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アントニオ・フェデリーギの彫刻ー15世紀シエナにおけるドナテッロ芸術の受容ー

1453年から1481年までシエナ大聖堂造営主任(カーポマエストロ)として活動したシエナの建築家、彫刻家アントニオ・フェデリーギの彫刻家としての活動をあとづけ、シエナ出身の教皇ピウス二世の庇護とシエナに二回滞在したフィレンツェの彫刻家ドナテッロの圧倒的な影響によって、古代彫刻に根ざした独自なルネサンス造形をシエナにもたらしたことを明らかにした。本研究は、シエナの彫刻家アントニオ・フェデリーギにフィレンツェ出身の彫刻家ドナテッロがおよぼした具体的な影響を考察する。今年度は、まず近年研究の進捗が著しい、大聖堂などシエナの諸施設に制作したドナテッロ作品の基本データを、研究文献によってイメージと一緒に集積し、その整理をおこなった。またフェデリーギと、アンドレア・ヴェロッキオなど同時代のフィレンツェを代表する彫刻家の関連作品を、彫像や浮彫にほどこされる古代風モティーフなどの細部に注目し両者の交流関係を検討した。この考察には、古代の石棺や、フィレンツェのメディチ家が所有していた、古代のカメオなど図像上の共通する源泉と考えられる作例の調査が不可欠であり、その検討をあらたに開始している。現地調査では、フェデリーギ研究の第一人者アレッサンドロ・アンジェリーニ、シエナ大学准教授と面会し、フェデリーギ彫刻と同時代フィレンツェの彫刻家、とりわけアントニオ・ポッライウォーロの彫刻および絵画作品との比較、特に装飾モティーフに注目した研究が重要であるとする助言を得た。あわせて、この機会に、シエナで開催中の「初期ルネサンスのシエナの諸芸術-ヤコポ・デッラ・クエルチャからドナテッロまで-」展で、フェデリーギ作品のみならず、初期に彼が学んだデッラ・クエルチャ、そして、かつてシエナ大聖堂床面を飾った墓碑など、フェデリーギの造形に大きな影響をあたえたドナテッロの作品、をはじめとする関連作品を一堂に精査することができた。また同展の学術委員のひとり、アンドレア・ディ・マルキ、フィレンツェ大学准教授と面会し、同展の構成および作品選定について詳細な経過説明を受け、シエナ芸術の展開におけるフェデリーギ彫刻の意義について、さらに14-15世紀のシエナとフィレンツェとの芸術交流について意見交換をなした。本研究は、15世紀イタリアはシエナの建築家、彫刻家アントニオ・フェデリーギ(1438年から記録-83年)の主に彫刻芸術の展開に注目しながら、当初活動したヤコポ・デッラ・クエルチャ(1371/4-38)工房で何を学び、また二度に渡りシエナに滞在したフィレンツェの彫刻家ドナテッロ(1386-1466)からどのような芸術受容をうけたかを検証することを目的とする。平成22年三月からシエナで開催され熟覧できた「初期ルネサンス、シエナの諸芸術展」は、デッラ・クエルチャ彫刻をドナテッロと並ぶ、しかしそれとは異質なルネサンス的な造形と再定義をおこない、またアントニオ・フェデリーギの初期彫刻とされた聖母子像が、フィレンツェの別の彫刻家が着手した大理石像に手を加えた可能性が指摘されるなど、最新の研究成果を踏まえた斬新な提案に満ちた展覧会であった。本年度は以上の研究動向を踏まえて、デッラ・クエルチャ工房で制作したと考えられるアントニオ・フェデリーギ彫刻作品を、リヒターおよびハンセンの著作のイタリア語改訂版に主に依拠しながら、技法・材質などに留意しながら基礎データを整理し、あわせて、彼の建築および彫刻装飾に用いられた古代彫刻モティーフに着目して、ドナテッロを中心とするフィレンツェ芸術の作例と比較し、15世紀シエナとフィレンツェにおける影響関係を検証する作業をおこなった。イタリアでは、関連作品の精査に加えて、上述の展覧会の学術委員フィレンツェ大学アンドレア・デ・マルキ准教授、および、アントニオ・フェデリーギ研究の第一人者シエナ大学アレッサンドロ・アンジェリーニ准教授と、特にデッラ・クエルチャ芸術との関係について意見交換をなした。本研究は、15世紀イタリアはシエナの建築家、彫刻家アントニオ・フェデリーギ(1438年から記録一83年)の主に彫刻芸術の展開に注目し、特にシエナに二度に渡り滞在したフィレンツェの彫刻家ドナテッロ(1386-1466)芸術をどのように受容したかを検証することを目的とする。ヤコポ・デッラ・クエルチャ(1371/74頃-1438)の影響下にあった初期にアントニオが制作した大理石作品《聖母子》では、自律する衣の動きなどデッラ・クエルチャ様式を学びながら、強調された四肢の有機的な表現にすでに彼自身の特徴が明示されている。これらの特徴を発展させ彼が古代芸術に根ざす「荒々しい」独自の様式を確立できたのは、古典古代の文化を深く愛したシエナ出身の教皇ピウス二世(在位1458-64年)による庇護と、作品を実見でき、おそらく個人的にも知遇を得たドナテッロ芸術との出会いであった。

本年度は、ドナテッロが1445年から50年頃に制作しシエナに送ったブロンズによる《ジョヴァンニ・ペッチ司教の墓碑板》、あるいは1457年から61年までシエナに二回目の長期滞在をなしたドナテッロが手がけた浮彫作品など、遠近法を強調した造形表現などに多大な影響をうけてアントニオが墓碑彫刻をはじめ浮彫を制作した事実を検証した。さらに本年度は中部イタリアのウルビーノにおいて、ジョヴァンニ・ディ・ステーファノ(1444頃-1502まで記録)らアントニオと密接な関係のあるシエナの芸術家の活動を調査し、ウルビーノ芸術の影響が逆にシエナのアントニオ周辺にもたらされた可能性を検討することができた。シエナに現存するルネサンス建築の多くを設計したアントニオ・フェデリーギは、古典古代との関係からも、シエナのみならずイタリア・ルネサンスという大きな文化運動を体現する人物としてその存在意義は大きいことを指摘してまとめとした。以上を研究成果報告書として冊子体で作成した。
頻脈性および頻発性不整脈の心筋症病態形成解明に向けた表現型と遺伝型からの検討

本研究は、頻脈性または頻発性不整脈による心筋への影響が心筋に関連した遺伝的素因により個人間で異なるとの仮説のもと、心筋症患者を対象に不整脈と心機能低下との関係を後向きに解析し、ゲノム解析情報や心臓超音波指標や光学および電子顕微鏡を用いた病理評価法を用いて検討するものである。初年度の本年度は、心筋症患者で最適化治療をうけ左室のリバース・リモデリングを評価しえた210名で不整脈の詳細情報を含めた臨床情報を収集した。46例で有意な不整脈(心房細動38例)を、34例で頻脈を認めた。心房細動の有無とその後の左室駆出率の改善率に差異は認めなかったが、頻脈症例ほど、その後の左室駆出率の改善量が大きく、補助人工心臓の装着例においても同様であった。これらの情報に基づき抽出した症例から新たに血液検体を採取し、ゲノム変異情報の解析を開始した。次年度は、これらの解析結果と頻脈を有さない心筋症関連症例約300例とで検討し、健常人ゲノムバリアントデータベース参照による疫学的観点からも検討をすすめる予定である。また、本年度は、GLSパターンを含めた心臓超音波検査指標、99mTc-MIBI核医学検査による指標と心筋可塑性について検討し、ミトコンドリア機能を反映する99mTc-MIBI核医学検査による指標ではwashout rateが心筋の可塑性と関連したとの結果から、心筋生検による電子顕微鏡標本でのミトコンドリアの評価およびwashout rateと不整脈、頻脈との関係について検討を始めた。本年度は、計画に基づき不整脈および頻脈の影響が疑われた症例の臨床情報の収集を行い、そのデータに基づいて血液検体の収集と、それらのゲノム解析を開始しているが、ゲノム解析のデータ分析がまだ終了しておらず結果に応じた症例追加の必要性の検討をなるべく早く行う。本年度取得した臨床情報およびゲノム解析データを用いた検討をすすめていく。結果に基づいて、今後、症例数の追加の必要性を検討し、心筋可塑性に寄与する因子の同定に努める。また、より早期にそれらの候補因子が同定された場合には、生化学的、分子生物学的検討へうつることを目標に研究を進めていく予定である。また、引き続き、心機能低下や頻脈・不整脈に関連する臨床的・基礎的な情報収集も継続し、適宜、結果を取りまとめて成果の発表を順次行い、学術発表にも取り組んでいく予定である。本研究の経費のうち、今年度はまず臨床情報抽出とそれに伴うゲノム解析症例の選定を行ったため、当初予定していた病理評価解析は次年度に一部繰り越すこととした。
量子スピン系の相転移を効率的に扱う自己臨界的ループアルゴリズムの開発

S=1反強磁性biquadratic相互作用をもつモデルについて、新しく考案したループアルゴリズムを用いて、2次元と3次元の有限温度の相図を求めた。その結果、絶対零度の量子相において、古典系ではあらわれない四重極相が存在することが示せた。さらに、3次元に関しては、大規模数値実験の結果とBiquadratic相互作用をうまく扱う平均場近似理論の予想を比較した。その結果、平均場理論の予想と異なり、四重極相への有限温度相転移が2次転移であることがわかった。この相転移が2次転移であることから、相境界上ではループアルゴリズムにおけるループクラスターの大きさが相境界上で発散していると予想される。したがって、自己臨界的な性質をつかって精度よく相境界を求めることが可能であると予想されるが、ループクラスターの大きさについては、まだ、よくわかっていない。このモデルは高い対称性をもつため、いくつかの特別な点で1次元系の厳密解が求めることができ、そこから、全体の相図が予想されている。しかし、まだ、未解決な部分として中間の部分の相が残されている。われわれは今回考案したループアルゴリズムをもちいることで、新しい中間相の存在についてその存在を研究中である。ループアルゴリズムに自己臨界的性質を組み入れるということを量子XYモデルを用いて示した。さらに富田の新しい自己臨界的アルゴリズムとループアルゴリズムの組み合せもおこなうことができた。特に2次元量子XYモデルの有限温度相転移については引きつづき数値的な実験をつづけている。さらにS=1反強磁性的bi-quadratic相互作用をもつ量子スピン系についてのループアルゴリズムが構成できることを示し、一次元の厳密解との比較をおこなった。また、このモデルの二次元系の絶対零度の量子相転移を数値的に調べた。このモデルの重要な点は、一次元の相図がわかっている事、三次元では有限温度での相転移が予想される事、二,三次元での相図はまだよくわかっていない事である。自己臨界的なループアルゴリズムを適用するモデルとして好都合と考えられる。今年度の数値的研究により二次元の絶対零度との相図が求とまった。二次元での二つの相転移点とアルゴリズムを講成するグラフが変化する点とが一致することがわかった。さらにこれらの転移が一次的であることも示した。
可微分写像の大域的特異点論とその応用

多様体間の可微分写像に現れる特異点を大域的観点から研究し,その特異点と多様体の微分位相幾何学的性質について種々の新しい知見を得た.たとえば,多くの位相的4次元多様体の上には無数の可微分構造があることが知られているが,そのうちで特異点が簡単な写像を許容する可微分構造は一意的であることが示された.またそうした大域的研究が特異点の局所的研究に役立つ例も発見した.こうして,写像の特異点や特異ファイバーと,多様体や写像の同境類の間の深い関係を明らかにし,多くの具体的成果を得た.多様体間の可微分写像やその特異点についての研究は,20世紀中ごろのホイットニーやトムに始まりその後大きな発展を遂げた.特に可微分写像の局所的性質(ある点のまわりでの性質)が多く研究され,現在では多くの理論・道具が確立されている.しかし,多様体の本質的構造に関わる大域的性質(写像全体としての性質)の研究は,重要であるにもかかわらずあまりなされてこなかった.一方,可微分多様体論に関しては,1970年代までに5次元以上の高次元多様体論がかなり発展し,その中で興味深い事実が次々と発見されていった.特に一つの位相多様体の上に複数の可微分構造が入り得ることが多くの例とともに発見され,微分位相幾何学の世界に大きな衝撃を与えた.さらに最近では4次元多様体に関する研究が進み,上のような現象が高次元に比べるとさらに頻繁に起こり,むしろその方が自然であるという状況すら明らかにされてきている.しかし可微分構造の分類といった重要な問題は未解決のまま残されている.このように可微分多様体論は盛んに研究されてきたわけであるが,可微分写像の大域的特異点論の立場からの研究は,重要であるにもかかわらずほとんどなされてきていない.ところが最近小生らのグループによる研究により,実数に値を取る関数ではなく,多様体に値を取る写像とその特異点を本質的に用いることにより,可微分構造に関する情報が取り出せる例が発見された.これらの結果により,可微分構造の究明に,多様体間の写像とその特異点の研究が大変重要であることがあらためて浮き彫りになったと言える.しかし,こうした研究には解決すべき問題が山積している.それは,特異点の局所的性質とは本質的に異なる興味深い現象が大域的研究の中で発見されてきているものの,それらを大きな枠組みの中で統括的に扱えるような理論が未だに現われていないことからもうかがえる.そこで本研究では,大域的特異点論の種々の重要な未解決問題を,これまでにない統一的観点から,より大きな枠組みの中で解決してゆくことを目的とする.さらに,そうした結果を応用して,微分位相幾何学の種々の重要な問題を解決する.多様体間の可微分写像に現れる特異点を大域的観点から研究し,その特異点と多様体の微分位相幾何学的性質について種々の新しい知見を得た.たとえば,多くの位相的4次元多様体の上には無数の可微分構造があることが知られているが,そのうちで特異点が簡単な写像を許容する可微分構造は一意的であることが示された.またそうした大域的研究が特異点の局所的研究に役立つ例も発見した.こうして,写像の特異点や特異ファイバーと,多様体や写像の同境類の間の深い関係を明らかにし,多くの具体的成果を得た.可微分写像の特異ファイバーに着目し,可微分構造との関係について調べるため,種々の状況で特異ファイバーの分類をまず行うのが当初の計画であった.これについては,既存の場合より対象とする写像の範囲を広げ,さらに分類の基準となる同値関係を整備した.特に,これまで多重写像芽にしか定式化されていなかったK-同値の概念は,特異ファイバーに沿った写像芽に対しても定式化される.それによる分類を行ってポントリャーギン-トム構成を適用することにより,特異ファイバーの分類空間が構成できることも分かっている.そこで今年度はこのK-同値による分類のための準備を,研究支援員の協力を得て行った.また,特異点消去のためのホモトピー論的障害の研究を当初の計画にあるように進め,ある種の次元対に対して,与えられた多様体が折り目写像を許容するための障害類を,ポストニコフ分解の観点から明らかにすることに成功した.さらに,特異写像の同境分類についても関連して研究し,円周へのモース写像の同境群を,曲面への安定写像のカスプ消去の方法を用いて完全に決定することに成功した.この結果の応用として,平面へのジェネリックな写像芽の安定摂動に現れるカスプの,符号付き個数の位相不変性を示すことができた.また,定値折り目特異点の消去を利用して,4次元多様体上に折り目付きレフシェッツ束が構成できることに気が付いた.これは4次元多様体上のシンプレクティック幾何学や微分構造の理論とも密接に関係する.今後はこれを発展させて,当初の重要な目的の一つである,ジェネリックな写像の組織的構成に役立てる予定である.特異ファイバーの大域的な消去可能性と可微分構造の関係について,同境理論の観点,及びホモトピー論的障害類の観点から研究を押し進めるため,ハンガリーのAndras Szucs氏に専門的知識の提供をお願いするとともに,研究連絡を行った.その結果,写像芽の場合において,そうした同境理論や,障害類の定式化に関する新たな知見を得た.これは今後,特異ファイバーの場合を研究するための大きな指針となる,重要な知見である.

また,多様体の微分幾何的構造の特異構造への一般化として,特に,4次元多様体上のLefschetz構造を,特異点を持ったものにまで対象を拡張することを考えた.その研究のため,Inang Baykur氏を招へいし,研究連絡を行った結果,以前に我々が得ていた結果を解釈しなおすことにより,それが既にそうした拡張に関する良い結果を与えていることが判明した.すなわち,これまでに特異点論的観点から写像の特異点の消去を考えてきたが,それが特異Lefschetz構造の研究に役立つことが明らかになった.このことは,既存の研究の今後の大きな方向性を指し示している点で大変興味深い.また,特異写像を用いて4次元同境群についても研究を行い,複素射影平面が自然な生成元となる無限巡回群であることを,まったく新しい観点から証明することにも成功した.その結果,既存の,特異ファイバーによる符号数公式に新しい証明を与えることもできた.このアイデアは,特異ファイバーのまわりに多様体を対応させるものであり,特異写像の同境の研究にこうしたアイデアが使えることが十分に期待できる.このように,今年度の研究により十分な成果が得られたと言うことができる.多様体の可微分構造と可微分写像の特異点の関係について調べるため,その最も基本的な場合として,定値折り目特異点しか持たないスペシャル・ジェネリック写像について研究した.閉多様体の場合については既存の研究があったため,特に可微分構造が豊富にある4次元開多様体の場合について詳しく調べ,スペシャル・ジェネリック写像を許容することが,多様体の可微分構造を決定することを多くの場合に示すことに成功した.また,4次元多様体上の安定写像の特異ファイバーを用いることで,4次元有向同境群が無限巡回群となることの新しい証明を得た.さらにその系として,特異ファイバーを用そた4次元多様体の符号数公式の,新しく,しかも見通しの良い証明を得た.これについては2009年6月に信州大学で行われた研究集会において発表した.さらに,円周へのモース写像の同境群について研究し,それを一般次元において完全に決定した.またその応用として,平面へのジェネリックな可微分写像芽を安定摂動したときに現れるカスプの符号付き個数が写像芽の位相不変量となることを示した.また,折り目写像を許容するための障害類について,山口大の安藤氏による結果を用いることで,ホモトピー論におけるポストニコフ分解の観点から,近畿大の佐久間氏,及びトロント大のサディコフ氏と共同で研究を行い,いくつかの場合にその2次障害類を明らかにすることに成功した.また,曲面上の高さ関数であって,臨界値をちょうど3つ持つものについて,その臨界点の個数の実現問題に取り組み,完全な解答を得た.以上のように,今年度の研究により十分な成果が得られたということができる.可微分多様体間の可微分写像について,多様体と写像のファイバーの位相との関係について調べるため,J.T.Hiratuka氏と共同研究を行い,写像の商空間のホモロジー群とファイバーの連結成分の同境類の間に深い関係があることを明らかにした.また,それに関連して,可微分写像に関する新しいオイラー標数公式をいくつか得た.
60GHz帯ミリ波を用いた多元接続方式高速無線LANシステムの開発

本研究の目的は60GHz帯ミリ波を利用し、堅牢、小型、安価で高性能な集積化ミリ波高速無線LAN装置を開発することにあり、装置の高性能化を確保するため、我々がこれまで提案、開発してきたNRDガイド(非放射性誘電体線路)を基にしたミリ波集積回路を用いる。また、その際の通信形態としては、一つの情報端末に対し複数の加入者系を想定した多元接続方式を採用するが、このような多元接続方式ミリ波高速無線LANシステムでは、情報端末側と加入者側に用いるミリ波トランシーバが重要となる。そこで、このような多数の加入者トランシーバに対してデータを送受信するための、周波数分割多重化アップ/ダウンコンバート方式NRDガイドトランシーバを開発した。その構成回路素子としては、周波数安定化ガン発振器、アップ/タ゚ウンコンバータ、サーキュレータ、方向性結合器、及び無反射終端からなり、これらは平面寸法7cm×8cmの小形ハウジングにコンパクトに格納されている。このトランシーバの特筆すべき点は、多くの加入者を想定した特性の広帯域化にあり、フィールド試験ではアナログやデジタル形式を含む、数百チャンネルに及ぶ動画TV信号無線伝送を成功裏に行うことができた。続いて本システムに適したミリ波アンテナの開発を行った。試作したアンテナは簡便な構造ではあるが、簡単な調節により、鋭角ビームから広角ビームまで自由にその放射指向性をコントロールすることが出来、情報端末装置と加入者トランシーバの双方に装着することが出来た。以上本研究においては、周波数領域において信号を多重化し、ミリ波で多元接続を行うという先駆的なシステムの開発に成功した。今後の展望としては、時分割、さらには符号分割を用いた多元接続方式の開発があげられる。そこで本年度は、このような多数の加入者トランシーバに対してデータを送受信するための、周波数分割多重化アップ/ダウンコンバート方式NRDガイドトランシーバを開発した。その構成回路素子としては、周波数安定化ガン発振器、アップ/ダウンコンバータ、サーキュレータ、方向性結合器、及び無反射終端からなり、これらは平面寸法7cm×8cmの小形ハウジングにコンパクトに格納されている。このトランシーバの特筆すべき点は、多くの加入者を想定した特性の広帯域化にあり、フィールド試験ではアナログやデジタル形式を含む、数百チャネルに及ぶ動画TV信号無線伝送を成功裏に行うことができた。また実際に家屋内において同様な多チャネル伝送実験を行ったが、画像はクリアであり、本試作システムの有効性が確認された。次年度はこの実績を踏まえ、量産化、製品化を念頭に置いた60GHz帯多元接続方式高速無線LANシステムの実用化研究を展開して行く予定である。本研究の目的は60GHz帯ミリ波を利用し、堅牢、小型、安価で高性能な集積化ミリ波高速無線LAN装置を開発することにあり、また、その際の通信形態としては、一つの情報端末に対し複数の加入者系を想定した多元接続方式を採用するが、このような多元接続方式ミリ波高速無線LANシステムでは、情報端末側と加入者側に用いるミリ波トランシーバが重要となる。そこで昨年度はそのための周波数分割多重化アップ/ダウンコンバート方式NRDガイドトランシーバを、NRDガイド(非放射性誘電体線路)ミリ波集積回路技術を用いて開発した。本年度はこの装置の量産性、生産性を念頭に置き、まずこのトランシーバの高性能化に努めた。

具体的には、信号の多重化と分割化に不可欠の技術である変調とフィルタの高性能化を検討し、その結果、信号の多重度を昨年度の成果の2倍以上に高めることに成功した。続いて本システムに適したミリ波アンテナの開発を行った。試作したアンテナは簡便な構造ではあるが、簡単な調節により、鋭角ビームから広角ビームまで自由にその放射指向性をコントロールすることが出来、情報端末装置と加入者トランシーバの双方に装着することが出来た。以上本研究においては、周波数領域において信号を多重化し、ミリ波で多元接続を行うという先駆的なシステムの開発に成功した。今後の展望としては、時分割、さらには符号分割を用いた多元接続方式の開発があげられる。
治療抵抗性解除による食道扁平上皮癌新規治療法の開発

多くの固形癌において癌幹細胞が同定され、治療抵抗性、再発、転移に深く関与していることが明らかとなった。申請者らは食道扁平上皮癌(ESCC)においてCD24Low/CD44High細胞が癌幹細胞であることを同定し、fibroblast growth factor-2(FGF-2)を介したFGFR/Erk経路が癌幹細胞の維持に重要であることを報告した。FGFR/Erk経路を阻害し、腫瘍中のCD24Low/CD44High癌幹細胞を抑制することで治療抵抗性を解除し、抗癌剤、放射線に対する治療効果が飛躍的に向上することが期待される。複数のESCC細胞株(TE11、TE8)を用いてオーガノイドを作成した。通常培養と比較して、CD24Low/CD44High細胞の比率、分布は生体サンプル(マウスxenograftモデルで得られた腫瘍細胞)により類似していた。FGFR阻害剤、MEK阻害剤ともにオーガノイド中のCD24Low/CD44High細胞を有意に抑制した。CD24Low/CD44High細胞の低下に伴い抗癌剤(5FU、CDDP)に対する感受性が回復した。当初予定していたオーガノイドを用いた放射線感受性に関する実験は今年度は遂行できなかった。3次元培養法(Nat Protoc. 7;235:2012)を用いた検討では、FGFR阻害剤あるいはMEK阻害剤の存在下では腫瘍細胞が増殖せず、それ以上の検討は行えなかった。3次元培養法においてはFGF/Erk経路が腫瘍増殖に必須であると考えられた。使用した細胞株数がやや少数であり、また、放射線感受性に関する実験が行われなかったためやや遅れていると評価した。当初予定していたオーガノイドを用いた放射線感受性に関する実験を行う。さらに動物モデルを用いたFGFR阻害剤、MEK阻害剤の治療抵抗性に及ぼす影響の検討を行う。ESCC細胞株TE8、TE11、T-TeRAS細胞をヌードマウスへ皮下移植する。腫瘍体積が200mm3を越えた時点でFGFR阻害剤、MEK阻害剤を投与し、5FU、CDDP、放射線治療に対する感受性を以下の項目により評価する。i)腫瘍サイズの経時的変化を測定、ii)腫瘍増殖能、アポトーシスをKi67染色、Tunel染色にて評価、iii)腫瘍細胞を分離し(マウス由来の細胞は抗H2k[d]抗体、死細胞は7AADを用いて除外する)、CD24Low/CD44High細胞の割合をFACSにより測定する多くの固形癌において癌幹細胞が同定され、治療抵抗性、再発、転移に深く関与していることが明らかとなった。i)腫瘍サイズの経時的変化を測定、ii)腫瘍増殖能、アポトーシスをKi67染色、Tunel染色にて評価、iii)腫瘍細胞を分離し(マウス由来の細胞は抗H2k[d]抗体、死細胞は7AADを用いて除外する)、CD24Low/CD44High細胞の割合をFACSにより測定する当初予定していたオーガノイドを用いた放射線感受性に関する実験が遂行できなかったため次年度使用額が生じた。平成31年度に当該計画通りに遂行する予定である。
ブラインド信号検出の基礎研究とシミュレーションシステムの構築

1.研究内容の進展(1)送信信号が連続分布に従う場合のブラインド同定、等化オンライン・ブラインド等化については、評価関数を等化出力の確率分布に基づいて制御することにより、高速収束を実現した[6]。また、複素信号に対するブラインド等化の高速化、および、等化出力を独立系列にするブラインド等化法についても研究した[5],[3]。オンライン・ブラインド同定については、入力が連続値をとる場合でも、入力信号候補を量子化して、適応ビタビアルゴリズムを適用することで、実現可能であること示してきたが、今年度は、アルゴリズムの進行とともに量子化レベルを上げていくことで、計算量の削減、収束の高速化、収束精度の向上が得られることを確認した。また、パラメータ数を同時に推定できるブラインド同定アルゴリズムを提案した。(2)送信信号が離散分布に従う場合のブラインド系列推定移動体通信において高性能受信を実現する方法として、ブラインド・ビタビ・アルゴリズムを近年提案したが、上記(1)とこの方法(2)を合わせて解説したSurvey Paperを発表した[1]。また、特別な送信シンボルの連続によって生じる非正規性の問題があったが、ここでは、ランクの条件だけで、アルゴリズムによって信号系列が一意に決定されることを証明した[4]。雑音等の含まれる、より実際的な環境の中での本方式の評価についての研究も行い、現在論文投稿予定中である。また、これらの(1)、(2)の問題に関連して、多値QAM信号に対するブラインド同期検波方式を提案した[2]。2.計算機およびシミュレーション環境ブラインドシステム解析のための各種アルゴリズムの性能評価を幅広く行うとともに、統合シミュレーションシステムの構築を行った。これらの研究を行うに当たり、大量のシミュレーション実験が必要であったが、科研費により購入したワークステーションが多大な威力を発揮し、研究の推進に非常に有用であったことを、最終年度にあたり、感謝の意を込めて記させていただきます。本年度の研究実績(1)研究環境の整備*NEXTワークステーションを購入し、当大学・理学部のイーサー・ネットワークへの接続を完了。*基本ソフトウェアのインストールを完了。*グラフィック・ソフトウェアの一部インストールを行い、その使用法をチェックし、不足するソフトの制作に着手。(2)研究内容の進展[ブラインド・ビタビ関連]*移動通信におけるブラインド受信方式の基礎理論をほぼ完成し、シンガポールで開催されたInternational Symposium of Information Theoryにおいて発表した[1],[2]。また実用されているQPSK変調への応用を行い電子情報通信学会全国大会で発表した[3]。本研究のPC用シミュレーション・ソフトのNEXTシステムへの移植に着手した。*上記に関連して、チャンネル・セパレーションの理論を開発し、更にそのブラインド化の検討を開始した。*システム入力が連続分布にしたがう場合における新しいアルゴリズムの開発に着手した。*一般的な観点からのブラインド・ビタビ・アルゴリズムの概要をまとめ、システム制御情報学会において招待講演を行った[4]。[ブラインド等化関連]*多次元ブラインド等化理論を確立し、米国で開催されたInternational Symposium of Information Theoryにおいて発表した[5]。シミュレーション・ソフトのNEXTシステムへの移植に着手した。*独立化法に基づく理論を確立し、その結果を電子通信情報学会全国大会で発表した[6]。本年度の研究実績1.研究環境の整備ワークステーションのシミュレーション環境の整備に関しては、基本および応用ソフトの導入、開発支援ツールの充実、2台の相互接続、イーサーネットへの接続等を行い、能率の良い開発環境の整備を進めた。2.研究内容の進展(1)送信信号が連続分布に従う場合のブラインド同定、等化オンライン・ブラインド等化の高速化の理論をまとめ、論文〔1〕において発表した。

さらにブラインド等化に用いる評価関数を等化出力に基づいて制御することにより、さらに高速収束を図る試みを〔3〕において発表した。また、特性関数を用いて評価関数の設計し、収束の進行に応じて評価関数を自動的に切り替える手法により、高速化と収束の高精度化を図る方法を示した〔5〕。これらによって、当該年度の研究項目において、各種アルゴリズムの開発、理論解析、シミュレーション評価等に関しては、目標をある程度実現した。オンライン・ブラインド同定については、漸化的最小2乗法であるGodardの方法を適用したビタビ・アルゴリズムにより、高速収束を実現した〔4〕。(2)送信信号が離散分布に従う場合のブラインド系列推定移動体通信において高性能受信を実現するための注目される手法の1つであるブラインド・ビタビ・アルゴリズムの基礎理論を確立し、その総合報告を行った〔2〕。これにより、現在の到達点と今後の課題等が明らかとなり、現在、実際的な環境におけるシミュレーション評価も行い、さらに高性能な受信技術の開発を進めている。以上の研究を通じてシミュレーション用のソフトが蓄積しつつあり、これらの構造化、ライブラリ化等に着手し、統合システムの構築を開始している。1.研究内容の進展(1)送信信号が連続分布に従う場合のブラインド同定、等化オンライン・ブラインド等化については、評価関数を等化出力の確率分布に基づいて制御することにより、高速収束を実現した[6]。また、複素信号に対するブラインド等化の高速化、および、等化出力を独立系列にするブラインド等化法についても研究した[5],[3]。オンライン・ブラインド同定については、入力が連続値をとる場合でも、入力信号候補を量子化して、適応ビタビアルゴリズムを適用することで、実現可能であること示してきたが、今年度は、アルゴリズムの進行とともに量子化レベルを上げていくことで、計算量の削減、収束の高速化、収束精度の向上が得られることを確認した。また、パラメータ数を同時に推定できるブラインド同定アルゴリズムを提案した。(2)送信信号が離散分布に従う場合のブラインド系列推定移動体通信において高性能受信を実現する方法として、ブラインド・ビタビ・アルゴリズムを近年提案したが、上記(1)とこの方法(2)を合わせて解説したSurvey Paperを発表した[1]。また、特別な送信シンボルの連続によって生じる非正規性の問題があったが、ここでは、ランクの条件だけで、アルゴリズムによって信号系列が一意に決定されることを証明した[4]。雑音等の含まれる、より実際的な環境の中での本方式の評価についての研究も行い、現在論文投稿予定中である。
口腔扁平上皮癌の非癌上皮細胞との衝突界面におけるアクチン重合配置の分子制御

これまでに口腔扁平上皮癌の病理組織標本を用いた蛋白質網羅的手法で同定された癌-非癌組織界面部に近接する癌組織に特異的に増加した蛋白質のうち,口腔扁平上皮癌(SCC)細胞におけるladinin-1(LAD1)の局在・機能解析を行った.実験に用いた細胞株(HSC-2, -3, -4)では,免疫蛍光法で,葉状仮足基部のactin arcに沿ってLAD1陽性を認めた.また, siRNAによるLAD1発現抑制細胞では,葉状仮足・糸状仮足を形成するactin線維形成が減少し,細胞縁がruffleな形態を示したことから, LAD1はactin分子の動態の調整に関わる可能性が示唆された.また, LAD1発現抑制細胞は,細胞増殖の抑制を示し, wound-healing assayでは細胞遊走阻害がみられた.一方で, transwell migration assayでは, LAD1抑制細胞の遊走は促進傾向であった. PCR arrayを用いた細胞遊走関連遺伝子の発現解析では,複数の細胞遊走関連遺伝子の発現低下傾向がみられた.細胞遊走に対するLAD1の関連性については、検討を継続中であるが,口腔SCC細胞においてLAD1はactin分子制御を介し,癌細胞の生存,遊走性に密接に関連する分子であることが明らかとなった.癌-非癌界面部解析により同定されたLAD1の口腔扁平上皮癌細胞内におけるactin分子制御機能が明らかとなり,当初の計画に沿っておおむね順調に進展している.今後, LAD1ノックアウト細胞を作製し,異種細胞との混合培養実験を行い,異種細胞接触状態という生体内に近似した環境での機能解析を行う予定である.また,最終年度にかけて計画している組織学的検討についても症例選択や免疫組織化学の評価法などの予備的検討を進めていく予定である.これまでに口腔扁平上皮癌の病理組織標本を用いた蛋白質網羅的手法で同定された癌-非癌組織界面部に近接する癌組織に特異的に増加した蛋白質のうち,口腔扁平上皮癌(SCC)細胞におけるladinin-1(LAD1)の局在・機能解析を行った.実験に用いた細胞株(HSC-2, -3, -4)では,免疫蛍光法で,葉状仮足基部のactin arcに沿ってLAD1陽性を認めた.また, siRNAによるLAD1発現抑制細胞では,葉状仮足・糸状仮足を形成するactin線維形成が減少し,細胞縁がruffleな形態を示したことから, LAD1はactin分子の動態の調整に関わる可能性が示唆された.また, LAD1発現抑制細胞は,細胞増殖の抑制を示し, wound-healing assayでは細胞遊走阻害がみられた.一方で, transwell migration assayでは, LAD1抑制細胞の遊走は促進傾向であった. PCR arrayを用いた細胞遊走関連遺伝子の発現解析では,複数の細胞遊走関連遺伝子の発現低下傾向がみられた.細胞遊走に対するLAD1の関連性については、検討を継続中であるが,口腔SCC細胞においてLAD1はactin分子制御を介し,癌細胞の生存,遊走性に密接に関連する分子であることが明らかとなった.癌-非癌界面部解析により同定されたLAD1の口腔扁平上皮癌細胞内におけるactin分子制御機能が明らかとなり,当初の計画に沿っておおむね順調に進展している.今後, LAD1ノックアウト細胞を作製し,異種細胞との混合培養実験を行い,異種細胞接触状態という生体内に近似した環境での機能解析を行う予定である.また,最終年度にかけて計画している組織学的検討についても症例選択や免疫組織化学の評価法などの予備的検討を進めていく予定である.培養細胞を用いた機能実験に当初の予定よりも時間がかかったため,円滑な計画遂行のために予定していた組織学的予備検討に遅れが生じた.そのため,これらにかかる予算の一部を次年度使用額とすることとなった.次年度に,組織学的検討の準備・予備的検討に充てる予定である.
マクロとミクロに探る有限温度QCDの物性論

格子QCDを用いた数値シミュレーションにより、非閉じ込め相におけるクォークの準粒子的な性質を明らかにすることで高温物質のミクロな性質を探った。また、流体模型に現れる輸送係数の解析にもシミュレーションを応用することでこの模型に対する一定の情報を得ることができた他、相対論的重イオン衝突実験で得られる高温物質のゆらぎの物理量から相転移の情報を抜き出すための理論的、および現象論的な研究を行うなど、数値解析および実験で高温物質のマクロな性質を探るための研究成果も挙げることができた。本年度は主に以下の2つの課題に重点的に取り組んだ。(1)有限温度格子QCDにおけるスペクトル関数の空間サイズ依存性私が以前に行ったクォーク伝搬関数の解析では、世界最大級の格子(最大64^3×16)を用いているにも関わらず、解析結果が格子の空間体積の変化に対し比較的強い依存性を持つことが明らかになった。同様な振る舞いは他の物理量の解析でも見られており、これまでの有限温度格子QCD計算で用いられてきた格子の空間体積が十分でないことを示唆している。そこで本研究では同様な解析を最大128^3×16の格子上で行った。この結果、空間体積依存性の収束性が見られることが確認できたほか、大きな格子を用いたメリットにより幾つかの新しい情報が得られた。(2)格子QCDによる、レプトン対および光子生成レートの解析レプトン対および光子の生成レートは原子核衝突実験における直接的な観測量である。レプトン対生成レートの解析はすでに格子QCDで行われているが、実験で観測される単位不変質量あたりのそれは解析されておらず、実験との比較ができる段階には至っていない。本研究では、格子QCDで得られる虚時間相関関数から実時間スペクトル関数を引き出す手法である最大エントロピー法を有限運動量に適用すると共にエネルギー運動量の二次元的な情報を元に統計誤差を最小化する新しいアイディアをアルゴリズムに適用することで、従来よりも高い精度で有限運動量スペクトル関数を構築する。これにより、単位不変質量あたりの生成レートに加え光子スペクトルの解析が可能となり、実験と格子QCDをより直接的に比較できるようになる。この目的のため、今年度はゲージ配位の生成を行った。平成22年度は、有限温度格子QCDを用いた各種物理量の測定に精力的に取り組んだ。特に、1,非閉じ込め相におけるクォーク伝搬関数の解析、2,輸送係数の解析、3,チャーモニウムスペクトルの有限運動量における振る舞いの解析、の三つの研究テーマに重点的に取り組んだ。1に関しては、昨年から行っていたNx=128の格子上における有限運動量のクォークスペクトルの解析を本年度で全て終了させることができ、プラズミノ励起の分散関係に極値が現れるという結果を二つの温度におけるシミュレーションで最終結果として得ることができた。また、これまで行ってきた通常の方法によるスペクトルの解析に加えて逆伝搬関数の解析を行い、この解析を通して実時間関数の解析の精度を向上させることができることを論じた。2に関しては、平衡状態におけるエネルギー運動量テンソルのゆらぎを相対論的流体方程式に現れる輸送係数と結びつける定式化に基づき、格子上でエネルギー運動量テンソルの空間成分のゆらぎを測定することにより輸送係数を決定することを試みた。この研究では、物理量を得るために必要な格子上の解析がすべて終了し、現在は具体的な輸送係数の値を最終段階としてまとめている段階にある。3に関しては、解析を行うために必要なゲージ配位を生成し、虚時間相関関数の測定を行う段階まで研究を進めることができた。現在、測定により得られたデータからスペクトル関数を抽出する解析を行っている段階である。また、平成23年度にこれらの研究成果の発表を行った。平成23年度は、主に、1,RHICのエネルギー走査実験におけるバリオン数ゆらぎの観測に関する理論的研究、2,有限温度格子QCDを用いた輸送係数の解析、3,有限温度格子QCDを用いたチャーモニウムスペクトルの有限運動量における振る舞いの解析、の3つの研究テーマに重点的に取り組んだ。1については、現在アメリカブルックヘブン国立研究所のRHICにおいて精力的に行われている重イオン衝突実験の衝突エネルギー依存性を調べる実験において、実験的には直接的な観測量ではないバリオン数ゆらぎを実験における直接的な観測可能量である陽子数ゆらぎのみから構築する理論的な枠組みを提案した。これにより、従来は不可能と思われていたバリオン数ゆらぎの実験的な決定が可能となり、RHICで得られる実験結果からQCDの有限温度・密度相構造を調べるための有力な手段が示された。2については、まず平衡状態におけるエネルギー運動量テンソルのゆらぎが相対論的流体方程式に現れる輸送係数の比と関連づけられることを量子統計力学と久保公式に基づいて示した。また、この議論において発生する接触項の問題について詳細に論じた。さらに、格子QCD上でエネルギー運動量テンソルの空間成分のゆらぎを直接的に測定することによりこれら輸送係数の比を決定した。3に関しては、解析を行うために必要なゲージ配位を生成し虚時間相関関数の測定を行い、最大エントロピー法でスペクトル関数を解析する段階まで研究を進めることができた。
ミトコンドリアＮａ－Ｃａ交換蛋白（ＮＣＬＸ）の構造と機能連関に関する研究

培養Bリンパ球において、ミトコンドリアNa-Ca交換体(NCLX)は、ミトコンドリアCa排出、小胞体Ca量調節、抗原受容体刺激で誘発される小胞体Ca放出、ストア作動性Ca流入、ケモタクシスに関与することが明らかになった。培養心筋細胞(HL-1細胞)においては、リンパ球と同様に、NCLXはミトコンドリアCa排出と筋小胞体Ca量調節に関与するのみならず、細胞収縮周期にも関連することが明らかになった。これらの結果は、Bリンパ球細胞数理モデル、HL-1細胞数理モデル、心臓洞房結節細胞数理モデルにおいて、再現できた。NCLXはミトコンドリアから筋小胞体/小胞体へのCa供与体として作動すると考えられる。Bリンパ球において、ミトコンドリアNa-Ca交換体遺伝子(NCLX)をノックアウトまたはノックダウンすると、ミトコンドリアCa排出が著明に抑制されるのみならず、小胞体Ca含量減少、小胞体Caポンプ(SERCA)によるCa取り込みの減少、小胞体からのCaリークの増加がおこり、その結果、抗IgM抗体による細胞膜抗原受容体刺激で誘発される小胞体Ca放出は著明に抑制された。既存の-ミトコンドリアNa-Ca交換体阻害薬は、同様の効果をしめした。また、Bリンパ球のCa動態を再構築した数理モデルにおいても再現された。今年度はこの成果を論文発表した(Kim et al.Physiol.2012;590:459-74)。自動能を有する興奮性細胞である株化培養心筋細胞(HL-1細胞)を用いて、NCLXの機能解析を進めた。NCLXはミトコンドリアに限局して発現し、NCLXのsiRNAによるノックダウンは、ミトコンドリアCa排出を抑制した。さらに、NCLXノックダウンは、細胞の収縮周期を長くした。この陰性変時作用は、細胞質Caトランジエント立ち上がり速度の減少と活動電位の緩除脱分極相(4相)の遅延に起因すると推測された。また、カフェインを用いて測定した筋小胞体Ca含量は減少していた。心房筋興奮-収縮連関の数理モデルを構築し、理論的解析を進めている。NCLXの構造機能相関と細胞機能連関を調べるための変異体の作成、及びtwo-hybrid法を用いてNCLX機能を調節する蛋白・遺伝子を同定する準備も着実進めることができた。ミトコンドリア・(筋)小胞体コミュニケーションの数理モデル作成のための基礎データの収集を行い、数理モデルの骨格を構築するところまで進捗した。培養Bリンパ球(A20)において、ミトコンドリアNa-Ca交換体遺伝子(NCLX)をsiRNAによりノックダウンすると、A20細胞のランダムな細胞運動を増加させ、CXCL12刺激に対する細胞走化を抑制することが明らかになった。これは、NCLXがBCR刺激後のCa動態のみならず、リンパ球の多様な細胞機能に関与することを示唆する。自動能を有する興奮性細胞である株化培養心筋細胞(HL-1細胞)におけるNCLX機能解析の結果及び、HL-1細胞数理モデルの解析結果を論文発表した。これまでの研究から、ミトコンドリアに存在するNCLXと筋小胞体/小胞体に存在するCaポンプ(SERCA)は極めて近い位置に局在すると推測される。そこで、SERCA1-3とNCLXが近接するかどうか、CoralHue/Fluo-chase Kitを用いてHEK293細胞において検討した。その結果、SERCAとNCLXは極めて近い位置に局在することが示唆された。ミトコンドリアと筋小胞体/小胞体は極めて狭いサブスペースを挟んで近接する。このサブスペースの意義を調べる目的で、ミトコンドリアと筋小胞体/小胞体間サブスペースを組み込んだ数理モデルを作成し、Bリンパ球数理モデルと心臓洞房結節細胞数理モデルに実装した。Bリンパ球数理モデルにおいては、BCR刺激後の細胞内Ca増加が、サブスペースがない数理モデルと比較して、NCLX機能により依存することが示唆された。心臓洞房結節細胞数理モデルにおいても、サブスペースを実装した数理モデルの方が、細胞収縮頻度がよりNCLX機能に依存することが示唆された。培養Bリンパ球(A20)において、ミトコンドリアNa-Ca交換体遺伝子(NCLX)をsiRNAによりノックダウンすると、ミトコンドリアCa排出が著明に抑制されるのみならず、小胞体Ca含量減少、小胞体Caポンプ(SERCA)によるCa取り込みの減少がおこり、その結果、抗IgM抗体による細胞膜抗原受容体刺激で誘発される小胞体Ca放出は著明に抑制された。小胞体Ca枯渇により誘発される細胞膜Ca流入(Store-operated Ca entry)をNCLXヘテロノックアウトDT40細胞で調べたところ、Ca流入にともなう細胞質Ca増加は著明に抑制された。

しかし、NCLXノックアウトによる細胞質Ca増加の初速度低下はわずかであるので、NCLXヘテロノックアウトにより相当量のCaがミトコンドリアにトラップされるために、細胞質Ca増加が抑制されると考えられた。自動能を有する興奮性細胞である株化培養心筋細胞(HL-1細胞)を用いて、NCLXの機能解析を進めた。NCLXのsiRNAによるノックダウンは、細胞内Caトランジエントの大きなに著明な変化を与えないが、細胞収縮の周期を長くした。この陰性変時作用は、細胞質Caトランジエント立ち上がり速度の減少と活動電位の立ち上がりの遅延に起因すると推測された。また、カフェインを用いて測定した筋小胞体Ca含量は減少し、Ca再取り込みが遅延していた。HL-1細胞の興奮ー収縮連関の数理モデルを構築し解析したところ、HL-1細胞は筋小胞体からのCaの自発的な放出により拍動ペースが制御される“Caクロック"メカニズムによる駆動することが判明した。NCLXはHL-1細胞の“Caクロック"に関与すると考えられる。実験計画は、ほぼ計画通りに遂行することができた。また、成果の論文発表、学会発表ともに十分に行うことができたため、「おおむね順調に進展している。」と評価する。25年度が最終年度であるため、記入しない。非興奮性細胞であるリンパ球及び興奮性細胞である心筋細胞におけるNCLXの機能解析及び数理モデル解析ともに、ほぼ計画通りに遂行することができた。」と評価する。心房筋細胞モデルの構築がやや遅れているが、次年度中には完成することができると考える。現時点では研究計画の変更はしない。当初の研究計画がほぼ遂行できているので、現時点では研究計画の変更はしない。
軟体動物の貝殻色素：その正体から模様形成へ

動物の色彩パターンの進化史解明のためには、色素化合物の同定は必須である。本研究では様々な分類群の軟体動物と腕足動物の貝殻色素について、ラマン分光法による構造推定を行い、分類群や食性により色素化合物が異なる傾向を得た。その結果をもとに、貝殻を形成する外套膜から、色素化合物の代謝にかかわる遺伝子やタンパク質を見出した。貝殻をモデルとして、動物の色彩パターン形成の制御機構の解明を目指して研究を行った。まず、ラマン分光分析で貝殻色素の構造推定を行い、次に色彩パターン形成の現場となる外套膜組織において、発現している全遺伝子を網羅的に解析する手法(トランスクリプトーム解析)により研究を進めた。本年度は、貝殻の模様形成時には、貝殻の有色部分と無色部分を作る外套膜の組織の中でどのような遺伝子に発現量の違いが見られるかを確かめることを目的として、貝殻形成の場である外套膜組織において、発現遺伝子の網羅的解析を行った。モデルとして、イタヤガイ科およびマルスダレガイ科の貝を用い、貝殻の有色部分と無色部分を作る外套膜の組織から抽出したトータルRNAそれぞれからmRNAを精製し、cDNAライブラリを作成し、次世代シーケンサーを用いて発現している遺伝子の網羅的な配列情報を得ることができた。また、貝殻の色彩パターンを再現する数理モデルの構築のため、様々な色彩パターンの貝類について写真撮影を行い、貝殻の模様の代表的な色調について、反射光のスペクトル情報を測定した。その上で、撮影した写真の色情報と、反射光のスペクトル情報、分光分析から明らかとなった色素化合物の構造とを照合させた。それらをもとにして、単純な色彩パターンを持つものから順に、既存の色素をモルフォゲンとした反応拡散モデルから、色素の分解酵素をモルフォゲンとした反応拡散モデルへの改変を進めた。昨年度に引き続き、貝殻をモデルとして、動物の色彩パターン形成の制御機構の解明を目指して研究を行った。貝殻色素の成分としては、申請者らが昨年度まで注目してきたポリエン化合物(カロテノイドなど)の他に、テトラピロール(ポルフィリンやビリン)やメラニンが報告されている。先行研究では、1950年代に貝殻からポルフィリンの検出が行われており、その後数十年間にわたり研究の少ない時代が続いた後、2000年代からはポリエン化合物の検出が行われている。これら一連の先行研究は、ともにポルフィリンあるいはポリエン化合物が多く検出された種についての記載が主であり、検出の少なかった種についての情報が少ない。しかし先行研究を統合した結果、ポルフィリンは主に古腹足類や頭楯類の貝殻から検出され、それ以外の分類群からは主にポリエン化合物が検出されている傾向が示された。一方、申請者らが今年度まで行ってきた分類群横断的な分光分析の結果を統合すると、多くの貝類種では殻の色にポリエン化合物が重要な役割を果たしているが、古腹足類の多くの種ではポリエン化合物の関与は薄いという結果が得られた。これは古腹足類からのポルフィリンの報告の多さと整合的であった。古腹足類や頭楯類には大型藻類食の種が多く、貝類の食性と代謝が貝殻色素化合物の起源に関与している可能性が示された。また、モノアラガイとともにノックダウン実験等の遺伝子機能解析のモデル生物として想定していたヨーロッパに生息するタマキビガイ科の貝について、黄色と茶の色彩変異を起こす色素がポリエン化合物であることを確認した。研究分担者の実験には外部の設備を利用する必要がある中で、実験を目的とした出張のためのまとまった時間をとることが難しかったため、分子実験とトランスクリプトーム解析のデータ処理の進捗が遅れており、研究年度を1年間延長した。一方で、横断的な解析とデータの統合により、分類群と食性によって貝殻色素の成分が異なるという今後トランスクリプトームのデータ解析に活用できる知見が得られた。昨年度に続き、貝殻をモデルとして、動物の色彩パターン形成の制御機構の解明を目指して研究を行った。前年度までに、貝殻色素の反射光のスペクトル情報とラマン分光分析から推定される色素化合物の構造情報の統合を進めてきた。この研究でポリエンの構造と色彩決定が明確となり、論文を準備した。また、外套膜組織のトランスクリプトームデータから、モルフォゲンと考えられる酵素の解析を進めた。貝殻の色彩パターン形成のモデル化にあたり、非常に多様である貝殻の色彩パターンを空間的に記載し、相互比較することは極めて困難であった。そこで、海中における貝類の主要な捕食者の視覚に合わせて単純化することにより、貝殻内での色素の分布を数学的に表現する手法を開発した。また、干潟に生息する貝類をモデルとして解析を行い、微細藻類を起点とした種と大型藻類食の種は、その体組織の炭素同位体比から食性を判別できることを示した。ラマン分光分析による貝殻色素の構造推定から、大型藻類食の貝類の多くの種では、その他の食性を持つ貝類種と比較して、貝殻色素としてのポリエン化合物の関与は薄く、色素化合物の主成分はポルフィリンである可能性が示されている。そのため、この成果は遺伝子解析と共に、貝殻色素化合物と代謝や食性との相関を探る際の指標として利用できる可能性がある。また、ラマン分光分析の結果をもとにSEM-EDSによる元素分析を行い、従来貝殻色素として報告されてきたポリエン、ポルフィリン、メラニン等の有機化合物以外に、無機化合物が貝殻の色彩に強く関与している分類群があることを発見した。

本研究では様々な分類群の軟体動物と腕足動物の貝殻色素について、ラマン分光法による構造推定を行い、分類群や食性により色素化合物が異なる傾向を得た。その結果をもとに、貝殻を形成する外套膜から、色素化合物の代謝にかかわる遺伝子やタンパク質を見出した。本年度は、当初の計画通り、貝殻の有色部分と無色部分を作る外套膜の組織で発現している遺伝子の網羅的な配列情報を得ることができた。このデータベースを、産生タンパク質の網羅的解析のライブラリーとすることを目指しており、先に産生タンパク質の解析を進めていたが、トランスクリプトーム解析のデータ処理の進捗が遅れ、両データの照合に至っていない部分は遅れている。また、年度途中に分担研究者の所属移動があったが、分光分析やスペクトル解析等、分子実験の伴わない作業は進められている。ポリエン化合物およびポルフィリンの両色素の代謝系に主に着目し、引き続きトランスクリプトーム解析のデータ処理を進める。また、モノアラガイに加え、卵の扱いの容易なタマキビガイ科の貝類について遺伝子ノックダウン/ノックアウト実験を試みる。分光分析やモデルで得られている結果について論文として公表する。分子古生物学まずはトランスクリプトーム解析のデータ処理を最優先とし、質量分析計によるデータを得ている外套膜の産生タンパク質との照合を進める。また、目的とするポリエン色素の分解酵素について、外套膜の免疫染色を行い、その局在を確認する。また、当初計画していた機能解析のモデル生物としてはモノアラガイを想定し、外套膜のトランスクリプトーム解析を進め、色素がポリエン化合物であることも確認してある。モノアラガイに加え、卵の扱いの容易な数種の貝類についても色素化合物を確認し、ノックダウン実験を検討する。研究分担者である石川牧子の実験には外部の設備を利用する必要がある中で、実験を目的とした出張のためのまとまった時間を取ることが困難であったため、予定していた実験を行うことができず、研究期間を1年延長したため。年度途中に、主に実験を担当していた研究分担者の異動が決まり、引越しや新しい実験室のセットアップ等に時間がかかり、一時研究のための実験が中断されたため。予定していたトランスクリプトーム解析や遺伝子機能解析の実験を遂行するために使用する計画である。前年度行う予定であった実験を行うために使用する計画である。