hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Ｃ型肝炎におけるＮＫ細胞の関与：ＮＫ細胞レセプターとＩＦＮシグナル伝達からの解析

NK細胞の活性化は活性型・抑制型レセプターのシグナルにより制御されているが、C型肝炎ウイルス感染における意義には明らかでない。C型慢性肝炎患者(CHC)、健康人から末梢血単核球を分離し、NKp46(活性型レセプター)/NKG2A(抑制型レセプター)の発現をFACSで解析した。申請者はこれまでにウイルス感染に対する宿主防御応答である自然免疫においてNK細胞がC型慢性肝炎において重要な役割を果たすことを報告してきた。平成25年度はC型慢性肝炎患者(26例)、健康人より抽出した単核球においてNK細胞抑制性レセプターNKp46、NK細胞活性型レセプターNKG2Aの発現およびNK細胞内STAT1発現をフローサイトメトリーにて解析した。また、C型慢性肝炎患者の肝生検組織を用いて肝組織におけるSTAT1を含めたインターフェロンシグナルに関わるInterferon Stimulated Genes(ISG)の遺伝子発現について解析しNK細胞内STAT1蛋白発現との関連について検討を行った。C型慢性肝炎患者と健康人とで比較するとNKp46陽性NKG2A陽性のNK細胞の割合はC型慢性肝炎で有意に高かった(HS 4.9%、CHC10%)。肝組織におけるISG遺伝子発現と肝組織におけるSTAT1遺伝子発現には有意な相関をみとめた。また肝組織におけるSTAT1遺伝子発現とNK細胞内のSTAT1蛋白発現に相関をみとめた。またIL28B遺伝子近傍rs8099917多型とNK細胞内のSTAT1蛋白発現に有意な差を認めなかった。以上より、NKp46陽性NKG2A陽性NK細胞はC型慢性肝炎の持続感染の成立や、炎症反応に関与することが示唆された。また、NK細胞におけるSTAT1蛋白発現が肝組織のISG遺伝子発現と相関がある可能性が示唆された。これまでに治療前の肝組織におけるISG遺伝子発現が高い群は治療抵抗性となることが報告されている。本研究結果は末梢血中のNK細胞のSTAT1蛋白発現を解析することで非侵襲的に治療抵抗例の抽出ができうる可能性を示唆しており、臨床的に意義の大きい成果である。ウイルス感染時の宿主応答において、自然免疫応答の中でもNK細胞は重要な役割を担っている。C型肝炎ウイルス感染においてNK細胞のサイトカイン分泌能や細胞傷害活性能が変化していることを申請者らはこれまで報告してきた。平成26年度はC型慢性肝炎患者(CHC: 50例)、健康人(HS: 35例)の末梢血から抽出した末梢血単核球において、NK細胞活性型レセプターNKp46、NK細胞抑制型レセプターNKG2Aの発現をフローサイトメトリーで解析した。また、NK細胞亜分画をフローサイトメトリーで単離し、亜分画ごとにNK細胞活性関連因子の遺伝子発現をインターフェロン刺激の有無ごとにReal Time PCRで解析した。リンパ球中のNK細胞の頻度はC型慢性肝炎患者で有意に低下した(CHC: 8.3%, HS: 12.0%)。またNK細胞にはNKp46, NKG2Aともに高発現となるNKp46high NKG2Ahigh亜分画が存在し、NK細胞におけるこの亜分画の頻度はCHCで有意に増加していた(CHC: 10.3%, HS: 5.9%)。この亜分画はSTAT1, FasL, TRAILといった細胞傷害活性に関わる因子の発現が亢進していた。特にSTAT1はIFN刺激下で著明に発現が亢進した。この分画のIFNγの発現は、非刺激下では低下していたが、インターフェロン刺激により他分画と同等まで亢進した。以上より、NKp46high NKG2Ahigh亜分画は高い細胞傷害活性を有し、肝障害に関連する可能性が示唆された。また、本亜分画はインターフェロンによる応答性が異なり、インターフェロン治療における効果関連因子である可能性もあると考えられ、臨床的に意義の大きい成果である。HCV感染と宿主の自然免疫応答に関してインターフェロンおよびNK細胞レセプターに着目し、その病態の解明および新たな治療法や薬剤の開発を目指す。C型慢性肝炎患者(CHC: 50例)、健康人(HS: 35例)から末梢血単核球を分離し、CD3/CD56/NKp46(NK細胞活性型レセプター)/NKG2A(NK細胞抑制型レセプター)の発現をフローサイトメトリーで解析した。NK細胞亜分画ごとにNK細胞活性関連因子の遺伝子発現をReal Time PCRで解析した。さらにNK細胞感受性白血病細胞株であるK562と共培養を行い、各NK細胞亜分画の細胞傷害活性・サイトカイン分泌能を検討した。以上より、NKp46highNKG2Ahigh亜分画は遺伝子レベル・蛋白レベルとも高い細胞傷害活性を有し、サイトカイン応答性が異なることが示された。臨床検体を用いた検討でも血清ALTと相関があり、肝障害に関連する可能性が示唆された。

NK細胞レセプターに着目し、NK細胞の活性型レセプターNKp46、抑制型レセプターNKG2Aがともに高発現している亜分画を同定し、健康者に比べてC型慢性肝炎患者でその頻度が高いことを確認した。またこの亜分画は細胞傷害活性に関連する因子の発現が亢進し、インターフェロンの応答性も異なり、この分画はインターフェロン治療の効果関連因子である可能性もあると考えられた。症例登録も平成25年度から累積しており、本申請課題はおおむね順調に進展していると考える。肝臓学平成26年度の結果をもとに、単離したNK細胞とC型肝炎ウイルス感染細胞株との共培養を行うことで、細胞傷害活性やIFNの応答性に関連している可能性のあるNKp46・NKG2Aレセプターの役割・意義を検討する。また、核酸アナログなどのIFNを投与しないC型肝炎に対する治療も実臨床で使用可能となっており、各種治療前後におけるNK細胞内STAT1蛋白発現レベルを解析し、インターフェロン投与有無によるその変化を比較検討する。近年、C型慢性肝炎の新規治療のめざましい開発により症例に合わせた治療選択が求められている。本研究は治療効果予測因子の一つであると報告されている肝組織におけるISGの遺伝子発現を末梢血NK細胞のSTAT1蛋白で代用できる可能性を示唆した研究であり、また非侵襲的に治療抵抗例を抽出できる可能性があることから臨床上も非常に有意義であると考えている。研究結果も十分でており、本申請課題はおおむね順調に進展していると考える。平成25年度の結果をもとにNKp46陽性NKG2A陽性NK細胞のインターフェロンシグナル伝達様式や細胞傷害活性について検討する。併せて患者症例の蓄積を重ねそれぞれの治療効果と、治療開始前の肝機能検査値、血小板、IL28B遺伝子多型などの情報と肝組織ISG発現レベル、NK細胞内STAT1蛋白発現レベルの関連を患者背景因子も含めて解析する。また、治療後のNK細胞内STAT1の発現解析を行い治療が及ぼす影響について検討する。
精子における転写産物の総合的解析

精子では転写が行われていないため、今まで精子を用いた大規模なcDNA配列解析はなされていない。しかし最近の報告により、精子内にもRNAが存在していることが明らかになった。よって本研究では、精子中に存在する転写産物の網羅的同定を塩基配列決定により行い、新規の機能性RNA分子を探索することを目的とした。精子は体細胞とは異なり全体的に非常に凝集したクロマチン構造をとっている。そのような状況下において存在しているRNAの生理機能を解析することにより、精子における遺伝子サイレンシングやゲノム構造の維持機構に関する理解を深められる。これらのデータは、RNAが遺伝物質として機能するという仮説の上に立った候補RNAを探索する基礎データにもなりうると考えられる。今年度の具体的な研究内容を以下に述べる。始めにマウスおよびチンパンジーから運動能力のある精子を採取して全RNAを精製した。今回の解析では、小分子RNAを含むできるだけ多くの転写産物の同定を行えるようにするため、RNAの長さおよび末端の形状に依存しない両末端タグ法を用いてcDNAを調整した。454シークエンサーを用いてcDNAの塩基配列決定を行い、マウスは約45万、チンパンジーは約5万のcDNAタグを得た。生物情報学的解析により、cDNAのゲノムへのマッピングを行いRNAの分類をした。その結果、マウスおよびチンパンジーの精子中にはrRNA、tRNA、mRNAの断片やmiRNA、piRNA、snoRNAなどの機能性RNAが存在することを明らかにすることができた。mRNAとmiRNAの幾つかのものについては、実際に精子中にRNAが存在することをTaqMan qRT-PCR法を用いて確認した。さらに、マウスの精子から新規miRNAの候補を複数同定した。今後は、マウスとチンパンジーの精子RNAプロファイルを比較解析する。
先天性横隔膜ヘルニア肺低形成に対する遺伝子治療の研究

天性横隔膜ヘルニア(以下CDH)を始めとする高度の肺低形成を合併する疾患の予後は、様々な治療法の確立にも拘わらず依然極めて不良である。我々はアドレノメデュリン(以下AM)の肺発育促進因子としての作用に着目し、本研究を行った。(1)SDラット(満期22日)妊娠9.5目にオリーブ油に溶解したナイトロフェン400mg/kgを投与し、CDHモデルを作製した。対照群はオリーブオイルのみの投与を行った。妊娠日齢13.5に肺を採取し、胎児肺の臓器培養を72時間行った。培養液にAMをそれぞれ0、50、100、200μmol/L添加し、肺芽の分裂数を計測するとともに、肺組織中のFGF-10、BMP4をR T-PCRにて測定した。CDHモデルの肺芽分裂数は対照群に比し有意に低下していたが、AMの添加により有意な増加を認めた。肺組織中BMP4はAM100μmol/L添加により有意な発現の増加を認めたが、FGF-10では有意な変化を認めなかった。(2)実験動物に家兎を用い、妊娠24日目(満期31日)に胎児手術を行い、左側の横隔膜を切開し、ヘルニアモデルを作成した。対照群は開胸のみを行う。横隔膜の切開を行った胎仔気管に、1)AM遺伝子DNA-gelatin複合体、2)gelatin、3)生食をそれぞれを注入し、計4群を作成した。妊娠30日に帝王切開を行い、胎仔を擬死せしめた後、体重測定後、肺を摘出した。AM遺伝子DNA-gelatin複合体注入群ではgelatin注入群、生食注入群に比し、肺対体重比、肺AM、肺AMmRNの増加を認めたが、対照群に比し肺対体重比は減少していた。肺の組織学的検討では、AM遺伝子DNA-gelatin複合体注入群で、気道上皮、肺血管の両者でAMの発現亢進を認めた。以上の結果はAM遺伝子DNA-gelatin複合体気管内注入はCDHに伴う肺低形成の治療に有効であることを示した。先天性横隔膜ヘルニア(以下CDH)を始めとする高度の肺低形成を合併する疾患の予後は、様々な治療法の確立にも拘わらず依然極めて不良である。本病態に対する治療の研究は、肺の胎生期および新生児期の発育をいかに促進し得るかという点に集約されるが、そのためには肺血管床の分化・発育、増生も重要な因子であると考えられている。我々は強力な血管拡張作用を有すると同時に、種々の臓器の器官発生への関与が示唆されているアドレノメデュリン(以下AM)の肺発育促進因子としての作用に着目し、本実験を行った。(1)SDラット(満期22日)妊娠9.5日にオリーブ油に溶解したナイトロフェン400mg/kgを投与し、CDHモデルを作製した。

CDHモデルの肺芽分裂数は2.0±0.3と対照群(3.6±0.5)に比し有意に低下していたが、AMの添加により有意な増加を認めた(3.3±0.6、3.5±0.5、3.4±0.6)。肺組織中BMP4はAM100μmol/L添加により有意な発現の増加を認めたが、FGF-10では有意な変化を認めなかった。現在、同一系で肺芽分裂促進効果が期待されるレチノールやNOの作用との比較を行っている。(2)in vitroでの遺伝子導入実験に備えAMcDNAベクターを調製した。また気管内投与法としてDNA-gelatin複合体を調製し、予備実験を行った。先天性横隔膜ヘルニア(以下CDH)を始めとする高度の肺低形成を合併する疾患の予後は、様々な治療法の確立にも拘わらず依然極めて不良である。本病態に対する治療の研究は、肺の胎生期および新生児期の発育をいかに促進し得るかという点に集約されるが、そのためには肺血管床の分化・発育、増生も重要な因子であると考えられている。我々は強力な血管拡張作用を有すると同時に、種々の臓器の器官発生への関与が示唆されているアドレノメデュリン(以下AM)の肺発育促進因子としての作用に着目し、本実験を行った。実験動物に家兎(ニュージーランドホワイトラビット)を用い、妊娠24日目(満期31日)に胎児手術を行い、左側の横隔膜を切開し、ヘルニアモデルを作成した。対照群は開胸のみを行う。横隔膜の切開を行った胎仔気管に、1)AM遺伝子DNA-gelatin複合体、2)gelatin、3)生食をそれぞれを注入し、計4群を作成した。妊娠30日に帝王切開を行い、胎仔を擬死せしめた後、体重測定後、肺を摘出した。AM遺伝子DNA-gelatin複合体注入群ではgelatin注入群、生食注入群に比し、肺対体重比、肺AM、肺AMmRNAの増加を認めたが、対照群に比し肺対体重比は減少していた。肺の組織学的検討では、AM遺伝子DNA-gelatin複合体注入群で、気道上皮、肺血管の両者でAMの発現亢進を認めた。以上の結果はAM遺伝子DNA-gelatin複合体気管内注入はCDHに伴う肺低形成の治療に有効であることを示した。
空気圧駆動ソフトアクチュエータの設計基本原理の確立

2018年度は、主に下記の研究を行ってきた。1.空気圧駆動ソフトアクチュエータのチャンバーサイズと膜の厚みを変数として定義し、Abaqusを用いて有限要素モデルを構築した。さらに、Isightを用いて、逆有限要素最適化プラットフォームを構築した。このプラットフォームを利用して、ソフトアクチュエータ幾何構造の最適化を行った。最適化結果から、チャンバー膜の厚みとチャンバー間の隙間がアクチュエータのパフォーマンスに影響が大きいことが分かった。2.上記のプラットフォームを用いて、4指ソフトグリッパの把持パフォーマンスを最適化した。特に、材料の影響をシミュレーションと実験テストで検討した。結果として、材料の柔らかさは変形しやすい対象物に対して有利ということが分かった。3.把持対象物のサイズ変化に対応できるようにするため、剛性調整可能なソフトグリッパを試作した。小さい対象物を把持する際、アクチュエータの根元部半分を固くすることによって、摘まみ動作を実現することができた。4.細断された食材を定量的にパッキングするため、包みグリッパを試作した。包みグリッパは横方向と縦方向の空気チャンバーが設置され、空気圧を印加すると、二方向に曲がり、球体近い形になり、細かい食材でも把持できるという特徴がある。把持重量は差し込む深さである程度制御でき、弁当製造自動化に役に立つと考えている。5.柔らかくて重い対象物を把持する、また、農産物を収穫する際ねじりながら取る動作を実現するため、シェールグリッパを提案した。シェールグリッパは固い外皮を持ち、中に4つ空気チャンバーがある。空気圧を印加すると、チャンバーが膨らんで、対象物と接触する。固い外皮を有するため、低い空気圧で大きな把持力を発生させることができる。2017年度は、主にソフトアクチュエータのダイナミクス、有限要素モデル、材料の影響、プレストレスアクチュエータに関する研究を行なった。具体的な実績は下記の通りである。1.リンク、ばね、ダンパーの基本要素を用いて、ソフトアクチュエータの動的モデルを提案した。最適化方法を用いて、モデルに関わる力学パラメータを推定した。このモデルを用いて、ソフトアクチュエータの変形挙動を再現できた。把持対処物との接触力の推定もできた。2.プレストレスのアイデアを採用して、初期状態が巻き上がっているソフトアクチュエータを提案した。負圧でアクチュエータを巻き上がると比較することによって、プレストレスしたアクチュエータは対象物を優しく掴めることが分かった。食品材料を用いて実験テストを行なった。3.異なる製作方法と異なる材料を用いて、ソフトアクチュエータを製作した。製作方法と材料の影響を実験的に検討した。3Dプリンタで造形したアクチュエータより、キャスティングで作製したアクチュエータはばらつきが大きい一方で、耐久性は優れたことが分かった。また、材料は柔らかければ柔らかいほど、把持力と持上げる重量が大きいということが考えられる。4.ソフトアクチュエータの有限要素モデルを構築した。幾何非線形を導入し、シミュレーションを行なった。実験計測したデータと比較することによって、モデルの有効性を検討した。ソフトアクチュエータの設計と挙動予測の際、構築した有限要素モデルを活用した。これらの研究結果を基づいて、論文誌論文5本、国際会議論文5編、特許1件、国際学会での発表8件、展示会での出展2回の研究成果ができた。研究実施計画の通りに進めてきた一方で、変更点と新しく加えた点があった。1.変更点:1)アクチュエータ材料の摩擦係数を自分で計測することの変わりに、公表されたデータを採用し、研究を進めてきた。自分で計測する実験は平成30年度に行う予定である。2)有限要素ソフトABAQUSとMATLABを連携して、ソフトアクチュエータの最適化することの変わりに、ABAQUSと最適化ソフトIsightを連携することに変更した。これによって、アクチュエータの最適化はよりスムーズに実現することができる。2.加えた点:1)アクチュエータのパフォーマンスに対して、異なるゴム材料と3Dプリンタ材料の影響を実験的に比較した。2)高速シミュレーションと制御のため、リンク、ばね、とダンパーを用いて、簡略したアクチュエータの動的モデルを開発した。モデルの力学パラメータを推定した。3)崩れやすい対象物をより優しく掴めるため、プレストレスをしたソフトアクチュエータを提案した。パフォーマンスを実験的にテストを行なった。また、学科で新しく導入した最先端の3Dプリンタを利用することによって、より早く、数多くのアクチュエータデザインを試すことができ、研究の進捗に役に立った。

小さい対象物を把持する際、アクチュエータの根元部半分を固くすることによって、摘まみ動作を実現することができた。4.細断された食材を定量的にパッキングするため、包みグリッパを試作した。包みグリッパは横方向と縦方向の空気チャンバーが設置され、空気圧を印加すると、二方向に曲がり、球体近い形になり、細かい食材でも把持できるという特徴がある。把持重量は差し込む深さである程度制御でき、弁当製造自動化に役に立つと考えている。5.柔らかくて重い対象物を把持する、また、農産物を収穫する際ねじりながら取る動作を実現するため、シェールグリッパを提案した。シェールグリッパは固い外皮を持ち、中に4つ空気チャンバーがある。空気圧を印加すると、チャンバーが膨らんで、対象物と接触する。固い外皮を有するため、低い空気圧で大きな把持力を発生させることができる。平成30年度の計画は下記の通りである。1.ソフトアクチュエータ材料の摩擦係数を計測する。一般ゴム材料と3Dプリンタ材料の摩擦係数をスロープ実験で求める。結果を比較することによって、摩擦係数の影響を理論的にまとめる。2.ABAQUSとIsightを連携し、アクチュエータの材料特性を推定する。アクチュエータ材料の影響を定量的に評価する。この結果を基づいて、異なる応用に対して、相応しい材料の選択方法を提案する。3.ABAQUSとIsightを用いて、ソフトアクチュエータのモルフォロジー最適化を行なう。設計パラメータとアクチュエータパフォーマンスの関係を作り出すことによって、ソフトアクチュエータの設計原則と基準をまとめる。4.これらの研究結果を活用し、食品材料のハンドリング、特に崩れやすいものを対象として、最適なソフトアクチュエータのデザインや新しいアクチュエータの提案を行なう予定である。
AMPA型グルタミン酸受容体のリン酸化による神経細胞の感度調節機構

小脳の平行繊維-プルキンエ細胞間のシナプスは長期抑圧と呼ばれるシナプス可塑性を示し、この長期抑圧は運動学習の基礎過程の一つと考えられている。これまでの研究により、平行繊維-プルキンエ細胞間のシグナル伝達は主にAMPA型グルタミン酸受容体のGluR2/3サプユニットにより担われていること、長期抑圧にはPKCの活性化が必須であることが知られている。私はGluR2 C末端の880番目のセリンがPKCによってリン酸化されることを明らかにした。また、このリン酸化によりGluR2とGRIPとの結合能が低下することも明らかにした。さらに免疫組織化学的手法を用いてホルボールエステルで処理した培養プルキンエ細胞と未処理の細胞とのGluR2の局在を比較した結果、ポストシナプスにおけるGluR2の免疫反応が有意に低下することを示した。このことからPKCによるGluR2のリン酸化によってポストシナプスにおけるAMPA型グルタミン酸受容体の数が減少することが示された。小脳プルキンエ細胞の長期抑圧は運動学習の素過程として注目され多くの研究がなされてきたが、具体的にどのようなメカニズムによりAMPA受容体の情報伝達効率が低下するのかということについては不明であった。私はGluR2のC末部分がPKCによってリン酸化され、それによりGRIPとの相互作用が阻害されAMPA受容体のスパインにおける数が減少することを明らかにしてきた。これらの結果は小脳長期抑圧を分子レベルで説明できるものである。また、プルキンエ細胞以外の神経細胞においても類似のメカニズムでシナプスの伝達効率が制御されている可能性も考えられ、小脳長期抑圧、および他のシナプス可塑性の理解に貢献したと考えられる。
高速X線撮影を用いた3次元計測と有限要素解析による接地中の足部内挙動の解明

本研究では,医用画像から抽出した足部表面,骨,アキレス腱の3次元形状データを用いて,足部の内部構造を考慮した有限要素モデルの作成を進めた.また,モーションキャプチャシステムを用いて着地および走行動作の接地中における足部の動きを計測し,有限要素モデルの妥当性検証に用いるための各変量を算出した.今後は,有限要素モデルの作成をさらに進め,モデルの妥当性を確認する.その後,材料特性などを変化させて接地のシミュレーションを行い,骨の挙動とそこで生じる力学現象に及ぼす影響を明らかにする.申請時においては,まず静的状態での足部のCT撮影および動作の接地中における足部のX線撮影を計画していた.しかしながら,後に作成する計画であった有限要素足部モデルの作成手法に目途を付けるために,まず試作モデルを作成し,接地現象を再現してみた.足部の形状データを有限要素ソフトウェアAbaqus/CAE(Dassault Systemes社/本研究費で年間ライセンスを延長購入)にインポートした.この足部モデルは,4面体ソリッド要素で構成し,線形弾性体として材料特性を割り当てた.足関節には,関節間力と関節トルクを荷重した.接地直前の位置・姿勢に足部モデルを配置した.初期条件として,足部モデルに接地直前の足部速度および足部角速度を与えた.接地局面の有限要素解析を行った.なお,解析ソルバーには,Abaqus/Explicitを使用した.このように有限要素モデルの作成手法を検討するとともに,モデルの妥当性検証のために必要な変量について検討できる段階まで研究を推進することができた.本研究を推進することで,着地および走行動作の接地中における足部の骨の3次元的な挙動とそこで生じる力学現象を明らかにできる可能性がある.さらにシミュレーションによって足部内の腱の牽引スピードや腱の材料特性が足部の骨の挙動とそこで生じる力学現象に及ぼす影響を明らかにできれば,腱を牽引する筋の収縮力や加齢による腱の材料特性の変化が,着地衝撃応答や走行動作に影響を及ぼすメカニズムを検討することも可能である.これらの結果は,障害発生予防,パフォーマンス向上,製品開発に寄与する可能性があるという点で意義のあるものと考える.申請時においては,まず静的状態での足部のCT撮影および動作の接地中における足部のX線撮影を計画していた.しかしながら,後に作成する計画であった有限要素足部モデルの作成手法に目途を付けるために,前年度にシンプルな試作モデルを作成し,接地現象を再現してみた.有限要素解析によるシミュレーションを行う上で,モデルの妥当性検証は非常に重要であるため,当該年度には,この試作モデルを用いてモデルの妥当性検証の方法について検討した.有限要素ソフトウェアAbaqus/CAE(ダッソー・システムズ社/本研究費で年間ライセンスを延長購入)を用いてモデルを作成し,接地局面の有限要素解析を行い,足部モデルの節点の位置座標とともに,接地中の地面反力データを出力した.足部の運動学データや地面反力データについて,有限要素解析結果を実験結果と比較することによって,有限要素モデルの妥当性を検討する.また,妥当性が検証されたモデルを用いて行った有限要素解析結果から,接地中の足部内部で生じる力学現象について検討することができる.このように有限要素モデルの作成手法および妥当性検証方法を検討することができた.本研究を推進することで,着地,歩行および走行動作の接地中における足部の骨の3次元的な挙動とそこで生じる力学現象を明らかにできる可能性がある.さらにシミュレーションによって足部内の腱の牽引スピードや腱の材料特性が足部の骨の挙動とそこで生じる力学現象に及ぼす影響を明らかにできれば,腱を牽引する筋の収縮力や加齢による腱の材料特性の変化が,着地衝撃応答や歩行・走行動作に影響を及ぼすメカニズムを検討することも可能である.これらの結果は,障害発生予防,パフォーマンス向上,製品開発に寄与する可能性があるという点で意義のあるものと考える.本研究では,瞬間的な衝撃力が足部に作用する着地やスポーツ動作における接地中の足部内部で生じる力学現象を解明することを目的とし,有限要素モデルを作成して,足部内の腱の牽引スピードや腱の材料特性を変化させて着地および走行動作における接地のシミュレーションを行う.当該年度には,詳細な有限要素モデルの作成方法を確立するために,静的状態での足部のCT画像およびMRI画像から,足部表面(皮膚),各骨,アキレス腱の3次元形状を抽出した.さらに,この形状データを有限要素ソフトウェアAbaqus/CAE(ダッソー・システムズ社/本研究費で年間ライセンスを延長購入)にインポートすることができた.このように有限要素ソフトウェアAbaqus/CAEにおける有限要素モデルの作成作業に取り組める段階まで研究を推進することができた.本研究を推進することで,着地,歩行および走行動作の接地中における足部の骨の3次元的な挙動とそこで生じる力学現象を明らかにできる可能性がある.さらにシミュレーションによって足部内の腱の牽引スピードや腱の材料特性が足部の骨の挙動とそこで生じる力学現象に及ぼす影響を明らかにできれば,腱を牽引する筋の収縮力や加齢による腱の材料特性の変化が,着地衝撃応答や歩行・走行動作に影響を及ぼすメカニズムを検討することも可能である.これらの結果は,障害発生予防,パフォーマンス向上,製品開発に寄与する可能性があるという点で意義のあるものと考える.申請時に計画した作業順序を変更し,前年度までにまず有限要素足部モデルを試作し,接地現象を再現した.また,この試作モデルを用いてモデルの妥当性検証の方法について検討した.当該年度には,詳細な有限要素モデルの作成方法を確立するために,静的状態での足部のCT画像およびMRI画像から,足部表面(皮膚),各骨,アキレス腱の3次元形状を抽出した.

現在は,有限要素ソフトウェアAbaqus/CAEにおける有限要素モデルの作成作業に取り組む段階である.申請時には,骨をはじめとした各形状を単純化することを計画していたが,足部の機能を再現できる有限要素モデルを作成するためには精度の高い形状データが必要であると考え,形状抽出は大きな労力を要する作業となった.よって,当該年度に実施した形状抽出作業は本研究課題の成否に関わる非常に重要な部分であり,研究を大きく進展させることができたと考える.作業順序を変更したため,当初の研究計画とは単純に比較できないが,作業量を比較するとやや遅れていると思われる.本研究では,瞬間的な衝撃力が足部に作用する着地やスポーツ動作における接地中の足部内部で生じる力学現象を解明することを目的とした.当該年度には,医用画像から抽出した足部表面,骨,アキレス腱の3次元形状データを用いて,足部の内部構造を詳細に考慮した有限要素モデルの作成を進めた.また,モーションキャプチャシステムを用いて着地および走行動作の接地中における足部の動きを計測し,位置座標や地面反力データから有限要素モデルの妥当性検証に用いるための各変量を算出した.申請時には,ハイスピードX線装置を使用する計画であったが,倫理の都合などで使用が困難であったため,モーションキャプチャシステムを用いた動作計測に変更した.申請時に計画した作業順序を変更し,前々年度までにまず有限要素足部モデルを試作し,モデルの妥当性検証の方法について検討した.また,精度の高い形状データを得るために,形状抽出に大きな労力を要した.当初の研究計画より進捗は遅れたが,いずれの工程も本研究課題の成否に関わる重要な部分であり,研究期間全体で研究を進展させることができたと考える.今後は,有限要素モデルの作成をさらに進め,モデルの妥当性を確認する.その後,材料特性などを変化させて接地のシミュレーションを行い,骨の挙動とそこで生じる力学現象に及ぼす影響を明らかにする.本研究を推進することで,着地,歩行および走行動作の接地中における足部の骨の3次元的な挙動とそこで生じる力学現象を明らかにできる可能性がある.さらにシミュレーションによって,材料特性などの変化が,着地衝撃応答や歩行・走行動作に影響を及ぼすメカニズムを検討することも可能である.これらの結果は,障害発生予防,パフォーマンス向上,製品開発に寄与する可能性があるという点で意義のあるものと考える.本研究では,医用画像から抽出した足部表面,骨,アキレス腱の3次元形状データを用いて,足部の内部構造を考慮した有限要素モデルの作成を進めた.また,モーションキャプチャシステムを用いて着地および走行動作の接地中における足部の動きを計測し,有限要素モデルの妥当性検証に用いるための各変量を算出した.今後は,有限要素モデルの作成をさらに進め,モデルの妥当性を確認する.その後,材料特性などを変化させて接地のシミュレーションを行い,骨の挙動とそこで生じる力学現象に及ぼす影響を明らかにする.申請時に計画した作業順序を変更し,静的状態での足部のCT撮影および動作の接地中における足部のX線撮影をする前に,まず有限要素足部モデルを試作し,接地現象を再現してみた.そして,この試作モデルを用いてモデルの妥当性検証の方法について検討してみた.
複素解析的葉層構造の特異点の研究

申請書に記した研究目的のうち, 1番目に関し,研究代表者に以前より特異点をもつ複素解析的葉層構造の開析理論を展開していた.一方MexicoのGomez-Mont等はこれに対する変形理論の研究を行っていた. 62年度において, 1ケ月程フランスで,これらの人々と共同研究をする機会があり,両理論の間の関係を明らかにした.2番目の研究目的に関しては,特異葉層構造に附随した〓-加群の特性多様体,解複体の局所的性質等を調べるため,特異点集合の構造を明らかにする必要が生じた.これに関してはP.Baumにより最も簡単な部分の構造が分っているのみであったが,彼のいわゆる"Tangentiol Lewena"を拡張することにより,ほぼ完全にその構造が分り,上記問題および, Baum-Bottの留数の研究等の今後の研究への応用が期待される.申請書に記した研究目的のうち, 1番目に関し,研究代表者に以前より特異点をもつ複素解析的葉層構造の開析理論を展開していた.一方MexicoのGomez-Mont等はこれに対する変形理論の研究を行っていた. 62年度において, 1ケ月程フランスで,これらの人々と共同研究をする機会があり,両理論の間の関係を明らかにした.2番目の研究目的に関しては,特異葉層構造に附随した〓-加群の特性多様体,解複体の局所的性質等を調べるため,特異点集合の構造を明らかにする必要が生じた.これに関してはP.Baumにより最も簡単な部分の構造が分っているのみであったが,彼のいわゆる"Tangentiol Lewena"を拡張することにより,ほぼ完全にその構造が分り,上記問題および, Baum-Bottの留数の研究等の今後の研究への応用が期待される.
高伝熱性プレート型触媒のミクロ特性の予測と設計法の提案

本研究は、反応場としての触媒に伝熱促進機能を付与することを目的とした新規な触媒分子工学に関するものであり、プレート型触媒反応器の反応・伝熱特性を把握することを意図したものである。本年度は、多段積層式交換型触媒反応装置を用いて、触媒化したNi/Al系コルゲートフィンのフィン高さや形状の違いが、吸熱反応であるメタノール分解反応の反応・伝熱特性に与える影響について検討を加えることを目的とした。その結果、メタノール供給の線速度を一定とし、フィン高さが異なるプレーン型フィンを用いて反応器の反応側流路高さを変えたところ、流路高さを小さくすると転化率が向上した。このような転化率の向上は触媒の比表面積では説明できず、シミュレーションで推論したように伝熱特性の向上が影響していることを考えねばならない。そこで、反応側流路高さを変化させたときの反応側入口部と出口部の温度差、そして熱媒側入口部と出口部の温度差に基づいて総括伝熱係数を求めたところ、流路高さを小さくすることで総括伝熱係数が大きくなっており、反応器の熱伝導性が向上していることが明らかとなった。さらに、プレーン型フィンと同じみかけ表面積をもつセレート型フィンを用いた方がプレーン型フィンを用いたときよりも高い転化率を示し、また同じセレート型フィンにおいてもセレート長さの短いものほど高い転化率を示すことを確認した。これらの結果は、大きな反応熱の授受をともなう反応のために、本システムのような熱交換型反応器がコンパクトで高性能であることを示唆している。
北極海における海洋揮発性有機分子の動態とその支配要因に関する研究

北極海の夏季海氷面積の減少は、地球温暖化に起因すると考えられている。この海域における気候変動・変化に関連する化学物質、すなわち揮発性有機化合物(VOC)や温室効果ガス(CO2及びCH4)の大気-海洋間の交換の実態を把握し、将来予測に資するため、海洋地球研究船「みらい」(研究開発機構)において平成26年度28年度にかけて北極海海洋観測を実施した。その結果、カナダ海盆においては海氷融解水が表層の成層を強化し、水面下30mくらいの活発な生物活動にもかかわらず大気-海洋間の気体交換を抑制する役割を果たしていることが明らかになった。本研究は、北極海の揮発性有機化合物(VOC)及び海洋炭酸系の動態把握と、その変動要因を解明することを目的としている。本研究の目的達成のため、北極海において海洋の揮発性有機化合物(ジメチルスルフィド(DMS)、イソプレンなど)の分析、大気および表面海水の二酸化炭素分圧、メタン分圧の連続測定を実施する。これらの観測と共に、船上では溶存無機炭素、アルカリ度、栄養塩、溶存酸素などが分析され、解析に用いられる。平成26年度は、揮発性有機化合物測定のため予定通り抽出ライン及びキューリーポイントインジェクター付水素炎イオン化検出器及び炎光光度検出器ガスクロマトグラフ測定装置を開発した。また、海洋二酸化炭素とメタン分圧の同時観測のため、試料海水-空気間のガス平衡器も改良した。海洋観測については、9月上旬から10月中旬にかけて海洋地球研究船「みらい」(海洋研究開発機構)による北極海観測(MR14-05)が実施された。揮発性有機化合物を観測するとともに、大気および表面海水の二酸化炭素・メタン分圧連続測定を出航直後から入港直前まで実施した。また、北極海と北太平洋の揮発性有機化合物を比較するため、北太平洋において3月に白鳳丸(海洋研究開発機構/東京大学大気海洋研究所)で海洋観測を行った。「みらい」の観測の結果は、観測時に北極海が二酸化炭素吸収域、メタン放出域であることを示していた。また、海洋表層付近での各種揮発性有機化合物の生成も確認された。北極海の二酸化炭素吸収においては海氷融解後の生物生産が重要であり、メタン放出に関しては生物生産由来・海底からの供給と沿岸湧昇が重要な要因であることを示していた。今後、全ての海洋観測データが出そろったのち詳細な解析を実施することにしている。着目するVOCは生物活動により生成し、大気オゾンの動態やエアロゾルの生成などを通じて気候変化に関与する物質である。北極海は夏季の海氷融解が進行し、海洋生物相の変化や基礎生産の増加が議論されており、これらがVOCの組成と量に影響を及ぼすと考えられている。炭素循環の観点からは、海氷生成の減少と基礎生産の増加は北極海の二酸化炭素吸収量の増加を期待させるが、一方で海洋酸性化促進の側面も有する。平成27年度は、北極海で海洋観測を実施することが最初の目標であり、8月24日10月6日の間、海洋地球研究船「みらい」MR15-03航海に乗船し、海洋VOC(ジメチルスルフィド(DMS)、イソプレンなど)の分析、大気および表面海水の二酸化炭素分圧、メタン分圧の連続測定を実施した。観測の結果、海洋二酸化炭素とメタンの大気・海洋間の交換については、海氷融解水が交換の障壁となっていることが明らかになってきた。今後はどの程度の擾乱で障壁が破れるのか、気象学・海洋物理学的な観点からの取り組みが必要である。硫化ジメチル(DMS)及びその前駆体であるジメチルスルフォニオプロピオネート(DMSP)分析用の試料は、鉛直分布を取得するために25測点で試料の採集を行った(1日に約2回の頻度)。DMSの試料は、本研究で導入したキューリーポイントインジェクターを用い、ガスクロマトグラフで船上測定を行なった。イソプレン及びモノテルペンの分析は抽出処理が複雑である。このため試料は7測点で採取し、本研究で導入したVOC抽出ラインを用いて抽出し、ガスクロマトグラフを用いて船上で測定を行った。また、メタンの鉛直分布に関しては、アラスカ沿岸海域に特に着目し19測点で試料の採集を行った。海洋地球研究船「みらい」MR15-03航海の連続観測および各層採水地点のデータは、品質の評価も終わっており、現在解析中である。海洋二酸化炭素と海洋メタンの分布と変動については、河川水、海氷融解、生物活動の影響などについて引き続き検討する。特に、海氷融解水の寄与が大気・海洋間の気体交換を阻む役割(障壁)を果たしていることが分かってきたので、どのような気象学的な擾乱で交換が促進するのかを検討している。また、「みらい」航海で採取したVOC測定用海水試料のうち、DMSP及びメタン試料は保存が可能であるため実験室に持ち帰っている。これらの試料については、平成28年度に実験室内での測定を行う予定である。

北極海は夏季の海氷融解が進行し、海洋生物相の変化や基礎生産の増加が議論されており、これらがVOCの組成と量に影響を及ぼすと考えられている。炭素循環の観点からは、海氷生成の減少と基礎生産の増加は北極海の二酸化炭素吸収量の増加を期待させるが、一方で海洋酸性化促進の側面も有する。平成28年度は、海洋地球研究船「みらい」(研究開発機構)のMR16-06航海(8月22日陸奥関根浜10月6日ノーム)に乗船し、北極海での海洋VOC(ジメチルスルフィド(DMS)、イソプレン、モノテルペンなど)の分析、大気および表面海水の二酸化炭素分圧、メタン分圧の連続測定を実施した。海洋観測では19観測点においてCTDによる海水試料を約130試料採取した。海水試料に関しては、メタン分析の一部は2017年度にずれ込んでいる。メタン濃度と炭素安定同位体測定に加え、亜酸化窒素の濃度及び窒素酸素安定同位体比測定も実施しているためである(上記目的達成に有用と判断した)。DMS及びその関連物質の観測に関しては、DMSの前駆体であるジメチルスルフォニオプロピオネート(DMSP)を酸添加により固定した後、実験室に持ち帰った。また、昨年度より検討していた外国研究船(韓国アラオン号)での北極海観測が実現し、DMSP分析用海水試料を持ち帰った。上記海洋VOCについては、予定していた分析法の検討及び分析は全て終了した。北極海の大気海洋間CO2交換及びCH4交換では2報の論文を投稿中である。VOCに関しては分布の支配要因と水温上昇の影響に着目した解析を進め、研究発表後に論文投稿する予定である。北極海の夏季海氷面積の減少は、地球温暖化に起因すると考えられている。この海域における気候変動・変化に関連する化学物質、すなわち揮発性有機化合物(VOC)や温室効果ガス(CO2及びCH4)の大気-海洋間の交換の実態を把握し、将来予測に資するため、海洋地球研究船「みらい」(研究開発機構)において平成26年度28年度にかけて北極海海洋観測を実施した。その結果、カナダ海盆においては海氷融解水が表層の成層を強化し、水面下30mくらいの活発な生物活動にもかかわらず大気-海洋間の気体交換を抑制する役割を果たしていることが明らかになった。当初計画した「みらい」による北極海での海洋観測に加え、観測時期は異なるものの、北太平洋においても3月に白鳳丸で揮発性有機化合物の分析を行うことができた。この観測により北極海への太平洋流入水の影響が評価できるものと期待している。海洋の炭酸系及びメタンに関しては、過去データと比較し分布に関する年々変動とその要因について理解を深める。特に1998年から2002年にかけて取得された表面海水の二酸化炭素分圧と全炭酸濃度のデータを本研究課題で取得された同データと比較し、海洋酸性化の進行度合いを評価することを予定している。また海洋内部におけるメタンの生成と酸化に着目し、各層採水と連続観測の結果と組み合わせた解析を行っていく。平成27度の「みらい」航海では、北極海での海氷張り出しの影響により、当初予定していたシベリア沖での観測が実施できなかった。アラスカ沖での密な採水による分析で、普遍性のある結果を得ることが出来たと考えているが、結果の確認のためにもシベリア沖で観測する外国研究船での海水試料採取を検討している。得られた結果については、国内外での学会で発表するとともに、論文として投稿する予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。海洋化学平成27年度は「みらい」による北極海観測を実施する予定である。
４次元組織解析によるβ型Ti合金の変形挙動解明とそれに基づく新合金設計法の確立

平成30年度は、Ti-V-Mo合金を作製し、本合金の力学特性および変形挙動を調査することで、本研究で得られたβ型Ti合金の合金設計指針の有効性について検証した。V量とMo量をそれぞれ変化させた合金を作製し、引張特性および変形組織を調査した。その結果、Ti-10V-7Mo合金は最大引張強さ836 MPaと伸び28%という優れた強度ー延性バランスを達成した。このことから、本研究で提案する新しい合金設計指針により、優れた力学特性を有する合金の実現が可能であることが示された。また、{332}<113>双晶変形の前駆現象について、詳細を調査するため、{332}<113>双晶変形が発現するTi-12Mo合金についてJ-PARC中性子回折を用いて変形中の相変態をその場観察した。その結果、塑性変形にともない、α"マルテンサイトが形成していることが明らかとなった。変形後の組織観察においてマクロなα"マルテンサイトは認められず、ナノオーダーの極めて微細なα"マルテンサイトが単独あるいは{332}<113>双晶と混在して観察された。このことから、上記の塑性変形と同時に形成されたα"マルテンサイトは、{332}<113>双晶変形の前駆体であると考えられる。本結果は、世界で初めてα"マルテンサイトが{332}<113>双晶変形の前駆体であることを直接的に示したものである。以上、本研究を通じ、「β型チタン合金の高強度化には非熱的ω相による析出強化、V添加による固溶強化が効果的であり、高延性化には適切な幅を有する{332}<113>双晶変形の発現が効果的であること」、「α"マルテンサイトが{332}<113>双晶変形の前駆体であること」、「α"マルテンサイトの形成促進により{332}<113>双晶変形の発現を誘起可能なこと」が明らかとなった。平成28年度は、β相の安定度の尺度であるe/a(1原子当たりの価電子数)が等しいTi-Mn合金とTi-Mn-Mo合金を作製し、力学特性、変形機構について解析することで、Mo添加が変形機構に及ぼす影響を調査した。引張試験および疲労試験を実施した結果、Ti-Mn-Mo合金の方が、優れた強度ー延性バンランスと高い疲労強度を示すことが明らかとなった。各試験後の変形組織を調査した結果、Ti-Mn-Mo合金では、{332}<113>双晶変形が生じることで高延性となり、疲労き裂の進展も抑制されていることが明らかとなった。{332}<113>双晶が疲労特性を向上させることは、本研究により得られた新しい知見の一つである。次に、Ti-Mn-Mo合金でのみ{332}<113>双晶変形が生じた原因を調査するため、4次元組織解析の一つとして、引張試験を行いながらin-situ光学顕微鏡観察を実施し、変形初期における変形機構を調査した。その結果、Ti-Mn合金では、シュミット因子の大きいすべり変形や{112}<111>双晶が発現するのに対して、Ti-Mn-Mo合金ではシュミットの法則によらず、{332}<113>双晶が優先的に発現することがわかった。そこで、{332}<113>双晶の発現挙動を明らかにするため、α"マルテンサイトの形成が容易となる93 Kで引張試験を行ったところ、Ti-Mn合金においても{332}<113>双晶が発現した。また、α"マルテンサイトの形成を抑制することができる酸素を微量添加したTi-Mn-Mo(O rich)合金について室温で引張試験を行った結果、{332}<113>双晶は発現しなった。以上のことから、1Mo添加により{332}<113>双晶の発現が誘起されること、2それはMo添加によりα"マルテンサイトの形成が容易になるためであることが明らかとなった。平成28年度は引張特性の評価と変形組織の解析を実施する計画であったが、それに加え、疲労特性の評価および{332}<113>双晶が疲労挙動に及ぼす影響についても調査を行った。この点は、当初の計画以上に進展している点である。一方、当初の計画通り、EBSDや高分解能TEMを用いた詳細な組織解析および4次元組織解析としてin-situ光学顕微鏡観察を実施したものの、in-situ中性子回折測定およびEBSD測定については、当初の計画を変更し、単結晶試料を用いて実施するため、平成28年度の実施を見送った。これは、EBSDや高分解能TEMを用いた多結晶試料の詳細な組織解析を実施した結果、単結晶試料を用いた方がより詳細な調査が可能となることが判明したためである。なお、単結晶試料の作製については、平成28年度に実施しており、その作製法をすでに確立している。以上、総合的に評価した結果、本研究はおおむね順調に進展していると判断する。Fe、V添加は、固溶強化された合金においても{332}<113>双晶変形が生じるかに着目したものである。引張試験の結果、Ti-Mn-Feは、塑性変形する前に破断した。これは、FeとTiの原子半径差が大きく、過大な固溶強化により脆化したためである。

一方、原子半径がFeとTiの中間程度であるVを添加した合金では、固溶強化による大幅な強度の向上が認められた。本合金の変形機構は、{332}<113>双晶変形であったことから、適切に固溶強化された合金においても、本双晶変形が発現することが分った。一方、延性はTi-Mn-Moより低下した。これにはプレート状のω相が影響を及ぼしている可能性が考えられる。Ti-Mn-Nbでは、引張特性に{332}<113>双晶の幅が及ぼす影響に着目した。その結果、幅の太い{332}<113>双晶変形は、双晶粒界での応力集中を引き起こし、延性低下につながることが分った。この結果は、本双晶変形の導入よる高延性化では、その幅を制御することが重要であることを示唆している。次に、Ti-MnにMoを添加した場合に{332}<113>双晶変形が発現する原因について、臨界分解せん断応力(CRSS)に着目し、単結晶を用いた手法により調査を行った。その結果、Mo添加により、本双晶のCRSSが低下することが明らかとなった。このCRSSは、室温よりα"マルテンサイト変態が促進される223 Kで変形した場合の方が小さいことも分った。このことから、α"マルテンサイト変態が{332}<113>双晶変形のCRSSを低下させ、その発現が誘起することが明らかとなった。平成29年度は、当初の計画通り引張特性および変形機構にFe、V、Nb添加が及ぼす影響について調査を行った。また、計画以上の進捗としてTi-Mn合金およびTi-Mn-Mo合金の単結晶を用いた変形機構の調査を行うことにより、{332}<113>双晶変形の発現はCRSSの減少によって説明ができ、その減少にはα"マルテンサイト変態が大きく影響していることを明らかにした。これは、当初計画より進んでいる点である。一方、当初計画していた中性子回折を用いたその場観察については、CRSSの低下が{332}<113>双晶変形の発現の直接的な要因であることが明らかとなったため、CRSSの温度依存性の解明を優先させ、平成30年度に実施することにした。なお、J-PARCでのその場中性子回折実験はすでに採択されており、平成30年度5月に実施予定である。以上、総合的に評価した結果、本研究はおおむね順調に進展していると判断する。平成30年度は、Ti-V-Mo合金を作製し、本合金の力学特性および変形挙動を調査することで、本研究で得られたβ型Ti合金の合金設計指針の有効性について検証した。V量とMo量をそれぞれ変化させた合金を作製し、引張特性および変形組織を調査した。その結果、Ti-10V-7Mo合金は最大引張強さ836 MPaと伸び28%という優れた強度ー延性バランスを達成した。このことから、本研究で提案する新しい合金設計指針により、優れた力学特性を有する合金の実現が可能であることが示された。また、{332}<113>双晶変形の前駆現象について、詳細を調査するため、{332}<113>双晶変形が発現するTi-12Mo合金についてJ-PARC中性子回折を用いて変形中の相変態をその場観察した。その結果、塑性変形にともない、α"マルテンサイトが形成していることが明らかとなった。変形後の組織観察においてマクロなα"マルテンサイトは認められず、ナノオーダーの極めて微細なα"マルテンサイトが単独あるいは{332}<113>双晶と混在して観察された。このことから、上記の塑性変形と同時に形成されたα"マルテンサイトは、{332}<113>双晶変形の前駆体であると考えられる。本結果は、世界で初めてα"マルテンサイトが{332}<113>双晶変形の前駆体であることを直接的に示したものである。
細胞極性を制御する新規リン酸化シグナル伝達系の同定

PAR-aPKC細胞極性制御因子群は、非対称な形態を形成する細胞(上皮細胞、神経細胞、非対称分裂を行う幹細胞など)において、非対称な細胞膜ドメインを形成するために必要な因子であり、動物種間や組織種間にわたって普遍的に保存された因子群である。PAR3はその因子一つで、上皮細胞では細胞間接着部位に局在して機能する。本研究では、新規に同定したPAR3のリン酸化修飾とその脱リン酸化機構に着目し、これによるPAR3の局在制御機構を明らかにする。今年度は、このリン酸化部位の非リン酸化模倣体(SA変異体)のFRAP解析を行った。FRAPは蛍光タンパクを融合したタンパクを強力な光で退色させてその後の蛍光輝度の回復を観察することで、着目しているタンパクのターンオーバー(分子の入れ替わり)を調べる方法である。細胞間接着部位に局在した野生型PAR3-GFPとPAR3_SA-GFPのターンオーバーを比較すると、SA変異体の方が遅いことがわかった。この結果から、非リン酸化型PAR3は細胞間接着に安定局在していることが示唆された。また、このリン酸化の生理的意義を明らかにするために、内在性PAR3をPAR3_SAで置換した上皮細胞が細胞間接着を正常に構築できるかどうかを評価した。培養上皮細胞よりカルシウムを減少させて細胞間接着を破壊し、再びカルシウムを添加することで細胞間接着形成能を評価した。その結果、PAR3_SAで発現を置換した細胞では、細胞間接着形成に遅れを生ずることがわかった。PAR3_SAは分子の入れ替わりが遅いために、迅速に形成される細胞間接着部位へのリクルートが阻害されていたことが示唆される。平成29年度に実行する予定であった、「新規リン酸化部位のSA変異体を用いたFRAP解析」また、「PAR3_SAで内在性PAR3を置換した上皮細胞における細胞間接着形成能の評価」の2つに関しては予定通り完了し、そして、仮説に合致した結果を得ることができたため、進展は順調であると言える。また、PAR3の脱リン酸化機構についても解析を進めており、脱リン酸化に関わる因子が明らかになった。ただし、本年度内に取り掛かる予定であった「上流キナーゼのsiRNAスクリーニング」に関してはこれから行う予定であり、すべてが計画通り進んでいるわけではない。上記の結果より、PAR3の新規リン酸化は、細胞間結合部位における分子の入れ替わりを制御しており、それによってその局在を制御することを示すことができそうである。しかし、リン酸化によってこの分子の性質の何が変わっているのかは依然として不明なままであるので、次年度の課題としたい。PAR3の分子間会合を制御している可能性を示唆する結果が得られているので、これを検証していく。また、この新規リン酸化部位をリン酸化するキナーゼが不明なままであるので、siRNAライブラリを用いた、上流キナーゼの同定を行う予定である。この部位のリン酸化を認識する抗体は作成済みであるので、この抗体によるウエスタンブロットを評価系として順次進めていく予定である。

しかし、リン酸化によってこの分子の性質の何が変わっているのかは依然として不明なままであるので、次年度の課題としたい。PAR3の分子間会合を制御している可能性を示唆する結果が得られているので、これを検証していく。また、この新規リン酸化部位をリン酸化するキナーゼが不明なままであるので、siRNAライブラリを用いた、上流キナーゼの同定を行う予定である。この部位のリン酸化を認識する抗体は作成済みであるので、この抗体によるウエスタンブロットを評価系として順次進めていく予定である。PAR3の新規リン酸化部位をリン酸化するキナーゼが不明であるので、siRNAライブラリを用いた、上流キナーゼの同定を行う予定であったが、所属の変更等のため、この作業に関しては実行できていない状況である。このため、遺伝子導入試薬などの購入が完了せず、次年度に持ち越すこととなった。