hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
半導体量子細線成長における金属触媒の機能の原子レベルでの解明

半導体ナノワイヤは、次世代光・電子デバイスや高効率太陽電池などへの応用可能性とともに、その異方的な形状により、結晶成長の観点からも注目を集めている。半導体量子細線の代表的な成長方法に、金などの金属液滴を触媒としたVapor-Liquid-Solid(VLS)成長がある。この成長において特異的なのは、金属液滴と結晶の界面が成長フロントとなっていることである。このような液体中に誘起された秩序構造は、本質的に乱れを含むこと、および秩序の存在する範囲が自明でないことから、通常おこなわれているような、構造モデルをあらかじめ仮定し、構造最適化する解析方法を適用しにくい。そこで本研究では、放射光施設SPring-8・BL11XUに設置されている化合物半導体成長装置とX線回折計とを一体化した設備を用いて測定したX線CTR(Crystal Truncation Rod)散乱プロファイルのデータに、モデルフリーの構造解析手法であるCTRホログラフィーによる解析を適用することにより、液体/結晶界面の三次元的な電子密度分布を決定した。この結果は、金属液滴を触媒とする量子細線の成長メカニズムの理解に有益であるだけでなく、CTRホログラフィーが固液界面の液体側に形成した不完全な配列構造の解析にも有効であることを示したという意義もある。半導体ナノワイヤのデバイス応用の観点からは、組成の制御によってバンドギャップを変化させることができるInGaAsナノワイヤの成長が重要である。金触媒を用いたInAsおよびInGaAsナノワイヤ成長のその場X線回折測定により、成長条件の最適化をおこなった。28年度が最終年度であるため、記入しない。次世代光・電子デバイスや高効率太陽電池などへの応用可能性から、金などの金属液滴を触媒とした半導体量子細線の成長が、近年、注目を集めている。この結晶成長において特異的なのは、金属液滴と結晶の界面が結晶成長の活性サイトとなっていることである。本研究では、放射光施設SPring-8・BL11XUに設置されている化合物半導体成長装置とX線回折計とを一体化した設備を用い、金属液滴/結晶界面の構造をその場X線回折測定した。本年度は、まず、金触媒GaAs量子細線の構造多形形成メカニズムを調べた。GaAsは、バルク結晶では閃亜鉛鉱構造(ZB)が最安定であるのに対し、量子細線の状態では、ウルツ鉱構造(WZ)などを含む構造多形を示すことが知られている。その場放射光X線回折による結果から、(1) ZB上のWZ成長核、WZ上のZB成長核が形成するさいの高いエネルギー障壁の存在、(2)触媒液滴の形状変化が要因となるZB成長からWZ成長への変化を明らかにした。これらは、触媒界面の原子構造と触媒機能との相関を考える上で前提となる極めて有用な知見である。次に、GaAsとの界面に誘起される金触媒中の秩序構造を調べるため、X線CTR(Crystal Truncation Rod)散乱による解析をおこなった。測定されたX線CTR散乱プロファイルには、原子レベルの層状構造に由来する強度振動が認められ、GaAs基板上のAuGa触媒液滴内に層状の秩序構造が誘起されていることが確認できた。さらに、界面構造の三次元可視化を進めている。以上により、平成27年度の研究を通じて、金触媒GaAs量子細線の構造多形形成に関し、巨視的な熱力学的モデルに基づくメカニズムを解明するとともに、AuGa媒とGaAs基板の界面に形成される原子レベルの構造を確認できた。平成27年度は、放射光施設SPring-8・BL11XUに設置されている化合物半導体成長装置とX線回折計とを一体化した設備を用い、金触媒GaAs量子細線およびInAs量子細線成長時の金属液滴/結晶界面の構造をその場X線回折測定することを計画していた。さらに、そのデータに本学術領域で展開されるモデルフリー手法の一つである表面界面ホログラフィーを適用し、界面付近の触媒液滴液体中に誘起される秩序構造を明らかにすることを目指していた。年度途中において、必須の実験装置であるX線回折計が故障するというトラブルが発生し、実験の実施時期および予算執行に多少の変更を余儀なくされ、時間的な遅れが生じたものの、予定されていた測定の8割程度は実施することができた。ビームタイムの遅れにより完了できなかったInAs量子細線の測定は、今年度に実施できる見込みである。表面界面ホログラフィーによる解析は、本学術領域内での研究会などを通じ、各班員の協力を得ながら進めることができた。金属液滴/結晶界面の秩序構造の存在を確認できたほか、予想していなかった知見も得られ、当初の計画以上に進んだ。成果発表については、金触媒GaAs量子細線の構造多形形成メカニズムに関する原著論文の出版や、国際会議での発表などを通じて進めることができた。上記のように、本研究課題は、トラブルにより一部遅れた点もあるが、一方で当初の計画以上に進捗した点もあった。遅れた部分も次年度に取り戻しの可能な程度であり、総じて、順調に進展しているといえる。この成長において特異的なのは、金属液滴と結晶の界面が成長

フロントとなっていることである。このような液体中に誘起された秩序構造は、本質的に乱れを含むこと、および秩序の存在する範囲が自明でないことから、通常おこなわれているような、構造モデルをあらかじめ仮定し、構造最適化する解析方法を適用しにくい。そこで本研究では、放射光施設SPring-8・BL11XUに設置されている化合物半導体成長装置とX線回折計とを一体化した設備を用いて測定したX線CTR(Crystal Truncation Rod)散乱プロファイルのデータに、モデルフリーの構造解析手法であるCTRホログラフィーによる解析を適用することにより、液体/結晶界面の三次元的な電子密度分布を決定した。この結果は、金属液滴を触媒とする量子細線の成長メカニズムの理解に有益であるだけでなく、CTRホログラフィーが固液界面の液体側に形成した不完全な配列構造の解析にも有効であることを示したという意義もある。半導体ナノワイヤのデバイス応用の観点からは、組成の制御によってバンドギャップを変化させることができるInGaAsナノワイヤの成長が重要である。金触媒を用いたInAsおよびInGaAsナノワイヤ成長のその場X線回折測定により、成長条件の最適化をおこなった。平成27年度の研究を通じて、金触媒GaAs量子細線の構造多形形成に関し、巨視的な熱力学的モデルに基づくメカニズムを解明するとともに、AuGa触媒とGaAs基板の界面に形成される原子レベルの構造を確認できた。平成28年度はこの成果を基盤に、界面の三次元的な構造を確定し、本学術領域の理論班によるシミュレーションと連携することで、結晶と接する液体中に誘起される秩序構造に関する理解を深化させ、結晶成長メカニズムの解明につなげたい。GaAs量子細線については、温度依存性の測定をおこない、成長条件と界面構造との関係を明らかにする。InAs量子細線についても、GaAs量子細線の研究で確立された測定・解析手法を展開していく。なお、本研究でおこなっているヒ素化合物のMBE成長中のその場CTRホログラフィー解析は、GaAs量子細線だけにとどまらず、本学術領域内の別グループにより進められているMnAs膜のスピントロニクス研究にも非常に有効である可能性が浮上してきた。今後、同グループと連携し、MnAs成長のその場測定に応用する可能性を探る。28年度が最終年度であるため、記入しない。
新しいタイプのジルコニウム基マルテンサイト変態による形状記憶と超弾性の可能性

Zr-Co-X (X = Ni, Pd, Pt)合金において,熱弾性・非熱弾性の両特性を併せ持つマルテンサイト相が生成することで,簡易曲げ試験により約40%の形状回復率および引張試験により約2%程度の超弾性特性を有することがわかった。また本合金マルテンサイト相において新規な長周期積層構造が存在した。最新鋭の電子顕微鏡(HAADF-STEM)観察による微細構造解析の結果,6層周期の斜方晶構造(6O)を呈し,格子定数はそれぞれ,a = 0.34 nm, b = 0.45 nm, c = 1.53 nmであった。また空間群はImmmと決定された。本研究は新しいタイプのジルコニウム基マルテンサイト変態を利用して形状記憶と超弾性を見出すことが目的である。なかでもH25年度はNi元素の代替材として、Pdを用いたNiフリー形状記憶・超弾性合金について検討するとともに、それら特性を担うマルテンサイト相の微細構造解析を実施した。H24年度の研究成果を基にさらなる超弾性特性の向上を図るため、Zrに対してTiを置換したZr47.5Co37Ni13Ti2.5合金を作製し、それら簡易曲げ試験を行った。その結果、室温にて49%の超弾性特性と11%の形状記憶特性を示すなど計60%もの形状回復率が得られることがわかった。室温にて全伸び20%以上の高延性を有するZr50Co40Pd10合金をサイクル引張試験に供した。ひずみ1%毎に応力負荷と除荷を繰り返した結果、3回目以降では超弾性特性が発現し、それぞれ全伸び約5%および10%の応力負荷をかけたところ、各々0.3%および0.8%程度の超弾性回復が得られた。しかしながら本合金の逆変態開始温度が室温近傍であったことから、形状回復率のさらなる向上にはPd量を減少させて逆変態開始温度の低下を図るとともに熱ヒステリシスの減少も考慮する必要がある。Zr50Co38Pd12合金においてCTEMおよびHAADF観察により、それら長周期マルテンサイト相の微細構造解析を行った結果、6層周期の斜方晶構造を呈することが分かった。これら格子定数はそれぞれ、a = 0.34 nm, b = 0.45 nm, c = 1.53 nmであり、電子回折における消滅則および格子の対称性の観点から、空間群はImmmと決定することができた。本研究は申請者が発見した新しいタイプのZr基マルテンサイト変態を利用して形状記憶や超弾性特性を見出すことが目的である。さらには研究期間内にNi元素の代替材として、PdやPt, Cuなどを用いたNiフリー形状記憶・超弾性合金のための合金設計についても検討する。本年度は以下の2項目について調査を行った。Ni置換量の増加に伴いマルテンサイト変態温度は上昇し、熱ヒステリシス(Af-Ms点)は減少することがわかった。また4mm(w)×30mm(l)×0.3mm(t)の試験片を用いた簡易曲げ試験により形状記憶特性を評価した結果、Zr-37Co-13NiおよびZr-38Co-12Ni合金において約40%程度の形状回復率を示した。さらに最も高延性を有するZr-39Co-11Ni合金において、室温にて1015%引張歪を加えた後に除荷した結果、2%程度歪が回復するなど超弾性特性を示した。これらを電子顕微鏡により観察したところ、マルテンサイト相と母相の界面に多数のマイクロクラックが存在していた。したがって、本合金系の高延性化には加工誘起マルテンサイト相の生成によるTRIP現象に加えて、新たにマイクロクラックの形成も関与するものといえる。2. NiフリーなZr基形状記憶・超弾性合金の設計NiやPdと同族のPt元素を用いて、機械的性質と組織について調査を行った。Zrー(50-X)at%CoーXat%Pt合金において5%Ptまでは延性が向上し、室温にて全伸び約15%と極めて優れた値を示したが、それ以上置換すると熱誘起マルテンサイト相が生成し、延性は低下した。また本合金においてもマイクロクラックが存在していた。組織および変態点など一連の結果から、Pt置換量が4%までは超弾性特性を示す可能性が示唆された。本年度はZr-Co-Ni合金に対して形状記憶・超弾性特性の調査を行うこと、またNiフリーな形状記憶・超弾性合金を開発するための基礎的データ(強度・延性・硬度・マルテンサイト変態点・微細組織など)の収集を主な目的とした。

年度当初に企画した実施計画に沿って研究は進んでおり、さらに形状記憶・超弾性合金の開発に際し極めて重要となる延性の問題に対して、新たにマイクロクラックの存在を見出しており、それらと材料特性との関係も明らかにするなど研究はおおむね順調に進展している。H24年度と同様に、今後も申請当初の計画に沿って研究を実施する。H25年度が本申請課題の最終年度となることから、課題全体の目標である「新しいタイプのジルコニウム基マルテンサイト変態による形状記憶と超弾性の可能性」について研究成果を報告するとともに、形状記憶・超弾性合金の開発に対して、「組織制御」ならびにNiフリーな元素を用いた「マテリアルデザイン」による合金設計への指針を明らかにする。H24年度研究費残金およびH25年度申請の研究費により、本研究の遂行に必要不可欠な消耗品および備品を購入し、学会発表や論文投稿により研究成果を公表する。設備備品については、合金そのものの作製装置あるいは形状記憶・超弾性特性の温度範囲を調査する熱分析装置などの購入にあてる。旅費に関しては、申請者が所属する学会の年次大会(年2回)にて報告するとともに、海外の研究者に対しても直接発信するため12月に開催の国際会議にも出席する予定である。その他、本研究課題に関して少しでも読者層が広いImpactfactorの高い雑誌への投稿を試みる。
トランスジェニックマウスモデルを用いた肝発がん制御分子の研究

慢性肝炎から肝がんへ進展するB型肝炎ウイルス表面抗原のトランスジェニックマウスモデルを用いて、肝発がんの病態機序を解析するとともに、発がんを制御する分子のスクリーニングを進めた。検討結果は、以下のごとくである。1)肝発がんの病態の検討として、肝炎の誘導の際に行う各種の細胞免疫学的操作によって、前がん状態の異形性が変化し発がん率に違いが生ずることが分かった。異なるリンパ球分画によって誘導した慢性肝炎を観察したところ、CD8+Tリンパ球、CD4+Tリンパ球、B(CD19+)リンパ球の順に肝組織の異形性の程度、発がん率(それぞれ、86%、24%、0%)に寄与していることが明らかになった(Cancer Res.64:3326,2004)。2)これまで肝細胞障害に重要なFasリガンド(FasL)を介する経路を抑制すると、肝炎が軽快し発がんが著明に減少するという結果を得ているので(J.Exp.Med.196:1105,2002)、FasL抗体の投与による影響を約2万個の遺伝子解析が可能であるDNAチップを用いて検討した。抗体の投与によって352遺伝子(1.7%)の発現が有意に変動していた(P<0.05)。このうち機能が予測される遺伝子が190個認められた。なかでも、細胞死・増殖因子に関する遺伝子群の変動が4.7%と最も高率であった。3)発がんに関連する候補遺伝子の1例として、セリン・スレオニンキナーゼpim-3の解析を行うことによって、細胞増殖を促進しアポトーシス(細胞死)を抑制して肝がんの進展に関与していることが示唆された(Int.J.Cancer 114:209,2005)。これらの結果から、発がん病態の細胞免疫学的特徴が明らかになるとともに、発がん過程に関与する遺伝子のスクリーニングを継続することによって肝発がんの制御に有用な遺伝子が絞り込まれる可能性が示された。本年度の検討結果は、以下のごとくである。a)肝発がんの病態の検討として、肝炎の誘導の際に行う各種の細胞免疫学的操作によって、前がん状態の異形性が変化し発がん率に違いが生ずることが分かった。異なるリンパ球分画によって誘導した慢性肝炎を観察したところ、CD8^+Tリンパ球、CD4^+Tリンパ球、B(CD19^+)リンパ球の順に肝組織の異形性の程度、発がん率(それぞれ、86%、24%、0%)に寄与していることが明らかになった(Cancer Res. : in press)。b)肝がん組織において、ケモカインCCL3-CCR1経路の活性化を示唆する所見が得られたことから、発がん病態への関与が示唆された(Am.J.Pathol. 162 : 1249, 2003)。c)肝組織を用いて、約2万個の遺伝子解析が可能であるDNAチップにて検討したところ、発がん過程に伴って2倍以上変化した遺伝子が10.4%存在した。これまで、肝細胞障害に重要なFasリガンド(FasL)を介する経路を抑制すると、肝炎が軽快し発がんが著明に減少するという結果を得ているので(J.Exp.Med. 196 : 1105, 2002)、FasL抗体の投与による影響を検討した。

抗体の投与によって352遺伝子(1.7%)の発現が有意に変動していた(P<0.05)。このうち機能が予測される遺伝子が190個認められた。なかでも肝細胞の壊死・再生に関する遺伝子群が強く関与していた。これらの結果から、発がん病態の細胞免疫学的特徴が明らかになるとともに、発がん過程に関与する遺伝子のスクリーニングを継続することによって肝発がんの制御に有用な遺伝子が絞り込まれる可能性が示された。慢性肝炎から肝がんへ進展するB型肝炎ウイルス表面抗原のトランスジェニックマウスモデルを用いて、肝発がんの病態機序を解析するとともに、発がんを制御する分子のスクリーニングを進めた。本年度の検討結果は、以下のごとくである。a)肝発がんの病態の検討として、肝炎の誘導の際に行う各種の細胞免疫学的操作によって、前がん状態の異形性が変化し発がん率に違いが生ずることが分かった。異なるリンパ球分画によって誘導した慢性肝炎を観察したところ、CD8+ Tリンパ球、CD4+ Tリンパ球、B(CD19+)リンパ球の順に肝組織の異形性の程度、発がん率(それぞれ、86%、24%、0%)に寄与していることが明らかになった(Cancer Res.64:3326,2004)。b)これまで肝細胞障害に重要なFasリガンド(FasL)を介する経路を抑制すると、肝炎が軽快し発がんが著明に減少するという結果を得ているので(J.Exp.Med.196:1105,2002)、FasL抗体の投与による影響を約2万個の遺伝子解析が可能であるDNAチップを用いて検討した。なかでも、細胞死・増殖因子に関する遺伝子群の変動が4.7%と最も高率であった。c)発がんに関連する候補遺伝子の1例として、セリン・スレオニンキナーゼpim-3の解析を行うことによって、細胞増殖を促進しアポトーシス(細胞死)を抑制して肝がんの進展に関与していることが示唆された(Int.J.Cancer 114:209,2005)。
肝特異的トランスポーターの発現変動におけるエピジェネティック制御機構の解析

OATPmRNAが発現していないHepG2細胞において, MBD2のノックダウンにより肝特異的トランスポーターOATP1B3が誘導されることを昨年度明らかにした。DNAメチル化阻害剤5azadCによる処理でも、OATP1B3の発現誘導が観察されるが、この誘導されるOATP1B3遺伝子の塩基配列を確認したところ、正常肝とは異なる転写開始点から転写が行われており、N末領域が異なる変異型のOATP1B3であることを明らかにした。OATP1B3を内因性に発現するPK-8細胞においても、この変異型のOATP1B3であることを確認した。OATP1B3の新規バリアントの転写開始点近傍のCpG sites (TSS-300+100の範囲、10箇所)について、DNAメチル化状態をbisulfite sequencing法で解析した。HepG2ならびにPK-8では正常肝で見られる転写開始点付近はメチル化されており、特にPK-8ではメチル化パターンと発現との間に乖離が見られた。しかし、改めてバリアントの転写開始点付近のDNAメチル化状態を確認したところ、正常肝では5'領域ならびに転写開始点下流も高度にメチル化されており、HepG2細胞では(-279、-264、+21)の3箇所において、PK-8細胞で観察されるよりもメチル化が有意であり、これらのサイトが発現抑制に関わっていることが示唆された。この変異型OATP1B3の機能については、さらに検討する必要がある。肝臓特異的に発現するOATPに関しては、DNAメチル化によりその発現が制御されていることを明らかにした。肝特異的有機アニオントランスポーターOatp1b2を含むOatp遺伝子は、染色体上でタンデムに並んでいるが、各分子種ごとに組織発現プロファイルが異なる。Chipアッセイの結果、発現組織からはアセチル化ヒストンが検出され、mRNAの組織分布とヒストンの修飾状態は一致していた。また、各遺伝子に対するDNAメチル化状態を検討したところ、非発現組織ではCpGサイトがメチル化されており、反対に発現組織では脱メチル化状態であることを確認した。組織分布(mRNAとヒストンのアセチル化状態)とDNAメチル化状態は一致しており、DNAメチル化による遺伝子の発現抑制を支持する結果を得た。ヒトOATP1B1遺伝子とOATP1B3遺伝子について、ヒト肝ブロックからゲノムDNAを調製し、肝臓と非発現組織である腎臓におけるDNAメチル化状態を解析した。その結果、ヒトにおいても非発現組織ではCpGサイトは高度にメチル化されていることを確認した。さらに、OATP類の転写に必要な核内受容体は発現しているものの、OATPmRNAが発現していないHepG2細胞において、種々メチルCpG結合タンパク(MBD)をsiRNAによりノックダウンしたところ、MBD2のノックダウンによりOATP遺伝子の誘導が観察され、メチル化されたCpGサイトにMBD2が結合することで遺伝子発現が抑制されていることが示唆された。初代培養肝細胞では培養に伴い急速に取り込みトランスポーターの発現量が減少することが確認された。コラーゲンでサンドイッチ培養した肝細胞では極性が維持でき、胆管側膜に発現するトランスポーターの輸送活性は維持されるものの、Oatp1b2をはじめとするシヌソイド側の取り込みトランスポーターの発現が、in vivoと比較して著しく発現が減少していることを確認した。
プラズマによる細胞／組織の活性化・改質及び再生医療への応用展開

心疾患及び呼吸器疾患の治療を目的とした心筋梗塞発症モデルラットへのプラズマ吸入による実験・評価を行なった。プラズマは、ガラスキャピラリー先端に接続したシリコンチューブを介して小動物の肺に吸入した。カテーテル型一酸化窒素(NO)センサにより血液中NO濃度の測定、更に血圧はマイクロ圧力センサにより測定した。Heガス吸入ではSpO2に変化は殆どみられなかったが、プラズマ吸入では血圧降下する傾向がみられた。更に、プラズマ吸入後から血液中NO濃度が増加することから、NOによる血管拡張作用に起因した血圧降下であることが判明した。●イオン種及びラジカル種を制御したプラズマ照射による火傷治癒プラズマ発生用印加電圧の周波数を1-5 kHzと変化させて小動物(ラット)へのプラズマ照射処理を行った際の火傷面積算定の結果、未照射及び周波数:1-2 kHzによる照射では、火傷形成12日後までは火傷面積の大きな変化は見られなかったが、12-27日後にかけて減少し、30日後までには完治する傾向が見られた。一方、周波数3-5 kHzの場合では、火傷形成6日後付近から緩やかに減少する傾向があり、21日後には周波数:3 kHzによる照射を行った火傷はほぼ治癒した。また、火傷部位がほぼ再生している状態に至るまでの期間は、最も早く完治した3 kHzに比べて他の周波数では約3日ずつ遅れる傾向が見られた。更に、周波数:3-4 kHzの火傷部位では、非照射郡および周波数:1-2 kHzの火傷部位と比較して、火傷形成12-24日後にかけて火傷面積が減少していることが判明した。●プラズマ吸入による心疾患(心筋梗塞)の緩和治療心疾患及び呼吸器疾患の治療を目的とした心筋梗塞発症モデルラットへのプラズマ吸入による実験・評価を行なった。特に、心筋梗塞モデルラットにおける血流量の変動については経皮的動脈血酸素飽和度(SpO2:動脈血中の酸素と結合しているヘモグロビンの割合)を計測して評価した。Heガス吸入ではSpO2に変化は殆どみられなかったが、プラズマ吸入では血圧降下と共にSpO2の増加(83%→97%)傾向がみられた。●大気圧プラズマ治療装置用機器格納筐体試作実際の治療装置を想定した機器格納筐体の試作を行った。具体的には、高電圧発生用電源装置、パルス発振器、制御用PCを1つの筐体に収納し、可動型アームを装着させることにより、医療現場にて使用した場合を想定したプラズマ照射及び吸入に関する実験について評価を行った。その結果、プラズマ照射・吸入処理の安全かつ実験効率の向上に成功した。●細胞内伝達物質における活性化状態の評価(酸化ストレスとの関連性)外因性及び内因性NOの区別を明確にするため、細胞内に存在するNO合成酵素(NOS)の活性化状態を評価し、NO産出源の同定を行うと共に、細胞内伝達物質の活性化状態についても評価を行った。具体的には、ウェスタンブロット法(電気泳動によって分離したタンパク質を膜に転写し、任意のタンパク質に対する抗体でそのタンパク質の存在を検出する手法)を用いて各種細胞内成長因子に対する酸化ストレスの影響について評価を行った。その結果、プラズマ照射により細胞内の6種類の成長因子が酸化ストレスに起因したリン酸化反応を起こすことが判明したため、プラズマが成長因子を活性化させて細胞増殖を促進させている可能性が大きいことが実証できた。●プラズマ照射・吸入による心・脳疾患の緩和治療動脈硬化性疾患と類似した虚血性疾患に注目したヒト胎児由来の臍帯血を用いた低酸素性脳症の治療とプラズマ照射・吸入による心・脳疾患の緩和治療を組み合わせた革新的複合治療の可能性について比較・検討を行った。その結果、脳疾患に対して共通した回復傾向を示すことが示唆され、プラズマ吸入を用いることにより一定の効果が期待できるという結論に達した。●試作した大気圧プラズマ治療装置を用いたプラズマ照射・吸入高電圧発生用電源装置、パルス発振器、制御用PCを1つの筐体に収納し、可動型アームを装着したプラズマ治療装置を用いた実験・特性評価を行った。その結果、操作性の向上により、系統的なプラズマ照射・吸入を行うことが可能となった。今後は、更なる機動性の向上を目的とした装置本体の小型化を行う予定である。●プラズマ照射による創傷治癒促進と酸化ストレスとの関連性解明に関する実験プラズマ照射により生成された活性酸素は生体に酸化ストレスを与えるため、酸化ストレスマーカーを用いた実験を行った。具体的には、火傷を作製したラットについては、プラズマ照射を一定期間行った後で活性酸素分解酵素(Superoxide dismutase, SOD)の活性測定を行った。照射時間が90秒の場合、痂皮下の被毛を確認し、プラズマ照射を行った方がSOD量が高いことが判明した。さらに抜毛処置では、プラズマ照射した場合の組織において発毛促進が確認された。以上の結果より、プラズマ照射より生成される活性酸素によって炎症細胞の浸潤誘導及び細胞増殖が引き起こされていると考えられる。●プラズマ照射・吸入による心・脳疾患の緩和治療前年度からの継続項目である、動脈硬化性疾患と類似した虚血性疾患に注目した低酸素性脳症の治療とプラズマ照射・吸入による心・脳疾患の緩和治療を組み合わせた革新的複合治療の可能性について更なる比較・検討を行った。

その結果、脳疾患に対して共通した回復傾向を示すことが示唆され、早い段階でプラズマ吸入を用いることにより一定の効果が期待できるという結論に達した。全体的な到達度に関しては、80-90%程度まで進展しているといえる。まず、各種プラズマを用いた生体適合性向上及び培養細胞の活性化・増殖に関しては、成果を上げており、到達度についても80-90%あると考えている。しかし、プラズマ照射による細胞増殖については実験データーのばらつきなどが生じるため、安定したプラズマの発生とその周辺領域の環境状態を一定に保つなどの工夫が必要であると考えられる。次に、これまでの創傷治癒促進に関する実験結果より、一酸化窒素を含む窒素酸化物が生体に対して酸化ストレス効果を齎していることが判明しているため、プラズマ中に発生するイオン種及びラジカル種の詳細な計測を継続して行う必要があると考えられる。更に、プラズマ照射・吸入による心・脳疾患の緩和治療に関する実験についても、80-90%の到達度である。特に、虚血性疾患(低酸素性脳症)については、早い段階でプラズマ吸入を用いることにより一定の効果が期待できるという結果が得られていることから、有効性について更なる実験動物を用いた治験を行っていく。本年度は、プラズマ吸入による低酸素性虚血性脳疾患の緩和治療に関する実験を行った。一般的に、心筋梗塞、心停止、窒息などにより引き起こされる低酸素性虚血性脳症は、全身への血液循環不全に起因した低酸素・虚血による刺激への異常反応、痙攣、意識障害)などの脳神経障害を起こす異常の総称であり、脳低体温療法や人工呼吸管理などの処置方法はあるが、抜本的な治療法が無い。ゆえに我々は、虚血性脳疾患の中でも窒息や狭窄により発症する低酸素性虚血性脳症に注目した低酸素性脳症モデルラットへのプラズマ吸入による実験・評価を行った。ラット(種:Wister、生後:67日)を用いて、ガス麻酔下で左総頸動脈の結紮を行ない、保育器(酸素濃度:8%)内に2時間曝露した後、通常の飼育を行った。生後6週目を経過した時点において、血管造影剤を心腔内へ投与した後、X線CTにより脳血管の断層撮影、並びに摘出した脳の目視観察を行なった。通常、脳血管は左右が対称であるのに対して、モデルラットの場合には左右の対称性が失われている。目視観察結果の場合も同様に、脳の左右対称性が失われており、脳浮腫(脳の間質組織の含水量が異常に増加した状態。脳出血、脳梗塞、脳腫瘍、脳外傷部位の周辺部にみられる)を確認した。プラズマ吸入に酸素ガスを添加した場合と酸素・笑気混合ガスを添加した場合を比較すると、酸素・笑気混合ガスの添加では浮腫の拡大が抑制されているという結果が得られた。以上の結果より、NOや笑気などの窒素酸化物を含むプラズマ吸入が救命救急治療を必要とする脳や心臓の疾患における初期段階において有効な手段と成り得ると考えている。●プラズマ装置・培養細胞チーム→マイクロスポット型大気圧プラズマ源を用いて、小・中動物の生体組織へのプラズマ照射による細胞活性化に関する再現性を含めた詳細な実験を行なった。
昆虫に共生する利己的バクテリアWolbachiaの進化生物学・・・・細胞質不和合性と性比異常の自然史・・・・

本州の複数地点より,1997-1999の3年間にわたりヒメトビウンカを採集し,Wolbachia感染率の空間的・時間的変動を解析するためのサンプリングを行った.ftsZ遺伝子を用いたPCR診断により,ヒメトビウンカに感染しているWolbachiaはすべてB型系統であると考えられた.3遺伝子座によるアロザイム変異データを基に,ヒメトビウンカの長距離移動は集団の地理的分化を妨げる程大きなものではないと結論し,長距離移動はWolbachia感染波の進行に関して大きな役割を果たしていないと考えられることを考察した.Wolbachia感染の蔓延が宿主動物のミトコンドリアDNA変異と生殖隔離に与える効果をまとめ,それらの効果と動物地理学的データ解釈との関連性を考察した.アワノメイガとアズキノメイガについて,雌バイアス性比の子を産む(産雌形質)母性系統を探索し,複数を得た.Wolbachiaに感染している両種の産雌系統のほとんどで,産雌形質は遺伝的雄の雌化によるものと考えられた.したがってWolbachia感染が両種において遺伝的雄の雌化の原因因子と考えられた.両種の雌化Wolbachiaの系統学的位置をftsZ遺伝子塩基配列によって推定した.雌化Wolbachiaの感染は,アワノメイガとアズキノメイガのいずれにおいても自然集団中に低頻度で観察され,実験室内で高い垂直伝搬率を示した.Wolbachiaに感染していない5つのアズキノメイガ産雌系統(uSR系統)については,抗生物質処理実験および細菌特異的PCR実験の結果を基に,産雌形質の原因因子は細胞質ないしW染色体にあり,細菌ではないと考えられた.さらに,アズキノメイガusR系統における産雌形質の機構は,従来鱗翅目昆虫について既知の機構のいずれにも該当しないことが明らかになった.本州の複数地点より,1997-1999の3年間にわたりヒメトビウンカを採集し,Wolbachia感染率の空間的・時間的変動を解析するためのサンプリングを行った.ftsZ遺伝子を用いたPCR診断により,ヒメトビウンカに感染しているWolbachiaはすべてB型系統であると考えられた.3遺伝子座によるアロザイム変異データを基に,ヒメトビウンカの長距離移動は集団の地理的分化を妨げる程大きなものではないと結論し,長距離移動はWolbachia感染波の進行に関して大きな役割を果たしていないと考えられることを考察した.Wolbachia感染の蔓延が宿主動物のミトコンドリアDNA変異と生殖隔離に与える効果をまとめ,それらの効果と動物地理学的データ解釈との関連性を考察した.アワノメイガとアズキノメイガについて,雌バイアス性比の子を産む(産雌形質)母性系統を探索し,複数を得た.Wolbachiaに感染している両種の産雌系統のほとんどで,産雌形質は遺伝的雄の雌化によるものと考えられた.したがってWolbachia感染が両種において遺伝的雄の雌化の原因因子と考えられた.両種の雌化Wolbachiaの系統学的位置をftsZ遺伝子塩基配列によって推定した.雌化Wolbachiaの感染は,アワノメイガとアズキノメイガのいずれにおいても自然集団中に低頻度で観察され,実験室内で高い垂直伝搬率を示した.Wolbachiaに感染していない5つのアズキノメイガ産雌系統(uSR系統)については,抗生物質処理実験および細菌特異的PCR実験の結果を基に,産雌形質の原因因子は細胞質ないしW染色体にあり,細菌ではないと考えられた.さらに,アズキノメイガusR系統における産雌形質の機構は,従来鱗翅目昆虫について既知の機構のいずれにも該当しないことが明らかになった.1.ヒメトビウンカの細胞質不和合性本州の7地点よりヒメトビウンカを採集してDNAを抽出し、Wolbachia感染率の空間・経時変動解析用のサンプルを準備した。これらのサンプルは、以前に集めたサンプル、平成10年度採集予定のサンプルとあわせて解析するためのものである。また、Wolbachia ftsZ遺伝子によるPCR診断によって多数個体を検した結果、ヒメトビウンカに感染しているWolbachiaはすべてB型系統であり、A型系統の感染は発見されなかった。2.アワノメイガの性比異常本州の3地点よりアワノメイガとアズキノメイガを多数採集し、雌バイアス性比異常系統を得た。一部の性比異常現象は、明確に母性遺伝した。また母性遺伝する性比異常のほとんどはWolbachia感染を伴っていることがPCR診断実験よりわかった。Wolbachia感染を伴う性比異常は、野外において非常に低い発生率を示した。交配実験・抗生物質処理実験の結果から、それらの性比異常の原因は、Wolbachia感染による遺伝的雄の雌への性転換であると考えられた。交配実験の結果、Wolbachia感染の垂直伝搬率が高いと推定された。一部の個体について、Wolbachia ftsZ遺伝子の塩基配列(約1kbp)を決定し、その系統学的位置を推定した。また、Wolbachia感染を伴わず、異なる表現型を示す性比異常系統がアズキノメイガより1つ発見され、アワノメイガ属の雌バイアス性比異常には複数の原因が存在することがわかった。まず、Wolbahcia感染を伴う遺伝的雄の雌性化についてまとめる。本州の6地点より1997・1998年に採集したアズキノメイガとアワノメイガの雌成虫より、雌バイアス性比が母性遺伝する系統を得た。

それらの大半はWolbachiaに感染しており、また、テトラサイクリンによる抗生物質処理実験の結果によって、Wolbachia感染系統の雌バイアス性比現象はすべて、遺伝的雄の雌性化がメカニズムであると考えられた。しかしながら、Wolbachiaに感染しているにもかかわらず性比が偏らない系統も、アズキノメイガ、アワノメイガにそれぞれひとつずつ見つかった。よって今後は、両種に感染しているWolbachiaには複数の系統が存在する可能性も考慮する必要がある。また、アズキノメイガ、アワノメイガあわせて8つのWolbachia感染系統について、WolbachiaのftsZ遺伝子の塩基配列は同一であったので、それらのWolbachiaは同一の系統あるいは極めて近縁な系統からなると考えられる。次に、母性遺伝する雌バイアス性比を示すが、PCR診断実験によってWolbachiaに感染していないと考えられ、さらに抗生物質処理実験によって、原因がおそらく細菌感染ではなく、遺伝的雄の雌性化がメカニズムではないと考えられる例が、2系統のアズキノメイガに見いだされた。以下、それらの2系統に限って述べる。雌バイアス性比の母性遺伝が不完全であり、性比が1:1に自然治癒するのが無視できない確率で観察された。しかし、一定の遺伝率を示しているようには思われなかったので、遺伝様式の詳細な解明にはさらなる調査が必要である。また興味深いことに、いったん性比1:1に自然治癒した系統がその後、雌バイアス性比に復帰するという現象が繰り返し観察された。この点は、雌バイアス性比の原因が生物であることを示唆している。強く雌に偏った性比で子を産み(産雌形質),Wolbachiaに感染していないアズキノメイガ系統を5つ確立した.以下,これらを総称してuSR系統と呼ぶ.飼育・交配実験により,uSR系統の産雌形質は不完全に母性遺伝することが明らかになった.産雌形質が伝わらない場合,子の性比は1:1になった.産雌形質が子に伝わる確率は5uSR系統間でさまざまであり,しかも,同一のuSR系統内に関しても不安定であった.また,いったん産雌形質を示さなくなった家族に由来する雌の子孫が再び産雌形質を示す場合が,uSR系統のそれぞれで観察された.3種類の抗生物質(テトラサイクリン,サルファメトキサゾール,リファンピシン)をuSR系統のそれぞれに対して投与したが、性比に対する効果は認められなかった.uSR系統のそれぞれについて,卵の孵化率と孵化幼虫の蛹化率の各々を調べ,産雌形質を示す場合と示さない場合の間で比較したところ,いずれにも有意な差が認められなかった.uSR系統のいずれについても,産まれた子の性比が雄に偏っている場合は一度も観察されなかった.uSR系統のいずれについても,処女雌による産下卵はまったく孵化しなかった.uSR系統の1つに関して,アズキノメイガ体色暗化系統との交配実験により,雌は生殖に際して交尾相手である雄由来の遺伝子を使っていることが証明された.以上の結果から,アズキノメイガuSR系統に見られる産雌形質の原因となっている因子は細胞質因子もしくはW染色体因子であるが細菌ではないと考えられた.さらに,産雌形質の機構は,従来鱗翅目昆虫について既知の機構(malekilling,parthenogenesis,gynogenesis,feminization of genetic males)のいずれにも該当しないことが判明した.
非熱平衡状態における表面反応速度論：表面計測法を用いた歪みと速度の同時観察

固相/気相反応は触媒や半導体デバイスの絶縁膜形成など多くの産業で利用される化学反応である。この反応により固相の生成物が固相基板上得られる場合、基板との熱膨張係数の違いによって、温度変化に伴い熱歪みが発生する。この歪みによって新たな反応サイトが形成されると、歪みによる反応促進機構が発現すると考えられる。このような定性的理解の一方、歪みによる反応促進機構の定量的モデル化はいまだなされておらず、その発現機構は未だ明らかになっていない。このような背景を踏まえ、本研究では歪みと反応速度の同時観察により、学術上だけでなく産業上も重要な「熱歪みを考慮した拡張型反応速度論」を構築する。
歴史的ダムの保存・整備技術に関する実証的研究

これまでに行われた歴史的ダムの保全・改修の事例を調査し、ダムの形式ごとに特徴、問題点を整理した。さらに、保全・改修の方針、手法をもとに、a)堤体補強,b)嵩上げ,c)凍結融解防止,d)用途変更,e)残置,f)形式変更,g)付属設備の改修の7項目に分類し、個々の事例を紹介し、それぞれに対する評価を行った。特に歴史的価値が失われてしまった事例に対しては、採るべき適切な保全方法について言及した。本研究の目的は、歴史的なダムの補修・改修事例について、特にマイナス結果をもたらした事例に関して、その方針、手法を検証し、歴史的構造物を次世代へ適切に伝えるためにダムを維持管理、補修・補強するための基本的な考え方や技術を示そうとするものであった。実施計画としては、(i)歴史的ダムの保存・改修事例の収集、(ii)ケーススタディーの調査・分析・評価、(iii)歴史的ダムの保全技術の提言、の大きく3つに分けられており、平成21年度は、(i)および(ii)を中心に実施した。具体的には、(i)事例の収集については、(財)日本ダム協会の「ダム便覧」や土木学会の「近代土木遺産2800選」、『農業水利ダム集大成』等、各種データベースより該当するダムを抽出し、ケーススタディーとして調査可能なダムをリストアップした。(ii)ケーススタディーの調査では、笹流ダム、相沼内ダム、奥沢ダム、藻岩発電所取水ダム、西岡水源地ダム、杵臼ダム、夕張ダム、中札内村水道用取水ダム、幌内ダム、小牧ダム、祖山ダム、黒部ダム、小屋平ダム、仙人谷ダム、猪鼻ダム、成相ダム、上田池ダムの現地調査を行い、その維持管理状況、補修・改修状況を確認した。そして、これまで収集した事例について、その保全・改修方法をもとに、a)堤体補強,b)嵩上げ,c)凍結融解防止,d)用途変更,e)残置,f)形式変更,g)付属設備の改修の7項目に分類し、それぞれの方法に関して評価を行った。なお、これについては、土木学会全国大会の研究討論会において、パネラーとして紹介し、歴史的構造物の保全のあり方に関して討論を行った。平成22年度は、千歳川ダム,東電黒部ダム、丸沼ダム、山口ダム、村山下ダム、真川ダム、真立ダム、狭山池ダム、帝釈川ダム、三高ダム、満濃池ダム、本河内低部ダム等の現地調査を予定している。実施計画としては、(i)歴史的ダムの保存・改修事例の収集、(ii)ケーススタディーの調査・分析・評価、(iii)歴史的ダムの保全技術の提言、の大きく3つに分けられており、平成22年度は、(ii)および(iii)を中心に実施した。(ii)ケーススタディーの調査については、より多くの事例を追加する意味で、丸沼ダム、黒部ダム、狭山池ダムの現地調査を行い、その維持管理状況、補修・改修状況を確認した。特に今年度は、新たな視点として、狭山池ダムで文化財的な保存方法に関してもその手法を確認した。(iii)歴史的ダムの保全技術の提言については、保全・改修方法をもとに前年度までに整理した、a)堤体補強,b)嵩上げ,c)凍結融解防止,d)用途変更,e)残置,f)形式変更,g)付属設備の改修の7項目に対して、個々の事例を紹介し、それぞれに対する評価を加えるとともに、適切な保全方法について言及した。この成果については、土木学会歴史的構造物保全技術連合小委員会(編)として出版した『歴史的土木構造物の保全』(鹿島出版会,2010)において、「保全のための設計・施工論」のダムの項で著した。
蛋白質環境下におけるアミノ酸のプロトン親和性変化の量子論的解析

ナノメートルのスケールの生命現象では、プロトンの微視的な振る舞いが重要な役割を担う。本研究では、アミノ酸のプロトン親和性に対する環境の効果を量子論的手法により原子スケールで調べた。それにより、蛋白質の立体構造情報の量子論的解析法の確立と、その構造・機能相関を原子スケールで解明するためのフレームワークの提唱を目指した。(1)水溶液中のアミノ酸単体の環境、(2)プロトン輸送を担うアミノ酸の周りの蛋白質環境(チトクロム酸化酵素)、(3)分解反応を担うアミノ酸の周りの蛋白質環境(ナイロン分解酵素)に対し、各々の蛋白質環境の生理的な構造の意義を第一原理計算の手法を用いてプロトン親和性の観点から解明した。蛋白質中のプロトンの拳動は、アミノ酸のプロトン親和性に支配され、それは周囲の蛋白質環境との相互作用で決まる。本研究では、アミノ酸のプロトン親和性に対する環境の効果を量子論的手法により原子スケールで解明する。水溶液環境から蛋白質環境への連続的なアプローチにより、蛋白質環境の特異性を明らかにし、環境の変化によるアミノ酸のプロトン親和性の制御機構を解明する。それにより、蛋白質の立体構造情報の量子論的解析法の確立と、その構造・機能相関を原子スケールで解明するためのフレームワークの提唱を目指す。本年度は、機能と構造との相関が示唆されたタンパク質の重要な例として、チトクロム酸化酵素を取り上げた。この酵素は、呼吸作用の最終段階を担うプロトン輸送タンパク質である。その生物機能としては、酸素分子の還元反応とそれに共役したプロトン輸送反応があるが、未だタンパク質内部のプロトンの移動機構は完全に解明されていない。そこで本年度は、プロトン経路入口に存在する特異な水素結合環境に注目し、入口を構成するアミノ酸残基のプロトン親和性との関係を、密度汎関数理論に基づく第一原理電子状態計算を用いて解析した。その結果、構成アミノ酸残基のプロトン親和性は周囲の水素結合環境により機能的に制御されることが明らかになった。この結果かち、本酵素の生理的な構造と相関したプロトン輸送機構が示唆された。蛋白質中のプロトンの挙動は、アミノ酸のプロトン親和性に支配され、それは周囲の蛋白質環境との相互作用で決まる。そこで本年度は、プロトン経路入口に存在する特異な水素結合環境に注目し、入口を構成するアミノ酸残基のプロトン親和性との関係を、密度汎関数理論に基づく第一原理分子動力学法を用いて解析した。その結果、構成アミノ酸残基のプロトン親和性と相関するアミノ酸の回転が生じる事が明らかになった。この結果から、本酵素の生理的な構造と相関したプロトン輸送機構が示唆された。さらに、種々なナノ・バイオ物質に対しても第一原理計算を行い、電子状態と構造の相関関係についての微視的な知見を得た。本年度は、機能と構造との相関が示唆されたタンパク質の重要な例として、主にナイロンオリゴマー分解酵素の解析を行った。この酵素は、6-ナイロン工業副産物(ナイロンオリゴマー)を分解する機能を有するために、その反応機構を解明することは酵素を用いた環境浄化の観点からも重要な問題である。本酵素の活性部位には、触媒3残基と呼ばれるアミノ酸(Ser112、Lys115、Ty215)に加え、本酵素のみに特有なTyr170が存在する。本年度は、これら「触媒3残基+第4のアミノ酸」という新規な系の反応機構におけるプロトンの挙動を第一原理分子動力学法を用いて解析した。

その結果、Lys115はSer112からのプロトン受容体、Tyr215はアミド結合の切断に必要なプロトンの供与体であることがわかった。一方、Tyr170は、アミド分解時にアミド結合のNH結合の方向を固定する事で、Tyr215からアミドNへのプロトン移動を促進することがわかった。これにより、四面体中間体が効率的に分解され、反応効率が上昇することが予想された。本計算で得られた反応機構は、触媒3残基とTyr170が協調的に働く事で発現するメカニズムであり、従来のペプチダーゼ系で見られる触媒3残基のみで行われる反応機構とは全く異なる機構であることが示唆された。加えて、種々なナノ・バイオ物質に対しても第一原理計算を行い、電子状態と構造の相関関係についての微視的な知見を得た。ナノメートルのスケールの生命現象では、プロトンの微視的な振る舞いが重要な役割を担う。蛋白質中のプロトンの挙動は、アミノ酸のプロトン親和性に支配され、それは周囲の蛋白質環境との相互作用で決まる。本研究では、アミノ酸のプロトン親和性に対する環境の効果を量子論的手法により原子スケールで解明する。水溶液環境から蛋白質環境への連続的なアプローチにより、蛋白質環境の特異性を明らかにし、環境の変化によるアミノ酸のプロトン親和性の制御機構を解明する。それにより、蛋白質の立体構造情報の量子論的解析法の確立と、その構造・機能相関を原子スケールで解明するためのフレームワークの提唱を目指す。本年度は、機能と構造との相関が示唆されたタンパク質の重要な例であるナイロンオリゴマー分解酵素の反応機構に対する計算科学的解析を行った。本酵素は、6-ナイロン工業副産物(ナイロンオリゴマー)を分解する機能を有し、その反応機構を解明することは酵素を用いた環境浄化の観点からも重要な問題である。本年度は、当該酵素の反応機構の解明、特にプロトンの挙動に注目した解析を第一原理分子動力学法を用いて行った。その結果、本酵素の活性部位にある3つのアミノ酸残基(Ser112、Lys115、Ty215)による基質のアミド結合の分解反応をシミュレートする事に成功した。また、本酵素に特有のアミノ酸残基として知られているTyr170が、触媒3残基に対して協調的に働く事が示唆され、本酵素の生理的な構造と相関したプロトン移動機構も示唆された。さらに本年度は、アミノ酸のプロトン親和性を量子論的計算から定量的に求めるための手法開発の研究も行った。これにより、水溶液中のアミノ酸のプロトン親和性が定量的に求めることが可能となった。今年度前半には、東日本大震災の影響で計算機を例年のように使用する事ができない時期もあったが、優先順位をつけ、稼働可能な計算機を用いることにより一定の成果を出す事ができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究はおおむね順調に進展したため、研究成果として、雑誌論文への研究発表が6件、学会での招待講演が2件、学会発表が4件であった。
海洋生物レクチンの生理機能と分子進化に関する研究

平成3年11月開催の班会議におけるレクチン研究に関する現状と今後の研究の方向に関する分析は以下の通りである。海洋生物においては微生物から海藻,海綿動物,軟体動物,節足動物,棘皮動物,魚類など広範な生物にレクチン活性が認められているにも拘らず,検索に留まるものも多く,糖結合特異性や構造などはほとんど未知のものが多い。最近動物レクチンの分子構造の解析が急速に進展した結果,植物レクチンとアミノ酸配列の類似性がないこと,構造的には大きくCータイプ・レクチンとSータイプ・レクチンに分けられることが明らかにされた。レクチンの生体における役割については無脊椎動物において抗体に代る異物認識など生体防御上の役割を果たす説が早くから提唱されてきたが,最近,ニワトリ胚レクチンや肝レクチンが器官形成やアシアロ糖タンパン質の肝臓における取り込みに機能することが明らかにされた。また,細胞間接着における細胞認識,共生関係の構築など様々な生理機能が示唆されるなど,未だ系統的理解は得られていない。海洋生物はその生物種の多様性と相まって,レクチン研究の格好の対象であり,今後も共同研究を強力に推進する必要がある。とくに水産学の分野においては永年の懸案である耐病性などにも深く係っていると考えられる。また,レクチンが高機能高分子として受精や器官形成などの再生産過程にも深く係わっており,その機能評価が水産増養殖が抱える諸問題の解決に不可欠であると結論された。これらの討議の内容は小冊子として印刷し,関連分野の研究者に配布することとなった。
上皮リンパ球特異的インテグリンの大腸がんにおける発現及び肝転移制御機構の解明

大腸がんの最たる転移先として肝臓が知られており、原発巣からの血行性転移を介した肝臓への転移機構についてこれまでに多数の報告があるが、十分に研究が進んでいないのが現状である。これまでに、先行研究で独自に開発した肝転移評価系とshRNAノックダウンライブラリーを用いたゲノムワイドin vivoスクリーニングを組み合わせることで、大腸がんの新規肝転移成立因子としてインテグリンファミリーであるIntegrin alpha E (ITGAE,CD103)を同定した。また、qPCRおよび免疫沈降法により種々の大腸がん細胞株においてITGAE(CD103)タンパクが発現していることを確認した。ITGAE(CD103)の発現はこれまで上皮内リンパ球、一部の樹状細胞でのみ報告されており、大腸がんでの予想外の発現が如何にがん転移を促進するかは不明である。先行研究において複数の大腸がん細胞株におけるRNAiを用いたITGAE(CD103)の発現抑制により肝転移が有意に抑制されることを見出したが、大腸がんの肝転移過程におけるITGAE(CD103)を介した分子機序の解明を目指すために、網羅的遺伝子発現解析を行った。また、細胞内局在を明らかにするため免疫蛍光染色による解析を行っている。今後更に、ITGAE(CD103)の下流パスウェイの阻害剤を用いたvivoでの脾注入肝転移モデルにより転移抑制能について評価し、また転移後微小環境とのがん細胞の相互作用に関する解析、およびヒト臨床検体を用いた解析によりITGAE(CD103)が診断、予後マーカーまたは治療法の新しい分子標的としての可能性について検討する予定である。大腸がん細胞株におけるITGAE(CD103)に制御される遺伝子群、パスウェイ経路を明らかにするため、2種類の大腸がん細胞株(HCT116,RKO)にshRNAを導入しITGAE(CD103)をノックダウンした細胞と、ITGAE(CD103)の遺伝子導入による過剰発現細胞、コントロール細胞を用いてマイクロアレイによる遺伝子発現解析、Gene set enrichment analysis (GSEA)を行った。その結果、ITGAE(CD103)により活性化されているパスウェイを同定した。さらに、Western blotにより実際に大腸がん細胞株において当該パスウェイが活性化していること、ITGAE(CD103)のノックダウンによってその活性化が抑制されることを確認した。また、ITGAE(CD103)の細胞内局在及び下流パスウェイのシグナル分子との共局在を明らかにするために免疫蛍光染色による解析を行っている。これらにより、ほぼ計画通りに研究が進展していると考える。Gene set enrichment analysis (GSEA)によって明らかにされたITGAE(CD103)の下流パスウェイの阻害剤を用いて、独自の蛍光標識細胞の脾注入肝転移モデルにより、転移能抑制について定量的に評価を行う。また、肝転移能が低いがん細胞株を用い、ITGAE(CD103)標的遺伝子を過剰発現する事で、転移能亢進に寄与するか検討する。また、転移過程におけるITGAE(CD103)の個体レベルでの役割を検証するため、移植後1, 3, 7日目のマウス肝臓の病理組織解析により、早期転移過程でのITGAE(CD103)と肝臓を構成するHost側の細胞との細胞間相互作用を検討する。ITGAE(CD103)の染色は免疫組織学的染色にて行う。この解析により、転移がん細胞と、肝実質細胞、肝臓の組織マクロファージであるクッパー細胞、血管内皮細胞、伊東細胞等により形成されるがん微小環境が、ITGAE(CD103)発現によりどのように影響を受けるかを明らかにする。更にマウス転移系で得られた知見がヒト大腸がん肝転移に外挿できるか検証する。ITAGE(CD103)のヒト臨床検体における発現を、real-time PCR法によるRNAレベルでの発現変化と免疫組織学的染色で検証し、臨床情報と照らし合わせた単変量・多変量解析により、ITGAE(CD103)が大腸がんの肝転移の独立因子となるか、また、他の臨床予後因子との相関が認められるかを統計学的に検証する。その上で、ITGAE(CD103)が診断、予後マーカーまたは治療法の新しい分子標的としての可能性について検討する。なお、臨床情報や病理組織標本に関しては、国立がん研究センター中央病院病理科より提供をうける。