hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒト骨芽細胞による骨組織構築のための至適条件の検索とその顎骨再建への臨床応用

骨の石灰化機構に基づいた、培養骨芽細胞を用いた骨移植材の開発には、生体内より分離した細胞を骨芽細胞へと分化させ、さらに分化した細胞を移植し、骨を形成させることが重要である。本研究ではヒト顎骨由来骨芽細胞様細胞を用い、分化のための至適条件の検索とともに生体内での骨形成能について検討を行った。まず、10^<-8>10^<-6>の範囲でデキサメサゾン(Dex)を培地に添加するとアルカリホスファターゼ(ALP)活性は濃度依存性に上昇した。また10^<-7>M Dexでは処理期間に依存してALP活性が上昇した。10^<-7>M Dexを5日間作用させ、骨芽細胞分化の指標であるI型コラーゲン合成活性、ALP活性、オステオカルシン産生能の経時的変化を検索すると、培養7日目にはすべての指標が対照群に比して上昇していた。石灰化についても促進作用を示した。次に、10^<-7>MのDex存在下にコラーゲンスポンジを用いて三次元培養を行い、スキッドマウスに移植すると、2週間後には骨様組織が形成され以後8週まで増大傾向を示した。この骨様組織は移植細胞が産生したコラーゲン性基質を中心に形成されていた。ALP活性とオステオカルシンが骨様組織に近接して配列する細胞に認められ、この両者の発現細胞の局在性はほぼ一致していた。微細構造学的観察では、基質小胞様の構造物や、本細胞が産生したコラーゲン細線維に沿って高電子密度を示す針状結晶の沈着みられ、さらに骨細胞様細胞もみられた。Dex非処理群およびスポンジのみの移植では骨様組織は形成されなかった。したがって10^<-7>MのDexで処理を行った培養ヒト骨芽細胞様細胞は、コラーゲンスポンジを支持体として移植すると、生体内と類似した過程を経て骨様組織を形成することが明らかとなった。以上より、培養骨芽細胞様細胞は骨の石灰化機構に基づいた骨移植材への応用の可能性を有することが示唆された。まず、in vitroでヒト骨芽細胞の分化を促進することが考えられる因子としていくつかの因子を検討したが、その中でもグルココルチコイド(デキサメサゾン)を作用させて得られた結果は有用であった。培地中に10^<-8>10^<-6>Mの範囲でデキサメサゾンを添加するとヒト骨芽細胞のアルカリホスファターゼ(ALP)活性は濃度依存的に上昇し、10^<-7>M、6日間処理では対照群の約2.6倍になった。また、10^<-7>Mデキサメサゾンを3、6、9日間と処理期間を変えて比較したところ9日間処理が最もALP活性が上昇していた。次に、10^<-7>Mデキサメサゾンを5日間作用させその後のI型コラーゲン合成活性、ALP活性、オステオカルシン産生能の経時的変化を検索した。その結果培養7日目ではI型コラーゲン合成活性、ALP活性、オステオカルシン産生能のいずれにおいてもデキサメサゾン処理群が非処理群に比して上昇していた。培養骨芽細胞の分化段階は増殖期、基質成熟期、石灰化期に分けられ、検索したI型コラーゲン合成活性、ALP活性、オステオカルシン産生能はそれぞれ増殖期、基質成熟期、石灰化期のindicatorとされている。したがって、デキサメサゾンはin vitroにおいてヒト骨芽細胞の分化を促進すると考えられた。次いでin vitroで骨芽細胞をコラーゲンスポンジを担体として三次元的に培養しこれにデキサメサゾンを添加した。一定期間の培養の後、コラーゲンスポンジをスキッドマウスの筋膜上に移植し骨形成について観察した。その結果、6週間後には軟X線撮影にて石灰化組織の形成が確認された。今後はこの石灰化組織を形態学的に検索し、顎骨を含めた骨再建にヒト骨芽細胞が応用可能か、さらに研究をすすめる予定である。

微細構造学的観察では、基質小胞様の構造物や、本細胞が産生したコラーゲン細線維に沿って高電子密度を示す針状結晶の沈着みられ、さらに骨細胞様細胞もみられた。Dex非処理群およびスポンジのみの移植では骨様組織は形成されなかった。したがって10^<-7>MのDexで処理を行った培養ヒト骨芽細胞様細胞は、コラーゲンスポンジを支持体として移植すると、生体内と類似した過程を経て骨様組織を形成することが明らかとなった。以上より、培養骨芽細胞様細胞は骨の石灰化機構に基づいた骨移植材への応用の可能性を有することが示唆された。昨年度、骨芽細胞の分化促進因子としてデキサメサゾン(Dex)の効果をin vitroにおいて検索した結果、10^<-8>10^<-6>Mの範囲で分化促進作用を有することが明らかとなった。そこで、Dex存在下にコラーゲンスポンジを支持体としてヒト顎骨由来骨芽細胞様細胞を三次元培養し、これを支持体とともにスキッドマウス筋膜上に移植したところ、6週間後に軟X線撮影にて石灰化組織の形成が確認された。そこで本年度は、石灰化組織をより短期間で形成させるための至適条件の検討とこの石灰化組織の形態学的検索を詳細に行った。細胞密度をこれまでの3倍にあたる3×10^7cells/mlにてコラーゲンスポンジに播種し、10^<-7>M Dex存在下に三次元培養を行うと、移植2週後にすでに骨様組織が形成され、以後8週まで経時的に増大傾向を示した。この骨様組織は移植細胞により新たに産生されたコラーゲン性基質を中心に形成されていた。またアルカリホスファターゼ(ALP)活性とオステオカルシンが骨様組織に近接して配列する細胞に認められ、この両者の発現細胞の局在性はほぼ一致していた。透過型電子顕微鏡による観察では、針状結晶様構造物を含む基質小胞様の膜状構造物や、本細胞により産生されたコラーゲン細線維に沿って高電子密度を示す針状結晶の沈着がみられ、さらに石灰化基質に囲まれた骨細胞様の細胞もみられた。Dex非処理群では骨様組織は形成されず、移植細胞は弱いALP活性を示したオステオカルシンは認められなかった。また、スポンジのみの移植でも骨様組織は形成されなかった。以上より、デキサメサゾンで処理した培養ヒト骨芽細胞様細胞は、コラーゲンスポンジを支持体として移植すると、生体内と類似した過程を経て骨様組織を形成することが明らかとなった。
ヒトおよびラット脳に発現するエステラーゼを介する薬物の透過および代謝の分子機構

本研究においては、ラットおよびヒト脳に発現するエステラーゼの分子構造および薬物の代謝や脳移行性における役割を明らかにする目的で検討を行った。ヒト肝エステラーゼのcDNAをプローブに用いて、ヒト脳cDNAライブラリーからスクリーニングを行ったところ、3種のcDNAクローンが得られた。そこで、これらのクローンについて塩基配列の解析を行ったところ、hBrはヒト肝エステラーゼHU1と99.2%配列が一致したが、他の2種のhBr2とhBr3に関しては、これまでに報告のない新しいエステラーゼをコードするクローンであることが判明した。また、それぞれのホモロジーを調べたところ、hBr1とhBr2は79.1%、hBr1とhBr3は76.8%でhBr2とhBr3は、77.3%となり、すべてCES1ファミリーに属するものと考えられた。そこで、これらのクローンを哺乳動物発現ベクターであるpTARGETに組み込み、ハムスター肺由来細胞株であるV79細胞に導入し、発現させたところ、3種のクローン共に高い発現が認められた。次に、これらの細胞を用いて、実際に臨床で使用されているプロドラッグであるテモカプリルの代謝活性を調べたところ、3種のクローン間で著しい特異性の差異が認められたことから、これらのクローンがコードしているエステラーゼの薬物代謝における役割は、それそれ異なっているものと考えられた。このように、今回ヒト脳から新たに2種のエステラーゼが見つかり、プロドラッグに対する特異性が異なっていることが明らかになったことから、構造的特性も含めて、今後エステラーゼの分子種間での役割の解明が期待される。本年度は、まず構造の類似性が推定されているヒト肝エステラーゼHU1のcDNAをプローブに用いて、ヒト脳λgtl1 cDNAライブラリーよりヒト脳エステラーゼのcDNAクローニングを行なった。得られた陽性クローンについては、pUC118ベクターにサブクローニング、ジデオキシ法を用いて塩基配列を決定した。その結果、1.3Kbpの長さのヒト脳cDNAクローンhBr1.3が得られた。このcDNA hBr1.3は1285bpの翻訳領域と250bpの非翻訳領域を含んでおり、3′末端の非翻訳領域にはポリA付加シグナルであるAATAAAの配列および69個からなるPoly A taleを有していた。また、塩基配列から推定されるアミノ酸配列について検討を行ったところ、hBr1.3は345個のアミノ酸をコードしており、ヒト肝エステラーゼHU1と比較したところ、活性中心を構成しているアミノ酸近傍やシステイン近傍の配列においては、かなり高い相同性が認められた。しかしながら、C-末端のアミノ酸配列に関しては、肝と異なりKDELレセプターには結合しない可能性が示唆された。この結果は、細胞分画の結果と一致しており、脳と肝では細胞内局在性が異なることが、示唆された。また、cDNA hBr1.3について、現在までに報告されているCESと比較したところ、ヒト肝CESとは71.5%の相同性であったが、イヌ肝CESとの相同性が最も高く85.5%であった。また、これらのアミノ酸配列に基づいて分子進化の系統樹を作製したところ、ヒトの肝と脳に発現しているCESは、かなり早い時期に分化していることが示唆され、進化の初期の段階で臓器特異性、細胞内局在性や代謝における役割が異なってきたものと考えられた。そこで本研究においては、ラットおよびヒト脳に発現するエステラーゼの分子構造および薬物の代謝や脳移行性における役割を明らかにする目的で検討を行った。本年度は、昨年度に引き続き、ヒト脳エステラーゼの構造的特性を明らかにする目的で検討を行った。その結果、ヒト肝エステラーゼのcDNAをプローブに用いて、ヒト脳cDNAライブラリーからスクリーニングを行ったところ、3種のcDNAクローンが得られた。そこで、これらのクローンについて塩基配列の解析を行ったところ、hBrはヒト肝エステラーゼHU1と99.2%

配列が一致したが、他の2種のhBr2とhBr3に関しては、これまでに報告のない新しいエステラーゼをコードするクローンであることが判明した。また、それぞれのホモロジーを調べたところ、hBr1とhBr2は79.1%、hBr1とhBr3は76.8%でhBr2とhBr3は、77.3%となり、すべてCES1ファミリーに属するものと考えられた。そこで、これらのクローンを哺乳動物発現ベクターであるpTARGETに組み込み、ハムスター肺由来糾胞株であるV79細胞に導入し、発現させたところ、3種のクローン共に高い発現が認められた。次に、これらの細胞を用いて、実際に臨床で使用されているプロドラッグであるテモカプリルの代謝活性を調べたところ、3種のクローン間で著しい特異性の差異が認められたことから、これらのクローンがコードしているエステラーゼの薬物代謝における役割は、それそれ異なっているものと考えられた。このように、今回ヒト脳から新たに2種のエステラーゼが見つかり、プロドラッグに対する特異性が異なっていることが明らかになったことから、構造的特性も含めて、今後エステラーゼの分子種間での役割の解明が期待される。
内視鏡に実装するための誘電エラストマーアクチュエータによる生体内音源デバイス

生体組織の病変を早期に発見するために,生体組織を外部から加振し,その際の応答を核磁気共鳴画像法(Magnetic Resonance Imaging: MRI)により,生体組織に伝播する波動を可視化し,その弾性率を評価する方法として,Magnetic Resonance Elastgraphy (MRE)が検討されている.しかし,広範囲な弾性値を持つ様々な生体組織に対応するためには,十数Hz数十kHzまでの広帯域な周波数成分を含む入力が必要であるが,加振器のような接触式デバイスでは非常に軟らかい生体組織に対して広帯域な周波数成分を含む入力を作用させることができない.所望の音響放射パターン(指向性)に単一デバイスで制御できる,直径数mmの大きさの誘電エラストマーアクチュエータ(Dielectric Elastomer Actuator: DEA)を音源デバイスとして,内視鏡に実装し,生体組織を内部から点または面で加振できれば,生体組織の可視化における時空間分解能が向上し,病変の早期発見に大きく寄与することから,MREのような検査技術を革新的に発展させることができる.本研究では,生体組織を内部から非接触非破壊で加振するための音源デバイスとして,一体成形された自由曲面DEAを実現することで,所望の音響放射パターンに単一デバイスで制御する.平成30年度には,DEAの高効率化を実現するために,最適な柔軟電極の生成方法を検討した.これにより,同じ駆動電圧で従来よりも大きな変位量を実現できた.また,DEAを空気圧で膨らませ風船状に成形することで,風船型球面DEAを実現した.さらに,応用関連研究としてDEAを用いた変形可能なモーターを実現した.これらは国際的な研究論文雑誌でオープンアクセスとして公表された.平成30年度には,(1)カーボンナノチューブを用いた柔軟電極を有するDEA,(2)風船型球面DEAスピーカ,(3)DEAによる変形可能なモーターについて検討し,これらを国際的な研究論文雑誌でオープンアクセスとして公表した.(1)では,柔軟電極をカーボンナノチューブとし,これを刷毛で塗布し配向させることで,同じ駆動電圧において変位量を大きくすることに成功した.カーボンナノチューブはアスペクト比(直径に対する長さの比)が大きいため,これを刷毛で塗布することで所望の配向を実現した.DEAの変位量を無配向電極と配向電極とで比較したところ,変位量が13.7%増加した.(2)では,円盤状のDEAを空気で膨らませることで風船型球面DEAを実現した.そして,これをスピーカとして性能評価試験したところ,音響放射範囲が0度から270度,駆動可能周波数が16 kHz,駆動電圧が800 Vであった.また,風船型とすることで,DEAの予ひずみ量を約3033%にすることができた.(3)では,本研究課題の応用関連研究として,やわらかく,そしてそれが変形しても駆動できるという特徴を利用して,大きな変形を許容するDEAモーターを実現した.令和元年度は,本研究の成果を国際的な研究論文雑誌に投稿することで,本研究により得られた知見を国内外に公表することに努める.また,特に国内に向けては,研究会などで発表することでも対応する.さらに,本研究を発展させることで指向性制御(音を単一デバイスで集音したり拡散したりすること)を試みる.DEAスピーカのさらなる性能向上,DEAのソフトロボット用アクチュエータとしての応用などを踏まえ,複素振動モード制御,柔軟電極材料を検討していく.また,DEAを用いた振動制御への応用も検討する.生体組織の病変を早期に発見するために,生体組織を外部から加振し,その際の応答を核磁気共鳴画像法(Magnetic Resonance Imaging: MRI)により,生体組織に伝播する波動を可視化し,その弾性率を評価する方法として,Magnetic Resonance Elastgraphy (MRE)が検討されている.しかし,広範囲な弾性値を持つ様々な生体組織に対応するためには,十数Hz数十kHzまでの広帯域な周波数成分を含む入力が必要であるが,加振器のような接触式デバイスでは非常に軟らかい生体組織に対して広帯域な周波数成分を含む入力を作用させることができない.本研究では,所望の音響放射パターン(指向性)に単一デバイスで制御できる,直径数mmの大きさの誘電エラストマーアクチュエータ(Dielectric Elastomer Actuator: DEA)を用いた音源デバイスを創成する.平成29年度は,風船型球面DEAを実現した.柔軟電極をカーボンブラック,誘電エラストマーをアクリル系とし,空気圧により膨らませることで球面DEAとした.この風船型球面DEAスピーカの形状を計測したところ,真上から見た形状は直径15 mmの円,真横から見た形状は長径15 mm,短径12 mmの楕円であった.膨張前の薄膜DEA(円板)の面積が78.5 mm^2,風船型球面DEA(楕円殻)の表面積が2459.2 mm^2であるので,3033 %拡大することに成功した.また,この風船型球面DEAの音響放射特性,振動特性を計測することで,音源デバイスとして有効であることを検証した.さらに,音響放射特性と風船型球面DEAスピーカの振動モード形との関係を調べた.平成29年度は,風船型球面DEAを実現した.風船型球形DEAを実現するために柔軟性が良く,絶縁破壊強度が高い,誘電エラストマー(アクリル系またはシリコン系,厚さは20 100マイクロメートル程度)を選定し,誘電エラストマーの材質,厚さ,空気圧などを検討した.

その結果,誘電層には厚さ50マイクロメートルのアクリルゴム,導電層にカーボンブラックを用い,誘電層の両面に導電層を塗布して3層構造とすることが適切であることがわかった.また,空気圧は数kPa程度,印加電圧は数百V程度で駆動することがわかった.この風船型球形DEAの音響放射特性,および振動特性を調べたところ,研究代表者が過去に検討した半球殻DEAに比べ,生成される音圧がほぼ同じであるにもかかわらず,駆動電圧を0.4倍の低電圧化,音響放射範囲を1.5倍に拡大できることがわかった.また,この風船型球面DEAの音響放射特性と振動モード形との関連を調べたところ,所望の音響放射特性を実現するためには適切な振動モード形が存在することを発見した.したがって,本研究はおおむね順調に進展している.生体組織の病変を早期に発見するために,生体組織を外部から加振し,その際の応答を核磁気共鳴画像法(Magnetic Resonance Imaging: MRI)により,生体組織に伝播する波動を可視化し,その弾性率を評価する方法として,Magnetic Resonance Elastgraphy (MRE)が検討されている.しかし,広範囲な弾性値を持つ様々な生体組織に対応するためには,十数Hz数十kHzまでの広帯域な周波数成分を含む入力が必要であるが,加振器のような接触式デバイスでは非常に軟らかい生体組織に対して広帯域な周波数成分を含む入力を作用させることができない.所望の音響放射パターン(指向性)に単一デバイスで制御できる,直径数mmの大きさの誘電エラストマーアクチュエータ(Dielectric Elastomer Actuator: DEA)を音源デバイスとして,内視鏡に実装し,生体組織を内部から点または面で加振できれば,生体組織の可視化における時空間分解能が向上し,病変の早期発見に大きく寄与することから,MREのような検査技術を革新的に発展させることができる.本研究では,生体組織を内部から非接触非破壊で加振するための音源デバイスとして,一体成形された自由曲面DEAを実現することで,所望の音響放射パターンに単一デバイスで制御する.平成30年度には,DEAの高効率化を実現するために,最適な柔軟電極の生成方法を検討した.これにより,同じ駆動電圧で従来よりも大きな変位量を実現できた.また,DEAを空気圧で膨らませ風船状に成形することで,風船型球面DEAを実現した.さらに,応用関連研究としてDEAを用いた変形可能なモーターを実現した.これらは国際的な研究論文雑誌でオープンアクセスとして公表された.平成30年度には,(1)カーボンナノチューブを用いた柔軟電極を有するDEA,(2)風船型球面DEAスピーカ,(3)DEAによる変形可能なモーターについて検討し,これらを国際的な研究論文雑誌でオープンアクセスとして公表した.(1)では,柔軟電極をカーボンナノチューブとし,これを刷毛で塗布し配向させることで,同じ駆動電圧において変位量を大きくすることに成功した.
極微小電子線プローブを用いた"埋もれた"金属/半導体界面の構造と物性の研究

第2年度目はナノプローブ電子線による構造と物性の評価のための新しい研究を3つ行った。一つはフィールドエミッション電子銃から放出される可干渉性のナノプローブ電子線を用いて、新しい構造解析技術であるコヒーレントナノビーム電子回折の実験を行ったことであり、2つ目はナノビーム電子線を用いてナノ加工の基礎実験、及び3つ目は平成6年度の研究計画(1)、(2)にあるように、特殊な試料電流ホルダーを自作することにより、ナノビーム電子線による試料誘起電流(EBIC)や試料吸収電流を測定することを行った。第1のコヒーレント電子回折は1992年英国のブリストル大学でSiC単結晶に対して最初に試みられた電子線による構造解析法の新しい方法である。当研究者らは日立研究所との共同研究としてこの手法を半導体/セラミック界面(PbTe/MgO)に世界で最初に適用した。また、このコヒーレント電子回折に対応するマルチスライスシュミレーションプログラムを作製し、PbTeとMgOの格子のフィッティング状態を検出する方法を案出した。この成果は1994年夏にフランスで開催された第13回国際電子顕微鏡学会で招待講演に選ばれ発表され、また論文も投稿中である。本年度は初年度として,埋もれた金属(半導体)/半導体界面の構造と物性の研究をするための基本装置としてナノプローブ電子顕微鏡を整備した.界面を1000万倍の高分解能像で捉えながら,必要な箇所に直径1-2nmの極小電子線を絞り込み,その場所からのナノ回析図形やナノ電子エネルギー損失分光スペクトルを得るために,電子線の収束系を改良し,また記録装置として,TV-画像処理装置-デジタルビデオ装置を整備した.またこのビデオデータはパソコンに転送して,FFT処理によりスペクトル解析や強度分布が簡単に得られるようになっている.試料としては,各種半導体超格子の劈開試料のほかに,AU/Siの界面観察用試料を,Si蒸着膜の端面にAuを蒸着する方法で作製する開発実験を行なった.現在その試料の高分解能電子顕微鏡による界面の構造の評価をしている.またPbS/PbTe,PbTe/MgO界面試料について干渉性収束ナノ電子回折を行なった.この方法1992年英国で単結晶に対して実験が行なわれたが,人工の多層膜に適用されたのは世界ではじめてである.またこの干渉性収束電子回折図形を定量的に解析するために,マルチスライス法によるシミュレイションプログラムを開発した.これらの成果は,第1回半導体界面国際会議に発表し,電子顕微鏡国際学術誌にも投稿予定である.第2年度目はナノプローブ電子線による構造と物性の評価のための新しい研究を3つ行った。一つはフィールドエミッション電子銃から放出される可干渉性のナノプローブ電子線を用いて、新しい構造解析技術であるコヒーレントナノビーム電子回析の実験を行ったことであり、2つ目はナノビーム電子線を用いてナノ加工の基礎実験、及び3つ目は平成6年度の研究計画(1)、(2)にあるように、特殊な試料電流ホルダーを自作することにより、ナノビーム電子線による試料誘起電流(EBIC)や試料吸収電流を測定することを行った。第1のコヒーレント電子回析は1992年英国のブリストル大学でSiC単結晶に対して最初に試みられた電子線による構造解析法の新しい方法である。当研究者らは日立研究所との共同研究としてこの手法を半導体/セラミックス界面(PbTe/MgO)に世界で最初に適用した。
口腔癌浸潤の新たな分子機構と治療への応用～miR-21による分子制御の解明～

口腔癌の局所浸潤に関わるmicroRNA,miR-21の発現を臨床検体79例を用いて検索し、60例75.9%に過剰発現していることを確認した。また、miR-21の発現量と浸潤型は有意に相関していた。RNAアレイを用いてmiR-21浸潤に関与するターゲット分子として、腫瘍の浸潤と関連したWnt経路の阻害分子であるDKK2を同定した。miR-21の過剰発現はDKK2とβ-cateninの発現様式と相関しており、miR-21はWnt/β-catenin経路においてDKK2をターゲットとして阻害し、口腔癌の浸潤能を増悪させていると考えられた。1.miR-21特異的プローブを用いたin situ hybridization:臨床で得られた口腔扁平上皮癌症例79例のパラフィン包埋切片を対象とし, DIG標識したmiR-21特異的プローブ(LNAプローブ)で処理し,ハイブリダイゼーションを行い,シグナル検出を行った。miR-21の発現は浸潤の先端部でより過剰になっており、79例中60例75.9%に過剰発現していた。発現量を半定量化し,臨床病理学的因子(性別,年齢,T分類,N分類,病期分類,組織学的分化度,浸潤型,治療成績)との関連性を分析したところ、miR-21の発現量と浸潤型は有意に相関していた。2.口腔癌細胞より高浸潤能を有する細胞の分離およびその細胞生物学的特性の評価:口腔癌樹立細胞株を用いてMatrigelを通過可能な高浸潤能細胞を選択した。分離された細胞は改めてMatrigel invasion assayで解析しコントロールと比較して,有意に高い浸潤能を有していた。またMTT assayで細胞増殖能, wound healing assayで細胞遊走能が高いことを確認した。3.RNAアレイを用いてmiR-21浸潤に関与するターゲット分子を網羅的に解析:2で分離した高浸潤口腔癌細胞にmiR-21ノックダウンプローブを導入し,miR-21ノックダウン細胞を作成した。これら2種類の細胞について,mRNAを抽出し,ホールドチェンジしている分子を検出し、腫瘍の浸潤と関連したWnt経路の阻害分子であるDKK2を同定した。・口腔癌浸潤モデルを用いた浸潤様式の検討ヌードマウス舌および背部皮下に高浸潤・miR-21過剰発現口腔癌細胞と浸潤能低下・miR-21ノックダウン口腔癌細胞をそれぞれ5個体づつ移植し,経時的腫瘍サイズの変化と頸部転移発現について検討した。miR21過剰発現群における腫瘍の増殖速度は有意に早かった。また頸部転移発現率が高かった。腫瘍径が約10mm程度となったところでマウスを塗擦し、腫瘍を摘出した。ホルマリン固定・パラフィン包埋切片を作成した。in situ hybridizationにてmiR-21の過剰発現を確認後、DKK2,βカテニン、Eカドヘリンの免疫染色を行った。miR21過剰発現群ではDKK2,βカテニンの過剰発現を認め、Eカドヘリンは発現減弱を認めた。・ヌードマウス移植腫瘍に対するmiR-21阻害剤の治療効果前述と同様にmiR21過剰発現口腔癌細胞の移植腫瘍モデルを形成。miR-21アンチセンスをコラーゲン分子を介した腫瘍特異的ドラッグデリバリーツールを用いて,アンチセンスオリゴをマウス尾静脈より経静脈的に導入した。阻害剤投与群は生食投与群に比べ有意に抗腫瘍効果を認めた。また、阻害剤投与群では生食投与群に比べ免疫染色にてDKK2,βカテニンの発現減弱を認めた。・miR-21を中心とした新規癌浸潤の分子機構に関する考察以上の結果をまとめ,癌細胞浸潤におけるmiR-21を中心としたmiR-遺伝子カスケードについて考察し、Cancer Researchに論文投稿準備中である。外科系歯学平成25年度計画したin vitro実験は終了し、平成26年度に計画しているマウスモデルの作成準備に取り掛かっている。予定通りin vivoにおいてmiR-21阻害剤の治療効果を検討する予定である。予定していた実験計画よりも順調に実験が進んだため。翌年度の実験計画において使用する。
プルーストにおける音楽と建築

今年度は主にプルーストにおける音楽の研究を行った。特にワグナーや象徴主義の流れを組む形で、プルーストが音楽という要素を作品の中に取り込む過程に焦点を当てた。その成果の一部として、論文1において、作品内に表れる鐘の音というイメージに注目し、分析を行った。『失われた時を求めて』で、プルーストはロマン主義の影響を受けつつ鐘の音というイメージに音楽性を見て、さらにその鐘の音を様々なものの象徴として機能させ、かつプルーストの作品の構造化に大きく役立てていることを示した。欧米圏の文学作品の中で、鐘の音は日々の生活と宗教的信仰の結びつきの象徴としてしばしば描かれてきたものだが、プルーストはそのイメージを読書という行為と結びつけ、独自の形で主人公の文学習得の一段階に組み込み、さらには宗教的信仰ではなく、文学に対する信仰の象徴として鐘の音を用いていることを示した。プルーストにおける建築と音楽のテーマを追っていくと、そこには「偶像崇拝」というテーマと「信じること」というテーマが合い重なり合っていることが見えてきた。そこでこれら2つの概念の関係が『失われた時を求めて』以前のテクストから『失われた時を求めて』にいたるまでの過程でどのように変遷していったかということを調べていった。主に偶像崇拝とはプルーストにあって物質主義的傾向を指し、これらは徹底的な批判の対象であるのに対し、「信じること」とはそれと対極をなす精神の世界を指し、これは芸術創造のまさに素材となるものである。そこでこれら2つの概念の対立と相克がいかに音楽と建築のイメージによって表象されていくのかという点についての研究を行った。以上の点をとりまとめ、学会における口頭発表においてその成果を提出した。論文「プルーストにおける鐘塔のイメージ」において、プルーストにおける建築と音楽のイメージの関わりを考える際に、特に鐘塔とういイメージが重要なイメージになっていることを示した。『失われた時を求めて』では、このイメージは、プルースト特有の「信じる」という契機、すなわち芸術的真理や美の存在に対する信仰を中心とする「信じる」という契機を象徴している。このことは、「コンブレー」における鐘塔のイメージと読書の関わりの分析を通じ明らかになった。そして天職のテーマを暗示し、芸術家の誕生を予告する重要な場面、マルタンヴィルの鐘塔のロンドの描写を、プルースト的「信じる」という契機との関わりで読み解く可能性を示唆した。すなわち、鐘塔の激しい運動と、何かを信じ、その信じたことが時間変化し、消失し、再び見出されるという主人公の精神の遍歴との間に、一つの対称関係が読み取れることを示した。またこの鐘塔のイメージは、「花咲く乙女たちの影で」におけるエルスチールの絵画の中に現われ、建築芸術と絵画の間に一つの芸術照応を成立させる媒体としても機能していることを明らかにした。また、鐘塔のイメージは建築の一部であり、かつそこから鐘の音が響く、ということから、音楽のテーマとも密接に結びつくイメージとなっている。というのも鐘の音というのはプルーストにあって非常に音楽的な要素を含み持つものだからである。そこで鐘塔、あるいは鐘の音といったイメージに注目すると、そのイメージを通して、建築芸術と音楽芸術との間にプルースト独自の照応関係が設定されているということが分かってきた。
多彩な基質輸送能力を有する輸送担体を制御する輸送分子機構解明

ジペプチド・トリペプチドから様々な医薬品を輸送するオリゴペプチド輸送担体PEPTの基質輸送における分子弁の役割を明らかにするために、動物細胞発現系およびアフリカツメガエル卵母細胞発現系を用いて、PEPTと相互作用をする化合物の探索および、その相互作用機構について詳細な検討を行った。更に、電気生理学的測定法により基質誘導電流の解析を行い、以下の研究成果を得た。1His57と相互作用する可能性のある基質、ニコチン酸及びアミノベンゼン酸誘導体(3-amino benzoic acid等)は、PEPT発現卵母細胞に対してH+依存性の内向き誘導電流を誘起した。一方、コントロール卵母細胞は、これらモノカルボン酸によりH+依存性の内向き誘導電流は示さなかった。また、PEPT発現動物細胞および発現卵母細胞は、これらモノカルボン酸に対して顕著な取り込みを示さなかった。これらの結果より、ニコチン酸などモノカルボン酸は、H+共輸送系を変化させ、PEPTをプロトンチャネルへと変換するモジュレーターとして作用していることが明らかとなった。更に、内向き誘導電流は、メタ位のアミノ基の持つローンペアが重要であることがQSARの実験結果より明らかとなった。また、ニコチン酸およびアミノベンゼン酸誘導体は、PEPTの典型的な基質Gly-Sar同様、His修飾試薬DEPCによるHis57の修飾から保護した。これより、ニコチン酸やアミノベンゼン酸誘導体は、基質結合部位近傍に結合することが明らかとなった。水溶性ビタミン、ニコチン酸は、特異的な構造認識により分子弁に対して機能不全をもたらすことが示唆された。本年度、分子弁に対して機能不全をもたらす脂溶性ジペプチドアナログおよび水溶性ビタミン、ニコチン酸は、PEPTをトランスポーターからチャネルへの変換するモジュレーターが基質近傍部位に結合することを明らかにした。このモジュレーターとPEPTとの相互作用は、特異的であることも実証され、次の段階として作動メカニズムの解明を行ってゆく。PEPT類似のオリゴペプチド輸送担体PEPTsoの結晶構造(PDB:2XUT)に基づき、PEPTのホモロジーモデリングを行い、その結果、基質のタンパク質内移動に重要である分子弁は、輸送活性に必須なアミノ酸残基His57と近傍に存在するアミノ酸残基Ser302との水素結合に変化をもたらす事により引き起こされていると考えられている。基質輸送における次のステップとしてHis57-Ser302分子弁がどの様に変化するか、これら様々なモジュレーターを用いて、様々な状態(基質結合状態あるいは基質放出状態)に対するドッキングシミュレーションを行い、モジュレーターがPEPTの、どの状態、どの部位、どの様に結合するかについて今後明らかにする。これに基づいて、分子弁の作動メカニズムの詳細を明らかにする。一方、部位特異的変異体を用いて、基質あるいはモジュレーターとの相互作用を熱力学的に測定し、基質とモジュレーターの誘起するトランスポーターの構造変化を解明する。分子弁の存在を別のモデル輸送担体、Na+/モノカルボン酸共輸送担体(SMCT)においても明らかにし、輸送担体において普遍的なマシナリーの一つであることを明らかにしてゆく。研究の進め方として、SMCTに相同性の高いグルコース輸送担体vSGLUTの結晶構造(PDB: 2XQ2)を鋳型とした、ホモロジーモデリングを行う。典型的な基質の一つ、2, 4-dichloro phenoxyacetate (2,4-D)とのドッキングシミュレーションを行い、比較的大きな基質結合ポケットを見出している。基質の2,4-Dのカルボキシ基とArg239とが静電相互作用をしており、また、Arg239アミノ酸残基が基質輸送の活性中心であることが推察されている。本研究では、アフリカツメガエル卵母細胞発現系を用いて、先ず、1Arg239のLys, His, Ala, Glu変異体SMCTの輸送活性を電気生理学的に検討する。それらの結果を速度論的に解析し、輸送の方向性、Na+の電気化学ポテンシャルと基質輸送のカップリングにおけるArg239の機能的役割を解明する。2Arg修飾薬を用いた分子弁を破壊あるいは変形させた状態における基質輸送を解析し、分子弁の基質輸送サイクルにおける役割を明らかにする。更に、3基質結合に伴う熱量変化を測定し、基質結合に伴うトランポーターの構造変化を解明する。また、ニコチン酸およびアミノベンゼン酸誘導体は、PEPTの典型的な基質Gly-Sar同様、His修飾

試薬DEPCによるHis57の修飾から保護した。これより、ニコチン酸やアミノベンゼン酸誘導体は、基質結合部位近傍に結合することが明らかとなった。水溶性ビタミン、ニコチン酸は、特異的な構造認識により分子弁に対して機能不全をもたらすことが示唆された。本年度、分子弁に対して機能不全をもたらす脂溶性ジペプチドアナログおよび水溶性ビタミン、ニコチン酸は、PEPTをトランスポーターからチャネルへの変換するモジュレーターが基質近傍部位に結合することを明らかにした。このモジュレーターとPEPTとの相互作用は、特異的であることも実証され、次の段階として作動メカニズムの解明を行ってゆく。PEPT類似のオリゴペプチド輸送担体PEPTsoの結晶構造(PDB:2XUT)に基づき、PEPTのホモロジーモデリングを行い、その結果、基質のタンパク質内移動に重要である分子弁は、輸送活性に必須なアミノ酸残基His57と近傍に存在するアミノ酸残基Ser302との水素結合に変化をもたらす事により引き起こされていると考えられている。基質輸送における次のステップとしてHis57-Ser302分子弁がどの様に変化するか、これら様々なモジュレーターを用いて、様々な状態(基質結合状態あるいは基質放出状態)に対するドッキングシミュレーションを行い、モジュレーターがPEPTの、どの状態、どの部位、どの様に結合するかについて今後明らかにする。これに基づいて、分子弁の作動メカニズムの詳細を明らかにする。一方、部位特異的変異体を用いて、基質あるいはモジュレーターとの相互作用を熱力学的に測定し、基質とモジュレーターの誘起するトランスポーターの構造変化を解明する。分子弁の存在を別のモデル輸送担体、Na+/モノカルボン酸共輸送担体(SMCT)においても明らかにし、輸送担体において普遍的なマシナリーの一つであることを明らかにしてゆく。研究の進め方として、SMCTに相同性の高いグルコース輸送担体vSGLUTの結晶構造(PDB: 2XQ2)を鋳型とした、ホモロジーモデリングを行う。典型的な基質の一つ、2, 4-dichloro phenoxyacetate (2,4-D)とのドッキングシミュレーションを行い、比較的大きな基質結合ポケットを見出している。基質の2,4-Dのカルボキシ基とArg239とが静電相互作用をしており、また、Arg239アミノ酸残基が基質輸送の活性中心であることが推察されている。本研究では、アフリカツメガエル卵母細胞発現系を用いて、先ず、1Arg239のLys, His, Ala, Glu変異体SMCTの輸送活性を電気生理学的に検討する。それらの結果を速度論的に解析し、輸送の方向性、Na+の電気化学ポテンシャルと基質輸送のカップリングにおけるArg239の機能的役割を解明する。2Arg修飾薬を用いた分子弁を破壊あるいは変形させた状態における基質輸送を解析し、分子弁の基質輸送サイクルにおける役割を明らかにする。更に、3基質結合に伴う熱量変化を測定し、基質結合に伴うトランポーターの構造変化を解明する。消耗品費が少し残が生じた。
ドーパは伝達物質たり得るか?一生体位線条体からの遊離証明と行動薬理学的応答の研索

従来ドパミンの前駆物質に過ぎないとされてきたドーパのラット自発運動に対する作用を、脳微量透析法並びに自発運動量測定装置を用い、ドーパ、ドパミン遊離を自発運動と同期してモニターする系を確立、検討した。1.(1)L-ドーパ100mg/kg,i.p.は、ドーパ脱炭酸酵素阻害薬、NSD-1015,100mg/kg,i.p.前処置下においてラット自発運動を著明に増大した。ドーパ遊離はL-ドーパ投与1時間後にピークに達しその後徐々に減少した。自発運動はドーパ遊離のピークより増大しはじめ、投与3時間後にピークに達し以後回復に転じた。これに対しドパミン遊離は投与後1時間20以内は増大せず、100分以後徐々に増大し自発運動回復過程においても増大はさらに持続した。この結果から、ドーパ100mg/kgの作用の発現にはドーパとドパミンの共存が必要であることが示唆される。一方、より低用量のL-ドーパ30mg/kg,i.p.は自発運動に対し無作用であった。(2)D_2-作動薬クインピロール1.0mg/kg,s.c.は自発運動を増大した。無作用濃度のドーパ30mg/kg,の同時投与はドーパ脱炭酸酵素阻害下にクインピロール0.1-1.0mg/kgの作用を3ないし5倍程度にまで増強した。クインピロール1.0mg/kgに対するドーパ30mg/kgの増強作用は立体特異性でありまたドパミンの自発性遊離の増大を伴うことなく生じた。この結果はすなわち、ドーパが、ドパミンへの変換を介さずにドーパそれ自体がドーパの特異的受容部位を介してD_2受容体応答に対するポテンシエーターとして作用することを示している。この増強作用はおそらくシナプス後性に生じると推察され、従来説明不能であったパーキンソン病治療に際して一般に見られるドーパとD_2-作動薬併用時の、増強効果の機序を十分説明するにたる新たな知見と考えられる。従来ドパミンの前駆体に過ぎないとされてきたド-パの、伝達物質様遊離の有無並びに同遊離とニコチンによる自発運動との関連について、脳微量透析法及びHPLCーECDを用いて検討した。1.(1)内因性ド-パは生体位線条体において自発的に遊離されており、ド-パとドパミンの遊離比は1:1ー2であった。αーメチルパラタイロシン(αーMPT)200mg/kgはド-パ遊離を著明に抑制、ド-パ脱炭酸酵素阻害薬N5Dー1015,100mg/kgは同遊離を著明に増大,ド-パ脱炭酸酵素はド-パをドパミンに変換した。(2)このド-パの遊離はCa^<2+>依存性,テトロドトキシン(TTX,1μM)感受性を示し、これはドパミンの結果と一致した。(3)さらにK^+50mM,40分間刺激はド-パ,ドパミン遊離をCa^<2+>依存性に誘発した。これらの事実は内因性ド-パが神経伝達物質様の過程を経て生理的に遊離されていることを示しており,ド-パが神経伝達物質であるとの仮説を支持する。

2.(1)1.と同様の系において、ニコチン10ー300μM局所還流は内因性ド-パを用量依存性に誘発し,200μMによる遊離はCa^<2+>依存性,TTX(100nM)感受性,立体特異性,メカミラミン(500μM)感受性を示し,この結果はドパミンによる結果に一致した。さらに重要な知見として,ド-パの自発性遊離がメカミラミン感受性を示すこと,すなわちニコチン性アセチルコリン受容体を介して緊張性に遊離されていることを見い出した。一方,ニコチン0.1ー1.0mg/kgは用量依存性に自発運動を増大し,0.4mg/kgによる作用は立体特異性,メカミラミン(1.0mg/kg)感受性を示した。線条体の脳微量透析において,ドパミンを減少させずにド-パのみを選択的に減少させる用量のαーMPT3mg/kg前処置は0.4mg/kgによる作用を部分的に抑制した。この事実は、ニコチンによる自発運動増大には、その一部に内因性ド-パの遊離が関与していることを示している。従来ドパミンの前駆物質に過ぎないとされてきたドーパのラット自発運動に対する作用を、脳微量透析法並びに自発運動量測定装置を用い、ドーパ、ドパミン遊離を自発運動と同期してモニターする系を確立、検討した。1.(1)L-ドーパ100mg/kg,i.p.は、ドーパ脱炭酸酵素阻害薬、NSD-1015,100mg/Kg,i.p.前処置下においてラット自発運動を著明に増大した。ドーパ遊離はL-ドーパ投与1時間後にピークに達しその後徐々に減少した。自発運動はドーパ遊離のピークより増大しはじめ、投与3時間後にピークに達し以後回復に転じた。これに対しドパミン遊離は投与後1時間20以内は増大せず、100分以後徐々に増大し自発運動回復過程においても増大はさらに持続した。この結果から、ドーパ100mg/kgの作用の発現にはドーパとドパミンの共存が必要であることが示唆される。一方、より低用量のL-ドーパ30mg/kg,i.p.は自発運動に対し無作用であった。(2)D_2-作動薬クインピロール1.0mg/kg,s.c.は自発運動を増大した。無作用濃度のドーパ30mg/kg,の同時投与はドーパ脱炭酸酵素阻害下にクインピロール0.1-1.0mg/kgの作用を3ないし5倍程度にまで増強した。クインピロール1.0mg/kgに対するドーパ30mg/kgの増強作用は立体特異性でありまたドパミンの自発性遊離の増大を伴うことなく生じた。この結果はすなわち、ドーパが、ドパミンへの変換を介さずにドーパそれ自体がドーパの特異的受容部位を介してD_2受容体応答に対するポテンシエーターとして作用することを示している。この増強作用はおそらくシナプス後性に生じると推察され、従来説明不能であったパーキンソン病治療に際して一般に見られるドーパとD_2-作動薬併用時の、増強効果の機序を十分説明するにたる新たな知見と考えられる。
汎用性のある紙芝居教材を用いたタンザニア農村部の妊娠期教育プログラムの開発と評価

本研究の目的は、タンザニア農村部で安全で安心な出産を促進するため、具体的には医療者との出産を選択し、緊急時にも必要なサポートや介入が得られるよう行動するために、女性や家族の視点から理解しやすい妊娠期プログラムを開発することである。タンザニア人研究者との協働で紙芝居教材を作成し、3つの村にて妊婦42名とその家族96名の合計138名を対象に、プログラムの実施と評価のための質問紙調査を行った。現在データを分析中であるが、プログラム評価として、「紙芝居はとてもよかった。理解しやすかった。」「こういった教育はタンザニア全土で、妊産婦とその家族に行われるべきである」などが語られた。理解しやすかった。本研究の目的は、タンザニア農村部で安全で安心な出産を促進するため、具体的には医療者との出産を選択し、緊急時にも必要なサポートや介入が得られるよう行動するために、女性や家族の視点から理解しやすい妊娠期教育プログラムを開発することである。初年度は、教育プログラムの内容の作成、質問紙とフォーカスグループ・ディスカッションの質問項目の作成、質問紙のスワヒリ語訳の作成を行い、日本・タンザニア両研究機関の倫理審査委員会に研究計画書を提出した。日本からは承認が得られ、タンザニアは現在承認プロセスの最中である。教育プログラムはタンザニア人助産師と話し合いながら、世界保健機関が発行しているFocused Antenatal Care Packageの内容を参考に、妊娠期の健康管理と合併症のサイン、家族と一緒にする出産計画、医療者の分娩介助をテーマに作成した。現在紙芝居教材の絵を作成中である。質問紙は、他の専門研究者のコンサルティングを受け、内容を修正しながら妊婦用、家族用の2種類を作成した。現地のタンザニア助産師との協働関係も良好であり、現地の関係機関とも連絡を取ることができている。来年度の教育プログラムと評価研究の開始に向け、準備を進行中である。本年度は、汎用性の高い紙芝居教材を完成させ、日本・タンザニア両研究機関の倫理審査委員会からの承認を得て、データ収集、データマネジメントと分析を行った。紙芝居教材は先行研究を参考にタンザニアの文化に沿ったストーリーを展開し、イラストを作成した。タンザニアにおいて、National Institute of Medical Research (NIMR)、Tanzania Commission for Science and Technology (COSTECH)の2か所から承認を受けた。データ収集は3つの村で、妊婦42名とその家族96名の合計138名を対象に、教育プログラムと質問紙、プログラム評価のためのグループインタビューをスワヒリ語で実施した。得られた量的データはSPSSに入力し、現在分析を行っている。質的データにおいては、スワヒリ語から英語に翻訳し、サマリーを作成した。本研究はタンザニア人研究者との協働で行い、現地での許可申請の方法、リクルートにおける村長とのコミュニケーション、データ収集後の謝礼の方法など、一般的な倫理的配慮に加え、現地のルール、文化に則した方法で実施した。計画していた通りに教育教材の開発、質問紙などの研究メソッドの作成、スワヒリ語訳と計画書の倫理審査への提出まで進んでいる。データ収集を予定している2年目夏には審査結果も届き、許可が降りる可能性が高く、データ収集の実行が可能である。25年度が最終年度であるため、記入しない。研究の倫理審査の進行をフォローし、許可が得られるように審査機関と連絡を蜜にする。またデータ収集の協力者に、収集方法への理解を深めてもらうように現地との連携を強めていく。紙芝居教材の完成と、データ収集に必要な物品や印刷等の準備を進めることにより、計画通りデータ収集を行い、その後の分析と発表につなげることができると考えられる。
共生系の進化と維持に関する理論的研究

生物群集における共生系、とくに相利共生系の個体群動態および進化動態に関する複数の一般的な数理モデルをたて、それらの特徴的な挙動を見いだすとともに、系が進化し維持されるための条件を明らかにした。その結果、相利共生は厳しい環境下で進化しやすいことが示唆された。さらに、相利共生が進化し安定的に維持されるためには個体群内の多様性が重要であり、とくに、従来は共生系にとって害だと考えられてきた寄生者は、実は系の維持にとって不可欠な役割を果たしている可能性があることが解った。多様な共生系のダイナミクスを明らかにするため、前年度に引き続き、以下の3つの小課題に関して理論的研究を進めた。1. 1個体の宿主個体と、潜在的に複数の共生者個体の間の非対称な相利共生(1対多相利共生)の進化的安定性。23年度に投稿した論文は査読と改訂を経て24年度に国際学術雑誌に掲載され、また24年8月のアメリカ生態学会大会においても口頭発表を行った。24年度はこのモデルを拡張して宿主側の進化を考慮した共進化モデルを構築し、主としてコンピュータシミュレーションの手法を用いて解析した。その結果、従来の理論研究とは異なり相利共生は比較的容易に進化的に安定に維持されうるが、ただし純粋な相利共生関係が維持される場合はむしろ少なく、しばしば寄生者が共存しうるということが明らかになった。生態学会大会において発表を行い、論文を現在投稿準備中である。2.空間構造をもつ相利共生の安定性。空間構造のある2種の生物の個体群の間で相利共生の個体群動態を調べた。各々の片方の種の非相利共生者の絶滅が、もう片方の種における相利共生者の絶滅を引き起こす場合があるという、逆説的な結果を明らかにした。論文を24年度に国際学術雑誌に投稿した(現在印刷中)。3. 2種の植物種間の正および負の相互作用が群集動態に及ぼす影響を格子モデルを用いて解析した。不適な環境条件下(実生の定着率が低い)においては、正の相互作用の効果が卓越し、種が共存するのに対して、好適な環境条件下では負の相互作用の効果が卓越し、競争排除が起こるという結果を導いた。多様な共生系のダイナミクスを明らかにするため、主に以下の3つの小課題に関して理論的研究を進めた。23年度に国際学術雑誌に投稿・掲載されたモデル(Ezoe 2012)を拡張し、宿主側の進化を考慮した共進化モデルを解析した。突然変異率がある程度小さくても相利共生は進化的に安定に維持されうるが、多くの場合、純粋な相利共生関係よりも、しばしば共生者側の寄生者および宿主側の非選択個体が共存しうるということが明らかになった(論文投稿準備中)。2.送粉相利共生系における、植物側の花および果実生産に関する最適戦略。多くの植物でみられる過剰な花の生産と中絶という一見無駄な現象の適応的意義を、種子捕食者に対する種子の防衛戦略という観点から数理的に解析した。植物が繁殖に投資できる資源が多く種子捕食者の密度が小さい場合には過剰な花を生産して中絶する利益は非常に小さいが、資源が少なく種子捕食者が多い場合には、中絶の利益が大きくなることがわかった(現在研究中)。3.ギルド内捕食(IGP)系における被食者の適応的防御の効果。IGP系において、基底被食者が中間捕食者および最上位捕食者に対して適応的な防衛行動をとる場合、系の動態がどのような影響を受けるかを解析し、適応的防御は系を安定化する傾向があることを示した。これを生物的防除の系に適用し、害虫である基底被食者を防除するためにIGPの関係にある2種の天敵を導入すべきかどうかを検討した。従来の理論的研究と異なり、基底捕食者が適応的防御する場合は、2種導入したほうが害虫の平衡密度を抑制できる場合があることを示した(池川雄亮、難波利幸(本学大学院理学系研究科教授)との共同研究、論文2本を投稿中)。多様な共生系のダイナミクスを明らかにするため、以下の4つの小課題に関して理論的研究を進めた。1. 1個体の宿主個体と複数の共生者個体の間の非対称な相利共生(1対多相利共生)の進化的安定性。相利共生の研究において、系の安定性におけるパートナー選択の役割は徐々に認識されつつあるが、1対多相利共生系において、宿主側のみがパートナー選択をすることで共生の主導権を握り、系が進化的に不安定化する可能性がある。今回の研究では、宿主が不完全なパートナー選択(これは実証的研究で確認されている)をすることで、系が安定化し、かつ相利的な共生者と非相利的な共生者(寄生者)が共存可能になるということを理論的に示した(現在投稿中)。

2.空間構造をもつ相利共生系の安定性。今回の研究では、二重格子モデルを用いて、空間構造のある2種の生物の個体群の間で相利共生の個体群動態を調べた。各々の片方の種の非相利共生者の絶滅が、もう片方の種における相利共生者の絶滅を引き起こす場合があるという、逆説的な結果を明らかにした(本学理学研究科大学院生である池川雄亮との共同研究、投稿準備中)。3. 2種の植物種間の正および負の相互作用が群集動態に及ぼす影響を格子モデルを用いて解析した。不適な環境条件下(実生の定着率が低い)においては、正の相互作用の効果が卓越し、種が共存するのに対して、好適な環境条件下では負の相互作用の効果が卓越し、競争排除が起こるという結果を導いた(池川雄亮との共同研究、投稿準備中)。4.宿主と病原体の相互作用において、宿主群集の多様性がもたらす感染の希釈効果が宿主群集動態を安定化する効果について、微分方程式を用いて解析した。(松井晋(立教大学理学部博士研究員)との共同研究、現在研究中)。「研究実績の概要」でも述べたように、小課題1に関しては1本の論文が国際学術雑誌に掲載され、さらにあと1本の論文を投稿準備中である。また小課題2に関しては論文1本の国際学術雑誌への掲載が決定しており、さらに小課題3に関しても論文1本を投稿準備中である。23年度に本研究費で導入したシミュレーション用パーソナルコンピュータとインテル社製C言語コンパイラを引き続き使用することで、大きな計算能力を必要とするシミュレーションを多数回実行することができた。また、数学ソフトを使用した解析を行うためのパーソナルコンピュータは、当初から予定している高性能の機種が24年度中も未発売のままの状態だったが、シミュレーションのデータ量の増大にしたがってそれまで使用していた機種の解析能力が不足してきたので、とりあえず安価ではあるが最新の機種を導入することにし、問題はある程度解消された。それ以外にも、当初の研究目的とは具体的な細部が異なる部分もあるが、総体的には、研究テーマに沿って予定していた達成度とほぼ同等の達成度が得られたと結論する。「研究実績の概要」で述べたように、1つの小課題については1本の論文を投稿中であり、2つの小課題についてはそれぞれ解析を完了し論文投稿準備中である。当初の予定に反し初年度から大量の計算機シミュレーションの実行が必要となったが、シミュレーション用パーソナルコンピュータを予定(3台)よりも多い台数(4台)導入し、さらに当初の計画には無かったインテル社製のC言語コンパイラを導入することで計算速度を確保することができた。また、数学ソフトを使用した解析を行うためのパーソナルコンピュータが計画通りに導入できなかったので、23年度分の研究に関してはややパワーが不足気味ながら現状設備でやり繰りした。「研究実績の概要」で述べた小課題1に関しては、現在投稿準備中の論文を完成させるとともに、実際の系における直接的な検証可能性を目指し、一対多相利共生系の中でも特に種子捕食送粉系に関するより現実的な共進化モデルを構築して解析する予定である。また3に関しては、植物の進化動態を考慮し、現実に観察されるパターンをよりよく説明できる数理モデルを構築して解析する予定である。「研究実績の概要」で述べた小課題のうち、1に関する発展として、宿主側の進化も考慮した共進化モデルを解析する予定である。