hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電位誘起アバランシュ増幅を伴う膜の構築と高感度センシング系の開発

本研究では、液液界面/エマルション・ベシクルをベースとして、分子補足→電位変化→ベシクルのなだれ的融合・透過→酵素放出→光検出と一つの刺激が堰を切ったようになだれ的に次段の過程を引き起こすアバランシュ型信号増幅のシステムの構築を目指し、そのための基礎研究として以下の実験を行なった。1.帯電粒子と帯電界面との相互作用の研究帯電した粒子と分極性油水界面との相互作用をより詳しく調べるために、蛍光ラベルされ負に帯電したラテックス粒子と分極性DCE/W界面との相互作用を全反射蛍光法で調べた。DCE相側が負に帯電しているときは粒子の界面への融合は無視できるほどであるが、DCE相側が正になる電位では、蛍光強度が増加することが認められた。電位ステップ直後の速い蛍光変化は粒子の界面への付着、その後の遅い変化は粒子のDCE相への溶解に対応すると考えられる。2.アバランシュ融合過程のモニターリングAerosol-OT(AOT,dioctyl sodium sulphosuccinate)を用い、分極性界面近傍にいくつかの方法でエマルションを形成し、融合条件を検討した。AOTをジクロルエタン(DCE)に溶解し、LiCl水溶液を接触させると、界面のDCE相側が徐々に白濁してくる。これは、W/O型のエマルションが形成されることによる。この状態で、DCE相から水相への正電荷の移動に対応するスパイク電流が観察された。スパイクの面積から見積もった電気量は、個々のエマルション粒子の移動によりものと比べ1000倍程度と大きく、アバランシュ型の移動であることがわかる。エマルション粒子の界面への融合過程を、EB-CCDカメラを装着した顕微鏡および実体顕微鏡で観察すると、電流スパイクに対応して、直径200μm程度の大きな液滴がDCE相からW相に移動することがわかった。
ES細胞(胚性幹細胞)より分化誘導した心筋細胞のイオンチャネルと超微形態の特徴

(1)心筋イオンチャネルの検討(方法)マウスのES細胞において細胞分化を誘導して最終的にbeating能力を有する心筋細胞へ分化させる。これらの心筋細胞に解糖系代謝阻害薬およびミトコンドリア酸化還元酵素阻害薬による二重の代謝抑制を行い、膜接着型パッチクランプ法を用いて心筋細胞膜ATP感受性Kチャネルを活性化し、その発現の程度や電流量を記録する。また同時にKチャネル開口薬および遮断薬に対する反応様式を検討する。(結果)ES細胞から得られた心筋細胞においては二重の代謝抑制を加えても、ATP感受性Kチャネルの活性化が非常に困難であり、細胞がshrinkageする頃に初めて活性化することが多く、記録できてもすぐにパッチ膜が壊れてしまい、安定した電流記録が十分に行えなかった。短い記録ながらも、その電流電圧曲線及び持続性の活性化様式からATP感受性Kチャネルと考えられた。しかしこの電流はGlibenclamideによって多くが抑制不能であった。この理由としてcriticalな状態で初めて活性化されるES細胞が多かったことが原因と考えた。約5MΩのパッチ膜で活性化されたATP感受性Kチャネルの数は最大でも2個であった。また数少ない細胞形態が保たれている状態で活性化されたATP感受性Kチャネルは成人細胞と同じく濃度依存性にGlibenclamideで抑制された。Kチャネル開口薬に対する反応ではES細胞も成人細胞と同等にpinacidilで活性化された。以上からES細胞は虚血に強い可能性が示唆された。(2)超微形態の検討(方法)ES細胞から分化した心筋細胞をグルタールアルデヒドおよびオスミウムによる電顕固定後に透過型および走査型電顕にてその超微形態やmyofibril, sarcomereなどを観察し、その形態とATP感受性Kチャネルの発現や分布との関連性につき検討する。(結果)ES細胞から分化した心筋細胞においてはmyofibril, sarcomereが成人細胞に比して非常に疎であり、これはATP感受性Kチャネルの発現数自体が少ないという上記結果とよく一致していた。平成14年度(1)心筋イオンチャネルの検討(方法)マウスのES細胞において細胞分化を誘導して最終的にbeating能力を有する心筋細胞へ分化させる。(結果)ES細胞から得られた心筋細胞においては二重の代謝抑制を加えても、ATP感受性Kチャネルの活性化がかなり困難であり、細胞がshrinkageする頃に初めて活性化することが多く、電流電圧曲線からはK電流であることが確認できたが、Glibenclamideによって抑制不能であった。パッチ膜の大きさは510MΩでパッチ膜抵抗は510GΩであったがES細胞ではこの範囲に存在するATP感受性Kチャネルの数は最大でも2個であった。また数少ない細胞形態が保たれている状態で活性化されたATP感受性Kチャネルは成人細胞と同じく10nMのGlibenclamideにて完全に抑制された。以上からES細胞から分化誘導された心筋細胞は成人細胞に比べて虚血に強い可能性が示唆される。(2)超微形態の検討(方法)

ES細胞から分化した心筋細胞をグルタールアルデヒドおよびネスミウムよる電顕固定後に透過型および走査型電顕にてその超微形態やmyofibril, sarcomerなどを観察し、その形態とATP感受性Kチャネルの発現や分布との関連性につき検討する。(結果)ES細胞から得られた心筋細胞においてはmyofibril, sarcomereが成人細胞に比して疎であることが多く、これは今のところATP感受性Kチャネルの数自体が少ないという上記結果と一致している。平成15年度(1)心筋イオンチャネルの検討(方法)マウスのES細胞において細胞分化を誘導して最終的にbeating能力を有する心筋細胞へ分化させる。これらの心筋細胞に解糖系代謝阻害薬およびミトコンドリア酸化還元酵素阻害薬による二重の代謝抑制を行い、膜接着型パッチクランプ法を用いて心筋細胞膜ATP感受性Kチャネルを活性化し、その発現の程度や電流量を記録する。また同時にKチャネル開口薬および遮断薬に対する反応様式を検討する。(結果)ES細胞から得られた心筋細胞においては二重の代謝抑制を加えても、ATP感受性Kチャネルの活性化が非常に困難であり、細胞がshrinkageする頃に初めて活性化することが多く、記録できてもすぐにパッチ膜が壊れてしまい、安定した電流記録が十分に行えなかった。短い記録ながらも、その電流電圧曲線及び持続性の活性化様式からATP感受性Kチャネルと考えられた。しかしこの電流はGlibenclamideによって多くが抑制不能であった。この理由としてcriticalな状態で初めて活性化されるES細胞が多かったことが原因と考えた。約5MΩのパッチ膜で活性化されたATP感受性Kチャネルの数は最大でも2個であった。また数少ない細胞形態が保たれている状態で活性化されたATP感受性Kチャネルは成人細胞と同じく濃度依存性にGlibenclamideで抑制された。Kチャネル開口薬に対する反応ではES細胞も成人細胞と同等にpinacidilで活性化された。以上からES細胞は虚血に強い可能性が示唆された。(2)超微形態の検討(方法)ES細胞から分化した心筋細胞をグルタールアルデヒドおよびオスミウムによる電顕固定後に透過型および走査型電顕にてその超微形態やmyofibril, sarcomereなどを観察し、その形態とATP感受性Kチャネルの発現や分布との関連性につき検討する。(結果)ES細胞から分化した心筋細胞においてはmyofibril, sarcomereが成人細胞に比して非常に疎であり、これはATP感受性Kチャネルの発現数自体が少ないという上記結果とよく一致していた。
非腫瘍性唾液腺病変の病理学的研究, とくに系統疾患における病態と診断的意義について

種々の非腫瘍性の唾液腺病変について、広く文献を蒐集し、最新の知見を考慮しつつ以下のように体系化し、それら個々の病変について、研究成果を交えながら病態や病理学的所見を詳細にまとめた。A発育異常(無形成、腺体の位置異常、導管の異常、異所性唾液腺)B退行性変化、萎縮および化生a萎縮b変性c化生的変化(脂腺化生、粘液細胞化生、オンコサイト、扁平上皮化生)d放射線による障害C実質の過形成的変化(オンコサイトの過形成病変、小唾液腺の腺腫様過形成、腺体外導管上皮の過形成)D唾液腺症E分泌異常付)嚢飽性線維症F唾石症H唾液腺内分泌I唾液腺炎a急性唾液腺炎と慢性唾液腺炎1急性唾液腺炎2慢性唾液腺炎(付特殊な慢性唾液腺炎)付〕線維素性唾液管炎b感染性肉芽腫性唾液腺炎(結核症、梅毒、放線菌症)cウイルス性唾液腺炎(流行性耳下腺炎、巨大細胞性封入体症、他)d免疫異常による唾液腺炎1 Sjogren症候群付)Mikulicz病、良性リンパ上皮性病変無症候性の唾液腺のリンパ球浸潤2 HIV感染症3 GVHD(移植片対宿主病)4その他、Heerfordt症候群、Wegener肉芽腫症1:ヒト小唾液腺排泄管(excretory duct)の構築と上皮過形成巣について:組織所見とその病的意義唾液腺の組織構築や過形成的病変については腺体内導管で詳細に検索されているが、口腔と唾液腺とをつなぐ排泄管に関してはほとんど研究がなされていない。そこでヒト手術材料中に含まれている小唾液腺排泄管を用いてこの点を検討した。(1)組織構築:管壁は菲薄な上皮層と疎な線維性結合組織層とからなり、口腔粘膜ちかくでの線維結合組織内にリンパ球のび慢性浸潤がみられた。上皮層は内側の円柱細胞と外側の扁平細胞から成る二層性構造を呈していた。(2)過形成巣:過形成巣はそれらの組織所見から以下のように分類出来た(3)病的意義:以上のような過形成巣は腫瘍との鑑別診断を要すること、ときにここが腫瘍の発生母地となる可能性があることが示唆された(学会発表済、投稿中)2:唾液腺におけるmelanocyteの出現について耳下腺の腺体内導管の上皮層にmelanocyteの出現を初めて見いだした(投稿中)種々の非腫瘍性の唾液腺病変について、広く文献を蒐集し、最新の知見を考慮しつつ以下のように体系化し、それら個々の病変について、研究成果を交えながら病態や病理学的所見を詳細にまとめた。A発育異常(無形成、腺体の位置異常、導管の異常、異所性唾液腺)B退行性変化、萎縮および化生a萎縮b変性c化生的変化(脂腺化生、粘液細胞化生、オンコサイト、扁平上皮化生)d放射線による障害C実質の過形成的変化(オンコサイトの過形成病変、小唾液腺の腺腫様過形成、腺体外導管上皮の過形成)D唾液腺症E分泌異常付)嚢飽性線維症F唾石症H唾液腺内分泌I唾液腺炎a急性唾液腺炎と慢性唾液腺炎1急性唾液腺炎2慢性唾液腺炎(付特殊な慢性唾液腺炎)付〕線維素性唾液管炎b感染性肉芽腫性唾液腺炎(結核症、梅毒、放線菌症)cウイルス性唾液腺炎(流行性耳下腺炎、巨大細胞性封入体症、他)d免疫異常による唾液腺炎1 Sjogren症候群付)Mikulicz病、良性リンパ上皮性病変無症候性の唾液腺のリンパ球浸潤2 HIV感染症3 GVHD(移植片対宿主病)4その他、Heerfordt症候群、Wegener肉芽腫症1:ヒト小唾液腺排泄管の組織構築と上皮過形成について(1)組織構築:手術材料を用い、ヒト小唾液腺排泄管の組織構築を明らかにした。(2)排泄管の上皮過形成:手術材料を用い、ヒト小唾液腺排泄管上皮の化形成所見の詳細を検索した。その結果、様々な型の過形成像がみられ、それらの特徴を記すとともに、組織分類を提唱した。また、これらの病的意義についても考察を加えた。2:ヒト唾液腺におけるメラノサイトの出現についてヒトの諸臓器にまれにメラノサイトのみられることはよく知られているが、唾液腺におけるメラノサイトの存在の報告は未だない。そこでヒト剖検例を用いて検索したところ、耳下腺の腺体外導管上皮にメラノサイトの存在を見出した。この所見の詳細を報告するとともに、その組織由来についても考察を加えた。Pathology International 47:581-583,1997.3:肝疾患における唾液腺の免疫異常所見について原発性胆汁性肝硬変症では唾液腺上皮に異常蛋白の発現を認め、その病的意義を考察した。Autoimmunity(in press)4:唾液腺腫瘍における口腔粘膜上皮の偽上皮腫様過形成について小唾液腺原発の多形性腺腫を覆う口腔粘膜上皮に高度の偽上皮腫様過形成のみられた2例を報告し、偽上皮腫様過形成について考察した。Pathology Internationa(in press)5:唾液腺疾患の概説2冊の著書を出版した。1.唾液腺腫瘍周囲組織の非腫瘍性ならびに腫瘍性増殖に関する検討。

(1)良性腫瘍被覆口腔粘膜上皮の非腫瘍性増殖:小唾液腺由来の良性腫瘍を被覆する口腔粘膜上皮はときに著しい反応性増殖を来し、扁平上皮癌との鑑別を要することがあることを明らかにした(Pathology International)。(2)悪性腫瘍被覆口腔粘膜上皮の癌性変化:小唾液腺由来の悪性腫瘍を被覆する口腔粘膜上皮に、同時性に癌性変化がみられ、結果として衝突癌となることを明らかにした(Brit J Oral Maxillofac Surg,in submitted)。2.ヒト唾液腺におけるメラノサイトの出現について。従来、このような所見の内外での記載はなく、本研究で初めて明らかになった事実である。平成9年度には耳下腺における所見を報告し(Pathology International)、本年度はそれに引き続き小唾液腺の所見を検索し、現在論文を作成中である。3.その他の非腫瘍性病変について。当初の計画に沿って研究を進め、現在結果を整理中(一部については論文作成中)である。4.唾液腺腫瘍の特殊な組織所見と、それらの鑑別診断について。
「量子力学計算のための解適合基底系の開発及び波束動力学計算への応用」

移動型最小二乗近似を用いた要素フリー・ガラーキン法を基に高次元(二・三次元)系の定常状態量子力学計算用汎用基底を開発した。さらに、二次元用基底をHOD分子振動の波束動力学計算に応用し、レーザーによる選択的励起に関する理論的な解析を行った。また、一方でニューラルネットワークを用いて波動関数を表現し、そのネットワークパラメータを遺伝的アルゴリズムで最適化することによりシュレディンガー方程式の解を求めることに成功した。ニューラルネットワークとしては入力・中間・出力層の3層からなる階層型パーセプトロンを採用し、入力信号として座標の値を、ネットワーク出力として波動関数の振幅と位相の値を対応付けることにより解である波動関数を表現している。ネットワークを構成する各パラメータはシュレディンガー方程式を満足する様にネットワークを教育することによって最適化された。また、ネットワークが初期値のとり方によって局所解に陥ってしまい正確解に至らないという事態を遺伝的アルゴリズムを併用することによって回避した。この際、遺伝的アルゴリズムとしては最適化の際に用いる染色糸数を抑えるために有効であると思われるマイクロ遺伝的アルゴリズムを採用している。開発された手法を、一次元調和振動子、モース型ポテンシャル、および二重井戸型ポテンシャルに適用したところ、いずれの場合においても励起状態固有関数を直接求めることが出来た。また、注目される点として励起状態を記述する際に必要とされるネットワークのユニット数がほとんど基底状態と変わらないという事が確認された。また、本手法はネットワークの入力層のユニットを増加させるだけで多次元系の波動関数が記述できるため拡張が容易である。以上の結果より、今回開発された方法は従来の基底関数展開が不得意としていた多次元高励起状態振動計算に有用であろうと結論付けられた。移動最小二乗近似を基にした要素フリー・ガラーキン法を量子力学系に適用することにより新しい汎用基底系を開発した。今回開発された基底はこれまで量子力学計算に用いられてきたグリッド法・有限要素法等と比較すると、展開される関数の無限次の連続性が保証されているため大域的な連続性を保持することが可能になっている。このため、微分演算子の評価における高精度が実現され、大きな運動エネルギーを持つ高励起振動状態の計算に有効であることが示された。また、節点値に関数値を無理に束縛することがないため波動関数の滑らかさを損なわずに局所的振る舞いを効率よく記述できることが判明した。その一方で、「節点分布の不等間隔性による精度の悪化が見られない」、「要素分割などの計算量の多い予備計算が不要」等の優れた性質を有することも明らかになった。さらに、本研究では解自体の振る舞いに基底系のパラメータを適合させる能力を持つ解適合基底系の開発を行った。解適合は波動関数の零点及び定常点に節点を分布させることにより実現した。このようにして構築される解適合基底を調和振動子系、ダブルミニマムポテンシャル系に適用しその有効性を議論したところ、他の解適合法に比べて良い精度の固有値計算を行うことが出来ることが判明した。要素フリー・ガラーキン法の基底は基底関数間の重なり積分が存在するため波束動力学用の基底として適していなかったが、これに対称直交化を施すことにより局所的かつ直交化された基底系を生成することが出来た。以上に加えて、波動関数を振幅部分と位相部分に分け各々の関数を新たに開発された基底系で展開し、展開係数以外の節点分布や接点の影響力などを表す未知変数及び固有値に至るまでの解適合最適化を試みた。この問題は非線形最適化であり従来の固有値解析が適用できないため、より一般的な最適化を行うことが出来る遺伝的アルゴリズムを用いてこれらの未知変数の最適化を行ったところ、高励起状態の波動関数をより少ない基底数で表現できることが明らかになった。
B/KNO3火薬のレーザー着火・燃焼比例則の確立とレーザー着火スラスタへの応用

B/KNO_3を推進薬としたレーザー着火式のマイクロスラスタの性能向上のために、データの不足している低圧下におけるB/KNO_3の燃焼特性を実験的に取得した。周辺圧力を変化させて燃焼速度を取得した結果、0.01MPa以下では燃焼速度はほぼ一定で圧力の影響をほとんど受けないが、0.1MPa付近では圧力指数が1に近くなるなど、周辺圧力が燃焼速度に極めて重大な影響を示すことが発見された。これらの特性を反映させたスラスタモデルを作成したところ実験とよく一致した。B/KNO3火薬のレーザー着火・燃焼比例則の確立を目標として,直径3.2mm、長さ2.0mmのボロン硝石(B/KNO3)の円筒形ペレットを用いて雰囲気圧に対する燃焼節速度を測定した。この寸法のペレットは申請者らが開発したマイクロレーザー着火スラスタに用いられたものと同一である。一般に火薬の燃焼速度は、試験に供するペレットの寸法の影響を受けるが、本研究の目標は取得したデータを用いて申請者らが開発したレーザー着火マイクロスラスタの性能を改善することであるため、同一サイズのペレットを用いて燃焼速度などの基礎データを取得することとした。実験は寸法800mm角の真空容器内で行い、精密な圧力の測定が可能なバラトロン真空計を新規に購入して、圧力を計測しながら燃焼速度を取得した。真空容器内部の圧力は、レーザー着火スフスタの立ち上がり時の燃焼室圧力を概算して1kPa以上の領域とした。真空容器内部はB/KNO3が大気中の酸素や窒素と反応することを避けるためにArガスで99, 99%以上置換した上で行った。燃焼遠度は最高撮影コマ数200fpsの高速度カメラを用いて着火から燃焼終了までの時間を取得画像から算出した。その結果、大気圧から10kPaまではB/KNO3ペレットの燃焼速度は、ほぼ圧力に対して線形に減少するのに対して、1kPa付近ではほぼ変化しないことが確認された。火薬の多くはr=aPnで示されるVielleの法則に従って燃焼速度が変化するが、本実験の結果はそれと大きく異なっている。試験装置の都合上、0.1MPa以上の燃焼速度を計測することができなかったため、九州工業大学の加圧容器を用いて0.1MPaから0.2MPaまでの燃焼速度の計測を行った。これによりレーザー着火スラスタの着火からインパルス発生に至る過程の評価に必要なB/KNO3ペレットの燃焼速度データを取得することができた。B/KNO3火薬のレーザー着火・燃焼比例則の確立を目標としたデータ取得を昨年度に引き続いて行った。昨年度の結果から、B/KNO3火薬の燃焼速度は、大気圧から10kPaまでは、ほぼ圧力に対して単調に減少するのに対して、1kPa付近ではほぼ変化しなくなることが確認された。レーザー着火スラスタの立ち上がり時の燃焼室圧力は、B/KNO3の表面のアブレーションによる噴射ガスにより1kPa弱であると見込まれるため、1kPa近辺の圧力における燃焼速度測定を取得することは、レーザー着火性能の把握にとって重要である。そこで、真空度を一桁高く測定することが可能なバラトロン真空計を設置し、燃焼速度の計測を行った。ターゲットとなるスラスタの大きさが決定していることから、昨年度に引き続いて、直径3.2mm、長さ2.0mmのボロン硝石(B/KNO3)の円筒形ペレットを用いて測定した。測定は寸法800mm角の真空容器内で行い、真空容器をArガスで99.99%以上置換することでB/KNO3と空気の反応を防いだ。燃焼速度は撮影・コマ数200fpsの高速度カメラを用いて着火から燃焼終了までの時間を取得画像から算出した。その結果、1kPa以下ではB/KNO3の燃焼速度はほぼ一定となることが確認された。また、高速度カメラの画像から、B/KNO3表面が剥がれ落ちるような、圧力に依存しにくい燃焼形態であることも確認された。レーザー着火スラスタでは、レーザー照射からインパルスを発生までに数百ms程度時間がかかっていたが、取得したデータとレーザー着火モデルからこの現象を解明した。すなわち、レーザー着火は焦点から開始されるために反応面積が小さく、発生する燃焼ガスも少なく燃焼室の圧力は上昇しにくい。その後燃焼により燃焼面が半球状に広がるにつれて燃焼ガスの量も増え燃焼室圧力が増大する。その結果、燃焼速度も増大し圧力は急激に増加し、有意なインパルスを発生する。今回の実験データと解析モデルにより、レーザー着火時の現象が矛盾なく解明でき、設計への指針を得ることができた。
膵幹細胞を用いた膵発生関連遺伝子の網羅的解析

発生には様々な遺伝子が関与することが知られている。我々は幹細胞システムにランダムに発生段階の遺伝子を導入することにより、幹細胞の形質変化を検討するという方法を考案した。我々は膵管由来膵幹細胞の単離に成功した。この細胞はpdx-1遺伝子が陽性で膵管の特徴であるCK19遺伝子を発現しており、増殖力があり、継代培養やクローン化も可能である。この細胞は培養条件により、膵内分泌細胞、膵外分泌細胞、肝細胞に分化する。我々はpolyoma T抗原を用いた、複製作用を利用し、エピゾーマルベクター導入により遺伝子を安定発現させるES細胞系(MG1.19細胞)および導入ベクター(pPyCAGベクター)を開発している。このシステムを膵幹細胞に応用可能で、前年度には上述のエピゾーマルベクター導入により遺伝子を安定発現させることが可能な細胞を作成した。この細胞には複数の遺伝子発現ベクターを効率よく導入可能である。平成18年度にはこの細胞に膵内分泌および膵外分泌細胞の分化や発生い関与するとされる種々の遺伝子のクローニングを行い、転写因子遺伝子発現ベクターを作成し、上記の細胞に導入することにより、転写因子遺伝子の大規模なスクリーニングを行った。その結果、インスリン遺伝子発現が、Pdx-1,MafA, NeuroD1遺伝子の組み合わせでもっとも誘導されること、また同時にインスリン陽性細胞も出現することが確認できた。また、Pax6遺伝子誘導でグルカゴン遺伝子発現が、Ptfla遺伝子ではアミラーゼ遺伝子が発現誘導されることが判明した。これらの結果は膵細胞の発生を検討するうえでも重要な情報を提供するばかりでなく、膵幹細胞を用いたインスリン産生細胞再生誘導方法の開発にも貢献するものである。このような安定した膵幹細胞を維持する方法論は我々独自のものである。本研究では膵幹細胞システムを用いて、膵発生に関連する遺伝子を網羅的に検索することを目的とする。このシステムを膵幹細胞に応用することにより、多くの遺伝子のスクリーニングを効率よく行うことが可能である。そこで、膵幹細胞の遺伝子に対する遺伝子導入の効果をスクリーニングする目的で、平成17年度には、上述のエピゾーマルベクター導入により遺伝子を安定発現させることが可能な細胞を作成した。この細胞にpolyoma oriを有するベクターを導入し、発現ベクターの維持に関する検討をEGFP発現ベクターを用いて行ったところ、1ヶ月後も蛍光を確認可能で長期間の発現維持が確認できた。また同時にEGFP, asREDの発現ベクターを同時に遺伝子導入したところ、ほとんどの細胞はこの2種類の蛍光を呈し、多種の発現ベクターの導入も可能であると考えられる。今後、このシステムを用いて、転写因子遺伝子の大規模なスクリーニングを行う予定である。
若年家計における住宅需要の分析

若年世代の住宅取得件数が低い水準に留まっていることが指摘されている。このことを説明するにあたって、本研究課題では、親からの住宅サービスの提供が子供世帯に与える影響に焦点をあてる。具体的には、(1)住宅における子供の親からの独立、(2)住宅を通じた親から子供への所得・資産移転、(3)住宅需要を踏まえた若年成人の消費や資産運用という3つの観点に基づいて実証分析を行う。2018年度においては、(1)との観点から親の住宅を相続する期待が、子供世帯が自ら費用を負担して持ち家を取得することに対して与える影響について、定量分析を行った。加えて、(2)と(3)の観点から、遺産としての住宅と金融資産の兼ね合いを考慮した上で、これらの移転期待が子供世帯の資産蓄積に与える影響についても定量分析を行った。いずれの分析についても日本家計パネル調査によるデータを用いている。子供の親からの独立に関する分析の結果、親の住宅を相続することが期待される子供世帯においては、平均的には5-21%ほど、自分名義の持ち家以外の居住形態から自分名義の持ち家へと移行する確率が低くなることが示された。続いて、住宅資産の蓄積について分析を行ったところ、親から金融資産の移転期待を持っている子供世帯については、貯蓄率が高くなることが示唆され、不動産の移転期待を持っている子供世帯においては、不動産保有額が高くなる傾向があることが示された。また、追加的に行ったいくつかの定量分析から、金融資産の移転期待を持つ子供は特に金融資産の贈与意思を持ち、不動産の移転期待を持つ子供は特に不動産の贈与意思を持つ傾向が示された。さらに、贈与意思があるグループにおいてのみ、資産の移転期待の効果は資産蓄積に対して正に有意なものであった。上記の分析結果から、将来の資産移転はすでに現在においても家計に影響を与えていることが示唆されている。本研究課題では、住宅の相続や購入資金の贈与と言った住宅を通じた親子間の所得・資産移転についてより詳細な分析を行うために、アンケート調査を行う予定である。移転を正確に分析するためには、親と子供、および子供の兄弟に関して、それぞれに詳細な情報が必要になる。しかし、親子それぞれの住宅事情や、兄弟間の意思決定について詳細なデータは、わが国にはこれまで無く、新たに作成する必要があった。この親子2世代にわたるデータを作成するにあたって、本研究課題では民間のリサーチ会社を利用し、第1世代として1000人程度の成人の子供がいる親を抽出し、その親を調査した上で、その子供たちの情報を調査する予定である。ただし、慶應義塾大学パネルデータ設計解析センターも2019年2月に親子2世代にわたる調査を行うことがわかった。この調査と本課題が行う親子調査の兼ね合いを考慮するため、調査の実施を遅らせた。本研究課題ではより兄弟間の意思決定のありかたについて考慮する予定である。分析モデルの構築および定量分析については、ここまでおおむね順調に研究が進んでいる。先述した(1)住宅における子供の親からの独立については、この分析の一部をまとめた論文「親の住居の相続期待と子供の住宅取得行動」が『季刊個人金融』の2019年春号に掲載予定である。今後は、若年世代の住宅需要の動学的変化と政策インプリケーションを考慮した分析モデルを構築する。動学的変化を考慮するにあたっては、親から住宅サービスを提供されている状態から独立するまでのサバイバル分析を行う。さらに、どのような居住形態を選んで独立したかを考慮するために、選んだ居住形態で独立の種類を分ける競合リスクによるサバイバル分析を行う。また、政策インプリケーションとして、最近の税制変更の影響を分析する。近年では相続税の基礎控除額の縮小と最高税率の引き上げおよび小規模宅地の特例の適用範囲の拡大が行われた。一方、贈与税に関しては、直系尊属からの贈与税率の引き下げや相続時精算課税の適用対象者の拡大が行われた。このように相続・贈与税の課税制度は大きく変化しており、各世帯の相続・贈与の計画が変更された可能性がある。本研究課題の分析から、この制度の変化によって、どのような影響が住宅需要にあったのかを示す。民間のリサーチ会社を利用して親子2世代の調査を早々に行う。具体的には以下の5つの項目について第2世代を対象に調査を行う。A)子供世帯の所得や貯蓄額など、B)現在の住居についての情報(所有形態、名義あるいは市場価値など)、C)将来の住居について(転居計画の有無や親との同居など)、D)金融資産あるいは不動産の相続や贈与の予定、E)親の介護の分担や親の資産の分配に関する兄弟間の意思決定、これらについての調査データが分析可能になり次第、上記の分析モデルを用いて定量分析を行う。多くの国々と同様に、日本においては親の住宅が遺産となり、子供が相続することが一般的に行われている。多くの家計にとり住宅は最大の資産であり、この相続を通じて、各家計の行動やマクロ経済が大きな影響を受けていることが考えられる。本研究課題においては、住宅の相続の有無を通じて、どのような子供世代の経済的格差が生じているのかを定量的に分析している。各家計の資産ポートフォリオが内生的な選択の結果として生じていることを考えれば、住宅の相続は子供世代の住宅資産のみならず金融資産の形成にも大きな影響を与える可能性がある。住宅の相続が、住宅資産の保有、消費及び金融資産の保有にどのような影響を与えているのかを明らかにしたい。当該年度の研究として、慶應義塾家計パネル調査の2005-2015年版を用いて検証をおこなった。

親の住宅を相続する可能性が子供の居住形態の選択に与える影響については、相続可能性が高いほど、子供は自ら費用を負担して住宅サービスを購入しないことが示された。また、住宅を相続する可能性がある世帯は、可能性が無い世帯と比較すると消費額が2.22.5%ほど上昇することが、さまざまな世帯の属性をコントロールした重回帰分析から示されている。特に現在借家に住んでいる世帯に限定すると、この効果は3.96.5%と非常に大きくなることが示されており、将来の住宅購入に関する支出の有無が現在の消費に影響を与えていることが示唆される。加えて、住宅を相続することが金融資産の蓄積にどのような影響を与えるのかは、高齢単身世帯を対象にして明らかにした。分析の結果、住宅を相続したことのある単身高齢世帯の貯蓄額は、そうでない世帯と比較して80%ほど高くなることが示された。2016年度に行う予定だった住宅需要と親子間の所得移転に関する国内外の既存研究と分析手法に関するサーベイについては研究計画通りに進んでいる。また、研究の主たるデータセットである慶應義塾家計パネル調査(KHPS)や日本家計パネル調査(JHPS)については、各年度のデータをパネルデータとして統合するなど、すでに定量分析を行うことが可能な形で構築をおこなえており、研究計画よりも順調に進展している。さらに、当初は2017年度から2018年度にかけて行う予定だった、子供世代における住宅の相続による影響の定量分析を、前倒しして2016年度から開始できている点についても、当初の計画以上に順調に研究が進んでいると言える。また、当初は2017年度以降に研究成果の公開を予定していたが、すでに2016年度内に行われたシンポジウム『日本の経済格差のダイナミズム』やワークショップなどで、これらの定量分析による結果の報告・議論を行っており、予定よりも早く研究成果の発信ができている。ただし、2016年度中に行う予定だった、住宅の相続や購入資金の贈与と言った住宅を通じた親子間の所得・資産移転についてのインターネットによるアンケート調査については、実施することを見送った。移転を正確に分析するためには、兄弟間での介護の分担などを把握する必要があり、親と子供、および子供の兄弟に関して、それぞれの居住地間の距離なども含んだ詳細な情報が必要になる。このため、調査のフレームを設定するのに精査する時間が必要となったこと、また、アンケート調査を行うにあたり多くの費用が掛かることから、2017年度の直接経費と併せて調査を行うことにした。近年、若年世代の住宅取得件数は低い水準に留まっている。このような若年世代の住宅需要を説明するにあたって、本研究課題では、親からの住宅サービスの提供が子供世帯に与える影響に焦点をあてる。具体的には、(1)住宅における子供の親からの独立、(2)住宅を通じた親から子供への所得・資産移転、(3)住宅需要を踏まえた若年成人の消費や資産運用という3つの観点に基づいて実証分析を行う。ここまでの研究では、(1)と(2)の観点から親の住宅を相続することが子供世帯の住宅需要に与える影響について定量分析を行った。
線形及び非線形問題に対する境界型メッシュレス解法の開発とその応用

本研究では,解析対象に節点のみを配置することで高精度な解析を実現するシステムの開発,および大規模問題に対する効率的な解析について線形あるいは非線形問題に対して一定の成果を得ることができた.近年,有限要素法を基礎とした「領域型メッシュレス解法」は多くの研究者により取り組まれ,汎用性の高い解析システムが多数提案されている.一方,境界要素法に関連する「境界型メッシュレス解法」については研究が開始された段階である.当該研究員と受け入れ研究者らは線形あるいは非線形問題に対する境界型メッシュレス解法について,境界要素法にて用いられる基本解を重み関数として適用することで定式化を行い,幾つかの典型的な例題を開発した計算プログラムにより解析することでその有効性を確認した.また,本研究では一般に大規模解析を実現することにも取り組んだ.本研究では基本解を用いたメッシュレス解法に対する多重極展開による計算の高速化について取り組んだ.メッシュレス解法に対する効率的な多重極展開法について研究を行うことでより高精度かつ効率的な多重極展開による基本解の表現方法について提案を行い,その有効性を確認した.非線形問題あるいは非均質媒体を取り扱う場合においては,それらに由来する領域積分項が現れる.そこで,境界要素法の分野で領域積分項を点の情報のみで評価する二重相反法を採用して評価を行った.二重相反法は領域積分項を未知係数と近時関数との積の和で近似する方法であり,従来の領域積分を直接的に評価する方法と比較して計算コストや精度面に対して優位性が存在することが知られており,メッシュレス解法である本手法に非常に適した方法であることより,その適用について検討を行った.非均質材料の非定常熱伝導問題などを解析することで本提案手法の汎用性ならびにその適用可能性について議論を行うことで今後の発展の可能性について確認した.申請者らが提案する新しいメッシュレス解析法は,境界要素法と同じく基本解を重み関数として使う.基本解に関する多重極展開を用いれば,ナノ材料シミュレーション等の大規模解析が可能である.また,非均質場の問題や非線形問題などでは領域積分が現れるが,二重相反法を用いることで,メッシュレス評価ができる.提案するメッシュレス解法の基本的アイディアを基に,上述の「多重極展開」と「二重相反法(DRM)」を併用すれば,線形問題及び非線形問題,さらに定常問題及び時間依存問題を含む幅広い分野に適用できる汎用解析システムが構築できることになる.この新しい解析システムのもとでは,全ては解析対象に配置した節点情報だけで問題が解決できるわけであり,計算コストを大幅に削減できる.初年度はラプラス方程式の解法の汎用化と非均質や非線形問題への拡張と,並列化計算への環境整備に取り組む.メッシュレス解法のラプラス方程式の解法は,前年度からの研究でその研究方針が立っているので,解法の整備と多重極展開を取り入れた高速・高精度解法を開発した.このメッシュレス解法を,これまで研究を進めてきたカーボンナノコンポジットのシミュレーションに応用した.多数のCNTを含む詳細なシミュレーションが可能になり,実用上で重要なCNT最適配置の材料設計への応用が可能になりつつある.次年度は非均質材料への拡張を中心に,FMMのより効率的なアルゴリズムの開発とそれを装備したより高速・高精度なメッシュレス解析法の開発とその応用に取り組む予定である.周知のように,有限要素法を基礎にした「領域型メッシュレス解法」は多くの研究者が取り組み,汎用性の高い解析システムが活発に研究されている.しかしながら,境界要素法に関連する「境界型メッシュレス解法」については,まだ研究が始まった段階にある.当該研究員と受入れ研究者が共同で提案したのは,境界上に配置した節点情報だけで解析する新しい境界型メッシュレス解法である.この解析方法では,線形問題は境界上に節点を配置するだけで良く,要素情報に関する入力データは不要となり,大幅に計算コストを削減できる.まずラプラス問題から研究に着手し,順次,ポワソン型の諸問題(非線形問題を含む)の解法に取り組んだ.新しいメッシュレス解析法は,境界要素法と同じく基本解を重み関数として使う.基本解に関する多重極展開を用いれば,ナノ材料シミュレーション等の大規模解析が可能である.また,非均質場の問題や非線形問題などでは領域積分が現れるが,二重相反法を用いることで,メッシュレス評価ができる.本年度は,線形問題の解法の多重極展開による高速化・大規模化で研究成果をあげることが出来た.提案するメッシュレス解法の基本的アイディアを基に,上述の「多重極展開」と「二重相反法(DRM)」を併用すれば,線形問題及び非線形問題,さらに定常問題及び時間依存問題を含む幅広い分野に適用できる汎用解析システムが構築できた.この新しい解析システムのもとでは,全ては解析対象に配置した節点情報だけで問題が解決できるわけであり,計算コストを大幅に削減できる.このメッシュレス解法の汎用性を高めるために,線形問題だけでなく,非均質場の問題や非線形問題,並びに定常問題や非定常問題を取り扱えなくてはならない.この種の問題では境界積分だけでなく領域積分も現れる.本研究では,境界要素法の研究分野で領域積分のメッシュレス評価に成功している「二重相反法(DRM)」を導入することで解決した.この解法の有効性を調べる目的で,非定常熱伝導問題の時間差分解法を対象に取り上げて例題解析を行って有効性を実証した.本研究では,解析対象に節点のみを配置することで高精度な解析を実現するシステムの開発,および大規模問題に対する効率的な解析について線形あるいは非線形問題に対して一定の成果を得ることができた.近年,有限要素法を基礎とした「領域型メッシュレス解法」は多くの研究者により取り組まれ,汎用性の高い解析システムが多数提案されている.

一方,境界要素法に関連する「境界型メッシュレス解法」については研究が開始された段階である.当該研究員と受け入れ研究者らは線形あるいは非線形問題に対する境界型メッシュレス解法について,境界要素法にて用いられる基本解を重み関数として適用することで定式化を行い,幾つかの典型的な例題を開発した計算プログラムにより解析することでその有効性を確認した.また,本研究では一般に大規模解析を実現することにも取り組んだ.本研究では基本解を用いたメッシュレス解法に対する多重極展開による計算の高速化について取り組んだ.メッシュレス解法に対する効率的な多重極展開法について研究を行うことでより高精度かつ効率的な多重極展開による基本解の表現方法について提案を行い,その有効性を確認した.非線形問題あるいは非均質媒体を取り扱う場合においては,それらに由来する領域積分項が現れる.そこで,境界要素法の分野で領域積分項を点の情報のみで評価する二重相反法を採用して評価を行った.二重相反法は領域積分項を未知係数と近時関数との積の和で近似する方法であり,従来の領域積分を直接的に評価する方法と比較して計算コストや精度面に対して優位性が存在することが知られており,メッシュレス解法である本手法に非常に適した方法であることより,その適用について検討を行った.非均質材料の非定常熱伝導問題などを解析することで本提案手法の汎用性ならびにその適用可能性について議論を行うことで今後の発展の可能性について確認した.
神経冠由来細胞の分化機構における2種類の新規タンパク質NELLの機能解析

NELLタンパク質はEGF様配列を6個及びコラーゲン様配列を5個併せ持つ約140kDaの新規細胞外因子で、発生初期から成体まで神経系組織に特異的に発現している。これまでに我々は、NELL1は試験管内では骨誘導活性と神経生存維持活性を有し、生体レベルでは頭蓋骨形成に関与すること、NELL2は試験管内では神経生存維持活性を有し、生体レベルでは記憶の長期増強に対し抑制的に作用することを明らかにしてきた。本研究では、この新しい細胞外因子がどのような細胞内情報伝達機構を作動させて、上記のような形質を発現するのかを解明する事を目的としている。最初に我々はNELL1及びNELL2の大量発現系を昆虫細胞により構築した。その結果、無血清培養液1Lあたり数mgの目的タンパク質を分泌発現させることに成功した。現在、大量精製を行い、結晶化条件を検討中である。次に、大量に得ることに成功した両NELLタンパク質を用いてアフィニティーカラムを作製し、ラット脳及び胎児破砕液を用いて結合タンパク質の単離同定を行っており、現在、幾つかの候補タンパク質を発見している。さらに、精製NELL1タンパク質を各種細胞に作用させたところ、骨芽細胞において骨形成に重要な役割を担う転写因子Cbfaの活性化と従来の骨形成因子(BMP)で作動する転写因子Smadの活性化が観察され、NELL1シグナルの作用点はBMPレセプターの付近であることが推察された。一方、精製NELL2タンパク質を海馬由来ニューロンに作用させたところ、ストレス応答性MAPKの一種であるJNKが活性化されること、JNK阻害剤を投与するとNELL2による神経生存維持活性が阻害されることを見出した。JNKを活性化する既知因子は数多くあるが、その一つにBMPが含まれていることから、NELL1及びNELL2はBMPカスケードとクロストークする可能性が高くなっている。本研究では、大量精製に成功したNELL2タンパク質を、様々なシグナルカスケード(EGF、NGF、bFGF、TGFβ、Wnt)のアッセイに供したが、いずれのカスケードにおいても細胞外でリガンドもしくはモジュレー夕ーとして作用する可能性はかなり低いと判断された。その中で、唯一有意な結果が得られたのは、ラット胎仔海馬由来初代培養ニューロンに対する生存維持活性であった。しかし、ニューロンに対して同種の活性を示すサイトカイン等は多種多様であり、現時点ではどのシグナルカスケードを作動させているのかは不明である。cDNAマクロアレイを使用してNELL2添加前後の初代培養ニューロン内における遺伝子発現の変化を観察した。その結果、bFGF及びTGFβファミリー関連タンパク質の発現量はあまり変化しなかったが、BMP前駆体を細胞外でプロセッシングして活性化する酵素Furinと、全TGFβファミリーのシグナルカスケードに大きく関与している転写因子Smad4の発現量が著しく減少していた。これはNELL2が特定のBMPのシグナルカスケードに対して抑制作用を示す可能性を示唆しており、NELL1の知見と類似する点が多い。また、神経細胞特異的な遺伝子として、デルタミン酸毒性及びLTPに関与する事が知られているNAAG peptidase及びNGFI-A(Egr-1)の発現量が低下し、プロテオグリカンの一種であるbiglycanの発現量が増加していた。最近、higlycanは細胞外でTGFβとコラーゲン繊維に結合して、TGFβの活性を抑制し、ニューロンの生存維持に作用することが報告されており、NELL2の活性を説明するものとして興味深い。一方、NELL2のノックアウトマウス及びNELL2のトランスジェニックマウスを作成したところ正常に発生した。現在、両マウスの神経機能に関して解析を進めている。これまでの研究を通してNELL1及びNELL2の機能に関する知見は蓄積したが、NELLタンパク質が直接関与する細胞内シグナルカスケードに関する情報は得られていない。おそらく全く新規のシグナルカスケード(少なくとも新規レセプター分子)が関与すると考えられる。今後はNELL結合タンパク質の単離解析を通してNELL特異的シグナルカスケードを発見する必要がある。

一方、精製NELL2タンパク質を海馬由来ニューロンに作用させたところ、ストレス応答性MAPKの一種であるJNKが活性化されること、JNK阻害剤を投与するとNELL2による神経生存維持活性が阻害されることを見出した。JNKを活性化する既知因子は数多くあるが、その一つにBMPが含まれていることから、NELL1及びNELL2はBMPカスケードとクロストークする可能性が高くなっている。
生後発達期におけるミクログリアの神経回路再編に対する役割の解明

生後発達期、中枢神経系では大規模な神経回路形成・編成が生じる。神経回路網の変化としては神経間の情報伝達部位であるシナプスの除去や新生があげられるが、近年、ミクログリアがシナプス除去に対して役割を持っていることが明らかとなってきた。申請者は未解明である生後1-2週目のマウスにおけるミクログリアの役割、特に神経回路発達の指標となるシナプス動態に対するミクログリアの関与について明らかにするためにin vivo2光子イメージングを用いたミクログリアの接触とスパイン形成または消失について検討を行った。生後8-10日齢の子宮内電気穿孔法によって大脳皮質興奮性神経細胞に赤色蛍光タンパク質を発現させたlbal-EGFPマウス(ミクログリア特異的にEGFPを発現)を用いて、タイムラプスin vivo2光子イメージングを行ったところ、ミクログリアが接触した部位に新たなフィロポディア状の突起(スパインの前駆体であると考えられている)が形成される様子が観察された。また、ミクログリアの活性を抑えるミノサイクリンを腹腔内投与したマウスのスパイン密度を調べたところ有意な減少が見られ、ミクログリア選択的に除去したマウスでも同様の結果が得られたことから、ミクログリアによるフィロポディア形成は発達期におけるスパイン形成に寄与していると考えられる。さらに、ミクログリアを除去したマウスから作成した急性スライス標本を用いて微小興奮性シナプス後電位の頻度を確認したところ対照群と比較して優位に減少していた。したがって、ミクログリアにより形成されたフィロポディアは機能的シナプスの形成に寄与していると考えられる。以上の結果から大脳皮質体性感覚野の発達期において、時期特異的にミクログリアがフィロポディアの形成を介して機能的シナプスの形成に寄与していることが示され、発達期の回路形成に対するミクログリアの新たな役割を示唆する結果が得られた。(抄録なし)生後発達期、中枢神経系では大規模な神経回路形成・編成が生じる。生後8-10日齢のIn utero elecctroporation法によって大脳皮質興奮性神経細胞特異的に赤色蛍光タンパク質を発現させたIbal-EGFPマウス(ミクログリア特異的にEGFPを発現)を用いて、in vivo2光子イメージングを行ったところ、ミクログリアが接触した部位に新たなフィロボディアが形成される様子が観察され、樹状突起全体のフィロボディア形成の割合よりも高いことが明らかとなった。ミクログリアを時期特異的(P5-10)にアブレーションしたマウスにおいてもスパイン密度の減少が観察された。さらに、固定標本を用いて幼若期ミクログリアの形態を調べたところ成体マウスのミクログリアより活性化していることが明らかとなったので、ミクログリアの活性化を抑制するミノサイクリンの腹空内投与を行い、スパイン密度を調べたところ有意な減少が見られた。以上のことから、発達期においてはミクログリアがスパイン形成に関与しており、さらにミクログリアの活性化状態が重要であるとが考えられる。本研究では発達期の回路形成にミクログリアが関与しているという新たな機能を示唆する結果が得られた。ミクログリアの正常な機能が失われることで精神疾患が発症することを示す報告もあることから、今回明らかとなった現象の詳細な分子メカニズム等を明らかにすることで、これらの治療に関して新たな視点を提供することも可能であると考えられる。

以上の結果から大脳皮質体性感覚野の発達期において、時期特異的にミクログリアがフィロポディアの形成を介して機能的シナプスの形成に寄与していることが示され、発達期の回路形成に対するミクログリアの新たな役割を示唆する結果が得られた。本研究課題ではミクログリアと神経細胞の接触様式とシナプスを介した神経回路発達への影響の解明について(1)発達期におけるミクログリアとスパインの接触様式およびスパインの変化の観察、(2)ミクログリアの活動阻害によって、神経回路の発達に異常が生じるかどうかについて検討を行うことを目的としていた。(1)に関してはin uteroelectroporationによって大脳皮質錐体細胞を赤色で標識したIbaI-EGFPマウス(ミクログリア特異的にEGFPを発現)を用いたin vivoイメージングを行うことで発達期においてミクログリアがスパインの前駆体であると考えられているフィロボディア形成に関与している可能性を見いだした。(2)に関してはミノサイクリンによるミクログリア阻害やミクログリア除去マウスにおいてスパイン密度が減少する結果が得られたことから神経回路にも影響が出ていることが考えられる。今後は前年度明らかとなったミクログリアによるフィロボディア新生のメカニズムについて検討を行う予定である。傷害時において傷害部位周辺の活性化型ミクログリアでBDNFの発現が上昇し、同部位でのシナプス数が変化するという報告があることから、BDNFがミクログリアを介したシナプス動態を調節する可能性についてTetOシステムを利用してミクログリア特異的にBDNF発現増強・抑制するマウスを用い検討を行う。また、ミクログリアによるフィロボディア形成の神経回路発達への影響をより詳しく調べるためにミクログリア除去マウスを用いたカルシウムイメージングを行う。ミクログリア除去マウスではスパイン密度が減少するという結果が得られていることから正常なマウスよりも未発達な状態にあることが考えられる。そこで、感覚入力に対する神経細胞の応答を観察し、感覚入力に対する神経回路にどのような異常が生じているか検討する。(抄録なし)