hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
貴金属ナノクラスターに対する極限的高分解能分離技術の確立と構造―物性相関の解明

さらにトルエン中では、各クラスター間での反応により、Agサイトが変化する異性化反応が進行しており、それは反応直後により異性体分布により進行の仕方が異なることが明らかになった。本課題研究では、チオラート保護金属クラスターに対する新たな高分解分離法を確立することを目的としている。本年度は、本研究の最終目的の一つである、合金クラスターに対する高分解能分離法の確立に成功した。さらに、こうした方法論の適用範囲についても明らかにした。このことから、現在までの達成度を「当初の計画以上に進行している」と自己評価した。金属原子が数個から百個程度集まった金属クラスターは、ナノスケールの大きさをもち、また対応するバルク金属とは異なる物性や機能を発現する。さらに、そうした物性や機能は構成原子数や化学組成に依存して変化する。こうした金属クラスターを制御できれば、同じ元素にて様々な新たな材料を創成できることから、金属クラスターは、物理、化学、生物分野を含む幅広い分野にて、盛んに研究が行われている。チオラートにより保護された金属クラスターは、その中でも最も研究の行われている金属クラスターの一つである。我々は、それら金属クラスターの構造解析において、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を有効活用することにも精力的に取り組んでいる。そうした取り組みにより、我々はHPLCにより、次の4つの分離に成功した;1)疎水性チオラート保護金クラスターの構成原子数毎への分離、2)疎水性チオラート保護合金クラスターの化学組成毎及び構造異性体毎への分離、3)二種類の疎水性チオラートに保護された金属クラスターの位置異性体毎への分離、4)親水性金属クラスターの構成原子数毎への分離。これらの分離の実現により、1')ドデカンチオラート保護金クラスターにおけるバルクから非バルクへの変遷サイズ、2')疎水性チオラート保護合金クラスターにおける異原子置換効果及び異性体分布の実験条件依存性、3')疎水性金属クラスターにおける配位子交換反応のメカニズム、4')親水性合金クラスターにおける生成物の化学組成、について深い理解が得られた。これらの研究成果は、HPLCによる分離・分析は、チオラート保護金属クラスターの基本的性質を理解する上で、極めて有力な手段であることを明示している。Au以外の金属元素からなるMn(SR)mクラスター(M = Ag,Pd,Pt)の高分解能分離と構造解析に取り組む。この研究においては、安定クラスターの混合物を調製した後、それらを高速液体クロマトグラフィーにより分離し、分離種の構造評価を行う。次に、今年度得られたAun-xMx(SR)mクラスター(M = Ag,Cu,Pd,Pt,Cd)と、来年度分離を試みるMn(SR)mクラスター(M = Ag,Pd,Pt)の両方について、物性・機能の評価を行う。得られた結果を構造情報と比較することで、これらクラスターにおける構造ー物性相関を明らかにする。Agn(SR)mクラスターは,フォトルミネッセンスの量子収率や導電性が高いことから注目を集めている。また,Pdn(SR)mとPtn(SR)mクラスターについては,高い触媒活性が期待されている。これらのクラスターについては,Aun(SR)mクラスターと比べて,溶液中での安定性が若干低いことが明らかになっている。
海洋天然物の作用メカニズムに関するケミカルゲノミクス研究

海洋生物は多種多様な生物活性物質を産生している。特異な生物活性を示す海洋天然物は創薬シードやケミカルプローブとしての利用が期待されており、作用メカニズムが明らかにされていない海洋天然物の標的分子の同定ならびに生物活性の発現メカニズムの解明が求められている。本研究では、Lipastrotethya属カイメンより単離されたビスインドールアルカロイドに関して、遺伝子破壊酵母の薬剤感受性を指標にしたスクリーニングを行うことで、分子標的の同定と生物活性発現メカニズムの解明を試みた。遺伝子破壊酵母を用いたケミカルゲノミクススクリーニングにより、ビスインドールアルカロイドが細胞壁ならびに細胞膜にストレスを生じさせることが推測された。また、人工膜を用いた脂質結合実験の結果から細胞膜脂質がビスインドールアルカロイドの分子標的であると同定した。化合物の蛍光特性を活用した蛍光観察によって酵母における化合物の局在解析を行い、ビスインドールアルカロイドが分裂面の細胞膜脂質に特異的に結合し、酵母の異常分裂を引き起こすことを明らかにした。本研究で用いた化合物を蛍光ケミカルプローブとして用いることで、細胞分裂に伴う細胞膜脂質組成の継時的変化を検出することが可能であることが明らかとなった。本研究によって、標的未知であった海洋天然物の作用メカニズムの一端が解明されるともに、海洋天然物の生体膜脂質研究ツールとしての利用価値が示されたことで、今後、生体膜脂質の細胞内動態や制御機構の解明に向けた研究へと展開することが期待される。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。多様な生物活性を有する海洋天然物は、創薬研究や生命科学研究において重要な研究材料として利用されている。しかしながら、化合物の作用メカニズムの解明は非常に困難であり多大な労力を要するため、多くの海洋天然物に関してその詳細な機能解析が行われていない。本研究では、ケミカルゲノミクスの研究手法を用いて、機能未知である海洋天然物の分子標的ならびに、生物活性の作用メカニズムの解明を目指す。本年度は、カイメンより単離されたトプセンチンに関して、遺伝子破壊出芽酵母ならびに遺伝子破壊分裂酵母ライブラリを用いたケミカルゲノミクススクリーニングを実施した。その結果、トプセンチンが小胞輸送や細胞膜ストレスなど、広く生体膜を介したシグナル伝達に影響を与えることを見出した。また、細胞内でのトプセンチンの局在解析をおこない、酵母の細胞膜における脂質が標的であることを明らかにした。さらに、人工膜を用いた生化学的な解析により、トプセンチンが特定の脂質に結合することを明らかにした。本研究結果は、トプセンチンがこれまで報告されている脂質を標的とする化合物とは全く異なる機構で特定の脂質に結合している可能性を強く示唆しており、トプセンチンの作用メカニズムを解明することで、酵母の生体膜における脂質分子に関する新たな知見を得ることができると予想される。また本研究において、トプセンチンが特徴的な自家蛍光を有する機能分子であることを見出しており、新しい蛍光プローブとしての利用可能性を示すことができた。本年度は当初の予定に従い、遺伝子破壊酵母を用いたケミカルゲノミクススクリーニングを実施し、化合物が広く膜系に作用することを見出した。また、研究過程で化合物が蛍光分子であることを発見した。この発見により、当初次年度以降に予定していた化合物の蛍光プローブ化の過程を必要とすることなく、化合物の細胞内局在解析を達成した。人工膜を用いた結合試験を行うことで、標的である脂質分子を見出すことができた。当初の予定よりも研究が進展したため、固体NMRなどの各種分析機器を用いた化合物の脂質結合様式の解明に取り組みたいと考えている。また、酵母における化合物の作用メカニズムの解析をおこなうと共に、培養細胞における生物活性メカニズムの解析をおこなう。具体的には、遺伝的背景の異なる酵母における化合物の局在や生育に与える影響を評価し、細胞膜構成脂質に化合物が結合することで誘導される生体応答を評価する。また、培養細胞における化合物の局在解析と生物活性の評価を行う。
瀬戸内海沿岸地域の伝統的建築文化の研究

本研究は瀬戸内海沿岸地域の鎌倉,室町時代の建築遺構が,瀬戸内海沿岸地方という立脚点から見直したらどうなるか,という視点で新たに資料収集と分析を行った.昭和60年度においては主として兵庫県西部,岡山県,愛媛県の建築遺構の資料収集を行った.その結果,当該の建築が正堂と札堂を一堂化する過程でいろいろな問題を派生させていることが判ったため, 62年度は広島県,山口県および香川県の建築史料を収集するほかに,近畿及び滋賀県の仏堂も併せて調査した.その結果,従来の定説になっている学説を一変させる成果を得た.その要点は次のようになる.(1)平安時代末期には,外観と内部の構造形式の異なる片蓋式建築が全国的に流行しており,この方法は構造的に弱体である欠点を有してした.(2)瀬戸内海沿岸地域に多い折衷様の仏堂は鎌倉時代に入って宋からもたらされた大仏様や唐様の構造的合理性に刺激を受けた工匠が,正堂,札堂連結型の仏堂において,構造的合理性を復活しした運動としてとらえられる.(3)その意味で折衷様の代表作は出組の例で内外陣とも組物の構成が合理的になっている明王院本堂に求められる.同じ広島県の浄土寺本堂は内陣は天井を張った新旧様式が混合されている.また折衷様の代表にあげられている観心寺本堂は旧様式の色合が強い.また,出三斗,あるいは平三斗の場合は完全な形のものは残存遺構にはない.(4)新手法で外観を立派に見せる二手先組や尾〓付二手先組に組むことは非常にむつかしい.しかし,松生院本堂(和歌山県)ではその難しい形式にあえて取組んでいるし,鶴林寺本堂(兵庫県)は中国の明清建築に近い方法で組物内で尾〓尻を処理している.このような技法を使えば三手先組も組あげることも可能である.(5)新様式で最も技巧的なのは太山寺本堂(愛媛県)であり,山口県の清水寺本堂などから考えて,この新様式は瀬戸内海沿岸地区を中心にして発達したものと考えられる.本研究は瀬戸内海沿岸地域の鎌倉,室町時代の建築遺構が,瀬戸内海沿岸地方という立脚点から見直したらどうなるか,という視点で新たに資料収集と分析を行った.昭和60年度においては主として兵庫県西部,岡山県,愛媛県の建築遺構の資料収集を行った.その結果,当該の建築が正堂と札堂を一堂化する過程でいろいろな問題を派生させていることが判ったため, 62年度は広島県,山口県および香川県の建築史料を収集するほかに,近畿及び滋賀県の仏堂も併せて調査した.その結果,従来の定説になっている学説を一変させる成果を得た.その要点は次のようになる.(1)平安時代末期には,外観と内部の構造形式の異なる片蓋式建築が全国的に流行しており,この方法は構造的に弱体である欠点を有してした.(2)瀬戸内海沿岸地域に多い折衷様の仏堂は鎌倉時代に入って宋からもたらされた大仏様や唐様の構造的合理性に刺激を受けた工匠が,正堂,札堂連結型の仏堂において,構造的合理性を復活しした運動としてとらえられる.(3)その意味で折衷様の代表作は出組の例で内外陣とも組物の構成が合理的になっている明王院本堂に求められる.同じ広島県の浄土寺本堂は内陣は天井を張った新旧様式が混合されている.また折衷様の代表にあげられている観心寺本堂は旧様式の色合が強い.また,出三斗,あるいは平三斗の場合は完全な形のものは残存遺構にはない.(4)新手法で外観を立派に見せる二手先組や尾〓付二手先組に組むことは非常にむつかしい.しかし,松生院本堂(和歌山県)ではその難しい形式にあえて取組んでいるし,鶴林寺本堂(兵庫県)は中国の明清建築に近い方法で組物内で尾〓尻を処理している.このような技法を使えば三手先組も組あげることも可能である.(5)新様式で最も技巧的なのは太山寺本堂(愛媛県)であり,山口県の清水寺本堂などから考えて,この新様式は瀬戸内海沿岸地区を中心にして発達したものと考えられる.昭和61年度の調査研究は、申請時の計画に基づき、瀬戸内海沿岸地域のうち、山口県,広島県,香川県の瀬戸内海沿岸地方の本堂型仏堂について臨地調査を行い、研究資料を集収した。また、比較資料として類似建物の資料を奈良・大阪・滋賀・福井において臨地調査を行い、資料を集収した。調査した建物は(A)平面・断面・細部の詳細な実測を行い、写真撮影を行ったもの、(B)平面・断面・細部の略図を作成し、写真撮影を行ったもの、(C)既存の図面を補筆し、写真撮影を行ったものに分かれ、その類別は以下のようになる。(A)清水寺本堂(山口)楽音寺本堂(広島)光明院薬師堂(広島)天寧寺塔姿(広島)(B)竜福寺本堂(山口)不動院本堂(広島)浄土寺浄土堂(広島)明王院本堂(広島)妙楽寺本堂(福井)明通寺本堂(福井)神宮寺本堂(福井)(C)洞春寺観音堂(山口)切山寺仏殿(山口)興隆寺本堂(愛媛)中山寺本堂(香川)国分寺本堂(香川)本山寺本堂(兵庫)観心寺本堂(大阪)孝恩寺本堂(大阪)長久寺本堂(奈良)霊山寺本堂(奈良)

当麻寺本堂(奈良)長寿寺本堂(滋賀)常楽寺本(滋賀)西明寺本堂(滋賀)金剛輪寺本堂(滋賀)円光寺本堂(滋賀)桑実寺本堂(滋賀)羽賀寺本堂(福井)松尾寺本堂(福井)飯盛寺本堂(福井)等。調査した資料は分類整理し、必要に応じて製図を行った。資料の分析では、清水寺本堂の復元調査により、この建物が今まで日本では発見されていなかった唐様詰組の密教本堂であることを明らかにし、不動院金堂との比較から、この様式が大内様式ともいえ山口特有の形式であることを明らかにした。また、滋賀,福井,近畿の諸堂との内外陣の組物の積上げ方法の比較から、瀬戸内海沿岸地方の本堂型仏殿が、基本的には畿内の形式と同じ形をとりながら、全体の構成では、いろいろな工夫をこらし、瀬戸内海地域の独自性を有していることが明白になり、62年度の取まとめの方針を確定しえた。
心筋内Slosn現象の術中評価と病態生理学的意義の検討

近年、心臓手術対象例の重症化に伴って使用される頻度が高まっている循環補助法(大動脈内バルーンパンピング)の効果は、高度の冠動脈狭窄が存在する場合には心筋内の血行動態にほとんど波及せず、心筋内slosh現象を悪化させないことが示された。したがって、大動脈内バルーンパンピング法は冠動脈狭窄症に対して心筋代謝-血流連関の面から有用であると考えられる。しかし、最近の研究から、冠動脈狭窄を有する手術対象例の多くに合併する高血圧や高脂血症などの冠危険因子は冠血管内皮機能を障害し、これが心筋内循環動態を修飾する可能性が示されている。そこで、血管内皮機能が心筋内血流動態に与えられる影響について心筋内血流・血管機能の面から検討したところ、大動脈内バルーンパンピングの冠循環改善効果は冠動脈血管内皮機能によって著しく異なることが明らかになった。すなわち、まず実験動物(大型イヌ)を対象にして人為的に内皮由来一酸化窒素生成阻害薬、L-NNA(2mmol/min)の冠動脈内投与で冠動脈血管内皮機能を障害し、高血圧症や高脂血症を模擬して心筋内循環系を評価した。その結果、冠動脈血管内皮機能障害が存在する場合には、大動脈バルーンパンピングがもたらす心筋内循環系への血流改善効果は著しく減弱された。これらの検討を通じて、内皮由来一酸化窒素を介した内皮依存性血管拡張機構が冠細動脈の血管拡張、および拍動性に著しい影響を与えることが示唆された。最近、拡張期に冠動脈から心筋深部へ一旦流入した血液が心筋収縮によって再び心表面の冠動脈へ揺り戻される“心筋内slosh現象"がヒトでもみられることが明らかになった。心筋内slosh現象は心筋虚血が心内膜側心筋に好発する原因の一つと考えられることから、冠動脈狭窄症、心臓弁膜症など心内膜側心筋虚血を生じやすい各種心疾患において心筋内slosh現象を定量的に評価することは、心筋内slosh現象の病態生理学的な理解だけでなく、これらの心疾患に対する手術的治療法の効果を評価するうえでも重要である。その際、近年、手術対象例の重症化に伴って使用される頻度が高まっている循環補助法が心筋内血流動態に及ぼす影響を考慮しなければならない。そこで、循環補助法の中でも使用される頻度が特に高い大動脈内バルーンパンピング法が心筋内血流動態に及ぼす影響を実験動物(大型イヌ)を対象にして評価した。その結果、大動脈内バルーンパンピングは心筋内血流動態に影響を及ぼすが、その程度は冠動脈狭窄の程度によって異なることが明らかになった。すなわち、高度の冠動脈狭窄がある場合には、大動脈内バルーンパンピングは心筋内の血行動態にほとんど波及せず、心筋内slosh現象を悪化させないことが示された。したがって、大動脈内バルーンパンピング法は冠動脈狭窄症に対する使用に心筋内血流動態の面から有用であると考えられた。しかし、大動脈内バルーンパンピングがその他の心疾患の心筋内slosh現象に与える影響については、今後、さらに検討する必要があると考えられた。冠循環の血流調節は、冠動脈硬化症、高血圧や心肥大など種々の疾患を背景として破綻し、その結果心筋虚血が発生する。その際すべての病態に共通して言えることは心内膜側心筋が心筋内で最も虚血に陥り易いことである。その主たるメカニズムとして、最近、心筋内slosh現象など心筋収縮・弛緩が心筋内血管・血流に及ぼす影響の重要性が指摘されている。たとえば、高血圧性心肥大では、重症化するにつれて収縮期冠動脈逆流が増加するとともに拡張期冠動脈血流が減弱・遅延し、その際、冠予備能が減弱する。これらの血流動態は心内膜側心筋潅流に対して不利に作用すると考えられる。そこで、種々の心疾患や治療手技において、心筋収縮・弛緩が心筋内血流動態に及ぼす影響を直接、定量的に評価することが重要と考えられる。

まず、近年、心臓手術対象例の重症化に伴って使用される頻度が高まっている循環補助法が心筋内血流動態に及ぼす影響と、これに対する血管内皮機能異常の影響を中心に検討した。循環補助法の中でも使用される頻度が特に高い大動脈内バルーンパンピング法が心筋内血流動態に及ぼす影響を実験動物(大型イヌ)を対象にして評価した結果、大動脈内バルーンパンピングは心筋内血流動態に影響を及ぼすが、その程度は冠動脈狭窄の程度によって異なることが明らかになった。すなわち、高度の冠動脈狭窄がある場合には、大動脈内バルーンパンピングは心筋内の血行動態にほとんど波及せず、心筋内slosh現象を悪化させないことが示された。したがって、大動脈内バルーンパンピング法は冠動脈狭窄症に対して心筋内血流動態の面から有用であると考えられた。ついで、高血圧症や高脂血症に合併する血管内皮機能障害の影響について検討したところ、冠動脈血管内皮機能障害が存在する場合には、大動脈内バルーンパンピングがもたらす心筋内循環系への血流改善効果は著しく減弱された。これらの検討を通じて、内皮由来一酸化窒素を介した内皮依存性血管拡張機構が冠細動脈の血管拡張、および拍動性に著しい影響を与えることが示唆された。
医療情報学における対象構造を考慮した学習アルゴリズムの研究

本年度は,位置関係を用いた感染症の予測モデルの構築を行う予定であったが,WWW 2018において,類似の研究が発表されてしまったため,研究計画を前倒しし,推薦システムとしての診断支援システムの構築を行った.本研究では,各患者の罹患履歴から次の病名を提示する推薦システムとしての定式化を行い,ICDコードの木構造を用いた正則化を適用することにより,観測数が少数の病名の推薦に対し,既存手法に比べ高い精度で推薦を行うことが確認できた.同研究成果は,AAAI, CIKM, PAKDDへ投稿したが,いずれも非採択となったため,再度投稿の準備を進めている.日本語Tweet UDコーパスの構築では,日本語ツイートに対し,UDの枠組みに基づいたアノテーション仕様を策定し,1,500ツイートに対して,手動で単語境界,品詞,依存構造の付与,ならびに構築したコーパスをもとに,UDパーサの実装を行った.同研究成果は,EMNLPへ投稿したが,非採択となったため,再投稿の準備を進めている.また,言語生成の研究において,構造データを入力として用いる, Data-to-Textタスクにおける基礎研究を行った.特に本研究では,出力に対し冗長な入力が考えられる設定を想定し,入力から正しいデータを選択し,そのデータを文として正しく生成することが目的となる.この技術は,医療言語処理において,構造的なデータを扱う際の基礎研究として位置付けることもできる.同研究は,既存データセットにおいて,RG, CS, CO, BLEUいずれも最高精度を達成し,自然言語処理分野におけるトップカンファレンスである,ACLに投稿中である.意図した研究成果は得られたが,いずれも目指していた論文の採択までには至らなかった.今後は得られた実験成果の論文採択を目指すとともに,医療言語処理において構造データを用いた言語生成について研究を進める.本年度は,位置関係を用いた感染症の予測モデルの構築を行う予定であったが,WWW 2018において,類似の研究が発表されてしまったため,研究計画を前倒しし,推薦システムとしての診断支援システムの構築を行った.本研究では,各患者の罹患履歴から次の病名を提示する推薦システムとしての定式化を行い,ICDコードの木構造を用いた正則化を適用することにより,観測数が少数の病名の推薦に対し,既存手法に比べ高い精度で推薦を行うことが確認できた.同研究成果は,AAAI, CIKM, PAKDDへ投稿したが,いずれも非採択となったため,再度投稿の準備を進めている.日本語Tweet UDコーパスの構築では,日本語ツイートに対し,UDの枠組みに基づいたアノテーション仕様を策定し,1,500ツイートに対して,手動で単語境界,品詞,依存構造の付与,ならびに構築したコーパスをもとに,UDパーサの実装を行った.同研究成果は,EMNLPへ投稿したが,非採択となったため,再投稿の準備を進めている.また,言語生成の研究において,構造データを入力として用いる, Data-to-Textタスクにおける基礎研究を行った.特に本研究では,出力に対し冗長な入力が考えられる設定を想定し,入力から正しいデータを選択し,そのデータを文として正しく生成することが目的となる.この技術は,医療言語処理において,構造的なデータを扱う際の基礎研究として位置付けることもできる.同研究は,既存データセットにおいて,RG, CS, CO, BLEUいずれも最高精度を達成し,自然言語処理分野におけるトップカンファレンスである,ACLに投稿中である.意図した研究成果は得られたが,いずれも目指していた論文の採択までには至らなかった.今後は得られた実験成果の論文採択を目指すとともに,医療言語処理において構造データを用いた言語生成について研究を進める.
近世小氷期の気候特性とその成因ー近畿・東海地方の場合ー

1819世紀前半の近世小氷期末の気候特性を,近世文書の記録により復元し,19世紀後半もしくはそれ以後の気候特性との違いを明らかにした。またその様な差異を起こす原因について検討・考察を行った。主要な成果は次のとおりである。(1)冬の寒さは1820年代まで厳しく,30年代からは温暖化した。1860年代の寒さは近年と同程度。したがって近年の暖冬は決して未曽有のものではない。(2)冬の太平洋側の降水量は19世紀前半には少な目,後半に入って次第に増加する。(3)19世法前半には春先に冬型気圧配置の出現頻度が大で,春の到来が遅かったことがわかる。(4)梅雨明けは1780年代,1830年代に特に遅かった。梅雨期の降水量は19世紀初頃には少なく,1830年代から増加している。(5)1820年代までは空梅雨の年が折々現れているが,1830年代以後は梅雨末期の豪雨が頻発する。(6)年間台風襲来数は19世紀初には12回程度,1820年代の後半から急増し年間34回にも達する程になる。(7)夏の乾湿度(降水量の多少)は,1820年代までは乾燥傾向,30年代からは湿潤に向かい,40年代以後は湿潤年が目立つ。(8)以上から182030年代付近を境として,これ以前には寒冬,暑夏で乾燥した気候条件が,それ以後には暖冬,冷夏で湿潤な気候条件が中部日本では卓越したと考えられる。19世紀初頃の気候条件をもって近世小氷期の特性とするまらば,この時代の大気大循環は東アジアの東西指数が冬は低く,夏は高い傾向にあったと推定できる。またこのような大気大循環型形成の背景には,大気と海との相互作用の存在がうかがわれ,例えば近世小氷期の時代にはエルニ-ニョ現象が比較的不明瞭ではなかったかと推測される。火山活動もまた近世小氷期の気候特性と係わることが,気候復元の結果と照合してみると推察される。現在これらの気候と対応関係の分析を進めている。近世の最終小氷期を含む18世紀後半から19世紀にかけての各地の古記録を用い、季節毎の気候特性を明らかにする作業を続けている。1.夏と冬の気候特性は、1780年代と1830年代には夏が冷涼多雨、冬が温暖多雨で、173050年代や1860年代もこの傾向に近い、一方181020年代は夏が高温多雨、冬が寒冷少雨で、1770年代もその傾向に近い。但し日本海側の冬の降水量については、目下復元に必要な方法と資料とを検討中であり、上記と様相を異にするものと予想している。2.梅雨期間は1780年代、1830年代で長く、181020年代では短い。3.台風の襲来数は18世紀末から19世紀初にかけて少なく、1830年代以降に多くなる傾向がある。大型台風の襲来は1810年代から20年代の前半にかけては全くなく、その前後で多い。特に1791、1821、48、50、52年は1年のうちに2回もの襲来があった。

4.総合すると、小氷期の中でも、夏が低温な時代と冬が厳寒な時代とがあり、降雨量も夏、冬通して多かった時代と、逆に夏、冬通して少なかった時代とがあり、一つのパタ-ンで小氷期の気候を説明することは困難であることがわかった。5.天候に関した各種災害記録も収集中で、これらにより上記各項の説明を裏付けすることを検討している。6.17世紀現在の間の季節毎の気候特性を復元する為の資料を収集中である。いわゆる小氷期以外の期間でも、上記の特性に近い気候の時代がある様で、従来の小氷期と称する期間の再検討も問題となろう。今後できるだけ長い時代を対象として、季節毎の気候特性と年間の季節推移をとらえ、同時代の海外各地域の気候特性と比較しながら大循環型の推定を試み、かつ気候変動の実態を通して、小氷期の成因を含めた気候変動の要因について考察を進めたい。昨年度に引続いて,近世小氷期の終末期に当たる18世紀後半19世紀前半の時代と,これと比較する意味で19世紀後半の時代の気候特性の復元を,近世文書の天候記録に基づいて,近畿・東海地方を対象として行った。今年度得られた主な成果を以下に列記する。1.冬の寒さは181020年代がもっとも酷しかったが,その程度は明治以後の義象観測時代に経験された寒さと同じくらいで,ただ出現年数は確かに多かったといえる。1830年代には寒冬・暖冬が交〃現れ,変動の大きい時代であった。1840年代以後には暖冬の傾向が現れる。2.冬型の気圧配置の出現頻度は,1810年代の前半,1820年代に大きく,また181040年の間を通して見ると,3月になってもよく現れ,現在に比べて冬が長く,春の至来が遅かったといえる。小氷期に当たる冬には,シベリア高気圧の発達が著しく,季節的にも長期に亘って発達した.19世紀の後半にはこの傾向は消え,現在の状態に近付いた。3.19世紀の前半,とくに181020年代には酷易少雨の年の多かったことは前年度報告したが,梅雨期を含めた夏の3か月(68月)の乾湿条件を詳しく調べると,1820年までは少雨,30年代には少雨年と多雨年とが入り混り,40年代以後には多雨傾向となる。夏の太平洋高気圧の発達とそれに伴う梅雨前線や秋雨前線の南北移動の時期の違いが,この説明には有効である.顕著台風の接近・上陸が1820年代の前半以前には少なかったことも,以上の結果と矛盾しない。昨年度と本年度の結果を含せて見ると,182040年代頃を境として,その前後で気象・気候特性が変化したと判断され,1830年代は漸移的な時期にも当たっていたと考えられる.日本を含む大気大循環の上にも,この間に大きな違いが現れたものと推定される。次年度には大気大循環の変化がどのようであったか検討する予定である。前年度までに18世紀末から19世紀中頃にかけての,冬・梅雨期・夏・台風期の各季節の気象・気候特性の復元を,気温,降水量,異常天候出現頻度,等の面から行ってきた。今年度は復元の期間をできるだけ気象観測時代につなげる方向で延長し,一部については現在まで200年余にわたる気候変動の状況が明らかになった。まだ資料整理の段階にある部分も残っているが,間もなくそれらについても結論が出せる。さらに19世紀前半から後半にかけて,気象・気候特性上大きな変化が見られる現象が幾つか発見され,近世小氷期の気候特性の実態と,近世小氷期の終末がほぼ19世紀中頃に当たることがわかった。小氷期と小氷期以後の気候特性を比較すると,その差異を生じさせる直接の原因としては,卓越する大気大循環型の違いがもっとも有力である。このような大気大循環型の変化の背景には,海洋と大気との相互作用,および火山活動の強弱などがもっとも重要な原因と推測される。前者については例えばエルニ-ニョ現象の発生頻度,後者については大規模な火山噴火事象との関連があると推測でき,目下この点について詰めの作業を行っている。
時間分解顕微吸収イメージングシステムによる非蛍光性の生体試料の画像観測

蛍光強度測定に代わる生体試料のイメージングシステムを開発することを目的として、光過渡種の吸収を用いた画像測定のための光学系および顕微分光システムの製作を行った。製作したシステムは、高次高調波などを用いた画像測定にも適用することができる。さらに、試料を固定する基板に半透明金属を蒸着することによって、共焦点反射干渉法による非蛍光性の生体試料の高感度計測が行えることを示した。本研究は非蛍光性の試料に対するイメージング手法を開発することを目的とし,特に光過渡種の吸収(過渡吸収)と3次の高調波発生によるイメージングについて検討する。本年度は,現有のフェムト秒チタンサファイアレーザーとビームスキャン型の顕微鏡を用いて,過渡吸収イメージングシステムの製作を行った。フェムト秒パルスレーザーの出力光をBBO結晶に導入し2倍波を発生させた後,ダイクロイックミラーを用いて基本波と2倍波を分離する。ポンプ光となる2倍波は遅延時間を調製する自動ステージを通し,光学チョッパーによって1KHzのAC変調を与える。プローブ光となる基本波は購入したフォトニック結晶ファイバーに導入し白色光を発生させる。レーザー光をファイバーに導入するためのファイバーカプラーは,購入したレンズなどを用いて自作した。ダイクロイックミラーを用いてポンプ光とプローブ光を同軸にし,マルチモードの光ファイバーに導入する。光ファイバーの出力を顕微鏡のビームスキャナーに導入し,レーザー光を試料に入射できるように設定する。試料からの透過光をバンドパスフィルターを用いて分光し,光電子増倍管によって検出した。対物レンズ,光ファイバーなどからなる光学系を設計し,透過光の高効率検出を行った。光電子増倍管からの信号は2つに分けられ,片方はDC信号として検出される。もう片方は現有のロックインアンプに入力され,ポンプ光の変調周波数に同期した成分のみを取り出した後,AC信号として検出される。購入した言語ソフトを用いて専用の制御ソフトを製作した。試料はPMMA膜中にドープされたジメチルアミノニトロスチルベン(DNS)を用いた。プローブ光の波長が532nmにおいて,DNSの光過渡種に由来するAC信号を観測することができた。現在光学系の改良を行い,信号強度の増加および生物試料の応用を行っている。本研究はフェムト秒レーザーを用いて,新規のイメージング手法を開発することを目的とし,特に光過渡種の吸収(過渡吸収)と3次の高調波発生によるイメージングを行う。本年度は,測定システムの改良と第3高調波発生(THG)によるイメージングについて検討した。イメージ像を得るためのスキャニングについて,ピエゾステージを用いてステージを移動させるステージスキャン型に変更した。その結果,1ms以下の高速測定はできなくなるが,光学系が大幅に簡略化され,光の損失および光軸調製の煩雑さが大きく減少した。また倒立顕微鏡も新たに購入し,ミラー等の交換も併せて行い,高効率にパルス光を試料に入射できるように設定した。過渡吸収については,広帯域の誘電体蒸着ミラーを用い,THGについては,1000-1400nmの領域の光を高効率で反射する誘電体蒸着ミラーを用いた。試料からの透過白色光およびTHG光の補集効率を上げるために,光ファイバーを通さずに直接検出できるようにアダプターの改良等を行った。過渡吸収の測定は,チョッパーを用いてポンプ光にAC変調を与え,ロックインアンプによって光誘起信号を検出する構成とする。THGによるイメージングについては,1100nmの波長のフェムト秒光パルスを発振させ,高感度の光電子増倍管を用いたフォトンカウンティングによる検出系を構築している。PMMA膜中にドープされたジメチルアミノニトロスチルベン(DNS)を用いて性能評価を行う予定である。DNSの可視域の吸収による共鳴効果によって,DNSのTHG光は増強される。そのため増強されたTHG光を検出することによって,染色部分のイメージングを行うことができると考えている。本研究は,フェムト秒レーザーを用いて蛍光強度測定に代わる新たなイメージング手法を開発することを目的とする。特に過渡吸収と3次の高調波による画像観測を行う。本年度は,過渡吸収および高調波の信号強度を十分に得るための装置の改良と半透明金属基板を用いた反射干渉および光散乱による非蛍光性の生体試料の高感度計測の提案を行った。高調波測定については,高調波測定ユニットを購入し,新たに分光器などを導入した。基本波による迷光を抑え,高調波によるイメージ観測ができるようになった。過渡吸収については,フォトニッククリスタルファイバ(PCF)による白色光の揺らぎが,観測を妨げる原因となっている。そこでファイバカプラを自作し, PCFも交換することによって,波長帯域は狭くなったものの,高安定の白色光パルスを得ることができた。製作した顕微分光装置に導入し,過渡吸収の測定を現在行っている。

製作した顕微分光システムは,光学系が簡便であるために,蛍光寿命画像測定などの他の蛍光強度測定に代わるイメージング手法にも応用することができる。また本研究の中で,半透明アルミニウムをカバーガラスに蒸着させ,タマネギのリン片細胞からの散乱光を観測すると,コントラストの非常に高い散乱光画像を得ることができた。共焦点レーザー顕微鏡と組合せることより,散乱光画像のZ軸分解能を持たせることができた。特にカバーガラスの界面において高いコントラストの画像が得られ,この界面選択的な高感度画像は反射干渉によるものであることがわかった。この金属基板を用いた共焦点反射・散乱光顕微分光法は,非蛍光性の生体試料をZ軸分解で観測する非常に有力な手法になることを提案した。特に試料の界面構造を無染色で観測する有力な手法になる。また,申請者らが製作した時間ゲート法と組合せることによって,共焦点反射・散乱光画像と蛍光画像の同時計測が行えることも示した。
天然基質の官能基の一部として誤認識される小分子を用いた酵素の誤作動と酵素反応制御

多くの生体触媒は、特定の原料を効率的に目的の分子へ変換する為に、高い基質特性を示す。この高い基質特異性により、生体触媒の汎用的な応用が制限されていた。私は、過酸化水素を用いて長鎖脂肪酸を特異的に酸化するCYP152B1を、酢酸水溶液中で扱うだけで、長鎖脂肪酸とは構造の異なる非天然基質の酸化反応を触媒する「基質誤認識システム」を報告していた。本研究では、「汎用的な基質誤認識システム」の開発を目指した。2017年度までに、好熱性細菌Exiguobacterium sp. AT1bから発見されたCYP152N1の発現系、精製手法の確立と、結晶構造の解析に成功した。この酵素が、過酸化水素を等量的に用いて、1分間あたり1900回転の速さで長鎖脂肪酸のα-位を(S)-選択的に水酸化することを2017年度に報告した。CYP152N1は、脂肪酸特異的なペルオキシゲナーゼであるCYP152A1やCYP152B1と同様に、長鎖脂肪酸のカルボキシル基を認識するので、長鎖脂肪酸以外の基質を酸化することができない。私達は、CYP152B1の活性部位近傍にカルボキシル基を持つグルタミン酸を変異導入することで、A245E変異体が「グルタミン酸のカルボキシル基を長鎖脂肪酸のカルボキシル基と誤認識」し、長鎖脂肪酸以外の基質を酸化する事を2016年度に報告していた。2018年度は、活性部位にグルタミン酸を導入する手法の汎用性を確認するために、CYP152A1 A246E変異体とCYP152N1 A243E変異体を作成し、チオアニソールのスルホキシド化活性とスチレンのエポキシ化活性を評価した。いずれの変異体もスルホキシド化活性とエポキシ化活性を示した。特にCYP152N1 A243E変異体は、野生型の長鎖脂肪酸水酸化反応の触媒活性活性より効率的な、スルホキシド化反応の触媒活性を示した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。多くの生体触媒は特定の原料を効率的に目的の分子に変換する為に高い基質特異性を示す。この高い基質特異性により生体触媒の汎用性が制限されている。152ファミリーに分類されているシトクロムP450は過酸化水素を利用して長鎖脂肪酸を特異的に酸化するCYP152ペルオキシゲナーゼである。私たちは長鎖脂肪酸のカルボキシ基を認識するCYP152ペルオキシゲナーゼに短いカルボン酸を誤認識させ、脂肪酸とは構造の異なる非天然基質の酸化反応を触媒させる「基質誤認識システム」を報告している。本申請課題は活性部位の構造が異なる新規のCYP152ペルオキシゲナーゼを準備し、基質誤認識システムを適応することで非天然基質の位置、立体選択的な酸化反応を制御する事を一つの目標にしている。本年度は好熱菌由来CYP152N1が長鎖脂肪酸のカルボキシル基と結合することを結晶構造解析により確認し、長鎖脂肪酸のα-位を(S)-選択的に水酸化することを確認した。また、酢酸存在下で非天然基質の酸化反応を触媒する事を確認した。枯草菌由来CYP152A1はスチレンを(S)-選択的、スフィンゴモナス・パウシモビリス由来CYP152B1はスチレンを(R)-選択的にエポキシ化してスチレンオキシドを生成したのに対し、CYP152N1はスチレンオキシドよりもフェニルアセトアルデヒドを優先的に生成した。さらに、グルタミン酸のカルボキシル基をヘム上方に配置したCYP152B1 A245E変異体が短いカルボン酸の添加を必要とせずに非天然基質の酸化反応を行う事を報告し、CYP152N1 A243E変異体も同等の性質を示す事を確認した。本申請課題では、CYP152ペルオキシゲナーゼに対して、位置、立体異性体を持つカルボン酸を誤認識させ、非天然基質の位置選択的な酸化半のを制御する事を第二の目標にしている。その為には、CYP152ペルオキシゲナーゼのカルボキシル基認識部位近傍の構造が酸化反応に影響を与える必要がある。既に、短いカルボン酸を代わりとしてCYP152B1に変異導入した245番目のグルタミン酸によってスチレンエポキシ化反応の立体選択性が反転することを報告している。本年度はCYP152N1 A243E変異体でも同との結果が得られる事を確認できたので、外部添加するカルボン酸の構造による反応場制御は可能であると考えられる。酢酸の代わりに乳酸やアラニン等の立体選択性を持つカルボン酸を用いて非天然基質の酸化反応を試したが、長鎖脂肪酸とはカルボキシル基のpKaが大きく異なる為に非天然基質の酸化反応がほとんど進行しなかった。位置異性体を持ち、置換基によるpKa変化が少ない安息香酸誘導体を用いた場合は、非天然基質を酸化が進行する事を確認した。また、既存のCYP152ペルオキシゲナーゼを鋳型とした非特異的変異導入の共同研究もスタートさせることができているので、当初の計画以上に進展していると考える。昨年度までに、好熱性細菌Exiguobacterium sp. AT1bから発見されたCYP152N1の発現系、精製手法、結晶構造解析に成功していた。

この酵素は、数数十μMの過酸化水素を等量的に用いて、脂肪酸のα-位を(S)-選択的に水酸化する事を確認していた。また、高濃度の酢酸存在下で酵素を誤作動させると、スチレンの酸化反応を触媒する事も発見していた。酵素が誤作動して、脂肪酸以外の基質を酸化する条件下では、過酸化水素の認識が緩くなり、高い触媒活性を引き出すために、数mM程度の過剰な過酸化水素が必要であると気付いた。そこで、CYP152N1に過剰量(5 mM)の過酸化水素を加えて、炭素数14の脂肪酸であるのミリスチン酸の酸化反応を行うと、わずか1分間で、1つ炭素が少ないトリデカン酸が主生成物として得られた。20分間反応を継続すると、炭素数10のデカン酸が主生成物として得られた。分子動力学計算や酸素同位体標識を用いた実験からCYP152N1はα-ヒドロキシ脂肪酸やα-ケト脂肪酸を経由して脂肪酸の炭素鎖を短くできる事を明らかにし、報告した。この高濃度の過酸化水素を用いる脂肪酸の鎖長制御法は、脂肪酸から末端アルケンを合成できるCYP152A1にも適応可能であり、今後の研究次第では、微生物に存在する長鎖脂肪酸から、ガソリンに適した中鎖炭化水素を合成できると期待している。同様に脂肪酸を水酸化するCYP102A1の変異体に対して、脂肪酸と同様に認識されるパーフルオロアルキルアシルアミノ酸を添加すると、ほとんどのケースでシクロアルカンの水酸化活性が向上する事を報告した。シクロアルカンの酸化活性が向上しなかった変異体に対し、シクロアルカンとパーフルオロアシルアミノ酸のドッキングシミュレーションを行い、パーフルオロアシルアミノ酸がCYP102A1に与える影響を説明した。本申請課題では、酵素を誤作動させる事で酵素機能を拡張する事を主題としている。これまでに、長鎖脂肪酸ペルオキシゲナーゼが酢酸存在下で誤作動し、スチレンやメトキシナフタレンといった非天然基質の酸化活性を示す事を報告し、長鎖脂肪酸ペルオキシゲナーゼの活性部位にカルボキシル基を持つグルタミン酸を変異導入する事で、酢酸を用いた場合と同様な誤作動を再現できる事を報告している。さらに、過酸化水素濃度を向上させることで長鎖脂肪酸ペルオキシゲナーゼが誤作動し、長鎖脂肪酸水酸化反応とは異なる脂肪酸のα-酸化的脱炭酸反応を触媒する事を報告した。近年、長鎖脂肪酸ペルオキシゲナーゼは脂肪酸からアルケンを合成出来る事が報告され、バイオ炭化水素合成酵素として着目されている。同種の酵素を用いて脂肪酸の鎖長制御が可能になった本報告は、脂肪酸ペルオキシゲナーゼを汎用的な酸化触媒として用いる当初の計画に加え、脂肪酸ペルオキシゲナーゼのバイオ燃料酵素としての応用化に繋がる革新的な技術となり、当初の計画以上に研究が進展している。多くの生体触媒は、特定の原料を効率的に目的の分子へ変換する為に、高い基質特性を示す。この高い基質特異性により、生体触媒の汎用的な応用が制限されていた。私は、過酸化水素を用いて長鎖脂肪酸を特異的に酸化するCYP152B1を、酢酸水溶液中で扱うだけで、長鎖脂肪酸とは構造の異なる非天然基質の酸化反応を触媒する「基質誤認識システム」を報告していた。本研究では、「汎用的な基質誤認識システム」の開発を目指した。2017年度までに、好熱性細菌Exiguobacterium sp. AT1bから発見されたCYP152N1の発現系、精製手法の確立と、結晶構造の解析に成功した。この酵素が、過酸化水素を等量的に用いて、1分間あたり1900回転の速さで長鎖脂肪酸のα-位を(S)-選択的に水酸化することを2017年度に報告した。
化学物質誘発性尋常性白斑の発症に関与する感受性遺伝子の同定と機能解析

2013年7月に社会問題となったロドデノール誘発性脱色素斑(以下、RD白斑)は、当該化粧品を使用したすべての人に発症しているわけではなく、発症率は使用者の約2%強であった。この発症率はこれまでに報告されてきた化学物質誘発性尋常性白斑の発症率とほぼ同様であったことから、本研究では、化学白斑発症には共通する遺伝的背景を明らかにすることを目的とした。これまでに259人(RD白斑患者147人、RD-Control 112人)について主成分分析を行い、4つの主成分、年齢、使用量を調整したロジスティック回帰モデルにより、GWASを行った。その結果、有意水準のベンチマークであるgenome-wide significance(一般的に5x10-8以下)を超えたSNPは認められなかったが、10ー6をsuggestiveとして採用したところ、少なくとも3つの遺伝子(匿名にて記載:A, B, C)が該当した。そこで、2018年度は2017年度に続いて、この3つの遺伝子の機能解析を行った。特異的なsiRNAを用いたノックダウン実験については、再現性が得られなかったため、siRNA配列を作り直し、条件設定実験を繰り返したが、満足のいく結果を得るのが難しかった。その中で、遺伝子Aについては再現性のある結果を得ることができた。つまり、遺伝子Aをノックダウンすることにより、感受性が増加することが明らかとなった。この感受性の増加はこれまでに化学白斑を発症させることが報告されているMBEH、4TBP等の物質に対する感受性を有意に増加させることはなかった。また、我々がこれまでに確立したRD白斑モデルマウスを使用したぞれぞれの遺伝子産物の発現やその増減を解析したが、明らかな変化は認めなかった。本研究は、化学物質誘発性尋常性白斑(chemicals triggering occupational vitiligo;以下co-Vit)に共通する遺伝的背景を明らかにすることを最終目的とし、そのためにまずはロドデノール誘発性脱色素斑(以下、RD白斑)発症に関与する感受性遺伝子(以下、RD感受性遺伝子)を明らかにすることを目的としている。我々は本研究遂行のためにRD白斑患者、およびボランテイアからDNA抽出するための唾液試料収集を行ない、解析可能であった430サンプルのそれぞれの遺伝子型解析を高密度SNPチップ(HumanOmni2.5-8 v1.1)を用いて行った。それらの遺伝子型と臨床症状の関連性(GWAS)について、統計解析した。まず、221人の白斑患者と120人のRD白斑発症しなかった群、あるいは89人の健常人群をそれぞれLogistic regression analysisを行ったところ、コントロール群の違いによりp値のピークの位置がかなり異なり、また、10-8以下のピークは認められなかった。そこで、年齢とRD使用量(本数)のデータがある259人(Case 147人、RD-Control 112人)を使用して、再度、259人について主成分分析を行い、4つの主成分、年齢、使用量を調整したロジスティック回帰モデルにより、GWASを行った。現在,培養細胞を用いてこれらの3つの遺伝子の発現を低下させて、RDに対する感受性の変化を観察している。現在、感受性遺伝子候補として3種の遺伝子が明らかになり、培養細胞(メラノサイトとケラチノサイト)を用いてその発現を調べており、いずれも発現が認められた。また同時に、培地にRDを添付した時の候補遺伝子の発現の変動を経時的に観察したところ、候補遺伝子は、RD負荷時にも発現が大きく変動することはなかった。そこで、各RD感受性遺伝子候補に特異的なsiRNAを作製し、培養メラノサイトに添加して各感受性遺伝子候補を特異的に発現抑制することにより、RD感受性の変化を明らかにする実験についてもいくつかの予備実験は終了しているが、感受性が明らかに変わる遺伝子は未だ見いだせていない。計画では、感受性が異なる遺伝子を見出すことまでを初年度の進捗としていたが、現在、まだそこには至っていない。その他の点については、おおよそ計画通りである。本研究は、ロドデノール誘発性脱色素斑(以下、RD白斑)発症に関与する感受性遺伝子(以下、RD感受性遺伝子)を明らかにすることを目的としている。2016年度までに我々は、259人(RD白斑患者147人、RD-Control 112人)について主成分分析を行い、4つの主成分、年齢、使用量を調整したロジスティック回帰モデルにより、GWASを行った。その結果、有意水準のベンチマークであるgenome-wide significance(一般的に5x10-8以下)を超えたSNPは認められなかったが、10ー6をsuggestiveとして採用したところ少なくとも3つの遺伝子(匿名にて記載:A, B, C)が該当した。2017年度はこれら3つの遺伝子について以下の方法で解析した。1各種データベースを使用して、各遺伝子の既知の機能や組織発現を検討したところ、いずれもメラノサイトにおいて遺伝子発現されており、白斑発症に何らかの関りが予想された。23種類の候補遺伝子に特異的なsiRNAを作製し、培養メラノサイトに添加して各遺伝子を特異的に発現抑制して、RD感受性の変化を確認したところ、3種のうち2種類の遺伝子(A、C)に関してはRD感受性の変化を確認した。

3培養メラノサイトの培地にRDを添付した時の候補遺伝子の発現の変動を経時的に観察したところ、いずれの遺伝子も遺伝子発現誘導はかからなかった。4RD感受性が異なる培養メラノサイト13種(Kasamatsu S, et al. J Dermatol Sci 76:16-24, 2014)におけるRD負荷時の発現を解析したが、3種類の遺伝子には大きな変動は認められなかった。以上の結果より、3種の遺伝子(A, B, C)は、RD感受性決定にかかわっているものの、contributionはさほど大きくないことが予想された。当初の予定では、RD感受性遺伝子産物に対する抗体を使用して、健常皮膚、ならびにRD白斑患者より既に得ている患部からの皮膚生検標本を用いて免疫組織学的に局所での発現のパターンを明らかにする予定であった感受性候補遺伝子の機能解析に予想以上に時間がかかってしまい、まだ免疫組織学的検討は行えていない。また、RD感受性遺伝子のノックアウトマウスを作製し、機能解析をin vivoで行なう計画ではあったが、上記にも述べたように明らかになった感受性遺伝子の白斑発症への貢献度はさほど高くないために感受性遺伝子をノックアウトしても症状が出ないことが予想されるため、in vivoの解析は行う理由がなくなった。2013年7月に社会問題となったロドデノール誘発性脱色素斑(以下、RD白斑)は、当該化粧品を使用したすべての人に発症しているわけではなく、発症率は使用者の約2%強であった。この発症率はこれまでに報告されてきた化学物質誘発性尋常性白斑の発症率とほぼ同様であったことから、本研究では、化学白斑発症には共通する遺伝的背景を明らかにすることを目的とした。これまでに259人(RD白斑患者147人、RD-Control 112人)について主成分分析を行い、4つの主成分、年齢、使用量を調整したロジスティック回帰モデルにより、GWASを行った。その結果、有意水準のベンチマークであるgenome-wide significance(一般的に5x10-8以下)を超えたSNPは認められなかったが、10ー6をsuggestiveとして採用したところ、少なくとも3つの遺伝子(匿名にて記載:A, B, C)が該当した。そこで、2018年度は2017年度に続いて、この3つの遺伝子の機能解析を行った。特異的なsiRNAを用いたノックダウン実験については、再現性が得られなかったため、siRNA配列を作り直し、条件設定実験を繰り返したが、満足のいく結果を得るのが難しかった。その中で、遺伝子Aについては再現性のある結果を得ることができた。つまり、遺伝子Aをノックダウンすることにより、感受性が増加することが明らかとなった。この感受性の増加はこれまでに化学白斑を発症させることが報告されているMBEH、4TBP等の物質に対する感受性を有意に増加させることはなかった。また、我々がこれまでに確立したRD白斑モデルマウスを使用したぞれぞれの遺伝子産物の発現やその増減を解析したが、明らかな変化は認めなかった。まずは、各感受性遺伝子候補の発現量を減少させることにより、RDに関する感受性が変化するかどうかを確かめる。
異物排出トランスポーター群の上皮細胞アピカル膜局在を制御する分子シグナル

腎臓や小腸は外界からの低分子異物の侵入を防ぎ、かつそれらを生体から排除する一方、生体に必要な栄養物質を吸収している。これら臓器の上皮細胞アピカル側膜上には、異物を排出し栄養物質を吸収する巧妙な分子メカニズムとして薬物トランスポーター群が存在する。本研究は、異物解毒と栄養吸収という双方向のベクトル輸送を司る高次の分子機構の解明を目指し、薬物トランスポーター分子内に存在する共通の分子配列を同定するとともに、その配列を認識しトランスポーターの機能を制御するアダプタータンパク質の同定を目的とした。Yeast two hybrid法および遺伝子組換え精製タンパク質を用いたpull-down法により、solute carrier superfamilyに属する薬物トランスポーター20種類のC末端と、腎臓および小腸に発現する4つのPDZドメインを有するタンパク質との相互作用を解析した結果、アピカル膜に発現する数種類のトランスポーターとの特異的相互作用を見いだした。このうち腎アピカル膜に局在するPDZタンパク質であるPDZK1存在下で、ペプチドトランスポーターPEPT2および有機カチオン/カルニチントランスポーターOCTN2の基質輸送能の亢進が認められた。特にOCTN2による基質輸送能に及ぼす促進効果は顕著であり、基質に対する親和性の変化ではなく輸送キャパシティーの約6倍の上昇により説明できた。また細胞表面に発現するOCTN2をビオチン標識とWestern blot法により定量したところ、PDZK1はOCTN2の形質膜上での発現量には影響を与えておらず、相互作用により直接輸送を制御することが示唆された。免疫共染色によりPDZK1とOCTN2は腎尿細管刷子縁膜に共局在することが示された。以上の知見は、薬物トランスポーターがアピカル膜において個々に単独で存在するのではなく、PDZタンパクを介したクラスターを形成することにより異物の排除と栄養物の吸収を担っていることを強く示唆するものである。