hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超臨界クラスターによる遮蔽効果を利用した可視光応答チタニアの創製と水処理への応用

これまでの研究成果において、超臨界ゾルゲル反応により、高い比表面積が期待される針状の酸化チタンの形成条件を確立した。また、光触媒活性が、可視光応答性よりも再結合を抑制するアナターゼ・ルチル混合相結晶に大きく依存することが確認された。そこで本年度の研究は、1チタニア前駆体種や焼成条件が混合相結晶に与える影響を把握し、高比表面積かつ混合相結晶を有する酸化チタンを開発した。また、2合成した酸化チタンに対し、比表面積や混合相結晶が光触媒活性に与える影響を把握し、操作因子による光触媒活性の制御を図った。1長鎖や二重結合を有する前駆体種を用いた酸化チタンは、短鎖の前駆体種と比べ、低温下の焼成により混合相が現れることが確認された。また、空気雰囲気下よりもアルゴン雰囲気下の焼成操作を行うことで、混合相がより低温下で現れることが明らかとなった。titanium tetrabutoxideを前駆体種として用い、アルゴン雰囲気の焼成を施したものは、混合相結晶かつ比表面積が63m2/gであった。これは、光触媒として広く用いられているP25の比表面積よりも高いことから、高い光触媒活性が期待される。21により作製したアナターゼ・ルチル混合相を有する酸化チタンの光触媒活性を、メチレンブルー(MB)を用いた可視光照射による分解実験により評価を行った。高い比表面積を有するP25は水溶液中の分散性が悪く、MBをほとんど吸着していなかった。一方、titanium ethylhexoxideを用いた超臨界ゾルゲル反応により作製した酸化チタンは、水溶液中の分散性が良く、高いMB吸着性と分解速度定数を有していた。さらに前駆体濃度を大きくすることで、P25の約2.4倍のMB分解速度定数を示した。以上の研究結果から、水浄化技術の応用に向けた、高い光触媒活性を有する酸化チタンの合成および制御の可能性を示した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
ナノリングによるインターロックを経たカーボンナノチューブの構造分離と物性制御

まず、2枚のピレン、もしくは2枚のポルフィリンをレセプター部位にもつピンセット形、あるいはノギス形ホスト分子、計4種類を合成し、それらを用いて単層カーボンナノチューブ(SWNT; CoMoCAT, HiPCo)、あるいは二層カーボンナノチューブ(DWNT)の抽出を、全く同じ条件で行なった。SWNTの抽出では、ピンセット形、ノギス形いずれのホスト分子においても、ピレンに比べポルフィリンをレセプター部位にもつものがより高い抽出能を示した。また、ピレン、ポルフィリンいずれの場合においても、ノギス形ホスト分子がピンセット形に比べ、高い抽出能を示した。前者においては、ピレンに比べポルフィリンは若干柔軟性に富むことから、SWNTの曲率に沿ったより接触面積の大きい錯形成がなされ、このことが安定化に寄与したと思われる。後者では、ピンセット形に比べノギス形ホスト分子は、より多くの点でSWNTと相互作用することから、より大きな安定化が得られると考えられる。DWNTのノギス形ホスト分子による抽出では、より大きな空孔を有するホスト分子がより多くのDWNTを抽出した。これらホスト分子は直径に対する識別能を有することが期待される。さらに報告者らは、先述のホスト分子とSWNTとの錯形成定数をラングミュアの式に基づき決定した。2枚のピレンからなるピンセット形ホスト分子は、103程度であったが、レセプター部位を2枚のポルフィリンに変えることにより、錯形成定数が約10倍大きくなった。また、2枚のピレンからなるノギス形ホスト分子でも約10倍大きい値が得られた。、ポルフィリンを含むノギス形ホスト分子では、さらに約10倍大きい105の錯形成定数が得られた。これらの結果は、先の抽出能と矛盾のないと言える。分担者は7月に帰国予定であるので、今年度は新たな実験を行わず、データ整理と論文の作成を集中して行う予定である。ナノリングの合成に関しては、いろいろな角度から検討を行って来た。まず、1,6-ジアミノピレンに2当量のイソフタルアルデヒドがイミンで結合したジアルデヒドを合成した。これと1,2-エチレンジアミンをテトラクロロエチレン溶媒中、単層カーボンナノチューブ(SWNT)存在下で反応させたところ、生成したナノリングがSWNTを被覆したと考えられる生成物が得られた。一方、ピレンの2,7位に2分子の3-臭化ピレンが6位で結合した化合物とピレン-2,7-ジボロネートとの鈴木カップリング反応を行ったところ、この場合においても、生成したナノリングがSWNTを被覆したと考えられる生成物が得られた。上記の反応生成物とともに、現在、それらの構造を解析しているところである。以上の当初予定していた研究計画に加えて、ピレン誘導体とそれに基づくピンセット、あるいはノギス形分子を合成し、それらとSWNTとの錯形成定数の決定を行った。化合物の合成に関しては、申請者のグループで従来から行われた合成手法に従っており、また、錯形成定数の決定に関しては、分担者のAlejandro LOPEZ MORENOがスペインで行なっていた手法に基づいている。決定された錯形成定数は、ピレンで13程度であったのに対し、ピンセット形分子では、錯形成定数が2桁大きくなり、さらに、ノギス形分子では3桁大きいことが明らかとなった。まず、ナノリングとSWNTとの錯体の構造解析を進める。さらに、SWNTの有無によるナノリングの収率の違いから、SWNTのテンプレート効果について明らかにしたいと考えている。また、ポルフィリンとその誘導体、さらには、それに基づくピンセット、あるいはノギス形分子を合成し、それらとSWNTとの錯形成定数の決定を行う。
蛍光法でみる高分子ゲルおよび高分子液晶のミクロ構造と相転移ダイナミックス

本研究は、蛍光法により制限された運動性と相転移現象を示す高分子グルおよび高分子液晶系におけるミクロ構造とダイナミックスを明らかにし、その蛍光法を用いる方法論を確立することを目的として行われた。具体的には、以下のような研究成果をあげることができた。(1)蛍光プローブを各種ポリアクリルアミドゲルおよびイソプロピルアクリルアミドゲルの側鎖に組み込み、相転移をおこしつつある各段階におけるゲルの分子鎖の蛍光スペクトルと偏光解消を測定して、ミクロなダイナミックスを明らかにした。また、溶媒にD_2Oを用い、H_2Oと比較して、水素結合がポリマーゲルの膨潤と収縮にはたしている役割を明らかにした。(2)剛直な主鎖をもつ芳香族ポリイミドを骨格として、なおかつ体積相転移を示す高分子ゲルの合成を行い、ポリイミドの耐熱性とゲルの機能を合わせもつ新しいタイプの機能性ゲルを実現した。(3)ビフェニル基をもつ主鎖型高分子液晶や低分子液晶の高温液晶状態でのメゾゲン基間の配向のミクロ構造と相互作用の関係、液晶状態でのダイナミックスおよび液晶相間の相転移のダイナミックスを蛍光法により測定し、偏光照射の光学異方性測定やキラルスルホキシドの光反転反応による液晶の光制御と合わせて、制限された秩序領域での運動のモードを明らかにした。(4)蛍光法、特に蛍光偏光解消、エキシマー形成速度の過渡測定、クマリンを使ったストークスシフトの過渡測定などを、ナノスケールの構造をもった高分子系、低分子液晶系、逆ミセル系、などに応用し、蛍光法によるミクロ構造とダイナミックス測定の手法の確立とその特徴、蛍光測定で何がわかり何がわからないか、その有効性と限界を明らかにした。本研究は、蛍光法により制限された運動性と相転移現象を示す高分子ゲルおよび高分子液晶系におけるミクロ構造およびダイナミックスを明らかにし、その方法論を確立しようとするものである。本年はまず、ダンシル基をもつ1官能性のモノマーを合成し、それをポリイソプロピルアクリルアミド(PNIPA)ゲルに組み込んで、臨界点や相転移を起こしつつある体積変化の各段階においてゲルの分子鎖のミクロなダイナミックス(回転拡散の速度とその異方性)を測定して、ゲルのミクロな分子鎖のゆらぎや回転運動のダイナミックスとマクロな体積変化のダイナミックスとの関係を明らかにした。また、ビフェニル基をもつ主鎖型高分子液晶の恒温液晶状態でのメゾゲン基間の配向のミクロ構造と相互作用の関係、スルホン酸基とニトロ基を側鎖に置換基としてもつリオトロピックな液晶高分子の液晶状態でのメゾゲン基間の相互作用、さらに低分子液晶のミクロ構造とダイナミックスの相転移による変化、などを蛍光法により測定し、偏光照射の光学異方性測定と合わせて、制限された秩序領域での運動モードを明らかにすることができた。さらに、本補助金で設置された時間分解ピコ秒蛍光分光光度計を用いて、上記の各研究のための蛍光寿命測定を行うとともに、色素をインターカレートしたDNA/脂質複合体の有機溶媒中での回転拡散係数、および過渡異方性比を測定し、DNA/脂質複合体系のダイナミックスを明らかにしつつある。本年度は、次のような研究を行った。(1)ビフェニル基を持つ主鎖型高分子液晶、ナフタレン基やイミド骨格を持つ主鎖型高分子液晶について、室温から高温液晶状態および等方性状態でのメゾゲン基間の配向のミクロ構造と相互作用の関係を、定常光による蛍光測定から明らかにした。(2)主鎖型高分子液晶(BB系)に、ベリレンをプローブとしてドープし、その広い温度範囲にわたる蛍光偏光解消測定および本補助金で設置された時間分解ピコ秒蛍光分光光度計による寿命測定から、液晶状態でのメゾゲン基周辺での色素の回転拡散係数を初めて明らかにした。

(3)5CBなどのネマチック液晶、2MBOCBMなどの強誘電性液晶の蛍光測定を、ピコ秒蛍光分光光度計を用い、内部プローブ法あるいはピレンやクマリンなどの外部プローブを添加して行い、低分子液晶のミクロ構造やダイナミックスの相転移による変化を検出し、制御された秩序領域での運動モードを明らかにしつつある。(4)ピコ秒蛍光分光光度計を用いて、色素をインターカレートしたDNA/脂質複合体の有機溶媒中での回転拡散係数、および過渡異方性比を測定し、DNA/脂質複合体系のダイナミックスを明らかにしつつある。(5)ポリイソプロピルアクリルアミドゲルの膨潤と相転移現象の溶媒和ダイナミックスを、重水素添加により研究しつつある。本年度は、高分子ゲルを用いた研究を中心に、研究をすすめた。PNIPAMゲルの水中および重水中での温度変化に伴う平衡膨潤度変化の測定を行い、重水素同位体効果として、体積相転移温度は、重水の方が約0.7°C高く、平衡膨潤時の半径も重水中の方が大きいことを明らかにした。また、Flory-Rehner-Shibayamaの式を使って最適化の計算を行い、重水素効果は主として混合のエンタルピー項ΔHの変化として効いていることがわかった。PNIPAMゲルおよびPAAMゲルの水中および重水中25°Cでの膨潤過程の特性時間は、重水中の方が大きく、これは主として粘度の違いによるものである。平衡膨潤度に対する重水素同位体効果は、PNIPAMゲルでは重水中の方が大きいのに対し、PAAMゲルでは重水中の方が小さく逆であり、ゲE汲7膨潤に対して水素結合の果たす機構の違い(PNIPAMは、LCSTを示し、PAAMはUCSTを示す)と関連して興味深い。水中および重水中の線状PNIPAMのコイル-グロビュール転移に対する重水素同位体効果についても、透過率変化の測定およびダンシルプローブをつけて蛍光測定を行い、PNIPAMゲルの体積相転移の場合と比較している。剛直な主鎖を持つポリイミドの膨潤ゲルの合成とその体積相転移が本研究の中で、世界で初めて実現された。溶媒可溶型の含フッ素ポリイミドPI(6FDA/DHBP)中のフェノール性水酸基とヘキサメチレンジイソシアナート(HMDI)を反応させて軟らかいポリイミドゲルを合成した。このポリイミドゲルは、水/NMP混合溶媒中のNMP80%以上で膨潤し、乾燥状態の40倍以上に達する。平衡膨潤度測定およびゲルの粘弾性測定から架橋点間分子量や有効架橋効率を計算し、このポリイミドゲルの特性解析をすすめている。
イオン液体－ナノ粒子融合マテリアルの構築

イオン液体中に分散可能なナノ結晶を探索し、表面を2-ジメチルアミノエタンチオール(DMAET)塩酸塩で被覆した種々の金属、半導体ナノ結晶を合成し、疎水性のイオン液体bmimTFSAとの複合化を行った。現在までに、CdTe, CdSe, PbS, PbSの半導体ナノ結晶ならびにAuおよびAgの貴金属ナノ粒子において均一分散が確認され、イオン液体-ナノ粒子複合体形成の方法論の一般性が実証された。特に、水溶液中で非常に不安定な銀ナノ粒子について、イオン液体中で安定性が向上することが見出された。通常、水中においては表面に形成される電気二重層間の反発によりナノ粒子が安定分散される。一方、イオン液体中においては、ナノ粒子表面におけるイオン液体構成イオンの組織化による立体反発的な分散が考慮される。ナノ粒子の導入濃度を上昇すれば、ナノ粒子表面に組織化されたイオン液体間の相互作用が発達し、ナノ粒子ーイオン液体双方が高秩序に会合した自己組織化状態が形成されるものと期待される。そこで、イオン液体中への高濃度分散を目指し、イオン液体と類似構造を有する配位子(2-ジメチルアミノエタンチオール-TFSA塩)により被覆されたAuならびにCdSeナノ粒子を合成し、イオン液体との高濃度複合化を行った。高濃度状態において、ナノ粒子(表面)がドメインをもってイオン液体中で相分離し、ナノ粒子の配列状態が形成されていることを示唆している結果が得られた。希釈により配列構造が緩和し、最終的にはナノ粒子が分散した均一系を与えるスキームが考察された。すなわち、イオン液体の添加によりアシストされた金ナノ粒子の秩序配列化が示唆された。24年度が最終年度であるため、記入しない。金属・半導体ナノ粒子はナノサイズ特有の物性を示す。さらに、ナノ物質-ソフトマテリアルの融合により材料特性の向上のみならず、各々の材料単体では得られない融合マテリアル特有の光・電子・磁気特性の発現が期待される。一方、イオン液体は媒体自体に組織構造を内在する自己組織性媒体として注目されつつあるが、規制された次元性や階層構造を有する高分子や液晶などと比べて、イオン液体の組織構造の秩序性は低く曖昧であり、流動的でもある。本研究では、イオン液体とナノ粒子の融合による周期性の向上と秩序性の獲得を目指す。本年度は、金ナノ粒子との融合を中心に検討を行った。表面を2-ジメチルアミノエタンチオール塩酸塩で被覆した種々の金属、半導体ナノ結晶を合成し、ビストリフルオロメタンスルホニルアミド(TFSA)を有する疎水性のイオン液体との複合化を行ったところ、すべて(CdTe,CdSe,PbS,PbS,Au,およびAg)のナノ粒子において均一分散が確認され、イオン液体-ナノ粒子複合体形成の方法論の一般性が実証された。特に、表面配位子のカウンターアニオンをTFSAとした金ナノ粒子は、イオン液体と任意の割合でマクロには均一に高濃度で分散することを見出した。また、カウンターアニオンをTFSAとした配位子はイオン液体としても振る舞い、表面をイオン液体で被覆された金ナノ粒子は、イオン液体特有の凝集性により、ナノ粒子による超格子構造や高分子のスピノーダル様の構造を与えた。すなわち、融合マテリアル中でイオン性部位および金属部位がそれぞれ相分離した超構造を形成している。当初の目的であったイオン液体-ナノ粒子融合マテリアル形成のための、界面設計を一般化することができ、多種のナノ粒子についてイオン液体との融合を達成できた。また、本系の特徴であるイオン液体への高濃度分散の観点においても、イオン液体と任意の割合で混和する金ナノ粒子を作成することができ、金の重量換算で60wt%を超える融合マテリアルの作成に成功した。

24年度が最終年度であるため、記入しない。表面をイオン液体分子で被覆した金ナノ粒子は、溶媒からキャストすることによりフィルムを形成し、フィルム中において超格子などの超構造を形成することで、イオン液体部位と金属部位が相分離した構造を与えていると考えられる。これについて、イオン液体を極微量添加することによる構造変化を小角X線散乱、DSC測定により評価する。また、加熱に伴う電気伝導性の増加についても評価し、ナノインクとしての特性について検討を行う。
アレクサンドロフ空間の収束理論

曲率が下に有界なアレクサンドロフ空間の特異性がそれ程大きくない場合に、L^2空間への埋め込みを考察することにより、空間の収束の下で、空間のリプシッツ同相写像を構成することができた。これにより特に、アレクサンドロフ空間の体積の連続性が従う。更に、アレクサンドロフ空間の特異点集合がハウスドルフ測度に関して測度ゼロをもつことや、特異点集合の補集合上に自然なリーマン構造が導入され得ることも判明した。また、アレクサンドロフ空間の等長変換群がリー群になることが分かり、リーマン幾何学への重要な応用も見出された。他方、グロモフ不変料の概念をアレクサンドロフ空間に拡張し、その曲率や体積とグロモフ不変料との関連を明らかにした。先ず、アレクサンダー・スパニアーのコホモロジー理論を援用することによって、アレクサンドロフ空間Xの基本類の存在を示し、Xのグロモフ不変量を定義した。次に、基本類[X]のmassとXの体積が一致することを証明した。証明は、幾何学的測度論を用いて、[X]を代表するチェインを性質の良いリプシッツ・チェインによってmass-近似シ、ストークスの定理に代わるある種のキャンセルレーションの手法を開発することにより為される。更に、負曲率アレクサンドロフ空間のグロモフ不変量が曲率の上限と体積を用いて下から評価されることを証明した。アレクサンドロフ曲面の場合、その特異点集合の型を用いてグロモフ不変量のより精密な評価を得た。また、曲率が下に有界であえるアレクサンドロフ空間に対しては、そのグロモフ不変量を曲率の下限と体積を用いて上から評価することができた。従ってこの場合、曲率が上に有界の場合とは全く異なり、空間の特異点の出現は、グロモフ不変量にそれほど影響を及ぼさないことが判明した。これにより曲率を上から押さえるか,或は下から押さえるかで、そのグロモフ不変量への影響が全く異なることが明らかとなった。幾何学的トポロジーにおけるstratificationをもつ空間の同相写像の変形理論をリプシッツ同相写像の変形理論に拡張する事は,可能であると思われるが,相当大きな労力を必要とする事が判明した。これは長期的視野において捉えていくべき問題であろう。従って現在,アレクサンドロフ空間の,2乗可積分関数のつくるヒルベルト空間への埋め込みによる方法を考察中である。この場合,ヒルベルト空間に埋め込まれたアレクサンドロフ空間をアフィン部分空間で局所的に近似する点が鍵となる。アレクサンドロフ空間の特異性がそれ程大きくない場合には,この手法を用いる事によって,リプシッツ同相写像を構成することが可能となった。一般の場合は未だ不明であり、現在研究中である。更にアレクサンドロフ空間の特異点集合がハウスドルフ測度に関して測度0を持つ事,及び特異的集合の補集合上にリーマン構造が導入される事なども判明した。またアレクサンドロフ空間の等長変換群がリー群になる事も判明し,リーマン幾何学への重要な応用(リーマン多様体の基本群の同型類に関する有限性定理など)も見い出された。これらの結果はアレクサンドロフ空間の幾何学において基本的役割を果たすものと期待されるものである。特にアレクサンドロフ空間上の解析学の展開など,新たな研究分野が開ける可能性をもつ。一方,リーマン幾何的手法を部分多様体論に応用する試みもなされ,曲率及び体積の下限を与えて,凸超曲面と標準的球面とのR^<n+1>におけるハウスドルフ距離を評価した。更にはめ込みから定まる量のノルムと平均曲率から定まる積分不等式を用いて部分多様体のベッチ数の和の評価を与えた。

閉じた多様体に対して定義されているグロモフ不変量の概念をアレクサンドロフ空間に拡張し、その曲率や体積とグロモフ不変量との関連を明らかにした。アレクサンドロフ空間Xのグロモフ不変量を定義する為に,Xの曲線が上に有界である場合Xの特異点集合Sの余次元が2以上であることを家庭仮定する必要が一般にはある。これは、Xの基本類[X]の存在を保証する為に不可欠なものである.この仮定のもとに、アレクサンダー・スパニアーのコホモロジー理論を採用することによって、Xの基本類の存在を示すことにより、Xのグロモフ不変量を定義した。次に、基本類[X]のmassとXの体積が一致することを証明した。この事実は、Xがリーマン多様体である場合には、ストークスの定理と,Xの三角形分割可能性の2点から従うものである。ここでの証明は、幾何学的測度論を用いて、[X]を代表するチェインを性質の良いリプシッツ・チェインによってmass-近似し、ストークスの定理に代わるある種のキャンセルレーションの手法を開発することにより為される。この結果を本質的に用いることにより、負曲率アレクサンドロフ空間のグロモフ不変量が曲率の上限と体積を用いて下から評価されることを証明した。この証明では、まっすぐな測地単体のハウスドルフ測度の評価も本質的である。特殊なケースとして、アレクサンドロフ曲面を考察し,その特異点集合の型を用いてグロモフ不変量のより精密な評価を得ることができた。また、曲率が下に有界であるアレクサンドロフ空間に対しては、そのグロモフ不変量を曲率の下限と体積を用いて上から評価することができた。従ってこの場合、空間の特異点の出現は,グロモフ不変量にそれほど影響を及ぼさないことが判明した。これにより曲率を上から押えるか,或は下から押えるかで、そのグロモフ不変量への影響が全く異なることが明らかとなった。
核膜孔構成因子ＴＭＥＭ４８が担う核内ゲノムダイナミクスの制御機構の解明

核膜孔は、核の形態維持や核-細胞質間の物質輸送に寄与する真核生物に必須の構造であるが、配偶子形成における機能は全く解っていない。本研究では、TMEM48の機能を明らかにすることで配偶子形成過程における核膜孔の役割の解明を目指した。その結果、TMEM48が欠損しても人為的に誘導された過度なDNA損傷や減数分裂過程で生じる内在性のDNA損傷に対してSUMO化関連因子を介したDNA損傷修復が機能していることが明らかになった。一方で、TMEM48がこれまで知られていない分子機構によるDNA損傷修復機構に寄与していることが推測された。表記課題を達成するために平成25年度は、下記の研究を行なった。3.精子形成におけるDNA修復機構の解析Tmem48遺伝子が、減数分裂第一分裂前期において不可欠なDSBs修復過程において重要な役割を果たしているのかをDSB修復タンパク質の発現パターンそしてSUMOによるタンパク質修飾過程を免疫組織化学的に精査するため、正常個体の精巣を利用した至適条件の検討を行なった。その結果、ブアン氏固定液もしくはメタカン固定液を利用することで本研究課題を遂行することができることを明らかとした。表記課題を達成するために平成24年度は、下記の研究をすすめた。1. Tmem48の細胞周期における機能の解析NIH3T3細胞を用いてsiRNAによるTmem48のノックダウンの条件検討を行った。3種のsiRNAプローブについて最終濃度を0、25、50nMおよび100nMでトランスフェクションし、トランスフェクション後24、48、72および96時間の時点でTmem48の発現を抑制できているかウェスタンブロットにより調べた。その結果、いずれの時点においても完全に細胞が死滅してしまう、もしくはTmem48の発現が抑制できなかった。トランスフェクション試薬の使用量を変化させる等、条件を精査したが適切な条件を見出すことができなかった。2.胎仔線維芽細胞におけるDNA修復機構の解析DNAの二本鎖間に架橋を形成することでDNA損傷を誘導するマイトマイシンC(MMC)を培養液中に添加することで過度なDNA損傷を誘起することでDNA修復機構におけるTMEM48の関与の有無を調べた。各遺伝子型の胎仔線維芽細胞に対してMMCを0、0.25および1.0μg/mlとなるように添加した培養液で18時間培養した。MMC暴露後、MMCを含まない培養液で48時間培養することでDNA損傷修復を誘導した。これらの条件を各遺伝子型についてDNA損傷のマーカータンパク質であるγ-H2AXとSUMOによるタンパク質修飾に関わるタンパク質の発現を免疫組織化学染色により調べた。その結果、Tmem48を欠損したsks/sksの胎仔線維芽細胞では、MMCが0、0.25および1.0μg/mlのいずれの濃度であってもγ-H2AXにより示されるDNA損傷頻度とそれらが修復される推移がsks/+および+/+と大きな違いがないことが明らかになった。さらに、の発現パターンにも遺伝子間における相違は観察されなかった。本年度では、下記の研究を遂行したTmem48遺伝子が減数分裂第一分裂前期において不可欠なDNA二本鎖切断(DSBs)修復過程に重要な役割を果たしているのかを調べた。本研究において、SUMOによるタンパク質修飾に関わるSUMO1、UBC9そしてRanBP2の局在を免疫組織化学的に調べたところ、いずれのタンパク質もTmem48遺伝子を欠損するsksマウスにおいても正常個体と同様に局在しており、異所的に局在する等の異常は観察されなかった。SUMOによるタンパク修飾は、タンパク質の核への局在化やクロマチン構造制御など細胞の恒常性の維持に重要であるが、減数分裂第一分裂前期においてDSBs修復に異常が生じるsksマウスの生殖細胞でも正常個体と同様に局在していることから、sksマウスにおける減数分裂の異常がSUMOを介したDSBs修復機構とは異なる分子機構に起因することが推測された。実験動物これまで核膜孔は、細胞質と核内をつなぐ物質輸送路としての役割に特化していると考えられていたが、近年、その役割が物質輸送に限られず、細胞周期やDNA損傷修復などの核内ゲノムダイナミクスの制御に直接関与することが明らかにされてきている。しかし、配偶子形成や胎仔の発生における細胞周期やDNA損傷修復などの制御と核膜孔の関連性は不明なままである。本研究は、Tmem48の配偶子形成や胎仔の発生過程における細胞周期やDNA損傷修復を含む核内ゲノムダイナミクスにおける役割を組織学的、細胞学的および分子生物学的手法により明確にすることを目的とした研究計画を進めている。

本件度は、精子形成過程におけるDSBs修復にTmem48が寄与しているのかを調べることを目的としたが、研究代表者が年度途中から長期間の海外出張に行くこととなったため、至適条件の検討を行なうに留まっているが、すでに1年間の延長申請が受理されていることからも帰国後に各遺伝子型について研究を実施することができると考えている。以上ことから(2)おおむね順調に進展していると自己評価した。これまで核膜孔は、細胞質と核内をつなぐ物質輸送路としての役割に特化していると考えられていたが、近年、その役割が物質輸送に限られず、細胞周期やDNA損傷修復などの核内ゲノムダイナミクスの制御に直接関与することが明らかにされてきている。しかし、配偶子形成や胎仔の発生における細胞周期やDNA損傷修復などの制御と核膜孔の関連性は不明なままである。本研究は、Tmem48の配偶子形成や胎仔の発生過程における細胞周期やDNA損傷修復を含む核内ゲノムダイナミクスにおける役割を組織学的、細胞学的および分子生物学的手法により明確にすることを目的とした研究計画を進めている。本年度の研究成果からは、培養条件下で人為的に誘起されたDNA二歩鎖間架橋に起因するDNA損傷の修復や修復過程におけるタンパク質のSUMO化にTmem48が寄与している可能性を否定することができた。一方で、細胞周期の遅延や周期性における役割についてはsiRNAの効果的な条件を決定することができなかったことから本年度では調べることができなかったが、siRNAを利用する実験では条件検討に時間を要することが知られていることから、研究計画の想定の範囲と考えている。以上のことから本年度の達成度は、(2)おおむね順調に進行している、と自己評価した。研究計画および研究費の使用計画を大きく変更する必要は無く、当初の使用計画に沿って研究を遂行することができる。Tmem48の細胞周期における役割を調べるためにsiRNAの効果的な条件を新たな導入試薬を使用するなどすることですみやかに決定する。また、精子形成過程で生じるDSBの修復過程は、体細胞で生じるDNA損傷修復と非常に類似しているが、sks/sksの代表的な表現型である減数分裂第一分裂前期における異常は、DSBsの修復過程に生じている。それゆえ、培養条件下での体細胞でDNA損傷修復に異常が観察されなかったが、精子形成過程で生じるDSBの修復過程の推移を調べることは不可欠である。それゆえ研究計画に沿って研究を遂行する予定である。同様に、初期胚の発生にはDNA修復機構が活発に働いている時期であることから、sks/sks由来の卵子ではDNA修復機構に異常が生じている可能性がある。そこで、研究計画に沿ってsks/sks由来の卵子におけるDNA修復機構におけるTMEM48の関与を明確にする。アメリカ合衆国のJackson研究室に出張することになり、予定していた核膜孔構成因子Tmem48の細胞分裂周期及びDNA修復における機能の解析を実施できなくなったため、未使用額が生じた。平成25年度には核膜孔構成因子Tmem48の細胞分裂周期およびDNA修復における機能を計画に沿って解析し、その結果を基に論文の執筆および海外での学会発表を計画していたが、海外出張に伴い計画の遂行が困難となった。そのため、本年度の研究計画を次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てることとしたい。
自己組織化表面構造と高強度レーザー相互作用による放射プラズマセルの生成

本研究は,微細な周期構造を持ったプラズマ「放射プラズマセル」を自己組織化ハニカム膜に高強度レーザーを照射することで生成し,そこからテラヘルツ波のような低周波電磁波をコヒーレントに発生させる技術開発を目的とした.まず必要な周期を持つ自己組織化膜の安定な作製実験を試み,広い領域で周期性を保つ構造を持つための条件を見いだした.一方,放射プラズマセルからの低周波電磁波の発生スペクトルやその干渉効果などは計算機シミュレーションにより解析し,強度に応じて低周波が発生することを見いだした.さらに,カーボンナノチューブを非対称に配置することで,より簡単に低周波光を発生させることが可能性であることも見いだした.レーザープラズマ解析用粒子シミュレーションコードの開発はほぼ完了し,衝突や電離過程を含んでカーボンナノチューブ(CNT)にレーザーを照射した時のプラズマの過渡現象が,初期の中性状態から解析可能になった.2013年度はこれを用いて周期的に配置したCNTに高強度レーザーを照射したときに発生する電磁波のスペクトルを調べ,そのレーザー光強度依存性や放射角度依存性を調べた.この結果,低周波モードが発生することは確認できたが,そのスペクトルを十分に分解するには至らなかった.これは,テラヘルツ光のような低周波モードを解像するには,空間スケールが大きな領域を解かねばならず,CNTの周期配列のような細かい構造を入れながら大きな領域を解くという大規模シミュレーションが必要だからである.このことから,2014年度は,パソコンノードを増加して並列化をさらに高めると同時に,計算時間低減のためのアルゴリズムを導入する予定である.周期構造を持った自己組織化膜形成実験においては,昨年度に引き続き,均一構造領域の拡大と空孔サイズの制御について最適条件の探索を行った.湿度を制御しやすいように従来の小型ドラフトチャンバーをやめ,もっと容積の小さな成膜カプセルを作成し,その中で実験を行うようにした.湿度と高分子溶液の濃度,添加する界面活性剤の比率,基板の材質および表面処理方法,基板の傾斜角,加湿度空気の吹きかけ時間などをパラメータとして数多くの実験を実行した.結果として,高分子溶液の濃度2mg/ml,金属基板,界面活性剤0.5mg/ml,基板傾斜角18°,加湿空気吹きかけ時間2minの条件下で,比較的広範囲に均一な空孔が整列することがわかった.本研究は,微細な周期構造を持ったプラズマ「放射プラズマセル」を自己組織化ハニカム膜に高強度レーザーを照射することで生成し,そこからテラヘルツ波のような低周波電磁波をコヒーレントに発生させる技術開発を目的とした.まず必要な周期を持つ自己組織化膜の安定な作製実験を試み,広い領域で周期性を保つ構造を持つための条件を見いだした.一方,放射プラズマセルからの低周波電磁波の発生スペクトルやその干渉効果などは計算機シミュレーションにより解析し,強度に応じて低周波が発生することを見いだした.さらに,カーボンナノチューブを非対称に配置することで,より簡単に低周波光を発生させることが可能性であることも見いだした.シミュレーションコード開発においては,中性固体を模擬するために,束縛電子の効果を含めた粒子コード(PICコード)の開発を行った.通常,束縛電子の振動数はプラズマ振動数やレーザーの振動数よりかなり高いため,陽解法で解くには時間ステップが非常に短くなる.しかし,束縛電子の効果の導入には電子の振動中心の時間的変動が計算できればいいので,束縛電子の振動のみ陰解法で時間発展させ,レーザー強度が十分高くなれば,これを電離させて自由電子として取り扱えるようにコードを改良した.この結果,レーザーが透明媒質を侵入する場合の屈折率の効果をPICコードに導入することができた.そこで,これを用いて周期的に配置されたカーボンナノチューブ(CNT)に高強度レーザーを照射したときの挙動を解析した.周期構造を持った自己組織化膜形成実験においては,まず周期的ハニカム膜の生成条件を調べるために,ガラス基板に高分子溶液を塗布し,色々な条件下での微小水滴の結露の実験を行った.単に加湿空気を吹きかける実験では空孔ができなかったが,高湿度下で加湿空気を吹きかける実験を行った結果,広範囲に空孔ができるようになった.しかし水滴の凝集が生じ,空孔サイズに大きなばらつきが生じてしまった.金を蒸着したガラス基板に変更して高湿度下で乾燥空気を送る実験を行った結果,空孔が規則的に配列した膜の作製に成功した.シリコン基板に高分子膜を成膜し,オスミウムコーターで触媒金属のひとつであるオスミウムを蒸着し,クロロホルムで高分子膜を除去してからCNTの成膜実験を行った.成膜したシリコン基板をSEM観察すると,元素マッピングにより空孔部分に炭素が集まっていることがわかった.従ってこの研究により,自己組織化膜の空孔部分に金属触媒を配置することに成功し,その金属触媒部分のみにCNT膜を形成することに成功したと言える.衝突・電離過程を含むレーザープラズマ解析用粒子コードの開発は,並列化も含めてほぼ完了し,カーボンナノチューブ(CNT)にレーザーを照射した時の詳細な物理過程が解析可能となった.2014年度はこれを用いて,非対称な形状にバンドルしたCNTにレーザーを照射したときの低周波電磁波発生をテーマとして研究を行った.これまでの計算ではCNTの形状を単純な円形配置にしていたが,左右対称の形状では単一波長レーザーの照射だけでは奇数次高調波しか発生しない.このため0次モードである低周波を発生させるには,2波長レーザー照射などが必要であった.しかし,卵形のような非対称にすれば,偶数次モードの発生が期待される.実際にシミュレーションを行ったところ偶数次モードの発生が起こり,0次モードも発生した.

このことから,卵形にバンドルされたCNTを低周波の波長に合わせて周期的に並べ,そこにレーザー照射を行うことで,高強度のテラヘルツ光の発生が期待できることがわかった.周期構造を持った自己組織化高分子膜を形成する実験においては,温度と湿度を一定に保つためのミニチャンバーを製作した.ポリスチレンとポリアクリルアミドのクロロホルム溶液をガラス基板にコートし,ミニチャンバー中で加湿空気を吹き付け,高分子液の表面に微少水滴を結露させ,空孔を形成させた.この空孔を周期的に並べるためには高分子液が凝固するまでに何らかの外力により液面に流れを発生させ,ランダムに発生した空孔を凝集させる必要がある.このため基板の角度(090°)とチャンバー内の湿度(50100%)をパラメータとして色々な条件で実験を行い,走査型電子顕微鏡観察により評価した.結果として,湿度が低い方が広範囲に渡って均一な大きさのハネカム膜が形成されやすいことがわかった.角度については60°付近が良い結果が得られたが,かなりばらつきが多いことがわかった.プラズマ理工学レーザープラズマ解析用粒子コードの開発とそれを用いた高強度レーザーとカーボンナノチューブの相互作用解析計算の実施については予定通り進んでいる.ただ,低周波モード解析を目的とするにはコンピュータの性能が足らず,十分大きなスケールでの計算ができないのが問題である.現在の計算機パワーで実際問題の解析を実施するためには,もう少しアルゴリズムに改良を加える必要があると考えている.自己組織化構造薄膜を用いて周期的配置のCNT生成実験については,CNTを成長させるための触媒金属の周期的配置が鍵である.今年度は,おおよそ自己組織化膜の成膜条件が定まってきたが,まだ空孔が規則的に配列した領域の面積が充分ではない.さらに条件をつめる必要がある.束縛電子の効果をPICコードに導入することには成功した.今年度は,この改良したコードを用いて周期的なカーボンナノチューブの解析を行い,結果の一例を学会で報告した.よって,シミュレーションコードの開発状況はほぼ予定通りに進んでいる.ただ,CNT成長実験がまだ不完全なため,利用可能なパラメータの設定ができず,予定しているレーザー照射実験に対応した計算を実行することはできなかった.自己組織化構造膜を用いた周期的配置のカーボナノチューブ生成実験については,CNTを成長させるための触媒金属の周期的配置が鍵である.今年度は,これについてある程度まで周期的に配置させることができ,この触媒上にCNTを成長させるところまでは成功した.しかし,触媒金属の空孔自体のサイズや周期性の制御がまだ完全ではなく,最適な実験パラメータを得るには至らなかった.計算機解析については,より大規模な計算を行うため,パソコンの数を増やし,パワーアップすると共に,より効率の良いアルゴリズムを導入してグリッドサイズや時間ステップを大きく取れるようにする.
全mRNAおよびタンパク質の絶対量計測のための基盤技術開発

出芽酵母のトランスクリプトームについて、完全培地または最小培地で培養した出芽酵母におけるmRNA量コピー数を、GATC-PCR法により定量し、全遺伝子の約8割(約5000種類)についてコピー数の計測に成功した。計測間の系統的誤差は10%以下であり、非常に再現性の高い絶対量計測を実現することができた。両培養条件間で発現量の異なるmRNA群を抽出すると、リボゾームタンパク質の遺伝子群などについては、相対的な量比より絶対量の差分が顕著であった。差分での解析は個々の分子のコピー数データに基づくものであり、細胞内分子の絶対量を包括的に計測することが、より意味のある生物学的情報を感度良く抽出するのに重要であることが示された。大規模な絶対定量解析を可能にするためにPCS-MS法の改良を行った。具体的には定量のための標準であるPCSを階層的に用いることで、定量可能なタンパク質数とダイナミックレンジのスケールアップを可能にする戦略を開発した。本戦略により、約70種類のタンパク質について約100倍のダイナミックレンジでの絶対量計測が可能となった。また、解糖系酵素群のなかでは律速酵素と位置づけられたタンパク質の絶対量が最も少なかった。生体内パスウェイの全体像を捉え意味のある生物学的知見を導き出するために、絶対定計測が欠かせないものであるといえる。完全培地または最小培地で培養した出芽酵母におけるmRNA量コピー数を、GATC-PCR法により定量した。出芽酵母の全遺伝子の約8割について、定量データを得ることができた。一群のmRNAのコピー数増加が観察され、その大部分はリボゾームタンパク質遺伝子群であった。これらリボゾームタンパク質群の両培養条件での量的差異は、存在量比で比較するのに対し、コピー数の差分で顕著であった。トランスクリプトームの変動解析において、コピー数の差から情報を抽出することの重要性が示された。(2)一部のmRNA群に焦点を当てた定量解析mRNAの量的変動、および各遺伝子産物の機能が良く知られている例として、出芽酵母のサイクリン、CDK、およびCDKインヒビターを対象としたmRNAコピー数の計測を実施した。各遺伝子につき2種類のプライマーで定量解析を実施することで、全ての遺伝子についてのコピー数データを得ることができた。一方で、一部の遺伝子についての詳細な検討から、PCRに用いる遺伝子特異的プライマーをmRNAの3'領域側に設計することで、より正確な定量解析が可能であることが示唆され、定量システムの更なる最適化を実現した。大規模な絶対定量計測については、標準であるPCSのタンパク質試料への添加量最適化方法と、複数のPCSを階層的に使用する戦略を独自に考案し、大規模計測技術の基盤構築に着手した。
性腺ステロイドホルモンによる概日リズム変化の神経制御機構の解明

卵巣ステロイドホルモンが生理機能リズムに与える影響を分子レベルから理解し、女性特有の概日リズム変化(睡眠障害)メカニズムの解明を最終目標として掲げ本研究課題を計画した。具体的な研究目的である「エストロゲンが直接作用する脳内・従属振動体(エストロゲン感受性従属振動体)を同定する」ことを達成するため、マウスを用い免疫組織化学法と時計遺伝子発現リズムをリアルタイムでモニターすることができるルシフェラーゼ遺伝子導入マウスを用い、候補神経核における時計遺伝子発現リズムをin vivo, in vitroの両方から検討した。その結果、視床下部内側視索前野(POA)がエストロゲン感受性従属振動体である可能性を示すデータを得ることができた。本研究課題の実行により、女性特有の睡眠障害メカニズムの解明が前進し、新しい治療法の確立につながる成果を得ることができた。平成22年度(平成23年3.月31日まで)では、研究目的である「エストロゲンが直接作用する従属振動体(エストロゲン感受性従属振動体)を同定する」ことを達成するために年度ごとの目標であった「実験1:免疫組織化学法による候補神経核の絞り込み」を実施した。まず、申請者は、時計遺伝子であるPER2の様々な抗体を用いABC法にて免疫組織化学を行った。その結果、Alpha Diagnostic社製のPER21-A抗体が、候補神経核(扁桃体(Amygdala)、分界条床核(BNST)傍室傍核領域(SPZ)、室傍核(PVN)、視床下部背内側核(DMH)、視床下部内側視索前野(DMH))の細胞におけるPER2とよく反応し、PER2発現を単一細胞単位で判別でき、細胞数のカウントが可能であることが分かった。平成22年度内で、実施できなかった実験1の残りの部分に関しては、次年度(平成23年度)に持ち越し実施する予定である。別の目標であった次年度に向けた設備のセットアップでは、次年度に実施予定である実験2、3で用いる手法である電気生理学的実験とルシフェラーゼ発光システムを用いたPER2発光リズム測定に対する設備のセットアップを行った。測定室の確保、測定装置の製作・構築、環境整備などを行い、テストランを数カ月にわたって行い、現在では常に測定が可能な状態を構築している。また、対外的には、本研究に関連した研究内容の論文発表(2件)及び学会発表(1件)を行った(研究発表欄参照)。総合的に判断して、平成22年度は、当初の計画の8割程度の実施にとどまったが、次年度にカバーできる部分であり研究計画を実施できたものと判断している。女性はしばしば不眠や過眠などの睡眠障害に悩まされる。その原因として、女性特有の内分泌学的変化、すなわち月経、妊娠、閉経時における卵巣ステロイドホルモンの変化が関わっている。地球上における環境は24時間の周期的な変動を示す。それが故に、生体システムとして調和した生命活動を営むには、生理機能リズムを環境と常に同調させることが不可欠となる。本研究では、卵巣ステロイドホルモンが生理機能リズムに与える影響を分子レベルから理解し、女性特有の概日リズム変化(睡眠障害)メカニズムの解明を最終目標として掲げている。本研究の具体的な研究目的である「エストロゲンが直接作用する従属振動体(エストロゲン感受性従属振動体)を同定する」ことを達成するため、まず、「免疫組織化学法による候補神経核の絞り込み」を実施した。時計遺伝子であるPER2抗体を用いABC法にて免疫組織化学を行った。その結果、候補神経核(扁桃体(Amygdala)、分界条床核(BNST)傍室傍核領域(SPZ)、室傍核(PVN)、視床下部背内側核(DMH)、視床下部内側視索前野(POA)、視床下部弓状核(ARC))においてPER2の発現リズムを検出することができた。特に、POAとARCでは、生物時計中枢である視床下部・視交叉上核(SCN)のPER2発現リズムのピーク位相から1-2時間ずれたリズム位相でPER2発現リズムを示していた。さらに、ルシフェラーゼレポーターシステムを用いた検討から、POAにおいてPER2発現リズムは、エストロゲンの影響を直接受けることがわかった。他の部位についてもこのような検討を繰り返す必要があるが、これらの結果は、視床下部内側視索前野(POA)がエストロゲン感受性従属振動体である可能性を示唆している。平成22年3月に起きた東日本大震災の影響を少なからず受け計画の実施がやや遅れてしまったが、本研究課題は無事に遂行され、女性特有の睡眠障害メカニズムの解明に寄与する結果を得ることができた。
カルボン酸-アミン塩からなるカラムナー液晶の鋳型重合:動的'分子スポンジ'の創成

代表者らはこれまでに、(アルキル長鎖を持つカルボン酸)+(鋳型となるアミン)の塩からなるサーモトロピック液晶を利用し、液晶状態での重合を行うことで、ナノオーダーの規則正しい空孔を持つ有機材料を開発してきた。この研究の途中で、研究の初期段階には全く予想していなかった現象を見出した。架橋反応後に得られた物質は、架橋を行なう前のカラム状液晶相と本質的に同じ構造を維持しているが、この物質から鋳型となるアミンを取り除くと、規則正しく配列したカラム状構造は失われてしまう。しかしながら、一旦は規則構造を失ったこの物質に元の鋳型アミンを投与すると、最初と同じカラム状構造が復活する。三次元的に架橋された高分子がこのような動的構造変化を起こす例は珍しく、学問的にも実用的にも興味深い現象であるため、これを詳細に追跡することで、構造変化が起こるための条件を明確にすることを目指した。昨年度の研究により、(i)アミンの脱離/再法包摂という現象がカルボン酸-アミン塩の解離/形成に対応しており、他の副反応を伴わないこと、(ii)架橋高分子中の規則構造の度合いは包摂されているアミンの量に比例して増減し、包摂アミン量が30%になった時点で完全に消失すること、(iii)別の規則構造への転位は起こらないことが明らかとなっている。そこで本年度は、アミンの脱離により規則構造を失ったアポ高分子に対し、再びアミンを包摂させる際の分子認識について調査した。即ち、再包摂させるゲストとして、元来の鋳型アミンとサイズ・形状・立体の異なるものを用い、規則構造回復の度合いを粉末X線回折測定により見積もった。その結果、いずれのゲストを用いた場合にも同じ面間隔に由来する3本の回折ピークが観察され、共通のカラム状構造が復活することが明らかとなった。回折ピークの強度に着目すると、興味深いことに元来の鋳型と同じアミンを再包摂に用いた場合のみ、特異的に強度の強い回折ピークが得られることが分かった。これは、規則構造を失ったアポ高分子がゲストのサイズ・形状・立体を認識する能力を有しており、ゲストの構造の僅かな違いが複合体全体の構造に反映されることを示している。カルボン酸としてアクリル酸エステル部位を有する安息香酸誘導体を用い、これと(-)-ノルエフェドリンとの塩を形成させることにより、レクタンギュラーカラムナー構造を取る液晶を得た。真空封管中にてこの塩にガンマ線を照射したところ、アクリル酸エステル部位の重合は効率よく進行し、汎用溶媒に不溶の架橋高分子を与えた。得られた高分子を粉末にした後、塩酸/メタノール中に静置することで鋳型アミンを脱離させた。脱離反応は時間とともに進行し、350時間後、鋳型アミン総量の70%が脱離した時点で頭打ちとなった。この高分子を鋳型アミンのメタノール溶液中に移し、鋳型アミンの再取り込みを行なったところ、200時間後、高分子内の鋳型アミンが最初の80%になった時点で頭打ちとなった。一連の脱離/再包摂過程における架橋高分子の構造を、赤外吸収測定により追跡した。その結果、アミンの包摂量に相応してカルボン酸-アミン塩あるいはフリーカルボン酸由来の吸収が変化し、アミンの脱離/再法包摂という現象がカルボン酸-アミン塩の解離/形成に対応していることが明らかとなった。更に、この過程における高分子全体の構造を粉末X線回折により追跡したところ、回折ピークの強度は包摂されているアミンの量に比例して増減し、包摂アミン量が30%になった時点でピークが消失することが分かった。また、全過程において新たな回折ピークの出現は観察されないことより、別の規則構造への転位は起こっていないことが明らかとなった。

三次元的に架橋された高分子がこのような動的構造変化を起こす例は珍しく、学問的にも実用的にも興味深い現象であるため、これを詳細に追跡することで、構造変化が起こるための条件を明確にすることを目指した。昨年度の研究により、(i)アミンの脱離/再法包摂という現象がカルボン酸-アミン塩の解離/形成に対応しており、他の副反応を伴わないこと、(ii)架橋高分子中の規則構造の度合いは包摂されているアミンの量に比例して増減し、包摂アミン量が30%になった時点で完全に消失すること、(iii)別の規則構造への転位は起こらないことが明らかとなっている。そこで本年度は、アミンの脱離により規則構造を失ったアポ高分子に対し、再びアミンを包摂させる際の分子認識について調査した。即ち、再包摂させるゲストとして、元来の鋳型アミンとサイズ・形状・立体の異なるものを用い、規則構造回復の度合いを粉末X線回折測定により見積もった。その結果、いずれのゲストを用いた場合にも同じ面間隔に由来する3本の回折ピークが観察され、共通のカラム状構造が復活することが明らかとなった。回折ピークの強度に着目すると、興味深いことに元来の鋳型と同じアミンを再包摂に用いた場合のみ、特異的に強度の強い回折ピークが得られることが分かった。これは、規則構造を失ったアポ高分子がゲストのサイズ・形状・立体を認識する能力を有しており、ゲストの構造の僅かな違いが複合体全体の構造に反映されることを示している。
全身性自己免疫疾患モデルマウスにおける免疫寛容破綻をもたらす責任遺伝子の探索

New Zealand Black(NZB)系マウスと正常C57BL/6系マウスのF2 intercrossマウスを作製し、抗原特異的な免疫寛容を誘導するモデル寛容原としてPEG-修飾OVAと超遠心精製ウシ血清アルブミン(DBGG)を用いて、個々のF2 intercrossマウスの免疫寛容誘導能を評価した。さらに染色体上に散在するマイクロサテライトDNAの多型を遺伝しマーカーとして、NZ8系マウスの免疫寛容誘導能の欠如を規定する遺伝子座を検索した。その結果、第1、第3および第13染色体上に有意な連鎖を見いだし、責任遺伝子座をDit-1,Dit-2,Dit-3と命名した。これらのうち、特にDit-1は第1染色体テロメアに存在する、自己免疫疾患感受性遺伝子Hig-1と相同である可能性が強く示唆されたので、Hig-1遺伝子の候補である抑制性Fc受容体遺伝子、Fcgr2bについて、これを欠損したknockoutマウスについて免疫寛容誘導能を検討した結果、Fogr2b欠損マウスがNZB系マウスと同様の免疫寛容誘導能の欠如を示すことが明らかとなった。これらの事実により、NZBマウスにおいては、抑制性Fc受容体遺伝子Fcgr2bと第3染色体上の未知遺伝子の関与によって、通常では免疫寛容を誘導すべき可溶性の抗原-抗体複合体が特異的B細胞の増殖と分化を促しているとの洞察を得るに至った。本研究において我々は自己免疫疾患発症の基盤となる量的なcomponent phenotypeに着目して研究を進め、その方法の有用性を示した。抑制性Fcgr2b遺伝子はB細胞terminal differentiationすなわち、プラズマ細胞への分化過程において自己反応性クローンを抑制する役割を担っていると考えられる。本研究の成果は全身性自己免疫疾患の発症機序解明のみならず、抗原特異的なimmune interventionの手段を開発する観点からも極めて重要な意義を持つものである。今後、Dit-2およびDit-3の責任遺伝子の同定をも含め、さらに研究を継続する計画である。【目的】全身性自己免疫疾患にはB1細胞とTh細胞の双方の機能異常が関わると考えられ、それらの細胞機能に関わる多数の遺伝子の個性が疾患感受性を規定していると考えられる。ヒトおよびマウスの全身性自己免疫疾患を対象とした遺伝連鎖解析が試みられ、すでに多数の疾患感受性遺伝子座が報告されているが、自己免疫病態表現の遺伝支配は複雑な様相を呈し、発症機序において中心的な役割を果たしている、自己に対する免疫寛容の破綻をもたらす遺伝子座は未だ明不明である。全身性自己免疫疾患を自然発症するNZB系マウス並びに自己免疫疾患感受性遺伝子を持つNZW系マウスは外来抗原に対して特異的な免疫寛容を誘導することが困難であることが古くから知られている。そこで本研究ではこれらのマウス系の免疫寛容誘導能の欠如を規定する遺伝子座を明らかにし、責任遺伝子を同定することを目的とする。【方法】精製ウシIgG(BGG)溶液より超遠心分離(300,000g)によって凝集物を除去し、免疫寛容原性BGGを得た。このBGG(6.6mg)を6週齢のNZB,NZW,(NZB x NZW)F_1,C57BL/6,DBA/2マウスの腹腔に投与して免疫寛容を誘導した。12日後にFCAとともにBGGによって免疫し、22日後に抗原特異的な免疫寛容の成立を比較した。