hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
野生動物における病原性Ｂａｒｔｏｎｅｌｌａ属菌の生態解明に関する研究

今年度は,わが国の鹿とその外部寄生虫におけるBartonella属菌の保有状況ならびにベクターについて検討した。【材料と方法】平成20年11月平成22年3月の間に,北海道・奈良県・和歌山県で捕獲された野生鹿(エゾシカ19頭とホンシュウシカ26頭),宮城県・愛知県の飼養鹿(ホンシュウシカ27頭)から血液を,奈良県の野生鹿からマダニ33匹とシラミバエ10匹を採取した。各試料からBartonella属菌を分離し,gltA領域の塩基配列から系統解析を行った。【成績と考察】野生鹿の57.8% (26/45)からBartonella属菌が分離されたが,飼養鹿からは分離されなかった。野生のエゾシカとホンシュウシカの保菌率はそれぞれ42.1% (8/19),69.2% (18/26)であった。シラミバエの90% (9/10)からBartonella属菌が分離されたのに対し,マダニでは3.0% (1/33)から分離されたのみであった。系統解析の結果,分離株はB. capreoliと同一または独立したクレードを形成した。また,マダニ分離株の遺伝子型は寄生していた鹿の株と同一の遺伝子型であったが,シラミバエ分離株では異なっていた。以上から,わが国の野生鹿は少なくとも2種のBartonella属菌を高率に保菌していることが明らかとなった。野生鹿の多くに外部寄生虫が認められたが,飼養鹿には認められなかったことから,鹿のBartonella属菌の水平伝播には外部寄生虫,特にシラミバエが関与している可能性が示唆された。今後,鹿が保有するBartonella属菌の公衆衛生上の意義を検討する必要があると思われた。研究実績の概要にも示したように,今年度はわが国のイヌ亜目動物の1,205頭についてBartonella属菌の保有状況ならびに分離株の系統解析を行った。その結果,試料収集,外来野生動物であるアライグマ1,008頭からはBartonella属菌は分離されなかったが,ニホンアナグマ,テンなど日本産野生動物からは,Bartonella属菌が分離された。分離菌の遺伝子解析の結果,ニホンアナグマ分離株はB. clarridgeiaeと最も高い相同性を示した。一方,テン分離株はB. washoensisと最も高い相同性を示した。これらの成果は,すでに以下の論文として,発表済みである。以上の通り,研究自体はおおむね順調に進展している。研究実績の概要にも示したように,今年度はわが国の鹿とその外部寄生虫のBartonella属菌の保有状況ならびにベクターについて検討した。試料収集,培養,遺伝子解析などはほぼ終了しており,わが国の野生鹿は高率にBartonellaを保有していること,鹿が保有するBartonella属菌は少なくとも3菌種(うち2つは新種)であることが判明した。また,野生鹿に寄生しているシラミバエがBartonella属菌のベクターである可能性を示すことができた。次年度以降は,わが国に生息する鹿,イヌ亜目以外の野生動物,すなわち猫亜目(ヤマネコ,マングース,ハクビシンなど)や猿などについてBartonella属菌の保有状況を細菌学的手法を用い検討するとともに,その保有菌種について分子生物学的な手法を用いて明らかにする。また,Bartonella属菌は分離されなかったものの、病原種に近縁なDNAが検出されたアライグマ及びタヌキについて,継続して分離培養を進めるとともに,さらに分離方法を改良してBartonella属菌の保有状況を明らかにする。
酸化ストレスによる細胞膜糖脂質修飾を介した癌細胞増殖・浸潤制御の機構解析

酸化ストレス下で観察される癌細胞の増殖および浸潤能の変化に細胞膜脂質の質的、量的変化がどのように関与しているかを明らかにすることを目的として研究を行った。その結果、低酸素条件下で観察されるマウスメラノーマ細胞の浸潤能亢進に細胞膜中ガングリオシド含量の増加とそれによる細胞接着因子関連タンパク質複合体の変化が関与していることが明らかとなった。この成果により癌細胞の悪性化機構の一端が明らかになった。酸化ストレスにより誘導される細胞膜糖脂質修飾を同定するため、マウス黒色腫細胞B16FlOを1%酸素条件下で72時間培養した後、細胞膜糖脂質を調製した。糖脂質の調製は、回収した癌細胞よりヘキサン/イソプロパノールにより細胞膜脂質を抽出し、その後Folch抽出法を行うことで実施した。この状態の極性脂質には多くの不純物が含有されていたため、C18カラムを用いて、更に精製を行った。精製後の糖脂質をHPTLC分析に供し、オルシノール染色およびレゾルシノール染色により可視化したところ、B16F10細胞の主要な糖脂質はガングリオシドGM3であることが明らかとなり、また低酸素条件下で72時間培養することにより、移動度の異なるガングリオシドが出現することが確認された。精製GM3と比べるとわずかに移動度が遅くなる傾向が観察され、低酸素条件下での培養により細胞膜糖脂質に修飾が起きているものと推測された。細胞培養系では修飾糖脂質の構造を決定するだけの量が得られないことが明らかとなったため、次年度に向けて固形癌を出発原料とする手法の検討を開始している。また、外因性に精製ガングリオシドを添加し、細胞膜糖脂質含量を増加させた際にB16F10細胞の細胞運動能が低下することを見出し、その機構を解析するため細胞膜マイクロドメインを調製し、各種細胞膜タンパク質の局在をWestern Blot分析により検討すると同時に、蛍光顕微鏡を用いた細胞免疫染色を実施した。その結果細胞運動能の低下にはマイクロドメインへのインテグリンα5β1およびCD9、c-metの局在変化が関与していることを見出した。昨年度に引き続き、酸化ストレス条件下、特に低酸素培養条件下での細胞膜糖脂質の変化について検討を行った。計画に従い培養細胞の代わりに固型癌を出発材料として修飾糖脂質の分離を行ったが、通常のガングリオシドGM3と移動度の異なるバンドが検出されたものの、量的に少なく精製することはできなかった。この点は次年度に継続して検討する予定である。そこで、糖脂質の質的変化でなく量的な変化に着目し、培養細胞を用いた検討を行ったところ、低酸素条件下で3日間培養したマウスメラノーマ細胞B16F10において、通常酸素条件下で培養した細胞に比べ、細胞膜上のGM3含量が大きく増加することを見出した。またその際、癌細胞の増殖能の低下、浸潤能の亢進が認められた。浸潤能の亢進には接着能の低下と運動の亢進が関与していることも明らかにした。このような癌細胞の性質変化へのGM3の関与を詳細に解析するため、GM3が細胞膜上で形成しているマイクロドメイン構造に関して検討を進めた。GM3と直接結合することが知られているテトラスパニンCD9の含量には低酸素培養によっても大きな変動は見られなかった。一方マイクロドメイン中に存在することが予想されるインテグリンα5β1およびその裏打ちタンパク質であるFAKの局在は低酸素培養条件下で大きく変化しており、低酸素培養後にはより大きな複合体を形成していることが明らかとなった。この複合体形成能の変化が低酸素培養時に観察された運動能、浸潤能の亢進に深く関与しているものと推測している。さらにGM3抗体を用いた免疫共沈降法と質量分析法を組み合わせることで、GM3含有マイクロドメインに含まれる新たなタンパク質候補を見出すことにも成功した。次年度にはマイクロドメイン構成タンパク質のプロテオミクス解析を実施する予定である。昨年度の研究によりマウスメラノーマ細胞B16F10を低酸素条件(5%O_2)下で72時間培養することにより、細胞膜糖脂質の一つであるガングリオシドGM3含量が増加し、癌細胞運動能が亢進することが明らかとなった。そこで本年度はGM3含量が増加する機構および増加したGM3が細胞膜中で果たしている役割の解明を行った。低酸素培養を行ったB16F10においてGM3合成酵素遺伝子の発現量を測定したところ、GM3合成酵素mRNA量が対照群に比べて約10倍に増加していることが明らかとなり、GM3含量の増加は合成酵素の遺伝子発現の段階で調節されていることが示唆された。

次いで、GM3が細胞膜マイクロドメイン中で形成している複合体について解析を行うため、低酸素培養したB16F10からショ糖密度勾配超遠心により細胞膜マイクロドメインを調製し、マイクロドメイン中のインテグリン存在量を測定したところ、低酸素培養によりインテグリンα5およびβ1のマイクロドメインへの局在が大きく増加することを見出した。しかしマイクロドメイン中のGM3含量には変化がなく、マイクロドメイン以外の場所でGM3含量が増加することで間接的にマイクロドメインの構造が変化し、細胞接着・細胞運動能が変化している可能性を示唆する結果が得られている。今後はマイクロドメイン中のインテグリン複合体に含有されるタンパク質の同定およびその定量が必要と考えられ、それらを明らかにすることで低酸素条件下での癌細胞浸潤亢進機構の新たな知見が得られることが期待される。
分岐解析と最適化に基づく非線形制御系の解析的検証手法と車両運動制御系への応用

本研究の目的は,非線形制御系にも適用可能な実用的かつ信頼性のある机上検証手法を開発し,車両運動制御系への応用例からその有効性を示すことである.従来研究が不十分であった制御系の検証(性能保証)問題を取り扱い,非線形系を対象として分岐解析を用いた新しい検証手法を開発する点が本研究の特徴である.研究の結果,非平衡状態を等価平衡状態と見なして分岐解析を行う新たな検証手法が開発され,車両運動制御系への適用からその有効性が確認された.本研究の目的は,非線形制御系にも適用可能な実用的かつ信頼性のある机上検証手法を開発し,車両運動制御系への応用例からその有効性を示すことである.従来研究が不十分であった制御系の検証(性能保証)問題を取り扱い,非線形系を対象として分岐解析を用いた新しい検証手法を開発する点が本研究の特徴である.研究の結果,非平衡状態を等価平衡状態と見なして分岐解析を行う新たな検証手法が開発され,車両運動制御系への適用からその有効性が確認された.本研究の目的は,非線形制御系にも適用可能な効率的かつ信頼性のある制御系の机上検証手法を開発し,実際的な応用例からその有効性を示すことである.近年研究が進んでいる非線形システムに対する分岐解析手法と最悪入力評価法を用いる点が本研究の特徴である.本年度は主として分岐解析の車両運動制御系への適用について検討した.まず,簡単な車両モデルに対して分岐解析を適用し,タイヤ特性が限界領域の運動性能に及ぼす影響を検討した.その結果,鉛直荷重で正規化した前後輪タイヤカの最大値によって限界領域の運動特性が異なり,いくら前輪舵角を大きくしても不安定化しない車両と,ある前輪舵角以上では不安定状態に陥る車両があることを明らかにした.この結果はフィリピンで開催された機械工学に関する国際学会で発表した.続いて,通常の分岐解析の手法を拡張し,非平衡状態においても仮想的な外力を加えることによってシステムを等価的な平衡状態にあると見なし,分岐解析を適用する新たな手法を開発した.この手法を加減速状態における車両に適用し,減速時には車両が不安化する可能性があることを明らかにした.以上の結果は米国で開催された車両運動力学に関する国際会議で発表し,その着想の斬新さによってThe Best Paper Awardを受賞した.さらに車両運動制御系の新しい設計手法を開発するため,従来の発想とは全く異なる品質工学に基づく制御系設計手法を提案した.この手法は非常に汎用性があり,比較的少ない計算量でロバスト性,目標値追従特性など複数の設計目標を高次元で満足させることができる.この手法を車両運動制御系に適用し,その有効性を数値シミュレーションによって示した.この結果は国内の学会で発表し,品質工学の制御系設計への適用という発想が評価され,ベストペーパー賞およびベストプレゼンテーション賞を受賞した.本研究の目的は,非線形制御系にも適用可能な効率的かつ信頼性のある制御系机上検証方法を開発し,実際的な応用例からその有効性を示すことである.近年研究が進んでいる非線形システムに対する分岐解析手法を応用する点が本研究の特徴である.昨年度は車両の限界運動領域の非平衡状態における運動特性を分岐解析によって検討する手法を開発したが,本年度は制御系を含んだ車両運動制御系の性能保証にこの方法を適用し,その有効性を検討した.まず,車両運動制御系として四輪操舵と四輪トルク制御を併用した統合運動制御系を取り上げ,その設計手法として分岐適合制御(bifurcation Tailoring)の適用を試みた.この方法は,非線形領域において車両運動制御系の平衡状態が望ましい分岐線図に一致するようにフィードフォワードおよびフィードバック制御系を設計するもので,非線形制御系設計の有力な手法になると考えられる.前輪操舵のみ,四輪操舵のみ,および統合制御の3つの制御系について,本研究で開発した非平衡状態における分岐解析手法を適用し,それらの効果について検討を行った.その結果,統合制御はタイヤカが飽和する限界状態においても安定性を維持することができ,四輪操舵と比較して格段の安定性向上効果があることが理論的に示された.また,平衡点まわりの安定領域の大きさによって3つの制御系を比較し,四輪操舵は前輪操舵のみの車両と比較して安定領域を拡大することができるものの,その効果は統合制御よりかなり限定的であることも示された.これらの成果は2008年10月に開催された国際学会で発表し,高い評価を得た.
消化器外科領域における分子標的治療に向けた包括的基盤研究

正常肝のみならず脂肪肝の肝切除あるいは加齢肝切除といった種々のマウス疾患モデルに関して、肝再生の開始、維持、終止の分子機序を細胞内シグナルの役割の観点から解析した。正常肝の再生に関しては、細胞内シグナルJak/STAT3経路およびPI3-K/PDK1/Akt経路を中心に解析し、肝の物理的再生および機能的再生における「細胞成長」の重要性を確認・研究した。分子機序の解析には、STAT3、PDK1の肝特異的ノックアウトマウスおよびそれらのダブルノックアウトマウスを作成し、30%および70%肝切除を行い、細胞内シグナル伝達機構を解析した。必要に応じてアデノウィルスベクターによる種々の遺伝子導入によりシグナル分子機能を制御した後機能解析をした。「細胞増殖」に関しては、mitotic index、BrdUの取り込み、PCNAの発現、Cyclin-A/D/E、CDKの活性化、実際の細胞分裂像の変化を定量的かつ経時的なダイナミズムを解析し、「細胞成長」に関しては、組織切片から、あるいは電子顕微鏡写真をもちいてサイズの測定を行なった。脂肪肝モデルに関しては、leptin受容体欠損のdb/dbマウスを用いて、加齢マウスには12月齢および20月齢以上のマウスを用いて、70%肝切除を行ない、8週齢マウスと比較検討した。正常肝における通常の肝再生には、STAT3を中心とする細胞増殖と同様に、PDK1/Aktに制御される細胞成長が重要であった。細胞増殖が十分に起こらない場合には、PDK1/Akt活性化による細胞成長が肝の再生を維持した。逆に、細胞成長が起こらない場合には、細胞増殖により肝再生は維持されなかった。マウス脂肪肝切除後の再生は不良であったが、この原因は細胞内の細胞増殖関連因子であるWee1/Myt1の発現が低下することにより、Cdc2のリン酸化不全によるものと判明した。加齢マウス肝切除後肝再生モデルでも、肝再生は傷害されていたが、この場合も細胞増殖能は保たれており、むしろ切除後アポトーシスが誘導されることにより肝の再生が障害されていると考えられた。肝再生のプロセスを解析する目的で、以下のようなマウスを用いた動物モデルを作成し、実験・検討した。1)正常肝における30-70%肝切除モデルの作成と細胞内シグナル解析正常肝切除後の再生における細胞増殖、細胞成長の役割を評価する目的で、MAPK/NF-kB経路、Jak/STAT3経路、PI3K/PDK1/Akt経路を中心に解析した。NF-kB経路は、chemical inhibitorであるDHMEQをもちいて、後者はそれぞれ肝特異的STAT3ノックアウトマウス、肝特異的PDK1ノックアウトマウスを作成し肝切除実験をおこなった。その結果、肝の再生には、細胞増殖および細胞成長がともに重要であるが、それぞれSTAT3とPDK1がキーとなる役割を果たしていることが明らかとなった。興味深いととに、細胞増殖が強く抑制された状態でも、肝再生は細胞成長により補われるが、細胞成長が抑制されると(それに関わるシグナルが働かないと)肝再生はきわめて不良で簡単に肝不全に陥ることが判明した。2)正常肝と脂肪肝における肝再生機序の違いの解析脂肪肝は、肝再生が不良で容易に肝不全に陥るため、脂肪肝マウス(db/dbマウス)をもちいて、肝再生のプロセスを正常肝の肝再生と比較検討した。

このモデルは、leptin受容体のない過食モデルであり、日本を含め欧米でも問題になっている脂肪肝のよいモデルであると考える。このモデルでは、肝切除後の再生は低下しており、70%の肝切除後でも生存率に正常との有意差を認めた。核内の細胞増殖に関係するたんぱく質の発現低下が認められ(Mytl, Weel)これが要因と考えられたが、逆に細胞質内のシグナル分子(STAT3)は正常に発現しており、(negative feedbackがかかり)肝切除後過剰に反応していた。3)肝切除後肝再生のサイトカイン産生による評価肝再生の評価を術前後のサイトカイン(とくにIL-6,HGF)の動きと再生の良否を評価、報告した。肝再生のプロセスを解析する目的で、以下のようなマウスを用いた動物モデルを作成し、実験・検討した。1)正常肝における30-70%肝切除モデルの作成と細胞内シグナル解析正常肝切除後の再生における細胞増殖、細胞成長の役割を評価する目的で、MAPK/NF-kB経路、Jak/STAT3経路、PI3K/PDK1/Akt経路を中心に解析した。NF-kB経路は、chemical inhibitorであるDHMEQをもちいて、後者はそれぞれ肝特異的STAT3ノックアウトマウス、肝特異的PDK1ノックアウトマウスを作成し肝切除実験をおこなった。さらに、その下流のSKAR分子の役割をRNAi法により確認した。その結果、肝の再生には、細胞増殖および細胞成長がともに重要であるが、とくにPDK1がキーとなる細胞成長が大きな役割を果たしていることが明らかとなった。2)正常肝と脂肪肝における肝再生機序の違いの解析脂肪肝は、肝再生が不良で容易に肝不全に陥るため、脂肪肝マウス(db/dbマウス)をもちいて、肝再生のプロセスを正常肝の肝再生と比較検討した。核内の細胞増殖に関係するたんぱく質の発現低下が認められ(Myt1,Wee1)これが要因と考えられたが、逆に細胞質内のシグナル分子(STAT3)は正常に発現しており、(negative feedbackがかかり)肝切除後過剰に反応していた。3)加齢肝・肝再生不全の機序解析加齢マウス(20月齢以上)をもちいて、肝切除後肝再生不全の機序の解明を行なっている。加齢マウスの肝切除では、若いマウスと比して細胞増殖能は保たれていたが、アポトーシスが著明に誘導された。正常肝のみならず脂肪肝の肝切除あるいは加齢肝切除といった種々のマウス疾患モデルに関して、肝再生の開始、維持、終止の分子機序を解析した。とくに、「細胞増殖」、「細胞成長」「アポトーシス」の面に着目し、これらの細胞機能に対してどのような細胞内シグナル・細胞間シグナルがはたらいており、細胞としてだけでなく臓器としての機能につながっているのかを研究・解明した。脂肪肝モデルに関しては、leptin受容体欠損のdb/dbマウスを用いて、加齢マウスには20月齢以上のマウスを用いて、70%肝切除を行った。
職業特性の比較研究と価値志向の動向把握

各種職業従業者の価値観について、聞きとり調査と調査要による調査とを行った。その結果によると、価値観のすべてが職業と強いつながりを示すわけではなく、強い関連を示す価値観の領域と、弱いつながりしか示さない領域とがみられた。何んのために働くかといった職業観や金銭観、社会的上昇志向などは職業による差が顕著にみられ、人間観や家族観などは差が明確でなかった。職業によっても差がみられ、専門的職業や職人的な仕事に従事するものでは職業と価値観とのつながりが比較的強いが、同じように強いつながりを示す管理、経営者とは別種のつながりかたを示した。このような職業と価値観とのつながりは過去と比較すると弱くなっているようである。しかし、一部の職業、たとえばベンチャ-・ビジネスの経営者などにおいては、価値観とのつながりが非常に強くみられた。生活に占める職業生活のウェイトが全体的には弱化しつつあることを背景として、価値観が職業以外の要因の規制を強く受けるようにりつつあるが、一部では特徴的な価値観をもつ人が新しく生まれた職業に多くみられるという現象もあった。職業の変化と考えあわせると、今後、価値観との関係の弱い多くの職業と、価値観と強く関連する少数の職業とに分化することが予想される。これら職業と価値観のつながりは、いわゆる職業的社会化によるものと、特定の価値観をもったものが特定の職業を選択することによる部分とがあると考えられるが、今回の研究ではそれらを明確に分けて折出することはできなかった。本年度は63年度に予定されている実地調査のための準備として,過去の調査の整理,文献の再検討をおこない,研究の枠組の設定に力を注いだ.まず関連ある主題を扱った調査研究は予想以上に少ないことが判明した.したがって,研究の枠組は従来あるものを改善するというよりは,新しく開発する必要が明らかになり,討議を重ねた.価値志向の動向を探るためには,過去の価値志向を把握しておく必要があるが,そのため戦前期の文献を中心として整理をおこない職業と結びつきのある価値観の戦前の状況を知ろうとした.また,試行的にインタビューをおこない,どのような形式のインタビューをおこなえば,我々の調査に沿ったデータが得られるかの検討をおこなった.次年度(63年度)は,この研究枠組にそった実地調査を実施する予定であり,そこで把握されたものが過去のもの(主として戦前)とどのように違っているか分析する予定である.本年度は、まず昨年に引きつづき実地調査の準備をおこなった。過去の研究の検討と、研究メンバーによる討論を重ねた。実地調査は比較的少数の人を対象とした長時間のインタビューと郵送調査による大量データの募集との2つをおこなった。インタビューは研究メンバーが直接おこなった。いわゆる非指示的面接によって、従事している職業の特性、職業観、周囲の人の職業観との差異、時代的変化などについてヒアリングをおこなった。それをテープにとり、一部は文字におこして記録した。もう一方の大量データの蒐集は、当初は調査員による面接調査を予定していた。しかし、その方法を採用すると対象者を地域的に限定することは可能だが、その反面職業を限定することが不可能である。種々検討の結果、職業をいくつかに限定することが望ましいとの結論に達したため、調査員による面接調査に代わって郵送調査をおこなうこととした。対象職種は専門職の性格と事業家の性格とを合わせもっているものを戦略的に選択した。約800のサンプルを対象として郵送調査をおこない、その結果を統計的に処理した。来年度はこの統計結果およびインタジュー結果をもとに討論、分析をおこない、報告書を作成する予定である。本年度は前年度におこなッた統計調査のデ-タを分析すること、インタビュ-結果をある枠組みに従って整理すること、これらの実態分析を従来の理論的研究と突き合せることを行なった。

職業特性については、肉体労働・非肉体労働・専門職・非専門職といった二分法から、情報処理、対人関係、技術という3次元のそれぞれにおいて当該職業がどのような位置を占めているかを把握する方法が提唱されてきているが、この新しい方法の有効性はある程度確められた。すなわち、この把握の方法で各職学をとらえた場合に意識などに差がみられるということである。しかし、この3次元で充分かというと若干問題があり、単調さや自律性の程度も考慮に入れる必要があることがデ-タから示唆されている。職業特性と価値観・意識との関連はある程度みられた。そして、職業構造は大きく変動しつつあるのであるから、価値観や意識もそれに伴って大幅に変化することが予想される。しかし、価値観や意識は、たとえそれが職業に関連する意識であっても、職業構造の変化とは独立の他の要因(たとえば高学歴化、都市化など)によって変化する部分が大きく、職業構造の変部に伴う価値や意識の変化を検出することは容易ではなかった。したがって、今後は価値のどの側面の社会変動のどの側面と対応するかを研究することが必要となる。価値形成における職業の重要性は若干低下するかもしれないからである。
コムギおよびダイズ品質の空間変動を是正し持続的生産を可能とする可変量管理

田畑輪換田において,コムギおよびダイズを対象に収量・品質の圃場内変動をもたらす要因を解析し、その圃場内変動に応じて肥料や種子などの農業資材の投入量を変化させ圃場内の収量・品質変動を是正する可変量管理の可能性を検討した。コムギでは播種時土壌含水比の圃場内変動に応じて播種量を制御する可変量管理によって、場所ごとの穂数を是正することで圃場の平均収量を是正し得ると考えられた。ダイズでは面積当たり個体数を制御する可変量管理によってダイズの枝条構造を変化させ圃場内の品質変動を是正できると考えられた。圃場内でのコムギ生育変動を是正することで収量を維持しながら窒素収支バランスを改善できることを明らかにした。本研究では、品質・収量の向上と安定化が重要である水田作のコムギおよびダイズを対象に、集落営農において品質と収量の圃場間・圃場内変動を是正する栽培管理(Precision Crop Management ; PCM)の設計と実証を行う。品質としてはタンパク含量を取り上げ、実証では品質・収量の変動是正と共に環境負荷軽減の効果を評価する。本年度は、奈良県桜井市の大西、小泉、小泉出屋敷の3集落営農において、両作物の品質の圃場問・圃場内変動を一次的に支配する生育特性を解明するため、以下の研究を実施した。これらの生育特性は、本研究におけるモデル構築の基礎となる重要な情報である。(1)苗立ち数と苗立ち時の地上部重・窒素保有量、コムギの小穂分化期と出穂期およびダイズ開花始期と着莢期の地上部重と窒素保有量をリモートセンシングにより10×10mメッシュで測定した。航空機画像のみではコストが高くなるので、生研センターと荏原が開発した携帯型リモートセンシングを併用した。(2)品質と収量を実測により圃場ごとに測定するとともに、リモートセンシングの結果ら収量を10×10mメッシュで推定した。(3)パス解析により、コムギについて、播種時の土壌特性の影響を受ける苗立ち数(初期生育量)と出芽深度がその後の生育過程(生殖生長始期における地上部生育量)を介して、収量と品質を規定する流れ図を作成した。(4)(1)(3)の結果をもとに、コムギについて、耕起播種時の土壌特性の中から、苗立ち数(初期生育量)と出芽深度を有意に制御可能な形質を選定し、苗立ち数(初期生育量)と出芽深度の制御を目的とするPCMのための管理戦略のプロトタイプを設計した。12集落営農において、苗立ち数(個体群密度)を調査し、ダイズ開花始期と着莢期始期の地上部重と窒素保有量、枝条別の収量を測定した。2地上部と窒素保有量の空間変動解析のために、これらのリモートセンシングを行った。航空機画像の使用ではコストが高くなるので、携帯型リモートセンシングを併用するとともに、デジカメを改良した試作機の性能を評価した。3試験圃場において、一株個体数と栽植密度の組み合わせを変化させ、枝条別の収量と品質を測定した。1.試験区圃場において、苗立ち密度(一株個体数(個体/株)と栽植密度(株/m2)との積)、ダイズ開花始期と着莢期始期の地上部の乾物重と窒素保有量、およびダイズ枝条別の収量・収量構成要素と品質(タンパク質含量)を実測した。2.ダイズ開花始期と着莢期始期において、1の試験区と集団田畑輪換圃場を対象に航空機リモートセンシングおよび携帯型リモートセンシングを実施し、集団田畑輪換圃場における地上部乾物重と窒素保有量を推定した。3.1の解析結果から、苗立ち密度(個体/m2)が高いと、ダイズ子実のタンパク質含量が高くなる傾向が認められた。その原因として、主茎に着生した莢における子実タンパク質含量は分枝に着生した莢における子実タンパク質含量に比べて高い傾向にあり、栽植密度が高くなると全莢数に占める分枝に着生した莢数の割合が低下することが考えられた。この場合、同一の栽植密度でも、一株あたり個体数を高めると全莢数に占める分枝着莢数の割合が低下することを明らかにした。4.3の解析結果から、ダイズ品質の圃場内・圃場間変動の一因として、苗立ち密度が考えられた。今後、ダイズ品質の圃場内・圃場間変動を支配する一要因と考えられる苗立ち密度の効果の年次間変動を確認しなければならないが、集落営農においてダイズ品質の圃場内・圃場間変動を是正する栽培管理の対象のひとつとして苗立ち密度が有効であると考えられた。5.今までに得られた成果の説明会を農家、JA、行政、研究機関を対象として開催した。参加者は31名であった。田畑輪換(イネ-コムギ-ダイズ)を実施している3集落営農内の水田群において、ダイズを対象に、作物の生育時期別の生育特性および収量・品質(子実タンパク含量)の圃場間・圃場内変動と先行研究において調査した土壌特性との関係を評価した。次に、作物品質の圃場間・圃場内変動を一次的に支配する生育特性や土壌特性を明らかにし、各特性が作物の生長過程と収量を介して品質を規定する機構を明らかにした。

これらの結果に基づいて収量と品質の年次間変動の原因の推定が可能となった。1ダイズでは個体密度(栽植密度と一株個体数の積)の株間変動が、苗立ち時の地上部重・窒素保有量、ダイズ開花始期と着莢期の枝条別地上部重・窒素保有量を介して、枝条別の収量・品質を規定する機構を解析した。2個体密度を変化させる管理戦略を実施した試験区における、生殖生長始期の地上部生育量の空間変動、品質・収量の空間変動、窒素収支バランスの空間変動を慣行栽培におけるそれらと比較することで、管理戦略の実効性を評価した。田畑輪換田において,コムギおよびダイズを対象に収量・品質の圃場内変動をもたらす要因を解析し、その圃場内変動に応じて肥料や種子などの農業資材の投入量を変化させ圃場内の収量・品質変動を是正する可変量管理の可能性を検討した。コムギでは播種時土壌含水比の圃場内変動に応じて播種量を制御する可変量管理によって、場所ごとの穂数を是正することで圃場の平均収量を是正し得ると考えられた。ダイズでは面積当たり個体数を制御する可変量管理によってダイズの枝条構造を変化させ圃場内の品質変動を是正できると考えられた。圃場内でのコムギ生育変動を是正することで収量を維持しながら窒素収支バランスを改善できることを明らかにした。複数の集落営農において、ダイズの生育時期別の生育特性および収量・品質(子実タンパク含量)の圃場間・圃場内変動および年次間変動の原因の推定が可能となったため。27年度が最終年度であるため、記入しない。栽培システム学田畑輪換(イネ-コムギ-ダイズ)を実施している3集落営農内の水田群における、作物の生育時期別の生育特性および収量・品質(子実タンパク含量)の圃場間・圃場内変動と年次間変動について、それらの変動を一次的に支配する生育特性や土壌特性を明らかにし、コムギとダイズの収量と品質の年次間変動の原因を明らかとし、成果を取りまとめる。本研究におけるモデル構築の基礎となる重要な情報である両作物の品質の圃場間・圃場内変動を一次的に支配する生育特性を三つの集落営農において収集することができ、これらの生育特性の解析からPCMのための管理戦略のプロトタイプを設計することができたため、(2)と評価した。複数の集落営農において、ダイズの品質の圃場間・圃場内変動を一次的に支配する生育特性を抽出し、その特性が作物の生長過程と収量を介して品質を規定する過程を把握することが可能となったため。ダイズ品質の圃場内・圃場間変動を支配する要因を明らかにすることができ、集落営農においてダイズ品質の圃場内・圃場間変動を是正する栽培管理の設計が可能となると判断されるため。コムギとダイズの品質の圃場間・圃場内変動を一次的に支配する生育特性や土壌特性の調査を継続するとともに、これらの形質が作物の生長過程と収量を介して品質を規定する機構を明らかにし、先行研究の成果を活用しつつPCMのための管理戦略を設計する。次に、研究分担者が開発した可変播種同時施肥機を用いて管理戦略を実施し、リモートセンシング、収量センサー付きコンバイン、暗渠排水の採取と分析などの手法を用いて管理戦略の効果(品質・収量の変動是正と共に環境負荷軽減)を集落営農代表者らと共に評価し、その結果をPCMの設計にフィードバックすることを繰り返し、より実効性が高く普及可能なPCMの開発を目指す。12集落営農において、苗立ち数(個体群密度)を調査し、ダイズ開花始期と着莢期始期の地上部重と窒素保有量、枝条別の収量・品質を測定する。2地上部と窒素保有量の空間変動解析のために、これらのリモートセンシングを行う。33試験圃場において、一株個体数と栽植密度の組み合わせを変化させ、枝条別収量と品質を測定する。4個体群密度とダイズの枝条別収量と品質との関係を解析し、品質を規定する機構をさらに詳しく解析する。
未就学児を育児中の労働者のワーク・ライフ・バランスに関する研究

未就学児を育児中の988世帯を対象として、乳幼児を育児中の親のワーク・ライフ・バランスと精神健康度に関する実態調査を実施した。調査に参加した694名(男性267名、女性427名)の回答を分析した。その結果、良好な精神健康度は良好なワーク・ライフ・バランス、仕事-家庭関係のネガティブな波及の低さ、近所づきあいの程度の深さとの関連が認められた。このことから、未就学児を育児中の親の精神健康度を良好に保つためには、職場と家庭だけでなく、地域の視点も含めた検討が必要であることが示された。乳幼児を育児中の世帯のワーク・ライフ・バランスを職場と家庭だけでなく、地域全体の問題として捉え、より良好な精神的健康を目指して多角的な視点から取り組むことを目的とし、平成24年度は主に以下の研究を実施した。1.質問紙調査:未就学児を育児中の労働者のワーク・ライフ・バランスの実態を把握することを目的とし、北九州市内認可保育園4か所(対象:398世帯796名)で、夫婦それぞれに質問紙調査を実施した。(1)結果:生活上で最も困難なことは男女ともに、「子供が病気になったとき」であった。仕事-家庭関係のネガティブな影響(NS)は男性の方が女性より高かった。反対にポジティブな影響(PS)は女性の方が高く、仕事と生活のバランスがとれているという感覚も女性の方が高かった。精神的健康度(K6)と仕事-家庭関係では、男女ともにNSが高いほどK6が高い結果を認めたが、PSとK6との関連は男性にのみ認めた。首尾一貫感覚(SOC)では、男女ともに仕事-家庭関係のNSと負の相関、PSと正の相関を認め、SOCとK6には強い相関関係を認めたため、SOCを従属変数とした重回帰分析を行った結果、男女ともに充実度(生活満足度、仕事満足度、主観的健康度、仕事と生活のバランス、仕事のやりがい)が主要な因子であった。また、男性では人間関係を含めた職場環境もSOCを高める要因として認めた。女性では基本的信頼感や近所の人の信頼感などを含めた信頼度が要因として認められ、男性は職域、女性は地域からのアプローチの重要性が示唆された。(2)問題意識の共有:本調査結果をまとめたものを北九州市子ども家庭局および、北九州市市議会議員、地域の子育て支援団体へ公表し、市民の実態と問題の共有を行った。また、調査協力依頼した全世帯および、市民を対象に、働きながら育児をしている人の精神的健康を良好に保つための方策として、調査結果の公表を行った。未就学児を育児中の世帯のワーク・ライフ・バランスを職場と家庭だけでなく、地域全体の問題として捉え、より良好な精神的健康を目指して多角的な視点から取り組むことを目的とし、平成25年度は主に以下の研究を実施した。未就学児を育児中の親のワーク・ライフ・バランスの実態を把握するとともに、女性の就労の有無による相違を検討することを目的とし、北九州市内幼稚園(対象:590世帯1180名)で、夫婦それぞれに質問紙調査を実施した。調査対象を専業主婦、専業主婦の夫、就労主婦、就労主婦の夫と4群に分けて分析した結果、仕事と生活のバランスは、就労主婦の夫が最もバランスがとれていないと感じていた。さらに精神的健康状態は専業主婦の夫が最も良好で、就労主婦、専業主婦と続き、就労主婦の夫が最も不良だった。生活満足度は女性の就労の有無別による有意差を認めなかった。近所づきあいは女性の方が男性より多く、女性の就労の有無別に見ると専業主婦が最も近所づきあいが多かった。しかしながら、就労主婦のほうが専業主婦より自分の住む地域は子育てしやすいと評価していた。また、地域で趣味・娯楽活動をしているのは専業主婦の夫が最も多く、専業主婦が最も少なかった。これらの結果は、北九州市子ども家庭局、地域の子育て支援団体へ公表し、市民の実態と問題の共有を行った。今後はそれぞれの働き方と仕事時間以外の時間の過ごし方を掘り下げて調査し、精神的健康を良好に保つための要因を検討する。調査結果は、北九州市の男女共同参画推進および子育て支援の政策の参考資料となることが期待される。また、個々人がストレスの少ない調和のとれた生活を送るための工夫ができるよう研究結果を広く広報し啓発事業につなげていきたい。また、企業による社員の働き方の多様性推進に向けた取り組みにも活かしていきたい。本研究は、乳幼児を育児中の世帯のワーク・ライフ・バランスを職場と家庭ではなく視野を広げて地域の問題としてとらえて実態調査を行うことを目的としている。実態調査を実施するに当たり、平成23年度は質問紙の作成を行った。まず、Kinnunenらが作成した英語版調査票のうち仕事から家庭、家庭から仕事のポジティブ・ネガティブスピルオーバーの4下位概念14項目で構成されたもの(Kinnunen U, et al.: Scandinavian Journal of Psychology,47,149-162,2006)と、福丸の3因子18項目で構成された仕事役割と家庭役割間のスピルオーバー尺度(福丸由佳.家族心理学研究,14(2),151-162,2000)を参考に、日本語版ワーク・ファミリー・スピルオーバー尺度を作成した。その他、社会関連指標(安梅勅江.社会福祉学,36(2),59-73,1995)や、ワーク・ファミリー・コンフリクト対処行動(加藤容子ら.心理学研究,76(6),511-518,200

6)、精神的健康状態(K6)、睡眠状況を測る指標(アテネ不眠尺度)などを取り入れた質問紙を作成した。尺度の使用にあたり、著作者の許諾を得た。現在、質問紙調査実施に向けて倫理審査申請中である。また、乳幼児を育児中の労働者にインタビュー調査をするため、北九州市男女共同参画センターに協力を得て、座談会の開催を計画している。これらの質問紙調査とインタビュー調査により、乳幼児を育児中の労働者の現状と課題を明らかにし、育児を担う共働き夫婦が良好な健康状態を保持しつつ、より高い就労・育児意欲を実現するための関係組織による支援のあり方を考察する。平成26年度は育児休業取得のため、予定していた内容の実施は平成27年度に実施する。未就学児を育児中の親のワークライフバランスと精神健康度について988世帯に質問紙調査を実施した。研究参加協力が得られた694名(男性267名、女性427名)の回答を分析した結果、女性では専業主婦の精神健康度が就労女性よりも低く、就労女性の中でも正規職員より非正規職員・パートの精神健康度が低い実態が明らかになった(p<0.05)。また男性では、就労している妻の夫が、専業主婦の夫より有意に精神健康度が不良であることが明らかになった(p<0.05)。さらに、精神健康度の良好さは男女ともにSOCの高さが関連していた(p<0.001)。精神健康度とSOCの関連は他の先行研究からも同様の報告がされており、SOCを高める要因を検証することは、精神健康度を良好に保つための方策につながることが期待される。しかし、SOCを高める要因については未だ解明されておらず、本研究期間に実施した調査の結果では、男性は良好な職場環境、女性は信頼感(基本的信頼感や近所の人、友人への信頼感)、学歴、経済状況がSOCの高さと強く関連した結果が得られ、SOCの高さの関連要因に性差を認めた。そのため、SOCを高める要因も性差を考慮して検討する必要がある。そこで今年度は、女性のSOCを高める要因を探るために、子連れで活動するNPO団体に所属する未就学児を育児中の母親を対象に、育児に対する自己効力感とSOC、精神健康度の関連について質問紙による調査を実施した。平成27年度に新規所属した12名中、調査協力が得られた11名の回答を分析した。その結果、精神的健康度は比較的良好な集団であったが、SOCの高さと精神健康度の良好さには有意な相関関係を認めた(p<0.01)。縦断調査は継続中であり、SOCの推移とその変化の要因を分析する。未就学児を育児中の988世帯を対象として、乳幼児を育児中の親のワーク・ライフ・バランスと精神健康度に関する実態調査を実施した。調査に参加した694名(男性267名、女性427名)の回答を分析した。その結果、良好な精神健康度は良好なワーク・ライフ・バランス、仕事-家庭関係のネガティブな波及の低さ、近所づきあいの程度の深さとの関連が認められた。このことから、未就学児を育児中の親の精神健康度を良好に保つためには、職場と家庭だけでなく、地域の視点も含めた検討が必要であることが示された。育児休業により平成26年度は研究を進めることができなかった。精神保健平成27年度は最終年度のため、結果の公表として論文作成を行う。
コンドロイチン・ヘパラン硫酸合成酵素発現ネットワーク‐神経再生・発生・機能相関‐

中枢神経系の発生・回路形成、および神経の成熟過程にコンドロイチン硫酸プロテオグリカン(CSーPG)をはじめとするグリコサミノグリカンが多方面から機能する。中枢神経が損傷を受けたのちには、CSーPGが神経再生の阻害因子として損傷後修復を抑えてしまうことが、脊髄損傷からの治療を困難にしている。我々はこのコンドロイチン硫酸(CS)の発現を低下させるノックアウトマウスを作成し、解析を進めてきた。とくにCS合成転移酵素CSgalnacT1/T2のKOマウスは、その脊髄損傷モデル実験からは損傷後の劇的な回復を見せることを明らかにするとともに、ほかのグリコサミノグリカン発現にも影響を与える相互作用システムがあることが明らかになった。さらにはこの酵素が神経再生治療の切妙なターゲットになることも示した。本研究では、さらに治療に踏み込んで神経再生医療に向けたCS発現制御への方法論の展開と、発生過程におけるこれら遺伝子制御による回路形成や脳機能へのかかわりを解析し推進した。とくにペリニューロナルネット(PNN)と呼ばれる構造がCSを中心に機能しているが、この脳内での機能についても一端を明らかにすることもできた。CSが単なる細胞外基質として存在するだけではなく、損傷炎症時にはダイナミックに発現制御が行われ、かつさまざまな因子と機能相関を持ちながらPNNのような構造体を取り、神経発生や神経再生に機能することを明らかにするとともに、遺伝子制御機構など今後へつながる研究を進めることができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。中枢神経障害・損傷において、コンドロイチン硫酸(CS)は損傷部周辺で劇的な発現上昇を示しグリア性瘢痕として再生神経の進入を抑えて再生を阻害する。私が作成したCS糖転移酵素(ChGn1)ノックアウトマウスは、これまで報告されたどの損傷モデルマウスよりも脊髄損傷後回復が劇的に早かった。この損傷後修復のメカニズムとしては、阻害因子CSの発現低下とともに、損傷後瘢痕(繊維性瘢痕)が縮小すること、神経進展を促進するヘパラン硫酸(HS)の発現が高まることを明らかにした。本研究では、このChGnKOマウスの神経損傷部における発現遺伝子網羅解析と組織化学的解析から、なぜ損傷時にChGn1酵素とともにさまざまなCS合成誘導系が惹起されるか、また、次にこのChGn1遺伝子の発現を抑える(KOマウスでは)となぜHSが誘導されるのか、を遺伝子カスケードと炎症性サイトカイン誘導から概要を明らかにした。臨床応用を考えるに、当該知見からさらにHSを人為的発現誘導することによって回復が認められるか、を解析できる一助となった。発生段階でのCSとその受容体が如何に機能しているか、そのメカニズムを詳細に解析する目的で、ChGn1KOマウスを駆使したイメージングと組織学的解析を行った。とくに神経接着因子コンタクチンファミリーとの機能相関を、子宮外胎児遺伝子導入技術を駆使して解析を進めた。コンタクチンファミリー分子のみでも神経細胞極性および移動に寄与しているが、我々のChGn1KOマウスではさらにこれらの機能が抑制され、胎児脳発生段階では細胞極性・移動による脳層形成にCSは直接的にそれもこれら受容体分子を介して機能していることが明らかとなりつつある。ChGn1KOマウスを用いた神経再生および発生に係る研究に関しては、RNAseqなどを駆使した網羅的遺伝子発現解析が順調に推移した。さらに、計画には大きく盛り込むことが出来なかった神経損傷時の瘢痕形成を細胞培養系で反映する実験法を確立できたこと。この研究系を遺伝子網羅解析系と組み合わせての進展が測れるようになった事は特筆すべき進展であった27年度が最終年度であるため、記入しない。計画どおりに推進させる。とくに前述の達成度で計画以上に進展のあった培養系での解析を大きく推進させて、当初目標をクリアすることを目指す27年度が最終年度であるため、記入しない。
電子伝達系とカップルする2原子酸素添加酵素のX線結晶構造解析と構造活性相関

BphA4-NADH複合体の立体構造を2.6Å分解能で決定した。この結果立体構造のみならずNADHの結合様式もGlutathione reductaseと類似していることが明らかになった。これらの立体構造から、BphA3(ferredoxin)の結合位置やBphA4内の電子伝達の経路に関して新たな知見が得られた(投稿準備中)。BphA4の電子伝達機構に関する知見を得るため、無酸素条件を作り出せる吸光度測定用のセルを作成し、BphA4-NADH複合体の吸収スペクトルの測定を行った。この結果、BphA4は、酸素存在下では、2電子還元型としては安定に存在せず、急速に酸化して酸化型に戻ること、セミキノン型は安定には存在しないことを明らかにした。また、BphA4一分子に対して1分子のNADHが結合し、2電子還元型になることも明らかにした。この2電子還元型のスペクトルは、putidaredoxin reductaseの2電子還元型のものと酷似しており、1次構造から推定される立体構造の類似性を考えあわせると、両蛋白質は同一の機構で電子伝達反応を行うことが強く示唆された。BphA1A2は、PCB分解系中の初発酸化酵素であるBphAの活性部位を構成するコンポーネントで、α_3β_3のサブユニット構成を持っている(分子量約20万)。本年度は、Rhodococcus sp strain RHA1由来のBphA1A2の結晶化条件の最適化を行い、約3Åの回折点を与える結晶を得た(投稿準備中)。この結晶の空間群はP4_12_12で、格子定数は、a=b=139.9Åc=240.2Åであった。この結晶を用いて放射光実験施設(PF)において回折データの収集を行った。また、水銀の重原子同型置換体の作成にも成功している。このため、平成12年度には立体構造を決定できると考えている。本年度は、BphAを構成する各要素の立体構造解析、及び結晶化を行った。1. BphA4の立体構造解析BphA4(ferredoxin reductaseの一種)はBphA3(ferredoxin)を還元する電子伝達コンポーネントである。本年度は、BphA4の立体構造を重原子同型置換法により、1.9Å分解能で決定した。その結果、BphA4は、グルタチオン還元酵素と類似の立体構造を持つことが明らかになった。現在までに、ferredoxin reductaseでありながら、グルタチオン還元酵素と類似構造を持つ例は全く知られておらず、BphA4はferredoxin reductaseとしては、特異な構造を持つことが明らかになった。このことは、BphA4がグルタチオン還元酵素類から進化してきたことを示唆しており、細胞内での蛋白質の機能の変遷を知る上でも興味深い結果である。更に、BphA4の結晶は、NADHを加えることで結晶状態のままで酸化-還元のサイクルを行うことができることを見出した。現在、決定している構造は酸化型の立体構造である。そこで、還元型の立体構造を決定するための予備実験を行い、還元型の構造解析を開始した。2. BphA1A2複合体の結晶化BphA1A2は、BphAの活性中心を含む最も重要なコンポーネントである。様々なstrainから得たBphA1A2の結晶化を試みた結果、Rhodococuss sp.RHA1のBphA1A2の結晶を得ることに成功した。更に、本結晶は、正方晶系に属することを明らかにした。現在、結晶化条件の最適化を行っている。
ゆらぎを伴う分子アトラクターの解析と構成に関する生物制御理論の研究

数理モデルを用いて、内因的ノイズ(ゆらぎ)と生物リズムを維持する制御メカニズムの解明を目標に研究を行った。その結果、(1)振幅と周期のゆらぎを定量的に示す評価式を提案、(2)リズムを維持するパラメータの変動とゆらぎの関係および(3)フィードバック構造と関係の解明、さらに(4)ゆらぎがない場合において、環境の温度変化に対する補償性と同調性を同時に再現するモデルの特徴付けを行った。本年度は、ゆらぎを伴う分子アトラクターのモデリングに関する研究の調査から始め、その結果に基づき確率モデルの選択とシミュレーションモデルの構築に取り組んだ。本研究の目標は特定の生物の現象・機能の解明ではないが、その第一歩として生命現象の典型的な例である概日リズムというゆらぎを伴う分子アトラクターに焦点を絞った。概日リズムの制御メカニズムにおけるゆらぎの役割を定性的に理解するためには、できるだけ(本質を失わない範囲で)単純なモデルを用いる必要があるが、一方、概日リズムの制御メカニズムにおけるゆらぎを定量的に評価するためには、生化学反応に忠実な(したがって複雑で次数の高い)モデルを選ぶ必要がある。このようなモデルの複雑性や計算量とのトレードオフに注意しながら確率モデルの構築を検討した。次に、ゆらぎの定量的解析に関する最新の研究結果の調査を踏まえて、確率モデルの構築を検討しながらゆらぎを伴う概日リズムの分子アトラクターを定量的に評価する方法を検討した。確率モデルに基づく定量的解析においては、概日リズムなどの周期的アトラクターに対する確率モデルがその対象となるが、アトラクターの確率分布の数理解析と同時に、その確率分布から導かれる生物学的に意義のあるゆらぎの統計量・評価量とは何かを検討した。平衡状態に関するゆらぎの解析と評価に関する先行研究を踏まえて、平衡状態からアトラクターという動的な定常状態に変更されたときに、制御メカニズムを解明するためにはどのような評価が合理的であるのか、また、どのような評価が生物学的特徴を抽出できるのか、といった視点から解析と評価の問題に取り組み、その評価の基礎となる評価式を提案し論文発表を行った。評価式に基づくゆらぎと機能の解析を次年度から行う予定である。昨年度提案した、アトラクターの確率分膚から導かれる評価式に墓づき、本年度は、周期的アトラクターの周期性のゆらぎ、すなわちアトラクターの振輻や周期のゆらぎを確率モデルを用いて評価をおこなった。具体的には、ゆらぎを伴うモデル(確率モデル)に対して以下のような様々な変化を与えて、それぞれの変化に対応するゆらぎ評価値の変化をシミュレーションにより算出することによって、ロバスト性を実現している制御メカニズムを定量的に明らかにした。確率モデルに与える変化として、まずモデルのパラメータの変化を考えた。どのパラメータをどの程度変化させることによって周期的アトラクターがどのようにゆらぐかを解析した。ゆらぎの評価値の変化から高いロバスト性を与えるパラメータの集合を特徴づけることができた。周期的分子アトラクターの実現のためには分子のフィードバック機構は重要な役割を担っている。しかもそのようなフィードバック機構として様々な形が考えられる。次に、確率モデルに与える変化としてフィードバック機構の変化を考え、ゆらぎの評価に基づいてロバスト性の高いフィードバック機構を特徴づけることを検討した。本年度当初には予定していなかった神経疾患の原因となるタンパク質の性質についても検討し一定の成果を得た。シミュレーション結果についての分析はまだ継続中であるが、現時点では、ポジティブフィードバックとネガティブフィードバックを比較したときに、周期性を維持しつつゆらぎを抑制する効果はネガティブフィードパックが顕著であることが分かってきた。このフィードバック機構の変化とゆらぎの評価に基づくロバスト性の関係についての分析は来年度も引き続き実施する予疋である。本年度は最終年度であり、まず、昨年度までの知見と提案を基礎としてこれまでの研究の整理と補填に取り組んだ。生化学分野において周期的アトラクターを生成する典型的な相互抑制型3次分子モデルを基本として、三種類のフィードバック構造を対象として、周期的アトラクターを生成するパラメータの集合を事前に計算し、ランダムにパラメータを発生させランダムにモデルを作成することによって構造の抽出をおこないフィードバック構造の比較をおこなった。アトラクターの確率分布から導かれる評価式に基づき、アトラクターの振幅や周期のゆらぎを確率モデルを用いて評価をおこない、ロバスト性を実現している制御メカニズムをパラメータの分布から定量的に明らかにした。その結果として、アトラクターの振幅と周期の両者ともに、ポジティブフィードバック構造に比較して、ネガティブフィードバック構造の方がゆらぎに対するロバスト性が高いことを示すことできた。この研究については途中経過は学会発表を行ったが、最終的な成果発表を計画中である。本年度は上記の問題の検討に加えて、温度補償性を持った生物の環境温度への同調の問題を検討した。本研究者は過去に温度補償性のモデル構築についても研究経歴をもっており、2011年度の後半にこの温度補償性を持ったモデルを用いたシミュレーションによって興味深い同調の現象を再現できることに気がついた。

この問題はゆらぎに対する周期アトラクターのロバスト性とは正反対の性質であり、周期的アトラクターの生物制御理論を構築するにあたって極めて重要な結果を示唆している。ゆらぎとの関係を解明するのは至らなかったが、温度補償性と同調性という相反する物学的現象を再現できるモデルの特徴を明らかにすることができた。この成果については、ASCC2013において発表予定である。本年度当初に提出した研究実施計画に基づき、周期的アトラクターのゆらぎとモデル構造について検討し、新しい知見を得ることができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度後半からとりかかったフィードバック機構の変化とゆらぎの評価に基づくロバスト性の開係についての分析を来年度も実施する。