hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光熱電機能開拓を目指したチエノイソインジゴ系狭エネルギーギャップポリマーの探索

狭いエネルギーギャップ(<1.0 eV)を持つ有機分子は、近赤外領域に効率的な光吸収特性を示し、ホール輸送(p型)と電子輸送(n型)を両立するアンバイポーラ特性の発現に有利である。近赤外光は身近に利用できるエネルギー源であり、また高い生体透過性という特徴を持つ。光熱電変換素子は光から熱を介して電気エネルギーを出力する素子である。次世代の光熱電変換素子には、素子構成の点からp型及びn型特性の両立とともに、近赤外領域から赤外領域にわたるエネルギーを有効活用する技術が要求されている。またホール輸送性のp型骨格に比べて電子輸送性のn型骨格の開発は遅れている。我々はチエノイソインジゴ(TII)骨格を主体とした狭いエネルギーギャップを持つp型ポリマー(PTII)を開発してきた。さらに昨年度は電子吸引性のチアジアゾール骨格を、同じく電子吸引性のキノキサリンイミド(QI)骨格に縮間させた、チアジアゾロキノキサリンイミド(TzQI)骨格の合成に成功した。このTzQI骨格は大気安定な低いLUMOレベルを実現する。TzQI骨格を用いたいくつかの低分子の開発に成功し、2次元的な伝導パスを構築し大気下で安定した電子輸送を実現することを見出した。本年度はこのTzQI骨格を用いて、反応条件を再検討することでチエニルジケトピロロピロール(TDPP)骨格とクロスカップリングしたより高分子量のポリマー(TzQI-TDPPポリマー)を合成した。このポリマーは狭いエネルギーギャップを持ち、電界効果トランジスタで大気安定な電子輸送を実現する。新たにp型のPTIIポリマー及びn型TzQI-TDPPポリマーを用いて光熱電変換素子の作成条件を検討し、特性を評価した。これらの成果を学術雑誌(ACS Appl. Polym. Mater. 2019, 1, 542-551)に発表した。本研究課題で提案したチエノイソインジゴ骨格のチオフェン環をより電子吸引性の強いチアゾール環で縮環した、新規の電子輸送性n型骨格(TzII)の合成を引き続き行った。その結果TzII骨格を構築する前駆体の合成まで成功した。しかし標的のTzII骨格は大気化で不安定であり、ポリマー化する際のカップリング反応前駆体を合成することが出来なかった。そこで新たな電子輸送性n型骨格開発を目指した。チエノイソインジゴ骨格に着目し、チオフェン環をキノイド構造にすることで、芳香族性の獲得による、LUMOレベルの低下を狙う分子設計を行った。チエノイソインジゴ骨格を合成する前駆体のチエノイサチンに着目し、フッ化銀を用いる酸化的カップリング反応を用いて、ビスチエノイサチンを合成した。このビスチエノイサチンに対して、チオフェン及びベンゼンのグリニャール試薬を反応させ、還元することで目的のキノイド構造を有するビスチエノイサチン誘導体を合成した。この新規分子の電子物性調べ、理論計算と合わせて電子構造を明らかにした。その結果、チエノイソインジゴのベンゼノイド構造に比べて、キノイド構造にすることで予想通りLUMOレベルは低下することを見出した。さらに単結晶を作成し、単結晶構造解析を行った。分子内の結合長を比べることにより、キノイド構造に基づく結合交替を調べた。またキノイド構造のビスチエノイサチン骨格は完全平面構造をとり、分子間で1次元的で密な積層構造を形成する。これらの分子の、蒸着膜を用いた電界効果トランジスタはアンバイポーラ特性を示した。この成果は、チエノイソインジゴ骨格がホール輸送特性を示すのに対して、キノイド性を持たせることで電子の注入も可能にしたという点に意義がある。低分子及びポリマーの構成骨格となる新規骨格を開発したことを鑑みて、本研究課題はおおむね順調に進展していると評価した。本年度、新規に開発したキノイド構造を有するビスチエノイサチン骨格を組み込んだチエノイソインジゴポリマーへの展開を試みる。チエノイソインジゴ骨格自身が狭いエネルギーギャップの構築に有利であり、またキノイド構造は芳香族性の獲得によるLUMOレベルを低下させる。したがって従来の狭エネルギーギャップポリマーでは実現できなかった、近赤外から赤外領域にわたる光吸収特性を示す可能性がある。また特異的に狭いエネルギーギャップは光や熱による励起を可能にし、単一成分で導電性を示す可能性があると考えている。今後の展開として、ビスチエノイサチン骨格をポリマー化するためのクロスカップリング前駆体へ導く合成法を開拓する。また我々が開発した電子輸送性骨格であるキノキサリンイミド分子を基本にした、新規骨格の開発は引き続き行う。本研究課題の提案段階では、計画に組み込んではいなかったが、近赤外領域の光を用いた光熱変換材料に対する需要が特に生化学の分野において高まりつつある。すなわち本研究課題で開発したポリマーは、近赤外領域のより長波長領域に効率的な吸収特性を示す。学術雑誌(ACS Appl. Polym. Mater. 2019, 1, 542-551)に発表したように、1700nmの近赤外光を用いた光熱変換は、これまでに光熱変換に用いられてきた近赤外光の中で、最も長波長である。また比較的優れた光熱変換効率(30%)を示す。長波長の近赤外光は生体への高い透過性があるともに、生体組織にダメージを与えない優れた利点がある。したがって特に光熱変換に着目したチエノイソインジゴ分子の開発と、この領域の光を熱を介してセンシングする素子への展開を考えている。

ホール輸送性のp型材料に比べて電子輸送性のn型材料の開発は遅れており、大気下で安定に駆動するn型材料の開発が求められている。本年度はn型材料の構成骨格として、チエノイソインジゴ(TII)骨格のチオフェン部位をチアゾール部位で置換した、チアゾロイソインジゴ(TzII)の合成に着手した。この他に電子吸引性のチアジアゾール骨格を、同じく電子吸引性のキノキサリンイミド(QI)骨格に縮間させた、チアジアゾロキノキサリンイミド(TzQI)骨格の合成に成功した。このTzQI骨格は大気安定な低いLUMOレベルを実現する。TzQI骨格を用いたいくつかの低分子の開発に成功した。単結晶構造解析から結晶中で全ての分子が、2次元的な相互作用による伝導パスを形成することを明らかにした。さらに薄膜トランジスタにおいて、比較的高い電子移動度(0.1cm2/Vs)を実現し、大気下で安定な電子輸送特性を示した。この電子移動度は分子の低いLUMOレベルに起因し、大気下にデバイスを1か月以上放置した後も、同様の電子移動度を示した。これらの成果を学術雑誌(Organic Letters, 17, 3275-3278, 2017)に発表した。また非常に狭いエネルギーギャップを持つホール輸送性のTIIホモポリマーに加えて、チエニルジケトピロロピロール(TDPP)とTzQI骨格を組み合わせた電子輸送性のTzQI-TDPPコポリマーを合成した。このTzQI-TDPPコポリマーはTIIホモポリマーと同様に非常に狭いエネルギーギャップを持ち、これらのポリマーを用いた電子物性を調べ、光熱電変換素子を作成して特性を評価した。それぞれp型及びn型の優れた光熱電変換特性を示した。効率的な光熱電変換モジュールを作成するためは、p型に加えてn型材料が必要不可欠であるため、本年度の実績は非常に意義がある。TzII骨格の合成において、カルボキシル基を持つチアゾール環を出発物質として、種々の合成経路の検討を行った。その結果TzII骨格構築の前駆体となる、チアゾール縮間のイサチン体の合成法を検討する段階まで到達した。本年度に他グループから本研究課題で目指すTzII骨格の合成に関する論文がOrganic Chemistry Frontiers誌に掲載された。しかしながら、この既報における合成経路は本研究提案とは異なり、TzII骨格をより効率的に合成する経路の確立を目指して、検討を進めている。またTzII骨格の合成において検討した種々の合成経路から、新たなTzII骨格とは異なるホウ素を架橋させた新規骨格の合成へ進展した。チアゾールのアミン体をアミドに変換し、フッ化ホウ素と反応させることで、新規なホウ素錯体を合成することに成功した。ホウ素は電子不足の元素であり、フッ化ホウ素をチアゾールに架橋させることで、強い電子吸引性を持たせることができる。すなわちチアゾール環の電子吸引性にフッ化ホウ素の効果を相乗的に加えて、新規な電子輸送性骨格を開発した。さらにこの構成骨格の合成法には多様性があり、種々の電子輸送性骨格を合成できる点に意義がある。
ボルネオ社会編成の基礎研究：汽水域・流域・間流域からの新モデル構築

マレーシア・サラワク大学社会科学部および同大学インスティチュート・オブ・ボルネオ・スタディーズとの折衝を経て、これらの現地学術機関をカウンターパートとして、クチン近郊のマレー人コミュニティおよびオヤ近郊のムラナウ人コミュニティにおける調査許可申請の準備を進めている。ついては、クチンならびにオヤ近郊でのパイロット・スタディを行った。これらは「汽水域」における社会編成に関する調査であり、「流域」ならびに「間流域」に関しては、『サラワク官報』や民族誌における調査地域の情報収集を行った。「汽水域」「流域」「間流域」それぞれについての調査地の選定が終了し、パイロット・スタディを実施することができた。「汽水域」「流域」「間流域」それぞれについての調査地の選定が終了し、パイロット・スタディを実施へて、キー・インフォーマントとの接触も完了したので、調査許可を待って、長期的な臨地調査を行う。「調査許可申請・現地共同調査準備・予備調査」:採択決定を受け、外国人研究者に対する調査許可の発給機関あるマレーシア連邦サラワク州政府計画委員会への申請手続きを進めた。認可を待つ間は、京都大学東南アジア地域研究研究所図書室所蔵のサラワク植民地官報The Sarawak Gazette (1871-1941)のマイクロフィルム読解を進めた。29年度末には、元サラワク州森林局職員同行のもとで「汽水域」に位置する集落、ならびにWWF Malaysia研究員とともに「間流域」に位置する集落における予備調査を実施した。サラワクにおける本調査実施に向けて合計2回の予備調査を行った。ついては、汽水域および間流域地域における調査村落を決定し、調査助手の人選も完了した。「汽水域調査」: Bintulu市近郊Kemena下流域ならびPandanにおいてMelanauとVaie Seganの集落て調査を実施する。前者は潮間帯、後者はサラワク北部で唯一の泥炭湿地帯である。MelanauはOrang Uluと称される内陸タヤックKajamanと近似の文化的出自をもつイスラム教徒てあり、Vaie Seganも改宗と婚姻による入信を経たイスラム教徒てあるが、両集団に関する民族誌的研究は存在しない。本研究では、「カリマンタン水系モデル」の構築に努めながら、Pandan地域までを内陸汽水域、もしくは湛水地帯(疑似下流)と位置つけ、生態環境と社会編成の関係理解を進める。ついては、サコヤシ栽培(食用)、ニッパヤシ採集(食用、生活財利用)、氾濫原での水稲栽培、河畔林でのマングローブならひにラミン材伐採など;、海と陸の漸次的遷移帯における生業形態、内陸諸民族との交易活動について、交易ポイント、森林産物供給者などを特定する。この「汽水域」調査では、内陸ダヤック諸集団との婚姻関係、MelanauとVaie Seganの改宗プロセス、生業転換などが重要な課題となる。集落での参与観察に加えて、世帯の生業ポートフォリオ、土地利用・ランドスケーフ改変史、空間移動史、集落の分立移動史(歴史と空間的プロッティンク、家族・親族・集落の民族的構成、カンポン内親族関係の系譜的理解などの調査課題を考察する。渡航が前年度と今年度にまたがったため、今年度分を繰越する必要が生じた。
脳卒中患者の麻痺側上肢の運動機能回復を促進させるニューロフィードバック法の開発

本研究の目的は,脳卒中患者の麻痺側上肢の運動機能回復を促進させるための聴覚ニューロフィードバックを用いた運動イメージトレーニングを開発し,その効果を検証することである.本年度は,昨年度に明らかにした運動イメージ中の責任領域ならびに標準的脳波周波数帯域を基盤として,聴覚ニューロフィードバックを用いた運動イメージトレーニングが健常者の運動イメージ能力に及ぼす効果について検証した.対象者は上肢運動の運動イメージ課題を実施した.その際,脳波活動を測定し,運動イメージ中のμ帯域の事象関連脱同期の程度を対象者に聴覚(周波数の高低)を用いてフィードバックした.その結果,フィードバックなし条件における運動イメージ中のμ帯域の事象関連脱同期は,トレーニング前と比較してトレーニング後に有意な増大を示した.また,Visual Analogue Scaleにて評価した運動イメージの鮮明度もトレーニング前と比較してトレーニング後に有意な増大を示した.以上のことから,聴覚ニューロフィードバックを用いた運動イメージトレーニングは,健常者の運動イメージ能力を向上させることが明らかにされた.当初の計画通り,本年度は聴覚ニューロフィードバックを用いた運動イメージトレーニングが健常者の運動イメージ能力に及ぼす効果について検証できた.次年度は,本年度に得られた成果を基盤として,聴覚ニューロフィードバックを用いた運動イメージトレーニングが脳卒中患者の運動機能回復に及ぼす効果について検証する.本研究の目的は,運動イメージを用いた聴覚ニューロフィードバックトレーニングが脳卒中患者の麻痺側上肢の運動機能回復に及ぼす効果について明らかにすることである.本年度は,健常者を対象として,上肢運動の運動イメージに関連した脳波活動を時間的・空間的に分析し,その責任領域ならびに標準的脳波周波数帯域について検証した.対象者は,背もたれのある椅子に座り,上肢運動の運動イメージと運動実行の課題を実施し,それらの課題を実施している際の脳波活動を脳波計を用いて測定した.脳波活動の時間的変化は,時間周波数解析を用いて分析した.また,空間的変化はexact Low Resolution Brain Electromagnetic Tomography(eLORETA)解析を用いて分析した.本研究により,健常者における上肢運動の運動イメージに関連した責任領域ならびに標準的脳波周波数帯域が明らかにされた.当初の計画通り,本年度は健常者における上肢運動の運動イメージに関連した責任領域ならびに標準的脳波周波数帯域について検証できた.本研究の目的は,脳卒中患者の麻痺側上肢の運動機能回復を促進させるための聴覚ニューロフィードバックを用いた運動イメージトレーニングを開発し,その効果を検証することである.本年度は,昨年度に明らかにした運動イメージ中の責任領域ならびに標準的脳波周波数帯域を基盤として,聴覚ニューロフィードバックを用いた運動イメージトレーニングが健常者の運動イメージ能力に及ぼす効果について検証した.対象者は上肢運動の運動イメージ課題を実施した.その際,脳波活動を測定し,運動イメージ中のμ帯域の事象関連脱同期の程度を対象者に聴覚(周波数の高低)を用いてフィードバックした.その結果,フィードバックなし条件における運動イメージ中のμ帯域の事象関連脱同期は,トレーニング前と比較してトレーニング後に有意な増大を示した.また,Visual Analogue Scaleにて評価した運動イメージの鮮明度もトレーニング前と比較してトレーニング後に有意な増大を示した.以上のことから,聴覚ニューロフィードバックを用いた運動イメージトレーニングは,健常者の運動イメージ能力を向上させることが明らかにされた.当初の計画通り,本年度は聴覚ニューロフィードバックを用いた運動イメージトレーニングが健常者の運動イメージ能力に及ぼす効果について検証できた.次年度は,本年度に明らかにした運動イメージの責任領域ならびに標準的脳波周波数帯域を用いて,健常者を対象に,運動イメージを用いた聴覚ニューロフィードバックトレーニングが,運動イメージ能力ならびに脳波活動に及ぼす効果について検証する予定である.次年度は,本年度に得られた成果を基盤として,聴覚ニューロフィードバックを用いた運動イメージトレーニングが脳卒中患者の運動機能回復に及ぼす効果について検証する.
無水エタノールによる胆管の能動的閉鎖法の確立

280gから310gのラットを麻酔下に開腹し、無水エタノール0.2mlを左葉(70%領域)の胆管内に注入した。この容量は造影剤注入による検討で決定した。14日後に再開腹して検討すると、左葉は萎縮し肝全体の50%未満の重量であった。一方、右葉重量は1.6倍に増大しており、同時に肝細胞Ki-67labelingindexが24時間後に有意な高値を示し、肝細胞増殖の亢進が示された。エタノール注入24時間後に摘出した左葉を病理組織学的に検討したところ、小葉間胆管の細胞は完全に破壊され脱落し、グリソン鞘周囲の肝細胞も一部破壊されていた。門脈、肝動脈は破壊されず構造がよく保たれていた。14日後では線維組織と偽胆管の増生を伴うグリソン域の拡大が認められ、肝膿瘍、肝壊死は認められなかった。分離灌流肝によりエタノール注入14日後のラット肝の胆汁排泄量、胆汁中胆汁酸排泄量を測定したところ、右葉では肝1g当たりの排泄量が2倍以上に増加していたが、エタノールを注入した左葉では胆汁排泄はほとんど認められなくなった。このように、ラットでの検討では、1回のエタノール注入で左葉肝内胆管は完全に閉鎖し左葉は萎縮した。同時に右葉には代償性の肥大が認められ、胆管内エタノール注入は残肝体積増大法として有用な方法と考えられた。臨床においても、肝切除術後に胆汁瘻を生じた1例に本法による胆管閉鎖法を施行した。1回のエタノール注入では胆管は閉鎖せず、胆管が完全に閉領し胆汁瘻が治癒するまでには計6回(3週間)の注入が必要であった。エタノール注入後には顔面発赤や発熱、軽度の血液データ異常を認めたが、疼痛はなく肝膿瘍などの大きな合併症は発生しなかった。本法終了後2年以上が経過しているが、胆汁瘻の再発は認めない。その後さらに3例に対し本法を施行したが、安全に施行できた。今後は少ない回数かつ短い期間で安全に胆管を閉鎖させるように注入法を改良する必要がある。280グラムから310グラムのラット肝を用いた片葉胆管内エタノール注入モデルを作成した。無水エタノール0.2mlを左葉(70%領域)に注入した。この容量は造影剤注入による検討で決定したものである。14日後に再開腹して検討すると、左葉は萎縮し50%未満の重量であった。これに対し右葉重量は1.6倍に増大していた。右葉ではKi-67ラベリングインデックスが24時間後に有意な高値を示し、細胞増殖が亢進していることが示された。分離灌流肝によりエタノール注入14日後のラット肝の胆汁排泄量・胆汁中胆汁酸排泄量を測定したところ、右葉では肝1グラム当たりの排泄量が2倍以上に増加していたが、エタノールを注入した左葉では胆汁排泄はほとんど認められなくなった。門脈・肝動脈は破壊されず構造がよく保たれていた。

14日後では繊維組織と偽胆管の増生を伴うグリソン域の拡大が認められ、肝膿瘍、肝壊死は認められなかった。ラットの検討では、1回の注入で左葉肝内胆管は完全に閉鎖し左葉は萎縮した。右葉は肥大しており、胆管内エタノール注入は残肝体積増大法として有用な方法と思われる。臨床においても、肝切除術後に胆汁瘻を生じた1例に本法による胆管閉鎖法を施行した。1回のエタノール注入では胆管は閉鎖せず、胆管が閉鎖し胆汁瘻が治癒するまでには6回(3週間)の施行が必要であった。エタノール注入後には、顔面発赤や発熱、軽度の血液データ異常を認めたが、疼痛はなく大きな合併症も発生しなかった。本法完了後10月が経過しているが、胆汁瘻の再発はない。今後は、少ない回数かつ短い期間で安全に胆管を閉鎖させるように方法を改良する必要がある。ラットによる基礎的研究により、胆管内無水エタノール注入の安全性と効果が明らかとなった。本法の臨床的研究を行うことを目的に、4例に対し胆管内無水エタノール注入を施行した。対象となった症例は、切除不能胆道癌で、将来起こりうる区域性の胆管炎を防止するために当該区域の胆道を破壊する目的で施行したものが2例、術後難治性胆汁瘻の治療目的で施行したものが1例、肝内胆管癌に対し右3区域切除施行予定の患者で、予定残存肝の容量、機能増大効果をねらって門脈塞栓術と共に施行したものが1例であった。全例経過中に重篤な合併症を起こさず、目的を達成できた。胆管内エタノール注入施行中、顔の火照りを訴えたものが3例、痛みを訴えたものが1例であった。痛みは一過性のものであった。エタノール注入後、23日間は全例に発熱を認めた。白血球の上昇は軽度であった。術後難治性胆汁瘻の治療目的で施行した症例では、エタノールを注入した亜区域は経過とともに著明に萎縮し(体積は25%から9%に減少)、胆汁排泄も全く認められなくなった。拡大肝切除術の術前処置として施行した症例でも、エタノール非注入区域には代償性肥大と胆汁排泄能の著明な亢進を認め、超拡大肝切除術にもかかわらず術後経過は極めて良好であった。病理組織学的検討では、エタノール注入区域には偽胆管と線維組織の増殖によるglisson域の拡大と肝細胞の減少が認められ、ラットに類似した変化であった。免疫組織染色、Azan染色により肝細胞、胆管細胞、線維組織を染め分け、コンピューターによりそれらの占める面積の割合を自動計算したところ、エタノール非注入区域ではそれぞれ93.5%、0.5%、1.0%であったのに対し、注入区域では64.8%、6.0%、5.9%と肝実質組織の萎縮が明らかに認められた。ただし、ヒトではラットと異なり1回の注入では効果は乏しく、胆管を能動的に閉鎖させるには67回(3週間程度)の注入が必要であった。
鉄鋼スラグからアサーマルガラスへ

波長分割多重方式による高速・大容量の光通信では,波長合分波器として用いるアレイ導波路回折格子を温度によって光路長が変化しない「アサーマルガラス」で作製する必要がある。これまでの研究の結果,多元系シリケートガラスがその材料として有力な候補になると言われている。一方で,鉄鋼産業ではスラグの処理・再利用方法が問題となっており,スラグがその原料となれば「アサーマルガラス」を安価に製造できる可能性がある。本研究では,シリケートの基本系であるSiO_2に種々の酸化物成分を加え,屈折率(n)とその温度係数(dn/dT)および線膨張係数(α)を調べ,光路長の温度依存性を評価した。その結果,80mol%SiO_2-5TiO_2-15Na_2Oが良いアサーマル特性を持つことを明らかにした。この組成の融点はSiO_2より低いことから,製造のより容易なガラス組成を設計したと言える。本研究は,次世代の光通信において必須の材料であるアサーマルガラスの設計のための指導原理を提示することを最終目標としている。アサーマルガラスとは,光路長に温度依存性がないガラスのことである。ここで,光路長(S)の温度依存は(dS/dT)/L=nα+dn/dT(nは屈折率, αは線膨張係数, Tは温度, Lは試料長)と表せる。したがって,ある物質のdS/dTの値を知るためには,その物質の屈折率と線膨張係数を広い温度範囲で測定する必要があり,本研究の大部分は,これらの値を測定することに当てられることとなる。本研究では,多元系アサーマルガラスの組成設計を目指して,固体シリケートガラスの屈折率および線膨張係数を温度の関数として測定し,アサーマルガラス実現のための添加成分の可能性を検討することを目的としている。今年度は,Na_2O-SiO_2系,CaO-Na_2O-SiO_2系およびCaO-K_2O-SiO_2系の3種類のガラスについて調査を行った。それぞれのガラス試料は溶融状態から急冷して作製した。屈折率測定用の試料については,得られたガラス試料を厚さ2mm,直径30mmに加工し,鏡面研磨を行った。また,線膨張係数測定用試料については,試料表面を鏡面研磨した後,高さ2mm,直径1mm程度の円柱状に加工した。屈折率測定には,高温用エリプソメータを用いた。また,線膨張係数は,レーザー顕微鏡を利用して測定した試料の高さ変化から決定した。いずれの測定も,室温から573Kの温度範囲において,昇温過程でおよそ50Kおきに測定した。Na_2O,CaO,K_2Oの濃度が増加するにつれて,ガラスの屈折率および線膨張係数の値は増加し,屈折率の温度係dn/dTの値は減少することが分かった。これらの結果から,それぞれのガラスについて光路長の温度係数dS/dTを算出したところ,本研究で扱った試料のdS/dTの値は全て,SiO_2ガラスの値と比べて,14149%大きくなった。また,添加物濃度が高いほど,dS/dTの値は大きくなる傾向があった。アサーマルガラスでは,dS/dTの値は0に近いことが求められるので,本研究で扱ったNa_2O,CaOおよびK_2Oは,アサーマルガラス設計のための添加成分としては適していないと結論できる。アサーマルガラスの実現のためには,アルカリ・アルカリ土類酸化物とは別に,B_2O_3やFなどの新たな添加成分について調査する必要がある。ガラスのアサーマル化のためには,屈折率(n)の温度係数(dn/dT)および屈折率と線膨張係数の積(na)をともに小さくする必要がある。前年度のアルカリ・アルカリ土類酸化物を添加したシリケートガラスの屈折率および線膨張係数の測定結果より,イオン半径が小さく,価数の大きいカチオンを含む酸化物シリケートでは,屈折率の温度依存性を負に,さらに,線膨張係数を小さくできることが示唆された。そこで,本年度は,B_2O_3-SiO_2系に着目し,屈折率を温度の関数として測定した。Bは価数が3であり,イオン半径が0.25Åと小さいことが特徴である。試料は,B_2O_3-50mo1%SiO_2ガラスとした。厚さ2mm,直径30mmの円盤状に加工し,鏡面研磨して屈折率測定用試料とした。

B_2O_3-50mo1%SiO_2ガラスの屈折率測定は,電気炉と組み合わせたエリプソメータにより,空気雰囲気下で行った。室温におけるB_2O_3-50mo1%SiO_2ガラスの屈折率はSiO_2ガラスの屈折率よりも大きく測定された。また,その屈折率は,時間経過とともに減少した。このため,炉内雰囲気を1atmから0.6atmに変更して,測定を行った。この場合では,屈折率は時間経過とともに減少したものの,減少を抑制することができた。したがって,屈折率の減少は,空気中に含まれる水蒸気等の成分とガラス試料との化学反応により,ガラス表面の平滑性が失われるために起きたと考えられる。このように空気中においてガラスの表面状態が変化することを考慮すると,B_2O_3-50mo1%SiO_2ガラスの波長合分波器への使用は困難であるといえる。目的とするガラスの開発には,屈折率と線膨張係数の物性データに加えて,空気雰囲気に対する安定性についても考慮する必要がある。本研究は,光路長に温度依存性のないガラス(アサーマルガラス)を多元系シリケートで見出すことを目的としている。平成19年度の研究では, SiO_2-B_2O_3系は高温下で長時間保持すると分相の影響により表面が粗くなるため,屈折率測定ができないことが問題となった。そこで,本年度は, Na_2OとTiO_2を加えたTiO_2-Na_2O-B_2O_3-SiO_2系ガラスの屈折率と線膨張係数の測定を行うこととした。18年度の研究より, Na_2O添加は屈折率を増大させる効果があるものの,その温度係数は負になることがわかっている。また, TiO_2添加は,線膨張係数を減少させることが報告されている。したがって,それぞれの添加成分の影響を組み合わせ,低融点のアサーマルガラスの作製を試みた。試料組成は, xmo1%SiO_2-yTiO_2-zNa_2O-(100-x-y-z)B_2O_3(x=5060, x+y+z=95, 100)とした。屈折率の測定波長は632.8nm,屈折率と線膨張係数の測定温度範囲は室温約650Kとし,大気下で測定を行った。測定したガラスでは,測定温度範囲において分相の影響がなく,屈折率を測定することができた。屈折率および線膨張係数は, B_2O_3よりもTiO_2の濃度によって大きく変化した。TiO_2を添加すると,屈折率,その温度係数および線膨張係数はいずれも増加した。すなわち,アサーマル化とは逆の傾向を示した。屈折率に対するTiO_2濃度依存性は,今回作製したSiO_2濃度では, Tiイオンが6配位構造をとることが原因であると考えられる。SiO_2濃度を増加, TiO_2濃度を低下させることで, Tiイオンは4配位構造をとるようになるため,屈折率およびその温度係数は変化する可能性がある。また,線膨張係数に関しては, Na_2Oの存在により, SiO_2-TiO_2二元系の報告例とは逆の結果が得られたと考えられる。本研究は,光路長(S)に温度依存性のないガラス(アサーマルガラス)を多元系シリケートで見出すことを目的としている。ここで,l,T,nおよびαは,それぞれ,試料長さ,温度,屈折率および線膨脹係数を示している。平成20年度は,試料組成をxmol%SiO_2-yTiO_2-zNa_2O-(100-x-y-z)B_2O_3(x=5060,x+y+z=95,100)として屈折率と線膨脹係数の測定を行い,以下のことがわかった。屈折率および線膨張係数は,B_2O_3よりもTiO_2の濃度によって大きく変化する。TiO_2の添加により,屈折率,その温度係数および線膨張係数はいずれも増加する。
シグナル伝達・転写活性化因子を標的とした画期的抗腫瘍剤の開発

In vitroでOPB-31121の作用機序の解明を行い、本薬剤によりJAK2のリン酸化を阻害する事無くSTAT3のリン酸化が阻害されている事を確認した。多種類の細胞株で本薬剤の薬効を調べ、本薬剤が多彩な造血器悪性腫瘍に対し効果がある中でも、BCR-ABL、FLT3変異、JAK2変異を持つ腫瘍細胞は高率に本薬剤感受性である事を発見し、本薬剤適合癌種の選択を行った。更にこうした変異を持つ白血病の患者より採取した白血病細胞、および正常ヒト臍帯血を免疫不全マウスに移植したマウスモデルを作成し、これに対しOPB-31121を投与し著明な腫瘍退縮効果(T/C: 458%)と正常造血細胞への安全性(T/C:99%)を確認した。In vitroでOPB-31121の作用機序の解明とin vivoで本薬剤適合癌種の選択とマウスモデルでの薬効確認を行った。試験管内で蛋白合成したSTAT3をリコンビナントなJAK2またはLynを酵素としてインビトロキナーゼ反応を行い、その反応に対するOPB-31121の阻害活性を検討し、細胞内にはOPB-31121のSTAT3への作用を媒介する因子が存在し、これを介してOPB-31121はJAK2などの上流キナーゼ活性を阻害する事なく、STAT3のリン酸化を阻害することを示唆するデータを得た。また、AML細胞株HEL92.1.7に対しOPB-31121を添加し、その細胞溶解液を用いてウエスタンブロットを行い、細胞内でもJAK2のリン酸化を阻害する事無くSTAT3のリン酸化が阻害されている事を確認した。多種類の細胞株で本薬剤の薬効を調べ、本薬剤が多彩な造血器悪性腫瘍に対し効果がある中でも、BCR-ABL、FLT3変異、JAK2変異などその変異によりSTATの活性化が起こり、それが腫瘍細胞の生存に重要である事が確立されている遺伝子変異を持つ腫瘍細胞は高率に本薬剤感受性である事を発見した。こうした変異を持つ白血病の患者より採取した白血病細胞をNOD/SCID/IL2-Rgammac-/- (NOG)マウスに移植したマウス白血病モデルを作成し(Ph+ALL 3例、CML-BC T315I変異陽性1例、FLT3/ITD陽性AML 1例)、これに対しOPB-31121(200300mg)を投与し著明な腫瘍退縮効果(T/C: 458%)を確認した。さらにヒト正常臍帯血を移植したマウスを作成し、これに対する薬効を調べ、本薬剤がヒト正常造血細胞にはほとんど抑制効果がないことを確認した。本研究では、肝疾患治療薬として開発された新規小分子化合物(OPB化合物と称する)がユニークなSTAT3/5阻害活性を有していることからスタートし(1)いかにSTATリン酸化が阻害されるか、特にin vivoにおける化合物の標的分子の観点からの研究を進める(2)ヒト白血病検体を免疫不全マウス(NOG)に移植したモデルを使い、抗腫瘍活性を評価し、Proof-of-Concept(POC)を確立する(3)STAT阻害における分子モニタリング系の確立と感受性のバイオマーカー系を確立する(4)腫瘍幹細胞への影響を上記NOGマウス継代移植系で明らかにする(5)マウスの腫瘍系で、抑制性T細胞への阻害剤の影響と、抗腫瘍免疫におよぼす影響について解析する。平成23年度実績概要(1)OPB化合物は細胞株やin vivo腫瘍ではSTAT3/5のリン酸化を阻害するが上流の非受容体型チロシンキナーゼJAK2や受容体型チロシンキナーゼFLT3のリン酸化は抑制しなかった。一方精製JAK2タンパク質によってSTAT3のリン酸化をみるin vitro kinaseアッセイにおいては、in vitroでOPB化合物を反応させても抑制は認められず、OPB化合物で処理した感受性細胞株から免疫沈降させたJAK2を用いた場合のみ抑制が認められた。従って、STAT阻害作用は間接的に基質を標的とした阻害であることが示唆された(2)NOGマウスでヒト造血器腫瘍が継代的に維持しうる系を確立しており、この系を用いて、抗腫瘍効果を評価した。FLT3/ITDやBCR-ABLなどが関与する腫瘍に関しては、極めて高い腫瘍抑制効果と延命効果が認められた。正常造血への影響は、臍帯血コロニー抑制、NOGマウスへ移植した臍帯血造血の抑制の系を用いて検討したが、有意な抑制効果を認めなかった(3)腫瘍

幹細胞の多い静止期細胞にも有効であったが継代移植系での腫瘍根絶は困難であった作用機序の解明についてはおおむね当初計画は達成されたが、腫瘍を投与してからのメタボローム解析を行ったところ、ミトコンドリアによる酸化的リン酸化が最も早期に変化していることが明らかになりつつあり、STAT経路との関わりについてあきらかにする。同時に、阻害剤感受性に関するバイオマーカーについては酸化的リン酸化に関わる代謝物など、STATリン酸化と並行した探索を続ける。マウスの腫瘍系で、抑制性T細胞への阻害剤の影響と、抗腫瘍免疫におよぼす影響について解析する。造血器腫瘍患者を対象としたOPB-51602の第1相試験が始まったので、この薬剤でのPlasma Bioassayあるいはバイオマーカーの検証などを付随して行う。マウス購入および消耗品費(抗体、試薬、培養液、FCSなど)にあてる。
乳幼児突然死症候群(SIDS)児におけるエンドセリン-1およびセロトニンの役割

さらにSIDSと末梢気道閉塞の関係をより明らかにすべく、気管支平滑筋に対して強く、かつ長い収縮作用を持つエンドセリンについて、抗ヒトエンドセリン-1抗体(抗ET-1抗体)を用いた免疫染色を試みた。生後0-12ヵ月のSIDS児:15例、及び対象例(その他の原因で死亡した児):11例の剖検肺。ホルマリン固定パラフィン包埋薄切切片を用いて、抗ET-1抗体(PENINSULA LABORATORIES,INC.);LSAB法にて検考を行った。SIDS児の肺では15例中4例に気管支上皮に陽性細胞が認められた。気管支平滑筋周辺部に染色性が示されたのは13例であった。一方対象例では上皮に染まる例はなく、気管支周囲に比較的強く染まるものが11例中1例、僅かに陽性を示すものが6例であった。乳幼児突然死症候群(SIDS)は乳児の主要な死亡原因の一つであるにも関わらず、未だに病因の明らかでない疾患群である。最近、病態の一つとして末梢気道閉塞の関与が指摘されているが、その形態学的な証明は困難である。そこで我々は、末梢気道に存在し様々な生理活性物質を産出する肺神経内分泌細胞(Pulmonary Neuroendocrine cells:PNEC)に注目し、その分布・性状等に関し、SIDSとの関連について報告してきた。今回、SIDS末梢気道閉塞の関係をより明らかにすべく、気管支平滑筋に対して強く、かつ長い収縮作用を持つエンドセリンについて、抗ヒトエンドセリン-1抗体(抗ET-1抗体)を用いた免疫染色を試みた。生後0-12ヶ月のSIDS児:15例、及び対象例(その他の原因で死亡した児):11例の剖検肺。ホルマリン固定パラフィン包埋薄切切片を用いて、抗ET-1抗体(PEN INSULA LABORATORIES,INC.);LSAB法にて検考を行った。気管支領域でのエンドセリン-1の表出は、SIDS児においてより多い傾向があり、エンドセリン-1が気管支平滑筋の収縮末梢気道閉塞に関与している可能性が示唆された。しかしながら、陽性細胞の定量化や実際にPNECが産生・分泌しているか否かは、今後の検討課題である。そこで我々は、末梢気道に存在し様々な生理活性物質を産生する肺神経内分泌細胞(Pulmonary Neuroendocrine cells : PNEC))に注目し、その分布・性状等に関し、SIDSとの関連について報告してきた。今回、SIDSと末梢気道閉塞の関係をより明らかにすべく、気管支平滑筋に対して強く、かつ長い収縮作用を持つエンドセリンについて、抗ヒトエンドセリン-1抗体(抗ET-1抗体)を用いた免疫染色を試みた。ホルマリン固定パラフィン包埋薄切切片を用いて、抗ET-1抗体(PENINSULA LABORATORIES,INC.) ; LSAB法にて検考を行った。胎児においては週齢に伴いPNECは増加し、かつGRP、CT、CGRPの各ペプチド陽性率が増加しており、PNECの産生するペプチドの変化が推察された。乳幼児突然死症候群においては、CGRP陽性率が有意に低値を示した。このことから、末梢気道における換気血流比の不均等の招来、末梢神経の未熟性の可能性が推察された。
転写因子UNC-86の下流遺伝子群の単離と機能解析

脳などの神経組織でニューロンが多様な分化を行なうメカニズムにおいて、神経系分化制御を担う転写因子のネットワークが重要な役割を果たしていると思われる.本研究の目的は、神経系の分化の記載が充実している線虫C.elegansをモデル生物とし、代表的な神経分化制御を行っている転写因子UNC-86蛋白質が転写制御している下流遺伝子群を単離し、神経系の分化と機能発現における役割を明らかにすることである.標的遺伝子候補の単離の方法としては、KinzlerとVogelsteinによるWhole Genome PCR法を用いた.現在までに、塩基配列決定により、115個の独立したクローンDNA断片が同定されている.これまでにこれらの塩基配列を用いてGenBankに登録されたC.elegansゲノムシークエンスの検索を行い、10種のユニークな部位を同定した.推定されるコード領域と比較し、得られたDNA断片が遺伝子発現制御領域である可能性のあるものが7種あった.このうちの2種について5'隣接領域とペプチドコード領域の一部を含むDNA断片をPCRによりクローン化し、lacZ融合遺伝子を作成した後、C.elegansトランスジェニック動物での発現パターンを観察した.1つはサブセットの核に発現していると思われ、ニューロンの前駆細胞の可能性を考えている.もう一方は発現を証明することができなかった.これは、用いた5'隣接領域のDNAが発現のために充分な情報を持っていなかったことが想像される.今後、これらの候補遺伝子に関して、より大きなDNA断片を用いて発現解析を行う予定である.また、標的遺伝子であることが確認されたものについては変異体の分離と表現型の解析によりその遺伝子機能を推定する.脳などの神経組織でニューロンが多様な分化を行なうメカニズムにおいて、神経系分化制御を担う転写因子のネットワークが重要な役割を果たしていると思われる.本研究の目的は、神経系の分化の記載が充実している線虫C.elegansをモデル生物とし、代表的な神経分化制御を行っている転写因子UNC-86蛋白質が転写制御している下流遺伝子群を単離し、神経系の分化と機能発現における役割を明らかにすることである.標的遺伝子候補の単離の方法としては、KinzlerとVogelsteinによるWhole Genome PCR法を用いた.現在までに、塩基配列決定により、115個の独立したクローンDNA断片が同定されている.これまでにこれらの塩基配列を用いてGenBankに登録されたC.elegansゲノムシークエンスの検索を行い、10種のユニークな部位を同定した.推定されるコード領域と比較し、得られたDNA断片が遺伝子発現制御領域である可能性のあるものが7種あった.このうちの2種について5'隣接領域とペプチドコード領域の一部を含むDNA断片をPCRによりクローン化し、lacZ融合遺伝子を作成した後、C.elegansトランスジェニック動物での発現パターンを観察した.1つはサブセットの核に発現していると思われ、ニューロンの前駆細胞の可能性を考えている.もう一方は発現を証明することができなかった.これは、用いた5'隣接領域のDNAが発現のために充分な情報を持っていなかったことが想像される.今後、これらの候補遺伝子に関して、より大きなDNA断片を用いて発現解析を行う予定である.また、標的遺伝子であることが確認されたものについては変異体の分離と表現型の解析によりその遺伝子機能を推定する.
生物と熱・エネルギーに関する B 区分及び第2 分野のカリキュラム開発

生物が熱を巧みに制御する仕組みを、動物植物共通の機能として例示できる教材を開発した。葉からの蒸散作用、ヒト皮膚からの発汗による冷却効果を例として熱画像測定した。また、CO2と糖を中心に据えて、動物植物共通の生命活動の仕組みとしてのエネルギー産生機構を、実感を伴って理解できる教材として開発した。それらを、動物植物という枠を越えて体系的に理解する実験系に組み立てた。生物でのエネルギー概念の中には熱も含まれ、それをいかに制御するかは生物の構造機能にも反映される。植物では、太陽光エネルギーの過剰分による葉温上昇を蒸散により制御する。ヒトは発汗によって過剰な体温上昇を制御する。このような巧みな生物と熱の関係の理解に向けて、理科学習のための教材素材及び実験系の開発を「校内での植物による蒸散を活用した熱制御」について試みた。1.壁面緑化の実感を伴った理解のための基礎データ集積熊本市内の小中学校で、ツル植物による「緑のカーテン」を作製している学校の、「緑のカーテン」前後での一日の温湿度変化をデータロガーにより計測した。空間冷却効果は「緑のカーテン」からの距離、配置に依存すると見られ、明確な差は得られなかった。しかし、「緑のカーテン」そのものを赤外線サーモグラフィー装置で測定すると、枯れかかっている葉では葉温が高いことをサーモグララィーの色調で明確に示すことができ、蒸散機能の類推が可能である。1枚の葉での葉温上昇をポトスで、ワセリン処理有無で同様に明確に示すことができ、また蒸散を電子天秤での重量変化から、蒸散と葉温上昇防御を視覚的に示すことができた。同様にヒト腕での実験で、発汗機能を示すこともできた。冷却効果を赤外線サーモグラフィーで示すことは、小中学校理科学習での実感を伴った理解のための一助となる。2.「水のとおり道」と植物新学習指導要領でのシダ植物維管束(根、茎、葉)観察のために胞子からの培養栽培と、顕微鏡写真作成を行った。また、ホウセンカなどで切り花着色剤を用いて、木部(道管)染色の様子の資料作成をし、植物と水の関連から植物の系統的理解のための資料作成を試みた。本年度は昨年に引き続き、教材素材及び実験系の開発を試みた。1.緑のカーテンによる冷却効果を活用して省エネルギー化を図る試みが各地で見受けられる。この緑のカーテンの冷却効果を温湿度データロガーやサーモグラフィー装置を用いて空間的、表面的に、以下の3つの要因から評価した。そこからは、空間的な効果はあまり認められなかった。従って,緑のカーテン効果は、風通りのある遮光によるヒト涼しさ感受と考えられる。(1)遮光効果:夏午前中の熊本市内の小学校校舎の壁の表面温度は、日向が約37.5°C、日陰が約35.1°Cで日向の方が約2.4°C高かった。(2)水蒸発による温度上昇抑制:乾いた緑布Bと濡れた緑布Aの布裏の空間温度を測定した。布Bと濡れた布Aの温度差は最大で約4°Cで、乾いてくると気温がほぼ等しくなった。布表面温度は濡らす前では熱画像上で3点の平均が約44.6°Cだったが、濡らしたものは平均で約29.2°Cとなった。空間の温度は布の放熱に多少影響された。(3)風通りによるヒト皮膚での気化熱:布のカーテンは風を遮るが、緑のカーテンは隙間があるので風の通りがある。この風が汗をかいた人に当たると気化が促進され、体表面の熱を奪うので涼しく感じる。ヒトの腕に3×3cm正方形にワセリンを塗って腕全体を濡らす。その腕に風を送ると、濡れている部分は約1.2°C低下したが、ワセリンで水をはじいた部分はほとんど変わらなかった。(4)空間冷却の効果は小さい:上記小学校教室内の気温を、緑のカーテンがある教室Aとない教室Bで測定した。A教室はB教室に比べ10:0014:00では平均で約0.3°C低かったが、14:00以降はほとんど変わらなかった。2.維管束機能理解のための葉脈での転流糖、無機養分検出ヒメジョオン葉脈でのショ糖,硝酸イオン検出実験法を児童が実施可能な形で確立し,小学校理科授業で用いた。

昨年度に引き続き、教材素材及び実験系の開発を試み,さらに授業での実践を試行した.植物カーテンの効果が遮光と通気性にあることが,小学校の植物カーテンのある教室ない教室での比較から検証できたので,さらにその他の植物機能の教材化を試みた.蒸散抑制法に関しては,ワセリン処理の代わりにアブシシン酸処理やポリエチレン袋材で葉面を塞ぐ処理を行い,ポリ材処理がワセリン処理より処理時間が短く,同等の蒸散抑制力があり,蒸散の冷却効果を示す実験や二酸化炭素吸収,またその測定葉を直接たたき染め実験に使用しデンプン検出ができることが分かった.授業展開案としては,2時間構成授業で,1時間目に動物(ヒト)と植物の体温低下の機能を学習し,2時間目に植物カーテンの効果について科学的根拠をもとに解明する授業を考えた.それによって動物,植物の体温調節機能に同じ様な仕組みがあることから,生物としての共通性理解につながり,学習した概念を用いて論理的に未知の事象を解明することで,思考力育成につながると考える.また,保健体育との合科的扱いとしての総合的な学習の時間で,ヒト体温低下への汗の働きを放射温度計で測定する学習展開を試行し効果を確認した。小学校における教材化例が少ない珪藻の,環境学習における教材化を図るために,熊本県上益城郡内の湧水池や河川など身近な水環境に生息する珪藻の分布と水質を調査し、地域ごとの珪藻種の出現傾向を調べた.各地点での珪藻群集を比較すると,水の汚濁度を知ることができた.川の上流と下流では,上流の方が水かきれいなことを実感を伴い理解できる.また,地点ごとの珪藻出現傾向から,好清水性種10種,好汚濁性種3種をこの地域でよく見る珪藻に選び,観察カードを作った.これは児童が珪藻を同定する手助けとなり,水の汚濁度を算出することができた.緑のカーテンの効果としては,当初予想していた冷却効果は本実験調査からは確認できなかったが,ヒトの感受する涼しさとしては確認できた。植物維管束機能についても児童生徒用実験系を確立できた。24年度が最終年度であるため、記入しない。循環生態系での植物機能と微生物機能を児童生徒用実験系として確立することが次のステップとして求められる。それらを取り入れて,生物と熱・エネルギーの概観を理科カリキュラムとしてどのように開発していくのかが課題である。
血管内皮細胞の産生する分子による神経系前駆細胞の増殖と分化の制御

胎生期の脳は、神経系前駆細胞の活発な増殖と分化により発達していくが、様々な細胞外からの刺激分子により制御されている。私たちはこれまでに、エンドセリン(ET)がこの細胞の増殖を促進すること、この増殖促進は接着依存性であること、ETにより増殖した細胞は神経、グリア細胞の他、平滑筋細胞にも分化することなどを報告した。本研究では、まず、G蛋白質共役型受容体(GPCR)を介する神経系前駆細胞の平滑節細胞への分化について研究を行った。平滑筋細胞特異的蛋白質である平滑筋アクチン(SMA)の発現を指標にして検討すると、ETだけでなく他のGPCRアゴニスト、リゾホスファチジン酸やカルバコールによっても発現が上昇した。一方、TGF-βで細胞を刺激してもSMAの発現が上昇し、GPCRアゴニストと共に刺激すると相加的な上昇を示した。つぎに、SMAの発現調節ついてreporter assayで検討すると、ETとTGF-βは独立した経路で制御していることが示唆された。ETによる転写活性の促進はRhoAを介し、TGF-βによる活性化はSmadを介していると考えられる結果を得た。つぎに、ETによる増殖作用の分子機構についてはまず、ETによる神経系前駆細胞増殖促進に関わるG蛋白質について最近開発されたGq/11の特異的阻害剤、YM-254890とGiの阻害剤、百日咳毒素を用いて検討し、ERKの活性化にはGi/Rasと、Gq/11/protein kinase C(PKC)経路が関与していることが明らかになった。接着依存性ついてはインテグリンに集積するFAKとpaxillinのチロシンリン酸化を指標にして検討すると、ETはFAKやpaxillinのリン酸化を上昇させ、これはET-B受容体アンタゴニスト、YM-254890、PKC阻害剤で抑制された。これらの結果から、ET受容体により活性化されたGq/11はPKCを介してインテグリンシグナルも活性化してETによる細胞増殖促進の接着依存性に寄与していると考えられる。胎生期の大脳は神経系前駆細胞の活発な増殖、分化により発達していくが、増大する組織に栄養や酸素を供給する血管の発達も重要である。しかし、胎仔の脳の血管平滑筋の起源や血管新生についてはまだよく分かっていない。私たちはこれまでに、血管内皮細胞から分泌されるエンドセリン(ET)により神経系前駆細胞の増殖が促進されることを報告したが、ETにより増殖した細胞は神経細胞、アストロサイトと共に、平滑筋細胞特異的蛋白質を発現する細胞にも分化することを見いだした。そこで今年度はG蛋白質共役型受容体(GPCR)を介する神経系前駆細胞の平滑筋細胞への分化について研究を行った。平滑筋細胞特異的蛋白質である平滑筋アクチン(SMA)の発現を指標にして検討すると、ETだけでなく他のGPCRアゴニストのリゾホスファチジン酸やカルバコールによっても発現が上昇した。一方、やはり血管内皮細胞由来分子であるTGF-βで細胞を刺激してもSMAの発現が上昇し、GPCRアゴニストと共に刺激すると相加的な上昇を示した。大きく広がった細胞体、太いアクチンファイバーなどの形態変化は平滑筋細胞への分化を示している。つぎに、SMAの発現調節ついてreporter assayで検討した。

ETおよびTGF-β刺激によるSMA遺伝子の転写活性は、ET刺激では3時間をピークに、TGF-β刺激では24時間過ぎてから活性化がみられた。両アゴニストで刺激すると上記の2つの活性化のピークとほぼ一致する二相性の活性化が観察され、両者の独立した経路が示唆された。ETによる転写活性の促進はRhoAを介し、TGF-βによる活性化はSmadを介していると考えられる結果を得た。一方、SMA蛋白質発現は細胞外マトリックス依存的であるが、転写活性は非依存的であったので、細胞接着は翻訳に重要と考えらる。以上の結果から、血管内皮細胞由来分子のETとTGF-β、そしてインテグリンからのシグナルが協調して神経系前駆細胞の血管平滑筋細胞への分化を促進していると考えられる。胎生期の脳は、神経系前駆細胞の活発な増殖と分化により発達していくが、様々な細胞外からの刺激分子により制御されている。増殖を促進する分子としては、FGF-2がよく知られているが、私たちはこれまでに、エンドセリン(ET)が細胞レベルでも、胎仔の脳内でも増殖を促進することを示した。この増殖促進はフィブロネクチン存在下で増強され、接着依存性であった。ETにより増殖した細胞は神経細胞、グリア細胞の他、平滑筋細胞にも分化し、昨年度は平滑筋細胞への分化機構について検討した。今年度は、ETによる増殖作用の分子機構について研究を行った。まずETによる神経系前駆細胞増殖促進に関わるG蛋白質について最近開発されたGq/11の特異的阻害剤、YM-254890とGiの阻害剤、百日咳毒素を用いて検討した。次に細胞増殖の接着依存性ついて、細胞接着の中心分子インテグリンに集積するFAKとpaxillinのチロシンリン酸化を指標にして検討し、次の結果を得た。1)ETによる細胞増殖やDNA合成促進は細胞外マトリックス依存性であるが、ERKの活性化は非依存的であった。2)ERKの活性化にはGi/Rasと、Gq/11/proteinkinase C(PKC)経路が関与していた。3)ETはFAKやpaxillinのリン酸化を上昇させ、これはET-B受容体アンタゴニスト、YM-254890、PKC阻害剤で抑制された。以上の結果から、ET受容体により活性化されたGq/11はPKCを介して、Gi/Ras経路と共にERKを活性する。また、活性化されたPKCは同時にインテグリンシグナルも活性化してETによる細胞増殖促進の接着依存性に寄与していると考えられる。