hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ミトコンドリアDNA傷害細胞におけるストレス応答とその制御

その結果、これら2系統のρ0細胞はいずれも細胞膜の過酸化が亢進していることが判明した。膜の酸化が亢進することにより過酸化水素の取り込みが増加し、細胞死が惹起されることが予想されたので、細胞膜の代表的な酸化脂質のひとつであり、培養上清に添加すると細胞膜に取り込まれることが報告されているPOVPCを親株の培養上清に加えた後に過酸化水素処理を行ったところ、酸化脂質を加えた細胞では加えなかった細胞に比べ、細胞死がより誘導されることが判明した。次にρ0細胞において細胞膜酸化を起こしている分子を調べたところ、脂質を酸化する酵素である5-, 12-, 15-リポキシゲナーゼの遺伝子発現が上昇していることがわかった。さらに、これら分子の発現ををウエスタンブロットにて解析したところ、12-, 15-リポキシゲナーゼのタンパク発現が亢進していることが判明した。これらのことから、ミトコンドリアDNAに障害をもつρ0細胞では、リポキシゲナーゼの発現が亢進し、膜脂質の過酸化が引き起こされ、その結果、過酸化水素の取り込みが上昇し、酸化ストレスに感受性を示すことが明らかとなった。また、解糖系、電子伝達系の活性については、143B細胞において、TCAサイクルや、電子伝達家のの遺伝子発現が概ね亢進していることが明らかとなった。mtDNA欠失細胞における遺伝子発現変化を検出することができたので、今後は、mtDNAの一部を欠失している細胞における遺伝子発現変化を調べる予定である。また、ρ0細胞については、新たに2系統のρ0細胞を入手したので、これらの細胞における遺伝子発現変化についても検討する。さらに、作成したコンストラクトを細胞に導入することにより遺伝子発現がどのように変化するのかについても検討を行う。その際の解糖系及び、電子伝達系の活性、ATP量も調べる予定である。ρ0細胞においては膜状態の変化が見られることが判明したので、今後は膜状態の変化に関与する分子群について解析を進める予定である。また、研究計画書にあるとおり、解糖系、電子伝達系の活性について解析を行う予定である。
エネルギー逸散・接触を伴う建築構造物の錐相補性条件に基づく高精度非線形解析法

平成19年度は,以下に示すように,構造物の様々な応答量の不確定性に注目し,錐相補性条件に基づいて応答量のばらつきを評価する数値手法を開発した。[1]構造物が受ける外乱の大きさや方向を正確に予測することは,本質的に困難である.また,現実の構造物は,解析モデルとは異なり,施工誤差や損傷などの影響を受けるため,その剛性は不確定である.本研究では,構造物の剛性と構造物に作用する外力の双方が非確率論的な不確定性モデルに従ってばらつくときに,構造物の応答のばらつきを安全側で評価する手法を提案した.特に,変位や応力などの静的な応答量のばらつきを,外側から近似する楕円体を求める手法を開発した.錐相補性条件を用いることで,このような楕円体は半正定値計画問題を解くことで得られることを示した.また,従来の区間解析で用いられる区間は1次元上の楕円体とみなせるため,提案手法は通常の区間解析の枠組を特別な場合として含むことを示した.本研究および関連研究の成果は,2編の論文として国際誌および英文編著に掲載された.[2]本研究では,トラスに作用する外力が不確定な場合に,塑性崩壊荷重のばらつきを評価する数値手法を提案した.特に,死荷重と参照外乱の2種類の外力を考え,死荷重が非確率論的な不確性を有することを仮定する.このとき,塑性崩壊荷重の最小値を最悪塑性崩壊荷重と定義し,その値を求めるための混合整数計画問題を定式化した.さらに,分枝限定法および離接カットを用いて最悪塑性崩壊荷重を求めるためのアルゴリズムを提案し,数値実験によりその有効性を確認した.本研究および関連研究の成果は,1編の論文として国際誌に掲載された.平成17年度は,以下に示すように,エネルギーの散逸や接触を伴う構造物に対し,錐相補性条件に基づく新しい形式の支配式を提案した.次に,準静的な荷重に対する構造物の数値解析法を開発した.[1]錐相補性条件に基づく非線形現象のモデル化組石造材料やひずみ軟化材料などに対して,従来の手法を用いた場合の主な困難点は,構成則に場合分けが必要であることと,微分不可能な点が存在することである.本研究では,摩擦を伴う接触問題に対し,錐相補性条件に基づく新しい支配式のモデルを構築した.また,同様に,不連続性を伴う非圧縮材料の構成則に錐相補性条件を導入し,新しい形式の構成則を導いた.[2]微小変形・準静的載荷の下での接触問題の解析法[1]の結果に基づき,Jordan代数と平滑化法に基づく錐相補性問題の解法を応用し,Coulomb摩擦を伴う接触問題の数値解析法を提案した.また,接触問題における幾何学的非線形性を考慮し,「均衡制約を伴う数理計画問題(MPEC)」に基づく弧長法を提案した.購入したパーソナルコンピュータや数式処理ソフトウェアを用いてアルゴリズムを実装し,提案した手法の有効性と数値的な安定性を実証した.平成18年度は,以下に示すように,種々の構造系の不確定性に着目し,錐相補性条件に基づいてその応答量のばらつきを評価する手法を開発した.また,エネルギー逸散を伴う現象の代表としてCoulomb摩擦を伴う接触問題を取り上げ,数理計画法に基づく釣合経路探索法を開発した.[1]構造物が受ける外乱を正確に予測することは,本質的に困難である.また,現実の構造物の剛性は,施工誤差や損傷などの影響により,不確定性を有することが普通である.本研究では,構造系の剛性と外乱の不確定性を仮定し,様々な不確定性モデルに対して,構造物の静的な応答量のばらつき具合を評価する手法を提案した.特に,錐相補性条件を用いることで,不確定性をある変数行列の半正定値条件に帰着できることを示した.このことにより,非線形最適化問題を解くことで,構造系の応答量のばらつきを効率的に評価することができる.本研究とその関連研究の成果は,3編の論文として国際誌に掲載された.[2]摩擦を伴う接触問題は,エネルギー逸散を伴う力学現象の代表例である.本研究では,準静的載荷・大変形の仮定の下で,摩擦を伴う接触問題の釣合経路を求めるアルゴリズムを開発した.この問題の釣合経路には,多数の分岐経路が存在することが知られている.そこで本研究では,複数の経路の中から,エネルギー逸散が最大となる経路を自動的に探索できる手法を提案した.この手法の特徴は,錐相補性条件を制約条件とした数理計画問題を逐次的に解くことである.この研究はJ.A.C.Martinsとの共1司研究であり,成果は1編の論文として国際誌に掲載された.平成19年度は,以下に示すように,構造物の様々な応答量の不確定性に注目し,錐相補性条件に基づいて応答量のばらつきを評価する数値手法を開発した。[1]構造物が受ける外乱の大きさや方向を正確に予測することは,本質的に困難である.また,現実の構造物は,解析モデルとは異なり,施工誤差や損傷などの影響を受けるため,その剛性は不確定である.本研究では,構造物の剛性と構造物に作用する外力の双方が非確率論的な不確定性モデルに従ってばらつくときに,構造物の応答のばらつきを安全側で評価する手法を提案した.

特に,変位や応力などの静的な応答量のばらつきを,外側から近似する楕円体を求める手法を開発した.錐相補性条件を用いることで,このような楕円体は半正定値計画問題を解くことで得られることを示した.また,従来の区間解析で用いられる区間は1次元上の楕円体とみなせるため,提案手法は通常の区間解析の枠組を特別な場合として含むことを示した.本研究および関連研究の成果は,2編の論文として国際誌および英文編著に掲載された.[2]本研究では,トラスに作用する外力が不確定な場合に,塑性崩壊荷重のばらつきを評価する数値手法を提案した.特に,死荷重と参照外乱の2種類の外力を考え,死荷重が非確率論的な不確性を有することを仮定する.このとき,塑性崩壊荷重の最小値を最悪塑性崩壊荷重と定義し,その値を求めるための混合整数計画問題を定式化した.さらに,分枝限定法および離接カットを用いて最悪塑性崩壊荷重を求めるためのアルゴリズムを提案し,数値実験によりその有効性を確認した.本研究および関連研究の成果は,1編の論文として国際誌に掲載された.
ロタキサンキラリティーは有効な不斉場となりうるか？

分子の絡み合い方向に基づくロタキサンキラリティーは、従来の不斉とは異なる新しいキラリティーであり、ロタキサン特有の動的特性をもつ新しい不斉場を提供しうる。本研究ではロタキサンキラリティーの価値や意義を明らかにすることを目的として、不斉場の評価のために動的らせん高分子のキラリティーにロタキサンキラリティーを転写して評価を行った。重合性官能基であるフェニルアセチレン基をもつ様々な分子不斉ロタキサンモノマーを合成し、これを光学分割後に重合してポリアセチレンを得、そのらせんキラリティー誘起を示すCDスペクトルを比較することにより、その不斉場を評価することに成功した。ロタキサンキラリティーは従来の不斉中心や不斉軸・不斉面といった概念で規定できない、構造上動的な性質を持つと新しい不斉場を提供しうる。本申請研究ではロタキサンキラリティーのもつ価値や意義、すなわち空間的広がりやその程度を定め、その有用性を明らかにする事を目的として、不斉場の評価のために動的らせん高分子のキラリティーにロタキサンキラリティーを転写して評価を行ってきた。前年度までに軸成分の末端に重合性官能基としてエチニルフェニル基をもち、非対称クラウンエーテルを輪成分にもつ[2]ロタキサンモノマーを合成し、光学分割した後にロジウム触媒存在下重合してポリアセチレンを得た。CDおよびUVスペクトルによりらせん構造について評価を行ったところ、輪成分が主鎖近傍に近づくとらせんキラリティーが誘起されることから、ロタキサンキラリティーはコンポーネント間の交点付近を不斉中心として不斉場を構築しており、高分子上へ不斉場を及ぼし得ることを明らかにした。こうした成果をふまえ、24年度は輪成分上にエチニルフェニル基を有する分子不斉[2]ロタキサンの合成と光学分割、および重合と構造評価を行い、軸末端を重合した場合と同様にらせんキラリティーがロタキサンキラリティーにより誘起されることを見出した。すなわち対称性の高い軸成分の中心に輪成分を局在化させると、ポリアセチレンのらせんキラリティーは誘起されないが、軸成分の末端近くに輪成分が局在すると、ポリアセチレンのらせんキラリティーが誘起されるという結果から、コンポーネント間の交点が軸成分上のどの位置にあるかによって、分子不斉場の程度が変化する、すなわち輪成分に貫通する左右の軸成分のサイズが不斉場を決めていることを示唆された。分子の絡み合い方向に基づくロタキサンキラリティーは、従来の不斉とは異なる新しい概念に基づくキラリティーであり、ロタキサン特有の動的特性をもつ新しい不斉場を提供しうる。本申請研究ではロタキサンキラリティーの価値や意義を明らかにすることを目的として、不斉場の評価のために動的らせん高分子のキラリティーにロタキサンキラリティーを転写して評価を行ってきた。前年度までに重合性官能基としてエチニルフェニル基を軸成分の末端に有し、非対称クラウンエーテルを輪成分にもつ分子不斉[2]ロタキサンモノマー、および輪成分上にエチニルフェニル基を有し、対称な軸成分を有する分子不斉[2]ロタキサンモノマーを合成・光学分割し、これらを重合してポリアセチレンを合成、そのらせん構造を各種スペクトルにより評価した。前者のタイプのポリマーでは輪成分が主鎖に近づくとらせんキラリティーが誘起され、輪成分と軸成分の交点付近が不斉中心であることがわかった。またエナンチオマー同士は反対のらせんキラリティーを誘起することも明らかにした。後者のタイプではコンポーネントの交点が軸成分上のどこにあるかによって不斉場の程度が変化し、輪成分を境に貫通する軸成分の左右のサイズ差が大きい程、つまり軸末端に輪成分が局在する場合にらせんキラリティーが強く誘起され、より大きな不斉場が構築されることを明らかにした。25年度はロタキサンキラリティーに点不斉を導入し、らせんキラリティーの情報から、これらの不斉場の効果の比較を行った。また、様々な置換基を導入した分子不斉ロタキサンモノマーを設計・合成し、ポリマーのらせんキラリティーを評価することで、不斉場と置換基との関係についても考察した。さらにアキラルなモノマーと共重合して得られたポリマーにおいても、ロタキサンキラリティー由来の不斉増幅効果により、らせんキラリティーが誘起できることも明らかにした。ロタキサンキラリティーは従来の不斉中心や不斉軸、不斉面といった概念で規定できない、構造上の自由度が高いために動的な性質を持つといった新しい不斉場を提供しうる。本申請研究ではロタキサンキラリティーのもつ価値や意義、すなわち空間的広がりやその程度を定め、その有用性を明らかにする事を目的として、まずは不斉場の評価のために動的らせん高分子のキラリティーにロタキサンキラリティーを転写して評価を行った。

最も単純な[2]ロタキサンを側鎖にもつポリアセチレンを合成し、その高次構造を各種スペクトルにより評価した。軸成分の末端に重合性官能基としてエチニルフェニル基をもち、様々な置換基を導入した非対称クラウンエーテルを輪成分にもつロタキサンモノマーを合成した。最終的にキラルHPLCにより光学分割して得られたエナンチオマーをロジウム触媒存在下重合してポリアセチレンを得た。光学活性なモノマーのCDとらせん構造のCDを比較したところ、置換基のサイズや水素結合能の違いにより、らせんの安定性の違いが観察された。これらの検討から輪成分の非対称性が大きくなる程不斉場の影響がらせん上に強く反映されるということが明らかとなった。また輪成分が主鎖近傍に近づかないとらせんのキラリティーは誘起されないことから、コンポーネント間の交点付近の空間全体に不斉場が存在していることが確かめられた。これらの検討によりロタキサンキラリティーの不斉場に関する基礎的な特性の一部が解明されたと同時に、ポリマーの高次構造にロタキサンキラリティーを応用したという観点からも得られた成果の意義は大きい。ロタキサンキラリティーの本質解明に向けて、24年度は3つの目標を掲げて検討を行ってきた。1)動的不斉ロタキサンの重合とらせんキラリティーの評価:対称な構造の軸成分と、エチニルフェニル基をもつ非対称なクラウンエーテルから合成されるロタキサンを光学分割し、各々重合して得られるポリアセチレンのらせんキラリティーを評価した。軸成分が対称であっても輪成分が軸成分の末端に局在化させると分子不斉を生じ、ポリアセチレンにらせんキラリティーが誘起されることを見出した。対称な軸成分の中央に導入する置換基のサイズを変えて、輪成分の移動をコントロールすると、輪成分が通り抜けられない場合にもっとも顕著ならせんキラリティー誘起が観察されたが、輪成分が通り抜けられる場合にはCDスペクトルのCotton効果は弱められ、ロタキサン不斉場が縮小されることが示唆された。2)モノマーの結晶構造解析:単結晶構造解析により絶対立体配置を決定するために、立体既知な不斉点を導入したジアステレオマーの合成と結晶構造解析を検討を行ったが、結晶構造解析は行えなかったものの、これを重合したポリアセチレンでは、点不斉よりもロタキサンキラリティーがらせんキラリティーの制御に対して支配的であることが明らかにした。単結晶の作成と構造解析は引き続き検討する。3)ロタキサンキラリティーの不斉認識:ロタキサンキラリティーの不斉合成を目指して検討を行っており、これまでの初期的なポリアセチレンの系に用いていた構造のロタキサンでは不斉合成は達成していないものの、今年度新たに光学分割可能な構造の分子不斉ロタキサンをいくつか見出しており、これらについての不斉合成について現在検討を進めている。以上の成果について(1)は論文投稿に向けて準備中であり、(2)および(3)はまだ検討を要するが、重要な知見を得ることに成功したため概ね順調に進展している。ロタキサンキラリティーの本質解明に向けて、初年度の目標として三つの項目を掲げ検討を行ってきた。(1)動的不斉ロタキサンの合成と光学分割および(2)ロタキサンキラリティーによる重合とらせん高分子の構造制御:一連の分子不斉ロタキサンを合成し、ポリアセチレンのらせん構造に与える影響について検討を行った。
無侵襲内視鏡治療用高機能赤外光伝送システムの研究

赤外レーザ光を用いる胃のポリープ除去治療では、胃壁表面の水分に吸収されてレーザ光が弱まるため、大きなレーザパワーが必要であり、また胃の上部治療のためには半径15 mmの曲げに耐える伝送路が要求される。しかし、現存の伝送路では対応できない。本研究では、体を全く傷つけず、従来にない新規な「無侵襲」治療を実現するために、低出力でも優れた切開能力を有するEr:YAGレーザ光と、止血能力のある高出力CO2レーザ光を同時伝送可能な光学膜内装銀中空ファイバの導入を提案し、太径(内径0.7 mm)でも急峻に曲げることのできる、従来にない無侵襲志向の内視鏡用高機能・高強度中空ファイバシステムの実現を目的とする。本研究では、この目的も含め、体を全く傷つけず、従来にない新規な「無侵襲」治療を実現するために、低出力でも優れた切開能力を有するEr:YAGレーザ光と、止血能力のある高出力CO2レーザ光を同時伝送可能な光学膜内装銀中空ファイバの導入を提案し、太径(内径0.7 mm)でも急峻に曲げることのできる、従来にない無侵襲志向の内視鏡用高機能・高強度中空ファイバシステムの実現を目的とする。平成25年度は、高強度用ポリイミド膜外装中空ファイバの製作と評価を行った。平成24年度の研究成果を基に、ポリイミド膜外装中空ファイバの長尺化を図った。具体的な手段、方法およびその内容は次のとおりである。(1)高強度用ポリイミド膜外装中空ファイバ(目標長さ1 m)のコーティング技術の開発として、簡易なディッピング法を用いた高強度ポリイミド膜の成膜技術を確立した。有効な保護膜の厚さは約20μmであった。(2)高強度用ポリイミド膜外装中空ファイバの評価を行った。曲げ半径15 mm、曲げ角270°で曲げ、ファイバが破断した曲げ回数を強度の目安として測定した。従来の銀中空ファイバは、強度のばらつきが大きく、40回程度の曲げで折れることがあることが分った。高強度用ポリイミド膜外装中空ファイバは、約400回曲げることで折れた。ディスポーザブルな使用であれば、十分使用に耐えうることを明らかにした。平成24年度は、高強度用ポリイミド膜外装中空ファイバ先端素子の製作と評価を行った。内径0.7 mm、長さ50cmの石英ガラスキャピラリーチューブに銀薄膜を内装し、曲げ強度特性を上げるための高強度用ポリイミド膜を外装した中空ファイバ先端素子の製作を行い、その評価を行った。(1)高強度用最適ポリイミド溶液の選択として、ガラスキャピラリとの付着力、耐久性、耐熱性の観点からポリイミド溶液HCI-9000(日立化成製)を選択した。(2)高強度用ポリイミド外装膜のコーティング技術の開発として、簡易なディッピング法を用いた高強度ポリイミド膜の成膜技術を確立した。また高強度化に有効な保護膜の厚さは約20 μmであった。(3)高強度用ポリイミド膜外装中空ファイバ先端素子の評価を行った。曲げ半径15 mm、曲げ角270°で、曲げ回数200回の曲げ強度試験を行った結果、高強度中空ファイバは破断しなかった。曲げ試験後に可視近赤外波長損失特性の測定を行い、伝送損失は約0.2 dB増加したが、十分に使用に耐えうることを明らかにした。

赤外レーザ光を用いる胃のポリープ除去治療では、胃壁表面の水分に吸収されてレーザ光が弱まるため、大きなパワーが必要であり、胃の上部治療のためには半径15 mmの曲げに耐える伝送路が要求される。しかし、現存の伝送路では対応できない。本研究では、体を全く傷つけず、従来にない新規な「無侵襲」治療を実現するために、低出力でも優れた切開能力を有するEr:YAGレーザ光と、止血能力のある高出力CO2レーザ光を同時伝送可能な光学膜内装銀中空ファイバの導入を提案し、太径(内径0.7 mm)でも急峻に曲げることのできる、従来にない無侵襲志向の内視鏡用高機能・高強度中空ファイバの実現を目的とする。最終年度は、赤外レーザ複合光伝送用中空ファイバの設計と製作を行った。人体組織に強く吸収され、効率のよい切開が可能なEr:YAGレーザ光と軟組織の止血効果を有するCO2レーザ光を同時伝送可能な高強度中空ファイバの製作を行う。高反射用光学膜として環状オレフィンポリマー(COP)を用い、膜厚を数十nmオーダーで精密に制御し、最適膜厚の成膜を行った。Er:YAGレーザ光、CO2レーザ光、並びに可視パイロット光の同時伝送に最適な光学膜厚の設計を行い、COP膜厚0.89μmを選択した。送液条件は、COP溶液濃度12wt%、送液速度7 cm/minである。次にEr:YAGレーザ光、CO2レーザ光ならびに可視パイロット光の伝送特性の測定を行い、実用化の基礎資料を得た。曲げ角270°、曲げ半径15 mmの曲げによる破断はなく、曲げ角180°、曲げ半径15 mmの条件で破断実験を行った結果、400回程度で折れることが分かった。Er:YAGレーザ光ならびにCO2レーザ光の伝送損失は、直線状態でそれぞれ約2.5 dBと1.5 dB、曲げ角270°、曲げ半径15 mmの曲げ付加損失はそれぞれ約1 dBと約3 dBとなった。工学本申請では、高強度ポリイミド膜が外装されている中空ファイバを用い、高出力赤外レーザ複合光(CO2レーザ光+Er:YAGレーザ光)伝送機能を有する無侵襲用内視鏡用中空ファイバシステムを開発する。平成25年度の技術課題は太い径のファイバで、曲げ半径15 mm、曲げ角270度を可能とする長さ1mの長尺な伝送路を製作するためのポリイミド外装膜の成膜技術であり、達成すべき数値レベルは次の通りである。(1)高強度中空ファイバ用外装膜材料は高強度ポリイミドとする。(2)高強度中空ファイバは、曲げ角270度、曲げ半径15 mmで使用可能とする。(3)製作すべき中空ファイバの内径は0.7 mmとし、長さは1 mとする。平成24年度の研究成果を基に、ポリイミド外装中空ファイバの長尺化を図った。長さ1 mのV溝板を用い、V溝部でポリイミド溶液に浸すことでファイバに外装コーティングを行った。有効なポリイミド膜厚である約23μmを1回のコーティングで外装することに成功した。本申請では、高強度ポリイミド膜が外装されている中空ファイバを用い、高出力赤外レーザ複合光(CO2レーザ光+Er:YAGレーザ光)伝送機能を有する無侵襲用内視鏡用中空ファイバシステムを開発する。平成24年度の技術課題は太い径のファイバで、曲げ半径15 mm、曲げ角270度を可能とする伝送路を製作するためのポリイミド外装膜の成膜技術であり、達成すべき数値レベルは以下の通りである。
チロシンリン酸化酵素関連分子の遺伝子ターゲティング法によるがん化分子機構の解析

チロシンリン酸化活性は細胞の増殖、分化に重要な情報伝達系であり、細胞のがん化との関連性も示唆されている。本研究ではチロシンリン酸化酵素のFynが実際に細胞内情報伝達過程でどの様な機能を持っているかを明らかにする目的で、Fyn結合分子の単離及びがん化との関連性が示唆されているエタノールとの関連を解析した。酵母におけるタンパク質相互作用検出系を用いてFyn結合分子の単離を行った。その結果、現在までに154遺伝子を得ることが出来た。その内、再現性よく強いlacZ遺伝子転写活性を示すクローンを5種類選別した。この5種類の遺伝子配列を決定したところ、Srcファミリーと結合することが報告されているhnRNPが得られており、我々の用いた酵母タンパク質相互作用検出系が実際に機能していることが明らかとなった。また、他の遺伝子について解析を行った研究、DNA結合タンパク質として同定されているヒトSON遺伝子と相同なクローン、マウスt-complexの不妊染色体領域に位置することが知られているtctex-1遺伝子が得られた。これらの遺伝子は現在まで分子機能の解析が十分行われておらず、我々のFynとの結合活性を示唆する結果は、今後これらの分子の機能解析においてFynとの関連性を検討する必要がある。また、TH34,TH82は未知の分子であり今後解析を予定している。また、Fynの情報伝達系がエタノールにより活性化され、NMDA受容体のサブタイプを特異的にリン酸化していることが明らかにした。
インジェクタブル人工脂肪の開発

本研究では、最終的に自家脂肪組織に置換されるインジェクタブル(注射可能)な吸収性人工材料の開発を目的として研究開発を行った。PLLA(ポリ-L-乳酸)の吸収性縫合糸をメッシュ状に編んだものにコラーゲンスポンジ(CS)を組み込み作成した埋入材ではPLACL(乳酸カプロラクトン共重合体)を用いた埋入材よりも生体内(ラットそけい部皮下)で長期間形態を維持し、移植1年後の脂肪形成が有意に優れていた。本研究では、最終的に自家脂肪組織に置換される、インジェクタブル(注射可能)な吸収性人工材料の開発を目的とする。今年度は、まず、脂肪に生体内で置換される吸収性材料の開発を行う。この材料は外殻となる強度保持材料の鋳型の中に吸収性保持材料を組み込んだ構造となる。強度保持材料として、PLACL(乳酸カプロラクトン共重合体)とPLLA(ポリ-L-乳酸)の吸収性縫合糸をメッシュ状に編んだものを作成した。この内部に埋入する材料は、市販されている医療材料であるコラーゲンスポンジ(CS)を用いた。ラット実験には1.5cmx5mm、白色家兎実験には2.5cmx1cmのものを用意した。まずラット(F344)を用いて、そけい部の脂肪組織に接するように以下の5群を作成した。1.非手術群、2.sham手術群,3.吸収性材料(CS)のみ埋入,4.強度保持材料(PLACL、PLLA)のみ埋入,5.強度保持材料にそれぞれの吸収性材料を組み込んだ群を埋入それぞれを埋入し、3ケ月後、6ヶ月後、1年後に組織採取する(各群n=6以上)。また、これでも強度保持材料が吸収される場合に備えてPLLAフィルムを用いてハニカム状鋳型材料の作製を試みた。また、埋入材料が生体内でうける圧力が不明であるため、計画当初は圧力フィルムを用いてラット及び白色家兎皮下の圧力を計測する予定であったが、将来の臨床応用を考慮し、臨床で使用されている組織拡張器の注入内圧を測定することとし、倫理承認を経てデータを集積した。ラットへの埋入実験であるが、1.非手術群、2.sham手術群,3.吸収性材料(CS)のみ埋入,4.強度保持材料(PLACL、PLLA)のみ埋入,5.強度保持材料、それぞれの材料の埋入は終了しており、今後、3ケ月後、6ヶ月後、1年後に組織採取する(各群n=6以上)予定である。3ヶ月,6ヶ月の材料はほ採取している。また、臨床で使用されている組織拡張器の注入内圧を測定については、既に5例以上のデータを集積している。平成28年度は平成27年度に引き続き、脂肪に生体内で置換される吸収性材料の埋入、取り出し実験を行った。強度保持材料として、PLACL(乳酸カプロラクトン共重合体)とPLLA(ポリ-L-乳酸)の吸収性縫合糸をメッシュ状に編んだものに、コラーゲンスポンジ(CS)を組み込み作成した。ラット(F344)を用いて、そけい部の脂肪組織に接するように以下の5群を作成した。1.非手術群、2.sham手術群,3.吸収性材料(CS)のみ埋入,4.強度保持材料(PLACL、PLLA)のみ埋入,5.強度保持材料にそれぞれの吸収性材料を組み込んだ群を埋入し、3ケ月後、6ヶ月後、1年後に組織採取した(各群n=6以上)。これらの検体を埋入後3,6,12ヶ月で摘出し、脂肪形成を観察した。組織の観察は、脂肪重量、脂肪面積及びoil red O染色での脂肪組織の生成確認、抗CD31免疫染色による血管形成評価を行った。具体的には、乳癌術後患者に同意を得て、組織拡張器の内圧測定を、開始時、拡張中盤、拡張終了時に行い、内圧の最大圧を測定した。上記の結果がまとまったため、現在論文投稿中である。また、ラット実験での次の段階として白色家兎でも埋入実験を開始している。ラットへの埋入実験であるが、1.非手術群、2.sham手術群,3.吸収性材料(CS)のみ埋入,4.強度保持材料(PLACL、PLLA)のみ埋入,5.強度保持材料、それぞれの材料の、埋入後3ケ月後、6ヶ月後、12ヶ月後に組織採取は終了した。臨床で使用されている組織拡張器の注入内圧を測定についてもデータ解析が終了した。また、中型動物である白色家兎への埋入実験も開始した。平成29年度は平成27年度より実施していた脂肪に生体内で置換される吸収性材料の埋入による脂肪再生結果をとりまとめ、論文として成果を発表した。

本研究の結果、PLLA(ポリ-L-乳酸)の吸収性縫合糸をメッシュ状に編んだものに、コラーゲンスポンジ(CS)を組み込み作成した埋入材では、PLACL(乳酸カプロラクトン共重合体)を用いた埋入材よりも生体内(ラットそけい部皮下埋入)で長期間形態を維持していた。本検討で、肉芽組織および脂肪組織の観察は、脂肪重量、脂肪面積及びoil red O染色での脂肪組織の生成確認、抗CD31免疫染色による血管形成評価を行った結果、PLLA埋入材は、移植1年後の脂肪形成(脂肪重量、脂肪面積)が有意に優れていた。このPLLAを用いた埋入材の強度に関して、乳癌術後患者に同意を得て、組織拡張器の内圧測定を、開始時、拡張中盤、拡張終了時に行い計測した組織拡張器内圧の最大圧にも耐えられる、すなわち乳房再生目的に使用できることも同時に確認した。次の段階として白色家兎でも埋入実験を開始している。インジェクタブルな材料に関しては、作製方法について現在試行錯誤しており、試作を行ったが、使用に耐えうる材料ができておらず、in vivoでの埋入実験が開始できなかった。これは今後の課題として開発を継続する予定である。本研究では、最終的に自家脂肪組織に置換されるインジェクタブル(注射可能)な吸収性人工材料の開発を目的として研究開発を行った。PLLA(ポリ-L-乳酸)の吸収性縫合糸をメッシュ状に編んだものにコラーゲンスポンジ(CS)を組み込み作成した埋入材ではPLACL(乳酸カプロラクトン共重合体)を用いた埋入材よりも生体内(ラットそけい部皮下)で長期間形態を維持し、移植1年後の脂肪形成が有意に優れていた。このまま経時的に検体を採取し解析する。白色家兎についても埋入実験を開始する。また、PLLAフィルムを用いた埋入材料の埋入実験も開始する。インジェクタフブルな材料に関しては、作製方法について現在試行錯誤しており、平成28年度中に埋入材料の試作を行いたいと考えている。白色家兎についても検体採取を行う。インジェクタブルな材料に関しては、作製方法について現在試行錯誤しており、平成28年度中に試作を行ったが、平成29年度も改良を加える予定である。形成外科本年度は臨床研究を先行させたため、動物実験の移植数が予定よりも少なかった。平成28年度は動物実験結果解析と臨床研究が主体であったため、物品費等が予定よりも少なかった。現在、次の動物実験を開始しており、平成29年度に次年度使用額も含めて使用予定である。臨床研究データは収集できており、今年度は動物実験及び組織の解析を行い、予算を執行する。動物実験及び組織解析費用、学会発表経費に使用する。
確率微分方程式に関する高精度数値計算法および精度保証法の確立とその応用

本研究では,確率過程の一種であるLevy過程に対し,その密度関数を解とするコルモゴロフの方程式に対する数値計算法を提案した.このためにFourier変換に基づいた数値計算法を構築した.具体的には,Fourier変換に対する二重指数関数型(DE)公式の不等間隔FFTによる高速化や,Sinc-Gauss関数近似公式に基づいた不定積分公式などを考案した.これらにより,FFTと同じオーダーの計算時間で高精度な数値解を得ることに成功した.本研究では確率過程の汎関数の条件付き期待値を計算することが主要な課題である.そして,そのための有用な数値計算公式として,二重指数関数型変換(DE変換)を用いた公式(DE公式)等の解析を昨年度に行った.本研究では数値計算結果の精度を厳密に評価することを目指しているため,数値計算公式の精度評価は重要な問題である.また昨年度,この課題に必要な分布関数の計算や関連する偏微分方程式の数値解の計算のために,Fourier変換を基にした数値解法を確立する方針を立てた.今年度は,この方針に基づき,先行研究で考案されていたFourier変換の高精度計算法が本課題に適用できることを示すと共に,精密な理論的精度解析を行うことによって,要求精度に対応するパラメータ設定を明らかにすることができた.これは計算公式の収束次数を与えると共に,精度保証への応用を可能にする結果である.さらに,この公式と高速Fourier変換のある種の一般化と組み合わせることによって,計算を高速化することができることも示した.以上は既に出版された結果であるが,さらに偏微分方程式の数値解法を確立するために,もう一つ別のFourier変換計算公式を特殊な高速Fourier変換により高速化したり,新たな高速不定積分公式を考案したりすることにより,ある種の確率過程を記述する偏微分方程式(Kolmogorovの前進/後退方程式)の数値解法をほぼ確立した.この結果は既にセミナー等で講演しており,現在論文にまとめる作業を行っている.本研究では確率過程の汎関数の条件付き期待値を計算することが主要な課題の一つである.そして,そのための有用な数値計算公式として二重指数関数型変換(DE変換)を用いた公式(DE公式)を用いるのが一つの方針であった.また,この期待値計算においては偏微分方程式による定式化を用いることもできるが,この方法においては,方程式を離散化して解くためのDE-Sinc法を用いる方針であった.本研究では,将来的に数値計算結果の精度を厳密に評価することを目指しているため,数値計算公式の精度評価は重要な問題である.DE公式/DE-Sinc法については既に研究代表者らによって精度評価が与えられていたが,その公式を適用する場合の被積分関数に対する前提条件はやや厳しいものであった.実際,その前提条件よりも緩い条件のみを満たす関数に対しても,DE公式/DE-Sinc法がある程度の精度を達成することが実験的に知られていた.このような場合に対する精度の解析は,前述の期待値計算などへの応用にとっては重要な問題である.24年度は,まずこの問題に対する解析を行った.具体的には,定積分に対するDE公式,関数近似・不定積分公式に対するDE-Sinc法について,前述の実験的結果が数学的に説明できることを示した.この結果は,従来より広い範囲の関数に対してもDE公式/DE-Sinc法が実用上純分に有用であることを主張するものであり,公式のユーザーに利便性を提供するという観点からも有用なものである.次に,期待値計算を行うために,積分公式の具体的な適用方法を考察した.本研究で想定している期待値計算は,主に金融派生商品の価格計算に現れるものだが,この計算には,確率分布の分布関数を特性関数から計算する形の定式化がある.そこで,この定式化に沿って,特異積分の現れない形で分布関数を計算する方法を提案した.本研究では確率過程の汎関数の期待値を計算するために,確率過程を記述する方程式の高速・高精度な数値計算法を確率することを目的としている.本研究に関して前年度から引き続いて取り組んでいる内容として,確率過程を記述する偏微分方程式(Kolmogorovの前進/後退方程式)のFourier変換に基づいた数値解法の構築がある.これは,本研究において取り組んできたFourier変換の計算公式を特殊な高速Fourier変換によって高速化したものと,新たな高速不定積分公式を用いたものである.昨年度末時点では,上記の課題について研究を遂行中であったが,本年度は,この数値解法を確立し,また解の計算法を実装していくつかの重要な問題に対して数値計算を行い,実際に解が高速・高精度で計算されることを示した.これらの内容を論文にまとめて投稿し,現在は条件付き採録の判定を受けて改定作業を行っている.査読者からは基本的には好ましい評価を得ている.また,本研究を遂行するにあたって開発した個々の数値計算法の解析や応用・発展なども課題として保持している.その一つとして,Sinc-Gaussサンプリング公式に基づく高速不定積分公式がある.この公式は本研究に関する問題以外にも、不定積分を要する問題に対しては汎用的に用いることができるため,その解析や応用・発展などを考えている.発展の一つの方向として,より高精度な関数近似公式を開発し,それに基づいて不定積分公式を開発することが挙げられる.本研究では確率過程の汎関数の期待値を計算するために,確率過程を記述する方程式の高速・高精度な数値計算法を確率することを目的としている.本研究に関しては,昨年度,確率過程を記述する偏微分方程式(Kolmogorovの前進/後退方程式)のFourier変換に基づいた数値解法の構築に引き続き取り組んできた.昨年度は,確立した数値解法についてまとめた論文について,内容の改善に取り組んでいた.

本研究では,数値解法の一部として,二重指数関数型変換を用いたFourier変換の高精度公式を高速化したものを用いている.その高速化の効果を分析することが改善点の一つであった.また,もう一つの改善点として,数値計算に用いるサンプル点数が多くなったときの誤差の振る舞いに対する分析があった.前者については,数値実験により,高速化を用いない場合よりも確かに高速化されていることが確認できた.後者は,今回構築した数値計算法の詳細な誤差解析に関わることであるが,完全な理論的解析には至らなかった.これについては今後の課題である.結果としては,上記の論文は投稿先の論文誌に採録され,掲載された.また,本論文の内容を,国際研究集会(ICIAM 2015)で発表することもできた.なお,一方で,離散確率過程に関する数値計算法に共同研究として取り組んだ.これについても,論文誌に論文を発表することができた.本研究については本補助事業の最終年度を終えているが,今後の方向性としては,昨年度も指摘したように,本研究を遂行するにあたって開発した個々の数値計算法の解析や応用・発展などがある.また,前述のように,詳細な理論的解析も課題としてある.本研究では,確率過程の一種であるLevy過程に対し,その密度関数を解とするコルモゴロフの方程式に対する数値計算法を提案した.このためにFourier変換に基づいた数値計算法を構築した.具体的には,Fourier変換に対する二重指数関数型(DE)公式の不等間隔FFTによる高速化や,Sinc-Gauss関数近似公式に基づいた不定積分公式などを考案した.これらにより,FFTと同じオーダーの計算時間で高精度な数値解を得ることに成功した.昨年度想定したとおり,確率過程を記述する偏微分方程式の数値解法を確立し,いくつかの研究集会での発表を行った上,論文を投稿し,概ね好意的な評価を受けて,採録・掲載に十分近づいていると考えられるため.数値解析学今年度は,これまでに確立した計算法の理論的な精度評価を行うと共に,それに基づいて,計算公式に含まれるパラメータ設定の最適化を目指す.また,計算公式の一部をなす不定積分公式について,その基礎となっている関数近似公式を高精度化し,それに基づいてより良い不定積分公式を開発することも目標とする.今年度は,昨年度立てた方針にほぼ沿った研究が行えたため,おおむね順調と評価している.具体的には,(1)条件付き期待値を求めるために用いる分布関数のFourier変換を基にした計算法の確立,(2)条件付き期待値の満たす偏微分方程式に対するFourier変換を基にした数値解法の確立である.研究実績の概要でも述べたとおり,Fourier変換を計算する数値計算公式の精密な理論的精度評価を行ったことで,精度保証法への展開についても進展があったと言える.後者(2)については,今年度幾つかの論文を発表していく予定である.申請書では,研究開始当初において多方面からのアプローチを想定しておく必要性から,以下のようなアプローチを検討していた;積分公式による期待値計算,確率微分方程式の離散化,確率微分方程式からの特性関数の導出,偏微分方程式(PDE)による定式化を用いた各種解法.
プレB細胞受容体シグナルの新規標的転写因子群とその機能

B細胞は様々な外来抗原に対して特異的抗体を産生し生体防御に貢献する。プレB細胞受容体からのシグナルはB細胞分化に必須であるが、下流の標的遺伝子群およびそれらの機能については未解決である。RAG2欠損B前駆細胞の分化誘導モデル系を用いた遺伝子発現解析から、Btk依存的に制御される転写因子HeyL及びMafBを同定した。これらのB細胞初期分化における役割やB細胞レパトア形成における役割について検討した。前年度までにHeyL過剰発現によりB細胞系への分化やB細胞産生が亢進することを示した。本年度は、HeyLが持つDNA結合bHLHドメイン、Orangeドメイン、C末端部位の欠損変異体を作製し、機能ドメインを同定した。DNA結合bHLHドメインはB細胞分化及び増殖のどちらにも必須であること、C末端部位の欠損は増殖誘導を障害しむしろ分化を促進することがわかった。HeyL遺伝子のエクソンをGFP遺伝子に置き換えたターゲティングベクターを作成し、常法によりキメラマウスを得てHeyL欠損マウスを作成した。HeyL発現をGFPでモニターすることを試みるとともに、HeyL欠損マウスにおけるB細胞分化、液性免疫応答の解析を始めた。MafB遺伝子をGFPと置き換えた遺伝子改変マウス(Takahashi S etal.MCB, 2006)を入手した。このマウスは新生児期に無呼吸により死亡する。胎児肝よりプロB細胞株を樹立し、MafB欠損によるB細胞分化への影響を解析した。MafBはプロB細胞の一部に比較的強く発現し、その欠損で増殖が亢進する可能性が示された。造血幹細胞からの分化過程で機能的Ig重鎖を発現したB前駆細胞は、プレB細胞受容体を発現して選択的に増幅され、さらにIg軽鎖遺伝子を再構成しB細胞へと分化する。遺伝子再構成に障害のあるRAG2欠損B前駆細胞の分化誘導系を用いた遺伝子発現解析から、Btk依存的に制御されるbHLHファミリー転写因子HeyLを同定した。このB細胞初期分化における役割やB細胞レパトア形成における役割について検討を進めた。HeyLを発現するレトロウィルスベクターを造血前駆細胞に感染導入したのち放射線照射したマウスに移入し、各種免疫担当細胞への分化・増殖過程における効果を検討した。HeyL過剰発現によりB細胞系への分化ならびにB細胞産生が亢進することがわかった。生理機能を明らかにするため、HeyL欠損マウスの作成を行った。相同組換えをおこしたES細胞を選別し、常法によりキメラマウスを経て+/-マウスの作成に成功した。-/-マウスの作成ならびにHeyL欠損の免疫系への影響、特にB細胞初期分化、液性免疫応答へのインパクトの検討を始めている。HeyLによるB細胞分化誘導とプレB細胞受容体やBtkシグナルとの相補性を検討した。プレB細胞受容体を欠損するRAG2欠損マウス、Btk欠損マウス、それらの両方を欠損するRAG2/Btk重複欠損マウスのB前駆細胞にHeyLを過剰発現させた場合の分化誘導能を検討し、HeyLによるB細胞産生促進にプレB細胞受容体シグナルまたはBtk依存性シグナルのどちらかが必要であることがわかった。
物体色表示のための高次元色空間の確立

1.本研究の目的である周辺刺激の影響を取り入れた色空間の開発に先立って、異なる周辺光の下での色知覚特性を調べるため、コンピュータ・グラフィックスを用いた任意色刺激提示システムを開発した。2.このシステムを用いて異なる周辺光の下でのカラーマッチングの実験を行った。テスト刺激としては中心光に色度座標がχ=0.42,y=0.38の刺激、周辺光にはD_<65>白色を用いた。この刺激は周辺光が暗く中心光が明るい場合はオレンジ色に知覚され、周辺光が明るく中心光が暗い場合は茶色に知覚される。周辺光と中心光の輝度の組み合わせは8通り設定した。マッチング刺激はテスト刺激と同じ大きさの周辺および中心光をもちテスト刺激に併置されている。周辺光には同じくD_<65>白色を用いた。設定されたテスト刺激に対して、マッチング刺激の周辺輝度を変えながら、中心光の色度座標および輝度を被験者が自由にコントロールしてテスト刺激の中心光の色にマッチングする。3.上記の実験の結果、知覚色を一定に保つための周辺光の輝度L_Sと中心光の輝度L_Cの間にはL_C=L_O+CL^β_Sという実験式が成り立つことがわかった。ここで、L_OとCは知覚色によって一意的に定まるパラメータ、βは普遍的なパラメータでβ=0.65となった。また、周辺光の強度が高くなり中心光に黒みが誘導されるようになると周辺光が弱いときに観察されていた白みがなくなる一方色みは残るので相対的に色みの強さが増大するという現象も中心光の刺激純度の変化から明らかになった。4.以上の実験結果から周辺刺激を考慮した色空間を導くためには、周辺光の輝度、中心光の輝度および色度座標という4変数から、色度座標の補正量と明るさや黒みを決めるパラメータCという3変数を導く式を導出するればよい。補正された色度座標とCにより知覚色を一意的に表現することが可能になる。この式の導出は今後の課題である。
心腎連関の分子機構の解析-法医診断に有用な指標の探索-

大動脈弓部結紮圧負荷マウスモデルにおける心肥大の研究過程で、IFN-gamma遺伝子を欠損したマウス(KOマウス)では、強い圧負荷により急性の強い腎障害が惹起することを見出し、このモデルにおける腎障害の病態形成に関わる因子を明らかにすることを目標に研究を進めている。26年度における研究は、BALB/c(野生型)とKOマウスにおける心臓および腎臓の病態の違いを明らかにした。28Gの注射針の太さに両系統マウスの大動脈を結紮して3日目まで経時的に血中尿素窒素(BUN)およびクレアチニン(CRE)を測定し、KOマウスのみにBUN、CREの著しい増加を認めた。結紮後2日目のKOマウスの腎組織では著明な好中球浸潤を認め、尿細管のapoptosisと二次的な壊死像を認めたが、野生型マウスでこれらの変化は認めなかった。一方、結紮3日目の心臓は、野生型マウスでは有意な代償性心肥大を認めたが、KOマウスでは有意な肥大を認めなかった。しかし、心エコーでは両系統のマウスの心臓に有意な機能の低下は認めなかった。3日目の心臓および腎臓における遺伝子発現をreal-time RT-PCRにより解析すると、KOマウスの心臓および腎臓において炎症性cytokine(IL-1beta、IL-6、TNF-alpha)の有意に高い発現を認めた。一方、心臓における利尿ペプチド(ANP)の遺伝子発現の増加は野生型マウスの心臓においてのみ認めた。このことから、KOマウスにおいてANP発現増加を欠くことが腎障害に繋がることが予想される結果を得た。IFN-gammaの遺伝子を欠損するKOマウスは、大動脈弓部を細く結紮して強い圧負荷を心臓に掛けると高度な急性腎障害を惹起する、すなわち、心腎連関タイプ1の病態を示す。26年度には、このモデルマウスを用いて、心臓、腎臓量臓器における種々の分子の遺伝子発現を野生型マウスと比較することで病態解析を行った。また、心機能や腎臓の組織化学的解析を行うことで、心腎連関タイプ1の病態を明らかにした。27年度は、IFN-gammaの関与をより明確にするために野生型マウスに抗IFN-gamma抗体を投与して大動脈弓部結紮実験を行った。抗IFN-gamma抗体投与による野生型マウスのIFN-gamma中和は、抗体非投与マウスでは認められない腎障害が惹起された。このことは、IFN-gammaが心臓への圧負荷によって引き起こされる腎障害において保護的に機能することを強く示唆する。更に、IFN-gamma-KOマウスの心臓では圧負荷によるANPの発現誘導が著明に抑制されていたことから、ANPの持続還流下にIFN-gamma-KOマウスに大動脈弓部結紮実験を行うと、圧負荷により惹起される腎障害が有意に軽減した。従って、ANPは心腎連関タイプ1の病態形成において保護的に機能するものと思われる。以上のことから、圧負荷を受けた心臓においてIFN-gammaはANPの遺伝子発現を介して腎障害を抑制すると考えられた。現在、骨髄キメラマウスを作製中であり、キメラマウスの結果を加えて論文投稿を準備中である。申請書に記載した実験計画はおおむね順調に進行しており、心腎連関の鍵となる分子の候補の特定に近づきつつある。法医学当初の実験計画を予定通りに実施して行くが、出来るだけ早く論文として投稿することを心がける。
医療保育士の医療職種との協働を推進する医療保育士の専門性に基づく養成課程への提言

現在、医療保育士の養成は、日本医療保育学会の認定だけでなく、3年制の専門学校、短大および大学で行われており、医療保育専門コースや医療保育専攻科とされている。専門学校、短大、大学の療保育士の養成課程と欧米の医療保育士の養成課程の違いを検討し、その専門性を明確にする。さらに、現状の医療保育士の役割と活動から、医療保育士の専門性に必要な知識と課題を明確にし、課題の解決に向けた養成課程への提言を行う。
カイコの桑食性と性フェロモン応答性を決定する伴性遺伝子Bmacj6の分子機能

蛾類は、性フェロモンを利用して雌雄間での交信を行っている。個々の種の雌は、特定の性フェロモンを合成し、雄の配偶行動は、同種の雌が合成する性フェロモンによって特異的に誘起される。雌が合成する性フェロモン成分と雄の性フェロモン選好性の種間差が、どのような遺伝的なメカニズムで生み出されているのかという問題に関して、これまでに数々の研究が報告されているが、後者に関する分子遺伝学的な知見は、カイコを含め数種の蛾類において、性フェロモン受容体をコードする遺伝子が明らかにされているに過ぎなかった。性フェロモン選好性が分化するには、匂いを受容する触角と、情報を処理する脳の両方が、新たな性フェロモンへと複合的に適応する必要があり、性フェロモン受容体を単離するだけで解決するような単純な問題ではない。カイコでは、雄は雌が放出する性フェロモンであるボンビコールに特異的に応答して交尾行動を示す。申請者は、最近二年間の研究によって、転写因子BmAcj6をコードする伴性遺伝子に異常のある変異体(spliとspli^<B1>)は、ボンビコールにほとんど応答しなくなるだけでなく、正常な雄は反応しないはずのボンビカール(ボンビコールの酸化物)に強く反応して交尾行動を起こすことを発見し、そのメカニズムを解析してきた。本年度は、それらの研究成果をまとめ、PNAS誌において公表した。本研究成果は、伴性遺伝子Bmacj6が、触角での性フェロモンの受容(末梢)と脳での情報処理(中枢)の両方を、複合的に制御していることを明らかにすると同時に、性フェロモン応答性という複合適応形質を制御している遺伝子の一つを世界で初めて発見した画期的な成果である。本年度はカイコの性フェロモン応答性におけるBmacj6の分子機能を解析した。その結果以下の成果が得られた。(1)幼虫が軟体形質を示すカイコの伴性突然変異spliでは、ショウジョウバエの嗅覚変異体の原因遺伝子であるacj6のカイコホモログの構造が破壊されていることを論文として発表した。(2)正常なカイコはボンビコールを性フェロモンとして認識するが、その酸化物であるボンビカールでは交尾行動は誘発されない。風洞実験の結果、acj6変異体はボンビコールに対する応答性が低下していること、ボンビカールによって交尾行動が誘発されることが判明した。(3)定量リアルタイムRT-PCR解析の結果、acj6変異体では、ボンビコール受容体(Or1)の発現量が正常個体の約1/1000に低下しているが、ボンビカール受容体の発現量に異常は無いことを明らかにした。(4)細胞内記録および染色法によりOrlとOr3を発現する嗅覚細胞の軸索の脳内における投射をacj6変異体において解析した結果、acj6変異体ではOr3を発現する嗅覚細胞が通常はOr1を発現する嗅覚細胞の軸索が特異的に投射する領域であるトロイドに異所的に投射していることを発見した。(5)以上の結果により、転写因子Bmacj6は、性フェロモン受容体の発現を正の方向に制御していること、性フェロモン受容体を発現する嗅覚細胞の軸索の投射領域を制御していることが解明された。(6)鱗翅目昆虫では、近縁種間や個体群間で性フェロモン応答性の異なる例が多く報告されているが、そのメカニズムは未解明である。本成果は、鱗翅目昆虫のモデルであるカイコの性フェロモン応答性を支配する遺伝子を特定して、その機能を解明した点に意義がある。spliは、転写因子をコードするBmacj6が欠失している突然変異である。本年度は、spli方変異体において、幼虫の桑への集合性や食性に異常が生じる点に着目した。それらの異常が生じるメカニズムを解明することができれば、カイコの寄主選択機構の遺伝的な基盤が明らかになる点に意義がある。spliでは、Bmacj6の欠失が原因で、嗅覚システム、味覚システムにおいて重要な役割を果たしている遺伝子の転写に異常が生じている可能性がある。そこで、雄成虫から触角のRNAを、雄幼虫から触角と小顎のRNAを抽出して、Illumina GA2XでRNAseqを行い、正常系統とspli系統間で発現量に差のある遺伝子を探索した。得られた配列データ(35bp,数千万リード)の中で、14706個の遺伝子内にユニークにマップされたものについてRPKM値を算出し、WAD法によって、発現量の差に関して順位付けを行った。その結果、雄成虫触角、雄幼虫触角において、上位100位内にランキングされた嗅覚受容体は、雄成虫におけるOr1(2位)だけであった。雄幼虫小顎においては、調査した17個の味覚受容体の中で、上位100位内にランキングされた味覚受容体は存在しなかった。一方、匂い結合タンパク(OBP)や化学受容タンパク(CSP)をコードする遺伝子が上位100位内に複数個含まれていた。OBPやCSPは、触角や小顎において、匂いや味の原因となる化合物を輸送する役割を担っていると考えられていることから、spli系統の蟻蚕に認められる桑への集合能力の低下や、幼虫に認められる食性の異常において、OBPやCSPの発現異常が関与していることが示唆された。

個々の種の雌は、特定の性フェロモンを合成し、雄の配偶行動は、同種の雌が合成する性フェロモンによって特異的に誘起される。雌が合成する性フェロモン成分と雄の性フェロモン選好性の種間差が、どのような遺伝的なメカニズムで生み出されているのかという問題に関して、これまでに数々の研究が報告されているが、後者に関する分子遺伝学的な知見は、カイコを含め数種の蛾類において、性フェロモン受容体をコードする遺伝子が明らかにされているに過ぎなかった。性フェロモン選好性が分化するには、匂いを受容する触角と、情報を処理する脳の両方が、新たな性フェロモンへと複合的に適応する必要があり、性フェロモン受容体を単離するだけで解決するような単純な問題ではない。カイコでは、雄は雌が放出する性フェロモンであるボンビコールに特異的に応答して交尾行動を示す。申請者は、最近二年間の研究によって、転写因子BmAcj6をコードする伴性遺伝子に異常のある変異体(spliとspli^<B1>)は、ボンビコールにほとんど応答しなくなるだけでなく、正常な雄は反応しないはずのボンビカール(ボンビコールの酸化物)に強く反応して交尾行動を起こすことを発見し、そのメカニズムを解析してきた。本年度は、それらの研究成果をまとめ、PNAS誌において公表した。本研究成果は、伴性遺伝子Bmacj6が、触角での性フェロモンの受容(末梢)と脳での情報処理(中枢)の両方を、複合的に制御していることを明らかにすると同時に、性フェロモン応答性という複合適応形質を制御している遺伝子の一つを世界で初めて発見した画期的な成果である。