hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
量子探索アルゴリズムの加法分解スキームとその並列探索問題への応用

本年度は、これまでに導いたグローバー型の繰り返し探索演算の加法分解に基づいて、探索スピードを実質的に短縮する探索演算形式の加法的ユニタリー変換の構築と加法分解に基づく並列処理アルゴリズムの構築について研究を行なった。昨年までの研究で、グローバー型の繰り返し探索演算の加法分解形式に基づいてユニタリー演算子を構築する一般的な数学的スキームを提案した(arXiv:1706.01519v1 [quant-ph])。本年度は、この一般的なスキームに基づき、より探索演算形式の加法形式ユニタリー演算子の構築を行なった。そして、探索の初期状態とその直交状態を識別する一種のフィルタリング演算子を導入することにより、自然な形で加法分解形式のユニタリー探索演算子を構築できることを示した。この変換の特徴は、繰り返し型の探索演算子と全く同じ探索の終状態を与えるが、その行列表現が繰り返し探索演算子の行列表現に比べて一般的に簡単であることにある。これは、探索の実時間の短縮に繋がると期待できる。本研究では、2量子ビットと3量子ビット探索空間の場合について、この加法的ユニタリー変換から探索の量子ゲートを得る具体的な方法を示した。そして、標的状態が複数の場合には、加法的ユニタリー変換から得られる量子ゲートの複雑性が標的状態がエンタングル状態であるかどうかに大きく依存することを明らかにした。これらの結果は、Canadian Journal of Physicsに印刷中である。一方、繰り返し型探索演算の加法分解に基づいた並列処理アルゴリズムの構築については、量子回路によるスキームについて調べた。本年度は、これまでにその基本スキームについて一つの有意義な形式を見出したが、探索の成功確率に関する問題が未解決となり、今後この問題を解決すべく研究を行う。現在までの研究の進捗状況は以下の通りである。本年度の研究目標は、前項の「研究の実績の概要」で記したように、探索スピードを実質的に短縮する加法的ユニタリー変換の改良版と繰り返し探索演算の加法分解に基づいた並列処理アルゴリズムの構築であった。探索スピードを実質的に短縮する加法的ユニタリー変換の改良版については、その構築に成功した。この結果については論文として纏めCanadian Journal of Physicsに採択され既に電子版が公表され現在印刷中である。一方、加法分解に基づいた並列処理アルゴリズムの構築については、量子回路による基本スキームについてある有意義な形式を見出した。しかし、現在のところ探索の成功確率の問題が未解決の状況にある。それは、グローバー型の探索演算子の加法形式と異なる形の加法形式を本来の加法形式に変換するユニタリー演算子を構築する簡便な方法が今のところ見つからないためである。原理的にはそのようなユニタリー演算は必ず存在し、一般的な数学的スキームは分かっているが、量子回路として最適な変換を構築する必要があり、この点が未解決の状況である。次年度はこの問題を追究する。本年度は、海外研究協力者としてMcMaster大学(カナダ)からW. van Dijk氏を招聘し共同研究を行った。本年度はW. van Dijk氏とY. Nogami氏の二人を招聘し共同研究を行う予定であったが、Y. Nogami氏の都合で氏の招聘が中止となり研究計画の変更を強いられた。以上のような理由で、本年度の招聘費の半額を来年度に繰り越すこととし、そのための研究計画変更を申請し承認された。これまでに、繰り返し探索の単一位相整合グローバー探索演算の加法分解形式を導き、その加法分解形式に基づいて、探索スピードを実質的に短縮する加法的ユニタリー変換のより探索演算にふさわしい形式の構築に成功した。残された問題は、探索演算の加法分解に基づいた並列処理アルゴリズムの構築である。次年度はこの問題を集中して研究する。上記の問題解決の方策は以下の通りである。前項の「現在までの進捗状況」で記したように、量子回路によるスキームについて有意義な形式を見出した。これは、補助ビットとコントロール・ユニタリーゲートを活用した形式であり以下のようなステップからなる。補助量子ビットと探索の初期状態を量子回路に入力し、コントロール・ユニタリーゲートで探索演算の加法分解形式と、それとは異なる形の加法形式の重ね合わせ状態を生成し、補助ビットの測定により選ばれた重ね合わせ状態のそれぞれに対して最適なユニタリー変換を行うことにより、最終的に全ての重ね合わせ状態を目的の加法分解形式に変換するスキームである。現在のところ、この最終ステップのユニタリー変換を如何に量子回路に最適な形で実現するかが最大の課題である。数学的には(或いは原理的には)このユニタリー変換が存在するのは分かっている。即ち、入力状態と出力状態に関するそれぞれの正規直交状態系を2セット準備すれば良い。しかしながら、このような一般的な方法はこの量子回路によるスキームには適当ではない。本スキームの成否はこの最終ステップでのユニタリー変換を如何に量子回路に最適な形で構築するかにかかっている。この量子回路スキームは、量子テレポーテーションの量子回路と類似性がある。次年度はこの問題に集中して取り組む。これらの研究は基本的には単独で行うが、前記の項目「現在までの進捗状況」で記した海外共同研究者とも適宜共同研究を行って行く。本研究の目的は、「成功確率1の探索」という強い条件の下で、探索スピードを実質的に加速する量子探索アルゴリズムの新しいスキームを構築することである。この目的に沿って本年度は、先ず代表的な量子探索アルゴリズムであるグローバー量子探索アルゴリズムの改良版である単一位相整合量子探索

アルゴリズムの「加法分解」スキームの導出とその数学的性質について詳しく調べた。研究計画で記したように、予備研究において上記の「加法分解」が基本的に可能であることを確認したが、本年度はその「加法分解」の最も基本的な表式の導出と、それを更に極限まで縮約した場合の表式について調べた。本研究で導いた「加法分解」では、多重回繰り返し探索演算が、ある位相因子を係数とした探索カーネル演算子の和として表され、その展開項の数が繰り返し探索の探索回数に一致することを見出した。これは、いわゆる探索のオラクル演算の数がこの種の「加法分解」において保存されることを表していて、その意味で「加法分解」の最も基本的な形式と言える。ここで、展開係数としての位相因子に繰り返し探索演算の情報が反映されている。ここでポイントは、各展開項はユニタリー演算子であるため原理的には量子力学的な時間発展として実現可能であることである。従って、ここ展開形式は、並列探索スキームへの応用性が考えられ。今後この問題について詳しく調べて行く。究極的な縮約形では、繰り返し探索演算が究極的には一個のオラクル演算子と前記の位相因子から構成される位相関数のみを用いて表されることを見出した。この表式は成功及び失敗振幅の極めてシンプルな計算方法を提供していて非常に面白い結果である。今後、ここで導いた繰り返し演算の「加法分解」形やその縮約形を応用して実質的な探索の加速が得られるスキームの構築を追究していく。現在までの研究の進捗状況は概ね予定通りであると言える。本年度の研究目標は、前記の「研究の実績の概要」の項目で記したように、先ず、単一位相整合グローバー演算の繰り返し探索演算を如何にして加法的に分解できるかを明らかにすることであった。本年度は先ずその展開の基本的な形を導出し、そのような分解が可能であることを示すことができた。その意味で予定通り研究が進んでいると判断する。本年度は更に、繰り返し探索演算が一個のオラクル演算と位相因子からなるある関数のみを用いて表される究極的な縮約形の導出にも成功した。以上のように、本年度の研究目標はほぼ達成されたものと考える。本年度は、海外研究協力者としてMcMaster大学(カナダ)からY. Nogami (野上幸久)氏とW. van Dijk氏の両氏の招聘を予定していた。しかしながら、両氏の都合で、両氏の招聘期間が本年度(平成28年度)の終わりから次年度(平成29年度)の始めにずれ込むことになった。そのため、本年度使用予定の予算のほぼ半額を29年度に繰り越し使用することになった。本研究の基本的な目的は、全ての標的割合に対して探索の成功確率が1という強い条件の下に、グローバー型の繰り返し量子探索の探索スピードを実質的に加速する量子探索アルゴリズムの新しいスキームを構築することである。
災害問題の環境社会学的研究

本報告書は、様々な災害問題のうち、近年多発する都市水害を取り上げし、洪水対策の論拠である河川管理論に関わる問題として、「脱ダム宣言」で注目された長野市浅川ダム建設問題に関し、ダムの有効性や「脱ダム宣言」が提示される社会的背景等について考察した。次に、ダム全面撤去の事例として注目を集めた熊本県八女市坂本の荒瀬ダム撤去問題について、その経済的側面に焦点を当てて考察した。また、1995年の阪神淡路大震災の経験から、災害ボランティアに関する研究が重視されているが、平成12年東海豪雨災害の被災地の一つである愛知県西枇杷島町のボランティア活動を取り上げ考察した。また、この災害で救援活動に関わった、ある宗教団体の救援活動の記録を掲載し、その活動についてボランティア論の視点で考察した。他方、上述の阪神淡路大震災の経験から、社会科学では災害研究への関心が大きく高まり、文字通り学際的な研究が広がってきたが、本報告書では上記の事例研究とともに戦後日本の社会科学の多様な流れの中で提示された「災害論」に触れ、河川管理の根本的思想についても若干の考察を加えた。なお、巻末に第3章に関する史料と脱ダム宣言、第5章に関するボランティア活動の資料を掲載した。研究期間の初年度に当たる平成16年度は基礎的な資料収集に従事し、次年度以降により詳細な調査を進めるための予備的段階とし、調査値の特定と具体的な調査課題を設定した。その結果、次年度以降の主たる調査地と調査課題を次の通り決定した。1.都市型水害地帯としての福岡市中央部:この調査地点は1999年から2000年にかけて連続して大都市特有の水害を受けた、近年の象徴的な地域であり、次のような特徴を備えている。(1)被災地域が人口200万人都市の中心部であること。(2)被災地周辺の中小河川の氾濫による災害であること。(3)河川整備が進んでいるにもかかわらず災害が生じていること、および都心部の繁華街が被災地であることにより、地域住人の防災意識を普及する上では様々な課題・困難を抱えていること。(4)その後の防災対策では、当該地域の住民や企業の間でかなりの差異が生じていること。2.愛知県西春日井郡西枇杷島町:この調査対象地は名古屋市に隣接する小規模な町であり、次のような特徴を備えている。(1)戦後の経済成長期に新興住宅街として発展し、名古屋市のベッドタウンとして成長した。また、経済活動も名古屋経済圏に組み込まれている地域である。(2)被災住民の居住地が中小河川の周辺部に限られているという地理的特徴がある。(3)被災後に周辺各地からボランティアが災害復旧、特に被災住民への援助活動に取り組んでいたこと。(4)ボランティア活動に関する記録が作成され、現在も保存されていること。調査対象地として選定した2つの地域で上記のような特徴があることから、次年度の調査課題を次のように定めた。(1)福岡市:同様の課題に取り組んでいる九州大学工学部橋本助教授との研究協力体制を作り、共同研究の方策を構築する。(2)西枇杷島町:上記ボランティア活動の記録収集とその整理・分析を進める。研究期間の2年目に当たる平成17年度は、初年度に調査対象地として設定した、福岡県福岡市の中心街で同地区を流れる御笠川の氾濫による都市水害の被害状況と、愛知県清須市西枇杷島町(旧愛知県西春日井郡枇杷島町)の新川の氾濫による水害被害の調査を続けた。1.前者の福岡市の調査では、同地区の水害調査を続けている九州大学橋本研究室と研究成果の交流をすすめ、相互の研究発表を行った。本研究代表者は長野県長野市豊野町(旧長野県上水内郡豊野町)の平成11年の水害調査について発表した。その際、九州大学の研究者の反響は、当時の町の責任者である町長の決断=水害被害を最小限に土留めるための「堤防の開削」に関心が集まった。他方で、福岡市の水害被害の調査研究の発表については、被災地が人口200万都市の中心部のさらに繁華街であるという立地条件から、被害調査事態の困難さや、被害者同士の横の連携の困難さといった点が浮き彫りにされた。

また、第3次産業の企業が集中する繁華街の中でも、企業規模の大小によって、被災後の対策には大きな相違があることが、調査の結果明らかにされ、一種の「被害格差」という状況が生じていることが指摘されたことが、注目される。2.後者の場合では、被災当時の住民に支援の手をさしのべたボランティア活動の存在が明らかとなり、その状況の把握と関連資料の収集に当たった。また、その資料がかなり膨大であるため、その分析・考察を次年度以降の主要課題として、資料の概要の把握およびボランティア活動の概要の把握に努めた。その資料に関し、次年度以降には次のような視点での分析・考察が必要であると考えられる。1,ボランティア活動構成員の住所・職業等の分析2,ボランティア団体組織化の経緯3.ボランティア活動の方法と内容分析4,ボランティア活動の評価5.ボランティア団体と地元住民の関係6,ボランティア団体と地方自治体との関係等である。今年度の主要な課題は、災害救援組織の基礎的研究である。昨年度の現地実態調査で明らかになったように、2000年9月の東海豪雨災害においては、その際に「自主防災組織」の責任者から明らかにされた、いわゆる新興宗教団体(江戸時代に成立し、全国的な広がりを持つもので、近畿地方にその本拠がある)による、救援活動について、その活動の実態と、その宗教における教義と宗教的組織・活動理念について、教団本部において聞き取り様さ及び資料収集を実施した。以下、その調査結果の概要である。・宗教団体の救援組織名・「ひのきしん隊」:「ひのきしん」とは「日々の奉仕」の意味であり、奉仕ではあるが特別の活動ではないという教義上の意味づけがある。・活動内容は、被災地域の廃棄物処理・搬出が主要なものであり、当初予想した多面的活動ではなかった。・活動内容と地域の決定は、ひのきしん隊と地元地方自治体や被災地現場責任者との間で決定されること。・ひのきしん隊の編成過程については、同隊が常設の組織ではないが教団本部に事務局があり、被災地からの要請、あるいは被災地とその周辺の教団信徒空の情報提供に基づき隊の派遣が決定されることが明らかになった。その他、本研究の課題としてはこうした活動が行政機関の公式な記録に必ずしも、記載されていないこと等、地元での評価を調査・分析する必要が明らかになった。この点は今後の研究課題とする。本年度は研究期間の最終年度当たるため、補足調査と研究とりまとめを中心に取り組んだ。補足調査としては、愛知県清須市西枇杷島町の災害ボランティアに関する宗教団体のボランティア活動に関する補足調査を実施し、学会での災害論に関する分科会に参加して、災害論の今日的視点を学習して、報告書に反映させた。災害論に関する本報告書の構成は、「脱ダム宣言」で話題となった長野県北部のダム問題の事例研究と、熊本県八女市坂本地区(旧坂本村)の荒瀬ダム撤去問題に関する環境社会学的視点・論点を整理し、さらに報道等で論じられている側面以外のダム問題の側面について論究した。そのうち、長野県の浅川ダム問題では浅川下流域の地域特性を明らかにしたうえで、ダム建設による治水対策に変わる河川管理政策と前田中長野県知事の脱ダム宣言について論評した。また、後者の荒瀬ダム撤去問題については、ダムによる環境負荷の側面以外にダム改修か撤去かという二つの方向での、経済的側面議論が欠落していることを明らかにし、河川管理政策に関する経済的側面の究明が重要であることを明らかにした。
第V因子を介した培養ヒトメサンギウム細胞上での凝固過程の検討

[目的]糸球体における凝固過程に関して、組織に発現する因子を検討した。メサンギウム細胞に注目し、細胞上での凝固過程において、凝固の後期に関与する第V因子の役割を検討した。[方法]1)培養ヒトメサンギウム細胞あるいは培養マウスメサンギウム細胞をchamer slideに移し、12時間後に、ウシ胎児血清を含まない培養液に交換した。48時間後に、炎症性サイトカインとしてTNF-α(100U/ml)を含む培養液に置きかえた。24時間後に、フィブリノーゲン、プロトロンビン、凝固Xa因子、XIII因子を加えた。細胞上で生成したフィブリンをプラスミンで処理したのちに抗Dダイマー抗体を用いて酵素抗体法により検出した。2)抗第V因子抗体を1)の培養液中に、25、50、100μg/mlの濃度に加え、フィブリン生成の阻害を評価した。[結果]1)メサンギウム細胞上で、凝固過程の進行による安定化フィブリンの形成を認めた。2)抗第V因子抗体の培養液中への添加により濃度依存的にフィブリン形成数が減少した。3)メサンギウム細胞上に第V因子蛋白の発現が確認された。4)遺伝子に関してもメサンギウム細胞における第V因子のmRNAの合成が確認された。[結論と考察]メサンギウム細胞上で凝固過程が進行し、フィブリンを生成しうることが確認された。この過程は抗第V因子抗体により阻害され、またメサンギウム細胞上に第V因子の蛋白を検出し、また細胞内にはmRNAを検出したことから、第V因子が大きく関与することが示唆された。
細胞による飢餓認識および分化開始の統御機構の解明:細胞性粘菌を用いたアプローチ

本研究の目的は、細胞の基本的特性である増殖・分化の統御に関与する遺伝子群とそれらの機能を細胞性粘菌の発生系を用いて詳細に解析することにあった。本研究で明らかにされた主要な成果は以下の通りである。1)増殖/分化のチェックポイント(GDT点)で特異的に発現するdia2遺伝子はプロモータ領域を別の遺伝子(impA)と共有しており、impAは増殖期に特異的に発現し、一方のdia2は分化開始に際して発現することを見出し、それらの転写調節領域を特定することに成功した。2)ミトコンドリア局在型分子シャペロンHSP90であるDd-TRAP1タンパク質は、前飢餓応答(prestarvation response ; PSR)に密接に関与し,RNAi法でその発現を抑制すると、PSRが顕著に阻害され、分化の開始に遅れが生じること、また、3)Dd-TRAP1は増殖期の細胞密度に応じてミトコンドリアから細胞表層に移行したり、細胞表層から再びミトコンドリアに戻り、このミトコンドリアへの帰還が分化の進行を誘導すること、さらに、4)ミトコンドリアへのDd-TRAP1の帰還には、新規の分泌性因子(PSF-3;:prestarvation factor 3)の存在が必要とされる、5)ミトコンドリアDNAを1/4にまで減少させると、細胞増殖が不能になるばかりでなく、飢餓後の分化・パターン形成がきわめて異常になる、ことなどを明らかにした。他方、6)ガン抑制遺伝子(ING1)の粘菌ホモログ(DNG1)は、おそらくヒストン修飾を介しての遺伝子調節によって、細胞増殖を調節するとともに細胞分化にも密接に関与することを実証した。なお、飢餓認識・応答および分化開始に関与する遺伝子の網羅的解析は、アメリカ・ベイラー医科大学のDrs.A.Kuspa, G.Shaulskyと共同研究中である。粘菌細胞の分化制御機構に関して、次のような点を明らかにした。1)ミトコンドリア局在型の分子シャペロンTRAP1(Dd-TRAP1)は粘菌細胞にも存在し、この分子は前飢餓応答(prestarvation response ; PSR)を誘発する。そして、分化とカップルして、この分子は細胞表層からミトコンドリアへとその局在性を変化させ、このミトコンドリアへの移行が分化を促進する。2)免疫電子顕微鏡的研究により、Dd-TRAP1は、多細胞期(移動体)の予定胞子細胞では予定胞子特異液胞(prespore-specific vacuole;PSV:胞子細胞壁の形成に必要とされるオルガネラ)に局在することが示され、PSVがミトコンドリアを構造的基盤としてゴルジ体との協調下で形成されることが強く示唆された。これに関連して、3)Dd-TRAP1をRNAi法でノックダウンすると、PSRが阻害されるとともに、胞子形成が顕著に抑制される。他方、4)細胞内でのある量(正常の1/4)以上のミトコンドリアDNAの存在が、細胞の増殖はもとより分化の開始や正常なパターン形成に必須とされる。5)このようにミトコンドリアDNAを顕著に減少させた細胞(ρ-delta cells)では、PSVの形成および胞子分化が選択的に抑制される。これらの知見はいずれも、飢餓応答・分化制御面でのミトコンドリアの重要性に関して強い示唆を与えた。また、6)細胞周期の進行に鍵酵素として必要とされるタンパク質フォスファターゼ(Cdc25)の粘菌ホモログ遺伝子(Dd-cdc25)の単離・同定に成功し、この分子のリン酸化様式が飢餓処理とそれに伴う発生過程において顕著に変化することを見出した。

本研究の目的は、細胞の基本的特性である増殖・分化の統御に関与する遺伝子群とそれらの機能を細胞性粘菌の発生系を用いて詳細に解析することにあった。今年度明らかにされた主要な成果は以下の通りである。1)増殖/分化のチェックポイント(GDT点)で特異的に発現するdia2遺伝子はプロモータ領域を別の遺伝子(impAと共有しており、impAは増殖期に特異的に発現し、一方のdia2は分化開始に際して発現することを見出し、それらの転写調節領域を特定することに成功した。2)ミトコンドリア局在型分子シャペロンHSP90であるDd-TRAP1タンパク質は、前飢餓応答(prestarvation response ; PSR)に密接に関与し,RNAi法でその発現を抑制すると、PSRが顕著に阻害され、分化の開始に遅れが生じること、また、3)Dd-TRAP1は増殖期での細胞密度に応じてミトコンドリアから細胞表層に移行したり、細胞表層から再びミトコンドリアに戻り、このミトコンドリアへの帰還が分化の進行を誘導すること、さらに、4)ミトコンドリアへのDd-TRAP1の帰還には、新規の分泌性因子(PSF-3;prestarvation factor 3)の存在が必要とされる、ことなどを明らかにした。他方、5)ガン抑制遺伝子(ING1)の粘菌ホモログ(DNG1)は、おそらくヒストン修飾を介しての遺伝子調節によって、細胞増殖を調節するとともに細胞分化にも密接に関与することを実証した。
ヒト顎下腺由来上皮性腫瘍細胞のグルココルチコイドによる増殖抑制機構に関する研究

(1)HSG細胞は、グルココルチコイド(0.01-10μM、16時間処理)によりDNA合成の低下、倍加時間の延長、コロニー形成率の低下などの増殖率の低下および細胞直径の増大、電顕的観察によるintracellular luminaの形成などの形態的変化を起こした。Scatchard解析で、HSG細胞は解離定数6.6nM、結合定数57.8 fmol/mg protein(278 fmol/mg DNA)の特異的な細胞質レセプターを有することがわかった。グルココルチコイドが特異的なレセプターを介してHSG細胞におよぼす増殖抑制効果および細胞形態の変化は、ヌードマウスへ移植した場合の移植腫瘍についても、腫瘤の増大の抑制および組織像の腺管構造の形成と腺管細胞の機能的マーカーであるepithelial membrane antigen陽性裁縫の増加として、同様に認めれらた。(2)グルココルチコイドのHSG裁縫への増殖抑制効果を、HSG細胞の細胞周期でみてみると、グルココルチコイドは、HSG細胞をG0-G1期に停止させ、S期への移行をブロックすることがわかった。このG0-G1arrest効果は、血清あるいはsupplements(10 μg/ml insulin,10 μg/ml transferrin, and 20 μg/ml monoethanolamine)を添加した培地でのみみられ、さらに培地にEGF(10 ng/ml)を同時添加することによって消失することがわかった。Conditioned mediumあるいはsupplements(insulin+transferrin)ではG0-G1arrest効果は消失しなかった。またタンハク質合成阻害剤であるシクロヘキシミドとグルココルチコイドの同時処理を行うと、グルココルチコイドによるG0-G1arrest効果は発現しなかった。これらの結果から、グルココルチコイドはHSG細胞の増殖を抑制する物質の合成を誘導し、そしてその物質の作用は、EGFの作用にきっ抗するものと考えられた。1.HSG細胞のDNA合成、倍加時間およびコロニー形成におよぼす効果を検索した。その結果、DEX(デキサメサゾン,合成グルココルチコイド)は【10^(-5)】M濃度を培地に添加することによって[【^3H】]-thymidineのとりこみを対照の45.5%に低下させ、倍加時間を対照(33.8±3.1)の1.5倍に延長させた。2.HGS細胞を集めてホモゲナイズし、150,000×g、30分、遠心してcytosol画分とトリアムシノロン(合成グルココルチコイド)との結合量を測定し、Scatchard解析を行い、また競合的結合を行った。その結果、HSG細胞には解離定数6.5nM、結合定数57.8fmol/mg蛋白質(278fmol/mgDNA)の特異的なグルココルチコイドレセプターが見出れ、HSG細胞におよぼすグルココルチコイドの増殖抑制効果はレセプターを介する作用であることが示唆された。4.HSG細胞をヌードマウスに移植し、腫瘍の形成率、腫瘍の増殖率および腫瘍の組織形態におよぼす効果を検索した。その結果、【10^4】個移植群の中でDEX投与マウスには腫瘍の形成はなかったが、DEX非投与マウスに腫瘍が形成された(1/4匹)。【10^6】個移植群ではDEX投与、非投与いずれにも100%腫瘍が形成た。Ovejera et al(1978)による換算腫瘍重量を求めるとDEX0.05μg/gおよび0.25μg/g投与マウス

ともにその増加率が対照マウスに比して低下していた(移植後6週目、有意差p<0.05)。最小自乗法により求めた増殖直線の傾きからlog2/傾きによって換算腫瘍重量の倍加時間を求めると、DEX非投与マウスで9.27日、0.05μg投与マウスで10.72日であった。組織学的検索では0.25μg/gDEX投与マウスの腫瘍組織にはadenoid-likeな像が多数認められた(4/4匹)。adenoid様構造の内腔には、コロイド鉄陽性、HID陰性、ムチカルミン陽性の上皮性粘液のシアロムチンが貯留していた。1.グルココルチコイド(Gc)はin vitroでHSG(ヒト顎下腺由来上皮性腫瘍細胞)のコロニー形成率および細胞増殖を抑制した(Acta Pathol.Jpn.37:587-595, 1987).2.ヌードマウス移植系でも,同様にGcはHSG細胞のヌードマウス皮下への生着と腫瘍の増大を抑制した.同時に,移植腫瘍の組織像も変化した. Gc投与群の腫瘍組織には,腺腔に類似する像が著明に見られた.移植腫瘍について免疫組織化学的検討を加えた結果, Go投与群の腫瘍にEpithelial Membrane Antigen(EMA)陽性細胞が増加した(Cancer,in press).さらにHSG細胞はhECFを産生分泌していることが報告されているが,今後, Go投与群の腫瘍と非投与群の腫瘍との間で, EMA陽性細胞数に相違が見られるか否か検索の予定である.3.GcがHSG細胞の増殖を抑制する時,細胞周期のどの段階で停止しているかを知るために,フローサイトメトリーによるcell cycle analysisを行なった.その結果, HSG細胞のDNAヒストグラムは,対照群で65.9%(G0-G1期), 18.2%(S期), 16.3%(G2-N期)であった. 1μMGc添加培地で16時間培養には71.7%, 9.8%, 18.7%に変化し, G0-G1期は対照より有為に増加(P<0.01), S期は有為に減少(P<0.01)した. Gc添加4時間培養では対照との間に有為差はみられず,また24時間培養では16時間培養で認められた変化は回復し対照とほぼ同値であった.それ故, GcはHSG細胞のG0-G1期からS期への移行をブロックし,その最大効果は8-16時間処理で表れることがわかった.4.抗BrdU抗体を用いたDNA/ErdU二重染色によって2次元FACS分析を行なった結果, HSG細胞はGc処理によってG0-G1期に蓄積し, S期の細胞が減少するのが確かめられた5.HSG細胞を細胞周期の各期に同調させて,各期のグルココルチコイドレセプター数を現在検索中である.
容認性判断に影響を与える要因の研究

本研究プロジェクトは中間的な抽象度を持つ言語知識(サブスキーマ、例:◯◯学会、クリスマス◯◯)が人間の言語的活動、特に容認性判断にどのように寄与しているかを検証する事を目標としている。本特別研究員は平成28年度以前に基礎的な統計的分析手法を用いてサブスキーマ頻度と容認度との関係を示した。その上で当該特別研究員は、平成28年度中に分析手法の改善と分析対象言語の拡大を試みたが、研究対象が単語レベル(特に名詞-名詞型複合語)のみに偏っており、言語一般的な傾向について示唆する為に言語単位の拡大が必要と考えられており、それに加えてオフラインでの容認性判断課題のみを用いていた事も今後の課題として挙げられていた。このような研究状況の進捗を受け、本特別研究員は本年度(平成29年度)、特にドイツでの滞在研究を通じて言語対象を動詞とそれに後続する語の共起パターンに拡大し、加えて分析データを自然文読解時の視線移動パターンへと拡大した。さらに主たる研究対象であるサブスキーマ頻度についても検討が加えられ、近年心理言語学分野で強くその重要性が示されているエントロピー指標との比較が行われた。これは、認知文法からの理論的帰結であるサブスキーマ頻度と情報理論に端を発するエントロピーが非常に似通っており、エントロピーがサブスキーマ頻度をより精緻化したものであろうと、理論的に(認知文法と情報理論の双方から)予測される為である。具体的にはこのエントロピー指標が、動詞とその後続語への視線移動パターンにおける、動詞への注視時間や後続語の読み飛ばし確率等に関して有意な影響を有している結果が得られている。この研究結果を受け当該研究員は現在、このエントロピー指標が言語理解時の何の反映であり、どのような理論的帰結を、情報理論と認知文法の双方に対して有しているかを検討している。この研究結果は平成30年度中に得られる予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究はサブスキーマ的言語知識(例:XX動作)が名詞-名詞複合語型造語(例:身体動作)の理解に貢献している可能性を検討するものである。本年度、本特別研究員はイギリスシェフィールド大学において在英研究を行い、分析手法の改善と分析対象言語の拡大を図った。まず、本研究は主成分回帰分析の手法を取り入れ、共線性の問題を生じさせずに複数の共線変数の影響の推定を行う事を可能とした。これに加え、心理言語学及び情報理論における研究成果を参考に、多くの関連指標の取り入れと、単語出現頻度の確率分布化の為のいくつかの手法の導入を図った(位置依存累積語根頻度、派生エントロピー、等)。さらに、一般化加法混合モデルの手法を取り入れ、個人差のような系統的なランダム効果の考慮と連続変数間の交互作用の考慮を可能とした。これらにより分析の精度が大幅に向上し、その結果、これまでの日本語に対する実験分析の結果も改善された。具体的には、これまでサブスキーマ的言語知識の影響は有意に示されていたものの、単語知識の影響については一貫した結果が得られていなかったが、本年度の分析手法の改善により、単語知識もサブスキーマ知識と共に単語認識過程において機能している可能性が指摘された。すなわち、たとえば「油揚げ先生」という造語を理解する場合、「油揚げ+先生=油揚げ先生」ではなく「油揚げ+XX先生=油揚げ先生」という形で単語知識とサブスキーマ知識の結合が行われている可能性が示唆された。この結果は近年の心理言語学における研究成果と整合するものである。この分析手法改善に並行し、本研究は分析対象言語の英語への拡大を図った。この実験の結果は現時点では概ね日本語における実験結果と同様の結果を示しているが、先述のような分析手法の更なる改善を優先し、本年度(2018年度)中の公表は控え、次年度に更なる実験結果と併せて公表が行われる予定である。本研究は全体として概ね順調に推移していると評価出来る。大きな進展があった点として、「研究実績の概要」で記したように、様々な観点から分析手法の改善が為された点は、当初予期していなかった非常に大きな進展である。また、対象言語の拡大については英語への拡大は2019年度に行う事を予定していたが、それが早まり達成された事も重要である。これらに対し、言語単位の拡大については依然として単語レベルにとどまっており、その意味ではこの点は進展が遅れているとも考えられる。しかし、単語単位の研究の進展により、言語単位の拡大を本特別研究員の採用期間中に行う事が妥当であるかは疑問が呈され始めている。この言語単位の拡大を図る代わりに単語単位の実験分析に焦点を絞った方が全体としてより貢献度の高い研究結果が得られる可能性がある。これまでは主にウェブあるいは紙を用いた(逐次的な言語処理過程ではなく言語処理過程全体の処理の反映を測る事が出来るという意味での)オフラインの実験手法が主として用いられていたが、オフラインの実験手法のみで単語単位の実験分析を終了して文単位に移行するよりは、(逐次的な言語処理過程を見る事が出来るという意味での)オンラインの実験手法も用いて単語単位の分析をより多角的に行う事の方が重要である可能性がある。

なぜなら句や文といった言語単位についても単語認知と共通した認知処理が行われていると考えられる為、表面上の言語単位の拡大よりも同一の言語単位について精緻にその理解プロセスを精査する事の方が結果的に認知処理過程についてより効果的な示唆が得られると考えるからである。したがって本研究プロジェクトは当初の予定とは若干の方向性の修正が図られているものの、概ね満足の行く推移状況であると結論される。本研究プロジェクトは中間的な抽象度を持つ言語知識(サブスキーマ、例:◯◯学会、クリスマス◯◯)が人間の言語的活動、特に容認性判断にどのように寄与しているかを検証する事を目標としている。本特別研究員は平成28年度以前に基礎的な統計的分析手法を用いてサブスキーマ頻度と容認度との関係を示した。その上で当該特別研究員は、平成28年度中に分析手法の改善と分析対象言語の拡大を試みたが、研究対象が単語レベル(特に名詞-名詞型複合語)のみに偏っており、言語一般的な傾向について示唆する為に言語単位の拡大が必要と考えられており、それに加えてオフラインでの容認性判断課題のみを用いていた事も今後の課題として挙げられていた。このような研究状況の進捗を受け、本特別研究員は本年度(平成29年度)、特にドイツでの滞在研究を通じて言語対象を動詞とそれに後続する語の共起パターンに拡大し、加えて分析データを自然文読解時の視線移動パターンへと拡大した。さらに主たる研究対象であるサブスキーマ頻度についても検討が加えられ、近年心理言語学分野で強くその重要性が示されているエントロピー指標との比較が行われた。これは、認知文法からの理論的帰結であるサブスキーマ頻度と情報理論に端を発するエントロピーが非常に似通っており、エントロピーがサブスキーマ頻度をより精緻化したものであろうと、理論的に(認知文法と情報理論の双方から)予測される為である。具体的にはこのエントロピー指標が、動詞とその後続語への視線移動パターンにおける、動詞への注視時間や後続語の読み飛ばし確率等に関して有意な影響を有している結果が得られている。この研究結果を受け当該研究員は現在、このエントロピー指標が言語理解時の何の反映であり、どのような理論的帰結を、情報理論と認知文法の双方に対して有しているかを検討している。この研究結果は平成30年度中に得られる予定である。今後、本研究は特に研究対象である容認性判断の問題を心理言語学の特に単語認知研究分野における語彙判断課題(lexical decision task)や命名課題(naming task)等との共通点・相違点といった側面から検討する。具体的には現在オフライン課題で検証されている本特別研究員の実験分析結果を基に、語彙判断課題及び命名課題を行い、さらにアイトラッキング等のオンライン手法を用いてこれらを追試する事が最優先に行われる。これにより、本当に単語知識とサブスキーマ的知識の結合が行われているかを推量する事が可能になると期待される。さらに、これまで語彙判断課題や命名課題から明らかになっていた通常の単語認知過程モデルの知見との整合を図り、認知処理のどのレベルでどのような要因(特にサブスキーマ的知識)が容認性判断課題において機能しているかを明らかにする事を目指す。これらの実験分析は本年度の本特別研究員の在ドイツ研究の間に一定の完了が目指される。これらに並行し、これまで日本語で行われていた複数の実験をもう一度より精緻な実験デザインの下で行う。これはまず単語単位のオフライン実験から始められ、その後、可能であれば文単位のオフライン実験に拡大される。
金属粉含有機能紙による新しい放射線防護材の研究・開発

日本で開発された金属粉含有放射線遮蔽機能紙の特性を解明し、毒性を有す鉛の代替えとして医療への応用が目的であった。JIS規格に基づき、機能紙の引っ張り試験、耐久性、防水性、通気性、X線、ガンマ線の遮蔽効果を明らかにした。放射線診断領域への応用として、インターベンショナルラジオロジー時に生ずる散乱線からの術者被ばく低減を実証した。放射線治療への応用としては、金属機能紙を治療用電子線のコリメート物質として実用性の検証を行った。機能紙を用いた放射線防護衣の試作品は完成し、現在試用中でである。1)タングステン機能紙の放射線遮蔽率:放射線診断領域で用いられている単純X線撮影装置を用いてタングステン機能紙(密度2.14g/cm3、厚さ0.3mm)の放射線遮蔽率をUnfors PSD (Unfors Instrument Incorporated)で測定した。80KvP-120KvまでのX線がタングステン機能紙一枚で50%遮蔽されることが分かった。タングステン機能紙の斑は6枚で平坦となる。2)放射線治療への応用:治療用のX線および電子線のコリメートに応用する。電子線束のコリメートを目的に,鉛や低融点鉛を遮蔽材として用いている。これらの遮蔽材は加工が困難であることや,鉛の毒性による鉛害などの問題点を抱えている。電子線に対する遮蔽特性を評価した。遮蔽による電子線の透過率は,測定深および照射野サイズに依存することが分かった.また、使用するエネルギーやTFP厚によっては高い放射線遮蔽効果が得られることが確認できた。3)放射線診断領域への応用:インターベンショナルラジオロジー(IVR)など検査・治療時の術者被曝の低減について検討を行った。散乱体(被験者)、術者との間に機能紙を1,2,3,5,10枚と挿入、被曝線量の減少率は次に示す通りであった。eyeslevel: 24.9 %, 29.9 %, 41.6 %, 50.4 %, 56.2 %; chestlevel: 25.3 %, 33.1%,34.9 %, 46.1 %, 44.3 %; waistlevel: 45.1 %, 57.0 %, 64.4 %, 70.7 %, 75.2%; kneelevel: 2.3 %, 3.8 %, 3.9 %, 4.6 %, 4.3 %。4)軽量化への取り組み:軽量化へ向けて理論上可能である金属やその組み合わせを特定。他の金属での機能紙を試作し、放射線遮蔽率など基礎実験を実施。1)タングステン機能紙の鉛当量試験(JIS Z 4501):標準鉛板の鉛厚及び減弱率から標準鉛板の減弱率曲線を作成し、本遮蔽紙の減弱率に対応する鉛厚を補完法によって求めた。タングステン機能紙10枚での100 kVpと150 kVpでの鉛当量はそれぞれ0.48 ±0.02、0.51 ±0.02 mmPbであった。Cs-137γ線での鉛当量は7、10、20、30枚でそれぞれ0.28、0.43、0.91, 1.50 mmPbであった。2)放射線治療への応用:放射線治療に使用する電子線に対する遮蔽特性を評価、透過率、深部線量百分率などをまとめ英文雑誌に掲載された。また、小線減治療(I-125)での術者被ばく低減、刺入後の患者から家族への被ばく低減を目的とした遮蔽効率を計測した。1枚で50%減、4枚で完全遮蔽できることを明らかにした。3)放射線診断領域への応用:タングステン機能紙を使ったインターベンショナルラジオロギー(IVR)時の術者被ばく低減ためにPHITSを使ってシミュレーションし、実測と比較した。現在英文が完成して、投稿予定。4)軽量化への取り組み:軽量化は進んでいないものの、再利用できる放射線防護衣を考案し、プロトモデルを作成。福島の被災現場で林野庁、大手総合建設業社が試験中である。日本で開発された鉛を含まない金属機能紙の特性を解明し、医療への応用が目的であった。JIS規格に基づき、機能紙の引っ張り試験、耐久性、防水性、通気性等の試験を行い、特性を明らかにした。また、JIS4501に準じX線100kVp、150KVp、Cs137のガンマ線で鉛当量試験を実施、金属機能紙10枚では、それぞれ0.48 mm ±0.02 mmPb (100 kV)、0.51 mm ±0.02 mm (150 kV)であり従来の鉛板の代替として使用できることを示した。放射線治療への応用しては、金属機能紙を治療用のX線および電子線のコリメートに応用した。治療用の電子線に対しては、一般的にコリメートには鉛や低融点鉛を遮蔽材として用いているが、これらの遮蔽材は加工が困難であることや,鉛の毒性による鉛害などの問題点を抱えている。

タングステン機能紙が低融点鉛の代替えになるか、4、6、9 MeVの電子線の遮蔽率を求め、治療に必要な深部電離量百分率(percentage depth ionization: PDI)、軸外線量率(off-center ratio: OCR)、表面線量(surface dose)の検証を実施。機能紙を用いた放射線防護用のプロテクターの試作品は完成し、現在臨床現場で試用中である。日本で開発された金属粉含有放射線遮蔽機能紙の特性を解明し、毒性を有す鉛の代替えとして医療への応用が目的であった。JIS規格に基づき、機能紙の引っ張り試験、耐久性、防水性、通気性、X線、ガンマ線の遮蔽効果を明らかにした。放射線診断領域への応用として、インターベンショナルラジオロジー時に生ずる散乱線からの術者被ばく低減を実証した。放射線治療への応用としては、金属機能紙を治療用電子線のコリメート物質として実用性の検証を行った。機能紙を用いた放射線防護衣の試作品は完成し、現在試用中でである。1)タングステン機能紙の鉛当量試験:(概ね順調)JIS Z 4501に準じて測定が終了し、英文投稿中。2)放射線治療への応用:(計画以上に進展)放射線治療に使用する電子線に対する遮蔽特性を評価、透過率、深部線量百分率などをまとめ英文雑誌に掲載された。また、小線減治療(I-125)での術者被ばく低減、刺入後の患者から家族への被ばく低減について英文作成中。アジア・オセアニア医学物理学会で発表済み。3)放射線診断領域への応用:(概ね順調)タングステン機能紙を使ったインターベンショナルラジオロギー(IVR)時の術者被ばく低減ためにPHITSを使ってシミュレーションし、実測と比較した。オセアニア医学物理学会で発表済み。現在英文が完成して、投稿予定。4)軽量化:(概ね順調)軽量化は進んでいないものの、再利用できる放射線防護衣を考案し、プロトモデルを作成。福島の被災現場で林野庁、大手総合建設業社が試験中である。医学物理1)タングステン機能紙の放射線遮蔽:英文を投稿中・受理を目指す。2)放射線治療への応用:小線減治療(I-125)での術者被ばく低減、刺入後の患者から家族への被ばく低減を目的とした紙衣を作成、特許出願予定。遮蔽効率などを英文投稿し受理を目指す。3)放射線診断領域への応用:本遮蔽紙を用いたIVR時の被ばく低減の工夫を英文投稿、受理を目指す。また、CTでの小児の水晶体被ばく低減を目指す。4)防護衣:福島の被災地、医療現場でリサイクル可能な防護衣を作製する。1)タングステン機能紙の放射線遮蔽率:基礎実験が終了し、英文で初稿完成。2)放射線治療への応用:当初考えていた、低融点鉛、薄鉛板への代替えを考案し、ESTROで発表。英文で論文作成、投稿済み。3)放射線診断領域への応用:術者への被ばく低減を図る実験済。日本語論文での初稿完成。4)軽量化への取り組み:他の金属での機能紙を試作し、軽量化へ向けた実験をスタート。理論上であるが軽量化可能と判断できた。現在投稿中の英文誌の掲載が今年度に決まらなかった。1)タングステン機能紙の放射線遮蔽率:英文で投稿、受理。2)放射線治療への応用:英文で投稿、受理。さらに実験を重ね、術者の被ばく軽減を本紙を用いて実現可能とする。英文で投稿し、今年度中の受理を目指す。特許を申請し、軽量化された放射線遮蔽紙について英文投稿を目指す。
DNA工学によるカリニ肺炎ワクチンの作製とその応用

ニュ-モシスチス・カリニ(以下、カリニと略す)肺炎は後天性免疫不全症候群(AIDS)などに併発しやすいことから、診断や検査法の確立が期待されている。カリニの培養法による増殖が困難であるために、研究の材料を得るために遺伝子工学の技術を応用してカリニ蛋白質の量産系の開発を進めてきた。その研究成果をここにまとめて報告する。i)標的蛋白物質の解析:カリニ膜蛋白質(GP115)は主要成分であり、抗原性も高いことから、この蛋白物質を標的物質に定めた。この物質のN末端はブロックされていたが、ペプタイドを分析して、いくつかの部分からアミノ酸配列が決定できた。その知見をもとにプロ-ブを試作した。ii)カリニ遺伝子組み換え体の作成:制限酵素で切断した20kbpのDNAをEMBL3のベクタ-に組み換えてジェノムライブラリ-を作成した(10^8PFU/ml)。また、カリニからRNAを抽出し、λgt11に組み換えたcDNAライブラリ-も作成した(10^5PFU/ml)。iii)カリニ遺伝子のスクリ-ニング:サザンブロットにより試作したプロ-ブを順次検定して、当りの塩基配列を含むプロ-ブを選定することができた。これを用いて、サザンて反応する部位の遺伝子を切り出してpUCベクタ-に組み込み、サブクロ-ニングを行った。3,000個のコロニ-を調べ、数個の反応するコロニ-を単離できた。これらの組み込み体の制限酵素マップを現在調べており、シ-クエンスを行って、目指す遺伝子配列を決定したい。関連研究成果i)カリニの遺伝子からみた進化系統樹の位置づけ:カリニの分類学上の位置が不定であったため、5Sリボゾ-ムRNAの塩基配列を調べ、protista fungi群に属することを明らかにした。ii)ヒト感染肺とのDNA診断:ヒトのカリニ肺炎患者を対象にしてDNA診断を行うことに初めて成功した。また、ヒト由来のカリニ間で、異種性が確認できたため、多種類の株が存在していることを明らかにした。今年は初年度にあたり、ニューモシスチスカリニ(以下、カリニと略す)のワクチン試作のための遺伝子クローニングを主に実施した。これまでに分子量115,000の膜蛋白質がワクチンの対象として秀れていることが判明しており、既にこの物質のフラグメントのアミノ酸配列が決定できている。それに基づくオリゴDNAプローブもいくつか試作できている。これらのプローブを用いて、ラット感染肺から得たカリニのDNAをλファージのEMBL3ベクターに組込んだ、いわゆるゲノムDNAライブラリーの中から、相補性のあるクローンを釣り上げる作業を進めてきた。約100万個のプラークからいくつかの陽性クローンを得ている。制限酵素やプローブを組合わせた実験にて、更にスクリーニングを行い、現在、塩基配列のシークエンスを行っている。もし真に求める当りのクローンが得られれば、ワクチン作製に一歩近ずけることになる。他方、カリニのRNAの研究も同時に展開している。ラットのカリニ感染肺より純度の高いRNAを得る方法が確立できている。オリゴdTカラムを通したメッセンジャ(m)RNA分画を取り、一本鎖から二重鎖のDNAを合成させ、λgt11のベクターに組込んで、いわゆるC-DNAライブラリーを作製した。

現在、カリニの抗体を用いて、インムノスクリーニング法で、カリニ蛋白質をコードするDNAのクローニングを進めている。m-RNAを用いて、in vitroトランスレーションの実験も試みている。この実験で、多くの蛋白質が合成されていることが確認できたが、この中からカリニの蛋白質成分を同定する作業を進めている。このようにクローニングが順調に展開しており、当たりのクローンが得られることがこの研究には不可決であるが、今後急速に研究が展開するものと期待できる。ニュ-モシスチス・カリニ(以下、カリニと略す)膜蛋白質の中から、主要成分である分子量11万5千の物質(GP115と略す)をワクチン化の標的に定めて研究を続けてきた。今年度はこの物質の蛋白質部分をコ-ドしている遺伝子のクロ-ニングに重点をおいて研究を進めた。すでに、標的物質のアミノ酸構造の解析により、TFITKTVの配列があることを明らかにしている。この知見に基づき、20個の塩基からなるプロ-ブを試作した。初めは塩基の組み合わせが複数個考えられる部位にはイノシンを組み入れたプロ-ブを用いたが、このプロ-ブを使用してクロ-ニングできた遺伝子には非特異反応が多く起こり、実用性に乏しいことがわかった。そこで今年度は、イノシンを組み込ませず、すべてを包含できるような組み合わせのプロ-ブを作成して実験を行った。カリニDNAのサザンブロットを用いて試作したオリゴプロ-ブを順次検定して、当りの塩基配列を含むプロ-ブを選ぶことができた。このプロ-ブを用いて、すでに作成してあったcDNAライブラリ-(λgt11に組み換えたもの)のクロ-ニングを開始した。約200万個のプラ-クを調べたが、残念ながら特に強く反応するクロ-ンを得るまでには至らなかった。そこで一旦、cDNAライブラリ-よりクロ-ニングする作業を中止して、先にサザンブロットで反応がみられた部位の遺伝子を切り出し、pUCベクタ-に組み換え、いわゆるサブクロ-ニングを行った。数10個のコロニ-を集めてドットハイブリを行い、約3,000個コロニ-を調べた中から、強く反応するロットが数個得られた。これをさらに絞って、単コロニ-にまで分離することができた。今後は、これらの候補の中から最も可能性の高いものを選んで、できるだけ早くシ-クエンスを行い、標的とする遺伝子を決定したいと考えている。
ヒトiPS細胞へのゲノム改変によるダウン症候群の病態モデルの確立とその解析

ダウン症新生児の約10%が一過性骨髄増殖症(TAM)とよばれる前白血病状態を呈する。GATA-1の遺伝子突然変異がほぼ全例で認められ、21番染色体のトリソミーと、(short form産生型の)GATA-1突然変異の両者の存在が必要と考えられている。そこで本研究では、疾患特異的ヒトiPS細胞の作成・分化誘導技術と遺伝子改変技術を組み合わせ、GATA-1と21番染色体の形態によりGATA-1の遺伝子型の3タイプ(null / short form / full length)×21番染色体の核型2種類(ディプロイド/トリソミー)に基づいて6種類のiPS細胞ラインの樹立を行うことができた。ダウン症候群では多彩な合併症を呈するが、その中でも白血病の発症頻度が高い。新生児の10%以上で一過性骨髄異常増殖症(TAM)と呼ばれる造血異常を呈し、約2割の症例で重篤な経過をたどる。残りの8割の症例は一ヶ月以内に自然寛解するものの、さらに2年のあいだに30%の確率で急性巨核芽球性白血病(AMKL/M7)を発症する。本研究では、この白血病の多段階発症モデルとして注目を集める21トリソミーTAMーAMKLの発症メカニズムを明らかにすることを目指し、その最初のステップとして、疾患特異的ヒトiPS細胞とゲノム編集技術を組み合わせることによってTAMの実験モデルの構築を行った。今年はまず、健常児の臍帯血をもとにセンダイウイルスベクターをもちいることでコントロールとなるヒトiPS細胞の樹立を行った。つぎにTAMを発症したダウン症児について、交換輸血時に破棄される末梢血をもちいてiPS細胞の樹立を行った。この末梢血中にはGATA1変異を持った芽球と、変異をもたない正常血球の両者が混在することから、遺伝子背景を同一にするふたつのiPS細胞を得ることができた。これらについて核型解析・奇形腫形成などを行ってiPS細胞として十分な品質を保っていることを確認した。また一方で、GATA1ノックアウトを行うためのゲノム編集技術基盤の確立を行い、21ダイソミーGATA1ノックアウト、21トリソミーGATA1ノックアウトの2種類のヒトiPS細胞を作成することができた。ダウン症候群ではその新生児の約10%が一過性骨髄増殖症(TAM)と呼ばれる前白血病状態を呈する。X染色体上にあるGATA-1への(short form産生型)突然変異と21番染色体のトリソミーが重要なファクターと考えられているが、これまでこの両者の作用を明確に区別しつつ、その相互作用を解析することのできる実験モデルがなかった。本研究では新規の遺伝子改変技術(TALE Nuclease)と染色体工学を組み合わせることでGATA-1の遺伝子型(null / short form / full length)×21番染色体(ディプロイド/トリソミー)の6つの組み合わせのヒトiPS細胞を樹立し、同症の実験モデルを確立し、さらに各iPS細胞を血球系へと分化誘導することで、TAMの病態ならびに2つの因子のはたす役割を明らかにすることを目指している。これまでの研究により、6種類のうち5種類のiPS細胞株を得ることができた。今年度はさらに、iPS細胞における数塩基置換を可能にするゲノム編集技術の確立を行い、最終的に目的の短縮型GATA1変異を有する21ダイソミーiPS細胞を得ることができた。これらの細胞をさらに分化誘導することで、TAMのさらに詳細なメカニズムが解明されると期待される。ヒトiPS細胞におけるゲノム編集においては、薬剤選択マーカーが必須であり、したがってエクソン内の塩基置換は極めて困難であった。今年度の研究においてPlatinum TALENと呼ばれる切断効率の高いTALENおよびCRISPR/Cas9システムをもちいることにより、この数塩基置換の導入に成功した。ダウン症候群ではその新生児の約10%が一過性骨髄異常増殖症(transient abnormal myelopoiesis;TAM)と呼ばれる前白血病状態を呈する。本研究ではゲノム編集技術であるTALE nucleaseおよびCRISPR/Cas9システム、さらに染色体工学を組み合わせることでGATA-1【null / short form / full length】×21番染色体【ディプロイド/トリソミー】の6つの組み合わせのヒトiPS細胞を樹立することを目指した。昨年度までの研究により、ヒトiPS細胞におけるゲノム編集技術を確立することができた。そして上述の6種類のiPS細胞を樹立した。さらに今年度は、21番染色体上において造血に重要な働きをすると考えられる4Mbの領域を推定し、これらを1アレル分のみ欠失した部分トリソミーiPS細胞の作成を行った。ヒトにおいてこのような大きな領域を欠失することに成功した報告はない。さらにこの細胞にGATA1短縮型変異を誘導することに成功した。これにより、TAMの詳細な病態解析を可能にする疾患モデル細胞の構築に成功した。これらの細胞を造血分化誘導する系を確立し、21トリソミーに造血亢進作用があることを明らかにした。