hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
堆積層およびダストの循環的利用による新しいダイバータ板上の熱負荷の低減手法の開発

また、当該研究計画に関連する研究成果を16th Internatiional Workshop on Plasma Edge Theory in Fusion Devices 2017(フランス・マルセイユ)等にて発表した。まず第1段階として、改良型イメージファイバーの設計作業を行った。可動ロッド内部に布設するために、ファイバーの細径化、先端部の短尺化、大気側フランジの小型化を図った。第2段階では、過去に大型ヘリカル装置(LHD)のLID(Local Island Diverter)ヘッドの監視に用いられていた真空対応の耐放射線イメージファイバーを分解する作業をおこなった。ファイバー先端部には長さ1000mm程度の長尺ロッドが取り付けられており、終端部には大型のICF304フランジが接続されていたため、そのままでは試料駆動装置の内部に収納不可能なのでこれらを撤去することとした。その後、第3段階として、ファイバーの健全性の確認(スクリーニング)をメーカー(三菱電線工業)にて行って頂いた。その結果、ファイバーには劣化がないことを確認した。第4段階として、このイメージファイバーを可動ロッド内部に布設する際に必要となる一部の真空部品を製作した。また、ファイバーの終端部に接続する高速カメラ用の架台および、耐放射線防護機器を製作した。今後は、このイメージファイバー用の残りの部材の製作および、これらの部材を組み合わせることによって完成させる予定である。来年度以降、これを可動ロッド内部に布設して、LHDのプラズマ放電中においてロッド先端部に設置された各種試料および、ダストホッパーを高速カメラによって観測する予定である。当初の計画では平成29年度中に、試料駆動装置(10.5-L)の可動ロッド内部に布設するイメージファイバーの設計と製作を完了する予定であった。メーカー(三菱電線工業)とともに本イメージファイバーの詳細な設計を進めていく途中において、いくつかの特注部材の調達と製作に予想以上の時間と費用を要することが判明したために、当初の計画の一部を遅らせざるをえなくなった。そのため、平成29年度では、イメージファイバーの詳細設計を進めるとともに、LHDで過去に使用されていた耐放射線イメージファイバーの分解作業と、その健全性の確認作業(スクリーニング)および、一部周辺機器の製作と高速カメラ用の架台・耐放射線防護対策用機器等の製作を平成29年度中に先行して行うこととし、イメージファイバー本体の製作と組み立てと布設は平成30年度以降に実施することにした。平成30年度においては、試料駆動装置(10.5-L)の可動ロッド先端部に取り付けられるダストホッパーを直近から詳しく観測するために使用する耐放射線イメージファイバーの主要部分の製作を行った。具体的にはこのイメージファイバーの先端部(可動ロッド側・対物部)および、それを保護するためのステンレス製の筒と関連部品、イメージファイバー外部の真空を維持するためのフレキシブルチューブ部、イメージファイバーの接眼部側の下部チャンバー用フランジなどの各種ハードウェア(真空部品)などを製作した。
指紋微生物の有用多様性の創出と科学リテラシー向上のシナジー

本研究ではまず手から採取した微生物について染料脱色能を評価する実験方法を確立した。軟寒天培地を用いることで、嫌気好気両方の脱色反応に対応した。また、染料添加前に一定時間培養することで菌体量を十分確保でき、実験を容易にした。この方法を用いて年齢・生活習慣の異なる4集団に対して実験を行った。年齢・職業の違いにより、その人が保有する染料脱色微生物数に違いが生じることが示唆された。今後は得られた染料脱色微生物の種同定や比較ゲノム解析を行い、各集団の特徴や指紋微生物の生態を考察する必要がある。「特定の化学物質を常時扱う人の手にはその化学物質を代謝できる微生物が存在し得る」という仮説のもと、指紋微生物が環境汚染の原因となる難分解性化学物質を分解できることを実証することが研究の目的である。そのために次の3つの観点で研究を進めている。1.指紋微生物の有用性:指紋微生物が難分解性染料を分解できることを示す。染料汚染(染色工場・染料工場の排水)はオイル・パルプに次ぎ世界第三の環境汚染である。2.有用な指紋微生物の定着性:難分解性染料を分解できる指紋微生物の種同定と機能遺伝子の系統解析を行うことにより、同一人物への指紋微生物の定着性を調査し、染料と常時接触している染色業従事者からの獲得効率が高いことを示す。3.科学リテラシーの向上:一般の人が研究に協力して共に考えることを本研究を通じて行う。現在までヒトの手に常在するバクテリアを採取し、その微生物株を用いた染料の脱色実験の方法を確立できた。従来までM9培地で脱色反応を観察していたところを、LB培地を用いることでさらに迅速に結果を得ることができた。また、投入菌量の最適化を行うことで、バクテリアによる染料の脱色反応を効率的に進めることができた。さらに、脱色率を吸光度で定量的に評価する方法も確立できた。ヒトの手を対象とした染料脱色微生物は、東南アジアからの留学生、染色工場でのキャリアが長い従業員から高い獲得効率で得られた。これらの人々は、一般の日本人学生と比較し、特異な生活習慣や生活環境で暮らしているという特徴があると考えている。現状の結果では、生活習慣の差異がヒトの手に存在するバイオームに変化を与えるということを結論づけるには不十分である。しかし、本研究により、特異な生活習慣の影響を受けて、手に存在するバイオームが変化している可能性を発見できた。また、高い獲得効率で脱色能を有する微生物を獲得できる集団を見つけることができた。方法を改善し、確立できたこと。複数の集団に対して実施し、脱色微生物を高確率で得られる集団を見つけることができたこと。この方法を用いて年齢や生活習慣の異なる4集団に対して実験を行った。その結果、一人が保有する染料脱色微生物の割合が最も高かったのは、大人の集団であった。これは、大人の皮脂と水分が十分で手に多くの種類の微生物が存在しているためであると推察された。しかし、大人の集団では個人差が大きく、また高齢者からは染料脱色微生物が獲得しにくく、染料脱色微生物の安定獲得には不向きであった。一方、集団内における染料脱色微生物を保有する人の割合という観点で評価したとき、染色業者の集団が最も保有者割合が高く、染色業者の手からはほぼ確実に染料脱色微生物が得られた。染色業者は染料に触れる機会が多く、手が染料脱色微生物の常在に適した環境になっているためであると考えられた。これらの結果は、年齢や職業の違いが、人の手に染料脱色微生物が存在し得るかどうかに影響を与えることを示唆するものである。おそらく、年齢や職業などの生活習慣が影響を与える微生物は、今回対象とした染料脱色微生物に限らないであろう。一般に、染色廃水から染料脱色微生物を純粋分離することは容易ではないが、染色業者の手からはきわめて簡単に染料脱色微生物を得ることができた。今回の染料脱色をモデルケースとして様々な機能性微生物を対象としてヒト微生物の有用性が今後明らかにされ、ヒトの微生物に対する認識に変革が起き、ヒトと微生物の関係が人類の持続性を高める方向へ変化していくことが期待される。微生物採取にご協力頂いた多くの一般の皆様には説明のたびに驚きと強い関心を示して頂いた。微生物に対する認識を新たにできたと感じている。感謝申し上げる。常在菌叢の形成が未発達と思われる集団(幼児)を対象として実験調査を行うこと。獲得微生物の遺伝子解析により関係性を明らかにすること。微生物生態研究に基づく持続可能環境技術の開発
神経回路網の形成と可塑性

脳の機能原理を明らかにするためには、神経回路網形成とその可塑的側面を支える分子機構とそれに基づく微細構造の変化を明らかにすることが必要である。近年の神経生物学の分野で産み出されている成果の結果、神経回路形成の現象論的理解が大きく進んだ。また細胞の分化、成長、そして伝達物質の発現に関わるサイトカイン、神経細胞の生存を左右する神経栄養因子、またさらに軸索の伸長や細胞の移動に際して発現する細胞接着因子等の同定が進み、その機能的役割が明らかにされつつある。さらにはこれらの現象の分子生物学的理解も深まりつつある。我々は、これらの現象の実態を捉え、メカニズムを明らかにするためには、国内で個別にこの問題に取り組んでいる第一線研究者を結集し、総合的学際的に研究を推進することが必要であると考え、この分野の研究を飛躍的に発展させるため、本研究を立案、遂行した。具体的には、神経回路網の形成とその可塑性に関わる細胞レベル、分子間相互作用を中心とする分子レベルの研究、即ち神経細胞の分化と誘導、細胞移動、伝達物質の発現、軸索の伸長又は抑制、標的の認識、シナプス形成などの現象、及びこれらの過程に関わる神経栄養因子、細胞接着因子、サイトカインなどの分子の役割に関する研究の現状、問題点、動向などを調査した。また、上記の現象の基板となる遺伝子の発現の調節及びその機構に関わる研究の現状、動向、問題点を調査した。
海象情報統合システムと統計フィルタによる低気圧波浪の新予報技術の開発

船舶は複雑に変化する気象海象の影響を的確に予測し、多様化する条件を最適化した運航が求められる。気象海象について予報サービスが充実しつつあるが、冬季に日本の南側から北東進しながら発達する低気圧時の波浪について予報の困難さ調査により明らかとした。過去に運航可能と判断し出港したものの、予測を大きく上回る波浪が出現し、非常に危険な状態となった2例について、局所気象モデルであるWRFおよびSWANを用いた数値実験を様々な条件下で行った結果、解像度の設定と補正が重要なことを明らかとし、さらに船舶側での連続気象データを得るためのシステム(マスターデータベース)に参画し、今後の研究につながる基礎データを得た。太平洋に面した海域において、秋季春季に発生・卓越する低気圧の影響で大型フェリー等の運航中に大きな船体動揺、貨物損傷などの障害が発生している状況にて、初年度に低気圧性波浪の予測困難となる背景や状況が明らかとなった。昨年度は現状の数値予報にて予報が的中しない状況と要因の把握を目的に、2009年4月25日および2010年12月22日に関東地方北海道の太平洋沿岸における風および波浪の追算・予報再現をメソ気象モデルとして世界的に実績のあるWRFおよびSWANを用い、計算領域(WRFは4000キロ×4000キロを目安とした三層のネスティング、SWANは500キロ四方を目安とした)、計算格子の解像度、タイムステップなどをパラメトリックに変化させて計算・比較を行った。この結果、1WRFによる再現追算にて、低気圧の移動範囲と影響を十分に再現するには東北地方の太平洋沿岸から東側に十分な領域を取る必要がある、2解像度は最も外側の領域で45kmとして実施したが、風の再現精度に問題があり、20kmまで解像度を向上させた状況で再計算した結果、実測値に近づいた。これより外側領域でも20km未満の解像度とする必要がある。3この状態で内側領域を含めた解像度を様々に変化させた比較より、解像度に関わらず風向はほとんど変わらないのに対し、風速は解像度の大小に伴って2倍近く変化することが確認された。4SWANにおいて、解像度を500mとして計算したところ、風の計算結果に対応した良好な再現状況となったが、一部で実測値を過小評価または過大評価する結果となり、また計算能力の面からも計算領域の設定に課題を残している。5全球モデルでないメソ気象モデルで検討したが、解像度の設定により風の地形影響による再現性に違いが確認され、初年度に得られた調査結果と類似した傾向が数値計算によってもある程度確認できた。本研究は初年度の実施に当たり、船舶が活用している波浪予報、ウェザールーティングの利用状況、信頼性、問題点をまず明らかにする必要があると考え、船舶関係者に対してアンケート調査を実施した。この結果、外航船および内航船ともに信頼が60%以下と回答したのが全体の1割を占め、現状の気象海象の予報は船舶運航に対して十分ではないことが明らかとされた。これを参考に、太平洋を航行する大型フェリーの運航者に対し、過去に予報が失敗したときの状況を詳細に聞き取り、このときの気象海象データを交えて検証を行った。予報が失敗した2例とも冬季の低気圧による状況であり、日本の南方海域から急激に発達しながら北上する中、風の予報が実測値よりもかなり小さい値であったがこれを信頼して出港したケース、低気圧の発達は予想していたが有義波高の予報値が実際の0.5倍しかなかったケースであった。後者のケースについて、関東から東北沖での波浪状況をデータより検証した結果、有義波高の発達ピークが予報よりも長く継続していたこと、低気圧の位置関係と東北沖で1日程度停滞したことから波向が東方向であり比較的フェッチの長い波浪が発達した状況まで予報できていなかった。波浪の時系列データを見る限り、有義波高の数倍以上に相当する極大波の存在は確認できず、最大波高は有義波高の2倍以内で発生していることも明らかとなった。これらの状況について予報ができなかった原因を明らかとするため、風の予報および波浪予報を様々な条件下で再現し、低気圧が急激に発達する場合での数値予報の精度を向上させるためのアルゴリズムを次年度に研究する予定としている。四方を海に囲まれた日本は海上輸送に今なお多くを依存せざるを得ず、複雑に変化する気象海象の影響を正確に判断した上での運航を求められる。近年ではウェザールーティングを内航船にも適用した研究例も見られ、船舶のモニタリング技術と気象海象を活用した技術開発が鋭意実施されている。しかし船舶が航海可能と判断したような気象海象の予報結果をもとに出港したものの、航海途中で予報の2倍近い高さの波浪に遭遇し、非常に危険な状態に陥った事例もあるため、局所モデルによる大気および波浪の二段階追算にて予報を困難とする低気圧のパターンを様々な条件で計算および考察した。

対象としたのは2010年および2012年の12月に低気圧が日本南方から数日で北東進しながら関東東北沖で急激に発達する2ケースについて(実際に船が危険な状況に陥った)、大気モデルWRFおよび波浪モデルSWANにより計算領域、ネスティング条件、解像度、タイムステップ、境界条件などを様々に変更させながら低気圧波浪の予測を困難とする原因をパラメトリックに調査した。この結果、東日本の太平洋側における領域設定が不十分な場合、解像度が荒い場合には風速および波高が過小評価される結果が再現された。またNCEPから配信される6時間ごとにおける予測は計算条件を適切に設定することにより、実用上問題のない精度が得られるが、今後は24時間または48時間先の予測を可能とするための計算条件については課題として残ったため、鋭意検証を続けいていく予定である。船舶海洋工学、最適運航、耐航性理論初年度にて実務者が感じる問題点と予報困難な状況が確認され、これをもとに世界的に実績のある大気および波浪の数値モデルにより調査結果をある程度裏付ける結果が得られつつある。ここで計算領域の設定と解像度の大小、さらに入力データが重要であることが明らかとなった。さらに今年はじめからマスターデータベースによる船舶からの気象および航海・機関データの連続的な観測システムの構築と計測も順調に進んでおり、これらのデータによる検証と全球モデルによる再現性の比較による最終的な研究成果につながると考えられる。初年度の12月ごろに大型フェリーに気象観測装置を設置し、この冬からの観測を開始する予定であったが、事情により設置が3月にずれたため、気象データの計測が3ヶ月遅れとなった。また研究代表者・笹が初年度の10月に広島商船高等専門学校から神戸大学に異動となったため、当初の作業に遅延が生じている。2年目から遅れを取り戻した。昨年度に船舶からの海上気象の計測システムとして、マスターデータベースを船内に設置・計測開始することに成功し、荒天時の風、気圧データの蓄積、分析を進める。さらにメソ気象モデルにおいて、入力データをNCEPの再解析データとしている点について、完全な予報データを入力値とした2448時間先の予報再現と精度の検証、全球モデルによる同様の計算によりその再現性を総合的に比較し、低気圧時の波浪予報を困難としている背景を明らかとする。これより、低気圧時の航海判断をより安全にできる評価関数の構築を目指す。現在、波浪予報が失敗した過去の事例をもとに風および波浪の数値予報(WRFおよびSWAN)にて再現計算を行っている。計算の解像度(格子間隔、時間間隔など)を様々に変化し、これらが予報精度におよぼす影響を明確とする。これらの数値予報と実測値の誤差を統計的に分析し、この誤差を補正するアルゴリズムを考案する。また、3月より大型フェリーにて気圧、風向、風速、気温、湿度などの気象パラメーターだけでなく、位置、方位、速度、船の揺れを長期間にわたって連続観測を開始しており、陸上と異なり観測データそのものが少ない貴重な海上でのデータを蓄積・整理し、数値予報での予報精度の検証と改善を最終的に行っていきたい。2年目は実船実験によるデータ計測と波浪モデルによる計算を主体に検討したが、前者については造船工業会にて実施中のマスターデータベースに連携することとなり、3年目である来年度にデータ計測および装置撤収などに必要な予算を計上する必要が生じた。
中学校理科におけるバイオマスを利用したエネルギー教育に関する研究

○研究目的本研究では注目されているバイオエタノールを中学校理科の中で教材として扱うことで循環社会に対する興味・関心を高める効果を明らかにすることを目的とした。また,その効果を高めるための具体的な方策や安全性の確保などに関わる指導上の留意点について検討することも目的とした。○研究方法本研究は本校第3学年の選択教科理科の中で実践を行った(第3学年84名中履修者は17名)。はじめに履修者を対象としてバイオエタノール作成に関する基本的な知識及び実験技能の習得させるための授業を行った。次に履修者を対象として利点と問題点を考えさせる授業を行った。この段階で中学校3年生全員を対象に質問紙による意識調査を行った。履修者の考えた利点や問題点と意識調査の結果をもとにバイオエタノールに関する課題を設定し,24人のグループごとに課題解決のために研究を行った。研究成果はグループごとにまとめ,他の第3学年の生徒(対象者67名)に必修教科の時間を利用してポスターセッションを行い,研究成果を発表した。また,本校の選択教科発表会で第1学年の生徒(対象者14名)にも研究成果を発表した。各ポスターセッション終了後には発表に関する質問紙調査を対象者全員に行った。第3学年の生徒には事前調査と同じ質問紙による調査も行った。○研究成果バイオエタノールに対して履修者全員の関心が高まっていた。そして,履修者全員がその利点と問題点を理解し,その利用だけでなく現在のエネルギー問題について自分の考えを持つことができていた。特に,バイオマスのエネルギー利用による食料利用との競合問題については実験で得られた定量的なデータをもとにして考察が展開できていた。履修者以外にはポスターセッションを通して学習内容を発表することで履修者と同様にバイオエタノールに対する関心や知識を高めることができた。これらの学習効果を得るためには定量的な実験を計画するとともに,問題の所在の考察や仮説の設定,考察のすすめ方,発表方法などを計画的に指導する必要がある。
双安定性分子の集積化による多重安定性分子の構築

ある温度で2つの状態をとり得る双安定性に関しては、基礎科学的な興味のみならず、スイッチング素子やメモリーへの応用の観点から、数多くの研究がなされてきた。一方、2つ以上の多数の状態を自在にとり得る多重安定性や、異なる温度で複数の双安定状態を示す多重双安定性に関しては、その定義すら未だ確立されていない。無限構造をもつバルク化合物とは異なり、孤立分子は高い設計性と柔軟な電子状態をもつ。その結果、極めて多様な電子状態を創出し、熱・光・化学刺激・圧力などを利用して自在にその電子状態を変えることが可能となる。多重安定性の発現には、2種類のアプローチが考えられる。1つは、双安定性分子の多核化による多重安定性分子の構築である。また、もう1つのアプローチとして、複数の異なる双安定性分子を1つの結晶格子中に組み込んだ、複合型錯体の構築が考えられる。本研究では、上記の2種類のアプローチを合わせることによる、さらなる多重安定性の発現を目的とする。具体的には、スピン平衡を示す鉄(II)錯体をもとに、配位子変換によって複核化し、様々な外場によって多段階スピン転移を示す物質系を構築する。また二量化によって磁気的な双安定性を示す対イオンを結晶格子中に導入することによって、新しい多重双安定性化合物を構築する。また、混合原子価状態を示す構築素子をもちいたネットワーク化合物の構築に関しても検討し、構造相転移に由来する双安定性に関しても検討する。双安定性分子の集積化によって機能性分子システムを構築することを目的とし、スピンクロスオーバー錯体や二量化による双安定性を示す化合物を中心として、集積化の研究を行い、有望な一次元系集積型金属錯体の構築に成功しているため。分子設計手法として、スピンクロスオーバー部位や二量化による物性変化を示す化合物を選択し、合理的に多重双安定性分子を構築した。現在、混合原子価多核錯体を構築素子としてもちい、磁気相関が期待できる一次元鎖錯体の構築に成功している。今後、磁気測定、構築素子の電気化学測定等を行い、多重双安定性分子に関して検討していく。
ラジアルグリア/アストロサイト特異的アミノ酸代謝酵素異常による神経疾患の病態解明

ニューロン-アストロサイト間で見られる物質代謝の区画化(metabolic compartmentalization)は、他の臓器には見られない極めてユニークな脳代謝の特徴である。しかし、それらの分子基盤ならびに破綻によって引き起こされる神経病態については未だ不明の点が多い。我々は、脳神経系におけるアミノ酸代謝とそれらの異常によって引き起こされる精神・神経疾患の分子病態メカニズムの解明を目指し、ホモシスチン尿症原因遺伝子として知られるシスタチオニンβシンターゼ(CBS)の脳内での働きに注目し解析を行った。その結果、CBS欠損によってアストロサイトから過剰に放出される細胞毒性を持った中間アミノ酸代謝産物が、神経前駆体細胞ならびにニューロンの死を引き起こすことを明らかにした。さらにメチオニンサイクルで働く代謝酵素が、ニューロン-アストロサイト間でそれぞれ異なる細胞局在を示すことを見出した。これらの結果は、アストロサイト-ニューロン間metabolic compartmentalizationの生理学的意義、ならびにアストロサイトの異常に端を発する非自律的な神経細胞死(non-cell autonomous neuronal death)の分子メカニズムを解明する上で極めて重要な知見である。現在、アストロサイト特異的アミノ酸代謝酵素欠損マウスの作成およびそれらのメタボローム解析を行うことにより、これまで知られていなかったアストロサイト代謝異常と関係した精神神経疾患、特に先天性アミノ酸代謝異常疾患の発症メカニズム解明を目指し引き続き研究を行っている。精神発達遅延を伴うホモシスチン尿症の原因遺伝子であり、ラジアルダリア/アストロサイト系譜細胞で特異的な発現を示すシスタチオニンβシンターゼ(CBS)の脳神経系での働きについて解析を行っている。(1)昨年度から本年度にかけ、ダウン症候群患者やてんかん発作後のマウス脳において、CBSが反応性アストロサイト特異的に発現上昇していることを報告した。これらの結果は、CBSが反応性アストロサイトを介した神経保護作用に重要な役割を演じていることを示唆するものであり、現在アストロサイト特異的CBS過剰発現マウスを作成し、これらが脳虚血やてんかん、神経疾患モデルマウスとの交配によりどの様な応答を示すか解析を進めている。(2)脳内アミノ酸代謝にCBSの異常がどのような影響を与えるかに注目し、CBS欠損マウス脳における神経伝達物質の定量を行った。既に我々はCBS欠損マウスでは、脳内D-セリンの含量が有意に低下していることを観察しているが、今回これらの結果に加え、脳内グリシン濃度が顕著に上昇していることを明らかにした。D-セリンやグリシンの脳内含量の変化は、NMDA型グルタミン酸受容体の活性に影響するとともに、うつ病に代表される精神疾患等にも深く関わっていることが知られている。現在、アストロサイトにおけるこれらアミノ酸の合成/分解酵素の発現および活性について解析を行っている。以上の結果は、これまでほとんど知られていなかったアストロサイトにおけるアミノ酸代謝の重要性およびそれらの破綻によって生じるアストロサイト病の病態の解明にとって重要な手がかりになることが期待される。
ミトコンドリア内膜プロテアーゼにより調節をうける新規ストレス応答因子の探索

本研究は、ミトコンドリアのストレス応答制御として、内膜プロテアーゼPARLによる基質タンパク質切断による細胞内局在及び機能の調節に注目し、in silico解析により、PARLによって調節される新規のストレス応答因子候補の探索を行うことを目的としている。これまで、プレ配列予測、内膜タンパク質の膜貫通領域予測、PARLによる切断部位予測という3つの予測技術を組み合わせたPARLの基質予測パイプラインを開発し、45候補を得ることができている。また、近年行われたPARL基質のプロテオーム解析(Saita et al., Nat Cell Biol., 2017)により同定された新たな4つの基質のうち、3つは、我々の候補の中にも含まれていた。さらに、最近、PARLの基質の内膜貫通領域の膜間領域側にある負電荷クラスターが、PARL切断後の細胞質側へのリリースに重要との報告があった(Saita et al., EMBO J., 2018)。ストレス応答と関連する基質は、切断後、細胞質にリリースされることで機能調節に関わる可能性が高い。そこで、本年度は、膜貫通領域予測結果を基に膜間領域側にある負電荷クラスター解析を行い、28個の候補を得た。これらのうち、7個は、上記のPARLの基質のプロテオーム解析でも基質候補となっているものであり、有力な候補と考えられる。有力な基質候補を得られているものの、既知の基質情報が少ないことから、配列情報からでは、十分な基質の切断部位予測ができていないという問題も抱えている。そこで、PARLと基質ペプチドの複合体の構造モデルをホモロジーモデリングと分子動力学計算により構築し、基質ペプチドのアミノ酸置換から得られる自由エネルギー変化量を用いた切断部位周辺配列の予測手法の開発も試みた。しかし、十分な予測精度を得られるまでは至っておらず、さらなる検討が必要である。本研究の目的は、ミトコンドリアのストレス応答制御として、内膜プロテアーゼPARLによる基質タンパク質切断による局在・機能調節に注目し、新規のストレス応答因子候補の探索をin silico解析により行うことである。そこで、本年度は、PARLの基質予測パイプラインの開発を行った。既知のPARLの基質は数例しかないが、その特徴としては、1回膜貫通型の膜タンパク質であること、プレ配列を持つことである(持たない場合もある)。そこで、パイプラインの開発には、(1)内膜タンパク質の膜貫通(TM)領域予測、(2) PARLによる切断部位予測、(3)プレ配列予測という3つの予測技術が必要となる。プレ配列予測に関しては、すでに高精度での予測技術を開発済みであるため、内膜タンパク質のTM領域を予測する技術とPARLの切断部位予測の開発を行い、これらを組み合わせることでパイプラインの開発を行った。ミトコンドリア内膜のTM領域は、小胞体や細胞膜のTM領域に比べ、疎水性も弱く、膜への組み込みに重要な物理化学的性質も異なる。そこで、1回膜貫通型の内膜タンパク質を集め、内膜のTM領域とその周辺を中心領域、マトリックス側領域、膜間部側領域に分類し、アミノ酸組成、物理化学的性質、ホモログ間での配列保存性を特徴量として、機械学習を行うことで、既存手法よりも高精度に内膜のTM領域を判別できる予測法を開発することができた。次に、切断部位予測であるが、既知のPARLの基質は数例しかないため、同じRhomboid型プロテアーゼファミリーに属するAarA、GlpG、YqgPなどの切断部位情報、変異実験情報を取り入れることで配列情報を増幅させ、切断部位付近の配列プロファイル(位置特異的スコア行列)を作成した。作成したプロファイルで予測されたTM領域を走査することで、切断部位の予測を行う手法を開発した。研究計画通り、内膜タンパク質のTM領域予測手法、内膜プロテアーゼのPARL切断部位予測手法をそれぞれ開発することでき、すでに開発済みであったプレ配列予測手法と組み合わせることで、PARLの基質を予測するためのパイプラインを開発することができた。PARL切断部位予測に関しては既存のものはなく、評価は難しいが、内膜TM領域予測は、総合的に既存手法よりも高精度に予測できるものになっており、研究計画は、順調に進んでいる。そこで、本年度は、昨年度に開発したプレ配列予測、内膜タンパク質の膜貫通領域予測、PARLによる切断部位予測という3つの予測技術を組み合わせたPARLの基質予測パイプラインを用い、ヒトプロテオーム、ヒトのミトコンドリアプロテオーム(MitoCarta2.0, MitoMiner IMPI)に対するPARLの基質候補探索を行った。得られた候補に対し、文献検索、データベース検索に加え、最近得られたシングルセルレベルの細胞内局在部位解析の情報を用い、細胞内局在部位の解析を行い、ミトコンドリア以外への局在が確からしいものを省き、最終的に45候補を得ることができた。近年、PARLの基質のプロテオーム解析(Saita et al., Nat Cell Biol., 2017)が行われ、新たに4つの基質が同定された。新たに得られた基質と我々の解析で得られた候補リストと比較を行ったところ、それらのうち3つの基質が含まれていた。また、残りの一つに関しては、そのisoformがリストに含まれていた。

さらに、実験的確認はまだ取れていないものの、プロテオーム解析により得られた基質候補と我々の候補リストの間には、いくつかのオーバーラップがあった。これらの結果から、我々の候補リストは、新規基質を含んでいる可能性が十分あると考えられ、さらなる解析により新規基質の発見につながると期待できる。本年度中に、開発したPARL基質予測パイプラインにより得られたPARLの基質候補の中から、ストレス応答との関連性が推定される候補の絞り込みを行う予定であったが、本年度、他の研究グループによりPARLの基質のプロテオーム解析が行われ、新たに4つの基質が同定された。それに伴い、そのプロテオーム解析で得られた基質及び基質候補と我々の候補との比較解析を行い、我々の候補リストの有用性の検証解析を行ったこと、さらに、参画している他のプロジェクトでの研究に時間をとられたこともあり、本年度に予定していたPARLの基質候補のストレス応答との関連性解析がまだ完了していないため、当初の計画より遅れが生じている。本研究は、ミトコンドリアのストレス応答制御として、内膜プロテアーゼPARLによる基質タンパク質切断による細胞内局在及び機能の調節に注目し、in silico解析により、PARLによって調節される新規のストレス応答因子候補の探索を行うことを目的としている。これまで、プレ配列予測、内膜タンパク質の膜貫通領域予測、PARLによる切断部位予測という3つの予測技術を組み合わせたPARLの基質予測パイプラインを開発し、45候補を得ることができている。また、近年行われたPARL基質のプロテオーム解析(Saita et al., Nat Cell Biol., 2017)により同定された新たな4つの基質のうち、3つは、我々の候補の中にも含まれていた。さらに、最近、PARLの基質の内膜貫通領域の膜間領域側にある負電荷クラスターが、PARL切断後の細胞質側へのリリースに重要との報告があった(Saita et al., EMBO J., 2018)。ストレス応答と関連する基質は、切断後、細胞質にリリースされることで機能調節に関わる可能性が高い。そこで、本年度は、膜貫通領域予測結果を基に膜間領域側にある負電荷クラスター解析を行い、28個の候補を得た。これらのうち、7個は、上記のPARLの基質のプロテオーム解析でも基質候補となっているものであり、有力な候補と考えられる。有力な基質候補を得られているものの、既知の基質情報が少ないことから、配列情報からでは、十分な基質の切断部位予測ができていないという問題も抱えている。そこで、PARLと基質ペプチドの複合体の構造モデルをホモロジーモデリングと分子動力学計算により構築し、基質ペプチドのアミノ酸置換から得られる自由エネルギー変化量を用いた切断部位周辺配列の予測手法の開発も試みた。しかし、十分な予測精度を得られるまでは至っておらず、さらなる検討が必要である。今後は、開発したパイプラインを用い、ヒトプロテオームに対するPARLの基質の探索を行う。そして、得られたPARLの基質候補の中から、ストレス応答と関連性が推定される候補の絞り込みを行う。
大学生へのデートDV予防を目的とした系統的な教育プログラムの開発

本研究目的は、将来の深刻なDVにつながる可能性の高い、親密な関係にある若者間の暴力(以下、デートDVとする)を予防するため、デートDV被害のハイリスクグループである大学生へのデートDV予防教育プログラムを開発することである。本研究は、1.デートDVへの態度を測定する日本語版尺度の開発、2.大学生を対象とするデートDV予防教育プログラム改良版の作成、3.改良版予防教育プログラムの実施とその有用性の検証から構成されている。これまでに、『Justification of Verbal/Coercive Tactics Scale(JVCT)』と『Attitudes About Aggression in Dating Situations(AADS)』の日本語版尺度を作成し、妥当性を検証した。作成した日本語版尺度の逆翻訳と尺度原版との概念同一性を確保するため、日本語への翻訳に携わっておらず、英語の尺度原版を見ていない医学系論文翻訳業者2名が、日本語版尺度(案)の英語への逆翻訳を行った。逆翻訳の内容は、研究代表者、分担者とが確認、修正し、尺度原版との概念同一性を確保した。その後、再度、その仮尺度を、英語の尺度原版を見ておらず、かつ、これまでの翻訳に携わっていない医学系論文翻訳者1名が、英語への翻訳を行い、最終的な尺度原版との概念同一性を確保した。また、本尺度の妥当性、整合性を検証するため、仮尺度を調査項目に含む質問紙を作成し、X大学医学部学生344人を対象に、無記名自記式質問紙調査を実施した。改良版デートDV予防教育プログラムは、デートDVに関する「知識」、「態度」の向上、親密な関係にある恋人からのデートDV「被害経験」を減少させることを目的としている。教育内容は、DV、行動変容、認知等に関連する理論を参考に、教育方法を考慮、精選し、改良版予防教育プログラム(案)を作成した。デートDVに関する「知識」「態度」「行動」の向上を目的とした暴力予防教育プログラムを作成する上で、行動変容に関する諸理論は基礎となるものである。これらの理論を踏まえ、暴力に関する正しい「知識」を獲得し、暴力に関する「態度」の向上、「行動」の改善を促すため、デートDV予防教育内容、方法の検討が必要である。そこで、行動変容に関する諸理論、DVに関連する理論、およびDVに関する先行研究結果の暴力予防教育プログラムへの活用について検討を行った。(1)行動変容理論の活用:行動変容理論については、保健行動に関する代表的な理論である「健康信念モデル」、「自己効力理論」、「変化のステージモデル」、「計画的行動理論」、「ソーシャルサポート理論」、「コントロール所在」に着目し、それぞれの理論の特徴、理論を踏まえたうえでの行動変容を促すための教育内容、教育手法の精選を検討した。(2)DVに関連する理論の活用:デートDV予防教育プログラムを作成する上で、DVに関する理論は教育内容の重要な柱となるものである。そこで、DVを理解する際に頻繁に用いられる理論である「暴力のサイクル理論」、「学習性無力感理論」、「パワーとコントロール(権力と支配)」モデルを用い、デートDVを理解する上での核となる教育内容の精選を行った。(3)DVに関する先行研究:DVに関する先行研究では、暴力に関する基礎知識となる「DVの実態」、「配偶者(パートナー)からの暴力が与える影響」、「恋人間暴力への対処法」を中心に文献レビューを行い、プログラム内容の精選を行った。現在、独自に作成したパートナー間暴力予防教育プログラム内容、方法について、日頃から配偶者からの暴力被害を受けた女性の相談に携わっているA県内の配偶者暴力相談支援センターの女性相談員5名から、デートDV予防教育プログラム(案)の内容および実施方法について助言を得ることを計画中である。助言を得た上で、教育プログラムを完成させる。大学生を対象としたデートDV予防教育プログラムを評価するため、教育プログラムを実施する介入群と実施しない対照群を選定し、対象者への協力依頼を行う。本研究への参加に同意が得られた者を対象に、デートDV予防教育プログラムを実施・非実施し、実施群と対照群との2群間で、デートDVに関する「知識」「態度」「行動」の変化を定期的に測定する。測定結果を基に、変化が見られた項目、見られなかった項目を解析し、デートDV予防教育プログラムの内容、方法、媒体等と照合し、教育プログラムを改良する。本研究は、1.デートDVへの態度を測定する日本語版尺度の開発、2.大学生を対象とする改良版デートDV予防教育プログラムの改良、3.改良版予防教育プログラムの実施とその有用性の検証から構成されている。今年度は第一段階であるデートDVへの態度を測定する日本語版の開発に取り組んだ。わが国ではデートDVへの態度を測定する日本語版尺度が未開発のため、DV研究の先進国である欧米で開発された複数のデートDVへの態度を測定する尺度を収集し、各尺度の信頼性、妥当性、簡易性等を比較検討し、日本語版仮尺度とする尺度の決定、および翻訳作業に取り組んだ。本研究対象は大学生であるため、大学生のデートDVへの態度を測定する海外の尺度を文献レビューより抽出した。

その結果、『Justification of Verbal/Coercive Tactics Scale(JVCT)』と『Attitudes About Aggression in Dating Situations(AADS)』の両尺度を日本語版尺度候補として選定し、両尺度の信頼性、妥当性、簡易性等を比較検討した。結果、『AADS』をデートDVへの態度を測定する尺度に選定し、現在、日本語版尺度癪性に向け翻訳作業中である。また、同時に、研究者が作成した既存の大学生を対象としたデートDV予防教育プログラム(案)については、文献レビューを基に改良版教育プログラムの作成も行っている。本研究目的は、将来の深刻なDVにつながる可能性の高い、親密な関係にある若者間の暴力(以下、デートDVとする)を予防するため、デートDV被害のハイリスクグループである大学生へのデートDV予防教育プログラムを開発することである。本研究は、1.デートDVへの態度を測定する日本語版尺度の開発、2.大学生を対象とする改良版デートDV予防教育プログラムの改良、3.改良版予防教育プログラムの実施とその有用性の検証から構成されている。今年度は、『Justification of Verbal/Coercive Tactics Scale(JVCT)』と『Attitudes About Aggression in Dating Situations(AADS)』の両尺度を構成する項目を日本語に翻訳し、日本語版尺所(案)を作成した。作成した日本語版尺度の逆翻訳と尺度原版との概念同一性を確保するため、日本語への翻訳に携わっておらず、英語の尺度原版を見ていない医学系論文翻訳業者2名が、日本語版尺度(案)の英語への逆翻訳を行った。逆翻訳の内容は、研究代表者、分担者とが確認、修正し、尺度原版との概念同一性を確保した。その後、再度、その仮尺度を、英語の尺度原版を見ておらず、かつ、これまでの翻訳に携わっていない医学系論文翻訳者1名が、英語への翻訳を行い、最終的な尺度原版との概念同一性を確保した。また、本尺度の妥当性、整合性を検証するため、仮尺度を調査項目に含む質問紙を作成し、X大学医学部学生344人を対象に、無記名自記式質問紙調査を実施した。現在、得られたデータを基に、尺度の構成概念妥当性、内的整合性を検証中である。本研究は、1.デートDVへの態度を測定する日本語版尺度の開発、2.大学生を対象とするデートDV予防教育プログラム改良版の作成、3.改良版予防教育プログラムの実施とその有用性の検証から構成されている。これまでに、『Justification of Verbal/Coercive Tactics Scale(JVCT)』と『Attitudes About Aggression in Dating Situations(AADS)』の日本語版尺度を作成し、妥当性を検証した。
GPS水蒸気情報の気象学的利用に関する基礎研究

近年の衛星軌道の精密化によって、GPS(全球測位システム)電波の水蒸気による遅れ(湿潤遅延)もGPSで観測できるようになり、その気象学への利用に関する研究(GPS気象学)が誕生した。本研究は我が国で初めてのGPS気象学に関する基礎研究である。本研究では、まずはじめに、国土地理院の全国GPS観測網データから得られた3時間毎の湿潤遅延の鉛直積分値(可降水量)を気象庁のラジオゾンデ観測で評価し、GPSがラジオゾンデとほぼ同じ精度(2mm程度)で可降水量を捕らえていることを確認した。さらに、筑波においてGPS可降水量の高時間分解能(10分毎)の解析をほぼ1年間にわたって実施し、夏季に卓越する海風に伴う可降水量の局地的日変化などの高周波変動を世界で始めて捕らえることに成功した。そこで、国土地理院の全国GPS観測網の定常解析データのすべてから可降水量の2次元分布を取り出して、日本列島上空の可降水量の動態の可視化を試み、夏季における前線の通過に伴う可降水量の動態を鮮明に捕らえることに成功した。その結果、我が国のような急峻な地形においては、GPS観測点の標高に基づく地形と数値予報におけるモデル地形との差に依存する可降水量の差が極めて大きいことが判明した。以上のように、本研究は多くの新しい知見をもたらしたが、その一方で、GPS可降水量の捕獲にはいくつかの弱点も存在することも明らかとなった。その最大の弱点は電波の地面からの反射がもたらすノイズで、その可降水量推定に及ぼす大ききはおおよそ2mmにも達し、この2mm程度のノイズが現在のGPS可降水量の精度を決している。福島大学の境界層レーダーサイトに国立天文台のGPS受信機を設置し、夏期(7月)の2ヶ月にわたって、我が国最初のGPS水蒸気可降水量と風速ベクトルの鉛直分布の同時観測を行った。双方の観測は数分から数時間の時間スケールの水蒸気変動を検出するために1分間隔で実施した。まず、夏期のデータから(冬期データはまだ解析中である)、GPS可降水量は実にめまぐるしく時間変動していることがわかった。これはある程度は予想していたことではあるが、その変動の程度は福島大学の境界層レーダーで捕らえるにははるかに高周波であった。しかし、種々のGPS解析の観点から検討を加えた結果、これらの変動が果たして真の現象かどうかはただちには判定しにくいことがわかった。そこで、この可降水量変動が如何なる空間スケールを持つかを見るために、国土地理院GPS観測網のうち福島大学を中心とする半径60km程度内の観測点を数点選び、それらのGPSデータ解析も並行して進めた。その結果、これら数点のGPS変動にはほとんど同位相の共通した高周波変動が含まれていることが明らかとなった。そこで、これらの高周波変動が果たして真の水蒸気変動か否かを境界層レーダーで得られた風速ベクトルの鉛直分布から同定するための解析を急いでいる。これらの観測と並行してGPS水蒸気可降水量とラジオゾンデデータによるそれとの比較解析も行った。その結果、前線の移動が明瞭でない夏期では、日変化や数時間程度の時間スケールの水蒸気変動が卓越するために、GPS可降水量とラジオゾンデによるそれとの一致はすこぶる悪いことが判明した。以上のように水蒸気変動には捕らえどころのない高周波変動が実在しているようである。GPS(全球測位システム)は地球上の任意の位置を1cmの精度で測るシステムである。近年の衛星軌道の精密化によって、GPS電波の大気による遅れ(大気遅延)もGPSで観測されるようになった。その結果、水蒸気による遅延の天項方向の成分に比例する可降水量もGPSで観測できるようになり、その気象学への利用に関する研究がGPS気象学である。本研究では、まずはじめに、GPSで得られた可降水量をラジオゾンデ観測で評価し、GPSがラジオゾンデとほぼ同じ精度(2mm程度)で可降水量を捕らえていることを確認した。

この精度は現在知られている宇宙からのマイクロ波によるリモートセンシングよりはるかに優れている。さらに、筑波においてGPS可降水量の高時間分解能の解析をほぼ1年間にわたって実施し、夏季に卓越する海風に伴う可降水量の局地的日変化などを世界で始めて捕らえることに成功した。そこで、国土地理院の全国600点におけるGPS観測網の定常解析データから可降水量を取り出して、日本列島上空の可降水量の可視化を試みたところ、夏季における前線の通過に伴う可降水量の動態を鮮明に捕らえることに成功し、全世界の気象界を驚嘆させた。しかしながら、GPS可降水量の捕獲にはいくつかの問題点も存在することが明らかにされた。その最大の問題は電波の地面からの反射によるノイズで、その可降水量推定に及ぼす大きさはおおよそ2mmにも達することが判明した。しかし、この問題はGPS気象学の将来には決定的な障害となるものではない。
二重励起光CVD法による二酸化珪素の低温成長とMOS構造の電子的性質

真空紫外光と紫外光の二重励起光CVD法により二酸化珪素膜を作製し、さらにそのシリコンMOS構造の電気的特性について調べた。具体的にはジシラン、トリシラン、酸素を原料ガスとし、励起光源を重水素ランプ、共鳴線ランプ、低圧水銀ランプとして、二酸化珪素膜をシリコン基板上に室温から約350°Cの温度で成長させた。ジシランと酸素を用いた成長では、重水素ランプと低温水銀ランプの二重光励起CVDにマイクロ波で励起した酸素ラジカルを導入して成長を行った。マイクロ波による励起は大きいもので、反応炉近くで励起したときの成長速度は同じ条件で重水素ランプ、共鳴線ランプ、低圧水銀ランプの光CVDのものより10倍程度大きくなった。そこでマイクロ波励起を少し離して成長を行ない、制御性を良くした。成長速度は基板温度上昇と共に少し下がる傾向を示し、気相中での反応は大きいことによるものと考えられる。赤外光吸収からSiH結合はマイクロ波励起によりなくなった。SiOHは光励起のない時は大きくなったが二重励起により再び減少した。そのシリコンMOS構造の界面電荷密度はマイクロ波励起のない時に比べかなり少さくなったが固定電荷密度は少し大きかった。さらにジシランより紫外光吸収の大きいトリシランと酸素を原料ガスCとして、二重励起CVDにより二酸化珪素膜を室温から約350°CでSi基板上に成長させた。成長速度、SiHやSiOHの結合量、MOSの界面電荷密度、固定電荷密度は基板温度と共に、ジシランの時と同様に減少する傾向を示した。しかし屈折率、エツチング速度は160250°C付近で最大となる特性を示した。これは膜の密度の増加とSiHやSiOHの結合量の変化に起因するものと考えられる。界面電荷密度は非常に小さくなり、3.6×【10^(10)】【cm^(-2)】e【V^(-1)】とCVDでは最小のものが得られた。
難治性消化器がんに対するサイトカイン遺伝子を用いた免疫遺伝子治療と自殺遺伝子治療

(1)細胞性免疫を増強し抗腫瘍効果を惹起するために、Th1タイプのヘルパーT細胞の活性化に関与するサイトカイン遺伝子を利用して、進行消化器がんに対する免疫遺伝子治療の可能性を検討した。(ア)Th1細胞への分化を誘導するサイトカインであるIL-12遺伝子とIL-18遺伝子、さらにThl細胞より分泌されるIL-15遺伝子をRT-PCR法によりクローニングした。(イ)レトロウイルスを使用して、これらの遺伝子をヒト膵がん細胞やマウス大腸がんに発現させ、サイトカイン産生細胞を同系マウスならびに各種免疫不全マウスに接種した。(ウ)同系マウスに接種した場合、これらの遺伝子導入によって著しい抗腫瘍効果が惹起され、腫瘍は拒絶された。また腫瘍を拒絶したマウスには腫瘍特異的な免疫応答が生じていた。(工)各種免疫不全マウスにおいても抗腫瘍効果が観察され、この抗腫瘍効果の機構には血管新生等の関与もあり、発現させたサイトカインによって違いがみられた。(2)腫瘍に強く発現し、正常組織にほどんどその発現を見ないミッドカイン遺伝子の転写調節領域を解析し、腫瘍特異的な遺伝子発現を目指した。(ア)ヒト肝がん手術検体15症例中14例において、がん部のミッドカイン遺伝子が強発現を示し、非がん部では全く発現を認めなかった。(イ)レポーター遺伝子を利用して、ヒト膵がん細胞や肝がん細胞における転写活性を検討すると、転写開始点より2.3kbのところにプロモーター活性が存在した。さらにこの領域を5'側より欠損させた変異体を作成し、それぞれについて転写活性化能を検討すると、膵がん細胞では転写開始点より0.5kbの領域にプロモーター活性が存在した。この最小領域プロモーターに自殺遺伝子であるHSV-TK遺伝子を結合させ、これを膵がん細胞に発現させると、プロドラックであるガンシクロビルに対する感受性が著しく亢進した。(1)細胞性免疫を増強し効腫瘍効果を惹起するために、Th1タイプのヘルパーT細胞の活性化に関与するサイトカイン遺伝子を使用して、進行消化器がんに対する免疫遺伝子治療の可能性を検討した。そのため、(ア)Th1細胞への分化を誘導するサイトカインであるIL-12遺伝子,さらに新規サイトカインでTh1細胞より分泌されるIL-5遺伝子をRT-PCR法によりクローニングした。(イ)レトロウイルスを使用して、これらの遺伝子をヒト膵がん細胞AsPC-1細胞に発現させ、それぞれのサイトカイン産生細胞を各種免疫不全マウスに接種した。(ウ)その結果、これらの遺伝子導入によって、著しい抗腫瘍効果が惹起され、この抗腫瘍効果にはT細胞の関与が必須であることが判明した。また、IL-12による抗腫瘍効果には、顆粒球の関与が示唆され、IL-15については、natural killer細胞やγδT細胞もその抗腫瘍効果に関わっていることが、考えられた。しかし、従来の報告にあるような、血管新生に対する阻害効果はみられなかった。(2)腫瘍に強く発現し、正常組織にはほとんどその発現を見ないミッドカイン遺伝子の転写調節領域を解析し、腫瘍特異的な遺伝子発現を目指した。その結果(ア)ヒト肝がん手術検体15症例中14例において、がん部のミッドカイン遺伝子が強発現を示し、非がん部では全く発現を認めなかった。(イ)レポーター遺伝子を利用して、ヒト膵がん細胞における転写活性化能を検討したところ、ミッドカイン5'上流側2.3kb領域にプロモーターが存在することが明らかになった。この転写活性化能はSV40T抗原のプロモーター活性より強力であることが判明している。肝がんのおける代表的なプロモーターであるアルファーフェトプロテインの転写領域と、プロモーター活性を今後比較検討する予定である。

免疫遺伝子治療:細胞性免疫を増強し抗腫瘍効果を惹起するために、Th1タイプのヘルパーT細胞の活性化に関与するサイトカイン遺伝子を利用して、免疫遺伝子治療の可能性を検討した。まず、Th1細胞への分化を誘導するサイトカインの一つであるIL-18遺伝子をRT-PCR法によりクローニングした。この遺伝子をレトロウイルスを使用して、マウス大腸がんに発現させ、サイトカイン産生細胞を同系マウスならびに各種免疫不全マウスに接種した。その結果、IL-18遺伝子導入腫瘍は同系マウスでは完全に拒絶され、腫瘍を拒絶したマウスには腫瘍特異的な免疫応答が生じていた。しかし、ヌードマウス、SCIDマウスでは全く抗腫瘍効果は観察されず、IL-18遺伝子導入による抗腫瘍効果はT細胞に大きく依存していることが判明した。また、IL-18はgamma-interferonを誘導するため、IL-18遺伝子導入腫瘍には血管形成能の低下が見られた。自殺遺伝子治療:腫瘍に強く発現し、正常組織ではほとんどその発現を見ないミッドカイン遺伝子の転写調節領域を解析し、腫瘍特異的な遺伝子発現を目指した。まずレポーター遺伝子をミッドカイン遺伝子5′上流領域と連結させて、ヒト膵がん細胞や肝がん細胞における転写活性を検討すると、転写開始点より2.3kbのところにプロモーター活性が存在した。さらにこの領域を5′側より欠損させた変異体を作成し、それぞれについて転写活性化能を検討すると、膵がん細胞では転写開始点より0.5kbの領域にプロモーター活性が存在した。この最小領域プロモーターに自殺遺伝子であるHSV-TK遺伝子を結合させ、この遺伝子を膵がん細胞に発現させると、プロドラックであるガンシクロビルに対する感受性が著しく亢進した。
遺伝的代謝疾患や癌の遺伝子治療のための新しい遺伝子導入・発現法の開発

今年度は遺伝子治療の基礎技術のために次の2つの研究成果を上げることができた。1.遺伝子導入活性を持った膜融合リポソームの精製とその活性の定量化本年度は、センダイウイルスの膜融合活性を利用して高分子物質を細胞内に効率よく導入する方法を改良して、一枚膜の膜融合リポソームを調製しその活性を定量化することに成功した(中西・芦原・千田ら、論文投稿準備中)。精製した膜融合リポソームは、直径379nmの球状で、その最外部にウイルスのスパイクに類似した構造が存在することが、電子顕微鏡やレーザー光散乱装置を使った実験から明らかになった。これらリポソームはその70%以上が細胞膜と直接融合する能力を持っていた。さらにこの粒子に薬剤耐性遺伝子を封入しヒト培養細胞に導入すると、OD_<540>ユニットあたり4x10^5/mlの遺伝子導入活性を示し、遺伝子治療に必要とされる効率を満たしていることが明らかになった。2.センダイウイルス・ベクターの開発センダイウイルスを利用して細胞質で持続的に遺伝子を発現するシステムを作るために、持続感染の機構の解析とセンダイウイルスの遺伝子組み替えの研究を行った。まず温度感受性変異ウイルスの解析から、ウイルスのMタンパク質の量的異常が持続感染を引き起こすこと、この変異は遺伝子発現に影響を与えないことを明らかにした(近藤・中西ら、1993)。さらにワクチニアウイルスを使ってセンダイウイルスのNP、P、Lの各遺伝子を発現させた細胞に、ウイルスゲノムの両末端とホタル・ルシフェラーゼ遺伝子を結合させたマーカーRNAを導入してヌクレオキャップシド状の構造を作ることに成功し、さらにこの構造をセンダイウイルス感染細胞に導入することによりルシフェラーゼ遺伝子を発現させることに成功した(近藤・中西ら、投稿準備中)。これらはRNAウイルスを使った遺伝子発現ベクター開発の第一歩を達成した成果である。