hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
曲線と曲面の変分問題と発展方程式

3次元Euclid空間における閉部分多様体の最も自然な変分問題は1次元なら弾性曲線,2次元なら平均曲率一定曲面であると考えられる.これらはそれぞれ一般次元めEuclid空間においても曲線と超曲面に自然に拡張されるが,中間次元への拡張は良いものが知られていない.そこで,中間次元でも定義できる新しい変分問題を次のように「極大極小曲面」として定式化した.極小部分多様体Sとその境界∂Sの組を考える.境界∂Sの体積が与えられたとき,部分多様体Sの体積を最大にするという問題を考える.この変分問題の解を「極大極小部分多様体」とよぶ.この定義が自然であり,かつ良いものであることを保証する次のような結果を得た.1全測地的部分多様体とその平均曲率一定超曲面は極大極小部分多様体である.2とくに,任意次元のEuclid空間の任意次元の「丸い」球面は極大極小部分多様体である.3さらに,(2)の例はすべて変分問題の解として安定である,すなわち第二変分が非負であり,0であるのは自明な変分ベクトル場に限ることが示される.4例が豊富にあることを示唆する事実として,Euclid空間の極小錐SとSと単位球面の交わりの組はすべて特異点を持つ極大極小部分多様体となる.5同じく,トーラスに非等質な極大極小面を具体的に構成することができる.6条件付き変分問題であるために,安定性が2種類考えられる.外向き単位法ベクトル場方向の第2基本形式の跡kを用いて,それらの間には次の関係がある.k>0ならば,(α)不安定である.k<0ならば,(α)安定性と(β)安定性は同値である.3次元Euclid空間における閉部分多様体の最も自然な変分問題は1次元なら弾性曲線,2次元なら平均曲率一定曲面であると考えられる.これらはそれぞれ一般次元めEuclid空間においても曲線と超曲面に自然に拡張されるが,中間次元への拡張は良いものが知られていない.そこで,中間次元でも定義できる新しい変分問題を次のように「極大極小曲面」として定式化した.極小部分多様体Sとその境界∂Sの組を考える.境界∂Sの体積が与えられたとき,部分多様体Sの体積を最大にするという問題を考える.この変分問題の解を「極大極小部分多様体」とよぶ.この定義が自然であり,かつ良いものであることを保証する次のような結果を得た.1全測地的部分多様体とその平均曲率一定超曲面は極大極小部分多様体である.2とくに,任意次元のEuclid空間の任意次元の「丸い」球面は極大極小部分多様体である.3さらに,(2)の例はすべて変分問題の解として安定である,すなわち第二変分が非負であり,0であるのは自明な変分ベクトル場に限ることが示される.4例が豊富にあることを示唆する事実として,Euclid空間の極小錐SとSと単位球面の交わりの組はすべて特異点を持つ極大極小部分多様体となる.5同じく,トーラスに非等質な極大極小面を具体的に構成することができる.6条件付き変分問題であるために,安定性が2種類考えられる.外向き単位法ベクトル場方向の第2基本形式の跡kを用いて,それらの間には次の関係がある.k>0ならば,(α)不安定である.k<0ならば,(α)安定性と(β)安定性は同値である.今年度はいくつかの研究集会で成果発表を行ったほか,海外から研究者を招いて研究協力を行った.具体的には,主に弾性曲線の4階波動方程式型の運動方程式について,解の存在とその性質の解析を中心に研究を進めた.主な研究成果は以下の通りである.3次元Euclid空間における1次元弾性体ξ=ξ(x,t)の4階波動方程式型運動方程式はで与えられる.ここに,u=u(x,t)はLagrangeの未定関数である.まず,最初の結果として,(1)上記の方程式は,2次元球面に値を持つ波動方程式と,ある積分方程式に分解される.ことを得た.このことを用いて,逐次近似法に寄って解の存在を示すことができた.すなわち,(2)上記の方程式は,任意の初期値に対して無限時間の解を持つ.さらに,方程式を閉曲線に制限した場合は,解の性質として,滑らかさが示される.(3)無限回連続微分可能な閉曲線の初期値に対しては,(2)の解は無限回連続微分可能である.閉曲線でない場合は,まだ証明が完全ではないが,次のことを示唆する結果を得た.(4)予想:閉曲線でない場合は,無限回連続微分可能な初期値にたいしてでも解は連続微分可能ではない.今年度は曲面の変分問題の一般化に関する成果を得た.3次元Euclid空間における閉部分多様体の最も自然な変分問題は1次元なら弾性曲線,2次元なら平均曲率一定曲面であると考えられる.これらはそれぞれ一般次元のEuclid空間においても曲線と超曲面に自然に拡張されるが,中間次元への拡張は良いものが知られていない.そこで,中間次元でも定義できる新しい変分問題を次のように「極大極小曲面」として定式化した.極小部分多様体Sとその境界∂Sの組を考える.境界∂

Sの体積が与えられたとき,部分多様体Sの体積を最大にするという問題を考える.この変分問題の解を「極大極小部分多様体」とよぶ.この定義が自然であり,かつ良いものであることを保証する次のような結果を得た.(1)全測地的部分多様体とその平均曲率一定超曲面は極大極小部分多様体である.(2)とくに,任意次元のEuclid空間の任意次元の「丸い」球面は極大極小部分多様体である.(3)さらに,(2)の例はすべて変分問題の解として安定である,すなわち第二変分が非負であり,0であるのは自明な変分ベクトル場に限ることが示される.(4)例が豊富にあることを示唆する事実として,Euclid空間の極小錐SとSと単位球面の交わりの組はすべて特異点を持つ極大極小部分多様体となる.(5)同じく,トーラスに非等質な極大極小面を具体的に構成することができる.本年度は非連結な境界をもつ連結極小曲面について次のような成果を得た.空間内で離れた2つの円周を結ぶ懸垂曲面が存在しないことはよく知られている.さらに一般に,懸垂曲面に接する錐Cを考え,Cの「内部」D_+,D_-を固定すると,境界がD_+とD_-に分離されている場合はそれらを結ぶ極小曲面が存在しないことが「錐定理」として知られている.この定理から,正三角形の3頂点P_iをそれぞれ中心とする半径rの球B_i内に閉曲Г_iがあったとき,十分小さなrにたいしてはГ_1∪Г_2∪Г_3を境界とする有界な極小曲面は∪_iB_iの中にとどまり,従って連結ではありえないということがわかる.同じ論法は正5角形まで拡張することができるが,正6角形に拡張することはできない.そのため,錐定理を次のように拡張した.(非対称錐定理)懸垂曲面の回転軸L上に任意の点Aを固定し,Aから懸垂曲面に接する錐C_+,C_-を生成するとき,C_±について錐定理と同じ結論が成り立つ.この非対称錐定理を用いることにより,一般の正n角形でも,n頂点P_iをそれぞれ中心とする半径rの球B_i内に閉曲線Г_iがあったとき,十分小さなγにたいしては∪_iГ_iを境界とする有界な極小曲面は∪B_iの中にとどまり,従って連結ではありえないということがわかる.さらに,完全に一般の空間内の点の配置にたいしても同じことが成立する,すなわち,十分離れた閉曲線の和集合は有界な極小曲面によって結ぶことができないということを示すことができた.前の研究で3次元Euclid空間における円の一般化の変分問題として「極大極小部分多様体」を定義した.それは,定義(α)指定されたn次元体積Vの境界を持つ極小部分多様体B^<n+1>のうちその体積が最大であるものは何か,という定式化と,定義(β)指定されたn+1次元体積Vを持つ極小部分多様体B^<n+1>のうち,その境界の体積が最小であるものは何か,という定式化である.これら2つの定義は同一のEuler-Lagrange方程式を導くが,それぞれに関する安定性の関係については未解決であった。この問題を次のように解決することができた.まず,次のように定義する.極大極小部分多様体(B,∂B)がVol(∂B)を保つBの極小部分多様体としての任意の変形B(t)について(d^2)/(dt^2)|_<t=0>Vol(B)【less than or equal】0となるときα準安定であるという.Vol(B)を保つBの極小部分多様体としての任意の変形B(t)について(d^2)/(dt^2)|_<t=0>Vol(∂B)【greater than or equal】0となるときβ準安定であるという.α,β準安定であって,等号成立が合同変換から導かれる変分
卵胞顆粒膜細胞に特異的なマイクロRNAの卵胞成熟における機能解析とその臨床応用

ヒト卵巣顆粒膜由来細胞株を用いて、Augonaute2(AGO2, EIFC2)に結合しているmicroRNA(miRNA)の大規模プロファイリング解析を行った。miR-21は、得られたmiRNAの約80%を占め、顆粒膜細胞において機能的なmiRNAであり、重要な役割を果たしていることが示唆された。さらに、AGO2-RNA複合体に結合しているmRNA解析から、miR-21の標的mRNAの1つであるCOL4A1 mRNAを見出した。また、KGN細胞の解析過程で、短鎖2本鎖RNA(23-24塩基)が、顆粒膜細胞特異的にアポトーシスを誘導すること、さらにその作用は2本鎖RNA結合蛋白質であるPKRやRIG-Iを介する新規機構であることを見出した。本研究は、卵胞顆粒膜細胞特異的microRNAが、卵胞顆粒膜細胞の機能制御を通して、卵胞の成熟と閉鎖の調節機構にどのように関わるか、標的mRNAの同定を含め分子レベルでの機能解明を目指すとともに、採卵時の卵細胞の質を評価するための新規マーカー開発につながる基盤研究を行うことを目的に研究を開始しました。まず、ヒト顆粒膜細胞腫由来細胞株(KGN)におけるmicroRNAの発現について、抗ヒトAgo2モノクローナル抗体を利用した免疫沈降法により、機能しているsmall RNAを分離し、small RNAライブラリーを作製し、クローニングおよびシークエンス解析を行い、KGN細胞のmicroRNA発現プロファイルを明らかにしました。合計1,065個のmicroRNAが得られ、うち1,016個(95.3%)が既知のmicroRNAでした。高頻度に出現したmicroRNAは、miR-21、miR-let-7b、miR-221、miR-125bであり、また、新規のmicroRNAと考えられるクローンも13種類含まれていました。抗ヒトAgo2モノクローナル抗体を利用した免疫沈降法によりmicroRNA-Ago2複合体を回収し、機能しているmicroRNAを特異的に精製する新しい手法であり、従来の精製法に比べ、より高率にmicroRNAの精製に成功しました。さらに、KGN細胞において高頻度に出現したmicroRNAのバイオインフオマティクス解析から、卵巣顆粒膜細胞の機能に関与するmRNAを標的とすると予想されるmicroRNAが多く含まれていることが明らかとなりました。また、ヒト卵胞顆粒膜細胞(卵丘、放射冠細胞)を採取後、培養可能か検討しました。本研究は、卵胞顆粒膜細胞特異的microRNAが、卵胞顆粒膜細胞の機能制御を通して、卵胞の成熟と閉鎖の調節機構にどのように関わるか、分子レベルでの機能解明を目指すとともに、臨床応用(採卵時の卵細胞の評価等)につながる基盤研究を行うことを目的に研究を行った。ヒト卵巣顆粒膜由来の細胞株(KGN細胞、GCla細胞、HSOGT細胞)から、抗ヒトAugonaute2(Ago2)モノクローナル抗体を利用した免疫沈降法を用いて、Ago2に結合しているmicroRNAを精製した。このmicroRNAに対するcDNAを合成し、次世代シーケンサーGS-FLX(ロシュ・ダイアグノスティクス社)を用いて大規模プロファイリング解析を行った。さらに、その結果からこれらの顆粒膜細胞株において多く発現しているmicroRNAの一部について、初代培養ヒト卵巣顆粒膜細胞および生殖器系組織(子宮、卵巣、胎盤、精巣、前立腺)における発現をreal-time PCRにより比較解析した。プロファイル解析から20万個以上の配列情報(リード)が得られ、その約99%が既知のmicroRNA由来であった。特にMIR21は、すべての細胞株において約80%を占めていた。また,MIR21をはじめ、LET74などのリード数で上位を占めたmicroRNAについては、各種生殖器系組織においても発現が認められたが、初代培養を含む卵巣顆粒膜細胞で特に強く発現する傾向が認められた。さらに、プロファイル解析にて高頻度に出現したmicroRNAの標的mRNAを同定するための解析を進めた。また、卵胞顆粒膜細胞特異的microRNAの機能解析として、培養細胞系でmicroRNAを過剰発現させ、形態学解析、増殖能解析、アポトーシス解析を行った。一部の卵胞顆粒膜細胞特異的microRNAが、細胞にアポトーシスを誘導する新知見を見出した。本研究は、卵胞顆粒膜細胞特異的microRNAが、卵胞顆粒膜細胞の機能制御を通して、卵胞の成熟と閉鎖の調節機構にどのように関わるか、分子レベルでの機能解明を目指すとともに、臨床応用(卵細胞の評価、癌治療等)につながる基盤研究を行うことを目的に研究を行った。

卵胞顆粒膜細胞で機能しているmiRNAの標的分子の同定:ヒト卵巣顆粒膜細胞株(KGN細胞等)から抗Ago2抗体を用いた免疫沈降でmiRNA-Ago2複合体を回収し、複合体に結合しているmRNAをクローニング、シークエンス解析し、標的mRNAの同定を行った。miRNA-Ago2複合体と結合していたmRNAに、miR-21(miRNA-Ago2複合体を形成しているmiRNAのうち約80%を占有)の予測標的mRNAの1つであるCOL4A1を見出した。COL4A1 mRNAの3'-非翻訳領域を含むレポータープラスミドを構築し、ルシフェラーゼアッセイにより、COL4A1が標的mRNAであることを明らかにした。KGN細胞を用いたmiR-21発現抑制実験では、Western blotにてCOL4A1産物の発現増加を認めた。卵胞顆粒膜細胞特異的microRNAの機能解析:2本鎖のmiRNA前駆体疑似分子(Pre-miR)を用いて機能解析を継続して行った。24塩基のPre-miR分子をKGN細胞に導入したところ、アポトーシスが顕著に誘導されることを見出し、同様の現象は同様な短鎖2本鎖RNA(double-strand RNA;dsRNA)である合成small interfering RNAを用いた場合にも認められた。一方、アポトーシスは23塩基以下のdsRNAおよび長鎖2本鎖RNAでは認められなかった。短鎖2本鎖RNAはその塩基数に依存して顆粒膜細胞特異的にアポトーシスを誘導すること、さらにその作用はdsRNA結合蛋白質であるPKRやRIG-Iを介する新規機構であることを見出した。成果は投稿中である。
関節軟骨細胞の石灰化誘導能に関する研究(関節軟骨の修復に関連して)

損傷された関節細胞を修復する際に、軟骨が決して石灰化ないしは、骨化しないことが望まれる。私達は、犬の膝関節の自家骨軟骨移植実験において、UP-SIDE-DOWNにインプラントした実験群では、軟骨細胞による修復が行われなかったことから、関節軟骨細胞は、細胞層によって形質、特に石灰化誘導能に関する形質に、本質的な差があるのではないかと考えた。本研究の目的は石灰化ないし軟骨細胞による関節軟骨の修復を可能にするとともに、軟骨細胞の形質及び培養条件下の形質維持についても、解明することにある。1)犬膝関節を用いて、自家骨軟骨移植とUP-SIDE-DOWNに移植した実験群の関節軟骨修復過程を比較的に検討した結果、後者では術後三ヶ月で軟骨は繊維組織に修復され1部に骨化を認めた。2)ラット関節軟骨細胞のisograft,Allograftによる免疫学的差異についても12ヶ月にわたって修復過程を観察した。その結果、両群間に術後8週の時点で軟骨下骨のリモデリングに差を認めたものの、12ヶ月後には硝子軟骨による同様の修復を示した。尚、コントロールとしてコラーゲンのみインプラントした実験群では、繊維組織により修復された。3)関節の骨軟骨欠損を修復させる一つの方法として、家兎の腸骨に骨切りを加え10日後の仮骨を利用して欠損部の修復を試みる実験を行った。骨切り10日後の仮骨は未分化問葉細胞に富み家兎膝関節内に作成した欠損部は2ヶ月後に硝子軟骨により修復された。以上の研究により、関節の骨軟骨欠損を修復にあたって、培養軟骨細胞による修復に免疫学的相違の少ないこと、骨折仮骨によっても修復されることなどが明らかになり、関節の修復に軟骨細胞の果たす役割がより明らかにされた。損傷された関節軟骨を修復する際に,軟骨が決して石灰化ないしは,骨化しないことが望まれる。私たちは,犬の膝関節の自家骨軟骨移植実験において,up-side-downにインプラントした実験群では,軟骨細胞による修復が行われなかったことから,関節軟骨細胞は,細胞層によって形質,特に石灰化誘導能に関する形質に,本質的な差があるのではないかと考えた。本研究の目的は石灰化しない軟骨細胞による関節軟骨の修復を可能にすると共に,軟骨細胞の形質及び培養条件下の形質維持についても,解明することにある。1)犬膝関節を用いて,自家骨軟骨移植とup-side-downに移植した実験群の関節軟骨修復過程を比較的に検討した結果,後者では術後3ヶ月で軟骨は繊維組織に吸収され1部に骨化を認めた。2)ラット関節軟骨細胞のIsograft,Allograftによる免疫学的差異についても12ヶ月にわたって修復過程を観察した。その結果,両群間に術後8週の時点で軟骨下骨のリモデリングに差を認めたものの,12ヶ月後には硝子軟骨による同様の修復を示した。なお,コントロールとしてコラーゲンのみインプラントした実験群では,繊維組織により修復された。3)人工関節軟骨の研究開発に関連して,骨軟骨欠損部にインプラントした種々のポリマーやAutograftによる関節軟骨の様々な修復過程を検索したが,骨折仮骨を家兎膝関節欠損部にインプラントしても術後6ヶ月で硝子様軟骨による修復を得た。4)犬関節軟骨を層別に採取し,アルカリフォスファターゼ活性を検索した。また同酵素の層別分布を免疫組織学手法により検索中である。5)以上の研究によりまた1)の追加実験を行うことにより本研究課題を解明することが出来ると考える。損傷された関節軟骨を修復するさいに、軟骨が決して石灰化ないしは、骨化しないことが望まれる。

私達は、犬の膝関節の自家骨軟骨移植実験において、up-side-downにインプラントした実験群では、軟骨細胞による修復が行われなかった事から、関節軟骨細胞は、細胞層によって形質、特に石灰化誘導能に関する形質に、本質的な差があるのではないかと考えた。本研究の目的は石灰化ないし軟骨細胞による関節軟骨の修復を可能にすると共に、軟骨細胞の形質及び培養条件下の形質維持についても、解明する事にある。1)犬膝関節を用いて、自家骨軟骨移植とup-side-downに移植した実験群の関節軟骨修復過程を比較的に検討した結果、後者では術後3ヶ月で軟骨は繊維組織に修復され1部に骨化を認めた。2)ラット関節軟骨細胞のIsograft,Allograftによる免疫学的差異についても12ケ月にわたって修復過程を観察した。その結果、両群間に術後8週の時点で軟骨下骨のリモデリングに差を認めたものの、12ケ月後には硝子軟骨による同様の修復を示した。尚、コントロールとしてコラーゲンのみインプラントした実験群では、繊維組織により修復された。3)関節の骨軟骨欠損を修復させる一つの方法として、家兎の腸骨に骨切りを加え10日後の仮骨を利用して欠損部の修復を試みる研究を行った。骨切り10日後の仮骨は未分化問葉細胞に富み家兎膝関節内に作成した欠損部は2ケ月後に硝子軟骨により修復された。以上の研究により、関節の骨軟骨欠損を修復にあたって、培養軟骨細胞による修復に免疫学的相違の少ないこと、骨折仮骨によっても修復されることなどが明かとなり、関節の修復に軟骨細胞の果たす役割がより明らかにされた。
肺癌/中皮腫に於けるPITX2を介したYAP経路によるレドックス制御の解明

PITX2遺伝子の変異は見出せなかったが、3株でプロモーター領域のhypermethylationが称していた。これらの細胞株におけるアルキル化剤(cyclophosphamide/cisplatin)、アントラサイクリン抗腫瘍抗生物質(doxorubicin/daunorubicin)の薬剤感受性の比較を行った。PITX2 hypermethyaltionの生じていた細胞株では、KEAP1/NRF2系の活性化がみられ、これらのROS除去機構が上記薬剤の感受性低下の原因になっていることが推測された。PTX2活性化モデルとしてPTX2-inducible cloneの作成を行い、上記3株の抗がん薬感受性が回復を確認した。この細胞株でYAP inhibitorあるいは、LATZ siRNAによる発現低下は、再び、ROS産生性の抗がん薬の感受性を低下させた。PITX2のプロモーター領域のhypermethylationは、KEAP1/NRF2-PITX2-YAP axisを介して、ROS産生性の抗がん薬の感受性を低下させる事が明らかとなった。PITX2は肺がん・中皮腫の抗がん薬治療において新たな標的分子となることが明らかとなった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。PITX2遺伝子の発現低下を認めた細胞株では、抗がん薬への感受性亢進が確認された。次年度以降は、上記のPITX2の発現低下と抗がん薬への感受性亢進が確認されたので、関連分子の動態についての解析を進める。研究計画は、ほぼ仮説どおりに結果が出ている。PITX2とKEAP1/NRF2 axisの関連は特定の細胞株では明らかな協調を示すが、数株で関連しないものが存在する。逆にこれらの理由を解明することが次の課題となっている。次年度以降は、p21の発現レベルとPITX2の相互作用ならびに細胞死との関連を明らかにして、論文を作成する。また、両分子(PTX2とKEAP/NRF2 axis)の連関のない細胞株に関しては、他の別経路の異常を解析するする必要があるが、現段階ではその仮説を立脚することから始める。手段としては、バイオインフォマティクス手法を用いてgene enrichment analysis等の手法を考えている。
ケイ素-16族元素二重結合をもつ化学種が配位した感応性錯体の合成と反応性

すでに,ベンゼン溶液中におけるシリル(シラノン)錯体Cp*(CO)2M(O=Si(DMAP)Mes2)(SiMe3) (1:M = W, 2: M = Mo; Cp*= η-C5Me5, DMAP = 4-(ジメチルアミノ)ピリジン,Mes =メシチル基)とメタノール,および水との反応性を明らかにしている。今年度の研究として,シラノン捕捉剤であるブタジエン,MeCNO,シクロトリシロキサンとの反応を検討した。しかし,いずれの試薬もシラノン錯体1および2と反応しなかった。以上の結果から,シラノン錯体1および2は,非プロトン性の捕捉剤とは反応せず,プロトン性試薬とは反応することが明らかになった。錯体中のシラノン配位子は金属フラグメントおよびケイ素に配位したルイス塩基によって,電子的および立体的に強く安定化されており,遊離のシラノンと比較して反応性が大きく減少していることを示している。シラノン錯体とメタノールのベンゼン中での反応では,メトキシシラノールMeOSiMes2OHおよびメトキシシランMeOSiMe3がほぼ等量ずつ生成する。一方,シラノン錯体と水とのベンゼン中での反応では,中心金属によって生成物が大きく影響され,W錯体1からはジシロキサノールMe3SiOSiMe2OHが,Mo錯体2からはシランジオールMes2Si(OH)2が主生成物として生成する。その理由を調べるため,領域内共同研究によりシラノン錯体と水との反応の機構に関する理論的研究をおこなった。その結果,W錯体とMo錯体では,(1)シラノンケイ素原子の求電子性に差があること,および(2)金属-シラノン結合に対する水の酸化的付加反応の起こりやすさに差があることが明らかになった。これらの性質の違いにより水との反応は異なった経路で進行することが分かった。28年度が最終年度であるため、記入しない。すでに,ベンゼン溶液中におけるシリル(シラノン)錯体Cp*(CO)2M(O=Si(DMAP)Mes2)(SiMe3) (1:M = W, Cp*= η-C5Me5, DMAP = 4-(ジメチルアミノ)ピリジン,Mes =メシチル基; 2: M = Mo)とクロロシラン,メタノール,および水との反応性が明らかになっている。今年度の研究では溶媒効果を明らかにするため,アセトニトリル中での反応を行った。クロロシランEtMe2SiClとの反応ではシロキシクロロシランEtMe2SiOSiMes2Clが生成した。ベンゼン溶液中では反応完結に錯体1は9日間,錯体2は30時間を要したが,アセトニトリル中では加速され,反応時間はそれぞれ2日間,8時間であった。また,錯体1ではシロキシクロロシランの収率が8%から40%に大きく改善した。メタノールとの反応では,反応速度および生成物の収率はベンゼン中とほぼ変わらなかった。水との反応は速く,ベンゼン中およびアセトニトリル中ともに約5分で終了した。しかし,生成物分布には大きな差が見られた。すなわち,錯体1と水とのベンゼン中での反応ではジシロキサノールMe3SiOSiMe2OHのみが生成したが,アセトニトリル中ではシランジオールMes2Si(OH)2が主生成物であった。一方,錯体2のベンゼン中での反応では主生成物としてシランジオールが生成したが,アセトニトリル中ではシランジオールとジシロキサノールが生成した。シラノン錯体と水との反応は中心金属および溶媒によって大きく影響されることが明らかになった。現在,その原因を探るべく,領域内共同研究により理論的研究を進めている。シランチオン錯体の合成を目指して,いくつかの硫黄供与剤とシリレン錯体の反応を検討した。H27年度の研究計画に従って,シラノンおよびシランチオン錯体の合成,反応性およびその反応機構の検討を行い,研究は順調に進行した。シラノン錯体の反応性の研究では,予期していなかった反応性に対する大きな溶媒効果が明らかになったため,領域内共同研究によりその理由を探っている。

一方,シラノン錯体と水とのベンゼン中での反応では,中心金属によって生成物が大きく影響され,W錯体1からはジシロキサノールMe3SiOSiMe2OHが,Mo錯体2からはシランジオールMes2Si(OH)2が主生成物として生成する。その理由を調べるため,領域内共同研究によりシラノン錯体と水との反応の機構に関する理論的研究をおこなった。その結果,W錯体とMo錯体では,(1)シラノンケイ素原子の求電子性に差があること,および(2)金属-シラノン結合に対する水の酸化的付加反応の起こりやすさに差があることが明らかになった。これらの性質の違いにより水との反応は異なった経路で進行することが分かった。H28年度は前年度の研究を継続するとともに,新規シラノン,シランチオン,シランセロン錯体の合成,反応性の検討を進める。28年度が最終年度であるため、記入しない。
催奇性因子の作用機序解明による先天奇形の原因遺伝子究明

小児科領域で経験する先天異常の大半はなんらかの遺伝因子と環境因子の相互作用により発症すると考えられている。本研究では先天異常における環境因子の作用機序についての知見を得るための新規の方法論を開発した。この2年間で行ったことは、1)培養細胞を用いて強制発現した遺伝子により調節を受ける遺伝子をgene trap法でスクリーニングし、候補遺伝子をin vivoで発現レベルをwhole mount in situで確認し、2)脊椎の奇形を起こす疾患についてその原因遺伝子の検索を行った。1)培養細胞としてはES細胞とATDC5という軟骨前駆細胞の細胞株を用い、これにPax9を強制発現させた時の発現量の変化する遺伝子としてSiena, Pumilio遺伝子を見い出した。このPax1/9による調節をみるために、両遺伝子のダブルノックアウトマウスにおける発現パターンを胎児を用いて解析した。哺乳類における両遺伝子の正常な発現パターンを初めて確認し、ノックアウトマウスと比較した。2)Jarcho-Levin syndromeと臨床診断を受けた患者2名において原因遺伝子Dll3の各エクソンごとにシークエンスを行い変異を検索中である。Schwarz-Jampel syndromeは筋肉と脊椎に異常を来たし、Pumilio遺伝子の近傍にマップされているため遺伝子解析したが変異はなく、2000年にPerlecanであることが同定された。3)ATDC5における催奇性因子の作用点については1)と同じ方法で施行しているが再現性が悪く、細胞の培養条件を含め、今後検討してゆきたい。本研究における方法論は他の細胞毒性因子、転写調節因子などの作用機序を調べる上で大変有効と考えられるため、更に検討を加えてゆきたい。小児科領域で経験する先天異常の内、遺伝性、染色体異常によるものは一部であり、大半はなんらかの環境因子によるものと考えられている。本研究では環境因子の内、比較的因果関係が良く知られている薬剤について、その作用機序についての知見を得るための方法論を開発している。本年度行ったことは、1)培養細胞を用いて薬剤を添加した時の細胞中の遺伝子の発現レベルを調べる方法を確立し、2)脊椎の奇形を起こす疾患についてその原因遺伝子の検索を行った。1)培養細胞としてはATDC5という軟骨前駆細胞の細胞株を用い、これにVPA(抗てんかん薬)を添加し、培養した後細胞を回収し、この細胞からtotal RANを抽出した。このRNAの発現レベルをVPAを添加しない場合と比較するため、Differential display,DNA arrayed membraneを用いて両者の差をみた。いずれにおいてもいくつかの遺伝子の差がみられた。2)二分脊椎は葉酸がその発生を抑制することが知られているが、またいくつかの遺伝疾患でも二分脊椎を伴うことが知られ、そのような疾患遺伝子の発現に関して薬剤がどのような影響を調べることは、網羅的な検索ではないが有意義と考えられる。我々は本年度Jarcho-Levin syndromeとSchwarz-Jampel syndromeの候補遺伝子の変異遺伝子の検索を行ったが、いずれも他グループから遺伝子のクローニングが報告された。現在その遺伝子に関する変異を同定中である。今後1)の結果に基づいて候補遺伝子をin vivoの系を使って解析してゆく予定である。本研究では先天異常における環境因子の作用機序についての知見を得るための新規の方法論を開発している。本年度行ったことは、1)培養細胞を用いて強制発現した遺伝子により調節を受ける遺伝子をgene trap法でスクリーニングし、候補遺伝子をin vivoで発現レベルをwhole mount in situで確認し、2)脊椎の奇形を起こす疾患についてその原因遺伝子の検索を行った。1)培養細胞としてはES細胞とATDC5という軟骨前駆細胞の細胞株を用い、これにPax9を強制発現させた時の発現量の変化する遺伝子としてSiena, Pumilio遺伝子を見い出したので、このPax1/9による調節をみるために、両遺伝子のダブルノックアウトマウスにおける発現パターンを胎児を用いて解析した。

2)Jarcho-Levin syndromeと臨床診断を受けた患者2名において原因遺伝子Dll3の各エクソンごとにシークエンスを行い変異を検索中である。Schwarz-Jampel syndromeは筋肉と脊椎に異常を来たし、Pumilio遺伝子の近傍にマップされているため遺伝子解析したが変異はなく、2000年にPerlecanであることが同定された。3)ATDC5における催奇性因子の作用点については1)と同じ方法で施行しているが再現性が悪く、細胞の培養条件を含め、今後検討してゆきたい。
帰無仮説の下で局外パラメーターが識別されない時の仮説検定とその応用

研究目的:局外パラメーターが帰無仮説下で識別されないケースが計量経済全般に亘って数多く存在することが知られているが、これに関する研究は少ない。本研究の目的は、帰無仮説下で識別されない局外パラメーターが存在する場合に対する簡便な検定方法の開発にある。研究実績上記のRosenbergのReturn to NormalcyモデルでH_0:q=0の場合、局外パラメーターφが識別されない。これに対する検定方法としてJoint Lagrangian Multiplier (LM)テストを提案し、このテストが正確なテスト法として知られるDavies手法に劣らない結果をもたらすことを示す。この新しい検定法は、1992年米国メニアーポリス連邦銀行で発表したものを改定したものであり、統計学ジャーナルに1995年8月に提出。上記のARCH-Mモデルにおいて、H_0:α_1=・・・α_p下におけるARCH-Mパラメーターφが識別されない。本研究ではDavies検定方法が、実証研究で通常てきに使われているLMテストより検定力が高いことをMonte-Carlo分析を通じて明らかにした。なお、非正規分布下でDaviesテストの頑健性についての分析を現在進めている。
超分散ファイルバックアップ技術を応用した安全,低コストディザスタリカバリの開発

高度情報化社会では、ほとんどの情報活動が電子情報基盤上で実現されているため、地震や火災等の自然災害発生時の場合における社会基盤の脆弱性が指摘されている。今後は,特に重要な電子データの迅速なバックアップを可能とするセキュリティの高いディザスタ・リカバリを経済的に実現することが急務である。本研究は、公共機関や企業組織等で広域分散して活用する既存のPC、携帯端末、スマートホンに加え、近年、普及しつつあるクラウドリソース等を、分散ネットワーク技術と高速ストリーム暗号技術とを融合させることにより、革新的なディザスタ・リカバリ技術を開発した。従来のバックアップ方式とは異なる、新しい概念による装置構成とネットワーク制御メカニズムとを融合したディザスタリカバリ機能の実装および基本検証を行った。本方式と、従来方式との相違点は、対象データの分散配置する度合いを大きくかつランダムにできることより、同時に高い秘匿性が確保できることである。また、将来、本格的なビジネスとして成立させ、データ通信環境の多様性と利便性の向上に資するため、パッケージ化によるアプリケーションの実体化を推進した。具体的に、以下の研究成果が得られたので、当該成果を、国際会議および国内会議(電子情報通信学会)等で発表した。(1)暗号化エンジンについては、更なる暗号強度の増加を行うためのファイル一体化時のアルゴリズムの検証と、ファイルのランダム転送に関わるアルゴリズムとを評価検証し、当該ソフトウエアのプロトタイプの開発を行った。(2)信頼性が不確定なPC、PDA端末からのアクセスを勘案した通信手順を開発し、実装した。これにより連携するアプリケーションの選択肢を増やし、システムをより柔軟に運営することが可能とした。(3)ユーザからの随時のデーバックアップを受付け用途のサーバとデータ配布用のデータベースサーバ間でのデータ転送効率を保証できるメカニズムを検討し、必要とされるデータベースのメモリ使用率に関する実験データの取得および評価を行った。この評価によりメモリ負荷のクリティカルポイントを明らかにした。(4)データセンタ側における元ファイルにおける、一連の暗号化処理に関わる処理時間を分析し、DISK IOとの処理比率を評価することにより、本方式の有効性を評価した。更にDISK IOの動作速度の改善により、どの程度の処理能力改善が可能になるかについても、検証を行った。この検証により、規模に対するサーバリソースの最適な設計を行う指標を作成した。本方式で提案するディザスタリカバリ方式における、特徴的なネットワーク制御技術である、ファイルの分割・暗号化、一体化による空間的攪拌化、分割ファイルのランダムシャフリング,ならびに各種の断片化された分散ファイルの世代管理等の基本技術が、既存のPCスペックにて、十分実現可能であることを検証した。大学構内におけるLAN接続における実験検証から、Amazon, NTT communicationsのクラウドも視野に入れた広域にわたる遠隔地間を接続するVPN技術の検証を進めた。これらの広域ネットワークおよび遠隔に設置された仮想サーバを含めた実験の結果、広域に分散化された断片化ファイルにおいて、当該ファイルの効率的な、回収後の復元が可能であること、ならびに、転送スループット値の保障がネットワーク内の利用帯域に基づいて達成できる見通しを得た。本提案方式は、従来には無い、新しい概念での秘匿性向上とファイルバックアップ技術を基本としているため、下記の研究開発プロセスにて効果的に実験検証を進めた。(1)本技術の特徴を最大限に活かせる形態でのWEBアプリケーションの試作(2)信頼性が高いネットワークサービスとしての実現を図るための周辺アプリケーション群の試作(3)システム自体のフォールトトレラント性の向上を行うための冗長構成の検証(4)エンドユーザサービスの品質確保の実現に向けて、維持管理の可視化を行うための基礎検討の推進更に、利用可能な端末数の拡大を狙い、最近利用者数の増加が著しいスマートホン(iPhone, Ipod Touch, Android端末等)を視野に入れ、ディザスタリカバリサービス用クライアント機能としての実現性を検証した。また、クラウドサービスの、より一層のセキュリティ強化を目途として、当該の外部リソースが、利用可能かどうかの基本検証を行い、基本的な実現性の検証作業を推進した。.本方式で提案するディザスタリカバリ方式における、特徴的なネットワーク制御技術である、ファイルの分割・暗号化、一体化による空間的撹拌化、分割ファイルのランダムシャフリング,ならびに各種の断片化された分散ファイルの世代管理等の基本技術が、既存のPCスペックにて、十分実現可能であることを検証した。大学構内におけるLAN接続における実験検証から、Amazon,NTT communicationsのクラウドを活用して広域にわたる遠隔地間を接続して、ディざすたリカバリ技術のアプリケーションの動作確認を行なった。広域ネットワークおよび遠隔に設置された仮想サーバを含めた実証実験の結果、分散化された断片化ファイルにおいて、当該ファイルの効率的な、回収後の復元が可能であること、ならびに、転送スループット値の品質保障がネットワーク内の利用帯域に基づいて達成できる見通しを得た。本実現方式は、従来には無い、新しい概念での秘匿性向上とファイルバックアップ技術を基本としているため、下記の研究開発ステップ毎に、効果的に実験検証を進めた。

(1)本技術の特徴を最大限に活かせる形態でのWEBアプリケーションの試作(2)信頼性が高いネットワークサービスとしての実現を図るための周辺アプリケーション群の試作(3)システム自体のフォールトトレラント性の向上を行うための冗長構成の検証(4)エンドユーザサービスの品質確保の実現に向けて、維持管理の可視化を行うための基礎検討の推進更に、利用可能な端末数の拡大を狙い、最近利用者数の増加が著しいスマートホン(iPhone,Android端末等)を視野に入れ、ディザスタリカバリサービス用クライアント機能としての実現性を検証した。また、クラウドサービスの、一層のセキュリティ強化のために、基本検証を実施した。
心筋カルシウムシグナリングの分子機構の検討と心不全治療への応用

興奮収縮連関における筋小胞体の中心的な働きを考えると、心肥大、心不全状態にみられるCaシグナリング蛋白質の発現変化による筋小胞体の機能変化は心機能に重大な影響を与えることが理解される。我々はCa遊離チャネル、ホスホランバンに焦点をあて各遺伝子の5'上流領域におけるプロモーター領域を確定した。心筋小胞体Ca遊離チャネルを骨格筋に発現させない配列がE-boxであることを同定した。そこには新たなbHLH型の転写因子が結合することが予想された。ホスホランバンの発現には転写因子NY-Yが重要な働きをしていた。さらにCaシグナリング蛋白質の構造機能連関検討した。ホスホランバン-Ca ATPaseの蛋白質間相互作用の分子機構を明らかにした。その結果ホスホランバンの機能単位はモノマーであり、オリゴマーはモノマーのプールとして働いていることが示唆された。そしてモノマー-オリゴマーは動的平衡にあることが予想された。またコネクシンチャネルの構造形成にはダイサルファイド結合が必須であった。またコネクシンは心筋細胞ではZO-1と結合していることを明らかにした。さらには肥大型、あるいは拡張型心筋症におけるCaシグナリング蛋白質遺伝子変異の関与を約200例の心筋症患者において検討した。その結果細胞骨格遺伝子のデルタサルコグリカンならびにホスホランバンには変異が検出できなかった。その発症には疾患関連遺伝子としてHLA抗原の関与が示唆された。心筋小胞体Caシグナリングタンパク質遺伝子発現調節機構について検討した。ホスホランバン遺伝子においては-96から-78の領域がその転写活性に重要な働きをしていることが明らかになった。deletion mutantを用いた検討によりこの領域に含まれるCCAAT配列が転写因子結合部位であった。また抗体を用いたゲルシフト法によりNF-Yが結合することを明らかにした。さらにNF-Yと別の心筋特異的転写因子が、蛋白質複合体を形成しCCAAT配列に結合することにより組織特異的発現を担っていることを明らかにした。心筋小胞体Ca遊離チャネル遺伝子(RYR2)の上流領域に存在するEbox様配列がRYR2を骨格筋に発現させない役割を担っている可能性が示唆された。この配列には心筋細胞から精製した核蛋白質は結合しないが骨格筋から精製した核蛋白質は結合した。この結合は骨格筋でE boxに結合するといわれている骨格筋分化因子の抗体で阻害されなかったが、E12に対する抗体では阻害された。従って新規のbHLHタイプの転写因子がE12とヘテロダイマーを形成したEboxに結合しRYR2の骨格筋における発現を抑制していることが示唆された。このEbox様配列をRYR2プロモーター-ルシフェラーゼ発現ベクターに結合してそのルシフェラーゼ活性を測定すると抑制され、一方Eboxの変異体では効果はなかった。細胞間カルシウム伝達に大きな役割を果たしているコネクシンの構造機能解析を行った。コネクシンがイオンチャネルとして機能するには特定のシステイン残基が重要であることを明らかにした。本研究は心筋の収縮性の規定因子であるCa調節に関連しているCaシグナリング蛋白質の遺伝子発現を介した心不全治療の基礎的検討を行うのを目的とする。さらにCaシグナリング蛋白質の構造機能連関を明らかにする。ホスホランバンのプロモーター領域に結合する転写因子はNF-Yであることを明らかにした。筋小胞体Ca遊離チャネル遺伝子5′上流領域3kb、心筋特異的発現を規定していると考えられる300bp、72bpのプロモーター領域を各々CATcDNAの上流に結合し、トランスゲニックマウスを作製した。現在発現状態を詳細に検討中である。プロモーター領域だけを含むコンストラクトにおいても種々の臓器に発現が見られるため発現に必要な最小機能は持っていることが推察された。さらにvitroでの検討と同様このプロモーターでは組織特異性が規定されないことが明らかとなった。またin vitroの検討により心筋小胞体Ca遊離チャネルを骨格筋に発現させない配列がE-boxであることを同定した。

DNAアフィニティカラムでこの配列に結合する蛋白質を単離した。この蛋白質は分子量約3万kDaであった。さらには肥大型、あるいは拡張型心筋症におけるCaシグナリング蛋白質遺伝子変異の関与を約200例の心筋症患者において検討した。その結果細胞骨格遺伝子のデルタサルコグリカンには変異が検出できなかった。
脂質代謝異常の分子メカニズム-脂質メディエーター制御因子の形態学的解析-

DGKε遺伝子欠損(KO)マウスを高脂肪食で40日間給仕すると、急激な脂肪沈着および耐糖能異常が認められた。組織学的解析の結果、DGKεーKOマウスの脂肪細胞は野生型マウスよりも大型化していることが明らかとなった。DGKε欠損脂肪細胞では、ウェスタンブロット解析により中性脂質分解酵素の発現が低下しており、その結果、脂質沈着量が増大し、個体レベルで肥満を呈する可能性が考えられた。さらに、DGKεーKOマウスではプロテインキナーゼC(PKC)の活性化が生じていた。PKCはインスリンシグナルを障害することが知られ、この結果としてDGKεーKOマウスでは耐糖能異常が生じていると考えられた。Diacylglycerolはtriglyceride(中性脂質)合成の中間産物であると同時に、protein kinase CやTRPチャネルなどを活性化する脂質性二次伝達物質として機能する。研究代表者はこれまでdiacylglycerolのリン酸化酵素、diacylglycerol kinase(DGK)の病態における発現・機能の解析を行ってきた。本研究はDGK遺伝子欠損マウスを用いて、代謝疾患の病態解明を通してDGKの脂質代謝機構における分子機能的役割を解明することを目的として行うものである。平成26年度はDGK遺伝子欠損マウスを高脂肪食で給餌し、表現系の異常を解析した。DGK遺伝子欠損マウス(alpha, epsilon, zeta型)を高脂肪食で40日間給餌した結果、epsilon型欠損マウス(DGKe-KOマウス)は野生型マウスに比べて有意に体重が増加することが明らかとなった。この際、精巣上体周囲白色脂肪組織の増加が顕著であることから、DGKe-KOマウスは高脂肪食負荷に対して脆弱な形質を有することがわかった。このプロセスにおいて、同マウスでは中性脂質分解酵素のタンパク発現が減弱していることが明らかとなり、これが肥満の直接的な原因であることが示唆された。一方で肝臓においても脂肪滴の沈着が亢進していたが、肝重量に関してはWTマウスとの間に差異は認められなかった。高脂肪給餌マウスに関する耐糖能試験の結果、高グルコースレベルの遷延が認められたことから、DGKe-KOマウスは耐糖能異常を呈することが判明した。以上の高脂肪食給餌によるDGKe遺伝子欠損マウスにおける表現系の異常を国内外の学会で発表した。ジアシルグリセロール(DG)は中性脂質合成の中間産物である。同分子は細胞内情報伝達系でセカンドメッセンジャーとして機能することもまたよく知られている。本研究では、平成26年度の実験により、DGのリン酸化酵素であるDGキナーゼ(DGK)アイソザイムのうち、epsilon型遺伝子欠損(DGKe-KO)マウスを高脂肪食で給餌すると、早期(40日)で肥満および白色脂肪組織におけるインスリンシグナリングに異常が生じることを明らかにした。研究2年目である平成27年度は、さらなる動物実験から前年度明らかにした高脂肪食給餌のDGKe-KOマウスに認められる表現型を精査した。その結果、前年度に得られた結果を支持する以下の2つの現象を見出し、国内の学会で発表した。1高脂肪食給餌のDGKe-KOマウスの精巣上体周囲白色脂肪組織においては炎症応答が生じている、2白色脂肪組織以外のインスリン作動性臓器(骨格筋および肝臓)ではインスリンのシグナルに異常は認められない。すなわち、DGKe-KOマウスでは高脂肪食給餌によって白色脂肪組織で炎症応答が生じ、同組織特異的にインスリンシグナルの異常が生じる。その結果、個体レベルでインスリン抵抗性が惹起される可能性が考えられた。さらに、動物実験で明らかとなった脂質代謝異常の直接的な原因を精査することを目的として、細胞培養の実験系の構築を試みた。3T3L1細胞やマウスから単離した脂肪前駆細胞を用い、脂質添加やサイトカイン刺激実験の条件検討(siRNAトランスフェクションのタイミング、細胞単離法およびオレイン酸添加)を行い、次年度の研究計画遂行に備えた。平成27年度の実験計画は、高脂肪給餌のDGKe-KOマウスにおいて1炎症応答が惹起される可能性の検討と2白色脂肪組織以外の組織におけるインスリンシグナルを検討することであった。1の肥満を示すDGKe-KOマウスにおける炎症応答の検討に関して、当初はサイクロオキシゲナーゼ-2や誘導型一酸化窒素合成酵素(iNOS)の発現をウェスタンブロットで解析する予定であった。しかし、結果を得ることが困難であったため、これを組織学的解析によって補った。具体的には、精巣上体周囲白色脂肪組織をHE染色し、王冠様構造(CLS)の数を比較すると、DGKe-KOマウスにおいてCLS数が大幅に増加していることが明らかとなった。この構造を免疫組織化学的に解析した結果、iNOS抗体に対して免疫陽性反応が検出された。これらの結果からDGKe-KOマウスの白色脂肪組織では炎症応答が亢進していることが示唆された。2に関して、プロテインキナーゼCやAkt抗体を用いたウェスタンブロット解析により、高脂肪給餌のDGKe-KOマウスの肝臓および骨格筋では、インスリンシグナルの異常は検出されなかった。さらに、平成27年度の実験計画の記載したマウス脂肪前駆細胞(3T3L1細胞)およびマウスから単離した脂肪細胞の実験系をセットアップし、平成28年度の実験計画施行へ万端の準備を行った。本研究は、近年問題になっている肥満、糖尿病などに代表される脂質代謝異常のメカニズムを分子レベルで解析することを目的として行われた。

脂質は摂食などにより体外から得られるのみならず、元来、生体膜の重要な構成成分である。この点に関して、ジアシルグリセロール(DG)は中性脂質合成の中間(分解)物であるだけでなく、脂質二重膜構成成分であり、プロテインキナーゼC活性化などを通じて細胞内二次伝達物質として機能するユニークな分子である。よってDG代謝は生体内の脂質代謝機構と細胞内情報伝達系の両方を制御するハブ的な役割を果たすと考えられる。申請者が注目しているDGのリン酸化酵素DGキナーゼ(DGK)は前述の点で非常に興味深い分子である。本研究プロジェクトの平成26ー27年度の成果として、10種あるDGKアイソザイムのうちでε型DGKの遺伝子欠損(DGKεーKO)マウスを高脂肪食で給仕すると、野生型に比べ、急激な脂肪沈着を伴う体重増加が生じることを明らかにした。さらにこの原因が、脂肪組織特異的に生じる脂質分解酵素の発現低下に帰することがわかった。このマウスの脂肪組織では炎症が惹起されていることが明らかとなり、肥満の本態が脂肪組織における炎症応答であるという今日のコンセンサスと合致した。さらに、DGK欠損の結果としてインスリンシグナルに異常が生じて、II型糖尿病様の表現型が現れることが明らかとなった。平成28年度の成果として、マウスから単離した脂肪細胞でも前述の組織レベルと同様の結果が得られ、DGKεーKOマウスの脂肪細胞における脂質代謝異常のメカニズムの一端が明らかとなった。以上の結果はこれまでに国内外の学会(日本解剖学会および米国細胞生物学会)で発表してきたが、現在、プロジェクト完了を機に国際誌への論文投稿を準備している。DGKε遺伝子欠損(KO)マウスを高脂肪食で40日間給仕すると、急激な脂肪沈着および耐糖能異常が認められた。組織学的解析の結果、DGKεーKOマウスの脂肪細胞は野生型マウスよりも大型化していることが明らかとなった。DGKε欠損脂肪細胞では、ウェスタンブロット解析により中性脂質分解酵素の発現が低下しており、その結果、脂質沈着量が増大し、個体レベルで肥満を呈する可能性が考えられた。さらに、DGKεーKOマウスではプロテインキナーゼC(PKC)の活性化が生じていた。PKCはインスリンシグナルを障害することが知られ、この結果としてDGKεーKOマウスでは耐糖能異常が生じていると考えられた。平成26年度の実験計画は「基礎データとして得ている動物実験のデータを確証し、仮説を検証すること」である。DGK遺伝子欠損マウスのうち、epsilon型欠損(DGKe-KO)マウスを高脂肪食で40日間飼育すると、野生型(WT)マウスと比較して体重の増加が顕著であることを10個体以上の実験により確認した。同様に白色脂肪沈着が同マウスで有意に亢進することを十分な個体数(15匹以上)のマウスで確認した。さらに、組織学的解析からDGKe-KOマウスの白色脂肪組織における脂肪滴の大きさはWTマウスよりも有意に大きいことを明らかにした。
生物のパターン形成過程にヒントを得た新しい応用モデルの構築

本研究では,自然界に見られるパターン形成の仕組みを数理的観点から考察し,シンプルな数理モデルで現象を捉え,それらが持つ自己組織化機構を活かした新たな応用の提案を行ってきた。パターン形成過程を表現した数理モデルには,柔軟性を持った最適化,自己組織化機構などがある。それらの特性を活かした応用モデルとして,反応拡散系が持つ自発的なパターン形成の性質を利用した,数値計算用メッシュの新たな生成手法を開発した。この研究成果は,ある現象が持つ特性を抽出した数理モデルを別の応用法に活かすというものである。これは新規手法の開発という側面だけではなく,現象の数理的機構を理解する理学的興味にとどまることなく工学的応用にも一歩を踏み出した点に大きな意味があると考える。本成果については,学術論文誌にて発表を行った。生物の作り出すパターンには,適応性,ロバスト性など様々な特徴がある。例えば,様々な動物の内骨格である骨の形状は,「最小材料で最大強度を実現する」と言われているが,具体的な仕組みについては今なお不明な点が多い。パターン形成過程の直感的な理解のため,そのダイナミクスを表現するシンプルな数理モデルを構築し,シミュレーションを中心とした解析を行った。結果は,生理学的な実験と同様の知見が得られ,モデルの再現性が示された。生物の適応的恒常性には,互いにせめぎ合う拮抗する作用素が重要であることが示唆された。この数理的機構は,冗長性による対障害特性を兼ね備えながら,(資源,コストを鑑みたある種の)最適化を可能とする仕組みとして,今後新たな応用や発展を期待できる。また,更なる研究発展の方向として,他の自然現象でも同様の数理モデル化による理解が可能であると考えている。非線形に振る舞う現象を線形表現によって数理モデル化することで,現象のより深い理解とその機構を利用した応用法の提案をすることができると考えている。本年度は、形態形成を記述した数理モデルである反応拡散系の自己組織化機構を利用した、新たな数値計算用メッシュの生成手法を開発した。提案したメッシュ生成手法は既存の幾何的な情報を用いた方法とは異なり、反応拡散系という偏微分方程式の解が持つ自己組織化機構を直接利用するもので、これまでにない新しい手法である。提案手法の実装例として、2次元連結領域を三角形要素分割するプログラムを作成した。このプログラムでは、任意の連結領域をビットマップ形式の画像ファイルとして入力することで、領域を分割する要素情報(要素構成節点とその座標情報)を出力する。一般に、数値計算の対象となる解析領域などの指定は、方程式での記述などが必要であり煩雑である。しかし本手法では、領域形状やメッシュの部分的な疎密を画像ファイルによって直感的に指定することができる。また、反応拡散系の特性により自己調節的に要素構成節点群が生成されるため、解析領域に柔軟に対応して領域が分割される。本手法によって生成された数値計算用メッシュと既存の手法によって生成されたメッシュとの比較を行うと、本手法によって生成されたメッシュは要素形状、大きさの均一性、優れた配向性が見られた。本手法は複雑な条件を満たす良質なメッシュを簡易かつ安定に生成することができる。現在、本研究をまとめた論文を投稿準備中である。上記結果はパターン形成のメカニズムをメッシュ生成に直接応用したものであるが、良好な結果とその柔軟性が改めて示された。生物や自然現象を模した数理モデルを応用することで、応用法にも生物や自然現象の持つ柔軟性やロバスト性を与え、既存の方法では困難な問題を解決することが可能となることが期待される。研究内容については外部からも高い評価を得ており、研究の進捗状況はおおむね順調と考える。