hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
環境市場の成長と政策効果に関するシミュレーション研究

この研究は、コンピュータ上に疑似人格をもった主体を設定して、それを多数動かすことで、環境市場への政策の効果を事前に推測することを目的としたものである。これまで経済政策の事前評価は、産業連関表を用いて、あらゆる条件が現在と変わらないことを前提とした上で、大まかな金額を推定するしかなかった。しかし、この方法を用いると、条件が変化する成長市場への政策効果を考えることができる。本研究では、アンケートを通じて得られた人々の実際の意識の変化をモデルの中に組み込むことで、変化する市場をよりリアリスティックに表現したことがオリジナルな成果である。本年度は、道内各企業および市民への環境意識に対するアンケート調査を行った。その結果、企業56、市民243の有効回答を得た。本年度末からはこの結果をネットワーク分析にかけ、そこから道内各主体間の関係性の強さと、キーワードを抽出した。これらの結果はすでに終了している滋賀県内での調査結果と比較され、北海道内の経済主体の環境意識の低さが確認された。この結果をもとに、環境市場成立の前提条件となる各主体間の意識のネットワーク形成のためのエージェントベースシミュレーション作成に着手した。ここでの鍵となるのは、各主体が持つ知識と意識の違いであり、知識伝達のネットワークと意識向上に関わるネットワークが互いに独立していないのだが、完全に同じではないという点にある。アンケート調査の結果を利用しながら、人々が環境に関して得た情報をどのように利用し、それがたとえば「多少高くても環境対応商品を購入する」といった環境指向型の消費・投資行動につながるのかをシミュレートできるモデルを現在開発中である。本年度は研究最終年度であるため、予定通りモデルの複雑化を行った。一つは,滋賀県と北海道の環境市場の違いをモデル上で再現し,市場の発達の程度に従った、環境意識の醸成や補助金政策の効果の違いを観察した。その上で、もう一度北海道内の環境意識に対する市民アンケートを行い、シミュレーション結果との突き合わせをおこなった。ここで得られた結果より、個別の経済政策の立案において事前評価の方法として、エージェントベースシミュレーションが有効であることが確認された。しかも、エージェントベースモデルは、単に利益の最大化を目指す単調なエージェントだけでなく、環境改善とした漠然とした社会的目標を目指す上での市民の行動を考える上で非常に有効であることが確認された。この研究では、これまで市民運動などの社会学的研究では必要が指摘されていたが、功利主義的な分析手法の上には乗りにくかった「意識」概念を採り入れた研究の手法を開拓したことがオリジナルの貢献である。本年度は、他の分野での政策研究に応用すべく、北海道の労働市場への応用を始めた。その出発点として、北海道内のUIターン市場のマッチング問題を取りあげ、求職者側、求人側の意識調査を行った。この研究では、環境市場と同じく北海道内では市場が十分に成長していないUIターン市場のマイクロなデータが既に得られているので、本研究課題の成果を応用する予定である。本年度は,シミュレーション分析の下準備となるアンケート調査を3回に分けて行った。アンケート調査では,1,200名(うち有効回答数963)からアンケートを行い,ネットワーク分析をかけている。これに基づいて平成24年度は,環境市場のシミュレーション・モデル作成を進める予定である。同時に複雑なシミュレーションを実行するために必要な多コアのワークステーションの準備が完了したので,現在は並列処理技術の習得段階に入っている。また,本年度は,需要と供給以外の要素に基づいてもある程度の分散内で価格が決まる市場状況をしめした「進化経済学における市場理論ー相対取引を前提としてー」を刊行し,本書を掲載した編『進化経済学の諸潮流』の編集も行っている。このほかに,シミュレーション分析に基づいた2本の論文を学会報告している。アンケート調査によるデータ収集は完了し、実証分析のフェーズはほぼ終了した。現在は、これをエージェントベースモデルに落としているところであるが、主体間の関係性をなるべく恣意的にならないように高い自由度を保持したエージェントの認知メカニズムの作成にやや手こずっている。ただし、外部の専門家の研究協力を得て、この問題は25年度早々に解決できそうである。問題が複雑であるため、最終的なシミュレーションモデルの完成のために解決しなければならない要因は数多く残っているが、材料はほぼそろった状態であり、おおむね計画通り研究は進展しているといえる。平成23年度は交付申請書に記載された年度目標はほぼ達成されたと言える。シミュレーション作成の基本となるアンケートはほぼ集まり,ネットワーク・ハブに対する各エージェントの接点確率の導出を行っている。平成24年度はこの接点確率を利用して,コンピュータ上に作られた仮想市場と実際の市場の挙動の比較を行う予定であり,そのための準備はほぼ整いつつあると言える。本来平成24年度に行う予定であったワークステーション導入が別経費で導入できたため,現在は並列処理の技術習得に時間と費用を振り向けることができている。

これは予定されていたものより進んだ段階を達成している。25年度は計画期間の最終年度であり、環境市場生成のシミュレーションモデルを本年度前半に完成させる予定である。それに基づき様々な条件を変えたシミュレーションを行い、各地方ごとの新興市場の成長経路の違いを分析し、その上で一つの政策の効果が各地方ごとにどのように異なるのかを明らかにする予定である。本研究は、フィールドワークを先行させ、そこから帰納的にモデルを作成するという手法をとる。そのため基本的には定性分析であるが、今後の政策的意義を強調する上でも何らかの形での定量分析への応用を考える。ネットワークの性質上多重相関があることが前提となるため、通常の計量的手法が使いにくいが、ある程度のセグメント化をおこなった上でネットワーク分析を行うことで解決できると考えている。平成24年度は,シミュレーション・モデルの作成が中心的な課題となる。ただし,今回はモデルの高度化を試みるために,これまで作ってきたシミュレーションモデルとは異なったプログラミング技術が必要とされる。そこで,平成24年度の前半は,並列処理技術の習得に費やし,8月頃から本格的にモデルの作成に入る予定である。ここでは平成23年度に収集したデータが統計的に処理され,個々のエージェントの行動原理に反映される予定である。こうすることで無理なくコンピュータエージェントと実際の経済主体の行動をマッチさせたシミュレーション分析が可能となると考えられている。最終年度は、シミュレーションモデルの作成が中心となり、研究環境の整備はすでに終了している。研究費は主にコンピュータ関係の必要に応じた増強(ハードディスク容量の増加)および研究成果刊行のための印刷費、および成果発表の旅費が中心となる。並列処理技術の習得およびモデルの作成を行う際に,研究代表者のみの能力では不足する場合が考えられる。そこで,より専門の知識を提供してもらうために北陸先端科学技術大学院大学の橋本敬教授および小樽商科大学沼澤政信准教授の知識提供を受ける予定であり,そのための謝金を用意している。また本来平成24年度で整備予定であった演算用ワークステーションの導入が既に行われたためCPUの部分の経費が削減できている。そこで本年度はバックアップシステムとセキュリティの強化に費用をかけ計算結果等の保持と利用の利便性に注力する予定である。さらに,現在のワークステーションは,コンパイラ以外のソフトが入っていないので,結果の分析ソフト等も整備する予定である。
看護職の育児支援介入研究―乳幼児精神保健の看護実践―

乳幼児精神保健に基づくJapanese Early Promotion Program (JEPP)を用いた看護職による育児支援介入効果を明らかにした。これは母親が子どもに適切に対応し、母子相互作用を促進するためのプログラムである。JEEPP群の母子15組は、生後1ー12か月まで小児科クリニックのIMH看護師から育児支援を受けた。JEPP群母子は120組の横断的に収集された同月齢のコントロール群母子と比較された。JEPP群母親は有意に子どものcueを理解する能力を高め、子どもに適切に対応し、子どもに対する反応性の低さが改善され、母親の育児ストレス、否定的感情を軽減し、自己肯定感を促進していた。本研究は、看護職が、母子および家族の関係性形成を効果的に支援するスキルを習得するため、乳幼児精神保健の概念を基盤としたプログラムと、そのプログラムの教材やアセスメント尺度を開発する。さらに、上記プログラムとシステムを用いた教育を、介入実践者である看護職に提供し、看護職者への教育の効果を、被介入者である母子を対象として介入効果を測定することを目的とするものである。この目的遂行のためには、研究対象者としての介入実践者である看護職と、被介入者である母子が不可欠である。しかし、研究協力者のリクルートに予定を大幅に上回る時間を要し、かつ予定通りの協力者獲得ができず当研究計画の変更を余儀なくされた。しかし、当初の計画からの変更はあるが当研究目的を遂行できる予定である。協力者の確保もできつつある。第1の計画は、母子および家族の関係性形成を効果的に支援するスキルを習得している看護職が介入を実施することによる成果を測定する研究を、小児科クリニックをフィールドとして遂行することとなり、第2の計画は、地域の保健センターの保健師に母子および家族の関係性形成を効果的に支援するスキルを訓練するための研修会に参加してもらい、その成果を保健師の反応から得るものである。第3に、無作為に抽出された全国の保健師にフィンランドの保健師対象に実施された、乳幼児虐待への保健師としての関わり方について回答を求める調査用紙を配布・回収するものである。これら3つの介入・調査研究によって、本研究の目的を遂行するため、倫理委員会の審査を受け、研究を開始する準備が整っている。特に第1の計画のため、乳幼児精神保健の理論と実践に優れた人材が多い米国を訪問し、母子への介入スキルのさらなる向上をはかるため、介入担当の看護職に乳幼児精神保健の専門家からの研修受講をしてもらった。目的1,看護職が、乳幼児の母子および家族の関係性形成を効果的に支援するため、乳幼児精神保健に基づくスキルの習得のためのプログラムを作成・実施し、その効果測定を行う。この目的を達成するために、4回にわたる講習会を実施した。講習担当者は、8名の研究分担者と協力者で、受講者は保健師、助産師、看護師30名で、現役看護職が大半であったが、実践経験はあるが、現在は看護学専攻大学院生も含まれていた。講習会の期間は5日間で、1週間ごと、1か月ごとに実施した。受講者からの反応は良好であった。しかし、現役看護職にとって5回連続で参加することは困難であったとの意見が多く聞かれた。今後、講習内容の検討と共に、短期間に効果的な講習を実施する方法を検討する必要性が示唆された。そのため、イギリスで実施され効果を上げている育児支援プログラムを学ぶ機械を得た。このプログラムは、乳幼児精神保健を基盤として開発されたものであると同時に、2日間という短期間の講習会であることから、25年度の問題点の改善に有用であると考えた。26年度に向けての講習会の再検討に役立てることになった。目的2.すでに乳幼児の母子および家族の関係性形成を効果的に支援するスキルを習得している看護職が母子に育児支援を提供し、その効果を測定する。この目的を達成するために、都内小児科クリニックにおける介入研究に加えて、大学病院小児科外来・病棟における介入研究も開始した。現在両介入研究ともにデータ収集を継続中である。平成24年度には、当初の研究計画の遂行が困難であると判断し、計画を2つのプロジェクト1「母親の感受性を高める育児支援介入研究」、2乳幼児と母親の関係性支援教育プログラムの開発研究]、の2つに分割した。以下、1と2に分けて報告する。1順調にデータ収集を進め、コントロール群の必要データ数140のうち、79を確保した。しかし介入群のデータは必要数60のうち5を確保している状況のためさらに収集活動を継続する。2東京と札幌で育児支援スキル研修会を開催し、東京では3回22名の保・助・看職者に、札幌では2回10名の保・助職者に対する研修を実施した。研修後の質問紙と面接による調査も実施した。上述したように、研究計画の大きな変更が余儀なくされたが、変更後は順調にデータ収集を進めた。25年度からは、1の研究計画を拡大し、大学病院でもデータ収集を予定している。2についても、東京と札幌でそれぞれ1回の研修会を予定している。以上、報告したようにデータ収集を継続しているため、成果を分析したり、学会発表する活動は26年度以降になる予定である。研究目的1)ー1:看護職者が母子と家族の関係性を効果的に支援するスキルを習得する改訂プログラムの開発と、そのプログラムの実施と効果測定を行う。改訂プログラム開発のため、King's College LondonのThe Center for

Parent and Child Suppotで研修を受け、Family Partnership Modelに基づくプログラムと教材の和訳を実施した。また、それらのプログラムと教材の試験的運用を3回実施したが、毎回修正点や課題を明らかにして、完成プログラムと教材の作成に取り組んでいる。27年度の研究プロジェクトにおいて、日本版のプログラムと教材の完成をはかり、看護職を対象とした現任教育を実施し、効果の測定を行う予定である。研究計画1)ー2:看護職者が母子と家族の関係性を効果的に支援するために必要なアセスメント尺度の開発を行う。乳幼児の社会的ー情緒的問題を早期に発見し、その問題に対する支援を早期に提供するためのアセスメント尺度の開発のため、アメリカで開発されたInfant-Toddler Social Emotional Assessmentを和訳、日本の対象児と家族1,500組を対象とした調査を実施した。現在調査結果の分析をほぼ終え、学会報告と論文作成進行中である。研究計画2):すでに母子および家族の関係性を効果的に支援するスキルを習得している看護職が育児支援を実施した効果を測定する。これまでに、150組のデータ数を確保し、その分析を行い、学会報告と論文作成進行中である。なお、残すところ約100組のデータについては、収集継続中である。研究目的1)ー1:看護職者が母子と家族の関係性を効果的支援するスキルを習得するプログラムの実施と効果測定を行う。この目的遂行のため、30名の現任保健師、助産師、看護師を対象とした、5日間の講習会を隔週、および隔月で実施した。受講者からの評価は良好であったが、5回連続の講習会に現任看護職者が参加することに困難がある結果が得られ、プログラムの改訂と期間短縮化を図り、2日間の講習会とした。こちらのプログラムへの参加者は約50名であり、高評価を得ることができた。しかし、すでに職場で課されている職務内容が多く、そこに組み込むことの困難が課題であった。研究目的1)ー2:研究目的1)ー1を効果的に遂行するためのアセスメント尺度の開発。この目的のため、米国で開発されたInfantーToddler Social EmotionalAssessmentの日本語版作成と、標準化を実施した。この目的は達成されたが、問題を持つ小児と健康小児を弁別するためのカットオフ得点の設定を行うかだが残されている。研究目的2):母子とその家族の関係性を効果的に支援するスキルを持つ看護専門家が育児支援を実施し、その効果を測定する。この目的はほぼ遂行したが、成果の分析と評価の一部が未完である。本研究プロジェクト終了期間ごも継続してそれらを完了させる予定である。なお、介入結果は概ね良好であった。詳細は成果報告書に述べられている。乳幼児精神保健に基づくJapanese Early Promotion Program (JEPP)を用いた看護職による育児支援介入効果を明らかにした。これは母親が子どもに適切に対応し、母子相互作用を促進するためのプログラムである。
日本語の分節音・超分節音のパラ言語習得と対話音声指導のためのパラメータ研究

本研究は、自然音声や合成音声を使って、日本語話者30名、中国人学習者22名、韓国人学習者37名、ベトナム人学習者34名、日本在住の母語の異なる留学生21名に、パラ言語に関する知覚調査を実施し、どのようなパラ言語音声が難しいか調べた。研究の結果、心的態度と感情の強さの順として、1高さ・長さ→2長さ→3ノーマル→4速さ(68%)と並べた被験者の割合は、日本語話者83%、中国人学習者74%、ベトナム人学習者70%、韓国人学習者62%、在日留学生58%の順だった。日本語話者をはじめ多くの第2言語学習者は、発話意図の強調の順を1234と認識した。1.概要:話者の発話意図や心的態度、話者によって制御できる感情などのパラ言語は、文字でも伝達可能な言語情報の上に、発話意図によって発話全体の長さ、高さ、強さ、速さを含め様々な音声要素が複雑に関係する。パラ言語によって異なる音声のパラメータ情報を日本語学習者はどのように認識しているか調べ、日本語教育の音声指導に役立てる。2.重要性:第2言語習得において、日本語学習者はその習得が難しく、指導の確立が急がれる。分節音・超分節音レベルの両サイドからのアプローチ研究が必要である。3.意義:対話音声のためのパラメータ研究は、日本語教育の音声指導に貢献できる。4.平成26年実施内容:実験調査のための音声資料の作成と調査の実施、1パラ言語研究の文献整理、現状、動向の把握、2分節音・超分節音レベルのパラ言語理解に関するパラメータ調査項目の確認・作成、3日本語母語話者および日本語学習者に発話・知覚調査の実施、4分節音・超分節音レベルのパラ言語について、各パラメータの難易度の把握、調査時期:2014年12月2015年3月中国、韓国、ベトナムで実施。5.調査結果:1日本語学習者に発話・知覚調査を実施し、日本語学習者にとってどのパラメータ(破裂音、撥音、促音、長音・高さ(Fo)、長さ、速さ)が難しいかわかった。2超分節音レベルのパラ言語の理解度について、日本語母語話者(東京出身)とベトナム母語話者、ソウル母語話者のパラ言語を比較分析することができた。3中国、韓国、ベトナムを母語とする学習者には、パラ言語に関して共通の言語認識があることがわかった。1.平成26年度実施した調査結果の分析:1パラ言語研究の文献整理、現状、動向、2分節音・超分節音レベルのパラ言語理解に関するパラメータ調査項目の分析、3日本語母語話者および日本語学習者に発話・知覚調査の実施、4分節音・超分節音レベルのパラ言語について、日本語学習者における難易度の把握の分析2.平成26年度実施した調査結果の発表:国際シンポジウム(延辺大学)、音声研究会での発表(名古屋大学)、日本音声学会での発表(神戸大学)3.日本語学習者の分節音・超分節音調査方法の改善と調査音の再作成:1分節音・超分節音レベルのパラ言語理解に関するパラメータ調査項目の確認・再作成2iの調査語に、3種の心的態度(例:感動、疑問、訝り)の韻律を加えた音声・アクセント核の高さ(例:「雨」感動、疑問、訝り)、(ポーズの有無、速さ他)、3感情表現:プラスの感情表現とマイナスの感情表現による合成音声や自然音声を使った実験のパイロット調査4.知覚と発話の再調査に向けての検討:自然習得が可能な環境にある国内の日本語学習者(分節音・超分節音指導対象:東京)、自然習得が困難な環境にある日本語学習者(知覚調査対象:中国語圏、英語圏、その他の言語圏の習得2年目の日本語学習者)、比較として日本語母語話者平成27年度における日本音声学会等の発表により合成音声を使った調査方法に関する助言を受け、調査方法の修正およびそ技術習得と作成に時間を要したため。パラ言語的情報(para-linguistic information)は,文字でも伝達可能な言語的情報の上に,F0(高さ),Duration(長さ),Intensity(強さ),発話全体のSpeech Rate(発話速度)を含め様々な音声要素が複雑に関係するため,その解明が難しい。特に日本語学習者はパラ言語的情報の習得が難しく,指導の確立が急がれる。本研究では,「聞き手」である日本語母語話者や日本語学習者は,話者が制御できる心的態度(mental attitudes)と話者が制御できない感情(feelings)のパラ言語的情報としてのメッセージ(話者が伝えようとしていること)について,どのように強調の順位付けをして知覚しているか明らかにする。また,そこに言語の普遍性や個別の言語依存性がどのように影響するかについても明らかにした。最終年度では,中国,韓国,オーストラリアで再調査を行って,研究をまとめた。研究の結果,「聞き手」である日本語母語話者や中国・英語・韓国語を母語とする日本語学習者は,話者が制御できる心的態度や話者が制御できない感情表現に関わらず,パラ言語的情報としてのメッセージの強さを,F0が高くDurationが長い音声>Durationが長い音声>,F0やDurationの強調のない音声>Speech Rateが速い音声の順に知覚した。即ち,日本語母語話者や日本語学習者は,強調部分を高く長く発話した音声>長く発話した音声>強調していない音声>発話速度の速い音声の順であると共通に認識した。言語の普遍性の程度が自然音声66%で,強調順位が一致していた結果から,言語の普遍性の可能性について示唆した。

また,知覚結果やアンケート結果から,日本語母語話者は「かなしい」などのネガティブ感情には逆順位化傾向が見られ,日本語のパラ言語的情報の個別性を示唆した。さらに,日本語学習者は,撥音や促音など特殊音含むパラ言語的情報を知覚する場合、その知覚習得も難しくなる傾向があることを示唆した。本研究は、自然音声や合成音声を使って、日本語話者30名、中国人学習者22名、韓国人学習者37名、ベトナム人学習者34名、日本在住の母語の異なる留学生21名に、パラ言語に関する知覚調査を実施し、どのようなパラ言語音声が難しいか調べた。研究の結果、心的態度と感情の強さの順として、1高さ・長さ→2長さ→3ノーマル→4速さ(68%)と並べた被験者の割合は、日本語話者83%、中国人学習者74%、ベトナム人学習者70%、韓国人学習者62%、在日留学生58%の順だった。日本語話者をはじめ多くの第2言語学習者は、発話意図の強調の順を1234と認識した。実験調査のための音声資料を、数度の修正を経て作成することができ、その音声資料をもとに、中国、韓国、ベトナムで調査を実施することができ、結果も明らかになったため。●平成27年度[研究計画]1.主な研究計画・方法:1自然対話において複文の標準音声モデル文とあいづちを使った対話文の作成・調査2複文の標準音声モデル文とあいづちを含めた対話文の検討・作成、2.知覚調査と発話調査の実施自然習得が可能な環境にある国内の日本語学習者(分節音・超分節音指導対象)、自然習得が困難な環境にある日本語学習者(知覚調査対象:中国語圏、英語圏、韓国語圏、その他の言語圏の習得3年目の日本語学習者)、比較として日本語母語話者(三重大学)3.発話・知覚調査、対話音声(会話)における日本語母語話者と学習者のパラメータの違いを把握1分析結果から、パラ言語の認識度や収集した日本語母語話者の発話資料と日本語学習者ではどんなパラメータが異なるか分析し、アクセント核、イントネーション、プロミネンス、ポーズ、スピード、促音や長音など、パラメータの相違点を分析する。2日本語学習者の分節音・超分節音の変換指導の実施3変換指導を行った結果を分析、パラメータの分節音・超分節音の変換指導を行うことで、日本語母語話者による自然評価がどのようによくなるか、日本語学習者に共通した指導ポイントを探る。自然な対話音声への貢献度が高い指導ポイントを探る4.学会発表とまとめ:国際学会における研究発表と結果のまとめ日本語教育平成27年:(1)平成26年度に実施した調査結果の発表(2)自然対話音声の実験音声を作成し、調査を実施する。1自然対話音声における主文・複文からなる標準音声モデル文と質問解答文の作成・実施、2自然対話における日本語母語話者と日本語学習者のパラメータの違いを把握、12の結果に基づき、日本語学習者の分節音・超分節音の変換指導の実施、3自然対話音声におけるパラ言語の自然評価と指導ポイントの把握次年度は音声資料の新規作成や翻訳資料、国際学会発表等の経費が初年度より多いと考えられるため。パラ言語情報の対話音声資料の新規作成、数カ国語の調査資料の翻訳、国際学会発表の旅費、調査協力費等が主な経費である。
砂防・治山堰堤の堆砂地内の植生の変化と予測に関する研究

1938年の阪神大水害以来65年の間、砂防および治山事業が積極的に実施され、現在までに約600基の砂防、治山堰堤が建設されてきている兵庫県南部にある六甲山系のうち、中央部の約80km^2の地域を調査対象地として選定した。この調査対象地域においては住吉川を始めとする主要な13河川の流域内に1999年時点で砂防・治山堰堤291基が存在した。1969年、1979年、1989年、1999年の4時期に撮影された航空写真および神戸市の都市計画図(縮尺1/2500)を用いて砂防・治山堰堤の堆砂地内の植生を判読した。その結果堰堤完成からの年数が少ないと堆砂が進んでいないために元の森林が残されていたり、また一旦伐採されても堆砂の影響が少ないため森林の再生が早く進む傾向が認められた。また、堆砂地の面積が大きいほど森林面積率は低い傾向が認められた。これは堆砂地が大きいほど堆砂地内での流路の変動が起こり易く、草地として適する条件の面積が増加するためと考えられる。さらに、堆砂地内の植生の種類や土壌の特徴を詳しく検討するために、京都府和知町の上和知川と綾部市の上林川および六甲山系の住吉川、芦屋川、都賀川、有野川に設置された砂防・治山堰堤17基について現地調査を実施した。各堆砂地において植生の種類と微地形、土壌および日射条件などについて調査を行った。調査結果から堆砂地内ではヤナギ、アカシア、オオバヤシャブシ等の先駆的な樹種が多く生育している。堆砂地内の土壌は粒径が大きく、このため保水力が弱いために全体として周辺の斜面の土壌に比較して乾燥傾向にある。また、土壌の肥沃度も低いために植生の遷移の速度は小さい。さらにこれらの調査成果を基に堆砂地内での植生遷移のモデルを作成した。1.調査対象渓流の選定、調査対象堰堤の抽出昭和13年(1938)の阪神大災害以来65年の間、砂防および治山事業が積極的に実施され、現在までに約600基の砂防、治山堰堤が建設されてきている兵庫県南部にある六甲山系(約200km^2)を調査対象地として選定した、さらに六甲山系の中から、住吉川、青谷、有野川、桧谷、芋川、石楠花谷を調査対象渓流として選定した。これらの流域に関する空中写真、地形図、設備台帳を収集し、流域内にある砂防、治山堰堤約50基を抽出してそれらの堰堤の位置、建設時期、構造、規模等を調査した。2.堆砂地内の植生、流路の経年変化撮影時期の異なる空中写真、地形図を用いて空中写真判読を行い、堆砂地における土砂の堆積の変化、流路の変化、植生の概略の分布の変化等を調査した。この結果、堰堤の規模が大きいほど堆砂地面積が増大するため、堆砂地内への土砂堆積率は減少し、堆砂地内の植生回復が遅くなる傾向があることが分かった。

3.堰堤堆砂地内の微地形・植生・流水の状況に関する現地調査現地調査により堆砂地内および周辺の微地形の測量を行うとともに堆砂の粒径分布、土壌の水分量を測定し、植生分布および流水の状況を調査した、この結果、堆砂地内の粒径が大きいほど、土壌の水分量が少ないほど、また堆砂地内の流水量が少ないほど植生の回復が遅い傾向があることが分かった。1.調査対象渓流の選定、調査対象堰堤の抽出昭和13年(1938)の阪神大災害以来66年の間、砂防および治山事業が積極的に実施され、現在までに約600基の砂防、治山堰堤が建設されてきている兵庫県南部にある六甲山系(約200km^2)を調査対象地として選定した。さらに六甲山系の中から、住吉川、芦屋川、都賀川、新生田川、有馬川、有野川等を調査対象渓流として選定した。これらの流域に関する空中写真、地形図、設備台帳を収集し、流域内にある砂防・治山堰堤約290基を抽出してそれらの堰堤の規模、建設時期、構造等を調査した。2.堆砂地内の植生・流路の経年変化空中写真、地形図を用いて空中写真判読を行い、堆砂地における土砂の堆積の変化、植生(草地、森林地)の分布の変化等を調査した。この結果、堰堤の規模が大きいほど堆砂地面積が増大するため、堆砂地内での流路の変化が起こりやすくなり、堆砂地内での森林の回復が遅くなり草地が占める面積が大きくなる傾向があることが分かった。また、19401950年代に建設された堰堤の堆砂地では新しく建設された堰堤の堆砂地と比較して堆砂が進んでいるため流路の変動により草地の面積が多くなる傾向が認められた。3.堰堤堆砂地内の植生分布の状況に関する現地調査住吉川等の流域において堆砂地内の植生を現地にて調査した。この結果、堆砂地内ではオオヤヤシャブシ、ネコヤナギ、ヤマウルシ、アカマツ等の樹木が、草本としてはツルヨシ等が生育していることが分かり、周辺の斜面の植生とは異なることが分かった。1938年の阪神大水害以来65年の間、砂防および治山事業が積極的に実施され、現在までに約600基の砂防、治山堰堤が建設されてきている兵庫県南部にある六甲山系のうち、中央部の約80km^2の地域を調査対象地として選定した。この調査対象地域においては住吉川を始めとする主要な13河川の流域内に1999年時点で砂防・治山堰堤291基が存在した。1969年、1979年、1989年、1999年の4時期に撮影された航空写真および神戸市の都市計画図(縮尺1/2500)を用いて砂防・治山堰堤の堆砂地内の植生を判読した。その結果堰堤完成からの年数が少ないと堆砂が進んでいないために元の森林が残されていたり、また一旦伐採されても堆砂の影響が少ないため森林の再生が早く進む傾向が認められた。また、堆砂地の面積が大きいほど森林面積率は低い傾向が認められた。これは堆砂地が大きいほど堆砂地内での流路の変動が起こり易く、草地として適する条件の面積が増加するためと考えられる。さらに、堆砂地内の植生の種類や土壌の特徴を詳しく検討するために、京都府和知町の上和知川と綾部市の上林川および六甲山系の住吉川、芦屋川、都賀川、有野川に設置された砂防・治山堰堤17基について現地調査を実施した。各堆砂地において植生の種類と微地形、土壌および日射条件などについて調査を行った。調査結果から堆砂地内ではヤナギ、アカシア、オオバヤシャブシ等の先駆的な樹種が多く生育している。堆砂地内の土壌は粒径が大きく、このため保水力が弱いために全体として周辺の斜面の土壌に比較して乾燥傾向にある。また、土壌の肥沃度も低いために植生の遷移の速度は小さい。さらにこれらの調査成果を基に堆砂地内での植生遷移のモデルを作成した。
レーザーアブレーション・Si超微粒子生成過程の時間分解X線吸収分光法による研究

ヘリウムガス雰囲気中で固体のシリコンターゲットにYAGレーザー光を照射することで,シリコン粒子が放出され,ナノメートルの程度の大きさのシリコン微粒子(シリコンナノラスター)が生成される.本研究ではその生成手法を確立すること及び生成過程を明確にすることを目的とした.まず,同時にイオン,中性原子,分子,ナノクラスターの検出が可能である時間分解軟X線吸収分光測定を行った.これにより,検出感度のある範囲内では,レーザー光照射後から2マイクロ秒後までの時間域でシリコンイオンやシリコン中性原子のみが存在すること明らとなった.次に時間分解可視発光空間分布測定を行った.発光の最も強い点は,時間と共にターゲットから離れ,ガス雰囲気中では一定の距離の点(最終到達点)で停止する.この最終到達点を各ガス圧の場合について測定した.この結果を踏まえ,最終到達点,それよりターゲットに近い位置,及び遠い位置に基板を設置し,最終生成物を堆積させ,これの原子間力顕微鏡による観察を行った.その結果,最終到着点及びそれより遠い位置に設置した基板上にはナノクラスターが堆積することが明らかとなった.また,その平均粒径は,雰囲気ガスの圧力を500mTorrから20Torrへと増加させると,0.8nmから20nmへと大きくなることが明らかになった.以上の結果から,シリコンナノケラスターは,レーザー光照射により発生したシリコン原子が,雰囲気ガスとの衝突により運動エネルギーを失い,クラスターリングをすることで生成すると考えられる.軟X線吸収測定の結果は,この過程が,2マイクロ秒より遅い時間スケールで進行することを強く示唆している.ヘリウムガス雰囲気中で固体のシリコンターゲットにYAGレーザー光を照射することで,シリコン粒子が放出され,ナノメートルの程度の大きさのシリコン微粒子(シリコンナノラスター)が生成される.本研究ではその生成手法を確立すること及び生成過程を明確にすることを目的とした.まず,同時にイオン,中性原子,分子,ナノクラスターの検出が可能である時間分解軟X線吸収分光測定を行った.これにより,検出感度のある範囲内では,レーザー光照射後から2マイクロ秒後までの時間域でシリコンイオンやシリコン中性原子のみが存在すること明らとなった.次に時間分解可視発光空間分布測定を行った.発光の最も強い点は,時間と共にターゲットから離れ,ガス雰囲気中では一定の距離の点(最終到達点)で停止する.この最終到達点を各ガス圧の場合について測定した.この結果を踏まえ,最終到達点,それよりターゲットに近い位置,及び遠い位置に基板を設置し,最終生成物を堆積させ,これの原子間力顕微鏡による観察を行った.その結果,最終到着点及びそれより遠い位置に設置した基板上にはナノクラスターが堆積することが明らかとなった.また,その平均粒径は,雰囲気ガスの圧力を500mTorrから20Torrへと増加させると,0.8nmから20nmへと大きくなることが明らかになった.以上の結果から,シリコンナノケラスターは,レーザー光照射により発生したシリコン原子が,雰囲気ガスとの衝突により運動エネルギーを失い,クラスターリングをすることで生成すると考えられる.軟X線吸収測定の結果は,この過程が,2マイクロ秒より遅い時間スケールで進行することを強く示唆している.
環境因子による生物時計関連転写因子の転写制御メカニズム解析と新規標的遺伝子探索

生物時計関連転写因子と近似した構造を持ち、生物時計の中枢である視床下部視交叉上核における高い発現が認められる、ステロイドレセプターコアクチベーター(SRC-1)に着目し、いくつかの解析を進めてきた。特に発達期の中枢神経系でのSRC-1の役割を明らかにするため、神経幹細胞を用いて、増殖・分化過程でどのようにSRC-1発現が変化しているかを検討した。まず、胎生12.5齢のICRマウス線条体原基から神経幹細胞を採取しbFGF存在下でニューロスフェアー(NS)を形成した。次にNSを用い増殖・分化過程におけるSRC-1の発現様式をRT-PCR、Western blotting法、免疫細胞染色等を用いて検討した。その結果、NSにおけるSRC-1の発現は小脳、精巣と同程度に認められた。そこで、NSにおけるSRC-1発現細胞を検討したところ、Nestin陽性、BrdU取り込み陽性の増殖期神経幹細胞ではSRC-1の発現がほとんど認められないが、少数の未熟な神経分化細胞(Tuj1陽性)では約60%にSRC-1の発現が認められた。次に、1%FBS刺激によってNSの分化誘導を行った。その結果、神経幹細胞の分化に伴いSRC-1の発現は有意に増加し、未熟な、あるいは成熟した神経細胞でそれぞれ47%、72%の割合で共発現していた。一方、アストロサイト、オリゴデンドロサイトでのSRC-1は、それぞれ約5%で共発現が認められるのみであった。これらの検討から、SRC-1が神経幹細胞の分化過程において神経特異的に発現することを明らかにした。神経再生医療において、神経幹細胞分化における細胞系譜の特異的な遺伝子発現制御の解明は非常に重要であり、SRC-1が神経特異的な標的遺伝子の転写調節に関与していることが示唆された。
知覚機能を持つ人工膜システムの開発

脳や中枢の無い単細胞生物が外界から来る様々な刺激に対し適切に応答できるのは,細胞膜上の受容体で感知された情報を認識,選択,判断,伝達という.いわゆる知覚機能を膜レベルで持ち,それによって行動や細胞内化学反応が制御されているからである.生体内で情報がどの様な原理で判断され処理されているかを明らかにし,その機構を参照しながら,次の様な人工膜系を作ることが本プロジェクトの目標である.1:分子識別能と選択透過性の結合による判断機能を伴う高性能膜, 2:膜の物質輸送過程と膜振動および反応系の制御, 3:光刺激の感知過程と透過性,反応性の制御今年度は,主として生体における情報の受容と流れを,ハロバクテリアおよびアメーバ様細胞について追求した. (A)高度好塩菌の正負走光性に関与するセンサリーロドプシン(sR)および負の走行性のみを制御するフォボロドプシン(pR)を発見し,フォトサイクルと走光性の相関を調べ,機能発現機構を明らかにした. (B)アメーバ様運動細胞では,非線形振動子の位相ベクトルの分布が,情報の判断と伝達に本質的役割を演じていることを突き止めた.これら細胞レベルでの情報処理の物理化学的機構を参考にして上述の目標(1)に対して,脂質膜に機能分子,特にハロバクテリアから抽出したsR:pRおよび光エネルギーを化学エネルギーに変換するバクテリオロドプシン(bR)を組み込んで光に応答し,かつ光エネルギーを化学エネルギーに変換,蓄積しながらセンシング出来る膜システムの試作,目標(2)に関して,アメーバが位相ベクトルの分布により誘引一忌避条件の判別指令をしていることが明らかになったので,この原理を利用して,膜振動子を組合わせ,識別,判断,伝達機能を同時に持つセンシングシステムの試作,これらの試みは今年度は完成出来なかったが,原理が分かっているため見透しは明るい.脳や中枢の無い単細胞生物が外界から来る様々な刺激に対し適切に応答できるのは,細胞膜上の受容体で感知された情報を認識,選択,判断,伝達という.いわゆる知覚機能を膜レベルで持ち,それによって行動や細胞内化学反応が制御されているからである.生体内で情報がどの様な原理で判断され処理されているかを明らかにし,その機構を参照しながら,次の様な人工膜系を作ることが本プロジェクトの目標である.1:分子識別能と選択透過性の結合による判断機能を伴う高性能膜, 2:膜の物質輸送過程と膜振動および反応系の制御, 3:光刺激の感知過程と透過性,反応性の制御今年度は,主として生体における情報の受容と流れを,ハロバクテリアおよびアメーバ様細胞について追求した. (A)高度好塩菌の正負走光性に関与するセンサリーロドプシン(sR)および負の走行性のみを制御するフォボロドプシン(pR)を発見し,フォトサイクルと走光性の相関を調べ,機能発現機構を明らかにした. (B)アメーバ様運動細胞では,非線形振動子の位相ベクトルの分布が,情報の判断と伝達に本質的役割を演じていることを突き止めた.これら細胞レベルでの情報処理の物理化学的機構を参考にして上述の目標(1)に対して,脂質膜に機能分子,特にハロバクテリアから抽出したsR:pRおよび光エネルギーを化学エネルギーに変換するバクテリオロドプシン(bR)を組み込んで光に応答し,かつ光エネルギーを化学エネルギーに変換,蓄積しながらセンシング出来る膜システムの試作,目標(2)に関して,アメーバが位相ベクトルの分布により誘引一忌避条件の判別指令をしていることが明らかになったので,この原理を利用して,膜振動子を組合わせ,識別,判断,伝達機能を同時に持つセンシングシステムの試作,これらの試みは今年度は完成出来なかったが,原理が分かっているため見透しは明るい.
身体不活動で生じる炎症を介する運動器障害とその救済の分子機構

本研究では、身体に良い影響を与える「適度な運動」の分子メカニズムを探究した。骨における物理的力刺激(メカニカルストレス)を感知するとされる骨細胞で、Casというタンパク質の発現を欠失させたマウスを作製して解析した。このマウスでは、炎症性タンパク質の活性が亢進し、骨吸収が促進された結果、骨量が低下し骨粗鬆症の状態を呈していた。培養骨細胞では、メカニカルストレスが加わるとCasが核内移行し、炎症性タンパク質の活性が低下し、骨吸収細胞機能促進因子の発現が低下した。以上の実験結果は、Casは適度な運動効果を担保するタンパク質であることを示す。骨細胞特異的Cas欠失マウスにて生じる顕著な骨量低下の背景となるメカニズムの概略がわかった。リン酸化とは関係がないCasの新たなメカニカルストレス応答性が、オステオサイトのメカニカルストレス感受性に関与することがわかった。骨細胞特異的Cas欠失マウスと骨細胞特異的Tfam欠失マウスの骨における表現型の類似性から、骨細胞におけるCasを介する骨代謝制御にはミトコンドリア機能が関与することがわかった。骨細胞におけるCas欠失はミトコンドリア機能障害を来すことがわかった。骨細胞特異的Cas欠失マウスの片側後肢を除神経により脱負荷しても骨吸収は促進されないことがわかった。ただし、骨細胞特異的Cas欠失マウスにおいても脱負荷により骨形成は低下した。以上の知見をまとめ、Nature誌への再投稿を完了した。軟骨細胞特異的Cas欠失マウスは作製が完了した。骨細胞におけるCas分子のメカノセンシング機能を介する骨組織の恒常性維持に重要な役割を果たすことを明らかにした。具体的には、骨への荷重負荷による骨吸収の抑制の分子メカニズム、すなわち破骨細胞分化促進因子であるRANKLの発現抑制にはCasが必須であることを示した。論文を学術誌に投稿中である。軟骨細胞特異的Cas欠失マウスの作製が完了し、表現型の解析を開始することができた。骨格筋活動がメカニカルストレスとして生体恒常性維持作用をもたらす分子メカニズムに間質の細胞のメカノセンシング機能が重要であることを示す知見を得ることができた。当初、ギプスあるいはワイヤーによる関節固定では顕著な局所炎症を誘導できないので本研究には適さないと判断し、身体不活動モデルとして坐骨神経切離を用いることに決めた。しかし、メカニカルストレス介入による影響を担保すると考えられる細胞であるマクロファージの解析にあたり、坐骨神経切離では、切離された部位より遠位の神経組織に多数のマクロファージが動員されることがわかった。これでは不活動の影響ではなく神経切離そのものの影響が大きいことになるので、マクロファージを解析の中心に置こうとしているこのプロジェクトには適さないと判断した。そこで、不活動モデルとしてワイヤーによる関節固定とすることに最終的に決定した。関節固定で誘導される炎症は、程度が著しいとは言えないが、再現性は良好であった。培養細胞実験で、炎症性サイトカインの発現を抑制するメカニカルストレスを見出した。細胞種により、そのメカニカルストレスのモードが異なることがわかった。骨細胞特異的Cas欠失マウスにて生じる顕著な骨量低下の背景となるメカニズムの詳細を明らかにすべく、Cas欠失により生じる活性酸素種(ROS)の産生促進の上流シグナルを探索した。尿酸代謝に関わる酵素の役割を示唆する実験結果が得られた。プロモーター解析(Lucアッセイ)やクロマチン免疫沈降法などで、Cas欠失によるこの酵素の転写が促進に関する詳細な分子メカニズムを解析した。ほぼ解析が完了したので、学術誌への再々投稿へ向けた準備を開始した。Cas欠失によるミトコンドリア機能障害がROS産生促進の原因であると記載して論文を投稿した時に較べ、本研究の成果としてのストーリーの一貫性が格段に改善した。マウス後肢不動化による炎症誘導の実験系も安定したので、メカニカルストレスによる介入でもたらされる炎症抑制の再現性は極めて高い。このことは、その背景となる分子メカニカルストレスの解析に大きく利するものと思われる。培養細胞実験でもメカニカルストレスによる炎症抑制のメカニズムの探索に用いることができる系を確立することができた2017年度に新たに得た知見は以下のようにまとめられる。(1)ワイヤー固定を用いたマウス後肢不動化による筋委縮を下腿三頭筋(腓腹筋)筋繊維断面積で評価したところ、マッサージを模する体表からの局所的反復性圧迫により、不動性筋委縮が抑制されることが分かった。(2)マウス後肢不動化による下腿三頭筋組織におけるマクロファージの数の増加も局所的反復性圧迫により有意に抑制された。(3)マウス後肢不動化により促進される局所(下腿三頭筋組織)における炎症性物質、具体的にはMCP-1及びTNF-αの産生も、局所的反復性圧迫により有意に抑制された。(4)マウス後肢不動化による局所の間質腔増大も局所的反復性圧迫により有意に抑制された。これは、反復性圧迫による局所の浮腫の抑制を示唆する。(5)リポゾーム化ビスフォスフォネートの投与により、マクロファージを枯渇・除去したところ、不動性筋委縮が認められなくなった。これは、不動性筋委縮にマクロファージが重要な役割を果たすことを示す。(6)また、リポゾーム化ビスフォスフォネートの投与により、局所的反復性圧迫の筋繊維断面積に対する影響が明らかではなくなった。

以上の知見は、不動性筋委縮には局所のマクロファージの活性化が関与しており、エクササイズ(筋収縮)ではなくメカニカルストレスによる介入にて局所のマクロファージの活性を抑制すれば、不動性筋委縮を抑制あるいは最小限にできる可能性を示唆する。現在、in vivo及びin vitroの実験結果をまとめて国際学術誌に投稿するための最終準備段階にある。本研究では、身体に良い影響を与える「適度な運動」の分子メカニズムを探究した。骨における物理的力刺激(メカニカルストレス)を感知するとされる骨細胞で、Casというタンパク質の発現を欠失させたマウスを作製して解析した。このマウスでは、炎症性タンパク質の活性が亢進し、骨吸収が促進された結果、骨量が低下し骨粗鬆症の状態を呈していた。培養骨細胞では、メカニカルストレスが加わるとCasが核内移行し、炎症性タンパク質の活性が低下し、骨吸収細胞機能促進因子の発現が低下した。以上の実験結果は、Casは適度な運動効果を担保するタンパク質であることを示す。身体不活動マウスモデルとして坐骨神経切離を採用することに決めたので(上述)、炎症も坐骨神経切離後の組織を中心に解析する。骨、軟骨の解析はすでに開始しているが、今後は、神経、血管組織における炎症も解析する。マウス生体へのメカニカルストレスの負荷方法としては荷重のみならず、反復圧迫、振動付加、骨軸圧負荷などいろいろな種類・モードのものを試す。細胞へのメカニカルストレス負荷では剪断応力刺激(シアストレス)負荷を基本として、細胞伸展・弛緩、異なった物性の基質上での培養などを試す。これらの実験を通して、メカニカルストレス応答を介する運動器の炎症抑制の背景にある普遍的な分子メカニズムを明らかにする。不動化して炎症が誘導されたマウスの後肢骨格筋及びその周囲組織にメカニカルストレス、具体的には反復性圧迫を加える。NF-κB活性(アセチル化や核内局在で評価)、マクロファージ数(F4/80陽性細胞数で評価)、炎症性物質の発現(TNF-α、IL-1β、MCP-1などの遺伝子発現で評価)などを検討し、メカニカルストレスによる炎症抑制の詳細な分子メカニズムを解析する。さらに、炎症抑制効果が最大となるメカニカルストレスの強度、頻度、モードを決める。また、メカノセンサー分子やNF-κBなど炎症制御分子の遺伝子改変マウスを用いて後肢不動化やメカニカルストレス介入の実験を行うことで、メカニカルストレスによる炎症抑制のメカニズムの責任分子を決める。29年度が最終年度であるため、記入しない。メカノバイオロジー29年度が最終年度であるため、記入しない。
核内アミノ酸による細胞制御機構の解明

腫瘍細胞に作用するアミノ酸として、セリンに着目した。光学異性体を変換させるserine racemaseが大腸癌で高い発現を示すことから、D-セリンが大腸癌で作用するのではないかと仮説を立てた。しかし、大腸腫瘍におけるD-セリンの含有はほとんどみられず、このことから、光学異性体の制御にserine racemaseは、最初の予想ほど大きな貢献はしていないということがわかった。serine racemaseの発現量と、種々の代謝産物を調べている過程で、serine racemaseの発現量に比例してピルビン酸量が変化することがわかった。そこで、serine racemaseの作用する経路として、光学異性体を変換させる経路ではなく、ピルビン酸を賛成する経路に着目した。serine racemaseをノックダウン、ノックアウトすると、ピルビン酸量が著明に減少した。このことから、大腸腫瘍においてserine racemaseはピルビン酸の産生に重要な役割を示していることがわかった。さらに、serine racemaseは腫瘍の増殖にも重要な役割を果たしており、このノックアウトによって腫瘍の増殖が著明に減弱することもわかった。また、アセチルCoAの産生にも関係しており、ヒストンH3のアセチル化を介して、アミノ酸がepigeneticな遺伝子変異にも関与することがわかった。また、活性酸素の産生にも、serine racemaseが関与していることも明らかにでき、抗がん剤とserine racemase inhibitorを併用することで、腫瘍抑制効果が増強されることも判明した。アミノ酸の遺伝子発現調節機構を解明する目的で本研究は行われている。本年度はserineに着目し、その光学異性体を変換させる酵素の解析を行った。大腸癌においては、腸内細菌がD-アミノ酸を利用していることから、光学異性体と大腸癌の関係を解析する予定で研究を計画した。しかし、解析の結果、大腸癌はD-アミノ酸をほとんど含有していないことがわかり、研究を光学異性体の転換から、別の代謝物質であるピルビン酸に対するものに変更した。その結果、着目した酵素とピルビン酸代謝が密接に関与することがわかり、さらに、epigeneticな発現制御にも、この酵素が関与することがわかった。アミノ酸代謝が遺伝子発現調節を行うという現象の解明にも寄与できた。また、本酵素はミトコンドリア量も調節するという予想しなかったこともわかり、それから活性酸素の産生にも関与していることがわかった。上記のように、アミノ酸の代謝として、光学異性体に着目して進めていたが、その副産物としてピルビン酸代謝、アセチルCoAの調節、ミトコンドリア調節まで明らかにすることができた。さらに、本酵素の阻害物質が、従来の抗腫瘍剤と併用することで、より強い効果を示すこともわかり、治療への手がかりを得ることもできた。以上のことより、本研究は概ね順調に進展している。アミノ酸代謝には、ポリアミンなど多くの生理活性物質が含まれる。これらの物質を網羅的に解析することにより、本研究の目的であるアミノ酸による遺伝子発現調節機構、つまり核内におけるアミノ酸の遺伝子発現に対する新たな機能を見出す予定である。手法としては、これまでと同様、多様な腫瘍細胞株において、ノックアウトやノックダウンの手法を用いて生理活性物質の作用を検討し、最終的には治療の端緒につながるような抗腫瘍効果の検討も行う予定である。腫瘍細胞におけるアミノ酸などの代謝産物は、腫瘍としての機能を調節する役割があることがわかっている。アルギニン代謝酵素であるarginosuccinatesynthase 1 (ASS1)の腫瘍細胞における動態を解析することで、mTORシステムにおけるASS1の役割を明らかにすることができた。ASS1は細胞運動に対して抑制性に働くが、それはmTOR複合体の中で細胞運動に対して抑制性に働くDEPTORの発現をepigeneticな作用により亢進させるためであることがわかった。さらに、ASS1は核にも発現している可能性がある。現在、核でのASS1の発現は免疫細胞染色で確認しているが、引き続きウエスランブロットなどでの発現確認を行う予定である。また、同様の代謝酵素であるadenylsuccinate lyase (ADSL)も、ASS1と同様に腫瘍の中でも未熟で悪性度の高い分画に発現していることを明らかにした。ADSLは子宮内膜がんの中でも分化度の低い一群の腫瘍で高発現しており、それをノックアウトした細胞株では腫瘍の運動能や浸潤能が低下していた。その理由として、ADSLの代謝産物の一つであるフマル酸に着目して検討したところ、フマル酸はkiller cell lectin-like receptorであるC3の発現を介して腫瘍の悪性化に寄与していることがわかった。アミノ酸と同じく小分子量化合物であるフマル酸が腫瘍の悪性の進行に関与する報告は最近少数されているが、その機構が不明であり、本研究によりフマル酸の悪性度増強機構を明らかにすることができた。アミノ酸と同様に低分子量化合物であるフマル酸の腫瘍悪性化への寄与機構を明らかにすることができた。腫瘍の中でも未熟な成分である腫瘍幹細胞で高発現する一群の分子を明らかにし、それらの機能の解析を進めている。本年度はADSLの機能を中心に解析した。ADSLはヌクレオチドの代謝に関与することが知られており、最初は核酸合成に関与すると考えて解析を進めていたが、ADSLをノックアウトしても予想と反して、核酸合成にはそれほど影響がなかった。そこで、ADSLのノックアウトにより発現の変化する遺伝子を網羅的に解析したところ、killer cell lectin-like receptorであるC3の発現が著明に変化することがわかった。

そこでADSLの腫瘍代謝への関与を再度検討しなおした結果、アミノ酸と同様に低分子量化合物であるフマル酸の代謝が調節されることに気づいた。そこでフマル酸の視点から腫瘍動態を解析しなおしたところ、その悪性化への寄与機構が明らかになった。本研究の進め方は複雑な腫瘍代謝を反映したものであり、その結果はこれまでに報告されていた内容をさらに進めるものとなり、研究計画は概ね順調に進展しているものと考える。腫瘍細胞に作用するアミノ酸として、セリンに着目した。光学異性体を変換させるserine racemaseが大腸癌で高い発現を示すことから、D-セリンが大腸癌で作用するのではないかと仮説を立てた。しかし、大腸腫瘍におけるD-セリンの含有はほとんどみられず、このことから、光学異性体の制御にserine racemaseは、最初の予想ほど大きな貢献はしていないということがわかった。serine racemaseの発現量と、種々の代謝産物を調べている過程で、serine racemaseの発現量に比例してピルビン酸量が変化することがわかった。そこで、serine racemaseの作用する経路として、光学異性体を変換させる経路ではなく、ピルビン酸を賛成する経路に着目した。serine racemaseをノックダウン、ノックアウトすると、ピルビン酸量が著明に減少した。このことから、大腸腫瘍においてserine racemaseはピルビン酸の産生に重要な役割を示していることがわかった。さらに、serine racemaseは腫瘍の増殖にも重要な役割を果たしており、このノックアウトによって腫瘍の増殖が著明に減弱することもわかった。また、アセチルCoAの産生にも関係しており、ヒストンH3のアセチル化を介して、アミノ酸がepigeneticな遺伝子変異にも関与することがわかった。また、活性酸素の産生にも、serine racemaseが関与していることも明らかにでき、抗がん剤とserine racemase inhibitorを併用することで、腫瘍抑制効果が増強されることも判明した。アミノ酸の遺伝子発現調節機構を解明する目的で本研究は行われている。本年度はserineに着目し、その光学異性体を変換させる酵素の解析を行った。大腸癌においては、腸内細菌がD-アミノ酸を利用していることから、光学異性体と大腸癌の関係を解析する予定で研究を計画した。しかし、解析の結果、大腸癌はD-アミノ酸をほとんど含有していないことがわかり、研究を光学異性体の転換から、別の代謝物質であるピルビン酸に対するものに変更した。その結果、着目した酵素とピルビン酸代謝が密接に関与することがわかり、さらに、epigeneticな発現制御にも、この酵素が関与することがわかった。アミノ酸代謝が遺伝子発現調節を行うという現象の解明にも寄与できた。