hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
機能一構造分析に基づいた概念設計支援知識情報処理システムに関する研究

本研究は、概念設計支援のための知識処理システム構築を目的として、過去の設計事例(設計物)を、その機能ならびに構造の成立ち方、さらにそれらの相互関係から分析・モデル化し、さらにこのモデル概念に基づいて、設計知識の抽出と獲得の方法をならびに獲得された知識の活用法と設計者への提示法にについて検討を加えるとともにそのシステム化を目指すものであり。当該期間内に得られた成果は以下のようにまとめられる。1.価値工学における機能分析の考え方を導入することによって、設計物を、その背後に潜む目的・因果・経済の3つの合理性の観点から分析し、設計物の多階層モデルの概念を導入した。2.上記モデル概念に基づいて、機械学習の一手法である、説明に基づく一般化(学習)法を導入することによって、設計事例からの自動的に様々な形で設計知識を獲得することのできるシステムを構築した。また、獲得された知識の操作性と活用法を、その獲得の仕方との関係から明にした。3.さらに、公理論的設計アプロ-チの考え方を導入することによって、上記システムを拡張し、戦略的設計知識の獲得法の構築を行った。4.これら獲得された設計知識に対する検索法を、とくに知識のインデキシングならびに設計要求に応じた知識の変形と組合せ方について、説明に基づく学習法ならびに事例ベ-ス推論の考え方を導入することによって検討を加え、一部そのシステム化をおこなった。5.上記事例の変形と組合せ法を提示するためのユ-ザインタフェ-スについて、多階層設計物モデルの変形がユ-ザに直観的に把握可能な表現法を導入し、一部試験的にシステム化をおこない、その有効性について検討を加えた。本年度の研究の結果得られた成果は以下のようにまとめられる。(1)「機能ー構造分析に基づいた設計物のモデル化」VE(価値工学)における機能分析(Functional Analysis)の方法を拡張することによって、設計物の目的および機能の成り立ち方(個々の機能の部分機能による構成)を明かにし、さらに各機能が設計物のどの部分構造(構成要素)あるいはその属性によって支えられているかを明示するような、設計物の目的、機能、構造・属性の三つの面からとらえたモデル概念を導入した。(2)「目的達成のためのプランの知識ベース化」設計物に与えられた目的に対して、どの様に機能を組み合わせることによってこれが達成されるかに関する知識を、測定器(センサ)を対象として、過去の事例から抜き出す方法について検討した。このための支援システムを、近年人工知能の分野で注目されている、「説明に基づく学習(EBG:Explanation-Based Generalization)」方式を導入することによって、実現した。これは、マッキントッシュII上に論理型言語LPA-Prologを用いて実装化されている。(3)「物理法則・効果の知識ベース化」上記機能ー構造関係の把握の際に必要となる物理法則、物理効果に関する知識を一種のフレームシステムとして表現した。(4)「モデル群の知識ベース化」類似したモデルにおける機能、構造を抽象化し、それらを1つの一般化モデルの下にまとめ、さらにモデル間に全体一部分、類比などの関係を導入することによってモデル群全体を知識表現形式の1つであるフレームシステムとして有機的に組織化するための基本概念の洗い出しを行っている段階である。(1)「設計過程のモデル化」:設計物の階層モデルを導入することによって、設計過程を目標レベル、機能展開レベル、因果プロセス展開レベル、構造・属性展開レベル、実体レベルの計5つの目標展開レベルから成るものとしてとらえることが可能となり、設計過程をこの上での目標展開の推移過程としてとらえることが可能となった。このような合理性に裏付けられたモデルの導入により、無駄な後戻りのない設計支援が可能となる。

(2)「設計者とシステムとの対話過程のモデル化」:上記モデルを設計者(ユ-ザ)と(概念)設計支援システムとの「共有モデル」として考える事によって、モデル上での注視点の推移を無駄なく効率よく制御することが設計者とシステムの対話の上で最も肝要であることが明らかになった。さらに、対話が円滑に行われるためには、設計者発話(システムへの入力)の背後にある設計者の意図を汲み取る必要があり、近年注目されている語用論(プラグマティックス)における協調の原理などを導入する必要のあることが明らかになった。(3)「メタプラン型知識を用いた設計過程の誘導」:Suhらによる公理論的設計法(Axiomatic Design Approach)に基づいた設計過程のガイドラインの導出と、設計事例の分析結果の一般化を、説明に基づく学習(ExplanationーBased Learnin)によって行なう事ににって、設計過程上記公理論の意味での合理性に裏付けられた行為選択過程として捉え、そのための操作的ガイドライン知識の導出法を求めることができた。これは、(1)のモデルの観点から、設計事例に対するEBL法の繰返し適用に基づいた深層的事例分析を用いて実現される。本年度の研究の結果得られた成果は以下のようにまとめられる。(1)「メタプラン型知識の抽出法改良」:対象構造の意味ネットワ-ク表現最小化法をEBL(説明に基づく学習法)のもつ目標指向フィルタリング機能を活用することによって見い出すとともに、これから誘導されるSuhらによる公理論的設計法活用形態の抽出とその一般化によるメタプラン型設計知識の獲得法が得られた。(2)「メタプラン型知識活用法の導入」:獲得されたメタプラン型知識の活用法について、設計者からの検索ならびに設計者への提示の方法について検討を加えた。検索に際しては、必ずしも完全に一致しない検索要求に対しても対応可能な柔軟な事例検索法を導入するとともに、設計者への提示に関しても以下に示すようなインタフェ-ス環境を活用したユ-ザ-フレンドリな方法の構築を行った。(3)「事例ベ-ス推論の導入」:一般設計知識の検索・提示による設計支援だけではなく、個々の設計事例の検索ならびに変形による設計要求への対応を、近年注目されている事例ベ-ス推論を導入することによって行う方法について検討し、その一部の実装化を行った。本研究で導入している多階層の領域知識による設計事例の合理性説明付けによって、上記検索と変形が効率よく実行できることが明らかになった。(4)「事例提示法の改良」:設計事例の変形は一般に、上記の多階層設計物モデル上で抽象レベルにおいて実行される。これが現実の設計物としてどのようになるか、そのイメ-ジを設計者に提示するためのユ-ザ-インタフェ-スについて検討を行った。このためには、設計物のオブジェクトモデル化とそのデ-タベ-ス化が必要になり、一部試験的に実装化を行い、その有効性について検討を加えた。
腫瘍内磁性体注入による新たな高周波熱凝固療法の開発に関する研究

高周波熱凝固療法において腫瘍内磁性体注入による凝固範囲の変化を調査するため以下の基礎実験、および、動物実験を施行した。基礎実験:PET性の立方体の容器の底面に対極板としてアルミ箔を設置し、その容器内に卵白を注入し卵白内に太さ17G、非絶縁部長2cmの高周波発生用穿刺針(クールチップニードル、ラジオニクス社)を挿入し、高周波の出力を変化させて通電実験を施行した。その際、卵白の凝固状態を観察するとともに一定時間での凝固領域の径を測定し、さらに通電中の抵抗値を経時的に測定した。次いで、卵白内に磁性体である鉄を含有したフェルカルボトラン(分子式:γ-Fe2O2/C6H11O6-(C6H10O5)n-C6H11O5)を混入し、同様の実験系で実験を施行した。結果は高周波出力30Wにて最大の凝固範囲が得られ、その際の凝固領域の径は1.8-2.3cmであった。これらの結果を参考にし、最適な実験系にて卵白群と卵白にフェルカルボトラン混した群で通電を施行した。さらに卵白に混入するフェルカルボトランの量を増加させ、卵自の凝固状態を確認した。その結果、卵白にフェルカルボトラン864mg(鉄:44.6mg)を注入した群では卵白のみの群に比較して早期に凝固範囲が拡大したが、抵抗値が通電開始時点より10オーム以上の上昇は認められなかった。倍量のフェルカルボトラン1728mg(鉄:89.2mg)を注入した卵白では、さらに短時間で凝固範囲が拡大し、9分にて抵抗値が通電開始時より10オーム以上の上昇が得られた。動物実験:豚の肺組織内に透視下で経皮的にフェルカルボトランを注入したのち、基礎実験と同一の系で、高周波熱凝固療法を行った。その結果、短時間の焼灼で、広範囲の凝固壊死が得られることが確認された。高周波熱凝固療法において腫瘍内磁性体注入による凝固範囲の変化を調査するため以下の基礎実験を施行した。PET性の立方体の容器の底面に対極板としてアルミ箔を設置し、その容器内に卵白を注入し卵白内に太さ17G、非絶縁部長2cmの高周波発生用穿刺針(クールチップニードル、ラジオニクス社)を挿入し、高周波の出力を変化させて通電実験を施行した。次いで、卵白内に磁性体である鉄を含有したフェルカルボトラン(分子式:γ-Fe202/C6H1106-(C6H1005)n-C6H1105)を混入し、同様の実験系で実験を施行した。これらの結果を参考にし、最適な実験系にて卵白群と卵白にフェルカルボトラン混入した群で通電を施行した。さらに卵白に混入するフェルカルボトランの量を増加させ、卵白の凝固状態を確認した。

その結果、卵白にフェルカルボトラン864mg(鉄:44.6mgを注入した群では卵白のみの群に比較して早期に凝固範囲が拡大したが、抵抗値が通電開始時点より10オーム以上の上昇は認められなかった。倍量のフェルカルボトラン1728mg(鉄:89.2mg)を注入した卵白では、さらに短時間で凝固範囲が拡大し、9分にて抵抗値が通電開始時より10オーム以上の上昇が得られた。以上の実験結果は、目的とする組織(腫瘍)およびその周囲にフェルカルボトランを注入したのち高周波熱凝固療法を行うことにより、短時間の焼灼で、広範囲の凝固壊死が得られることが確認された。高周波熱凝固療法において腫瘍内磁性体注入による凝固範囲の変化を調査するため以下の基礎実験、および、動物実験を施行した。基礎実験:PET性の立方体の容器の底面に対極板としてアルミ箔を設置し、その容器内に卵白を注入し卵白内に太さ17G、非絶縁部長2cmの高周波発生用穿刺針(クールチップニードル、ラジオニクス社)を挿入し、高周波の出力を変化させて通電実験を施行した。その際、卵白の凝固状態を観察するとともに一定時間での凝固領域の径を測定し、さらに通電中の抵抗値を経時的に測定した。次いで、卵白内に磁性体である鉄を含有したフェルカルボトラン(分子式:γ-Fe2O2/C6H11O6-(C6H10O5)n-C6H11O5)を混入し、同様の実験系で実験を施行した。結果は高周波出力30Wにて最大の凝固範囲が得られ、その際の凝固領域の径は1.8-2.3cmであった。これらの結果を参考にし、最適な実験系にて卵白群と卵白にフェルカルボトラン混入した群で通電を施行した。さらに卵白に混入するフェルカルボトランの量を増加させ、卵白の凝固状態を確認した。その結果、卵白にフェルカルボトラン864mg(鉄:44.6mg)を注入した群では卵白のみの群に比較して早期に凝固範囲が拡大したが、抵抗値が通電開始時点より10オーム以上の上昇は認められなかった。動物実験:豚の肺組織内に透視下で経皮的にフェルカルボトランを注入したのち、基礎実験と同一の系で、高周波熱凝固療法を行った。その結果、短時間の焼灼で、広範囲の凝固壊死が得られることが確認された。
厳密な母性遺伝を保証するメス由来のオルガネラDNA保護機構の解明

細胞内でエネルギーを産生するミトコンドリアや、光合成を行う葉緑体は、独自のDNAをもち、母親からのみ子孫に受け継がれる。この「母性遺伝」という現象において、これまで母親由来のDNAを積極的に保護する機構の存在は着目されてこなかった。本課題では、緑藻クラミドモナスの葉緑体において、母性遺伝から父性遺伝への変換を引き起こす変異体を用いて、マイクロ流路を用いた顕微鏡解析や生化学的な解析を行うことで、母親由来のDNAを保護する新規の機構を明らかにしたいと考えている。今年度は、父性遺伝への変換をもたらすタンパク質のDNA結合能の解析を行うため、大腸菌でリコンビナントタンパク質を調製して、ゲルシフトアッセイを行った。その結果、DNAへの結合に、タンパク質の変異の有無による影響は観察されなかった。このことは、変異体において、ただ単純に、タンパク質とDNAの親和性が変化した結果、適切にメスのDNAが保護できなくなっているわけではないことを示していると考えられる。次に、このタンパク質と相互作用する因子との関係が変化している可能性を考え、相互作用因子の探索を行うこととした。この目的のため、クラミドモナスにおいて、大腸菌のビオチン-プロテインリガーゼを融合させたタンパク質を発現する株を作製した。さらに、この株において、細胞の接合過程や、葉緑体の母性遺伝への影響がほぼ見られないことを確認することもできた。現在ビオチン化タンパク質の精製に向けた条件検討を行っている段階ではあるが、この株を用いて相互作用因子を同定する下地が整ったと言える。今年度は、変異体における父性遺伝への変換原因の検討を行うとともに、DNAの選択的分解の様子を確認するため、マイクロ流路を用いた核様体動態を可視化する実験系の立ち上げを行う予定であった。核様体動態の可視化では遅れが見られるものの、遺伝学的、生化学的な解析では当初の予定よりも進んだ部分もあり、全体としては概ね順調に進んでいると考えている。特に、今年度は、これまでRNAiや相同組換えでは得られなかったノックダウン/ノックアウト変異体を、CRISPR-Cas9を利用したゲノム編集により得ることができた。今後はこの株も合わせて解析を進めたいと考えている。ビオチン-プロテインリガーゼ-tag株において母性遺伝への影響がないことが確認されたため、この株を用いてビオチン化タンパク質をアフィニティー精製して質量分析を行う。相互作用因子が同定されれば、その因子に関して、雌雄での発現特性を調べるほか、変異体を取り寄せるか、遺伝子過剰発現株や抑制株の作製を行う予定である。また、DNAの選択的分解の様子を観察するため、マイクロ流路を用いて核様体動態を可視化したい。マイクロ流路を用いた実験系の立ち上げに時間がかかっているためであり、次年度に同実験での使用を計画している。
Landau-Ginzburg模型のmoduliと周期

複素代数多様体上の関数と指数関数の合成の積分は,様々な著しい特徴を持ちます.特に,被積分関数を(複素数の)パラメータ付きで動かした時,積分が満たす微分方程式は不確定特異性という著しい性質を持つことがあります.本研究は,このようなパラメータ空間やその上に定まる微分方程式の記述を,ミラー対称性と呼ばれる数理物理的な現象や複素幾何学におけるHodge理論の観点から重要な例に対して行うことを目的とします.今年度は,Landau-Ginzburg模型の指数的周期写像の満たすべき不確定特異型微分方程式に関連して,不確定特異型の頂点作用素代数の定式化に中心的に取り組みました.また,昨年度までの研究内容について,出版までの校正や結果の学会での発表などを行いました.複素代数多様体上の有理型関数の族を,物理的な文脈でLandau-Ginzburg模型と呼ぶ場合があります.これらの族に付随して,その周期写像を考えることで,パラメータ空間(モジュライ空間と呼ばれることもある)上の微分方程式が得られます.本研究の主な目的は,このようにして得られる微分方程式系の解析にあります.本年度は,このようなLandau-Ginzburg模型から得られる微分方程式系の例として,主に,合流型KZ方程式に対象の中心を絞って研究しました.そして,この方程式の背景にあるべき不確定特異型頂点作用素代数の定式化に取り組みました.これは,東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構の池田氏との共同研究です.この研究で,私たちは物理学における様々な先行研究で計算されてきた不確定特異型の頂点作用素たちの背景にある,代数構造を数学的に厳密に定式化すること,およびそれらの代数が満たしている様々な性質の証明に成功しました.また,頂点作用素代数の最も基本的な例であるHeisenberg頂点作用素代数とVirasoro頂点作用素代数の不確定特異型版の構成を行いました.ここで定式化した不確定特異型頂点作用素代数は,より多くの例をもち,また,不確定特異型のChiral代数を導くことが期待されます.本年度の研究を通じて,本質的に新しい代数構造である不確定特異型頂点作用素代数の定式化を得ることができました.この構造は,多くの例をもち,また,様々な分野と関連することが期待される発展の可能性を多く秘めた対象であると期待しています.これは,当初予期していたLandau-Ginzburg模型の周期やモジュライの方向性とは異なりますが,その本質において,Landau-Ginzburg模型の周期の満たす微分方程式の不確定特異性に深く関わる理論であると考えています.不確定特異型頂点作用素代数と対応すると考えられる,不確定特異型Chiral代数の定式化,およびその不確定特異型頂点作用素代数からの構成を目標とします.可能であれば,不確定特異型Chiral代数上の加群の理論およびそのホモロジー理論であるChiralホモロジーの定式化を目標にしたいと考えています.複素代数多様体上の関数と指数関数の合成の積分は,様々な著しい特徴を持ちます.特に,被積分関数を(複素数の)パラメータ付きで動かした時,積分が満たす微分方程式は不確定特異性という著しい性質を持つことがあります.本研究は,このようなパラメータ空間やその上に定まる微分方程式の記述を,ミラー対称性と呼ばれる数理物理的な現象や複素幾何学におけるHodge理論の観点から重要な例に対して行うことを目的とします.今年度は,Landau-Ginzburg模型の指数的周期写像の満たすべき不確定特異型微分方程式に関連して,不確定特異型の頂点作用素代数の定式化に中心的に取り組みました.また,昨年度までの研究内容について,出版までの校正や結果の学会での発表などを行いました.複素代数多様体上の有理型関数の族を,物理的な文脈でLandau-Ginzburg模型と呼ぶ場合があります.これらの族に付随して,その周期写像を考えることで,パラメータ空間(モジュライ空間と呼ばれることもある)上の微分方程式が得られます.本研究の主な目的は,このようにして得られる微分方程式系の解析にあります.本年度は,このようなLandau-Ginzburg模型から得られる微分方程式系の例として,主に,合流型KZ方程式に対象の中心を絞って研究しました.そして,この方程式の背景にあるべき不確定特異型頂点作用素代数の定式化に取り組みました.これは,東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構の池田氏との共同研究です.この研究で,私たちは物理学における様々な先行研究で計算されてきた不確定特異型の頂点作用素たちの背景にある,代数構造を数学的に厳密に定式化すること,およびそれらの代数が満たしている様々な性質の証明に成功しました.また,頂点作用素代数の最も基本的な例であるHeisenberg頂点作用素代数とVirasoro頂点作用素代数の不確定特異型版の構成を行いました.ここで定式化した不確定特異型頂点作用素代数は,より多くの例をもち,また,不確定特異型のChiral代数を導くことが期待されます.本年度の研究を通じて,本質的に新しい代数構造である不確定特異型頂点作用素代数の定式化を得ることができました.この構造は,多くの例をもち,また,様々な分野と関連することが期待される発展の可能性を多く秘めた対象であると期待しています.

これは,当初予期していたLandau-Ginzburg模型の周期やモジュライの方向性とは異なりますが,その本質において,Landau-Ginzburg模型の周期の満たす微分方程式の不確定特異性に深く関わる理論であると考えています.不確定特異型頂点作用素代数と対応すると考えられる,不確定特異型Chiral代数の定式化,およびその不確定特異型頂点作用素代数からの構成を目標とします.可能であれば,不確定特異型Chiral代数上の加群の理論およびそのホモロジー理論であるChiralホモロジーの定式化を目標にしたいと考えています.
マレック病発症及びその防御に関与するウイルス遺伝子解析

1.マレック病(MD)発症関連領域のcDNAクローンの分離とその塩基配列解析:(a)マレック病ウイルス1型(MDV1)の感染細胞より抽出されたmRNAから作製したcDNAライブラリーより、MDV1の腫瘍原性の欠失に伴い変化するMDV1DNAのBamHI-H断片の132bpのdirect repeatとハイブリダイズするcDNAクローンを分離した。そのcDNAの塩基配列解析により、2つの読み取り枠(ORF)が認められた。(b)MD発症関連ゲノム領域である9.3kbの塩基配列決定により14個のORFを見いだし、現在そのコード蛋白を同定中である。2.MDV1のワクチン免疫に関与する遺伝子解析:(a)MDV1-GA株の70%のUs領域と一部のIRs領域を含む8.9kbのDNA断片の塩基配列を決定した。9つのORFを見いだし、その内4個は単純ヘルペスウイルスのUS10,US3,US2,US6(糖蛋白gD)遺伝子とホモロジーをもつことを明らかにした。(b)このUS3遺伝子がプロテインキナーゼをコードすることを昆虫ウイルスベクターを用いて明らかにした。3.組換え体MDV1ワクチンの構築:大腸菌lacZ遺伝子を22カ所のMDV1 DNAに相同組換えにより挿入させたが、4カ所が安定な挿入部位であることを見いだし、そのうち1の項で示したUS10とUS3の両遺伝子領域に挿入した組換え体MDV1は培養細胞で母株同様の増殖がみられ、in vivoでMDV1に対する防御能力を示した。4.MDV2 DNAの制限酵素切断地図作成:MDV2 DNAのBamHI,EcoRI,XhoI切断地図を作成した。また、3つの血清型のゲノムはcollinearであることを示した。5.MDV1の腫瘍原性株と非腫瘍原性株のPCR法による鑑別法の確立:MDV1 DNAの132bp領域をPCRの標的として、腫瘍原性株と非腫瘍原性株を鑑別する方法を確立した。1.マレック病(MD)発症関連cDNAクロ-ンの分離とその塩基配列解析.マレック病ウイルス1型(MDV1)の感染細胞より抽出されたmRNAから作製したcDNAライブラリ-より,MDV1の腫瘍原性の欠失にともない変化するMDV1DNAのBamH1ーH断片の132bpのdirectrepeatとハイブリダイズするcDNAクロ-ンを分離した。そのcDNAは1.8KbのスプライスされないmRNA由来のもので,塩基配列解析により,2つの読み取り粋(ORF)が認められた。2.MDV1時異的燐酸化蛋白解析我々が先に見い出したMDV1特異的燐酸化蛋白の遺伝子領域の塩基配列を決定し,368個のアミノ酸からなる蛋白をコ-ドしうるORFを見い出した。これは38Kの燐酸化蛋白のサイズと一致する。現在このORFを動物油脂や昆虫細胞内で発現する系を作成中である。3.MDV1のワクチン免疫に関与する遺伝子解析MDV1ーGA株の70%のVs領域と一部のIRs領域を含む8.9KbのDNA断片の塩基配列を決定した。9つのORFを見い出し,その内4個はαヘルプスウイルスである単純ヘルペスウイルスのウイルス粒子蛋白遺伝子US10,プロテインキナ-ゼ遺伝子US3,US2遺伝子,糖蛋白gD遺伝子US6等とホモロジ-をもつことが明らかとなった。今後,gDや他の糖蛋白の遺伝子を明らかにする予定である。

4.腫瘍原性MDV1株と非腫瘍性MDV1株の鑑別法開発1.マレック病(MD)発症関連領域の塩基配列解析:MD発症関連ゲノム領域である。9.3kbの塩基配列決定により14個のORFを見いだした。転写活性が認められるORFの内、大腸菌プラスミド数を調節する遺伝子やKチャンネルに関与する遺伝子とホモロジーが認められたことは興味深い。現在そのコード蛋白を同定中である。2.MDV1-US3遺伝子産物の同定:MDV1-GA株の70%のUs領域と一部のIRs領域を含む8.9kbのDNA断片の塩基配列を決定した。9つのORFを見いだし、その内4個は単純ヘルペスウイルスのUS10、US3、US2、US6(糖蛋白gD)遺伝子とホモロジーをもつことを明らかにした。このUS3遺伝子がプロテインキナーゼをコードすることを昆虫ウイルスベクターを用いて明らかにした。3.組換え体MDVIワクチンの構築:大腸菌lacz遺伝子を22カ所のMDV1 DNAに相同組換えにより挿入させたが、4カ所が安定な挿入部位であることを見いだし、そのうち1の項で示したUS10とUS3の両遺伝子領域に挿入した組換え体MDV1は培養細胞で母株同様の増殖がみられ、in vivoでMDV1に対する防御能力を示した。4.MDV2 DNAの制限酵素切断地図作成:MDV2 DNAのBamHI,EcoRI,XhoI切断地図を作成した。また、3つの血清型のゲノムはcollinearであることを示した。
網膜ジストロフィにおける遺伝子異常と疾患表現型の相関研究

網膜ジストロフィとは、体質的(遺伝的)なことが原因で進行性に見にくくなる病気です。現時点で有効な治療がないだけでなく、原因となる遺伝子の異常ですら多くの疾患で突き止められていない現状があります。今回、網膜ジストロフィの病態と原因(遺伝子異常)を探索したところ、日本人では、欧米人でみられる原因と異なることが明らかになりました。さらに多くの疾患でその原因が明らかにされれば将来の治療法に向けた研究に貢献できる可能性があります。網膜ジストロフィの大部分は、遺伝性の疾患で多種の疾患が含まれる。病初期では、網膜視細胞や網膜色素上皮の機能障害に伴い、夜盲、黄斑変性、色覚異常、視力・視野障害が出現する。網膜ジストロフィのなかで網膜色素類縁疾患のコロイデレミア、小口病、クリスタリン網膜症、家族性ドルーゼンに対し、REP1,GRK1,SAG,CYP4V2,EFEMP1遺伝子解析を行った。対象者に、視力、視野、色覚、全視野刺激網膜電図、蛍光造影眼底検査、分光感度測定を施行した。インフォームド・コンセントを得た後、末梢静脈血よりゲノムDNAを抽出し候補遺伝子の全翻訳領域に対しPCR法により塩基配列を決定した。コロイデレミアでは新規REP1変異(IVS6-2A>T)、小口病では新規GRKl変異(Pro391His)をホモ接合で、クリスタリン網膜症ではCYP4V2のイントロン2にスプライト変異とイントロン7の欠失変異を複合ヘテロ接合で認めた。家族性ドルーゼンでは、過去に欧米で報告されている唯一のEFEMP1遺伝子変異(Arg345Trp)が日本人症例でも見つかった。家族性ドルーゼン以外では、欧米では報告されていない日本人特有の遺伝子変異を認めた。クリスタリン網膜症症例では、明らかにホモ接合体に比べ、複合ヘテロ接合体で視機能障害が軽度であることが明らかになった。家族性ドルーゼンに関しては、日本人症例としては最初のEFEMP1変異をもつ家系を報告し、家系構成員の中に加齢黄斑変性に伴う脈絡膜新生血管と類似の病態が見つかり、病因の類似性が示唆された。今後は、ハプロタイプ解析を行い、日本人の創始者変異によるものか検討する予定である。遺伝子変異と病態の関連性については、さらなる検討が必要である。網膜ジストロフィのなかで小口病、家族性滲出性硝子体網膜症、家族性ドルーゼンに対し、SAG, FZD4, EFEMP1遺伝子解析を行った。対象者に、視力・視野・色覚検査、全視野刺激網膜電図・眼球電図検査、蛍光造影眼底検査を施行した。小口病ではSAG変異(1147delA)をホモ接合で、家族性滲出性硝子体網膜症では新規のFEVR変異(Gly530Glu)をヘテロ接合で認めた。Gly530は、脊椎動物種間で保存されていることから機能的に重要なアミノ酸部位である可能性があり、FEVRの原因と考えられた。家族性ドルーゼンではEFEMP1遺伝子変異(Arg345Trp)が見つかり、欧米人で報告されている唯一の変異と同一であった。そこで、ハプロタイプ解析として遺伝子変異周辺のSNPsおよびマイクロサテライトマーカを用い、欧米人家系と比較した。その結果、Arg345Trp変異周辺のマーカ配列は欧米人のものと異なっていた。日本人家系と欧米人家系では、異なったハプロタイプを有しており、それぞれの人種の祖先で遺伝子変異が独立に発生した可能性が考えられた。しかし、遺伝子変異と病態の関連性については、さらなる検討が必要である。網膜視細胞や網膜色素上皮の機能障害に伴い、夜盲、黄斑変性、色覚異常、視力・視野障害が出現する。家族性ドルーゼンとして知られているMalattia Leventinese (ML)/Doyne honeycomb retinaldystrophy (DHRD)は、常染色体優性遺伝の網膜(黄斑)ジストロフィである。その原因としてEFEMP1遺伝子のミスセンス変異(Arg345Trp)が唯一の原因遺伝子変異として報告されているが、本邦で遺伝子変異を有するML/DHRDの報告例はなかった。我々は、ML/DHRDが疑われた症例の家系調査から、臨床的にML/DHRDの1家系を経験した。本研究で、その日本人家系について、海外で報告されたML/DHRD家系と疾患ハプロタイプについて比較検討した。遺伝子変異に関しては、日本人家系でML/DHRDと診断された4罹患者すべてにArg345Trp変異を認めた。

ハプロタイプについては、遺伝子変異周辺(3.4Mb)の1塩基多型(SNPs)およびマイクロサテライトマーカを用い、インド人家系・米国人家系と比較した結果、Arg345Trp変異周辺のマーカ配列はインド人・欧米人のものと明らかに異なっていた。このように日本人家系では、過去の報告と異なるハプロタイプを有しており、日本人家系の祖先でArg345Trp遺伝子変異が独立に発生した可能性が示唆された。遺伝子診断法によって、ML/DHRDの日本人家系の存在が初めて明らかにされた。しかし、疾患表現度は同一家系内であっても多様性があり、遺伝子変異と病態の関連性については、さらなる検討が必要と考えられる。
生態系保全型農業のステイクホルダー分析-サプライチェーンとバリューチェーンの検証

生態系保全型農業に取り組んでいる農業者やその支援者、関連事業者(米穀店が中心)、一般消費者を対象に、アンケート調査やインタビュー調査を実施し、各主体の現状や意向等の把握を行った。また、これらの一連の調査を通じて、生態系保全型農業の関係者間におけるサプライチェーンならびにバリューチェーンの検証・整理を行った。生態系保全型農業に取り組んでいる農業者やその支援者等を対象に、郵送方式のアンケート調査ならびに訪問形式のインタビュー調査を実施した。その結果、取り組みの開始時期や規模(人数、面積)はばらつきがあるものの、稲作分野の取り組みが多いこと、生態系の保全にあたりシンボル種を設定しているケースが多いこと、産物の販売は国内各地で行われていること、販売単価は同じ地域の他の生産者より高めに設定していること、行政・地域住民・事業者・都市住民・NPO等と多様な連携をしていること、農産物の生産技術に加え産物の販売や組織づくり・人材育成の面で課題を感じているケースが多いこと等を明らかにした。また、一般消費者を対象としたインターネットアンケート調査を行った。現状では、生態系保全型農業やその産物と直接関わりのある消費者の割合は1割程度と低い水準にあるものの、今後の商品購入については前向きな意向(価格プレミア含む)を示す消費者が多いこと、生態系保全型農業の課題や取り組む意義を追加情報として付与することで、その意向がさらに増すこと等を明らかにした。あわせて、生態系保全型農業に関心のある流通事業者、研究者等を対象に、訪問形式のインタビュー調査を実施し、生態系保全型農業についての情報収集と状況分析を行った。これらの一連の調査を通じて、生態系保全型農業の関係者間におけるサプライチェーンならびにバリューチェーンについて検証し、中間とりまとめを行った。生態系保全型農業に取り組んでいる農業者やその支援者等を対象に、インタビュー調査を実施した。その結果、生態系保全型農業の取り組み進展に伴って、新たな課題(生態系保全の取り組みによる生産性の低下等)が生じていること、関連農産物の販売にあたっては産地見学会や都市部での説明会、日頃からの情報発信等を通じて、流通事業者や消費者等とのネットワークを維持・拡充することが重要であること等を明らかにした。生態系保全型農業由来の農産物の流通・販売を行っている事業者等(米穀店が中心)を対象に、郵送方式のアンケート調査を実施した。その結果、農産物の取扱を開始したきっかけについては自発的なケースと農業者等から営業を受けたケースの双方が多いこと、店頭での農産物の販売にあたっては特設コーナーやPOPの設置等で積極的なPRを行っているケースが多いこと、農産物の仕入単価や販売単価は通常の商品に比べて13割程度高めの価格に設定しているケースが多いこと、コンセプトのみならず食味についても評価が高いこと等を明らかにした。一般消費者を対象としたインターネット調査を行った。その結果、現状では生態系保全型農業やその農産物と直接関わりのある消費者の割合は1割前後の水準にあるものの、今後の農産物の購入についてはポジティブな意向を示す消費者が多いこと、生態系保全型農業に関する情報(課題、意義・効果、推進方法)を付与することで、その意向がさらに増すこと等を明らかにした。これらの一連の調査(過年度実施分含む)を通じて、生態系保全型農業の関係者間におけるサプライチェーンならびにバリューチェーンの検証・整理を行った。平成26年度に予定していた各種の調査(アンケート調査、インタビュー調査)を実施するなど、研究に一定以上の進捗が見られるため。農業経済、環境経済前年度に引き続き、生態系保全型農業の取り組み地域や関係者を対象とした調査を行う。あわせて、取り組み地域の類型化・モデル化、取り組み推進にあたっての課題や推進方策の特定化に関する分析を進める。研究成果の公表(論文投稿、学会発表等)についても、積極的に行う。生態系保全型農業の取り組み実施者やその支援者・関係者等を対象としたインタビュー調査(平成26年度実施分)は、比較的、近隣の地域を中心に実施した。そのため、旅費が当初の計画額よりも抑制された。生態系保全型農業の取り組み実施者やその支援者・関係者等を対象としたインタビュー調査(平成27年度実施分)は、前年度よりも、遠方の地域も対象に含めることを計画している。引き続き、研究費の効果的・効率的な運用に努める。
カルシウムイオンに着目したＫＩＤ症候群の病態解析：生体内観察とシミュレーション

Keratitis-Icthyosis-Deafness (KID)症候群は、角層肥厚・角膜炎・難聴を特徴とする先天性の難病で、コネキシン26や30をコードする遺伝子の変異による。顔面を含む全身が侵され醜形を来すため、角層肥厚の病態の解明と治療法の開発が強く望まれている。KID症候群をきたすコネキシンの変異は、細胞内外をつなぐヘミチャネルを形成し、異常に高いチャネル活性を持つことが近年明らかにされてきた2)。また、変異コネキシン26を表皮角化細胞のみで発現するようにしたマウスでは、病変が再現されることも明らかになり、角化症を来す原因細胞が、表皮角化細胞であることもわかってきた。しかし、表皮角化細胞におけるヘミチャネルの異常が、表皮角化細胞のどのような機能を通して病変の形成につながるかは明らかになっていない。また、様々な分子がヘミチャネルを通りうるが、どの分子が病変の形成をもたらすのか、明らかではない。著者は、表皮の角化を来す遺伝性疾患の中にダリエー病、Olmstedt病など細胞内Ca2+の制御に関わる分子の変異があることに着目し、上記の我々の知見と併せ、KID症候群の病変形成には、表皮顆粒層における細胞内Ca2+濃度の制御異常が病変形成に重要であるとの仮説を立て以下の3つを明らかにするため研究を行っている。1KID症候群における表皮細胞内Ca2+動態の異常の有無の検証2Ca2+動態と角化の異常との因果関係の検討3KID症候群における異常角化の治療薬の探索。本年度の研究では、1のマウスモデルを作成し、過角化の発症過程を二光子顕微鏡で観察した。その結果、著明な過角化が生じる3日ほど前から、表皮角化細胞内のカルシウム濃度が著明に上昇することが明らかになった。KID症候群のモデルマウスを作成し、細胞内カルシウムイオン濃度の観察と形態学的評価を行った。予測された現象が観察され、今後の解析の進展が期待される。また、シミュレーションに関しても、北海道大学に滞在し、議論と解析を進めた。さらに、今後必要となる、遺伝子改変マウスの導入・交配を予定通り遂行している。また、申請時点では予定して各種蛍光プローブ遺伝子を生体内で導入するための方法を模索し、系を確立した。以上の結果は初年度として、期待以上のものと言える。表皮細胞内のCa2+濃度の制御異常と角層の肥厚との因果関係の検証を行う。生体マウスの表皮細胞内のCa2+濃度を特異的に上昇させるため、Optogenetics、Chemogeneticsの2つの方法を用いる。Optogeneticsでは青色光の照射により開く陽イオンチャネル(チャネルロドプシン2)を発現するマウス、Chemogeneticsでは化学物質の投与により活性化し細胞内Ca2+を上昇させるGタンパク共役型レセプター(hM3Dq)を発現するマウスを用い、表皮細胞特異的にこれらの分子を発現するようにしたマウスを作成する。この系を用い、表皮細胞特異的なCa2+の上昇が、角層の肥厚を誘導するかどうかを、マウス生体内で検証する。生体マウスでの薬理作用の検討と治療薬の探索。イオンチャネル阻害薬、Ca2+ポンプ阻害薬などの治療薬の候補が表皮細胞内Ca2+濃度に与える影響を評価するため、2光子顕微鏡で細胞内Ca2+濃度を観察しながら薬物を投与する。また、KID症候群モデルマウスに薬剤を投与し、組織学的に評価することで、角層肥厚の発症予防や治療が可能かどうかを検討する。

予測された現象が観察され、今後の解析の進展が期待される。また、シミュレーションに関しても、北海道大学に滞在し、議論と解析を進めた。さらに、今後必要となる、遺伝子改変マウスの導入・交配を予定通り遂行している。また、申請時点では予定して各種蛍光プローブ遺伝子を生体内で導入するための方法を模索し、系を確立した。以上の結果は初年度として、期待以上のものと言える。表皮細胞内のCa2+濃度の制御異常と角層の肥厚との因果関係の検証を行う。生体マウスの表皮細胞内のCa2+濃度を特異的に上昇させるため、Optogenetics、Chemogeneticsの2つの方法を用いる。Optogeneticsでは青色光の照射により開く陽イオンチャネル(チャネルロドプシン2)を発現するマウス、Chemogeneticsでは化学物質の投与により活性化し細胞内Ca2+を上昇させるGタンパク共役型レセプター(hM3Dq)を発現するマウスを用い、表皮細胞特異的にこれらの分子を発現するようにしたマウスを作成する。この系を用い、表皮細胞特異的なCa2+の上昇が、角層の肥厚を誘導するかどうかを、マウス生体内で検証する。生体マウスでの薬理作用の検討と治療薬の探索。イオンチャネル阻害薬、Ca2+ポンプ阻害薬などの治療薬の候補が表皮細胞内Ca2+濃度に与える影響を評価するため、2光子顕微鏡で細胞内Ca2+濃度を観察しながら薬物を投与する。また、KID症候群モデルマウスに薬剤を投与し、組織学的に評価することで、角層肥厚の発症予防や治療が可能かどうかを検討する。
Kチャネル制御を介した心臓治療薬の開発

諸外国で最近行われた致死性不整脈や心不全の治療に関する大規模臨床試験で、予後を改善するとの報告があった薬物はACE阻害薬(V-HeFTII試験)、β遮断薬(PRECISE試験)、アミオダロン(GESICA試験)とvesnarinone(Feldman,AMの報告)である。これらの薬物の内で、ACE阻害薬の一部を除いて総ての薬物が直接あるいは間接的にKチャネル、特に電位依存性遅延Kチャネルを抑制することが知られており、Kチャネルを介した共通の薬効の関与が示唆される。そこで本研究では、Kチャネル遺伝子をアフリカツメガエル卵母細胞に注入してカリウム電流を発現させ、アミオダロン、quinorinone誘導体(vesnarinone,他)、methanesulfonailide系薬物(E-4031,ソタロール,他)の心筋Kチャネルに対する抑制様式を、遺伝子発現を介したチャネル蛋白の調節機構の面や薬剤の構造に基づく分子生物学的な作用機序の面から解明し、有効な薬物開発の手がかりの追求を試みた。その結果、vesnarinoneについてはそのHERGチャネルに対する薬物結合解離に関する新しい知見を得ることができた。すなわち、IKr電流をコードするherg遺伝子と不活性化を示さないその変異遺伝子(S631A)をアフリカツメガエル卵母細胞に強制発現させ、3-5日後に全細胞電流を観察しvesnarinoneの膜電位依存性の作用を検討した。そしてvesnarioneはherg電流を活性化状態のチャネルに結合して抑制し、静止状態で薬物が解離することを明らかにした。さらに1)単一イオンチャネルの電流計測2)細胞内外からの受容体到達経路に基づく薬物作用の解明を試みたが時間的余裕がなく、終了することはできなかった。以上の研究成果の一部は、日本循環器学会総会、米国生物物理学会にて発表された。本年度は本計画初年度であり、卵母細胞に遺伝子を注入し、発現した膜電流を測定する一連の技術の修得と、日本側にて同実験系を構築することを第一の目標としていた。いずれも順調に経過し、数ヶ月の期間にて終了することができた。そのため、実際にKチャネル阻害薬とK電流の相互作用について、いくつかの新たな知見を得ることができた。以下にその概要を述べる。、心筋活動電位の再分極を規定する遅延整流K電流は、その開閉機構や薬物に対する感受性の違いから二種類(IKrとIKs)に分けられている。それらのイオンチャネルをコードする遺伝子の異常は、心電図QT時間を延長させ、致死性の不整脈を生じて突然死を起こす(QT延長症候群)とされる。本実験では、こIKrをコードするHerg遺伝子、IKsをコードするKVLQT1遺伝子をアフリカツメガエルの卵母細胞に注入し、発現した電流に対するKチャネル阻害薬の作用機序を検討した。使用した薬物は、現在臨床的に死亡率低下作用が確認されているamiodaroneとvesnarinoneである。両薬剤ともHerg電流を選択的に抑制し、KVLQT1電流には高濃度にてもほとんど抑制作用を示さなかった。また、通常の膜電位レベルではチャネルの不活性化状態が出現しない変異Herg遺伝子(S631A)を用いて、vesnarinoneは開放状態のHergチャネルに結合してこれを抑制し、閉鎖状態の同チャネルから解離して抑制作用がとれることを確認した。このような薬剤の性質は、病態下の心臓における抗不整脈抑制に有効で、頻脈性の不整脈の出現時に薬物によるKチャネル抑制が出現して抗不整脈作用を示すことを意味しており、抗不整脈薬として望ましい性質といえる。今後このような適当なイオンチャネル変異遺伝子を発現させてそれに対する薬剤の作用を検討することにより、薬剤のもつ有用な作用についての明確な回答が得られるとおもわれる。以上の実験結果の一部は、本年度の日本循環器学会総会にて発表予定である。

諸外国で最近行われた致死性不整脈や心不全の治療に関する大規模臨床試験で、予後を改善するとの報告があった薬物はACE阻害薬(V-HeFTII試験)、β遮断薬(PRECISE試験)、アミオダロン(GESICA試験)とvesnarinone(Feldman,AMの報告)である。これらの薬物の内で、ACE阻害薬の一部を除いて総ての薬物が直接あるいは間接的にKチャネル、特に電位依存性遅延Kチャネルを抑制することが知られており、Kチャネルを介した共通の薬効の関与が示唆される。そこで本研究は、Kチャネル遺伝子をアフリカツメガエル卵母細胞に注入してカリウム電流を発現させ、アミオダロン、quinorinone誘導体(vesnarinone,他)、methanesulfonailide系薬物(E-4031,ソタロール,他)の心筋Kチャネルに対する抑制様式を、遺伝子発現を介したチャネル蛋白の調節機構の面や薬剤の構造に基づく分子生物学的な作用機序の面から解明し、有効な薬物開発の手がかりの追求を試みた。その結果、vesnarinoneについてはそのHERGチャネルに対する薬物結合解離に関する新しい知見を得ることができた。すなわち、IKr電流をコードするherg遺伝子と不活性化を示さないその変異遺伝子(S631A)をアフリカツメガエル卵母細胞に強制発現させ、3-5日後に全細胞電流を観察しvesnarinoneの膜電位依存性の作用を検討した。そしてvesnarioneはherg電流を活性化状態のチャネルに結合して抑制し、静止状態で薬物が解離することを明らかにした。さらに1)単一イオンチャネルの電流計測2)細胞内外からの受容体到達経路に基づく薬物作用の解明を試みたが時間的余裕がなく、終了することはできなかった。以上の研究成果の一部は、日本循環器学会総会、米国生物物理学会にて発表された。
脂肪由来幹細胞および血管内皮前駆細胞の浄化濃縮培養上清による糖尿病足病変の治療

細胞投与による再生医療において、その分泌因子の効能が大きいことが注目されている。本研究では、ヒト脂肪組織由来の血管内皮前駆細胞、および間葉系幹細胞の培養上清の分泌因子の同定、ならびに有効成分の濃縮(濃縮法)と代謝老廃物の除去(浄化法)の開発を通して、浄化濃縮後の培養上清液による糖尿病難治性潰瘍の新たな再生治療法を開発することを目的としている。本研究では、得られた浄化濃縮後の幹細胞培養上清を使って、マウスの疾患モデルを使用して、その有効性と安全性を検証する前臨床研究までを行う。
個別に識別した半導体ナノ構造の物性研究

1)走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて、AIGaAs/GaAs量子井戸(QW)構造中のホット電子の輸送特性を実空間上で調べた。劈開(110)面上の対象とする井戸から異なる距離でSTM探針から電子を注入した。この井戸からの発光強度を測定することにより、注入電子の熱緩和距離と拡散距離が決定できる。熱緩和距離の注入エネルギー依存性は、AIGaAs中の電子緩和のモンテカルロ計算の結果により説明できる。2)近接場光学顕微鏡(SNOM)を用いたフォトルミネッセンス(PL)分光により、異なるIn組成をもつGaAs/InGaAsQW構造の不整合転位の形成機構を調べた。QWの膜厚を関数としたPL像中に観測された暗線の密度から、すべてのIn組成に対して2つの臨界膜厚の存在が見いだされた。この2つの臨界膜厚は、Matthews-BlakesleeモデルにIn組成に比例した格子摩擦力を考慮することによって説明される。3)断面STM法を用いて、Mn濃度が3.2%のGaMnAsの局所的な電子構造を調べた。STM像は、明暗の領域にランダムに点在する明るいスポットを示した。走査型トンネル分光(STS)測定から、GaMnAsのバンドギャップは1.23±0.05eVと見積もられた。バンドギャップ内のコンダクタンスは価電子帯中の正孔状態の存在を示している。探針が明るいスポット上にあるときは価電子帯端上0.7eVに新たなピークが現れた。これはAsアンチサイトのイオン化準位への電子トンネリングに同定できる。4)自己形成P型InAs/AIGaAs量子ドット(QD)の発光強度像をSTM探針から電子を注入することにより測定した。局在した明るい構造が異なる光子エネルギーの像に観測された。明るい構造上で測定した発光スペクトルは、異なるピーク位置をもつ単一発光ピークを示す。ピークエネルギーとピラミッド型QD構造に対して計算した遷移エネルギーとの比較から、明るい構造は個々のInAs QDからの基底準位間発光に対応することがわかった。本研究は走査型トンネル顕微鏡(STM)と近接場光学顕微鏡(SNOM)を用いて個々の半導体ナノ構造を識別し、発光分光およびトンネル分光によりその電子状態を解明することを目的としている。本年度得られた成果は以下のとおりである1)AlGaAs/GaAs量子井戸へき開(110)面上の個々のGaAs井戸層をSTM像により識別し、STM探針からトンネル電子を注入することによって得られる各井戸層からの発光強度を探針-井戸層間距離の関数として計測した。その結果、探針位置に対する発光強度の減衰は2つの減衰長によって表されることがわかった。この2つの減衰長は探針から注入された電子の熱緩和距離と拡散距離に対応する。伝導帯のバンド構造を考慮したAlGaAs中の電子緩和の理論計算は、実験で得られた熱緩和距離をよく説明することがわかった。2)GaAs/InGaAs歪量子井戸(100)面上に現れる表面ステップをSNOMにより識別し、フォトルミネッセンス(PL)像との対応関係を調べた。その結果、PL像中に観測される暗線と表面ステップは量子井戸界面に形成された同一の格子不整合転位に起因することがわかった。

異なるIn組成比に対して暗線の<110>方向の綿密度を膜厚の関数と計測した結果、2つの臨界膜厚が存在し,それらはIn組成比に依存していることを見出した。現在、この臨界膜厚の物理的起源を検討している。3)基板温度400°Cで成長した正孔濃度が10^<18>(8160)1610^<19>cm^<-3>のMnをドープしたGaAs(110)面のSTM観察を行い、Mn原子が母体のGaAs結晶にどのように取り込まれているか調べた。STM像から個々のMnアクセプターを識別して、バルクのアクセプター密度を見積もった。その結果今アクセプター密度はホール測定から決定した正孔濃度をよく一致することがわかった。この結果は、400°Cの成長温度ではMn原子は電気的に活性なアクセプターとしてGaAsに導入されることを示している。本研究は走査型トンネル顕微鏡(STM)および近接場光学顕微鏡(SNOM)といった走査型プローブ顕微鏡と分光計測技術を組み合わせて、個々の半導体ナノ構造の電子・光物性を解明することを目的としている。本年度得られた成果は以下の通りである。1)前年度SNOMを用いたPL分光測定により得られたGaAs/InGaAs歪多重量子井戸構造の2つの臨界膜厚について検討を行った。力学的平衡モデルによる理論計算の結果、In組成比に比例した格子摩擦力を考慮することによって実験結果を非常によく説明できることを見いだした。2)3.2%のMn濃度を有するGaMnAsの劈開(110)面をSTMで観察し、STM像中の任意の場所でSTS測定を行うことにより局所的な電子構造を調べた。GaMnAs上ではナノメートルオーダーのコントラストの中に明るいスポットがランダムに点在するSTM像が得られた。STS測定から見積もったGaMnAsのバンドギャップエネルギーは1.23±0.05eVとなり、GaAsよりも小さいことがわかった。STSの結果はGaMnAsがp型に縮退していることを示唆しており、価電子帯の正孔状態に起因したコンダクタンスも観測された。一方、明るいスポット上ではバンドギャップ内にピーク構造が観測された。これはAsアンチサイト欠陥のイオン化準位に対応すると考えられる。3)AlGaAs中に埋め込んだ単一自己形成InAs量子ドットの発光イメージングに成功した。STMで観察した領域を15×1530×30画素に分割し、各画素の中心点でSTM発光スペクトルを測定することにより光強度像が得られた。スペクトル分解した光強度像には明るいスポットが現れ、それぞれのスポット上ではピークエネルギーの異なる単一の発光ピークが観測された。ピラミッド型量ドット構造に対して計算した基底準位間遷移エネルギーは観測された発行ピークエネルギーとよく一致した。この結果から、光強度像中に見られた明るいスポットは個々のInAs量子ドットからの基底準位間発光に対応すると結論した。
糖尿病でのインスリン受容体細胞外ドメイン切断の分子メカニズムとその生理的意義

インスリンは糖尿病における重要なタンパク質の一つである。その受容体のインスリン受容体もまた同様に重要なタンパク質である。我々は、糖尿病においてインスリン受容体が切断されることを見出した。本研究では、それが培養細胞を使っても再現することができることを確認し、そのメカニズム解明の手がかりを手に入れることができた。申請者のグループは可溶性インスリン受容体細胞外ドメイン(sIR)が糖尿病患者の血中において上昇することを発見した。この分子メカニズムを解明するために、培養細胞を使い、その分子メカニズムの解明を行った。申請者はこれまでにもELISAを用いてsIR放出メカニズムの解析を行ってきたが、培養細胞から放出されるsIRはELISAの検出限界濃度とほとんど変わらず、正確な解析ができなかった。そこで同じ抗体を用いているにもかかわらず100-1000倍程度に超高感度化するICT-EIAという方法論を用いて、培養細胞におけるsIR放出の解析を行った。NIH3T3細胞(マウス線維芽細胞)にヒトインスリン受容体を発現させ、その細胞からのsIRの遊離を調べたところ、解析に十分な量のsIRが放出されていることを確認した。同細胞を用いて、sIR放出におけるMMPの阻害剤に対する感受性を調べたところ、複数種のMMP阻害剤の添加により、培地中に放出されるsIRが有意に減少していることを確認した。このことから培養細胞からのsIR放出にはMMPが関与している可能性が考えられた。これまでにもMMPが細胞からの受容体の放出に関与しているという報告があり、インスリン受容体の場合も短時間で阻害効果が現れているので、MMPがインスリン受容体を切断していると考えることができる。このような研究により、具体的にどのMMPがインスリン受容体に関与しているのかについて研究を進めることが可能となった。昨年度は、ヒトインスリン受容体(hIR)過剰発現した培養細胞株を用いて解析を行ったが、本年度はヒト培養細胞株を用いて解析を行なった。複数のヒト由来培養細胞株を調べた結果、hIRは全ての細胞株にて発現が確認されたが、ある特定の培養細胞株でのみsIRが放出することを確認した。その後、その細胞を用いてグルコース感受性を調べたところ、高血糖にてsIR放出が促進されることを観察した。驚いたことに、MMP阻害剤によりその放出は濃度依存的に促進されること、また、MMP活性化剤においては逆にその放出は阻害されることを観察した。この現象は、昨年度に報告したhIR過剰発現培養細胞株とは異なっている。そこで、ヒト培養細胞株では、MMPは関与が示唆されるが、それはhIR過剰発現培養細胞株とは異なり、間接的な関与であること、また、その関与も逆の作用であることを示している。