hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ニホンザルの季節繁殖と甲状腺の機能連関

本研究は、前年度からの継続研究で、今年度が取りまとめの年度にあたっている。前年度は、雌ニホンザルを甲状腺摘除群(6頭)と対照群(4頭)に分けて、繁殖期に甲状腺摘除を行うとともに週2回の継続採血を行った。今年度は、引き続いて継続採血を行うとともに、血中の各種生殖関連ホルモンの測定を行った。また、甲状腺摘除群にチロキシンを投与して、プロラクチン分泌調節との関連を調べた。さらに、両群とも10分間隔の頻回採血を行い、LHパルス頻度を比較した。結果と総括:甲状腺摘除群では、全頭とも排卵月経周期が甲状腺摘除後に速やかに停止した。一方、対照群のサルは繁殖期の終了時期に一致して排卵月経周期が停止した。ヒツジや鳥類では、甲状腺摘除は繁殖期の延長をもたらすことが報告されており、本研究の結果は、それらの動物とまったく異なるものであった。そこで、生殖関連ホルモンの血中動態を詳しく調べた。その結果、甲状腺摘除群では、甲状腺摘除後血中からチロキシンが消失するとともに、プロラクチン濃度が急増していた。これらの動物にチロキシンを投与したところ、血中プロラクチンは対照群のレベルに低下した。一方、血中LH濃度は、パルス動態を含めて両群で有意な差がみられなかった。なお、ヒツジでは甲状腺摘除は血中プロラクチンに有意な影響を及ぼさないことが報告されている。またラットでは甲状腺除去により、視床下部からのドーパミン放出が促進されて、血中プロラクチン濃度は低下することが知られている。以上のように、甲状腺摘除がプロラクチン分泌に及ぼす影響は、動物間でかなりの違いがみられる。ニホンザルの場合、血中プロラクチンの上昇により、性腺機能が抑制され、月経周期が停止したものと考えられる。それゆえ、ニホンザルでは甲状腺ホルモンは、少なくともプロラクチン分泌を介して、季節繁殖リズムの発現調節に深く関与していることが示唆された。ニホンザルの季節繁殖リズムの発現に甲状腺ホルモンがどのように関与しているかを知るため、以下の実験を行った。すなわち、10頭の成熟雌ニホンザルを繁殖期(秋から冬)の開始前に個別ケージに移した。繁殖期に入って排卵月経周期が発現したことを血中ホルモン動態から確認後、サルを2群に分けた。1群のサル(6頭)は甲状腺摘除手術を行い、もう1群のサル(4頭)は偽手術をして対照群とした。サルはそのまま翠年の繁殖期の開始時期まで飼育した。実験期間中経時的に採血を行い、各種生殖関連ホルモンの血中濃度を測定した。結果:対照群のサルは、偽手術後も排卵月経周期が継続し、通常の繁殖期の終了時期に一致して停止した。一方、甲状腺摘除群では、いまだ繁殖期が続いているにもかかわらず、甲状腺摘除後排卵月経周期が非常に速やかに停止した。さらに、血中ホルモンの解析から、甲状腺摘除後血中チロキシン濃度が急減しゼロになるとともに、血中プロラクチンが急増し、高プロラクチン症状を示すようになったことがわかった。以上の結果は、甲状腺摘除により視床下部からの甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン(TRH)の分泌が亢進し、TRHはプロラクチンの放出ホルモンでもあるため、プロラクチン分泌も亢進したことを示している。そして、高プロラクチンにより、ゴナドトロピン分泌が抑制されて、卵巣機能が低下したと考えられる。以上のように、ニホンザルでは甲状腺ホルモンはプロラクチン分泌を抑制することにより、季節繁殖リズムの発現に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。

それゆえ、ニホンザルでは甲状腺ホルモンは、少なくともプロラクチン分泌を介して、季節繁殖リズムの発現調節に深く関与していることが示唆された。本研究は、前年度からの継続研究で、今年度が取りまとめの年度にあたっている。前年度は、雌ニホンザルを甲状腺摘除群(6頭)と対照群(4頭)に分けて、繁殖期に甲状腺摘除を行うとともに週2回の継続採血を行った。今年度は、引き続いて継続採血を行うとともに、血中の各種生殖関連ホルモンの測定を行った。また、甲状腺摘除群にチロキシンを投与して、プロラクチン分泌調節との関連を調べた。さらに、両群とも10分間隔の頻回採血を行い、LHパルス頻度を比較した。結果と総括:甲状腺摘除群では、全頭とも排卵月経周期が甲状腺摘除後に速やかに停止した。一方、対照群のサルは繁殖期の終了時期に一致して排卵月経周期が停止した。ヒツジや鳥類では、甲状腺摘除は繁殖期の延長をもたらすことが報告されており、本研究の結果は、それらの動物とまったく異なるものであった。そこで、生殖関連ホルモンの血中動態を詳しく調べた。その結果、甲状腺摘除群では、甲状腺摘除後血中からチロキシンが消失するとともに、プロラクチン濃度が急増していた。これらの動物にチロキシンを投与したところ、血中プロラクチンは対照群のレベルに低下した。一方、血中LH濃度は、パルス動態を含めて両群で有意な差がみられなかった。なお、ヒツジでは甲状腺摘除は血中プロラクチンに有意な影響を及ぼさないことが報告されている。またラットでは甲状腺除去により、視床下部からのドーパミン放出が促進されて、血中プロラクチン濃度は低下することが知られている。以上のように、甲状腺摘除がプロラクチン分泌に及ぼす影響は、動物間でかなりの違いがみられる。ニホンザルの場合、血中プロラクチンの上昇により、性腺機能が抑制され、月経周期が停止したものと考えられる。
クロモキネシンKidの新規機能及びリン酸化、結合分子による制御機構の解析

クロモキネシンKidは+端指向性微小管モーター分子である。分裂期には分裂装置の様々な部位に局在し、染色体腕を中期板に揃える役割が明らかになっていた。更に、我々がRNAiによる発現抑制実験などから得た知見は、Kidが分裂期を通し複数の機能を担っていることを示唆していた。そこで本研究では、Kidの発現を抑制・欠失させた哺乳動物細胞を用いてKidの新たな機能を探索すると共に、複数の機能や局在の制御機構をリン酸化や結合タンパク質に焦点を当て解明することを目的とした。本研究において、1.siRNAを用いたKid発現抑制細胞の詳細な解析を行った結果、(1)Kidは分裂中期までの時期において、染色体整列とは独立に紡錘体微小管を安定化し、紡錘体長(紡錘体極間の距離)を適切に保つための役割を担っていること、(2)分裂後期においてKidは隣り合う染色体の間隙に存在し、分裂後期の隣接する染色体をつなぎまとめ、正常な形態の娘細胞核を形成させる役割を担っていることを明らかにした。また、2.Kid結合分子として核膜輸送タンパク質を同定し、両者の結合が間期におけるKidの核内局在だけではなく、分裂期におけるKidの染色体局在に必要であることを示唆する結果を得た。更に、3.Kid欠損マウスの解析を開始し、Kid-/-マウスは発生初期に約半数が死亡することがわかった。従ってKidは初期胚の分裂の正常な進行を保証する役割を担っていると考えられた。更に、4.Kidリン酸化キナーゼの候補である分裂期キナーゼのひとつとして、LATS2キナーゼの解析を行った。KidとLATS2との関連を示唆する結果は得られなかったが、LATS2結合分子としてLIMタンパク質であるAjubaを同定し、両者の複合体が分裂期中心体の成熟に関わることを明らかにした。クロモキネシンKidは+端指向性モーター分子であり、分裂期には中心体、紡錘体、染色体上の各部位に分裂期進行と共に局在を変えながら存在する。染色体腕を紡錘体に沿って運搬し中期板に揃える役割が明らかになっているが、我々はRNAiによる発現抑制実験などからKidはM期を通し複数の機能を担っていることを示唆する結果を得ていた。そこで、本研究ではKidの発現を抑制・欠失させた哺乳類細胞を用いてKidの新たな機能を探索すると共に、複数の機能や局在がどのように制御されているのかをリン酸化及び結合タンパク質に焦点を当てて明らかにすることを目的としている。本年度は、siRNAを用いたKid発現抑制細胞の詳細な解析を行い、1.Kidは分裂中期までの時期において、染色体整列とは独立に紡錘体微小管を安定化し、紡錘体長(紡錘体極間の距離)を適切に保つための役割を担っていることを見いだした。更に、2-1.分裂後期においてKidは隣り合う染色体の間隙に存在するという特徴的な局在を示すことを蛍光抗体染色及び免疫電顕観察の結果明らかにし、2-2.Kid発現抑制HeLa細胞では分裂後期の染色体のまとまりが悪く、娘細胞核形態が高頻度に異常を生じることを見いだした。これらの結果から、Kidは分裂後期の個々の染色体をつなぎとめ、正しく娘細胞核を形成させる役割を担っていることを示唆された。

更に、3-1.Kid全長をbaitとした酵母Two-Hybridシステムによる結合タンパク質の探索を行い、細胞周期を通してKidの局在や活性を制御することが予想される興味深い結合分子を見いだした。また、3-2.2種類のタグを付加したKidのstable発現細胞を樹立しTAP(tandem affinity purification)システムを利用したKid結合タンパク質の精製による同定も進行中である。クロモキネシンKidは+端指向性微小管モーター分子であり、分裂期には分裂装置の様々な部位に分裂期進行と共に局在を変えながら存在する。染色体腕を紡錘体に沿って運搬し中期板に揃える役割が明らかになっているが、我々がRNAiによる発現抑制実験などから得た知見は、Kidが分裂期を通し複数の機能を担っていることを示唆していた。そこで本研究では、Kidの発現を抑制・欠失させた哺乳類細胞を用いてKidの新たな機能を探索すると共に、複数の機能や局在の制御機構をリン酸化や結合タンパク質に焦点を当て解明することを目的とした。本年度はKid欠損マウスの解析を開始した。Kid+/-同士の掛け合わせから、Kid+/+、+/-、-/-マウスは約2:4:1の割合で生まれた。胎生期を遡って解析した結果、Kid-/-マウスは発生初期に約半数が死亡していた。従って、Kidは初期胚の分裂の正常な進行を保証する役割を担っていると考えられた。しかし予想に反し、生まれたKid-/-マウスは外見上健康に生育し生殖能力もあった。今後の解析により、卵割と体細胞分裂、減数分裂との相違の解明への寄与が期待できる。更に、前年度までにKid結合分子として核膜輸送タンパク質を同定していたが、実際Kidには2カ所の機能的な核移行シグナルが存在し、核膜輸送タンパク質との結合領域となっていることを見いだした。両者の結合が間期におけるKidの核内局在にだけではなく、分裂期におけるKidの染色体局在をも制御することを示唆する結果を得た。また、Kidリン酸化キナーゼの候補である分裂期キナーゼのひとつとして、LATS2キナーゼの解析を行った。KidとLATS2との関連を示唆する結果は得られなかったが、LATS2結合分子としてLIMタンパク質であるAjubaを同定し、両者の複合体が分裂期中心体の成熟に関わることを明らかにした。
コーポレートガバナンス・コードが会計情報に与えた影響に関する実証研究

コーポレートガバナンス・コードを契機として,日本企業のガバナンス制度が転換期を迎えている。本研究の目的は,コーポレートガバナンス・コードが会計情報に与えた影響を実証的に明らかにすることである。具体的には,コーポレートガバナンス・コードの導入により,1取締役会の監督機能はどのように変化したのか,2取締役会以外のコーポレートガバナンス・メカニズム(銀行など)に影響を与えたのか,3上記1と2の経路を通じて,会計情報の質は変化したのかどうかを検討する。これらの調査結果を通じて,コーポレートガバナンス・コード導入に関する経済的影響の実証的評価を実施する。
転写物による新規がん化シグナル促進モデルの解析

以下の肺腺癌についてのテーマにそって研究を進めた。1)転写産物による新規がん遺伝子シグナル活性化モデルの構築:浸潤性粘液癌で、マスター転写制御因子に相当するHNF4aの発現を示すことを見出した。また、このタイプに特徴的なNRG1融合遺伝子を見出した。2)新しい非多段階発がんモデルの検証:腺癌前駆病変を用いて、非多段階発がんモデルに相当する発がん過程を経ている某証を得ることができた。3)腫瘍内遺伝子変異多様性についての検討: ALK免疫染色とFISH法の乖離についての原因を考察した。4)分子腫瘍学的知見の病理診断への応用:各種ガイドラインや原発不明がんの検討基礎データを構築した。我々のグループでは、変異解析としてmRNAを用いたエクソンシークエンスを主として行い、基本的遺伝子変異( p53, EGFR,KRAS, HER2, BRAF)を3000例にわたり検討してきた。その中で、特異な組織学的形態を呈する浸潤性粘液癌はKRAS変異の頻度が高いことが報告され、欧米の報告では80%以上の検出が示されている。しかしながら、本邦における報告および我々の検討においても50-60%の範囲にとどまり、新規遺伝子変異が存在する可能性があることに着目した。まずは、この群を組織学的特徴以外に明瞭に区別するバイオマーカーについての検討を行った。その結果、これまでまったく言及されてこなかったHNF4αが疾患をきわめて分別よく分類する腫瘍であることを見出し、肺癌を含む多くの腫瘍での検討を行った。その結果はAm J Surg Pathol 37: 211-8, 2013として報告した。その後、他のグループから、末梢肺細胞の発生および維持を司る遺伝であるTTF-1/NKX2.1を抑制することで、このHNF4aが誘導され、胃の腺細胞への分化が誘導されるとともに、浸潤性粘液癌が発生することがマウスモデルで見出された(Mol Cell. 50: 185-99, 2013)。この結果は、我々の結果と一致する結果であり、HNF4aは生物学的、臨床的にも浸潤性粘液癌において重要な分子であることが示された。このような結果をもとに、肺癌における第2の発ガン過程についての総説を執筆中であるほか、本来の目的である浸潤性粘液癌の新たな遺伝子変異についても解析を進めており、興味深い結果が出つつある。平成26年度はWHO肺癌分類の改訂が行われ、そのうちのwriting committeeとしてこれまでの成果を反映させるべく、活動を行った。特に肺癌発がんモデルに関して、これまで我々が主張してきた末梢肺型腺癌の特異性を入れることができた。これはTCGAプロジェクトで肺腺癌の結果としても我々の考え方が支持されたことも大きく影響している。また、肺腺扁平上皮癌については、執筆責任者として全項目を記述したが、本研究、腫瘍内多様性検討の一つとして行った肺腺扁平上皮癌の検討を役立てることができた。腺扁平上皮癌では、腺癌と扁平上皮癌の成分がともに認められる腫瘍であるが、明瞭な分化を示す腺癌と扁平上皮癌の中には分化傾向を示さない成分(これまでは大細胞癌と呼ばれていた)が存在することがある。この成分はどのような生物学的な特徴であるかを検討した。その結果、ほとんどの低分化癌成分は分化傾向を示す成分の生物学的特徴を有していた(投稿準備中)。この結果は一見当たり前のように見えるが、今回のWHO分類改訂では低分化癌成分はすべて免疫組織学的な組織亜型分類に従うことに方針が決定されたため、腺扁平上皮癌の定義をも変更するかについての基礎データとして用いられた。その結果、腺扁平上皮癌の頻度を大きく変化させないことを意味し、腺扁平上皮癌の定義は変更されなかった。これらWHO分類改訂とは関係なく、進めつつある画像診断との対比についても検討を進め、ドライバー変異の種類によってCT画像におけるGGO病変の進行が統計学的に有意な差を持って異なることを見出した。この結果については論文として掲載された。平成27年度はWHO肺癌分類の改訂にwriting committeeとしてこれまでの成果を反映させるべく、活動を行い、特に肺癌発がんモデルに関して、これまで我々が主張してきた末梢肺型腺癌の特異性を入れることができた。とくにこのコンパートメントモデルについては、現在注目を集めている免疫チェックポイント阻害剤の効果と関連があることが予測され、現在もこの項目について検討を進めている。これらのWHO分類についての解説レビューを複数、発表した。また、海外との共同研究として進めていた、肺小細胞癌の全ゲノムシークエンスの結果、一部の小細胞癌において、chromothripsis(染色体破砕)によるCCND1の過剰発現が起こることが判明し、その機能について解析を行った(Nature. 2015;524:47-53)。多くの小細胞癌ではRB不活性化が生じるが、その他のメカニズムによってもこの経路の不活化が示されたため、肺小細胞癌の発生メカニズムとしてこの経路の不活化が必須と考えられた。また、画像診断との対比についても検討を進め、ドライバー変異の種類によってCT画像におけるGGO病変の進行が統計学的に有意な差を持って異なることを見出した。この結果についてまとめ、学会誌に発表した(Ann Oncol. 2015;26:156-61)。

以下の肺腺癌についてのテーマにそって研究を進めた。1)転写産物による新規がん遺伝子シグナル活性化モデルの構築:浸潤性粘液癌で、マスター転写制御因子に相当するHNF4aの発現を示すことを見出した。また、このタイプに特徴的なNRG1融合遺伝子を見出した。2)新しい非多段階発がんモデルの検証:腺癌前駆病変を用いて、非多段階発がんモデルに相当する発がん過程を経ている某証を得ることができた。3)腫瘍内遺伝子変異多様性についての検討: ALK免疫染色とFISH法の乖離についての原因を考察した。4)分子腫瘍学的知見の病理診断への応用:各種ガイドラインや原発不明がんの検討基礎データを構築した。成果として上げたとおり、低分化癌の成分を有する腫瘍についての検討結果を、遺伝子多様性を含めて投稿準備中の状態にあり、来年度中には投稿完了する見通しである。また、海外の共同研究者との間で、我々の進めてきた肺癌発がんモデルについての総説を投稿する準備を話し合っている。CT画像におけるGGO病変の推移と遺伝子変異については論文として掲載されているが、頻度の高いEGFR陽性肺腺癌とそれ以外に分類しているため、それ以外の変異についても詳細な検討を加えたい。27年度が最終年度であるため、記入しない。分子腫瘍病理学前述の投稿準備中の内容については、早々に投稿を終えたい。また、計画4)として挙げた分子腫瘍学的知見の病理診断への応用については、a)転移性腫瘍の鑑別、b)肺重複癌の鑑別に有用となる次世代型シークエンサーが基本備品としてラボに配備される予定になっていることから、それを用いた方法を確立し、研究結果を得たい。初年度としては、疾患を特定するバイオマーカーの同定に成功し、その群での特徴を見出すことができた。また、それをもとにした遺伝子解析では興味深い結果も出つつあり、概ね順調に進展していると考えている。計画4)として挙げた分子腫瘍学的知見の病理診断への応用については、a)転移性腫瘍の鑑別、b)肺重複癌の鑑別として、多数遺伝子変異での検討が必要である。H27年度基幹備品としてラボに次世代シーケンサーが設置されることが決定し、その検出系確立のための消耗品を年度初めに購入するため、次年度使用に繰り越した。初年度で得られた疾患を特定するバイオマーカーおよび組織学的特徴から選別される浸潤性乳管癌の新規遺伝子について検討を推進したい。特に、EGFR遺伝子変異の特徴でもあるように、欧米と本邦における遺伝子変異頻度が異なる可能性が示唆されているため、欧米研究者との共同研究を行うことでその違いが明瞭になると推測される。そのような共同研究を考慮した研究計画を計画している。また、その他の研究計画である腫瘍内遺伝子変異多様性についての検討についても、検討を試みており、miRNAによる腫瘍内多様性の説明についも検討を進めていきたい。計画4)として挙げた分子腫瘍学的知見の病理診断への応用については、a)転移性腫瘍の鑑別、b)肺重複癌の鑑別として、多数遺伝子変異での検討に、現在主流となりつつある次世代シーケンサーを用いて検討する。検出系を確立するための試薬購入費に当てたい。
北日本における時空間遠隔相関を適用した小麦の予測的リスク低減手法の創出

本研究では、北海道を代表する畑作物の秋まき小麦を対象として、夏の高温による減収被害に対して、長期予測に基づくリスク低減手法の探査を目的とした。1998年以降、北日本では4月と8月の月平均気温は強い負の相関が続いている。この気温の逆転が「春低温で夏高温」だった場合、さらに低日照条件が加わると北海道の小麦の収量が減少することを、小麦の代表産地である十勝地方とオホーツク地方の比較解析から明らかにした。春季と夏季の気温の負の相関関係が成立するならば、春季が低温の年は、小麦の花(種子)の数を減らし、出穂期を早めて、種子の大型化を目指す栽培管理が夏の高温による細麦化のリスク低減対策となる可能性がある。本研究では、北海道を代表する畑作物である秋播き小麦を対象とし、夏の高温による減収被害に対して、長期予測に基づくリスク低減手法の探査を目的とした。1998年以降、研究最終年度の2013年まで北海道を含む北日本では4月と8月の月平均気温は強い負の相関関係が続いている。この現象は亜熱帯ジェット気流の強弱と位置の変動が対になって起こることが原因と考えられる。すなわち、4月に低温をもたらす本州南岸の亜熱帯ジェット気流が強化されていると8月が高温になる。気温の逆転が「春低温で夏高温」だった場合、さらに低日照条件が加わると小麦の収量が減少することを、北海道の小麦の代表産地である十勝地方とオホーツク地方の比較解析から明らかにした。すなわち、春季の低温によって出穂前の生育期間が長くなり、小麦の植物体はより大きく生長して穎花数が増加する。続いて夏季が高温でかつ低日照になると、登熟期間が短縮し光合成量も制限されるため、子実へ転流される光合成産物の総量が減少し、穎花数の多さとあわせて子実一粒あたりの乾物量が減少するため小粒化(細麦化)する。その結果、整粒の割合が低下して経済収量が減少する。とくに、北海道内でも夏季に寡照な十勝地方でこの傾向が顕著である。一方、日照が多いオホーツク地方ではこの傾向は明瞭ではない。春季と夏季の気温の負の相関関係が継続するならば、春季が低温の年は、穎花数を減らすと同時に、出穂を早めて登熟期間の高温影響を低減させる子実の充実を目指す栽培管理が、細麦化への対策技術となる可能性を見いだした。具体的な栽培管理法として、施肥(追肥)の調整や、融雪促進が考えられる。土壌凍結も茎数に影響するので、穎花数を通して粒重に影響する可能性がある。さらに、夏季の日照あるいは降水量に関する長期予報の精度向上が、これら栽培管理による対策の効果をさらに向上させると考えられる。北日本における月平均気温の4月と8月の強い負の相関関係の要因解明のために各高度場に主成分分析を行い、得られた主成分と北日本4月8月気温との相関、およびこの時間相関をみた。その結果、200hPa高度場に主成分分析では、気温変動とほぼ同一の変動を示す2つの成分(4月の第2主成分、8月の第3主成分)が抽出できた。4月の第2主成分と8月の第3主成分の13年移動相関係数を見ると、1990年代終わり以降、有意な負の相関を示し、4月8月気温の時間変動とも良く一致した。200hPa高度のu成分での回帰計算では、日本付近のジェット気流の強弱が示唆され、またSSTとの回帰計算結果では、8月に日本付近での変動と同時にENSO様の分布とも対応していた。夏季高温が小麦に与える影響解明のため、北海道の秋まき小麦品種(ホクシンとキタノカオリ)を対象として、1997年2011年での生育気温が秋まき小麦の収量構成要素に与える影響を解析した。結果は、1.4月中旬の平均気温と「ホクシン」の稈長は、有意な負の相関を示し、4月下旬の平均気温と「キタノカオリ」の穂数は有意な負の相関を示す。2.5月下旬の平均気温と穂長は、両品種とも有意な負の相関を示す。3.秋まき小麦の出穂から成熟までの登熟期間の平均気温と登熟日数は、強い負の相関関係を示し、登熟期間の平均気温が1°C上昇すると、「ホクシン」、「キタノカオリ」ともに、登熟期間は約3日短縮し、千粒重は、「ホクシン」が2.3g、「キタノカオリ」が1.9g減少する。帯広の気温と十勝の平均単収の相関は、78月平均気温>8月気温>7月気温、となり、単月では7月より8月の方が、相関が強い結果となった。

北日本における4月ー8月の強い負の相関関係については要因解析が進み、2013年度に論文は出版されることとなった。また、小麦の高温影響の解析についても、成果が国際誌に掲載され、成果を出すことができた。この小麦の解析を受けて、小麦の圃場試験についても対策技術を考慮した試験に着手したところである。以上の状況から研究の進捗は順調である。初年度は解析研究を中心に進め、この結果を基に秋まき小麦の試験を進める。夏場の高温時の予測手法の精緻化と与えられた気象条件における登熟期間に小麦の生育状態をどのように最適化するかを主眼において試験を組む。施肥管理および土壌凍結条件における違いをみる試験設計を組んだ。また、解析では北海道品種は「ホクシン」、「キタノカオリ」が主力品種であったが、これらに代わって「きたほなみ」と「ゆめちから」に主力品種が移行した。栽培試験もこれらの今後の主力品種を中心に実施する。これらの品種は穂発芽耐性が従来品種より優れており、また、現在小麦の高温対策が求められていることから、圃場試験は高温対策に主眼をおいて取り組む。今年度の雪解け以降に試験を本格的に実施するため、一年目の研究費を繰り越し二年目に重点的に投入することとした。圃場試験資材やそのための人件費、観測資材、また研究会を開催するための旅費を中心に予算化した
情報(視覚・聴覚)障害者の探索行動からみた情報補償環境に関する研究

本研究は、3カ年の研究期間で情報(視覚・聴覚)障害者の探索行動からみた情報補償環境のあり方に関して、調査、実験を行った。視覚や聴覚に障害を持つ被験者が実験的に常時参加する事が困難な背景があることから、擬似的に再現実験可能な実験システム(WASS)の開発および信頼性検討を行った後、1.WASS環境による情報障害レベルごとの擬似的環境の再現による探索行動実験、2.その結果から情報補償環境計画に関わる要件の整理を行った。さらに、3.海外での研究発表による情報交換、および今後の展開として、WASS環境による環境診断についての検討および課題を整理した。以下に、その具体的な内容を記す。1.WASS環境による情報障害レベルごとの擬似的環境の再現による探索行動実験:2年間で開発し、有効性を検討したWASS環境で、具体的な情報レベルごとに擬似的環境を再現し、そこでの探索行動実験を行った。具体的には「弱視」、「霧視」の2種類の情報障害について探索行動実験を行い、そこでの探索行動特性、視認行動特性を明らかにした。2.情報補償環境計画に関わる要件の整理:情報補償環境として情報障害レベルに応じた情報補償のあり方を考察した。特に、環境に初めて訪れたときの情報補償のあり方、次第に環境に適応したときの情報補償環境として、初期段階ではサイン情報が中心であるが、その後空間的な特徴(てがかり)が重要であること、その手がかりとなる場所が探索行動におけるアンカーポイントとなること、などの要件を示した。3.海外での研究発表による情報交換:すでに2年間で行った研究成果を国際学会で発表し、研究交流を大なった。本研究の意義を国際的視点からみたとき、情報障害のある利用者について検討した先駆的研究であると評価された。しかし、施設におけるケーススタディにとどまっているため、他施設での有効性の検討が必要である点、その研究結果を活用されるまで整理されていない点など、今後の課題も明らかになった。(1)事例調査:視覚・聴覚能力が低下する高齢者施設での情報補償環境の実態を調査した。具体的には、オランダの高齢者施設での建物の構成や内装・サインの実態を調査し、さらに管理者・介護者などにヒアリングを行った。高齢者施設では、認知能力の低下に停い、視覚・聴覚などの知覚情報が直接的に行動に作用しやすく、情報補償環境が健常者に比較しより重要であることが分かった。その観点からみると、情報の入手できる範囲がきわめて重要で、情報提示のあり方とその場所との整合がとれていることが迷いやその他の問題行動抑制に不可欠であることが分かった。(2)探索行動実験:実際の環境内で障害者の探索行動実験を繰り返し行うことには、現場への移動や介助者への協力依頼などの種々の問題が生じたため、情報レベルの異なる探索行動を擬似的に再現するための装置の開発、およびその有効性検証を行った。具体的には、ビデオ映像によって空間を能動的に擬似体験できるシステム、WASS (Wayfinding Active Simulation System)を開発し、実環境とWASS環境の探索行動パフォーマンスを比較した。(3)WASS環境の有効性:探索行動実験の結果は継続的に分析中であるが、一時集計結果から有効性検討を行った。WASS環境は実環境に比較し、オリエンテーションや認知マップの課題に対して劣っているが、探索や視認などに関しては、若干にレベルダウンは見られるものの、その傾向は同様に現れるため、今後、視覚障害者の情報レベルに対応して、疑似環境を構築することで情報補償環境の診断・評価が可能であることが明らかになった。情報障害者の種類・程度別の探索方法と活用

情報:探索行動実験に基づき、情報障害の種類や程度によって異なる探索方法を明らかにし、さらにその際に活用される主要な情報を整理する。本年度は、探索行動シミュレーションシステム(WASS)を活用し、情報レベルの低い環境下での探索行動における環境適応の再現実験を行った。1.探索行動実験:WASSによって情報視覚・聴覚)障害者の情報レベルと同等の情報環境を再現し、そこでの探索行動実験を行う。実験手順としては、以下のように4段階の探索行動実験を繰り返し、環境適応によって、活用情報の遷移プロセスを明らかにした。1)ガイドによる探索行動実験を行う。2)同目的の自立した探索行動実験を3回繰り返す。3)被験者・10名、実験補助・約20人・日2.情報障害レベル別の探索方法・活用情報の整理:探索行動実験結果から障害別探索方法を整理し、さらに各々の主要な活用情報(サイン(点字情報含む)、もの・機器、空間)を整理した。具体的には以下の点が明らかになった。1)繰り返し探索の回数ごとに注視地点数が変化する。1回目の注視地点数が最も多く、2回目、3回目になるに従って、注視地点数は減少する。2)繰り返し探索の回数ごとに注視地点の種類が異なる。1回目はサインなどの目印となるものが中心で、2回目は窓、アールコーブなどの空間全体の理解に関係するもの、3回目は絵画、家具など空間のしつらいに関するものとなり、このプロセスは空間理解が深まる課程としてみることができる。3)繰り返し探索回数ごとに注視地点数の多い場所が異なる。1回目は目的室付近、2回目はスタート付近および目的室手前、3回目は中央部のホール付近が注視地点の多い場所となる。4)以上の結果からみれば環境適応した段階ではサインなどの記号的な情報はそれほど重要でなく、空間的な見通しや特徴、しつらいが重要になることが推察された。本年度は、3カ年の研究期間の最終年度であり、追加調査・実験および研究のまとめを行った。具体的には(1)WASS環境による情報障害レベルごとの擬似的環境の再現による探索行動実験を行い、(2)その結果から情報補償環境計画に関わる要件の整理した。さらに、(3)海外での研究発表による情報交換、および今後の展開として、WASS環境による環境診断についての検討および課題を整理した。以下に、その具体的な内容を記す。(1)WASS環境による情報障害レベルごとの擬似的環境の再現による探索行動実験:2年間で開発し、有効性を検討したWASS環境で、具体的な情報レベルごとに擬似的環境を再現し、そこでの探索行動実験を行った。具体的には弱視」、「霧視」の2種類の情報障害について探索行動実験を行い、そこでの探索行動特性、視認行動特性を明らかにした。(2)情報補償環境計画に関わる要件の整理:情報補償環境として情報障害レベルに応じた情報補償のあり方を考察した。
Rasファミリーに属する分子の機能の比較

Rasファミリーは低分子量GTP結合タンパク質の一つのサブファミリーで,Ras(H,N,K-Ras)やR-Ras,Ral,Rapなどを含み,細胞の増殖や分化の制御を行っていると考えられることを第一の目的として,IL-3依存性プロB細胞由来BaF3細胞と筋芽細胞由来C2Cl2細胞を用いて実験を進めた.その結果,R-RasはRasと同様にBaF3のIL-3除去による細胞死を抑制できることが明らかとなった.但し,Rasは細胞死抑制に重要なAktとERKの両キナーゼを活性化できるために単独で細胞死を抑制できるのに対して,R-RasはAktのみを活性化するために,細胞死を抑制する際にはERKの活性化因子であるIGF-1の共存が必須であることが明らかとなった.一方,C2Cl2においてはRasとR-Rasは異なった役割を果たしていることが示唆された.C2Cl2の筋管細胞への分化においては,Rasが分化を抑制するのに対して,R-Rasは分化を促進した.他方,FGFやHGF,IGF-1といった因子によって誘導される走化性移動においては,R-RasよりもRasが重要な役割を果たしていることが明らかとなった.この結果から,筋発生においては,RasとR-Rasが時間的かつ空間的に異なる制御を受けることによって,各々走化性移動,細胞分化という異なった役割を果たしている可能性が考えられる.また,本研究ではRalが,Rasによって誘導される足場非依存性変異を持つHT1080細胞は足場がない状態でも増殖できるが,この増殖はRalの活性型変異体を発現させると著しく促進された.逆にRalの優勢抑制型変異体は足場非依存性増殖を抑えた.HT1080の足場非依存性の増殖がN-Rasの活性型変異に依存していることから考えて,この結果はRasの下流でRalが足場非依存性増殖に関与していることを示唆している.さらにRalの下流で抑制を受けている細胞周期関連遺伝子の検索を試みた結果,HT1080を足場非依存下で培養した場合に観察されるp27(Kip1)の蓄積がRalによって制御されることを見いだした.これらの結果から,Ralはp27の制御を介して,Rasによって誘導される足場非依存性増殖を促進している可能性が考えられた.Rasファミリーは低分子量GTP結合タンパク質の一つのサブファミリーで,Ras(H,N,K-Ras)やR-Ras,Ral,Rapなどを含み,細胞の増殖や分化の制御を行っていると考えられることを第一の目的として,IL-3依存性プロB細胞由来BaF3細胞と筋芽細胞由来C2Cl2細胞を用いて実験を進めた.その結果,R-RasはRasと同様にBaF3のIL-3除去による細胞死を抑制できることが明らかとなった.但し,Rasは細胞死抑制に重要なAktとERKの両キナーゼを活性化できるために単独で細胞死を抑制できるのに対して,R-RasはAktのみを活性化するために,細胞死を抑制する際にはERKの活性化因子であるIGF-1の共存が必須であることが明らかとなった.一方,C2Cl2においてはRasとR-Rasは異なった役割を果たしていることが示唆された.C2Cl2の筋管細胞への分化においては,Rasが分化を抑制するのに対して,R-Rasは分化を促進した.他方,FGFやHGF,IGF-1といった因子によって誘導される走化性移動においては,R-RasよりもRasが重要な役割を果たしていることが明らかとなった.この結果から,筋発生においては,RasとR-Rasが時間的かつ空間的に異なる制御を受けることによって,各々走化性移動,細胞分化という異なった役割を果たしている可能性が考えられる.また,本研究ではRalが,Rasによって誘導される足場非依存性変異を持つHT1080細胞は足場がない状態でも増殖できるが,この増殖はRalの活性型変異体を発現させると著しく促進された.逆にRalの優勢抑制型変異体は足場非依存性増殖を抑えた.HT1080の足場非依存性の増殖がN-Rasの活性型変異に依存していることから考えて,この結果はRasの下流でRalが足場非依存性増殖に関与していることを示唆している.さらにRalの下流で抑制を受けている細胞周期関連遺伝子の検索を試みた結果,HT1080を足場非依存下で培養した場合に観察されるp27(Kip1)の蓄積がRalによって制御されることを見いだした.これらの結果から,Ralはp27の制御を介して,Rasによって誘導される足場非依存性増殖を促進している可能性が考えられた.R-RasはRasと同様にIL-3依存性プロB細胞由来BaF3細胞のIL-3除去による細胞死を抑制するが,Rasの場合は単独で抑制できるのに対して,R-Rasの場合にはIGF-1の共存が必須である.本研究ではまずこのような相違点を生む原因を調べた.その結果、BaF3細胞においてR-RasはAktを活性化できるが、MAPキナーゼ(MAPK)は活性化できないことを見いだした。一方,IGF-1はAktをあまり活性化しなかったが,MAPKは活性化した。またR-RasとIGF-1は協同的に細胞死抑制因子Bcl-xLの発現を上昇させ、細胞死促進因子caspase-3の活性化を抑制した。

これらのことから、R-Rasによって活性化されたAktとIGF-1によって活性化されたMAPKが、共同してBcl-xLの発現上昇やcaspase-3の活性抑制を誘導することによって、BaF3細胞の細胞死を抑えていると思われる。つまり、BaF3細胞の細胞死の抑制におけるRasとR-Rasの違いは、Rasが細胞死抑制に重要なAktとMAPKの両方を活性化できるのに対して、R-RasはAktしか活性化できない点にあると考えられる。また、本研究ではRalか、Rasによって誘導される足場非依存性増殖に関与していることも見いだした。N-rasに活性型変異を持つHT1080細胞は足場がない状態でも増殖できるが、この増殖はRalの活性型変異体を発現させると著しく促進された。逆にRalの優勢抑制型変異体を発現させると、足場非依存性増殖は抑えられた。HT1080の足場非依存性の増殖がN-rasの活性型変異に依存していることから考えて、この結果はRasの下流でRalが足場非依存性増殖に関与していることを示唆している。現在、Ralがどのようにして足場非依存性増殖へ関わっているのか、その機構についての解析を進めている。本年度は互いに相同性の高いRasとR-Rasの生体内における役割分担を筋芽細胞由来のC2C12細胞を用いて調べた.まずC2C12の走化性因子であるFGFやHGF,IGF-1がRasを活性化することが観察されたため,走化性移動におけるRasの関与を調べた.その結果,優性抑制型Rasはどの因子による走化性移動も抑制した.また活性型RasをC2C12に発現させると細胞の運動性が亢進した.これらのことから,C2C12の走化性移動においてRasが重要な役割を果たしていることが明らかとなった.一方,C2C12の筋管細胞への分化においては,活性型RasがC2C12の分化を抑制するのに対して,活性型R-Rasは分化を促進した.さらにC2C12が分化する際にR-Rasの活性化が認められたため,R-Rasの活性化を抑制する目的でR-Ras-GAPを発現させたところ,C2C12の分化は抑制された.これらの結果から,C2C12の分化においてはR-Rasが重要な役割を果たしていることが明らかになった.以上の結果から,筋発生においては,RasとR-Rasが時間的かつ空間的に異なる制御を受けることによって,各々走化性移動,細胞分化という異なった役割を果たしている可能性が示唆された.また昨年度の本計画において,RalがRasによって誘導されるHT1080細胞の足場非依存性増殖に関与していることを示しので,本年度はRalの下流で制御を受けている細胞周期関連遺伝子の検索を試みた.その結果,HT1080を足場非存在下で培養した場合に観察されるp27(Kip1)の蓄積が活性型Ralによって抑制されることを見いだした.一方,優性抑制型Ralはp27の蓄積を促進した.これらの結果から,Ralはp27の制御を介して,Rasによって誘導される足場非依存性増殖を促進している可能性が考えられた.
子どもの文字学習過程から探る色字共感覚のメカニズム

本研究課題は、文字に色を感じる色字共感覚のメカニズムを、幼少期の文字学習過程に着目することにより明らかにしようとするものである。研究代表者は「色字共感覚における文字と色の対応付け(色字対応)の形成には、発達における文字の学習過程が密接に関わる」という「発達段階仮説」(Asano & Yokosawa,2013)を提唱しているが、それを直接的に検証し、理論を拡充、発展させることを目的として研究を進めている。具体的には次の二本の柱で構成されている:1.文字学習期にある小学生における色字対応の性質を縦断的に調べ、文字学習との関係を明らかにする。2.非共感覚者成人(特に、色字共感覚者ではないが似た傾向を示す高共感覚傾向者)の色字対応の性質と文字学習過程との関係を検討する。平成30年度は、平成29年度に引き続き、上記1の小学生を対象とした実験の環境の整備を行った。また、1と2両方を検討する上での基礎的なデータとして、これまでに実施した質問紙調査(共感覚者、非共感覚者を問わない成人に対し、現在および幼少期に自覚的な色字共感覚を持っているか/持っていたかどうか等を問うもの)の結果の分析を進めた。これにより、日本人成人における色字共感覚者および高共感覚傾向者の存在確率や、色字共感覚の保持率と発達の関係についての考察を深めることができた。また、イギリスの王立協会(The Royal Society)で開催された共感覚についての研究会(Discussion Meeting)"Bridging senses: new developments in synaesthesia"で、色字共感覚と言語発達の関係についての招待講演をした。平成30年度は小学生を対象とした縦断的実験を開始する予定であったが、小学生からデータを得るという実験環境(研究協力機関)を探す過程が難航し、実験開始に至らなかった。その間、成人を対象とした質問紙調査の結果の分析を進め、成人期、およびその成人の記憶中の幼少期の色字共感覚保有率等についての考察を深めることに注力した。さらに、関連する研究として、文字に性別や性格などパーソナリティを感じるタイプの共感覚の発達的変化についての研究にも従事しているが、その成果が国際論文誌に掲載された(Matsuda, Okazaki, Asano, & Yokosawa, 2018)。この研究をまとめる過程で、本研究課題である色字共感覚の発達的変化についても理論的構築を進めることができた。この研究会には、現在の共感覚研究の基盤を築き上げ、今もなおこの研究分野を牽引する世界的な研究者たちや、この分野の気鋭の若手の研究者たちのほとんどが参加しており、そこで講演をし、最新の情報を収集し、濃密な意見交換を行ったことは、本研究課題を推進する上での非常に大きな収穫となった。以上をまとめると、当初の研究計画の柱である小学生を対象とした実験の開始が遅れている点は大きな問題である。しかしその一方で、成人を対象とした調査の結果の分析が進んだ。また、関連研究の遂行や国際的な研究交流により、本研究課題の理論的考察は大いに深まった。そこで、総合的には、本研究課題は現在のところおおむね順調に進展していると判断した。小学生を対象とした実験を推進する必要がある。研究協力機関の確保が当面の課題であり、幅広い対象への協力依頼を行う。縦断的研究の期間が当初計画よりも短くなっているぶん、測定時点を増やしてより詳細な分析を可能にするなどして、研究の質を高める。研究代表者は「色字共感覚における文字と色の対応付け(色字対応)の形成には、発達における文字の学習過程が密接に関わる」という「発達段階仮説」(Asano & Yokosawa, 2013)を提唱しているが、それを直接的に検証し、理論を拡充、発展させることを目的として研究を進めている。平成28年度は、上記1について、小学生でも容易に実験に参加できるような、タブレット端末を用いた実験設備の整備を行った。平成29年度以降は、この実験設備を用いて、小学生を対象とした実験のデータを収集する予定である。また、1と2両方を検討する上での基礎的なデータを得るため、共感覚者、非共感覚者を問わない成人130名に対し、現在および幼少期に自覚的な色字共感覚を持っているか(持っていたか)どうか等を問う質問紙調査を実施した。それにより、日本人成人における色字共感覚者および高共感覚傾向者の存在確率や、色字共感覚の保持率と発達の関係についての検討材料など、貴重なデータを得た。データの質を高めるためにはより多くの人からのデータを集める必要があるため、この調査は平成29年度以降も継続し、調査に連動した実験やインタビュー等も展開する予定である。

さらに平成28年度は、アメリカ、オランダ、スペイン、韓国の研究者と、五言語間比較の手法を用いて、発達段階仮説の妥当性の検証に繋がる共同研究を行った。その成果は国際学術誌に投稿中である。当初の予定では、小学生を対象とした縦断的実験を平成28年度から、成人を対象とした調査および実験を平成29年度から開始することになっていたが、その順番を入れ替えた。その理由は、成人対象の調査を先行し、成人期、およびその成人の記憶中の幼少期の、色字共感覚保有率等についての基礎データを先にある程度得ることで、実施コストが高い小学生対象の実験を、より精度よく効率的に行えるようになると判断したためである。実際、平成28年度に実施した成人対象の質問紙調査からは、小学生対象の実験実施時に発達過程の特にどの部分に注目すべきかの検討や、小学生の実験結果の予測および解釈に役立つデータが得られた。小学生対象の実験設備の準備は平成28年度中にほぼ完了し、平成29年度から実験を開始できる状態である。また、当初計画以外には、アメリカ、オランダ、スペイン、韓国の研究者とグループを組んで五言語間比較研究を開始し、国際学術誌への論文の投稿に至るという進展があった。この共同研究は、研究代表者が提唱する「色字共感覚の発達段階仮説」の裏付けに繋がるものであり、当初計画との相乗効果によって、本研究課題の目的である当該仮説の検証および理論的拡充が一層進むことが期待できる。以上をまとめると、研究計画の一部の実施順については、当初計画からの変更が生じているが、生産的な変更である。また、国際的共同研究への発展も遂げている。総合的に考えると、本研究課題は現在のところおおむね順調に進展していると判断できる。本研究課題は、文字に色を感じる色字共感覚のメカニズムを、幼少期の文字学習過程に着目することにより明らかにしようとするものである。研究代表者は「色字共感覚における文字と色の対応付け(色字対応)の形成には、発達における文字の学習過程が密接に関わる」という「発達段階仮説」(Asano & Yokosawa, 2013)を提唱しているが、それを直接的に検証し、理論を拡充、発展させることを目的として研究を進めている。具体的には次の二本の柱で構成されている:1.文字学習期にある小学生における色字対応の性質を縦断的に調べ、文字学習との関係を明らかにする。2.非共感覚者成人(特に、色字共感覚者ではないが似た傾向を示す高共感覚傾向者)の色字対応の性質と文字学習過程との関係を検討する。平成29年度は、平成28年度に引き続き、上記1の小学生を対象とした実験の環境の整備を行った。また、これも平成28年度に引き続き、1と2両方を検討する上での基礎的なデータを得るために、共感覚者、非共感覚者を問わない成人に対し、現在および幼少期に自覚的な色字共感覚を持っているか(持っていたか)どうか等を問う質問紙調査を実施した。この調査により、平成28年度までの同様の調査で得られた、日本人成人における色字共感覚者および高共感覚傾向者の存在確率や、色字共感覚の保持率と発達の関係についてのデータの信頼性を高めることができた。
植物個体発生を支える代謝ネットワークの解明

シロイヌナズナのチトクロムP450機能破壊株の1つであるcyp77a4株では、オーキシン関連変異体に似た子葉のパターニング異常が見られ、胚においてのみオーキシン応答性に異常が認められた。またCYP77A4は小胞体に関連する膜に局在した。CYP77A4は脂肪酸のエポキシ化に関与するという既報も考慮し、CYP77A4を介した代謝経路が胚におけるオーキシンの極性輸送に関与し、胚のパターニングを制御することを明らかにした(Kawade, Li et al. Development, 2018)。セリン生合成リン酸化経路の初発酵素PGDHは、シロイヌナズナでは3つの遺伝子AtPGDH1, 2, 3にコードされる。AtPGDH1及び3の酵素活性はセリンによるフィードバック阻害のほか、ホモシステイン等のアミノ酸による活性化を受けることを示した(Okamura & Hirai, Sci. Rep. 2017)。また、ゼニゴケPGDHは1遺伝子よってコードされ、AtPGDH1及び3と同様にアミノ酸による活性制御を受けることを示した(Akashi, Okamuraet al. Front. Plant Sci. 2018)ほか、代表的な陸上植物のPGDHのアミノ酸による活性制御の有無を明らかにした(投稿準備中)。これまでに、化学反応ネットワークの構造から酵素活性の変化に対する代謝物濃度の応答を予測する数理理論を開発した。この理論とメタボロミクスの組合せにより、生体内で過剰なピロリン酸がUDP-グルコースピロホスホリラーゼを阻害することを明らかにした(Ferjani et al. Sci. Rep. 2018)。また、導管細胞の表層微小管の周期パターン形成メカニズムを実験と数理モデルの組み合わせにより解明した。周期パターン形成を実現する数理的条件を求め、必要な分子間相互作用を予測した(Nagashima et al. Sci. Rep. 2018)。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、これまで独立な現象であるかのように別々に研究されてきた「発生」と「代謝」に対して、それらの間に緊密に相互作用しあう制御関係が存在することを示すことを目的とする。メタボロミクス、数理モデリング、分子遺伝学を駆使して植物発生システムの観点から代謝システムをダイナミクスとして理解すると同時に、植物発生ロジックの解明に代謝研究の視点から貢献することを目指す。植物の各器官を器官たらしめる代謝ネットワークを解明し、代謝と発生がいかにリンクして相互に影響し合っているのかを分子レベルで解き明かす。また、当領域の研究基盤支援として細胞種別メタボロミクス技術を開発する。平成25年度は、理研の既存技術であるワイドターゲットメタボローム分析系、キャピラリー電気泳動質量分析機によるイオン性代謝産物の非ターゲットメタボローム分析系を用いて、計画班員との共同研究を複数行なった。また、液体クロマトグラフィ質量分析機を用いた非ターゲットメタボローム分析系を立ち上げるべく、同機器を理研に新規に導入した。分子遺伝学的研究としては、発生を制御する代謝経路の発見を目的として、シロイヌナズナのチトクロムP450機能破壊株を収集し、葉の形や根の長さなどの形態的表現型を定量的に解析した。数理モデリングに関しては、代謝ネットワークの構造を解明するための理論の構築を行った。またオーキシンパターン形成の多様性を説明する数理モデルを構築した。メタボローム解析支援班として、液体クロマトグラフィー質量分析機を理化学研究所に導入し、非ターゲットメタボローム分析系を立ち上げた。これに加え、理化学研究所の既存のメタボローム分析技術であるワイドターゲット分析系、キャピラリー電気泳動質量分析機によるイオン性代謝産物の非ターゲットメタボローム分析系を用いて、計画班員、公募班員との共同研究を多数行なった。また、発生を制御する代謝経路の発見を目的として、シロイヌナズナのチトクロムP450機能破壊株を収集し、葉の形や根の長さなどの形態的表現型を定量的に解析した。野生型と異なる表現型を示した株について再現性を確認中であり、今後は選抜された株のメタボローム解析等を行なう計画である。さらに、化学反応ネットワークの構造だけから、酵素量の摂動に対するシステムの応答を定性的に予測する数理理論を構築した。様々な仮想的ネットワークに対して解析を行った結果、化学反応系の応答はネットワークの形と摂動を与える箇所に依存して大きく変化し、特徴的な振る舞いを示すと分かった。さらに解析を進め、ネットワークの形と摂動応答パターンを結びつける「一般則」を発見し、これらの成果をまとめて論文として出版した。また植物形態形成に重要な役割を持つオーキシンパターン形成の多様性を、一般性の高い数理モデルを用いて解明し、これを論文としてまとめた。分子遺伝学的解析、数理モデリングとも、概ね計画通りに進展しているため。1)胚発生に関わるチトクロムP450の同定と分子機能の解析:発生を制御する代謝経路の発見を目的として、シロイヌナズナのチトクロムP450機能破壊株を収集し、葉の形や根の長さなどの形態的表現型を定量的に解析した。そのうちの1つの破壊株では、実生の主根長が野生型に比べて短く、また低頻度ではあるが子葉のパターニングに異常が認められた。当該遺伝子の発現部位や、同じファミリーに属する既知のチトクロムP450の機能も考慮すると、当該遺伝子は胚発生の過程で、脂肪酸代謝に関与していると推定される。現在、この遺伝子の生理機能と酵素活性について検討している。

2)倍数体植物のメタボローム解析:倍数体の植物ではしばしば代謝物蓄積量が増加しているが、これが倍数化の直接の影響なのか否かは未解明である。そこで東大・塚谷博士と共同で、コルヒチン処理によりシロイヌナズナを4倍体化してメタボローム解析をおこない、倍数化による代謝物蓄積の変化は生物種、生理条件、器官に強く依存することを示した。3)代謝の数理モデリング:化学反応ネットワークの構造から、酵素活性の変化に対する代謝物濃度の応答を予測する数理理論を発展させた。ネットワークの形と代謝物の応答を結びつける一般則を利用して、学芸大・Ferjani博士が進めている、スクロース合成におけるピロリン酸過剰蓄積の効果を解析した。その結果、現在の理解に基づくスクロース合成ネットワークでは、ピロリン酸が過剰蓄積してもスクロース量は減少しないことが明らかとなった。さらに様々なネットワークの改変を解析することで、限られた少数の改変だけが期待されたスクロース濃度の応答を実現できることが分かった。4)ゼニゴケのセリン生合成酵素の解析:代謝と発生を結ぶリンクとも考えられているセリン生合成酵素遺伝子の解析をゼニゴケを用いて開始し、組換えタンパク質の酵素活性を確認した。分子遺伝学的解析、数理モデリングとも、概ね計画通りに進展しているため。シロイヌナズナのチトクロムP450機能破壊株の1つであるcyp77a4株で、オーキシン関連変異体に似た子葉のパターニング異常が見られた。cyp77a4株では、胚においてのみオーキシン応答性に異常が認められた。またCYP77A4は小胞体に関連する膜に局在した。CYP77A4は脂肪酸のエポキシ化に関与するという既報も考慮し、CYP77A4を介した代謝経路が胚における極性の形成に寄与していると結論した(Kawade, Li et al., Development, to be re-submitted)。セリン生合成経路のひとつであるリン酸化経路の初発酵素PGDHは、シロイヌナズナでは3つの遺伝子AtPGDH1, 2, 3にコードされる。我々は、AtPGDH1及び3はセリンによるフィードバック阻害のほか、ホモシステインなど5種のアミノ酸による活性化を受けることを示した(Okamura & Hirai (2017) Sci. Rep.)。また、ゼニゴケでは1遺伝子MpPGDHによってコードされ、そのcDNAは大腸菌PGDH欠損株を相補すること、またMpPGDHはアミノ酸による活性制御を受けないことを明らかにした(投稿中)。化学反応ネットワークの構造から、酵素活性の変化に対する代謝物濃度の応答を予測する数理理論を開発した(Okada & Mochizuki, (2016) Phys. Rev. Lett.)。これを用いて、スクロース合成におけるピロリン酸過剰蓄積の効果を解明した。ラクトース合成経路のメタボローム解析と理論を組み合わせることで、未知の化学反応の存在を予測できた(投稿準備中)。また、導管細胞の表層微小管の周期パターン形成メカニズムを実験と数理モデルの組み合わせにより解明した。