hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多目的逐次近似最適化における効率的学習法とその応用に関する研究

工学設計のような実際問題は一般に評価関数が複数個ある多目的最適化問題として定式化される。また目的関数は設計変数に対し陽な関数として表すことができず設計変数の各値に対し構造解析、熱解析、流体解析のような解析や実験などによって初めて目的関数の値が求まることが多い。しかし、多目的最適化問題の解は一意に定まらず満足のいく解を得るまでに必要となる解析や実験には多大のコストと時間を要する。そこで今年度の研究では昨年度の研究成果である関数近似ベース多目的最適化法を改良し、時系列データを用いて検証を行った。ダイナミックな多目的モデル予測制御問題に対し、統計的機械学習の一種であるサポートベクター回帰と線形回帰の併用を試みた。線形回帰によりモデルの全体像をつかみながらサポートベクター回帰により近似の微調整を行うことで安定でかつ精度の高いモデル予測ができ、その結果サポートベクター回帰だけでモデル予測するときと比べ、予測精度が高く、より安定的な制御ができることを航空機モデルを通じて検証した。多目的モデル予測制御問題に対し、手法の改良を行い、良好の結果が得られ、国際会議にて発表を行っている。次年度の研究課題の最終年度であり、これまでの研究成果を当該分野における国際会議で発表し、学術論文雑誌に投稿するとともに、様々な分野への活用を試みる。構造物をシステムとしてモデル化し、構造物に加わる荷重あるいはこれを支持する部材の強度等の不確定因子を考慮した上で、構造物の安全性および信頼性の立場から合理的に設計することは非常に重要な問題とされている。最近は単なる工学設計問題ではなく、製造ならびに後の維持保全も含めた企画から廃棄までの全期間が構造システムにおける管理問題として見直されている。また、構造システムが所定の機能を維持するための様々な技術と、構造システムの評価法に関する技術が進歩してきている。従来の方法では、構造システムの安全性および信頼性を評価するため、故障や破損のデータが一つの確率分布に従うと仮定し、統計的解析によって破損確率を予測していた。破損の限界状態関数から破損確率を計算することになるが、限界状態関数の形は一般に不明であり、分かるとしても複雑な非線形関数であるため、破損確率の計算は非常に困難である。便宜上線形式で限界状態関数を近似することが多く、結局どのような関数形で近似するかによって信頼度の評価は変わることもある。すなわち、効率よくより正確な信頼性評価を行うためには、いかに精度のよい限界状態の近似関数を求められるかが重要なポイントになる。そこで、今年度は、サポートベクトルマシンやRBFニューラルネットワークにおいて学習性能および計算効率を向上させるために方法を提案し、既存の方法と比較することで開発手法の有効性の検証を行った。さらに大規模のビックデータに対する学習方法の効率化をはかるために、既存法の改良を試みた。工学設計などの実問題では、目的関数が設計変数の陽な形として与えられないことが多く、構造解析、流体解析、熱解析等の数値解析や実際の模型を作ってはじめて目的関数の値が与えられることが多い。このような問題においては必要な解析や模型試作の回数をできる限り少なくして、かつなるべく真の解に近い解を得ることが望まれている。このような目的を果たすために平成28年度の研究では、未知の目的関数の形を精度よく予測するために、サポートベクトルマシンおよびRBFネットワークに対する学習性能および計算効率を向上することができ、大規模のデータ集合に対しても適用可能であることを検証した。設計者の多様な要求を同時に満足させなければならないという状況の下で、多様な選好にあう代替案をどのようにして求めるか、得られた代替案の中から最終的にはどれを選べば納得いくのかは、意思決定する際に非常に重要なことである。そこで、今年度の研究では、まず各種の指標間(たとえば、設計コストと製品の性能)の関係を明らかにするために、評価指標の効率曲面(トレードオフ曲面またはパレートフロンティアという)を求める方法について検証行ったを。望んでいる製品の性能に達するには、どれだけのコスト(費用や計算時間)が必要であるか、逆に現在でのコストならば、どの程度の性能をもつ製品が設計できるかについて検証した。これまでに得られた成果を実問題へ適用した。主に工学設計などの実問題では、目的関数が設計変数の陽な形として与えられないことが多く、構造解析、流体解析、熱解析等の数値解析や実際の模型を作ってはじめて目的関数の値が与えられることが多い。人工知能技法(artificail intelligence)のニューラルネットワーク(radial basis neural networks)を用いて関数形を予測しながら多目的遺伝的アルゴリズム(multiobjective genetic algorithm)による最適化を行う、知能化多目的モデル予測制御法(intelligent multiobjective model predictive control)を提案するとともに、具体的な問題へ適用することで提案手法の有効性を検証した。具体的問題を通じて提案手法の検証を行い、その成果もジャーナルに掲載されている。

線形回帰によりモデルの全体像をつかみながらサポートベクター回帰により近似の微調整を行うことで安定でかつ精度の高いモデル予測ができ、その結果サポートベクター回帰だけでモデル予測するときと比べ、予測精度が高く、より安定的な制御ができることを航空機モデルを通じて検証した。多目的モデル予測制御問題に対し、手法の改良を行い、良好の結果が得られ、国際会議にて発表を行っている。設計者の多様な要求を同時に満足させなければならないという状況の下で、多様な選好にあう代替案をどのようにして求めるか、得られた代替案の中から最終的にはどれを選べば納得いくのかは、意思決定する際に非常に重要なことである。そこで、今後の研究では、まず各種の指標間(たとえば、設計コストと製品の性能)の関係を明らかにするために、評価指標の効率曲面(トレードオフ曲面またはパレートフロンティア)を求める方法を提案していく予定である。また望んでいる製品の性能に達するには、どれだけのコストが必要であるか、逆に現在でのコストならば、どの程度の性能をもつ製品が設計できるか、などが把握できることも示していく。その後、それまでに得られた結果を具体的問題に適用する。一例として、片持ち梁の設計を取り上げる。片持ち梁の設計は、先端にかかる荷重に対するせん断応力、応力、変位、曲げ応力から構成され、適当な例題と考える。また、圧力器の設計、ターボポンプの最適設計などに適用し、提案手法の有効性を検証していく。実用レベルでの活用ができるよう、これまでに得られた研究成果を基盤として、総合的な意思決定サポートシステムの構築を目指す。さらに、現場の開発者や設計者などの経験を持つ研究者からの助言により、一層現実状況に適合するシステムを構築し、消費者の選好が反映できるようなシステムに仕上げ、国際会議やシンポジウムなどにおいて発表するとともに、成果を学術雑誌に投稿し、理論的面からの検証を行っていく。さらに、現場の開発者や設計者などの経験を持つ研究者からの助言により、一層現実状況に適合するシステムを構築し、消費者の選好が反映できるようなシステムに仕上げていく。さらに、国際会議やシンポジウムなどにおいて発表するとともに、成果を学術雑誌に投稿し、理論的面からの検証を行う。次年度の研究課題の最終年度であり、これまでの研究成果を当該分野における国際会議で発表し、学術論文雑誌に投稿するとともに、様々な分野への活用を試みる。2015年度9月から2016年度9月までの間、本務校での在外研究でカナダに在住したため、学会発表や研究打ち合わせなどに伴う出張旅費がかからなかった。
縄文・弥生移行期における東西文化の相互交渉に関する研究

本年度は、西日本の縄文・弥生移行期における東日本系土器の展開を検討し、その分布と各段階における特徴的な様相を追求することにある。北部九州で水田稲作が開始され渡来人の入植が始まる早期1段階から、弥生前期の新しい段階にわたる東西文化の相互交渉を中心に検討をおこなった。まず、西日本における東日本系土器の集成をおこない、これと平行して近畿地方以西の広範囲にわたって併行関係をおさえることが比較可能となる、土器編年の構築作業をおこなった。その結果、東日本系土器は北部九州から近畿の各地で見られ、時期毎にその分布に特徴的な様相が認められる。まず、表の早期1段階以前の晩期中葉、大洞Cl式段階までは土器及び土偶の大量出土に見られるように著しい緊密な関係が存在した。次の早期1段階、すなわち北部九州で水田稲作が開始される段階に突然関係が断絶してしまう。さらに次の前期1段階、すなわち北部九州で最古の弥生土器である板付I式土器が成立する段階に再び関係が活発化する。この段階には、西日本各地の土器様式構造に影響を与えるほどに関係は緊密であり、弥生土器の成立に東日本の要素が色濃く継承された。こうした現象は、弥生文化の成立が決して西日本を中心に単系的に実現されたのではなく、東日本の縄文系文化を含めた広範囲にわたる相互交渉の結果、予想以上の複雑性をもちつつ成し遂げられたことを示している。今後、土器以外の考古資料の検討をおこなう予定である。
バリウム・フロライドを使った光検出器の開発研究

本研究の目的は、次の様な性能を持つ光検出器を開発する事である:(1)優れたエネルギー分解能(1GeVの光又は電子に対して2%以下)、(2)優れた位置分解能(8mm以下)、(3)応答速度が速い事(目安としてdead time 100nsec)(4)大面積の検出器に出来る事。この様な光検出器を可能にする物質として、我々はバリウムフロライド(BaF_2)及び純セシウムアイオダイド(pureCsI)を検討した。1.BaF_2は2つの発光成分を持つ。その速い成分は波長220nmで、減衰時間0.6nsecである。この速い光がBaF_2を魅力ある物質としている。BaF_2にはこの他に我々の応用にとって有害な遅い成分が、速い成分の光量の45倍存在する。我々は速い成分だけを取り出すため、CsTeを光電面にもつ光電子増倍管で読み出す事にした。この方式を小さい結晶で試験したところ、遅い成分は約1/5に減る事が判った。また大きさ120mm×120mm×300mmの検出器を作り0.8GeVの電子にて性能試験を行ったところ、分解能4.2%を得た。これは我々の目標に達していない。理由は、大きな結晶を作する製作技術にある。この面での進歩があれば、この方式は有望であると考えられる。2.pureCsIも2つの発光成分を持つ。速い成分は波長310nmで、減衰時間10nsecである。この他この結晶には遅い成分が、速い成分の光量と同程度または、それ以下で存在する。この結晶を使って、大きさ150mm×150mm×300mmの光検出器を試作した。1.2GpVの電子に対しては、1.84%のエネルギー分解能を得た。この結晶は我々の全ての要求する性能を満足する事が判明した。光検出器用物質として非常に有望である事が分った。この研究の目的は,次の様な性能をもつ高エネルギー光検出器を開発する事を目的としている.(1)優れたエネルギー分解能(1GeVに於いて2%),(2)優れた位置分解能(△X8mm),(3)速い応答速度.これらの性能を有する可能性があるものとして,バリウムフロライド(BaF_2)がある.この結晶は輻射長が2.1cmと短かく,かつ密度も4.88gr/cm^3と高い.従って高エネルギー光検出器に適している.シンチレーション光は, NaI(Tl)の約20%であり, 2つの成分がある."slow"と呼ばれる成分は,波長が310nmで,その発光速度は620nsである.これに対し"fast"と呼ばれる部分は,波長が220nmであり,速度は0.6nsである.我々の目的に対しては,これらのうち"fast"成分のみが有効である.この部分を取り出すために,光電面にセシウムテルル(CsTe)をもつ光電子増倍管を使い,シンチレーション光を読み出した.本年度は,特にバリウムフロライドの小サンプルに^<137>Csからの662KeVγ線を照射し,その基本特性を調べた.

その結果は,以下の通りである.(1)662KeVのγ線のフォトピークに対し, 30%(fwhm)のエネルギー分解能が得られた.(2)時間分解能は, 1MeV以上のγ線に対して, αt250psであった.(3)CsTeの光電面を持つ光電子増倍管とバリウムフロライドを組み合せて, "fast"成分を読み出すと,温度依存性が極めて小さい(≪0.2%/°C)事で判明した.以上の結果は,このクリスタルが高エネルギー光検出器の製作に,非常に有益である事を示している.来年度の目標として,バリウムフロライドとともに,これと同じ様な性質をもつクリスタルとして最近注目されているセシウムアイオダイドについてもテストを行い,その性能を評価したい.本研究の目的は、(1)優れたエネルギー分解能(1GeVの光または電子に対し2%以下)、(2)優れた位置分解能(8mm以下)、(3)応答速度の速い事(目安としてdead time 100nsec程度)、(4)大面積の検出器に出来る事、等の性能を有する光検出器を開発する事である。1.本年度はバリウムフロライド結晶を持いた光検出器を試所し、東京大学原子核研究所に於いて、1.2GeV電子ビームによる性能試験を行なった。試作した光検出器は断面の大きさ120mm×120mmで、長さ300mmの直方体である。断面は、3×3のマトソック状に分割されており、その1つ1つが、CsTe光電面を持った光電子増倍管で読み出される。バリウムフロライド結晶は、現在の技術では長いものを製造するのは困難なので、150mm長のものを2本継ぎ合せた。この結果、電子エネルギー0.8GeVに於いて分解能4.2%を得た。これは後に述べるpureCsIより悪く、しかも目標を満していない。この理由として、試作した検出器が小さい事、結晶の継目で短い波長の光が散逸した事が考えられる。従って長い結晶を作る技術的進歩があれば、この方式は有望であると考えられる。2.pure CsIも非常に短い減衰時間を持ったシンチレーション光を発光する事が最近発見された。この光を利用すれば、我々が目標とする性能持つ光検出器の製作が可能である。この結晶の発光量は、NaIの4%程度で波長は310nmにピークを持ち、10nsecの減衰時間である。大きさの断面150mm×150mm、長さ300mmの光検出器を試作し、1.2GeV電子ビームを使って性能試験をしたところ、1GeVで2%のエネルギー分解能を得た。この結晶は、我々の全ての要求を満足する事が判明し、光検出器用物質として非常に有望である事がわかった。
森林の根呼吸を維持呼吸と成長呼吸に分離して評価する

本研究では,北海道苫小牧市の落葉樹林で土壌呼吸(土壌CO2フラックス)とカラマツの細根動態(バイオマス,成長)を同時測定し,カラマツの根呼吸をその構成要素(細根の維持呼吸,細根の成長(構成)呼吸,細根以外の根呼吸)に分離・定量化するとともに,維持呼吸と成長呼吸の変動特性や環境応答特性を詳細に解析し,根呼吸のモデル化を目指す。主な調査地は2004年の台風によって風倒壊したカラマツ林跡地であり,倒壊後に表土が除去された後にカラマツとシラカンバが再生し,現在は樹齢約10年の若齢木が点在している。薄い有機質土壌(A層)が火山噴出物(C層)の上に発達していたが,A層が除去されたためC層がむき出しになっている。埋土種子も除去されたため,草本類などの下層植生はほとんど存在しない。そのため,土壌有機物の分解(微生物呼吸)は少なく,その空間変動も小さい。また,細根の密度は樹木個体から同心円状に低下する。本年度は,昨年度に引き続き土壌呼吸と細根動態に関する野外実験を行った。その成果,2017年9月2018年9月の1年間の根呼吸は,カラマツ個体に近い地点(0.5 m)で123 ±105 g C m-2 yr-1(平均±標準偏差),遠い地点(1.0 m)で77 ±50 g C m-2 yr-1となった。重回帰モデルに用いて根呼吸を分離した結果,この研究サイトにおけるカラマツの細根の維持呼吸と成長呼吸の年間値は,それぞれ48,31 g C m-2 yr-1と推定された。カラマツとシラカンバから成る若齢林において昨年度から野外調査を継続し,約1.5年間のフィールドデータを得た。データを解析して,土壌呼吸速度から樹木(主にカラマツ)の細根の維持呼吸と成長呼吸を分離評価することができた。現時点ではデータ数が多くないため,重回帰モデルのパラメータの信頼性はそれほど高くないが,モデルの有効性を確認することができた。さらに,予備実験として常緑針葉樹林で行っていた細根動態に関する調査結果もまとまりつつある。そのため,「おおむね順調に進展している」と自己評価した。研究計画調書および交付申請書に記載したように,来年度も今年度と同様に無積雪期に野外実験を継続する。得られた豊富なフィールドデータを活用し,樹木細根の維持呼吸と成長呼吸の変動特性や環境応答特性を詳細に解析し,細根呼吸のモデル化を目指す。学会等で成果発表を行うとともに,研究論文の執筆と投稿を行う予定である。本研究では,北海道の落葉樹林で土壌呼吸と細根動態を同時測定し,根呼吸をその構成要素(細根の維持呼吸,細根の成長(構成)呼吸,細根以外の根呼吸)に分離・定量化するとともに,維持呼吸と成長呼吸の変動特性や環境応答特性を詳細に解析し,根呼吸のモデル化を目指す。調査地は2004年の台風によって風倒壊したカラマツ林跡地であり,倒壊後に表土除去された後にカラマツとシラカンバが再生し,現在は樹齢約10年の若齢木が点在している。また,根の密度は樹木個体から同心円状に低下する。本年度は,採択前から研究を開始し,5月に調査プロットを設営した。10本のカラマツ個体を選び,各個体から距離1 mと2 mの地点にそれぞれ2つの調査点(チャンバーカラー)を設置し,携帯型チャンバーシステムにより土壌CO2フラックス(土壌呼吸)を無積雪期に23週間おきに測定した。また,7月に2つの調査点のうちの1つで根切りを行い,カラー内の根呼吸を排除した。さらに,残置された枯死根の分解によるCO2放出量を評価するために,ルートリターバッグ法を適用した。得られた結果から,細根呼吸と微生物呼吸を評価した。一方,連続コア法などを約2ヶ月おきに適用し,細根動態(成長,枯死,分解)の定量評価を行った。11月までの野外実験で得られた主な成果は,1)土壌呼吸に対する根呼吸の寄与が細根密度に依存する,2)地温と細根分解の間に正の相関が認められた,3)根呼吸と細根バイオマスとの間に正の相関が認められた,の3点である。申請課題の採択の連絡があったのが6月末であり,それを待っていると今年度の成長季節の調査に間に合わなかった。そのため,校費を使ったり,他の研究のために調達した物品などを共用したりして4月から準備を進め,5月に野外実験を開始した。そのため,今年度についても春季から野外調査を行うことができた。なお,野外実験は積雪が始まる11月中旬まで行い,特に問題なく観測データを取得することができた。また,データを解析した結果も納得のいくものであり,「おおむね順調に進展している」を自己評価した。

本研究では,北海道苫小牧市の落葉樹林で土壌呼吸(土壌CO2フラックス)とカラマツの細根動態(バイオマス,成長)を同時測定し,カラマツの根呼吸をその構成要素(細根の維持呼吸,細根の成長(構成)呼吸,細根以外の根呼吸)に分離・定量化するとともに,維持呼吸と成長呼吸の変動特性や環境応答特性を詳細に解析し,根呼吸のモデル化を目指す。主な調査地は2004年の台風によって風倒壊したカラマツ林跡地であり,倒壊後に表土が除去された後にカラマツとシラカンバが再生し,現在は樹齢約10年の若齢木が点在している。薄い有機質土壌(A層)が火山噴出物(C層)の上に発達していたが,A層が除去されたためC層がむき出しになっている。埋土種子も除去されたため,草本類などの下層植生はほとんど存在しない。そのため,土壌有機物の分解(微生物呼吸)は少なく,その空間変動も小さい。また,細根の密度は樹木個体から同心円状に低下する。本年度は,昨年度に引き続き土壌呼吸と細根動態に関する野外実験を行った。その成果,2017年9月2018年9月の1年間の根呼吸は,カラマツ個体に近い地点(0.5 m)で123 ±105 g C m-2 yr-1(平均±標準偏差),遠い地点(1.0 m)で77 ±50 g C m-2 yr-1となった。重回帰モデルに用いて根呼吸を分離した結果,この研究サイトにおけるカラマツの細根の維持呼吸と成長呼吸の年間値は,それぞれ48,31 g C m-2 yr-1と推定された。カラマツとシラカンバから成る若齢林において昨年度から野外調査を継続し,約1.5年間のフィールドデータを得た。データを解析して,土壌呼吸速度から樹木(主にカラマツ)の細根の維持呼吸と成長呼吸を分離評価することができた。現時点ではデータ数が多くないため,重回帰モデルのパラメータの信頼性はそれほど高くないが,モデルの有効性を確認することができた。さらに,予備実験として常緑針葉樹林で行っていた細根動態に関する調査結果もまとまりつつある。そのため,「おおむね順調に進展している」と自己評価した。研究計画調書および交付申請書に記載したように,来年度以降も今年度と同様に,無積雪期に野外実験を継続する。得られた豊富なフィールドデータを解析し,学会等で成果発表を行うとともに,最終年度(平成31年度)には研究論文の執筆と投稿を行う予定である。研究計画調書および交付申請書に記載したように,来年度も今年度と同様に無積雪期に野外実験を継続する。得られた豊富なフィールドデータを活用し,樹木細根の維持呼吸と成長呼吸の変動特性や環境応答特性を詳細に解析し,細根呼吸のモデル化を目指す。学会等で成果発表を行うとともに,研究論文の執筆と投稿を行う予定である。(理由)成長季節の始まり(5月)から野外実験を開始したため,研究プロット設営のための消耗品を別財源(運営交付金等)で準備したり,既存のかなり古い部材を代用したりした。また,CO2分析計や土壌水分計を購入する予定であったが,既存の物品を修理することで利用できたため,購入しなかった。これらの理由で物品費が大きく減額となった。旅費についても,日程の都合で予定していた学会発表ができなかったことなどがあり,減額となった。さらに,その他の経費として土壌試料の分析経費を想定していたが,同じサイトで以前に得られた結果で代用できることがわかったため,新たな分析を行わなかった。(使用計画)修理したCO2分析計の状況が悪化したため,新年度早々に新規に購入する予定である。また,古い部材等を利用して設営した調査プロットについても,新年度に部材を購入して更新する予定である。さらに,本研究に参加する学生が一人になるため,データ解析のための謝金(アルバイト代)を増額する予定である。
三次元立体像からみた核内封入体と細胞変性の関係と関連分子

4.脳梗塞や炎症性神経疾患でタウ沈着するが燐酸化や線維形成が明瞭でない点で、変性性tauo pathyとは異なることをみいだした.4.脳梗塞や炎症性神経疾患でタウ沈着するが燐酸化や線維形成が明瞭でない点で、変性性tauo pathyとは異なることをみいだした.Catalyzed reporterdeposition法を用いて三重蛍光免疫染色のうち1つ(J Histochem Cytochem 2003:51:1201-6)を増感することにより、1)蛍光シグナルの強度を高めると共に2)同種動物で作製された同クラスの免疫グロブリンでの多重染色を可能にした。厚みのある標本中の老人斑にこの三重蛍光染色を応用し、大脳皮質ではAβ40とAβ42の沈着する層は異なること、また3次元的に観察しAβ40は血管周囲に沈着し易いことを示した。両者の分布が必ずしも一致しないことは、先行するAβ42の沈着部位にAβ40が集積するという仮説では説明できない部分があることを示唆する。また先に報告した二重蛍光免疫染色の両者を増感する方法を組み合わせ、三重免疫蛍光染色のうち2つを増感する方法を確立した(J Neurosci Methods 2004:135:67-70).これらの技法をピック小体にも応用して初めてピック小体の三次元的観察を行いリン酸化されたタウ蛋白はピック小体の周辺に沈着することを示した。ピック小体の周辺部はBodian染色での嗜銀性が強調されておりリン酸化に伴うタウ蛋白のconformationや線維構造の変化を反映している可能性がある。今後蛍光染色から三次元立体像の構築を用いて1)病的構造物の立体構造の定量的検討、2)複数の分子(エピトープ)の空間的相互関係、3)分子間の相互作用の検討等に応用する予定である。1.NIsはPolyglutamine鎖の病的延長を含むものの、NIsを有する細胞は有さない細胞に比してその核の断面積が統計的に有意に大きい点で、疾患に拘らず共通することを示した(神経進歩2004:48:334-345)。Polyglutamine鎖の延長が核内封入体を形成して細胞を障害するというこれまでの仮説では説明できない形態像が、剖検脳には共通して見られ仮説の再検討を要する。3.タウ蛋白は病的修飾をうけて細胞内に沈着するが、脳梗塞ではtau2エピトープが燐酸化を受けることなく修飾され、線維形成をしないまま沈着する点で変性性タウオパチーとは異なることを示した。歯梗塞で病的修飾を受けたtau2エピトープは界面活性剤の存在下でconformationを変化させ、可逆的に抗体との反応性を失う(Glia 2004:45:180-187)。通常のタウオパチーと区別してtautwopathyと呼ぶべきことを提唱した。Tau蛋白の病的沈着より形成される封入体には14-3-3 proteinsが共局在することをアルツハイマー神経原線維変化(Acta Neuropathol 2004:108:279-286),ピック小体病(Neurosci Lett 2004:371:215-219)で示した。
硫酸酸性水田のイネ根面に定着する窒素固定細菌相の遺伝的多様性とコメ収量との相関

本研究において、南カリマンタンの無施肥強酸性水田のローカルイネの作物としての潜在能力を明らかにし、21世紀の農業と言われる高収量低投入持続型農業の原型ともなりうる形質を明らかにした。当該ローカルイネの根面からは、南カリマンタンの酸性水田畦に自生していたM.malabathricumの根から得た細菌株、さらには中央カリマンタン泥炭湿地に群生するXyris complanata根圏から得られた細菌株と同じ16S rRNA遺伝子塩基配列をもったSphingomonas rosa近縁株を分離した。Xyris complanata根圏から得られたS.rosa近縁株のように、nif-H検出用ユニバーサルプライマーを用いたPCRによってnif-H配列が検出された菌株が見つかっていることから、強酸性耐性ローカルイネ根面から頻繁に分離されるSphingomonas属細菌の多くが、1)イネ根面微環境の緩和に寄与している、2)イネ根面で直接に窒素固定を行っているか、あるいは、少なくとも根圏複合系の窒素固定環境を整える能力がある、3)増殖時に他の微生物の成育を亢進するケースが認められるため、根圏複合系の形成に重要な役割を果たすこと、等の特徴を有していると考えられた。従って、ローカルイネはその根面あるいは根内で、Sphingomonas rosaイネ分離株単独ではなく、これを含めた根圏微生物群集の遺伝的多様性によってその系の安定な緩衝能と室素供給能を備えることができるのではないかと考えられた。ローカルイネの根はその通気組織(aerenchyma)が非常に良く発達しており、根の周辺や内部での実際の窒素固定とアンモニアの供給に関連した制御機構など、今後の解明が待たれる研究課題が数多く見いだされた。1)南カリマンタン、Gambut周辺の酸性硫酸塩水田(登熱時湿潤、pH2.93.9)および潜在的酸性硫酸塩水田(登熱時半乾燥、pH4.55.0)で作付けされているイネ・ローカルバラエティの根面に窒素固定細菌の検索を予備的に行い、2株のSphingomonas属細菌を分離同定した。さらに下記に示した選定圃場において水稲の株を掘り取り、その土壌、根圏、および根面に生息している無窒素培地で生育できる菌株を検索し、9地点で合計110株を分離した。そのうち、強酸性のまま無施肥でありながらコメ収量が高かった圃場(SU-7-1)では、根面細菌フロラが814株もの多様な集団から成り立っており、他の、施肥が行われた水田や潜在的硫酸酸性塩水田のフロラ群集(14株)に比べると明らかに高かった。その一部は16S rDNAの増幅とそのシーケンシングに供し、ライブラリー化を図っている。2)選定した30余の圃場について、それぞれ土壌の物理化学的性質(各種金属元素含有量、微量元素含有量、pH、EC、アンモニア量等)とコメ収量との相関を綿密に調べた。植物体は、乾重量、炭素同化量、全窒素量、全リン量等を各圃場について分析し、同様に土壌物性との相関をみた。また、幾つかの代表的圃場(特に無施肥圃場)では、圃場での日照量、水稲の分げつ数、伸長量、地上部の光合成量を調べ、より動態的な生育パラメーターを得るための生育モニタリングを行った。3)輸入許可を得た在来品種、および日本のイネ品種の種籾を用いて、分離菌株のイネへの硫酸酸性耐性付与効果試験を検討した。

ジェランガムやアガロースよりも、吸水性ポリマービーズを用いる方法がより根面の環境を土壌中のそれに近づけることができるとの結果を得た。南カリマンタン、Gambutの強酸性圃場イネから分離した微生物フロラは、30ppmのアルミニウム含有無窒素培地(pH3.0)での在来イネ品種の生存率を高めた。1)選定した60余の圃場について、それぞれ土壌の物理化学的性質(各種微量元素含有量、pH、EC、アンモニア量等)とコメ収量との相関を綿密に調べた。その結果、収量と相関を示す唯一のパラメーターとして、土壌の酸性度が高いほど収量が高い傾向を統計学的に明らかにした。収量の低い水田のpHは登熟期(7月下旬)においても5-6と中性域に留まり、その根面から得た微生物は嫌気的に還元性ガスを放出する性質を示した。硫化水素の発生も認められ、イネは秋落ちの症状を示していた。これに対し、酸性の強い水田では活発な鉄分の酸化が進行し、根面の微生物群集は微好気性を示した。2)南カリマンタン、Gambut周辺の酸性硫酸塩水田(登熟時湿潤、pH2.93.9)および潜在的酸性硫酸塩水田(登熟時半乾燥、pH4.55.0)で作付けされているイネ・ローカルバラエティ(siam Unus)の窒素に対する反応性を調べた。Siam Unusはアンモニアおよび硝酸塩に対するレスポンスがほとんどなく、内生あるいは着生細菌による窒素固定にて窒素分を得る可能性が高いことが分かった。そこで根面に定着する窒素固定細菌として分離した2株のSphingomonas属細菌を用い、予備的な接種試験を行った。その結果、生育が著しく向上したポットではイネの根内に特徴的な内生細菌群集が形成されること、および根面の細菌フロラがバイオフィルム形成を行うことが示された。特にSphingomonas属細菌の固着菌体は全く運動性を消失し、ゲリラ的に運動能力を獲得すること、根面では菌体は規則的に分散し、凝集菌体を形成しないことが分かった。3)輸入許可を得た在来品種、および日本のイネ品種の種籾を用いて、根系と根面細菌の相互関係の可視化を図り、無機塩入りジェランガム培地を用いてこれに成功した。在来品種は根の気道が極めて大きく、これが根周辺を酸化的に保つとともに、内部への機能性細菌の侵入と定着を容易にしていることが示された。ローカルイネ(Siam Unus)とコシヒカリ並びにIR72の窒素に対するレスポンスを調べた。Siam Unusは窒素に対するレスポンスがほとんどなく、その低反応性を補うべく低窒素状態での根系形成能が極めて高いことが示された。恐らく、根浸出物としての根からの光合成産物のロスが、窒素反応性の高い多収性イネに比べて著しく低いと思われる。この性質は脱粒性が低いことを除けば雑草イネに良く類似しており、南カリマンタンの自家採種と伝統農法と強酸性水田による一期作がこのような水稲ローカル品種を生み出したと考えられる。一方、表面殺菌したSiam Unus種籾および植物組織内(茎内と根内)のエンドファイトを検索し、それぞれ34種類の内生細菌を単離した。茎内部から分離した細菌は、単独培養で無窒素半流動ゲル培地のガラス管内壁上をスウォーミングによって移動した。ところが別の分離菌株との混合培養ではスウォーミングの挙動は認められなくなった。スウォーミングはクォーラムセンシング内生シグナルによって誘発されることが分かっており、これらの内生細菌コンソーシアムの相互制御系の存在が示唆された。また、根の内生細菌では混合培養でもスウォーミングが頻繁に起こり、根内での内生細菌の移動とコロナイゼーションの拡大に役立っているものと考えられた。
時間分解分子振動スペクトル観測による超音波キャビテーション下反応の解明

超音波キャビテーションによって発生する気泡の圧壊から生ずる発光現象を解明するため、発光スペクトルの測定、ラマン散乱法による分子振動スペクトル測定を行った。超音波周波数110kHz用の振動子・石英セルからなる試料部、インピーダンス整合器を製作し、電力をモニターすることによりキャビテーション発生に最適な振動条件を決定した。超音波出力を熱的に測定する場合、試料の溶存気体量に影響されることが明らかになった。最も発光が強い条件下でラマン散乱測定を行った。OH伸縮振動のスペクトルに注目し、超音波オフの場合のスペクトルとの差分をとると、3500カイザーにわずかな差が観測された。これがOHラジカルからのスペクトルだとすれば、初めてOHラジカルを実時間で観測したことになるが,その確証は得られなかった。そこで,ソノルミネセンススペクトルの解明に重点を移した。アルゴンガス飽和した水からの発光3スペクトル測定を行い、ORラジカルからの310nm,290nm,340nmピークを観測することができた。これ1はOHラジカルの電子・振動準位間遷移を考慮することによって説明された。アルゴンガス飽和した水にエタノールを混合し(最高濃度100mM)、ソノルミネッセンススペクトルの濃度変化を観測した。発光スペクトルの積分値は濃度とともに指数関数的に減少する。310nmでのOHラジカルの発光ピークは積分値よりも急速に消光する。これはアルコール分子が気泡内で蒸発してOHラジカルやホットスポットにより分解され、気泡温度が減少するためである。超音波周波数1MHzの実験では、アルコールがより顕著に影響することがわかった。SDS界面活性剤を混ぜた水溶液からのソノルミネッセンスは,超音波パワー,周波数に依存する。これはSDS分子・気泡間移動速度の影響であることを明らかにした。また,NaCl水溶液からのNaD線を観測し,Na原子発光が気泡内で起こることを解明した。アルゴンガス飽和した水からの発光スペクトル測定を行い、OHラジカルからの310nmピークを観測することに成功し、さらに290nm,340nmにもサブピークが存在することがわかった。これはOHラジカルの電子・振動準位間遷移を考慮することによって説明された。OHラジカルの消去剤として知られるエチルアルコールを加えると発光量は急激に減少することがわかり、微量のアルコールが気泡内で蒸発し、発光機構に大きな役割を果たすことが明らかになった。超音波周期と発光が同期しているかどうかを調べた。発光時間は1ナノ秒以下と非常に短いのでパルス測定することにより、超音波周期1回に対して2度発光することがわかった。気泡の振動をRayleigh-Plessetの式から計算した結果、初期気泡径によっては1周期に2度、気泡径が最小になる場合があることが示された。以上の結果をもとに、最も発光が強い条件下でラマン散乱測定を行った。

OH伸縮振動のスペクトルに注目し、超音波オフの場合のスペクトルとの差分をとると、3500カイザーにわずかな差が観測された。ここはOHラジカルの伸縮振動に相当するので、もしそれがOHラジカルからのスペクトルだとすれば、初めてOHラジカルを実時間で観測したことになり、発光現象解明に期待できる。超音波キャビテーションによって発生する気泡の圧壊から生ずる発光現象を解明するため、発光スペクトルの測定、ラマン散乱法による分子振動スペクトル測定を行った。アルゴンガス飽和した水にエタノールを混合し(最高濃度100mM)、ソノルミネッセンススペクトルの濃度変化を観測した。発光スペクトルの積分値は濃度とともに指数関数的に減少する。310nmでのOHラジカルの発光ピークは積分値よりも急速に消光する。これはアルコール分子が気泡内で蒸発してOHラジカルやホットスポットにより分解され、気泡温度が減少するためである。超音波周波数1MHzの実験では、アルコールがより顕著に影響することがわかった。界面活性剤であるSDSを混ぜた水溶液からのソノルミネッセンスも観測した。特異的なことはナトリウム原子からの589nmD線スペクトルが観測されたことである。SDS分子から解離したNaイオンが気泡周囲に集積され、気泡近傍の高温状態のため励起、発光したと思われる。World Congress on Ultrasonics (Beijing)や音響学会などで成果発表を行った。ラマン散乱測定では過酸化水素に注目し、その生成、分解を観測した。現在の所キャビテーションに特異な変化は観測されていない。Ar飽和したNaCl水溶液からのソノルミネセンスを超音波周波数108kHz、1MHzで観測した。NaCl濃度2Mのとき、Na原子D線は最大であった。H-法で求めたOHラジカル生成量も同じ濃度2Mで最大であった。1MHzより108kHzの方がNa D線強度は約1桁大きい。Na D線の高分解能スペクトル測定を行い、強度、線幅を超音波パワー2-16Wで調べた。線幅は赤方に非対称に広がり、約5Wで最大であった。線幅広がりの原因はNa励起状態とArとの衝突によるエネルギーレベルの減少である。エタノールを濃度0.5-2mMの範囲で添加すると、Na原子D線スペクトル強度はエタノール濃度とともに下がり、線幅は広がった。これはエタノール分子分解によって種々の分子が生成され、気泡内圧力が高まるためである。これらの結果から、Na原子発光は気泡内で起こると結論づけた。Na D線発光に至る励起過程についても議論した。OHラジカル発生が最大になるのもNaCl濃度2Mであることから、NaがOHラジカルやHラジカルによって化学的に励起されると推論した。この成果はInternational Congress on Ultrasonics (2007.4,Vienna)で発表された。100kHz超音波振動下で膨張収縮を繰り返す気泡の運動を高速度ビデオカメラ(150,000fps)で撮影し,気泡の分裂・合体を観測し最大径,並進速度などを求めた。超音波を連続波,バースト波にしたときの気泡ダイナミクスについて興味深い差が観測された。
奇形腫病理の機械学習解析に基づくヒトｉＰＳ・ＥＳ細胞のクリティカルエピゲノム同定

本年度は昨年度より継続して大規模オンライン機械学習を用いた奇形腫評価機械学習による奇形腫評価を行った。我々の利用するプラットフォームが搭載する最新の機械学習アルゴリズムでは数万個の特徴を用いた分類問題を解く事で、奇形腫組織像における豊富な情報をフルに活用可能である。従来までのバッチ形式を基盤とする解析手法では、バッチ毎に解析の値が変化するため、データセットが固定される問題があったが、データの追加時の処理が軽いオンライン処理を行うことで、機械学習を可能とした。ヒト幹細胞を用いた再生医療技術を臨床・治療、疾患研究、創薬、検査等に対して早期の実用化を図り国民への技術還元を行うと共に、安全性・有効性をより高めるための革新的なヒト幹細胞に関する研究開発を持続的に行うことが求められている。本研究では、奇形腫の病理組織像に対して機械学習解析を行い、そのデータを基盤として、多能性幹細胞のクリティカルエピゲノムを同定することを目標とする。奇形腫形成の過程や、細胞間、移植部位それぞれの相互作用を始め、奇形腫を構成する自然法則を明らかにし、多能性幹細胞による奇形腫がどのように創成されているかを構成的アプローチによって有機的なシステムとして解明することを目的とする。構成的システム病理学は、細胞、器官、多細胞体などを創成する仕組みや原理を解明するところに特徴がある。現在主流の要素還元的アプローチだけでは困難な、細胞や遺伝子の仕組みの解明が可能となる。従来までに蓄積されてきた科学研究、特に精巣、卵巣、脳に発生した奇形腫の形態情報を背景として、ヒト多能性幹細胞(iPS細胞、ES細胞)による奇形腫への科学的な理解、特にエピゲノム情報に対する新たな礎となる。豊富なヒトES細胞サンプルを用いて、ヒト多能性幹細胞におけるリプログラミング機構の一端を解明した。ヒトES細胞5株を含めた多数の多能性幹細胞を用いて網羅的DNAメチル化解析を行った結果、多能性幹細胞特異的DNAメチル化可変領域を同定し、それらの各遺伝子が新たな幹細胞エピジェネティクマーカーとして有用であることを示した。さらに、DNAメチル化というエピジェネティクスの側面からヒト多能性幹細胞のリプログラミング機構の一端を初めて明らかにした。これらの結果は、生物学のみならず、再生医療においてもヒト多能性幹細胞の規格化、標準化を進める重要な成果である。網羅的大規模データから独自の視点と解析方法でデータを解釈し、多数のiPS細胞を含めたヒト多能性幹細胞を多角的に比較解析して得られているため引き続きヒト幹細胞、並びに分化誘導した細胞群に対し、illumina HumanMethylation450Kを使用した網羅的DNAメチル化解析、ChIP-on-chipを使用した網羅的ヒストンメチル化解析、網羅的遺伝子発現解析を行う。そのための適切なプロトコールを確立する。得られた解析結果のシグナル値を元にエピジェネティック・プロファイル評価システムにより解析するとともに、高品質バイオインフォマティックス解析系の構築に注力するヒト幹細胞を用いた再生医療技術を臨床・治療、疾患研究、創薬、検査等に対して早期の実用化を図り国民への技術還元を行うと共に、安全性・有効性をより高めるための革新的なヒト幹細胞に関する研究開発を持続的に行うことが求められている。奇形腫形成の過程や、細胞間、移植部位それぞれの相互作用を始め、奇形腫を構成する自然法則を明らかにし、多能性幹細胞による奇形腫がどのように創成されているかを構成的アプローチによって有機的なシステムとして解明することを検討した。ヒト幹細胞、並びに分化誘導した細胞群に対し、illumina HumanMethylation450Kを使用した網羅的DNAメチル化解析、ChIP-on-chipを使用した網羅的ヒストンメチル化解析、網羅的遺伝子発現解析を行った。得られた解析結果のシグナル値を元にエピジェネティック・プロファイル評価システムにより解析するとともに、高品質バイオインフォマティックス解析系の構築に着手した。様々なエピゲノム解析によるプロファイリングの結果、細胞に発現するエピゲノム修飾が推定され、これに対応した分化指向性、腫瘍リスク率について検討した。また、ヒトES細胞、胎児性癌(EC)細胞、体性幹細胞の多群間比較解析を行うと共にヒト体性幹細胞の比較解析、継代数の異なるヒトES細胞株の比較解析、継代数の異なるヒト体性幹細胞の比較解析、ヒト体性幹細胞の腫瘍性向に関わる因子を検討した。奇形腫の画像解析は順調に行われており、それに付随する様々な解析データの蓄積も進んでいるため、概ね順調に進展していると判断された。現在主流の要素

還元的アプローチだけでは困難な、細胞や遺伝子の仕組みの解明が可能となる。従来までに蓄積されてきた科学研究、特に精巣、卵巣、脳に発生した奇形腫の形態情報を背景として、ヒト多能性幹細胞(iPS細胞、ES細胞)による奇形腫への科学的な理解、特にエピゲノム情報に対する新たな礎となる。国立成育医療研究センターでは様々なヒトES細胞やヒト体性幹細胞を樹立保有している。本提案においては、細胞数が十分確保しやすくかつ再現的に細胞を得やすいヒト幹細胞全般に関して実験を進める。申請者らは、用いる細胞株が細胞元来のもつ分化能を含めた特質を維持していることを既に示すと同時に、未分化性を維持していることも確認している。これらの細胞を、既に確立された分化誘導法に基づき、骨・軟骨・脂肪・神経・肝に分化させ、分化(分化誘導前)および分化誘導後の細胞のエピジェネティック・プロファイルを明確に規定するための材料とする。多能性幹細胞のエピジェネティック・プロファイリングによる解析は順調に進んでいる。ヒト幹細胞を用いた再生医療技術を臨床(治療)、疾患研究、創薬、検査等(以下、「臨床応用」と言う。)に対して早期の実用化を図り国民への技術還元を行うと共に、安全性・有効性をより高めるための革新的なヒト幹細胞に関する研究開発を持続的に行うことが求められている。大規模オンライン機械学習による細胞品質評価を行った。既存技術では、品質にsensitiveに反応し比較的検知しやすい情報のみを拾い上げ、細胞マーカーとして用いた。これは細胞から得られるゲノム情報のうち、ごく一部のみを利用しているに過ぎない。数千カ所のミクロな特異性を積み重ねた結果によるマクロな特性の発見は細胞マーカーを用いた指標では限界がある。また、既存の機械学習ツールは、何万個のオーダーの特徴を利用したタスクを想定していない。Jubatusの搭載する最新の機械学習アルゴリズムでは数万個の特徴を用いた分類問題を解く事で、ゲノムワイドな情報をフルに活用して品質評価が可能となった。また、始原生殖細胞と多能性幹細胞の網羅的なDNAメチル化解析によるエピジェネティック・プロファイルの蓄積とエピゲノム比較解析から未分化関連因子の同定と生殖細胞分化機構の検討を行った。さらにヒト多能性幹細胞へのフィードバックにより、ヒト幹細胞における未分化、分化、がん化のメカニズムの解析を行った。さらに、マウスモデルにて明らかになっているRspondin-LGRsシグナルについてヒト幹細胞や間葉系幹細胞における遺伝子動態とエピジェネティク制御について、Wnt系関連遺伝子群を中心に実施した。マウス上皮幹細胞の未分化、分化における網羅的エピジェネティック解析を行い上皮幹細胞分化の関連因子と分化機構に関する検討を実施した。本研究はヒト胚性幹(ES)細胞、ヒト体性幹細胞の全ゲノム網羅的DNAメチル化解析を基本ととし、マウス-ヒトデータの横断解析から新たなパラダイムの創出を行っている。これまでの研究において、おおむね順調に推移している。本年度は昨年度より継続して大規模オンライン機械学習を用いた奇形腫評価機械学習による奇形腫評価を行った。
グリア神経回路網の破綻による行動異常の分子メカニズム

脳神経回路において、グリア細胞は数にしてニューロンの約10倍あると言われている。近年、グリア細胞が神経回路に不可欠の役割を果たしていることが分かり、回路の理解にはニューロンとグリアから成る巨大なネットワークを研究することが重要であると言われるようになった。研究代表者はグリア細胞の異常による神経回路網の破綻、それによって引き起こされる運動・行動の異常をゼブラフィッシュをモデル動物として研究している。グリア細胞で発現するグリシントランスポーター1変異体は逃避運動が持続せず、ピンセットでつつくなどの触刺激を与えると本来なら数秒泳動するところを0.5秒程度しか運動しないという表現型を示す。変異体ではシナプス間隙に過剰のグリシン分子があり、グリシン作動性抑制伝達が増えていた。グリシン受容体の阻害剤であるストリキニンを作用させてグリシン作動性伝達を弱めることで正常な運動が回復することから、変異体ではグリシン作動性伝達が急性に亢進していることが確かめられ、これはグリア細胞による神経回路ネットワーク制御の一端をになうものである。一方、正常胚にストリキニンを作用させるとグリシン作動性伝達が減少することで異常運動が観察された。ストリキンンを作用させることでシナプス伝達が阻害されるだけでなく、受容体凝集も阻害されることから、この効果は慢性であるといえる。また、ゼブラフィッシュに阻害剤を作用させるという簡単な実験から活動依存的シナプス形成を研究する実験系ができると期待される。神経回路とは従来、ニューロンの回路であると考えられてきたが、数にしてニューロンの約10倍あると言われるグリア細胞が神経回路に不可欠の役割を果たしていることが近年次々と分かり、回路の理解にはニューロンとグリアから成る巨大なネットワークを研究することが重要であると言われるようになった。本年度はグリア細胞で発現するグリシントランスポーター1の変異体shockedについて解析を行った。shocked変異体は刺激による逃避運動が持続せず、本来なら数秒泳動するところを0.5秒程度しか運動しないという表現型を示す。筋でパッチクランプを行い、運動時の神経から筋への出力を電位変化として記録すると、shocked変異体では一過性の異常な電位変化が見られた。またその持続は泳動の異常に対応して短かった。これはshocked変異体では神経に異常のあることを示している。電位変化のトレースから泳動パターンを理解することができるが、グリシン受容体の阻害剤であるストリキニンを作用させると、持続する泳動の回復が見られた。これはグリシントランスポーターの欠損による異常が急性のものであり、シナプスに過剰量のグリシンが蓄積していることによって起こっているものと考えられる。しかし、回復したとはいえ、本来30Hzで見られる脱分極がストリキニン処理したshocked変異体では15Hz程度しか見られなかったことから、急性の効果以外にも持続的な影響が起こっている可能性も考えられた。
タンパク質栄養とIGF-I及びIGF関連タンパク質-食餌タンパク質によるIGF-I及びIGF関連タンパク質の生合成・作用発現の制御

1.種々の生理状態におけるラットインスリン様成長因子I(IGF-I)および結合タンパク質(IGFBP)遺伝子の発現状態および血中動態の追跡:まず、我々は、種々のIGFBPを精製し、これらに対する特異的抗体を作成した。更に、各IGFBPのcDNAをクローニングした。今回、取得した抗体およびcDNAを用いて、タンパク質の「質」あるいは「量」の異なる食餌を与えた動物、副腎除去・卵巣除去動物、糖尿病・肝臓病モデル動物をはじめとした、種々の生理状態の動物のIGF-IおよびIGFBPの血中濃度、および種々の組織におけるこれらのタンパク質の遺伝子発現を追跡した。その結果、タンパク質栄養状態の悪化あるいはインスリン依存性糖尿病によって、(1)IGF-IおよびIGFBP-3、BP-4血中濃度が低下する、(2)IGFBP-1およびBP-2血中濃度が上昇することが明らかとなった。更に、種々の臓器の各々のIGFBP遺伝子発現を追跡したところ、タンパク質栄養状態の悪化に伴って、IGFBP-1およびIGFBP-2mRNA量が著増することがわかった。2.ラットIGF-I、IGFBP-1およびIGFBP-2遺伝子の転写制御機構の解析:まず、我々は、ラットgenomic libraryより、ラットIGF-IおよびIGFBP-1、IGFBP-2遺伝子の5′上流領域をクローニングした。IGFBP-1については、タンパク質栄養状態の異なるラット肝臓より核タンパク質を調製し、ラベルしたIGFBP-1遺伝子の5′上流領域断片とincubateし、gel retardation assayにより、両条件下で違いが観察される領域を発見した。さらに、この領域と結合する核タンパク質がHNF-1であることを確定した。一方、IGF-I遺伝子については、胎児あるいは成長後のラット肝臓の核タンパク質とIGF-I遺伝子の5′上流領域断片の相互作用について詳細な検討を行った。3.ラット初代培養肝実質細胞・非実質細胞におけるIGF-IあるいはIGFBPの合成・分泌の制御:ラット初代培養肝実質細胞・非実質細胞にホルモンを添加するなど種々の生理状態で培養した後、培養液中に分泌されるIGF-I・IGFBP量およびこれらのタンパク質の遺伝子発現量を追跡した。ラット初代培養肝実質細胞において、IGF-I生合成は成長ホルモンおよびインスリン処理により誘導された。一方、IGFBP-1の分泌量およびmRNA量はグルカゴン・デキサメタゾン処理により増加し、インスリン処理により減少した。IGFBP-4の分泌量およびmRNA量は、インスリン・T_3処理により増加することがわかった。これに対して、IGFBP-3は肝非実質細胞で特異的に生産されており、この生合成量はIGF-I処理により上昇した。このように、肝臓におけるIGF-IおよびIGFBPの生産は、実質細胞と非実質細胞の相互作用により制御されていることが明らかとなった。4.IGF-I標的細胞におけるcAMP情報伝達経路とIGF-I情報伝達経路の相互作用:甲状線由来細胞FRTL-5を用いて、cAMP経路を刺激するTSHとIGF-Iの同時処理により、増殖が相乗的に促進されることを発見した。更に、この際、チロシンリン酸化の段階においてcAMP経路とIGF-I経路の情報が合流することが明らかとなった。この両経路の情報の合流は、筋肉細胞・腎臓細胞・肝臓細胞などでも観察され、生理的意義の高い反応であると考えられる。続いて、tyrosine kinase阻害剤を用いた実験より、この細胞の増殖において、cAMP経路の刺激により活性化されるtyrosine kinaseが重要な役割を果たしていることを明らかにした。現在、FRTL-5細胞において、IGF-Iの情報伝達に重要であると考えられるチロシンリン酸化タンパク質の精製を、抗ホスホチロシン抗体をリガンドしたアフィニティークロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィーなどを用いて進めている。