hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
宇宙磁場の起源に関する理論的・観測的研究

銀河間空間の磁場として存在していると予測される原始磁場の理論的・観測的研究を行った。理論的には原始ゆらぎのベクトルモードから生成される原始磁場の大きさ・スペクトルを導出し、マイクロ波宇宙背景放射の観測から制限をした。また、TeVガンマ線を放射する活動銀河核Mrk501,Mrk421のTeV領域とGeV領域の観測データを用い、TeVガンマ線から誘起される遅延2次ガンマ線に対する制限をつけた。その結果、銀河間空間の磁場に対して10の-20乗ガウスという下限をつけることに成功した。また、将来の広帯域電波観測をもちいた磁場観測法であるファラデートモグラフィの基本的なアルゴリズムの開発を行った。今年度は宇宙背景放射や高エネルギー天体を用いた原始磁場・銀河間磁場の探索に関する研究を昨年度に引き続き行い、また偏光電波観測特にファラデートモグラフィー法を用いた銀河間磁場の探索に関する研究に着手した。宇宙背景放射を用いた研究では原始磁場に関するパラメータだけでなく一般の宇宙論パラメータも考慮して観測データをフィットし、より一般的な制限を得ることに成功した。特にBモード偏光の新たなデータを加えることで1Gpcという大きなスケールで7nGauss程度の原始磁場が存在したという示唆が得られた。これがもし今後の観測でも確かめられれば宇宙の初期になんらかのメカニズムで磁場が生成されたという初めての証拠となる。また高エネルギー天体を用いた研究では、ブレーザー天体Mrk421の1000日にもわたる連続的なTeVガンマ線のデータを用い、昨年度のMrk501のデータを用いた解析よりも信頼度の高い制限が得られた。具体的にはMrk421が属する銀河団と銀河系が属する銀河団の間に広がるボイド空間における磁場に対して10**(-20)Gaussという下限が3σの信頼度で得られた。これは具体的なボイドに存在する磁場の存在を示したという点で世界初のことであり、原始磁場に対する貴重な情報が得られるものであった。最後に、今年度は偏光電波観測によるファラデートモグラフィー法の研究に着手した。特に系外銀河の背後にあるクェーサーを観測し、視線方向の磁場分布・光源分布をトモグラフィーにより再構成することによって銀河間磁場を測定する可能性を探った。その結果、センチ波電波望遠鏡の将来計画であるSKAでは十分な精度で銀河間磁場を測定できることがわかった。前年度に引き続き、宇宙初期に生成された原始磁場を観測するために天体活動が極度に抑制されている銀河間空間の磁場の観測を目指した。TeVガンマ線を放出する高エネルギー天体からの遅延2次ガンマ線を用いて銀河間空間に存在する微弱な磁場を検出する方法を前年度までに開発してきたが、この方法を実際に活動銀河核Mrk421の観測データに適用した。観測データとしてはTeV領域ではARGO-YBJによる長期観測データを用い、GeV領域ではFermi衛星によるデータを用いた。850日にも及ぶ長期間の観測データに対して遅延2次ガンマ線が含まれていないということを、逆正規法と呼ばれる統計的手法を用いることによって検証した。その結果、銀河間磁場への制限の統計的精度がこれまでに比べて飛躍的に向上し、Mrk421と銀河系の間に広がる広大なボイドに存在する磁場に関して10のマイナス20.5乗ガウスという下限を4σという確からしさで得ることができた。これによりボイド空間という天体活動が極度に抑制された空間においても、一定以上の磁場が存在することが確かめられた。ボイド空間の磁場の起源についてはインフレーション期による量子論的生成や相転移における非熱的プロセス、再結合以前の宇宙におけるプラズマ運動、宇宙再電離期の紫外線やX線におyる非熱的プロセスなど初期宇宙の様々なシナリオが考えられているが、今回得られた下限によって重要な示唆を与えることができた。宇宙背景放射や高エネルギー天体を用いた初期磁場・銀河間磁場の観測的制限に関する研究を行った。前者についてはまず初期宇宙における磁場が生成する非ガウス性に注目し、将来の宇宙背景放射精密観測によって磁場の大きさにどのような制限ができるかを議論した。またWMAP衛星などによりすでに観測的制限があるベクトルモードに注目し、ベクトルモードによる磁場生成とベクトルモードへの制限から得られる磁場の生成量への制限を得ることに成功した。さらに非断熱ゆらぎが磁場を生成するメカニズムを解明し、非断熱ゆらぎへの制限から生成される磁場への制限を導くことにも成功した。以上のような宇宙背景放射と初期磁場生成に関して合計5本の研究論文を出版するに至った。後者は高エネルギー天体から放射されるTeVガンマ線が宇宙空間で吸収されて生み出される2次的なガンマ線を用いて銀河間磁場を観測する手法である。今年度はこれまでに構築してきた方法論を初めて実際の天体観測データに適用し、銀河間磁場に対する下限を得ることに成功した。

具体的にはTeVブレーザーよ呼ばれるMkn501のGeV-TeV領域のガンマ線観測データを用いて、GeVガンマ線のフラックス上限が磁場が弱い時に予言される2次的ガンマ線よりも小さいことから10^(-20)Gaussという下限をつけた。これまで複数の研究で銀河間磁場に対する下限が得られてきたがどれも天体の持続時間に大きな仮定を用いており、信頼性はあまり高くなかった。しかしこの研究では純粋に観測データだけを用いて銀河間磁場に下限をつけることに成功したため、信頼性は格段に高くなった。これにより宇宙初期における磁場生成シナリオに大きな情報がもたらされた。宇宙背景放射や高エネルギー天体の研究は計画通り進み、ファラデートモグラフィーの研究に関しては韓国やオーストラリアの研究者と協力し、2本の論文を投稿して計画以上に進展している。またオーストラリアの電波望遠鏡ASKAPのチームに参加することになり、密な情報交換と共同研究が可能になった。これは当初の計画にはなかったことで、今後ますますの進展が見込まれる。初期磁場・銀河間磁場の観測・制限については解析・計算、論文出版が当初の予定以上に進展している。また宇宙初期の密度揺らぎによる磁場生成についても順調に進展している。しかし再イオン化による磁場生成については今年度はあまりすすんでいない。これは報告者が今年度より所属が変わり、大学業務によって海外出張に予定通り行くことができず共同研究が進まなかったためである。宇宙背景放射の研究では最近公表されたプランク衛星のデータを用いてより詳細な解析を行う。特にBモード偏光のデータによって原始磁場の存在についての信頼性を高めることを試みる。高エネルギー天体の研究ではこれまでTeVガンマ線がカスケードしてGeVガンマ線になっていく一連のプロセスを解析的なモデルで評価していたが、これをモンテカルロシミュレーションを行うことによりより精密な評価をする。これによってボイド空間における磁場の存在をより有意なものにする。ファラデートモグラフィーに関してはオーストラリアのASKAPチームとの共同研究をより深め、銀河間磁場の観測の可能性を探る。またASKAP望遠鏡におけるデータ処理のパイプライン、特に波長の関数としてのストークスパラメータから視線に沿う方向の磁場の分布に関する情報を引き出すソフトウェアの開発を視野に入れて研究を進めていく。引き続き宇宙背景放射やガンマ線を用いて初期磁場・銀河間磁場を観測的に制限する研究を行っていく。また今年度の研究を進める中で銀河間磁場観測における電波観測の有用性が明らかになりつつあるため、電波観測、特にファラデートモグラフィー法による宇宙磁場の観測に関する研究を新たに始める。該当なし。ファラデートモグラフィー法の解析に必要な計算機を購入し、また電波観測について共同研究を進めるためイギリス・オックスフォード大学やポーツマス大学に出張する。
巡回ヘッケ代数の表現論のさらなる発展を目指して

Lie理論において重要な役割を果たしているヘッケ代数と呼ばれる有限次元代数の表現論を研究した。とくに数理物理由来のフォック空間を有限次元代数で圏化する研究は近年大きな進展のある研究であり、その進展に寄与する結果もいくつか得た。具体的には、アフィンA型ヘッケ代数の既約加群の幾何的実現と代数的実現の同定、変形フォック空間の圏化による量子シューア代数の次数付分解係数の計算理論等が得られた。Jacon氏とLecouvey氏との共同研究でA型affine Hecke代数に対するモジュラー分岐則を証明した。この結果から直ちに従う応用としてGinzburg氏によって幾何的に定義された既約表現を、cellular代数の理論を用いて代数的に構成されたより分かりやすい既約加群と同定することが可能になった。幾何的に構成された既約加群はaperiodic multisegmentを用いて分類され、代数的に構成された既約加群はmulti-partitionを用いて分類される。この2つの記述のあいだの対応を同じ既約加群を与えるように定めるのが、「同定」の具体的な意味であるが、この対応が柏原クリスタルの同型写像で与えられることを示し、同型写像も具体的に書き下した、というのが主結果である。モジュラー分岐則は元々Kleshchev氏が対称群の場合に理論を打ち立て長年の未解決問題であったMullineux予想を証明したのが発端であるが、Leclerc氏により柏原クリスタルとの関係が注意され、また我々の研究グループにより巡回ヘッケ代数等への一般化が予想されていた。巡回ヘッケ代数に対する予想は当該研究者が前回の研究課題を遂行中に証明したものであるが、今回affine Hecke代数に対してもモジュラー分岐則を証明したことから、上記の応用が得られたものである。本成果は論文にまとめてすでにThe modularbranching rule foraffine Hecke algebras of type A (arXiv:0808.3915)として公開済である。年度後半にはKhovanovとLaudaにより導入された代数を調べた。この代数に関する発展は急で、本年度2月に至り巡回ヘッケ代数の理論にとって重要な進歩がBrundan-Kleshchev、Varagnolo-Vasserotらにより立て続けに公開されたところである。3月にはCambridgeに1か月滞在し、この代数に関してさらに研究を続けている。6月にNewton研究所で開催された国際研究集会RepresentationTheory and Lie Theoryおよび3月にOberwolfach数学研究所で開催されたCombinatorial RepresentationTheoryで研究発表した。当該研究者は1996年にKashiwara-Lusztigの標準基底をv=1と特殊化したものが巡回Hecke代数の分解係数を与えるという定理を発表したが、その後Varagnolo-VasserotはA型Hecke代数の準遺伝被覆であるq-Schur代数に対しても同様の結果を示すことに成功した。今回q-Schur代数に次数を入れることによりこの結果がv=1と特殊化することなく成立することを示すことができた。今後はこの結果を巡回Hecke代数の準遺伝被覆一般の場合に示すことが目的となる。そのためには準遺伝被覆をHecke代数から構成することが必要であり、Changchang Xi氏と予備的な研究を行なった。その結果、Hecke代数の準遺伝被覆が同じAR-軌道に属するという概念と、A型Hecke代数のときは同じAR-軌道に属する準遺伝被覆は高々2つであろう、という予想を得た。その研究過程の中で、準遺伝被覆をHecke代数のYoung型加群の直和の自己準同型代数として構成するに当たりどのような制約条件がYoung型加群の直和に対して必要となるか、という点についてもある程度明らかにすることができた。以上のほか、GL(n, q)の非等標数モジュラー表現論における既約表現の分類、すなわちDipper-James理論の前半部、について研究書を執筆し、第1章から第5章までについては下記URLにて公開した。(当該研究者の大阪大学への異動に伴い、現在は下記URLに公開している。)本年度は主としてB型ヘッケ代数の準遺伝被覆の研究を進めた。ランク2の場合にはブロック代数とその直既約加群が具体的に記述できるという特殊事情があるので、京都大学理学研究科・修士2年の原田君に計算してもらった結果、ランクが2の場合の事情はかなりよくわかった。一般の場合を理解するにはより一般的な考察を必要とする。この点についてはよいアイデアを思いつくことができなかったので、来年度以降の研究テーマとした。また、次数付q-Schur代数の分解係数と標準基底の関係の一般化について研究を進めた。高階フォック空間を高階q-Schur代数と関連付けることが大きな目標であるが現時点ではまだ難しい。そこで、GeckとRouquierがヘッケ代数の分解写像が2つの写像の合成に書けることを示していることに注目し、この結果が次数付に精密化できるための必要条件としてフォック空間の2種類の標準基底の間の変換行列の成分が非負整数係数多項式になる、という条件が成り立つかどうかを考察した。結論としてこの条件が確かに成り立っていることを示した。

この結果はLecouvey氏及びJacon氏との共同研究である。また、完全ヤング加群のAuslander-Reiten軌道を考え、同じ軌道に含まれる加群の自己準同型代数がもとのヘッケ代数の準遺伝被覆になることがどれくらい起こりうるかについて考察した。その他、A型ヘッケ代数の応用であるDipper-JamesのGL_n(q)の非等標数モジュラー既約表現の分類理論について執筆し、ブロック理論以外の7章294ページを備考欄記載URLで公開した。
サブピコ秒量子ビームパルスラジオリシス

サブピコ秒からのピコ秒領域の超高速化学反応を追跡するため、新たなPump&probeシステムを構築し、そのシステムの性能評価および実際にシステムを用いた実験を行った。今回新たに構築されたシステムは昨年度新規導入された100fs 0.3TW受動モード同期レーザーとRFガンによる低エミッタンスライナックを組み合わせたもので、現状のPump&probeシステムとしては最高レベルのもとのなった。性能評価としてはレーザーパルス幅、3倍高調波パルス幅、白色光パルス幅、エネルギー、安定度、各時間ジッターなど様々なパラメーターを計測し、これから使用していくシステムの状況を把握することができた。また、併行してフェムト秒時間ジッター計測法などの性能評価技術の習得も行うことができた。上記システムを実際に用いた応用実験では水の放射線分解の過度現象を計測した。サンプルには純水(Millipore water)および1M HC104(セル長:1.8cm)を用い、水和電子およびプロトンとの反応による濃度減衰の測定を行った。光学遅延装置における時間ステップは3.33psで行い、0300psまでのおよそ90点を測定した。水和電子のプロトンとの反応による減衰も測定できた。これらは、従来のナノ秒システムでは「一瞬」とみなされてきた超高速現象をピコ秒オーダーで観測したことになる。今回の実験を通して、更に実験精度を向上するための指針が見えてきたので、今後はこれらの課題の克服を目指す。超高速Pump&probe実験お応用として時間分解X線回折実験も行った。この実験は50fs 12TWレーザーを用いて、レーザーによって誘起された格子振動を超短レーザープラズマX線によって観測し、格子振動の動画像化を目的とするものである。今回はその基礎実験として、ピコ秒のレーザープラズマエックス線を発生させ、それを用いてX線回折を行った。その結果、12TW50fsレーザーを用いた実験では、レーザープラズマX線の発生を確認し、Ge、GaAs、Siの静止格子のX線回折を取得した。本研究はサブピコ秒時間分解能での測定の実施のための測定システムを構築し、パルスラジオリシス実験を行うことが目的であった。まず、レーザーと電子ライナックとの高精度同期を行うため、実際にこれらの装置を同期させ、その同期精度を測定することができた。この実験結果から、サブピコ秒パルスラジオリシス実験のために改善すべき点が加速器の場合はクライストロン、レーザーの場合はモード同期法にあることを突き詰め、改善点を含めた性能評価を定量的に行うことができた。次に、サブピコ秒電子パルスを計測するシステムの構築を行った。現在最も信頼されているストリークカメラはサブピコ秒からフェムト秒の領域にかけて計測限界にきている。そこで、新たな計測システムとしてマイケルソン干渉計を作製し、実際にサブピコ秒パルスを計測することに成功した。また、信頼度の評価としてストリークカメラによる計測結果と比較した結果、フェムト秒オーダーで一致する結果を得た。これらをもとに、高精度同期された極短電子パルス・レーザーパルスを用いたストロボスコピック法(ポンプ&プローブ法)による新パルスラジオリシスシステムを構築した。測定光に連続光を用いているため時間分解能がせいぜいサブナノ秒である従来のシステムと違い、本システムはサブピコ秒の時間分解能の実現が十分可能である。本年度は、このシステムによって純水における水和電子の過渡吸収をピコ秒レンジで測定することに成功した。今後はさらに高時間分解能及び汎用性の高い測定システムへの改善を目指す。

またこのサブピコ秒ストロボスコピック法の応用として、極短電子パルスを変換材(銅線など)に照射することで発生するX線パルスをプローブパルスとして用いるサブピコ秒時間分解X線回折システムの実現可能性についても検討を行なった。EGS4コードを用いたシュミレーションにより、X線発生条件の最適化を行ない、ライナックを用いた基礎実験によりBragg像の取得に成功した。今後はこの検討を基に、サブピコ秒時間分解X線回折の本実験を行う予定である。サブピコ秒からピコ秒領域の超高速科学反応を追跡するため、新たなPump&probeシステムを構築し、そのシステムの性能評価および実際にシステムを用いた実験を行った。今回新たに構築されたシステムは昨年度新規導入された100fs 0.3TW受動モード同期レーザーとRFガンによる低エミッタンスライナックを組み合わせたもので、現状のPump&probeシステムとしては最高レベルのもとのなった。性能評価としてはレーザーパルス幅、3倍高調波パルス幅、白色光パルス幅、エネルギー、安定度、各時間ジッターなど様々なパラメータを計測し、これから使用していくシステムの状況を把握することができた。また、併行してフェムト秒時間ジッター計測法などの性能評価技術の習得も行うことができた。上記システムを実際に用いた応用実験では水の放射線分解の過渡現象を計測した。サンプルには純水(Millipore water)および1M HC104(セル長: 1.8cm)を用い、水和電子およびプロトンとの反応による濃度減衰の測定を行った。光学遅延装置における時間ステップは3.33psで行い、0300psまでのおよそ90点を測定した。水和電子のプロトンとの反応による減衰も測定できた。これらは、従来のナノ秒システムでは「一瞬」とみなされてきた超高速現象をピコ秒オーダーで観測したことになる。今回の実験を通して、更に実験精度を向上するための指針が見えてきたので、今後はこれらの課題の克服を目指す。超高速Pump&probe実験お応用として時間分解X線回折実験も行った。この実験は50fs 12TWレーザーを用いて、レーザーによって誘起された格子振動を超短レーザープラズマX線によって観測し、格子振動の動画像化を目的とするものである。今回はその基礎実験として、ピコ秒のレーザープラズマX線を発生させ、それを用いてX線回折を行った。その結果、12TW50fsレーザーを用いた実験では、レーザープラズマX線の発生を確認し、Ge、GaAs、Siの静止格子のX線回折を取得した。
肺癌における分子標的治療の感受性試験および効果判定方法についての研究

【材料と方法】・DNAチップは、約300種類の各種癌遺伝子、癌抑制遺伝子、マーカーのP-1およびBAC-DNAクローンをスライドガラス上に固定したArray300(米国Vysis社)を用いた。【まとめ】下線の遺伝子クローンの変異は、今まで肺癌での報告はなく、新しい知見であった。遺伝子コピー数の減少・欠失していたクローンについては、発現レベルでの解析を計画している。
食餌環境による1型糖尿病の予防および治療

1型糖尿病モデル動物であるnonobese diabetic(NOD)マウスを用いて、出生前後の各時期において摂取する必須脂肪酸比率(n-6/n-3)が、1型糖尿病の発症前後の病態にどのように影響を与えるのかについて検討した。その結果、胎盤および母乳を介して摂取する必須脂肪酸比率は、仔の1型糖尿病発症に深く影響する可能性が示され、この時期の摂取比率を調節することにより1型糖尿病発症を予防できる可能性が示唆された。また、顕性糖尿病発症後早期に食餌中の必須脂肪酸比率を低く抑えることにより、生存日数が延長し、病態の改善を促す可能性が示唆された。以上より、1型糖尿病の予防および治療において適正な必須脂肪酸比率が存在する可能性が示唆された。【研究の目的】我々は、1型糖尿病モデルマウスであるnon obese diabetic(NOD)マウスを用いて胚子移植法による検索を行い、母体環境の変化が仔の免疫機構に様々な影響を与え、結果として自己免疫性1型糖尿病の発症率に深く影響を与えるという知見を得てきた。本研究では、母体を介して仔が摂取する栄養素の一つとして必須脂肪酸に着目し、1型糖尿病モデル動物のNODマウス母獣に異なる必須脂肪酸比率の餌を摂取させ、仔の顕性糖尿病発症率等に及ぼす影響を比較検討することを目的とした。【本年度の研究実施状況】1.母乳および仔の血漿中および血球中の脂肪酸比率の測定。2.膵島の数および膵島炎の発症時期と進行度の解析。3.顕性糖尿病発症率の検討。【今年度の結果および考察】1.母乳中の脂肪酸は、各々の食餌とほぼ同様の脂肪酸比率を示した。また、仔の血漿中および血球中の脂肪酸比率は、食餌中の比率と同様ではないが、反映する値を示した。2.母体を介した必須脂肪酸比率の低い群は、有意に膵島炎の程度が軽度であった。3.顕性糖尿病の最終発症率は、胎児期および新生児期のどちらも必須脂肪酸摂取比率が低い群で有意に低下した。しかしながら、胎児期および新生児期のどちらかに必須脂肪酸摂取比率が高い群は、顕性糖尿病の最終発症率が高かった。以上より、胎盤および母乳を介して摂取する必須脂肪酸比率は、仔の1型糖尿病発症に深く影響する可能性が示された。【研究の目的】ヒト1型糖尿病は、遺伝素因に環境因子が作用して起こる自己免疫性炎症により、膵臓ラ氏島が破壊されて発症する。インスリン分泌細胞であるラ氏島B細胞は、総数が最初の約10%まで減少すると顕性糖尿病が発症すると言われ、発症早期には尿糖の陽性陰性が繰り返し訪れる「ハネムーン期」が存在する。このハネムーン期に残存したB細胞からの内因性インスリン分泌を保持することは、その後の病態および生存日数に大きな影響を及ぼす。B細胞が完全に消失し、内因性インスリンの枯渇が生じた場合、外来インスリンの頻回注射なしには生きられず、短期間に死亡する。本研究では、炎症性疾患を修飾するとされている食物中の必須脂肪酸の比率(n-6/n-3)が、顕性糖尿病発症早期において、個体の病態および生存率にどのような影響を及ぼすかについて、1型糖尿病モデル動物のnonobesediabetic(NOD)マウスを用いて検索した。【本年度の研究実施状況】疫学調査に基づいて作成した、必須脂肪酸比率の高い欧米型食餌と低い日本型食餌の2種類を、NODマウスの顕性糖尿病発症後に摂取させ、その後の病態を比較検討した。【今年度の結果および考察】必須脂肪酸比率の高い欧米型の食餌を摂取させて顕性糖尿病を発症したNODマウスに、継続して欧米型の食餌を摂取させた結果、発症後の体重は急激に減少し、尿糖も改善されなかった。一方、顕性糖尿病発症後早期に日本型の食餌を摂取させた結果、発症後の体重減少が抑制され、尿糖改善の傾向がみられた。またそれに伴い生存率が上昇し、生存臼数も欧米型の食餌を続けた群の約3倍から6倍まで延長した。発症後の膵臓の組織像について検討した結果、欧米型を継続して摂取した個体の死亡する直前における膵島は消失し、リンパ球の浸潤自体も消失していた。一方、顕性糖尿病発症後直ちに日本型の食餌を摂取させ、生存日数が延長した個体では、膵管の近くに膵島が観察された。以上より、顕性糖尿病発症後早期のハネムーン期に食餌中の必須脂肪酸比率を低く抑えることにより、生存日数が延長し、病態の改善を促す可能性が示唆された。【目的】

ヒト1型糖尿病は、遺伝素因を持つヒトに何らかの環境因子が作用して起こる自己免疫性炎症により、膵臓ラ氏島(以下、膵島とする)が破壊されて(膵島炎)発症する。本研究では、環境因子の中でも栄養に着目し、ライフステージを通じて摂取する必須脂肪酸比率の相違が1型糖尿病発症率に及ぼす影響についてモデル動物のnonobese diabetic (NOD)マウスを用いて総合的に検討を行った。【方法】マウス用通常飼料をもとに、炎症性疾患を修飾するとされている必須脂肪酸比率の異なる3種類の食餌(n-3食・普通食・低n-3食)を作成した。各々をNODマウス妊娠母獣に摂取させ、NODマウスの顕性糖尿病発症までの病態に及ぼす影響を、膵島の発生、膵島炎発症時期・炎症程度の観察、生後40週齢までの顕性糖尿病発症率の計測、および糖尿病発症のマーカーとして用いられるインスリン自己抗体の測定を行い検討した。【結果・考察】母獣の血中および母乳中の脂肪酸は、食餌の脂肪酸比率を反映した。妊娠18日目、生後2、4、6週齢と膵島数は増加していたが、生後の週齢が進むにつれ、n-3食を与えた群において新規に発生する膵島数が多い傾向が観察された。膵島炎の発症時期については、各群の有意な差は無かったが、生後6週齢より膵島炎の発症程度に差が認められ、n-3食を与えた群は、普通食・低n-3食の群と比較して有意に膵島への炎症程度が抑制された。また、IAAの出現と顕性糖尿病の発症は、胎児期・乳幼児期において低n-3食を与えた群では誘導され、n-3食を与えた群では抑制されることが示唆された。以上の結果から、胎盤や母乳を介して摂取する必須脂肪酸比率が、仔の1型糖尿病発症過程と発症率に影響する可能性が示された。したがって、胎児期および新生児・乳児期の両時期において摂取する必須脂肪酸比率が、膵島の発生や病態進行に影響を及ぼし、1型糖尿病の病態に影響を与えることが示唆された。
イネin vitro結実系を用いた、初期果実生長の分子機構の解明

果実はその内部に種分を含む器官であり、受精後に雌しべが肥大・成長し成熟することによって形成される。開花後の花のうち、受精した雌しべが急激な成長を開始する一方で、受粉もしくは受精しなかった雌しべは生長しない。つまり、雌しべが果実に転換するためには、受粉・受精から引き起こされる一連のシグナルが必要である。その一方で、人工的に植物ホルモン処理をすることにより、種子を持たない果実(単為結実)が誘導されることが知られている。着果機構の研究は、この単為結実と受精より誘導される果実形成を用いて行われてきた。これまでに、トマト、シロイヌナズナなどの植物で、植物ホルモンであるオーキシン(IAA)が着果を引き起こすホルモンであるとともに、果実成長に関与する植物ホルモンであるジベレリン(GA)の合成を活性化させることが知られている。本研究は、イネにおける果実の初期生長の分子機構に焦点を当てて研究を進めた。21年度は、受粉後にイネ小穂内で増加するIAAが子房およびその基部側の器官である小穂軸・小枝梗どちらで主に合成されているかを推定するために、IAA輸送阻害剤を用いて、子房と小穂軸・小枝梗のIAA量の測定を行った。その結果、受粉後に増加するIAAは主に子房で合成され、合成されたIAAの一部が小穂軸・小枝梗に輸送されることを強く示唆する結果が得られた。また、GA合成酵素の阻害剤を用いて、子房の培養を行った。その結果、子房成長の阻害が観察されたものの、GAを加えた相補実験の結果、子房の成長は回復しなかった。このことから、GA合成阻害剤が、GAの合成を阻害することによってイネ子房の成長を阻害するという確実な証明は得られなかった。GA合成阻害剤はP450という生物に普遍的に存在し、重要な機能を担っている酵素の活性も阻害することが知られているため、GA合成の阻害以外の副次的な作用により、子房成長が阻害された可能性がある。果実はその内部に種子を含む器官であり、受精後に雌しべが肥大・成長し成熟することによって形成される。その一方で、人工的に植物ホルモン処理をすることにより、種子を持たない果実(単為結実)を誘導できることが知られている。受精から果実が成長を開始する、即ち、着果における機構の研究は、この単為結実と受精より誘導される果実形成を用いて行われてきた。本研究は、重要な作物であり、モデル植物であるイネにおける果実の初期生長の分子機構に焦点を当てて研究を進めている。21年度は、イネにおいてもIAAによる単為結実の誘導がみられることら、子房の開花前後におけるIAAの測定を行い、イネにおいてもIAAが着果を引き起こすホルモンであることを確認した。また、イネの初期子房成長における生長制御因子の探索を行うために、DNAマイクロアレイを用いた網羅的発現解析により試みた。その結果、トマトやシロイヌナズナで果実成長に関連ある遺伝子として知られるARF遺伝子群に属する遺伝子が得られた。ARFは、トマトにおいて果実成長を負に調節する遺伝子であることから、イネにおいても同様の機能を持つ可能性があると推定される。現在、ARFおよび他の遺伝子について、イネ子房成長に対する機能を明らかにするため、形質転換体の作成を行っている。

その結果、子房成長の阻害が観察されたものの、GAを加えた相補実験の結果、子房の成長は回復しなかった。このことから、GA合成阻害剤が、GAの合成を阻害することによってイネ子房の成長を阻害するという確実な証明は得られなかった。GA合成阻害剤はP450という生物に普遍的に存在し、重要な機能を担っている酵素の活性も阻害することが知られているため、GA合成の阻害以外の副次的な作用により、子房成長が阻害された可能性がある。
圧電素子を利用したセルフセンシング・マイクログリッパの開発に関する研究

圧電素子の圧電効果と逆圧電効果を一片の素子で同時に利用することにより,センシングとアクチュエーションを同時に行おうとするセルフセンシング・アクチュエータ(SSA)をより実用的なものにするために,2年間の研究の後半である本年度では,バイモルフ型の圧電素子をSSAとして機能させることによって,小型軽量で柔らかな把握が可能であるソフトハンドリング・グリッパの把握力制御に応用することを試み,以下の成果・知見を得た.(1)グリッパに物体を把持させ,物体の有無によるセルフセンシング電圧の違いから接触力を推定するアルゴリズムを構成することにより,独立な力センサを必要としない接触力検出法を提案した.(2)提案した接触力検出法は,制御電圧とセルフセンシング電圧の2種類の信号を用いて接触力を検出するが,この検出過程は把握対象物の剛性に依存しないという特長をもつ.(3)目標把握力をステップ関数および正弦波関数の2種類に設定して,剛性の異なる3種類の把握対象物に対して把握力制御を実施したところ,いずれの物体に対しても良好な力制御を実現することができ,独立な力センサおよび把握対象物の剛性情報を必要としない本手法の有効性を確認することができた.(4)把握対象物やグリッパのモデル化の際に無視したダイナミクスやモデル化誤差の影響から,把握力にはわずかではあるが定常偏差が残った.さらに高精度な把握力追従を目指すには,これらを考慮した制御系設計を行い,提案した力検出法を改善することが今後の課題として確認された.圧電素子の圧電効果と逆圧電効果を一片の素子で同時に利用することにより,センシングとアクチュエーションを同時に行おうとするセルフセンシング・アクチュエータ(SSA)をより実用的なものにするためには,駆動電圧と素子の変位との間のヒステリシスを補償する必要がある。そこで,2年間の研究の前半である本年度では,以下の手順でヒステリシスを補償する方策を検討した。(1)ヒステリシスが顕著であるとされる積層型の素子を対象に選び,印加電子圧-変位特性などの基本特性を調査し,裸特性としてのヒステリシスを把握した。(2)圧電素子に微少容量のコンデンサを直列接続し,このコンデンサの両端子電圧が圧電素子に蓄えられた電荷に比例することに着目した電荷制御を,特殊かつ複雑な駆動装置を用いることなく,パーソナルコンピュータのプログラム上で電圧素子のキャパシタンスを推定することにより実現する手法を考案した。(3)考案した手法により素子のヒステリシス特性を極めて良好に補償することが可能となり,位置制御に対してもフィードバックを設さなくても良好な追従性能が得られた。(4)しかしながら,ヒステリシス特性が補償された結果,長時間にわたる制御実験において位置のドリフトが発生することが明らかにとなった。(5)ドリフト現象は圧電素子の抵抗成分による電荷の漏れが原因であるため,素子に直列接続したコンデンサに抵抗を付加し,さらにプログラム上で圧電素子の抵抗成分をも推定することにより,ドリフトを良好に補償することが可能となった。圧電素子の圧電効果と逆圧電効果を一片の素子で同時に利用することにより,センシングとアクチュエーションを同時に行おうとするセルフセンシング・アクチュエータ(SSA)をより実用的なものにするために,2年間の研究の後半である本年度では,バイモルフ型の圧電素子をSSAとして機能させることによって,小型軽量で柔らかな把握が可能であるソフトハンドリング・グリッパの把握力制御に応用することを試み,以下の成果・知見を得た.(1)グリッパに物体を把持させ,物体の有無によるセルフセンシング電圧の違いから接触力を推定するアルゴリズムを構成することにより,独立な力センサを必要としない接触力検出法を提案した.(2)提案した接触力検出法は,制御電圧とセルフセンシング電圧の2種類の信号を用いて接触力を検出するが,この検出過程は把握対象物の剛性に依存しないという特長をもつ.(3)目標把握力をステップ関数および正弦波関数の2種類に設定して,剛性の異なる3種類の把握対象物に対して把握力制御を実施したところ,いずれの物体に対しても良好な力制御を実現することができ,独立な力センサおよび把握対象物の剛性情報を必要としない本手法の有効性を確認することができた.(4)把握対象物やグリッパのモデル化の際に無視したダイナミクスやモデル化誤差の影響から,把握力にはわずかではあるが定常偏差が残った.さらに高精度な把握力追従を目指すには,これらを考慮した制御系設計を行い,提案した力検出法を改善することが今後の課題として確認された.
ヒト癌におけるムチン遺伝子ならびに新しい接着因子の発現と予後との臨床疫学的研究

浸潤性膵管癌において、MUC4(気道型膜結合ムチン)の発現を免疫組織化学的に検索し、予後を含む様々な臨床病理学的事項、ならびに、MUC4の発現に関連するとされるErbB2やp27の発現状況との比較検討を行った。MUC4の発現と、ErbB2やp27の発現には有意な相関は認められなかったが、浸潤性膵管癌におけるMUC4の発現が独立した予後不良因子であることが判明し、これまでに報告してきた高悪性度の肝内胆管癌(腫瘤形成型)ならびに肝外胆管癌におけるMUC4の発現と併せて、膵胆管系癌において、MUC4が普遍的な予後不良因子として重要であることが明らかとなった。一方、胆管の粘液産生癌のCuboidal typeにおいて、胃幽門型分泌ムチンのコア蛋白(MUC6)は常に発現しているが、糖鎖抗原(CA/HIK1083)は常に発現していないという明らかな解離があることが分かり、その解離が腫瘍の発生・分化の過程で生じ、胆管の粘液産生癌のCuboidal typeの予後が良いことにも関連している可能性を示した。MUC2の遺伝子発現に密接に関係するプロモーター領域の特定のCpG部位を同定し、その結果を、ヒト唾液腺腫瘍からマイクロディセクション法で採取した腫瘍細胞におけるMUC2の遺伝子発現機構の研究に応用し、MUC2遺伝子のプロモーター領域の特異的なCpG部位のメチル化がMUC2の発現に際し重票な役割を担っていることを、培養細胞のみでなく実際のヒト腫膓組織でも明らかにした。新しい接着因子トロンボモジュリン(TM)が、膵ランゲルハンス島のβ細胞に特異的に発現していることを見出し、さらに、膵内分泌腫瘍においてはTMの発現が転移を抑制する方向に働き、またTMが膵内分泌腫瘍の良悪性の診断において有用な分子マーカーであることを示した。ムチンに関しては、多数の膵胆管系腫瘍症例を免疫組織学的・分子病理学的に検索し、臨床疫学的解析結果と比較検討した結果、MUC1(膜結合型ムチン)とMUC2(腸型分泌ムチン)の発現を基準にした新しい分類法が予後と良く相関し、手術適応や手術術式の選択という臨床応用に役立つことを明らかにし、さらに、切除断端決定のためにムチン染色が有用である可能性をも示した。膵管内乳頭腫瘍におけるムチン抗原の陽性細胞と陰性細胞をマイクロディセクション法により採取し、ムチン遺伝子発現へのDNAメチレーションの関与の検索も開始した。また、大腸腺腫の癌化過程におけるムチン抗原の変化を超微形態レベルで解明すると共に、ムチン発現と細胞増殖因子標識指数等の相関から腺腫の悪性転化機構を推察し、さらに、その時代推移から、近年の日本における大腸癌の増加傾向の要因を検討した。一方、大腸癌肺転移巣におけるMUC1の発現増強や、予後の良い乳腺粘液癌におけるMUC2とMUC6(胃幽門腺型分泌ムチン)の高発現を明らかにした。非上皮性腫瘍においても、髄膜腫と聴神経鞘腫の鑑別におけるMUC1免疫染色の有用性を示し、また、網膜芽細胞腫の網膜光受容体細胞への分化を、新しいムチン様抗原"Mucin-like glycoprotein associated withphotoreceptor cells (MLGAPC)"の発現から免疫組織学的に検討し、MLGAPCは網膜芽細胞腫における分化度の指標であると共に、網膜芽細胞腫の確定診断にも有用であることを明らかにした。新しい接着因子に関しては、皮膚の扁平上皮癌と基底細胞癌において、トロンボモデュリン発現の局在が違うことを明確にした。また、胃癌の原発巣に比べてリンパ節転移巣でガレクチン-4の発現が上昇することを見出した。ムチンに関しては、種々の臓器の腫瘍のタイプによって大きく異るMUC2(腸型分泌ムチン)の遺伝子発現へのDNAメチル化の関与の検索を開始し、膵癌細胞株(MUC2を発現しないPANC-1と、MUC2を発現するBxPC-3)でのMUC2発現がDNAメチル化の有無によって規定されている可能性をmethylation specific PCR法により明らかにした。さらに、外科切除標本からのマイクロディセクションにおけるメチル化の検索についての実験も開始し、微量の組織からでも、培養細胞に用いたPCRプロトコールでDNAが増幅できることが確認できた。一方、膵胆管系の腫瘍におけるMUC1(膜結合型ムチン)、MUC2、MUC4(気道型ムチン)の発現を加味した新しい分類法を提唱し、膵腫瘍では、浸潤性膵管癌、膵管内乳頭粘液性腫瘍・暗細胞型ならびに膵管内乳頭粘液性腫瘍・明細胞型におけるムチン発現様式の顕著な違いを、粘液産生性胆管腫瘍では、胆管粘液性嚢胞腺癌と胆管内乳頭粘液性腫瘍とのムチン発現の差異を明確にした。また、原発性肺腺癌におけるMUC1とSurfactant apoprotein A(SP-A)の発現の組み合わせ評価を行い、MUC1/DF3>SP-A群が有意に術後再発率が高く予後も不良であることを明らかにした。さらに、唾液腺多形腺腫の再発予測因子としてMUC1が有用である可能性を示した。胃MALTリンパ腫の濾胞樹状細胞におけるMUC1発現の意義や、大腸癌組織におけるGal 3-O-sulfotransferase-2の低下による硫酸化ムチンの発現量の減少等をも明らかにした。

新しい接着因子に関しては、皮膚の扁平上皮癌と基底細胞癌の鑑別診断へのトロンボモデュリンの免疫染色の有用性を明確にし、また、胃癌においてガレクチン-4の発現が予後良好因子であることを見出した。膵胆管系腫瘍におけるムチン発現の免疫組織学化的検索を系統的に行った。膵管内乳頭粘液性腫瘍(IPMN)における多種類のムチンの発現様式の検討により、暗調の円柱状細胞が大腸絨毛腺腫に似た増殖をするIPMN-villous dark cell typeと、明調の円柱状細胞が乳頭状構造をつくるIPMN-papillaryclear cell typeでは、ムチンの発現様式が異なり、臨床的悪性度にも差があることがら、IPMNを2型に亜分類する意義があることを明確にした。比較のため検討した浸潤性膵管癌におけるムチンの発現様式がIPMNとは異なっていることも明らかにした。肝内胆管癌(腫瘤形成型)や肝外胆管癌においては、MUC4(気道型膜結合ムチン)が新しい予後不良因子であることが臨床疫学的研究により判明した。粘液産生胆管腫瘍のムチン発現を加味した再分類を試み、膵IPMNのカウンターパートとしてcolumnar typeとcuboidal typeに分類でき、その分類が予後に良く相関することをも示した。一方、良性腫瘍である唾液腺多形腺腫においても再発予測因子としてMUC1が有用であることを明らかにした。また、種々の臓器の腫瘍のタイプによって大きく異なるMUC2(腸型分泌ムチン)の遺伝子発現へのDNAメチル化の関与を検索し、膵癌培養細胞株では、MUC2発現がプロモーター領域のDNAメチル化の有無によって規定されていることをbisulfite genomic sequencing法により明らかにした。また、安定してMUC2を発現するヒト大腸の正常腺管を、腺管分離法を用いて採取し、細胞株と同様にプロモーター領域のメチル化の状態を検索したところ、メチル化の率が低く、そのためにMUC2が発現している可能性が示唆された。浸潤性膵管癌において、MUC4(気道型膜結合ムチン)の発現を免疫組織化学的に検索し、予後を含む様々な臨床病理学的事項、ならびに、MUC4の発現に関連するとされるErbB2やp27の発現状況との比較検討を行った。MUC4の発現と、ErbB2やp27の発現には有意な相関は認められなかったが、浸潤性膵管癌におけるMUC4の発現が独立した予後不良因子であることが判明し、これまでに報告してきた高悪性度の肝内胆管癌(腫瘤形成型)ならびに肝外胆管癌におけるMUC4の発現と併せて、膵胆管系癌において、MUC4が普遍的な予後不良因子として重要であることが明らかとなった。一方、胆管の粘液産生癌のCuboidal typeにおいて、胃幽門型分泌ムチンのコア蛋白(MUC6)は常に発現しているが、糖鎖抗原(CA/HIK1083)は常に発現していないという明らかな解離があることが分かり、その解離が腫瘍の発生・分化の過程で生じ、胆管の粘液産生癌のCuboidal typeの予後が良いことにも関連している可能性を示した。MUC2の遺伝子発現に密接に関係するプロモーター領域の特定のCpG部位を同定し、その結果を、ヒト唾液腺腫瘍からマイクロディセクション法で採取した腫瘍細胞におけるMUC2の遺伝子発現機構の研究に応用し、MUC2遺伝子のプロモーター領域の特異的なCpG部位のメチル化がMUC2の発現に際し重票な役割を担っていることを、培養細胞のみでなく実際のヒト腫膓組織でも明らかにした。
結核菌の銅イオンポンプの結晶化

本研究は、結核治療の新規標的蛋白質となりうる結核菌の銅イオンポンプに着目し、その立体構造を決定するために結晶作成を試みた。そのためには、良質な蛋白質試料を大量に調製する必要があるが、天然物から行うことは不可能である。よって、遺伝子組み換え技術で大腸菌などを利用し蛋白質を調製することを目指したが、系の確立には至っていない。一方、FeやMnを運ぶ蛋白質の調製系は確立し、同時に研究を進めている。本研究は、結核治療のための重要な標的となり得る銅イオンポンプの立体構造を解き明かすために、結核菌由来の銅イオンポンプ(CtpA,CtpBの結晶化を目指している。初年度は、結晶化に適した蛋白質試料を大量に調製する系の構築を目指し研究に取り組んだ。当研究室で細菌や高度好熱菌由来の重金属イオンポンプの発現に成功した大腸菌発現系でまずは試してみた。発現は数種のHisタグを含んだベクターを用いて、一般的の大腸菌ホストから稀コドンに対応したものや膜蛋白質の発現に適したものまで使用したが、本来のターゲットであるCtpAの発現は認められなかった。一方、その他のイオン輸送体の中でMnやFeを輸送すると考えられている大腸菌由来のMntHは、結晶化に使用可能だと期待される量が膜画分へ発現した。この蛋白質は細菌に感染した際の抵抗性遺伝子として同定されたNrampファミリーに属し、細菌から哺乳類まで広く保存されている。Nrampファミリーは宿主がパラサイトを排除するためだけではなく、感染した結核菌自身そのものの生存にも大切な役割を果たしているらしい。これも研究の目的に応じたターゲットとなる。今後、結核菌と同じくグラム陽性菌であるコリネバクテリアや乳酸菌をホストとした発現系を用いて、CtpAを初め結核菌の膜輸送体の発現スクリーニングを行う。それと同時に結晶化に適したMntH標品の大量調製を行い、結晶化ロボットなどを駆使して結晶化条件の検索を進めたい。本研究は、結核治療のための重要な標的となり得る結核菌の銅イオンポンプ(CtpA)の立体構造を解き明かすために、CtpAの結晶化を目指している。結核菌(M. tuberculosis)そのものからの試料調製は不可能であるので、大量発現系を構築する必要がある。初年度は、大腸菌を用いたCtpAの大量発現系の構築を目指して取り組んだが、良い条件を見つけ出すには至らなかった。その代わり、同時に進めていた大腸菌由来の鉄輸送トランスポーター(MntH, Nramp)の膜画分への発現は認められた。結核菌のNrampは感染した結核菌自身の生存に大切な役割を果たしているらしく、これも研究の目的に応じたターゲットになりそうだ。今年度は、結核菌の別の種でゲノムが入手可能であるウシBCG株やM. smegmatis株のCtpA, CtpB, CtpCとNrampに対象を広げ、試料の調製系の確立を試みた。発現用の大腸菌としては一般的なものに加え、13°Cという低温培養でシャペロン活性が高くレアコドンにも対応にした株(ArcticExpress系)や膜蛋白質の発現に向いている株(C41, C43)も試した。タグの付加部位、プロモーター、培養条件を広く検討したが、いずれの目的蛋白質も大腸菌を用いた発現系の確立には至らなかった。そこで、結核菌と同じくグラム陽性細菌であるコリネバクテリや乳酸菌を用いた発現系の構築も試しているが、これらに関しては専用のベクター作製に苦労している。残念ながら、大量発現系の構築には至っていない。微量のNrampが発現したという報告例はあるが、銅イオンポンプに関して成功例は無い。つまり、蛋白質の調製に成功すれば、阻害剤探索など生化学的な性質を調べるなどの研究にも応用できるので、本計画は継続する価値があると信じている。
大腸菌細胞質膜をモデルシステムとした生体膜の創成

本研究では、生体膜と(プロテオ)リポソームとの以下の差異に着目して、生体膜を創成することを目的としている。(1)リポソームでは膜タンパク質が無秩序かつ自発的に膜挿入する、(2)リポソームは機械的強度、化学物質に対する耐性度が膜小胞より著しく低いという差異がある。(1)の無秩序な自発的膜挿入に関しては、大腸菌の細胞質膜についてはジアシルグリセロールがリン脂質のわずか13%で完全に抑制できることが判明している。これは、大腸菌におけるジアシルグリセロール発現レベルに対応している。一方、コレステロールにも同様の抑制作用があることも判明した。コンピュータ・シミュレーションにより、膜内でのコレステロールとジアシルグリセロールのそれぞれの存在位置を調べたところ、どちらもリン脂質の親水的な頭部近傍の二重層内部の間隙に存在することが判明した。両者は構造的に大きな違いがあるにもかかわらず、膜内での局在位置は極めて類似していた。膜タンパク質の自発的膜挿入は、リン脂質の親水的な頭部近傍の二重層内のスペースが疎水的な物質を吸引してより安定な状態に近づこうとして進行すること、これらの脂質がこのスペースに埋め込まれることにより自発的膜挿入が抑制されることが明らかになった。(2)に関しては、平成29年度までに高濃度MgやPEG等の化学物質がリポソーム凝集に及ぼす効果を定量的に評価する系を構築した。また、大腸菌内膜由来の抽出物をリポソームに再構成すると、高濃度MgやPEGに対する耐性度が大幅に上昇することが明らかとなり、生体膜に機械的強度、化学物質に対する耐性度を付与する因子の可溶化・再構成のシステム構築も完了した。続いてこの因子の精製を進めたところ、目的因子は、分子量が1kDa3kDaで、負電荷をもつ両親媒性の化合物であることが判明した。因子の生成はほぼ完了したため、今後は因子の構造を明らかにする。コレステロールによる自発的膜挿入の抑制については、ジアシルグリセロールによる抑制と同様の機構で進むことを論文として報告し、さらにコンピューター・シミュレーションにより自発的膜挿入抑制の分子機構を明らかにし、論文報告することができた。膜に強度を与える因子の生成については、機能評価システムの構築、因子の抽出条件と再構成条件も決定が終了し、構造解析に進む段階に達した。最終年度に向けて予定通り構造解析が実施できる状況であるため「(2)おおむね順調に進展している」と評価した。(1)自発的タンパク質膜挿入の抑制については、予定していた研究が終了したため、今後は(2)の機械的強度、化学物質に対する耐性度を付与する因子の構造解析に集中する。十分な高純度精製標品を調製し、構造決定を進める。生体膜は、細胞が自己と外界を区別する閾となっており、様々な生命活動のプログラム発現のために大きな役割を果たしている。プロテオリポソームは、(1)リポソームでは膜タンパク質が無秩序かつ自発的に膜挿入する、(2)リポソームは機械的強度、化学物質に対する耐性度が膜小胞より著しく低いという点で生体膜とは大きく異なる。本研究では、生体膜創成のために、大腸菌をモデルシステムとして生体膜を人工的に創生するための基盤となる知見を得ることを目的とする。27年度は、生体膜創生のための予備的データを得ることを目指し研究を進めた。その結果、(1)に関する研究では、F0F1 ATPaseのcサブユニット(F0-c)は、試験管内で微量発現させたときは、糖脂質酵素MPIaseやYidCを枯渇した条件で膜挿入が進行せず、多くの膜タンパク質と同様の性質を示した。一方、発現量を増加させたときはMPIase、YidCどちらの枯渇においてもプロテアーゼ消化を免れたF0-cが蓄積した。このことは、F0-cの濃度が高くなるとプロテアーゼ耐性の構造を取りやすくなることを示している。さらに、リポソーム存在下でF0-cを合成してもプロテアーゼ耐性のF0-cが出現するが、このとき界面活性剤を加えてもプロテアーゼ耐性には変化がなかった。このことは、リン脂質と相互作用したF0-cはプロテアーゼ耐性のオリゴマーを形成することが明らかになった。(2)に関しては、高濃度MgやPEG等の化学物質がリポソーム凝集に及ぼす効果を定量的に評価する系の構築を試みたところ、600nmの吸光度を測定することにより、MgやPEG濃度と600nmの吸光度の増加に線形の関係があることが明らかとなった。今年度以降の研究で精製を開始するリポソームに強度を与える物質の精製の指標として用いることができることが判明した。基本的には計画通り研究が進行している。一方、従来のF0-cの膜挿入アッセイ系に問題があることを突き止めて、F0-cの膜挿入機構解明にせまる結果を得たが、論文投稿が27年度に完了しなかったため、「(2)おおむね順調に進展している。」と評価した。本研究では、生体膜と(プロテオ)リポソームとの差異に解明し、生体膜を創成することを目的として研究を進めている。特に(1)リポソームでは膜タンパク質が無秩序かつ自発的に膜挿入する、(2)リポソームは機械的強度、化学物質に対する耐性度が膜小胞より著しく低いという点に着目して、その分子機構を明らかにし、生体膜を人工的に創生するための基盤となる知見を得ることを目的とする。

28年度は、生体膜創成のための予備的データの取得の完了を目指し研究を進めた。その結果、(1)に関する研究では、コレステロールが無秩序な自発的膜挿入を抑制する効果があることを見出した。コレステロールを発現しない大腸菌ではジアシルグリセロールが自発的膜挿入の抑制効果をもつことをすでに報告している。それに対して、真核生物ではジアシルグリセロールはセカンドメッセンジャーとして機能するため、替わりにコレステロールが自発的膜挿入の抑制に関与している可能性が考えられる。27年度から着目しているF0F1 ATPaseのcサブユニット(F0-c)の膜挿入については、ジアシルグリセロールにより自発的膜挿入が抑制されないといった特異な点がいくつか報告されていた。注意深く調べたところ、酸性リン脂質と相互作用したF0-cはプロテアーゼ耐性の構造に変化するため、膜挿入活性と区別できていないことが判明した。プロテアーゼ耐性の構造は界面活性剤存在下でも変化しなかったため、膜挿入と区別できるようになった。この系を用いて解析すると、F0-cの膜挿入は糖脂質酵素MPIaseに依存し、YidCにより促進されることが判明した。したがって、F0-cの膜挿入は、多くの膜タンパク質と同様の性質を示した。(2)に関しては、高濃度MgやPEG等の化学物質がリポソーム凝集に及ぼす効果を定量的に評価する系の構築したため、リポソームに強度を与える物質の抽出を開始し、その精製を進めている。F0-cの膜挿入機構が解明できて論文発表が終了した。リポソームに強度を与える物質の抽出も予定通り進行している。一方、コレステロールによる自発的膜挿入抑制に関する論文の受理が遅れているため「(2)おおむね順調に進展している」と評価した。本研究では、生体膜と(プロテオ)リポソームとの以下の差異に着目して、生体膜を創成することを目的としている。(1)リポソームでは膜タンパク質が無秩序かつ自発的に膜挿入する、(2)リポソームは機械的強度、化学物質に対する耐性度が膜小胞より著しく低いという差異がある。28年度からは、実際に生体膜を創成する条件の検討を目指し研究を進めた。(1)に関する研究では、コレステロールが無秩序な自発的膜挿入を抑制する効果があること、一方スフィンゴミエリンには自発的膜挿入を上昇させる働きがあることを見出した。これらは、コレステロールやスフィンゴミエリンの新しい機能であるといえる。さらに、コンピュータ・シミュレーションにより、膜内でのコレステロールとジアシルグリセロールのそれぞれの存在位置が極めて類似していることが明らかとなった。そのため、コレステロールのよる自発的膜挿入抑制機構はジアシルグリセロールによるものと類似していることが考えられる。(2)に関しては、高濃度MgやPEG等の化学物質がリポソーム凝集に及ぼす効果を定量的に評価する系の構築したため、リポソームに強度を与える物質の精製を進めている。現在までに目的因子はクロロホルム・エタノール・水(3/7/4)の溶媒で効率よく抽出できること、尿素で半分以上の因子が抽出できること、界面活性剤オクチルグルコシドに易溶であることが判明し、これらの抽出物をリポソームに再構成すると高濃度MgやPEGに対する耐性度が大幅に上昇することが明らかとなり、因子の可溶化・再構成のシステム構築が完了した。今後更なる精製を進め、因子の構造を明らかにする。