hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞システム解明に向けたゲノム生物学の新展開

生命現象の統合的理解には、生命のプログラムであるゲノムの全構造の解明と、そこに存在する遺伝子のネットワークの解明とが必要である。特定領域研究「ゲノム生物学」は、生命の最小単位である「細胞」という階層に焦点をあて、それを遺伝子システムとして理解することを目指したゲノム研究を推進することを研究目的としている。そのために、基軸微生物の遺伝子システムの徹底的な解明と多様な細胞機能をもつ様々な生物ゲノムの比較研究を有機的に進めているが、そうした本領域における研究全体の統合的、有機的な推進を図ることが本総括班の目的である。そのため、本年度は以下の活動を行った。1)総括班に6名の評価委員を置き、領域の運営に関する審議と研究の評価を行った。2)公募研究を含め領域参加研究者の連携を促進するために、平成13年8月22日より25日まで、神戸ポートピアホテルで4領域合班会議を開催した。3)班会議に加え、適当な規模の研究会を開催することを奨励、援助してきた。本年度は、シアノバクテリア、枯草菌、細胞性粘菌の研究会を開催した。4)ゲノム4領域にわたってプロテオーム解析の手法を用いた研究が数多く推進されているが、その解析システムの構築と技術の普及を進めた。加えて、質量分析法に関する技術講習会を開催した。5)他省庁等の微生物ゲノム研究との連携のために、ワークショップ「微生物ゲノム研究のフロンティア」を、昨年度に引き続き、平成14年2月16,17日にかずさアカデミアホールにおいて開催した。6)各研究に必要な大型機器の購入、事業的経費の支援を行った。特に、プロテオーム解析、メタボローム解析のための質量分析機及びDNAアレー作製のための設備の整備を行った。本領域は、微生物を主要な研究対象として、(1)ゲノム機能の細胞レベルの体系的な解析、(2)モデル微生物のゲノム機能のシステマチックな研究、(3)様々な細胞機能を司る遺伝子システムやゲノム構造に関する実験的及び情報学的な研究を進めることを目的としている。平成14年度は、計画研究、公募研究あわせて71の課題が設定され、以下のような研究の進捗・成果が得られた。(1)215基礎代謝物質の濃度測定が可能であるメタボローム解析技術の開発。約1,300種類の分裂酵母蛋白質の発現の同定。出芽酵母の転写因子遺伝子破壊株の発現プロファイル解析による、階層的な遺伝子発現調節ネットワークの推定。(2)約3,000の枯草菌未解析遺伝子の変異株バンクの完成と全増殖必須遺伝子271の同定。108新規枯草菌遺伝子の特異的機能の解明。DNAアレー解析による枯草菌の発現情報収集と転写制御ネットワークの解明。平均20kbの大腸菌欠失変異株の作製による、16個の新規必須遺伝子の同定。大腸菌2成分制御系の網羅的アレー解析。(3)シアノバクテリSynechocystisの約550種の遺伝子破壊株の作製と約65遺伝子の機能の同定。光応答、乾燥・浸透圧等のストレス応答のDNAアレー解析。細胞性粘菌のcDNA解析による6,743遺伝子の同定。発生過程での遺伝子発現プロファイル解析。in situ hybridizationによる空間的な発現プロファイル解析。
遺伝子タイピングによる整形外科領域MRSA手術部位感染発症要因・感染対策の検討

接触予防策強化と抗菌薬適正使用による感染対策開始により、整形外科領域MRSA SSI発生率は減少した。菌株の多くはSCCmec II型が半数を占め、他の型と比較し感染由来の比率が高かった。またパルスフィールド電気泳動法により院内伝播を評価したが、伝播菌株の大半はSCCmec II型であった。鼻腔保菌者の発症例の約半数は鼻腔株と創部検出株が同一遺伝子型であったが、除菌例で異なる遺伝子型がみられた。MRSAは遺伝子型により伝播要因が異なり、伝播予防策、周術期抗菌薬適正使用は感染対策上有効であった。今後特にSCCmec型等の遺伝子タイピングを組み合わせた伝播予防策の強化が有用な可能性が示唆された。MRSAサーベイランス疫学情報と整形外科患者由来保存MRSA菌株の遺伝子タイピングを解析し、菌の伝播経路推定および感染対策効果を評価する目的で研究を開始した。当院に保存されているMRSA菌株のうち2004年から2009年に検出された整形外科でのMRSA感染症発症者由来菌株(78菌株)および鼻腔保菌菌株(90菌株)計168菌株のパルスフィールド電気泳動法(PFGE法)やPCR法(SCCmec型、mec-HVR型、agr型)シーケンス法を用いた遺伝子タイピング(spa型)による解析を行った。また同時に2004年から2013年までの整形外科病棟での手指消毒薬や抗菌薬の使用量、実施された手術で使用された予防抗菌薬の種類と日数について解析を行った。これまでの解析で感染症発症者からはいわゆる院内感染株とよばれるSCCmec II型が、鼻腔保菌株からはSCCmec IV型がそれぞれ有意株として検出され、統計学的な有意差を認めること、また手指消毒薬使用量と手術時に使用される第1世代セフェム系抗菌薬の使用量とMRSAの新規感染率には有意な負の相関を認め、一方MRSAの術前保菌や術後感染予防抗菌薬の使用時間が48時間を超える場合はMRSA新規感染発生のリスクとなることが分かった。今後2010年から2013年の菌株遺伝子タイピングを実施するとともに、これまでの菌株の相同性解析を行い、同一遺伝子菌株の分離患者での共通要因を検索しMRSAの病院内での伝播リスクを解析していく予定である。MRSAサーベイランス疫学情報と整形外科患者由来保存MRSA菌株の遺伝子タイピングを解析し、菌の伝播経路推定および感染対策効果に関する研究を行っている。遺伝子タイピングに関しては、これまでに2004年から2009年に検出された整形外科患者由来保存MRSA菌株のパルスフィールド電気泳動法、PCR法(SCC mec型等)、シーケンス法(spa型)などによるタイピングとこれに基づく遺伝子型の解析を行い、また術前に行っている鼻腔培養陽性者で手術部位感染症を発症した患者から検出された鼻腔・創部の遺伝子型の比較も合わせて行った。同一患者からの鼻腔・創部菌株の遺伝子型は同一パターンをとる場合と異なるパターンをとる場合があるため、さらなる疫学研究を行う予定である。また、パルスフィールド電気泳動法による遺伝子型についてはさらに相同性解析を要し、今後さらに研究を進める予定である。MRSAサーベイランス疫学研究では予防抗菌薬に用いられる第1世代セフェム系の抗菌薬使用密度および手指消毒薬使用量と新規MRSA手術部位感染率との間に有意な負の相関がみられ、学会発表の上、現在論文投稿を行っている。またさらに新規MRSA手術部位感染症発症者のリスク因子について多変量解析を行ったところ、悪性骨軟部腫瘍手術と術後予防抗菌薬48時間以上投与が有意なリスク因子としてあがり、この内容の学会発表を行った。MRSAサーベイランス疫学情報と整形外科患者由来保存MRSA菌株の遺伝子タイピングを解析し、菌の伝播経路および感染対策効果に関する研究を行った。当院整形外科では術前患者の鼻腔MRSA監視培養・除菌を行ってきたが、2008年から接触予防策強化と術後感染予防抗菌薬適正使用による感染対策バンドルを開始した。これら対策の効果についてレトロスペクティブに検証を行い、新規MRSA感染率は対策実施前が2.17% (29/1333)、実施後が0.97% (19/1966)と実施後で有意に低下した(p= .003)し、このアプローチが感染対策に有効であり、これら結果を英文誌へ投稿した。また1999年から2009年まで鼻腔保菌(95株)・感染症発症(87株)のMRSA保存菌株(計182株)を用い、パルスフィールド電気泳動法(PFGE)による遺伝子タイピングを行った。感染菌株はSCCmec II型が多いこと、SCCmec II型株では同一遺伝子パターンを示す複数の感染症発症株が見られた。SCCmec II型株は院内伝播につながるリスクが高いことが示唆されたが、その要因については今後の検討が必要である。PFGE法とPCRをもとにしたPOT法の2つの遺伝子タイピング法を整形外科症例を含むアウトブレイクが疑われる事例の感染菌株で比較を行い、POT法もPEGE法アウトブレイク判定と同等の有用性があり、これら結果を英文誌への投稿した。保菌者が除菌後にMRSA感染症を発症しているケースが見られ、整形外科に加え心臓血管外科等の症例を対象にMRSA保菌者のMRSA感染症発症例で、保菌・感染菌株でタイピングを行った。

非除菌群では同一遺伝子株での発症例が多いのに対し、除菌群では異なる遺伝子株での発症例が多かった。除菌後の伝播予防も感染対策上重要であることが示唆された。接触予防策強化と抗菌薬適正使用による感染対策開始により、整形外科領域MRSA SSI発生率は減少した。菌株の多くはSCCmec II型が半数を占め、他の型と比較し感染由来の比率が高かった。またパルスフィールド電気泳動法により院内伝播を評価したが、伝播菌株の大半はSCCmec II型であった。鼻腔保菌者の発症例の約半数は鼻腔株と創部検出株が同一遺伝子型であったが、除菌例で異なる遺伝子型がみられた。MRSAは遺伝子型により伝播要因が異なり、伝播予防策、周術期抗菌薬適正使用は感染対策上有効であった。今後特にSCCmec型等の遺伝子タイピングを組み合わせた伝播予防策の強化が有用な可能性が示唆された。2年間での研究予定であったが、疫学的な解析は進んだものの、遺伝子タイピングについては特にパルスフィールド電気泳動法の解析がソフトの活用方法および研究時間の不足のために遅れた。感染制御学今年度はパルスフィールド電気泳動法の解析およびその結果得られた遺伝子型の結果と、アウトブレイクの有無や同一遺伝子型菌株検出状況を疫学データの結果と関連させて研究を進めていく予定である。遺伝子タイピングの実施は2004年から2009年までの6年分の分離菌株で実施したものの、2010年から2013年までの3年が研究時間の不足によりまだ未実施となっている。またPFGE法の電気泳動までは実施できたものの、専用ソフトを用いた相同性の解析ができておらず、同一菌株による伝播イベント発生の評価が不十分となっている。研究時間の確保が不十分であったことから、結果の解析および学会発表や論文投稿の計画が遅れ、解析用のソフト購入や論文掲載のための支出が遅れているため。引き続き研究時間を確保し残り保存菌株の遺伝子解析をすすめると同時に、PFGE法の相同性解析を実施している他施設へも相談のうえ、専用ソフトによる解析を進めていく予定である。次年度は解析のためのソフトなどの購入および結果発表、論文発表のための英文校正等の支出する予定である。研究時間確保の問題から一部菌株の遺伝子タイピングなどの研究に遅れが生じ、実験材料などの物品購入費に余剰が生じた。菌株の遺伝子タイピングを継続し、必要な材料を購入するために使用する予定である。
新規気相式核酸分解・滅菌技術の実用化へ向けた最適化研究

平成29年度は、当初の計画通りに進捗してきている。排ガス中の成分解析では各成分に対し概ね測定感度以下であり、かつ曝露後培養容器を用いた生物学的安全性評価結果においても細胞増殖能に異常を認めないことが明らかになった。また、培養細胞(HeLa)を用いた庫内発生混合ガスの暴露試験においては、5分の噴霧でも細胞内核酸の高度の分解が得られることが明らかになった。この結果は平行して行ったアイソレーターを用いた過酸化水素ガスによる長時間暴露では得られない結果であったことから、当該開発技術の核酸分解効果に対する優位性とともに、生細胞への新たな作動効果が得られた。発生混合ガス中の有効主要2成分の混合比率による最適化効能評価からは実用化へ向けての有力な知見が得られ、現在特許申請中である。18th World Sterilization Congress(Oct. 4-7, 2017, Bonn, Germany)における発表では、その技術的新規性と科学的効能評価の面から高い評価を受け、1st Prize Best Poster Awardを受賞した。その際に、小型化の可能性につき質問を受けたことから、今後の開発方針として検討を進めていきたいと考えている。今後さらに、チャンバー型試験機を用いた庫内のエアレーションによる残留性評価を進め、無毒化ポイントの解明とともに、形状や組成の違いによる滅菌・核酸分解対象物別に、最適化効能条件のデータベースの構築を進めていきたい。触媒処理後の排ガスに対する安全性評価については概ね一定の結論が得られた。庫内の発生混合ガスの作動中停止後のTime-lapse評価を、その残留性から生物学的毒性にわたり詳細な評価を継続して実施していく。また有効成分の特定と、その混合比率による最適化効能評価は極めて大きな進捗が得られ、実用化には大きな知見が得られたと考えている。この成果は現在特許申請中である。現在使用中のチャンバー型試験機の改良を行い、庫内のガス成分パラメーター連続測定及び温度・湿度制御機能の強化による安定した機器物理的特製の向上を目指したい。そのもとで、従来得られている結果の再現性評価をもとに、実用化に向けた指標となるデータベースの構築に進みたいと考えている。また、さらに実用化への成果を進捗させるために、100m2程度の空間を想定した空間滅菌装置(自己還流型)への改良を行うことで、需要の多い空間滅菌への切り札となる機器開発へ繋げていきたい。当初外注を予定していたBIテストを、自施設での検査かに依頼することでコスト削減が可能になった。また、チャンバー型試験機機への温度・湿度コントロール機能強化、およびガスパラメータ測定器の導入が、試験部品調達の選定および供給の遅れから次年度に繰り越しになったため。
数論的関数とCode理論・剰余位数の分布

CodeのSumofdigitsと呼ばれる関数があって、複雑な挙動を示すことで知られている。本研究では《CodeのSumofdigitsと数論的関数の間に1対1の対応関係がある》ことを示した。これによってCodeのSumofdigits関数(複雑な関数)を、(単純な)数論的関数によって調べることができる。成果として、Graycodeから得られるSumofdigitsの精密な平均値を求めたり、Sumofdigitsとオートマトンその他の対象との関連を明らかにすることができた。今回の研究の目的は、code理論や自然数nを法とする剰余位数の理論を、数論的関数との関わりという観点から深めることである。平成21年度の具体的な目的として、次の二点をあげた:1)従来までの「素数pを法とする剰余類群」から問題を一歩進め、「二つの異なる素数の積pqを法とする剰余類群における数aの剰余位数」を、4を法とする剰余類で分類し、その自然密度(まだ存在が知られていない)の計算を目標にする。2)code理論において特殊な位置を占めているGray Codeと数論的関数の間に興味ある関係があることが最近分かってきたため、これを厳密化・一般化して、code理論と数論的関数の関係を明確にしたい。今年度中に両方の研究テーマについて、重要な成果が得られた。1)上記文中の「数a」のaが特殊な数でない場合は、「目的の自然密度が存在し、特別な場合にはその密度を計算することができる」という結果で、これはほぼ上記目的1)を達成したものになっている。2)「Codeから得られるSum of digits関数」と「数論的関数」の間に1対1対応のあることが示せた。この対応によって「Gray codeから得られるSum of digits関数」に対応する数論的関数の集合を考察することができ、これの持つ一般的な性質の研究が進んだ。いずれも平成21年度の後半に得られた成果であるため、まだ口頭発表に留まり、論文は作成中・投稿中である。今回の研究課題は「数論的関数とcode理論」「剰余位数の分布問題」の2つであるが、二番目のテーマの方は昨年度までの研究でほぼ期待していた結果を得たため、今年度は第一のテーマに研究を絞り、交付申請書には三つの問題を記した。1「数論的関数-特定のcode」の対応関係が、どの範囲まで拡大できるか?2 Gray codeと関係する数論的関数は「周期性」「zero-sum性」「対称性」といった特殊な性質を持っていた。これを更に精密化し、codeと関係した数論的関数の特徴付け問題を考えたい。3誤り訂正符号等の実用的な符号理論と、我々の「数論的関数-code対応」の係わりを調べる。このうち、1については大きな進展があった。「ある種の複雑な数列は、適当なオートマトンを設定することによって生成できる」ことは以前から知られていた(例えばAlloche-Shallit著,『Automatic Sequence』,Cambridge, 2003出版)。その代表的な例として「一般paper-folding sequence」が有名であるが、この数列が我々の「数論的関数-特定のcodeの対応関係」と結びついて、gray codeの場合と似たような構造を持つことが分かった。オートマトンと数列との関係は、例えば超越数の理論等とも関わりがあって、それ自身が興味ある分野であるが、我々の「数論的関数-特定のcodeの対応」がそれと繋がったことで、今後はオートマトンも視野に入れた研究になることが期待される。以下が我々の得た結果の要点である(J. Theorie des Nombres de Bordeaux誌に掲載予定):1)Regular paper-folding sequenceは従来より一般化がなされていた(generalized paper-folding sequence)2)村田-神谷の上の論文で、RBCは数論的関数χ_4(mod 4のDirichletの指標)から一定の手続きで構成されることが分っていた。この構成方法をそのまま用い、χ_4の代わりに少し複雑な数論的関数を使うと、RBCを一般化したcodeが得られる。3)この新しく得られたcodeからsum of digits functionを作り、その差分数列をとると、これがGeneralized paper-folding sequenceと完全に一致することが証明できる。24年度が最終年度であるため、記入しない。
永久磁石を内蔵した魚型マイクロロボットとそのケーブルレス駆動法の開発

マイクロマシンの応用として、プラント内の細管内を動き回り検査を行うマイクロロボットが期待されている。本研究では、配管内が液体で満たされている場合が多いことに着目し、泳いで移動する魚型マイクロロボットの開発とそのケーブルレス駆動法の提案を行った。開発したマイクロロボットは永久磁石(NdFeB磁石、φ5mm×3mm)と弾性板(ポリイミドフイルム、t=125μm)から構成される極めて単純なもので、外部から交流磁界を印加すると磁石がトルクを受け振動し弾性板を屈曲させて推進する。本素子は配管の外側に緩く巻いたコイルの発生する交流磁界によってケーブルレス駆動が可能である。本年度は、前年度までの成果を基に本素子に搬送機能を新たに付与することを試みた。これは、弾性板の形状を細長くすると、屈曲波が従来の定在波(定在波型)ではなく、後端に向かい減衰する進行波(進行波型)になる性質に着目したものである。すなわち、振動が減衰した後端部に積載物を搭載することで、屈曲波の動きを妨げずに済むと期待される。そこで1gの分銅を弾性板の後端に搭載し、定在波型と進行波型に対して泳動実験を行った。その結果、定在波型がまったく泳動できなくなったのに対し、進行波型では30cm/sもの高速で移動することでき、提案した積載方法が極めて有用であることが実証された。続いて、配管の分岐における方向転換に関する検討を行った。まず駆動用コイルの磁界だけで誘導することを試みたが、高速の場合素子の慣性が勝り誘導が困難であった。そこで、配管外部に永久磁石を配置し誘導することを試みた。その結果、Y字管では分岐直前の誘導、丁字管では分岐直後の誘導が効果的であり、適切な磁石の配置によりほぼ100%の成功率を達成した。以上の結果より、センサ等を搭載したマイクロロボットが複雑な配管の中を自在に移動するための基礎的な技術が確立できたと考えられる。マイクロマシンの究極的な応用として、プラント内の細管を自在に動き回り検査や修理を行うマイクロロボットが期待されている。本研究では、とくに液体の満たされた配管内という環境を想定し、ケーブルレスかつ高速で移動可能な魚型マイクロロボットの実現を目指している。具体的には、永久磁石を内蔵した魚型泳動機構に対して、配管の外側に緩く巻いたコイルの発生する交流磁界によりケーブルレスで駆動を行う方法を提案している。本駆動方法によればこれまでのマイクロロボットでは難しかった長距離移動も容易に行うことができる。ここで用いた泳動機構は永久磁石とフレキシブル板から構成されるもので、永久磁石にはφ5mm×3mmのNdFeB磁石、フレキシブル板には厚さ125mのポリイミドフィルムを用いた。交流磁界を受けると磁石が磁気トルクを受けで回転振動し、フレキシブル板が魚の尾鰭のように揺動することで推進力を得る。まず、本泳動機構を水が満たされた内径10mm、長さ1mのシリコンチューブ内に入れ動作の確認を行った。その結果、最大80cm/sの高速で移動することを確認し、本駆動方法の有用性が実証された。次に、泳動速度の高速化を図るために、泳動機構に対してフレキシブル板の形状を様々に変化させ、速度が増加する形状を調べた。その結果、フレキシブル板が短い場合と細長い場合にそれぞれ高速となる形状があることがわかった。高速度ビデオカメラで観察したところ、短い場合には振動は定在波であり共振周波数において高速になる傾向が見られた。これに対して、細長い場合には振動は後方に向かって減衰する進行波になっており、最大速度を示す周波数は長さではなく磁界強度で決まることがわかった。今後はフレキシブル板の最適形状をより詳細に調べるとともに、泳動機構へのセンサ等の積載方法を検討していく予定である。

そこで、配管外部に永久磁石を配置し誘導することを試みた。その結果、Y字管では分岐直前の誘導、丁字管では分岐直後の誘導が効果的であり、適切な磁石の配置によりほぼ100%の成功率を達成した。以上の結果より、センサ等を搭載したマイクロロボットが複雑な配管の中を自在に移動するための基礎的な技術が確立できたと考えられる。
受精時における精子運動能・受精能の調節機構の解明

受精の過程において精子の運動能・受精能が調節されるメカニズムについて解明することを目的とし、本課題においては、主に精子走化性運動調節機構、及び精漿による精子の受精能調節機構の2点に研究内容を絞って研究を推進した。そして、精子走化性においては精子誘引物質による精子鞭毛内Ca^(2+)濃度上昇が鞭毛運動の変化となり、走化性運動に顕著な方向転換となっていること、マウス精子の受精能獲得は精漿タンパク質SVS2が精子表面のガングリオシドGM1と結合することで抑制されること、ヒト精子の受精能抑制は精漿タンパク質SgとZn^(2+)により制御されていることなどが明らかとなった。本研究は,卵由来物質による精子運動調節機構及び精漿由来物質による精子の受精能調節機構の2点を中心に研究を推進している。本年度の成果は以下の通りである。1.卵由来物質による精子運動調節機構の解明1-1)カタユウレイボヤ精子誘引物質SAAFの精子への作用機構:カタユウレイボヤにおいて精子誘引物質SAAFの受容体め精製を試み,いくつかの候補分子が見つかった。現在このタンパク質のアミノ酸部分配列の同定を試みている。また,SAAFによる精子鞭毛運動制御機構の解析を行い,特に鞭毛内Ca^<2+>濃度変化へのNCXの役割を検討した。1-2)卵におけるSAAFの分泌調節機構:ホヤでは受精前後に卵の精子誘引能に変化が見られるが,SAAFの合成・分泌経路や,代謝機構は全く不明である。そこで卵内におけるSAAF結合タンパク質を検索し,VCP/p97をはじめとしたSAAF結合タンパク質を同定した。2.精漿由来物質による精子の受精能調節機構の解明2-1)SVS2受容体の同定とSVS2との相互作用の解析:我々がマウス精子受精能抑制因子として同定した精漿由来物質SVS2の精子上の受容体の同定を試み,その実体がガングリオシドGM1であることを明らかとした。2-2)SVS2KOマウスの作成:SVS2の生理的機能をより分子的に明らかにするため,svs2遺伝子のKOマスの作成を試みている,本年度はターゲティング用ベクターの作製を行った。2-3)ヒト精漿由来物質SEMGの精子に対する作用:精子運動抑制因子として知られているヒト精漿由来物質SEMGの精子に対する作用機構を調べたところ,亜鉛イオンがその作用に重要な役割を果たしていることが判った。本研究は、卵由来物質による精子運動調節機構及び精漿由来物質による精子の受精能調節機構の2点を中心に研究を推進している。1.卵由来物質による精子運動調節機構の解明1-1)カタユウレイボヤ精子走化性運動時のカルシウム動態:これまでに構築した精子内カルシウム測定装置を用いて誘引物質濃度勾配中での鞭毛運動の波形と鞭毛内カルシウムの変化を調べた。その結果、精子は誘引物質濃度が極小になる点を検出し、鞭毛内カルシウムの上昇(カルシウムバースト)が生じ方向転換のための鞭毛波形変化が連続的に誘導されることが明らかとなった。1-2)卵におけるSAAFの分泌調節機構:ホヤでは受精前後に卵の精子誘引能に変化が見られるが、SAAFの合成・分泌経路や、代謝機構は全く不明である。そこで卵内におけるSAAF結合タンパク質を検索し、VCP/p97をはじめとしたSAAF結合タンパク質を同定した。VCP/p97の卵内の局在変化から、実際にSAAFと結合をしていると思われる。2.精漿由来物質による精子の受精能調節機構の解明2-1)SVS2 KOマウスの作成:SVS2の生理的機能をより分子的に明らかにするため、svs2遺伝子のKOマスの作成を試みている。2-3)ヒト精漿由来物質SEMGの精子に対する作用:精子運動抑制因子として知られているヒト精漿由来物質SEMGの精子に対する作用機構を調べたところ、亜鉛イオンがその作用に重要な役割を果たしていることが判った。
根頭癌腫病菌の染色体上の新病原性遺伝子の機能解析

acvB遺伝子の種々の細菌における分布を調べた。acvB遺伝子は調べたすべてのA.tumefaciensに存在していたが、Rhozobium,Psuedomonas,Bacillusには存在していなかった。このような分布からacvB遺伝子の機能がA.tumefaciensの特有の機能すなわちT-DNAの植物への転換に密接に関係していることが示唆された。またoctopine typeのTi-plasmid上に本遺伝子のhomologが存在することもわかった。本遺伝子産物のAcvBタンパクを大腸菌で多量発現させ、抗体を調製し、それを用いた実験により、AcvBタンパク(47kDa)はペリプラズムに局在し、in vitroでsingle strand DNAに対する結合活性があることがわかった。B-119菌とM-3菌は非病原生菌であるにもかかわらず、両菌中ではTi-complexの生成までのステップは正常に進行していた。B-119菌は細胞壁のある細胞にはT-DNAを転移できないが、細胞壁のないprotoplastには転移できた。一方、M-3菌は両方に対して、T-DNAを転移できなかった。以上の知見から、acvBとchvA遺伝子は多面性発現遺伝子であり、B-119とM-3菌ではAcvBとChvAタンパクがペリプラズムと内膜から消失するために、T-DNAの宿主植物への移行のchannelと予想される性線毛の変質または消失が起き、非病原性になっているものと推定される。我々が以前発見したAgrobacterium tumefaciensの染色体上にある新病原性遺伝子acvBの他の細菌における分布を調べた。acvBは、調べた全てのAgrobacterium菌に分布していた。octopine type T-plasmidを保有するAgrobacterium菌では染色体上にacvB遺伝子が存在し、その他にTi-plasmid上にacvBのhomolog(virJ)が存在していた。virJも機能していることは遺伝子破壊実験で明かになった。一方、nopaline type Ti-plasmidを保有しているAgrobacterium菌ではacvB遺伝子が染色体上にだけ存在し、virJは、Ti-plasmid上に存在しなかった。acvBとvirJをもつAgrobacteriumではacvB蛋白質が生合成され、ペリプラズムに局在していた。acvB遺伝子はRhizobium phaseoli, Rhizobium meliroti, Pseudomonas fluorescens, Bacillus subtilisには存在していなかった。acvB遺伝子の上記のような細菌間の分布は、acvB遺伝子はAgrobacterium菌に特有な機能、すなわち原核細胞から植物(真核)細胞へのDNAの転移に関与していることを強く示唆した。GUS reporter遺伝子中にintronを挿入したbinary vectorを使い、非病原性変異株(B119菌、acvB^-)からタバコ培養細胞(BY2)へのT-DNAの転移を調べた。acvB(B119菌)では親株(A208株)に比べてT-DNAの宿主植物細胞への転移が阻害されていた。Acetosyringone(inducer)で処理したA208株のペリプラズムには、T-strandとACVB蛋白質の複合体が形成されていた。これに対し、B119株ではこのような複合体は、形成されなかった。T-strandをACVB蛋白質と複合体を形成させるとトマトのプロトプラストに効率よく取り込まれた。上記の結果を基に、acvB遺伝子の産物であるACVB蛋白質は、ペリプラズムに局在し、T-strandと複合体を形成し、T-strandの宿主植物細胞への転移を仲介していると推定した。我々が発見したAgrobacterium tumefaciensの染色体上にある新病原遺伝子(acvB)の機能解析を行った。acvB^-変異株(B-119株菌)を宿主細胞に接種した時に、T-complexの生成のステップまでは正常に進行している。従って、Acv Bタンパク質は(1)T-complexがA.tumefaciensから宿主細胞の細胞質に入るまでの過程、(2)

T-complexが宿主細胞の細胞質から核へ移行する過程、(3)T-commplex(T-DNA)が宿主植物の染色体に組み込まれる過程の3つの過程の内のいづれかに関与しているはずである。この点についての情報を得るために、タバコ培養細胞を用いた以下の3つの実験系で、T-DNAの核への移行をレポーター遺伝子(gus遺伝子)の一過性発現で調べた。(1)gus遺伝子DNA断片(3.1kb)をポリエチレングリコール(PEG)共存下でタバコBY2細胞とacvB遺伝子を導入し、acvB遺伝子を発現している形質転換タバコ細胞(acvB-BY2)細胞のプロトプラストにtransfectionする。(2)gus遺伝子中にイントロンを挿入して、A.tumefaciens中では発現せず、タバコ細胞中だけで発現するように改変したgus遺伝子(intron-gus)をもつバイナリーベクター(pIG121)をA.tumefaciensA208菌(acvB^+)とB-119菌(acvB)に導入し、これらの菌をタバコBY2およびacvB-BY2細胞へ接種する。(3)(2)で用いたA.tumefaciens2菌株を、タバコBY2およびタバコacvB-BY2細胞のプロトプラストへ接種する。上記の実験結果より、AcvBの上記の3つの可能性のうちの第1番目の可能性、すなわち、T-complexが宿主細胞の細胞壁を通過して、宿主細胞の細胞質に入る過程に関与していることがわかった。イントロンもつreporter遺伝子(GUS)を含むbinary vector(pIG121-Hm)を上記のA208、B-119、M-3菌に導入し、これらの3菌株とタバコBY2細胞及びそのプロトプラストと共存培養し、GUSの一過性発現によりT-DNAの宿主細胞核への移行を調べた。A208菌は細胞壁の有無にかかわらずT-DNAを転移できた。B-119菌は細胞壁のある細胞にはT-DNAを転移できないが、細胞壁のないプロトプラストには転移できた。M-3菌は細胞壁の有無に関係なく、T-DNAを転移できなかった。これらの結果より、acvB遺伝子産物(AcvB)はT-DNAが宿主植物の細胞壁を通過するステップに関与していることがわかった。しかし、その関与が直接的であるのか間接的であるのかはこの実験だけでは確定できなかった。A.tumefaciensがT-DNAを宿主細胞へ転移させるようになるには、植物の傷害部より滲出してくるacetpsyringoneのようなフェノール化合物で誘導される必要がある。上記3菌株を非誘導と誘導条件下で培養し、それらの菌体より、外膜、ペリプラズム可容性、スフェロプラスト分画を調製し、タンパク成分をSDS-PAGEで分析し、比較した。
外被蛋白質遺伝子に基づく魚類病原ノダウイルスの分子進化学的解析

魚類ノダウイルスはウイルス性神経壊死症の原因ウイルスで、種苗生産過程の海産仔稚魚に壊滅的な被害をもたらすことから産業上問題となっている。本ウイルスは国内外合わせて16種以上の海産仔稚魚から検出されており、その外被蛋白質遺伝子には長さ約250塩基の変化に富んだ領域(可変領域)が存在する。本研究では、異なる地域、年度あるいは魚種から検出された魚類ノダウイルス25株の可変領域の塩基配列を決定し、これを基に魚類ノダウイルス株間の分子進化学的関係について解析をおこない以下のことを明らかにした。1)魚類ノダウイルス国内株は分子進化学的に独立したSJ、TP、BF、RG系統群の4系統群に分けられ、国外株は何れもRG系統群と密接に関わっていた。2)各系統群内における塩基配列およびアミノ酸配列の類似性は何れも95%以上で、少なくとも各系統群内の株は同一ウイルスであると考えられた。3)解析した遺伝子領域の塩基配列を算出した魚類ノダウイルスの分子進化速度は2.6×10^<-3>/座位/年で、これにより魚類ノダウイルスの4系統群は100150年前に分岐時期したことが示唆された。この結果は、魚類ノダウイルスが異なる宿主間での感染を繰り返しながら宿主範囲を広げてきたことを示している。4)各系統群内における細かな分岐はここ10年の間に起こったと推察され、海産魚の種苗の移動が頻繁に行われるようになった時期に一致することから、魚類ノダウイルスの伝播に人為的要因が関与したことが窺われる。5)作成した分子系統樹から、魚類ノダウイルスの国内伝播にはヒラメが関与していた可能性が示唆された。
教員の理科教材開発能力の育成をめざしたアクションリサーチ型研修プログラムの開発

本研究では,現職教員が教材研究を通して,理科内容についてより確かな知識を獲得し理解することを支援するための研修教材の開発,および研修プログラムの構築を目的とした。研修教材には身近な事物・現象を用い,幅広い分野で扱える素材を提供することで,より独創的な教材を開発することができた。研修プログラムはアクションリサーチ型とし,個々の教員のニーズに合致した素材を提示,教材研究から授業実践まで支援することで教員のモチベーションは維持され,新たな教材研究へ取り組む意欲が向上するなど,高い成果を上げることができた。本研究では,理科教員の資質向上のために,地域や日常生活に内在する教材資源を活用した教材開発や教材研究を通じて理科内容のより高度な理解を助け,現職教員の理科教材開発を支援することでその資質の向上が促されるよう,アクションリサーチ型の研修教材および研修プログラムを構築することを目的としている。本年度は,実態調査,素材の発掘および教材内容の検討を行った。実態調査では,現職の理科教員に対して,教材開発や教材研究の意義やその有効性,必要なサポート体制かなどについて,アンケートやインタビューによる調査を行った。その結果,ほとんどの理科教員は,教材開発や教材研究に対して児童・生徒の興味関心を高めるのに有効であると考える一方,教材開発によって自身の資質を高められるとは考えていないことが分かった。また,予算的なサポートを望む声が多かった。素材の発掘および教材内容の検討では,分野ごとに次のような検討を行った。物理分野では身近な物理現象として静電気を取り上げ,それを検出する装置の製作および実践を通じて,教材開発の方向性を探った。化学分野では,身近な化学物質や,化学物質のリサイクルに着目した教材内容の検討を行った。生物分野では,骨と筋肉のつながりの教材開発と試行的実践,相利共生の実験教材の開発,DNA分析の実験教材の開発と試行的実践を行い,それらの研修プログラムとしての方向性を探った。地学分野では,流水のはたらきを題材とした地域教材の発掘と試行的実践を行った。さらに,探究活動による理科的資質の向上への効果を,大学生への実践を通じて検証した。以上の成果については,WEBページのコンテンツとしてデータベース化を検討中である。本年度は,物・化・生・地の各領域の主担当者が,各々指導・助言にあたり,研修プログラムの策定,試行的実践および改善を行った。物理領域では,高等学校において「探究活動の方法と面白さ」「高速度カメラを用いた探究活動の方法」「手回し発電機とニクロム線カッターを用いた探究活動」「音速測定に関する探究活動の方法」について実演指導を行った。また,「静電気」「手回し発電機とニクロム線」を題材とした実験指導を行ったほか,「宇宙からの放射線を実感する教材」の紹介も行った。化学分野では,高等学校1年生2学期を,探究活動をコアとした授業構成にする試みを行った。2学期開始前に現場教員と11月の探究学習の企画打ち合わせを行った。この企画は,生徒が既習事項に基づいて探究活動を行うものであり,したがってそれまでの授業は,探究活動を目指した化学的知識や実験技能の習得を基盤とした授業構成とした。探究活動の課題は,その成果を次の単元で活用できるよう工夫した。授業実践を行う現場教員への新たな支援策として,他校の教員との情報交換の仕組みについても試行した。生物領域では,「生物の多様性と共通性」および「生物の相互作用」を題材として取り上げ,教材研究ならびに実践指導を行った。また,既存の実験手法を批判的に捉える題材として「光合成」「植物ホルモン」を取り上げ,試行的な教材研究を行ったほか,新学習指導要領に対応した,生物の多様性と共通性に関する最新の情報収集にも努めた。地学分野では,小学校において「流れる水のはたらき」の単元に関する教材研究および実践指導を行った。特に教材については,地域に根ざした素材を探索することを主眼とし,学校近隣の河原の礫を取り上げた。また授業実践では,水槽を用いたモデル実験を取り入れるため,各種条件設定などの教材研究を行った。本研究では,教員本来の資質の向上を目指した現職教員の理科教材開発を支援するアクションリサーチ型の研修教材および研修プログラムを構築することを目的としている。そのため本研究では,教員のニーズや実態を解明し,身近な事物・事象から見出した素材をもとにした研修教材の開発,これらのデータベース化,研修プログラムの評価・再検討・改善を行った。本年度は,研修教材の開発,研修プログラムの評価,成果に関する情報の共有を目指した。教材の開発については,現場教員の関心の高かった新指導要領を意識したものや,地域に根ざした素材を活用して取り組んだ。例えば生物分野では眼球モデルの開発や拡大装置の自作などである。また,単元間や科目間,教科間を横断的に扱える内容も考慮した。これらは探究活動をコアとした授業構成の基盤にもなった。現職教員と対象とした研修プログラムも改善・実施した。

これまで研修に参加した教員に対して,独自の教材開発を促しつつ,開発された教材に関連した授業実践の観察・評価を行った。その結果,授業での明確なイメージを持って教材開発に取り組んだ場合は,より効果的な授業を構成できるだけでなく,内容に関する理解も深まることが確認された。また,一定の成果を上げられたという経験により,本人の教材研究に対するモチベーションが持続されていることも確認できた。蓄積された研修プログラムは,教材そのものよりも教材研究のアプローチなどのプロセスを重視したものとした。本研究の成果による個々の教材研究については,各種学術雑誌や学会等で公表した。開発された研修教材の学校現場への情報提供については,印刷媒体よりも電子媒体の方が利便性が高いという現場教員からの意見により,Eメール等で提供を行うこととした。当初予定していたWEBページによる公開については,担当者へ連絡可能なリンクを設定することで対応することとした。各領域の主担当者が,それぞれ独自の取り組みを行い,その成果を相互に共有することで,多様なプログラムについて認識を深めることが可能になっている。領域ごとに研究の進展の度合いは異なっているが,それは各研究分担者の志向や領域に固有な事情によるものであると考えられる。したがって総じて本研究の達成度は,おおむね順調と言える。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の「研修プログラム」は現場教員に対する個別対応によるケースワークであり,普遍的なものではない。したがって今後の推進方策としては,研修プログラムを改善しつつ,事例を蓄積していくことになる。当初,個々の研修プログラムは,素材情報と合わせてWEBページで広く公開する予定であったが,教材研究の題材や教材の活用法,授業実践の様々な情報源には,一次資料の特定が困難な場合もあり,著作権等を考慮すると,公開には検討の余地がある。そのため,情報の管理について責任ある対応が可能なグループ内での共有に限定する等,別な方法を検討している。
細胞膜ロイシン受容体の提唱とその分子同定およびｍＴＯＲ系へのリンクの解明

細胞膜型ロイシン受容体の活性が見られる細胞と、見られない細胞の細胞膜画分を用いた網羅的比較定量プロテオミクスにより、細胞膜型ロイシン受容体の候補因子群を見出した。機能解析の結果、増殖因子の受容体を介したシグナル伝達に関与しており、アミノ酸シグナル系と協調的にmTORC1の活性化に寄与する因子を見出した。また、サンプル調製法と測定法に改良を加えて膜タンパク質に特化した比較定量プロテオミクスの測定系を確立したほか、比較定量リン酸化プロテオミクスの測定系を確立した。細胞膜型ロイシン受容体の分子同定とそのシグナル系とのリンクの網羅的解析に向けて、充分な基盤技術を確立することができた。平成24年度に細胞膜画分の網羅的な比較定量プロテオミクスにより、細胞膜型アミノ酸受容体の候補因子をいくつか見出した。平成25年度には、これら候補因子のRNA干渉法による遺伝子ノックダウンによる機能解析を実施した。その結果、7種類の候補因子のうち1つの因子については、ノックダウンによってアミノ酸添加時のmTORC1活性化が顕著に減弱することがわかった。その後の詳細な解析で、同因子が少なくともインスリンやIGF-1などの増殖因子の受容体を介したMAPキナーゼ, Akt, TSC2等の多くの因子のリン酸化に関与しており、アミノ酸シグナル系と協調的にmTORC1の活性化に寄与することを明らかにした。アミノ酸シグナル伝達に直接的に関与する因子であることは未だ示せていないが、現在、免疫沈降実験と質量分析による分子同定を組み合わせて、同因子と物理的に相互作用するタンパク質群からアミノ酸受容体同定に繋げることを試みている。また、リン酸化プロテオミクスの系を立ち上げることができた。因子の同定後は、その下流に広がるリン酸化シグナルカスケードを網羅的に解明できることが期待される。さらに、当初予定していたiTRAQ法による比較定量プロテオミクスに加えて、より低シグナルのデータについても高い定量性を発揮する非標識比較定量法の測定手技の確立もおこなった。細胞膜型アミノ酸受容体の分子同定に向けて、充分な技術的基盤を立ち上げることができたものと考える。本研究は、アミノ酸濃度情報をリン酸化シグナルに変換してmTOR系による細胞内代謝調節機構とリンクさせる、細胞膜型ロイシン受容体分子を同定しその機能を明らかにすることを目的としている。これまで当該分野で想定されてきた細胞内アミノ酸センサーとは異なる新しい概念の細胞膜受容体を提唱するものである。平成24年度は、細胞膜型受容体と細胞内センサーを発現している2種類の細胞株間で、細胞膜タンパク質の網羅的な比較定量プロテオミクス解析を実施した。細胞膜タンパク質をビオチン標識試薬でラベルし、ビオチン-アビジン系を利用したアフィニティー精製により回収した後、トリプシンでペプチド化したサンプルを用いてiTRAQ法により解析した。その結果、細胞膜型受容体を発現している細胞の細胞膜において特に高い発現を示す候補因子をいくつか見出した。現在、得られた候補因子について個別にRNA干渉法によるノックダウンをおこないアミノ酸シグナル系における機能解析を実施している。また並行して、サンプル調製法と質量分析計による測定法の改善にも取り組んだ。細胞膜画分調製に改良を加えて膜貫通型タンパク質に特化した方法を開発し、特に同定が困難とされている複数回膜貫通型タンパク質の同定数を大幅に増やすことに成功した。次年度はこの手法を用いた比較定量プロテオミクス解析を実施して、新たに候補因子の絞り込みをおこなう予定である。さらに、iTRAQ法による比較定量リン酸化プロテオミクス解析を実施して、アミノ酸刺激に応答してリン酸化が上昇する約400種類のタンパク質を見出すことができた。受容体分子の同定後は、この手法により受容体下流の細胞内シグナル伝達系の網羅的な解析に取り組む予定である。細胞膜型アミノ酸受容体の分子同定を目的として、細胞膜タンパク質の比較定量プロテオミクスを計画通りに実施し、細胞膜型ロイシン受容体を発現している細胞において特に高発現しているいくつかの因子を見出すことができた。現在、個別にノックダウン実験をおこなってそれら候補因子の機能評価を進めている。その中には、実際にノックダウンによってアミノ酸刺激によるmTORの活性化が抑制される因子も見出されているが、その因子自身は膜タンパク質ではなく足場タンパク質であるため、その結合因子の探索から受容体の同定へつなげるアプローチも検討している。また、ビオチン化ラベルした細胞膜画分を用いたiTRAQ法によるプロテオミクスの実験手技については、細胞質タンパク質も相当数同定される点など依然として改良の余地があったため、膜タンパク質の同定に特化したサンプル調製法と質量分析計による測定法の開発にも並行して取り組んだ。その結果、膜タンパク質の同定数を大幅に伸ばすことにも成功している。今後、この改良した方法を基にさらなる改善を加えながら有望な候補因子の絞り込みを進める。また、当初は次年度に実施を計画していた比較定量リン酸化

プロテオミクス解析にも既に着手することができた。細胞内センサーを発現しているHeLaS3細胞をモデルに用いて、細胞内に取り込まれたロイシン刺激依存的な細胞内リン酸化の網羅的変動を明らかにする比較定量リン酸化プロテオミクスの方法論を確立した。一方で、細胞膜型ロイシン受容体に特異的なアゴニストを基にした光反応性プローブの合成には至っておらず、次年度も引き続き取り組んでいく予定である。以上のように、当初の計画とは多少の前後が有るものの、全体としておおむね順調に進展しているものと考える。次年度は、以下に述べる手法を並行させて細胞膜型アミノ酸受容体の同定に継続して取り組む。今年度見出した因子の結合因子を質量分析法により網羅的に同定して受容体の単離を試みる他、改良を加えた細胞膜タンパク質の比較定量プロテオミクスによって、受容体候補因子の絞り込みを再度おこなう。また細胞膜型受容体特異的なアゴニストの分子構造を基に光反応性プローブをデザイン・合成し、光ラベル化技術を利用したケミカルバイオロジーの手法による分子同定にも取り組む。このプローブはロイシン受容体と特異的に結合する部分、光ラベルするためのジアジリン環を持つ光活性基部分、ラベルした蛋白質を回収するためのビオチン部分を持つ。この化合物でロイシン受容体を特異的に標識して、質量分析計により蛋白質を同定する。上記の複数の手法により見出した候補因子について、siRNAによる遺伝子ノックダウンを行い、ロイシン添加によって誘導されるmTOR下流のp70S6Kのリン酸化を指標にした機能解析をもって細胞膜ロイシン受容体の分子同定を完了する。受容体の分子同定後は、比較定量リン酸化プロテオミクスにより細胞膜ロイシン受容体のmTOR系へのリンクを網羅的に明らかにする。細胞膜型ロイシン受容体遺伝子ノックダウン細胞と対照細胞をロイシンで刺激し、iTRAQ法による比較定量リン酸化プロテオミクス解析を実施する。この際、受容体のノックダウンによってロイシン刺激に応答しなくなるものを受容体下流のシグナル経路の候補因子とする。各因子は個別にsiRNAによる遺伝子ノックダウンをおこなって、ロイシンが引き起こすmTOR活性化への影響からその機能的重要性を検証する。さらに、他のmTORシグナル系因子との関連を明らかにするため、細胞膜ロイシン受容体とmTOR系の既知因子との同時ノックダウンを実施する。該当なし
宇宙ストレス克服を目指した転写因子Nrf2の生理機能解析

酸化ストレスや外来毒物など地上での環境由来ストレスに対して、転写因子Nrf2が抗酸化・異物代謝に関わる遺伝子群の発現を誘導して、生体の恒常性維持に貢献する。Nrf2は、通常はユビキチンE3リガーゼであるKeap1によりユビキチン化され、プロテアソームにより迅速に分解されている。また、Keap1はストレスセンサーとしても機能し、ストレスを感知するとNrf2ユビキチン化を停止する。それにより安定化したNrf2は核内に蓄積して、生体防御酵素群の遺伝子の転写を活性化する。実際に、Nrf2欠失マウスは酸化ストレスによるダメージに脆弱になることから、Nrf2活性化は宇宙環境ストレスに対して防御的に働くものと予想され、Nrf2誘導剤がその予防に有効であると期待される。このような研究から、Nrf2活性化は宇宙ストレス克服の有効な手段になる可能性が高いと考え、それを検討・実証する目的で本研究の着想に至った。JAXAが公募した国際宇宙ステーション(ISS)「きぼう」フィジビリティスタディに採択され、私たちはNrf2欠失マウスのISS長期滞在実験を進めた。2018年4月2日に野生型マウスおよびNrf2欠失マウスそれぞれ雄6匹ずつを打ち上げ、ISS「きぼう」に搭乗させた。約30日間の軌道上滞在を終え、5月6日に12匹全匹生存して帰還した。行動解析およびヘルスチェック後に解剖を行いサンプリングを行った。野生型に比べてNrf2欠失マウスは軌道上飼育前後の体重増加率が有意に低下していた。軌道上での摂餌量は両者で有意な差はなかったことから、Nrf2欠失によってエネルギー代謝に影響が現れたものと考えられた。このことは、宇宙環境ストレスに対してNrf2欠失マウスが脆弱であることを示す。地上対照実験を2018年10月にJAXA筑波において実施し、軌道上実験と同様にサンプルを取得し現在解析を進めている。予定通り、軌道上実験および地上対照実験のサンプル取得を終え、現在解析を進めている。軌道上実験および地上対照実験のサンプルの解析は、主に東北大学の第一線研究者に協力いただき、網羅的な解析を現在実施している。主な解析項目として、組織学解析とトランスクリプトーム(RNA-seq)解析を主要組織について実施する。特に、Nrf2欠失マウスにおいて体重増加率の低下が観察されたことから、脂肪組織など代謝関連組織および血漿メタボローム解析を進め、宇宙環境におけるNrf2欠失が引き起こす影響を明らかにする。本実験では、同一個体について尻尾からの採血を宇宙滞在前、滞在中、帰還後に行い、採血サンプルを取得しているので、質量分析によるメタボローム解析により血中代謝物の変化を経時的に調べることができる。また、宇宙ストレスに起因する新規表現型を探索し、その表現型とヒト加齢性疾患との関連を探る。東北メディカル・メガバンク機構が有する大規模コホートデータを活用して、ゲノム情報、遺伝子発現およびメタボロームプロファイルの情報を基に、マウスとヒトの加齢性疾患の比較検討を行い、加齢性疾患発症機序の理解やNrf2誘導剤を用いた克服法の提唱を試みる。以上の研究を通して、新たな宇宙ストレス克服法および連関する地上での加齢性疾患を克服するための応用・展開研究の樹立・発展を目指す。

主な解析項目として、組織学解析とトランスクリプトーム(RNA-seq)解析を主要組織について実施する。特に、Nrf2欠失マウスにおいて体重増加率の低下が観察されたことから、脂肪組織など代謝関連組織および血漿メタボローム解析を進め、宇宙環境におけるNrf2欠失が引き起こす影響を明らかにする。本実験では、同一個体について尻尾からの採血を宇宙滞在前、滞在中、帰還後に行い、採血サンプルを取得しているので、質量分析によるメタボローム解析により血中代謝物の変化を経時的に調べることができる。また、宇宙ストレスに起因する新規表現型を探索し、その表現型とヒト加齢性疾患との関連を探る。東北メディカル・メガバンク機構が有する大規模コホートデータを活用して、ゲノム情報、遺伝子発現およびメタボロームプロファイルの情報を基に、マウスとヒトの加齢性疾患の比較検討を行い、加齢性疾患発症機序の理解やNrf2誘導剤を用いた克服法の提唱を試みる。以上の研究を通して、新たな宇宙ストレス克服法および連関する地上での加齢性疾患を克服するための応用・展開研究の樹立・発展を目指す。