hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
融合マテリアル形成用無機ナノシートの開発と生物模倣積層集積による高次機能の創製

自然界には、無機ー有機ハイブリッドとも呼べる融合マテリアルが多数存在しており、常温常圧の条件において人工材料を凌ぐ優れた材料、機能が作られる。我々のグループでは、新たな融合マテリアルの創製を目指し、層状化合物を単層剥離して合成される分子レベルの薄さの2次元ナノ物質「無機ナノシート」に注目し、無機材料サイドから機能開発や構造設計を行っている。本研究では、伝導性、半導体性、誘電性、磁性など多彩な機能を有する酸化物ナノシートを対象に、1分子設計による新規機能開発、2生物を模倣した階層構造の作製による高次機能開発の検討を行った。酸化チタン、ペロブスカイトナノシートをベースに、第一原理計算を援用した分子設計により精密ドーピングや構造制御を行い、優れた高誘電機能、磁気特性などの新規ナノシートの開発に成功した。開発した機能性ナノシーをベースに、Layer-by-Layer集積により多層膜や超格子を作製し、融合マテリアルの開発を行った。誘電性、強磁性ナノシートにおいては、水溶液プロセスを用いた積層集積により多層膜や超格子を形成することで、誘電、磁気特性の自在な制御が可能となることを実証し、電界効果トランジスタ、人工強誘電体、磁気光学素子など、多彩な機能デザインが可能であることを明らかにした。また、誘電性、強磁性ナノシートをベースに、ナノ粒子、有機分子など様々な物質との複合化プロセスの開発を行い、誘電率や層間の磁気的相互作用を人工的に制御した超格子膜を形成した。これらの超周期構造体の電磁場応答について検討したところ、特異な応答は、伝導性、強磁性、高誘電性ナノシートから作製した人工超格子で確認され、赤外光領域でメタマテリアルとして機能することを見出した。さらに、領域メンバーと共同で、機能性分子を融合させたマテリアル構築や新規物性開拓を進めた。24年度が最終年度であるため、記入しない。自然界には、無機-有機ハイブリッドとも呼べる融合マテリアルが多数存在しており、常温常圧の条件において人工材料を凌ぐ優れた材料、機能が作られる。本年度は、伝導性、半導体性、誘電性、磁性など多彩な機能を有する酸化物ナノシートを対象に、(1)分子設計による新規機能開発、(2)生物を模倣した階層構造の作製による高次機能開発の検討を行った。これまで開発した酸化チタン、ペロブスカイト、酸化タンタル系ナノシートをベースに、第一原理計算を援用した分子設計により精密ドーピングや構造制御を行い、優れた高誘電機能、レッドクス活性、フォトクロミック特性などの新規ナノシートの開発に成功した。特に、高誘電性酸化チタンナノシートにおいては、化学組成と構造の精密制御により、誘電特性の自在な制御が実現し、Nbを約30%置換したナノシートでは、膜厚510nmレベルの薄膜で世界最高の誘電率320を達成した。さらに、高誘電体、強磁性ナノシートをベースに、Layer-by-Layer集積により多層膜や超格子を作製し、融合マテリアルの開発を行った。その結果、高誘電体、強磁性ナノシートにおいては、構造と電子状態を精密に制御した超格子を作製することで電磁気物性の人工的制御を実現し、巨大磁気光学効果、界面誘起強誘電性などの新規機能の開拓に成功した。本年度予定していた第一原理計算を援用した分子設計によるナノシートの機能開発に成功し、融合マテリアルの構築と高次機能の創製を目指す次年度の研究基盤を構築した。

また、次年度の融合マテリアルの構築についても、一部前倒し的に進めており、おおむね順調に進展していると言える。24年度が最終年度であるため、記入しない。当初の予定通り、昨年度開発した種々の機能を有する無機ナノシートをベースに、融合マテリアルの構築と高次機能の創製を行う。また、さらなる機能開拓を目指し、新学術領域のメンバーと共同で、異種物質との複合化プロセスの開発を行い、ナノシートを基幹ブロックとする高次ナノ構造体の構築と機能デザインの新しい道筋をつくる。
傾向性仮説と変化点推測問題

傾向性仮説検定は1960年代の初めにBartholomewらによって,主として正規分布の平均系列に関する単調仮説を中心に発展させられた.その後,正規分布の分散,Γ分布,2項分布系列等への発展をみたが,本研究課題においては当初正規分布の平均系列に関し,その1階および2階差分に対する単調仮説の研究を行った.これらはそれぞれ応答曲線の凸性,S字性といった形状制約に相当し,ノンパラメトリックな用量反応関係解析に本質的な仮定であるが,これまで単調仮説に比べあまり研究が進んでいなかった.そこで,単調仮説に対する最大対比型検定統計量max tを凸性仮説,S字性仮説に拡張し,その分布関数計算のための効率の良いアルゴリズムを得,さらに,線形検定統計量との比較において,優れた検出力特性を有することを確認した.また,凸性を積極的に利用した応答曲線の同時信頼区間構成法を提案した.この研究を受けた最終年度はとくに次のような研究を行い成果があった.1.正規分布で得られた同時信頼区間に関する結果を2項分布系列に拡張する研究を行った.2.2×I×J型分割表において,3次元交互作用に関する単調仮説に対しmax t統計量を拡張した最大対比型検定を提案した.これは精神分裂病患者と健常者の二つの遺伝子座位における対立遺伝子頻度の同時分布比較において合理的な仮説を設定し,かつその適切な検定法を提案したものであるが,3次元交互作用の傾向性仮説への挑戦であること,また当該分野で本質的なスパースな分割表に対して正確法を提案したことで評価されている.3.単調制約を満たす正規分布の平均系列に関し,相続く平均の差の片側および両側信頼区間の長所を兼ね備える信頼区間構成の研究を行い成果があった.以上の成果は別記するように統計学関連の学術誌および、国際会議・学会において発表された。従来の主たる結果が正規分布の単調仮説の検定問題に対して得られているのに対し、応用上有意義な種々の拡張を行った。とくに従来の主たる接近法が尤度比検定であるのに対し、それにこだわらない接近法を採ることにより、例えば凸性を仮定した推測や、2元配置における交互作用の傾向性仮説検定で新しい有用な知見、および手法が得られた。交互作用に関しては一般化交互作用と題した論文において、順序分割表や被験者の経時プロファイル解析のための新しい手法を提案した。また、変化点解析と傾向性仮説検定の関係では、後者で定義される凸錐のコーナーベクトルが一つの変化点モデルを構成すること、また観測ベクトルをコーナーベクトルへ順次射影した量がMarkov性を有することを示し、さらにそのMarkov性により最大射影成分のp値計算の正確、かつ非常に高速なアルゴリズムを導いた。次に、傾向性推測分野ではおそらく世界的に見てもわずか2報めに当たる最適実験計画に関する論文と、やはり報文の少ないパラメータの同時信頼区間に関する論文を表した。前者においては単調仮説に対する最適なmaximin計画とそれに対応する検定が、単調仮説の広い範囲において極めて高い検出力を保持することを発見している。後者に関しては、応答曲線の単調性に加えて凸性をも仮定できる時に、精度の良い同時信頼区間法を提案している。一方、共同研究者である三輪は片側検定と両側検定の長所をたくみに組合せた新しい多重推測法を提案し、注目されている。また竹村は、凸錐の幾何学的考察から尤度比検定統計量の裾確率の高精度計算法を提案している。傾向性仮説検定は1960年代の初めにBartholomewらによって、主として正規分布の平均系列に関する単調仮説を中心に発展させられた。

その後、正規分布の分散、Γ分布、2項分布系列等への発展をみたが、本研究課題において本年度はとくに次のような成果があった。1.正規分布や2項分布の平均系列に関し、その1階および2階差分に対する傾向性仮説はそれぞれ応答曲線の凸性、S字性といった形状制約に相当する。これらはノンパラメトリックな用量反応関係解析に本質的な仮定であるが、これまで単調仮説に比べあまり研究が進んでいなかった。そこで、単調仮説に対する最大対比型検定統計量max tを凸性仮説、S字性仮説に拡張し、その分布関数計算のための効率の良いアルゴリズムを得た。さらに、線形検定統計量との比較において、優れた検出力特性を有することを確認した。また、凸性を積極的に利用した応答曲線の同時信頼区間構成法を提案した。2.単調仮説に対するBartholomewの尤度比検定の問題点として、分布関数計算の困難さがあった。本年度の研究によって極めて効率のよい再帰的アルゴリズムが提案され、実用化が促進された。3.傾向性仮説推測問題において、最適実験計画を扱った論文は極めて限られている。そこで、単調仮説に対するmax min検定の特性を調べることにより、傾向性仮説に関しては、両端に向って多くのサンプル数を割り当てるアンバランスな計画が好ましい検出力特性を持つことを示した。以上の成果は別記するように統計学関連の学術誌および、国際会議・学会において発表された。傾向性仮説検定は1960年代の初めにBartholomewらによって,主として正規分布の平均系列に関する単調仮説を中心に発展させられた.その後,正規分布の分散,Γ分布,2項分布系列等への発展をみたが,本研究課題においては当初正規分布の平均系列に関し,その1階および2階差分に対する単調仮説の研究を行った.これらはそれぞれ応答曲線の凸性,S字性といった形状制約に相当し,ノンパラメトリックな用量反応関係解析に本質的な仮定であるが,これまで単調仮説に比べあまり研究が進んでいなかった.そこで,単調仮説に対する最大対比型検定統計量max fを凸性仮説,S字性仮説に拡張し,その分布関数計算のための効率の良いアルゴリズムを得,さらに,線形検定統計量との比較において,優れた検出力特性を有することを確認した.また,凸性を積極的に利用した応答曲線の同時信頼区間構成法を提案した.この研究を受けた最終年度はとくに次のような研究を行い成果があった.1.正規分布で得られた同時信頼区間に関する結果を2項分布系列に拡張する研究を行った.2.2×I×J型分割表において,3次元交互作用に関する単調仮説に対しmax t統計量を拡張した最大対比型検定を提案した.これは精神分裂病患者と健常者の二つの遺伝子座位における対立遺伝子頻度の同時分布比較において合理的な仮説を設定し,かつその適切な検定法を提案したものであるが,3次元交互作用の傾向性仮説への挑戦であること,また当該分野で本質的なスパースな分割表に対して正確法を提案したことで評価されている.3.単調制約を満たす正規分布の平均系列に関し,相続く平均の差の片側および両側信頼区間の長所を兼ね備える信頼区間構成の研究を行い成果があった.以上の成果は別記するように統計学関連の学術誌および、国際会議・学会において発表された。
同名半盲における網膜神経節細胞萎縮と脳病変部位の解析

ヒトの視覚系の(さらに一般化してヒトの中枢神経系の)経シナプス逆行性変性(TRD)の有無や時間経過を知ることは、神経損傷後の再生医療やリハビリテーションの方策を考える上での予備知識として重要である。しかし、非侵襲的にTRDを調べるこれまでの方法には、感度や定量性に問題があり、外側膝状体よりも後方の視覚路障害による後天性同名半盲患者において、網膜神経節細胞の変性を示唆する眼科臨床所見がないことから、成人のヒトの視覚路でのTRDの存在は否定されていた。しかし、我々は網膜厚の定量化が可能な後眼部OCTを用いて、後頭葉障害後の同名半盲患者において、視野欠損に対応する黄斑部の網膜神経節細胞複合体厚や網膜神経節細胞層+内網状層厚などの網膜内層厚の有意な菲薄化を見い出し、この菲薄化はTRDに起因する可能性があることを報告した。この網膜の菲薄化は周辺部よりも中心部において顕著であり、経過期間と有意に相関していた。また、後頭葉後極に限局する脳病変で、発症直後には網膜内層厚の変化がなく、数年後に菲薄化が出現する症例では、TRDの関与が考えられるが、発症後早期に網膜厚の変化がみられる症例では、前部視路への直接の障害がある可能性も否定できない。一方、対光反射経路には後頭葉の関与はないはずだが、実際には後頭葉障害症例でも、半盲性瞳孔強直や脳病変の対側眼の対光反射減弱などの対光反射異常が検出される。そこで、我々は網膜厚や対光反射の変化のメカニズムの解明のために、同名半盲患者の責任脳病巣の位置を標準脳上で同定し、グループデータ解析を行っている。その結果、後頭葉病変の存在が網膜内層の菲薄化に関連していることが確認されたが、半盲性瞳孔強直と網膜内層の菲薄化の関連は弱いことも判明した。また、3年以上の経過観察においても網膜内層の菲薄化のない同名半盲症例もあり、このような症例群の責任脳病巣についても調べている。脳画像解析ソフト(MRIcro)を用いてMRI画像を解析している。結果の一部は昨年の日本臨床眼科学会で報告した。脳画像解析ソフト(MRIcro)を用いてMRI画像の解析を継続し、さらに結果の精度を上げてこの研究期間内に最終的な結論を導くことが目標である。後天性後頭葉障害による同名半盲症例で、半盲側に対応した網膜内層厚の局所的菲薄化が23年以内に生じる症例群と菲薄化がみられない症例群の視路障害の責任病巣の部位に違いがみられるかについても検討する予定である。後者の症例群の存在は、長期間の経過観察の結果、最近になって明らかになってきたものである。これまで、外側膝状体よりも後方の視路障害によって生じる同名半盲患者では、先天性または出生後早期の脳障害症例を除いては、シナプスを越えて網膜神経節細胞(RGC)まで障害が及ぶことはないとされていた。しかし、我々は複数の後頭葉梗塞後の同名半盲患者において、脳障害後の数年以内に視野欠損に対応した黄斑部網膜神経節細胞複合体(GCC)厚の菲薄化がみられたことを報告した。GCC厚の測定では、視神経乳頭周囲網膜神経線維層厚の測定よりもRGC障害の検出力が高かった。半盲側の網膜神経節細胞層+内網状層厚も、健側や正常眼に比べ有意な菲薄化を示した。これらの菲薄化は網膜周辺より中心網膜で顕著であり、経過期間と有意に相関していた。さらに、半盲側のGCC厚、正常対照群との比較に基づくmap異常領域面積においては、視野障害との有意な関連があった。また、後頭葉病変発症直後のGCC厚の変化が明らかでない症例の経時的変化を検討した結果、発症後2年程度で明らかな菲薄化が出現していた。このような菲薄化では、RGCの経シナプス逆行性変性の関与が考えられるが、より早期に網膜厚の変化がみられる症例では、脳血管障害による前部視路への直接の影響がある可能性も否定出来ない。一方、古典的な対光反射経路には後頭葉の関与はないとされているが、実際には後頭葉障害症例でも半盲性瞳孔強直や脳病変の対側眼の対光反射減弱などの対光反射異常が検出される。このような網膜や対光反射の変化のメカニズムの解明のためには脳画像解析が必要となる。そこで、我々は同名半盲患者の視野障害の責任病巣の位置を標準脳上で同定し、グループデータ解析を行うことにした。すなわち、網膜内層の菲薄化の有無、および、対光反射異常の有無により、グループに分けて、それぞれの群の責任病巣の差異を調べることによって、脳病変の網膜や対光反射への影響を調べる予定である。機器の購入計画がやや遅れているが、研究自体は順調に進んでいる。

しかし、非侵襲的にTRDを調べるこれまでの方法には、感度や定量性に問題があり、外側膝状体よりも後方の視覚路障害による後天性同名半盲患者において、網膜神経節細胞の変性を示唆する眼科臨床所見がないことから、成人のヒトの視覚路でのTRDの存在は否定されていた。しかし、我々は網膜厚の定量化が可能な後眼部OCTを用いて、後頭葉障害後の同名半盲患者において、視野欠損に対応する黄斑部の網膜神経節細胞複合体厚や網膜神経節細胞層+内網状層厚などの網膜内層厚の有意な菲薄化を見い出し、この菲薄化はTRDに起因する可能性があることを報告した。この網膜の菲薄化は周辺部よりも中心部において顕著であり、経過期間と有意に相関していた。また、後頭葉後極に限局する脳病変で、発症直後には網膜内層厚の変化がなく、数年後に菲薄化が出現する症例では、TRDの関与が考えられるが、発症後早期に網膜厚の変化がみられる症例では、前部視路への直接の障害がある可能性も否定できない。一方、対光反射経路には後頭葉の関与はないはずだが、実際には後頭葉障害症例でも、半盲性瞳孔強直や脳病変の対側眼の対光反射減弱などの対光反射異常が検出される。そこで、我々は網膜厚や対光反射の変化のメカニズムの解明のために、同名半盲患者の責任脳病巣の位置を標準脳上で同定し、グループデータ解析を行っている。その結果、後頭葉病変の存在が網膜内層の菲薄化に関連していることが確認されたが、半盲性瞳孔強直と網膜内層の菲薄化の関連は弱いことも判明した。また、3年以上の経過観察においても網膜内層の菲薄化のない同名半盲症例もあり、このような症例群の責任脳病巣についても調べている。脳画像解析ソフト(MRIcro)を用いてMRI画像を解析している。結果の一部は昨年の日本臨床眼科学会で報告した。研究対象患者総数は順調に増加してきているが、網膜厚の経過、すなわち、不変(あるいは頭打ち)・悪化などの基準によって数グループにわける必要があり、統計学的な解析に耐えられる症例数を収集するのにはかなりの時間を要している。そもそも、何年で網膜厚の変化がplateauに達するのかについてはヒトでは縦断的なデータが得られていないので、現時点では不明なのである。グループ間の比較のためには各グループにかたよりなく患者が分布することが望ましいが、これもいまだに先行研究がなく、手探りの状態である。また、グループ分けにもいくつかの基準が適用できるので、今後、複数の脳画像解析を進める予定である。脳画像解析ソフト(MRIcro)を用いてMRI画像の解析を継続し、さらに結果の精度を上げてこの研究期間内に最終的な結論を導くことが目標である。後天性後頭葉障害による同名半盲症例で、半盲側に対応した網膜内層厚の局所的菲薄化が23年以内に生じる症例群と菲薄化がみられない症例群の視路障害の責任病巣の部位に違いがみられるかについても検討する予定である。後者の症例群の存在は、長期間の経過観察の結果、最近になって明らかになってきたものである。機器の購入が次年度にずれこんだため、初年度の使用額が少なくなった。次年度使用額は次年度の請求額と合わせて機器購入をする予定である。まだ論文が完成していないため、次年度以降に論文関連の予算を回す必要がある。
薄膜および極微細素子におけるペロブスカイト関連酸化物の欠陥平衡

本研究は,ペロブスカイト型酸化物に関して,形態効果,サイズ効果を取り入れた欠陥化学を構築することを目指し,以下の研究を行った。1.薄膜化の効果を調べる目的で,(Ce, Gd)O_2基板上に(La, Sr)CoO_3薄膜を形成し,その酸素不定比性を計測した。通常,酸素空孔濃度は,熱天秤などで測定されるが,薄膜では試料の量が少く,十分な感度が得られない。そこで,この物質が酸素イオン/電子混合導電性を有することを利用し,電気化学的な応答から空孔濃度を見積もる手法を開発した。具体的には,基板の(Ce, Gd)O2を固体電解質として用い,電気化学インピーダンスを測定した。電極反応が表面反応律速である場合,ある周波数以上の交流は,薄膜内への酸素イオンの出入りの量に対応する。したがって,インピーダンスの周波数応答から酸素空孔濃度が酸素ポテンシャルに関しての微分量として求められる。この手法を用いて,Sr添加量の異なる(La, Sr)CoO3膜について評価し,報告されているバルク試料のデータに比べて,酸素空孔生成のエシタルピーが増大し,空孔が生成しにくくなることを見いだした。この原因について明らかにするために,粒子サイズの効果,基板の効果を検証したが,これらはともに空孔生成エンタルピーに影響を与えなかった。2.ペロブスカイト型酸化物の微細構造と酸素不定比性に関わるいくつかの間題を検証した。LaMnO3については,酸素不定比性がカチオンの欠陥生成を伴い,微細構造を変化させることを見いだした。n型SrTiO_3については,速度論的にカチオン欠陥の生成が表面層に限定され,これによって整流性などの機能が発現することを明らかにした。また,極微細領域の組成揺らぎがマクロな酸素不定比性に影響する(La, Ca)(Cr, Al)O_3固溶体系をとりあげ,これを定量的に記述する手法を提案した。本年度に行った研究は以下のとおりである。1.薄膜の作製と交流法による酸素不定非性の測定超高真空排気装置と高出力エキシマレーザーを接続してレーザーアブレーション装置を構築し・モデル物質((La,Sr)CoO3,(La,Sr)MnO3,Yban2CuO3等)から種々の厚さを持つ薄膜を作製した。基板として用いたCeO2,ZrO2,SrTiO3を電気化学測定装置により、基板が固体電解質の場合には薄膜を電極とするインピーダンス測定を、それ以外には固体電解質を組み合わせた交流クローン測定を行い、酸素不定比量の算出を行った。2.微粒子の作製と微重量熱天秤による酸素不定非性の測定微重量熱天秤装置により、上記のモデル物質の超微粒子をゾルゲル法により調整し、微重量熱天秤によって酸素不定比性を測定した。また、不活性な酸化物ないし貴金属との混合物として粒子の凝集を防ぐ実験を行った。3.微細素子の作製と酸素不定比性測定フォトリソグラフ等の手法によってモデル酸化物の微細パターンまたは微小ドットを作製し、薄膜の場合と同様に、交流クローン測定法によって酸素不定比量の測定を行った。

本研究は,ペロブスカイト関連酸化物の酸素不定比量に関して,形態効果,サイズ効果の現れる原因を特定し,これらを取り入れた欠陥平衡論を構築することを目的とする.昨年度までに,固体酸化物イオン導電体基板上に製膜した混合導電性薄膜の評価法を確立し,モデル物質としての(La,Sr)CoO_3膜の酸素不定比量の組成/粒子径依存性を明らかにした。本年度は,薄摸の酸素不定比量への基板の影響,ナノ粒子焼結体でのサイズ効果計測法の確立,量子化学計算による薄膜化効果評価法探求の準備等を目指して研究を進め次のような進展と成果を得た.(1)レーザーアブレーション装置の高機能化多様な酸化物薄膜を様々な条件下で任意に成膜することを可能にするため,出力300ミリジュール程度の高出力エキシマレーザーを他研究室から移管し,本格的な装置を再構築した。単結晶安定化ジルコニア表面に50nm程度の酸化セリウムと700nm程度のモデル物質である(La,Sr)CoO3薄膜を重ねてエピタキシャル成長させることなどに成功した.このエピタキシャル成長した酸化物の酸素不定比量は昨年度計測した多結晶酸化セリウム上の膜と同様に単独結晶より小さな値をとることを明らかにした.(2)ナノ粒子焼結体の作製と酸素不定非性の測定ナノ粒子の物性や酸素不定性を測定するためには微細な結晶粒を維持したまま緻密な成型体にする必要がある.模擬物質として既に先行研究者がいる酸化セリウムを用い,800°C程度での低温焼結とスパークプラズマ焼結とを試みた.その結果,何れでも数十ナノメートルの粒径を維持した微粒子成型体を得ることに成功した.(3)第一原理計算によるナノ結晶中の酸素の安定性密度汎関数法CASTEPによる第一原理量子力学計算ソフトウェアーを導入し,酸素欠損量や酸素欠損の存在位置と酸素の安定性との関連を計算予測するための準備計算を開始した.本研究では,ペロブスカイト関連酸化物の酸素不定比量に関して,形態効果,サイズ効果の現れる原因を特定し,これらを取り入れた欠陥平衡論を構築することを目的としている。昨年度までに,(La,Sr)CoO_3薄膜の粒子径依存性について検討を行ってきたが,酸素欠陥生成エンタルピーのバルク試料からの変化幅は,どの試料でも同程度であり,明確な粒子径依存性はみられなかった。そこで,欠陥平衡に影響しているのはむしろ基板との相互作用であると考え,本年度は異なる基板上での(La,Sr)CoO_3薄膜の挙動を比較した。また,サイズ効果がすでに報告されているCeO_2系酸化物については30nm程度の粒径をもつ試料の作製に成功していたので,本年度は熱天秤および導電率測定による欠陥平衡の検討を行った。さらに,異なる種類のナノ粒子を混合した場合の効果を検証するために, Pt/SrZrO_3系の,ヘテロナノ粒子の作製を試みた。La_<0.6>Sr_<0.4>CoO_3薄膜をレーザーアブレーション法によって(Ce,Gd)O_2基板,YSZ基板,および(Ce,Gd)O_2膜バッファ層を施したYSZ基板上に作製しインピーダンス法によってその酸素不定比量を比較した。この結果,いずれの試料においても,酸素欠陥量の変化は実験誤差の範囲内で同等であった。今後は膜に機械的応力を印加して欠陥平衡の変化を検討する予定である。(2)CeO_2微粒子の酸素不定比量約30nm程度の粒子径をもつCeO_2焼結体の導電率の酸素分圧,温度に対する依存性を測定し,酸素欠陥量を見積もり,100nm以上の粒径をもつ試料との比較を行ったが,これらの間に明確な違いは認められなかった。さらに微粒子CeO_2について微重量熱天秤の測定を行ったが,ここから得られる酸素不定比量にもバルク試料との違いは現れなかった。
信頼と不信を導入して社会の実像を記述できる意見ダイナミクスの新理論の構築

オピニオンダイナミクスの代表的な理論はHegselmann-Krause(2002)によるBounded Confidence Modelであるが,この数理モデルは人々が意見交換によって少しずつ歩み寄って合意の妥協点を見つける事が前提になっている。しかし,現実の社会の意見交換では歩み寄らない場合も少なくない.そこで石井は2018年に意見交換によって反発する場合とマスメディアなどの影響も含めた新しい理論を構築した。これをN人へ拡張してシミュレーションし、様々なWeb上のテキストデータを用いた測定からの裏付けをして、これを社会システム工学・ウェブ情報学に活かす。
Li複合酸化物薄膜の溶液プロセスによる直接作製

LiNiO_2,LiCoO_2などのリチウム複合酸化物はリチウム電池用電極材料として、現在最も注目を集めている材料の一つである。これらの薄膜化も多くの研究がある。しかしながらそれらは気相法、蒸着法、スパッタリングあるいはゾルーゲル法などの高エネルギー消費型の手法であり、また得られる膜の特性もまた不十分である。本研究ではこれらの薄膜を水溶液中で直接作製することができることを示す。主な成果は以下の通りである。1.Ni基板をLiOH水溶液中で水熱電気化学処理することによりLiNiO_2薄膜が生成することを確認した。2.生成温度は80°C以上であるが、120150度が最適であった。4.Co板をLiOH溶液中で水熱電気化学処理することによりLiCoO2膜が生成する。5.LiCoO2は室温でも電気化学により生成するが、低温では立方晶相が混入する。100°C以上では六方晶相のみとなる。7.溶液中に酸化剤(H_2O_2など)を加えるとCoO_2^-の生成が加速され、LiCoO_2膜の形勢に有利となる。8.フロー式反応容器を用いるとLiCoO_2膜の生成が容易となる。9.本法の応用により、Pt,Ni,グラファイトなどの基板上へLiMO_2膜を形成することが可能となった。10.以上の結果から、活性なLiMO_2薄膜が水溶液中で各種基板上に直接作製できることがわかった。しかしながらそれらは気相法、蒸着法、スパッタリングあるいはゾル-ゲル法などの高エネルギー消費型の手法であり、また得られる膜の特性もまた不十分である。7.以上の結果から、活性なLiMO_2薄膜が水溶液中で直接作製できることがわかった。

9.本法の応用により、Pt,Ni,グラファイトなどの基板上へLiMO_2膜を形成することが可能となった。10.以上の結果から、活性なLiMO_2薄膜が水溶液中で各種基板上に直接作製できることがわかった。
発生のロバストネス(頑強性)を支える細胞間相互作用の定量的解析

発生過程での細胞間相互作用を定量化する目的で、2種類のレポーター遺伝子を用いたウニ胚内での1細胞レベルでの蛍光の定量的システムの確立を試みた。その結果、細胞分化過程での遺伝子間の発現相関を検出することは出来なかった。そこで、人工酵素を利用したレポーターノックイン胚を利用して、間充織細胞での遺伝子発現を定量的に解析したところ、細胞間相互作用の変化に伴って発現のゆらぎが増大することが明らかになった。本年度は以下の通り研究を実施した。1) 2種類のレポーター蛍光遺伝子を用いたゆらぎ解析システムの確立と計測ウニ胚Tb遺伝子の時空間的な発現制御領域にレポーター遺伝子(CFP遺伝子あるいはYFP遺伝子)を連結した構築を作製し、補正用の蛍光色素と共にウニ胚へ導入した。導入胚においてレポーター蛍光を発する細胞の蛍光を、共焦点レーザー顕微鏡を用いて発生過程を追って複数の胚において定量的に解析した。しかしながら、CFP蛍光が弱く、ウニ胚ではバックグランドの蛍光が高いため定量的な解析が難しいことが明らかになった。現在、レポーター蛍光が強くバックグランドの低いレポーター遺伝子に変更する検討を行っている。また、2種類の異なる遺伝子プロモーターを異なるレポーター遺伝子でモニターし、遺伝子発現のゆらぎと細胞分化の関係を調べる実験を開始した。この方法によって、ネットワーク上流のTb遺伝子に対して下流のSM50遺伝子がどのように発現応答するのかその相関を定量的に解析することが可能である。その準備としてTbプロモーターとGFPレポーター遺伝子との融合構築およびSM50プロモーターとRFPレポーター遺伝子の融合構築を作製した。2)細胞間相互作用が発現ゆらぎに与える影響の解析2種類の蛍光遺伝子を連結したTbプロモーター構築をウニ胚に導入し、16細胞期まで培養し、将来予定中胚葉細胞を単離・培養した。しかしながら、2種類の構築が導入された胚が少なく、経時的に観察することができなかった。また、培養した中胚葉細胞が運動し、長時間での観察するための改善が必要と考えられ、現在観察条件を検討している。1)2種類のレポーター蛍光遺伝子を用いたゆらぎ解析システムの確立と計測...ウニ胚Tb遺伝子の発現領域にGFP遺伝子あるいはRFP遺伝子を連結した構築を、補正用蛍光色素と共にウニ胚に導入し、発生過程を追って1細胞単位での蛍光を共焦点レーザー顕微鏡により観察した。複数の胚において、細胞レベルでの2種類の蛍光量は相関を示していた。しかしながら、細胞に導入された蛍光遺伝子のコピー数の影響が大きいと考えられ、今後導入コピー数をコントロールしていく技術の開発が必要であることが示された。2)2種類のプロモーターを用いた揺らぎ解析システムの確立...ウニ胚の一次間充織細胞の遺伝子ネットワークの上流転写因子Tb遺伝子と下流構造遺伝子のSM50遺伝子のプロモーターにそれぞれ異なるレポーター遺伝子(CFPおよびYFP)を連結した構築を、ウニ胚に導入して2種類の蛍光量を測定した。平均15個の胚を受精後10時間から24時間にかけて細胞レベルで計測したところ、相関を示さない細胞が多数観察されることから、Tb遺伝子の発現量と一次間充織細胞の分化には明確な相関は見られないことがわかった。3)細胞間相互作用が発現ゆらぎに与える影響の解析...幹細胞であるEC細胞にレチノイン酸応答レポーター蛍光構築を導入した細胞株を樹立し、細胞塊中の領域(細胞塊の周縁部と中心部)での細胞分化とレチノイン酸応答能との関係を調べた。その結果、レチノイン酸添加による蛍光量のばらつきは観察されず、本研究では発現ゆらぎを検出することができなかった。前年度までの問題として、2種類の蛍光レポーター遺伝子が複数コピー導入されることによって定量的解析が困難であることが示された。そこで、ウニ胚内で内在性遺伝子の定量的な発現解析を行うために、ジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)を利用したレポーター遺伝子のノックインシステムの開発を行った。一次間充織細胞の分化遺伝子であるEts遺伝子にGFP遺伝子をノックインするために、Ets遺伝子を特異的に切断するZFNを作製し、切断特異性を確認した。相同組換えによってGFP遺伝子をノックインするためのドナー構築(Ets遺伝子と相同な配列をGFP遺伝子の両端にもつ構築)を作製し、Ets ZFNと共にウニ受精卵を顕微注入した。しかしながら、この時点で胚内のGFP蛍光を観察することができなかったため、相同組換え活性を上昇させるため、非相同組換えを抑制する目的でLig4のドミナントネガティブを共導入した。さらに、ドナー構築にZFNの標的配列を付加することで相同組換えでの導入効率の改善を行った。その結果、インジェクションした胚の約20%で、Ets遺伝子の発現する一次間充織細胞においてGFP蛍光を観察することに成功した。レポーター遺伝子としてGFP遺伝子およびmCherry遺伝子を用いて、2種類のレポーター遺伝子のドナー構築をZFNと共導入したところ、1つの細胞で2つの蛍光が観察されることはなかった。

このことから、両対立遺伝子に蛍光遺伝子が挿入される確率は極めて低く、このシステムでは片対立遺伝子に挿入された1コピーにレポーター遺伝子に由来する遺伝子発現を定量化できることがわかった。上記のシステムを用いて、Ets遺伝子の発生過程における遺伝子発現の1細胞単位での発現を定量したところ、予定1次間充織細胞ではEts発現のばらつきが、一次間充織細胞の分化にともなって大きくなることが明らかになった。
BMP経路を制御する新たな分子メカニズムとその生理的意義

BMP経路はTGF-βスーパーファミリーに属するシグナル伝達経路で、様々な器官のがんや肺動脈高血圧症などの遺伝病に関与し、また、初期胚の形態形成や骨形成など、個体発生においても重要な役割を果たしている。これまでの研究から、私はRasによって発現が抑制される新たな因子EIG121L(Estrogen-Induced Gene121-Like)が、BMP経路の活性化を正に制御する因子であることを明らかにしてきた。しかしながらその作用機序や生理的意義は明らかではない。今年度、私はアフリカツメガエル胚においてEIG121LとBMP受容体が細胞膜上で共局在することを見出した。この結果は昨年明らかにしたBMP受容体とEIG121Lの分子間相互作用を裏付ける結果であり、細胞膜上においてEIG121L、がBMP受容体を介して、BMP経路の活性化を促進している可能性を示唆するものである。さらに、EIG121Lの過剰発現がBMP経路の活性化を促進し得るかという点についてアフリカツメガエル胚と哺乳類培養細胞を用いて検討を行った。その結果、HEK293細胞におけるEIG121Lの過剰発現は低濃度でのBMP刺激時のSmad1のリン酸化を促進する作用を持つことを見出した。また、EIG121L過剰発現胚は神経形成が阻害されることを見出した。BMP経路の活性化は神経分化を阻害することから、EIG121LによってBMP経路が活性化され、神経分化が抑制された可能性を示唆するものである。以上の結果は機能未知遺伝子であったEIG121Lが、表皮分化に必須なBMP経路の活性化を促進する因子であることを強く示唆するものであり、本研究により、これまで理解の進んでいなかった、初期胚発生時の表皮分化における新たなBMP経路制御機構が明らかにされた。今後、疾患モデル等を含む、他の生物種においてEIG121Lがどのような役割を持っているかが明らかにされることで、この新たなBMP経路制御因子EIG121Lの持つ、より普遍的な生物学的意義に迫ることができると期待される。BMP経路はTGF-□スーパーファミリーに属するシグナル伝達経路で、様々な器官のがんや肺動脈高血圧症などの遺伝病に関与し、また、初期胚の形態形成や骨形成など、個体発生においても重要な役割を果たしている。これまでの研究から、私はRasによって発現が抑制される新たな因子EIG121L(Estrogen-Induced Gene 121-Like)が、BMP経路の活性化を正に制御する因子であることを明らかにしてきた。そこで本年度私は哺乳類培養細胞を用いて、EIG121LとBMP経路を構成するリガンドや受容体との分子間相互作用について検討を行った。マウス筋芽細胞株C2C12を用いて、BMP受容体との相互作用を免疫共沈降法によって検討したところ、両者の分子間相互作用が検出された。また、EIG121Lのノックダウンがアフリカツメガエル初期胚の細胞増殖およびアポトーシスに与える影響について、Whole-mount免疫染色法、およびTUNEL法を用いて検討を行った。その結果、EIG121Lのノックダウンはアフリカツメガエル胚における細胞増殖には影響を与えないが、神経板におけるアポトーシスを誘導することが明らかになった。EIG121Lはアフリカツメガエル初期胚において表皮予定域にしか発現しないことから、新規因子EIG121Lが胚全体のボディープランに影響を与える重要な因子であることを示す、大変興味深い知見である。現在、哺乳類培養細胞におけるEIG121L発現スクリーニングを行い、細胞増殖や細胞死との分子的なメカニズムを解明することを試みている。これにより、EIG121Lと細胞のがん化との関係を明らかにすることができると期待される。

以上の結果は機能未知遺伝子であったEIG121Lが、表皮分化に必須なBMP経路の活性化を促進する因子であることを強く示唆するものであり、本研究により、これまで理解の進んでいなかった、初期胚発生時の表皮分化における新たなBMP経路制御機構が明らかにされた。今後、疾患モデル等を含む、他の生物種においてEIG121Lがどのような役割を持っているかが明らかにされることで、この新たなBMP経路制御因子EIG121Lの持つ、より普遍的な生物学的意義に迫ることができると期待される。
脳腫瘍における抗癌剤分子標的および個別化最適治療法の臨床応用

悪性脳腫瘍の外科治療は腫瘍の部位および周辺脳組織に制限され,放射線治療は正常脳組織への耐線量が問題であり,したがって化学療法が治療成績の向上に期待される.しかし,脳腫瘍の化学療法において使用される抗癌剤は,クロロエチールニトロソウレア(CENU),シスプラチンなどに限られている.本研究では限られた抗癌剤を有効に臨床応用するために,抗癌剤の分子作用機序および脳腫瘍の遺伝子特性に基づいて,個々の腫瘍に最適な抗癌剤を選択的に適用する基準を検討した.CENU感受性と関連するMGMTは,脳腫瘍の多くでMGMT陽性細胞が検出され,種々の程度のCENU抵抗性であることが示された.また,MGMT陽性細胞の分布不均一性が認められ,腫瘍細胞の遺伝子発現および代謝活性,組織構築の不均一性を反映しているものと推定された.抗癌剤の分子標的および個別化治療の一環として,1番染色体短腕(1p)と19番染色体長腕(19q)の染色体解析を行い,欠失例ではACNU, VCR, PCZ,などの抗癌剤に対して効果的であり,有意に生存期間が延長している.本研究では悪性脳腫瘍において抗癌剤の分子作用機序および脳腫瘍の遺伝子特性の面からの牛物学的不均一が示され,腫瘍の不均一性に対応した抗癌剤の適応基準および投与スケジュールが重要であり,腫瘍摘出標本のほかにin vivoにおける生物学的特異診断法が今後の重要な課題である.悪性脳腫瘍の外科治療は腫瘍の部位および周辺脳組織に制限され,放射線治療は正常脳組織への耐線量が問題であり,したがって化学療法が治療成績の向上に期待される.しかし,脳腫瘍の化学療法において使用される抗癌剤は,クロロエチールニトロソウレア(CENU),シスプラチンなどに限られている.本研究では限られた抗癌剤を有効に臨床応用するために,抗癌剤の分子作用機序および脳腫瘍の遺伝子特性に基づいて,個々の腫瘍に最適な抗癌剤を選択的に適用する基準を検討した.CENU感受性と関連するMGMTは,脳腫瘍の多くでMGMT陽性細胞が検出され,種々の程度のCENU抵抗性であることが示された.また,MGMT陽性細胞の分布不均一性が認められ,腫瘍細胞の遺伝子発現および代謝活性,組織構築の不均一性を反映しているものと推定された.抗癌剤の分子標的および個別化治療の一環として,1番染色体短腕(1p)と19番染色体長腕(19q)の染色体解析を行い,欠失例ではACNU, VCR, PCZ,などの抗癌剤に対して効果的であり,有意に生存期間が延長している.本研究では悪性脳腫瘍において抗癌剤の分子作用機序および脳腫瘍の遺伝子特性の面からの牛物学的不均一が示され,腫瘍の不均一性に対応した抗癌剤の適応基準および投与スケジュールが重要であり,腫瘍摘出標本のほかにin vivoにおける生物学的特異診断法が今後の重要な課題である.本研究は,脳腫瘍の化学療法に用いられる抗癌剤の分子作用機序および薬剤耐性関連遺伝子(MGMT, MDR1,MRP1など)の発現に基づいて薬剤感受性を決定し,個々の腫瘍に最適な抗癌剤を選択的に適用し,また,薬剤耐性腫瘍に対して耐性機序克服による抗癌剤の効果増強を図ることである.本邦で最も汎用されているクロロエチールニトロソウレアの感受性はMGMTと関連しており,ヒト脳腫瘍摘出標本において抗MGMT抗体による免疫染色で検討したところ,標本の多くでMGMT陽性細胞が検出されるが,それらの陽性率は低値から高値まで多様であった.さらに,陽性細胞の分布も不均一であった.MGMTの多寡によるMer+/-の判定基準では10%程度以下がMer-腫瘍に相当するとしてきたが,MGMT陽性率の標準化および分布パターン,腫瘍の活性細胞層,周辺浸潤層,壊死層ならびに血管との関連につき解析することが,今後の重要な課題の一つである.MGMTは腫瘍細胞の遺伝子発現および代謝活性,組織構築の不均一性を反映しているものと推定されるが,今後,MGMT陽性率の定量標準化によって抗癌剤の感受性および適応基準,最適投与スケジュールの決定に有効な癌剤治療の指針がもたらされる.脳腫瘍関連遺伝子を含む腫瘍特性に関する多くの研究にもかかわらず,満足すべき治療成績を上げておらず,個別化治療法の開発が重要な課題である.抗癌剤の分子標的および個別化治療に関して,染色体解析で1番染色体短腕(1p)と19番染色体長腕(19q)の欠失例ではACNU,VCR,PCZなどの化学療法が効果的であり,臨床的に有意な生存期間の延長が認めている.さらに,良性脳腫瘍の代表とされるmeningiomaにおいては,1番染色体短腕(1p)欠失が認められる症例では腫瘍再発が高率であり,atypical meningiomaまたはanaplastic meningiomaの範疇であることが確認できた.悪性脳腫瘍における抗癌剤および種々の治療法の適応基準として,in vitroおよびin vivoの両面からの種々の生物学的特異性診断が治療法の選択および効果に関して多面的指標を提供し,診断法の開発および標準化によって臨床応用が拡がるものと思われる.
エクソソームを介した細胞老化の発癌促進作用の解明

正常な哺乳動物細胞には過度のDNA損傷のような異常を感知し増殖を停止する事で自身の癌化を抑制する細胞老化と呼ばれる機構が備わっている。皮肉な事に、加齢と共に生体内に蓄積する老化細胞は、逆に周辺組織の老化や癌化を促進してしまう場合がある。この為、老化細胞から分泌される因子とその作用を明らかにする事が様々な加齢性疾患の発症機序を理解する基礎として重要である。一方で近年、細胞が分泌するエクソソームと呼ばれる小胞が細胞間コミュニケーションに重要である事が明らかにされつつある。しかしながら、老化細胞が分泌するエクソソームの機能についてはこれまで報告が無かった。本研究では、老化細胞が分泌するエクソソームに含まれるタンパク質を網羅的に解析する事で、細胞老化に伴い特にEPHA2がエクソソーム上に増加している事が明らかにした。老化細胞が分泌するエクソソーム上のEPHA2は、癌細胞でしばしば発現が亢進しているEFNA1に結合し、癌細胞中でErkシグナルを活性化させ、増殖を促進させた。老化細胞におけるEPHA2の細胞膜からエクソソームへの選択的な取込みは高レベルの酸化ストレス下でのPTP1Bホスファターゼの失活に伴うEPHA2のリン酸化によっていた。本研究から、老化細胞による周辺細胞の癌化の促進にはエクソソーム、特にその中のEPHA2が重要である事が明らかになった。また興味深い事に、乳がん患者と卵巣がん患者のがん間質細胞ではEPHA2の発現増加が認められ、本研究で明らかにされたエクソソームEPHA2の作用がヒトにおける発癌にも関わっている可能性が示唆された。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、細胞老化がエクソソームを介して細胞間コミュニケーションにどのような変化を生じさせるのかを、特に発がんと関連する観点から調べる事を目的として行った。今年度(初年度)は、まずエクソソームの回収方法の検討の末、タンパク質の解析に適したエクソソームの生成方法を決定した。決定した方法により高度に精製されたエクソソームを質量分析にかけ、細胞老化を起こした老化細胞のエクソソームで増加しているタンパク質を多数同定する事に成功した。老化細胞から分泌されるエクソソームの中にはがん細胞の成長を促進させる因子Xも含まれていた。この因子Xのエクソソームを介した分泌は、細胞老化を誘導するような様々なストレスにより促進される事が分かった。そこで次に、老化細胞からエクソソームを介して分泌されるこの因子Xが、実際にがん細胞に対して成長を促進させる作用を示すかどうかを調べるため、因子Xをノックダウンした細胞を作成した。老化させたコントロール細胞と老化させたノックダウン細胞から回収したエクソソームががん細胞の増殖に与える影響を比較したところ、ノックダウン細胞から回収したエクソソームではがん細胞の増殖促進作用が減弱している事が明らかになった。以上の事から、本研究により、老化細胞から分泌されるエクソソームはタンパク質の組成が変化しており、特に因子Xの含量が増加する事により、がん細胞の増殖を促進させるようになる事が明らかになった。今後、エクソソームを介した因子Xの放出が生体内においてもがんの成長を促進させるのかどうかや、因子Xが具体的にどのようにがん細胞の増殖を促進させているのか、そして何故因子Xが老化細胞のエクソソームの中に増殖するのかを解析していく予定である。まず初めにエクソソームを精製して質量分析を行う事で、細胞老化を起こした老化細胞が分泌するエクソソーム中で増加している蛋白質を多数同定した。その中の一つにがん遺伝子にコードされるSIEP003があり、エクソソーム中のSIEP003ががん細胞の増殖を促進させる可能性が考えられた。予想された通り、老化細胞のエクソソームはSIEP003依存的にある種のがん細胞の増殖を促進させた。次に、老化細胞のエクソソーム中にSIEP003が増加するメカニズムと、エクソソーム中のSIEP003ががん細胞の増殖を促進させるメカニズムの解析を行った。老化細胞のエクソソーム中にSIEP003が増加するメカニズムについては、SIEP003の発現量に変化がない事から、SIEP003のエクソソームへの濃縮が起こっていると考えられ、その動態変化に重要と考えられるSIEP003の翻訳後修飾の変化を明らかにする事ができた。また、その翻訳後修飾の変化が起こるメカニズムについても明らかにする事ができ、原因の一つが細胞老化に伴う活性酸素レベルの上昇にある事がわかった。エクソソーム中のSIEP003ががん細胞の増殖を促進させるメカニズムについては、SIEP003のすでに知られている複数の作用機序を調べたところ、がん遺伝子として作用する際にこれまで重要と考えられていた作用機序とは異なる作用機序を介してがん細胞の増殖を促進している事が明らかに成った。以上の結果は、加齢に伴い生体内に蓄積する老化細胞ががんの発症を促進させる新たなメカニズムを明らかにするものであり、がんの新たな予防及び治療法の開発につながる事が期待される。当初3年を予定していた実験計画をほぼ2年で終える事ができ、その間期待していた通り老化細胞のエクソソームの発癌促進作用を見出し、さらにその詳細を明らかにする事ができた。

正常な哺乳動物細胞には過度のDNA損傷のような異常を感知し増殖を停止する事で自身の癌化を抑制する細胞老化と呼ばれる機構が備わっている。皮肉な事に、加齢と共に生体内に蓄積する老化細胞は、逆に周辺組織の老化や癌化を促進してしまう場合がある。この為、老化細胞から分泌される因子とその作用を明らかにする事が様々な加齢性疾患の発症機序を理解する基礎として重要である。一方で近年、細胞が分泌するエクソソームと呼ばれる小胞が細胞間コミュニケーションに重要である事が明らかにされつつある。しかしながら、老化細胞が分泌するエクソソームの機能についてはこれまで報告が無かった。本研究では、老化細胞が分泌するエクソソームに含まれるタンパク質を網羅的に解析する事で、細胞老化に伴い特にEPHA2がエクソソーム上に増加している事が明らかにした。老化細胞が分泌するエクソソーム上のEPHA2は、癌細胞でしばしば発現が亢進しているEFNA1に結合し、癌細胞中でErkシグナルを活性化させ、増殖を促進させた。老化細胞におけるEPHA2の細胞膜からエクソソームへの選択的な取込みは高レベルの酸化ストレス下でのPTP1Bホスファターゼの失活に伴うEPHA2のリン酸化によっていた。本研究から、老化細胞による周辺細胞の癌化の促進にはエクソソーム、特にその中のEPHA2が重要である事が明らかになった。また興味深い事に、乳がん患者と卵巣がん患者のがん間質細胞ではEPHA2の発現増加が認められ、本研究で明らかにされたエクソソームEPHA2の作用がヒトにおける発癌にも関わっている可能性が示唆された。申請書に記載の年次計画を達成できているため、本研究は順調に進展していると考えられる。これまでに見出した老化細胞によるエクソソームの分泌を介した発癌促進作用が、実際の生体内の発癌にどれほど重要であるかを明らかに為るため、公開済みの臨床サンプルの発現アレイデータやマウスの癌移植モデルを用いて解析を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。申請書に記載の計画通りに進行している為、今後の予定についても変更を加えずに研究を進めていく。
Microarrayを利用したDNAメチル化のゲノムスキャンニング

DNAのメチル化すなわちシトシンの5位のメチル化による遺伝子発現抑制は発生、分化、癌化、ゲノムインプリンティング、X染色体の不活性化など様々な重要な生物学的現象に関与していることがわかってきている。しかしながらメチル化による制御がどのような遺伝子、細胞、時期に起こっているかを網羅的に解析し、生物学的現象を統合的に理解しようという試みはいまだなされていない。全ゲノムの塩基配列決定が終了しつつある現在、どのようにして特定の細胞で特定の時期に特定の遺伝子にのみに発現が限られ、発生分化が進んでいくかを知ることが次の課題となってきている。従って発生分化の各ステージにおいてメチル化を網羅的に調べ、どのような遺伝子が発現抑制されるかを調べることは重要である。申請者は以前からゲノムのメチル化の網羅的解析が重要であると考え、以前からゲノムの2次元電気泳動法を用いたRestriction Landmark Genome Scannning法を開発し研究に用いてきた。しかしこの方法は操作が複雑なため汎用性に欠ける欠点があった。そこで申請者、汎用性の高い方法としてDNAチップを用いたメチル化の網羅的解析法を開発を試み成功した。この方法は簡単に述べるとゲノム中のメチル化されているSmaI認識部位のみを増幅、蛍光標識しDNAチップ上に固定したクローン化されたSmaI断片とハイブリダイズすることにより、メチル化されているSmaI認識部位を検出する技術である。これから、この方法を用いて、発生、分化などにおける遺伝子のメチル化の変化を網羅的に解析し、統合的に理解することができる。