hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
軌道上輸送技術高度化に向けたマイクロジェット噴射による微粒化促進手法の開発

人工衛星の長寿命化や軌道間輸送技術の構築にあたって,広範な作動条件下における宇宙機エンジンの高効率運転を実現する必要がある。そこで,人工衛星用エンジンに多用される,二液を衝突させて微粒化を行う方式の推進薬噴射装置を対象に,液体に対して約1%質量流量程度の微量の気体噴射を付加する新たな微粒化促進方式を提案し,その効果を実験によって実証するとともに,開発した数値解析手法を適用することで,微粒化促進機構を解明した。さらに,最適な微量気体噴射条件を明らかにした。人工衛星の長寿命化や軌道間輸送技術の向上にあたって,広範な噴射条件下で推進薬の良好な微粒化を達成することが不可欠である。そこで,人工衛星用エンジンに多用される,二液を衝突させて微粒化を行う方式の推進薬噴射装置を対象として,微量の気体噴射(マイクロジェット噴射)を付加した新たな微粒化促進効果を実証するとともに,微粒化促進機構を解明し,実機搭載の可能性を検討することを目的に研究を実施している。研究実施者らが提案した微粒化促進方法であるマイクロジェット噴射とは、二液衝突型噴射器の衝突点に向けて、外部タンクから導いた微量の高速気体を吹き付けるものである。研究期間の1年目にあたるH25年度には,当初の計画通り実験と数値解析を実施し、マイクロジェットの噴射速度,噴射孔径といった種々の設計パラメータを変化させることで,流れの詳細および微粒化促進機構を解明することに成功した。具体的に実験では、高速度カメラを用いて鮮明な微粒化現象を得ることで現象の理解が格段に進んだ。また、粒径計測を実施することで、マイクロジェット噴射の顕著な効果を定量的にも確認することができた。数値解析を行うにあたっては、オイラー・ラグランジュ連成解析手法を独自に開発することで、微粒化のマルチスケール数値解析を行うことが可能になった。その結果、液体微粒化の噴霧特性を予め把握できるようになり、マイクロジェット噴射条件の最適化を効率的に実施できると期待できる。このように、実験および数値解析技術を着実に高度化することで、次年度の研究を円滑に実施できる見通しを得た。人工衛星の長寿命化や軌道間輸送技術の構築にあたって,広範な作動条件下においてエンジンの高効率運転が不可欠であり,そのためには液体推進薬の良好な微粒化を常時達成することが必須の課題である。そこで,人工衛星用エンジンに多用される,二液を衝突させて微粒化を行う方式の推進薬噴射装置を対象として,微量の気体噴射(マイクロジェット噴射)を付加した新たな微粒化促進方式の効果を実証するとともに,微粒化促進機構を解明し,実機搭載の可能性を検討することが本研究全体の目的である。本研究では研究期間内に,マイクロジェット噴射による微粒化促進効果を実証し,流れの詳細を理解するために,実験と流体数値解析の両者を実施した。まず,平成25年度は,マイクロジェット噴射の効果を,可視化と粒径計測により調査した。対応する流体数値解析を実施し,微粒化促進機構を解明することに成功した。具体的には,マイクロジェット噴射時の気液二相流れは,衝突点における気液動圧比と相対ウェーバー数の2つの無次元数によって整理できることが明らかになった。それを受けて,平成26年度は,マイクロジェット噴射条件を,噴射時間,噴射速度,噴射孔径等について変化させて,最適なマイクロジェット噴射条件を実験により探索した。また,微粒化特性予測に向けた,流体数値解析手法を構築した。具体的には、気液界面をオイラー的に追跡する手法に、微細粒子をラグランジュ的に追跡する方法をシームレスに接続することで、液体噴射から噴霧流動までを一貫して解析できるようになった。実験と数値解析の手法を開発しながら,両者を適切に使用することで,当初の目的を計画通り達成できた。航空宇宙推進学当初の予定通り、二液衝突微粒化において,パルス的に液体を噴射した場合の微粒化特性を明らかにするとともに,マイクロジェット噴射による微粒化促進効果を実証することに成功した。あわせて,対応する流体数値解析を実施し,流れの詳細を明らかにすることに成功した。マイクロジェット噴射条件を,噴射時間,噴射速度,噴射孔径等について変化させて,効率的に微粒化を促進するための最適なマイクロジェット噴射条件を探索する。あわせて,マイクロジェット噴射を付加した微粒化特性予測技術を高度化する。また,実機搭載の可能性を判断するために,マイクロジェット噴射を付加した衝突型噴射器の燃焼試験を実施する予定である。
親規チロシンキナーゼ阻害剤から抗癌剤を開発する為の基礎研究

チロシンキナーゼ阻害剤から有用な抗癌剤が開発されはじめている。我々は、シコニンの誘導体であるβ-ヒドロキシイソバレリルシコニンが、チロシンキナーゼであるEGFリセプターや癌遺伝子産物であるv-Srcを分子標的として阻害することを見出した。本研究ではβ-ヒドロキシイソバレリルシコニンと相乗的にEGFリセプターやv-Srcのチロシンキナーゼ活性を阻害する薬物をスクリーニングした。その結果、β-ヒドロキシイソバレリルシコニンと抗癌剤であるシスプラチンを併用したときに、EGFリセプターやv-Srcのチロシンキナーゼ活性が顕著に阻害された。シスプラチンはDNAに化学的に結合して障害を与えることが知られているが、EGFリセプターをシスプラチンを単独で処理したときでもチロシンキナーゼ活性が阻害された。ヒトの小細胞肺癌DMS114細胞をβ-ヒドロキシイソバレリルシコニンとシスプラチンを併用して処理すると、細胞増殖が相乗的に阻害され、アポトーシスが相乗的に誘導された。また、DMS114細胞のチロシンキナーゼ活性も、β-ヒドロキシイソバレリルシコニンとシスプラチンとの併用により相乗的に阻害された。したがって、β-ヒドロキシイソバレリルシコニンとシスプラチンがDMS114細胞のある種のチロシンキナーゼを相乗的に阻害することが、細胞増殖阻害とアポトーシスを誘導することが示唆された。また、DMS114細胞をヌードマウスに移植し、β-ヒドロキシイソバレリルシコニンとシスプラチンを併用投与したときの抗腫瘍作用を調べて、データを集積中である。β-ヒドロキシイソバレリルシコニンの急性毒性は認められなかった。我々は、既知の抗癌剤とは異なる作用機構で癌細胞にアポトーシスを誘導する種々の薬物を見出し、それらのアポトーシス誘導剤の作用機構を研究してきた。その研究過程で、シコニンの誘導体がチロシンキナーゼ阻害活性を有することを見出した。本研究では、化学合成した3種のシコニン誘導体および生薬シコンから精製した4種のシコニン誘導体のチロシンキナーゼ阻害活性を、単離EGFリセプターを用いて調べた結果、β-ヒドロキシイソバレリルシコニン(β-HIVS)の阻害活性が最も大きいことがわかった。そこでβ-HIVSを用いて、EGFリセプター、v-Src、血管内皮細胞増殖因子リセプター(Flk-1/KDRおよびFlt-1)、プロテインキナーゼA、プロテインキナーゼC、カルモデュリンキナーゼ2に対する阻害活性を調べたところ、EGFリセプターとv-Srcが最も強く阻害された。プロテインキナーゼAなどのセリン・スレオニンキナーゼは、チロシンキナーゼ活性が阻害される100倍濃度のβ-HIVSによっても阻害されなかった。V-Srcのチロシンキナーゼ活性に対する阻害活性をATPの濃度を変えて測定し、Lineweaver-Burkのプロットをとると、阻害様式はATPと非拮抗的であった。現在開発中のチロシンキナーゼ阻害剤のほとんどはATPと拮抗して阻害するが、β-HIVSはそれらと異なる作用機構のチロシンキナーゼ阻害剤であると考えられる。チロシンキナーゼ阻害剤から有用な抗癌剤が開発され始めている。我々は、シコニンの誘導体である-βヒドロキシイソバレリルシコニンが、チロシンキナーゼであるEGFリセプターや癌遺伝子産物であるv-Srcを分子標的として阻害することを見出した。本研究では、β-ヒドロキシイソバレリルシコニンと相乗的にEGFリセプターやv-Srcのチロシンキナーゼ活性を阻害する薬物をスクリーニングした。

シスプラチンはDNAに化学的に結合して障害を与えることが知られているが、EGFリセプターをシスプラチンを単独で処理したときでもチロシンキナーゼ活性が阻害された。ヒトの小細胞肺癌DMS114細胞をβ-ヒドロキシイソバレリルシコニンとシスプラチンンを併用して処理すると、細胞増殖が相乗的に阻害され、アポトーシスが相乗的に誘導された。また、DMS114細胞のチロシンキナーゼ活性も、β-ヒドロキシイソバレリルシコニンとシスプラチンンとの併用により相乗的に阻害された。したがって、β-ヒドロキシイソバレリルシコニンとシスプラチンンがDMS114細胞のある種のチロシンキナーゼを相乗的に阻害することが、細胞増殖阻害とアポトーシスを誘導することが示唆された。また、DMS114細胞をヌードマウスに移植し、β-ヒドロキシイソバレリルシコニンおとシスプラチンを併用投与したときの抗腫瘍作用を調べて、データ-を集積中である。β-ヒドロキシイソバレリルシコニンの急性毒性は認められなかった。
消費の多様性が環境負荷にもたらす影響と持続可能なライフスタイルに関する考察

再生可能エネルギーを有効活用した持続可能な消費社会における,消費者のライフスタイルについて,具体的に検討することを研究の目的とした。そのためのデータベースとして,政府が公表する産業連関表に再生可能エネルギーアクティビティを追加した「次世代エネルギーシステム分析用産業連関表」を作成し公開した。同表を用いて再生可能エネルギーやスマートグリッドの導入が経済と環境にもたらす効果を分析した。次世代型再生可能エネルギーである,微細藻類バイオマス燃料油の利用がもたらす効果についても検討した。消費者が太陽光を有効利用できるスマートハウスについて,その社会的受容可能性を社会心理学的な仮説に従い検討した。消費者が持続可能なライフスタイルに自発的に取り組むためには,消費生活に伴う環境負荷情報の提供が重要である。消費者に商品の環境情報を開示する手段としてのカーボンフットプリント制度(CFP)は,わが国でも取り組みが進んでいるものの,まだ十分の浸透を見ていない。しかし,消費者の日常行動を環境配慮的にするための情報手段として,CFPを見過ごすことはできない。そこで今後のCFP普及を考えるうえで,消費者にとっても生産者にとっても使いやすいCFP指標とはどのようなものであるかを考察することが23年度の研究課題の1つであった。そこで,外食産業より提供された原価計算データに基づき,可能な限りCFP算定ルールに従いつつも,産業連関データを有効に活用することで追加的調査を最低限にしたCFP指標の算定方法を提示した。その結果,外食の1食あたりLC-CO2は内食に比べて高めであるが,その要因は両者の誘発CO2排出構造の違いにあると考えられた。そこでそれらの違いをよく反映するように設計されたCO2の見える化が消費者向けの環境情報として有用であると考えられた。またCFP情報は,消費者と商品の最大の接点である販売過程において,構築することが特に重要と考えられる。そこで本研究では,食品スーパーマーケットの詳細かつ多様な業務データを活用して販売過程のCO2排出量の算出をおこなった。その結果,同じ商品でも販売される店舗特性に応じて金額1万円あたりのCO2排出量に差が生じていることを確認した。販売過程のCO2排出を大きく左右するのは,店舗における光熱使用量と,顧客の自動車利用の大きさであることから,それらを中心とした情報開示の仕方が有益と考えられた。あわせて,企業の日常の業務データを再構築することで,そのような指標の計算が可能であることを示すことができた。本研究の目的は持続可能な消費者のライフスタイルを考察することであった。しかし,福島の事故ののち,原子力に依存した「持続可能性」から明確に脱却する必要性が強調されるようになり,再生可能エネルギーに対する関心が高まった。そこで本研究でも,消費者のライフスタイルの持続可能性を,再生可能エネルギーとの関連で考察することとした。その様な分析のためのデータベースとして,「再生可能エネルギーとスマートグリッド分析用産業連関表」の推計作業を行っているが,表は間もなく完成し,その後ホームページ上で公表予定である。この表は政府公表の産業連関表を,再生可能エネルギーとスマートグリッド関連部門について拡張したものであり,拡張された各アクティビティの推計は,工学的文献検索の他,各分野の専門家,研究者,技術者への詳細なヒアリングに基づいて詳細に行われている。昨年度中に,先行して推計が完了した各再生可能エネルギー施設建設アクティビティを用いて,産業連関の静学分析を行い,各再生可能エネルギー発電施設建設に必要な資材・サービス投入に伴う誘発効果について,金額,雇用,エネルギー,CO2の波及を多面的に検討し,公表した。一方,再生可能エネルギーの実用にはスマートグリッドの整備が不可欠である。電力需給には同時同量性の制約があるが,日本の電力システムは,信頼性が非常に高い反面,この制約のもとで再生可能エネルギー(特に太陽光と風力の変動する電源)を許容できる範囲が狭いという特徴がある。これに対して,スマートグリッド技術は電力システムの柔軟性を上げることに貢献し,太陽光,風力などの再生可能エネルギーの導入比率の拡大に貢献する。スマートグリッドには,HEMS(Home Energy Management System),EV(電気自動車)など消費者の受容可能性に依存する機器が含まれるため,このことについての考察を行った。東日本大震災ののち,「持続可能性」と同時に災害に対して「resilient」なライフスタイルを勘案することが重要視されるようになった。そこで本研究では,当初の研究計画を若干変更し,再生可能エネルギーとスマートグリッド活用型のライフスタイルについて考察を行うこととした。そのために,再生可能エネルギーとスマートグリッド部門を内生化した拡張産業連関表の構築を目指し,研究者・技術者への詳細なヒアリングのもとに各アクティビティを作成した。その上で,産業連関の静学的オープンモデルを用いて,再生可能エネルギー発電施設建設に必要な資材・サービス投入に伴う誘発効果について,金額,雇用,エネルギー,CO2の波及を多面的に検討した。今後は,発電所の設備稼働年数,周辺産業への効果,発電以外の目的(周波数調整力としての利用など),発電所運転時のコストなどをも多面的に評価しつつ,最適な再生可能エネルギーの組み合わせについて考察していく必要があるが,上記の検討結果から,今後の主要な分析方針をまとめることができた。一方,再生可能エネルギーの実用にはスマートグリッド(本研究では太陽光,風力のように出力変動の大きい再生可能エネルギーをできるだけ有効に活用する手段としてスマートグリッドをとらえている)の整備が不可欠である。そして今年度は,そのスマートグリッドの重要な構成要素の1つであるEVに着目し,EVの将来普及の可能性(現在どんなライフスタイルにある人が将来EVのユーザーとなり得るか)を,アンケート調査の実施によって分析した。

その結果,高齢者層に移動のための新しい手段としてのEVへの期待が大きい,30-40代層ではこれまでにないモバイル社会構築手段としてのEVへの期待が大きい,現状の自動車の使い方に問題意識を持つ消費者を中心にEVへの期待が大きいなどの結果を得た。再生可能エネルギーを利用したスマートな次世代エネルギーシステムへの移行にかかわる諸問題を分析するために「次世代エネルギーシステム分析用産業連関表」を作成し,HP上で公開した。同表を用いた分析によれば,多くの再生可能エネルギー電気は,発電活動においても施設建設活動においても,経済全体への波及効果が大きいことがわかった。また,再生可能エネルギーの導入にともない,最終需要全体による生産誘発額,誘発エネルギー消費量,誘発CO2排出量は減少するが,雇用誘発は増加する。再生可能エネルギー社会への移行により,第2次産業部門への波及効果が減り,サービス産業部門への波及効果が増大する。よって,再生可能エネルギー社会への移行により,産業構造がサービス産業へより比重移動すると考えられた。また同表を用いて,固定価格買取制度のもたらす総合効果を見るとそのメリットは,再生可能エネルギー部門に大きく偏っていた。同制度は,サービス部門に対して負の総合的効果をもたらすが,再生可能エネルギー社会への移行自体は,サービス産業への比重移動をもたらすので,長期的にはその負の効果は解消されていく可能性がある。スマート住宅の受容可能性の研究として,社会心理学的アプローチを応用し, (1)消費者がスマート住宅を選択しさらにそこから満足を得るプロセスについて仮説を立て,(2)アンケート調査を実施し,(3)多変量プロビットモデルによる仮説検証を行った。その結果,住宅そのものの環境性能ばかりでなく周辺環境も良好な集合住宅の居住者について,仮説に有意なあてはまりが確認された。質の良い住宅に住みたいなどの住宅選択動機で,スマートな集合住宅の選択確率が有意に高まる。また,スマート住宅に住み,住宅の諸機能を使いこなしている場合に,居住者の満足確率が有意に高まる。このことからスマート住宅の普及に必要なマーケティング戦略等の示唆を得た。再生可能エネルギーを有効活用した持続可能な消費社会における,消費者のライフスタイルについて,具体的に検討することを研究の目的とした。そのためのデータベースとして,政府が公表する産業連関表に再生可能エネルギーアクティビティを追加した「次世代エネルギーシステム分析用産業連関表」を作成し公開した。同表を用いて再生可能エネルギーやスマートグリッドの導入が経済と環境にもたらす効果を分析した。次世代型再生可能エネルギーである,微細藻類バイオマス燃料油の利用がもたらす効果についても検討した。消費者が太陽光を有効利用できるスマートハウスについて,その社会的受容可能性を社会心理学的な仮説に従い検討した。
典型有機金属化合物における特異な高配位系の開発とその機能

1.トリアリ-ルアンチモンジブロミドとビス(トリフルオロメチル)ベンジルアルコールのジリチオ体の反応により新規な超原子価化合物である。1,1,1-トリアリール-3,3-ビス(トリフルオロメチル)-3H-2,1-ベンズオキサスチボール(V)(【1!】)を合成した。【1!】は求電子剤に対してもまた熱的にも非常に安定であった。2.そこで、【1!】に対して当量のメチルリチウムをテトラヒドロフラン中-78°Cで加えると単一の6配位アート錯体(【2!】:12-Sb-6)が定量的に生成した。【2!】+20°Cに昇温すると3種の位値異性体(A,B,C)の下衡混合物になった。平衡比は68:23:16であることが【^(19)F】-NMRにより決定された。この系にヘキサメチルリン酸トリアミドあるいはクラウンエーテルを加えると、平衡速度は極端におそくなった。これらのことから、この平衡はリチウムイオンがアンチモン-酸素結合を開裂し、生成したアンチモン(V)が位置異性化をおこした後、直ちに再閉環するという、分子内解離機構によるものであることが明らかになった。3.6配位アート錯体(【2!】)をエタノール,水,フェノール,酢酸などのプロトン酸でクエンチするとアンチモン-酸素結合は開裂せずに、アンチモン-炭素結合が開裂した。すなわち、トルエンとトリル基が1個メチル基に置換されたアンチモン(V)(【3!】)およびメタンと出発原料(1)が生成した。プロトン酸の酸性度が大きくなると、アンチモン-トリル結合が切断の割合が増大し、【3!】の収率が増加した。4.ビスマスを中心原子として、【1!】と同様な化合物(【4!】)を合成した。【4!】は熱的にも【1!】よりは不安定であり、酸クロリドと反応してビスマス-酸素結合が開裂して、トリアリールビスマスと対応するエステルを生成した。
心筋に発現するギャップ結合コネキシン蛋白の条件下欠損マウスの作製と、その解析

1.平成12年度に発表したCx45欠損マウスの表現型解析に関する論文が高い評価を受け、研究の背景や将来の展望等をreview articleにまとめて発表した(Trends Cardiovasc Med 11:213-218,2001)。2.Cx45の機能解析を進めるため、Cx45のダブルノックアウトES細胞を作製して、その細胞分化系譜を解析している。Cx45のダブルノックアウトES細胞は、胎生早期に排除されて成熟組織になることができない。細胞表面に存在するギャップ結合の互換性や、それにまつわる細胞内反応系の異常があるとの仮説を検証中である。3.胎生8.5日胚を用いたDNAマクロアレイ解析の結果をもとに、Cx45欠損胚を各種免疫染色して胎生死の分子機構の詳細を解析中である。4.条件下Cx45欠損マウス作製のため、ターゲティングベクターを構築した。ベクターは相同組換えによりES細胞に導入され、germline chimeraが得られた。5.Cx43-Cx45ダブルノックアウトマウスを作製して、受精卵からの発生状況を解析している。6.大阪府立成人病センター研究所生化学部門瀧原研究室との共同研究において、Rae28トランスジェニックマウスが引き起こす拡張型心筋症の、電子顕微鏡による微細構造解析を行った(Lab Invest, in press)。7.九州大学大学院医学研究院分子生命科学教室細胞工学講座との共同研究において、人工授精による、減数分裂期におけるRanBPM蛋白質の細胞内局在の同定を行い、論文として公表された(Gene 272:25-33,2001)。1.ギャップ結合蛋白質Cx45欠損マウスの表現型を解析し、論文として発表した。Cx45欠損マウスは、胎生9日目に心臓の伝導障害と、形態形成障害(trabeculation defect, cushion defect)を呈して死亡する。マーカー発現解析により、これまで知られていなかった内皮細胞におけるCx45の発現が明らかとなり、Cx45は、内皮細胞間のカルシウム協調機構にかかわっている可能性が示唆された。従って、Cx45欠損マウスにおける形態形成障害は内皮細胞の機能障害の結果であると推測された。カルシウムイオン依存性の転写制御因子Nfatc1が、Cx45欠損内皮において不活性化しており(対照群は活性型)、カルシウム協調モデル仮説を支持していた。このモデルは、ギャップ結合の発生分化における関与機序を初めて具体的な分子機構スキームとして提示した画期的なものであるとの評価を受けた。2.胎生8.5日胚を用いて、DNAマクロアレイ解析を行った。Cx45欠損胚において特異的な遺伝子発現プロファイルが明らかとなり、今後の重要な研究指針が得られた。3.条件下コネキシン系列欠損マウス作製のため、ターゲティングベクターを構築中である。4.Cx45の機能解析を進めるため、Cx45のダブルノックアウトES細胞を作製して、その細胞分化系譜を解析している。
スパースモデリングによる大規模カルシウムイメージングデータの解析手法の確立

申請者は、非負値行列因子分解の階層ベイズモデルであるGamma-Poisson (GaP)モデルを改良し、細胞検出問題に適用した。変分ベイズの枠組みにより、フルベイズ推定を近似的に実現する実用的計算量のアルゴリズムを構成した。まず、確率的に独立な蛍光量変化を示す256個の細胞からなる人工データを用いて、提案手法とMukamelらのICAとの性能比較を行った。ICAと比べて提案手法が高い精度で細胞の検出ができることを確認した。また、変分自由エネルギーは要素数256付近で極大になった。次に、急性スライスの海馬CA1錐体細胞の尖端樹状突起タフトを撮像したデータに対して、提案手法とICAを適用した。自発的にカルシウムトランジェントを起こしているタフト集団のデータ(非同期データ)と、同じスライスに対して撮像面を維持した状態で同期したトランジェントを誘発させた場合のデータ(同期データ)を解析した。両データともに、提案手法とICAとで検出した要素はほぼ同じであった。提案手法の変分自由エネルギーが極大となる要素数は、同期データと非同期データはほぼ同じであった。これは電気刺激の有無にかかわらず、ほぼ一致した要素を検出していることを反映しているものと思われる。最後に、マウス頭頂連合野のin-vivo二光子顕微鏡データに対して提案手法を適用した。結果を図1に示す。比較のため、MukamelのICAと実験研究者が手動で設定したROIを同図に示す。我々の手法は、手動やICAと比べて神経突起の詳細な構造を検出できており、神経活動と関連しているカルシウムトランジェントが検出できた割合が他の手法と比べて高かった。また、我々の手法で検出したROIは手動で検出した全ROIの約40%と一致したが、ICAは約20%であった。このように提案手法はMukamelらのICAより細胞検出能力が高いことが確認できた。27年度が最終年度であるため、記入しない。近年、蛍光イメージング装置の発達により、時空間的に高解像度で多細胞活動の長時間計測が可能となった。高時空間分解能データの長時間計測の実現により、膨大なデータをいかに解析するかという問題に直面するようになった。古典的なデータ解析手法では、研究者が手動で単一細胞の活動に関連すると思われる蛍光変化がある場所に、関心領域(region of interest, ROI)を設定する。データ量が膨大になるにつれて、手動によるROI設定が困難になり、細胞の自動検出が必要になっている。本研究の目的は、スパースモデリングにより進化した自動細胞検出技術を確立することにある。高時空間分解能カルシウムイメージング技術と自動細胞検出技術は、神経科学にブレークスルーをもたらすことが期待される。SchnitzerグループのMukamel (2009)らが開発した独立成分分析(independent component analysis, ICA)アルゴリズムは、当該分野でstate-of-the-artの手法として認知されている。この研究に対抗して我々は、カルシウムイメージングデータの非負性やスパース性を取り扱うことができるGamma-Poissonモデルによる自動細胞検出技術の開発を行っている。現時点において、人工データによる評価によりある条件では、MukamelらのICAアルゴリズムを上回る精度での細胞検出が可能であることを確認している。また、in-vitroのラット海馬スライスの共焦点顕微鏡データ(東京薬科大学宮川博義氏の提供)とin-vivoのラット新皮質の二光子顕微鏡データ(沖縄科学技術大学院大学船水章大氏(本新学術領域研究公募班員))の提供)を用いた予備実験を行い、人工データと同様に実データに対しても提案手法が動作することを確認している。結果を図1に示す。

このように提案手法はMukamelらのICAより細胞検出能力が高いことが確認できた。研究課題(I):改良非負行列因子分解アルゴリズムのスパース化:当初想定していたアルゴリズムと類似のアルゴリズムが複数のグループから同時期に発表されており、当該研究分野は激しい競争状態になっている。したがって、当初の計画を変更し、平成27年度実施する計画だったGamma-Poissonモデルによる自動細胞検出技術の開発を行った。研究課題(II):Gamma-Poissonモデルの導入:変分ベイズ法の枠組みを用いて、実用的な計算量のアルゴリズムを導出した。大規模なイメージングデータが扱えるように以下のような改良を行った。1.バックグラウンド蛍光に関する拘束を導入。2.温度パラメータを導入し、決定論的過冷却を実施。3.最初に時間平均画像を差し引いたデータを用いて緩和、次に完全なデータを用いて緩和。人工データによる評価を行い、この改良により提案アルゴリズムはMukamelらのICAアルゴリズムを上回る精度での細胞検出が可能であることを確認できた。また、in-vitroのラット海馬スライスの共焦点顕微鏡データとin-vivoのラット新皮質の二光子顕微鏡データを用いた予備実験を行い、人工データと同様に実データに対しても提案手法が動作することを確認した。研究課題(III):ROI間相互作用を推定するアルゴリズムの構築:樹状突起が分枝している場合、撮像断面ではこれらの分枝が複数のスポットに分散する。これらの分散したスポットでのカルシウム過渡応答の時定数が異なる場合、MukamelらのICAアルゴリズムは異なる細胞の要素として検出してしまう。この研究課題は、このように異なる要素として検出したスポットが、同一細胞に属しているものかどうかを判定する基準を開発するものである。だが幸いにも、Gamma-Poissonモデルを用いると、ICAで分離してしまう要素を同一細胞として判定できることを人工データで確認できた。27年度が最終年度であるため、記入しない。研究課題(II):前年度は、in-vitroのラット海馬スライスの共焦点顕微鏡データとin-vivoのラット新皮質の二光子顕微鏡データを用いた予備実験により、人工データと同様に実データに対しても提案手法が動作することを確認した。今年度は、多くの実データを用いて提案手法の有効性を検証する。これらの結果をまとめ、論文の執筆を行う予定である。研究課題(III):東京薬科大学宮川研究室では、ラット海馬CA1領域での「θ波領域の交流細胞外電場に対する細胞集団活動の位相引き込み」を計測している。研究課題(II)で開発したアルゴリズムを用いて、この多細胞活動データの解析を行い、位相引き込み現象の機序を明らかにする。交流電場負荷によるROI間相互作用の変化を抽出する統計的手法を、位相振動子モデルに基づいて開発する。
成熟骨組織中で骨芽細胞の新生を促す因子に対する受容体遺伝子を、形態学的に探し出す

TGF-betaスーパーファミリーのひとつであるアクチビンの受容体遺伝子がクローニングされ、セリン・スレオニンキナーゼ活性を有することが明らかになったことから、同じくTGF-betaスーパーファミリーに属するbone morphogenetic protein(BMP)に対する受容体もセリン・スレオニンキナーゼ活性をもっていると予想された。そこで、異なった受容体の間でも非常によく保存されていると考えられるセリン・スレオニンキナーゼ領域のヌクレオチド配列を予測し、それに対するオリゴヌクレオチドプライマーを作成し、PCRを用いてBMPに対する受容体遺伝子のクローニングを試みた。その結果、今回新規にクローニングされた遺伝子のひとつが、筑波大学の上野(現所属:北海道大学)らによって最近クローニングされたマウスのBMP-2およびBMP-4に対する受容体の、ラットhomologueであることが判明した。そこで今回クローニングされた受容体および、そのリガンドであるBMP-2とBMP-4の各遺伝子の組織内での発現状況を、ラットの胎仔および新生仔組織を用いてin situハイブリダイゼーション法で調べた。その結果、受容体遺伝子は骨芽細胞、軟骨細胞、毛根上皮、腎上皮、気管支上皮、心筋、髄膜、腸管周囲で発現が認められた。それに対し、BMP-2およびBMP-4に対する遺伝子の発現は、多くの場合受容体遺伝子の発現が認められた部分またはその近傍で認められ、autocrineまたはparacrineのメカニズムでBMP-2およびBMP-4が機能していることがわかった。また、成熟骨組織中でのこれらの遺伝子の発現状況は新生仔や胎仔にくらべて発現量が少ないため、in situハイブリダイゼーション法では確認できなかった。従って、正常骨組織においてBMP-2およびBMP-4は、骨形成期に特に重要な働きをしていることが示唆された。これらの成果は、現在欧文学術雑誌へ投稿準備中である。
カイコ突然変異体利用による高感度遺伝毒性検定系の開発

本研究では,カイコを変異源物質、環境汚染物質、環境ホルモン並びに食品添加物検定系のモデル動物として広く利用する路を開発することを目指し、カイコを用いた実験用代替動物の検定系の確立を目指す。今年度は発癌性・変異源性物質の一種であるメチルニトロソウレア(MNU)を用いてカイコの胚発生に及ぼす影響について分析を行った。検定系としては高感度の検出が可能であることが重要な条件となることから、検出感度上昇の1方策として非イオン系界面活性剤トリトンX100の効果をカイコ卵の孵化率と死卵率とによって調査した。トリトンX100を添加することにより孵化率で10ポイントの低下という効果が現れた。トリトンX100を添加した死卵率を指標にした場合では、トリトンX100の添加は割合を上昇させるという効果が認められた。すなわち、トリトンX100の添加は孵化率においては低下、死卵率においては上昇という効果をもたらした。これら事象は、トリトンX100によって卵殻を含む卵細胞質への薬剤の透過(あるいは浸透)性が向上したことによるものと判断した。以上これらの結果から、トリトンX100を添加すると、卵細胞質への薬剤の透過(あるいは浸透)性を向上させることから、種々の化学物質に対して高感度検出が可能となる路の1つが開かれたことになり、一方では、トリトンX100の使用は、界面活性剤であることを考慮すれば、生物効果の検定を必要とする難水溶性の化学物質に対しても有効な方法の1つと考えられる。孵化率を検定の指標にして、テストするカイコ卵のa)卵齢、b)MNUの濃度、c)浸漬時間を調べたところ、a)卵齢3.5hrの発生初期卵、b)MNU10mM、c)浸漬15分間の結果を得た。これらの条件でカイコ初期発生卵を浸漬処理したところ、孵化率は19.1%(対照区89.4%)、死卵割合は80.9%(対照.区10.6%)であった。孵化不能になった死卵について、胚発生に与える影響を胚子の全体標本を作製して、形態の観察を行った。(1)着色前死卵の場合、胚子両端部における細胞集塊の形成、胚子の体節分化不全、胚子の体軸捻転など、(2)着色催青前死卵の場合、胚子の異常伸長、卵内の胚子形成位置の異常、胚子の異常屈曲など、(3)催青死卵の場合、胚子頭部並びに剛毛や体表における着色不全、胚子反転不能、中胚葉や内胚葉由来の器官形成不全などの形態異常を伴った胚子が観察された。MNUは細胞質や核に損傷を与え、その結果として細胞と組織の分化異常を来すものと推察した。カイコ卵の孵化率と死卵発生率を指標にした発生初期卵による卵浸漬法は化学物質の催奇形性や安全性の簡便な第一次検定系になりうる。
ＳＩＮＥＵＰｓ：非翻訳アンチセンスＲＮＡ

29年度が最終年度であるため、記入しない。
温度感受性タンパク (TRP) チャネルを用いた脳低温療法機序の分子的解明

平成30年度は脳低温療法機序の分子的解明のために,疾患モデルを頭部外傷モデルから局所脳梗塞モデルに変更して実施した.脳梗塞モデルにおける低体温療法の有効性は,1954年のRosomoffらの報告を初めとして,これまで多くの報告がある.しかし,全身冷却による治療は,合併症が多く,侵襲性が高いため,治療として定着していない.そのため,当研究室では脳梗塞に対する局脳所冷却の脳保護効果をこれまでに報告してきた.しかしながら,これまで局所脳冷却の分子的機序を調べた研究は存在するが,脳温度制御による作用を薬剤で代替した研究は極めて少ない.そこで本年度は,先行研究で有効であった冷却温度15°Cの条件で不活性化する温度感受性Transient Receptor Potential (TRP)channel subtypeのうち,皮質に発現しているTRP Vallinoid 4 (TRPV4)チャネルに着目し,脳温度制御およびTRPV4チャネル制御による脳保護効果を検討した.Rose Bengal法による局所脳梗塞処置は皮質梗塞巣面積を有意に増加させた.また,この皮質梗塞巣面積の増加は局所脳冷却(15°C)およびTRPV4チャネルantagonistであるRN-1734の脳室内投与により減少した.さらに,局所脳冷却(15°C)を脳梗塞処置後1時間維持した状態でTRPV4チャネルagonistであるGSK1016790Aを脳室内投与しても脳梗塞面積は変わらなかった.再現性を含めた重症頭部外傷モデルの作製と脳表温度管理の構築に難渋したため,本年度は頭部外傷モデルから光感受性色素(Rose Bengal)を静脈内投与し大脳皮質表面にレーザー光を照射して血栓を形成させる局所脳梗塞モデルへと変更した.また,脳梗塞部位に対する局所脳冷却に空冷式冷却デバイスを用いたため,データの収集に時間がかかった.局所脳梗塞に対する局所脳冷却およびTRPV4チャネル制御の脳保護効果については立証できたため,今後は脳保護効果の作用機序解明を実施する.具体的には,TRPV4チャネルとネクローシス,アポトーシスの関係を明らかにするとともに,血液脳関門の破綻に対するTRPV4チャネルの作用について検討する.脳神経外科領域では,重症頭部外傷に対して頭蓋内圧の上昇を抑え,救命するため全身冷却による脳低温療法を行っている.一方,全身を冷却することで引き起こされる全身合併症が多く,救命できない症例が存在することも事実である.そこで,損傷部位のみを選択的に冷却する局所脳冷却が新しい治療法になりうると想起した.加えて,これまで低体温療法の分子的機序を調べた研究は複数あるが,細胞単位で温度との関連に焦点をあてた検討が極めて少ない.本研究の目的は,温度変化によって細胞内外の変化と温度感受性TRP (transient receptor potential)チャネル活性化との相互変化に着目し,頭部外傷患者に対する脳低体温療法の分子的機序を解明し,局所脳冷却へシフトをすすめることである.平成29年度は,まず局所脳冷却を可能とするマウス実験系の構築を行った.局所損傷は既存のcontrolled cortical impact (CCI)モデルを用いて作成した.その損傷部位に,ペルチェ素子を基盤とした冷却装置を用いて,損傷脳を局所的に冷却することが可能になった.直腸の深部体温は37度で維持しつつ,局所脳冷却部位を任意の温度で調整できる新規実験系の構築が可能となった.この実験系を用いて,局所脳損傷に対する局所脳冷却をTTC (2,3,5-Triphenyl tetrazolium chloride)染色で評価した.深部体温を37度で一定にした個体において,脳損傷部位をそれぞれ25度,30度,35度と冷却すると,1週間後の損傷面積は,損傷部位も深部体温と同じ37度に維持した個体と比べ,有意に損傷面積が軽減していた.局所脳冷却の実験系の構築と安定化に時間がかかった.マウスの小さい頭蓋に,CCIデバイスによる局所脳損傷を可能とする開頭を行うと,外気に触れるだけで損傷部位の温度が下がってしまう.そのため,損傷部位の温度を一定に維持するための機器を作製し,その上で局所温度を調整する実験系の構築が難渋し,時間がかかった.平成30年度は脳低温療法機序の分子的解明のために,疾患モデルを頭部外傷モデルから局所脳梗塞モデルに変更して実施した.脳梗塞モデルにおける低体温療法の有効性は,1954年のRosomoffらの報告を初めとして,これまで多くの報告がある.しかし,全身冷却による治療は,合併症が多く,侵襲性が高いため,治療として定着していない.そのため,当研究室では脳梗塞に対する局脳所冷却の脳保護効果をこれまでに報告してきた.しかしながら,これまで局所脳冷却の分子的機序を調べた研究は存在するが,脳温度制御による作用を薬剤で代替した研究は極めて少ない.そこで本年度は,先行研究で有効であった冷却温度15°Cの条件で不活性化する温度感受性Transient Receptor Potential (TRP)channel subtypeのうち,皮質に発現しているTRP Vallinoid 4 (TRPV4)チャネルに着目し,脳温度制御およびTRPV4チャネル制御による脳保護効果を検討した.Rose Bengal法による局所脳梗塞処置は皮質梗塞巣面積を有意に増加させた.また,この皮質梗塞巣面積の増加は局所脳冷却(15°C)およびTRPV4チャネルantagonistであるRN-1734の脳室内投与により減少した.さらに,局所脳冷却(15°C)を脳梗塞処置後1時間維持した状態でTRPV4チャネルagonistであるGSK1016790Aを脳室内投与しても脳梗塞面積は変わらなかった.

再現性を含めた重症頭部外傷モデルの作製と脳表温度管理の構築に難渋したため,本年度は頭部外傷モデルから光感受性色素(Rose Bengal)を静脈内投与し大脳皮質表面にレーザー光を照射して血栓を形成させる局所脳梗塞モデルへと変更した.また,脳梗塞部位に対する局所脳冷却に空冷式冷却デバイスを用いたため,データの収集に時間がかかった.局所脳損傷に対する局所脳冷却の効果がin vivo実験で証明できたため,今後は冷却が影響を及ぼす細胞を特定する.これにはまず免疫染色での評価を行う.その作用する細胞を特定し,パッチクランプによる電気生理学的実験へ進み,脳損傷後の細胞が冷却によりどのような作用を及ぼすのかを検討する.並行して,TRPノックアウトマウスを用い,同様の実験系を行い,脳損傷と脳冷却に関与するTRPサブタイプを同定していく.局所脳梗塞に対する局所脳冷却およびTRPV4チャネル制御の脳保護効果については立証できたため,今後は脳保護効果の作用機序解明を実施する.具体的には,TRPV4チャネルとネクローシス,アポトーシスの関係を明らかにするとともに,血液脳関門の破綻に対するTRPV4チャネルの作用について検討する.本年度の実験内容に変更はなかったが,染色実験や電気生理学実験まで到達できなかったため.448,151円未使用額が生じた.この未使用額については,平成30年度の実験試薬の購入に充てる.本年度の実験計画から変更があったため,組織学的評価および電気生理学的手法を用いた細胞単位での脳保護効果について検討できなかったため,495,351円未使用額が生じた.この未使用額については,令和元年度で使用する試薬の購入に充てる.
低出力半導体レーザー照射が歯髄細胞のレジン成分に対する反応に及ぼす影響の検討

in vitro実験系における半導体レーザー照射後の歯髄細胞および象牙芽細胞に対するレジン成分の影響の検討を行った.検討対象のレジン成分は,ベースレジンとして多くの修復用コンポジットレジンに使用されているBis-GMAを用い,半導体レーザーとしては出力調整が段階的に変換可能なパナソニックP-Laserを使用した.ヒト由来培養歯髄細胞株および私達が確立したラット由来象牙芽細胞様細胞株が細胞死に到らないレーザー出力の上限を検討した.レーザー出力の設定については、私達の研究チームがこれまでに行なって来て得られた知見や、論文等で報告されている内容も参考に、実際の臨床での適応を念頭に条件づけを行なった.その結果,エネルギー密度12J/cm^2の出力が最適であることが示された。細胞にエネルギー密度12J/cm^2前後の半導体レーザー照射を行った場合では、当初想定していた特徴的な細胞増殖能の増加は検出されなかった。レーザーの作用を効果的に反映させる照射条件を再検討する必要がある。レーザー照射の条件設定を行った後には、当初予定していた以下の実験を実施する予定である。1)細胞培養液中に数種類の濃度に調整したBis-GMAを一定時間添加した後,レーザー出力の程度による細胞周期の違いをフローサイトメトリーで確認2)細胞増殖能の違いをBrdUのDNAへの取込み測定で確認3)石灰化能の違いをアルカリフォスファターゼ活性測定およびvon Kossa染色により検討4)ヘキスト染色による核の形態変化,および電子顕微鏡による細胞の形態変化の観察in vitro実験系における半導体レーザー照射後の歯髄細胞および象牙芽細胞に対するレジン成分の影響の検討を行った.検討対象のレジン成分は,ベースレジンとして多くの修復用コンポジットレジンに使用されているBis-GMAを用い,半導体レーザーとしては出力調整が段階的に変換可能なパナソニックP-Laserを使用した.ヒト由来培養歯髄細胞株および私達が確立したラット由来象牙芽細胞様細胞株が細胞死に到らないレーザー出力の上限を検討した.レーザー出力の設定については、私達の研究チームがこれまでに行なって来て得られた知見や、論文等で報告されている内容も参考に、実際の臨床での適応を念頭に条件づけを行なった.その結果,エネルギー密度12J/cm^2の出力が最適であることが示された。1)細胞培養液中に数種類の濃度に調整したBis-GMAを一定時間添加した後,レーザー出力の程度による細胞周期の違いをフローサイトメトリーで確認2)細胞増殖能の違いをBrdUのDNAへの取込み測定で確認3)石灰化能の違いをアルカリフォスファターゼ活性測定およびvon Kossa染色により検討4)ヘキスト染色による核の形態変化,および電子顕微鏡による細胞の形態変化の観察〔研究実績の概要〕in vitro実験系における半導体レーザー照射後の歯髄細胞および象牙芽細胞に対するレジン成分の影響の検討を行った.半導体レーザー照射が象牙芽細胞や歯髄細胞のレジン成分に対する反応に与える影響を検討した.レジン成分は,ベースレジンとして多くの修復用コンポジットレジンに使用されているBis-GMAを用い,半導体レーザーとしては出力調整が段階的に変換可能なパナソニックP-Laserを使用した.培養歯髄細胞株および私達が確立した象牙芽細胞様細胞株が細胞死に到らないレーザー出力の上限を検討した.レーザー出力の設定については、これまでに報告されている論文等を参考に、実際の臨床での適応を念頭に条件づけを行い実験をおこなった.その結果,細胞にエネルギー密度12J/cm^2前後の半導体レーザー照射を行った場合では、当初想定していた特徴的な細胞増殖能の増加は検出されなかった。レーザーの作用を効果的に反映させる照射条件を設定する必要がある。レーザー照射の条件設定を行った後には、当初予定していた以下の実験をおこなう予定である。1)細胞培養液中に数種類の濃度に調整したBis-GMAを一定時間添加した後,レーザー出力の程度による細胞周期の違いをフローサイトメトリーで確認,2)細胞増殖能の違いをBrdUのDNAへの取込み測定で確認,3)石灰化能の違いをアルカリフォスファターゼ活性測定およびvon Kossa染色により検討、4)ヘキスト染色による核の形態変化,および電子顕微鏡による細胞の形態変化の観察〔研究実績の概要〕in vitro実験系における半導体レーザー照射後の歯髄細胞に対するレジン成分の影響の検討を行った.半導体レーザー照射が象牙芽細胞や歯髄細胞のレジン成分に対する反応に与える影響を検討した.レジン成分は,ベースレジンとして多くの修復用コンポジットレジンに使用されているBis-GMAを用い,半導体レーザーとしては出力調整が段階的に変換可能なパナソニックP-Laserを使用した.培養歯髄細胞株および私達が確立した象牙芽細胞様細胞株に対して、細胞死に到らないレーザー出力の上限を検討し、最適と考えられるエネルギー密度12J/cm^2前後の半導体レーザー照射を設定した.(この培養歯髄細胞は、これまで私たちが行なった研究結果から、レジン成分の影響を受け、細胞周期に変化を生じ、アポトーシスを生じていることが強く示唆され、また刺激除去後には再度増殖能が回復するという可塑性を有することが示されているものである.)

設定したエネルギー密度の範囲内で、照射間隔やレーザーのパルス制御の有無、培養細胞密度など、各種条件を変えてレーザー照射を行なったところ、レーザー照射の影響は軽微であり、コントロールと比較して細胞増殖能に対して統計学的にも明らかな照射の影響は認められなかった.そこで、照射エネルギーの取り込み効率を高めるために、今回用いた半導体レーザーの波長と反応して取り込み効果を向上させる薬剤の追加を行なうことを検討している.薬剤の適用に際しては、薬剤添加自体が細胞動態に影響を与える可能性も考えられるため、類似のコントロール試薬を用いて薬物添加自体の影響についても当然チェックを行なう.それと同時に、増殖能以外の細胞分化、機能発現に影響を与える可能性があるため、今後はレーザー単体でなく成長促進因子の添加した状態での照射等、複数の因子を検討して違いを調べる予定である.
情報認識膜を用いた自律代謝型組織の構築

生体膜ではイオンゲートが存在し、イオンシグナルが来たときにだけ細孔を開閉する。情報伝達シグナルにより細胞内外の特定イオンや物質の濃度を調節することが可能である。人工膜中にセンサー(包接ホスト)やアクチュエーター(環境応答ゲル)を組み合わせ、シグナルを認識したときにだけ細孔を高速に開閉する分子認識イオンゲート膜の開発に成功している。この膜はカリウムなど特定イオンが来たときにだけポリマー鎖が細孔内で膨潤し細孔を閉じる機能を有する。本研究では、この情報シグナル認識機能を人工代謝機能へと応用した新規なハイブリッド型人工臓器を提案する。情報認識膜の表面に細胞を成長させる。細胞の一部が死滅すると全体の細胞へ悪影響を与え(生体では炎症など)、機能を維持できない。多くの細胞はカリウムポンプにより細胞内でカリウム濃度が高い状態を維持している。通常、細胞内部でのカリウムイオン濃度は4000ppmであり、血漿中の濃度は200ppmである。細胞が死滅すると細胞膜が破壊されカリウムイオンが外部へ流れ出す。膜がこの情報物質を認識し死滅細胞近辺だけポリマー鎖が膨潤し親水化すると、死滅細胞近辺の細胞が表面から剥がれる。さらに膜細孔も閉じ細胞質は透過側へは流れでない。拡散によりカリウムイオン濃度が低下するとポリマー鎖は収縮し、初めの状態と同じように細胞が増殖し細胞組織を再構成する。これを繰り返すことにより、常に組織は新しい細胞と代謝され、長期間機能を維持する。生体においては、食細胞などにより細胞が消化され代謝が促進されているが、ここでは人工膜界面が細胞死の情報を認識し代謝する役割を担う。死細胞から放出されたカリウムイオンを膜が認識し、死細胞を選択的に系から除去できることを確認した。さらに、炎症性物資をも除去することにより、このシステムでは素早く細胞が復元されることも確認した。本年度は情報認識膜の作成、イオン移動モデルによるシステム評価、情報認識膜上での細胞培養を行った。膜の作成、さらに膜上での細胞培養に成功した。また、計算モデルより、本研究で提案している人工代謝系構築が可能であることも示した。

生体膜ではイオンゲートが存在し、イオンシグナルが来たときにだけ細孔を開閉する。情報伝達シグナルにより細胞内外の特定イオンや物質の濃度を調節することが可能である。人工膜中にセンサー(包接ホスト)やアクチュエーター(環境応答ゲル)を組み合わせ、シグナルを認識したときにだけ細孔を高速に開閉する分子認識イオンゲート膜の開発に成功している。この膜はカリウムなど特定イオンが来たときにだけポリマー鎖が細孔内で膨潤し細孔を閉じる機能を有する。本研究では、この情報シグナル認識機能を人工代謝機能へと応用した新規なハイブリッド型人工臓器を提案する。情報認識膜の表面に細胞を成長させる。細胞の一部が死滅すると全体の細胞へ悪影響を与え(生体では炎症など)、機能を維持できない。多くの細胞はカリウムポンプにより細胞内でカリウム濃度が高い状態を維持している。通常、細胞内部でのカリウムイオン濃度は4000ppmであり、血漿中の濃度は200ppmである。細胞が死滅すると細胞膜が破壊されカリウムイオンが外部へ流れ出す。膜がこの情報物質を認識し死滅細胞近辺だけポリマー鎖が膨潤し親水化すると、死滅細胞近辺の細胞が表面から剥がれる。さらに膜細孔も閉じ細胞質は透過側へは流れでない。拡散によりカリウムイオン濃度が低下するとポリマー鎖は収縮し、初めの状態と同じように細胞が増殖し細胞組織を再構成する。これを繰り返すことにより、常に組織は新しい細胞と代謝され、長期間機能を維持する。本年度は作成した情報認識膜の上に細胞を培養することに成功した。培養した細胞にカリウムイオンシグナルを加えると、通常の膜上の細胞は剥離しないが、情報認識膜上の細胞だけが剥離することを確認した。本コンセプトが実現可能であることを確認し、細胞死実験を開始したところである。
グルコース飢餓における赤血球型糖輸送担体(GLUT1)発現増強機構の解析

腫瘍組織では赤血球型糖輸送担体(GLUT1)遺伝子発現が増強し腫瘍増殖をエネルギー面で支えていることを研究者代表者らは報告しているが、この増強機構には低グルコースによるストレス負荷が重要な役割を果たしている。インビトロでもHepG2細胞を各種グルコース濃度で培養すると、低グルコースでは赤血球型糖輸送担体(GLUT1)遺伝子発現が、有意に増強することを認めた。そこで既に単離したGLUT1遺伝子より得られたDNA断片をluciferase発現プラスミドに挿入しHepG2細胞に遺伝子導入することにより転写活性を検討したところ-318から+180の約500bpにGLUT1遺伝子発現の強い転写活性部位を認め、かつこの部位が低グルコース刺激によるGLUT1発現増強に関与していることを認めた。この部位はGLUT1と同様に低グルコースで発現が増強するGRP78やGRP94の遺伝子上流域と相同性を有する部分は認められなかった。さらに、この約500塩基対のGLUT1遺伝子転写調節領域のDNAを制限酵素により切断し、互いに重複するDNAプローブを調製し、HepG2細胞より精製した核抽出物を用いてゲルシフト・アッセイを行ったことろ、いずれのプローブに対しても核蛋白の結合が認められたため、引続きDNase Iフット・プリント法によりその結合部位を検討した。この結果、数カ所に渡ってDNase Iによる消化が弱い部位をみとめ、特に4カ所では中心部にTRE様の配列が認められた。今後、低グルコース刺激に最も重要な部位を決定し、さらにGRPファミリーとの調節機構の違いを検討する予定である。
無線分散計算機ネットワーク上の高速通信アルゴリズムに関する研究

研究実績の概要は以下の通りである。1.無線ネットワーク上の周波数割当問題をネットワーク上の資源割当問題として定式化し、その計算複雑さについてあきらかにした。特に、与えられたネットワークの各ノードの次数が3に制限されたようなネットワーク(cubic graph)上での割当問題について深く考察し、各ノードに割り当てることのできる周波数を1からmに増加させることにより、各周波数がすべてのノードをカバーするという制約のもとで使用可能な周波数の種類が、mに関して超線形に増加することをあきらかにした(この結果については学術論文誌に投稿中)。2.無線ネットワークは、各送信ノードが複数の受信ノードに単位時間で情報を散布できるという観点から、一種のバスネットワークであるとみなすことができる。我々は各バスに接続されているノード数(無線ネットワークにおける各ノードの次数)が高々l(≧1)であるような(完全結合された)バスネットワークに着目し、そのようなネットワーク上での効率的な全対全通信(gossip)アルゴリズムを開発した(研究発表論文1)。3.無線ネットワークにける情報共有方式を提案した(研究発表論文2)。提案方式では、構成要素(ネットワークのノード)が動的に変化するような集合の共有を無線ネットワーク上でより少ないメッセージのやりとりで実現することができる。提案方式の基本的なアイデアは、共有される情報を連結リスト構造を用いて分散的に保持し、共有情報への各アクセスごとに連結リストの圧縮(path compression)をおこなうことである。提案方式のメッセージ複雑さは、ならし計算量によって評価されている。