東京大学産学連携プロポーザル

統合失調症は原因不明の精神疾患で、一般人口の中で約0.7％が発病し、好発年齢は思春期から成年期と人生早期に発症し、その後の人生に大きな影響を与え続ける。発症に関わる病態解明を目指すことで新たな治療薬開発につながることが期待できる。本研究室では2008年より統合失調症発症前後を対象とした遺伝子、末梢血血漿成分、MRI、NIRS、事象関連電位などの、マルチモダリティ計測を利用した縦断研究（IN-STEP研究, http://npsy.umin.jp/cp.html, 図１）を行っている。その中で、キャピラリー電気泳動質量分析法による血漿成分の解析により、初発統合失調症に特異的に変化している物質を見出した（図２）。現在は、代謝異常の発現時期や症状経過との関連をみる臨床研究と、代謝異常による神経系への影響を見る基礎研究を融合したトランスレーショナルリサーチが可能な研究環境を構築しつつあり、代謝異常を補完する臨床試験を実施している。

地球温暖化が進行し、全地球規模の環境劣化が懸念される中、食料となる海洋生物資源 (水産資源) の安定的な確保は極めて重要な課題の一つとなっている。最近の研究によると、海洋生物資源の変動は海水温や海流といった海洋の物理環境の変動と密接に関係することが明らかになっており、海洋物理環境の変動メカニズムの解明と将来予測の実現は、資源管理を適切に行い、漁業の生産性を上げるための喫緊の課題となっている。近年、コンピュータ技術が急速に進展し、人工衛星や自動観測ブイ等の観測機器の発達により、現時点では物理環境のみに限定されるものの、2カ月程度先までの海洋環境を天気予報のようにスーパーコンピュータを用いて予測することが可能である。そして、次のステップとして、プランクトンや魚類も含めた海洋生態系の変動予測の実現に期待が集まっている。この研究室では、海洋生態系の変動機構の解明と将来予測の実現に向けて、人工衛星の海面水温・高度データをシミュレーションモデルに融合した海洋大循環モデルをベースとし、これに食物連鎖や魚類の回遊・生残といった海洋生態系のプロセスを組み込んだ高精度の「3次元海洋データ同化生態系モデル」を世界で初めて開発し、各種の研究課題に取り組んでいる。下記に代表的なものを列挙する。 (1) 全球規模の気候変動が海洋生態系に及ぼす影響の予測 地球温暖化に代表される全球規模の気候変動によって数10年～100年後の海洋生態系がどのように変化し、海洋生物資源の分布や生物量がどのように変化するかといった影響予測の研究を実施している。図1は、モデルで推定した日本周辺海域の植物プランクトンの分布で、人工衛星による観測値を良く再現していることが分かる。 (2)　日本近海の多獲性魚類の資源加入量の変動メカニズムの解明と予測 例えば、日本近海で漁獲されるマアジは主に東シナ海南部で発生していることが知られており、このモデルを適用してマアジの卵・仔稚魚の輸送過程を追跡したところ、仔稚魚の生残は東シナ海域の海流と水温に密接に関係し、近年の資源加入量の変動は、仔稚魚の輸送経路上の水温変動と高い相関関係にあることが分かった。図2は、九州西方沖～日本海で漁獲された当該年生まれのマアジの尾数とモデルによる推定結果の比較である。モデルは年ごとの変動を良く再現していることが分かる。 (3) 有害生物・物質の拡散・輸送予測 このモデルは、近年日本海の定置網漁業等に甚大な被害をもたらしているエチゼンクラゲの発生海域と発生時期の推定、並びに黄海・東シナ海沿岸域から日本沿岸域への来遊予測や流出原油等の有害汚染物質の拡散・輸送予測にも利用されている。

植物栽培にこれまで利用されてきた蛍光灯や高圧ナトリウムランプなどの代替光源として、LEDを利用しようとする試みが近年盛んに行われている。 しかしながら、そのような試みには、導入コストおよび運転コストを度外視しているものが少なくない。 また、関連する試験研究も多いが、LEDとその特性に関する知識と経験だけでなく、植物と植物栽培に関する知識と経験をも兼ね備えた研究者が少ないためか、植物栽培や補光などを目的としたLEDの実用的利用に資するような知見は少ない。 この研究室では、これまで光生物学研究用の高機能なLED光源システムを数種類開発してきている。  

下記研究者、及び博士課程在籍の杉山一生氏による本発明は、結晶中に強磁性ナノ細線を作製する手法に係るものである。酸化ニッケルをはじめとする反強磁性体薄膜を作製する際に、格子定数が薄膜と異なる基板を用いることで、格子定数差を緩和するために、薄膜中に一次元の格子欠陥である転位が導入される。この転位を利用することで、原子スケールで微細な一次元強磁性体を作製することができる。 作製される微細な磁性体は、反強磁性結晶中に埋め込まれているため、反強磁性との相関を利用して特異な物性を発現させることができる。例えば、酸化ニッケル中の転位は、周辺の反強磁性領域との相互作用により、4 Tを超える極めて大きな保磁力と、250℃を超えるキュリー点を有する。

スピンをもつ分子からなる分子結晶ではスピン構造と結晶構造が強く関連する。磁場によってスピンを制御することで分子の立体配置を変化させることが可能であるが、一般にその実現には強い磁場が必要である。当研究室では100テスラを超える超強磁場を用いることで分子配置を変化させ、分子結晶の新しい性質を探索する研究を行っている。酸素分子はスピン量子数S=1をもつが、最近、120テスラ以上の超強磁場において、分子の立体配置が変化し、これまでに知られていない新規相に相転移することが明らかになった。新規相はθ相と名付けた。詳細については不明な点も多く現在も調査中であるが、結晶構造は立方晶、分子が互いにねじれた配置をとっていると現在のところ予想している。一酸化窒素分子などからなる比較的単純な分子結晶や、ラジカル基をもつ低次元分子磁性体についても研究を進めている。

熱帯泥炭土壌は、膨大な炭素ストックであり、その半分は東南アジアに分布する。東南アジアでは近年、この泥炭土壌がオイルパーム等のプランテーション開発により排水され好気的な条件になり、ストックされていた泥炭が微生物の活動により分解され、大きな二酸化炭素放出源に転換している。熱帯泥炭土壌の保全が可能な生物生産システムの開発が求められている。この研究グループは、1.泥炭保全による温暖化ガス排出削減量を算出するモデルの評価と改善、2.変動のある水位条件の泥炭土壌での造林技術の開発、3.土地利用オプションごとの生態系の炭素収支と排出削減量の推定、4.生産される木質バイオマスの有効利用技術の開発に取り組んでいる。

海表面の流れや海上の風情報は、大気と海洋の相互作用を理解する上で欠かせない要素である。近年ではリモートセンシング技術の発達により、気象衛星を用いて全地球規模の海表面流や海上風を推定できる。しかし、気象衛星による観測は1日最大2回という時間解像度のため、環境の細かい時間変化を捉えられない可能性がある。さらに、沿岸域では陸地の影響で衛星による推定が困難である。 滑空するミズナギドリやアホウドリの飛行をバイオロギングによって測定したところ、海鳥の位置情報から、海表面流や海上風を推定することができた。このデータによって、従来の気象衛星による観測の空白を補間できるようになる。これまでの研究で、動物を用いた海洋観測で得られたデータを大気・海洋モデルに入力するとモデルの予測精度が向上することが知られている。

この研究室では、植物の病害防御を目的として多様な植物ウイルスに共通した感染戦略・病原性発現機構を明らかにすることを目的としている。これまでにシロイヌナズナ野生系統の中から、ユリなどに大きな被害を与え問題となっているポテックスウイルスの一種に強力な抵抗性を示す系統を発見し、JAX1（JACALIN-TYPE LECTINE REQUIRED FOR POTEXVIRUS RESISTANCE1）と名付けた。この遺伝子は、世界最大の果物と呼ばれるジャックフルーツの成分と類似するレクチンの一種であり、これまでにない新しいウイルス抵抗性を示した。 JAX1のウイルス抵抗性を確認するため、JAX1を持たないタバコとJAX1を発現させたタバコにGFP（緑色蛍光タンパク質）を導入した光るウイルスを接種したところ、JAX1遺伝子を持たないタバコはウイルスに感染したが、JAX1遺伝子を発現させたタバコはウイルス感染が起こらなかった（図1）。このことから、JAX１はウイルス感染の初期段階で増殖を抑制することにより、強力な抵抗性を示すことが明らかになった。また、この研究成果では、植物レクチンが植物ウイルスの増殖を阻害するという機能を初めて明らかにした（図2）。

24時間稼働型社会の到来を受け、健全な睡眠を確保することの大事さが近年認識されている。睡眠の異常はうつ病を始めとする精神疾患、あるいは肥満などの生活習慣病と関わることが知られている。その一方で、健全な生活を送る上での適切な睡眠量は個人によって大きく異なり、「良い睡眠」を規定する因子は遺伝的要因と環境的要因の双方を含んでいると考えられる。 本研究室では、マウスの睡眠表現型を簡便・並列に測定する方法を開発し、さらに、遺伝子改変マウスを高効率・並列に作製する方法を開発してきた。これらの手法を用いて、一日の睡眠時間が顕著に変化する遺伝子改変マウスを多種類報告している。特に、細胞内カルシウムに依存した神経細胞膜電位の制御に関わる遺伝子群や、カルシウム依存的タンパク質リン酸化酵素が、一日のNREM睡眠時間の制御に関わることを見出した。さらに、アセチルコリンと呼ばれる神経伝達物質の受容体であるM1, M3受容体がREM睡眠に必須の役割を果たすことを報告してきた。 これらの遺伝子は我々ヒトでも、睡眠制御に重要な役割を果たすのであろうか？また、実験室環境にあるマウスよりもはるかに多様な遺伝的、環境的要因にさらされているヒトでは、さらに多様な睡眠制御因子があるのではないか？これらの問いに答え、将来的な睡眠およびその関連疾患に対する創薬ターゲットを提示するために、数百人から数千人規模のヒト集団を対象として、睡眠表現型と遺伝情報の対応付けを行う研究を展開する準備が整いつつある。

骨格筋の肥大や筋力の増大を促進するミオスタチン阻害薬の新規製剤として、1 価Follistatin-Like-3(FSTL3)-Fc を開発しました。 1 価 FSTL3-Fc は、標的と考えられる因子を過不足なく阻害し、マウスに投与した時に十分な効果が認められ、かつ先行製剤で問題となった副作用を認めませんでした。 有効でかつ副作用の可能性の低いミオスタチン阻害薬は、進行したがんで見られる悪液質や高齢者に見られるサルコペニア(骨格筋減弱症)などの骨格筋萎縮や神経筋疾患の治療薬として有望です。また骨格筋の持つ代謝機能を改善することで、肥満や 2 型糖尿病の治療にもつながることも期待されます。