hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁場を用いたワイヤレスハプティックインタフェースの開発とその応用

本研究では、場(磁場)の利用により、手や指の動きを高精度に計測し、さらにその手指に触力覚をリアルタイムで提示可能な、非拘束・非接触型のハプティックインタフェースを開発することを目的としている。初年度は、i)研究目的達成の基盤技術となる磁気式3次元位置検出システムの弱点であった、位置・方向の計測値が不安定になる姿勢の解消と、指先に添付可能なサイズの磁石片に対し、磁気トルク及び磁場勾配を利用して所望の動きを発生可能な磁場印加システムの設計に取り組んだ。i)について、磁気的な検出死角を完全に解消する方法として考案した、円形励磁コイルのペア二組(計4個)を交差配置して、両者の交互切り替えにより3次元励磁する手法について、コイル形状・配置について最適化を行った。さらに本手法導入に伴い犠牲となる位置検出速度について、整定時間のより短いFET半導体スイッチを用いることで、48 Hzまでの高速化を実現した。生体動作の計測に対して目安となる30Hzも大幅に超えており、実用上十分な速度であると思われる。ii)触力覚提示用磁石片に対する磁場印加システムの設計の2つの課題に取り組んだ。i)については、磁石片のサイズ(厚さ12mm、5mm角程度)と、印加磁場の方向および強度から、磁石片に生じる磁気トルクを見積もり、その結果を基にして、X、Y、Zの3次元面内に発生する磁場ベクトルを制御可能な、3軸ヘルムホルツコイルからなる磁場印加システムの設計指針を概ね確定した。初年度の研究計画として設定した2点の項目の目標について、ほぼ予定通りに達成することができているため。次年度は、触力覚提示システム用3軸ヘルムホルツコイル磁場印加システムを実際に構築し、モーションキャプチャシステムからのフィードバック連携についての検討を行う。具体的な検討内容は以下の通りである。i)触力覚提示用磁石片に対する磁場印加システムの構築指腹部に貼付される触力覚提示用の磁石片のサイズ(厚さ12mm、数mm角)と、印加磁場の方向および強度から、磁場シミュレーションにより見積もった、磁石片に働く磁気トルクの計算結果を基にして、3軸ヘルムホルツコイルからなる磁場ベクトルを3次元的に制御可能な、磁場印加システムを構築する。ii)モーションキャプチャシステムと3軸ヘルムホルツコイルシステムの連携検討指の爪部分に貼付された磁気マーカ、および指腹部に貼付された磁石片を想定し、モーションキャプチャシステムで計測した、磁気マーカの位置・方向のデータを基に、その磁気マーカの近傍に配置された磁石片に対して、任意方向の磁場ベクトルを印加できるよう、モーションキャプチャシステムから3軸ヘルムホルツコイルシステムへの触力覚フィードバック連携可能なシステム構築のための検討を行う。
サンゴ礁の褐虫藻サイクルに関する研究

造礁サンゴの枝部にトラップを仕掛け,放出される褐虫藻を遺伝子タイプ別に同定・定量した.その結果,サンゴからは常に多くの褐虫藻が放出されていること,しかし,放出される褐虫藻の遺伝子タイプはサンゴ組織内のタイプ組成を反映せず,一般に水温ストレスに強いと言われるタイプは放出されづらいことを見出した.放出された褐虫藻は周辺の環境水中に蓄積しており,それが別のサンゴの共生ソースとなることを支持する結果も得た.造礁サンゴの枝部にトラップを仕掛け,放出される褐虫藻を遺伝子タイプ別に同定・定量した.その結果,サンゴからは常に多くの褐虫藻が放出されていること,しかし,放出される褐虫藻の遺伝子タイプはサンゴ組織内のタイプ組成を反映せず,一般に水温ストレスに強いと言われるタイプは放出されづらいことを見出した.放出された褐虫藻は周辺の環境水中に蓄積しており,それが別のサンゴの共生ソースとなることを支持する結果も得た.近年,豊かな生物多様性を誇るサンゴ礁海域においてサンゴの白化現象が頻発し,サンゴ礁生態系の衰退が危惧されている。サンゴは共生する褐虫藻を放出などの様々なプロセスにより失うことで白化し,白化状態が続くと死に至る。本年度の研究では特に,1,様々なサンゴから放出される褐虫藻及びサンゴ内に残存する褐虫藻の遺伝子型別定量2,シンク・ソースとしての環境中の褐虫藻の存在意義に関して,沖縄県石垣島浦底湾において調査を行った。1に関しては,湾内に生息する複数のサンゴ群体に対して6月及び8月に褐虫藻トラップを装着し,そこに放出される褐虫藻の遺伝子型及びその細胞数を定量PCRにより見積もった。その結果,いくつかのサンゴにおいては,水温の局い8月の方が6月に比べて多くの褐虫藻を放出していた。また,サンゴ内に残存する褐虫藻量を比較すると,調査した全てのサンゴで8月の褐虫藻量は6月のそれに比べて約30%の減少が見られた。これは,6月と8月の調査の間に大規模な褐虫藻放出があったことを示唆するものである。また,放出された褐虫藻は透過型電子顕微鏡観察の結果,目立った損傷は見られず,健康に見えた。2に関しては,湾内に4つの定点を設置し毎月1回の採水を行い,そこに出現する褐虫藻の細胞密度を遺伝子型別に定量した。その結果,水柱にはサンゴ内と同じ遺伝子型の褐虫藻が低密度(100200cells/L)ながら出現していたが,8月29日の採水時には約4000cells/Lの高密度な出現が認められた。定点に設置していたメモリー式水温計のデータを見ると,局密度な出現が認められた8月29日の水温は29.6°Cであり,さらにその直前1週間は約30°C付近の水温で推移としいた。これは上記1の結果と照らし合わせると,高水温によりサンゴから大量に放出された褐虫藻が水柱にシンクとして蓄積していると考えられる。サンゴ礁海域は多種多様な生物が生息する特徴的な生態系であるが,近年サンゴの白化現象などにより衰退しつつある。白化はサンゴに共生する褐虫藻が,放出など様々なプロセスにより失われる現象である。前年度までにサンゴから褐虫藻がコンスタントに放出されていること,また環境中には褐虫藻が単独で出現していることを明らかにした。環境中の褐虫藻はサンゴから放出された「シンク」であるとともに新たな共生の「ソース」にもなると予想される。本年度は特に放出された褐虫藻の「ソース」としてのポテンシャルを見積もるため,以下の検証を行った。1,サンゴから排出された褐虫藻の微細形態の観察2,同褐虫藻の光合成活性の測定3,同褐虫藻の光合成関連タンパク質の定量・局在状態4,同褐虫藻の増殖ポテンシャル1に関しては,サンゴから放出された褐虫藻の透過型電子顕微鏡観察を行ったが,放出された褐虫藻に鞭毛などは確認されなかったが,目立った損傷もなかった。2に関しては,様々な水深から多種のサンゴを採取し,水槽実験を行った。人工的にサンゴから褐虫藻を分離し,時間を置いて光合成活性を測定した結果,分離した褐虫藻の光合成活性が有意に低下するものと,光合成活性が保たれるものが存在した。これが褐虫藻の遺伝型,あるいは光合成関連タンパク質の違いによるものか確認するため,遺伝子解析に着手した(3に関係)。また,光合成活性が保たれた褐虫藻はその後,わずかに増殖が見られた(4に関係)。さらに,採取したサンゴを高水温に曝したところ,深場のサンゴほどサンゴ内褐虫藻の光合成活性が低下しやすかったが,高水温がサンゴと褐虫藻どちらに影響したのかは今後の検討が必要である。以上の結果を合わせると,サンゴから放出される褐虫藻「シンク」には,細胞の損傷がなく,光合成活性も維持され,増殖が期待でき「ソース」としてのポテンシャルを有すると予想されるものが確かに存在する。当該年度は2回の石垣島での調査・実験を行った。実施計画ではフィールドのサンゴにトラップを仕掛け,そこに放出されてくる褐虫藻の状態を観察する予定であったが,これでは十分な細胞数が得られなかったため,急遽,水槽実験に切り替えた。

10種のサンゴを水槽で流水飼育し,昼間に一定時間流水を停止,その間に放出されてくる褐虫藻を定量した。また,そのカルセイン染色により,褐虫藻がサンゴ細胞に包まれているか否か,カルコフロール染色により放出される褐虫藻が自由遊泳ステージに形態変化している可能性を調べた。なお,サンゴからの褐虫藻の放出を,定常的な現象(=健全な排出)とサンゴ白化に伴う異常現象(=ストレスによる異常排出)にわけて考えるため,水温27°Cと30°Cで飼育した。Calcein-AM染色の結果,非ストレス下(27°C)より温度ストレス下(30°C)の時に放出された褐虫藻の方が,比較的サンゴ組織に包まれている割合が高いことが分かった。いずれの温度下で放出された褐虫藻も,形態的には球形の共生ステージであったが,ほぼすべての細胞がCalcofluorで染色されたことから,鎧板を持つ自由生活ステージ(もしくは移行状態)にあることが示唆された.なお,非ストレス下で放出された褐虫藻を海水中で維持すると,翌日には鞭毛を持ち遊泳する細胞が多数確認された.光化学系IIの最大量子収率については,非ストレス下で放出された褐虫藻の方が高いFv/Fmの値を示した.これらのことから,少なくとも非ストレス下で放出された褐虫藻は生理的にactiveであり,自由生活ステージに移行可能である,すなわち,昨今議論が活発になっている"ビーコン仮説(自由生活状態の褐虫藻が他サンゴへ誘引される)"の一端を支持するものかもしれない.
"超吸着種"概念に基づく高温不均一表面反応機構の新規構築法開発

本研究では1)局所表面構造を包含した吸着モデリング技術の開発、2)振動解析を用いた高精度統計熱力学論の展開、3)水素生成技術への応用による開発手法の有効性の実証を行うことで、新しく考案した"超吸着種"概念を用いた局所表面構造を包含した高温不均一表面反応機構構築手法を開発した。得られた手法を具体的に水素製造技術へと応用し、工業的実条件におけるNi触媒上での炭素析出反応機構の解明を行った本研究では1)局所表面構造を包含した吸着モデリング技術の開発、2)振動解析を用いた高精度統計熱力学論の展開、3)水素生成技術への応用による開発手法の有効性の実証を行うことで、新しく考案した"超吸着種"概念を用いた局所表面構造を包含した高温不均一表面反応機構構築手法を開発した。得られた手法を具体的に水素製造技術へと応用し、工業的実条件におけるNi触媒上での炭素析出反応機構の解明を行った本研究は、新しく考案した"超吸着種"概念を用いて局所表面構造を包含した高温不均一表面反応機構構築手法を開発し、具体的に水素製造技術へと応用し工業的実条件におけるNi触媒上での炭素析出反応機構を解明することが目的である。研究初年度である本年度は1)局所表面構造を包含した吸着モデリング技術の開発、2)振動解析を用いた高精度表面動力学論の展開、を実施した。吸着モデリング技術の開発においては、プロトタイプとなる局所構造上においてメタン水蒸気改質で生成する中間吸着種及びその反応遷移状態について量子化学計算を行った。具体的にはアドアトム(金属原子が一つだけ表面上に突出した形状)、擬ステップ、擬キンクの3種の局所構造を考慮し、超吸着種概念を用いてそれら局所構造を組み込んだプロトタイプ表面反応機構を構築した。以上の技術開発により、表面配列の不規則性、吸着による安定化エネルギーを組み込んだ包括表面エネルギーといった実験から得られにくい重要な情報を反応シミュレーション内で取り扱うための基盤が整備された。一方、高精度統計熱力学論の展開においては、高温における吸着種の高運動性を正確に記述するために、吸着種内運動だけでなく吸着種の回転・2次元並進に相当する運動自由度に関しても振動解析を行った。統計熱力学論に基づき"抑制された回転・並進"として、振動解析結果と別に計算した拡散の障壁高さから反応平衡定数・反応速度を算出した。これらの理論展開により、実験が困難な高温反応場においても理論的に精度の高い熱力学・速度論データの取得が可能になった。なお、平成23年3月に電気化学会第78回大会に参加し開発した吸着モデリング技術に関する専門家との意見交換を行う予定であったが、震災の影響により参加が不可能になったため、その部分に関して研究計画を遅延し平成23年9月に開催された化学工学会第43回秋季大会において意見交換を行った。本研究は、新しく考案した"超吸着種"概念を用いて局所表面構造を包含した高温不均一表面反応機構構築手法を開発し、具体的に水素製造技術へと応用し工業的実条件におけるNi触媒上での炭素析出反応機構を解明することが目的である。本年度は3年間の研究実施計画の内の2年目にあたり、初年度に確立した1)局所表面構造を包含しだ吸着モデリング技術のプロトタイプ、及び2)振動解析を用いた高精渡表面動力学論を用いて3)水素生成技術への応用による開発手法の有効性の実証の課題に取り組んだ。具体的には、まず初年度において得られた局所表面構造を包含した水素製造技術のプロトタイプ表面反応機構を利用するために、3-1)局所表面構造を包含した反応シミュレーション手法の確立を遂行した。"超吸着種概念"により扱えるようになった吸着種存在下の局所表面エネルギーに関して新たな保存式を導入するなど、従来の反応シミュレーションアルゴリズムに対していくつかの理論的改良を行った。次に3-2)反応シミュレーションによる実験結果との比較検討を行った。1)及び3-1)で確立した反応機構及び反応シミュレーション手法を用いて、メタン転化率の水蒸気/メタン比率依存性など多数報告されているメタン水蒸気改質における実験結果と比較検討を行った。比較の結果、実験結果との相違が大きく、確立した1)の吸着モデリング技術のプロトタイプの精度がまだ十分でない事が分かったため、最終年度において吸着モデリング技術の高精度化による実験結果再現性の向上を行う予定である。本年度の研究実施により、精度はまだ十分ではないが高温不均一表面反応機構の新規構築手法は確立したため、第108回触媒討論会等で成果発表を行った。特に触媒学会コンピューター利用セミナーにおいて依頼を受けて招待講演を行っており、触媒技術における本研究の重要性が評価されたと言える。本研究は、新しく考案した“超吸着種"概念を用いて局所表面構造を包含した高温不均一表面反応機構構築手法を開発し、具体的に水素製造技術へと応用し工業的実条件におけるNi触媒上での炭素析出反応機構を解明することが目的である。本年度は3年間の研究実施計画の最終年度にあたり、昨年度に引き続き1)局所表面構造を包含した吸着モデリング技術、及び2)振動解析を用いた高精度表面動力学論を用いて3)水素製造技術への応用による開発手法の有効性の実証の課題に取り組んだ。具体的には、まず初年度でプロトタイプを得て、昨年度でその問題点を明確化した1)の吸着モデリング技術の高精度化を行った。プロトタイプ水素製造表面反応機構に対する反応流れ解析・感度解析等の結果を元に、精度向上に重要な反応に対して量子化学計算を適宜行い、今まで十分に考慮できていなかったステップサイト等の活性特異サイトにおける反応データを更新・追加した。

次に3)の水素製造技術への応用において、“超吸着種"概念を用いた反応シミュレーションを行い、メタン水蒸気改質(SMR)実験結果と比較検討を行った。昨年度より実験結果再現性の向上が確認され、最終的に高精度なSMR高温表面反応機構を構築する事が出来た。さらに得られた反応機構に対して再度解析を行い、表面不均一性を考慮した炭素析出の律速過程・析出経路の解明を行った。本年度の研究実施により高温不均一表面反応機構の新規構築手法が確立したため、化学工学会第44回秋季大会で成果発表を行った。本研究成果で得られた知見は、炭素析出高耐久化に向けた新規SMR触媒設計において必要不可欠である。また本手法は水素製造技術のみならず様々な分野における高温触媒反応解析基盤技術として発展が期待される。本年度の研究実施により、精度はまだ十分ではないが高温不均一表面反応機構の新規構築手法は確立したため、研究目的の達成度は順調である。研究課題の内、3)水素生成技術への応用による開発手法の有効性の実証の課題は十分に達成されていないが、もともと研究実施計画において来年度に達成予定であるため、計画通りに進展していると言える。24年度が最終年度であるため、記入しない。メタン水蒸気改質における実験結果と比較検討の結果、初年度に確立した1)め吸着モデリング技術のプロトタイプの精度がまだ十分でない事が分かったため、最終年度において吸着モデリング技術の高精度化による実験結果再現性の向上を行う予定である。具体的には、追加で必要と考えられる量子化学計算を適宜行い、プロトタイプ反応機構で十分に考慮できていない特異サイトでの反応データ等を追加することにより、吸着モデリング技術の高精度化を図る。
液胞型多糖蓄積形質転換イネのバイオマス増加効果の生理学的解析

イネでは、低温耐処理中に穂ばらみ期の幼穂においてスクロースの量が低下することが分かった。この現象に、低温下での葉鞘におけるスクロース転流遺伝子の発現の抑制、葉身、葉鞘でのショ糖分解に関わる遺伝子発現の減少が関与する結果が得られた。低温下での糖の供給の変化が稔実に影響を及ぼす可能性があることが示唆された。コムギ1-SST導入形質転換イネでは、蓄積されたフルクタンの分解及び低温下でも働く導入1-SSTがフルクタン合成中に生成する単糖により糖供給不足を補足するため、低温耐性が向上すると推察される。フルクタンは耐乾性や耐凍性に関与する多糖であり、ショ糖を基質として液胞内に蓄積する。コムギの1-SST酵素遺伝子を導入したイネ(I22-1-1)では、本来イネにはないフルクタンが蓄積し、葉における総糖含量増加することが示されている(川上ら、J.Exp.Bot.2008)。本研究ではこのフルクタンイネ形質転換体のバイオマス利用評価および、液胞に糖を蓄積することが光合成同化能や糖の分配に与える影響を遺伝子発現レベルで解析し、炭酸固定物増加の機構解明に取り組む。本年は、原品種とI22-1-1系統を用いて、26°C/19°Cで38日間(太陽光)育てた個体の第5葉、その葉鞘と内部シンク組織の糖含量と組成を調べたところ、イネの栄養組織の主要糖はスクロースであり、その含量はソース組織ほど高かった。形質転換体ではそのスクロース濃度に比例して、フルクタン含量もソース葉ほど多く蓄積され、総糖含量もすべての組織で形質転換体の方が高かった。この上記の第5葉で発現している遺伝子の差異をマイクロアレイで解析したところ、I22-1-1で高く発現している遺伝子のなかに、ストレス関連遺伝子、特に乾燥に関する遺伝子が多く存在することが明らかになった。また、糖転流に関する遺伝子の発現が高かった。この結果を受けて、まず、ショ糖転流に関わる遺伝子発現をリアルタイムPCRで解析したが、原品種と形質転換体では発現量に明確な差異はなかった。昨年に引き続きショ糖転流に関わる遺伝子発現をリアルタイムPCRで解析したが、原品種と形質転換体では発現量に明確な差異はなかった。本年はさらに、本葉、葉鞘、幼穂でスクロース合成酵素(SuSy)遺伝子と分解酵素遺伝子Invertase遺伝子の発現動向をリアルタイムPCRで解析した。これらの遺伝子もソース組織では原品種と形質転換体の間に発現量の明確な差異は認められなかった。また、ショ糖合成酵素遺伝子(OsSPS)の発現変化を組織別にReaL-time PCRにより解析した。解析の結果、OsSPS1を除くOsSPSsの発現量は、低温処理中のソース葉とその葉鞘で減少し、幼穂においては全てのOsSPSsの発現量が増加していた。ショ糖量はそれとは逆にソース葉とその葉鞘において低温下で増加し、幼穂においては減少した。OsSPSs発現量変化とショ糖蓄積量変化には相関がみられなかったことから、低温下におけるショ糖量変化にはOsSUTやショ糖分解酵素遺伝子が関与していると推察する。コムギの1-SST酵素遺伝子を導入したイネ(122-1-1)では、本来イネにはないフルクタンが蓄積し、葉における総糖含量増加することが示されている(川上ら、J.Exp.Bot.2008)。また、低温環境負荷がこれらの遺伝子発現および糖の蓄積に及ぼす影響についても解析する。低温に曝されたイネ組織では著しいショ糖量の変動が起きる。昨年まで、ショ糖輸送タンパク質遺伝子やショ糖合成・分解酵素遺伝子の発現変化を解析してきた。本年は、単糖輸送タンパク質(OsMST3,4,5,7,8)遺伝子の発現変化を組織別にReal-timePCRにより解析した。

その結果、OsMSTsの発現量は、葉と葉鞘では極めて低く、幼穂においては検出可能レベルであった。解析遺伝子は発現量と変化は異なるが、OsMST8を除きフルクタン合成形質転換体で常温および低温(12°C)処理中も発現量が高い傾向が得られた。イネ組織の糖はシンク組織に移るほどショ糖含量が減り、単糖含量が増え、単糖の量は形質転換体の方が高かった。フルクタン合成時たはグルコースが、フルクタン分解時にはフルクトースが解離供給されることが低温環境下で単糖類の供給を補ない、上記単糖輸送タンパク質(OsMSTs)遺伝子発現変化に関与することが示唆された。
細胞内侵襲性病原体に対する自然免疫のmicroRNAによる制御

本研究では、細胞内に侵入性病原体に対する自然免疫制御におけるmicroRNAの同定と機能解析を行った。次世代シーケンスによる網羅的解析の結果、リステリア菌感染に応じて発現上昇するmicroRNAを5種、Vesicular stomatitis virus感染に応じて発現上昇するmicroRNAを2種同定した。そのうち共通したmiR-14はオーとファジー依存的な細胞死を制御する因子であった。さらに、ショウジョウバエ個体を用いたウイルス経口感染系を構築し、ウイルス感染により選択的オーとファジーのアダプター因子であるRef(2)Pが凝集体を形成すること、抗ウイルス応答に重要であることを示した。本研究は、細胞内に侵入する病原体である細胞内寄生細菌やウイルスに対する自然免疫応答制御におけるmicroRNAの同定と機能解析を行うことにより、未だ不明な点の多い、細胞内侵入性の病原体に対する自然免疫制御を明らかにすることを目的としている。本年度は、これまでに細胞内寄生細菌であるリステリア菌、RNAウイルスであるVSV感染に応答してショウジョウバエ培養細胞で発現の上昇するmicroRNAのなかから、発現量の多いmiR-14に注目して解析を行った。miR-14欠損変異体は、ホモ接合成虫はほとんどが致死であるが、わずかな割合で成虫になる。これらの個体を用いて検討したところ、VSV感染に対する感受性を示した。しかしながら、miR-14欠損個体数が少なく、他の方法による検討が必要であると考えられた。研究開始後、ショウジョウバエ変態期における細胞死に必要なオートファジー誘導にmiR-14が必要十分であるという報告がなされた(Mol. Cell (2015) 56, 376-388)。そこで、オートファジーを介したVSV感染防御に注目し、感染に応じたオートファジー誘導に必要なアダプター因子Ref(2)Pの抗VSV感染における機能を検討した。その結果、Ref(2)PはショウジョウバエS2細胞において、VSV感染依存的なオートファゴソーム形成に必要であり、さらに、個体としてのVSV抵抗性に重要であり、その機能にRef(2)Pタンパク質の多量体形成に必要なドメインが必要であることを明らかにした。変態期の組織改編時のオートファジー誘導におけるmiR-14のターゲット遺伝子はip3k2であるが、幼虫期の栄養飢餓でのオートファジー誘導にはmiR-14, ip3kは必要ない。したがって、VSV感染に対するオートファジー誘導におけるmiR-14の関与が今後の課題である。本研究は、細胞内に侵入する病原体であるウイルスに対する自然免疫応答制御におけるmicroRNAの同定と機能解析を行うことにより、未だ不明な点の多い、細胞内侵入性の病原体に対する自然免疫制御を明らかにすることを目的としている。これまでにRNAウイルスであるVesicular stomatitis virus (VSV)感染に応答してショウジョウバエ培養細胞で発現の上昇するmicroRNAを網羅的に探索し、miR-14に注目して解析を行った。平成26年度は、ショウジョウバエ変態期における細胞死に必要なオートファジー誘導にmiR-14が必要十分であるという報告を受けオートファジーに注目し、選択的オートファジーのアダプター因子Ref(2)Pが個体におけるVSV感染抵抗性に重要であることを明らかにした。本年度は、RNAウイルス抵抗性におけるRef(2)Pの関与についてさらに解析した。まず、培養細胞にVSVを感染させるとオートファジー誘導が起きるが、これがRef(2)Pに依存的しており、Ref(2)Pの自己凝集体形成に必要なPB1ドメインを必要とすることを示した。さらに、Ref(2)Pの抗VSV機能の分子機構を検討するに当たり、従来の個体感染系である体腔へのウイルス液の注入のみならず、自然な感染系としての経口感染系を確立して腸管上皮組織におけるRef(2)Pのウイルス感染における機能を検討した。その結果、ウイルス経口感染においてもRef(2)Pはその抵抗性に必須であり、ウイルス感染に応じて腸管上皮細胞でRef(2)Pの巨大凝集体が形成されること、Ref(2)P凝集体は腸管への細菌感染に応じて形成されるときとは異なり、幹細胞分裂の促進を起こさないことを明らかにした。これらの結果は、腸管感染性ウイルス感染に対する疾患防御に新たな知見を提供するものである。本研究の基盤となる、リステリア菌、またはVSV感染に応じたmiRNAの発現解析は独自の研究で得た知見であり、細胞内に侵入する病原体に対する自然免疫シグナルの制御にmiR-14が関与しているという新規の知見を得た。この証明にはさらに、miR-14過剰発現による感染防御応答への影響を明らかにする必要がある。また、miR-14がどのような分子機構でVSV感染防御としてのオートファジー誘導に寄与するのかを明らかにする必要がある。本年度に検討したRef(2)Pの機能解析は、これまでにその分子機構が明らかになっていない抗VSV感染応答としてのオートファジー誘導機構解明の前進をもたらした。

VSV感染に対してオートファジーが細胞、個体レベルで重要であることは示されているが、今年度の検討により、VSV感染直後に形成されるオートファゴソームによる機構と、数時間以上たってからの自然免疫シグナルに対するオートファジーの機能は、その分解する基質は同一ではなく、関与するmiRNAも異なるという予備的な結果を得ている。抗リステリア菌としてのオートファジー機能は、これに対し早い時間に起きるオートファジーが重要である。Ref(2)Pによる抗VSV機能の分子機構の解明は、miR-14によるオートファジーを介した抗VSVの分子機構解明に重要な情報を与える。また、VSV感染時とリステリア菌感染時に誘導されるmiRNAについて、ゲノム網羅的な情報の解析を終了することができた。この詳細な解析により、細胞内寄生細菌とウイルス感染に共通して活性化する自然免疫シグナルに機能するmiRNAと、それぞれに特異的に対する応答に機能するmiRNAを推定することが可能となった。細胞生物学今年度の検討により、RNAウイルスであるVSV感染に対する自然免疫経路のmiRNAによる制御が見えてきた。そこで、今後はVSV感染に対するmiRNAの検討に焦点を絞り、主に以下の2点について展開する。1点目として、これまでに、リステリア菌感染時には誘導されないが、VSV感染時に誘導されるmiRNAとしてmiR-184を同定している。そこで、miR-14に加え、miR-184の抗VSV応答に対する機能を解析する。解析に必要なmiR-184変異体、miR-184強制発現体はすでに入手し、解析を開始している。個体としてのVSV感染感受性に加え、ウイルス抵抗性に関与すると考えられる自然免疫シグナルにおける関与を重点的に検討する。miR-184ホモ接合個体は生存し、感染抵抗性やそれに関するシグナル経路の解析がmiR-14と比較して容易に行うことができる。2点目としては、Ref(2)Pを介したオートファジー誘導との関連により、オートファジー誘導におけるmiRNAの機能解析を解析する。Ref(2)Pによる抗VSV反応は、前述の、感染後素早い反応と、感染後数時間におきる反応について、個別にその分子機構解析を進行中である。そこで、それぞれにおけるmiR-14, miR-184の機能をショウジョウバエ成虫個体、ショウジョウバエ培養細胞を用いて詳細に検討する。miR-184の強制発現は、さまざまな組織特異的に行い、感染時を模倣したmiR-184発現上昇がもたらす応答を詳細に解析する。これらの検討により、ウイルス感染に対する自然免疫経路の制御におけるmiRNAの機能が明らかになり、ウイルス感染のmiRNAとそのターゲット配列を標的とした創薬の基盤となる知見を得ることが期待される。昨年度の研究により、miRNAの抗ウイルス機能としてオートファジーの制御を介した機能をクローズアップすることができた。
"男女平等の判断基準"からみた男女平等に関する合意形成の促進・妨害要因の分析

学生や女性就労者を対象とする調査を行った結果、もともと有している男女平等観のあり方によって、日常場面において、他者との間で差異が生じている男女の役割に関する意見の内容が異なっていた。また、意見に差異が見られた場合に相手と話し合うといった合意形成に向けての積極的な対処がとられるか否かは、差異が生じている意見の内容や差異が生じている場面(家庭・職場)によって異なることが明らかにされた。現代日本では男女共同参画社会基本法が制定されるなどのように、男女平等社会の実現に向けての施策が進められている。一方、どのような社会のあり方が男女平等であるのかについては、さまざまな意見があり、対立している状況さえ見受けられる。本研究では、多様な男女平等観を把握するための「男女平等の判断基準」の理論的枠組みを通して、男女平等に関する合意形成の促進要因と妨害要因を検討することを目的とする。研究代表者はこれまでに政治や行政を携わる人々を対象として、男女平等社会実現という社会新作に関する意見の対立状況を分析するものであったため、一般の人々における社会的施策に関する考え方や、日常場面で経験する男女のあり方に関する意見の対立状況については、明らかではなかった。そこで、本研究では、第一に、男女平等社会実現に向けての社会的施策に関して、政治や行政に関わる人々以外における意見の対立状況(社会レベル)について「男女平等の判断基準」の視点から分析する。具体的には、人々の態度形成に影響を与えると指摘され、かつ日常的に接触する媒体であるテレビやインターネットなどを分析し、男女平等社会の実現のための施策をめぐって行われている議論における意見の対立の様相を検討する。第二に、一般の人々が日常場面で経験する男女のあり方に関する意見の対立状況(個人レベル)を「男女平等の判断基準」の視点から分析する。身近な他者(夫や上司)との望ましい男女のあり方に関する意見の違いが、女性のキャリア形成を妨げたり、就労ストレスを高めたりすることが明らかにされている(金井,1994など)。そこで、主に女性に着目して、女性が日常場面で経験する夫や上司との男女のあり方に関する意見の対立や差異状況について、検討する。第三に、第一、及び第二の検討を行うことによって、男女平等に関する意見の対立状況を生み出したり、解消したりする要因を分析する。第四に、以上の検討を行うことによって、男女平等に関する合意形成を促す過程モデルを構築し、実証的データに基づいて、男女平等に関する合意形成を促進する方策を提言する。現代日本では、男女平等社会の実現に向けて、様々な施策が進められているものの、どのような社会が男女平等社会なのかについては様々な考え方がある。そのため、合意形成が難しく、男女平等社会実現に向けて、社会が変化していくことが困難な状態にある。しかし、多様な男女平等観を把握する試みが少なく、また、男女平等に関する意見の相違を解消するための方策を検討する研究は、これまでにほとんど見られなかった。以上の日本社会の現状、及び研究状況を踏まえ、本研究では、多様な男女平等観を把握するための「男女平等の判断基準尺度」の改訂版の作成を行った。その結果、男女平等観の下位尺度として、「男女の差異への配慮」、「手続き的公正」、「均等配分の原理」、「個人の能力の原理」、「職場における必要性の原理」の6尺度が作成された。これらのうち、「男女の差異への配慮」尺度については、男性の方が女性よりも得点が高いという結果が見られた。この結果は先行研究と整合しており、本尺度の妥当性が確認された。ただし、信頼性が低い尺度や、項目数が少ない尺度も見られたため、さらなる検討が必要である。また、就労女性は、職場や家庭において求められる女性役割と、自分自身の就労者としての役割との間に、葛藤を生じさせていると指摘されている。就労女性の男女平等観について把握するため、就労女性を対象とする面接調査に着手した。平成21年度も引き続き面接調査を行い、現代日本における就労女性における役割葛藤の現状を把握するとともに、役割葛藤を解消、低減する方策を検討する。現代においては、男女平等社会の実現に向けての施策が進められている。しかし、これまでの研究において、人々がどのような男女の役割状況を平等と捉えるかについては多様な考え方があることが明らかにされており、人々の合意を得ることは容易ではないことが示唆されている。そこで本研究では、男女平等に関する合意を形成していくプロセスを検討するための基礎資料を得るために、大学生・看護専門学生835名に対して、郵送法による質問紙調査を行った(有効回答者数154名(男性28名,女性126名;有効回収率18.9%)。質問紙では、(1)男女の役割について、他者と意見が対立したり、意見の差異を感じたりした経験と、(2)対立や差異を感じた時の対処の仕方とを、自由記述で回答するように求めた。得られた記述内容を、KJ法を用いて分析した結果、意見の対立・差異については、「男性優位・女性保護」、「伝統的家族観」、「社会でのあり方」の3つのカテゴリーに分類された。

「伝統的家族観」はさらに、「家事」、「進路」の、「社会でのあり方」は、「身だしなみ」、「経済力」、「性格・志向・能力」、「外出・外泊」、「言葉遣い」の、サブカテゴリーに、それぞれ分類された。対処については、「肯定・受け入れ」、「否定」の2つのカテゴーに分類された。「否定」はさらに「受け流し」、「主張・話し合い」、「第三者への相談」、「拒否」、「関係解消」のサブカテゴリーに分類された。以上の事柄には、これまでに明らかにされた男性性や女性性を表わす次元やセクシズム研究において性差別的と捉えられてきた事柄と整合しているものも見られた。今後はさらにデータ数を増やして、男女の役割に関する意見が対立した際に、どのような対処が効果的であるのかを検討する必要がある。また、学生以外の成人などにおける対立や差異、また対処についても検討する必要がある。現代においては、男女雇用機会均等法に見られるように、男女平等社会の実現に向けての施策が進められている。しかし、どのような状況であれば男女平等を捉えるのかについては多様な考え方があることが明らかにされており、家庭や職場において、望ましい男女の役割のあり方についての合意を得ることが困難であることが示唆されている。そこで本研究では、家庭や職場において、男女の役割に関してどのような意見の齟齬を感じているのか、また意見の齟齬を感じた場合に、どのように対処しているのかを検討するために、就労している女性25名(累計)を対象に面接調査を行った。その結果、職場において、会社が女性の就労を積極的に支援している場合には、職場で意見の齟齬を感じていた者はほとんど見られなかった。しかし、会社が女性の就労を積極的に支援していない場合には、給与体系や仕事といった会社の構造において男女で違いが見られる点や、意思疎通のやり方などの対人関係において男女で違いが見られる点に、齟齬を感じている者が見られた。意見の齟齬を感じたときの対処方法として、会社に働きかけて状況の変革を引き出す、モデルとなる女性の働き方を見習う、伝統的な女性役割を演じることで自分が望む状況を引き出すなどの積極的対処行動や、職務をまっとうすることに専念するなどの維持的対処行動などが見られた。また、家庭では、家事や育児の分担において、夫との意見の齟齬を感じている者が見られた。意見の齟齬がある場合には、夫とコミュニケーションを通じての対処や、実家の家族や保育所や近所の人などの第三者のサポートを通じての対処などが見られた。そこで、本年度は、第一に、職場や家庭において、男女の役割や区別への対処方法を検討するために行った面接調査の結果に基づき、就労している女性を対象とする質問紙調査を行った。その結果、職場に見られる男女の区別として「職務遂行上における男女の区別」と「女性性による仕事の円滑さ」の2側面が、家庭に見られる役割の齟齬として、「役割に対する負担」と「対家族に対する負担」の2側面が、それぞれ見出された。
消化管内ガス測定と大腸バロスタットを用いた過敏性腸症候群における腹部膨満感の評価

背景:これまで過敏性腸症候群(Irritable bowel syndrome:IBS)を中心とした機能性消化管障害患者の腹部膨満感に対して、どのような要因が関与しているかについて詳細に検討されてはいない。そこで、本研究においてIBS患者の腹部膨満感は健常者と比較して重症であり、その重症度は消化管知覚・消化管ガス量とあまり関連せず、便通症状と関連するという仮説を検証した。研究結果:IBSは健常者に比較して、消化器症状、精神症状スコアが有意に高く、QOLが有意に低かった。IBSはまた、直腸伸展刺激に対する痛覚閾値ならびに便意閾値が有意に低下していたが、直腸運動、消化管内ガス量は健常者と有意な違いを認めなかった。腹部膨満感スコアは便秘尺度と有意な正の相関を示したが、直腸知覚、安静時直腸運動、腹部ガス量とは有意な相関を認めなかった。考察:腹部膨満感は、IBS患者にとって腹痛と同様、社会生活に影響を及ぼしうる症状であるが、単純に消化管内ガス量の増加によって決定付けられるものではなく、様々な要因によって生じうると考えられた。背景:腹痛・便通異常だけでなく、腹部膨満感の成因を明確にすることは、過敏性腸症候群(irritable bowel syndrome:IBS)患者の病態生理の解明あるいは冶療法の開発を進めていく上で有益であると考えられる。しかし、これまでIBS患者の腹部膨満症状が生物・心理・社会的にどのように影響しているかについて詳細に検討した報告はあまり知られていない。そこで平成18年度は、IBS患者は健常者と比較して腹部膨満感が重症でかつ内臓知覚過敏を示すという仮説を検証した。方法:腹部手術歴、明らかな合併症がなく冶療歴のないIBS20例(女性10例、平均23歳)と健常者6例(女性2例、平均24才)を対象とした。なお、本研究計画は東北大学医学部倫理委員会で承認され、研究の遂行にあたっては研究参加者全員に十分な説明を行って文書で同意を得た。腹痛、腹部不快感、腹部膨満感の重症度は7 pointのordinate scaleを用いて評価した。大腸知覚は、バロスタットを用いて直腸伸展刺激に対する痛み閾値を確立されたプロトコールに従って測定した。結果:IBS患者は健常者に比較して腹痛、腹部不快感、腹部膨満感が有意に重症であった(すべてp<0.01)。一方、IBS患者は直腸伸展刺激に対する痛み閾値は健常者より有意に低下していた(33[16-40]vs.40[38-40]mmHg、p<0.01)。考察:以上の結果からIBS患者は健常者と比較して主症状である腹痛、腹部不快感だけでなく腹部膨満感も重症であり、直腸伸展刺激に対して内臓知覚過敏であることが示された。今後の研究の展開:我々は腹部膨満感を含むIBS患者に特異的な症状重症度尺度(IBS severity index:IBSSI)ならびにQOL尺度(IBS-QOL)日本語版を新たに開発し、その信頼性・妥当性を検証した。さらに、既報に基づいて腹部単純X線写真を用いて消化管内に占めるガス量の割合の測定方法を確立した。これらの評価法は、腹部膨満症状に対するさらに詳細な分析ツールになりうると思われる。背景:これまで過敏性腸症候群(Irritable bowel syndrome: IBS)を中心とした機能性消化管障害患者の腹部膨満感に対して、どのような要因が関与しているかについて詳細に検討されてはいない。

考察:腹部膨満感は、IBS患者にとって腹痛と同様、社会生活に影響を及ぼしうる症状であるが、単純に消化管内ガス量の増加によって決定付けられるものではなく、様々な要因によって生じうると考えられた。
分裂停止突然変異株を利用した細胞質分裂面決定機構の解析

テトラヒメナの分裂停止突然変異株cda A1は細胞質分裂の分裂面決定機構に異常がある。cda A1の遺伝子産物は分子量85000,等電点4.7のタンパク質である。本年度はこの蛋白質を精製し、N末のアミノ酸配列を決定した。この配列より、オリゴヌクレオチドを作製し、これをプローブとして分子量85000の蛋白質のcDNAのクローニングを行った。その結果、クローニングに成功し、現在、全塩基配列の決定を行っている。一部明らかになった塩基配列より類似したタンパク質の存在をデータバンクより調べてみたが、現在のところ類似したタンパク質は存在しない。分子量85000のタンパク質に対する抗体を用いて、この蛋白質の局在性を免疫電子顕微鏡法によって調べてみたところ、この蛋白質は分裂溝の後方に近接した繊毛基部のアクセサリー部分に局在することが明らかになった。この場所は収縮環微小繊維が形成される場所に一致する。従って、分子量85000の蛋白質は分裂面の決定と共に収縮環の形成にも関与する可能性がある。現在、精製した分子量85000の蛋白質とアクチンの相互作用を調べている。
栄養環境に応答した代謝物によるエピゲノムのフィードバック制御

本研究では、細胞が栄養環境に適応する際に起こるエピゲノムによる代謝制御ならびに代謝物によるエピゲノムのフィードバック制御を明らかにすることを目的とした。次世代シークエンス解析により、ヒストンメチル化酵素SETDB1は脂肪細胞分化に伴う代謝を制御、ヒストン脱メチル化酵素JMJD1Aは褐色脂肪細胞におけるエネルギー消費を制御することを明らかにした。またメタボローム解析により、脂肪細胞分化過程においてTCAサイクルの代謝物であるα-ケトグルタル酸がエピゲノムを制御する可能性を見出した。本研究では、転写抑制のエピゲノムコードとして機能するヒストンH3の9番目のリジン(H3K9)に焦点をおき、(1)細胞が栄養環境に適応する際に起こるエピゲノムによる代謝制御、(2)代謝物によるエピゲノムのフィードバック制御を明らかにすることを目的とした。(1)H3K9メチル化酵素SETDB1はgenebodyのメチル化DNAを認識することにより、標的遺伝子に局在する可能性を見出した。この局在機構により、SETDB1は前駆脂肪細胞においてCebpaの転写を抑制し、脂肪細胞分化時の代謝変動を制御することが明らかとなった。一方、H3K9脱メチル化酵素JMJD1Aについて、褐色脂肪細胞においてChIP-seq・マイクロアレイ解析を行い、標的遺伝子としてAdrb1を同定した。前年度見出したJMJD1Aのリン酸化についてさらに解析を進め、リン酸化JMJD1AはSWI/SNF, PPARgと複合体を形成し、寒冷刺激に応答してクロマチン構造を変化させることにより、転写を促進する機構を見出した。(2)前年度、脂肪細胞分化過程においてトリカルボン酸サイクル代謝物であるa-ケトグルタル酸が3倍増加することを見出したが、マイクロアレイ解析からイソクエン酸デヒドロゲナーゼ3 (IDH3a, b, g)遺伝子の発現がa-ケトグルタル酸の増加に伴い急上昇することを明らかにした。IDH3bをノックダウンしたところ、Ppargならびに脂肪細胞分化マーカー(Fabp4, Adipoq, Cd36)の発現にはほとんど影響を及ぼさないにも関わらず、解糖系遺伝子(Slc2a4, Hk2)の発現が低下し、脂肪蓄積が抑制された。ヒストン修飾によるクロマチン構造変化は遺伝子発現を後天的に制御し、多因子性疾患発症の鍵となる。本研究では、転写抑制のエピゲノムコードとして機能するヒストンH3の9番目のリジン(H3K9)に焦点をおき、細胞が栄養環境に適応する際に起こるエピゲノムによる代謝制御、ならびに代謝物によるエピゲノムのフィードバック制御を明らかにすることを目的とする。3T3-L1脂肪細胞分化過程において細胞外フラックスアナライザーを用いた代謝解析を行ったところ、分化に伴う解糖系ならびにミトコンドリア代謝の亢進が認められた。更にメタボローム解析をおこなったところ、脂肪細胞分化に伴う解糖系ならびにTCAサイクル代謝物の増加が見られた。脂肪細胞分化を抑制するH3K9メチル化酵素SETDB1の標的遺伝子を同定するために、クロマチン免疫沈降-sequence (ChIP-seq)を行った。SETDB1は転写因子C/EBPa遺伝子に結合し、H3K9トリメチル修飾を入れることにより転写を抑制し、下流のPPARgを介した代謝関連遺伝子の発現を抑制していることを突き止めた。すなわちSETDB1は脂肪細胞分化時の代謝変動のゲートキーパとして機能することを明らかにした。一方H3K9脱メチル酵素JMJD1Aを欠損させたマウスは肥満を呈する。褐色脂肪細胞におけるマイクロアレイ解析により、JMJD1Aの標的遺伝子候補としてミトコンドリア代謝遺伝子UCP1, Cpt1b, Cox7a1が明らかとなった。絶食・寒冷刺激時における翻訳後修飾解析を行ったところ、JMJD1AはプロテインキナーゼAによりリン酸化されることが明らかとなり、栄養環境に応答したエピゲノム制御にはJMJD1Aのリン酸化が関与していることが示唆された。H3K9メチル化酵素SETDB1ならびに脱メチル化酵素JMJD1Aの機能解析により、これらヒストン修飾酵素がエピゲノムを変化させ代謝を制御することを解明したことから、本研究の第一目的である「エピゲノムによる代謝制御機構の解明」は達成された。細胞外フラックスアナライザーによる代謝プロファイルならびにメタボローム解析により、前駆脂肪細胞が脂肪細胞に分化する際には代謝スイッチが起こり、解糖系ならびにTCAサイクルの代謝物が顕著に増加することが見出した。ヒストン脱メチル化酵素の補酵素であるアルファケトグルタル酸が分化前後で顕著に増加していることから、細胞内代謝物がエピゲノムを制御する可能性が示唆された。したがって本研究の第二目的である「代謝物によるエピゲノム制御の解明」に向けて順調に進展している。脂肪細胞分化過程においてH3K9メチル化酵素SETDB1の活性制御機構を明らかにするために、翻訳後修飾解析、複合体解析、活性測定を行う。またH3K9脱メチル化酵素JMJD1Aによるエネルギー感知機構の詳細を理解するために、複合体解析、ゲノムワイド局在解析、ヒストン修飾解析を行う。

細胞外環境の変化(低グルコース刺激)における細胞内代謝物とヒストン修飾の変化を、メタボローム解析とクロマチン免疫沈降により解析する。脂肪細胞分化過程における細胞内代謝物変化が、ヒストン修飾酵素活性に与える影響を解析する。本研究の実験は主に培養細胞を用いた系であり、研究費は主に消耗品(細胞培養器具、分子生物学試薬、生化学試薬、メタボローム解析試薬)の購入に使用する。また本研究で得られた成果は学会、ならびに論文で発表予定であり、研究費の一部は旅費等として使用する。
ページランク計算に対する分散型確率アルゴリズム:協調制御に基づくアプローチ

本研究では,サーチエンジンにおける検索結果を的確にランク付けするページランク(PageRank)アルゴリズムに着目し,より効率的な計算手法の確立を目指した.とくにマルチエージェント系の協調制御の観点から,分散型確率アルゴリズムを構築した.エージェント間の通信制約を考慮した場合やグラフの集約化に基づく場合等,アルゴリズムの高速化・ロバスト化を図った.他方,一般的な有効グラフ上の平均合意問題に対しても成果を得た.本研究では,サーチエンジンにおける検索結果を的確にランク付けするページランク(PageRank)アルゴリズムに着目し,より効率的な計算手法の確立を目指した.とくにマルチエージェント系の協調制御の観点から,分散型確率アルゴリズムを構築した.エージェント間の通信制約を考慮した場合やグラフの集約化に基づく場合等,アルゴリズムの高速化・ロバスト化を図った.他方,一般的な有効グラフ上の平均合意問題に対しても成果を得た.本研究では,検索エンジンにおける検索結果を的確にランク付けするためにGoogle社が提案したページランク(PageRank)アルゴリズムに着目し,より効率的な計算手法の確立を目指し,分散型確率アルゴリズムの構築を目標とする.今年度は,研究代表者らが近年提案した分散型アルゴリズムにおける計算の効率化と通信ネットワークのモデル化を考えた.また,関連の深いマルチエージェント系の同意問題に関する研究も並行して行った.主な結果として,次の3点があげられる.(1)ウェブ上のページをグループ化した上で,各グループに対するPageRankを計算する手法を導出した.グループ化する際に重要となる指針などが得られた.(2)各ページは,リンク先のページと通信を行うことで,自身のPageRankを計算するが,データ損失を伴うような信頼性の低い通信を用いた場合にも計算性能を維持する手法を提案した.(3)同意問題の設定においては,エージェント間の通信構造が重要な役割を果たすが,同意を得るために必要な通信構造に関する新たな結果を得た.とくに通信量を考慮し,量子化信号を用いたケースを考えた.主に理論的研究を進めたが,有効性の検証はシミュレーション実験を通じて行なった.本研究では,検索エンジンにおける検索結果を的確にランク付けするためにGoogle社が提案したページランク(PageRank)アルゴリズムに着目し,より効率的な計算手法の確立を目指し,分散型確率アルゴリズムの構築を目標とする.昨年度に引き続き,提案した分散型確率アルゴリズムにおける計算量の軽減化手法を研究した.マルチエージェント系の同意問題に関しても新たな発展があった.主な結果は,次の2点となる.(1)ウェブ上では同一ドメイン内のページ間のリンクが多いことが知られている.この特性を陽に利用し,PageRankアルゴリズムに必要となる計算・通信量を大幅に軽減する手法を提案し,計算精度に対する解析や数値実験を行った.とくに,各ドメイン内のページを更にグループ化し,各グループに対する値を求めることで計算規模を縮小する.疎な構造を持つマルコフ連鎖の定常確率を求める問題とも関連が深く,とくに特異摂動法との関係について議論した.(2)昨年度から行っている量子化信号を用いた平均同意問題については,アルゴリズムの収束に必要となる計算時間に関する厳密な解析を行った.一定の条件下において,計算時間はエージェント数に関して多項式オーダーであることを示し,その効率性を確認した.主に理論的研究を進めたが,有効性の検証はシミュレーション実験を通じて行なった.
正常な皮膚機能に関わるビタミンD受容体の標的遺伝子探索とその発現機序の解明

皮膚におけるビタミンD受容体(VDR)の生体内高次機能は未だ不明な点が多い。本研究で作出した表皮特異的VDR KOマウスは肥厚と脱毛を呈する。その原因を明らかにするために、発現変動する遺伝子を網羅的に探索したところ、S100A8遺伝子の顕著な発現亢進が見出された。さらに、S100A8遺伝子プロモーターは炎症関連転写因子NF-kBによって発現誘導されることを明らかとし、ゲノム編集によってS100A8 floxマウスを作出し、全身性と表皮特異的なS100A8 KOマウスの樹立に成功した。このマウスの解析から、S100A8がVDR KOマウスの表皮肥厚に関与する可能性が示唆された。ビタミンDは乾癬治療薬として用いられてすでに30年ほど経つにもかかわらず、その作用機序は未だ判然としていない。本研究では表皮特異的なビタミンD受容体(VDR)ノックアウトマウスを作出し、その乾癬様の皮疹と脱毛の原因を遺伝子の発現制御レベルで明らかにする。申請者はその責任因子の同定とVDRによる抑制機序の解明を目指す。マイクロアレイ解析で発現増強をみとめたタンパク質を中心に、蛍光免疫組織染色法によりその発現領域から肥厚化との関連性を検討した。これらのうちS100A8は乾癬患者の皮膚で局所的な高発現が報告されており、肥厚化を惹起するシグナル分子としての働きを有する可能性がある。各細胞層のマーカー分子(Keratin14, Keratin10, Filaggrin, Loricrin等)との共染色によりその発現領域を比較し、肥厚化のステージとの相関性を検討したところ、Keratin10の発現する有棘層で顕著な肥厚化が観察された。驚いたことに、KOマウスではS100A8は退縮期の毛包内で異所性の発現亢進が認められた。またS100A8が走化性因子である可能性を考慮し、T細胞やマクロファージの浸潤の有無を検討したが、これらには顕著な違いを認めなかった。イミキモド塗布による乾癬モデルでは、その重症化度に若干の差異が認められた。表皮VDRの欠損により、発現亢進されるS100A8遺伝子などの予測プロモーター領域をクローニングし、レポーター解析によりその活性化転写因子を探索した。その結果、特にNF-kB, AP-1による活性化が顕著であり、中でもS100A8遺伝子プロモーターに新規のNF-kB応答領域として151bpのエンハンサー領域の同定に成功した。以上の結果を受け、ゲノム編集技術を用い、S100A8ノックアウトマウスとS100A8レポーターマウスの作出に着手し、樹立に成功した。本研究では表皮特異的なビタミンD受容体(VDR)ノックアウトマウスで発現亢進していたS100A8に着目することで、その乾癬様の皮疹と脱毛の原因となるかを検討している。研究開始時は乾癬様の皮膚の肥厚化への影響を予想していたが、この肥厚化は脱毛より後期(12週齢ころ)より顕著となることが判明し、脱毛は3週齢以前の非常に早いステージで差異として認められた。つまり、脱毛の結果が皮膚肥厚の原因であることが強く示唆された。驚いたことに、KOマウスではS100A8は退縮期の毛包内で異所性の発現亢進が認められ、その毛包の形態に新たな異常を見つけることに成功した。そこで、S100A8遺伝子の欠損マウスの作出を試み、ゲノム編集技術を用いることで、10カ月という短期間にコンディショナルノックアウトマウスと全身性ノックアウトマウスを樹立した。さらには、S100A8遺伝子のプロモーター解析により、新規のNF-kB応答領域として151bpのエンハンサー領域の同定に成功した。このエンハンサーがin vivoにおいても機能するかを検討する為、レポータートランスジェニックマウスを作製したところ、毛包形成の初期から、毛包内の限局した部位で発現していることが明らかとなった。このレポーター解析は開始時には、トランスジェニックマウス作成の技術が無かったことから、レンチウイルスによる導入を予定していたが、マウス作成の技術協力が得られたため、継代による効率的な解析が可能なマウスの作出に繋がった。本研究では、表皮特異的にビタミンD受容体(VDR)を欠損するノックアウト(KO)マウスを作出し、その表現型を解析することで、皮膚におけるVDRの生体内高次機能の解明を試みた。ビタミンDは乾癬の治療薬として長く用いられてはいるが、その作用機序については不明な点が多い。また、表皮はビタミンDを生合成する唯一の臓器であるにもかかわらず、骨や腸管でのカルシウム調節機構の理解に比べ、その受容体機能も不明なままである。さらに疾患の点からは、くる病/骨軟化症の一部ではVDR遺伝子に不活性型変異を有し、骨病変に加え進行性の脱毛を伴うことが知られている。本研究で作出した表皮特異的VDR KOマウスの皮膚において、発現変動する遺伝子をマイクロアレイ解析によって探索したところ、表皮分化に関わる遺伝子群の他に、S100A8遺伝子の顕著な発現亢進が見出された。また、皮膚組織をFACSで分画することで、この発現亢進は表皮と毛包内基底細胞におけるものである可能性が示された。そこで、マウスおよびヒトS100A8