hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
世界初のＡＩＳ津波早期予測システムの開発

各船舶は船名、航行先、積荷の種類などの情報も詳細に得られるので、対象船舶の名称や、船種も知ることができる。これにより、他船の詳細な動向を整理、解析して、各船舶が津波に遭遇した時の、時刻を定めた。この時間を中心に、津波により影響を受けた各船舶の船体運動を把握した。津波に遭遇した船舶から、津波の要素である伝搬方向、周期、波高等を推定した。しかし、波高の推定は現時点では十分でなく、今後の課題である。各船舶が津波に遭遇した時間を海図上にプロットし、各プロット点の位置から津波の到達等時間差曲線を図示し、津波の伝搬を推定した。平成24年度の研究成果から、以下の項目について、実施する。(1)大容量のAISデータを処理可能なソフトを用いて、大容量のAISデータを迅速に処理するシステムの開発を行う。(2)AISデータの収集から津波の到達時間差曲線を求めるまでの、一連の過程をシステム化し、津波伝搬早期予測システムを創出する。(3)東北沿岸域だけでなく、東日本全域、太平洋岸一帯の海域など、大津波警報、津波警報、津波注意報が発令された海域でのAISデータの解析を行い、広い海域での有効性を検討する。(4)津波の数値予測結果のデータから、漂流する航行船舶の挙動の数値シミュレーションを行い、実船舶の漂流との比較検証を行う。(5)西日本においても、今後20年から30年の間に、今回の地震と同規模の海溝型地震(南海・東南海連動型地震M8.7)が高確率で発生することが予期されており,関係行政機関、研究機関等が共同して対策のための事業を推進してきたことは周知のところである。このような状況に鑑み,今回の東北地方太平洋沖地震による津波災害について本研究を進めることにより、南海・東南海地震による津波災害をできるだけ最小限に食い止める津波伝搬早期予測システムの構築、提言を行う。物品日として、大容量のAISデータの処理用のソフトを購入する。(約40万円)人件費はアルバイトあるいは研究員を雇用する。(約50万円)旅費は海外出張1回(約45万円)、その他国内出張(約20万円)を予定する。それ以外は各種消耗品、論文投稿料等に使用する。
脊椎動物において後脳領域を規定する遺伝子ネットワークの解明

1.ゼブラフィッシュ(ZF)胚での後脳形成に際し、hoxb1b遺伝子が第3、4菱脳節(r3/r4)の境界を前端として後方神経板で発現し、r4の位置決定を行う。この分子機構を知ることを目的とし、hoxb1bの転写制御領域の検討を遺伝子導入法により進めた。まず、遺伝子上流-1.8kbおよび-4.6kbの二カ所(UER1,2)に発生後期(体節形成期)において後脳での発現を制御する領域が局在することを見いだした。一方、下流4.5kb DNAが、上流DNAとは独立して原腸形成期以降に後方神経系に特異的な発現調節を行いうること、この領域内の+1.5kbと+4.7kbに存在する2領域(各々d1CR、d4CR)が主要転写調節領域であり、いずれもがretinoic acidにより直接制御されることを示唆した。2.ZF胚において、後脳前端で発現し、中脳後脳境界領域のパターニングを行うgbx2およびfgf8遺伝子について、遺伝子導入法により転写調節領域の検討を行った。その結果、gbx2については-6.9kb領域に後脳前端エンハンサーを見いだした。一方、fgf8については+15.1kbに後脳前端エンハンサーが存在し、同領域による発現制御にPax2.1が関与する可能性を示した。また、峡部でのfgf8の発現を制御する領域が+10.6kbにも別に存在することから、峡部におけるfgf8の発現が少なくとも2つの調節領域の制御下にあることを明らかとした。3.後脳形成を制御する遺伝子を同定することを目的として、ENU処理によりZFにおいて突然変異を誘発させた上で、脳形成異常を示す突然変異体のスクリーニングを進めた結果、これまでに中脳形成不全変異体、間脳背側の異常変異体、接触反応異常変異体を単離した。現在、表現型の解析を行う一方、突然変異のマッピングに着手している。1.ゼブラフィッシュ(ZF)胚で後脳前端に特異的に発現し、同領域の形成を制御するgbx2遺伝子の転写制御機構を知るため、まず遺伝子上流-11kbから-2kbまでの9kb領域(-11/-2kb)をheat shock promoter及びGFP遺伝子につないだコンストラクトを作製した。これをゼブラフィッシュ生殖系列に導入し、子孫胚におけるtransgeneの発現をGFPの蛍光及びmRNAの検出により検討した結果、この11/-2kb領域で、原腸形成終了期以降、後脳前端における時期及び組織特異的発現をほぼ再現することを見出した。さらに、-11/-2kb領域内に存在する調節領域を、導入胚でのレポーターアッセイによりさらに詳細に検討し、-7.6/-6.9kb領域に転写調節活性が存在することを示した。2.後脳r4領域を前端として後方神経系に特異的に発現するZFhoxb1b遺伝子の転写制御機構を知るため、GFP遺伝子をレポーターとしたZF胚への遺伝子導入により上流及び下流ゲノムDNAについて転写調節能の検討を行い、上流-1.6/-1.1kb領域、下流+1.4/+1.7kb領域、+4.4/+4.7kb領域に主要転写調節活性を見出した。また、上流8kb DNAが体節形成期でのhoxb1bの領域特異的発現に十分であるが、原腸形成期での後方神経特異的な発現には下流5kb領域が必要であること、上流8kb及び下流5kbで後方化シグナル(retinoic acid,FGF,Wnt)への応答性に十分であることを示した。

3.後脳形成に関与する遺伝子群を明らかにするため、ENU処理したZF雄魚の子孫において、後脳形成に着目した3世代mutant screenの準備を進めているが、すでに、パイロットscreenの結果、脳形成異常を示す突然変異体が得られつつある。条件を最適化し、後脳で領域特異的にGFPを発現するtransgenic fishを利用することにより、本格的screenの開始を予定している。1.ゼブラフィッシュ(ZF)胚での後脳形成に際し、hoxb1b遺伝子が第3、4菱脳節の境界(r3/r4)を前端として後方神経板で発現し、r4の位置決定を行うことが知られる。そこで、後脳のパターニングの制御機構を知ることを目的とし、hoxb1bの転写制御領域の検討を遺伝子導入法により進めた。以前に上流8kbに体節形成期での転写調節能があることを明らかとしていたが、制御活性が、-1.8kbおよび-4.6kbの二カ所(UER1,2)に局在することを新たに見いだした。一方、下流4.5kbDNAが、上流DNAとは独立して原腸形成期以降に後方神経系に特異的な発現調節を行いうること、この領域内の+1.5kbと+4.7kbに存在する2領域(各々d1CR、d4CR)が主要転写調節領域であり、いずれもがretinoic acidにより直接制御されることを示す結果を得ている。2.ZF胚において、様々な領域に特異的に発現して脳を含めた胚領域のパターニングを行うfgf8遺伝子について、遺伝子導入法により転写調節領域の検討を行った。その結果、遺伝子下流+14.9kbに耳胞エンハンサー、+15.1kbに中脳後脳境界(峡部)エンハンサーが存在すること、峡部エンハンサーの機能にPax2.1が関与する可能性を示した。また、峡部での発現を制御する領域が+10.6kbにも別に存在することも見いだしており、峡部におけるfgf8の発現が少なくとも2つの調節領域の制御下にあることを明らかとした。3.脳形成を制御する遺伝子を同定することを目的として、脳形成異常を示すZF突然変異体のスクリーニングを進めた結果、これまでに中脳形成不全変異体、間脳背側の異常変異体、接触反応異常変異体を単離した。現在、表現型の解析を行う一方、突然変異のマッピングに着手している。
反芻動物の生理および病態生理におけるモノカルボン酸輸送体(MCT)の役割

ラットにおいて副腎皮質束状帯の機能とMCT発現との関係を明らかにするために、束状体を特異的に刺激するACTHをミニ浸透圧ポンプを用い1週間投与した。その結果、血中コルチゾールとコルチコステロン濃度は有意に増加し、副腎皮質束状帯の機能が亢進していることを確認した。機能亢進時に、MCT1mRNA発現量はACTH投与群と対照群との間に有意差は無かったが、MCT2mRNAとMCT4mRNA発現量はACTH投与群において有意に減少した。MCT3mRNAは両群ともに発現は確認されなかった。免疫組織染色によりMCT1とMCT2はともに細胞膜に発現していることが確認され、ACTH投与により明らかな発現増加が認められた。以上の結果から、MCTは束状帯の機能と密接に関連していることが示唆された。さらに、ウシの膵臓におけるモノカルボン酸輸送体(MCT)の発現を調べた。その結果、MCT1,MCT2,MCT3,MCT4,MCT5,MCT8,MCT13およびMCT14が発現していることを明らかにした。MCT14は短鎖脂肪酸の輸送に、MCT8は甲状腺ホルモンの輸送に役割を演じていることが示唆された。MCT5,MCT13およびMCT14の機能的役割はまだ明らかにされていないが、膵臓機能に何らかの役割を果たしていることが示唆された。現在のところ、モノカルボン酸輸送体(monocarboxylate transporter, MCT)は14のサブタイプが存在することが知られている。それぞれ組織分布が異なり、基質特異性や親和性が異なる。これらのうちの7種(MCT1-4,6,8,10)は機能が明らかにされ、短鎖モノカルボン酸、甲状腺ホルモン、芳香族アミノ酸などの輸送に関与することが知られている。しかし、その他のMCTサブタイプの分布や機能は明らかにされていない。副腎は重要な内分泌器官であり、その働きに複数のMCTが関与していることが考えられることから、副腎に注目しMCTの分布を調べた。副腎について、14種類のMCTサブタイプ全てについて発現動態を調べることは世界的に始めての試みである。本研究では、ウシの副腎についてMCT1-14mRNAの発現をRT-PCR法を用いて調べた。その結果、MCT1,2,3,4,5,8,9,10,13および14が発現していることを明らかにした。これらのMCTサブタイプの副腎における局在を、抗体が入手可能なMCT1-8について免疫組織染色法により調べた。その結果、副腎皮質と髄質において、MCTサブタイプにより染色性が異なることが明らかとなった。副腎皮質内では、MCT1とMCT2が球状帯の細胞膜に高密度に存在し、MCT3,4,5および8は同じ球状帯の細胞質に限局していた。束状帯と網状帯では、MCT3と4が細胞質に分布していた。反芻動物の副腎髄質ではすべてのMCTサブタイプが髄質内層に発現し、髄質外層にはMCT3,4,5および8が発現していた。本研究の結果から、多くのモノカルボン酸輸送体サブタイプが副腎の様々なホルモンの分泌調節に重要な役割を演じていることが示唆された。反芻動物ではルーメン内で炭水化物が微生物の発酵消化を受け、モノカルボン酸である酢酸、プロピオン酸および酪酸などの短鎖脂肪酸を生成する。これらが消化管から吸収され、反芻動物の主要なエネルギー源として利用されている。このため反芻動物の消化管、特に第一三胃などの前胃、盲腸および結腸など発酵消化が行われる部位の粘膜にはモノカルボン酸輸送体(monocarboxylate transporter)であるMCTが多く発現している。そこで本実験では、短鎖脂肪酸がMCTの発現を誘発していることを明らかにする1つの方法として、単胃動物であるラットに繊維食(ペクチン)を与え短鎖脂肪酸の生成を増加させることにより消化管粘膜にMCT発現が増加するか否かを調べた。その結果、ペクチンを給与されたラットは消化管すべての部位でMCT蛋白レベルが有意に増加した。また免疫組織学的検索により、ペクチン給与ラットの前胃では重層扁平上皮に、腺胃では胃腺細胞の基底膜にMCT1の増加が観察された。対照群ではMCT1がほとんど検出されない傍細胞においても基底膜にMCT1の強い発現が観察された。小腸では、対照群では絨毛先端の吸収上皮細胞の刷子縁膜に微弱な発現が観察されるだけだが、ペクチン給与群では刷子縁膜と基底膜にMCT1の強い免疫活性が観察された。対照群のラットの大腸では、盲腸と結腸の表層上皮細胞の基底膜にMCT1が検出されたが、ペクチン給与ラットではこの染色強度が著しく増加し、盲腸と結腸の表層および陰窩上皮の頂端膜にもMCT1が強く発現した。以上の結果よりペクチン給与ラットの消化管においてMCT1は増加調節され、それは基質利用性の増加に対する適応反応であることが示唆された。

その結果、血中コルチゾールとコルチコステロン濃度は有意に増加し、副腎皮質束状帯の機能が亢進していることを確認した。機能亢進時に、MCT1mRNA発現量はACTH投与群と対照群との間に有意差は無かったが、MCT2mRNAとMCT4mRNA発現量はACTH投与群において有意に減少した。MCT3mRNAは両群ともに発現は確認されなかった。免疫組織染色によりMCT1とMCT2はともに細胞膜に発現していることが確認され、ACTH投与により明らかな発現増加が認められた。以上の結果から、MCTは束状帯の機能と密接に関連していることが示唆された。さらに、ウシの膵臓におけるモノカルボン酸輸送体(MCT)の発現を調べた。その結果、MCT1,MCT2,MCT3,MCT4,MCT5,MCT8,MCT13およびMCT14が発現していることを明らかにした。MCT14は短鎖脂肪酸の輸送に、MCT8は甲状腺ホルモンの輸送に役割を演じていることが示唆された。MCT5,MCT13およびMCT14の機能的役割はまだ明らかにされていないが、膵臓機能に何らかの役割を果たしていることが示唆された。
半導体ナノ構造を用いたホットキャリア太陽電池に関する研究

本研究では、量子ナノ構造を用いたホットキャリア吸収層及びエネルギー選択性コンタクトの設計と作製、ホットキャリア太陽電池の実現に向けた材料評価、素子特性評価を行うことを目的とした。まずGaAs/AlGaAs多重量子井戸をホットキャリアの吸収層として用いることを検討した結果、量子閉じ込め構造によりキャリアの熱緩和時間の長寿命化が期待され、実際に作製した試料において、可視光レーザで励起した光キャリア温度が高倍集光下の条件で500K以上になることを実証した。次に、ホットキャリア素子の電流電圧特性における直列抵抗の効果をシミュレーションにより検討し、微分負性抵抗による電流ピークが直列抵抗の影響によりシフトする実験結果を説明できることを示した。このことはエネルギー選択性コンタクトによりホットキャリアを取り出す際の素子構造を最適化する際に重要なパラメータとなる。本来理想的なエネルギー選択性を有するコンタクトにはエネルギー準位が離散的な量子ドットを用いることが望ましく、この際に適切な物質の選択とバンド構造の設計が必要不可欠であるが、一方で、例えば量子井戸を用いた二重障壁共鳴トンネル構造等の比較的作製が容易な構造を用いて、微分負性抵抗による電流ピークを明瞭かつ室温で観測することができれば、エネルギー選択性コンタクトによりホットキャリアを取り出す際の素子構造を最適化する際に重要なパラメータとなる。そこで本研究では、対称型と非対称型のAlGaAs/GaAs二重障壁共鳴トンネル構造を検討した結果、非対称型構造の場合、300Kの常温でも微分負性抵抗による電流ピークを明瞭に観測され、また温度によるピークシフトがほぼない特性を示した。これによりホットキャリアの取り出しを効率良く行うための太陽電池構造の最適設計に活用することができる。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、ホットキャリア太陽電池の概念を利用し、高効率ナノ構造太陽電池の可能性を探究することを目的とする。これまで、熱緩和による光キャリア温度の超高速減衰、またエネルギー選択性コンタクト形成の技術的な困難といった課題から、実デバイスにおける効率向上は達成されていない。そこで本年度は、光キャリアの熱緩和を制限するために極薄の吸収層を用いつつ、その弱い吸収を克服するためにナノフォトニクスによる新しい光トラップ法を検討した。また、量子ドット構造を用いて電子と正孔の両方に対するエネルギー選択性コンタクトを実現するための材料・構造の最適化を進めた。(1)エネルギー選択性コンタクトの設計と作製技術の研究:半導体ナノ構造を用いてホットキャリア太陽電池に必須のエネルギー選択性コンタクトを実現するために、絶縁層に埋め込まれた量子ドットアレイを有する量子ドット構造を用いることを検討した。理想的なエネルギー選択性を有する量子ドットの実現には、適切な物質の選択とバンド構造の設計が必要不可欠である。これまでの研究により、分子線エピタキシー(MBE)法を用いた高密度量子ドット超格子の作製について技術開発が進んでおり、量子ドットサイズ揺らぎを低減させた高密度高均一な量子ドット作製を行った。また、電子へのエネルギー選択性と並行して正孔についても量子ドットを用いた検討を進めた。(2)量子ドット構造によるエネルギー選択性コンタクトの評価:量子ドット構造を用いたエネルギー選択性コンタクトの特性評価に向けた準備を行った。特に、エネルギー選択性コンタクトを介した電子及び正孔の伝導度に着目し、高効率なホットキャリア取出しの最適化を行った。本研究では、ホットキャリア太陽電池の概念を利用して、高効率ナノ構造太陽電池の可能性を探究することを目的としている。しかしこれまで熱緩和による光キャリア温度の超高速減衰、またエネルギー選択性コンタクト形成の技術的な困難といった課題から、実デバイスにおける効率向上は未だ達成されていない。そこで光キャリアの熱緩和を制限するために極薄吸収層を用いつつ、その弱い吸収を克服するためにナノフォトニクスによる新しい光トラップ法を確立することを研究する。本年度は、GaAs/AlGaAs多重量子井戸をホットキャリアの吸収層として用いることを検討した。量子閉じ込め構造によりキャリアの熱緩和時間の長寿命化が期待される。実際に作製した試料において、可視光レーザで励起した光キャリア温度が500K以上になっていることを実証した。次にホットキャリア素子の電流電圧特性における直列抵抗の効果をシミュレーションにより検討し、微分負性抵抗による電流ピークが直列抵抗の影響によりシフトする実験結果を説明できることを示した。このことは、エネルギー選択性コンタクトによりホットキャリアを取り出す際の素子構造を最適化する際に重要なパラメータとなる。本研究では、量子ドットを用いたエネルギー選択性コンタクトの設計及び作製とホットキャリア太陽電池の実現に向けた材料評価、素子特性評価を行うことを目的とする。特に重要となるエネルギー選択性コンタクトを実現するために、量子ドットアレイを有する量子ドット構造を検討した。理想的なエネルギー選択性を有する量子ドットの実現には、適切な物質の選択とバンド構造の設計が必要不可欠であるが、一方で、微分負性抵抗による電流ピークが直列抵抗の影響によりシフトする実験結果が得られ、このことはエネルギー選択性コンタクトによりホットキャリアを取り出す際の素子構造を最適化する際に重要なパラメータとなることを明らかにできた。またGaAs/AlGaAs多重量子井戸をホットキャリアの吸収層として用いることを検討した。量子閉じ込め構造によりキャリアの熱緩和時間の長寿命化が期待され、実際に作製した試料において、可視光レーザで励起した光キャリア温度が500K以上になっていることを実証した。まずGaAs/AlGaAs

多重量子井戸をホットキャリアの吸収層として用いることを検討した結果、量子閉じ込め構造によりキャリアの熱緩和時間の長寿命化が期待され、実際に作製した試料において、可視光レーザで励起した光キャリア温度が高倍集光下の条件で500K以上になることを実証した。次に、ホットキャリア素子の電流電圧特性における直列抵抗の効果をシミュレーションにより検討し、微分負性抵抗による電流ピークが直列抵抗の影響によりシフトする実験結果を説明できることを示した。このことはエネルギー選択性コンタクトによりホットキャリアを取り出す際の素子構造を最適化する際に重要なパラメータとなる。本来理想的なエネルギー選択性を有するコンタクトにはエネルギー準位が離散的な量子ドットを用いることが望ましく、この際に適切な物質の選択とバンド構造の設計が必要不可欠であるが、一方で、例えば量子井戸を用いた二重障壁共鳴トンネル構造等の比較的作製が容易な構造を用いて、微分負性抵抗による電流ピークを明瞭かつ室温で観測することができれば、エネルギー選択性コンタクトによりホットキャリアを取り出す際の素子構造を最適化する際に重要なパラメータとなる。そこで本研究では、対称型と非対称型のAlGaAs/GaAs二重障壁共鳴トンネル構造を検討した結果、非対称型構造の場合、300Kの常温でも微分負性抵抗による電流ピークを明瞭に観測され、また温度によるピークシフトがほぼない特性を示した。これによりホットキャリアの取り出しを効率良く行うための太陽電池構造の最適設計に活用することができる。本研究では、量子ドット構造を用いたエネルギー選択性コンタクトの作製とホットキャリア大陽電池の実現に向けた評価を行うことを目的とする。特に、エネルギー選択性コンタクトを介した電子及び正孔の伝導度に着目し、高効率なホットキャリア取出しの最適化を図る。本年度は、数値計算を進め、量子ドット試料の作製評価に取り組んだ。光キャリアの熱緩和を制限するために極薄吸収層を用いつつ、その弱い吸収を克服するためにナノフォトニクスによる新しい光トラップ法を確立する。また、昨年度得られた結果を基に、量子ドット構造を用いて電子と正孔の双方に対するエネルギー選択性コンタクトを実現するための基礎検討を行う。本手法によるデバイスの実現可能性を実証し、高いキャリア温度とホットキャリアの取出しによる原理実証を目指す。28年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度に得られた結果を量子ドット構造の設計と作製にフィードバックし、ナノ構造の最適化を図り、ホットキャリア太陽電池に適したエネルギー選択性コンタクトの実現を目指す。
エージェントベースモデリングの実世界応用-シミュレーションから実世界OSまで

本研究『エージェントベースモデリングの実世界応用-シミュレーションから実世界OSまで』では、インターネット上でのひと・もの・ソフトウェアなどからなる自律的エージェントの相互作用を支援することで、社会技術複合体としての実世界の様々な課題に対するシステムの革新を目的としている。本年度は、工場でのリアルワールドOSの枠組みに基づいた、モデリングサイクルの実証実験を通じて、エージェントベースモデリングの実世界応用のための「モデル運用とシステム実践」の一般的なフレームワークの構築を課題としてきた。この課題に沿って、協力工場で実際の切削加工プロセスの解析を可能とする、IoTベースのデータ把握の実証実験を行ってきた。この実証実験を通じ8台の切削加工装置の内部状態(Mコードなど)を16ビット取り出す装置を作成し、それをJSON形式でPublishし、NO SQLのドキュメント指向データベースであるMongo DBにJSON形式で格納すると同時に、この加工装置の内部状態を、タスクのワークフローにコンバートする枠組みを構築した。これにより切削加工装置の種類によらないタスクの遂行プロセスの把握が可能となる。ここから単に稼働状態の見える化や稼働率などの指標のみならず、タスク単位での実際原価計算のためのデータの取得や段取り替えプロセスを分析することによるワークフローの解析など高度なマネジメントのためのデータ加工を可能とした。これらの成果は、第二回のリアルワールドOSシンポジウムで公開されたほか、自治体や企業団体のセミナーでも公開され、機種によらないオープンイノベーションの基盤構築が進みつつある。またこのIoTシステムの開発の基盤となるリアルワールドOSについては、さらに改良が進み、より現実の工場でのマネジメント改善に適した形に設計変更が行われている。すでに一部はGITHUB上での公開も始まった。当初研究計画は、インターネット上でのひと・もの・ソフトウェアなどからなる自律的エージェントの相互作用を支援するシステムの革新を目的としたものであった。そのためのアーキテクチャを我々はリアルワールドOSと呼び、これをエージェントベースモデリングの新たな発展領域として、理論的にも情報システムとしても確立することを目的としてきた。その研究の成果として、タスクが疎結合した小規模なプロジェクトをマネージメントの基本単位としたビジネスプロセスに対する、IoTを利活用したマネージメントプロセスの革新こそ、IoTのフラッグシップモデルとなるという結論に達した。また新たな知見として、このリアルワールドOSというエージェントベースモデリングの新たな発展領域の開拓の過程で、社会の様々なサービスを支援するためのダウンサイジングされたマネジメント方法論が新たに開拓された。例えば、従来のMES(製造実行管理システム)は、マネジメント概念が中核にあるにもかかわらず、製造装置の制御ラインの上でデータを取得するアーキテクチャが主流となっている。しかもそのマネジメントの単位が既存のERPと結びつき、製品のロット単位(製造やサービスのマイクロプロジェクト・タスク単位)になっていないという大きな課題が明らかになった。これに対して我々は、マイクロプロジェクト単位での計画と実際の差異を把握しマネジメントする、よりダウンサイジングされたマネジメントの枠組みを制御のアーキテクチャとは独立に設計し、さらにそれを実際の工場の現場で事例を通じてPOC(概念実証)することができた。その過程で、既存のIoTを利活用したマネジメントプロセスでの過剰な「規格化」の課題も明らかとなりCNCからの出力が機種依存となる他は共通のマネジメントシステムのおーぷにのベーションが可能であることが明らかとなった。本研究で得られた知見を基盤として向かうべき方向は、ダウンサイジングされたマネジメントシステムそのものにある。技術と社会の界面で、新たなマネジメント技術を開拓するためには実社会の企業も含む新たな概念枠組みの構築が必要となる。既存のプラットフォームなどの「仕組み」ビジネスの背後にあるロックインのメカニズムに対抗し、産業構造をスケーラブルなプロジェクト型のビジネスユニットの集合体にすることのできるオープン型の「仕組み」を普及させることが本研究の次のステップの課題となる。そのためには、疎結合型のビジネスプロセスに対するマネージメントがIoT化で刷新されることでビジネス自体が、より柔軟で多様なものへと進化できることを示す必要がある。サービス領域ではマイクロプロジェクト単位でのビジネスプロセスの把握は十分に行われておらず、タスクの疎な連結としてのマイクロプロジェクト単位でのビジネスの見える化を行い、それに伴う管理情報の収集・管理を行うことが可能な膨大な領域が存在する。タスクが疎に結合した小規模なプロジェクトをマネージメントの基本単位としたビジネスプロセスに対する、IoTを利活用したマネージメントプロセスの革新が「もの」や「サービス」の生産と運用管理の領域でいかなる可能性をもたらすかについて具体的な検証をすることが必要になる。IoTを利活用して高度化するのは、ものづくりやサービスの計画と遂行をマイクロプロジェクト単位で管理するためのマネジメントシステムである。タスクとその疎な連結の形で遂行される疎結合型のプロジェクトを単位として、IoTを利活用して高度なマネージメントが可能となり、それが次世代の産業構造の基盤となり得ることを理論とPOCを通じて示していくことが課題となる。この活動をリアルワールドOSコンソーシアムを通じてオープンイノベーションとして水平展開していくこともまた課題となる。本研究は、『エージェントベースモデリングの実世界応用-シミュレーションから実世界OSまで』と題し、インターネット上でのひと・もの・ソフトウェアなどからなる自律的エージェントの相互作用を支援するシステムの革新を目的としたものである。そのためのアーキテクチャを我々はリアルワールドOSと呼び、これをエージェントベースモデリングの新たな発展領域として、理論的にも情報システムとしても確立することを目的としている。本年度の成果としては、リアルワールドOSの中核言語であるOWLIEのα版をリリースし、マイクロサービスオーケストレーションのアーキテクチャを提唱した。これに基づき東工大でハッカソンを開催し、更にこのIoTの基幹技術に関しインテルのIoTの開発拠点であるフェニックスとポートランドを訪問し意見交換を行った。3月には東工大で第9回サービスシステムシンポジウム(国際会議)を共催しIoT時代のサービスシステムの在り方について議論を深めた。

理論面については総説の論文を発表。更にシステム開発面と応用面に関して査読論文を2本発表し、関連した特許二つを申請した。データフローソリューションについては、コジェネを利用した工場でのエネルギー利用等に関する応用事例を開発すると同時に、物作りにおける製造タスクを実物簿記を利用したデータフローソリューションとして表現することで、容易に組替え可能でコードの統合も自然に行える新たな生産管理システムの枠組みを開拓・提唱した。これに関しは、諏訪の中小企業と共同で工場のIoT化に関して幅広い連携を行うことで合意し、工場のシステムとそこでの情報システムの事例としての解析に着手し始めている。本研究課題に関連して2016年3月より産業構造審議会分散戦略ワーキンググループ委員に任命されフォグ領域のIoTのアーキテクチャについて専門家としての意見を述べている。本研究『エージェントベースモデリングの実世界応用-シミュレーションから実世界OSまで』は現在注目されつつあるIoTの新たな基幹技術を担うものである。本研究では現在主流であるクラウドによるIoT実装とは異なる、ネットワークのエッジ(Fog Computing)領域での自律分散協調的な観点から、ひと・もの・ソフトウェア等の自律的エージェントからなるシステムの構築に対するアーキテクチャ提案を行っている。この領域での研究開発は本年1月にOpenFog Consortiumがインテル等の主唱でスタートする等世界的にも始まったばかりである。本研究は日本インテルから着目され、本年2月には共同で米国インテルのIoTの研究拠点のフェニックスとポートランドを訪問し3日にわたり集中的に議論を行った。その結果我々と類似の検討を米国でも開始しているが、マイクロサービスオーケストレーション技術に関しては、我々の枠組みが先行しており世界の最先端を行く事が確認できた。なお本年4月には日本インテルから社会人博士が我々の研究室に入学している。実物簿記を用いたデータフローソリューションによる生産管理やエネルギー分野への応用は、JSTの特許部門に着目され、昨年秋から共同で応用事例の検討を始めている。
神経内分泌細胞の存在が前立腺を肥大させうるか

前立腺肥大症(BPH)は高齢男性において有病率の高い疾患であるが、その明らかな原因はいまだ不明である。今回我々は前立腺組織内にある神経内分泌(NE)細胞のBPHに対する影響を検討した。ヒト前立腺組織を用いた後ろ向き検討とBPHモデルラットを用いた前向き検討のいずれにおいても、NE細胞はBPHの初期段階で豊富に存在しており、傍分泌機能によって組織を肥大させている可能性が示唆された。また、前立腺におけるNE細胞の機能解析の結果、Il-6などの慢性炎症を介した経路と、それ以外にもレプチンなどの食欲や肥満に関連した経路が存在する可能性が示唆された。実際の研究内容としては、NE上清を添加して培養したヒト前立腺上皮細胞(PrEC)・ヒト前立腺間質細胞(PrSC)の遺伝子と、それぞれNE上清を添加しないで培養した細胞の遺伝子を3D-Gene発現解析で精査した。得られた結果を比較すると、NE上清を添加したPrECでLEPのmRNA発現が、NE上清を添加したPrSCではMC3RのmRNA発現が亢進していたため、それぞれのprobeを用いてRT-PCRを施行したところ、発現の上昇が確認できた。次にNE上清内からLEP,MC3Rに関連するNE因子を調査するために、NE上清を用いてELISA法、ウエスタンブロッド法を行ったところ、Neuropeptide Y (NPY)が関連している事が確認できた。更に、リコンビナントNPYをPrECに添加することでPrEC内においてLEPのmRNA発現が濃度依存的に上昇することが確認できた。しかし、NPYをPrSCに添加してもMC3Rの発現上昇は認められなかった。当初予定していたPrECからLEP、PrSCからMC3Rをノックダウンすることも考えていたが、PrSCに関する実験が進まなかったこともあり、施行できなかったがそれ以外は計画通り順調に進んだと思われる。PrSCに関してはMC3R以外のprobeを用いることも検討中であり、そちらを進めていく。ノックダウンの実験と、当初予定していたNEアログラフトに関する実験は時間の都合上、断念せざるを得ない状況である。排尿障害研究成果を発表するためのオープンアクセス料を平成28年度内(3月)に支払い予定であったが、平成29年度の支払いとなったため。研究に必要な物品の購入、成果の学会発表・論文発表の経費として使用する。
災害時のペット同行避難を想定した避難所での生活面積の分析と客観的算定式の提案

平成30年度には、熊本地震および東日本大震災時におけるペット同行避難状況に関する状況を調査した。その結果、避難所へのペット同行による混乱状況が明確に示された。また、ペットを避難所まで連れていけない飼い主も続出し、半壊した家の軒先等で飼われ、飼い主が世話をしに戻っている様子も明らかとなった。この状況は、環境省ガイドラインの「原則、同行避難」との基準に則していないと考えられる。また、静岡県や仙台市の災害マニュアルでは、ペットの飼育スペースに関する取り決めがなされていた。ペットの生活面積調査として、初年度は犬と猫を対象に、日常的な食事面積、就寝面積および排せつ面積等を計測した。ここで食事面積とは食事中のペットの床投影面積とし、ペットの体と水や食事のお皿を含んだ。また、ペットの日用品の総容量は、カテゴリー(食事・衛生等)ごとに箱に入れて容積を測定した。対象としたペットは犬9匹と猫5匹である。犬については、大型犬と小型犬に分類した。全ペットの体重と体積を測定したところ、一定の相関関係を示したが、大型犬は小型犬や猫に比べてばらつきが大きいことが分かった。次に、食事面積、就寝面積および排せつ面積の合計を生活スペース面積とし体積で除したところ、大型犬の結果が大きくばらついた。また、ペットが日常的に使用する物品の総容量をペットの体積で除したところ、大型犬、小型犬の区別なく、室内・屋外などの飼育方法や飼い主の考え方、趣味によってばらつきが出ることが明らかとなった。さらに、ペット用品の総容量をペットの生活スペースで除したところ、ほとんど相関性はなかった。初年時の結果より、小型犬や猫に対してはあらかじめ避難時の対策が立てやすいと考えられる。一方、大型犬に関しては家庭による差が大きく、避難時の対策には個別対応が必要である事が示された。本研究の目的は、災害時のペット避難に関する問題解決を目指し、避難所におけるペットの生活面積の算定式を提案することである。本研究では、1既往文献や過去の災害事例の調査、2ペットの日常生活面積の分析、および3ペット同行避難訓練の実施、を3年間で行う。初年度は1と2を実施した。1については、これまでの災害事例や国内外の避難所運営についての指針等について分析した。2については、まずはペットの日常生活における生活(食事、就寝等)面積とペット用品の総容量を計測し、ペットの体重等で標準化することでペット種別による生活必要面積の仮算定式を求めた。本研究は初年次計画を概ね達成し、順調に進捗している。一方で、初年時には新たな課題も明らかになった。まず、調査対象としたペットの選別である。大型犬と小型犬、猫を対象としたが、予想よりはるかに家庭の飼育方法、飼い主の趣味嗜好が結果に反映されることが明らかとなった。また、大型犬では結果にばらつきが出やすく、避難所での生活面積の算定式提案には、相当数のサンプリングが必要であると予想される。また、例えば就寝面積については、ペットと飼い主が同室・同ベッドで寝ている場合もあり、単純な数値化のみならず、避難所における同室避難が可能か否かなど、条件設定が必要になる事が予想された。同じように食事や排せつについても「日常と違うところではできない」との飼い主からの回答も多く、「そもそも避難所にはいかない」、「車中泊となる」などの意見も得られた。本研究を通じて、災害時におけるペットの状態を飼い主が具体的に想像できていない状況が明らかとなった。2年目以降、これらの課題を計画に反映する。2年目においては、引き続き、2ペットの日常生活面積の分析を実施する。特に大型犬のサンプリング数を増やす事、また、調査時に、飼育者に自分のペットとの避難方法や持ち出し荷物を意識してもらえるような「(仮称)Myペットマニュアル」作成を促す。また、2018年度には大阪北部地震が発生したため、北部地震時におけるペット同行避難状況等も調査項目に加える。さらに、3ペット同行を伴う避難訓練を実施し、訓練時の避難所持込み荷物や必要面積を計測することで、避難所での生活面積の算定式を提案する。本研究では、災害時におけるペットとの同行避難を円滑に行うために、ペットの飼い主は責任をもって地震時のペットが避難所においてどの程度の生活スペースを必要とするかを考慮しておくこと、また周りの避難者との関係を円滑にするためにもあらかじめ、ペットと家以外の環境で生活を体感してみることが重要であると考えている。この点においては、調査時、研修時等を通じて、飼い主の意識改善に努めたい。また、非災害時からの訓練として、例えば、ペットを旅行に連れていき、コテージなどでペットがどのような反応をするか、また旅行の際どのくらいの荷物を必要とするかなどを飼い主が体感しておくことを促したい。その結果は、ペット飼育者を参加者とする自分のペットとの避難方法や持ち出し荷物を書きだした「(仮称)Myペットマニュアル」作成研修時に“見える化"を行う。特に初年次研究の成果から大型犬の飼い主には重要であると考えられる。また、ペット同行を伴う避難訓練では、最終的にはペット飼育者と非飼育者が参加する合同避難訓練を実施する方向で計画する。これは両者の相互理解を促進し、実災害時の意思決定の迅速化を目指すためである。また、研究成果を優良事例として扱えるように、自治体との連携を進め広報活動を行い、成果の普及に努める。

また、ペットを避難所まで連れていけない飼い主も続出し、半壊した家の軒先等で飼われ、飼い主が世話をしに戻っている様子も明らかとなった。この状況は、環境省ガイドラインの「原則、同行避難」との基準に則していないと考えられる。また、静岡県や仙台市の災害マニュアルでは、ペットの飼育スペースに関する取り決めがなされていた。ペットの生活面積調査として、初年度は犬と猫を対象に、日常的な食事面積、就寝面積および排せつ面積等を計測した。ここで食事面積とは食事中のペットの床投影面積とし、ペットの体と水や食事のお皿を含んだ。また、ペットの日用品の総容量は、カテゴリー(食事・衛生等)ごとに箱に入れて容積を測定した。対象としたペットは犬9匹と猫5匹である。犬については、大型犬と小型犬に分類した。全ペットの体重と体積を測定したところ、一定の相関関係を示したが、大型犬は小型犬や猫に比べてばらつきが大きいことが分かった。次に、食事面積、就寝面積および排せつ面積の合計を生活スペース面積とし体積で除したところ、大型犬の結果が大きくばらついた。また、ペットが日常的に使用する物品の総容量をペットの体積で除したところ、大型犬、小型犬の区別なく、室内・屋外などの飼育方法や飼い主の考え方、趣味によってばらつきが出ることが明らかとなった。さらに、ペット用品の総容量をペットの生活スペースで除したところ、ほとんど相関性はなかった。初年時の結果より、小型犬や猫に対してはあらかじめ避難時の対策が立てやすいと考えられる。一方、大型犬に関しては家庭による差が大きく、避難時の対策には個別対応が必要である事が示された。本研究の目的は、災害時のペット避難に関する問題解決を目指し、避難所におけるペットの生活面積の算定式を提案することである。本研究では、1既往文献や過去の災害事例の調査、2ペットの日常生活面積の分析、および3ペット同行避難訓練の実施、を3年間で行う。初年度は1と2を実施した。1については、これまでの災害事例や国内外の避難所運営についての指針等について分析した。2については、まずはペットの日常生活における生活(食事、就寝等)面積とペット用品の総容量を計測し、ペットの体重等で標準化することでペット種別による生活必要面積の仮算定式を求めた。本研究は初年次計画を概ね達成し、順調に進捗している。一方で、初年時には新たな課題も明らかになった。まず、調査対象としたペットの選別である。大型犬と小型犬、猫を対象としたが、予想よりはるかに家庭の飼育方法、飼い主の趣味嗜好が結果に反映されることが明らかとなった。また、大型犬では結果にばらつきが出やすく、避難所での生活面積の算定式提案には、相当数のサンプリングが必要であると予想される。また、例えば就寝面積については、ペットと飼い主が同室・同ベッドで寝ている場合もあり、単純な数値化のみならず、避難所における同室避難が可能か否かなど、条件設定が必要になる事が予想された。同じように食事や排せつについても「日常と違うところではできない」との飼い主からの回答も多く、「そもそも避難所にはいかない」、「車中泊となる」などの意見も得られた。
非ステロイド系抗炎症薬の抗がん作用機構の解明

我々はNSAIDsの抗癌メカニズムの解明を目指し、DNAチップを用いて、NSAIDsにより誘導される遺伝子を網羅的に同定し、様々な新しいメカニズムを見出してきた。この一連の研究の中で我々は、NSAIDsがクロージン4を誘導すること、及びこの誘導が癌の転移・浸潤の抑制を介して、NSAIDsの抗癌作用に寄与していることを示唆した。クロージン4はタイトジャンクション(TJ)を構成するクロージンファミリーの一つである。TJが癌細胞の浸潤に対するバリアになっていること、及び癌細胞で各クロージンの発現が変化していることなどから、TJが細胞の癌化、及び悪性化と深い関連があることは知られていたが、NSAIDsとTJとの関連を示したのはこれが初めてである。またこれまで癌との関連については、TJの機能面(バリア機能など)に関する研究が多く、クロージンの発現との関連を示した点でも本研究は新しい。一方最近我々は、NSAIDsがクロージン2の発現を逆に抑制すること、及びこの抑制も癌の転移・浸潤の抑制を介して、NSAIDsの抗癌作用に寄与していることを示唆した。今後は、全てのクロージン(24種)を対象に、NSAIDsにより発現が変化するのか、その発現変化が浸潤性、運動性、足場非依存的な増殖など癌の特性、及びTJの機能(癌細胞の浸潤に対するバリア機能など)をどのように影響するのか、及びこれらの癌の特性変化がin vivoにおける癌の増殖、浸潤、転移にどのような影響を及ぼすのかを解析し、NSAIDs、癌の特性、クロージン、3者の関係の全体像を明らかにする。アスピリンに代表される非ステロイド系抗炎症薬(NSAIDs)は、抗炎症薬、鎮痛薬、解熱薬として、世界中で最もよく処方されている医薬品である。一方疫学調査から、NSAIDsの長期使用により、多くのがん(大腸がん、胃がんなど)の発症リスクが低下することが知られている。実際米国では、がんの治療薬、及び再発予防薬として、NSAIDsが臨床現場で使われている。NSAIDsは他の抗がん剤とは違う作用機序を持っていると考えられるので、特に他剤との併用で顕著な抗がん作用を示す。またこれまで大変よく使用されてきたので、その副作用などが充分理解されているという利点もある。このようにNSAIDsは新しいタイプの抗がん剤として、現在最も注目されている医薬品の一つである。NSAIDsは様々な作用機序(アポトーシス誘導、細胞増殖抑制、血管新生阻害、転移・浸潤抑制)により、抗がん作用を発揮すると考えられているが、その分子機構はあまり理解されていない。そのため、より抗がん作用の強いNSAIDsの開発戦略は確立されていない。本研究の目的は、NSAIDsの抗がん作用機構を分子レベルで解析し、より抗がん作用の強いNSAIDsを発見することである。本年度我々はNSAIDsがクロージン2の発現を抑制することを見出した。また癌細胞でクロージン2を過剰発現させると癌細胞の浸潤能が上昇すること、逆にクロージン2の発現を抑制すると癌細胞の浸潤能が低下することを見出した。以上の結果は、NSAIDsの抗がん作用にクロージン2の発現抑制が深く関与していることを示唆している。
クロム酸架橋による金属錯体の強磁性的集合化

これまで合成されたほとんどの多核錯体・クラスター・分子集合体では、常磁性化学種の磁気的軌道の重なりにより反強磁性的相互作用が働く。しかし、常磁性化学種の磁気的軌道が重ならないよう(磁気的軌道が直交するよう)に化学種が近づけば、化学種間には強磁性的相互作用が働く。このような直交する場(縮退したフロンティア軌道)を提供できる架橋配位子として四面体構造を持つ[Cr^<VI>O_4]^<2->が考えられる。[Cr^<VI>O_4]^<2->は金属イオンのd (t_2)軌道と配位した酸素原子のp軌道より縮退した結合性t_2軌道をもつ。[Cr^<VI>O_4]^<2->が常磁性金属イオンM'を架橋すると、結合性(t_2)軌道と架橋された二つのM'の磁気的軌道が二重に縮退した結合性と反結合性分子軌道をつくる。そこで、架橋された二つのM'上の不対電子は縮退した反結合性軌道に入ることになり、M'間には強磁性的相互作用が働くことが期待される。本研究では、[Cr^<VI>O_4]^<2->架橋多核錯体および集合体を合成し、その磁気構造に関して次の2点を明らかにした。(1)クロム酸架橋金属複核・低次元錯体の合成と磁性(2)[Cr^<VI>O_4]^<2->架橋多次元錯体の合成硫酸マンガンとK_2Cr^<VI>O_4より、Mn (II, III)混合原子価2次元錯体(K_<0.5>[Mn(μ-CrO_4)(μ-OH)])を合成た。この系はマンガンイオン間に強い反強磁性的相互作用が働くが、やはりスピン・フラストレーションのため反強磁性転移を起こさない興味ある系であることが明らかになった。この系のバンドフィリング制御により巨大磁気抵抗など興味深い物性を示す一連の系を合成できると期待される。
膜蛋白質の多量体形成と動的相互作用を介した高浸透圧感知機構

本研究において、酵母の高浸透圧応答性HOG経路の上流SHO1支経路で働く高浸透圧センサーとして、4回膜貫通タンパク質のSho1を同定することに成功した。Sho1は高浸透圧に応じた自身の構造変化を通じ、細胞内シグナル因子Ste50と結合し、経路の活性化を促す。また、化学的クロスリンク法を用いた解析から、Sho1は膜貫通領域2、3番(TM2/3面)でホモ3量体、TM1/4面でホモ2量体、全体としてユニークな平面格子状多量体を形成し、他の膜タンパク質Hkr1/Msb2, Opy2と結合することで高浸透圧感知とシグナル伝達のプラットフォームとしても働くことを示した。本研究は、細胞が物理化学的刺激である高浸透圧をいかに感知するか、その分子メカニズムを解明するため、酵母の複数の細胞膜タンパク質がいかに高浸透圧感知に関与するのかを調べるものである。本年度は、高浸透圧感知に中心的な役割をもつと考えられる四回膜貫通蛋白質Sho1が多量体構造をとることを示し、その多量体構造をクロスリンク法などの生化学的手段を用いて詳細に解析した。当初の計画通り、Sho1の4つの膜貫通(TM)領域に網羅的にCys置換変異を導入し、クロスリンク距離が異なる3種のクロスリンカーを用い、同一残基間でクロスリンク可能な距離の近いCys置換部位を全てのTM領域で同定するとともに、Cys変異を1分子中2つもつ二重変異を用いたクロスリンク実験などの結果から、Sho1はTM2/3をインターフェイスとした三量体形成面と、TM1/4を別のインターフェイスとした二量体形成面をもつ、極めてユニークな多量体構造をとることを明らかにした。さらにTM2/3インターフェイスでの三量体形成が低下するTM3内の変異を解析したところ、Sho1の三量体形成が高浸透圧センサーHkr1/Msb2の活性型変異による経路活性化に必要なことがわかった。また、網羅的に導入したCys残基間でS-S結合を形成する部位が複数見つかり、4本のTM同士の相互作用の様式、位置関係に関する情報を得ることができ、加えてTM3と4をつなぐ細胞外ループ領域が三量体形成に伴って機能ドメインを形成する可能性も見いだすなど、研究当初想定していなかった興味深い成果も得られ、本研究の新たな展開に繋がった。本研究は、細胞が物理化学的刺激である高浸透圧をいかに感知するか、その分子メカニズムを解明するため、酵母の複数の膜タンパク質の高浸透圧感知における機能を解析するものである。昨年度は、高浸透圧感知に関わる四回膜貫通蛋白質Sho1がTM2/3面をインターフェイスとした三量体形成面と、TM1/4面を別のインターフェイスとした二量体形成面をもつ、極めてユニークなホモ多量体構造をとることを生化学的解析により明らかにした。本年度はこのSho1多量体構造を、クロスリンク距離の異なる8種類のクロスリンカーを用いた化学クロスリンク法により詳細に解析し、特にTM2, 3の相対的位置関係を明らかにした、また、SHO1経路活性化条件において、Sho1多量体の構造変化が誘導されるかを調べた。SHO1経路に関わる膜タンパク質Hkr1, Msb2, Opy2の活性型変異タンパク質を過剰発現してもSho1多量体の顕著な構造変化は検出できなかった。一方、細胞に高浸透圧刺激を与えるとTM間のクロスリンク効率が上昇する部位が、TM1, 2, 4の3カ所で見つかった。この高浸透圧依存的なクロスリンク効率の上昇はHkr1 Msb2欠失株、Opy2変異株でSho1を発現させた場合も検出でき、他の膜タンパク質に依存せずに高浸透圧によってSho1多量体の構造変化が引き起こされる可能性が強く示唆される。現在、Hkr1, Msb2, Opy2全てが欠失した細胞やSHO1経路に関わる他のシグナル因子の欠失株を用いて、解析を行っている。以上より、本年度の研究では、Sho1多量体が高浸透圧に依存して自立的に構造を変化させる知見を得、Sho1が高浸透圧感知のセンサー機能に中心的な役割を果たす可能性を見いだすことができた。高浸透圧に応答する酵母HOG MAPK経路の活性化には、Sho1、Hkr1、Opy2などの膜タンパク質群が必須であり、細胞内のMAPキナーゼカスケードの構成因子と協調的に高浸透圧適応に働くと考えられる。本研究では4回膜貫通タンパク質のSho1に焦点をあて、その多量体構造の解析、他の膜タンパク質や細胞内シグナル因子との結合性の解析を通して、高浸透圧感知の分子機構の解明を目指した。クロスリンク法を用いた生化学的解析などからSho1はTM1/TM4面で二量体、TM2/3面で三量体を形成し、その繰り返しによって細胞膜上で平面格子状構造をとることを前年度までに明らかにした。今年度はこの多量体構造がHkr1やOpy2といった高浸透圧感知に関わる他の膜蛋白質との特異的な結合及び細胞内へのシグナル伝達に必要であり、Sho1が高浸透圧感知複合体の細胞膜上のプラットフォームとして働くことを見いだした。またSho1はHkr1やOpy2など他の膜タンパク質に依存せずに高浸透圧に応答して構造変化をおこし、細胞内にシグナルを伝達する高浸透圧センサーとして働くことを見いだした。高浸透圧条件下、Sho1は構造変化を起こし、細胞内のシグナル伝達に関わるアダプタータンパク質Ste50と結合した。

Sho1はPbs2 MAPKKと、Ste50は膜アンカーのOpy2及びSte11 MAPKKKと結合することから、高浸透圧によってひき起されるSho1の構造変化とSte50との結合誘導により、細胞膜上でMAPKKからMAPKKKへのシグナル伝達が可能になる。高浸透圧下でも構造変化が起こらない変異型Sho1ではSte50との結合誘導はおきず、HOG経路を活性化できないことから、Sho1は高浸透圧に応答して構造変化を起こしHOG経路を活性化させる浸透圧センサーであることがわかった。高浸透圧適応において中心的な役割を果たす酵母HOG MAPK経路の活性化には、Sho1、Msb2/Hkr1、Opy2などの膜タンパク質が必須である。昨年度までの研究で、Sho1、Msb2/Hkr1、Opy2はそれぞれ膜貫通領域あるいは細胞外領域を介して結合し、高浸透圧の感知とシグナル伝達に協調して働くことを示した。このうち、Sho1はホモ多量体を形成し、高浸透圧に応答してその構造変化を引き起こす高浸透圧センサーとして働くことを明らかにした。今年度はMsb2とOpy2の結合が高浸透圧応答に関与する可能性を検証した。まず、Msb2の細胞外にあるHMHドメインはOpy2のCRドメインと結合することがわかった。CRドメインは酵母種のOpy2ホモローグ間で保存性の高い8個のシステイン残基を有している。各システインをアラニンに置換した変異体を作成しクロスリンク試薬を用いた生化学的実験を行ったところ、CRドメインの8個のシステインは4つのS-S結合を形成し、HMHドメインとの結合に必要なコンフォメーションをとることがわかった。またクロスリンク実験などにより、Msb2のHMHドメインとOpy2のCRドメインの結合部位で、高浸透圧刺激により構造変化が誘導されることを見いだした。この知見は、Msb2とOpy2が高浸透圧を感知する共センサーとして働きうることを示しており、高浸透圧センシングの機構解明へのブレイクスルーとなることが期待される。本研究において、酵母の高浸透圧応答性HOG経路の上流SHO1支経路で働く高浸透圧センサーとして、4回膜貫通タンパク質のSho1を同定することに成功した。Sho1は高浸透圧に応じた自身の構造変化を通じ、細胞内シグナル因子Ste50と結合し、経路の活性化を促す。また、化学的クロスリンク法を用いた解析から、Sho1は膜貫通領域2、3番(TM2/3面)でホモ3量体、TM1/4面でホモ2量体、全体としてユニークな平面格子状多量体を形成し、他の膜タンパク質Hkr1/Msb2, Opy2と結合することで高浸透圧感知とシグナル伝達のプラットフォームとしても働くことを示した。当初計画通り、Sho1がその多量体構造を介して、他の膜タンパク質Hkr1やOpy2と結合する詳細について明らかにすることができた。これに加え、高浸透圧に応答したSho1の構造変化が細胞内シグナル因子と結合し、細胞内シグナル伝達につながることを見いだしたことは、当初計画以上の収穫である。27年度が最終年度であるため、記入しない。分子生物学本研究課題によりSho1が高浸透圧に応答して構造変化をおこす浸透圧センサーであることが明らかになった。今後はこの構造変化が何によって(細胞膜の変化、細胞内外のイオン強度、膨圧など)ひきおこされるのか、Sho1の構造変化の詳細、構造変化によりSte50との結合誘導される機構を分子レベルで明らかにすべく、研究を発展させることが必要である。