1 0 0 0 OA ゲノムDNA化学修飾のニューロン発達における機能解明
- 著者
- 波平 昌一
- 出版者
- 奈良先端科学技術大学院大学
- 雑誌
- 挑戦的萌芽研究
- 巻号頁・発行日
- 2011
哺乳類の脳の神経細胞(ニューロン)におけるDNA メチル化、及び、DNMT1 の役割を解明することを目的とし、研究を行った。その結果、DNMT1 が発達期において神経突起の伸長に関与すること明らかにした。また、ニューロン特異的なDNMT1 の欠損が、マウスの不安様行動を誘発させることがわかった。これらの結果は、非分裂生のニューロンにおいてもDNMT1 がその機能を発揮し、ニューロンの発達と活動を制御していることを示している。
1 0 0 0 OA 発熱誘導DDS用パーソナルバイオナノ粒子の創成と機能評価
- 著者
- 岩堀 健治
- 出版者
- 奈良先端科学技術大学院大学
- 雑誌
- 挑戦的萌芽研究
- 巻号頁・発行日
- 2011
本研究において詳細にナノ粒子形成条件を検討する事により直径 12 nm の馬由来フェリチンタンパク質の内部空洞内(直径 7 nm)に温熱効果を発揮すると考えられる酸化鉄ナノ粒子の作製に成功した。作製した本ナノ粒子集合体はネオジウム磁石への吸着が肉眼で観察されるとともに、XRD や EDX 分析、高分解能電子顕微鏡観察等を行った結果、作製されたナノ粒子はマグネタイト (Fe3O4) であることが確認された。また、酸化鉄ナノ粒子以外にも詳細な検討作製条件検討によりフェリチン空洞内への CuS 及び FeS, タンタル (Ta) のナノ粒子の作製にも成功し、現在ひきつづき元素分析及び磁性観察を行っている。さらに最近、より DDS に適しているヒトの心臓由来のフェリチンタンパク質の作製と内部への酸化鉄ナノ粒子の作製にも成功した。今後はこれらの作製したナノ粒子の発熱実験とフェリチン表面への認識ペプチドの結合を行うことでバイオナノ粒子を作製し、機能評価を行う。
1 0 0 0 OA アンチセンスRNAによる肝癌に対する新規診断法の開発とテーラーメイド治療への応用
破骨細胞分化を司る接着分子として我々が発見したMac-1(CD18/CD11b)が結合する相手分子について研究を進めた。マウスの骨髄由来の単核球細胞をM-CSFとRANKLで刺激し、破骨細胞分化を誘導する実験系において、先ず中和抗体を用いた実験を行った。Mac-1の相手分子として考えられたICAM-1(CD54)またはICAM-2(CD102)の中和抗体(ラットモノクローナル抗体)を用いた結果、ICAM-2を中和したときのみは骨細胞分化が抑制された。さらに、他のICAM-2の中和抗体(ヤギポリクローナル)を用いても同様の結果が得られたこと、また中和抗体の効果に用量依存性があったことから、Mac-1が結合する相手分子はICAM-2であると考えられた。次にマウスの骨髄由来の単核球細胞をフローサイトメーターで分析した結果、CD19陽性のB細胞と思われる細胞およびTCRbeta陽性T細胞がそれぞれ20%、1%存在していることが確認され、それらの細胞ではICAM-2の陽性率は70%以上であった。破骨細胞分化におけるリンパ球系の細胞の関与を排除するために、リンパ球を欠くマウス(SCIDマウスおよび対照となるマウス)の骨髄由来単核球を用いて破骨細胞分化に及ぼすICAM-2中和抗体の効果を調べたところ、破骨細胞分化は野生型の骨髄由来単核球と同程度に抑制することを確認した。以上の実験結果から、破骨細胞の分化にはは骨細胞前駆細胞が発現するMac-1とICAM-2が重要な働きをしていることがわかった。現在はICAM-2とMac-1の結合による細胞内の情報伝達機構、特にSykおよびAktのリン酸化について詳細に検討している。
最終年度である本年度は,下記テーマ(A),(B),(C)については,19,20年度の研究成果をもとにさらに詳細化と実装を進め,完成度を向上させた.また(D)については,20年度の検討をもとに詳細設計と実装を進め,プロトタイプシステムによる評価実験を行った.さらに最終年度のとりまとめとして(E)を実施した.本年度の各テーマの具体的な研究成果は以下の通りである.1.テーマ(A):ネットワーク情報の収集技術の実装とバージョンアップを進めた.また,ネットワーク情報を利用者に分かりやすく可視化して提示する表示支援システムを構築した.2.テーマ(B):NDNの具体的なモデルの構成とアーキテクチャの詳細設計をさらに進めた.3.テーマ(C):(A)の成果を用い,NDNの自律的な制御・管理技術の設計と実装を進めた.4.テーマ(D):(A)-(C)の成果を用いて評価用アプリケーションの詳細設計と実装を行った.また,実際の災害を想定したシミュレーション実験を行った.5.テーマ(E):(A)-(D)の成果を統合し,本提案の総合評価を実施した.本年度は特にテーマ(D)の推進に力を入れた.具体的には,近い将来発生が予想される宮城県沖地震など,実際に発生する災害時のコミュニケーションやネットワーク障害を想定し,NDNの挙動をシミュレーション実験により観測することで,その効果を検証した.以上の成果を,国際会議や国内学会等で発表した.以上より本研究は,ほぼ計画通りの進捗であると言える.
1 0 0 0 放射線による腸死に対する治療法としての幹細胞移植の可能性の探索
放射線による腸死に対し幹細胞移植による治療の可能性を探るためマウスを用いたモデル実験を行うのが目的である。昨年の結果から胎仔期の小腸上皮細胞を用いれば幹細胞移植がより効率的に行える可能性が示唆されたので、本年度はまず小腸上皮細胞をsingle cellとしてより多く回収する方法を検討した。具体的には細胞が緑の蛍光を発するように改変されたEGFPマウスの17.5~18.5日齢胎仔小腸を用い、文献情報から得られたコラゲナーゼ、ヒアルロニダーゼ、パンクレアチン、トリプシン、DNase I、EDTAの単独及びそれらの2つ以上の組み合わせた処理について検討した。また処理方法は0℃×60分、20℃×20分、37℃×20分についてチェックした。指標としてはsingle cell suspensionが得られるか、蛍光蛋白が細胞内によく保持されているか、細胞の収率はよいかの3点で行った。その結果、EDTA存在下でヒアルロニダーゼを37℃×20分処理後トリプシン+DNase Iを20℃×20分を行うのが最適であることが分かった。この時の細胞の回収率は0.3~1×10^5 cells/マウスであった。次にこの細胞を用い10Gy照射したマウスの尾静脈に投与した結果、マウスの生存期間は9~11日であった。これは何も処理しない時の生存期間とほぼ同じであり、生存率への影響はみられなかった。このとき小腸にはかなりの数の移植された蛍光細胞がみられたが、幹細胞から絨毛上皮に向けた直線状の細胞のつながりは見えなかったので、幹細胞をうまく移植できたかどうかは不明である。個体の腸死を回復させるためには今後さらなる検討が必要である。
1 0 0 0 OA スタイルとインターラクションを活かす英語学習者方略トレーニング
1 0 0 0 OA 過疎集落における共生のための実験的研究
初年度に無線式の心音測定装置(マイクロフォン並びに記録装置)を開発し、明瞭な心音のサンプリングが可能な装置を開発した。当初、研究計画に予定されていた「音源分離法を用いたノイズ除去装置の開発」は、研究期間を通して基礎研究を実施してきたが、前年度に引き続き開発に困難を極め装置作成にまで到達できなかった。そこで、運動中のノイズ除去に関しては、心音サンプリングのレンジ(周波数域)を絞り、記録する周波数域を限定的にした事により、自転車運動中の体動によるノイズの混入が阻止できる装置が開発できた。さらに心音検出機能を向上させる為に、心電図のR波をトリガーとした検出プログラムに改良を加えたことにより、これ迄以上に明瞭かつ確実な心音サンプリングが可能になった装置が開発された。また、ワイヤレス式の心音自動解析装置の試作器を開発し、実際の健康づくりの現場にて本装置による運動処方としての有用性を検証したところ、有酸素能が向上することが確認された。研究計画に予定されていた音源分離法を用いたノイズ除去装置を用いる事無く自転車運動中に明瞭な心音測定が可能となった。本研究にて開発したプログラムと手法の一部に関して特許を申請した。
1 0 0 0 OA 新しい腫瘍溶解アデノウイルスの開発
1 0 0 0 糖尿病の合併がアルツハイマー型認知症に及ぼす影響
認知症と糖尿病も加齢とともに増加し、糖尿病による脳微小循環障害は認知症を増悪させる可能性が高い。一方、血糖値が下がりすぎると脳神経細胞死を誘発する可能性もある。ラット脳循環障害モデルとして昨年度に作成したストレプトゾトシン投与等によりI型糖尿病モデルに引き続き、本年度はより臨床的な頻度の高いII型糖尿病モデル(OLETFラット)を導入し、LETOラットを対照群として脳微小循環造影所見を比較した。放射光微小血管造影検査は兵庫県佐用町の放射光実験施設Spring 8の共用実験として脳、腎臓、下肢等の微小血管造影を行った。空間解像度5-10μmの血管撮影装置により、細動脈レベル(50-200μm)の血流制御機能の定量的評価を行った。安静時の撮影後、アセチルコリン(30μg/kg, IA)の投与下で撮影を繰り返した。LETOラット(対照群)では安静時の造影で中大脳動脈から分岐する3-4本の脳穿通枝(血管径50-200μm)を観察することができた。一方、糖尿病ラット(OLETFラット)では観察可能な脳穿通枝数が減少する、同血管径が狭小化する、中大脳動脈自体の血流が途絶するなどの所見が得られた。対照群、糖尿病群のいずれでもアセチルコリンに対する血管反応性は他の臓器の微小血管(心筋、指尖、腎臓)と比べて乏しかった。以上から脳微小循環の糖尿病性血管障害の評価に放射光微小血管造影法が有用であることが確認できた。本方法をアルツハイマー病動物モデルに応用することで認知症と糖尿病の合併の病態生理の検討と最適な治療法の開発が可能となる。
1 0 0 0 OA 夜間大規模停電下において有効な蓄光避難誘導システムの提案
- 著者
- 平瀬 肇 篠原 良章 眞鍋 理一郎
- 出版者
- 独立行政法人理化学研究所
- 雑誌
- 挑戦的萌芽研究
- 巻号頁・発行日
- 2009
脳機能の左右差はヒトではよく知られているが、その分子的基盤は、ほとんど分かっていない。また、マウスを用いた左右差の分子基盤を探る実験でも、神経伝達物質受容体の定量等のボトム・アップ的アプローチによるものが殆どである。さらに、体軸を形成する遺伝子のスクリーニングは数多いが、それらはすべて動物の初期発生期に誘導される分子に限られており、成熟した個体に対する徹底した遺伝子の網羅的スクリーニング皆無であった。哺乳類左右脳の遺伝子発現の違いを解明するために、平成21年度に収集した成獣ラット海馬CA3領域サンプルを次世代DNAシークエンサーを利用して遺伝子解析を行った。まず、収集された左右の海馬CA3サンプルより、short RNAライブラリを調製した。ライブラリ調整には理化学研究所オミックス基盤領域(鶴見)で開発されたLNAを用いてアダプターダイマーを除去する最新式のプロトコルを採用した。その結果、1サンプルあたり、約1000万タグ、左右合計6サンプルのshort RNAのシークエンシングに成功した。シークエンスされたshort RNAの中、約9割がmiRBase15に登録されているmicro RNAであった。micmoRNAの発現で際立った左右差が認められるものは殆ど無かった。また残る1割においては、バイオインフォマティック的手法により新規microRNA解析を行ったところ十数種類の新規microRNA候補遺伝子が見付かった。新規microRNA候補遺伝子の中から発現(タグ数)が高い2つの遺伝子の発現をin situ hybridization法を用いて確認した。新規microRNA候補遺伝子でも左右発現差が顕著な物は皆無であった。
1 0 0 0 OA パッチマッチング法による実写 3 次元映像の圧縮と処理
実写3次元映像の圧縮と処理に関する研究を行った。実写3次元映像は各フレーム独立に生成されることが多く、時間的に連続するフレームにおいても頂点数や結線関係が保存されていない場合が多いため、圧縮が困難であった。そこで、研究代表者が考案したパッチマッチング法に基づき、実写3次元映像の頂点情報、結線情報、色情報を同時に圧縮可能な技術を研究した。具体的な手法について述べる。まず、測地線距離を用いて各フレームの3次元メッシュモデルをほぼ等面積になるようにパッチに分割し、それを圧縮処理の基本単位とした。各パッチの幾何情報、色情報に対してキルヒホッフ行列によるメッシュ周波数解析やベクトル量子化を施すことによりフレーム内圧縮を実現した。さらに、隣接フレーム間でもっとも類似するパッチを探索し、対応パッチからの残渣情報のみを符号化することでフレーム間圧縮を実現した。これにより、フレーム内圧縮で1/8程度、フレーム間圧縮で1/12程度の圧縮率を実現した。
1 0 0 0 肢体障害者の装具(身体機能補助増進衣)の着心地改善に関する研究
肢体障害者に運動機能の補助増進を目的に用いられる補装具の着心地改善を図り、肢体障害者の生活の質向上に貢献することを目的として本研究を企画した。平成19年度に行った身体障害者の補装具着用実態と着用感に関する調査により使用者が最も多かった短下肢プラスチック補装具について足底土踏まず部に孔をあけた着心地改良品を平成20年度に試作した。これを用いて平成21年度には着用実験を行い、装具内温湿度を測定した。平成21年8月に研究室のエアコンを30℃に設定して実験を行った。研究室に到着した被験者は1時間の安静後、半袖Tシャツと短パンの実験着に着替え、センサー添付部位(足底土踏まず部,下腿後面部,胸部)をアルコールで清拭した後、センサーを貼付し、実験中の衣服内温湿度を連続測定した。3種の補装具について装着前椅座安静20分、装着後椅座安静20分、歩行運動20分、回復期椅座安静20分の間、5分間隔で5分間ずつ口腔温(精度0.5℃の婦人体温計)と着心地アンケートを測定記録した。1)プラスチック補装具で被覆されると、足底と下腿の衣服内温度・湿度は上昇した。温冷感・湿潤感は装着後上昇し歩行運動により一過性に下降したあと上昇し、運動終了20分後も高いレベルにあった。2)皮膚に密着するプラスチック面に吸湿素材を貼付すると装具内湿度は改善する傾向が認められた。そこで、次に模擬皮膚を用いて発汗無し,少量発汗,中量発汗について、4条件((1)孔無しプラスチックプレート(2)孔有りフ°ラスチックプレート(3)ライナー+孔無しプラスチックプレート(4)ライナー+孔有りプラスチックプレート)で検証実験を行った。今回用いた吸水性能のライナーでは,発汗が少量時には衣服内湿度の上昇が抑えられるが,中量時にはその効果は認められなかった。プラスチックプレートの孔の有無による衣服内温湿度の違いは認められなかった。
1 0 0 0 メニーコアCPUにおける冬眠コアのゼロ化
2010年度は、2009年度に開発したシステム自動最適化アルゴリズムの実機評価を目指した。本アルゴリズムはProducer-Consumer型のモジュール群で構築されたアプリケーションにおいて、メニーコアCPUを最大限に利用できるよう各モジュールに割り当てる計算機やスレッド数を自動で決定し、アプリケーションの性能を最適化することが目標である。研究には我々が開発している分散処理フレームワークであるQueueLinkerを用いた。2010年度は、まず、自動最適化アルゴリズムの評価用アプリケーションとしてWebクローラを開発し、QueueLinkerのプロトタイプにより動作を確認した。本クローラを構成するモジュールは全てProducer-Consumer型であり、QueueLinkerにより分散実行できる。実験に先立ち、本クローラがWebサーバにかける負荷を軽減するために、同一Webサーバに対するアクセス時間間隔の最小値を厳密に保証するクローリングスケジューラを開発した。本スケジューラは、時間計算量が0(1)であり、空間計算量の上限がクローリング対象のURL数に依存しない。本アルゴリズムはDEIM 2011において発表した。そして、開発したWebクローラをアプリケーションに用い、QueueLinkerの自動プロファイリング機能を開発した。本プロファイリング機能は、モジュールが使用するCPU時間や、ネットワーク通信量をプロファイリングできる。その後、昨年度開発したシステム自動最適化アルゴリズムを実際のプロファイリングデータを利用して動作するよう設計を修正した。本アルゴリズムは、各モジュールが使用するリソース量に基づいて、アプリケーションの性能が最大になるように、モジュールに割り当てる計算機やスレッド数を自動で決定するものである。
1 0 0 0 OA 遺伝子発現をオンにするプロモータ領域付随リボ核酸
- 著者
- フォレスト アリスター
- 出版者
- 独立行政法人理化学研究所
- 雑誌
- 挑戦的萌芽研究
- 巻号頁・発行日
- 2010
本研究は「挑戦的萌芽研究」の助成金で実施。目的は各遺伝子のプロモータ領域を標的とする合成短鎖RNA分子を用い、遺伝子上方制御を誘導する設計ルールを発見することでした。上流アンチセンス転写物を標的とする合成RNAを設計し、2つの細胞株で合計25個の遺伝子をテストしたところ、EGR2、NANOG、SPI1、MAFBに対する潜在的な低分子活性化RNAを特定しましたが、効果は小さく、一方の細胞型でしか作用しませんでした。残念ながら本実験は発表には至りませんでした。
1 0 0 0 金星表層を模擬した高温超臨界二酸化炭素中でのパイライト分解実験
金星環境を地球と対比しながら理解することは比較惑星学上の重要なテーマである.しかし,金星研究は鉱物学・岩石学・地球化学的探査の困難さもあって,これまでは限られた探査データに基づいた理論的研究が先行し,金星環境の安定性や表層物質循環を論じるための重要な化学反応であるパイライトの分解速度データとして,10年以上前に金星環境とはかけ離れた条件下で求められた実験データ(Fegley et al., 1995)がほぼ無批判に使用されてきた.本研究では,高温超臨界二酸化炭素中で金星表層を再現したパイライト分解実験をおこない,高温超臨界二酸化炭素によるパイライトの分解速度,分解メカニズムを求めることを目的とする.また,結果に基づき,金星表層環境でのパイライトの安定性を明らかにし,金星気候モデルに応用することをめざす.研究期間を通じて,パイライト分解に関する1気圧での予備実験を系統的におこなった。結果,金星表層で予想されるよりも酸化的な環境においては,酸素によるパイライトの分解反応が反応速度を支配することがわかったが,金星表層で推定される酸化還元条件では,反応に対する酸素の影響は大きくないことが明らかとなった.これらの予備実験の結果を踏まえ,高温超臨界環境での実験系の立ち上げた.しかし,金星表層の極低酸素分圧を実験系でどのように作成し,制御するかという問題が大きいことがわかり,その解決を試みた.結果として,実験系に酸素ゲッター(グラファイト,チタン)を設置し,酸素分圧は遷移金属酸化物(V2O5, V2O4, MoO3,Fe2O3,Fe3)4, Na4V2O7)の酸化還元を調べることで測定可能であることがわかった.
1 0 0 0 分子生物学的手法を用いたイチゴ花芽新規検定法の開発
昨年度から引き続きイチゴにおける花芽分化時に特異的に発現する遺伝子のクローニングを進め、シロイヌナズナを始めとする各植物のFT塩基配列と類似性の高い塩基配列が得られ,これをFaFTと名付けた.またバラのTFL1塩基配列と類似性の高い塩基配列が得られ,これをFaTEL1と名付けた.イチゴを短日夜冷処理区(花芽誘導区)とコントロール区(花芽非誘導区)で栽培し花芽分化の様子を顕微鏡下で確認したところ,短日夜冷処理区では処理後35日に花芽の分化が見られ、コントロール区では35日後では花芽分化は確認されなかった.葉において,短日夜冷処理区では全てのステージでFaFTの発現が確認出来なかったのに対し,コントロール区では全てのステージでFaFTの発現が確認された.また,明条件になって1時間から8時間目まで1時間毎に発現を解析したところ,コントロール区ではどの時間も発現が確認された.さらに短日夜冷処理区では2および8時間目においてFaFTの発現は確認されなかった.FaTFL1は葉・葉柄・クラウンにおいて特に目立った変化は見られなかった.一方クラウンにおけるFaFTは、花芽分化が確認できた短日夜冷処理区の35日目で明らかな発現上昇が見られた。これは、短日夜冷条件下では、クラウンにおいてFaFTの発現が上昇し、花芽分化を引き起こしていることを示唆する結果であった。つまりこのFaFTは花芽分化の指標となりうることが明らかとなったが、発現部位がクラウンであったため、今後は葉において指標となる遺伝子候補を探索する必要がある。
1 0 0 0 実験用魚類の遺伝子破壊低コスト化のための変異濃縮技術の開発
TILLING法による遺伝子変異個体の作製は、数千個体よりなるランダムミュータジェネシスした変異ライブラリーから、目的の遺伝子に変異が導入されている個体を選別するという手順を経る。小型脊椎動物で手軽に扱えるモデル動物として注目を集めているメダカやゼブラフィッシュでは、すでにこの手法により数百種類の遺伝子破壊体が作られている。現在は、数千個体すべてについて目的遺伝子を直接塩基配列決定ないし温度融解曲線を使用する方法で変異探索を行っているが、変異の頻度が低いために効率が極めて悪い。そのために、変異をキャプチャーできるMuトランスポゾンをビオチンタギングし、変異を濃縮する方法を試みた。Muトランスポザーゼが結合するDNA断片を合成し、その末端にビオチンを結合させた。不要部位を後に切断除去するために制限酵素部位を導入した変異型DNAは、大腸菌で発現させたMuトランスポザーゼと結合し、タンパク-DNA複合体を形成した。すでにTILLING法で作製し報告済みのp53変異体と野生型のメダカよりそれぞれ変異部位を含むDNA断片をPCR増幅し、熱変性、アニールによりヘテロデュプレクスを形成させてMuトランスポザーゼ-DNA複合体を反応させたところ、転移反応が観察された。DNAを回収し、塩基配列を決定したところ、目的の部位以外にも転移するなど、感度、特異性ともに十分満足のいく結果が得られなかった。そのため、Muトランスポザーゼによる転移反応から、ビオチン化したオリゴヌクレオチドをT4リガーゼによりアダプターライゲーションする方法に変更した。Muで確立した手法によりp53ヘテロデュプレクスからDNA断片を回収して塩基配列を決定したところ、変異を含む断片が効果的に沈降されていることが確認された。現在イルミナGAIIxを用いた大規模シーケンスにより、変異部位の単離同定を進めているところである。