hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
全反射放出X線検出による高感度放射光軟X線表面構造解析法の確立

表面構造解析は,一般的にいって,いかにして基板からの強い信号を除去し表面からの情報のみを抽出するかが重要課題である。シンクロトロン放射光を用いた表面XAFS(X線吸収)分光法やX線定在波法においてもこの点の開発を進める必要がある。例えば、Si-KからCl-K吸収あたりの軟X線領域では,蛍光X線収量法によると,基板からの散乱X線が表面からの蛍光X線に比べて弱いNi,Cuなどの3d遷移金属表面の実験はこれまでも可能であったが,より重元素基板上では散乱X線の影響で測定不可能であった。本研究では全反射入射・全反射出射条件を用いることで重元素基板上の偏光XAFS測定技術を確立した。偏光XAFS測定ではX線の偏光方向がs波とp波になるような双方のセットアップが不可欠であり,両方ともを全反射入射条件で測定すれば基板からの散乱X線は抑えられ問題は解決する。しかしながら,この場合超高真空槽全体を回転させるなど装置が極めて大がかりなものとなってしまう。そこで本研究では,これまでの装置をほぼそのまま使い,s波に対しては直入射・全反射出射,p波に対しては全反射入射・直出射条件で偏光XAFS測定を試み,これまでの通常の手法では測定できなかったPd表面上における含S分子吸着系(0.2分子層以下)のXAFS測定に成功した。なお,実際には,s波の場合完全に全反射出射とすると強度が足りないためなるべく斜出射にしながら立体角を許容範囲で広くした。測定した分子吸着系はSO_2C_4H_4S/Pd(100),Pd(111)などでこれらの吸着構造・電子状態は,以前に行ったNi,Cu等の単結晶表面上でのものと大きく異なったものであることがわかり,本手法が有効に活用できたといえる。単結晶基板表面に1層以下の原子・分子を吸着させた系の表面構造や電子状態を調べるのにX線吸収分光(XAFS)・X線定在波法は有効な手段である。この場合に吸着種からの蛍光X線を精度よく計測する必要があるが、基板からの蛍光X線が著しく強い場合、例えば、Si結晶表面に吸着したS,Clを含む原子分子のS,ClのK殻XAFSスペクトルはこれまで測定が不可能であった。そこで本研究では全反射放出条件を適用することにより基板からの蛍光X線を抑え吸着種からのシグナルのみを抽出することを試みた。検出器としてはBe窓を備えた超高真空仕様の比例係数管を採用し、出射角条件を制御するために窓の前に2象限のスリットを設置したものを試作した。また、窓の後ろに基板からの信号をさらに除くためフィルターを設置できるようにした。まず、自然酸化されたSiの表面XAFS(酸化膜の厚み45Å)では、通常の出射角条件ではほぼ完全にバルクSi単体の情報が得られたが、出射角を浅くしていくにつれて表面の酸化膜の情報が主になるようにスペクトルが変化し、全反射条件下では完全に酸化膜のスペクトルを与えることが明らかにできた。吸着種の場合はさらに表面濃度が低いため、全反射条件でも基板の信号が無視できない。これを取り除くために、フィルターの使用を試み、いくつかの条件下で基板からのX線を有効に取り除くことのできるフィルターを見出した。特に軟X線定在波法では基板からの信号も単調なバックグランドではなく、基板からの信号の十分な除去が必須であった。全反射条件の実験をするには至らなかったが、従来半導体検出器を必要としたS/Ni(lll)系の軟X線定在波法測定が比例計数管により行うことができたことは極めて大きな収穫であった。

表面構造解析は,一般的にいって,いかにして基板からの強い信号を除去し表面からの情報のみを抽出するかが重要課題である。シンクロトロン放射光を用いた表面XAFS(X線吸収)分光法やX線定在波法においてもこの点の開発を進める必要がある。例えば、Si-KからCl-K吸収あたりの軟X線領域では,蛍光X線収量法によると,基板からの散乱X線が表面からの蛍光X線に比べて弱いNi,Cuなどの3d遷移金属表面の実験はこれまでも可能であったが,より重元素基板上では散乱X線の影響で測定不可能であった。本研究では全反射入射・全反射出射条件を用いることで重元素基板上の偏光XAFS測定技術を確立した。偏光XAFS測定ではX線の偏光方向がs波とp波になるような双方のセットアップが不可欠であり,両方ともを全反射入射条件で測定すれば基板からの散乱X線は抑えられ問題は解決する。しかしながら,この場合超高真空槽全体を回転させるなど装置が極めて大がかりなものとなってしまう。そこで本研究では,これまでの装置をほぼそのまま使い,s波に対しては直入射・全反射出射,p波に対しては全反射入射・直出射条件で偏光XAFS測定を試み,これまでの通常の手法では測定できなかったPd表面上における含S分子吸着系(0.2分子層以下)のXAFS測定に成功した。なお、実際には,s波の場合完全に全反射出射とすると強度が足りないためなるべく斜出射にしながら立体角を許容範囲で広くした。測定した分子吸着系はSO_2,C_4H_4S/Pd(100),Pd(111)などでこれらの吸着構造・電子状態は,以前に行ったNi,Cu等の単結晶表面上でのものと大きく異なったものであることがわかり,本手法が有効に活用できたといえる。
視床下部の体温調節機能モジュール仮説の検討

恒温動物の体温は多くの効果器系を動員して調節される。しかし、体温調節に関係した神経回路網は全くと言って良いほど不明でる。視床下部特に視束前野は体温調節の最高位中枢として温度情報の"統合"を行い、特に局所加温で活動が変化する温度感受性ニューロンが重要であると漠然と考えられている。申請者らは最近視束前野は個々の効果器反応を調節する独立な神経モジュールの集まりであるという仮説を提案した。本研究の目的はこの仮説をもとに体温調節神経回路を解析することである。初年度は非ふるえ熱産生の視床下部内回路について検討した。ウレタン麻酔下のラットの肩胛骨間褐色脂肪組織(BAT)温度を測定した。先ず腹内側核・背内側核を刺激してBAT温が上昇することを確認の後、視束前野を加温しながら同じ刺激をしてもBAT温上昇は起こらなかった。同じことは視束前野への興奮生アミノ酸DLH投与でも観察された。この結果は視束前野の温ニューロンが腹内側核・背内側核に抑制性信号を送ることを意味する。10年度後視床下部のふるえを促進する細胞体が存在するか否かを検討した。後視床下部にムシモールを投与するとふるえは抑制された。この部位にふるえに促進的に働くニューロンが存在することを示唆する。12年度は中脳が非ふるえ熱産生調節にどう働くかを検討した。中脳の種々の部位に興奮生アミノ酸であるD,L-ホモシステイン酸(DLH)を投与してその時の肩胛骨褐色脂肪組織(BAT)の温度変化を観察した。その結果中脳中心灰白質腹則部の特に尾側部にDLH投与でBATの熱産生が促進する部位のあることが明らかになった。また最近非ふるえ熱産生調節に関係していると示唆されている延髄縫線核に逆行性のトレーサーのコレラトキシンBを注入すると中脳中心灰白質にラベルされる細胞が見いだされた。中脳の促進部位からは延髄の縫線核を経由して非ふるえ熱産生調節が働いていると示唆される。恒温動物の体温は多くの効果器系を動員して調節される.視床下部特に視束前野は体温調節の最高位中枢として温度情報の"統合coor dination"を行い、特に局所加温で活動が変化する温度感受性ニューロンが重要であると漠然と考えられている.申請者らは最近視束前野は多入力-多出力系の統合部位としてではなく、個々の効果器反応を調節する独立な神経モジュールの集まりであるという仮説を提案した.本研究の目的はこの仮説を組織学的、電気生理学的に検証することである.本年度は非ふるえ熱産生反応について視束前野からの投射様式を解析した.実験はWistar系雄ラット(300-500g)62匹で行い、少なくとも3週間5^○Cの環境温、14:10h明暗の部屋で飼育し寒冷順化させた.ラットはウレタンで麻酔し(1.4g/Kg)、手術台に固定、肩甲骨の後5cmを切開して熱電対を褐色脂肪組織の下に入れ、温度(Tbat)を測定した.視束前野(PO)には熱極或いは薬物投与用のカニューレを、視床下部腹内側核(VMH)に電気刺激用の電極を埋め込んだ.

直腸温(Tre)も熱電対で測定しTbatとともに連続記録した.先ず、VMHを電気刺激し(0.075-0.3mA,33Hz,0.5ms)、TbatがTreより明らかに先行して上昇することを確認後、POを41.5^○Cに加温しながら、再びVMHを電気刺激するとTbatの上昇は全く起こらなかった.同様に、VMH刺激に対するTbatの上昇はPOに興奮性のアミノ酸であるD,L-ホモシステイン酸を投与によっても抑えられた.この結果は視束前野の温度が上がると興奮する温感受性ニューロンが褐色脂肪組織に抑制性の信号を送ることを示唆する.実際、POとVMHの間で視床下部を切断するとTbatは上昇するので、POからは定常的に抑制性信号が送られていることを示唆する.さらにTbatの上昇は外側部(外側視床下部)のみの切断でも起こる.POからの信号は内側前脳束を下行するものと思われる.恒温動物の体温は多くの効果器系を動員して調節される.しかし体温調節に関係した神経回路網は全くと言って良いほど不明であり、これが他の自律機能の研究に比べて体温調節の研究が遅れている原因となっている.視床下部特に視束前野は体温調節の最高位中枢として温度情報の"統合coordlnat10n"を行い、特に局所加温で活動が変化する温度感受性ニューロンが重要であると漠然と考えられている.申請者らは最近視束前野は多入力-多出力系の統合部位としてではなく、個々の効果器反応を調節する独立な神経モジュールの集まりであるという仮説を提案した.従来より後視床下部にはふるえを促進する神経機構が存在すると考えられている.しかし、そこにはたして細胞体が存在するか否かは検証されていない。本年度はこの問題を重点的に検討した.後視床下部の種々の部位にムシモール(GABA受容体のアゴニスト)を投与するとふるえは抑制された。また同じ部位に興奮性のアミノ酸であるDLホモシステイン酸を投与するとふるえが促進した.このことはこの部位にふるえに促進的に働くニューロンが存在することを示唆する。さらに視束前野と後視床下部間をマイクロナイフで切断したラットを寒冷に曝露し、ふるえが起こった状態で視束前野を加温すると正常ラットと同様、ふるえが抑制された.つまり、このふるえに関係した後視床下部と視束前野の間にも機能的な連絡はないと考えられる.両中枢は独立に働いているのであろう.恒温動物の体温は多くの効果器系を動員して調節される.しかし体温調節に関係した神経回路網は全くと言って良いほど不明であり、これが他の自律機能の研究に比べて体温調節の研究が遅れている原因となっている.視床下部特に視束前野は体温調節の最高位中枢として温度情報の"統合"を行い、特に局所加温で活動が変化する温度感受性ニューロンが重要であると漠然と考えられている.申請者らは最近視束前野は個々の効果器反応を調節する独立な神経モジュールの集まりであるという仮説を提案した.前年度までに視床下部内ではふるえの調節には後視床下部が重要であり、また非ふるえ熱産生には膜内側核、背内側核の重要性を明らかにした.そこで本年度は中脳において非ふるえ熱産生がどのような調節を受けるかを検討した.すでに赤核近傍には非ふるえ熱産生を抑制する機構のあることは知られているが、同時に促進系があるか否かは不明である.そこで中脳の種々の部位に興奮性アミノ酸であるD,L-ホモシステイン酸(DLH)を投与してその時の肩胛骨褐色脂肪組織(BAT)の温度変化を観察した.その結果中脳中心灰白質腹則部の特に尾側部にDLH投与でBATの熱産生が促進する部位のあることが明らかになった.また最近非ふるえ熱
固相間無拡散変態と機械的機能性

1.時効により生じるC11b型構造の析出物が、熱間圧延した0.5mm厚の形状記憶Ti-40.5-10Cu合金の機械性質に及ぼす影響を、定荷重熱サイクル試験、引張り試験、電子顕微鏡観察により調べ以下のことがわかった。C11b型構造の析出物はB19マルテンサイトにおけるバリアントの応力下での再配列の障害となり、形状記憶特性に影響を及ぼす。2.Ti-Ni合金の二方向形状記憶効果により得られる駆動力について定量的な研究を行った。熱間圧延した0.5mm厚のTi-51Ni(at%)合金板から引張り試験片を圧延方向に平行に切り出し、1123Kで溶体化処理を施したあと、0,165,300および500MPaの引張り応力下で773K、6ksの時効処理を施した。これらの試験片について種々の引張り応力下で定荷重熱サイクル試験を行なって、二方向形状記憶における自発変形の出力を定量的に調べた。また二方向形状記憶を発現せしめるTi3NI4の配列状態を電子顕微鏡で観察するとともに変態挙動を走査熱量測定により調べた。得られた結果は以下の通りである。時効した試料は冷却・加熱に伴いB2→R→B19 ́変態とその逆変態を示す。Ti3NI4の板状析出粒子は時効時に加えた引張り応力と晶癖面が垂直になるように配列し、二方向形状記憶に有効に働く。応力下で時効した試料はB2→R変態に伴って収縮し、その収縮量は試験時の付加応力の増加とともに減少するが、付加した応力が100MPa以下であれば、その外力に抗して仕事をすることができる。R→B19 ́変態に伴い試料は付加した応力が50MPa以下であれば、その応力に抗して収縮する。B2→R変態の温度範囲で熱サイクルをするかぎり永久歪みは残らないが、B2→R→B19 ́の温度範囲で熱サイクルを繰り返すと永久歪みが残る。形状記憶Ti-40.5Ni-10Cu合金のB2→B19→B19'二段階変態に及ぼす873kでの時効の影響について電子顕微鏡観察定荷重熱サイクル試験,および通常の引張試験により調べた。時効時間の増加にともないB2→B19変態開始温度およびB19→B19'変態開始温度はともに上昇し、逆変態開始温度も上昇する。また、二段階変態の起きる温度範囲は時効時間の増加にともない減少する。時効したTi-40・5Ni-10Cu合金はB2型構造のマトリックス(ac=0.3029nm)とC11b型構造の析出物(at=0.3132nm,at=0.7991nm)より構成されている。析出物はマトリックスと部分的に整合であり、板状の形態をしている。マトリックスと析出物の方位関係は[100]c//[100]t,[001]c//[001]tであり、晶癖面は{001}cである。変態温度の上昇は時効析出によって起こる。析出により、マトリックスのTi濃度は上昇し、変態開始温度は上昇する。また、析出物の周りの歪場はB19マルテンサイトの生成に有利に働くため、析出物はB19マルテンサイトの核生成サイトの役割をする。B2-B19

変態にともなう形状変化は,充分時効した試料においては溶体化処理直後の試料に比べ狭い温度範囲で起こる。時効時間の増加にともない,熱誘起B2-B19変態に伴う一定荷重下での伸びは減少し,通常の引張試験における0.5%オフセット応力は増加する。機械的性質に及ぼすこれらの時効効果はC11b型の析出物により引き起こされる。時効の際に生成した析出物は,B19型マルテンサイトのバリアントの再配列の障害となる。Ti-Ni合金の二方向形状記憶効果により得られる駆動力について定量的な研究を行った。Ti-51Ni(at%)合金を真空溶解により作成した後、熱間圧延により0.5mm厚の板にした。これらの板から引張り試験片を圧延方向に平行に切り出した。これらの試験片に1123Kで溶体化処理を施したあと、0,165,300および500MPaの引張り応力下で773K、6ksの時効処理を施した。これらの試験片について種々の引張り応力下で定荷重熱サイクル試験を行なって、二方向形状記憶における自発変形の出力を定量的に調べた。また二方向形状記憶を発現せしめるTi3NI4の配列状態を電子顕微鏡で観察するとともに変態挙動を走査熱量測定により調べた。得られた結果は以下の通りである。時効した試料は冷却・過熱に伴いB2→R→B19′変態とその逆変態を示す。B2→RおよびR→B19′変態温度は時効中の応力の増加とともにわずかに上昇する。Ti3NI4の板状析出粒子は時効時に加えた引張り応力と晶癖面が垂直になるように配列し、二方向形状記憶に有効に働く。引張り応力を加えないで時効した試料の変態挙動と形状記憶効果は溶態化処理した試料のものとほとんど同じである。応力下で時効した試料はB2→R変態に伴って収縮し、その収縮量は試験時の付加応力の増加とともに減少するが、付加した応力が100MPa以下であれば、その外力に抗して仕事をすることができる。R→B19′変態に伴い試料は付加した応力が50MPa以下であれば、その応力に抗して収縮する。B2→R変態の温度範囲で熱サイクルをするかぎり永久歪みは残らないが、B2→R→B19′の温度範囲で熱サイクルを繰り返すと永久歪みが残る。
難聴児における音韻障害の遺伝学的診断法と言語発達評価法の開発

音韻障害を認めた場合には、音に対するイメージが弱いことにより言語発達に様々な問題が出現することが知られている。中でも、音韻障害が特に読み書き障害の原因となりうるとされているが、本邦ではまだ十分に検証が進んでいない。我々は先行研究において、全国の4-12歳の言語習得期前高度難聴児638名の疫学調査を行い、その日本語言語発達について報告してきた。その中で、読み書き障害を有する難聴児は、有さない難聴児と比較して言語発達全般に有意な遅れが出現することや、特に小学校での学力に影響が及ぶことが明らかとなった。2018年度は、こうした、難聴児の読み書きと言語発達の関連について検証し、その内容を英語論文にまとめた。現在、海外の小児耳鼻咽喉科の専門雑誌に投稿し、査読を受けている。現時点で用いられている音韻処理障害の検査バッテリーは、単語や非語の復唱や逆唱などを利用したものであるが、こうした音韻障害の概念や検査方法はまだ一般的には普及していない。さらに、音韻障害とその他の言語発達(コミュニケーション能力、構文、語彙、学力)との関連は明らかではないため、それぞれの関連を検討する目的で、2019度は、音韻検査と言語発達検査を組み合わせた研究計画を策定した。また、音韻障害には家族歴を認めることが多く、遺伝学的な背景が関与していることが考えられているため、この研究計画の中では、音韻障害の原因遺伝子の検索として、発端者および同胞・両親に協力を依頼して血液検査を行い、次世代シークエンサーを用いて遺伝学的学的な背景についても調査を行う予定である。音韻障害の病態を検出するために、言語発達検査、音韻検査の一連の検査方法を検討し、実施予定としている。また、遺伝学的検査に関しても、岡山大学病院のバイオバンクと連携を行い、検査および解析について検討した。これらの研究計画は、2018年度に岡山大学倫理員会の承認を受けており、実際の研究体制が構築できている。また、現在、患者のリクルートも行っている。2018年度には、音韻障害および難聴を有する対象者を2家系検討することができた。遺伝学的検査についても保護者に説明を行っており、同意が得られた場合には、2019年度以降に検査を行い、解析予定である。(理由)消耗品が安価で購入できたため。(使用計画)2019年度以降に行う遺伝学的検査に使用予定である。
強誘電体薄膜を用いたチューナブル光学デバイスに関する研究

現在、光ネットワークシステムでは、スイッチや変調器など、様々な光デバイスが使用されており、システム全体の小型化・低コスト化・高信頼化を実現するための技術開発が進められている。こういった光デバイスの小型化に対するブレークスルーとして、数μmの大きさでプリズムやフィルタなどの光部品が形成できるフォトニック結晶が注目されている。フォトニック結晶中では、結晶の周期に応じて特定の波長領域の光が透過できないため、光の閉じ込めや急峻な曲げなどが可能であり、微小光回路などとしての応用が期待されている。しかし、これまでに提案・試作されてきたフォトニック結晶は、受動型素子であり光の偏向角や透過帯域などの特性を自由に変化させることができない。光ネットワークシステムを構成するためには、光スイッチや光変調器など、外部からの電圧や熱に応じて特性を自由に変化させることができる能動型素子を作製することが必要となる。本研究の課題は、強誘電体薄膜を用いた新しいチューナブル光学デバイスの創製である。平成22年度は、新規強誘電体光学材料としてBiFeO_3についてエピタキシャル薄膜を作製し、その熱光学特性を調べた。結果、温度上昇に伴い、多結晶膜においては屈折率が減少し、エピタキシャル膜においては増加するという傾向が見られた。この現象は、温度上昇に伴う屈折率増加がGaussian振動子における振動子の半値幅を表すパラメータB_nの広がりにより生じ、温度上昇に伴う屈折率減少が熱膨張により生じると考えることで理解できる。つまり、エピタキシャル膜は多結晶膜に比べ、基板拘束により熱膨張が抑制されたことで、温度上昇に伴う屈折率が増加したものと考えた。また、BFO薄膜の熱光学係数は、基板を変化させることで-0.8+0.8×10^<-4>K^<-1>と負から正の範囲で制御可能であることを明らかにした。また、集束イオンビーム加工が可能な複合ビーム加工観察装置を用いることで、サブμmの線幅を持つ微細加工に成功した。光ネットワークシステムを構成するためには、光スイッチや光変調器など、外部からの電圧に応じて特性を自由に変化させることができる能動型素子を作製することが必要となる。平成21年度は、強誘電体の中でも古くから光学材料として有望視されている(Pb,La)(Zr,Ti)O_3についてエピタキシャル薄膜を作製し、その電気光学特性の組成依存性を調べた。結果、多結晶膜とは異なる組成La/Zr/Ti=2/65/35で176pm/Vと、より高い電気光学係数が得られることが明らかになった。また、近年マルチフェロイック物質として注目を集めるBiFeO_3の多結晶膜を作製し、その光学定数を詳細に調べた。結果、波長632nmで32、通信波長帯である1550nmの波長で2.9と酸化物中で最大の屈折率が得られることが明らかになった。また、フォトニック結晶作製のための微細加工を、集束イオンビーム加工が可能な複合ビーム加工観察装置を用いることで、サブμmの線幅を持つ微細加工に成功した。

つまり、エピタキシャル膜は多結晶膜に比べ、基板拘束により熱膨張が抑制されたことで、温度上昇に伴う屈折率が増加したものと考えた。また、BFO薄膜の熱光学係数は、基板を変化させることで-0.8+0.8×10^<-4>K^<-1>と負から正の範囲で制御可能であることを明らかにした。また、集束イオンビーム加工が可能な複合ビーム加工観察装置を用いることで、サブμmの線幅を持つ微細加工に成功した。
誘惑と自制の意思決定を考慮した貨幣的モデルの構築

本論文において私は、各経済主体が異時点間の消費に関し、誘惑と自制のトレードオフに直面するような貨幣的無期限期間モデルを構築した。そして望ましい金融政策がフリードマンルールに従わず、適度なインフレが望ましいことを示した。このモデルにおいては、消費者は保有する貨幣をすべて使い切りたいとする誘惑にかられる。本論文において私の示したことは、フリードマンルールから乖離して名目利子率をプラスにすると、貨幣の実質的価値を下げ、誘惑に負け消費をすることから得られる効用、つまり自制のコストを減らし、結果として社会厚生が増加するということである。本研究の目的は、現実の消費者行動と整合的な効用関数として知られる、誘惑と自制の意思決定を考慮した貨幣的マクロ経済モデルを構築することである。そしてそのモデルを用いて1)望ましい金融政策ルールの導出、2)ポリシーミックスの在り方の分析、3)日本経済にとり望ましい物価上昇率の導出の3点を研究する計画を立てた。研究実施計画に基づき、今年度はそのうちの第一の研究計画を実行した。具体的には、誘惑と自制を組み入れた貨幣的一般均衡モデルを構築し、そのモデルにおける最適金融政策を、確率的ショックを考慮しない完全予見のケースに限定して明らかにした。貨幣的サーチモデルを用いると、誘惑と自制の選好を組み入れた分析がしやすいことが分かった。まず、分析が定常均衡が存在することを示した。そして、定常状態の社会厚生を最大にする金融政策の在り方を導出した。具体的には、パラメータの値により最適名目利子率がプラスになるということ、そして場合によってはインフレ率もプラスになる事も示した。誘惑と自制を考慮しない通常のモデルにおいては、最適名目利子率はほとんどの場合ゼロであり、望ましいインフレ率はマイナスとなる。よって本研究結果は既存のものと大きく違うものとなった。誘惑と自制を考慮したモデルは、最適資本課税の分析や、年金などの社会保障の分析で多く用いられるようになっているが、貨幣や金融政策に関する研究は私の調べた限りではこれまで皆無であった。この点で本研究結果は独自性の高い結果であったといえる。当初たてた研究計画通りに進んでいる。具体的には、3段階あるうちの第1段階、つまり最適金融政策ルールの導出に成功した。モデルの構築がうまくいったので、第2段階、第3段階、つまり財政の考慮は日本経済への応用は比較的容易ではないかと考えている。本研究においては、現実の消費者行動と整合的な選好として知られる、誘惑と自制の意思決定を考慮した効用関数を用いた貨幣的一般均衡モデルを構築した。具体的には誘惑と自制の問題に直面した消費者のいるミクロ経済学的基礎付けのある貨幣モデルを構築した。当該モデルにおいては、財市場に売り手と買い手が存在し、それらの取引に貨幣が必要なプロセスが明示的に描写されている。そしてそれらの経済主体が、毎期に資産をすべて消費に回すような誘惑にかられ、それを自制することでコストを感じるようなモデリングを行った。そしてそのモデルを用いて名目利子率をゼロにするフリードマンルールが最適な金融政策でないことを示した。ここでフリードマンルールが最適にならない理由は、資産を使い切りたいという欲求が、貨幣を保有すればするほど強くなり、フリードマンルールから乖離することで貨幣への課税の機能が生まれ、そのような欲求へのペナルティとして名目利子率が機能するからである。つまり、インフレーションは誘惑と自制のコストを下げる効果を持つのである。正の名目利子率に自制の効果があることを示したのは当該研究がはじめてといえる。この結果は、財市場の取引が競争的かナッシュ交渉かによらず成立し、非常に頑健なものであった。これらの結果を学術雑誌であるMacroeconomic Dynamics誌(Cambridge University Press)に掲載した。同時に私は、同様の結果が、通常の動学的一般均衡モデル(money in the utility function model)においても成立することを示した。誘惑と自制の効果の導入は、最適金融政策の在り方を大きく変えることを示した。モデルの構築に成功し、最適な金融政策がフリードマンルールから外れることを示し、その結果を学術雑誌に掲載できたという点で研究は順調に推移していると判断できる。しかしながら研究計画に記載した、財政政策と金融政策の協調の仕方についてまだ明示的な結果が得られていない点で想定以上の進展とまでは言えない。よって進捗状況はおおむね順調といえる。本研究の第一の目的は、現実の経済主体の消費および貯蓄の行動をより整合的に説明できる効用関数として知られる、誘惑と自制の意思決定を考慮した効用関数を用いた貨幣的マクロ経済モデルを構築することである。そして第二の目的は、そのモデルを用いて、望ましい経済政策・具体的には望ましい金融政策と財政政策の在り方について研究することである。私は、研究目的に沿う形で、誘惑と自制を考慮した貨幣的サーチモデルと、貨幣的一般均衡モデルの双方を構築し、その中で望ましい金融政策の在り方と財政政策の在り方を分析した。貨幣的サーチモデルと貨幣的一般均衡モデルは、貨幣の存在意義についての描写が異なるが、望ましい政策の在り方については同様の結果を得ることができた。まず、金融政策の在り方についてであるが、名目利子率をゼロにして、貨幣保有の機会費用を最小化することを提唱する、いわゆるフリードマンルールがモデルにおいては最適とならず、わずかにインフレーションを起こすことが望ましいことを示すことができた。次に、財政政策についてであるが、資本所得に補助をかけることが望ましいことを示すことができた。

通常の経済動学モデルにおいては、金融政策はフリードマンルールに従い、そして資本所得への税率はゼロにしたほうがいいという結果が非常に頑健であることが知られているが、社会の現実に近い形の効用関数を採用することで、これらの結果が大きく異なることが分かった。最後にパラメータを推計することで、日本経済にとって望ましいインフレ率の値を数値計算した。本論文において私は、各経済主体が異時点間の消費に関し、誘惑と自制のトレードオフに直面するような貨幣的無期限期間モデルを構築した。そして望ましい金融政策がフリードマンルールに従わず、適度なインフレが望ましいことを示した。このモデルにおいては、消費者は保有する貨幣をすべて使い切りたいとする誘惑にかられる。本論文において私の示したことは、フリードマンルールから乖離して名目利子率をプラスにすると、貨幣の実質的価値を下げ、誘惑に負け消費をすることから得られる効用、つまり自制のコストを減らし、結果として社会厚生が増加するということである。今年度は、当初の研究計画に基づき、現在金融政策のみ考察しているモデルに財政面を組み入れ、望ましい財政金融政策の在り方について考えたい。同時に今の日本に望ましい政策の在り方について具体的に提言したい。今後は、財政政策と金融政策の協調の仕方について考察したい。具体的には資本課税とインフレの共存によりどういう効果が社会厚生上生まれるのか精緻に議論したい。そしてその後、日本経済にとってのぞましい財政金融政策のありかたについて、数値計算を行うことで導出したい。経済学望ましい金融政策については導出できたが、財政政策との協調の仕方や日本経済についての数値計算について研究がやや難航しており、次年度も引き続き研究費を用いて研究を続けたい。今年度は、財政学についての理解を深めるべく、京都大学、小樽商科大学、大阪大学など他大学にて研究発表を頻繁に行いたい。そのための旅費として研究費を利用したい。特に財政政策に関する論文を多数書いている京都大学経済研究所の柴田先生と研究に関し打ち合わせをし、その中で助言を得たい。
哺乳類ポリコーム群による安定的遺伝子抑制に必要な遺伝子座記憶機能に関する研究

細胞分裂を超えたポリコーム群複合体(PRC1)による遺伝子座記憶を理解するためにイメージング手法を用いた. H3K27me3化酵素Ezh2の誘導欠損実験からH3K27me3はPRC1の主要リクルーターでないことが示唆された.過去のFRAP解析は約20%のPRC1分子がクロマチン固定であることを示していた.この固定画分が分裂期を超えて残り,記憶タグとなっている可能性があると考え,その検証に着手した.細胞分裂を超えたポリコーム群複合体(PRC1)による遺伝子座記憶を理解するためにイメージング手法を用いた. H3K27me3化酵素Ezh2の誘導欠損実験からH3K27me3はPRC1の主要リクルーターでないことが示唆された.過去のFRAP解析は約20%のPRC1分子がクロマチン固定であることを示していた.この固定画分が分裂期を超えて残り,記憶タグとなっている可能性があると考え,その検証に着手した.ポリコーム群は多くの分化制御遺伝子に対する転写抑制因子であり,少なくとも2つの複合体PRC1とPRC2を形成して機能する.ポリコーム群による抑制は,可逆的でありながら細胞分裂を越えて安定的に維持されていく.この特性が細胞の運命決定に重要である.最近,我々はPRC1が標的遺伝子座上で会合し,PcG bodyと称する可視的核内ドメインを構築することが抑制に重要であることを発見した.すなわちPcG bodyは抑制機能装置である.本研究では,PcG bodyを指標としてポリコーム群の安定的抑制機構の一旦である遺伝子座記憶機能を明らかにする.現在,PRC2が触媒するメチル化ヒストンH3K27がPRC1のプラットフォームであると考えられている.その真否を2つの実験によって検証した.(1)クロマチン沈降実験.PcG body形成不全細胞ではPRC1およびメチル化H3K27はその標的遺伝子座で著しく減少していたが,その減少度はPRC1の方が圧倒的であった.これはPcG body形成がPRC1のリクルートに重要であることを示唆する.(2)免疫抗体染色実験.H3K27メチル化酵素Ezh2を遺伝学的に欠損させるとメチル化H3K27は検出限界以下となる.しかしその状況下においてもPcG hodyは検出された.これはPcG body形成がメチル化H3K27に依存しないことを示唆する。以上のことから,PRC1の標的遺伝子座記憶にはメチル化H3K27よりはむしろPcG body形成が重要であると推察される,したがって,本研究から遺伝子記憶機能はPRC1自体に付与されている可能性が新規に示されたポリコーム群は細胞分裂を超えて標的遺伝子を抑制することができる.これはポリコーム群が標的遺伝子座を記憶していることを意味する.しかしながら,この記憶メカニズムはまだ十分理解されていない.これまでの我々の研究は核内ポリコーム群構造体(PcG body)が抑制機能に必要であることを示している.したがって本研究では,PcG bodyの形成に関わる要因を探索することで記憶メカニズムの端緒を開きたいと考えている.歴史的にポリコーム群Cbx2がそのN端にあるクロモドメインを介してH3K27me3に結合できることから,H3K27me3がポリコーム群局在化に重要であろうと考えられてきた.しかし昨年度までの結果として,PcG body形成不全細胞を使ったクロマチン沈降実験やH3K27メチル化酵素Ezh2の遺伝子欠損させた細胞の免疫蛍光染色実験から,H3K27me3はPcG body形成の必須要因ではないことが示唆されていた.しかしCbx2によるポリコーム群局在化が最もシンプルであると考える.Cbx2はクロモドメイン以外に,そのすぐ下流のDNA結合ドメインとして知られているAT-hook配列と他ポリコーム群との相互作用に重要なC末保存領域を持つ.本年度,Cbx2 AT-hookの解析に着手した.まず,AT-hookの核酸結合能を調べたところ,それはDNAだけでなくRNAにも結合することがわかった.in vitroでは配列の特異性は低いが,よりRNAに強い結合性を示した.現時点では,non-coding RNAとAT-hookとの相互作用がポリコーム群局在化に重要であろうと仮定している.今後,核酸結合能のないAT-hook点変異がH3K27me3認識や抑制機能,そしてPcG body形成に影響するかを調べていく.クロマチン作用因子であるポリコーム群複合体(PRC1)は様々な分化制御・増殖制御遺伝子を抑制状態に固定することで細胞の運命決定に貢献している.ヒト培養細胞の免疫染色実験はPRC1の分裂期染色体からの解離を示していた.この結果は分裂期後にPRC1が標的遺伝子座上に舞い戻り,抑制状態を維持しつづけることを示している.しかしながら,PRC1による遺伝子座記憶の仕組みは十分に理解されていない.PRC1の遺伝子座記憶(リクルートメント)は抑制機能の上流にあり,極めて重要な研究課題である.したがって,本研究の目的は本質的なPRC1記憶タグの同定とした.すでに我々は,PRC1遺伝子Mel18-GFPノックインマウス(Mel18gfp/gfp)由来の胚性線維芽細胞(MEF)を用いた研究からPRC1が標的遺伝子座上で核内構造体(PRC1 body)を形成することを示していた.

したがって,PRC1 bodyをポリコーム群リクルートメントの判断基準とした細胞イメージングにより記憶タグを評価した.ヒストン修飾酵素Ezh2により触媒されるH3K27me3はPRC1リクルートメントに重要であると広く信じられていた.しかしながら,Ezh2遺伝子誘導欠損型細胞を使った免疫染色実験からH3K27me3はPRC1の主要リクルーターでないことが示唆された.ついでPRC1成分Cbx2のDNA結合ドメインAT-hookに注目した.しかし,Cbx2 AT-hook点変異マウスの機能解析は,AT-hookが抑制機能には必須であるがPRC1リクルートメントには重要でないことを示した.PRC1 bodyの構成成分は絶えず置き換わっているが,その一部(約20%)はクロマチンに固定されていることがわかった.この固定画分が分裂期を超えて残り,記憶タグとなっている可能性があると考え,その検証実験に着手した.記憶メカニズム解明に向けてPcG body形成要因を見つけつことが最終目標である.現在調査中であるが,一般的に考えられてきた可能性(H3K27me3)をまず排除できたことは一つの成果である.よって(2)とした.24年度が最終年度であるため、記入しない。H3K27me3の排除を一般的に受け入れられるようにさらに確信的なデータをそろえる.次候補のCbx2 AT-hookの生物学的意義を検証していく.24年度が最終年度であるため、記入しない。
喘息の慢性化をもたらす気道リモデリングのフラボノイドによる抑制効果の解析

活性化T細胞によるマスト細胞の活性化は喘息の慢性化に関わる気道リモデリングに関与している。本研究では、フラボノイドのフィセチンが活性化T細胞によるマスト細胞の活性化を抑制すること、及びその作用機構として、Aktのリン酸化及びそれに続くNF-κB及びMAPキナーゼの活性化を抑制することを明らかにした。フィセチンを含む飼料を自由摂取させることにより、喘息モデルマウスの症状は改善されなかったが、同様のメカニズムで発症する皮膚炎モデルマウスの症状を改善することが示唆された。マスト細胞と活性化T細胞の相互作用は喘息時の炎症を悪化させ慢性化リモデリングに関与することが示唆されている。そこで活性化T細胞によるマスト細胞の活性化機構及びフラボノイドによるその抑制効果を検討した。これまでに、活性化T細胞膜刺激がHMC-1ヒトマスト細胞のNF-κBシグナル伝達経路を活性化することを明らかにしており、今年度はIκBα阻害剤(BAY 11-7082)により炎症性サイトカイン(TNFα、IL1β)及びT細胞との接着に働く接着分子ICAM-1の遺伝子発現が抑制されることから、NF-κBシグナル伝達経路がマスト細胞における遺伝子発現及び細胞間の接着に重要な役割を担うことを明らかにすると共に、フラボノイドのフィセチンがこの経路を抑制することを解明した。またSrcファミリーチロシンキナーゼのSyk阻害剤(BAY 61-3606)が活性化T細胞膜で誘導されるHMC-1細胞の細胞伸展(細胞遊走)や遺伝子発現を抑制することから、チロシンキナーゼSykが活性化T細胞によるHMC-1細胞の活性化に関与することが示された。更に、HMC-1細胞の細胞表面にTNF受容体ファミリーCD40が発現していること、及び活性化T細胞膜刺激によりCD40が脂質ラフトに移行することを明らかにした。現在、フィセチンでの脂質ラフトの形成抑制効果を検討している。また、喘息モデルマウスの肺胞洗浄液中の各種細胞数の変化等の検討を行っている。昨年度までにSFK (Src famliy kinase)阻害剤(SU6656)及びSyk特異的阻害剤(BAY61-3606)が活性化T細胞膜によって誘導されるHMC-1ヒトマスト細胞の細胞伸展や遺伝子発現を抑制することを明らかにし、チロシンキナーゼが活性化丁細胞膜刺激によるマスト細胞の活性化に関与することが示唆された。そこで本年度は、抗リン酸化チロシン抗体及び抗リン酸化チロシンキナーゼ(Syk,Lyn及びFyn)抗体を用いて、マスト細胞におけるチロシンキナーゼのリン酸化による活性化を測定したが、活性化T細胞膜刺激で誘導されるSyk、Lyn及びFynの活性化は認められなかった。また、フィセチンによる脂質ラフトの形成抑制効果は認められず、フィセチンは他の作用機構でマスト細胞の活性化を抑制すると考えられた。そこで現在、NFkB及びMAPKの上流シグナルへの影響を検討している。また、各種フラボノイドの、活性化T細胞膜刺激によるHMC-1細胞活性化の抑制効果を検討した結果、フィセチンと同様にルテオリン及びアピゲニンで高い抑制効果が観察され、次いでケルセチン及びイソラムネチンに抑制効果が認められた。そこでこれらフラボノイドのうち、0.1%及び0.05%のフィセチン及びケルセチンを喘息モデルマウスに自由摂取させ、肺の遺伝子発現変化や肺胞洗浄液中の細胞数の増減などを測定することによって、アレルギー反応の抑制効果を検討している。昨年度までに、活性化T細胞膜刺激によるHMC-1ヒトマスト細胞の活性化において、フラボノイドのフィセチンは脂質ラフトの形成を阻害しないが、NF-κB及びMAP kinaseの活性化を抑制することを明らかにした。そこでフィセチンがNF-κB及びMAP kinase上流のシグナル伝達経路に及ぼす影響を検討した結果、活性化T細胞刺激によるHMC-1細胞の活性化にはAkt(Ser473)のリン酸化が関与し、フィセチンがこれを抑制することを明らかにした。またフィセチンはHMC-1細胞の伸展を抑制するが、Aktのリン酸化に関わるPI3 kinaseの特異的阻害剤LY294002はHMC-1細胞の伸展を抑制しなかった。このことから、フィセチンはPI3 kinaseを介さずにAkt(Ser473)のリン酸化とそれに続くNF-κB及びMAP kinaseの活性化を抑制して、マスト細胞の活性化を抑制すると考えられた。またオブアルブミン誘導喘息モデルマウスにフィセチン及びケルセチンをそれぞれ自由摂取させて、気道リモデリングの抑制効果等を検討したが、明らかな効果は認められなかった。そこで、活性化T細胞によるマスト細胞の活性化が関与する異なる動物モデルとして、NC/Ngaマウスを用いてダニ(Dermatophagoides farinae)抗原の連続塗布による皮膚炎モデルマウスを新たに製作した。

フラボノイドのうち、in vitroにおいてマスト細胞活性化抑制効果が最も効果の高かったフィセチンを0.1%の割合で飼料に添加して、皮膚炎モデルマウスに自由摂取させ、皮膚炎の抑制効果を観察した結果、フィセチン摂取群では皮膚炎を発症したコントロール群と比べて、発赤、擦傷、痂皮、浮腫、皮膚硬化等の症状悪化の進行が緩やかになり、試験終了後の血中total-IgE抗体価がやや低下することが明らかになった。
ヒストン修飾変化の観点より迫る農薬による紫外線発がん増強の可能性

世界保健機構(WHO)の報告によると、皮膚がん罹患率は世界規模で増加傾向にあり、年間皮膚がん発症数は約300万人達する。皮膚がん罹患率の上昇には、オゾン層減少による紫外線の増加、並びに平均寿命の延長が寄与している事は疑いの余地はないが、申請者はこれらに加えて化学物質との複合影響が一部寄与しているのではないかと考える。紫外線発がんの主要因は、紫外線曝露により生成するシクロブタンピリミジンダイマー等のDNA損傷であり、このDNA損傷の生成率・修復率は発がんイニシエーションの観点から重要であるが、農薬作用によりヒストン修飾が変化した際に紫外線が照射されれば、DNA損傷生成率・修復率が変化し、変異の上昇に結びつく可能性がある。加えて、一部の農薬はエストロゲン様作用を示す事がよく知られており、細胞生存シグナルの増強、及び細胞増殖を促進するがん遺伝子の発現を介して、農薬作用が皮膚発がんをプロモーションする可能性がある。本研究では、農薬が紫外線によるDNA損傷生成・修復を変化させるのか否かをヒストン修飾変化の観点より検討し、その後の発がん促進作用を示すのか否かを農薬のエストロゲン様作用に着目して検討する事で皮膚がん罹患率上昇の原因の一端を解明することを目的とした。本年度は、農薬が紫外線によるDNA損傷生成・修復を変化させるのか否かを検討する前に、ヒストン脱アセチル化阻害剤としてよく知られているsodium butylateを用い、細胞内ヒストン修飾状況を変化させた状態で紫外線(UVC filter法)を照射、紫外線誘導DNA損傷部位における各種DNA修復因子(NER因子: DDB2, XPA, TFIIH, XPF, XPG, PCNA)の集積具合について解析した。あるNER因子は細胞内ヒストン修飾状態が変化すると、紫外線誘導DNA損傷部位へ集積しにくくなる可能性が示唆された。
静脈血栓由来肺塞栓症の病態解明と予防・制御:治療薬開発への薬理学的アプローチ

食生活の欧米化がよりいっそう定着し、若年層においてもファストフードなどによって脂質摂取量の増加が社会現象として認識されている。さらに極端な高齢化社会を迎える今世紀は、虚血性疾患である心筋梗塞・脳梗塞の原因と考えられる血管病変の発症は増加するものと考えられ、これら疾患の予防・治療はたいへん重要なものと考えられる。また、最近ではこれら動脈血栓が主たる要因の疾患のみならず静脈血栓の臨床的意義(エコノミークラス症候群、関節置換術後の肺梗塞・深部静脈血栓など)が注目されている。欧米諸国において静脈血栓は入院臥床後や外科的手術施行後約10%の患者に見られ、これらが原因として誘発される肺塞栓由来の突然死も問題とされている(日本でも最近その増加が指摘されている)。これらの対処方法として従来、ヘパリンを中心とした凝固因子制御による静脈血栓治療の研究が基礎研究から臨床応用を通して知られているが、線溶系因子についての細かい研究報告はまだ少ない。我々は今までに小動物(ラット・ハムスター・マウス)における簡便で有用性の高い血管病変モデル(血栓、血管肥厚、動脈硬化)を確立し、これらを用いて数多くの薬理・生理学的検討を重ね臨床における新たな治療方法の確立と新薬の可能性を示唆してきた。今回、これらの経験をふまえて特に静脈血栓の成因とその制御と静脈血栓由来の肺塞栓の成因を線溶系ノックアウトマウスならびに各種単離培養細胞を用いて実験的に研究した。さらに線溶系因子の阻害物質(PAI-1,alpha2-APなど)を制御することが静脈血栓および血栓由来肺塞栓の予防・治療の新薬になりうるかを分子薬理学・細胞生物学の観点から実験した。本研究は、現在なを継続中の研究であり各種虚血疾患における血小板・線溶系因子の相互の関与がより臨床病態に近い状態で解明されつつある。本研究の成果は臨床における新しい疾患予防・治療方法の確立に貢献できるものと考えられる。(1)マウス頚静脈での血栓の作製1992年に申請代表者が確立した動脈血栓モデル(Br.J.Pharmacol.,1992)をマウス(C57B)総頚静脈に適用する。ペントバルビタール麻酔下にマウスに光増感物質であるRose Bengalを静脈内注射し、ついで血管外部から540nmの光を照射する。この結果血管内に酸素ラジカルが継続的に発生し内皮障害を誘発し血栓を形成する。血栓形成は30分間連続的に行われる。この間、血流を指標に総頚静脈を観察する。(2)静脈血栓由来の肺塞栓血栓形成開始から2時間後、マウスを麻酔下に環流固定を行い肺を摘出する。肺は定法に従い多数の切片を作製してHE染色を施す。顕微鏡ならびに画像解析装置を用いて血栓を確認する。肺塞栓モデルは血液因子(ADP,Thrombin,アラキドン酸など)や化学物質(ブレオマイシンなど)誘発によるものはあるが生体内の他の部位に作製した血栓誘発モデルは今までになく、臨床における深部静脈血栓由来の肺塞栓モデルと考えられる。他に各種抗体を用いた免疫染色や肺塞栓形成後の生存率も指標とする。また血液サンプルを用いて、本モデルがDICを併発する可能性も考えられるのでフィブリノーゲンやフィブリンダイマーについて臨床検査方法を用いて計測する。C57Bマウスを用いて実験結果から確立されたモデル作製方法ならびに経過観察、Data解析を用いて各種線溶系因子ノックアウトマウスでの検討を行う。

これによって、肺塞栓での病態における線溶系活性化因子の役割が生体内において同定される。1:動脈・静脈血栓の生理学的解析従来より動脈血栓についての基礎医学的検討は動物モデルを含め多数行われており、血管内皮細胞の障害から発生する血栓形成は詳細に研究されている。一方で、静脈血栓については血流やレオロジーの観点からの研究が主であり、さらに塞栓については今なをその形成に不明な点が多い。今回の研究において、一小動物で同時に動脈・静脈血栓を作成しその変化を評価することに成功した。さらに、血栓形成・消失の過程に関与する主な因子の同定と、さらに高脂血症での病態の変化について小動物モデルにおいて明らかにすることに成功した。2:静脈血栓における線溶系因子の役割血栓を溶解する因子として線溶系の役割の重要性は確認されている。一方で、この線溶系を制御する因子として代表的なa2-antiplasminとPlasminogen Activator Inhibitor-1(PAI-1)がある。今回の研究において、α2-antiplasminが静脈血栓の形成ならびに血栓の自然融解に重要な役割を担っていることがα2-antiplasmin遺伝的欠損マウスを用いた実験の結果証明された。さらに、虚血疾患においてVEGFとの相互作用が心血管・肺循環において致死的な作用を示す可能性を世界で始めて見い出し報告した。これらの結果によって、α2-antiplasminの作用を阻害することで、新たな治療薬・治療方法の確立の可能性が示唆されたものと考えられる。3:静脈血栓由来肺塞栓モデル総頸静脈に持続的に血栓を作成することで、肺塞栓による致死的動物モデルの作成に成功した。さらに、プラスミン関連物質が肺塞栓の誘発に深く関与していることを示した。本モデルはこれから多数の医薬品を用いて検討することで、肺塞栓治療薬、方法を確立する重要な手段として研究に役立っものと考えられる。
形のばらつきがもたらす新しい細胞制御機構の解明

近年、遺伝子発現等に偶然生じるばらつきが、将来の細胞挙動の決定に重要な役割を果たすことが明らかになってきた。本研究ではさらに、たまたま起きる細胞の形の違いが、細胞挙動に影響を与えることを明らかにした。すなわち、ゼブラフィッシュ胚神経形成での確率論的な非対称分裂において、前駆細胞の形とその後の振る舞い(分裂方向と二者択一の発生運命の選択)との関係をライブイメージングと統計解析を用いて明らかにした。また、コンピュータシミュレーションによって形による非対称分裂の制御機構を解析し、パラメータを変化させた時の振る舞いの変化を実験で検証することによりシミュレーションモデルの妥当性を確認した。偶然生じる細胞の形と、将来の運命決定の関係を明らかにすることは、細胞システムを理解するうえで重要な問題である。そこで本研究では、確率論的な非対称分裂を行うゼブラフィッシュ胚のV2介在神経前駆細胞(V2細胞)に注目して細胞の形と運命選択(V2aとV2b)の関係を明らかにしてきた。平成24年度までに、V2細胞の一端が尖っているとそちら側の娘細胞がV2aの運命を選択する可能性が高いことを示した。そして、cellular Pottsモデルを用いたコンピュータシミュレーションにより、シグナル分子の尖がりへ偏りと分裂期の拡散とでこの確率的な非対称分裂が再現可能であることを明らかにした。そこで平成25年度では、コンピュータシミュレーションの結果から予想されるV2細胞、及びシグナル分子の振る舞いを検証した。具体的には、1)娘細胞間の運命選択を担うシグナル分子のDeltaCタンパク質に対する抗体を用いて、V2細胞の尖がりにDeltaCが多く存在する傾向を明らかにした。2) DeltaCと蛍光タンパク質mCherryの融合タンパク質をゼブラフィッシュ胚に導入し、尖った側に局在していたDeltaCは、分裂期に入ると細胞全体へ広がっていくことを確認した。3) deltaCに対するノックダウン実験や強制発現実験により、DeltaCが減少すると、娘細胞間の運命選択はランダムになり、反対にDeltaCが増えると、尖った側の娘細胞がV2aの運命を選択する傾向がより顕著になった。そして、4)環境温度を上げると(拡散速度大)、娘細胞間の運命選択はランダムに、反対に下げると(拡散速度小)、運命選択の偏りはより大きくなった。これらの結果より、尖った側の娘細胞へV2aの運命が偏るという確率論的なV2細胞の非対称分裂は、DeltaCの偏った分布と分裂期での拡散によりもたらされることが示された。均一な細胞集団内においても細胞の形はばらつく。しかし、たまたま起きる形の違いの生物学的な意義は、これまで充分に検証されてこなかった。そこで本研究では、偶然生じる形のばらつきが細胞挙動に与える影響に注目して研究を行っている。ゼブラフィッシュ胚のV2介在神経前駆細胞(V2細胞)は、非対称分裂により二つのサブタイプ(V2a、V2b)を形成する。V2細胞で蛍光タンパク質を発現する遺伝子改変ゼブラフィッシュのタイムラプス観察から、研究代表者は、まずV2細胞の形と振る舞いには以下の特徴があることを見出した。1、細胞の長軸方向の一端が尖がっていると、およそ半数の細胞は、長軸方向に沿って分裂する。2、この傾向は、細胞の長軸が長くなるほど顕著になる。3、分裂軸の片側が尖がっていると、尖がっている側の娘細胞の約6割がV2aの運命を選択する。このV2細胞の形と偏った振る舞いの関係をさらに解析するため、我々は超短パルスレーザー照射によって生じる微小空間での衝撃波を用いて人為的にV2細胞の形を変形させる技術を開発した。この技術を用いて変形したV2細胞は、変形後の形に従って上記の特徴を持った挙動を示した。また、薬剤処理によって細胞の形を変えても同様の結果が得られたこともあわせて、細胞の形が分裂方向と娘細胞間の運命選択を確率論的に制御すると考えられた。そこで現在、我々は、このシステムの動作原理を明らかにすることを目的に、cellular Pottsモデルを用いた三次元コンピュータシミュレーションで上記三つの特徴を持ったV2細胞の挙動を再現することを試みている。研究計画調書では、平成24年度は、「V2細胞の形と、分裂方向、及び娘細胞間のV2a/bの選択の仕方」と「人為的にV2細胞の形を変形させると、分裂方向、及び娘細胞間のV2a/bの選択の傾向の変化」の二点について解析する計画であった。これらの実験に関しては、「現在までの達成度」で述べたように、予定通り遂行し、十分な成果を得られたと考えている。さらに本年度は、平成25年度に予定していた「V2細胞の形から、分裂方向、及び娘細胞間のV2a/bの選択の傾向の再現」のための実験を前倒して開始しており、すでに数理モデルの構築とコンピュータシミュレーションによる解析を行っている。今後は、コンピュータシミュレーションによる解析を進め、in silicoでの結果とin vivoでの観察結果との整合性を取るべく、数理モデルの修正とパラメータの調整を行う。

また、数理モデルの構築のために、さらにin vivoでの実験結果が必要となることも予想されるが、その場合は、必要に応じてタイムラプス観察データやマニピュレーション実験を追加する。同時に、年度内での国内外での学会発表、及び論文投稿を予定しており、それらを通して研究成果の社会への発信を行っていく。試料を処理する薬剤や染色用の試薬が当初の予定よりも少ない研究費で賄えたため、未使用額が生じた。翌年度以降に請求する研究費と合わせた使用計画は、以下の通りである。平成25年度も引き続き、実験に用いるゼブラフィッシュを維持するための費用が必要となる。また、追加実験のための試薬やシミュレーションデータの解析に必要となるソフトウェアの購入費に本研究費をあてる予定である。さらには、国内外で行われる学会等への参加や共同研究者との打ち合わせにかかる費用や論文発表のための費用に使用する