hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
魚類の生息限界水深に挑む

2017年度に実施した調査船「かいれい」航海にて得られたミニランダー3潜航分(一回目8,200m、2回目7,498m、3回目8,178m)の映像を精査した。得られた映像から、各生物が初出した時間(First Arrival Time: Tarr)の記録、ランダーフレームに貼り付けた10cm間隔のテープ付近を遊泳した生物の遊泳速度を記録した。また、過去に計測されたマリアナ海溝の平均流速を0.7cm/s(Taira et al., 2004)と仮定し、Priede and Merrett (1996)の手法を用いて出現した各種生物の個体数密度を推定した。魚類ではシンカイクサウオが2回目および3回目の潜航に出現し、その遊泳速度の平均は、3.1cm/s(N=4)となった。一回目のFirst Arrival Timeが13163秒、2回目は63413秒であったことから、個体数密度は7,498mサイトでは68個体/km2、8,178mサイトでは3個体/km2となった。魚類だけでなくサイト間で出現した生物の多様性をみると、8,200mおよび8,178mではそれぞれ5種(4種重複)であったが、7,498mでは7種となった。優占的に出現するヨコエビ類2種の個体数密度を前述同様に解析すると、7,498mサイトでもっとも個体数密度が高くなる傾向になった。同じく優占種であるアミ類についてみると、8,200mサイトでもっとも高くなったが、8,178mサイトではかなり低い値を示した。アミ類のような例外はあるものの8,000mを越えるサイトでは多様性も生物量も低くなる傾向がみられた。他プロジェクトにおいて、2017年度に自己浮上式カメラの切り離し装置の不具合により亡失トラブルが発生した。そのため、本研究でも使用する予定であった自己浮上式カメラの運用停止と原因追及および問題の改善が求められた。2018年の早期に問題を改善する予定であったが、結果として2019年3月まで要した。よって、本課題にて計画されていた自己浮上式カメラによる観測を、トラブル解決後の2019年度に実施する予定である。本研究で用いる探査機については、引き続きミニランダーを利用する。また、現状では、江戸っ子1号の不具合も解消されたため、フルデプスの改良はできなかったが、8,000m以浅の調査では利用可能となった。2019年度は民間の調査船や漁船等も視野に入れた検討を行い、伊豆・小笠原海溝での調査を目指す。使用船舶の確保ができた場合には、江戸っ子1号でサンプル採集を目指し、魚類の出現情報のある7,000-8,000m以浅での観測を実施、ミニランダーについては、8,200m以深を目標に投入し、圧力センサーの計測による魚類の生息限界に関する情報を取得する。また、試料を得ることができた場合には、TMAOなど浸透圧調整物質の分析も行い、魚類の生理・適応機能について明らかにする。魚類の最深採集記録は、プエルトリコ海溝8,370mとされており、マリアナ海溝8,145mでもその映像が確認されている。一方で浸透圧調整物質の分析では、魚類の生息水深の限界は8,200mにあると推定されている。しかし、8,000mを越える深度域の調査は大がかりな調査船や探査機を必要とするため、十分な調査は行われておらず、魚類の生息水深の限界は未だ解明されていない。そのため、8,400mを越える深度でも、記載されていない魚類が生息している可能性がある。本研究では、比較的安価に開発された海底設置型のランダーシステム「江戸っ子1号」を、伊豆・小笠原海溝8,0009,200m付近に展開し、魚類の最深生息記録を更新するとともに、試料の採集も試み、圧力耐性に関わる物質の解析から、超深海に適応する生理・生態学的特性を明らかにすることを目的としている。平成28年度については、当初探査機として利用する予定であった「江戸っ子1号」に不具合があり、当年度中の改造が困難になった。そのため、海洋研究開発機構が所有するミニランダーを当面流用することになった。このミニランダーには、他機関から借用した4Kカメラを組み込むことになっており、当年度に4K映像を再生できるPCを購入した。平成29年度のフィールド調査を行うために、東北海洋生態系調査研究船「新青丸」航海を確保すべくプロポーザルを提出したが、不採択という結果になった。しかしNHKの受託航海として、海洋研究開発機構の深海調査研究船「かいれい」によるマリアナ海溝の航海が平成29年度に予定されたため、この航海に参加すべく準備を行った。また、板鰓類シンポジウムなどにも参加し、超深海における魚類の情報収集をおこなった。当初、超深海の探査機として利用する予定であった「江戸っ子1号」の不具合により、探査機を利用できない可能性もあったが、当面の代替機としてミニランダーを利用することで、本研究を実施できる目処がたった。また、平成29年度に房総沖の伊豆・小笠原海溝を調査する航海を確保するためのプロポーザルを提出したが、不採択となってしまった。しかし、NHKの受託航海に便乗することにより、海域は異なるが超深海におけるデータを得る機会が確保された。

伊豆・小笠原海溝については、引き続き調査できるよう民間の調査船や漁船等も含めて検討を行うことになった。結果として、当初予定していた海域とは異なるが、平成29年度にマリアナ海溝において本研究目的を達成すべく準備を整えることはできた。平成29年度は、調査船「かいれい」によるマリアナ海溝の調査航海(平成29年5月5日-25日)に参加し、マリアナ海溝における魚類の生息限界に関する情報を得るため、ミニランダー(自己浮上式カメラシステム)を投入し、データの取得を行った。ミニランダーの投入は、計3回実施した。1回目および、2回目は、ミニランダーに搭載したトランスポンダによる音響測位の結果から、それぞれ水深8146mおよび7498mに設置されたことを確認した。3回目は、SeaBird社製CTDプロファイラー(SBE-19)の圧力センサーにより計測し、8178mに設置されたことを確認した。1回目は、連続撮影続として6時間24分19秒に渡る海底の映像を記録した。ヨコエビ類などを確認することはできたが、魚類は確認できなかった。2回目は、インターバル撮影とし、3時間毎に59分54秒の映像を記録した。8シーケンス、21時間59分54秒に渡る撮影に成功した。ヨコエビ類やアミ類とともに、マリアナスネイルフィッシュがランダー着底後の3時間39分に出現し始め、撮影終了まで多数確認された。最大、1フレームに6個体確認でき、餌となるマサバに螺集したヨコエビ類を捕食する行動も記録された。3回目もインターバル撮影とし、3時間毎に52分54秒の映像を記録した。12シーケンス、33時間52分54秒に渡る撮影に成功した。ランダーが着底すると、ヨコエビ類がすぐに餌のマサバに螺集し、周辺を遊泳するアミ類も記録された。ランダー着底後、17時間36分53秒に、マリアナスネイルフィッシュの映像を捉えることに成功した。その後最終シーケンスまで出現したが、すべて1フレームに最大1個体しか確認できず、外見から判断できる肝臓の形態から、同一個体であると判断した。これにより、圧力センサーによって深度計測された魚類の最深記録となった。当初、超深海の探査機として利用する予定であった「江戸っ子1号」の不具合により、代替機としてミニランダーを利用することで、本研究を実施することができた。平成29年度には、他の航海に便乗することにより、伊豆・小笠原海溝での調査を予定したが、天候や機器トラブル、スケジュール等の問題により、予定した海域での調査はできなかった。そのため、海域をマリアナ海溝として実施するも、米国およびミクロネシア側との調整が間に合わず、生物試料を得るための手続きを行うことができなったため、映像情報のみの取得となった。結果として、水深8,178mにおいて、魚類の映像情報を取得することができ、これまでに記録のあるプエルトリコ海溝8,370mに次ぐ情報となった。圧力センサーを用いた深度情報としては、これまでの記録から約30m更新する結果となった。しかしながら、生物試料を得ることができなかったため、各種分析を行うことができなかった。そのため、魚類の生息限界に関する情報を得ることはできたものの、その要因に関するデータを得ることができなかった。伊豆・小笠原海溝については、引き続き調査できるよう民間の調査船や漁船等も視野に入れた検討を行った。2017年度に実施した調査船「かいれい」航海にて得られたミニランダー3潜航分(一回目8,200m、2回目7,498m、3回目8,178m)の映像を精査した。
哺乳類上皮細胞のａｐｉｃａｌ膜形成メカニズムの解明

上皮細胞は、体内と体外を区切ることで異物侵入を阻止する一方で、腸管では栄養物を吸収し、腎尿細管では老廃物を排泄するといった多様な役割を果たす。上皮細胞がこのような適切な機能を発揮するためには、体外環境に接するapical膜と体内環境に接するbasolateral膜という性質の異なる膜ドメインを形成し、維持することが必要不可欠である。今までのところ、哺乳類上皮細胞において何がapical膜を規定し、どのような過程を経てapical膜が形成されるのかは明らかにされていない。申請者はこれまでの研究結果から、Crumbs familyタンパク質の1つであるCrb3がapical膜形成を促進することを明らかにした。本研究において、これまでにCrumbs familyの解析を中心としたapical膜形成メカニズムの解明を目指して解析を行ってきた。また、apical膜規定因子の同定に加え、上皮細胞のapical膜ドメインがどのように形成されるのかを明らかにするため、長時間高分解能タイムラプスイメージングの実験系を立ち上げ、解析を行ってきた。本年度は回折限界を超える超解像顕微鏡を用いることにより、3次元培養中におけるapical膜タンパク質の挙動だけでなく、basal膜タンパク質が細胞膜に運ばれる新たな輸送メカニズムを見出し、細胞外基質中で上皮細胞がapico-basal polarityを形成する機構を明らかにすることができた。今後はこれまでに明らかにしてきた細胞外基質中における上皮細胞のapical膜及びbassolateral膜の挙動の変化について論文として報告する予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。哺乳類上皮細胞は、体内と体外を区切ることで異物侵入を阻止する一方で、腸管では栄養物を吸収し、腎尿細管では老廃物を排泄するといった多様な役割を果たす。本研究の目的は、哺乳類上皮細胞のapical膜がどのような過程を経て、またどのようなメカニズムで形成されるのかを明らかにすることである。平成26年度はapical膜の挙動を追跡するための長時間タイムラプスイメージング実験系の確立を中心に行った。まず過剰発現によりapical膜の挙動に影響を与えないapical膜マーカーを探索した。候補タンパク質の中で1つのみが、過剰発現を行ってもapical膜の挙動に影響を与えず、かつapical膜に限局することがわかった。本年度はまた、長時間のタイムラプスイメージングを行う場合、しばしば問題となる細胞の光毒性についても検討を行った。撮影時間間隔、レーザー出力、及びdetectorの設定などの条件検討により、細胞にダメージを与えない環境下での長時間タイムラプスイメージングを可能にすることができた。このように、本年度はタイムラプスイメージング実験系を確立させ、長時間にわたる上皮細胞apical膜の挙動を追跡できるようになった。上皮細胞は、体内と体外を区切ることで異物侵入を阻止する一方で、腸管では栄養物を吸収し、尿細管では老廃物を排泄するといった多様な役割を果たす。本研究の目的は、主に培養上皮細胞を用いて、apical膜形成を促進するタンパク質(およびapico-basalpolarity形成に必須な新規タンパク質)の同定、また長時間ライブイメージングによりapical膜形成過程を明らかにすることである。昨年度は、上皮細胞のライブイメージングに適したapical膜マーカーを見つけ、また、細胞の光毒性を極力抑えたイメージング条件を見出すことで、長時間ライブイメージング技術を確立した。本年度は、昨年度確立したライブイメージングを用いて、上皮細胞の形態形成過程を詳細に解析した。特に、昨年度見出したapical膜マーカーと、既知の脂質マーカーやbasolateral膜に局在するタンパク質マーカーなどを組み合わせることで、どのようにapico-basal polarityが生じるかを解析し、その過程を明らかにしつつある。今後は、本年度得られた結果を参考に、apical膜形成を促進する因子群、およびそのシグナリングカスケードを明らかにする予定である。本研究の目的の1つである上皮細胞のライブイメージング技術を順調に確立したこと、また、その確立したイメージング技術を用いることで、本研究のもう1つの目的であるapical膜形成を促進するタンパク質の同定に近づきつつある。本研究期間が終了するまでにはこれら2つの研究目的を完遂できると予想されるため、おおむね順調に研究は進展していると考えられる。

申請者はこれまでの研究結果から、Crumbs familyタンパク質の1つであるCrb3がapical膜形成を促進することを明らかにした。本研究において、これまでにCrumbs familyの解析を中心としたapical膜形成メカニズムの解明を目指して解析を行ってきた。また、apical膜規定因子の同定に加え、上皮細胞のapical膜ドメインがどのように形成されるのかを明らかにするため、長時間高分解能タイムラプスイメージングの実験系を立ち上げ、解析を行ってきた。本年度は回折限界を超える超解像顕微鏡を用いることにより、3次元培養中におけるapical膜タンパク質の挙動だけでなく、basal膜タンパク質が細胞膜に運ばれる新たな輸送メカニズムを見出し、細胞外基質中で上皮細胞がapico-basal polarityを形成する機構を明らかにすることができた。今後はこれまでに明らかにしてきた細胞外基質中における上皮細胞のapical膜及びbassolateral膜の挙動の変化について論文として報告する予定である。当初の計画通り上皮細胞のapical膜の挙動を追跡する長時間ライブイメージング実験系を確立することができ、今後の研究を多いに推進させることができると期待される今後は、これまでに確立したライブイメージングを用いて明らかにできた詳細なapico-basalpolarity形成過程を参考に、apical膜形成を促進する因子群およびそのシグナリングカスケードを明らかにする予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度に確立した長時間ライブイメージング実験系を用いて、今後はapical膜の挙動についての詳細な解析を行っていく。同時に、申請者が注目しているapical膜タンパク質およびapical膜の挙動を制御すると考えられるタンパク質の役割を、RNA干渉法もしくはCRISPR/Cas9systemを用いて明らかにしていく予定である。
血小板機能の種差

1.血小板内Ca放出の種差:洗浄血小板におけるトロンビン刺激によるCa放出は各動物とも1ピーク、コラーゲン刺激ではウサギを除いて2ピークの波形がみられた。インドメタシンによるCa放出抑制の程度には種差がみられた。2.血小板第4因子量:発色合成基質による測定法では再現性のある測定が不可能であった。RIA法では共通抗原をもつヒトおよびサルの第4因子量の測定が可能であり、ヒト>アカゲザル>カニクイザルの順であった。3.小板ATP量:洗浄血小板をTriton-Xによって溶解させたのち、ATPフォートメーターを用いての測定結果ではヒトがウサギの約5.2倍、他の動物の8.18.3倍であり、血小板内貯蔵プール種差がみられた。4.血小板膜の蛋白および糖蛋白のSDS-電気泳動:蛋白泳動では各動物とも約20本のバンドが認められ、分子量18,6.3および4.0万のバンドが共通して濃染された。ヒトおよびサルの膜蛋白および糖蛋白の泳動像には類似点がみられるものの、血小板膜構成成分には種差があることが明らかになった。5.ラット血小板のガラスビーズ停滞率:ラットの血小板停滞率はヒトよりも高値であった。また加齢に伴って低下する様相がみられ、ヒトとは逆の傾向を示した。6.シクロオキシゲナーゼ系およびリポオキシゲナーゼ系活性測定の検討:ヒトで用いられる方法ではラットのリポオキシゲナーゼ系静性の測定はできず、基質であるアラキドン酸の濃度を数倍程度高くすることにより測定が可能になった。血小板リン脂質代謝に関与する酵素活性には種差があることが示唆された。7.血小板刺激時におけるATP放出の種差と電顕的微細構造の変化・血小板刺激時のATP放出ではウサギとイヌで相違がみられる。この原因を電顕的に調べたところ、血小板濃染顆粒の数および顆粒の局在に相違があることによるものと考えられた。1.血小板内カルシウム(Ca)放出の種差:発光蛋白であるエクオリンを導入した洗浄血小板を用い、各種刺激後のCa動員の種差を検討した。ヒト、サル(アカゲおよびカニクイ)、イヌ、ウサギおよびラットの血小板はトロシビン刺激で1つのピークを示す波形、コラーゲン刺激ではウサギを除く他の動物では2つのピークがみられる波形を示した。あらかじめ血小板内プロスタグランジン合成抑制作用を有するインドメタシンを添加すると、トロンビンやコラーゲン刺激による【Ca^(2+)】の上昇が抑制された。しかし、その程度には種差がみられた。血小板外の【Ca^(2+)】をキレートしておいてCaイオノフオアーA23187で刺激すると、【Ca^(2+)】の著明な上昇がみられることから血小板内貯蔵部位からの【Ca^(2+)】放出があったものと考えられる。2.血小板第4因子(PF4)量:成書に記載されている発色合成基質による測定法は、再現性ある検量線が得られなかった。ラジオイムノアッセイ(RIA)による方法では、ヒトとサルが測定が可能であり、PF4量はヒト>アカゲガル>カニクイザルの順であった。また、カニクイザルではオスに比べてメスのほうが高値であった。

3.血小板刺激後の電顕的変化:イヌおよびウサギの血小板をADPおよびコラーゲン刺激したのちの初期変化を透過型および走査型電顕によって観察した。ADP刺激によるイヌ血小板は15秒前後で偽足を形成するものの30秒では偽足形成は認められず不明瞭な塊状構造物がみられた。これはウサギ血小板でもしばしば観察された。コラーゲン刺激では、5秒後にイヌ血小板に球状構造物の出現をみた。また、その後の凝集塊の程度はADP刺激の場合より強大であった。1.血小板ATP量の種差:前年度購入のATPフォートメーターによる血小板ATP量の測定法に関する基礎的な検討ののち,ヒト,サル(カニクイ),イヌ(ビーグル),ウサギ(ジャパニーズホワイト)およびラット(SD)の各数例について, Triton-Xによる洗滌血小板溶解という新しい方法を用いて血小板ATP量の比較検討を行った.その結果,この方法によるヒト血小板ATP量は従来のエタノールーEDTA法に比べ1.8倍の高値を示した.このヒトにおける血小板ATP量は,ウサギの約5.2倍,他の動物の8.18.3倍であった.ウサギのATP量は他の動物に比べ約1.6倍であり,残る3種の動物はほぼ近似した値を示した.血小板数からみると,ヒトおよび他の動物に比べラットで著しい高値,血小板容積からみるとヒトとイヌがほぼ同じである.これらのことを考えると,血小板ATP量の差異は血小板内貯蔵プールの種差によるものと考えられる.2.血小板膜蛋白の種差に関する電気泳動的解析:ヒト,サル(アカゲ),イヌ(ビーグル),ウサギ(ジャパニーズホワイト)およびラット(SD)から採取した血小板を洗滌後超音波破壊したのち超遠心による膜分離を行った.採取した血小板膜を5%ゲルSDS-PAGE(Laemmli法)で泳動したのち,蛋白および糖蛋白染色して血小板膜の種差を検討した.蛋白染色では,各動物とも約20本のバンドが認められ,分子量18, 6.3および4.0万のバンドが共通して濃染された.ヒトとサルでは極めて類似した泳動像を示し出現した分子量10および8.5万のバンドは,他の動物ではみられなかった.イヌ,ウサギおよびラットでのみ分子量28万バンドが濃染された.糖蛋白染色ではヒト,サルおよびイヌが比較的類似しており,またウサギとラットが類似した易動を示し,血小板膜構成に種差があることが明らかになった.1.ラット血小板のガラスビーズ停滞率:5週齢ラットにおける血小板停滞率は、ヒトにおける文献値より軽度に高い傾向にあった。ヒトでは加齢に伴って血小板停滞率は増加するといわれているが、ラットではむしろ逆の傾向がみられた。また、アスピリン投与によって血小板停滞率は抑制されす、投与2時間後の停滞率は対照群の値に比べて有意の高値を示したことから、血小板機能とアスピリンの関連についてはなお検索すべき課題が残っていると考えられる。2.ラットにおけるシクロオキシゲナーゼ系およびリポオキシゲナーゼ系代謝酵素活性測定の検討:ヒト血小板についての両酵素測定法をそのまま応用した場合、リポオキシゲナーゼ系代謝酵素活性の値は得られなかった。基質であるアラキドン酸を数倍の濃度にしたとき測定可能であり、シクロオキシゲナーゼは既報のアラキドン酸濃度の10分の1を用いると酵素活性は有意差のある高値を示した。したがって、ヒト用に検討された測定法を動物に応用する場合には慎重な検討が必要と考えられた。TBA法を用いて測定したラットのシクロオキシゲナーゼ系およびリポオキシゲナーゼ系代謝酵素活性は、ヒトの値に比べて極めて低値であったことからアラキドン酸代謝系における代謝産物に量的な種差があることが示唆された。
多角形領域における静的・動的対象を捜索する高速アルゴリズムの開発

多角形の内部(静的対象)を全部見渡すような最短の巡回路を求める問題(watchman route problem)については、捜索者に見える部分的な地理情報に基づいて巡回を行うオンライン型のアルゴリズムを開発した。我々のオンラインアルゴリズムより得られる巡回路の長さが最短警備員巡回路の長さの6.7倍以内であり、これまで知られている競合比(competitive factor)26.5を大きく改善する。競合比に対する更なる改善も可能である、それに関する研究は今進行中である。多角形の内部をハイスピードで走り回っている対象者を見つける多角形捜索問題(polygon search problem)については、3人の捜索者が互いに安全を確認し合いながら捜索を行う効率なアルゴリズムを開発した。具体的に、アルゴリズムの時間計算量と記憶領域量はそれぞれ0(n log n+m)と0(n)である。ここで、nは多角形の頂点数、mはチェーンになった3人が多角形を捜索するのに必要なコマンドの最小数です。我々の結果は、これまでの0(n^2 log n)時間計算量と0(n^2)記憶領域量を改善する。本研究では多角形の内部(静的対象)を全部見渡すような最短の巡回路を求める警備員巡回路問題(watchman route problem)と、多角形の内部にハイスピードで走り回っている対象者を見つける多角形捜索問題(polygon search problem)を扱う。二つの問題については幾つかの研究結果を得た。可視的イベントの概念は警備員巡回路問題を解くのに役に立った。それが静的対象者に隠せるコーナーのことである。可視的イベントの計算は、今までray-shootingと呼ばれるアルゴリズムが用いられ、0(n log n)の時間を要する。本研究では、まず警備員の出発点が与えられた場合について可視的イベントを計算する0(n)時間のアルゴリズムを開発した。新しいアルゴリズムには、始点から多角形の各頂点への最短路マップ(shortest path map)が用いられた。始点が与えられなかった場合については、始点のあるアルゴリズムを3回使えばよいであることも示した。更に、この結果を用いて長さが最適解の2倍以内であることが保証される警備員巡回路を求める0(n)時間のアルゴリズムも開発した。これが最短警備員巡回路を求める0(n^4)時間のアルゴリズムを大きく改善した。複数の捜索員が一つのチェーンになって多角形における動的対象者を捜索する問題について調べた。多角形を捜索するのに必要な最小の捜索員人数を求める0(n^2)時間のアルゴリズムを開発した。これが今までの0(n^3)時間のアルゴリズムを改善する。我々は「リンク-K図」と呼ばれるデータ構造を提案した。リンク-K図では、リンク距離がKを超えない点対はすべて記録され、または最短リンクパスにおける推移関係も記録されている。本研究では多角形の内部(静的対象)を全部見渡すような最短の巡回路を求める警備員巡回路問題(watchman route problem)と、多角形の内部をハイスピードで走り回っている対象者を見つける多角形捜索問題(polygon search problem)を扱う。本年度は多角形捜索問題に対して研究を中心に行った。研究の成果は下にまとめる。二人のガード(捜索員)が互いに安全を確かめながら多角形の内部における動的対象者を捜索する問題は今まで未解決であった。本研究では、可視的イベント(捜索の対象者に隠せるコーナー)の構造を調べ、ツーガードに多角形の内部を捜索できる必要十分条件を与えることに成功した。また、線形時間の最適な捜索アルゴリズムも開発した。未解決だったこの問題に対する我々の解法は計算幾何学に大きく寄与する。多角形の境界上にドアdが与えられるとき、dを一度もダッチさせないで動的対象を見つける問題はルーム捜索問題と呼ばれている。この問題に対する研究結果はいくつかあったが、手法がそれぞれ異なり、捜索のアルゴリズムも複雑である。本研究では、可視的イベントのアプローチをルーム捜索問題に適用し、ユニックな解法を与えた。本研究で開発した捜索アルゴリズムの時間計算量と記憶領域量はこれまでの結果を改善した。さらに、複数の捜索員による合同捜索の問題をいくつかのルーム捜索問題に帰着することができるので、ルーム捜索問題に対する研究結果は次年度の研究にも役に立つ。

多角形の内部(静的対象)を全部見渡すような最短の巡回路を求める問題(watchman route problem)については、捜索著に見える部分的な地理情報に基づいて巡回を行うオンライン型のアルゴリズムを開発した。我々のオンラインアルゴリズムより得られる巡回路の長さが最短警備員巡回路の長さの6.7倍以内であり、これまで知られている競合比(competitive factor)26.5を大きく改善する。競合比に対する更なる改善も可能である、それに関する研究は今進行中である。多角形の内部をハイスピードで走り回っている対象者を見つける多角形捜索問題(polygon search problem)については、3人の捜索者が互いに安全を確認し合いながら捜索を行う効率なアルゴリズムを開発した。具体的に、アルゴリズムの時間計算量と記憶領域量はそれぞれ0(n log n+m)と0(n)でめる。ここで、nは多角形の頂点数、mはチェーンになった3人が多角形を捜索するのに必要なコマンドの最小数です。我々の結果ほ、これまでの0(n^2logn)時間計算量と0(n2)記憶領域量を改善する。
地震動に与える表層地質の影響に関する総合的研究

過去の地震による地震災害軽減手法に関する最近の研究は、耐震工学の観点から緊急に解明すべき問題があることを明らかにした。つまり、表層地質の地震動に及ぼす影響の定性的かつ定量的な究明である。この研究では、表層地質の影響が地震動予測に用いられた地下構造モデルを評価することにより議論された。予測に必要なデータは、テストサイトとして選ばれた地域の地下構造探査と地震観測により得た。地震動予測法は、ブラインドテストの形式を取った。予測地点の地震動応答は、与えられた入力地震動と地下構造モデルから推定された。神奈川県の足柄平野がテストサイトとして選ばれた。このプロジェクトの参加者は、地震・土木・建築及び関連する分野の理学と工学の研究者であった。三年間の研究期間中、二つの国内シンポと一つの国際シンポが各年末に開催された。これらのシンポの目的は、共同研究とこのプロジェクト参加者とこの分野の研究者の意見の交換であった。この研究の主内容は以下の6つのテーマである。(1)テストフィールドの地下構造探査と地質工学的データの検討(2)地下構造、地震動特性、微動観測による地震動特性の評価(3)足柄平野国際テストフィールドでの地震観測と観測記録の評価(4)表層地質を考慮した地震動予測手法の評価(5)ブラインドテストによる地震動予測計算法の評価(6)ターキーフラットでのブラインドテストの検討以上の6つのテーマに関する議論とまとめがこの研究報告に掲載されている。本研究は、神奈川県足柄平野をテストフィ-ルドとして地震動観測を実施し、これを研究課題に対する共通の基礎資料として、問題の総合的検討を行うものである。本年度では、交付申請書の通り、1.テストフィ-ルドの地質・地盤調査資料の収集、整理および現地地盤調査、2.常時微動測定、3.地震計の設置と地震観測の実施、4.地震観測資料の検討と予測計算評価手法の検討、5.国内シンポジウムの開催による問題点の検討、6.国際シンポジウムの開催企画の推進である。テストフィ-ルドの調査等については、既存資料の収集、整理および検討を行ない、足柄平野全体の地形・地質の概略を把握した上で、それに基づき推定地質断面図の作成、屈折法探査によるテストフィ-ルドの広域地下構造調査、深さ数10mまでの浅部地下構造探査を延べ3290m、深さ1Km程度までの深部地下構造探査を延べ約5.5Kmの測線で実施、この他検層および土質試験を行った。微動測定に関しては、平成2年8月下旬に、約1週間の期間で足柄平野全域の微動観測を、27研究グル-プ、人数約80名により合同で実施し、地下構造と対比検討した。地震動観測は、購入したデジタル強震計を、小田原市川端地区に設置し、東大地震観測網とあわせて地震観測を実施、平成3年度開催の国際シンポジウムのブラインドプレディクションのための地震動記録を収集することが出来た。この観測資料に基づき、予測計算の評価手法の検討を行ない、ブラインドプレディクションに対する解析手法評価の具体的方法を検討した。平成2年度の国内シンポジウムは、平成3年3月1日に約100名の参加者を得て開催し、微動観測結果と地下構造探査についての研究発表および意見交換を行った。平成3年度開催予定の国際シンポジウムについては、開催日時、開催場所、プログラムの内容等を決定し、第1回サ-キュラで各国の研究者に広報した。本年度は交付申請書の研究実施計画に記載した研究課題に対してほぼ予定通り研究を実施することが出来た。課題1のテストフィ-ルドにおける地震動観測の継続については、地震動観測を既設の観測点において継続し、現時点で強震地震動記録は得られていないもののプラインドプレディクションに用いる地震動記録を収集し、本年度末に実施の国際シンポジウムのための資料として配布した。課題2のテストフィ-ルドでの現地地盤調査については、前年度で実施した地盤探査に引き続き、予定の測線での地盤探査を実施して、全体として予定していた地質・地盤特性探査を終了し、地下構造の評価資料として取り纒めた。

課題3のややマクロな地盤調査による地下構造調査については、課題2の調査結果と合せて、地震動観測点を主体とした地下構造調査をい、国際シンポジュウムのための提供資料として表層地質構造を評価し、プラインドプレディクションの参加者に配布した。課題4の高密度微動観測については、前年度に実施した常時微動観測の解析結果にもとづき、課題2および課題3での地下構造調査結果と対比して検討し、地下構造評価に反映させた。課題5のカリフォルニア州パ-クフィ-ルドでの地震動観測資料の検討に関しては、国際シンポジウムでの海外研究者の発表論文を検討するにとどまり、シンポジウムで公表される日本のテストフィ-ルドでの地震動観測資料およびブランドプレディクションの結果との対比を次年度の課題とした。課題6および7の国際シンポジウムの開催については、平成4年3月25日27日の3日間小田原市民ホ-ルにて開催する。シンポジウムは一般テクニカルセッションとブラインドプレディクションを基本に構成し、前者については平成3年12月末に、後者は平成3年10月末に論文提出を締切り、サ-キュラ-の発行、プログラム、プロシ-ディングの作成を完了した。本月究は、地震動に与える表層地質の影響を、影響を与える物理的諸要因の評価およびその解析手法に関して総合的に検討することを目的としたものである。検討手法として本研究では、テストファールドを設けて、その地域の地下構造を詳細に調査し、同時に地震観測を実施して得られた地震観測記録をもとにブラインド・ブレディクション・テストの形の地震動予測を行なうことを基本方針とした。ブラインド・プレディクション・テストによる地震動予測の具体的方法は、テストフィールドの地下構造データと入力と考えられる地点の地震記録を提示してこれを共通の資料とし、ブラインドサイトとされた堆積地盤の地震応答を各自が適当と考える計算手法で行なう方法を採用している。テストフィールドは神奈川県足柄平野に定め、研究分担者にはこの問題に深い関わりを持つ地震・建築・土木・建理探査など理学および工学の分野にまたがる研究者を分担者とした。また、この問題に関連する不野の研究者・技術者との共同検討や意見交換を行うことを目的として、研究期間の各年度に国内および国際シンポジウムの開催している。主要研究課題として次の6項目に対して検討を行った。(1)テストサイトの地下構造調査と地質工学資料の評価。(2)微動観測に基づく地下構造・地盤震動特性・地震動特性の評価。(3)足柄平野国際テストサイトにおける地震動観測と観測記録の評価。(4)表層地質を考慮した地震動予測手法の評価。(5)ブラインドブレディクションによる地震動予測計算の評価。(6)ターキーフラットにおけるブラインドプレディクションの検討と整理。これらの各研究課題に対して、問題点を整理と総括および今後の研究課題をも含めて、総合的観点からの検討を加えるため、平成5年3月にシンポジウムを実施した。
画像処理を用いた津波浸水予測ハザードマップ作成と避難経路案内システムの構築

1.テクスチャ解析に基づく土地利用分類衛星画像において,居住区は複雑な建物の繰り返し,森林域は類似の樹木の繰り返し,田畑やグラウンドなどの平坦域は低周波の領域の繰り返しで構成されたテクスチャ領域と見なすことができる.また,図形の複雑さはフラクタル次元で評価することができる.そこで,Google Earth Proから衛星画像を取得し,衛星画像の各小領域ごとにε-ブランケット法を使って局所フラクタル次元を計算した.ついで,その平均ヒストグラムをヒストグラム交差を用いて類似度を計算し,その類似度に基づいて居住区,森林域,平坦地を分類した.その際,ブランケット数ε,小領域のサイズ,教師データ数をどのように設定するかを検討した.次に,国土地理院が提供する基盤地図情報から標高データと海岸線データを抽出し,海岸線の内側の水域を淡水域,外側の水域を海域に分類した.その際,海域の標高は0m,淡水域の標高は隣接する領域の標高データの最小値に設定した.このように衛星画像のテクスチャ解析と基盤地図情報を利用することで,土地利用分類図を作成し,既存のハザードマップと比較評価をしたところ,ある程度の有効性を示すことができた.土地利用分類図を作成する目的は,津波浸水予測式に必要な粗度係数を推定するためである.そこで,衛星画像のend-to-endな学習を可能にしたFully Convolutional Network (FCN)を用いて粗度係数を直接推定する方法を検討した.その結果,分類対象の特性から可視光情報と近赤外線情報の両方を考慮した推定ネットワークを構築することで,ほぼすべてのケースでテクスチャ解析に基づく方法より良好な結果が得られることがわかった.当初は図形の複雑さを表すフラクタル次元をもとに土地利用分類図を作成する予定であったが,別の研究テーマで使用しているFCNを利用して土地利用分類図を作成してみたところ,粗度係数の推定精度が向上する場合があることがわかた.これにより粗度係数の計算方法を再検討する必要が出たことから,進捗がやや遅れることになった.2019年度は土地利用分類に最適なFCNを構築し,粗度係数の推定精度を向上させるための条件を明らかにする.さらに,FCNを用いた粗度係数の推定と,基盤地図情報から道路位置画像の作成および道路ネットワーク構成を同時並行して進めることとする.1.テクスチャ解析に基づく土地利用分類衛星画像において,居住区は複雑な建物の繰り返し,森林域は類似の樹木の繰り返し,田畑やグラウンドなどの平坦域は低周波の領域の繰り返しで構成されたテクスチャ領域と見なすことができる.また,図形の複雑さはフラクタル次元で評価することができる.そこで,Google Earth Proから衛星画像を取得し,衛星画像の各小領域ごとにε-ブランケット法を使って局所フラクタル次元を計算した.ついで,その平均ヒストグラムをヒストグラム交差を用いて類似度を計算し,その類似度に基づいて居住区,森林域,平坦地を分類した.その際,ブランケット数ε,小領域のサイズ,教師データ数をどのように設定するかを検討した.次に,国土地理院が提供する基盤地図情報から標高データと海岸線データを抽出し,海岸線の内側の水域を淡水域,外側の水域を海域に分類した.その際,海域の標高は0m,淡水域の標高は隣接する領域の標高データの最小値に設定した.このように衛星画像のテクスチャ解析と基盤地図情報を利用することで,土地利用分類図を作成し,既存のハザードマップと比較評価をしたところ,ある程度の有効性を示すことができた.土地利用分類図を作成する目的は,津波浸水予測式に必要な粗度係数を推定するためである.そこで,衛星画像のend-to-endな学習を可能にしたFully Convolutional Network (FCN)を用いて粗度係数を直接推定する方法を検討した.その結果,分類対象の特性から可視光情報と近赤外線情報の両方を考慮した推定ネットワークを構築することで,ほぼすべてのケースでテクスチャ解析に基づく方法より良好な結果が得られることがわかった.当初は図形の複雑さを表すフラクタル次元をもとに土地利用分類図を作成する予定であったが,別の研究テーマで使用しているFCNを利用して土地利用分類図を作成してみたところ,粗度係数の推定精度が向上する場合があることがわかた.これにより粗度係数の計算方法を再検討する必要が出たことから,進捗がやや遅れることになった.2019年度は土地利用分類に最適なFCNを構築し,粗度係数の推定精度を向上させるための条件を明らかにする.さらに,FCNを用いた粗度係数の推定と,基盤地図情報から道路位置画像の作成および道路ネットワーク構成を同時並行して進めることとする.年度途中でFCNを利用して土地利用分類図を作成することに変更したため,どの程度の計算量がかかるかを改めて見積もりし直す必要が出てきた.このため,当初購入予定のGPU搭載PCの性能と必要台数を再検討し,次年度以降にPCの機種を選定し直すことにした.
マウス胎生中期AGM領域での造血を負に制御する分子を用いた血球分化機構の解明

AGM分散培養により生じた血球様浮遊細胞をCD45およびc-Kitで展開するとCD45^<low>-Kit^+(集団A)、CD45^<low>-c-Kit^-(集団B)、CD45^<high>c-Kit^<low/->(集団C)の3つの細胞集団に分かれた。さらに、分化マーカーの発現およびギムザ染色の検討より、集団Aが未分化細胞様、集画Bが顆粒球、集団Cがマクロファージであることを示した。また、集団A細胞のみにストローマ細胞との共培養でcobble stone形態をした細胞を含む造血細胞集団の形成能およびmixコロニーを含むコロニー形成能を認めた。従って、AGM分散培養より生じた血球細胞中では集団A細胞が未分化な細胞であると考えられる。続いて、集団A細胞をストローマ細胞と共培養すると、CD45とc-Kitの発現プロファイルがAGM分散培養の集団Bと集団Cに相当する2つの細胞群が得られた。このことから、AGM分散培養の血球輩出においては、集団Aが形成され、顆粒球およびマクロファージなどに分化することが考えられる。さらに、GFPトランスジェニックマウスから調整した集団Aを放射線照射した出生直後のマウス肝臓に移植すると、4ヶ月経過後に脾臓、胸腺、骨髄などの造血組織で、GFP陽性のB細胞、T細胞、顆粒球、単球のマーカー陽性細胞を認めた。この結果より、AGM分散培養より生じた集団Aは、in vivoでも分化能を持つ造血幹細胞であると言える。加えて、共同研究により、造血を負に制御するアダプター蛋白質Lnkを一過的に造血幹細胞および前駆細胞に発現した場合、骨髄移植による生着率が上昇することを示した。AGM分散培養により生じた浮遊細胞をCD45およびc-Kitで展開するとCD45^<low>c-Kit^+(集団A)、CD45^<low>c-Kit^-(集団B)、CD45^<high>c-Kit^<low/->(集団C)の3つの細胞集団に分かれ、この順を追って顆粒球およびマクロファージの分化マーカーの発現が高くなってゆくことを見出した。各々の集団の細胞をギムザ染色すると、集団Aが未分化細胞様の形態、集団Bが顆粒球様の形態、集団Cがマクロファージ様の形態を示した。また、集団A細胞のみにストローマ細胞との共培養で(cobble stone様の形態を含む血球細胞の増殖能が認められた。同様に、集団A細胞が高いコロニー形成能を持ち、生じるコロニーが大きかった。加えて、未分化な細胞に見られるGATA-2およびCD34遺伝子の発現も集団A細胞が最も高かった。さらに、AGM分散培養に添加する3つのサイトカインを各々単独で添加すると、SCFのみでは生じる集団A細胞が著しく減少し、bFGF或いはOSMで単独では集団A細胞が全く認められなかった。集団A細胞をストローマ細胞と共培養すると、CD45とc-Kitの発現プロファイルがAGM分散培養の集団Bと集団Cに相当する2つの細胞群が得られ、各々の集団のギムザ染色による形態的な特徴も同じであった。これらの結果から、AGM分散培養の血球輩出においては、CD45^<low>c-Kkt^+を特徴とする未分化な細胞集団が形成され、顆粒球およびマクロファージなどに分化することが考えられる。
感染性の超分子集合体：メカニズムの解明および時間発展の分子論的制御

平成27年度は、超分子集合体が示す時間発展現象とエネルギーランドスケープの相関を明らかにするために、さらに多くのポルフィリン誘導体を合成し、その自己集合プロセスを精査した。具体的にはポルフィリン分子に修飾したアルキル鎖の長さを、ブチル基からヘプチル基まで変え、その超分子集合体形成をスペクトル的な手法および顕微鏡観察によって評価した。熱力学パラメータを求め、これらの誘導体のエネルギーランドスケープを描くことに成功した。その結果、予期しない結果が得られた。ペンチル基を修飾したポルフィリン分子は、ナノ粒子状集合体を経てナノファイバーへと形態転移した。一方、ヘキシル基を修飾したポルフィリン分子は、ナノ粒子状集合体からナノシートへと形態転移した。0次元の粒子状集合体が1次元のファイバー、あるいは2次元のシートへと形態転移できることから、このシステムのナノ材料設計への可能性を示すことができた。形態転移のメカニズムについては未だ不明な点が多いが、今後の研究展開によって、超分子集合体の時間発展現象を利用した新しい機能材料の創製につながると期待される。また、自己集合プロセスの時間発展現象を可視化するために、金沢大学の内橋貴之教授(A01班)と共同研究を行った。高速原子間力顕微鏡観察によって、超分子集合体が基盤上で成長していく様子が観察された。これについては、上記の2次元シート状集合体についても、同様の観察に成功しており、動的秩序形成のメカニズム解明に非常に重要な知見となった。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の開始以前に、我々は超分子集合体の形態変異を伴う『感染現象』を偶然発見していた。この現象は、ナノ粒子状集合体から繊維状集合体への形態転移を伴って進行するが、これはプリオンプロテインが構造変異し、アミロイド繊維として沈着していく過程と非常に類似している。したがって我々の超分子集合体は、生命現象の複雑性を紐解くために有用な人工モデルとなり得ると考えた。本研究では、上記の興味深い現象をつぶさに探査し、メカニズムを分子論的に解明することによって、最終的にはその時間発展過程を自在にプログラミングすることを目的とした。平成26年度は、既に報告している分子(1M)の構造を改変し、分子構造が分子集合の熱力学的パラメータに及ぼす影響を調べた。その結果、立体障害の大きさによって、時間発展現象を制御できることを見いだした。立体障害が小さな分子(1S)は、ナノ粒子状集合体を経由せずに直接に繊維状集合体を形成した。一方、立体障害が大きな分子(1L)は、ナノ粒子状集合体を形成したまま、それが繊維状集合体に形態転移することはなかった。すなわち、新しく合成した分子はいずれも時間発展現象を示さなかった。そこで我々は、1Mと1Lを混合してナノ粒子状集合体を調整し、その時間発展現象を追跡した。その結果、このナノ粒子状集合体は、ラグタイムを伴って、1Mの繊維状集合体と1Lのナノ粒子状集合体へと分離した。興味深いことに、このラグタイムは1Mと1Lの混合比によってプログラムできることが分かった。さらに、この時間発展プログラムは、サンプルの調製法によって上書きできることを明らかにした。申請時点では、本現象は非常に複雑であり、その時間発展現象をプログラムするための分子設計指針を明らかにすることは困難に思われた。しかしながら、このシステムは絶妙な熱力学的安定性のバランスの上に成り立っており、小さな分子構造の改変が、熱力学パラメータに大きく影響することが分かった。複数の分子を設計することによって、分子構造と時間発展現象の相関がある程度理解できた。この結果に基づいて、当初目的とした時間発展プログラムに成功した。26年度で、分子構造と分子集合体の安定性の相関がある程度明らかになった。また、時間発展プログラムに関しても第一段階は成功した。27年度は、さらに複数の分子を合成し、分子集合体の時間発展現象について理解を深める。

近年、システムケミストリーと定義される新しい分野が勃興している。この研究分野のポイントは、複数の平衡を交錯させることによって、熱力学的には生じない現象や物性を発現する点にある。本研究にシステムケミストリーのアイデアを取り入れることによって、超分子集合体を用いた新しい材料創製を狙う。27年度が最終年度であるため、記入しない。
骨組織再生を促進するNELL1タンパク質を利用した新規骨形成因子の創成

ヒト頭蓋骨縫合早期癒合症の骨癒合部位に高発現する遺伝子として単離されたNELL1は、種々の動物実験において骨形成を促進することから、新しい骨形成因子として注目を集めているが、NELL1の特異的な受容体および骨形成を促進するシグナル伝達機構の詳細は明らかになっていない。本研究では、NELL1受容体の探索およびシグナル伝達機構の解明に取り組んだ結果、NELL1の機能領域としてN末端側のTSPNドメインにヘパリン結合活性、そしてEGF様ドメインにRobo3結合活性を見出し、NELL1タンパク質を利用した新規骨形成因子の創成への下地となる成果となった。頭蓋骨縫合早期癒合症(Craniosynostosis)の原因遺伝子のひとつであるNELL1は、頭蓋顔面の骨格形成に関与する分泌タンパク質をコードしており、その骨形成能を利用した骨再生治療への応用が試みられている。しかし、NELL1が骨形成を制御するメカニズムの詳細はよくわかっていない。本研究課題では、(1)間葉系細胞に特異的なNELL1受容体の同定、およびそのシグナル伝達経路の解明、(2) NELL1タンパク質の機能領域の同定とそれらの改変による新規骨形成因子の創成を試み、NELL1およびNELL1受容体の機能を応用した骨再生治療法を開発することを目的とした。本年度は、Tandem affinity purification (TAP)法によるNELL1受容体のスクリーニングを試みるとともに、NELL1タンパク質の機能領域の解析に取り組んだ。その結果、TAP法においては、NELL1に結合するタンパク質を検出することはできたが、質量分析に供するには至らなかった。一方、NELL1タンパク質のN末端側に位置するTSPNドメイン内に複数箇所のヘパリン結合部位を同定し、これらに依存してNELL1が細胞表面に結合することを見出した。また、NELL1と細胞との結合は、ヘパラン硫酸によって阻害されることから、NELL1が膜貫通型ヘパラン硫酸プロテオグリカンであるシンデカンファミリータンパク質に結合して、シグナル伝達を調節している可能性が示唆された。頭蓋骨縫合早期癒合症(Craniosynostosis)の原因遺伝子のひとつと考えられているNELL1は、頭蓋顔面の骨格形成に関与する分泌タンパク質をコードしており、その骨形成能を利用した骨再生治療への応用が試みられている。本研究課題では、(1) NELL1受容体の同定と下流のシグナル伝達経路の解明、(2) NELL1タンパク質の機能領域の同定とそれらの改変による新規骨形成因子の創成を試み、NELL1およびNELL1受容体の機能を応用した骨再生治療法を開発することを目的とした。本年度はおもに、前年度に引き続きNELL1タンパク質の機能領域の解析に取り組んだ。NELL1タンパク質のN末端側に位置するTSPNドメイン(ラミニンGドメインに類似)内のヘパリン結合部位を部位特異的変異法により探索し、5箇所のリジンまたはアルギニン残基を同定した。分子シミュレーション解析によると、これらのアミノ酸残基はいずれもタンパク質表面上の近い距離にある2箇所の正電荷パッチに位置しており、これらのアミノ酸置換変異体ではヘパリン結合活性に加えて細胞結合活性も消失することを明らかにした。NELL1と細胞との結合は、ヘパラン硫酸の添加によって阻害されることから、以上の結果と併せて、NELL1が細胞表面の膜貫通型ヘパラン硫酸プロテオグリカンに結合して、下流のシグナル伝達が調節されている可能性が示唆された。NELL1の受容体として、これまでにインテグリン分子を同定し、さらに膜貫通型のヘパラン硫酸プロテオグリカンがNELL1の共受容体として機能することを明らかにした。しかし、NELL1が関与する骨分化誘導には他の受容体が必要であることが示唆されているため、新規NELL1受容体の同定が必須である。NELL1タンパク質の機能領域の同定については、TSPNドメインを中心としたN末端側の解析は進んでいるが、EGF様ドメインなどを含むC末端側についてはタンパク質発現の困難さから、N末端側ほどには進んでいない。散発性頭蓋骨縫合早期癒合症(Sporadic craniosynostosis)の原因遺伝子であるNELL1は、頭蓋顔面の骨格形成に関わる分泌タンパク質をコードしており、その骨形成能を利用した骨再生治療への応用が試みられている。最終年度は、おもにNELL1受容体の同定に取り組んだ。NELL1の相同タンパク質であるNELL2の新奇受容体がRobo3であることを海外の研究グループが明らかにしたことから、Roboファミリー受容体のNELL1への結合能について解析した。NELL1とRobo13の結合を免疫沈降法によって調べ、NELL1がRobo3とのみ結合することを明らかにした。また、Robo3との結合部位はNELL1のEGF様ドメインに存在し、その立体構造がRobo3との結合に重要な役割を果たしていることを見出した。Robo3はマウス頭蓋冠組織にも発現しており、Robo3がNELL1の受容体として骨形成に関与する可能性が示唆された。

研究期間全体では、NELL1の機能領域としてN末端側のTSPNドメインにヘパリン結合活性、C末端側のVWCドメインにインテグリン結合活性、そしてEGF様ドメインにRobo3結合活性を見出し、NELL1タンパク質を利用した新奇骨形成因子の創成への下地となる成果となった。また、NELL1受容体の探索がRobo3の同定により一段落し、下流のシグナル伝達経路の解明など新たなステージへ進展する成果となった。ヒト頭蓋骨縫合早期癒合症の骨癒合部位に高発現する遺伝子として単離されたNELL1は、種々の動物実験において骨形成を促進することから、新しい骨形成因子として注目を集めているが、NELL1の特異的な受容体および骨形成を促進するシグナル伝達機構の詳細は明らかになっていない。本研究では、NELL1受容体の探索およびシグナル伝達機構の解明に取り組んだ結果、NELL1の機能領域としてN末端側のTSPNドメインにヘパリン結合活性、そしてEGF様ドメインにRobo3結合活性を見出し、NELL1タンパク質を利用した新規骨形成因子の創成への下地となる成果となった。NELL1受容体のひとつとして、これまでにインテグリン分子を同定しているが、骨分化誘導に必要な他の受容体が存在する可能性が示唆されるため、新規NELL1受容体のスクリーニングを試みている。これまでに新規受容体の候補は得られていないが、NELL1のヘパリン結合活性に注目して、膜貫通型のヘパラン硫酸プロテオグリカンがNELL1の共受容体として機能することを明らかにした。さらに、NELL1とデルマタン硫酸プロテオグリカンとの結合も示唆されたことから、NELL1の新たなシグナル伝達経路の解明に繋がると考えられる。最近、NELL遺伝子ファミリーのひとつであるNELL2の新規受容体として、神経系の軸索誘導に重要な働きをしている1回膜貫通型受容体であるRobo3が同定されたという報告がなされた。NELL1とNELL2はアミノ酸レベルで72%の相同性をもつが、NELL2は神経系の発達には関与するものの骨形成能は示さない。当該論文ではNELL1とRobo3の結合も示されたが、Robo3は骨形成に関与する間葉系細胞や骨芽細胞での発現は知られてない。したがって本研究では、NELL1の新規受容体候補として、Roboファミリー遺伝子を想定し、これらの発現とNELL1との結合の有無を調べる予定である。また、Robo3の結合部位はNELL2のC末端側のEGF様ドメインであることが示されたことから、NELL1のC末端側の機能解析を重点的に進める予定である。分子細胞生物学新規NELL1受容体の探索を引き続き進めるとともに、NELL1の共受容体としてのヘパラン硫酸プロテオグリカンの機能解析を重点的に行う。新規NELL1受容体の探索では、NELL1のC末端側のEGF様ドメインに注目して、結合タンパク質をスクリーニングする予定である。NELL1の共受容体の解析では、膜貫通型ヘパラン硫酸プロテオグリカンであるシンデカンファミリーおよびグリピカンファミリーについて、NELL1との結合能と局在を解析し、共受容体としての機能を調べる予定である。