hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
神経変性疾患発症の分子メカニズムの解析

これまで、神経変性疾患は、疾患ごとに特有の障害部位とその結果として特有の症状(痴呆・運動失調・異常運動・筋力低下等)を示し、多くの疾患に当てはまる統一的な発症機構に関わる概念・分子機構を導き出すことはできないと考えられてきた。しかし、近年、変性しつつある神経細胞内に異常タンパクの凝集物や形態的に類似する空胞がかなり普遍的に存在することが判明し、神経が変性・消失する過程には、似通った分子機構が存在するという考えが広まってきた。我々は、異常タンパク質の蓄積・凝集を神経変性を引き起こす本体と位置づけ、遺伝性神経変性疾患の発症メカニズム、すなわちハンチントン病・Machado-Joseph病(MJD)等の原因となる伸長したCAGリピートが作り出すグルタミンリピート(ポリグルタミン)によって引き起こされる神経細胞変性・細胞死の分子解析を行ってきた。本研究では、1)ある種の神経細胞にはMJDタンパク質を限定分解する活性が存在すること、2)MJDタンパク質を限定分解する高い活性を有するPC12細胞株を分離できたこと、3)異常タンパク質を高発現させると細胞質に空胞化が引き起こされること、4)細胞内での異常タンパク質蓄積を感知するセンサータンパク質としてVCP/p97が働くこと、5)VCPのセカンドATP結合領域に変異を導入した変異VCPタンパク質を過剰発現させると細胞に空胞化が起こり、続いて細胞死が引き起こされること、6)ポリグルタミン病のショウジョウバエモデルを用いた遺伝学的スクリーニングで、ドロソフィラVCPがポリグルタミンによる神経細胞死を遂行する遺伝子であることを明らかにした。我々は、1994年に遺伝性神経変性疾患Machado-Josephe病(MJD)の原因遺伝子(MJDl)を世界に先駆けて同定し、MJD1遺伝子内のCAGリピートの異常伸長がMJD発症の原因であることを明らかにした。本研究は、同定したMJD1遺伝子をもちいてMJDの発症機構を明らかにすることを目的とし、本年度は以下の成果を得た。(1)ポリグルタミンの核内細胞死シグナル励起部位としてのPML bodyの同定。ポリグルタミンが細胞死を誘導するときに核内で凝集しSEK1-JNKの細胞死シグナルを活性・伝達している部位がPML bodyであることを明らかにした。PML bodyは、以前に我々が急性前骨髄球性白血病(APL)の原因となるPML-RARの細胞内標的部位として同定した核内のサブドメインであり、また、近年報告されたPml遺伝子のノックアウトの解析から、PML or PML bodyは、UV、インターフェロン、TNF、Fas、セラミド等が引き起こす細胞死に極めて重要な役割を果たすことが示されている。これらの結果から、PML bodyは細胞死シグナルを伝達する重要な場となっている可能性が考えられた。(2)ドロソフィラの遺伝学を用いたポリグルタミンが誘導する細胞死に関わる遺伝子群の検索。ポリグルタミンを複眼特異的に発現するトランスジェニックフライと染色体の種々の領域に欠損をもつ変異体と交配し、欠失により表現型(rough eyes)を憎悪または抑制する10数箇所の染色体領域を同定した。我々は、これまでに神経難病Machado-Joseph病(MJD)の原因遺伝子を同定し、この疾患が、球脊髄性筋萎縮症やハンチントン舞踏病と同じく、原因遺伝子内のCAGの繰り返し配列の異常な伸長によって引き起こされることを明らかにした。これらの原因遺伝子は、それぞれがコードする蛋白質は全く異なっていたが、原因遺伝子内のCAGの繰り返しが共通にポリグルタミンリピートに翻訳される。我々はこのことに着目し、伸長したポリグルタミンリピートを培養細胞に発現させると細胞がアポトーシスに陥ることを見いだし、また、マウスの小脳の神経細胞に発現させると小脳の神経細胞が変性・萎縮し小脳失調を示すことを明らかにしてきた。この結果は、ポリグルタミンが神経変性を引き起こす起因物質であることを示すとともに、全長蛋白から、伸長したポリグルタミンを含む部分蛋白質が切り出されることが、神経変性の第1ステップになることを示唆しており、我々は、この考えを「プロセッシングモデル」として提唱してきた。

本年度の研究では、PC12神経細胞にMJD蛋白質を限定分解する活性が弱いながら存在することを見いだし、その中で、MJD蛋白質を限定分解する活性が300倍以上に増強している細胞亜株を分離することに成功した。これは、我々が提唱してきた「プロセッシングモデル」をさらに支持す結果であり、今後この細胞からMJD蛋白のプロセッシング酵素を同定・解析することによって、「プロセッシングモデルの証明」を目指して行きたい。
人間の認知・学習機構の並列情報処理モデルに基づく高次コミュニケーション機構の研究

本年度は、人間の並列情報処理機構に基づくコミュニケーションシステムの構築を目的として、まず、仮説生成推論とパターン情報処理を組み合わせて、不完全な知識ベースのもとで問題解決を行なうシステムを開発し、部分的に実装した。研究では、次の5つの部分についてモデルを構成し、部分的な実装を行なった。(1)不完全な知識ベースに基づく問題解決システム:仮説生成・問題解決部,知識ベース,、パターン生成部、パターン認識部、符号化部からなり、知識ベースを用いた論理的推論において知識の不足によって推論が失敗する場合には、失敗の原因を同定と、それを仮説として生成する。次に、パターン生成部とパターン認識部を用いて、この仮説が実際に成立するかどうかを確かめる。すなわち、まず仮説に対応するパターンをパターン生成部を用いて生成し、次に、得られたパターンに対してパターン認識を行ない、述語として定義された仮説の値が真であるかどうかを検証する。さらに、符号化部を用い、生成されたパターンの符号化によって、推論に必要な記号情報を生成する。(2)仮説生成アルゴリスム:本システムにおける仮説の生成は、我々の研究室で開発された仮説生成アルゴリズムICRを組み込むことによって行なった。(3)知識ベース:本システムの知識ベースは、我々の研究室で開発された知識表現言語L-Linenを用いて記述された。(4)パターン生成部とパターン認識部:パターン生成部は、述語表現を、定量的な制約条件の集合に変換する規則の集合である。また、パターン認識部は、多角形の組み合わせパターンを入力し、その部分パターンである部分多角形を出力する。(5)符号化部:パターン認識部の出力として得られたパターンを知識ベースに付加できるような述語表現に変換する。
ＭＯＦを基材としたテラヘルツ化学アナライザーの高感度化

今年度はまず,従来と異なる新たなテラヘルツ波検出器を導入し,さらに透過光の集光効率を向上させるためにウィンストンコーンを組み合わせ,加えて検出器からの信号を高S/N比で計測・記録する装置を再構築した.その結果,ノイズは数分の一に小さくなったものの,新検出器からの信号強度があまり高くなく,最終的にS/N比は十数%高くなった程度であった.この測定系を用いてガス導入後のMOFの一種のZIF-8のテラヘルツ吸収の強さの過渡応答データを再収集し,解析したところ,各ガス分子のZIF-8への吸着とZIF-8からの離脱の特性を再現性良く記録することができた.プロパンとブタンの吸着は指数関数的に進行し,その時定数に差はほとんどなかった.脱離も指数関数的に進んだが,その時定数はブタンがプロパンの十倍近く長かった.脱離過程において,ガス分子は定着した細孔内壁との相互作用を断ち切りそこから離れるが,その反応速度は分子と細孔内壁との間の親和力の差が如実に反映する.このことが原因となり,脱離過程でのみ両者の時定数に大きな差が生じたと推定される.ZIF-8をエタンに暴露すると,特異な過渡応答が認められた.相似の構造を有するZIF-7を対象とした先行研究の結果から,ZIF-8にはエタンが吸着しうる場所が複数存在すること;そして,そのうちの何れかは一度エタンを吸着すると不可逆的な構造変化が起こるものと類推される.次に数種のガスを混合した混合ガスに暴露した際の時定数を計測し,解析を試みた.しかし,ガス流量調節弁の性能上,圧力(あるいは流量)の安定に要する時間がガス種や設定流量に依存し,MOFに到達する際の混合ガスの圧力や組成が一定とならず,過渡応答の精密な計測の妨げとなった.また,チアカリックスアレーン等を合成し,テラヘルツ分光でそのガス吸着特性を観測してみたが,ZIF-8ほど明瞭な反応はなかった.テラヘルツ波をプローブとして用い,基材である金属-有機構造体(MOF)上に吸着したガスの化学種やキラリティを同定するシステムの高感度化に取り組んだ.主にZIF-8を用いて,直鎖アルカンや二酸化炭素などエネルギーに関連したガスの検出および識別のために必要な基礎データの収集を行った.その結果,吸着に伴うテラヘルツ透過スペクトル上の変化の有無や吸着反応の時定数の比較から複数のガス種の吸着・脱離の検出およびガス種の識別が可能なことが分かった.さらに,吸着反応の進行の程度に対応するパラメータの時間変化を記録したところ,ほとんどのガスが指数関数的な変化を示すのに対して,ある種のガスは特異な過渡応答を示し,特殊で複雑な吸着反応過程を有していることが示唆された.また,不斉識別に関しては,キラル源としてシクロデキストリン類を骨格に含むMOFを合成し,それを基材として用い,キラルな小分子量分子(ゲスト)の上記に暴露し,そのテラヘルツ透過スペクトルの変化を記録した.結果は,ある種のテルペンをゲストとした場合に,そのキラリティの識別が可能であることを示すデータが得られた.一方,シクロデキストリンを含むMOFの合成過程の良否(特に残留している水分の量)によって,透過スペクトルが大きく影響を受けることが分かり,調製方法の再検討と生成物の品位の評価法の検討を行った.システム全体の高感度化を目指し,MOFの取り回しやガス曝露の方法の工夫,テラヘルツ波検出器の交換等を行い,一定の効果を確認した.昇温脱離法を用いた解析はやや遅れているものの,検出器の交換と光学系の再構築が完了し,29年度以降に実施する予定であった吸着反応の時定数の解析も始まっていることから,全体としてはおおむね順調に進展していると評価される.金属有機構造体(MOF)へ各種ガスを交互に導入し,テラヘルツ吸収スペクトルの変遷を調べる実験を行った.まず,この実験のためにMOFをガスに暴露するガスフローセルを構築した.具体的には,MOFをテラヘルツ波に対して透明な面部連フィルタ上に堆積させ,それをテラヘルツ帯で透明な窓とガス流路を備えた密閉容器(ガスフローセル)に入れ,テラヘルツ分光装置内に置き,ガスを流しながら分光測定が行えるようにした.フローセルの容積をなるべく小さくすることで,あとに求めることになる反応の時定数の精度が高くなるようになっている.MOFとしては主にZIF-8を採用し,アルカンや二酸化炭素などのエネルギー関連ガスの吸着特性を体系的に調べた.そして,特に変化の大きい周波数における透過強度の時間変化を記録し,応答プロファイルを得た.そこから,プロパンやn-ブタンのZIF-8への吸着の時定数をもとめ,吸着過程の熱力学的考察を進めた.キラルなMOFによる不斉識別実験では,実際にキラルなゲストがキラルなMOFに包接される系を複数見出した.これらの系では,溶液中で効果的に包接が進むが,テラヘルツ分光で測定が可能なように乾燥し粉末化する過程でゲストが散逸している可能性があり,湿潤したままスペクトル計測を行う方策などを検討している.同時に,乾燥に対して安定な系の探索も並行して続けている.テラヘルツ分光装置の光学系は,焦電型ディテクタの変更によりシグナル/ノイズ比が向上したものの,シグナル自体は期待したよりも弱く,結果としてデータの精度も期待した程度には向上しなかった.

アルカンや二酸化炭素などのエネルギー関連ガスのZIF-8への吸着特性を体系的に調べ,特に変化の大きい周波数における透過強度の時間変化を記録し,応答プロファイルを得た.この結果は国内学会で発表したほか,査読付き学術論文に投稿し,受理・掲載された.さらに,そこからプロパンやn-ブタンのZIF-8への吸着の時定数をもとめ,吸着過程の熱力学的考察を進めた結果も国際会議や国内学会で発表したほか,査読付き学術論文に投稿し,3月中に受理されており,これらの研究内容は計画をやや上回って進展している.キラルなMOFによる不斉識別実験では,実際にキラルなゲストがキラルなMOFに包接される系を複数見出したが,乾燥・粉末化の過程でゲストが散逸している可能性があり,良好なテラヘルツ透過スペクトルが得られていない.これらの事情により,キラルMOFに関する研究はやや遅れている.テラヘルツ分光装置の光学系は,焦電型ディテクタを変更したものの,データの精度は期待した程度には向上しなかった.引き続き,集光部品の追加などを検討・実施し,得られるデータの精度や安定性の向上を図っていて,このことは研究計画よりもやや遅れている.また,本研究計画の他の部分にも影響することが危惧される.以上の事情を総合し,全体としては「おおむね順調に進展している」と判断した.今年度はまず,従来と異なる新たなテラヘルツ波検出器を導入し,さらに透過光の集光効率を向上させるためにウィンストンコーンを組み合わせ,加えて検出器からの信号を高S/N比で計測・記録する装置を再構築した.その結果,ノイズは数分の一に小さくなったものの,新検出器からの信号強度があまり高くなく,最終的にS/N比は十数%高くなった程度であった.この測定系を用いてガス導入後のMOFの一種のZIF-8のテラヘルツ吸収の強さの過渡応答データを再収集し,解析したところ,各ガス分子のZIF-8への吸着とZIF-8からの離脱の特性を再現性良く記録することができた.プロパンとブタンの吸着は指数関数的に進行し,その時定数に差はほとんどなかった.脱離も指数関数的に進んだが,その時定数はブタンがプロパンの十倍近く長かった.脱離過程において,ガス分子は定着した細孔内壁との相互作用を断ち切りそこから離れるが,その反応速度は分子と細孔内壁との間の親和力の差が如実に反映する.このことが原因となり,脱離過程でのみ両者の時定数に大きな差が生じたと推定される.ZIF-8をエタンに暴露すると,特異な過渡応答が認められた.相似の構造を有するZIF-7を対象とした先行研究の結果から,ZIF-8にはエタンが吸着しうる場所が複数存在すること;そして,そのうちの何れかは一度エタンを吸着すると不可逆的な構造変化が起こるものと類推される.次に数種のガスを混合した混合ガスに暴露した際の時定数を計測し,解析を試みた.しかし,ガス流量調節弁の性能上,圧力(あるいは流量)の安定に要する時間がガス種や設定流量に依存し,MOFに到達する際の混合ガスの圧力や組成が一定とならず,過渡応答の精密な計測の妨げとなった.
高等学校教育費支出をめぐる都道府県の政策選好に関する研究

本研究は、我が国の都道府県における高等学校教育費の支出状況および運用実態を調査し、その異同を明らかにするとともに、それぞれの特徴を析出し、制度と実態の両面から検討しようとしたものである。2018年度は、研究最終度にあたり、2017年度に実施した各都道府県における高等学校教育費の支出動向にかかわる長期的な数量データの推移ならびに、同データをもとにした都道府県間の差異、傾向や特質を踏まえた調査を実施するとともに、本研究のまとめと今後の課題について整理をおこなった。具体的な作業として、47都道府県の高等学校教育費の現状と運用実態ならびに、地方において高等学校教育費がどのような形で支出されているのかを把握することに努めた。収集したデータの結果および、分析の内容については来年度の学会発表等で公表する予定である。研究成果の一部として、都道府県における高等学校教育費支出については、各都道府県の高等学校設置状況・学科編成、公私比率等の高等学校の地域特性が反映されている実態が見受けられることに加え、地方による高等学校教育政策との関連性についても指摘することができる。本研究では、各都道府県における高等学校教育費支出のあり方に関して政策選好という点から分析をおこなったが、現在進行している高等学校教育政策による費用支出の実態や地方財政状況を含めた分析をすることも必要であるため、この点が今後の課題として残っている。本研究の目的は、高等学校教育費支出をめぐる都道府県の政策選好について、制度と実態の両面から解明することである。この目的を達成するために、次の3つの研究課題を設定している。1高等学校教育財政の制度構造の解明、2高等学校教育費支出の類型化と地域的特質、3地方政府内における高等学校教育費の支出実態の解明、である。上記の研究目的に基づき、本年度は研究計画初年度にあたり、1)高等学校教育財政制度の制度構造について地方交付税制度の算定式を踏まえて整理すること、2)全国各地の高等学校教育費の支出状況に関して長期的な推移を把握すること、この2点について同制度の現状を整理し、把握することを中心に努めた。1)・2)の実施に際しては、まず、分析に必要となる資料のリストアップを行い、その上で、調査する資料群の収蔵先において所蔵状況の確認・調査ならびに資料の収集を行った。次に資料収集後、数量的なデータを中心に入力作業を行い、分析にとりかかった。なお、本年度において収集したデータについては、現在分析作業中であり、次年度中の学会発表等で公開する予定である。また、作業過程の中で本年度中にリストアップした資料に加えて、追加的な資料収集の必要が生じたことから再度資料の精選を行うとともに、当初の分析枠組みの再構築について詳細な検討を加えた。そして、1)・2)を踏まえて、平成29年度においては、平成28年度に調査を行った資料群以外への調査実施を予定しているため、調査先の選定、関連資料のリストアップに取り組んだ。計画初年度の基礎的な作業について、主に文献や収集した資料に基づき、高等学校教育費にかかわる制度構造ならびに支出状況を把握し、次年度以降の分析枠組みを構築するための知見を得ることができた。しかし、平成29年度はさらなる資料収集を行う必要があるが、次年度の予定している調査の中で実施予定である。この目的を達成するために、次の3つの具体的研究課題を設定している。1高等学校教育財政の制度構造の解明、2高等学校教育費支出の類型化と地域的特質、3地方政府内における高等学校教育費決定の政治力学の解明、である。上記の研究目的に基づき平成29年度は、1)都道府県における高等学校教育費の支出動向について長期的な推移を把握すること、2)1)の数量的な把握をもとに、各都道府県の差異、傾向や特質について考察することを中心に務めた。1)の実施に際しては、分析に必要となる資料の把握・整理をおこなった上で数量的なデータを用いるとともに、平成28年度におこなったた高等学校教育財政制度の制度構造にかかわる考察内容を踏まえ、分析に取り組んだ。2)については、1)の考察内容をもとに、関連する要素を抽出した後、その傾向・特質について分析をおこなっている。これらの考察結果については、現在継続して作業中である。加えて、追加的な資料を踏まえた考察が必要であるため、最終年度の学会発表等で公表す予定である。また、これらの作業過程で最終年度に追加資料の必要性が生じたことから、再度資料群への調査を行う予定である。計画初年度の考察を踏まえ、本年度の分析作業に取りかかることできた、また、分析作業の過程において追加的な資料調査の必要であるため、最終年度の計画も見直しを行った。

研究成果の一部として、都道府県における高等学校教育費支出については、各都道府県の高等学校設置状況・学科編成、公私比率等の高等学校の地域特性が反映されている実態が見受けられることに加え、地方による高等学校教育政策との関連性についても指摘することができる。本研究では、各都道府県における高等学校教育費支出のあり方に関して政策選好という点から分析をおこなったが、現在進行している高等学校教育政策による費用支出の実態や地方財政状況を含めた分析をすることも必要であるため、この点が今後の課題として残っている。平成29年度は、平成28年度の成果と課題を踏まえて、新たな資料群への調査を実施するとともに、初年度の基礎的な作業から得られた知見について、研究成果の一部を公表する。平成30年度は、平成29年度の成果と課題を踏まえ、継続した調査を実施するとともに、本研究の総括をおこなうことに努める。研究計画初年度は、基礎的な研究を中心としたこと、従来の設備備品が使用可能であったため、当初予定した設備備品費を見込額よりも抑えることができたためである。平成29年度は前半において、平成28年度に収集した資料をもとにしたデータ分析を中心とし、後半において資料群への追加調査をおこなったことから旅費が予定していた支出より多く生じなかったためである。平成30年度は、前半において追加的な資料調査をおこなうとともに、成果発表等には旅費を使用する。また、研究の総括に向けた必要備品も購入予定である。次年度は、平成29年度の調査と初年度研究計画において追加的に行う調査への旅費使用を中心にするとともに、研究成果の一部を公表する。また、収集した資料を保管・整理のための備品および、PC関連の設備備品を購入予定である。
高強度・耐熱衝撃性酸化物セラミックスの開発研究

代表的な高強度高靭性材である正方晶ジルコニアの機械的性質と熱衝撃抵抗をさらに改善することを目的として、水中急冷法によりイットリア固溶正方晶ジルコニア(YーTZP)の熱衝撃破壊挙動について検討するとともに、YーTZPに種々のセラミックス粒子を分散したYーTZP基複合セラミックスを作成し、それらの機械的性質と熱衝撃抵抗について調べた。水中急冷法におけるセラミックスの熱衝撃破壊は、水の沸騰を伴う対流伝熱により生起され、熱衝撃抵抗は、試料の破壊強度、熱伝導度、熱伝達係数の増加およびヤング率、ポアソン比、熱膨張率の減少により増加した。YーTZPの熱衝撃破壊ではTransformation tougheningによる強化機構が十分に作用せず機械的応力による破壊応力と較べて著しく小さな熱応力で破壊が進行するため、YーTZPは熱物性値からの予想値よりはるかに小さな熱衝撃抵抗しか示さなかった。YーTZPの粒径を増加させ、正方晶→単斜晶相転移の進行を促進させることにより、破壊靭性を向上させるとともに、熱衝撃破壊時における相転移強化機構を進行させ、熱衝撃抵抗を増加させることができた。YーTZPへのアルミナの分散では、ジルコニアの粒成長が抑制され、密な焼結体が作成されたことから、破壊強度が著しく向上し、熱衝撃抵抗も向上した。一方、YーTZPへのムライトやSicウィスカ-の分散では密な焼結体が作成できず、破壊強度が減少したが、熱膨張率の減少や熱伝導度の向上により熱衝撃抵抗を改善できた。またセラミックス焼結体を熱間静水圧加圧すると、粒成長を進行させることなく密化を促進できることから、試料中の欠陥サイズを減少でき、破壊強度および熱衝撃抵抗を著しく向上できることがわかった。イットリア固溶正方晶ジルコニア多結晶体(YーTZP)にAl_2O_3およびムライトを均一分散したYーTZP/Al_2O_3およびY-TZP/ムライト複合体を常圧焼結および焼結体の熱間静水圧加圧(HIP)処理により作成し、それらの機械的性質について調べるとともに、水中急冷法により耐熱衝撃性について検討した。Y-TZPへのAl_2O_3の分散ではジルコニアの粒成長が抑制され、ち密な焼結体が作成されたことから、破壊強度が著しく向上し、耐熱衝撃性も向上した。一方、Y-TZP/ムライト複合体ではち密な焼結体が作成できなかったことより、破壊強度が減少したが、熱膨脹率が減少したため、耐熱衝撃性は改善された。種々セラミックス材料の耐熱衝撃性を同様に評価することにより、水中急冷試験におけるセラミックスの熱衝撃破壊は、水の沸騰を伴う対流電動に基づく熱応力により生起されセラミックス材料の耐熱衝撃性は、破壊強度、熱膨脹率、ヤング率、ポアソン比、熱伝導度および熱伝達係数の関数として表わせることを明らかとした。なお、Y-TZP基複合セラミックスの耐熱衝撃性は、それらの熱物性値から予測される耐熱衝撃性より著しく低かったが、これはY-TZPセラミックスの熱衝撃破壊では、応力誘起の正方晶から単斜晶への相転移による強化機構(Transformation toughening)が作用せず、機械的な破壊強度より著しく小さな破壊応力で、破壊が進行するためであることを見出した。イットリア固溶正方晶ジルコニア多結晶体(Y-TZP)、

セリア固溶正方晶ジルコニア多結晶体(Ce-TZP)、Y-TZPにAl_2O_3、SiC粒子、SiCウイスカ-、Si_3N_4粒子を均一分散した複合体を常圧雰囲気焼結および焼結体の熱間静水圧加圧(HIP)処理により作成し、それらの焼結性、機械的性質について調べるとともに、水中急冷法により耐熱衝撃性について検討した。Y-TZP、Y-TZP/Al_2O_3複合体とCe-TZPではHIP処理によってほぼ理論的密度をもつ焼結体が作成できたが、SiC粒子、SiCウィスカ-およびSi_3N_4粒子をY-TZPマトリックスに分散した複合体では、分散量が5体積パ-セント以上になるとHIP処理でも理論密度の9598パ-セントの相対密度をもつ複合焼結体となり、焼結性は粒界異種物質の存在で低下した。特にSiCウィスカ-分散複合体では、ち密化は困難であった。ウィスカ-強化焼結体を雰囲気焼結法でち密化するための焼結反応の改善が今後の課題となった。YーTZP、Y-TZP/Al_2O_3複合体、Ce-TZPと一緒にMg-TZP、Al_2O_3、Si_3N_4SiC焼結体についても水中急冷法による熱応力破壊の破壊機構について研究し、熱応力破壊は沸とう対流伝熱機構によることを明らかにした。使用したセラミックス中で、Y-TZPとY-TZP/Al_2O_3複合体のみが破壊強度より算出した耐熱衝撃性を示さない理由を解明するために、熱応力と荷重応力で生成した焼結体中のキ裂近傍での微小ラマン分光分析を行った。その結果、熱応力で生成したキ裂近傍には応力誘起相転移で生じた単斜晶相が存在しないことが判明した。すなわち、熱応力破壊には相転移強化機構が寄与せず、低い耐熱衝撃性を有するものと考えられる。正方晶から単斜晶への応力誘起相転移は正方晶粒子の安定性によるため、正方晶粒子の大きさを0.43.0ミクロンに制御したY-TZP焼結体を作成し、熱応力によっても相転移強度化機構の起こる高強度・耐熱衝撃性セラミックスの材料設計を考える。代表的な高強度高靭性材料である正方晶ジルコニアの機械的性質と熱衝撃抵抗をさらに改善することを目的として、水中急冷法によりイットリア固溶正方晶ジルコニア(YーTZP)の熱衝撃破壊挙動について検討するとともに、YーTZPに種々のセラミックス粒子を分離したYーTZP基複合セラミックスを作成し、それらの機械的性質と熱衝撃抵抗について調べた。水中急冷法におけるセラミックスの熱衝撃破壊は、水の沸騰を伴う対流伝熱により生起され、熱衝撃抵抗は、試料の破壊強度、熱伝導度、熱伝達係数の増加およびヤング率、ポアソン比、熱膨張率の減少により増加した。YーTZPの熱衝撃破壊ではTransformation tougheningによる強化機構が十分に作用せず機械的応力による破壊応力と較べて著しく小さな熱応力で破壊が進行するため、YーTZPは熱物性値からの予想値よりはるかに小さな熱衝撃抵抗しか示さなかった。YーTZPの粒径を増加させ、正方晶→単斜晶相転移の進行を促進させることにより、破壊靭性を向上させるとともに、熱衝撃破壊時における相転移強化機構を進行させ、熱衝撃抵抗を増加させることができた。YーTZPへのアルミナの分散では、ジルコニアの粒成長が抑制され、密な焼結体が作成されたことから、破壊強度が著しく向上し、熱衝撃抵抗も向上した。一方、YーTZPへのムライトやSiCウィスカ-の分散では密な焼結体が作成できず、破壊強度が減少したが、熱膨張率の減少や熱伝導度の向上により熱衝撃抵抗を改善できた。またセラミックス焼結体を熱間静水圧加圧すると、粒成長を進行させることなく密化を促進できることから、試料中の欠陥サイズを減少でき、破壊強度および熱衝撃抵抗を著しく向上できることがわかった。
遺伝性高発癌症候群の分子病態の解析および遺伝子治療の基礎的研究

1)ATMとBLMの会合前年度までにATMとBLMが物理的に会合することを明らかにしてきたが、さらに機能的な会合について解析した。in vitrokinase assayを用いてATMがBLMをリン酸化する部位を検討した。ATMはBLMのN末の断片をリン酸化した。また、BLMのリン酸化はradiationにより誘導され、G2-M期の間におこる。Bloom syndrome由来の細胞株では、radiationによるATM kinase活性の経時的な活性の変化に異常がみられた。以上より、BLMはATMの上流と下流に位置することが示唆された。2)ATM-/-,BLM-/-のダブルノックアウト細胞株の作製ATMとBLMの会合がin vivoでどのような表現型を有するか検討するため、chicken DT-40細胞を用いてATM-/-,BLM-/-のダブルノックアウト細胞株の作製した。現在、その表現型をシングルノックアウト細胞株と比較し解析中である。BLMタンパクは一部のtelomereに局在していることが報告されている。そこで、BS患者由来の細胞株、またはB細胞リンパ腫でtelomerase活性をしらべたところ、その活性はcontrol細胞株とほぼ、同様に認められた。LMは少なくともtelomeraseの主要な調節因子ではないと考えられた。4)BLMはSUMO-1と会合し核内に局在する。BLMをGFPとの融合ベクターを用いて強制発現させると核内にdot状に局在する。同時に、SUMO-1の抗体で染色すると、BLMとSUMO-1がco-localizeすることが明らかになったBLMがSUMO-1と会合するにはBLMの238-586番目のアミノ酸が必要であり、この会合はBLMが核内にdot状に局在するのに必要なことを明らかにした。1)BLMの機能解析Bloom症候群(BS)は成長障害、日光過敏性紅斑、免疫不全を特徴とする。病因遺伝子BLMはhelicase機能を有することが明らかになったが、BSに成長障害、免疫不全がおきる原因は不明な点が多い。BLMの欠損がin vivo,in vitroの細胞の増殖におよぼす影響を検討した。BSおよび健常人由来のEBV-transformed細胞株または末梢単核球(PBMCs)を用いた。BS由来の細胞株はコントロールに比較し増殖がゆるやかであった。さらに、放射線照射後の生存率も低下していた。BS由来PBMCではp53タンパクの誘導が放射線照射前から亢進しており、細胞周期の調節異常が考えられた。BLMを欠損させたマウスでは胎生12日の時点でcontrolに比較し身長は約2/3体重は1/3と明らかに小柄であった。胎児肝細胞は約1/100に減少していた。神経管周囲には細胞死を示す細胞の増加がみられた。以上より、BLMの欠損ではDNAの複製が障害され細胞の増殖障害がおこり、またDNAのbreakに対して修復できず細胞死がおこりやすいことがBSの成長障害、免疫不全の病態を形成していると考えられた。A-Tの病因遺伝子ATMは全長が9kbと比較的大きな遺伝子であり、遺伝子診断は労力を要する。ATMタンパクがマイトジェン刺激したリンパ球に誘導されることを応用してタンパク発現の有無で患者スクリーニングをできる系を確立した。In vitro kinase assayを用いてATMがBLMをリン酸化する部位を検討した。

以上より、BLMはATMの上流と下流に位置することが示唆された。2)ATM-/-,BLM-/-のダブルノックアウト細胞株の作製ATMとBLMの会合がin vivoでどのような表現型を有するか検討するため、chicken DT-40細胞を用いてATM-/-,BLM-/-のダブルノックアウト細胞株の作製した。現在、その表現型をシングルノックアウト細胞株と比較し解析中である。BLMタンパクは一部のtelomereに局在していることが報告されている。そこで、BS患者由来の細胞株、またはB細胞リンパ腫でtelomerase活性をしらべたところ、その活性はcontrol細胞株とほぼ、同様に認められた。BLMは少なくともtelomeraseの主要な調節因子ではないと考えられた。4)BLMはSUMO-1と会合し核内に局在する。BLMをGFPとの融合ベクターを用いて強制発現させると核内にdot状に局在する。同時に、SUMO-1の抗体で染色すると、BLMとSUMO-1がco-localizeすることが明らかになった。BLMがSUMO-1と会合するにはBLMの238-586番目のアミノ酸が必要であり、この会合はBLMが核内にdot状に局在するのに必要なことを明らかにした。
慢性腎臓病における脂質代謝異常による筋萎縮発生機序の解明

健常者ではBMI値の高値は生活習慣病などの罹患率が高くなるが、慢性腎臓病(CKD)が悪化すると筋萎縮が起きるためCKDの透析患者ではBMI値と致死率には負の相関関係がある。オートファジーは、細胞が自らの細胞内タンパク質を分解するメカニズムで飢餓時の栄養源確保だけでなく、細胞内の異常タンパク質の蓄積を防ぐことで生体の恒常性維持に寄与しており、オートファジー障害は様々な疾患に関わる。本研究は、筋肉中の脂質代謝異常によるオートファジー障害を介したCKDに伴う筋萎縮発症機序の解明を目指す。初年度の研究では、CKDモデルラット(アデニン食投与)の腓腹筋重量の減少、筋線維の萎縮、筋分解系関連遺伝子発現量の増加を確認した。興味深いことに、CKD群の腓腹筋の不飽和化指数と脂肪酸不飽和化酵素(SCD)遺伝子発現量の低下も確認した。さらに、筋芽細胞株C2C12細胞にSCD阻害剤を添加すると同様な結果が得られ、不飽和脂肪酸(オレイン酸: OA)を添加するとそれらは改善された。また、C2C12細胞へのSCD阻害剤の添加によりオートファジーが障害されているような結果が得られた。最終年度は、CKDモデルマウスにOAを多く含む餌を与え腓腹筋への影響を検討した結果、腓腹筋重量への影響は見られなかったが、CKD群で減少した握力は不飽和脂肪酸を与えると改善傾向がみられた。次に、筋管細胞への影響を検討した結果、SCD阻害剤により縮小した筋管細胞形態はOA添加により回復し、SCD阻害剤により増加した筋分解系関連遺伝子発現量はOA添加により改善した。さらに、筋管細胞へのSCD阻害剤添加により観察されるオートファジー障害は、OA添加により改善した。以上より、CKDの骨格筋で減少したSCD活性による脂質代謝異常がオートファジー障害等の筋分解機構を亢進して筋萎縮を引き起こす可能性が示唆された。慢性腎臓病(CKD)に併発するProtein-energy wasting syndrome(CKD-PEW)は、筋肉や脂肪の蓄積が減少する。健常者ではBMI値の高値は生活習慣病などの罹患率が高くなるが、CKDの透析患者ではBMI値と致死率には負の相関関係がある。オートファジーは、細胞が自らの細胞内タンパク質を分解する主要メカニズムで飢餓時の栄養源確保だけでなく、細胞内の異常タンパク質の蓄積を防ぐことで生体の恒常性維持に寄与しており、オートファジー障害は様々な疾患に関わる。本研究は、筋肉中の脂質代謝異常によるオートファジー障害を介したCKD-PEW発症機序を解明し、CKD-PEWなどの筋萎縮の新規治療法開発のための研究基盤の確立を目指すものである。初年度の研究で明らかにしたことを以下に示す。8週齢雄性Wistar ratにアデニン食を6週間与えてCKDモデルラットを作製し、その後5週間通常食で飼育した。Normal群と比してCKD群の腓腹筋は、筋重量の減少および筋線維の萎縮が確認された。腓腹筋の脂肪酸組成を解析した結果、CKD群の腓腹筋の不飽和化指数は低下し、SCD mRNA発現量もCKD群で低下した。また、小胞体ストレス応答(BiP、ATF4、CHOP)および筋分解系に関連する遺伝子(Atrogin1、MuRF1)のmRNA発現量がCKD群で増加した。さらに、筋芽細胞株C2C12細胞にSCD阻害剤を添加すると同様な結果が得られ、不飽和脂肪酸(オレイン酸)を添加するとその増加は抑制された。また、C2C12細胞にSCD阻害剤を添加するとオートファジー関連遺伝子LC3B-IIのタンパク質発現が減少し、オートファジーの分解基質に結合するp62タンパク質の発現量が増加した。以上より、CKDの骨格筋で減少したSCD活性によるオートファジー障害が筋萎縮に寄与することが示唆された。初年度は、アデニンを用いたCKDモデル動物で腓腹筋の筋萎縮および脂肪酸組成の変化からSCD活性の低下を確認できた。また、in vitroの実験結果からも同様な結果が得られ、さらに不飽和脂肪酸の添加によりその変化が改善されたことから、このSCD活性の低下が筋萎縮を引き起こしていることが示唆された。また、それにはLC3Bタンパク質やp62タンパク質発現変化からオートファジー障害が関与している可能性を示すことができたので、実験は概ね順調であると考えている。

また、C2C12細胞へのSCD阻害剤の添加によりオートファジーが障害されているような結果が得られた。最終年度は、CKDモデルマウスにOAを多く含む餌を与え腓腹筋への影響を検討した結果、腓腹筋重量への影響は見られなかったが、CKD群で減少した握力は不飽和脂肪酸を与えると改善傾向がみられた。次に、筋管細胞への影響を検討した結果、SCD阻害剤により縮小した筋管細胞形態はOA添加により回復し、SCD阻害剤により増加した筋分解系関連遺伝子発現量はOA添加により改善した。さらに、筋管細胞へのSCD阻害剤添加により観察されるオートファジー障害は、OA添加により改善した。以上より、CKDの骨格筋で減少したSCD活性による脂質代謝異常がオートファジー障害等の筋分解機構を亢進して筋萎縮を引き起こす可能性が示唆された。初年度は、CKDで筋萎縮およびSCD活性の低下を確認し、そのSCD活性の低下が筋萎縮を引き起こすことを明らかにした。さらに、それにはオートファジー障害が関わっている可能性を示すことができた。次年度は、CKDの骨格筋におけるSCD活性低下によるオートファジー障害をさらに詳細に検討し、そのオートファジー障害がどのような機序(隔離膜形成、オートファゴソーム形成、オートリソソーム形成など)で起きるかどうかを検証する。CKDモデル動物の腓腹筋の小胞体およびミトコンドリアを抽出し、脂肪酸組成を測定する。蛍光タンパク質を付加したオートファジー関連タンパク質(LC3B、p62)を恒常的に発現する筋芽細胞を作製し、SCD活性阻害によるオートファジーへの影響を検討する。
高齢者の日常生活における摂取および消費エネルギー量に関する研究

平成4年度実施予定の健康な高齢者の日常生活における摂取および消費エネルギー量の解析を行い、以下に示す成績を得た。1.健康な高齢者60才代男女8名を被験者として、呼気ガス分析を試み、さらにMemory Mac(ヴアイン社)を用いて心拍数(HR)を実測し、VO_2/HR法,24hr-HRR法ならびに生活時間調査法などにより、総エネルギー消費量を推定した。その結果、(1)高齢者の場合、個体差はあるものの、24hr-HRR法の基準値としてSleeping Heart Rate(SHR)の適用の可能性が観察された。(2)60才代の健康な高齢者の総エネルギー消費量(Kcal/day)は、4050才代と差したる相違は認められなかった。2.食事中の総摂取エネルギー量の実測1) 1日の摂取エネルギー量1、7002、000Kcal/dayを目途とした高齢者の日常食献立を作成し、これらにもとずいてモデル食(実験食)を調製した。2)実験食を均質化したのち凍結乾燥を行って、総エネルギー量測定用の試料を調製し分析に供した。現在分析を実施し、データ集積中である。本実験は計画より若干おくれ気味である。
量子効果を積極利用した薄膜SOI MOSFETの性能向上とばらつき低減の研究

概要本研究の目的は,MOSFETをスケーリングしたときに発生する諸問題を,量子効果を積極的に利用して回避し,さらに特性向上とばらつき低減を達成することである.極めて細いチャネルをもつMOSFETを実際に作製して,量子効果によるしきい値電圧の上昇を室温において評価するとともに,シミュレーションとの比較により,この現象を詳細に評価した.実験では,量子力学的効果を顕著にするため,膜厚方向だけでなく,横方向にも電子を閉じこめるため,極めてチャネル幅の狭いMOSFETを電子ビームリソグラフィとドライエッチング法を用いて作製した.チャネル幅は2nm程度から100nm程度まで変化させた.チャネル幅は極めて均一であり,そのばらつきは2nm以下である.チャネルの結晶方位を変えるとともに,NMOSのみならずPMOSデバイスも試作し,量子効果の面方位依存性とキャリア依存性を調べた.測定の結果,NMOS,PMOSとも,チャネル幅が10nm以下になると急激にしきい値電圧が上昇することがわかった.これらの実験事実を説明するため,有限要素法を用いて2次元シュレディンガー方程式を解き,チャネル中の電子および正孔の基底状態を計算したところ,しきい値電圧の上昇は量子閉じこめ効果による基底準位の上昇が原因であることが明らかとなった.以上により,線幅が10nm以下の極微細MOSFETでは,室温においても量子効果が特性に直接影響を及ぼすことが明らかとなった.この現象を,われわれは量子力学的狭チャネル効果と呼ぶことにした.また,この効果を積極的に利用することでしきい値電圧等の制御が行うことが可能である.その方法と可能性について検討を行った.概要本研究の目的は,MOSFETをスケーリングしたときに発生する諸問題を,量子効果を積極的に利用して回避し,さらに特性向上とばらつき低減を達成することである.極めて細いチャネルをもつMOSFETを実際に作製して,量子効果によるしきい値電圧の上昇を室温において評価するとともに,シミュレーションとの比較により,この現象を詳細に評価した.実験では,量子力学的効果を顕著にするため,膜厚方向だけでなく,横方向にも電子を閉じこめるため,極めてチャネル幅の狭いMOSFETを電子ビームリソグラフィとドライエッチング法を用いて作製した.チャネル幅は2nm程度から100nm程度まで変化させた.チャネル幅は極めて均一であり,そのばらつきは2nm以下である.チャネルの結晶方位を変えるとともに,NMOSのみならずPMOSデバイスも試作し,量子効果の面方位依存性とキャリア依存性を調べた.測定の結果,NMOS,PMOSとも,チャネル幅が10nm以下になると急激にしきい値電圧が上昇することがわかった.これらの実験事実を説明するため,有限要素法を用いて2次元シュレディンガー方程式を解き,チャネル中の電子および正孔の基底状態を計算したところ,しきい値電圧の上昇は量子閉じこめ効果による基底準位の上昇が原因であることが明らかとなった.以上により,線幅が10nm以下の極微細MOSFETでは,室温においても量子効果が特性に直接影響を及ぼすことが明らかとなった.この現象を,われわれは量子力学的狭チャネル効果と呼ぶことにした.また,この効果を積極的に利用することでしきい値電圧等の制御が行うことが可能である.その方法と可能性について検討を行った.本研究は,MOSFETをスケーリングしたときに発生する諸問題を,量子効果を積極的に利用して回避し,さらに特性向上とばらつき低減を達成することである.今年度は,極めて細いチャネルをもつMOSFETにおいて,量子効果によるしきい値電圧の上昇を観測することに成功した.まず,Silicon on Insulator(SOI)基板のシリコン層を熱酸化により薄膜化し,さまざまな膜厚のSOI層を作製した後,そのSOI層にMOSFETを作成した.これらのMOSFETのしきい値電圧は,SOI層の膜厚が10nm程度以下に薄くなるとわずかに上昇することがわかった.一方,量子力学的効果をさらに顕著にするため,膜厚方向だけでなく,横方向にも電子を閉じこめるため,極めてチャネル幅の狭いMOSFETを異方性エッチングを用いて作製した.チャネル幅は5nm程度から100nm程度まで変化させた.このMOSFETのしきい値電圧は,チャネル幅が10nm以下になると急激に上昇することが明らかとなった.これらの実験事実を説明するため,有限要素法を用いて2次元シュレディンガー方程式を解き,チャネル中の電子の基底状態を計算したところ,しきい値電圧の上昇は量子閉じこめ効果による基底準位の上昇が原因であることが明らかとなり,また,実験と計算が良い一致を示すことがわかった.以上により,さいずが10nm以下の極微細MOSFETでは,室温においても量子効果が特性に直接影響を及ぼすことが明らかとなった.本研究は,MOSFETをスケーリングしたときに発生する諸問題を,量子効果を積極的に利用して回避し,さらに特性向上とばらつき低減を達成することである.これまでに,極めて細いチャネルをもつMOSFETにおいて,量子効果によるしきい値電圧の上昇を室温において観測することに成功しているが,本年度は追試実験を行い,さらに精密なデータを取得して量子効果の影響を詳しく調べた.実験では,量子力学的効果を顕著にするため,膜厚方向だけでなく,横方向にも電子を閉じこめるため,極めてチャネル幅の狭いMOSFETを異方性エッチングを用いて作製した.チャネル幅2nm程度から100nm程度まで変化させた.本年度は,作製時に利用するレジスト材料を変え,極めて細いチャネル幅の再現性を大幅に向上させた.このMOSFETのしきい値電圧は,チャネル幅が10nm以下になると急激に上昇する.

これらの実験事実を説明するため,有限要素法を用いて2次元シュレディンガー方程式を解き,チャネル中の電子の基底状態を計算したところ,しきい値電圧の上昇は量子閉じこめ効果による基底準位の上昇が原因であることが明らかとなり,また,実験と計算が良い一致を示すことがわかった.以上により,線幅が10nm以下の極微細MOSFETでは,室温においても量子効果が特性に直接影響を及ぼすことが明らかとなった.一方,極めて微細なシリコンドットを用いたメモリ構造の研究も進め,クーロンブロッケード現象を積極的に利用することにより,デバイスのサイズばらつき等の影響を抑制できることを明らかにした.本研究は,MOSFETをスケーリングしたときに発生する諸問題を,量子効果を積極的に利用して回避し,さらに特性向上とばらつき低減を達成することである.これまでに,極めて細いチャネルをもつMOSFETにおいて,量子効果によるしきい値電圧の上昇を室温において観測することに成功しているが,本年度は追試実験と追加シミュレーションを行い,さらに精密なデータを取得して量子効果の影響を詳しく調べた.実験では,量子力学的効果を顕著にするため,膜厚方向だけでなく,横方向にも電子を閉じこめるため,極めてチャネル幅の狭いMOSFETを異方性エッチングを用いて作製した.チャネル幅は2nm程度から100nm程度まで変化させた.本年度は,チャネルの結晶方位を変えるとともに,NMOSのみならずPMOSデバイスも試作し,量子効果の面方位依存性とキャリア依存性を調べた.NMOS,PMOSとも,チャネル幅が10nm以下になると急激に上昇する.これらの実験事実を説明するため,有限要素法を用いて2次元シュレディンガー方程式を解き,チャネル中の電子および正孔の基底状態を計算したところ,しきい値電圧の上昇は量子閉じこめ効果による基底準位の上昇が原因であることが明らかとなった.以上により,線幅が10nm以下の極微細MOSFETでは,室温においても量子効果が特性に直接影響を及ぼすことが明らかとなった.また,この効果を積極的に利用することでしきい値電圧等の制御が行うことが可能である.その方法と可能性について検討を行った.
次世代歯周軟組織再生療法としての角化上皮粘膜誘導制御

健康な歯周組織の維持に重要な役割を担う角化歯肉は歯周炎や歯の喪失により減少する。実際に角化歯肉を失った患者には、その再獲得を目的に自家組織移植が施行されるが、その侵襲の大きさ及び術式の困難さが問題視されている。本年度は、より低侵襲かつ簡便な角化歯肉獲得法の開発を目的に、口腔粘膜上皮の角化を制御するメカニズムを中心に検討し、学会発表を行った。今年度の補助金は主に下記の研究を行うための実験費用に充てた。1、角化歯肉獲得関連タンパク質の同定に関して、組織形成に重要な基底膜に着目し、非角化粘膜上皮である頬粘膜と角化粘膜上皮である口蓋粘膜の解析を行った。実際には、基底膜を構成する主要なタンパク質について免疫組織化学染色法にて網羅的に解析した。その結果、頬粘膜と口蓋粘膜の基底膜を構成するいくつかのタンパク質が異なることを明らかにした。2、同定されたタンパク質の中で、最も発現に差を認めた分子について、角化との関連を明らかにするため、より詳細なin vivo、in vitro実験を行った。具体的には、胎齢の異なるマウスの胎仔を用いて、角化歯肉の発生過程における同定分子と角化の時系列を解析、また同定分子のノックアウトマウスを用いた口蓋粘膜の角化レベルの解析、さらにヒト口腔粘膜上皮細胞を用いた同定分子のノックダウンによる角化への影響を解析した。その結果、基底膜構成分子の一つであるIV型コラーゲンα5/α5/α6分子は口腔粘膜上皮の角化を制御する一分子であることが証明された。今年度の研究において、基底膜は口腔粘膜の角化を制御する重要な因子である可能性が示唆された。つまり、角化歯肉を誘導する基底膜を人工的に作製することで、自家組織移植を回避できる可能性、さらには角化に重要な基底膜分子の発現を亢進させる薬剤を非外科的に応用することで、より低侵襲な角化歯肉獲得法につながる可能性を見出すことができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本申請では,新たな生物学的付着歯肉獲得療法を開発する。具体的には,付着歯肉の獲得,維持に関与するタンパク質群,組織特異的キー遺伝子を網羅的に解析し,その作用機序を明らかとしたうえで,歯槽粘膜の付着歯肉化をはかる。そのために,付着歯肉の形成,維持を制御するタンパク質群を同定し,それらのタンパク質群を産生する細胞種を同定する必要がある.今年度は,これまでのcDNAマイクロアレイの結果をベースに解析を進め,基底膜構成分子の一つであるラミニン332が歯槽粘膜と比較し付着歯肉に高発現をしていることを見出した.また,組織学的に付着歯肉と歯槽粘膜の違いの一つとして粘膜の角化が挙げられることから,上皮細胞の角化を指標にin vitro実験を実施し,口腔癌由来の粘膜上皮細胞を用いた3次元上皮細胞培養系実験において,ラミニン332が上皮細胞の角化に関与したことを明らかにした.今年度は,これまでのcDNAマイクロアレイの結果をベースに解析を進め,基底膜構成分子の一つであるラミニン332が歯槽粘膜と比較し付着歯肉に高発現をしていることを見出した.また,組織学的に付着歯肉と歯槽粘膜の違いの一つとして粘膜の角化が挙げられることから,上皮細胞の角化を指標にin vitro実験を実施し,口腔癌由来の粘膜上皮細胞を用いた3次元上皮細胞培養系実験において,ラミニン332が上皮細胞の角化に関与したことを明らかにした.以上の結果から,今年度は口腔粘膜組織の角化に関与した分子の同定に成功しており,計画どおり実験が進んだといえる.本申請研究では,新たな生物学的付着歯肉獲得療法を開発する.具体的には,付着歯肉の獲得,維持に関与するタンパク質群,組織特異的キー遺伝子を網羅的に解析し,その作用機序を明らかとした上で,歯槽粘膜の付着歯肉化を図る事を目的としている.そのために,付着歯肉の形成,維持を制御するタンパク質群を同定し,それらのタンパク質群を産生する細胞種を明らかにする必要がある.昨年度,ラミニン332が上皮細胞の角化に関与していることを突きとめた.今年度はそのメカニズムを詳細に検討した.その結果,角化粘膜下と非角化粘膜下では結合組織内の間葉細胞の性質が大きく異なること,またこれらの間葉細胞の性質の違いが角化粘膜と非角化粘膜のラミニン332の発現の相違をもたらすことで,口腔粘膜上皮の角化を制御していることが培養実験において明らかとなった.また,現在,角化粘膜と非角化粘膜における基底膜分子の発現様式に関し,免疫組織化学染色にて網羅的に解析をしている.今年度は,昨年度に口腔粘膜の角化に関与している分子として同定されたラミニン332の機能解析を実施し,そのメカニズムの一部を明らかにした.また,他の基底膜分子の発現様式に関する網羅的解析も実施し,幾つか発現様式が異なるものを発見することに成功したことから,それらの遺伝子改変マウスも用いた解析も開始し,計画どおり実験が進行したものといえる.

天然歯や口腔インプラント義歯の長期予後を左右する重要な因子の1つに,歯頚部周囲に十分な幅で存在する角化した「付着歯肉」があげられる.しかしながら,現在の歯科臨床においては,歯やインプラント埋入部位周囲に角化した付着歯肉もしくは周囲粘膜の幅が不足する場合には外科的対応が必要となり,侵襲の大きさ等の問題からより簡便かつ確実な付着歯肉獲得法の開発が望まれている.本研究では,付着歯肉組織に存在する細胞群が付着歯肉構成細胞へと分化,成熟していくメカニズムを解明し,その機序を人工的に誘導することで,歯槽粘膜を構成する細胞や,未分化な細胞を直接的に付着歯肉に分化誘導し,付着歯肉を獲得する基盤技術の開発を目指す.具体的には,付着歯肉の獲得,維持に関与するタンパク質群,組織特異的キー遺伝子を網羅的に解析し,その作用機序を明らかとした上で,歯槽粘膜の付着歯肉化を図る事を目的としている.そのために,付着歯肉の形成,維持を制御するタンパク質群を同定し,それらのタンパク質群を産生する細胞種を明らかにする必要がある.まず,ラミニン332が上皮細胞の角化に関与していることを突きとめ,そのメカニズムを詳細に検討した結果,角化粘膜下と非角化粘膜下では結合組織内の間葉細胞の性質が大きく異なること,またこれらの間葉細胞の性質の違いが角化粘膜と非角化粘膜のラミニン332の発現の相違をもたらすことで,口腔粘膜上皮の角化を制御していることが培養実験において明らかとなった.これらの知見に加え,今年度はラミニン332以外に,歯肉の角化に関わる基底膜分子として4型コラーゲン556鎖を同定した.実際,本ノックアウトマウスにおいて歯肉の角化が抑制されていることを確認した.更に,基底膜分子の一つである18型コラーゲンも非角化歯肉と比較し,角化歯肉において高発現していることを突き詰めた.今年度はラミニン332以外に,歯肉の角化に関わる基底膜分子として4型コラーゲン556鎖を同定し,この因子のノックアウトマウスにおいて歯肉の角化が抑制されていることを実際に確認した.更に,基底膜分子の一つである18型コラーゲンも非角化歯肉と比較し,角化歯肉において高発現していることを突き詰めるなど,順調に新知見を獲得している.健康な歯周組織の維持に重要な役割を担う角化歯肉は歯周炎や歯の喪失により減少する。実際に角化歯肉を失った患者には、その再獲得を目的に自家組織移植が施行されるが、その侵襲の大きさ及び術式の困難さが問題視されている。本年度は、より低侵襲かつ簡便な角化歯肉獲得法の開発を目的に、口腔粘膜上皮の角化を制御するメカニズムを中心に検討し、学会発表を行った。今年度の補助金は主に下記の研究を行うための実験費用に充てた。1、角化歯肉獲得関連タンパク質の同定に関して、組織形成に重要な基底膜に着目し、非角化粘膜上皮である頬粘膜と角化粘膜上皮である口蓋粘膜の解析を行った。実際には、基底膜を構成する主要なタンパク質について免疫組織化学染色法にて網羅的に解析した。その結果、頬粘膜と口蓋粘膜の基底膜を構成するいくつかのタンパク質が異なることを明らかにした。2、同定されたタンパク質の中で、最も発現に差を認めた分子について、角化との関連を明らかにするため、より詳細なin vivo、in vitro実験を行った。具体的には、胎齢の異なるマウスの胎仔を用いて、角化歯肉の発生過程における同定分子と角化の時系列を解析、また同定分子のノックアウトマウスを用いた口蓋粘膜の角化レベルの解析、さらにヒト口腔粘膜上皮細胞を用いた同定分子のノックダウンによる角化への影響を解析した。その結果、基底膜構成分子の一つであるIV型コラーゲンα5/α5/α6分子は口腔粘膜上皮の角化を制御する一分子であることが証明された。今年度の研究において、基底膜は口腔粘膜の角化を制御する重要な因子である可能性が示唆された。