hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
器官再生において再生芽細胞への脱分化を誘導するエピジェネティックな機構

フタホシコオロギの脚を切断すると再生芽が形成され、失われた組織は再生芽細胞から再構築される。再生芽細胞は、エピジェネティックな遺伝子発現の変化により分化細胞が脱分化したものと考えられており、増殖能と多分化能を有する。ヒストンH3K27メチル化を制御するE(z)とUtxは再生芽形成に関与しなかった。一方、ヒストンH3K9アセチル化は傷口周辺に遊走してきたマクロファージによって促進され、器官再生と関連することが示唆された。マクロファージによる器官再生の促進には自然免疫経路やROSの活性化が必要であった。ヒトやマウスを含め哺乳類の器官再生能は低く、手足を失うと再生することはない。しかしながら両生類や魚類、昆虫類などは再生能が高く、特に不完全変態昆虫類は付属肢を完全に再生できる。フタホシコオロギの脚を切断すると、創傷治癒、再生芽形成、位置情報の認識、再パターン形成を経て失われた部分のみが再生される。再生芽形成や再パターン形成過程においてエピジェネティック因子によるパターン形成遺伝子群の発現調節が重要と考えられている。我々はこれまでに、ヒストンH3K27メチル化酵素Enhancer of zeste (E(z))とヒストンH3K27脱メチル化酵素Utxの機能をRNAiにより低下させると、脚パターン形成遺伝子dacやEgfrの発現が異常になり、再生脚の付節の再パターン形成が異常になることを見出した。E(z)(RNAi)個体の脚を移植したところ、形成された過剰肢でも付節のパターン形成異常が見られたことから、E(z)やUtxは遠近軸方向のパターンの再構築に必要であることが分かった。これらの研究結果はDevelopment誌に掲載され、オンラインニュースや和文科学雑誌でも紹介された。ヒストンの修飾の時空間的変化を可視化するためには、特定のヒストン修飾を認識するマーカー遺伝子をコオロギ個体内で発現させる必要ある。そこでCRISPR/Casシステムを用いた遺伝子ノックイン法の利用を検討しており、生存可能かつ表現型が容易に観察できる遺伝子を選択してノックイン法の確立を目指している。また、再生芽形成に伴うエピジェネティックな変化は、創傷治癒過程で起こると考えられる自然炎症に起因するのではないかと考え、マクロファージを枯渇させた個体での再生過程を解析している。ヒストン修飾の時空間的変化を可視化するためにCRISPR/Casシステムを用いたノックインコオロギの作出を目指しており、ゲノム編集技術の確立を急いでいる。現在は表現型を可視化できる遺伝子を標的とした遺伝子破壊の条件を検討しており、2つの遺伝子に対して合計5カ所のgRNAを設計してベクター構築を行っている。効率の良い遺伝子破壊が実現でき次第、遺伝子ノックイン法の確立を進めていきたい。近年、炎症と再生の関連が明らかになりつつある。我々は炎症による再生の誘導にエピジェネティック因子の発現や活性の変化が関与するのではないかとの仮説を立て、炎症を抑えた状態でのエピジェネティック因子の発現変化を見ようとしている。条件検討の結果、薬剤投与による炎症を抑制することが可能となった。今後は炎症を抑制したコオロギでのエピジェネティック因子の働きを解析していく。ヒトやマウスなど哺乳類の器官再生能は低いため手足を失うと再生することは無いが、小型魚類や有尾両生類、昆虫類などの動物は再生能が高い。不完全変態昆虫の幼虫は再生能が高く、付属肢を再生することができる。我々はフタホシコオロギを器官再生のモデル昆虫と位置づけ、再生過程にはたらく遺伝子の解析を行っている。フタホシコオロギの脚再生過程は、創傷治癒、再生芽形成、位置情報の認識、再パターン形成に4ステップからなる。再生芽形成や再パターン形成における遺伝子発現の変化に対してエピジェネティック因子が重要な役割を果たすと考えられている。我々はこれまでにヒストンH3K27メチル化酵素Enhancer of zeste (E(z))とヒストンH3K27脱メチル化酵素Utxの機能解析を行い、E(z)とUtxが再パターン形成におけるパターン形成遺伝子の発現をエピジェネティックに制御することを見出した。これらの成果を含め、コオロギ脚再生の分子基盤についての総説を執筆し、共同執筆により書籍を出版した。またE(z)の機能低下コオロギでは脳や視葉においてヒストンH3K27のトリメチル化が起こらないため、概日時計遺伝子の発現制御が異常になり、明暗条件とは異なる活動リズムを示すことを見出した。これらの研究成果をZoological Letter誌に発表した。本研究課題の目的は、再生芽形成におけるエピジェネティックな遺伝子発現の変化を解析することである。近年、魚類や両生類の研究から、マクロファージの働きが再生初期の進行に必須であることが報告された。コオロギでも解析を行ったところ、昆虫マクロファージを枯渇させた個体では脚再生が起こらないことが分かった。この再生不能コオロギを用いて、再生初期過程におけるエピジェネティックな変化を捉えるため、抗ヒストン抗体を用いた時空間的な免疫染色を進めている。抗体を用いてコオロギ組織中のヒストンH3K27メチル化の分布を解析した結果から、再生脚や発生中の胚、脳や視葉においてトリメチル化ヒストンH3K27が分布することが分かった。また近年の器官再生研究では、マクロファージを介した炎症反応と器官再生の関連に焦点をあてた研究が盛んに行われているため、コオロギ脚再生におけるマクロファージの働きを解析したところ、マクロファージを介した炎症反応が脚再生の促進に重要であることが分かった。

より詳細に分子メカニズムを解析すると、マクロファージにおいてToll-like receptor(TLR)を介したシグナル経路が活性化しており、TLRシグナルにより細胞増殖の亢進やサイトカインの放出が活性化することが分かった。また、ROS産生に関わるNADPH酸化酵素の働きも脚再生に必須であることが分かった。TLRシグナルやROS産生はエピジェネティックな遺伝子発現調節と密接に関連している。これら上流因子の機能と、時空間的なエピジェネティック修飾の関連を解明していく。ヒトやマウスなどの哺乳類は器官再生能が低いため失われた手足が再生することは無いが、魚類や両生類、昆虫などは再生能が高い。不完全変態昆虫の幼虫は高い再生能を有し、付属肢の一部を失っても数週間以内に機能的形態的に再生することが可能である。フタホシコオロギの幼虫の脚を切断すると、創傷治癒、再生芽形成、位置情報の認識、再パターニングの4ステップを経て失われた部分が再生される。再生芽形成や再パターニングはエピジェネティックな機構を介した遺伝子発現の変化によりもたらされると考えられている。ヒストンH3K27メチル化酵素E(z)やヒストンH3K27脱メチル化酵素Utxは再パターニングにおけるパターン形成遺伝子の発現に重要であったが、再生芽形成には必須ではなかった。再生芽形成過程を制御するエピジェネティック因子を同定することを目的とし、マクロファージ枯渇個体の脚再生過程を解析したところ、マクロファージ枯渇固体では脚再生が起こらず、自然免疫に関連するシグナル分子の発現が低下していた。マクロファージ枯渇個体の再生脚を抗体染色したところ、ヒストンH3K27me3は変化していなかったが、ヒストンH3K9acが低下していた。ヒストンアセチル化酵素をコードするNejireやヒストン脱アセチル化酵素をコードするRpd3に対するRNAiを行った個体では再生能が低下することから、創傷治癒過程で活性化したマクロファージがヒストンのアセチル化修飾を変化させることで再生芽形成を促進することが示唆された。フタホシコオロギの脚を切断すると再生芽が形成され、失われた組織は再生芽細胞から再構築される。再生芽細胞は、エピジェネティックな遺伝子発現の変化により分化細胞が脱分化したものと考えられており、増殖能と多分化能を有する。ヒストンH3K27メチル化を制御するE(z)とUtxは再生芽形成に関与しなかった。一方、ヒストンH3K9アセチル化は傷口周辺に遊走してきたマクロファージによって促進され、器官再生と関連することが示唆された。マクロファージによる器官再生の促進には自然免疫経路やROSの活性化が必要であった。コオロギに対してCRISPR/Casシステムを用いたゲノム編集により、遺伝子破壊によるノックアウト個体を作出する方法を確立する。ゲノム編集技術が確立することにより、外来遺伝子をノックインすることも可能となり、ヒストン修飾を可視化するマーカー遺伝子の導入も可能となると期待される。近年、炎症と器官再生の関連が非常に注目を集めている。
古代東北アジアにおける金工品の生産・流通構造にかんする考古学的研究

本研究は東北アジア各地から出土した金工品の製作技術に対する詳細な観察にもとづいて、金工品の生産・流通の実態を明らかにすることを目的とした。研究期間中、中国、韓国、日本を中心に金工品を調査し、その成果は論文などを通じて発表した。また中国を起点とする金工品の嚆矢である晋式帯金具については、実測図の作成、高倍率写真の撮影、SfM-MVSによる三次元モデルの構築という三つの手法を用いて彫金技術や加工痕跡の記録、計測をおこなった。これらを通じて東北アジアにおける金工品の生産・流通構造の解明について予察をおこなうと同時に、高倍率写真や実測図を多数掲載した報告書を刊行した。本研究は東北アジア各地から出土した金工品の彫金技術などの詳細な観察から、古代東アジア世界における金工品の生産と流通の実態を明らかにすることを目的とする。今年度はこれまで継続して調査・研究を進めてきた福岡県月岡古墳出土金工品に対する分析結果をまとめ、雑誌に投稿した。眉庇付冑の彫金技術を一緒に出土したほかの金工品の彫金技術と比較する作業を通じて、5世紀前半に始まる初期金工品生産の一端を具体的に復元することができたことは、文様論あるいは型式論に留まっていた既往の研究を止揚するもので、本研究の起点となる。また本年度から飛鳥資料館が所蔵する飛鳥寺塔心礎出土舎利荘厳具の整理作業を始めた。本資料は日本列島における仏教導入の実態をうかがい知る一級資料であり、仏教儀礼の荘厳に用いられた金工品の中には日本に仏教を伝えた百済の舎利荘厳具はもちろん、同時期の古墳副葬品と共通するものも多い。本資料を継続的に整理することで、古墳副葬品に偏って進められてきた6世紀代の金工品の生産・流通論を相対化する新たな材料を提供することが期待され、その意義は大きい。これらの国内での調査と並行して、本年度は韓国の国立中央博物館における皇南大塚南墳出土品の調査、イギリスの大英博物館におけるゴーランド・古墳時代コレクションの調査、モンゴルのモンゴル科学アカデミー考古学研究所における匈奴墓出土資料の調査などの海外調査を進めた。これらの資料についても所蔵機関との協議のもと、実測図の作成やマクロ写真による彫金技術の記録といった国内調査と同水準の調査をおこなうことができた。金工品の調査はほかの考古資料と比べて障壁も多いが、各国を代表する機関で調査に理解が得られたことは、今後東アジアレベルで金工品の生産・流通を論じていく上で非常に重要な実績といえる。今年度も国内各地の所蔵機関での調査のほか、韓国の国立慶州博物館や福泉博物館、大加耶博物館などで実測図の作成やマクロ写真による彫金技術の記録をおこなった。金工品の調査は他の考古資料と比べて障壁も多いが、昨年度に引き続き国内外で高水準の調査をおこない、東アジアレベルで金工品の生産・流通を論じていくための基礎資料を確保することができた。その成果として今年度はこれまで継続して調査・研究を進めてきた韓国の慶州皇南大塚南墳出土金工品に対する分析結果をまとめ、奈良文化財研究所と韓国の国立文化財研究所が共同刊行している書籍に掲載した。昨年度の国内調査事例に引き続き、海外調査事例についての分析結果を発表できたことは本研究を国外で進めていくうえで大きな意義をもつ。また本年度も飛鳥資料館の協力のもと同館が所蔵する飛鳥寺塔心礎出土舎利荘厳具の整理作業を継続している。本資料は日本列島における仏教導入をうかがい知る一級資料であり、日本列島に仏教を伝えた百済の舎利荘厳具はもちろん、同時期の古墳副葬品と共通するものも多い。本年度はそれらの中でも刀子に焦点を当て、総数や製作技法を明らかにするとともに、関連資料との比較をおこない、それらが百済などからもたらされたものではなく日本列島で製作されたことを論じた。今後も日本最古の舎利荘厳具の全容解明を目標に整理作業を継続していく予定である。このほか学会、市民講座、一般書などにおいて研究成果を分かりやすく発信することに努めた。国宝などの貴重資料を含み、脆弱な資料も多い金工品の調査には国内・国外を問わず様々な障壁が存在するが、これまでの調査成果の一部を順調に発表できていることもあり、調査について所蔵者の理解を得やすくなった。その結果、昨年度よりも多くの機関で調査を実施することができた。本研究は東北アジア各地から出土した金工品の彫金をはじめとする製作技術の詳細な観察から、古代東アジア世界における金工品の生産と流通の実態を明らかにすることを目的とする。今年度も東京国立博物館をはじめとする国内各地の所蔵機関での調査のほか、韓国の国立慶州博物館などで実測図の作成やマクロ写真による彫金をはじめとする製作技術の記録をおこなった。金工品は他の考古資料と比べて調査の遂行や取得データの取り扱いに障壁も多いが、昨年度に引き続き国内外で高水準の調査をおこない、東アジアレベルで金工品の生産・流通を論じていくための基礎資料を確保することができた。その成果の一つとして金工品の中でも装飾馬具の東北アジアにおける地域性について、一般書において成果を発表した。また本年度も飛鳥資料館の協力のもと、同館が所蔵する飛鳥寺塔心礎出土舎利荘厳具の整理作業を継続しておこなった。

本資料は日本列島における仏教導入をうかがい知る一級資料であり、日本列島に仏教を伝えた百済の舎利荘厳具はもちろん、同時期の古墳副葬品と共通するものも多い。本年度は飛鳥寺舎利荘厳具について一般向けの講演会において概説したほか、耳環に焦点を当て、総数や材質・技法などの基礎データを提示するとともに、同時期の古墳副葬品や百済出土資料との比較をおこない、それらが基本的には飛鳥寺の造営された時期の日本列島で製作されたものであることを論じた。今後も日本最古の舎利荘厳具の全容解明を目標に整理作業を継続して行く予定である。国宝などの貴重な資料を含み、脆弱な資料が多い金工品の調査には国内外問わず様々な障壁が存在する。そのような中で国内外の各機関の協力を得て実施した調査や取得したデータの整理作業は順調に進んでおり、成果についても順次公表をおこなっている。本研究は東北アジア各地から出土した金工品の彫金をはじめとする製作技術の詳細な観察から、古代東アジア世界における金工品の生産と流通の実態を明らかにすることを目的とする。今年度も宮内庁書陵部や京都大学総合博物館、天理参考館など国内の諸機関で調査をおこない、実測図の作成やマクロ写真による彫金をはじめとする製作技術の記録をおこなった。また金工品の中でも馬具の生産と流通について、日本および韓国の学会において発表をおこない、研究の到達点と課題を整理した。くわえて最終年度に当たる今年度は、国内機関所蔵資料についてこれまで実施した調査成果を研究協力者の栗山雅夫氏とともに『古代東北アジアにおける金工品の生産・流通構造に関する考古学的研究』(奈良文化財研究所)としてまとめた。これによって、彫金技術から金工品の生産・流通に迫っていくための基盤を整備するとともに、本科研期間中に蓄積してきた基礎資料や調査方法を学界で共有することができた。また三燕の金工品と倭の金工品の共通点と相違点に関する論考が掲載された論文集が中国語で刊行された。最後に今年度も飛鳥資料館の協力の下、同館が所蔵する飛鳥寺塔心礎出土舎利荘厳具の整理作業を継続しておこなった。本資料社は日本列島における仏教導入をうかがい知る一級資料であり、倭に仏教を伝えた百済の舎利荘厳具はもちろん、同時期の古墳副葬品と共通するものも多い。今年度は飛鳥寺舎利荘厳具と百済の舎利荘厳具の共通点と相違点について一般書において概説したほか、塔心礎から出土した金・銀の延板や粒について焦点を当て、総数や材質などの基礎データを提示するとともに、百済寺院出土資料との比較をおこなった。本研究は東北アジア各地から出土した金工品の製作技術に対する詳細な観察にもとづいて、金工品の生産・流通の実態を明らかにすることを目的とした。研究期間中、中国、韓国、日本を中心に金工品を調査し、その成果は論文などを通じて発表した。また中国を起点とする金工品の嚆矢である晋式帯金具については、実測図の作成、高倍率写真の撮影、SfM-MVSによる三次元モデルの構築という三つの手法を用いて彫金技術や加工痕跡の記録、計測をおこなった。これらを通じて東北アジアにおける金工品の生産・流通構造の解明について予察をおこなうと同時に、高倍率写真や実測図を多数掲載した報告書を刊行した。国宝などの貴重資料を含み、脆弱な資料も多い金工品の調査には国内・国外を問わず様々な障壁が存在し、必ずしも計画通りに調査を進めることができなかった部分もある。
1児SGAの2絨毛膜双胎モデルによる胎児発育不全発症機序と予後予測因子の解明

本研究では吻合血管の無いDD双胎妊娠の1児FGR症例において,同一子宮内環境で胎児発育差が見られることに着目し,FGRの重症度による児の周産期予後,並びにFGRと関連がある酸化ストレス(d-ROMs)の評価を行った.severe SGAを出生週数の-2.0SD以下と定義した.長期的予後不良群はsevere SGAに統計学的有意に多く見られた.出生時の臍帯静脈血によるd-ROMsの評価ではsmallerの方がlargerより数値が高いものの統計学的有意差は見られなかった。DD双胎妊娠の1児FGRにおいて,児が胎盤由来の低酸素状態にLarger twinと比較しより曝露されていることが示唆された。双胎妊娠において、2人の胎児が1つの胎盤を共有する1絨毛膜双胎で2児に体重差が見られるDiscordant Twinの原因についてはその背景に双胎間輸血症候群、胎盤占有面積の差が存在することが知られている。2絨毛膜双胎では2人の胎児がそれぞれ胎盤を保有する独立した個体である。しかし同一子宮内環境でありながら、2児の胎児発育に大きな差が見られる症例が存在するが、その原因については1絨毛膜双胎と比較し、他の研究では明らかにされていない。われわれの施設で管理し出生した2絨毛膜双胎のうち、1児が-2.0SD以下の出生児体重の症例をsevere SGAと定義し、-2.0SD以上の群と比較すると統計学的に予後不良群が多いことを明らかにしてきた。児は子宮内で胎盤から血流を供給されるが、その血流が不十分であると胎児がストレスを受ける可能性がある。そこでわれわれは酸化ストレスマーカーであるd-ROMに着目した。他の研究で単胎の胎児発育不全および妊娠高血圧症候群の症例で、分娩時に採取した臍帯血中のd-ROMの測定値が高いことが知られている。しかし、同一子宮環境下にある2絨毛膜双胎におけるd-ROMの差に着目した報告は無く、d-ROMの測定値と臨床的な情報を多角的に評価を行うことで、d-ROMが胎児発育不全における予測マーカーと成り得るか、評価することが可能であると考えられる。現在われわれの施設で2絨毛膜および比較として1絨毛膜も含め症例を蓄積し、評価を行っている。本研究は吻合血管を有しない2絨毛膜2羊膜性双胎妊娠において、2児の発育に差のある臨床症例に着目し、妊娠中の経過(推定体重、胎児心拍モニタリング、羊水量、母体の妊娠高血圧症候群等)および分娩後の児の経過(臍帯動脈血pH、Apgar Score、児の出生後の経過、合併症の有無)について経時的に比較評価することで、同一妊娠期間中に胎盤を共有しない双胎児が体重差を認めることによる影響を明らかにすることが本研究の目的である。今年度において、113例の2絨毛膜2羊膜性双胎妊娠の児の予後に関する解析結果を国際学会において発表した(IFPA 2015, in Australia)。2児のDiscordantがSevereである場合(Severe群は児の出生体重が-2.0SDと設定)、長期的な児の予後を見た場合にSevere FGRの児において神経学的等の長期予後不良例がDiscordantの無い群において有意に多いことを明らかにした。FGRの要因として、妊娠高血圧症候群などによる子宮内環境の悪化等が背景としてあるが、同じ子宮内環境にある中でSevere FGR群において予後不良因子が多いことは、背景にSevere FGRの児の側に先天的な長期予後不良因子が存在することが示唆される。1絨毛膜性双胎においては吻合血管や胎盤占有面積の差が児の発育のDiscordantに影響を与える可能性があるが、お互いに影響しない2絨毛膜性双胎においては、一方の児の発育が正常である場合、児の先天的な予後不良因子が存在することを念頭に置いた臨床的アプローチが重要であることが分かった。Retrospectiveな臨床情報の解析については蓄積された症例を含め、順調に研究は進んでいる。今後は当初の研究計画にもある、臍帯血を用いた酸化ストレスマーカーの解析を用いた臨床的な情報との比較検討を予定している。2絨毛膜性双胎においてDiscordantの無い症例は多くあるが、Severe Discordantを有する症例が少ないのが現状であり、症例数を蓄積して測定を行い、解析を行うためにはもう少しの時間を有する。2絨毛膜双胎で2児の胎児発育に大きな差が見られる症例(Discordant Twin)が存在する。両児の子宮内環境の違いを評価するために酸化ストレスマーカーに注目した。その指標としてd-ROMsと抗酸化マーカーであるBAPテストを用い分娩直前期の母体の血清で測定した。解析のために多くの症例の積み重ねが必要であるが、Discordancyを伴った症例数が少なく酸化ストレスが関係していると報告されている症例(単体での胎児発育不全(FGR)や妊娠高血圧腎症(PE)、胎児発育不全を伴う妊娠高校血圧腎症(PE+FGR))における分娩前母体血清中酸化ストレスマーカーにつき解析を行った。倫理委員会承認の上PE+FGR群(PF群)28名,PE群(P群)65名,FGR単独群(F群)47名,早産群(PTB群)16名,正常分娩群(C群)15名から血清を採取しPlGF, sFlt-1, sEngをELISA法で酸化ストレスについてはd-ROMs

test(reactive oxygen metabolites:酸化ストレス),BAP test(biological antioxidant potential:抗酸化力)を測定した.酸化ストレスについてはPF群,P群,F群,PTB群,C群で有意差は無かった。BAPtestについてはPF群,P群,F群,PTB群,C群で,1388.0±122.4, 1731.4±133.1, 1825.5±121.7, 1804.8±125.1, 1620.9±87.8 [M±SD]μmol/lでありPE+FGR群ではFGR群やPTB群と比較して抗酸化力は有意に低値であったがコントロールとは有意差を認めなかった。今後妊娠中の酸化ストレスマーカーを評価する目的で児の受けた酸化ストレスを評価するために臍帯血での酸化ストレスマーカーの評価や胎盤病理を評価する必要がある。2絨毛膜性2羊膜性双胎妊娠の症例は年間症例数に限りがあるため、現在まで十分な解析を行うことができなかった。3年間で症例がある程度蓄積されてきたため、臍帯血血清を用いた評価を行い、解析を行う予定である。本研究では吻合血管の無いDD双胎妊娠の1児FGR症例において,同一子宮内環境で胎児発育差が見られることに着目し,FGRの重症度による児の周産期予後,並びにFGRと関連がある酸化ストレス(d-ROMs)の評価を行った.severe SGAを出生週数の-2.0SD以下と定義した.長期的予後不良群はsevere SGAに統計学的有意に多く見られた.出生時の臍帯静脈血によるd-ROMsの評価ではsmallerの方がlargerより数値が高いものの統計学的有意差は見られなかった。DD双胎妊娠の1児FGRにおいて,児が胎盤由来の低酸素状態にLarger twinと比較しより曝露されていることが示唆された。Discordancyを伴った2絨毛膜双胎は症例数が少ないため、症例数の蓄積には時間を要することが研究の推進がやや遅れている原因である。そのため、今後の研究の推進方策として、次項の今後の研究の推進方策で述べるように、本研究に関連した研究を同時に行い、研究内容をより深いものとしていく所存である。臨床データを蓄積し、現在ではあまり明らかにされていないDiscordantを有する2絨毛膜性2羊膜性双胎妊娠の予後およびそこから胎児発育不全の予後予測因子を明らかにすると共に、臍帯血を用いた酸化ストレスマーカーを用い、それが予後予測因子と成り得るかを明らかにするために解析を行い、学会や論文で成果を発表する予定である。前述のように、2絨毛膜性2羊膜性双胎妊娠の症例の蓄積が終了したので、それを基に酸化ストレスマーカーの測定、および臨床的データーと合わせて複合的な解析を進めて行く予定である。産科婦人科学、周産期医学解析のためにはより多くの症例を積み重ねる必要があるが、多くの2絨毛膜双胎は大きなDiscordancyが見られないことが多く、そのために解析には時間がかかる可能性がある。2絨毛膜のみで無く、1絨毛膜双胎症例においても同様にd-ROMの測定を実施し、Discordancyとの関連性を評価していく。また別な研究で硬膜外麻酔併用分娩では絨毛間腔の血流が増加することが知られており、この点に着目し、硬膜外麻酔併用分娩と自然分娩での分娩時の臍帯血におけるd-ROMの値を評価し、臨床的なデータとリンクさせることで児への影響を明らかにすることを試みる。
ヒト腫瘍性造血因子の研究

坦癌患者に見られる白血球増多の機序を明らかにするため、末梢白血球数1万以上を呈する症例からヌードマウス可移植性ヒト腫瘍11株を樹立した。これらは、口腔,甲状腺,肺,膵などを原発とする癌腫,平滑筋肉腫および慢性骨髄性白血病の急性転化時に発生した骨髄芽球腫で、殆んどがヌードマウスに白血球増多を惹起したが、株により成熟白血球と未熟白血球の比率にかなりの差が見られた。これらの腫瘍の抽出物の多くはin vitroでヒト骨髄細胞に対してCSF活性を示し、口腔原発低分化扁平上皮癌の培養細胞から、in vitroおよびin vivoで強い顆粒球コロニー産生および好中球増多を示すG-CSFが精製された。このG-CSFに対するウサギ抗体はin vitroでのG-CSF活性を阻止し、この抗体を用いた酸素抗体法で、上記口腔癌培養株の細胞内に反応産物が証明された。抗G-CSF抗体の反応産物は小胞体および核周囲腔に存在することから、これらのG-CSFは腫瘍細胞内で合成、放出され、宿主骨髄細胞に増殖,分化作用を示すことが証明された。また、骨髄芽球腫と平滑筋肉腫を坦癌するヌードマウスは脾のリンパ球,B細胞,プラスマ細胞の著明な増加と高IgM血症を呈し、骨髄芽球腫の短期培養上清はマウスB細胞に対し、抗μ抗体でトリガーされる増殖を著明に増巾するBCGF-I活性を示した。このようにヒト腫瘍は骨髄系,リンパ系細胞に対する多種数の増殖・分化因子を産生しており、ヌードマウス移植ヒト腫瘍はこのような腫瘍性造血因子の研究上極めて有力な手段であることが明らかにされた。
DPC分析データウェアハウス構築による病院経営管理システムの開発評価に関する研究

我々は、病院データウェアハウスシステムに蓄積された情報を元に、DPC別の診療コストを算出し、その医業収支に与える影響要因分析を可能とするDPC別診療コスト分析データウェアハウスシステムを構築した。本システムは、2003年4,月から2005年3月までに鹿児島大学医学部・歯学部附属病院を退院した患者を対象に、医療行為単位、日別費目単位、入院単位の複数の粒度をもつ収支情報を蓄積し、集計情報から詳細情報へと分析を進めるドリルダウン分析を可能とした。本研究で開発したシステムの評価実験として、2004年度にDPCの再評価対象となった悪性腫瘍に関するDPCと診断された患者についてDPC別収支分析を行った。その結果、当院では急性白血病、非ホジキンリンパ腫、肝・肝内胆管の悪性腫瘍の医療比率が高い傾向にあり、肝・肝内胆管の悪性腫瘍の症例数がもっとも多いことが判明した。これらのDPCに診断された症例の中から医療比率の高い患者を選択し、収支の累積変化についてドリルダウン分析を行った結果、在院日数が延長すると医療比率が上昇する傾向が見られた。これらの結果よりDPC等のケースミックス分類による包括評価制度では、自院におけるケース別のコスト分析は病院経営上重要であると思われた。本研究は、鹿児島大学総合病院情報システム(THINK)に蓄積された患者基本・病名・処方・注射・検体検査・生理検査・放射線・看護・栄養・医事・物流の情報及びその他の情報を統合し、迅速で正確な検索及び統計処理を行える病院経営管理データウェアハウスを構築し、導入された包括評価による支払い制度の医療システムへの変化の影響を分析することを目的とする。特に、主なDPC別にクリニカルパスを作成しバリアンスを集計するとともに、医療経済の影響分析として患者別疾病別原価計算システムによる分析、医療管理学的には平均在院日数の分析を通して新しい診断群分類DPC自体の妥当性について検証し、アウトカム評価のために臨床指標(クリニカルインディケーター)の作成をめざすことを目的とする。本年度は、DPC分析データウェアハウス用データベースサーバの構築と、総合病院情報システムのデータ抽出及びDPC分析データウェアハウスへの登録を行った。DPC分析データウェアハウス用データベースサーバは、日本電気(株)のExpress5800110Eiを5台導入し、パラレルサーバとして構築した。OSにはLinux (Debian Sarge, kernel version 2.6)を、データベースにはMySQLを採用した。構築したDPC分析データウェアハウスシステムを病院ATMネットワーク内に設置した。また、総合病院情報システム(THINK)の各種業務系のデータベースから、患者基本情報、病名診断情報、処方情報、注射情報、臨床検査情報、医療材料消費情報等の構造を詳細に解析し、抽出データを決定した。DPCオーダシステムからDPCコード、術式・処置行為などを抽出した。抽出したデータをDPC分析データウェアハウスシステムへの登録を行った。次年度は、構築したシステムを利用して、DPC対応クリニカルパスの作成とバリアンスの集計・分析、患者別疾病別原価計算システムの構築、病院経営管理システムの開発を実施する予定である。平成17年度は、前年度に構築したシステムを利用して、DPC対応クリニカルパスの作成とバリアンスの集計・分析、患者別疾病別原価計算システムの構築、病院経営管理システムの開発を行い、その評価を行った。DPC対応クリニカルパスの作成とバリアンスの集計・分析機能としては、DPC別に各医療行為が行われた日付等を抽出・集計可能であり、クリニカルパス作成支援が可能であることを確認できた。

また、患者別疾病別原価計算システムの構築と、それを応用した病院経営管理システムを開発し、その評価として、悪性腫瘍と診断された患者のコスト分析と、DPCで脳梗塞(手術なし)と診断された患者のエダラボンの診療コストへの影響等の分析を行った。
植物のセシウム吸収機構における無機栄養元素の相互作用

本研究は、植物のセシウム吸収における分子機構の基礎的知見を得ることを目的としている。シロイヌナズナのAtHAK5遺伝子は、低カリウム条件で働く主要なカリウム輸送体遺伝子であり、その遺伝子発現はskor変異体株(地上部へのカリウム分配が抑制される)において抑制されていた。このことからAtHAK5遺伝子は、植物体内のカリウム環境により発現制御されることを示した。また、AtHAK5はセシウム吸収の主要輸送体遺伝子であり、セシウム吸収も同様に植物体内のカリウム環境により制御されることを明らかにした。本研究は、植物栽培時の無機栄養元素環境が植物のセシウム吸収に与える影響を調べセシウム低吸収の農作物の栽培およびファイトレメディエーションへの応用のための新たな基礎的知見を得ることを目的としている。27年度は、当初の計画に挙げていた栽培培地組成の組み合わせについての条件検討を行ったが、当初予定していた次世代シーケンサーでの解析までは至らなかった。一方、シロイヌナズナのカリウム輸送体のうちこれまでにセシウム吸収への寄与について報告されていない10遺伝子について遺伝子欠損株の種子を入手した。そのうち根から地上部への輸送に関わると考えられている遺伝子について注目し、その遺伝子欠損株でのセシウム投与実験を行った。遺伝子欠損株は、野生型株よりもセシウム含有培地での生育阻害されず、セシウムの毒性によるクロロシス耐性を持っていた。また、放射性セシウムの取り込み実験により野生型株は、遺伝子欠損株よりも2倍以上のセシウムを取り込むことを確認した。このことから、解析対象の遺伝子がシロイヌナズナのセシウム輸送に寄与することが示唆された。セシウム輸送へ関与する新規輸送体遺伝子の特定は、本研究の具体的な目的のひとつであることから、本年度に得られた結果を論文として発表することを次年度以降の計画において優先していきたいと考えている。今後は、論文化のために必要な追加実験の計画をたて次年度の計画を組み直していきたい。解析対象遺伝子のうち一遺伝子について遺伝子欠損株でのセシウム投与実験を進めることができた。その結果、野生型株と遺伝子欠損株との比較から、遺伝子欠損株は野生型株よりもセシウム吸収が抑制されていることが示唆された。セシウム輸送へ関与する新規体遺伝子の特定は本研究の具体的な目的のひとつであり、その目的達成に近づいたことから。本研究は、植物栽培時の向き栄養元素環境が植物のセシウム吸収に与える影響およびセシウム吸収に寄与する輸送体遺伝子への知見を深め、ファイトレメディエーションへの応用を目指した基礎的知見を得る事を目的としている。セシウムはカリウムの同族元素であり、カリウム輸送体を介して植物内に取り込まれるものと考えられている。そのため本研究でもカリウム輸送体に注目し研究を進めてきた。28年度は、27年度にセシウム吸収量を測定した10のシロイヌナズナのカリウム輸送体遺伝子欠損株のうち、根から地上部へのカリウム輸送に関わると考えられている遺伝子の欠損株について実験を進めた。対象とする変異体株はセシウム含有培地において生育が阻害されず、セシウムの取り込み量は野生型株の半分以下にまで減少していた。対象遺伝子は、根から導管へのカリウムのローディングに関わることが知られているが、変異体株においてセシウムの根から地上部への輸送比率はカリウムとは異なっていた。このことから対象遺伝子の欠損により他の遺伝子発現へ影響がみられるものと考えられた。そのためセシウムの根への取り込みが減少する生理機構について理解を深めるべく、野生型株と遺伝子欠損株の根での輸送に関わる遺伝子の発現量の比較、カリウムとセシウムの挙動比較のための実験を行い違いが見られることを確認した。また、根から地上部へのカリウム輸送に関わると考えられる遺伝子は他にも2つ存在することから、それらの遺伝子欠損株を入手してセシウム吸収量を確認しているところである。解析対象とする遺伝子についてセシウム含有培地において生育が阻害されず、セシウムの取り込み量は野生型株の半分以下にまで減少することについて複数の変異体株での再現実験が終了している。さらにその詳細な機構について明らかにすべく進めている実験、ICP-MSによるカリウム輸送とセシウム輸送の比較実験およびqPCRによる野生型株と遺伝子欠損株での輸送に関わる遺伝子の発現量の比較についても再現実験の段階にあり論文作成のためのデータが整ってきているため。本研究は、植物のセシウム吸収に与える根圏のイオン環境の影響およびセシウム輸送に寄与する輸送体遺伝子への理解を深め、ファイトレメディエーションへの応用を目指した基礎的知見を得る事を目的としている。セシウムはカリウムの同族元素であり、カリウム輸送体を介して植物ないに取り込まれるものと考えられている。そのため、本研究でもカリウム輸送体に注目して研究を進めてきた。29年度は、28年度に引き続き根から地上部へのカリウム輸送に係わると考えられている遺伝子欠損株のCs輸送への寄与について実験を進めた。28年度に得られたデータでは、対象遺伝子欠損株はセシウム含有培地において生育が阻害されず、特に低カリウム環境下ではセシウムの蓄積量は野生型株の半分以下に減少していた。このメカニズムを理解するために植物体内のセシウムとカリウムの分配や動態について比較した。具体的には、ICP-AESによるカリウム測定およびICP-AESによるCsとRb(カリウムのトレーサー)の同時トレーサー実験を行った。

その結果、変異体株のセシウムの根から地上部への移行比率および植物体内の循環はカリウムとは異なることを複数の実験手法により確認し、再現性を取ることができた。また、対象遺伝子欠損により他の遺伝子発現への影響がある事が予想されたためqPCRによりカリウムの取り込みに係わる遺伝子の発現解析を行った。その結果、根に発現してカリウム取り込みに働く輸送体遺伝子の発現量が野生型株と遺伝子欠損株において異なっている事が示された。以上から、植物体内のカリウム循環の変動が根のカリウム輸送体遺伝子の発現制御に影響(減少)し、その結果としてセシウムの取り込みが減少する事を明らかにする事ができた。本研究は、植物のセシウム吸収における分子機構の基礎的知見を得ることを目的としている。シロイヌナズナのAtHAK5遺伝子は、低カリウム条件で働く主要なカリウム輸送体遺伝子であり、その遺伝子発現はskor変異体株(地上部へのカリウム分配が抑制される)において抑制されていた。このことからAtHAK5遺伝子は、植物体内のカリウム環境により発現制御されることを示した。また、AtHAK5はセシウム吸収の主要輸送体遺伝子であり、セシウム吸収も同様に植物体内のカリウム環境により制御されることを明らかにした。本年度中にセシウム輸送能を確認できた遺伝子について論文発表を優先した実験計画の見直しを行う。論文化へ向けて、具体的には解析対象の遺伝子の培養条件による遺伝子発現変化を調べる事、セシウム投与による根と地上部の表現型の観察、カリウムとセシウムの植物個体内の含量測定を中心に行っていきたい。今後はこれまでの実験データから示唆される対象遺伝子のセシウム輸送機構について論文作成を進めていきたい。論文化のために幾つか再現実験が必要なことから、ICP-MSやqPCRでのデータの取得を早急に行う事を計画している。論文化に伴いカリウムとセシウムの輸送が異なることを示すのに効果的な実験データを追加することを考えており、ICP-MSを用いての根分け実験および導管液採取についてそれぞれ2回の実験を試みた。しかし、誤差が大きくプロトコルの改善が必要である。植物体の数や個体サイズについてプロトコルの変更を行う予定である。植物生理学次年度以降に計画していた遺伝子欠損株での実験が予想よりも期間を要するものと判断し、本年度から開始したため当初の実験計画とは異なった物品購入を行ったため。本年度予定していた、次世代シーケンサーでの解析および遺伝子発現解析用のための機器と試薬の購入に使用する予定である。
渦鞭毛藻シストの発芽モニターによる個体群形成過程の解明-特に有毒種を対象として-

有毒渦鞭毛藻のAlexandrium tamarenseやA.catenellaは生活史の一時期に休眠して不適な環境を海底上で生残するステージ(以下シストと呼ぶ)を形成する.シストは栄養細胞増殖の種(たね)としての役割を果たすため,個体群動態を解明するためにはシストの発芽動態を把握することが必要不可欠である.平成15年度においては,「現場海底泥上における発芽細胞を直接捕らえる装置」の開発を目指しこれに成功した.この成果によって,海底から発芽してくる細胞を簡便に捕らえることが可能となった.平成15年度はさらに,A.catenellaが出現しこれまで二枚貝類の毒化被害が発生している三重県の英虞湾をモデル海域として,同湾における"本種の個体群形成機構"を解明すべく現場調査を開始した.すなわち,本装置を用いた発芽細胞の実測調査を行うとともに,水柱中にプランクトン群として出現する栄養細胞の季節消長を調べた.また同時に,水温や水中光強度,栄養塩といった物理化学的環境要因を測定した.平成16年度は15年度に引き続いて同様の調査を実施した.長期にわたるこれらの調査により得られたデータを総合的に解析したところ,本種のシストは周年海底から発芽しているものの,その発芽量によって栄養細胞個体群の規模が決定されるのではなく,水柱中の物理・化学的環境によって制御されていることが明らかとなった.また,これらの環境要因のなかでも,水温が本種の出現と個体群の規模を決定する最大の要因であることが示唆された.そこで平成17年度は,英虞湾産のA.catenella株を用いて,本種栄養細胞の増殖に与える温度の影響を評価するための培養実験を行ったところ,様々な水温に対する細胞の増殖応答を詳細に明らかにすることができた.この結果により,現場海域におけるA.catenella栄養細胞の季節消長を水温を用いてはぼ説明することが可能となった.以上の成果により,本研究の目的として設定されていた"シスト形成性有毒渦鞭毛藻の個体群形成機構"を,英虞湾のA.catenellaを例に解明することができたと判断される.有毒渦鞭毛藻のAlexandrium tamarenseやA.catenellaは生活史の一時期に休眠して不適な環境を海底上で生残するステージ(以下シストと呼ぶ)を形成する.シストは栄養細胞増殖の種(たね)としての役割を果たすため,個体群動態を解明するためにはシストの発芽動態を把握することが必要不可欠である、本研究では現場海底泥上における発芽細胞を直接捉える手法を開発し,Alexandrium属シストの現場海底における発芽を季節的に追跡する.その結果と栄薬細胞群集の季節消長ならびに環境要因(水温や光強度,日長など)との詳細な関係を解析し,栄養細胞群集の形成機構を明らかにすることが本研究の最大の目的である.今年度は,まず,この研究目的を達成するために最も重要な事項である「現場海底泥上における発芽細胞を直接捉える手法」の開発に取り組んだ.計画立案当初は,潜水法を用いた方法を採用する予定であったが,調査点の水深や海底地形ならびに海況によっては危険を伴うため,潜水をしない別の手法を開発した.すなわち,採取した海底泥を透明な筒状の容器に移しこれを現場海底に沈めて一定時間設置し,この容器の中に発芽した細胞を捉えるという装置(現場発芽細胞捕捉チャンバー)を作成した.数回にわたる予備調査試験によって,本装置の調査精度は非常に高いことが確かめられた.現在,英虞湾におけるA.catenellaを対象に,本装置を用いて発芽細胞の実測調査を行っている.これと併せて,水中にプランクトン群として出現する本種栄養細胞の季節消長を調べ,また水温,水中光強度や栄養塩といった物理化学的環境要因を測定している.今後もこれらの現場調査を継続して行い,データを蓄積していくことによって,最終的にシスト発芽による栄養細胞群集の形成過程を解明することができるものと期待される.有毒渦鞭毛藻のAlexandrium tamarenseやA.catenellaは生活史の一時期に休眠して不適な環境を海底上で生残するステージ(以下シストと呼ぶ)を形成する.シストは栄養細胞増殖の種(たね)としての役割を果たすため,個体群動態を解明するためにはシストの発芽動態を把握することが必要不可欠である.本研究では現場海底泥上における発芽細胞を直接捕らえる手法(装置)を開発し、Alexandrium属シストの現場海底における発芽を季節的に追跡する.その結果と栄養細胞の季節消長ならびに環境要因(水温や水中光強度,栄養塩など)との詳細な関係を解析し,個体群形成機構を明らかにすることが本研究の目的である.平成15年度においては,この研究目的を達成するために最も重要な事項である「現場海底泥上における発芽細胞を直接捕らえる装置」の開発に成功した.これによって,海底から発芽してくる細胞を簡便に捕らえることが可能となった.平成15年度はさらに,A.catenellaが出現しこれまで二枚貝類の毒化被害が発生している三重県の英虞湾をモデル海域とし,同湾における本種の個体群形成機構を解明すべく現場調査を開始した.平成16年度は昨年度に引き続いてこの装置を用いた発芽細胞の実測調査を行うとともに,水柱中にプランクトン群として出現する栄養細胞の季節消長を調べた.また同時に,水温や水中光強度,栄養塩といった物理化学的環境要因を測定した.これまでに得られた結果により,海底からのシスト発芽挙動と栄養細胞の季節消長,さらには両者(発芽と栄養細胞)の関係が次第に明らかになりつつある.

今後も採取されたサンプルの処理を進め,データを蓄積していくことによって,最終的にシスト発芽による栄養細胞個体群の形成過程を解明することができるものと期待される.有毒渦鞭毛藻のAlexandrium tamarenseやA.catenellaは生活史の一時期に休眠して不適な環境を海底上で生残するステージ(以下シストと呼ぶ)を形成する.シストは栄養細胞増殖の種(たね)としての役割を果たすため,個体群動態を解明するためにはシストの発芽動態を把握することが必要不可欠である.平成15年度においては,「現場海底泥上における発芽細胞を直接捕らえる装置」の開発を目指しこれに成功した.この成果によって,海底から発芽してくる細胞を簡便に捕らえることが可能となった.平成15年度はさらに,A.catenellaが出現しこれまで二枚貝類の毒化被害が発生している三重県の英虞湾をモデル海域として,同湾における"本種の個体群形成機構"を解明すべく現場調査を開始した.すなわち,本装置を用いた発芽細胞の実測調査を行うとともに,水柱中にプランクトン群として出現する栄養細胞の季節消長を調べた.また同時に,水温や水中光強度,栄養塩といった物理化学的環境要因を測定した.平成16年度は15年度に引き続いて同様の調査を実施した.長期にわたるこれらの調査により得られたデータを総合的に解析したところ,本種のシストは周年海底から発芽しているものの,その発芽量によって栄養細胞個体群の規模が決定されるのではなく,水柱中の物理・化学的環境によって制御されていることが明らかとなった.また,これらの環境要因のなかでも,水温が本種の出現と個体群の規模を決定する最大の要因であることが示唆された.そこで平成17年度は,英虞湾産のA.catenella株を用いて,本種栄養細胞の増殖に与える温度の影響を評価するための培養実験を行ったところ,様々な水温に対する細胞の増殖応答を詳細に明らかにすることができた.この結果により,現場海域におけるA.catenella栄養細胞の季節消長を水温を用いてはぼ説明することが可能となった.以上の成果により,本研究の目的として設定されていた"シスト形成性有毒渦鞭毛藻の個体群形成機構"を,英虞湾のA.catenellaを例に解明することができたと判断される.
複合体立体構造データを利用した標的蛋白質に結合する化合物群の探索法開発

結合化合物の2D構造の比較から原子の1対1対応を計算するプログラムkcombuの開発を行った。この方法は最大共通部分構造(MCS)という古典的なアイデアに基づいているが、組み上げ法という高速な近似解法を採用したこと、連結・非連結MCSのほか、より実際の対応に近いTD-MCS(トポロジー距離拘束付き非連結MCS)の計算を実装したことに新規性がある。さらに、このプログラムを用いて、鋳型利用式の立体構造予測法の開発を行った。また、同族蛋白質の異なる化合物の複合体立体構造から、結合化合物の族に共通する特徴、各蛋白質に個別の特徴に関する調査も行った。本研究は、標的蛋白質に結合する低分子化合物を、標的蛋白質の立体構造を利用して、化合物データベースから検索する手法を開発することを最終目的とする。今年度は、化合物検索の基本となる化合物の結合テーブルの情報だけを用いた2D化学構造の比較を行うために、最大共通部分化学構造(MCS)を算出し原子の一対一対応を計算する手法の開発を行った。MCS問題はNP完全であるため、現実的な時間で計算を行うために「組み上げ(build-up)法」という近似解法を採用した。プログラムはKCOMBU(Kemical COMparison using Build-Up algorithm)と名づけられた。このプログラムは、これまで多く用いられてきた連結MCS(C-MCS)、非連結MCS(D-MCS)に加えて、トポロジー距離の拘束を加えたTD-MCS(Topologically-constrained D-MCS)の計算も可能なように実装した。KCOMBUの計算時間は、比較する分子の原子数にほぼ線形依存する。また、生物学的に正しいと考えられる複合体立体構造による原子対応を正解とみなして比較したところ、D-MCSやC-MCSに比べて、TD-MCSを用いたときに最も高い一致が得られることがわかった。この解法については、既に論文誌に投稿し現在査読中である。WEBサーバの開設やソース公開の準備も進めている。また、我々が以前に開発したポケット同定プログラムghecomと既存のドッキングプログラム(UCSF DOCK)を組み合わせて複合体構造を推定する試みも行った。その結果、ドッキングプログラムに付属しているポケット同定プログラムを用いた場合より、有意に優れた予測結果が得られることがわかった。本年度は昨年度開発した、二つの化合物の構造の最大共通部分化学構造(MCS)による原子の1対1対応を組み上げ法を用いて効率的に計算するプログラムKCOMBUをJ.Chem.Info.Model誌に発表した。また、KCOMBUのプログラムを用いて、二つの化合物の構造比較やPDB内の化合物の検索ができるWEBサーバの公開も始めた。このサーバからはKCOMBUのプログラムソースもダウンロードすることができる。本年度は、MCSによる原子対応を用いて、リガンドの結合立体構造の比較モデリングの試みを行った。この方法では、立体構造を予測したい標的化合物と、類似した鋳型化合物の結合立体構造が既知である状況を想定し、MCSにより二つの化合物の原子対応を求め、それら対応する原子ができるだけ重なるように、標的化合物を変形させながら、鋳型化合物に重ね合わせることで、標的化合物の立体構造を予測する。この計算のために、重ね合わせの良さなどを評価するエネルギー関数を導入し、より低いエネルギーとなるように化合物の二面角を変形させるプログラムを作成した。試験計算を行ったところ、標的-鋳型間の類似度が60%以上であれば、平均2Å以下の精度で予測できることがわかった。また、タンパク質キナーゼ族に属する約20種のタンパク質の阻害剤との複合体立体構造を、タンパク質を基準として重ね合わせることで、包括的な結合立体構造比較を行った。その結果、全てのキナーゼの阻害剤に共通する空間的特徴、ある群のキナーゼの阻害剤のみ有する空間的特徴の両方が観察された。これらの知見は、選択的に結合する阻害剤の設計、一残基置換による阻害剤の選択性の変化の予測などに貢献できると期待している。本年度は、既に知られている化合物とタンパク質の複合体立体構造を鋳型として、標的化合物の結合立体構造を予測する、鋳型利用式の低分子構造予測法の開発を中心に行った。鋳型利用式では、鋳型化合物とよく重なるように標的化合物構造を変換・変形する必要がある。従来提案された鋳型利用法の多くは、非特異的なガウス関数で重なりを評価していた。本研究では、MCS(最大共通部分構造)による原子対応を用い、対応する原子間の距離が最小となるよう変換・変形操作を行う方式を採用した。MCSは初年度に開発されたプログラムkcombuによって計算する。

試験予測計算を行ったところ、十分類似した鋳型分子が入手可能な場合、従来の非特異的な重なり関数を用いた手法より、予測精度と計算速度の双方が優れていることがわかった。本年度は、さらに、キラリティの変換操作や、結合タンパク質原子との相互作用エネルギーも取り入れ、予測精度の改善を試みた。開発した鋳型利用式の低分子構造予測プログラムをfkcombuと名づけ、その成果をまとめた論文を投稿準備中であり、ソースコードの配布準備も進めている。また、鋳型構造として、同族ではあるが異なるタンパク質と低分子化合物の複合体を用いた場合、どの程度の予測精度が得られるかについて検討した。この場合、標的となる化合物ータンパク質を、鋳型となる化合物ータンパク質の立体構造を用いて予測するため、化合物の標的ー鋳型間の類似度、タンパク質の標的ー鋳型間の類似度の両方が予測精度に影響を及ぼす可能性がある。タンパク質キナーゼ族を例として試験予測計算を行ったところ、タンパク質の鋳型との類似度に比べ、化合物の鋳型との類似度のほうが予測精度に大きく影響することがわかった。これは、標的タンパク質との類似度が低くても、化合物が類似した複合体構造が入手できれば、それを鋳型として十分な精度の予測ができることを意味する。研究の基本となる2Dの化合物比較法の開発は順調に進んでおり、実用的な性能を発揮できるプログラムに仕上がっていると考えている。当初予定していた化合物の立体構造の比較は、多くの化合物は精確な立体構造のデータがないことから、まだ本格的に取り組めていない。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまで、結合情報(2D構造)だけを用いた化合物構造比較を中心に行ってきた。立体構造情報を用いれば、より高精度の比較ができる可能性があると思われるが、化合物データベースには、立体構造データを欠く化合物のほうが多い。低分子化合物は、本質的にフレキシブルで、タンパク質に結合しない限り一つの構造に定まらないものが多いと思われる。化合物の立体構造の情報の不足を行うため、平成23年度からは、2D比較を利用して比較モデリングの手法で化合物の立体構造を予測する手法の開発に着手した。こうした予測立体構造をうまく使用することで化合物の立体構造比較を実現する方向で研究に取り組んでいきたい。
集団遺伝学に基づく疾患関連遺伝子検出理論の整備

疾患関連遺伝子マッピング方法の基礎理論を構築するために、有害遺伝子頻度とマーカー遺伝子頻度の変化過程を解析し、原因遺伝子検出可能性と種々パラメーターとの関係解明を行った。まず最も簡単な、任意交配半数体モデルについて、連鎖不平衡の指標であるD'が平均的にどのような価を取るかを近似的に計算した。病因遺伝子aが一遺伝子あたり適応度をs下げるとし、連鎖した中立マーカ(B, b)との組み換え率がr、集団のサイズがNであるとする。病因遺伝子aが単一の突然変異から集団中に広がったと仮定すると、時間とともにD'は減少する。A遺伝子の頻度が最後に1/Nになってから現在に至るまでの時間をT、現在の頻度をpで表すと、D'の平均値は近似的にTの平均値の関数として表現できる。固定確率が非常に小さい有害遺伝子では、Tの平均値は確率過程のreversibilityの議論を使い近似的に「頻度pから出発した過程が1/Nまたは1に至る時間」から計算される。この時間の平均値ははMaruyama等によって求められており、遺伝子頻度変化過程が頻度xで滞在時間する時間G(x, p)を使って積分の形で表される。そこでD'の平均値をこの積分を数値計算した価から計算した。この式が実際のD'をどの程度近似するかを見るために、計算機シミュレーションを行った結果との比較を行った。Jensenの不等式から予想はされたが、近似値はシミュレーションから得られた値を過小評価することがわかった。今後、近似の精度を上げるために、Tの分散などより高次のモーメントを使った近似式などについて解析していく予定である。