hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
免疫学的手法を駆使したセンチネルリンパ節内小転移病巣の可視化技術の確立

また、蛍光タンパク質(tdTomato)発現EMT6を使用したマウスモデルではGCの皮質側に強い蛍光が確認され、この蛍光の大部分がマクロファージ(CD68陽性もしくはCD169陽性)と共局在しなかったことから、転移によって、効率的に免疫応答が惹起されることが推察された。また、興味深いことに、移植後一週間程度のモデルでは対照群と比較し多数のGC形成が確認されたが、上記蛍光タンパク質由来の蛍光が確認されなかった。従って、このGC形成は現在の術中迅速組織診における遊離腫瘍細胞(ITC)や微小転移など、早初期転移時のサロゲートマーカーになりうることを示した。GC形成と胚中心B細胞(GCB)の有意な増加は悪性黒色腫あるいは乳がん細胞株移植後2-3週程度で両モデルにおいて見られ、細胞株特異的な反応ではないことが示された。また、完全フロイントアジュバント(CFA)接種皮下炎症誘導モデルと比較しGCBの増加が有意であり、がん細胞の転移と相関性が高いことが示された。また、EMT6-tdTomato安定発現株を使用した転移モデルにより、形成されたGCの皮質側に強い蛍光が観測され、その近傍のB細胞では抗体遺伝子改編酵素(AID)の発現が確認された。しかし、当初計画していたin vivoイメージングには至っていない。本年度GCにおいて発現が確認されたAIDや、有意な増加を示したGCBのマーカーであるGL7やPNAをターゲット分子として、イメージング方法を検討中である。その一方、移植後一週間程度のモデルにおいて上記の蛍光が検出されないにもかかわらず、多数のGC形成(対照群比)が確認され、早初期転移時のサロゲートマーカーとして利用できる可能性を見いだすことができた。所属リンパ節の転移状態が重要な予後因子になることが様々な癌で報告されている。この診断を低侵襲で行うために、リンパ行性転移が初発するセンチネルリンパ節(SLN)内の転移状態を診断する方法が求められてきた。しかし、小転移病巣を直接検出する事は必ずしも容易ではない。また、近年SLN内転移病巣の存在が必ずしも予後増悪につながらないことが示されつつある。これは、実際に生検したSLN内のみに転移していたためという可能性もあるが、リンパ節の本来の役割を考慮すれば、抗腫瘍免疫応答の誘導による拮抗のためと考えられる。そこで本研究では、SLN内の大部分を占める非がん部を構成する免疫細胞に着目し、間接的に転移病巣の診断が可能となるイメージング技術の開発を目指した。本研究における前年度までの成果から、イメージングターゲットとして、リンパ節皮質領域に分布するB細胞、特に活性化に伴い形成される胚中心(GC)ならびにこれを構成する胚中心B(GCB)細胞が有力な標的となる可能性が高い事を見いだした。平成28年度には、これらのがん及び由来抗原に対する特異性と関連する標的分子の絞り込みを、蛍光タンパク質(tdTomato)を強制発現したEMT6乳がん細胞株-BALB/cマウスモデルを主に利用し進めた。対照群と比較し、GCは移植後約一週間で十分に確認された。さらに転移の進行した移植後約二週間では形成されたGCに蛍光タンパク質の集積も認められ、形成されたGCががん由来抗原によって生じたものであることが示唆された。さらにこのGCでは抗体遺伝子改編酵素(AID)の発現も確認された。これらの結果から既知のGCマーカーとAIDなどのがん由来抗原に対する活性化に伴い発現が誘導される分子を同時にイメージングターゲットにする事で、SLNの転移状態を診断につながることを明らかにした。
紫外線カット機能材料の開発と環境材料(衣料ならびに生活用品)への応用に関する研究

カラーフォーマーは、感圧複写紙に始まり、感温変色性衣料へと展開されている。しかし、カラーフォーマーの持つ課題も多く、耐光性や画像安定性(保存安定性)の向上等が克服されなければならない。この事実を受け、両性対イオン効果を、ローダミンラクタム系カラーフォーマーを用い検討した結果、π-πスタッキング効果を有する両性対イオンによる優れた安定化効果の発現を見出した。次に両性対イオン効果を有するベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤を各種合成し、カラーフォーマーの日光堅牢度をはじめとする、画像安定性について検討した。その結果、両性対イオン効果を有するベンゾトリアゾール系紫外線カット材料は従来の安定化剤に比べ、非常に優れた安定化効果を示すと共に、消色状態のカラーフォーマーの退色をも抑制する事から、感温変色性衣料実現への1つの指針を示した、同時に、π-πスタッキング効果が期待できるヒドロキシアリールベンゾトリアゾール誘導体についても、その効果を検討した。その結果、3-(2-ベンゾトリアゾリル)-2-ヒドロキシ-1-ナフトエ酸の亜鉛塩やニッケル塩が非常に優れた安定化効果を示した。パーマやヘヤーカラーの需要が高い昨今、染毛剤は単に髪が傷むというだけでなく、健康に重大な影響を与えている。そのため、最近天然素材に含有されている色素への関心が高まっているが、天然素材含有色素を染毛用色素として用いる場合には、色素の光不安定性が問題になる。そのため、天然色素の日光堅ろう度の改善を目的として、紅花赤色素カルタミンやクチナシ青色素をモデルに選び、光化学的耐光性改善追求を行った。同時に、化合物の毒性(地球環境負荷)を探る1つの手法として、合成した紫外線カット材料の抗菌活性を、大腸菌および黄色ブドウ球菌を用いて行った結果、新規に合成した紫外線カット材料は、地球環境に易しい化合物である事が明らかになった。優れた紫外線カット機能と日光堅ろう性を併せ持つ、衣料関連生活用品の開発を目的として、まず、感温変色性衣料の日光堅ろう度の改善を試みた。感温変色性衣料に使用されているロイコ染料(カラーフォーマー)は、それ自身は無色であるが、顕色剤の作用により発色する。しかし、その耐光性は1級以下と非常に悪く、日常衣服としての使用に耐えない。そのため、我々は以前、感圧・感熱記録用色素の耐光性改善に有効な効果を持つ両性対イオン効果なる物を見出した。ここでは、両性対イオン効果を有する紫外線吸収剤を数種合成してその効果を検討した。具体的には、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤の分子内に両性対イオン効果を導入した物、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤の分子内に両性対イオン効果を導入したものを合成し、その効果をt1cセルロースプレート上にスポットし、高圧水銀灯照射により、関連する紫外線吸収剤、-重項酸素脱活性剤などと共に、その効果を検討した。その結果、単なる紫外線吸収剤の添加は、カラーフォーマーの退色の抑制には、さほど有効では無く、また、市販安定化剤も感温変色性衣料の耐光性改善効果は小さい。それに比べ、新規に合成された、ベンゾフェノン系およびベンゾトリアゾール系、並びのその誘導体は、いずれも優れた日光堅ろう度の改善効果を示した。特に、バイファンクショナルな両性対イオン効果を具備するベンゾトリアゾール系紫外線級数剤の効果は、非常に優れており、感温変色性衣料の耐光性改善剤の1つとして提案した。

また、ローダミンラクタム系カラーフォーマーにはスタッキング効果を有する両性対イオンが有効であることを見出したため、現在スタッキング効果を具備する両性対イオンを分子内に持つ紫外線吸収剤を合成している。また、これら紫外線吸収剤の紫外線遮蔽性能及び身体防護性能(UPF)は検討中である。また、地球環境負荷については、いずれの化合物も地球環境に易しい化合物であることが明らかになった。パーマやヘヤーカラーの需要が高い昨今、染毛剤は単に髪が傷むというだけでなく、健康に重大な影響を与えている。そのため、最近天然素材に含有されている色素への関心が高まっているが、天然素材含有色素を染毛用色素として用いる場合には、色素の光不安定性が問題になる。そのため、天然色素の日光堅ろう度の改善を目的として、紅花赤色素カルタミンをモデルに選び、光化学的耐光性改善追求を行った。同時に、化合物の毒性(地球環境負荷)を探る1つの手法として、合成した紫外線カット材料の抗菌活性を、大腸菌および黄色ブドウ球菌を用いて行った結果、新規に合成した紫外線カット材料は、紅花赤色素カルタミンの耐光性を顕著に向上させるだけでなく、地球環境に易しい化合物である事が明らかになった。引き続き、クチナシ青色素を天然色素のモデルに選び、その耐光性の改善を試みた。その結果、クチナシ青色素の光退色は、紅花赤色素カルタミンの光退色と同様、自動酸化と一重項酸素酸化の寄与が有る事を見出した。そこで、紫外線カット材料の効果を検討したが、いずれのタイプの紫外線カット材料も同程度の僅かな耐光性の改善が見られるのみであった。しかし、一重項酸素脱活性化剤については、NTSにおいて、顕著な抑制効果が見られた。そのため、一重項酸素脱活性化機能(ニッケルスルホン酸基)を有する、フェニルエステル系紫外線吸収剤を各種合成し、耐光性改善効果をセルロース上で検討した。その結果、ニッケルスルホン酸基を紫外線吸収機能部位の近くに導入した化合物において、特異的な安定化効果の発現が見られたので、この化合物を天然色素の耐光性改善剤の1つとして提案すると共に、無毒性ヘヤカラー実現へのアプローチとした。
胆汁酸－腸内細菌－生体シグナル伝達相互作用解明による生活習慣病個別化医療の推進

肝臓でコレステロールから合成される胆汁酸は、生活習慣病を予防する手段として注目されているが、近年の研究により胆汁酸は単に脂質の消化吸収を促進するだけでなく、生体内シグナル分子として全身の代謝を調節していることが明らかになった。高脂肪食誘発性の肥満や糖尿病は高脂肪食に胆汁酸を混餌投与することで抑制できることをこれまで報告してきたが、マウスの系統差に違いがあることを見出し、A、Bの2系統のマウスを使用し、胆汁酸による肥満・糖尿病抑制効果を検討した。その結果Aマウスでは胆汁酸の効果が認められたのに対しBマウスでは認められず、肥満・糖尿病発症差異には胆汁酸代謝が密接に関連していることが示唆され、約30種胆汁酸組成-腸内細菌菌叢-胆汁酸シグナル応答性の相互関係解明を推進し、新たな研究領域を創生し、人類に新たな個別化予防・治療戦略を提供することを目的として本研究を行った。胆汁酸応答性の異なる2種系統マウスに胆汁酸を投与した際の代謝の差異に加えて、腸内細菌の影響を解析する目的で、グラム陽性菌、グラム陰性菌にそれぞれ作用する抗生物質を投与し腸内細菌叢を変化させ、胆汁酸組成、マイクロアレイ、腸内細菌叢解析などオミックス解析行った。その結果、2種系統マウスの胆汁酸による肥満・糖尿病抑制効果の有無には遺伝的背景による胆汁酸・脂質・コレステロール代謝の差異に加え、腸内細菌から代謝される胆汁酸組成の変化がそれぞれ相互的に作用し、複雑に影響を与えていることが明らかになった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。我々は約30種胆汁酸組成-腸内細菌菌叢-胆汁酸シグナル応答性の相互関係解明を推進し、肥満・糖尿病をはじめとする生活習慣病発症原因を宿主遺伝的背景を含め解明することにより、人類に新たな個別化予防・治療戦略を提供することを目的として研究を行っている。これまでの我々の研究により高脂肪食負荷肥満・糖尿病モデル動物に胆汁酸を混餌投与すると肥満などの糖尿病疾患が抑制され、さらに胆汁酸投与による肥満・糖尿病抑制効果はマウスの種差が認められることが明らかにされた。これら2系統のマウスの遺伝子発現解析を両系統で検証したところ差異が認められ、これらの差異は2次胆汁酸産生に重要な腸内細菌解析でも認められた。また、2系統のマウスへの胆汁酸投与により体重増加に異なる影響が観察され、さらに、解剖時の肝臓、副睾丸周囲脂肪、及び腸間膜脂肪の臓器質量においても同様の結果が得られた。経口糖負荷試験(OGTT)やインスリン負荷試験(IP-ITT)でも異なる影響が観察された。腸内細菌ー胆汁酸の経路を明らかにする目的で抗生物質をマウスに投与する検討を行い、比較検討を行った結果、高脂肪食を負荷したA系統マウスでは抗生物質投与により耐糖能が悪化するのに対してB系統マウスでは抗生物質による影響が見られないことを見出した。抗生物質投与したマウスの各組織における遺伝子発現解析においても両系統に差異が認められ、胆汁酸投与によりA系統マウスでは胆汁酸合成が抑制されたが、B系統マウスではそれが観察されず、またA系統マウスでは胆汁酸投与により脂質遺伝子の抑制傾向が観察されたが、B系統マウスではこれらの遺伝子の発現亢進が見られた。我々は胆汁酸投与によるこれらの脂質遺伝子の発現制御が2系統マウスの脂質代謝の差異を生み出していると考えており、より詳細な解析を推進している。抗生物質を投与した動物実験、及び遺伝子解析のどちらにおいても我々が以前行った予備検討と再現性が取れ、腸内細菌の関与が示唆される結果が得られており、予定通りおおむね順調に進展していると言える。我々は胆汁酸組成と腸内細菌の密接な相互作用による胆汁酸シグナル応答性の関係解明を推進することにより、肥満・糖尿病をはじめとする生活習慣病発症原因を宿主遺伝的背景を含め解明することにより、人類に新たな個別化予防・治療戦略を提供することを目的に研究を行っている。昨年度は胆汁酸応答性の異なる2系統のマウスに胆汁酸と抗生物質を投与した飼育実験を実施し、体重や臓器質量の増加や経口糖負荷試験(OGTT)やインスリン負荷試験(IP-ITT)などの糖尿病の指標となる試験においても、系統間で異なる影響が観察された。今年度はより詳細な遺伝子解析や肝臓中の脂質の測定に加えて、肝臓及び糞便中の胆汁酸組成の解析を行った。肝臓中の遺伝子解析では、胆汁酸代謝と脂質・コレステロール代謝系の遺伝子において大きな差異が確認され、中でも胆汁酸の原料となるコレステロールの代謝系においては、胆汁酸を負荷した際の代謝制御が系統間で大きく異なる興味深い結果が得られた。また、肝臓と糞便中の胆汁酸量について検討したところ、まずは総胆汁酸量においても胆汁酸組成においても系統間で大きな差異が確認され、この差異が胆汁酸による肥満抑制効果の有無に大きく関連していると考えられる。加えて、胆汁酸による肥満抑制効果が確認されたAマウスの腸内細菌叢を抗生物質により変化させたところ、肥満抑制効果が有意に低減した。

これは腸管において胆汁酸がある腸内細菌によって代謝されることで別の胆汁酸に変化し、シグナル伝達を介して宿主の肥満抑制に関与していることを示唆している。申請書の通り、網羅的な遺伝子解析や胆汁酸解析などを行い、腸内細菌層叢の解析においても現在進行中である。以前行った予備検討との再現性も取れており、予定通りおおむね順調に進展していると考える。肝臓でコレステロールから合成される胆汁酸は、生活習慣病を予防する手段として注目されているが、近年の研究により胆汁酸は単に脂質の消化吸収を促進するだけでなく、生体内シグナル分子として全身の代謝を調節していることが明らかになった。高脂肪食誘発性の肥満や糖尿病は高脂肪食に胆汁酸を混餌投与することで抑制できることをこれまで報告してきたが、マウスの系統差に違いがあることを見出し、A、Bの2系統のマウスを使用し、胆汁酸による肥満・糖尿病抑制効果を検討した。その結果Aマウスでは胆汁酸の効果が認められたのに対しBマウスでは認められず、肥満・糖尿病発症差異には胆汁酸代謝が密接に関連していることが示唆され、約30種胆汁酸組成-腸内細菌菌叢-胆汁酸シグナル応答性の相互関係解明を推進し、新たな研究領域を創生し、人類に新たな個別化予防・治療戦略を提供することを目的として本研究を行った。胆汁酸応答性の異なる2種系統マウスに胆汁酸を投与した際の代謝の差異に加えて、腸内細菌の影響を解析する目的で、グラム陽性菌、グラム陰性菌にそれぞれ作用する抗生物質を投与し腸内細菌叢を変化させ、胆汁酸組成、マイクロアレイ、腸内細菌叢解析などオミックス解析行った。その結果、2種系統マウスの胆汁酸による肥満・糖尿病抑制効果の有無には遺伝的背景による胆汁酸・脂質・コレステロール代謝の差異に加え、腸内細菌から代謝される胆汁酸組成の変化がそれぞれ相互的に作用し、複雑に影響を与えていることが明らかになった。本年度は、前年度実施したマウスにおける基礎実験サンプルの糞便中胆汁酸組成と腸内細菌叢、胆汁酸をリガンドとするFXR、TGR5シグナルを中心とした肝臓での遺伝子発現結果から、腸管ー組織間ネットワークにおける胆汁酸ー腸内細菌相互作用の解析を行う。近年、申請者の研究所では腸内細菌叢とトランスクリプトーム、メタボロームのデータベース構築が進んでおり強力な解析ツールとなる。バイオインフォマティックス解析では、2次胆汁酸合成酵素や脱抱合酵素を有する腸内細菌抽出に注力し、胆汁酸ー腸内細菌叢相互作用を明らかにする。さらに、腸管内で生成された約30種類の胆汁酸による腸管内の遺伝子発現への関与や、腸管からの2次的な胆汁酸シグナル伝達分子を介し、肝臓や末梢組織にどのような影響を与えているのかを中心に解析する。胆汁酸は門脈を介し約95%は腸肝循環により肝臓に戻り、また腸管から分泌される2次的胆汁酸シグナル伝達分子も門脈を介するため、肝臓は腸内細菌-胆汁酸相互作用を第一番目に受け、最も重要な臓器といえる。肝臓での検討後、必要に応じて肝臓以外の代謝に重要な末梢組織との相互関係の検討を行うため関連する末梢組織のDNAマイクロアレイ解析も同時進行し、適宜、胆汁酸ー腸内細菌ー組織間相互作用予測のためのデータとし解析の精度を向上させる。次に、胆汁酸または胆汁酸をリガンドとするシグナル経路の作用機序を明確にするため、肝臓初代培養細胞を用いた検討を実施し、上記で得られた胆汁酸組成解析結果を基に肝臓初代培養細胞での検討を行い、肝臓内における胆汁酸シグナルの応答性を検討する。本研究結果の一部は、代謝関連学会での発表を予定している。
下垂体腺腫におけるマイクロＲＮＡ分子ネットワークの解明

正常下垂体に比べACTH産生腺腫で低発現を示したmiR-551bを,ACTH産生細胞由来細胞株AtT-20に過剰発現させると細胞増殖が抑制された。miR-551bの標的遺伝子候補の一つであるERBB4 mRNAを高発現しているACTH産生腺腫を認めた。さらにmiR-551bとルシフェラーゼーERBB4 3'UTRを含むレポータープラスミドの導入細胞のルシフェラーゼアッセイにより,ERBB4がmiR-551bの標的遺伝子であることを示した。ACTH産生腺腫におけるmiR-551bの低発現と,そのプロモーター部位のCpGアイランドのメチル化には関連性を認めなかった。マイクロアレイ解析のデータから,各タイプの腺腫で特徴的な発現を示すmiRNA候補を選別し,各タイプの下垂体腺腫でのそれらのmiRNA発現量をqRT-PCRで検証した。正常下垂体,GH,PRL,ACTH,FSH/LH,ナルセルの各腺腫間で発現量に差異が認められるmiRNAを同定した。このうち正常下垂体とACTH産生腺腫あるいはFSH/LH産生腺腫間で顕著な発現量の差異が認められたmiR-132,miR-137,miR-551bについて,マウスの各組織での発現量を比較検討し,これらが下垂体と大脳で高発現していることを示した。ACTH産生腺腫で低発現を示したmiR-132およびmiR-551bを,ACTH産生細胞由来細胞株AtT-20に過剰発現させると細胞増殖が抑制されたが,ヒト腎線維芽細胞株293FT細胞では抑制が認められなかったことから,これらのmiRNAがACTH産生細胞特異的に細胞増殖を抑制することを示した。miR-551bの標的遺伝子候補をin silico解析により検討し,候補遺伝子として選んだERBB4 mRNAを高発現しているACTH産生腺腫を認めた。さらにmiR-551bとルシフェラーゼ-ERBB4 3'UTRを含むレポータープラスミドの導入細胞のルシフェラーゼアッセイにより,ERBB4がmiR-551bの標的遺伝子であることを示した。マイクロアレイで発現の変化が認められたmiRNAから、特徴的な変化を示すmiRNA種を選び、GH腺腫、ACTH腺腫、PRL腺腫、FSH/LH腺腫について正常下垂体組織との発現の差異を検討した。また、マウス・ラット由来の下垂体腫瘍細胞株における発現を検討した。異常の結果より、14q32.31においてクラスターを形成するmicroRNA (miR-410、miR-495)は、FSH/LH腺腫、ACTH腺腫で発現が低いことを認めた。またマウスFSH/LH腺腫細胞株であるLβT2、αT3-1で発現が少ないことを認めた。本領域に位置するmicroRNAについて、マイクロアレイの再解析によりFSH/LH腺腫、ACTH腺腫における29種の発現減少が確認された。前年度までの解析において、ACTH産生腺腫においてmiR-132、miR-551bの発現が低下していること、両者のいずれかを発現させるとACTH産生腫瘍由来細胞株AtT-20の発現増殖が抑制されること、miR-551bの標的遺伝子の一つがEBBB4遺伝子であることを、ルシフェラーゼアッセイにより明らかにした。発現低下の機序を明らかにする目的で、2個のACTH産生腺腫および2個の正常下垂体組織より抽出したゲノムDNAをバイサルファイト処理した。miR-551bは第3染色体長碗26.2領域に位置するEGFEM1Pのイントロン3部分に位置している。miR-551bの正確なプロモーター部位は明らかにされていないが、EGFEM1Pのエクソン1とイントロン1にまたがる領域に42個のCpG配列があるため、この部分に焦点を当て解析した。その結果、正常下垂体およびACTH産生腺腫いずれにおいてもCpG部位はメチル化されていなかった。本結果は別の部位に存在するCpGアイランドのメチル化が関与している可能性やmiR-551bが位置する3q26.2のゲノムDNAのコピー数が減少している可能性がある。ACTH産生腺腫におけるゲノムDNAのコピー数の解析にはarray commpative genomic hybridizationなどの方法を用いる必要が有る。

また、この解析過程においてACTH産生腺腫および非機能性腺腫において14q32に位置するインプリンティング領域におけるmiRNAクラスターやlong non-coding RNAの一つであるMEG3およびRTL1の発現が低下していることを見出した。この発現低下の機序の解析を進めている。内分泌学ACTH産生腺腫で特徴的なmiRNAの発現パターンを明らかにできた。他のタイプに特徴的なmiRNAの発現パターンおよびその意義の解明が今後必要である。下垂体腺腫におけるmicroRNAの発現を検討する上で、当初は低分子RNAを抽出してTaqMan®MicroRNA Assaysによる定量を行った。しかしながら、腺腫間でばらつきが大きかった。これはmicroRNAを含む低分子RNAの抽出効率が腺腫間で差異があると考え、total RNAを材料とした。その結果、腺腫間のばらつきは減少した。また、microRNA定量における内部コントロールの検討を行った。ヒト腺腫ではRNU48、RNU44、U6が、マウス組織ではU6、SNO202が適していることを確認するのに時間を要した。また、LβT2細胞、αT3-1、AtT20細胞にpre-miR-137、pre-miR-132を導入することにより、細胞増殖に対する影響を検討しているが、細胞増殖に対する抑制が観察される場合とそうでない場合があり、実験上の問題か検討が必要である。1)14q32.3領域のゲノムコピー数の解析GH腺腫においては14q32.3領域のゲノムコピー数が増幅、FSH/LH腺腫、null cell腺腫、ACTH腺腫においては欠失している可能性について検討する。2)14q32.3領域におけるDNA調節領域のメチル化の解析GH腺腫においてはloss of imprinting(低メチル化)、他の腺腫においてはgain of imprinting(高メチル化)により14q32.3 miRNAsの発現が調節されている可能性がある。正常下垂体および各タイプの腺腫ゲノムDNAにおける14q32.3領域におけるDNA調節領域のメチル化状態をbisulfite sequencing法にて解析する。14q32.31に位置するmiR-410、17p13.3に位置するmiR-132、1p21.3に位置するmiR-137について、プロモーターのメチル化による発現低下の可能性をけんとうするために、LβT2細胞、AtT20細胞を5-aza cytidine処理して発現が増加するか検討したが、明らかな増加を認めなかった。しかし14q32.31はインプリンティングを受ける領域であることから、FSH/LH腺腫、ACTH腺腫での発現が低下にメチル化が関与していることが想定される、このため腺腫におけるCpG領域のメチル化の有無をbisulfite sequencingにより確認する。miR-551bはACTH腺腫で減少していることから、ACTH腺腫細胞株であるAtT-20に導入することにより、細胞増殖に対する影響を検討する。またTargetScanなどのmRNA標的予測プログラムでは、miR-551bの標的として細胞増殖因子の受容体であるERBB4が候補になっている。そこで、ルシフェラーゼ遺伝子下流に、ERBB4 3' UTRのmiR-551b結合予想部位を組み込んだレポータープラスミドを作製し、細胞に遺伝子導入することにより、標的遺伝子か否か検討する。当初予定した消耗品が節約できたため、次年度に繰り越した。物品費、旅費、その他(機器使用料、論文校正料、論文投稿料)に用いる予定。実験に必要な消耗品と研究の打ち合わせ・発表のための旅費にほとんどの研究費を充てる。
農業水利再編による水質環境の変化と環境用水の導入可能性に関する検討

集水域の農業水利再編が湖沼の水質環境に及ぼす影響と環境用水の導入可能性についてとくに窒素に注目して検討した。対象とした湖沼集水域では2010年までは湖沼から揚水して灌漑していたが,2011年以降は揚水機場を廃止した。これにより揚水によって湖沼から持ち出されていたであろう負荷が湖沼内に蓄積し,湖沼水質環境は悪化すると予測した。しかし,揚水機場の廃止後に湖沼の全窒素濃度は低下した。とくに懸濁性窒素濃度が大きく低下した。水質形成要因として,転作の影響もあるが,パイプライン化がすすみ無効放流が減少し湖沼水位が低下したことと,揚水機場廃止によって滞留時間が増加したことによる影響が大きいと考えられる。河跡湖集水域における農業基盤整備,とくに農業水利の再編による河跡湖の水質への影響を評価した。また農業水利の再編によって悪化するであろう湖沼の水質改善のための環境用水の導入について検討することを目的とした。河跡湖に流入する排水路,河跡湖から流出排水路において水位計を設置し,それぞれの流量を推定した。湖沼にも水位計を設置し,水位変動から湖沼の貯留量変化を推定した。また,水位計を設置した地点で自動採水器により連続採水を行い,濃度と負荷量の変化を把握した。さらに底質をサンプリングし,その窒素含有量を測定した。本年は調査2年目であり,とくに水質変化の要因を推察することに主眼をおいた。2011年に河跡湖の揚水機場が廃止されて2年目となるが,周辺の土地利用ならびに農業水利が大きく変化した。研究当初は,揚水機場の廃止によって、河跡湖からの負荷の持ち出しが減少するため,湖沼の汚濁が促進し水質は悪化すると予測していた。しかしながら,実際には,整備以前と比べて水質濃度(窒素)は低下し,環境用水の導入を考慮する必要のない状態となった。とくに湖沼水の窒素成分構成に大きな変化がみられた。揚水機場廃止以前は,有機態窒素の割合が高かったものの,揚水機場廃止後は有機態窒素の濃度が低下し,それが窒素濃度の低下に直接影響していることが判明した。この原因としては,水位低下による滞留時間の増加によって,有機物の無機化が影響していると予測された。そして無機化された窒素は植物体等に吸収・吸着されたものと推定した。揚水機場の廃止後,ヨシ群落が繁茂しており,この群落の面積変化と窒素の吸収量を確認することで,湖沼の水質改善の原因が明確になると思われる。調査最終年度となるH25年度は,ヨシの吸収量と水質関係を調査する予定である。河跡湖集水域における農業基盤整備,とくに農業水利再編事業による湖沼の水質への影響と環境用水導入による影響について評価した。本年は農業水利再編事業実施後3年目の調査となる。調査は北海道美唄市茶志内沼で実施し,河跡湖に流入する排水路,河跡湖からの流出水路に水位計を設置し,現地調査と併せて年間を通じた水収支を把握した。また,全ての排水路ならびに河跡湖で採水し,水質分析に供した。河跡湖の平均濃度をみると,TN,TP,SSのいずれも代かき期に高濃度となり,普通期には低下する傾向があった。また,基盤整備の進捗により濃度が低下する傾向もみられ,とくにその傾向はTNで顕著であった。河跡湖水の窒素の形態別濃度変化をみると,TNに占めるNO3-NとTONの割合が高い。またTN濃度は揚水機場の廃止以前よりも廃止後に低下し,その濃度低下の大部分はTON濃度の低下であることが示された。河跡湖のTN負荷収支についてみると,2011年を除く各年の潅漑期の流出・流入負荷は同程度であり, TNの河跡湖への蓄積はないとみなせる。2011年以降,流入負荷が大幅に減少したが,この要因は用排分離やパイプラインの整備によって水田水管理が変化したものと推察できる。また揚水機場廃止以前の揚水によるTN負荷の持ち出しは,沼からの流出負荷の約4割を占めており,揚水によって沼への負荷蓄積が抑制されていたと考えられる。河跡湖から汚濁負荷を持ち出していた揚水が消失することで,水質濃度も上昇すると予測したが,実際には水質濃度は低下傾向にあった。河跡湖周辺では基盤整備の進捗に伴う,水田水管理の変化や流入水量の減少,湖沼の水位低下,揚水機場の廃止による湖沼滞留時間の延長などが確認された。これらの影響により,抽水植物の無機態窒素吸収や懸濁物質の沈降促進など,湖沼内部の水質形成要因が変化し,水質濃度が低下したものと考えられる。

農業生産性の維持,水管理の省力化などを目的に農業水利施設(システム)が合理化・再整備されつつある。このような整備は,地域の水利用状況を大きく変化させる可能性があり,その結果,農業からの汚濁負荷流出の構造に影響することが予測される。本研究では,石狩川河跡湖を対象に,農業水利再編整備前後の水質水文環境を比較することで,整備による水質水文環境への影響を明らかにし,河跡湖の水質変動予測に用いた水質水文モデルの検証と修正をおこなう。さらに,得られた結果をもとに環境用水の導入による水質改善の効果を定量的に評価・検討する。この目的達成のために,H23年度は以下の調査を実施した。■調査地の基礎諸元調査と流入・流出に関する水質・水文調査の実施について調査地の農業水利再編後の潅漑受益,排水路の集水域の確認を現地調査ならびに土地改良区へのヒアリング調査によって実施した。過去の採水地点4個所と水利再編にともなう圃場整備によって整備された排水路1個所に水位計と自動採水器を設置した。水位計と流量の現地観測から,調査期間中の流入・流出の水収支を推定した結果,H23年度はそれ以前の水収支と大きく異なった。この原因は圃場整備の進展により,水田転作にともなう灌漑用水量の減少が影響したと考えられた。排水と湖水の採水は,灌漑期は毎日実施できたが,非灌漑期は予定していた頻度での実施は難しく,1-2回/月程度となった。さらに豪雪のため,冬期間のサンプル数は少なくなった。湖沼の水質は総じて圃場整備前より良好であったが,排水路の水質は硝酸態窒素濃度が上昇する傾向が確認できた。■沼内部の水質形成要因に関する調査について湖沼底質から直接土壌水を吸引するのは困難であったため,底質のサンプルを数カ所採取し,室内実験によって,溶脱状況を検討する方向に変更した。分析器の不調等があり,分析がやや遅れ気味である。地下水動態についての把握が若干遅れている。これは,周辺の基盤整備が随時進行しているなかで,定点観測をおこなうことは困難であることが影響している。しかし,他の検討項目については,おおむね問題なく実施できている。研究目的達成のための調査の重要度から云えば,それほど高くないものの,以下の問題があった。潅漑期の水質調査については問題なかったものの,非潅漑期,とくに冬期間の採水が困難であったため採水頻度が大きく低下した。これは豪雪のため,調査地へのアクセスが出来なくなったこと,調査地の除雪が困難であったことによる。また,湖沼内部の水質変化に関して,底質からの溶出を定期的に多地点で実測する予定であったが,多地点での採水は労力的に難しく,また現地施設の維持管理も難しかった。そのため,効率的にデータを推定する方法(底質を採取し,研究室内で溶出実験を行う)に切り替えたため,潅漑期の調査が不十分となった。上記の点以外は十分な成果が得られているため,総じておおむね順調に進展していると判断出来る。調査最終年度にあたり,過去2年の調査結果と本年の追加調査結果をもとに,農業基盤整備事業実施下にある河跡湖の水質水文環境の変化把握をおこなう。具体的には,前年度と同様の観測態勢(観測地点・水位観測・流量計測)をとるものの,水質調査についてはその採水頻度を減らす(水質変化の傾向は把握できたため,最終年度はその大まかな傾向の把握につとめる)。また,当初予測していた農業水利再編による湖沼の水質悪化がみられず,水質が良好になった要因を検討するため,湖沼内のヨシ群落への汚濁負荷の吸着・吸収量をヨシの刈り取り調査によって明らかにする。
貿易自由化の拡大過程における政府の補整的な産業政策と公共政策に関する理論的研究

本研究の目的は貿易の自由化に伴う所得分配、資源配分および社会的厚生の変化と政府の補整的な貿易政策、産業政策及び公共政策のあり方についての理論的研究を行い、政策的なインプリケーションを導き出すことであった。3年間の研究期間において4名から成る本研究グループは、その研究成果を25本の論文として発表し、そのうちの16本を査読付きの国際的に評価の高い学術専門誌に発表することができた。大川昌幸は、寡占的な中間財市場での貿易政策(関税、輸出自主規制など)が企業の供給行動とその利潤、最終消費財産業への影響、消費者の効用、経済全体の社会的厚生に与える影響を分析した。現在、世界の貿易における中間財取引の占めるシェアは急増しており、中間財市場の貿易自由化が進展する今日、意義深い成果が得られたといえよう。また、不完全競争化での貿易自由化と経済援助の理論的研究を行い、援助国と被援助国の社会的厚生や各国の所得分配に及ぼす影響を分析し、いくつかの重要な結論を得た。不完全競争下での経済援助の分析が少ないことから、今後も研究を進める予定である。多和田眞は発展途上国の貿易政策と移民政策の理論的分析をおこない、移民受入国と流出国の社会的厚生、所得分配などへの効果と政府の最適な移民政策などを導出している。外国人労働者の受け入れのあり方が議論されている今、貴重な研究成果といえよう。また戦略的貿易政策の研究を継続的に行い、いくつかの論文でその成果を発表している。岡村誠と大川隆夫は、貿易の自由化と産業政策の理論的分析を中心に行い、多くのすぐれた成果を発表することができた。寡占企業の国際的な立地選択行動や技術選択行動と政府の関税政策の関係を理論的に分析した。また産業組織論でよく知られた過剰参入定理を企業の費用構造が異なるケースで分析し、大きな成果を得て、今後の研究の基礎を築くことができたといえよう。平成17年度の本研究者グループによる研究は、研究分担者間の緊密な打ち合わせにより、本研究目的および研究実施計画にそうかたちで進められ、意義深い大きな成果が得られた。大川昌幸は2国モデルにおいて、中間財市場が寡占的市場である場合の貿易政策(関税、輸出自主規制、輸入数量規制)が寡占企業の供給行動とその利潤、その中間財を投入する最終消費財産業への影響、消費者の効用、経済全体の社会的厚生に与える影響を分析して成果を2論文として発表した。現在、世界の貿易における中間財取引の占めるシェアは年々急増し、また主要な中間財市場は国際的な寡占市場となっているケースが多い。そういう意味でも、貿易自由化が進展する今日、寡占的な中間財市場を明示的に考慮に入れた分析から、意義深い成果が得られたといえよう。また、2国モデルの一般均衡モデルを構築して、寡占市場と競争的な市場での技術進歩の影響を分析して、完全競争市場で得られた、Mill-Edgeworthの窮乏化的技術進歩の命題を再検討している。貿易の自由化は発展途上国において急速に進んでおり、それらの国の経済に及ぼす影響についてさまざまな議論を呼んでいる。多和田眞は発展途上国からの労働移動とそれに対する受入国の政策が受入国および流出国の労働者や企業の収益率に与える所得分配効果、および経済全体の厚生について理論的分析をおこない、2論文にその成果を発表している。また戦略的貿易政策の政策発動のタイミングが果たす役割についての従来の研究を拡張している。大川隆夫と岡村誠は貿易の自由化と産業政策の関係を研究し、意義深い多くの大きな成果を生むことができた。

そのひとつでは、産業組織論でよく知られた過剰参入定理を企業の費用構造が異なるモデルに拡張し、新しい意義深い結論を導き出している。そのほかにも、産業組織に関する多くの理論的研究を進めている。大川昌幸は、伝統的な2国・2財・1要素のリカードモデルにおいて、アウタルキー経済で、貿易国が一方の財のみを消費するcorner solutionを考慮に入れて、貿易パターンや貿易利益について分析して、従来の結論を拡張している。また、同様に2国・2財・2生産要素のHaberlerモデルについてもアウタルキー経済で、貿易国が一方の財のみを消費するcorner solutionの場合について詳細に分析して、貿易利益や均衡交易条件について従来にない結論を得ている。また、2種類の中間財が国内と外国の複線企業により生産される経済の関税と輸入数量規制の効果の比較を分析して新しい結論を得た。多和田眞は、戦略的貿易政策の分析を、企業がシュタッケルベルグ競争を取るものと仮定して行った。従来はクールノー競争が中心であったが、3国モデルによるシュタッケルベルグ競争による分析により、leader企業を持つ政府による政策介入は行われないこと、その国の経済厚生はfollower企業を持つ国の厚生より高くなることなど、従来の研究にはない結果を得ている。岡村誠は、今年度は産業組織論の理論的分析を中心に行った。現在大きな注目を集めている空間モデルを用いて、企業の過剰参入や価格差別化行動とそれらが経済厚生に及ぼす影響を詳細に分析し、従来にない新しい研究成果を得ている。大川隆夫は戦略的貿易政策の3国モデルを用いて、貿易国の戦略的貿易政策(関税、輸出補助金など)が企業の戦略的な生産技術選択と企業の競争、貿易国の経済厚生に及ぼす影響を分析して、いくつかの新しい結論得ている。平成19年度は本研究期間の最後の年となることから、これまでの研究の蓄積を成果としてまとめるために、研究分担者間の綿密な打ち合わせにもとづいて、本研究目的及び研究実施計画に沿う形で研究を進め、いくつかの学術的に意義深い大きな成果が得られたと考えている。大川昌幸は、不完全競争のもとにおける経済援助と貿易の自由化の問題に焦点を当てた研究を行った。これまで、不完全競争市場を導入した援助の分析はほとんどなかったといえる。援助国(贈与国)の輸出財市場が不完全競争(独占)市場である場合、被援助国への所得移転が、各国の経済主体及び社会的厚生に与える影響を分析した。また、援助が被援助国の貿易自由化政策にひも付きとなる場合に、両国ともに厚生が上昇し、援助と貿易自由化が内生的に選択される可能性を分析した。多和田眞は、ゲーム理論を応用して、国際寡占(複占およびそれ以上の企業数)の下での貿易国の最適貿易政策のあり方を、政府の政策タイミングと企業間の競争がシュタッケルベルグ・タイプである場合に焦点を当て、いくつかの新しい興味深い結論を導いている。また、国際労働移動、特に不法移民の経済的影響について、source国の賃金が下方硬直的で失業が存在するHarris-Todaroタイプのモデルの下で分析を行い、新しい結論を得ていている。大川隆夫と岡村誠は、不完全競争のもとでの企業の国際間の立地選択行動と貿易政策の関係をいくつかのモデルのもとで分析し、受入国のマーケットサイズの大きさの相違を明示的に導入するなど、これまでにない現実的な仮定の下でたいへん意義深い結論を導き出した。
実解析学と函数解析学との総合的研究

1.実解析学の研究グル-プでは,ユ-クリッド空間およびその中の領域の上での調和解析を中心に,活発な研究が進められてた。研究の進展に伴って対象も多様化し,微分幾何学,偏微分方程式や確率過程論との交渉も顕著にも認められた。2.函数空間論の研究グル-プでは,物理系の非可逆現象の解明に必要な非可換系のエントロピ-理論の定式化を行った。またMultiportのネットワ-クconnectionsにおけるいくつかの行列不等式や,バナッハ空間における非発展方程式等について研究し多くの成果を得た。3.表現論と調和解析の研究グル-プでは,アファイン対称空間に作用する離散群,無限次元リ-群の構成および半単純群リ-群上の同次固有方程式系の解の次元の不変性等について研究し,注目すべき結果を得た。4.函数解析学と偏微分方程式の研究グル-プでは,発展方程式,擬微分作用素,非線型方程式,固有値問題,Hilbert空間における発展方程式,超函数理論およびSchrodinger方程式等について研究をすすめ多くの成果が挙った。5.作用素環と函数環の研究グル-プでは,C^*ー代数における非有界微分論とその統計力学への応用,作用素環の構造,量子群のC^*ー代数的研究,非有界作用素環の構造および関数環の研究を行い多くの成果を得ることができた。1.実解析学の研究では、1次元および多次元のユ-クリッド空間・その連結部分集合上、あるいはある種の多様体の上の調和解析を研究した。研究グル-プの大半は、平成元年11月に一橋大学で開かれた実解析セミナ-に参加し、直接の意見交換を行った。2.函数空間論の研究では、物理系等の非可逆現象の解明などに必要な非可換系のエントロピ-理論の数学的定式化を行い、更に一般量子系について、いくつかのフラクタル次元および量子εエントロピ-を導入し、それの具体的な力学系への応用を議論した。3.表現論と調和解析の研究では、半単純群の表現論をはじめ、半単純対称空間、Lie super algebra,無限次元群、kac-Moody環等の表現論、D加群の研究、量子群の表現論など、ますます広く他分野とも関連しながら研究が深められ、シンポジウム等でその成果が報告された。4.函数解析学と偏微分方程式の研究では、半線型放物型方程式の解の爆発について、非線型項の解に関する増大度が、領域の点について一様でなくても、初期値が大きければ解が有限時間で爆発することを示した。またその協力者等は、一般化された平均曲率の流れを表す退化した非線型放物型方程式の、粘性解の初期値問題について、大域解の存在と一意性を示した。5.作用素環と函数環の研究ではC^*-力学系の研究および量子群の研究が行われた。AFDII_1型因子環上の実数群の分類に新しい発展があった。また、指数理論をふまえた上で因子環における2つの部分因子環の相対位置・関係についての考察がすすめられた。1.実解析学の研究グル-プでは,ユ-クリッド空間およびその中の領域の上での調和解析を中心に,活発な研究が進められた。研究の進展に伴って対象も多様化し,微分幾何学,偏微分方程式や確率過程論との交渉も顕著に認められた。4.函数解析学と偏微分方程式の研究グル-プでは,発展方程式,擬微分作用素,非線型方程式,固有値問題,Hilbert空間における発展方程式,超函数理論およびSchro^^ ̈dinger方程式等について研究をすすめ多くの成果が挙った。

5.作用素環と函数環の研究グル-プでは,C^*ー代数における非有界微分論とその統計力学への応用,作用素環の構造,量子群のC^*ー代数的研究,非有界作用素環の構造および関数環の研究を行い多くの成果を得ることができた。
肺扁平上皮癌におけるPhotodynamic Therapy (PDT)耐性株

「研究目的」PDT耐性株を作成することにより、細胞内での腫瘍親和性光感受性物質の動態の変化、活性酸素の殺細胞効果の変化を解明することの基礎研究として、更に耐性タンパクの存在や、耐性形質遺伝子の解析にも通じると予想される。「材料および方法」実験にはヒト肺扁平上皮癌(PC-1)およびマウス白血病細胞株であるP388細胞を使用し、光感受性物質はクロリン系のMono-L-aspartyl chlorin e6(ME2906)、レーザーは波長664nmの半導体レーザー装置を使用した。実験では細胞数を5×10^4個/mlになるように調製し、5%CO_2存在下で37°Cに保ってME2906と4時間接触させた。その後、遠心洗浄して等量の新鮮培地に再浮遊させ、各条件でレーザー照射を行った。照射終了24時間後にMTT-assay法により細胞生存率を求めた。また、高速液体クロマトグラフィ(HPLC)により細胞内ME2906濃度を測定した。「結果および考察」コントロール群に対し出力39.5mW/cm^2で、30J/cm^2照射したレーザー単独群とME2906 30μg/ml単独投与群の細胞生存率に差は認められなかった。レーザー出力39.5mW/cm^2、10J/cm^2照射条件において,ME2906濃度10μg/mlまで各々の細胞の生存率に変化は認められなかった。ME2906濃度20μg/mlでは25%(PC-1)、9%(P388)、30μg/mlでは0%(PC-1)、1.4%(P388)の細胞生存率が認められた。レーザー照射条件が一定の時、各々の細胞に対してPDTによる殺細胞効果はME2906濃度に依存し、P388ではME2906濃度20μg/ml、10J/cm^2照射を5系代繰り返すことにより耐性株が樹立されることが示唆された。尚、この際のME2906の細胞内取込量は約5.5×10^<-9>μg/cellであった。
高階放物型障害物問題における形状解析～問題の幾何構造と動的障害物の活用～

幾何学的高階偏微分方程式は赤血球などの膜の形状を記述する数理モデルに現れ、現在もなお興味深い研究対象である。本研究で対象とする高階放物型方程式に外的な束縛を課した障害物問題は、幾何構造を持たない単純な場合についてさえ十分に研究されているとはいえない。本研究ではまずプロトタイプとして藤田型と呼ばれる非線形項を持つ問題を考察し、一意可解性や有限時間爆発といった「基礎理論の整備」を行う。さらに、得られる成果を応用し幾何学的高階発展方程式に対する障害物問題の凸性等「解の幾何的な定性的性質」を考察する。特に、障害物が特異現象を誘発または抑制し得るかに焦点を当てた解析に挑む。
研究ネットワークとイノベーションの日米比較

半導体レーザーにおける日米の研究ネットワークとイノベーションの関係の比較分析をインタビュー調査と特許・論文の分析に基づいて行った。アメリカはネットワークが大きく発展し、イノベーションはネットワークから生み出されていた一方で、日本のネットワークは小さく、イノベーションへの寄与も大きくなかったことが分かった。研究ネットワークの存在は企業のニッチ市場の開拓を促進する一方で、研究ネットワークの未熟な発達は要素技術のイノベーションを促進していたことが明らかになった。本研究は、半導体レーザー技術開発における日米のエンジニアの研究ネットワークとイノベーションの関係を歴史的に量的、質的、双方から分析することを目的としている。具体的には、アメリカのApplied PhysicsLettersに掲載された共著論文を40年にわたり統計的に分析する。共著論文と論文の引用数を用い、ネットワークの中心性とブレークスルーの関係を日米で比較する。次に、この量的データによるネットワークとブレークスルーの関係をより綿密に分析するために、インタビューによる質的な分析を行う。平成21年度は、応用物理レターズのデータを収集し、名寄せを行った。6,000人を超えるデータのため名寄せには時間がかかったが、平成21年度中にデータの収集と名寄せが終了した。このデータベースの構築によって、1960年代から現在に至るまでの世界中の半導体レーザの研究開発に従事した研究者がリストアップできた。また、これまでの研究によって特定した国内外のキー・エンジニアへのインタビューを行った。平成21年度中に、合計42回のインタビューを国内外のキー・サイエンティストに行った。これらのインタビューによって、特許や論文のデータにでてこないサイエンティストとエンジニアのネットワークの日米の違い、時期による違いが徐々に明らかになってきている。平成21年度もキー・サイエンティストに対するインタビュー調査を引き続き継続していく。具体的には、アメリカのApplied PhysicsLettersに掲載された共著論文を40年にわたり統計的に分析している。共著論文と論文の引用数を用い、ネットワークの中心性とブレークスルーの関係を日米で比較している。次に、この量的データによるネットワークとブレークスルーの関係をより綿密に分析するために、インタビューによる質的な分析を行っている。平成22年度は、これまでに蓄積したApplied Physics Lettersのデータベースを基にネットワークの分析を進めるとともに、これまでの研究によって特定した国内外のキー・サイエンティストへのインタビューを行った。これまでのインタビューは79件行っている。具体的には、1980年代から大きく日米のネットワークの量的な広がりに違いが生まれていたことが明らかになってきており、そのネットワークの違いと日米で生み出されるイノベーションの違いの間に大きな関係があることが分かってきた。本研究では、半導体レーザー技術開発における日米のエンジニアの研究ネットワークとイノベーションの関係を歴史的に量的、質的、双方から分析した。本研究は日米におけるネットワーク形成とイノベーションや科学的プレークスルーの出現のパターンの違いを明らかにすることによって、ネットワークとイノベーションの関係についての理解をより深めることを目的とする。「ネットワークがあれば科学的ブレークスルーやイノベーションが促進される」という単純な関係を想定せずに、ネットワークへの参加者やブレークスルーやイノベーションの性質を理解することを目的とした。アメリカのApplied PhysicsLettersに掲載された共著論文を40年にわたり統計的に分析した。共著論文と論文の引用数を用い、ネットワークの中心性とブレークスルーの関係を日米で比較した。また、この量的データによるネットワークとブレークスルーの関係をより綿密に分析するために、インタビューによる質的な分析を行った。半導体レーザーにおける日米の研究ネットワークとイノベーションの関係の比較分析を行った。また、ネットワークは、レーザーのサブマーケットの創造に大きく寄与していた一方で、要素技術のイノベーションの創出に関しては阻害要因となっていたことも明らかになった。
ＮＥＬＬ１タンパク質を用いた骨組織再生治療法の基盤技術の開発

頭蓋骨縫合早期癒合症患者の骨癒合部位で高発現している遺伝子として発見されたNELL1は、骨形成を促進する作用をもつことから骨再生治療への応用が期待されるが、NELL1の受容体およびそのシグナル伝達機構はよくわかっていない。本研究では、NELL1受容体の探索およびシグナル伝達機構の解明に取り組み、インテグリンがNELL1の細胞接着活性を担う受容体として機能し、骨分化シグナルを活性化することを見出した。散発生頭蓋骨縫合早期癒合症(Craniosynostosis)患者の頭蓋骨で高発現している遺伝子として発見されたNELL1は分子量約140 kDaの分泌タンパク質で、その組換えタンパク質やアデノウイルスによる強制発現系を用いた動物実験において骨分化を促進することから、新規の骨形成促進因子として骨再生治療への臨床応用が期待されている。しかしながら、NELL1の受容体およびそのシグナル伝達機構はよくわかっていない。本申請課題では、(1) NELL1受容体の探索および同定、(2) NELL1の骨分化シグナル伝達経路の解明、(3) NELL1タンパク質の機能領域の解析、(4) NELL1およびNELL1受容体の機能を応用した骨組織再生治療法の基盤技術の確立を目的とした。本年度は昨年度に引き続き、発現クローニング法によるNELL1受容体のスクリーニングを進めるとともに、NELL1タンパク質の機能領域の解析を重点的に行った。その結果、NELL1の間葉系細胞に対する細胞接着活性を担う領域として、NELL1タンパク質のC末端側に位置するvon Willebrand factor type Cドメインを含む最小単位を同定した。この最小単位内には、弱い接着活性をもつ複数の部位が存在しており、これらの総合的な効果、おそらく立体構造が細胞接着活性に重要な働きをしていることが示唆された。一方、NELL1タンパク質のN末端側およびC末端側領域のどちらも、NELL1の骨分化誘導を担う細胞内のMAPKシグナルを活性化することを見出した。またNELL1の多量体形成機構を解明し、その役割について考察した。頭蓋骨縫合早期癒合症(Craniosynostosis)患者の骨癒合部位で高発現している遺伝子として発見されたNELL1は分子量約140 kの分泌タンパク質で、種々のモデル系を用いた動物実験において骨分化を促進することから、新しい骨形成促進因子として骨再生治療への臨床応用が期待される。本研究課題では、(1) NELL1受容体の探索および同定、(2) NELL1の骨分化シグナル伝達経路の解明、(3) NELL1タンパク質の機能領域の解析、(4) NELL1およびNELL1受容体の機能を応用した骨組織再生治療法の基盤技術の確立を目的とした。本年度は引き続き、発現クローニング法によるNELL1受容体のスクリーニングを進めるとともに、NELL1タンパク質の機能領域の解析およびシグナル伝達経路の解明に取り組んだ。その結果、新規のNELL1受容体の同定には至らなかったが、beta1サブニットを含むインテグリンがNELL1の細胞接着を担う受容体として機能し、骨分化誘導シグナルを活性化することを見出した。これには、NELL1タンパク質のC末端側に位置するvon Willebrand factor type Cドメインに存在するインテグリン結合領域とその立体構造が重要な働きをしていることを見出し、NELL1タンパク質のコイルドコイル領域を介した多量体形成に伴い、その機能が調節されていることが示唆された。また、NELL1タンパク質のN末端側に位置するラミニンGドメインにヘパリン結合活性を見出し、NELL1が細胞表面のヘパラン硫酸プロテオグリカンに結合して、シグナル伝達を調節している可能性を示唆した。頭蓋骨縫合早期癒合症(Craniosynostosis)の患部で高発現している遺伝子として発見されたNELL1は分子量約140 kDaの分泌タンパク質で、その組換えタンパク質やアデノウイルスによる強制発現系を用いた動物実験において骨組織を誘導することから、新規の骨形成因子として骨再生治療への臨床応用が期待されている。しかしながら、NELL1の受容体およびそのシグナル伝達機構はよくわかっていなかった。そこで本申請課題では、(1) NELL1受容体の同定、(2)シグナル伝達経路の解明、(3) NELL1タンパク質の機能領域の解析、(4) NELL1およびNELL1受容体の機能を応用した骨組織再生治療法の確立を目的とした。本年度は、様々な解析に必要なヒトNELL1タンパク質の大量発現系をヒト293-F細胞を用いて構築し、生物活性を有したNELL1タンパク質の供給方法を確立した。これにより、NELL1タンパク質の蛍光標識が可能となり、発現クローニング法によるNELL1受容体のスクリーニングやモデル動物を用いた骨再生治療実験を開始した。また、強制発現実験によってNELL1タンパク質が分泌後に細胞外マトリックスに取り込まれることを明らかにし、NELL1の細胞分化における新たな作用機構を示唆した。さらに、NELL1タンパク質が間葉系幹細胞に対して細胞接着活性を有することを明らかにし、インテグリンが接着受容体として機能することを示した。