hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
携帯電話基地局通信履歴を利用した鉄道利用区間の判定

携帯電話利用時に記録される基地局通信履歴(CDR)を分析することで人々の流動を推定することが期待されているが,空間分解能の低さなどが原因でそのままで交通手段まで推定することは難しい.そこで鉄道インフラのGISデータを新たに作成し,それを参照することで鉄道の利用駅区間の推定を試みた.日本国内ではCDRデータの入手は困難であるため,利用者端末のアプリから基地局ID(セルID)の切り替わりを検知することでCDRデータを代替した.東京都内地下鉄路線(東京メトロ・都営地下鉄)を対象に路線・駅と各携帯電話事業者のセルIDとの対応関係を現地調査によりデータベース化し,地下鉄路線・駅区間を計測可能とした.今年度はこれまでに入手していた国内(一都六県)のCDRデータと、国土数値情報鉄道データから作成した鉄道ネットワークデータをもとに鉄道利用の有無と利用駅区間の推定を実施した.また対象地域としているトルコ・イスタンブールにおける鉄道路線の形状データをOpen Street Map(OSM)から入手し、鉄道ネットワークデータに変換する処理を試作した.鉄道ネットワークデータは、OSMデータの路線形状(ライン)に対して、OSM並びに現地路線図を元に駅位置をノードとして与え、路線を各駅で区切ることでネットワークデータの試作が出来ている.都内に比べ路線は簡易な構造となるため入力となる路線形状・駅位置が正確であればネットワークへの変換は比較的容易である.CDRからの鉄道利用の有無の判定では、滞在・移動に区切ったCDRデータの内、移動に分類されるものを利用し、移動中のCDR観測点が鉄道路線沿線に沿って一定距離内に位置するかどうかを最尤推定により判定を試みた.都心部などの路線が複雑かつ密に入り組んだエリアでは判定が困難であるが、郊外路線などでは比較的判定が有効に機能している.駅をノードとしたネットワークデータを整備したため、近接する区間が得られれば利用区間までが得られ、利用区間推定の効率化に繋がる見込みがある.ただし他方で、鉄道路線に沿って道路が並走している可能性もあるため、引き続き細かな検証が必要である.今年度実施予定であった鉄道ネットワークデータの構築は、OSM並びに現地路線図から実現できる目処がつき、データが入手できれば対象エリアの拡大・他地域への転用も期待できる状況となっている.また、CDRからの鉄道利用の判定は国内CDRを対象として予備検討を行った結果、鉄道路線が密でない郊外路線においては比較的有効に機能しており、同様に鉄道路線の密でないイスタンブール地域においても有効に機能することが期待できる.また鉄道ネットワークを、駅間をリンクとなるよう整備したため、鉄道利用の推定結果が次年度実施予定であった直接利用区間推定へ適用できる可能性があり、進捗としてはやや進んでる状況である.一方で、イスタンブールからのCDRデータ入手が現地の情勢不安定などのため大幅に遅れたことが影響し、イスタンブールにおけるCDRデータでの試行はまだ実現できていない.携帯電話は屋内外を問わずに利用可能な領域を拡大しており,携帯電話利用時に記録される基地局通信履歴(CDR)を時間連続なデータとして分析することで,その位置情報(基地局位置)からおおよその人々の流動を推し量ることが期待されている.しかし空間分解能の低さから具体的な移動や利用した交通手段を推定することはそのままでは難しい.そこで、鉄道の利用とその利用区間を推定することを目的に,OpenStreetMapをはじめとした公開地図・GISデータを組み合わせることで、経路探索やマップマッチング等が可能な鉄道ネットワークデータを作成し,空間分解能の低いCDRデータから鉄道の利用とその駅区間の推定を行った.提案当時に対象地域としていたトルコ・イスタンブール地域の不安定な情勢から現地での実地調査を見送り,代替地として日本国内の地下鉄において適用可能な方式とした.日本国内では携帯電話事業者の保有するCDRデータの入手は困難であることから,利用者端末にインストールしたアプリから基地局ID(セルID)の切り替わりを検知することでCDRデータを代替している.東京都内地下鉄路線(東京メトロ・都営地下鉄の297駅)を対象に別途整備した鉄道ネットワークデータの路線・駅と各携帯電話事業者のセルIDとの対応関係を現地調査によって整理しデータベース化すると共に,作成したデータベースを参照することで現在利用している地下鉄路線・駅区間を直接計測可能となった.地下鉄構内においては電波の受信状況が限定的となり,各路線・駅で異なるセルIDが観測され路線・駅の推定可能となった.複数駅にセルIDが重複して観測されることもあるが,直前の観測結果と移動方向から鉄道ネットワークデータを参照することで路線・駅区間推定が一定精度で可能となった.携帯電話利用時に記録される基地局通信履歴(CDR)を分析することで人々の流動を推定することが期待されているが,空間分解能の低さなどが原因でそのままで交通手段まで推定することは難しい.そこで鉄道インフラのGISデータを新たに作成し,それを参照することで鉄道の利用駅区間の推定を試みた.日本国内ではCDRデータの入手は困難であるため,利用者端末のアプリから基地局ID(セルID)の切り替わりを検知することでCDRデータを代替した.東京都内地下鉄路線(東京メトロ・都営地下鉄)を対象に路線・駅と各携帯電話事業者のセルIDとの対応関係を現地調査によりデータベース化し,地下鉄路線・駅区間を計測可能とした.次年度に予定している鉄道利用区間推定については国内データを利用した試行結果を元に、現地データも利用しながら進めていく.また、次年度には開発した推定手法の検証として現地での実証実験を予定しているが、現地の情勢不安定により実施困難な状況となった場合には国内で代替可能な実証実験を検討することとする.空間情報科学
アトムプローブによる原子炉材料の粒界偏析の原子レベル観察と粒界劣化機構の解明

高経年化原子炉構造材料(圧力容器鋼やシュラウド等)の健全性にとって未だよく理解されていない粒界脆化機構を理解することは重要である。本研究では、レーザー3次元アトムプローブを用いて、粒界割れした破面の不純物偏析を原子レベルの分解能での分析を可能にする新しい方法を開発した。得られた粒界偏析の結果と、オージェ電子分光などの他の手法や第一原理計算の結果を比較することにより、粒界脆化と粒界偏析の関係を明らかにした。本研究は、3次元レーザーアトムプローブを用いて、「割れた」粒界と「割れていない」粒界両方を原子レベルの分解能で観察する新しい粒界偏析の解析法を開発し、それに他の実験手法を相補的に組み合わせ、さらに第一原理計算と直接比較することにより、高経年化原子炉材料(圧力容器鋼やシュラウド等)の粒界脆化や粒界割れ機構(すなわち、粒界偏析との因果関係)を解明することを目的とする。今年度は、まず「割れた」粒界のアトムプローブ観察を可能にするため、高真空中で作製した破面たニッケル真空蒸着で保護膜をつくり、その後、集束イオンビームでナノ加工してアトムプローブ針状試料を作製する手法と装置の開発を行った。本研究で観察する領域は、破面(表面)から数nm程度の極表面近傍であり、表面から数十nm程度の深さまでイオン照射による損傷が導入されてしまう集束イオンビームのデポジションでは、損傷を与えることなくアトムプローブ試料を作製することが困難であった。新たに開発した本装置によってほとんど損傷を与えることなく破面最表面に保護膜を形成することに成功した。また、上記の装置開発に平行して、「割れていない」粒界のアトムプローブ観察も行った。圧力容器鋼のモデル合金では、Pの粒界偏析が熱時効によって生じることを明らかにした。さらに、ベルギーBR2炉を用いて、同モデル合金の中性子照射を行った。来年度以降は、照射試料の冷却後、ホットラポへの搬入、切断し、アトムプローブ測定を行う予定である。照射による偏析の熱時効による偏析の差異を議論する。また、陽電子消滅等、他の手法の測定、第一原理計算の予測と実験結果の比較を行う。人類が未だ経験したことのない原子炉の高経年化において、材料劣化機構の解明は最重要課題である。特に粒界偏析は、第1世代の原子炉でこれから顕著になると考えられ、粒界劣化機構の解明が強く求められている。、今年度は、1)H22年度に開発した「割れた」粒界のアトムプローブ観察を可能にする試料蒸着装置の最適化(試料温度、蒸着速度等)を行い、高品質の試料作製を可能にした。2)最適化された条件の下、昨年度作製した試料(熱時効したFe-P,A533B鋼等)を用いて、保護膜を作製しながら、粒界破面を含んだ針状試料のアトムプローブ測定・解析初めて成功した。3)昨年度までに完了した照射試料の冷却後、ホットラボへの搬入、切断を行い、アトムプローブ試料を準備した。4)陽電子消滅、オージェ電子分光等、他の手法の測定、第一原理計算の予測と実験結果の比較検討を行った。なお、陽電子消滅測定においては、高強度の陽電子線源(海外の1施設のみで生産)が入手困難になったため、従来所有の弱い線源を用いて長時間測定によりデータ取得を行った。特に粒界偏析は、第1世代の原子炉でこれから顕薯になると考えられ、粒界劣化機構の解明が強く求められている。本年度は、昨年度までに最適化された、高真空中で破面にニッケルを蒸着させ保護膜を作る条件のもと、初めて成功した「割れた」粒界のLaser-アトムプローブ測定をさらに進め、熱時効材の粒界破面のPの偏析を明らかにした。

また、昨年度に準備した、中性子照射試料のアトムプローブ測定も行った。これらのデータと、初年度に調べた割れていない粒界の偏析濃度と比較した結果、定性的には大きな差異はないことが明らかになった。一方、偏析量の絶対値に関しては、アトムプローブ法とその他の手法(オージェ電子分光など)との間に違いが見られた。これは、Pが高濃度の領域における、アトムプローブのイオン検出器へのPイオンのマルチヒットと呼ばれる現象に因るものであることが示唆された。陽電子消滅、オージェ電子分光等、他の手法の測定の比較検討を行う。第一原理計算によると、粒界偏析が粒界脆化に寄与するには、偏析P原子が粒界直上に存在する必要があることが示唆された。粒界面を針状試料に垂直に導入した試料の測定によって、高分解能のアトムプローブデータを得たが、偏析はオージェ電子分光測定結果と同程度の深さ分布をもっていることが示された。
「遊びながらの発達診断用具」の開発と「出前発達相談」システムの開発に関する研究

子どもが喜ぶ「遊びながらの発達診断用具」を開発し、健常児を対象に108のデータを得、23各項目について、50%以上の通過率とSDから、3歳半前から6歳半以降まで6ヵ月ごとの発達推定年齢を出した。また40名を越す障害が疑われる児・者の診断に本用具が有効であることを確かめた。「プレールーム」、いわゆる「現場」、「家庭」における「出前発達相談」システムのあり方を、複数の検査者による診断と相談を基本にして構築した。「出前発達相談」を想定した「遊びながらの発達診断用具」の原案を作成し、検討を重ね、発注すると共に、さらにK園等における診断データの分析・検討から「出前発達相談」システムについて幾つかのパターンを見いだしつつある。1.これまで試作してきた「初期発達診断用具」(平成1113年度科学研究費補助金研究[課題番号11610107])と「障害児者相談用発達診断用具」(平成1416年度科学研究費補助金研究[課題番号14510188])(「N-QZW発達診断用具」)の使用結果を基に、色彩の活用、「絵の組み合わせ」課題を初めとする発達年齢上の問題、全体の構成の検討を柱に本研究代表者が中心となって、協力者チームを構成し原案を作成、発注した。特に美術専攻の研究者の協力を得、色彩豊かな用具とした。いままで自動車の広告を切り、糊で貼る課題を加えていたが、パネルシアター用の板に自動車のピースを乗せるなどの工夫を取り入れた。23項目の用具群とひとつの附録課題で構成することとした。2.それに先立ち、K園の職員と行った「発達が気になる子ども(自閉症やLD、ADHDが疑われる子どもを含む)」の「障害児の指導のための発達診断(西村)」を用いて出した「中心的活動」ならびに「指導課題」と、本研究代表者がこれまで試作した用具を用いた診断結果との関連性を分析・検討した。3.家庭での発達相談、K園を含む幼稚園での相談、電話相談、大学における相談等から、「出前発達相談」システムについての幾つかのパターンを見いだしつつある。これらの研究成果から、次年度の標準化をもって、「遊びながらの発達診断用具」を用いた「出前発達相談」システムの構築、「個別(教育)支援計画(青年・成人への「支援計画」を含む)」推進のための本「診断用具」が果たす役割を明確にすることが可能になるものと思われる。1.昨平成18年度に発注した「遊びながらの発達診断用具」の作成過程で発注先の社会福祉法人の木工を指導しているY氏と、さらに詳細な検討を重ね、同「用具」を作成していった。具体的には、ライオンとパンダのはめ絵を完成させるさい、土台を空中に持ち上げても目や口が落ちないように微妙な傾斜をつけたり、4つの数字を順に開いてしまうさい4枚の蓋をしまうさい輪ゴムを使ったりせず子どもの口に入らないよう磁石を奥深く組み込ませたり、「絵の組み合わせ」で自動車を継次的、同時的に合わせるさい、薄い鉄板を入れたボードに乗せる自動車の裏に布製の磁石を適度な大きさで張り、子どもが楽しくとりくめるよう工夫した。かくして時間をかけつつも極めて楽しい23項目とひとつの附録課題よりなる「用具」が完成した。2.「評価(記入)表」を作成し、現在2歳から6歳までの75名の診断と、さらにそれを追加しつつ、学齢期のデータ収集に入っている。遊具感覚でとりくめるので、2歳児から意欲を示し、一度した子が「再度したい」と申し出るなど、子どもへの「受け」は極めてよろしい。それに対して、大人の方が考えすぎ、できない傾向にあるなど、興味ある結果も得られている。3.データを統計的に処理(各課題に対する該当年齢)するシートをパソコンに組み、順次データを入れつつある。4.「出前発達相談」システムについては、初年度明らかにしたシステムに加えて、集団で診断し、課題について集団で相談活動を展開する方略を追加しつつあり、ほぼ完成に向かっている。これらの研究成果から、これまでにない遊び感覚の「診断用具」の開発と多様な相談システムの構築がほぼ完成に向かっている。子どもが喜ぶ「遊びながらの発達診断用具」を昨年度まで開発し、健常児を対象に開始したデータ収集を続け、108のデータを得た。23項目について、3歳半までから6歳半以降、6ヵ月ごとを基本枠とした8群に分け、通過率とSDを出し、50%以上の通過率をもって各項目の推定年齢とした。評価は、「できる」、「教えるとできる」ないし「ほぼできる」、「できない」の3つより成っている。これに基づき、発達推定年齢を含んだ診断記録表を作成した。「出前発達相談」システムでは、複数による診断を基本に、「プレールーム等における診断と相談」、「保育園等出先機関における診断と相談」、「在宅における診断と相談」システムが可能であることが立証された。

また40名を越す「気になる子ども・者」や障害が特定された子ども・者の診断において、市販の検査道具を行うさいも、はじめに本「遊びながらの発達診断用具」を用いることによって、子ども・者が緊張をほぐし、リラックスして市販のテストにとりかかれること、あらかじめ本「用具」の実施によって、子ども・者の発達年齢や障害傾向を推定した上で市販のテストを活用できることが分かった。診断後、別室で家族や先生方と発達課題等について話し合っている時間も、子どもや障害をもつ青年・成人がおもちゃとして本「用具」を用いていることにも気づいた。3年間に亘る本研究の第1の目標である、カラフルで子どもや障害児者が楽しめる「発達診断用具」が完成し、「個別指導計画」の作成に寄与することが明らかにされた。なお、本「用具」は、重金属やホルマリンが入らない水性の塗料食品規格を用い、磁石も紙磁石を用いる等、児者の安全にも十分配慮している。
核リボゾームRNA遺伝子のITS領域を用いたラン科セッコク連の系統解析

核リボソームRNA遺伝子のITS(internal transcribed spacer)領域の塩基配列を、ラン科セッコク連(tribe Dendrobieae)の姉妹群候補、14属、23種について比較し、系統解析をおこなった。その結果を、葉緑体DNAの制限酵素断片、およびrbcL遺伝子の塩基配列の情報にもとづいて構築した分岐図と比較したところ、信頼区間の高い部分についてよく一致し、従来の分類体系の再検討が必要であることが分かった。すなわち、(1)セッコク亜連が偽系統群であること、(2)Pseuderiaがセッコク亜連でなくオサラン連のメンバーであること、(3)Pseuderiaを除くセッコク亜連はクレイド1(Dendrobiumの一部,Cadetia,Diplocaulobium,Flickingeria)、クイレド2(Dendrobiumの一部)、クレイド3(Epigeneium)の3群からなること、(4)その結果Dendrobiumが偽系統群となること、以上の諸点を明らかにした。他方、一部の分類群のITS領域は遺伝子重複を起こしており、orthologousな塩基配列を比較していることを確実にするためには、さらに研究を進める必要のあることが明らかになった。
持続可能社会を支援する代替型資源供給システムの分析と政策提言

本研究は、東北地方の震災地において、GISを用いた効率的なガレキ・廃棄物処理方法の提言を目指すとともに、廃棄物から代替資源及びエネルギーを生成する新しい技術の普及を達成することで、効率的な資源循環や原子力発電に代わる新エネルギー供給システムの可能性を検証する。また、代替資源供給システムの構築によって期待される地域雇用の創出の経済的評価を行い、長期的な震災復興を目的とした政策として新しいオプションを提示することを目的とする。以上より震災地での新たな代替資源供給システムが環境政策、復興支援、資源・エネルギー政策においてどのような意味を持つか、工学的及び政策的な角度から検証評価することを目的とする。平成25年度は、地域の特性を生かした資源の循環利用、温室効果ガスの排出取引及び生態系サービスの評価を考慮した総合的な循環型社会システムの構築を目的とし、主に3つの観点から分析を行った。まず、コンジョイント分析を用いて、飲料ビンに関する消費者のリユースびんに対する選好を明らかにし、東北地域におけるリユースビンの普及可能性について考察した。流通・販売形式に関して行政と供給サイドの連携が十分に行われた場合、びんのリユース、ひいては資源の循環利用は可能であることが分かった(斉藤、堀江、馬奈木2013)。温室効果ガスの排出については、多国籍企業1024社について調査を行ったところ、排出のシャドーバリューは、過去の研究において示されたものよりもはるかに高いことが分かった(Ishinabe, Fujii, Managi 2014)。さらに、生態系サービスを支える水環境管理についても注目したが、より情報を収集しやすい地方政府は、中央政府よりもより効率的な水管理技術の導入に積極的であることが分かった(Managi, Hibiki, and Shimane 2014)。さらに、2011年に発生した東日本大震災をサンプルに、地理情報を利用しながら被災地における物理的被害を、がれき量に基づいてマテリアルフロー分析を用いてより精緻に推定した。これにより、沿岸部における被害は実際は政府によりレポートされた量よりも大きく、地形によっては被害に大きな偏りがあることが分かった。(Tanikawa, Managi, and Lwin. 2014)本研究は、東北地方の震災地において、GISを用いた効率的なガレキ・廃棄物処理方法の提言を目指すとともに、廃棄物から代替資源及びエネルギーを生成する新しい技術の普及を達成することで、効率的な資源循環や原子力発電に代わる新エネルギー供給システムの可能性を検証する。平成24年度は、がれき・廃棄物の効率的な輸送・処理システムの構築を目指し、ライフサイクル全体の環境負荷の削減効果とその費用負担を推計する研究目的のもと、日本の県別データを用いて廃棄物発生とその処理の効率性測定を行った(Nakano and Managi)。そして不当投棄に対する排出処理許可制度の有効性を分析し、許可制度施行の影響力を理論・実証モデルで検証した(Shinkuma, Managi)。次に、ライフサイクル全体の環境負荷の削減のためにシステム検討として、排出権取引が有効に機能するための排出権金利の設定を検討した(Akao and Managi)。そして環境製品の市場における消費者行動を理解するため、環境省が行っている詰め替えリユースペットボトル実験の需要分析を行い、消費者のリユースペットボトルへの抵抗感を定量的に分析した(Numata and Managi)。環境負荷に対する企業行動・技術開発行動をとらえるため、石油価格と炭素価格がクリーンエネルギー技術を開発する企業の株価を押し上げる効果があるかどうかを検証した(Kumar, Managi, Matsuda)。そして環境負荷削減の枠組みで、環境経営のパフォーマンス分析として、社会的責任投資(SRI)と在来型インデックスとの比較分析を行った(Managi, Okimoto, Matsuda)。また生態系への影響評価として、生態系復元プロジェクト・ポートフォリオ分析で、地域生態系復元プロジェクト・ポートフォリオにおけるリターンとリスクを試算した(蒲谷,馬奈木)。これらの資源・環境・環境経営に関する研究をまとめ出版した(馬奈木;馬奈木,豊澄)。本年度の成果は、雑誌論文23件、図書3件であり、当初の計画以上に進展した。本年度の目的であったライフサイクル全体の環境負荷の削減効果とその費用負担を推計するため、廃棄物の生産性分析と市場設計に関する理論モデル構築、環境負荷清貧の市場分析と環境経営企業の技術開発とそのパフォーマンス分析ができたことに加えて、生態系評価モデルの構築を行うなど、当初の計画を拡張した分析を行うことができたため。交付申請書の研究の目的および研究実施計画通りに研究を推進する。次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成25年度請求額とあわせ、平成25年度の研究遂行に使用する予定である。
海産硬骨魚類ヒラメの発生学モデル動物化

わが国で世界に先駆けて養殖技術が進んでいる海産硬骨魚類であるヒラメを用いて、ゼブラフィッシュやメダカのような典型モデル魚類以外の魚類の発生を解析するシステムを構築することを目的とし、特に神経系に着目し、特異な形態と発生様式を持つヒラメの視神経発生を遺伝子機能解析とあわせて実験発生学的な手法を用いて解析する方法を確立し、それを通じてヒラメをその形態の特長を活かした新しいモデル動物として使用する基盤を作る。本年度は異体類ヒラメ胚とカレイ胚を用いて実験を行う系を整えるため、年間を通してできるだけ長い期間において実験を行えるよう、伊勢(三重)・宮古(岩手)・厚岸(北海道)からヒラメ胚を入手し、12月から7月までの間、安定してヒラメ卵を使用することが可能であることを見出した。さらに、天草(長崎)や鳥取からのヒラメ卵の入手を合わせるとかなり長期間にわたって異体類胚を実験材料として用いることが可能であると期待される。本年度はヒラメ胚を多数用意し、totalRNAの抽出を行い、サブトラクション用cDNAライブラリーを作成、メガソート法による遺伝子獲得実験を行うなど、分子生物学的な手法の確立を進めたほか、whole mount in situ hybridization法による神経組織における遺伝子発現解析法を確立した。また、眼球および眼胞の器官培養系を確立し、実験発生学的手法を用いた解析系も整えた。これらの実験から、異体類胚は淡水性魚類胚と同様の発生学実験動物として利用できると期待できる。現在、遺伝子導入技術の開発に関しても検討中である。本年度は、ヒラメ胚初期胚のステージング(発生段階表作り)とそれぞれのステージに達するまでの時間をできるだけ詳細に記述した。特に神経系の発生に関して、神経軸索特異的交替を用いてその発生過程を詳細に調べた。また、眼球を用いて体外組織培養系の確立を行い、とくに培養のための条件を整えた。また、胚胎に対して操作をする実験系の確立とともに薬剤処理に最適な条件を探索した。これらの実験は、すべて視神経発生とその交差に注目して行い、単なる実験系の確立だけでなく、その系を用いて実際に発生現象の解析を行った。とくに、フォルスコリンというShhシグナリング系に影響を与える薬剤処理によって、培養系においても胚胎に対しても視神経軸索伸長が異常になることを見出した。またあわせて遺伝子導入系の確立にも努力している。ただしこの点に関してはまだ問題点が多く、来年度の課題と考えている。
DNA結合タンパク質の単一分子計測に向けた伸長固定化DNAチップの作製

微細な凹凸構造をもつ基板上にDNAを伸長固定化することでDNA結合タンパク質が自由な環境下でDNAと相互作用が可能となるDNAチップの作製を試みた。研究成果としては光リソグラフィー技術を用いたシリコン基板上への微小な凹凸構造作製、また高分子フィルム上への凹凸構造を作製することにより、様々な基板へのDNAの伸長固定化条件の抽出を行った。これによりDNAとDNA結合タンパク質の相互作用解析用基板の作製を可能にした。本研究の目的は微細な凹凸構造をもつ基板上にDNAを伸長固定化することでDNA結合タンパク質が自由な環境下でDNAと相互作用が可能となるDNAチップの作製を行うことにより、DNA結合タンパク質の結合ダイナミクスを一分子レベルで簡易に分析可能にすることである。本年度の研究成果としては光リソグラフィー技術を用いることにより、シリコン基板上に数ミクロン程度の微小な凹凸構造の作製を行った。次に、Langmuir-Blodgett(LB)法を用いることでこの基板上にDNAの伸長固定化を試みた。その結果、平坦なシリコン基板にくらべてDNAの伸長固定化が抑制されることがわかった。これは凹凸構造によりシリコン基板がより親水性となることで接触角が小さくなり、DNAが伸長固定化されるメニスカスの構造が大きく変化したためだと考えられる。そこでシリコン基板の凹凸構造のサイズ・周期・深さの制御や表面をシランカップリング剤で処理することにより、凹凸構造による親水性の変化が少なくなるよう調整した。また、シリコン基板上の凹凸構造を疎水的である高分子フィルムに転写することで高分子フィルム上に凹凸構造を作製した。これらの基板を用いてLB法によるDNAの伸長固定化を行ったところ、凹凸構造上に伸長固定化したDNAが観察された。このDNA伸長固定化基板を用いることにより制限酵素との相互作用を蛍光顕微鏡でリアルタイムに観察可能とし、容易で多数のDNA-制限酵素結合ダイナミクスの解析を可能とした。本研究の目的は微細な凹凸構造をもつ基板上にDNAを伸長固定化することでDNA結合タンパク質が自由な環境下でDNAと相互作用が可能となるDNAチップの作製を行うことである。作製したチップを用いることでDNA結合タンパク質の結合ダイナミクスを-分子レベルで簡易に分析可能にすることが可能となる。本年度の研究成果としては光リソグラフィー技術を用いたシリコン基板上への微小な凹凸構造作製の改善を図った。フォトマスク利用からEB露光装置の利用に変更し、より微細な構造体作製を行った。この時、エッチング過程で保護ガスの影響により基板表面が機水状態になることがわかったため、基板表面の洗浄時間をコントロールすることにより親水状態の制御を行った。この基板を用いてLangmuir-Blodgett(LB)法によりDNAの伸長固定化を試みた。凹凸構造上では構造由来の張力が働き、平坦なシリコン基板上でDNAが伸長固定化される条件とは大きく異なった。そのため洗浄状態の制御でDNAが伸長固定化される最適な条件の抽出を行った。また、光リソグラフィーは時間と複雑な工程を要することから数多くの伸長固定化基板を作製することが難しいため、一度作製したシリコン凹凸基板を高分子フィルムに転写してマスクとし、そのマスクを用いてシリコンをエッチングして凹凸構造を作製した。この基板を用いてLB法によるDNAの伸長固定化を行ったところ、凹凸構造上に伸長固定化したDNAが観察された。このDNA伸長固定化基板を用いることによりタンパク質との相互作用を蛍光顕微鏡でリアルタイムに観察可能とし、容易で多数のDNA-タンパク質結合ダイナミクスの解析を可能とした。
腋芽を休眠から成長に相転換させる情報制御系に関する研究

本研究では、オーキシンによるPsIPT転写抑制の分子機構と、サイトカイニンによる腋芽休眠解除の分子機構を明らかにする。サイトカイニンによる腋芽休眠解除の分子機構:これまでに腋芽の休眠解除時に一次応答するエンドウの7つの遺伝子を単離した。これらの内の一つはアラビドプシスのAIL1(ANT-Like1)に最もよく類似していたので、この遺伝子について解析を進めた。アラビドプシスの花茎切除後の腋芽でのAIL1の発現は、エンドウと同様に一過的に発現が増加した。またeFPに記載されているように、種子の吸水に伴っても発現の増加が起こる。配列が最もよく類似しているANTは、種子の吸水に伴う発現は顕著ではないが、腋芽の周辺での発現は著しく増加した。但し、ANTは沼AIL1とは異なり、発現が一過的ではなく増加する。さらにAIL1とANTが含まれるAP2転写因子群のクレードには全部で8つの遺伝子があり、他の6つの遺伝子の発現に関しても解析したが、AIL1とANT以外の遺伝子は腋芽周辺ではほとんど発現が検出できなかった。これらの結果は、AIL1がPsAIL1と同様の機能を持つことを示唆している。さらにタギングラインを取り寄せ、ホモにしてKO株の解析を進めている。頂芽切除後の腋芽の成長がどのようになるか調べる予定である。また、AIL1の過剰発現体を作成中である。頂芽優勢が弱くなった表現型が期待される。
超流動ヘリウム3の異方的秩序変数とその制御

実験研究では,スピン三重項p波超流動の秩序変数を,制限空間という外部環境や不純物という内部環境によって制御して,新奇な渦の創出,新しい超流動相や新奇な相転移現象の提案,さらにエネルギーの新しい損失機構を明らかにした。理論研究では,準古典的グリーン関数法の定式化を行い,超流動ヘリウム3の表面束縛状態が多様な現象の原因であることを指摘した。近接効果として不純物中での奇周波数三重項s波のペアの存在を予想した。実験グループはエアロジェル中の超流動ヘリウム3の核磁気共鳴法(NMR)と音波による研究で新しい成果を得た。エアロジェルは液体ヘリウム3の超流動転移を抑制する不純物として着目されてきた。転移温度のみならず超流動性の抑制が観測されている。異方的な超流動状態であり2つの超流動相が存在することはわかっていたが、我々のNMRでの実験では、不純物として振る舞うエアロジェルが2つの超流動相の共存を引き起こすことがわかった。相の境界の運動がエアロジェルに邪魔されるためと考えられるが詳細については明かではない。また、集団励起現象であるスピン一様歳差運動領域(HPD)のエアロジェル中での観測に成功した。回転下での測定より様々な緩和の機構が明らかになると期待される。第4音波の実験では初めて、2つの超流動相間の相転移現象をとらえることに成功した。NMRの実験と相補的な観測が進展するものと期待される。理論グループはエアロジェル中の超流動ヘリウム3の秩序パラメータの集団励起とその超音波吸収への寄与について調べ、実験とよく一致する結果を得た。超流動ヘリウム3のB相の音響インピーダンスの計算を行い、境界近傍の表面束縛状態の存在が音響インピーダンスの温度依存性を支配していることを明らかにし、実験を説明する結果を得た。また、境界を有する超伝導、超流動系の動的性質を明らかにする目的でKeldysh形式の準古典的グリーン関数法の定式化を行った。具体例として超流動ヘリウム3のB相の音響インピーダンスの計算を行い、境界近傍の表面束縛状態の存在が音響インピーダンスの温度依存性を支配していることを明らかにし、実験を説明する結果を得た。実験グループは昨年度に引き続きエアロジェル中の超流動ヘリウム3の核磁気共鳴法(NMR)と音波による研究で新しい成果を得た。また、超流動ヘリウム3を細い円筒容器内に入れ、回転により作られた1つの量子渦をNMR法で観測することに世界で初めて成功した。エアロジェル中の超流動ヘリウム3では、磁気共鳴イメージ法を応用し、共存する2つの超流動相が容器内で大局的に相分離していることを明らかにした。エアロジェル中では双極子相互作用に起因する回復長が非常に長くなっていることが原因と考えられる。第4音波の実験では、音波エネルギー損失の温度変化が2つの超流動相で全く異なることを発見した。エアロジェル中で粘性平均自由行程が大変短いことが原因と考えられる。NMRと音波の実験から相補的な理解が進展するものと期待される。細い円筒容器内に回転により量子渦を作った実験では、1本の量子渦の運動を直接調べることが出来、渦のダイナミクスおよび磁気回転効果を調べることができると期待される。理論グループは昨年に引き続き、エアロジェル中の超流動ヘリウム3の秩序パラメータの集団励起とその超音波吸収への寄与について調べた。また、境界を有する超伝導、超流動系の動的性質を明らかにする目的でKeldysh形式の準古典的グリーン関数法の定式化の成果を用い、近接効果による新奇な現象について調べた。"奇周波数ペアリング"の効果を超伝導と正常金属の接合部やエアロジェルがバルク液体に接する界面部について考察した。新たな量子現象が観測される可能性を示した。実験グループは昨年,エアロジェル中の超流動ヘリウム3が容器内で大局的に相分離して,2つの超流動相が共存していることを明らかにしたが,今年度,光学的測定により,我々のエアロジェルに大局的相分離を引き起こす構造異方性はない結果を得た。エアロジェル中の第4音波のエネルギー損失は"摩擦"機構に起因すると思われる結果を得たが,理論グループと議論中である。1本の細い円筒容器内の回転する超流動ヘリウム3の研究では1つの量子渦の運動を調べることに成功した。1本の量子渦が回転によって細い円筒容器内へ侵入し,渦先端が移動する様子を初めて観測した。また,新たな安定な渦構造を同定し,渦構造間の転移は温度変化では起こらず回転引導によってのみ起こることを観測した。理論グループは,p-波超伝導体と考えられている。Sr_2RuO_4を対象に電子ラマン散乱のスペクトルを計算し,秩序パラメータの集団運動が観測可能であることを示すとともに,不純物効果によってスペクトルがどのように変更を受けるかを明らかにした。

また,従来に引き続いて超流動3^HeのB相での横波音響インピーダンスの理論計算を行い,振動子表面を超流動4^He膜で覆うことで表面の境界条件で競映反射が増加した場合を考察した。境界条件を変えると表面束縛状態の状態密度が変化し,それが横波音響インピーダンスに明確に反映されていることを明らかにした。この結果は,最近の東工大グループの実験と一致している。実験グループでの回転する超流動ヘリウム3の研究では、他の理論グループより提案を受けた細い円筒容器内の渦構造の転移について、その検証のための測定を行った。回転実験より、明確な臨界角速度を持つMermin-Ho構造とRadial disgyration構造の間の転移と考えられるNMR吸収信号の変化を観測した。転移温度直下では臨界角速度の温度変化の振る舞いは理論予想と異なった。以前の測定セルを用いて最高角速度12rad/sまでの回転実験からIntrinsic angularmomentumの存在に関する新たな証拠を得た。エアロジェル中の第4音波のエネルギー損失より、理論グループが提案した"摩擦"機構を特徴づける摩擦の緩和時間の温度依存性を得た。定性的には理論グループが得た計算結果と非常によい一致であった。これまでの理論グループの計算結果と定性的に非常に良い一致を示した。しかし、絶対値は2桁異なる。この理由はわかっていない。理論グループは以下の成果を得た。振動子の表面をヘリウム4膜でコートすると、表面でのヘリウム3準粒子散乱の鏡映度が増加する。その場合の表面状態密度と音響インピーダンスの計算を行い、対励起に加え、熱励起されている準粒子の散乱による異常が現れることを予言し東工大グループの実験で確認された。エアロジェル中の液体ヘリウム3と純粋な超流動ヘリウム3の間の近接効果を調べ、秩序パラメータの奇周波数成分の振舞を明らかにした。超流動3He-B薄膜の帯磁率を調べ、表面束縛状態の存在によって膜に垂直方向の帯磁率が大幅に増強され、極めて異方的な帯磁率を持つことを明らかにした。実験グループでの「回転する超流動ヘリウム3」の研究では、超流動転移温度を通過するときの磁場の向きと回転角速度の向きが平行か反平行であるかに応じて、円筒容器内のテクスチャー構造(渦構造)が変わる現象について調べた。磁場と回転の向きが反平行の場合はMermin-Ho(MH)構造が安定に出現し、平行な場合はRadial-disgyration(RD)構造が安定であった。±10rad/sの回転角速度の加減速に対しても最初に出来る円筒容器内の渦構造は安定であった。「エアロジェル中の第4音波のエネルギー損失」の研究では、理論グループが提案した"摩擦"機構を特徴づける摩擦の緩和時間の温度依存性を得た。ポロシティーの異なるエアロジェルでの測定より緩和時間の不純物密度依存性も得た。これらは理論グループの計算結果と良い一致を示した。(1)ヘリウム4で振動子の表面をコートして境界条件を変化させたときの表面準粒子状態密度の構造変化が、超流動ヘリウム3-B相の横波音響インピーダンス測定でどのように観測されるかを解析し、東工大グループの実験結果と整合する結果を得た。
安定ホスホヒスチジン模倣化合物を基盤とした新規抗生物質の創薬研究

本研究課題は、ヒトにはない、バクテリア特有の情報伝達システムである二成分制御系を標的として、新規抗生物質創製を目指した。ホスホヒスチジンの模倣化合物を組み込んだライブラリーから、抗菌活性をもつ化合物をさがした。現在までの実績をまとめる。1Schoelkopf試薬を用いる立体選択的なアミノ酸誘導体合成法を確立した。2必要量のホスホヒスチジン模倣化合物を合成した。3模倣化合物を含むペプチド合成法を確立した。4リン酸部分の脱保護反応の条件を確立した。5汎用性の高いジペプチド様化合物の合成法を確立した。6プロドラッグ化したリン酸残基をもつ化合物の合成に成功した。現在、活性化合物を検索中である。本課題は、ヒトにはない、バクテリア特有の情報伝達システムである二成分制御系を標的として、新規抗生物質創製を目的としている。具体的には、不安定なPーN結合を安定なPーC結合に置き換えたヘテロ環をもつアミノ酸をホスホヒスチジン模倣化合物として合成し、それを含むペプチドライブラリーを構築し、その中から、抗菌活性を持つ化合物を見出す戦略である。平成24、25年度の主な実績を以下に示す。1Schoellkopf試薬を用いる立体選択的な合成法を用いてターゲットであるアミノ酸誘導体の合成ルートの開発に成功した。2新規に開発した合成ルートを用い、ライブラリー構築可能な量のホスホヒスチジン模倣化合物を合成した。3ホスホヒスチジン模倣化合物を含むペプチドの合成ルートを開発した。4リン酸部分の脱保護反応を行うための条件検討を行った。5汎用性の高いジペプチド様ライブラリーの構築方法の開発を行った。上記1から5を用い、ライブラリーの構築を行う。また、抗菌活性をもつリード化合物を見つけ出す。平成24年度の主な実績を以下に示す。上記1から4を用い、ペプチドライブラリーの構築を行う。また、抗菌活性評価法であるディスク法を立ち上げ、活性を持つペプチドを見つける。本研究課題は、ヒトにはない、バクテリア特有の情報伝達システムである二成分制御系を標的として、新規抗生物質創製を目的とした。ホスホヒスチジンの模倣化合物を組み込んだライブラリーから、抗菌活性をもつ化合物の発見を試みた。具体的には、不安定なPーN結合を安定なPーC結合に置き換えたヘテロ環をもつアミノ酸を模倣化合物として合成し、コア構造に、ライブラリーを基質様阻害剤として構築し抗菌活性を探索する戦略であった。1Schoellkopf試薬を用いる立体選択的なアミノ酸誘導体の合成に成功した。2必要量のホスホヒスチジン模倣化合物を確保した。5汎用性の高いジペプチド様化合物の構築法を開発した。現在までに、リード化合物として取り上げることができる高活性を示す化合物を見出すことができなかった。本研究課題は、ヒトにはない、バクテリア特有の情報伝達システムである二成分制御系を標的として、新規抗生物質創製を目指す。ホスホヒスチジンの模倣化合物を組み込んだライブラリーから、抗菌活性を見つけ出す。具体的には、1不安定なPーN結合を安定なPーC結合に置き換えたヘテロ環をもつアミノ酸を模倣化合物として合成する。2それをコア構造に、ライブラリーを基質様阻害剤として構築する。3単離した酵素を用いるin vitro評価系ではなく、簡便なディスク法による抗菌活性評価(whole-cell screening)を一次アッセイとして、リード化合物の検索を行う、という計画であった。

4リン酸部分の脱保護反応の条件を確立した。5汎用性の高いジペプチド様化合物の合成法を確立した。6プロドラッグ化したリン酸残基をもつ化合物の合成に成功した。現在、活性化合物を検索中である。この研究テーマの化学部門は、十分に目的を達成できた。つまり、以下1から6を確立した。1Schoellkopf試薬を用いる立体選択的なアミノ酸誘導体の合成に成功した。2必要量のホスホヒスチジン模倣化合物を確保した。3模倣化合物を含むペプチド合成法を確立した。5汎用性の高いジペプチド様化合物の構築法を開発した。しかし、目的とする生物活性を発見するには至らなかった。医薬品化学本研究で確立した方法論を用い、ライブラリーの改良を行う。特にプロドラッグ化したリン酸残基をもつ模倣化合物を含むライブラリーは細胞透過性が期待でき、したがって、in vivo活性が向上すると考えている。この方向で、研究を継続する。この2年間で、1Schoellkopf試薬を用いる立体選択的な合成法を用いてターゲットであるアミノ酸誘導体の合成ルートの開発に成功した。2新規に開発した合成ルートを用い、ライブラリー構築可能な量のホスホヒスチジン模倣化合物を合成した。3ホスホヒスチジン模倣化合物を含むペプチドの合成ルートを開発した。4リン酸部分の脱保護反応を行うための条件検討を行った。5汎用性の高いジペプチド様ライブラリーの構築方法の開発を行った。上記5つに基づき、ホスホヒスチジン模倣化合物の大量合成を行った。また新規ジペプチド様ライブラリー構築法を開発した。しかし、これを用いた、目的とするホスホヒスチジン模倣アミノ酸を組み込んだライブラリー構築には至らなかった。本年度は、1から4を達成した。1Schoellkopf試薬を用いる立体選択的な合成法を用いてターゲットであるアミノ酸誘導体の合成ルートの開発に成功した。上記4つを行うに当たり、以下に示す問題解決に時間がかかった。合成ルート中、一部の反応の収率が悪く、改良が必要であった。したがって、先に進めるだけの量のホスホヒスチジン模倣化合物の合成が遅れた。また、脱保護の条件の発見に手間取ってしまった。研究開始から現在まで、研究計画に従いペプチド化合物を合成してきた。しかし、残念ながらリード化合物として取り上げることのできるところまで、至っていない。そこで現在までに試みていないアミノ酸含有のペプチド類を合成する予定である。そのため、次年度まで事業計画が延びた。
紫外線遮蔽機能を有する複合粉体の設計と調製プロセス

本研究では,薄片層状ポリケイ酸の合成方法として,原料が安価なケイ酸ナトリウム水溶液(4号水ガラス,SiO2:23.3重量%,Na20:6.2重量%,NaOH/SiO2モル比=0.51/1.0)を水熱条件下で処理する手法を採用した。この水ガラスを容量200mlの撹拌機能付き密閉容器に所定量投入して100°C以上で水熱合成することによってポリケイ酸ナトリウムを合成した。この溶液を水洗・分離・乾燥の過程を経ることによってポリケイ酸ナトリウムの微粉体を得た。ポリケイ酸ナトリウムの収率および物性を制御するために,反応期間,温度,撹拌速度などの諸条件を変更して実験を行った。さらに,シード粒子の大きさと添加量,溶液のpH,添加物(フッ素イオン)の量などを変更しながら実験を行うことで,結晶成長のメカニズムについて検討した。その結果,前記操作パラメータのなかでも,シード粒子の大きさと個数は生成物の結晶サイズを制御するうえで最も重要な操作因子であり,また,溶液のpHは反応転化率の平衡値(上限)に著しく大きな影響を与えることを見いだした。このようにして得られた知見より,任意の粒径の結晶を合成すると同時に,反応転化率を向上させる合成プロセスを提案した。また,得られた結晶を基材として用いて紫外線遮蔽複合粒子を調製し,球形のシリカ粒子を用いた場合と比較したところ,可視光の透過性,すなわち透明性を維持したまま,紫外線遮蔽特性に優れた複合材料を得ることができた。薄片状層状ポリケイ酸の合成方法は幾つか提案されているが,本研究では原料が安価なケイ酸ナトリウム水溶液(水ガラス)を水熱条件下で処理する合成方法を採用することとした。ポリケイ酸の合成では組成のモル比の設定が最重要であるため,Si02が23.3重量%,Na20が6.2重量%(NaOH/SiO2モル比=0.51/1.0)の水ガラス(4号ケイ酸ナトリウム)を使用し,これを容量200mlの撹拌機能付き密閉容器に所定量投入して100°C以上で水熱合成することによってポリケイ酸サトリウムを合成した。生成物に対して走査型電子顕微鏡を用いた外観の観察やX線回折分析などを通して,操作条件による物性(化学組成,純度,密度,大きさ,厚さ等)および収率の変化を検討した。X線回折パターンの文献値との比較から,得られた生成物はアイラアイトであることを確認した。反応温度および溶液濃度は収率を増加させるための重要なパラメータであることが分かった。さらに,撹拌速度の増加とともに新たな核の生成が抑制され,粒径の大きな生成物が得られた。これらのことから,撹拌速度と溶液濃度が結晶の成長に著しく大きな影響を与えることを見いだし,粒子径の制御が可能であることを示した。
新規プロテオミクス法を用いた神経変性疾患の分子病態解明

本研究では神経変性疾患の分子病態基盤を明らかにするため、疾患患者由来iPS細胞に着目したシグナル伝達解析に取り組んだ。これまでに研究代表者はR406W変異が近傍のSer409リン酸化を阻害すること、当該リン酸化部位がRho-kinaseによって制御されることを見出していた。本年度では、蛋白質キナーゼ触媒ドメインを用いてMAPT-Ser409リン酸化を制御する上流キナーゼについて更なる探索を行い、新たにCaMKIIやGSK3betaがMAPT-Ser409をリン酸化することを見出した。R406W変異はCaMKIIではなくGSK3betaによるSer409リン酸化を阻害した。またR406W変異はMAPT-Ser416や-Ser422リン酸化に影響を及ぼさないことが分かった。MAPT-R406W変異導入株を用いた免疫沈降および質量分析からR406W変異により影響を受けるMAPTリン酸化部位の同定を試みたところ、R406W変異はMAPT-Thr231リン酸化に影響を及ぼしていることを示唆した。MAPTさらにMAPT免疫沈降産物を用いたMAPTインタラクトーム解析では、15種類のMAPT相互作用分子が同定され、R406W変異は細胞骨格蛋白質(ビメンチン、アクチン)との相互作用に影響を及ぼすことが示唆された。これらの結果はR406W変異がTau/MAPTのリン酸化修飾を阻害することで、神経機能に影響を及ぼしていることを示唆した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では神経変性疾患の分子病態基盤を明らかにするため、次の2つの研究課題に取り組んだ。1)前頭側頭葉変性症原因遺伝子プログラニュリンが関わる疾患シグナル伝達基盤解明、2)MAPT-R406W疾患アリルが関わる分子病態基盤の解明。本年度において私どもは、リン酸化情報データベース"KANPHOS"を用いたin silico解析や生化学的解析から、PKAやCaMKII、PKCαがマウスTau-Ser203やThr220をリン酸化することを見出した。プログラニュリンの疾患アリル導入マウスでは、当該セリン残基部位のリン酸化が増加していることが分かった。また、KANPHOSを活用したリン酸化コンセンサス配列解析から、MAPT-R406W変異は周囲のセリンリン酸化(hTau-Ser404, Ser409)に影響を及ぼすことが予測された。私どもはiPS細胞株(MAPT-R406Wヘテロ変異を有する認知症患者由来iPS、およびゲノム編集技術により作製されたホモ変異導入株やアイソジェニック細胞株)を用いてタウのSer409リン酸化解析を行ったところ、R406W変異はSer409リン酸化を阻害することを見出した。Phos-tag PAGEを用いたイムノブロット解析から、Rho-kinaseがSer409リン酸化やタウ過リン酸化に関与することを示唆した。研究代表者は、リン酸化情報データベース"KANPHOS"を用いたin silico解析や生化学的解析から、PKAやCaMKII、PKCαがマウスTau-Ser203やThr220をリン酸化することを見出した。これらの知見から、リン酸化情報データーベースを用いたin silico解析やリン酸化プロテオミクス解析はタウオパチーの病態解明に貢献しつつある。

MAPTさらにMAPT免疫沈降産物を用いたMAPTインタラクトーム解析では、15種類のMAPT相互作用分子が同定され、R406W変異は細胞骨格蛋白質(ビメンチン、アクチン)との相互作用に影響を及ぼすことが示唆された。これらの結果はR406W変異がTau/MAPTのリン酸化修飾を阻害することで、神経機能に影響を及ぼしていることを示唆した。これまでに研究代表者は、MAPT-R406W変異がSer409リン酸化を阻害すること、そして当該リン酸化はRho-kinaseが関与していることを示唆する予備的結果を得ている。そこで次年度では、MAPT-R406Wの分子病態とRho-kinaseシグナル伝達の関わりについて検討する。具体的には、Rho-kinase活性化がR406W変異によるタウ過リン酸化を抑制することに着目して、野生型およびR406W変異タウ安定発現株にRho-kinaseを共発現させた細胞ライセートからのタウ免疫沈降産物を質量分析することで、タウのリン酸化部位を網羅的に同定する。そして、同定したリン酸化部位欠損変異体を作製してタウの機能評価を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
スパインにおける局所翻訳の網羅的解析による自閉症の病態解明

本研究では、神経細胞に存在する樹状突起において、翻訳されている最中のmRNAを一塩基レベルで、定量的かつゲノムワイドに明らかにすることを目指すとともに、当研究室で開発してきた自閉症モデルマウスを用いてスパインにおける局所翻訳の網羅的解析を行う。本年度は、昨年度の知見をさらに発展させ、哺乳動物細胞やマウス・ラット由来の神経細胞を用いて上記の網羅的翻訳解析の技術にさらに改良を加えた。その結果、神経細胞から各種RNAを抽出し、より少量の試料から高効率に次世代シーケンサーで配列解析を行うための高品質なライブラリーの作成法を確立させた。そのライブラリーを次世代シーケンサーで網羅的に解析したところ、これまでに単離した各試料に特殊なRNAが存在し、特異的な翻訳パターンに関する新規な知見を得た。また、本年度に、神経細胞における翻訳状態を詳しく解析するための様々なバイオインフォマッティクスのツールをさらに独自に開発した。それによって、細胞質やリボソーム内に存在する各種RNAに対して、リボソームの動きをモニターし、翻訳状態をより詳しく調べることが可能になった。さらに、神経機能を調べるために、再現性の高い、マウスの行動解析プロトコルを確立させ、そのマウスを用いて、どのように神経機能の変化によって翻訳状態が変わるかを調べるための行動・翻訳解析実験系を確立させた。これらの手法を自閉症モデルマウスに応用したところ、様々なレベルにおける翻訳状態の変化を明らかにした。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、神経細胞を用いて、細胞体から離れた場所に存在する樹状突起・スパインにおいて、今まさに翻訳されている最中のmRNAを一塩基レベルで、定量的かつ全ゲノムで明らかにすることを目指す。さらにこの実験を、当研究室が保有する自閉症モデルマウスを用いてスパインにおける局所翻訳の網羅的解析を行う。本研究は、近年、喫緊の課題になっている自閉症における局所翻訳異常の全体像をゲノムワイドに明らかにし、その病態の解明だけでなく、スパインの局所翻訳異常に着目した新たな自閉症治療薬の開発にもつながると期待できる。本年度は、哺乳動物細胞を用いた上記の翻訳解析の技術を確立させるため、マウスの大脳(海馬)および海馬や大脳皮質由来の初代培養ニューロンやHEK293細胞などを用いて、翻訳最中のRNAを単離するためのプロトコルの確立を目指した。その結果、マウス脳やこれらの初代培養のニューロンを用いて、樹状突起部分と細胞体のそれぞれから各種RNAを抽出し、DNA化して環状のライブラリーを作成する手法をほぼ確立させた。そのライブラリーを次世代シーケンサーで網羅的に解析したところ、これまでに単離した各試料に特異的なRNAの存在等を示唆する結果を得た。また神経活動依存的な翻訳状態の変化を調べるために、神経刺激の前後で同様の実験を行うためのプロトコルを確立させ、配列解析の結果から神経活動の動態に関する興味深い知見を得た。神経細胞において、翻訳は細胞体の核近傍の小胞体のみで行われているわけではなく、神経突起の末端などでも翻訳は行われ、局所翻訳と呼ばれている。神経細胞の樹状突起における、神経活動に依存した局所翻訳の異常は、神経可塑性の異常に繋がり、ひいては精神障害をもたらすと示唆されている。しかしその詳細にはこれまで不明な点が多く、これまで十分に理解されていない。本研究では、樹状突起における局所翻訳の網羅的解析を行う手法を確立させ、それを精神・神経変性疾患研究へ応用する。本年度は、哺乳動物細胞を用いた上記の網羅的なRNA翻訳解析技術の確立を目指し、マウス個体の脳およびマウス脳由来初代培養の神経細胞、培養哺乳動物細胞を用いて、翻訳最中のリボソーム内に存在するRNAを単離する手法を確立させた。さらには、次世代シーケンサーで読んだ塩基配列の定量的な比較解析を効率的に行い、その結果を統計解析を行うため、様々なバイオインフォマティックス手法のプラットフォームを確立させた。また、脳内の神経細胞には多くの種類があるが、神経細胞特異的なmRNA翻訳分子機構の解明を目指し、マウス個体の脳を用いて、ある特異的な神経細胞のみから、リボソームに結合したRNAを高精度に単離し、配列解析を行うための手法も今年度に確立させた。これらの試料を次世代シーケンサーで網羅的に解析したところ、各試料において、特異的な翻訳パターンの存在が明らかになった。mRNA翻訳の網羅的解析手法を確立し、哺乳動物細胞や神経細胞を用いてデータ取得を行い、さらに配列データの解析のためのバイオインフォマティクス手法もほぼ確立できたため。