hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マウス胚ノードにおける初期左右軸形成の分子機構の解析

マウス初期胚のノード辺縁で発現する左右軸関連遺伝子は胚体制を制御するシステムと関連し、例えば、Wnt3aは胚後方で持続発現することで体節形成、左右軸形成、体軸伸長を制御する。本年度は、胚体制と左右軸の連携についての知見を得るため、Wnt3a発現のエンハンサー領域を解析すると共にChIP-Atlasの更新とその活用を図った。・ChIP-seqデータは研究者によってSequence Read Archivesの形式で随時、公共データベースに登録される。ChIP-Atlasに集録された情報を最新に保つため、定期的にすべての新規登録SRAを取得し、これを適切に処理してChIP-Atlasに組み込んだ。このような地道な更新の結果、ChIP-Atlasは既に1800人以上の利用者による月5万ページ以上の閲覧があり、ChIP-Atlasを活用した論文も発表されるようになった。有用なデータベースとして、ChIP-Atlasは世界的な信頼を獲得したと考えられる。・Wnt3aの様々なゲノム断片をレポーター遺伝子LacZと連結したコンストラクトを作成し、受精卵にインジェクションした後に雌マウスに卵管移植することで発生させた。E8.5における胚後方のX-gal染色でエンハンサー活性を評価し、エンハンサー活性を保有するゲノム断片を得た。この断片を欠失させ突然変異を導入することで、エンハンサー活性を担う配列を同定することができた。Wnt3aエンハンサーをChIP-Atlasで解析したところ、胚後方で発現する転写因子の結合は既存のデータには含まれておらず、この配列のウェットによる更なる解析と共にChIP-Atlasの持続的な更新の必要性が確認された。マウス初期胚に出現するノードは左右軸の形成装置として機能する。この機能は時空間的な位置情報と近隣組織との相互作用に依存しており、ノードを胚体制と関連づけることは左右軸形成を理解する上で重要な視点である。本研究では、ノードや左右軸形成に必要なNodalシグナルの遺伝子発現制御機構、及びノード近傍の左右軸関連遺伝子の発現に必要なWnt3aの発現制御機構を解析した。また、これらの解析を進めるツールとしてSraTailorとChIP-Atlasを開発した。ChIP-AtlasはすべてのChIP-seqデータをIGVゲノムブラウザ上で閲覧できる統合データベースである。本研究では左右軸形成における遺伝子発現制御を解明することを目的としているが、SraTailorの開発によって、自前のChIP-seqデータの解析や既知の情報収集が飛躍的に容易になった。実験による初期左右軸形成機構の解析を推進していく。ChIP-Atlasの機能拡充を図ることができたので、これを活用してウェットの実験を効率良く進めて行きたい。
看護教育における遺伝医学カリキュラム導入に関する研究

遺伝医療においては、遺伝子診断が可能となっても、治療法が確立されていない疾患がある。遺伝子診断によって患者は、疾病に罹患する予測が立ち、それによる就職や、保険加入時による不利益が起こることが危惧されている。新しい医療技術の発展に伴い、医療現場でも、新たに様々な問題が生じるであろう。入院患者と多くの時間を共有する看護師が、遺伝に関する理解を高め、患者をどのように擁護するかは、今後の遺伝医療の発展の中で重要な鍵となる。患者の療養に関する援助を行うためには、遺伝に関する知識が不可欠なものとなる。現在、癌など、臨床現場の病名告知は、告知前に患者家族と相談して本人へ伝えることが多い。しかしながら遺伝子疾患に関連する告知は、本人だけでなく、その家族の病名診断となりうる。また、家族は、法的な家族であっても、生物学的な家族とは限らない。家族関係の告知ともなりうる。このような医療の進歩の中で、看護は、ケアの倫理を基盤とした患者支援が益々重要となる。本研究は、看護教育において、遺伝医学をどのように導入するかを明らかにすることを目的とした。特に、遺伝医療の発展と疾患に伴う社会的問題、看護の役割について文献レビューおよび国内外の調査により、検討した。その結果、今後の看護基礎教育においては、遺伝に対する理解と、偶発的危機状況にある人々を支援するための看護を構築していくことが必要であることが明らかになった。これらの背景から、看護の遺伝学の基盤となる教育としては、(1)分子生物学の基礎、(2)遺伝と疾患;ゲノムプロジェクトからポストゲノムの時代へ、(3)人々の多様性の意義(生物として、社会として)、(4)集団遺伝学、(5)環境と遺伝、(6)危機理論・危機介入、(7)患者・家族の支援、(8)遺伝と倫理、(9)遺伝看護学の可能性と課題に関する内容が必要と示唆された。本年度は、遺伝医学セミナー(日本人類遺伝学会主催)と、米国で開催されたNational Society of Genetic Counselorの教育カンファレンスに参加した。また、米国の遺伝看護に関する調査では、ボストン総合病院に勤める遺伝看護婦や遺伝看護学を専攻している看護婦にインタビューを行った。患者のニードに即した援助を分析するために、マーケテングやゲーム理論といった分野の講座に参加した。遺伝医療といった新しい科学の進歩は、看護そのものの意義を見つめる機会となる。新しい治療法を確立していくためには、診療時の看護の確実性も高めていく必要がある。看護は、患者が安全に治療が受けることができるような援助をアセスメントするということには変わりがないが、このために分子レベルでの理解も必須となってきている。長期間の療養生活への援助は、患者のもつ能力が発揮できるように環境を整えるといった看護の基本にも変わりがないが、日常生活に生じる問題は、家族も環境要因や遺伝要因を共有しており、いくつかの要素が複雑に絡み合ってくる。患者と家族の意思が対立することも考えられる。このためには、患者および家族への支援と生活支援や権利擁護に関する看護の専門性が問われてくる。また、遺伝子診断技術の進歩は、自己の将来の疾患予測が可能となることへの安否が問われている。遺伝子診断により、明らかにされた発病の可能性を抱きながら生活を行う人々に対して、生と死に関する心のケアも一層必要となる。遺伝に関する最新の知見や臨床応用が活発に論議されるようになってきた。このような変化の中で今後の看護教育は、患者の日常生活に即した患者中心の教育を行うことに加えて、(1)遺伝医療に関する理解、(2)診療時の看護の確実性、(3)こころと生活支援、権利擁護に関する看護の専門性の追求により、新たな医療を支える質の高いケアを構築していかなければならない。このために次年度は、患者が遺伝看護に関して何を望んでいるのかという患者のニードに即した、遺伝看護教育を考察する。これらの背景から、看護の遺伝学の基盤となる教育としては、(1)分子生物学の基礎、(2)遺伝と疾患;ゲノムプロジェクトからポストゲノムの時代へ、

(3)人々の多様性の意義(生物として、社会として)、(4)集団遺伝学、(5)環境と遺伝、(6)危機理論・危機介入、(7)患者・家族の支援、(8)遺伝と倫理、(9)遺伝看護学の可能性と課題に関する内容が必要と示唆された。
SFN, IGBP1に着目した肺腺癌発生の分子基盤の解明

肺腺癌の初期悪性化に関与するSFNやIGBP1の役割を解析した。IGBP1の発現をコントロールするmiR群を同定した。A549を用いた遺伝子導入実験でmiR-34b, miR-138, miR-3941がA549の増殖を抑制することがわかった。SFNshRNA遺伝子移入A549をSCIDマウスに移植すると、shSFNA549を移植したマウスは腫瘍形成や転移が抑制された。次にSFN遺伝子を組み込んだベクターを作製しTGマウスを作製した。このTGマウスを用いて化学発がん実験を行うとTGマウスでは有意に腫瘍形成能が上昇した。以上より、SFNは肺腺癌の初期の「がん遺伝子」と言えることがわかった。Stratifin (SFN)の肺腺癌発生における役割の解析について、SFN遺伝子をSP-Cプロモーター下に導入した発現ベクターを作製してICRマウスを用いたトランスジェニック(TG)マウスを作製した。このTGマウスを用いてNNKによる化学発がん実験を開始した。現在、雄雌それぞれ30匹、29匹にNNKの投与を終え、経過観察中である。また、A549細胞にFlagタグを付けたSFN発現ベクターを導入しSFNを強制発現させ、その細胞から抽出した蛋白をサンプルとし、抗Flagタグ抗体を用いたpull down assayおよびLC/MSMS解析を行い、計24個のSFNに特異的に結合する蛋白を得た。この中から細胞周期のS期に関与する蛋白としてSKP1を選択した。SKPはCullin1あるいはF-boxと結合することでSCF complexを形成し、cyclin E1等増殖関連蛋白の活性を阻害する。SFNはSKP1に結合する事によってSCF complexの活性を阻害し、リン酸化cyclin E1の活性を維持することが考えられた。IGBP1についてはMicroRNA arrayあるいはTarget Scanを用いた解析で6つのMicroRNA (miR)が選択された。これらのmiRは上皮内腺癌でもその発現が低下している事を明らかにした。またこれらのmiRをA549あるいはPCー9に遺伝子導入し、IGBP1の発現を解析すると、miR-34b, miR-1909, miR-3941の3つがIGBP1の発現を低下させる事がわかった。今後luciferase assayを用いてこらら3つのmiRが直接IGBP1の発現のコントロールを行っているかどうかを検証していく。1SFNが腫瘍の形成能に影響を及ぼすかどうかを明らかにするために肺腺癌細胞株A549にshSFNを遺伝子移入し2種類のSFN発現を抑制した細胞株A549-shSFN#1とA549shSFN#2を作成し、それぞれをSCIDマウスに経気道的に移植した。コントロールのA549に比べて549-shSFN#1とA549shSFN#2では腫瘍の発生が有意に抑制された。2SFNがマウス肺腺腫発生に及ぼす影響を明らかにするためにSPCのプロモーターの下流にSFN遺伝子を組み込んだ発現ベクターを作成し、これを用いてトランスジェニックマウスを作成した。NNKを用いた化学発がん実験を行うとTg-SPC-SFN+/-はコントロールマウスに比べて有意に多くの腺腫を形成した。3IGBP1の発現抑制に関与する特異的miRを同定するためにTargetScanを用いてIGBP1に結合する可能性のあるmiRをweb上で検索し、かつmicroRNA arrayを用いて実際のIGBP1に結合するmiRを網羅的に検索した。2つの検索方法で6つのmiRが共通して同定された。これらのmiRはIGBP1を高発現している進行肺腺癌で正常肺よりもその発現が全てのmiRにおいて抑制されていた。また、6個のmiRのうちの一つであるmiR-34bの発現を8例の上皮内肺腺癌を用いて解析すると、全ての症例においてmiR-34bの発現は低下していた。43で同定された6つのmiRが直接的にIGBP1の発現をコントロールしているかどうかを明らかにするためにルシフェラーゼレポーターアッセイを行うことを計画した。まず、pGL3-Promoter Vectorを用いて同定された6種のmiR結合領域と考えられる核酸配列をルシフェラーゼの上流に組み込む作業中で、現在目的の核酸配列が正確に組み込まれたことを確認中である。肺腺癌の発がんとその初期悪性化の分子基盤を解析するためにSFNおよびIGBP1に着目して研究を行った。我々はA/Jマウスを用いた肺腺癌の化学発癌実験で腫瘍発生前の肺組織でコントロール肺に比べて発現が亢進する遺伝子としてLactoferrinを同定した。このlactoferrinに特異的に結合するタンパクとして同定されたのがIGBP1である。我々が明らかにしたIGBP1の発現をコントロールするmiR群がIGBP1のプロモーター領域に結合してその発現を抑制しているのかを証明するためにルシフェラーゼ解析を行うこととしたが研究期間中に解析に用いる発現ベクターを構築することが間に合わなかった。SFN(stratifin, 14-3-3σ)は上皮内腺癌と初期浸潤癌の間での発現遺伝子の網羅的解析(mRNA array analysis)で初期浸潤癌に有意に発現が亢進しているの遺伝子の一つとして同定した遺伝子である。SFNの発現はそのプロモーター領域のメチル化によって制御されており、正常肺ではSFNプロモーター領域のCpGサイトはほぼ完全にメチル化されているのに対し、腺癌細胞では少なくとも部分的には脱メチル化されている。

そこでSFNが肺腺癌発生の初期に関わるドライバー遺伝子(癌遺伝子)である可能性が高いと考え、肺末梢上皮細胞に特異的なプロモーターであるSPC遺伝子のプロモーターの下流にSFN遺伝子を組み込んだベクターを作製し、これを用いてICRマウスでTGマウスを作製した。このTGマウスを用いてNNKを投与した化学発がん実験を行うとコントロールマウスでは3/27(11.1%)しか腫瘍形成が見られないのに対し、TGマウスでは10/23(47.8%)に腫瘍形成が認められた。以上より、SFNは肺腺癌の初期に発現が亢進し、肺腺癌の発生、初期の悪性化に関わることが明らかになった。肺腺癌の初期悪性化に関与するSFNやIGBP1の役割を解析した。IGBP1の発現をコントロールするmiR群を同定した。A549を用いた遺伝子導入実験でmiR-34b, miR-138, miR-3941がA549の増殖を抑制することがわかった。SFNshRNA遺伝子移入A549をSCIDマウスに移植すると、shSFNA549を移植したマウスは腫瘍形成や転移が抑制された。次にSFN遺伝子を組み込んだベクターを作製しTGマウスを作製した。このTGマウスを用いて化学発がん実験を行うとTGマウスでは有意に腫瘍形成能が上昇した。以上より、SFNは肺腺癌の初期の「がん遺伝子」と言えることがわかった。SFNの肺腺癌発生に及ぼす影響については順調にshSFNを遺伝子移入し2種類のSFN発現を抑制した細胞株A549-shSFN#1とA549shSFN#2を作成でき、SCIDマウスを用いた経気道的移植実験が行え、十分な結果が得られた。またSPCのプロモーターの下流にSFN遺伝子を組み込んだ発現ベクターの作成に成功し、これを用いてトランスジェニックマウスの作成にも成功した。結果的にTgマウスを用いた発がん実験を行い結果が得られた。IGBP1についても発現をコントロールする可能性のあるmiRを6つ新たに同定できた。しかしこれらの6つのmiRが実際にIGBP1の発現を直接コントロールすることを証明するためのルシフェラーゼアッセイはベクター作成に時間がかかり、未だアッセイを実施できていない。以上、より研究の進行は概ね順調と考える。27年度が最終年度であるため、記入しない。診断病理学1SFNのTGマウスで発生した腺腫の発現ゲノム解析をChromatin-IP sequence法にて行い、腫瘍での発現遺伝子状態を網羅的に解析する。2SFNの特異抗体などを用いた初期の肺腺癌診断法を確立する。3レポーター遺伝子アッセイ法を用いてIGFBP1の発現を抑制すると考えられるmiRが直接IGBP1と結合するかどうかを明らかにする。4IGBP1遺伝子と直接結合してその発現を抑制しているmiRを同定し、このmiRを用いた初期肺腺癌診断、あるいは標的治療法を開発する。トランスジェニックマウスの作製が計画以上の速度で行えたので、化学発がん実験により早期に進むことが出来た。
高分子物性に基づいたバイオシステム・インスパイアード膜の創製

生体が持つ、リズミカルな制御や外部濃度変化に対する環境応答を人工的に実現するシステムを目指して、高分子物性を基礎としたバイオシステム・インスパイアード膜の創製を行った。温度に応答して膨潤収縮するNイソプロピルアクリルアミドポリマーと、K+イオンを選択的に捕捉するクラウンエーテルをコンジュゲートした高分子は、K+イオンに応じて膨潤収縮する機能性高分子である。この高分子を多孔質基材細孔中にプラズマグラフト重合してイオン応答分子認識ゲート膜を作成した。イオン認識ゲート膜の膜性能を解析し最適化を行うためには、グラフトポリマーを直接分析する手段が必要不可欠である。しかしながら、グラフトポリマーは基材に共有結合しているため、グラフトポリマーの単離・分析は一般に困難であった。本研究ではこれを可能とするべく、ポリエステル系のポリカーボネート多孔質膜基材にグラフトポリマーを固定化し、基材のみを強アルカリで加水分解することで、ビニルポリマーであるグラフト鎖のみを単離・分析する手法を初めて開発した。この新技術により、グラフト高分子物性と膜性能の比較による、ゲート膜のチャネル機能の直接的なメカニズム検討が可能になった。解明したメカニズムを元に、グラフト鎖を数百万という高い分子量に制御し、また適度な分子量分布を持たせることで、膜細孔中にグラフトポリマーが充分に膨潤収縮するスペースを確保することができ、数百倍以上の高度なON-OFF性能を発揮するゲート膜の創製に成功した。このON-OFF性能は他のゲート膜を大きく上回る高い性能である。数百倍の透過性制御が可能であるイオン認識ゲート膜を用いて、イオン認識を引き金とした生体類似のイオン浸透圧制御や、さらにはリズミカルな透過性の自律振動制御に世界で初めて成功している。多孔膜細孔中に、細孔壁からセンサーとアクチュエータをペンダントに持つグラフト高分子鎖を固定し、特定化学物質シグナルに応答して細孔を開閉する膜の開発を行っている。しかしながら、その挙動の理解・制御には、ポリマー物性からの基盤的なアプローチが必要不可欠となっている。本課題では、実験と計算の両面から、現象解明を行う。センサー分子の応答とアクチュエーターポリマーの応答の関係を定量的に明らかにし、新たなモデルを構築する。さらに、マクロな透過モデルとつなぎ、マクロな細孔開閉現象を定量的に表すモデルへと結びつける。このモデルと実験結果を対照させ、ミクロなセンサー分子およびアクチュエータ分子挙動の制御が、マクロな細孔開閉現象へ与える影響を詳細に考察する。本年度は、プラズマグラフト重合法を用い、センサーとアクチュエーターをペンダントに持つ今日中号グラフト鎖を固定した、様々な多孔膜を開発した。例えば、クラウンエーテルやアビチン・ビオチン官能基をペンダントに有するモノマーをセンサー部とし、感温性ポリマーであるN-イソプロピルアクリレートとの共重合体を、細孔壁から成長させる技術基盤を整えた。センサー部の導入には、予めモノマーに固定した後にプラズマグラフト重合法により成長させる直接法と、プラズマグラフト重合鎖であるポリマーに反応性基を導入し、後からセンサーとなる部位を固定する後入れ法の2種類の方法を用いた。また、それぞれの複雑な応答機構、細孔開閉現象を解析した。今後、細孔の開閉現象を制御し、バイオセンサーなどへの応用が可能な基盤技術構築のための基礎データの収集を行った。
EBウイルスベクターを用いたエイズワクチンに関する研究

われわれは世界で初めてEBV増殖に許容性の細胞を分離し、EBVベクターによる遺伝子導入法を確立した。本研究の目的はこの新たに確立したEBVベクター系を用いてHIV特異的CTLを誘導し、エイズに対する特異的免疫療法を開発することである。今年度は以下の研究を行った。EBウイルスのEco-RI-B断片の中心部分へバクテリオファージP1.loxP配列、ネオマイシン抵抗性遺伝子を持つ組み換え用プラスミドを作製した。次いで本プラスミドをEBV要請Akata細胞へトランスフェクトし、標的部分で相同組み換えの起こった細胞クローンを分離した。得られた細胞クローンが組み換えEBVを産生することをサザーンブロット法で確認した。この組み換えウイルスCreをは一過性に発現させることにより、loxP配列を持つ外来DNAを容易にloxP部位へ挿入することができる。現在、感栄性粒子を産生しないようなHIVプロウイルス変異体、gpt遺伝子及びloxP配列を含むプラスミドを作製し、loxP組み換えEBVを持つAkata細胞へトランスフェクトし、HIV組み込みEBVを作整中である。
マクロファージに注目した筋萎縮の分子機序の解明

ギプス固定は廃用性筋萎縮を引き起こすが、そのメカニズムは未だ不明瞭である。炎症は筋細胞のタンパク質分解を誘導することから、ギプス固定においても免疫細胞の浸潤を介した炎症が惹起されることが考えられる。そこで、ギプス固定後の免疫細胞の浸潤、炎症および筋萎縮に関連する細胞内情報伝達系の時間的差異を検証した。骨格筋の免疫細胞の動態についてはフローサイトメトリー法により評価した。また、筋萎縮に関連するユビキチンプロテオソームおよびオートファージの活性化を示すマーカーのタンパク質あるいは遺伝子発現はウエスタンブロット法、real-time PCR法により評価した。ギプス固定の早期には免疫細胞の骨格筋への浸潤は観察されなかったが、後期にはマクロファージと好中球が骨格筋に浸潤することが明らかになった。また、炎症のマーカーであるJNKのリン酸化はギプス固定の後期に顕著に誘導されることが明らかになった、一方で、ユビキチンリガーゼの一種であるAtrogin-1およびユビキチンリガーゼの誘導を制御するFOXO3のタンパク質発現はギプス固定の早期に増加することが明らかになった。さらに、オートファージー活性化のマーカーであるLC3-IIのタンパク質発現およびp62の遺伝子発現はギプス固定の早期にのみ増加することが明らかになった。これらの結果は、ギプス固定後の免疫細胞の浸潤および炎症の増大と筋萎縮に関連する細胞内情報伝達系の活性化には時間的差異が生じることを見出した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。平成27年度は、不活動性筋萎縮の進行過程における免疫担当細胞の変動とマクロファージ除去がギプス固定早期に生じる筋萎縮に及ぼす影響について併せて検討した。マウスの下腿にギプス固定処理を行い、ギプス固定1日後、3日後、7日後および14日後の免疫担当細胞の浸潤についてフローサイトメトリー法を用いて評価した。炎症性サイトカインおよびユビキチンリガーゼの遺伝子発現についてはreal-time PCR法を用いて評価した。ギプス固定1日後および3日後の筋萎縮早期には骨格筋へのマクロファージの浸潤は観察されなかった。しかしながら、ギプス固定7日後および14日後には顕著なマクロファージの浸潤が観察された。また、マクロファージの遊走因子であるMCP-1および炎症性サイトカインの遺伝子発現はギプス固定7日後および14日後に増強されることが明らかになった。一方で、ユビキチンリガーゼであるatrogin-1/MAFbxおよびMuRF-1の遺伝子発現の増強はギプス固定早期に観察された。また、マクロファージ除去がギプス固定早期に生じる筋萎縮に及ぼす影響するために、マクロファージを生体から除去する作用を持つクロドロン酸リポソームをマウスに投与することで、骨格筋のマクロファージが除去されたモデルマウスを作製した。ギプス固定を3日間行い、筋重量およびユビキチンリガーゼ発現の違いについて、マクロファージ除去マウスおよび対照マウスで比較した。マクロファージ除去マウスおよび対照マウスともにギプス固定により同程度の筋重量の減少が観察された。また、ギプス固定にユビキチンリガーゼの遺伝子発現の増強もマクロファージ除去マウスおよび対照マウスで同程度に観察された。初年度に、不活動性筋萎縮の進行過程における免疫担当細胞の変動について明らかにすることができた。しかしながら、免疫担当細胞の筋萎縮に及ぼす影響については未だ不明瞭であるため、さらなる検証が必要である。平成28年では、ギプス固定後期に萎縮筋での浸潤が観察されたマクロファージの生理的役割についての検証を行う。また、萎縮後の筋再生に対するマクロファージの役割についても併せて検証する。
神経伝達物質の放出におけるRab3A系とSNARE系の役割とその作用機構

この数年間の私共や他の研究者の研究から、神経伝達物質の放出にRas類似低分子量G蛋白質であるRab3A系と普遍的膜融合装置であるSNARE系が関与していることが明らかになっている。このうち、Rab3A系は、Rab3Aとその標的蛋白質、さらに種々の活性制御蛋白質から構成されている。私共は、このRab3Aの標的蛋白質であるRabphilin3を世界で最初に発見し、Rabphilin3がプレシナプスにおいてCa^<2+>センサーとして機能している可能性を示唆している。一方、SNARE系は、Rab3A系の下流でシナプス小胞のプレシナプス膜へのドッキングを制御している可能性が高くなっている。私共は、このSNARE系の活性制御蛋白質であるTomosynを世界で最初に発見し、TomosynがRab3A系とSNARE系をつなぐ重要な分子として機能している可能性を示唆している。しかし、Rab3A系によるSNARE系の活性制御機構に関しては、未だ不明な点が多い。そこで、私共は、本研究において、Rab3A系によるSNARE系の活性制御機構の解明を目的に研究を進めた。平成11年度の本研究において、私共は、Tomosynに少なくとも三つのsplicingアイソフォームが存在することを明らかにすると共に、TomosynがそのC末端のVAMP類似領域を介してシンタキシン-1に結合することを明らかにした。また、平成12年度の本研究において、私共は、SNARE系の中心的構成因子であるシンタキシン-1に結合する新たな活性制御蛋白質を同定した。私共が見出した新たなシンタキシン-1結合蛋白質は、その生化学的性状から細胞骨格関連蛋白質の可能性が高い。シンタキシン-1とこの新たなシンタキシン-1結合蛋白質は、ほぼ1:1に結合し、その結合親和性は約数十nMであった。シンタキシン-1とこの新たなシンタキシン-1結合蛋白質との結合は、SNARE系の制御蛋白質の一つであるMunc18によって抑制された。今後、この新たなシンタキシン-1結合蛋白質の二次構造を決定すると共に、SNARE系ならびにRab3A系におけるこの新たなシンタキシン-1結合蛋白質の機能を解明していく予定である。このように、本研究は予想以上に進展し、当初の目的はほぼ完全に達成することができた。この数年間の私共や他の研究者の研究から、Ras類似低分子量G蛋白質が生体内に約60種類以上存在し、巨大なスーパーファミリーを形成していることが明らかになっている。このうち、Rab3Aは、神経伝達物質の放出に関与している。一方、普遍的膜融合装置であるSNARE系は、Rab3A系の下流でシナプス小胞のプレシナプス膜へのドッキングを制御している可能性が高くなっている。

最近、私共は、SNARE系の活性制御蛋白質であるTomosynを世界で最初に発見し、TomosynがRab3A系とSNARE系をつなぐ重要な分子である可能性が高いと考えている。そこで、本年度は、Tomosynの機能を明らかにする目的で、Tomosynアイソフォームの同定を試みると共に、Tomosynの機能領域の解析を行った。Tomosynには、少なくとも三つのsplicingアイソフォームが存在していた。そこで、すでに報告しているTomosynをm-Tomosyn、他の二つのアイソフォームをそれぞれb-Tomosyn、s-Tomosynと命名した。s-Tomosynは、m-Tomosynと同様に脳に特異的に発現していた。一方、b-Tomosynは、ほとんど全ての組織に発現していた。s-Tomosynとb-Tomosynは、m-Tomosynと同様に脳に特異的に発現しているシンタキシン-1にのみ結合し、他のシンタキシンアイソフォームには結合しなかった。Tomosynは、三つのsplicingアイソフォームに共通して認められるC末端のVAMP類似領域を介してシンタキシン-1に結合した。このことから、N末端に存在する蛋白質-蛋白質結合に関与するWDrepeat領域には、シンタキシン-1以外の何らかの蛋白分子が結合する可能性がでてきた。このように、本研究は予想以上に進展し、当初の目的はほぼ完全に達成することができた。この数年間の私共や他の研究者の研究から、神経伝達物質の放出にRas類似低分子量G蛋白質であるRab3A系と普遍的膜融合装置であるSNARE系が関与していることが明らかになっている。このうち、Rab3A系は、Rab3Aとその標的蛋白質、さらに種々の活性制御蛋白質から構成されている。私共は、このRab3Aの標的蛋白質であるRabphilin3を世界で最初に発見し、Rabphilin3がプレシナプスにおいてCa^<2+>センサーとして機能している可能性を示唆している。一方、SNARE系は、Rab3A系の下流でシナプス小胞のプレシナプス膜へのドッキングを制御している可能性が高くなっている。私共は、このSNARE系の活性制御蛋白質であるTomosynを世界で最初に発見し、TomosynがRab3A系とSNARE系をつなぐ重要な分子として機能している可能性を示唆している。さらに、昨年度の本研究において、私共は、Tomosynに少なくとも三つのsplicingアイソフォームが存在することを明らかにすると共に、TomosynがそのC末端のVAMP類似領域を介してシンタキシン-1に結合することを明らかにしている。しかし、Rab3A系によるSNARE系の活性制御機構に関しては、未だ不明な点が多い。そこで、本年度の本研究において、私共は、Rab3A系によるSNARE系の活性制御機構を解明するために、SNARE系の中心的構成因子であるシンタキシン-1に結合する新たな活性制御蛋白質の同定を試み、同定に成功した。私共が見出した新たなシンタキシン-1結合蛋白質は、その生化学的性状から細胞骨格関連蛋白質の可能性が高い。シンタキシン-1とこの新たなシンタキシン-1結合蛋白質は、ほぼ1:1に結合し、その結合親和性は約数十nMであった。シンタキシン-1とこの新たなシンタキシン-1結合蛋白質との結合は、SNARE系の制御蛋白質の一つであるMunc18によって抑制された。
慢性関節炎発症時における非ステロイド系抗炎症薬の消化管傷害の増悪機序の解明

NSAIDが消化管障害などの副作用を有することはよく知られている。また、RA患者では他のNSAID使用者に比べてNSAIDによる消化管障害のリスクが高いことが報告されている。本研究では、この現象を基礎実験レベルで再現し、その機序について検討した。アジュバント関節炎ラットでは、インドメタシンおよびジクロフェナク誘起小腸傷害の発生が胃の場合と同様に著明に増悪することを認めた。また関節炎ラットの小腸粘膜では、iNOS発現および腸内細菌由来のリボ多糖の認識分子であるTLR4を発現したマクロファージの小腸粘膜内への浸潤が著明に増大していた。これらの結果から、関節炎ラットにおけるNSAID誘起小腸傷害の増悪は、TLR4陽性マクロファージの増加によるiNOS発現の増大によるものと推察される。また、iNOS発現に重要なプロセスであるNF-kappaBの活性化がNSAID投与後に認められ、タクロリムスはNF-kappaBの活性化を阻害することによりiNOS発現を低下させた結果、小腸傷害を抑制することが判明した。さらに、関節炎ラットにおけるNSAID誘起胃損傷の増悪では、iNOSのみならず内皮性NOS(eNOS)発現も著明に増大していることを観察した。セルレイン誘発急性膵炎発症時にはeNOSの不安定モノマーの生成による活性酸素産生の増大が病態発生に寄与していることを明らかにしたが、関節炎ラットの胃粘膜ではeNOSモノマーの生成は認められず、eNOS由来のNO産生の増大が認められた。また、関節炎ラットにおけるNSAID誘起胃損傷の増悪は選択的iNOS阻害薬によっては部分的な抑制に留まっていたが、非選択的NOS阻害薬によりほぼ完全に抑制された。以上の結果より、関節炎ラットの胃粘膜ではiNOSのみならずeNOSから産生されるNOもまた傷害性に寄与しているものと推察される。慢性関節炎発症時における非ステロイド系抗炎症薬(NSAIDs)による消化管傷害の増悪機序を明らかにする目的で種々の検討を行い、平成18年度においては以下のような研究成果が得られた。1)NSAIDsによる小腸傷害性の変化:インドメタシンおよびジクロフェナクによる小腸傷害の発生が胃の場合と同様にアジュバント関節炎ラットにおいては著明に増悪していることを認めた。また、その機序として、誘導型-酸化窒素(iNOS)発現の増大が関与しており、さらにiNOS発現の増大が腸粘膜内におけるToll-likereceptor(TLR)-4を発現したマクロファージの浸潤増大に起因していることを明らかにした。2)NSAID誘起小腸傷害の発生に関与するiNOS発現の増大はNF-kappaBの活性が重要であり、免疫抑制薬であるタクロリムスはNF-kappaB活性を阻害することによりiNOS発現を低下させた結果、小腸傷害の発生を著明に抑制することを明らかにした。3)消化器疾患の病態に関連するNOはiNOSのみならずeNOSも重要であることを見出した。具体的には、セルレインによる急性膵炎モデルにおいては、iNOS誘導はほとんど認められず、代わってeNOSの活性化、特にeNOSの不安定モノマーの増大が病態形成に寄与していることを認めた。この結果は、慢性関節炎発症時の消化管においても同様の現象が認められる可能性を示唆するものである。現在、アジュバント関節炎ラットにおける胃および小腸におけるeNOS発現の変化、ならびにeNOSの不安定モノマーと安定ダイマー比について検討中である。

慢性関節炎における非ステロイド性抗炎症薬(NSAID)による消化管傷害の増悪機序を明らかにする目的で昨年度に引き続き種々の検討を行い、平成19年度は以下のような研究成果が得られた。1)関節炎ラットにおいては、NSAID投与後の小腸傷害の発生が正常ラットに比較してより早期から認められることが判明し、これが小腸傷害の増悪に関係しているものと考えられる。また、関節炎ラットの小腸粘膜では、NsAID投与前の平常時から、iNOS発現の増大およびTLR4陽性マクロファージの浸潤増大が観察され、iNOSは主としてTLR4陽性マクロファージに発現していることが判明した。これらの結果より、関節炎ラットにおけるより早期からの小腸傷害の発生ならびにNSIAD投与24時間後の小腸傷害の増悪は、TLR4陽性マクロファージの浸潤増大に起因したiNOS/NOの増大によるものと推察される。2)以前、申請者は関節炎ラットにおいては、NSAIDによる胃損傷が著明に増悪すること、またこの現象にはiNOS/NOが関与していることを報告している。本研究において、関節炎ラットの胃粘膜ではiNosのみならずeNOS発現も著明に増大していることを観察した。また、セルレイン誘発急性膵炎発症時に認められた、eNOS不安定モノマーの形成は関節炎ラットの胃粘膜では認められず、NO産生自体が著明に増大していることが判明した。関節炎ラットにおけるNSAID誘起胃損傷の増悪は選択的iNOS阻害薬によっては部分的に抑制されるに過ぎなかったが、非選択的NOS阻害薬によりほぼ完全に抑制された。このeNOSは主としてCD31陽性血管内皮に発現していた。以上の結果より、関節炎ラットの胃粘膜ではiNOSのみならずeNOSから産生されるNOもまた傷害性に寄与しているものと推察される。
血管内皮細胞接着性を有する抗血栓性高分子表面の創製

本研究は機能的な小口径人工血管の開発を目的とし、抗血栓性を有するPMEA(ポリ(2ーメトキシエチルアクリレート))とPTHFA(ポリ(テトラヒドロフルフリルアクリレート))表面上における血管内皮細胞および血管平滑筋細胞の接着挙動の検討を行った。はじめに、PMEAおよびPTHFAコーティング基板をヒト多血小板血漿に接触させて血小板の接着数と接着形態を検討したところ、血小板はPMEAとPTHFA上にはほとんど粘着せず、また粘着した場合、活性化の低い血小板に特徴的な形態を示すことが確認された。次に血管内皮細胞と血管平滑筋細胞の接着性を検討した。その結果、いずれの細胞においてもPMEAおよびPTHFA上では、陽性対照と比較して同等の初期接着数を示し、さらに培養を進めると、より多くの細胞増殖が確認された。また培養時間に従って明瞭な接着斑とアクチン繊維を示し、細胞が大きく伸展している様子が観察できた。このような細胞接着に選択性がみられた原因を探求するため、基板ー細胞間を仲介する役割を持つタンパク質に注目し、PMEAおよびPTHFAに接着した際のコンフォメーション変化に伴う細胞接着部位の露出度合いを検討した。すると、PMEAとPTHFA表面上のフィブリノーゲンは血小板の接着部位の露出量が少ない一方、フィブロネクチン上の血管内皮細胞や血管平滑筋細胞の接着部位の露出量は多いという結果が得られ、細胞接着実験の結果との整合性が確認できた。以上より、PMEAおよびPTHFAは表面上に接着したタンパク質のコンフォメーション変化が影響し、血小板は粘着しないが血管内皮細胞や血管平滑筋細胞は接着するという選択性を示すことが示唆された。本研究の結果から、PMEAおよびPTHFAを使用することで、合成高分子のみを用いて抗血栓性と内皮化を併せ持つ機能的な小口径人工血管開発の実現が期待できる。
生体リズム現象の機序解明を目指した力学系の縮約理論の確立

申請者が提案した理論に基づいて生体リズム現象を解析するための手法を提案し,さらに,数値シミュレーションでの検証によってその有効性を示した.具体的には,下記二点[1及び2]を達成している.1.まず,共通のノイズ入力によってリズム素子集団の同期パターンを制御する手法を開発した.この手法では,ある所与の同期パターンを達成するために,個々のリズム素子が受けるノイズ入力にフィルタ処理を施す.このフィルタを最適設計することにより,所与の同期パターンが実現されることを本研究では示した.さらに,通信ネットワークの同期制御などへの応用の可能性を示した.2.また,申請者が提案した一般化位相縮約法をさまざまな実システムに応用するため,外力の最適なフィルタ処理法を確立した.一般化位相縮約法を用いる際には外力を低周波成分と高周波成分とに分離するが,この外力の分離は一般化位相縮約法の近似精度を大きく左右する.提案手法では,リズム素子の振幅成分の緩和時間を特徴付ける第ニフロケ指数と呼ばれる指標を用いることにより,外力の最適な分離が可能であることを示した.すなわち,第ニフロケ指数に対応するカットオフ周波数を持つローパスフィルタを用いることによって,一般化位相縮約法の近似精度が最も高くなるように外力を分離することができる.今後,一般化位相縮約法をさまざまな実システムの理論解析や,最適制御などの工学応用に利用する際に,提案手法は重要な役割を演じると期待される.本研究課題は平成27年度の交付申請を辞退するため、記入しない。本研究課題は平成27年度の交付申請を辞退するため、記入しない。
X線天文衛星を用いたパルサーにおける粒子加速の観測的研究

1. TXEによるPSR1821-24の観測(1)従来不明であったX線パルスと電波パルスの位相について、「あすか」の結果も含め報告した。かにパルサー以外に初めて、ピークの位相が一致していたことがわかった。(2)エネルギースペクトルを求め、べき1.2と硬いべきが20KeVまでつながっていることがわかった。また。、2つのピークの相方のスペクトルの形は大きく変化していないこともわかった。(3)上の研究に伴って、XTEの時計を実験から較正し、従来行われた方法の正しさを確かめた。2.「あすか」によるPSRJ2018+4232の観測「あすか」の観測によってミリ秒パルサーから初めて定常的な非熱的定常放射を発見した。これはパルサー風をせき止めている物質が周辺にあるか、パルサーが高速で移動しているかを示すものである。どちらにしても特異な例である。3.「あすか」による球状星団M28中の正体不明天体の観測球状星団中にあった広がった正体不明天体を観測したところエネルギースペクトルがべきで表わされ、さらに時間変動が激しいことがわかった。低質量X線連星の暗い状態にある天体を観測しているものと思われる。また。
他者の心を読むシステムがロボットの協調行動に及ぼす効果の研究

ロボットが家庭の中で利用されるためには、人間とロボット及びロボット間の協調作業が重要となっており、ロボットの社会行動(協調行動)に対する研究が重要である。特に社会的行動をするには、「心の理論」が必要であるといわれているので、他者の行動を予測するシステムをロボットに組み込むことによるロボットの協調行動に及ぼす効果を研究する。人間が荷物の協調運搬作業をする場合において、他人の心の状態を推測する「他者モデル」の有効性を検証した。相手の行動が予測できない状態と予測可能な状態になるように、被験者に対しては先見情報の与え方を変えることにより、相手の行動を予測可能な状態の方が明らかにより良い行動をとることが可能であることが確認された。また、相手の行動が予測できない状態と予測可能な状態についての条件の与え方の追加実験も行い、本実験の検証している。次にこの「相手の行動を予測する」システムをロボットの行動に組み込むことにより、より良い協調作業の実現を試みた。ニューラルネットワークに他者の行動を予測する階層を内蔵する学習ネットワークを構築した結果、他者の行動を予測する部分の学習と目的地の到達時間短縮の相関が認められ、他者の行動を予測するシステムが有効に機能していることが確認された。また、本システムでの結果から人間との協調行動においても協調行動が可能であった。その結果、単に協調行動を行うということだけではなく、本システムは人間にストレスを与えない協調行動へと発展する可能性が確認された。ロボットが家庭の中で利用されるためには、人間とロボット及びロボット間の協調作業が重要となっており、ロボットの社会行動(協調行動)に対する研究を行う。まず最初に、人間が荷物の協調運搬作業をする場合において、他人の心の状態を推測する「他者モデル」の有効性を検証するために、被験者実験を行った。相手の行動が予測できない状態と予測可能な状態になるように、被験者に対しては先見情報の与え方を以下のようにした。荷物を落とさないように目的地まで運搬するコンピュータシミュレーションの場合において、'(1)反対側の荷物を保持するロボットの存在を教えない且つ画面表示もしない。(2)相手の存在を教えるが画面表示はしない。(1)と(2)の目的地までの到達時間を計測した結果、荷物を運搬するという単純な協調行動においても、相手の行動を予測可能な状態の方が明らかにより良い行動をとることが可能であることが確認された。ニューラルネットワークに他者の行動を予測する階層を内蔵する学習ネットワークを構築し、学習をさせた。その結果、他者の行動を予測する部分の学習と目的地の到達時間短縮の相関が認められ、他者の行動を予測するシステムが有効に機能していることが確認された。また、実機での実験が可能なようにシステムを作成し、実機を利用した複雑な協調行動の実現を目指している。
HIV-1 vpr蛋白質が誘導する細胞分化の解析

ヒト免疫不全ウイルス1型(HIV-1)は、ヒトの後天性免疫不全症候群(AIDS)の原因ウイルスであり、自身の複数に必須でないアクセサリー遺伝子群を持つ。その産物の一つであるVpr蛋白質の機能は充分に解明されていないが、これまでに持続感染の阻害、細胞周期のG_2期停止による細胞増殖の抑制あるいは細胞分化の誘導が報告されている。また、Vpr蛋白質自身に核移行性があり、C末端にロイシンジッパー様配列が存在することから、何らかの細胞側因子を介してウイルスの持続感染やAIDS発症を調節している可能性が示唆されている。本研究では、細胞の増殖や分化に与えるVpr蛋白質の影響を明らかにするため、HIV-1の標的細胞であるリンパ球、単球/マクロファージ系細胞を含む各種培養細胞にvpr遺伝子を導入し解析を行い、以下の結果を得た。1.vpr発現プラスミドベクターを、ヒトリンパ球系株化細胞であるJurkatおよびMolt4、ヒト前骨髄球性細胞株であるHL60、前単球性細胞株であるU937、サル腎株化細胞であるCOS1に導入し、薬剤によるVpr発現細胞の選択を行ったが、いずれの細胞も著しい増殖性の低下を示し、7-21日後には観察しえなくなった。2.同ベクターをマウス繊維芽細胞であるNIH3T3に導入したところ、薬剤耐性細胞が出現した。しかしながら、その細胞コロニーは陰性対照ベクターを導入した場合の8-20分の1と小さく、増殖速度の低下が認められた。また、一過性発現の系における倍加時間も、陰性対照細胞が16-19時間であったのに対しvpr導入細胞では24-25時間と増加した。3.vpr導入COS1細胞とNIH3T3細胞の細胞周期をフローサイトメーターで解析したところ、COS1細胞はこれまでの報告同様にG_2期で停滞していたが、NIH3T3では特定の周期での停滞は認められなかった。以上より、Vprによる細胞増殖抑制はG_2期停止以外の経路も存在することが示唆された。
モデルベース予測状態フィードバックを組み込んだ強化学習

最適制御問題は非線形偏微分方程式であるベルマン方程式を解く問題に帰着され、解として得られる価値関数から最適制御則が構築される。この非線形性を緩和する方法が線形可解ベルマン方程式による強化学習法である。前年度の実ロボット実験の結果より、この手法はモデル化誤差の影響が通常の強化学習法よりも大きいことが分かった。この問題に対処するために二つの解決法を提案した。一つはゲーム理論に基づくミニマックス法を導入することにより、環境のモデル化誤差にロバストな線形化強化学習法を提案した。基本的なアルゴリズムはDvijotham and Todorov 2011によって提案されていたものの、環境のモデル化誤差が制御則に及ぼす影響は調査されていなかったため、本研究ではその点を膨大なシミュレーションによって調査した。その結果、関数近似誤差のある連続問題とそうでない離散問題で、ロバストネスを調節するパラメータの設計指針が異なることを示した。離散問題に適用した結果をAROBシンポジウムで発表し、連続問題に適用した結果をJournal of Artificial Life and Roboticsに投稿予定である。もう一つは価値関数を指数変換した適合度関数を環境との相互作用から直接推定するモデルフリー強化学習法を手案した。これはfinite horizonの問題として定式化されるが、導出されたアルゴリズムはコスト関数を指数変換したものの逆数が状態依存の割引率に相当することを示した。この手法を線形可解マルコフ決定過程における制御器の重ね合わせ法と組み合わせ、実ロボットを用いた実証実験を行った。この結果はNeuro2013の招待講演での講演および国際会議ICRA2014に採択され、ICRA2014については6月に口頭発表予定である。25年度が最終年度であるため、記入しない。意思決定の数理モデルの一つである強化学習の枠組みとしてモデルフリー型とモデルベース型に大別できるが、両者はともに現在の状態に対するフィードバック制御器を求めるといった点では同じである。しかしモデルから得られる予測情報を制御器に組み込むことはこれまでなされていなかった。計画ではモデルを既知としてモジュールを統合する理論を構築し、その後モデルが未知の場合を検討する予定であった。しかし予備実験の結果、モデル化誤差が線形化ベルマン方程式に基づく手法では深刻な影響を及ぼすことがあることが明らかになった。当初の計画では真のモデルが既知であることを前提に理論構築する予定であったが、モデル化誤差を最初から考慮する必要があることが判明した。そこで研究計画を修正し、制御対象のモデルが未知の場合に線形化ベルマン方程式をどのように適用するかを先に検討した。まずはモデルを相互作用から得られる状態と行動の系列から明示的に推定し、従来の解法によって制御器を求めるモデルベース法の開発に取り組んだ。モデルの推定は古典的な最小二乗法に基づく方法を採用したが、モデル化誤差が最終的な制御性能に及ぼす影響を調査した。次に制御器を直接推定するアルゴリズムを線形化されないベルマン方程式の解法を参考に開発した。これらはシミュレーションによる単純なベンチマーク課題だけでなく、実際のロボットを用いた実験でも検証した。モデルベース・モデルフリーの両手法が実ロボットに適用可能であることが確認できたため、これらをベースに複数の制御器を組み合わせる実験を実施した。これは従来簡単なシミュレーションでしか検証されてこなかったが、四脚ロボットを用いたナビゲーション課題に適用することで、線形化ベルマン方程式に基づく複数制御器の組み合わせが実問題にも適用可能であることを示した。計画遂行の順序に変更はあったが、結果的にみたときの達成度はおおむね順調である。まず本研究における線形化ベルマン方程式に基づく手法が実環境でも真に有効であることを示すために、モデル学習機と組み合わせた行動学習アルゴリズムを実ロボットに実装し、車輪型移動ロボットのナビゲーション課題を学習させることができた。

モデル学習との組み合わせは25年度に実施予定であったが、これが24年度中に確認できたため、本年度は制御器の合成に専念できる。この手法はFrontiers in Neurorobotics誌に採録された。これは価値関数を指数関数によって変換した好適度関数の推定が実システムでも可能であることを示した最初の論文である。また、この手法をモデルフリーの形式で実現したアルゴリズムを開発することができた。これは当初の計画にはなかったが、従来の手法を応用できることに気が付いたために24年度に確認できた。また、モデルフリーの形式で推定した制御器と好適度関数を基に制御器を組み合わせる実験も実施することができた。この組み合わせもこれまでシミュレーションでしか確認されてこなかったが、実ロボットを用いた実験によって検証することができた。さらにモデルフリーの場合には、複数の好適度関数の間で共通に計算できる部分を発見した。これによってモデルフリーの形式の方が制御器の組み合わせに有効であることを実験的に確認できた。この成果は国際会議ICDL-EpiRob 2013に投稿することができた。計画ではモデルは制御対象の運動方程式に限定し、最適制御器と組み合わせることで将来の状態を予測する方針であった。しかし領域会議での議論ののち、本計画においてモデルを関節角の目標軌道を生成するような軌道生成器とするアプローチも可能であることが明らかになった。このアプローチに従えば、将来の状態は軌道生成器から容易に得ることが可能で、計画時に想定したモデルを多段に組み合わせる方法よりも効率が良い。さらに目標軌道生成器は設計者が容易に与えることが可能であり、24年度に確認したモデル学習のような手法と組み合わせる必要はない。そこで目標軌道生成器をモデルとするアプローチにおいて線形化ベルマン方程式が真に実現可能かどうかを検証する。これによって、当初の計画とは異なる形であるが、将来の状態を考慮した制御器の設計が可能になると考えられる。シミュレーション実験の後、実ロボットを用いた実験によって検証する。同時に制御対象の運動方程式をモデルとする計画通りの研究も継続する。24年度の計画では制御器の合成ができることは確認できたが、合成された制御器によって実現される行動は限定的であり、事前に多くの学習済の制御器が必要であった。そこで柔軟な制御器の合成を実現するために必要な学習済の制御器が満足すべき条件について理論的および実験的に考察する。まずは与えられた課題を実現する制御器がすでに学習した制御器の組み合わせで実現できるかを判断できる基準を作り、実現できない場合にはそれを通常の方式で学習する枠組みを開発する。
巨樹・古木の寿命生理とアデニンヌクレオチド構成

樹木の形成層周辺組織のアデニンヌクレオチドの総量,構成が組織の呼吸活性と密接に結びついていることが,18年度の研究より示唆されたことから,19年度は樹木組織の呼吸速度に重点をおき,現地立木の主に幹木部組織の呼吸速度について,新たな精密測定法を試みるとともに樹勢衰退木の生理評価・診断法と関連づけて検討をおこなった。1)呼吸量測定器の試作最近,赤外線CO_2分析器で分析ユニットのエア・サンプル室を開放状態にしたCO_2プローブ(拡散式CO_2プローブ)が考案され市販されている。本研究では,この拡散式CO_2プローブの分析ユニットのエア・サンプル室を組織試料呼吸室内に取り込んだ呼吸量測定器を試作し,以下の検討結果を得た。本器では,呼吸室に試料を入れ蓋を閉めてから20秒ほどで定常値を得ることができる。呼吸速度の算定では,試料を入れてからの経時的なCO_2濃度上昇に対する直線回帰により分析値ノイズが十分丸められ,精度面で支障がない。試料は生重で0.3g以下でも信頼できる測定が可能である。試料採取を開始してから3分以内に測定を終了することができる。2)樹勢衰退立木の幹木部組織の呼吸速度測定腐朽・倒壊が進行している都市公園内の樹林地で測定をおこなった。外観上枯死木あるいは瀕死木と見られる立木について,幹木部組織呼吸速度の面から適確に特定することができた。幹横断面の放射方向における超音波伝播速度と幹木部組織呼吸速度とを突き合わせたところ,伝播速度の遅い個体で幹木部組織呼吸速度が低い傾向が見られ,幹木部組織呼吸速度が腐朽状態あるいは腐朽感受性の診断に役立つ可能性が示唆された。対象樹木と樹勢ランク付け岩手大学農学部附属植物園内の巨樹・古木を含む高齢樹木を中心に12種30個体を選んだ。個体サイズの大きいものはシナサワグルミ,クログルミなどのクルミ類で胸高直径100cmを超え,幹枝の一部が倒壊していた。高齢衰弱木としてはミズナラ,アズキナシなどがあった。樹皮,樹形,新葉新枝着生状態など,総合的に樹勢ランク付けをおこない,大きく3ランクに区分した(良いものから順にA, B, C)。幹維管束形成層直近木部組織の呼吸速度全対象木で得られた幹呼吸速度を乾重ベース含水率との関係でみたところ,良好な直線関係が認められ,相関は高度に有意であった。呼吸速度一含水率関係の上縁にプロットされる樹木のほとんどはAランク,下縁にプロットされる樹木のすべてはCランクであった。これらの結果は,幹の生理活性が樹液流と連動した水分生理と直接的に結びついていることを示唆し,樹木保全技術上きわめて有用な情報である。アデニンヌクレチド構成と呼吸速度上記の幹呼吸速度の測定と並行して木部組織におけるATP, ADP, AMP量を測定した。これらアデニンヌクレオチド総量は,幹の呼吸速度ときわめて高い相関を示した。また,呼吸速度の低いものではATPが相対的に低くなる傾向が認められ,エネルギー充填比率との密接な関係がうかがえた。なお,各成分の構成比率については,サンプル採取時期や測定前処理の影響を強く受けるとみられた。これらの点については,平成19年度に詳細を検討する必要がある。