hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
保存/散逸型微分方程式に対する離散変分法の拡張に関する研究

研究実績の概要は以下のとおりである.本研究は,国産の数値手法である「離散変分法」を拡張することを目的としていたが,その中で特に「時間方向の精度の向上」について重点的な研究を行い,種々の知見を得た.まず,従来,6次までであった次数を,原理的には任意次数に上げる手法を開発した.これは微分方程式の数値解法におけるGeneralized Backward Difference Formula(GBDF)を援用することで達成された.簡単な例題において,実際に高い精度と安定性を持つことが示された.この手法では,離散スキーム全体を一気に,Bounary Value Methodとして解くことが必要となるが,一般にスキームは非線形であるため,それは高次元の非線形代数方程式の数値解法に帰着する.これを解く方法として単純な関数反復や,数値ライブラリによる数値Newton法などを試し,数値Newton法が様々な意味でコストが低く,実用的であることを確認した.さらに,上記の手法が保存/散逸型偏微分方程式の数値解法にも適用可能であることを示した.これは保存/散逸型偏微分方程式を,いったん空間方向のみ適切に離散化して保存/散逸型常微分方程式にし,それに対して上の手法を適用することで達成される.しかしGBDFは非常に計算コストの高い方法であるため,偏微分方程式の場合には本研究で得られた手法が必ずしも理想的ではないことも,各種数値実験により検証された.本年度は,保存/散逸型微分方程式に対する離散変分法について,主に時間方向の高精度化に関する研究を行った.具体的には以下の2点について新しい結果を得た.主に常微分方程式の場合であるが,時間対称な数値解法がひとつあるとき,それを"composition method"と呼ばれる方法で高次化できることが従来から知られていた.これは基本となる解法を時間刻み幅を変えて何度も呼び出すことで,結果として高い精度を得るものである.注目すべき点として,もとの解法が保存解法の場合,高次化された結果の解法も保存的となる.散逸系に対してはこの性質は理論的には保証されないことも広く認識されていたが,実際に使用するとどのような結果に至るかは十分認識されていなかった.本研究ではこの点に関し,数値的・理論的な観点からいくつかの評価を行い,簡単な散逸問題でも実際に散逸性が崩れうることを確認した.ほとんどの場合この崩れは局所的であるが,特定の問題では,大域的にも散逸性が崩れることも確認した.従って,やはり散逸系に対してはcomposition methodは安易に使用するべきでないと考えられる.(2)次数無制限の時間高精度化研究代表者により,6次までの保存/散逸数値解法は従来より提案されていたが,その手法では7次以上の解法を構成することができなかった.そこで本年度の研究では,従来法に一般化BDF解法の考え方を援用し,この次数制限の突破を行った.実際に得られたスキームを簡単な系に適用し,7次以上でも安定して保存・散逸解法が構成できることを確認した.しかし,新手法は計算コストが莫大にかかる欠点があり,この点をさらに克服できるかどうか,来年度以降の研究で調べる必要がある.研究実績の概要は以下のとおりである.本研究は,国産の数値手法である「離散変分法」を拡張することを目的としていたが,その中で特に「時間方向の精度の向上」について重点的な研究を行い,種々の知見を得た.まず,従来,6次までであった次数を,原理的には任意次数に上げる手法を開発した.これは微分方程式の数値解法におけるGeneralized Backward Difference Formula(GBDF)を援用することで達成された.簡単な例題において,実際に高い精度と安定性を持つことが示された.この手法では,離散スキーム全体を一気に,Bounary Value Methodとして解くことが必要となるが,一般にスキームは非線形であるため,それは高次元の非線形代数方程式の数値解法に帰着する.これを解く方法として単純な関数反復や,数値ライブラリによる数値Newton法などを試し,数値Newton法が様々な意味でコストが低く,実用的であることを確認した.さらに,上記の手法が保存/散逸型偏微分方程式の数値解法にも適用可能であることを示した.これは保存/散逸型偏微分方程式を,いったん空間方向のみ適切に離散化して保存/散逸型常微分方程式にし,それに対して上の手法を適用することで達成される.しかしGBDFは非常に計算コストの高い方法であるため,偏微分方程式の場合には本研究で得られた手法が必ずしも理想的ではないことも,各種数値実験により検証された.
放射性同位元素標識モノクローナル抗体による腹腔内微小転移巣の標的治療の基礎的研究

^<111>In標識A7をヒト胃癌培養細胞株MKN45(moderately differentiated adenocarcinoma)やKATO-III(signet ring cell cercinoma)などを背部皮下に移植したヌードマウスに静注投与したところ、^<111>In標識A7は腫瘍に多く集積した。最も多く集積したのは静注投与後約48時間後であった。^<111>In標識A7は肝臓にも多く集積した。血液中からの排泄は緩やかであった。一方、^<111>In標識マウスIgGは、静注しても腫瘍に特異的に集積する事はなかった。他の、正常臓器への集積は、^<111>In標識A7と同等であった。^<99m>Tc標識A7も、^<111>In標識A7と同様にマウスに静注投与後は、腫瘍に良好に集積した。^<99m>Tc標識マウスIgGと比較して、優位に多く腫瘍に集積した。^<99m>Tc標識A7は、^<111>In標識A7に比較して、肝臓への集積が少なかった。^<99m>Tc標識A7の血液中からの排泄は、^<111>In標識A7とほぼ同等であった。2.毒性試験今回の実験では、抗体に標識する核種の量の関係から^<111>Inをマウス1匹あたり18.5MBqまでの投与しか検討できなかったが、18.5MBqの投与では、特に投与後の急性毒性は認められなかった。99mTcは、1匹あたり9.25MBqまでの投与しか検討できなかったが、この量の投与でも急性毒性は認められなかった。3.治療効果MKN45担癌ヌードマウスに対する^<111>In標識A7の治療効果は、今回の実験では核種の投与量が1匹あたり7.4MBqまでしか検討できていないので、^<111>In標識マウスIgGの治療効果と比較して、差がある傾向はあったが、有意差が出るまでにはいたらなかった。一方、^<99m>Tc標識A7の治療効果も、^<99m>Tc標識マウスIgGと比較して有意なさは認められなかった。1.モノクローナル抗体A7の^<111>In標識DTPA結合数の検討:モノクローナル抗体A7に結合させるDTPAの至適分子数を、抗体活性という面から検討した。A7溶液に様々な濃度のDTPA溶液を混合させて様々な結合比のA7-DTPA複合体を作成し、それぞれの抗体活性をinhibition assayで検討した。また、A7-DTPA複合体の^<111>In標識率を検討し、両方の面から至適結合数を検討した。検討の結果、結合させる至適分子数は抗体1分子当たりにつきDTPA1分子がよいと分かった。^<99m>Tc標識の至適条件の検討:A7を還元する2-mercaptoethanol(2-ME)の混合比率、またA7と^<99m>Tcの架橋剤であるHMDPの混合分子数を様々な比率にして至適混合比率をA7の^<99m>Tc標識率という面から検討した。その結果、混合する2-MEの比率は1:1000が最適と考えられた。また、混合するHMDPの比率は抗体:HMDP=1mg:1mgが良いと考えられた。3.標識抗体のin vitroのヒト胃癌細胞株に対する反応性^<99m>Tc標識A7および^<111>In標識A7のヒト胃癌細胞株に対する反応性を無標識のA7と競合させたcompetitive inhibition assayにて検討した。この結果を^<99m>Tc標識マウス正常IgGおよび^<111>In標識マウス正常IgGと比較検討した。結果は、ヒト胃癌細胞株との反応性は無標識のA7と比較してほとんど低下することはなく、良好であった。また、^<99m>Tc標識マウスIgGおよび^<111>In標識マウスIgGはA7に比較してヒト胃癌細胞株にはほとんど反応しなかった。^<99m>

Tc標識A7の血液中からの排泄は、^<111>In標識A7とほぼ同等であった。2.毒性試験今回の実験では、抗体に標識する核種の量の関係から^<111>Inをマウス1匹あたり18.5MBqまでの投与しか検討できなかったが、18.5MBqの投与では、特に投与後の急性毒性は認められなかった。99mTcは、1匹あたり9.25MBqまでの投与しか検討できなかったが、この量の投与でも急性毒性は認められなかった。3.治療効果MKN45担癌ヌードマウスに対する^<111>In標識A7の治療効果は、今回の実験では核種の投与量が1匹あたり7.4MBqまでしか検討できていないので、^<111>In標識マウスIgGの治療効果と比較して、差がある傾向はあったが、有意差が出るまでにはいたらなかった。一方、^<99m>Tc標識A7の治療効果も、^<99m>Tc標識マウスIgGと比較して有意なさは認められなかった。
レチノイン酸受容体の活性化を利用した抗動脈硬化療法および血管新生療法の開発

【目的】近年の動脈硬化性病変患者の増加に伴い、治療的血菅再生療法の重要性が高まっている。今回我々は、ピタミンAの天然誘導体である全トランス型レチノイン酸(ATRA)及び合成レチノイドAm80を用いて、それらの血管新生に対する効果を検討した。【方法】1)ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC)とヒト皮膚線維芽細胞(NHDF)の共培養下で、ATRAまたはAm80の投与下で9日間培養した後、形成された管腔の面積と長さを解析した。2)ATRA及びAm80によるHUVECの増殖能と遊走能を評価した。3)内因性VEGF分泌およびmRNA発現の変化をELISA法ならびに定量PCRを用いて評価した。4)HUVEC上の2型VEGF受容体(KDR)のmRNA発現の変化を、定量PCRを用いて評価した。5)1)で用いた共培養系において、VEGF中和抗体またはKDR中和抗体の添加が管腔の面積・長さに及ぼす影響を解析した。【成績】1)ATRA及びAm80により管腔形成が促進された。2)ATRA及びAm80によりHUVEC増殖能の亢進が認められたが、遊走能の変化は認められなかった。3)NHDFとHUVECの共培養下およびNHDF単独培養下において、ATRA及びAm80による内因性VEGF分泌およびmRNA発現の亢進が認められた。4)HUVECにおいてATRAによるKDR mRNA発現の亢進が認められた。5)ATRAによる管腔形成は、VEGF中和抗体またはKDR中和抗体の添加により抑制された。【結論】本研究により、ATRA及び、Am80が管腔形成を促進することが明らかとなった。その機序として、HUVECの増殖促進作用、NHDFにおけVEGF分泌・発現の促進作用、およびHUVECにおけるKDRの発現亢進が考えられた。以上の結果から、ATRA及びAm80は虚血性疾患における治療的血管再生療法に有効である可能性が示唆された。【目的】近年、動脈硬化に伴う虚血病変に対する血管新生療法が注目されている。しかしながら、全トランス型レチノイン酸(ATRA)の血管新生に対する効果は、未だコンセンサスか得られていない。今回我々は、ATRAの血管新生に対する効果を明らかにするとともに、そのメカニズムを解明することを目的として、以下の検討を行った。【方法】血管新生はヒト皮膚線維芽細胞(NHDF)と臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC)の共培養系における管腔形成にて評価した。共培養系およびNHDFまたはHUVECの単独培養系の上清をELISAに供して血管内皮増殖因子(VEGF)を測定した。NHDFまたはHUVECの単独培養系からRNAを抽出して定量PCRを施行し、VEGFおよび2型VEGF受容体(KDR)の発現量を検討した。【結果】ATRAは濃度依存的に管腔形成を促進した。レチノイン酸受容体(RAR)アゴニストであるAm80もATRA同様に管腔形成を促進した。その一方で、RAR pan-アンタゴニストであるLE540はATRA依存性の管腔形成を抑制した。ATRA投与による管腔形成促進作用は、VEGF中和抗体またはKDR中和抗体の添加により抑制された。ATRA投与により、共培養系およびNHDFの上清中のVEGF分泌増加およびNHDFにおけるVEGF mRNAの発現

充進が認められた。また、ATRA投与によりHUVECにおけるKDR mRNAの発現充進が認められた。【考察】本研究結果から、ATRAがRARを介して血管新生を促進することが明らかとなったが、その機序として、ATRAがNHDFにおけるVEGFの発現およびHUVECにおけるKDRの発現を誘導することが考えられた。ATRAが動脈硬化性病変患者に対する冶療的血管再生療法に有用である可能性が示唆された。【目的】近年の動脈硬化性病変患者の増加に伴い、治療的血管再生療法の重要性が高まっている。今回我々は、ビタミンAの天然誘導体である全トランス型レチノイン酸(ATRA)及び合成レチノイドAm80を用いて、それらの血管新生に対する効果を検討した。【方法】1)ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC)とヒト皮膚線維芽細胞(NHDF)の共培養下で、ATRAまたはAm80の投与下で9日間培養した後、形成された管腔の面積と長さを解析した。2)ATRA及びAm80によるHUVECの増殖能と遊走能を評価した。3)内因性VEGF分泌およびmRNA発現の変化をELISA法ならびに定量PCRを用いて評価した。4)HUVEC上の2型VEGF受容体(KDR)のmRNA発現の変化を、定量PCRを用いて評価した。5)1)で用いた共培養系において、VEGF中和抗体またはKDR中和抗体の添加が管腔の面積・長さに及ぼす影響を解析した。【成績】1)ATRA及びAm80により管腔形成が促進された。2)ATRA及びAm80によりHUVEC増殖能の亢進が認められたが、遊走能の変化は認められなかった。3)NHDFとHUVECの共培養下およびNHDF単独培養下において、ATRA及びAm80による内因性VEGF分泌およびmRNA発現の亢進が認められた。4)HUVECにおいてATRAによるKDRmRNA発現の亢進が認められた。5)ATRAによる管腔形成は、VEGF中和抗体またはKDR中和抗体の添加により抑制された。【結論】本研究により、ATRA及びAm80が管腔形成を促進することが明らかとなった。その機序として、HUVECの増殖促進作用、NHDFにおけるVEGF分泌・発現の促進作用、およびHUVECにおけるKDRの発現亢進が考えられた。以上の結果から、ATRA及びAm80は虚血性疾患における治療的血管再生療法に有効である可能性が示唆された。
強い電子相関を持つ異方的超伝導体中の磁束状態に関する理論的研究

我々は強い電子相関を持つ異方的超伝導体中の磁束状態を調べるために、t-Jモデルを用い、磁束状態の特異なふるまいおよびそれに密接に関連する現象を理論的に調べた。この研究のために、数値計算のためのプログラムを開発し、様々な場合について調べた。以下得られた結果を具体的に整理する。1. Gutzwiller近似をBogoliubov-de Gennes方程式に適用することによって、高温超伝導体中の磁束付近の電子状態を調べた。その結果、ドーピングが少ないときに磁束中心付近で、拡張s波超伝導成分が誘起される可能性および反強磁性が誘起される可能性を見出した。2.反強磁性の秩序変数を含む場合まで拡張した変文モンテカルロ法を用いて、t-Jモデルの基底状態を変分法によって調べた。その結果half-fillingに近い場合には一様に超伝導と反強磁性が共存することを見出した。3.以上の数値的な結果と、解析的な近似方法とを比較することによって、強相関を扱うための解析的な近似方法(Gutzwiller近似法)を拡張することができた。この新しい方法は容易にBogoliubov-de Gennes方程式に適用することができる。反強磁性を考慮した場合の我々の結果は、この拡張されたGutzwiller近似を用いている。4.磁束の場合と密接な関係のある、表面付近および不純物近傍での状態を調べた。とくにフェルミ面の形状に対する依存性、磁性不純物の場合について新たな知見が得られた。5.反強磁性とd波超伝導とが共存するストライプ状態について、上記のGutzwiller近似を用いて詳しく調べた。このようなストライプ状態が実現するためには、ある種のピン止めポテンシャルが必要であることを見出した。本研究の目的は、t-Jモデルにおける磁束状態の特異なふるまいや、パラメータ依存性を調べて、実験と比較できるような理論を構成しようという点である。この目的を達成するために、まず平成10年度で数値的な計算のためのプログラムの開発を行ない、得られた結果を論文としてまとめつつある。以下具体的に整理する。1.強相関を扱うための近似方法の開発のために、一様な状態に対する変分モンテカルロ法を、反強磁性のオーダーパラメータを含む場合まで拡張した。2.以上の数値的な結果を磁束の場合に用いるためには、解析的な近似方法との関連を明らかにし、Bogoliubov-de Gennes方程式に適用できる形にしておく必要がある。そのために今までの近似方法を改良して、数値計算の結果の定性的な理解を得た。3.磁束の場合と密接な関係のある、t-Jモデルの表面付近での状態、および不純物近傍での状態を調べた。このためにBogoliubov-de Gennes方程式を数値的に解くプログラムを改良し、かなり大きなサイズでの計算を可能にした。その結果を解析してまとめた。4.反強磁性とd波超伝導との関係について、ストライプ状態と関連して議論した。この研究のために、前年度に開発した数値計算のためのプログラムを用いて、様々な場合について調べた。1.Gutzwiller近似をBogoliubov-de Gennes方程式に適用することによって、高温超伝導体中の磁束付近の電子状態を調べた。

2.反強磁性の秩序変数を含む場合まで拡張した変分モンテカルロ法を用いて、t-Jモデルの基底状態を変分法によって調べた。その結果half-fillingに近い場合には一様に超伝導と反強磁性が共存することを見出した。3.以上の数値的な結果と、解析的な近似方法とを比較することによって、強相関を扱うための解析的な近似方法(Gutzwiller近似法)を拡張することができた。この新しい方法は容易にBogoliubov-de Gennes方程式に適用することができる。反強磁性を考慮した場合の我々の結果は、この拡張されたGutzwiller近似を用いている。4.磁束の場合と密接な関係のある、表面付近および不純物近傍での状態を調べた。とくにフェルミ面の形状に対する依存性、磁性不純物の場合について新たな知見が得られた。5.反強磁性とd波超伝導とが共存するストライプ状態について、上記のGutzwiller近似を用いて詳しく調べた。このようなストライプ状態が実現するためには、ある種のピン止めポテンシャルが必要であることを見出した。
共存微生物由来物質の摂取による海藻代謝変動の解明とその水圏環境浄化への利用の研究

単藻培養株まで純化したオゴノリ科海藻の付着微生物優勢種を遺伝子学的分類によりFlavobacteriaceae科であることを明らかにした。Flavobacteriaceaeはオーキシンの一種であるIndole-3-acetic acid (IAA)を生産することが知られている。そこでIAA添加実験を行った。微生物産生物質IAAが海藻湿重量増加及び海藻成分組成に影響することを明らかにした。Indole-3-acetic acid (IAA)摂取の海藻代謝への影響を解明するためには単藻培養株(大型海藻として単一種まで純化された株)まで純化した海藻を用いる必要がある。産総研保有の非成熟性有用オゴノリ科海藻の単藻培養株を滅菌海水培地中で培養し、1年間を通じて維持できた。代謝物質分析に影響を与える諸要因の一つである生物学的要因(個体差)の最小化のためにも、非成熟性単藻培養株の維持は価値がある。非成熟性単藻培養株の成長端を試料としてアンモニア態窒素培地、硝酸態窒素培地、IAA添加アンモニア態窒素培地、IAA添加硝酸態窒素培地で比較培養し、IAA添加アンモニア態窒素培地で増殖海藻湿重量および栄養塩吸収量が多いことを明らかにした。新規調製株と保存培養株の比較を目的に、2013年7月採取の海藻成熟体から胞子を分離し、滅菌海水中で培養し、新たに単藻培養株(25年度採取)を得た。水温15°C, 18°C, 21°C, 24°C, 27°C, 30°Cの何れの条件でも単藻培養株調製が可能であることを明らかにした。海藻付着共存微生物の優勢種は天然海藻ではVibrio sp.およびMoraxella sp.であり、滅菌海水中で短期間培養するとFlavobacterium / Cytophaga sp.に変化することは既に報告したが、長期培養株での結果は未解明であった。今回、長期保存株の付着微生物の優勢種がFlavobacterium / Cytophaga sp.であることを見出した。この結果はオゴノリ科海藻特有の付着微生物がFlavobacterium / Cytophaga sp.であることを強く支持する結果として意義がある。またVibrio sp.が長期培養株では検出限界以下(0.0004%以下)に低下することを見出した。ある種の大型海藻は付着共存微生物と相互作用しており、微生物由来成分を吸収して増殖している。我々は紅藻類オゴノリ科海藻の無菌処理したカルス様断片が寒天培地上でIndole-3-acetic acid (IAA)添加によって伸長することをすでに報告した。主なIAA産生微生物として有色色素産生菌Flavobacterium / Cytophaga sp.が知られている。オゴノリ科海藻の付着共存微生物の優勢種は天然海藻ではVibrio sp.及びMoraxella sp.であり、滅菌海水中で短期間培養するとFlavobacterium / Cytophaga sp.に変化し、その後培養を長く継続しても付着共存微生物の優勢種はFlavobacterium / Cytophaga sp.のままであることをすでに報告した。しかし単離胞子由来の単藻培養株(天然成熟海藻から胞子を滅菌条件下で単離し、滅菌海水で培養して得た単藻培養株)の付着共存微生物については未解明であった。今回、形態・生理学的分類と遺伝子学的分類(16SrRNA)の両面から単離胞子由来の単藻培養株の付着共存微生物群を同定し、Flavobacteriaceae科が優勢種であることを明らかにした。日本産オゴノリ科海藻の付着共存微生物の遺伝子学的分類として初めての報告となった。各種付着共存微生物と海藻との共存培養の結果から、培養液中の優勢微生物がFlavobacterium / Cytophaga sp.である場合に増殖海藻湿重量及び栄養塩吸収量が大きくなる傾向が観察された。IAA添加アンモニア態窒素培地でオゴノリ科海藻の増殖海藻湿重量及び栄養塩吸収量が大きかった昨年度の結果と考え合わせると、インドール類産生微生物によるIAA等の培地への放出が海藻成長を促進していることが示唆された。付着微生物由来物質の摂取が海藻代謝変動へ及ぼす影響の解明及び海藻成長や栄養塩吸収能の向上への当該物質の利用可能性の評価を研究目的とした。ある種の大型海藻は付着微生物と相互作用しており、微生物由来物質を吸収して増殖している。我々はオゴノリ科海藻のカルス様断片がIndole-3-acetic acid (IAA)添加により伸長すること、オゴノリ科海藻の付着微生物優勢種は天然海藻ではVibrio sp.およびMoraxella sp.であり、滅菌海水中で培養するとFlavobacterium / Cytophaga sp.に変化することをすでに報告した。Flavobacterium / Cytophaga sp.は主なIAA生産微生物である。今回、滅菌海水中での培養期間をさらに延長しても付着微生物の優勢種は変わらないことを確認した。また単藻培養株まで純化した藻体の付着微生物群の遺伝子学的分類によりFlavobacteriaceae科が優勢種との結果を得た。一方、培養液中の優勢微生物がFlavobacterium / Cytophaga sp.である場合に増殖海藻湿重量及び栄養塩吸収量が上昇する傾向が観察された。これらの結果から微生物由来物質IAA等が海藻成長を促進していることが示唆された。代謝物質の中の単糖及び二糖分析用の至適カラムとしてアミノシリカカラムを選定した。IAA添加により、オゴノリ科海藻の糖質(シュークロース等)及びアミノ酸等の代謝物質が変動すると同時に増殖海藻湿重量及び栄養塩吸収量が増加することをHPLC、GC-MS、LC-MS等によって明らかにした。

以上3年間の研究結果から、IAA添加により海藻代謝変動が起こること、培地中のIAA濃度の制御により海藻成長機能及び栄養塩吸収機能の向上が達成できることが示唆された。単藻培養株まで純化したオゴノリ科海藻の付着微生物優勢種を遺伝子学的分類によりFlavobacteriaceae科であることを明らかにした。Flavobacteriaceaeはオーキシンの一種であるIndole-3-acetic acid (IAA)を生産することが知られている。そこでIAA添加実験を行った。微生物産生物質IAAが海藻湿重量増加及び海藻成分組成に影響することを明らかにした。増殖海藻湿重量及び栄養塩吸収量への添加微生物の評価、生物学的要因(個体差)の最小化のための非成熟性単藻培養株の維持及び新規単藻培養株の調製を達成した。さらに単離胞子由来の単藻培養株の付着共存微生物を形態・生理学的分類と遺伝子学的分類(16SrRNA)の両面から同定した。以上のことより区分2と判断した。応用藻類学計画に従い研究を実施する予定である。非成熟性単藻培養株の成長端を試料として、海藻付着共存微生物由来の物質等の摂取による増殖海藻湿重量変化および栄養塩吸収量変化について評価していく。新規培養海藻と保存培養海藻での比較実験も検討する。生物学的要因(個体差)の最小化のための非成熟性単藻培養株の維持、増殖海藻湿重量および栄養塩吸収量へのIAA添加の評価、新規単藻培養株の調製を達成した。さらに海藻長期培養後の海藻付着共存微生物の優勢種について新しい知見を得た。消耗品の納入額が予想より低かったため差額が生じた。計画に従い研究を実施する予定である。平成27年度の消耗品に組み入れて使用する。消耗品の納入額が予想より低かったため差額4,216円が生じた。平成26年度の消耗品に組み入れて使用する。
ミジンコの形態形成遺伝子群の機能と分子進化

1)ミジンコHox遺伝子群およびその標的遺伝子群の発現時期および領域の特定ミジンコ全胚に対するin situ hybridization法により、これまでにcDNAクローンを得ていたDapdpp,Dapmlp,およびDapmshの発現時期および発現領域を明らかにした。またリン酸化型Madに対する特異抗体を用いた免疫染色法により、ミジンコ胚発生過程におけるその活性化部位を特定した。2)ミジンコHox遺伝子群およびその標的遺伝子群的コードする染色体DNAの解析これまでに得ていた、DapAntp遺伝子を含む染色体DNAクローンの全塩基配列を決定し、DapAntp遺伝子のエキソン/イントロン構造を明らかにした。またこの解析を通して、ミジンコにおいては、DapAntp遺伝子とDapUbx遺伝子の一部が重複して染色体上に存在していること、DapAntpのプロモーターの内の一つはDapUbx遺伝子内に存在することを強く示唆する結果を得た。3)ミジンコの形質転換系の開発形質転換系の開発の前段階として、ミジンコの生殖系列の発生/分化を追跡する良いマーカーなり得る、ミジンコvasa cDNAをクローン化し、その全塩基配列を決定した。大腸菌で発現させた組み替えVasaタンパクを、ラットに免役し、それに対する特異抗体を作製した。この抗体を用いて、ミジンコ全胚に対する免疫染色を行い、ミジンコの生殖系列の発生/分化/移動の過程を明らかにした。1)ミジンコHox遺伝子群およびその標的遺伝子群の発現時期および領域の特定研究代表者がこれまでにクローン化したミジンコのHox遺伝子群の内、DapAntpおよびDapScrタンパク質に対する特異抗体を作製した。これらの抗体を用いてミジンコ全胚に対する免疫染色を行い、これらの遺伝子産物の発現時期および領域を明らかにした。現在は、ミジンコのDapUbxおよびDapAbd-Aそれぞれに対する特異抗体の作製を同様に試みている。またHox遺伝子群の標的遺伝子群である可能性の高い、ミジンコにおけるhh,wg,およびwnt-8の相同遺伝子群(それぞれDaphh,Dapwnt-1,Dapwnt-8)の発現時期および領域をミジンコ全胚に対するin situ hybridizationで、またdllの相同遺伝子(Dapdll)の遺伝子産物の発現時期および領域をミジンコ全胚に対する免疫染色でそれぞれ明らかにした。2)DapAntp遺伝子とDmAntp遺伝子のキメラ遺伝子の構築とその機能の解析研究代表者がこれまでに明らかにしたショウジョウバエ内におけるDapAntpとDmAntpの機能の違いに寄与している領域を明らかにするために、DapAntp遺伝子とDmAntp遺伝子間で6種のキメラ/変異遺伝子を作製し、それらを保持する形質転換系統を確立した。現在マーカー遺伝子の発現やクチクラパターンを指標にして解析を進めている。3)ミジンコHox遺伝子群およびその標的遺伝子群をコードする染色体DNAの解析ミジンコの染色体DNAライブラリーから、DapAntpおよびDapdll遺伝子を含む複数個のクローンを単離し、現在塩基配列の決定を行っている。
TRPV3の遺伝子異常から掌蹠角化症に至る分子機構

先天的に掌蹠の過角化をきたす遺伝性掌蹠角化症は数多くあり,その原因遺伝子がいまだ不明なものや遺伝子異常から掌蹠の過角化至る機序が不明のものも少なくない.近年,申請者のグループは遺伝性掌蹠角化症の研究を精力的に行ってきた。オルムステット病は,脱毛,口囲や肛囲の角化性紅斑,激痒を特徴する遺伝性掌蹠角化症であり,Ca2+チャネルであるTRPV3遺伝子の異常で発症することが解明された.今回の研究では,遺伝性掌蹠角化症の遺伝子変異の解析を行い,本症の角化機構との比較を行った。さらに,モデルマウスのおけるTRPV3の機能解析と症状の検討も行った。先天的に掌蹠の過角化をきたす遺伝性掌蹠角化症は数多くあり,その原因遺伝子がいまだ不明のものや原因遺伝子が明らかにされたものでも過角化に至る機序が明らかにされていないものも少なくない.オルムステット病は,脱毛,口囲や肛囲の角化性紅斑,激痒を特徴とする遺伝性掌蹠角化症であり,近年患者の全遺伝子をシークエンスするという新しい方法によって,TRPV(transient receptor potential vanilloid)3チャネルの遺伝子異常で生じることが明らかにされた.さらにその変異はチャネルの機能を欠失するのではなく,逆にその機能亢進が誘導される変異(gain-of-function)であることも解明された.本研究の目的は,TRPV3の遺伝子異常から掌蹠角化症に至る機序を明らかにし,表皮細胞の増殖や分化の一端が温度の変化によって調節されうるという新しい概念を構築する.本年度は、体の種々部位でのTRPVの発現,活性化温度の比較検討を行った.すなわち,いろいろな部位(胸部,背部,上腕,前腕,手背,手掌,大腿,下腿,足背,足底)から表皮細胞を採取し培養,TRPV3の発現をRT-PCR,ウェスタンブロットにて解析し,各部位での発現の相違を検討した.温度刺激,TRPV3活性化物質による表皮細胞の増殖のコントロール実験や,表皮細胞株へTRPV3遺伝子を導入し強制現した細胞株を作成し,それらの細胞と正常細胞に温度変化やTRPV3活性物質を加え,細胞の増殖を詳しく調べた.先天的に掌蹠の過角化をきたす遺伝性掌蹠角化症は数多くあり,その原因遺伝子がいまだ不明なものや遺伝子異常から掌蹠の過角化至る機序が不明のものも少なくない.近年,申請者のグループは遺伝性掌蹠角化症の研究を精力的に行ってきた。オルムステット病は,脱毛,口囲や肛囲の角化性紅斑,激痒を特徴する遺伝性掌蹠角化症であり,Ca2+チャネルであるTRPV3遺伝子の異常で発症することが解明された.今回の研究では、遺伝性掌蹠角化症の遺伝子変異の解析を行い,本症の角化機構との比較を行った。皮膚科学体の種々部位でのTRPVの発現,活性化温度を比較検討した.いろいろな部位(胸部,背部,上腕,前腕,手背,手掌,大腿,下腿,足背,足底)から表皮細胞を採取し,培養した.TRPV3の発現をRT-PCR,ウェスタンブロットにて解析し,各部位での発現の相違を検討した.温度刺激,TRPV3活性化物質による表皮細胞の増殖のコントロール実験を行い,表皮細胞株へTRPV3遺伝子を導入し強制発現した細胞株を作成できた.それらの細胞と正常細胞に温度変化やTRPV3活性物質を加え,細胞の増殖を調べた.1)本症の遺伝子変異の導入をする。オルムステット病の変異として,TRPV3遺伝子のGly573Ser, Gly573Cysが比較的頻度が高い変異として報告されている.そこで,この変異を導入したTRPV3変異遺伝子を作成し,表皮細胞に過剰発現させる.そのような細胞で,本当にTRPV3の活性化が無刺激な状態でも起こっているのを確認する.つぎに,温度変化や刺激物質によって,導入表皮細胞に分化が誘導されるのか,インボラクリン,K10,トランスグルタミナーゼなどを角化関連マーカーを用いて検討する.2)本症のモデルラットでの掌蹠角化の誘導をする。我々は本症と同じ変異をもつヘアレスラットを有し,実際に申請者はその変異を確認している.それらのラットでは,オルムステット病の脱毛,そう痒は再現されるが,前後肢の角化は組織学的に軽度である.

ブラシによる刺激,TPAによる角化の誘導,接触皮膚炎などの刺激により角化が誘導されるか,臨床的,組織学的,表皮細胞の分化マーカーを評価して,分化の誘導を確認する.3)オルムステット病の新しい観点からの治療法の開発を目指す。オルムステット病ではTRPV3の機能亢進が起こっている.そこで,その阻害剤の効果を見る.その阻害剤ルテニウムレッド,ジレテニウムヒドロフランの効果を正常表皮細胞でパッチクランプ法にて検討する.つぎに,変異を導入した表皮細胞でもその抑制作用確認する.モデルラットに外用し,過角化やそう痒に効果があるのかを見る.
両眼立体視の研究:視差から奥行きへの変換プロセス

本研究では、以下の問題を検討し,現象的な特性を明らかにしつつ,メカニズムを探求した。(1)「書き割り効果」自然な光景の中に立つ人物のステレオ写真などで,人物が平板に見えてしまう現象である.この現象では視差が奥行知覚を生み出さない.この問題について,主観距離による視差のスケーリング,背景との奥行き対比との関連を明らかにした.(2)「逆転視差錯視」ステレオ写真の左右を入れ換えても,気がつかないことが多い.対象物が複数ある場合には対象物相互間の奥行きは逆転しても,対象物の内部の奥行きは逆転しない.この現象では,視差の極性が反転する,もしくは視差情報が抑制され,他の系からの奥行知覚と置き換えられていると考えられる.我々はこれまで顔画像に関してトップダウン情報の関与を明らかにしてきたが,これを一般的な物体に拡張し,一般的な凸面嗜好,および対象内奥行き,対象間奥行きとの関連を明らかにした.以上の(1),(2)の現象は,刺激を動画像として提示した場合の現象の生起を検討した.(3)「裸眼立体視の像の大きさ」ステレオスコープを用いず,並べた画像に対し視線を平行,または交叉させて融合させた場合(裸眼立体視),交叉融合を行うと対象物が,平行融合時,または1枚の写真を見た時に比べ小さく感じられる.交叉融合では輻輳情報から距離が近くなり,画像の主観的な大きさが過小評価されるためだとされることが多い.この現象と輻輳による距離知覚,更に大きさ評価のための距離の内部表象との関係を明らかにした.(4)「対象内奥行き,対象間奥行き」書き割り効果,逆転視差錯視ともに,一つの対象物内部の奥行き構造と,対象間の奥行き構造との差異という観点から説明できる.本研究では,全体的な学術的な中心はこの概念を確立することにあるが,ステレオ写真の研究と平行して,従来型の心理物理実験による検討を行いアイデアの妥当性を探った.本研究では、以下の問題を検討し,現象的な特性を明らかにしつつ,メカニズムを探求した。(1)「書き割り効果」自然な光景の中に立つ人物のステレオ写真などで,人物が平板に見えてしまう現象である.この現象では視差が奥行知覚を生み出さない.この問題について,主観距離による視差のスケーリング,背景との奥行き対比との関連を明らかにした.(2)「逆転視差錯視」ステレオ写真の左右を入れ換えても,気がつかないことが多い.対象物が複数ある場合には対象物相互間の奥行きは逆転しても,対象物の内部の奥行きは逆転しない.この現象では,視差の極性が反転する,もしくは視差情報が抑制され,他の系からの奥行知覚と置き換えられていると考えられる.我々はこれまで顔画像に関してトップダウン情報の関与を明らかにしてきたが,これを一般的な物体に拡張し,一般的な凸面嗜好,および対象内奥行き,対象間奥行きとの関連を明らかにした.以上の(1),(2)の現象は,刺激を動画像として提示した場合の現象の生起を検討した.(3)「裸眼立体視の像の大きさ」ステレオスコープを用いず,並べた画像に対し視線を平行,または交叉させて融合させた場合(裸眼立体視),交叉融合を行うと対象物が,平行融合時,または1枚の写真を見た時に比べ小さく感じられる.交叉融合では輻輳情報から距離が近くなり,画像の主観的な大きさが過小評価されるためだとされることが多い.この現象と輻輳による距離知覚,更に大きさ評価のための距離の内部表象との関係を明らかにした.(4)「対象内奥行き,対象間奥行き」書き割り効果,逆転視差錯視ともに,一つの対象物内部の奥行き構造と,対象間の奥行き構造との差異という観点から説明できる.本研究では,全体的な学術的な中心はこの概念を確立することにあるが,ステレオ写真の研究と平行して,従来型の心理物理実験による検討を行いアイデアの妥当性を探った.本年度は書き割り効果を取り上げ,(1)視差情報のスケーリング,(2)背景との奥行き対比の効果,の二つの視差情報と知覚される奥行きとの関連を検討した.(1)のスケーリングに関しては,対象の視角を一定に保ったまま観察距離を変化させた実験を行い,理論から予想される逆2乗法則の適合性を検討し,2乗法則はある程度成立するが完璧なものではないことを見いだした.さらに,実寸で,実際の距離に提示したステレオ写真における書き割り効果の生起についても検討し,実寸大きさのステレオ写真に置いても,書き割り効果が成立するが,その程度は小さなものよりも弱まることを示すことが出来た.(2)の対比効果については,第一項と同様の実験を背景の有り,無しの場合について行い,対比効果を検討した.この実験では,短観察距離の条件は通常の実験室で行ない,長観察距離の条件は,大型ステレオプロジェクタ,および本年度導入したヘッドアップディスプレー装置を用いて行った.裸眼立体視の像の大きさに関する検討をすすめた。この問題でキーになることは,輻輳の情報から奥行きを知覚できるのかという問題である。教科書などでは,数m以内ではそうした知覚が可能であるとされているが、Erklensら(1985)は1m程度の距離について否定的な結果を得ている。さらに,我々は50cm程度の観察距離においても,輻輳からは距離知覚が生じないという結果を得ている。

こうした事実を考慮に入れた上でハプロスコープ使い,輻輳角を系統的に変化させる実験を行い,(1)輻輳情報の距離知覚への影響は存在する,(2)輻輳情報は大きさの知覚にも影響する,(3)その両者が相反する情報となり,通常の距離知覚には輻輳の効果は少ない,(4)輻輳からは距離の知覚には直接反映しない距離の内部表現が存在するなどの諸点が明らかになった。今年度は主として書き割り効果の検討を進めた。1.書き割り効果と距離のスケーリングの関係を検討した.スケーリング効果とは,視差情報が奥行きに変換される際に,対象までの距離が計算に含まれ,計算される奥行き量は距離の2乗に比例するということであり.つまり,ステレオ写真では視差はほとんど変わらずに観察距離が数十分の1になるため,奥行きが数百分の1から数千分の1になる.この効果を検討するため,バーチャルリアリティー研究用の大型三次元プロジェクション装置に実画像を提示し,対象の視角サイズが一定のまま観察距離を変化する事態,輻輳のみが変化する事態について実験を行った.その結果,対象までの観察距離の情報によるスケーリングによって知覚される奥行き構造が実際に小さく見積もられることが明らかになった.現物大の刺激までを含めたこの現象の検討は世界で最初の試みである.また,観察距離一定のまま,輻輳角のみを変化させても,観察距離,輻輳角を共変させた場合と同様に奥行き構造が知覚されにくくなるという現象も確認された.2.背景と奥行き対比の効果についても検討を進め,背景と対象との間に不連続なギャップを設けた条件では,背景のない条件に比べて奥行きがほとんど知覚されないという結果が得られた.また,ランダムドットステレオグラムを用い両眼立体視の対比効果を詳細に検討する実験も行った.その結果は,この効果が視差の処理メカニズムによる側抑制のはたらきによって生じていることを示唆している.
学校教師の資質向上を目的とした共感研究および現職研修の開発

本研究は、教師の資質向上、とりわけ、対人援助職として必要不可欠な「共感性」を向上させることを目的としている。「共感性」の中でも、特に、認知的な意味合いの強い「個別性の認識に基づいた共感」が学校における教師ー生徒関係において果たす役割が強く、生得的な共感である情動的な共感よりも経験や研修によって向上させることが可能であることを、一連の研究で示してきた。本研究では、それらの一連の研究を補完する検討を行っている。研究内容は、以下の2つに大別される。研究A:学校教育相談担当教師と一般教師,他の職業に従事する者との言語応答様式の比較と,研究B:教師の「個別性の認識に基づいた共感」を向上させる研修の発展とその効果測定である。研究Aに関しては、学校教師に日常会話の陳述に関する言語応答を紙上で行ってもらったデータをすでに有しており、それらと女性営業職との比較・検討を行い、過去に発表している。男性については、男性社会人の言語応答データを収集する機会がこれまでに持てなかったため、本研究で新たに男性社会人のデータを収集し、分析中である。男女の教師・会社員の比較ができれば、より鮮明に、教師の言語応答様式の特徴が描き出せる。教師、とりわけ、教育相談担当教師の話を聴く資質の高さが、他の職業に就く成人との比較でも、男女共に実証されれば、世間の批判の的になりやすい現職教師の励みとなる結果を示唆することが可能となる。研究Bに関しては、現職研修にラボラトリー方式の体験学習を取り入れ、教師の他者理解力・自己理解力の向上を図り、教職受講生との比較も過去に行っている。しかし、ラボラトリー方式の体験学習の実施方法には改善の余地があり、近年、心理療法として、盛んに導入されている認知行動療法の中の自分の考え、感情、行動を分けて記述するワークを援用し、他者理解、自己理解をさらに促進する教授法を探索的に検討している。主要な研究の第1番目である研究A:学校教育相談担当教師と一般教師,他の職業に従事する者との言語応答様式の比較については、男性社会人のデータを平成23年度に収集できたが、自由記述型応答を入力・コード化するのに、複数の人員が必要であったために、長期休暇を待って、手伝いをお願いする必要があった。研究B:教師の「個別性の認識に基づいた共感」を向上させる研修の発展とその効果測定については、まず、教師との比較対象群となる大学生の受講生数が当初の予想よりも少なく、データ解析に十分なサインプルサイズとするのに、足かけ3年以上の年月が必要となってしまっているため、大学生だけでも、信頼のできる研究成果発表を行うには時間を要している(ただし、小標本による研究成果発表は、研究上の限界はありながらも、すでに行っている)。教師データについては、単なるデータ収集のための現職研修を実施させてもらえる機会はなく、平成24年度の教員免許更新講習が最大のデータ収集機会となる。平成24年度の講習で、研究協力の呼びかけを行い、現職教員の研究データ収集に努めたい。基本的に交付金申請時に提出した研究内容を今後も推進していく予定である。研究A:学校教育相談担当教師と一般教師,他の職業に従事する者との言語応答様式の比較に関しては、まず、新しく収集できた男性会社員の中で、教師と同等の学歴、教師と同様に対人的接触の多い会社員、すなわち、大卒の営業職に就く男性と男性教師の言語応答様式の全体的な比較・検討を行う。次に、共通回答項目は3項目に限られるが、男女差を加味した検討を行い、目に見えやすい結果提示を行う。最後に、教師は、教育相談担当経験のある教師と担当経験のない一般教師に2分されるため、教育相談担当教師と一般教師に分けたうえで、他の社会人との比較を行う。研究B:教師の「個別性の認識に基づいた共感」を向上させる研修の発展とその効果測定に関しては、後期に実施される大学でのグループワークの授業の中で、前年度と同様の授業方法を導入し、学生の振り返り用紙を収集する。教師データについては、平成24年度の夏に開講される教員免許更新講習の計画を綿密に練り、認知行動療法を援用したラボラトリー方式の体験学習を実施し、教師によって提出された用紙から、研究に必要なデータを収集する。学生に同様の内容の授業が連続4回行われるが、教員に対しては1回限りの実施となるため、学生と教師の効果の差異に関しては、1回の授業の結果から検討することになる。前述のように、学生データに関しては、4連続となるため、課題内容や回数による効果も、探索的に検討して、豊富なデータを有効活用する方策をとる予定である。研究Aに関しては、(1)自由記述型応答データの入力と複数者によるコード化のための人件費、(2)質的データ解析のための統計ソフトの購入、(3)関連文献収集のためのデバイスとその通信費用、(4)研究成果発表のための旅費等に、研究費を充てる予定である。研究Bに関しては、(1)研修実施の際に配布する資料印刷のためのカラーレーザプリンタの購入、(2)研修実施の際に使用する文具とオーディオ機器、(3)研修実施と結果分析の手伝いのための人件費、(4)研究Bの基盤となる2つの実践法、すなわち、認知行動療法とラボラトリー方式の体験学習の専門家との研究の打ち合わせ費用等に研究費を充てる予定である。

「共感性」の中でも、特に、認知的な意味合いの強い「個別性の認識に基づいた共感」が学校における教師ー生徒関係において果たす役割が強く、生得的な共感である情動的な共感よりも経験や研修によって向上させることが可能であることを、一連の研究で示してきた。本研究では、それらの一連の研究を補完する検討を行っている。研究内容は、以下の2つに大別される。研究A:学校教育相談担当教師と一般教師,他の職業に従事する者との言語応答様式の比較と,研究B:教師の「個別性の認識に基づいた共感」を向上させる研修の発展とその効果測定である。研究Aに関しては、学校教師に日常会話の陳述に関する言語応答を紙上で行ってもらったデータをすでに有しており、それらと女性営業職との比較・検討を行い、過去に発表している。男性については、男性社会人の言語応答データを収集する機会がこれまでに持てなかったため、本研究で新たに男性社会人のデータを収集し、分析中である。男女の教師・会社員の比較ができれば、より鮮明に、教師の言語応答様式の特徴が描き出せる。教師、とりわけ、教育相談担当教師の話を聴く資質の高さが、他の職業に就く成人との比較でも、男女共に実証されれば、世間の批判の的になりやすい現職教師の励みとなる結果を示唆することが可能となる。研究Bに関しては、現職研修にラボラトリー方式の体験学習を取り入れ、教師の他者理解力・自己理解力の向上を図り、教職受講生との比較も過去に行っている。しかし、ラボラトリー方式の体験学習の実施方法には改善の余地があり、近年、心理療法として、盛んに導入されている認知行動療法の中の自分の考え、感情、行動を分けて記述するワークを援用し、他者理解、自己理解をさらに促進する教授法を探索的に検討している。主要な研究の第1番目である研究A:学校教育相談担当教師と一般教師,他の職業に従事する者との言語応答様式の比較については、男性社会人のデータを平成23年度に収集できたが、自由記述型応答を入力・コード化するのに、複数の人員が必要であったために、長期休暇を待って、手伝いをお願いする必要があった。研究B:教師の「個別性の認識に基づいた共感」を向上させる研修の発展とその効果測定については、まず、教師との比較対象群となる大学生の受講生数が当初の予想よりも少なく、データ解析に十分なサインプルサイズとするのに、足かけ3年以上の年月が必要となってしまっているため、大学生だけでも、信頼のできる研究成果発表を行うには時間を要している(ただし、小標本による研究成果発表は、研究上の限界はありながらも、すでに行っている)。教師データについては、単なるデータ収集のための現職研修を実施させてもらえる機会はなく、平成24年度の教員免許更新講習が最大のデータ収集機会となる。平成24年度の講習で、研究協力の呼びかけを行い、現職教員の研究データ収集に努めたい。基本的に交付金申請時に提出した研究内容を今後も推進していく予定である。研究A:学校教育相談担当教師と一般教師,他の職業に従事する者との言語応答様式の比較に関しては、まず、新しく収集できた男性会社員の中で、教師と同等の学歴、教師と同様に対人的接触の多い会社員、すなわち、大卒の営業職に就く男性と男性教師の言語応答様式の全体的な比較・検討を行う。次に、共通回答項目は3項目に限られるが、男女差を加味した検討を行い、目に見えやすい結果提示を行う。
植物の光回復遺伝子の単離解析と紫外線超耐性植物作出の基礎研究

本研究では植物の環境適応特性及び紫外線耐性作物作出研究の基礎とする目的で、植物のDNA修復系の1つであるCPD光回復(PR)酵素遺伝子をホウレンソウから単離してその機能解析を行なった。PCRで得られた増幅断片をもとにmRNAを逆転写したcDNAの塩基配列を調べ、RACE法によって両末端まで解析した。その結果、高等生物のclass II CPD光回復遺伝子と相同性が高かった。ゲノムDNAを鋳型にしてPCRを行い順次塩基配列を解析した。構造遺伝子全領域の塩基配列を決定し9つのエキソンから構成されていることを明らかにした。この遺伝子を光回復欠損大腸菌に導入して紫外線を照射後に蛍光灯を照射すると菌の生存率は有意に上昇した。得られた遺伝子には光回復活性があり、アミノ酸配列の相同性の結果と合わせてこの遺伝子はCPD光回復遺伝子であると考えられる。この遺伝子のコピー数は単一コピーであった。この遺伝子の発現をホウレンソウの葉、花、茎、根で雌雄株別に調べた。両株で発現量に有意な差は認められなかったが、根での発現がいずれの株においても低かった。紫外線は活性酸素を発生させる。植物における紫外線誘発変異を調べるための予備的研究として大腸菌での活性酸素誘発変異を調べた。グアニンのトランスバージョン型塩基置換が多かった。紫外線により抗菌作用のある脂肪酸酸化由来の不飽和アルデヒドの誘導が示唆されている。その消極系酵素の特性について調べた。紫外線は有効なDNA傷害因子である。植物は絶えず太陽紫外線に曝されており、種によっては生育に傷害をもたらす。生物は傷害DNAの修復機構をもっている。光回復は酵素と可視光線による紫外線傷害修復機構の1つであり、高等植物ではシロイヌナズナでその解析がなされているのみである。本研究では、これとは別の高等植物のシクロブタン型ピリミジンダイマー(CPD)光回復遺伝子(photolyase gene)の解析を行った。平成13年度はゲノムから当該遺伝子のクローニングを試みた。この遺伝子の一部分と思われる特徴的配列を明らかにすることができたので、これの両端(5'側及び3'側)に向かってspecific primerと,random primerを用いてPCR cloningする作戦をとった。しかし特異的増幅がみられなかった。そこで、シロイヌナズナのCPD photolyase遺伝子配列からdegenarate PCR primerを多数デザインし、それと既知配列のprimer用いてここで用いた植物ゲノムを鋳型としてPCR増幅した。その結果、増幅がみられ、それをPCR産物クローニングベクターに組み込んで塩基配列を解析した。このような方法で解析領域を広げていった。また、mRNAから5'RACE法及び3'RACE法で両端配列を決定した。さらに、cDNAについても塩基配列を解析して確認した。その結果めざす遺伝子の構造を明らかにした。現在、詳細に解析中である。このDNAが光回復機能もつかどうかを調べるため、cDNAを発現ベクターに組み込んだものを光回復欠損大腸薗に入れて検討中である。予備的結果であるが、紫外線照射した大腸菌の生存率が可視光線によって増加する傾向を認めている。紫外線で誘導されるピリミジン2量体はDNA複製阻害や突然変異を誘発する。2量体のうちシクロブタン型ピリミジン2量体(CPD)が7割以上であることから、CPDの修復が紫外線によるDNA傷害に対して重要であると考えられる。デジェネレートプライマによるPCRで得られた増幅断片をもとにmRNAを逆転写したcDNAの塩基配列を調べ、RACE法によって両末端まで解析した。

単離した遺伝子を発現ベクターに組み込んで光回復欠損大腸菌に導入して相補性試験を行った。紫外線を照射後に蛍光灯を照射することによって菌の生存率は有意に上昇した。従って、本研究で得られた遺伝子には光回復活性があり、アミノ酸配列の相同性の結果と合わせてこの遺伝子はCPD光回復遺伝子であると考えられる。この遺伝子のコピー数は単一コピーであった。この遺伝子の発現をホウレンソウの葉、花、茎、根で雌雄株別に調べた。両株で発現量に有意な差は認められなかったが、根での発現がいずれの株においても低かった。紫外線は活性酸素を発生させる。植物における紫外線誘発変異を調べるための予備的研究として大腸菌での活性酸素誘発変異を調べた。グアニンのトランスバージョン型塩基置換が多かった。紫外線により抗菌作用のある脂肪酸酸化由来の不飽和アルデヒドの誘導が示唆されている。その消極系酵素の特性について調べた。