hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ゴルジ装置の pH センサーと局在メカニズムに関する研究

(1)ゴルジ装置のpHセンサー分子かまたはそのすぐ下流に位置するタンパク質の同定のための重要な手がかりとして、強制発現にてGPHR欠損細胞のタンパク輸送遅滞と糖鎖修飾異常の両方を抑える事の出来る細胞質タンパク質Aと、更にタンパク質Aと競合してその効果を阻害するタンパク質Bを発現クローニング法にて同定した。(2)糖転移酵素の局在異常ではなく複合体形成異常が糖鎖修飾異常のメカニズムとして考えられた。ゴルジ装置の酸性環境による細胞内ホメオスタシスの制御機構の分子メカニズムを明らかにするために、1)ゴルジ装置のpHセンサー分子ならびに内腔側pH依存的にゴルジ膜に結合するタンパク質(つまりセンサー分子の下流に位置すると思われる分子)の同定、2)pH依存的に膜タンパク質がゴルジ装置に局在するメカニズムの解明、という2つの研究計画目標を掲げた。平成23年度では、ショ糖密度勾配超遠心法等で分画精製されたゴルジ装置の純度や酸性環境を保持できるインタクトネスやバッファー条件の改善を試みたが目的とするタンパク質を効率的に分離するには至らなかった。そこで、平成24年度では、遺伝子導入による強制発現によってGPHR欠損細胞の異常表現型を抑える遺伝子の同定という方法にフォーカスした。その結果、タンパク輸送遅滞と糖鎖修飾異常の両方を抑える事の出来る細胞質タンパク質Aを同定する事が出来たが、全長ではなかった。すなわちpHセンサー分子そのものかまたはすぐ下流に位置するタンパク質に結合することで正常化すると考えられたので、この新規タンパク質Aの結合に競合する遺伝子を、こんどはさらに強制発現によってタンパク質Aによって正常化した細胞でもう一度タンパク質の輸送遅滞を引き起こす事を指標に同定した。同定されたタンパク質Bは小胞体に局在する膜タンパク質であった。現在、両者の機能的相互関係の解析によってpHホメオスタシスの制御機構の解明を試みており、今後、着実な進展が期待される。2)GPHR変異細胞で見られるGBF1の局在異常の原因として、GBF1のゴルジ膜への結合パートナーであるPI4Pの濃度低下が起こっている事を明らかにした。現在、更にPI4Pの濃度低下の分子メカニズムの解明を試みている。PI4Pは、多くのタンパク質の局在や機能(とくにタンパク質輸送)に関わっている事が知られており、今後の発展が期待できる。ゴルジ装置の酸性環境による細胞内ホメオスターシスの制御機構の分子メカニズムを明らかにするために、1)ゴルジ装置のpHセンサー分子ならびに内腔側pH依存的にゴルジ膜に結合するタンパク質(つまりセンサー分子の下流に位置すると思われる分子)の同定、2)pH依存的に膜タンパク質がゴルジ装置に局在するメカニズムの解明、という2つの研究計画目標を掲げた。平成23年度には1)計画書に記載したショ糖密度勾配超遠心法等で分画精製されたゴルジ装置を用いる生化学的な手法では今ひとつ成果が得られていないが、同時に新たに考案した発現クローニング法を用いることで酸性化障害の異常表現型の発現にとって必須の新規タンパク質を同定することができた。即ちこのタンパク質を酸性化障害細胞から除去すると、タンパク質輸送障害や糖鎖修飾異常という異常表現型の出現を抑制することができた。現時点では、pHセンサー分子の有力候補であると考えている。2)1)同様、分画精製されたゴルジ装置を用いる生化学的な網羅的同定法では今ひとつ成果が得られていないので、ゴルジ装置分画の純度やインタクトネスの改善に努めている。しかしながら、これまでのプロトンポンプ阻害剤などの薬剤を用いた実験から糖鎖修飾異常は糖転移酵素の局在異常によると考えられていたが、GPHR変異細胞を詳細に調べることにより、実際には局在異常はその表現型にほとんど寄与していないことが判明した。現在、GPHR変異細胞で見られるGBF1やCOPIコートマータンパク質の局在異常が1)の述べたpHセンサー分子の有力候補である新規タンパク質の欠損で正常化するかを検定中である。計画書に記載した実験の重要なソースであるショ糖密度勾配超遠心法等で分画精製されたゴルジ装置の純度やインタクトネスに問題がありその技術的な問題点の改善に努めている。ただpH酸性化障害における異常表現型の発現にとって必須の新規タンパク質を同定することができたことは大きな収穫である。1)実験の重要なソースであるショ糖密度勾配超遠心法等で分画精製されたゴルジ装置の純度やインタクトネスに問題がありその技術的な問題点の改善に努め、網羅的解析を遂行する。2)pHセンサー分子の有力候補であるタンパク質の発現低下細胞を作成し、ゴルジ装置局在タンパク質の局在に変化が無いかを観察し、もしあれば局在メカニズムを解明する手がかりとして用いる。当初の計画書に沿って行なう。
薬毒物鑑定の精度管理・信頼性確保のための戦略研究

我々は,1)連合王国(イギリス),アメリカ合衆国およびカナダの法中毒学研究室の実務の調査・研究および資料の収集;2)法中毒学研究室ガイドラインなどの収集した欧米の参考資料の翻訳;3)各研究室に必須の標準操作手順(Standard Operating Procedures)マニュアルの作成など;を行い,試料の採取・取扱いおよび検査のQuality Control/Quality Assuranceに必須の事項を整理するとともに,薬毒物鑑定を始めとする我が国の法中毒学実務を改革する方策を研究した.結論として,我々は,1)検査研究室は法中毒学研究室ガイドラインに沿った標準操作手順マニュアルの整備,研究室が履行したすべての文書化,分析法および各検査のバリデーション,および容認基準を逸脱した結果に対する修正作業(Corrective Action)を行うこと;2)他機関に検査を委託する研究室は,委託先の研究室の使命/目的が当該研究室のそれと合致しているか確認するとともに,委託する研究室に検査試料を手渡すまでは,検査試料に関する全責任を負うこと;関係政府機関は,薬毒物鑑定(検査)に不可欠の薬毒物標準品の入手を容易にする施策を講じるとともに,薬毒物検査(鑑定)を含む司法/行政解剖に関わる鑑定に対して,その必要経費および鑑定料を相当の代価として,当該名目で支払うこと;4)法医学教室(組織)は教室が縮小傾向にある現在,組織の変革は必至であり,英知を集めて将来を真剣に議論すること:を強く勧告する.我々は,1)連合王国(イギリス),アメリカ合衆国およびカナダの法中毒学研究室の実務の調査・研究および資料の収集;2)法中毒学研究室ガイドラインなどの収集した欧米の参考資料の翻訳;3)各研究室に必須の標準操作手順(Standard Operating Procedures)マニュアルの作成など;を行い,試料の採取・取扱いおよび検査のQuality Control/Quality Assuranceに必須の事項を整理するとともに,薬毒物鑑定を始めとする我が国の法中毒学実務を改革する方策を研究した.結論として,我々は,1)検査研究室は法中毒学研究室ガイドラインに沿った標準操作手順マニュアルの整備,研究室が履行したすべての文書化,分析法および各検査のバリデーション,および容認基準を逸脱した結果に対する修正作業(Corrective Action)を行うこと;2)他機関に検査を委託する研究室は,委託先の研究室の使命/目的が当該研究室のそれと合致しているか確認するとともに,委託する研究室に検査試料を手渡すまでは,検査試料に関する全責任を負うこと;関係政府機関は,薬毒物鑑定(検査)に不可欠の薬毒物標準品の入手を容易にする施策を講じるとともに,薬毒物検査(鑑定)を含む司法/行政解剖に関わる鑑定に対して,その必要経費および鑑定料を相当の代価として,当該名目で支払うこと;4)法医学教室(組織)は教室が縮小傾向にある現在,組織の変革は必至であり,英知を集めて将来を真剣に議論すること:を強く勧告する.今年度の研究実施計画に従って,各研究者が剖検事例等をもとに典型的な「事件の概要」を作成し,それに従い,全血に当該薬毒物を添加して試験試料を作製した.ドライアイスで凍結した試験試科を各研究者に送付し,受領した研究者は試料の状態をチェツクし,分析(スクリーニング,確認,定量)を行った.各研究者は検査試料の状態,検出薬物,定量値および結果の解釈を含む報告書を研究代表者に送付した.試料受領までの所要時間は7時間30分25時間45分(福岡秋田)で,荷物の外観については全て問題なく,ドライアイスは残存しており,試料は凍結していた.試料量(10ml)は分析(スクリーニング,確認,定量)に十分であった.試料の状態は完全であったが,試料の輸送手段には考慮すべき問題があった.また,各研究者は第1回班会議の際に配付した,本研究に関係した欧米の参考資料を調査・研究中である.今年度の研究実施計画に従って,剖検事例等の典型的な「事件の概要」をもとに,全血に当該薬毒物を添加した試験試料を各研究者が分析(スクリーニング,確認,定量)した.この結果および問題点について,第1回会議で話し合い,提言すべき事項を整理した.また,連合王国およびアメリカ合衆国訪問の際に収集した本研究に関連した欧米の参考資料を翻訳し,それをもとに我が国の実情および各研究室の実務に合致したSOPマニュアルの見本を作成中である.今年度の研究実施計画に従って,(1)OCME (Office of the Chief Medical Examiner), Edmonton, Alberta Department of JusticeのDr G.Jonesを訪問して話し合い,連合王国およびアメリカ合衆国の研究室訪問の成果をより具体的なものにするとともに,その成果をまとめた.(2)全研究者が同一試験試料を検査した結果をまとめ,実力試験(Proficiency Testing)を実施する上での問題点を提示した.(3)欧米の法中毒学実務に関する参考資料を調査・研究し,法中毒研究室ガイドラインおよび法中毒研究室認定計画についてまとめを行うとともに,参考資料を翻訳し,研究成果報告書(冊子)に添付した.(4)欧米の参考資料をもとに,各研究者が所属教室に実情に即した標準操作手順(Standard Operating Procedure)マニュアルおよび種々の文書/書式を作成した.(5)上記の研究成果をもとにして,我が国の法中毒学実務の問題点を提示するとともに,我が国の法中毒学実務を改革する方策:

検査研究室に対してはSOPマニュアルの作成・整備,履行したことすべての文書化,分析法および各検査のバリデーション,および容認基準を逸脱した検査の修正作業;外部機関に検査を依頼する研究室に対しては検査受託研究室の使命/目的および能力のチェック,検査受託機関の指示書に従って検査試料の真正(Identification),完全さ(Integrity)およびChain-of-Custodyの維持;行政に対しては,市・私立大学法医学教室は紛れもなく鑑定機関であることの認識,鑑定のための薬物標準品を容易に入手できる施策を講じること,司法(あるいは行政)解剖に関わる鑑定に対して,解剖に関わる必要経費(解剖に付随する科学検査を含む)および鑑定料として相当の代価を支払うこと;法医学教室(組織)に対しては組織を変革する検討を提言した.
最終氷河期以降の黒潮源流域変動と、本州南方沖海域と日本海環境に及ぼす影響

1.1996年11月の長崎丸航海により、台湾との領海境界付近、つまり沖縄トラフ南端で得たコアで、極めて明瞭なPulleniatina minimum eventを認めた.2.これまでに明らかにしてきたコアの解析結果を南から北に配列すると、黒潮主軸を特徴付ける浮遊性有孔虫Pulleniatinaの挙動が南ほど顕著であることが分かった.すなわち、最終氷河期に形成された中琉球弧から台湾に至る陸橋の消失に伴う黒潮の沖縄トラフへの流入状況、また約3900年前を中心に数百年間続いた黒潮流入阻止(Pulleniatina minimum event)に関する確証を得た.3.1995年11月の長崎丸航海により、沖縄トラフ北端の男女海盆から得たコアは酸素同位体ステージ6にまで達する、沖縄トラフでは異例に堆積速度の遅いコアであった.上記の陸橋が最終氷河期(ステージ24)を通じて存在していた事や、最終間氷河期(ステージ5)には形成されていなかった事が判明した.4.現在、黒潮が沖縄トラフから本州南方沖に抜けるトカラ海峡からのコアにおいても、上記の現象が得られた.5.本州南方海域と日本海環境に及ぼす影響に関しては、今回は文献調査に終ったが、確証を得つつある.以上の論拠は、今年度に追加した25サンプルに及ぶ、AMS炭素14年代測定によっても立証された.1.1996年11月の長崎丸航海により、台湾との領海境界付近、つまり沖縄トラフ南端で得たコアで、極めて明瞭なPulleniatina minimum eventを認めた.2.これまでに明らかにしてきたコアの解析結果を南から北に配列すると、黒潮主軸を特徴付ける浮遊性有孔虫Pulleniatinaの挙動が南ほど顕著であることが分かった.すなわち、最終氷河期に形成された中琉球弧から台湾に至る陸橋の消失に伴う黒潮の沖縄トラフへの流入状況、また約3900年前を中心に数百年間続いた黒潮流入阻止(Pulleniatina minimum event)に関する確証を得た.3.1995年11月の長崎丸航海により、沖縄トラフ北端の男女海盆から得たコアは酸素同位体ステージ6にまで達する、沖縄トラフでは異例に堆積速度の遅いコアであった.上記の陸橋が最終氷河期(ステージ24)を通じて存在していた事や、最終間氷河期(ステージ5)には形成されていなかった事が判明した.4.現在、黒潮が沖縄トラフから本州南方沖に抜けるトカラ海峡からのコアにおいても、上記の現象が得られた.5.本州南方海域と日本海環境に及ぼす影響に関しては、今回は文献調査に終ったが、確証を得つつある.以上の論拠は、今年度に追加した25サンプルに及ぶ、AMS炭素14年代測定によっても立証された.
相対VLBIによる月重力場の精密測定

本研究課題は2005年打ち上げ予定のわが国の月探査計画SELENEにより、これまで得られている月重力場を1.5桁高精度で求め、月の内部や地殻の構造を明らかにし、その起源と進化に迫ることを目的にしてきた。このため、従来の2-wayドプラーデータに加え、月裏側の重力場を直接測る世界初の4-wayドプラーおよび相対VLBIデータを取得・解析するソフトウエアをNASA・Goddardとの共同研究で開発するとともに、取得データに7種の補正行って高精度化を進めてきた。最終年度に当たる今年度は、残された課題である電離層の短周期変動の推定と、そのドプラーの補正法を確立した。具体的には、国土地理院のGPS観測網(国内約1000局)のデータを用いて、観測局である臼田宇宙空間観測所における30秒毎の電離層密度を推定するソフトウエアを国土地理院と京都大学の協力の下に完成し、いくつかの課題は残るが、約0.2mm/sの高精度でドプラーおよびVLBIデータの補正が行えることを明らかにした。4年間にわたる研究で大きな成果が得られた。すなわち、1)相対VLBIとドプラーによるSELENE月周回衛星の位置を誤差1.5mで決定、2)4-wayドプラーによる月裏側の重力場の世界初の直接測定とデータ処理・解析、3)高精度相対VLBIと4-Wayドプラーデータの追加による月重力場の1.5桁もの改良、などをSELENEで実現でき、2005年打ち上げに向けた準備を整えることができた。この研究を次年度以降さらに発展させ、上記取得データと他のデータを組み合わせ、これまで不可能であった重力異常の月全面の分布やモホ面の厚さなどを推定でき、その結果から本研究の最終目的である月の起源と進化に具体的に迫る研究に繋げてゆきたい。相対VLBIと4-Wayドプラーの定式化を行い、既に完成しているNASAのソフトウェアGEODYN-IIをもとにNASAと国立天文台の共同で開発した軌道推定・重力場推定ソフトウェアを用いて、NASAの月探査機Lunar Prospectorの位置計算及びVLBI観測を行った。位置基準として準星3C273と3C279を観測し、データ処理・解析の結果、予測値との残差の変化は周波数2GHzにおいて0.17度であった。このことは月周回衛星の位置を約20cmで決定できる可能性を示しており、当初の目標をクリアできた。この観測ではデータ取得時刻を別途記録していたが、間違いのないようにデータの中に挿入した方が有利であり、措置の一部改造すべきであることが判明した。この観測の成果はIVS(International VLBI Service)総会で発表された。ドプラーデータの取得については水沢10mアンテナで相対VLBIと同様NASAの月探査機Lunar Prospectorを観測した。SELENEの観測では臼田64mアンテナでインテグレーテッドドプラー方式を用いるので、同様の処理を行った。この結果、衛星のスピンの影響が取得されるドプラーデータの質の低下を生じていることがわかり、この解決方法を見い出した。すなわち、サンプル周波数とスピン周波数のビートが折り返し雑音として入り込むためであり、これらの除去をスペクトルで行うか、又はデジタルフィルターで行うことにより解決できることがわかった。1999年度で完成した相対VLBIと4-Wayドプラーデータから月探査機の位置決定するソフトウエアをSELENE計画で整備されるデータ収集システムの出力形式に合うよう、インターフェースソフトウエアを開発した。この結果、長いアークの相対VLBIデータの解析が可能になり、月重力場の推定に、威力を発揮できるようになった。中性大気、及び電離層の変動に起因する誤差については、国土地理院のGEONETで取得されたデータから数十分までの変化の検出を試みるため処理・解析ソフトウエアを整備している。

電離層については、空間的にかなり密度の高い(数十km間隔)観測点で得られる十以上の方向でのTECから、特定の場所の決められた方向での時々刻々のTECの変化の推定を目的としている。現時点は、いろんな方法をテストしている段階であり、来年度も継続して研究を進める。探査機のスピンによる影響の抽出法と補正法を完成させた。つまり、スピンのドプラーに与える影響は、スピン周波数とサンプリング周波数で決められる特定の周波数に現れることを明らかにし、その補正はデジタルフィルターやスペクトルから除くことができることを明らかにした。これらの成果は測地学会誌及び電子情報通信学会論文誌に投稿、地球潮汐国際シンポジウム、宇宙科学技術連合講演会でも発表された。本研究は平成11年度から3年目に入り、大きな成果を上げることができた。すなわち、相対VLBIデータのアークを伸ばして、月周辺で1.5mの誤差で位置推定が可能であることをルナ・プロスペクターの観測データを用いて確かめた。また、観測されるドプラー周波数のスピン、章動、姿勢変化の影響等を明らかにし、宇宙飛翔体のVLBIとドプラーによる3次元位置決定のソフトウェアをほぼ完成させることができた。これは来年度我が国の火星探査機"のぞみ"の追跡に利用される予定になっており、実用の段階に入った。またこの成果の一部は学位論文としてもまとめられた。電離層の短周期変化(20分以下)ドプラーへの影響は未だ補正できていない。現在2つの方法で補正することを進めている。すなわち宇宙科学研究所・臼田宇宙空間観測所に設置されたTEC(Total Electron Content)メータによる観測方向の電離層密度の変化を推定する方法、および国土地理院のGSP網データを用いて推定を試みており、来年度完成させる予定である。これが完成すると、視線方向のドプラーを0.1mm/s、視線に垂直な方向はVLBIで約1mの誤差内で測定できる世界最高精度3次元位置測定の全システムができ上がることになり、本研究の目標である月重力場の推定精度を現在最高のものより更に1.5桁改善が可能になる。今年度の成果により、最終年度に当る来年度にこの目標を達成できる見通しを得た。本研究課題は2005年打ち上げ予定のわが国の月探査計画SELENEにより、これまで得られている月重力場を1.5桁高精度で求め、月の内部や地殻の構造を明らかにし、その起源と進化に迫ることを目的にしてきた。このため、従来の2-wayドプラーデータに加え、月裏側の重力場を直接測る世界初の4-wayドプラーおよび相対VLBIデータを取得・解析するソフトウエアをNASA・Goddardとの共同研究で開発するとともに、取得データに7種の補正行って高精度化を進めてきた。最終年度に当たる今年度は、残された課題である電離層の短周期変動の推定と、そのドプラーの補正法を確立した。具体的には、国土地理院のGPS観測網(国内約1000局)のデータを用いて、観測局である臼田宇宙空間観測所における30秒毎の電離層密度を推定するソフトウエアを国土地理院と京都大学の協力の下に完成し、いくつかの課題は残るが、約0.2mm/sの高精度でドプラーおよびVLBIデータの補正が行えることを明らかにした。
公的年金の経済変動に対するリスク管理

高齢者人口の増加により、公的年金に対する不安が存在する。厚生労働省が5年毎に公開する100年間のシミュレーションでは、受給金額の現役世代所得に対する割合を所得代替率として、年金受給者の格差を表す指標とする。これが今後常に50%以上になる基準でリスクを評価する。この基準維持はマクロスライドとよぶ給付削減を政策とし、経済的シナリオの下でシミュレーションを行って来た。本研究では、100年後に50%以上の所得代替率を満たすマクロスライド継続年数を求めるアルゴリズムを改良し、以前のシミュレーションに要した時間の数十分の1で求められるようにした。そのアルゴリズムは平成27年のプログラムに生かされた。公的年金システムは急速に進む少子高齢化によって、その永続性が心配されている。我国では,厚生労働省が2004年、2009年、本年と5年ごとに財政検証を実施100年安心で所得代替率50%を計算するプログラムを公開し、パブリックオピニオンを取り入れようとしている。本年度はそのプログラムをC言語で統一し、100年後の年金資産必要額に収束する「マクロ経済調整率」を求めるアルゴリズムにセカント法を導入した。その結果、従来は100年分のプロジェクションを計算するのに10数分必要としていたものが、2分程度で収束することになった。この結果従来の経済シナリオを3つ人口に関するシナリオを3つの合計9種類のシナリオによる100年間の年金収支プロジェクションしかできなかった計算が,確率変動を含めた収支予測ができるようになった。同時に進める理論的な研究は、破綻しない公的年金システムの実行可能性に、人口変動のコホートモデリングを組み込んだモデルを開発中である。実行可能性はリスク中立確率では自己調達戦略とマルチンゲール性から必要条件をもとめた。人口のコホートモデリングはマッケンドリック偏微分方程式にMethod of Characteristicsを用いた近似解を求める方法を組み込む。人口コホートが100年という長期でも出生率を基礎として予測すべき年数は20年間のコホートの不確実性であり,生存確率の不確実性の影響の評価が重要であることも明らかになった。一方、経済シナリオは数パーセントの成長率でも100年後には現在の100倍になる大きな変動を確認したモデルを構築中である。公的年金は被雇用者の比例年金と保険料が定額の国民年金からなる。比例年金は雇用者が保険料の2分の1負担であり。2017年統合後は150兆円にもなる運用資金とマクロスライド政策によって、100年間の安心安全は、種々のシナリオシミュレーションから確保できると予想される。しかし、一定の保険料の国民年金制度は経済が予想のように成長しない場合は、シミュレーションシナリオHのケースのようにマクロスライドが効かない。そのために国民年金資産が枯渇し、所得代替率が悪化する。この危機状況を回避する年金制度の構築、およびその移行のためシナリオ検討するモデルの基礎を研究している。我国では,厚生労働省が2004年、2009年、本年と5年ごとに財政検証を実施100年安心で所得代替率5 0%を計算するプログラムを公開し、パブリックオピニオンを取り入れようとしている。この結果従来の経済シナリオを3つ人口に関するシナリオを3つの合計9種類のシナリオによる1 00年間の年金収支プロジェクションしかできなかった計算が,確率変動を含めた収支予測ができるようになった。同時に進めた理論的な研究は、破綻しない公的年金システムの実行可能性に、人口変動のコホートモデリングを組み込んだモデルを開発した。人口のコホートモデリングはマッケンドリック偏微分方程式にMethod of Characteristicsを用いた近似解を求める方法を組み込んだ。一方、経済シナリオは数パーセントの成長率でも100年後には現在の100倍になる大きな変動を確認したモデルを構築した。公的年金のマクロスライド政策によってこれからの不安事態である長寿リスクに対しては不十分であり,金融工学的方法である長寿デリバティブの利用を複合的に利用する必要があるとの認識に至った。平成27年9月28日に平成26年度の財政検証の結果レポートと検証プログラムがネット上で公開された。平成24年度公開されたプログラムと計算時間の比較をすると5分の1以下に短縮化されている。特に、収支計算が著しく短縮しているのは収束計算に我々の研究が提案したセカント法に類似した方法を用いたためと考えられる。本研究は謂わゆる「年金パズル」として知られる個人年金保険の需要減少の現象を理論的に解明しようとしたもである。経済理論におけるライフサイクル仮説からは年金パズルは説明できない。さらに確率制御から生存中の破産確率が最小となるポートフォリオを求めると、最適解には個人年金保険が含まれない。個人年金保険は長寿リスクを減少させる最適ポートフォリオに含まれないことから、年金パズルが理論的に説明されるとBayraktar and Youngは説明した。

我々のモデルでも明らかになる年金パズルの原因は、時間の経過により死亡確率が増加し年金価格が減少するために年金の購入はその時点が遅くなればなるほど価格が下がるというデフレ現象があり、年金の最適購入時刻が存在しないことから説明される。以上の理論は長寿リスクに年金保険が有効でないとしているが、その前提には個人の借り入れを含まないとしている。本研究では、借入に対する制約をしない効用最大化問題を安全利子率と借入金利のリスクプレミアムを含めて解析した。さらに、強制加入の社会保険としての公的年金制度の制度的分析と理論的解析を行った。公的年金制度の長期モデルは最適ポートフォリオを線形計画法で求めるモデルも構築した。また、そのリスク管理にはオプション理論を用いた目標年次の所得代替率を確保するポートフォリオ戦略モデルの構築及びシミュレーションを行った。シミュレーションでは100年安心とする100年後までの所得代替率を50%以上にする政策は経済シナリオに依存し明確な政策的指針が明らかにならない欠点がある。高齢者人口の増加により、公的年金に対する不安が存在する。厚生労働省が5年毎に公開する100年間のシミュレーションでは、受給金額の現役世代所得に対する割合を所得代替率として、年金受給者の格差を表す指標とする。これが今後常に50%以上になる基準でリスクを評価する。この基準維持はマクロスライドとよぶ給付削減を政策とし、経済的シナリオの下でシミュレーションを行って来た。本研究では、100年後に50%以上の所得代替率を満たすマクロスライド継続年数を求めるアルゴリズムを改良し、以前のシミュレーションに要した時間の数十分の1で求められるようにした。そのアルゴリズムは平成27年のプログラムに生かされた。厚労省の公的年金の財政検証が発表になり、我々が有効性を提唱した、セカント法により計算時間が大幅に短縮され、公表シナリオが10を超えるものになった。それにより、シナリオHが国民年金制度にとって危機的になるという認識が広まった。この意味では新しい制度の検討の開始点でもある。計算速度の改善は分析シナリオを多様化させることが可能になった。特に経済状況を厚生労働省レポートのように8通りに加えてオプションケース3通りに対して、人口に関する人口問題研究所のシナリオをベースに数10種類に上る計算をしている。特に注目すべきはケースH比例年金の積立金の2051年は98.8兆円あるにもかかわらず,国民年金の立金がなくなり以降は賦課方式に移行する破綻状態になることである。このとき完全賦課方式に移行し所得代替率は44%から38 ー35%に下降し、生活レベルの悪化が心配される。対象としたシナリオは人口に関して死亡と出生を長期的に観測する基本データを用いているが、これから予想される長寿リスクの確率的変動を前提としていない。確率的変動に対するリスクを限定し、市場化する金融工学的方法、長寿スワップ長寿債券などが市場機能を利用して解決する方法である。
大きな配位空間をその内部に持つナノ構造多核金属錯体の合成と生体高分子の分子認識

本研究は、内部に大きな配位空間を持つナノ構造多核金属錯体の構造安定化を目的としたものであり、構成要素である三核銅錯体の閉環メタセシス反応による構造安定化に関する研究を行った。タンパク質は様々な大きさの基質結合部位を持ち、基質を特異的に結合して反応を促進している。タンパク質の基質結合部位と類似の様々な大きさの疎水ポケットをもつ多核金属錯体が多数報告されてきた。しかし、これらの金属錯体が溶液中で安定な構造を維持するためには、置換不活性な金属を用いなければならない。そのために、これらの錯体には、多くの場合、白金などの金属が用いられてきた。一方、金属タンパク質のほとんどは鉄、亜鉛、銅などの第一遷移系列の置換活性金属をその活性中心にもち、速やかな配位結合の生成を通して反応を促進している。従って、金属タンパク質の機能を再現する金属錯体を構築するためには、これらの置換活性金属を用いて内部に大きな配位空間を持つナノ構造多核金属錯体を構築する事が期待される。我々は、従来の研究で内部に大きな配位空間を持つ十二核銅錯体の合成に成功した。しかし、銅イオンは置換活性金属であるためにこの錯体は水溶液中で配位子と水分子の配位交換が容易に起り、十二核構造を維持する事は出来なかった。そこで本研究では、その構成要素である三核銅錯体を閉環メタセシスによって構造安定化する方法の確立を試みた。具体的には、2つのピリジル基の6位にアルケニル基を導入したジピリジルメタノール配位子を合成し、これを用いて三核銅錯体を形成させた後、第一世代のGrubbs触媒を用いてメタセシス反応により炭素-炭素二重結合をつなぎ合わす閉環メタセシス反応を行った。反応条件の最適化と反応により生じるエチレンガスの減圧除去により、ほぼ定量的に閉環メタセシスを進行させる事に成功した。また、アルケニル基の炭素鎖の長さはC4-C6について検討したが、C4のブテニル基が最も良好な結果を与えた。ここで用いられた三核銅錯体は全て単結晶構造解析により、その構造を決定した。ブテニル基を持つ錯体の場合、閉環メタセシスの前後で三核銅中心の構造はほとんど変化せず、閉環メタセシスの前後で銅の配位構造は維持された。また、メタセシス反応によって新たに形成された炭素-炭素二重結合は全てシス体であった。これにより、3対のブテニル基がシス型二重結合の生成に最も適する配置をとっている事がわかる。一方、閉環メタセシス反応を高濃度の条件で行うと分子間のメタセシス反応が進行する事がわかった。分子間の反応では、生成する二重結合はトランス体であった。ここで得られた錯体を脱金属して配位子を精製した後に、再度銅錯体を形成させると、2つの三核銅ユニットがつながった六核銅錯体が生成した。本研究は、ナノサイズの多核金属錯体の合成法の開発につながる新たな方法論を提供するものとして重要である。cage型ナノ構造多核金属錯体を合成し、詳細なX線構造解析を行う事により内部空間に複数の分子を取り込むことを見いだした。ESI MSスペクトルから、この錯体がCH_3CN溶液中において12核構造を維持していることが示された。このcage型ナノ構造多核金属錯体の溶液中における安定性を向上させる事を目的として、dpmO配位子に含まれる2つのピリジン環の6位に4-ブテニル基を導入し、その三核銅錯体を合成し、これを用いてGrubbs触媒によるオレフィン閉環メタセシス(RCM : Ring-Closing Metathesis)を行った。この手法を用いることで、溶液中で柔軟かつ安定な構造を持ち、さらに多核金属錯体特有の高い機能性が実現できるのではないかと考えた。初めにM_3L_3型の三核銅錯体を用いてRCMによる構造安定化を試みた。従来の三核化配位子dp^<6-Me>mOHの6位のメチル基を4-ブテニル基に変換した配位子dp^<6-Butene>mOHを合成し、M_3L_3型三核銅(II)錯体を得た。Grubbs触媒を用いてRCMを行い、ESI MSによってM_3L_3型錯体からM_3L_1型錯体への反応の進行を確認した。この手法によって定量的にM_3L_3型錯体をM_3L_1型錯体に変換する事が出来た。さらに、反応生成物を沈殿として容易に単離する事が出来たので、これを濃アンモニア水で処理して銅イオンを除き、metal-freeの配位子を塩化メチレンで抽出した。配位子の構造は^1HNMRスペクトルを初めとする様々なスペクトルデータによって確認した。次に、ベンゼンの1,4-位にdp^<6-Butene>mO配位部位を持つp-ph-bdp^<6-Butene>mOHを合成した。これを用いてM_<12>L_6からなるcage型多核銅(II)錯体の合成を行い、同様の手法による構造の安定化を検討中である。

タンパク質は様々な大きさの基質結合部位を持ち、基質を特異的に結合して反応を促進している。タンパク質の基質結合部位と類似の様々な大きさの疎水ポケットをもつ多核金属錯体が多数報告されてきた。しかし、これらの金属錯体が溶液中で安定な構造を維持するためには、置換不活性な金属を用いなければならない。そのために、これらの錯体には、多くの場合、白金などの金属が用いられてきた。一方、金属タンパク質のほとんどは鉄、亜鉛、銅などの第一遷移系列の置換活性金属をその活性中心にもち、速やかな配位結合の生成を通して反応を促進している。従って、金属タンパク質の機能を再現する金属錯体を構築するためには、これらの置換活性金属を用いて内部に大きな配位空間を持つナノ構造多核金属錯体を構築する事が期待される。我々は、従来の研究で内部に大きな配位空間を持つ十二核銅錯体の合成に成功した。しかし、銅イオンは置換活性金属であるためにこの錯体は水溶液中で配位子と水分子の配位交換が容易に起り、十二核構造を維持する事は出来なかった。そこで本研究では、その構成要素である三核銅錯体を閉環メタセシスによって構造安定化する方法の確立を試みた。具体的には、2つのピリジル基の6位にアルケニル基を導入したジピリジルメタノール配位子を合成し、これを用いて三核銅錯体を形成させた後、第一世代のGrubbs触媒を用いてメタセシス反応により炭素-炭素二重結合をつなぎ合わす閉環メタセシス反応を行った。反応条件の最適化と反応により生じるエチレンガスの減圧除去により、ほぼ定量的に閉環メタセシスを進行させる事に成功した。また、アルケニル基の炭素鎖の長さはC4-C6について検討したが、C4のブテニル基が最も良好な結果を与えた。ここで用いられた三核銅錯体は全て単結晶構造解析により、その構造を決定した。ブテニル基を持つ錯体の場合、閉環メタセシスの前後で三核銅中心の構造はほとんど変化せず、閉環メタセシスの前後で銅の配位構造は維持された。また、メタセシス反応によって新たに形成された炭素-炭素二重結合は全てシス体であった。これにより、3対のブテニル基がシス型二重結合の生成に最も適する配置をとっている事がわかる。一方、閉環メタセシス反応を高濃度の条件で行うと分子間のメタセシス反応が進行する事がわかった。分子間の反応では、生成する二重結合はトランス体であった。ここで得られた錯体を脱金属して配位子を精製した後に、再度銅錯体を形成させると、2つの三核銅ユニットがつながった六核銅錯体が生成した。本研究は、ナノサイズの多核金属錯体の合成法の開発につながる新たな方法論を提供するものとして重要である。
磁気共鳴映像法における、心電図呼吸同期下3次元データ収集による冠動脈の摘出

Navigator echoを用いた3D MRCAでは、呼吸同期下に3Dでデータを収集して撮像を終了し、後から任意の断面や曲面上の画像をコンピュータで再構成して表示する方法であり、息止めを必要とせず、撮像中に体を動かさなければ高齢者にでも適応可能である。今回我々は高齢者でこの方法を用いて主要冠動脈を撮像し、描出率を検討した。対象は心臓病の既往のない65歳以上の高齢者15例である。MRI装置はMAGNETOM vision 1.5Tesla超伝導型で、CP body arraycoilによりラジオ波を受信した。Navigator echoを用いたパルス系列で、心電図同期、横隔膜の動きを指標とした呼吸同期下にデータ収集を行った。スラブの厚さは50mmで、2回の撮像で冠動脈の#1、#2、#5、#6、#11が入るように設定し、2mmスライスで3Dで撮像した。撮像終了後、冠動脈を断面上、あるいは曲面上に描出されるように画像を再構成した。対象とした冠動脈のsegmentの半分以上が描出されたとき、描出可能と判断し、描出率を検討した。MRIの撮像時間は位置決めの撮像開始から終了まで25分以内であった。対象とした冠動脈#1、#2、#5、#6、#11は全例で描出されたが、症例によっては画像再構成で冠動脈の信号強度に変化を生じることがあった。画質については、息止め下に撮像する従来の方法よりも悪い傾向にあったが、従来の方法では息止めがうまくできない例ではしばしば冠動脈の評価が困難であったが、今回の方法では評価が困難な例は少なかった。冠動脈造影を施行しがたい高齢者においても非侵襲的に主要冠動脈の描出が可能であり、有用な方法となり得るが、パルス系列の改良の余地もあると考えられた。本年度は、このパルス系列を用いて冠動脈を撮像するにあたり、心電図同期下に、呼吸同期をかけるため、肝臓の頂点に2本のpresaturation pulseの交点をおき、横隔膜の上下の動きを指標として一定の位置に心臓がある時にデータ収集を行い、良好な結果を得た。また、データ収集を行う範囲(slab)を左冠動脈の最も高い位置を含むように設定して撮像した。右冠動脈が十分撮像範囲に入らない場合は、さらに下方にslabを設定して2回目の撮像を行って、冠動脈の主要部分を撮像できるようにした。次年度は、多数の症例について、この方法で冠動脈を撮像し、冠動脈の主要部分がどの程度描出できるかを検討する予定である。また、従来の2次元で呼吸停止下に撮像する方法と、画質についても比較する予定である。
フレキシキュリティの多様性とデンマーク・モデル

本研究は、12008年秋以来の欧州経済危機に最も効果的に対応したのはデンマークモデル(解雇規制の緩和、手厚い失業給付、積極的労働市場政策)ではなく、ドイツモデル(高い雇用保障、操業短縮による労働時間の柔軟性)であること、2のフレキシキュリティ政策は非正規雇用の増大に見られるように、保障性を伴わない柔軟性を増大させたこと、3これらはデンマークモデルを理想化し、柔軟性と保障性が対立的でないことを主張する欧州委員会の政策理念の見直しを迫っていること、4フレキシキュリティの刷新には、柔軟性と保障性の多元的な補完関係を5つの保護された移動によって制度化する移動的労働市場論が有効なこと、を明らかにした。平成24年度の研究は、とくに2008年秋以降の欧州債務危機が加盟各国の労働市場に深刻な影響を与えている状況のもとで、柔軟性(解雇保護法制の硬軟+継続的職業訓練)と保障性(積極的労働市場政策と継続的職業訓練)のそれぞれの程度によって分類されたフレキシキュリティの5つの型、北欧型、アングロサクソン型、大陸欧州型、南欧型、東欧型がどのように機能しているのかについて調査し、「フレキシキュリティの多様性とデンマーク・モデル」についての研究を推し進めた。調査研究によって確認できたことは、第1に欧州経済危機が労働市場に与えた多様な影響は高い柔軟性と低い保障性によって特徴づけられるアングロサクソン型、低い柔軟性と中程度の保障性(強い解雇保護)によって特徴づけられる南欧型、相対的に高い柔軟性と低い保障性によって特徴づけられる東欧型においてより深刻であったこと、第2に経済危機において最も有効に機能したのは低い柔軟性と高い保障性によって特徴づけられる大陸欧州型であって、高水準の柔軟性と保障性によって特徴づけられる北欧型でないということ、第3に柔軟性と保障性の相互促進的補完関係よりも、若年労働者の高失業率や非正規雇用の増大など、柔軟性の拡大が保障性の拡大をともなわないようなトレードオフの関係がEU全体で進んだ結果、フレキシキュリティのバランスは柔軟性に大きく傾いたこと、第4にEUの加盟各国で積極的労働市場政策のなかの人的資源投資支出が減少し、就労支援などの労働力再商品化支出が増加していること、の4点である。以上の確認された事実から出発して、経済危機におけるデンマーク・モデルの機能のしかた、大陸欧州型を代表するドイツ・モデルが経済危機においてより有効であった理由、フレキシキュリティの政策理念を発展させるうえでの移動的労働市場アプローチの有効性について理論的に政策的に考察した研究をおこなった。第1に、長期化する欧州経済危機がフレキシキュリティの多様性によって識別される各国の労働市場にどのように影響を与えているか、について調査した。経済危機は労働市場のタイプごとに異なる影響を与えている。失業率の上昇、とくに若年失業率の上昇の指標からみると、労働市場に与えた経済危機の影響は、高い柔軟性と相対的に低い保障性を特徴とするアングロサクソン諸国、低い柔軟性と中程度の保障性を特徴とする南欧諸国、相対的に高い柔軟性と低い保障性を特徴とする東欧諸国において深刻である。高い柔軟性と高い保障性を特徴とし、EUのフレキシキュリティ戦略のモデルとなってきた北欧諸国も高い失業率の上昇に見舞われた。これにたいして、低い柔軟性と高い保障性(強い解雇規制)によって特徴づけられる大陸欧州諸国は失業率の上昇がEUで一番低く、ドイツの失業率は減少に転じている。第2に、欧州経済危機においてデンマーク・モデルよりもドイツのような大陸欧州型のモデルが高い経済成果を示していることは、EUの雇用戦略の機軸としてのフレキシキュリティ政策の唯一の到達目標がデンマーク・モデルであってはならないことを示唆している。雇用の安定に基づく労働時間の短縮(操業短借などの内的数量的柔軟性)や柔軟な労働編成(内的機能的柔軟性)の発揮・活用も、フレキシキュリティ政策の重要な要素である。その他にも、フレキシキュリティを構成する、柔軟性と保障性の諸要素のうちには効果的な組み合わせが発見できると予想される。第3に、欧州員会が「フレキシキュリティの共通原則」(2007年)において提唱したフレキシキュリティの基本政策の問題と限界を明らかにした。積極的労働市場政策と生涯学習、社会保障改革によって、同職保障から職の移動による「雇用保障」を目指すこの基本政策は、実際には保障性を伴わない柔軟性(非正規雇用)を増加させているだけである。2008秋のアメリカ金融危機の影響を受けて、欧州は長期的な経済不況と債務危機に直面している。2007年にEU労働市場政策の中心的戦略として採択されたフレキシキュリティ(柔軟性・保障性)はこの欧州経済危機のもとで、その有効性を問われることとなった。2009年以降、研究者、政策立案者を中心に、フレキシキュリティをめぐる議論が再び活発になっている。

平成23年度の研究は、フレキシキュリティ研究がいわば第2段階に入ったという認識に基づいて、フレキシキュリティの多様性、デンマークモデルの独自性、フレキシキュリティの概念または中心的要素について共同研究を進めた。本研究は第1に、経済危機に対して、フレキシキュリティの5つのタイプ(北欧型、大陸欧州型、南欧型、東欧型、アングロサクソン型)がどのように反応したかを比較した。2008年秋の以前と以後の失業率の変化を比較すると、ドイツなどの大陸欧州型の失業率の上昇が最も低くなっている。解雇規制の緩和と手厚い失業手当の補完関係を特徴とするデンマークは南欧やイギリスに比べればましであるが、失業率はかなり上昇している。経済危機においては、外的柔軟性(解雇)を重視するデンマーク・モデルよりも、内的柔軟性(時間短縮などによる雇用保障の維持)を重視する大陸タイプのフレキシキュリティの方が有効であることが明らかになった。第2に、デンマーク・モデルの特徴について再検討した結果、デンマーク・モデルはマッセンが主張するように、解雇規制の緩和と手厚い失業手当の軸的関係を積極的労働市場政策が補助するような三角形ではなく、積極的労働市場政策を不可欠な重要な一辺とする三角形として理解する必要があることが明らかになった。不況において、長期的な視点に立つ人的資源投資(生涯教育、失業者の職業訓練)が後退するならば、デンマーク・モデルは衰退すると危惧される。EU労働市場のフレキシキュリティ(柔軟性・保障性)の多様性とデンマークモデルの普遍性および特殊性を明らかにし、日本の労働市場改革への指針を引き出すことが本研究の目的であったが、実施した研究によって特に次の点が明らかになった。第1に、欧州経済危機はフレキシキュリティの多様性によって識別される各国の労働市場に応じて異なる影響を与えた。失業率、若年失業率の上昇から見て最も深刻な影響を受けたのは高い柔軟性と低い保障性を特徴とするイギリス、アイルランドで、影響が一番小さかったのが高い保障性と低い柔軟性によって特徴づけられるドイツであった。第2に、経済危機において、デンマークモデル(高い柔軟性、高い保障性、積極的労働市場政策)よりもドイツモデル(雇用の保障、操業短縮などの内的数量的柔軟性)がより高い経済成果を示したことは、デンマークモデルを到達目標とする欧州員会の雇用戦略の指針「フレキシキュリティの共通原則」(2007)の見直しを迫るものである。第3に、EU加盟国全体において若年者失業率の上昇や非正規雇用の増大に見られるように、柔軟性と保障性のトレードオフが顕在化し、両者の補完的関係を強調するフレキシキュリティの理念は空虚なものになっている。フレキシキュリティのこの現状を打破するものとして、柔軟性と保障性の多様な補完的関係を作り出す労働市場改革を提唱する移動的労働市場論が注目に値する。経済理論第1に、経済危機におけるデンマーク・モデルの機能を調査した結果、このモデルがマッセンによって定式化された中央レベルにおける黄金の三角形モデル(緩い解雇規制、手厚い失業給付、積極的労働市場政策)に加えて、地域や企業のレベルにおける労使交渉による同職の保障と内的数量的柔軟性(労働時間の短縮)というもう一つのフレキシキュリティを備えていることが明らかになった。この2つのフレキシキュリティから構成されたデンマーク・モデルは、ドイツ・モデルと比べると劣るとはいえ、経済危機において劣化したのではなく確かに機能している。
昆虫細胞の特異な膜構築と変形能

哺乳類細胞の形質膜では、リン脂質が外層と内層で非対称に分布しており、その非対称性が膜輸送や細胞分裂等の細胞機能にとって重要である。一方、ショウジョウバエ細胞の形質膜では恒常的に活性化しているスクランブラーゼXKRによりリン脂質が形質膜の外層と内層で対称的に分布していることを申請者は発見した。さらに、哺乳類細胞と比較してショウジョウバエ細胞はXKR依存的な高い変形能を有していることを見出した。そこでXKRが細胞の変形能を向上させる分子機構の解析を行った。始めに、アクチン骨格をCytochalasin Dにより破壊した細胞の変形能を前年度に構築した実験系を用いて定量的に評価した結果、アクチン骨格破壊時でもXKRの欠損により膜張力が増加した。更に、細胞の形質膜で構築された小胞であるGPMVでもXKRの欠損により変形能が低下していたことから、XKRは細胞骨格非依存的に細胞の変形能を向上させることが明らかとなった。次に、ハエ目の小型昆虫であるヒトスジシマカの培養細胞C6/36の変形能を定量的に評価した結果、C6/36細胞の膜張力とヤング率はどちらも非常に低く、ショウジョウバエ細胞と同様に変形能が高いことが明らかになった。さらに、哺乳類培養細胞の膜張力とヤング率がヒトスジシマカのXKRホモログであるAaXKRの発現により低下したことから、AaXKRも変形能を向上させる機能を有することが明らかとなった。最後に、細胞溶液を直径0.16 mmの微小管内へ高速で通過させることで細胞に強いずり応力を与えた結果、哺乳類細胞の60%以上が損傷したのに対しショウジョウバエ細胞の損傷率は20%以下であり、XKRの欠損により約2倍に増加した。この結果からショウジョウバエ細胞は細胞局所における高い変形能だけでなく外力に対する高い耐性を有しており、その要因としてXKRが見いだされた。2018年度の研究により、XKRによる変形能の向上には細胞骨格に依存的な分子機構以外に、XKR自体がリン脂質二重膜自体の変形能を向上させる機構が存在することを明らかにした。さらに、細胞の形質膜のみを単離する実験系を構築したことで、2019年度に細胞骨格非依存的な細胞の変形に寄与する要因を定量的かつ特異的に解析することが可能となった。続いて、ショウジョウバエと同じ小型昆虫であるヒトスジシマカの細胞を用いた実験により、XKRによる変形能の向上が小型昆虫において広く保存されている可能性を見出した。さらに、ヒトスジシマカ由来のXKRホモログであるAaXKRは哺乳類細胞の変形能を向上させたことからリン脂質スクランブラーゼによる変形能の向上が昆虫細胞特異的な現象ではないことを証明しただけでなく、今後哺乳類細胞の変形能を研究する場合おいてAaXKRが重要なツールとなる可能性を見出した。また、XKRが細胞の変形能を向上させる生物学的意義として外部からの力に対する耐性を獲得していることを発見した。この結果は2017年度に発見した体内を循環する血球細胞がXKRの発現抑制により減少する表現型と合致しており、XKRによる外力に対する耐性の向上が生体内において重要な機能である可能性が見いだされた。これらの研究成果について、第60回日本脂質生化学会及び第91回日本生化学会において発表した。以上から、本研究は順調に進展していると判断した。本年度は前年度に引き続き、物理的に細胞を変形させた時の形質膜リン脂質や細胞骨格の挙動について解析を行う。また、XKR以外の要因の検討や他種昆虫との比較を行い、XKRにより付与される高い変形能が昆虫の小型化に関与している可能性を検討する。一方、ショウジョウバエ細胞では、リン脂質を二層間で混和するスクランブラーゼXKRが恒常的に活性化し、リン脂質が形質膜の外層と内層で対称的に分布していることを申請者は見出した。更に、ショウジョウバエ細胞は哺乳類細胞と比べて高い変形能を有しており、その高い変形能にXKRが関与していることも見出した。そこでXKRが細胞の変形能を向上させる分子メカニズムの解析を行った。先ず、シリンダー型のマイクロピペットを細胞に接触後、一定の圧力で吸引し、その時の吸引圧と吸引された長さから細胞の膜張力とヤング率を算出した。その結果、哺乳類由来の培養細胞であるTHP-1細胞やCHO-K1細胞と比較してショウジョウバエ由来の培養細胞であるKc167細胞やS2細胞の膜張力とヤング率はどちらも非常に低いことが明らかになった。さらに、CRISPR/Cas9によりXkr遺伝子を欠損させたKc167細胞では、膜張力とヤング率が上昇しており、XKRを再発現させることでKc167細胞と同程度にまで回復した。次に、高粘性流体が幅50 μmのマイクロ流路内を高速で通過した時に生じるずり応力により細胞全体を変形させ、その時の流速と細胞の変形度から細胞全体の変形能を評価した。その結果、Kc167細胞と比較してXKR欠損細胞はずり応力に対する変形能が低下していることが明らかになった。

さらに、ショウジョウバエ個体におけるXKRの機能を解析するため、GAL4-UASシステムを用いてショウジョウバエの血球細胞であるヘモサイト特異的にXKRの発現を抑制した個体を作製した結果、XKRの発現抑制によりヘモサイトの変形能が低下し、体内を循環するヘモサイトが減少することを見出した。平成29年度の研究により、細胞局所並びに細胞全体の変形能の定量的な評価系の構築に成功し、ショウジョウバエ細胞が哺乳類細胞よりも非常に変形能が高く、その要因としてXKRが重要であることを明確にした。さらに、これらの評価系を構築したことで平成30年度に実施予定である変形時におけるリン脂質やタンパク質の局在変化や集積を評価することが可能となった。また、ショウジョウバエ個体を用いた実験では、様々な観点から表現型を探索することで、XKRの発現抑制により体内を循環するヘモサイトが減少することを見出した。このことは、XKRによる変形能の向上が培養細胞だけの現象ではなく、生体内においても重要な役割を果たしていることを示している。これらの研究成果について、第59回日本脂質生化学会及び第90回日本生化学会において発表した。以上から、本研究は順調に進展していると判断した。哺乳類細胞の形質膜では、リン脂質が外層と内層で非対称に分布しており、その非対称性が膜輸送や細胞分裂等の細胞機能にとって重要である。一方、ショウジョウバエ細胞の形質膜では恒常的に活性化しているスクランブラーゼXKRによりリン脂質が形質膜の外層と内層で対称的に分布していることを申請者は発見した。さらに、哺乳類細胞と比較してショウジョウバエ細胞はXKR依存的な高い変形能を有していることを見出した。そこでXKRが細胞の変形能を向上させる分子機構の解析を行った。始めに、アクチン骨格をCytochalasin Dにより破壊した細胞の変形能を前年度に構築した実験系を用いて定量的に評価した結果、アクチン骨格破壊時でもXKRの欠損により膜張力が増加した。更に、細胞の形質膜で構築された小胞であるGPMVでもXKRの欠損により変形能が低下していたことから、XKRは細胞骨格非依存的に細胞の変形能を向上させることが明らかとなった。次に、ハエ目の小型昆虫であるヒトスジシマカの培養細胞C6/36の変形能を定量的に評価した結果、C6/36細胞の膜張力とヤング率はどちらも非常に低く、ショウジョウバエ細胞と同様に変形能が高いことが明らかになった。さらに、哺乳類培養細胞の膜張力とヤング率がヒトスジシマカのXKRホモログであるAaXKRの発現により低下したことから、AaXKRも変形能を向上させる機能を有することが明らかとなった。最後に、細胞溶液を直径0.16 mmの微小管内へ高速で通過させることで細胞に強いずり応力を与えた結果、哺乳類細胞の60%以上が損傷したのに対しショウジョウバエ細胞の損傷率は20%以下であり、XKRの欠損により約2倍に増加した。この結果からショウジョウバエ細胞は細胞局所における高い変形能だけでなく外力に対する高い耐性を有しており、その要因としてXKRが見いだされた。2018年度の研究により、XKRによる変形能の向上には細胞骨格に依存的な分子機構以外に、XKR自体がリン脂質二重膜自体の変形能を向上させる機構が存在することを明らかにした。さらに、細胞の形質膜のみを単離する実験系を構築したことで、2019年度に細胞骨格非依存的な細胞の変形に寄与する要因を定量的かつ特異的に解析することが可能となった。続いて、ショウジョウバエと同じ小型昆虫であるヒトスジシマカの細胞を用いた実験により、XKRによる変形能の向上が小型昆虫において広く保存されている可能性を見出した。