hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
知覚や行動に伴う心的時間の脳内機構とその操作

本計画研究では、知覚と行動のオンライン制御に関わる時間情報の脳内機構を調べる。具体的には、1)リズム知覚と同期運動、2)計時と時間生成、の脳内機構を探究するとともに、その操作法の開発と神経疾患における病態生理の理解を目指している。この目的のため、動物実験を中心に行う研究代表者とヒトを対象とした研究を進める3名の研究分担者で研究チームを構成し、それぞれの研究を有機的に結びつける。初年度であるH30年度は各拠点で実験環境の整備を進めるとともに、本課題に関連したこれまでの研究を継続発展させた。研究代表者の田中(神経生理学)は多点同時記録システムの導入を図るとともに、新たなサルの訓練を開始した。また、本研究構想の元となった計時中の線条体・小脳の神経活動について論文発表を行った。研究分担者の村上(実験心理学)は、視覚刺激間と視・聴覚刺激間の時間ずれ知覚効果(フラッシュラグ)を比較し、前者では知覚属性ごとにずれ量が異なり、後者では知覚属性にかかわらず一定となることを示した。また、運動による時間過大視について特徴ベース注意が関与することを明らかにした。寺尾(病態生理学)は、神経疾患患者で時間二分課題、時間生成・再生課題を行い、神経機能画像と関連させることでその神経基盤を探索した。また健常者で時間幅の誤学習課題を行わせ、脳に可塑性を誘導できる4連発磁気刺激(QPS)により一次運動野、前頭前野、側頭頭頂接合部を刺激してその影響を調べた。天野(先端脳計測)は、拡散強調画像および定量的MRIを用いて立体視における個人差の神経基盤を探索し、背側・腹側視覚領域間を結ぶ白質線維の特性が立体視の個人差と関連することを明らかにしてPNAS誌に発表した。今後、各拠点の行動課題や測定技術、介入法などを結び付けることで新たな発見が生まれるものと期待される。初年度は2度の班会議を開催して情報交換を行った。研究代表者の実験動物を用いた研究については、計時やリズム知覚を必要とする行動課題の際の脳各部の神経活動をすでに調べ始めており、成果の一部について論文発表を行った。また、今後の実験のための環境整備も順調に進んでいる。研究分担者の村上は、時間的同期や知覚時間長の特性に関して、とりわけクロスモーダル知覚や内発性注意との関連で初年度から新たな現象を発見し、秒未満の視知覚に関する解明を進めることができた。すでに外発性注意の焦点の動きに伴う時間知覚の変容について実験データの解析を終え、また主テーマのひとつである視覚および聴覚の律動的刺激の受容の時間解像度およびバイアスに関して予備的観察を進めている。同じく研究分担者の寺尾は、リズム形成能力の臨床的検討についてパーキンソン病18名、進行性核上性麻痺6名での検査を行った。さらに症例数を増やして検討を進める必要があるが、進行性核上性麻痺患者ではパーキンソニズムの程度が同程度であっても、時間情報処理の障害が大きくなる傾向を認めている。磁気刺激に関しては、予定の健常者20名のデータをすでに取得し解析を進めており、右側前頭前野へのQPSによって時間幅の誤学習が影響を受けるという結果が得られている。さらに天野は、視覚性短期記憶課題、有効視野課題などを行っている際のMEG計測を行い、課題成績とアルファ波の強度、周波数、位相の関係性を検討しつつ、経頭蓋電流刺激によってアルファ波を操作した際の課題成績の変化を調べるべく実験を進めている。このように、すべての拠点において順調に研究が進捗している。実験動物を用いた研究については、H31年度中に多点同時記録やサルへの経頭蓋電流刺激を行うための技術を確立するとともに、新たに飼育ケージを調達して多くの実験を並行して行えるように環境を整備する。引き続き計時やリズム知覚を要する行動課題を用いて小脳、線条体、頭頂葉などの関与を調べるとともに、研究分担者らの開発した行動課題を実験動物用に適用することを検討する。また、中枢作動薬投与による疾患モデルでの行動解析なども試みる。時間ずれやリズム知覚を報告させるとき、反応時間の遅延には運動器での抑制も関与する可能性があるため、今後の実験心理学研究では筋電位および脳波計測を併用することで多角的な検討を行う。また、固視微動をはじめとする眼球運動や瞳孔径における揺らぎ過程がリズム知覚に影響する可能性を調べるため眼球運動計測を本格化させ、秒以下の時間知覚について心理物理実験を展開する。また、健常者および疾患時の介入研究については、QPSの時間幅誤学習への影響をもとに、QPSがパーキンソン病患者のリズム形成能力や臨床症状を変容させることができるか検討する。また、共同研究を通じ、深部脳刺激療法(DBS)を行っているパーキンソン病患者にご協力いただき、DBSのスイッチをon、offにしたときにリズム形成能力に変化が生じるか検討し、臨床症状の変化との関連を調べる。さらに、経頭蓋電流刺激によって脳波律動の強度を効率的に変化させる技術を開発し、健常者やサルの時間知覚などを操作することを目指す。また、RSVP課題など認知機能の時間特性を反映すると考えられる課題を用いてMEG計測を行い、経頭蓋電流刺激による課題成績の向上を目指す。H31年度からは、関連した公募研究も加わることになるため、領域会議の機会などを利用して班会議を開催し、引き続き共同研究のシードを探る。

具体的には、1)リズム知覚と同期運動、2)計時と時間生成、の脳内機構を探究するとともに、その操作法の開発と神経疾患における病態生理の理解を目指している。この目的のため、動物実験を中心に行う研究代表者とヒトを対象とした研究を進める3名の研究分担者で研究チームを構成し、それぞれの研究を有機的に結びつける。初年度であるH30年度は各拠点で実験環境の整備を進めるとともに、本課題に関連したこれまでの研究を継続発展させた。研究代表者の田中(神経生理学)は多点同時記録システムの導入を図るとともに、新たなサルの訓練を開始した。また、本研究構想の元となった計時中の線条体・小脳の神経活動について論文発表を行った。研究分担者の村上(実験心理学)は、視覚刺激間と視・聴覚刺激間の時間ずれ知覚効果(フラッシュラグ)を比較し、前者では知覚属性ごとにずれ量が異なり、後者では知覚属性にかかわらず一定となることを示した。また、運動による時間過大視について特徴ベース注意が関与することを明らかにした。寺尾(病態生理学)は、神経疾患患者で時間二分課題、時間生成・再生課題を行い、神経機能画像と関連させることでその神経基盤を探索した。また健常者で時間幅の誤学習課題を行わせ、脳に可塑性を誘導できる4連発磁気刺激(QPS)により一次運動野、前頭前野、側頭頭頂接合部を刺激してその影響を調べた。天野(先端脳計測)は、拡散強調画像および定量的MRIを用いて立体視における個人差の神経基盤を探索し、背側・腹側視覚領域間を結ぶ白質線維の特性が立体視の個人差と関連することを明らかにしてPNAS誌に発表した。今後、各拠点の行動課題や測定技術、介入法などを結び付けることで新たな発見が生まれるものと期待される。初年度は2度の班会議を開催して情報交換を行った。研究代表者の実験動物を用いた研究については、計時やリズム知覚を必要とする行動課題の際の脳各部の神経活動をすでに調べ始めており、成果の一部について論文発表を行った。また、今後の実験のための環境整備も順調に進んでいる。研究分担者の村上は、時間的同期や知覚時間長の特性に関して、とりわけクロスモーダル知覚や内発性注意との関連で初年度から新たな現象を発見し、秒未満の視知覚に関する解明を進めることができた。すでに外発性注意の焦点の動きに伴う時間知覚の変容について実験データの解析を終え、また主テーマのひとつである視覚および聴覚の律動的刺激の受容の時間解像度およびバイアスに関して予備的観察を進めている。同じく研究分担者の寺尾は、リズム形成能力の臨床的検討についてパーキンソン病18名、進行性核上性麻痺6名での検査を行った。さらに症例数を増やして検討を進める必要があるが、進行性核上性麻痺患者ではパーキンソニズムの程度が同程度であっても、時間情報処理の障害が大きくなる傾向を認めている。磁気刺激に関しては、予定の健常者20名のデータをすでに取得し解析を進めており、右側前頭前野へのQPSによって時間幅の誤学習が影響を受けるという結果が得られている。さらに天野は、視覚性短期記憶課題、有効視野課題などを行っている際のMEG計測を行い、課題成績とアルファ波の強度、周波数、位相の関係性を検討しつつ、経頭蓋電流刺激によってアルファ波を操作した際の課題成績の変化を調べるべく実験を進めている。このように、すべての拠点において順調に研究が進捗している。
LH-RH analogueを用いたスキルス胃癌に対する新しい内分泌療法の研究

1.Zoladexの抗腫瘍効果の基礎的検討1)ヒト培養胃癌細胞(KATO-III細胞とMK01細胞)とヒト培養乳癌細胞(HBC-4細胞とHBC-5細胞を用いてZoladexの抗腫瘍効果を検討した。胃癌、乳癌ともFR陽性細胞(KATO-III細胞とHBC-4細胞)の増殖を抑制した。1×10^<-7>MのE_2を加えるとZoladexの効果がよく発揮された。2)ヌードマウスヒト移植胃癌、乳癌培養細胞をメスヌードマウスに移植して、それぞれの細胞によってつくられた同型腫瘍の増殖を検討した。Zoladexを投与すると、ヌードマウスの血清E_2濃度は著明に低下し、それに伴い腫瘍の増殖も抑制された。FR陽・陰性細胞間の増殖の差は認められた。2.ヒトスキルス胃癌患者へのZoladexの投与1)ヒトスキルス胃癌患者へのZoladex投与による血清E_2の変化は投与45日目より著明に低下し、同閉経前女性患者におけるE_2の低下は最大であった。高齢女性では投与前のE_2が低いので、Zoladex投与の影響はあまりなかった。しかし、E_2の高い男性患者ではE_2の低下が認められた。Zoladexの投与量は乳癌の投与量と同じ量であった。2)Zoladex単独投与によるヒトスキルス胃癌の抗腫瘍効果は明瞭でない。現在、予後を検討しているところである。以上、Zoladexをヒトスキルス胃癌患者へ投与して、その安全性は認められている。その治療効果、予後に対する影響を今後検討せねばならない。1.Zoladexの抗腫瘍効果の基礎検討1)ヒト培養胃癌細胞(KATO-III細胞とMKOI)と同培養乳癌細胞(HBC-4とHBC-5)を用いてZoladexの抗腫瘍効果を検討した。いずれの癌でもER陽性細胞(KATO-III細胞とHBC-4細胞)の増殖を抑制した。この際、培養液のE_2を検討する必要があると思われた。2)ヒトヌードマウス移植胃癌、乳癌培養細胞を移植して、それぞれの細胞の増殖を検討した。Zoladexを投与するとヌードマウスの血中エストロジエン付着明に直下し、それにつれて腫瘍の増殖も抑制する傾向を示した。2.ヒトスキルス胃癌患者のZoladexを投与すると、血中エストロジエンは低下し、乳癌患者の投与量と同程度でよいと考えられた。1.Zoladeとの抗腫瘍効果の基礎的検討1)ヒト培養胃癌細胞(KATO-III細胞とMKOl細胞)とヒト培養乳癌細胞(HBC-4細胞とHBC-5細胞を用いてZoladeとの抗腫瘍効果を検討した。IX10^<-7>MのE,S加えるとZoladeとの効果がよく発揮された。2)ヌードマウスヒト移植胃癌,乳癌培養細胞をメスヌ-トマウスに移植して、それぞれの細胞によってつくられた同型腫瘍の増殖を検討した。Zoladexを投与すると、ヌードマウスの細胞E_2濃度は著明に低下し、それに伴い腫瘍の増殖も抑制された。FR陽、陰性細胞間の増殖の差は認められた。2.ヒトスキルス胃癌患者へのZoladexの投与1)ヒトスキルス胃癌患者へのZoladex投与による血清E_2の変化は投与45日目より著明に低下し、同閉経前女性患者における_2の低下は最大であった。高熟女性では投与前の_2が低いので、Zoladex投与の影響はあまりなかった。

Zoladexの投与量は乳癌の投与量と同じ量であった。2)Zoladex単独投与によるヒトスキルス胃癌の抗腫瘍効果は明瞭でない。現在、予後を検討しているところである。以上、Zoladexをヒトスキルス胃癌患者へ投与して、その安全性は認められている。その治療効果、予後に対する影響を今後検討せねばならない。
抗原抗体相互作用の動的構造解析を基盤とした高機能抗体の設計

抗原抗体の結合過程がどのように親和性や選択性へ寄与しているのかということに着目し、NMRを用いて抗原抗体相互作用の動的過程を行った。最終年度の3年目はこれまでの実験結果に基づき、高親和性抗体のデザイン手法立案を進めた。現在、抗体のFv部位の揺らぎを変化させることによる親和性向上手法について、論文化を行っているところである。また、新しいターゲットについて同様の手法を適用することが出来ないかを検討している。引き続き本テーマを進めるためには新規の研究費が必要となる。1.変異体の設計法の提案野生型のHyHEL-10のFvは結合前の状態で大きく揺らいでいるのに対し、結合後は揺らがないということが明らかになった。そこで、結合前で揺らがない状態を達成し、結合後の状態に近づけることで、親和性を向上させることが出来ないか考えた。結合前の揺らぎを指標とし、側鎖が大きく揺らぎの大きい残基をアラニンに置換することで、揺らぎを小さくする方針を取ることとした。また、抗原抗体相互作用界面、埋没残基は直接的に相互作用や構造安定性に影響をあたえるため、変異導入候補から除外した。最終的に、揺らぐ残基全32個の中から10個を選出し、アラニン置換を導入した。その結果、2個の変異体で親和性の向上が見られた。それらの変異体についてNMRを用いた緩和分散法を適用したところ、双方について、抗体のVHドメインで顕著な揺らぎの低下が見られた。この結果は、結合前で揺らがない状態を実現することで、親和性を向上させうることを示すものである。2.他の抗体を用いた新規デザイン法の妥当性の評価。近年、その安定性と収量の良さから、シングルドメイン抗体の創薬としての有用性が取り立たされている。そこで、シングルドメイン抗体において、揺らぎを制御することによる親和性の向上が可能であるかを検証中である。27年度が最終年度であるため、記入しない。近年、抗体は有用な医薬にまで発展し、臨床治療に用いられている。しかしながら、動物への免疫で得られる抗体は、必ずしも高親和性かつ高選択性であるとは限らない。薬効の高い抗体を作製する合理的な設計法が求められているが、現状では開発途上である。2分子間の相互作用は、本来は動的であり複雑な過程を経るが、従来の蛋白質の改変においては静的な結晶構造に依存している部分が大きい。近年、NMRによる動的構造解析法が急激に進歩し、相互作用の開始点である遭遇複合体を検出できるようになった。そこで、申請者は、抗原抗体の遭遇複合体がどのように親和性や選択性へ寄与しているのかに着目し、抗原抗体相互作用の動的な過程をNMRを用いた緩和分散法により詳細に解析している。今年度の当初の計画では、抗体の高収率な同位体標識抗体の調製系を構築し、遊離状態、結合状態のNMR測定を終了する予定であったが、抗体Hyhel-10について計画通り進行することができた。申請者は、さらに二年目の計画である抗体のシグナルの帰属と動的構造解析も終えており、解析を元に相互作用に寄与する特徴的な残基を特定中である。25年度の研究を通して、抗体Hyhel-10は意外にも、遊離状態で多くの残基が揺らぎ、大変柔軟性の高い抗体であることが明らかになった。一方、結合状態では強固な構造を取っており、この状態の変化が親和性と選択性に大きく関与していると考えられる。現在、各種変異体を用いて、より詳細な解析を進めている。6種の変異体について、すでに大量調製を終え、表面共鳴プラスモン法を用いた速度論的な結合解析を行っている.1変異体の設計法の提案野生型のHyhel-10は結合前の状態で大きく揺らいでいるのに対し、結合後は揺らがないということが明らかになった。結合前の揺らぎの大きさ(Δω)を指標とし、側鎖が大きく揺らぎの大きい残基をアラニンに置換することで、揺らぎを小さくする方針を取ることとした。また、抗原抗体相互作用界面、抗体のドメイン間界面に存在する残基は直接的に相互作用や構造安定性に影響をあたえるため、変異導入候補から除外することとした。最終的に、揺らぐ残基全体32個の中から10個を選出し、アラニン置換を導入した。2各種変異体の作成と評価設計した変異体を発現、精製し、等温滴定型熱量測定(ITC)を用いて結合能変化の評価を行なった。その結果、作成した10個の変異体中2個で親和性の向上が見られた。一方、従来からの手法による親和性解析は2つの変異体において、親和性向上のメカニズムが異なることを示していた。ITCの結果はそれぞれの変異体で、結合能変化の駆動力がそれぞれエンタルピー、エントロピーと正反対であることを示していた。示差走査熱量測定の結果は、双方の変異体で結合状態が安定化されることを示していた。

一方、結合前の状態では一方の変異体でのみ安定性の低下が見られた。抗原抗体の結合過程がどのように親和性や選択性へ寄与しているのかということに着目し、NMRを用いて抗原抗体相互作用の動的過程を行った。最終年度の3年目はこれまでの実験結果に基づき、高親和性抗体のデザイン手法立案を進めた。現在、抗体のFv部位の揺らぎを変化させることによる親和性向上手法について、論文化を行っているところである。また、新しいターゲットについて同様の手法を適用することが出来ないかを検討している。引き続き本テーマを進めるためには新規の研究費が必要となる。1.変異体の設計法の提案野生型のHyHEL-10のFvは結合前の状態で大きく揺らいでいるのに対し、結合後は揺らがないということが明らかになった。そこで、結合前で揺らがない状態を達成し、結合後の状態に近づけることで、親和性を向上させることが出来ないか考えた。結合前の揺らぎを指標とし、側鎖が大きく揺らぎの大きい残基をアラニンに置換することで、揺らぎを小さくする方針を取ることとした。また、抗原抗体相互作用界面、埋没残基は直接的に相互作用や構造安定性に影響をあたえるため、変異導入候補から除外した。最終的に、揺らぐ残基全32個の中から10個を選出し、アラニン置換を導入した。その結果、2個の変異体で親和性の向上が見られた。それらの変異体についてNMRを用いた緩和分散法を適用したところ、双方について、抗体のVHドメインで顕著な揺らぎの低下が見られた。この結果は、結合前で揺らがない状態を実現することで、親和性を向上させうることを示すものである。2.他の抗体を用いた新規デザイン法の妥当性の評価。近年、その安定性と収量の良さから、シングルドメイン抗体の創薬としての有用性が取り立たされている。そこで、シングルドメイン抗体において、揺らぎを制御することによる親和性の向上が可能であるかを検証中である。申請者は、抗原抗体の遭遇複合体がどのように親和性や選択性へ寄与しているのかということに着目し、NMRを用いて抗原抗体相互作用の動的な過程を解析している。今年度行う予定であった、各種変異体の作成と親和性の評価を行うとともに、三年目の計画である変異体の動的構造解析、及び高親和性のデザインの手法提案を進めている。研究成果の内容は期待以上のものであった。抗体Hyhel-10の揺らいでいる領域で抗原結合に直接関与しない残基に変異を導入すると、親和性が向上する変異体を得ることができた。親和性が向上した変異体について揺らぎの解析を行ったところ、抗体のVHドメインにおいて、顕著な揺らぎの低下が観測された。現在、揺らぎが観測された部位の揺らぎを無くすような変異導入により親和性を向上させる手法の提案を行うべく、論文化を行っているところである。27年度が最終年度であるため、記入しない。三年目の計画であった変異体の動的構造解析、及び高親和性のデザインの手法提案を既に進めている段階であり、今後は異なる抗体を用いて手法の有用性の更なる検証を行っていく。現在用いているHyhel-10よりも有用なターゲットとして9E10 (癌抗体)やCT3XC(毒素抗体)などを挙げていたが、近年はドメイン抗体の有用性が取り沙汰されており、有用性の検証を行うためのターゲットの変更を検討している。
パワーSOC(Supply on Chip)実現に向けての回路・制御技術の研究

近年、電源の究極の小型化である1チップPOLが注目を集めている。1チップPOLは電力密度が高いものの1台あたりの電力容量が小さいため負荷電流が大きくなると多数並列接続する必要がある。また、小型化を実現するため10MHz以上の高速のスイッチングが要求される。このため制御技術が重要な課題となる。本研究では1チップPOL並列接続に適したデジタル制御技術による制御方法を提案する。また、本報告で提案した制御方法により並列接続したPOLが電圧制御可能であり広い範囲で高効率動作を実現できることをシミュレーションと実験により検証した。パワーSupply on Chipは電源の究極の小型化であり、電源の小型化に対して電源の体積の大部分を占めるインダクタやキャパシタなどの受動部品の小型化が最も有効な手段である。受動部品の小型化に対して、スイッチング周波数高周波化が進められている。パワーSOCでは数十MHzの高周波スイッチングが必要となるため、従来の電源で主流を占めていたPWM制御が困難となるため新たな制御技術が必要となると同時に、高周波でスイッチング素子をドライブするためのゲートドライブ技術が重要となる。本年度は制御技術の研究に注力して研究を進めた。具体的には、パワーSOCでは電流容量の小さいPOLコンバータを並列接続するという特徴を活かし、負荷に応じて動作するコンバータの動作台数を変化させることにより一定電圧を出力する制御方法を考案した。台数制御方法として出力電流を検出する方法を考案した。動作しているPOLの台数を切り替える際、発振する可能性があるためヒステリシスを設けた。新規に考案した制御方法に関して台数切り替えにより出力電圧を一定に保てること、広い負荷電流範囲において高効率を維持できることを明らかにした。部品点数の削減、高効率化、制御の汎用性を狙いとして出力電圧を検出して一定電圧に保つ制御に関する検討を行い、出力電圧検出により出力電圧の制御が可能であることを明らかにした。来年度のボード試作に向けて部品の選定に着手し、スイッチング素子として高周波特性に優れたGaNパワーデバイスを用いることとし、回路設計を開始した。パワーSupply on Chip(パワーSoC)の実現を目的として、数十MHz動作する電源の制御と回路技術の研究を進めた。数十MHzでの高周波動作のため従来のPWM制御が困難となる。我々の研究グループでは、多数の小容量のPOLがLSIやMEMSプロセスを用いて製造できるという特徴を活かし、負荷に応じて稼働するPOLの台数を変化させる制御方法を提案してきた。本年度は、事前にコンバータの特性を測定することなく、入力電圧と出力電圧の組の数、入力電圧、出力電圧、最大負荷電流の4つのパラメータの入力のみで一定の電圧を出力可能な新規な出力電圧検出による制御方法を提案するとともに、多入力電圧、多出力電圧の電源をデジタル制御技術により実現した。また、電源の特徴を活かしたField Programmable Power Supply Arryを実現した。GaNパワーデバイスの駆動を想定し、GaNを駆動するためのドライバー回路を0.5μmルールのCMOSプロセスを用いて試作し、20MHzでの駆動を確認した。この結果をもとにシミュレーションにより30MHzで動作するドライバー回路の設計を行った。集積システム台数切り替えにいる制御法の確立、電圧検出による制御法の提案等原理確認等を済ませると同時に、来年度のボード試作に向け回路設計に着手しており順調に推移している。今年度の研究結果をふまえ、昨年度提案した台数切り替えによる電圧制御技術を基盤技術とし、昨年度提案した電圧制御技術に関して、より汎用性の高く、かつ簡単な制御技術に関して研究を進める。また、昇降圧が自由に行、多出力化に有利なHブリッジに関して研究を進める。また、ゲートドライブ技術に関しては、GaNパワーデバイスをスイッチ素子としてのターゲットとし、30MHz級でスイッチング可能なゲートドライブ回路を提案する。さらに提案した制御方法とゲートドライブ技術をテストボードを試作し、実証する。次年度のボード試作、その評価関連の支出が当初の予想を上回るため、それらの費用に充当するため残額が生じた。次年度のボード試作とその評価関連に支出し、使用計画通りに使用する計画である。
シグマ陽子散乱の位相差導出によるクォークパウリ斥力芯の大きさの決定

本研究ではJ-PARCにてシグマ陽子散乱実験(J-PARC E40)を行い、散乱微分断面積を導出することにより、ΣN相互作用を研究する。さらにΣ+p散乱の微分断面積から、散乱の位相差を導出することにより、クォークレベルでのパウリ斥力の強さを定量的に求めることを目標としている。本課題では、これまでにシグマ陽子散乱事象を同定するための検出器群であるCATCHの開発に成功し、東北大学サイクロ施設での陽子陽子散乱実験を通した性能評価後に、J-PARCにCATCHを運搬し、本格的にJ-PARCでのシグマ陽子散乱実験に取り掛かった。J-PARC K1.8ビームラインの磁気スペクトロメーターをE40に最適化したセットアップに変更し、CATCHもK1.8ビームラインに設置し、ビームを用いたコミッショニングを行い、検出器の健全性を確認した。そしてシグマ陽子散乱実験(J-PARC E40)の物理データ収集を開始した。本実験では大強度(10MHz)のπビームを用いてπ-p→K+ Σ-反応を用いて、運動量を標識化したΣ-ビームを大量に生成し、液体水素標的周囲を取り囲む反跳陽子検出システム(CATCH)にて、Σ-p散乱で反跳された陽子を検出する。実験は2018年6月に2日程度のビームタイムを使い、物理データの収集を行なった。約2日の物理データ収集であったがこのデータの解析を行い、Σ-p弾性散乱事象及びΣ-p→Λn非弾性散乱事象をそれぞれ約150散乱事象を検出することに成功した。これは、過去の実験の統計を5倍程度上回る結果を得ることが出来、本研究手法の有効性を証明することに成功した。2019年2月からはE40実験の残りのビームタイムで、実験の続きを行なっており、統計がさらに10倍以上に改善されることが期待される。2019年の4月から、Σ+p散乱実験が引き続き行われる予定である。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、シグマ核子相互作用を研究するためにシグマ陽子散乱実験を行い、微分断面積を導出することを目的としている。そのために、シグマの生成および散乱標的として用いる液体水素標的を開発し、また反跳された陽子を検出するための円筒形ファイバー検出器(CFT)およびBGOカロリメーターからなるCATCH検出器群を製作することが本年度の大きな目的であった。液体水素標的に関しては、φ40mm、長さ300mmの円筒形の標的セルを製作し、また標的用の真空チェンバーをデザイン、製作し、GM冷凍器を用いた冷却システムを用いることによって、液化テストにも成功し、標的システムとしては完成させることが出来た。また、円筒形ファイバー検出器(CFT)は、ビーム方向にまっすぐにファイバーを配置するφ層、および螺旋状に配置するUV層をそれぞれ4層ずつ配置する円筒型の位置検出器である。これを製作するにあたり、1つのフレーム構造にφ層およびUV層を1層ずつ配置し、最終的には4つのフレームをドッキングすることによって8層構造を実現するデザインとなっている。今年度までにすべてのフレーム構造の製作を終了することが出来た。このCFTでは約5,000本のファイバーを読み出すにあたって、同数のMPPCを用いる。この読み出しには我々のグループがMPPCの多チャンネル読み出し専用に開発したVME-EASIROCボードを用いることによって実現した。合計で約80枚のVME-EASIROCボードを用いるが、システム全体で読み出しに生じるデッドタイムは14μsであり、10 kHzのトリガーに対しても、十分なDAQ効率を得ることが可能である。BGOカロリメーターに関しては、高計数率環境下でのパイルアップを分離するためにフラッシュADCを用いた読み出しシステムを構築し、700kHzの80MeVの陽子ビームに対しても1.3%の十分なエネルギー分解能を得ることに成功した。液体水素標的に関しては、製作がすべて終了し、液化テストにも成功しており、すでに実用のレベルに達することが出来ている。CFTに関しては、製作は以前の研究から引き継いだものであるが、ようやく全ての層の製作を完了することが出来た。読み出し回路に関しても、一番懸念していたのが読み出しデータの増大による読み出しスピードの低下であったが、ADCにペデスタルサプレッションを施すことによって14μsの十分速い読み出し時間を達成することが出来た。BGOカロリメーターに関しても、実際に80 MeVの陽子ビームをビームレートを変えながら、BGOのエネルギー分解能を測定する実験を行い、予想される最大のレートである700 kHzでも1.3%という十分なエネルギー分解能が得られることを確認することが出来た。本年度では、本研究で開発すべき中心的な検出器である反跳陽子検出器軍(CATCH)を完成させるところまで進めることが出来た。CATCHは円筒形ファイバー検出器CFT,BOGカロリメーター、そしてプラスチックシンチレーター(PiID)からなる。CFTを8層、5000本からなる検出器としての製作を終えることが出来、そのファイバーの読み出しに用いる光検出器MPPCの電圧調整なども我々で開発したVME-EASIROCボードを用いて完了させることが出来、CFTのコミッショニングとして宇宙線のデータ収集を行い、トラッキングの性能の評価やファイバーの位置補正などを行い、検出器としての位置分解能の向上を図った。

またBGOカロリメーターについては24本のBGO結晶からなるが、光量に位置依存性があるため、事前に線源を用いて光量の位置依存性を確認するためのデータを、BGO結晶を恒温槽の中に入れ温度依存性がない状態で測定をした。その後、BGOカロリメーターはデザインした架台に配置してから、BGOカロリメーターとCFTを結合してCATCHとして一体のものにした。また実験室でCATCHをビームラインに配置するための架台を製作した。このCATCHの陽子ビームを用いたコミッショニング実験として東北大サイクロ施設(CYRIC)にて80MeV陽子ビームを用いた陽子陽子および陽子炭素核散乱実験を行った。解析はまだプレリミナリーであるがこれらの散乱事象の道程に成功することが出来ている。その後、CATCHはJ-PARCでのコミッショニングを開始すべく移設した。CATCHとともにシグマ粒子の生成をタグするKURAMAスペクトロメーターのアップグレードとして、我々は屈折率1.10のエアロゲルチェレンコフ検出器を製作し、東北大学電子光理学研究センターにてテスト実験を行い、性能を確認している。本研究の中心的な検出器であるCATCHシステムの建設を終え、コミッショニング実験を行うことが出来たのは、この研究にとって非常に大きなブレークスルーであったと言える。テスト実験で全ての検出器が動作することも確認できている。実際にシグマ陽子散乱実験を行うJ-PARCにすでに移設し、J-PARCでのビームラインへの設置を待っている状態であり、H29年度には実際にビームラインに設置し、実験を行うことが出来ると期待している。本研究ではJ-PARCにてシグマ陽子散乱実験(J-PARC E40)を行い、散乱微分断面積を導出することにより、ΣN相互作用を研究する。さらにΣ+p散乱の微分断面積から、散乱の位相差を導出することにより、クォークレベルでのパウリ斥力の強さを定量的に求めることを目標としている。本課題では、これまでにシグマ陽子散乱事象を同定するための検出器群であるCATCHの開発に成功し、東北大学サイクロ施設での陽子陽子散乱実験を通した性能評価後に、J-PARCにCATCHを運搬し、本格的にJ-PARCでのシグマ陽子散乱実験に取り掛かった。J-PARC K1.8ビームラインの磁気スペクトロメーターをE40に最適化したセットアップに変更し、CATCHもK1.8ビームラインに設置し、ビームを用いたコミッショニングを行い、検出器の健全性を確認した。そしてシグマ陽子散乱実験(J-PARC E40)の物理データ収集を開始した。本実験では大強度(10MHz)のπビームを用いてπ-p→K+ Σ-反応を用いて、運動量を標識化したΣ-ビームを大量に生成し、液体水素標的周囲を取り囲む反跳陽子検出システム(CATCH)にて、Σ-p散乱で反跳された陽子を検出する。実験は2018年6月に2日程度のビームタイムを使い、物理データの収集を行なった。約2日の物理データ収集であったがこのデータの解析を行い、Σ-p弾性散乱事象及びΣ-p→Λn非弾性散乱事象をそれぞれ約150散乱事象を検出することに成功した。これは、過去の実験の統計を5倍程度上回る結果を得ることが出来、本研究手法の有効性を証明することに成功した。
哲学的当事者研究の展開：重度・重複障害者と慢性疼痛患者のコミュニケーション再考

平成30年度は、過去2年間の実践研究、Emma Gran氏による障害のある子どものための身体表現実践(2017年2月)とDeborah Padfield氏による慢性疼痛当事者のための痛みのアート化実践(2017年11月)、それに加えて、それぞれの実践ワークショップ後に開催したシンポジウムで得た質的データなどをまとめて、研究分担者の浜渦と共に第24回世界哲学会議北京大会(2018年8月)、その後、韓国のソウル国立大学で開催された8th PEACE (Phenomenology for East Asian CirclE) Conference(2018年12月)などの国際学会で発表した。国内では、研究分担者である池田が事務局代表を務めている日本哲学プラクティス学会で本科研プロジェクトの実践研究をまとめて発表した。2019年2月19日に「ヴァルネラビリティと対話ー1dayシンポジウム」を本科研プロジェクトの主催で行った。その中でも、研究代表者の稲原はPadfield氏や研究協力者と行ったワークシップでの実践をまとめて発表した。他の発表者も哲学対話と当事者研究の融合について発表し、次のステージへとつなげた。2019年2月14日に「家族支援と対話を考える」というシンポジウムを、稲原が研究分担者として関わっている科研プロジェクト(18K18601、代表:村上旬平)と共催した。平成28年度においては、所記の目標であったように障害者コミュニケーション支援をしている実践者や研究者を国内外から招き、そのあり方について考察を深めていく段階に到達した。平成29年2月にヨーテボリ市立カナベック特別支援(聾)学校(スウェーデン)でさまざまな障害とともに生きている子どもたちOriginal Playというメソッドを使った身体表現法)を教えているエマ・グラン(Emma Gran)氏を本研究の海外研究協力者として招き、Original Playの実践ワークショップ(2月19日)と学術シンポジウム(2月20日)を神戸大学で開催した。平成29年2月19日に神戸大学大学院人間発達環境学研究科のサテライト施設「のびやかスペースあーち」で開催されたワークショップは、グラン氏がコミュニケーションに悩みを抱える子ども(4名)に、身体的な調和、動き、触れ合いを使って、「遊び」を創造できるようにするOriginal Playを実践した。当日、グラン氏の実践に対する質疑応答だけではなく、ワークショップに参加していた保護者や実践者・研究者(歯科医師、介護福祉士、音楽療法士、特別支援教育の研究者、現象学者など)との対話を交えながら、障害のある子どものコミュニケーション支援について考える機会を得た。平成29年2月20日に国際シンポジウム「身体表現の可能性を探るー障害児・者のコミュニケーション再考」が神戸大学鶴甲第2キャンパスで開催された。このシンポジウムでは、障害児・者とともに身体表現を創り上げてきた実務者・研究者4名、上述したエマ・グラン氏、そして、大阪大学COデザインセンター准教授の本間直樹氏、舞踊家の佐久間新氏、立命館大学スポーツ健康科学部准教授の永浜明子氏)を迎えて、身体表現についての講演をしていただいた。新たな表現やコミュニケーション支援の可能性を探るきっかけになった。障害のある子どもたちとその保護者が集まり、そして障害のある子どものコミュニケーション支援をしている実践者や研究者を招聘し、支援のあり方や身体性について共同討議を行うことについては、平成29年2月中旬に開催されたワークショップと国際シンポジウムの2回だけであったが、関連研究会に出席するなどの方法によって順調に進めることができた。残念なことに、申請時に招聘することになっていた現象学的なアプローチを使って「身体表現法」を研究しているヘレナ・ダールベリ(Helena Dahlberg)氏(ヨーテボリ大学のCenter for Person-Centered Care (GPCC)特任研究員)が本人の都合により来日できなかった。ダールベリ氏の不在では、現象学的なアプローチについては国際交流や活発な議論を行えなかったが、実践者・研究者間の情報交換や当事者家族との対話の機会を得たことは、本研究にとって非常に大きなメリットになった。なお、平成29年2月20日の国際シンポジウムに関しては、「北欧現象学者との共同研究に基づく傷つきやすさと有限性の現象学」(科学研究費(基盤B)研究代表者・浜渦辰二、大阪大学)のプロジェクトが共催した。それに伴って、日本の現象学研究者も4名参加し、非言語的コミュニケーションにおける現象学的アプローチについて積極的に話し合えた。研究審査申請などの手続きが遅れたため、平成28年度の出版業績はほとんどない。次年度、論文を執筆する。平成29年度においては、所記の目標であったように、言語化できない症状(疼痛)を抱えた当事者の視点から既存の当事者研究の有効性を問い始めた。まず、平成29年11月1719日に造形制作ワークショップを3回神戸大学で開催した。参加者は異なる疼痛を抱えた3名の当事者、それぞれの痛みをアート化する試みをデボラ・パッドフィールド(Deborah Padfield)氏(The Slade School of Fine Art、University College of London)とともに実践した。3名はそれぞれの疼痛についてパッドフィールド氏と語り合い、それぞれが疼痛をイメージした造形を制作し、氏がそれらの造形作品を写真にした。その後、氏と参加者全員で写真を見ながら、自らの疼痛について考え、語り直した。11月21日に学術シンポジウムを開催し、ロンドンにあるセント・トーマス病院の疼痛患者たちとのアート実践についてパッドフィールド氏が基調講演を行った。その後、ワークショップの参加者3名が制作した造形作品を披露し、各自が作品について説明し、氏とともにそれぞれの疼痛について対談をした。

シンポジウムの後半に、東京で当事者研究の活動を続けている水谷みつる氏(こまば当事者研究会)に今までの当事者研究の経験や、どのようにアート表現が当事者の経験を言語化するためのツールになり得るのかについて講演を行った。シンポジウムの最後に全体討論の時間を持った。シンポジウムの参加者は31名、(うち、院生3名ほど、歯科医師、他大学のダンス研究者、慢性疼痛の当事者、音楽学者、心理学者、哲学者、看護や障がい者支援のあり方を考えている研究者など)が集まり、痛みの表現、その伝え方について奥深い議論ができた。平成29年度の研究では、哲学とアートの知見を取り入れ、疼痛当事者のコミュニケーション支援について考えを深めた。平成29年度、本研究の海外研究協力者であるデボラ・パッドフィールド(Deborah Padfield)氏(多くの慢性疼痛患者たちと共に「痛み」をアートにすることを試みてきたイギリスの写真芸術家、The Slade School of Fine Art・University College of Londonの研究者)を招へいした。3名の調査協力者がそれぞれの「痛み」を造形化し、その後、当事者研究のように自らの痛みを研究するワークショップを神戸大学で開催した。3日間のワークショップで「痛み」を表現できない当事者にとって、自らの痛みを「見える化」した。パッドフィールド氏やほかの当事者と共に痛みの感覚を言語化できるようになり、そのプロセスで当事者の疼痛が癒されることが明らかになった。その後、国際シンポジウムの中でパットフィールド氏に基調講演をしていただき、日本の研究者(心理学者、哲学者、歯科医、社会教育の専門家)、アーティスト、疼痛当事者などが集まり、多角的な議論ができた。残念ながら、日本の医療従事者(慢性疼痛患者の支援者)をシンポジストとして招くことが叶わなかった。しかし、本研究の分担者である大阪大学歯学部附属病院講師の村上旬平氏が、歯科治療の際に起こる急性疼痛と慢性疼痛の違いを指摘し、急性の痛みにはパッドフィールド氏の実践が適さないことも話し合われた。パッドフィールド氏との実践に影響を受け、新たな現象学的な質的研究の可能性を探り始めた。平成29年11月25日に開催された日本現象学・社会科学会第34回研究大会のシンポジウム「当事者の声を聴くことから研究へ」で、現象学的看護研究者の西村ユミ氏と社会学者の白井千晶氏の提題を受ける特定質問者として登壇し、パッドフィールド氏の実践を紹介し、当事者の声を聴くための仕掛けとして痛みをアート化し、それについて語るという方法を提案した。
画素時系列の相互相関解析を利用した動画像処理による三次元情報計測の試み

本研究は、テレビカメラで捉えた動画像から物体の運動を表わす速度ベクトル場を正確に求める処理手法の確立、三次元情報を得るためのmotion stereo法およびdynamic stereo法に必要な画像取込みシステムの構築、およびこれを利用した三次元情報計測法の確立の三段階に分けられる。以下、それぞれの成果について箇条書きにして示す。1.速度ベクトル場(オプティカルフロー)解析法について我々が従来提案してきた画素時系列間の相互相関解析を利用した時系列相関法に基づく次の三つの解析法を確立した。(1)相関値を二次曲線で補間しベクトルの方向を決定する二次曲線補間法(2)画素の空間的配置とラグタイムの関係を利用した解析法(3)画像の空間的相関関数と時系列相関関数の関係を利用した時空間相関法以上の解析法は電子情報通信学会論文誌上で公表(掲載予定も含む)した。2.画像取込みシステムについてパーソナルコンピュータPCー98XLを中心に2カメラ(1つは移動カメラ)による動画像取込みシステムを構築し、必要なソフトウェア(主に機械語)を整備した。取込みスピードは、1カメラの場合15画面/秒、2カメラの場合7.5画面/秒で、濃淡は256階調である。3.三次元情報計測について現実の画像に対し比較的汎用性を有し、精度も良好な時空間相関法を用いて、1台の移動カメラを利用したmotion stereo法に基づく静止物体の三次元奥行情報の計測実験を継続中である。その成果については、画像工学研究会等で今後発表していく予定である。本年度は,動画像から精度良く二次元の速度ベクトル場を求める処理方法開発を第一目標に研究を行なうとともに,処理時間短縮のためのシステムのグレードアップをはかった.以下,成果を箇条書きにまとめる.1.対象画像と近房8または16画素との輝度時系列の相互相関解析で求めた相関係数の値を各々の画素の方向を横軸にして2次曲線補間し,近房画素の方向のみに限定されない速度ベクトルの方向決定法を示した2.動画像中の粒子が中心対称な輝度分布を持つという仮定のもとで,近房画素中で最大および2番目の相関値をとる方向の2つのラグタイムから,解析的に厳密な速度ベクトルを決定する方法を明らかにした.3.我々の解析の基本である時系列の相互相関関数を,画像の空間的相互相関との関係で再検討し,計算した近房各画素の相関係数およびラグタイムすべてを用いて,速度ベクトルの大きさおよび方向を決定する手法を開発した.この方法は, 2で仮定した輝度分布の中心対称性を必要とせず,応用範囲の広い方法である.4.相互相関関数を計算するに当たり,以後の速度ベクトルの計算に不必要な部分をできるだけ省略することにより,処理速度の向上を実現した.5.処理システムとしてPC-98XLを導入しハード面でのグレードアップを行ない計算速度の向上をはかった.また,これまで開発したソフトウェアも改良し,移植を行った.1および2については,すでに論文にまとめ発表した. 3.4についても現在,投稿の準備中である.以上,開発した高精度速度ベクトル場解析を用い,現実のベクトル場の解析を進めるとともに,三次元情報計測の第2ステップである奥行情報計測のアルゴリズムを検討中である.今年度は、動画像処理による三次元情報計測のためのmotion stereo法およびdynamic stereo法に必要な画像取込みシステムのハードおよびソフトの拡張・整備を行なった。また、前年度までに提案した個々のカメラの動画像からオプティカルフロー(二次元速度ベクトル場)を求めるための3つの時系列相関法、すなわち(1)相関の大きさを利用したこ二次曲線補間法、(2)ラグタイムを利用した高精度解析法、(3)時系列相関と空間相関の関係を利用した時空間相関法の現実の画像に対する処理能力を検討した。以下、その成果を箇条書きにして示す。1.PC-98XLの拡張ボードとして、2カメラによる動画像取込みシステムを構築し、これに必要なソフトウェア(主に機械語による)を整備した。

現在の画像取込みスピードは、64×64画素の画面に対し、1カメラの場合は15画面/秒、2カメラの場合は7.5画面/秒である。2.上記のシステムを用いて現実の動画像を取込み、各々の解析法で処理した結果、以下のようになった。(1)二次曲線補間法は処理可能な画像の範囲は広く汎用性のある解析法であるが、ある程度以上の精度は得られない。(2)ラグタイムによる解析法は、粒子運動の解析では高い精度を示すが、通常の三次現世界の画像の処理には不向きである。(3)時空間相関法は精度もよく、画像の種類にあまり左右されない。従って、三次元情報計測のための解析法として有効である。3.今年度開発した時空間相関法については、その理論および応用について、第19回画像コンファレンスで発表し、詳細については電子情報通信学会誌D-IIに掲載予定である。現在、本研究で構築した動画像処理システムを用いて、三次元奥行き情報計測の実験を継続中であり、画像工学研究会等で発表予定である。
血管内皮、間葉系細胞のシングルセルヘテロジェネイティ解析

臍帯由来血管内皮細胞および間葉系細胞のシングルセルレベルでの網羅的遺伝子発現情報を取得すると共に、iPS細胞由来肝芽内の血管内皮細胞、間葉系細胞についての解析を実施した。取得した発現情報からそれぞれの細胞集団において発現する遺伝子を抽出した。さらに、iPSC肝芽において細胞間相互作用による細胞分化に関与するを明らかにした。また、それぞれの細胞集団におけるヘテロジェネイティを解析した。これらの知見は、ヒトiPS肝芽の製造過程での品質評価において有用な情報となるなど、今後のiPSC肝芽の品質および安全性向上に向け有用な知見が得られた。血管構造を構築する血管内皮細胞と支持細胞となる間葉系細胞はどのような立体臓器構築においても必須である。したがって、臓器形成過程の細胞間相互作用と、血管内皮細胞及び間葉系細胞のヘテロジェネイティ、および立体臓器の性能に与える影響を解明することが極めて重要である。ヒトiPS肝芽に用いる細胞材料のシングルセルRNAseqデータを元に、血管内皮細胞及び間葉系細胞の品質評価・安全性指標の確立にむけ、本年度は平面培養した血管内皮細胞、間葉系幹細胞についてシングルセルレベルでの網羅的遺伝子発現解析を実施した。さらにiPS細胞から平面的に分化誘導した肝内胚葉細胞との共培養をした後にシングルセルレベルにばらばらにし、網羅的遺伝子発現解析を実施した。in silicoでのバイオインフォマティックス的解析により、血管内皮細胞、間葉系幹細胞においてiPSC肝芽作製時に発現変化が見られる遺伝子の抽出を実施した。これらの内、iPSC肝芽の機能発現において重要な役割を担う因子を特定するため、阻害剤を用いた解析およびsiRNAを用いた解析を実施し、iPSC肝芽機能に関わると考えられる複数の因子を同定した。今後、由来の異なる血管内皮細胞、間葉系幹細胞等についての網羅的遺伝子発現情報を集積し、アウトプットとしての肝芽機能との相関を解析することによって、血管内皮細胞、間葉系幹細胞等のヘテロジェネイティおよび品質評価のための知見が得られると期待される。血管内皮細胞、間葉系幹細胞がiPSC肝芽の機能発現に影響を因子が不明であったことから、まず機能発現に重要な因子をある程度絞り込むことによって、不要な解析を削減することが可能であると考えられた。したがって、機能因子の絞り込みを先行して実施した。本解析によって、iPSC肝芽の機能発現において重要な役割を担う因子を複数抽出することができた。したがって、研究目標に向かっておおむね順調に進展しているといえる。これまでに、ヒト組織を構成する複数の細胞間の立体的な相互作用を再現することで機能臓器の創出技術を開発してきた。すなわち、ヒトiPS細胞由来肝内胚葉、血管内皮細胞、間葉系細胞を一定の条件で共培養することにより自律的な細胞凝集が生じ、肝臓原基(iPSC肝芽)が誘導されることを明らかにした(Takebe T, Sekine K et al, Nature, 2013)。また、ヒトiPS細胞由来肝内胚葉、血管内皮細胞、間葉系細胞の共培養前後での網羅的遺伝子発現解析を実施した。その結果、立体的な細胞間相互作用において活性化する、血管内皮細胞および間葉系肝細胞の発現遺伝子を明らかにした。そのうちの幾つかの因子については血管内皮細胞でのsiRNAを用いたノックダウン法を用いることにより、実際に立体的な細胞間相互作用において重要な役割を担うことを明らかにした(Camp JG, Sekine K et al., Nature 2017)。さらに、これまでに確立している肝内胚葉細胞だけでなく、血管内皮細胞や間葉系細胞もヒトiPS細胞より分化誘導して作製した肝臓原基(All-iPSC肝芽)の作出に成功し、本技術による血管の再構成により糖尿病治療に有効な膵島の機能向上/維持にも有効であることを証明した(Takebe T, Sekine K et al., Cell Reports 2017; Takahashi Y, Sekine K et al., Cell Reports 2018)。血管内皮細胞、間葉系幹細胞としてiPS細胞由来の細胞等、解析対象を増やし遺伝子発現解析を実施する。また、これまでの解析から挙がっているマーカーについてddPCR、フローサイトメーター等を用いた解析により、評価マーカーの性能評価を実施する。幹細胞生物学
ピロロキノリンキノン依存性メタノール脱水素酵素の活性発現に必要な遺伝子群解析

Methylobacterium extorquens AM1はメタノールを唯一の炭素源として生育する際、キノプロテインメタノール脱水素酵素(MDH)を発現し酸化を行なう。MDHの活性発現には30以上の遺伝子が必要とされ、ゲノム中でいくつかのクラスターを形成している。その中で最も大きなクラスターがmxaFJGIR(S)ACKLDEHB遺伝子群で、いくつかの遺伝子は機能が未解明である。そのひとつであるmxaD遺伝子について解析した。mxaDが欠損すると、粗酵素抽出液中のMDH活性は野生株以上に強いにもかかわらず、生菌体のメタノール酸化活性は著しく減少した。変異株からMDHとその電子受容体であるチトクロムc_Lを精製し、酵素化学的性質等について検討した。変異株からの精製MDHは吸収スペクトルが野生型と異なり、360nm付近の吸収が減少していた。電子共鳴スピンでは野生型と同じ波形を示したが、シグナル強度は野生型の約9倍であった。補欠分子族であるピロロキノリンキノンが、野生型では10%程度がセミキノン型で、変異株からのMDHではほぼ100%であると推定された。精製チトクロムc_Lの酸化還元電位は、野生型、変異株からのものどちらも約250mVであった。人工電子受容体であるフェナジンメトサルフェートを使った場合にはどちらの精製MDHでも活性に違いはなかったが、チトクロムc_Lを使い活性測定すると、変異株からの酵素は野生型に比べ著しく活性が低かった。MxaDはペリプラズム移行シグナルを有していることから、ペリプラズムでのMDH成熟過程に働くシャペロンか、メタノール酸化呼吸鎖の構成成分そのものであると考えられた。従来考えられていた呼吸鎖構成成分は4つであったが、再構成実験での活性は非常に低く、生体中での活性を十分には説明できていなかったので、見過ごされていた成分が発見されたと考えられる。ピロロキノリンキノン(PQQ)依存性メタノール脱水素酵素(MDH)のサブユニット構造遺伝子を含む遺伝子クラスターはMethylobacterium extorquens AM1よりクローニングされ、DNA塩基配列の解析から、少なくとも14の構造遺伝子(mxaFJGIRSACKLDEHB)を含んでいることがわかっている。このうち、MDHの2つのサブユニット(F,I)と、その直接の電子受容体であるチトクロムc_L(G)以外は機能がはっきりしていない。一次配列からそれぞれ、J,A,Dはペリプラズムに、Lは細胞質膜に、R,S,C,Kは細胞質内に存在していると予想された。まず、J,S,C,Dの欠損変異株を作成した。J変異株はメタノールに生育せず、MDHサブユニットもイムノブロットでも確認できなかった。S,C変異株もメタノールに生育しなかったが、活性のないMDHが生成されており、カルシウムイオンと混合すると活性が現れた。S,C変異株の形質はA,K,L欠損株と共通し、それら遺伝子は酵素にカルシウムを挿入するのに必要なことが示唆された。それに対して、D変異株はメタノールに生育することができたが、生育速度は野生型に比べ3分の1程度であった。他の炭素源ではそれほど大きな違いはなかった。にもかかわらず、メタノールに生育したD変異株は野生型の約2倍のMDH活性を持っていた。生菌体のメタノール酸化活性は野生型に比べ約5分の1であった。チトクロムc量や末端オキシダーゼ活性は野生型酵素とほぼ同じであったので、MDHとc_Lとの電子伝達速度が遅くなっているものと考えられた。これらの結果はGordon Research Conference(平成12年7月)、日本農芸化学会大会(平成13年3月)にて発表した。

従来考えられていた呼吸鎖構成成分は4つであったが、再構成実験での活性は非常に低く、生体中での活性を十分には説明できていなかったので、見過ごされていた成分が発見されたと考えられる。