hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
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

肝細胞癌の遺伝子異常に関しては未だコンセンサスを得られていない。本研究ではアンチセンスRNAに注目し、肝細胞癌でのセンス/アンチセンスRNAの網羅的解析を行い、癌部非癌部の比較で発現変化に有意差のあるアンチセンスRNAを同定した。さらに、C型肝炎ウィルス陽性肝細胞癌を対象に詳細な分析を進め、アンチセンスRNAの発現に癌部・非癌部の比較で発現変化に有意差のあること、及び組織型毎の比較でも発現に有意差のあることを確認した。肝癌の発癌、予後などを規定する遺伝子異常に関しては未だコンセンサスを得られておらず、本研究では肝癌においてセンス/アンチセンスRNAの網羅的遺伝子解析を行い、癌の発育・進展に関連する分子の検索・同定を目的とした.対象は非HBV非HCV肝細胞癌8例、HBV肝細胞癌4例、HCV肝細胞癌16例、HBV-HCV肝細胞癌1例とし、各症例の癌部・非癌部よりRNAを抽出した.ランダムプライミング法で、我々が独自に設計したセンス/アンチセンスRNAの解析が可能なカスタムマイクロアレイ(44K)を用い、癌関連センス/アンチセンスRNAについてマイクロアレイ解析を行った.その結果、癌部と非癌部においてRNAの発現の上昇又は低下を認め、有意差(P<0.001)のある遺伝子を同定した.その内アンチセンスRNAは61遺伝子であり、これらに関してクラスター解析を行い、癌部と非癌部の明確な分類が可能であった.また、背景肝(非癌部)の検討でも発現に有意差(P<0.05)のある遺伝子を同定した.その内アンチセンスRNAは90遺伝子であり、これらに関してクラスター解析を行い、肝炎ウィルスの種類により、層別化が可能であった.さらに、C型肝炎ウィルス関連肝細胞癌のみでの検討を行った.肝細胞癌(HCV陽性)15例の癌部、6例の非癌部よりRNAを抽出し、癌部・非癌部でアンチセンスRNAの発現に相違が認められたのに加え、組織型でも発現に有意差があることが確認された。アンチセンスRNAの発現解析では癌部と非癌部の相違や、背景肝の違いを反映する特徴的な発現パターンが存在することが明らかとなり、癌関連アンチセンスRNAの発現プロファイル解析による腫瘍診断の可能性が示唆された.今後、予後関連遺伝子を同定し、新たなマーカー候補につながることが期待される.肝細胞癌の遺伝子異常に関しては未だコンセンサスを得られていない。肝細胞癌(HCV陽性)15例の癌部、6例の非癌部よりRNAを抽出し、センス/アンチセンスRNAの解析が同時に可能なカスタムマイクロアレイを用い、アンチセンスRNAを含む癌関連遺伝子の解析を行った。センス/アンチセンスRNAの発現情報を解析することにより、癌部と非癌部において、発現に有意差(p<0.001,Fold-change>2.0)のあるアンチセンスRNA25遺伝子、センスRNA161遺伝子を同定した。これらのアンチセンスRNAに関して階層的クラスター解析を行ったところ、癌部と非癌部を明確に分類することが可能であった。主成分分析でも同様に癌部と非癌部を明確に区別することができた。また、癌部において、組織型による遺伝子発現に有意差のあるアンチセンスRNA43遺伝子、センスRNA71遺伝子を同定した.これらの遺伝子に関してクラスター解析を行い、組織型による層別化が可能であった。肝細胞癌における、内在性アンチセンスRNAの発現解析では癌部と非癌部の相違や、組織型の相違を反映する特徴的な発現パターンが存在することが明らかとなった。このことから、内在性アンチセンスRNAの発現プロファイル解析による腫瘍診断の可能性が示唆された.今後、肝癌におけるアンチセンスRNAの発癌への関与を明確にし、血中のセンス/アンチセンスRNAの発現解析による新しいハイスループットスクリーニング法の開発と、癌組織のRNA発現変化による新しい層別化法の開発に結び付けたい。平成23年度の研究実施計画通り、肝癌15症例の癌部と非癌部の組織中のセンス/アンチセンスRNAのカスタムマイクロアレイによる網羅的解析を行うことができた。その結果、癌特異的に発現が変化するセンス/アンチセンスRNAを同定し、さらに癌部において組織型毎にRNAの発現が異なることを確認できた。その結果は、INTERNATIONAL JOURNAL OF ONCOLOGY 40: 1813-1820, 2012で報告した。今後、肝癌患者および健常人の末梢血中のセンス/アンチセンスRNAのカスタムマイクロアレイによる網羅的解析を進め、血液検査による肝癌の新規スクリーニング法に用いる新規バイオマーカー候補となるセンス/アンチセンスRNAを3050個に絞り込む。その候補RNAに関してsiRNAを作成し、ヒト肝癌細胞株HepG2、HuH7、Hep3BにおいてsiRNAを用いてknock downなどをした結果、各細胞株に表れる変化(細胞周期停止、アポトーシス誘導など)をフローサイトメトリー、caspase測定などを用いて評価し、機能解析を行う。1.末梢血中のセンス/アンチセンスRNAのカスタムマイクロアレイによる網羅的解析肝癌手術の患者(術前)及び健常人から末梢血を採取し、RNAを抽出する。

抽出したRNAから組織と同様の手技を用い、癌患者に特異的に発現変化が見られるセンス/アンチセンスRNA検出を同定する。癌組織において発現変化の見られるセンス/アンチセンスRNAと、末梢血の解析で得られた結果とをプロファイリングし、血液検査による肝癌の新規バイオマーカー候補となるセンス/アンチセンスRNAを3050個に絞り込む。2.候補センス/アンチセンスRNAの機能をヒト肝細胞癌株において確認候補RNAに関してsiRNAを作成し、ヒト肝癌細胞株HepG2、HuH7、Hep3BにおいてsiRNAを用いてknock downなどをした結果、各細胞株に表れる変化(細胞周期停止、アポトーシス誘導など)をフローサイトメトリー、caspase測定などを用いて評価し、機能解析を行う。3.低コストで迅速診断可能な新規癌スクリーニング診断用カスタムマイクロアレイ開発肝癌患者の癌組織および血液RNAの解析で明らかになったセンス/アンチセンスRNAの発現プロファイルから肝癌スクリーニング診断に有用と思われる遺伝子を3050個に厳選し、ハイスループット処理に対応できるようにより低コストなスクリーニング検査を実現する。
粒子線治療時間短縮を目的とする粒子線ビーム強度高精度制御技術の開発

粒子線および重粒子線治療は施設建設費が極めて高額であり、本研究では平成21度特許出願された、パルス電圧加速によりビーム縦方向運動量(Δp/p)を急速かつ正確に変化させ、turn-by-turnでの超高速ビーム取り出し制御技術を開発することを目的とする。3次共鳴によって取り出されたビーム強度は強いピークを伴う。ビーム強度ピークの原因は、シンクロトロン電磁石の磁場変動および高周波電圧の精度誤差等に起因することが分かっており、ビーム強度の変動周波数は50Hz数百Hzである。本研究により提案する手法は、高速でOn/Off可能なパルス電圧を用いてビーム進行方向のΔp/pならびに3次共鳴条件を高速に制御するものである。粒子線治療用シンクロトロンに本研究の技術を実装する際に要求される装置の性能として、繰り返し周波数6MHz、発生パルス電圧最大100V程度、パルスタイミング発生精度2nsecをもつパルス電源を開発した。本研究に基づく開発が実現すれば、原理的にはビームがシンクロトロンを1周するごとにビーム取り出しのOn/Offを制御可能となるだけでなく、周回ごとのビーム強度を精密に制御することが可能となる。粒子線治療に用いられるシンクロトロンにおけるビーム周回周波数は数MHzのオーダーであり、従来技術と比較して数十倍のビーム強度制御速度が得られる。本研究に基づくビーム強度制御が実現した場合、特に積層原体照射において照射時間を1/10程度に短縮でき、患者負担の大幅な軽減ならびに粒子線施設の黒字採算化へ多大な寄与をもたらす。当該年度は電源開発を継続し、制御システムとの接続部分の製作を行った。重粒子線治療において市場展開の大きな障壁となっているものはその高額な設備費であり、治療人数の照射によって採算性を確保できるかが大きな課題になっておる。そのなかで照射時間が治療時間の大きな割合を占めることに着目し、照射時間増大の原因となっている「ビーム出力変動」を抑制するための研究を提案し実施している。平成22年度は準備段階として、実際のシンクロトロンで使用可能な、ビームと同期してパルス電圧を発生する装置の制作ならびにタイミング制御を実行するリアルタイムDSPを購入し、実機シグナルを処理できる回路制作を実施した。ビームの加速に必要な周波数は3-4MHz、加速電圧は1-10V、シンクロタイミングは8ns以下を目標とした。本装置にはシンクロトロン縦(進行方向)振動を抑制するために、シンクロトロンの縦振動を測定するためのローパスフィルタが備え付けられており、シンクロトロンのバンチモニタ信号を入力すると低域フィルタで最大1kHz程度までのシンクロトロン振動をピックアップする。これを抑制するようなフィードバック回路をDSPにプログラミングした。制御ロジックとしては発信の心配が無い1次遅れ系(PI制御)を採用しているが、リアルタイム処理が可能な利点を生かし、目標とするビーム強度や抑制強度を実時間でコントロールすることが可能である。来年度は本システムにコアを組み込み、誘導電圧を発生させるロジックの組み上げを行う予定である。

本研究に基づく開発が実現すれば、原理的にはビームがシンクロトロンを1周することにビーム取り出しのOn/Offを制御可能となるだけでなく、周回ごとのビーム強度を精密に制御することが可能となる。粒子線治療に用いられるシンクロトロンにおけるビーム周回周波数は数MHzのオーダーであり、従来技術と比較して数十倍のビーム強度制御速度が得られる。本研究に基づくビーム強度制御が実現した場合、特に積層原体照射において照射時間を1/10程度に短縮でき、患者負担の大幅な軽減ならびに粒子線施設の黒字採算化へ多大な寄与をもたらす。当該年度は電源開発を継続し、制御システムとの接続部分の製作を行った。粒子線および重粒子線治療は施設建設費が極めて高額であり、本研究では平成21度特許出願された、パルス電圧加速によりビーム縦方向運動量(Δp/p)を急速かつ正確に変化させ、turn-by-turnでの超高速ビーム取り出し制御技術を開発することを目的とした。3次共鳴によって取り出されたビーム強度は強いピークを伴う。ビーム強度ピークの原因は、シンクロトロン電磁石の磁場変動および高周波電圧の精度誤差等に起因することが分かっており、ビーム強度の変動周波数は50Hz数百Hzである。本研究により提案する手法は、高速でOn/Off可能なパルス電圧を用いてビーム進行方向のΔp/pならびに3次共鳴条件を高速に制御するものである。粒子線治療用シンクロトロンに本研究の技術を実装する際に要求される装置の性能として、繰り返し周波数6MHz、発生パルス電圧最大100V程度、パルスタイミング発生精度2nsecをもつパルス電源を開発した。本研究に基づく開発が実現すれば、原理的にはビームがシンクロトロンを1周するごとにビーム取り出しのOn/Offを制御可能となるだけでなく、周回ごとのビーム強度を精密に制御することが可能となる。またビームシミュレーションコードの並列化を行い、取り出し300万周、10万粒子シミュレーションを1日で行える事を示した。3年計画で、1年目が電源開発、2年目が制御系開発を予定しており、装置の基礎特性等の把握が順調に進んでいるため。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では磁性体コアによってビームにパルス電圧を印加する。平成24年度の研究費ではこの磁性体コアを製作し、電源とコアを組み合わせた誘導電圧試験を推進する。ビーム信号を用いたシグナル処理回路を製作し、実用につながる制御システムの構築を推進する。
石灰化促進機能を有する接着性レジン直接歯髄覆罩剤の開発に関する実験病理学的研究

カニクイザルに直接歯髄覆罩を行い病理組織学的に検討した結果、接着性レジンの歯髄刺激は無いか、有っても極めて少なく材料間で差が認められた。選択した接着性レジンで直接歯髄覆罩して歯髄が安静に保たれれば、経時的に被蓋硬組織を形成し治癒に向かう傾向にあった。水酸化カルシウムと接着性レジンをハイブリダイジングすると被蓋硬組織の形成速度と形成厚さが増加した。また、サブベース、ベース材としての無機セメントの必要性がないことが示唆された。露髄面に対する交互洗浄剤については、濃度を上げて使用することが必ずしも象牙質削片を効果的に洗浄し、創傷治癒促進に繋がらないことが判明した。露髄面に対するレーザー照射も、照射によって積極的な修復変化を導き出すような所見は認められなかった。メーカー2社の協力を得て石灰化促進剤を添加した接着性レジン直接歯髄覆罩剤の試作・検討を行った。その結果、Phenyl-P系材料ではPR2B応用群とPR2応用群が、4-META/MMA-TBB系材料では、ポリマーに3%、5%、10%の割合で水酸化カルシウムを添加したものが、高分子系直接歯髄覆罩剤として使用できる可能性があることが示唆された。臨床で偶発露髄や不顕性露髄を認めた患者15名18歯に、承諾を得た後、接着性レジンで直接・間接歯髄覆罩を行い長期臨床経過観察を行った。その結果、患者13名16歯(88.9%)の平均約4年経過後の成績は極めて良好であった。患者2名2歯(11.1%)は歯髄壊死を惹起して予後不良であった。以上よりヒトにおいても接着性レジン系材料の歯髄刺激性は極めて少なく、材料間で差があることが確かめられた。すなわち、症例や使用材料によっては、接着性レジンは直接歯髄覆罩剤として使用できる可能性があることが確かめられたが、同時に歯髄を中心とする患歯の条件や修復の条件についても、今後さらなる検討を要することが判明した。研究目的に記載した1)5)項目について明らかにするために,本年度は下記の内容について実験を開始した。すなわち,露髄面に対するレーザーの照射効果,各種機能性モノマーの歯髄刺激性,歯髄アポトージス変化ならびに直接歯髄覆罩効果および接着性レジンのハイブリダイジング効果について検討を開始した。カニクイザルの前臼歯に露髄窩洞を形成し,下記の条件で直接歯髄覆罩を行った。2)自家調製の直接歯髄覆罩用高分子製剤,チキンキトサン,水酸化カルシウム,水酸化カルシウム製剤(光硬化型ダイカル^<【.encircled?.】R【.encircled?.】>),混合抗菌剤添加α-トリカルシウムフォスフェートセメントで直接歯髄覆罩後,接着性レジンでハイブリダイジングを行った。3)対照は,水酸化カルシウムで直接歯髄覆罩,酸化亜鉛ユージノールセメントで間接歯髄覆罩し,グラスアイオノマーセメントでベースを行ったものとした。観察期間は短期群(35日),中期群(30日±5日)と長期群(90日±10日)とした。上記実験群の内の一部はすでに研究発表を終了し論文として印刷し公表ずみである(研究発表覧に掲載)。しかし大部分は実験を続行中であり,結果が得られしだい公表する予定でいる。

すなわち、症例や使用材料によっては、接着性レジンは直接歯髄覆罩剤として使用できる可能性があることが確かめられたが、同時に歯髄を中心とする患歯の条件や修復の条件についても、今後さらなる検討を要することが判明した。研究目的に記載した1)5)項目について明らかにするために,今年度も下記の内容について実験を行った。すなわち,露髄面に対するレーザーの照射効果,各種機能性モノマーの歯髄刺激性,ならびに直接歯髄覆罩効果および接着性レジンのハイブリダイジング効果について検討を行った。カニクイザルの前臼歯に露髄窩洞を形成し,下記の条件で直接歯髄覆罩を行った。1)各種機能性モノマー,もしくはモノマー(MAC-10,4-META,4-AET,HEMA,MDP,Phenyl-P)を主成分とする接着性レジンで直接歯髄覆罩を行った。この際,露髄の交互洗浄剤の濃度を変化させて洗浄することの有効性の有無,および窩洞処理剤としてセルフエッチングプライマー方式のものを新規に追加し検討を行った。2)自家調製の直接歯髄覆罩用高分子製剤,水酸化カルシウム,水酸化カルシウム製剤(光硬化型ダイカル^<【○!R】>),混合抗菌剤添加α-トリカルシウムフォスフェートセメントで直接歯髄覆罩後,接着性レジンでハイブリダイジングを行った。3)対照は,水酸化カルシウムで直接歯髄覆罩,酸化亜鉛ユージノールセメントで間接歯髄覆罩し,グラスアイオノマーセントでベースを行った。4)上記実験群の内の代表例の露髄面にNd:YAGレーザー/パルスマスター^<【○!R】>600LE,半導体レーザー/オサダライトサージ^<【○!R】>3000およびCO_2レーザー/オペレーザー^<【○!R】>03Sを照射し,照射群と非照射群に分けた。観察期間は短期群(35日),中期群(30日±5日)と長期群(90日±10日)とした。但,歯髄アポトーシス変化については,EDTA脱灰切片の方が染色性に優れることが判明しPlank-Rychloの迅速脱灰では必ずしもよくないことが判明したので,今回は観察を中止した。上記実験群の内の一部はすでに研究発表を終了し論文として印刷し公表ずみである(研究発表覧に掲載)。しかし大部分は実験を続行中であり,結果が得られしだい公表する予定でいる。平成10、11年度に引き続いて、今年度も露髄面に対するレーザーの照射効果、各種機能性モノマーの歯髄刺激性ならびに直接歯髄覆罩効果および接着性レジンのハイブリダイジング効果について検討を行った。カニクイザルの前臼歯に露髄窩洞を形成し、下記の条件で直接歯髄覆罩を行った。1)各種機能性モノマー、もしくはモノマー(MAC-10、4-META、4-AET、HEMA、MDP、Phenyl-P等)を主成分とする接着性レジンで直接歯髄覆罩を行った。この際の窩洞処理剤としてはセルフエッチングプライマー方式でワンステップもしくはツーステップ処理が行える新規のものを中心に検討を行った。2)水酸化カルシウム、水酸化カルシウム製剤(化学硬化型ダイカル^<【○!R】>)で直接歯髄覆罩後、接着性レジンでハイブリダイジングを行った。3)上記実験群の内、レーザー照射による露髄創面の治癒態度を観察するためにNd:YAGレーザー/パルスマスター^<【○!R】>600LEおよびCO_2レーザー/オペレーザー^<【○!R】>03Sを用い、照射群と非照射群に分けて検討した。4)対照は、水酸化カルシウム直接歯髄覆罩、酸化亜鉛ユージノール間接歯髄覆罩、グラスアイオノマーセメント加強裏層を行った群とした。観察期間は短期群(35日)、中期群(30日±5日)と長期群(90日±10日)とした。
メタ存在論的観点に基づいたＴｒｕｔｈｍａｋｅｒ理論の研究

平成30年度においては、メタ存在論における一立場としてのTruthmaker理論(以下、「TM理論」)のあり方を確立するため、その具体的な理論的役割、理論的動機を部分的に明らかにすることを目的とした。このために、「存在論の方法としてのTM理論とはどのようなものか」、「TM理論はどのような種類の真理に適用されるべきか」という問いを軸に、研究を進めた。結果として、以下の成果を得た。1つ目の問いについては、存在論への言語分析的アプローチとの比較から、存在論の方法としてのTM理論がどのようなものであるかを明らかにすることを試みた。先に、言語分析的存在論による説明が、それが依拠するパラフレーズ関係の対称性のために、存在論的に基礎的な対象を明らかにすることができないという問題を指摘した。一方で、TM理論が、言語分析に依存したものではないこと、真理と実在の間の非対称的な説明関係に依拠するTM理論が、上記の対称性の問題をかかえないということを明らかにした。さらに、TM理論が依拠する真理と実在の間の説明関係の内実が、部分的に、必然的真理の外延的な区別を可能にするhyperintensionalityの観点から与えられることが明らかになった。2つ目の問いについては、TM理論の適用可能性が問題になりうる種類の真理として、様相的真理を挙げ、存在論の方法としてのTM理論がこの種の真理に適用可能でなければならないということを示した。この過程で、TM理論を構成する3つの主張(TM理論の適用範囲、TM関係の定義、TMとはどのような種類の存在者か)が優先順位をもつこと、そして、この優先順位に基づいて、特定の真理に対するTM理論の適用可能性を判定することができることを明らかにした。すなわち、様相的真理以外の真理についても、同様の判定基準をもって、その適用可能性が一般的な仕方ではかれることが明らかになった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度においては、Truthmaker理論の具体的な理論的役割、動機を、メタ存在論的視点から明らかにするという大局的な目的を達成するために、「真理と実在の間の非対称的な関係(Truthmaking関係)をどのように特徴づけるべきか」という問いを軸に、研究を進めた。この問いは、本来、二年目に扱う予定であったが、より効果的に成果をあげるため、研究の遂行順序を見直した。その上で、次の成果を得た。先の問いに対して、最新の研究を踏まえ、従来、多くのTruthmaker論者によって採用されてきた、必然化条件に基づいたTruthmaking関係の様相的特徴づけを緩めた特徴づけを提示することにより、回答を与えた。その過程で、これまで採用されてきた特徴づけがもつ、以下の問題点を明示化した。第一に、従来の特徴づけは、不当な仕方で、真理を表す文に対応する構造をもった存在者の存在を、不可避的に要求してしまう。第二に、従来の特徴づけは、真理を表す文のもつ構造に応じて、不用意に、様々な形而上学的問題を招いてしまう。加えて、上記の研究内容を遂行する過程で、一年目に扱う予定であった、「存在論の方法としてのTruthmaker理論とはどのようなものか」という問いに対する部分的な回答として、以下の二点を明らかにした。第一に、存在論の方法としてのTruthmaker理論は、第一義的には、真理と実在の間に見出だされる実在論的直観の内実を、忠実に明示化するものでなければならない。第二に、存在論の方法としてのTruthmaker理論は、種々の真理を、それらが要求する実在的根拠と非実在的根拠を選別的に引き合いに出すことで、説明しようとするものである。以上の内容は、『論集』(東京大学哲学研究室)および『新進研究者Research Notes』(日本科学哲学会・科学基礎論学会)に掲載予定(決定済み)である。「研究実績の概要」で示した通り、当初計画されていた研究内容の遂行順序を変更したものの、変更後の計画のもとでは、おおむね期待された通りの成果を得ることができた。また、研究内容の分量の観点から見ても、一年目に達成された内容は、当初の計画において、研究内容の全体を三つに分けたセクションのうち、一つを完遂し、もう一つを部分的に遂行するものであった。したがって、平成29年度においては、変更後の計画のもとで、当初、一年目に予定していた研究内容の分量に相当する程度の内容を達成することができたため、二年目の研究計画にも無理は生じていないと言える。

一方で、TM理論が、言語分析に依存したものではないこと、真理と実在の間の非対称的な説明関係に依拠するTM理論が、上記の対称性の問題をかかえないということを明らかにした。さらに、TM理論が依拠する真理と実在の間の説明関係の内実が、部分的に、必然的真理の外延的な区別を可能にするhyperintensionalityの観点から与えられることが明らかになった。2つ目の問いについては、TM理論の適用可能性が問題になりうる種類の真理として、様相的真理を挙げ、存在論の方法としてのTM理論がこの種の真理に適用可能でなければならないということを示した。この過程で、TM理論を構成する3つの主張(TM理論の適用範囲、TM関係の定義、TMとはどのような種類の存在者か)が優先順位をもつこと、そして、この優先順位に基づいて、特定の真理に対するTM理論の適用可能性を判定することができることを明らかにした。すなわち、様相的真理以外の真理についても、同様の判定基準をもって、その適用可能性が一般的な仕方ではかれることが明らかになった。平成30年度においては、当初の研究計画のうち、平成29年度に達成されなかった内容を扱う。より具体的には、一年目に予定されていた、「W.V.O.クワインによる存在論的コミットメントの基準に基づいた、従来の存在論の方法との比較から、存在論の方法としてのTruthmaker理論がどのようなものであるかを明らかにする」ことと、二年目に予定されていた、「存在論の方法としてのTruthmaker理論が、どのような種類の真理に適用されるべきかを明らかにする」ことを目標にする。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
変異型p53発現細胞においてG1期異常を起こすヒトHLH型分化抑制因子Id-1H、Id-2Hの機能

げっ歯類培養細胞系を用いて以下を報告した。(1)Id-1HとId-2H(Ids)の発現は、野生型p53存在下でアデノウイルスE1A誘導アポトーシスに影響しない。(2)Idsの共発現により変異型p53発現依存的にアポトーシス感受性が増加する。(3)Id-1HはId-2Hに対し変異型p53依存的アポトーシス感受性を約2倍増加する。(4)アポトーシス誘導に関与するのはId-1H(154アミノ酸(aa))、Id-2H(134aa)共にHLHを含む保存領域2-3(CR2-3、1H;31-108aa、2H;11-83aa)で、E1A(243aa)ではCR1を含む17-80aaとCR2(120-140aa)である。(5)IdsはそれぞれCR2-3でE1Aと結合する。E1Aは17-80aaでIdsと結合する。(6)IdsとE1A共存下でCycD1発現が強く抑制される。(7)IdsとE1A共発現下でS終期にDNA再複製開始が有意に増加する。更に次の検討を行った。(a)IdsとE1Aによる変異型p53依存的アポトーシス誘導に関与し、IdsやE1A、p53と結合する因子の検索。酵母Two-hybrid法で正常ヒト肝臓cDNAライブラリー(1x10^7クローン相当)とヒト培養細胞cDNAライブラリー(4x10^6クローン相当)を検索した。IdsをBaitとした時はIdsと普遍的bHLH型転写因子E2A遺伝子が重複して単離された。E1Aでは種々欠失変異体をBaitにしても酵母内の因子群との結合が強く、有意なクローンは得られなかった。温度感受性変異p53^<A138V>とp53^<S149P>をBaitとし、25°C(野生型)と37°C(変異型)の一方でのみ結合する因子を検索しcDNA9種を得たが全てORFが不当であった。(b)IdsやE1Aの高発現を誘導できるヒト培養細胞株の樹立。p53が野生型、変異型および欠失したヒト培養細胞株各2種にテトラサイクリン(Tet-Off型)またはエクジソン(IND)で誘導できるプロモーターを付加したIdsとMMTVプロモーター付加E1A12ScDNAを導入し、細胞株の樹立を試みた。それぞれ23回遺伝子導入を試みたがIdsの発現を誘導できる細胞株の樹立に至っていない。他の遺伝子を導入した時に比べ、Idsを導入した場合に出現するコロニー数が1/10以下であった。導入直後Leakyに発現するIdsが被導入細胞を傷害すると推定した。導入方法、導入時のDNAの状態を変えて検討中である。

それぞれ23回遺伝子導入を試みたがIdsの発現を誘導できる細胞株の樹立に至っていない。他の遺伝子を導入した時に比べ、Idsを導入した場合に出現するコロニー数が1/10以下であった。導入直後Leakyに発現するIdsが被導入細胞を傷害すると推定した。導入方法、導入時のDNAの状態を変えて検討中である。アポトーシス誘導刺激に対する耐性と強い増殖能を持つ変異型p53がん抑制蛋白(mut-p53)発現細胞において、アデノウイルスE1A(E1A)誘導アポトーシスに対する抵抗性を解除し、G1期異常を伴うアポトーシスを惹起する細胞分化抑制helix-loop-helix(HLH)蛋白Id-1HとId-2H(Ids)の機能解明を目的とし、以下の検討を継続中である。2.p53ノックアウトマウスから樹立したA40細胞を用い、トランスフェクションによる一過性発現の系を用いてE1A、変異型p53または野生型p53とIdsの共発現によるアポトーシス誘導の機構を解析した。その結果、変異型p53発現下では特にId-1Hの共発現によりS期周期においてDNAの再複製開始が起こっていることを示唆する結果を得た。先に変異型p53を発現するラット3Y1細胞にE1AとIdsを共発現させた場合、G1期とG2期が極端に短縮しほとんどの細胞がS期に蓄積することを報告したが、今回の結果によりその詳細な機構の一端が明らかとなった。Idsの強制発現はDNA再複製抑制機構に異常を誘導することが強く示唆された。次年度はこの結果に着目し、Idsの標的因子の検索を行う予定である。本年度までに、げっ歯類培養細胞系を用いて以下を報告した。(1)Id-1HとId-2H(Ids)の発現は、野生型p53存在下でアデノウイルスE1A誘導アポトーシスに影響しない。(2)Idsの共発現により変異型p53発現依存的にアポトーシス感受性が増加する。(3)Id-1HはId-2Hに対し変異型p53依存的アポトーシス感受性を約2倍増加する。(4)アポトーシス誘導に関与するのはId-1H(154アミノ酸(aa))、Id-2H(134aa)共にHLHを含む保存領域2-3(CR2-3、1H;31-108aa、2H;11-83aa)で、E1A(243aa)ではCR1を含む17-80aaとCR2(120-140aa)である。(5)IdsはそれぞれCR23でE1Aと結合する。E1Aは17-80aaでIdsと結合する。(6)IdsとE1A共存下でCycD1発現が強く抑制される。(7)IdsとE1A共発現下でS終期にDNA再複製開始が有意に増加する。更に次の検討を行った。(a)IdsとE1Aによる変異型p53依存的アポトーシス講導に関与し、IdsやE1A、p53と結合する因子の検索。酵母Two-hybrid法で正常ヒト肝臓cDNAライブラリー(1x10^7クローン相当)とヒト培養細胞cDNAライブラリー(4x10^6クローン相当)を検索した。IdsをBaitとした時はIdsと普遍的bHLH型転写因子E2A遺伝子が重複して単離された。E1Aでは種々欠失変異体をBaitにしても酵母内の因子群との結合が強く、有意なクローンは得られなかった。温度感受性変異p53^<A138V>とp53^<S149P>をBaitとし、25°C(野生型)と37°C(変異型)の一方でのみ結合する因子を検索しcDNA9種を得たが全てORFが不当であった。(b)IdsやE1Aの高発現を誘導できるヒト培養細胞株の樹立。p53が野生型、変異型および欠失したヒト培養細胞株各2種にテトラサイクリン(Tet-Off型)
中枢神経系障害による歩行障害の定性的・定量的評価システムの開発

当初は手作りによる超音波発信装置を作成し、歩幅の自動読みとり装置の作成を試みたが、超音波信号が干渉するので、信号を整理して取り込むことが困難であった。そのため、この方式によるデータ計測は断念し、もっぱらビデオカメラで直接被験者を撮影する方法に限定した。前年度搬入されたPower Macintosh 8100/80AVと画像解析ソフト(Image1.47Non-FPU)およびビデオカメラ(VIEWCAM VL-HL3)が取得できたので、もっぱらビデオカメラで直接被験者を撮影する方法に限定した。データの収集は前年度は順調に進まなかったが、共同研究者奈良勲、梶原博毅両教授のサポートにより、国立精神・神経センター武蔵病院(山口明理学診療科科長、養老栄樹、佐藤福志両理学療法士)、広島市立安佐市民病院(長谷好記リハビリテーション部副部長、富樫誠二技師長)医療法人碓井会高陽ニュータウン病院(碓井静照理事長、徳毛宏則前病院長、佐伯正弦病院長、佐々木詩子総婦長兼副施設長、西川雅代学療法士)らのご協力がえられ、脳血管障害左運動性片麻痺20例、同右片麻痺20例、脊髄小脳変性症で失調症を呈する20例からデータ収集を行った。必ず被験者の身近に基準となる尺度を置き、被験者の歩行を側方から撮影し、後から画像解析ソフト(Image1.47 Non-FPU)によりデータ計測を行った。平成7年10月にはデータ総数が各20例には満たなかったが、山形市で開催された第54回日本公衆衛生学会において発表した。この学会で、座長より同一被験者の経時的変化について計測したかどうかについて、質問があった。小冊子にふれているように、経時的変化は記録していないが、失調症を呈する症例で、重量負荷の影響の有無について比較している。今回の研究では被験者の歩行能力の範囲に大きな差があったために、一律な定量的な評価システムは組めなかった。しかし、Brunnstromの機能障害ステージIIIおよびIVのレベルでは左右の片麻痺例において、どちらも「患側肢」を大きく振りだし、「健側肢」で微調整している傾向がうかがわれた。左片麻痺はY軸側に傾き、右片麻痺はX軸側に傾く症例が多く診られた。失調例では一歩毎に歩幅が異なり、ジグザグのような、酔っぱらいのような傾向を呈することが多かった。結論として、Y=Xのグラフとその傾き45度の直線が評価の基準と治療訓練の目標になると思われ、そのような意味でこれは評価システムとして、訓練システムとして利用できると思われる。

当該年度はまず中枢神経系障害による歩行障害の定性的、定量的評価システムを廉価で行うために、適切な機器を購入すること、機器の搬入の後、その機器で使うことができ評価解析に必要なソフトを用意すること、その後、脳血管障害運動性片麻痺(左右両方)と運動失調性患者について、評価対象の情報収集しながら、評価システムを利用可能なように修改正を行うこと、そのためのコンピューター処理に関する情報を得ることであった。機器はマッキントッシュ社製コンピューター、パワーマック8100/80AVとシャープ電気社製のビデオカメラ、ビューカムを購入した。解析ソフトとして、良い情報が廉価で得られることがこの研究の最大の目的であるので画像解析ソフト{NIH lmage V1.54(Non-FPU)}を取得した。平成7年2月末までに対象として脳血管障害運動性の左麻痺患者5例および右片麻痺患者4例、および脊髄小脳変性症患者で失調歩行を呈する患者3例の歩行中の画像を、当該研究と画像権などについて各患者に十分説明し、了解を求めた上で、転倒防止などに十分な安全性を確保し、平地で各患者が可能な距離と速さで歩いているところを、片麻痺患者については麻痺側の画面の手前に来るように設定した画面前方を左から右へあるいはその逆方向へ歩行している状況をビデオカメラにより撮影した。画面内には一歩長が正確に測定できるよう一定の尺度基準を必ず画面内に入れてある。計測は相関係数を求めるxy軸の図表にy軸に左足の一歩長の累積歩行距離を、x軸に右足の一歩長の累積歩行距離を描いた。運動性片麻痺の障害のみによる歩行障害では、我々の予測しているように左右それぞれの運動麻痺を特徴的に示す定性的な傾向が示され、この図が機能訓練の指標になりうると思われた。失調症患者では、患者の「歩行回数のにおけるバラツキ」をどのように評価するかという問題を残している。今後、必要数を収集し、更に検討を加え発表する。平成6年度にPower Macintosh 8100/80AVと画像解析ソフト(Image1.47 Non-FPU)およびビデオカメラ(VIEWCAM VL-HL3)が取得できたので、当初は手作りによる超音波発信装置利用して、歩幅の自動読みとり装置の作成を試みたが、超音波信号が干渉するため、信号を整理して取り込むことが困難であったため、この方式によるデータ計測は断念し、もっぱらビデオカメラで直接被験者を撮影する方法に限定した。必ず被験者の身近に基準となる尺度を置き、被験者の歩行を側方から撮影し、後から画像解析ソフト(Image1.47 Non-FPU)によりデータ計測を行った。国立精神・神経センター武蔵病院(山口明理学診療科科長、養老栄樹、佐藤福志両理学療法士)、広島市立安佐市民病院(長谷好記リハビリテーション部副部長、富樫誠二技師長)医療法人碓井会高陽ニュータウン病院(碓井静照理事長、徳毛宏則前病院長、佐伯正弦病院長、佐々木詩子総婦長兼副施設長、西川雅代学療法士)らのご協力を戴いて、脳血管障害左運動性片麻痺20例、同右片麻痺20例、脊髄小脳変性症で失調症を呈する20例からデータ収集を行った。平成7年10月にはデータ総数が各20例には満たなかったが、山形市で開催された第54回日本公衆衛生学会において発表した。この学会で、同一被験者の経時的変化について計測したかどうかについて、質問があった。小冊子にふれているように、経時的変化は記録していないが、失調症を呈する症例で、重量負荷の影響の有無について比較している。今回の研究では被験者の歩行能力の範囲に大きな差があったために、一律な定量的な評価システムは組めなかったが、Brunnstromの機能障害ステージIII、IVのレベルでは左右の片麻痺例において、共に「患側肢」を大きく振りだし、「健側肢」で微調整している傾向がうかがわれた。
器管形成における細胞系譜制御機構の解明

本研究では神経系と造血系に的を絞って、細胞系譜制御機構に取り組み、次の成果をあげた。(1)抑制型helix-loop-he1ix(HLH)分子Hesr1についてその機能を解析した結果、Hesr1がニューロン分化誘導性basic HLH型転写因子neurogenin-1と会合し、その転写活性を阻害することがわかった。また神経上皮細胞にHesr1分子を強制発現させるとニューロン分化抑制とアストロサイト分化促進が観察され、この分子が神経系前駆細胞の運命付けに関わっていることを示唆した。(2)これまでに見出したBMP2によるニューロン分化抑制シグナルと、従来報告されているニューロン分化抑制性のNotchシグナルとが、核内でクロストークして相乗的な遺伝子発現の誘導に至ることを新たに見出した。(3)オリゴデンドロサイト分化に重要なbasicHLH分子Olig2が、アストロサイト分化誘導性サイトカインLIFによるアストロサイト特異的分子GFAPの遺伝子プロモーターの活性化を抑制することを見出した。その分子機構として、GFAP陽性アストロサイト分化に必要な転写因子STAT3と転写共役因子p300の結合をOlig2が阻害することを見出した。これらの結果は細胞系譜を制御するシグナル間の相互牽制作用の仕組みを示すものとして興味深い。(4)胎生期マウスでの成体型造血は大動脈-生殖原基-中腎(aorta-gonad-mesonephros, AGM)領域を場として、血管内皮様の細胞集団を起源とすると考えられている。AGM領域の培養系を用いた実験から、造血前駆細胞増殖誘導性サイトカインSCFの受容体c-Kitに結合するアダプター分子Lnkと、Ras/MAPK経路を負に制御する分子であるSpred-2が、いずれもAGM領域からの造血前駆細胞集団の拡大を負に制御していることがわかった。器官形成過程においては器官特異的幹細胞の多能性維持機構、分化の運命付け機構、異種細胞系譜間の分化の排他性機構など重要な仕組みが存在する。本研究ではこれらの細胞系譜制御機構に取り組んだ。(1)抑制型helix-loop-helix (HLH)分子Hesr1についてその機能を解析した結果、Hesr1がニューロン分化誘導性basic HLH型転写因子neurogenin-1と会合し、その転写活性を阻害することがわかった。(2)オリゴデンドロサイト分化に重要なbasicHLH分子Olig2のアストロサイト分化に及ぼす影響を解析した。アストロサイト分化誘導性サイトカインLIFによるアストロサイト特異的分子GFAPの遺伝子プロモーターの活性化がOlig2の強制発現で抑制されることがわかった。これらの結果はオリゴデンドロサイトの系譜とアストロサイトの系譜の排他性の仕組みを示すものとして興味深い。(3)胎生期マウスでの成体型造血は大動脈-生殖原基-中腎(aorta-gonad-mesonephros, AGM)領域を場として、血管内皮様の細胞集団を起源とすると考えられている。造血前駆細胞増殖誘導性サイトカインSCFの受容体c-Kitに結合するアダプター分子Lnkに着目して、この分子のAGMにおける造血前駆細胞の輩出に果たす役割を検討した。

マウスAGM組織の分散培養系へのLnk発現ベクター導入あるいは、Lnk欠損マウス由来AGMの分散培養などによる実験結果からLnkはAGM造血において前駆細胞の増殖を抑制することを見いだした。器官形成過程においては器官特異的幹細胞がその多能性を維持する機構、器官特異的幹細胞の分化の運命付けの機構、分化がコミットされた細胞系譜が他の系譜に向かわない運命付けの維持と分化の排他性の機構など重要な仕組みが存在する。本研究では神経系と造血系に的を絞って、これらの細胞系譜制御機構に取り組み、次の成果をあげた。(1)マイクロアレイ法を用いて、マウス中枢神経系前駆細胞の多分化能維持培養系と分化誘導培養系との間で発現が変化する遺伝子として同定した遺伝子群について順次マウス胎仔脳組織切片上での発現解析を実施し、神経幹細胞が存在する脳室下帯での発現を確認した。(2)昨年度までに見出したBMP2によるニューロン分化抑制シグナルと、従来報告されているニューロン分化抑制性のNotchシグナルとが、核内でクロストークして相乗的な遺伝子発現の誘導に至ることを新たに見出した。(3)神経上皮細胞培養系においてアストロサイト分化誘導性サイトカイン刺激後に発現が上昇する遺伝子群の解析をマイクロアレイ法で行い、CITED1と呼ばれる遺伝子を同定することができた。(4)胎生期マウス脳において、神経上皮細胞から胎生の進行に伴いアストロサイトが分化し始める時期に呼応して、アストロサイト特異的蛋白S100βの遺伝子プロモーターの特定のシトシン残基のメチル化が外れることを見出した。(5)胎生期マウス造血組織で発現する遺伝子として同定したELYS遺伝子欠損マウスの作成と解析により、この遺伝子が欠損することで胚盤胞期を超えて発生しないことがわかった。(6)胎生期マウスで成体型造血が始まるAGM領域の培養系を用いた実験から、Ras/MAPK経路を負に制御する分子であるSpred-2がAGM領域からの造血前駆細胞集団の拡大を負に制御していることがわかった。
シグマトロピー転移をトリガーとする液晶の合成と液晶発現機構解明

本研究は「ダイナッミクな分子運動を引き金として,液晶性を発現させる」という考えで,シグマトロピー転位型液晶として,トロポンの2位にエステル基を持つ5-アルコキシトロポン体を合成することを研究の目的の一つとした。既に,これらの構造要素を持つ2-アシルオキシ-5-アルコキシトロポン体は単環ながら,モノトロピックではあるが,スメクチックA相を示すことを見いだした。このような単環性化合物が液晶性を示した例はほとんどなく,これは液晶状態で2位のアシル基が隣のカルボニル基に転移する[1,9]シグマトロピー転位によって直線分子となり得るために,液晶性が発現したと考えた。また,[1,9]シグマトロピー転位がどのように液晶性発現に関わるかについて調べるために,2-アシルオキシ-5-アルコキシトロポン体の2位のアシル基と5位のアルコキシ基を交換した化合物を合成した。その結果,潜在的に液晶性を示したが,両者を比べると,2位にアシル基があると,融点を下げることが明らかになった。従って,2位にエステル基を導入することにとって,液晶性の発現が促進されることが証明できた。更に,これらの単環性[1,9]シグマトロピック型液晶のアルキル側鎖にフッ素原子を導入し,液晶の熱安定性の優れた単環性トロポノイド液晶を合成した。フッ素原子を側鎖に導入すると,炭素-炭素間の自由回転が制約され,一種のコアと働くために,液晶性の発現が促進されると考えられる。このように,側鎖にフッ素原子を持つ単環性液晶の場合も,2位にエステル基が存在するとその液晶性は優れ,これはシグマトロピー転位がトリガーとして働いたためであると結論した。七員環化合物を液晶のコアにしたシグマトロピー性化合物はこれまで全く例がなく,新しいタイプの液晶である。また,物性発現にダイナッミクな分子運動をトリガーとして液晶性を発現させるという考えは独創的であり,この性質は構造的に側方位にカルボニル基を持たないベンゼン系化合物では期待できないことである。温度や濃度などの外的条件で物質が中間相を示すのは分子の配列が制御されるからである。このとき,側鎖のコンホメーション変化は当然起こるが,転移反応や互変異性等の構造変化が液晶性発現に関与するような液晶化合物は全く知られていない。申請者は「ダイナミックな分子運動を引き金として,液晶性を発現させる」という考えで,既に5-アルコキシトロポンの2位にエステル基を持つ単環性トロポノイドを合成し,モノトロピックながら液晶性を示すことを見いだした。このような単環性化合物が液晶性を示した例はほとんどなく,これは液晶状態で2位のアシル基が隣のカルボニル基に転移する[1,9]シグマトロピー転移によって直線分子となり得るために,液晶性が発現したと考えた。本研究では,シグマトロピー転移をトリガーとする液晶化合物を合成することと[1,9]シグマトロピー転移がどのように液晶性発現に関わるかについて調べた。2位のアシル基と5位のアルコキシ基を交換した化合物が,潜在的に液晶性を示すことを明らかにした。従って,2位にエステル基が存在すると,液晶性の発現が促進されることが証明できた。

更に,[1,9]シグマトロピック型液晶のアルキル側鎖にフッ素原子を導入し,液晶の熱安定性の優れた単環性トロポノイド液晶を合成した。フッ素原子を側鎖に導入すると,[1,9]シグマトロピー転移が加速されることが期待できるので,液晶性の発現が促進されると考えられる。七員環化合物を液晶のコアにしたシグマトロピー性化合物はこれまで全く例がなく,新しいタイプの液晶である。また,物性発現にダイナミックな分子運動をトリガーとするという基本的な考えは独創的であり,この性質は構造的にカルボニル基のないベンゼン系化合物では期待できないことである。本研究は「ダイナッミクな分子運動を引き金として,液晶性を発現させる」という考えで,シグマトロピー転位型液晶として,トロポンの2位にエステル基を持つ5-アルコキシトロポン体を合成することを研究の目的の一つとした。既に,これらの構造要素を持つ2-アシルオキシ-5-アルコキシトロポン体は単環ながら,モノトロピックではあるが,スメクチックA相を示すことを見いだした。このような単環性化合物が液晶性を示した例はほとんどなく,これは液晶状態で2位のアシル基が隣のカルボニル基に転移する[1,9]シグマトロピー転位によって直線分子となり得るために,液晶性が発現したと考えた。また,[1,9]シグマトロピー転位がどのように液晶性発現に関わるかについて調べるために,2-アシルオキシ-5-アルコキシトロポン体の2位のアシル基と5位のアルコキシ基を交換した化合物を合成した。その結果,潜在的に液晶性を示したが,両者を比べると,2位にアシル基があると,融点を下げることが明らかになった。従って,2位にエステル基を導入することにとって,液晶性の発現が促進されることが証明できた。更に,これらの単環性[1,9]シグマトロピック型液晶のアルキル側鎖にフッ素原子を導入し,液晶の熱安定性の優れた単環性トロポノイド液晶を合成した。フッ素原子を側鎖に導入すると,炭素-炭素間の自由回転が制約され,一種のコアと働くために,液晶性の発現が促進されると考えられる。このように,側鎖にフッ素原子を持つ単環性液晶の場合も,2位にエステル基が存在するとその液晶性は優れ,これはシグマトロピー転位がトリガーとして働いたためであると結論した。また,物性発現にダイナッミクな分子遅動をトリガーとして液晶性を発現させるという考えは独創的であり,この性質は構造的に側方位にカルボニル基を持たないベンゼン系化合物では期待できないことである。
区分所有マンションの「高経年期管理システム」の開発

本研究では、「高経年マンションには、終末時期を見極め、終末までの健全な建物維持管理と管理組合運営を実現し、確実に終末を迎えるための、通常のマンション管理とは異なる特別なマンション管理システムが必要である」という立場から、「高経年期管理システム」を開発する。
白血病細胞の分化におけるマルチユビキチン化蛋白質の動態と性状の解明

ユビキチン系は、選択的に細胞内蛋白質を分解する生化学システムである。すなわち、一連の酵素群の作用で遊離型ユビキチンが標的蛋白質に結合しマルチユビキチン鎖を形成、これが26Sプロテアソームによる標的蛋白質の分解を誘起する。本研究は、白血病細胞の分化過程におけるユビキチン系の意義を解明する目的で行った。n-酪酸やレチノイン酸などを用いて分化誘導した5種類の株化白血病細胞(K562,THP-1,HL-60,Jurkat,Daudi)から核と細胞質を分画し、各々から易様性および難溶性の蛋白画分を調製した。各画分単位蛋白質当りのマルチユビキチン鎖と遊離型ユビキチンを2種類のイムノアッセイで定量した。その結果、分化に伴いほとんどの細胞の核でマルチユビキチン鎖が増加し遊離型ユビキチンが減少した。また、THP-1細胞では、同様の変化が細胞質でも見出された。こうした変化がユビキチン系の活性化によるものかを検証するため、K562細胞をプロテアソーム阻害剤存在下で培養しユビキチン動態を経時的に解析した。その結果、対数増殖期細胞で認められた“同阻害剤によるマルチユビキチン鎖の蓄積"が、分化細胞の核においては全く見出せず、核のユビキチン依存性蛋白分解が分化によって激減することが示唆された。一方、分化細胞の細胞質では、同阻害剤による易溶性マルチユビキチン鎖の蓄積が顕著だった。今後の課題は、分化過程におけるE1、E2、E3の動態解析と細胞質マルチユビキチン化蛋白質の同定である。本研究の過程で、急性白血病や急性転化期の慢性骨髄性白血病の患者から得た白血病細胞の易溶性マルチユビキチン鎖レベルが正常白血球やほとんどの株化白血病細胞よりも高いこと、ならびに同患者の血清に含まれるマルチユビキチン鎖濃度も健常人や他疾患患者より高値を示すことを見出した。これらの患者白血病細胞におけるマルチユビキチン化蛋白質の性状の解明も新たな課題である。
時間分解Ｘ線回折による電子多自由度系遷移金属酸化物の動的機能性発現機構の解明

強相関電子系物質で発現する光誘起相転移現象の本質を理解するためには、トリガーとなる電子状態変化とそれが巨視的な相転移へ発展する過程、及び動的機能性の起源を詳細に追跡・実測することが必要不可欠である。本研究では、強相関電子系物質における過渡的な構造や電子(スピン・軌道)の秩序状態変化に付随した動的機能性発現過程を、時間分解X線回折測定によりフェムト秒・ピコ秒の時間スケールで実時間観測し、包括的に光誘起相転移現象を解明することを目的としている。放射光とX線自由電子レーザーを相補利用して本研究を推進するため、本年度は高エネルギー加速器研究機構の放射光実験施設PF-ARから発せられるピコ秒X線パルスと、理化学研究所のX線自由電子レーザー施設SACLAから発せられるフェムト秒X線パルスを利用して、フェムト秒からナノ秒の時間領域にわたる時間分解X線回折測定を強相関電子系遷移金属酸化物の典型物質であるペロブスカイト型コバルト酸化物LaCoO3を対象に実施した。前年度にPF-ARにて高度化したピコ秒時間分解測定システムを利用することにより、ナノ秒領域におけるスピン状態ー軌道ー構造の動的相関ダイナミクスの観測に成功した。これらの結果から、フェムトーピコ秒領域の初期過程におけるスピン・軌道秩序と構造の相関が、ナノ秒領域で観測される巨視的な電子・構造相転移へと発展する過程で重要な役割を果たしていることか示唆された。また、放射光を利用してで得られた結果を基にSACLAにてフェムト秒時間分実験を実施し、フェムトーピコ秒領域における構造及びスピン・軌道秩序状態が相関した光誘起初期ダイナミクスの観測に成功した。これらの実験結果から、光励起直後に生じるスピン・軌道秩序状態の変調が引き金となって、数ピコ秒の時間スケールで構造や秩序状態が協同的相互作用により巨視的な相転移へと発展する過程が明らかとなった。本研究では、強相関電子系物質における過渡的な構造や電子の秩序状態変化に付随した動的機能性発現過程を、時間分解X線回折法によりフェムト秒・ピコ秒の時間スケールで実時間観測すること目的としている。放射光とX線自由電子レーザーを相補利用して研究を推進するため、本年度は高エネルギー加速器研究機構の放射光施設PF-ARにて放射光を利用した時間分解X線回折測定システムの高度化を実施した。X線検出器は、単一X線光子を計測可能な機能を備えており、かつ外部からの電気ゲート信号により放射光と同期した任意の繰返し周波数で選択的にX線パルスが計測可能な、光子計数型二次元検出器を用いることで、放射光X線パルスとレーザーとのタイミングが同期した高感度検出システムを構築した。また、本検出器を実装可能なX線回折計を作製し、時間分解測定システムに導入することで、従来のCCDを用いた測定システムでは検出が困難であった極めて微弱な回折信号の過渡変化を追跡することを可能にした。さらに、測定繰返し周波数の向上を図るため、試料の光励起状態を生成するためのレーザー光源として、繰返し可変レーザーを導入した。このレーザーの発振繰返し周波数はシングルショットから2 MHzまで可変であるため、放射光X線パルス(794 kHz)と同期して同じ周波数で発振させることにより、すべてのX線パルスを検出光として利用可能な測定システムを構築した。これら高感度・高効率化した測定システムで、ペロブスカイト型コバルト酸化物LaCoO3薄膜の軌道秩序に由来する非常に微弱な超格子反射回折点、および構造変化に敏感なブラッグ反射回折点のピコ秒ーナノ秒領域での過渡変化の観測に成功した。これらの結果をもとに、X線自由電子レーザーを利用したフェムト秒領域の実験実施に向けた検討を進めた。本年度の目標であった、放射光を利用した時間分解X線回折測定システムの高度化を達成することができた。また、高度化した本測定システムを用いてピコ秒ーナノ秒領域の軌道秩序ー構造の相関ダイナミクスを観測することに成功しており、本研究計画に沿って順調に進展している。さらに、放射光を利用した測定システムの時間分解能(およそ100ピコ秒)以内における構造変化と軌道秩序融解のダイナミクスの相関が、巨視的な相転移へと発展する過程の引き金となっていることを示唆する結果が得られたため、X線自由電子レーザーを利用したフェムト秒領域でのダイナミクスを観測することが必要不可欠であるとの見解を得ることができた。