自然資源の自家消費分の損害、環境損害など現行の法制度において評価することが難しい損害について研究を行い、どのように評価すべきか提言することにある。平成25年度は、福島第一原子力発電所事故に関する研究が中心となった。原子力損害賠償紛争審査会の議事録と中間指針・追補、資源エネルギー庁の賠償基準の考え方、原子力損害賠償紛争解決センターの総括基準を読み解き、東京電力株式会社による原子力損害賠償の実態を把握しようとし、訴訟(主に集団訴訟)の進展や原子力損害賠償紛争解決センターによる和解仲介手続きの動向を観察するために、文献調査に加えて福島で現地調査を行ったほか、関連する研究会、シンポジウム、学会の部会に参加し、国内外の研究者や弁護士と意見交換した。具体的な研究成果としては、環境三学会合同シンポジウム「原子力被害とその救済」において「原子力損害賠償制度の現状と法的課題」というテーマで報告を行い、また、「福島原発事故後の環境法」という論稿を公表した。有毒物質への曝露による潜在的被害への賠償については、避難指示区域等内の在住者と避難指示区域等外の在住者、区域等外在住者で避難した者と避難しなかった者を同様に考えるべきかどうか、非常に難しい問題があることを再確認した。また、自然資源の自家消費分の損害や環境損害は、ふるさと喪失・コミュニティ喪失損害の議論と関わることもあり、引き続き検討していきたい。本研究の目的は、福島第一原子力発電所事故とメキシコ湾原油流出事故という二つの大規模人災を題材に、有害物質への曝露による潜在的被害、自然資源の自家消費分の損害、環境損害など現行の法制度において評価することが難しい損害について研究を行い、どのように評価すべきか提言することにある。平成26年度も、福島第一原子力発電所事故に関する研究が中心となってしまった。福島の現地視察に2回(原発を起点とすると、北部方面と南部方面で各一回)参加することで原子力損害の実態を知ることに努め、関連する研究会、シンポジウム、学会の部会において参加者と意見交換をしながら原子力損害賠償の法理論を検討することができた。とりわけ、日本環境会議の福島原発事故賠償問題研究会に参加することがかなったことで、研究者と実務家の枠を超え、かつ、学際的な視点で原子力損害を考えることができた。具体的な研究成果としては、原発と人権全国研究・交流集会では日本語で、法と社会学会、国際社会学会、ヨーロッパ日本研究協会の各年次大会では英語で、福島原発事故の損害賠償問題について報告を行った。そして、「福島第一原子力発電所事故における東京電力の法的責任」と「原発災害と公害・環境法」というタイトルの論文を公表した。有毒物質への曝露による潜在的被害については、福島第一原発事故直後の被ばくにより将来に不安を抱えたことについて原発ADRを通じた和解がもたらされているが、低線量被ばくの問題については既存の損害賠償法理でどのように考えていくべきか。さらに、ふるさと喪失損害の一部に含まれることになろう自然資源の自家消費分の損害や環境損害についても、メキシコ湾原油流出事故による損害と比較対照させながら、引き続き検討していきたい。本研究の目的は、福島第一原子力発電所事故とメキシコ湾原油流出事故という二つの大規模人災を題材に、有毒物質への曝露による潜在的被害、自然資源の自家消費分の被害、環境損害など現行の法制度において評価することが難しい損害について研究を行い、どのように評価すべきか提言することにある。平成27年度は最終年度であったが、二つの事故については新たな文献が数多く出版されつづけているため、文献調査も継続して行った。また、二つの事故以外にも、スリーマイル島原発事故、アメリカ同時多発テロ事件、ハリケーン・カトリーナ、ハリケーン・サンディ等のアメリカ国内で発生した災害のほか、ボパール化学工場爆発事故、四川大地震、ネパール地震等について行政担当者や専門家から話を聴く機会を得た。とくに、福島原発事故に関しては、1月に、災害と法の関係に関心を有するアメリカの研究者・大学院生とともに福島と東京で調査を行った。福島では、避難指示区域を含む被災地を視察し、行政担当者・専門家から聴き取りを行った。東京では、災害の予防・応急対策・復旧・復興、原子力損害賠償制度、原子力規制に関わる行政担当者・専門家から聴き取りを行った。これらの研究成果は、アメリカ法社会学会(5月、アメリカ合衆国シアトル)、東アジア法社会会議(8月、早稲田大学)で発表し、UCヘイスティングス・カレッジオブロー(10月)、UCバークレー・スクールオブロー(10月)、UCサンタクルズ(11月)、テンプル大学ジャパン(2016年4月)における講演内容に反映させることができた。3年間の研究期間中、評価することが難しい損害として、上に挙げたもの以外に、災害を契機とした被害者のディスプレイスメントから生じる被害があることに気づかされた。そして、本研究の目的を果たすには、学際的な共同研究が重要であることを改めて認識した。今後の研究につなげたい。

福島第一原子力発電所事故によって生じた様々な損害は、メキシコ湾原油流出事故において損害賠償の対象として個別類型化されているほどには、互いを区別しがたい。環境損害一つをとってみても、自然豊かな地域において、その恵みを享受しながら生活してきた人々にとって、当該地域の環境固有の価値は、「ふるさと」の価値と明確に区別できるのだろうか。現在係属中の訴訟の多くにおいて原告が主張している「ふるさとの喪失」について、今後は、被災者の長期避難が生じている災害との比較研究において明らかにしていきたい。福島第一原発事故に関する研究は、参加する研究グループの議論に触発されながら深化させることができたが、具体的な研究成果は損害論よりも責任論に関するものになってしまった。一方で、メキシコ湾原油流出事故に関する研究は、文献調査を含め、あまり進めることができなかった。環境法、民法最終年度であるので、研究成果の総括を行うべく、福島第一原発事故に関する研究を引き続き行うことはもちろんであるが、メキシコ湾原油流出事故に関する研究を重点的に実施する所存である。後者について、具体的には、文献収集を充実させ、現地調査を行う。いずれの研究についても、損害論に比重を置くことを心がける。研究成果については、平成27年度は、アメリカ法社会学会(ワシントン州シアトル、5月)と東アジア法社会学会議(東京、8月)で報告する予定である。そして、これらの報告内容を発展させ、論文として公表することを計画している。福島第一原子力発電所事故については、文献収集および現地調査も順調に進み、中間成果の発表にも至っているが、メキシコ湾原油流出事故については、文献収集も現地調査も十分ではない。理由は、福島第一原子力発電所事故に関する調査に比重を置きすぎてしまったことと、授業がない期間を利用してメキシコ湾原油流出事故の補償に携わる関係者にインタビューを実施する時間が取れなかったことにある。メキシコ湾原油流出事故について、文献収集を充実するほか、授業がない期間を利用して現地調査を行い、研究に還元する。福島第一原子力発電所事故についても、各訴訟において被曝ないしそのおそれを理由とする区域等外避難やふるさと喪失・コミュニティ喪失損害をどのように主張するかの段階に入っており、それらの議論も参考にしながら、現行の法制度において評価することが難しい損害をどのように評価すべきか引き続き検討していく。研究成果について、平成26年度は、アメリカ法社会学会(ミネソタ州ミネアポリス、5月)、国際社会学会(横浜、7月)、ヨーロッパ日本研究協会(スロベニア共和国リュブリャナ、8月)で報告することが決まっている。それらの報告内容を発展させ、論文として公表することを計画している。授業がない期間を利用してメキシコ湾原油流出事故の補償に携わる関係者にインタビューを実施する時間が取れず、その海外出張旅費1回分を次年度に繰り越すことにしたことと、研究に使用してきたコンピューターが旧式(2009年度製)でも不都合な点があまりなかったため、購入を一年遅らせたことが理由である。
オプティカルバイオセンサーの開発と口腔領域でのリアルタイムラジカル検出

オプティカルバイオセンサーは、優れた分子認識機能を持つ生体内物質(酵素)によって測定対象を選択的に識別する部分と、識別反応を光学的に検出する部分から構成される。我々が研究したセンサーは、測定対象物質を酵素で認識した後に生成される過酸化水素やスーパーオキシドラジカル(O_<2・・>)をルミノールや他の化学発光試薬と反応させ、生ずる発光を検出するタイプのセンサーである。また、光ファィバ-の先端で発光反応を開始させるオプトロード型(電子の出入口をelectrodeと呼ぶのに対して、光量子の出入口をoptorodeと呼ぶ)酵素センサーを内蔵することにより、測定部位と発光検出部を光ガイドで連結分離でき、in vivo実験を可能にする。このような実用的センサー開発を目的として、2年間の研究成果を踏まえながら、改良点を以下にまとめる。【H_2O_2センサーの改良】前年度に我々が作成・使用したセンサーは、ルミノール/H_2O_2系の発光反応を増強するペルオキシダーゼをマトリックスに固定化した発光膜を装着したセンサーである。このルミノール系H_2O_2センサーの検出範囲は10^<-6>から10^<-8>Mであった。また、検出限界は10^<-10>Mオーダーであった。さらに我々は微量(10^<-15>M)H_2O_2でも検出可能な発光反応を生ずるシュウ酸エステルに着目し、試作したシュウ酸エステル系H_2O_2センサーで10^<-15>Mオーダーの測定を可能にした。現在、マイクロダイアリシス法を用いて、生体内測定を考えている。【HXセンサーの改良】ルミノール系H_2O_2センサーの発光膜であるペルオキシダーゼ固定化マトリックスにXOをさらに複合固定することで、10^<-4>から10^<-8>Mの範囲でヒポキサンチン検量線を得ることができた。検出限界は10^<-1O>Mであった。シュウ酸エステル系H_2O_2センサーをベースに構成されたHXバイオセンサーでは、検出限界を10^<-12>Mオーダーにまで測定感度を向上させることができた(in vitro)。これは生体HX動態をモニターするのには十分な感度である。【スーパーオキシドラジカル(O_<2・・>)センサーの新規作製】海ホタルルシフェリン誘導体であるCLAおよびMCLAは、O_<2・・>に対して比較的選択性のある発光薬である。MCLAをマトリックスに固定化し、ファイバーの先端に装着するだけでO_<2・・>センサー(化学センサー)を構成することができた。実際、キサンチンオキシダーゼ0.1U/ml存在下で、HX濃度10^<-4>から10^<-1O>M(in vitro O_<2・・>発生系)のレンジで検出することができた。しかし、CLAおよびMCLAは一重項酸素、高濃度H_2O_2および高濃度フェントン試薬等においても発光するため注意が必要である。このO_<2・・>センサーをHXバイオセンサーのベースセンサーとして応用することができ、シュウ酸エステル系センサーと共に生体内ラジカル測定にとって有効な武器となるものと期待できる。今後、これらオプティカルバイオセンサーを用い、生体内ラジカルおよびラジカル関連メディエーターのリアルタイム検出を実現させるためには固定化酵素および発光試薬の生体内に設置した場合、いかに安定性を確保するかが残された課題である。本研究データがこれからのラジカル研究の進展の礎となることを願う次第である。シュウ酸エステル系H_2O_2

センサーをベースに構成されたHXバイオセンサーでは、検出限界を10^<-12>Mオーダーにまで測定感度を向上させることができた(in vitro)。これは生体HX動態をモニターするのには十分な感度である。【スーパーオキシドラジカル(O_<2・・>)センサーの新規作製】海ホタルルシフェリン誘導体であるCLAおよびMCLAは、O_<2・・>に対して比較的選択性のある発光薬である。MCLAをマトリックスに固定化し、ファイバーの先端に装着するだけでO_<2・・>センサー(化学センサー)を構成することができた。実際、キサンチンオキシダーゼ0.1U/ml存在下で、HX濃度10^<-4>から10^<-1O>M(in vitro O_<2・・>発生系)のレンジで検出することができた。しかし、CLAおよびMCLAは一重項酸素、高濃度H_2O_2および高濃度フェントン試薬等においても発光するため注意が必要である。このO_<2・・>センサーをHXバイオセンサーのベースセンサーとして応用することができ、シュウ酸エステル系センサーと共に生体内ラジカル測定にとって有効な武器となるものと期待できる。今後、これらオプティカルバイオセンサーを用い、生体内ラジカルおよびラジカル関連メディエーターのリアルタイム検出を実現させるためには固定化酵素および発光試薬の生体内に設置した場合、いかに安定性を確保するかが残された課題である。本研究データがこれからのラジカル研究の進展の礎となることを願う次第である。酸素ラジカルおよび活性酸素の産生は種々の臓器における虚血性障害の重要な原因と考えられている.現在,直接的に生体内ラジカルを定性,定量するための信頼できる方法として,パルス放射線分解法およびLバンド電子スピン共鳴装置(ESR)を用いる以外に方法はない.しかし,パルス放射線分解法はきわめて精巧であるが高価であることや生体への影響が大きいなどの問題がある.また,ESR法では測定できるフリーラジカルの理論的限界は,XバンドESR(周波数帯:10GHz)で約10nMであると推測されているが,実際の測定限度は約1μMである.LバンドESR(周波数帯:1GHz)では誘導損失等により測定感度がさらに減少する.(目的)我々は,in vivoあるいはin situにおいてラジカル反応を簡便かつ高感度に,しかもリアルタイムで測定できるオプティカル・バイオセンサーシステムの開発を目指している.オプティカル・バイオセンサーは光ファイバーに各種の酵素を固定することにより種々の生体内物質をリアルタイムで測定することが可能で,しかも光学的検出によるため,電気的ノイズにも影響を受けにくく,したがって,生理活性物質のモニターとして有力な武器となる.本研究では,これを虚血モデル実験に応用し,生体内ラジカル(superoxide radical,O_2)生成に関与すると考えられているhypoxanthineの検出・定量を試みた.(方法)
ケラチン、インボルクリン、フィラグリン抗体を用いた口腔粘膜角化症の新しい診断法

口腔粘膜上皮は咀嚼上皮、裏装上皮、機能上皮に分類されkeratin subunitの染色性も異なる。keratinNo8,13は裏装上皮で、No10,11,18は咀嚼上皮で陽性細胞数が多い。No19は咀嚼上皮では基底細胞に希に陽性を示すが、裏層上皮では全基底細胞に陽性である。白板症において,真性角化症例では顆粒層にfilagglin陽性をで、広域keratinは皮膚に類似した所見を示す。扁平上皮癌において、各種keratinやinvolucrin染色は癌細胞巣の周辺部で陰性、中心部で隔性所見を認め、分化程度が低いものほど細胞個々の染色程度が多様化する傾向がある。EGF receptorは正常粘膜、乳頭腫において、基底細胞下部棘細胞層の細胞膜に反応を認める。白板症では、反応は一般に低下するが、伸長した上皮釘脚部の傍基底細胞、棘細胞の細胞膜に陽性反応を示す。扁平上皮癌では散在性に細胞膜での反応を認める。さらに同症例で、Proriferating cell nucleor antigen(PCNA)を証明したところ、基底細胞層のPCNAの陽性率は上皮釘脚の伸長した白板症で高く、過角化症のみの白板症や乳頭腫、正常粘膜では低い。扁平上皮癌ではPCNA陽性細胞は基底層や傍基底層に相当する部分だけでなく、さらに上層にも認められた。またPCNA陽性細胞はEGFレセプタ-の反応を示さない。ハムスタ-頬嚢の発癌実験において、初期癌のkeratinの変化は、棘細胞層の肥厚のみの症例では下部棘細胞層でのKL1の染色性が低下、消失する。上皮釘脚が伸長した症例では、棘細胞層に相当する部位でのKL1染色性が一部で低下し、基底細胞層のPKK1の染色性が低下、消失する。上皮内で免疫系に作用するランゲルハンス細胞の発癌時における動態を検索するための基礎実験としてハムスタ-頬嚢における起炎剤およびステロイド剤の塗布実験を行い、起炎剤塗布によりランゲルハンス細胞数が正常の約2倍に、ステロイド剤投与により正常の約半数となることが判明した。口腔粘膜、皮膚:口腔粘膜上皮は組織学的に咀嚼上皮、裏装上皮、機能上皮に分祈され各々で特定のケラチンサブユニットの染色性も異なるケラチンNo8、13は裏装上皮で陽性細胞数が多いがNo14では咀嚼、裏装上皮の両者とも、基底細胞層、基底細胞直上層に陽性を示す。No10、11、18は咀嚼上皮で陽性細胞数が多い。No19は咀嚼上皮では基底層に希に陽性を示すが、裏装上皮ではすべての基底細胞に陽性である。広域のケラチンに対する抗体を用いた場合は咀嚼、裏装上皮ともに全層(polyclonal抗体K8.13monooclonal抗体)あるいは基底層以上の全ての層(KLI、K97monoclonal抗体)に比較的均一な陽性を示す。皮膚では広域のケラチン染色ではより強く、均一な反応が認められ、特にK8.12monoclonal抗体(K8.12)は歯肉では全層に陽性、皮膚では基底層にのみ陽性を示し、口腔粘膜との差異が著名である。

また顆粒層にfilagglinが陽性を示す。involucrinは皮膚、口腔粘膜ともに上部棘細胞層以上の層に陽性を示し、皮膚における染色性が強い。口腔粘膜の前癌病変(自板症):真性角化症例では顆粒層相当部にfilagglin陽性を示し、広域ケラチンは皮膚に類似した所見を示すが、K8.12は歯肉の所見とほぼ同様である。異形性を示す症例では各種ケラチン、involucrinは個々の細胞での染色性に差異が認められる。扁平上皮癌:各種ケラチン、involucrin染色において癌細胞巣の周辺部の癌細胞は陰性であり、中心部の癌細胞に個々の細胞で異った染色強度を持つ陽性所見を認める。また正常な上皮性細胞には認められないdesmin,vimentinがkeratinと共存する所見もしばしば観察される。この傾向は分化程度が低いものほど著名である。また低分化癌に多くみられる散在性の癌細胞では、中間径フィラメントの染色性は様々であり、actin陽性所見を認める場合が多い。ハムスタ-の正常頬嚢粘膜ではTKは角化層を除く全層に陽性を示し、KL1は基底層および顆粒層に、PKK1は基底層にのみ反応を認め、ヒト口腔粘膜の咀嚼上皮とほぼ同様の分布であり、発癌実験においてケラチンサブユニットの変化を検索するためにも有用なモデルと考えられる。DMBA塗布によるハムスタ-頬嚢の初期発癌実験において、塗布開始後約3週間で棘細胞層の肥厚あるいは上皮釘脚の伸展が認められ、塗布の期間を増すにしたがい、両所見の混在した様相を示し、78週間の塗布で、小数ながら外向性増殖を示すものが認められるが明らかな扁平上皮癌の発生はこの期間内では認められない。発癌初期のケラチンサブユニットの変化として、棘細胞層の肥厚のみが認められる症例では下部棘細胞層に相当する部分でのKL1の染色性が低下、あるいは消失する。上皮釘脚の伸展のみ、あるいは棘細胞層の肥厚および上皮釘脚の伸展の両所見の認められる症例では、棘細胞層に相当する部位でのKL1染色性が一部で低下し、基底細胞層のPKK1の染色性が不規則となり、完全に消失する症例も認められる。上皮内で免疫系に作用すると考えられるランゲルハンス細胞の発癌時における動態を検索するための基礎実験としてハムスタ-頬嚢における起炎剤およびステロイド剤の塗布実験を行い、起炎剤塗布によりランゲルハンス細胞数が正常の約2倍に、ステロイド剤投与により正常の約半数となることが判明した。臨床症例における凍結切片を用いたケラチンサブユニットの分布様式を、さらに症例数を増やし、検索中である。扁平上皮癌ではいづれのケラチンサブユニットにおいても昨年度報告した正常粘膜に見られるような分布は乱れ、さらに各症例によっても発現するケラチンサブユニットの様相が異なり、分化程度との相関を求めるには到っていない。口腔粘膜の角化病変(良性悪性を含む)の免疫組織化学的検索により、正常粘膜において一般に、各種ケラチンサブユニット、involuclinは層的分布をとるが、分布するケラチンサブユニットが咀嚼粘膜上皮、裏装粘膜上皮、および機能粘膜上皮において異なることが判明した。良性角化病変においては、一部のケラチンサブニットの染色性の低下などは認められるものの、基本的な層的分布は乱れず、異型細胞の出現、悪性の程度に判い、層的分布は乱れ、細胞ごとの染色性が異なる様相を呈することが判明した。さらに本年度、新たにヒト口腔粘膜上皮のEGFレセプタ-の分布を免疫組織化学的に検索したところ、正常粘膜、乳頭腫の症例においては、基底細胞、傍基底細胞、下部棘細胞層の細胞膜に反応を認める。
運動・ストレス・老化に関する新規バイオマーカーの開発と機能解析

本研究では、網羅的翻訳動態解析と網羅的転写動態解析を活用して、マウスの運動モデルや老化モデルにおける骨格筋の適応に関するメカニズムを網羅的に解明することを目的としていた。本研究における今年度の研究実績としては、共発現遺伝子ネットワーク解析(WGCNA)によって見い出された翻訳作用機序に関連すると考えられるネットワーク群において、これまでは翻訳調節と関連がないと思われていた遺伝子に焦点をおき、CRISPR/Cas9システムを構築して、C2C12マウス骨格筋芽細胞において、これらの候補遺伝子をノックアウトした。しかし、これら個々の遺伝子のノックアウト細胞では、細胞増殖能やグローバルな翻訳動態への影響は認められなかった。共発現遺伝子ネットワークでは、類似する機能を持つ遺伝子どうしや相互作用する遺伝子どうしによってネットワークが形成される傾向が強い。そのため、これまでに得られた候補遺伝子どうしの相互作用を検討するため、候補遺伝子の異なる組み合わせでのダブルノックアウトが翻訳動態に与える影響を検討した。候補遺伝子のうちで遺伝子xと遺伝子yは個々のノックアウトでは翻訳動態に影響を与えないが、xとyのダブルノックアウトでは、グローバルな翻訳量が顕著に減少した。そこで現在は、どのような作用機序によって遺伝子xと遺伝子yのダブルノックアウトが翻訳動態を変化させているのかについて検討を進めている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度はマウス運動モデルの骨格筋サンプルを用いて、網羅的解析のためのライブラリーが構築できたことに加え、実際得られるシーケンスデータの解析パイプラインを構築でき、来年度のデータ解析に必要となる解析パイプラインを立ち上げることができた。具体的には、解析前処理として、受託先より得られるデータの品質精査、シーケンスアダプターの除去、リボソーム由来のリードの除去を行い、その後のステップとしてのパイプラインを構築し、高速マッパーであるBowtieにより前処理後のリードをマウスゲノムにマッピングし、RSEMを用いて既知のスプライシングバリアントに対してアセンブルを行い、EBSeqによってバリアント単位の変動発現を解析する。エキソンジャンクションを含むリードでも対応可能なTopHatにてマッピングを行い、CufflinksとCuffdiffを用いることで、新規遺伝子や未知のバリアントも発見し、変動遺伝子解析を行える。また、老化に関してはC57BL/6J雄老化マウスモデル(24ヶ月齢)とC57BL/6J雄若齢マウス(16週齢)に中強度運動トレーニング(60分間/日)を週5日、6週間実施し、骨格筋をはじめいくつかの組織を採取した。次年度はこのマウスから採取したサンプルからRNAを抽出し、nCounter miRNA Expression Assayを用いてmiRNAの発現プロファイルを網羅的に解析する。複数組織での発現量の変動について、構造方程式を用いてその関連性について解析する。関連が認められたmiRNAについて、TaqManプローブを用いたリアルタイムPCRによりその発現を定量し、老化と運動とmiRNAの発現プロファイルの関連性を検討することを計画している。本研究は、網羅的な翻訳動態解析が可能なリボソームプロファイリングと網羅的転写動態解析を活用して、マウスの運動モデルにおいて運動トレーニングに対する骨格筋の適応メカニズムを網羅的見知から解明することを目的としている。本研究計画立案時は、骨格筋のみならず血液細胞や肝臓、脳、脂肪といった組織に対しても網羅的解析を行うことで、組織間のシステムレベルの作用機序解明を予定していたが、配分額では予算オーバーとなるため骨格筋の網羅的解析に的を絞ることとなった。なお、平成27年7月にライブラリー作成キットが納品される予定であったが、生産量を上回る受注量があったためキットの生産が追いつかず、平成27年10月に納品された。そのため、実験の開始及び終了も3ケ月遅れることとなり、次世代シーケンス委託を平成28年4月に発注、次世代シーケンス委託データの納品が平成28年6月になることとなったため繰越申請を行ったが、それ以外はおおむね順調に進展している。今年度は、持久性運動と老化マウスモデルに転写・翻訳動態の網羅的解析を適用し、さらに共発現遺伝子ネットワーク解析(WGCNA)を行うことで、共発現している遺伝子を探索し、共発現遺伝子ネットワークを構築した。WGCNAの一つの特徴として、同一の共発現ネットワーク内の遺伝子群は似たような機能を有していることが多い。そのため、機能が未知であった遺伝子も近傍の既知遺伝子の機能から機能未知遺伝子のはたらきを推測することができる。WGCNAの結果、転写動態ではみられない、翻訳動態特異的なネットワークを発見した。そのうちの一つは、リボソーム複合体や翻訳に関わる遺伝子が多く含まれており、これまで翻訳とは全く関係性が認められていない遺伝子も存在していた(遺伝子群x)。前述の通り、WGCNAでは類似した機能を有する遺伝子が同一ネットワークに集まる傾向が強いため、これら遺伝子群xは翻訳を調節している新しい因子である可能性が示唆された。遺伝子群xの翻訳に関する機能を実験的に検証するために、これらの遺伝子を培養細胞においてノックダウンさせ、遺伝子群xの細胞増殖と翻訳動態への影響を検証した。その結果、遺伝子群xの発現量低下により、細胞の増殖が著しく停滞し、細胞内のタンパク質産生量も顕著に減少した。このことから、遺伝子群xは新規翻訳調節因子である可能性が示唆された。また、老化とトレーニング効果に関与するマイクロRNA(miRNA)に関しては、高齢マウスおよびトレーニングされたマウスを対象に、miRNA発現の網羅的解析およびmiRNAが標的とすると考えられるmRNA発現の網羅的解析を実施し、老化・トレーニングとの関連が認められたmiRNAを複数同定した。