hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脱髄疾患におけるプロスタグランディン-NOクロストークの解明

平成15年度で遺伝性・自己免疫性脱髄疾患のいずれの脳においても造血型PGD合成酵素(HPGDS)の発現が増加していることを確認した。その結果を踏まえて、平成16年度にはクラッペ病のモデルマウスtwitcherを用いた実験を行ない、以下の成果を得た。(1)前年度の検討にて臨床症状の改善とグリオーシスの軽減を確認したHPGDS-欠損twitcherにおいてPGD_2はtwicher (1,300±570 pg/brain)の70% (820±130pg/brain)に抑えられていた(日令39)。平均寿命である日令45のtwitcherでは、誘導型NO産生酵素(iNOS) mRNAがage-matched controlに比して著増し,NOの作用の結果産生されるnitrotyrosineが血管内皮細胞に強く発現していることを確認した。HPGDS-欠損twitcherでは、iNOSのmRNA量はtwitcherの8.3%と高度に抑えられていた。また、nitrotyroshine陽性血管内皮細胞も著減していた。(2)HPGDS阻害剤であるHQL-79を日令30より、twitcherに10mg/kg連日腹腔内投与すると、振戦・失調等の小脳症状が軽減し、平均寿命が有意に伸びた(47.8±1.3日vs44.0±0.7日、p<0.03)。神経病理的検索ではグリオーシスの軽減が認められた。NOはEAEやtwitcherにおいて産生が増加し、脱髄との関連が示唆されている。我々の結果により、HPGDSの作用により合成されるPGD_2は脱髄疾患の脳において炎症を誘起し、グリオーシスを促進するが、その作用経路の一つは血管内皮細胞において合成されるNOを介していると考えられる。PGとNOの関連を示唆した最初の仕事である。プロスタグランジン(PG)とnitric oxide(NO)は、炎症や感染症、外傷等のストレス時に産生が増加し、炎症性メディエーターとして働く。中枢神経系における主要なPGであるPGD_2はリポカリン型PGD合成酵素(L-PGDS)と造血型PGD合成酵素(HPGDS)の2つのアイソザイムによって合成される。この研究は、脱髄巣におけるPGD_2の産生亢進は脱髄疾患に共通した現象であり、脱髄の進行を増強させるとの仮説を検定し、PGとNOの脱髄疾患におけるクロストークを解明することを目的とする。初年度の平成15年は、以下の成果を得た。(1)NODマウスをMyelin-oligodendrocyte glycoproteinで感作して作成した多発性硬化症(MS)モデルにおいてL-PGDSとHPGDSの発現を解析した。このモデルは再発・緩解を示しヒトMSに似た症状を示すが、L-PGDS, HPGDSの発現は初発時・再発時に増加し、緩解時に減少していた。L-PGDSはオリゴデンドログリアに、HPGSはミクログリア/マクロファージに発現していた。(2)脳バンクからヒトMS脳パラフィン切片の提供を受け、免疫組織化学にてL-PGDSの発現を調べた。活動性の脱髄病変においてL-PGDS陽性オリゴデンドログリア/アストロサイトが増加していた。(3)HPGDS-knockout mouseとKrabbe病のモデルであるtwitcherを交配して作成したHPGDS-knockout twitcherにおいては、寿命には変化は生じなかったが、Gliosisが軽減し、ataxia, tremor等の臨床症状は若干軽減した。(4)twitcherの変性オリゴデンドロサイトをMicrodissectionにより切り出して、mRNAを抽出することに成功した。次年度はPG関連分子、NO関連分子、アポトーシス関連分子の定量を行なう。

我々の結果により、HPGDSの作用により合成されるPGD_2は脱髄疾患の脳において炎症を誘起し、グリオーシスを促進するが、その作用経路の一つは血管内皮細胞において合成されるNOを介していると考えられる。PGとNOの関連を示唆した最初の仕事である。
擬似三角構造マトリクスに基づいた人の筋・腱駆動系の静力学的解析

本研究の目的は、屈曲・伸展運動における指の筋・腱駆動モデルと3関節4腱駆動方式の腱の経路・配置を、筋・腱張力と指先操作力の関係に基づいて比較・検討することにより、屈曲・伸展運動における人の指の器用な動作が、筋・腱駆動系のどのような機構によって実現されているのかを、静力学的に調べることであった。人の指の筋・腱駆動モデルにおいて、屈曲・伸展運動に限定するときの各関節に対する筋・腱の経路と3関節4腱駆動方式の腱の経路を比較した。この比較により、複雑な人の筋・腱駆動系を簡単化し、筋張力で任意の指先操作力が制御できるように各関節に対する筋・腱の経路のモデル化を行った。MRI計測に基づいて、人の指の各関節における各腱のモーメントアームのモデル化を行った(被験者3人)。擬似三角構造マトリクスに基づいて得られた筋・腱の経路モデルとMRI計測に基づいたモーメントアームのモデルより人の示指の新しい腱駆動系モデルを作成した。このモデルを用いて、筋張力空間から指先操作力空間への写像を幾何学的に表し、その幾何学的特徴を基に腱駆動系の静力学的特徴を調べた。結果として、MRI計測に基づいた示指の3つの関節における筋・腱のモーメントアームのモデルを新たに構築できた。そのモデルと3関節4腱駆動方式の腱の経路とを比較することで、指の筋・腱駆動系が擬似三角構造マトリクスに基づく駆動系に近似できることが判った。結論として、人の示指の筋・腱駆動系は、筋張力により任意の各関節トルクを理論的に安定に出力できる筋の数と経路を持っていることが判った。研究計画に従って、次のような成果が得られた。1.擬似三角行列となる構造行列(筋張力から関節トルクへ変換する行列)に対して、3関節4腱駆動方式の腱のすべての経路を求めるため、経路決定のためのアルゴリズムを作成した。そのアルゴリズムを計算機シミュレーションによって実行し、4腱力によって制御可能な腱の経路の組み合わせを求めた。2.腱の経路について、[1]で求められた3関節4腱駆動系とこれまでに提案されている人の指の筋・腱駆動モデルとを比較して、人の指の筋・腱駆動モデルのもつ腱の経路に最も近い3関節4腱駆動系を導き出した。このモデルから、人の示指の筋・腱駆動系モデルにおいて、MP関節に作用する伸腱が新たにモデル化される必要があることがわかった。一方上記1,および2とは並行に、3.MRI装置(日立メディコ製,AIRISII、現有)を用いて、5つの屈曲・伸展姿勢における示指の横断面と矢状断面を撮影した。MRIの画像をコンピュータに取り込み,横断面の各画像において、それぞれの筋・腱の輪郭をポリラインで囲み、得られた腱の輪郭を結び合わせて、筋・腱の3次元モデルを作成した。4.上記3で作成した3次元モデルから各関節における各腱のモーメントアームのモデル化を行った。これらの研究成果は、2008年6月に開催される日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2008において発表する予定である。人の指の筋・腱駆動モデルにおいて、屈曲・伸展運動に限定するときの各関節に対する筋・腱の経路と先に求めた3関節4腱駆動方式の腱の経路を比較した。

この比較により、複雑な人の筋・腱駆動系を簡単化し、筋張力で任意の指先操作力が制御できるように各関節に対する筋・腱の経路のモデル化を行った。人の指の各関節における各腱のMRI計測に基づいたモーメントアームのモデル化を行った(被験者3人)。擬似三角構造マトリクスに基づいて得られた筋・腱の経路モデルとMRI計測に基づいたモーメントアームのモデルより人の示指の新しい腱駆動系モデルを作成した。このモデルを用いて、筋張力空間から指先操作力空間への写像を幾何学的に表し、その幾何学的特徴を基に腱駆動系の静力学的特徴を調べた。結果として、MRI計測に基づいた示指の3つの関節における筋・腱のモーメントアームのモデルを新たに構築できた。そのモデルと3関節4腱駆動方式の腱の経路とを比較することで、指の筋・腱駆動系が擬似三角構造マトリクスに基づく駆動系に近似できることが判った。以上ことから、人の示指の筋・腱駆動系は、筋張力により任意の各関節トルクを安定に出力できる筋の数と経路を持っていることが判った。
プラズマエッチングにおけるチャージング機構解明とチャージングフリープラズマの計測

1.昨年度から継続される高アスペクトパターン(AR=10)を用いた東北大学と宮城沖電気との共同研究の発展として、負電荷加速によるチャージング解消効果を計測し詳細な結果を得た。チャージング電圧はAr中にて50Vの高い飽和電圧を示した。一方、CF_4/Ar中では負電荷加速を適用することによりAr中に比ベチャージング電圧を5V減少できた。また低アスペクトパターンと比べ高アスペクトパターンを用いた場合のチャージング電圧の解消効果は小さくなることが分かった。2.微細ホールパターン内の表面での側壁電流をin-situ計測にて見積もるための新しい計測系を設計・構築した。この計測によりパターン側壁での表面電流発生の特性を解明し、側壁表面での放電による微細パターン内の上部バリアポテンシャルや底チャージング電圧への影響を実証するための初歩的な結果を得た。微細パターン内の側壁電流の計測は今後真壁研究室にて継続される予定である。3.昨年度改良を行ったプラズマ構造診断システムにより、電極間隔全域での2次元時間分解計測を行いバイアス1周期内Ar中での生成・維持構造の圧力特性を得た。またArメタステーブルと電子の衝突によって励起されるAr(2p_9)からの発光を用い、軸方向バイアス1周期内の低エネルギー電子の挙動を明らかにした。4.昨年度構築した吸収分光システムを改良しArメタステーブルの絶対値計測を行い軸方向分布を得た。5.上記の1についてはレビューペーパーとして学術論文誌(Appl.Surf.Sci.)へ投稿し受理され、国際学会(1件)にて発表した。3については国際学会(2件)と国内学会(1件)にて発表を行った。また1と2の結果に加え、真壁研究室にて開発された形状発展モデルによるチャージング電圧のアスペクト比特性の計算結果をまとめた論文と、3と4の結果をまとめた論文を学術論文誌へ投稿予定である。1.チャージングの解消結果が得られた条件下にて、ドライブパルス1周期内のチャージング電圧の時間変化を計測した。チャージング電圧は正イオンフラックスとダブルレイヤ構造による加速負電荷のウエハ入射時に減少し、ドライブOFF直後に拡散分布をもって入射する電子フラックスによって増加することを明らかにした。2.東北大学と宮城沖電気との共同研究として、高アスペクトパターン(AR=10)のホール酸化膜チップを製作し、基本的な結果を得た。Arプラズマ中でアスペクト比10のチップを用いた場合は、飽和領域で55Vを超える高いチャージング電圧となることがわかった。チャージング電圧の時間平均計測において、計測時間の短縮と垂直分解能の向上のため高速A/Dボードを導入し、計測プログラムを改良した。3.プラズマ構造診断システムの改良を行い、電極間隔全域での2次元時間分解計測を可能とし、基本的な計測結果として純粋Arプラズマ中での計測データを取得した。4.酸化膜エッチングのエッチャントであるFラジカルのひとつである、Fメタステーブルの絶対値測定を行うためのチューナブルダイオードレーザを用いた吸収分光計測システムを構築し、軸方向分布を得た。5.上記の1の内容は学位論文中への掲載し、学術論文誌(JJAP)へ投稿後公開され、国際学会(1件)、国内学会(1件)にて発表した。2については国際ワークショップ(1件)にて発表し、4に関しては国際学会(1件)と国内学会(1件)にて発表を行った。6.発光分光計測の発展として、VHFドライブ電源、LFバイアス電源の1周期内での軸方向時間分解計測を行い、プラズマ時空間構造の詳細な結果を得た。LFバイアス1周期内でのアノード時における2次電子放出の挙動を明らかにし、国際学会(1件)と国内学会(1件)にて発表した。VHF1周期内の結果はCOE(電気・電子・情報)にて報告を行った。

また1と2の結果に加え、真壁研究室にて開発された形状発展モデルによるチャージング電圧のアスペクト比特性の計算結果をまとめた論文と、3と4の結果をまとめた論文を学術論文誌へ投稿予定である。
スギ幹材の放射性セシウム濃度が増加する要因の解明：吸水量の違いが及ぼす影響

スギの根から吸収されるセシウムの量に影響を与える要因を明らかにするため、本研究では根からの吸水量に着目し、その影響について調べた。3・4年生のスギ苗木を対象として安定同位体セシウムをトレーサーに用いた水耕実験では、吸水量が多い個体ほどセシウムの吸収量が多いことが明らかとなった。また、東京電力福島第一原子力発電所事故によって放出された放射性セシウムで汚染した森林鉱質土壌を用いた土耕実験から、実際の森林環境下においても同様に吸水量がセシウム吸収量に影響を及ぼしうることが示唆された。スギ幹材の放射性セシウム濃度の経年変化傾向は生育地域によって異なる可能性が示唆されており、その要因解明は今後の将来予測等を行う上での重大な課題である。本研究では樹木の吸水量がセシウムの経根吸収量を左右する要因となりうるかを検証するため、スギ苗木(3年生および4年生)を用いた水耕実験を行った。その結果、水耕液に安定同位体セシウム(Cs-133)を添加した後のスギ苗木の吸水量と幹材に移行したCs-133量の間に比例関係が見られた。これにより、スギ苗木を水耕で数日1.5ヶ月栽培するという条件においては、吸水量は幹材へのCs-133移行量を左右する要因であることが明らかになった。スギ苗木の水耕実験は順調に進展したが、スギ成木を対象とした樹液流観測はセンサー等の調整に時間を要したため予定よりもやや遅れている。また、Cs-133およびCs-137濃度の測定は、装置が使用できない時期があったことや、少量・低放射能濃度の木材サンプルの測定に時間を要したことからやや遅れている。スギ幹材の放射性セシウム(Cs-137)濃度の経年変化傾向は成育地域によって異なる可能性が示唆されており、その要因解明は森林・木材の放射能汚染の見通しを立てる上でも重要な課題となっている。本研究では樹木の吸水量がCsの経根吸収量を左右する要因となりうるかを検証するため、スギ苗木(3年生および4年生)を対象とし、安定同位体セシウム(Cs-133)をトレーサーに用いた水耕実験を行った。培養液にCs-133を添加してスギ苗木を最大45日間栽培し、栽培期間中の各苗木の吸水量を測定した。実験終了時に苗木を解体して枝葉・樹皮・材の試料を採取し、それらのCs-133濃度をICP-MSで測定した。苗木の吸水量と各部位に移行したCs-133量には強い正の相関が認められ、吸水量がCsの経根吸収量を左右する要因となりうることが明らかとなった。さらにCs-137で汚染した鉱質土壌を用いた土耕実験を行い、土耕でも水耕と同様に吸水量がCsの経根吸収量を左右することが示唆された。ただし土耕ではCsの経根吸収量は水耕に比べて非常に少ないと考えられた。スギ成木においても吸水量とCsの経根吸収量との関連の有無を調べるため、約60年生のスギ人工林においてグラニエ法を用いた樹液流観測を行った。調査木の幹材のCs-133濃度を測定し、Csの経根吸収量の指標とした。本研究の観測期間においては樹液流量と幹材のCs-133濃度の間に有意な相関関係は見られなかった。今後も樹液流量の評価方法や観測期間の見直しなどを行って慎重に検討していきたい。スギ苗木の水耕実験で見られた吸水量とセシウム吸収量の比例関係が森林土壌を用いた土耕実験でも同様に見られるかを調べる。また、スギ成木を対象とした樹液流観測を行い、樹液流量と幹材Cs-133濃度の間に関連性が見られるかを明らかにする。28年度が最終年度であるため、記入しない。森林セシウム動態28年度が最終年度であるため、記入しない。
南極オゾンホール経由の紫外線がペンギンの眼に及ぼす影響のリアルタイム分光分析

砕氷艦しらせが,H24,25年度の2か年連続して接岸に失敗したために,南極昭和基地周辺でのリアルタイム分光分析の実施を断念せざるを得なかった。このため,夏隊期間中の研究計画のうち,比較的遂行が容易な研究計画は実施されたが,本研究計画遂行の前提となるヘリコプターが,物資輸送に専念することとなったためである。そこで,生体固体の採取を断念して,すでに確保されていた死亡個体解剖学的研究を中心に計画を変更し,アデリーペンギン眼のガングリオン細胞分布の様子と種間差に関する基礎的データを得ることができた。本研究の目的は,以下の通りである:南極域を主な活動拠点とするアデリーペンギンは,オゾンホールが発生する南極の春先に,集団で上陸し産卵・育雛を行なう。このため,生体にとって有害な紫外線(B領域の紫外線)の影響を特に眼に受ける可能性がある。本申請課題は,「地球環境の窓」と呼ばれる南極において,生態環境に与えるオゾンホール経由の紫外線の影響評価を目的とし,南極昭和基地周辺のアデリーペンギン営巣地に,持ち運びが可能なラマン散乱分光装置を直接運び込み,生きたペンギン成体の眼組織のリアルタイム分光測定を行なう。このような研究が計画された例は無く,オゾンホール経由の紫外線が生態環境に与える具体的な影響を,世界に先駆けて明らかにし,警告するである。上記の目的を達成するために,24年度は,ポータブルラマンアナライザーを用いて,鳥眼組織のラマンスペクトル測定が可能かどうか予備実験を開始した。最初に,鳥眼モデルとして摘出した牛眼組織のラマンスペクトル測定を行なったところ,水晶体のコラーゲン分子由来の良好なスペクトルを測定することができた。また,麻酔したマウスの眼のラマンスペクトルが測定可能であることも研究分担者の安藤により確認された。現在,生きた鳥(ニワトリ)の眼のラマンスペクトル測定を25年度から開始するために,飼育設備の立ち上げを行ないつつある。26年度に,南極でのリアルタイムラマンスペクトル測定を行なうために,生きたニワトリによる訓練の準備も併せて進めている。南極昭和基地周辺で採取したアデリーペンギン(Pygoscelis adeliae, Hombron & Jacquinot, 1841)死亡ペンギン個体から摘出した眼の網膜標本を用いて,神経節細胞の様態を解剖学的に精査した。その結果,サイズの異なる大小2つの亜集団が存在することが分かった。それらを区別して分布様式を調べた結果,2つの細胞群は異なる分布様式を示し,小型細胞は網膜の中央部に1カ所水平な帯状の高密度領域が,大型細胞は網膜の側頭部と吻側部の2ヵ所に高密度部位が認められた。現在,紫外線の影響が無いか更に調べている。本申請課題の進行中の2年間に,砕氷艦しらせが,連続して昭和基地接岸に失敗するという,想定外の事態が生じたために,研究課題遂行に重大な障害が発生したが,過去に採取したペンギン個体を有効に活用することによって,解剖学的な観点から新たな知見が得られた。詳細は,平成26年3月に実施された水産学会春季年会で予備的に発表した。現在,論文にまとめている。今年度は,第55次南極観測隊夏隊によって得られた,新たなペンギン個体が4月以降に日本に到着する予定である。現地の隊員からの情報によると,ラマン分光測定用,解剖学的調査用の死亡個体を,各々複数採取できたという情報を得ている。これらの試料を用いてラマン分光測定と解剖学的調査を実施する予定にしている。ラマン分光測定の際には,水晶体のクリスタリン,角膜のコラーゲンの主鎖の高次構造に鋭敏なアミドIラマンバンドと,また,これらタンパク質側鎖をとりまく環境に鋭敏な,チロシン残基側鎖のダブレットに特に注目して解析を行う予定にしている。このため,昭和基地周辺で採取したペンギン死亡個体の眼を解剖学的に精査した。ペンギン個体を固定後,摘出した右眼球から網膜の伸展標本を作成し,Nissl染色を行った。網膜の複数の領域において神経節細胞層内(GCL; ganglion cell layer)のGCの面積を計測し,本種のGC面積の頻度分布を調べた。亜集団が存在した場合はそれらを区別して計数し,亜集団ごとの分布様式を調査した。空間分解能(SRP; spatial resolving power)はCoimbra et al. (2012)に従い算出した。その結果,,大小2タイプの細胞集団の存在が示唆された。両細胞群を区別して網膜における分布様式を調査したところ,それぞれの細胞群は異なる分布様式を示すことが判明した。

アデリーペンギンの眼に関して,上記のような詳細な結果が明らかになったことは初めてであり,本研究による大きな成果となった。研究計画当初に予想できなかった,厚い南極氷に阻まれて,リアルタイム分光分析は断念せざるを得なかったが,南極紫外線が生物に与える影響に関して,今後も調査を試みる必要がある。26年度が最終年度であるため、記入しない。分子分光学26年度が最終年度であるため、記入しない。砕氷艦「しらせ」が2年連続して,昭和基地への接岸断念したために,昭和基地に関する研究全般に影響が出ている。このため,昭和基地周辺のペンギンコロニーでの実験開始の目処が立たないため,実験実施が26年度になる可能性が高い。南極昭和基地周辺の氷が厚かったために,砕氷艦しらせが,平成24年と25年の2年に渡って昭和基地に接岸できないという異常事態が発生した。このため,南極地域観測隊の竿不破基地における研究実施計画が大幅に変更され,本申請課題遂行に必須であるペンギン個体の採取を行うことが2年間不可能になった。幸い,過去の南極地域観測によってすでに採取されていたペンギン個体を利用することができたために,ペンギン眼の解剖学的研究の遂行は行うことができたが,ラマン分光測定を昭和基地いおいて実施することが不可能になった。26年度は,本申請課題の最終年度として,日本に持ち帰った死亡ペンギン個体の試料を用いて,ラマン分光測定を実施し,計画の遅れを可能な限り取り戻すことにしている。ニワトリを用いた予備実験を25年度中に終了して,26年度に予定している昭和基地でのポータブルラマンアナライザーを用いた実験の準備を完了する。本年は,第55次南極地域観測隊夏隊が,昭和基地周辺で採取したアデリーペンギン死亡個体の眼のラマン分光測定を実施する。ラマン分光測定には,本申請課題の研究費で購入したポータブルラマン測定装置を用いる。ペンギン水晶体のクリスタリンたんぱく質主鎖の構造に対する紫外線の影響を,アミドI,アミドIIIラマンバンドの解析によって実施する。また,過去の研究によって紫外線の影響が指摘されている芳香族アミノ酸,特にトリプトファンへの影響を,ラマン分光測定によって精査することにしている。同様に角膜コラーゲンへの影響も,ラマン分光測定によって調べる予定にしている。一方,網膜への影響は,解剖学的研究とラマン分光法を組み合わせて実施する予定にしている。上記の結果について,まとめて関連する学会で発表し,最終的には学術論文にまとめて公表する予定である。助成金は,予定通り,その全てをポータブルラマンアナライザー購入に充てた。一方,「しらせ」の接岸断念の影響による実験の一部が取りやめ,又は遅延したため,基金に残余金が発生した。この残余金は,25年度に予定しているニワトリ飼育設備や実験動物購入などにより25年度は速やかに消費される予定である。砕氷艦しらせが,南極昭和基地に2年連続して接岸失敗したために,本申請課題で必須なアデリーペンギンのポータブルラマン装置による現地での観測の実施が不可能になったため。このため,ポータブルラマン装置を用いたラマン分光測定は,平成26年4月以降に,日本に持ち帰った死亡ペンギン個体を用いて実施することに,研究計画を変更した、次年度使用額は,平成26年度に,上記の死亡ペンギン個体を用いて実施するための機器や試薬の購入に用いる予定である。
多数例による高齢者の体水分量の定量化と易脱水をスクリーニングする方法の検討

BIA法を用いて簡便に高齢者の脱水発症リスクをスクリーニングできる方法の開発を目的として、本研究では、BIA法による高齢者の体水分量推定の妥当性を総合的に検討する。そのために、(1)電極配置の違いからみたBIAの身体組成推定精度、(2)多周波BIA法を用いた細胞内外液分布の加齢変化、(3)多周波BIA法を用いた高齢者の下肢筋の特徴および移動機能との関連の3点を検討した。その結果、(1)BIAの精度は、近位モデルあるいは近位と遠位電極配置を組み合わせたモデルで精度の改善がみられた。(2)加齢に伴って下腿の細胞外液/体水分量が増加することが確認された。(3)筋総体積での筋細胞量の割合は、移動機能低下・加齢の順で影響を受けており、移動機能低下により下肢筋への機械的刺激が低下し、筋細胞量低下をもたらし、さらに下肢の筋ポンプ作用が低下するため、静脈還流量が低下して間質液が貯留し、浮腫が生じた状態と考えられた。本研究は、簡便に高齢者の脱水発症リスクをスクリーニングできる方法の開発を目的として、在宅で自立した生活を送る高齢者と要介護高齢者を対象に、Bioelectrical Impedance Analysis生体電気インピーダンス法(BIA法)によって高齢者の体水分量(全身、細胞内液、細胞外液)を定量化するとともに、あわせて身体・生活状況(健康状態,ADL,活動状況、飲水行動、脱水既往等)や脱水症状アセスメント項目(現在よく使用されているもの)に関する調査を行い、体水分量や細胞内液/外液比と身体・生活状況などの関連について検討する。初年度は、BIA法による体水分量測定値と重水による体水分量(全量)の実測値・ヒューマンカウンターによるK40の測定値の比較から高齢者の体水分量推定の妥当性を検証した。次いで、BIA方による対水分量を測定すると共に、日常生活行動調査、飲水行動および脱水症など暑熱障害既往の有無を調査した。現在、データの分析中である。2年目である本年度は、昨年度と同様の調査を行い、データを補完していくと共に、体水分量や細胞内液/外液比と身体・生活状況などの関連を分析し、脱水予防に向けてのスクーリングの方法について検討する予定である。現在、データの分析中であり、あわせて、それをふまえた上での脱水予防に向けてのスクーリングの方法について検討している。
高次倍数体育種の基盤を為すDNA修復制御法の探求

本研究では出芽酵母を宿主として選定し、高次倍数体におけるゲノム安定性向上の実現可能性を検証することを目的とする。相同組換えには複数の経路が存在し、全容解明には未だ至っていない。そこで相同組換えDNA修復の寄与度を明らかにするため、主要遺伝子の発現量とDNA修復エラー発生率の関係を調査することとした。平成30年度は、一倍体酵母を掛け合わせて二倍体、三倍体、四倍体の菌株を作製し、最も不安定な染色体であるとされる第三染色体の挙動を追跡した。当染色体のセントロメアの左右には、ロイシン生合成経路の酵素をコードする遺伝子座と、酵母の性決定を司る遺伝子座が存在する。ここで各倍数体の酵母には機能を保持したロイシン合成酵素遺伝子を酵母のゲノム中に1コピーのみ保有するよう改変を加えた。これらの酵母を培養した際に、DNA修復エラーの発生によって性決定遺伝子座が同一の配列に変化した酵母の出現頻度を調査した。また培地へのロイシン添加の有無の条件を変えて増殖特性を調べることでDNA修復エラーの種類(染色体の喪失またはヘテロ接合性の消失)を判別することができる。上述のDNA修復エラーを起こした酵母を対象として、各エラーの発生比率を定量的に評価した。また相同組換えDNA修復にかかる各主要遺伝子の発現量を人為的に変動させるため、各遺伝子のプロモーターを、ガラクトースを添加することで強力な発現誘導が可能なプロモーターと置換した遺伝子発現カセットを作製した。さらにこれらのDNA断片を用いて酵母の染色体DNAと相同組換えを行うことにより、各主要遺伝子に関して発現量を変動させることが可能な一倍体酵母をそれぞれ作製した。平成30年度は年度当初の計画に記した通り、DNA修復エラーの発生頻度と各エラーの発生比率を定量的に評価するための実験手法を確立することに成功した。また次年度に想定している酵母倍数体創製に備えて、相同組換えDNA修復にかかる各主要遺伝子の発現量を人為的に変動させるために必要となる一倍体酵母株を取り揃えることに成功した。以上の結果から、平成30年度の計画はおおむね順調に進展しているものと判断する。平成31年/令和元年度は、前年度に作製した二倍体、三倍体、四倍体酵母を用いて、相同組換えDNA修復にかかる各主要遺伝子の発現量を評価する。ハウスキーピング遺伝子の発現量を基準とした相対定量を実施して、各倍数体間においてそれらの数値を比較する。また相同組換えDNA修復にかかる各主要遺伝子の発現量を人為的に変動させるための一倍体酵母株を掛け合わせて、ガラクトースにより各遺伝子の発現量調節が可能な二倍体、三倍体、四倍体の菌株を作製する。また最終年度は、ガラクトース濃度を変化させて、その前年度に作製した各倍数体の酵母を培養し、各DNA修復エラー(ヘテロ接合性の消失、染色体喪失)の発生頻度を評価する。さらに各濃度における各主要遺伝子の発現量を定量することで、全DNA修復エラー(ヘテロ接合性の消失および染色体喪失の合計)を最小化する条件を特定し、高次倍数体育種におけるゲノム安定性の向上につなげていく。

ハウスキーピング遺伝子の発現量を基準とした相対定量を実施して、各倍数体間においてそれらの数値を比較する。また相同組換えDNA修復にかかる各主要遺伝子の発現量を人為的に変動させるための一倍体酵母株を掛け合わせて、ガラクトースにより各遺伝子の発現量調節が可能な二倍体、三倍体、四倍体の菌株を作製する。また最終年度は、ガラクトース濃度を変化させて、その前年度に作製した各倍数体の酵母を培養し、各DNA修復エラー(ヘテロ接合性の消失、染色体喪失)の発生頻度を評価する。さらに各濃度における各主要遺伝子の発現量を定量することで、全DNA修復エラー(ヘテロ接合性の消失および染色体喪失の合計)を最小化する条件を特定し、高次倍数体育種におけるゲノム安定性の向上につなげていく。平成30年度は本研究課題の基盤となるDNA複製エラー検出手法を確立するため、その試行錯誤において多くの物品費(消耗品)を使用することが想定されたが、計画が順調に進行したため、所属機関の運営費交付金からの支出のみで研究を遂行することが可能であった。次年度の計画では遺伝子発現解析が予定されており、そこで想定外の条件検討等が発生した場合は、その費用が高額になることが容易に予想される。令和元年度は研究補助員(6人月)を雇用して計画を遂行する予定であるが、計画の実現性を高めるために人件費への充当や物品費の補強等を含め、研究進行状況に応じて柔軟な執行に努める予定である。
加齢指標蛋白質SMP30が関与する動脈硬化発症機序の解明

加齢指標蛋白質SMP30はビタミンC生合成経路の酵素グルコノラクトナーゼであり、SMP30ノックアウト(SMP30-K0)マウスは臓器中および血漿中ビタミンC含量が顕著に低下する(PNAS,2006)。前年度の研究において、ApoE/SMP30ダブルノックアウトマウスは、体内のビタミンC量が枯渇しており、動脈硬化巣の形成が抑制されることを明らかにした。また、SMP30-K0マウスの肝臓において脂質の蓄積が認められたことから、ビタミンC不足は脂質代謝異常をもたらす可能性が示唆された。ビタミンCは、脂肪酸代謝に必要なL-カルニチンの生合成経路において、6-N-トリメチルリシンジオキシゲナーゼおよびγ-ブチロベタインジオキシゲナーゼの酵素反応に必須であるといわれている。しかし、L-カルニチン生合成にビタミンCが必須か否か今まではっきりとした結論が出ていない。本研究では、SMP30-K0マウスを用いて、生体内でのビタミンC欠乏がカルニチン生合成に影響を与えるかどうかを検討した。即ち、SMP30-K0マウスをビタミンCおよびカルニチン欠乏飼料を与えて飼育し、ビタミンC欠乏状態にさせた。しかし、SMP30-K0マウスの体内カルニチン含量は減少しなかった。また、尿中へのカルニチン排泄量に変化は認められなかった。以上の結果から、生体内におけるカルニチン生合成にビタミンCが必須ではないことが示された。さらに、ビタミンCを欠乏させた肝臓ホモジネートを用いたin vitro実験から、ビタミンCがなくてもカルニチンは合成されることが明らかとなった。グルタチオンなどビタミンC以外の還元物質が代償性に働いている可能性が考えられる。本研究により、カルニチン生合成にビタミンCが必須ではないと結論づけられた。従って、ビタミンCの不足はカルニチンが関与しない機序により脂質代謝異常を引き起こすと考えられる。加齢指標蛋白質SMP30はビタミンC生合成経路の酵素グルコノラクトナーゼであり、SMP30ノックアウトマウスは臓器中および血漿中ビタミンC含量が顕著に低下する(PNAS,2006)。本研究では、SMP30が動脈硬化巣の形成に関与しているかどうかをAPoE/SMP30ダブルノックアウト(ApoE/SMP30-KO)マウスを用いて検討した。ApoE-KOマウス及びApoE/SMP30-KOマウスをchow dietにて33週間飼育し、大動脈における動脈硬化巣の総面積を定量した。ApoE-KOマウスでは、顕著な動脈硬化巣が観察された。しかし、ApoE/SMP30-KOマウスでは、ApoE-KOマウスに比べて動脈硬化巣の総面積が40%減少していた。一方、総コレステロール値、総中性脂肪値、各リボ蛋白質量に著しい違いは認められなかった。ApoE/SMP30-KOマウスにおける動脈硬化進展抑制メカニズムを明らかにするため、野生型マウス大動脈におけるSMP30の発現をリアルタイムPCR法により調べたが、SMP30は全く検出されなかった。大動脈抽出液のウェスタンブロッティングおよび大動脈切片の免疫染色からも、SMP30蛋白質は検出されなかった。一方、ApoE/SMP30-KOマウスの血清および肝臓中のビタミンC量は、ApoE-KOマウスに比べてそれぞれ1.5%および6.0%と顕著に減少していた。従って、ApoE/SMP30-KOマウスで認められた動脈硬化の抑制は、SMP30の欠損による直接的影響ではなく、体内ビタミンC量の低下によりもたらされていると考えられる。ビタミンCは、鉄など金属イオン共存下では、かえって活性酸素を発生させることが知られている。本研究の結果は、ビタミンCが動脈硬化を促進する可能性を示唆している。

本研究により、カルニチン生合成にビタミンCが必須ではないと結論づけられた。従って、ビタミンCの不足はカルニチンが関与しない機序により脂質代謝異常を引き起こすと考えられる。
膵島の電気生理学的モデル化と非線形解析に基づく傍分泌効果と血糖値制御機構の解明

膵臓に点在する膵島(ランゲルハンス島)という組織(細胞群)は,膵臓全体の体積の1-2%程度の小さな組織であるが,血糖値の制御や糖尿病に関わる最も重要な細胞が集まっている.本研究では,血糖値降下ホルモンであるインスリンを分泌するβ細胞だけではなく,血糖値上昇ホルモンのグルカゴンを分泌するα細胞,および,α,β細胞を制御するソマトスタチン分泌細胞のδ細胞を含めて,膵島の細胞集団全体をモデル化し,これら細胞間の相互作用(傍分泌効果)の態様と膵島が総体として行う血糖値制御メカニズムを解明することを目的とする.特に,ホルモンを介した細胞間の相互作用だけではなく,電気信号(活動電位)を介した相互作用が血糖値制御に関して決定的役割を担っていると考え,Hodgkin-Huxley型の微分方程式を用いた電気生理学的モデル化を行うことを目的としている.特に,シミュレーションだけではなく,分岐解析など,非線形動的システムの解析手法を駆使することが特徴である.研究初年度である2018年度においては,膵島を構成する細胞であるβ細胞が示すバースト振動における遅い振動部とカルシウムイオン濃度動態の関係を詳細に調べた.そのために,β細胞のモデルとして低次元のモデルを用い,分岐解析を行うことで種々のイオン電流とバースト振動との関係を明らかにした.さらに,α細胞に及ぼす血糖値の影響を調べるために,α細胞モデルにおいて血糖値の影響を直接受けるイオン電流に注目し,それらに関する分岐解析を行った.その結果,血糖値がα細胞の活動電位に及ぼす影響を明らかにし,血糖値がグルカゴン分泌に及ぼす影響を検討した.膵島を構成する細胞であるα細胞およびβ細胞のHodgkin-Huxley型モデルを用いて,分岐解析など種々の解析を行うことができた.当初計画の「単一細胞レベルでのα,δ細胞の解析」に対して,δ細胞の解析ができていないが,δ細胞はα細胞に類似点も多く,β細胞のカルシウムイオン濃度動態に関する解析も行えたことを鑑みると,進捗状況は「おおむね順調に進捗している」と言える.当初計画通り,α細胞,β細胞,δ細胞など膵島細胞の解析をさらに進展させ,また,それらの電気活動と血糖値とホルモン濃度・ホルモン分泌との関係を明らかにする.膵臓に点在する膵島(ランゲルハンス島)という組織(細胞群)は,膵臓全体の体積の1-2%程度の小さな組織であるが,血糖値の制御や糖尿病に関わる最も重要な細胞が集まっている.本研究では,血糖値降下ホルモンであるインスリンを分泌するβ細胞だけではなく,血糖値上昇ホルモンのグルカゴンを分泌するα細胞,および,α,β細胞を制御するソマトスタチン分泌細胞のδ細胞を含めて,膵島の細胞集団全体をモデル化し,これら細胞間の相互作用(傍分泌効果)の態様と膵島が総体として行う血糖値制御メカニズムを解明することを目的とする.特に,ホルモンを介した細胞間の相互作用だけではなく,電気信号(活動電位)を介した相互作用が血糖値制御に関して決定的役割を担っていると考え,Hodgkin-Huxley型の微分方程式を用いた電気生理学的モデル化を行うことを目的としている.特に,シミュレーションだけではなく,分岐解析など,非線形動的システムの解析手法を駆使することが特徴である.研究初年度である2018年度においては,膵島を構成する細胞であるβ細胞が示すバースト振動における遅い振動部とカルシウムイオン濃度動態の関係を詳細に調べた.そのために,β細胞のモデルとして低次元のモデルを用い,分岐解析を行うことで種々のイオン電流とバースト振動との関係を明らかにした.さらに,α細胞に及ぼす血糖値の影響を調べるために,α細胞モデルにおいて血糖値の影響を直接受けるイオン電流に注目し,それらに関する分岐解析を行った.その結果,血糖値がα細胞の活動電位に及ぼす影響を明らかにし,血糖値がグルカゴン分泌に及ぼす影響を検討した.膵島を構成する細胞であるα細胞およびβ細胞のHodgkin-Huxley型モデルを用いて,分岐解析など種々の解析を行うことができた.当初計画の「単一細胞レベルでのα,δ細胞の解析」に対して,δ細胞の解析ができていないが,δ細胞はα細胞に類似点も多く,β細胞のカルシウムイオン濃度動態に関する解析も行えたことを鑑みると,進捗状況は「おおむね順調に進捗している」と言える.当初計画通り,α細胞,β細胞,δ細胞など膵島細胞の解析をさらに進展させ,また,それらの電気活動と血糖値とホルモン濃度・ホルモン分泌との関係を明らかにする.学会開催状況に依存して,当初の想定より旅費が少なくて済んだことにより,次年度使用額が生じた.今年度は,研究発表をさらに活発に行うなど,有効に使用する.
病原性細菌由来翻訳関連タンパク質の構造生物化学

翻訳因子EF-Pはほぼ全ての細菌に保存されているL字型のタンパク質で、プロリンが連続する配列のために起こる遺伝情報翻訳の遅れを解消する役割を担っている。その機能にはEF-Pの先端にあるLys34にβリジンが付加修飾されることが非常に重要である。一方でβリジル化修飾に関わる酵素は、大腸菌、サルモネラ菌、赤痢菌など細菌全体の3割弱にしか存在せず、残り7割以上の細菌には存在しない。研究主催者らは髄膜炎菌感染症の原因菌である髄膜炎菌由来のEF-Pに着目して髄膜炎菌から内在性のEF-Pを精製し分析したところArg32がラムノシル化修飾されていること、またプロリン連続配列における翻訳停滞を回復させる活性にはラムノシル化修飾が重要であること、更にEF-PおよびArg32は髄膜炎菌の生存に不可欠であることを明らかにしている(Yanagisawa et al., PLoSONE 11,e0147907,2016)。本課題ではまず髄膜炎菌由来EF-P、EarP、およびEF-P/EarP複合体の結晶化を試みてその三次元構造を原子レベルで解明し、ラムノシル化修飾に重要な残基、EF-PとEarPの結合機序を明らかにする。最終的には病原性細菌由来のEF-Pなども含めEF-P翻訳後修飾や関連タンパク質のネットワークの全貌を解き明かすことを本研究の目的とする。EF-PやEF-P翻訳後修飾に関わるタンパク質は、ヒトなどの真核生物には存在せず細菌にのみ存在するが、EF-P翻訳後修飾をターゲットとした阻害剤を開発することで、ヒトやその体内に存在する腸内細菌、常在細菌に悪影響を及ぼさず、特定の病原細菌のみを退治できる有効な抗菌剤の開発につながることが期待される。髄膜炎菌由来EF-Pのラムノシル化修飾酵素EarP単体、EarPとその基質であるdTDPラムノースとの複合体の結晶構造解析、更にEarP、EF-P、dTDPラムノースとの3者複合体の結晶構造解析にも成功し、それぞれの複合体の結合機序を明らかにした。変異導入等の生化学的実験によりEF-Pラムノシル化修飾活性に重要なアミノ酸残基を同定すると共に、分子動力学的なシミュレーション解析によりEF-P(Arg32)との反応に適切なラムノースのコンフォメーションを推定してEF-Pラムノシル化の反応機構について解析した。EF-Pラムノシル化の反応機構、EF-Pによる翻訳停滞解除活性について構造生物学的、生化学的に更に解析を進める予定である。前年度の分を高価な非天然型アミノ酸の購入に宛てることにした。DNA、培地、一般試薬類が安価に済んだこと、合成上の問題からdTDPラムノース誘導体の合成を行わなかった。
子宮内膜症の進行および再発に関わる因子の解析-進行・再発の防止に向けて-

Sampsonの逆流説の立場にたつと子宮内膜症には、逆流血中の子宮内膜細胞の腹膜への生着ならびに増殖の過程が存在すると考えられる。これらの過程に腹腔内環境は深く関与していると考えられる。本研究は腹腔内環境を形成する主体である腹腔内貯留液中の各種生理物質に焦点をあて検討した。患者の同意のもと,当科において腹腔鏡下手術を施行した症群の腹腔内貯留液を採取し,ELISA法を用いてSoluble TNF receptor, Stem cell factor(SCF), IL-16,IP-10の濃度を測定,検討した。これらの腹腔内貯留液中濃度は臨床進行期との関係においてそれぞれ特異的な変化を示した。SCF濃度は、1期で非EM例に比べ有意に上昇していたが、進行期が進むとともに低下した。c-kit(SCFレセプター)の子宮内膜症組織における発現も確認され、SCF濃度の上昇が子宮内膜症組織に直接作用している可能性も示唆された。また、sTNFRIおよびsTNFRIIの濃度は、I,II期、III,IV期でほぼ同じ濃度でともに非EM例に比べ有意に上昇していた。sTNFRI,sTNFRIIはTNFaにアンタゴニストとして作用し、月経血とともに腹腔内に逆流した子宮内膜組織、EM組織に対し抗アポトーシス因子として作用し、子宮内膜症の発症・進展に関与していることが考えられた。IL-16濃度はIII,IV期で非EM例に比べ有意に上昇していた。血管新生抑制物質であるIP-10の濃度は、非EM例、I,II期に比べIII,IV期で低値を示した。この結果はIII,IV期の腹腔内貯留液中では相対的に血管新生活性が増加していることを示し、III,IV期の腹腔内貯留液中で増加している血管新生活性がEMの進展を刺激している可能性を示唆している。以上の研究結果と諸家の報告より、腹腔内の炎症が子宮内膜症の発症・進展に関与していると考え、マウス子宮内膜症モデルにシグナル伝達をターゲットとした抗炎症薬の一つであるP38MAPK阻害薬を投与した。P38MAPK阻害薬はマウスの病巣を縮小させる傾向を有した。さらに、子宮内膜症病変の二次的な変化として繊維化や癒着があげられる。子宮内膜症の発症、進展の機序に関わると考えられる物質のうち,SCF,sTNFR,について子宮内膜症患者の腹腔内貯留液を調べることにより以下の知見を得た。月経血の逆流は多くの婦人に共通の現象であり、通常、逆流血中の子宮内膜組織は、免疫学的機序により排除されるか、アポトーシスにより腹腔内より消失することが示唆されている。アポトーシス誘導因子の代表的なものとしてTNFαがある。TNFαに関して,これまで子宮内膜症患者の腹腔内貯留液中で高濃度であるという報告と、差がないとする報告がなされてきた。

今回の研究では、TNFαの腹腔内貯留液中濃度には差は認められず、TNFの作用と拮抗するsoluble TNF receptorが臨床進行期を問わず子宮内膜症患者の腹腔内で上昇していた。これより、子宮内膜症患者では、腹腔内貯留液中で増加したsoluble TNF receptorがTNFαの子宮内膜組織・子宮内膜症組織に対するアポトーシス誘導作用に拮抗することで,子宮内膜組織の腹膜への生着を促し、内膜症組織増殖させ,内膜症発症・進展の原因になると推察した。一方、腹腔鏡下に肉眼所見上、白色病変として認識されることの多い繊維化などの二次的変化にも、腹腔内環境は大きく関与している。一般に,結合組織の代謝や線維化には肥満細胞が関与することが知られている。stemcell factor(SCF)は肥満細胞を刺激し,その成熟ならびに活性化に寄与する。腹膜の子宮内膜症病変において肥満細胞の数が増加しているという報告と考え合わせると、腹腔内貯留液中のSCFが、子宮内膜症病変の繊維化と関与していることが推測される。研究の結果、子宮内膜症患者の特に初期病変を有する症例の腹腔内貯留液中でSCFは有意に増加していた。このことは初期の子宮内膜症病変を有する患者では子宮内膜症病変を繊維化の方向に導くことにより、重症化を阻止するように腹腔内環境が作用しているとも解釈された。Interleukin(IL)-16は遊走作用,炎症作用,免疫調節作用などを有するサイトカインであり,近年,多くの生理学的・病理学的状態において様々な役割を担うことが報告されている.今回我々はIL-16の子宮内膜症に対する関与を明らかにする目的で本研究を行った.患者の同意のもと,当科において腹腔鏡下手術を施行した128例(対照群34例,子宮内膜症群rAFS分類1/2期32例,3/4期62例)の腹腔内貯留液を採取し,ELISA法を用いてIL-16の濃度を測定,検討した,また腹腔内貯留液中より免疫担当細胞を単離・培養し,ヒト組替えIL-16の添加による免疫担当細胞からのTNFα,IL6等の産生能の変化を、ELISA法により培養上清を測定し解析した.腹腔内貯留液中のIL-16濃度は子宮内膜症3/4期群で478±63pg/mL(平均値±標準誤差)であり,対照群の257±18pg/mL(同)に比し有意に高値であった(p<0.05).子宮内膜症1/2期群では366±69pg/mL(同)と両者の中間の値をとった.またIL-16(200ng/mL)添加により、腹腔内貯留液中より単離した免疫担当細胞からのTNFα, IL6の産生能は各々数倍に有意に上昇した(p<0.001, p<0.05).腹腔内貯留液中のIL-16濃度は子宮内膜症の進展に伴い上昇する傾向が認められた.またIL-16は腹腔内貯留液中の免疫担当細胞からのサイトカイン産生を制御していることが示唆された.以上より,腹腔内環境におけるIL-16の変化は,子宮内膜症の発症、進展に関与していることが推測された.また、血管新生抑制物質として注目されている、IP-10の腹腔内貯留液中濃度を同様にELISAで測定した。腹腔内貯留液中濃度は3/4期群で1/2期群に比べ有意に低値を示し、血管新生の抑制系が十分機能しないことが、子宮内膜症の進展に関与していることが示唆された。[目的]子宮内膜症の発症において、腹膜で子宮内膜様組織が発育、増殖するために血管新生が重要な役割を担っていると考えられている。血管新生には、正の制御をつかさどる血管新生因子と、逆に、負の制御を行なう血管新生抑制因子がある。
集積の経済を考慮した空間応用一般均衡分析のための基本的枠組の構築

新幹線・高速道路などの交通網整備は,短期的には都市間の人流・物流効率を大幅に改善する一方で,長期的には地方都市の経済活動が大都市に吸い取られる“ストロー現象(経済集積の進展)"をもたらす原因にもなっている.しかし,政策の空間分布を評価するための空間応用一般均衡(SCGE)分析をはじめとした既存の政策評価手法は,経済活動の都市集積メカニズムを考慮していない.したがって,既存のSCGE分析では“交通基盤整備による人流・物流効率改善"などの短期的効果は捉えられても,“それに伴う経済集積の長期的変化(ストロー現象)“は記述できない.そこで,本研究では,経済活動の都市集積メカニズムを考慮したSCGE分析の基本的枠組を構築する.そして,その分析枠組により,交通基盤整備が大都市・地方都市の人口・経済活動に与える影響を評価する.2018年度は,当初の予定通り,集積の経済を考慮したSCGE分析の基本的枠組を開発した.具体的には,研究代表者らの先行研究に基づき,既存のSCGEモデルに集積の経済を導入し,空間経済データ(国勢調査,産業連関表,物流センサス)を利用して,モデル・パラメータを推定した.その後,開発したモデルの基本特性を調べるために,日本を対象とした都市間輸送費用低下の仮想シナリオ(輸送技術の進展に伴う輸送費用低下,高速道路整備を想定)の分析を実施した.そして,開発したモデルが,ストロー現象を表現可能であることを確認した.研究目的および研究方法に記した2018年度の内容に関して,実際に成果が得られ,その成果を学会での研究発表および学術専門誌掲載の研究論文として公開した.2018年度の研究の進展状況は順調であり,2019年度も当初の研究計画に沿って研究課題を遂行する予定である.新幹線・高速道路などの交通網整備は,短期的には都市間の人流・物流効率を大幅に改善する一方で,長期的には地方都市の経済活動が大都市に吸い取られる“ストロー現象(経済集積の進展)"をもたらす原因にもなっている.しかし,政策の空間分布を評価するための空間応用一般均衡(SCGE)分析をはじめとした既存の政策評価手法は,経済活動の都市集積メカニズムを考慮していない.したがって,既存のSCGE分析では“交通基盤整備による人流・物流効率改善"などの短期的効果は捉えられても,“それに伴う経済集積の長期的変化(ストロー現象)“は記述できない.そこで,本研究では,経済活動の都市集積メカニズムを考慮したSCGE分析の基本的枠組を構築する.そして,その分析枠組により,交通基盤整備が大都市・地方都市の人口・経済活動に与える影響を評価する.2018年度は,当初の予定通り,集積の経済を考慮したSCGE分析の基本的枠組を開発した.具体的には,研究代表者らの先行研究に基づき,既存のSCGEモデルに集積の経済を導入し,空間経済データ(国勢調査,産業連関表,物流センサス)を利用して,モデル・パラメータを推定した.その後,開発したモデルの基本特性を調べるために,日本を対象とした都市間輸送費用低下の仮想シナリオ(輸送技術の進展に伴う輸送費用低下,高速道路整備を想定)の分析を実施した.そして,開発したモデルが,ストロー現象を表現可能であることを確認した.研究目的および研究方法に記した2018年度の内容に関して,実際に成果が得られ,その成果を学会での研究発表および学術専門誌掲載の研究論文として公開した.2018年度の研究の進展状況は順調であり,2019年度も当初の研究計画に沿って研究課題を遂行する予定である.
減数分裂期組換えにおける2つのRecA様蛋白質の機能分化の解析

減数分裂期組換えは体細胞分裂期の組換えとは異なり、相同染色体間で交差を伴うことが知られている。この過程には体細胞分裂期の組換えに必要な遺伝子に加えて減数分裂期特異的な遺伝子が関与する。特に減数分裂期には2つの大腸菌RecA相同遺伝子、RAD51,DMC1が機能する。RAD51は体細胞分裂期、減数分裂期両方の組換えに必要なのに対し、DMC1は減数分裂期のみに必要である。両遺伝子は減数分裂期組換えの開始反応であるDNA二重鎖切断(DSBs)後に生じる露出した単鎖DNAの修復過程に働く。これらの2つのRecA様遺伝子の機能を知ることは減数分裂期の組換えの特性を知る上で重要である。本研究は2つのRecA様蛋白質の機能の相違を遺伝的、細胞生物学的、そして生化学的アプローチを用い、理解することで減数分裂期組み換えの分子機構の一端を明らかにすることを目的とする。これまでrad51,dmc1株を用いた遺伝的解析から、両遺伝子が減数分裂期組み換えに必要なこと、Rad51,Dmc1蛋白質が減数分裂期の核内でfociと呼ばれるドット上の構造体として検出され、両蛋白質が共局在し、Dmc1 fociの形成にはRAD51の機能が必要なことが示されている。rad51dmc1二重変異株を用いた遺伝的解析からrad51,dmc1株でみられる減数分裂期の停止が二重変異では解除されることを見出し、遺伝的にもRAD51がDMC1の前に働くことが示された。rad51,dmc1単独変異株で減数分裂期特異的に導入されるDNA二重鎖切断が修復されずに蓄積するが培地を減数分裂期導入後、栄養培地(YPD)に変えると両変異株とも導入された二重鎖切断が修復されることが示された。この結果は減数分別期には二重鎖切断の修復に両遺伝子産物を必要とさせるConstraintの存在が示唆している。つまり、培地を変えることでConstraintが失われるとRAD51,DMC1いずれ単独でも二重鎖切断を修復できることを意味している。減数分裂期のRad51,Dmc1 fociの形成はRAD51と同じグループに属するRAD52,-55,-57の変異株では観察されないことから、これらの遺伝子産物がRad51,Dmc1複合体の形成あるいはその維持に必要であることが示された。また、大腸菌でのDmc1蛋白質の量産系を確立した。今後は生化学的解析を中心にRecA様蛋白質の機能の違いを明らかにできると期待できる。