hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヤン・バクスター方程式の楕円函数解に付随する代数的構造

本研究者はBelavin解から定義される量子群の表現の構成など、未だ理論が整備されたとはいえない状況にあるYang-Baxter方程式の楕円函数解について、主として表現理論的立場の研究を行なっている。本年度の研究の第1は、以前に得ていた差分作用素による表現を一般のA型以外の場合に拡張することであった。このため各場合の格子模型のボルツマン荷重の表式から試行錯誤を行っており、成果は発表するまでに至らなかったが、現在も研究が進行中である。第2は、A型の場合に戻り、表現から得られる可換差分系の固有関数を求めようとするものである。楕円的方程式系の場合には、三角函数を系数とするマクドナルド方程式系の場合と異なり、系の作用素の三角化可能性が明らかではない。これはテ-タ函数の空間への作用の様子を計算してみることからわかった。1変数のときだけは、固有関数(差分Lame函数)はその零点がわかれば固有関数がわかったことになるが、その零点はベ-テ方程式とほとんど同じ形の方程式系を満たすべきであるという結論も得られる(これについてはFelder-Varchenkoが先に発表した)。しかしこれは1変数の特殊性というべきである。これは多変数函数を一般には単純な積に分解する原理がないこと及び、BelavinのR行列が面模型のボルツマン荷重とは違いrankについて安定な行列要素をもたないためである。そこで固有関数とその性質については残された課題である。
NMRを用いた生体機能分子-標的蛋白質複合体の相互作用解析法の開発

既存の分子を超える高機能性分子を設計するためには、リガンド分子が標的蛋白質のどの部位と相互作用しているかを、原子レベルで理解する必要がある。本研究は、蛋白質上のリガンド結合部位を原子レベルにおいて同定することを目的として、常磁性分子が蛋白質表面の13C核に対して誘起する常磁性シフトを利用した、新規NMR相互作用解析法の開発を行った。本年度は、常磁性シフトを利用した相互作用界面決定法の適用範囲の拡張について検討を行った。(1)相互作用系の親和性(親和性の弱い複合体についても相互作用界面を決定できるか?)単独状態のubiquitinと、YUH(wt)結合状態のubiquitin(結合定数1.3×10e5 M-1)のそれぞれに対してTEMPOLを添加し、YUH(wt)結合に伴う常磁性シフトの変化を測定した。この結果、ubiquitinのT7-Cb,Cg,T9-Cg,I44-Cg2,Cd,V70-Cb,Cg1,Cg2,L71-Cb,Cd1,L73-Cd1について、YUH(wt)結合に伴う0.05ppm以上の常磁性シフトの減少が観測された。これらの原子の分布域は、ubiquitin-YUH(C90S)(結合定数2.2×10e7M-1)の常磁性シフト解析において検出された相互作用界面原子の分布域と一致していた。以上より、常磁性シフトを利用した相互作用界面決定法が、NMRの時間領域において速い交換状態である、結合定数として10e5[M-1]程度の親和性の相互作用系に対して適用可能であると結論した。(2)相互作用系の分子量(膜蛋白質などの巨大分子についても相互作用界面を決定できるか?)(坂倉)カリウムチャネルであるKcsA(みかけの分子量>100KDa)に対して安定同位体標識を導入し、一連の3重共鳴測定を行うことにより、KcsAの主鎖NHに由来するシグナルの帰属を試みた。また、Kayらによって開発された手法(Tugarinov and Kay,2005)を用いることによりメチル基に対して選択的に安定同位体標識を行い、KcsAのメチル基に由来するシグナルを高感度に観測することに成功した。常磁性分子が蛋白質表面の^<13>C核に対して誘起する常磁性シフトを利用して、蛋白質上の低分子リガンド結合部位を決定する手法の開発を試みた。・^<13>C核に対する常磁性シフトを測定するためのNMR測定法の確立:^<13>C化学シフトを直接的に観測する、^<13>C直接観測型実験を行う過程において、Jccの存在により誘起されるシグナルの分裂、長い^<13>Cの縦緩和時間に由来する緩和のための待ち時間の増大を克服するための検討を行った。・解析対象蛋白質の側鎖^<13>C由来NMRシグナルの帰属:解析対象蛋白質である抗体のFvフラグメント、マクロファージレクチンの^<13>C由来シグナルの帰属を行った。・各アミノ酸に対する常磁性物質の親和性の評価:20種類のアミノ酸のすべての^<13>C原子について、網羅的にTEMPOLにより誘起される常磁性シフトを測定し、データベースを構築した。・^<13>C核に対する常磁性シフトを利用した、蛋白質-低分子リガンド複合体界面決定手法の確立:マクロファージレクチン、マクロファージレクチンA鎖リガンド(Lewis^X)複合体のそれぞれについて常磁性シフトを測定し、複合体形成に伴う常磁性シフトの変化から結合界面を決定した。常磁性物質は緩和促進効果も誘起するため、充分な感度および分解能の常磁性シフトを観測するために、蛋白質溶液に添加する常磁性物質の濃度の最適化をおこなった。本解析の結果、主鎖アミド基を観測対象とする従来法(交差飽和法)では結合界面残基として同定することができなかったマクロファージレクチンのThr111のC^γが、Lewis^Xとの結合に関与していることが明らかとなった。また、本解析においては、安定同位体標識を一切行っていないサンプルを解析対象として用い、安定同位体標識を行うことが困難な相互作用系に対しても、本手法を適用することが可能であることを示した。

これらの原子の分布域は、ubiquitin-YUH(C90S)(結合定数2.2×10e7M-1)の常磁性シフト解析において検出された相互作用界面原子の分布域と一致していた。以上より、常磁性シフトを利用した相互作用界面決定法が、NMRの時間領域において速い交換状態である、結合定数として10e5[M-1]程度の親和性の相互作用系に対して適用可能であると結論した。(2)相互作用系の分子量(膜蛋白質などの巨大分子についても相互作用界面を決定できるか?)(坂倉)カリウムチャネルであるKcsA(みかけの分子量>100KDa)に対して安定同位体標識を導入し、一連の3重共鳴測定を行うことにより、KcsAの主鎖NHに由来するシグナルの帰属を試みた。また、Kayらによって開発された手法(Tugarinov and Kay,2005)を用いることによりメチル基に対して選択的に安定同位体標識を行い、KcsAのメチル基に由来するシグナルを高感度に観測することに成功した。
マルチキャリヤ変調を用いた室内高速無線通信用ディジタル変復調装置の開発

平成7年度においては,マルチキャリヤ変調信号の復号に必要となるシンボル同期および周波数同期方式の開発を新たに行い,同期推定誤差を最小化する最適同期推定方式を新たに提案した.本方式は、同期推定のための既知パイロット信号が不要であり,特にパケット型の伝送において効率的な動作が可能である.まず,計算機シミュレーションにより提案方式の同期推定特性を評価し,有効性を確認した.次に,マルチキャリヤ変復調装置の試作開発を行った.この試作装置は,中間周波数帯におけるマルチキャリヤ変調信号の生成および処理を行う送信部,平成6年度において検討した室内無線伝搬路のモデルに基づく伝搬路シミュレータおよび上記最適同期推定方式を適用したディジタル信号処理によるマルチキャリヤ変調受信部から構成されており,総合的な伝送特性の評価が可能な形となっている.試作装置では,動画像まで含むマルチメディア伝送への適用を考慮に入れて,約8Mbpsのディジタル伝送が室内無線伝搬路において可能となるようにパラメータの最適化を行っている.また,所要伝送速度の変動に対応するため,パケット伝送を適用した.試作したマルチキャリヤ変調装置の同期推定特性やビット誤り率特性などの伝送特性について評価を行った.その結果,提案した最適同期推定方式では非常に高速な同期確立が可能であることを示した.このことから,マルチキャリヤ変調信号を用いたパケット伝送が効率的に行うことができることを明らかにした.また,試作装置により理論限界値に近いビット誤り率特性による伝送が可能であった.これらのことから,総合的にマルチキャリヤ変調方式が良好に動作することを明らかにし,室内伝搬路における高速,マルチメディアディジタル伝送技術の一つとして有効であることを示した.平成7年度においては,マルチキャリヤ変調信号の復号に必要となるシンボル同期および周波数同期方式の開発を新たに行い,同期推定誤差を最小化する最適同期推定方式を新たに提案した.本方式は、同期推定のための既知パイロット信号が不要であり,特にパケット型の伝送において効率的な動作が可能である.まず,計算機シミュレーションにより提案方式の同期推定特性を評価し,有効性を確認した.次に,マルチキャリヤ変復調装置の試作開発を行った.この試作装置は,中間周波数帯におけるマルチキャリヤ変調信号の生成および処理を行う送信部,平成6年度において検討した室内無線伝搬路のモデルに基づく伝搬路シミュレータおよび上記最適同期推定方式を適用したディジタル信号処理によるマルチキャリヤ変調受信部から構成されており,総合的な伝送特性の評価が可能な形となっている.試作装置では,動画像まで含むマルチメディア伝送への適用を考慮に入れて,約8Mbpsのディジタル伝送が室内無線伝搬路において可能となるようにパラメータの最適化を行っている.また,所要伝送速度の変動に対応するため,パケット伝送を適用した.試作したマルチキャリヤ変調装置の同期推定特性やビット誤り率特性などの伝送特性について評価を行った.その結果,提案した最適同期推定方式では非常に高速な同期確立が可能であることを示した.このことから,マルチキャリヤ変調信号を用いたパケット伝送が効率的に行うことができることを明らかにした.また,試作装置により理論限界値に近いビット誤り率特性による伝送が可能であった.これらのことから,総合的にマルチキャリヤ変調方式が良好に動作することを明らかにし,室内伝搬路における高速,マルチメディアディジタル伝送技術の一つとして有効であることを示した.平成6年度においては,室内伝搬路モデルの確立と,室内高速ディジタル無線伝送用マルチキャリヤ変復調装置の設計・試作を行っている。まず,室内におけるマルチパス伝搬路の伝搬特性を明らかにするため,マルチパス波の各遅延波の遅延時間及び伝搬損失について計算機により数値解析を行い,明らかにした.この結果に基づき,室内無線伝搬路の統計的伝搬モデルを設定し,この伝搬路モデルをシミュレートする伝搬路シミュレータを本年度導入したワークステーション装置を用いて作成した.さらに,この伝搬路シミュレータを用いた計算機シミュレーションにより,マルチキャリヤ変調方式の室内無線伝搬路におけるビット誤り率特性を明らかにした.上記結果に基づき,室内無線伝搬路において最適となるマルチキャリヤ変調方式の各キャリヤ当たりの伝送速度を求めた.その結果,通常の1050m平方程度のオフィス環境下では,1キャリヤ当たり100kbps程度の伝送速度が適当であることを明らかにした.次に,ディジタル信号処理によりマルチキャリヤ変復調装置の設計を行った.設計に際し,復調部前段のアナログ-ディジタル変換部における変換誤差の伝送特性に与える影響について検討を行った,これらの検討は,伝送特性の検討と同様に,計算機シミュレータを用いて行った.その結果,アナログ-ディジタル変換部における変換誤差の伝送特性に与える影響は,変換部の量子化ビット数を8ビット程度にすることにより無視できることを明らかにした.さらに,変換誤差の影響を軽減するため,受信機利得制御装置の効果について検討を行った.その結果,マルチキャリヤ変調方式では,受信機利得制御装置はマルチパスフェージングによる受信電力の瞬時変動まで利得制御により補償する必要はなく,距離変動,シャドウイングによる緩やかな電力変動のみを補償すれば十分であることを明らかにした.平成7年度においては,マルチキャリヤ変調信号の復号に必要となるシンボル同期および周波数同期方式の開発を新たに行い,同期推定誤差を最少化する最適同期推定方式を新たに提案した.本方式は,同期推定のための既知パイロット信号が不要であり,特にパケット型の伝送において効率的な動作が可能である.まず,計算機シミュレーションにより提案方式の同期推定特性を評価し,有効性を確認した.次に,マルチキャリヤ変復調装置の試作開発を行った.

この試作装置は,中間周波数帯におけるマルチキャリア変調信号の生成および処理を行う送信部,平成6年度において検討した室内無線伝搬路のモデルに基づく伝搬路シミュレータおよび上記最適同期推定方式を適用したディジタル信号処理によるマルチキャリヤ変調受信部から構成されており,総合的な伝送特性の評価が可能な形となっている.試作装置では,動画像まで含むマルチメディア伝送への適用を考慮に入れて,約8Mbpsのディジタル伝送が室内無線伝搬路において可能となるようにパラメータの最適化を行っている.また,所要伝送速度の変動に対応するため,パケット伝送を適用した.試作したマルチキャリヤ変調装置の同期推定特性やビット誤り率特性などの伝送特性について評価を行った.その結果,提案した最適同期推定方式では非常に高速な同期確立が可能であることを示した.このことから,マルチキャリヤ変調信号を用いたパケット伝送が効率的に行うことができることを明らかにした.また,試作装置により理論限界値に近いビット誤り率特性による伝送が可能であった.これらのことから,総合的にマルチキャリヤ変調方式が良好に動作することを明らかにし,室内伝搬路における高速,マルチメディアディジタル伝送技術の一つとして有効であることを示した.
ユリのプロトプラスト培養系の確立と細胞融合による体細胞雑種作出に関する基礎的研究

本実験では,ユリにおける体細胞雑種の作出を最終目的として,タカサゴユリのプロトプラストからの植物体再生に関する検討を行った.まず,子球片から懸濁培養細胞を誘導し,その増殖および分化に最適な培養条件を検討したところ,培養細胞はpicloram存在下では脱分化状態で増殖し,picloram非存在下では不定芽あるいは不定胚を経由して植物体を再生することを明らかにした.この培養細胞は,誘導後2年を経過しても高い増殖・分化能力を維持しており,また染色体数レベルでの変異はほとんど認められていない.次に,糖無添加の培地で培養細胞を1-2週間前処理することにより,活性の高いプロトプラストが高収量で得られることを明らかにした.また,プロトプラストの分裂誘導には,ナ-ス細胞を用いた保護培養の適用が効果的であることが明らかとなった.現在プロトプラスト由来カルスからの植物体再生を検討している.本実験では,ユリにおける体細胞雑種の作出を最終目的として,タカサゴユリのプロトプラストからの植物体再生に関する検討を行った.まず,子球片から懸濁培養細胞を誘導し,その増殖および分化に最適な培養条件を検討したところ,培養細胞はpicloram存在下では脱分化状態で増殖し,picloram非存在下では不定芽あるいは不定胚を経由して植物体を再生することを明らかにした.この培養細胞は,誘導後2年を経過しても高い増殖・分化能力を維持しており,また染色体数レベルでの変異はほとんど認められていない.次に,糖無添加の培地で培養細胞を1-2週間前処理することにより,活性の高いプロトプラストが高収量で得られることを明らかにした.また,プロトプラストの分裂誘導には,ナ-ス細胞を用いた保護培養の適用が効果的であることが明らかとなった.現在プロトプラスト由来カルスからの植物体再生を検討している.
構造を制御した窒化チタン前駆体の合成とその熱分解過程の検討

金属(Ti)-窒素結合を持つ前駆体の熱分解によるTiN合成の手法を確立するため、テトラキスジメチルアミドチタン(Ti(NMe_2)_4)とジアミン類のアミン交換反応により得られた前駆体の熱分解について検討した。ジアミン類にはRHNCH_2CH_2NHR(R=H,Me)及びMeHNCH_2CH_2NHMeと炭素数(C/N=2)の等しいHN(CH_2CH_2)_2NHを用いた。MeHNCH_2CH_2NHMeとのアミン交換により得られた前駆体は有機溶媒に可溶であり、オリゴマーであると考えられたのに対し、H_2NCH_2CH_2NH_2やHN(CH_2CH_2)_2NHから得られた前駆体は有機溶媒に不溶なポリマーであった。これらの前駆体の熱分解はAr雰囲気下1500°CあるいはNH_3雰囲気下600°Cとそれに続くN_2雰囲気下1350°Cで行った。Ar雰囲気下における熱分解では全ての系において多量のTiが損失していることが明らかになった。特にMeHNCH_2CH_2NHMeから得られたオリゴマーを用いた場合には約43%のTiが熱分解中に失われていた。焼成物のXRD分析により、Ar雰囲気下で得られた焼成物は全てTi(N,C,O)固溶体であることが示された。また焼成物は多くの炭素を含有しており、その量は官能基の種類に大きく依存していた(18.2%:H_2NCH_2CH_2NH_2、25.7%:MeHNCH_2CH_2NHMe、36.3%:HN(CH_2CH_2)NH)。一方、NH_3/N_2雰囲気下では熱分解過程におけるTiの損失が抑制された。特にH_2NCH_2CH_2NH_2から得られた前駆体の熱分解では、ほとんど全てのTiが熱分解過程において損失することなく、焼成物中に残存した。またNH_3/N_2雰囲気下で得られた焼成物の格子定数は全て報告されているTiNの値とよく一致し、焼成物中にはほとんど炭素が含まれていなかった。
頸部リンパ節発症疾病に対する直接的薬物治療を目的とした経鼻送達ルートに関する研究

頸部リンパ節(CLN)発症疾病治療に対する経鼻ルートの優位性を明らかにする為、抗がん剤経鼻投与後のCLN移行性及び舌癌マウスのCLN転移抑制効果の検討を行った。モデル薬物の全てにおいて、鼻腔内投与後のCLN移行性は静脈内投与に比較して高く、特にmethotrexate及びetoposideでは、投与後90分までのCLN推移から算出した移行量の比は2.6及び1.7倍となった。両薬物を、ヒト口腔扁平上皮癌細胞を舌部に移植したCLN癌転移モデルマウスの鼻腔内及び腹腔内に反復投与した結果、MTXでは経鼻投与群においてCLNへの転移抑制効果が25%向上し、経鼻ルートの優位性が明らかになった。本年度は、薬物の物理化学的性質と頸部リンパ節移行性の関係を明らかにするために、転移癌の治療及び感染症による炎症性疾患の治療に用いられる可能性のある数種の薬物を用いて、それら薬物のマウス鼻腔内投与後の経時的な頸部リンパ節移行性を評価した。薬物投与に先立ち、頸部リンパ節内に存在する血管体積を求めた。FITC-dextran(100kDa)を静脈内投与し、2分後に頸部リンパ節中に残存している蛍光強度と血中濃度から算出した結果、頸部リンパ節内血管体積は約0.10mL/gtissueであることが明らかとなった。モデル薬物の投与実験ではこの血管体積値を用いて頸部リンパ節内薬物濃度を補正した。モデル薬物として抗癌剤のetoposide、抗ウイルス薬のsaquinavirを用いて、両薬物を溶液としてマウス鼻腔内及び対照実験としてマウス静脈内に投与し、一定時間経過後に頸部リンパ節及び血液を採取した。頸部リンパ節中薬物濃度からそれぞれのAUCを算出し、静脈内投与後のAUCに対する鼻腔内投与後のAUCの比を計算するとetoposideでは約1.7倍、saquinavirに至っては約11.7倍となり、両薬物ともに頸部リンパ節送達における経鼻ルートの優位性が示唆された。これら頸部リンパ節移行性の差に関して、以前の実験で得たmethotrexateの結果と合わせて物理化学的性質で考察したが、脂溶性や溶解性との関係性は低かった。一方で、薬物の膜透過性と関係している可能性があり、さらにモデル薬物を追加してデータの解析を進めている。本年度はまず、昨年度から引き続き、薬物の物理化学的性質と頸部リンパ節移行性の関係を明らかにするために、抗菌薬のazithromycin及び抗がん剤のirinotecanのマウス鼻腔内投与後の経時的な頸部リンパ節移行性を評価した。両薬物を溶液としてマウス鼻腔内及び対照実験としてマウス静脈無いに投与し、一定時間経過後に頸部リンパ節及び血液を採取した。頸部リンパ節中の薬物濃度からそれぞれのAUCを算出し、静脈内投与後のAUCに対する鼻腔内投与後のAUCの比を計算した結果、azithromycinでは約1.7倍、irinotecanでは約1.2倍となり、両薬物ともに頸部リンパ節送達における経鼻ルートの優位性が示唆された。昨年度に実施したsaquinavir及びetoposideの結果と合わせて、各薬物の分子量、脂溶性、溶解度、培養細胞層透過性との関係性を解析した結果、培養細胞層透過性とAUC比の間に相関性が示された。組織内におけるリンパ移行には分子量が影響することが一般的であるが、今回用いた薬物の分子量は、最も大きいazithromycinでも750程度であり、経鼻吸収ルートにおいても分子量1000以下では振り分けにほとんど影響がないことが明らかとなった。引き続き、異なる物性の薬物について、また、投与剤形を粉末製剤として同様の実験を予定している。本年度はさらに、頸部リンパ節転移の抑制効果に関する病理評価の方法に関する検討を行った。病理評価の精度を高めるためには、試料として採取した個々のリンパ節の全体に転移しているがん細胞を検出する必要があり、簡便に検出できる可能性のあるラマン分光法を利用した条件設定を行った。これにより来年度に予定している転移抑制効果の評価を迅速に進めることができると考えている。昨年までの検討で鼻腔内投与後に良好な頸部リンパ節(CLN)移行性を示したetoposide(ETP、分子量:588.6)について、舌を原発巣とする癌転移モデルマウスに対するCLN転移抑制効果を評価した。モデルマウスの作成に用いるヒト舌癌由来上皮細胞株(OSC-19)に対するETPの有効性はOSC-19の感受性試験により予め確認した。しかしながら、ETPは難溶解性の薬物であり、効果を示すと予想される十分な移行量を確保するためには投与液中の溶解度を高める必要があった。そこで、溶解度の改善を検討した結果、溶解補助剤としてポリエチレングリコール400を添加し、pHを5付近とすることが有効であった。モデルマウスへの投与は、溶解度を改善したこの溶液とさらに高用量のETPを投与するために懸濁液とした。医薬品情報から、ETPの効果が期待される用法・用量で実験を行った。また、先の検討で鼻腔内投与後のCLN移行は高分子量の薬物で有利となることを明らかにしたことから、分子量1333のbleomycin(BLM)の癌転移抑制効果も同様に評価した。BLMの投与量は、医薬品情報を元に予測した経鼻吸収率から決定した。BLMは易溶解性の薬物であり、溶液でも投与量を確保することができた。

舌部に移植したOSC-19細胞が生着し、転移が認められる移植3日目から6日間、ETP及びBLMの鼻腔内投与及び対照群として腹腔内に1日1回投与した。最終投与の2日後にモデルマウスのCLNを採取し、病理検査により癌転移を評価した結果、ETP投与の鼻腔内投与群と対照群で抑制効果の差は認められなかったが、BLM投与では鼻腔内投与群において転移抑制の傾向が観察された。本研究により、薬物の直接的なCLN送達における経鼻ルートの優位性が定量的・定性的に明らかとなり、さらにCLN移行における薬物分子量の深い関与を明らかにすることができた。頸部リンパ節(CLN)発症疾病治療に対する経鼻ルートの優位性を明らかにする為、抗がん剤経鼻投与後のCLN移行性及び舌癌マウスのCLN転移抑制効果の検討を行った。モデル薬物の全てにおいて、鼻腔内投与後のCLN移行性は静脈内投与に比較して高く、特にmethotrexate及びetoposideでは、投与後90分までのCLN推移から算出した移行量の比は2.6及び1.7倍となった。両薬物を、ヒト口腔扁平上皮癌細胞を舌部に移植したCLN癌転移モデルマウスの鼻腔内及び腹腔内に反復投与した結果、MTXでは経鼻投与群においてCLNへの転移抑制効果が25%向上し、経鼻ルートの優位性が明らかになった。モデル薬物の物理化学的性質に合わせた各種製剤の効果に関する実験に遅れを生じている。モデル薬物の物理化学的性質と頸部リンパ節移行性に関する実験において予想と大きく異なる結果が出たこともあり、再実験や解析に時間を費やしたためである。医療系薬学本年度は、各種製剤化の効果に関する実験を優先し、がん転移抑制に効果的な薬物と製剤の組み合わせについての結果を得たいと考えている。実験の分担による効率化を図り、実験数を増やすことで遅れを取り戻したい。各種薬物の経鼻及び静脈内投与実験をマウスで行うために、初期にマウス頸部リンパ節内血管体積を求める実験を行ったが、実験条件設定に時間がかかり、当初の予定以上の時間を要した。消耗品購入時に発生する1円及び10円単位の端数の積算額である。平成25年度後半からは実験補助員を雇用し、実験が順調に進んでいるので26年度も4月から引き続き同じ実験補助員を雇用して実験の推進を図る。次年度の消耗品購入に充てる。実験補助員の勤務時間の変動があり、人件費・謝金の3月支払額が予定額よりも少額となったため。平成26年度に実験補助員の勤務時間の追加を行う。
網膜神経節細胞特異的遺伝子の解析と視神経萎縮の病態解明・遺伝子治療への応用

前年度に、マウスの網膜特異的アミンオキシダーゼ遺伝子(AOC2)のクローニングしたが、その1,526bp上流にPsme 3遺伝子のPA-28 gammaユニットが存在し、一方、775bp下流にAOC3遺伝子が存在する。AOC3遺伝子は、1998年にvascular adhesion protein(VAP-1)遺伝子としてクローニングされ、AOC2遺伝子とは65%のホモロジーを持っている。VAP-1はアミンオキシダーゼ活性と血管内皮におけるリンパ球の接着因子の機能を持っており、炎症や免疫に関与する。更に、ラットのAOC2遺伝子のクローニングを試みたが、エキソン1はpseudogene化していたが、AOC3遺伝子は存在していた。従って、ラットにおいては、AOC3がAOC2の機能を代用している可能性が示唆された。今後はAOC2もAOC3と同様な機能を有するのか、更に2つの遺伝子の相互作用等検討する。ヒトAOC2の産生蛋白である網膜特異的アミンオキシダーゼ(RAO)は糖化蛋白で、生成が困難であったが、最近生成することが出来た。RAOの機能として、GABAの合成酵素であることが想定されたが、実際に確認された。マウスAOC2遺伝子のプロモーターを発現ベクターに組み込み、ラット培養神経節細胞に導入した。臨床的には、ミトコンドリア病である難治性視神経萎縮のレーベル病患者の視力回復率と視力回復において、イデベノンとビタミン療法の評価を行った。対象は11778変異をもつレーベル病患者14人で、発症時の平均年齢は平均14.8歳であった。その内、6人に対して、内服投与を行った。14人(28眼)中7人(11眼)において両眼または片眼の視力が0.3以上に回復した。7人中5人は内服治療が行われた。視力回復例では、ハンフリー視野検査にて中心暗点内の極一部に感度の良い領域が出現(fenestrated central scotoma)していた。SLO microperimetryにて、中心部は黄斑-乳頭線維領域で絶対暗点が存在し、鼻側で感度の良好な部位が存在した。レーベル病の障害の主体は黄斑乳頭線維であり、非可逆性と、非黄斑乳頭線維の機能回復により視力回復が起こると考えられた。網膜神経節細胞に発現する網膜特異的アミンオキシダーゼ(RAO)の機能解析のため、RAOのマウスのホモログをクローニングを行い、プロモーターの解析、酵素活性の有無などについて検討した。ヒトRAOプローブを用いたマウス網膜cDNAライブラリーのスクリーニングおよび5'/3'RACE法によってマウスRAOの全長をクローニングして塩基配列を決定した。Real-time PCR法で組織別発現量を比較し、In situ hybridization法によって網膜組織内の発現部位を解析した。ヒトRAOプロモーター(0.8Kb)とマウスRAOプロモーター(1.3Kb)を比較してマウスRAO遺伝子のコーディング部分をバクテリア発現ベクター(pTrcHis,pTrcHis2)に挿入して発現させ、ニッケルカラムで精製、回収を行った。Putrescineを基質にしてRAOが代謝できるか検討した。

その結果、マウスRAO遺伝子は全長2,535bpでヒトRAOやその他のアミン酸化酵素と75-85%の相同性が確認された。ノーザンブロットやReal-time PCR法によって眼での発現が特に高いことが確認され、In situ hybridization法によって神経節細胞に局在することが確認された。マウスとヒトRAOプロモーターの塩基配列を比較した結果、相同性が20%と低く、4ヶ所にわたって短い塩基配列が一致した。マウスRAO遺伝子はヒトRAOと同様に神経節細胞に局在する遺伝子であることが確認された。また、Putrescineを基質にしてRAOの代謝産物である過酸化水素を検出した。網膜の神経節細胞に特異的に遺伝子を導入するためにRAOのプロモーターを用いたベクターを作成した。摘出網膜から神経節細胞を培養し、蛍光色素を発色するGFPを導入したところ、神経節細胞と思われる細胞に蛍光が確認された。今後は、ラット眼にこのベクターを導入し、実際に網膜神経節細胞に導入されたか否かを行う予定である。前年度に、マウスの網膜特異的アミンオキシダーゼ遺伝子(AOC2)のクローニングしたが、その1、526bp上流にPsme3遺伝子のPA-28gammaユニットが存在し、一方、775bp下流にAOC3遺伝子が存在する。AOC3遺伝子は、1998年にvascular adhesion protein(VAP-1)遺伝子としてクローニングされ、AOC2遺伝子とは65%のホモロジーを持っている。VAP-1はアミンオキシダーゼ活性と血管内皮におけるリンパ球の接着因子の機能を持っており、炎症や免疫に関与する。更に、ラットのAOC2遺伝子のクローニングを試みたが、エキソン1はpseudogene化していたが、AOC3遺伝子は存在していた。従って、ラットにおいては、AOC3がAOC2の機能を代用している可能性が示唆された。今後はAOC2もAOC3と同様な機能を有するのか、更に2つの遺伝子の相互作用等検討する。ヒトAOC2の産生蛋白である網膜特異的アミンオキシダーゼ(RAO)は糖化蛋白で、生成が困難であったが、最近生成することが出来た。RAOの機能として、GABAの合成酵素であることが想定されたが、実際に確認された。マウスAOC2遺伝子のプロモーターを発現ベクターに組み込み、ラット培養神経節細胞に導入した。臨床的には、ミトコンドリア病である難治性視神経萎縮のレーベル病患者の視力回復率と視力回復において、イデベノンとビタミン療法の評価を行った。対象は11778変異をもつレーベル病患者14人で、発症時の平均年齢は平均14.8歳であった。その内、6人に対して、内服投与を行った。14人(28眼)中7人(11眼)において両眼または片眼の視力が0.3以上に回復した。7人中5人は内服治療が行われた。視力回復例では、ハンフリー視野検査にて中心暗点内の極一部に感度の良い領域が出現(fenestrated central scotoma)していた。SLO microperimetryにて、中心部は黄斑-乳頭線維領域で絶対暗点が存在し、鼻側で感度の良好な部位が存在した。
加齢指標蛋白質SMP30の糖代謝における役割

インスリン分泌機構の抹消レベルでの障害による早期グルコース刺激インスリン分泌障害がSMP30ノックアウトマウスにみられる軽度耐糖能障害の原因と考えられた。SMP30の減少が加齢に伴う膵β細胞の機能障害(インスリン分泌障害)の原因となる可能性が示された。Senescence Marker Protein-30(SMP30)は肝臓での発現量が加齢に伴い減少することからプロテオーム解析により発見された。SMP30の減少が臓器障害の閾値を低下させ高齢者における臓器障害の背景になることが示唆されている。今回、SMP30の糖代謝における役割を検討した。<方法>雄SMP30欠損マウス(SMP30Y/-:KO)および野生型マウス(W)に7週令から高脂肪食(HFD)もしくは通常食(CD)を投与。15週令(投与8週)で耐糖能障害の解析、膵島の組織・形態学的検討を行った。<成績>KOはWに比し低体重であったが、HFD、CDによる体重増加量に差はなかった。CDではKOの随時血糖はWに比しわずかに上昇した。糖負荷試験でKOの負荷後30分血糖値が有意に高値であり同インスリン値は有意に低値であった(1.74±0.28vs1.09±0.14ng/ml,P<.02)。インスリン負荷試験でKOのインスリン感受性はWよりも良好であった。HFDによりKO、Wともに耐糖能の悪化を認め、糖負荷後血糖はCD投与時と同様にKOが高値であった。負荷前、後30分インスリン値はKOが有意に低値であった。KOは膵HE染色、膵インスリン含量、β-cell mass、膵ランゲルハンス島細胞増殖(BrdU index)に差を認めず、HFDによるこれらの代償性増加はWと同様であった。<結論>グルコース刺激早期インスリン分泌障害がSMP30欠損マウスの耐糖能障害の原因であると考えられた。SMP30減少が加齢に伴う耐糖能障害に関与する可能性が示唆された。SMP30が加齢に伴う膵β細胞のインスリン分泌障害の原因となる新規分子である可能性が示された。Senescence Marker Protein-30 (SMP30)の減少が臓器障害の閾値を低下させ高齢者における臓器障害の背景になることが示唆されている。<方法>雄SMP30欠損マウス(KO)および野生型マウス(W)に7週令から高脂肪食(HFD)もしくは通常食(CD)を投与。またCD投与群で単離ラ氏島を用いた分泌実験、ATP含量測定をおこなった。<成績>糖負荷試験でKOの負荷後30分血糖値が有意に高値であり同インスリン値は有意に低値であった。単離ラ氏島を用いての分泌実験ではグルコース、塩化カリウム刺激インスリン分泌はKOで有意に低下していた(P<0.05)。一方、グルコース刺激下ATP含量に差はなかった。<結論>インスリン分泌機構の抹消レベルでの障害による早期グルコース刺激インスリン分泌障害がSMP30ノックアウトマウスにみられる軽度耐糖能障害の原因と考えられた。また、SMP30の減少は、現在増加している高齢糖尿病の一因として寄与する可能性がある。1. Senescence Marker Protein-30(SMP30)の減少が高齢者における耐糖能障害の一因になる可能性をSMP30ノックアウトマウス(KO)を用いて示した。今回、そのインスリン分泌障害機序を単離ランゲルハンス島を用いて検討した。分泌実験ではグルコース、塩化カリウム刺激インスリン分泌はKOで有意に低下していた(P<0.05)。以上より、インスリン分泌機構の抹消レベルでの障害による早期グルコース刺激インスリン分泌障害がKOにみられる耐糖能障害の原因と考えられた。SMP30の減少は、現在増加している高齢糖尿病の一因として寄与する可能性がある。今後のさらなる検討により、SMP30は糖尿病のバイオマーカーあるいは治療標的としての有用性が期待される。2. SMP30は哺乳類のビタミンC(VC)合成経路の酵素であるグルコノラクトナーゼと同一である。VC欠乏モデルとしてKOを用いVCのインスリン分泌における役割を検討した。KOと野生型マウス(WT)を8週令からVC補充条件あるいは不足条件で飼育。8週間後に糖負荷試験、インスリン負荷試験、単離ラ氏島を用いた分泌実験、ATP含量の測定を行った。

VC欠乏はインスリン分泌低下による耐糖能障害を引き起こし、インスリン分泌機構においてVCの作用点は解糖系からミトコンドリア電子伝達系に存在することが示された。KOはVC欠乏モデルマウスとして、未だ解明されていないVCのインスリン分泌機構における役割の検討に有用である。
光CT法による高精度脳内断層画像撮影システム構築に関する研究

光CTは光を用いて酸素濃度を断層像で得るものであり、光を用いるため無侵襲であり、低コストで、従来の大型CT装置に比べ、小型化が可能である。昨年度はモンテカルロ法を用い開発した解析コードを使用し、生体内での光の伝播現象を解析することにより、光CTが実現可能であることを示した。今年度は光CTによる疾患部検出限界サイズに関し明らかにした。脳腫瘍や脳梗塞は直径1cm以下である場合、比較的手術が簡単であることから、疾患部が直径1cm以下で発見することは非常に有効である。そこで、疾患部のサイズによる光強度の検出限界条件を調査するため疾患部の直径を種々変化させ、今までに開発した技術を用いて検出される光強度の影響を調査した。解析モデルは直径100mmの球で、皮膚、頭蓋骨、白質、疾患部を想定し、吸光係数を変化させることによって各部分を模擬した。解析の結果、直径6mm以上では検出された光強度に解のばらつきがなく、疾患時と健康時の光強度に差異が十分に表れたため、疾患部の発見が可能であると考えられる。次に疾患部の位置に対する光強度の関係を調査するため、上述の検出限界直径6mmを用いて疾患部5点を光源と検出器の直線上に等間隔に配置した。結果、光源から少し離れている位置では健康時と疾患時の光強度の差が確認された。光源に最も近い点では検出された光強度が健康時と疾患時に差異が無く、疾患部の存在を特定できなかった。しかし、対象物体あるいは光源と検出器の位置を180度回転させることにより、疾患部の存在を確認できると考えられる。以上の結果、疾患部がどの位置にあっても対象物体を回転させることで、光CTにより1cm以下の脳内疾患の有無が検出可能であることが確認された。本法を用いることによりX線を用いない安全な検診が可能となるため、脳腫瘍や脳梗塞といった病気の予防が可能となることが示された。光CTは光を用いて酸素濃度を断層像で得るものであり、光を用いるため無侵襲であり、低コストで、従来の大型CT装置に比べ、小型化が可能であると考えられている。原理は、近赤外光は比較的生体内を透過しやすく、分光学的酸素濃度指示物質である酸化型ヘモグロビン、還元型ヘモグロビンが存在するためこれらの吸光係数の差を利用して酸素濃度を測定するものである。しかし、生体内では光は強く散乱されるため従来のX線CTアルゴリズムを用いることができないため、新しいアルゴリズムの開発が必要である。そこで、本研究では光CTの新しいアルゴリズムの開発を目的とし、生体内での光の伝播現象をモンテカルロ法を用いたシミュレーションコードの開発を行った。新生児の脳を模擬した直径70mmの球を想定し、表面での反射、屈折は無視した。光子1000個を想定し、散乱回数の上限は1万回と仮定したところ、ディテクターに入るまでに光が通った距離は921mm、要した時間は4075psであった。また、灰白質部分では他の部分より前方散乱が強いため、灰白質部分に垂直に近い角度で光子が突入すれば直進の傾向を示し、灰白質を抜け出すが、灰白質部分に水平に近い角度で光子が突入すると灰白質に沿って光が伝播する様子がみられた。光子数を5000万個にしたところ、疾患部が存在しない場合の光強度の平均は4.6×10^<-6>、疾患部が存在する場合の光強度の平均は3.1×10^

<-7>と10倍以上の差が出た。これらの光強度の差を利用して逆問題を解く事により、生体内の酸素濃度を光CTによって測定できる可能性が確認された。以上より、脳を模擬したモデルにおいて、光の伝播現象をモンテカルロ法により解析することができ、疾患部の有無により光強度の差を得ることができた。これらの結果から逆アルゴリズムを解く事により酸素濃度を予測でき、光CTが実現可能であることが示された。光CTは光を用いて酸素濃度を断層像で得るものであり、光を用いるため無侵襲であり、低コストで、従来の大型CT装置に比べ、小型化が可能である。昨年度は生体内での光の伝播現象をモンテカルロ法を用いたシミュレーションコードの開発を行うことにより、光CTが実現可能であることを示した。今年度は光CTによる疾患部検出限界サイズに関し明らかにした。脳腫瘍や脳梗塞は直径1cm以下である場合、比較的手術が簡単であることから、疾患部が直径1cm以下で発見することは非常に有効である。そこで、疾患部のサイズによる光強度の検出限界条件を調査するため疾患部の直径を1,2,3,4,6,10,20,30,40mmと種々変化させ、今までに開発した技術を用いて検出される光強度の影響を調査した。解析モデルは直径100mmの球で、皮膚、頭蓋骨、白質、疾患部の吸光係数を変化させることによって模擬した。解析結果から疾患部直径4mm以下では、光強度のばらつきが見られ、健康時と疾患時の間での光強度の差を得られなかった。これは疾患部の直径が小さく、5000万個のフォトンでは十分に疾患部を透過出来なかったためと考えられる。しかし、6mm以上の直径では解のばらつきはなく、健康時との差異が十分に表れたため、疾患部の発見が可能であると考えられる。次に疾患部の位置に対する光強度の関係を調査するため、上述の検出限界直径6mmを用いて疾患部5点を光源と検出器の直線上に等間隔に配置した。結果、光源から少し離れている位置では健康時と疾患時の光強度の差が確認されたが、位置による差異は見られなかった。光源に最も近い点では検出された光強度が健康時と変わらず、疾患部の存在を特定できなかった。しかし、対象物体あるいは光源と検出器の位置を180度回転させることにより、疾患部の存在を確認できると考えられる。以上の結果、新生児脳を模擬した直径100mmのモデルでは、疾患部6mmが限界検出サィズでであることが確認された。以上のことより疾患部がどの位置にあっても対象物体を回転させることで、光CTにより1cm以下の脳内疾患の有無が検出可能であることが確認された。本法を用いることによりX線を用いない安全な検診が可能となるため、脳腫瘍や脳梗塞といった病気の予防が可能となることが示された。
難治性敗血症に対するセンスオリゴヌクレオチドを用いた新規核酸薬の開発研究

細菌やウイルスの感染では、炎症メディエーターの腫瘍壊死因子(TNF-α)などの合成や誘導型一酸化窒素合成酵素(iNOS)による一酸化窒素(NO)産生が促進し、炎症が全身におよぶ。敗血症の治療において、TNF-αやiNOSなどの発現を抑制することが重要である。申請者は、iNOS mRNA発現や安定化を促進するiNOSアンチセンス転写物と相補的な塩基配列を持つiNOSセンスオリゴヌクレオチドの効果を、ラット敗血症モデルにおいて明らかにした。今回、1iNOSセンスオリゴの改良、2「生存率をさらに上げる遺伝子」を特定し、その遺伝子mRNAをターゲットとした新規センスオリゴの開発し効果を評価する。
マングローブ苗木の耐塩性機構に関する生態生理学的研究

マングローブ植物が高塩分濃度環境下でどのようにして生存しているかをあきらかにする目的で、Avicennia marinaとRhizophora apiculataを塩分濃度をかえてに栽培し、光合成速度、蒸散速度、水利用効率、木部圧ポテンシャル、浸透ポテンシャル等を測定した。通常の海水より低い塩分濃度の範囲では,A.marinaは光合成速度も蒸散速度も塩分濃度の影響をあまり受けないが、R.apiculataはあきらかに海水濃度の25%の塩分濃度で最大値を示した。通常の海水より高い塩分濃度では,両樹種とも光合成速度、蒸散速度が低下するが、蒸散速度の低下はA.marinaの方が大きくなった。水利用効率を比較すると、A.marinaでは、100%区以上の高い塩分濃度下で急激に上昇しているのに対し、R.apiculataでは25%区をピークにして高い塩分濃度下で低下していた。A.marinaは高塩分濃度下で蒸散速度を押さえることにより、水利用効率を上げているものと考えられる。以上の結果からA.marinaは水利用効率を上げることにより高い塩分濃度下での生存を可能にしており、冠水頻度が低く、塩だまりのような、基質の塩分濃度が通常の海水よりも高くなる場所でも生育できることを示している。R.apiculataは25%以上の塩分濃度では水利用効率が低下し、基質の塩分濃度が通常の海水よりも低い場所に主に分布する樹種であるといえる。A.marinaについては排塩機構をしらべた。塩類腺の数と構造は培養液の塩分濃度の影響を受けなかった。塩類腺からは主にNaとClを排出しており、他にK,Ca,Mg等を排出していた。塩分排出速度は日の入前と真夜中に最大値を示した。培養液の塩分濃度が増加するにつれて塩分排出速度が増加したが海水濃度を越えると、逆に減少した。葉内の塩分蓄積もこれと同様の傾向があった。落葉量は塩分濃度が増加するにつれて増加し、高塩分濃度下で葉に蓄積した塩分を落葉により樹体外に廃棄している可能性を示した。
地球磁気圏周辺ショック領域でのミクロ物理過程

Geotail衛生によるバウショック周辺におけるプラズマ波動観測は、そこで発生している波動が「電子のダイナミクスに密接に関わっていること」、「非常にNonlinearな状態にまで至っていること」を明らかにした。この観測事実を理論的に解析するためには、解析的手法のみでは不十分で、異方性や非線形性を含めて解析できる計算機実験が非常に有力である。しかし、これまでバウショック周辺での物理を計算機実験で議論する際には、電子を流体として取り扱うハイブリッドコードが主に用いられてきたが、このハイブリッドコードでは電子のダイナミクスを解くことができないため、Geotailの観測データの理解には使用することができない。そこで、本研究では、イオンも電子も粒子として取り扱うフル粒子計算機実験コードを用い、バウショック周辺でのkineticな効果を含めた波動励起現象について解析を行った。計算機実験は始め、1次元においておこない、磁気ポストン法で計算機実験空間内部に形成したショック周辺で励起されるプラズマ波動について、Quasi-perpendicular shock,Quasi-parallel shockについて解析した。その結果、ミラー磁場によってはねかえされる電子とイオンの速度差による電磁波の励起や、ショックポテンシャルで加速される電子とイオンとの速度差による電流励起のイオン音波の形成などが確認された他、上流では、跳ね返された電子によるLangmuir waveの励起も確認され、観測と対応させることができた。平成10年度は、地球磁気圏前面太陽風中に形成されるバウショック、および、磁気圏内部プラズマシート境界に形成されるスローモードショック周辺におけるプラズマ波動の特性について、GEOTAIL衛星による観測結果をもとに解析を行った。バウショックでは、一般に準平行衝撃波の場合、数十kHz程度までの静電波動が比較的上流側から観測されるのに対し、準垂直衝撃波の場合は、バウショックの遷移領域そのもので急に観測されることがわかった。これは、準平行衝撃波の場合は、磁力線が直接ショック面に繋がっているため、静電波を励起する電子ビームとその影響が上流域に広がっているためと考えられる。バウショックの遷移領域で観測される静電波については、波形捕捉受信機(WFC)による詳細解析を行った。そこで観測される静電波形は、準正弦波的な波動、静電孤立波(ESW)が数十msec程度の速い時間スケール切り替わっていることがわかった。これらの静電波動は、いずれもその時間スケールから電子のダイナミックスと密接に関係していると考えられ、その発生メカニズムについて、現在、平行して計算機実験による理論計算を開始している。磁気圏尾部のスローモードショック領域におけるプラズマ波動についてもGEOTAIL衛星による波形観測と低エネルギー粒子観測データを用いて解析を行った。その結果、主にイオン粒子観測をもとに決定されたスローモードショック周辺の領域upstream,foreshock,downstreamの各領域にはっきり対応する波動は観測されず、やはり当初の理解の通り、プラズマシート周辺で観測される波動は電子のダイナミクスに関係していると考えられる。平成11年度は、これらバウショック、スローモードショック周辺での波動励起メカニズムに的を絞った計算機実験を行う予定である。
精子幹細胞における、多能性幹細胞性維持のメカニズムの解明

多能性を誘導する4つの転写因子(Klf4,Oct3/4,Sox2,c-Myc)の内在性の発現に着目し、発生サイクルにおいてエピジェネシスが重要な働きをしている始原生殖細胞(PGC)から多能性誘導実験を実施した。どの1つの転写因子のみでも、種々の多能性のマーカーを発現するES細胞様のコロニーが出現し、ヌードマウス皮下移植によって、テラトーマの形成能を有する多能性幹細胞であった。PGCは多能性誘導に必要な転写因子を内因性に発現していることから、より少ない転写因子で、多能性を誘導できることが示唆された。平成20年度は、多能性を誘導する4つの転写因子(Klf4,Oct3/4,Sox2,c-Myc)の内在性の発現の有無と、細胞の分化度に着目し、その発生サイクルにおいて、エピジェネシスが特に重要な働きをしている生殖細胞を材料として、多能性幹細胞(iPS細胞)の誘導実験を実施した。申請者が保有する、Nanog遺伝子座に緑色蛍光タンパク、ピューロマイシン耐性遺伝子を組み込んだトランスジェニックマウスの胎仔から始原生殖細胞(PGC)を、フローサイトメトリーにて、Nanog陽性を指標とし、ソーティングにて採取し、細胞単位で純化することが可能になった。レトロウイルスベクターを使用して、多能性を誘導しうる4つの転写因子を、種々の組み合わせで導入し培養した。質の高いiPS細胞の指標として、蛍光タンパク(DsRed)を同時に導入した。またPGCのリプログラミングに必須のbFGFを除いて多能性幹細胞の誘導を試みた。その結果、4つの転写因子のどの組み合わせでも、また、非常に興味深いことに、Klf4,Oct3/4,Sox2,c-mycのうちどの1つの転写因子のみでも、ES細胞様のコロニーが約0.3-0.7%の高い効率で出現した。これらのコロニーは、種々の多能性のマーカーを発現し、20世代以上に渡って安定したES様のコロニー形態を呈し、ヌードマウス皮下移植によって、テラトーマの形成能を呈する、多能性幹細胞であることが証明された。PGCは多能性誘導に必要な転写因子を元来発現していることから、より少ない転写因子で、多能性幹細胞を誘導できることが示唆された。引き続き、小分子化合物を併用して、更に誘導効率を改善させて、多能性誘導・維持のメカニズムを解析していく予定である。平成22年度は多能性を誘導する4つの転写因子(Klf4,Oct3/4,Sox2,c-Myc)の内在性の発現の有無と細胞の分化度に着目し、各種シグナル阻害剤による、多能性獲得・維持機構の解析を目的に、始原生殖細胞(primordial germ cell : PGC)を対象とした多能性獲得効率の改善・向上を目指し、高い多能性獲得の実験系を確立することに成功した。対象とした細胞は、申請者が保有するNanog遺伝子座に緑色蛍光タンパク、ピューロマイシン耐性遺伝子を組み込んだトランスジェニックマウスの胎仔から、フローサイトメトリーにてNanog陽性を指標とし、ソーティングにて採取したPGCである。本手法により細胞単位で純化することを可能にし、PGCを対象として、リプログラミングに必須のbFGFを除いた培養条件にて多能性の誘導、レトロウイルスベクターを使用して試みたところ、Klf4,Oct3/4,Sox2,c-mycのうちどの1つの転写因子のみでも、ES細胞様のコロニーが出現した。これらのコロニーは、多能性のマーカーを発現し、長期間安定したES様のコロニー形態を呈し、ヌードマウス皮下移植によって、テラトーマの形成能を有する、多能性幹細胞であることが証明された。ERK阻害剤、GSK-3β阻害剤、FGF-R阻害剤、TGF-β阻害剤を種々の組み合わせで併用して、多能性誘導実験を試みたところ、特定の組み合わせにおいて、数10%の高い効率で多能性を誘導することが可能となった。この高い誘導効率により、細胞集団の中の多能性獲得途上の細胞集団を、前向きに解析することが可能な実験系を提供するものと考えられる。引き続き、多能性誘導・維持のメカニズムの解析を遂行していく予定である。
AGCMを用いた金星大気波動の数値実験と解析

Venus-1ike AGCMを用いて,超回転や大気波動の自転傾斜角依存性を調べた(Yamamoto and Takahashi 2007, GRL).金星条件では,自転傾斜角が大きくなるにつれて超回転が弱くなる.自転傾斜角が小さい場合,Gieraschメカニズムにより,効率よく角運動量が上方輸送され,100 m/s程度の高速超回転が形成維持される.また,数万日周期の変動も見られる.自転傾斜角を10度から20度に大きくするにつれて,超回転は小さくなる.さらに,自転傾斜角を増大させると,超回転は小さくなり,20m/s程度の値に漸近する.このパラメーター領域では,加熱域の季節変化に対応して,東西流や子午面循環も大きく季節変化するが,数万日の長周期変動はほとんど見られなくなる.この場合,冬至や夏至で角運動量上方輸送効率が落ちるので,超回転が弱くなる.これまで,自転速度や南北加熱差が金星超回転の重要なパラメーターであると思われていたが,自転傾斜角も非常に重要であることがわかった.惑星スケール波が金星中層大気大循環に及ぼす役割や雲加熱に対する大循環や波動のsensitivityを調べるために,金星中層大気GCMも開発した(Yamamoto and Takahashi 2007, EPS).赤道域のスーパーローテーションは潮汐波によって維持されるが,中層大気全体の角運動量収支に関しては子午面循環による角運動量上方輸送と波による下降輸送によって維持される。つまり,雲層上端赤道域の局所的な角運動量バランスに関しては潮汐波による加速(潮汐説)が重要であるが,中層大気全体では子午面循環による角運動量鉛直輸送(ギーラッシ説)が重要であった.また、上記のAGCMの下部境界に標高データを与え、地形の影響も調べた。スーパーローテーションの形成維持機構は、地形なし実験(Yamamoto and Takahashi 2004; 2006)と同じであるが、下層の角運動量や鉛直EPフラックスの南北非対称が見られる。地形は、山岳波を強制したり、惑星スケール波の構造を変形したりする。これらの解析の一部は、第55回理論応用力学講演会講演論文集にまとめた。スーパーローテーションに加え、物質循環や雲模様を再現するために、エアロゾル輸送モデルを開発している。この輸送モデルは、雲模様から波動の構造を推定したり、波動による物質輸送を評価したりするのに不可欠である。このモデルの微物理過程ではモーメント法を用いて粒径分布も推定し、化学過程ではSO_2の酸化速度からH_2SO_4の濃度を計算し、H_2SO_4の飽和蒸気圧から凝結・蒸発を計算する。現在、この輸送モデルの検証実験をしている。波動が物質循環や雲模様に及ぼす影響を調べるために、エアロゾル輸送モデルを開発し、予備実験をおこなった。緯度一高度2次元モデル(Yamamoto & Takahashi 2006,JGR)まで開発しており、雲模様の波動擾乱への拡張(3次元化)に向けて改良中である。つまり,雲層上端赤道域の局所的な角運動量バランスに関しては潮汐波による加速(潮汐説)が重要であるが,中層大気全体では子午面循環による角運動量鉛直輸送(ギーラッシ説)が重要であった.