hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人工原子におけるレーザー制御超高速スピントロニクス

光を用いた磁性原子スピンの高速な反転制御を目的として、磁性原子内包型人工原子の電子状態を計算する量子化学計算コードの開発を行った。そして、開発したプログラムを用いて光励起スペクトルの計算を行い、人工原子内における磁性原子の数および空間配置を制御することによって、光によって磁性原子のスピン状態を制御できる可能性を見出した。また、量子状態制御において鍵となる人工原子の電子構造を調べ、人工原子においてフントの規則が成立する起源を明らかにした。高い磁気モーメントを持つ原子を取り入れた磁性原子内包型の人工原子において,磁性原子のスピン状態を外部電磁場を用いて制御することを目的とした理論研究を行い,本年度は以下に示す成果を得た:1.理論モデルおよび計算コードの開発人工原子の電子を, 3次元非等方調和振動子ポテンシャルによって束縛されたスピン1/2の粒子としてモデル化し,磁性原子と人工原子の相互作用を,接触型のスピン交換相互作用によって記述した.多参照配置間相互作用法を用いてハミルトニアンの人工原子部分のみの固有エネルギーおよび波動関数をまず求め,得られた多電子波動関数を用いてスピン交換相互作用の行列要素を計算し,全ハミルトニアンに対して再度対角化を行う「二段階対角化法」の計算コードを開発した.2.磁性原子の空間配置とスピン電子エネルギーの振動構造開発したコードを用いて,磁性原子内包型人工原子の電子状態のテスト計算を行った.磁性原子2個を内包する擬1次元2電子人工原子について,磁性原子間距離を変化させてエネルギー準位の計算を行った.その結果,磁性原子間距離の関数として,超微細構造のエネルギーが振動構造を示すことが見出された.また得られた振動構造の由来を調べるために,人工原子の電子密度分布の表示を行った.その結果,超微細構造のエネルギー準位に見られる振動構造は電子密度分布の濃淡構造を反映していることが示された.高い磁気モーメントを持つ原子を埋め込んだ「磁性原子内包型人工原子」において,磁性原子のスピン状態を外部電磁場を用いて制御することを目的とした理論研究を行い,本年度は以下に示す成果を得た:1.フントの多重項則の起源人工原子のエネルギー準位構造において,自然原子の場合と同様にフントの多重項規則が成立する起源を明らかにすることを目的として,非等方ガウス基底関数系および完全CI法に基づいた高精度な波動関数を求め,その節構造の詳細な解析を行った.電子状態計算において従来用いられてきた独立電子座標とは異なる「ノーマル座標」を導入することによって,波動関数を重心成分と内部成分に分離し,そしてこのノーマル座標に基づく量子数の帰属を行った.その結果,2電子系のスピン状態である1重項と3重項状態は,それぞれ.重心角度モードおよび内部角度モードに励起を持つことが示された.そして,3重項状態では.内部波動関数に角度モード励起による節を持つことによって,電子間反発ポテンシャルの特異点を避けることができるため,1重項状態よりも低いエネルギーを持つことが明らかとなった.磁性原子内包型人工原子においてスピンの量子制御を実現するためには,量子状態が外部摂動に対してロバストネスを持つ必要がある.このロバストネスを定量化するために,系のLoschmidt Echoを計算するコードの開発を行った.具体的には,前年に開発した,磁性原子内包型人子原子のスピン電子構造を計算するコードに対して,微小なランダムノイズを表す1電子演算子の組み込みを行い,ランダムノイズの有無に対する電子波束の時間発展を,シンプレクティック・インテグレーター法によって求める計算方法を開発した.
廃水中の溶解汚染物質除去のための膜材料及び装置の開発

本研究では上記研究課題につき、特に選択透過性と実際的応用に重点をおいて検討を進め、次のような実績を得た。1.電界放射型電子顕微鏡を用い、今まで困難とされていた限外ろ過膜の細孔写真の撮影に成功し、写真から細孔径分布を測定した。平均細孔径の大小は膜の分画分子量の大小に対応していた。膜の溶質透過流束は平均孔径と開孔率で表現できることがわかった。2.耐アセトン性逆浸透膜の開発を目的として、ポリイミド限外ろ過膜にポリエチレンイミンの水溶液を含浸させ、トルエンジイソシアネートのヘキサン溶液と接触させ、界面重合法で複合膜を試作した。この膜は従来の膜と同等の分離率を持ち、透過流束は6倍にも達した。3.親水性膜と疎水性膜とを適当に組み合わせることで、非イオン性界面活性剤の濃縮、排除による廃水からの分離が可能であることがわかった。また開発したドナン透析プロセスは、従来の透析プロセスに比較して著しく速い効果的な脱塩が可能であることを確認した。4.銅およびガリウムイオンのキャリヤーとして、長鎖アルキルクペロンを合成し、炭化水素溶液に溶解させた含浸膜で分離濃縮実験を行なった。銅と亜鉛イオンの混合液から銅を、ガリウムとアルミニウムイオン混合液からガリウムを、ほぼ完全に分離濃縮できた。5.ポリプロピレン製多孔質膜を用いて、スパイラル型含浸液膜モジュールを試作した。コバルトイオンの回収実験では、99%以上が回収され数百倍に濃縮された。回収率と操作条件の関係は膜透過式で定量的に説明できることがわかった。6.乳化型液膜による重クロム酸イオンの濃縮回収実験を行なった。金属イオンの濃縮分離は、界面活性剤と抽出試薬との組合わせに大きく依存することを示した。適切な液膜組成で回分及び連続実験を行なったところ、液膜は数回の繰返し使用に耐えることがわかった。
頭蓋顔面骨の発生分化におけるホメオボックス型転写因子の機能解析

RT-PCR法,cDNA libraryスクリーニングを行い、ラットBMP-2,BMP-4およびMsx-1,Msx-2の遺伝子をクローニングした。ラット胚(胎生9.5日から12.5日)におけるin situhybrldizationにより、BMP-2.-4.およびMsx-1.-2の発現を解析したところ、顔面の初期発生過程において、BMP-2,BMP-4は時期特異的、領域特異的に発現しその発現領域はMsx-1,Msx-2の発現領域と亀なっていた.ラット12.5日胚の顔面突起において、BMP-2,-4は上皮とその直下の間葉細胞に発現が見られ、Msx-1,Msx-2の発現はBMP発現領域を含む上皮と間葉により広く見られた。ラット12.5日胚の下顎突起の器官培養にBMP-ビーズを埋植させた実験の結果から、BMPによってMsx-1,Msx-2の発現が誘導され、異所性に軟骨組織が誘導された。また同様な器官培養系にAntisense Oligonucleotideを導入しMsx-1,Msx-2の発現を阻害する実験を行ったところ、下顎軟骨に形態異愉が見られた。以上のことがら、頭蓋顔面の発生過程において、BMPの機能は頭部神経堤細胞を軟骨へ分化誘導することでり、さらにMsxのようなホメオポックス遺伝子の発現を調節することにより軟骨の形態形成をも調節していることが明らかとなった。ラット胚(胎生9.5日から12.5日)におけるin situ hybridizationにより、BMP-2.-4.およびMsx-1.-2の発現を解析したところ、顔面の初期発生過程において、BMP-2,BMP-4は時期特異的、領域特異的に発現しその発現領域はMsx-1,Msx-2の発現領域と重なっていた。ラット12.5日胚の顔面突起において、BMP-2,-4は上皮とその直下の間葉細胞に発現が見られ、Msx-1,Msx-2の発現はBMP発現領域を含む上皮と間葉により広く見られた。以上のことから、頭蓋顔面の発生過程において、BMPの機能の一つは頭部神経堤細胞を軟骨へ分化誘導することであると考えられた。
唾液腺腫瘍の癌化・浸潤・転移に関する分子生物学・免疫組織化学的研究

PCR-RFLP(pdymerase chainreaction-restriction fragmentlength polymaphism)法を用いて、p53遺伝子欠失の有無の検索を行なった。秋田大学耳鼻咽喉科で得られた唾液腺腫瘍(多型腺腫30例、単型腺腫1例、脂肪腫1例、ワルチン腫瘍5例、粘表皮癌5例、扁平上皮癌4例、腺癌4例、未分化癌1例)51例および各々の患者の正常組織からDNAを抽出し、それらを鋳型として、P53遺伝子上にある3ヶ所の多型部位を含む領域をそれぞれPCR法を用いて増幅し、各々適当な制限酵素で消化した。そして、アガロースゲルを用いて電気泳動を行ない、腫癌組織と正常組織の切断パターンを比較し、遺伝子欠失の有無を検討した。この場合、heterozygosityでなければ比較できないので、検索可能な症例数は制約を受けるが、腺癌の1例で遺伝子欠失が認められた。PCR-SSCP(polymerase chain reaction-single strand conformation polymorphism)法を用いたp53遺伝子、p16遺伝子、Nm23遺伝子の変異の有無の検索は現在進行中であり、ノーザンブロット法によるMMP遺伝子、NDP kinase遺伝子の発現とウェスタンブロット法によるそれらの遺伝子産物発現の検索は近々着手する予定である。
IL-27/IL-27受容体シグナル制御による免疫応答調整機構の解析と治療応用

IL-27/IL-27受容体がIL-12よりも早期にTh1分化を決定づける重要な因子であるが、T細胞以外の細胞における役割は不明である。本研究では、IL-27受容体(WSX-1)を欠損する抗原提示細胞の機能解析を行い、その抗原提示機能やサイトカイン産生能力が野生型に比べ上昇していることを見いだした。その分子メカニズムの詳細は不明であるが、抗原提示細胞としての機能の高まった状態にあるWSX-1欠損抗原提示細胞を抗原でパルスした後個体に移入する実験から、個体内においてもTh1方に編移した抗原特異的免疫反応を強力に誘導することを明らかにし、原虫に対する感染免疫や抗腫瘍免疫を増強することを見いだした。これらのことから、IL-27は、樹状細胞に対しては、その機能を抑制し免疫反応を制御・調整する働きを持っていることが示された。現在、試験管内、および個体内においてIL-27シグナルを制御することにより上記の感染免疫や抗腫瘍免疫を増強する方法の確立を目指して条件検討を行っている。樹状細胞における機能抑制の分子メカニズムの詳細は不明であるが、T細胞においては、そのシグナル伝達経路の詳細を明らかにし、受容体の顆粒でSTAT1が活性化することがTh1への分化を誘導する一方で、STAT3の持続的活性化がサイトカイン産生抑制などの機能を担っていることを明らかにし、IL-27の持つ二つの作用の使い分けのメカニズムを明らかにした。また、IL-27が自己免疫性ぶどう膜炎などの自己免疫疾患に関与していることを明らかにし、シグナル制御などによる新しい自己免疫疾患制御方への可能性を示した。サイトカイン・サイトカイン受容体ネットワークは、感染をはじめとした様々な異物に対する免疫反応の形成に重要である。申請者らは、WSX-1(IL-27受容体)欠損マウスを作成し、このマウスがIFN-γ産生の低下を伴ってリーシュマニアに易感染性を示すこと、およびWSX-1のシグナル伝達経路を明らかにし、IL-27/WSX-1がIL-12よりも早期にTh1/2分化を決定づける重要なものであることを示してきた。本研究では、IL-27の持つ炎症抑制作用をさらに解析し、IL-27欠損により、モデルマウスにおける喘息の増悪、結核菌感染における全身の炎症の増悪を報告した。一方で、IL-27欠損によるTh1分化抑制作用に関しては、炎症性腸炎のモデルマウスにおける症状の改善などの結果を見出し報告した。ヒトのSLEのモデルである,MRL/lprマウスにおいてWSX-1を欠損させたところ、通常観察されるびまん性増殖性糸球体腎炎ではなく、膜性腎炎の発症が観察された。膜性腎炎を自然発症するマウスの報告はこれまでに無く、本研究により、世界初の膜性腎炎のモデルマウスが確立され、今後腎炎の発症機序の研究や治療薬の開発に資するものと考えられる。IL-27受容体は、当初報告されたT細胞のみならず、マクロファージや樹状細胞などの抗原提示細胞にも発現している。IL-27受容体を欠損する樹状細胞では、その抗原提示能やT細胞に対するTh1分化誘導能が高まっていることを新たに見出し、現在その詳細な解析を行っている。
途上国の前期中等教育における学校改善実践に関する国際比較研究

発展途上諸国では、1990年からの万人のための教育政策以降、前期中等教育における量的改善による、実践レベルでの教育の質低下が現れ始めているが、本研究では、こうした質の低下防止への貢献ができるように、前期中等学校の現場レベルの実践に着目、既に行われている学校改善実践の実態にアプローチ、それらを掘り起こし、国際比較する研究を行った。アジア・アフリカ6か国のフィールドワークに基づく結果の国際比較分析といった研究結果から、現状では負担が偏っている各ステークホルダーの役割明確化によって、学校改善に関する情報共有や、タスク管理等ができる知見循環システムの構築が不可欠であるといった政策的示唆を得た。本プロジェクトでは、研究目的を以下の2点として研究計画を遂行している。1点目は、近年、初等・基礎教育の量的拡大を遂げたアジア・アフリカ諸国では、前期中等教育就学率が急激に伸びた国々がある一方で、期待するように伸びていない国々も多い。そこで各国における前期中等学校が、施設拡充、授業改善、教育内容改善、就学促進などについていかに学校改善実践を行っているのか、都市と農村に分けて現地調査を実施及び分析し、改善促進要因を明らかにすること。2点目は、収集された各国の実践を国際比較分析し、途上国の学校改善実践を類型化する。さらに学校改善後の自立発展性など「実践に対する教育開発」に注目、国際教育協力に対する示唆を導出する、というものである。計画初年度における実績として、6ー1月にかけ、本科研日本側メンバーと現地協力者とによる、各国での学校改善実践に関する現地調査を行った。分担者である日下部達哉(広島大学)がベトナムとエチオピア、小澤大成(鳴門教育大学)がウガンダ、協力者である大場麻代(大阪大学)がケニア、西向堅香子(広島大学)がガーナ、栗村法身(広島大学)がタイへ赴き、現地協力者と共にフィールドワークを行った。1月に、各国の学校改善課題の記述研究、現状把握および比較の基礎として全体像把握のための全体研究会を広島大学で実施し、各研究者による各国別の中等学校改善実践の研究発表、比較検討をもとに仮説生成第一段階を開始した。本研究は、途上国の前期中等教育における学校改善実践に関する国際比較研究であり、研究目的を以下の2点として研究を推進してきた。1近年、初等・基礎教育の量的拡大を遂げたアジア・アフリカ諸国では、前期中等教育就学率が急激に伸びた国々がある一方で、期待するように伸びていない国々も多い。そこで各国における前期中等学校が、施設拡充、授業改善、教育内容改善、就学促進などについていかに学校改善実践を行っているのか、都市と農村に分けて現地調査を実施及び分析し、改善促進要因を明らかにする。2収集された各国の実践を国際比較分析し、途上国の学校改善実践を類型化する。さらに学校改善後の自立発展性など「実践に対する教育開発」に注目、国際教育協力に対する示唆を導出する。平成26年度は、計画の2年度目にあたり、ベトナム、タイ、ケニア、ウガンダ、マラウィに研究分担者、連携研究者、研究協力者を派遣、各国における地域の学校改善実践の研究を推進してきた。また、広島において、教育開発の有識者に知見を求めるべく、東京大学、名古屋大学、国際基督教大学、JICAなどの協力を得て、教育開発情報収集の会合を開催した。今年度までの研究業績は、次年度に教育開発分野において唯一の査読誌である『国際教育協力論集』18号1巻の特集「途上国における学校改善実践」に結実することとなっている。計4年間の研究計画のうち3年目にあたる平成27年度は、代表者である吉田、研究分担者である日下部達哉(広島大学)、研究協力者である大塲麻代(大阪大学)、西向堅香子(広島女学院大学非常勤)によって、米国、カナダに母体がある比較国際教育学会(CIES)(バンクーバー)の第50回大会において、これまでの成果をふまえた形で、「途上国の中等教育制度拡充の中で達成されたこと、達成されてないこと」、さらに「達成されていない部分でいかに現場レベルで改善実践を行っているか」について発表した。さらに世界の関連研究者とも本研究課題についての対話をはかった。これにより、「計画としての教育開発」が何を達成し、何を課題として残したか検討した。これら国際学会発表の成果に加えて、27年度は、国内の教育開発分野では唯一の査読誌である『国際教育協力論集』第17号において、「途上国の前期中等教育における学校改善実践に関する国際比較研究I」の特集を組んだ。誌上では、研究の概観、小澤大成(鳴門教育大学)によるウガンダの事例研究、大塲によるケニアの事例研究、日下部、グエン・チー・タン(ベトナム国家大学ハノイ校)によるベトナムの事例研究、西向、クリストファー・ヨウ・キー(ケープコースト大学)によるガーナの事例研究が掲載され、最終年度に予定する国際比較研究のための基礎データが掲載された。最終年度である28年度には、エチオピア、カンボジア、マラウィ、インドネシアの研究、及び、集大成として計8か国の国際比較研究が同誌上で掲載される予定である。学会発表のみならず、本研究における事例対象国・地域8か国のうち、4か国について、国内査読誌上での特集が組まれるなど、研究成果が既に論文として結実している。これにより、最終年度である28年度には、さらに発展的な国際研究会議が開催できる見通しが立った。これらの理由により、当初の計画以上に進展していると判断できる。本研究の最終年度である平成28年度は、研究成果の発表について担当研究者の必要に応じて予算執行を行い、また、ユネスコ、世界銀行などの国際機関にも調査に赴き、国際教育政策担当者との面談調査、調査結果に関する討議なども行うこととした。

平成28年8月22-26日に中国、北京で開催された世界比較教育学会において、ケニアの研究担当者である大塲麻代(帝京大学)、フランシス・マレンヤ・リコエ(ケニヤッタ大学)が、本研究の成果を発表した。また、ベトナムの担当研究者である日下部達哉(広島大学)が、ベトナムにおける中等教育学校改善実践の研究成果を、2016年12月に、第三回国際ベトナム学会(ICVS:International Confrence on Vietnamese Studies)で招待講演者として講演した。また、ユネスコや世界銀行への調査のために渡航することはなかったものの、上記学会期間中、あるいはその他の研究会等において、国際機関のスタッフに積極的に本科研のコンセプトを共有し、面談調査を実施、議論を行った。最終的に、国内唯一の教育開発分野における査読誌である『国際教育協力論集』19巻第1号において特集「途上国の前期中等教育における学校改善実践II」を組み、前巻と合わせて10本の論文を出版し、本科研の報告書とした。その中で、明らかになったことは、まず、途上国の前期中等教育の質保証には、学校はむろんのこと、多くの他のアクター(地域、保護者、政府、地方政府等)が関わっており、かつ、教室の内部だけで完結しているものではなく、小さな改革の積み重ねであることが明らかとなった。次に、多くの学校改善実践は、それがゆえに脆弱であり、エチオピアで見られたように、個人指導プロジェクトによってせっかく成績が上がっても、教員の負担の偏りなどが原因で中止を余儀なくされた事例もあった。発展途上諸国では、1990年からの万人のための教育政策以降、前期中等教育における量的改善による、実践レベルでの教育の質低下が現れ始めているが、本研究では、こうした質の低下防止への貢献ができるように、前期中等学校の現場レベルの実践に着目、既に行われている学校改善実践の実態にアプローチ、それらを掘り起こし、国際比較する研究を行った。アジア・アフリカ6か国のフィールドワークに基づく結果の国際比較分析といった研究結果から、現状では負担が偏っている各ステークホルダーの役割明確化によって、学校改善に関する情報共有や、タスク管理等ができる知見循環システムの構築が不可欠であるといった政策的示唆を得た。本研究は、二年度目において既に各国地域の学校改善実践事例を収集するため、ベトナム、タイ、ケニア、ウガンダ、マラウィ、エチオピアに研究者を派遣して、情報集積を進めてきた。今年度までの研究業績は、教育開発分野において唯一の査読誌である『国際教育協力論集』18号1巻の特集「途上国における学校改善実践」に結実することとなっており、研究期間の半分を過ぎた時点で、各国の事例研究を終え、残すは比較分析のみとなっている。これは、当初の想定を超えた進捗であり、当初の計画以上に進展しているといえる。研究内容としては、学校改善のための実践が、学校単位のみならず、地域単位でも展開されているが、本研究が明らかにしたところでは、教育政策と学校現場の呼応関係が、アフリカでは希薄で、アジア、特にベトナムでは濃厚であることが明らかとなっている。
ヒト1番染色体p36領域における神経芽腫関連がん抑制遺伝子の探索

ヒト1番染色体短腕p36領域には、神経芽腫をはじめ様々な腫瘍において染色体欠失が高頻度に見つかることから、がん抑制遺伝子の存在が示唆されている。我々は神経芽腫細胞株のひとつに1p36領域における約500kbのホモ欠失を同定し、そこに存在する遺伝子の同定とその詳細な解析を行ってきた。今年度は以下の解析を行った。1)ホモ欠失領域の6つの遺伝子についての神経芽腫におけるエピジェネティックな遺伝子発現変化の有無の検討RT-PCR-SSCPによる変異検索の結果、6つの遺伝子内の神経芽腫検体における塩基置換の頻度は低かった。しかし、半定量RT-PCRによる発現解析により、予後不良の神経芽腫の検体群において、少なくともこれらのうち3つの遺伝子の発現が予後良好な検体群と比較して1/3以下に低下していたことから、この領域のメチル化による遺伝子発現抑制が起っているかどうかを検討した。まず8種類の神経芽腫細胞株に5-azadimethylcytocineによる処理を行い、処理前と処理後の細胞株からRNAを調製し、5つの遺伝子についてこれを鋳型とした半定量RT-PCRを行った。いずれの細胞株においても遺伝子の発現が見られたため、完全なメチル化は受けていないことがわかったが、その中でも処理前後で若干発現の変化がみられた1つの遺伝子について、さらにプロモーター領域の同定が必要と考えられた。また、この遺伝子はスプライシングの違いによる少なくとも4種類の異なるフォームがあり、それらが組織特異性をもつことが示唆されたため、その詳細な解析を引き続き行っている。2)ホモ欠失領域のマウスにおけるシンテニー領域のクローニングとそのゲノムシーケンシングホモ欠失領域の遺伝子群のマウスのホモログをESTデータベースから検索し、4つのマウスBACクローンを単離した。そのうち3クローンについて約660kbのゲノムシーケンシングを終了した。シーケンシングは理研ゲノムセンター・服部正平博士らのグループ、東大医科研ヒトゲノム解析センター・榊佳之教授らのグループとの共同により行った。上記の遺伝子の5つについてそれぞれcDNAのエキソンマッピングを行い、その遺伝子構造を明らかにした。さらに多数のスプライシングフォームを持つ残り1つについては、今後ヒトとマウスとの比較によるプロモーター部位を含めた詳細な解析を行う予定である。小児の腹部腫瘍である神経芽腫の関連遺伝子がヒト1p36領域に存在するといわれている。我々は2種類の神経芽腫細胞株において、1P36のD1S244周辺領域におけるホモ欠失を同定した。欠失領域をカバーする約800kbのPACコンティグを作製し、この領域の遺伝子の同定と、それぞれのがん抑制遺伝子としての可能性についての検討を進めている。本年度は以下の解析を行った。1)ホモ欠失領域をカバーする5つのPACクローンのゲノムシーケンシングを行った(理研ゲノムセンター・服部正平博士らのグループ、東大医科研ヒトゲノム解析センター・榊佳之教授らのグループとの共同による)。全長は約500kbであり、現在約85%以上のシーケンスが判明している。このシーケンスを用いて、ブラスト検索等により現在までにこの領域から6つの遺伝子を同定した。これらの遺伝子にはアポトーシスや、ユビキチンープロテアソーム系に関連するものが含まれていた。うち2つについてはデータベース内に部分配列しかなかったため、全長クローニングを行った。またGrail、GENSCAN等による遺伝子予測を行い、計130のEST断片を同定し、さらに遺伝子を検索している。2)がん抑制遺伝子としての可能性についての検討上記の6つの遺伝子について神経芽腫におけるがん抑制遺伝子としての可能性について検討した。まず神経芽腫サンプルを用いた遺伝子変異検索をRT-PCR-SSCP法にて行った。塩基置換が数ヵ所みられたが、その頻度は低かった。さらに各遺伝子の神経芽腫での発現を見るため、各種神経芽腫細胞株および患者サンプルのRNAを用いたRT-PCRを行った。この時、比較すべき正常組織が入手困難なためN-myc増幅を伴わない予後良好タイプの神経芽腫と、N-mycが増幅した予後不良タイプの神経芽腫とで発現を半定量的に比較した。その結果少なくとも3つの遺伝子に関して予後不良群における発現が予後良好群に比較して1/3以下に低くなっていた。これら3つの遺伝子の発現の低下が、この領域のメチル化などの影響によるものかどうかについてさらに解析を進めている。3)ホモ欠失領域のマウスにおけるシンテニー領域をBACクローンにより単離するため、スクリーニングを開始した。

まず8種類の神経芽腫細胞株に5-azadimethylcytocineによる処理を行い、処理前と処理後の細胞株からRNAを調製し、5つの遺伝子についてこれを鋳型とした半定量RT-PCRを行った。いずれの細胞株においても遺伝子の発現が見られたため、完全なメチル化は受けていないことがわかったが、その中でも処理前後で若干発現の変化がみられた1つの遺伝子について、さらにプロモーター領域の同定が必要と考えられた。また、この遺伝子はスプライシングの違いによる少なくとも4種類の異なるフォームがあり、それらが組織特異性をもつことが示唆されたため、その詳細な解析を引き続き行っている。2)ホモ欠失領域のマウスにおけるシンテニー領域のクローニングとそのゲノムシーケンシングホモ欠失領域の遺伝子群のマウスのホモログをESTデータベースから検索し、4つのマウスBACクローンを単離した。そのうち3クローンについて約660kbのゲノムシーケンシングを終了した。シーケンシングは理研ゲノムセンター・服部正平博士らのグループ、東大医科研ヒトゲノム解析センター・榊佳之教授らのグループとの共同により行った。上記の遺伝子の5つについてそれぞれcDNAのエキソンマッピングを行い、その遺伝子構造を明らかにした。さらに多数のスプライシングフォームを持つ残り1つについては、今後ヒトとマウスとの比較によるプロモーター部位を含めた詳細な解析を行う予定である。ヒト1番染色体短腕p36領域には、神経芽腫をはじめ様々な腫瘍において染色体欠失が高頻度に見つかることから、がん抑制遺伝子の存在が示唆されている。我々は神経芽腫細胞株のひとつに1p36領域における約500kbのホモ欠失を同定し、そこに存在する遺伝子の同定とその詳細な解析を行ってきた。今年度は以下の解析を行った。1)ホモ欠失領域の6つの遺伝子についての神経芽腫におけるエピジェネティックな遺伝子発現変化の有無の検討RT-PCR-SSCPによる変異検索の結果、6つの遺伝子内の神経芽腫検体における塩基置換の頻度は低かった。しかし、半定量RT-PCRによる発現解析により、予後不良の神経芽腫の検体群において、少なくともこれらのうち3つの遺伝子の発現が予後良好な検体群と比較して1/3以下に低下していたことから、この領域のメチル化による遺伝子発現抑制が起っているかどうかを検討した。
糸状菌が生産する揮発性抗菌物質を活用した環境リスク菌類の制御技術の確立

食生活や住環境において、カビ毒生産菌やアレルゲンとして有害糸状菌が環境リスク上問題となり、これら有害菌類の制御技術が求められている。そのため、閉鎖空間等で有効な揮発性の新規抗菌物質を生産する糸状菌の選抜を行い、新規に4菌株の揮発物質生産菌を選抜した。それらのうち、別種と考えられる3菌株から生産される揮発成分を解析したところ、いずれの菌株からもテトラヒドロフランが検出された。これらの結果より、揮発物質を生産して抗菌作用を示す糸状菌が様々な分類群にわたる菌株で複数存在していることが明らかとなった。また、その抗菌作用にはフラン化合物が関与していることが、世界的に見ても初めて明らかになった。既に選抜されていたIrpex lacteus(Kyu-W63)の生産するフラン化合物の一種であるペンチルフルフラールはアレルゲンなどの原因菌の生育を抑え、徐放剤に吸着させることにより長期抗菌活性を維持することが可能であり、製品化のための施用法が示唆された。本課題「糸状菌が生産する揮発性抗菌物質を活用した環境リスク菌類の制御技術の確立」において、農産物の流通過程や食糧倉庫あるいは住環境等の閉鎖空間における有害菌類制御を目的として、新規に拮抗菌を選抜している。その結果、つくば市のコムギ葉から葉面糸状菌の分離を行い、トマト萎凋病菌Fusarium oxysporum f.sp.lycopersiciに拮抗能を持つ菌株の選抜を行い、数種の拮抗菌を選抜した。その内の菌株25-2-1は、トマト萎凋病菌の培地上における色素生産を強く抑制した。本菌は白色の菌糸体のみ形成し、形態的同定が困難であったため、rDNAのITS 1+5.8s、rDNA+ITS2領域をPCR法で増幅し、Dye Terminator法でダイレクトシークエンスを行い、BLAST検索を行った結果、本菌はサルノコシカケ科カワラタケ類のTrametes sp.と98%の相同性を示した。また、既に申請者が選択したI.lacteusの抗菌効果について、ヒトに有害なバイオハザードレベル2のPenicillium islandicumやAspergillus fumigatusの生育抑制試験を行い、その効果を確認した。さらに、静菌物質の生理活性部位を特定するため、全ゲノム配列が解明されている出芽酵母Saccharomyces cerevisiaeの遺伝子破壊株を用いた解析を行い、一例としてはメッセンジャーRNAのスプライシングに関する遺伝子欠損株はKyu-W63に対する抗菌作用に感受性が高いことを明らかにした。その結果、つくば市のオオムギ葉から葉面糸状菌の分離を行い、数種の拮抗菌を選抜した。また、既に申請者が選択した抗菌活性のある担子菌Irpex lacteusが生産する抗菌物質であるペンチルフルフラールと基本骨格が共通の類縁体2種の抗菌効果について、ヒトに有害なバイオハザードレベル2のPenicillium islandicumやAspergillus fumigatusおよび植物病原菌のGlomerella cingulataやFusarium oxcysporum f.sp.lycopersiciの生育抑制試験を行ったところ、強い抗菌活性が認められた。さらに、環境リスク菌の制御技術開発の実用性の確認のためペンチルフルフラールおよび2種類の類縁体をアクリル酸重合体樹脂に吸着させ、容器内に保持し徐放性を確認したところ、約14日にわたり室内アレルゲンの原因となるCladosporium属菌やAlternaria属菌の生育抑制効果が認められた。同時に容器内のヘッドスペースからガスクロマト装置で抗菌成分のフルフラールの検出を試みたところ、3種類の物質ともに大気雰囲気中への放出が確認された。その結果、つくば市のコムギ葉から葉面糸状菌の分離を行い、トマト萎凋病菌Fusarimu oxysporum f.sp.lycopersiciに拮抗能を持つ菌株の選抜を行い、拮抗菌を選抜した。選抜された菌株25-2-1は、トマト萎凋病菌の培地上における生育と色素生産を強く抑制した。

本菌は白色の菌糸体のみ形成し、形態的同定が困難であったため、rDNAのITS1+5.8s、rDNA+ITS2領域をPCR法で増幅し、Dye Terminator法でダイレクトシークエンスを行い、BLAST検索を行った結果、本菌はサルノコシカケ科カワラタケ類のTrametes sp.と98%の相同性を示した。同様に選抜された3菌株(B-12-1、B1-2-1およびWH1-2-1)は室内汚染菌のCladoaporium cladosporioidesやAlrernaria alternataの生育を抑制した。これら3菌株も培地上に胞子を形成しなかったっため、rDNAのITS領域で遺伝子解析したところ、B-12-1およびB1-2-1お互いに近縁で、Nectria属との関連が示唆された。WH1-2-1はPeniophora属菌(コウヤクタケ)に近縁であることが示唆された。3菌株の揮発物質をGC-MSで解析したところ、3菌株共にフラン化合物の一種が共通して検出された。本結果は、Kyu-W63も含めて、糸状菌の揮発性抗菌活性には、フラン化合物が大きく関与している可能性が明らかにされた。
インクジェットとTetra-PEGゲルで実現する「細胞の3Dプリンター」の研究

現行の細胞培養は、専ら細胞浮遊液中での培養かシャーレ内での2次元培養に限られている。しかし、組織は3次元の構造体であり、組織の培養には3次元培養技術の確立が必須である。本研究では我々が開発した2液混合型のゲル化素材をインクジェットで吐出混合して瞬時にゲルを形成する技術を活用する事で、自由に設計した形の細胞塊を製作する。本研究では3本のインクジェットヘッドを搭載し自動XYZステージを備えた装置を開発してこれまでに血管様の形状や弁様の立体の印刷を行う事に成功している。これにより生きた細胞を含んだ立体的な培養場を数ミリメートルの分解能で印刷できる事を示した。しかし、生体内の臓器は3次元の構造体であり、臓器の培養には3次元培養技術の確立が必須である。臓器培養を目的として、これまでにも複数の細胞シートを蓄積する手法や生分解性の培養場に細胞をしみ込ませる方法などが考案されてきたが、形成物の大きさや形状、扱える細胞の種類が限られており、あらゆる細胞を任意の形状で培養する手法はまだ存在していない。本研究では我々が最近開発した、2液混合型のゲル化素材をインクジェットで吐出混合して瞬時にゲルを形成する技術を活用する事で、細胞の種類を問わずに自由に設計した形状の細胞塊を作製する技術の開発を行う。平成27年度は、本研究に必須である細胞用3Dプリンター装置を作製した。本装置は3本のインクジェットヘッドを搭載し、自動XYZステージにより試料位置を動かす事が可能である。本装置を用いてこれまでに血管様の形状や弁様の立体の印刷を行う事に成功している。また、本装置で細胞を死なせずに扱うためには短時間で印刷を完了する必要があるが、専用の制御回路を開発し自動XYZステージ及びインクジェットを高速に制御する事を可能にした。そして、本装置を用いて細胞を含んだゲルの印刷を行い、Calcium AMおよびPropodium Iodide (PI)染色を行った細胞を共焦点顕微鏡を用いて生存率の観察をしており良好な状態で印刷できる事を確認した。また、ゲルの一部に生分解性のペプチドの追加と接着因子を付加したゲルを新たに作製し、細胞がより活性をもって印刷物中で培養出来る状態にした。本研究に必要な細胞用3Dプリンター装置が実験可能な状態まで開発が進んでおり、すでに複数種類の印刷物を作製している。また、細胞を含んだ状態での印刷も行い、生存率も良好な事まで確認している。さらに細胞の培養により適したゲルも作製した。臓器培養を目的として、これまでにも複数の細胞シートを築層する手法や生分解性の培養場に細胞を染み込ませる方法などが考案されてきたが、形成物の大きさや形状、扱える細胞の種類が限られており、あらゆる細胞を任意の形状で培養する手法はまだ存在していない。本研究では我々が最近開発した、2液混合型のゲル化素材をインクジェットで吐出混合して瞬時にゲルを形成する技術を活用する事で、細胞の種類を問わずに自由に設計した形状の細胞塊を製作する技術の開発を行う。これまでに本研究に必須である細胞用3Dプリンター装置を作製した。また、本装置は細胞を死なせずに扱うためには短時間で印刷を完了する必要があるが、専用の制御回路を開発し自動XYZステージ及びインクジェットを高速で制御する事を可能にした。そして、本装置を用いて細胞を含んだゲルの印刷を行い、Calcium AMおよびPropodium Iodide(PI)染色を行った細胞を共焦点顕微鏡を用いて生存率の観察をしており、良好な状態で印刷できる事を確認した。また、ゲルの一部に生分解性のペプチドの付加と接着因子の付加したゲルを新たに作製し、細胞がより活性をもって印刷物中で培養出来る状態にした。現在までに本研究で製作した装置を用いて血管様の形状や弁様の立体の印刷を行う事に成功している。しかし、印刷時の液滴の大きさに比べて印刷物の分解能は1mm程度であり改善の余地があり対策を講じている。印刷には、混合する事で瞬時にゲル化する2溶液性のゲルを利用しているが、液滴の着地位置からずれてゲル化する事がある。これは液滴の表面張力で周りのゲルに引き寄せられて液滴が移動するためだと考えられる。この位置のズレは顕微鏡カメラで撮影した画像を元に印刷物の立体形状をソフトウエアで認識し、補正を行う予定であった。しかし、透明なゲルの形状を認識する事が当初想定していたよりも難しく、進捗に遅れが出ている。

臓器培養を目的として、これまでにも複数の細胞シートを築層する手法や生分解性の培養場に細胞を染み込ませる方法などが考案されてきたが、形成物の大きさや形状、扱える細胞の種類が限られており、あらゆる細胞を任意の形状で培養する手法はまだ存在していない。本研究では我々が最近開発した、2液混合型のゲル化素材をインクジェットで吐出混合して瞬時にゲルを形成する技術を活用する事で、細胞の種類を問わずに自由に設計した形状の細胞塊を製作する技術の開発を行う。本研究では細胞用3Dプリンター装置を作製した。本装置は3本のインクジェットヘッドを搭載し、自動XYZステージにより試料位置を移動する事が可能である。本装置を用いてこれまでに血管様の形状や弁様の立体の印刷を行う事に成功している。また、本装置は細胞を死なせずに扱うためには短時間で印刷を完了する必要があるが、専用の制御回路を開発し自動XYZステージ及びインクジェットを高速で制御する事を可能にした。そして、本装置を用いて細胞を含んだゲルの印刷を行い、Calcium AMおよびPropodium Iodide(PI)染色を行った細胞を共焦点顕微鏡を用いて生存率の観察をしており、良好な状態で印刷できる事を確認した。また、ゲルの一部に生分解性のペプチドの付加と接着因子の付加したゲルを新たに作製し印刷物中で培養出来る状態にした。これにより生きた細胞を含んだ立体的な培養場をミリメートルの分解能で印刷できる事を示した。現行の細胞培養は、専ら細胞浮遊液中での培養かシャーレ内での2次元培養に限られている。しかし、組織は3次元の構造体であり、組織の培養には3次元培養技術の確立が必須である。本研究では我々が開発した2液混合型のゲル化素材をインクジェットで吐出混合して瞬時にゲルを形成する技術を活用する事で、自由に設計した形の細胞塊を製作する。本研究では3本のインクジェットヘッドを搭載し自動XYZステージを備えた装置を開発してこれまでに血管様の形状や弁様の立体の印刷を行う事に成功している。これにより生きた細胞を含んだ立体的な培養場を数ミリメートルの分解能で印刷できる事を示した。これまでに細胞を含んだ小さな印刷物の作製まで行えており、今後はより体積がある印刷物の作製を行う。体積のある印刷を行うには表面張力等による形状の誤差の蓄積を修正する必要があるが、現在開発中の形状認識ソフトウェアにより対応する予定である。また、印刷物の奥にある細胞が死滅しないためには栄養や酸素を届ける流路(血管)を張り巡らせる必要があり、培養に適した流路の形状の検討を行う。長期培養を行い、細胞密度が増した状態でも培養を行える技術の確立を目指す。印刷時にズレるゲルの形状を補正するためにゲルの形状認識をソフトウェアの開発に注力する。透明なゲルは画像認識で必要な特徴点が乏しく、特徴点を元にした立体の認識を行うことが難しい。そのため特徴点に代わる立体の認識指標を用いる必要がある。今後は画像のより広い領域の情報を総合的に判断して処理を行う。例えばゲルの凹み部分には大きな影が出来るが、この様な影の情報を元に形状の判断を行い、精度のよいゲルの形状認識ソフトウェアを開発する。そして開発したソフトウェアを元にゲル形状の補正を試みる。X線構造解析設備備品費の購入について検討し、節約に努めた結果、39万円程の使用残高が生じた。徹底した節約に取り組んだ結果、使用計画より少ない使用額で研究を進められたため。平成28年度に実施予定である細胞培養のための試薬類の購入に充てる。論文出費及び打ち合わせのための出張費に利用する。
量子ホール系カイラルエッジ状態の空間分解分光研究

従来の走査型近接場光学顕微鏡では、通常の光ファイバーを使うことによる円偏光の乱れ、近接場プローブのわずかな引っぱり歪みやねじれによって、円偏光が不規則な向きに乱されていた。そこで、本研究では集束イオンビームを用いて先端部と開口部の形状が軸対称に近い近接場プローブを開発した。さらにベレク補償子を用いて外部から光の偏光状態を補正する独自の手法を開発し、近接場プローブから出射される光の偏光状態を制御した。これらの手法により円偏光を近接場プローブから出射することに成功した。この円偏光走査型近接場光学顕微鏡を希釈冷凍機中に設置し、極低温・強磁場下において、GaAs/AlGaAs高移動度ヘテロ接合構造試料を局所光励起し、試料の電極間に生じるホール電圧を空間マッピングして調べた。その結果、ナノメートルスケールの領域へスピン偏極した電子を光学的に注入にすることが可能であることを実証した。さらに強磁場中でヘテロ接合構造試料中に生じる量子ホールカイラル端状態にスピン分裂した非圧縮性液体領域があることを初めて実空間で観察することに成功した。この空間マッピング測定によって得られた試料の電極間に生じるホール電圧の符号と大きさの位置依存性は局所スピン密度汎関数法に基づく計算によって説明され、最も内側の非圧縮性液体状態のスピン状態が大きな役割を果たしていることが示された。本研究で得られた成果は、例えば、消費電力を極限まで低減させるとされるスピントロニクス素子、トポロジカル素子の開発や、光学活性をもつ生体分子の研究の進展に貢献するものと期待される。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、近接場走査型光学顕微鏡を用いてスピン分裂したカイラルエッジ状態の空間分布測定とスピン注入を行い、時間反転対称性の破れたカイラルエッジ状態の理解を極め、新規な量子現象を開拓することである。トポロジカルな性質の立証には空間的な位相関係の解明が不可欠であるがそのような研究例は少なかった。本年度は、希釈冷凍機温度中での近接場光学顕微鏡を用いて光起電圧の空間分布を調べた。また、円偏光照射のための近接場光学プローブの開発に着手した。カイラルエッジ状態を形成する試料として、実績のある高移動度半導体ヘテロ接合ホールバー構造を用いた。試料表面に100 nm以下の光スポットを照射し、シュブニコフ・ド・ハース振動にスピン分裂が観測されている3.5 Tまでの強磁場、希釈冷凍機温度において光起電圧の空間分布を測定した。その結果、電子占有数が奇数よりやや大きい場合に、交換相互作用に起因したg因子の増大によるスピン分裂したカイラルエッジ状態を観測することに世界に先駆けて初めて成功した。外部磁場の掃引に伴い、このカイラルエッジ状態は試料の端に近づくことが観測され、試料端に約300nmのところでg因子が減少することが観測された。さらに、円偏光照射のための近接場光学プローブの開発に成功し、実際に、出射された円偏光度の評価を行い、カイラルエッジ状態へのスピン注入に必要な性能を有することを確認した。また、層状半導体、p波超伝導体従来の走査型近接場光学顕微鏡では、通常の光ファイバーを使うことによる円偏光の乱れ、近接場プローブのわずかな引っぱり歪みやねじれによって、円偏光が不規則な向きに乱されていた。当初の研究計画にあった近接場プローブを用いたスピン注入手法の確立を行い、近接場走査型光学顕微鏡を用いて希釈冷凍機温度においてスピン分裂したカイラルエッジ状態の空間分布測定を実施し、交換相互作用に起因したg因子の増大に関わるスピン分裂したカイラルエッジ状態の空間分布の観測に成功した。さらに、近接場円偏光照射によるカイラルエッジ状態へのスピン流注入の実験を開始した。以上により、当初の計画以上に進展している。

本年度の成果を踏まえて、近接場円偏光照射によるカイラルエッジ状態へのスピン流注入、近接場円偏光照射によるカイラルp波超伝導体エッジ状態の探求を推進していく方策である。
脳神経特異的に発現されるヒト第21染色体上の遺伝子の探索

ヒト21番染色体にはダウン症候群に共通した精神遅滞、ミオクローヌスてんかん、そう鬱病など、脳神経作用に関連が深い疾患の原因遺伝子が存在すると推測されている。我々はこのような疾患遺伝子のクローニングを行なうための基盤材料として、21番染色体をソーティングによって純化し、そのDNAを材料にして33,000クローンからなるコスミドライブラリーを作成した。さらにフィルター当り1,536クローンをスポットした高密度レプリカ(HDR)フィルターを作成し、7枚一組(21番染色体DNAの6倍に相当)でハイブリダイゼ-シヨンによるスクリーニングを迅速・簡便にできるように工夫した。このHDRフィルターを用いて、いわゆるダウン症候群関連領域(DCR:D21S17-D21S55-ETS2)をカバーする10個のYACクローンDNAをプローブにスクリーニングした結果、この領域(約4Mb)に由来するコスミドクローンを約1,000個同定した。これらのコスミドクローンをYACクローンの重なりから、さらに19のサブ領域に分類した。すなわち平均200kbの間隔に50個づつのコスミドクローンを収集した。これらのサブ領域に特異的なコスミド群からDNAを精製し、エキソントラッピングベクターpSPL3を用いて未知遺伝子の系統的な探索を行なった。現在までに150種類以上のエキソンを単離し塩基配列を決定した。データベースによるホモロジー探索の結果、ほとんどは未知の塩基配列(すなわち新しい遺伝子の断片)であったが、興味深いことに、ショウジョウバエの中枢神経系の発生に重要な機能を果たす遺伝子simと高いホモロジーを示すエキソンが5個含まれていた。このsim遺伝子は、ダウン症に共通する精神遅滞との関連で注目されるばかりでなく、ヒトの中枢神経系の発生過程における役割が期待されるので、マウスの系で発生生物学的な解析を進めている。さらに、多数の未知のエキソンについては脳神経特異的に発現するものをスクリーニングしつつある。
ミトコンドリア機能亢進マウスを用いた癌の進展における代謝の役割に関する研究

癌の進行における代謝の役割を調べるために白血病マウスとミトコンドリア機能亢進マウスを用いて解析した。その結果、生後160日までにリンパ腫で死亡するマウスが、ミトコンドリア機能の亢進により延命することが確認された。この鍵となる蛋白質は、核、ミトコンドリア、ゴルジ体、小胞体、ペルオキシソーム、エンドソーム、いずれの小器官とも異なる細胞質中で点状に存在した。またこの細胞の遺伝子発現分析から、いくつかの転写因子が支配的に働くことが判明した。さらにこの細胞で蛋白質合成が上昇していたことから生体における影響を調べたところ、ミトコンドリアの機能亢進により蛋白質合成率が上昇していることを示唆する結果を得た。平成26年度はまずカナダの研究機関所属中に作成したミトコンドリアの機能亢進を呈するトランスジェニックマウスを移送することから着手した。作製した系統の中から代表的なものを絞り込み、必要な頭数を揃えた後、トロント大学の研究施設から輸送業者を介して本学動物実験施設に搬送した。施設による検疫を経て、新たに購入した野生型マウスと交配することで系統の維持を開始した。産仔の尻尾の先端からゲノムDNAを回収し、1組の合成プライマーを用いてPCRを行い、遺伝子型を判定した。目的とするトランスジーンを有する個体を確認した後、系統維持のために野生型マウスとの交配を続ける一方、系統の保存のために一部の個体を精子保存作業に用いた。さらに、人為的にリンパ腫を誘導するために条件付きで癌抑制遺伝子Ptenをリンパ球特異的にノックアウトできるモデルマウスとの交配を行い、解析に用いるマウスの準備を始めた。これにより得られた産仔についてもPCRによる遺伝子型の判定し、実験群と対照群に分けて解析を行っている。これらマウスの準備と並行して、培養細胞を用いた実験系の立ち上げを行った。まずミトコンドリア機能亢進の鍵となるトランスジーン産物を識別するために抗体または蛍光タンパク質タグを付加した人工タンパク質を発現するプラスミドを構築した。このプラスミドを用いて培養細胞を形質転換することにより、人工タンパク質を安定に強制発現する細胞株を樹立した。蛍光タンパク質タグを付加した人工タンパク質を発現する細胞に、様々な細胞内小器官で別の蛍光タンパク質を発現するプラスミドを一過性に発現させ、トランスジーン産物の細胞内局在を観察するなどの実験を行っている。平成27年度は、まずミトコンドリアの機能亢進を呈するトランスジェニックマウスと、人為的にリンパ腫を誘導するために条件付きで癌抑制遺伝子Ptenをリンパ球特異的にノックアウトできるモデルマウスとの交配を行い、得られた産仔についてPCRによる遺伝子型を判定し、実験群と対照群に分類した。Ptenノックアウトマウスではこれまでの報告通り生後約90日から160日までにリンパ腫によって死亡するが、ミトコンドリア機能を亢進させると延命効果があることが確認された。これらマウスの観察を進める一方、前年度に樹立したミトコンドリア機能亢進の鍵となるトランスジーン産物に緑色蛍光タンパク質(GFP)を付加した人工タンパク質を安定発現する細胞株を用いて実験を行った。まず、様々な細胞内小器官マーカーと赤色蛍光タンパク質(DsRed2)との融合タンパク質を発現するプラスミドを構築し上記細胞株に導入することにより、トランスジーン産物がいずれかの細胞内小器官に局在するかどうかをGFPとDsRed2に由来する蛍光の重なりを検出することで解析した。核、ミトコンドリア、ゴルジ体、小胞体、ペルオキシソーム、エンドソームへの局在を調べたが、いずれの小器官とも重ならない細胞質中で点状に存在することが分かった。さらに、これら細胞株における遺伝子発現の変動を分析することにより、いくつかの転写因子が支配的な働きを担っていることが明らかになった。またこれら細胞を用いた解析により、トランスジーンの発現がタンパク質の合成効率を上昇させていることが判明した。この事実を受け、上記マウスにピューロマイシンを静注して一定時間置いた後に白血球に取り込まれたピューロマイシンを定量することでin vivoにおけるタンパク質合成率を検定した。その結果、ミトコンドリアの機能亢進マウスでタンパク質合成効率が上昇していることを示唆する結果を得た。当初はトランスジェニックマウスの移送は夏までに終える予定であったが、必要な頭数を複数の系統で同時に揃えることが困難であったことと、海外の研究機関からの実験動物の受け入れ手続きに時間がかかったこと、さらに受け入れたマウスの一部に寄生虫感染が発見されたため検疫が予定外に長引いたことで実験の開始が遅くなった。一方で、補完的に開始した安定形質転換細胞株の樹立に成功したことで、新たな解析システムを開発することができたことは今後の研究の発展に大きなプラスになったと考えられる。

分子細胞生物学上述の通り実験用マウスの準備に時間を要したが、現時点では全ての系統のマウスを安定に供給するシステムが出来上がっている。今後は、白血病モデルマウスと交配した系統を増やし、タンパク質合成効率をin vivoで測定する実験等を行い、ミトコンドリア機能亢進によるタンパク質合成や代謝能の変化が癌の進展に与える影響を見極める。また同時に安定形質転換細胞株を用いての補完的な解析や、in vitroにおける実験の長所を活かした蛍光タンパク分子マーカーによる細胞周期の比較観察などを行うことにより、マウスで観察されている腫瘍抑制の分子機構を調べていく。
成体中枢神経幹細胞における糖鎖分子の機能解析

我々は、本年度、Galectin-1が成体の神経幹細胞の増殖を制御することを明らかにした(Sakaguchi et al.,PNAS,2006)。また、本知見を利用して実際に脳梗塞モデル動物においてGalectin-1を治療方法として利用できる事を証明した(論文投稿中)。しかしながら、その作用メカニズムに関しては不明な点が残った。そこで、Galectin-1の結合する分子を明らかにするために、神経幹細胞およびその周囲組織でGalectin-1と結合する分子を探索した。その過程で、Galectin-1がbeta1IntegrinおよびATPIa3という分子に結合する可能性が示唆された。すなわち、Galectin-1リコンビナントタンパク質をカラムに固定化し、神経幹細胞とその周囲組織の破砕物をカラムに反応させることで、Galectni-1と結合する分子を分離・濃縮した。結果的に、beta1IntegrinおよびATP1a3という分子に結合する可能性が示唆された。次に、それらの分子の発現パターンについて詳細な解析を行った。beta1Ingetginは神経幹細胞および神経前駆細胞の一部に、Atp1a3は脳室上衣細胞に発現していた(投稿準備中)。本研究は、これまで不明であった神経幹細胞周囲組織(ニッチ)において神経幹細胞の増殖を制御する分子の機能解明に貢献するという点で重要と考えられる。また、成体の神経幹細胞は、側脳室周囲と海馬の2つの場所に存在しているが、今回我々は新たに、海馬の神経幹細胞においてもGalectin-1の機能的重要性を示唆するデータを得た。海馬は記憶・学習において重要な臓器である。今後、本研究を推進することで、成体海馬の神経新生の分子メカニズムについて、新たな一面を明らかにできる可能性がある。