hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地域経済動学-収入と財産配分、アグロメレ-ションと規模の経済

このプロジェクトの目的は地域経済動学におけるひとつの理論を構築することである。この研究の特色は、輸送コストと技術的変化から経済地理学を研究するばかりでなく、資本蓄積をも理論に取り入れていることである。空間的な経済学の包括的理論を構築するためにはまだ数年必要となるが、このプロジェクトはアグロメレーションとエクスターナリティを備えた一般的な地域間および国家間の経済理論を構築することに成功した。このプロジェクトの目的は、アグロメレーションと成長理論という新たな経済地理学に基づいて、地域経済動学におけるひとつの理論を構築することである。本プロジェクトではまた、異なった環境にある複数の異種世帯を、該当地域における成長モデルとして注目していく。多地域モデルの多くが資本蓄積を取り扱っていないことは良く知られており、現代の文献においてほとんど言及されていない新たな挑戦課題といえよう。資本蓄積に関しては、動的収入と財産配分、また通貨経済学の理論をもとに私自身が構築した、成長理論の新しいアプローチを採用する。本研究は以前のアプローチとは異なり、なぜ地域間格差が広がり、どのような条件下で徐々に定着していくのか、についてより効率的に説明するものであり、財産、資本蓄積、アグロメレーション、規模あたり収益などに関し、収入と財産配分の地域経済動学理論を進展させるものである。新たな経済地理学を構築するために、このプロジェクトは輸送コストと人的資本形成を視野に含めながら、財産と資本蓄積に関する地域間相互発展の研究におもに焦点をあてる。特に、各地域において増加あるいは減少する財産、資本、知識、人口、人口移動の量、輸送手段それぞれの項目の果たす役割について注目していく。従来の成長理論はこれまで、空間に関する事項を扱う経済学的メカニズムももたないという理由で、多地域間において作用する動的力学を十分に説明できずにいた。今回の研究では、地域科学と経済地理学におけるもっとも大きな課題に挑戦する-すなわち、内因的資本蓄積と技術的変化にともなう、異種世帯における多地域経済成長・発展モデルを構築する、ということである。本年、今プロジェクトでは近年の文献を包括的に見直し、全体的な分析的枠組みを作ることに専念した。都市と地域間構造の相互作用、また、資本蓄積、財産、輸送コスト、コミュニケーションコスト、知識創造、またその活用など、それぞれの事項に関して、地域経済の文献のなかでどのように分析されているのかを調査した。本研究は今、新たな経済地理学と現代成長理論のモデルに基づき、経済地理学におけるさまざまな力学の、複雑な相互作用を視野にいれた、分析的枠組みを構築し始めた。本理論では、財産、内因的資本、人的資本、人口移動、輸送手段、経済構造、輸送コストにおける相互作用を一貫した枠組みの中で取り扱っていく。本研究のこれまでの成果については、既述のジャーナルに一本、別のジャーナルにもう一本論文が掲載され、そして国際会議において3度発表が行われている。本年、今プロジェクトでは全体的な分析的枠組みを作ること、複数のモデルシュミレーションの実行に専念した。本研究のこれまでの成果については、専門ジャーナルに2本の論文が掲載され、そして国際会議において3度発表が行われている。

今回の研究では、地域科学と経済地理学におけるもっとも大きな課題に挑戦する。すなわち、内因的資本蓄積と技術的変化にともなう、異種世帯における多地域経済成長・発展モデルを構築する、ということである。今年、プロジェクトでは過去2年間で作り上げてきたモデルのさらなる発展と改良に注力した。3つの国際学会に参加して発表を行った。また、3つの論文が査読つきジャーナルで出版された。
レクチンのタンパク質工学的改変による活性発現機構解明とその有用機能開発

多彩な生理活性を発現するレクチンの生理活性発現機構を,タンパク質工学的な改変を行うことにより詳細に活性発現機構を解析するとともに,そこで得られた知見を基盤として新たな有用機能をもつ新規タンパク質の開発を行った。研究対象としては,主に海産無脊椎動物のレクチンを用い,特に数種類のレクチンに関しては,その遺伝子クローニングにより全配列を決定するとともに,X線結晶構造解析によって新規な立体構造の解明を行った。さらにそれらの組換えタンパク質を大腸菌を用いて発現させるとともに,遺伝子組み換え技術を用いて個々のアミノ酸の役割を解明し,新規な活性を有するレクチンの開発などに成功した。CEL-IIIのオリゴマー化に関与するアミノ酸残基の役割を明らかにするために,ドメイン3内に位置する複数のアミノ酸残基に対する変異体K338R, N369A, D371K, K405E, K405Rを作製した。これらの変異体の溶血活性評価を行った結果,K338RはWT CEL-IIIと同程度の活性を示し,K405E, K405Rは凝集活性を示すとともに溶血活性を示したが,N369A, D371Kは活性が確認されなかった。これまでの結果からAsp371とLys405はイオン結合により分子内の構造を安定化しているものと考えられており,Lys405のGluやArgへの変異は静電反発や分子内での立体障害を生じ,ドメイン構造が不安定化するとともに溶液中でのオリゴマー化が促進されたものと考えられた。それによって変異体の赤血球凝集活性は強まったものの,膜孔形成能力は低下したものと考えられる。また,D371Kでは溶血活性が消失したが,これもLys405との静電反発が生じたために膜孔形成が抑制され,活性が低下したものと考えられた。一方,Asn369は膜内でのオリゴマー形成過程において隣の分子との安定な相互作用に寄与していることがX線結晶解析から推定されていたが,実際にN369Aは活性が消失していたことから,Asn369がプロトマー間での相互作用に重要な寄与をしていることが強く示唆された。Lys338については,これまでの研究から,Ala置換変異体の活性が大きく低下することが知られていたが,今回作製したK338RについてはWT-CEL-IIIと同程度の活性を示したことから,この残基の正電荷が活性に重要な寄与をしていることが示唆された。以上のように,CEL-IIIのドメイン3に存在するアミノ酸残基のうち,活性に関与している残基とその役割についての解明が進展した。C型レクチンはその糖結合部位に,QPD(Gln-Pro-Asp)配列またはEPN(Glu-Pro-Asn)配列を持つものが多く,それぞれレクチンのガラクトース(Gal)特異性及びマンノース(Man)特異性に重要な役割を果たしていることが知られている。グミ(Cucumaria echinata)のGal特異的C型レクチンCEL-IのQPD配列をEPN配列に変えることである程度マンノース特異性を発現することをこれまでに明らかにしていたが,今回,CEL-Iの結晶構造をもとに,EPNの他に糖結合部位内に位置するTrp105をヒスチジン残基に置換した組換え体(EPNH-CEL-I)を大腸菌によって発現させ,その糖特異性と立体構造の検討を行った。その結果,EPNH-CEL-Iはマンノースに対する親和性が著しく上昇しており,マンノースとの複合体のX線結晶構造解析からも,His105がマンノースとの結合を増強させていることが明らかになった。このことから,C型レクチンのGalまたはMan特異性はQPD及びEPN配列のみではなく,近傍に位置するアミノ酸残基の性質によって大きく左右されることが明らかになった。一方,海産無脊椎動物レクチンの中には毒素の一部として機能するものが存在しており,その一例としてラッパウニ叉棘毒液中に存在するGal特異的レクチンSUL-I及びそれに関連するタンパク質Contractin AのcDNAクローニングを行い,その組換えタンパク質の発現を行った。その結果,SUL-IはGal特異性を示す以外にラムノースに対する親和性がより強く,通常のGal認識レクチンとは異なる特異性を有していること,またそのX線結晶構造から,これまでに構造が決定されていなかった3つのドメインをもつラムノース結合レクチンであることが明らかになった。また,Contractin Aについては,そのアミノ酸配列の類似性及び人工脂質小胞(リポソーム)を用いた実験から,脂質分解酵素であるホスホリパーゼA2の一種であることが判明した。当初の大きな目標の一つであるレクチンの糖認識機構の解明及びその人為的変換の例としてC型レクチンCEL-Iを用いて,そのX線結晶構造をもとにした糖認識機構の解明とその人為的変換に成功した。このことはレクチンのみならず,タンパク質の分子認識機構の解明とその変換が詳細な立体構造解析結果を基盤として人為的にデザインすることが可能であることを示している。特に海産無脊椎動物は脊椎動物に比べてはるかに多様な未解明タンパク質を有していることが期待されることから,現在研究を進めている生物種を始め今後も多くの生物種から新規タンパク質を精製し,その構造及び生理活性発現機構を解明することは大きな有用情報をもたらすものと期待できる。これらの成果から,研究は順調に進展しているものと評価できる。海産無脊椎動物レクチンとして,今回新たに二枚貝ウチムラサキ(Saxidomus purpuratus)

由来のSPL及び刺胞動物イシワケイソギンチャク(Gyractic japonica)由来GJL-Iの精製,cDNAクローニング並びにX線結晶構造解析を行った。SPL(32 kDa)は,そのN-末端アミノ酸配列を分析した結果,2種類のポリペプチド鎖から成ることが示唆されたため,それらの配列を用いてcDNAクローニングを行った結果,それぞれA鎖とB鎖として配列が決定された。二量体としてのSPLはSPL-aとSPL-bの2種類が得られ,それぞれA鎖とB鎖から成るヘテロ二量体またはB鎖のみから成るホモ二量体であることがわかった。さらに,両者のX線結晶構造解析から,立体構造的にはC型レクチンファミリーであることが明らかになったが,通常のC型レクチンと異なり,Ca2+依存性が低く,またN-アセチルグルコサミンやN-アセチルガラクトサミンに対する親和性を示すなど,糖のヒドロキシ基ではなくアセトアミド基を認識することが明らかになった。一方,GJL-IについてはN-末端がブロックされていたため,内部の部分アミノ酸配列をもとにcDNAクローニングを行い,全長のアミノ酸配列を決定した。GJL-IについてもX線結晶構造解析を行った結果,N-末端アミノ酸がピログルタミン酸に変換されていること,また,C型レクチンと類似した糖認識能を持つにも関わらず,立体構造並びに糖結合部位の構造はこれまでに見出されていない全く新しいタイプのレクチンであることが明らかになった。多彩な生理活性を発現するレクチンの生理活性発現機構を,タンパク質工学的な改変を行うことにより詳細に活性発現機構を解析するとともに,そこで得られた知見を基盤として新たな有用機能をもつ新規タンパク質の開発を行った。研究対象としては,主に海産無脊椎動物のレクチンを用い,特に数種類のレクチンに関しては,その遺伝子クローニングにより全配列を決定するとともに,X線結晶構造解析によって新規な立体構造の解明を行った。さらにそれらの組換えタンパク質を大腸菌を用いて発現させるとともに,遺伝子組み換え技術を用いて個々のアミノ酸の役割を解明し,新規な活性を有するレクチンの開発などに成功した。CEL-IIIの部位特異的変異体の作製から多くの活性に重要なアミノ酸残基の同定に成功し,その役割についての理解が進展した。すでに明らかにしてCEL-IIIオリゴマーの結晶構造との関係をもとに,具体的なアミノ酸残基の機能を推定することが可能になったことから,今後は同一のアミノ酸残基についてより多くの部位特異的変異体を作製し,詳細な機能解析を進めることが可能であるものと期待される。これらの成果から,研究は順調に進展しているものと評価できる。今後は,ウニ,イソギンチャク,二枚貝類等から新規な構造と糖認識能を有するレクチンの精製を進め,その糖特異性をオリゴ糖類を用いた種々の物理化学的手法並びに糖鎖マイクロアレイ等を用いて解析するとともに,その天然型及び部位特異的変異体のX線結晶構造解析を行い,それらの生理活性発現機構を明らかにする。また,CEL-Iと同様,人為的な機能改変を試み,新規機能開発への有用な基礎情報の取得を目指す。蛋白質科学今後はCEL-IIIの部位特異的変異体についてX線結晶構造解析を行うことにより,そのオリゴマー化における動的挙動をとらえることを試みる。
暗号領域における信号処理-暗号化された信号を処理する技術の開発-

本研究では、暗号により秘匿化された信号を復号することなく、暗号領域において様々な情報を担う信号を処理し活用するための基礎技術の構築を行った。まず、信号処理の実数演算を有理数演算、更に整数演算で近似する方法を与えた。これにより信号領域の積和演算が暗号領域のべき積演算に対応付けられ、加法的準同型性をもつ暗号の適用が可能になった。次に、準同型性暗号を用いて画像信号の暗号領域における認証システムを提案した。研究成果は情報漏えい防止やプライバシー保護に関する諸問題への応用が可能である。今年度の実施計画に対する研究成果は次の通り。1.信号処理の基本演算としてコンボリューション(たたみ込み)演算、その逆問題としてデコンボリューション演算がある。ここでは、情報通信や画像処理の分野で現れるブラインド・デコンボリューションの問題について検討を行い、信号や画像の歪みモデルが未知ではあるが、その平均や共分散などの統計的性質が既知あるいは推定可能な場合(制約条件が最も少ない場合)について、EMアルゴリズム(Expectation-Maximization Algorithm)を用いた解決法を提案した。このアプローチにより電子透かし検出システムの補正アルゴリズムを与えた。2.暗号領域における信号処理において重要な役割を担う準同型性を有する暗号(準同型暗号)について調査し分類整理を行った。特に、乗法性の準同型性をもつRSA暗号と加法性の準同型性をもつPaillier暗号について調査・研究を行った。また、RSA暗号とPaillier暗号について、鍵生成と暗号化、復号のアルゴリズムをソフトウェアで実装し、動作確認および準同型性の確認を行った。3.RSA暗号の乗法的準同型性を利用して、暗号領域において画像の注目領域を抽出するという応用事例を示した。Paillier暗号の加法的準同型性を利用して、暗号領域おいてデータの統計処理をするという応用事例を示した。また、電子透かし入り画像の準同型暗号による暗号化(スクランブル)と、暗号領域における電子透かしの検出について検討を開始した。4.暗号領域における信号処理の実験的検証を行うため、画像伝送システムおよび無線伝送システムの環境整備を開始した。1.信号領域の実数演算を暗号領域の整数・剰余演算に変換するためには、信号処理の実数演算を整数演算に変換または近似する必要がある。今年度は下記4との関連で信号の内積・ノルム演算に対して実数型から整数型への変換手法を与えた。2.暗号領域における信号処理において重要な役割を担う準同型暗号の調査・研究を継続して行った。特に、加法性の準同型性をもつ公開鍵暗号Paillier暗号について研究を行った。前年度開発したPaillier暗号の鍵生成と暗号化、復号のプログラムについて、暗号の安全性を高めるために、鍵の長さ(素数の桁数)をより大きくするなどプログラムの改良を行い、これをソフトウェアで実装し、動作確認および準同型性の確認を行った。3.暗号領域での検出が可能な画像への電子透かしの埋め込み法について検討した。可逆コンポーネント変換と整数型ウェーブレット変換により、カラー画像をウェーブレット係数(整数値)に変換する。複数個のウェーブレット係数の積和演算で透かしの検出が行えるように透かしの埋め込み処理を行う。これにより準同型暗号の適用が可能となる。透かし情報の検出精度と透かし入り画像の画質を数値実験により評価した。4.画像情報を暗号化し、暗号領域でその識別・判定を行うシステムについて研究した。識別・判定では類似度法(内積・ノルム計算)を用いた。Paillier暗号の加法的準同型性により暗号化されたまま画像認証を行い、チャレンジ&レスポンス認証を応用して情報が漏洩しても安全性を保つことができるシステムを提案した。5.暗号領域における信号処理の実験的検証を行うため、Paillier暗号によるJPEG2000動画像の認証システムを構築し、その環境整備を行った。本研究では、情報漏えい防止やプライバシー保護のため、暗号化された信号を復号することなく、暗号領域において様々な情報を担う信号を処理するための基礎技術について検討を行うことを目的とする。1.信号処理の基本演算は積和演算で、一般に実数演算であるのに対し、暗号は整数演算である。信号領域の実数演算を有理数演算で近似し、積和演算の分子と分母を別々に計算することにより、整数演算に変換するための手法を与えた。これにより、信号領域の積和演算を暗号領域の冪積演算に対応付けることができ、加法的準同型性をもつ暗号の適用が可能になった。2.暗号領域における信号処理において重要な役割を担う準同型性暗号の調査・研究を継続して行った。特に、加法的準同型性をもつ公開鍵暗号Paillier暗号について研究を行った。前年度開発したPaillier暗号の鍵生成と暗号化、復号のプログラムについて引き続き検討した。

暗号の安全性を更に高めるため、鍵の長さ(素数の桁数)をより大きくするなどプログラムの改良を行い、これをソフトウェアで実装し、動作確認および準同型性の確認を行った。3.暗号領域での検出が可能な画像への電子透かしの埋め込み法について検討した。整数型可逆ウェーブレット変換を用いて、複数個のウェーブレット係数の積和演算で透かしの検出が行えるように透かしの埋め込み処理を行う。これにより準同型性暗号の適用が可能となる。透かし情報の検出精度と透かし入り画像の画質を数値実験により評価した。4.暗号領域における信号処理の実験的検証を行うため、画像伝送システムおよび無線伝送システムの環境整備を行い、上記の研究成果を応用し、JPEG2000画像の暗号領域における認証システムを提案した。その結果を国際ワークショップ2011International Workshop Smart Info-Media Systems in Asiaで発表した。
ＳＤＳＳ大規模分光探査による銀河形成史の解明と宇宙論の精密化

銀河の宇宙の中での分布には、宇宙がどのように始まり、進化してきたかの情報が含まれている。Sloan Digital Sky Survey IIIに参加し、10,000平方度の広領域サーベイにより赤方偏移0.7までの銀河のスペクトル150万個を取得した。バリオン音響振動(宇宙の晴れ上がりの時の音波)スケールから赤方偏移0.57(約60億光年)までの距離を1%の精度で決定した。この測定により、宇宙は平坦で宇宙定数が必要であることが確認された。銀河の分布だけでなく、弱重力レンズも同時に利用することにより、銀河とダークマターハローの質量の関係と宇宙論パラメータを分離して求めることができた。本研究は、大きな成功を収めている広領域撮像分光サーベイであるSloan Digital Sky Survey(SDSS)を引き継ぎ、さらなる高精度化・大規模化を目指した銀河・恒星の大規模分光サーベイ探査SDSS-IIIの実施とデータ解析を行ない、精密宇宙論の探求および銀河の形成・進化史の解明を目的としている。宇宙論の精密化のための赤方偏移0.7までの明るく赤い銀河の分光サーベイのBOSSは順調にデータを取得しており、現在までに130万天体のスペクトルを取得している。これまでに得られたデータを使い、バリオン音響振動による宇宙論の解析が進んでいる。赤外線による銀河系内の星のサーベイのAPOGEEは初期観測を開始し、データ解析の手法の細かな調整を行なっているが、今年度から本格的なサーベイを始める予定である。IPMUを中心に、活動銀河核(AGN)の検出の新しい手法、および、ブラックホール質量の推定およびその統計的性質についての研究が進んでいる。本研究は、大きな成功を収めている広領域撮像分光サーベイであるSloan Digital Sky Survey (SDSS)を引き継ぎ、さらなら高精度化・大規模化を目指した銀河・恒星の大規模分校サーベイ探査SDSS-IIIの実施とデータ解析を行い、精密宇宙論の探求および銀河の形成・進化史の解明を目的としている。今年度7月のData Release 9 (DR9)に向けてデータの整理も順調に進んでいる。本研究は、大きな成功を収めている広領域撮像分光サーベイであるSloan Digital Sky Survey (SDSS)を引き継ぎ、さらなる高度化・大規模化を目指した銀河・恒星の大規模分光サーベイ探査SDSS-IIIの実施とデータ解析を行い、精密宇宙論の探求および銀河の形成・進化史の解明を目的としている。宇宙論の精密化のための赤方偏移0.7までの明るく赤い銀河(LRG)および赤方偏移3までのクエーサーの分光サーベイであるBOSSは順調にデータを取得し、2014年4月に所定の観測を終了し、135万個のLRGと23万個のクエーサーのスペクトルが取得された。平成25年度7月には、SDSS-IIIとして始めて赤外線による銀河系内の星のサーベイであるAPOGEEのデータを含むData Release 10が公開された。APOGEEによる星のデータには170の異なった領域の5万7千個の星のスペクトルが含まれる。BOSSとSDSSを含めた銀河のスペクトルの数は180万個に達している。データの詳細はウェブページ(http://www.sdss3.org/dr10)に記されている。このData Release 10のデータに加え、公開前のData Release 11のデータ(120万個の銀河のスペクトル)を使い、宇宙の大きさを1%の精度で決定することができている。さらに、重力によって銀河とそこから推定される暗黒物質がどのように集まってきているかを調べることによって、重力の理論を検証し、アインシュタインの一般相対性理論で問題がないことが確かめられている。

宇宙論の精密化のための赤方偏移0.7までの明るく赤い銀河および赤方偏移3までのクエーサーの分光サーベイのBOSSは順調にデータを取得しており、現在までに150万天体のスペクトルを取得している。本年度は7月に、このSDSS-IIIとしては初めてBOSSで観測されたスペクトルをData Release 9として公開した。54万個の新しい銀河のスペクトル、10万個の新しいクエーサーのスペクトル、および、9万個の星のスペクトルがこれまでのData Releaseに加えて公開された。データの詳細はウェブページ(http://www.sdss3.org/dr9)に記されている。赤外線による銀河系内の星のサーベイのAPOGEEは初期観測のデータによりデータ解析の手法を調整し、今年度本格的なサーベイ観測を開始した。DR9のデータを使った宇宙論的研究が進められ、銀河の分布によるバリオン音響振動の解析から、計画通りに、より精密な宇宙論モデルを得ることができている。また、クエーサーの観測視線上に見られるLyα吸収線系を使ったバリオン音響振動の解析も進められ、銀河の解析による結果、他の観測手法による結果と整合性のある宇宙論モデルをえることができている。本研究は、大きな成功を収めている広領域撮像分光サーベイであるSloan Digital Sky Survey (SDSS)を引き継ぎ、さらなる高度化・大規模化を目指した銀河・恒星の大規模分光サーベイ探査SDSS-IIIの実施とデータ解析を行い、精密宇宙論の探求および銀河の形成・進化史の解明を目的としている。宇宙論の精密化のための赤方偏移0.7までの明るく赤い銀河(LRG)および赤方偏移3までのクエーサーの分光サーベイであるBOSSは順調にデータを取得し、2014年4月に所定の観測を終了し、137万個のLRGと29万個のクエーサーのスペクトルが取得された。これらのデータを含めSDSSプロジェクトで取得されたすべてのデータは2015年1月にData Release 12として公開された。SDSS-I, SDSS-IIと合計した銀河のスペクトルの数は240万個、クエーサーのスペクトルの数は47万個に達している。このデータリリースには銀河系内の星の赤外線での分光サーベイであるAPOGEEの15万個の星のスペクトルも含まれる。データの詳細はウェブページ(http://www.sdss3.org/dr12)に記されている。これらの観測データ、特に、銀河の3次元分布とクエーサーの吸収線スペクトルの分布を用いて、宇宙の構造と進化、暗黒物質、暗黒エネルギーの性質についての研究が進められている。26年度が最終年度であるため、記入しない。宇宙物理学26年度が最終年度であるため、記入しない。海外の共同研究機関も含めたSDSS-III計画全体としては、観測によるスペクトルデータの取得、解析とも順調に進んでいる。ただし、日本のグループとしての研究の進展は、中心的な研究機関である米国のローレンスバークレイ国立研究所と地理的に離れていることもあり、やや遅れているところもある。
擬正因子の数値的性質

射影代数多様体上の擬正因子がいかなる条件を満たすときにザリスキ分解ができるのかという問題を消滅定理を使ってどこまで解明できるか、というのがこの研究の目的であった。筆者はシグマ不変量を使って、多様体上の点に対して因子がそこでnefということを定義し、いわゆる固定点自由化定理の局所版というべきものを証明しようとした。これは最近の藤田予想の研究に近いところがあるが、こちらの条件はかなり悪いところから出発している。証明は通常どうりその点でのブロ-アップをし、さらにブロ-アップをしてある程度の大域切断ができ、消滅定理が使える状況にまでもっていく。するとある素因子が見つかって、そこへの制限写像が、全射になることまではわかる。しかしその素因子上の切断がたくさんあるかどうかはいろいろやってみたが、この局所的にnefという性質からでは今のところコントロールできそうにない。しかしその素因子のもとの多様体への像は高々有理特異点しか持ち得ないことがある種の消滅定理の結果わかった。この定理は標準特異点が有理特異点であることを示す新しい証明を与えている。
高周波回転電磁界を用いた電磁プラズマ推進機の先進制御に関する研究

中温域プラズマの応用としての高周波励起電磁プラズマ推進機においては、従来、プラズマ生成とイオン加熱を周波数の異なる個別の高周波源で行っている。さらに、高周波電磁界の励起機構などについて、より精密な理論検討の必要性が認識されてきている。本研究では、励起モードの選択性に優れた回転電磁界を用いた高周波励起電磁プラズマ推進機を試作するとともに、ヘリカルアンテナが単一周波数高周波源でモードの異なる回転電磁界を双方向に励起可能なことを実験的、理論的に示した。それら2つのモードの波により、プラズマ生成とイオン加熱を同時に達成でき、磁場強度を調整することで高効率な可変比推力が実現できることを実証した。ヘリカルアンテナが持つ双方向波動励起特性に注目し,従来は2個のアンテナを必要としていた所を,単一のアンテナでプラズマ生成と加熱の相対的制御を行うことを試みをている。アンテナから放射される電磁波の周方向モード数mは主として1であるが,伝搬方向によって符号が変化する。m = + 1ではプラズマ中に主として速波が伝搬し,m = ー1励振では遅波が伝搬すること,速波は遅波に比べカットオフ周波数が高く高密度プラズマの生成に適しており,遅波を用いたイオンサイクロトロン共鳴加熱はイオンの加熱に効果的に作用する。本研究では,実際にヘリカルアンテナを試作し,従来の高周波電力を上回る大出力励起装置を適用することで,単一アンテナによるプラズマの単独点火を実現した。アンテナへ印加する外部磁場の方向を選択してmの符号を変える実験を行い,磁場が-z方向(プラズマ上流方向)の際にアンテナ下流において,+z方向の場合と比較して,より大きなイオン飽和電流が観測されたことから,アンテナ下流に右旋円偏波が励起されていることが確認された。また,磁場強度を調整することによって,イオン飽和電流の変化率を制御できることを示した。ガス供給系にピエゾバルブを導入し,ガスパフ実験を行ない,ガスパルス幅30 ms,高周波印加遅延40 msにおいて,プラズマの単独点火を実現した。ピエゾバルブの導入前後でイオン飽和電流の磁場依存性測定を行なった結果,全ての磁場条件でイオン飽和電流が増大していることを確認した。回転電磁界型アンテナの高周波電源として用いる2出力インバータについて,ソフトスイッチング回路を設計するとともに,2出力の干渉を軽減して位相差を設定通り維持できる回路を考案し,回路シミュレーションを行うことで特性を検討した。さらに、生成・加熱の物理機構について、これまで定説とされた理論に対して、波動モードに着目した新しい解釈や、より精密な非線形理論構築の必要性が認識されてきている。本研究は、励起波動モードの選択性に優れた回転電磁界アンテナ等を用いた高周波励起電磁プラズマ推進機を試作し、単一周波数高周波源で高効率な可変比推力が実現できることを示すことを目的としている。既設のプラズマ推進実験装置では磁場強度が1.3 kG、使用ガスがH2であり、1.9 MHz仕様の回転電磁界アンテナに供給可能な電力が1kW程度となっているため、その印加だけではプラズマは点火しなかった。これを克服するため、1.9 MHz高周波増幅ユニットを製作して電源のパルス電力を設計値20 kWに増強した。なお、この電源は最終的にはインバータとなるが、現時点では製作の容易さ、動作の確実性から真空管によるC級アンプ2回路を用いており、アンテナ巻線との結合は整合回路を省略したタンク回路直結方式として損失の低減を実現した。既設装置の配置換えと整備を行い、テストアンテナに給電することで、高周波電源の出力が3 kW以上であればプラズマの自己点火が可能であることを示した。また、波動伝搬計測のための2次元駆動プローブ、イオン温度測定のための2次元駆動ファラデーカップを整備した。回転電磁界アンテナと相補的な性質を持つヘリカルアンテナについて、そのプラズマ生成とイオン加熱の特性を調べた結果、異なる方位角方向モードの波動が互いに逆方向に励起されていることが分かり、その特性を利用した生成と加熱の制御方法を提案した。電磁プラズマ推進機は中,高温度領域プラズマの噴射により,化学推進では実現できない高速の長距離飛行を行おうとするものである。推進機の推力と飛行速度は,噴射プラズマの密度と温度によって決定されるので,プラズマ生成とイオン加熱の相対的制御により推力と速度の調整が可能になる。本研究では,単一のヘリカルアンテナから放射される高周波回転電磁界によりプラズマ生成とイオン加熱を同時に行うことで,推進機の小型化,高効率化の可能性を示すことを試みている。ヘリカルアンテナから放射される電磁波の周方向モード数mは主として1であるが,伝搬方向によって符号が変化する。研究で用いているライトヘリカルアンテナは外部磁場に対して逆方向にm = +1の右旋波を,外部磁場方向にm = -1の左旋波を同時に励起する。

有限温度を考慮した不均一プラズマ中の2次元波動伝搬解析により,ヘリカルアンテナが異なるmの波を双方向に励起すること,m = +1波はカットオフ周波数が高く広範囲に伝搬し高密度プラズマの生成に適しており,m = -1波はイオンサイクロトロン共鳴点においてイオンに大きな電力を与えるためイオン加熱に適していることが確かめられた。実験では,単一のライトヘリカルアンテナによるプラズマのスタートアップのもとで,外部磁場の方向を変えることによるプラズマ生成量の変化及びイオン加熱の有無を計測した。その結果,外部磁場の方向に依存してプラズマ密度とイオン加熱の特性が変化し,しかもその依存性がmの正負とよく対応することを明らかにした。特に,加熱にともなうイオンエネルギー分布関数のエネルギーシフトと半値幅の増大が実証された。数物系科学当初設定した研究項目は予定通り遂行されたが,実験装置に磁場を印加するための既設直流電源が一部不調になったため,実験回数が多少不足した。当初の計画通りプラズマ推進実験装置の整備が完了し、高周波源の整備も順調に進行して、プラズマの単独点火が実現された。これにより25年度研究実施計画が円滑に遂行できる。ヘリカルアンテナに対して外部磁場の方向を変化させて,ヘリコン波やイオンサイクロトロン波の伝搬特性を測定する。これにより双方向の励起波動のモードとの関係を明らかにし,選択的波動励起を実証する。ヘリカルアンテナ直下の磁場強度の調整により,ヘリコン波プラズマ生成とイオンサイクロトロン波によるイオン加熱の比率が変化でき,電子・イオンに対するパワー吸収の能動的制御が可能なことを示す。磁場発生用既設直流電源の不調対策と磁場調整の自由度を高めるため,当初の予定を変更して直流安定化電源を新規購入する予定である。イオンサイクロトロン波によるイオン加熱は軸方向の磁場強度の不均一性が高い所で行われる。この場合,従来の線形理論による無衝突加熱のみでなく,磁場勾配によるイオンの軸方向加速効果や,波動電磁界ローレンツ力の非線形項に基づく動重力による加速効果が重畳されてプラズマの噴出エネルギーを増加させることが考えられる。この現象を,昨年に引き続き,測定と数値計算により究明する。回転電磁界アンテナの位相制御のみにより、ヘリコン波(HW)プラズマ生成とイオンサイクロトロン波(ICW)によるイオン加熱の比率が変化できるか、電子・イオンに対するパワー吸収の能動的制御が可能であるか、について、高周波電力を段階的に増加させながら実験を行う。続いて、ヘリカルアンテナを使用した場合の制御性についても検討する。単一周波数2位相出力のインバータを用いた場合、VASIMRのように2系統の高周波インバータを用いるのに比べて、全効率が改善することをシミュレーションにより示す。また、単一周波数2位相出力のインバータでは、負荷である2つのアンテナ巻線が相互インダクタンスを持つことにより、各電流の位相が影響を受け設定値からずれてくる可能性があるが、この対策を検討する。
尿路結石におけるオステオポンチン抗体を用いた分子標的治療の開発

本研究では、切断型OPNにて露出されるアミノ酸配列(SLAYGLR)に対する中和抗体を作成し、腎結石の形成抑制作用を検討した。抗体投与により、結晶は放射状に形成されるも、内部が細かく砕けていた。電子顕微鏡による尿細管細胞の構造は、WT群では管腔が拡張し、尿細管細胞に取り込まれる結晶を認めたが、抗体投与群においては、尿細管腔内に脱落組織は認めるものの、結晶形成は認めなかった。つまり、OPN抗体で結石形成量や形態形成が抑制されることを証明した。同時にサルモデルでの検討を行ったが、予想に反して腎結石を形成するサルは見つからず、サル腎結石モデル自体がヒトモデルに適さないと判断した。オステオポンチン(OPN)の機能解析を行うため、OPNノックアウトマウスを作成しモデルマウス同様にシュウ酸前駆物質を投与し検討した。OPNノックアウトマウスではwild typeと比較し、結石形成数が少なく、形態的にも結石が成長しないことから、OPNが結石形成に必須であることを証明した。さらにOPN機能部位の詳細を検討するため、1Ca結合領域、2細胞接着領域に注目し、各々を機能不全にした変異OPN遺伝子導入トランスジェニックマウスを作成し検討した結果、Ca結合領域は結石の成長に、細胞接着領域は結石の形成量に関与することを明らかにした。上記の研究結果をふまえ、RGD配列に隣接するトロンビン切断部位に対する特異的な抗体(OPN抗体)を作成した。OPN抗体を結石モデルマウスに投与したところ、尿細管の細胞障害や結晶の尿細管細胞への接着を抑えることで結石形成量や形態形成が抑制されることを証明した。これまでの知見は、マウスを用いた動物実験であったため、より遺伝的背景がヒトと類似したサルにおける腎結石研究を現在は行っている。サルにおける尿路結石の形成リスクの検討のため、サルの中において、自然発症する個体をCTにて探索している。サルはヒトと比較し、尿路結石が少ない動物と考えられており、その個体は特徴的であり、その尿中パラメーターや組織学的検討を継続して行っている。腎結石形成には結石マトリックス成分の1つであるオステオポンチン(OPN)が強く関わっている。OPNは多くの機能的アミノ酸配列をもち、それらが切断や重合するにより生理活性を生じる。私たちは、結石形成マウスにおいて、非切断型OPNは腎全体に分布しているが、切断型OPNは結晶の形成に一致して腎皮髄境界部に発現するという興味の深い現象を見つけた。この現象は、切断型OPNが腎結石の形成に密接に関わっていることを示すものである。そこで本研究では、切断型OPNにて露出されるアミノ酸配列(SLAYGLR)に対する中和抗体を作成し、腎結石の形成抑制作用を検討した。(In vitro実験)尿細管細胞にCOM結晶を暴露すると、細胞に結晶が取り込まれ、形態は膨化し崩壊するものの、OPN抗体投与により、結晶の尿細管細胞への接着、細胞の崩壊が抑制された。(In vivo実験)結晶形成量は、WT群で最も多く、抗体投与により容量依存性に低下した。特に500、1000μg/ml抗体投与においては、有意に結晶形成が抑制された。結晶の微細構造は、WT群では、結晶が整然と放射状に成長し花弁状構造を示しており、KO群では小さな結晶核が不規則に集まる形態を示した。抗体投与群では、結晶は放射状に形成されるも、内部が細かく砕けていた。透過型電子顕微鏡による尿細管細胞の構造は、WT群では管腔が拡張し、尿細管細胞に取り込まれる結晶を認めたが、抗体投与群、KO群においては、尿細管腔内に脱落組織は認めるものの、結晶形成は認めなかった。つまり、OPN抗体を結石モデルマウスに投与したところ、結石形成量や形態形成が抑制されることを証明した。尿路結石サルはヒトと比べて、尿路結石形成リスクが少ない。主に、食べ物の影響と考えている。尿路結石形成を認めるサルのN数が少ないため、尿中パラメーターや組織学的検討が進んでいかないことが問題である。シュウ酸食を投与することで、メタボリックシンドロームと高Ca尿を惹起することで、病的に尿路結石形成を誘発し、尿路結石モデルマウスを確立する。同時に、尿路結石形成パラメーターを、尿中、組織学的検討を行う。最終的には、OPN抗体を投与し、結石形成抑制効果、尿中バイオマーカーの変化について検討するとともに、ヒトへの投与にむけた毒性実験を行う。サル個体の結石罹患をみるため、CTを行った。CTのみの検査であり、所望品がすくなかったため。サルへのシュウ酸投与を計画し、サルにおける尿路結石形成モデルを作成する。
細胞組織の凍結保存シミュレーション

生物体の凍結保存技術を確立する基礎研究として,細胞組織の凍結保存における物理化学的現象を理解し,細胞の生死と細胞レベルで生じるミクロ挙動の関連を踏まえた上で,凍結・解凍操作の最適条件を含めその可能性をシミュレーションにより追究した.前年度は,浮遊細胞の生残率の測定,およびその結果を従来のモデルに組み込み浮遊細胞についてシミュレーションを行い,細胞のミクロ物性(サイズ,膜透過係数)によって至適冷却速度が異なるこが明らかとされた.さらに,凍害保護物質が生存率を向上させること,および至適冷却速度はその濃度により異なることが明らかにされた.本年度は,まず,浮遊細胞について得られた細胞の傷害とミクロ挙動の関係を生体組織に適用したシミュレーションを行い,生体組織の凍結における熱的寸法効果が細胞の生存状態に及ぼす影響を解析的に明らかにされた.すなわち,冷却表面近傍では細胞は凍結のため死滅し,試料の中心近く,冷却面表面から離れた場所では細胞の脱水による溶液効果により死滅する.その中間で生存の可能性があるが,確率的には僅かであり,生体組織の凍結保存はそのままでは困難であり,凍害保護物質の使用が必須であることが明らかにされた.最後に,生体組織の凍結保存における凍害保護物質の効果についてシミュレーションを行い,凍害保護物質の濃度が高いほど,試料中心部ほどその効果が高いことが明らかとされた.また,凍害保護物質の効果は冷却速度が遅い場合により顕著に現れ,濃度が低い方が細胞の生存する範囲が冷却面近くまで広がることが明らかとなった.このことから,凍害保護物質の濃度は,試料中心近くで高く,冷却表面近傍では低くすることが効果的であることが示唆された.生物体の凍結保存技術を確立する基礎研究として,細胞組織の凍結保存における物理化学的現象を理解し,細胞の生死と細胞レベルで生じるミクロ挙動の関連を踏まえた上で,凍結・解凍操作の最適条件を含めその可能性をシミュレーションにより追究した.まず,凍結保存後の生残率を浮遊細胞について測定し,その過程で生ずる細胞レベルのミクロ挙動がおよぼす細胞の生死に関わる傷害への影響を実験的に明らかにした.凍結・解凍実験は,ハルユタカ小麦の幼胚由来の培養細胞を細胞壁分解酵素で処理して単離したプロトプラストについて行い,解凍後の生残率をFDA染色法を用いて測定し,解凍後の損傷の形態が分類され,凍結・解凍挙動との関係が実験的に明らかとされた.具体的には,緩速凍結した細胞の解凍課程では,(a)浸透圧ストレスによる細胞膜の破壊あるいは膨潤,(b)細胞の吸水不良の障害が発生することが明らかにされた.また,細胞内に形成された氷晶は生残率を大幅に低下させる要因であることが明らかにされた.次に,代表者らの浮遊細胞に対する凍結・解凍モデルを用いたシミュレーションにより得られるミクロ挙動と実験により得られた生残率との対応より、細胞の傷害に及ぼすミクロ挙動の影響を推定し,それらを組み込んだ凍結・解凍モデルを用いてシミュレーションを行い,2段冷却法の有効性が解析的に検証された.また,細胞のミクロ物性(サイズ,膜透過係数)によって至適度冷却速度が異なることが明らかとされた.さらに,凍害保護物質が生存率を向上させること,および至適冷却速度はその濃度により異なることが明らかにされた.最後に,浮遊細胞について得られた細胞の傷害とミクロ挙動の関係を生体組織に適用したシミュレーションを行い,生体組織の凍結における熱的寸法効果が細胞の生存状態に及ぼす影響を解析的に明らかにされた.生物体の凍結保存技術を確立する基礎研究として,細胞組織の凍結保存における物理化学的現象を理解し,細胞の生死と細胞レベルで生じるミクロ挙動の関連を踏まえた上で,凍結・解凍操作の最適条件を含めその可能性をシミュレーションにより追究した.前年度は,浮遊細胞の生残率の測定,およびその結果を従来のモデルに組み込み浮遊細胞についてシミュレーションを行い,細胞のミクロ物性(サイズ,膜透過係数)によって至適冷却速度が異なるこが明らかとされた.さらに,凍害保護物質が生存率を向上させること,および至適冷却速度はその濃度により異なることが明らかにされた.本年度は,まず,浮遊細胞について得られた細胞の傷害とミクロ挙動の関係を生体組織に適用したシミュレーションを行い,生体組織の凍結における熱的寸法効果が細胞の生存状態に及ぼす影響を解析的に明らかにされた.すなわち,冷却表面近傍では細胞は凍結のため死滅し,試料の中心近く,冷却面表面から離れた場所では細胞の脱水による溶液効果により死滅する.その中間で生存の可能性があるが,確率的には僅かであり,生体組織の凍結保存はそのままでは困難であり,凍害保護物質の使用が必須であることが明らかにされた.最後に,生体組織の凍結保存における凍害保護物質の効果についてシミュレーションを行い,凍害保護物質の濃度が高いほど,試料中心部ほどその効果が高いことが明らかとされた.また,凍害保護物質の効果は冷却速度が遅い場合により顕著に現れ,濃度が低い方が細胞の生存する範囲が冷却面近くまで広がることが明らかとなった.このことから,凍害保護物質の濃度は,試料中心近くで高く,冷却表面近傍では低くすることが効果的であることが示唆された.
レーザー照射により生成した活性化学種の電極反応の研究

申請者はレーザー光を電極表面に照射することによって生じる様々な効果を予想して研究を推めてきた。そのひとつは、比較的出力の小さな連続発振レーザー光を光学断続器により断続光として電極に照射し、電極表面や電極/電解質界面に温度変調場を発生させることである。電極反応の電子移動反応は、温度上昇に対しその標準エントロピー変化の符号に依存して促進あるいは抑制される。このためロック・イン検出法により温度変調に同期した電流を電極電位の関数として測定するとき、得られる温度変調ボルタモグラムは、その系の標準エントロピー変化に応じて極大もしくは極小を半波電位付近に示すことになる。申請者は実際のこのことをフェロ/フェリシアンイオン系及びFe^<2+>/Fe^<3+>系において検証し、さらに逆にボルタEグラムの形から水素吸着波の標準エントロピー変化を正であると見積ることができた。次に、強力なレーザーパルスで電極表面をアプレーションし表面を更新し活性化することを試みた。アブレーションを数秒間隔で起こし電極表面を更新しながら電流-電位曲線を測定する方法(レーザーアブレーションボルタンメトリー)を提案し、滴下水銀電極によるピ-ラログラフィーの利点を固体電極に対しても導入することができた。これを用いて、従来不可逆な電流-電位曲線を示すL-アスコルビン酸や糖などの電流-電位曲線を改善し、これらの電極反応をよりよく理解する道を切り開きつつある。
単一分子組織化を目指す新規グラフェン分子細線の合成

グラフェンナノリボンは、“有限幅を持つグラフェン"すなわち一次元量子構造であり、分子幅やエッジ構造に依存した優れた半導体的性質を持つことが理論的に予測され、デバイス応用が期待される新物質である。しかし分子幅や化学構造を規定し、且つデバイス化につながる大量合成法が未開拓であり、その確立が世界的に望まれている。本提案では、分子設計した原料分子を、高い反応性を持つ気固界面(原料分子ー金属表面)で重合・脱水素縮環することにより、従来困難であった分子幅とエッジ構造を制御したグラフェンナノリボンの大量合成法(ラジカル重合型化学気相成長法)を世界に先駆けて開発し、単一分子素子やその組織化構造を創成し、電場・磁場スイッチング素子や確率共鳴素子等の新デバイス応用を目指した。グラフェンナノリボンを形成する前駆体分子を有機合成し、我々が開発した2ゾーン化学気相成長法を用いて金属基板上に合成し、これを表面酸化シリコン基板などへ高井スループットで再現よく転写する技術を開発した。また合成したグラフェンナノリボンを使って電界効果トランジスタを作製し、キャリア移動度を測定した結果、これまでのボトムアップ合成グラフェンナノリボンを用いるトランジスタとしては最高の値(アモルファスシリコンと同等)の大きな値を持つことがあきらかになった。27年度が最終年度であるため、記入しない。そこで本提案では、分子設計した原料分子を、高い反応性を持つ気固界面(原料分子ー金属表面)で重合・脱水素縮環することにより、従来困難であった分子幅とエッジ構造を制御したグラフェンナノリボンの大量合成法(ラジカル重合型化学気相成長法)を世界に先駆けて開発し、単一分子素子やその組織化構造を創成し、電場・磁場スイッチング素子や確率共鳴素子等の新デバイス応用を目指す。今年度は、分子幅の異なるアームチェアエッジ型グラフェンナノリボンを系統的に合成するため、原料分子として両末端にハロゲン原子を結合させたターフェニル誘導体を有機合成した。また、原料分子を低真空中で気化させ、高温に加熱した清浄化石英表面に接触させて原料分子のラジカルを発生させ、温度制御した単結晶金属基板上でのラジカル重合反応及び脱水素縮環反応によるグラフェンナノリボンの合成を試みた結果、湾型グラフェンナノリボンを合成できることを見出した。温度やキャリアガス流量を最適化した結果、非常に効率良くグラフェンナノリボンを表面合成できることが分かった。更に走査トンネル分光によるバンドギャップ測定や顕微ラマン分光による化学構造の同定を行った。本研究の目的は、分子設計した原料分子を、高い反応性を持つ気固界面(原料分子ー金属表面)で重合・脱水素縮環することにより、従来困難であった分子幅とエッジ構造を制御したグラフェンナノリボンの大量合成法(ラジカル重合型化学気相成長法)を世界に先駆けて開発し、単一分子素子やその組織化構造を創成し、電場・磁場スイッチング素子や確率共鳴素子等の新デバイス応用を達成することである。今年度は、分子設計した両末端にハロゲン原子を結合させた原料分子を有機合成し、化学気相成長法により新種の湾型グラフェンナノリボンが金単結晶上に合成できることを明らかにした。以上から、順調に研究が達成できているものと判断される。今後は、今年度表面合成したグラフェンナノリボンの詳細な物性評価を行う。電界効果トランジスタの試作を行い、キャリア移動度を明らかにする。
エピジェネティック因子の再構築による脳腫瘍ゲノムの機能的解析

悪性グリオーマ細胞株に人工多能性幹(iPS)細胞を誘導する遺伝子を導入した。この細胞株を用いてグリオーマ細胞由来のiPS細胞を誘導した結果、幹細胞マーカーであるアルカリフォスファターゼ陽性の細胞が得られたが、増殖能を欠き、目的の細胞は得られなかった。このことから悪性グリオーマにおいて異常が生じている遺伝子は、ゲノムリプログラミングや胚性幹細胞の維持に必要である可能性が考えられた。「がんゲノムプロジェクト」が開始され、癌に関連する遺伝子の同定が加速しているが、発ガンや悪性度が進行する過程において、それらの遺伝子がどのように機能しているか特定することは未だに困難である。本課題では、ips細胞化技術を用いて癌細胞に見られる遺伝子変異をもつ各分化段階にある正常細胞を作製し、それらの遺伝子機能やエピジェネティックな因子のがんに及ぼす影響を探索することを目的としている。悪性グリオーマ細胞株においてips細胞誘導遺伝子Sox2、Oct4、Klf4、Nanogの発現を検索した。Sox2遺伝子は、全ての細胞株で発現していたが、他の遺伝子は、細胞株により異なっており、全ての遺伝子を発現する細胞株は無かった。悪性グリオーマ細胞は、報告されているCD133やNestinといった体性幹細胞マーカーに限らず、胚性幹細胞のマーカーも発現することが考えられた。幹細胞を効率的に分離するために、ES細胞特異的遺伝子であるNanogのプロモーター領域の下流にpuromycin耐性遺伝子を挿入したコンストラクト(pNanog-Puro)を構築し、Nanog陰性のグリオーマ細胞株に導入した。これらのグリオーマ細胞株を用いてフィーダー細胞上でiPS細胞を誘導したがpuromycin耐性コロニーは得られなかった。つまり、内在的なES細胞特異的遺伝子の発現では、iPS細胞を誘導するためには不十分であった。次に、Sox2、Oct4、Klf4のコンディショナルな発現ベクターをpNanog-Puroを導入済みの細胞へco-transfection後、サブクローニングした。これらの中から外来性のSox2、OCT4、Klf4をmRNAレベルで発現する細胞を選出し、これらの遺伝子産物が誘導可能であることを確認した。今後は、これらの細胞を用いて脳腫瘍細胞由来ips細胞の誘導とその特徴の検討を実施する予定である。本課題では、iPS細胞化技術を用いて癌細胞に見られる遺伝子変異をもつ各分化段階にある正常細胞を作製し、それらの遺伝子機能やエピジェネティックな因子のがんに及ぼす影響を探索することを目的としている。iPS細胞誘導遺伝子のうち、Sox2遺伝子は、全ての悪性グリオーマ細胞株で発現していたが、他の遺伝子は、細胞株により異なっており、全ての遺伝子を発現する細胞株は無かった。これらの細胞で遺伝子導入せずにiPS細胞を効率的に誘導、分離するために、ES細胞特異的遺伝子であるNanogのプロモーター領域の下流にpuromycin耐性遺伝子を挿入したコンストラクトを構築し、Nanog陰性のグリオーマ細胞株に導入した。これらのグリオーマ細胞株においてiPS細胞を誘導したがpuromycin耐性コロニーは得られなかった。これらの細胞を用いて脳腫瘍細胞由来iPS細胞を誘導するとES細胞マーカーであるアルカリフォスファターゼ陽性の多くの細胞が得られたので、今後、これらの細胞の特徴を検討する予定である。本課題では、悪性脳腫瘍である膠芽腫細胞においてiPS細胞を誘導する技術を用いてリプログラミングし、この腫瘍由来のiPS細胞を樹立し、神経幹や神経前駆、神経、星状及び乏突起細胞に再分化することで神経系細胞系譜のいずれにおいてこの腫瘍に生ずる変異がどのような生物的機能を果たすかを検討することを目的とした。昨年度までに、SOX2、OCT4、KLF4の3遺伝子をコンディショナルに発現誘導可能な膠芽腫細胞株を樹立し、これらの遺伝子の発現誘導と胚性幹細胞用培養条件での培養することで胚性幹細胞のマーカーの一つであるアルカリフォスファターゼ陽性の細胞を得た。今年度は、この細胞の胚様体や奇形腫の形成、三胚葉分化を確認し、iPS細胞の完成度を検討する予定であった。しかしながらこのアルカリフォスファターゼ陽性の脳腫瘍由来iPS細胞候補のクローンは、継続的な増殖を示さず解析は、不可能であった。

出発材料が神経幹細胞の場合において、SOX2とOCT4の2因子で十分にiPS細胞を誘導可能であることが知られているので、新たなiPS細胞候補を得るためにがん幹細胞からiPS細胞の誘導を試みた。SOX2、OCT4、KLF4をコンディショナルに発現誘導可能な膠芽腫細胞株のCD133陽性の幹細胞を20-80%程度含むTumor sphereを培養し、現在、iPS細胞を誘導している。これらの結果にみられるようにゲノムに異常を持つ脳腫瘍細胞からiPS細胞を誘導することは正常細胞からの場合と異なり、困難であることが考えられた。最近、消化器系がん細胞からiPS細胞株の樹立が報告されたが頻度の低さが指摘されており、脳腫瘍細胞からiPS細胞を樹立するためにゲノムリプログラミングに関わる新たな因子の同定が必要かもしれない。悪性脳腫瘍由来iPS細胞の候補クローンが多く得られているが性状解析に至っていない。24年度が最終年度であるため、記入しない。悪性脳腫瘍細胞株に加え、比較的変異の蓄積が少ないと考えられる初代培養細胞からもiPS細胞の誘導を実施する。また、Glis1等のiPS細胞誘導に効果的な遺伝子をiPS細胞の誘導に使用する。