hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
中期ビザンツ帝国におけるテマ制の総合的研究

「中期ビザンツ帝国におけるテマ制の総合的研究」では,8世紀を中心とするビザンツの皇帝政府について,それが「小アジアのテマに支えられた政権」であったとの仮説を設定した上で,7世紀から9世紀前半にかけて頻発したテマが引き起こした反乱に注目し,これらを詳しく分析することを通じて,提示した仮説である「小アジアのテマに支えられた政権」の成立と崩壊のプロセスを明らかにした。2011年度より,中期ビザンツ帝国の軍事行政制度であるテマ制に関連した研究を継続してきたが,その成果のひとつとして,小アジアを中心とする地方勢力であるテマに対抗する存在としての中央勢力(とりわけ帝国の首都コンスタンティノープルにおける重要団体と考えられる元老院)の動向を分析をし,「7・8世紀におけるビザンツ中央政府の動向ー元老院を中心にー」『人文論究』(62巻1号,2012年,1-18頁)を発表した。また,当初の予定どおり,8世紀のコンスタンティノス5世の治世におけるテマの動向について論文を作成する予定であったが,別個の課題のために研究は中途にある。その主な理由であり,かつ当初の予定外の研究として優先させたのは,中心課題であるテマ反乱をめぐる時代区分の考察である。研究代表者は,7世紀末から9世紀初頭にかけてを「テマ反乱の時代」として把握することを目指しているが,近年刊行されたブルベイカーとホルドンの共著『イコノクラスムの時代におけるビザンツ:歴史』(2011年)が設定する680850年頃という時期設定の妥当性について検討した。結果として,当初の予定通りの「テマ反乱の時代」という設定が妥当であることが確認できた。それ以外の業績としては,トルコ共和国のリキア地方に出張し,テマ行政の起源を探るための資料である印章について調査した。なお,9世紀におけるテマ=ケルソンの創設を含む論考「中期ビザンツ時代のケルソンー帝国北方外交の展開ー」(共著『ビザンツ交流と共生の専念帝国』昭和堂,69-90頁)が間もなく刊行予定である。本年度は研究課題「中期ビザンツ帝国におけるテマ制の総合的研究」の最終年度として,「テマ反乱から見るビザンツ帝国」という視点からの7世紀末9世紀初頭の帝国政治の分析において,残されていた課題に取り組んだ。ひとつは,テマ反乱の実行主体である地方に対する中央,コンスタンティノープルの諸勢力を分析するため,8世紀後半を中心とする首都での陰謀事件を網羅的に検討した。その成果は平成26年6月刊行予定の『歴史家年報』第9号に「イサウリア王朝下の陰謀事件をめぐってー8世紀のコンスタンティノープルー」として掲載される予定である。第2は最後のテマ反乱としてのスラヴ人トマスの乱についての考察である。従来,社会経済史的視点よりユニークな反乱として注目されてきたトマスの乱を,当研究では最後のテマ反乱と捉えることが可能であることを主張した。そして,このトマスの反乱をもって事実上終焉するテマ反乱について,なぜこの反乱をもってテマ反乱は見られなくなるのか,その理由を皇帝政府による中央集権国家の再確立という面から説得的に説明することを試みた。なお,この成果は「9世紀初頭における帝位継承とテマ反乱ースラヴ人トマスの乱を中心にー」として,平成26年度の最後に『関西学院史学』42号に掲載される予定である。昨年度末に発表した「レオン3世政権とテマ」(『関西学院史学』38号)ならびに昨年7月に発表した研究ノート「ビザンツ艦隊をめぐる考察ー7世紀後半ー8世紀初頭を中心にー」の二つの研究を受けて,テマ制度の起源について再度検討した。具体的には,オストロゴルスキーのヘラクレイオス帝改革説でも,その後の漸次的成立説でもなく,1980年代に井上浩一氏が提起した「自生的テマ論」を批判的に再検討した上で,レオン3世の治世でのテマ連合政権の成立(中谷の仮説)と結びつけてその成立を考察した。この議論については,第9回日本ビザンツ学会において報告し,問題提起をした上で,学会誌『西洋史学』に投稿し,掲載が決定した。また,テマ制度の成立に深く関係するテマ反乱(7世紀9世紀前半)についても分析を加えて,研究の暫定的なまとめを研究ノート「テマ反乱についての覚え書き」として『関学西洋史論集』(35号,2012年3月,63-74頁)に発表した。それ以外での本研究に関連する学術的な成果としては,(1)学会誌でのフォーラムの編集「シンポジウム:ビザンツ文明を考える」(『西洋史学』238号,2011年,39-40頁),(2)書評として,「井上浩一著『ビザンツ文明の継承と変容」(京都大学学術出版会,2009年『西洋史学』239号,2011年8月,78-81頁),さらに雑誌でのレビュー「ビザンツ国家はいかに再生したかー小林功氏の論考への疑問ー」(『歴史学研究』891号,2012年4月号,34-39,61頁)がある。

「研究実績の概要」にも記したように,昨年度の研究計画の中心をなすコンスタンティノス5世とテマとの関連についての考察が,論文としてまとめるに至っていないが,これは「テマ反乱の時代」という時代区分の設定の当否について,最新研究である『イコノクラスムの時代のビザンツ帝国』を読み,再検討することを優先させたことにある。また,昨年度はアメリカ合衆国のダンバートン・オークス研究所でのリサーチを実施せず,トルコ共和国での調査による資料のデータ収集を行ったことも研究が遅れ気味となる要因となっている。「研究実績の概要」に記したような成果により,研究はおおむね計画どおりに進んでいるといえる。具体的には,研究の主な成果は以下の4点にまとめることができる。(1)テマ制度の形成プロセスについて,帝国艦隊との関係を明確化した。(2)7世紀末から9世紀初頭にかけてビザンツ帝国において頻発したテマ反乱の特質と意義を確認した。(3)テマ制の成立の問題を研究史をもとに明確化し,独自の形成についての学説を提示できた。(4)以上の成果について,査読審査のある学会誌2編と学内紀要1編に投稿し,掲載ないし掲載予定にある。今年度の研究の基本方針は「7世紀末9世紀初頭におけるテマ反乱の考察(総括)」としてまとめることができる。すでにこれまでにテマ制度の起源について仮説を提示し,7世紀末8世紀中頃までのテマ反乱の展開については小アジアのテマ諸勢力の政権掌握を明らかにしてきた。よって最終年度はテマ反乱の大規模化とその終焉の過程を明らかにすることが目標となる。具体的には,(1)8世紀後半から9世紀初頭における中央政権とテマ勢力との対抗関係の分析と(2)スラヴ人トマスの反乱のプロセスを最後のテマ反乱として位置付けること二つが主な課題となる。今年度の研究の基本方針は,「中期ビザンツ帝国におけるテマ制度の発展」としてまとめることができる。すなわち,前年度に実施したテマ制度の起源についての研究を受けて,8世紀初頭に成立したと見られるテマ制と小アジアのテマ諸勢力による軍事的な連合政権の関係をより深く考察し,その後の展開について分析することである。具体的には,レオン3世を継いだ彼の長男コンスタンティノス5世の治世(741-775年)を中心に,(1)治世初頭のアルタバスドスの反乱の意義,(2)766年の大規模な陰謀事件の背景と影響,(3)ブルガリアを中心とする皇帝親征の展開の意味,などについて考察する予定である。関連図書費(中期ビザンツ史関連図書)として280,000円海外出張のための旅費(アメリカ合衆国)として550,000円国内出張のための旅費(東京,一橋大学図書館)として50,000円謝金費・その他として20,000円を,それぞれ予定している。関連する図書費(中期ビザンツ帝国史関連図書)として280,000円海外出張のための旅費(トルコ共和国)として550,000円国内出張のための旅費(東京,東京大学附属図書館)として50,000円消耗品費・謝金費・その他として20,000円をそれぞれ予定している。
国際機関の教育援助に関する基礎的研究

世界銀行をはじめとする種々の国際機関(IMF、UNICEF、UNDP、IIEP、OECD、etc.)による研究報告書やそれにもとづく教育援助政策は、各国のアカデミックな研究成果報告書や教育・文化交流・協力と質的に異なっている。1980年代以降、これらの国際機関の援助政策の変遷と今日の特色をさまざまな文献調査研究を通じて次のような視点から明らかにした。一つは、世界銀行の公刊した“Sub-Sahara Africa:from crisis to sustainable growth:along term perspectivestudy"(1989)に典型的にみられるように、それぞれの国や地域の政治・経済・文化等の固有の文脈を超えて普遍的に設定される戦略や政策が策定しうるという前提にたっていることである。しかしながら、このような普遍性-一般性はそれぞれの地域の実情を無視したものとしてローカルな教育政策家や研究者たちから激しい批判を受けるに至っている。また、公刊された研究報告書それ自体が資金援助の基準に容易に転化されるということは、自律したナショナルな教育政策の策定を困難にすることでもある。さらに、教育について言えば、「すべての者のための教育の世界会議」(1990)や「国際識字年」(1990)を契機として1990年代に入って種々の国際機関を含めたグローバルな新しい共通の教育戦略が提起されてきた。「基礎教育」「基本的人間ニーズと教育」、「最少限学習ニーズ」といった概念がこの新しい教育援助戦略にも影響を及ぼすこととなった。それらの概念の含意するものは、従来の制度的・学校型モデルへの援助からノンフォーマル教育を含めた社会政策型の援助であると言うことができる。また子どものみならず成人の識字教育・訓練までを含む教育に援助をシフトさせようとしている点でも特徴がある。しかしこれらの概念が、とりわけ「ニーズ」「人間的」「基本的」「最少限」といった用語が教育という文化的事象をどこまで普遍性を持って把握できるかといった問題は、第二次大戦後の国際的なアリーナでの概念の分析にさかのぼってレヴィューするとき、大きな課題として残される。ユネスコおよび世界銀行の調査報告書を中心に、世界的規模での国際教育援助政策の実態を知ることに中心をおいた。また、具体的な提言を含む政策に関する実践的、理論的な議論を学会誌等からレヴィューすることも試みた。具体的には、以下の通りである。世界銀行の政策研究報告書「サハラ以南地方の教育ー調整、再活性化、拡大」(1988年)は、世界銀行がアフリカ諸国に対していかなる教育援助政策を採択してきたか、また今後国際援助供与コミュニティのなかでどのような調整や協力が必要かを、明らかにしている。とりわけ、アフリカの教育改革をサポートするための望ましい援助計画について、次の三点を強調している。1)一口の教育政策の発展と管理を改善するためには、「種まき資金」の提供が必要なこと。2)援助供与団体が、個別の利害や関心を超えて共通の課題を設定して、共同歩調をとること。3)国際援助コミュニティを構成する世界銀行をはじめとする種々の援助団体が、各国政府から財政的、政治的に自立し、高い質と能力を持つ技術専門家を育成すること。
超長寿命・高エネルギーの電荷分離状態を有する分子を用いた触媒的光酸化還元反応

本年度は研究課題の最終目標である水の完全分解に向けて超長寿命・高エネルギー電子移動状態を有する分子である9-メシチルアクリジニウムイオン(Acr^+-Mes)を光触媒とした光触媒反応の開発、特に水素発生系の開発に重点をおいて研究を行った。また、水の完全分解に用いる酸化触媒として非ヘムオキソ錯体に注目し、これまで未解明であったその電子移動特性について検討を行った。得られた結果は雑誌論文への投稿だけでなく、学会での発表及び、特許出願も併せて行った。(2)これまでAcr^+-Mesを用いた光水素発生システムの開発を行ってきたが、その反応機構解明を行った。また、この水素発生触媒には高価な白金を用いていたことから、代替白金触媒の開発としてヒドロゲナーゼに代表される酵素と同様に鉄を用いた触媒開発、及びその光水素発生への応用を行った。その結果、合成した水溶性鉄コロイドからの水素発生に成功した。【特願2007-247656】(3)非ヘム鉄(IV)オキソ錯体は、生体内酸化酵素であるオキシゲナーゼの反応中心における活性種として機能している。近年、そのモデル錯体の構造が明らかになり、構造及び、機能モデル研究が注目を集めている。しかし、非ヘム鉄(IV)オキソ錯体の反応性を理解する上で重要な電子移動特性は報告されていない。そこでフェロセン類と非ヘム鉄(IV)オキソ錯体との電子移動反応から、その電子移動特性を決定した。本研究では光合成が行っている光エネルギーから化学エネルギーへの変換を目指して、まず必要とされる長寿命・高エネルギー電荷分離状態を生成する光触媒の開発を行い、さらにはその電荷分離状態を利用した光触媒反応について検討した。また、水を電子源とした効率的な光エネルギー変換システムの構築も目指して水の完全分解反応へと展開を行う予定である。本年度はアクリジニウムイオン(電子受容体)の9位に直接電子供与体を連結した分子を光励起すると非常に長寿命の電子移動状態が生成し、この生成種は三重項の励起状態ではないことを証明した。還元能力を高くするために、アクリジニウムイオンだけでなくキノリニウムイオンも用いた連結分子の開発・評価を行った。その結果、同様にキノリニウムイオン連結分子も長寿命の電子移動状態を生成し、基底状態の連結分子とダイマーラジカルカチオンを形成する事を見出した。一方、その電子移動状態は強力な酸化還元剤とみなすことができ、光触媒として用いることで化学エネルギーへの変換反応への展開を行った。まずアントラセンなどの芳香族化合物を電子源とする酸素から過酸化水素の発生に成功した。この場合、安価なコールタールからも過酸化水素が生成することを確認しており、新たな過酸化水素製造プロセスとして期待できる。またビオローゲン修飾白金クラスターを用いたNADHを電子源とする高効率な水素発生系の構築も行った。現在、光エネルギー変換が可能である光触媒、高効率な水素発生系の開発に成功し、水を完全分解するためには水を酸化することのできる分子触媒の開発が必要不可欠である。今後、この分子触媒について検討を行う。本年度は水の完全分解に向けて超長寿命・高エネルギー電子移動状態を有する分子である9-メシチルアクリジニウムイオン(Acr^+-Mes)を光触媒として水素発生系の開発に重点をおいて研究を行った。また得られた結果は雑誌論文への投稿だけでなく、特許出願も併せて行った。Acr^+-Mesを光触媒として用いることで、このピオローゲン無しでも白金触媒への電荷移動が可能であることから、その水素発生効率の最適化、及び反応機構の解明を行った。その結果、我々が開発した水素発生系は世界最高値の光量子収率で水素発生していることが判明した。また、水素発生触媒である白金触媒の電子移動速度を詳細に検討した結果、その過程にpH依存性と逆同位体効果が観測されたことからプロトン共役電子移動によって白金への電子移動が起こっていることが分かった。次にAcr^+-Mesよりもさらに高い還元能力を有するメシチルキノリニウムイオン(Qu^+-Mes)は非常にコンパクトな分子であり、同様に長寿命の電子移動状態を生成する。一方、ゼオライトなどの多孔性物質は均一の細孔を有しており、カチオン性の分子であれば容易にイオン交換することができる。そこで、カチオン性の電子移動型光触媒であるAcr^+-Mes、Qi^+-Mesのゼオライトへの挿入を試みた結果、サイズ選択的にQu^+-Mesのみゼオライトへの担持に成功した。その結果、ゼオライト細孔内に担持されたQu^+-Mesは室温付近でも非常に長寿命の電子移動状態を観測することができた。

また、この水素発生触媒には高価な白金を用いていたことから、代替白金触媒の開発としてヒドロゲナーゼに代表される酵素と同様に鉄を用いた触媒開発、及びその光水素発生への応用を行った。その結果、合成した水溶性鉄コロイドからの水素発生に成功した。【特願2007-247656】(3)非ヘム鉄(IV)オキソ錯体は、生体内酸化酵素であるオキシゲナーゼの反応中心における活性種として機能している。近年、そのモデル錯体の構造が明らかになり、構造及び、機能モデル研究が注目を集めている。しかし、非ヘム鉄(IV)オキソ錯体の反応性を理解する上で重要な電子移動特性は報告されていない。そこでフェロセン類と非ヘム鉄(IV)オキソ錯体との電子移動反応から、その電子移動特性を決定した。
豪雨の形成過程のマルチスケール研究と予測法の開発

3年計画の最終年次として、平成10年度は、これまでの観測結果なども含めて、豪雨形成の過程と予測可能性について総合的にまとめた。興味深い主な研究成果は下記の通りである:1.梅雨期における東アジアの雲量分布と列島上の降雨量には、1993年の異常多雨、1994年の異常少雨など、しばしば顕著な2年周期の変化が見いだされる。2.数100kmスケールの雲群の中でも、その西端に次々と積乱雲群が形成されることにより長時間維持され、停滞する雲群は高い降水効率を示し、雲群内に約5時間の間隔で形成、発達する積乱雲群が雲群全体の高い降水効率に寄与する。3.従来そのようなシステムが形成されにくいとされてきた大気環境でも、下層が湿潤な大気では、バンドに直交する方向へゆっくり移動し、しばしば豪雨をもたらすバンド状降雨システムが形成され、また下層の卓越風に相対的にある種の山系配列がある場合は、長時間維持、停滞するバンド状降雨システムが形成され、遠方まで強い降雨をもたらす。4.周辺の降水セルの複合的な働き、隣接する積乱雲の働き、あるいは周辺卓越風の時間変化に対応して、中層の乾燥空気、下層の湿潤空気の流入が変化することにより、システムの中のある積乱雲、あるいはある降水セルのみが著しく発達し、強い降雨の集中が起こる。5.湿潤な大気では、山岳の風上側で移動してくる降水セルに2段階の降水強化が起こり、また、山岳の形状、大きさと大気条件に依存して、山岳の風下側にも、降水セルを発達させると共に、移動してくる大気システムの降水を強化させる場所が生じる。これらの地形効果は豪雨の形成に重要な役割を果たしている。6.これらの成果にも基づいて、豪雨形成の予測に関する問題点と可能性を総合的にまとめた。本研究は、主に九州南西部のメソβスケールの帯状積乱雲群を対象に、豪雨形成に関係するマルチスケールの現象の対応関係を調べ、豪雨の形成過程を明らかにすると共に、予測の可能性を検討することを目的としている。平成8年度は、3年計画の1年次として下記の研究を実施した:1)種子島に当研究所の2台のドップラーレーダを移動設置し、梅雨期、海上でメソβスケールの帯状積乱雲群が形成、維持される過程、あるいはメソβスケール積乱雲群内で積乱雲が発達する過程を観測すると共に、航空機よりドロップゾンデを投下することにより積乱雲群周辺の大気場の構造を観測した。観測事例の中から、寒冷前線周辺のいくつかの空間スケールの帯状雲群を選び出し、それらの全体としての消長とそれらを構成する積乱雲の発達との対応関係を調べ、また梅雨前線周辺のメソβスケールの雲群内の積乱雲の発達過程を調べた。2)平成6年のドップラーレーダ観測事例より停滞する長寿命の帯状積乱雲群を選び出し、移動する短寿命の帯状積乱雲群との構造の違いを調べ、前者には長寿命の降水セルが含まれていることを明らかにした。3)平成8年梅雨期に東シナ海から九州南西部に移動してきたメソαスケールの雲群の構造と消長について、人工衛星GMS,レーダアメダス雨量データなどを用いて解析し、雲群内のメソβスケール積乱雲群の入れ代わり、発達の過程と、雲群全体の消長、移動との関係を調べ、2つの異なるタイプの雲群の存在を示した。4)上記のそれぞれの事例について、気象庁の微格子数値予報出力データを収集し、それらを初期データ、あるいは境界データとし、メソ非静水圧モデルによりメソα雲群、あるいはメソβ積乱雲群周辺の大気場をシミュレートすることを試みた。

本研究は、主に九州南西部のメソβスケールの帯状積乱雲群を対象に、豪雨形成に関係するマルチスケールの現象の対応関係について下記の研究を行ない、豪雨の形成過程を明らかにすると共に、予測の可能性を検討することを目的としている。平成9年度は3年計画の2年次として下記の研究を実施した。・熊本県天草郡と長崎市に当研究所の2台のドップラーレーダを移動設置し、佐世保市における北海道大学のドップラーレーダ観測、諌早市における長崎大学のレーダ観測と協力して、梅雨期の豪雨をもたらす降水系の観測を行った。特に九州の西側の海洋上で発達した積乱雲、あるいは積乱雲群が上陸し、山岳などの地形の効果を受けて変質する過程、強い降雨を集中化させる過程に注目して観測を行った。また、観測期間中、熊本県天草郡で気象ゾンデの特別集中観測を実施し、上記の過程が起こる大気環境を観測した。・観測期間中には観測領域の南側にあたる鹿児島県出水市で洪水を発生させた豪雨が観測された。この豪雨は島の風下にできたメゾ降水系について非静水圧3次元数値モデルを用いてシミュレーション実験を行い、地形の効果を調べた。・東シナ海から九州南西部に移動してくるメソαスケール雲群の構造の変化の特徴を気象衛星や地上観測を用いて調べ、発達したメソβスケール帯状積乱雲群が、メソα雲群のどの場所、どのような発達経過の中で形成されたかを明らかにした。・積乱雲群のドップラーレーダ観測データの解析において、さらに、気象庁客観解析データ、日本域数値予報出力データも用いて、積乱雲群全体としての形成、発達、維持、移動、停滞、消滅の過程とその周辺の大気構造の変化との関係を調べた。3年計画の最終年次として、平成10年度は、これまでの観測結果なども含めて、豪雨形成の過程と予測可能性について総合的にまとめた。興味深い主な研究成果は下記の通りである:1.梅雨期における東アジアの雲量分布と列島上の降雨量には、1993年の異常多雨、1994年の異常少雨など、しばしば顕著な2年周期の変化が見いだされる。2.数100kmスケールの雲群の中でも、その西端に次々と積乱雲群が形成されることにより長時間維持され、停滞する雲群は高い降水効率を示し、雲群内に約5時間の間隔で形成、発達する積乱雲群が雲群全体の高い降水効率に寄与する。3.従来そのようなシステムが形成されにくいとされてきた大気環境でも、下層が湿潤な大気では、バンドに直交する方向へゆっくり移動し、しばしば豪雨をもたらすバンド状降雨システムが形成され、また下層の卓越風に相対的にある種の山系配列がある場合は、長時間維持、停滞するバンド状降雨システムが形成され、遠方まで強い降雨をもたらす。4.周辺の降水セルの複合的な働き、隣接する積乱雲の働き、あるいは周辺卓越風の時間変化に対応して、中層の乾燥空気、下層の湿潤空気の流入が変化することにより、システムの中のある積乱雲、あるいはある降水セルのみが著しく発達し、強い降雨の集中が起こる。5.湿潤な大気では、山岳の風上側で移動してくる降水セルに2段階の降水強化が起こり、また、山岳の形状、大きさと大気条件に依存して、山岳の風下側にも、降水セルを発達させると共に、移動してくる大気システムの降水を強化させる場所が生じる。これらの地形効果は豪雨の形成に重要な役割を果たしている。6.これらの成果にも基づいて、豪雨形成の予測に関する問題点と可能性を総合的にまとめた。
乳業用乳酸菌から"食べるワクチン"を!-新世代経口ワクチン・アジュバントの開発-

[目的]食資源として極めて重要な家畜は,消化管感染症に罹患し慢性化しやすく,家畜の生産性の著しい低下と抗生剤の大量使用を招き,産業的被害が深刻な問題となっている.本研究では,乳業用乳酸菌DNAモチーフにより副作用のない安全な,しかも有効なアジュバントを兼ね備えた,新規な経口ワクチンを開発することを最終目標とし,乳酸菌からの免疫活性を有するDNA配列の探索とTLR9を用いた新規DNA免疫活性評価法を開発し,乳酸菌DNAの腸管免疫賦活化作用を解明することを目的とした.[方法]乳酸菌において活性DNAモチーフの検索を行い,その免疫活性についてリンパ球幼若化活性を指標として評価した.TLR9についてヒトモデル系として期待されるブタ腸管よりクローニングし,その発現を解析した.ブタTLR9遺伝子を強制発現させた哺乳類細胞を構築し,活性DNAの評価法の構築を試みた.ブタパイエル板および腸間膜リンパ節の細胞を乳酸菌DNAで刺激後,定量的PCR法により各種サイトカインmRNAの発現量を測定した.腸管関連リンパ組織におけるTLR9発現の局在性を免疫組織化学的手法およびフローサイトメトリー法により解析した.[結果]乳酸菌から数種の活性DNAモチーフを発見した.DNAモチーフの評価系として利用可能な,哺乳類細胞を用いたブタTLR9発現細胞の作出に成功した.乳酸菌DNAの刺激により,成熟ブタパイエル板細胞から,IL-6,IL-12p40およびIFN-γmRNAが強く発現した.免疫組織学的染色法により,成熟ブタのパイエル板および腸管膜リンパ節で強いTLR9の発現が認められ,特にパイエル板上皮および樹状細胞に強い発現が認められた,以上のことより,生体内の腸管免疫系において,乳業用乳酸菌由来DNAがTLR9を介して免疫応答を誘導する可能性が強く示唆され,乳酸菌DNAのアジュバントとしての活性が期待された.[目的]食資源として極めて重要な家畜は,消化管感染症に罹患し慢性化しやすく,家畜の生産性の著しい低下と抗生剤の大量使用を招き,産業的被害が深刻な問題となっている.本研究では,乳業用乳酸菌DNAモチーフにより副作用のない安全な,しかも有効なアジュバントを兼ね備えた,新規な経口ワクチンを開発することを最終目標とし,乳酸菌からの免疫活性を有するDNA配列の探索とTLR9を用いた新規DNA免疫活性評価法を開発し,乳酸菌DNAの腸管免疫賦活化作用を解明することを目的とした.[方法]乳酸菌において活性DNAモチーフの検索を行い,その免疫活性についてリンパ球幼若化活性を指標として評価した.TLR9についてヒトモデル系として期待されるブタ腸管よりクローニングし,その発現を解析した.ブタTLR9遺伝子を強制発現させた哺乳類細胞を構築し,活性DNAの評価法の構築を試みた.ブタパイエル板および腸間膜リンパ節の細胞を乳酸菌DNAで刺激後,定量的PCR法により各種サイトカインmRNAの発現量を測定した.腸管関連リンパ組織におけるTLR9発現の局在性を免疫組織化学的手法およびフローサイトメトリー法により解析した.[結果]乳酸菌から数種の活性DNAモチーフを発見した.DNAモチーフの評価系として利用可能な,哺乳類細胞を用いたブタTLR9発現細胞の作出に成功した.乳酸菌DNAの刺激により,成熟ブタパイエル板細胞から,IL-6,IL-12p40およびIFN-γmRNAが強く発現した.免疫組織学的染色法により,成熟ブタのパイエル板および腸管膜リンパ節で強いTLR9の発現が認められ,特にパイエル板上皮および樹状細胞に強い発現が認められた,以上のことより,生体内の腸管免疫系において,乳業用乳酸菌由来DNAがTLR9を介して免疫応答を誘導する可能性が強く示唆され,乳酸菌DNAのアジュバントとしての活性が期待された.[目的]我々は、日常摂取する乳業用乳酸菌のDNAモチーフが消化管内で免疫賦活化能を有することを発見した.このことは、ワクチン抗原遺伝子を組み込んだ乳業用乳酸菌とそのDNAモチーフを有効なアジュバントを有する経口ワクチンとして開発できることを強く示唆する.本研究は、乳業用乳酸菌とそのDNAモチーフにより副作用のない安全な、しかも有効なアジュバントを兼ね備えた、新世代の"食べる経口ワクチン"を開発することを目的としている.[方法]本年度は、乳業用乳酸菌由来免疫活性化DNAより、ワクチンアジュバント活性を示すDNAモチーフを同定する目的から、特にヨーグルトスターターを中心としてDNAデータベースを用い、CpGモチーフの検索を行った.得られたCpGモチーフを含むオリゴDNAの免疫活性をリンパ球幼若化活性を指標として評価した.CpGモチーフのレセプターとして同定されたTLR9についてヒトモデル系として期待されるブタ腸管よりクローニングし、その発現を解析した.[結果]DNAデータベースの検索から、S.thermophilus ATCC19258株の遺伝子にCpGモチーフの存在が認められた.DNA配列から化学合成したCpGモチーフを含む20bのオリゴDNAは、マウス脾臓リンパ球に対して高い幼若化活性を示し、B細胞マイトジェンとして同定された.ブタ腸管パイエル板から、1,029アミノ酸配列をコードする3,087bpからなるブタTLR9 cDNAの全塩基配列を決定した.ブタTLR9はヒトと比較して85%と高い相同性を示した.同分子は腸管組織においてパイエル板にのみ発現していた.このことから、腸管パイエル板における乳酸菌DNAモチーフのTLR9を介する免疫調節機構が強く示唆された.[目的]

食糧の持続的・安定的な生産は,食生活を支え人類を存続させる上で,必要不可欠である.食資源として極めて重要な家畜は,消化管感染症に罹患し慢性化しやすく,結果として,家畜の生産性の著しい低下と抗生剤の大量使用を招き,産業的被害が深刻な問題となっている.本研究では,乳業用乳酸菌DNAのこれまでの知見を基礎とし,乳業用乳酸菌とそのDNAモチーフにより副作用のない安全な,しかも有効なアジュバントを兼ね備えた,新規な経口ワクチンを開発することを目的としている.本年度は特に,乳酸菌DNAの活性発現における認識性と取り込みについて,TLR9遺伝子導入細胞を用いて解析することを目的とした.[方法]昨年度クローニングに成功したブタTLR9遺伝子を強制発現させた哺乳類細胞を構築し,病原細菌および乳酸菌由来DNAモチーフの認識性ち取り込み解析をレーザー顕微鏡およびフローサイトメトリーにより行った.[結果]DNAモチーフの評価系として利用可能な,哺乳類細胞を用いたブタTLR9発現細胞の作出に成功した.本発現細胞を用いた病原細菌(E. coli)および当研究室で発見した乳酸菌由来各種DNAモチーフの取り込み解析から,E. coli由来CpGモチーフと同程度の取り込みが認められた.また,CpG配列を持たず,免疫刺激機能が無いことで知られるnonCpG DNAモチーフも同程度取り込まれ,TLR9のリガンドがCpG DNAであるという従来の見解に疑問を提起した.本年度の研究から,ブタTLR9発現細胞によるDNAモチーフの取り込み解析より,TLR9を介するDNAモチーフの取り込み強度と以降の活性化シグナルの誘導には相関関係は低く,腸管の常在性乳酸菌由来DNAに対する免疫応答の巧妙な調節機構の一端も示唆された.[目的]食糧の持続的・安定的な生産は,食生活を支え人類を存続させる上で,必要不可欠である.食資源として極めて重要な家畜は,消化管感染症に罹患し慢性化しやすく,結果として,家畜の生産性の著しい低下と抗生剤の大量使用を招き,産業的被害が深刻な問題となっている.本研究では,乳業用乳酸菌DNAのこれまでの知見を基礎とし,乳業用乳酸菌とそのDNAモチーフにより副作用のない安全な,しかも有効なアジュバントを兼ね備えた,新規な経ロワクチンを開発することを目的としている.本年度は,乳酸菌DNAのアジュバントとしての活性発現機構を,とくにサイトカイン産生を指標に解明するとともに,乳酸菌DNAが作用する腸管組織におけるTLR9の局在性を調べ,腸管における活性発現の可能性について検討した.[方法]ブタパイエル板および腸間膜リンパ節の細胞を乳酸菌DNAで刺激後,定量的PCR法により各種サイトカインmRNAの発現量を測定した.また,作成したブタTLR9ポリクローナル抗体を用い,腸管関連リンパ組織におけるTLR9発現の局在性を免疫組織化学的手法およびフローサイトメトリー法により解析した.[結果]乳酸菌DNAの刺激により,成熟ブタパイエル板細胞から,IL-6,IL-12p40およびIFN-γmRNAが強く発現することが判明した.免疫組織学的染色法により,成熟ブタのパイエル板および腸管膜リンパ節で強いTLR9の発現が認められた。
神経振動子に基づくヘビ型ロボットの自律分散的運動制御

ヘビは細長い身体をくねらせることで身体底面・側面における環境との摩擦・押しつけを通じた力学的相互作用を発生させることにより,凹凸のある硬い土の上だけでなく,砂上,水中や木の枝の上などのきわめて多様な環境における適応的運動機能を発揮する動物である.本課題ではヘビを模倣したロボットを,動物の運動制御における神経機構を模倣した自律分散的制御器により制御することで,ヘビ型ロボットの環境適応的自律分散制御の実現を目的とした.提案する制御アーキテクチャにおいては,動物の脊髄に存在する運動パターン発生器であるCPGを模倣して,神経振動子モデルを直列的に結合したネットワークにより,身体のくねり運動を頭から尾に向けて伝播させることで蛇行運動を生成する.更に,外部環境と身体との相互作用に関するセンサ情報を適切にCPGにフィードバックすることにより,環境の変動に応じた適応的な運動パターンの発生が期待される.17年度の研究では,センサ信号として身体と外部環境との力学的相互作用に着目し,胴体底面に搭載された受動車輪が受ける体軸に垂直な平面内の,地面に垂直な方向および水平な方向の力を測定するセンサを開発し,実験によりその有用性を確認した.一方で制御系について,物理学シミュレータを利用した遺伝的アルゴリズムの利用によって接地面の摩擦係数の変動に応じて自律的に運動形態を変動させるCPGパラメータを導出しようとしたが,松岡によって提案されたCPGモデルに対して直接センサ信号をフィードバックした場合,運動が振動的となって収束しない現象が明らかとなった.この現象の解析については,今後の課題として残った.平成16年度の研究においては,調査研究および数理的研究の結果に基づき,ヘビ型移動ロボットの最適な運動を生成するための神経振動子ネットワークの構築を行った.本研究で提案しているアーキテクチャでは,松岡らが提案した神経振動子モデルをネットワーク化し,これをヘビ型ロボットの各体幹ユニットのアクチュエータ制御に用いることによりロボットの蛇行運動を生成する.神経系のパラメータが多数であるため,遺伝的アルゴリズムを用いた最適化を行い,最速の蛇行運動を生成するネットワーク構造および神経パラメータを求めた.なお,ここでの速度評価においては,特定の神経系の設定により実現されるロボット運動速度を評価指標として用いたが,ここでは消耗品として借用した力学シミュレータVirtual.Lab Motionについては,現在のところ使用法を習得している段階であるため,ここでは研究代表者らが従来作成した動力学シミュレータを用いた.この結果として,従来得ていた速度0.244[m/s]に対して,最適な設定においては2.33[m/s]の移動速度が実現された.この結果は国際会議IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics 2005に投稿中である.さらに,路面状況や傾斜などを運動にフィードバックするためのセンサフィードバックのアーキテクチャについて,概念的な設計を行った.この結果と借用したシミュレータとを利用し,最終的なコントローラを導出する.ヘビは細長い身体をくねらせることで身体底面・側面における環境との摩擦・押しつけを通じた力学的相互作用を発生させることにより,凹凸のある硬い土の上だけでなく,砂上,水中や木の枝の上などのきわめて多様な環境における適応的運動機能を発揮する動物である.本課題ではヘビを模倣したロボットを,動物の運動制御における神経機構を模倣した自律分散的制御器により制御することで,ヘビ型ロボットの環境適応的自律分散制御の実現を目的とした.提案する制御アーキテクチャにおいては,動物の脊髄に存在する運動パターン発生器であるCPGを模倣して,神経振動子モデルを直列的に結合したネットワークにより,身体のくねり運動を頭から尾に向けて伝播させることで蛇行運動を生成する.更に,外部環境と身体との相互作用に関するセンサ情報を適切にCPGにフィードバックすることにより,環境の変動に応じた適応的な運動パターンの発生が期待される.17年度の研究では,センサ信号として身体と外部環境との力学的相互作用に着目し,胴体底面に搭載された受動車輪が受ける体軸に垂直な平面内の,地面に垂直な方向および水平な方向の力を測定するセンサを開発し,実験によりその有用性を確認した.一方で制御系について,物理学シミュレータを利用した遺伝的アルゴリズムの利用によって接地面の摩擦係数の変動に応じて自律的に運動形態を変動させるCPGパラメータを導出しようとしたが,松岡によって提案されたCPGモデルに対して直接センサ信号をフィードバックした場合,運動が振動的となって収束しない現象が明らかとなった.この現象の解析については,今後の課題として残った.
免疫グロブリン関連アミロイドニューロパチーにおける遊離軽鎖の神経毒性に関する研究

免疫グロブリン関連アミロイドーシスにおける血漿遊離軽鎖(freelight chain, FLC)の神経毒性について検討した。精製FLCの存在下でラット後根神経節細胞を培養し、神経突起を有する細胞の割合、神経細胞の大きさ、神経突起の数、最長の神経突起の長さ、全神経突起の総和を測定してコントロールと比較検討した。本患者からのFLCは末梢神経障害の有無に関係なく、神経細胞の大きさ以外の指標について有意な低下を示した。免疫グロブリン関連アミロイドニューロパチー患者における血漿中free light chain(FLC)の神経毒性について明らかにすることが本研究の目的である。本年度は培養マウス神経根細胞を用いて神経毒性を検討する前段階として、まず凍結保存してある患者血漿から高純度のFLCを精製する方法を確立した。血漿50μlを20%ポリアクリルアミドゲルで電気泳動後、FLCのモノマーとダイマーの両者を含む25-50kDaの部分のゲルを切り出し、ミンス後、0.1%sodium dodecyl sulfate(SDS)、0.05mol/l Tris-HCl(pH7.0)、0.1mmol/l EDTA、0.2mol/l NaClから成るelution bufferでFLCを抽出。さらに純度を高める目的で、半精製されたFLCを再度20%ポリアクリルアミドゲルにかけて電気泳動を行ない、分離された蛋白をPVDF膜に転写。ヤギ抗ヒトFLC(κ、λ鎖)抗体を用いて発色させ、その膜部分を切り出し、elution buffer(trifluoroacetic acid/acetonitrile/water=3:4:3)でFLCを抽出した。市販の測定用キット(Binding Site社)を用いて免疫比濁法により高濃度のFLCが得られたことを確認した。続いて、精製したFLCの神経毒性を検討するために、マウス脊髄神経根を分離・培養する手技を確立中である。免疫グロブリン関連アミロイドーシスでは約20%の患者で難治性の末梢神経障害が見られる。その原因の一つとしてアミロイド前駆蛋白である血漿中free light chain(FLC)に神経毒性のあることが推測されており、それを明らかにすることが本研究の目的である。昨年度は凍結保存してある患者血漿から20%ポリアクリルアミドゲルを用いて高純度のFLCを精製する方法を確立した。今年度はそれに続いてマウス脊髄神経根を用いた神経毒性の解析手技を確立した。Wisterラット(15日齢)から脊髄後根神経節を採取し、トリプシン処理を行なって神経細胞を単離する。24穴プレート中でDMEMIF-12+10%牛胎児血清+神経成長因子を用い、3日間培養。得られた脊髄後根神経節細胞をさらに3日間培養し、パラホルムアルデヒドで固定後、神経根細胞に特異的に発現する抗マイクロチューブ関連蛋白抗体を用いて蛍光染色を行う。画像解析装置を用い、100ニューロンについて神経突起を有する細胞の割合、神経細胞の大きさ、神経突起の数、最長の神経突起の長さ、全神経突起の総和を測定してコントロール(精製FLC不添加)の値を得た。今後は精製したFLCを段階希釈して培養液中に加え、上記の各指標についてコントロール値と比較検討する予定である。1年目は患者血漿からポリアクリルアミドゲルを用いて高純度のFLCを精製する方法を、2年目は脊髄神経節細胞を用いた神経毒性の解析手技を確立した。精製FLCは末梢神経障害のある免疫グロブリン関連アミロイドーシス患者3名と、そうした所見が臨床的に明らかでない同患者3名から得た。本年度は培養液中にその精製されたFLCを加え、神経毒性の有無について検討した。まず、ラット脊髄後根神経節を採取し、トリプシン処理を行なって神経細胞を単離。24穴プレート中でDMEM/F-12+10%牛胎児血清+神経成長因子を用い、3日間培養した。得られた脊髄後根神経節細胞を、FLCが一定の濃度になるように調節した培養液中でさらに3日間培養し、パラホルムアルデヒドで固定。神経根細胞に特異的に発現する抗マイクロチューブ関連蛋白抗体を用いて蛍光染色を行い、画像解析装置を用いて100ニューロンあたりの神経突起を有する細胞の割合、神経細胞の大きさ、神経突起の数、最長の神経突起の長さ、全神経突起の長さの総和を測定した。コントロールとしては精製FLCを含まない培養液中で培養した神経節細胞を用いた。その結果、末梢神経障害のないアミロイドーシス患者を含め全例で、コントロールと比較して上記指標の有意な低下がFLCの濃度依存的に確認された。臨床的に明らかな末梢神経障害のない患者から得られたFLCでも同様の低下が認められた。
革新的共振超音波顕微鏡の開発とマイクロ・ナノ複合材料の弾性率絶対計測

世界中で微小領域における材料複合化の研究が急速に進んでいる.これは微小領域においてはバルク材では得られなかった機能が実現できるためである.これまで,これら機能材料に関しては磁性や光学的性質といった機能に関する研究が重点的に行われてきたが,近年,機能だけではなく力学的性質を把握することの重要性が認識されるようになってきた.力学的性質の中でも弾性定数は特に重要な量であり,構成要素の内部応力や弾性ひずみエネルギを算出する際には欠かすことができない.しかし,マイクロ・ナノスケール領域の弾性定数を絶対的に計測する手法は夫だに存在しない,そのため,微小スケールの複合材料の機能と力学との関わりもほとんど知られていない.本研究計画においては,以下の事項を達成することを目的とする:(1)局所弾性定数を絶対的に測定するための薪しい超音波共振顕微鏡を開発する.(2)複合材料の弾性的性質と機能,および内部組織との関わりを系統的に調べる.(3)これらを結ぶ理論モデルを構築する.平成16年度においては,振動解析法の構築,振動子の設計指針,振動子材料の選定等の振動子プローブ部の確立に対する研究を集中的に行った.平成17年度においては,接触にともなう共振周波数の変化率を計算する理論モデルを構築し,定量的に弾性定数を決定する手法の指針を確立した,また,系の減衰係数を測定することにより試料の局所領域の内部摩擦を評価することも可能とした.これに対する振動モデリングも行い,モデルの妥当性を確認した.平成18年度においては,セラミックス溶射皮膜の断面における弾性定数の分布を計測することに成功した.溶射皮膜の膜厚方向の弾性定数分布を定量的に評価した研究は初めてである.基材と皮膜の界面において弾性定数が大きく低下する領域が検出され,剥離強度低下を強く示唆する結果を得た.本手法により,微小材料の健全性を弾性定数を介して定量的に評価することが可能となった.世界中で微小領域における材料複合化の研究が急速に進んでいる.これは微小領域においてはバルク材では得られなかった機能が実現できるためである.これまで,これら機能材料に関しては磁性や光学的性質といった機能に関する研究が重点的に行われてきたが,近年,機能だけではなく力学的性質を把握することの重要性が認識されるようになってきた.力学的性質の中でも弾性定数は特に重要な量であり,構成要素の内部応力や弾性ひずみエネルギを算出する際には欠かすことができない.しかし,マイクロ・ナノスケール領域の弾性定数を絶対的に計測する手法は夫だに存在しない,そのため,微小スケールの複合材料の機能と力学との関わりもほとんど知られていない.本研究計画においては,以下の事項を達成することを目的とする:(1)局所弾性定数を絶対的に測定するための薪しい超音波共振顕微鏡を開発する.(2)複合材料の弾性的性質と機能,および内部組織との関わりを系統的に調べる.(3)これらを結ぶ理論モデルを構築する.平成16年度においては,振動解析法の構築,振動子の設計指針,振動子材料の選定等の振動子プローブ部の確立に対する研究を集中的に行った.平成17年度においては,接触にともなう共振周波数の変化率を計算する理論モデルを構築し,定量的に弾性定数を決定する手法の指針を確立した,また,系の減衰係数を測定することにより試料の局所領域の内部摩擦を評価することも可能とした.これに対する振動モデリングも行い,モデルの妥当性を確認した.平成18年度においては,セラミックス溶射皮膜の断面における弾性定数の分布を計測することに成功した.溶射皮膜の膜厚方向の弾性定数分布を定量的に評価した研究は初めてである.基材と皮膜の界面において弾性定数が大きく低下する領域が検出され,剥離強度低下を強く示唆する結果を得た.本手法により,微小材料の健全性を弾性定数を介して定量的に評価することが可能となった.本研究計画においては,ナノ・マイクロスケールの領域の局所弾性定数を絶対的に測定するための新しい超音波共振顕微鏡を開発することを目的としている.自由振動をする振動体に物質が接触すると,振動体の共振周波数は接触物質の弾性定数を反映して変化する.したがって,振動体の共振周波数を測定することで接触物質の局所領域の弾性定数を評価することが可能となる.ところが,一般の圧電振動子には必ず導電性薄膜や電極が使用されており,また,機械的に保持されている.これらは振動子の振動に多大な影響を及ぼし,それは試料との接触による影響をはるかに上回る.本研究では,振動子としてランガサイトを用い,またモード解析により振動形態を計算して振動の節を介して振動子を保持する.平成16年度においては,ランガサイト共振振動子を用いて,マイクロ領域の弾性定数マッピングを行う技術を確立した.ランガサイトは水晶と同じ結晶対象性を示す圧電体であり,水晶よりも弾性定数の温度依存性が小さく,温度補正を必要としない測定が可能でありまた,水晶よりも圧電定数が大きいために,ソレノイドコイルから発せられる電場を用いることにより,無線・無電極による共振周波数の測定が可能となった.また,接触にともなう共振周波数の変化率を計算する理論モデルを構築し,定量的に弾性定数を決定する手法の指針を確立した.ヘルツ理論に基づく異方性ヤング率というパラメータを導入し,接触部分を非線形ばねと仮定して系のエネルギに取り入れ,共振周波数の計算を行うことに成功した.純銅や二相ステンレス鋼に適用し,マイクロ領域の弾性定数の定量測定の実現が可能となった.

次年度においては,さらなる感度の向上と高分解能化を目指す.本研究計画においては,ナノ・マイクロスケールの領域の局所弾性定数を絶対的に測定するための新しい超音波共振顕微鏡を開発することを目的としている.自由振動をする振動体に物質が接触すると,振動体の共振周波数は接触物質の弾性定数を反映して変化する.したがって,振動体の共振周波数を測定することで接触物質の局所領域の弾性定数を評価することが可能となる.振動子としてランガサイトを用い,またモード解析により振動形態を計算して振動の節を介して振動子を保持する.平成17年度においては,接触にともなう共振周競数の変化率を計算する理論モデルを構築し,定量的に弾性定数を決定する手法の指針を確立した.また,系の減衰係数を測定することにより試料の局所領域の内部摩擦を評価することも可能とした.これに対する振動モデリングも行い,モデルの妥当性を確認した.さらに,クリープ損傷をうけた純銅に対して弾性マッピングを試み,顕微鏡観察では観察できない微細な欠陥やボイド,クラックを弾性異常軟化として検出できる可能性が示された.世界中で微小領域における材料複合化の研究が急速に進んでいる.これは微小領域においてはバルク材では得られなかった機能が実現できるためである.これまで,これら機能材料に関しては磁性や光学的性質といった機能に関する研究が重点的に行われてきたが,近年,機能だけではなく力学的性質を把握することの重要性が認識されるようになってきた.力学的性質の中でも弾性定数は特に重要な量であり,構成要素の内部応力や弾性ひずみエネルギを算出する際には欠かすことができない.しかし,マイクロ・ナノスケール領域の弾性定数を絶対的た計測する手法は未だに存在しない.そのため,微小スケールの複合材料の機能と力学との関わりもほとんど知られていない.本研究計画においては,以下の事項を達成することを目的とする:(1)局所弾性定数を絶対的に測定するための新しい超音波共振顕微鏡を開発する.(2)複合材料の弾性的性質と機能,および内部組織との関わりを系統的に調べる.(3)これらを結ぶ理論モデルを構築する.平成18年度においては,セラミックス溶射皮膜の断面における弾性定数の分布を計測するこどに成功した.溶射皮膜の膜厚方向の弾性定数分布を定量的に評価した研究は初めてである.基材と皮膜の界面において弾性定数が大きく低下する領域が検出され,剥離強度低下を強く示唆する結果を得た.本手法により,微小材料の健全性を弾性定数を介して定量的に評価することが可能となった.
ストレスシグナルの揺らぎ可視化による細胞社会構築原理の解明

発生は試行錯誤の繰り返しで進んで行くと考えられ、試行錯誤の過程では、不適切なシグナル受容によって絶えずストレスにさらされていると考えられる。本研究では、個体レベルでのストレスシグナル可視化技術の問題点を解決することで、個体発生における細胞死シグナルの揺らぎを生体内で可視化した。その結果、細胞社会からなる組織・器官形成における細胞死シグナルのダイナミクスおよびその生理的意義が明らかになった。個体や細胞でカスパーゼ活性を抑制した実験から、この酵素が細胞死のみならず多くの生命現象(増殖、分化、移動、炎症、感染)に関わることが我々を含む複数の研究グループによって示されてきた。これらのことからカスパーゼは細胞が曖昧な分化をとげないように活性化の程度によってそれぞれの基質を切断することで、細胞の分化状態を監視し安定なものにすると予想される。我々はカスパーゼが分化状態の揺らぎをストレスとして感知して制御する分子として注目している。本研究では、これまでに存在した個体レベルでの可視化技術の問題点を解決することで、個体発生における分子シグナルの揺らぎを生体内で可視化し、細胞社会からなる組織市器官形成の新たな構築原理を明らかにすることを目的とする。さらに、遺伝学を用いて提出したモデルの検証を行い、モデルに基づいた表現型から、遺伝学的手法を用いて細胞社会でのシグナル動態を調節する遺伝子群の同定を行う。生体で,細胞レベルのイメージングを行う場合,核,細胞質,細胞膜,細胞骨格などへSCATを局在させることで個々の細胞でのシグナルが検出しやすくなる。特にアポトーシス時には核の変化が初めに起こるためカスパーゼ活性化を感知して核へ蛍光蛋白質が移行するプローブは,細胞死の初期変化を調べる上で有効である。NLS-SCAT3に核外移行シグナルを付加したプローブは,カスパーゼの活性化に速やかに反応して蛍光蛋白質が核に移行し,プレアポトーシス状態の検出に有効であることが明らかになった。カスパーゼ活性化はその内在性阻害蛋白質IAPの分解によって調節されている。カスパーゼ活性化の開始はこの蛋白質の分解によって起こることからカスパーゼ活性化の初期変化を可視化するプローブとしてPRAP(Pre-apoptotoic probe detecting DIAP1 degradation)を作製した。IAP分解とSCATとの同時イメージングを行うことによって,カスパーゼ活性化シグナルの流れを微細に追跡することが可能になった。その結果,外感覚器前駆細胞の非対象分裂にDIAP1分解に依存してカスパーゼが活性化される細胞系譜と,DIAP1分解にカスパーゼ活性化が応答しない細胞系譜があることが明らかになった。解析にはモデル生物として個体レベルでの解析に優れたショウジョウバエを選択一した。ショウジョウバエDIAP1-Venus(GFP variant)を作成し、細胞死刺激によって細胞死が誘導されvenusによる蛍光の消失がみられるトランスジェニックショウジョウバエを作成した。このプローブは、DIAP1に変異を導入することでカスパーゼとの結合は出来ないがプロテアソームによって内在性のDIAP1と同様に分解されるようにデザインされている(Pre-apoptosis signal detecting probe based on DIAP1 degradation:PRAPと命名)。PRAPを外感覚器前駆体細胞(sensory organ precursorcell:SOP)に発現させ、SOPから非対称分裂によって産生される全ての細胞系譜におけるDIAP1分解ダイナミクスを観察した。この観察はE3ユビキチンリガーゼの分解を生体で観察した初めてのものである。SOPがpIIaとpIIbに分裂するまではDIAP1が発現していたが、それ以降急速に発現が低下し、ソケット細胞とシャフト細胞で再び発現が認められた。最終的にDIAP1はシャフト細胞において再び消失した。内在性DIAP1 mRNAは全ての細胞で検出されたことよりDIAP1蛋白質は非対称性分裂において細胞系譜依存的に分解制御を受けることが明らかになった。本研究では、これまでに存在した個体レベルでの可視化技術の問題点を解決することで、個体発生における分子シグナルの揺らぎを生体内で可視化し、細胞社会からなる組織・器官形成の新たな構築原理を明らかにすることを目的として実験をおこなった。【ショウジョウバエ外感覚器の発生におけるパターン形成に関わる細胞死】感覚器前駆細胞の誕生を中胸楯板全体のパターン形成の中で捉え、さらに、それぞれのポジションにおける感覚器前駆細胞の発生運命を追跡できるようになった。この観察系は発生のパターン形成、細胞分化、器官形成を単一細胞レベルで追跡できる優れたものである。細胞死シグナルの遺伝学的操作とイメージングを組み合わせた精度の高い研究によって、細胞死シグナルの細胞社会形成における役割を解析した結果、発生過程では分化に失敗した神経前駆体細胞が多数出現し、それらの細胞が選択的にアポトーシスで除かれることで発生のノイズを無くしている仕組みが明らかになってきた。【ほ乳類神経発生における細胞死シグナル】神経発生の様々な局面を抗活性化カスパーゼ3抗体を用いて調べたところ、発生中の嗅覚神経軸索で強いカスパーゼ活性が検出され、この活性は直接的にはアポトーシスを誘導しないユニークなものであることが明らかになった。

さらに、この領域で活性化されるカスパーゼ9のユニークな基質としてSemaphorin 7Aを見いだした。カスパーゼ活性化がおきない変異体では嗅覚神経軸索走行に異常が観察され、その際に嗅覚神経細胞数に異常は無かったため、カスパーゼ活性が非細胞死機能として軸索走行制御に関わることが判ってきた。