hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
森林の生態系機能に関わる樹冠層・土壌層の資源動態と節足動物群集の連関構造

樹冠層に大量のリターを保持するスギにおいて,菌類・枯死有機物に依存する代表的な土壌節足動物のトビムシに着目し,土壌層に生息する一群との比較を通じて,樹上の'懸垂土壌'での時空間構造と生活史を明らかにした.スギ樹冠層のトビムシ群集は,土壌層からの移動によって供給される種と,樹上のみを利用する種によって構成され,種ごとに時間的・空間的に異なる分布様式を示していた.樹冠・土壌両層における節足動物群集の空間分布構造とその経時変化,リター動態から,腐食連鎖系の中核をなすこれらの動物群が,樹上環境にも適応することによって,森林の垂直構造を効率的に利用していることを明らかにした.付着リターがもたらす樹上の複雑な空間構造と豊富な資源量が,腐食性動物の生息環境を多様にし,さらに,土壌と樹上間の移動が樹上の群集形成に大きな影響を及ぼすことが示された.また,亜熱帯林の着生シダ(オオタニワタリ;以下,シダ)内に堆積しているリターの特性を明らかにし,この'懸垂土壌'内に形成されるササラダニ群集の構造との関連を解析した.すなわち,シダ着生の有無によるササラダニ群集の種数を比較し,シダの存在が森林全体のササラダニ群集の種多様性に及ぼす影響を明らかにした.イタジイ林全体のササラダニ種数は,シダの有無だけでは大きくは変化しなかった.しかし,この着生シダの存在は,その環境に特異的な種の生息を可能にしていたため,亜熱帯林における多様性維持機能において重要な役割を果たしている可能性があることが強く示唆された.これらの成果は,森林の構造的多様性が分解系生物群集に及ぼす影響を明らかにしたものであり,土壌動物が森林の垂直的階層構造を利用して多様な群集を成立させていることが,森林や基質の違いによらず普遍性を持つことが初めて示された.樹冠層に大量のリターを保持するスギにおいて,菌類・枯死有機物に依存する代表的な土壌節足動物のトビムシに着目し,土壌層に生息する一群との比較を通じて,樹上の'懸垂土壌'での時空間構造と生活史を明らかにした.スギ樹冠層のトビムシ群集は,土壌層からの移動によって供給される種と,樹上のみを利用する種によって構成され,種ごとに時間的・空間的に異なる分布様式を示していた.樹冠・土壌両層における節足動物群集の空間分布構造とその経時変化,リター動態から,腐食連鎖系の中核をなすこれらの動物群が,樹上環境にも適応することによって,森林の垂直構造を効率的に利用していることを明らかにした.付着リターがもたらす樹上の複雑な空間構造と豊富な資源量が,腐食性動物の生息環境を多様にし,さらに,土壌と樹上間の移動が樹上の群集形成に大きな影響を及ぼすことが示された.また,亜熱帯林の着生シダ(オオタニワタリ;以下,シダ)内に堆積しているリターの特性を明らかにし,この'懸垂土壌'内に形成されるササラダニ群集の構造との関連を解析した.すなわち,シダ着生の有無によるササラダニ群集の種数を比較し,シダの存在が森林全体のササラダニ群集の種多様性に及ぼす影響を明らかにした.イタジイ林全体のササラダニ種数は,シダの有無だけでは大きくは変化しなかった.しかし,この着生シダの存在は,その環境に特異的な種の生息を可能にしていたため,亜熱帯林における多様性維持機能において重要な役割を果たしている可能性があることが強く示唆された.これらの成果は,森林の構造的多様性が分解系生物群集に及ぼす影響を明らかにしたものであり,土壌動物が森林の垂直的階層構造を利用して多様な群集を成立させていることが,森林や基質の違いによらず普遍性を持つことが初めて示された.1.30年生スギ人工林において、節足動物群集の餌・すみ場所資源であるリターの動態を明らかにするために、その樹冠層と土壌層(L層)に存在するリター量、および両層間を移動するリターフォール量の季節変化を調査した。樹冠層に滞留する平均リター量は、約34ton dry wt ha^<-1>で、1年を通じてほぼ一定していたのに対し、土壌層では約8ton dry wt ha^<-1>であり、秋季の減少傾向がみられた。年間の土壌層への資源移動量(リターフォール量)は、約46ton dry wt ha^<-1>yr^<-1>であり、冬季に集中していた。また、枯葉は地上高1213m、枯枝は911mの範囲に最も多く付着・滞留しており、垂直分布に季節変化はほとんどみられなかった。2.スギ林内の異なる資源を利用する節足動物群集の構成と量的特性を明らかにした。樹冠層の枯葉、枯枝、生葉からは、ササラダニ類(Oribatida)、トビムシ目(Collembola)、ユスリカ(Chironomidae)幼虫など、腐食・菌食性の小型節足動物が多数採集され、とくに枯葉で4.211.7g^<-1>leaf dry wtにのぼる密度を記録した。一方、土壌リターにおいても、ササラダニ、トビムシ、捕食性トゲダニ・ケダニ類(Gamasida, Prostigmata)が多数採集され、その密度は2.422(×10^4)m^<-2>に達した。

しかし、節足動物群の構成と、両層ともにその80%を占めていたササラダニとトビムシの科構成は、樹冠層・土壌層間で大きく異なっていた。3.腐食・菌食性節足動物群集において優占するトビムシについて、生活史と時空間分布を明らかにした。異なる高さごとの密度の季節変化と生活史の結果から、6種からなる樹冠層のトビムシ群集は、土壌層からの移動により供給される種と樹上のみを利用する種によって構成され、さらに種ごとに時間的・空間的に異なる分布様式を示した。とくに優占していた樹上性トビムシ3種では、高さごとの体サイズ分布の違いから、森林の垂直構造に対応して齢構造が変化していることも明らかとなった。4.樹冠層の資源動態の比較のため、亜熱帯林の着生シダ内に堆積するリター中のササラダニについても予備調査を行なった。1.30年生スギ樹冠,土壌両層のリター上において最も優占していたトビムシ(Xenylla brevispina)について,その生活史および密度の季節変化を明らかにし,本種の樹冠層と土壌層の利用様式と本種個体群の維持における両層間の移動の適応的意義について議論した.個体数密度および占有率の季節変化から,樹冠層と土壌層の集団は互いに密接に関連しており,本種が森林の三次元構造を効率的に利用する種であることを示した.すなわち,耐乾性に優れる本種は,土壌層と樹冠層の間の垂直的な移動によって,繁殖と競争回避において適した場所の選択を可塑的に行なっており,これにより,本スギ林内の最優占種の地位を確立できたと結論づけた.一方,本種の樹冠層から土壌層への移動は,クモ等の普遍的な樹上性捕食者に対して餌資源を供給することになるため,このような腐食性節足動物の上方への移動(腐食流入detrital infusion)が,他の樹上性節足動物の群集構造に大きな影響を及ぼしている可能性を強く示唆した.2.沖縄本島イタジイ林内の着生シダ(オオタニワタリ)の構造的特徴,サイズ,着生高,個体間距離や着生樹木のサイズが,腐食・菌食性のササラダニの群集構造に及ぼす影響を明らかにした.シダ上に堆積するリター量は,シダのサイズによってのみ決まっていた.シダ内から51999個体,比較のための林床から18706個体の無脊椎動物を採取し,いずれにおいてもササラダニ類が個体数および種数ともに優占していることを明らかにした.シダ堆積リター内のササラダニ群集では,その種数・個体数とシダのサイズとの間には正の相関があり,サイズにより種組成も異なっていた.また,着生樹木のサイズが大きくなるにつれてササラダニの種多様度は高くなったが,シダ間の距離だけは,ササラダニの群集構造には影響を及ぼさなかった.したがって,シダの構造や着生樹木サイズの多様性は,シダ内に生息するササラダニの種多様性に影響を及ぼすことが明らかとなった.1.Xenylla brevispinaをはじめ6種からなるスギ樹冠層のトビムシ群集は,土壌層からの移動により供給される種と樹上のみを利用する種によって構成され,種ごとに時間的・空間的に異なる分布様式を示していた.これらの結果をもとに,樹冠・土壌両層における節足動物群集の空間分布構造とその経時変化を,リターの動態と関連させつつ検討し,腐食連鎖系の中核をなすこれらの動物群が,樹上環境にも適応することによって,森林の垂直構造を効率的に利用していることを明らかにした.2.オオタニワタリ(以下,シダ)着生の有無によるササラダニ群集の種数を比較し,シダの存在が森林全体のササラダニ群集の種多様性に及ぼす影響を明らかにした.イタジイの葉,枝および樹皮,林床のリターと土壌,シダの堆積リターと根部の7部位から得た211種,47995個体のササラダニを解析した結果,個体数密度はシダ根部,林床リターの順に高く,種多様度は林床リターと土壌が他の5環境よりも高かったが,シダ上2環境での種多様度は,林床や樹皮よりも低かった.
網膜、毛様体、虹彩からの神経幹細胞の分離培養

現在、社会的に問題となっている中途失明者の原因の多くは網膜の視細胞が選択的に障害されることによる。これらの網膜疾患に対して胎児網膜組織を移植することが欧米では試みられているが、胎児組織を利用することの倫理的問題、ドナー不足の問題、拒絶反応など問題も多い。我々は網膜幹細胞を培養して、視細胞移植の細胞源として臨床応用できないかを検討している。今回、胎児網膜、成体虹彩、成体毛様体から網膜幹細胞を分離培養しうるか、またこれらの細胞が視細胞への分化能を有しているかを確認した。ラットの胎児網膜をneurosphere法で培養することにより、神経前駆細胞のマーカーであるネスチンを発現する網膜前駆細胞を培養することができた。これらの網膜前駆細胞は分化誘導条件下では効率よく視細胞にも分化する。しかし継代を重ねるとともに視細胞に分化する割合も減少し、網膜としての組織特異性が失われてしまうことが分かった。次に毛様体色素上皮や虹彩上皮から網膜幹細胞を培養できないかを試みた。成体ラットの毛様体色素上皮や虹彩上皮からは細胞分裂して増殖し、神経前駆細胞のマーカーであるネスチンを発現する神経前駆細胞を得ることができた。これらの細胞は分化誘導条件下で引き続き培養するとニューロンまたはグリアのマーカーを発現するが、視細胞に特異的なマーカーは発現しなかった。そこで視細胞の発生に必要不可欠なCrxホメオボックス遺伝子を導入すると、成体の毛様体組織や虹彩組織から視細胞に特異的なマーカーであるロドプシンやリカバリンを発現する細胞を得ることができた。毛様体組織と異なり、虹彩組織は臨床的に確立された周辺虹彩切除術で安全確実に自己組織を採取できる。そのため、今回虹彩組織から得られた視細胞が生体内でも機能することが確認できれば、将来拒絶反応のない視細胞移植として、臨床応用することも期待できる。我々は過去に成体ラット脳由来の神経幹細胞を硝子体中に移植すると移植細胞はすべて網膜に付着し、分化途中の幼若ラット網膜や障害を与えた成体ラット網膜では網膜内に生着し、20%以上は神経へと分化することを確認した。しかし、網膜神経の分化に最適な環境である胎児網膜に移植しても脳由来の神経幹細胞から視細胞を分化誘導することはできなかった。そこで、眼球組織から神経幹細胞/神経前駆細胞を培養した。ラット胎児網膜からは効率よく視細胞に分化する神経前駆細胞がneurosphereの形で得られた。また、ラット成体の毛様体色素上皮や虹彩上皮を神経幹細胞と同様の条件で培養して分裂増殖する細胞に、視細胞に特異的なホメオボックス遺伝子を導入することによって視細胞のマーカーであるロドプシンやリカバリンを発現させることができたが、海馬由来の神経幹細胞ではロドプシンの発現はなかった。このことから、同様の形態を示す神経前駆細胞も組織特異性を持つと考えられた。ただし、胎児網膜から得られた神経前駆細胞は継代の少ない細胞は豊富に視細胞へと分化するが、継代を重ねると視細胞への分化が減少することが確認された。神経前駆細胞は継代によって組織特異性を失ってさらに未分化な状態に移行するものと思われた。さらに視細胞に特異的なホメオボックス遺伝子Crxの導入では視細胞のマーカーを発現する細胞が、双極細胞に特異的なホメオボックス遺伝子Chx10の導入では双極細胞のマーカーを発現する細胞が得られた。このことは遺伝子導入により、神経幹細胞分化の方向性を操作することが可能であることを示す。

我々は網膜疾患の治療に使える網膜細胞移植の細胞源を検討するため、眼球内の種々の細胞が神経前駆/幹細胞の性質を持っているか、視細胞への分化能を持つかを調べた。まず、ラット胎仔網膜(E18)の細胞を塩基性線維芽細胞成長因子を添加した神経幹細胞培養の条件で培養するとneurosphereと呼ばれる神経前駆/幹細胞の細胞塊が得られる。Neurosphereは分割継代することにより細胞を増やすことができる。また、我々が過去に報告したように脳由来の神経幹細胞は視細胞へと分化しないが、胎仔網膜由来神経幹細胞からは多数の視細胞が分化する。これらのことから移植用の多量の視細胞を得られると考えられたが、一方、継代回数を重ねるに従って、視細胞への分化は減少し、10回以上の継代では視細胞への分化能が消失していた。そこで、次に網膜と同じ発生起源を持つ虹彩上皮細胞を神経幹細胞培養の条件で培養した後、分化誘導した。どちらもMAP5やニューロフィラメント陽性の神経細胞やGFAP陽性のグリア細胞には分化し、神経前駆細胞様細胞が得られることがわかったが、視細胞には分化しなかった。次に虹彩から得られた神経前駆細胞にレトロウイルスを用いて視細胞に分化するために必要なホメオボックス遺伝子を導入したところ、視細胞のマーカーであるロドプシン陽性の細胞が多数得られた。毛様体上皮細胞からも同様の方法によってロドプシン陽性細胞が得られた。現在いくつかの視細胞特異的ホメオボツクス遺伝子の組み合わせによってロドプシン陽性細胞が得られることが判明しており、どの組み合わせがより真の視細胞に近いかを検討している。虹彩細胞から機能する視細胞が得られれば、患者本人から採取した細胞を用いて視細胞移植の治療ができる可能性があり、今後、サルやヒトの細胞で同様の結果が得られるかを確認する。
クライオクーラの伝熱学的研究

クライオクーラの蓄冷器はメッシュ(金網状膜)が多層に重なり合った一種の多孔質固体で出来ており,熱エネルギーの温度勾配遡上方向への輸送を可能にしている.この蓄冷器と往復流動する熱媒体の間の熱移動現象を司る基本構成要素は,メッシュを構成する各細線と流体との間の非定常熱伝達および細線内部での非定常熱伝導である.昨年度は往復動流下において,細線を模擬した円柱周りの熱流動場の二次元非定常数値解析を行い,その結果得られる速度情報を用いて温度場を予備的に解析・検討した.本年度も引き続き,その二次元非定常数値計算を行い,併せて計算コードの三次元化へのアプローチについても検討を加えた.また,これとは別に,蓄冷器を多孔質固体総体として取り扱う形で,非ダルシー則を導入した熱的非平衡モデルを考案し,非定常数値解析を行った.その際,(1)非圧縮性流体,(2)時間と横方向座標のみに依存する完全発達流れの速度分布,(3)軸対称温度分布,(4)温度場に比べて早く定常状態が実現する速度場,の四項目を仮定として設け,この解析法の有効性を確認した.得られた結果として,多孔質体内での速度は固体壁近傍を除いて一様に正弦波的に変化する.この場合,圧力勾配は速度とある位相を保って変化する.空隙率が増すと,流れの非定常性が現れやすくなり,高次の調和振動が起こる.この高次の調和振動は有効摩擦係数に重大な影響を及ぼすことが分かった.また,再生器の効率はレイノルズ数が10^4であっても,通常のメッシュスクリーンの場合,0.9程度の高い値をとる.空隙率が増すと,温度変動の振幅はより大きくなり,再生器の効率が低下するということも分かった.クライオク-ラの蓄冷器はメッシュ(金網状膜)が多重に重ね合わさった一種の多孔質体で出来ており,熱エネルギーの温度匂配遡上方向への輸送を可能にしている.この蓄冷器と往復流動する作動流体の間の熱移動現象を司る基本構成要素は,メッシュを構成する各細線と往復動流体の間の非定常熱伝達および細線内部の非定常熱伝導である.本年度は往復動流下において,細線を模擬した円柱周りの熱流動場の二次元非定常数値解析を行い,その結果得られる速度情報を用いて温度場を予備的に解析・検討した.併せて,次年度に本格化させる予定である計算コードの三次元化へのアプローチについても検討を加えた.その一方で,数値計算結果との比較に備えるため,現有の往復動流実験装置の整備,とくに流路断面内に可能な限り一様な速度分布が実現するよう改造を行った.また,実験用流路中には通電加熱・壁温測定が可能な円柱を設置し,食用色素等を用いて円柱周りの流れの可視化を行うとともに,予備的な伝熱実験も行った.さらにこれとは別に,蓄冷器を多孔質体総体として取り扱う形で,非ダルシー則を導入した熱的非平衡モデルを考案し,数値解析を行った.その際,(1)非圧縮性流体,(2)流れは完全に発達しており,速度分布は流れに直交する座標と時間にのみ依存する,(3)非定常軸対称温度分布,(4)温度場に比べて早く定常状態が実現する速度場,の四項目を仮定として設けた.この数値解析の結果を吟味し,次年度におけるこの解析手法の有効性検討とそれを用いたフルスケールモデルの構築に備えた.クライオクーラの蓄冷器はメッシュ(金網状膜)が多層に重なり合った一種の多孔質固体で出来ており,熱エネルギーの温度勾配遡上方向への輸送を可能にしている.この蓄冷器と往復流動する熱媒体の間の熱移動現象を司る基本構成要素は,メッシュを構成する各細線と流体との間の非定常熱伝達および細線内部での非定常熱伝導である.昨年度は往復動流下において,細線を模擬した円柱周りの熱流動場の二次元非定常数値解析を行い,その結果得られる速度情報を用いて温度場を予備的に解析・検討した.本年度も引き続き,その二次元非定常数値計算を行い,併せて計算コードの三次元化へのアプローチについても検討を加えた.また,これとは別に,蓄冷器を多孔質固体総体として取り扱う形で,非ダルシー則を導入した熱的非平衡モデルを考案し,非定常数値解析を行った.その際,(1)非圧縮性流体,(2)時間と横方向座標のみに依存する完全発達流れの速度分布,(3)軸対称温度分布,(4)温度場に比べて早く定常状態が実現する速度場,の四項目を仮定として設け,この解析法の有効性を確認した.得られた結果として,多孔質体内での速度は固体壁近傍を除いて一様に正弦波的に変化する.この場合,圧力勾配は速度とある位相を保って変化する.空隙率が増すと,流れの非定常性が現れやすくなり,高次の調和振動が起こる.この高次の調和振動は有効摩擦係数に重大な影響を及ぼすことが分かった.また,再生器の効率はレイノルズ数が10^4であっても,通常のメッシュスクリーンの場合,0.9程度の高い値をとる.空隙率が増すと,温度変動の振幅はより大きくなり,再生器の効率が低下するということも分かった.
アイトラッキング法と質的評価を用いて顎変形症患者における顔貌の自己認識を分析する

本研究では、口腔外科医10名と矯正歯科医10名が顎変形症患者30名の正貌写真を用いて対称性を主観的に評価し、正貌写真分析ならびに評価時のアイトラッキング法による視線分析結果との関連を検討した。その結果、対称性の主観的評価には、オトガイの偏位度や口裂の傾斜が大きく影響していた。また、アイトラッキング法の注視点分析結果では、初回注視点は鼻部が最も多く、注視時間はオトガイ部、鼻部、口唇部の順で高い値を示した。顎矯正手術の社会的認知による患者数の増加とそれに伴う主訴の多様化がみられる。患者の抱える問題点を明確にするため本研究を行った。評価資料には、顎変形症患者から選択した30名(男性7名、女性23名)の顎矯正手術前に自然頭位で撮影した顔面正貌写真を用いた。主観的評価の評価者は、口腔外科医10名および矯正歯科医10名とした。顎変形症患者の正貌写真評価時における評価者の視線運動はアイトラッキング法により測定し、評価時間内の注視時間と注視点分布について検討を行った。主観的評価は顔貌の対称性について評価し3段階に分類させた。また、評価資料の客観的評価として顔面の距離計測、角度計測を行った。【結果】主観的評価では評価者20名の評価結果について信頼性を確認するためにkappa係数と級内相関係数を求めた。Kappa係数では全評価者間では中等度以上の一致率を認めたものが55.8%であった。同係数は口腔外科医間では51.1%であったのに対し、矯正歯科医間では71.1%と矯正歯科医間での一致率の方が高かった。また、級内相関係数での検討においても口腔外科医間では0.63であったのに対し、矯正歯科医間では0.74(全体0.68)と矯正歯科医間で相関が高かった。客観的評価と主観的評価との関係についてSpearmanの順位相関を用いて検討した結果、客観的評価項目のうち顔貌の垂直基準に対するオトガイの角度ならびに鼻の角度、水平基準に対する口裂の角度、下顎角部の角度的非対称度、口角部の角度的非対称度、距離非対称度において主観的評価と相関関係を認めた。注視点分布の検討でも初回注視点は鼻部に最も集中していた。注視時間はオトガイ部、鼻部、口唇部と中顔面から下顔面の正中に集中していた。以上よりオトガイの顔面正中に対する偏位や口唇の傾斜を中心に下顔面の形態が対称性の評価に大きく関与していると考えられた。顎矯正手術の社会的認知による患者数の増加とそれに伴う主訴の多様化が見られる。患者の抱える問題点を明確にするため本研究をスタートさせた。評価資料には、顎変形症患者の中から選択した30名(男性7名、女性23名)の顎矯正手術前に自然頭位で撮影した顔面正貌写真を用いた。顎変形症患者の正貌写真評価時における評価者の視線運動はアイトラッキング法により測定し、評価時間内の注視時間と初回注視点について検討した。また評価資料の客観的評価として顔面の距離的、角度的計測を行った。【結果】主観的評価では20名の評価者の評価の信頼性を確認するためkappa係数と級内相関係数を求めた。kappa係数では全評価者間では中等度以上の一致率を認めたものが55.8%であった。同係数は口腔外科医間では51.1%であったのに対し矯正歯科医間では71.1%と矯正歯科医間での一致率の方が高かった。また級内相関係数での検討においても口腔外科医間で0.63、矯正歯科医間で0.74(全体0.68)と矯正歯科医間で相関が高かった。客観的評価と主観的評価との関係についてSpearmanの順位相関を用いて検討した結果、客観的評価項目の∠Me to VL、∠Sn to VL、∠ChL to HL、顎角部の角度的非対称度、口角部の角度的非対称度、距離的非対称度において相関を認め、オトガイの偏位と口唇周囲の形態が対称性の評価に大きく関与していると考えられた。初回注視点は鼻部に最も集中していた。以上より正貌における対称度の評価にはオトガイの偏位度や口裂の傾斜が大きく関与していると考えられた。アイトラッキング法による視線分析と主観的評価に関して評価者20名で分析し、主観的評価に関してはkappa係数、級内相関係数を用いて評価者間の評価の一致率を確認することができた。

また、主観的評価、客観的評価および注視点の関連性を統計学的に検討し、正貌における顔面対照度の評価に影響する項目を抽出できたと考える。今後は、患者による患者自身の顔貌評価について視線分析による注視点解析、主観的評価、ならびに質的研究を行うことで患者が抱える問題点を明確にしより患者が満足できる治療システムの確立を行いたい。それにはまず、質的研究に用いるグランデッド・セオリーアプローチのテクニックを習得しなければならず、同手法の習熟者とディスカッションを重ねる必要があると考える。アイトラッキング法による視線分析に用いるパーソナルコンピュータが古くこれは新規購入を申請したいと考える。また、学会参加のための旅費は申請したいと考えている。
鉄代謝関連分子Ngalの炎症性腸疾患における役割とその鉄利用阻害に基づく治療開発

IL-10KOマウスおよびIL-10/Ngal KOマウスにおいて、組織学的炎症および腸管組織および腸管膜リンパ節細胞における炎症性サイトカインの発現(TNF-a, IFN-g, IL-17)を経時的に検討した。その結果、IL-10KOマウスと比較し、IL-10/Ngal DKOでは生後早期(4週齢)から組織学的炎症は著明に増悪し、各種炎症性サイトカイン産生の有意な増加を認めた。生後3週齢のIL-10KOおよびIL-10/Ngal DKOマウスの盲腸内容物を用いてT-RFLP法にて腸内細菌叢の変化を検討したが、両群間に有意な差を認めなかった。2)DSS腸炎を用いた検討Ngal KOマウスおよびWTマウスに5%DSS溶液を自由飲水させ腸炎を誘導し、体重変化および組織学的所見を経時的に評価した。しかしながら、急性DSS腸炎モデルでは両群間に有意差を認めなかった。本年度当初の研究計画では2つの実験腸炎モデル、即ち、腸内細菌により自然発生腸炎が誘導されるIL-10KOマウス(Ngal KOマウスを交配させてIL-10KO/Ngal DKOマウスを作成)と粘膜傷害モデルであるDSS腸炎を用いて、Ngalの腸炎発症の病態への関与とそのメカニズムについて検討する予定であった。現在、IL-10KOおよびIL-10KO/Ngal DKOマウスにおける慢性腸炎、またNgal KOマウスおよびWTマウスにおけるDSS腸炎に関する検討は当初の計画通りほぼ順調に推移している。しかし、IL-10KOおよびIL-10KO/Ngal DKOマウスを用いた検討では表現系が比較的均一に認められたが、DSS腸炎モデルでの検討では個体間のばらつきが大きく、Ngal欠損がDSS腸炎に与える影響を検証するのに時間を要したため、当初の研究計画よりやや遅れている。次に、IL-10KO/Ngal double KO(IL-10/Ngal DKO)マウスを作製し、Ngalが慢性腸炎と腸内細菌叢に与える影響を検討した。IL-10KOマウスと比較し、IL-10/Ngal DKOでは生後早期(4週齢)から腸炎は著明に悪化し、炎症性サイトカインの有意な増加を認めた。生後3週齢のマウス盲腸内容物を用いて腸内細菌叢の変化をT-RFLP法にて検討したが、両群間に有意差を認めなかった。さらにIL-10/Ngal DKOにおける腸炎悪化の機序を明らかにするため、IL-10KOマウスおよびIL-10/Ngal DKOから採取した腹腔内あるいは骨髄由来マクロファージを用いてin vitroで検討した。IL-10KO由来マクロファージと比較し、IL-10/Ngal DKO由来マクロファージでは貪食された細菌の殺菌処理能が低下し、活性化マクロファージからの炎症性サイトカインが有意に増加した。加えてIL-10/Ngal DKO由来マクロファージではLC-II/I比の低下を認め、細胞内でのオートファジーの障害が関与している可能性が示唆された。以上より、Ngalはマクロファージ内に貪食された細菌のクリアランスを促進することによりIBDの病態生理に関与する可能性が示唆された。本年度当初の研究計画では、IBD動物モデル(IL-10KOマウス)を用いてNgalの経時的発現と腸内細菌への影響についての検討する予定であった。現在、IL-10KOマウスの腸管組織におけるNgalの発現や発現細胞の同定、またNgal発現を誘導する因子についての検討は、当初の計画通りほぼ順調に推移しているが、腸内細菌への影響に関する解析が進んでいない。これについては分子生物学的解析(T-RFLP解析など)を予定しているが、サンプル調整に必要な試薬や解析費用が高価であるため、少数例の検体での解析は経費的な観点から望ましくなく、解析予定の検体を大量に集めて一度に解析する必要がある。従って、現時点では解析に必要なサンプル調整の段階でとどめており、今後、検体数が集まり次第、順次、解析に進めていく予定である。また、本年度の計画ではIBDの病態へのNgalの関与とそのメカニズムを解明するため、IL-10KO/Ngal double KO(IL-10/Ngal DKO)マウスを作製して、Ngalを欠損させることによる腸炎への影響を検討開始する予定であった。現在、IL-10KO/Ngal DKOマウスの作成には既に成功しているが、予想以上にマウス交配後の出生数や出生後生存率が低いことが判明したため、これらのマウスを用いた解析がやや遅れている。医歯薬学今年度も当初に計画した研究実施計画に基づいて解析を進めていく。1)腸炎モデルの作成とその解析: IL-10KO/Ngal DKOマウスを作成し、Ngalが慢性腸炎と腸内細菌に与える影響を検討する。また腸管粘膜の防御機能に対するNgalの影響を検討するため、代表的な粘膜傷害モデルであるデキストラン硫酸(DSS)腸炎をNgal KOマウスに誘導し、その解析を行う。2)慢性腸炎および疾患感受性におけるNgalの影響についての検討:上記の各モデルマウスにおいて腸管組織および腸間膜リンパ節細胞を経時的(4, 6, 8週齢)に採取し、組織学的腸炎ならびに炎症性サイトカインの発現を比較検討する。

また、腸内細菌への影響についての解析するため、マウスの盲腸内容物から細菌のgenomic DNAを抽出し、T-RFLP(Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism)解析や代表的なcolitogenic bacteriaやprotective bacteriaに特異的なprimerを用いて定量的PCRを行い、腸内細菌叢の変化を検討する。3)腸炎におけるNgalの病態への関与とそのメカニズムの検討: Ngalが腸管上皮細胞で主に発現されることやIL-10KO/Ngal DKOマウスの出生後生存率が低いことから、Ngalは自然免疫機構や粘膜防御機能に関与する可能性が考えられる。したがって、腸管組織における粘膜防御関連因子(Claudin, ZO-1, MUC2, TTF, MDR-1など)の発現やマクロファージを用いたin vitroでの検討を行う。本年度から本格的に解析を始めた実験マウス(IL-10KO/Ngal double KOマウス)の維持に必要とする経費が想定以上に増え、予算内での経費配分変更を余儀なくされた。そのため、本年度は当初の研究計画で予定していた腸内細菌に関する分子生物学的解析も開始したが、サンプル調整に必要な試薬や解析費用が高価であり、効率的な経費使用(経費節約)のために解析を行う検体数に優先順位を決めて最小限に留めている。従って、これらの解析に関する費用が一部軽減され、次年度使用額が生じた。本年度は当初の研究計画で予定していた腸内細菌に関する解析が進んでいない。これについては分子生物学的解析を予定しているが、サンプル調整に必要な試薬や解析費用が高価であるため、少数例の検体での解析は経費的な観点から望ましくない。従って、効率的な経費使用のため、解析予定の検体を大量に集めて一度に解析する必要があり、現時点では解析に必要なサンプル調整の段階でとどめており、今年度は上記の解析費用が発生しなかった。加えて、本年度に予定していた新たな動物モデル(IL-10KO/Ngal double KOマウス)の解析についても、現在、モデルマウスの作製が完了した段階であり、これらの解析に要する経費が低く抑えられた。次年度の研究遂行に必要とされる経費は、1)実験マウスの飼育・管理、2)各種抗体および試薬、3)情報収集および成果発表のための旅費である。1)実験マウスの飼育・管理に要する費用:新たな実験モデルマウスの作成・維持に加え、経時的な解析やex vivoでの検討が必要であり、通常より多めの実験マウスの維持管理が必要となる。2)各種抗体および試薬:これまでと同様、病理組織学的解析やサイトカイン測定に必要な試薬・抗体の購入が必要である。また今後は分子生物学的手法を用いた腸内細菌の解析を本格化するため、これらに関する経費が新たに必要となる。3)情報収集および成果発表のための旅費:本研究に関する情報収集および成果発表のための旅費が必要になる。
ストレス応答における熱ショック転写因子のリン酸化制御

すべての細胞は外界からストレスを受けると、その恒常性を維持するために熱ショック応答を行なう。この生物に普遍的な応答機構は、熱ショックタンパク質(HSP : Heat Shock Protein)に担われている。多くのHSP遺伝子の発現(転写)は、そのプロモーター領域にある特異的塩基配列HSE(Heat Shock Element)に結合する熱ショック転写因子(HSF : Heat Shock Factor)により制御されている。一方酵母菌のHsf1は熱ショックによりリン酸化され転写活性化能力を3得する。本研究では「Hsf1のリン酸化と脱リン酸化の制御機構」について解析した。さらにストレス応答全般におけるHsf1の役割について明らかにするため、「さまざまなストレス応答反応におけるHsf1の役割」について検討した。DNAマイクロアレイ法により、酵母Hsf1は約70個の遺伝子の熱ショック転写に必要であり、その標的遺伝子は、HSPをコードするのみならず、熱ショック時の細胞壁の再構成や小胞体でのS-S結合の形成にも関与することを明らかにした。また、Hsf1のリン酸化はHsf1三量体が1つ結合するようなHSEを持つ遺伝子の転写には必要だが、2つ以上結合する場合は不要であることより、リン酸化はHsf1三量体間の相互作用と関連すること、Hsf1のリン酸化には三量体形成が必須であり、また、DNA結合領域の構造変化と密接な関連があること、DNA結合領域の構造変化は転写活性化能力を調節することを明らかにした。さらに、ヒトのHSF1は酵母のHsf1と異なる機構によりHSEに結合する結果も得た。今後は、さまざまなHSE配列は遺伝子特異的な転写調節、さらに、ストレス特異的な制御について解析していく必要がある。すべての細胞は高温にさらされると、その恒常性を維持するために熱ショック応答を行なう。多くの熱ショックタンパク質(HSP)遺伝子の転写は、そのプロモーター領域にある特異的塩基配列(HSE)に結合する熱ショック転写因子(HSF)により制御されている。本研究では、この過程で引き起こされる遺伝子の特異的な転写調節がどのように支配されているかについて、酵母菌のHsf1をモデルとして以下のことを明らかにした。1、熱ショック転写をほとんど誘導できない変異hsf1株と野生株の熱ショック転写をDNAマイクロアレイ法により比較した。これより、熱ショック応答においてHsf1は少なくとも酵母ゲノムの約1%に当たる60個の遺伝子の転写を誘導することが明らかになった。ターゲット遺伝子はHspのみならず、タンパク分解、酸化ストレス応答、糖代謝、エネルギー生成、細胞壁形成に関わるさまざまなタンパク質をコードしていた。さらなる解析より、Hsf1が結合する新たなコンセンサスHSE配列を同定した(JBC印刷中)。2、酵母Hsf1タンパクのCTM領域に変異が生じると、多くのHSP遺伝子の転写誘導は正常であるにも関わらず、酵母菌は高温感受性となる。遺伝学的および生化学的実験より、CTMはHsf1タンパク内の転写抑制領域と相互作用することを明らかにした。さらなる解析より、CTMの機能は酵母属のHSFの間で保存されており、非典型的なHSEを持つHSP遺伝子の転写誘導、および、熱ショックに伴うHsf1のリン酸化に必須であることを示した。したがって、CTMにより制御されるHSE塩基配列(遺伝子)特異的な転写誘導とHsf1のリン酸化には密接な関連があると考えられる(MCB24:3648-3659,2004)。多くの熱ショックタンパク質遺伝子の転写は、そのプロモーター領域にある特異的塩基配列(HSE)に結合する熱ショック転写因子(HSF)により制御されている。本研究では、HSFによる遺伝子の特異的な転写調節がどのように支配されているかについて、酵母菌のHsf1をモデルとして以下のことを明らかにした。

1,熱ショックによりHsf1はリン酸化される。この修飾は遺伝子特異的な転写に関与している。リン酸化されない変異hsf1から抑圧変異を分離すると、DNA結合領域内にアミノ酸置換が認められた。さらなる解析より、Hsf1のリン酸化はHsf1-Hsf1相互作用と関連があり、相互作用を引き起こさないHSEからの転写にはHsf1のリン酸化が必須であるのに対し、強い相互作用を引き起こすHSEからの転写には不要であることを示した(JBC 281:3936-3942,2006)。2,小胞体内でのジスルフィド結合形成に関与するEro1タンパク遺伝子の転写活性化について検討した。この遺伝子はHsf1とHac1(小胞体ストレス応答に関与する転写因子)により調節されていることを明らかにした(MGG 275:89-96,2006)。3,酸化ストレスを引き起こすさまざまな薬剤(H_2O_2,menadione, diamideなど)で酵母菌を処理し、Hsf1の標的遺伝子の転写誘導について検討した。その結果、menadioneやdiamide処理により標的遺伝子の転写が活性化されたが、H_2O_2は転写誘導を引き起こさなかった。また、menadioneやdiamideは、Hsf1のリン酸化を誘導し遺伝子特異的に作用することが明らかになった(論文準備中)。今後は、Hsf11のリン酸化と遺伝子特異的な転写調節および哺乳動物HSFとの相関について検討する必要がある。細胞は高温にさらされると、恒常性を維持するために熱ショック応答を行う。この反応を担う熱ショックタンパク質(HSP)遺伝子の転写は、プロモーター領域のHSE(Heat Shock Element)に結合する熱ショック転写因子HSF(Heat Shock Factor)により制御されている。これまでの研究では、出芽酵母では1種のHSFタンパクが、さまざまなHSEバリアント(Perfect-,Gap-,Step-type)に結合しHSP遺伝子の転写を調節していることを示した。本年度は、HSFの三量体形成が転写活性化に伴うHSFのリン酸化に必須であることを明らかにした。一方、ヒトでは3種のHSF(hHSF1,hHSF2,hHSF4)がサブファミリーを形成している。そこで、さまざまなHSEバリアントがヒトhHSF1により認識されHSEとして機能するかについて研究を行った。ヒトhHSF1を発現する酵母株では、Perfect-type HSEを持つ遺伝子群の転写は正常に活性化されたのに対しGap-typeやStep-type HSEを持つ遺伝子群の転写はほぼ完全に阻害されていた。これは、hHSF1が後者のHSEには強く結合できないことに起因した。さらに、酵母菌内ではクロマチン構造がhHSF1とHSEの相互作用を阻害することが示唆された。これらの結果より、酵母HSFのリン酸化は、転写活性化能力の獲得と密接な関連があることが明らかになった。
新素材を用いた建築内外装材の開発

本研究は、石炭火力発電に伴って多量に排出される石炭灰の有効利用法として開発された石炭灰砂の軽量性に着目し、これに炭素繊維や局弾性ビニロン繊維などの新素材を補強材料として使用する事により、新しい建築内外装材料の開発を目的としたものである。試作された種々の繊維補強石炭灰砂モルタルの強度特性、耐火性能、耐凍害性等について実験的検討を行なうと共に、破壊力学に基づいた繊維補強モルタルの破壊靱性評価パラメ-タ-について理論的・実験的検討を行った。成果を要約すると、以下の通りである。1.既に、実用に供されている建築外装材の諸性能及び生じているクレ-ムの内容を調査・検討し、今後開発されるべき材料に求められる諸性能を分析した。2.繊維補強石炭灰砂モルタル供試体の強度特性に関する実験的検討を行い、ビニロンメッシュの混入は石炭灰砂軽量モルタルの曲げ強度及び靱性の向上に寄与する事を明らかにした。3.各種繊維補強石炭灰砂モルタルの耐火性能を実験的に検討し、ファイヤ-サンドモルタルは勿論のこと、古紙を用いたパルプサンドも充分な耐火性能を有することを明らかにした。4.各種繊維補強石炭灰砂モルタルの凍結融解試験を行い、石炭灰砂プレ-ンモルタルは普通の硅砂モルタルと比べて耐凍害性は劣る傾向にあるものの、ビニロン繊維や炭素繊維などの混入補強により、耐凍害性は格段に改善される事を明らかにした。5.破壊力学的な手法に基づき、繊維補強セメント硬化体の破壊靱性について理論と実験の双方から検討した。その結果、単なるエネルギ-の吸収性能を評価するだけでは充分ではなく、引張軟化特性の評価が繊維の複合効果を明らかにするには有効であることを明らかにした。石炭火力発電の産業廃棄物として多量に排出される石炭灰の有効利用を計ると共に、近年性能上昇の著しい所謂新素材繊維の合理的な利用によって、建築内外装材として用い得る新しい複合材料の開発を行う為に今年度は以下の様な研究を行った。1.現在多く用いられている外壁材・屋根材等の建築外装材の諸性能について調査し、それらに対するクレームの内容あるいは原因を検討し、新たに開発されるべき建築外装材に求められる諸性能を分析した。2.所謂新素材として、炭素繊維及をハイモデュラスビニロン繊維を選び、石炭灰砂モルタル繊維補強複合材を試作し、その加工性や曲げ強度特性、曲げタフネルによる破壊エネルギ吸収性能による力学的特性を評価した。その結果、石炭灰砂の一種であるパルプサンドを用いたモルタルをビニロンメッシュで補強したものは、重量が比較的小さいのに対して強度あるいは破壊エネルギ吸収性能が優れており、せん断強度も比較的大きい値を示す事がわかった。3.石炭灰砂モルタルの凍結融解試験を行った結果、凍結融解サイクル数300回達しても相対動弾性係数の低下は無視し得る程度である事がわかった。しかし、表面からの剥離が凍結融解サイクル数75回前後から発生し、質量の減少が顕著であった。それに対して無機炭酸カルシウム発泡体をある程度以上混入する事により、表面からの剥離もほとんどない程度までに耐凍結融解性能を向上する事が可能である事を明らかにした。4.乾燥収縮試験及び耐火性試験装置を試作し、予備実験を行った。中性化試験も合わせ、耐久性・耐火性の試験を進めると共に、より軽量でしかもより強い複合材料の設計法について更に研究を進める計画である。石炭火力発電の産業廃棄物として多量に排出される石炭灰の有効利用法として開発された石炭灰砂の軽量性に着目し、これに炭素繊維や高弾性ビニロン繊維などの新素材を補強材料として使用する事により、新しい建築内外装材料の開発を行うために、今年度は以下の研究を行った。

1.各種繊維補強石炭灰砂モルタルの耐火性能に関する実験的検討を行い、石炭灰砂モルタルは優れた耐火性能を示す事を明らかにした。また、古紙を用いたパルプサンドも耐火性能は充分ある事も明らかとなり、工業製品化への糸口を掴んだ。2.石炭灰砂モルタルを建築外装材として利用する際に問題となる耐凍害性を検討するために、各種繊維補強石炭灰砂モルタルの凍結融解試験を行った。石炭灰砂プレ-ンモルタルは普通の硅砂モルタルと比べて耐凍害性は劣る傾向にあるが、ビニロン繊維や炭素繊維などの混入補強により、耐凍害性は各段に改善されることを明らかにした。3.破壊力学的な手法に基づき、繊維補強セメント硬化体の破壊靱性について理論と実験の双方から検討し、破壊プロセスゾ-ンの引張軟化特性の評価が繊維の複合効果を評価する上で有効である事を示した。4.モルタル中の細孔量と中性化速度の関係について実験的検討を行い、特に細孔半径757500nm間の総細孔量と中性化速度との間には強い相関が認められる事を明らかにした。繊維混入により、この範囲の細孔量は増大する傾向にあり、炭酸化収縮との関係を調べる必要がある。5.石炭灰砂は吸水率が大きいために、通常の硅砂モルタルと比べて乾燥収縮は大きいことを実験で明らかにすると共に、供試体の厚さの増大に伴い湿度勾配を生じて表面に乾燥収縮クラックが起り、見かけの収縮特性を大きく変化させる事を実験と理論解析により明らかにした。
小胞輸送が支配する根の水分屈性制御分子の同定と解析

植物の根は、水分含量の多い空間へと屈曲伸長する水分屈性を示す。先行研究の結果、水分屈性に必須な遺伝子の探索より、細胞内小胞輸送の調節因子であるARF-GEFをコードするGNOM/MIZ2が同定されている。しかしながら、このGNOMあるいは小胞輸送系がどのように水分屈性を制御するのかという問題については明らかになっていない。そこで、本研究は水分屈性を制御する小胞輸送について、GNOMに関連した分子の探索および解析により明らかにしようとするものである。既知の水分屈性制御分子として機能未知であるMIZ1が同定されている。MIZ1とGNOMとの関連について明らかにするため、遺伝学的解析を行った。MIZ1の過剰発現系統は根系形成の異常を示すが、miz2突然変異はMIZ1過剰発現系統の表現型を抑圧した。この結果より、GNOMはMIZ1の下流で機能することがわかった。さらに、MIZ1を過剰発現することによる根系形成の異常は、植物ホルモンであるオーキシン内生量の低下に起因することも明らかにした。次に、水分屈性に伴う小胞輸送系の動態変化を解析するため、膜輸送およびオルガネラのマーカー分子について、これらの局在変化を解析した。その結果、RabC1が水分勾配刺激により細胞の頂端または基部側で凝集することを見出した。この変化はARF-GEF阻害剤であるBFAによっては抑制されなかったことから、RabC1の局在変化はGNOMの上流で制御されることが示唆された。一方、オーキシンを添加することで、RabC1の局在変化は抑制された。この結果は、MIZ1の過剰発現によりオーキシン量が低下するという結果と一致する。また、オーキシンの内生量を低下させると水分屈性能は向上するが、RabC1を欠損した突然変異体では、オーキシン量低下による水分屈性能の向上は認められなかった。以上の結果より、水分屈性に機能する小胞輸送系として新たにRabC1を見出すと共に、その制御がオーキシンによって調節されていることを明らかにした。また、RabC1はGNOMの上流で機能している可能性を示した。水分屈性欠損突然変異体miz2の変異原因遺伝子MIZ2は、細胞内小胞輸送の調節因子として機能するARF-GEFであるGNOMをコードする。GNOMを欠損する変異体の多くは、胚発生致死など多岐にわたる形態異常を示すが、miz2突然変異体は水分屈性欠損以外に目立った形態異常を示さないgnom変異体であった。そこで、本研究では根の水分屈性におけるGNOM/MIZ2を介した小胞輸送の役割を解明することを試みている。miz2において異常となるGNOMの機能を明らかにするため、miz2と既知のgnom変異体との遺伝学的解析を行ったところ、GEF活性を失った変異体であるemb30-1とmiz2のヘテロ接合体は、水分屈性を一部回復することが分かった。この結果から、miz2の変異はGEF活性とは異なるGNOMの機能を欠損するものと考えられた。一方、GNOMはオーキシン排出キャリアPINの細胞内輸送を制御することが知られている。そこで水分屈性の発現に要求される小胞輸送が、PINを輸送する小胞輸送系と同一の経路であるのかどうか解析した。その結果、miz2においてはPIN1およびPIN2のいずれも野生型と同じ局在パターンを示した。このことは、GNOMの機能として従来知られているPINの輸送とは異なる小胞輸送系が、水分屈性の制御に必要であることを示している。以上の結果から、水分屈性には新規なGNOM機能を要求することが示唆された。そこで、細胞内小胞輸送系のうち、miz2で異常を来すオルガネラを同定するため、各オルガネラのマーカー系統を作成した。今後、これらマーカー系統を用いた解析から、水分屈性に要求される小胞輸送系が明らかになると期待される。MIZ2/GNOMと同様に、水分屈性に必須な遺伝子としてMIZ1が同定されている。MIZ1過剰発現体はオーキシン内生量の減少に起因すると考えられる側根形成の異常を示すが、miz2変異はMIZ1過剰発現による表現型を抑圧することがわかった。また、オーキシン量が減少した突然変異体を複数もちいて水分屈性能を測定した結果、全ての変異体で水分屈性能の向上が見られた。以上の結果より、GNOM/MIZ2はMIZ1の下流に位置し、オーキシン量の調節を介して水分屈性の制御に関わるものと推定された。一方、MIZ1の遺伝子発現を制御する上流の因子について、MIZ1-GFPの蛍光観察による生理学的解析およびマイクロアレイデータベースの解析を行った。その結果、光環境がMIZ1の発現を正に制御することが分かった。遺伝学的な解析より、転写因子であるHY5が、光依存的なMIZ1の誘導に機能していることを明らかにした。

次年度は、GNOMがMIZ1をどのように制御するのか、細胞内局在の解析など分子レベルでの解析を進めるとともに、水分屈性時におけるオーキシンの役割を解明したいと考えている。植物の根は、水分含量の多い空間へと屈曲伸長する水分屈性を示す。先行研究の結果、水分屈性に必須な遺伝子の探索より、細胞内小胞輸送の調節因子であるARF-GEFをコードするGNOM/MIZ2が同定されている。しかしながら、このGNOMあるいは小胞輸送系がどのように水分屈性を制御するのかという問題については明らかになっていない。そこで、本研究は水分屈性を制御する小胞輸送について、GNOMに関連した分子の探索および解析により明らかにしようとするものである。既知の水分屈性制御分子として機能未知であるMIZ1が同定されている。MIZ1とGNOMとの関連について明らかにするため、遺伝学的解析を行った。MIZ1の過剰発現系統は根系形成の異常を示すが、miz2突然変異はMIZ1過剰発現系統の表現型を抑圧した。この結果より、GNOMはMIZ1の下流で機能することがわかった。さらに、MIZ1を過剰発現することによる根系形成の異常は、植物ホルモンであるオーキシン内生量の低下に起因することも明らかにした。次に、水分屈性に伴う小胞輸送系の動態変化を解析するため、膜輸送およびオルガネラのマーカー分子について、これらの局在変化を解析した。その結果、RabC1が水分勾配刺激により細胞の頂端または基部側で凝集することを見出した。この変化はARF-GEF阻害剤であるBFAによっては抑制されなかったことから、RabC1の局在変化はGNOMの上流で制御されることが示唆された。一方、オーキシンを添加することで、RabC1の局在変化は抑制された。この結果は、MIZ1の過剰発現によりオーキシン量が低下するという結果と一致する。また、オーキシンの内生量を低下させると水分屈性能は向上するが、RabC1を欠損した突然変異体では、オーキシン量低下による水分屈性能の向上は認められなかった。以上の結果より、水分屈性に機能する小胞輸送系として新たにRabC1を見出すと共に、その制御がオーキシンによって調節されていることを明らかにした。また、RabC1はGNOMの上流で機能している可能性を示した。
多時間スケールダイナミクスによるメタルール生成とそれに基づく学習、進化の理論

生命システムの持つ自律的規則生成の原理を、異なる時間スケールを持った力学系の理論をベースにして研究した。以下の5点が主要な結果である。(1)入出力ダイナミクスの分岐としての記憶と学習(2)振動力学系の相互作用誘起分岐による細胞分化理論(3)大自由度集団適応(4)表現型のゆらぎと進化の一般法則、およびロバストネスの進化と可塑性の力学系表現(5)多時間スケール系のカオス的遍歴。この研究を通して、ヘテロでダイナミックな素子集団から、環境の変化に対して柔軟に適応し安定した性質が生じてくること、そのダイナミクスと揺らぎの特性を明らかにした、これにより、認知過程、伝達創成の数理的基盤を提供した。時間スケールの異なる結合系の研究をすすめるとともに、それをふまえて、力学系のルールを変えるシステムとしての学習、記憶、適応、進化の研究をすすめた。具体的な結果は以下のとおりである。(1)入出力関係を適応度とした、結合力学系の進化過程:ルールによって系の時間発展(力学系)が与えられるとし、その発展結果の状態から機能が決まるとする。その機能に応じて適応度を定め高い機能をうむ力学系を遺伝アルゴリズムにより選択し、そのような力学系の特性を調べた。特に、各遺伝子の発現のゆらぎを、力学系でのノイズによるものVipと遺伝的変異によるものVgに分けて求めると、その両者が多くの遺伝子にわたって比例していることを見出した。速いスケールの揺らぎVipと遅いスケールでの揺らぎVgが結びつく結果であり、これはノイズに対して安定性を持つ力学系の特性であり、またその理由を説明した。さらに、環境が変動する際に、ノイズが適度な大きさを持つと、外界への適応性と進化的な安定性を両立させられることを示した。(2)フロー構造としての記憶:異なる時間スケールを持つ素子が層状の神経力学系を考え、そのシナプスが、入出力関係を学習するようにHebbおよびanti-Hebb機構によって変化するとする。その結果、フィードフォワード及びフィードバックのシナプス変化の時間スケールが適切な関係をみたすと、神経数に比例した記憶容量を持ちうることを示した。このように入出力関係を学習した際に、神経系のダイナミクスがいかに入力に応じて分岐するかを解析した。特に、入力がない時に、記憶に対応した出力をめぐる自発的神経活動が生成されることを見出した。これは近年の実験とも対応する成果である。(3)このほか、可塑性を持つような結合力学系のデザイン、異なる時間スケールを持つ大自由度力学系での適応過程の研究を進めた。生命システムは、自らの発展を規定する規則がそのシステムの中から生成されてくる。例えば発生の規則は進化により定まり、認知活動の発展規則は学習により決まる。その一方で進化は発生の結果であり、学習は神経活動に依存する。そこで、速いスケールで生じる時間発展とゆっくりしたスケールで起こる規則の変化は相互に関係してくる。この両者の関係から生命システムの適応、発生、進化の持つ普遍的性質を調べて、それにより生命システムの可塑性をゆらぎとダイナミクスの視点から表現することを試みた。一方で、カオス的遍歴や集団運動をと生命システムの持つ可塑性との関係を探った。主要な結果は以下の通りである。1.揺らぎで見た、進化と発生をつなぐ関係の定式化:力学系の発展結果の状態から適応度を定め、高い適応度をうむ力学系を進化させそのような力学系の特性を調べた。特に、状態変数のゆらぎを、力学系でのノイズによるものVipと遺伝的変異によるものVgに分けて求める、その両者が多くの変数にわたって比例していることを見出した。これはノイズに対して安定性を持つ力学系の特性であり、またその理由を説明した。さらに、環境が変動する際に、ノイズが適度な大きさを持つと、外界への適応性と進化的な安定性が両立させられることを示した。2.入出力関係の学習、記憶と自発活動:層状の神経力学系を考え、そのシナプスが、入出力関係を学習するようにHebbおよびanti-Hebb機構によって変化するとする。その結果、フィードフォワード及びフィードバックのシナプス変化の時間スケールが適切な関係をみたすと、最大の記憶容量を持ちうることを示した。この際に、神経系のダイナミクスがいかに入力に応じて出力を出すよう分岐するかを解析した。特に、入力がない時に、記憶に対応した出力を経巡る自発的神経活動が生成されることを見出した。3.相互作用により状態を分化させる力学系;カオスによる可塑性を持つ結合力学系が相互作用を通して階層的分化をすることを示した。