hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
社会・労働問題に関する異種資料のマルチメディア・データベースの構築に関する研究

なお、以上の作業と並行して、すでに文献データベースとして実用化されている〈労働関係文献データベース〉を用いて、個人および団体ごとにテキストデータを編集し、来年度以降に画像データベースと統合するための準備作業を続けている。本研究は、法政大学大原社会問題研究所が創立以来78年にわたって収集してきた労働運動・社会運動に関する多種多様な資料を基礎に、他の研究機関に所蔵されている資料についても調査し、これを包括的にデータベース化し、1回の検索によって、異なった性質の諸資料の内容、保存状況に関する情報を引き出すことを可能にしようとするものである。第3年度は、前年度までに作成した〈画像資料検索プログラム〉に関し入力・検索の両面で改善をはかった。入力については、本年度から、主としてデジタルカメラを用い直接入力する方法に切り替えた。検索面では、ポスターや写真など画像資料についてはコンピュータで検索できるようになった。まだマルチメディア・データベースとしては不十分な点を残しているが、画像資料データベースとしては、ある程度実用に耐えるものとなった。さらに、ポスターなど一部の画像資料については、インターネット上でも閲覧できるようになった。また、すでに技術的にはインターネットを使って動画も発信できることがわかったので、その準備作業として、研究所が所蔵する映画フィルムの一部をデジタル化し、次年度において実験する予定である。以上の作業と並行して、すでに実用段階に達し、インターネット上でも公開している〈労働関係文献データベース〉を用いて、個人および団体別のデータを集め、画像データベースと統合する実験をおこなった。しかし、マルチメディア・データベースとしてはまだ不十分で、解決すべき課題を残している。本研究は、法政大学大原社会問題研究所が創立以来80年間をかけて収集してきた労働運動・社会運動に関する多種多様な資料を基礎に、他の研究機関に所蔵されている資料についても調査し、これを包括的にデータベース化し、1回の検索によって、異なった性質の諸資料の内容、保存状況に関する情報を引き出すことを可能にしようとするものであった。最終年度である本年度は、すでに実用化している文献データベースと、前年度までに作成した〈画像資料検索プログラム〉を基礎にマルチメディアデータベースの構築を試みた。その結果、異種類の資料を1回の検索で検索することには成功したが、問題は、その検索結果を利用しやすい形で表示するシステムの開発であった。この点を解決するため、さまざまな方法を検討した結果、現段階では、インターネット・ブラウザ-とプラグインとハイパー・テキストを用いることが適切であることが判明した。この方法は、本計画をさらに発展させ、インターネット上でのデジタル・ア-カイヴスとする可能性を秘めている。
小規模FPGAによる高解像度画像の実時間処理の実現

FPGAは、これまでに様々な画像処理において非常に高速な処理を実現しているが、そのために非常に大規模な内部メモリが必要とされている。これは、ステレオビジョン、オプティカルフロー、画像圧縮、ノイズ除去、画像認識等の、画像間の相互相関を多数計算する問題において特に顕著であり、必要とされるメモリ量は画像幅の二乗に比例する。この内部メモリ量のために、非常に大規模なFPGAが必要とされ、その可用性を損なっている。本研究では、高解像度画像の処理においても、小規模なFPGAで高精度かつ実時間処理が可能となる手法の研究を行う。平成30年度は、静止画のノイズ除去方式であるNL-means方式の小規模FPGAによる高速化を実現した。この方式は高性能ながら、計算量が多いためにソフトウェアシステムにおいてはあまり用いられていない方式である。画像スキャンの方向を工夫することにより、処理速度は最も高速な手法の1/2となるが、使用内部メモリ量を1/50程度まで圧縮することができた。これにより、静止画像のノイズ除去に関して、小規模FPGAで高解像度画像の実時間処理を実現することができた。この手法は、各画素に対して、既に計算された値を再度計算するために速度低下が起こるものであるが、その速度低下以上にデータ保持に必要とされる内部メモリ量を削減することができるものであり、近年のFPGAの高性能化を考えた時に、非常に有効な手法であると言える。また、MBM方式によるステレオビジョンの実装に関する検討を進め、FPGAの基本回路の設計を行った。平成30年度の予定は、MBM方式によるステレオビジョンおよび静止画のノイズ除去における回路設計を行い、FPGA実機にて評価を行い、その有効性を確認し、これらに関する研究成果を国際学会で発表する予定であった。静止画のノイズ除去方式としては、NL-means方式を用いることとし、新たな画像スキャン方式の実装手法の検討を行い、シミュレーションによりその有効性を確認し、実際にFPGA上に回路を構成し、その有効性を確認した。現在、国際会議に向けて論文を執筆中であり、まもなく投稿する予定である。MBM方式によるステレオビジョン方式に関しては、シミュレーションによる評価およびFPGAの基本設計まで終了したが、動作確認には至っておらず、H31年度に実機での動作確認および評価を行う予定である。これら研究のためにパーソナルコンピュータと最新のFPGAボードを購入した。パーソナルコンピュータは、シミュレーションおよび回路設計に用い、購入したFPGAボードにより回路の性能評価を行なった。H31年度においては、まず、H30年度に作成し評価を行った静止画像のノイズ除去回路に関する論文を執筆し国際会議での採択を目指す。ついで、MBM方式に基づくステレオビジョンシステムの回路記述を完成し、30年度に購入したFPGA実機上での評価を行い、その結果をもとに論文の執筆および国際会議への投稿を目指す。この回路に関しては、既にシミュレーション評価および基本ブロックの設計終了している。これらと並行して、本手法の問題点である回路設計の複雑さを解決するために、通常の処理のアルゴリズムから、本手法のスキャン方式による回路記述を自動生成する開発環境の開発に着手する。本手法では、画像を左から右に向かってジグザグにスキャンするが、これを通常の左から右へのラインスキャンに基づいて記述されたアルゴリズムから、自動的に生成する手法の検討を行う。この研究に関しては、H32年度までに評価を行い、国際異議への投稿を目指す。

これら研究のためにパーソナルコンピュータと最新のFPGAボードを購入した。パーソナルコンピュータは、シミュレーションおよび回路設計に用い、購入したFPGAボードにより回路の性能評価を行なった。H31年度においては、まず、H30年度に作成し評価を行った静止画像のノイズ除去回路に関する論文を執筆し国際会議での採択を目指す。ついで、MBM方式に基づくステレオビジョンシステムの回路記述を完成し、30年度に購入したFPGA実機上での評価を行い、その結果をもとに論文の執筆および国際会議への投稿を目指す。この回路に関しては、既にシミュレーション評価および基本ブロックの設計終了している。これらと並行して、本手法の問題点である回路設計の複雑さを解決するために、通常の処理のアルゴリズムから、本手法のスキャン方式による回路記述を自動生成する開発環境の開発に着手する。本手法では、画像を左から右に向かってジグザグにスキャンするが、これを通常の左から右へのラインスキャンに基づいて記述されたアルゴリズムから、自動的に生成する手法の検討を行う。この研究に関しては、H32年度までに評価を行い、国際異議への投稿を目指す。
小学校理科における地質ボーリング資料の利用とその教材化

国際掘削計画(ODP)Leg195(2001)で回収されたマリアナ前弧域にあるサウスチャモロ海山、及びODP Leg125(1989)で回収されたコニカル海山のボーリングコアから蛇紋岩の薄片を作製した。蛇紋岩は、我々の生活に密接な関係を持つ岩石であるという視点から、小学校6学年の理科(地球と宇宙)教材として、以下のような内容で使用することが出来る。これらの蛇紋岩は、太平洋プレートがフィリピン海プレートの下に沈み込む際、マントルウェッジカンラン岩が沈み込むプレート表層部から脱水した水と反応することにより、カンラン石や輝石が変質して蛇紋石に変化して出来たものである。これらは、上部マントルから海底へ上昇したものと考えられており、ボーリングコアから極めて蛇紋岩化が少ないカンラン岩を選び観察することは、上部マントルを観察することにつながる。また、マントルカンラン岩は、日本の陸上にも分布している。マントルは地球全体積の約80%以上を占め、深さ300km位まではカンラン岩で出来ていると考えられている。カンラン岩は主にカンラン石からなり、地球で最も多い鉱物の1つで、8月の誕生石として親しまれている。カンラン石が変質してできた蛇紋石は、クリソタイル、リザーダイト、アンチゴライトの3種類に分けられる。工業的に利用されてきたアスベストは、大部分がクリソタイルからなるが、近年発癌性が指摘され問題となっている。一方、蛇紋石は水を多く含み、変形しやすいことから、沈み込みにおいて潤滑剤となり、地震波を吸収することにより大きな地震の発生を抑制する可能性をもつことが注目されている。これらの鉱物は、薄片を偏光顕微鏡で観察することにより、その形や色を実感することができる。さらに本研究では、両海山のカンラン岩の特徴を調べるために、カンラン石、スピネルの化学分析を行った。蛇紋岩化の程度はコニカル海山が40-100%、サウスチャモロ海山が60-100%である。両海山のカンラン岩は、主にハルツバージャイトである。これらのカンラン岩は、初生鉱物であるカンラン石、輝石、スピネルを保持し、全岩組成によって部分溶融度が約30%の生成物で、島弧起源の陸上のオフィオライトのそれらに相当していることがわかる。サウスチャモロ海山とコニカル海山のカンラン岩のカンラン石は、それぞれフォルステライトが89.3-92.8、90.6-92.9で、多かれ少なかれ蛇紋石鉱物に置換されているものを除いては、Fe^<2+>/Mgにおいて均質である。両海山のハルツバージャイトのスピネルは、クロムに富む。ODPLeg195で回収された、マリアナ前弧域にあるサウスチャモロ海山の蛇紋岩類のボーリングコアから、教材、及び分析用の薄片を製作し、含まれるカンラン石、スピネルの化学分析を行い、Fabries (1979)の温度計、及びOzawa (1984)のgeospeedometerを用いて、カンラン岩の熱履歴を考察した。カンラン石は、Mg-Feに関して拡散速度が速いため、累帯構造は見られない。またカンラン石は、マントルカンラン岩の大部分を占めているので、カンラン岩のMg-Fe比はカンラン石のMg-Fe比に一致する。一方スピネルは、Mg-Feに関して拡散速度が遅いため、累帯構造が認められる。また、拡散は外側から中心に向かって起こるので、中心部はより古い温度を残していることになる。このようなカンラン石とスピネルの特徴を利用し、サウスチャモロ海山の岩石試料に含まれるスピネルの中心部とカンラン石の化学組成を分析し、Fabnes (1979)の方法を用いて温度を出し、横軸にスピネルの粒径、縦軸に推定温度をとり、両者の関係を調べた。その結果、両者の間は、小さいスピネルほど低温という正の相関を示し、約770°Cから660°Cまでの冷却過程を見ることができた。このような冷却過程は、太平洋プレートが約5000万年前からフィリピン海プレートの下に沈みこみ始め、等温線が下に凸の形になる温度構造をとり、次第に温度が低下し、地下の温度構造が定常化するまでのプロセスを反映している可能性が高い。また、Ozawa (1984)のgeospeedometerの図に本研究の組成値をプロットすると、日本列島の陸上に分布するカンラン岩と同じような熱履歴を持つことが示され、10^<-5>10^<-3>/°Cの冷却速度が得られた。日本は沈み込み帯にあり、マリアナ前弧域と類似した傾向が見られるということは、沈み込みのプロセスを経た可能性が高い。前年度のサウスチャモロ海山に加え、ODPLeg125で回収されたマリアナ前弧域にあるコニカル海山の蛇紋岩類のボーリングコアから、教材、及び分析用の薄片を製作し、含まれるカンラン石、スピネルの化学分析を行い、カンラン岩の熱履歴を考察した。マリアナ前弧と位置するコニカル海山、サウスチャモロ海山のカンラン岩類は、輝石に乏しく主にカンラン石からなり、Ozawa(1984)の方法による熱史の解析が可能である。伴(1991)は、この方法を用いてコニカル海山のカンラン岩類の熱史を検討した。

その結果コニカル海山のカンラン岩類が、Ozawa(1984)が求めた宮守カンラン岩体や、神居古潭帯のカンラン岩体と同様、800°Cから600°Cまで同程度の冷却速度で冷却したことを明らかにした。本研究のコニカル海山の分析においても、伴(1991)とほぼ一致する結果が得られた。ただし、伴(1991)では、約800°C(スピネル径1mm前後)で、ほぼ温度が一定しているように見えるが、本研究では、分析したスピネルの最大径が1mmに満たないため、その傾向は認められていない。コニカル海山の南方に位置するサウスチャモロ海山のカンラン岩も、コニカル海山とほぼ同様に冷却史を示すが、コニカル海山に比べばらつきが少なく、冷却速度は10^<-4>-10^<-3>°C/年の領域にほぼ収まっている。コニカル海山やサウスチャモロ海山のカンラン岩が示す770660°Cまでの冷却過程は、太平洋プレートがフィリピン海プレートの下に沈み込みを開始し、沈みこみ帯の温度構造が定常化するまでのプロセスを反映している可能性が高い。また、得られた冷却速度はOzawa(1984)が示した宮守や神居古潭帯、幌満地域などの島弧性のカンラン岩類の冷却速度にほぼ一致している。これらも沈み込み帯の冷却過程を経験した可能性がある。国際掘削計画(ODP)Leg195(2001)で回収されたマリアナ前弧域にあるサウスチャモロ海山、及びODP Leg125(1989)で回収されたコニカル海山のボーリングコアから蛇紋岩の薄片を作製した。蛇紋岩は、我々の生活に密接な関係を持つ岩石であるという視点から、小学校6学年の理科(地球と宇宙)教材として、以下のような内容で使用することが出来る。これらの蛇紋岩は、太平洋プレートがフィリピン海プレートの下に沈み込む際、マントルウェッジカンラン岩が沈み込むプレート表層部から脱水した水と反応することにより、カンラン石や輝石が変質して蛇紋石に変化して出来たものである。これらは、上部マントルから海底へ上昇したものと考えられており、ボーリングコアから極めて蛇紋岩化が少ないカンラン岩を選び観察することは、上部マントルを観察することにつながる。また、マントルカンラン岩は、日本の陸上にも分布している。マントルは地球全体積の約80%以上を占め、深さ300km位まではカンラン岩で出来ていると考えられている。カンラン岩は主にカンラン石からなり、地球で最も多い鉱物の1つで、8月の誕生石として親しまれている。カンラン石が変質してできた蛇紋石は、クリソタイル、リザーダイト、アンチゴライトの3種類に分けられる。工業的に利用されてきたアスベストは、大部分がクリソタイルからなるが、近年発癌性が指摘され問題となっている。一方、蛇紋石は水を多く含み、変形しやすいことから、沈み込みにおいて潤滑剤となり、地震波を吸収することにより大きな地震の発生を抑制する可能性をもつことが注目されている。これらの鉱物は、薄片を偏光顕微鏡で観察することにより、その形や色を実感することができる。さらに本研究では、両海山のカンラン岩の特徴を調べるために、カンラン石、スピネルの化学分析を行った。蛇紋岩化の程度はコニカル海山が40-100%、サウスチャモロ海山が60-100%である。両海山のカンラン岩は、主にハルツバージャイトである。これらのカンラン岩は、初生鉱物であるカンラン石、輝石、スピネルを保持し、全岩組成によって部分溶融度が約30%の生成物で、島弧起源の陸上のオフィオライトのそれらに相当していることがわかる。サウスチャモロ海山とコニカル海山のカンラン岩のカンラン石は、それぞれフォルステライトが89.3-92.8、90.6-92.9で、多かれ少なかれ蛇紋石鉱物に置換されているものを除いては、Fe^<2+>/Mgにおいて均質である。
ＡＩＴＬにおけるＴｅｔ２欠損環境細胞による腫瘍支持機構の分子基盤の解明

高齢者に発生する血管免疫芽球性T細胞性リンパ腫(AITL)では加齢と共に造血前駆細胞がTET2機能欠損型変異を獲得し、その一部がRHOA変異を獲得することで、「がん細胞」となる。TET2変異のある造血前駆細胞は腫瘍細胞周囲の免疫細胞にも分化しており実際に変異が認められる。このようなTet2の欠損した血液免疫細胞による腫瘍細胞支持機構の分子基盤について明らかにすることを研究の目的とした。
高速AFMを基盤としたソフトクリスタルの構造物性ダイナミクス評価技術の確立

ソフトクリスタルは外部環境の変化や弱い機械刺激に応答して、光学特性や機械特性を柔軟に変化させる。直接刺激を受ける結晶表面での構造・物性変化とその表面伝播ダイナミクスを高時空間分解能で計測できれば、ソフトクリスタルの機能発現機序の解明に重要な知見を与えるに違いない。本研究課題では、高速AFMを用いて外部刺激に応答するソフトクリスタルの表面・物性構造のダイナミクスを高時空間分解能で可視化する基盤技術を確立し、ソフトクリスタルの機能創発の分子機構を明らかにする。本年度は以下の成果が得られた。1.超分子ナノファイバーの成長過程の直接可視化と分子操作:ポルフィリン分子誘導体ナノファイバーが成長する過程をリアルタイム観察することに成功した。ナノファイバーは伸縮を繰り返しながら成長していくことや、ファイバーのバンドル化によって成長が安定化することを見出した。さらに、AFM探針によってナノファイバーを分断し、その領域に異種分子を埋め込む局所分子操作にも成功した。2.ハイドロゲル微粒子の温度応答挙動の評価:室温から40°Cまで観察溶液の温度制御が可能な温度可変-高速AFMを開発し、固体基板に吸着したハイドロゲル微粒子の温度依存的な形態変化を可視化した。温度上昇とともにゲル微粒子が収縮し、ゲル微粒子内部に微細なドメイン構造が形成される様子を観察することに成功した。3.低分子ゲル化剤の固体基板上での自己組織化のダイナミクス計測:低分子ゲル化剤であるウレア誘導体(Urea-C13)のグラファイト基板上への吸着過程をを高速AFM観察した。吸着初期には単分子鎖が並んだシート構造を形成し、その後二層目以降では1次元のファイバー様結晶として成長する様子が観察された。当初の計画通り、大気中での高速原子間力顕微鏡の観察技術はほぼ確立し、また、再現性良くAFM探針を形成することはできた。また、高速位相計測も高速ロックインアンプの導入により出来るようになった。これらにより、超分子ナノファイバーの成長過程や自己修復過程、高分子ポリマーの動態観察に成功したが、当初予定していたソフトクリスタル結晶の観察は試料の入手が目論見通り進まなかったことからやや遅れている。今年度はこれまで以上に領域内共同研究を積極的に行い、新たなソフトクリスタル試料の観察に取り組む。試料が入手でき次第、次の課題を実施する。1.外部環境(蒸気・温度)変化の反応計測:高速AFM観察中に試料に蒸気を当てたり、温度を変えることで、生じるソフトクリスタル表面の構造および機械特性のダイナミクスを可視化する。高速AFMには蛍光観察が可能なCCDカメラが装備してあるので、外部環境で発光が変わる試料については光学観察で確認でき、外部刺激に対するマイクロメータースケールの光学応答とナノメータースケールの構造物性特性の変化を容易に結びつけることが出来る。この計測により外部刺激によるソフトクリスタルの応答とその時間発展の初期過程をナノスケールで調べる。2.局所力刺激への反応計測:高速AFMのインタラクティブモードを利用して、ソフトクリスタル表面の構造をイメージングしながら任意のサイトあるいは領域に外力を印加する。機械刺激によって生じる表面構造および機械特性の変化とその表面伝搬過程を分子スケールで可視化する。また、インタラクティブモードと外部環境変化を組み合わせ、大きな外力により結晶に欠陥を生成し、外部環境の変化による構造物性ダイナミクスが局所欠陥によってどのように変化するかを計測する。これにより結晶の完全性と機能発現の関係を明らかにする。

今年度はこれまで以上に領域内共同研究を積極的に行い、新たなソフトクリスタル試料の観察に取り組む。試料が入手でき次第、次の課題を実施する。1.外部環境(蒸気・温度)変化の反応計測:高速AFM観察中に試料に蒸気を当てたり、温度を変えることで、生じるソフトクリスタル表面の構造および機械特性のダイナミクスを可視化する。高速AFMには蛍光観察が可能なCCDカメラが装備してあるので、外部環境で発光が変わる試料については光学観察で確認でき、外部刺激に対するマイクロメータースケールの光学応答とナノメータースケールの構造物性特性の変化を容易に結びつけることが出来る。この計測により外部刺激によるソフトクリスタルの応答とその時間発展の初期過程をナノスケールで調べる。2.局所力刺激への反応計測:高速AFMのインタラクティブモードを利用して、ソフトクリスタル表面の構造をイメージングしながら任意のサイトあるいは領域に外力を印加する。機械刺激によって生じる表面構造および機械特性の変化とその表面伝搬過程を分子スケールで可視化する。また、インタラクティブモードと外部環境変化を組み合わせ、大きな外力により結晶に欠陥を生成し、外部環境の変化による構造物性ダイナミクスが局所欠陥によってどのように変化するかを計測する。これにより結晶の完全性と機能発現の関係を明らかにする。
バイオフィルム形成初期過程の制御に向けた細菌付着のナノメカニズムの解明

本研究では、固体表面への付着性が非常に高いトルエン分解細菌Acinetobacter sp.Tol5の付着機構をナノレベルで解明し、バイオフィルム形成の初期過程である細菌付着の制御技術開発のための知見を得ることを目的とした。まず、Tol5株細胞上に二つの異なる粘着性ナノファイバーを発見した。一つはピリ様の周毛性繊維であり、他方はこれまでに報告のない直線状の構造物で"アンカー"と名付けた。アンカーは、表面から数百nmも離れた距離から紐でつながれた風船のように細胞を固定する。次にトランスポゾン挿入変異により、付着性が野生株WTの1/10ほどに低下した変異株T1を取得した。T1は二種類のナノファイバーを失っていた。T1細胞は、既報の細菌と同様に、イオン強度が低下するにつれて表面への付着性が低下し、あるイオン強度以下では全く付着できなくなった。一方WTは、イオン強度に全く依存しない付着性を示した。よって、長いナノファイバーにより、Tol5株はこれまで微生物細胞の付着を記述してきたDLVO理論に従わない付着をすることが示された。さらに、WTは30秒の接触時間で不可逆的な付着を達成したが、T1の付着はこの段階では可逆的であった。このような細菌細胞と付着表面との素早い長距離相互作用の報告例はなく付着の概念の変更を迫る。さらにアンカーは細胞同士も長距離で結ぶ。一方周毛性繊維は、近距離で細胞を表面に強固に固定したり、巨大な細胞凝集塊を形成したりするのに働く。ナノファイバーを欠損したT1細胞は、付着力が低下しているだけでなく自己凝集性も失っているが、表面の疎水性は維持している。そのため、T1株は水相中に分散させた油滴表面に可逆的に単相吸着することが明らかとなり、ラングミュア吸着等温式で表記した。分子解析により、Tol5は粘着ファイバーの一種である三量体型オートトランスポーターアドヘシンとタイプ1ピリを有していること、T1では前者の遺伝子が破壊されているが、後者の遺伝子発現レベルも低下していることが明らかとなった。強付着性のトルエン分解能を有するAcinetobacter属細菌Tol5株の固体表面付着機構について研究した。Tol5株の細胞表層構造を電界放射型走査電子顕微鏡(FE-SEM)で観察したところ、ピリ様の周毛性繊維とアンカー様構造の2種類の突起状構造物(セルアペンデージ)を発見した。後者は、これまでに報告例の無い非常に特異的な形状をしていた。長さ数百ナノメートルの直線状で、枝分かれせずに固体表面に向かって真っ直ぐ伸び、その先端で固体表面にくっついている。細胞は表面から数百ナノメートルも離れた位置から、まるで紐でつながれた"風船"のように固定される。通常のSEMにおいては、試料は脱水工程を含む前処理に処さねばならない。したがって、得られた像が前処理の結果生じた虚像である可能性を否定するのは困難である。そこで我々は、前処理を必要とせず、含水試料の観察が可能な最新のSEM技術であるVP-FESEM(日立)を用いて、自然の状態に近い細胞試料の解析を行った。その結果、細胞表層のアンカーおよび周毛性繊維を確認することができ、通常のFE-SEMで得られた像が実像であることが証明された。

アンカーによる表面との長距離相互作用は、これまで微生物付着の過程を説明するのに用いられてきたDLVO理論と、そこから推定される二段階付着機構に従わない、新しい付着機構を想定させた。DLVO理論によると、イオン強度が低くなるにつれて静電反発力が強くなり、細胞が表面に付着しにくくなる。そこで、Tol5細胞の付着がイオン強度によってどのように変化するか調べたところ、Tol5の付着はイオン強度に全く依存しないことがわかり、DLVO理論から逸脱していることが明らかとなった。また、非常に短期間で不可逆な付着を達成することから、我々は、新しい付着機構として"一段階付着機構"を提唱した。昨年度までの研究成果により,強付着性トルエン分解細菌であるAcinetobacter属細菌Tol 5株は,周毛性繊維とアンカーの2種類のセルアペンデージにより,その付着力を発揮していることが明らかとなった。今年度は,その付着機構の解明を進めるため,付着力の低下した変異株T1をトランスポゾンミュータジェネシスにより取得した。T1の付着力は野生株の16%程度であり,T1細胞は2種類のアペンデージを失っていることが明らかとなった。野生株の細胞付着は,これまで微生物の付着過程を説明するのに用いられてきたDLVO理論に従わないという実験結果が得られていたが,T1株の付着がイオン強度に依存することから,T1株はDLVO理論に従うことが示された。また,野生株はポリウレタン担体とのわずか30秒の接触で負可逆な付着を達成するのに対し,T1株の付着は可逆的なものであることも明らかとなった。以上の結果により,Tol 5株は,アペンデージによりDLVO理論に従わない一段階の付着を達成することが示された。付着に関わる分子機構を解明するため,トランスポゾン挿入部位近傍の5kbpの遺伝子断片をクローニングした。塩基配列の解析の結果,トランスポゾンは4kbp以上の構造遺伝子上に挿入されていたことが明らかとなった。クローニングした5kbp断片はプロモーター様配列を含み,オートトランスポータータイプの付着因子蛋白質をコードしていることが推定されたが,C末側は5kbp断片上には含まれておらず,さらなるクローニングが必要であることがわかった。推定蛋白質は,明らかとなった部分の一次構造において,歯周病菌の付着因子EmaAと30%程度のホモロジーを有していた。EmaAは20万Daの巨大な一本鎖ペプチドから成る蛋白質であることが報告されており,Tol 5の付着因子もそのような巨大ペプチドであると思われる。高付着性細菌Acinetobacter sp.Tol5は、付着に関わる粘着蛋白質として、三量体型オートトランスポーターアドヘシン(TAA)を有していることを遺伝子解析より明らかにした。Tol5のTAAとして下記の特徴を明らかにした。(1)約290kDaもの分子量を持つ非常に巨大なポリペプチドから成る。(2)既報のTAAと、シグナルペプチド、ヘッド、ネックの部位は3040%の相同性を有し、特に歯周病菌の持つものとの相同性が一番高い。しかし、ストーク部位の相同性はほとんどない。(3)既報のTAAは病原性細菌が有するもので、ホスト細胞やコラーゲンやフィブロネクチンなどのECMなどに対し特異的に付着するのに対し、Tol5のTAAはプラスチックなど、非生物表面に非特異的に、しかも強力に付着する。
プールDNAを用いた熱帯感染症重症化関連遺伝子領域のマイクロサテライトマッピング―マラリア、住血吸虫症、デング熱、シャーガス病における探索

患者集団のサンプリング今年度は各感染症の侵淫地の共同研究者と具体的な採血計画を作製し、来年度にかけて必要十分なサンプル数を集められることを確認した。マラリアでは、タイ王国タマサート大およびマエソト病院と共同で15歳から50歳までのビルマ人およびカレン人患者約900名を原虫血症(WHO基準)の程度により重症群と無合併症群に分け、非マラリア対照群と共にEDTA採血する。住血吸虫症再感染抵抗性に関しては、中国江西省Poyang湖周辺の三つの浸淫地住民のうち半農半漁の約3千名の対象者について集団治療後の再感染抵抗性の者100名、および感受性の者200名を抽出し採血する。デング出血熱では、ベトナム南部Ho ChiminhCityの小児病院およびVinh Long県の地方病院を受診あるいは入院したデング熱およびデング出血熱(GradeI/II群、GradeIII/IV群患者の採血を行い、血清学的な診断と共に6-10mlの採血を行い、HCMCのパスツール研究所に保存する。シャーガス病については、ボリビアのSanta Cruz周辺の慢性シャーガス病(心臓病あるいは巨大結腸症患者および非合併症患者、各100-200名)国立心臓病研究所、日本病院、熱帯病研究センターの協力を得て採血を行い、西沢診療所に冷凍保存する。各感染症浸淫地の研究者との共同研究により採血を行うが、その際各機関および熱帯医学研究所倫理委員会での審理を受け承認されたプロトコールに基づいてインフォームドコンセントを取ることとした。今年度は提案した4つの感染症についてフィールドでの具体的な流行の状況や病院の体制について実地に確認し診断基準や細かい採血のプロトコールの作製を現地で行った。その結果、少なくとも1-2年以内に十分なサイズのサンプルを入手できる目途が立った。
骨髄炎への薬剤放出特性をもつ生体材料およびボーントランスポートの応用に関する研究

歯性炎症に起因する顎骨骨髄炎は、化学療法が進歩した現在でも、最も治療に苦慮する疾患のひとつである。感染部位を確実に決定することが困難であるため、感染の再燃を招いたり、徹底的な感染部の切除の結果、再建に難渋することが少なくない。これらの背景により、本研究では顎骨骨髄炎術後に炎症の再燃を防止し、機能的かつ審美的な顎骨再建を達成することを目的とし、薬剤放出特性をもつ生体吸収性材料を併用した、ボーントランスポートの開発を試みた。1.下顎骨骨髄炎モデルの作製Streptcoccus pyogenes S-8およびStapylococcus aureus E-31461を血液寒天培地にて培養後、トリプソイドブイヨンで均等菌浮遊液を作製。絹糸を菌浮遊液に浸漬した後、減圧乾燥し、ニホンザルの下顎骨骨髄内に挿入する。臨床的には、炎症反応がみられるものの、経時的な骨髄内の生菌数の測定には至っておらず、骨髄炎の発症を確認し、確実な下顎骨骨髄炎モデルを作製することが今後の課題である。2.薬剤放出特性をもつ生体吸収材料の作製抗生物質を含有させる生体吸収性材料の検討を行った。アテロコラーゲン、ポリL乳酸凍結乾燥体、ポリ乳酸ポリグリコール酸共重合体、ポリ乳酸ポリグリコール酸共重合体ゼラチン複合体をラット皮下に移植し、経時的な分解、吸収の速度を重量、および組織学的に検討している。3.ボーントランスポート健常な下顎骨のおける区域切除後のボーントランスポートを検討。今後、下顎骨骨髄炎モデルにおける区域切除後のボーントランスポート単独での仮骨延長、抗体物質含有生体吸収材料との併用による仮骨延長と比較し、臨床応用に向けての可能性を検討していく予定である。
複素力学系と作用素環の研究

この研究では有理関数や超越整関数などの複素平面上の有理型関数の反復合成による複素力学系から、ヒルベルト空間上の作用素からなるC*-環を構成した。複素力学系と作用素環との二つの異なった分野の間の思いもかけない結びつきを発見した。ジュリア集合の持つ自己相似性は生成したC*-環の純無限な単純性に対応した。複素力学系の分岐の様子が生成したC*-環上のゲージ作用のある種の平衡状態であるKMS状態に反映し、元の有理関数の次数や分岐点の個数や例外点の個数などの情報も復元できることを解明した。(1)この研究では有理関数や超越整関数などの複素平面上の有理型関数Rの反復合成(R^n)_nによる複素力学系から、ヒルベルト空間上の作用素からなるC*-環を構成する。この研究の目的は複素力学系と作用素環という二つの異なった分野の思いもかけない結びつきを解明することである。(2)2次以上の有理関数は位相同型写像ではないので、接合積でもって作用素環を構成することができない。そこでこれをリーマン球面上の有限被覆写像なので、分岐指数を使ってそのグラフ上の連続関数全体は係数環上の双加群になる。この双加群からCuntz Pimsner構成を使ってC*-環を対応させる。リーマン球面全体とJulia集合とFatou集合のそれぞれ上で考えることで、3つのC*-環を構成する。(3)分岐点のような特異点の構造と付随するC*-環との関連を研究する。そのC*-環上のK理論やKMS状態(平衡状態)の言葉で、元の特異点の構造を記述することを目指す。この研究では有理関数や超越整関数などの複素平面上の有理型関数Rの反複合成R^nによる複素力学系から、ヒルベルト空間上の作用素からなるC^*-環を構成する。この研究の目的は複素力学系と作用素環という二つの異なった分野思いもかけない結びつきを解明することがである。一般にRは位相同型写像ではないので、接合積でもって作用素環を構成するということが全くできない。しかし今までの私たちの研究で、特に関数Rが有理関数の時は、Rはリーマン球面C^=CU{∞}上の限分岐被覆写像なので、分岐指数を使ってそのグラフ上の連続関数全体C(graphR)は係数環A=C(C^)上の双加群とみなすことができる。この双加群から普遍的に生成できるC^*-環OR(C^)の構成を行っている。今回の研究では、分岐点のような特異点の構造と付随するC^*-環との関連を研究し、C^*-環上のK理論や平衡状態(KMS状態)の言葉で元のRの特異点の構造を表現することに成功した。実際、逆温度がlog degRでKMS状態は相転移をおこす。逆温度がそれを越えればKMS状態の端点がちょうど有理関数の分岐点に対応することがわかった。逆温度がそれ未満であればKMS状態の端点がちょう有理関数の例外点に対応することがわかった。逆温度がlog degRであればKMS状態はただ一つで、それはJulia集合上のLyubich測度に相当する。このようにして、有理関数の次数、分岐点の個数、例外点の個数、例外点の軌道などがC^*-環OR(C^)のことばであらわせることが、わかった。またKMS状態からGNS表現を用いて作ったvon Neumann環の構造や型も調べ、Lyubich測度の時がIII型で、それ以外はI型になる。この研究では有理関数や超越整関数などの複素平面上の有理型関数hの反復合成h^nによる複素力学系から、ヒルベルト空間上の作用素からなるC*-環O_h(C^)を構成し研究した。今までの私たちの研究では、特に関数hが有理関数の時を調べた。hはリーマン球面C^=CU{∞}上の有限分岐被覆写像なので、分岐指数を使ってそのグラフ上の連続関数全体C(graph h)は係数環A=C(C^)上の双加群とみなすことができる。この双加群から普遍的に生成できるC*-環O_h(C^)を研究した。さて、有理関数による複素力学系の理論とクライン群論と類似点をあげたサリヴァンの辞書を説明するものに、代数的対応による複素力学系の理論がある。それはzとwの2変数の多項式p(z,w)=0により、陰に定義された代数的関数の反復合成による複素力学系を考えることである。そこで今年度はこの代数的対応からヒルベルト空間上の作用素からなるC*-環を構成することに成功した。これにより作用素環の次元で、有理関数による複素力学系の理論とクライン群論を統一できるはずである。

今回の研究では「自由性」と「拡大性」に当たるものをこの場合に導入して、それがあるとこのようにしてつくったC*-環がいつも純無限単純C*-環になることを証明した。有理関数による複素力学系の理論とクライン群論と類似点をあげたサリヴァンの辞書を説明するものに、代数的対応による複素力学系の理論がある。それはzとwの2変数の多項式p(z,w)=0により、陰に定義された代数的関数の反復合成による複素力学系を考えることである。この代数的対応からヒルベルト空間上の作用素からなるC^*-環を構成し、これにより作用素環の次元で、有理関数による複素力学系の理論とクライン群論を統一することに一歩近づいた。今回の研究では構成した環の極大可換環の構造を調べた。有理関数の場合にまず手始めに考察し、特にJulia集合上で考えれば、係数環が極大可換環になっていることの証明に成功した。分岐点の存在のために有限基底を取れないため係数環への条件期待値の存在を示すのが解析的に困難であったが、係数環を連続関数から、本質的に有界な可測関数に置き換えることと、そこでは有限基底が存在することを利用することにより、この困難を解決した。これ以外は通常の技術を使って長さが有限の加群から生成されるところでは、極大可換であることをます示し、その上でその帰納的極限でのところまでも、極大可換であることを、条件付期待値をうまく使うことで証明できたのである。この結果は重要で、これにより、複素力学系に対する軌道同値の研究をすすめる第一段階が達成したことになる。カントール集合上の力学系や記号力学系のときの類似をさぐることで、極大可換環の言葉で軌道同値であることの判定をする可能性を開いた。有理関数Rのリーマン球面上の反復構成R^nを複素力学系ととらえ、それからCuntz-Pimsner構成をして作ったC*-環ともとの複素力学系との関連を研究してきた。またローマン球面をRのJulia集合J_RやFatou集合に制限して作った力学系からも同様にしてC*-環を構成した。特にJulia集合上で考えたものはそのカオス的な性格が反映して対応するC*-環は純無限な単純C*-環になった。そこで今年度はその状況下でゲージ作用による不動点環を考察し、それが単純になるための必要十分条件はJulia集合が分岐点を含まないことであることが分かった。また前年度の研究で係数環C(J_R)がその中で極大可換環になっていることもわかっていた。そこで今年度は複素力学系の軌道同値と構成したC*-環の同型の間の関係を主に研究した。しかしながら測度空間やカントール集合の場合と違い、連結な空間序の力学系の軌道同値の好ましい定義を導入することすら難しいことがわかった。構成したC*-環やそのK-群との関連も期待して研究したがその壁は厚く、ほとんどなにも得られなかった。この方向については、継続してさらに研究したいと思っている。記号力学系の場合には、ゲージ作用による不動点環のK群は次元群と呼ばれ、記号力学系の計算可能な重要な不変量となっている。そこで複素力学系の場合にもゲージ作用による不動点環のK群が複素力学系の重要な不変量になっているのではないかと考え、その計算にかなりの時間を費やしたが、一般的な式を得るまでには至らなかった。さらにゲージ作用の双対作用が導くK群上の作用も込みにして、引き続き研究するつもりである。
α-KG代謝変異およびIDH変異をターゲットとしたPETプローブの開発

当初の予定では1位の11C標識α-ケトグルタル酸([1-11C]α-KG)の合成法を確立する予定であったが、これまで他課題で進めていた11Cシアンを反応中間体とした[1-11C]ピルビン酸合成の再現性が得られなくなった。また[11C]シアンの供給が不安定になってきたため、[1-11C]ピルビン酸合成を一度中断し、[1-11C]酢酸によるIDH及びKGDH検出が可能かどうか検討することとした。IDH野生型(IDHWT)とIDH変異型(IDHmut)腫瘍では細胞内代謝やトランスポータの発現量が異なっており、TCA回路の基質の補充にIDHWTは酢酸をIDHmutは乳酸やグルタミン、グルタミン酸を用いていることや、酢酸の細胞内取り込みに関与するモノカルボン酸トランスポータ(MCT)の発現量もIDHmutに比べIDHWTの方が優位になっていることが報告されている。そこで細胞内での酢酸の正味の代謝を測定することを目的にMCT非依存的に細胞内取り込み可能な高移行性PETプローブである[1-11C]酢酸ベンジルと新たに合成した[Carbonyl-11C]MP4Aを比較検討した。ラット脳PETイメージングで[Carbonyl-11C]MP4Aと[1-11C]酢酸ベンジルの動態を比較したところ、投与後早期では若干差が認められたが、投与後5分以降では差は認められなかった。このことから[Carbonyl-11C]MP4Aも[1-11C]酢酸ベンジルと同様に[1-11C]酢酸の前駆プローブとして有用である可能性が示唆された。また、使用した麻酔薬(イソフルラン、放水クロラール)によって動態に変化が認められたため、麻酔薬による脳血流や酵素への影響を留意する必要が考えられた。計画上では[1-11C]α-KGの新規合成方法を確立することを目的としていたが、前段階である[1-11C]ピルビン酸の合成が困難だったため。腫瘍細胞を用いた[1-11C]酢酸および[1-11C]BAおよび[Carbonyl-11C]MP4Aの代謝の比較を行う。また、[11C]シアンを用いた[1-11C]ピルビン酸合成の他に、酵素法による[1-11C]ピルビン酸および[1-11C]α-KGの合成検討を行う。ピルビン酸、α-KGに関連する酵素阻害剤やイソクエン酸脱水素酵素阻害剤等他の候補薬物の探索を行う。キャンペーンや値引き等により備品・消耗品の予算計上額と実支出額に差額が生じたため。消耗品の購入に使用する。
近傍フラグメントスペクトル表現に基づくタンパク質構造データマイニングに関する研究

本研究では、分子の構造特徴を定量的に記述するための新たな方法として近傍フラグメントスペクトル表現(NFS)を提案するとともに、分子構造の高次縮約表現を基礎として、巨大で複雑なタンパク質のアミノ酸配列ならびに立体構造データの構造類似性解析を試みた。タンパク質複合体も対象とした立体構造の自動分類も含めたその手法の確立は、タンパク質構造データマイニングにおける一つの重要な要素技術をなすものであり、その意義は極めて大きい。タンパク質の構造データは分子進化や統御メカニズムの解明だけでなく、医農薬品開発の標的としても極めて重要である。本年度研究では、主として有機低分子を対象として、分子の構造特徴表現とそれに基づく類似性評価のための基本アルゴリズムの検討を行なった。与えられた分子構造データから、原子間の結合情報(隣接関係)に注目したトポロジカル距離(DT)、および三次元座標情報に基づくジオメトリカル距離(DG)の2種類の距離行列を生成し、それに対応するエッジ重み付き完全グラフを考える。次に、(1)各ノードの近傍に位置するノード集合(近傍フラグメント)を列挙する。これは、注目する原子から、指定した距離の半径rの球内に位置する原子(団)を探索することに対応する。(2)近傍フラグメントに対し、特徴量W(例えばフラグメントの構成原子数)を計算する。(3)同じWを持つフラグメントを数え上げ、ヒストグラムを作る。本研究では、このヒストグラムを近傍フラグメントスペクトル(NFS)と定義した。ある分子構造から生成したNFSは、多次元ベクトル空間上の一つの点とみなすことができる。従って、ある二つの分子構造の類似度(相違度)は、それに対応する多次元ベクトル空間上での二点間の距離(例えばユークリッド距離)で定義することができる。この表現をもとに、クエリー(リファレンス)化合物とデータベース内の各化合物構造とのペアワイズ比較を行ない、類似度の値でソートして順位付けすることで構造類似性検索を実現した。結晶構造データベースから抽出したテストデータセットを例に検索実験を試みた結果、ユーザが指定する距離の種別や、そのしきい値に応じて、様々な視点からの構造類似性評価が可能であることが確認できた。本年度研究では、筆者らが提案した近傍フラグメントスペクトル(NFS)表現をもとに、タンパク質の構造類似性評価への応用を試みた。最初に、有機低分子(分子グラフ)のトポロジカル距離(DT)(原子間の結合関係の情報)の考えを、タンパク質のアミノ酸配列に基づく距離に対応づけた。すなわち、注目するアミノ酸残基から前後m残基内の部分配列(ペプチドフラグメント)を切り出し、これをその注目残基の近傍フラグメント[DT=m]と定義した。例えば、グリシン残基を中心とする前後1残基からなるフラグメント1(トリプレット)は全部で400種類定義でき、与えられたアミノ酸配列中での、各トリプレットの有無の情報を400ビットのフィンガープリントとして記述し、これに基づく構造特徴探索を行なうことができた。一方、三次元座標情報に基づくジオメトリカル距離(DG)の算出に際しては、与えられたタンパク質立体構造データから、構成アミノ酸残基をそれぞれひとつの仮想原子とみなし、対応するアルファ炭素の座標を用いて近似して表現した。これらの点の集合から、指定した距離の半径rÅの球内に位置するアミノ酸残基を探索し、近傍フラグメント[DG=r]と定義した。抽出された近傍フラグメントは、そのフラグメントサイズと頻度の情報に基づき多次元パターンベクトルとして表現した。類似度評価尺度として、従来のユークリッド距離のほか、Tanimoto係数なども利用できるよう工夫した。テストデータセットを例に検索実験を試みた結果、クエリーと同様の構造特徴を持つタンパク質を類似度上位に検索できたことを確認した。また、これら特徴空間における分子同士の関係ネットワークの系統樹表現を用いた可視化についても併せて検討を行なった。本年度研究では、最初にアミノ酸配列レベルの近傍フラグメント、すなわち注目残基とその前後残基から構成されるフラグメントを網羅的に集積したデータベースの構築を行なった。NCBI RefSeqデータベース中のヒト由来のアミノ酸配列データ約3万件をもとに、フラグメントの出現確率やその共起確率に基づく特徴解析を試みた結果、モチーフに関連する興味深い特徴パターンを見出すことができた。一方、三次元座標情報に基づく近傍フラグメントスペクトル表現をもとに、タンパク質立体構造の類似性評価への応用を試みた。近傍距離のしきい値を変化させることにより、例えば二次構造要素の違いやその折りたたみパターンなど、異なる視点による特徴解析が可能であることを示した。また、従来の近傍フラグメントサイズ(構成残基数)の情報だけでなく、その物理化学的特性値情報の利用について検討した。具体的には、近傍フラグメントを構成する各アミノ酸残基の特性値の総和をそのフラグメントの重みと定義した。例えば、疎水性インデックスで重み付けした結果を元の分子構造に重ね合わせて表示することにより、分子表面と内部の違いや、多量体構造における周辺環境の違いを可視化することができた。

さらに、複数の鎖が会合する四次構造やタンパク質複合体を対象として、その会合領域パターンに注目した立体構造の自動分類への応用についても検討した。近傍原子(アミノ酸残基)の情報だけではなく、四次構造を構成しているサブユニットの帰属情報を重み付けることにより、サブユニット間の会合領域など、構造的に重要な役割を果たしていると思われる部位の特徴を強調して表現することができた。生体高分子の機能解明を目指した構造データマイニングに不可欠な、分子の三次元構造特徴表現とそれに基づく構造類似性評価のためのアルゴリズムの確立と対応するシステムの開発を進めている。分子の立体構造特徴を記述するための新たな方法として、注目する原子の周辺環境に注目した三次元近傍フラグメントスペクトル(NFS)表現を提案した。さらに構造縮約表現に基づく、NFS表現のタンパク質構造特徴解析への適用を試み、その有用性・可能性を示した。以上のことから、当初計画どおり、おおむね順調に進展していると考える。24年度が最終年度であるため、記入しない。タンパク質四次構造(複合体)への適用に際しては、近傍原子(アミノ酸残基)の情報だけではなぐ、四次構造を構成しているサブユニシトの帰属情報を重み付ける。これにより、サブユニット間の会合領域など、構造的に重要な役割を果たしていると思われる部位の特徴を強調して表現することが可能になると考える。最新のPDB(Protein Data Bank)から調整した実験用データセットを作成するとともに、これらに対する網羅的な構造分類実験を行ない、各構造クラスを規定する三次元構造特徴(モチーフ候補)の情報を集積する。筆者らが先に作成した三次元モチーフ辞書の管理システムをもとに、得られた知見を集積・管理・利用するための知識ベースの構築についても併せて検討する。
遺伝分類学的研究によるシダ植物における生物学的種の認識

本年度は、中国雲南省黄蓮山と河口周辺、およびベトナム・コンクオン周辺で、オオタニワタリ類とヤクシマホウビシダモドキ類の成葉と胞子の試料を採集した。この生葉を用いてアロザイムの電気泳動的多型及びrbcLの塩基配列を調べた。rbcLの塩基配列は、PCR法とダイレクトシークエンス法を用いて決定した。そしてrbcLの塩基配列の異同に基づいて分子系統樹を作成した同時に、アロザイム多型は、ポリアクリルアミドゲル電気泳動法によって調べ、それに基づく分子系統樹も作成した。この両者の分子系統樹は、良く一致した。得られた分子系統樹によると、まず、ヤクシマホウビシダモドキ類には、2系統あることがわかった。一方、オオタニワタリ類については、大きく分けると、日本産のオオタニワタリ、リュウキュウトリノスシダをそれぞれ含む3群に分かれた。ただし、形態では、ベトナム産でリュウキュウトリノスシダと同様葉柄にキ-ルのあるものがシマオオタニワタリ(日本産)と近縁になる等、形態上のまとまりと分子系統樹は対応しなかった。さらに、個々の3群の中にもrbcLの塩基配列やアロザイム多型に基づく遺伝的距離の大きく異なるものが含まれていることもわかった。このことは、複数の種が3群のそれぞれに含まれることを強く示唆している。次に交配実験であるが、アロザイム多型とrbcLの塩基配列に基づいて、識別された系統間および系統内で交配実験をすべく胞子を混ぜて播種した。現在、胞子体が発達中である。近く、アロザイム多型解析を行い系統間で交雑が起こったかどうかを調べる予定である。
変形性関節症における骨棘形成機序

変形性関節症(OA)の関節軟骨組織でTGF-βにより誘導されるADAM12が高発現し、軟骨細胞の増殖促進やクラスター形成に関与することが報告されている。本研究ではADAM12の軟骨細胞分化制御への関与について検討した。6-7週齢のDBA/1マウス成長板において増殖軟骨細胞層と肥大軟骨細胞層でADAM12の発現を認めた。ATDC5細胞にITS (インスリン-トランスフェリン-亜セレン酸ナトリウム)を添加した軟骨細胞分化過程において、Adam12の発現がピークに達した後に軟骨細胞の肥大化期のマーカー遺伝子であるCol10a1の発現の亢進を認めた。CRISPR/Cas9systemを用いて作成したAdam12-KO ATDC5細胞ではwild typeと比較し分化誘導後にIgf-1のmRNAの発現が抑制され、一方でRunx2やCol10a1のmRNAの発現が亢進した。さらに、Adam12-KO ATDC5細胞において、wild typeと比較しRunx2やX型コラーゲンの蛋白の発現が亢進した。Adam12-KO ATDC5細胞では、wild typeへのTGF-β1刺激により誘導されたIgf-1の亢進やRunx2の抑制が阻害された。さらに、Adam12を過剰発現することにより、Igf-1の発現は亢進する一方でRunx2の発現は抑制された。OA軟骨変性の進行や骨棘形成過程に内軟骨性骨化が関与しているとされ、軟骨細胞の分化の制御はOAの治療ターゲットとして重要である。ADAM12はRUNX2やX型コラーゲンの発現を制御することで、軟骨細胞の分化過程において重要な働きをしていることが示唆された。ヒト変形性関節症の関節軟骨組織でTGF-βにより誘導されるADAM12が高発現し、軟骨細胞の増殖促進やクラスター形成に関与することが報告されている。本研究ではADAM12の骨棘形成への関与について検討した。人工関節全置換術時に採取したヒト骨棘組織において増殖軟骨細胞層と肥大軟骨細胞層でADAM12の発現を認めた。ATDC5細胞にITSを添加した軟骨分化過程において、Adam12の発現がピークに達した後に軟骨細胞の肥大化期のマーカー遺伝子であるCol10a1の発現を認めた。CRISPR/Cas9systemを用いて作成したAdam12-KO ATDC5細胞の分化誘導過程ではwild typeと比較し、分化誘導後4週目におけるCol10a1のmRNAの発現が抑制され、分化誘導後5週目でのCol10a1の蛋白の発現も抑制された。TGF-β刺激によりAdam12とIgf-1、Runx2の発現が亢進し、Adam12をKOすることでIgf-1とRunx2の発現が抑制された。さらに、Adam12過剰発現ベクターをATDC5細胞にtransfectionすることで、Igf-1やRunx2の発現が亢進した。ADAM12は骨棘組織に発現し、IGF-1やRUNX2、X型コラーゲンの発現を制御することで、骨棘形成に関与していることが示唆された。In vitroの研究はおおむね順調に進んでいる。動物実験については継続中である。ヒト変形性関節症(OA)の関節軟骨組織でTGF-βにより誘導されるADAM12が高発現し、軟骨細胞の増殖促進やクラスター形成に関与することが報告されている。本研究ではADAM12の軟骨分化制御への関与について検討した。ATDC5細胞にITSを添加した軟骨分化過程において、Adam12の発現がピークに達した後に軟骨細胞の肥大化期のマーカー遺伝子であるCol10a1の発現の亢進を認めた。CRISPR/Cas9systemを用いて作成したAdam12-KO ATDC5細胞では、wild typeと比較して分化誘導過程中にIgf-1の発現は抑制された。一方で、RUNX2の発現は分化誘導後2週目をピークに亢進した。分化誘導後3週と4週、5週目において、Adam12 KO ATDC5細胞で、wild typeと比較してCol10a1のmRNAと蛋白の発現が亢進した。さらに、Adam12-KO ATDC5細胞において、wild typeと比較し、細胞上清中のCol10a1の蛋白の発現が亢進した。Adam12-KO ATDC5細胞では、wild typeへのTGF-β刺激により誘導されたIgf-1の亢進やRUN2の抑制が阻害された。OA軟骨変性の進行する過程に内軟骨性骨化が関与しているとされ、軟骨細胞肥大化の制御はOAの治療ターゲットとして重要である。本研究より、ADAM12は軟骨細胞肥大化の過程において、IGF-1やRUNX2の発現を制御することで内軟骨性骨化において重要な働きをしていることが示唆された。ATDC