hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
真核生物染色体におけるトリプレットリピートの伸長機構の解明

1991年以降,トリプレットリピートの伸長という動的突然変異が見いだされ,現在までに14種類のトリプレットリピート病が報告されている.本研究の目的は,in vivoにおけるトリプレットリピートのクロマチン構造の特徴を明らかにして,発症機構と密接に関係しているリピートの伸長機構を解明することである.これまでに,トリプレットリピートのヌクレオソーム形成はin vitro再構成系によって評価されてきたが,真核生物染色体におけるリピートの構造と動態についてはほとんどわかっていない.まず,出芽酵母ミニ染色体をベクターとして,ヌクレオソーム形成をin vivoで評価できるアッセイ系を構築した.この系を用いて,(CTG)_n(n=12,30,59,80)及び(CGG)_<12>,(GAA)_<12>をヌクレオソーム中央またはフリー領域に挿入して,ヌクレオソーム形成に及ぼす効果を調べた.(CTG)_<12,30,59>をヌクレオソームフリー領域に挿入すると,いずれの場合も.ヌクレアーゼ感受性領域が消失して,その位置に新たなヌクレオソームの形成が促進された.一方,(CGG)_<12>をヌクレオソーム中央部位に挿入すると,ヌクレオソームのポジショニングが破壊された.(GAA)_<12>については,近傍のヌクレオソームポジショニングに変化は見られたが,ヌクレオソーム形成に対しては阻害的にも促進的にも働かなかった.さらに,レポーターlacZ遺伝子の発現に及ぼす影響について調べたところ,UASのないプロモーターに(CGG)_<12>を挿入すると,転写の活性化が起こることが示された.この結果は,(CGG)_<12>がヌクレオソーム形成を阻害することとよく対応している.以上,本研究において,トリプレットリピートがin vivoでクロマチン構造と遺伝子発現に影響を及ぼすことをin vivoで明らかにすることができた.1991年以降,トリプレットリピートの伸長という動的突然変異が見いだされ,現在までに14種類のトリプレットリピート病が報告されている.本研究の目的は,in vivoにおけるトリプレットリピートのクロマチン構造の特徴を明らかにして,発症機構と密接に関係しているリピートの伸長機構を解明することである.これまでに,トリプレットリピートのヌクレオソーム形成はin vitro再構成系によって評価されてきたが,真核生物染色体におけるリピートの構造と動態についてはほとんどわかっていない.まず,出芽酵母ミニ染色体をベクターとして,ヌクレオソーム形成をin vivoで評価できるアッセイ系を構築した.この系を用いて,(CTG)_n(n=12,30,59,80)及び(CGG)_<12>,(GAA)_<12>をヌクレオソーム中央またはフリー領域に挿入して,ヌクレオソーム形成に及ぼす効果を調べた.(CTG)_<12,30,59>をヌクレオソームフリー領域に挿入すると,いずれの場合も.ヌクレアーゼ感受性領域が消失して,その位置に新たなヌクレオソームの形成が促進された.一方,(CGG)_<12>をヌクレオソーム中央部位に挿入すると,ヌクレオソームのポジショニングが破壊された.(GAA)_<12>については,近傍のヌクレオソームポジショニングに変化は見られたが,ヌクレオソーム形成に対しては阻害的にも促進的にも働かなかった.さらに,レポーターlacZ遺伝子の発現に及ぼす影響について調べたところ,UASのないプロモーターに(CGG)_<12>を挿入すると,転写の活性化が起こることが示された.この結果は,(CGG)_<12>がヌクレオソーム形成を阻害することとよく対応している.以上,本研究において,トリプレットリピートがin vivoでクロマチン構造と遺伝子発現に影響を及ぼすことをin vivoで明らかにすることができた.近年,3塩基対繰返し配列の伸長という動的突然変異が見いだされ,約10種の神経筋疾患がトリプレットリピート病として概念化された.現在,遺伝性疾患の新しい病因論として,リピートの伸長機構の解明が緊急の課題になっている.本研究は,ゲノムクロマチンにおけるトリプレットリピートの構造とその動態を明らかにして,リピートの伸長機構を解明することを目的としている.本研究の特色は,正確にポジショニングしたヌクレオソームを有する出芽酵母ミニ染色体をベクターとして,DNAの構造とヌクレオソーム形成との関係をin vivoで評価できる優れたアッセイ系にある(M.Shimizu et al.,論文投稿中).まず,筋緊張性ジストロフィーと脆弱X症候群で見られる(CTG)_nと(CGG)_n(_n=12-80)を,ヌクレオソームの中央部位またはヌクレオソームフリー領域にクローニングした.これらのプラスミドを出芽酵母に導入することによって,in vivoでクロマチンにアセンブリーして,(CTG)_<12>と(CCG)_<12>のクロマチン構造を解析した.(LTG)_<12>はヌクレオソームフリー領域にヌクレオリーム形成を引き起こしたが,(CCG)_<12>ではその近傍のヌクレオソームを不安定化することが,in vivoにおいて示された(第22回日本分子生物学会にて発表).現在,(CTG)_nの長さとクロマチンの構造変化との関係について調べている.また,Friedrih失調症に見られる(GAA)_nのクローニングも進めている.さらに,単離核に対してケミカルプローブ(塩基特異的修飾試薬)を適用して,in vivoでDNAの高次構造を解析する方法の確立に取り組んでいる.

一方では,トリプレットリピートをCYC1-lacZレポーター遺伝子に挿入して,非翻訳領域に存在するリピートが遺伝子発現に及ぼす影響について評価する系も構築している.1991年以降,ヒト遺伝病発症の分子機構の一つとしてトリプレットリピートの伸長という新たな変異が見いだされ,現在までに14種類のトリプレットリピート病が報告されている.本研究の目的は,in vivoにおけるトリプレットリピートのクロマチン構造の特徴を明らかにして,発症機構と密接に関係しているリピートの伸長機構を解明することである.これまでに,トリプレットリピートのヌクレオソーム形成はin vitro再構成によって評価されてきたが,真核生物染色体におけるリピートの構造と動態についてはほとんどわかっていない.最近,我々はポジショニングしたヌクレオソームを含む酵母ミニ染色体をベクターとして,in vivoでヌクレオソーム形成を評価できる系を構築した.この系を用いて,種々の長さの(CTG)_n (n=12,30,59,80)及び(CGG)_<12>,(GAA)_<12>をヌクレオソーム中央またはフリー領域に挿入して,in vivoでのヌクレオソーム形成に及ぼす効果を調べた.(CTG)_<12,30,59>をヌクレオソームフリーヌクレアーゼ感受性領域に挿入すると,いずれの場合もヌクレアーゼ感受性領域が消失して,その位置に新たなヌクレオソームの形成が促進された.一方,ヌクレオソーム中央領域に各CTGリピートを挿入した場合は,その長さに依存して,ミニ染色体全体におけるヌクレオソームの位置が変化したが,CTGリピートはヌクレオソームに取り込まれていた.一方,(CGG)_<12>をヌクレオソーム中央部位に挿入すると,ヌクレオソームのポジショニングが破壊された.本研究によって,in vivoにおいて,(CTG)_nはヌクレオソーム形成を促進するのに対し,(CGG)_nはヌクレオソームの形成を阻害することが示された.
空間把握を促進する触知案内図の表示方法に関する研究

23年度は、大阪、東京、福岡の69カ所の公共建築物を訪問し、74種のサンプルを得、触知図の設置状況や表示方法や記号等に多様性が有ることを確認した。24年度は立体コピーで作成した6種の触知図を用いて、全盲被験者により、最も重要な現在地記号についての実験を行い、記号の高さが大きな要因であることがわかった。次に本格的な触知図を5種製作し記号の表面性状により形状の性能不足を補う可能性を調べた。最終年度に全盲被験者により触知図に記載する情報量と適正な縮尺についての実験を行い、情報量の過多や大きすぎる図の不適切さを確認した。成果は日本建築学会で5編発表済みであり、2編発表予定である。研究実施計画では「24年度は空間把握に適切な表現方法の検討について実験研究を行う」としている。計画では適切な縮尺の検討を行うとしていたが、23年度の調査で、触知図情報で最も重要と思われる現在地情報が混乱している状況を見い出したため、現在地情報の表示について重点的に調べる実験を2度行った。1)現在地記号の形状に関する実験/全盲の被験者3名に現在地記号の形状、大きさ、凸高さ、設置位置を変化させた触知案内図(感熱紙による簡易版)5種類を触知してもらい、現在地表示を見つけるまでに要した時間の計測と分かりやすさに関する5段階の官能調査を行った。また、触知中の手の動きをビデオカメラで撮影し画像解析ソフトを用いて詳細に動作を調べた。全組み合わせ189通りのうち55通りの実験を行った結果、触知案内図における現在地表示の分かりやすさに影響を与える因子は現在地記号の高さと設置位置であった。2)現在地記号の表面性状に関する実験/全盲の被験者6名に現在地記号の表面性状、形状、凸高さ、設置位置を変化させた触知案内図(アルミ製の一般品)5種類を触知してもらい、1)と同様の実験を行った。表面を加工して手触りを変えることで感知性を向上させることができると仮定して、234通りのうち35通りについて実験を行った結果、半球状の感知記号の分かりやすさが突出しており、粗面仕上げは分かりやすさに貢献しないことが分かった。実験1)に関しては、2012年度日本建築学会中国支部研究発表会で口頭発表した(25年3月3日)。また、実験2)の結果を加えて2013年度日本建築学会大会(8月30日9月1日北海道大学)にて発表する(3編投稿済み)最終年度は触知案内図(以下触知図)に記載する情報量とその提示の仕方について実験研究を行う計画であり、前年度未実施の適切な縮尺の検討を行う実験を合わせて実施した。具体的には岡山県立盲学校の校内配置図を示す触知図を3種類の縮尺(1/100、1/200、1/300)で製作し、全盲被験者10名により情報の伝わりやすさを官能評価と指先の動作解析で調べた。縮尺の違いにより情報量も異なるので、当初目的である情報量の検討も同時に行った。その結果、触知可能な大きさの図に全体構成がわかる触尺の小さい図と各棟の詳細図を併記することが有効であり、段階的表示の効果についても可能性があることが分かった。また、実験場である大学校舎の平面触知図を2種製作し、全盲被験者が、室空間の大きさや室間距離等を触読で読み取る様子と距離や寸法の伝え方、その正確度を詳細に調べた。訓練を受けている被験者は距離を長さの単位で把握できるが、それ以外の被験者はある数値以上は認識しにくいことや長さを示すスケールの提示が効果的であることなどが分かった。段階的情報提示では上記2種の実験のデータ解析が途中段階で有り、26年度中にまとめて提示場所の表示方法等の知見を得たい。23年度は、大阪、東京、福岡にある69カ所の公共建築物や駅舎等を訪問し、74種のサンプルを得た。触知図の設置状況や法や記号の使い方などの表示方法を分析し、最も重要な現在地記号に問題があることが分かった。24年度は全盲被験者による実験を行った。立体コピーで作成した様々な触知図を用いて現在地記号の形状や寸法に関する知見を得、次に本格的な実験用触知図を5種製作し記号の表面性状により形状の性能不足を補うことの可能性を調べた。これらの成果は日本建築学会大会にて24年に2編を、25年み3編を発表した。最終年度成果は26年9月に開催の同大会にて発表する予定で2編を投稿済みである。

研究実施計画では23年度は触知図の設置状況と使用実態の調査と文献調査を行うとしている。それぞれについて実績の概要を述べる。1、触知図の設置状況調査東京都、大阪市、福岡市に存在する駅舎、商業ビル、庁舎、地下街等の公共性の高い69か所の建築物・施設を訪問し、74枚の触知図を確認した。それぞれについて、表示の構成(タイトル、凡例、説明文)、設置図への誘導手段(誘導ブロック、音声ガイド)の有無を調べ、触知図の大きさ、設置高さ、表示方法(記号種類、浮き出し部分の幅や突出高さ等)を計測するとともに、触知図の設置状況、触知図本体、触知記号等をデジタルカメラで撮影した。都市別内訳は東京都が建築物・施設訪問数20、触知図数12枚、福岡市が訪問数28、触知図数41枚、大阪市が訪問数21、触知図数21枚である。なお、同じ建築物・施設の中に設置されていて同一のものと思われる触地図は分析の対象から除いたため、分析対象の総数は60枚であり、内、トイレ案内図が14枚、周辺案内図が9枚、施設案内図が18枚、構内案内図が19枚であった。結果については、本年度日本建築学会大会で発表する予定であるが、特に触読する際の最初の手掛かりになる現在位置表示記号に関して、突出寸法の不足や形状の不統一などが判明したことを付記しておく。2、文献調査研究協力者である(財)共用品推進機構星川専務理事の協力を得て、21の文献を収集し、抄録集(A4版108頁)を作成した。内訳は、調査・実験報告書が15編、ガイドラインが6編(調査報告書が含まれる2編を重複計上)、その他が2編(点字教科書作成マニュアル、触読能力の加齢変化に関わる調査報告書)である。ガイドラインには日本工業規格JIS T 0922が含まれる。触知図の適切な縮尺検討を中心に実験を進める計画であったが、23年度の調査結果で現在地記号の混乱が問題であることがわかり、実験内容を変更することになったので、現在地記号に関する実験研究を2種類行った。研究計画でのサンプル数はそれぞれ、15と20であったが、今回は異なる5種の触知図を新たに製作し、それぞれについて形状、高さ、設置位置、表面性状などをパラメータとしたので、実験1)では55、実験2)では35のサンプル数の実験を行った。なお、被験者については両実験で8名(共通した被験者は2名)であり研究計画の25名には及ばないが、実験の精度を上げたために1人あたりの試行回数が多く量的には十分であったと評価する。前年度行わなかった触知図の使用状況のヒアリングについてこれらの被験者について実施したことを付記する。また、触知中の手の動きについては前年度購入した画像解析ソフトを用いて様々な触読動作が存在することが分かったので、有効に利用できたと評価する。研究発表は2012年度日本建築学会中国支部研究発表会で1編発表した。また、2013年度日本建築学会大会(8月30日9月1日北海道大学)にて3編発表する(投稿済み)ので十分と評価する。予算では繰り越しが発生しているが、25年度に新たに行う実験用触知図製作費に充当させることになっている。なお、実験は岡山県立盲学校の協力を得て行った。その過程で県立盲学校の触知案内図を新たに作ることをテーマに、本研究の目的である情報量が多い場合の分割提供の研究を進めることになった。1、触知図の設置状況と使用実態の調査/東京、大阪、福岡の調査は終了したので、概ね順調に研究は進んでいるが、23年度の研究実施計画のなかで実現していない内容を以下に記す。・現地調査の目標採取サンプル数は210であった。建築物一か所あトイレ案内図と施設案内図等が3枚以上あるものとして約70の建築物、施設を調査対象とし、訪問したが未設置の建築物が多いために採取アンプル数は74枚にとどまった。
新潟県弥彦山頂における降雪の酸性化機構の研究

豪雪地帯を抱える新潟県地域では、降雪のわずかな酸性化でも酸性降下物質総量の増加を招く。北西の季節風が強い日本海沿岸では、降雪の酸性化は中国大陸における化石燃料燃焼の影響が大きいと考えられており、特にここ数年の経済成長が著しい中国都市部の大気環境の悪化が、新潟県地域における酸性雪の原因になるのではないかと懸念されている。そこで本研究では、新潟県都市部から離れており、人為的影響を受けていない大気環境にある弥彦山頂における降雪・エアロゾル中の9年間の酸性成分の濃度変化から、中国における大気汚染が近年の新潟県地域の酸性雪に与える影響を評価する。弥彦山頂に位置する新潟大学理学部弥彦山頂自然環境観測所において、2009年1月から2月にかけての2週間について日ごとの降雪・エアロゾルのサンプリングを行い、そのpH・化学成分の分析を行った。2009年の降雪(2009/1/192009/2/6)におけるpHの平均値は4.75、中央値は4.56であった。これと、2000年(2000/1/202000/2/6)、2001年(2001/1/132001/1/27)、2002年(2002/1/162002/2/1)の降雪のpHとを比較してみる。2000年のpHの平均値5.09、中央値5.17、2001年の平均値5.23、中央値4.96、2002年の平均値4.95、中央値4.80であったため、明らかに酸性化していることがわかった。また、2009年の降雪ではpHの最低値は4.20、pH4.30以下の降雪は12日のサンプル中3回も観測されており、2000年の15日のサンプルの最低値4.34と比べてもpHは0.15程度酸性化していることがわかった。この降雪の酸性化が中国大陸における経済活動に起因しているかどうかは、降雪・エアロゾル中のセレン等の重金属濃度やその同位体分布を測定することで明らかにできると考えられる。
神経細胞内情報伝達機構の分子動力学シミュレーション解析

当初の研究計画で日指したのはシナプス前終末のPIP2と相互作用する機能分子のダイナミクスを調べるため分子動力学を応用しようというものであった。GromacsとNAMDという代表的パッケージを並列計算で使用し、ホスファチジルイノシトール系の分子軌道計算も試みたが、リン酸基の強い部分電荷により、分子dynamicsの解析がリーズナブルな時間内には実現できなかった。しかし、電位依存性チヤネルの電位センサー毒であるハナトキシンと、脂質二重膜の相互作用研究において、ハナトキシンが脂質膜に親和性を示すのみならず、脂質膜の内業方向に移動することを見出した。またシミュレーション開始後200ps程度で著しい膜変形、つまりouter leafletの内側への著しい湾曲、メニスカス形成を見出した。また、本研究の過程で、ペプチドに働く中間揚力を計算できることを示した。このとき脂質膜の変形を抑制するため、脂質分子のグリセロル骨格の炭素原子の一部にハーモニック拘束を課することの有効性を見出した。さらに、個々のシミュレーション内でのポテンシャルエネルギーの平均値によって、ある程度分子の平衡状態における分配が推定できることを示した。さらにハナトキシンと相同性を有するペプチドファミリーに属するGsMTx4についても、同様の膜変形を生じる能力があることを明らかにした。また、両ペプチドについて、膜表面での結合と、膜内部へ侵入し、画業と相互作用する深い結合の2つの結合様式が存在することを明らかにした。本申請の研究の基礎を築くため脂質2重層膜内タンパク質の挙動の解析を実施した。電位異存性Kチャンネルのgating modifierとして知られるhanatoxinについて、DPPC122分子と3000の水分子を含む系において、さまざまな初期配置から2-10ns程度の分子動力学計算を行なったところ、シミュレーション最終段階での全エネルギーのアンサンブル平均の値は、比較的深い位置にhanatoxinが存在するときに最も低くなった。それはhanatoxinと膜の重心間距離が0.7nm位の場合であり、このとき2重層の上層は内側へ向かって急なメニスカスを形成し、また下層の脂質もhanatoxin近傍では上方へ移動しやすく、これにより膜が局所的に薄くなる傾向が見られた。一方、細胞膜の外面に接触するような配置ではとくに低いエネルギーは示さなかった。同様の所見はGROMACSとCharmmという異なった分子力場で共通に認められた。hanatoxinの配向についても同様に検討したが、異なった配向間でのエネルギーのレベルは明確な差を示さなかったけれども、10nsのシミュレーションの間に配向が変化して、次第に以前のSwartzらの論文で予想された配向、すなわち疎水性残基の突起が下方を向く配向に近づいていく傾向が見られた。同様の解析をGramicidinについても行なった。我々はこの他、スフィンゴミエリン、コレステロールによるラフトのシミュレーション系を確立した。また、GROMACSの便利な解析ツールを利用できるようにCharmmパラメータをGROMACSパッケージに移植した。当初の研究計画で目指したのはシナプス前終末のPIP2と相互作用する機能分子のダイナミクスを調べるため分子動力学を応用しようというものであった。しかし、電位依存性チャネルの電位センサー毒であるハナトキシンと、脂質二重膜の相互作用研究において、ハナトキシンが脂質膜に親和性を示すのみならず、脂質膜の内葉方向に移動することを見出した。また、本研究の過程で、ペプチドに働く中間場力を計算できることを示した。

さらにハナトキシンと相同性を有するペプチドファミリーに属するGsMTx4についても、同様の膜変形を生じる能力があることを明らかにした。また、両ペプチドについて、膜表面での結合と、膜内部へ侵入し、両葉と相互作用する深い結合の2つの結合様式が存在することを明らかにした。
ミトコンドリアユビキチンリガーゼ、MITOLによるミトコンドリア品質管理

私たちが同定したミトコンドリア膜型ユビキチンリガーゼ、MITOLがミトコンドリアへ蓄積する異常タンパク質を除去しているかを調べた.モデルタンパク質として筋萎縮性側索硬化症原因遺伝子の一つ変異SOD1を用いた。結果、変異SOD1をMITOLがユビキチン化、分解促進させ、変異SOD1のミトコンドリア毒性の一つである活性酸素種を、MITOLによって減少させることを明らかにした.以上の結果からMITOLがミトコンドリア品質管理に関与していることを明らかにした。本研究はミトコンドリア外膜に局在する膜型ユビキチンリガーゼ、MITOLによるミトコンドリア品質管理機構の解明を目的としている。予備実験において、ミトコンドリアに蓄積する変性タンパク質がMITOL依存的にユビキチン化、分解されていることを見出した。現在までに小胞体関連分解といわれる品質管理機構が明らかとなっている。しかし、ミトコンドリアにおける品質管理機構はマトリックス、及び内膜に局在するプロテアーゼが担っていること以外明らかになっておらず、特に外膜における品質管理機構は未解明である。私たちは、ミトコンドリアに局在する変性タンパク質の一つとして報告されている変異型SOD1を用いてMITOLによる品質管理機構の解明を行った。MITOLと変異型SOD1を共発現させると、変異型SOD1のユビキチン化が亢進し、ミトコンドリア上の変異型SOD1が減少していること、MIToL siRNAによって、ユビキチン化が減少、変異型SOD1の蓄積が確認された。また、タンパク質合成阻害剤であるシクロヘキシミドを用いて変異型SOD1の半減期を調べたところ、MITOLによってミトコンドリア上の変異型SOD1の分解促進、及びMITOL siRNAによって半減期の増加が確認された。更に、変異型SOD1のミトコンドリアへの毒性の一つである活性酸素種を計測したところ、MITOL-過性発現では減少し、MITOL siRNAにおいては増加することが確認された。他の変性タンパク質も同様にMITOLによって消去されることが明らかとなっており、MITOLがミトコンドリア外膜上にて変性タンパク質の品質管理を担っている事を示唆している。多くの神経変性疾患では変性タンパク質の蓄積が観察され、それが病因と関与している事が報告されている。このような変性タンパク質は通常、ERADと呼ばれる小胞体関連分解により消去されることが明らかになっているが、長期間変性タンパク質に暴露されると、このERADが破綻し、変性タンパク質の蓄積が起こる。さらに病理学的所見からミトコンドリア上にも変性タンパク質が多く蓄積している事が報告されていることから私たちが同定したミトコンドリア外膜上に局在するミトコンドリアユビキチンリガーゼMITOL(Mitochondrial Ubiquitin Ligase)がミトコンドリア品質管理という新しい機構の存在を明らかにするため本実験を行なった。私たちはミトコンドリアにも蓄積し、毒性をもつ変性タンパク質として、筋萎縮性側索硬化症の原因遺伝子のひとつであるSOD1(superoxide dismutase 1)の変異体を用いて実験を行なったところ、MITOL依存的に分解している事を明らかにした。さらに、in vitroユビキチン化アッセイを実施したところMITOLは変異SOD1を直接ユビキチン化していることを証明した。また、変異SOD1によるミトコンドリアへの毒性として、過剰な活性酸素種の産生が報告されており、私たちはMITOLによって変異SOD1の毒性が軽減される事を明らかにした。以上の結果より、私たちはERADとは別の、ミトコンドリアが関与する品質管理機構の存在を明らかにした。今後、更なるミトコンドリア品質管理機構のメカニズムを明らかにする事により、ミトコンドリアが関与する神経変性疾患等の解明及び治療に結びつけることが期待できる。
LHC時代における超対称標準模型の現象論的研究

2012年7月, CERNの大型衝突型加速器(LHC)にてヒッグス粒子が発見された。現在までの実験結果から,このヒッグス粒子は陽子の130倍ほどの質量を持つことが明らかになっている。最小超対称標準模型の場合,ヒッグス粒子の質量は模型のパラメーターの関数として予言される。そこで,ヒッグス粒子の発見後,発見されたヒッグス粒子の質量を実現するパラメーター領域を調べる研究が精力的に行われて来た。その結果,超対称性スケールが電弱スケールと比べて13桁ほど高い時,観測値を説明することができると明らかになった。このような状況を鑑みて,超対称性の破れのスケールが高い場合の超対称性標準模型を研究することにした。一般に,超対称性の破れのスケールが高い場合には,加速器実験でこの模型を調べることが困難になる。そこで,超対称性の破れのスケールが高くてもその兆候を捉えることができるような物理量は何であるか,その物理量に関する現在の実験から超対称標準模型をどの程度制限することができているのか,将来実験で超対称性を発見することは可能なのか,などを調べることにした。このような物理量として,今年度の研究では,特に陽子崩壊および中性子電気双極子モーメントに着目して研究を行った。超対称スケールの高い場合における最小超対称大統一理論で陽子崩壊率を計算した結果,観測されたヒッグス粒子質量を説明することができる程度に超対称性の破れのスケールが高い場合,陽子崩壊の寿命は現在の実験制限を逃れていると分かった。さらに,近い将来の実験によって,このシナリオを検証することが可能であることも明らかになった。また,中性子電気双極子モーメントへの超対称性粒子の寄与を精密に計算することで,この物理量から超対称スケールに対して課される制限を高い精度で導いた。(抄録なし)CERNにある1HCは今年度にわたり順調に稼働し,数々の実験データを提供した.特に,7月4日には標準模型における最後の粒子,ヒッグス粒子が発見され,素粒子物理学は新たな局面に突入した.このような現在の状況で重要となるのは,LHC実験のデータを,非加速器精密測定実験や宇宙論的観測結果実験と共に考慮することで,標準模型を超える物理を探っていくことである.そこで,考えるべき非加速器実験として,私は,中性子電気双極子モーメント(EDM)測定実験,陽子崩壊実験,暗黒物質直接探索実験に特に着目し,研究を行った.これらの量は,種々の量の精密測定を行うことで,加速器では到達し得ない高いエネルギースケールを探ることができると考えられているものである.まず,私は,QCD和則,およびカイラル摂動論と呼ばれる方法をそれぞれ用いて中性子EDMと高エネルギーの理論におけるCP対称性の破れとをつなぐ関係式を導出する仕事を行った.計算の際に必要となる低エネルギーQCD定数の値に対し最新の格子計算の結果を用いることで,従来よりも信頼性の高い計算結果を得ることができた.これらは共に学術誌に掲載済みである.また,超対称性大統一理論において,中間スケールに新たな粒子があった場合,陽子崩壊の寿命がどの程度短くなり,現在の実験からどの程度制限されているかを論文にまとめて発表した.結果として,中間スケールの粒子がある程度あった場合,陽子崩壊率は現在の実験で制限されるほど高くなることがわかった.暗黒物質直接探索実験については,超対称性スケールが高い場合の模型に関して,暗黒物質の直接検出率の精密計算を行った結果を論文に投稿した.結果として得られた断面積は,将来実験で探索しうる大きさであるとわかった.2012年7月, CERNの大型衝突型加速器(LHC)にてヒッグス粒子が発見された。本年度は,LHCが順調に稼働し,様々な実験データが提供された.

特に,ヒッグス粒子が観測され,その質量がおよそ125GeVと定まったことは非常に重要な進展である.これらの結果をうけて,現在の状況がどのような素粒子模型を示唆しているのかを考察することが可能になり,新たな研究を開始するきっかけとなった.現在までのLHC実験で超対称性粒子が発見されていないこと,ヒッグス粒子が125GeV程度と超対称標準模型としては比較的重いものであったこと,などを踏まえると,超対称性のスケールが電弱スケールと比較して高いであろうことが示唆されている.この場合,稀崩壊過程等の精密測定実験を通して超対称性のスケールを同定することが重要である.具体的には,超対称性のスケールが高い場合に陽子崩壊や中性子電気双極子モーメントがどのくらいの値にでるのか精度よく予言し,実験と比較してパラメーター領域に制限をつけていくことを近い将来の課題としたい.(抄録なし)
CTGリピート増幅を欠く筋強直性ジストロフィーにおける下流遺伝子発現異常の証明

筋強直性ジストロフィーの病態解明に関する以下の研究を行った。1.CTGリピート伸長のない筋強直性ジストロフィー患者におけるMtPK遺伝子の異常解析。CTGリピート伸長のない筋強直性ジストロフィー患者のリンパ球を分離し、細胞株を樹立した。分離した患者リンパ球からgenomicDNAを抽出。PCR法によりMtPK遺伝子のエクソンの全配列を増幅。鋳型として抽出したgenomicDNAを用い、酵素はTaKaRaTaq、primerはGenome Date BaseのMtPK遺伝子塩基配列から、12エクソンそれぞれを増幅するように決定して合成。シークエンス反応はTher mo Sequenase fluor escent labelledprimer cycle sequencing kitwith 7-deaza-dGTPを用いた。・・CTGリピート伸長のない筋強直性ジストロフィー患者のMtPK遺伝子のエクソン内に欠失、点変異の存在は検出されなかった。2.筋強直性ジストロフィー患者におけるDMAHPの発現解析。患者・非患者のリンパ球から抽出したRNAを用い、ノザン解析・RT-PCRを施行した。・・RT-PCRでは発現の差はなかったが、ノザン解析で患者での発現低下が示唆された。3.CTGリピート伸長のない患者におけるDMAHPの発現解析。患者・非患者のリンパ球から抽出したRNAを用い、DMAHP遺伝子プローブを用いてノザン解析施行した。・・CTGリピート伸長のない患者と非患者のリンパ球で発現の差を認めなかった。以上から、CTGリピート伸長のない筋強直性ジストロフィー患者において、DMAHP遺伝子の発現異常の可能性が示された。今後は、エクソン以外の領域の解析と、筋組織における発現の解析を予定している。1. CTGリピート伸長のない筋強直性ジストロフィー患者におけるMtPK遺伝子の異常解析(2)分離した患者リンパ球のペレットからEDTA-SDS法によりゲノムDNAを抽出。(3) PCR法により、MtPK遺伝子のエクソンの全配列を増幅。鋳型として(2)で抽出したゲノムDNA(1μg)をもちい、酵素はTaKaRaTaq(2.5u)、プライマーはGenomeData BaseのMtPK遺伝子塩基配列から、12エクソンをそれぞれを増幅するように決定し、(株)サワデーに委託して合成。それぞれのPCR産物の1/10量をエチジウムブロマイド入り1%アガロースゲル(SEAKEM,FMC)に泳動し、PCR産物の合成を確認。(4) PCR産物の塩基配列の決定シークエンス反応はThermo Sequenase fluorescent labelledprimer cycle sequencing kitwith7-deaza-dGTPを用い、キットのプロトコールに従った。現在、シークエンス進行中であるが、現時点ではCTGリピート伸長のない筋強直性ジストロフィー患者のMtPK遺伝子に欠失、点変異の存在は検出されていない。2.筋強直性ジストロフィー患者におけるDMAHPの発現解析(1)抗ヒトDMAHP抗体を作成中。
粘土鉱物に吸着した金属イオンの化学結合状態に関する研究

モンモリロナイト層間の交換性陽イオンを遷移金属イオン(Co^<2+>、Ni^<2+>、Zn^<2+>)で置換した。X線光電子分光法(XPS)で分析した遷移金属イオン濃度はイオン交換容量に一致し、XPSが測定する表面層(<100A^^0)への特異適な集積はないことがわかった。遷移金属イオンのモンモリロナイト中の化学結合状態は、これら金属イオンの2P光電子結合エネルギーとオージェ電子(Co、Ni:L_3VV、Zn:L_3M_<4.5>M_<4.5>)運動エネルギーによって特徴づけられる。それによると金属イオンの状態は、酸化物中の状態とは異なり、典型的なイオン結合化合物であるハロゲン化物群のそれによく対応する。これらの結果は、先に行ったモンモリロナイト層間の典型元素イオン(Na^+、Ca^<2+>、Ms^<2+>、など)の研究結果と一致する。Znの交換はpH46では正常に起こるが、pH7では見かけの固定量はほとんど変化しないが、XPSで求めたZnの表面濃度は高く、2P電子オージェ電子のエネルギーから一部はZw(OH)_2としてモンモリロナイト表面に沈着しているものと考えられた。ナトリウム型合成フッ素四ケイ素雲母(Na-TSM)はモンモリロナイトと同様にイオン交換性があり、種々にイオン交換したTSMの触媒活性が注目されている。Na-TSMとこれをCa^<2+>、Fe^<3+>、Cu^<2+>などに交換したTSMのXPSを比較した。Na-TSMのNaIS(NaKLLオージェ)にはピークが2つあり、イオン交換によって高結合エネルギー成分(1072.9eV)のみが減少する。非交換性成分の結合エネルギー(1070.4eV)は低く、ゾーダライト中のNaに匹敵している。Na-TSMの^<23>Na固体高分解NMRによっても2成分の存在が認められ、Ca-TSMとの比較から、非交換性Naの化学シフト(1MNacl基準)は36ppmで、非常に高く、XPSの結果同様、特徴ある化学結合状態にあることを示した。
段差梁を有する鉄筋コンクリート造梁・柱接合部の終局強度

この研究の目的は、柱の左右の梁が芯ずれする段差梁を有する梁・柱接合部について、力学的挙動と接合部終局強度を検討することである。接合部の終局強度への梁主筋の接合部内での定着方法と芯ずれ量及び載荷方向の影響を抵抗機構の観点から検討する。芯ずれ量が梁せい未満では、機械式定着の負載荷を除き、芯ずれ量が増すと、接合部終局強度時の接合部水平せん断力は、十字型接合部強度より大きくなる。芯ずれ量が梁せいの場合、接合終局強度は、段差のないト字型接合部の終局強度で評価できる。鉄筋コンクリート構造物では,接合部の両側の梁に段差を設けることがある。しかしながら,梁・柱接合部を設計する際に用いられる鉄筋コンクリート構造物の接合部せん断強度式では,段差梁を有する場合の接合部終局強度を評価することができない。現在までに,段差梁を有する梁・柱接合部の力学的挙動に関する研究は数少なく,接合部耐力やせん断抵抗機構について,未だ解明されるに至っていない。本研究では,左右の梁の芯ずれ量を変数とする試験体の加力実験を行い,接合部終局強度の評価方法の検討を行う。また,載荷方向で接合部ストラット抵抗機構が異なることが予想されることから,載荷方向による接合部破壊状況の特徴を把握し,接合部抵抗機構について考察する。試験体は,左右の梁の芯ずれ量をパラメータとした4体である。芯ずれ量の無い試験体,梁の芯ずれを梁せいの0.25倍,0,5倍,1.0倍とした段差梁試験体である。芯ずれ量の無い試験体は接合部破壊型を想定した。梁芯ずれ量以外の鉄筋の種類,本数等は,全試験体共通である。接合部破壊時の耐力は,左右の梁の芯ずれが大きくなるに従い上昇した。このことは,芯ずれ量によって変化する接合部内のシアースパン比による影響であると考えられ,接合部終局強度時の接合部水平せん断力との相関性が見られた。最大耐力が,負載荷時に正載荷時より数%大きい最大耐力となるのは,負載荷時には,接合部内に斜めひび割れが広い範囲にわたることから複数の圧縮ストラットが形成され,圧縮ストラットの応力度が小さくなることが要因と推測される。鉄筋コンクリート構造物では、接合部の両側の梁に段差を設けることがある。本研究は、段差梁を有する架構で、左右の梁の軸芯がすれ、互いの梁芯が相互の断面内を通る場合ゐ接合部終局強度に、左右の染の軸芯のずれの大きさが与える影響を検討することである。段差を設けると、接合部の水平せん断力の大きさは、左右の梁軸芯間ではさまれた接合部部分で大きくなると共に、接合部圧縮ストラットの形成状態が複雑となる。また、加力方向によって、接合部圧縮ストラットの方向と形状が異なり、複雑な抵抗機構となる事が予想される。以上のことを踏まえ、本研究の目的は、左右の梁の軸心のずれめ大きさと、加力方向の違いを考慮した接合部終局強度の評価方法を把握することである。昨年度の結果を踏まえて、本年度は近年RC造に用いられている梁主筋に機械式定着を用いることとし、昨年度と同じ左右の梁の芯ずれのみが異なる3種類の3試験体について、昨年度とは逆方向の載荷に最初に最大耐力を経験する載荷実験を行った。試験体ひび割れ状況、定着板り支圧力、補強筋歪み量の検討から段差梁接合部では、載荷方向で形成される抵抗機構が異なる。左右の梁の芯ずれ量が梁せい未満の場合、正載荷方向と呼ぶ載荷時においては接合部中央で破壊が進行し、逆方向の負載荷時においては接合部全体で破壊が進行する。結果として、芯ずれ量が大きくなるに従って、接合部耐力は負載荷時で上昇し、正載荷時では低下する。左右の梁の芯ずれ量が梁せい未満の試験体の正載荷時では、定着板同士を結ぶひび割れ・破砕が確認でき、接合部中央域での破壊が進行する。また、左右の梁の芯ずれ量が梁せい長さの場合、正負載荷時ともに接合部の上部・下部で独立して破壊が進行する。本研究は、鉄筋コンクリート架構で、左右の梁の軸芯がずれ、互いの梁芯が相互の断面内を通る場合の接合部終局強度に、軸芯のずれの大きさが与える影響を検討することである。梁主筋の接合部内での定着方法を、U字型定着とした場合と、機械式定着とした場合について、梁の芯ずれ量を変数とする試験体の加力実験を行った。

本年度は、前年度までの実験結果を分析し、定着方法と載荷方向を考慮した接合部抵抗機構の作成を試み、段差梁試験体(左梁が上側、右側が下側)の、最大耐力への定着方法、芯ずれ量及び載荷方向(正載荷:左梁上端、右梁下端が引張)による違いを抵抗機構から検討した。芯ずれ量が梁せい未満では、芯ずれ量が増すと、柱の反曲点と柱接合部端までの距離が短くなり、柱から接合部へ入力される圧縮ストラットに作用する柱接合部端圧縮力が小さくなる。従って、接合部終局強度までに大きな接合部水平せん断力を必要とする。正載荷は圧縮ストラットが多数接合部に形成され、また、負載荷には接合部上部と下部を縦断する圧縮ストラットの左右の梁の重なる領域で圧縮応力が大きくなる。機械式は、負載荷に引張力を受ける左梁の下部梁主筋と右梁の上部梁主筋定着板間が近くなるにつれて直接せん断の状態となる。芯ずれ量が梁せいの場合、正載荷では接合部上部と下部で独立した圧縮ストラットが、負載荷では、それに加え接合部上部と下部を縦断する圧縮ストラットが形成される。機械式定着では負載荷時に引張力を受ける左梁の下部梁主筋と右梁の上部梁主筋の支圧力が定着板間で伝達される。
分子シャペロンとしての細胞質甲状腺ホルモン結合蛋白(CTBP)の機構について

1)コンピューター解析により得られた抗原性の高い細胞質甲状腺ホルモン結合蛋白質(CTBP)のペプチドを合成し、家兎に免疫することによりCTBPに対するポリクロナール抗体を樹立した。2)この抗体はネイティブのCTBPを甲状腺ホルモンの結合を抑制することなく認識し、またCTBPの2量体形成能にも影響を与えないことが判明した。3)この抗体を用い、ウエスタンブロティングによりヒト組織での臓器による発現特異性を検討したところ脳と心臓に強発現を認めた。4)さらに免疫染色で細胞特異的な発現を検討したところ大脳の神経細胞、小脳では顆粒細胞がまだらに染色された。腎では糸球体は染まらず、尿細管に強発現を認めた。膵臓はmRNAの発現も蛋白の発現も弱いがラ氏島で特異的に発現を認めた。5)CTBPは甲状腺ホルモン、NADPHと結合する蛋白質でホモ2量体を形成する。この機能的ドメインを推定するためN端、C端欠損のいくつかのCTBP蛋白をGSTと融合した蛋白を大腸菌で発現させそれぞれの結合について検討した。甲状腺ホルモン、NADPHの結合には蛋白の3次元的構造が必須で、2量体形成には少なくとも2つのドメインが必要であることが判明した。甲状腺ホルモンの細胞質から核への移行、組織内発現分布、機能的ドメインの推定についての結果をまとめて投稿中である。1)ヒトCTBPのクローンをPCR法により増幅し、myc蛋白との融合蛋白を哺乳類の細胞で発現させるためpCDNAmyc(Invitrogen)にクローニングした。同じように、クラゲの蛍光蛋白質であるAutofluorescent protein(AFP)と融合蛋白を発現させるためpQBl(Quantum)にクローニングした。2)シークエンスを確認後、CHO細胞に発現後、NADPH依存性T3結合を確認した。CHO細胞にCTBPの活性が無いことは確認済みである。3)pCDNAmyc、pQBlにNeomycin耐性の遺伝子がついているので、CHO細胞にトランスフェクションしたのちG418で細胞を選択しクローニングした。4)幾つかクローニングした細胞を増やし、NADPH依存性T3結合を確認した。同時に、細胞蛋白を調整し、mycのモノクローナル抗体でウエスタンブロッティングをおこなった。5)発現の確認された細胞をチャンバースライドに培養する。同じ細胞の核、アクチン、ミトコンドリア、細胞膜、小胞体等をそれぞれの蛍光プローブで染め分け、1次抗体としてmycの抗体を、2次抗体としてFITCの抗体を用い蛍光顕微鏡で細胞内局在を観察した。pQBlをトランスフェクションした細胞はそのまま蛍光顕微鏡で観察した。
iPS細胞由来口腔上皮細胞を大量調製するための培養基材の設計

我々は、人工多能性幹細胞(iPS細胞)から口腔上皮細胞を分化誘導するための方法を探索してきた。その一環として、本研究では、口腔上皮細胞を選択的かつ迅速に増幅するための培養基材を開発することを当初の目的とした。また、培養基材の開発に加えて、培養液の組成についても研究を展開し、下記のような実績を得た。培養基材に関しては、当初、神経栄養因子の一種であるNT-4あるいはその模倣ペプチドを表面固定した培養基材の設計に取り組んだ。それらの固定分子の配向性を制御する方法について検討しながら、表面プラズモン測定やタンパク質アッセイ法を駆使して固定化の成否について検討した。また、その表面にiPS細胞由来の口腔上皮細胞を含む細胞集団を播種し、培養基材としての性能について評価した。その結果、口腔上皮細胞を効率よく増殖させるには決して効果的な方法ではないことがわかった。そこで次に、固定化タンパク質として、生体内において上皮系細胞の足場となる基底膜に存在するラミニン及びコラーゲンの変性物であり、iPS細胞の接着培養に頻繁に用いられるゼラチンの2つ細胞外マトリックスに焦点を当て、それらを基材表面にコーティングする効果について検討を加えた。その結果、それらの細胞外マトリックスは、口腔上皮様細胞の出現頻度を上昇させ、iPS細胞から口腔上皮様細胞の分化誘導を促進する効果のあることが示された。また、それらのコーティング表面では、胚様体形成工程を介さず、iPS細胞を単層培養によって口腔上皮細胞へと誘導することも可能であることがわかった。一方、培養液の組成に関する検討では、NT-4に加えて、上皮増殖因子(EGF)の添加に一定の効果のあることが明らかになった。ただし、その添加時期が分化誘導効率に大きく影響を及ぼすこと、そして、その効果がEGFによるTrkBシグナルの増強に起因することを明らかにした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、多能性を有する人工多能性幹細胞(iPS細胞)から口腔上皮細胞を分化誘導するための方法に基づき、口腔上皮細胞を選択的かつ迅速に増幅するための培養基材の開発を目的としている。これまでの研究結果から、iPS細胞に神経栄養因子の一種であるNT-4を作用させることによって口腔上皮細胞を分化誘導できることが分かってきた。そこで本年度は、NT-4による分化誘導機序について詳細な情報を得るとともに、NT-4およびNT-4の機能を模倣したペプチドを表面に固定化した培養基材の作製を試みた。これまでに、分化誘導培養における培地組成、基材、血清の影響、NT-4作用時期の影響等について調べ、口腔上皮細胞様細胞出現の効率をわずかに向上させることが可能になった。一方、NT-4固定化基材の作製に関しては、まず、Williamsらによる既往の研究をもとに、天然型NT-4と類似の機能を持つと考えられているペプチドに関する情報を取得し、それをもとに、基材固定に適した配列をもつNT-4類似ペプチドを設計した。このペプチドをガラス基材上に形成したアルカンチオール単分子膜表面に固定する方法について検討した。その結果、末端にカルボン酸をもつアルカンチオールを用いて形成させた自己組織化単分子膜を利用して、NT-4類似ペプチドをキレート反応を介して固定することが可能になった。その反応過程に関して、表面プラズモン共鳴法やタンパク質アッセイ法を用いて評価した。さらに、このような表面におけるiPS細胞の培養に関して予備的な検討を進めた。アルカンチオール単分子膜を安定に形成できるようになり、また、表面固定分子の分析を表面プラズモン共鳴法を用いて再現性良く分析できるようになった後、NT-4と基材親和性ペプチドとのキメラ蛋白質の合成を予定していた。しかしながら、前半の固定化反応およびその分析に関する実験方法の確立が予定外に時間を要したため、後半のキメラ蛋白質の合成・分析・評価を進めることができなかった。歯の完全再生が可能になれば、歯の喪失によって損なわれた口腔機能を回復させることができるようになり、患者にとってその恩恵は計り知れない。現在、発生過程にみられる上皮間葉相互作用をうまく再現すれば歯を再生させることができると考えられている。しかしながら、そのトリガーとなる口腔上皮細胞を入手することが困難なため、歯の再生を医療として普及させることは現実性に乏しい。我々はこれまでに、多能性を有する人工多能性幹細胞(iPS細胞)から口腔上皮細胞を分化誘導するための方法を探索してきた。その結果、iPS細胞に神経栄養因子NT-4を作用させることによって口腔上皮細胞を分化誘導できることを見出した。この知見を活かして本研究では、口腔上皮細胞の誘導効率を向上させ、また、大量で純度の高い口腔上皮細胞集団を得ることを目的とする。とくに、NT-4やNT-4模倣ペプチドを表面に固定化した培養基材を作製し、口腔上皮細胞を選択的かつ迅速に増幅するための培養基材を開発する。以上の目的のもと、平成29年度はとくに、iPS細胞培養の各種の条件や基材表面にコーティングする細胞外マトリックス等の影響を検討した。その結果、上皮細胞のマイトジェンとして知られている上皮増殖因子(EGF)を適切な時期に培養液中へ添加すると、口腔上皮細胞の分化効率が有意に上昇することを見出した。さらに、ポリスチレン性培養基材表面にコーティングされたコラーゲン、ラミニン等の細胞外マトリックスが、口腔上皮細胞の分化効率に、顕著ではないが一定の効果があることを見出した。

これまでにNT-4およびNT-4模倣ペプチド(N-Ac-CSRRGELAASRRGELC-NH2)を表面固定した培養基材の設計に取り組んできた。それらの培養基材を用いて、マウスiPS細胞の培養を行い、口腔上皮細胞を選択的に増殖させる基材としての有用性について評価してきた。その結果、一定の効果は認めたものの、細胞の選択性や増殖性の点で十分に満足できる結果を得られていない。我々は、人工多能性幹細胞(iPS細胞)から口腔上皮細胞を分化誘導するための方法を探索してきた。その一環として、本研究では、口腔上皮細胞を選択的かつ迅速に増幅するための培養基材を開発することを当初の目的とした。また、培養基材の開発に加えて、培養液の組成についても研究を展開し、下記のような実績を得た。培養基材に関しては、当初、神経栄養因子の一種であるNT-4あるいはその模倣ペプチドを表面固定した培養基材の設計に取り組んだ。それらの固定分子の配向性を制御する方法について検討しながら、表面プラズモン測定やタンパク質アッセイ法を駆使して固定化の成否について検討した。また、その表面にiPS細胞由来の口腔上皮細胞を含む細胞集団を播種し、培養基材としての性能について評価した。その結果、口腔上皮細胞を効率よく増殖させるには決して効果的な方法ではないことがわかった。そこで次に、固定化タンパク質として、生体内において上皮系細胞の足場となる基底膜に存在するラミニン及びコラーゲンの変性物であり、iPS細胞の接着培養に頻繁に用いられるゼラチンの2つ細胞外マトリックスに焦点を当て、それらを基材表面にコーティングする効果について検討を加えた。その結果、それらの細胞外マトリックスは、口腔上皮様細胞の出現頻度を上昇させ、iPS細胞から口腔上皮様細胞の分化誘導を促進する効果のあることが示された。また、それらのコーティング表面では、胚様体形成工程を介さず、iPS細胞を単層培養によって口腔上皮細胞へと誘導することも可能であることがわかった。一方、培養液の組成に関する検討では、NT-4に加えて、上皮増殖因子(EGF)の添加に一定の効果のあることが明らかになった。ただし、その添加時期が分化誘導効率に大きく影響を及ぼすこと、そして、その効果がEGFによるTrkBシグナルの増強に起因することを明らかにした。大学院生の本研究への参画を促し、研究を一層推進する努力を払う。また、とくにキメラ蛋白質の合成に関して、連携研究者である中路正博士の協力をこれまで以上に得るべく、連携を強化する。これまでに、iPS細胞から口腔上皮細胞への分化効率を高めるため、最適な培地組成について予備的な検討を行い、上皮増殖因子(EGF)の添加が効率の向上に効果のあることを見出した。この予備的検討結果を踏まえ、今後は、EGF添加効果と口腔上皮細胞マーカーの発現や分化した口腔上皮細胞の機能性に焦点を当て、EGF添加条件の最適化を行う。
高難度選択光酸化に最も適した活性酸素種のデザイン

1固体光触媒のみを用いる(Nb2O5を用いたアルコールの選択光酸化),2固体表面上に錯体を展開させる(単核のバナジウム錯体を高表面積担体に展開した光触媒系でのプロピレンの光エポキシ化),3錯体と固体との協同効果を利用する(鉄ポルフィリン錯体と固体塩基の協同効果を利用したオレフィンの光エポキシ化)という3つのアプローチによって設計された光触媒系を用いて「反応に最も適した活性酸素種」の形成の重要性を明らかにした.これまで研究代表者は高難度選択酸化を実現するためには「反応に最も適した活性酸素種」の形成が重要であると主張している.平成25年度においてはこれまで見出した触媒系の活性酸素種を明らかにするためにシリカ担持バナジウム酸化物(V2O5/SiO2)上でのプロピレンの選択光酸化と鉄ポルフィリン錯体と層状複水酸化物(LDH)の協同効果を利用したオレフィンの光エポキシ化を行った.水熱合成法を用いて調製したV2O5/SiO2は一般的によく用いられる含浸法を用いて調製したV2O5/SiO2に比べて高い活性を示した.また,含浸法では最適な担持量が0.2wt%だったのに対して,水熱合成法では最適な担持量は0.5wt%であった.この反応においては高分散担持された孤立四配位構造のバナジウム種が活性種であるため,水熱合成法では含浸法に比べてより高分散に孤立四配位構造のバナジウム種をシリカ上に安定に固定できると結論した.鉄ポルフィリン錯体とLDHの協同効果を明らかにするため,紫外可視吸収スペクトルを用いて各種の中間体を同定を行った.その結果,LDHによって鉄ポルフィリン錯体の軸配位子がClからOHへと変化し,可視光照射下で軸配位子のOHが外れてFeが3価から2価へと還元され,この錯体が分子状酸素を光活性化することを明らかにした.LDH非共存下では鉄ポルフィリン錯体の軸配位子は容易にClへと戻るため,反応が触媒的に進行するにはLDHの存在が必須であると結論した.1固体光触媒のみを用いる(Nb2O5を用いたアルコールの選択光酸化),2固体表面上に錯体を展開させる(単核のバナジウム錯体を高表面積担体に展開した光触媒系でのプロピレンの光エポキシ化),3錯体と固体との協同効果を利用する(鉄ポルフィリン錯体と固体塩基の協同効果を利用したオレフィンの光エポキシ化)という3つのアプローチによって設計された光触媒系を用いて「反応に最も適した活性酸素種」の形成の重要性を明らかにした.これまで申請者は1固体光触媒のみを用いる,2固体表面上に錯体を展開させる,3錯体と固体との協同効果を利用するという3つのアプローチによって設計された光触媒系を用いて高難度選択光酸化を実現してきた.平成23年度においては,「反応に最も適した活性酸素種」の形成の重要性を明らかにするために,これらのアプローチに基づいた反応および活性酸素種の検討を行った.1については酸化ニオブ上でのアルコールおよびアミン類の選択光酸化を行い,高い活性を示すことを明らかにした.本反応は吸着種由来のドナー準位からNb2O5の伝導帯への直接遷移が起こること,つまり基質が酸化ニオブ上に吸着して形成された表面錯合体自身が光励起されることによって,バンドギャップより長波長側の可視光で反応が進行したものと結論した.2についてはシリカ担持バナジウム酸化物上でのプロピレンの選択光酸化を行い,0.1wt%V2O5担持量のものが最も高い活性を示すことを明らかにした.りん光スペクトルによる検討から,担持量を増加させると発光スペクトルがレッドシフトすることを明らかにした.担持量を一定にし,担体のシリカの比表面積をコントロールすることによって単位面積当たりのバナジウムの量を増やしても同様なスペクトルの変化を観察した.X線吸収スペクトル等による特性評価によって,バナジウムの構造は変化していないことから,シリカ上に高分散されている孤立四配位バナジウム種同士が相互作用していると結論した.3については鉄ポルフィリン錯体と固体塩基の協同効果を利用したオレフィンの光エポキシ化を行い.層状複水酸化物LDHと鉄ポルフィリン錯体を共存させると高い活性が得られることを見出した.現在詳細を検討中である.我々が本研究において最も明らかにしたいことは高難度選択光酸化における「反応に最も適した活性酸素種」の形成の重要性である.これまでに我々は各種炭化水素の光酸化においてTiO2を用いると完全酸化が進行し,選択酸化生成物への選択率が著しく低下することを報告している(J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 17018).これは代表的な光触媒であるTiO2上ではかなり低濃度の活性酸素種が複数生成され,かつその中には強力な活性酸素種も含まれていることから,低濃度の有機物質であれば完全に無機化できることを示している.つまり,TiO2は高難度選択光酸化に不向きであり,これを達成しようとするならば,選択的に炭化水素に挿入されるような活性酸素種を形成する必要がある.申請者はこの仮定に基づいて,高難度選択光酸化が進行する光触媒系において,「反応に最も適した活性酸素種」が生成していることを証明したいと考えており,本年度においては我々の提案した1固体光触媒のみを用いる,