hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
B型肝炎ウイルスによる多核化誘発機構の解明

本年度は前年度までに樹立を行った3次元での肝細胞培養システムでのアッセイを実施した。複数の細胞株から選定を行い、KIM-1株が最も感染効率が良好であった。HBVの各構成遺伝子を個別に遺伝子導入することでこの多核化出現の原因遺伝子を検討した。各遺伝子の発現の後に、フローサイトメーターで核数の検討を行ったところ、HBX遺伝子を発現するもので多核化が誘導されていた。続いて、HBX遺伝子の野生型、1762T/64A変異型、1653T変異型、1653T & 1762T/64A変異型を作成し、HuH7細胞にトランスフェクションすることでcDNAマイクロアレイ解析を実施した。その結果、1762T/64A変異型では他と比較した場合に、DNA polymerase alpha (POLA)が有意に減少していることを見出した。POLAとChk1のS345リン酸化には密接な関連にあるため、HBXの各変異体に関して、Chk1のS345のリン酸化の程度とPOLAの発現レベルについてリアルタイムPCRとイムノブロットで解析を行なっているところである。並行してHBX遺伝子のトランスジェニックマウス(TGマウス)の作出を実施した。HuH7細胞に使用したものと同じ変異型を利用し、C57BL/6マウスにそれぞれの遺伝子を組み込んだ。PCRとサザンブロットによりトランスジーンの有無を確認し、それぞれのトランスジーンを保有数するHBX-TGマウスを繁殖することができた。現在、各系統でトランスジーンのホモ化作業を進めている。当初の計画通り、TGマウスの作成と繁殖に成功した。また、in vitroでのマイクロアレイ解析によりChk1と直接的な関連を持つPOLA遺伝子を同定した。細胞株レベルでHBXとChk1、POLAの関係性を解析すると共に、TGマウスを利用して個体レベルで、HBXがもつ肝細胞の多核化機構について検討を進める。現在、B型肝炎ウイルス(HBV)が効率的に感染をする有用な細胞株がなく、ウイルスの生活環を再現出来ない。初代ヒト肝細胞においても、経時的に感染感受性が失われることから、細胞が組織化されていることが感染感受性の持続に必要であると考えられた。本研究課題の達成には、正常肝細胞での感染実験が必要である。そのため、1年目の計画では、正常肝細胞の3次元培養システムの樹立を目指した。培養システムとしては、初代培養肝細胞もしくは不死化した正常肝細胞株を遠心により中空糸内に充填し、無血清培で培養する方法を採用した。これにより、約1ヶ月にわたる培養を可能とし、単層培養と比べてアルブミンや薬物代謝酵素であるシトクロムP450の発現上昇とその持続を確認した。中空糸への細胞充填と培養により、同一細胞であっても単層培養とは異なる性質が生じることを確認した。いくつかのヘパトーマ由来の細胞株では感染感受性が低下していたが、正常肝細胞であるHuS-E/2株では3次元化でより感染感受性が増し、単層培養では見られなかった高いレベルでのウイルス量と抗原量を検出した。この細胞は不死化されているため、持続的な使用が可能で初代培養ヒト肝細胞に比べて安価でもあることから、基礎研究に適している。このシステムから産生されたウイルスも感染性を有することが確認でき、複製の過程がin vitroで再現されていると考えられた。抗ウイルス薬に対しても反応性を示していることから、単層培養と比べてより生体に近いレベルでのin vitroの薬剤スクリーニングが可能となる。今回樹立した実験系は、正常肝細胞を使用しHBVの長期持続感染をin vitroで可能とした新規性と重要性の高いシステムである。この系は本研究課題を進める上で有用性が高く、正常肝細胞での解析を可能とするものである。以上より、第一年度目での研究成果としてはその目的を達したと言える。

また、in vitroでのマイクロアレイ解析によりChk1と直接的な関連を持つPOLA遺伝子を同定した。細胞株レベルでHBXとChk1、POLAの関係性を解析すると共に、TGマウスを利用して個体レベルで、HBXがもつ肝細胞の多核化機構について検討を進める。
ハロゲン結合を基盤とするウレアーゼ阻害剤の開発

本研究では、強いハロゲン結合形成能とウレアーゼ阻害能を示すハロゲン化クロモンの開発とその構造活性相関解析という目的を達成するため、そのドラッグデザインと合成、単結晶化、X線結晶構造解析、ウレアーゼ阻害能の評価,量子化学計算、分子ドッキングによる相互作用解析等を行うことを目標としている。平成30年度ではまず、ハロゲン原子の表面の正電荷の大きさとウレアーゼ阻害能との相関解析を行った。すると、ハロゲン原子の表面の正電荷が大きいほど高い阻害能を示すことが明らかとなった。次に、分子ドッキングによるハロゲノ-3-ホルミルクロモンとウレアーゼの相互作用解析を行った。ホルミル基は活性中心のNiイオンに配位すると予測されたが、阻害活性を示さない6-ハロゲノ-3-ホルミルクロモンでは6位のハロゲン原子は相互作用するアミノ酸残基が近傍に見当たらなかった。他方、中程度の阻害活性を持つ7-ハロゲノ-3-ホルミルクロモンではハロゲン原子の近傍にアルギニン残基が位置し、阻害活性の高い8-ハロゲノ-3-ホルミルクロモン、及び6,8-ジハロゲノ-3-ホルミルクロモンでは8位のハロゲン原子の結合軸延長線上にグルタミンのカルボニル酸素が位置すると予想された。このことから、8-ハロゲノ-3-ホルミルクロモンと6,8-ジハロゲノ-3-ホルミルクロモンの高いウレアーゼ阻害能は、8位のハロゲン原子とグルタミンのカルボニル酸素原子間のハロゲン結合が関与していることが示唆された。最後に6,8-ジハロゲノ-3-ホルミルクロモンの阻害能の増強を目指し、ホルミル基をカルボキサミド基に置換した6,8-ジクロロクロモン-3-カルボキサミドを合成し阻害活性を評価したところ、その阻害能は6倍程度向上した。本研究では、強いハロゲン結合形成能とウレアーゼ阻害能を示すハロゲン化クロモンの開発とその構造活性相関解析という目的を達成するため、そのドラッグデザインと合成、単結晶化、X線結晶構造解析、ウレアーゼ阻害能の評価,量子化学計算を行うことを目標としている。6位と8位の両方にClあるいはBr原子を持つ6,8-ジハロゲノ-3-ホルミルクロモンが強くウレアーゼを阻害すること、一方、8位にハロゲン原子をもたない6-ハロゲノ-3-ホルミルクロモンはウレアーゼを阻害しないことが報告さている。ハロゲン結合の強さはF << Cl < Br < Iの順で大きくなり、ハロゲン結合のドナーハロゲン原子の近位に電子吸引性置換基効果が大きいフッ素が存在すると正電荷が大きくなることでハロゲン結合が増強する。そこで8位にCl,Br,I原子を持ち6位にF原子を導入した6-フルオロ-8-ハロゲノ-3-ホルミルクロモンは強いハロゲン結合形成能とウレアーゼ阻害能を示すと期待した。平成28年度では,これらの化合物を,無水酢酸中触媒量の硫酸存在下でハロゲン化フェノールをアシル化し、塩化アルミニウムを用いたフリース転移によりハロゲノ-2-ヒドロキシアセトフェノンを得た後、DMF中塩化オキシリンを用いたヴィルスマイヤー反応により得た。合成した6-フルオロ-8-ハロゲノ-3-ホルミルクロモンの単結晶化を行い,X線結晶構造解析を行ったところ,予想通り,Cl-O,Br-O,I-O間でハロゲン結合が形成していることがわかった。さらに,プレートリーダーを用いたウレアーゼ阻害のアッセイ系を構築し,15種類の化合物についてウレアーゼ阻害能を評価し,それらのIC50値を算出し得た。平成28年度の研究計画をおおむね遂行できているため。6位と8位の両方にClあるいはBr原子を持つ6,8-ジハロゲノ-3-ホルミルクロモンが強くウレアーゼを阻害すること、一方、8位にハロゲン原子をもたない6-ハロゲノ-3-ホルミルクロモンはウレアーゼを阻害しないことが報告されている。平成28年度においては、プレートリーダーを用いたウレアーゼ阻害のアッセイ系を構築し,結晶構造が明らかとなっている15種類の化合物についてウレアーゼ阻害能を評価した。平成29年度では,さらに結晶構造が明らかとなっている6種類の化合物についてウレアーゼ阻害能を評価した。また、合成したハロゲノ-3-ホルミルクロモンについて量子化学計算を行い、その静電ポテンシャルマップから、X線結晶構造において観測されるハロゲノ-3-ホルミルクロモンのハロゲン結合形成能は、ハロゲン原子の表面の正電荷の大きさと相関があることがわかった。平成29年度の研究計画をおおむね遂行できているため。

すると、ハロゲン原子の表面の正電荷が大きいほど高い阻害能を示すことが明らかとなった。次に、分子ドッキングによるハロゲノ-3-ホルミルクロモンとウレアーゼの相互作用解析を行った。ホルミル基は活性中心のNiイオンに配位すると予測されたが、阻害活性を示さない6-ハロゲノ-3-ホルミルクロモンでは6位のハロゲン原子は相互作用するアミノ酸残基が近傍に見当たらなかった。他方、中程度の阻害活性を持つ7-ハロゲノ-3-ホルミルクロモンではハロゲン原子の近傍にアルギニン残基が位置し、阻害活性の高い8-ハロゲノ-3-ホルミルクロモン、及び6,8-ジハロゲノ-3-ホルミルクロモンでは8位のハロゲン原子の結合軸延長線上にグルタミンのカルボニル酸素が位置すると予想された。このことから、8-ハロゲノ-3-ホルミルクロモンと6,8-ジハロゲノ-3-ホルミルクロモンの高いウレアーゼ阻害能は、8位のハロゲン原子とグルタミンのカルボニル酸素原子間のハロゲン結合が関与していることが示唆された。最後に6,8-ジハロゲノ-3-ホルミルクロモンの阻害能の増強を目指し、ホルミル基をカルボキサミド基に置換した6,8-ジクロロクロモン-3-カルボキサミドを合成し阻害活性を評価したところ、その阻害能は6倍程度向上した。ホルミル基を、ウレアーゼの基質である尿素が含むカルバモイル基やその阻害剤であるアセトヒドロキサム酸が含むN-ヒドロキシカルバモイル基に置換した化合物は、ハロゲン結合との相加的あるいは相乗的な効果により強くウレアーゼに結合し阻害することが期待できる。そこで既報に準じ,ハロゲン化3-ホルミルクロモンを四塩化炭素中光照射によりN-ブロモスクシンイミドと反応させ、アンモニア水あるいはヒドロキシルアミンを用いてホルミル基からカルバモイル基あるいはN-ヒドロキシカルバモイル基に変換させることで目的物を得る。さらに,ハロゲン化クロモンの静電ポテンシャルを計算させるために,構造ファイル変換プログラムOpenBabelあるいは3DビューアーJmolを用いてハロゲン化クロモンのCIFファイルをGaussian入力ファイルに変換後、Gaussian 09を用いてMP2/6-311**の計算レベルで1SCF計算とESP電荷計算を行う。Gaussianチェックポイントファイルからcubeファイルを生成後、GaussViewを用いて静電ポテンシャルマップを作成する。ハロゲン原子の結合軸延長線上の正電荷の大きさと、そのハロゲン結合形成能及びウレアーゼ阻害能との相関解析を行う。合成している他の6,8-ジハロゲノ-3-ホルミルクロモンの阻害活性を測定する。また分子ドッキングによる相互作用解析を行う。さらに、ハロゲン化クロモン骨格をハロゲン化キナゾリン骨格に、ホルミル基をウレアーゼの基質である尿素が含むカルバモイル基に置換した化合物は、ハロゲン結合との相加的あるいは相乗的な効果により強くウレアーゼに結合し阻害することが期待できるので、既報に準じ,ハロゲン化オキサジノンを尿素と200度で溶融させることで目的物を得、これらのウレアーゼ阻害活性を評価する。当予算によりプレートリーダーの導入を予定していたが,別予算により導入したために次年度使用額が生じた。当予算によりコンピューターの導入を予定していたが,別予算により導入したために次年度使用額が生じた。コンピュータの導入予算として使用する見込みである。
海馬シナプス伝達長期増強の誘発と維持におけるプロテインキナーゼの役割

私達は海馬DA1領域のシナプス伝達長期増強(LTP)の発現に伴って,CaMキナーゼIIの自己燐酸化反応が亢進し,Ca^<2+>非依存性活性が1時間以上亢進することを報告した。さらに^<32>P-無機燐酸でラベルした海馬切片を用いて,CaMキナーゼIIの標的蛋白質を調べると,シナプス前部ではシナプシンI,シナプス後部では微小管付随蛋白質2(MAP2)の燐酸化反応が持続的に亢進することを明らかにした(J.Biol.Chem.1995)。本研究では,海馬LTPにおいてプロテインキナーゼの活性化反応が持続するメカニズムについて調べた。最初に,種々の神経調節物質が段階的に分泌され,プロテインキナーゼの活性化反応を引き起こすことが考えられる。調べた中では,血小板活性化因子がCaMキナーゼII,MAPキナーゼを活性化し,同時にシナプス前部のシナプシンIの燐酸化反応を亢進することを確認した(Abs.Soc.Neurosci.1996)。一方,一酸化窒素,アラキドン酸にはこのような効果は見られなかった。次に,CaMキナーゼIIの脱燐酸化反応に関与するプロテインホスファターゼの活性を調べると,プロテインホスファターゼ2Aの活性が有意に低下していることが解った(Abs.Soc.Neurosci.1997,論文投稿中)。この時,プロテインホスファターゼ2Cの活性は変化しない。また,プロテインホスファターゼ1,プロテインホスファターゼ2BはCaMキナーゼIIの脱燐酸化反応には関与しない。これらの結果は,海馬LTPにおけるCaMキナーゼIIの活性化反応と基質の燐酸化反応の維持にLTPに伴って産生される神経調節物質,血小板活性化因子と,プロテインホスファターゼ2Aの活性低下が重要な役割を担っていること,さらに,蛋白質燐酸化反応が海馬LTPの維持にも関与する可能性を示唆している。
全身性エリテマトーデスの多様性に関する分子病理学的研究

全身性エリテマトーデス(SLE)は多彩な自己抗体と多様な病態の発現を特徴とする代表的自己免疫疾患である。しかし、各症例における病態の著しい多様性から、SLEは1つの疾患単位としてよりは症候群として位置づけようとする考えもある。にも拘らず、免疫学的並びに免疫病理学的観点からみると、SLEにはやはり一定の共通した異常が認められる。SLEの発症病理の理解には、この共通性と多様性の発現する機構の解明が必要不可欠と思われる。我々はこの点にアプローチすべく、NZB,(NZBxNZW)F1,(NZWxBXSB)F1マウスの各SLE症候についてマイクロサテライト解析法によるprogeny testingを行うとともに、congenic mouse strainsやtransgenic mouse strainsの樹立を通して、素因遺伝子数や染色体座位の推定、候補遺伝子の検索を行った。対象とした症候は、SLEに比較的共通な高免疫グロブリン血症やループス腎炎、比較的限られたSLEサブセットに現れる血小板減少症、自己免疫性溶血性貧血、抗リン脂質抗体症候群、B細胞性慢性リンパ性白血病(B-CLL)である。今回の研究を通して、SLE症候に共通する遺伝的素因の感受性遺伝子群や修飾遺伝子群については相当の進展がみられ、標的となる候補遺伝子の目標も狭められ、その免疫細胞における機能についても大凡の見当がつき、研究は最後の詰めの段階に達した。一方、多様性SLE症候に関してはその遺伝様式や遺伝子座の同定は出来たが、今尚その機能や遺伝子効果については不明な点が多い。特有の自己抗体産生を拘束するユニークなMHCクラスII分子とともに加算的に働く独立した感受性遺伝子の存在するところに特徴がある。今後、染色体座位から推定される候補遺伝子の解析や、マイクロサテライト-congenic系を用いたexon-trappingで予測される遺伝子について、免疫細胞レベル、固体レベルで調べていくことが必要と思われる。2)退交配系によるmicrosatellite DNA解析及びH-2-congenic系による解析で、SLEには、共通した素因遺伝子と病態の多様性を支配する複数の遺伝子が存在することが解った。特に、NZBとBXSBの第4染色体尾部に、自己反応性B細胞の異常な分化に関わる、SLEに共通する素因遺伝子が存在する事を明らかにした。この遺伝子はhyper-IgMの発症に関与するので、Imh-1と命名した。3)W/BXF1系にユニークな抗リン脂質抗体症候群は、H-2ハプロタイプを代えると発症が著しく低下するので、この系に特有のH-2z/bヘテロ接合性に拘束されていることが明かとなった。SLE病体の多様性を規定している素因遺伝子群の解明を目的として研究を行ってきた。本年度の実績は以下に要約される。1)NZBxNZW(B/W)F1マウス系モデルに自然発症するSLEは、H-2^<d/z>ヘテロ接合性に強く拘束される。この拘束性がAαd^z分子に困っているという基礎的研究結果を基に、B/W F1.H-2^<d/d>-congenicマウスにAβ^z遺伝子をtransgeneし、検討した。その結果、抗DNA抗体産生亢進が誘発され、この混合ハプロタイプクラスII分子の重要性が示された。しかし、このtransgenicマウスでは抗体のIgMからIgGへのクラス転換は起こらず、IgG抗体産性およびループス腎炎の発症はむしろ抑制された。現在、この機構について更に研究を進めている(Int.Immunol.,in press).

2)Mott cellは、胞体内にRussell bodyと呼ばれる免疫グロブリンを含む多数の顆粒を持つ異常形質細胞であり、ヒトの自己免疫疾患やNZB,B/W F1系に高頻度に出現する。今回このMott cellの起源およびその形成に関わる責任遺伝子を解析した結果、Mott cellはB1細胞の異常分化に伴って出現する細胞で、その形質発現はNZBマウス第4染色体上のテロメアに存在するmicrosatellite marker遺伝子D4Mit48と強く連鎖していることを証明した。この領域には我々がすでに発見している高Ig血症責任遺伝子Imh-1が存在するので、このImh-1がMott cell形成の責任遺伝子の一つであることが強く示唆され、研究を進めている。多様なSLE症状の中に抗リン脂質抗体症候群がある。この患者には、抗リン脂質抗体が産生され、全身性血栓症、血小板減少症が出現し、女性では反復性の子宮内胎児死が起こる。SLEは基本的に多遺伝子疾患であるので、異なるSLE症状は異なる感受性遺伝子の組み合わせから生ずる多様性によって生じると考えられる。今回我々は、SLE関連抗リン脂質抗体症候群のモデルであるNZWxBXSBF1マウスに生ずる抗カルヂオリピン(CL)抗体、抗DNA抗体、抗血小板抗体、血小板減少症、心筋梗塞に寄与するBXSB感受性遺伝子の遺伝子座mappingをNZWx(NZWxBXSB)F1退交配マウスを用いたマイクロサテライトDNA解析で行った。その結果、1)各症状は、染色体4、7、8、14、17に存在する5個の主要感受性遺伝子の各々異なる2個から3個の遺伝子の組み合わせにより独立して統御されていた。2)各症状に関わる遺伝子には、一部共通するものと各々にユニークなものが存在した。3)各症状の頻度は関与する遺伝子の数が増えるに従い増加した。この遺伝様式から、抗リン脂質抗体症候群は明らかに多遺伝子疾患であること、また、各症状の発症は、複数の感受性遺伝子の相加的効果による、threshold liability様式によっていることが明らかとなった。猶、mappされた各遺伝子座領域には、各々有力な候補遺伝子が存在していた。従来からB細胞性慢性リンパ性白血病(B-CLL)患者やその家族にSLEを含む自己免疫疾患が好発することが知られている。もともとB-CLLには家族集積性があり、また、人種差があるなど遺伝性癌の性格が強い。この点に関連して我々はNZWマウス系にB-CLLが自然発症すること、また、B-CLLと自己抗体産生細胞の前駆細胞がともにCD5^+B1細胞であることを発見した。このことは、B-CLLと自己免疫疾患との遺伝的相関の実体が、B1細胞の異常増殖、異常分化に関わる遺伝的機構にあることを示唆している。NZWマウス系はそれ自身自己免疫系ではないが、NZBやBXSB系マウスと交配したF1においてSLE病態を著名に増悪する修飾遺伝子を持っている。にもかかわらず、NZB(H-2^<d/d>)や(NZB x NZW)F1マウス(H-2^<d/z>)のH-2ハプロタイプをH-2^z
グリア由来因子による軸索変性の分子メカニズム

myelin-associated glycoprotein (MAG)はオリゴデンドロサイトに発現しており、損傷した中枢神経の軸索再生阻害因子として働いている。中枢神経損傷時にはMAGは遊離型となり、損傷部周辺に拡散することが示されている。我々はこの遊離型のMAGの役割の解明を試みた。遊離型MAGはクラスリン依存性にp75受容体とともに軸索に取り込まれることを生化学的、免疫組織化学的に示した。この取込みは脂質ラフトにも依存していた。これらの結果は、リガンドであるMAGによりp75受容体がラフトに誘導され、その後にリガンド受容体複合が細胞内にとり込まれたことを示唆する。さらに後根神経節の培養において、その軸索を切断すると、軸索遠位部は変性に陥るが、MAGを投与するとその変性に至る時間は短縮した。この変化はRho kinase阻害剤で阻止された。また脊髄を損傷したラットにRho kinase阻害剤を局所投与すると、cortico-spinal tractのワーラー変性は有意に遅延した。以上より、MAGはRho/Rho kinase依存性に軸索損傷後の軸索遠位の変性(ワーラー変性)を促進していることをin vitroおよびin vivoで示した。さらにこれらの結果を基盤にして、MAGが取り込まれた軸索内局所においてRhoを活性化させることを見いだした。この事実より、ミエリン由来蛋白が取り込まれた軸索内局所においてRhoを活性化させることで軸索変性をもたらしていることが示唆された。
植物根への有害重金属元素の侵入をくい止める～植生回復を目指した研究基盤の確立

本研究では植物に部位特異的に与えた生理活性ペプチドの一種であるグルタチオンが植物の重金属動態に影響を及ぼす現象の分子メカニズムを解明し、それらを新たな栽培技術に応用展開するための研究基盤を確立すること目指している。平成30年度はカドミウムをはじめとする重金属元素の動態にグルタチオンが及ぼす影響を調べた。その結果、グルタチオンの効果は重金属元素の種類によって異なることが明らかになった。その中でも亜鉛動態に及ぼすグルタチオンの影響を詳細に調べたところ、葉に部位特異的に与えたグルタチオンは根における亜鉛の吸収、根から地上部への亜鉛の移行を活性化していた。この時のグルタチオンがアブラナ根における遺伝子発現に及ぼす影響をトランスクリプトーム解析によって調べた。その結果、植物体内の亜鉛動態に影響を及ぼすことが期待される複数の遺伝子がグルタチオンに応答し、その発現量を変化させていた。この実験結果は葉に与えたグルタチオンによって誘導されたシグナルは篩管内を長距離移行して根に到達していることを示唆している。また、葉におけるグルタチオン合成能を高めたアラビドプシスの形質転換体を用いた実験では亜鉛動態に関して葉に部位特異的に与えたグルタチオンと同様の効果を示した。ポジトロンイメージング技術を用いることでアラビドプシスにおける亜鉛動態を可視化し、解析することにも成功した。グルタチオンがカドミウム動態に及ぼす影響を解明するための研究課題では根関連タンパク質のグルタチオンに対する応答を確認することができた。今後はこれらのタンパク質の機能解析を行い、根(根圏)におけるカドミウム動態にグルタチオンが及ぼす影響を分子レベルで明らかにしたいと考えている。部位特異的に植物に与えたグルタチオンが様々な重金属元素の動態に及ぼす影響を明らかにすることができた。その中でも亜鉛動態にグルタチオンが及ぼす影響に関してはその分子メカニズムの一端を明らかにすることができた。また、カドミウム動態にグルタチオンが及ぼす影響に関してもその関与が期待されるタンパク質の存在を見出すことができた。これまでに得られた研究成果に基づき、それぞれの研究課題を継続していく。その中でも令和元年度は重金属元素動態に影響を及ぼす植物体内を移行するタンパク質をプロテオーム解析によって同定し、その機能を解析することに重点的に取り組む。また、これまでに行ってきたメタボローム解析とトランスクリプトーム解析、プロテオーム解析で得られた実験結果を俯瞰的に評価し、グルタチオンによって誘導され、植物体内を(長距離)移行し、重金属元素動態に及ぼすシグナルに関する研究基盤も構築することができたらと考えている。本研究では生理活性ペプチドの一種であるグルタチオンが活性化する植物根におけるカドミウム(Cd)の吸収を抑制する現象に関してその分子メカニズムを解明するための研究を進め、農耕不可能な重金属汚染土壌においても作物の栽培が可能になる新たな栽培技術を確立することを目指している。平成29年度は研究の初年度であることから研究を推進するための基盤を構築することに注力した。植物の根における部位特異的なグルタチオン処理に応答する根分泌タンパク質や根分泌低分子量物質を同定するために、目的物質を回収・分離する実験系を構築した。回収することができた根分泌タンパク質に関しては、二次元電気泳動の結果、複数のタンパク質がグルタチオン処理に応答してその存在量を変化させていることが明らかになった。また、回収することができた根分泌低分子量物質に関しては、メタボローム解析を行い、カドミウム動態に影響を及ぼす可能性がある物質の検索を行っている。アブラナの維管束組織を長距離移行する情報伝達物質に関してもメタボローム解析を行い、情報伝達に関与することが予想される物質の検索を行った。ポジトロンイメージング技術を用いたイメージング実験では根から分泌される光合成産物を可視化する実験系を構築することに注力した。また、根におけるグルタチオン処理に応答するいくつかのアブラナ根タンパク質を特定することもでき、平成30年度以降にそれらのタンパク質の機能解析・発現解析などを行うための準備を進めることができた。平成29年度に計画した研究を推進していくことによって、グルタチオンが植物根における重金属動態(カドミウム動態)に及ぼす影響の分子メカニズムを解明するための研究課題を具体的な形で抽出することができた。

グルタチオンがカドミウム動態に及ぼす影響を解明するための研究課題では根関連タンパク質のグルタチオンに対する応答を確認することができた。今後はこれらのタンパク質の機能解析を行い、根(根圏)におけるカドミウム動態にグルタチオンが及ぼす影響を分子レベルで明らかにしたいと考えている。部位特異的に植物に与えたグルタチオンが様々な重金属元素の動態に及ぼす影響を明らかにすることができた。その中でも亜鉛動態にグルタチオンが及ぼす影響に関してはその分子メカニズムの一端を明らかにすることができた。また、カドミウム動態にグルタチオンが及ぼす影響に関してもその関与が期待されるタンパク質の存在を見出すことができた。これまでに得られた研究成果に基づき、それぞれの研究課題を継続していく。その中でも今年度はグルタチオンに応答するアブラナタンパク質のプロテオーム解析に注力をする予定にしている。また、平成29年度に行った研究によって、植物根に与えたグルタチオンが機能する部位の一つを特定することができた。この部位におけるグルタチオンに応答して発現が変化する遺伝子を同定し、その機能を解析することによって、この現象の分子メカニズムを解明することができると考えた。そのため、この部位における発現遺伝子の網羅的な解析を新たな研究課題に加えることにした。マイクロアレイ解析に実績のある研究者を新たな研究分担者として迎え、この研究課題に取り組むことにした。その中でも令和元年度は重金属元素動態に影響を及ぼす植物体内を移行するタンパク質をプロテオーム解析によって同定し、その機能を解析することに重点的に取り組む。また、これまでに行ってきたメタボローム解析とトランスクリプトーム解析、プロテオーム解析で得られた実験結果を俯瞰的に評価し、グルタチオンによって誘導され、植物体内を(長距離)移行し、重金属元素動態に及ぼすシグナルに関する研究基盤も構築することができたらと考えている。
就学前・初等・中等教育を視野に入れた生物多様性保全についての普及教育に関する研究

小・中学校での生物多様性保全に関する学習内容は、外来種に対する問題意識を啓発しているものの、充分ではないのが現状である。このことを踏まえて、未就学児から初等・中等教育への接続性を意識した生物多様性保全教育を提案することを目的とした調査研究を継続している。平成30年度は、サイズ分布を調べたハルシャギクについて、近縁のオオキンケイギクとともに市街地と河川敷における分布を調査し、分布が一年草と多年草という生活史と対応していることをみいだした。また、前年度に調査した校内の植生調査をもとに、小中学校の教材作成について検討した。小学校の生物多様性保全の教材については、前年度に作成した身の回りの植物図鑑をもとに、秋と冬の植物図鑑を用いた生物多様性保全のアクティビティを実施した。中学校の生物多様性保全の教材については、前年度1年間行った校内の植生調査をもとに、中学校理科における外来植物の教材化について、日本環境教育学会年次大会で発表し、多摩川河原の植物を含めて、継続して教材開発を検討している。また、生物多様性保全についての記載が日本より早期にみられるオーストラリアの小中学校の視察を行った。2018年8月にPoint-Cook P-9CollegeとSt Albans Secondary College及びメルボルン博物館を視察し、分析を継続している。ビクトリア州の小学校科学生物分野のカリキュラムとPrimaryConnectionsの小学校科学生物分野の教材について調査し、小学校科学生物分野では、共通性よりも多様性に関する内容が多いことを雑誌論文に報告した。英国の幼児や日本の学生の環境学習について観察や教材研究によって検討し、論文として発表した。平成29年度に得られた結果を基にして、就学前・小学校・中学校の生物多様性保全に関する教材開発と普及を行った。小学校の生物多様性保全の教材については、前年度に作成した身の回りの植物図鑑をもとに、9月と11月の植物図鑑を用いた生物多様性保全の普及教育活動を実践し、調査結果の分析を進めている。また、前年度に児童館で行った紙芝居とパンフレットによる生物多様性保全に関する普及教育活動についての調査結果を分析した。中学校の生物多様性保全の教材については、前年度1年間行った校内の植生調査を、日本環境教育学会年次大会で発表し、継続して教材開発を検討している。生物多様性保全についての記載が日本より早期にみられるオーストラリアの小中学校の学習内容については、小中学校と博物館の視察を行い、その一部を雑誌論文に報告した。オーストラリアの小中学校の学習内容による示唆も含めた、日本の小中学校の生物多様性保全教育の教材作成について、おおむね順調に進展していると考える最終年度の計画として、平成29、30年度に得られた結果を基にして、就学前・小学校・中学校の生物多様性保全に関する教材開発と普及を行い、研究発表を行っていく。定期的な草刈によって維持されている古くからの法面の植生には貴重な在来種が含まれているので、季節変化を調査し、生物多様性の保全と人間活動についての教材を作成する。中学校の教材については、平成30年度の学会発表を基に教材開発を進め、小学校の教材開発については、平成30年度に行った身の回りの公園の植物図鑑を用いた生物多様性保全に関する普及教育活動について成果を雑誌論文に報告する。また、都市の中で人と共存しているアブラコウモリについて、コウモリの超音波を聞こえるようにするバットディテクターを使用した小学生対象の解説プログラムと大学生対象のセルフガイドプログラムを実施する。就学前の子どもたちへの生物多様性保全に関する普及活動については、引き続き、実施させて頂ける場を求めながら、パンフレットや紙芝居の内容を用いて、子どもたちへの生物多様性保全教育を継続することを計画している。オーストラリアの小中学校での視察報告と教科書や教材分析について、日本の小中学校での生物多様性保全の授業内容に付加できるものを検討しながら、生物多様性を保全する際の生物多様性概念を整理し、教科書の多様性概念などと比較し、就学前・小学校・中学校の生物多様性保全に関する教材開発と普及教育活動についての成果を纏める予定である。このことを踏まえて、未就学児から初等・中等教育への接続性を意識した生物多様性保全教育を提案することを目的として研究を開始した。初年度である平成29年度は、小学校・中学校の実態調査と就学前の子どもたちに対する生物多様性保全に関するパンフレット作成、小学生の生きもの調査の教材開発を行った。小学校理科教科書における生物多様性とその保全に関する保全リテラシーガイドラインとの対応を行い、生物多様性保全に関する小学校と中学校の系統性を意識した学習内容を整理し、日本理科教育学会全国大会で報告した。小学校と中学校の教科書分析結果を基に、多摩川近郊の小学校と中学校で行われている生物多様性保全に関する授業の実施の有無、授業内容についてアンケート調査を行い、10校から回答を得た。また、小中学校の生物多様性の認識を目的とした教材研究に関する基礎研究として、大学構内で季節を通した植生調査を行った。これを基にして、小学校の教材として、校内の植物図鑑を活用した生物多様性の教材を検討し、『人間研究』54巻に掲載した。また、生物多様性保全に関するパンフレットを作成し配布するとともに、児童館で小学生クラブの児童を対象に生物多様性保全に関する紙芝居を行い、意識調査を行った。中学校の教材開発に関連して、校内の雑草調査における植物の量的な理解のために、多摩川河川敷に生育するハルシャギクについて、異なるハビタットにおけるサイズ、密度、個体の分布を比較した。また、動物園における生物多様性教育を池のかいぼりと関連させて実践し効果測定を行った。

平成29年度の計画として、小学校・中学校の実態調査と就学前の子どもたちに対する生物多様性保全に関するパンフレット作成、小学生の生きもの調査の教材開発を行うことを計画した。まず、1番目の小学校・中学校の実態調査のうち、生物多様性保全に関する理科教科書の記載内容の調査については、既に行っている中学校の理科教科書の調査に加えて、小学校理科教科書の調査を行ったが、実際の授業内容の調査については、多摩川流域の小学校42校、中学校10校に、生物多様性保全の授業内容についてのアンケートを送付したが、小学校10校からの回答に止まった。また、目的の2番目に記載した、生物多様性保全についての子ども向けのパンフレットを作成し、パンフレットを基にした紙芝居を児童館1か所で行った。小中学校の生物多様性保全に関する授業内容をインタビューをお願いする教師や、パンフレット及び紙芝居を読み聞かせをする機会を提供してくれる児童館等を引き続き、依頼することを検討している。3番目の目的に記載した、小学校の生物多様性保全に関する教材作成については、大学構内の植生調査を基に、小学校4年に学習する「季節と生物」の教材として、季節ごとの校内の雑草について、作製した植物図鑑の活用方法を『人間研究』54巻に掲載している。また、中学校の教材開発に関連して、校内の雑草調査における植物の量的な理解のために、多摩川河川敷に生育するハルシャギクについて、異なるハビタットにおけるサイズ、密度、個体の分布を比較しており、おおむね順調に進展していると考えられる。小・中学校での生物多様性保全に関する学習内容は、外来種に対する問題意識を啓発しているものの、充分ではないのが現状である。このことを踏まえて、未就学児から初等・中等教育への接続性を意識した生物多様性保全教育を提案することを目的とした調査研究を継続している。平成30年度は、サイズ分布を調べたハルシャギクについて、近縁のオオキンケイギクとともに市街地と河川敷における分布を調査し、分布が一年草と多年草という生活史と対応していることをみいだした。また、前年度に調査した校内の植生調査をもとに、小中学校の教材作成について検討した。小学校の生物多様性保全の教材については、前年度に作成した身の回りの植物図鑑をもとに、秋と冬の植物図鑑を用いた生物多様性保全のアクティビティを実施した。中学校の生物多様性保全の教材については、前年度1年間行った校内の植生調査をもとに、中学校理科における外来植物の教材化について、日本環境教育学会年次大会で発表し、多摩川河原の植物を含めて、継続して教材開発を検討している。また、生物多様性保全についての記載が日本より早期にみられるオーストラリアの小中学校の視察を行った。2018年8月にPoint-Cook P-9CollegeとSt Albans Secondary College及びメルボルン博物館を視察し、分析を継続している。
クラスレートハイドレート法による海水淡水化技術の開発

クラスレートハイドレート(ハイドレート)は水とゲスト物質からなる氷状の固体化合物で、その内部に海水中の塩分成分を取り込まないため、海水とゲスト物質とを反応させて残る海水と分離後に分解してゲスト物質と分離することで淡水が得られる。本研究課題では、ハイドレートを用いた海水淡水化手法の開発を目的として、その有力なゲスト物質とされる二酸化炭素を利用し、ハイドレートの生成・分解条件にあたる相平衡条件の測定と、ハイドレート生成過程の動特性を明らかにするための結晶成長観察実験を行った。最終年度は、相平衡条件の測定として、実海水に近い組成の標準合成海水を用いて、気体二酸化炭素+二酸化炭素ハイドレート+標準合成海水の3相平衡条件を測定した。その際、3.5 mass%から10.5 mass%まで3種の塩分濃度の条件で実験を行った。また、結晶成長観察実験として、二酸化炭素+純水系で前年度に続き実験を行い、さらに二酸化炭素+塩化ナトリウム水溶液系で実験を進めた。いずれの系でも所定の温度・圧力条件で、気液界面に生成するハイドレートの様子を観察した。研究期間全体を通じた成果は以下の通りである。相平衡条件について、気体二酸化炭素+二酸化炭素ハイドレート+塩化ナトリウム水溶液/標準合成海水の3相平衡条件を塩分濃度3.5 mass%から10.5 mass%の条件で測定した。得られた相平衡条件は塩化ナトリウム系では温度271.85Kから279.05K、圧力1.283 MPaから3.617 MPaの範囲、標準合成海水系では温度271.15Kから279.05K、圧力1.298 MPaから3.361 MPaの範囲であった。さらに、結晶成長観察実験から、平衡温度と実験温度の差を同等にした場合に、塩化ナトリウム水溶液を用いた系では純水を用いた系よりも結晶成長速度が遅くなることが分かった。
英語学研究のためのUNIXによるデータ処理システムの開発

1Dell Power Edge 4200シリーズワークステーションに、FreeBSD 2.2.1Releaseをインストールし、このワークステーションをUNIXサーバとして運用した。同計算機は、HTTP,FTP,POP3,SMTPサーバとしてこの3年間まったくトラブルなしに運用できた。様々なsecurity対策も施したので、現在に至るまでいっさいの問題となる現象は生じていない。2.英語学研究者のデータ処理に資するためのUNIXによる様々な文字列処理の方法を研究し、いくつかの学会で成果を報告するとともに、研究報告書にこの成果を掲載した。3.匿名FTPサーバで、版権の切れたWebster第2版の見出し語23万語、ある日本語辞書の見出し語5.6万語を公開し、研究者が自由にダウンロードできるようにして形態論、音韻論研究者のためのデータを提供した。2文字列・テキスト処理のためのプログラム(UNIXに標準的に備わっているさまざまな文字列処理コマンドやperl言語、awk言語を利用したスクリプト形式による)を開発し、そのプログラムがさまざまな自然言語処理にどのように利用可能か検証を行っている。3上記2で使用するデータの一部として、本計算機の中に、総語数56,256語の日本語辞典の見出し語、ならびに総語数234,943語の英単語の見出し語をおさめ、一部研究者のFTPによるアクセスを利用可能にした。4次年度以降、UNIXによる文字列処理コマンドの開発を継続し、それらを利用した研究成果を公にするとともに、本計算機を利用したHTTPサーバ、FTPサーバの運用を完成させ、国内外の研究者に情報の提供を図っていく。2文字列・テキストを処理するためのUNIXコマンドが、さまざまな自然言語処理においてどのように利用できるか実証的に研究し、そのうち日本語処理の際の応用例として、別項記載の論文を発表した。さらに平成10年6月と11月に行われた大学英語教育学会(JACET)の研究大会において、それぞれUNIXというOSの英語学・英語科教育学における有用性を実証する研究発表を行い、本計算機の存在を周知させた。3本計算機はAnonymous FTPサーバとしても運用されているが、全国の研究者が本サーバに登録されている23万語の英語語彙リストや5.6万語の日本語語彙リストをFTPによって利用し始めている。4最終年度である来年度には、本サーバにUNIXコマンドの利用法やUNIXサーバの英語学・英語科教育学における有用性を示すホームページを完成させるとともに多くの研究者に情報の提供を続けていく。1 FreeBSD 2.2.1RをインストールしたDell Power Edge 4200シリーズワークステーションは、この3年間にわたって、一度もシステムダウンすることなく、HTTP,FTP,POP3,SMTPサーバとして安定稼動してきた。この間、同サーバは、英語学、英語教育関係のホームページならびに匿名FTPサーバとして国内外に様々な情報を提供する重要なサーバとして活躍した。2ネットワークに接続された計算機におけるsecurity問題が生じた昨今であるが、同計算機は、sendmailのバージョンアップや様々なsecurity holeへの対策を講じ、現在に至るまで不正アクセスをはじめ、一切の問題となる状況を生じさせていない。3本サーバ上には、英語学、英語科教育学に関する、いくつかのホームページがおかれ、なかでも統計ソフトSPSSの使用マニュアルを公開したページは、国内から数多くのアクセスを受けている。(URL http:snow.shinshu-u.ac.jp/surcle)4文字列・テキスト処理の様々なUNIXコマンドの利用法を解説した本研究の研究成果報告書は、冊子体での報告とともに、その内容の全てを同サーバ上のホームページで掲載し(平成12年3月下旬予定)、英語学研究者のためのUNIX利用法を周知させた。
フットボール型核酸医薬輸送ナノ構造体(FiNADs)の構築

核酸医薬の効率的な細胞内送達の方法を確立することは核酸医薬の実用化のために不可欠である。本研究では核酸医薬を搭載し、刺激に応答して核酸医薬を放出することが可能な新たな核酸ナノ構造体であるフットボール型核酸医薬輸送ナノ構造体(FiNADs)を設計し、その構築および機能評価を行なった。その結果、目標とするフットボール型構造体の完全な構築には至らなかったものの、その部分構造である五角形構造体の構築に成功した。またより簡便な構造体である光刺激応答型三角柱型構造体が高いヌクレアーゼ分解耐性と刺激に応じた核酸医薬放出が可能であることを明らかにした。核酸医薬は高い標的特異性など医薬として優れた性質を持つことから、次世代の医薬品として高い期待が寄せられ、その研究開発が国内外で精力的に行われている。しかし核酸医薬は生体内で速やかに分解され、失活してしまうなど未だ多くの問題が残っている。本研究課題では生体内で不安定な核酸医薬を分解から保護し、かつ目的の部位でのみ効率よく機能させる核酸医薬輸送技術を確立することを目的とし、核酸医薬分子と外部刺激をトリガーとして分解する核酸の自己組織化による新規構造を持った会合体FiNADsを構築し、その機能評価を行う。FiNADsは60個のY字型の構造体とそれらをつなぐ30個のリンカーから構築される球状のDNAナノ構造体である。Y字型構造体は核酸医薬配列を持つオリゴヌクレオチドと刺激に応答してDNA鎖を切断するトリガーを組み込んだ2本のオリゴヌクレオチドを用いて構築する。そこでまずフットボール型の構造体が実際に構築可能であるのか検証するため、まず全ての構造体配列をDNAで用意し、それらを用いて構造体の構築を行った。その結果、Y字型構造体とそれらからなるFiNADsの部分構造、五角形構造体の構築が確認された。さらにより簡易な構造体である三角柱型構造体TP-AMOを設計し、FiNADのコンセプトである核酸医薬分子の保護と刺激による核酸医薬放出が実際に核酸ナノ構造体を用いて行えるかの確認を行った。その結果確かに核酸ナノ構造体を用いる事で、核酸医薬の構造分解耐性が高まることを確認した。平成28年度の研究計画ではまずFiNADsのようなフットボール型ナノ構造体が申請者の設計した配列を用いて構築可能であるか検証を計画していた。しかし、フットボール型構造体の部分構造であるY字型構造体及び5つのY字型構造体からなる五角形構造体の構築を確認できたものの、五角形構造体をつなぎ合わせたフットボール型構造体の構築を確認することができなかった。この理由として、設計したフットボール型の構造体は一つの構造体中に多くの核酸医薬分子を搭載するために、構造体を構成する五角形構造の対称性が高くなっている。そのため平面の五角形をつなぎ合わされたフットボール型の構築がされなかったものと考えている。塩基配列依存的なオリゴヌクレオチド二重鎖形成を利用することで、配列の適切な設計により任意の形状をもったDNAナノ構造体を構築することが可能である。このDNAナノ構造体は高い熱的安定性やヌクレアーゼ分解耐性などドラッグデリバリーのキャリアとして優れた性質を示す。そこで本研究では核酸医薬分子の活性発現の時空間制御を目標としてフットボール型構造を持つDNAナノ構造体の構築を計画した。まず構造体の構築条件の検討を行い、2本鎖領域長を12塩基対としたオリゴヌクレオチドを用いることで、フットボール型構造体の部分構造であるY字型構造体およびそれから構築される五角形型の構造体の構築に成功した。しかし、五角形構造体を目的のフットボール型構造体とすることはできなかった。このためY字型構造体を三角錐型構造体とすることで、より構造体が構築されやすくなることを計画したが、同様に五角形構造体の構築に成功したものの、フットボール型構造体の構築を行うことはできなかった。また核酸医薬分子のヌクレアーゼによる分解からの保護が核酸ナノ構造体を用いて可能なのかどうか検証するため、新たに三角柱型構造体を設計した。結果三角柱型構造体を用いることで、核酸医薬分子のヌクレアーゼ分解耐性が20倍以上に向上することを見出した。さらに構造体を用いた核酸医薬分子の活性制御を行うため光刺激によってDNA鎖を切断するトリガーを合成した。結果、このトリガーを導入したオリゴヌクレオチドを用いて構築された構造体は1分という極めて短時間の365 nmの紫外線照射により構造体の崩壊を誘起し、核酸医薬を放出することを見出した。これらの結果より、DNAナノ構造体を用いた外部刺激による活性の発現を制御可能な核酸医薬送達システムの実現が可能であることが示唆された。フットボール型構造体の構築及び評価

平成28年度において、申請者は天然型のDNAオリゴヌクレオチドを用いてFiNADsの構造であるフットボール型構造体が設計した配列を用いて実際に構築可能であるか検討を行った。その結果、設計した配列を持つDNAオリゴヌクレオチドを用いてフットボール型構造体の部分構造であるY字型の構造体およびそれらから構築される五角形構造体の構築を確認した。しかし五角形構造体からのフットボール型構造体の構築を確認することができなかった。平成29年度の計画として、フットボール型構造体部分構造として三角錐のような三次元的な構造体を利用し、球状の構造体を設計及び条件の検討を行う。また構築した構造体の評価はPAGEの移動度の変化及び動的光散乱を用いた構造体サイズ測定によって行う。単純な核酸ナノ構造体を用いたFiNADsのコンセプト評価核酸ナノ構造体を用いた核酸医薬の保護、取り込み効率の向上そして光刺激による核酸医薬放出の制御というFiNADsの設計コンセプトをより単純な核酸ナノ構造体である三角柱型核酸ナノ構造体を用いて確認する。このために6分子の核酸医薬分子を保持可能な三角柱型構造体TP新たにを設計した。この核酸ナノ構造体TPに2'-OMe修飾したアンチmiRNA(AM21M)を導入し、核酸ナノ構造体に導入していない場合との酵素分解耐性、細胞導入効率の比較を行う。またTPを構成するDNAオリゴヌクレオチドへ光刺激応答性トリガーを導入し、光による核酸医薬放出の制御について検討を行う。29年度が最終年度であるため、記入しない。核酸ナノテクノロジー29年度が最終年度であるため、記入しない。
新規肺動脈平滑筋特異的マーカーIP3R2による心臓流出路・肺動脈発生機序の解明

重症先天性心疾患には、しばしば肺動脈異常が合併し、治療に難渋する。肺動脈の発生および異常の発症機序については、これまで肺動脈特異的分子マーカーがなかったため十分に研究されていない。私たちは肺動脈平滑筋に特異的に発現する分子を発見し、その遺伝子領域にLacZ遺伝子を挿入したマウスにより肺動脈発生過程を可視化した。このマウスを用いて肺動脈形態と心臓流出路形態の発生過程を目に見える形で解析し、さらに心臓流出路異常モデルマウスと交配することにより、先天性心疾患に伴う肺動脈異常・流出路異常の発症機序を検討する。将来、重症先天性心疾患の予後改善につながる新たな知見を得ることを目指す。
相同モデル化理論を応用した歯列石膏模型のデータ化による個人識別法の開発

3年間の予定研究期間中に当初予定の研究目的は達成できたが、期間中に得られた知見をさらに深く検証すべく、研究期間の延長を申請した。具体的な経緯と研究結果・成果は以下のとおりである。【経緯】相同モデル化した上顎歯列石膏模型を利用した個人識別においては、本研究で採用した統計手法である主成分分析による解析より、寄与率の高い第1主成分と第2主成分での累積寄与率は32.8%であることが判明し、第1主成分では歯列弓の大きさ、第2主成分では口蓋の深さを表現している可能性が高いことが示された。第1主成分である歯列弓の大きさ、第2主成分である口蓋の深さといった、形態的特徴は口蓋形態そのものを示しているとも考えられ、歯列形態に寄らない形態類似性の検討による個人識別の可能性が示唆された。この可能性を検討するためのデータ、手法は既存の研究を遂行するために用意しているもので、一部代替・流用可能であり、研究期間延長により、本研究の一部として検討を開始することが妥当と考え、研究期間の延長を申請したものである。【結果・成果】1年間の研究期間では、口蓋形態専用の相同モデル化用テンプレートの作成は困難であるため、今回の研究では、上顎歯列用テンプレートを流用して作成した上顎歯列全体の相同モデルから、口蓋部分のみを切り取り、個人識別に応用可能か否かを検討した。当初目的である上顎歯列全体を用いて個人識別を行った場合と比較し、口蓋形態のみを用いた場合は個人識別精度がやや劣る結果となった。しかし、一定レベルの絞り込みが可能なこと、歯列を含まないということで、利用可能な元データの選択枝が格段に広くなることが評価され、関連する国内外の学会で高い評価を受けた。平成27年度における当初の研究計画は、「CT撮影条件の最適化と相同モデルの作成」で、1.CT撮影装置にて歯列石膏模型のデータ化を行う際の撮影条件を決定し、2.至適条件下でデータ化された歯列石膏模型の相同モデル化とポリゴン数の検討、であった。1.当院で使用している歯列石膏模型(普通石膏)のCT値は1,2001,800程度であり、頭部CTで臨床的に用いる撮影条件(120kV、300mA)を適用したところ、良好な形状再現性を得ることが出来た。被曝を考慮する必要がある場合は段階的に管電流を上下させ、形状比較を行う必要があるが、本研究では特に被曝量を考慮する必要はないため、同条件を使用することとした。形態的な再現性は硬組織条件で再構成されたデータが優れていた。2.得られたCTデータは汎用の画像処理ソフトを用い、STLデータに変換後、今回申請予定であった各種ソフトを使用し、相同モデルを作成した。相同モデルの作成に際しては、データ変換時の操作時間の短縮化、作成者間での再現性低下の防止目的に、解剖学的特徴点を28点、頂点数を8702点、ポリゴン数は17127点とした。得られた相同モデルの形状を相同モデル化前の歯列石膏模型と比較検討した結果、個々の歯冠形態の再現性は不明瞭なものの、歯列全体の形態的特徴は模倣できていた。治療や摩耗等で経年的に形態が変化する歯冠の詳細な比較は本研究の性質上、あまり意味を持たないと考えられ、本研究の規模・期間等も鑑み、同条件を仮採用、データの蓄積を進めた。その後、各種条件の妥当性を評価するため、予備実験を計画・施行した。サンプル数を30とし、任意に抽出した歯列石膏模型を咬耗により形態変化させた。咬耗前後の2つ模型を同定することが可能か否かを検証した結果、良好な成績を得ることが出来た。本実験から得られた各種の知見は法歯科医学会などの関連学会にて報告を行った。初期段階で作成した歯列石膏模型の相同モデルを用いた予備実験にて良好な結果が得られた。サンプル数は少ないものの、相同モデル化された歯列石膏模型が個人の同定に使用可能なことが証明され、データ化に必要な各種条件を早期に決定することが出来た。さらなる歯列石膏模型のCT撮影、相同モデル作成も順調に進んでおり、個人識別を模した個々のデータの同定についても、サンプル数を増やした状況下での検討を開始している。識別能の検討は次年度以降で予定していたものであり、達成度としては予定より進んでいると判断した。当初の平成28年度研究計画は、1.相同モデル作成条件の決定、2.データの蓄積、3.死後資料採取方法の検討であった。1.については前年度の試行段階で良好な結果が得られため、作成条件として、解剖学的特徴点28、頂点数8702、ポリゴン数17127を採用した。本条件にて、相同モデル化前は約10MBであったSTLデータは0.5MBの相同モデルとなり、当初の目的であった「識別能の担保とデータの軽量化」を達成できた。2.については、CTデータの取得数310、相同モデル作成数225となっている。これらのうち11個の模型は元模型の咬頭の一部を変形(咬耗を想定)させた復模型であり、元模型との照合が可能かどうかを検証するために作成したものである。