hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低次元トポロジーの総合的研究

2001年度:京都大学数理解析研究所においてプロジェクト研究「21世紀の低次元トポロジー」を開催した.このプロジェクトは1年間にわたるもので,数理研に国内外から低次元トポロジーの研究者を集め集中的に研究を行った.海外からの参加者は50名程度であり多くの講演と活発な討論が行なわれた.これによって,低次元トポロジーにおける種々の分野,特に3次元多様体の組み合わせ的な研究,4次元空間内の曲面結び目の研究,結び目や3次元多様体の量子不変量の研究に新たな見地を見出した.2002年度:主に2001年度に得られた研究成果を発表するとともに情報交換を行ない,我々の結果を広く理解してもらうとともに今後の研究の目標を立てることができた.4月に研究代表者と村上順は,カナダ・ケベック大学モントリオール校で開かれた体積予想に関する研究集会に招待され講演を行なった.体積予想というのは,R.Kashaevの予想を村上順と研究代表者が一般化したものであり,Jones多項式を初めとする量子不変量と幾何構造を結びつけるという意味から多くの研究者の注目を集めている.また,小林は7月に韓国高等高等理工学研究所に招かれて,3次元多様体論についての連続講義を行ない,谷山は8月に中国西安で開かれた,国際数学者会議のサテライト会議「Geometric Topology」においてグラフの成す絡み目に関する招待講演を行なった.大槻はこれまでに得られた量子不変量に関する成果を専門書「Quantum invariants,-Astudyof knots,3-manifolds, and their sets」の形にまとめた.2001年度:京都大学数理解析研究所においてプロジェクト研究「21世紀の低次元トポロジー」を開催した.このプロジェクトは1年間にわたるもので,数理研に国内外から低次元トポロジーの研究者を集め集中的に研究を行った.海外からの参加者は50名程度であり多くの講演と活発な討論が行なわれた.これによって,低次元トポロジーにおける種々の分野,特に3次元多様体の組み合わせ的な研究,4次元空間内の曲面結び目の研究,結び目や3次元多様体の量子不変量の研究に新たな見地を見出した.2002年度:主に2001年度に得られた研究成果を発表するとともに情報交換を行ない,我々の結果を広く理解してもらうとともに今後の研究の目標を立てることができた.4月に研究代表者と村上順は,カナダ・ケベック大学モントリオール校で開かれた体積予想に関する研究集会に招待され講演を行なった.体積予想というのは,R.Kashaevの予想を村上順と研究代表者が一般化したものであり,Jones多項式を初めとする量子不変量と幾何構造を結びつけるという意味から多くの研究者の注目を集めている.また,小林は7月に韓国高等高等理工学研究所に招かれて,3次元多様体論についての連続講義を行ない,谷山は8月に中国西安で開かれた,国際数学者会議のサテライト会議「Geometric Topology」においてグラフの成す絡み目に関する招待講演を行なった.大槻はこれまでに得られた量子不変量に関する成果を専門書「Quantum invariants,-Astudyof knots,3-manifolds, and their sets」の形にまとめた.平成13年度京都大学数理解析研究所プロジェクト「21世紀の低次元トポロジー」の一環として下記の研究集会を開催した.1.短期共同研究「3次元多様体のHeegaard分解とDehn手術及びそれらに関連した話題について」(6月11日15日)2.短期共同研究「4次元多様体と曲面の埋め込み」(7月23日25日)3.短期共同研究「結び目と3次元多様体の不変量に関するトポロジー」(9月17日21日)4.共同研究集会「明日の低次元トポロジー」(1月7日1月10日)また,毎週数理研で低次元トポロジー関係のセミナーを行い,国内外からの研究者による講演とともに活発な議論を行った.このプロジェクトに関連して京大数理研に3ヶ月ずつ滞在したM. Scharlemann氏,J.Schultens氏,D. Thurston氏,V. Turaev氏には連続講義をお願いし,現在講義録を作成中である.研究分野は低次元トポロジーとそれに関わる領域をほぼカバーしており,今後のこの分野の目指すべき道を示唆することができたと考える.プロジェクト全体を通じての参加者は約100名,そのうち半数程度が海外からの参加者であった.これは,本研究のテーマである低次元トポロジーの研究における日本の占める割合が大きくなっていることを示すものであり,今後の国内研究者にとって大いに励みとなることであろう.また,.研究代表者をはじめとする研究分担者にとっても,現在どんな研究が世界で関心をもたれているかを知ることができ今後の研究に生かすことができる.2001年度:京都大学数理解析研究所においてプロジェクト研究「21世紀の低次元トポロジー」を開催した.このプロジェクトは1年間にわたるもので,数理研に国内外から低次元トポロジーの研究者を集め集中的に研究を行った.海外からの参加者は50名程度であり多くの講演と活発な討論が行なわれた.これによって,低次元トポロジーにおける種々の分野,特に3次元多様体の組み合わせ的な研究,4次元空間内の曲面結び目の研究,結び目や3次元多様体の量子不変量の研究に新たな見地を見出した.2002年度:主に2001年度に得られた研究成果を発表するとともに情報交換を行ない,我々の結果を広く理解してもらうとともに今後の研究の目標を立てることができた.

4月に研究代表者と村上順は,カナダ・ケベック大学モントリオール校で開かれた体積予想に関する研究集会に招待され講演を行なった.体積予想というのは,R.Kashaevの予想を村上順と研究代表者が一般化したものであり,Jones多項式を初めとする量子不変量と幾何構造を結びつけるという意味から多くの研究者の注目を集めている.また,小林は7月に韓国高等高等理工学研究所に招かれて,3次元多様体論についての連続講義を行ない,谷山は8月に中国西安で開かれた,国際数学者会議のサテライト会議「Geometric Topology」においてグラフの成す絡み目に関する招待講演を行なった.大槻はこれまでに得られた量子不変量に関する成果を専門書「Quantum invariants,-Astudyof kmots,3-manifolds, and their sets」の形にまとめた.
筋の至適方向に基づく上肢リハビリテーション手法の開発：ロボットによる支援と定量化

本研究では、脳卒中による片麻痺等の運動障害を対象とし、筋の至適方向(PD: Preferred direction)に基づいた上肢運動機能のリハビリテーション手法の開発を目的とした。本研究により、筋骨格系の影響を考慮した脳卒中片麻痺患者の運動機能障害モデルを構築し、それにより筋のPDに着目した新たなリハビリテーション手法を提案した。さらに、提案手法を適用することで上肢の運動機能を回復を実現するリハビリテーション支援ロボットを開発した。本研究では脳卒中片麻痺による上肢の運動機能障害を対象とし、筋活動の至適方向(PD: Preferred direction)に基づいたリハビリテーション手法の確立、およびそれを支援するためのロボット技術の開発を目的としている。平成26年度は、神経細胞および筋活動の至適方向(PD: Preferred direction)の特性に着目した新たなリハビリテーション手法を提案し、脳卒中片麻痺後の機能回復過程を再現した数値実験によって提案手法の有効性を検証した。数値実験では、神経回路モデルおよび筋骨格系モデルによって脳卒中後の機能回復モデルを構築した。構築したモデルでは、正常な状態においてサルを使った電気生理学実験によって確認されている結果と同様に第2象限および第4象限に拡がる神経細胞のPDの分布が再現された。続いて、正常な状態から主に肘および肩の進展動作に寄与する神経細胞を排除し、それを脳卒中後の状態として定義した。そのように定義した脳卒中モデルに対して、関節の目標トルクと出力トルクを一致させるように神経回路を学習させることで、リハビリテーション過程を再現した。その結果、欠損した領域のPDが回復することはなく、正常時の状態とはかけ離れた形状となった。これは、通常の機能回復過程では、上肢のリハビリテーションに不十分である可能性を示すものである。一方で、提案する筋活動PDに基づいたリハビリテーション手法を用いた場合には、通常の機能回復過程よりも良好な結果となり、正常時の状態に類似した神経細胞PDの状態を回復することができた。今後、計測実験によって計算モデルおよび提案するリハビリテーション手法の検証を行うとともに、それを実現するためのロボット技術の確立を目指す。本研究では脳卒中片麻痺による上肢の運動機能障害を対象とし、筋活動の至適方向(PD: Preferred direction)に基づいたリハビリテーション手法に加え、それを支援するためのロボット技術の開発を目的としている。当該年度は、上肢リハビリテーション支援ロボットの開発を行った。開発したロボットは3つのモータを有し、肩、肘および手首の各関節に独立したトルクを生成することで、運動の支援、または運動負荷を与える事が可能である。その際、各関節はロボットに内蔵された組み込み型のコンピュータによってリアルタイムに制御される。さらに、肘および肩関節をハードウェア的に連動させることで協調動作を実現する二関節筋機構を有しており、本研究において提案されるリハビリテーション手法の検証および実践に使用することが可能である。一方で、健常者および障害当事者を対象に、提案するリハビリテーション手法に検証を行うために実験環境を構築し、予備実験を実施した。その結果、現在の実験環境では不十分であることが判明したため、実験条件等の詳細な見直しが必要であることが明らかとなった。今後、実験環境を改善し、本来の目的であった検証実験を早急に実施する予定である。その他、昨年度までの研究成果は、すでに国際学会等においても発表しており、最終的にそれらの内容を3本の論文としてまとめ、すべて国際学術誌に投稿済みである。当該年度は、(1)健常者および脳卒中片麻痺患者を対象とした上肢運動中の筋活動PDの計測によるリハビリテーション手法の検証、ならびに(2)本研究において提案するリハビリテーションを実現するための上肢リハビリテーション支援ロボットの開発が目標であった。(1)では筋活動PDを計測する実験環境を構築し、健常者を対象とした予備実験を実施した。しかし、その結果、予備実験で使用した実験環境では目的としていたリハビリテーション手法の検証に不十分であることが判明し、実験条件等の見直しが必要となった。そのため、本来の目標は達成できていないが、実験に不可欠となる新たな要件が明らかとなったことから、研究としては十分な進展があったと考えている。(2)では、肩、肘および手首の関節に独立した外的なトルクを付与することが可能な上肢リハビリテーション支援ロボットを開発した。開発されたロボットは、筋活動のPDに基づき、運動を支援または阻害することで筋活動のPDを任意に操作し、一次運動野および運動生成に関わるその他の脳部位に対し、脳の可塑性に基づいた再学習を促進することで効率的な機能回復の実現を目指している。今後、ロボットの制御ソフトウェアの開発および必要に応じたハードウェアの改良を実施する予定である。当該年度は、上肢リハビリテーション支援ロボットの制御ソフトウェアを開発し、健常者を対象とした予備実験を実施した。予備実験では、被験者が手先を目標位置に移動される到達運動課題、および手先の力を任意の大きさと方向に制御する等尺性運動課題の2種類の実験課題を実施し、その際の筋電位を計測することで筋のPDを計測した。さらに、それぞれの課題の遂行中に、肩および肘関節が発生している関節トルクに応じた外力をそれぞれの関節に印加することで、外的な作用によって筋活動のPDを任意に変調させられることを確認した。以上の結果より、本研究課題で提案するリハビリテーション手法が実現可能であることが判明し、本提案手法の実用化に向けて飛躍的な進展を遂げられたと考えている。

一方で、今年度は研究代表者の異動のため、当初計画していた研究計画のうちの一部を実施することができなかった。しかし、実験環境等を十分に整備することができたため、今後、研究の進度は飛躍的に改善することが期待できる。そのため、今年度に達成できなかった研究計画については早急に実施すること可能であると考えている。さらに、当該研究で提案したリハビリテーション手法の実用化に向け、今後も継続的にエビデンスとなるデータを蓄積していく予定である。本研究では、脳卒中による片麻痺等の運動障害を対象とし、筋の至適方向(PD: Preferred direction)に基づいた上肢運動機能のリハビリテーション手法の開発を目的とした。本研究により、筋骨格系の影響を考慮した脳卒中片麻痺患者の運動機能障害モデルを構築し、それにより筋のPDに着目した新たなリハビリテーション手法を提案した。さらに、提案手法を適用することで上肢の運動機能を回復を実現するリハビリテーション支援ロボットを開発した。平成26年度は、脳卒中片麻痺による運動機能障害が筋活動のPDに与える影響を明らかにするための準備段階として、上肢の筋活動のPDを計測するための上肢運動計測装置を構築し、健常者を対象にした計測実験を実施することを計画していた。しかし、上肢運動計測装置を構成するロボットアーム型力覚提示装置の選定および調達に予想以上に時間が取られてしまい、平成26年度内において上肢運動計測装置の構築は完了したものの、健常者を対象とした計測実験を実施することができなかった。現在、平成27年度の早い段階で計測実験を実施できるように準備を進めており、一刻も早く遅れを取り戻したいと考えている。一方で、本研究で提案するリハビリテーションの効果について筋骨格系モデルを用いた数値実験によってその有効性を示した。さらに、リハビリテーション支援ロボットについては、すでに詳細な仕様の検討も進められている。これは平成27年度の実施を予定していたものであり、当初の計画よりも早く進行している。見直しを行った新たな実験条件において、健常者および脳卒中片麻痺患者を対象に本研究課題において提案するリハビリテーション手法の検証実験を実施する。その際に、手先座標系および関節座標系における筋活動のPDを計測し、健常者および障害当事者における筋の至適方向の差異を比較することで、脳卒中が筋のPDに与える影響を明らかにする。また、開発した上肢リハビリテーション支援ロボットの制御ソフトウェアを開発するとともに、そのロボットを用いて腕の各関節に外力を付与することで、筋のPDが外的な作用によって変調可能であることを示す。これによって得られた結果は、今後、本研究課題において提案したリハビリテーション手法に関する臨床実験を行う際の重要な根拠となると考えている。28年度が最終年度であるため、記入しない。
強擬凸領域のBergman核に現われる大域的双正則不変量

この研究の目標は強擬凸領域におけるベルグマン核の漸近展開から領域の大域的双正則不変量を構成することであった.研究の第一段階では漸近展開の-1次の係数の境界上での積分が大域的双正則不変量を与えることを示し,さらにこの積分がホモトピー不変,すなわち強擬凸領域の滑らか等変形に関して一定,であることを証明した.この証明には柏原によるベルグマン核の超局所解析の理論を用いた.柏原の理論を用いて積分不変量の値を評価することは困難である.そこで研究の第二段階ではこの積分不変量の具体例での計算を試みた.まず被積分関数であるベルグマン核の展開の係数を境界の田中-ウエブスター曲率を用いて表示した.この表示を積分することにより任意の2次元領域,およびケーラー多様体上の円盤束として与えられる3次元領域では積分不変量が0であることを示した.不変量が0にならない例の構成を目標としていたが,今のところそのような例は見つかっていない.さらに一般の領域で積分不変量を計算するには被積分関数をより単純な形で表示する必要がある.そのために第三段階ではベルグマン核の不変式論の応用を考えた.フェッファーマン等によって開発された放物型不変式論をもちいれば,ベルグマン核の漸近展開の係数を領域に付随するローレンツ計量の曲率のワイル不変式として表すことができる.被積分関数に対してこの手続きを実行し,ワイル不変式の具体的に書き下した.この表示は被積分関数と局所双正則不変量の具体的な関係を与えている.ワイル不変式の境界積分を計算する(評価する)のが今後の課題である.この研究の目標は強擬凸領域におけるベルグマン核の漸近展開から領域の大域的双正則不変量を構成することであった.研究の第一段階では漸近展開の-1次の係数の境界上での積分が大域的双正則不変量を与えることを示し,さらにこの積分がホモトピー不変,すなわち強擬凸領域の滑らか等変形に関して一定,であることを証明した.この証明には柏原によるベルグマン核の超局所解析の理論を用いた.柏原の理論を用いて積分不変量の値を評価することは困難である.そこで研究の第二段階ではこの積分不変量の具体例での計算を試みた.まず被積分関数であるベルグマン核の展開の係数を境界の田中-ウエブスター曲率を用いて表示した.この表示を積分することにより任意の2次元領域,およびケーラー多様体上の円盤束として与えられる3次元領域では積分不変量が0であることを示した.不変量が0にならない例の構成を目標としていたが,今のところそのような例は見つかっていない.さらに一般の領域で積分不変量を計算するには被積分関数をより単純な形で表示する必要がある.そのために第三段階ではベルグマン核の不変式論の応用を考えた.フェッファーマン等によって開発された放物型不変式論をもちいれば,ベルグマン核の漸近展開の係数を領域に付随するローレンツ計量の曲率のワイル不変式として表すことができる.被積分関数に対してこの手続きを実行し,ワイル不変式の具体的に書き下した.この表示は被積分関数と局所双正則不変量の具体的な関係を与えている.ワイル不変式の境界積分を計算する(評価する)のが今後の課題である.
TGFβスーパーファミリーのリセプターcDNAの単離

TGFβスーパーファミリーに属する因子、特にTGFβは細胞の増殖と分化の調節、創傷治ゆ、骨のリモデリングそして造血過程等において、多くの重要な役割を果たしていると考えられている。なかでもその細胞増殖の抑制作用は、癌研究等の見地から注目されている。筆者らはこれらの機構を解明することを目的に、これらの因子のリセプター遺伝子の単離を試みた。TGFβタイプ2リセプターの内、保存度の高い配列をプローブとし23個のクローンを拾った。これからの解析が必要である。また筆者らは増殖抑制の機構を解明する目的でヒト肺カルシノーマA549細胞を用いTGFβの作用を観察し、TGFβ処理により細胞の形態が大きく変化し上皮細胞様細胞から伸張したフラットな線維芽細胞様細胞に変化することに気付いた。TGFβ処理で細胞の形態が変化することは従来の報告にもあるが筆者らは形態変化と同時に軟寒天培地上でのコロニー形成能、増殖速度、細胞の飽和密度等の癌細胞特有の形質が低下もしくは喪失することを見出しTGFβによる細胞形態変化と癌細胞特有の形質の喪失が関係していると考えた。CHOKI細胞をcAMP誘導体で処理すると上記の場合と同様に上皮細胞様から線維芽細胞様への形態変化と同時に、細胞の癌細胞形質が喪失することが知られ、リバーストランスフォーメーション、とか再分化とか呼ばれている。筆者らはTGFβによるこれらの変化がリバーストランスフォーメーションと類似した現象であると提案している。さらにTGFβのスーパーファミリーに属する色々な因子で同様の現象がおこるかどうかを調べ様々な結果を得た。歯周病のための基礎研究として,現在骨吸収をはじめ,骨代謝全般の研究が行われている。その一環としてTGHbetaスーパーファミリーに属する因子のリセプターcDNAの単離を試みた。TGF-betaスーパーファミリーには、TGF-beta,骨形成因子(BMP),アクチビン,インヒビン等が属する。TGF-beta自身軟骨を誘導する活性をもち,BMPは2型から8型までがこのスーパーファミリーに属する。またこのファミリーのアクチビンも骨形成に重要な役割をはたすと考えられている。これら因子のリセプターは,アクチビン,TGF-betaでリセプターcDNAが単離され、セリン/スレオニン型のプロテインキナーゼであることがわかっており,アミノ酸配列を比べるとスーパーファミリーのリセプター間でよく保存された領域がある。筆者はPCR法によりTGF-betaのタイプIIリセプターcDNAの一部(よく保存されたキナーゼ領域)を合成し、pLXベクターにくみこみ,プローブとして用いた。これを用いヒト骨芽細胞系細胞のcDNAライブラリー(Xgtll)によりスクリーニングを試みた。その方法で一次スクリーニングの結果として数個のプラークがえられた。現在解析を継続中である。またヒト及びマウスの線維芽細胞るcDNAライブラリーからも同様の手法で単離を試しつつある。一方IPTGにより,くみこまれたcDNAのタン白質を発現させ,抗ホスホセリン,抗ホスホチロシン抗体により,より一般的なプロテインキナーゼの単離も試みたが,これは否定的な結果となった。TGFβスーパーファミリーに属する因子、特にTGFβは、細胞の増殖と分化の調節、wound healing,骨のremodeling,そして造血過程等において、多くの重要な役割を果たしていると考えられている。なかでもその細胞増殖の抑制作用は、癌研究等の見地から、注目されている。筆者らはこれらの機構をより解明することを目的にこれらの因子のリセプターの単離をこころみた。TGFβtype2リセプターの内、保存度の高い配列をプローブとし2-3個のクローンを拾った。また筆者らは増殖抑制の機構を解明する目的でhuman lung carcinoma株化細胞A549を用いてTGFβの作用を観察してきたが、TGFβ1処理によりA549細胞の形態が大きく変化し上皮細胞様細胞から伸張したフラットな線維芽細胞様細胞に変化することに気付いた。

TGFβ1処理で細胞の形態が変化することは従来の報告にもあるが筆者らは形態変化と同時に軟寒天培地上でのコロニー形成能、増殖速度、細胞の飽和密度等の癌細胞特有の形質が低下もしくは喪失することを見いだし、TGFβ1による細胞形態変化と癌細胞特有の形質の喪失が関係していると考えた。
異文化理解に基づく日中両言語の語彙研究

中国小説『紅楼夢』を日本語版『紅楼夢』を比較研究し,両言語の呼称語の対照研究を行うことを目的とする。“姐姐,妹妹"の日本語訳を松枝茂夫訳・伊藤漱平訳・飯塚朗訳・井波陵一訳からそれぞれ漏れなく抽出し,その訳し方を統計し,比較する。“姐姐,妹妹"をそれぞれ“親戚呼称語"と“非親戚呼称語"に分けてその訳し方の実態を調査し,記述する。“姐姐,妹妹"に対応する訳語の訳し方の原理やメカニズムを認知語用論的アプローチから究明する。
傷害網膜に誘導された組織幹細胞の機能発現とその眼内制御機構に関する研究

網膜組織幹細胞の分化、増殖に関わる分子の探索とその制御機構を網膜傷害モデル動物および眼疾患サンプルを用いて解析した。網膜傷害モデルでは非ステロイド抗炎症薬投与により炎症性サイトカインであるIL-6スーパーファミリーに属するCNTFの発現ならびに移植された神経幹細胞のグリア分化を抑制することができた。眼疾患サンプルを用いた解析では白内障、緑内障、網膜疾患特異的に炎症サイトカイン、細胞増殖因子、アミロイド関連タンパク質の発現上昇が明らかになった。網膜剥離、黄斑上膜疾患を有する硝子体液には網膜色素上皮細胞の分化、形質転換誘導作用があり、smad、NF-κBのリン酸化シグナルの関与が明らかになった。・網膜幹細胞の単離、同定:FACSで二次元展開して得られるside population(SP)細胞をマウス胎仔網膜、成体毛様体より獲得した。マウス胎生16日網膜ではSP細胞が同定され、これらを浮遊培養したところ、ニューロスフェア様の細胞集団塊が得られた。これら一次スフェア細胞を分離し、二次スフェアの形成を観察したが、スフェアの形成は認められなかった。一次スフェア細胞を培養皿で培養し、分化させたところ、視細胞マーカーであるロドプシン陽性細胞が認められた。成体毛様体ではスフェアアッセイにより一次、二次スフェアを得ることができ、網膜特異的ニューロンへの分化が確認された。・網膜幹細胞分化に関わる分子の探索(1)疾患モデル動物に関与する分子群の解析:angiopoietin-related proteins (ARPs)のひとつ、ARP4の発現上昇によりが網膜血管発生、病的血管新生において血管内皮細胞の増殖を抑制し、血管壁の病的な漏出も改善されることが明らかになった。糖尿病網膜症の眼内臨床サンプルにおいてもARP4の発現が認められた。また炎症性サイトカインであり、神経幹細胞、網膜分化に影響が知られているIL-6が眼疾患モデル動物、さらに白内障術後の眼内で発現が上昇していることが明らかになった。(2)眼内増殖に関与する分子メカニズムの解析:網膜幹細胞の細胞源の候補である網膜色素上細胞の分化転換メカニズムについてARPE-19培養上清に眼内臨床サンプルを添加し、増殖、分化を観察した。(3)神経細胞の生存・維持に影響する分子の解析:神経細胞の生存に関わる神経栄養因子の軸索輸送に関して、生体内での輸送を可視化できるモデル動物を作成し、その障害のメカニズムを解析する実験系を確立させた。(1)網膜幹細胞の単離・同定:FACSで二次元展開して得られるside population (SP)細胞をマウス胎仔網膜、成体毛様体より獲得した。マウス胎生16日網膜ではSP細胞が同定され、浮遊培養によりニューロスフェア様の細胞集団塊が得られた。これらを培養皿で培養し分化させたところ、網膜特異的ニューロンへの分化が確認された。LIF、TGFーβ添加によりグリアへの分化誘導を確認した。成体毛様体細胞ではスフェアアッセイにより一次、二次スフェアを得ることができ、EGF、FGF添加により、増殖能の増強効果を確認した。またロドプシン陽性細胞への分化を観た。眼内で疾患特異的に発現上昇の見られたVEGF、IL-6について増殖・分化への影響をみた。(2)網膜幹細胞分化に関わる分子の探索:術中サンプル(前房水、硝子体液)の各種サイトカイン濃度をマルチプレックスアッセイ法を用いて網羅的に検索した。うち幹細胞増殖作用を有するVEGF、網膜分化に影響するIL-6について、疾患別に検討した。白内障術後では1年以上、前房内のIL-6濃度が高値であることが判った。糖尿病網膜症ではIL-6、VEGFともに高値であった。また術中サンプル(網膜増殖組織)について増殖細胞の同定を組織学的に行なった。PDRでは増殖細胞は炎症細胞、血管内皮細胞、グリアが混在存在しており、ERMではミクログリアの増成が優位に観察された。・Fluoresence Activated CellSorter(FACS)を用いた網膜幹細胞の単離FACSで二次元展開して得られるside population(SP)細胞の獲得をマウス胎仔網膜、成体毛様体で試みた。これら一次スフェア細胞を分離し、再度、浮遊培養し、二次スフェアの形成を観察したが、二次スフェアの形成は認められなかった。一次スフェア細胞を培養皿で培養し、分化させた後、細胞を網膜、神経特異的抗体を用いた免疫染色を用いて同定したところ、視細胞マーカーであるロドプシン陽性細胞が認められた。成体毛様体ではスフェアアッセイにより一次、二次スフェアを得ることができ、網膜

特異的ニューロンへの分化が確認された。・網膜幹細胞分化に関わる分子の探索(1)疾患モデル動物に関与する分子群の解析:angiopoietin-related proteins (ARPs)のひとつ、ARP4の発現上昇によりが網膜血管発生、病的血管新生において血管内皮細胞の増殖を抑制し、血管壁の病的な漏出も改善されることが明らかになった。糖尿病網膜症の眼内臨床サンプルにおいてもARP4の発現が認められた。また炎症性サイトカインであり、神経幹細胞、網膜分化に影響が知られているIL-6が眼疾患モデル動物、さらに白内障術後の眼内で発現が上昇していることが明らかになった。(2)神経細胞の生存・維持に影響する分子の解析:神経細胞の生存に関わる神経栄養因子の軸索輸送に関して、生体内での輸送を可視化できるモデル動物を作成し、その障害のメカニズムを解析する実験系を確立させた。疾患において発現上昇する分子の探索に関しては疾患モデル動物と疾患サンプルの解析により計画通り進展している。網膜幹細胞は神経幹細胞と比較して、増殖能が低く、現在のFACSを用いた方法では単離される細胞の量が限られていたが、パンニング法による細胞単離法が可能になった。また昨年度新たに眼内増殖に関わる網膜色素上皮細胞の観察評価が可能になったことで、新たな実験系が得られた。網膜幹細胞は神経幹細胞と比較して、増殖能が低く、現在のFACSを用いた方法では単離される細胞の量が限られていることから、単離法の開発が必須で、現在、パンニング法等の検討を行なっている。また昨年度新たに神経生存に関わる神経軸索輸送の可視化が可能になったことで、新たな実験系が得られた。網膜幹細胞の単離効率を挙げるため、パンニング法に用いる特異抗原分子の探索を行なう。新たな単離法を確立させる予定である。疾患モデル解析をすすめ新たな分子機構を明らかにし、網膜幹細胞への影響をみる。網膜移植において分化増殖に関わる眼内因子の影響を明らかにするため、前年度に引き続き、疾患において炎症系サイトカインを中心に発現上昇する分子の探索を行なう。すでに術後に長期に上昇することが明らかになったIL-6について、幹細胞移植後の発現ならびに移植後IL-6を添加した際の分化増殖を観察し、影響を検討する。網膜移植に細胞源、宿主側両方に重要な役割を担う網膜色素上皮の分化転換について影響を与える分子の探索を行なう。網膜幹細胞の単離効率を挙げるため、パンニング法など新たな単離法を確立させる予定である。影響の検討において現時点でin vitroの解析にとどまっており、今年度はin vivoの実験を進め、臨床応用に近い形での解析を展開させる。前年度に引き続き、臨床サンプルの解析をin vitroで行なう。幹細胞の増殖分化に影響を与えることが確認できた分子についてはその制御機構の解析を進める。
ES細胞より分化誘導した知覚神経前駆細胞を用いた慢性疼痛の病態解明

我が国の疫学調査によると、20才以上の成人のうちの39.3%が慢性疼痛に罹患していることが明らかになっている。従って慢性疼痛は本邦の国民病であると言える状況にある。慢性疼痛の病態機構を解明する為に、初代培養知覚神経細胞を使用することは極めて有用と考えられるが、採取量が制限されるためあまり普及していない。もし胚性幹細胞(= ES細胞)や人工多能性幹細胞(= iPS細胞)から知覚神経細胞へ100%分化誘導ができれば、均一な知覚神経細胞を十分量確保することが可能となる。そこで本研究では、ES細胞やiPS細胞からの知覚神経細胞への分化誘導法の確立と、慢性疼痛の病態機構の解明を目的とする。
赤芽球と巨核球分化の振り分け機構の解析

赤芽球系細胞と巨核球系細胞は分化の過程において他系統よりきわめて近い関係にあると思われるので、本研究では特に赤芽球と巨核球分化に注目し、その分化決定のメカニズムについて検討した。(1)巨核球の分化に関与するTPOレセプター機能ドメインの同定:巨核球分化に関与するTPO受容体の機能ドメインを同定することは巨核球への分化決定のメカニズムを解明するうえで重要である。UT-7/EPO細胞株にTPO受容体をコードするc-mplcDNAを遺伝子導入して作製したトランスフェクタントはTPOによって成熟巨核球への分化するので、この系を用いてc-mpl deletion mutantを作製し、c-mplの分化に関与する機能ドメインを同定した(JBC印刷中)。(2)赤芽球分化とシグナル伝達分子:本研究で用いたUT-7/GM細胞株はGM-CSFで未分化のまま長期維持され、GM-CSFのかわりにEPOを添加すると一週間で殆どの細胞がヘモグロビン陽性の赤芽球へ分化する。しかもこの赤血球分化はGM-CSF存在下で完全に阻止されるので、赤血球分化のon/off switchをGM-CSFやEPOによって制御できる(Blood印刷中)。しかもGM-CSFやEPOは生理的な因子なので、この実験系はより正常に近いモデルと考えられる。この実験系を用いてわかったことは、(a)UT-7/GMをGM-CSFで刺激するとSTAT1α、STAT3、STAT5が誘導されるが、EPOで刺激するとSTAT5のみが誘導され、STAT1αとSTAT3は誘導されない。しかし同時にGM-CSFを添加し、赤芽球分化を阻止するとSTAT1αとSTAT3が誘導されるようになる。(b)EPO添加によりG1期が延長し、GM-CSF添加によりこのG1期延長が解除される。このことはG1期延長が赤芽球分化の引き金になるとするCarrollらの説を支持するものである。(c)UT-7/GM細胞にSTAT1αあるいはSTAT3cDNAを遺伝子導入し、強制発現させると、EPOによる赤血球分化は、有意に阻止される。STAT1αとSTAT3の両方を同時に発現させると、この分化抑制効果はさらに増強した。以上のことからシグナル伝達分子と赤血球分化機構との接点を見出すことができた。
DNAトボイソメラーゼを標的とした癌化学療法のための基礎的研究

DNAの高次構造変換を触媒するDNAトポイソメラーゼ(トポ)は種々の遺伝子機能の発現に関与することが示唆されているものの、その酵素の機能ドメイン構造及びin vivo機能の分子機構は不明である。酵母のトポIIはリン酸化・脱リン酸化による活性の調節を受け、突然変異部位とin vitro・in vivoの活性発現との関連からDNA結合活性、触媒活性等のドメインがあることが分かった。また、人為的遺伝子改変により、酵素のC端部は活性発現に不要であることが示された。ヒトのトポIもリン酸化蛋白であり、モノクローン抗体により認識される霊長類トポIに特異的な部位がある事を示した。複製、転写の核内の場と考えられる核マトリックスに120KDa,75KDaタンパクよりなる超ラセンDNAの結合部位が存在することを示唆した。癌の化学療法において、癌細胞の薬剤に対する耐性獲得は深刻な問題となっており、その機構解明は急務である。そこでトポIを標的とするカンプトテシン(CPT)に対する耐性獲得はトポI酵素自身の変異に由来することが明確に示されたが、トポIIを標的とするエトポシド、ノボビオシン等に対する耐性獲得の機構は未だ不明である。またトポII阻害剤を含む多剤に対する耐性(mdr)獲得は、P糖蛋白の過剰発現による事が示された。トポI阻害剤CPT-11を中心とした種々の化学療法を用いた併用療法において、単純な同時投与よりも併用剤の時間差投与のほうがより効果的な場合がしばしば観察されたので、癌患者の治療に当たっては、よりきめこまやかな投与設計が検討されるべき事が示された。
職域健康格差と職業要因によるヘルスリテラシーとソーシャルキャピタルの構築の関連

本研究の仮説は次の2つである。1ヘルスリテラシーやソーシャル・キャピタルの醸成は職場環境や労働態様によって影響を受ける。2両者の交互作用によって労働者の在職中から退職後の保健行動、セルフケアが規定される。これらを横断的研究と追跡研究の2つの方法で評価することである。平成30年度は、対象事業所の既存資料の収集と横断的分析を行った。対象事業所では、集団、個別にヘルスリテラシーの醸成を図る啓発活動がなされてきた。特にターゲットとしてきた生活習慣(肥満、喫煙、多量飲酒、運動習慣なし、高血圧未治療、糖尿病未治療)の保有割合から現状の分析を行った。解析対象者は7952人(男5700人、女2252人)である。その結果、男性はJSH2度高血圧以上で未治療は2.9%、HbA1c7%以上で未治療は0.5%、肥満(BMI25以上)は26.9%、多量飲酒者5.5%、喫煙者36.7%、余暇運動なし62.5%であった。女性はJSH2度高血圧以上で未治療1.8%、HbA1c7%以上で未治療0.3%、肥満15.2%、多量飲酒者3.2%、喫煙者8.1%、余暇運動なし74.8%であった。これら6つの要素のうち3つ以上集積していたのは男性9.6%、女性は2.8%で、加齢とともに割合が高くなっていた。また、2019年度に実施する質問紙調査ヘルスリテラシーとソーシャル・キャピタルに関する質問紙調査項目の選定及び確定作業を行った。ヘルスリテラシーの測定にはThe European Health Literacy Society(HLS-EU)で開発されたHLS-EUーQ47の日本語訳を用い、ソーシャル・キャピタルは岡山大学疫学・衛生学分野で開発したものを用いることとし、それぞれ作者の許諾を得た。対象事業所の全従業員を対象にヘルスリテラシーとソーシャルキャピタルに関する質問紙調査を実施する予定であるが、受け入れ側の事業所が独自の調査を行う予定があり、時期を半年ほど後にする必要が生じたため、スケジュールが若干遅れた。対象事業所の責任者および労働者の代表で構成される委員会での承認を受けた後、全数を対象に質問紙調査を実施する。予定は2019年9月。既存資料の収集を行う。質問紙調査を次年度に行うことになったため、委託費(質問紙作成費、データ入力費)の使用が行えなかった。2019年度は、委託費(質問紙作成費、データ入力費)に使用する。
回分式活性汚泥処理における硝化菌および脱リン菌の動態予測モデルの開発

本研究では、回分式活性汚泥プロセスにおける生物学的脱リン現象を有機物除去や窒素除去と同時に評価可能な非定常モデルを開発することを目的として、100L規模の回分装置による連続実験とモデル開発とその検証を行った。まず、IAWQ活性汚泥モデルNO.2(IAWQ ASM2)基礎に、非定常な過程や運転管理条件に関する検討が可能な数学モデルを開発した。モデルの検証のために、定常処理水質データおよび安定状態で外乱を与えた応答実験における水質変動を得た。そして、導入された動力学モデルのパラメータの同定や感度解析を行い、栄養塩類の挙動に深く関わる因子の抽出を行った。さらに、窒素やリンの除去制御の運転管理の最適化を検証可能な数学モデルへと仕上げた。1.モデルの開発と改良およびその検証モノ-型基質除去速度式を基礎としたモデルでは、回分条件での有機物除去は適切に再現できないものの、窒素除去過程やリン除去過程は精度良く再現できる。IAWQASM2のままでは、定常処理水のリン濃度を的確に表現できないこと、脱リン細菌による脱窒機能の組み込みが必要であることを明らかとした。組み込んだ結果、定常状態だけでなく、外乱として硝酸塩を添加した応答実験での非定常な水質変動をも再現可能となった。2.活性汚泥中菌群組成の変動の評価硝化と脱リン機能のない活性汚泥を植種源として、嫌気好気運転した活性汚泥のキノンプロファイルを調査し、脱リン機能と相関のあるキノン種を探索した。汚泥微生物群組成の動態や活性変化とキノンプロファイルとの関連して検討した。また、キノンプロファイルは基質組成に依存する可能性を指摘した。3.脱窒・脱リンの最適化手法の提案と計測制御システムの検討実務者用に運転管理を検討するシステムの根幹であるの回分式活性汚泥法処理モデル部分が、第一段階レベルとして完成した。本研究では、回分式活性汚泥プロセスにおける生物学的脱リン現象を有機物除去や窒素除去と同時に評価可能な非定常モデルを開発することを目的として、連続実験とモデル開発とその検証を行った。1.100L規模の実験装置による細密な脱リン実験:人工下水(グルコース/ペプトン)を用い、硝化や脱リン機能を有しない活性汚泥を植種源として、長期間連続で間欠曝気操作を組み込んだ処理実験を行った。そして、1サイクルの水質変動の遷移過程や硝化・脱窒および脱リン機能の発現に関するデータともに、安定状態での処理過程のデータを得た。そして、下記のモデル検証に利用した。2.非定常脱リンモデルの展開と検証:主として国際水環境学会(IAWQ)の活性汚泥モデルNO.2を基礎に、硝化/脱窒とリン放出/有機物摂取およびリン吸収を組み込んだ非定常モデルを作成した。そして、実験データを用いモデルの妥当性の検討や改良を行った結果、次のことが明らかとなった。1)モノ-型基質除去速度式を基礎としたモデルでは、回分条件での有機物除去は適切に再現できないものの、窒素除去過程やリン除去過程は精度良く再現できる。ただし、流入下水の組成に合わせて、提案されている動力学定数値などの標準値を一部調製する必要がある。2)連続実験データ結果を再現するには脱リン菌が、脱窒能を有していることを組み込む必要がある。また、脱リン現象を的確に表現するには、リンの過剰摂取はPHAの挙動が支配していること、そしてその蓄積に必要な酢酸の挙動を支配する加水分解と発酵過程の速度論が重要となる。

本研究では、IAWQ活性汚泥モデルNO.2(IAWQ ASM2)のほか脱リン機構に関する生化学的な学術論文の知見を基礎に、回分式活性汚泥法のための生物学的脱リンを組み込んだ非定常モデルを開発することを目指した。開発モデルの検証のために、100L規模の回分装置による人工下水処理実験データ(定常運転での処理水質および外乱を与えた応答実験での水質変動)を用いた。そして、流入水の投入方式、曝気/攪拌時間の設定方式、流入負荷変動を考慮しながら1サイクルの処理状況を再現し、窒素やリンの除去制御の最適化を検討可能な数学モデルを完成した。1.活性汚泥中菌群組成の変動の評価とモデルの検証脱リン機能のない活性汚泥から、嫌気好気運転にすることにより変化するキノンプロファイルを調査し、脱リン機能と相関のあるキノン種を探索するなど、モデルにおける汚泥微生物群組成の遷移や動態をキノンプロファイルとの関連して検討した。2.脱リンモデルの改良とその検証IAWQASM2では、回分式活性汚泥法での処理水のリン濃度を的確に表現できないこと、嫌気工程における有機物の貯蔵とリン放出の関係にpHが大きく作用する傾向を見いだした。また、沈殿・排出工程ののち残留する硝酸塩濃度によるリン溶出抑制などの検討から、脱リン細菌による脱窒機能の組み込みが必要であることを明らかとした。そして、定常状態だけでなく、外乱として硝酸塩を添加した応答実験での非定常な水質変動をもシミュレーションできた。3.脱窒・脱リンの最適化手法の提案と計測制御システムの検討運転管理を検討するための第一段階の回分式活性汚泥法のモデル化が終了した。したがって、表示に工夫をした実務者向けシステムへのモデルの組み込みを開始できる段階となった。
ポリ乳酸系ナノコンポジットからの3次元連結ナノ多孔体の創製

高度に分子設計されたポリマー/クレイ系ナノ複合材料(コンポジット)を創製し,続いてこれを用いて超臨界CO_2を利用した新規ナノコンポジット超微細発泡体(ナノセルラー)を創製した.3次元オープン構造ナノ多孔体の創製のため,ポリ乳酸の分子鎖を室温付近にて容易に加水分解する酵素触媒である, Proteinase-Kの水溶液用いて表面からの加水分解反応を利用した.分解前のナノセル構造と,加水分解条件,そして得られた3次元オープン構造との相関関係を解析して新規な3次元オープン構造ナノ多孔体の創製条件を提案することができた.高度に分子設計されたポリマー/クレイ系ナノ複合材料(コンポジット)を創製し,続いてこれを用いて超臨界CO_2を利用した新規ナノコンポジット超微細発泡体(ナノセルラー)を創製した.3次元オープン構造ナノ多孔体の創製のため,ポリ乳酸の分子鎖を室温付近にて容易に加水分解する酵素触媒である, Proteinase-Kの水溶液用いて表面からの加水分解反応を利用した.分解前のナノセル構造と,加水分解条件,そして得られた3次元オープン構造との相関関係を解析して新規な3次元オープン構造ナノ多孔体の創製条件を提案することができた.本研究では,高度に分子設計されたポリマー/クレイ系ナノ複合材料(コンポジット)を創製し,続いてこれを用いて超臨界CO_2を利用した新規ナノコンポジット超微細発泡体(ナノセルラー)を創製する.更に,この独立したナノセル構造をオープン構造に変化させることで,再生医療の足場やドラッグデリバリーを目指したナノ構造材料の創製が期待される.これまでにない全く新しい3次元オープン構造ナノ多孔体を創製することが本研究の目的である.平成22年度は,ポリ乳酸を用いて,高度に分子設計されたポリ乳酸/クレイ系ナノコンポジットを創製した.得られたナノコンポジットにおけるナノフィラーの分散状態を偏光顕微鏡(POM)および透過電子顕微鏡(TEM)にて解析し画像解析にて定量化することに成功した.そして明確に構造決定されたナノコンポジットの発泡成形を超臨界CO_2を物理発泡剤として用いて検討した.発泡成形時におけるナノフィラーの増核効果と伸長粘度におよぼす歪み硬化効果を明らかにし,ナノセル構造の創製条件を確立した.さらに,ナノセル構造の創製条件の確立を目指した.得られたナノセル構造を定量化するために,透過(TEM)ならびに走査電子顕微鏡(FE-SEM)像を高速フーリエ変換による画像解析を行い検討した.このことでマクロスコピックな情報からミクロ,ナノスコピックな情報までも視野に入れて解析できることが可能となった.そして,ナノセル構造の創製条件を確立することができた.本研究では,高度に分子設計されたポリマー/クレイ系ナノ複合材料(コンポジット)を創製し,続いてこれを用いて超臨界CO_2を利用した新規ナノコンポジット超微細発泡体(ナノセルラー)を創製する.更に,この独立したナノセル構造をオープン構造に変化させることで,再生医療の足場やドラッグデリバリーを目指したナノ構造材料の創製が期待される.これまでにない全く新しい3次元オープン構造ナノ多孔体を創製することが本研究の目的である.本年度の研究計画では,3次元オープン構造ナノ多孔体の創製のため,ポリ乳酸の分子鎖を室温付近にて容易に加水分解する酵素触媒である,Proteinase-Kの水溶液用いて表面からの加水分解反応を利用した.用いたナノセル構造体のセル径は100-200nmであり,セルの数密度は10^<13>個/cm^3となる超微細構造である.よってセルの比表面積はバルク材料と比較すると,10^3-10^4倍大きい.超微細(ナノ)セル構造体は,その膨大な表面積を利用してポリ乳酸の分解反応を進行させることが可能となった.ポリ乳酸の分子鎖の加水分解に及ばす種々の因子として,マトリックスの結晶化度,ナノセルサイズと数密度(比表面積),ナノフィラーの存在,そして,分解温度や酵素濃度等の条件が考えられた.これらの因子が分解速度に及ぼす効果を丁寧に観察して,分解挙動と得られた3次元オープン構造ナノ多孔体の構造との相関を明らかにすることができた.3次元オープン構造の解析には,走査電子顕微鏡およびその画像解析,オープン構造体のサイズの分布に関しては,水銀ポロシメトリー法により検討し,さらに3次元の空間連結性については,X-線μ-CTスキャン法により,構造の解析を行った.分解前のナノセル構造と,加水分解条件,そして得られた3次元オープン構造との相関関係を解析して新規な3次元オープン構造ナノ多孔体の創製条件を提案することができた.
イネ細胞質雄性不稔に見られる核とミトコンドリアのゲノム障害

F1ハイブリッドライス(一代雑種品種)は超多収のため、世界の稲栽培面積の12%で栽培されている。この育種には、細胞質雄性不稔性と稔性回復遺伝子が使われている。本研究では、イネにおける3種類の細胞質雄性不稔発現機構および稔性回復機構を解明した。ミトコンドリアゲノムが花粉の運命を決定していることや、核ゲノムとミトコンドリアゲノムのせめぎ合いと和解のメカニズムを明らかにするとともに、ハイブリッドライス育種へ応用するための分子基盤を明らかにした。細胞質雄性不稔性は、ミトコンドリアゲノムと核ゲノムの特定の組み合わせで花粉発育障害が起きる現象である。雄性不稔細胞質のミトコンドリアには雄性不稔の原因となるキメラ遺伝子が存在し、一方、核コードの稔性回復遺伝子はキメラ遺伝子産物の修飾を行なって障害を回避していると考えられている。本研究では、イネにおける3種類の細胞質雄性不稔/稔性回復遺伝子(BT-CMS/Rf1, LD-CMS/Rf2, CW-CMS/Rf17)を材料とし、それぞれ、雄性不稔発現機構および稔性回復機構の解明を行なうことを目的とする。イネにおける3種類の細胞質雄性不稔/稔性回復遺伝子(BT-CMS/Rf1,LD-CMS/Rf2,CW-CMS/Rf17)を材料とし、それぞれ、雄性不稔発現機構および稔性回復機構の解明を行なうことを目的とした。(1)BT-CMSの原因遺伝子と考えられているatp-6とorf79のキメラ遺伝子について、ORF79に対する抗体を用いて、ORF79タンパク質の蓄積を調査した。その結果雄性不稔系統ではORF79が蓄積すること、Rf1が存在するとORF79が蓄積しないことを明らかにし、ORF79がBT-CMSの原因遺伝子であり、Rf1はRNAプロセッシングを通してORF79の翻訳を阻害することを示唆した。(2)BT-CMSとLD-CMSでatp-6とorf79を比較した。その結果、LD-CMSにもorf79と同様の遺伝子が存在すること、Rf1によってプロセッシングを受けること、L-orf79はRf1あるいはRf2の存在の有無にかかわらず、蓄積しないことを明らかにした。LD-CMSの雄性不稔原因遺伝子がorf79では無い可能性が示唆された。また、Rf2はORF79の蓄積量には変化を与えずに、BT-CMSの稔性を部分回復させた。これよりRf2はBT-CMSにおいてORF79タンパク質がミトコンドリアに蓄積した以降の過程で作用し、たとえばORF79タンパク質の毒性を緩和する作用等などが考えられた。(3)CW-CMSについて、Agilent社22kのイネオリゴアレイとプロテオーム解析を用いて、葯における核遺伝子発現の網羅的解析を行なった。その結果、AOX遺伝子の発現増加など、核からミトコンドリアへのレトログレードシグナル伝達が葯特異的に起こっていることを見いだした。1.BT-CMS系統([cms-bo]rflrfl)と稔性回復系統([cms-bo]RflRfl)の小胞子、2細胞期の花粉、あるいは、3細胞期の花粉を含む葯を用いてAgilent44KオリゴDNAマイクロアレイ解析を行った。その結果、光顕観察で形態的な差が見られなかった小胞子期においても多くの核遺伝子の発現量が変化していることがわかった。遺伝子発現と花粉発達異常との関連性を考察した。3.CW-CMSの稔性回復遺伝子をマップベースクローニングしたところ、稔性回復は,機能不明の遺伝子ORF11の発現減少による可能性が高いことがわかった。さらに、ORF11はレトログレード制御を受ける因子であることが示唆された。「正常細胞質の台中65号では正常な発現量を示すが、細胞質が置換されることでレトログレード制御を受け発現が増加する。ORF11の発現増加により雄性不稔が引き起こされるが、この遺伝子に変異が起こり発現量が低下すると稔性が回復する」と考えられた。ORF11の発現をRNAi法で抑制した場合に稔性が回復した。4.CW-CMSにおいて発現が減少していたプロテインキナーゼOsNek3およびプロテインホスファターゼDCW11について機能解析を行い、CMSとの関連を示した。1.ミトコンドリアのCMS原因遺伝子の解明に関わる研究: LD-CMSとCW-CMSについてミトコンドリアゲノムの全塩基配列をGS-FLX(454)法を用いて決定した。CW-CMSミトコンドリアゲノムに特有の遺伝子構造として、ORF307を見出した。ノーザンプロットでは、CMS系統とRf17を持つCWR系統でORF309の発現パターンに差が見られなかった。

2.雄性不稔発現機構についての研究: 5種類のCMS系統(BT-CMS, LD-CMS, CW-CMSおよびW11-CMS, WA-CMS)について小胞子期と2細胞期の葯を用いて、アレイ解析を行った。(支援班利用)。それぞれのCMSに特徴的な発現プロファイルを示す遺伝子、共通する特徴を示す遺伝子等を見出した。イネにおける3種類の細胞質雄性不稔/稔性回復遺伝子(BT-CMS/Rf1, LD-CMS/Rf2, CW-CMS/Rf17)を材料とし、それぞれ、雄性不稔発現機構および稔性回復機構の解明を行なうことを目的とした。LD-CMSの稔性回復遺伝子Rf2をマップベースクローニングしたところ、0s02g0274000のアリル(Kasalath由来)であることがわかった。RF2は152アミノ酸をコードし、C末端側にglycine-rich protein family domainを持つと予測された。RF2では78番目のアミノ酸がイソロイシンであるのに対し、rf2ではSNPによりスレオニンに置換していた。LD-CMSに対する稔性回復系統(CSSL204)をBTAに交配すると弱い稔性回復が見られる。Rf2ゲノム断片をBT-CMS系統(BTA)に遺伝子導入したところ、花粉稔性および種子稔性が回復したことから、Rf2はBT型CMSに対する弱稔性回復遺伝子としても機能することが明らかになった。Rf2は2細胞期成熟期の花粉を含む葯で発現が顕著に増加していた。タマネギ表皮細胞を用いてRF2の細胞内局在を調査した結果、RF2はミトコンドリアに局在することがわかった。また、Rf2を交配で導入したBTA系統では、RF1が結合して引き起こすB-atp6-orf79 mRNAのプロセッシングは起こっていなかった。しかし、B-atp6-orf79 mRNAの減少とORF79の蓄積量の減少が見られた。RF2内には典型的なRNA結合モチーフは見られないため、RF2が直接ターゲットとなるRNAに結合するとは考えにくい。RF2はRF1とは異なるメカニズムでORF79の蓄積量を減少させている可能性が考えられた。細胞質雄性不稔性は、ミトコンドリアゲノムと核ゲノムの特定の組み合わせで花粉発育障害が起きる現象である。雄性不稔細胞質のミトコンドリアには雄性不稔の原因となるキメラ遺伝子が存在し、一方、核コードの稔性回復遺伝子はキメラ遺伝子産物の修飾を行なって障害を回避していると考えられる。イネにおける3種類の細胞質雄性不稔/稔性回復系統(BT-CMS/Rf1,LD-CMS/Rf2,CW-CMS/Rf17)を材料とし、それぞれ、雄性不稔発現機構および稔性回復機構の解明を行なうことを目的とした。LD-CMSとCW-CMSのミトコンドリアゲノムの全塩基配列を決定し、CMSミトコンドリアでゲノムのダイナミックな再編が起きていることを示した。CW-CMSの原因遺伝子の候補として新規キメラ遺伝子CW-orf307を見つけた。5種類のCMS系統の花粉形態、ミトコンドリア遺伝子のRFLP、および、核遺伝子発現のアレイ解析を比較することで、ミトコンドリアゲノムの類似度が核遺伝子の発現パターンと花粉形態の類似度に極めてよく関連していることを示し、ミトコンドリアが花粉の運命を決定していると結論した。LD-CMSの稔性回復遺伝子Rf2は、152アミノ酸からなるグリシンリッチタンパク質をコードしていることを明らかにした。BT-CMSに対するRf2の作用より、RF2はatp6-orf79mRNAの減少とORF79の蓄積量の減少に関与すると考えられた。