hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
第一原理シミュレーションによる銀河形成過程の解明

本研究課題は、超高分解能銀河形成シミュレーションから銀河形成過程の詳細を明らかにしようというものである。銀河形成シミュレーションでは、暗黒物質とバリオン(ガスと星)の進化を極めて広いスケールに渡って解き、星形成(sub-pcスケール)から銀河(100kpcスケール)までを同時に扱う。こうした多階層を効率的に扱うためには、注目するところにより細かい質量/空間分解能をもつ粒子を配置して計算する必要がある。粒子間重力相互作用の計算には、力の特異点を避けるために重力ソフトニングと呼ばれる重力の空間分解能限界となるスケールを導入したプラマーポテンシャルが良く用いられる。重力ソフトニングが粒子によらず一定であれば重力計算高速化法の一つであるツリー法で計算可能であるが、粒子ごとに異なる重力ソフトニングを持つ場合はツリー法をそのまま適用できなかった。私は、ペアの重力相互作用に対してお互いの重力ソフトニングを考慮して対称化した重力ソフトニングを用いることにし、それを用いて粒子群の多重極展開を定義した。多重極展開の精度の観点から、ふさわしい平均化重力ソフトニングの形を発見した。これにより異なる重力ソフトニングをもつ粒子系に対して、一本のツリーを用いて重力計算ができるようになり、重力計算を高速化することに成功した。また、私は自身が開発したシミュレーションコードをもちいて、銀河形成の主要な過程である銀河衝突の超高分解能シミュレーションを行い、そのときに生まれる星団の形成過程について詳細に調べた。その結果、星団は初期に小さな星団ができ、それらが合体により成長する「階層的星団形成過程」を経て形成されるということをはじめて明らかにした。星団が階層的な形成を経るとすると、若い星団は非常に混み合っていること、高い多重星団率、星団の冪的質量関数等の観測的性質を説明しやすい。本年度、二つの科学的成果についての論文が出版された。一つは銀河形成・進化過程の重要な経路である銀河衝突についてである。従来のシミュレーションでは、銀河同士が衝突したときに生じる広がった爆発的星形成領域を再現できていなかった。今回我々が行った超高分解能シミュレーションにより、銀河同士の初期遭遇時に観測に対応する銀河スケールに広がった爆発的星形成領域が形成されることが明らかになった。解析の結果、この爆発的星形成は星間ガスの急激な圧縮によって励起されたており、また、このとき星団を形成する。もう一つは、銀河円盤モデルの高分解能シミュレーションにより、個別の星形成領域を初めて同定し、それが電波干渉計の観測結果を矛盾無く説明することを明らかにした。これらの結果は高分解能シミュレーションによる銀河シミュレーションが観測の多様な側面をうまく説明できることを示しており、今後のシミュレーション研究の礎となる重要な結果である。シミュレーションコードについて二つの重要な拡張が行われた。一つは時間刻み幅についてである。従来の独立時間刻み法を用いたN体/SPH法では超新星爆発の効果を正しく扱うことができていなかった。この問題について我々は、超新星爆発周辺のガスの時間刻み幅に制限をつけることで正しく扱えるようにした。この研究はAstrophysical Journalから出版された。もう一つは時間積分法についてである。超新星爆発が生じると急激に3桁程度時間刻み幅が短くなる。このとき重力が摂動的であることを考慮して、流体と重力の時間刻み幅を粒子ごとにばらばらにとる時間積分法を開発した。これにより結果を変えずに高速なシミュレーションが可能になった。これについてもPASJより出版されることが決定している。
誘導γδT細胞を用いたがん化学療法腸管免疫療法の開発

血液悪性腫瘍性疾患に対してがん化学療法中の患者を対象にして、骨髄液や末梢血からγδ細胞を抽出し、そのγδ細胞の細胞生物学的な特徴を確認した。実臨床に用いるレベルでのγδ細胞の誘導は困難であったことから、初発時の骨髄液や末梢血のγδ細胞割合とその後の臨床的アウトカムを、当院で治療中の血液疾患症例を用いて前向きに検討した。症例は2014年1月から2016年12月までの2年間に血液疾患のために当院で骨髄液や腫瘍組織中の細胞表面マーカー検索を実施した症例277例。全症例277例中、女性119例、男性158例で、年齢の中央値は58歳(193歳)であった。基礎疾患の別では、全症例中血液悪性腫瘍性疾患ありが167例(60.2%)、なしが110例(39.8%)であり、血液悪性腫瘍性疾患なしの症例群をコントロール群として以下の解析をすすめた。全症例156例(骨髄液66例、腫瘍組織90例)において、観察期間内の死亡イベントは20例(12.8%)であり、骨髄液群と腫瘍組織群にそれぞれ10例ずつであった。血液腫瘍性疾患において骨髄液中と腫瘍組織中のリンパ球分画の割合が生存に及ぼす影響を多変量解析で比較したところ、腫瘍細胞中のリンパ球分画のうち、ヘルパーT細胞とB細胞が有意に生存に影響していた(それぞれP=0.0243,0.0143)。最終年度においては口腔内細菌叢および腸管内細菌叢のメタゲノム解析を行い、プレバイオティクスとプロバイオティクスが腸管免疫や宿主免疫に与える影響を解析した。まだプレリミナリーな段階であるが、歯科衛生学的な口腔内清掃後の唾液細菌叢を診ると、Saccharibacteria菌の割合が増加し、乳酸菌製剤の投与によってそれが維持されることが判明した。Saccharibacteria菌は環境中にも存在する口腔内常在菌であり、いわゆる乳酸菌の一種であるが、その生態についてはまだ十分判明していない。本菌が優位に存在することで、口腔内清潔環境が維持される可能性が考えられた。新たな研究課題である腸内細菌叢のメタゲノム解析の結果が得られた。本年度において得られた口腔内細菌叢および腸管内細菌叢のメタゲノム解析の結果を補完し、プレバイオティクスとプロバイオティクスが腸管免疫や宿主免疫に与える影響についてのまとめを報告する。がん化学療法中患者における細菌感染症の発症に対して、γδT細胞を用いた細胞免疫学的療法の開発を本研究の目的とする。γδT細胞の誘導にはビスフォスフォネート製剤を用い、それらが体内を循環するγδT細胞をどの程度増加させるかを確認した。さらにプレバイオティクスとして水溶性線維とグルタミン酸を経口投与し、がん化学療法中患者の腸内細菌叢を構成する腸内細菌叢の変化を確認している。がん化学療法中の患者においてプレバイオティクス使用中の末梢血をモニタリングし、γδT細胞の増加がみられるかを確認中である。今後は、がん化学療法中患者のγδT細胞を抽出し、その性質について確認する予定である。当初期待した通りのγδT細胞の増殖がみられない。がん化学療法中患者において院内感染やアウトブレイクがどのように伝播するかを確認するために、当科で経験したESBL耐性遺伝子伝播による複数菌種のアウトブレイクについて分子微生物学的に解析した。その結果病棟内アウトブレイクだけでも、クローナルアウトブレイクと非クローナルアウトブレイクがあることが分かった。次に、がん化学療法中患者の骨髄液や末梢血からγδ細胞を抽出してそのγδ細胞の細胞生物学的な特徴を確認した。実臨床に用いるレベルでのγδ細胞の誘導は困難であったことから、初発時のγδ細胞の量とその後の臨床的アウトカムを、2012年からの血液疾患症例を用いて前向きに検討した。さらに本年度において腸管内細菌叢のメタゲノム解析を行い、プレバイオティクスとプロバイオティクスが腸管免疫や宿主免疫に与える影響を解析する予定である。当初予定したγδ細胞の増力がみられず、体内での内因性γδ細胞と患者治療アウトカムとの関連を調べることとした。2014年1月から2016年12月までの2年間に当院で骨髄液や腫瘍組織中の細胞表面マーカー検索を実施した症例277例を対象にした。血液悪性疾患の診断はWHO分類(2008)に基づいて診断した。血液腫瘍性疾患において骨髄液中と腫瘍組織中のリンパ球分画の割合が生存に及ぼす影響を多変量解析で比較したところ、骨髄液中のリンパ球分画の中で有意に生存に寄与する細胞成分はみられず、年齢だけが唯一の寄与因子であった(P<0.0001)。また腫瘍細胞中のリンパ球分画のうち、ヘルパーT細胞とB細胞が有意に生存に影響していた(それぞれP=0.0243,0.0143)。

年齢は有意な要因ではなかったが(P=0.5655)独立因子として強制投入した。統計学的に有意な関連がみられたリンパ球分画、ヘルパーT細胞とB細胞で、その対象細胞成分が中央値より多いか(+)少ないか(-)の二群比較生存曲線を描画したところ、腫瘍細胞内のヘルパーT細胞(Th)が多い群(+)では少ない群(-)に比較して予後が良好であり、また腫瘍組織内のB細胞(B)が多い群(+)では少ない群(-)に比較して有意に全生存が長かった。さらに本年度において口腔内細菌叢および腸管内細菌叢のメタゲノム解析を行い、プレバイオティクスとプロバイオティクスが腸管免疫や宿主免疫に与える影響を解析する予定である。当初予定したγδ細胞の増力がみられず、体内での内因性γδ細胞と患者治療アウトカムとの関連を調べることとし、新たに設定企画した研究内容でのデータが出そろった段階である。血液悪性腫瘍性疾患に対してがん化学療法中の患者を対象にして、骨髄液や末梢血からγδ細胞を抽出し、そのγδ細胞の細胞生物学的な特徴を確認した。実臨床に用いるレベルでのγδ細胞の誘導は困難であったことから、初発時の骨髄液や末梢血のγδ細胞割合とその後の臨床的アウトカムを、当院で治療中の血液疾患症例を用いて前向きに検討した。症例は2014年1月から2016年12月までの2年間に血液疾患のために当院で骨髄液や腫瘍組織中の細胞表面マーカー検索を実施した症例277例。全症例277例中、女性119例、男性158例で、年齢の中央値は58歳(193歳)であった。基礎疾患の別では、全症例中血液悪性腫瘍性疾患ありが167例(60.2%)、なしが110例(39.8%)であり、血液悪性腫瘍性疾患なしの症例群をコントロール群として以下の解析をすすめた。全症例156例(骨髄液66例、腫瘍組織90例)において、観察期間内の死亡イベントは20例(12.8%)であり、骨髄液群と腫瘍組織群にそれぞれ10例ずつであった。血液腫瘍性疾患において骨髄液中と腫瘍組織中のリンパ球分画の割合が生存に及ぼす影響を多変量解析で比較したところ、腫瘍細胞中のリンパ球分画のうち、ヘルパーT細胞とB細胞が有意に生存に影響していた(それぞれP=0.0243,0.0143)。最終年度においては口腔内細菌叢および腸管内細菌叢のメタゲノム解析を行い、プレバイオティクスとプロバイオティクスが腸管免疫や宿主免疫に与える影響を解析した。まだプレリミナリーな段階であるが、歯科衛生学的な口腔内清掃後の唾液細菌叢を診ると、Saccharibacteria菌の割合が増加し、乳酸菌製剤の投与によってそれが維持されることが判明した。Saccharibacteria菌は環境中にも存在する口腔内常在菌であり、いわゆる乳酸菌の一種であるが、その生態についてはまだ十分判明していない。本菌が優位に存在することで、口腔内清潔環境が維持される可能性が考えられた。新たな研究課題である腸内細菌叢のメタゲノム解析の結果が得られた。がん化学療法中の他の要因や、感染症の状況、および食事療法やそれに含まれるプレバイオティクスの影響などを加味し、よりγδT細胞が増加しやすい条件を検討する。本年度において腸管内細菌叢のメタゲノム解析を行い、プレバイオティクスとプロバイオティクスが腸管免疫や宿主免疫に与える影響を解析する予定である。本年度において口腔内細菌叢および腸管内細菌叢のメタゲノム解析を行い、プレバイオティクスとプロバイオティクスが腸管免疫や宿主免疫に与える影響を解析する予定である。
マウス脊髄損傷モデルに対する骨髄由来多能性幹細胞移植の検討

目的:骨髄由来多能性幹細胞をマウス脊髄損傷モデルに注入し、損傷脊髄への生着および神経細胞・グリア細胞への分化につき組織学的に検討し、行動学的回復に及ぼす影響についても検討を加えることによりその脊髄損傷治療における効果を知ることを目的とした。方法:1)マウス脊髄損傷モデルを作成する。全身麻酔下にFarooque(2000)らの方法に準じて第8胸椎椎弓切除し、硬膜外より20gの圧迫を加え、脊髄不全損傷モデルとした。マウスは雌C57/B6マウスを用いた。3)2)で採取した骨髄由来多能性幹細胞を1)で作成した脊髄損傷モデルの脊髄損傷部に注入した(損傷後1週)。コントロールとして、幹細胞をsuspendするのと同様の燐酸緩衝生理食塩水(PBS)を同量注入した。4)幹細胞注入後時間経過を追って、行動学的評価をおこなった。行動学的評価にはFarooque(2000)らのscoringsystemを用いた。5)4)と同様に注入後時間経過を追って組織標本を作成し、組織学的検討を行った。注入した幹細胞由来の細胞はすべて雄の細胞であり、Y染色体を有する。そこでマーカーとしてY染色体に対する蛍光標識DNA probeを準備し、in situ hybridizationをおこなうことで、注入した幹細胞を組織標本上で同定できる。また神経系の各種細胞マーカーとLacZに対する免疫染色二重染色を行い、移植した幹細胞の神経系細胞への分化につき検討した。結果:幹細胞移植群ではコントロール群と比べ移植後3週の時点より有意な行動学的回復が認められ、移植後5週の最終観察時にもその有意差は保たれていた。Y染色体in situ hybridizationでは、幹細胞を移植した群のみにてY染色体陽性細胞が脊髄内に見られた。免疫染色では、幹細胞移植群のみにLacZ陽性細胞を認めた。二重染色の結果、astrocyteのマーカーGFAPとLacZの二重陽性細胞、oligodendrocyteのマーカーO4とLacZの二重陽性細胞、neural stem cellのマーカーNestinとLacZの二重陽性細胞がそれぞれ認められた。ニューロンのマーカーNeuNとLacZの二重陽性細胞は見られなかった。考察:骨髄由来幹細胞移植は損傷脊髄に移植したさいにはグリア細胞・神経幹(前駆)細胞に分化し、機能回復を促進した。本研究において、機能回復は移植後比較的早期により起こることから、移植細胞が分泌する液性因子が機能回復の主なメカニズムであろうと思われた。対象には雌性C57BI/6Jマウス8週齢を用い、ハロセン麻酔下に第7,8胸椎椎弓切除し、硬膜外より脊髄に20g、5分間の重錘圧迫を加えて不全脊髄損傷モデルを作成した。雄性ROSA26マウスの大腿骨から採取したLacZ陽性の骨髄細胞に対して、ソーティングをおこない、c-Kit陽性、Sca-1陽性、Lin陰性の造血幹細胞分画を純化した。損傷後1週の脊髄損傷部に造血幹細胞分画3μl (3×10^4細胞)を直接注入した群を移植群とし、PBSのみを3μl注入した群を対照群とした。後肢運動機能の改善は、受傷後3日、1週、移植後3日、15週(1週ごと)に盲目的に採点した。組織学的評価のため、移植群、対照群ともに移植後5週の時点で4%パラフォルムアルデヒドを用いて潅流固定をおこない、損傷部脊髄組織の連続切片を作成した。Y染色体FISH (fluorescent in situ hybridization)にてY染色体陽性の移植幹細胞の生着を確認した。また、抗LacZ抗体と各種神経系マーカーとの免疫二重染色を行い、移植した造血幹細胞の分化の有無を評価した。以上の結果、後肢運動機能評価については、移植群では対照群に比して損傷後3週より有意な改善を認めた。この改善は移植後5週まで続き、移植後5週時点での移植群の平均スコアは4.2点であったのに対し、対照群の平均スコアは2.9点であった。Y染色体FISHにて、移植後5週の脊髄において、Y染色体陽性の移植細胞の生着が確認され、移植細胞の大半は脊髄白質に存在していた。また、抗LacZ抗体と神経系マーカーとの免疫二重染色の結果、移植細胞の一部が神経前駆細胞、オリゴデンドロサイト、アストロサイトのマーカー陽性細胞に分化していた。

5)4)と同様に注入後時間経過を追って組織標本を作成し、組織学的検討を行った。注入した幹細胞由来の細胞はすべて雄の細胞であり、Y染色体を有する。そこでマーカーとしてY染色体に対する蛍光標識DNA probeを準備し、in situ hybridizationをおこなうことで、注入した幹細胞を組織標本上で同定できる。また神経系の各種細胞マーカーとLacZに対する免疫染色二重染色を行い、移植した幹細胞の神経系細胞への分化につき検討した。結果:幹細胞移植群ではコントロール群と比べ移植後3週の時点より有意な行動学的回復が認められ、移植後5週の最終観察時にもその有意差は保たれていた。Y染色体in situ hybridizationでは、幹細胞を移植した群のみにてY染色体陽性細胞が脊髄内に見られた。免疫染色では、幹細胞移植群のみにLacZ陽性細胞を認めた。二重染色の結果、astrocyteのマーカーGFAPとLacZの二重陽性細胞、oligodendrocyteのマーカーO4とLacZの二重陽性細胞、neural stem cellのマーカーNestinとLacZの二重陽性細胞がそれぞれ認められた。ニューロンのマーカーNeuNとLacZの二重陽性細胞は見られなかった。考察:骨髄由来幹細胞移植は損傷脊髄に移植したさいにはグリア細胞・神経幹(前駆)細胞に分化し、機能回復を促進した。本研究において、機能回復は移植後比較的早期により起こることから、移植細胞が分泌する液性因子が機能回復の主なメカニズムであろうと思われた。
平面細胞極性シグナルの異常と繊毛関連症候群及び癌の浸潤転移

上皮管腔組織は、多細胞生物における基本的かつ重要な構造であり、その形成・破綻の分子機構を解明することは、医学・生物学上の重要課題の1つである。我々は、細胞極性制御を司る平面細胞極性シグナルに焦点を当てて、このシグナルの異常と上皮管腔組織の形成異常(奇形)、繊毛関連症候群やがんの進展との関連を解析し、その結果、平面細胞極性シグナルの異常が腎尿管先天性奇形などをもたらすとともに、その恒常的活性化が繊毛形成に関わる分子の発現などを介してがんの進展に関わることを明らかにした。本研究では、主に平面細胞極性シグナル(PCP:planar cell polarity)と上皮細胞頂上側に存在する繊毛を介するシグナルに焦点を当て、上皮管腔組織形成・破綻の機構を明らかにするとともに、これらのシグナルの異常や上皮間葉転換(EMT:epithelial-mesenchymal transition)と奇形や癌の浸潤等との関連を明らかにする。本年度の研究では、まず(1)腎臓の発生における尿管芽形成時の後腎間葉においてPCPを誘導する液性因子Wnt5aの受容体であるRor2受容体チロシンキナーゼが高発現すること、Ror2、Wnt5a欠損マウスでは腎臓・尿管の奇形が認められること、及び腎上皮細胞の三次元培養から、Ror2が側底部に局在することが明らかとなった。また、(2)大脳皮質は神経管の神経上皮細胞が管腔構造を維持したまま増殖・分化し形成されるが、この過程で神経上皮細胞(神経幹細胞)ではPCP制御因子であるWnt5a,Ror1,Ror2が高発現しており、Wnt5a-Ror1/Wnt5a-Ror2シグナルが幹細胞性維持に関わることが見出された。加えて、(3)片側尿管閉塞によるマウス腎線維化モデルで、EMTに伴いWnt5a,Ror2の発現が誘導されること、及び上皮様癌細胞を(EMT関連転写因子)Snailの構成的発現によりEMTを誘導した際に、Wnt5a,Ror2の発現が誘導され、Wnt5a-Ror2シグナルによりマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)-2が誘導され、浸潤能が亢進することが明らかとなった。さらに、(4) Wnt5a-Ror2シグナルにより繊毛の形成・機能に関わるIntraflagellar transport(IFT)-20が発現誘導されるとともに、Ror2と共局在すること、及びアダプター分子Dok-1/2/3三重欠損マウスにおいて肺上皮管腔構造の破綻がもたらされることが見出された。平成25年度の研究から、以下のことを明らかにした。(1)腎臓の発生では、上皮組織(ウォルフ管)と間葉組織(後腎間葉)の相互作用が集合管系の形成に重要であるが、後腎間葉において限局したWnt5a-Ror2シグナルの活性化が、限局したGDNF-Retシグナルの活性化をもたらすことによりウォルフ管から左右各々1つの尿管芽の形成を誘導し、実際Wnt5a-Ror2シグナルの欠損マウスは重複腎・尿管奇形、水腎症・水尿管症を呈し、時空間的に制御されたWnt5a-Ror2シグナルがGDNF-Retシグナルの適切な活性化に必須であることが見出された(論文投稿中)。(2)片側尿管結紮による腎線維症モデルを用いて、上皮間葉転換(EMT)に伴いWnt5a-Ror2シグナルが活性化され、マトリックスメタロプロテアーゼ2 (MMP-2)が誘導され、細胞外基質のラミニン等を分解することによって尿管上皮基底膜が破壊され線維化が亢進することが明らかになった(Genes Cells, 2013)。(3)一次線毛の形成に重要な因子であるIFT20 (intraflagellar transport 20)が、骨肉腫細胞においてWnt5a-Ror2シグナルによって誘導され、浸潤突起の形成や浸潤能の亢進に重要な役割を担うことが見出された(未発表)。(4)Dokファミリーアダプター分子群が肺胞上皮管腔組織の恒常性維持に重要な役割を担うことが示された(未発表)。平成26年度の研究から、以下のことを明らかにした。(1)これまで腎発生での上皮組織(ウォルフ管)と間葉組織(後腎間葉)の相互作用において、後腎間葉での限局したWnt5a-Ror2シグナルの活性化が限局的GDNF-Retシグナルの活性化をもたらし、ウォルフ管から左右各々1つの尿管芽を形成することを明らかにしたが、今回器官培養系における尿管切断実験により、尿管の伸長において近接する中腎・後腎間葉の移動が重要な役割を担うことが示された(未発表)。(2)一次繊毛形成に必須な因子であるIFT20 (intraflagellar transport 20)が、一次繊毛を持たない骨肉腫細胞において活性化されたWnt5a-Ror2シグナルにより誘導され、ゴルジ体の構造の保持や中心体による極性形成において重要な役割を担い、骨肉腫細胞の浸潤能の亢進に重要な役割を担うことを明らかにした(未発表)。(3)(マウスの)加齢に伴い、顎下腺上皮細胞においてRor2の発現が亢進すること、および顎下腺の導管結紮により顎下腺上皮においてRor2の発現が亢進することを見出した(未発表)。

(4)basicFGFによる神経前駆細胞からのアストロサイトへの分化におけるRor2の発現誘導において、エピジェネティック制御が重要な役割を担うことを明らかにした(未発表)。(5)遺伝子改変マウスの解析よりDokファミリーアダプター分子群が肺胞上皮管腔組織の恒常性維持に重要な役割を担うことが示された(未発表)。平成27年度の本研究においては、これまでの研究成果を踏まえ、まず(1)上皮管腔組織である腎臓の尿管芽の形成過程におけるウォルフ管(上皮組織)と後腎間葉(間葉組織)の相互作用におけるWnt5a-Ror2・Wnt5a-Ror1シグナルの機能解析を行った。これまでWnt5a変異マウス、Ror2変異マウスでは、重複腎尿管奇形や腎無形成が観察されるが、Ror1変異マウスでは腎尿管奇形は見られなかった。しかし、Ror1; Ror2二重変異マウスでは尿管芽形成領域からの後腎間葉の消失、異所性尿管芽形成が見られ、またRor1とWnt5aは遺伝学的相互作用すること等から、Wnt5a-Ror2・Wnt5a-Ror1シグナルは協調的に働き、間葉の配置やそこでのGDNFの発現を制御し尿管芽形成において重要な役割を担うことが明らかになった。また、(2)骨肉腫細胞ではWnt5a-Ror2シグナルが恒常的に活性化し、繊毛形成に重要な役割を担うIFT20の発現誘導を介して、ゴルジ体の構造・極性を持った細胞内配置、およびゴルジ内極性輸送を制御することにより、浸潤突起の形成や浸潤能の亢進において重要な役割を担うことを見出した。IFT20は、シス・ゴルジに局在し、ゴルジ由来微小管の形成を制御し、これらの過程に寄与することが明らかとなった。さらに、(3)がん微小環境に存在する間葉系幹細胞は、発現レベルは高くないもののWnt5a、Ror2を発現しており、自律的機構でWnt5a-Ror2シグナルが活性化されることによりケモカインCXCL16を発現・分泌し、CXCR6(CXCL16受容体)陽性の胃がん細胞の増殖を促進することを明らかにした。上皮管腔組織は、多細胞生物における基本的かつ重要な構造であり、その形成・破綻の分子機構を解明することは、医学・生物学上の重要課題の1つである。我々は、細胞極性制御を司る平面細胞極性シグナルに焦点を当てて、このシグナルの異常と上皮管腔組織の形成異常(奇形)、繊毛関連症候群やがんの進展との関連を解析し、その結果、平面細胞極性シグナルの異常が腎尿管先天性奇形などをもたらすとともに、その恒常的活性化が繊毛形成に関わる分子の発現などを介してがんの進展に関わることを明らかにした。本研究では、平面細胞極性(PCP: planar cell polarity)シグナルや繊毛シグナルに焦点を当て、上皮管腔組織形成におけるリガンド、受容体、アダプター等の機能を解明するとともに、これらの分子の発現・機能の異常と繊毛症候群、癌の浸潤転移等の上皮管腔組織の破綻の病態との関連を明らかにすることを目的としている。本年度の研究により、以下のことが明らかになった。即ち、(1)腎臓の発生での集合管系の形成において、後腎間葉の限局した領域でのWnt/PCPシグナルの活性化が重要な役割を担うこと、Wnt5aやRor2ノックアウトマウスが重複腎臓・尿管といった先天性腎尿路奇形を呈すること、及び腎臓の器官培養系での解析から、Wnt/PCPシグナルの撹乱により異所性の尿管芽形成や尿管芽の伸長・分岐の異常がもたらされることが見出された(未発表)。(2)片側尿管結紮による腎線維症モデルの解析から、尿管上皮細胞のEMTに伴いWnt5a-Ror2シグナルが活性化されMMP-2(matrix metalloproteinase-2)が誘導される結果、尿管上皮基底膜が破壊されることやEMTを起こした上皮細胞は間質における活性化線維芽
変動要因による非定常劣化モデルに基づく最適保全方策に関する研究

本研究では劣化過程が様々な環境要因の影響を受けて変化する非定常なシステムを対象として、保全方策の最適化問題の研究を進めた。そして最適保全方策がコントロールリミットポリシーに限られるための十分条件を得た。コントロールリミットポリシーとは劣化状態の観測値、使用・環境条件、保全履歴等の全ての情報を集約された情報群に関し、保全行動の切り替え点が高々数回のみの保全方策であり、最適化の際に考え得る莫大な方策数を有限の方策数に限定できる。さらに、保全方策の最適解を提示するアルゴリズムを提案し、実際の事例への適用を可能にした。状態監視計画保全における最適保全方策の問題について、これまでの研究の多くは、対象システムの劣化を含む状態変化に定常性を仮定してきた。しかし現実には、対象システムの状態変化は、とりまく環境や操業条件の違いなど、様々な要因の影響を受ける可能性がある。本研究はシステムを取り巻く状態や使用・環境条件などの要因を監視し、保全行動とその実施時期を最適に定め、状態監視保全の方策を確立し、システムの故障やシステムによる事故を未然に防止することが本研究の最終目標である。そのために、劣化メカニズムが様々な要因の影響を受ける非定常なシステムを対象とした第III世代の状態監視モデルを構築し、その下で最適保全方策の構造的な性質に関する検討及びその実用性の検証を本研究の目的とする。平成25年度は、取り巻く環境の変化がシステムの劣化に影響を及ぼす場合の最適保全方策の問題を、非定常マルコフ過程でモデル化した。さらにシステムの真の状態が部分的にしか観測できないと仮定した場合について、最適保全方策が環境状態とシステム状態の両方に対するControl Limit Policyに限られるための十分条件を示した。Control Limit Policyとはモニターの観測値、使用・環境条件、保全履歴等の全ての情報を集約された情報群に関し、保全行動の切り替え点が高々数回のみの保全方策であり、最適化の際に考え得る莫大な方策数を有限の方策数に限定できる。本研究の成果により、異なる使用・環境条件等に合わせて、適切な保全行動を瞬時に下すことができるようになり、より効果的な状態監視保全が期待できる。システムをトラブルなく稼働させ続けるには、状態を継続的に監視してトラブルが発生する前に適切な保全を実施する状態監視計画保全が必須となる。状態監視計画保全における最適な保全方策の問題について、これまでの研究の多くは、対象システムの劣化を含む状態の変化過程に定常性を仮定してきた。しかし現実には、対象システムの状態変化は、システムの年齢、取り巻く環境や操業条件の違いなど、様々な要因の影響を受ける可能性がある。本研究の目的はシステムの故障やシステムによる事故を未然に防止することであり、そのためにシステムの状態やシステムを取り巻く使用・環境条件などの要因の監視に基づいて、保全行動とその実施時期を最適に定め、状態監視保全の方策を確立したい。そのために本研究の目標を、劣化過程が様々な要因を受けて変化する非定常なシステムを対象とした第III世帯の状態監視モデルを構築すること、そしてその下での最適保全方策の構造的な性質を検討すること、さらにその実用性を検証すること、とする。平成26年度はシステムの劣化がシステムの年齢に依存して変化する場合に着目して研究を進めた。このようなエイジングシステムと呼び、その劣化過程を非定常マルコフ過程でモデル化した。またシステムの状態把握が完全ではない場合を含むよう、観測確率行列を持つ非定常な部分観測マルコフ決定過程として最適保全方策の問題を定式化した。そして保全行動が稼働継続と取替の2つの場合に最適方策を二次元の単調方策に限定するための十分条件を示した。エイジングシステムは発電プラントの大型変圧器、橋梁などの社会インフラを含んでおり、この最適保全方策の単調性はそれらの保全に適用できる。そのため本成果が保全を実施するときの指針となることを期待する。さらに工学以外の加齢による影響を受ける医療や生体分野への適用も期待を寄せたい。これまでの状態監視計画保全における最適な保全方策の研究の多くは、対象システムの劣化を含む状態の変化過程に定常性を仮定してきた。しかし現実には、対象システムの状態変化は様々な要因の影響を受ける可能性がある。本研究の目的はシステムの状態やシステムを取り巻く使用・環境条件などの要因の監視に基づいて、保全行動とその実施時期を最適に定め、状態監視保全の方策を確立したい。平成25年と26年度はシステムの劣化が操業条件・内部環境・年齢に依存して変化する場合に着目して最適保全方策の性質を検討してきた。これまでは、システム全体の劣化を一つのマルコフ過程でモデル化した研究が進められてきた。しかし橋梁等、大規模かつ複雑なシステムには、複数のメカニズムに起因した複合的な故障が起こる事例も多い。平成27年は、これまでの成果を二つの劣化メカニズムが互いに独立に進行する場合に拡張した。保全は個別にも同時にも実施できるとの想定の下、その保全問題を研究することで、より現実の状況へと研究を近づけていった。

技術の高度化や設計の複雑化が進むにつれて、情報・通信ネットワーク、送電力網、交通網などの社会インフラのみでなく、住環境等我々の社会を支えている様々なシステムが巨大化・複雑化に進んでいる。本成果を複数のメカニズムに起因した劣化システムへも拡張できれば、システム全体の信頼性と安全性の確保のための効率的な保全の実現に向けた進展が期待できる。劣化過程が様々な要因を受けて変化する非定常なシステムを対象とした第III世帯の状態監視による効率的な保全方策の提案のために、最適保全方策の理論的な検討と数値による検証は当初の計画通り、順調に進展している。具体的には、複数の劣化メカニズムを考慮する場合のモデルに基づく最適保全方策に関して、片方のメカニズムによる劣化のみに着目すれば保全行動同士の優劣が部分的に定まる、広義の単調性が成り立つための十分条件を示した。また、すべての保全行動がシステムの劣化状態に関して順序が定まるとした狭義の単調方策が実際によく用いられているが、その方策が最適と限らないことも数値的に示した。これらの成果を3種類以上の劣化メカニズムが影響する場合へ拡張しており、この研究を更に進めて、学術論文として投稿する予定である。システムをトラブルなく稼働させ続けるためには、システムの状態を継続的に監視してトラブルの発生前に適切な保全を実施する状態監視保全が必須である。本研究の目的を、システムの状態や取り巻く使用・環境条件など状態変化の要因の監視に基づいて保全行動とその実施時期を最適に定める、状態監視保全の方策の確立への貢献と定めた。そして本研究の到達目標を、劣化過程が様々な要因を受けて変化する非定常なシステムのための状態監視モデルを構築すること、その下での最適保全方策の構造的な性質を検討すること、加えてその実用性を検証すること、の3つに設定した。平成25年度と平成26年度は、システムが操業条件・内部環境・年齢の影響を受けて劣化するシステムにおける最適保全方策の性質を検討した。変圧器のデータを用いて、得られた成果の有効性を検証した。平成27年度は引き続き、対象システムの状態把握が完全ではない場合を含むように拡張し、観測確率行列を持つ非定常な部分観測マルコフ決定過程として最適保全方策の問題を定式化して、最適方策を2次元の単調方策に限定するための十分条件を示した。最終年度の平成28年度は、平成25年度からの研究で得られた性質をもとに、保全方策の最適解を提示するアルゴリズムを提案した。さらに、センサーによる常時状態監視が可能なシステムを前提として得た成果以外に、状態の観測に点検を要するシステムについて状態観測の計画である定期点検の最適化の問題なども検討した。定期点検と状態監視保全を併用する保全方策の問題という保全分野での新しい挑戦を見つけ、この四年間の研究成果を今後の新しい課題へと繋げることができた。最後に、平成25年度からこれまでの研究成果を国際会議で発表して、議論で得られた意見を反映して論文としてまとめて投稿・掲載することにより、本科研費の援助の下で得られた成果を社会に発信できた。本研究では劣化過程が様々な環境要因の影響を受けて変化する非定常なシステムを対象として、保全方策の最適化問題の研究を進めた。
プログラム運算システムの設計および実現に関する研究

構成的アルゴリズム論(Constructive Algorithmics)とは、80年代後期に提案されたプログラムのcalculusであり、プログラムを変換するための運算規則(calculational rules)を組織的に構築するための理論である。構成的アルゴリズム論では、プログラムをカテゴリ理論の枠組でとらえ、少数の強力な変換・運算ルールを用いて、プログラムを構成的に計算していく。本研究は、プログラム運算手法を構成的アルゴリズムに基づいてより一般的しかも実用的な観点から追究し、プログラムを効率的に操作することのできるプログラム運算システムを開発しようとするものである。本年度ははプログラム運算システムのプロトタイプの実現にあて、初年度に検討した理論的枠組みの検証を行なった。これを通じて、理論的な基礎を洗練し枠組みを改善することができた。具体的な研究成果は次の通りである。まず、変換戦略と変換規則を同時に記述する理論的枠組である運算付随プログラム(CCP)の計算機上で実際に稼動させた。我々が設計したメタ言語は表現力を失わずに簡潔なものである。また、初年度に提案された変換モジュールを実現し、融合変換、組変換、並列変換、部分計算などの変換を実証し、その有効性を確認した。我々が開発したシステムは、規則の記述法が汎用であり、高階マッチング機能を持つ言語を用いることによって抽象度の高いメタプログラミングが可能であるこれらの成果は本報告書の研究発表の項に挙げた論文で公表している。平成12年度には、プログラム運算システムの理論的基盤の設計を中心に研究を行った。特に、Allegoryの概念を用いてプログラム変換を構造化する一般的な理論の構築と、逐次プログラムを並列化するための変換を構造化する具体的なケーススタディを行った。また、変換モジュールの効率的な統合に関する研究を行ない、個々の変換モジュールの適用順序を考慮して組み合わせることにより、それぞれの変換を効果的に機能させる方法を検討し、実際に、現在のHYLO運算システムの上で実験を行って改良を行なった。さらに、プログラム変換過程を自由に編集でき、変換を対話的に行なうための実験環境(銀杏システム)をEmacs上で実現してみた。銀杏システムは、プログラム変換の創造的な部分と機械的な部分の両方を支援し、ユーザのプログラム変換によるプログラム開発を支援することができる。その特徴を挙げると、・対話的なプログラム変換環境・新たな変換規則発見のための対話的環境・変換プロセスの記述と再利用というようになる。
新興病原ウイルスの拡散年代と分子疫学的世界地図

アブラナ科野菜類の多くは地中海沿岸から中東地方を起源としており,農耕開始から現代まで人類の食料としてだけでなく,病原体の侵入や拡散に大きな影響を与えており,代表者はこれまでユーラシアやオセアニア大陸などの野菜類から病原ウイルスを採集後,網羅的にゲノム解析し分子進化的に分析してきた。その結果,新宿主へ適応するために組換えや再集合そして変異を行いながら,雑草のウイルスが農作物に感染する新興病原ウイルスとなり起源地から時間をかけて拡散し現在のように様々な国々で多様化してきたことを明らかにしてきた。そこで本研究では,これまで分析してきた大陸に加えて,我が国を含めた全大陸と対象地域を地球規模に拡げ,ウイルス調査を海外協力者と行い,侵入や移動の年代分析を伴った分子疫学的な拡散経路世界地図を植物病原体として世界で初めて完成させると共に,過去の進化を検証しつつ,次世代のステップである病原体の未来進化予測の基盤を作る。これまで独自に蓄積してきた情報に加えて,農作物や人の移動経路を考慮しながら,ウイルス病原体が起源地から世界中にどのように拡散したのか,日本にどのように侵入したのか,大陸的な地球規模での視点から,国内だけでなく地球規模での拡散年代を含めた,病原体の拡散経路世界地図を描く。また得られたデータをもとに海外協力者と協力し,未来の病原ウイルスの進化予測基盤を作る。30年度は調査対象国としてアフリカ大陸について病原ウイルスを調査し,ユーラシア大陸や我が国だけでなく他大陸についても調査・解析することができた。30年度の本研究では具体的な調査対象国として,アフリカ大陸の南に位置するモザンビークを調査した。現在応募者の研究室に留学しているJojo Armando Laina氏と共に調査したが,モザンビーク農務省出身であるために,モザンビーク農務省と共同としてウイルス病の調査を遂行することができた。現在ウイルス感染有無,そして遺伝子解析を行っており,おおむね順調に進展していると考えている。また日本国内の分離株については,農水省などから分譲して戴いた株も含めて1960年から2016年までの半世紀に渡る300分離株についてゲノム解析と病原性の調査が終わり,漸く全塩基配列の決定も終えることができた。現在はウイルスの三大推進力の一つである組換え解析を実行しており,日本における組体型パターンの分布がおおよそ把握できた。次の研究としては,日本にいつウイルスが入ってきたのか,どのように広がったのかをバイオインフォマテックスを用いて解明することであるが,膨大なゲノム配列データを使用しているので,結論を導き出すにはそれなりの時間が必要である。また今後の解析結果次第であるが,我が国から分離株を継続して採集する必要があるかもしれない。しかしながら,研究の進展に何ら問題はなく,順調に進展していると思われる。バイオインフォマテックスの中でも最先端の領域である,年代解析ソフトウェアーが進展し,解析方法も改良された。そこで,最新のソフトウェアーを使い,ユーラシア大陸,更には国内でのウイルスの拡散について再度追跡調査を行っている。分離株数が膨大であるために,また試行錯誤して解析技術をアップデートして解析しているために,1クールの解析に数か月を費やすが,おおよその最新の解析技術が習得できたため,今後,解析結果は順調に得られるのではないかと期待している。特にシドニー大学で開催された年代解析ソフトウェアーのワークショップにも研究室から参加することでき,研究室における解析技術は格段に進展したと予想されるので,今後この最新の技術を使用して解析を行い,論文として公表していく予定である。

また日本国内の分離株については,農水省などから分譲して戴いた株も含めて1960年から2016年までの半世紀に渡る300分離株についてゲノム解析と病原性の調査が終わり,漸く全塩基配列の決定も終えることができた。現在はウイルスの三大推進力の一つである組換え解析を実行しており,日本における組体型パターンの分布がおおよそ把握できた。次の研究としては,日本にいつウイルスが入ってきたのか,どのように広がったのかをバイオインフォマテックスを用いて解明することであるが,膨大なゲノム配列データを使用しているので,結論を導き出すにはそれなりの時間が必要である。また今後の解析結果次第であるが,我が国から分離株を継続して採集する必要があるかもしれない。しかしながら,研究の進展に何ら問題はなく,順調に進展していると思われる。バイオインフォマテックスの中でも最先端の領域である,年代解析ソフトウェアーが進展し,解析方法も改良された。そこで,最新のソフトウェアーを使い,ユーラシア大陸,更には国内でのウイルスの拡散について再度追跡調査を行っている。分離株数が膨大であるために,また試行錯誤して解析技術をアップデートして解析しているために,1クールの解析に数か月を費やすが,おおよその最新の解析技術が習得できたため,今後,解析結果は順調に得られるのではないかと期待している。特にシドニー大学で開催された年代解析ソフトウェアーのワークショップにも研究室から参加することでき,研究室における解析技術は格段に進展したと予想されるので,今後この最新の技術を使用して解析を行い,論文として公表していく予定である。
神経突起の伸長および分枝における神経特異タンパク質HPC-1の機能

神経特異蛋白質であるHPC-1は、その機能としてシナプス小胞のシナプス前膜への融合過程への関与が指摘されていた。しかし、HPC-1がこの過程について促進的に制御しているとする報告し、抑制的に働いているとする報告があり、その機能について明確ではなかった。そこで、神経細胞のモデル細胞であるPC12h細胞を用いて、抗HPC-1抗体による機能阻害実験を行った。PC12h細胞にHPC-1が存在することは、免疫組織化学的染色およびウエスタンブロッティング法により確認した。ところで、HPC-1は細胞内を向いた膜蛋白質であるので、抗体をただ細胞に与えてもその機能を阻害することはできない。そこで、PC12h細胞を、ジギトニンで処理することにより細胞膜に小孔を開けて抗体を細胞内に与え、その後のカルシウム依存性のノルエピネフィリンの放出量を測定した。その結果、抗HPC-1抗体を与えた細胞ではカルシウム依存性のノルエピネフィリンの放出量は増加した。同様の結果は二種の異なるポリクローナル抗体で得られた。また、抗体の濃度を上げるとノルエピネフィリンの放出が減少することがあったが、このような減少は過剰な抗体による非特異的な効果であると考えられた。以前に報告があった、抗HPC-1抗体により開口放出が抑制されたとの結果はこのような非特異的な効果を見ている可能性がある。以上の結果から、HPC-1はカルシウム依存性の開口放出過程において抑制的に働いていることが示唆された。今後、カルシウム流入以後のシナプス小胞の開口放出過程をHPC-1がどのように抑制的に制御しているかを明らかにすることは、シナプス伝達の制御機構を明らかにする上で重要である。また、開口放出以外の膜輸送等に関するHPC-1の機能を明らかにすることは、神経細胞の形態形成の制御機構を明らかにする上で重要であると考えられる。
マイクロプローブを用いたステンレス鋳鋼の劣化診断

オーステナイト系ステンレス鋳鋼における超音波の伝播を調べるため、測定空間分解能の高いマイクロセンサーを開発した。センサーは、コアの形状から自己励磁タイプのM型とと呼んでいる。電磁場解析により、このセンサーで超音波を検出できることが確かめられたが、実験による受信強度は計算結果より大きかった。その原因として、コア材料にフェライトを使用したことから、電磁的効果による超音波の検出に加え、センサーと試験片の接触していることで振動がセンサーに伝わり、磁歪効果によっても超音波を検出していたためであった。電磁的効果のみで超音波の検出を試みたところ、送信器に圧電素子を使用した時は超音波を検出することができたが受信強度は弱く、電磁的に超音波を発生するEMATを使用したときは受信することができなかった。そこで、受信強度を高めるため、定常磁場を形成するための方法を自己励磁方式から外部励磁方式に変更し、コア形状もC型とした。そして、渦電流によって生じる磁束の分布を計算によって求めた。その結果、試験片に近いコア部分には磁束が集中することがわかった。その一方で、フェライトで磁気回路を構成しても、試験片から離れると磁束は密度は大きく減少し検出コイルと磁束が鎖交しないため、受信強度を大きくできない一因になっていた。それまでの計算結果をもとに、フェライト形状をC型から立方形状にモデルを変更したところ、C型よりも受信強度の増加を見込めることがわかった。実際の強度については、今後実験的に確かめる必要がある。ステンレス鋳鋼はフェライト相とオーステナイト相が網目状に分布している。そのため、ステンレス鋳鋼中での超音波の伝播は複雑であり、位置分解能が高い受信素子の開発が必要であった。このような背景から、位置分解能が高いマイクロプローブを2種類開発した。各々のプローブは、コアの形状からC型とM型と呼んでいる。C型は外部から励磁して受信するタイプである。C型を改良したM型は自己励磁タイプであり、非常に小さい受信素子となっている。まず検出原理を明らかにするため電磁場解析を行った。その結果、M型コアの中心部にある検出コイルでSH波の位相が1周期変化する間に2回磁束密度が最大となり、磁束の向きが逆になっていることが確かめられた。この磁束の変化により誘導起電力が生じ、出力信号として検出できる。受信波の測定には、試験片に鍛造鋼、鋳造鋼を選び、送信器に圧電素子を使った。鍛造鋼の場合、第1波目の受信波形は十分な出力で受信されており、SN比も非常に良いことがわかった。また送受信距離と第1波目の到達時間の関係から、超音波の音速が約3200m/sとなった。この値は、鍛造鋼としては妥当な値である。鋳造鋼の場合も鍛造鋼と同様に受信波を測定できることが確認できた。M型マイクロプローブの位置分解能は、試験片に幅3mm深さ10mmのスリットを開け、その上をM型マイクロプローブを掃引することで調べた。その結果、スリットの端から200μm移動する間にSH波を受信することができなくなった。このことから位置分解能が200μmと高い精度をもつことがわかった。
胆道系悪性腫瘍の術後肝転移・腹膜播種転移に対する標的分子の探索と分子標的薬の選択

ヒト胆道癌(胆嚢癌,肝外胆管癌,肝内胆管癌)標本においてerbB2を含むerbB family membersの発現プロフィールと,それらのhomodimerizationあるいはheterodimerizationの状況,下流シグナル分子を明らかにする.また,erbBfamily membersのhomodimerizationあるいはheterodimerizationを修飾する考えられる糖転移酵素の役割について検討した.ヒト胆道癌における手術標本についてerbB family member(EGFR,erbB2,erbB3)の発現頻度について免疫組織化学およびFISHにて検討した.その結果,免疫組織化学では,EGFRは12%,erbB2は33%,erbB3は27%に発現していた.FISHでは,EGFRは4%,erbB2は20%,erbB3は23%にgene amplificationが観察された.また,免疫組織化学およびFISHの解析結果において,erbB2およびerbB3の両分子を過剰発現している症例ではerbB2のリン酸化(活性化)が高頻度に認められた.ヒト胆道癌では,erbB2がerbB3と会合している可能性が示唆され,erbB2の下流シグナル経路ではp-Aktの発現頻度が高いことより,PI3kinase pathwayが主経路であると考えられた.さらに,ヒト胆道癌ではerbB2の標的分子であるN-アセチルグルコサミン転移酵素V(GnT-V)の発現も73%の症例に認められた.胆道癌細胞10種類ではいずれも高いGnT-V活性を有していた.erbB2,erbB3,GnT-Vの発現が確認されている胆道癌細胞においては,そのerbB2およびerbB3分子にgalectin-3で認識される糖鎖構造が認められた.galectin-3がerbB2およびerbB3分子上のN型糖鎖を架橋する結果,胆道癌細胞におけるこれら受容体のエンドサイトーシス(除去)が遅延して,癌細胞の増殖を促進する可能性がある.近い将来,本邦においても開始されると考えられる胆道癌のerbB2を標的とした抗体療法や薬物療法の効果判定のための胆道癌モデル細胞を構築中である.本モデル細胞における糖転移酵素の発現レベルとerbBfamily membersのhomodimerizationあるいはheterodimerizationの状況,抗体療法の治療効果との関連性を解明していく予定である.ヒト胆道癌における手術標本についてerbB family member(EGFR,erbB2,erbB3)の発現頻度について免疫組織化学およびFISHにて検討した.その結果,免疫組織化学では,EGFRは12%,erbB2は33%,erbB3は27%に発現していた.FISHでは,EGFRは4%,erbB2は20%,erbB3は23%にgene amplificationが観察された.また,免疫組織化学およびFISHの解析結果において,erbB2およびerbB3の両分子を過剰発現している症例ではerbB2のリン酸化(活性化)が高頻度に認められた.ヒト胆道癌では,erbB2がerbB3と会合している可能性が示唆され,erbB2の下流シグナル経路ではp-Aktの発現頻度が高いことより,PI3kinase pathwayが主経路であると考えられた.さらに,ヒト胆道癌ではerbB2の標的分子であるN-アセチルグルコサミン転移酵素V(GnT-V)の発現も73%の症例に認められた.胆道癌細胞10種類ではいずれも高いGnT-V活性を有していた.erbB2,erbB3,GnT-Vの発現が確認されている胆道癌細胞においては,そのerbB2およびerbB3分子にgalectin-3で認識される糖鎖構造が認められた.galectin-3がerbB2およびerbB3分子上のN型糖鎖を架橋する結果,胆道癌細胞におけるこれら受容体のエンドサイトーシス(除去)が遅延して,癌細胞の増殖を促進する可能性がある.近い将来,本邦においても開始されると考えられる胆道癌のerbB2を標的とした抗体療法や薬物療法の効果判定のための胆道癌モデル細胞を構築中である.本モデル細胞における糖転移酵素の発現レベルとerbBfamily membersのhomodimerizationあるいはheterodimerizationの状況,抗体療法の治療効果との関連性を解明していく予定である.
変異型IgEレセプタートランスジェニックマウスを用いたアレルギー発症機構の解析

I型アレルギー反応はマスト細胞上の高親和性IgEレセプターFcεRIに結合したIgEに抗原が結合してFcεEIが架橋され、シグナルが細胞内に伝達されることによって開始される。FcεRIはα、β、γ鎖サブユニットから構成されるが、そのうちシグナル伝達に関わるのはβ鎖とγ鎖である。アレルギー疾患との関連が示唆されているβ鎖のシグナル伝達能がI型アレルギー反応の誘発をどのように調節しているのかを解析する目的で、β鎖細胞内領域に存在するシグナル伝達にモチーフITAMに変異を導入したβ鎖遺伝子を構築し、トランスジェニックマウスの作製をおこなった。まず、site-directed mutagenesisによりFcεRIβ鎖のITAMモチーフ内のリン酸化される2つのチロシン残基をフェニルアラニン残基に置換した変異β鎖cDNA遺伝子を作製した。この変異β鎖cDNAならびに正常β鎖cDNAをcDNA発現ベクターに組み込み、トランスジーンを構築した。一方、マスト細胞特異的な発現を期待して、cDNAのみならずβ鎖ゲノム遺伝子に関しても同様にITAM内の2つのチロシン残基に変異を導入したものを構築した。これらの組換え遺伝子をマウス受精卵にマイクロインジェクションし、現在、生まれてきた仔マウスの尾部DNAをPCR法ならびにサザンブロット法により導入遺伝子の有無をスクリーニングしているところである。トランスジーンの発現を確認したうえで、すでに樹立されているFcεRIβ鎖ノックアウトマウスと交配し、変異型ITAMをもつβ鎖のみを発現するマウスを樹立・解析する予定である。
多アシル化アントシアニンの会合機構に関する研究

単純なアントシアニンは中性の希薄溶液中では不安定で速やかに水和退色するが、対照的に極めて安定なアントシアニンがある。これらの色素は、主として青色の花弁より単離され、いずれも分子内に複数個の芳香族有機酸を持つことから多アシル化アントシアニンと総称される。特異な安定性は、芳香族有機酸が母核の上下にサンドイッチのように分子内会合して、水和を抑えているためと説明できる。各種の機器分析データを用いたコンピュータ支援のコンフォーメーション解析によりこの会合機構の解明を試みた。リンドウ青色花弁色素ゲンチオデルフィンは、デルフィニジン母核にグルコース3分子とコーヒー酸2分子(C1,C2)を持つジアシル化アントシアニンである。この色素の酸性溶液中での1HNMRを解析することにより、母核と糖の相互関係、コーヒー酸の距離情報、糖の6位の立体配座情報を得た。これらのデータをもとにした解析により、酸性溶液中では2個のコーヒー酸のうちB環グルコースに結合したコーヒー酸(C2)のみが母核に会合することを明らかにした。部分加水分解により得た2種類のモノデアシル化ゲンチオデルフィンについて同様の会合構造の解析を行ったところ、C2は分子内会合しており、C1は会合しないことがわかった。コーヒー酸の結合した糖6位のコンフォーメーションをさらに詳細に比較すると、C1が結合した糖6位はggコンフォーマ-であった。これにより、糖のコンフォーメーションとアシル基の分子内会合が直接的な関係にあることが明らかにできた。本研究により、多アシル化アントシアニンの分子内会合の鍵が糖分子のコンフォーメーションであることが示された。今後、中性溶液中でのアントシアニンの会合構造をさらに精密に明らかにすることにより、花色の発現機構を解明できるものと考える。