hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
歯周病原細菌感染に対するビタミンＤによる新規の予防・治療効果の検討

これは、マクロファージ、樹状細胞、T細胞、B細胞にもビタミンD受容体(VDR)が発現し、これらの細胞の分化、増殖、活性化などを変化させることによるもので、ビタミンDが自然免疫、獲得免疫の両面に作用することが明らかとなってきた。歯周炎においても、ビタミンDが歯槽骨吸収だけでなく、歯周炎によって引き起こされる全身の免疫系や代謝系の恒常性破綻に対しても抑制的に働くことが期待される。本研究では歯周病原細菌感染に対するビタミンDの抗炎症、抗菌的作用を明らかとすることを目的とする。H28年度までの実験では活性型ビタミンDの抗炎症作用について検討してきたが、歯周病原細菌由来LPSによって誘導される炎症応答に対し、明らかな抑制効果は認めなかった。そこで、H29年度は、着眼点を変えて、ヒト歯肉上皮細胞由来であるEpi4細胞を用いて、創傷治癒効果の評価としてWound healing Assayを行った。Epi4細胞をプレートに播種し、その後加えた細胞面へのスクラッチ跡の修復程度を、細胞剥離部分の面積を測定することで評価した。ビタミンD添加後6時間、24時間後にイメージ解析ソフトを使用して測定を行った。しかしながら、活性型ビタミンD 1,25(OH)2D3添加による明確な創傷治癒促進効果は認められなかった。また、細胞増殖能についてもビタミンD添加による明らかな影響は認めなかった。ビタミンDは、骨の恒常性維持に関わる栄養素である。本研究では歯周病原細菌感染に対するビタミンDの抗炎症作用を明らかとすることを目的とした。マクロファージにおいて歯周病原細菌由来LPSによって誘導される炎症応答に対し、活性型ビタミンD1,25(OH)2D3添加による明らかな抑制効果は認めなかった。さらに創傷治癒効果について、ヒト歯肉上皮細胞由来であるEpi4細胞を用いて、Wound healing Assayを行ったが、活性型ビタミンD 1,25(OH)2D3添加による明確な創傷治癒促進効果は認められなかった。今後は、引き続き上記のマウスマクロファージ由来RAW264.7細胞を用いた実験系において、ビタミンDのレセプターであるVDRの発現量の変化の解析に加え、VDR target geneであるCathelicidinなどの遺伝子発現の検討を進めていきたいと考えている。また、ヒト単球由来THP-1細胞などの他の種類の細胞についても同様の検討を行う予定である。ここまでの研究結果から、歯周病原細菌感染に対する、活性型ビタミンDによる有意な炎症の抑制効果は、少なくともマクロファージにおいては認められなかった。今後は、Cathelicidinをはじめとする抗菌ペプチドの産生誘導の報告があることから、抗菌作用に着目して解析を行っていく。また、同時に活性型ビタミンD以外にも、歯周病原細菌感染に対する抗菌・抗炎症活性を有する新規のターゲットの検索を進めていく。歯周病学出産・育児による研究中断のため、平成27年度は実験の遂行期間が、平成27年10月からの半年間に短縮されたことが大きな理由として挙げられる。
DNA損傷応答経路の阻害による放射線増感を利用した新しいがん治療の開発

DNA損傷応答経路を標的としたがん治療を効果的に行うためには、個々のがんにおいてDNA損傷応答異常が引き起こされるメカニズムを明らかにすることが必要である。本研究では、がん細胞において異所性に発現するシナプトネマ複合体形成分子SYCE2の体細胞における役割を検討し、SYCE2がATM依存性のDNA損傷応答を活性化して放射線抵抗性を来すこと、そして、ATM阻害剤の投与によりSYCE2発現細胞で見られる放射線抵抗性の表現型が消失することを明らかにした。本研究では、がんにおいてDNA損傷応答の異常を誘導し得る新しい制御因子の候補として、様々ながんにおいて発現レベルが上昇している減数分裂関連分子SYCE2に注目した。前年までの研究結果から、正常上皮細胞株RPEにSYCE2を外来性に発現した細胞株が、ベクターのみを導入したコントロール細胞と比較して放射線抵抗性を示すこと、また、逆に、SYCE2を発現している細胞株においてSYCE2をノックダウンすると、放射線に対する細胞の感受性が亢進することが明らかになっていたことから、SYCE2の発現によってDNA損傷応答が影響を受けている可能性が考えられ、今年度は、標的となる候補分子の探索を続けてきた。その結果、SYCE2発現細胞においては、コントロール細胞に比べて、ATMの自己リン酸化が亢進していることが免疫沈降・ウエスタンブロット法や免疫染色法により示された。さらに、SYCE2発現細胞においてSYCE2をノックダウンすると、DNA二本鎖切断修復経路である相同組み換え修復と非相同末端結合の両経路の効率が低下することも明らかになった。これらのことから、SYCE2発現細胞では、ATMを介したDNA損傷応答が活性化されてDNA二本鎖切断修復が亢進し、放射線抵抗性が誘導されている可能性が示唆された。次に、SYCE2発現細胞をATMの阻害剤であるKU55933で処理すると、コントロール細胞に対してSYCE2発現細胞が示していた放射線抵抗性の表現型が消失することが分かり、ATM阻害剤の投与がSYCE2を発現するがん細胞における放射線抵抗性を克服するための1つの治療戦略になり得ることが示唆された。減数分裂関連分子SYCE2は、生殖細胞において高発現し、減数分裂特異的シナプトネマ複合体を形成する分子の1つである。SYCE2は、正常の体細胞では極めて低レベルの発現しか示さないが、造血器腫瘍株をはじめとする一部のがん細胞においてはその発現レベルが上昇している。しかしながら、これまでに、SYCE2のがんにおける役割については殆ど明らかにされていない。前年度までの研究代表者らの研究結果から、体細胞におけるSYCE2の発現により、DNA損傷応答シグナルの上流で働くメディエーター分子ATMの自己リン酸化が亢進してDNA損傷応答シグナルが活性化すること、そして、DNA二本鎖切断修復も亢進し、放射線抵抗性が誘導されることが示された。当該年度も、引き続き、SYCE2の体細胞における影響と治療応用について検討を進めた。SYCE2は、正常の網膜上皮細胞においても微量ながら発現している。そのわずかな発現をRNA干渉法により50%程度に抑制すると、ATMの自己リン酸化は有意に減弱した。このことから、SYCE2は、がん細胞のみならず、SYCE2を極めて微量な発現を示す正常細胞においても、DNA損傷応答を制御している可能性がある。前年度に示されたように、ATM阻害剤KU55933の投与はSYCE2発現細胞の放射線抵抗性の表現型を消失させるが、正常細胞に対して投与した場合にも細胞生存率を低下させてしまう点には注意が必要であると考えられた。SYCE2によるATMの活性化のメカニズムを解明するため、さらに、SYCE2発現による核内構造への影響についても解析を進めている。SYCE2の発現が正常細胞やがん細胞のDNA損傷応答に及ぼす影響について、順調に明らかになってきており、ATM阻害剤がSYCE2を発現するがん細胞における放射線抵抗性の克服に有効であることが示されているため。減数分裂関連分子SYCE2は、生殖細胞において高発現しており、他分子とともに減数分裂特異的なシナプトネマ複合体を形成する一方、体細胞においては、正常細胞ではほとんど発現しないが、造血器腫瘍株をはじめとする一部のがん細胞において発現レベルが上昇している。前年度までの研究結果から、体細胞におけるSYCE2の発現により、ATMの自己リン酸化が亢進してDNA損傷応答シグナルが活性化し、放射線抵抗性が誘導されることが示され、そのSYCE2発現細胞に見られる放射線抵抗性がATM阻害剤KU55933の投与により消失することが示された。平成28年度は、SYCE2発現細胞に見られるDNA修復関連分子RAD51や53BP1の放射線依存性のフォーカス形成の亢進の表現型が、ATM阻害剤KU55933の投与により、どのような影響を受けるかを調べた。その結果、SYCE2発現細胞に見られたRAD51や53BP1のフォーカス形成の亢進は消失し、SYCE2を発現しない細胞とほぼ同等のレベルまで低下することが分かった。このことから、SYCE2発現細胞が放射線抵抗性を獲得する背景にATM依存性のDNA修復の亢進が大きく寄与しており、SYCE2発現陽性がんに対する治療戦略として、SYCE2そのものを阻害したり、ATM阻害剤を用いたりすることが、放射線治療への抵抗性を克服するために有効である可能性が示唆された。ただし、ATM阻害剤については、SYCE2を発現しない正常細胞に対しても細胞生存率を低下させてしまうことから、放射線治療における最適な併用法についてはさらに検討が必要である。

DNA損傷応答経路を標的としたがん治療を効果的に行うためには、個々のがんにおいてDNA損傷応答異常が引き起こされるメカニズムを明らかにすることが必要である。本研究では、がん細胞において異所性に発現するシナプトネマ複合体形成分子SYCE2の体細胞における役割を検討し、SYCE2がATM依存性のDNA損傷応答を活性化して放射線抵抗性を来すこと、そして、ATM阻害剤の投与によりSYCE2発現細胞で見られる放射線抵抗性の表現型が消失することを明らかにした。SYCE2発現がん細胞は、放射線治療そのものに対しては抵抗性を示す可能性が高いものの、ATM阻害剤との併用により放射線の増感効果が得られることを示唆する結果が得られたため。SYCE2の発現によって、ATM依存性のDNA損傷応答を制御する複雑な細胞機能ネットワークのどの部分が影響を受けるのかを明確にすることにより、SYCE2によるDNA損傷応答の制御の詳細な分子機構の解明を目指す。その機序をもとに、ATM阻害剤を含むDNA損傷応答阻害剤を用いた治療戦略について詳細な検討を行う。放射線生物学、分子腫瘍学SYCE2がDNA損傷応答の活性化を引き起こす際の直接の分子標的が明らかになっていないため、SYCE2の作用機序に関して、より詳細な分子機構の解明を目指す。その結果をもとに、ATM阻害剤を含むDNA損傷応答阻害剤を用いた治療戦略について検討を行う。今年度は、SYCE2やDNA損傷応答関連分子の抗体やsiRNAなどの物品費により当初の計画より多額の支出となったが、前年度からの繰越の経費を有効に使用したため、結果的に次年度の使用額が発生することになった。分子生物学的実験が順調に進捗し、これらの実験に用いる物品費が予定より少額で研究を遂行することができたため。次年度の予算と合わせ、DNA損傷応答関連分子やクロマチン関連分子の抗体やsiRNAや阻害剤、リコンビナントタンパク質などの購入費用、学会参加、成果発表などに伴う旅費、論文投稿のための英文校正や投稿料などに充てる予定である。この経費を次年度の物品費と合わせて、より詳細な分子機構の解明のために費やす予定である。
フィリピン共和国CBFMにおけるドナーの支援プロジェクトの比較分析

1.論文および書籍での研究発表:研究課題にそくした内容の投稿論文および書籍での分担執筆を行った。『林業経済』への投稿論文は、国際協力機構が行った森林支援プロジェクトを事例に、現場の森林官や自治体職員を分析対象に地域固有の森林ガバナンス要因について考察した。図書執筆では、ドイツの援助機関GTZが行ったCBFM支援プロジェクトの終了後を事例に、地域固有の森林ガバナンス要因について考察した。両者を比較分析した結果、地域固有の森林ガバナンス分析は、現場森林官と住民との日常的でインフォーマルな関係性が制度を変容する過程を分析することで明らかにできると分かった。2.学会での口頭発表:The Second Philippine Studies Conference of Japanにおいて口頭発表を行った。昨年度に行った現地調査をもとに、現場森林官と住民の関係性に着目し、森林制度を変容して政策を実施する過程を分析した。またインドで行われた国際コモンズ学会において論文と口頭による研究発表を行った。昨年度と今年度の現地調査をもとにした研究発表である。JICAによるCBFM支援プロジェクト後の動向を事例に、現場森林官と住民の関係性に着目し、制度変容が行われる要因を分析した。3.フィリピン現地調査:日本学術振興会の第2回優秀若手研究者海外派遣事業において受入機関フィリピン大学ロスバニョス校を拠点に現地調査を行った。大学での研究にくわえて、継続的に調査をしているタルラック州のCBFMサイトで追加調査をおこなった。このデータをもとに、国際コモンズ学会や国際フィリピン研究会で研究発表を行った。現地調査において、フィリピン関係者への研究還元を行った。調査対象地を所管する環境天然資源省コミュニティ事務所にて研究報告会を行い、関係者との意見交換や調査への要望等を聞いた。また昨年度の調査で収集したCBFMサイト境界線に関するデータを環境天然資源省リージョン事務所に提出し、住民個人が利用する土地の境界線を記した地図の作成を手伝った。この地図は省庁や住民に提供し、活用されている。平成20年度の研究は、国内外での文献・資料調査を通した分析枠組みの構築や先行研究調査と、JICAフィリピン事務所のインターンを通した現地調査を行った。とくに研究の主軸になる開発援助や資源政策の専門性を高めるため、当該年度は東京大学大学院新領域創成科研究科の佐藤仁准教授に指導委託をお願いした。異なる研究科の学生たちとの議論を通して、今後の分析を進める上で有効な基礎理論を習得できた。また学会発表を通して、国内外のフィリピン研究者と議論をし、研究に有効な示唆を得ることができた。さらに調査地を相対化し知見を広げるために、国内外の調査を行った。自然環境研究センターからの「里山イニシアチブ」に関するフィリピンでの受託調査では、研究者の調査地にある動植物の知識を得ることができ、短期間での調査手法を学ぶことができた。また研究協力者として参加している科学研究費補助金特定領域研究「持続可能な発展の重層的環境ガバナンス」では、宮古島の水資源を中心とした資源管理調査を行った。これらの調査から知見を広げ、研究課題を取り組む上で多くの示唆を得ることができた。さらに現地調査のためのタガログ語の習得も行っている。現地調査は、JICAの技術協力プロジェクト「地域住民による森林管理(CBFM)プログラム強化計画」のインターンを通して行った。インターンでは、資源省と自治体間のパートナーシップについてのケーススタディを行い、報告書を提出した。また専門家会議等に出席し、議事録作成など事業に貢献しながら情報収集を行った。修士論文の研究を日本やフィリピンのプロジェクト関係者に発表し、知見の共有や議論を通したアウトリーチ活動を行った。この現地での人脈づくりは今後の調査に有効である。平成21年度の研究は、国内での文献調査や学会発表を通した研究の理論化と、国外での現地調査によるデータ収集を行った。国内の研究成果は、第一に所属機関のゼミや外部の研究会などに出席して、諸理論の習得や研究課題の分析を進めたことである。第二に、3度の学会発表を通して分析視点の改善と明確化が可能になった。『国際開発学会第10回春季大会』と『第39回環境社会学会セミナー』では、交付申請書に記載した分析枠組みである、協働ガバナンスの地域固有な要因について発表した。発表に対するコメントから、より深いフィリピンの社会文化的背景を分析していくことと、問題設定の明確化が必要だと分かった。そこで『第14回フィリピン研究会全国フォーラム』では、昨年度に行ったJICAインターンシップを通した現地調査を事例として、地域固有の要因により配慮した内容の分析を行い、「ストリートレベルの官僚制論」を分析視点に組み込んだ。これらの学会発表を通して、研究の分析枠組みを改善することができた。第三に、研究に必要なリテラシーの習得があげられる。アジア文化会館に通い、日本でタガログ語の習得に努めた。また研究員の「研究実施計画」の特徴は、援助実施機関の組織性までを分析対象にしていることである。そこで調査対象地で援助事業を行ったJICAの能力強化研修「森林・自然環境分野の開発援助における大学・研究機関の人材育成」に出席して、援助機関側が求める専門性や研究などJICAの組織文化や事業実施レベルの課題などを学んだ。国外の現地調査は、JICA在外事業訪問の手続きを経た上で行った(2009年11月3日2010年1月3,日)。この制度を活用することで、JICAフィリピン事務所での情報収集や調査報告が可能になった。さらに環境天然資源省から調査協力も得ることができた。

国外の研究成果の一つ目は、村落におけるデータ収集である。3ヶ月間の現地調査のうち半分は、2つの村落に滞在しながら聞き取り調査を行った。具体的な調査成果は、(1)CBFMサイト内の自然資源のリスト化、(2)GPSを用いたCBFMサイト内の個人利用地の境界線測定、(3)生計に関する地域住民への聞き取り調査を行うことができた。二つ目の成果は、フィリピンの環境天然資源省に対する調査と現地調査の還元である。CBFMの担当省庁である環境天然資源省で、調査対象地を管轄しているタルラック州カミリン事務所に、2週間ほど通いながら、情報収集を行った。さらにCBFMサイト内の調査には、カミリン事務所の森林官が同行して地域住民と共に調査補助をしてくれた。この山林での調査は、研究員にとって現場森林官の判断基準や地域住民との関係性を知る機会となった。さらに村落調査の内容は、カミリン事務所の2009年業務報告会で発表した。一連の現地調査に対して、カミリン事務所から、研究員の功績をたたえる賞状をいただくことができた。三つ目の成果は、JICAへの調査と現地調査の還元である。タルラック州の調査の前後に2回、JICAフィリピン事務所を訪問した。調査前には情報収集を行い、調査後にはJICAフィリピン事務所の担当者に調査報告を行った。帰国後は現地調査の概要をまとめた報告書を作成し、JICA東京事務所と関係者に提出した。この報告書はJICAフィリピン事務所の担当者にも共有され、業務において活用されている。1.論文および書籍での研究発表:研究課題にそくした内容の投稿論文および書籍での分担執筆を行った。『林業経済』への投稿論文は、国際協力機構が行った森林支援プロジェクトを事例に、現場の森林官や自治体職員を分析対象に地域固有の森林ガバナンス要因について考察した。図書執筆では、ドイツの援助機関GTZが行ったCBFM支援プロジェクトの終了後を事例に、地域固有の森林ガバナンス要因について考察した。両者を比較分析した結果、地域固有の森林ガバナンス分析は、現場森林官と住民との日常的でインフォーマルな関係性が制度を変容する過程を分析することで明らかにできると分かった。2.学会での口頭発表:The Second Philippine Studies Conference of Japanにおいて口頭発表を行った。昨年度に行った現地調査をもとに、現場森林官と住民の関係性に着目し、森林制度を変容して政策を実施する過程を分析した。またインドで行われた国際コモンズ学会において論文と口頭による研究発表を行った。昨年度と今年度の現地調査をもとにした研究発表である。JICAによるCBFM支援プロジェクト後の動向を事例に、現場森林官と住民の関係性に着目し、制度変容が行われる要因を分析した。3.フィリピン現地調査:日本学術振興会の第2回優秀若手研究者海外派遣事業において受入機関フィリピン大学ロスバニョス校を拠点に現地調査を行った。
帰納的学習による機械翻訳手法への遺伝的アルゴリズムの適用に関する研究

本研究は,用例からの帰納的学習に基づく機械翻訳手法において,翻訳ルールの学習過程に遺伝的アルゴリズムを適用して,少量の用例データからの翻訳ルールの生成,適用すべきルールの高度な探索,あるいは誤って獲得された不要なルールの効率的な消去等の手法を見出すことを中心とし,翻訳実験による性能評価を行って手法の実用性を実証し,用例学習型自然言語処理手法における帰納的学習手法の有効性と実用性を確認しようとするものである.以下,本研究で得られた主な研究成果を示す.1.学習型機械翻訳に遺伝的アルゴリズムを適用する手法の実証実験として,旅行用英会話ガイドブックの例文を用いた実験を行い,状況に適合した訳文が得られることを確認した.2.実験の結果,淘汰処理のみでは除去できない無効な翻訳ルールが生成される場合があることが見出されたので,交叉処理による新翻訳例の生成に際し,既存翻訳例との類似度を制約条件として交叉位置を決定する手法を開発し,翻訳性能を向上させることができた.3.複数の訳語からの訳語選択問題について,本手法を応用したアルゴリズムを開発して実験を行い,高精度な訳語選択が可能であることを確認した.4.翻訳例コーパス中の原言語文-翻訳文対から類似した翻訳例を見出して,帰納的学習により翻訳パターンを抽出しそれに基づいて訳文を生成する手法の研究を行い,原言語と訳語の単語対間の対応関係決定法に関する新たな手法を提案し,実験により有効性を確認することができた.5.この他,表層文から意味表現への変換規則の獲得,代名詞照応関係の決定など,自然言語処理の種々の課題に対する帰納的学習手法の有効性について見通しを得ることができた.本研究は,用例からの帰納的学習に基づく機械翻訳手法において,翻訳ルールの学習過程に遺伝的アルゴリズムを適用して,少量の用例データからの翻訳ルールの生成,適用すべきルールの高度な探索,あるいは誤って獲得された不要なルールの効率的な消去等の手法を見出すことを中心とし,翻訳実験による性能評価を行って手法の実用性を実証し,用例学習型自然言語処理手法における帰納的学習手法の有効性と実用性を確認しようとするものである.以下,本研究で得られた主な研究成果を示す.1.学習型機械翻訳に遺伝的アルゴリズムを適用する手法の実証実験として,旅行用英会話ガイドブックの例文を用いた実験を行い,状況に適合した訳文が得られることを確認した.2.実験の結果,淘汰処理のみでは除去できない無効な翻訳ルールが生成される場合があることが見出されたので,交叉処理による新翻訳例の生成に際し,既存翻訳例との類似度を制約条件として交叉位置を決定する手法を開発し,翻訳性能を向上させることができた.3.複数の訳語からの訳語選択問題について,本手法を応用したアルゴリズムを開発して実験を行い,高精度な訳語選択が可能であることを確認した.4.翻訳例コーパス中の原言語文-翻訳文対から類似した翻訳例を見出して,帰納的学習により翻訳パターンを抽出しそれに基づいて訳文を生成する手法の研究を行い,原言語と訳語の単語対間の対応関係決定法に関する新たな手法を提案し,実験により有効性を確認することができた.5.この他,表層文から意味表現への変換規則の獲得,代名詞照応関係の決定など,自然言語処理の種々の課題に対する帰納的学習手法の有効性について見通しを得ることができた.本研究は,用例に基づく帰納的学習に基づく機械翻訳手法を基礎とし,翻訳ルールの学習過程に遺伝的アルゴリズムを適用して,少量の用例データからの翻訳ルールの生成,翻訳に適用すべきルールの高度な探索,あるいは誤って獲得された不要なルールの効率的な消去等の手法を見出すことを中心とし,具体的には,1)交叉,変異,淘汰等,遺伝的アルゴリズムの基本処理の本手法への適用法,2)翻訳実験による性能評価に基づく,処理能力向上方策,に関する研究を行い,これらを通じて用例学習型自然言語処理手法全般にわたって,手法の実用化への見通しを得ようとするものである.以下,本年度得られた主な研究成果を示す.1.学習型機械翻訳に遺伝的アルゴリズムを適用する手法の実証実験として,旅行用英会話ガイドブックの例文を用いた実験を行い,一般的な翻訳手法に比べ,状況に適合した訳文が得られることを確認した.2.機械翻訳において問題となる,複数の訳語からの訳語選択問題について,本手法を応用したアルゴリズムを開発して実験を行い,高精度な訳語選択が可能であることを確認した.3.本研究に関連して,原言語-訳語翻訳対用例から翻訳規則を得る手法の研究を行い,原言語と訳語の単語対間の対応関係決定法に関する新たな手法を提案した.4.その他,表層文から意味表現への変換規則の獲得,代名詞照応関係の決定法など,自然言語処理分野における課題に対する本手法の適用に関する研究を行い,見通しを得ることができた.本研究は,用例に基づく帰納的学習に基づく機械翻訳手法を基礎とし,翻訳ルールの学習過程に遺伝的アルゴリズムを適用して,少量の用例データからの翻訳ルールの生成,適用すべきルールの高度な探索,あるいは誤って獲得された不要なルールの効率的な消去等の手法を見出すことを中心とし,具体的には,1)交叉,変異,淘汰等,遺伝的アルゴリズムの基本処理の本手法への適用法,2)翻訳実験による性能評価に基づく,処理能力向上方策,に関する研究を行い,これらを通じて用例学習型自然言語処理手法全般にわたって,手法の実用化への見通しを得ようとするものである.以下,本年度得られた主な研究成果を示す

.1.本手法には,誤った翻訳例を生成するような無効な翻訳ルールが作られ,淘汰処理のみでは完全には除去できないことが見出された.そこで,交叉処理による新翻訳例の生成に際し,既存翻訳例との類似度を制約条件として交叉位置を決定する手法を開発し,翻訳性能を向上させることができた.2.翻訳例コーパス中の原言語文-翻訳文対から帰納的学習により類似した翻訳例を見出して翻訳パターンを抽出し,それに基づいて訳文を生成する手法の研究を提案し,実験により有効性を確認することができた.3.前年度に引き続いて表層文から意味表現への変換規則の獲得における帰納的学習手法の適用に関する研究を行い,帰納的学習をベースとする学習型手法の広範な適用可能性について見通しを得ることができた.
3テスラ超高磁場磁気共鳴画像装置を用いた非侵襲的な体幹部生体情報の画像化

まず躯幹部の3T専用の表在コイルを入手、ファントム実験を行った後、直ちに、健常ボランティアにて躯幹部各臓器毎の至適撮像条件の検討を行った。3T装置の躯幹部適用に関する先行研究は極めて少なく情報が無いため、撮像条件の調整は至難であり試行錯誤を余儀なくされたが、平成17年度には多くの成果が得られるまでに至った。女性骨盤部、上腹部、MRCP、肺、腎臓等において、造影剤使用も念頭においての撮像条件最適化に成功。その後、1.5T装置との画質を比較検討、絶縁padの有用性について検討、MRの適応となりにくい肺においても、従来と異なるシークエンスを用いることにより1.6mm厚の薄層MR画像を得、肺実質の詳細構造を描出、又腎臓のdiffusiontensor imagingの撮像に成功、髄質-皮質の差、SNR ADC,FA値等多種類のパラメーターについて有意差を得た。MR spectroscopyに関しても、膵島移植対象患者での非侵襲的評価を目標としシーケンスの最適化を終了、現在はボランティアと患者群の比較、患者群での治療前後、内分泌的パラメーターとの相関などを検討中。さらに、癌の分化度と相関することが報告されている拡散強調画像(DWI)、およびADC値を3T装置においても得るべくシーケンスを最適化、肝臓DWIによる肝癌分化度評価を行い、移植の対象患者では、摘出臓器と病理との相関を得る等、3T装置における代謝機能評価について検討中。これら研究と並行し、3TMRI躯幹部撮像では時に吸収熱量が上限に近くなり、熱感・不快感も強いがこれらに関する先行調査が無いため、3TMRCPにおいての症状とSAR、撮像時間、シーケンス毎の相関について検討。以上すべての研究成果を国内、国際学会にてすでに発表、短い研究期間にもかかわらず上記成果の多くを英文誌に投稿中、印刷中である。本研究においては、まず躯幹部の3T専用のphased array coilを入手し、当初の研究計画に沿ってファントム実験および健常ボランティアでの撮像を行った。子宮、肝臓、胆管、前立腺、肺、食道等の組織を対象に、臓器毎の至適撮像条件を検討した。同様の装置を有する施設は世界的に極めて限られているため、撮像条件の調整は予想以上に困難であり、試行錯誤と時間を要した。これまでの撮像の検討においては、3T装置特有の磁場の不均一性に起因するアーチファクトがみられ、これらに対する細かな調整が必要であることが判明した。また呼吸や腸管の動きに起因するアーチファクトにも画質は影響されうる。しかし、通常の1.5Tの撮像装置におけるMR画像との比較検討においては、同様のsequenceで撮像した場合には、T2強調画像はより優れた組織コントラストを示す。全般的に3T装置は1.5T装置に比し、より優れた空間分解能、信号強度を提供し得ることが確認されている。シングルショットの高速スピンエコー法を用いたシネMRIでも、信号とコントラストが良好であり、従来よりも精細な画像を得ることが可能と考えられる。現在、これらのstudyによって得られた撮像条件を基本に、疾患を有する患者に撮像の対象を拡大しつつあり、3T超高磁場MR装置ならでは新たな診断方法の確立が期待される。拡散強調画像といった特殊な撮像方法についても、現在、至適な撮像条件の検討を行っているところである。未だ研究の内容的には立ち上げの段階であるため、論文の投稿はないが、撮像条件の至適化および1.5T装置との比較は来年度の磁気共鳴医学会にて報告する予定である。3T装置躯幹部応用の為の基礎的検討としては、女性骨盤部、上腹部、MRCP、肺、腎臓等において、造影剤使用も念頭においての撮像条件最適化後、1.5T装置との画質、SNR、CNRを比較検討、絶縁padの有用性について検討、多くの成果を得た。

MRの適応となりにくい肺においても、3TMRにおいてshort TEを用いたproton density系の画像にて1.6mm厚の薄層MR画像を得、肺実質の詳細構造を描出、又腎臓のdiffusion tesor imagingの撮像に成功、FAmap上の髄質-皮質の差、SNR ADC,FA値について有意差を得た。疾患群対象の検討としては、膵島移植対象患者での非侵襲的評価を目標とし、3Tによる膵臓実質のMRSを試み、シーケンスの最適化を終了、現在はボランティアと患者群の比較、患者群での治療前後、内分泌的パラメターとの相関なども検討中。又、癌の分化度と相関することが報告されているDWI、およびADC値を3T装置においても得るべくシーケンスを最適化、肝臓DWIによるHCCの分化度評価に用い、移植の対象患者では、摘出臓器と病理との相関を得るべく検討中。これら研究の一方、3TMRI躯幹部prototypeシーケンスではSARが上限に近く、熱感・不快感も強いが、臨床への応用に際して先行調査が乏しく資料が少ないため、3TMRCPにおいての症状とSAR、撮像時間、シーケンス毎の相関について検討。以上すべての研究成果を国内、国際学会にてすでに発表、現在この多くを投稿中である。なお上記基礎データの発表に対し、3TMRにおけるcineMRによる子宮蠕動の評価に関して米国Georgetown Universityより共同研究の申し出があり現在進行中である。
転写因子の比較ゲノム情報解析:原核型との対比における真核型転写因子の差異と特性

一昨年(平成18年)度は,ヒト転写因子には長大な不規則領域を含むものが多いことを明らかにした。一方,原核生物である大腸菌の転写因子では,不規則領域がほとんど存在しないため,不規則領域は真核生物に特有なタンパク質の特性であることがわかった。ただ,これらの解析で我々はホモロジー検索による構造ドメインの同定と不規則領域予測を併用したが,この方法には次のような不十分な点が含まれていた。すなわち,タンパク質分子内の構造ドメインと不規則領域の所在を同時に示すという点では,一般的に行われている不規則領域だけの予測よりも優れているが,その一方で,ドメインとも不規則領域とも判断されない未決定の空白領域が,ある割合(全長の20%程度)で生じてしまうという問題である。本来,不規則領域をもつタンパク質はドメインと不規則領域に2分されるはずである。そこで昨年(平成19年)度は,タンパク質分子をドメイン/不規則領域に2分する(または空白領域を2分する)ための判別法を開発することを目標とした。基本的なアイデアは,ドメインと不規則領域で顕著な差のあるアミノ酸組成(すでに不規則領域予測で使われている)に加えて,配列の保存性における顕著な差を考慮することにした。新しい判別法をヒト転写因子(約400種類)に適用したところ,全長配列のうちドメイン/不規則領域の占める残基の割合は,それぞれ40%,60%という結果を得た。また,大腸菌転写因子(135種類)では,それぞれ95%と5%となり,あらためて真核生物と原核生物の転写因子の違いが浮き彫りになった。さらに今回の解析によって,従来の空白領域の中に構造未決定の未知ドメインが(全長のうちの5.2%)含まれ,それらの位置も予測できるという成果を得た。以上の内容をまとめた論文を現在作成中である。我々の研究室で公開しているGTOPデータベースでは、タンパク質の構造ドメインを高性能ホモロジー検索により同定し、情報提供している。すでに我々は、タンパク質のドメイン構成(ドメインの組み合せ)に注目することにより、ゲノム情報から転写因子のみを同定する方法を開発した。この方法は原核生物の転写因子に対しては有効であり、真正細菌と古細菌がそれぞれ有する転写因子ファミリーの異同について比較ゲノム解析を行った。それと共に、原核生物と真核生物では転写因子にほとんど分子構造上の共通性がなく、両者には質的な違いがあることが示唆された。その一方、真核生物のタンパク質には構造をつくらない長大な不規則(disorder)領域をもつものが多いことが知られるようになった。本研究では、401種類のヒト転写因子に不規則領域予測を適用し、ドメインと不規則領域の関係を明らかにすることを目指した。予測プログラムを適用した結果、ヒト転写因子には予想以上に多く不規則領域が存在し、平均として全長の約半分(49%)に達することが判明した。多くの種類(ファミリー)の転写因子はDNA結合ドメインのみと長大な不規則領域からなること、また、不規則領域中には転写活性化部位などの重要な機能部位が含まれること、などを明らかにした。さらに、同じ予測プログラムを原核生物の転写因子に適用しても、不規則領域は事実上予測されない(全長の5%以下)ことから、真核生物と原核生物の転写因子は分子構成が質的に異なることがわかった。以上の結果は、論文にまとめて発表した(J.Mol.Biol. 359,1137-1149,2006)。
視床下部・下垂体細胞におけるレチノイドXレセプターのホルモンによる調節機構

(1)動物実験:メルカゾール投与により作成した甲状腺機能低下ラットおよび正常ラットの下垂体前葉組織切片を作成し、レチノイドXレセプター(RXR)の各サブタイプ(α,β,γ)に特異的な抗体を用いて免疫染色を行なった。RXRαおよびβは下垂体前葉のほぼ全細胞で陽性であり、正常および甲状腺機能低下ラット間での差異は認められなかった。RXRγは正常ラット下垂体前葉において、ごくわずかの細胞でのみ陽性であった。しかしながら、甲状腺機能低下ラットの下垂体前葉においては、RXRγ陽性細胞数の著明な増加が認められた。さらに細胞当たりの陽性度も著明に増加したことから、RXRγの発現が甲状腺ホルモンにより負の調節を受けている可能性が示唆された。つぎに、いずれの下垂体前葉細胞においてRXRγが発現しているかを明らかにする目的で、抗XARγ抗体と各下垂体前葉ホルモンに対する抗体を用いて二重染色を行なった。その結果、RXRγ陽性細胞の殆どがTSH産生細胞であり、他の前葉ホルモン産生細胞では殆どRXRγが発現していないにことが明らかとなった。以上より、RXRγがTSH産生細胞における遺伝子調節や細胞分化に関与している可能性が推定された。(2)培養細胞を用いての実験:下垂体前葉系培養細胞より抽出した核タンパクをゲルシフトアッセイにより解析したところ、成長ホルモン産生細胞であるGH3細胞およびゴナドロピン産生細胞であるαT3細胞の両者において、RXRβタンパクの豊富な発現が認められた。つぎに、RXRβの甲状腺ホルモンによる発現調節を明らかにする目的でウエスタンブロットを施行した。その結果、GH3細胞においては甲状腺ホルモン添加によりRXRβタンパクの発現低下が認められた一方で、αT3細胞においては同様の調節は認められなかった。この差は各細胞における甲状腺ホルモンレセプターの含有量の違いによるものと考えられた。現在、マウスRXRβ遺伝子をGH3細胞にトランスフェクションし、ルシフェラーゼアッセイによって解析を行なう準備を進めている。
赤芽球感染をめぐる宿主マラリア原虫相互関係の解明

本研究では、我々が見いだしてきた、「CD8T細胞の赤内型マラリアに対する防御効果」のメカニズムとして最も重要な、「マラリア原虫の赤芽球感染」の宿主マラリア原虫相互作用における生物学的意義を検討することを目的としている。本年度は、赤芽球でのCD8T細胞が認識する抗原エピトープの産生に着目して、CD8T細胞の防御的役割をさらに解析した。CD8T細胞は、細胞質にあるタンパク分解酵素複合体であるプロテアソームによって分解された810アミノ酸をエピトープとしてMHCクラスI分子とともに認識する。プロテアソームはタンパク分解を介して、増殖や分化の制御など平常時でも重要な生理機能を司っている。通常のプロテアソームのタンパク分解活性は3つのサブユニットβ1、β2、β5が担っているが、感染等の緊急時にはそれぞれがLMP2、MECL1、LMP7に置き換わることで、よりCD8T細胞を活性化するのに好都合な免疫プロテアソームへと変化する。免役プロテアソームサブユニットのうち、LMP2、LMP7欠損マウスを用いて、このマウスでの防御的CD8T細胞の誘導を検討した。通常マウスにマウスマラリア原虫の弱毒株を感染させると一過性の感染後、全て治癒する。弱毒株を治癒したマウス本来は致死感染を起こす強毒株を感染させても抵抗性となるように、弱毒株は強毒株に対して生ワクチン効果を持つ。弱毒生ワクチンに2度の強毒株ブーストを行うことで、防御的CD8T細胞が誘導される。LMP2あるいはLMP7を欠損するマウスでも弱毒株には抵抗性であったが、2度のブースト後に得られたCD8T細胞の防御能は野生型のCD8T細胞と比較して若干弱かった。これらの結果から、抗マラリア的CD8T細胞の誘導には免疫プロテアソームは必ずしも必要でないことが明らかとなった。マラリアは今もなお全世界で猛威を奮う感染症であり、その対策としてワクチン開発が急務であるが、防御免疫の理解が不十分なこともあり、ワクチン開発は困難を極めている。本研究ではマウスのマラリアモデルを用いて申請者らが見いだした「CD8T細胞の赤内型マラリアに対する防御」と「マラリア原虫の赤芽球感染」を連結すべく、感染赤芽球に対する防御メカニズムを明確にすることを目的とする。また、赤芽球感染のマラリア原虫にとっての生物学的意義も合わせて明らかとする。27年度の達成目標であった、1)CD8T細胞が感染赤芽球を認識すること、2)マラリア原虫が赤芽球内で次の感染を起こせる原虫へと発育することを明らかにすることができた。すなわち、モデル抗原である卵白アルブミンOVAを発現し、かつGFPも発現するOVA発現組換えマラリア原虫(Py-GFP-OVA)を作製し、マウスに感染させ、脾臓・骨髄から溶血した後GFP陽性感染赤芽球を精製する。OVAを認識するOT-I CD8T細胞と感染赤芽球と共培養すると、OT-IのIFN-γの分泌が認められ、CD8T細胞の抗原特異的感染赤芽球の認識が示された。また、感染赤芽球でのマラリア原虫の発育ステージを顕微鏡下で、あるいは感染赤芽球中の原虫の核含量をフローサイトメトリーで解析したところ、原虫の分裂・増殖が起こっていることが確認できた。さらにPy-GFP-OVAを感染させたマウスから、溶血後GFP発現を指標に精製した感染赤芽球をマウスに接種すると、感染が成立したことから感染赤芽球が感染源となることも明らかとなった。予定通りに実験を進めることができたが、研究協力者である今井孝助教が留学したため、研究の推進に若干の遅れが生じている。マラリアは今もなお全世界で猛威を奮う感染症であり、対策としてワクチン開発が望まれるが、防御免疫の理解が不十分なこともあり、ワクチン開発は困難を極めている。本研究ではマウスのマラリアモデルを用いて申請者らが見いだした「CD8T細胞の赤内型マラリアに対する防御」と「マラリア原虫の赤芽球感染」を基に、感染赤芽球に対する防御メカニズムを明確にすることを目的とする。CD8T細胞を除去したマウス、FasLを欠損するマウスの両者で感染した赤芽球が増加すること、増加していた感染赤芽球にはFasが発現していたことから、CD8T細胞はFas-FasL依存的細胞傷害活性を介して赤芽球を排除していることが明らかとなった。CD8T細胞が作用した感染赤芽球がアポトーシスを起こしているのかを検討したところ、早期アポトーシス細胞に特徴的な細胞膜外葉へのフォスファチジルセリンの反転が認められた。一方で、細胞膜上のフォスファチジルセリンはアポトーシス細胞の目印として貪食細胞の標的となる。また、マラリア原虫が感染した赤血球はマクロファージに取り込まれて処理されることが知られている。そこで、感染赤芽球もフォスファチジルセリン特異的にマクロファージに貪食されるかを検討した。正常マウスとFasL欠損マウスから精製した感染赤芽球を試験管内でマクロファージと培養したところ、正常マウスの感染赤芽球はマクロファージによく貪食されていたが、フォスファチジルセリンを表出しないFasL欠損マウスの感染赤芽球は貪食されにくかった。マウスにマクロファージを除去するクロドロネートリポソームを投与すると、マラリアに対する抵抗性が激減した。

以上のことから、CD8T細胞は感染赤芽球にFasLを作用させ、フォスファチジルセリンを表出させマクロファージに貪食させやすくすることで、感染抵抗性に貢献していることが明らかとなった。研究協力者の今井孝助教の海外留学もあり、多少の遅れはあるがほぼ予定通り遂行できた。マラリアは今もなお全世界で猛威を奮う感染症であり、マラリア対策としてマラリアに対するワクチン開発が望まれているが、防御免疫の理解が不十分なこともあり、ワクチン開発は困難を極めている。申請者らはこれまでに、CD8T細胞が赤血球ステージのマラリアに防御的に働くことを世界に先駆けて報告してきた。本研究では、申請者らが見いだした「CD8T細胞の赤内型マラリアに対する防御」を応用すべく、マウスマラリアを用いて、CD8T細胞を活性化しうるワクチンモデルの開発を試みた。一方で、マラリアに対する防御免疫のより深い理解のために、マウスのマラリアモデルを用いてがヒトでも見られるかを検証した。CD8T細胞を活性化すると想定されるDNAワクチン戦略を用い、マラリアワクチン抗原としてMSP1をさらにアジュバントとしてOX-40をコードする遺伝子を発現プラスミドに組み込んだ。ワクチンデリバリーにはリポソームを用いた。DNAワクチンを3度マウスに接種し、ネズミマラリア原虫Plasmodium yoelii 17XL, P.berghei ANKAを感染させた。いずれの感染にも防御的効果を発揮することはなく、脳マラリアのモデルであるP. berghei ANKA感染ではワクチン群でむしろ発症が速く起こることが分かった。以上の結果は、CD8が発症に重要である脳マラリアの発症を早めたことからCD8の活性化は起こっていると思われるが、防御効果を付与することはできないことを示す。ウガンダで採取したマラリア患者の血清中の免疫関連のタンパク質を網羅的に解析した。CD8T細胞関連の分子である、GranzymeB、FasLなどがマラリア患者で増加していることが分かった。しかしながら、重症患者と軽症患者で差が見られないことから病態への関与は不明である。CD8T細胞の防御メカニズムの全貌は解明でき、応用であるワクチン開発、さらにはヒトでの検証と当初の予定通り遂行できている。本研究では、我々が見いだしてきた、「CD8T細胞の赤内型マラリアに対する防御効果」のメカニズムとして最も重要な、「マラリア原虫の赤芽球感染」の宿主マラリア原虫相互作用における生物学的意義を検討することを目的としている。本年度は、赤芽球でのCD8T細胞が認識する抗原エピトープの産生に着目して、CD8T細胞の防御的役割をさらに解析した。CD8T細胞は、細胞質にあるタンパク分解酵素複合体であるプロテアソームによって分解された810アミノ酸をエピトープとしてMHCクラスI分子とともに認識する。プロテアソームはタンパク分解を介して、増殖や分化の制御など平常時でも重要な生理機能を司っている。通常のプロテアソームのタンパク分解活性は3つのサブユニットβ1、β2、β5が担っているが、感染等の緊急時にはそれぞれがLMP2、MECL1、LMP7に置き換わることで、よりCD8T細胞を活性化するのに好都合な免疫プロテアソームへと変化する。免役プロテアソームサブユニットのうち、LMP2、LMP7欠損マウスを用いて、このマウスでの防御的CD8T細胞の誘導を検討した。通常マウスにマウスマラリア原虫の弱毒株を感染させると一過性の感染後、全て治癒する。弱毒株を治癒したマウス
筋音図を用いた筋細胞(筋線維)レベルの収縮特性の分析

筋音図とは筋線維が収縮する際に、その径が側方向に拡大・変形する結果発生する一種の圧力波を起源とする信号であり、筋の収縮特性を分析するための新たな信号として注目されてきた。本研究では筋音図を用いて筋細胞(筋線維)レベルでの収縮特性を分析することを目的とした。具体的には(1)筋長変化に伴う筋収縮特性の変化を筋音図によって同定すること。(2)繰り返し刺激による誘発収縮時の筋収縮特性の変化を筋音図で記述した。筋の収縮特性はトレーニングや廃用、加齢、筋疲労、収縮履歴など、さまざまな要因によって変化する。このため、筋の収縮特性を定量的、かつ、詳細に分析することは、筋のパフォーマンスを知る上で重要である。本研究は、筋線維レベルにおける収縮特性を、筋音図(Mechanomyogram : MMG)を用いて分析するものである。MTGとは収縮筋線維の径が側方向へ拡大・変形する結果発生する一種の圧力波を起源とする。すなわち、筋力は筋線維の長軸方向への変位(短縮)によって得られ、一方、MMGは同時に発生する側方向への変位(拡大・変形)で得られる。力と比較した場合のMMGの優位性は、対象とする筋の対表面上から導出され、腱や関節の影響を介さずに筋収縮活動を捉え、筋線維レベルの収縮特性に関する情報を含んでいる点にある。これまで、MMGを用いた筋線維レベルの収縮特性に関する研究は、実験動物による摘出筋を用いた分析で進められ、ヒトにおける研究はわずかである。そこで本研究ではヒトを対象として、MMGを活用して筋線維レベルでの収縮特性の分析に取り組むこととした。本年度は、上腕二頭筋を対象とし、単一筋線維のMMG記録法の確立を目指した。実験ではワイヤー電極を筋内に挿入し、単一筋線維の刺激を試み、同時にMMGの記録を行った。ここでは微細なMMG信号に混入する体動、呼吸、脈波の影響が観察された。これらの雑音は加算平均を行うことで除去し、単一筋線維の誘発MMGを導出することが可能となった。骨格筋の収縮特性はトレーニングや廃用、加齢、筋疲労、収縮履歴など、さまざまな要因によって変化する。このため、筋の収縮特性を定量的、かつ、詳細に分析することは、筋パフォーマンスを知る上で重要である。本研究は、筋細胞(筋線維)レベルにおける収縮特性を筋音図(Mechanomyogram:MMG)を用いて分析するものである。MMGとは、収縮する筋線維の径が側方向へ拡大・変形する結果発生する一種の振動(圧力波)を起源とする信号である。そこで、筋線維長軸方向への短縮によって得られる筋力と、同時に発生する側方向への振動成分には高い相関関係が得られてきた。一方、MMGは対象とする筋の体表面上より記録することが可能であり、一般に記録される力信号と比較して、腱や関節の影響を介さずに筋収縮活動を捉えることが可能である。さらに、記録されるMMG信号は各筋線維が発生させた振動の総和として得られ、筋線維レベルの情報が含まれている。これまで、MMGを用いた筋線維レベルの研究は動物実験が主体であり、ヒトを対象とした研究報告は僅かである。本研究ではヒトを対象にMMGを活用して筋線維レベルでの筋収縮特性の分析を目的とした。実験ではワイヤー電極を用いた単一筋線維の刺激試み、この際のMMG信号を記録した。ここでは、微細なMMG信号に混入する呼吸、脈波などの雑音除去法を開発した。さらに、雑音除去されたMMG信号より筋線維の収縮特性を解析するために、時間領域および周波数領域での自動分析プログラムの開発に着手した。今後の研究においてこれらの解析結果から筋線維レベルでの収縮特性の変化過程の同定を行う。筋の収縮特性は種々の要因(疲労、トレーニング、加齢、廃用、収縮履歴)によって変化する。このため、筋収縮特性を定量かつ詳細に分析することは、筋のパフォーマンスを知る上で重要である。本研究は筋線維レベルにおける収縮特性を筋音図(Mechanomyogram:MMG)を用いて分析するものである。本研究では筋内電極を用いた単一運動単位の単収縮を誘発させ、その際のMMGを体表面上より導出し、MMGの基本特性について分析した。本年度は筋長変化に伴う筋線維収縮特性の変化と、繰り返し単収縮による筋線維収縮特性の変化をMMGを用いて記述した。まず、筋長変化に伴うMMG信号の変化では、その振幅が自然長で最大を示し、筋長が伸張または短縮するに伴って減少することが明らかとなった。このことからMMG信号は活動張力、すなわち、アクチンおよびミオシンの相互作用を反映することが示された。一方、繰り返し刺激による誘発単収縮では、同時に計測された筋電図(EMG)振幅が殆ど変化をしないにも関わらず、MMG振幅は刺激回数に伴って指数関数的に増大した。

すなわち、MMGの振幅は約10回刺激で増大反応が確認され、その後、刺激回数の増加に伴って急激に増大した後、約50回近傍において一定となった。振幅の増大率は刺激頻度に依存せず、いずれも約22.5倍に増大した。これら、EMG振幅の増大を伴わないMMG振幅の増大は、賦活後増強に類似した反応であると推察された。これらの結果はいずれも筋力レベルでは顕著な反応が確認されず、MMGがより敏感に筋線維収縮特性の変化を反映することを示し、筋収縮特性の分析に際しその有効性を確認させた。
イネのシンク生成能の遺伝的変異がＣＯ２応答性に及ぼす影響の解明とそのモデル化

今後も予想される大気CO2濃度の上昇は光合成を促進し、作物の収量や品質にも影響を及ぼすが、どのような遺伝的形質がCO2応答性に関与しているかについては明らかではない。本研究では、CO2応答性の遺伝的変異のメカニズムに関与する形質として考えられるシンク生成能に焦点を当て、FACE(開放系大気CO2増加)実験施設で高CO2処理(外気+200ppm)を行い、イネのシンク生成能の遺伝的変異がCO2応答性に与える影響を調査した。FACE実験の結果より、高CO2による増収率と最も相関の高い形質は、シンク・キャパシティー(籾数×籾1粒重)の増加率であることが分かった。現在のCO2濃度条件において高いシンク・キャパシティー生成能を示す染色体断片置換系統(CSSL)は、高CO2による増加率が必ずしも高くはなく、その結果CO2応答性も高くはなかった。この結果は、シンク生成能がCO2応答性と直接結びついているものではないことを示唆している。FACE実験に供試された品種・系統の中で高いCO2応答性を示したのは、タカナリであった。タカナリは高CO2によるシンク・キャパシティーの増加率が高いだけでなく、シンクの生成に必要となる光合成産物供給(ソース)能力の増加率も高まっていた。高CO2によるタカナリのソース能の増加の要因を調査した結果、高CO2条件において気孔コンダクタンスおよび葉窒素濃度の低下が無いか僅かであることに由来することが分かった。高CO2応答性を示したタカナリの気孔コンダクタンスと葉身への窒素分配に関するパラメータを推定し、イネ生育予測モデルに導入して、それらがCO2応答性に及ぼす影響を推定した。その結果、モデルにより推定されたCO2応答性は約10%の過少評価となった。この結果より、これら以外にもシンク生成効率など他の形質も高いCO2応答性に寄与していることが示唆された。25年度が最終年度であるため、記入しない。今後も予想される大気CO2濃度の上昇は光合成を促進し、作物の収量や品質にも影響を及ぼすが、イネにおいてどのような遺伝的形質がCO2応答性に関与しているかは明らかではない。本研究では、CO2応答性の遺伝的変異のメカニズムに関与する形質として考えられるシンク生成能に焦点を当て、FACE(開放系大気CO2増加)実験施設で高CO2処理(外気+200ppm)を行い、以下の遺伝材料を実験に供試した:SLgn1(1穂モミ数が多いコシヒカリのCSSL(染色体断片置換系統))、SLsps1(葉からの光合成産物転流能力の高いコシヒカリのCSSL)、およびRM645(1穂モミ数が極端に少ない農林8号のNIL(準同質遺伝子系統))。コシヒカリは高CO2処理により、総モミ数、粗玄米収量はそれぞれ13.0%、12.5%増加した。コシヒカリのCSSLであるSLgn1は、不稔の多発によりCO2応答の比較はできなかった。同じくコシヒカリのCSSLであるSLsps1の総モミ数、粗玄米収量は、コシヒカリに対してそれぞれ27.9%、4.7%増加し、高CO2処理により12.5%、12.5%増加した。以上の結果より、シンク器官であるモミの生成能の向上は、高CO2による増加率には影響を与えなかったものの、高CO2条件下においても収量レベルを引き上げ、高CO2による増収量自体を増加させると推察された。

農林8号は高CO2処理により、総モミ数、粗玄米収量はそれぞれ3.1%、11.0%増加した。農林8号のNILであるRM645の総モミ数は、農林8号に対して50.9%減少し、高CO2処理により4.8%増加した。粗玄米収量は、農林8号に対して53.0%減少し、高CO2処理により16.6%増加した。この結果より、シンク生成能の低下は、高CO2による光合成量の増加による登熟性の向上により収量応答が補填されると推察された。FACE実験施設を用いた圃場実験を行い、モミの生成能力の異なる遺伝材料の高CO2応答を検証することが出来た。その結果、モミ数に対する生成能力は、高CO2条件においてもイネの収量向上には有効であることが明らかとなった。次年度は引き続き、シンク生成能とCO2応答性の関連性を調査する。今年度はモミ数の遺伝的変異に着目したが、次年度はモミのサイズの異なる遺伝材料を用いてFACE実験を行う予定である。25年度が最終年度であるため、記入しない。