hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超弦理論による高次元ブラックホールと特異点の研究

超弦理論の量子効果によるアインシュタイン曲率テンソルの高次項とディラトンが入ったときのブラックホール厳密解を求め、それらの性質と大域構造も調べ、特異性が通常と大きく異なり、弱くなる可能性を見いだし、その物理的応用も与えた。またくりこみ可能なHorava重力理論のブラックホール解を構成し、その熱力学について考察を行った。一方、時間に依存したブレイン解を系統的に構成、分類した。超対称性を持つ一群の解も発見した。重力の量子論を解明することは、理論物理学において解決を迫られている最も重要な問題の1つです。その有力な候補として、世界的にも国内でも超弦理論が活発に研究されていますが、その現実的な検証可能性を探る試みはあまりされておりません。この理論を検証できる数少ない状況がブラックホールを含む重力解の研究です。超弦理論は高い次元で定義されていますが、高次元の重力理論には、4次元では考えられなかった非常に面白い未知の性質がたくさんあることがわかっています。本研究計画では、超弦理論の非摂動的解としてのブレイン及びブラックホール解を調べると同時に、その物理的な応用としてこれらの解に含まれる特異点の性質を解明することを目的とします。超弦理論またはM理論の低エネルギー有効理論である超重力理論には、大変面白い交差したブレイン解を構成するかなり系統的な方法があることがわかっています。このような一連の解を詳しく調べ、超弦理論の性質を解明していくことが主要な課題です。また、超弦理論には超対称性を持つ時間に依存した解があることが最近わかりましたが、これは宇宙初期の特異点の問題を解明するのに役立つことがわかりました。本研究計画では、これをさらに拡張して、超弦理論による特異点解消の機構の解明を探求することも第2の課題としています。今年度は、まず宇宙論的な新しい解を構成することから始め、宇宙空間中の磁場の期限について考察を行った。これらは学術誌JCAPとPhysical Review Dにそれぞれ掲載された。さらに、研究計画でも述べた重力からの寄与がアインシュタインテンソルに限らず、量子効果によるアインシュタイン曲率テンソルの高次項(たとえばガウスボネ項)が入ったときのブラックホール厳密解を一般的に解析した後、それを数値的に求めた。これを、宇宙項が無い場合で空間が球対称な場合、宇宙項が負の場合で、空間の曲率が正の場合、0の場合、負の場合について解を求め、それらの性質について詳しく調べた。これらは、学術誌Progress of Theoretical Physicsに掲載されたもの2編、現在投稿中のもの1編、現在解析が進行中で近い将来に発表予定のものが2編ある。またその応用として、クォークグルーオンプラズマにおける剪断粘性率とエントロピー密度の日を計算し、これまでこの量には下限があると言われていたが、量子効果のためにそれが破れることを示した。この結果は、学術誌Physical Review Dに掲載された。これは上記のブラックホール解を、ゲージ重力対応によって物理的な状況に応用したものであり、上記の解はさらに多くの応用を持つものと思われ、重要であり、今後の発展が期待される。それ以外に、以前行っていたブレイン解の解析を継続し、時間と空間に同時に依存した解を発見した。これは現在発表準備中である。今年度は、まず重力からの寄与がアインシュタインテンソルに限らず、量子効果によるアインシュタイン曲率テンソルの高次項(たとえばガウスボネ項)とディラトンが入ったときのブラックホール厳密解を一般的に解析した後、それを数値的に求めた。このような理論は超弦理論の低エネルギー有効理論として重要なものである。この課題につき、前年度は、宇宙項が無い場合で空間が球対称な場合、宇宙項が負で、空間の曲率が0の場合の解を調べたが,今年度は引き続き、残されていた宇宙項が負で曲率が0でない場合、宇宙項が正の場合、宇宙項なしで空間の曲率がある場合の解を求め、それらの性質について詳しく調べた。これらは、学術誌Progress of Theoretical Physicsに掲載されている。また,考える座標系を変えて同じ解を解析し、定量的な差があるが、定性的にはあまり差がないことを見た。これは学術誌Physical Review Dに掲載された。また、重力を繰り込み可能とするが,ユニタリー性を破らない可能性として,ローレンツ不変性を破ったHorava重力理論が考えられた。その理論におけるブラックホール解を構成し、その熱力学について考察を行った。この結果は、学術誌Physical Review DおよびPhysics Letters Bに掲載された。一方で、時間に依存したブレイン解を系統的に構成、分類し、その中に遠方では宇宙論の標準的な解になっているが、原点近傍はブラックホールになっている興味深い解を発見した。それと違った時間依存性を持つブレイン解で、超対称性を持つ一群の解も発見した。宇宙論的解で仏楽ホールを持っ厳密解は初めて発見されたものであり、さらに多様な解とあわせ、これらの解は今後の研究に刺激を与えると考えられる。

さらに重力がエントロピーによる力であって、基本的な相互作用というよりは、ゲージ理論から生じる力であるという考え方に基づき、宇宙の発展を記述する基本方程式を導いた。重力理論に対する大きなパラダイムの変換に導くと考えられる。今年度は、まず重力がエントロピーによる力であって、基本的な相互作用というよりは、ゲージ理論から生じる力であるという考え方に基づき、重力方程式が導けるかどうかを検討した。これは最近の大きな発展であり、多くの研究者が興味を持って研究を始めている。7月に行われた京都大学基礎物理学研究所研究会において、これに関する招待レビュー講演を行った。また、時間に依存したブレイン解を以前に一般的に構成していたが、そのような解がいわゆるブレイン宇宙論として有用なのかどうかについて、ポスドクの南辻氏、鵜沢氏とともに検討した。残念ながら、今のところうまくいく模型は得られないという結論に達した。重力からの寄与がアインシュタインテンソルに限らず、量子効果によるアインシュタイン曲率テンソルの高次項(たとえばガウスボネ項)とディラトンが入ったときのブラックホール厳密解の研究も引き続き行い、その大域構造を明らかにした。この課題につき、今まで、宇宙項が無い場合で空間が球対称な場合、宇宙項が負で、空間の曲率が0の場合の解、宇宙項が負で曲率が0でない場合、宇宙項が正の場合、宇宙項なしで空間の曲率がある場合の解を求め、それらの性質について詳しく調べていた。現在の観測によると宇宙は加速膨張しているが、その原因は小さいが正の宇宙項があるためであると考えられている。しかし、単純には宇宙項は大きくなってしまい、観測による大きさの宇宙項を出すことは難しい。私は、低エネルギーの量子色力学で現れるグルーオンのモードが、このような小さな宇宙項を出す可能性を指摘した。今後の観測などによる確認が待たれる。今年度は、強い重力場があるときの時間依存したブラックホール解を構成した。通常、重力場の従う方程式は高度に非線形なので、厳密解を求めることは非常に難しいのであるが、我々は適当な座標依存性をさせた場合にはそれが可能であることを見いだし、厳密解を構成することに成功した。さらにその解を交差しているブレイン解へ拡張することに成功した。これらは、時間依存した宇宙初期の解析、とくに初期特異点の解析に有用であると考えられる。最近量子重力との絡みで、重力の高階微分項を導入した理論が注目されている。その理由は、一般にそのような理論はゴーストモードを持つにもかかわらず、3次元ではユニタリーになる場合があることが指摘されたからである。私は3次元の4次までの高階微分を含む最も一般的な理論について、どのような場合にユニタリー性が保たれるかを一般的に解析し、その重要性を明らかにした。また、これが繰り込み可能な理論になっているかどうかを検討し、一般の場合は繰り込み可能であるが、ユニタリーな場合には繰り込み不可能であることを示した。すなわち、ユニタリー性と繰り込み可能性は両立しないとの結論を得た。
マウスミニサテライト遺伝子座における放射線誘発生殖細胞突然変異の解析

〔目的〕放射線の遺伝的影響を検討する目的で、父親マウスが放射線照射を受けた場合の、ミニサテライト遺伝子座Pc-1における生殖細胞突然変異の誘導を解析した。〔方法〕C3H/HeN雄マウスに3Gyの^<60>Coγ線を照射した後、1週目(精子期照射群)、3週目(精子細胞期照射群)、11週目(精原細胞期照射群)におのおの正常C57BL/6N雌マウスと交配した。雌雄を逆にして照射後1週目(精子期照射群)に交配した群も設定した。両親とF1マウスの尻尾よりDNAを抽出し、これをHaeIIIで消化の後、サザンブロット法を行った。プローブにはPc-1ミニサテライト配列を用いた。Pc-1はマウス第4染色体にマップされ、GGGCAを反復単位とする遺伝子座であり、DNA合成時におけるreplication slippageにより、その数が変化しやすい。〔結果と考察〕F1におけるPc-1遺伝子座の両allele合わせた自然生殖細胞突然変異は、C3Hで9.7%/配偶子、C57BLマウスを雄親とする群で9.6%/配偶子であった。3Gyの放射線照射マウスから生まれたF1におけるPc-1遺伝子座の両allele合わせた生殖細胞突然変異の頻度は、以下のごとくであった。すなわち、C3Hマウスを雄親とする精子期照射群では14%/配偶子で、対照群に比べ有意差はなかった。精子細胞期照射群では19%/配偶子となり、突然変異頻度は有意(P<0.05)に増加した。精原細胞期照射群では11%に低下するが、これは精原細胞における高いDNA損傷修復能を示すものと考えられる。雌雄が逆のC57BLマウスを雄親とする精子期群においては、Pc-1遺伝子座の突然変異頻度は13%/配偶子であった。実際に照射されたC3H雄マウス由来のPc-1 alleleに限ってみると、その生殖細胞突然変異の率は、対照群で8.3%/配偶子、精子細胞期群で28%/配偶子となり、3倍強(P<0.005)に上昇した。以上のことより、Pc-1遺伝子座の生殖細胞突然変異頻度は、精子細胞期で有意な上昇が見られ、放射線の遺伝的影響の検出に有用であることが示された。
シリサイド半導体を用いた資源・環境リスク対応フォトダイオードの開発

半導体鉄シリサイドのように資源量が豊富な元素で構成されるシリサイド半導体は資源・環境リスクに強い特徴がある。その多くは、禁制帯幅が1eV以下であり、従来利用されているPbS, PbSe, InGaAs, In As, In Sbフォトセンサ類に代わる近赤外から赤外域での受光素子材料としての利用が期待できる。本研究では特にβ-FeSi^2とマグネシウムシリサイド系(Mg^2M : M=Si, Ge, Sn)半導体に注目し、pn接合ダイオードの開発を行った。本研究は、水銀、鉛、ヒ素、アンチモンなどの有害性の高い重金属やインジウムなどの稀少金属を構成元素に含まないシリサイド系半導体を用いて、資源・環境リスク対応型の赤外受光素子を開発することを最終目的としている。光通信や夜間モニタリングなどの分野で利用が拡大してきている赤外検出器は、GaAs, InGaAs, InSb, PbS, PbSe, HgCdTe(MCT)など稀少金属や有害金属が構成元素に使われており、その代替え材料の研究は積極的に行われてこなかった経緯がある。本研究では、クラーク数が大きく、資源量が豊富な元素で構成されるβ-FeSi_2とMg_2Si系材料を用いて、従来の赤外検出器に代わり安全で一般普及が容易な赤外受光素子を開発すべく、本年度は主要装置の整備とそれを用いた基礎的な実験を行い以下の主要成果を得た。○残留のキャリア濃度を10^<16>cm^<-3>代前半のβ-FeSi_2結晶を育成することに成功した。○Mg_2Si, Mg_2Snの高純度化を行いキャリア濃度を10^<16>cm^<-3>代の結晶を得ることを可能にした。○β-FeSi_2基板表面の熱処理クリーニング法を開発すると共にその表面構造がバルクと変わらず成膜に適していることを初めて明らかにした。○スパッタリングによってβ-FeSi_2基板表面酸化膜を取り除く条件を確立した。光通信や夜間モニタリングなどの分野で利用が拡大してきている赤外検出器は、GaAs,InGaAs,InSb,PbS,PbSe,HgCdTe(MCT)など稀少金属や有害金属が構成元素に使われており、その代替え材料の研究は積極的に行われてこなかった経緯がある。本研究では、クラーク数が大きく、資源量が豊富な元素で構成されるβ-FeSi_2とMg_2Si系材料を用いて波長1.5-5μm域で使用できる赤外受光素子の開発を目的に研究を進めている。本年度はβ-FeSi_2のホモエピタキシャル成長とMg_2Si系のショットキー接合を中心に研究を進め以下の成果を得た。○基板の前処理方法を見直し、平坦生が高いβ-FeSi_2基板表面を再現性良く得られるようになった。○β-FeSi_2基板表面では、Siが主に自然酸化するため、超高真空中で熱処理で自然酸化膜を除去すると表面で局所的にSiが不足し、これが表面に異相を析出させる可能性が高いことがわかった。○分子線エピタキシーの際のFeとSiの供給比を、Fe:Si=1.0:2.0の比率で制御することで平坦生が高いホモエピタキシャル膜を得ることに成功した。○n形Mg2Si単結晶基板と金属電極との関係を調べ、Auでショットキー接合が得られる事を明らかにした。本年度はβ-FeSi_2のホモエピタキシャル成長におけるn形ドーピングとMg_2Si系への熱拡散、pn接合ダイオードの試作と評価を中心に研究を進め以下の成果を得た。○熱拡散によってMg_2Si単結晶基板にpn接合ダイオードを試作することに成功した。○pn接合ダイオードの整流性を確認し、波長2μm付近以下の受光感度特性を得ることに成功した。
高速逐次部分空間同定法によるフィードバック系の実時間変化検出法の開発

本研究は,フィードバックループ内に接続された対象を監視し故障などの動特性変化を実時間で検出するオンライン変化検出法の開発を目的とする.本研究では,対象の監視に用いる閉ループ部分空間同定法の漸近性と最適性を明らかにした.本研究成果について実機実験による検証を行い,台車系の変化検出,倒立振子台車系の同定実験や,無線操縦ヘリコプタの飛行高度制御系を用いた実験から,理論の実用性を示した.さらに,理論的解析と実機実験の両方で先行研究との比較を行い,提案手法の有効性を示した.本研究は,フィードバックループ内に接続された対象を監視し故障などの動特性変化を実時間で検出するオンライン変化検出法の開発を目的とする.本研究では,対象の監視に用いる閉ループ部分空間同定法の漸近性と最適性を明らかにした.本研究成果について実機実験による検証を行い,台車系の変化検出,倒立振子台車系の同定実験や,無線操縦ヘリコプタの飛行高度制御系を用いた実験から,理論の実用性を示した.さらに,理論的解析と実機実験の両方で先行研究との比較を行い,提案手法の有効性を示した.本研究の目的は,フィードバックループ内に接続された監視対象について,閉ループ系の観測可能な信号より故障等に起因する監視対象の動特性変化をリアルタイムで検出するオンライン変化検出法を開発することである.本年度は,主に,研究代表者が提案した閉ループ部分空間同定法の漸近的性質の解析に従事した.閉ループデータから同定対象の開ループ特性の抽出について,外生信号同士の無相関性の利用とフィードバック制御器の状態空間表現の擬似的な逆表現を求めることが重要であることがわかった.さらなる解析を継続して進める必要がある.また本年度において,提案手法の実システムへの応用に注力し,補助金により購入した倒立振子実験装置を用いた実機によるいくつかの検証実験を行った.まず,台車位置のフィードバック制御系に対して閉ループ同定実験を行い,閉ループ部分空間同定法を適用して良好な結果を得た,本結果は,第51回自動制御連合講演会にて口頭発表した.つぎに,台車系の同定モデルと振子の物理モデルより倒立振子のフィードバック制御系を設計し,そのコントローラを用いた倒立振子制御系に対して閉ループ同定実験を行い,閉ループ部分空間同定法より倒立振子系の同定モデルを求めることに成功した.なお,倒立振子系は,不安定な劣駆動系の典型例として同定が難しいことで知られている.本結果は,平成21年8月に行われるSICE Annual Conference 2009にて口頭発表予定である.また,開ループ系に対する高速逐次部分空間同定法による変化検出法を台車系に実装し実験を行い良好な結果を得た.本結果は,平成21年7月開催のIFAC SYSID 2009にて口頭発表とプロシーディングに採録が決定した.本研究の目的は,フィードバックループ内に接続された監視対象について,閉ループ系の観測可能な信号より故障等に起因する監視対象の動特性変化をリアルタイムで検出するオンライン変化検出法を開発することである.本研究課題では,閉ループ部分空間同定法(CL-MOESP法)のオンラインアルゴリズムを利用するため,その漸近的性質と最適性の理論的解明が必須である.とくに一致性は,変化検出時における変化箇所の特定において重要である.本年度の研究成果として,まず,CL-MOESP法の漸近的性質について閉ループ同定のいわゆるTwo-stageアプローチの観点から明らかにした.詳細には,同定対象を含む閉ループ系に雑音と無相関な外部励起信号を印加してシステム同定を行い,同定対象の入出力をその外部励起信号からなる空間へ直交射影することにより,フィードバックの影響を除去できて推定値が漸近的に一致することを示した.また,同定対象の次数推定の意味で確度の高いモデルが得られることを示した。さらに,有限個のサンプルデータを用いたときの推定値の最適性に関する諸性質について導出し,CL-MOESP法が重みつき行列最小2乗推定に帰着できることを示した,本研究成果について実機実験による検証も行い,台車系の変化検出,倒立振子台車系の同定実験や,無線操縦ヘリコプタの飛行高度制御系の閉ループ同定実験から,理論の実用性を確認した,とくに,倒立振子台車系とヘリコプタの同定実験では,直接法に基づく既存の閉ループ同定法と比較して,モデルの次数推定の点においてCL-MOESP法が優れた性質をもつことが実証された。本研究の目的は,フィードバックループ内に接続された監視対象について,閉ループ系の観測可能な信号より故障等に起因する監視対象の動特性変化をリアルタイムで検出するオンライン変化検出法を開発することである.また,統計学的検定法を適用するために,閉ループ部分空間同定法(CL-MOESP法)のオンラインアルゴリズムの漸近的性質と最適性の理論的解明が必須であった.本年度の研究成果として,変化検出に利用できる統計的性質の解析に関連し,CL-MOESP法の漸近性と最適性について検証した.CL-MOESP法がフィードバックの影響を受けることなく同定対象に対応するある推定値が漸近的に一致することと,同定対象の次数推定の意味で確度の高いモデルが得られることについて,他の研究者の先行研究であるPBSID法やSSARX法とシミュレーションおよび複数のシステム同定実験を通して比較した.台車系の変化検出,倒立振子台車系の同定実験や,無線操縦ヘリコプタの飛行高度制御系の閉ループ同定実験のすべてについて実験を積み重ね,結果として提案手法がモデルの次数推定の点において優れた性質をもつことを実証した.閉ループ系の変化検出法の開発に関連し,開発した高速逐次閉ループ部分空間同定アルゴリズムの更なる高速化について検討した.
若手アスリートに向けた健康教育アプリの教育効果に関する研究

多くの禁止薬物が指定されているアスリートには、常に`うっかりドーピング'の危険性がつきまとう。この問題を受け、申請者は先に実施した研究でアスリート独特の健康行動を解明し、特にアンチ・ドーピング教育を受ける機会の少ない若手アスリートに対して、従来の禁止薬物の情報提供に留まらない包括的な健康教育の必要性を見出した。本研究では、若手アスリート向けにスマートフォンの健康教育アプリを開発し、その教育効果を測定する。得られる結果は、将来のトップアスリート候補である若手アスリートの健全な身体づくりに必要な健康知識や行動の向上に寄与する。
末端酸化酵素選択的抗菌剤の開発と基質酸化機構の生化学的解析

好気的呼吸鎖のキノール酸化酵素を標的とする特異的抗菌剤の開発と基質酸化機構の解明を目的とした研究を進め、以下の成果を得た。1)キノール酸化部位:基質認識機構を解明するため、系統的に合成したユビキノン誘導体を用いて置換基の効果を検討した。大腸菌チトクロムboとチトクロムbdは、一次構造に全く相同性が無いにも関わらず、共に2-メトキシ基と5-メチル基の認識部位に立体的な制約を持つことが判明した。チトクロムboでは、6-イソプレニル基が結合親和性に関与することを見い出した。2)キノン結合部位:置換フェノールを用いた研究から、チトクロムboの高親和性キノン結合部位(Q_H)は、キノール酸化部位(Q_L)とは異なる認識機構を持つことが判明した。また、阻害剤での再構成実験と還元型酵素と酸素との反応の解析から、Q_Hは分子内電子移動を媒介することが判明した。3)キノール酸化酵素の新規阻害剤:アンチマイシンA、ロテノン、カプサイシンなどの誘導体を合成し、アンチマイシンA誘導体の中に強い阻害活性を示すものが存在することを見い出した。4)抗菌活性と耐性変異:本研究で同定した新規阻害剤の中で、3種類のキノンアナログが大腸菌の好気的増殖を抑制する抗菌剤として使用できることを確立した。更に、チトクロムboの耐性変異株を取得し、その解析を行った。本研究から、チトクロムboではサブユニットIIのQ_Lで2電子酸化が起こり、Q_HはサブユニットIの低スピンヘムに逐次的に1電子伝達を行うのみならず、リザーバーとして電子移動を調節することが示唆された。5)酵素複合体の構造:サブユニットIVの置換変異と復帰変異の解析、架橋実験から、本酵素の構造は土壌細菌のチトクロムc酸化酵素に類似することを明らかにした。また、6Åの反射を示す結晶を得、現在、構造決定のために結晶化条件を検討している。1)新規の末端酸化酵素選択的抗菌剤を開発・スクリーニングするために、ユビキノン、アンチマイシンおよびカプサイシン誘導体の系統的合成を行った。2)阻害剤作用部位の分子構造を解明するために、bo型ユビキノール酸化酵素のみを発現する大腸菌株を用いてベンゾキノンおよび置換フェノールの耐性変異株を取得し、阻害スペクトルを明らかにするとともに変異部位がサブユニット2の膜貫通領域近傍に存在することを示す予備的な結果を得た。3)大腸菌bo型ユビキノール酸化酵素の高親和性基質結合部位(Q_H)が2電子還元を受け、また、セミキノンラジカルを安定化できることを明らかにし、基質酸化部位から低スピンヘムへbヘの電子移動を媒介できることを示した。4)活性評価システムを用いて、野生型酵素、Q_H部位欠失酵素、および金属中心欠失酵素における反応機構を解析し、Q_H部位が分子内電子移動に必須であることを示した。5)ユビキノンおよびアンチマイシン誘導体を用いて、大腸菌チトクロムbo型ユビキノール酸化酵素およびbd型ユビキノール酸化酵素の基質結合部位の構造活性相関研究を行い、また、抗菌活性を持つことを見い出した。6)ユビキノン誘導体およびカプサイシン誘導体を用いて、大腸菌グルコース脱水素酵素とウシ心筋NADH脱水素酵素のキノン還元部位の構造特性の差異を明らかにした。7)プロトンポンプ能を持つウシ心筋、ジャガイモおよび大腸菌のNADH脱水素酵素とポンプ能の無いNADH脱水素酵素を用いて、カプサイシン誘導体の阻害活性を検討した。

また、6Åの反射を示す結晶を得、現在、構造決定のために結晶化条件を検討している。好気的呼吸鎖のキノール酸化酵素を標的とする特異的抗菌剤の開発と基質酸化機構の解明を目的とした研究を進め、以下の成果を得た。1)キノール酸化部位:基質認識機構を解明するため、系統的に合成したユビキノン誘導体を用いて置換基の効果を検討した。大腸菌チトクロムboとチトクロムbdは、一次構造に全く相同性が無いにも関わらず、共に2-メトキシ基と5-メチル基の認識部位に立体的な制約を持つことが判明した。チトクロムboでは、6-イソプレニル基が結合親和性に関与することを見い出した。2)キノン結合部位:置換フェノールを用いた研究から、チトクロムboの高親和性キノン結合部位(Q_H)は、キノール酸化部位(Q_L)とは異なる認識機構を持つことが判明した。また、阻害剤での再構成実験と還元型酵素と酸素との反応の解析から、Q_Hは分子内電子移動を媒介することが判明した。3)キノール酸化酵素の新規阻害剤:アンチマイシンA、ロテノン、カプサイシンなどの誘導体を合成し、アンチマイシンA誘導体の中に強い阻害活性を示すものが存在することを見い出した。4)抗菌活性と耐性変異:前年度の研究で同定した新規阻害剤の中で、3種類のキノンアナログが大腸菌の好気的増殖を抑制する抗菌剤として使用できることを確立した。更に、チトクロムboの耐性変異株を取得し、その解析を行った。本研究から、チトクロムboではサブユニットIIのQ_Lで2電子酸化が起こり、Q_HはサブユニットIの低スピンヘムに逐次的に1電子伝達を行うのみならず、リザーバーとして電子移動を調節することが示唆された。5)酵素複合体の構造:サブユニットIVの置換変異と復帰変異の解析、架橋実験から、本酵素の構造は土壌細菌のチトクロムc酸化酵素に類似することを明らかにした。
活性酸素による血管機能障害とその防御

1.ラットから摘出した胸部大動脈を用い、その内皮依存性血管拡張反応の加齢による変化を脂質過酸化との関連から調べるとともに食餌性ビタミンEの防御効果について検討した。その結果、(A)加齢に伴って血清中の過酸化脂質量が増加するとともに内皮依存性の血管拡張反応が減弱すること、また(B)ビタミンEの欠乏により過酸化脂質の増加および血管拡張能の減弱が一層促進され、逆にビタミンEの負荷は加齢による過酸化脂質の増大を抑制するとともに血管拡張能が低下するのを防止すること、さらに(C)摘出した血管切片をin vitroで脂質過酸化誘導系に曝すと血管拡張反応が減弱すること、(D)この減弱はビタミンE負荷ラットに比べてE欠乏ラットの血管で著しいことなどが明らかになった。2.(A)ラットの脊髄圧迫虚血および再潅流による運動機能障害、並びに(B)妊娠ラットの子宮動静脈結紮虚血および再潅流による胎仔仮死の発症過程に活性酸素や脂質過酸化が関与すること、ビタミンEは抗酸化的にこれらの障害を抑制することなどを明らかにした。これらの知見は、老化による血管機能の低下や、虚血など活性酸素や脂質過酸化と関わりをもつことが推測される血管障害の防止ならびにその予防・治療薬の開発に大きな手掛かりを与えるものと思われる。3.活性酸素による膜障害の基礎的研究として、鉄錯体によるモデル膜の脂質過酸化反応の誘導には(1)過酸化脂質や過酸化水素に依存するものと、(2)過酸化物に依存しない二つの機構があることを見いだし、用いた種々のキレ-タ-のうち、発癌作用のあるニトリロトリ酢酸の鉄錯体がどちらの機構による過酸化反応の誘導にも最も強い活性を示したことから、その発癌の過程に活性酸素や脂質過酸化の関与することが示唆された。1.活性酸素による膜障害の基礎的研究として、種々のキレ-タ-と錯体を形成した鉄イオンによって誘導されるモデル膜の脂質過酸化反応について検討を行い、過酸化の誘宿には(1)過酸化脂質や過酸化水素に依存するものと、(2)過酸化物に依存しない二つの機構があることを見い出した。さらに,これらの過酸化反応の機序、並びにそれらを効果的に抑制するビタミンEの抗酸化機序を明らかにした。また、用いたキレ-タ-のうち、発癌作用を有するニトリロトリ酢酸が(1)(2)両反応の誘導やヒドロキシラジカルの生成に対して最も強い活性を示したことから、その発癌建程に活性酸素や脂質過酸化の関与することが強く示唆された。2.老化に伴って減弱する内皮依存性の血管拡張反応を、過酸化脂質との関連から調べるとともに食餌性ビタミンEの防御効果について検討した。その結果、(1)ヒスタミンによる内皮依存性の(a)血管拡張反応ならびに(b)cGMPの産生が加齢によって低下するのを食餌性ビタミンEが抑制すること、(2)ニトロプルシッドによる内皮非依存性のそれらは食餌性ビタミンEによって影響を受けないこと、(3)加齢に伴って血中の過酸化脂質が増加するのを食餌性ビタミンEが抑制することなどを明らかにした。3.雌ラット子宮静脈の結紮による虚血障害を検討した結果、胎仔仮死の指標として測定した胎仔心泊数の回復能の低下と組織中の過酸化脂質量の増大との間に良い相関のあることや、ビタミンEの負荷により過酸化脂質量の増大が抑制されるとともに胎仔心泊数が良好な回復を示すことを見い出した。これらの点が明らかにされたことは、活性酸素や脂質過酸化と関わりをもつことが推測される疾患(そのほとんどが成人病である)の防止ならびにその治療薬の開発に大きな手がかりを与えるものと思われる。

1.膜脂質の酸化障害の基礎的研究として、アスコルビン酸と2価鉄による卵黄レシチンリポソ-ム膜の脂質過酸化反応の機序について検討を行い、(1)内存するごく微量の過酸化脂質が脂質過酸化誘導の引き金になることを明らかにした。また(2)(a)過酸化はラジカルの連鎖的な反応によって進行する化学的な機序と、(b)過酸化の引き金は膜表面で、また連鎖反応は膜内奥部で進行することや、内奥部で生成した過酸化脂質が膜表面に浮上して再度誘導反応に関与することなど、ダイナミックに反応が進行する物理化学的な機序を明らかにした。2.前年度の研究で、加齢(4→40週齢)に伴ってラットの血清過酸化脂質が増加するとともに内皮依存性の血管拡張反応は減弱する(内皮非依存性の血管拡張反応はほとんど影響を受けない)ことが明らかにされたので、今年度は、ラットから摘出した胸部大動脈の血管切片をin vitroで脂質過酸化誘導系(2価鉄とアスコルビン酸)に曝した時の影響を調べ、あわせて食餌性ビタミンEの防御効果について検討を行った。その結果、(1)2価鉄とアスコルビン酸で前処理された血管切片では、ヒスタミンによるcGMPの産生が低下し、それに伴い内皮依存性の血管拡張反応が減弱するのに対して、ニトロプルシドによる内皮非依存性の血管拡張反応並びにcGMPの産生はほとんど影響を受けないこと、(2)ビタミンE欠乏ラットから摘出した血管切片の場合、2価鉄とアスコルビン酸とのインキュベ-トにより血管組織中の過酸化脂質は著しく増加すること、また内皮依存性血管拡張反応の減弱ならびにcGMP産生能の低下もコントロ-ルラットのそれに比べて著しいことなどを見いだした。これらの点が明らかにされたことは、虚血などの活性酸素や脂質過酸化と関わりをもつことが推測される血管障害や、老化による血管機能の低下を防止・治療する薬物の開発に大きな手がかりを与えるものと思われる。
iPS細胞移植による機能的神経回路網再建および悪性脳腫瘍治療法に関する基礎的研究

iPS細胞を用いた細胞療法に注目が集まっているが、移植後の拒絶反応や腫瘍形成など問題点が多い。本研究では改良した方法を用いて、安定した自殺遺伝子導入ヒトiPS細胞を樹立した。神経幹細胞に分化した同細胞をマウス脳内に移植したところ、脳内に生着し生存した。また薬物投与にて細胞除去する事が出来た。同細胞を悪性脳腫瘍モデル動物に移植したところ、腫瘍の縮小と生存延長を認めた。以上より、開発した細胞の治療用幹細胞としての有用性が示された。本研究の最終目標はヒト幹細胞を用いた1脳血管障害に対する再生医療の確立と2悪性脳腫瘍治療法の開発である。臨床応用への実現性を考慮し、移植細胞(ドナー細胞)としてヒトiPS細胞およびiPS細胞由来神経幹細胞を用いた実験などで下記の成果を得た。次いでヒトiPS細胞の移植を計画した。しかし、iPS細胞は腫瘍化傾向があるため神経上皮型幹細胞へ分化させて移植細胞として用いる事にした。現在、既報(Oki et al.: Stem Cells 30: 1120-1133, 2012; Falk et al.: PLoS One 7:e29597)などに準じて、安定・効率的な神経上皮型幹細胞への分化方法を試行している。また移植時の免疫抑制法やヌードラットでの脳梗塞モデル作成を検討している。2マウス線条体内にマウス脳腫瘍幹細胞を移植し脳腫瘍モデルを作成した。移植した全個体で腫瘍細胞の生着を認め、移植後4ー5週間で腫瘍増大により動物は死亡した。以上より、安定したマウス悪性脳腫瘍モデル作成を確立した。今後、神経幹細胞移植を行っていく予定である。3)悪性脳腫瘍に対する遺伝子細胞治療法開発:In vitroにてmouse iPS cell由来TSC-NSCはU87, U251をGCV連日投与7日でほぼ死滅させた。human iPS-NSC由来TSCに関しても上記同様の効果を確認した。In vivoでは、ヒト悪性脳腫瘍モデル動物として、ヌードマウスにU87, U251、ヒト脳腫瘍幹細胞であるHG008を1×105個移植しモデルとして確立した。U87を用いた悪性脳腫瘍モデルマウスにhuman iPS-NSC由来TSCを移植しGCV投与したところ、平均生存期間は対照群19.3日、治療群は33.8日と統計学的に有意に延長し、カプランマイヤー生存曲線でも有意に延長した。治療用幹細胞は樹立され、in vitroおよびin vivo両者において悪性脳腫瘍モデルに対する治療効果も確認出来た。しかし、治療用幹細胞を再生医療で用いるために必須条件である長期生存及び安全性の確認、更には脳梗塞モデルでの治療効果の検討が遅れている。2)脳血管障害に対する再生治療開発片側中大脳動脈閉塞(middle cerebral artery occlusion, MCAO)モデル作成および行動学的評価法が可能となった。このモデルに対し梗塞7日後に上記TSCを病側線条体に移植した。全例生存し現在行動学的評価と組織学的・免疫組織化学的評価を施行中である。3)悪性脳腫瘍に対する遺伝子細胞治療法開発In vitroにてmouse iPSC由来TSC-NSCおよびhuman iPS-NSC由来TSCは、GCV連日投与7日でU87, U251をほぼ死滅させた。In vivoでは、U87を用いた悪性脳腫瘍モデルマウス(ヌードマウス)にhuman iPS-NSC由来TSCを移植してGCV投与すると、平均生存期間は対照群19.3日(n=6)、治療群は33.8日(n=6)と統計学的に有意に延長した。カプランマイヤー生存曲線でも有意に延長を認めた。またIVIS (in vivo imaging system)による頭蓋内脳腫瘍細胞の観察でも、対照群では腫瘍増大(細胞増殖)を認めるのに対し、治療群では腫瘍体積の著明な減少を認めた。以上より、開発したヒトiPS細胞由来治療用幹細胞の有用性が証明された。神経移植法、脳梗塞モデル(中大脳動脈閉塞モデル)、悪性脳腫瘍モデルに関しては安定したモデル動物作成が可能となり、その行動学的評価方法も確立された。しかし、治療用移植細胞の選定と安定した細胞確保が確立されておらず、本格的な細胞移植による治療効果の検討に入っていないため。治療用幹細胞の安全性の確認、脳梗塞モデルに対する治療効果の検討を進める。また、悪性脳腫瘍ならびに脳梗塞に対する治療効果、更にはその機序に関する検討も同時に進めていく。更には将来の臨床応用に向け、より安全でquality controlが容易である治療用幹細胞の作成に意を注ぎたい。脳神経外科、神経移植移植ドナー細胞(治療用移植細胞)として考えているiPS細胞由来神経上皮型幹細胞の安定した分化・培養系の確立が急務である。同時に移植後の安全性も検討が必要で有り、早期の正常動物への移植を開始する。

また平行して、脳梗塞モデル動物および悪性脳腫瘍モデル動物の作成も行い、移植細胞による疾患への影響を検証する。本年度、TSC(治療用幹細胞)作成、腫瘍モデル(in vitro, in vivo)を中心に施行した。脳梗塞モデルなど動物モデルへの注力が少なく、次年度への残額が発生、上記結果となった。移植細胞の安定した分化・培養系が確立されておらず、移植実験計画が予定通りに進まなかったため、次年度使用額として計上した。本年度は脳梗塞、脳腫瘍モデル動物を用いたin vivoの実験を中心に施行する予定である。また生体内での振る舞いを見るために、slice culture等の実験系も合わせて行う予定である。次年度において移植実験を行って行く予定であり、実験動物購入や飼育費に充当する予定である。
IP_3Rと会合する新規チロシンリン酸化基質BANKによる細胞増殖制御機構の解明

本研究では非受容体型チロシンキナーゼの生理機能を明らかにすることを目的として、チロシンキナーゼ標的分子の解析をおこなった。そのうちのひとつBANKについて、B細胞への過剰発現によりB細胞抗原受容体刺激後の細胞内プールからのカルシウム動員を調節することを明らかにしてきた。本年度の研究実績の概略は以下のようである。1、BANKはIP_3受容体と会合するが、この会合に必要なBANKのアミノ酸領域を明らかにした。この領域は、ショウジョウバエにおけるBANK類縁分子Dofの機能ドメインとも一致することが明らかになった。BANKファミリーのタンパク質はankyrin repeatとcoiledcoil領域のみが特徴的なモチーフ構造であるが、これらとは違う新しいDBBドメイン(BANK-BCAP-Dofドメイン)の存在を明らかにし、IP_3受容体機能制御との関連を示唆した。Dofは従来Grb2との会合によりシグナルを伝えられると考えられていたが、これらの結果からBANKファミリーは全てIP_3受容体を調節することで機能していると考えられる。2、BANKのマウスオルソログをクローニングし、アミノ酸配列を明らかにした。またマウスBANKに対する特異的な抗体を作成し、他のシグナル伝達分子との相互作用について検討した。さらにBANKの染色体構造を明らかにし、BANK遺伝子欠損マウスの作成の進行を試みた。3、BANKの類縁分子を探す過程においてBANKと同様にチロシンリン酸化される新規タンパク質NYAN1を同定した。NYAN1に対する特異的抗体を作成し、NYAN1もまたチロシンリン酸化されていることを確認した。さらにNYAN1遺伝子欠損マウスを作製し、NYAN1がp85を介するPI3Kの活性化に関して最も重要な分子ファミリーを形成することを明らかにした。2、BANKのマウスオルソログをクローングし、アミノ酸配列を明らかにした。
活性化大網培養上清を用いた難治性創傷治癒に与える影響に関する基礎的研究

大網培養上清の回収:大網の活性化は、Litbarg NOらの報告に従い、マウスの腹腔内にポリデキストラン粒子を注入して大網の活性化を行った。マウス腹部より大網を採取し、器官培養12日目の大網培養上清および活性化大網培養上清をそれぞれ回収した。大網培養上清の特性解析:大網培養上清中に発現するmRNAやタンパク質を網羅的に解析するため、回収した培養上清からcDNAおよびタンパク質を抽出し、DNAマイクロアレイおよびタンパク質アレイを行い、ACDC、PPARGなどの発現を確認した。また培養上清中のエクソソームを回収し、電子顕微鏡やフローサイトメトリーを行、CD9、63、81発現をする小胞を確認した。動物モデルの作成:放射線潰瘍モデルは、Tsumano Tらの報告(J Plast Surg Hand Surg. 47(2):83-8,2013.)に従い、マウス下肢に放射線を照射し、放射線潰瘍を作成した。昨年までの20Gyでは創にばらつきがあり、創治癒自体にばらつきが有ったため、50Gyまであげて作製した。これにより創自体は安定したため、大網上清を潰瘍部に注入したが、死亡するマウスが少なくなく、さらなる改良が必要であると判断した。また、骨髄炎モデルは、Horst SAらの方法(Am J Pathol 181:1206ー11;1214,2012.)に従い、C57BL/6尾静脈に黄色ブドウ球菌6850株を投与した。昨年より継続して行っているが、モデルの安定化に現時点でも難渋している。神経欠損モデルは坐骨神経に5mmの欠損を作成し、大網上清を含ませた人工神経を置換した。現在サンプル採取を待機している。文献に従い放射線潰瘍モデルとして、C57BL/6の下肢に放射線を照射4週間後に5mmパンチで皮膚全層欠損を作成し、10日目を潰瘍モデルとした。昨年までに20Gyで行っていたが創治癒自体が安定せず、50Gyまで上げ潰瘍自体は安定してきたが、実験途中で死亡するマウスが出てきてしまい、モデルの確立に難渋している。同様に安定した骨髄炎モデル作成に難渋しているため。放射線潰瘍モデル・骨髄炎モデルに関しては、引き続きモデルの安定化をはかり、実験を進められるようにしていく。神経モデルに関しては結果の解析を予定通り行う。その結果を学会発表・論文投稿していく予定である1大網培養上清の回収:大網の活性化は、Litbarg NOらの報告に従い、C57BL/6マウスの腹腔内にポリデキストラン粒子を注入して大網の活性化を行った。マウス腹部より大網を採取し、20%FCS添加DMEM/F12 3mLを用い、24well culture inset内で器官培養を行った。培地交換は1日おきで行い、培養13日目までは大網の形質を維持していたが、個体差を若干認めた。Day2、4、6、8、10、12で大網培養上清および活性化大網培養上清をそれぞれ回収した。2大網培養上清の特性解析:大網培養上清中に発現するmRNAやタンパク質を網羅的に解析するため、1にて回収した培養上清からcDNAおよびタンパク質を抽出し、DNAマイクロアレイおよびタンパク質アレイを行っており、現在結果を解析中である。また培養上清中からエクソソームを回収した。透過型電子顕微鏡にて二層の小胞を確認、フローサイトメトリーでCD9,CD63,CD81の発現を確認し、エクソソームの同定を行った。今後このエクソソーム中のmiRNAを解析する予定である。3活性化大網培養上清の創傷治癒関連細胞に与える影響のin vitro評価法の基礎実験:a)線維芽細胞:細胞遊走能をscratch assayにて評価予定である。そのための予備実験を行った。b)血管内皮細胞:大網培養上清添加の有無による、血管内皮細胞の血管新生に対する影響をtube- formation assayにて行う予定である。Matrigel上に血管内皮細胞を播種し、2日後にCalcein AMにて染色し、共焦点レーザ顕微鏡で管腔形成を観察できたマイクロアレイ解析に時間がかかっているため。マウス腹部より大網を採取し、器官培養12日目ので網培養上清および活性化大網培養上清をそれぞれ回収した。大網培養上清の特性解析:大網培養上清中に発現するmRNAやタンパク質を網羅的に解析するため、回収した培養上清からcDNAおよびタンパク質を抽出し、DNAマイクロアレイおよびタンパク質アレイを行い、結果を得た。また培養上清中のエクソソームを回収し、電子顕微鏡やフローサイトメトリーを行い同定後定量を行ったが、想定した量を得るには相当量の培地が必要であり、miRNA解析は次年度へ持ち越すことにした。動物モデルの作成:放射線潰瘍モデルは、Tsumano Tらの報告(J Plast Surg Hand Surg. 47(2):83-8,2013.)に従い、マウス下肢に15Gyの放射線を照射し、放射線潰瘍を作成したが、創治癒自体にばらつきがあり、改良が必要であると判断した。

また、骨髄炎モデルは、Horst SAらの方法(Am J Pathol 181:1206ー11;1214,2012.)に従い、C57BL/6尾静脈に黄色ブドウ球菌6850株を投与し作成したが、マウス自体の致命率も高く、追加実験を行いブドウ球菌の投与量伸して机下を検討中である。神経欠損モデルは坐骨神経に5mmの欠損を作成し、人工神経を置換したが、術後の麻痺から回復期までは十分観察でき、すぐにも実験を行える状態である。文献に従い放射線潰瘍モデルとして、C57BL/6の下肢に50Gyの放射線を照射4週間後に5mmパンチで皮膚全層欠損を作成し、10日目を潰瘍モデルとしたが、創治癒自体が安定せず、モデルの確立に難渋している。同様に安定した骨髄炎モデル作成に難渋しているため。大網培養上清の回収:大網の活性化は、Litbarg NOらの報告に従い、マウスの腹腔内にポリデキストラン粒子を注入して大網の活性化を行った。マウス腹部より大網を採取し、器官培養12日目の大網培養上清および活性化大網培養上清をそれぞれ回収した。大網培養上清の特性解析:大網培養上清中に発現するmRNAやタンパク質を網羅的に解析するため、回収した培養上清からcDNAおよびタンパク質を抽出し、DNAマイクロアレイおよびタンパク質アレイを行い、ACDC、PPARGなどの発現を確認した。また培養上清中のエクソソームを回収し、電子顕微鏡やフローサイトメトリーを行、CD9、63、81発現をする小胞を確認した。動物モデルの作成:放射線潰瘍モデルは、Tsumano Tらの報告(J Plast Surg Hand Surg. 47(2):83-8,2013.)に従い、マウス下肢に放射線を照射し、放射線潰瘍を作成した。昨年までの20Gyでは創にばらつきがあり、創治癒自体にばらつきが有ったため、50Gyまであげて作製した。これにより創自体は安定したため、大網上清を潰瘍部に注入したが、死亡するマウスが少なくなく、さらなる改良が必要であると判断した。また、骨髄炎モデルは、Horst SAらの方法(Am J Pathol 181:1206ー11;1214,2012.)に従い、C57BL/6尾静脈に黄色ブドウ球菌6850株を投与した。昨年より継続して行っているが、モデルの安定化に現時点でも難渋している。神経欠損モデルは坐骨神経に5mmの欠損を作成し、大網上清を含ませた人工神経を置換した。現在サンプル採取を待機している。文献に従い放射線潰瘍モデルとして、C57BL/6の下肢に放射線を照射4週間後に5mmパンチで皮膚全層欠損を作成し、10日目を潰瘍モデルとした。昨年までに20Gyで行っていたが創治癒自体が安定せず、50Gyまで上げ潰瘍自体は安定してきたが、実験途中で死亡するマウスが出てきてしまい、モデルの確立に難渋している。マイクロアレイ解析の結果を待つ間に、他の予備実験を先に行い、時間の短縮を図るまずは順調な神経欠損モデルの実験を行い、その結果を解析する。また放射線潰瘍モデル・骨髄炎も出るに関しては、引き続きモデルの安定化をはかり、実験を進められるようにしていく。その結果を学会発表・論文投稿していく予定である放射線潰瘍モデル・骨髄炎モデルに関しては、引き続きモデルの安定化をはかり、実験を進められるようにしていく。神経モデルに関しては結果の解析を予定通り行う。
ゲノムワイドな遺伝子ネットワーク解析による脊索動物の発生と進化のシステム的理解

カタユウレイボヤは脊椎動物とともに脊索動物門を構成する動物である。本研究では、ゲノムの情報に基づく手法によって、卵内に蓄えられた母性因子は5つの異なる遺伝子ネットワークの初期状態を作り出すことを明らかにし、そこから始まる胚発生の遺伝子ネットワークを時間的・空間的に調節する機構を解析した。脊椎動物の頭部プラコードの誕生に関わった可能性のある遺伝子回路の発見し、動物の背腹軸決定に使われるシグナル分子Admpに特異的なアンタゴニストPinheadの同定した。Admp-Pillheadの遺伝子ペアが進化の上でゲノム上で隣接する位置に保存されてきた背景にある新奇転写抑制機構を明らかにした。本研究はホヤ胚を用いて発生を支配する遺伝子ネットワークを理解しようというものである。本年度は、母性因子によってどのように胚性の調節因子の発現が制御され16細胞期で特定のパターンを作り出すのかを調べた。母性に発現する転写因子を網羅的に解析する予定であったが、実験を進めると16細胞期の発現に影響を与える因子が予想外に多いことが分かり、未知の原因による実験上のアーティファクトである可能性も考えられた。そのためアプローチを変え、16細胞期胚で活性化される調節因子についてすべてプロモータ解析を行いつつある。また、胚性の遺伝子ネットワークについては、すでに得られていた結果に実験を追加し、11個の転写因子についてクロマチン免疫沈降実験の結果を基に初期胚のコアとなるネットワークを明らかにした。タンパクレベルでの挙動を調べるため、ホヤの転写調節因子約600個をGatewayベクターにクローニングし、準備を整えた。また、初期胚において細胞単位での遺伝子発現パターンを知るために、単離割球を用いたマイクロアレイ解析を行っている。本年度は8細胞期および16細胞期の一部まで解析を終えた。得られたデータをもとに数値化を行い、一部についてin situ hybridizationやRT-qPCRによってフォローアップの実験を行った。以上の解析によって、ホヤ初期胚における遺伝子ネットワークを包括的に理解するための基礎的な足がかりを作ることに成功した。本年度の研究内容を項目別に分けて記す。(1)母性因子によってどのように胚性の調節因子の発現が制御され16細胞期で特定のパターンを作り出すのか、を調べるため、816細胞期で特異的に発現を開始する遺伝子のプロモーター解析を行った。対象とする16個の遺伝子のうち5個の解析をほぼ終えた。今後はここで明らかになったメカニズムが残りの11個の遺伝子にも当てはまるのか、どうか調べ、母性因子による胚性の遺伝子ネットワークの開始機構の全体像を明らかにする必要がある。(2)母性因子の転写調節機構を網羅的に明らかにするため、特に重要な働きをすることが明らかになっている母性転写因子5個について、ポリクローナル抗体を作成し、免疫沈降実験を行った。5因子のうち3因子の解析が完了した。(3)初期胚での遺伝子発現の全体像を明らかにするため、昨年度に引き続き、初期胚の単一割球を単離し、マイクロアレイで解析する実験を進めた。16細胞期のすべてと、32細胞期胚の7割球対(全部で16割球対)について解析を終えた。16細胞期で割球特異的に発現をする遺伝子のいくつかについて、機能の解析を進め、割球特異的に細胞の分裂に関わる因子を同定した。(4) 32細胞期の遺伝子の発現パターンはそれ以前の胚における遺伝子発現を基に決まる。以上の結果を基に論理的に可能な制御関係を洗い出し、その関係があるのか無いのか、実際に調べた。動物極側割球の発現について特に解析を進めており、その分子メカニズムが網羅的に明らかになりつつある。(5)以上の情報を統合して理解し、その成果を公開するための手段として、これまでに開発したGhostデータベースの拡充を図った。(1)母性因子によってどのように胚性の調節因子の発現が制御され16細胞期で特定のパターンを作り出すのか、を体系的に調べている。816細胞期で特異的に発現を開始する16個の遺伝子のうち、5個の解析を昨年までに終えたが、今年度はさらに5個の遺伝子の解析を行った。残りの6個の遺伝子の解析を続けることで母性因子による胚性の遺伝子ネットワークの開始機構の全体像を明らか出来る予定である。(2)昨年度までの解析で、発生の遺伝子ネットワークの中では遺伝子の発現の開始だけでなく、mRNAの寿命が広範に制御されていることが明らかになってきたので、脊索をモデルケースとして、遺伝子ネットワークにおけるmRNAの寿命制御に関する研究を行い、単一の転写因子の標的遺伝子群の中でもmRNAの寿命がそれぞれの機能に応じて広範に制御されていることを見出した。

(3)初期胚での遺伝子発現の全体像を明らかにするため、昨年度に引き続き、初期胚の単一割球を単離し、マイクロアレイで解析する実験を進めた。全体のコントロールとして全胚を用いたマイクロアレイ解析も行ったが、ホヤの母性遺伝子のうち少なくとも2000程度が個体によって異なる発現パターンを示すことがわかり、既存のデータを見直すと共に詳細なデータを取った。(4)32細胞期の遺伝子発現パターンを体系的に説明するため、考えうるすべてのシグナルリガンドのノックダウン、ダブルノックダウンを行った。実験結果を解釈するためのモデル構築を試み、その雛形を作成することに成功した。(5)2002年に決定したホヤゲノムは米国産個体のゲノムである。ホヤゲノムは多型が非常に多く、それが実際に解析の障害になっていたので、実際に実験に使っている集団内のゲノム多型を調べ、基礎データを補強した。(1)個体差による母性因子の発現量の違いという予想外の結果を昨年度までに得たので、その結果を実験的にさらに確認した。また、初期胚において胚性のゲノムから発現する遺伝子の網羅的な解析によって、遺伝子ネットワークの開始の時点で、10種類の異なる遺伝子発現パターンが作られることを明らかにした。(2)母性因子によってどのように胚性の調節因子の発現が制御され16細胞期で特定のパターンを作り出すのか、を体系的に調べた。以前の研究成果は、動物極側はGATA、植物極側はβ-catenin/TCF、後方はmacho-1によって決定されることを示している。一方で、なぜ、植物極側で動物極側の遺伝子が発現しないのか、などの問題は未解明であり,どのようにして遺伝子ネットワークが開始するかの全体像がわかっているわけではなかった。TCFは、β-cateninとの相互作用に加え、GATAとも協調して働くことで、動物極・植物極の違いをつくりだす新奇の相互作用を見出し、前出の10種類の初期胚の遺伝子発現パターンのほとんどを説明できるようになった。(3)昨年度までに明らかにした32細胞期の神経誘導に関わる5つのシグナル経路の働きを説明する論理式を明らかにするための、理論的な手法を開発した。この手法では分子の濃度の違いは、実際の濃度を測定することなく、胚の三次元構造をもとにして予測しており、汎用性が高い。この解析によって、ホヤの神経誘導は分泌性のタンパク質ではなく、膜タンパク質による接触性のシグナルタンパク質が重要であることを見出し、実験によってその予測を実証した。(4)昨年度までにAdmpとPinheadの遺伝子対に予期せぬ新奇の転写調節機構を見出したので、同様の機構が他の遺伝子対にも存在している可能性について、検討を加えた。ゲノムの解析と発現パターンの解析から、同様の調節機構を持つ可能性がある遺伝子対を同定した。(1)母性因子によってどのように胚性の調節因子の発現が制御され16細胞期で特定のパターンを作り出すのか、を体系的に調べている。