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有機半導体のドーピングにおける分子レベル構造変化と電子物性改質の相関

本研究は、次世代有機エレクトロニクスの重要な要素技術であるドーピングの機構解明を目的とした。このために、構造が均一な高品位有機薄膜を独自に作製し、これにドーピングを施した試料の構造と電子状態をその場で計測する、独自の研究手法を採った。研究対象に、多彩な電子状態変化を示す、アルカリ元素をドープした芳香族分子に特に着目した。いずれもドーピングに伴い分子膜の構造変化と電子状態変化とが誘起され、分子配列変調の重要性が見出された。同時に、未ドープの均一有機薄膜についても、分子配列制御による電子状態や光物性の制御を研究した。以上から、次世代有機材料開発における分子配向の精緻な制御の重要性を明らかにした。本年度は、有機半導体へ金属ドーピングの基礎的研究を行った。ここでは、アルカリ金属ドーピングにより超伝導化が報告されているpiceneやcoronene等の芳香族分子へのKドーピング、絶縁体-金属転移が報告されているphthalocyanine (Pc)分子へのKドーピングを研究対象とした。特に、構造が良く定義された単分子膜にアルカリ金属を添加した系をドープ系のモデルとした。分子レベル構造を走査トンネル顕微鏡で決定し、その電子状態を光電子分光で計測した。両者の比較から、電子状態変化に与えるに分子レベル構造の寄与を解析し、ドーピングによる電子状態改質機構を明らかにした。picene及びcoroneneのKドーピングにおいて、分子膜の構造が大きく変化していることが観察された。この構造変化はpiceneおよびcoronene両者において類似性が見られた。このとき、分子膜の電子状態も変化し、Fermi準位近傍の電子状態密度が増加していることが観測された。この状態変化が系の超伝導化と密接に関連していることを示唆している。一方、PcへのKドープにおいて、一分子当たり1-2原子の添加量の範囲で、K元素が分子間に吸着することで新たな秩序構造を形成することがわかった。しかし、それ以上のドーピングにおいてはKが分子上に吸着し、分子膜が無秩序化することが見られた。一方、電子状態の計測からは、ドーピングに伴い、K由来のあらたな状態密度の形成が確認されたものの、Fermi準位の状態密度には大きな変化はなかった。これはドーピングに由来する系の金属化及び絶縁体化は起こらないことを示す。このため、従来報告されてきた伝導性の変化は、分子膜構造の秩序化-無秩序化による可能性が高いことがわかった。本研究では、低分子系有機半導体のドーピングの解明を目指し、よく定義されたモデル系の確立と、それらを利用し分子レベル構造計測と巨視的電気特性計測とを緊密に関連付けた研究を実施することを目的とする。本研究の初期段階においては、単分子層を対象とした研究を行った。特に、ピセンやコロネン、フタロシアニンなどの芳香族低分子にアルカリ原子を添加した系の単分子層に着目してきた。この系の構造をSTMを用いて分子レベルで明らかにし、対応する電子状態を光電子分光で解析した。これらにより、ドープ系における分子レベル構造と電子状態との強い相関が明らかになった。これを受け、平成27年度においては、モデル系として単分子層より実用素子に適用しやすい多層膜モデルの構築を目指した。このために、ピセンやDNTTなどの分子間力が強く、バルクの結晶性が高い有機半導体分子に着目し、これらを用いて良質の多層膜の作製を試みた。その結果、つぎの二つの観点の発見があった。(1)これらの有機半導体低分子は、無機半導体の知見では理解できない特殊な成長様式を取ることがわかった。両分子は、単分子層を形成したのち、単分子層上に巨大な3D結晶を生成する。この時3D結晶の配向方向が基板表面の結晶を反映することがわかった。これを利用すると高配向の3D結晶膜の実現につながる。(2)一方、このような特異な成長の基板依存性を調べたところ、多くの平坦基板では同様な成長をするが、異方的な構造を持つ表面上では、表面のテンプレート効果を利用することで、4分子層程度の層状成長が可能になることが分かった。この時電子状態はバルクのそれと非常に近いものであることが分かった。現在上記の二点の発見に関する論文を投稿中である。本研究において、単分子層モデルでの経験を活かし、実用素子に適用が容易な多分子層での研究に展開することは、本研究における最も重要なポイントであった。予定通り、そのような展開を実現するとともに、これまでの研究で見落とされてきた、単分子層と多分子層の幾何的配置、電子状態に関する相関が、始めて明らかになったことは、学術的に極めて意義深いものであると考えられる。これまで、電子状態に関してKEKで主に計測を行ってきたが、さらに、分子科学研究所での計測を付加することにより、より深い理解が可能になった。研究の初期段階においては、モデル系として単分子層を対象とした構造及び電子状態の研究を行った。H28年度においては、よりデバイス応用に近い、多層膜モデル系の構築を行った。このとき、バルクの結晶性が高い有機半導体分子を利用することで、良質の多層膜を作製し、その構造と電子状態の決定を行った。

このため、近年注目されている、強い分子間相互作用を示す新規な有機半導体分子群に注目した。第一段階ではこれらの分子の、よく定義された単分子層を作製し、構造と電子状態を決定した。このとき、電子状態の解析において、分子間の強い相互作用に起因した分子軌道状態の重なりや、エネルギー分裂が生じていることを明らかにした。その後、異方的な基板表面を利用すると、これらの分子の良質な多層膜が作製できることを示し、その構造と電子状態を決定した。これらを踏まえ、よく定義された多層膜に金属元素ドーピングを施すことで、良好な多層膜モデル系を作製できる。さらに、このような系の巨視的電気伝導計測のための準備を行ってきた。研究分担者の組織改編の影響で、当初使用予定の装置の稼働が困難となり、急遽別の装置における実験の準備を進め、準備を概ね完了した。ただし、この装置は半導体基板専用装置であり、本装置を用いた実験のためには半導体基板上にモデル系を作製するための検討が必要となる。H28年度においては、単分子層よりデバイス応用に近い、(1)多層膜モデル系の構築と、(2)それを利用した巨視的電気伝導計測の準備とが達成目標であった。(1)に関しては、近年注目されている、強い分子間相互作用を示す新規な有機半導体分子であるDNTTやpicene、sumaneneを用いた良質薄膜の創成研究を行ってきた。ここでは、基板に不活性で平坦な金属(111)面を用いると、強い分子間相互作用力を反映した密な単分子層が形成できた。この単分子層の電子状態と構造とを解析し、原著論文を出版した。しかし、この場合、強い分子間力であるがゆえ、単分子層上に結晶性の三次元巨大結晶が形成され、層状成長が誘起されにくいことが分かった。一方で基板にAg(110)などの異方性の強い結晶表面を利用すると、分子-基板の相互作用が強くなるために、十分密でない疎な単分子層が得られることが分かった。しかし、疎な単分子層上には分子が層状成長できることが分かった。これは単分子層の分子同士が強く結合できていないため、二層目の分子とより強く結合することが可能になっているためであると考えられる。これを利用すると、良質な単一ドメインの多分子膜を得ることができることを示し、現在論文を執筆中である。今後、この系に金属ドープを施すことで、多分子層のドーピングを研究する良好なモデル系が構築できる。(2)に関して、半導体専用超高真空プローバーを用いた実験の準備を行った。今年度はSi表面のIn層を利用し、分子膜作製と電気伝導計測を行ってきた。その第一段階では、In吸着Si表面上に、ドナー及びアクセプタ分子のよく定義された単分子層を形成し、それに伴う基板の表面超伝導転移温度が変化することを発見した。今後はIn吸着Si表面上に(1)で作成したモデル系を準備することで電気伝導計測が可能となる。本年度は、主にフラーレン(C60)の金属内包ドーピングに着目した。ドーパントとしてはLi+イオンを選択し、内包ドーピングによりC60の電子アクセプター性の増大を狙った。本研究では、C60への低速Li+イオンビーム照射によるLi+@C60生成過程の実験的・理論的調査を行った。さらに、この結果を用いて最適化された合成方法により作製したLi+@C60[PF6-]
盛期中世におけるドイツ概念の確立・展開と中世ラテン・ロマンス言語分化の影響

ドイツ概念は8世紀、まさにフランク王国の成立・解体と神聖ローマ帝国=「ドイツ第1帝国」成立時、ドイツ言語文化史の起点において、中世ラテン語のtheodiscusという形で現れ、ついで10世紀になってから古高ドイツ語のdiutiskという形で現れる。この概念は成立時に専ら言語を対象にし、歴史言語学にいうゲルマン諸語を広く指示した形跡があり、11世紀以降になってようやく国・民族の意で用いられるようになった。歴史言語学にいうゲルマン諸語の特定部分を、しかも複数の方言を統合する形でドイツ概念に包含させる過程は、自然史的な言語史の流れの中で発生したのではなく、むしろそれとは対立する形で、中世国家形成・運営のための言語政策の結果として発生したと思われる。この言語政策の基礎は、中世ラテン語文化とゲルマン語文化との対立と統合過程にあり、文化的に優位であった中世ラテン語文化における言語観こそが、ドイツ概念成立の核をなしたと考えられる。ドイツ概念史は主要には言語事実の問題ではなく、言語意識と言語交通に関わる問題であり、ライン河以東に残留したゲルマン系諸言語文化集団間での共通言語文化圏成立の問題である。ドイツ概念成立時には国有名詞の前提となるような「ドイツ」という具体的で固有の実体が言語意識上存在せず、言語政策の結果として成立したこと、またドイツ概念のその後の確立・展開過程にあってもその性格が払拭され得なかった。言語文化上に統一された実体がなかったからこそ、ドイツ概念の特異性が生まれ、言語政策の必要とその効果があった。
新しい定位的クモ膜下出血ラットモデルの作製と血管攣縮の定量的記載

クモ膜下出血(SAH)に続いておこる遅発性脳血管攣縮については、その病因並びに治療法に関して多大なる研究がおこなわれているが、統一的病態理解が出来上がっていない。従来、臨床的脳血管攣縮を、その特徴的時間経過も含めて再現するモデルとして、犬やサルなどが用いられてきた。しかし小動物モデルを用いることが、維持管理も容易であり、倫理的にも望ましいと思われる。従来ラットを用いたSAHモデルは試みられたことがあるが、技術的にも複雑細密で時間を要し、また攣縮の再現が不安定で、特徴的時間経過の再現という点で問題点が多数あった。これらを解決し、簡便確実な方法でSAHをラット脳に導入して血腫形成を起こし、大量に製作できる攣縮モデルを作成した。脳定位手術装置を用いて正確に脳底槽に自己血を注入する方法を検討確立した。全身ガス麻酔下に定位台に装着し、ドリルで穿頭してウィルス環の動脈近傍に注入針を導いて正確に座標と角度を決定した。多くの試行錯誤を経て刺入目標点の座標や注入量のパラメーターを最適なものに決定した。SAH導入後、3時間後、1日、2日、4日、8日、12日の後に脳を取り出して、血腫残存の状況をチェックした。また血管攣縮の程度を定量観察するために、全身麻酔の後にマイクロアンギオグラフィー用のシリコンラバーを心臓から注入還流した。画定処置の後に脳を取り出して実体顕微鏡を用いて写真撮影して動脈経を観察した。コントロールとしては、人工髄液を注入して同じ期間を経た群を作製、血管攣縮の時間経過を比較検討した。その結果、持続性、遅発性の経過をとった血管攣縮を再現性を持ってラットにおいて確立することができた。直後には攣縮が見られず、注入24時間後においては70%の減少が認められ、また48時間後には69%の減少が認められた。今後、ことに血管攣縮の薬剤治療の検討において、広く研究に貢献することが期待される。ラットにクモ膜下出血を脳定位手術装置を用いて正確に脳槽に注入する方法を確立した。動物をマスク・ガス全身麻酔下に定位台に装着固定し、穿頭、定位的に注入針の先端を、脳底槽でウイリス環の動脈近傍に挿入した。エバンスブルーで、脳槽、血管の染色が良好となるように確認し、最適パラメータと座標を決定した。動脈カテーテルから採取した自己血を注入することで,クモ膜下出血を導入した。注入が順調に行われ、回復が良好であったものには、明らかな神経症状の出現は認められなかった。1日から12日後まで一定期間経過の後、動物に全身麻酔をかけ、固定液とマイクロアンギオグラフィー用シリコンラバー溶液を心臓より灌流後、脳を取り出し実体顕微鏡を用いて、径の変化を観察した。対照群は、全身麻酔の後、同様の手術操作を行い、人工髄液を注入して同じ期間を経た群とした。Day1,day2においては確実に再現性をもって血管攣縮による狭小化が認められた(p<0.0001)。それぞれN=6の各群でday0からday12まで追跡した結果、脳動脈における血管攣縮の時間経過は、血管断面積でday1,day2で対照群の53%と52%にまで低下し、day4以降は回復した。Day4,day8,day12では、対照群と有意差を見出せなかった。

この時間経過は従来、他の方法でラットに誘導されたクモ膜下出血・脳動脈攣縮のモデルと同様に、犬やサルなどのモデルに比べて、速くて短いものであった。定位的脳手術で脳底槽に血液を注入したラットのモデルでは、死亡率が少なく、均一かつ確実にクモ膜下出血と血管攣縮が導入されることを確立した点で有意義な成果をあげたと考える。今後は薬理学的な反応性や、生化学的なサイクリックヌクレオタイドの含有量や、高エネルギー燐酸含有量の変化を検討していく予定である。クモ膜下出血(SAH)に続いておこる遅発性脳血管攣縮については、その病因並びに治療法に関して多大なる研究がおこなわれているが、統一的病態理解が出来上がっていない。従来、臨床的脳血管攣縮を、その特徴的時間経過も含めて再現するモデルとして、犬やサルなどが用いられてきた。しかし小動物モデルを用いることが、維持管理も容易であり、倫理的にも望ましいと思われる。従来ラットを用いたSAHモデルは試みられたことがあるが、技術的にも複雑細密で時間を要し、また攣縮の再現が不安定で、特徴的時間経過の再現という点で問題点が多数あった。これらを解決し、簡便確実な方法でSAHをラット脳に導入して血腫形成を起こし、大量に製作できる攣縮モデルを作成した。脳定位手術装置を用いて正確に脳底槽に自己血を注入する方法を検討確立した。全身ガス麻酔下に定位台に装着し、ドリルで穿頭してウィルス環の動脈近傍に注入針を導いて正確に座標と角度を決定した。多くの試行錯誤を経て刺入目標点の座標や注入量のパラメーターを最適なものに決定した。SAH導入後、3時間後、1日、2日、4日、8日、12日の後に脳を取り出して、血腫残存の状況をチェックした。また血管攣縮の程度を定量観察するために、全身麻酔の後にマイクロアンギオグラフィー用のシリコンラバーを心臓から注入還流した。固定処置の後に脳を取り出して実体顕微鏡を用いて写真撮影して動脈経を観察した。コントロールとしては、人工髄液を注入して同じ期間を経た群を作製、血管攣縮の時間経過を比較検討した。その結果、持続性、遅発性の経過をとった血管攣縮を再現性を持ってラットにおいて確立することができた。直後には攣縮が見られず、注入24時間後においては70%の減少が認められ、また48時間後には69%の減少が認められた。今後、ことに血管攣縮の薬剤治療の検討において、広く研究に貢献することが期待される。
ファーストインクラス医薬品創出を促進するイノベーションシステムに関する研究

我が国からのファーストインクラス医薬品創出を促進するために、特に大学等公的研究機関の研究成果をベースにした事業化により医薬品開発のイノベーションシステムに関する研究を計量学的手法(ネットワーク分析、テキストマイニング等)を用いて行い、このようなプロジェクトを管理する際の管理手法について日本知財学会の関連誌上で提言を行った。加えて、平行して製薬企業においてファーストインクラス、ベストインクラス医薬品の開発に関わった創薬研究者にインタビューを行い、医薬品開発のイノベーションシステムについて考察を行った。2002年2011年までの全世界での医薬品売上ランキング上位50種の比較分析を行うとともに、各薬剤の基本特許及び基本論文に関して、テキストマイニングを含めた多変量解析を現在行っている。加えて、パテントリザルト社のパテントスコアやbiz cruncherを用いた解析も並行して行うことにより、ネットワーク解析等についても分析を行っている。なお、平成23年度も実施した「創薬ネットワークセミナー」も今年度2回実施し、延べ約200名近い参加を得ることができた。さらに北海道地域の一般市民に対し、webアンケートを用いた「がん治療」に対する意識調査を実施し、市民目線での医療ニーズの顕在化を検討した。この結果については、JJSCに投稿(現在、査読中)を行った。並行して、昨年度供与を受けた「医療ニーズに関する調査」と照らし合わせることにより、医療者と市民の医療ニーズに関するギャップに関して検討を行っていく。このような活動を通して、「アンメットメディカルニーズ」の定義付けを行うことにより、このようなニーズに対して医薬品開発を促進するようなイノベーションシステムをどう構築してよいかについて考察を行っていく。並行して、特許に焦点を置いたライフサイエンス系の産学連携型プロジェクトの新たな評価方法を構築し、実際に北海道大学で進捗しているプロジェクトに適応することにより、その有用性を検証を行った。この評価方法を用いて、他の海外を含めたプロジェクトに適応事例を増やし、一般化を行う計画である。昨年度までの研究成果をもとに、2報の論文の投稿を行った。北海道地域の一般住民に対し、医療ニーズに関するwebアンケートを解析した報告については、リジェクトされたため、再投稿を準備中である。もう1報は採択され、現在印刷中である。また、過去2年間実施してきたアンメットニーズ発掘を目的とした創薬ネットワークセミナーは、2013年10月17日に吾妻安良太先生(日本医科大学呼吸器内科教授)と竹田誠先生(国立感染症研究所ウイルス第三部部長)をお招きし、約100名の参加者とともに議論を行った。昨年度まで2002年から2011年までの全世界での医薬品ランキング上位50種の比較分析を行ってきたが、Kneller, Robert. Nature Reviews Drug Discovery 9 (November) 867-にもあるように、売上上位医薬品だけでなく、過去10年間のFDA承認薬にも対象を拡げ、革新性と売上の関係性やその起源がどの領域(大学等公的研究機関、biotech、大企業)であるかといったより深い分析や考察を行っている。また、実際に本学薬学部の研究成果について、早稲田大学で開催されたリーンローンチパッドを用いた「研究成果の事業化のための顧客開発プログラム」において提案を行い、リーンスタートアップやビジネスモデル構築といった実際の事業化の過程を実践した。このような体験を上記のような定量的研究にフィードバックさせることにより、より実情にあったイノベーションシステムに関する研究を行いたい。2000年2010年までの全世界での医薬品売上ランキング上位50種を比較分析を行うために、Pharma Future誌から各年度ごとの売り上げリストを抽出するとともに、各薬剤の基本特許及び基本論文の検索抽出を行った。このデータをもとに、First in Class医薬品、Best in Class医薬品の区分を行い、今後の分析に供する。加えて、財団法人ヒューマンサイエンス振興財団の協力を得て、「医療ニーズに関する調査」のアンケート調査データを提供していただき、分析を行うことにより本研究の基礎資料とした。また、平成22年度平成23年度にかけて北海道大学病院第3内科の症例検討カンファレンスに、計5回参加するとともに、「創薬ネットワークセミナー」と題して、製薬企業において実際の医薬品開発に携わった経験のある著名研究者を招き、主として病院内医師・研究者を対象に以下の3回の講演会を開催した。1回目:シオノギ創薬研究より新規治療薬への挑戦。2回目:創薬の歴史脂質異常症改善薬へ。3回目:化合物ライブラリーから医薬品開発へ。併せて、臨床研究者と創薬研究者がいつでも議論することができる場として、SNSを設置した。加えて、クレストールの開発に携わった企業研究者にインタビュー調査を行い、First in Class医薬品、Best in Class医薬品の区分け自体の問題点、開発を行う際の薬剤の優位性と市場性の関係性等の助言をいただいた。このインタビューをもとに、今後の本研究の進め方について再検討を行った。研究期間全体を通して、我が国からのファーストインクラス医薬品創出を促進するために、特に大学等公的研究機関の研究成果をベースにした事業化により医薬品開発のイノベーションシステムに関する研究を計量学的手法(ネットワーク分析、テキストマイニング等)を用いて行い、このようなプロジェクトの管理する際の管理手法について日本知財学会の関連誌上で提言を行った。

加えて、平行して製薬企業においてファーストインクラス、ベストインクラス医薬品の開発に関わった創薬研究者にインタニューを行い、医薬品開発のイノベーションシステムについて考察を行った。今年度は、昨年度までの研究成果をもとに、2報の論文の投稿を行った。医療ニーズをWebアンケートを行い、解析を行った報告については、リジェクトされたため、論旨を含めて再検討を行っている。2015年度中の採択を目指し準備を行っていく。もう一報は2015年4月21日現在、査読中である。また、過去3年間実施してきたアンメットメディカルニーズ発掘を目的に行ってきた創薬ネットワークセミナーは、2014年7月7日に現在全身用siRNA製剤を日東電工とともに臨床開発中の札幌医科大学の新津洋司郎先生と大阪大学医学系研究科の竹田潔先生をお招きし、約100名の参加者とともに議論を行った。過去3年間のセミナーはいずれもアンケート調査を行っており、今後このようなセミナーの効果がどのようにあったかを分析し、論文投稿を準備する。上記に加えて、北海道大学の実際の研究成果の事業化にコミットし、技術経営的な側面から助言を行うとともに、今後、当該事業化のケースを作成していく予定である。技術経営今年度の主な成果として、北海道地域での大規模アンケート調査が挙げられる。本アンケートは、著者らが作成したアンケート調査票を基に、「がん治療に関する意識調査」と題して、20歳以上の男女1649人に対して、2012年7月19日(木)の14時7月25日(水)23時まで実施した。自由回答を含む25問と同様なアンケートに比べて質問数が非常に多いにも関わらず、回答は1263人から寄せられ、同様のアンケート調査と比べても比較的高い回収率(76.6%)を得られた。この結果については、JJSCに投稿を行った。また、並行して、特許に焦点を置いたライフサイエンス系の産学連携型プロジェクトの新たな評価方法を構築し、実際に北海道大学で進捗しているプロジェクトに適応することにより、その有用性を検証を行い、その内容について、日本知財学会誌に投稿を行い、アクセプトされた。論文投稿後、リジェクトされた点が若干進捗が遅れている点だが、逆に、当初計画していなかった「研究成果の事業化のための顧客開発プログラム」に参加し、実践的研究を行えたことにより、本研究内でひとつのケースを提案できた点が非常に有意義であった。財団法人ヒューマンサイエンス振興財団の協力を得て、「医療ニーズに関する調査」のアンケート調査データを取得することができ、本資料を基礎データとし、様々な解析が可能となった。
噴火史の視点から火山砕屑物の生成・移動過程を評価した斜面災害リスクマップの開発

本研究は、火山噴火史・地形発達史の視点により、斜面上に堆積した火山砕屑物等(降下テフラ,火山灰土,火山砕屑岩,風化火成岩,火山堆積物等)の生成・移動過程等の履歴を考察し、降雨・地震により斜面災害が発生する場所や規模を予測できる手法を提案することが目的である。最終的には、流域毎の土砂流出量・土砂到達距離を考慮した斜面災害リスクマップを開発することを目標とし、以下の4つのサブテーマで構成される。(1)火山噴火史および地形発達史の視点から評価した斜面上の火山砕屑物等の層厚分布,(2)斜面上の火山砕屑物等の地盤工学的特性と斜面崩壊,(3)降雨時および地震時の火山砕屑物等の崩壊・流動シミュレーション,(4)火山砕屑物等の生成・移動過程を評価した斜面災害リスクマップの開発2018年度は,(1)(2)および(3)のサブテーマに焦点を当て複数機関において,阿蘇地域の降下テフラ被覆斜面における豪雨・地震による斜面崩壊の発生場の地形・地質条件,斜面上の火山砕屑物等の層厚分布および地盤工学的特性(物理特性,化学特性,力学特性)などを評価した。具体的には,阿蘇カルデラ北東部地域におけるテフラ層厚分布を考慮した斜面安定解析と崩壊危険地抽出,平成28年熊本地震とその後の降雨によって発生した崩壊地の分布特性,斜面崩壊が発生したすべり面付近の地盤工学的特性(特に粘土鉱物等の風化に注目),熊本地震における南阿蘇村付近の斜面崩壊発生場の要有限要素解析,根系の斜面崩壊抑止効果を評価するための遠心模型実験,火山砕屑物等のスランプ特性等について,明らかにした。サブテーマ(3)については2018年度に検討を開始し,有限要素解を援用した自然斜面内の地下水位上昇量の簡易予測モデルの提案,火山砕屑物等の流動土砂特性を把握するためのスランプ試験・模型実験,およびセル・オートマトンによる流動土砂シミュレーション解析を実施した。本研究は,地形,地質,火山,地盤等を専門とする研究者により組織されており,分野横断的に火山砕屑物等(降下テフラ,火山灰土,火山砕屑岩,風化火成岩,火山堆積物等)の斜面災害リスクマップの開発を目指す融合研究である。2018年度はサブテーマ(1)(2)(3)および(4)について,現地調査,室内実験および解析等を行った。豪雨による斜面崩壊の発生場の地形・地質条件,斜面上の火山砕屑物等の層厚分布,斜面崩壊が発生したすべり面付近の地盤工学的特性,有限要素解を援用した自然斜面内の地下水位上昇量の簡易予測モデルの提案,重力変形する火山灰被覆斜面堆積物の強度特性,火山灰土の流動土砂特性を把握するための模型実験およびセル・オートマトンによる流動土砂シミュレーションの解析等を実施できており,申請時の当初計画どおり以上に順調に推移していると判断できる。引き続き複数機関において現地調査,室内実験および解析等を行い,サブテーマ(1)(2)(3)について研究をさらに進展させ,サブテーマ(4)火山砕屑物等の生成・移動過程を評価した斜面災害リスクマップの開発を目指す。今後は,近年発生した斜面崩壊(2018年7月豪雨での斜面災害,2018年9月胆振東部地震での斜面災害,2018年9月スラウェシ島地震での斜面災害,2018年12月クラカタウ火山での斜面崩壊,2018年マレーシアで発生した斜面崩壊等)についても現地調査を実施し,火山砕屑物等における斜面崩壊の発生機構解明の確度を上げることが必要である。研究代表における研究実施体制としては,室内試験,現地調査,文献収集等を継続して行うことから,学部学生,大学院生,研究生等を研究協力者として雇用し,効果的に実施していく予定である。2019年度は最終年度であるので,3年間の研究成果をとりまとめ,国際的な雑誌に投稿予定である。本研究は、火山噴火史・地形発達史の視点により、斜面上に堆積した火山砕屑物等(降下テフラ,火山灰土,火山砕屑岩,風化火成岩,等)の生成・移動過程等の履歴を考察し、降雨・地震により斜面災害が発生する場所や規模を予測できる手法を提案することが目的である。(1)火山噴火史および地形発達史の視点から評価した斜面上の火山砕屑物等の層厚分布,(2)斜面上の火山砕屑物等の地盤工学的特性と斜面崩壊,(3)降雨時および地震時の火山砕屑物等の崩壊・流動シミュレーション,(4)火山砕屑物等の生成・移動過程を評価した斜面災害リスクマップの開発2017年度は,(1)および(2)のサブテーマに焦点を当て複数機関において,阿蘇地域の降下テフラ被覆斜面における豪雨・地震による斜面崩壊の発生場の地形・地質条件,斜面上の火山砕屑物等の層厚分布および地盤工学的特性(物理特性,化学特性,力学特性)などを評価した。具体的には,阿蘇カルデラ内のテフラ被覆斜面堆積物の重力変形のメカニズム,阿蘇カルデラ内の高野尾羽根溶岩円頂丘における斜面崩壊の履歴,斜面崩壊が発生したすべり面付近の地盤工学的特性(特に粘土鉱物等の風化に注目),熊本地震における南阿蘇村付近の斜面崩壊発生場の要有限要素解析,デジタル化した山中式土壌硬度計による強度の不連続性,火山砕屑物等の流動性に関するスランプ特性等について,明らかにした。

さらに,サブテーマ(3)についても検討を開始し,有限要素解を援用した自然斜面内の地下水位上昇量の簡易予測モデルの提案,およびセル・オートマトンによる流動土砂シミュレーションの予備的解析を実施した。本研究は,地形,地質,火山,地盤等を専門とする研究者により組織されており,分野横断的に火山砕屑物等(降下テフラ,火山灰土,火山砕屑岩,風化火成岩,等)の斜面災害リスクマップの開発を目指す融合研究である。2017年度はサブテーマ(1)(2)(3)について,現地調査,室内実験および解析等を行った。既に,豪雨による斜面崩壊の発生場の地形・地質条件,斜面上の火山砕屑物等の層厚分布,斜面崩壊が発生したすべり面付近の地盤工学的特性,有限要素解を援用した自然斜面内の地下水位上昇量の簡易予測モデルの提案,およびセル・オートマトンによる流動土砂シミュレーションの予備的解析等を実施できており,申請時の当初計画どおりに順調に推移していると判断できる。本研究は、火山噴火史・地形発達史の視点により、斜面上に堆積した火山砕屑物等(降下テフラ,火山灰土,火山砕屑岩,風化火成岩,火山堆積物等)の生成・移動過程等の履歴を考察し、降雨・地震により斜面災害が発生する場所や規模を予測できる手法を提案することが目的である。最終的には、流域毎の土砂流出量・土砂到達距離を考慮した斜面災害リスクマップを開発することを目標とし、以下の4つのサブテーマで構成される。(1)火山噴火史および地形発達史の視点から評価した斜面上の火山砕屑物等の層厚分布,(2)斜面上の火山砕屑物等の地盤工学的特性と斜面崩壊,(3)降雨時および地震時の火山砕屑物等の崩壊・流動シミュレーション,(4)火山砕屑物等の生成・移動過程を評価した斜面災害リスクマップの開発2018年度は,(1)(2)および(3)のサブテーマに焦点を当て複数機関において,阿蘇地域の降下テフラ被覆斜面における豪雨・地震による斜面崩壊の発生場の地形・地質条件,斜面上の火山砕屑物等の層厚分布および地盤工学的特性(物理特性,化学特性,力学特性)などを評価した。具体的には,阿蘇カルデラ北東部地域におけるテフラ層厚分布を考慮した斜面安定解析と崩壊危険地抽出,平成28年熊本地震とその後の降雨によって発生した崩壊地の分布特性,斜面崩壊が発生したすべり面付近の地盤工学的特性(特に粘土鉱物等の風化に注目),熊本地震における南阿蘇村付近の斜面崩壊発生場の要有限要素解析,根系の斜面崩壊抑止効果を評価するための遠心模型実験,火山砕屑物等のスランプ特性等について,明らかにした。サブテーマ(3)については2018年度に検討を開始し,有限要素解を援用した自然斜面内の地下水位上昇量の簡易予測モデルの提案,火山砕屑物等の流動土砂特性を把握するためのスランプ試験・模型実験,およびセル・オートマトンによる流動土砂シミュレーション解析を実施した。本研究は,地形,地質,火山,地盤等を専門とする研究者により組織されており,分野横断的に火山砕屑物等(降下テフラ,火山灰土,火山砕屑岩,風化火成岩,火山堆積物等)の斜面災害リスクマップの開発を目指す融合研究である。2018年度はサブテーマ(1)(2)(3)および(4)について,現地調査,室内実験および解析等を行った。
地球科学的アプローチによる我が国における近世以前の非鉄金属製錬技術の体系化

国内各地で調査が進む、生産遺跡、鉱山遺跡から得られる製錬スラグ、鉱石等について科学分析(鉱物同定、化学組成分析、組織観察、鉛同位体分析など)を行う事で、日本の古代近世における非鉄金属製錬(金、銀、銅、鉛、錫)技術の体系化と評価指針の提示を目指した。日本の製錬技術の革新が行われた石見銀山では、銀鉱石に鉛を加えて一次製錬を行うことで銀の生産性を高めていた事が分析データより裏付けられた。また、鉛の供給元となった鉱山を鉛同位体分析値から推定した。これらの手法が、日本の金属製産における原料の産地、製錬プロセス、原料及び製品の流通を把握する上で、有用であることを示した。平成25年度は、新潟県佐渡市鶴子銀山荒町遺跡および吹屋遺跡、上相川集落、福島県会津若松市周辺(石ヶ森鉱山、若松鉱山、桧原金山、加納鉱山、与内畑鉱山、軽井沢銀山)島根県石見銀山、山口県山口市周辺(蔵目喜銅山、一ノ坂銀山)において現地調査を行い、現地の現況の把握と鉱石、製錬滓試料の採取を行った。石見銀山を始めとする戦国時代末江戸期の銀山(久喜銀山、延沢銀山、鶴子銀山、谷口銀山、院内銀山)について、銀鉱石、製錬滓の化学組成分析を行い、鉱石中の鉛/銀比が含銀鉛鉱石(久喜銀山)と輝銀鉱などの銀鉱物を主体とする銀鉱石(石見、延沢、鶴子、谷口、院内)で大きく異なる事、また製錬スラグ中の鉛/銀比が、銀鉱石を製錬した鉱山では鉱石に比べて大きく増加している事から、銀鉱石の一次製錬の際に鉛の添加が行われていた事を科学的な分析に基づき明らかにした。この事は、世界遺産石見銀山に始まる我が国の鉱山技術革新のプロセスの一端を示している。研究成果については、資源素材学会(札幌)、第8回国際古代金属歴史会議BUMA-8(奈良)で報告すると共に、ISIJ-Internationalに投稿した。また、佐渡金銀山で行われていた金銀分離の為の焼金の技術についてもこれまでの研究成果をまとめBUMA-8での報告、ISIJ-Internationalへの投稿をおこなった。また、銀製錬関連試料については、鉛同位体分析による鉛供給地の推定を行う為に、日本各地の鉛鉱山の試料選定をおこない、分析の準備をすすめた。平成26年度は、山口県美祢市長登銅山、島根県石見銀山、福島県軽井沢銀山、新潟県草倉銅山において現地調査を行い、現地の状況の把握と鉱石、製錬滓資料の採取を行った。特に石見銀山では,永久地区を中心とした露頭堀り跡の調査を行い、鉱山開発の初期に採掘された鉱石の種類の把握を行った。また、鉛安定同位体比分析を西日本地域の鉱山52試料:石見銀山(鉱石8、スラグ8)、磯竹鉛山(方鉛鉱)、久喜・大林(鉱石5点、焼窯土1、炭酸鉛1、スラグ2)、小泉鉛山(鉱石1)、佐野鉛山(鉱石1)、多田銀銅山(鉱石2、焼鉱1、スラグ8)、長登銅山(鉱石6、スラグ2)、赤小野(表土1、鉱石1)、百済寺跡(銅板1、銅塊1)について行い、従来の鉛同位体比分析よりも一桁以上精度の高い分析結果を得る事ができた。207Pb/204Pb(縦軸)、206Pb/204Pb(横軸)のプロットでは、それぞれの鉱山の鉱石の値は良く集中した値を示し、スラグの鉛同位体比は、原料鉱石と添加した鉛鉱石の中間に分布する様子が読み取れた。石見銀山の場合、今回の分析試料では、鉛鉱石は久喜ではなく磯竹のものが使われた可能関が高い。成果の一部は資源素材学会2015春季大会にて報告を行った。H27年度は、山口県美祢市長登銅山、島根県大田市石見銀山、山梨県巨摩郡身延町湯之奥金山(茅小屋金山、内山金山)、早川町老平金山において現地調査を行い、現地状況の把握及び鉱石、製錬滓試料の採取を行った。石見銀山については、昨年度採取した永久鉱床及び福石鉱床の開発初期の露頭堀関連試料の分析を行った結果、銀銅鉱石を産出した永久地区の地表に見られる露頭堀では、銅鉱石ではなく、福石鉱床と類似した銀鉱物主体の鉱石を採掘していたことが明らかとなった。湯之奥金山では、茅小屋金山の選鉱テラス、内山金山の選鉱テラス及び坑道採掘跡の鉱石、選鉱ズリ試料の分析を行い、茅小屋金山と内山金山の選鉱ズリが、鉱物組成及び化学組成共に類似している事を明らかにした。また茅小屋金山では対応する採掘跡が見つかっていない事から、内山金山の鉱石の選鉱を行っていた可能性が大きい事を示した。また、鉛同位体比分析では、石見銀山の他、神岡鉱山(長棟鉛山)、別子銅山の鉱石及び製錬滓試料を選定すると共に、西日本地域における基盤岩の鉛同位体比分析データ蓄積のために花崗岩試料23点を入手し、鉛同位体比分析の準備を進めた。研究の成果の一部は、日本鉄鋼協会第171回春季講演大会及び資源素材学会2016春季大会にて報告を行った。

国内各地で調査が進む、生産遺跡、鉱山遺跡から得られる製錬スラグ、鉱石等について科学分析(鉱物同定、化学組成分析、組織観察、鉛同位体分析など)を行う事で、日本の古代近世における非鉄金属製錬(金、銀、銅、鉛、錫)技術の体系化と評価指針の提示を目指した。日本の製錬技術の革新が行われた石見銀山では、銀鉱石に鉛を加えて一次製錬を行うことで銀の生産性を高めていた事が分析データより裏付けられた。また、鉛の供給元となった鉱山を鉛同位体分析値から推定した。これらの手法が、日本の金属製産における原料の産地、製錬プロセス、原料及び製品の流通を把握する上で、有用であることを示した。鉛安定同位体比分析について、非常に精度の高い分析値が得られ、鉱山毎に分解能の高いデータを得る事ができた。これにより、製錬時の原料鉱石、添加した鉛鉱石の産地推定が可能となり、製錬技術の解明に重要な手法になる事を確認した。鉱山技術史、資源工学高精度の鉛安定同位体分析を引き続き行い、産地同定手法の確立を測る。特に石見銀山では、時代の異なるスラグの分析値から、時代毎の鉛の供給元となった鉱山の変遷を明らかにできる事を期待する。また東日本の鉱山についても同位体比分析を進めデータの蓄積を計る日本各地の鉱山跡の現地調査が順調に進み、試料の蓄積が進んでいる。また銀製錬技術について鉛の添加を明らかにできた事、成果の国際誌への投稿を行った事、鉛同位体分析の準備が整った事などにより、次年度に研究を深化させる事が可能となる。平成25年度は銀製錬技術の解明に重点をおいてきており、一定の成果を上げる事ができた。次年度以降も国内の銀山の試料の分析を進める事で、日本全体での鉱山技術の革新の動向をあきらかにする。特に鉛同位体の分析は添加鉛の産地同定に重要である為、重点的に行う。また、銀銅鉱石からの銀の生産については、科学的データによる検証は十分でないため、特に江戸中期以降の鶴子銀山や佐渡金銀山での銀銅鉱石の製錬について試料収集と分析を進める。
胎児肺におけるカテコラミン産生能およびドパミンレセプターに関する研究

Wistar系ラット胎仔を使用し以下の知見を得た。1.肺カテコラミン系物質(ドーパ、ドパミン、ノルエピネフリン、エピネフリンおよびドパミンの代謝産物であるDOPAC)濃度を胎児仔血、脳、副腎、羊水中濃度とともに測定し、胎仔肺には上記のカテコラミン系物質がすべて存在するが、各分画の組成比は胎仔血、羊水や他臓器のそれとは異なっていることを認めた。2.胎盤通過性の良好なドーパを経母体的に胎仔に投与し、胎仔肺カテコラミンの動態を検討した結果、ドーパ負荷後は胎仔肺カテコラミン3分画(ドパミン、ノルエピネフリン、エピネフリン)は有意に増加した。12より、胎仔肺にはドパミンを中心とした各種カテコラミン系物質が存在するが、それらは胎仔肺で合成されたもの、すなわち胎仔肺はカテコラミン合成能を有していることを明らかにした。3.ドパミン合成酵素であるdopa decarboxylase(DDC)の胎仔肺における局在を免疫組織染色法により検討した結果、細気管支上皮の一部にDDC陽性細胞を認めた。4.胎齢17日目に母体子宮動脈を結紮し、胎仔に慢性低酸素状態を負荷することにより作成した子宮内発育遅延胎仔(胎齢20日)の肺カテコラミン含量を検討した結果、子宮内発育遅延胎仔の肺カテコラミンは3分画(ドパミン、ノルエピネフリン、エピネフリン)とも正常発育胎仔に比較し有意な高値であった。34より、胎仔肺におけるドパミン合成部位は細気管支上皮であることを証明した。また、胎仔慢性低酸素症では胎仔肺カテコラミンは増加することが明らかとなったが、この事実より、胎児肺カテコラミンは胎児肺において何らかの合目的的生理作用を有し、胎児肺機能(成熟)に関与していると考えられた。1.肺カテコラミン系物質(ドーパ、ドパミン、ノルエピネフリン、エピネフリンおよびドパミンの代謝産物であるDOPAC)濃度を胎仔血、脳、副腎、羊水中濃度とともに測定し、(1)胎仔肺には上記のカテコラミン系物質がすべて存在するが、各分画の組成比は胎仔血、羊水や他臓器のそれとは異なっていることを認めた。(2)胎仔肺には胎仔血や副腎に比較し、相対的にドパミンが多量に存在していることを認めた。2.胎盤通過性の良好なドーパ(カテコラミン前駆体)を経母体的に胎仔に投与し、胎仔肺カテコラミンの動態を検討した結果、ドーパ負荷後は胎仔肺カテコラミン3分画(ドパミン、ノルエピネフリン、エピネフリン)は有意に増加した。3.胎仔肺におけるドパミンレセプター検討の予備実験として、ドパミンレセプターが豊富に存在するラット脳で測定し、ラットにおいてもradiolabeled receptor assay法によりドパミンレセプター測定が可能であることを確認した。以上より、胎仔肺にはドパミンを中心とした各種カテコラミン系物質が存在するが、それらは胎仔肺で合成されたもの、すなわち胎仔肺はカテコラミン合成能を有していることを証明した。カテコラミンはホルモンとして副腎髄質において合成・分泌され、さらに脳においては神経伝達物質として作動しているが、胎仔肺における意義は不明である。

平成6年度においては、まず胎仔肺におけるカテコラミン合成部位をカテコラミン合成酵素の局在を検討することにより明らかにし、さらに肺カテコラミンの生理的意義追求のために、肺成熟との関連が注目されている子宮内発育遅延胎仔(IUGR胎仔)をモデルとして、実験的IUGRにおける肺カテコラミン動態を検討する。また、生理作用発現のためには特異的レセプターの存在が必要であるが、ドパミンに注目し、上記3.の予備実験を発展させ、胎仔肺ドパミンレセプターの存在についても検討したい。平成5年度研究において、胎仔肺にはドパミンを中心とした各種カテコラミン系物質が存在し、それらは胎仔肺で合成されたもの、すなわち胎仔肺はカテコラミン合成能を有していることを証明した。平成6年度は引き続きWistar系ラット胎仔を使用し、以下の知見を得た。1.ドパミン合成酵素であるdopa decarboxylase(DDC)の胎仔肺における局在を免疫組織染色法により検討した結果、細気管支上皮の一部にDDC陽性細胞を認めた。しかし、気管支や肺胞上皮、肺間質細胞にはDDC陽性細胞は認められなかった。2.胎齢17日目に母体子宮動脈を結紮し、胎仔に慢性低酸素状態を負荷することにより作成した子宮内発育遅延胎仔(胎齢20日)の肺カテコラミン含量を検討した結果、子宮内発育遅延胎仔の肺カテコラミンは3分画(ドパミン、ノルエピネフリン、エピネフリン)とも正常発育胎仔に比較し有意な高値であった。以上より、胎仔肺におけるドパミン合成部位は細気管支上皮であることを証明した。また、子宮内発育遅延胎仔で得られた結果より、胎仔慢性低酸素症では胎仔肺カテコラミンは増加することが明らかとなったが、この事実より、胎児肺カテコラミンは胎児肺において何らかの合目的的生理作用を有し、胎児肺機能(成熟)に関与していると考えられた。
疾患モデルを用いた熱ショック転写因子HSF2が形成する転写複合体の機能解析

熱ショック転写因子HSF2について、新たな知見を得た。一部はすでにHayashida, BBRC 2015の論文で発表した。研究代表者は、H3K4をメチル化して遺伝子を活性化するSet1/MLL複合体に不可欠なWDR5タンパク質とHSF2が結合していることを見出した。ハンチントン病マウス(HTT)で重要なalphaB-クリスタリン(CRYAB)のプロモーター上にSet1/MLL複合体は結合するが、これはHSF2依存的であった。HSF2欠損HTTでは顕著に寿命が短縮するが(Shinkawa, Hayashida et al., MBC 2011)今回その機構の一端を示した。熱ショック転写因子HSF2は哺乳類では4種類存在する熱ショック転写因子群の1つであり、神経発生や生殖細胞の分化に関与することが明らかにされていたが、最近、我々のグループによって、温熱ストレスなどによって引き起こされる細胞内蛋白質の変性から細胞を防御する機能を有することも明らかとなった(Shinkawa, Hayashida et al., Mol. Biol. Cell 2011)。平成24度までの若手研究Bの成果において、ヒストンH3K4メチル化複合体の構成因子であるWDR5とHSF2が結合していることがin vitroとin vivoの両方で明らかとなった。今回、alphaB-crystallin (CRYAB)はHSF2のターゲット遺伝子であることから、マウス胎児線維芽細胞(MEF)においてHSF2またはWDR5のノックダウンを行い、温熱ストレスによるCRYABの発現誘導を調べたところ、どちらのノックダウンでも顕著に誘導が抑制された。クロマチン免疫沈降法と定量的PCR法を組み合わせたChIP-qPCR法によって、CRYABプロモーター上におけるWDR5の結合はHSF2依存的であること、HSF2のノックダウンは転写活性化に働くヒストン修飾を低下させることをすでに示しているが、今回、WDR5をノックダウンすると、HSF2の結合が2分の1に低下することもわかった。またヒストン修飾にも同様に影響を与えていた。このほか、マイクロアレイ解析によって、HSF2とWDR5の共通のターゲット遺伝子もすでに同定している。同様にChIP-qPCR法を用いた実験により、HSF2-WDR5複合体には、H3K4メチル化転位酵素MLLを中心とした一連の因子が含まれていることを現在確定しつつある。平成26年度までに作成した2系統のヒトHSF2 (hHSF2)トランスジェニックマウスについて寿命を調べたところ、よりhHSF2を高発現するTg2-8系統において早く死亡する個体が見られたが、その後、hHSF2の発現レベルが低いTg2-2系統においても死亡する個体が出現し、1年後の生存率は、どちらの系統も50%と同じであった。一方、Tg2-2系統は♂♀ともに生まれたが、Tg2-8系統では♂個体しか得られない特徴があった。また、いずれの系統も交配能力が低く、このままでは維持が難しいと考え、背景をこれまでのC57BL/6からICRへと変えたところ、2回バッククロスしただけの個体であっても半年たった現時点でも死亡個体は現れず、また、交配能力も通常のICRと同等であるほか、Tg2-8系統の♀も生まれるようになった。このメカニズムについては解析を行っていないが、近々薬剤を用いたハンチントン病モデルをこれらの系統で作成し、hHSF2による保護効果を調べる予定である。HSF2の転写複合体の解析については大きく前進した。すでに昨年度にHSF2がSet1/MLL複合体に必須の因子であるWDR5と結合していることを見出していたが、WDR5だけでなく、その他のRbBP5、Ash2Lのほか、Set1、MLL1、MLL2とも複合体を形成していることを突き止めた。また、RbBP5とAsh2Lは常にHSF2と結合していたが、H3K4メチル化酵素であるSet1、MLL1、MLL2は遺伝子や条件によって結合する場合と結合しない場合があることを見出した。このほか、WDR5自体に細胞内変性タンパク質の蓄積を抑制する効果があることを発見した。このことは、HSF2が持つ同様の効果がWDR5との結合があることで発揮されている可能性を示唆した。3年間の研究期間において、研究代表者はCorresponding Authorである3本の論文を含む8本の論文発表を行った。ここではその研究成果を、一部未発表のものも含めて記す。癌は言うまでもなく、最も早期に完治の治療法の確立が求められる疾患である。早期に発見できれば5年生存率がほぼ100%に近いものもある一方で、予後が非常に悪いものもある。遠隔転移をきたせば、どの癌であっても極めて予後不良で手術不適応である。そのため、内科的な完治の方法の樹立は早急の課題である。本研究では、代表者が新たな発見を積み重ねてきた熱ショック転写因子2 (HSF2)が、癌細胞においてどのような役割を持つかを調べ、さらに重要な分子機構を解明することに成功した。HSF2は、ヒト子宮頸癌HeLa細胞およびマウス神経芽細胞Neuro-2aの増殖において必須の因子であり、HSF2をノックダウンするとこれらの細胞株の増殖が顕著に抑制された。

また、HSF2が結合しているタンパク質群の解析から、ヒストンH3リジン4のトリメチル化を担うSet1/MLL複合体の必須因子(Core component)であるWDR5とHSF2が直接結合していること、さらにこのHSF2-WDR5の結合を介してSet1/MLL複合体ともHSF2が結合していることを突き止めた。また、上記の細胞株においてWDR5をノックダウンさせると増殖が顕著に減少し、さらに、WDR5と結合できないHSF2しか発現させないように操作したHeLa細胞とNeuro-2aでも、顕著に増殖が抑制されることを突き止めた。このことは、HSF2が癌細胞の増殖に極めて重要な役割を持つことを示しており、さらにそれがSet1/MLL複合体との結合に依存していることが初めて明らかとなった。熱ショック転写因子HSF2について、新たな知見を得た。一部はすでにHayashida, BBRC 2015の論文で発表した。研究代表者は、H3K4をメチル化して遺伝子を活性化するSet1/MLL複合体に不可欠なWDR5タンパク質とHSF2が結合していることを見出した。ハンチントン病マウス(HTT)で重要なalphaB-クリスタリン(CRYAB)のプロモーター上にSet1/MLL複合体は結合するが、これはHSF2依存的であった。HSF2欠損HTTでは顕著に寿命が短縮するが(Shinkawa, Hayashida et al., MBC 2011)今回その機構の一端を示した。HSF2の転写複合体の解析は予想以上に新たな発見が得られ、非常に順調に進んだだけでなく、新たな発見を生み出す可能性があると考えている。ヒトHSF2のトランスジェニックマウスを用いた実験については、通常個体での寿命の結果と、ハンチントン病マウスと交配させた場合の寿命と両方のデータが得られたが、予想外に、Tg2-8と掛け合わせたハンチントン病マウスで寿命の延長が見られなかった。この点については、今回用いたハンチントン病モデルマウスの寿命が16週と極端に短いものを用いており、効果が強すぎたため、これまで私たちが発表してきたような差を今回は見出せなかったと考えている。メカニズムの研究は順調なため、平成27年度も問題なく進めることを期待している。老化学平成27年度が最後の年度に当たるが、これまで多方面から行ってきた転写複合体のメカニズムの解析については、無理やり複数の方向に研究を広げず、これまでの知見をまとめて再現性などを確認し、平成27年度中にも論文の形で発表できればと思っている。トランスジェニックについては、有効な結果が得られていないが、HSF(熱ショック因子)の研究の歴史の上で、脳でHSFを高発現するマウスを樹立できたのは私が初めてであり、ポジティブなデータではないが、少なくとも複数の結果が得られたことで、当該分野には貢献できたと考えている。最後に薬剤による実験を考えているので、ここで有効な結果が得られればと期待している。WDR5について平成26年度に得られた結果は非常に大きな発見であった。これについてはすでにデータがまとまっており、論文に現時点でのデータを掲載しても良いと考えている。3年間で予定していた研究計画において、研究の進展の影響により、順序が入れ替わっているものがあるが、平成25年度において、平成26年に予定していたWDR5の標的遺伝子群の網羅的解析がすでに実施され、HSF2とWDR5の共通の標的遺伝子が見いだされるという良好な結果が得られた。
無脊椎動物横絞筋の巨大サルコメアを維持する弾性タンパク質

無脊椎動物に存在する巨大サルコメアの横紋構造が,どのようにして維持されているかに関して,構成している弾性タンパク質を中心に研究をおこなった。無脊椎動物であるザリガニのはさみ筋には,静止長が8.3μm,伸びると13μmにおよぶ巨大サルコメアが存在する。そこには脊椎動物(静止長約2.4μm)のコネクチンと同様な働きをする弾性タンパク質が存在し,thick filamentをサルコメアの中央に位置させている。なぜザリガニはさみ筋の弾性タンパク質は脊椎動物の3.5倍もの長さのサルコメアを維持できるのか,を明らかにするために,この弾性タンパク質の全一次構造17,352残基を決定した。解析の結果,脊椎動物コネクチンで伸縮に関与するIgドメイン及びPEVK領域もあったが,まったく新しい繰返し配列(SEK repeat)が存在した。この配列をもとに部位特異抗体を作製し,サルコメア内での局在を調べた結果,分子全体の70%が伸縮に関与していることが分かった(脊椎動物コネクチンは15%)。このタンパク質のcDNAは53kbp,分子量は196万であり,無脊椎動物(Invertebrate)のコネクチンであることから,I-ネクチンと呼ぶことにした。さらに,新規SEK領域の融合タンパク質を調製し,1分子計測により張力を測定した結果,persistence lengthは0.37nmであり,SEK領域は非常に伸びやすい性質であることが示唆された。このことから,無脊椎動物の弾性タンパク質I-コネクチンは,PEVK領域が2つある(脊椎動物は1つ)と共に,脊椎動物には存在しない非常に伸びやすい性質の新しい配列を持つこと,さらにはC末端がA-I junstionに存在することで,脊椎動物の3.5倍もの長さの巨大サルコメアを担うことができると考えられる。無脊椎動物であるザリガニのはさみ筋には,静止長が9.3μm,伸びると13μmにおよぶ巨大サルコメアが存在する。そこには脊椎動物(静止長約2.4μm)に存在するコネクチンと似た分子量を持ち同様な働きをする弾性タンパク質が存在し,その弾性でthick filamentをサルコメアの中央に位置させている。なぜ似た分子量で,脊椎動物の4倍もの長さのサルコメアを維持できるのか,が問題になる。本研究では,ザリガニはさみ筋のコネクチン様タンパク質について,その一次構造の違いから巨大サルコメアの構造維持を明らかにしようとしている。これまでの研究でC末端を含む43.5kbpの配列を決めていたので,WalkingとRT-PCR法によりくり返し配列部分やN末端を明らかにし,その全一次構造17,352残基を決定した。その結果,ザリガニはさみ筋コネクチンのcDNAは52kbpであり,分子量は196万であった。このタンパク質は無脊椎動物(Invertebrate)のコネクチンであることから,I-コネクチンと呼ぶことにした。この配列を詳細に検討したところ,分子全体の3/4はPEVKまたはsemi-PEVKという弾性機能を持つ可能性のある配列であり,PEVKが10%しかない脊椎動物コネクチンと比べて大きな差であった。さらに,アミノ酸配列をもとに異なった4カ所に対して抗体を作成し,蛍光抗体法によりサルコメア長と局在の関係を調べた結果,I-コネクチン分子のN端側1/4はZ線付近に存在して伸びることはないのに対し,残りの3/4の部分はサルコメア長と共に伸縮することが示された。無脊椎動物に存在する,脊椎動物の4倍もの長さを持つ巨大サルコメアの横紋構造がどのように維持されているのかを,その弾性タンパク質を中心にして調べている。