hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
外来魚の根絶を目指した不妊化魚の大量作出のための技術開発

高水温飼育により不妊化したナイルティラピアの性行動を調べた。30日齢の幼魚を高水温飼育(37°C,50日間)した後25カ月齢まで飼育し供試魚とした。高水温飼育オス3尾と正常なメス5尾を一群として大型水槽に入れ、5日にわたって性行動を観察した。その結果、同じ実験を8回行なったうち6回で繁殖行動が観察された。正常オスを用いた対照実験においても同様な結果が得られた。実験に用いた高水温飼育した全てのオスの精巣は透明色で、組織学的な観察においても精子は認められなかった。以上のことから、高水温飼育オスは、処理後少なくとも25カ月にわたって不妊化が維持され、メスに対して正常な性行動を行なうことが明らかとなった。高水温飼育により不妊化したモザンビークティラピアのメスの長期飼育による生殖特性について調べた。ふ化後10日の幼魚を高水温飼育(37°C、56日間)した後約21カ月齢まで成長させた。高水温飼育メスは婚姻色を示さず、泌尿生殖突起も未発達で外見的に明らかに正常成熟メスと異なっていた。卵巣は著しく小さく糸状で卵は確認出来なかった。組織観察でも生殖細胞は全くみとめられなかったが、卵巣の特徴である卵巣腔が認められた。ステロイド代謝酵素の抗体による免疫染色では強い陽性反応を示す少数の細胞が確認された。血中の性ホルモンも正常成熟メスと比べても著しく低かった。このことから、不妊化メスはオスと異なり長期に渡り性的成熟が起こらないことが明らかとなった。メダカの生殖細胞増殖におけるHSPの役割を明らかにするため、hsp70.1過剰発現メダカ系統を作製して生殖細胞の増殖状況を調べた。その結果、孵化時期におけるこの系統の生殖細胞数は、野生型個体と比較して、雌雄ともに有意差は認められなかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。研究実績の概要モザンピーク・ティラピアの孵化直後から成熟開始した魚に至るまでの様々なサイズの個体(7群)を用いて37°Cの高水温下で54-60日間飼育して不妊化の誘導について調べ、不妊化魚を大量に作出する最善の方法の検討を行なった。現在まだ処理魚を飼育中であるが、今までの結果から処理魚のサイズ、奇形率、死亡率、不妊化率との関係を明らかにすることが出来た。得られた不妊化魚の長期飼育により生殖細胞の復活に関する研究を開始した。更に、ナイル・ティラピアの完全に成熟したオスの精巣に及ぼす高温の影響について詳細な研究を行なった。高温処理した不妊化ナイル・ティラピアのオスの性行動について正常なオスと比較検討した。メダカでの高温処理により、熱ショックタンパク質(HSP)ファミリーであるHSP70等の発現が急上昇した後、生殖細胞の増殖が抑制されて雄化することを報告している。そこで本年度は、メダカの生殖細胞増殖におけるHSPの役割を明らかにするため、HSPファミリーの発現制御因子である熱ショック転写因子1(HSF1)のノックアウト系統の作製および表現型解析を実施した。予定していた様にモザンピーク・ティラピアの様々なサイズの魚の不妊化の可能性に関する実験を行った。ナイル・ティラピアでは人工授精による自家繁殖を成功させ、生産された稚魚に対しても高水温処理を行った。成熟魚に比較して、生存率は高く、また高水温飼育も容易であった。成熟したオス個体においても高水温処理は雌雄ともに不妊化を誘導することが確認された。以上の成果は本年度行なわれる国際学会で発表予定である。また屋内水槽を用いて、不妊化オスと正常オスとの繁殖行動の違いについて調べた。産卵床の形成や他個体への闘争行動については、正常オス同士の場合と正常オス×不妊化オスの場合に違いは認められなかった。また闘争の勝率についても不妊化オスは正常オスと対等であり、勝敗を決める条件は主に体サイズであることが示唆された。メダカの生殖細胞増殖におけるHSPの役割を明らかにするため、HSPファミリーの発現制御因子である熱ショック転写因子1(HSF1)のノックアウト系統の作製および表現型解析を実施した。まず、ゲノム編集を利用してHSF1ノックアウトメダカ系統の作製に成功した。次に、高温処理によるこの系統の表現型を解析したところ、予想通りHSP70等の発現が誘導されず、野生型と比較して明らかに生残率が低かった。また、高温による生殖細胞数への影響を調べたところ、孵化時期において、この系統の生殖細胞数は野生型と比較して有意に少ないことが分かった。さらに、次世代シークエンス解析を実施したところ、この系統においては、いくつかのアポトーシス関連因子の発現が上昇していることが明らかとなった。これらの事から、HSF1ノックアウトメダカにおいては、高温処理により生殖細胞数が減少している可能性が示唆された。以上の様にティラピア、メダカともに計画通に研究は進捗している。高温処理による不妊の恒久性を確認するため、孵化後1015日の雌雄カワスズメに37°C45日以上の高水温処理を施し、処理終了後200日の生殖腺を観察した。雌カワスズメの全ての個体の卵巣は外形的には一対の細い紐状の形態を示し、成熟した卵母細胞は確認されなかった。組織学的にも生殖腺内に生殖細胞は認められず、不妊であることを確認した。

雄については、約7割の個体の精巣は外形的にも組織学的にも不妊であることを確認した。一方、残りの個体は精巣の一部にコブ状の組織が形成され、組織学的観察の結果、精子形成をしていることが明らかとなった。これらの個体は腹部を圧迫することにより排精が確認され、機能的不妊化が不完全であることが予想された(中村、野津)。成熟したカワスズメ及びナイルティラピアの稚魚を用いて、高水温飼育による不妊化を試みた。そのうちカワスズメについては小笠原諸島父島の野生個体の繁殖行動を参考にして、高水温処理群と対照群の行動に違いが見られないか、また、それぞれの群のふ化率に違いは無いかを比較検討した。その結果、高水温飼育群も対照群と同様の行動を行ったが、生殖腺(精巣)の外観および組織学的観察の結果、不妊化は不完全であり、ほぼ全ての卵が孵化した(加賀谷)。前年度に引き続き、メダカの生殖細胞増殖における熱ショックタンパク質(HSP)の役割を明らかにするため、HSPファミリーの発現制御因子である熱ショック転写因子1(HSF1)のノックアウトメダカの表現型解析を行った。その結果、高温処理によるHSF1ノックアウトXXメダカにおける生殖細胞の増殖抑制は、高温処理による抗ミュラー管ホルモン受容体2(AMHR2)の発現上昇とアポトーシスによる生殖腺体細胞数の減少が原因であることが示唆され、HSF1が生殖腺体細胞を介して生殖細胞の増殖を保護している可能性が示された(北野)。高水温処理による不妊化の恒久性を確認するため、作製した不妊化魚の長期飼育による生殖腺への影響を検証している。昨年度までに、1孵化後10ー15日の雌雄カワスズメを37°C、45日以上処理を施し不妊化魚を作製し、2処理終了後約200日時点で処理個体の生殖腺を組織学的に観察した。その結果、雌雄ほ多くの個体で不妊であることが確認され、高水温処理で完全に生殖細胞を死滅させることができれば、その後は再生しないことが示唆された。一方、少数個体の精巣にはコブ状の組織が形成され、精子形成していることが確認された。これは大量の個体を処理した際に処理(水槽)環境が完全には一様でなかったため、一部の個体の少量の生殖細胞が生存したためだと考えられる。今後は、大量の不妊化魚を一層高率に作出するための適当な処理環境/条件を検証するとともに、引き続き長期飼育による生殖腺への影響を調べる。ナイルティラピアの成熟魚を37°Cの水温条件で50日間飼育したところ、生殖腺の組織学的観察により不妊化が確認された。カワスズメに関しては小笠原諸島父島の野生個体の行動を参考にして、成熟魚を37°Cで55日飼育した群と対照群の間に繁殖行動やふ化率に違いがないか比較検討した。その結果、高水温飼育群も対照群と同様の行動を行ったが、生殖腺(精巣)の外観および組織学的観察の結果、不妊化は不完全であり、ほぼ全ての卵が孵化した。メダカの生殖細胞増殖における熱ショックタンパク質(HSP)の役割を明らかにするため、HSPファミリーの発現制御因子である熱ショック転写因子1(HSF1)のノックアウトメダカの表現型解析を行った。その結果、高温処理によるHSF1ノックアウトXXメダカにおける生殖細胞の増殖抑制は、アポトーシスによる生殖腺体細胞数の減少が原因であることが示唆され、HSF1が生殖腺体細胞を介して生殖細胞の増殖を保護している可能性が示された。
多孔質膜／イオン交換クローズド抽出システムによる土壌からのリン回収

土壌中からのリン回収を目的として、酸・塩基によるリン抽出平衡およびバイポーラ膜電気透析法を用いクローズド化を目指した抽出装置開発を行った。リン抽出平衡を検討した結果、酸・塩基の種類によらずpH 2以下およびpH 11以上でリンが抽出された。抽出液中元素分析の結果、酸側ではAl, Ca, Feと結合したリンが、塩基側ではAlと結合したリンが抽出さることが分かった。バイポーラ膜電気透析実験では、土壌スラリーの投入により酸・塩基の製造効率の低下が観察されたが、抽出液中のリンは平衡関係から予測される値にほぼ等しく、開発した抽出装置により土壌からのリン抽出が可能であることが示された。リン資源の循環利用のため、土壌からのリン回収技術の開発のため、本年度は、(1)多孔質セラミック膜による土壌の抽出、洗浄、脱水方法の開発、(2)土壌に蓄積した不溶性リンの溶出挙動、の二つの点について検討を行った。(1)に関しては、対象とする土壌として、鹿沼土、赤玉土、関東ローム、カオリンを選定した。またろ過脱水方法として管状のセラミックス膜による膜分離特性の測定を行った。セラミック膜による分離では、上向流や下降流などの装置特性、スラリー濃度、圧力などの操作特性について検討を行ったが、脱水されたスラリーが膜の流路内で流動性をなくし閉塞傾向が見られ、濃縮限界が明らかになった。この結果より、ろ布を用いたフィルタープレスについても新たに土壌の固液分離特性の検討について行った。フィルタープレスを用いた固液分離では非常に効率的に土壌のろ過脱水操作が行えることが明らかになった。(2)に関してはリン酸吸収係数のことなる土壌として、主に鹿沼津土、赤玉土について、リン酸の吸着等温線の作成、酸による脱着特性などについて、リン酸に吸着平衡関係を調べた。リンの吸着等温線はラングミュア型で整理できることが分かり、各土壌についてそのパラメータを決定することができた。また、バッチ試験により塩酸により吸着したリンの脱離回収を行った結果、酸によるリンの回収が可能であることが示された。バッチ試験では、測定できるデータ数に限りがあり、また評価された回収率にもばらつきがあった。より効率的にデータをとるためにカラム方により吸脱着試験を行った。酸による処理では、土壌が微粒化しカラム内のフィルターを目詰まりさせて圧力損失を大きくすることから、カラムへの土壌の充填などを最適化する必要があることが分かった。リンは農作物の生産に不可欠な資源であるが、施肥されたリン量の約8割は土壌中の金属イオンと結合し、植物が直接利用できない難溶性の形態として土壌中に蓄積されているが、効率的にリンを回収する技術は確立されていない。本研究では、土壌中からのリン回収を目的として、酸・塩基によるリン抽出条件や塩から酸・塩基の製造が可能であるバイポーラ膜電気透析法を用い、リン抽出装置開発を行った。抽出平衡実験では、各種酸アルカリ水溶液(HCl, HNO3, H2SO4, NaOH, KOH, NH3aq)と土壌を三角フラスコ内で混合・撹拌してリンを抽出した。抽出液中のリン, Al, Ca, Feの濃度はモリブデンブルー法、ICP-AESを用いた。バイポーラ膜電気透析実験では、各種塩からの酸・アルカリの製造特性と土壌スラリーを装置内で循環したときの挙動について検討した。リン抽出率は王水による抽出量を基準として算出した。pH 2以下およびpH 11以上でリンが抽出され、用いた抽出液種類による差異は確認されなかった。また、抽出液中元素分析の結果、酸によりAl, Ca, Feが溶出され、塩基によってはAlの溶出が確認された。酸側ではAl, Ca, Feと結合していたリンが抽出され、塩基側ではAlとの化合物由来のリンが抽出されたと考えられる。バイポーラ膜電気透析実験では、土壌の投入によりpH 7付近でpH変化の停滞が観察され、土壌スラリー濃度が高い程、停滞時間が長く、生成される酸・塩基濃度は低くなる傾向があったが、スラリーの液中のリン濃度は抽出平衡関係から予測される値にほぼ一致した。これらの検討結果より、酸・アルカリによるリンの抽出平衡の特性、バイポーラ膜電気透析法により土壌からのリン抽出が可能であることが示された。リン資源の循環利用のため、土壌からのリン回収システムの開発を行った。本年度は、1土壌からの各種酸・アルカリによるリン抽出条件、2バイポーラ膜による各種塩からの酸・アルカリ製造プロセスについて検討した。1では、対象とする土壌を田んぼ土壌とし、リンと強く結合していると考えられているCa,Fe,Alの抽出状態についてもICP-AESで分析した。

リン酸の抽出量は抽出剤の種類により大きく異なり、硫酸を用いた場合が最も大きかった。また、抽出速度は速く約1時間で平衡に達した。リンと結合して存在していると考えられる金属については、Caは酸条件で溶出したがアルカリ条件では抽出されなかった。Alは酸・アルカリの両条件で抽出され、酸の方がより高い濃度で溶出した。Feは酸で溶出したがアルカリではほとんど溶出されなかった。Ca,Feは塩基条件では水酸化物を形成していると考えられ、溶出挙動は各イオンの溶解度のpH依存性にほぼ従う傾向があった。これら金属の溶出挙動とリンの抽出挙動の間には明確な傾向は見られなかった。2抽出液として期待される酸・アルカリからなる塩についてバイポーラ膜による酸アルカリ生成特性を検討した。検討した塩は塩化ナトリウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウムである。酸・アルカリ生成の電流効率は塩の種類により異なり、また濃度が増すにつれて低下することが分かった。塩化ナトリウムを用いた条件では塩酸と水酸化ナトリウムが1M以上の濃度で生成されることが確認できた。硫酸アンモニウムおよび硝酸アンモニウムでは、各酸の生成は可能であったが、アンモニアは生成は難しくpH8付近よりも高くすることができなかった。これは、アンモニアの電離平衡の影響および水酸化物イオンの移動度が大きいためセル内から優先的に水酸化物イオンが抜けているものと推察された。当初の目的であるセラミック膜による土壌のろ過脱水では流路閉塞の問題があることが分かり、新たにこの点について検討を行うと同時に、ろ布を用いたフィルタープレスについても検討し、高い性能があることが確認できた。また、リンの吸着平衡については目的を達成でき、さらに効率的な測定方法についても開発を進めることができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。リン抽出検討では、多くの抽出剤(酸、塩基)および抽出条件について検討ができた。その結果、無機酸が特にリンの抽出に有効であることが明らかになった。一方、バイポーラ膜による酸・アルカリ製造では、NaClなど強酸と強アルカリからなる電流効が高いが、硫酸アンモニウムなどの弱塩基では電流効率が悪いことが明らかになった。膜による土壌スラリーのろ過ではチューブの内側に堆積し流路を閉塞する現象が生じることが明らかとなった。ここまでの検討で、抽出、バイポーラ膜による酸アルカリ製造、土壌スラリーの固液分離特性について、各プロセスの挙動と問題点などが明らかになった。目的とするクローズド抽出システムで用いる固液分離特性はほぼ検討ができたため、計画通りにシステムの革新部分であるバイポーラ膜部の検討に移る。装置の開発は、主に鹿沼土、赤玉土を用いて行っているため、装置開発がある程度進んだ時点で、より分離特性が難しい土壌についても処理対象物質に加えていく。本年度は、各プロセスの統合し、プロセスのクローズド化について検討する。ここまでの検討で、バイポーラ膜による酸アルカリ製造と抽出工程の組み合わせでは、電流効率の点から低濃度の酸とアルカリの使用が望ましく、また、最終目的からは弱酸の有機酸とアンモニアからなる塩が望ましいため、より温和な抽出条件について引き続き検討を行う。また、バイポーラ膜の電解セルに土壌スラリーを直接流入するために新たに酸・アルカリ製造室の設計製作を行う必要があるため、装置開発を検討する。
新しい生産性指数と資本理論に関する研究

18年度には、本研究の目的に関連する以下の研究活動を行った。2)論文"Pasinetti's Dynamic Standard Commodity and the General Price Level"をヨーロッパ経済学史学会第10回大会(2006年4月28日)のパシネッティ教授の『構造変化と経済成長』の出版25周年記念の特別セッションにおいてパネラーとして報告した。この論文は申請者の生産性指数・所得指数を用いて標準商品の価値の異時点問比較や物価水準を問題としたものである。セッションではポルタ教授、アレーナ教授、ハーコート教授、パシネッティ教授らと意見交換を行うことができた。3)論文「産業連関表を用いた物価水準の要因分析の方法」を環太平洋産業連関分析学会(2006年10月29月)で発表した。申請者の指数を用いてスラッファ体系を基礎とした場合の物価水準を論じた。4)ハインツ・クルツ教授の講演会(2006年11月13日)を群馬大学で開催し、研究交流を行った。5)論文「不変の価値尺度と現代経済学」(西川潤・八木尚志・清氷和巳編著『社会科学を再構築する』明石書店、2007年1月刊所収)を執筆した。この論文では申請者の生産性指数・所得指数を多期間比較に拡張し、多期間比較のための通時的標準商品と通時的標準労働という概念を提案している。7)本研究の報告書(英文)を作成した。この報告書は、スラッファ体系の解釈から集計的生産関数の基礎までの広範囲の問題について申請者の考えやモデルをまとめたものである。【目的】本研究の目的は、申請者が考案した新しい生産性指数および所得指数を拡張し、その指数を用いて所得・賃金の異時点間比較、資本理論で問題となった集計的生産関数の基礎などについて研究することである。【研究実績の概要】17年度の研究では、以下の研究テーマにおいて研究が進展し、新たな知見が得られた。1スラッファの理論の解釈について:Garegnani[1984]の剰余方程式アプローチにおける尺度としての2種類の労働量とSraffa[1960]の尺度としての2種類の労働量の関係を明らかにし、スラッファの価格理論を剰余理論の視点から説明することが可能であることを明らかにした。その成果である論文`A Surplus Interpretation of the Sraffian Price Theory'は、ヨーロッパ経済学史学会2005年大会(Stirling大学、17年6月11日)、ローマ大学第3、スラッファ研究センター(Garegnani教授ほか、18年3月22日)で報告された。2パシネッティ教授の構造変化の動学の研究との関係について:スラッファ・モデルに基礎をおく申請者の生産性指数を用いて動学的標準商品と一般物価水準の研究を拡張できることが明らかとなり、Pasinetti[1981][1993]の構造変化の研究の拡張・深化に、申請者のスラッファ・モデルに基礎をおく研究と生産性指数が有用であることが明らかとなった。その成果は、2006年4月末のヨーロッパ経済学史学会2006年大会において、パシネッティ教授の「構造変化と経済成長」の出版25周年を記念する特別セッションに招かれ`Pasinetti's Dynamic Standard Commodity and the General Price Level'を報告する予定であり、報告集のための5頁の報告論文の短縮版も作成し提出した。3スラッファの経済理論及び資本理論について:スラッファ・モデルにおける価格の意味、および資本理論における価格効果についての研究成果をもとに、フランクフルト大学のB.Schefold教授を17年11月29-30日に群馬大学に招き、討論を行った。18年度には、本研究の目的に関連する以下の研究活動を行い、成果報告書(英文)をまとめた。

2)論文"Pasinetti's Dynamic Standard Commodity and the Genaral Price Level"をヨーロッパ経済学史学会第10回大会(2006年4月28日)・パシネッティ著『構造変化と経済成長』の出版25周年記念の特別セッションにおいて、パネラーとして報告した。この論文は、著者の生産性指数・所得指数を用いて、標準商品の価値の異時点間比較や物価水準を問題としたものである。セッションではポルタ教授、アレーナ教授、ハーコート教授、パシネッティ教授らと意見交換を行った。3)論文「産業連関表を用いた物価水準の要因分析の方法」を環太平洋産業連関分析学会(2006年10月29日)で発表、著者の指数によりスラッファ体系を基礎として物価水準の決定要因を論じた。4)ハインツ・クルツ教授(2006年11月13日)を群馬大学に招き、研究交流・意見交換を行った。5)論文「不変の価値尺度と現代経済学」(西川潤・八木尚志・清水和巳編『社会科学を再構築する』明石書店、2007年1月17日刊所収)を執筆した。この論文では著者の生産性指数・所得指数を多期間比較に拡張し、多期間比較のための通時的標準商品と通時的標準労働という概念を提案している。7)本研究の報告書(英文)を作成した。この報告書は、スラッファ体系の解釈から集計的生産関数の基礎までの広範囲の問題について著者の考えやモデルをまとめたものである。
植物細胞壁の情報処理システム

1.研究成果のまとめと事後評価:H24年7月よりH29年3月末までの「植物細胞壁の情報処理システム」の研究プロジェクトの全研究成果を,成果報告書として纏めて提出し、ヒアリングを受け、A+の評価を受けた。2.研究成果を生命科学の研究者コミュニティーへ発信するために、領域代表者がシンポジストとして植物学会および日本植物生理学会でのシンポジウムに於いて領域の主要な成果を発表した。3.領域で開発した研究リソースの構築管理と公開や分与体制を維持するためにHPのコンテンツを更新した。細胞壁関連遺伝子群の共発現データベースを高精度化し、すでにデータベースとして公開しているが,その更新を引き続き進めた。同時に、そのデータベースに関する英文論文を日本植物学会誌Plant and Cell Physiologyの特集号として投稿した。4.若手育成のための研究者ネットワークの維持・発展:若手研究者を中心とした研究者コミュニティーである「細胞壁研究者ネットワーク」を、領域終了後も継続して活動を続ける体制を作った。5.アウトリーチ活動の成果のまとめ:アウトリーチ用に作製した「一般向け」のホームページは,H29年3月末の領域終了後に,これまでの領域のアウトリーチ活動の総集編のコンテンツの移管と継承を行った。アウトリーチ活動の目玉として行った「植物細胞壁のミクロの世界」の巡回展示のための多数のパネルのコンテンツはデジタルデータとして保存し,このデータを活用して,一般向けの冊子体を作成し、配布した。29年度が最終年度であるため、記入しない。
顎関節円盤転移モデル動物を用いた皮質誘発顎運動の解析

本研究では主に薬剤による急性顎関節炎モデル動物を作成し、皮質誘発による顎運動の運動軌跡解析を行った。実験には体重2.63.3Kgの家兎を用い、ネンブタール麻酔下に開頭と咀嚼筋電極設置の後、脳定位固定装置につけてビデオカメラを用いた顎運動記録装置を頭部の正面と側面に設置した。皮質誘発部位は咀嚼様顎運動の現れる左側の大脳皮質(咀嚼野)とし、Bregma前方4mm、側方7mm付近で刺激電極の刺入深度は200μmから350Oμmとした。durationは200μsec、頻度30Hz、刺激強度は80μAで刺激した。確実な上関節腔内注射を確認するためにメチレンブルーを用いた注入確認実験を施行し、24G針での複数穿刺で注入状態良好なることを確認した。注入薬剤として選択的なC線維刺激剤であるマスタードオイルを用い、麻酔下の家兎の左側上関節腔に50μ1100μlの原液のマスタードオイルまたはミネラルオイルで20%に希釈したマスタードオイル20μlを注入した。注入直後より経時的に皮質誘発顎運動を記録した。また、咀嚼による負荷を与える目的で硬度の異なるグミ(No.2およびNo.4)を臼歯部に挿入して顎運動軌跡の変化を観察した。その結果、50μl100μlの原液のマスタードオイル注入により、下顎の安静位で正中が注入側に偏位し、皮質誘発による開口量が減少する傾向がみられた。また、これまで言われているように正常側ではグミ咀嚼によって側方偏位量が増えるが、薬剤注入側ではその偏位量がより増加する傾向があり、軌跡も歪む傾向がみられた。20%マスタードオイル20μl注入によっては誘発顎運動に有意な影響は見られなかった。関節円盤転位モデル動物の作成においては手術侵襲が大きくなり安定した顎運動誘発が困難であった。円盤転位に代えて関節円盤除去を行った実験群では皮質誘発顎運動に大きな変化は見られなかった。平成9年度は主に薬剤による急性顎関節炎モデル動物を作成し、皮質誘発による顎運動の運動軌跡解析を行った。薬剤注入に先立ち、家兎の顎関節構造を確認する目的で連続組織切片を作成し、顎関節周囲の構造を把握。その後に注入薬剤としてマスタードオイルを用いることにし、麻酔下の家兎の左側上関節腔に0.050.1mlのマスタードオイルを注入。皮質誘発部位は左側の大脳皮質咀嚼野で刺激電極の刺入深度は2000μmから3500μmとした。咀嚼による負荷を与える目的で硬度の異なるグミを臼歯部に挿入して顎運動軌跡の変化を観察した。その結果、薬剤注入により、下顎の安静位で正中が注入側に偏位し、皮質誘発による開口量が減少する傾向がみられた。今後、例数を増やし、より詳しい解析を行う予定である。また、平成10年度は関節円盤転移モデル動物を作成し、同様の測定および解析手段を用いて顎運動の軌跡解析を行うとともに慢性動物でも関節円盤転移動物を作成し、非麻酔の咀嚼時の顎運動の軌跡解析を行う予定である。

20%マスタードオイル20μl注入によっては誘発顎運動に有意な影響は見られなかった。関節円盤転位モデル動物の作成においては手術侵襲が大きくなり安定した顎運動誘発が困難であった。円盤転位に代えて関節円盤除去を行った実験群では皮質誘発顎運動に大きな変化は見られなかった。
川を降るサケ科魚類の行動と耐病性をホルモンで繋ぐ：放流種苗特性評価への展開

サケ科魚類の降河行動と耐病性の制御機構について、「神経系-免疫系-内分泌系」間の相互作用という観点から調べた。行動でタイプ分けした個体群の比較により、水面近くに定位する群、または環境変化に反応して効果行動を起こしやすい群では、脳神経系での副腎皮質ホルモン刺激ホルモン放出ホルモン遺伝子の発現量に特徴的な差異が見られた。一方免疫系では、行動タイプによる顕著な差異は認められなかったが、環境変化に対する抑制的な反応が見られた。本研究は、人工種苗の天然環境への適応を巡る、行動特性(脳・神経系)・耐病性(免疫系)・ホルモン(内分泌系)の相互作用という観点から、放流後の個体の生残に影響を及ぼす要因を、包括的に把握することを目的とする。降河期のサケ科魚類(スモルト)について、降河行動と耐病性の制御機構を解明することにより、天然種苗に遜色のない、環境への適応能の高い種苗を生産する技術の構築に資する。さらに、生息場所の移動を伴うサケ科魚類特有の生活史を考慮することにより、資源管理技術のさらなる高度化を目指す。初年度は、行動パターンの異なるサケ科魚類を用いて、次年度以降の遺伝子発現解析に供するための試料採取を、脳神経・免疫系を中心に実施した。増養殖研究所日光庁舎で飼育しているニジマスとスチールヘッドトラウトを用い、濁りに対する行動実験を実施し、脳・脾臓の試料を採取、遺伝子発現解析に供するための核酸試料の調製を行った。併せてアメリカ西海岸の研究協力者の下、行動パターンでタイプ分けされたマスノスケを用い、温度低下に対する行動実験を実施し、同様の試料採取と核酸試料調製を行った。マスノスケでは試行的に、脳および脾臓でのホルモン受容体の遺伝子発現量を測定したところ、水面近くに定位する群では、水底に定位する群よりも高い数値を示す事例が複数見られた。また培養下の白血球を用いて、ホルモンに対する反応性を確認し、実験条件の検証を開始した。次年度はニジマス・スチールヘッドトラウトで採取した試料の解析を進めると共に、マスノスケにおいても行動実験を実施し、実際に反応の異なる個体間の比較を開始する。本研究では、「神経系-免疫系-内分泌系」間の相互作用という観点から、放流後の個体の生残に影響を及ぼす要因を、包括的に把握することを目的とする。今年度は、ニジマスとスチールヘッドトラウトを比較したところ、脳では視床下部基部を除いてコルチゾル受容体のmRNA量に顕著な差は見られなかったが、コルチゾル分泌を調節し移動行動にも関与すると見られるCRHのmRNA量は、終脳並びに視索前核でスチールヘッドの方が高かった。また脾臓におけるリゾチームのmRNA量は、スチールヘッドの方が低かった。スチールヘッドの中で降河行動を起こしたものと起こさなかったものについて、コルチゾル受容体のmRNA量を比較すると、脾臓並びに終脳では差がなかった一方、視索前核では降河したものの方が高く、視床下部基部では低くなっていた。CRHは終脳と視索前核で、降河したものの方が高くなっていた。ニジマスとスチールヘッドトラウトの違いはスモルト化と、スチールヘッドの中での違いは降河したいという衝動と、それぞれ別個に関係しているものと思われる。最終年度では、ニジマス・スチールヘッドで得られた成果に基づき、日光ではサクラマス、研究協力者のアメリカ・オレゴン州ではマスノスケを用い、降河行動とホルモン・遺伝子の関係を解析する。海外研究協力者との連携を継続し、複数の種での事例が比較可能となっている。降河期のサケ科魚類では、体の斑紋が消えて銀色に変化するスモルト化(銀毛化)という形態変化や、なわばりをやめて群れを作る、川の流れに逆らわなくなるなどの行動変化、海水の塩分にも慣れることができる生理変化が前もって起こり、海での生活の準備をすることが必要である。これらのスモルト化に伴う変化のうち、海水に適応する機構については幅広い研究が行われ、海水に慣れやすい放流種苗を判別する試みなども始まっている。しかし塩分には適応できても、河口に滞留してなかなか外洋へ出て行かない、海の新しい環境での疾病・寄生虫を防御できないなどの事例も報告される。即ち海水適応だけでなく、行動特性・耐病性を含めた総合的・効果的な対策が必要であるが、そのための基礎的知見が十分には得られていない。神経-免疫-内分泌系相互作用に立脚した放流種苗特性評価技術を開発するために必要な知見を得ることで、将来の湖ならびに海からの回帰も見据えた、新たな視点による総合的な種苗作出技術の開発に資する。行動面でタイプ分けした個体群の比較により、脳神経・免疫系におけるホルモン関連遺伝子の意義を明らかにするため、マスノスケでの行動とホルモン・遺伝子の関係を解析した結果、定常状態を比較すると、水面近くに定位する群よりも、底近くに定位する群の方が、CRHが高い傾向があった。一方水温低下の刺激を受けると、水面近くの群ではCRHが上昇する反応が見られたが、底近くの群では有意な反応は見られなかった。

ニジマスとスチールヘッドとの比較の場合と同じく、行動パターンに対応した遺伝子発現の差異が認められた。サケ科魚類の降河行動と耐病性の制御機構について、「神経系-免疫系-内分泌系」間の相互作用という観点から調べた。行動でタイプ分けした個体群の比較により、水面近くに定位する群、または環境変化に反応して効果行動を起こしやすい群では、脳神経系での副腎皮質ホルモン刺激ホルモン放出ホルモン遺伝子の発現量に特徴的な差異が見られた。一方免疫系では、行動タイプによる顕著な差異は認められなかったが、環境変化に対する抑制的な反応が見られた。海外の研究協力者との実験を前倒しに実施し、複数箇所での事例を比較できるようになった。脳神経系での解析結果が予想以上に得られたため、免疫系への重点化を図る。農学行動実験とそこで採取される試料、特に脳神経系の解析に重点を置く。免疫系については個体レベルの解析結果を踏まえた上で、細胞培養によるポイントを絞った実験を進める。購入予定していた解析機器が、新規に発売された機能的に十分な廉価な製品で代替できた。国内旅費が予定よりも掛からなかった。賃金を支払う必要がなくなった。計画より安価なポータブル仕様の機器を購入したことによる。外国出張が立案時より高くなる可能性があるため充当する。精度の高いデータを目指して解析回数を増やす。海外研究協力者との実験実施に重点を置くと共に、解析する遺伝子の数を増やし、より詳細な解析を試みる。
授業における学習課題構成の理論とその方法の具体化ー授業の標準的手続きを踏まえてー

今年度は授業のVTR記録を行うと共に、一部で実験授業を実施した。授業の記録分析は、体育・家庭科を除き、小・中学校各教科に渡り23クラス、実験授業は16クラスで行われた.分析はなお継続中であるが、現在までに明らかになった点は次の通りである..実際の授業では様々な課題構成の検討や工夫が行われていることが改めて確認された.(1)児童・生徒の生活経験と教育内容を結びつけて、興味・関心を持たせるようにしている.(2)実物や具体物を利用して、課題設定をしている.(3)児童・生徒に矛盾や問題を提出する.(4)児童・生徒の意見・経験を発表させる.(5)課題設定までの場面の構成を図る.以上の諸点は理論的検討の結果とも一致するもので、それらの効果を更に追究する価値があるものと思われる.2.実験授業は、社会科、数学、理科で、事前・事後テストと児童・生徒に授業の感想評定を行わせ、実施された.研究目的は様々であるが、まとめる以下のようである.(1)児童の視点をその時代の人物にすることは効果的である.(2)テレビやOHPなど視聴覚的方法は、生徒の課題構成にとって有効と思われる.(3)具体物を用いることは、児童・生徒の興味を引くようであるが、半具体物、数列からのルールの抽出とそれほど学習効果は変らない.(4)より因難な問題から入ると、かえって理解はよい.一般に付属校での研究は、学習者のレベルも高く、意欲も高いので、実験結果の解釈には、これらの点を考慮する必要があると思われた.研究計画にしたがい、小学校,中学校での14の授業の既収VTRの文章化,プロトコル作成を行った。これらの結果は更に厳密なカテゴリ化と計数的分析が行われるが,現在までのところ,次のようなことが明らかになっている。1.生徒の中に自分自身のものとしての学習課題を構成するためには,学習者の課題理解を中心とする認知的要因と学習意欲を発生させる動機的要因があり,また両者の相互作用がある.2.教材の選択に当っては、児童・生徒の興味領域について具体的に研究し、彼らの興味を刺激し,要求に合致するよう働きかけるとよい。3.教材は、その認知的水準を考慮して学習者に提供するだけでなく、その中に含まれている矛盾や手続き上の問題を明確にし、そのことを十分学習者に意識させる説明や教授手順が有効である.4.よく準備されたプリント課題は、一般の授業方法と同等以上の効果を上げることがある.5.いずれにしても,教材の認知的要因と動機的要因を統合するような学習課題構成計画が必要であろう.現在更に、附属小学校,中学校等において上記研究分担者を中心に,国語・社会・算数・理科・技術についてそれぞれ授業のVTR記録がなされ,プロトコルの作成,分析が行われている.また、次年度以降の研究に備えて,学習課題構成の問題について.教科教育担当教官と附属小・中学校教諭との合同の検討会が組織され、理論的・経験的検討に基づいた研究計画と授業計画が策定されつつある.今年度は授業のVTR記録を行うと共に、一部で実験授業を実施した。授業の記録分析は、体育・家庭科を除き、小・中学校各教科に渡り23クラス、実験授業は16クラスで行われた.分析はなお継続中であるが、現在までに明らかになった点は次の通りである..実際の授業では様々な課題構成の検討や工夫が行われていることが改めて確認された.(1)児童・生徒の生活経験と教育内容を結びつけて、興味・関心を持たせるようにしている.(2)実物や具体物を利用して、課題設定をしている.(3)児童・生徒に矛盾や問題を提出する.(4)児童・生徒の意見・経験を発表させる.(5)課題設定までの場面の構成を図る.以上の諸点は理論的検討の結果とも一致するもので、それらの効果を更に追究する価値があるものと思われる.2.実験授業は、社会科、数学、理科で、事前・事後テストと児童・生徒に授業の感想評定を行わせ、実施された.研究目的は様々であるが、まとめる以下のようである.(1)児童の視点をその時代の人物にすることは効果的である.(2)テレビやOHPなど視聴覚的方法は、生徒の課題構成にとって有効と思われる.(3)具体物を用いることは、児童・生徒の興味を引くようであるが、半具体物、数列からのルールの抽出とそれほど学習効果は変らない.(4)より因難な問題から入ると、かえって理解はよい.一般に付属校での研究は、学習者のレベルも高く、意欲も高いので、実験結果の解釈には、これらの点を考慮する必要があると思われた.今年度は授業のVTR記録を行うと共に、一部で実験授業を実施した。授業の記録分析は、体育・家庭科を除き、小・中学校各教科に渡り23クラス,実験授業は16クラスで行われた。分析はなお継続中であるが、現在までに明らかになった点は次の通りである。1.実際の授業では様々な課題構成の検討や工夫が行われていることが改めて確認された。(1)児童・生徒の生活経験と教育内容を結びつけて、興味・関心を持たせるようにしている.(2)実物や具体物を利用して、課題設定をしている.(3)児童・生徒に矛盾や問題を提出する。(4)児童・生徒の意見・経験を発表させる.(5)課題設定までの場面の構成を図る。

以上の諸点は理論的検討の結果とも一致するもので、それらの効果を更に追求する価値があるものと思われる。2.実験授業は、社会科、数学、理科で、事前・事後テストと児童・生徒に授業の感想評定を行わせ、実施された。研究目的は様々であるが、まとめると以下のようである。(1)児童の視座をその時代の人物にすることは効果的である。(2)テレビやOHPなどの視聴覚的方法は、生徒の課題構成にとって有効と思われる。(3)具体物を用いることは、児童・生徒の興味を引くようであるが、半具体物、数列からのル-ルの抽出とそれほど学習効果は変わらない。(4)より困難な問題から入ると、かえって理解はよい。一般に付属校での研究は、学習者のレベルも高く、意欲も高いので、実験結果の解釈には、これらの点を考慮する必要があると思われた。
3次元輻射輸送によるクェーサー吸収線系の研究

クェーサースペクトルに見られるLyα吸収線系は,宇宙の局所的高密度領域を見ているという考えが注目されてきた。しかし,これまでの解析では,非一様宇宙の中での電離光子の伝播は正確に扱われてこなかった。我々は,非一様宇宙における電離光子の伝播とそれに伴う宇宙再電離過程を調べるために,3次元輻射輸送計算を行った。この計算結果を用い,観測されているスペクトルと同等のクェーサー吸収線系をシミュレートし,観測と直接比較するによって宇宙の再電離過程についての知見を得た。まず,Lyα吸収線系の解析によって,いわゆるGunn-Peterson効果は,低分散分光観測をした場合の吸収線のoverlapping効果としてしか現れず,波長分解能1万以上の観測では,Continum Depression(D_A)が宇宙の電離状態を表す良い指標になることがわかった。観測されている100近いクェーサースペクトルから,D_Aはz4を境に,赤方偏移の増加と共に急激に1に近づくため,宇宙再電離の時期がこの辺りであることが示唆される。しかし,シミュレーションとの比較の結果,宇宙再電離の時期は,この急激な増加の時期には対応しておらず,z_<reion>>7でなければならないことがわかった。さらに,宇宙背景紫外線強度がz>4で急激に弱くなっていなければならないことも明らかになった。一方で,Lyαは高密度宇宙では減衰が強く起りすぎるため,高赤方偏移の電離状態を細かく調べるのには不向きであることも判明した。例えば宇宙が99%以上電離された状態にあっても,LyαのContinum DepressionはD_A1になってしまう。よって,z>4の宇宙の物質状態を詳しく知るには,(1)輝線が観測でき,(2)Lyαよりオパシティが小さく,(3)ダストによる減光が小さい,という3条件を満たす輻射性遷移を用いるのが理想的であると言える。3番目の条件は,高赤方偏移天体がダストで覆われている可能性が高いことを考慮したものである。この3条件に最も適合したものはHαである。実際,Hα吸収線系をシミュレートした結果,HαのContinum Depressionは,宇宙の再電離史を良くトレースできることがわかった。4<z<10では,Hα吸収線系の波長は,すばるIRCSでの観測が可能な波長帯に入る。クェーサースペクトルに見られるLyα吸収線系は,宇宙の密度ゆらぎの成長に伴う局所高密度領域によるものであるという考えに基づき,準解析的手法による密度場生成によって吸収線スペクトルを作り出し,その統計的性質を観測と比較することによって宇宙モデルに対する制限を与えるための手法を確立した。まず,3次元空間内での輻射輸送を解くスキームを開発し,高赤方偏移宇宙において拡散紫外線光子の輻射輸送を解くことにより,設定した宇宙モデルにおいて,宇宙再電離過程を計算した。さらに,この計算よって得られた電離構造から,吸収線のVoigtプロファイルを仮定し,Lyα吸収線系を再現した。

次に,このシミュレートされた吸収線系から,プロファイルを考慮した粗視化と特異速度場の補正を施すことにより,密度場の復元を行った。この1次元密度場をフーリエ変換することにより,3次元密度揺らぎのパワースペクトルを決定した。このパワースペクトルを仮定された宇宙モデルから予言されるパワースペクトルと比較することにより,宇宙背景放射では決定できないような,およそ1Mpcまでの小スケールまで密度揺らぎの決定を行うことができることが明らかになった。また,波長分解能数万の高分散分光観測のデータに対し,この手法を適用することで,宇宙モデルに対する制限を与えることができた。3次元空間内での電離光子の輻射輸送を解くスキームを開発し,高赤方偏移宇宙において宇宙が再電離されていく様子をシミュレーションした。この計算よって得られた電離構造から,吸収線のVoigtプロファイルを仮定し,Lyα吸収線,並びにHα吸収線を生成した。Lyα吸収線系を,観測されているContinuum depressionと比較することにより,宇宙再電離の時期がz=610であることを明らかにした。また,準解析的手法による密度場生成によって吸収線スペクトルを作り出し,その統計的性質を観測と比較することによって宇宙モデルに対する制限を与えるための手法を確立した。シミュレートされた吸収線系から,プロファイルを考慮した粗視化と特異速度場の補正を施すことにより,密度場の復元を行った。宇宙初期に形成された星やQSO等が起源と考えられるUV背景放射は,物質のイオン化や加熱などを通じて銀河以下のスケールの天体の収縮を阻害する。よって,クェーサー吸収線系の形成に大きな影響を与える。そこで我々は,UV光子の輻射輸送,水素分子の化学反応を取り入れた一次元球対称流体計算によって,UV背景放射下で収縮する天体中でのガスの冷却過程について詳細に調べた。この結果,UV光子に抗して水素分子による冷却が可能となる臨界密度が得られるとともに,それを特徴づけている物理過程が明らかになった。まず,UV背景放射がQSO起源で,スペクトルが指数-1のべき関数型の場合,ガスの温度は主に光加熱と放射冷却のバランスによって制御される。このため,10^4K以下の温度への冷却が可能になるかどうかは,光加熱を担う高エネルギー(>13.6eV)光子が,中性水素によってどれだけ遮蔽されるかによって本質的に決まる。一方,UV背景放射が大質量星起源で,黒体輻射型のスペクトルを持つ場合は,水素分子の光解離が効くため,ガスの冷却には,光解離を担う低エネルギー(11.3-13.6eV)光子に対する水素分子の自己遮蔽が重要になる。これらの計算によって,水素分子冷却が可能な質量スケールは,赤方偏移3以下の宇宙では10^9M_【of sun】以上となることが明らかになった。銀河,および第一世代天体の形成過程は,紫外輻射場の浸透の程度によって大きく左右される。
クラスタリング手法を用いた多次元画像診断支援システムの開発

今年度は,擬陽性部位を除去するためのアルゴリズムの検討を行い,診断精度の向上を図った.また,計算時間の短縮についても検討した。さらに、研究の総括としての学会発表,論文執筆を行った。MRI画像における腫瘍の検出は,周囲軟部組織とのコントラストが必ずしも高くないため,熟練が要求される.本研究では,複数のMRI画像間の相関関係を客観的・自動的に構築し,腫瘍抽出を支援するシステムの開発を試みた.まず,3種類(Gd造影,T1強調,T2強調)のMRI画像の画素値から自己組織化マップの学習を行い,3種類の画像の相関に従って分布したマップを作成した.次に,このマップに対しクラスタリングを行い,事前に決めた数のクラスタに分類し,その結果を原画像に反映させ, MRIクラスタリング画像を作成した.シミュレーションでは, SOMを用いた相関関係抽出法により腫瘍を識別でき本法の妥当性が確認できた.臨床データでは,SOMを用いた相関関係抽出に加え,再分類の処理を行うことにより、10症例中8例で腫瘍を他の部位とは異なるクラスタとして分類することができた.また,検索範囲及び初期マップサイズと近傍更新の有無を変えて学習を行う高速法を提案し,その結果,演算時間を従来法の130文の1以下に短縮することができた.本手法は,解析対象範囲をあらかじめ限定することなく腫瘍の抽出が行えるため,診断支援としての実用性が高いと考えられる.また,本手法を用いて腫瘍の属するクラスタを抽出し,体積などのサイズ計測を行うことによって,病気診断や治療効果の評価につながると考えられる.本年度は以下の項目を検討した。(1)クラスタリング手法を用いて各疾患における、異なる機能の組み合わせを客観的、自動的に分類する手法の検討を行う。(2)クラスタリング手法として、階層的凝集型クラスタリング、自己組織化マップ(SOM : Self-Organizing Map)を用いてそのクラスタリング結果の比較を行い、より臨床的に有用なクラスタリング手法の検討を行う。(3)本手法を臨床例に対して適用することにより、腫瘍や病変部を正常部位と異なるクラスタとして客観的に分類を行う。【まとめ】階層的凝集型クラスタリング、自己組織化マップ(SOM)を用いて、デジタルファントム、骨軟部腫瘍症例のMRI画像、側頭葉てんかん症例のPETパラメトリック画像を対象にクラスタリングを行い、その分類結果を検討した。階層的凝集型クラスタリングではヒープ法を適用することにより、計算時間を大幅に短縮することができた。また、腫瘍部位の面積が大きく、はっきりした機能の組み合わせの特徴を持つ骨軟部腫瘍症例に対しては、比較的良好な分類結果を得られた。自己組織化マップでは、SOMサイズ100の大きなマップを用いることにより、側頭葉てんかん症例において、その焦点部位とその周辺に存在する特徴的な機能の組み合わせを持つ部位を分類することができた。しかし、MRI画像に対しては腫瘍を適切に分類できない症例もあった。デジタルファントムで細かいクラスタを分類できなかったこともあり、学習マップのクラスタリング法などをさらに検討する必要がある。また、計算時間が非常に長いため、これも改善していく必要がある。全てのデータに対応できるような、確実なクラスタリング手法やパラメータは存在しなかったが、各データに適したクラスタリング手法を用いることで、特徴的な機能の組み合わせを持つ部位を分類することができる可能性が示された。今年度は、精度と汎用性を向上させるために、自己組織化マップの学習の精度や、学習マップのクラスタリング方法について検討を行った。具体的には、学習パラメータの値を変えて学習を行い、腫瘍が他の部位と重なっている割合を調べて、最適な学習パラメータの評価を行った。また、学習マップのクラスタリングアルゴリズムと非類似度の計算方法を検討し、クラスタリング精度の改善を試みた。【目的】デジタルファントムを用いて、SOMの学習やクラスタリングにおいての適切なパラメータの検討を行う。また、その手法を臨床例に用いて腫瘍部位を他の正常部位とは異なるクラスタとして、客観的、自動的に分類できるかの検討を行う。【対象】ファントム実験の対象として、8つの部位にそれぞれ異なる値を与え、カウントに応じたノイズをかけた3種類のデジタルファントムを作成した。臨床例には骨軟部腫瘍症例3例のMRI撮影により得られる3種類の画像(Gd造影、T1強調、T2強調)を用いた。【方法】3種類の画像の画素値から自己組織化マップ(SOM: Self-Organizing Maps)の学習を行い、3種類の機能の組み合わせに従って分布した学習マップを作成する。このマップに対してクラスタリングを行い、マップを8つのクラスタに分類し、その結果を元の画像に反映させる。SOM学習マップのサイズ(30,50,100)や学習パラメータC(6,8)を変えて学習、クラスタリングを行うことにより、ファントム画像がどのように分類されるかを検討した。非類似度の計算は重心法とward法を用いた.クラスタリング方法は,対象がデジタルファントムの場合は,各clusterの合致率を算出することによって評価を行う.対象が臨床例の場合は,医師の視認による評価を行う.【結果】ファントム実験において、マップサイズを50、または100とした時、8つの部位を正確に分類することができた。学習パラメータCは分類結果に大きな影響を与えなかった。非類似度の計算には重心法の方がクラスタリングの結果がよかった。

臨床例では2例において、SOMのマップサイズを50または100にすることにより、T1画像の輝度値が低く、T2画像の輝度値が高い腫瘍部位を1っ、もしくは2っのクラスタとして、正常部位とは異なるクラスタで分類することができた。今年度は,擬陽性部位を除去するためのアルゴリズムの検討を行い,診断精度の向上を図った.また,計算時間の短縮についても検討した。さらに、研究の総括としての学会発表,論文執筆を行った。MRI画像における腫瘍の検出は,周囲軟部組織とのコントラストが必ずしも高くないため,熟練が要求される.本研究では,複数のMRI画像間の相関関係を客観的・自動的に構築し,腫瘍抽出を支援するシステムの開発を試みた.まず,3種類(Gd造影,T1強調,T2強調)のMRI画像の画素値から自己組織化マップの学習を行い,3種類の画像の相関に従って分布したマップを作成した.次に,このマップに対しクラスタリングを行い,事前に決めた数のクラスタに分類し,その結果を原画像に反映させ, MRIクラスタリング画像を作成した.シミュレーションでは, SOMを用いた相関関係抽出法により腫瘍を識別でき本法の妥当性が確認できた.臨床データでは,SOMを用いた相関関係抽出に加え,再分類の処理を行うことにより、10症例中8例で腫瘍を他の部位とは異なるクラスタとして分類することができた.また,検索範囲及び初期マップサイズと近傍更新の有無を変えて学習を行う高速法を提案し,その結果,演算時間を従来法の130文の1以下に短縮することができた.本手法は,解析対象範囲をあらかじめ限定することなく腫瘍の抽出が行えるため,診断支援としての実用性が高いと考えられる.また,本手法を用いて腫瘍の属するクラスタを抽出し,体積などのサイズ計測を行うことによって,病気診断や治療効果の評価につながると考えられる.
がんの微小環境によるホルモン受容体制御と内分泌がんの生存機構

我々は昨年度までに、細胞内外イオン動態や小胞体ストレスなどのがん微小環境を制御する薬剤が、前立腺がん細胞の生育に必要なアンドロゲン受容体(AR)シグナルを抑制することを見出した。今年度、これらの薬剤の中から天然物質ナイジェリシン(nigericin)に着目し、そのARシグナル阻害作用の分子機序について検討した。ナイジェリシンは、元来イオノフォアとして作用することが知られているが、同作用濃度よりも100倍以上低濃度においてAR依存的PSA(prostate specific antigen)プロモータ活性を抑制した。これと一致し、ナイジェリシンは前立腺がんLNCaP細胞におけるアンドロゲン依存的PSA産生・細胞増殖を抑制した。さらに、ナイジェリシンはARmRNAレベルを選択的に低下させることが明らかとなった。CMVプロモータ支配下で発現させた外来ARによるPSAプロモータの活性化は、ナイジェリシンによって軽微にしか抑制されなかったため、同薬剤は主に内在性ARの発現低下を介してARシグナリングを抑制するものと考えられた。一方、内分泌療法後に生じる再燃性前立腺がんは、ARの増幅や変異を介してアンドロゲン非依存的に増殖する。我々は再燃性前立腺がん22Rv1細胞に見られる短鎖型アンドロゲン受容体(tAR)が、ARシグナリングを常時作動させ、同細胞のアンドロゲン非依存性増殖に寄与することを確認した。重要なことに、ナイジェリシンは22Rv1細胞のtARの発現量を低下させ、アンドロゲン非依存性増殖を抑制した。AR陰性の前立腺がん細胞DU145は、LNCaPや22Rv1と比してナイジェリシンに抵抗性を示した。以上より、AR発現をmRNAレベルで低下させる薬剤は、再燃性前立腺がんに認められる異常ARの働きを遮断し、予後不良である同疾患の有効な治療薬として利用できる可能性が示唆された。前立腺がん細胞の多くは、アンドロゲンと呼ばれる性ホルモンに依存して増殖する。内分泌療法は、アンドロゲン信号伝達を遮断することですぐれた制がん効果を発揮するが、予後不良の耐性がんが再燃することが多く、根治療法を確立することが急務である。再燃性前立腺がんでは多くの場合、アンドロゲン依存性が消失しており、その分子機構として、アンドロゲン受容体(AR)遺伝子の増幅や変異などが知られている。近年、再燃性前立腺がん細胞内に発現する短鎖型ARが報告されたが、その産生機構や分子機能、アンドロゲン非依存性やがん微小環境との関連は明らかでない。本研究では、再燃性前立腺がん細胞の増殖に対する短鎖型ARの機能的関与を明らかにすることを目的とし、以下の実験を行った。ヒト前立腺がん22Rv1細胞は、アンドロゲン応答性を保持する一方、アンドロゲン非依存的な増殖も可能な内分泌療法耐性がんである。同細胞は全長型ARおよびC末リガンド結合部位を欠失した短鎖型ARを発現している。我々はまず、ARの異なる機能ドメインを標的とした複数のsiRNAの効果を検討した。N末近傍部位を標的としたsiRNAは、全長型・短鎖型ARの両者を発現抑制し、22Rv1細胞の増殖を顕著に低下させた。一方、C末リガンド結合部位を標的としたsiRNAは、全長ARの発現を抑制したが、短鎖型ARの発現および細胞増殖には影響を与えなかった。全長型ARはアンドロゲン刺激により細胞質から核内に移行したのに対し、短鎖型ARはアンドロゲンの有無にかかわらず、細胞質および核内に恒常的に存在した。以上の結果から、再燃性前立腺がん細胞内に発現するC末欠失短鎖型ARは、RNAの選択的スプライシングにより産生され、核内でアンドロゲン非依存性細胞増殖に機能すると考えられた。これにより、短鎖型ARは再燃性前立腺がん克服のための有望な分子標的となる可能性が示唆された。

以上より、AR発現をmRNAレベルで低下させる薬剤は、再燃性前立腺がんに認められる異常ARの働きを遮断し、予後不良である同疾患の有効な治療薬として利用できる可能性が示唆された。