hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生化学反応ネットワークのトポロジベースト制御

分子ロボットの制御における最大の特徴は,生化学反応ネットワークで構成された制御対象を,生化学反応ネットワークに実装されたアルゴリズムで制御しなくてはならない点にある.しかしながら,一般に生化学反応ネットワークのダイナミクスは,「ネットワークトポロジ」と「要素ダイナミクス」(各化学物質の反応係数)の2つで定まるが,前者の情報は比較的容易に(たとえばデータベースから)入手できる反面,後者の情報を得るのは前者と比べてかなり難しい.それゆえ,分子ロボットの制御においては,未知の要素ダイナミクスに対し,ネットワークトポロジの情報だけを用いて制御する枠組み,すなわち「トポロジベースト制御」の設計論が必要となる.そこで,本課題では,分子ロボットの制御基盤として,生化学反応ネットワークのトポロジベースト制御の設計論を確を目指した.本年度得られた成果は以下の通りである.(1)トポロジベースト制御のためには,カクタス構造とよばれるネットワーク構造が鍵となることを発見し,要素ダイナミクスによらず,振動的となる場合(構造的振動性),平衡点を2個有する場合(構造的双安定性)に対し,トポロジー条件をを得た.特に,ネットワーク構造を構成する「単純閉路の個数」,「単純閉路の長さ」,「抑制辺の偶奇性」で特徴づけられることを解明した.(2)カクタス構造を持たないシステムを等価的にカクタス構造に変換できるための条件とアルゴリズムを開発した.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。分子ロボットの制御における最大の特徴は,生化学反応ネットワークで構成された制御対象を,生化学反応ネットワークに実装されたアルゴリズムで制御しなくてはならない点にある.しかしながら,一般に生化学反応ネットワークのダイナミクスは,「ネットワークトポロジ」と「要素ダイナミクス」(各化学物質の反応係数)の2つで定まるが,前者の情報は比較的容易に(たとえばデータベースから)入手できる反面,後者の情報を得るのは前者と比べてかなり難しい.それゆえ,分子ロボットの制御においては,未知の要素ダイナミクスに対し,ネットワークトポロジの情報だけを用いて制御する枠組み,すなわち「トポロジベースト制御」の設計論が必要となる.このような背景のもと,本年度は,構造的単安定性の検討を行い,花形構造を有するシステムの必要十分条件を含む,種々の条件を得た.当初の予定に比べてかなり強い性質を明らかにできているため.また,成果がこの分野の主要雑誌であるIEEE Transactions on Control of Network Systemsに採択された.分子ロボットの制御における最大の特徴は,生化学反応ネットワークで構成された制御対象を,生化学反応ネットワークに実装されたアルゴリズムで制御しなくてはならない点にある.しかしながら,一般に生化学反応ネットワークのダイナミクスは,「ネットワークトポロジ」と「要素ダイナミクス」(各化学物質の反応係数)の2つで定まるが,前者の情報は比較的容易に(たとえばデータベースから)入手できる反面,後者の情報を得るのは前者と比べてかなり難しい.それゆえ,分子ロボットの制御においては,未知の要素ダイナミクスに対し,ネットワークトポロジの情報だけを用いて制御する枠組み,すなわち「トポロジベースト制御」の設計論が必要となる.そこで,本課題では,分子ロボットの制御基盤として,生化学反応ネットワークのトポロジベースト制御の設計論を確を目指した.本年度得られた成果は以下の通りである.(1)トポロジベースト制御のためには,カクタス構造とよばれるネットワーク構造が鍵となることを発見し,要素ダイナミクスによらず,振動的となる場合(構造的振動性),平衡点を2個有する場合(構造的双安定性)に対し,トポロジー条件をを得た.特に,ネットワーク構造を構成する「単純閉路の個数」,「単純閉路の長さ」,「抑制辺の偶奇性」で特徴づけられることを解明した.(2)カクタス構造を持たないシステムを等価的にカクタス構造に変換できるための条件とアルゴリズムを開発した.生化学反応ネットワークの双安定性(アトラクタとして点アトラクタが2つだけ存在するか否か)に焦点をあて,その条件を導出する.また,カクタス構造のグラフトポロジに変換可能なクラスを明らかにする.これらの結果と,前年度までの単安定性(アトラクタとして点アトラクタが1つだけ存在するか否か)と振動性(点アトラクタが存在するか否か)の成果と合わせてトポロジベースト制御の設計論を確立する.また,最終年度として研究の総括を行う.28年度が最終年度であるため、記入しない。
がん細胞の代謝アダプテーション

c-Mycは最も有名ながん原遺伝子産物の一つであり、その異常は発がんにつながる。c-Mycの機能は多彩であり、多くの生体内システムに広汎に影響を及ぼす。特に代謝系の酵素群はc-Mycによって著しい変化を示すものが多く、c-Mycは代謝系を「静止型」から「増殖型」にスイッチさせるためのマスター分子として振る舞うことが知られている。われわれは足場非依存的増殖能を獲得してがん悪性進化を起こす細胞モデルを構築し、全ての代謝系酵素をわれわれが開発した次世代プロテオミクス「iMPAQTシステム」によって定量することによって、がん悪性進展時にどのような変化が生じているかを検討した。がん悪性進展時にはc-Mycの発現量が上昇し、それによってグルコース代謝、グルタミン代謝、核酸合成経路等が大規模にリモデリングされていた。グルコース代謝においてはHK2、PFKM、LDHB等の酵素量が増加し、ワールブルグ効果を引き起こすことが判明した。一方グルタミンの運命決定を司る酵素であるGLS1(グルタミノリシスへ向かう酵素)が減少すると共に、PPAT(プリン合成経路へ向かう酵素)が増加し、PPAT/GLS1比が増加することが判明した。代謝ラベリング解析によって、グルタミンの運命はTCA回路から核酸合成経路へと大きくシフトしており、これはPPAT/GLS1比の上昇と一致した。人工的にPPAT/GLS1比を上昇させると足場非依存的増殖能が高まり、逆にPPAT/GLS1比を低下させるとがん悪性化が阻害されることが明らかとなった。またヒトがんのメタ解析によって、PPATを含む核酸合成経路の酵素群が多くのがんにおいて予後に強く相関することが判明した。これらの結果から、c-Mycによって生じたがん代謝ネットワークの全体的な変化は、がんの悪性進展にとって重要であることが判明した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。がんにおいて代謝状態が大きく変動していることは約90年前から知られた事実であるが、その変動の意義については不明の点が多い。われわれは全てのタンパク質の絶対量を大規模に解析できる次世代型プロテオミクス技術であるiMPAQT法を開発した(特許取得済)。本研究においては、iMPAQT法を用いて代謝酵素を網羅的に計測すると共に、馬場らとの共同研究によるメタボロミクス解析を同時に行って、がんにおける代謝状態の全体像の描出を行った。具体的には、がんにおける大規模な代謝リモデリングを研究するために、まずin vitroで正常状態と発がん状態を比較するための細胞株作製を行った。ヒト由来正常細胞株であるTIG-3(肺由来線維芽細胞)にhTert、SV40 ER、c-Myc(または活性化変異Ras、Akt1)をレトロウイルスベクターで導入し、トランスフォームさせたTSM(またはTSR、TSA)株を作出した。これらの細胞における全代謝酵素測定をiMPAQTシステムによって施行し、がんにおける大規模な代謝変動を捉えることに成功した。特にグルコースからの炭素代謝やグルタミンからの窒素代謝が大きく変動しており、そのキー酵素を同定することができた。代謝酵素の変動をタンパク質レベルで直接かつ網羅的に測定できる次世代プロテオミクスであるiMPAQTシステムは、正確性・網羅性・効率性に優れ、がんだけでなく多くの疾患における代謝状態の変化を捉える非常に有用なシステムであり、そのネットワーク解析から得られた知見は、既存の大規模がんデータと非常に合致するものであった。また、そのネットワーク解析から浮かび上がってきたがん代謝のキー酵素は、既に抗がん剤標的として阻害剤開発が開始されている。

代謝酵素の変動をタンパク質レベルで直接かつ網羅的に測定できる次世代プロテオミクスであるiMPAQTシステムは、正確性・網羅性・効率性に優れ、がんだけでなく多くの疾患における代謝状態の変化を捉える非常に有用なシステムであり、そのネットワーク解析から得られた知見は、既存の大規模がんデータと非常に合致するものであった。また、そのネットワーク解析から浮かび上がってきたがん代謝のキー酵素は、AMEDの支援によって、既に抗がん剤標的として阻害剤開発が開始されている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。特別推進研究採択により平成30年度途中で当該課題は中止したため、今後の研究計画、方法等については記入しない。
植物における、最適な花・胚珠生産戦略:新統一理論の提唱とその検証

どのような大きさの花をいくつ作るのか、それぞれの花に胚珠をいくつ用意するのか(花・胚珠の生産戦略)。この戦略は、虫媒花において非常に多様に分化している。本研究では、余剰花の適応的意義・花の大きさと数のトレードオフ・訪花昆虫の誘引を統合し、最適な花・胚珠生産戦略を理論的に解析した。そして、その予測の検証実験も行った。被子植物の種子には以下の3タイプがある。1)有胚乳種子。2)無胚乳種子:胚(子葉)が、母体から直接資源を吸収するようになる。3)無胚乳種子:種子完成時には、胚による吸収のために胚乳は消失している。なぜ、このような3タイプが進化したのか。本研究では、資源吸収における雌雄の対立が3タイプの進化をもたらしたという仮説を提唱する。多くの被子植物では、胚乳のゲノム比は雌親由来:雄親由来=2:1である。そのため資源吸収において、雌親の要求が通りやすい状況にある。一方、胚のゲノム比は雌親由来:雄親由来=1:1である。したがって、胚による直接吸収が行われれば、雄親の要求がより通りやすくなりうる。そのため、胚による直接吸収が起きるかどうかに関して、雌雄の対立が生じうる。ゲーム理論を用いて、上記の仮説が働くかどうかを調べた。受精胚珠の胚乳は、母体からの資源吸収を開始する。つづいて、胚による、胚乳からの資源吸収が起こりうる。種子成熟前に胚乳が完全に吸収された場合は、胚による母体からの直接吸収が起こる。こうした吸収速度には、雌雄由来の遺伝子がそのゲノム比に応じて影響する。胚乳による母体からの吸収・胚による胚乳からの吸収・胚による母体からの直接吸収のそれぞれには、過吸収成長による死亡コストが伴う。種子発芽にかかる時間が短くなるため、胚乳よりも胚に資源を貯蔵しておく方が有利であるとも仮定する。解析の結果、以下のことがわかった。有胚乳種子は、胚による胚乳からの吸収および胚による母体からの直接吸収の死亡コストが高い場合に進化する。上記2)の無胚乳種子は、胚による母体からの直接吸収の死亡コストが低い場合に進化しうる。これら以外の場合は上記3)の無胚乳種子が進化しうる。二親性の胚乳(雄雌由来のゲノムを持つ)は、被子植物を特徴づける形質である。その進化的起源の有力仮説に余剰胚仮説がある。通常卵と余剰卵が形成され、両者が共に受精する(重複受精)。そして、余剰胚(余剰卵由来)が、通常胚(通常卵由来)の成長を助けるようになったという仮説だ。この戦略が有利なのは、以下が、祖先的状態とされるためである。・一つの雌性配偶体の中に複数の通常卵(余剰卵ではなく)が形成される。・その内の一つのみが生存する。・複数の花粉親が、同じ雌性配偶体内の通常卵を受精させる。雄親間競争があるので、その雄親が受精させた通常胚の生存率を高める戦略が有利となる。しかし実は、この戦略は雄親にとって有利でしかない。同じ雌性配偶体内の通常卵は遺伝的に同一なので、雌親にとっては、どの通常卵が生存しても構わないからである。にもかかわらず、なぜ、「通常卵と余剰卵を形成する」という「雌形質」が進化したのか。本研究では、この雌形質を発現する遺伝子が広がるかどうかを理論的に解析した。その結果、「一花粉が精子を二つ作る(重複受精可となる)」という雄形質を発現する遺伝子にヒッチハイクして、広がることがわかった。これにより、花・胚珠生産の多様性の進化要因の理解が大きく進むと期待できた。主な研究成果は以下の通りである。1)花・胚珠・種子生産は、資源投資のトレードオフの制約を受ける。2)花粉親が異なると、受精胚珠の遺伝的質は異なりうる3)受精失敗・食害・親による中絶があるため、胚珠の一部だけが種子へと発達する。4)上記の仮定の下で、次世代として発芽定着する種子の総数が最大となる、花・胚珠生産および中絶戦略を求めた。同時に、以下の解明を目的とした、DNA解析を行った。1)花序内の花間で、自殖率が異なるのか。そのため、花レベルでの自殖率を推定した。2)集団間での分化的歴史を推定した。そして、花形質・花序形質の進化の形質復元を行った。そのため、集団間で系統樹を作成した。
タブレット端末を活用した映像ワークショップによるキャリア教育実践に関する研究

中学校では、キャリア教育の一環として「職場体験学習」が実施され、近隣の事業所等に生徒を受け入れてもらっている。生徒は学校を離れて大人の世界に入り、実際の仕事を体験することができる。職場体験学習は、それぞれの仕事について知るだけでなく、コミュニケーション能力、粘り強さ、課題発見・課題解決能力、変化への対応力、協調性、段取りを組んで取り組む力などを身につけたり、労働者としての権利・義務、勤労観、職業観、倫理観など、キャリア全般について考えたりする機会にもなっている。この「職場体験学習」に関連して、それぞれの事業所に対して「社会人へのインタビュー」を実施し、動画資料を作成することによって、社会人と交流しながらキャリア意識を育てること、およびそのための各種の調査を実施し、ノウハウを確立することが本研究の主題である。本研究に先立って、中学生と大学生が協力して社会人にインタビューし、キャリアに関する映像作品を制作することを通じて、キャリアに関する考えを深める予備的実践研究を参加希望生徒のみを対象として行った。本研究では、さらに対象生徒を学年全体に広げて、上記の方法が有効であることを実証するための実践に取り組んだ。研究の本来の対象者は中学校2年生であったが、研究者が配属された学年が1学年であったため、まず1学年の生徒を対象に、インタビューの方法や動画の編集の方法について学習し、実際に効率的に動画資料を作成するためのノウハウも確立した。その後、2年生の職場体験学習に関連した実践を計画していたが、担当学年が異なることから十分な実践には至らず、次年度以降の実践において検証することとした。
屈折コントラスト・トモシンセシス再構成アルゴリズムの開発と評価

軟部組織を撮像するための新しい屈折トモシンセシス撮像方式を提案した.本方式は,ラウエ結晶を用いるために,屈折と吸収の情報を分離するためのデータ取得は1回の計測で行える.このため,従来のDEI(Diffraction Enhanced Imaging)法と比較して,1/2の被曝量で計測可能である.さらに,得られた角度偏差からトモシンセシス画像を得るための再構成アルゴリズムを開発した.本アルゴリズムは,得られた角度偏差からなる投影に対して簡単な関数をコンボルーションしてバックプロジェクションを行うだけの非常に簡単なものであるため,高速に処理が可能である.提案方法の有効性を実証するために,高エネルギー加速器研究機構のPFBL14-Cに撮像システムを構築し,生体サンプルの撮像を行った.投影数は約1/10にも関わらず,形態描画に限ればCT画像と同程度の描出能があることが示された.軟部組織を撮像するための新しい屈折トモシンセシス撮像方式を提案した.本方式は,ラウエ結晶を用いるために,屈折と吸収の情報を分離するためのデータ取得は1回の計測で行える.このため,従来のDEI(Diffraction Enhanced Imaging)法と比較して,1/2の被曝量で計測可能である.さらに,得られた角度偏差からトモシンセシス画像を得るための再構成アルゴリズムを開発した.本アルゴリズムは,得られた角度偏差からなる投影に対して簡単な関数をコンボルーションしてバックプロジェクションを行うだけの非常に簡単なものであるため,高速に処理が可能である.提案方法の有効性を実証するために,高エネルギー加速器研究機構のPFBL14-Cに撮像システムを構築し,生体サンプルの撮像を行った.投影数は約1/10にも関わらず,形態描画に限ればCT画像と同程度の描出能があることが示された.投影数がCTの数10から数100分の1に限定されるトモシンセシスを,画像形成論的な観点から見ると, CTに比べさらに著しい悪条件下での再構成を強いられることを意味する.したがって,有効に情報を取得するための撮像方式の検討,およびアーチファクトを極力低減し,また欠落情報を補うような情報処理の考案が必要不可欠となる.以上から,本申請に係る研究課題では,軟部組織などにも高感度で,低被曝量で3次元情報を復元できる屈折コントラスト・トモシンセシスにおける再構成アルゴルズムの新たな開発とその撮像性能の評価に取り組む.本年度の目標は, (1)測定過程の数学的モデルの構築, (2)再構成アルゴリズムの導出, (3)シミュレーションデータの作成であった. (1)に関して, X線の被写体内の伝播のようすを数学的に記述することで,測定過程の数学的モデルを構築した.本モデルは幾何光学的屈折理論に基づいた考察がより導出された. (2)に関しては,光源として放射光X線を用いる際に,もっともふさわしい撮像系である平行ビームによる投影取得方式において, Shift-and-add法とBackprojection法が同じ再構成処理手順になることを示した. (3)に関しては,再構成アルゴリズムの有効性を示すために,シミュレーションデータを作成した.さらに,効率的にデータ処理を行うためGUIを有する再構成用ソフトウェアを開発した.これにより,従来に比べ格段に効率的にデータ処理を行うことが可能になった.投影数がCTの数10から数100分の1に限定されるトモシンセシスを,画像形成論的な観点から見ると,CTに比べさらに著しい悪条件下での再構成を強いられることを意味する.したがって,有効に情報を取得するための撮像方式の検討,およびアーチファクトを極力低減し,また欠落情報を補うような情報処理の考案が必要不可欠となる.以上から,本申請に係る研究課題では,軟部組織などにも高感度で,低被曝量で3次元情報を復元できる屈折コントラスト・トモシンセシスにおける再構成アルゴルズムの新たな開発とその撮像性能の評価に取り組む.本年度の目標は,(1)再構成アルゴリズムの高精度化,(2)実験データへの適用,(3)医学応用への可能性であった.(1)に関して,これまでの再構成に比ベスムースな画像を得られる方法を開発できた.(2)に関しては,KEK(高エネルギー加速器研究機構)での実験データに適用し有効性を確かめた.(3)に関しては,乳がんサンプルに適用した.画像の病理学的な解析についてはこれから実施する予定である.投影数がCTの数10から数100分の1に限定されるトモシンセシスを,画像形成論的な観点から見ると,CTに比べさらに著しい悪条件下での再構成を強いられることを意味する.したがって,有効に情報を取得するための撮像方式の検討,およびアーチファクトを極力低減し,また欠落情報を補うような情報処理の考案が必要不可欠となる.以上から,本申請に係る研究課題では,軟部組織などにも高感度で,低被曝量で3次元情報を復元できる屈折コントラスト・トモシンセシスにおける再構成アルゴルズムの新たな開発とその撮像性能の評価に取り組む.本年度は,Si単結晶の薄板(厚さ:約1mm)を用いたLaue型アナライザーを用いて,屈折情報を取得することに成功した.これを用いて,従来に比べ1/2の放射線被曝で撮像可能な屈折撮像方法を開発した.さらに,この撮像方法で得られる投影に対して,トモシンセシスを実行する際に有効なコンボルーション法に基づく再構成方法を考案した.

本方法は,取得された角度偏差の投影に対して,コンボルーションを行い,逆投影を施すことにより再構成を行う.高エネルギー加速器研究機構において,放射光X線を用いた生体資料の撮像実験を行った(入射エネルギー37keV,投影数91).得られた屈折トモシンセシス画像は,CTの約1/10の投影数で,CT像と遜色ない画質を有することを示した.これにより,本研究の当初の目標を達成することができた.現在,研究成果について論文を執筆中である.
ヒトレトロウイルス感染症の新しい疾患モデル動物の開発と解析に関する研究

HTLV-IやHIV-1などヒトレトロウイルスの感染から疾患発症に至るウイルスと宿主の相互作用の解明を目指し、ラットをモデルとして以下の成果を得た。1.HTLV-I関連脊髄症発症系ラットの脊髄では、感染後、ウイルスに防御的に働くINF-γ発現が増強せず、その結果ウイルス遺伝子の発現増強を許し、一連のアポトーシス関連遺伝子の発現変化を招き、脊髄症が発症する可能性を示した。2.自己免疫疾患発症HTLV-I env-pX遺伝子導入ラットでは疾患発症前からCD4CD25陽性免疫抑制性T細胞に機能障害があり、免疫抑制に関与するCTLA-4、GITR、Foxp3、SOCS発現が半減していた。また、本ラットに認める関節炎の発症には導入遺伝子をもつリンパ球が深く関与するものの、炎症の持続には導入遺伝子の作用によりIL-6を高産生する滑膜細胞側の要因がより重要であることを示した。3.良性胸腺腫発生lck-pXラットの発症前胸腺を正常ラット腎被膜下に移植すると、悪性胸腺腫が発生することを見出した。この悪性胸腺腫では良性で高発現のp16やARFなど細胞周期を負に制御する遺伝子の発現がなく、この形質転換が悪性化に関与していると考えられた。4.HIV-1受容体であるヒトCD4、CCR5/CXCR4およびHIV-1発現に関与するヒトcyclin T1やC2TAを発現するラット細胞様を樹立し、HIV-1感染早期での宿主遺伝子の発現を検討した。その結果、ヒトCD4およびCCR5/CXCR4のみでHIV-1がプロウイルス化すること、C2TAよりもcyclin T1がHIV-1感染による宿主遺伝子の発現変化に深く関わっている可能性の高いことを明らかにした。また、これら4種類のヒト遺伝子を種々の組み合わせで発現する遺伝子導入ラットの作製を行った。HTLV-IやHIV-1などヒトレトロウイルスの感染から疾患発症に至るウイルス宿主間の相互作用の解明を目指し、ラットをモデルに本年度は以下の成果を得た。a)自己免疫疾患発症HTLV-I env-pX遺伝子導入ラット(env-pX Tg)について、CD4CD25陽性免疫抑制性T細胞を検討し、env-pX Tgではその免疫抑制能を失っていること、免疫抑制に関与すると考えられるCTLA-4、GITRさらにFox p3遺伝子発現が半減していることを明らかにした。一方、env-pX Tgの関節炎を正常ラットとの種々の細胞移入実験により検証し、関節炎の発症にはenv-pX Tgのリンパが深く関与するものの、炎症の持続にはenv-pX TgのIL-6高産生する滑膜細胞側の要因がより重要であることを明らかにした。b)良性胸腺腫発生lck-pX Tgの発症前胸腺を正常ラット腎被膜下に移植すると、in vivoで悪性形質を有した胸腺腫が発生することを見出した。この悪性胸腺碑腫では良性で高発現のp16やARFなど細胞周期を負に制御する遺伝子の発現が欠如しており、この形質転換が悪性化に関与していると考えられた。c)HIV-1受容体であるヒトCD4、CCR5/CXCR4およびHIV-1発現に関与するヒトCyclinT1やCIITAを発現するラット細胞株を樹立し、HIV-1感染早期での宿主遺伝子の発現を感染ヒトT細胞と比較した。その結果、ヒトCD4およびCCR5/CXCR4のみでHIV-1がプロウイルス化すること、感染早期ではヒト、ラットを問わず発現減少を示す遺伝子が多いこと、ヒトCIITAよりもCyclinT1がHIV-1感染による宿主遺伝子の発現変化に深く関わっている可能性の高いことを明らかにした。

また、これら4種類のヒト遺伝子を発現する遺伝子導入ラットの作製を行った。HTLV-1やHIV-1などヒトレトロウイルスの感染から疾患発症に至るウイルス・宿主間相互作用の解明を目指し、ラットをモデルとして本年度は以下の成果を得た。a)HTLV-1感染脊髄症発症系と非発症系ラット脊髄での感染後の宿主遺伝子発現を比較し、ウイルス増殖に防御的に働くINF-γ遺伝子発現が発症系脊髄ではHTLV-I感染に対して発現増強せず、その結果プロウイルスの増殖や発現増強を許し、一連のアポトーシス関連遺伝子の発現変化を招き、脊髄症が発症する可能性を示した。b)膠原病発症HTLV-I env-pX遺伝子導入ラット(env-pX Tg)について、本ラットのCD4CD25陽性免疫制御T細胞では免疫抑制能に関わるGITRやその上流のFox p3発現の半減およびサイトカインや細胞増殖シグナルを制御するSOCSの発現低下を認めた。したがって、HTLV-Iは免疫活性化のみならず、免疫制御機構にも直接影響して本ラットに膠原病の発症を誘導すると考えられた。c)F344系由来の胸腺腫発生lck-pX TgとWistar系ラットのF1では、雄に高度な胸腺萎縮と種々の炎症性疾患の発症を確認した。すなわち、HTLV-I pX遺伝子はその宿主の遺伝的背景と深く関わって、発症する疾患を規定している可能性が示唆された。d)HIV-1受容体ヒトCD4、CCR5/CXCR4やHIV-1発現に関与するヒトCyclin T1/CIITAを発現するラット細胞株にHIV-1を感染させるとHIV-1は完全長でプロウイルス化するが、ウイルスの発現はほとんど見ない。この細胞はヒトT細胞や単球系細胞との細胞融合によりウイルスを発現することから、HV-1発現には上記4種類の分子以外にも新規因子が必要と考えられた。
高強度偏極陽電子ビーム生成のための高効率モデレーターの開発

住友重機械工業株式会社との共同研究で構築してきた小型陽子サイクロトロンを利用した低速偏極陽電子ビームライン(愛媛県東予市)で実験を行った。この装置はエネルギー18MeVの陽子をアルミニウム標的に照射して、短寿命放射性同位元素27Si(半減期4.1秒)を連続的に生成し、そのβ+崩壊により生成した陽電子を利用するものである。この陽電子は最大3.85MeVの連続的エネルギー分布を持つが、本研究テーマで開発されたタングステン薄膜を用いたモデレーター(減速材)を利用することにより、1eV程度の単色な低速陽電子ビームをつくることができる。25μmの厚さのタングステン膜を真空中で1800度に熱して、清浄化を行い、短寿命放射核の前方に置くことにより、透過型モデレーターとして使用した。実験の結果、モデレーターの変換効率はおよそ1/10000であり、毎秒5×10^5の強度の偏極陽電子ビームを得ることができた。このビームラインと高効率モデレーターを用いた陽電子ビームの偏極度測定実験を行い。その結果は、Applied Surface Science誌に投稿されて、受理された。
社会科領域における感性の相互補完による，理解深化プロセスのプロトコル分析

本研究の目的は,子どもの社会的な見方や考え方が深まる授業を開発するために,協調学習における理解深化プロセスを明らかにすることである。一般に理解深化は,学習後の事実関係知識の形成と価値関係的知識の形成によって明らかにすることができる。しかしながら,学習過程において学習課題を各自がどのように切り分け変換しているかについて不明な点が多く,その実証的な検証は意義があるものである。そこで本研究では,ブルーム(1973)による社会科学力の分析と山住(1998)による思考の異種性の分析をもとに問題切り分けモデルを仮説的に設定し,実証的に発展させることを試みた。具体的には以下の通りである。1.思考の異種性と社会科授業における構成主義アプローチ,対話的解決過程を解明すべく,関係書籍を精読して問題切り分けモデルの検討を行った。2.児童の学習の様子やノートに見られる話し言葉,書き言葉のプロトコル分析を行い,問題切り分けモデルの検証を行った。検討,検証の結果,問題の切り分けには,言語,数,絵の記号的要素を個性的に使用すること,理解深化の媒介として経験的知識の使用も重要な役割を担っていることが明らかになった。その成果については,大阪教育大学紀要第V部門教科教育第63巻第2号に発表した。また以上の研究成果を,平成27年6月,「活動理論学会」にて成果を報告するとともに, 27年度中に「活動理論学会」に論文発表する予定である。
実在気体中の衝撃波に関する数理・数値手法を融合した解析

実在気体中の波動現象について理論・数値解析を行い、主に以下の成果を得た。(1)多原子分子気体中の超音波および衝撃波を「拡張された熱力学(ET)」理論に基づいて解析し、従来の理論の適用可能範囲を超える強非平衡現象の説明に成功した。特に、(2)多原子分子希薄気体中の衝撃波構造を統一的に解析できる方法を初めて提案した。(3)多原子分子気体に対するET理論自体についても研究を行い、進展させた。本研究の目的は、実在気体中の衝撃波現象を数理・数値的に解析し、その性質を明らかにすることにある。前年度の研究から、「拡張された熱力学(ET)」理論が本研究の解析に有用であることが分かった。本年度は、このET理論を基礎にして、実在気体中を伝播する各種の波動や、多原子分子気体の性質の解析を行った。具体的には、以下の成果を得た。・線型波動(超音波)の解析:ET理論に基づく分散関係を前年度に導出した。この関係を用いて、超音波の伝播速度と減衰係数を求めた。分子の回転自由度のみが重要となる低温領域から、回転自由度に加えて振動自由度が重要となる高温領域に至るまで、希薄な水素気体中を伝播する超音波の実験結果を説明することに成功した。超音波に対する核異性体効果についても明らかにした。・衝撃波構造の解析:ET理論を用いて、多原子分子希薄気体中を伝播する垂直衝撃波の衝撃波構造(衝撃波面内部の強い非平衡状態における物理量の空間分布)を解析した。解析には、前年度に独自に作成した数値解析プログラムを用いた。マッハ数が1から増加するにつれて、衝撃波構造が変化することが知られていたが、この変化を統一的に説明することに成功した。この理論予測は二酸化炭素気体中の衝撃波構造の実験データとよく一致している。ET理論の観点から、従来のBethe-Teller理論の批判的検討も行った。・多原子分子希薄気体に対するET理論の単原子分子極限の解析:最近提案した、多原子分子希薄気体に対するET理論は、動圧が存在しない単原子分子希薄気体に対するET理論を特別な場合として含むことを示し、理論的問題点を克服した。本年度を3年に渡る研究の基礎づくりの年度と位置付け、以下の研究を行った。・解析の基礎となるバランス方程式の導出:従来の非平衡熱力学理論では解析できない、強い非平衡現象を解析するために提案された、「拡張された熱力学」と呼ばれる理論がある。最近、多原子分子希薄気体や濃密気体にまでその適用可能範囲を広げる試みに成功した。これを用いて、解析の基礎となるバランス方程式の導出を行った。得られた関係式は、よく知られているMeixner理論の拡張になっていることを示した。・線型波動の解析:理論の妥当性・有用性を確かめるため、線型波動の解析を行った。分散関係を導出し、超音波の伝播速度と減衰係数を求めた。縦波の場合、従来のNavier-Stokes-Fourier理論では説明できない高振動数領域まで、水素気体中の超音波の実験結果を説明することに成功した。また、気体中の横波の可能性についても議論を行った。・衝撃波構造の解析:線型波動の解析を通して理論の有用性が確かめられたので、衝撃波構造の解析に着手した。衝撃波は典型的な非線型波動であり、その解析には数値手法が重要になる。その数値解析プログラムの開発を行った。二酸化炭素中の衝撃波構造に関して実験結果との比較を行ったところ、一致は良好である。この結果は、本研究の手法が二原子分子気体に限らず一般的な多原子分子気体に対して有効だということを示唆している。・相転移をともなう衝撃波の解析:最近発見された、新奇な衝撃波現象(compressive upper shock)についてさらなる解析を行った。この衝撃波は、マッハ数が増加するにも関わらず密度が減少するという全く新しい圧縮衝撃波である。この現象の詳細な分類を行い、その性質を明らかにした。前年度までの研究によって、多原子分子気体に対する「拡張された熱力学(ET)」理論の有用性は明白になった。本年度は、このET理論をさらに発展させるとともに、ET理論に基づく衝撃波現象の解析を行い、その性質を詳細に調べた。[最終年度に実施した研究の成果](i)ET理論に基づき、希薄な水素気体中の衝撃波構造の解析を行った。衝撃波構造に対する水素気体の同位体効果を定量的に明らかにした。(ii)Meixnerの緩和現象に対する非平衡熱力学理論とET理論の間に成立する厳密な対応関係を導出した。この対応関係を用いて衝撃波構造の解析を行い、非平衡温度の定義によって温度分布が定性的にも異なりうることを明らかにした。(iii)

強い非平衡現象にも適用可能な、非線型構成式を持つET理論の構築に初めて成功した。従来、線型構成式の範囲でしか理論構築ができておらず、この成功は大きな進展だと言える。この理論は今後の衝撃波現象の解析の基礎になると期待される。[研究期間全体を通じて実施した研究の成果](I)多原子分子気体中の線型・非線型波動をET理論に基づいて解析し、ET理論に基づくアプローチは従来のアプローチの問題点を克服できることを示した。特に、(II)多原子分子希薄気体中の衝撃波構造を統一的に解析する方法を初めて提案した。(III)以上の解析を精度よく行う数値解析プログラムの開発にも成功した。(IV)非線型構成式の導出法や、単原子分子極限の解析など、多原子分子気体に対するET理論自体の研究も進めることができた。以上の成果は、気体力学、物性科学など、多くの分野にわたる幅広い研究の基盤となると期待している。工学本年度は、研究が順調に進展した。以下の点が研究の遂行に対して重要な役割を果たしている。・「拡張された熱力学(ET)」理論:最近提案した、多原子分子希薄気体および濃密気体に対するET理論の従来の理論に対する優位性が示された。この理論を用いることにより、従来の理論の問題点も明確になっており、多くの未解決な課題の解決に向けて、活発に研究を進めることができている。・数値解析プログラム:前年度に独自に作成した数値解析プログラムを用いることで、衝撃波構造などの数値解を精度よく求めることができており、数値解析上の困難を感じることなく研究を進めることができている。本年度は、研究が順調に進展した。理論・数値解析から得られた結果を実験結果と比較したところ、その一致は極めて良好であり、従来の研究に対する優位性が明確になってきている。・「拡張された熱力学」理論:当初予想していた以上に、この理論によって新たに解析できるようになる非平衡現象が多いことが明らかになった。例えば、この理論を用いることにより、従来の理論では求めることが困難だった、体積粘性率を正確に見積もることにも成功し、気体物性の理論にも貢献ができた。・数理的な観点からの解析:衝撃波構造の解析に際し、衝撃波の伝播速度が最大の特性速度よりも大きい場合には、滑らかな衝撃波構造は存在できなくなり、不連続面(いわゆるsub-shock)が生じることが厳密に証明されている。この不連続面に対するランキンーユゴニオ関係を求めることにより、衝撃波構造の詳細な性質が分かると同時に数値解析プログラムの妥当性も異なる観点から検討することが可能となった。・数値解析プログラム:本研究では、双曲型のバランス方程式系を精度よく数値積分する必要がある。衝撃波構造の解析では、sub-shockが生じる場合、滑らかな衝撃波構造と不連続面が混在し、計算が不安定になりやすいので、計算途中で破綻しない数値解析法を用いることが必須となる。本研究において、このような数値解析プログラムをすでに構築することができたので、このプログラムを基礎にして研究を進めることができると期待される。前年度および本年度において、順調に解析結果が積み上げられてきており、関連研究者の注目も集めている。
側坐核のドパミン神経刺激による下行性鎮痛系の増強を応用した新しい全身麻酔法の開発

本研究の目的は、研究代表者らのこれまでの研究結果から推測された、全身麻酔薬などの薬物により引き起こされる全身麻酔下では下行性鎮痛系が抑制されるのか、また、その抑制がどのような機序で生じているのか、さらに、これまで臨床で一般的に使用されてきたフェンタニルといった副作用の強いオピオイドを用いない下行性鎮痛系の増強機序を解明し、その機序の応用によって鎮痛・不動化作用を生じさせる、全く新しい全身麻酔法を開発することにある。本研究により、神経科学研究のツールであるマイクロダイアリシス法などを用いて既存の全身麻酔薬が下行性鎮痛系を抑制することを示せれば、手術時の鎮痛・不動化を得るために、臨床上、より高用量の麻薬性鎮痛薬が使用されていることを明確にできる。さらに、下行性鎮痛系を線条体からのドパミン神経が促進することから選択的ドパミン受容体作動薬の活用により痛覚抑制系を増強する、全く新しい全身麻酔法が確立できれば、呼吸・循環抑制といった重篤な副作用のある麻薬性鎮痛薬を使用しなくてもよくなるかも知れない。初年度の研究では、痛み刺激としてマウスの足蹠にホルマリン皮下注射を行うホルマリンテストを行い、選択的ドパミン取り込み阻害薬のGBR-12909とドパミン・ノルアドレナリン取り込み阻害薬であるメタンフェタミンの鎮痛作用を確認した。また、マイクロダイアリシス法を用いて、これらの薬物の線条体ドパミン遊離促進作用を明らかにした。オプトジェネティクス実験については、ヒトsynapsinプロモーターの下流にChR2-GFP融合タンパク質をクローニングさせた1型アデノ随伴ウィルスベクターを準備するに至らなかった。当初の予定では、初年度の研究で、神経生化学的手法とオプトジェネティクス(光遺伝学)の遺伝子工学技術を用いて、下行性鎮痛系の重要な経路である吻側延髄腹内側部(RVM)にある神経終末からのエンケファリン遊離について、1)RVM組織スライスからのエンケファリン遊離を全身麻酔薬が抑制し、ドパミンD1-D5受容体作動薬が促進するか(in vitroスライス実験)、2)侵害刺激により誘発されたRVMにある神経終末からのエンケファリン遊離を全身麻酔薬が抑制し、ドパミンD1-D5受容体作動薬が促進するか(in vivoマイクロダイアリシス法)、3)側坐核のニューロンにチャネルロドプシン2(ChR2)を発現させた後、これを光刺激して神経興奮させることによりRVMにある神経終末からエンケファリン遊離が促進されるか、また、この促進が全身麻酔薬により抑制されるか(オプトジェネティクス・マイクロダイアリシス実験)、明らかにする予定であった。しかし、まず、エンケファリン測定が困難であったことから、これをβ-エンドルフィンに変えたこと、測定部位をRVMから中脳水道周囲灰白質(PAG)に変更したこと、ChR2-GFP融合タンパク質をクローニングさせた1型アデノ随伴ウィルスベクターの作製にはかなりの金額が必要で今回の予算では足りなかったこと、などにより今のところ実験の進捗が遅れている。本年度は、痛み刺激としてマウスの足蹠にホルマリン皮下注射を行うホルマリンテストを行い、選択的ドパミン取り込み阻害薬のGBR-12909とドパミン・ノルアドレナリン取り込み阻害薬であるメタンフェタミンの鎮痛作用を確認した。オプトジェネティクス実験については、ヒトsynapsinプロモーターの下流にChR2-GFP融合タンパク質をクローニングさせた1型アデノ随伴ウィルスベクターの作製にかなりの金額が必要で今回の予算では足りなかったことから実施できなかった。次年度以降は、エンケファリンをβ-エンドルフィン測定に、測定部位を吻側延髄腹内側部(RVM)から中脳水道周囲灰白質(PAG)に変更し、予定していた研究計画を遂行していく予定である。

当初の予定では、初年度の研究で、神経生化学的手法とオプトジェネティクス(光遺伝学)の遺伝子工学技術を用いて、下行性鎮痛系の重要な経路である吻側延髄腹内側部(RVM)にある神経終末からのエンケファリン遊離について、1)RVM組織スライスからのエンケファリン遊離を全身麻酔薬が抑制し、ドパミンD1-D5受容体作動薬が促進するか(in vitroスライス実験)、2)侵害刺激により誘発されたRVMにある神経終末からのエンケファリン遊離を全身麻酔薬が抑制し、ドパミンD1-D5受容体作動薬が促進するか(in vivoマイクロダイアリシス法)、3)側坐核のニューロンにチャネルロドプシン2(ChR2)を発現させた後、これを光刺激して神経興奮させることによりRVMにある神経終末からエンケファリン遊離が促進されるか、また、この促進が全身麻酔薬により抑制されるか(オプトジェネティクス・マイクロダイアリシス実験)、明らかにする予定であった。しかし、まず、エンケファリン測定が困難であったことから、これをβ-エンドルフィンに変えたこと、測定部位をRVMから中脳水道周囲灰白質(PAG)に変更したこと、ChR2-GFP融合タンパク質をクローニングさせた1型アデノ随伴ウィルスベクターの作製にはかなりの金額が必要で今回の予算では足りなかったこと、などにより今のところ実験の進捗が遅れている。本年度は、痛み刺激としてマウスの足蹠にホルマリン皮下注射を行うホルマリンテストを行い、選択的ドパミン取り込み阻害薬のGBR-12909とドパミン・ノルアドレナリン取り込み阻害薬であるメタンフェタミンの鎮痛作用を確認した。また、マイクロダイアリシス法を用いて、これらの薬物の線条体ドパミン遊離促進作用を明らかにした。オプトジェネティクス実験については、ヒトsynapsinプロモーターの下流にChR2-GFP融合タンパク質をクローニングさせた1型アデノ随伴ウィルスベクターの作製にかなりの金額が必要で今回の予算では足りなかったことから実施できなかった。次年度以降は、エンケファリンをβ-エンドルフィン測定に、測定部位を吻側延髄腹内側部(RVM)から中脳水道周囲灰白質(PAG)に変更し、予定していた研究計画を遂行していく予定である。
確率的アルゴリズムに対応する連続時間確率過程の研究

本研究では、統計学や最適化の分野で現れる各種の確率的アルゴリズムに対し、これを連続時間確率過程の差分化とみなすことにより、普遍的な構造を見出すことを目的とする。この目的達成に向け、各種の確率的アルゴリズムの手法を詳細に検討した。具体的には、マルコフ連鎖モンテカルロ法やブートストラップ法に関し、新しい結果を得ることができた。また、研究の動機付けでもある、統計・最適化の諸問題を解くことができた。特に、予測・裾確率・順位付け・量子統計・ネットワークアルゴリズムへの貢献があった。以下、研究発表の欄に挙げた各論文について、研究実績の概要を記す。紙屋・竹村は、線形判別平面から得られる順位付けに着目し、理論的性質を明らかにした。栗木・竹村は、ある統計量の極限分布の裾確率に関する諸結果を得た。竹村・青木は分割表を対象にしたマルコフ連鎖モンテカルロ法において、マルコフ基底の一性質を明らかにした。駒木は、独立なポアソン分布系列に対する予測分布を改良した。伏木・駒木・合原はパラメトリックなブートストラップ予測の性質を明らかにした。田中・駒木は量子系に対するベイズ予測について議論した。鈴木・青木・竹村は2元分割表へのネットワークアルゴリズムにおいて、主双対性を考慮した解法を示した。竹村・青木は、距離縮小マルコフ基底の性質を示した。青木・竹村は不完全2元分割表の正確検定にマルコフ連鎖モンテカルロ法を適用する方法を示した。本研究の目的は、最適化の場面などにおいて現れる確率的アルゴリズムの手法を、連続時間確率過程の差分化とみなすことにより、普遍的な構造を見出すことである。この目的達成に先立ち、まず具体的な確率的アルゴリズムの手法を詳細に検討することから研究を始めた。以下、研究発表の欄に挙げた各論文題目に沿って概要を記す。竹村・栗木は、最大値型統計量の確率分布を求めるための計算方法であるチューブ法の研究を行なった。特に、特異的な場合についても検討した。竹村は、個票開示の統計解析において、頻度の小さいセルが多く存在するデータを確率的に発生させるアルゴリズムを提案した。青木と竹村は3つの論文によって、分割表に対するマルコフ基底に関する諸性質を詳細に検討した。その結果、マルコフ基底の極小性を特徴付けることができ、またいくつかの例については極小マルコフ基底を具体的に列挙することができた。青木は、ハーディワインバーグモデルの有意水準計算を効率的に行なうためのネットワークアルゴリズムを示し、数値例も与えた。太田・青木・広津は、分割表に関連する単調検定問題の諸結果を得た。伏木・駒木はパラメトリックブートストラップ法を用いたベイズ予測の漸近的性質を調べた。また駒木は、ポアソン分布を含むいくつかの統計モデルについて、従来の手法を優越するベイズ予測分布を導出した。また、田中と駒木により、自己回帰モデルに対し、優越する予測手法の存在条件と具体的構成法が調べられた。本研究では,統計学や最適化の分野で現れる各種の確率的アルゴリズムに対し、これを連続時間確率過程の差分化とみなすことにより、普遍的な構造を見出すことを目的とする。

駒木は、独立なポアソン分布系列に対する予測分布を改良した。伏木・駒木・合原はパラメトリックなブートストラップ予測の性質を明らかにした。田中・駒木は量子系に対するベイズ予測について議論した。鈴木・青木・竹村は2元分割表へのネットワークアルゴリズムにおいて、主双対性を考慮した解法を示した。竹村・青木は、距離縮小マルコフ基底の性質を示した。青木・竹村は不完全2元分割表の正確検定にマルコフ連鎖モンテカルロ法を適用する方法を示した。
DNA多型の親子鑑定への応用

ミニサテライトプローブMZ1.3を用いて親子鑑定における血縁間係の指標となるバンドの共通率について検討を行った。鑑定例は21例,当事者及び関係人の総数は76名であった。まず疑問の父/子,母/子,疑問の父/母について共通率を求めた。母子間すなわち血縁者間では5080%台の範囲に存在し、平均は60.4%であった。一方疑問の父/母すなわち非血縁者間では2040%台の範囲にあり、平均33.0%であった。50%以上を血縁関係あり、40%以下を血縁関係なしとしたところ、両者の間には有意の差が認められた(P<0.01)。次に疑問の父/子の共通率では、従来の血液型で否定されなかった肯定例では6080%台の範囲に存在し、平均72.3%、否定例では2040%台の範囲にあり、平均33.2%であった。これらの値は全て、肯定例は血縁者、否定例は非血縁者の範囲に存在しており、MZ1.3を親子鑑定に適用するためのガイドラインとして、親子間の共通率は50%以上、非血縁者間は40%以下とすることに矛盾は認められなかった。死後認知請求事件の場合、死亡した男の嫡出子あるいは同胞と子の間は2親等又は3親等の関係となるため、共通率も若干低くなることが予想される。まず兄弟間の共通率は5570%台の範囲に存在し血縁者間の範囲と一致していた。半同胞(異母兄弟)関係では40%台の共通率も得られており、慎重に検討することが必要であると考えられた。さらに従来の血液型検査でESDに孤立否定が認められた事例、及び母子間にGPTQO遺伝子の存在が示唆された事例についてもシングルローカスHLADQα,D1S80型とともに適用したところ、共通率より父子関係は否定されることが確認され、また母子関係は否定されなかったことから、GPTQO遺伝子を母子が共有しているものと結論された。従って、MZ1.3は通常の親子鑑定のみでなく、このような事例の確認においても有用であることが示された。
アフリカの野生動物における環境汚染物質の毒性影響評価

近年の開発著しいアフリカにおける環境汚染物質がカバ、リーチェなどの野生動物に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。[1]ザンビアのサウスルアングア国立公園のカバの肝臓、餌資源である植物、および土壌・河川底質における重金属および有機塩素系物質の蓄積濃度を測定した。カバの肝臓におけるカドミウムおよび水銀濃度は環境サンプルや植物よりも有意に高く、これら毒性金属がカバにおいても生物濃縮している可能性を示した。(Ecotoxicology and Environmental Safety誌、印刷中)[2]さらに環境汚染の歩哨動物として野生ラットに注目した。ザンビアのカブウェ鉱床付近の野生ラットでは臓器中に高濃度の鉛やカドミウムの蓄積が見られた。さらに、腎臓におけるMTのmRNA発現量が対照地域の個体と比べて有意に上昇していた。フィールド調査で得られた結果が、土壌汚染が原因であることを明らかにするために、カブエ鉱床地域から土壌を採材し、Wistar rat(オス、30匹)に対して1年間の土壌の暴露試験を行った。土壌非暴露群、低濃度金属含有土壌(鉛:75mg/kg、カドミウム:0.4mg/kg)、および高濃度金属含有土壌(鉛:3757mg/kg、カドミウム:6mg/kg)の3群において金属蓄積濃度、血液生化学検査、および金属暴露のマーカー遺伝子であるMTのmRNA発現量を測定した。高濃度土壌暴露群では、肝臓・腎臓・肺・脳・骨における鉛・カドミウム蓄積濃度が他群と比較して有意に高く、腎臓におけるMTのmRNA発現量も有意に高かった。以上の結果より、鉱床活動由来の土壌汚染がラットにおける金属蓄積および生体反応を引き起こすことが明らかになった。フィールド調査および室内実験の結果から、カブエ地域では、野生ラットに加えて家畜などのほかの動物やヒトに対する金属汚染の影響が懸念された。本研究は、近年の開発著しいアフリカにおける環境汚染物質がカバ、リーチェなどの野生動物に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。[2]ザンビアのロッキンバーおよびブルーラグーン国立公園に生息する野生の反芻動物であるリーチェにおける肝臓、腎臓中の金属およびDDT類の蓄積濃度を測定した。さらに汚染物質曝露のバイオマーカーであるCYPIA1、CYP3Aの一部断片およびMetallothionein (MT)の全長のクローニングを行った。リーチェの一部個体では肝臓におけるCYP、MTのmRNA発現量の上昇がみられ、野生のリーチェにおけるこれらの遺伝子のバイオマーカーとしての有用性が示唆された。[3]ザンビアのカブウェ鉱床における土壌の鉛、亜鉛の汚染に加えて銅、カドミウム、ヒ素などの有害金属汚染を初めて明らかにした。鉱床付近の野生ラットでは臓器中に高濃度の鉛やカドミウムの蓄積が見られた。特に鉛曝露については野生ラットで体重増加の抑制などin vivoレベルで毒性学的影響が現れている可能性が示唆された。生活圏の近いヒトや他の動物への影響が懸念された。[4]ガーナの水銀鉱床地域における環境サンプル(水、土壌、河川底質)および魚類、羊、山羊の臓器中の金属濃度を測定した。鉱床を中心として高濃度のヒ素汚染が進行していることが明らかになった。
精巣機能を制御する新しい細胞外マトリックスタンパクの検索,二次元電気泳動を用いたタンパクの分離・同定

ラット精細管細胞外マトリックス(以下ST-ECM)成分を生化学的に分析し、ここから新しいECM成分を同定し、これが精巣機能にどの様な影響を及ぼすのかを解明するために実験を進めている。現在私たちはST-ECMを単離し、この8モル尿素溶液可溶化分画を二次元電気泳動によって、分子量220万の範囲で20以上のECM成分に分離している。この内分子量約18万、pl5.0のタンパクを回収し、アミノ酸シークエンスを行なった結果、このタンパクがIV型コラーゲンα5鎖(ヒト)とホモロジーがあることを確認した。一方私たちは精細管基底層(testicular lamina propria)のECM構成層を5層であると定義し、今までには存在が確認されていなかったECM成分の確認、今までに報告されていた局在パタンとの相違を免疫電子顕微鏡法によって明らかにし、これを報告した。さらに、ST-ECMをマウスに免疫し、これより数種のモノクローナル抗体を得た。蛍光抗体法によってST-ECMのみを特異的に認識する抗体をスクリーニングした。このうちの1つである13H12抗体はWestern blottingによっても精巣特異的であることが確認され、ST-ECMの8モル尿素溶液可溶化分画の27-kDタンパクを認識することを確認した。SDS-PAGEによって27-kDタンパクを分離し、ゲル切り出しによって回収・濃縮した。次いで27-kDタンパクをCleveland法に従ってV8 protease digestionを行なった後に、PVDF膜に転写した。得られた数本のV8digested 27-kDタンパクフラグメントについてアミノ酸シークエンス分析を行なった結果、Hypothetical protein 23.2-kD(EMBL accession No.006392)とHypothetical protein 24.2-kD(EMBL accession No.Q50509)にそれぞれ36.842%、46.145%のhomologyを示した。この結果より、27-kDタンパクは新規のECMタンパクであることが強く示唆され、このアミノ酸シークエンス分析のデータを手がかりに、遺伝子工学的な解析に着手する予定である。子の内分子量約18万、pl5.0タンパクを回収し、アミノ酸シークエンスを行なった結果、このタンパクがIV型コラーゲンα5鎖(ヒト)とホモロジーがあることを確認した。現在IV型コラーゲンのα鎖は、α16までの6種類が報告されている。しかし、IV型コラーゲンのα鎖がなぜ6種類も必要なのか、6種類あれば理論的に56通りのα鎖の組み合わせが考えられるが数種類の組み合わせしか報告されていない、さらにα鎖の組み合わせがはたして基底膜の組織特異性等に関与しているか否かなどは殆んど解明されていない。IV型コラーゲンα5鎖(ヒト)は、アルポート症候群の研究によって発見された比較的新しいα鎖である(Hostikka et al.1990;Barker et al.1990;Tryggvason et al.1993)。さらにIV型コラーゲンα5鎖(ヒト)は遺伝子工学的な研究が先行して行なわれているために、タンパクレベルの知見、また実験動物における知見も究めて少ないのが現状である。既知のタンパクではあるが、私たちは今後ST-ECMの新タンパクを検索するのと並行して、IV型コラーゲンα5鎖が精巣機能にどの様に関与しているのかはタンパクレベルで解明していく予定である。このうちの1つである13H12抗体はWestern blottingによっても精巣特異的であることが確認され、ST-ECMの8モル尿素溶液

可溶化分画の27-kDタンパクを認識することを確認した。SDS-PAGEによって27-kDタンパクを分離し、ゲル切り出しによって回収・濃縮した。次いで27-kDタンパクをCleveland法に従ってV8 protease digestionを行なった後に、PVDF膜に転写した。得られた数本のV8digested 27-kDタンパクフラグメントについてアミノ酸シークエンス分析を行なった結果、Hypothetical protein 23.2-kD(EMBL accession No.006392)とHypothetical protein 24.2-kD(EMBL accession No.Q50509)にそれぞれ36.842%、46.145%のhomologyを示した。この結果より、27-kDタンパクは新規のECMタンパクであることが強く示唆され、このアミノ酸シークエンス分析のデータを手がかりに、遺伝子工学的な解析に着手する予定である。