hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自律・自己修復型機械の開発

本研究の目的は、メカトロニクス機械と人工知能的手法を用いた推論系を組み合わせることにより、自律・自己修復型機械を開発することであった。研究成果は以下の通りである。1.自己修復のための機械モデルの開発:自己修復を行うために、自己修復に適したモデル化の方法を開発し、パ-ソナル・コンピュ-タ上で実現した。手法としては定性物理、および、モデルに基づく推論方法を用いた。この結果、故障診断・修復計画を与えられた故障の症状から柔軟に推論することが可能になった。その特微として、未知の故障を扱える、様々な対象に対してモデルを交換することで対処可能であることが明らかになった。2.自律・自己修復型機械システムの開発:機械・コンピュ-タを統合化したシステムを開発し、その自律性・自己修復性を検証した。具体的には、試作した実験用機械に対し、1.の方法による情報処理部を接続することにより機械・コンピュ-タシステムを開発した。その結果、以下の点が明らかになった。(1)本方法により、機械の劣化、調整不良等の状態に対して柔軟に自律性、自己修復性を発揮することができた。(2)対象の構造が変更されたり、重要な機能部品が失われるような状況に対しては対応できない。これに対処するためには新たな機械の設計方法論が必要である。3.自律・自己修復型機械システム構築方法の提案:自律・自己修復型機械システムの構築方法を提案した。特に、機械が自己の状態を把握するために重要なセンサ系の構築方法、修復作業を指示するために重要なコンピュ-タによる知識情報処理技法、および、失われた機能を回復するために必要なアクチュエ-タ系の構築方法の3点が重要であることが明らかになった。1.自律・自己修復型機械実現のための保全作業情報の収集と理論化:人間の手を離れて自律的に行動する機械には、与えられた目的を遂行する能力を持つことが第一条件である。しかし、それに加えて自己の機能を常に発揮できる状態に維持するための自己維持機能、自己修復機能が必要である。従来の機械の信頼性を高める手法は個々の部品の高信頼化や冗長系の付加等の方法が主であった。機械の自律・自己修復機能の実現を考えるとこのようなあらかじめ決められた方法ではなく、機械の周囲の環境に合わせて高度な判断を行いながら上に述べたような高信頼化技術等を使用する必要があることが明らかになった。2.自律・自己修復型機械の仕様作成:1.の考察から、自律・自己修復型機械を実現するためには、センシング部・判断推論部・コントロ-ル部の3つの部分からなるシステムを構築する必要があることが明らかになった。特に、各部分は以下のような仕様を満たさなければならない。すなわち、システム全体の状態を把握するために効率的なセンサ系の配置を考える。判断推論部に高度な推論を行わせるために、知識工学的手法を用いる。また、柔軟な自己修復性の実現のためには、全体的な観点からコントロ-ル部の自由度を高めることである。3.自律・自己修復型機械の試作:1.、2.の成果を基にして、従来の機械に対し改良・改造を行い計算機と結合することにより自律・自己修復型機械のプロトタイプを作成した。対象の例とする機械としてはメカトロニクス機械、特にここでは一種の画像処理装置である複写機を実験装置として用い、その結果、メカトロニクス機械のように制御系が明示的に存在するシステムはこのような自律化・自己修復化の改造に適していることが明らかになった。本年度の研究成果は以下の通りである。

1.自己修復のための機械モデルの開発:自己修復を行うために、自己修復に適したモデル化の方法を開発し、パ-ソナル・コンピュ-タ上で実現した。手法としては定性物理、および、モデルに基づく推論方法を用いた。この結果、故障診断・修復計画を与えられた故障の症状から柔軟に推論することが可能になった。その特徴として、未知の故障を扱える、様々な対象に対してモデルを交換することで対処可能であることが明らかになった。2.自律・自己修復型機械システムの開発:機械・コンピュ-タシステムを開発し、その自律性・自己修復性を検証した。具体的には、平成元年度に試作した実験用機械に対し、1.の方法による情報処理部を接続することにより機械・コンピュ-タシステムを開発した。その結果、以下の点が明らかになった。(1)本方法により、機械の劣化、調整不良等の状態に対して柔軟に自律性、自己修復性を発揮することができた。(2)対象の構造が変更されたり、重要な機能部品が失われるような状況に対しては対応できない。これに対処するためには新たな機械の設計方法論が必要である。3.自律・自己修復型機械システム構築方法論の提案:自律・自己修復型機械システムの構築方法を提案した。特に、機械が自己の状態を把握するために重要なセンサ系の構築方法、修復作業を指示するために重要なコンピュ-タによる知識情報処理技法、および、失われた機能を回復するために必要なアクチュエ-タ系の構築方法の3点が重要であることが明らかになった。
膜とDNAが協同して増幅する人工細胞の構築

生命誕生初期の原始細胞が増殖するには,情報分子(核酸)と膜の複製が原始的な原理で同時進行する必要がある.本研究では,膜と核酸のみから構成される細胞モデルでも増殖可能であることを実験的に示すことを目的とした.はじめに,内封高分子の排除体積効果が膜の分裂様変形に与える程度,PEG,タンパク質,DNAに範囲を広げて検証した.超巨大分子であるゲノムDNAは低濃度でも膜曲率を顕著に増加させること,また,DNAの増幅反応を経たリポソームでも分裂様変形が生じることを示した.最後に,分子混雑環境中において巨大DNAが脂質二重膜に自発的に包みこまれる現象を発見し,これも排除体積効果で説明可能であることを示した.分子・細胞生物学における膨大な研究の蓄積の結果,現代の細胞生物学では,多様な特殊化したタンパク質が複雑巧妙かつシームレスに働き,代謝や細胞分裂など細胞の主要なタスクが達成されるという見方が主流である.しかし,細胞の「進化」を考えると,地球上に細胞が出現した当初からこのような複雑な機構を持ち得たとは考えにくい.本申請では,DNAの等温増幅と膜の成長・分裂が協同して進行し,膜と核酸のみから構成される原始的な細胞モデルでも増殖可能であることを実験的に示すことを目的とした.具体的には,リン脂質でできた巨大ベシクル(直径5-10マイクロメートル)に大腸菌またはファージから抽出した巨大DNAとphi29 DNAポリメラーゼを封入する.phi29酵素により,ベシクル内でDNAの増幅反応が進み,それがベシクル膜の分裂変形を誘発するという仮説を実験的に検証する.2015年度は,酵素やDNAをベシクル内に封入するための条件検討,分裂変形および変形後の娘ベシクルを完全分離する条件検討,また,試験管内においてphi29酵素によるDNA等温増幅反応のダイナミクスの検証を行った.初年度である2015年度は,半年程度の研究期間であったが,当初の計画以上の進捗があった.まず,DNAや酵素を内封した巨大ベシクルを作製し,それが分裂変形するために必要な基礎的条件を検討した.顕微鏡下において,ベシクルの懸濁液に高濃度糖溶液を加えて浸透圧ショックを与えると,ベシクル内の水が漏出し,体積が減少することで様々な形状を呈する.このとき,ベシクル内に細胞質成分を模擬した生体高分子が高濃度(重量濃度で数%以上)存在すると,ダンベル形状やパールチェーン形状といった分裂様形状が支配的になることを確認した.本研究の最終目標は,ベシクル内で増幅したDNAが分裂様変形を促進するという仮説の検証であるため,DNAが増幅しなければ分裂様変形が起こらない,という下限の生体高分子濃度を決定した.次に,DNAの等温増幅反応については,市販の酵素やNTP,バッファ類およびランダムプライマーを組み合わせ,テンプレートのDNAが3時間以内に1000倍程度まで増幅する反応条件をほぼ確立した.全ての試薬をプレミックスした状態で販売されているワンポットDNA増幅試薬では問題なく増幅反応が進行するが,この反応は1反応(20マイクロリットル)当たりのコストが非常に高価(3000円/1反応程度)であったため,少なくとも数百マイクロリットルが必要なベシクル実験には適用が困難である.そこで,カスタムでの試薬配分を試し,市販の試薬と同等の性能を1/100以下のコストで達成するに至った.現代の細胞では,多様な特殊化したタンパク質が複雑巧妙に働き細胞分裂が達成される.しかし,細胞の進化を考えると,地球上に細胞が出現した当初から複雑な機構を持ち得たとは考えにくい.細胞が増殖し得る最低限の要素とメカニズムを物理化学の観点から探る研究は,生命のシステムとは何かという問いに正面から挑むものである.原始細胞が増殖するためには,情報分子(核酸)の複製と膜構造の複製が同時に進行する必要がある.申請者らが発見した,脂質膜小胞が成長して自発的に分裂する効果(排除体積効果)は,小胞内に存在する高分子のサイズや濃度に依存して起こる.従って,小胞内でDNAが増幅し,より大きなDNAを内封するものが分裂・増殖し,生存に有利であったというシナリオが描ける.本研究では,DNAの等温増幅と膜の成長・分裂が協同して進行し,膜と核酸のみから構成される原始的な細胞モデルでも増殖可能であることを,実験的に示すことを目的とした.平成28年度においては,申請当初に計画した内容の概要をほぼ達成することができ,予想以上の進展があった.具体的には,巨大DNAは低重量濃度でも排除体積効果による分裂様膜変形を起こすことを証明し,かつDNAの増幅反応を経たリポソームでも同様の分裂様変形を起こることを示した.以上により,原始的な膜分裂を誘起するには高分子の濃度のみならず分子サイズが重要であること,また,DNAはその目的に適した分子であることが示唆された.原始的な細胞において,より大きなゲノムDNAを合成することができたものは,分裂しやすく生存に有利であったことが示唆された.

平成28年度は,1ジャイアントリポソーム内のゲノム増幅反応の条件検討と,2封入したゲノムサイズDNAによる膜分裂の成否の検討を行った.1については,市販のphi29ファージ由来のDNAポリメラーゼ,およびテンプレートとなるゲノムサイズDNAおよび基質としてのNTPを,W/Oエマルション界面通過法で作製したジャイアントリポソーム内に封入し,30°CでインキュベーションすることでゲノムDNAが100倍以上に増幅する溶液組成を決定した.細胞を模擬したリポソーム内反応では,リポソームの内部でのみ反応が進行することが重要であり,膜内外の組成の検討が重要となる.高分子から小分子に至るまで成分と濃度を詳細に検討し,最適な条件を得ることができた.2については,以前より証明していたポリエチレングリコールの排除体積効果による分裂様膜変形が起こる条件について,ポリエチレングリコールの濃度と分子量依存性を詳細に検討した.その上で,ゲノムサイズの巨大DNAであるラムダファージ由来のDNA(およそ48kbp,ランダムコイルとしての回転半径が約0.5マイクロメートル)を0.1 1 mg/ml程度の濃度で封入して同様の実験を行った.その結果,ポリエチレングリコールに比べて濃度が100分の1程度であるにもかかわらず,分裂様の変形を確認することができた.この結果は,より巨大なゲノムを持つ細胞は,その濃度が低くとも,細胞分裂が起こりやすく,生存に有利であったことを示唆している.さらに,1で行ったゲノム増幅反応を経てリポソーム内DNA濃度が増加したリポソームにおいても,同様の分裂変形を確認することができた.DNAを超音波によるせん断で断片化した対照実験においては,分裂変形が起こらなかった.以上の内容により,申請時に計画した内容をおよそ証明し,その基本的な条件を確立することに成功した.現代の細胞では,多様な特殊化したタンパク質が複雑巧妙に働き細胞分裂が達成される.しかし,生命誕生初期の原始細胞が増殖するためには,情報分子(核酸)の複製と膜構造の複製が原始的な原理により同時に進行する必要がある.申請者らが発見した,脂質膜小胞が成長して自発的に分裂する効果(排除体積効果)は,小胞内に存在する高分子のサイズや濃度に依存して起こるため,小胞内でDNAが増幅し,より大きなDNAを内封するものが分裂・増殖し,生存に有利であったというシナリオが描ける.本研究では,DNAの等温増幅と膜の成長・分裂が協同して進行し,膜と核酸のみから構成される原始的な細胞モデルでも増殖可能であることを,実験的に示すことを目的とした.平成29年度においては,平成28年度の後半に達成した成果(巨大DNAは低重量濃度でも排除体積効果による分裂様膜変形を起こすことを証明し,かつDNAの増幅反応を経たリポソームでも同様の分裂様変形を起こることのデモンストレーション)に関し,論文の執筆・投稿作業を行った.いくつかの雑誌への再投稿作業を経て,タンパク質により混雑環境の影響に関する追加実験も行い,最終的にACS Synthetic Biology (IF 5.382)に掲載された.また,29年度は,以前より得られていた,分子混雑環境中において巨大DNAが脂質二重膜に自発的に包みこまれるという実験結果に対して,画像解析法による定量評価を行った.研究期間を終えた現在,この研究結果について,論文執筆作業を行っている.生命誕生初期の原始細胞が増殖するには,情報分子(核酸)と膜の複製が原始的な原理で同時進行する必要がある.本研究では,膜と核酸のみから構成される細胞モデルでも増殖可能であることを実験的に示すことを目的とした.はじめに,内封高分子の排除体積効果が膜の分裂様変形に与える程度,PEG,タンパク質,DNAに範囲を広げて検証した.超巨大分子であるゲノムDNAは低濃度でも膜曲率を顕著に増加させること,また,DNAの増幅反応を経たリポソームでも分裂様変形が生じることを示した.
能動的音響計測に基づくハンズフリー／アイズフリーインタフェース

代表者がこれまでに見いだした「能動的な音響計測による把持状態認識」は、物体がどのように触られているのか(すなわち把持状態)を、物体を様々な周波数で振動させその響き具合を見ることによって簡単に認識できるというシンプルかつ強力な基本原理である。本研究の目的は、これまで境界条件の変化に着目し固い物体(=形状が変化しない)における把持状態を検出対象としていた基本原理の応用範囲を、形状の変化に着目し人間という柔らかい物(=形状が変化する)の状態検出に広げられるかを探ることにある。この目的に対して、平成30年度では下記の研究開発項目を実施した。1)無線振動スピーカ・無線マイクのプロトタイプの実装を開始した。具体的には振動スピーカ・マイクの部品を設計、制作した。2)手腕足状態の検出を試みた。具体的には粘着テープを使って体の様々な部位に振動スピーカ・マイクを装着し、基本原理に基づいてこれらの状態や曲げ角度の検出を試みた。3)前研究項目において、現行のアルゴリズムでは認識精度が充分に得られなかった。これに対して、新たな音響計測のアルゴリズムを着想したので、そのアルゴリズムの設計を行った。4)ハンズフリー/アイズフリー操作のための触覚フィードバックの設計と試験を行った。5)受動的な音響計測に基づいた物体の状態検出を試みた。平成30年度の研究実施計画に予定していた研究項目をほぼ予定通りに実施することができた。実施はしたものの達成できなかった研究項目も存在する(5項目中3項目)が、新たに生じた研究課題に対して、研究計画立案時には考えていなかった実装方法を見出すという当初想定していなかった研究成果を挙げることもできた。当初の研究計画が順調に進捗していることから、当初に予定してた研究項目を継続するとともに、申請者がこれまでに見いだした能動的音響計測という基本原理のさらなる応用可能性を探る。
水工学への応用に向けた浅水乱流数値解析モデルの比較研究

本研究は、河川、湖沼、海域などの浅水乱流場を対象に,環境や災害などに関する種々の水問題の解決に貢献できる数値解析モデルの構築を目指し,多くの水理条件下でモデルの比較検討を実施し,工学的に最適なモデルの抽出を行った.対象とする流れ場として,浅水格子乱流,開水路キャビティ流,河川蛇行流,混合密度流,馬蹄渦を伴う流れなどを対象に,2次元モデルと3次元モデルの比較,各種乱流モデルの比較を実施し,精度と経済性の観点から最適なモデルを検討した.本研究は、河川、湖沼、海域などの浅水乱流場を対象に,環境や災害などに関する種々の水問題の解決に貢献できる数値解析モデルの構築を目指し,多くの水理条件下でモデルの比較検討を実施し,工学的に最適なモデルの抽出を行った.対象とする流れ場として,浅水格子乱流,開水路キャビティ流,河川蛇行流,混合密度流,馬蹄渦を伴う流れなどを対象に,2次元モデルと3次元モデルの比較,各種乱流モデルの比較を実施し,精度と経済性の観点から最適なモデルを検討した.本研究は、河川、湖沼、海域などの浅水乱流場を対象に、環境や災害などに関する種々の水問題の解決に貢献できる数値解析モデルの構築を目指ものである.環境水理現象の舞台となる浅水乱流場は3次元乱流場と比べて定性的に異なる特性を有し、乱れエネルギーのカスケードアップはその代表的なものといえる.これらの特性に着目しながら、さまざまな水理条件のもとで比較シミュレーションを実施し、既往の実験結果や現地調査結果、あるいは信頼できるDNSデータと比較し、各手法の適用性を検証する.本年度の成果を項目ごとに示す.1.対象とする流れ場の設定と既往論文等の資料収集対象とする流れ場として次の4つを想定し,資料の収集を行った.・浅水格子乱流:平均流速分布が勾配を有しないという点で、最も基本的乱流場・開水路湾曲流:第一種二次流(河川地形形成等で重要)の発生する最も単純な流れ場・急拡部を有する開水路流れ:せん断不安定による大規模渦運動を伴う流れ場・側岸に死水域を有する開水路流れの流れ構造と浮遊砂輸送過程:河床変動を伴う流れ場2.数値シミュレーションの実施とその成果既往の実験における水理条件を参考に、数値解析の条件を比較的広範囲に設定し、数値シミュレーションを実行した.・浅水格子乱流:RANS(2次元、3次元)を木村が実行し、LESデータについては、海外研究協力者であるUijttewaalより計算結果のデータの提供を受けた.2次元モデルの高度化については、研究分担者の細田が協力し,解析を実施した.逆カスケードを再現するには三次元モデルでかつ上流部に人工擾乱が必要であることなどを示した.・開水路湾曲流:既往の代表的な実験として、Booijら(2003)の実験データを採用し、これと同条件でシミュレーションを行った.2次元RANSモデルは細田が、3次元RANSモデルは木村が行い,LESについてはUijttewaalらが協力した.二次の非線形モデルにより外岸セルが容易に再現されることなどを示した.・急拡部の流れ:Uijttewaalらの実験(2006)をもとにシミュレーション実行の準備を行った.・死水域を有するあ流れ:木村らの実験と同条件で木村がシミュレーションを実施した.二次元モデルについては木村が実施し,三次元モデルは細田が実行した.循環による第1種2次流とその影響の下での流速分布の変化,浮遊砂輸送過程などを比較的単純なモデルで再現することができた.本研究は、河川、湖沼、海域などの浅水乱流場を対象に環境や災害などに関する種々の水問題の解決に貢献できる数値解析モデルの構築を目指し、多くの水理条件下でモデルの比較検討を実施し、工学的に最適なモデルの抽出を試みるものである。本年度は, (1)湾曲部の浅水流, (2)サイドキャビティを有する流れ場, (3)塩水侵入の影響を受ける河川河口部, (4)水制を有する河川の4つの個別テーマを対象として検討を実施した.研究の内容と成果の概要を各個別テーマについて述べる.(1)湾曲部の浅水流:急な曲がりを有する開水路流れ場を対象として,現象の把握とモデルの検証を実施した.特に,昨年度に実施した緩やかな曲がりに関する検討結果との比較を通じて, 2次流構造の相違を示した.また,既往のLESによる数値計算結果との比較を実施し, RANS型モデルの優位性を示した.(2)サイドキャビティを有する開水路流れ:河川ワンドのように開水路流れ場の側岸にキャビティ(死水域)を有する流れ場では,キャビティ内の定常循環流と,キャビティ・主流境界面のせん断不安定に起因する大規模組織渦が発生する.これらを対象に, 2次流の影響を取り込んだ水深積分モデルの適用性を中心に検討を実施した.(3)河川河口部:塩水くさびのような密度混合を含む流れ場を対象として,主に乱流モデルの妥当性を比較検討した.(4)水制を有する開水路:水制周辺の局所洗掘現象を適切に再現する数値解析モデルについて検討を実施した.本研究は、河川、湖沼、海域などの浅水乱流場を対象に環境や災害などに関する種々の水問題の解決に貢献できる数値解析モデルの構築を目指し、多くの水理条件下でモデルの比較検討を実施し、工学的に最適なモデルの抽出を試みるものである。

本年度は,(1)湾曲部の浅水流,(2)馬蹄渦を有する流れ,(3)浅水格子乱流,(4)水制を有する河川の4つの個別テーマを対象として検討を実施した.研究の内容と成果の概要を各個別テーマについて述べる.(1)湾曲部の浅水流:急な曲がりを有する開水路流れ場を対象として,現象の把握とモデルの検証を実施した.特に急な曲がりを有する流れについて,乱流モデルの妥当性,側壁の粗度の影響,側岸勾配の影響などの検討を実施した.また,LESとの比較を行い,計算速度などでのRANSの優位性を示した.(2)馬蹄渦を有する開水路流れ:橋脚などの底面付近には馬蹄渦と呼ばれる三次元的な定常渦が発生し,特に河床の局所洗掘に影響を及ぼすことが知られている.従来の水深積分モデルでは馬蹄渦を考慮するモデルはアドホック的なものを除いて提案されていなかたt.本研究では水深積分平面2次元モデルに馬蹄渦を考慮する新たな手法を提案した.(3)浅水格子乱流:透過型水制や植生周辺の流れ場,都市域への氾濫水の挙動などを単純化したモデルとして浅水格子乱流を取り上げ,その特性を実験と数値解析の両面から検討した.(4)水制を有する流れ場:水制周辺の3次元流れ構造と河床変動の数値解析モデルを提案した.本モデルを用いて,水制設置角度や水制間隔が河床変動に及ぼす影響を解明した.
Kai時計遺伝子の分子遺伝学的解析による概日振動の発生機構の解明

シアノバクテリアの概日振動は時計蛋白質KaiCによるkaiBCプロモーターのフィードバック制御を骨格として発生していると考えられている(Ishiura et al. 1998)。この様式は真核生物の時計モデルと共通であるが、これまでのところ、真核生物の様に時計遺伝子の上流領域に対するKaiCの特異的な制御は確認されていない。そこで、シアノバクテリアの概日システムの特徴を裏付けている機構を探るべく、解析を行ない、以下の結果を得た。1)KaiCの過剰発現はkaiBCプロモーターのみならずすべてのプロモーターのリズム成分だけを選択的に抑制する。2)kaiBC欠損株において、大腸菌由来のプロモーターによりkaiCBを発現させた場合でも、発現レベルを調整すると、ほぼ完全な概日振動を回復することが出来た。従って、シアノバクテリアではKaiCは遺伝子発現の包括的制御を行っており、細胞の遺伝子発現を包括的に制御するとともに、概日振動の発生を実現していると考えられる。これを裏付けるためシアノバクテリアのKaiC蛋白質の細胞内の時計蛋白質の分布を調べ、KaiC蛋白質は膜画分と核様体に多く存在することを明らかにし,さらにKaiCのDNA結合能についても詳細な生化学データが蓄積しつつある。1 KaiA,B,C蛋白質の生化学的機能KaiC蛋白のもつATP/GTP結合ドメインの活性を調査し、この活性の役割を理解することを試みた。まずKaiC蛋白のATP/GTP結合能を調査し、KaiC蛋白がATP/GTPと結合することを見出した。つぎに結合ドメインに変異を導入し、KaiC蛋白のATP/GTP結合能と概日リズムがともに大きく低下することを確認し、この結合活性がリズム発生に不可欠であることを示した。2他の時計要素の探索とその解析Kaiタンパク質と相互作用するタンパク質の同定するため、酵母のtwo-hybrid系を利用し,KaiCタンパク質と相互作用するタンパク質をコードする遺伝子sasAをクローニングした。この遺伝子は二成分情報伝達系のセンサーキナーゼをコードしており、その存在が概日振動の安定化と強さに不可欠であることを示した。さらにこの機能かKaiCとSasAの相互作用に起因していることを示した。3 KaiA,B,C蛋白質の動態時計遺伝子翻訳産物の経時変動の解析するためシアノバクテリア細胞内でKaiタンパク質の変動を調査した。その結果、各蛋白質はmRNAから8時間遅れた位相で振動し、さらにこれらの時計蛋白のリン酸化にもリズムがあることを見出した。リズム突然変異体ではこれらの時計蛋白のリン酸化もみだれており、時計蛋白のリン酸化がその機能に重要であることが確認された。4光による時計リセットメカニズム光信号によるkaiBC遺伝子の発現制御を調査し、その作用スペクトルから位相変位には光合成活性の低下が主要な要因であることを見出した。以上の成果はKaiC蛋白の生化学的機能が概日振動の特性を決定しており、その解析が生物時計機構の謎の解明につながることを期待させるものであった。我々は概日振動発生機構(基本振動)の解明をめざして、シアノバクテリアで生物発光を利用した実験系を利用して、時計遺伝子群kaiABCをクローニングし、その発現の自己制御が概日振動の骨格であることを示した。今年度はこのモデルを分子レベルで充実させ、その振動が概日時計の特性である安定した24時間の振動となることを生化学的に理解することをめざし、kai遺伝子の発現制御機構、Kai蛋白質の細胞内動態、Kai蛋白質の生化学的性質、あるいは振動を補佐する他の要素について解析し、以下の成果を得た。(1)KaiC蛋白質の振動とリン酸化。3つのKai蛋白質がmRNAのリズムに比べ8時間ほど遅れた位相で振動することを見出した。また、KaiC蛋白質は2つのバンド別れることから、KaiC蛋白質は細胞内でリン酸化されていることが示唆され、フォスファターゼの処理により高分子量のバンドが消失することが確認された。また、このリン酸化のレベルも概日振動を示し、概日振動の過程でKaiC蛋白質のリン酸化が重要であることが示唆された。さらに、いくつかの突然変異体ではこのリン酸化レベルの異常が確認された。(2)KaiAによるKaiCリン酸化の促進。一方KaiCはATPにより自己リン酸化されることを確認した。さらに自己リン酸化と細胞内でのリン酸化いずれもが、KaiAの共存により著しく促進されることを見いだした。これはKaiCによる振動活性化を示唆するものであり、今後のKai蛋白質による周期の決定機構の解析の糸口になると期待できる。(3)KaiCに結合するヒスチジンキナーゼSasAの解析を進め、SasA欠損株ではKaiCレベルが著しく低下し、概日振動は極めて弱くなることをみいだした。しかし、この状態でもリズムの周期の変更はマイナーなものであり、概日振動自体は成立していることが示された。これはSasAがKaiCの発現を強め、概日振動の安定化に貢献していることを示している。これまでの研究の結果、シアノバクテリアの概日時計はkai時計遺伝子の発現の自己制御で発生し、その特性は3つのKai蛋白質の生化学的性質によっておもに規定されていることが明らかとなっている。今年度はシアノバクテリアのkai遺伝子の発現の自己制御による振動が、安定した概日振動を実現しているメカニズムを理解するため、1)kai遺伝子の発現制御、2)Kai蛋白質の動態とその機能、3)概日振動の同調機構とおよび4)出力機構について解析を行った。その結果、

a)KaiC蛋白質によるゲノムワイドな発現制御、b)KaiA-KaiC相互作用とリン酸化の関連、c)Kai蛋白質のコンプレックスの実態の細胞内分布、d)KaiC蛋白質のリン酸化の解析、e)KaiC蛋白質と相互作用するあらたな時計関連分子、f)光入力系蛋白CikAのフィードバックへの関与などについて新たな知見を得ることが出き、シアノバクテリアの時計機構の理解を深めることが出来た。その成果は現在投稿準備中である。またKaiA-KaiCの相互作用領域の同定やKaiAへの変異導入による解析なども進め、論文を投稿中である。特定研究で概日振動の特性を実現させている分子的基礎について、KaiC蛋白質の集中的解析を目指したが、それぞれについて今年度の努力が着実に進展しており、来年度にはこれらの解析の結果の統合的理解を目指したい。シアノバクテリアの概日振動は時計蛋白質KaiCによるkaiBCプロモーターのフィードバック制御を骨格として発生していると考えられている(Ishiura et al. 1998)。この様式は真核生物の時計モデルと共通であるが、これまでのところ、真核生物の様に時計遺伝子の上流領域に対するKaiCの特異的な制御は確認されていない。そこで、シアノバクテリアの概日システムの特徴を裏付けている機構を探るべく、解析を行ない、以下の結果を得た。1)KaiCの過剰発現はkaiBCプロモーターのみならずすべてのプロモーターのリズム成分だけを選択的に抑制する。2)kaiBC欠損株において、大腸菌由来のプロモーターによりkaiCBを発現させた場合でも、発現レベルを調整すると、ほぼ完全な概日振動を回復することが出来た。従って、シアノバクテリアではKaiCは遺伝子発現の包括的制御を行っており、細胞の遺伝子発現を包括的に制御するとともに、概日振動の発生を実現していると考えられる。これを裏付けるためシアノバクテリアのKaiC蛋白質の細胞内の時計蛋白質の分布を調べ、KaiC蛋白質は膜画分と核様体に多く存在することを明らかにし,さらにKaiCのDNA結合能についても詳細な生化学データが蓄積しつつある。
アメリカ大陸を中心としたがん研究先進グループとの研究交流

本研究は、世界的に激しい研究競争を繰り広げているがん研究において、地理的に隔離されている我が国の研究者を、米国大陸に派遣し、先進研究グループとの直接の討論、情報交換、資料交換および共同研究の打ち合せなどを行うことにある。研究領域として、1.がん遺伝子およびがん抑制遺伝子に関する研究2.ウイルスによるヒトがんの研究3.発がんの促進と抑制に関する研究4.新しい診断技術及び治療法の開発に大別し、毎年各領域から25人を派遣した。本年度は、19名ががん遺伝子研究集会、がん細胞研究集会、細胞DNA複製研究集会、パピローマウイルスワークショップ、エイズおよびヒトT細胞白血病ウイルス研究集会、ゼネラルモーターズがん研究基金国際シンポジウム、DNA型腫瘍ウイルス会議、キ-ストンシンポジウム、アメリカ癌学会特別コンファレンス、国際肺がん学会ワークショップ、アメリカ生化学・分子生物学・免疫学会合同学会に出席するとともに大学・研究所を訪問した。研究成果は多岐にわたるが、がん遺伝子およびがん抑制遺伝子に関する研究においては、米国フレデリックで開かれるがん遺伝子の年会議が世界のがん遺伝子研究のその年までの集大成の発表・討議の場であり、この補助金により3名が出席・講演・討議を行い、派遣研究者の各専門領域における情報交換を行った。その他、多くの研究集会において、がん遺伝子およびがん抑制遺伝子に関する情報交換を活発に行った。ウイルスによるヒトがんの研究領域においては、ヒト白血病ウイルス、ポリオーマウイルス、ヒトパピローマウイルスなどの領域において情報交換を行った。発がんの促進及び抑制に関する領域においては、発がんプロモーター、がん抑制遺伝子、細胞増殖因子、発がん物質、遺伝子ターゲッテングの研究の領域の情報交換を行った。診断法及び治療法の領域においては、抗がん剤耐性因子、放射線治療、遺伝子治療疫学などの領域で情報交換を行った。地理的に情報が遅れる我が国において、先進研究を行っている研究者ほど強く情報の遅れを感じる。また外国と共同研究を行っている、あるいは共同研究を開始しようとしているグループは、細やかな討論と研究打ち合せが必要である。研究資料の交換も、直接現場で受け取らないとスムーズにいかないことが少なくない。これらの意味でこの研究費は分担研究者及びその周囲の研究者の発展に大きく寄与したことが代表者への研究報告の中に明らかにされている。また一方的に情報を受け取るだけでなく、明らかに、こちらから外国側への情報を与えることも多く、世界的な研究の発展への寄与も少なくない。個々の研究成果については、各分担研究者、それぞれが、成果を学会誌等に発表している他、一部はがん・バイオサイエンスニュースにトピックとして情報を公開した。本研究において、北米を中心とした研究集会への参加および研究室訪問による、研究者との直接の交流により、がん研究先進グル-プと研究成果や手法に関する情報交換を行うとともに、適切な課題については共同研究の推進を図った。メリ-ランド州フレデリックで毎夏開催されるオンコジ-ン研究集会は、発がん機構の遺伝子レベル・分子レベルの毎年の成果が公表される。これを発がん機構研究における研究の動向を把握する場として、また情報交換の場として最重要な研究集会と考え、毎年この班から派遣を続けている。

今年は研究領域の異なる山本、伊庭、平井、藤澤を派遣した。ニュ-ヨ-ク州、コ-ルドスプリングハ-バ-研究所において、毎年定期的に行われているがん細胞研究集会の今年のテ-マは、有核細胞の転写調節であった。この集会には、山口、佐竹、清木が参加した。山口は引き続いて同研究所で行われた有核細胞のDNA複製研究集会にも参加した。細胞増殖を抑制的に調節する機構は、がん、分化、老化との関連で、最近大きな注目を集めている領域である。このテ-マで開かれた米国がん学会研究集会(マサチュ-セッツ州、Chatham)に秋山、石崎を派遣した。安本はパピロ-マウイルス研究領域で毎年開催されているワ-クショップ(シアトル)に参加、菊池は低分子GTP結合蛋白の研究集会(ニュ-ヨ-ク州、バ-モンド)に参加した。研究集会を目的としなかった班員もいたが、各班員は研究集会において、さらには密接に関連する研究室を訪問して、情報交換、共同研究の打ち合わせ、研究材料の交換などを活発に行った。なお研究協力者として、中嶋弘一(阪大・バイオメデイカル研究センタ-)および増井徹(癌研)をそれぞれ専門の研究集会および研究室訪問の目的で派遣した。本研究において、アメリカ合衆国を中心とした研究集会への参加および研究室訪問による、研究者との直接の交流により、がん研究先進グループと研究成果や手法に関する情報交換を行うとともに、適切な課題については共同研究の推進を図った。メリーランド州フレデリックで毎夏開催されるオンコジーン研究集会は、発がん機構の遺伝子レベル・分子レベルの毎年の成果が発表される。これを発がん機構研究における研究の動向を把握する場として、また情報交換の場として最重要な研究集会と考え、毎年この班から派遣を続けている。今年は渋谷、藤澤および平井を派遣した。ニューヨーク州、コールドスプリングハーバー研究所において、毎年定期的に行われているDNA型腫瘍ウイルス研究集会には、伊藤を派遣した。発がん機講に関する他の領域の情報交換には、サイトカイン系のシグナル伝達に関し、菅村、田中を、細胞周期に働く遺伝子に関して森井を、放射線発がんに関し武部を派遣しそれぞれの領域の国際研究集会に参加させた。また、染色体上のがん遺伝子のmappingに関し、今井、阿部を派遣した。発がんの環境要因に関しては、加藤を胃がんと好気性菌Hericobacter pyroriとの関連、根本を職業がんの情報収集に派遣した。癌の免疫学的診断法の領域には須川をモノクローナル抗体を用いた細胞診に関し、また小幡を腫瘍免疫の基礎研究に関する情報交換に派遣した。癌の放射線治療に関しては、内海を派遣した。
サブバンド間遷移の超高速光非線形性を集積化した全光信号処理デバイスに関する研究

本研究では、InGaAs/AlAsSb量子井戸におけるサブバンド間遷移(ISBT)に起因する超高速位相変調効果を用いた全光ゲートスイッチの研究開発を行っている。特に、超高速光位相変調効果が発現する光非線形光導波路と干渉計光回路などのパッシブな光回路を高光結合効率をもたせて集積化して、従来型と比較して小型かつ低エネルギー動作が可能な光ゲートスイッチデバイスを実現することを計画している。さらに集積型光スイッチを用いた超高速光信号処理動作の実証を計画している。このような小型光スイッチデバイス実現に向けて各種の集積化の要素技術を開発する必要がある。平成27年度は、これまでハイブリッド集積化研究で開発してきたSi導波路等およびSiNのパッシブ部の要素技術を利用してセンシング等、光機能の高度化へ向けた光集積回路の応用研究を行った。TE/TMの両偏波を用いるISBT非線形導波路と干渉計等のSi導波路光集積回路とのハイブリッド集積化において、必要となるSi導波路偏波スプリッターを開発した。具体的には方向性結合器の結合部分を非対称スロット導波路とする新たな構造を提案し、その基本動作を実証した。SiN導波路による光集積回路の応用を実証した。すなわちリング共振器を用いた高Q値屈折率センサーを開発した。導波路をペデスタル構造とすることにより、検出対象の液体と導波路もれ光との相互作用を増強し、感度を上げることに成功した。247nm/RIU(Refractive Index Unit)と比較的大きな検出感度が得られた。以上の成果は、国際誌2件において発表した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、InGaAs/AIAsSb量子井戸におけるサフバンド間遷移(ISBT)に起囚する超局速位相変調効果を用いた全光ゲートスイッチの研究開発を行っている。特に、超高速光位相変調効果が発現する光非線形光導波路と干渉計光回路などのパッシブな光回路を高効率に集積化して、従来型と比較して小型かつ低エネルギー動作が可能な光ゲートスイッチデバイスを実現することを計画している。平成25年度は、窒化シリコン(SiN)を用いたパッシブ導波路とISBT光非線形導波路を垂直方向に積層して集積化したマッハツェンダー型ISBT光スイッチ構造を実現するための要素技術として、SiN導波路偏波スプリッターの開発を行った。ISBT光スイッチにおいては、信号光と制御光としてそれぞれTE偏波とTM偏波が用いられるため、SiN導波路光回路を介してTE信号光とTM制御光を合波し、これらの光をISBT光非線形導波路へ結合させるための偏波スプリッターが必要となる。積層方向に光結合した3次元型の方向性結合器による偏波スプリッターを開発した。1層目のSiN導波路層を作製した後、導波路をSiO2でカバーし、CMP研磨によりSiO2表面を平坦化した。その後、研磨表面の粗さを除去するために、レジストを塗布して再度平坦化しドライエッチングを施した。SiO2とレジストのドライエッチング時の選択比が1:1であることを利用して、微視的に平坦な表面を得ることに成功した。これにより表面粗さによる光損失の抑制した第二層目のSiN導波路を形成することが可能となった。1535-1565nmの波長範囲で、16dB以上の偏波消光比を得た。平成26年度は、昨年度に引き続き、窒化シリコン(SiN)を用いたパッシブ導波路とISBT光非線形導波路を垂直方向に積層して集積化した光スイッチ構造を実現するための要素技術として、SiN積層型マイクロディスク共振器の設計と試作を行った。バス導波路とマイクロディスクを積層方向に光結合した新規の構造を作製することに成功した。共振器の特性として、Q値が10000以上、消光比20dB以上の性能を実現した。さらに二つのディスク共振器を縦方向にカスケード結合した構造を作製し、波長フィルターとしての特性(バスバンドのフラット性、フィルタエッジの急峻性、消光比)を改善することが可能であることを実証した。一方、超高速全光論理演算回路の実現に向けて、これまで開発したマイケルソン干渉計型光スイッチを全光論理ゲート素子として動作することを実証した。10Gb/sのRZ信号光AとBを素子の干渉計各アームに入力すると、各アームにBPSK(Binary Phase Shift Keying)信号が発生する。このBPSK信号の干渉条件を調整することにより、入力した2つの信号に対して排他的OR(XOR)、論理和(AND)の出力光動作が可能であることを実証した。本研究では、InGaAs/AlAsSb

量子井戸におけるサブバンド間遷移(ISBT)に起因する超高速位相変調効果を用いた全光ゲートスイッチの研究開発を行っている。特に、超高速光位相変調効果が発現する光非線形光導波路と干渉計光回路などのパッシブな光回路を高光結合効率をもたせて集積化して、従来型と比較して小型かつ低エネルギー動作が可能な光ゲートスイッチデバイスを実現することを計画している。さらに集積型光スイッチを用いた超高速光信号処理動作の実証を計画している。このような小型光スイッチデバイス実現に向けて各種の集積化の要素技術を開発する必要がある。平成27年度は、これまでハイブリッド集積化研究で開発してきたSi導波路等およびSiNのパッシブ部の要素技術を利用してセンシング等、光機能の高度化へ向けた光集積回路の応用研究を行った。TE/TMの両偏波を用いるISBT非線形導波路と干渉計等のSi導波路光集積回路とのハイブリッド集積化において、必要となるSi導波路偏波スプリッターを開発した。具体的には方向性結合器の結合部分を非対称スロット導波路とする新たな構造を提案し、その基本動作を実証した。SiN導波路による光集積回路の応用を実証した。すなわちリング共振器を用いた高Q値屈折率センサーを開発した。導波路をペデスタル構造とすることにより、検出対象の液体と導波路もれ光との相互作用を増強し、感度を上げることに成功した。247nm/RIU(Refractive Index Unit)と比較的大きな検出感度が得られた。以上の成果は、国際誌2件において発表した。ISBT光非線形導波路を垂直方向に積層して集積化したISBT光スイッチ構造を実現するための要素技術として、SiN導波路ディスクフィルターの開発や超高速論理演算処理の実証に成功したことより、計画はおおむね順調に進捗している。27年度が最終年度であるため、記入しない。おおむね順調に進捗しており、今後も計画通り行う。ISBT光非線形導波路を垂直方向に積層して集積化したマッハツェンダー型ISBT光スイッチ構造を実現するための要素技術として、SiN導波路偏波スプリッターの開発に成功しており、計画はおおむね順調に進捗している。
Tecキナーゼのシングル伝達

Tecキナーゼは造血前駆細胞に広く発現し、これまでサイトカインおよびリンパ球表面抗原刺激など数多くの増殖刺激に反応してそのキナーゼ活性が誘導されることが示されてきた。そのため本キナーゼは骨髄系細胞およびリンパ球系細胞の増殖分化に深く関与することが予想された。本研究計画において我々はTecキナーゼの具体的な機能を明らかにするぺく、その下流に働く機能分子の同定を酵母のtwo-hybrid法を用いて試みた。その結果新規ドッキング蛋白質BRDG1を初めとして複数の下流分子を同定する事に成功した。BRDG1はプレックストリンホモロジードメインを1ヶ有する新規機能分子であり、Tecによって細胞内で著明にチロシンリン酸化された。またBRDG1はBリンパ球に発現が豊富でありBリンパ球表面受容体刺激によってチロシンリン酸化されることよりBリンパ球内での新規シグナル伝達分子であると考えられた。さらに我々はTecの生体内での機能を明らかにするべくtec遺伝子破壊マウスを作成した。本マウスをTecキナーゼファミリーに属する他のメンパーであるbtk遺伝子の破壊マウスと交配させたところBリンパ球成熟が完全に阻害された。従ってTecファミリーキナーゼは少なくともBリンパ球の発達に必須の機能を有すると考えられた。またTecは細胞内低分子量G蛋白質であるRhoAの活性化を誘導可能であり、細胞の骨格制御にも関わることが明らかになった。
近世広島藩領における山林利用の実態的研究

近世の瀬戸内地域では,諸産業の発達と激しい人口増加のなかで収奪的な林野利用が展開し,段々畑が開かれるとともに白砂青松と呼ばれる景観がもたらされたといわれている。しかし当時の林野植生の状況が実際どうであったかはほとんど明らかでない。本研究は,広島藩が領内村々に作成させた享保11年(1726)の山帳(御建山御留山野山腰林帳)を分析して当時の林野植生をまずは復元しようとするもので,この3年間に安芸郡2カ村,賀茂郡36カ村,豊田郡86カ村の山帳のデータをパソコンに入力し分析した。その結果,豊田郡の場合,1カ村平均の林野面積では内陸部から島嶼部に向かうほどその総面積が小さくなること。種類別の内訳では藩の強い規制下にある御建山や村の草刈り場である野山の面積が島嶼部に向かうほど小さくなり,逆に農民の個別所持になる腰林が相対的に大きな面積を占めるに至ること。しかも腰林の植生では,内陸部でなお豊かな松植生を維持しているが沿海部に至るにつれて漸移的に貧弱になり,島嶼部ではそのほとんどが小松程度になっているなど,その地域的特色が明瞭となった。一方賀茂郡の場合,林野面積や種類別では豊田郡と異なり内陸部と沿海部に差がなくむしろ内陸性が強いこと。腰林の植生では,沿海部は豊田郡同様に貧弱であるが,内陸部から漸移的に移行するのではなく内陸に入ると様相が一変するなど,沿海部と内陸部が分断されている賀茂郡の地勢的特徴と合致することなどが判明した。これらは水運の利便性を背景とした燃料需要の大きさを示すとともに,藩においてもそのような生活実態に合わせた林野の種別設定を行っていたことをうかがわせるものである。成果は別掲のように論文等で発表した。しかし当時の林野植生の状況が実際どうであったかということになるとほとんど明らかでない。本研究は,広島藩が領内村々に作成させた享保11年(1726)の山帳(御建山御留山野山腰林帳)を分析して当時の林野植生を復元しようとするもので,本年度は安芸郡と賀茂郡40カ村分の山帳をパソコンに入力して分析を行った。その結果,瀬戸内沿海の両郡ではすでに松中心の植生へおしなべて特化し,その松も小松や樹高の低いものが中心となっていること,なかでも沿岸の村々,特に島嶼部では内陸部に比して小松や樹高の低い松林の比率が高く,盛んに伐採されていたことが明らかになった。これは,城下町・塩田等への燃料供給が,まずは海運利用など輸送の便から沿岸・島嶼部の村々に集中していたことを示しており,それが村々の林野植生の面からも証明されたわけである。島嶼部ではこののち段々畑の開墾が激しく進んで行くが,その前夜の姿をも示している。上記成果の一部は,賀茂郡の5カ村・安芸郡の2カ村を取り上げてすでに論文として発表しているが,今後とも引き続き入力ずみのデータを検討するとともに豊田郡の事例も分析し,客観的・数量的な資料によってまずは江戸時代中期の姿を復元し,地域の自然的・社会的条件との関連で村々の林野植生のあり方を理解できるよう努める予定である。近世の瀬戸内地域では,諸産業の発達と激しい人口増加のなかで収奪的な林野利用が展開し,段々畠が開かれるとともに白砂青松と呼ばれる景観がもたらされたといわれている。

しかし当時の林野植生の状況が実際どうであったかということになるとほとんど明かでない。本研究では広島藩が領内村々に作成させた享保11年(1726)の山帳(御建山御留山野山腰林帳)を分析して当時の林野植生を復元しようとするものである。本年度は豊田郡86カ村分の山帳をパソコンに入力して分析を行った。これによって沼田川流域を中心とした内陸部から沿岸島嶼部に至るまでを面として把握することができた。その結果,例えば1カ村平均の林野面積では島嶼部に向かうほどその総面積が小さくなり,内訳では藩の強い管理下にある御建山や村の草刈り場である野山の面積が小さくなって農民の個別的所持になる腰林が相対的に大きな面積を占めるに至ること。しかも腰林の植生では内陸部でなお豊かな松植生を維持しているが,島嶼部ではそのほとんどが小松程度になっているなどその地域的特色が明瞭となった。これらは水運の利便性を背景とした燃料需要の大きさを示すとともに,藩においてもそのような生活実態に合わせた林野の種別設定を行っていたことをうかがわせるものである。上記の成果を踏まえ,昨年度に入力を終えていた賀茂郡36カ村についても再整理し,あわせて論文として発表した。近世の瀬戸内地域では,諸産業の発達と激しい人口増加のなかで収奪的な林野利用が展開し,段々畑が開かれるとともに白砂青松と呼ばれる景観がもたらされたといわれている。しかし当時の林野植生の状況が実際どうであったかということになるとほとんど明らかでない。本研究は,広島藩が領内村々に作成させた享保11年(1726)の山帳(御建山御留山野山腰林帳)を分析して当時の林野植生をまずは復元しようとするものである。本年度は,平成11年度の安芸郡と賀茂郡40カ村分の山帳,平成12年度の豊田郡86カ村分の山帳のパソコンヘの入力に基づき引き続き分析を行った。両年度ともすでにその分析結果の一部は論文二つに分けて発表している。しかし,平成11・12年度の作業では,腰林の植生について村単位にその地域的特徴を対比することに重点をおいていた。したがって村内階層別に植生のあり方を分析する作業は平成11年度の安芸郡2カ村・賀茂郡5カ村にとどまっていた。本年度は,賀茂郡の残りの31カ村についての作業を進め,ようやく必要な整理を終えたところである。これによって腰林の植生のあり方を村の構造の中に位置づけたうえでその相違を改めて地域的背景において論じることが可能になる。また本年度は,これまでの研究成果を発表し,その内容を見直すことにも留意した。『瀬戸内諸島と海の道』掲載の「島の暮らしと景観」などの執筆,地方史研究協議会大会での報告「広島藩沿海部における林野の利用とその『植生』」もその一環である。後者については上記の作業にもとづいて引き続き論文としてまとめる予定である。
ラット顎下腺発癌とヒト唾液腺腫瘍における遺伝子発現の変化

ラット顎下腺発癌実験験系を用いたRT-PCR-SSCP法による検索において、DMBA埋入後3週および4週ではH-rasの変異バンドを認めなかったが、DMBA埋入後5週では15標本中1例、16週では5例、9週では13例、12週では15例すべてに変異バンドを認めた。変異バンドの塩基配列を解析した結果、H-rasのエクソン1コドン12のGGAがGAAに変化し、その結果、アミノ酸配列がグリシンからグルタミンに変化していることが証明できた。さらに組織学的、免疫組織化学的変化との検討により、この変化が組織の悪性化に関与するのではないかと考えられた。また、同実験系において筋上皮のマーカーとなるカルポニン(Cal)を用いた免疫組織化学的検索を行い、扁平上皮癌の様相を示す部分では陰性であるが、導管様構造を呈する腫瘍胞巣の最外層にCal陽性細胞を認め、筋上皮様腫瘍細胞形成が腫瘍の腺管状構造の形成に重要な役割を果たすものと考えられた。臨床材料における研究では、正常唾液腺と閉塞性唾液腺炎におけるCalとメタルチオネイン(MT)の局在を検討し報告した。正常ではCalは筋上皮に、MTは導管基底細胞に局在した。導管の閉塞により発生する反応性筋上皮様細胞や導管様構造の外周細胞はCal、MTの両者に陽性を示し、反応性筋上皮様細胞は正常な筋上皮細胞と導管基底細胞の両者の性格を併せ持つと考えられた。また、DNA array法を導入し、閉塞性唾液腺炎、多形性腺腫および嚢胞状腺腫について1185種の癌関連遺伝子のmRNAの発現量を比較検討した。唾液腺腫瘍においては核内転写因子やアポトーシス防御因子のmRNAの過剰発現を認め、閉塞性病変では免疫グロブリンの各種構成要素や血小板由来成長因子などのmRNAの過剰発現を認めた。今後、検索症例数を増やし、これらの遺伝子発現が唾液腺腫瘍の発生、増殖や閉塞性病変の導管様構造物の増殖にどのようにかかわっていくのかを検討していく予定である。ラット顎下腺腺体内に1%DMBA/オリーブ油溶液を含ませたスポンジ片を埋入して作成した顎下腺癌を用い、Ha-rasの変異をPCR-SSCP法により検索した。正常ラット顎下腺では変異バンドは認められず、発癌剤埋入後12週を経過し形成された腺扁平上皮癌においては変異バンドを認めた。現在、その変異バンドより抽出したPCR産物の塩基配列を解析中である。臨床標本における検索では、筋上皮細胞のマーカーであるカルポニン(CAL)と導管基底細胞のマーカーであるメタルチオネイン(MT)を用い、閉塞性唾液腺炎について免疫組織化学的に検討した。その結果、閉塞性変化を被った筋上皮細胞と導管様構造物の基底側細胞はCAL、MTの両者に陽性を示し、さらにこれらの細胞の増殖能が亢進することが判明し、これらの結果より筋上皮細胞や導管基底細胞が閉塞性変化を被ることで幼弱化することが示唆され、これをActa Histochem Cytochemに報告した。また、左側口蓋に発生した比較的大きな多形性低悪性度

腺癌の症例を経験し、その腫瘍細胞においてS100蛋白、KL1ケラチン、上皮膜抗原(EMA)、癌胎児性抗原(CEA)、bcl2癌抑制遺伝子産物の発現が免疫組織化学的に認められるが、c-erbB-2およびK-rasの再構成や増幅を認めず、p53のエクソン5、6、7、8における変異は認められないことを岐阜歯科学会誌に報告した。ラット顎下腺発癌実験験系を用いたRT-PCR法による検索において、正常顎下腺および発癌実験の全期間を通じての病変におけるH-ras mRNAの発現が確認された。これらのRT-PCR法によって得られたDNA断片を用いてSSCP法により正常顎下腺の泳動結果を基準にして、DMBA埋入後3、4、5、6、9および12週の泳動結果を比較した。その結果、DMBA埋入後3週および4週では変異バンドを認めなかった。しかし、DMBA埋入後5週では15標本中1例、6週では5例、9週では13例、12週では15例すべてにH-rasの変異バンドを認めた。変異を示したバンドをポリアクリルアミドゲルより切り出し、再度PCR法により増幅した産物をオートシークエンサーにより解析した結果、H-rassのエクソン1コドン12のGGAがGAAに変化しており、その結果アミノ酸配列がグリシンからグルタミンに変化しての変異が現れ、この変化が組織の悪性化に関与するのではないかと考えられた。また、同じ発癌実験系において筋上皮のマーカーとなるカルポニンを用いた免疫組織化学的検索を行い発癌過程における筋上皮細胞の関与を検討した。その結果、導管様構造を呈する腫瘍胞巣の最外層にカルポニン陽性細胞を認め、筋上皮様腫瘍細胞形成が腫瘍の腺管状構造の形成に重要な役割を果たすのであろうとの結論を得た。臨床材料における研究では、DNA array法を導入し、閉塞性唾液腺炎、多形性腺腫および嚢胞状腺腫について1185種の癌関連遺伝子のmRNAの発現量を比較検討した。唾液腺腫瘍においては核内転写因子やアポトーシス防御因子のmRNAの過剰発現を認め、閉塞性病変では免疫グロブリンの各種構成要素や血小板由来成長因子などのmRNAの過剰発現を認めた。今後、検索症例数を増やし、これらの遺伝子発現が唾液腺腫瘍の発生、増殖や閉塞性病変の導管様構造物の増殖にどのようにかかわっていくのかを詳細に検討していく予定である。