hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リン酸輸送担体に秘められた酸化的リン酸化反応の新たな制御機構の可能性

申請者は、ミトコンドリアにおける酸化的リン酸化反応の制御システムに興味をもって研究を進めている。本研究では、内膜の溶質輸送を司るタンパク質の構造と機能に注目し、これによる酸化的リン酸化反応の制御の可能性を探ることを目的とした研究を進めた。内膜のヌクレオチド輸送担体、リン酸輸送担体ならびに脱共役タンパク質の3つの溶質輸送担体は互いに高い一次構造類似性を示すにもかかわらず、それぞれヌクレオチド、リン酸、H+というように、構造が著しく異なるイオンを輸送することが知られている。しかしながら、脱共役タンパク質の活性はヌクレオチドによって活性が制御されることが知られており、これら3つの溶質輸送担体のうちリン酸輸送担体のみがヌクレオチド結合サイトを持たないと考えられてきた。申請者らは「リン酸輸送担体にも実は未同定のヌクレオチド結合部位が存在するのではないか」との作業仮説をもって研究を行っていたが、最近になってリン酸輸送担体にもヌクレオチドアナログが結合することを明らかにすることに成功した(JBC、2001年)。本研究では、種々のヌクレオチドアナログがリン酸輸送にどのような影響を及ぼすのかの解析を行った。その結果、蛍光性ヌクレオチドアナログでは、すでに報告していたFITCだけでなく、エオシンやエリスロシンでも顕著な阻害が観察され、特に後者のED_<50>は50μMと低いものであった。また、GTPは全くリン酸の取り込みに影響を与えなかったが、ATPはmM以下の濃度においてもリン酸の取り込みを30%程度抑制することが明らかになり、合成されたATPが過剰になると、リン酸輸送にフィードバック阻害を起こしえることを明らかにすることができた。酸化的リン酸化反応は、生体内における主要なエネルギー変換反応であり、その制御機構を理解することは生命活動の制御機構を理解する上でも非常に重要である。酸化的リン酸化反応は、1)電子伝系、2)ATP合成酵素、3)ATP合成に必要な基質の輸送系などのタンパク質から構成されており、様々なプロセスでの制御が可能である。しかしながら、これらの機能が生理的条件下でどのように制御されているのかということについてはほとんど明らかにされていない。上記の3)で示される基質の輸送系は、合成されたATPやATP合成の基質であるADPの輸送系(ヌクレオチド輸送系)、リン酸の輸送系、呼吸基質の輸送系などのタンパク質からなるが、これらのタンパク質が高い構造類似性を示すことから、共通の祖先遺伝子に由来するものと考えられている。これらのタンパク質のうち、ヌクレオチド輸送担体はヌクレオチドを直接の基質としてこれを輸送するが、メンバーの他の1つとして知られる脱共役タンパク質は、H+を輸送し、ヌクレオチドはこのタンパク質のH+輸送能を制御することが知られている。我々は更に他のメンバータンパク質にも、ヌクレオチドが結合する可能性を考えて実験を行い、リン酸輸送担体にもヌクレオチドが結合し得ることを明らかにした。そこで、この結合の生理的意義を解明する目的で、本研究ではリン酸輸送のヌクレオチドによる調節の可能性を検討した。その結果、少なくとも単離されたミトコンドリアレベルでは、高濃度のADPやATPを添加することによって、リン酸の輸送が制御されることが明らかになった。
植物毛状根細胞の培養に適したバイオリアクタ-の開発と有用物質の生産

土壌細菌Agrobacterium rhizogenesが感染して誘起される毛状根は、カルスに比べ増殖速度は大きく有用物質含有量も高いという長所を持っており、植物組識培養には有効な植物細飽と期待されている。1.種々の形状のエア-リフト型及び攪拌型培養槽あるいは旋回型培養装置で植物毛状根を培養したところ、高密度化には、(1)剪断力が小さい、(2)酵素移動容量係数が大きい、以上の点が重要であることが明らかになった。また酸素移動容量係数と増殖速度との間に密接な関係があることがわかり統一する関係式で表わせることを示した。そこで、上記2点において良好な培養槽である旋回流型および回転ドラム型リアクタ-を開発し、三角フラスコ培養の約2.5倍量にあたる毛状根高密培養を達成した。2.植物毛状根細胞は、親植物の各組識(葉・茎・根)に比べて目的物質含量が高いことをパックプン毛状根のペルオキシダ-において確認した。また、西洋ワサビ毛状根のペルオキシダ-ゼ含有量は光照射により高まることを明らかにした。植物が生産する有効成分は一般に細胞の中に蓄積し細胞の外には分泌しないが有効成分の効率的な生産を考えたとき、いかにして目的生産物を培地中へ分泌させ回収するかが重要である。西洋ワサビ毛状根のペルオキシダ-ゼの分泌生産には50mMNaClの添加が有効であり、ペルオキシダ-ゼに特異性のある吸着カラムで連続的に回収することで高い生産量を得ることができた。1.毛状根細胞としては、西洋ワサビおよびニンジンの植物体にAgrobacterium rhizogenesを感染させて誘導した毛状根を使用した。培地は、ホルモン無添加でスクロ-スを炭素源としたMurashige-Skoog(pH6)の液体培地を使用した。培養は、暗条件下で25°Cにて行い、三角フラスコでの培養は100rpmで旋回振蘯した。細胞量は培養中に実測することは不可能なので、培地の電気伝導度を測定することによりオンラインでモニタ-できることを見出した。バイオリアクタ-としては、いずれも細胞に対して剪断力が作用しにくいものを選定し、回転ドラム型、丸底エア-リフト型、タ-ビン内蔵型等のリアクタ-を使用した。2.ニンジン毛状根を使って培養したところ最も良好な結果が得られたリアクタ-は酸素移動容量計数K_Laが高く、培養液の混合状態の良いタ-ビン内蔵型リアクタ-で、30日後に10g/lの細胞密度に達し、三角フラスコ培養の4g/lにくらべて2倍以上の毛状根が得られた。さらに、電気電導度変化をモニタ-しながら糖や無機塩を添加して培養を続けた結果、乾燥重量で16g/lまで培養することができた。この培養で主要培地成分を分析したところほぼ一定値に維持できていたが、グルコ-ス、フルクト-スの蓄積が認められた。3.グルコ-ス、フルクト-スの蓄積の効果を調べるために、三角フラスコを用いて培地を交換しながら、培地組成をほぼ一定に保ちながら培養したところ、フルクト-スが顕著な増殖阻害物であることがわかった。そこで、タ-ビン内蔵型リアクタ-を用いた培地交換培養により阻害物濃度を低いレベルに保って培養したところ40日後に19g/lの毛状根が得られた。1.植物毛状根細胞は、親植物の各組織(葉・茎・根)に比べて目的物質含量が高いことを、パックブン毛状根が生産するペルオキシタ-ゼにおいて確認した。毛状根の前培養には旋回流型培養装置を用いた。2.西洋わさびの毛状根が生産するペルオキシダ-ゼ(POD)をモデルに生産量の増大と分泌促進物質の検索を行なった。光照射によりPODの生産量は増大し、暗所での培養に比べて2倍であった。

NaClを培養液に添加したところ細胞増殖には若干阻害的であったがイオン強度の増加とともにPODの分泌促進が認められ、100mM添加した場合には約3倍の分泌量が確認された。NaClの添加はPOD生産には影響を与えず、細胞からの漏出に役立っていると考えられた。電子顕微鏡写真による形態変化を観察したところ、光照射により毛状根の直径は3倍に増大し、NaClにより表層組織の剥離が認められた。3.PODの効率的生産とその連続分離・回収を検討した。50mMのNaClを含む培地で培養した場合が細胞増殖に与える影響が小さく分泌生産にも適していた。分泌生産されたPODは疎水性担体カラムに吸着した。このカラムからPODを溶出するため種々の溶媒を検討したところ、80%冷アセトンが最も良く、約85%のPODが活性を保ったまま溶出した。なお冷却遠心機およびロ-タ-を用いてペルオキシダ-ゼ沈殿物を回収して定量を行なった。そこで50mMNaCl添加培地において培養20日目から34日毎に培養液全量をカラムに通し、未吸着画分液を培養槽に戻しながら培養を続けることでPODが半連続的に回収除去でき、43日後において分離回収を行なわない場合に比べて約4倍量のPOD生産量を達成した。
糖尿病の遺伝子治療を目指す膵ランゲルハンス島B細胞の分子生物学

分子生物学的にインスリンを合成分泌する膵ラ島B細胞を検討する方法として、マウスの膵ラ島B細胞株を用いる解析、膵ラ島B細胞に特異的に発現する遺伝子の同定、トランスジェニックおよびノックアウトマウスを用いる検討、NODマウスを用いるI型糖尿病の発症機構の解析、糖尿病の遺伝子治療法の開発、膵ラ島B細胞の分化と形作りの解析等の方向性がある。これらの方法を用い以下の研究成果を得た。(1)膵ラ島B細胞のcDNAのランダムシーケンスと発現解析により約20種類の膵ラ島B細胞特異的なcDNAクローンを得た。(2)IL-10、およびTGF-βを膵ラ島A細胞から発現するトランスジェニックNODマウスを作成し、糖尿病発症に対する影響を解析した。(3)膵ラ島B細胞特異的なT細胞クローンが発現するサイトカインを解析した。CD40を欠損するNODマウスは糖尿病を発症しないので、自己反応性T細胞の出現課程にCD40-CD40L相互作用が重要である。(4)プロインスリン産生線維芽細胞にHSV-Tk遺伝子を導入し、Ganciclovirを投与する安全装置、およびIL-10を導入した膵ラ島B細胞特異的リンパ球を養子移入する糖尿病の遺伝子治療モデルを作成した。(5)培養膵ラ島B細胞であるMIN6細胞にグルコキナーゼのアンチセンスmRNAを発現することによりインスリン分泌が低下するので、グルコキナーゼが血糖値のセンサーとして働いている。(6)アクチビンAがラットの膵原基の内分泌前駆細胞に、TGF-βが膵ラ島B細胞に発現している。アクチビンAは、膵ラ島B細胞のATP感受性カリウムチャネルを抑制し、電位依存性カルシウムチャネルを活性化し、インスリン分泌を促進する。また、アクチビンAはベータセルリンと協調して、膵外分泌腺由来のAR42J細胞をインスリン産生細胞に分化させる。今後これらの研究方法を用いて膵ラ島B細胞の機能の分子生物学的解析をさらに積極的に進める必要が認められた。インスリンを合成分泌する膵ラ島B細胞の代謝状態を規定する因子を分子生物学的な方法で解析する研究を行い、以下の(1)から(6)の研究成果を得た。(1)ヘキソキナーゼ、グルコーストランスポーター1、の各cDNAを発現ベクターに組み込み、培養膵ラ島B細胞であるMIN6細胞に導入し、グルコースの取り込み速度、利用率、インスリン分泌を異なるグルコース濃度で検討し、グルコキナーゼが血糖値のセンサーとして働いていることを明らかにした。(2)免疫抑制性のサイトカインであるIL-10、およびTGF-βを膵ラ島A細胞から発現するトランスジェニックMODマウスを作成している.IL-10は、NODマウスの糖尿病を増悪させた。潜在型のTGF-βをグルカゴンのプルモーターに結合した組換え体をNODマウスの授精卵に微量注入し、数系統のトランスジェニックマウスを得た。(3)ラットの膵原基の内分泌前駆細胞、および、膵部分切除後の再生膵組織中の内分泌前駆細胞にアクチビンAが発現していることを確認した。膵外分泌腺由来のAR42J細胞がアクチビンAにより神経様細胞に分化した。また、膵ラ島B細胞に対してアクチビンAは、ATP感受性カリウムチャンネルを抑制し、細胞膜を脱分極して電位依存性カルシウムチャンネルを抑制してカルシウムの流入を増加させた。

(4)膵ラ島B細胞特異的な5種類のT細胞クローンはNODscidマウスに移入することで膵島炎を誘導するが、これらのうち少なくとも2種類は、異なる自己抗原エピトープを認識し、5種類のT細胞クローンはいずれもグルタミン酸脱炭酸酵素(GAD)とは反応しない。そこで、GADを発現するNODトランスジェニックマウスを作成し、GADに対する免疫学的寛容状態における糖尿病の発症の有無を検討する研究を開始した。(5)膵ラ島B細胞特異的なcDNAクローンを培養膵ラ島B細胞から得られたクローンの中から選択し、現在その全塩基配列の決定を行っている。また、(6)IL-10を導入した膵ラ島B細胞特異的リンパ球の養子移入により、I型糖尿病の体細胞遺伝子治療の動物モデルの確立を行っている。インスリンを合成分泌する膵ラ島B細胞の代謝状態を規定する因子を分子生物学的な方法で解析し、以下の(1)から(6)の研究成果を得た。(1)膵ラ島B細胞のcDNAのランダムシーケンスと発現解析により得られた約20種類の膵ラ島B細胞特異的なcDNAクローンの内、3種類のクローンの全塩基配列を決定した。(2)免疫抑制性のサイトカインであるIL-10、およびTGF-βを膵ラ島A細胞から発現するトランスジェニックNODマウスを作成した。IL-10は、NODマウスの糖尿病を増悪させた。活性型のTGF-βを発現する2系統のトランスジェニックマウスは現在糖尿病を発症していない。(3)膵ラ島B細胞特異的な5種類のT細胞クローンはNOD scidマウスに移入することで膵島炎を誘導するが、これらの内2種類は、FAS依存性細胞障害性を有し、IFN-γとIL-2を産生する典型的なTh1細胞で、3種類はIFN-γとIL-2に加え、IL-6とIL-10を産生するクローンで、膵ラ島B細胞の破壊にはT細胞の機能的多様性が必要である。T細胞の分化に重要なCD40を欠損するNODマウスは、糖尿病を発症せず、NODマウスの自己反応性T細胞の出現課程にCD40-CD40L相互作用が重要である。(4)ヒトプロインスリン産生細胞にHSV-Tk遺伝子を導入しGanciclovirを投与する安全装置、およびIL-10を導入した膵ラ島B細胞特異的リンパ球を養子移入する糖尿病の遺伝子治療モデルを作成した。(5)培養膵ラ島B細胞であるMIN6細胞にヘキソキナーゼを発現させることにより、インスリン分泌が増加し、グルコキナーゼのアンチセンスmRNAを発現することにより、インスリン分泌が低下するので、グルコキナーゼが血糖値のセンサーとして働いている。(6)アクチビンAがラットの膵原基の内分泌前駆細胞に、TGF-βが膵ラ島B細胞に発現していることを認めた。アクチビンAは、膵ラ島B細胞のATP感受性カリウムチャネルを抑制し、電位依存性カルシウムチャネルを活性化し、インスリン分泌を促進する。また、アクチビンAはベータセルリンと協調して、膵外分泌腺由来のAR42J細胞をインスリン産生細胞に分化させる。
腰部神経根障害の病態生理学的研究-異所性発火動態の解明-

根性坐骨神経痛は腰部脊柱管狭窄症や椎間板ヘルニアに出現する代表的な神経因性疼痛であるにもかかわらず、その発現機序は充分には解明されていない。本研究では下肢疼痛や異常感覚の起源となる神経根異所性発火を指標として神経根障害モデルを確立し、そしてそのモデルを用いて欝血および虚血負荷の影響、下肢神経活動増強の影響、交感神経賦活の影響、さらに手術的除圧、薬剤投与の影響を実験的に検討してきた。実験モデルとして、ラット腰椎硬膜外腔にシリコンラバーを挿入した慢性腰部脊柱管狭窄動物を確立した。異所性発火計測では動物を除脳・非働化し、神経根由来の異所性発火を腓腹神経より逆行性に導出記録した。狭窄症動物では自発性の異所性発火頻度は増大し、欝血および虚血負荷による発火増強反応が生ずる現象で神経根における一次求心性ニューロンの病的状態を特徴づけることができた。動物の後枝を電気刺激にて賦活したり交感神経を電気刺激により賦活した場合にも異所性発火増強が見られた。無処置対照群の全例ではいずれの負荷や刺激によっても発火頻度の変化は殆ど生じないことも確認した。すなわち、狭窄症動物では知覚神経節細胞の興奮性増大が生じており、歩行負荷にもとづく神経根血行動態の変化、神経活動の変化、交感神経系の賦活に反応して異所性発火を増強することがヒトにおける臨床症状発現と密接に関連することが推察された。一方、馬尾血管の顕微鏡下観察、さらにレーザードップラー法による血流量測定を併用して解析を行い、馬尾血流の意義についても解明が進んだ。狭窄症の治療として用いられる手術的除圧および薬剤投与が異所性発火にいかなる影響を及ぼすかについての解析した。本研究の一部はinternationals society of the study of lumbar spine(ISSLS)にて発表してbest paper awardを受賞するなど国際的にも高い評価を得た。間歇性披行は腰部脊柱管狭窄症の特徴的症状であるにもかかわらず、その発現機序は解明されていない。今回、披行時に生ずる下肢異常感覚の起源となる神経根異所性発火を指標として、鬱血および虚血負荷の影響を実験的に検討した。行動学的に間歇制披行を再現したTakenobuらの方法に準じて、ラット腰椎(L3, L5)硬膜外腔にシリコンラバーを挿入した腰部脊柱管狭窄群を12匹作製した。対照として無処置群6匹を用意した。異所性発火計測:処置後2-3週間にて、動物を除脳・非働化し、Ozawaらの方法に準じて神経根由来の異所性発火を腓腹神経より逆行性に導出記録した。その上で下行大動脈圧迫による虚血負荷(1分間)と下大静脈圧迫による鬱血負荷(1分間)を交互に繰り返し行い、発火頻度の変化を観察した。無処置対照群の全例では鬱血・虚血のいずれの負荷によっても発火頻度の変化は乏しかった。一方、狭窄群では鬱血および虚血負荷開始後から発火頻度は持続的に漸増し高頻度発火に至るとともに、血管解放後は速やかに元の発火頻度に戻る現象が観察された。このような発火動態は、鬱血・虚血負荷の繰り返しに対応して再現された。また、この現象の発現頻度は狭窄が高度なほど高かった。

神経性間歇性披行については、歩行運動にともなう馬尾・神経根の血行動態変化が何らかの役割を果たすということが推察されてきた。今回腰部脊柱管狭窄動物の半数では、実際に鬱血および虚血負荷に反応する異常な異所性発火パターンが形成されたことを確認した。この発火パターンは以下の点で、間歇性披行と類似する。1.負荷を加えてから徐々に発現し増強すること。2.負荷を解除した後速やかに負荷が生ずること。過去の報告において腰部脊柱管狭窄症患者の歩行負荷時に静脈拡張が観察されており、臨床的観点からすると、より低圧で生ずる鬱血の関与が大きいと推察される。鬱血および虚血負荷と関連する異常な異所性発火の動態は、腰部脊柱管狭窄症における神性間歇性披行の病態と密接に関わっている可能性が示唆された。間歇性披行は腰部脊柱管狭窄症の特徴的症状であるにもかかわらず、その発現機序は解明されていない。本研究では披行時に生ずる下肢異常感覚の起源となる神経根異所性発火を指標として、鬱血および虚血負荷の影響、下肢神経活動増強の影響、交感神経賦活の影響、さらに手術的除圧、薬剤投与の影響を実験的に検討している。行動学的に間歇性披行を再現する実験モデルとして、ラット腰椎(L3,L5)硬膜外腔にシリコンラバーを挿入した腰部脊柱管狭窄動物を作製した。対照として無処置動物を用意した。異所性発火計測では動物を除脳・非働化し、神経根由来の異所性発火を腓腹神経より逆行性に導出記録した。狭窄群では鬱血および虚血負荷開始後から発火頻度は持続的に漸増し高頻度発火に至るとともに、血管解放後は速やかに元の発火頻度に戻る現象が観察された。動物の後枝を電気刺激にて賦活すると、軽度ながら一過性の異所性発火増強が見たれた。また、交感神経を電気刺激により賦活した場合にも異所性発火増強が見られた。無処置対照群の全例ではいずれの負荷や刺激によっても発火頻度の変化は乏しかった。すなわち、狭窄症動物では知覚神経節細胞の感受性増強が生じており、歩行負荷にもとづく神経根血行動態の変化、神経活動の変化、交感神経系の賦活に反応して異所性発火を増強することが間歇性跛行の病態における重要因子と推定された。血行動態については本年度から馬尾血管の顕微鏡下観察、さらにレーザードップラー法による血流量測定を併用して解析を開始した。一方、狭窄症の治療として用いられる手術的除圧および薬剤投与が異所性発火にいかなる影響を及ぼすかについての解析にも着手した。以上の解析を次年度において終了できる見込みである。本研究は腰部脊柱管狭窄症における症状と知覚神経系の機能変化との対応をはじめて明らかとしたものとして国内外の学会および学術雑誌に発表する予定である。根性坐骨神経痛は腰部脊柱管狭窄症や椎間板ヘルニアに出現する代表的な神経因性疼痛であるにもかかわらず、その発現機序は充分には解明されていない。本研究では下肢疼痛や異常感覚の起源となる神経根異所性発火を指標として神経根障害モデルを確立し、そしてそのモデルを用いて鬱血および虚血負荷の影響、下肢神経活動増強の影響、交感神経賦活の影響、さらに手術的除圧、薬剤投与の影響を実験的に検討してきた。実験モデルとして、ラット腰椎硬膜外腔にシリコンラバーを挿入した慢性腰部脊柱管狭窄動物を確立した。狭窄症動物では自発性の異所性発火頻度は増大し、鬱血および虚血負荷による発火増強反応が生ずる現象で神経根における一次求心性ニューロンの病的状態を特徴づけることができた。動物の後枝を電気刺激にて賦活したり交感神経を電気刺激により賦活した場合にも異所性発火増強が見られた。
季節予報に基づく作物・エネルギー・経済モデルによる世界食料価格の予測精度と限界

1作物モデルによる季節予測結果に基づいた再現シミュレーションの実施:全球気候モデル(GCM)による気温の季節予測結果を入力して過去20年間の主要農作物の単収をシミュレーション分析により再現した。その結果を実績の収量データを比較して作物モデルで生じる予測誤差の程度を解明するとともに、モデルの改善を行った。また、これまでに作成した作物モデル(PRYSBI2及びM-GAEZ)や先行研究で公表された作物モデルの再現結果と比較し、モデルの特性と精度を明らかにした。2エネルギーモデルによる再現シミュレーションの実施:昨年度に作成したエネルギー変数と食料価格に関するモデル(非線形計画数理モデル及び産業連関モデル)を用いて、20078年に生じた原油価格高騰時のデータを入力して当時の食料価格高騰の要因を分析した。産業連関モデルのシミュレーションでは、おおよそ食料価格高騰の10%程度が原油価格の上昇により説明できることを明らかにし、エネルギーモデルによる食料価格の予測可能性を明らかにした。また、バイオエタノール生産に関する世界食料モデルを用いて、原油価格上昇がバイオエタノール市場を通じて食料価格の上昇に影響する因果関係をモデル化した。3世界マクロ経済モデルによるシミュレーション分析のためのモデル構造の改善:昨年度に作成した計量経済モデル、世界CGEモデル及び期待効用を考慮したRBCモデルについて、予測精度向上のため、モデルの構造を見直した。世界応用一般均衡モデル及びRBCモデルを用いてシミュレーション分析を行って、海外で開催される学会(GTAP Conference)や国際ジャーナル(Asian Journal of Regional Science)で公表し、成果の普及に努める予定であったが、予定していたGTAP国際会議(コロンビア国)への参加が、開催国の治安悪化により不可能となったため、研究期間を延長し、2019年度に実施する必要が生じた。1世界マクロ経済モデルによるシミュレーション:作成した計量経済モデル、世界CGEモデル及び期待効用を考慮したRBCモデルを用いて、同じ入力に対する各モデルの出力結果を比較し、モデルの特性を明らかにする。2予測精度を定量化するためのシミュレーション分析:作物モデル、エネルギーモデル、経済モデルを連携し、過去20年間(19912010年)のGCMによる気温等の季節予測値を入力して20年間の食料需給量と価格を再現推定する。再現推定結果を実績データと比較して経済モデルの予測精度を明らかにする。また、複数の経済モデルの結果を比較するとともに、収量予測段階、エネルギー価格予測段階、食料価格予測段階における予測精度の低下状況を定量的に評価し、モデルの特性と予測の限界を示す。3政策提言のとりまとめ:作物・エネルギー・経済統合モデルによるシミュレーション結果をもとに、異常気象や食料市場環境の変化を考慮した食料価格の予測モデルの実社会での活用について政策提言をまとめる。1気候データ及び作物関係のデータベース作成:気候データの実績値と中期予測が可能な大気海洋結合型GCM(海洋研究開発機構のSINTEX-F及び気象研モデル)による過去の時点における季節予測値(日別の気温、土壌水分量、日射量等)のグリッド(全球の1.125度メッシュ)ごとのデータ(過去に遡った時点の予測値)を入手し、データベースを作成した。また、世界各国の作物収量データを収集してデータベースを作成した。3経済関係のデータベース作成:GTAP 9(Purdue大学)の世界経済データをもとに、地域統合と産業統合を行って社会会計行列データを作成した。合わせて、国連や世銀のNational Accounts Statistics及びFAOの農業・経済統計データをもとに、世界各国の時系列データを収集して経済データベースを作成した。4モデルの基本構造の決定:作物モデルについては、先行研究やデータを勘案して気温と地域性の影響を考慮したモデルの作成に着手した。エネルギーモデルについては、先行研究のモデルをベースに、世界を対象としたモデルの地域分割手法の開発に着手した。さらに、世界経済モデル(計量経済モデル、応用一般均衡(CGE)モデル、リアル・ビジネス・サイクル(RBC)モデル)については、これまで作成してきたモデルを参考に、モデル式を定式化した。データベース化の作業に時間を要しており、研究開始年度で研究期間が8ヶ月しかとれなかったため、研究内容のうち一部データの購入とデータに関する基本分析に遅れが生じている。その分を次年度の第1四半期に完了し、データベースを完成し、研究の推進を図る予定である。1作物モデルの作成:気象条件と農業関係のデータベースをもとに、統計解析を適用して作物モデルのパラメータを推定した。推定したモデルを用いて、過去20年間にわたるGCMの季節予測の結果を入力値とし、各作物の単収を再現推定するシミュレーションを行った。合わせて、水文データをもとに洪水被害の影響に関する予測可能性を検討し、モデルのパフォーマンスが高いことを明らかにした。2エネルギーモデルの作成:エネルギー関係のデータベースをもとに、世界を対象とした非線形計画法に基づく数理モデル及び産業連関モデルのパラメータを決定し、食料価格に対するエネルギー資源利用面からの影響予測(季節予測)が可能なエネルギーモデルを作成した。また、原油・バイオエタノール価格から食料価格への影響を推定するモデルを用いて、時系列分析や計量経済モデル分析を適用して、エネルギー資源利用の変化が食料価格に及ぼす影響を予測するモデルの作成に着手した。3世界マクロ経済モデルの作成:計量経済モデルについては、時系列経済データを用いて構造方程式の係数を推定し、初期値と外生変数のみを用いてモデルのファイナルテストを行い、モデルの再現性を検証した。世界CGEモデルについては、GTAPの社会会計行列からパラメータをカリブレートしてモデルを作成し、パラメータ変化に関する感度分析を行った。さらに、期待効用を考慮したRBCモデルについては、Forward-looking型のCGEモデルをもとに、先行研究のディープパラメータの推定値やGTAPの社会会計行列データをもとにモデルの構造を検討しプロトタイプを作成した。

これらモデルを用いて、現実経済の再現性の検証に着手した。昨年度から引き続きデータ収集を行ったが、海外の出版社や公表機関のデータが多いため、発注契約等に時間を要した。また、収集したデータをもとに実施するモデルのパラメータの推定作業への着手時期がずれ込まざるを得なかったことから、特に経済モデルの作成において感度分析等の作業が完了しなかった。これら作業を次年度に完了し、研究の推進を図る。1作物モデルによる季節予測結果に基づいた再現シミュレーションの実施:全球気候モデル(GCM)による気温の季節予測結果を入力して過去20年間の主要農作物の単収をシミュレーション分析により再現した。その結果を実績の収量データを比較して作物モデルで生じる予測誤差の程度を解明するとともに、モデルの改善を行った。また、これまでに作成した作物モデル(PRYSBI2及びM-GAEZ)や先行研究で公表された作物モデルの再現結果と比較し、モデルの特性と精度を明らかにした。2エネルギーモデルによる再現シミュレーションの実施:昨年度に作成したエネルギー変数と食料価格に関するモデル(非線形計画数理モデル及び産業連関モデル)を用いて、20078年に生じた原油価格高騰時のデータを入力して当時の食料価格高騰の要因を分析した。産業連関モデルのシミュレーションでは、おおよそ食料価格高騰の10%程度が原油価格の上昇により説明できることを明らかにし、エネルギーモデルによる食料価格の予測可能性を明らかにした。また、バイオエタノール生産に関する世界食料モデルを用いて、原油価格上昇がバイオエタノール市場を通じて食料価格の上昇に影響する因果関係をモデル化した。3世界マクロ経済モデルによるシミュレーション分析のためのモデル構造の改善:昨年度に作成した計量経済モデル、世界CGEモデル及び期待効用を考慮したRBCモデルについて、予測精度向上のため、モデルの構造を見直した。世界応用一般均衡モデル及びRBCモデルを用いてシミュレーション分析を行って、海外で開催される学会(GTAP Conference)や国際ジャーナル(Asian Journal of Regional Science)で公表し、成果の普及に努める予定であったが、予定していたGTAP国際会議(コロンビア国)への参加が、開催国の治安悪化により不可能となったため、研究期間を延長し、2019年度に実施する必要が生じた。1作物モデルの作成:気象条件と農業関係のデータベースをもとに、統計解析を適用して作物モデルのパラメータを推定する。
内分泌器官としての骨髄の評価とその神経支配の解明

本研究では、造血組織として認識されている骨髄を内分泌臓器と捉え、そこから分泌された液性因子が遠隔臓器や全身に及ぼす影響について明らかにすることを目的としている。具体的には、腎でのリンの再吸収を抑制し、その血中濃度を下げる働きを持つFGF23の血球からの産生と全身への寄与についてマウスモデルを用いて詳細な解析を進めている。平成30年度には、平成29年度に捉えた骨髄交換神経シグナルに呼応した骨髄細胞でのFGF23 mRNA上昇について、これが赤芽球由来である事をprospective cell sortingを用いて確定することができた。現在は、交感神経シグナルを受けた赤芽球からのFGF23蛋白産生、放出様式について検討中である。また、骨髄細胞外液中で上昇したFGF23蛋白が骨髄局所でどのような働きをしているのかを、造血幹前駆細胞の移動メカニズムとの関係から検討中である。FGF23ノックアウトマウスでのG-CSFによる動員効率は非常に低く、これは骨髄移植によって造血細胞のみFGF23ノックアウトとしたキメラマウスでも同様であったためであり、これまでわかっている動員機構のどの部分を阻害しているのかを一つずつ検討している最中である。また、野性型マウスの骨髄をFGF23ノックアウトマウスをレシピエントとして移植し、再開された造血システムのみからのFGF23産生でFGF23ノックアウトマウスの早期老化形質を改善させられるかどうかについての実験は、移植後のマウスが非常に弱く安定的に移植後のマウスを長期に維持するのが難しいことが明らかとなって来た。食餌や強制的水分補給なども含めた工夫で移植後早期の生存率は上昇したものの、移植後4-5週で比較的元気であっても突然死する個体が多く、現在、移植時期の前倒しなどの検討を行っているところである。本研究では造血組織として認識されている骨髄を内分泌臓器と捉え、そこから分泌された液性因子が遠隔臓器や全身に及ぼす影響について明らかにすることを目的としている。平成29年度には、交感神経伝達物質そのものであるイソプロテレロノールのin vivo投与による骨髄細胞での鋭敏なFGF23 mRNA上昇を捉え、骨髄細胞外液でのFGF23蛋白の上昇も確認できた。骨髄細胞中のFGF23 mRNA上昇を担っている細胞種を調べたところ、CD45陰性Ter119陽性赤芽球分画が選択的にカテコラミン刺激に反応していた。現在赤芽球系細胞株をはじめとした培養システムでこの現象を確認するための系を確立中である。また、野性型マウスの骨髄をFGF23ノックアウトマウスをレシピエントとして移植し、再開された造血システムのみからのFGF23産生でFGF23ノックアウトマウスの早期老化形質を改善させられるかどうかについての実験を行っており、一連の実験の先頭のマウスは生後5週齢で移植してその後約9週目の時点で問題なく生存していた。本来FGF23ノックアウトマウスでは老化形質により毛の艶を失い活動性の極端な衰弱を示してほぼ生存できない週齢であるが、このキメラマウスは、毛の艶もよく、動作も機敏であった。ただ、移植時からあまり体長や体重の増加がなく小さいままであり、骨形成細胞群からのFGF23は局所の骨成長に必須のサイトカインとして作用している可能性が示唆された。FGF23ノックアウトマウスは老化形質により脆弱で骨髄移植のレシピエントとしては適しておらず、現在移植後のストレスを軽減するための工夫を検討中である。骨髄でのホルモン産生細胞種の同定にほぼ成功したこと、野性型造血細胞のみでのFGF23ノックアウトマウスの老化形質の改善の可能性が示唆されたことから、当初の仮説の信憑性がとても高くなって来ている。到達度としては予定通りである。

食餌や強制的水分補給なども含めた工夫で移植後早期の生存率は上昇したものの、移植後4-5週で比較的元気であっても突然死する個体が多く、現在、移植時期の前倒しなどの検討を行っているところである。今後、予定通り、責任細胞腫であると思われる赤芽球での神経シグナル支配下でのホルモン産生機構をin vivo, in vitro両面で進めていく。また、野性型骨髄をFGF23ノックアウトマウスに移植して老化形質の改善を目指す研究項目も、移植後早期のストレスを回避できれば骨髄細胞がホルモンを産生して全身に影響を与えているという仮説を証明できるため、この移植を効率よく成功させる為の工夫を重ねて行く。具体的には、ホルモンやミネラルバランス異常を是正する食事による一時的補完を試みており、ほぼ順調に進んでいる。できあがった効率のよいシステムで骨髄細胞由来のホルモンの全身作用について検討を重ねて行く。
超励起酸素原子(O^<**>)ビームを用いた超伝導の薄膜 成長と発現機構の研究

平成8年度は、前年度に作製した励起原子ビーム源を更に改良し、真空槽内にメカニカルチョッパーを設置し、励起原子ビームをパルス化した。こうして作製したパルスビームの約50cm下流に光電子増倍管(セラトロン)を設置し、この信号をメカニカルチョッパーのゲート信号をトリガーとして積算することにより、作製した励起酸素原子ビームの飛行時間(TOF)スペクトルが求められるようになった。その結果、ヘリウム準安定励起原子では3000m/s付近を極大とする分布が得られるのに対し、励起酸素原子ビームは2000及び500m/s付近を極大とする分布を持つ事がわかった。さらにこの励起酸素原子ビームのTOFスペクトルにおいていくつかの内部構造ピークが観測された。このことは、励起酸素原子のエネルギー状態によって異なる速度分布を持つ可能性があることを示唆しており、作製した励起酸素原子ビームの飛行時間選別を行うだけで励起酸素原子のエネルギー状態を選別出来る可能性が出てきた。これについてはレーザー等を用いた更に詳細な実験による検証を検討中である。また本年度は、作製した励起原子ビーム源を差動排気チャンバーを介して、超伝導薄膜を作製するための超高真空チャンバーへの接続も試みた。その結果、励起酸素原子ビームを流している状態で超高真空チャンバーの真空度を保つためにはイオンポンプだけによる排気では困難であることがわかった。そこで新しくターボ分子ポンプを購入し、超伝導薄膜作製用超高真空チャンバーへの接続を行った。更に、本研究で作製したビーム源において、酸素ガスの代わりに窒素や二酸化炭素等のガスを用いる事により、励起窒素原子や上記の励起酸素原子とエネルギー状態の異なるビームが作製出来る事もわかり、生成条件を追求している。平成7年度は、励起原子ビーム源および差動排気チャンバーの作製を行った。作製したビーム源の調整を行うために、まずヘリウムガスを用いてHe^*(2^3S)準安定励起原子ビームを生成してビーム強度の調整を行ったところ、10^<14>atoms s^<-1>sr^<-1>のビーム強度を達成した。次に、ヘリウムと酸素を任意の割合で混合したガズを用いて同様な実験を行い、その混合比と放電条件を調整することにより励起酸素原子(O^<**>)ビームが最も効率よく安定に生成される条件を求めた。その結果、250V,60mAのプラズマ放電によりビームを生成することに成功し、その混合ビームの強度を求めるためにビーム下流にステンレス板を設置してその板に流れる電流を測定したところ、6.2nAであった。このことから生成した混合ビームの強度は6.7×10^<13>atoms s^<-1>sr^<-1>と求められた。このときの装置の圧力条件は、混合ガスの押し圧が60Torr、励起原子生成チャンバーの真空度が2×10^<-3>Torr、そして差動排気チャンバーの真空度が2.5×10^<-6>Torrであり、超高真空チャンバーへの接続が可能な圧力条件であることも確認した。さらに、質量分析器を用いて生成したビームの質量分析を行い、放電の開始前と後で質量数(M/Z)が32の物質と16の物質との成分比を調べた結果、O^<**>ビームが生成されていることも確認した。また、当初の計画ではビーム源の放電電極にモリブデンを用いていたが、これが酸化腐食されるため本研究に用いる電極としては不適切であることがわかった。この問題は電極の材料に白金を用いることにより解決された。

こうして作製したパルスビームの約50cm下流に光電子増倍管(セラトロン)を設置し、この信号をメカニカルチョッパーのゲート信号をトリガーとして積算することにより、作製した励起酵素原子ビームの飛行時間(TOF)スペクトルが求められるようになった。その結果、ヘリウム準安定励起原子では3000m/s付近を極大とする分布が得られるのに対し、励起酸素原子ビームは2000及び500m/s付近を極大とする分布を持つ事がわかった。さらにこの励起酸素原子ビームのTOFスペクトルにおいていくつかの内部構造ピークが観測された。このことは、励起酸素原子のエネルギー状態によって異なる速度分布を持つ可能性があることが示唆しており、作製した励起酸素原子ビームの非行時間選別を行うだけで励起酸素原子のエネルギー状態を選別出来る可能性が出てきた。これについてはレーザー等を用いた更に詳細な実験による検証を検討中である。また本年度は、作製した励起原子ビーム源を差動排気チャンバーを介して、超伝導薄膜を作製するための超高真空チャンバーへの接続も試みた。その結果、励起酵素原子ビームを流している状態で超高真空チャンバーの真空度を保つためにはイオンポンプだけによる排気では困難であることがわかった。そこで新しくターボ分子ポンプを購入し、超伝導薄膜作製用超高真空チャンバーへの接続を行った。更に、本研究で作製したビーム源において、酸素ガスの代わりに窒素や二酸化炭素等のガスを用いる事により、励起窒素原子や上記の励起酸素原子とエネルギー状態の異なるビームが作製出来る事もわかり、生成条件を追及している。
胚の中軸骨格形成過程をモデルとした骨格系組織の発生・分化機構に関する研究

骨格系組織の発生、分化機構において、BMPならびにその拮抗分子nogginが重要な働きをしている可能性を、これまでの研究で明らかにしてきた。すなわち、成体での異所性骨誘導を指標として単離されたBMPが、胎児での骨格形成の初期にそのリガンドとレセプターが発現し、さらにその部位でBMPタンパクが機能しうること、noggin遺伝子も骨格発生部位で特異的に発現することを明らかにした。本年度はBMPとnogginの相互作用を調べる目的で、両者の遺伝子発現の空間的時間的な差異をより詳細に検討し、さらに器官培養系を用いたnogginの発現制御について調べた。骨格前駆細胞の凝集が始まるマウス胚11.5日齢から13.5日齢において、BMP7とnogginが骨格発生部位の非常に近接した部位で発現すること、BMP2やBMP4とnogginの発現部位は離れていることを見いだした。また15.5日齢胚の肥大軟骨層に至るまでnogginの遺伝子発現が持続していることがわかった。nogginの発現制御に関しては、マウス胚11.5日齢から取り出した組織(肢芽、体幹の組織)にBMP7を埋入し、器官培養を行ったところ、埋入後24時間以内に、nogginの強い発現誘導が起きることを見いだした。同じ部位に軟骨前駆細胞の形質マーカーである、2型コラーゲンやSox9の遺伝子発現も誘導されることから、nogginの発現誘導は軟骨前駆細胞群において起きていることがわかった。これらの結果から、骨格組織発生において前駆細胞凝集が行われる部位に、BMP7とnogginが近接して発現し、その両者の間には密接な相互関係がある可能性が示唆された。骨格の形成は、中胚葉(あるいは神経外胚葉由来)の細胞が位置の決定を受け、移動し、さらに周囲の組織(細胞)との組織間相互作用を通じて分化と増殖を繰り返し、骨芽細胞から軟骨細胞への分化の過程をへて、あるいは直接的な骨芽細胞への分化により骨格の形が出来上がる。これらの発生、分化の制御機構を理解する目的で行ってきたこれまでの研究で、成体での異所性骨誘導を指標として単離されたBMPが、胎児での中軸骨格形成の初期にそのリガンドとレセプターが発現し、さらに局所でBMPタンパクを胎児に埋入することにより、以降の中軸骨格形成過程に影響を与えることを示し、BMPが骨格形成過程での制御分子のひとつであることを明らかにした。今年度は、ツメガエル胚でBMPの拮抗分子として報告されたnogginに焦点をあて、nogginの骨格形成過程の制御分子としての可能性について検討した。ツメガエル初期胚の神経誘導ならびに背側中胚葉の決定因子として同定されたnogginが、中胚葉形成の背腹軸決定においてBMPと機能的に拮抗することが示され、その作用はnogginとBMPが直接結合する事によりおこることが報告されている。そこで高等脊椎動物の骨格組織形成においてnogginの作用について検討するため、マウス胎児の主として骨格系組織におけるnogginの発現パターンの解析と、鳥胚を用いたnogginタンパクの埋入によりおこる変化についての解析を行った。マウス胎児9.5日齢胚から15.5日齢胚でのin situhybridization法を用いた解析を行ったところ、nogginは9.5日齢胚での体節に発現が始まり、引き続いて体幹中軸骨格の前駆細胞に発現が見られた。さらに13.5日齢になると、nogginは頭蓋や四肢など他の骨格組織の発生中の軟骨にも強く発現が認められ、一方膜性骨化を行う組織では発現が見られなかった。他の部位では前脳や皮下組織に弱い発現が認められた。nogginの発現部位の近傍ではBMPの発現が見られ特にBMP4とは一部相補的な、またBMP7とは重複した発現パターンを示した。これらの結果からマウス発生過程でnogginは骨格形成組織の軟骨形成期に発現していることがわかった。さらに、鳥胚3日胚の中軸近傍背側にリコンビナントnogginタンパクを埋入させたところ、内在性のBMP並びにMyf5遺伝子の発現が消失した。この作用はBMPタンパクの場合と逆であり、BMPとnogginの作用が拮抗している可能性を示した。これらin vivoでの解析から、nogginは発生中の軟骨に選択的に発現し、BMPと何らの相互作用がある可能性が示唆され、また中軸骨格のパタ-ニングにおいてしているもBMPと拮抗していることが示唆された。また以上の結果からnogginは骨格形成過程での新しい制御分子である可能性が示された。

骨格前駆細胞の凝集が始まるマウス胚11.5日齢から13.5日齢において、BMP7とnogginが骨格発生部位の非常に近接した部位で発現すること、BMP2やBMP4とnogginの発現部位は離れていることを見いだした。また15.5日齢胚の肥大軟骨層に至るまでnogginの遺伝子発現が持続していることがわかった。nogginの発現制御に関しては、マウス胚11.5日齢から取り出した組織(肢芽、体幹の組織)にBMP7を埋入し、器官培養を行ったところ、埋入後24時間以内に、nogginの強い発現誘導が起きることを見いだした。同じ部位に軟骨前駆細胞の形質マーカーである、2型コラーゲンやSox9の遺伝子発現も誘導されることから、nogginの発現誘導は軟骨前駆細胞群において起きていることがわかった。これらの結果から、骨格組織発生において前駆細胞凝集が行われる部位に、BMP7とnogginが近接して発現し、その両者の間には密接な相互関係がある可能性が示唆された。
今日の「教育困難校」における学校文化の変様に関する調査研究

本研究は、「教育困難校」における近年の「学校文化」の変容を調査・分析することをとおして、これからの大衆的高校教育のビジョンを考察したものである。得られた知見として、1.「学校文化」の外枠を構成するものとして、教育課程の構造、評価システム、生徒管理システムの3領域を中心に、この間の変容の動向を明らかにした。全体として、高校が今や「義務制の大衆学校」であると言う認識に立って、フォーマルな「学校文化」を再構成していく方向がひらかれつつある。2.フォーマルな「学校文化」に対する対抗文化としての今日の生徒文化、若者文化の動向を分析した。分析概念として、W.J.オングの「声の文化(オラリティ)」と「文字の文化(リテラシー)」を用いた。今日、若者文化の中に、新たな形でフォークロア現象をともなう「声の文化」が復興しつつあること、それに対し、フォーマルな学校文化が伝統的な「文字の文化」のもつ思考・表現・メンタリティにみずからを閉ざしていること、ここから、今日の教育困難の文化的背景として、文字の文化と声の文化との対抗という構図をうきぼりにすることができる。3.研究の後半の過程でうかびあがってきた、「共通教養(共通文化)」論の再考を中心とする「文化と平等」をめぐる問題に一定の考察を加えた。とりわけ平等文化(イコールカルチャー)とは異なる共通文化(コモンカルチャー)の今日的意義を明らかにすることで、中等教育の多様化の動向に対する一定の知見を得た。本研究は、「教育困難校」の現場に働く教員との共同の研究として、東京、神奈川、埼玉の高校普通科「底辺校」を対象として、学校文化の今日的変様を調査、分析しようとするものである。初年度である平成4年度における研究の経過は、以下のとおりである。1)「底辺校」の学校文化の外枠を規定するものとして、教育課程の構造、進級・卒業に関する評価システム、生徒管理に関する慣行・システムの3つに焦点をすえた。そして、東京、神奈川、埼玉、さらに愛知、京都の普通科の現場教員へのヒアリング、及び共同対議を継続的におこないながら、上の3つの領域におけるこの5年間ほどの変様の動向に関する基礎的データの収集と分析をすすめてきた。2)その中で、今日的な「教育困難」の重圧が、かかる学校文化の構成要素の、きわめて大きな変様をうながしつつある実態がうきぼりにされた。他方で、対抗文化としての生徒文化の内実を明らかにするために、調査対象の5校から20名ほどの生徒に、彼らの学校観、教師観をうきぼりにするためのヒアリング調査をおこなった。制度としてのフォーマルな学校文化と、大衆的青年文化としての生徒文化とのズレの、今日の姿をある程度、分析することができた。3)「教育困難校」のこのような現状をふまえて、これからの高校教育のビジョンを構想するとき、大きな理論問題となるのが、共通教養論を含めての「文化と平等」をめぐる問題である。このテーマについて論文を執筆し、一定の新たな知見を提示することができた。本研究は、「教育困難校」といわれる高校を対象としておこなった「学校文化」に関する調査研究である。成果の概要として1.「学校文化」の制度的枠組として、(1)教育課程(2)評価システム(3)生徒管理、をおき、近年におけるその変様過程を明らかにした。2.上の現状をふまえ、高校における「共通教養(common calture)」概念の問いなおしについて考察を重ねた。3.在学年及び中退者へのヒアリング調査をとおして、制度としてのフォーマルな学校文化と、大衆的青年文化としての生徒文化とのズレの今日的様相を明らかにすることができた。とりわけ、研究の後半では、上記2に焦点をすえることになった。共通教養(文化)なるものを、平等文化(equal culture)とは明確に異なる意味で、共通(=common)の内実を捉えなおす考察をすすめることによって、「文化と平等」をめぐる問題にせまることになった。
アレーアンテナの素子数より到来波数が多い場合の到来波数推定法に関する研究

本年度においては,大きく2つの研究成果が得られたまず,1つ目の研究成果について説明する.1つ目の研究成果は,素子数以上の到来方向推定を可能とするために提案されたアレー自由度拡張処理を応用し,素子数以上の到来波数推定法の提案を行った事である.具体的には,N素子のシニングアレーアンテナを用い,アレー自由度拡張処理によって得られるN'(N'>N)素子のULA(Unifom Linear Array)に相当する相関行列の隣り合う固有値の比率を用いて到来波数推定を行う方法である.しかし,アレー自由度拡張処理によって得られる相関行列は,その漸近的な特性により,隣り合う固有値の比率を用いて到来波数推定を行うと,波数推定精度が劣化してしまう課題があった.そこで,その問題を解決するため,得られた固有値の平均値を各固有値に足し合せ,それらの比率をとって到来波数を推定することにより,高精度な到来波数推定法が可能となることを見出した.次に2つ目の研究成果について説明する.2つ目の研究成果は,情報量基準を用いて素子数以上の到来波に対する波数推定法を提案した事である.具体的な内容を,次に説明する.まず,1つ目の研究成果で用いたアレー自由度拡張処理によって得られる,N'(N'>N)素子のULAに相当する相関行列をベクトル化し,zを得る.そして,候補モデルの次数分の到来方向をroot-MUSIC法により推定し,N'(N'>N)素子のULAに相当する相関行列を再構築する.そして,この相関行列をベクトル化し,rを得る.そして,zとrの誤差が多次元正規分布に従うことを見出し,候補モデルの次数ごとに多次元正規分布を作成し,それらを情報量基準に代入することで,到来波数が可能となることを示した.なお,2つ目の研究は,2人の海外研究者と共同で進めた成果である.本年度においては,大きく2つの研究成果が得られたまず,1つ目の研究成果について説明する.1つ目の研究成果は,素子数以上の到来方向推定を可能とするために提案されたアレー自由度拡張処理を応用し,素子数以上の到来波数推定法の提案を行った事である.具体的には,N素子のシニングアレーアンテナを用い,アレー自由度拡張処理によって得られるN'(N'>N)素子のULA(Unifom Linear Array)に相当する相関行列の隣り合う固有値の比率を用いて到来波数推定を行う方法である.しかし,アレー自由度拡張処理によって得られる相関行列は,その漸近的な特性により,隣り合う固有値の比率を用いて到来波数推定を行うと,波数推定精度が劣化してしまう課題があった.そこで,その問題を解決するため,得られた固有値の平均値を各固有値に足し合せ,それらの比率をとって到来波数を推定することにより,高精度な到来波数推定法が可能となることを見出した.次に2つ目の研究成果について説明する.2つ目の研究成果は,情報量基準を用いて素子数以上の到来波に対する波数推定法を提案した事である.具体的な内容を,次に説明する.まず,1つ目の研究成果で用いたアレー自由度拡張処理によって得られる,N'(N'>N)素子のULAに相当する相関行列をベクトル化し,zを得る.そして,候補モデルの次数分の到来方向をroot-MUSIC法により推定し,N'(N'>N)素子のULAに相当する相関行列を再構築する.そして,この相関行列をベクトル化し,rを得る.そして,zとrの誤差が多次元正規分布に従うことを見出し,候補モデルの次数ごとに多次元正規分布を作成し,それらを情報量基準に代入することで,到来波数が可能となることを示した.なお,2つ目の研究は,2人の海外研究者と共同で進めた成果である.
ADAM28の肺癌患者におけるモニターと新規基質解析

ADAM(a disintegrin and metalloproteinase)は、MMP(matrix metalloproteinase)近縁遺伝子ファミリーに属する分子で、癌細胞増殖・浸潤・転移への関わりが注目されている。本研究課題では、精製したリコンビナントADAM28タンパクを抗原として作製した2種類のモノクローナル抗体を組み合わせてELISA系を開発した。本ELISA系は、MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-7, MMP-9,MTI-MMP, ADAM8,ADAM9,ADAMTS4とのcross-reactivityがなく、1 ng/mlの検出感度をもってADAM28を特異的に認識することを確認した。肺癌患者(n=102)と健常者(n=12)の血清中のADAM28濃度を測定すると、健常者では平均値が1.1 ng/mlであるのに対し、癌患者では4.5倍有意に高く、病期が上がるにつれて高値を示した(I, II, III, IV期で2.1, 5.1, 10.9,13.5ng/ml)。また、腫瘍径が3cm以上の症例はそれ以下の症例より有意に高値であり、リンパ節転移陽性例は陰性例より有意に高値であった。さらに、肺癌切除後1週では術前に比較し有意に低値を示し、再発例では高値を示した。肺癌患者(n=91)のうち75%で尿中に活性型ADAM28がイムノブロット法で検出され、陽性率はI期では24%であるのに対しII-IV期では51%と有意に高く、健常者(n=20)では全てで陰性であった。一方、ADAM28の新規基質探索のため、ADAM28高発現細胞株をADAMインヒビター存在・非存在下で培養し、得られたタンパク質を異なる蛍光色素で標識後、二次元電気泳動法での分離と画像解析ソフトウエアによる定量的差異解析を行い、3種類の新規候補分子を見出した。これまでの研究により、我々はヒト肺癌と乳癌においてADAM28が癌細胞特異的に活性型酵素として高発現することを明らかにし、前者においてはADAM28 mRNA発現レベルがリンパ節転移と相関することを報告してきた。本研究においては、ヒト肺癌患者の癌組織・血液・尿検体中におけるADAM28蛋白を検出し、産生レベルと臨床病理学的因子との相関を明らかにすることを目指して研究を進めた。精製したリコンビナントADAM28蛋白を抗原としてモノクローナル抗体を作製し、イムノブロット法により異なるエピトープを認識する2種類の特異抗体を得た。これらの抗体を組み合わせてELISA系を作製し、精製したリコンビナントADAM28をスタンダードとして検量線を:確定するとともに、MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-7,MMP-9,MT1-MMP, ADAM12,ADAMTS-4とのCross-Reactivityがないことを確認した。本ELISA系を用いて肺癌患者(n=25)と健常者(n=7)の血清中のADAM28濃度を測定すると、癌患者の方が4.5倍有意に高値を示した。また、肺癌患者(n=49)のうち33%で尿中に活1生型ADAM28がイムノブロット法で検出され、陽性率はstage Iでは11%であるのに対しstage II-HVでは62%と有意に高かった。一方、健常者(n=20)では全てで陰性であった。現在、検体数を増やして臨床病理学的因子との詳細な関連を検討している。