hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
量子化学計算によるタンパク質中のＡＴＰの加水分解反応の自由エネルギー解析

ATPの加水分解の自由エネルギーは生体におけるエネルギーの通貨であり、その自由エネルギーを解析することは分子生物学や物理化学における最も重要な課題の一つである。ATPの加水分解の自由エネルギーを理論計算によって得るには、量子化学と統計力学に関わる問題を同時に解決する必要がある。量子化学における問題として、水溶液あるいはタンパク質中のATPの電子密度揺らぎをいかに再現するかという問題がある。ATPは水溶液において最大で4価までの余剰電子を有し、これらは水という極性分子の運動によって著しく揺さぶられるので、電子揺らぎを再現することはATP加水分解の自由エネルギー計算にとって本質的に重要である。これは、溶媒を連続誘電体で扱う方法や平均場近似では再現できない。また、これには電子揺らぎに起因する自由エネルギーを統計力学に基いていかに計算するかという問題が付随する。前年度までの研究によって、我々は、溶質であるATPを量子化学的に扱い、溶媒としての水を古典力学的に記述するハイブリッド型の第一原理計算分子動力学法(QM/MM法)と溶液の理論を組み合わせることによって、電子揺らぎの自由エネルギーを厳密に計算する方法を開発した。より具体的には溶質の電子分極に起因する系全体のエネルギーの分布関数を基本変数として、電子揺らぎの自由エネルギー汎関数を構築した。この方法をATPのモデル分子であるピロリン酸の加水分解反応に適用した。0価および1価のピロリン酸については、加水分解の実験値を極めて良好に再現したが、2価および3価については、計算値が実験値から10 kcal/mol以上も外れてしまった。これは、主に反応の始状態において、ピロリン酸から周囲の水分子への電荷移動の効果が現在の我々のモデルでは再現できていないことが主要な原因であると考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。酵素反応においては、その触媒機能の発現に対してタンパク質の構造揺らぎが本質的に重要な役割を担っている可能性があり、自由エネルギー計算において分子構造の揺らぎを考慮することが必須である。実際、ATPは大きな内部自由度を持つ分子であり、溶媒和自由エネルギーの計算において、分子構造の揺らぎを考慮することは必須である。しかし、これまでの溶液内の反応の自由エネルギー計算では、溶質の分子構造は固定されていたので、構造の揺らぎを考慮するためには、方法論を拡張する必要がある。我々は、これまでの開発で、電子密度が揺らぐことによる自由エネルギーの寄与をエネルギー表示の枠組みで計算することを可能にしている。昨年度の目標は、この揺らぎの自由エネルギーに関わる理論式を見直して、これを大幅に単純化するとともに、近似的な汎関数を用いない厳密な方法の定式化を目指すことであった。具体的には、溶液中での電子状態の歪みのエネルギーと分極した電子密度-溶媒間の相互作用エネルギーの総和をひとまとめにして、これにエネルギー座標を付与する。そうして、このエネルギーについて分布関数を構築して、自由エネルギー計算の基本変数とする。この取り扱いによって、溶質-溶媒間の多体の相互作用をエネルギー表示の理論の枠組みで厳密に記述できるようになる。昨年度は、実際にこの方法を定式化し、ソースコードを開発した。ベンチマークテストとして水分子やグリシンの溶媒和自由エネルギーを計算し、実験値と比較して良好な結果を得た。さらに、ATPのプロトタイプ分子である1価のピロリン酸の加水分解反応についてこの方法を適用し、実験値をほぼ再現する結果を得た。ATPは最大で4価までの余剰電子を有するので、水中で溶質の電子密度が揺らぐことの自由エネルギーへの寄与を数値的に厳密に計算する方法を得たことの意義は大きい。当初の研究計画では、溶質の電子密度が溶液中で揺らぐことによる自由エネルギーへの寄与を定式化し、さらにATP分子の構造揺らぎを考慮する方法に拡張する予定であった。

電子密度の揺らぎの寄与の計算については、当初の計画通りに研究を進行させることができた。しかし、分子の構造揺らぎについては、震災による研究開始の遅れや研究員が雇用できなかったことなどにより、目標の進展を達成できなかった。また、実際に想定したよりも多くの計算時間が必要となったことも原因の一つである。24年度が最終年度であるため、記入しない。ATP分子の加水分解の自由エネルギー計算は、分子サイズが大きいために、当初の想定よりも多くの計算時間が必要となる。ATPのプロトタイプ分子であるピロリン酸の加水分解の自由エネルギーは、余剰電子の大きさに関わらずATPのそれとほぼ同じであることから、ピロリン酸の自由エネルギー変化を解析しても、恐らく本質は損なわれないと考えられる。ATP分子そのものよりも、先ず、ピロリン酸について主要な結果を得ることを最優先とし、分子構造の揺らぎに伴う自由エネルギーは、その次の研究課題とする。
ショウジョウバエ嗅覚学習系を用いた記憶形成を支える神経ネットワークの解明

動物は生後様々な学習を通してその行動パターンを劇的に変化させる。この現象を理解するためには、その基盤となる神経回路を数多くの神経細胞の中から特定する必要がある。本研究では「半自動条件付け装置の開発」と「一部の神経細胞を遺伝学的に操作するためのエンハンサとラップ系統スクリーニング」を行うことにより、ショウジョウバエ嗅覚学習・記憶形成に働く神経回路を効率的に同定する実験系を確立した。そしてこの系を用いることにより、中期(学習後数時間の)記憶が維持される神経回路の一端を明らかにした。Labviewを用いた条件付け手順の自動化ショウジョウバエ嗅覚条件付け操作の自動化を完了した。これにより従来手作業で行われてきた嗅覚記憶研究を迅速かつ正確に進めることが可能となった。計測機器自動制御ソフトウェアLabview(National Instruments社)を用いて(1)電磁バルブの開閉制御による提示する匂い種の制御、(2)電気刺激装置のon/off制御、をコンピューターから任意のタイミングで制御する装置を開発した。装置の要点は以下。●Labview導入により低コストでの自動化を実現した。●6サンプルを同時に条件付けできる(手作業では4サンプルが限界)。●この装置を用いて可逆的in vivo神経機能阻害(shibire法)を遂行可能である。●半導体アルコールセンサーを用いることにより匂いと電気刺激の最適な提示タイミングを詳細に検討した。これにより匂いをパルス状に提示することで高い学習効果が得られることを見いだした。嗅覚記憶の獲得・固定.読み出しを担う神経ネットワークGa14エンハンサートラップスクリーニングにより同定したキノコ体に投射する神経細胞について、前シナプスマーカーを用いることにより同定した神経細胞のキノコ体に対する入出力関係を明らかにした。またJNK(c-Jun-N-terminal Kinase)がキノコ体のα'/β'神系において強く浩性化していることを見いだした。キノコ体はα/β', α'/β', γの3種類の神経細胞に分けられるが、嗅覚記憶の獲得・固定・読み出し過程において分業を行っているという報告がある。JNK活性をα'/β'特異的に阻害したところα'/βlobe末端構造の肥大とプレシナプスタンパクの蓄積が見られた。これはJNKがα'/β'においてシナプス増強を抑制していることを示唆する。嗅覚記憶形成過程においてJNK活性を介してシナプス可塑性が制御されている可能性が考えられる。1、ショウジョウバエ嗅覚条件付けの半自動化(1)機器制御ソフトウェアLabviewにより、従来手作業で行われていた刺激提示を自動で行う装置を製作した。0.1秒単位での刺激提示制御が可能となり、正確で再現性の高いデータが得られるようになった。(2)半導体アルコールセンサーを付加することにより、匂い学習の詳細な研究や最適化が可能となった。(3)この装置では複数(現在9つまで)のサンプルを同時に条件付けすることができるため、記憶変異体のスクリーニング効率が飛躍的に向上した。2、匂い記憶維持に働く新たな神経回路の特定ショウジョウバエ嗅覚記憶形成の中心となる神経構造であるキノコ体と接続する神経細胞の同定・解析を行い、脳頭頂に存在する一対の神経細胞(PMO neuronと命名)が中期嗅覚記憶の形成に必須であることを見いだした(学会で発表)。さらに詳細な解析からこの神経細胞は記憶の獲得期・読み出し期には不要であり、嗅覚記憶が固定される時期(consolidation phase)に働くことを明らかにした。キノコ体出力神経(MB output neurons)についてはこれまで機能面からの研究報告がないため、キノコ体を中心とした嗅覚記憶神経回路の全貌解明に向けて本発見は重要な端緒となると考えている。またヒトやマウスなどほ乳類においては獲得された記憶が時間の経過とともに初期脳領域から別の領域へ移動することが報告されており、本研究で同定したPMO neuronはこの現象を回路レベルで研究する上での有用なモデルになると期待される。
月面作業車などの不整地作業における移動とマニピュレ-ションの統合制御

不整地での移動作業には、これまで別々に研究が行われてきた移動機能と作業機能を組み合わせる必要がある。どちらの機能も転倒しないための姿勢制御が主幹制御である。本研究においては、二つの機能の姿勢制御系を統合し、相互に機能分担するとともに、相互にバックアップし合いながら、機能の拡大と信頼性の向上を実現できるようなシステムを構築することを目的とした。月面作業車第1号機を用いて、準静的に移動機構と作業機構の統合制御を実現した。作業時には、冗長な自由度を利用して重心位置を移動させ安定な作業遂行が可能になった。移動時には、両機構の活用によって単なる車両では通行不可能な不整地での移動が可能になった。第2号機ではダイナミクスを考慮に入れることが可能になった。月面においては重力が地球上の6分の1となる。一方移動作業時に発生する慣性力は地球上と同じなので、脚の荷重変動が大きくなり転倒しやすい。そのため、姿勢制御が地球上よりもずっと困難になる。移動作業の実験を行った結果、月面作業車の姿勢制御には、状態フィ-ドバック(PID)制御に加えてフィ-ドフォワ-ド制御を行う必要があることがわかった。そこで、移動機構と作業機構の両姿勢制御系を統合してフィ-ドフォワ-ド入力を求める「力・モ-メント分解制御法」を考案した。これによって、姿勢が極めて安定に制御され、月面作業車はより高速な作業及び移動を行うことが可能になった。また、月面では地表面がレゴリスという砂状の物質から成り非常に軟弱なため、地面の変形により作業車の姿勢が崩れたり、移動時に車輪がスリップする。そこで、これらに適応できる姿勢制御の方法を考案した。月面での6分の1重力及び軟弱地面を模擬した実験装置を用いて移動作業の実験を行い、提案する制御法の有効性を確認した。ロボットがより高度な機能を持つためには、これまで別々に扱われてきた移動と作業の両機能を統合する必要がある。脚機構とマニピュレ-タを合わせ持つロボットは、全体として冗長多リンク機構となる。そこで本研究では、移動とマニピュレ-ションの統合制御を考案するために、冗長マニピュレ-タの制御法の適用を試みた。また、宇宙開発の進展により、月面の資源が注目を集めはじめている。月面では重力が地球上の1/6であり、自重を支える負担が軽減され、小さなアクチュエ-タで高度な制御が可能となる。その反面、慣性力の影響が大きくなり、それに対する対策が必要となる。したがって、月面で稼働する移動作業ロボットは、本研究で考案した制御法を適用する恰好の題材と考えられる。よって本研究では、考案した制御法の有効性を確認するために、月面の2次元運動を模擬する実験装置を考案・製作し、シミュレ-ションおよび実験を行った。1.移動作業における統合制御・・・移動作業を行う場合に問題となるバランスの保持と機構の限界回避に対する評価指標を考案し、評価指標に対するゲインを、冗長生が最も活用できるように定めた。冗長性を活用した結果、安定した移動作業が実現されることがわかった。2.不整地移動における統合制御・・・連続した凸凹のある路面を移動する場合、移動作業時と同じ評価指標を用いて冗長性の活用を行った。その結果、安定が向上し、冗長性の活用の有効性を確認された。3.段差乗越えにおける統合制御・・・マニュピレ-タをもう1本の脚として使用することで、静的な歩行による段差乗り越えを実現した。

乗り越えの各フェイズで評価指標を切り換えることで、重心位置の移動を行い、段差乗り越えにおいても、本研究で考案した制御法が有効であることがわかった。不整地での移動作業には、これまで別々に研究が行われてきた移動機能と作業機能を組み合わせる必要がある。どちらの機能も転倒しないための姿勢制御が主幹制御である。本研究においては、二つの機能の姿勢制御系を統合し、相互に機能分担するとともに、相互にバックアップし合いながら、機能の拡大と信頼性の向上を実現できるようなシステムを構築することを目的とした。月面においては、重力が地球上の6分の1となる。マニピュレ-タの動作慣性力や移動時の加減速にともなう慣性力は地球上と同じであるため、脚の荷重変動が大きくなり転倒しやすい。そのため、姿勢制御が地球上よりもずっと困難になる。月面作業車の姿勢制御に関する研究を行った結果、姿勢制御には移動機構による状態フィ-ドバック(PID)制御に加えて、作業機構と移動機構を組み合わせてフィ-ドフォワ-ド制御を行う必要があることがわかった。このフィ-ドフォワ-ド入力の算出方法として、両機構を特性にあわせて協調運動させる「力・モ-メント分解制御法」を考案した。これは、移動作業時に姿勢制御のために必要となる制御入力を(1)動的なモ-メント、(2)動的な力、(3)静的な力・モ-メントの3つに分解し、(1)は作業機構で、(2)と(3)は移動機構でそれぞれ補償制御する方法である。これによって、姿勢が極めて安定に制御され、月面作業車はより高速な作業及び移動が可能となった。また、月面では地表面がレゴリスという砂状の物質から成り非常に軟弱なため、地面の変形により作業車の姿勢が崩れたり、また移動時に車輪がスリップすることになる。そこで、計測される実際の前後加速度を用いて、地面の変形とスリップに対処できるように制御法を修正した。月面での6分の1重力及び軟弱地面を模擬した実験装置を用いて移動作業の実験を行い、提案する制御法の有効性を確認した。
肺気腫発症メカニズムにおける肺上皮幹細胞の役割

長期間の喫煙曝露(鼻限定曝露、1回1時間、週5日、3ヶ月間)を実施したマウスにおいては肺組織のIHCによる評価においてSPC陽性細胞率が増加していた。GFPの発現でSP-Cが識別可能なSftpc/GFPマウス(生後9-11週齢、雌)に長期間の喫煙曝露(鼻限定曝露、1回1時間、週5日、3ヶ月間)を実施し、同週齢のマウスを対照群として比較した。曝露終了後にII型肺胞上皮細胞の単離、FACSによるSPC強陽性細胞の分離を行い、3次元培養および2次元培養系にて比較を行った。単離されたII型肺胞上皮は3次元培養系において高いcolony forming efficiencyを示し、さらに2次元培養系においても長期喫煙群が高い生存率を示した。また、I型上皮へと分化を示す2次元培養のmonolayerによる検討においてもlayerの形成が喫煙群のほうが有意に高いことが示された。上記により、喫煙による影響によって、II型上皮の自己複製能が高まっていることが示唆され、さらに分化能の阻害も認められないことが示された。喫煙におけるII型上皮に対する影響をさらに詳しく検討する目的で単離されたII型肺胞上皮細胞をmiroarrayにて検討したところ、もっとも変化が認められた因子はcircadian rythmに関連したpathwayであった。喫煙による影響をさらに検討する目的でタバコ抽出液による3次元培養系への影響を検討したところ、適度なタバコ抽出液の濃度においては3次元培養におけるcolony forming effciencyやcolony sizeが増大することが示され、高い濃度においてはapoptosisが誘導されることが示された。上記より喫煙によるII型肺胞上皮細胞への影響を検討し、自己複製能の増加が起こっていることを示した。動物実験系において上記の通り、喫煙の影響下によるII型肺胞上皮細胞の3次元培養、2次元培養、microarrayでの評価を行った。肺胞II型上皮細胞の動態として、喫煙による自己複製能の増加が示された。肺気腫病態の肺胞壁破壊での病態とは相関しない結果となり、II型上皮の反応が線維芽細胞の機能低下から二次的に起こっている可能性が考慮されている。喫煙による肺線維芽細胞の機能障害についての検討を行うか、ヒト検体における肺胞II型上皮細胞の動態をCOPD患者および健常者での比較を行うことを検討する。
自己組織するオートマタ・システムの動作と学習過程の階層的解析

オートマタ・システムを構成する要素と全体の動作との関係を特にその自己組織化能力、学習能力という側面から解析・評価する方式を確立し、オートマタ・システムの動作の本質的理解を深めることが本研究の目的である。オートマタ・システムの階層的解析として、まず素子の複雑さの階層性に焦点をあてて研究を進めた。論理関数の次数を定めることが第一段階として必要である。そこで論理関数を各変数で展開し(シャノン展開)変数の数が少ない関数の次数から再帰的に次数を決めてゆこうとした。論理関数の間に同族性の概念を導入することによって、基本的な関係を得ることが出来た。但し、同族性そのものについて完全な再帰的関係が得られていないので、新たに2変数の排他的論理和による展開法を提案し、次数が計算できる場合を増やすことが出来た。変数による展開と排他的論理和による展開によって、論理関数の次数は決定できるのではないかと予想している。次数1のしきい値論理回路網の非同期動作における安定性評価については、素子のタイプを興奮型と抑制型に分けてネットワークを構成することによって、その周期構造を解析し予備的結果を得た。これはホップフィールドが与えた対称結合の条件を拡張する試みの一つである。さらにシステムの動作に関しては、状態が非負整数値を取る階段論理関数からなるネットワークを考え、結合係数が対称であるとき同期動作するシステムにリヤプノフ関数が存在することを示し、高々周期2のサイクルしか存在しないことを証明した。さらにある種の平衡状態パターンが持つ構造的特徴を結合係数との関係で明らかにした。このような解析は、連想記憶の学習過程を構成する基礎となるものである。
超臨界域における水素混合流体の減圧過程に伴う状態変化の研究

水素を含む二成分系の熱力学的な挙動は複雑で,水素+炭化水素および二酸化炭素の混合系においては,臨界曲線が高圧域に発散するType IIIの特徴を有する.本研究では水素+メタン,エタン,プロパン,二酸化炭素における二成分系混合流体に対して,PR式を適用し,臨界温度を用いて一般化した分子間相互作用パラメータを決定した.分子間相互作用パラメータの係数は,対応状態原理の概念を適用して,臨界曲線のみを相関した.また,水素の混合流体と同様にType IIIに分類されると考えられる窒素+二酸化炭素の二成分系を対象として,温度,圧力変化に伴う臨界現象の観察を行った.観察窓付圧力容器を中心とする超臨界流体観察装置を設計,開発した.圧力容器は円筒形状を有し,内径20 mm,長さ80 mmの内容積約25 ccで,適用可能温度,圧力範囲は-30 °C80 °C,16.2 MPaまでである.容器長手方向を水平に設置し,容器両端に厚さ18 mmのパイレックスガラスを用いおり,そこから圧力容器内部の流体の挙動を観察することができる.圧力容器は均熱ブロックに覆われ,外部循環恒温槽からの循環液がコイル状に流れることで,温度を一定に保っている.混合物の相変化は非常に複雑で予測が困難である場合が多いことから,窒素と二酸化炭素の混合状態における超臨界流体の観察を実施した.窒素と二酸化炭素の混合物もその相平衡データから,水素と二酸化炭素の混合物同様,臨界曲線が発散する二成分系に分類できると推定され,PR式を作成した.実験ではまず,二酸化炭素をサイフォン式ボンベを用いて,液相の状態で15 °Cに温調した圧力容器に充填した.液は圧力容器の中心付近まで充填され,このときの圧力は5 MPaである.観察窓からは,二酸化炭素が気液二相になっていて,透明である.この状態から窒素を圧力容器上部から徐々に充填,加圧して行くと,10 MPa付近で気液の界面が不明瞭になり,試料の色も黒く着色してゆくことを観察することができた.12 MPaまで昇圧した状態で温度を3 °Cまで下げたところ,全体が激しく変化して液相が出現した.さらに10 °Cまで温度を上げ,超臨界状態に持って行き,これを段階的に膨張させて減圧すると,10 MPaで液相が現れ,その後の減圧でさらに液相が増えた後,液相が完全に消滅する過程を観察した.この変化は逆行凝縮現象と考えられ,複雑な超臨界混合流体の相変化の挙動を実際に観察することができた.水素を含む二成分系の熱力学的な挙動は複雑で,水素+炭化水素および二酸化炭素の混合系においては,臨界曲線が高圧域に発散するType IIIの特徴を有する.本研究では水素+メタン,エタン,プロパン,二酸化炭素における二成分系混合流体に対して,PR式を適用し,臨界温度を用いて一般化した分子間相互作用パラメータを決定した.分子間相互作用パラメータの係数は,対応状態原理の概念を適用して,臨界曲線のみを相関した.また,水素の混合流体と同様にType IIIに分類されると考えられる窒素+二酸化炭素の二成分系を対象として,温度,圧力変化に伴う臨界現象の観察を行った.水素混合流体の熱力学性質を表すために,3次型状態方程式の1つであるPeng-Robinson式(PR式)を用いて,水素を第一成分とし,メタン,エタン,プロパン,二酸化炭素を第二成分とする4種類の二成分系を対象として,分子間相互作用パラメータを決定した.通常,分子構造がシンプルな炭化水素の二成分系混合流体の臨界曲線は,温度-圧力あるいは組成-圧力線図上において,構成する成分物質の臨界点を結ぶような連続した曲線として表されるが,水素を主成分とするこれら二成分系の場合,第二成分から出発した臨界曲線は水素の臨界点に収束せず,高圧域へと発散する.この場合,臨界点を持たない組成が存在するなど,相変化を含めた熱力学的な挙動は非常に複雑になる.本研究では,分子間相互作用パラメータを温度の関数にするとともに,第二成分の臨界温度を用いてパラメータを一般化した.さらに,対応状態原理を基にして混合物の臨界点実測値にフィッティングさせることで,パラメータの係数を決定した.一般化によりすべての二成分系について同時にフィッテイングを行い,相互の実測値の不足を補うことができる.このPR式は臨界曲線の発散を再現できるだけでなく,相平衡についても実測値と良好に一致した.混合物の臨界点は,熱力学的に安定限界上の安定点として決定されるが,計算過程が非常に複雑であるため,これまであまり計算されることがなかった.本研究では,特異な臨界曲線を持つ系について対応状態原理が適応可能であることを示した.また,作成したPR式を用いて誘導状態量についても計算を行った.逆行凝縮現象が現れる減圧過程で,出現する相の密度およびエンタルピー変化について明らかにすることができた.当初の計画通り,水素混合流体(水素+メタン,エタン,プロパンおよび二酸化炭素の二成分系)の状態方程式を3次型のPR式を用いて作成することができた.分子間相互作用パラメータは従来の研究で多く用いられてきたように,相平衡実測値を基にして各二成分系で固有の値を与える予定でいた.しかし,パラメータを臨界温度を用いて一般化することで実測値の不足部分を補うことができた.さらに混合物についても新たに対応状態原理を適用させて,臨界曲線のみにフィッティングさせることを試みた.

この結果,相関に用いていない相平衡についても実測値に対し十分な再現性が得られた.状態方程式開発ではこのように当初の計画よりも良い結果を得ることができたため,Journal of Thermal and Science Technology誌に投稿して,現在査読中である.この状態方程式作成により実験装置の詳細設計が可能になった.本研究で導入予定の装置は独自開発を行う.H24年度では実際に装置を製作し,導入するまでには至らなかったが,概ね設計を終え,H25年度早々に製作に着手する予定である.今後は,独自に設計した装置を製作の段階に移行させる.水素と二酸化炭素の混合系を対象として,臨界近傍の現象が観察できる装置を製作する.また別途,膨張容器を備え,減圧過程における試料の状態変化を観察するとともに,膨張比を予め検定しておくことで密度の測定も可能となる.臨界点近傍での実測値は温度,圧力,組成に関して報告されているものの,密度に関する実測は少なく,貴重なデータとなり得る.また得られたデータを用いて作成した状態方程式の評価を行う.本研究では状態方程式の作成と実験による検証を行う.H24年度では状態方程式作成を優先させ,さらにH24年度導入予定の圧力容器に関しては,可燃性ガスである水素を扱う関係から,設計した容器が高圧ガス保安法上,別途規制が加わることが明らかになったため設計の修正が必要となり次年度への繰越金が生じた.現在では圧力容器の再設計が概ね完了したので,当初の計画通り繰越金と次年度の研究費を合わせ,臨界現象観察のための光学セル付高圧容器と観察窓付恒温槽の製作を予定している.その他消耗品として試料ボンベおよび,ボンベと圧力容器を接続する配管部品類を計画している.
Caイオンの影響を受けるNa型ベントナイトの変質に関する研究

ベントナイト試料を最大6ヶ月間アルカリ溶液中に浸積させ,取り出した試料についてX線回折測定,陽イオン交換容量試験,原子吸光分析,走査型電子顕微鏡観察,エネルギー分散型蛍光X線分析を行った.その結果,膨潤性能・Na/Caイオン濃度・底面原子間隔の変動を捉えることができた.Ca型ベントナイトはアルカリ溶液の影響をほとんど受けないと考えられた.Na型ベントナイトは各種分析結果における変化量は一定の範囲に収束していることがわかった.数ヶ月程度の浸積期間においては,イオン交換現象は起こっているものの,変質という不可逆的な構造変化が起こっているのではなく,あくまでも一部の層間の陽イオンが可逆的に交換していると推測された.また,アルカリ溶液はベントナイトの持つ高い止水性能により,内部まで浸透していないものと推測された.つまり,高レベル放射性廃棄分最終処分場にてベントナイトの核種吸着性の低下による放射能の拡散の可能性ということに関しては,高アルカリ条件下においても,高い止水性能を発揮し各種吸着性能を発揮するものと考えられた.また,走査型電子顕微鏡観察・エネルギー分散型蛍光X線分析により,元素を定量的に分析でき,かつ経時変化を比較することが可能であることが判明した.しかしながら,同一試料におけるバラツキが他の測定法による分析と比較し±20%程度大きいという問題点も生じた.今後はより長期間の浸積試験を行うことや,試料サンプル数を増すことにより精度の向上が必要である.また定量分析の精度向上のため,走査型電子顕微鏡の替わりに電界放出型電子顕微鏡・エネルギー分散型蛍光X線分析や,原子吸光分析の替わりにプラズマ発光分光分析による検討も必要になるものと考えられる.ベントナイト試料を最大6ヶ月間アルカリ溶液中に浸積させ,取り出した試料についてX線回折測定,陽イオン交換容量試験,原子吸光分析,走査型電子顕微鏡観察,エネルギー分散型蛍光X線分析を行った.その結果,膨潤性能・Na/Caイオン濃度・底面原子間隔の変動を捉えることができた.Ca型ベントナイトはアルカリ溶液の影響をほとんど受けないと考えられた.Na型ベントナイトは各種分析結果における変化量は一定の範囲に収束していることがわかった.数ヶ月程度の浸積期間においては,イオン交換現象は起こっているものの,変質という不可逆的な構造変化が起こっているのではなく,あくまでも一部の層間の陽イオンが可逆的に交換していると推測された.また,アルカリ溶液はベントナイトの持つ高い止水性能により,内部まで浸透していないものと推測された.つまり,高レベル放射性廃棄分最終処分場にてベントナイトの核種吸着性の低下による放射能の拡散の可能性ということに関しては,高アルカリ条件下においても,高い止水性能を発揮し各種吸着性能を発揮するものと考えられた.また,走査型電子顕微鏡観察・エネルギー分散型蛍光X線分析により,元素を定量的に分析でき,かつ経時変化を比較することが可能であることが判明した.しかしながら,同一試料におけるバラツキが他の測定法による分析と比較し±20%程度大きいという問題点も生じた.今後はより長期間の浸積試験を行うことや,試料サンプル数を増すことにより精度の向上が必要である.また定量分析の精度向上のため,走査型電子顕微鏡の替わりに電界放出型電子顕微鏡・エネルギー分散型蛍光X線分析や,原子吸光分析の替わりにプラズマ発光分光分析による検討も必要になるものと考えられる.
アラキドン酸12_-リポキシゲナーゼの神経伝達機構における役割

アラキドン酸12_-リポキシゲナーゼは、アラキドン酸などの炭素20個の不飽和脂肪酸の12番目の炭素に分子状酸素を導入して、12_-ヒドロペルオキシエイコサテトラエン酸(12_-HPETE)を生成する酸素添加酵素である。この12_-HPETEは還元されて水酸基をもつ12_-ヒドロキシ酸(12_-HETE)になり、またエポキシン基をもつヘポキシリンA_3に変換される。これらの12_-リポキシゲナーゼ産物が、視床下部らのLHRHの放出や、松果体におけるメラトニン合成を促進するという報告や、海産物動のアメフラシの神経節における神経伝達のセカンドメッセンジャーとして作用しているという神経内分泌学的知見がある。脳の12_-リポキシゲナーゼの酵素学的研究は、最初Wolfeら(カナダ)がラット脳にその活性を見いだし、渡辺ら(鳥取大)はイヌ大脳に酵素の存在を確認している。以前に私達は、ブタ白血球から精製した12_-リポキシゲナーゼに対するモノクローナル抗体を調整した。本計画研究では、神経組織中の12_-リポキシゲナーゼの含量を定量するために、酵素蛋白の異なるエピトープに結合する2種類のモノクローナル抗体を利用して、イムノプレートを用いた酵素免疫測定法を開発した。この高感度の測定法を用いて、ブタの脳の各部分における12_-リポキシゲナーゼ含量を調べると、下垂体前葉に最も多くの酵素蛋白が検出され、他の部位ではその5%以下であった。また、抗体を用した免疫組織化学で調べると、12_-リポキシゲナーゼは下垂体前葉のある種の実質細胞の細胞質に認められた。今後神経組織における12_-リポキシゲナーゼの病態生理的意義やその動態を追究するために、取り扱いがより簡単なラットを実験動物として、分子生物学的手法などを用して詳しく解析してゆく画計である。
東アジア諸国の均衡為替レートの推計と域内通貨システムの制度設計

本研究は、新しい国際産業連関表を独自に推計することによって、アジア域内の中間投入財の調達・販売と同財の生産性格差を考慮した均衡為替レートの推計を行うとともに、アジア域内にとってどのような国際通貨システムを構築すべきかの検討を行った。海外の研究者と国際共同研究を行い、中国人民元の均衡為替レート推計に関する論文など、その共同研究の成果を英文の国際査読付学術雑誌The World Economyの特集号に掲載した。平成21年度は、中国、米国、日本を中心に国際産業連関表の推計を進めるとともに、中国人民元の均衡為替レートの推計を行った。また、アジア諸国の為替レート制度に関する研究も進め、オーストラリアのEdith Cowan Universityと共同で国際Workshopを開催し、その研究成果を発表した。本研究の意義は2つある。一つは、実体経済の要因を考慮して均衡為替レートを推計するために、国際産業連関表を推計した点にある。研究代表者の佐藤は、研究協力者のShresthaと共同で毎年の国際産業連関表を推定する手法を考案した。この推定方法に基づき、中国、米国、日本の均衡為替レートを1990年代初めから時系列で推計した。この推計作業は他に例を見ない先駆的な研究成果であり、今後、国際経済学の他の分野にも応用することが可能である。次に、Yoshikawa(1990,AER)の手法に基づいて、中国人民元の対米ドル名目均衡為替レートを推計した。その研究成果は経済産業研究所のDiscussion Paperで公表されることが決定している(Sato, K., J.Shimizu, N.Shrestha and Z.Y.Zhang,"New Estimates of the Equilibrium Exchange Rate : The Case for Chinese Renminbi", RIETI Discussion Paper Series)。同論文では、中国人民元が2000年時点の水準から2008年にかけて60パーセント切り上がる必要があることを報告している。興味深いことに、推計結果が示す60パーセントの人民元切り上げは、中国が対米貿易黒字を急激に拡大させ、その結果驚異的なペースで外貨準備を蓄積していった時期とぴったりと符合している。しかし、他の均衡為替レート分析とは異なり、上記論文は貿易(経常)収支の均衡に関して何も制約を課さないモデルに基づいて均衡為替レートを推計している。むしろ、「世界の工場」と呼ばれる中国を中心としたアジア域内貿易の特徴、すなわち域内中間財取引の拡大と最終財の域外(特に米国)向け輸出を促進する貿易構造を反映した均衡為替レートの推計を行っていることが、本論文の最大の特徴である。平成22年度は、前年度に引き続き中国、米国、日本を中心に国際産業連関表の推計を行うとともに、中国人民元の均衡為替レートの推計を行った。また、アジア諸国の為替レート制度と通貨経済統合に関する研究も進め、オーストラリアのEdith Cowan Universityと共同で国際コンファレンスを開催し、その研究成果を発表した。22年度は考案した手法に基づいて推計した1990年代初めからの時系列の国際産業連関表のチェックを重ねた。その研究成果は経済産業研究所のDiscussion Paperとして公表された。同論文では、中国人民元が2000年時点の水準から2009年にかけて46パーセント切り上がる必要があることを報告している。興味深いことに、推計結果が示す人民元均衡為替レートの大幅な切り上げは、中国が対米貿易黒字を急激に拡大させ、その結果驚異的なペースで外貨準備を蓄積していった時期とぴったりと符合している。Edith Cowan Universityと共同開催した国際コンファレンスでの発表論文の中から優れたものを選んで、英文の国際査読付学術雑誌The World Economyの特集号として出版することが決定しており、23年度中に最終稿の提出と査読を経て、早ければ23年度末には特集号が出版される予定である。平成23年度は、国際産業連関表の推計作業を大幅に進展させ、日本、中国、韓国、米国を含む10か国を内生国として、2005年から2010年まで毎年の国際産業連関表を推計した。このデータに基づいて、米国などのアジア域外からのショックが域内各国にどのような波及効果をもたらしているかを実証的に分析した。本研究の貢献と意義として次の3つがあげられる。第1に、国際産業連関表は各国間の実体経済のリンケージを詳細に示す非常に優れたデータである。これまで広く利用されてきたのはアジア経済研究所が公表しているアジア国際産業連関表であるが、現時点で公表されている最新のデータは2000年の国際産業連関表である。

しかし、中国経済が急速に発展したのは2000年代半ばからであり、2000年の国際産業連関表では2000年代に進んだアジアのダイナミックな発展と構造変化をとらえることは困難である。本研究は2005年から2010年までの毎年の国際産業連関表を推計することに成功しており、国際経済学の様々な分野に応用することが可能な、他に例を見ない先駆的な研究成果である。第2に、新しい国際産業連関表を用いて推計した中国人民元の均衡為替レートの研究成果を英文の国際査読付学術雑誌The World Economyに掲載した。これは海外の共同研究者であるPaul De Grauwe教授とZhaoyong Zhang教授と共同で取り組んできた研究の成果であり、他の共同研究者と協力して2010年に開催した国際コンファレンスでの発表論文を同学術雑誌の特集号(Special Issue on Monetary Integration and Exchange Rate Regimes in East Asia, Vol.35, Issue 4, 2012)として発表した。第3に、新しい国際産業連関表を用いて、アジア域内諸国間のショックの波及メカニズムを推計しており、アジアにおいて地域的な為替・通貨システムが形成されるための条件を満たしているか否かを分析している。ロンドンとウィーンで開催された国際シンポジウムでこの研究成果の報告を行った。
センシング粒度調整とゲーミフィケーションに基づく高効率ユーザ参加型動画センシング

本研究では,参加型センシングの枠組みで,ユーザが移動中に記録した動画を位置情報に関連付けて収集・共有する臨場感・直感性の高い情報共有サービスを実現することを目標に,(1)地点ごとの最適センシング粒度を自動で決定し,必要な地点の動画を必要十分な粒度で取得する機構,(2)解析に基づき最適な動画を選別する機構,(3)ユーザの参加確率を上げるためのゲーミフィケーションに基づくインセンティブ機構を考案・設計・開発した.また,これらの機構を組み込んだミドルウェアを構築し,ミドルウェアを使って開発したスマートフォンアプリケーションを用いて,提案機構の有用性を評価した.本研究では,ユーザが移動中に記録した動画を位置情報に関連付けて収集・共有する臨場感・直感性の高い情報共有サービスを実現する.具体的には,(1)地点ごとの最適センシング粒度を自動で決定し,必要な地点の動画を必要十分な粒度で取得する仕組み,(2)コンテンツ解析に基づく最適な動画の選別機構,(3)センシング時間の短縮に向けたゲーミフィケーションに基づくインセンティブ機構を備えた新しい参加型センシングのフレームワークを考案・実現し,評価する.平成25年度は,(a)センシング粒度特定機構,(b)ゲーミフィケーションに基づくインセンティブ機構に関して,対象環境のモデル化,問題設定を行い,アルゴリズムの開発を行った.(a)に関して,車載スマートフォンにより撮影した紅葉や桜を対象に,静止画から紅葉あるいは桜の度合いを算出し,度合いがしきい値以上である時のみ動画を撮影する方法を考案した.また,撮影した動画から,より紅葉や桜の度合いが大きな10秒程度の区間を切り出し,サーバにアップロードするアルゴリズムを考案し実装した.ここまでの成果を,情報処理学会ITS研究会で発表した(奨励賞受賞).(b)に関して,レベル制度,ランキング制度,バッジ制度といったゲーミフィケーションの要素を盛り込んだインセンティブ機構を設計した.本インセンティブ機構を組み込んだ簡易な参加型センシングシステムを開発し,10数名の参加者による実験を行った.結果,ゲーミフィケーションにより,センシングへの参加確率をある程度向上させることができることが分かった.ここまでの成果を,情報処理学会MBL研究会で発表した(優秀発表賞受賞).また,国際ワークショップCROWDSENSING2014に論文が採択された.平成26年度は,(a)対象エリアにおけるホットスポットの発見と各地点におけるセンシング粒度の決定法の考案と実装,(b)粒度可変センシング機構・最適動画選別機構の設計と実装,(c)ゲーミフィケーションに基づくインセンティブ機構の考案・実装を前年度から継続して実施した.また,これらを組み込んだ,(d)スマートフォン向けユーザ参加型動画センシングミドルウェアの構築に着手した.(a),(b)に関して,モバイルノードが一定距離間隔で画像を撮影・解析し,興味対象が検出された地点をPoI(興味地点)としてサーバに記録するとともに,これから通過する道のPoI密度が高いほど,画像撮影・解析の間隔を短くする機構(多段階センシング)と高PoI密度付近の動画を切出す機構を実装した.(c)に関しては,ゲーミフィケーションに基づいたインセンティブ機構を組み込んだ参加型センシングシステム(昨年度に実装)の被験者実験結果に基づき,タスクの難易度,参加者のレベル,ゲーミフィケーションの各機構の有無による影響を調査し,各ユーザに依頼した時のセンシング成功確率を予測するモデルを構築した.(d)に関しては,サーバ側ソフトウェアとiOSを対象としたクライアント側ソフトウェアからなるシステムおよび各種APIを備えたミドルウェアの構築を進めている.(a)-(d)のアプリケーションとして,桜の花の多さを「桜度合い」として指標化し,自動車走行中に車載スマートフォンで撮影した画像から,道路沿いの桜度合いを実時間で算出しその数値が高い地点の動画を切り出して地図上に共有するシステムの構築を進めている.上記の研究の成果は,国際ワークショップACM HotMobile 2015で発表した.また,DPSワークショップ2014,第72回MBL研究会で,それぞれ,デモ,論文を発表し,ベストデモ賞,優秀論文賞を受賞した.本研究では,参加型センシングにおける,膨大な収集データによるネットワーク資源・クラウド計算資源の圧迫や,参加ユーサの少なさから適切な時間・粒度でのセンシングが困難という課題の解決に向け,ユーザが移動中に記録した動画を位置情報に関連付けて収集・共有する臨場感・直感性の高い情報共有サービスを実現することを目的としている.具体的には,(1)地点ごとの最適センシング粒度を自動で決定し,必要な地点の動画を必要十分な粒度で取得する仕組み,(2)コンテンツ解析に基づく最適な動画の選別機構,(3)センシング時間の短縮に向けたゲームフィケーションに基づくインセンティブ機構を備えた新しい参加型センシングのフレームワークの実現に取り組んでいる.平成27年度は,前年度に引き続き,粒度可変センシング機構の設計・開発,インセンティブ機構の評価,粒度可変センシング機構およびインセンティブ機構のスマートフォンへの実機実装を行い評価を行った.また,提案手法のアプリケーションとして,走行中車両が車載スマートフォンで撮影した動画からリアルタイムに桜の開花情報を抽出し,位置情報および桜が写っている場面だけを切り出したショート動画を自動共有するシステム「桜センサ」を開発した.

本研究では,参加型センシングの枠組みで,ユーザが移動中に記録した動画を位置情報に関連付けて収集・共有する臨場感・直感性の高い情報共有サービスを実現することを目標に,(1)地点ごとの最適センシング粒度を自動で決定し,必要な地点の動画を必要十分な粒度で取得する機構,(2)解析に基づき最適な動画を選別する機構,(3)ユーザの参加確率を上げるためのゲーミフィケーションに基づくインセンティブ機構を考案・設計・開発した.また,これらの機構を組み込んだミドルウェアを構築し,ミドルウェアを使って開発したスマートフォンアプリケーションを用いて,提案機構の有用性を評価した.本研究では,(1)地点ごとの最適センシング粒度を自動で決定し,必要な地点の動画を必要十分な粒度で取得する仕組み,(2)コンテンツ解析に基づく最適な動画の選別機構,(3)センシング時間の短縮に向けたゲーミフィケーションに基づくインセンティブ機構を備えた新しい参加型センシングのフレームワークを開発することを目標としている.このうち,平成26年度の研究開発において上記(1)-(3)の全ての研究項目を大幅に進めることができ,完成度が高まった.本課題に直接関係する成果として,研究会発表1件,査読有国内ワークショップ1件,査読有国際ワークショップ発表1件を行い,2件の受賞があった.また,関連する成果として,論文誌/学会誌3件,国際会議論文2件が採択された.以上より,2年目の研究は順調に進展しており,目標通りの研究成果が得られたと考えている.27年度が最終年度であるため、記入しない。ユビキタスコンピューティング平成27年度以降は,(1)粒度可変センシング機構のシミュレーション評価,(2)インセンティブ機構のシミュレーション評価を行う予定である.また,スマートフォンへの粒度可変センシング機構およびインセンティブ機構の実機実装を進め,これらの機構を組み込んだ,(3)ユーザ参加型センシングミドルウェアを完成させることを予定している.ミドルウェア上に構築するアプリケーションとして,(3)桜の開花状況や渋滞状況をリアルタイムに識別し地図上での情報の共有と動画の共有を行うシステムの実現・評価に向けた検討を進めていく.本研究では,(1)地点ごとの最適センシング粒度を自動で決定し,必要な地点の動画を必要十分な粒度で取得する仕組み,(2)コンテンツ解析に基づく最適な動画の選別機構,(3)センシング時間の短縮に向けたゲーミフィケーションに基づくインセンティブ機構を備えた新しい参加型センシングのフレームワークを開発することを目標としている.このうち,平成25年度の研究開発において上記(1)-(3)の全ての研究項目に着手し,実現可能性の目処が立ったと考えている.本課題に直接関係する成果として,研究会発表2件,国際ワークショップ発表1件を行い,2件の受賞があった.また,関連する成果として,論文誌2件,国際会議論文2件が採択された.初年度にしては十分な研究成果が得られたと考えている.27年度が最終年度であるため、記入しない。ミドルウェアの開発および参加型センシングにより収集したデータの分析・可視化のためには,高性能な計算機が必要である.より最新・高性能な計算機をより安価に購入し,研究の進展をはかるため,H26年度は,ミドルウェアの設計と既存計算機を用いた基本部分の開発に留め,H27年度にミドルウェアの本格的な開発,および,収集データの分析
膜性増殖性糸球体腎炎におけるメサンギウム細胞内シグナルの病態生理学的意義の解明

膜性増殖性糸球体腎炎(MPGN)は、補体調節不全や糸球体への免疫複合体沈着を端緒として発症するが、特徴的なメサンギウム細胞の形態変化がおこるメカニズムは不明である。本研究によりF-actin結合蛋白質EPLINおよび細胞間蛋白質Afadinの正常腎における発現の詳細と膜性増殖性糸球体腎炎などの患者および動物モデルにおける発現変化を解析し、それら分子の発現量により刺激に対する細胞の挙動が変わることが明らかにされた。腎炎の病態形成過程において、メサンギウム細胞の骨格蛋白質の時間空間的な発現変化や局在変化が関与することが示唆された。本研究は膜性増殖性腎炎(MPGN)におけるメサンギウム細胞の形態や運動性、増殖能を制御する分子メカニズムを明らかにすることを目的とする。H25年度は、補体等の各種刺激におけるメサンギウム細胞の分子レベルでの変化を網羅的に解析し、それらの変化がメサンギウム細胞の形態を制御するかどうかについて培養細胞を用いて解析した。1. MPGNにおけるメサンギウムの形態変化の分子的検討また、メサンギウム細胞における接着斑蛋白質複合体について検討したところ、今までに報告のない複数の分子の特徴的な局在を見いだし、現在それら分子群の機能解析を行っている。2.補体によるメサンギウム細胞シグナルの網羅的解析補体やPDGFといった刺激に伴うメサンギウム細胞の網羅的シグナル伝達解析について、予備実験を行っている。メサンギウム細胞の機能に影響を与える因子の同定を期待している。本研究は膜性増殖性腎炎(MPGN)におけるメサンギウム細胞の形態や運動・増殖能を制御する分子メカニズムを明らかにすることを目的とする。H26年度は、H25年度に行った検討によりメサンギウム細胞の形態制御に関わることが判明した新規分子について解析した。1.メサンギウム細胞の運動・増殖制御を担う候補分子として種々の細胞骨格タンパクや接着蛋白の培養メサンギウム細胞における局在を検証した。そのうちある細胞間接着蛋白質が複合体を形成して糸球体および培養メサンギウム細胞において特徴的な発現を示す事をPLA(Proximity Ligation Assay)や免疫沈降により見いだした。2.補体や各種刺激によるメサンギウム細胞の変化を解析するためにMPGNやIgA腎症などの患者腎組織切片を用いて細胞骨格タンパクや接着蛋白の発現を解析した。1で解析した細胞接着分子が特異的にメサンギウム細胞間において発現が低下することを見いだし、メサンギウム細胞障害の下流での細胞の機能変化に関与していることが示唆された。3.メサンギウム細胞の細胞増殖や細胞運動性にこれらの分子が関与するかどうかについて検討を行った。これらの因子をノックダウンすることにより細胞運動性、特にPDGF刺激による運動性が減弱することが明らかになった。そのメカニズムを解析したところメサンギウム細胞の平面内細胞極性を示すゴルジ体の配向が変化していたことから、メサンギウム細胞の極性の変化がメサンギウム細胞の機能と関連することを見いだした。本研究は膜性増殖性腎炎(MPGN)におけるメサンギウム細胞の形態や運動性、増殖能を制御するメカニズムを明らかにすることを目的とし、特に以下の2つの機構に着目し、詳細を解析した。1. F-アクチンを架橋し束化するEPLINがメサンギウム細胞のメサンギウム突起に強く集積し、接着斑蛋白質paxillinと結合し、PDGFの刺激下で離れることを見出した。EPLINの発現を抑制によりメサンギウム細胞の接着斑が消失し、細胞の運動性が亢進すること、またEPLINの発現がIgA腎症やMPGNなどのメサンギウム増殖性腎炎患者の糸球体及びラットの糸球体腎炎モデルで低下していることから腎炎発症の背景にメサンギウム細胞の接着斑や細胞骨格の変化があることが示され、その結果を論文発表した。(Tsurumi H. etal.Kidney Int. 2014)。2.さらに、細胞間蛋白質としてAfadin及びβ-cateninを見出し、ヒト及びラットの腎切片と培養メサンギウム細胞における局在の詳細を観察した。ラットの腎炎モデル及び患者腎組織ではメサンギウム細胞間のAfadin発現は低下していた。ラットの腎炎モデル及びafadin発現を抑制した培養メサンギウム細胞では平面内細胞極性を示すゴルジ体の配向が喪失し、細胞の運動性が低下していたことが示され、その結果を論文発表した。(Tsurumi H. etal. Lab Invest.2016)以上の知見より、膜性増殖性糸球体腎炎などで放出される各刺激因子が作用する際、メサンギウム細胞にどのような分子が発現している(またはいない)かによりその後の細胞変化やひいては腎予後に影響すると考えられた。今後の展望は、刺激前後で変化する分子の網羅的な探索やそれらの分子の刺激によらない発現制御の機序を解明し、腎炎成立のメカニズムの詳細をとらえ、治療につながるキーとなる機構解明につなげる。

腎炎の病態形成過程において、メサンギウム細胞の骨格蛋白質の時間空間的な発現変化や局在変化が関与することが示唆された。25年度と26年度の検討によりメサンギウム細胞の形態変化および運動性の変化を起こす因子を複数見いだし、メサンギウム増殖性腎炎患者での発現変化とその変化のメカニズムを同定し、研究は順調に進行している。医歯薬学メサンギウム細胞傷害によるメサンギウム細胞の変化のメカニズムの更なる詳細を継続して検討する。またメサンギウム細胞の機能重要な影響を及ぼすことを同定した因子群が生体内でメサンギウム細胞にどのような作用を持つのか、それらの発現変化が直接メサンギウム増殖性腎炎を起こすかどうかについて検討を行う。すなわちこれらの因子の発現を遺伝子導入およびノックダウンにより変化させ、腎炎のモデルが作成可能かどうかについて検討する。計画書に記載した25年度の計画は(1)のMPGNにおけるメサンギウム細胞の形態変化の分子的検討、および(2)補体によるメサンギウム細胞内シグナルの網羅的解析である。(1)に関して、候補となる細胞骨格蛋白質についてその局在と特異性を検討した。このうち、細胞間接着蛋白質である分子Aが糸球体においてメサンギウム細胞の接着部位に特徴的な局在を示したため、ヒト培養メサンギウム細胞において局在の詳細とその機能解析を進めている。解析の結果、メサンギウム細胞の細胞骨格と密接な関わりがあることが判明し、現在投稿準備中である。また、この分子以外の細胞骨格蛋白質についても局在と発現性を検討した。解析の方法として、特殊な二次抗体を用いてHybridizationを行うことで組織や細胞内におけるネイティブな状態の蛋白質間の相互作用を高感度に検出できるDuolink in situ PLA法(Proximity Ligation Assay)という新たな手法を用い、細胞内の異なる分子の結合を組織切片上あるいは培養細胞上で定量的に検出することに成功し、今後もこの手法を用いる予定である。(2)については、まずヒト培養メサンギウム細胞にC3aを作用させ、変化が起こる最小量や時間を条件検討中である。変化の解析は、免疫染色およびリン酸化の程度などで検討する。条件がそろい次第、実際に補体を反応させた前後で変化する蛋白質やmRNAを検出する。学会発表を翌年に以降し、本年度は旅費を使用しなかったため今後は引き続き補体によるメサンギウム細胞の網羅的解析を行う。その中で、候補の蛋白質に関して補体作用によりどのようにメサンギウム細胞の変化に関わるか検討し、その機能を解析する。H25の研究は予定通り進行しており、H26年度も計画書にそって進める。H26年度の計画としては、(2)補体等によるメサンギウム細胞シグナルの網羅的解析、(3)メサンギウム細胞の形態・機能変化に対する補体作用の解析、および(4)In vivoでのMPGN病態の再現と新たなMPGNモデルの作成である。このうち、(2)に関しては現在補体やPDGFといった刺激に伴うメサンギウム細胞の網羅的シグナル伝達解析について、予備実験を行っており、メサンギウム細胞の機能に影響を与える因子を同定する、その際の課題としては作用させる刺激因子の選定と細胞変化の評価であり、因子としてはC3aおよびPDGFを検討している。