hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
微小管の曲げ剛性の制御とナノパターニングによる分子機械の実証

2017年度は、主に以下の3つの課題に取り組んだ。課題1として、微小管を一端固定する分子系と曲げ剛性測定のための画像処理法を確立した。ビオチンラベルした短い微小管を準備し、これをさらに伸長重合する二段階重合により、一端のみにビオチンがラベルされた微小管を準備した。これをガラス基板に固定し、他端がブラウン運動で動くよう分子系を構築した。また、共同研究者から提供頂いたアルゴリズムを元に、片持ち梁の分子系に適用できるようプログラムの改変を実施した。蛍光画像からのスケルトナイズによる座標抽出、セグメント化、フーリエ級数によるフィッティングを経て、たわみエネルギーと熱エネルギーを等置して持続長Lpを導出した。課題2として、微小管の曲げ剛性が重合速度のみに依存することを、バルク重合した微小管を用いて実証した。つまり、10 uM100 uMの範囲のチューブリン濃度の溶液を準備し、重合条件かで一定時間経過後にサンプリングする方法で重合速度を計測した。高濃度のチューブリンでは重合速度が速すぎ、この方法では計測できなかったものの、重合速度は、チューブリン濃度によって制御することを実証した。重合速度が速い場合については、2018年度以降にリアルタイムで計測する方法を検討している。課題3として、微小管の曲げ剛性の長さ依存性を評価した。曲げ剛性の長さ依存性はこれまでに多くの報告があるものの、その有無については結論が出ていない。課題1で確立した一端固定の微小管の曲げ剛性測定方法により、長さ10-20 umの微小管について依存性がないことを示した。年度途中に全反射顕微鏡観察の専門知識を有する研究協力者が急遽私企業に就職することが判明し、計測実験に参画できないことが判明した。このため、他の研究者や学生に指導することで実験を進めたが、他のプログラム開発などは順調に進んだため全体としては大きな遅れなく進められている。2018年度以降、全反射蛍光顕微鏡を用いて、微小管重合速度をリアルタイム計測する。これにより、低濃度チューブリン使用時の比較的重合速度が低い場合のバルク計測に加え、高濃度チューブリン使用時の重合速度が高い場合のリアルタイム計測を可能にする。これにより、2017年度に計測した微小管の曲げ剛性との関連をさらに調べる。また、微小管の曲げ剛性が重合速度以外のどのような要素によって影響を受けるかを評価する。ここまでの研究により、微小管の電気・機械的特性を制御することによる“分子シャトル"の制御論を確立する予定である。さらに、金ナノピラーを用いてキネシン分子の間隔を定義する技術を確立することで、分子数や間隔が定義された際の運動方向を調べる。“分子シャトル"設計論の体系化を経て、分子シャトルの構成要素がその運動に及ぼす様々な指標を評価することで、微小管曲げ剛性の生物学的な意義との関連を明らかにする。微小管の曲げ剛性が微小管結合タンパク質の影響によりどのように変化するか、あるいは、キネシン分子の間隔を定義した基板を用いて、物性の異なる微小管の運動速度や曲率半径を評価する。これにより、微小管の曲げ剛性や分子間隔の違いがもたらす運動様式を明らかにする。

また、微小管の曲げ剛性が重合速度以外のどのような要素によって影響を受けるかを評価する。ここまでの研究により、微小管の電気・機械的特性を制御することによる“分子シャトル"の制御論を確立する予定である。さらに、金ナノピラーを用いてキネシン分子の間隔を定義する技術を確立することで、分子数や間隔が定義された際の運動方向を調べる。“分子シャトル"設計論の体系化を経て、分子シャトルの構成要素がその運動に及ぼす様々な指標を評価することで、微小管曲げ剛性の生物学的な意義との関連を明らかにする。微小管の曲げ剛性が微小管結合タンパク質の影響によりどのように変化するか、あるいは、キネシン分子の間隔を定義した基板を用いて、物性の異なる微小管の運動速度や曲率半径を評価する。これにより、微小管の曲げ剛性や分子間隔の違いがもたらす運動様式を明らかにする。
局所電流注入による近接場変調分光法の開発

本研究は電流注入による局所領域の変調分光評価や物性研究を行うため、走査型電子顕微鏡を用いた新しい分光法の開発を目指す。特に本研究ではこれまでのルミネッセンス信号の観察だけでなく変調分光特性も調べることを目的にしている。この新しい変調分光法の確立は単一粒子分光評価を実現し、電子デバイス材料の開発はもとより半導体レーザダイオードや無機や有機のエレクトロルミネッセンス素子などに対する非常に有効なものになると確信している。具体的には、以下の成果を挙げることができた。(1)共焦点による顕微分光を達成するためレーザ光照射と電子線照射で変調された近接場光反射信号を同じプローブで計測する変調分光システムを構築した。(2)基礎的なデータの蓄積を行うとともにとバンドパラメター等に関する情報の抽出方法を確立した。(3)電流注入変調反射スペクトルの計測:試作した電流注入変調による分光システムをもちいてシリコンとシリコン酸化膜界面の局所電子状態について基礎的なデータを蓄積した。信号検出感度を上げるためにシステムの改良を重ねるとともに、変調分光の得意とする結晶歪、ピエゾ電界、バンドパラメター等に関するより詳細な情報を引き出した。(4)SiC半導体への評価応用:SiC半導体に対する電流注入による変調分光特性を詳細に調べ、本手法のSiC半導体への評価応用に対する有用性を実証した。(5)多波長同時測光と画像化:CCDを用いた多波長同時計測と画像化を試みて実用化に向けた検討を行った。本研究は非接触のキャリア注入による局所領域の分光評価や物性研究を行うため、走査型プローブ顕微鏡を用いた新しい近接場分光法の開発を目指している。この新しい単一粒子分光評価手法の完成は電子デバイス材料の開発はもとより半導体レーザダイオードや無機や有機のエレクトロルミネッセンス素子などに対する非常に有効なものになると確信している。本年度では具体的には以下の点を達成した。(1)共焦点による顕微分光を達成するため対物レンズ先端からのレーザ光照射によるキャリア注入で変調された近接場光反射信号を同じプローブで計測する変調分光システムを構築した。試作したキャリア注入変調による近接場分光システムをもちいてシリコンなど特性のよく知られた半導体について基礎的なデータを蓄積し、信号検出感度を上げるためにシステムの改良を重ねるとともに、変調分光の得意とする結晶歪、ピエゾ電界、バンドパラメター等に関する情報を引き出すことに成功した。特に本研究ではこれまでのルミネッセンス信号の親察だけでなく変調分光特性も調べることを目的としている。具体的には、下記の点にポイントを絞り研究を推進した。(a)電流注入で変調された反射信号に含まれるバンドパラメター等の惰報を精密に引き出すとともに、ヘテロ構造半導体への評価応用を試みる。(b)多波長同時計測と画像化の検討を行い、実用化に向けた検討を行う。これらの結果、以下に挙げる成果を上げることができた。(1)電流注入変調反射スペクトルの計測試作した電流注入変調による分光システムをもちいてシリコンとシリコン酸化膜界面の局所電子状態について基礎的なデータを蓄積した。(2)SiC半導体への評価応用SiC半導体に対する電流注入による変調分光特性を詳細に調べ、本手法のSiC半導体への評価応用に対する有用性を実証した。
セントロメアを染色体上の一カ所に調節する機構の解明

セントロメアはエピジェネティックに形成が制御されているが、その分子機構は明らかになっていない。我々は染色体を融合させた分裂酵母を用い、この機構の解明を行った。融合染色体の不活性化セントロメアのクロマチンの解析から、セントロメア形成に関連が示唆されるヒストン修飾がヘテロクロマチン化により抑制されていることが示された。さらにCENP-Aのクロマチン取り込みを促進するような遺伝子の高発現による異常がヘテロクロマチンにより抑制される事をしめした。これらの結果から、ヘテロクロマチンは過剰なセントロメアの抑制に機能していることが示唆された。染色体分配に必須であるセントロメアは、エピジェネティックな機構により可塑的にその形成が制御される。本申請研究はモデル生物である分裂酵母を用いて、このセントロメアがどのようにして染色体上の一カ所に調節されるのかを明らかにするために、その分子機構の解明を行っています。申請者はこれまでの研究において、2本の染色体を融合し、一方のセントロメアが不活性化することにより安定化するシュードダイセントリック染色体を保持する株を確立しており、このセントロメアの不活性化にはヘテロクロマチンやヒストンの脱アセチル化が関与していることを示していました。しかしながら、さらなるセントロメア不活性化因子の存在が示唆され、それにはクロマチンの構造や修飾状態が重要であると考えました。そこで、本研究の目的達成のためには、この不活性化セントロメアのクロマチン状態の解析が必要と考え、クロマチン免疫沈降(ChIP)法を用いて解析を行いました。ヒストンH3およびH4の報告されている複数箇所のアミノ酸に対するメチル化、アセチル化、リン酸化やヒストンH2A、H2Bのユビキチン化に対する抗体を用いた免疫沈降実験を行い、活性と不活性のセントロメア間の比較を行った結果、不活性化セントロメアにおいて特別に増加、もしくは減少がみられるヒストン修飾を検出しました。今回検出された不活性化セントロメアにおけるクロマチン修飾の状態の変化は新規なものであり、セントロメア不活性化機構の解明に重要な手掛かりとなる可能性があります。このヒストン修飾に関わる酵素や調節因子を解明することでその分子機構が明らかになると考え、それら酵素の高発現や遺伝子破壊株における解析を始めています。当初の平成27年度の研究予定において、不活性化セントロメアのクロマチンの構造や修飾を、クロマチン免疫沈降法により調べる事を計画していたため、その研究が遂行できた。そしてそれによって、不活性化セントロメアの特徴的なヒストン修飾が明らかにできたことから、平成27年度の研究計画はおおむね遂行できたと考えている。当初、別の手法として、遺伝子破壊株を用いたセントロメア数の認識分子の解明を始める予定であったが、上記手法により良い結果が得られため、そちらの解析を優先させて進めることにより研究を進展でき目的が達成できることが考えられた。そのため、遺伝子破壊株を用いた認識分子及び調節経路の解明は平成28年度以降に行うことを計画している。本申請研究はモデル生物である分裂酵母を用いて、このセントロメアがどのようにして染色体上の一カ所に調節されているか明らかにするために、その分子機構の解明を行っています。申請者はこれまでの研究において、2本の染色体を融合し、一方のセントロメアが不活性化することにより安定化するシュードダイセントリック染色体を保持する株を確立しており、このセントロメアの不活性化にはヘテロクロマチンやヒストンの脱アセチル化が関与している事を示していました。そこで、昨年度に、ヒストンH3およびH4の報告されている複数カ所のアミノ酸に対するメチル化、アセチル化、リン酸化等に対する抗体を用いた免疫沈降実験を行い、活性と不活性化のセントロメア間の比較を行うことにより、不活性化セントロメアにおいて特異的に増加、もしくは減少が見られるヒストン修飾を検出しました。このうちヒストンH4の20番目のリジンのメチル化(H4K20me1)は、活性のあるセントロメアで顕著に検出され不活性なセントロメアにおいてはほとんど検出されませんでした。この結果はヒトやチキンにおいて報告されているセントロメアの形成へのH4K20me1の重要性と一致します。しかし、シュードダイセントリック染色体株で、このメチル化に関わる遺伝子を操作しメチル化を誘導もしくは欠失させても、セントロメア活性や細胞の分裂に大きな変化は見られませんでした。一方で、この修飾はセントロメア領域におけるヘテロクロマチンと関連して大きく変化を示したことから、分裂酵母のセントロメアにおけるH4K20のメチル化のさらなる機能解析を現在行っています。平成27年度に、セントロメアの活性抑制の直接的な機構を明らかとする目的で、不活性化セントロメアのクロマチン構造解明のため、ヒストンの修飾状態をクロマチン免疫沈降法によって解析しました。その結果、不活性化セントロメアに特徴的ないくつかのヒストン修飾が明らかとなりました。平成28年度はこの修飾の機能を解明するために、関連する酵素の過剰発現や遺伝子破壊を用いて解析を行いました。

現在のところ、セントロメアの活性の抑制に直結するような遺伝子の同定には至っておりませんが、ヒストンH4の20番目のリジンのメチル化を始めとして、いくつかのヒストン修飾について、分子生物学的な手法を用いて解析を行っており、研究計画はおおむね遂行できていると考えています。今後、並行して遺伝子破壊株を用いたセントロメア数認識に関わる分子とその調節機構の解明を行う事を計画しています。セントロメアはエピジェネティックに形成が制御されているが、その分子機構は明らかになっていない。我々は染色体を融合させた分裂酵母を用い、この機構の解明を行った。融合染色体の不活性化セントロメアのクロマチンの解析から、セントロメア形成に関連が示唆されるヒストン修飾がヘテロクロマチン化により抑制されていることが示された。さらにCENP-Aのクロマチン取り込みを促進するような遺伝子の高発現による異常がヘテロクロマチンにより抑制される事をしめした。これらの結果から、ヘテロクロマチンは過剰なセントロメアの抑制に機能していることが示唆された。染色体分配に必須であるセントロメアは、エピジェネティックな機構により可塑的にその形成が制御される。本申請研究はモデル生物である分裂酵母を用いて、このセントロメアがどのようにして染色体上の一カ所に調節されているかを明らかにするために、その分子機構の解明を行う。申請者は2本の染色体を融合し、一方のセントロメアが不活性化することにより安定化するシュードダイセントリック染色体を保持する株を確立している。しかしながら、セントロメア不活性化因子についての詳細な分子機構は分かっていない。本研究ではクロマチンの構造や修飾状態が重要であると考え解析を行い、前年度までに、ヒストンH3およびH4の複数個所のアミノ酸修飾に対する抗体を用いた免疫沈降実験により、活性化セントロメアと関連のあるヒストン修飾を明らかにした。特にヒストンH4の20番目のリジンのメチル化(H4K20me1)は活性のあるセントロメアで顕著に検出され、不活性なセントロメアにおいてはほとんど検出されないことを示した。本年度、ヘテロクロマチン欠損株を用いた解析において不活性化セントロメアでこのH4K20me1修飾が上昇することが分かった。この修飾は、ヘテロクロマチン変異で起こるセントロメアの活性化に寄与する可能性が考えられる。また、セントロメア特異的ヒストンバリアントCENP-A(cnp1)のセントロメア局在化に関わるmis18、sim3タンパク質の高発現による生長の阻害が、染色体融合により部分的に相補され、その相補はヘテロクロマチンの破壊により抑制された。これらの結果から、ヘテロクロマチンによるセントロメア活性化の抑制が改めて示唆された。今後、本研究の結果をふまえ、ヘテロクロマチン欠損ダイセントリック染色体株を用いて、セントロメア活性抑制の詳細な分子機構の解明ができると考えられる。平成27年度において、本研究の目的である「セントロメアを染色体上の一カ所に調節する機構の解明」の糸口として、不活性化セントロメアにみられるヒストン修飾の変化を明らかにできた。平成28年度以降はこの結果を発展させた研究を行うことを計画している。その研究推進方策として、平成27年度に調べた修飾以外のヒストンのアミノ酸修飾についての不活性化セントロメアへの局在をさらに調べる。
染色体構造と挙動の分子生物学的アプロ-チ

研究組織は総括班と三つの計画班I班、II班、III班、さらに公募研究により参加した班員により成る。計画班と公募研究による班員の合計は40名である。これらの班員は過去2回開催された合同班で、全員が活発な研究発表、討論をしている。今年度の発表では、班内および班間の協同研究によるものがかなりあり、班員間の連携状況は良好と考えられる。また、公開講演会(12月3日、京大会館)の他に、毎年2月に開催されている「染色体ワ-クショップ」(2月1719日、近江八幡)には、班員の大半が参加して、発表、検討を行なった。総括班及びその幹事会では、本重点研究のみなならずわが国の染色体の分子細胞生物学的研究を活発にするための方策について議論を深めてきている。また研究成果の要旨を各班員がまとめ、これを印刷し班員間に送付することによって、班員の研究状況が把握しやすくなり、班員間の協同研究が行なわれやすいようにしている。平成3年7月にサ-キュラ-のNo.4を刊行し、重点領域2年目の活動計画を班員に連絡した。研究組織及び研究者名簿も同月に発行した。合同班会議を8月31日より9月2日まで静岡県函南町の生産性研修会館で行なった。出席者は約60名で、高い水準の発表と討論が行なわれ、本重点領域によるこの分野の大きな発展がなし遂げられつつあることを強く実感した。総括班幹事会も行なわれ、本年度の講演会のタイトルと開催地、責任者(柳田充弘、円羽修身)また本領域に密接に関わりのある研究分野の重点領域研究、総合研究Bへの申請の件などが決定、承認、もしくは議論された。
胎盤成熟間葉系由来幹細胞の確立と内胚葉派生細胞への分化系の開発

本研究は、自己幹細胞のリソースとして胎盤に注目し、胎盤幹細胞の単離、細胞株としての樹立を目標にして行われた。本研究を遂行するにあたり、採取が容易でステージ同定が正確に可能なマウス胎盤と、倫理委員会の承諾のもと同意が得られた人工中絶時の初期胎盤及び、自然分娩時の末期胎盤を実験材料として用いた。これらの材料から固定及び未固定切片を作製し、幹細胞マーカーとしてSSEA-1,3,4及びOct-4に対して、免疫組織化学を行い、細胞同定を行ったところ、絨毛領域に幹細胞を同定するこが出来たが、一旦、栄養膜細胞へと分化したTS細胞では、細胞移植を念頭においた幹細胞として用いることは困難であるため、脱落膜領域に存在する間葉系由来の幹細胞を同定、分離すると共に、偽妊娠マウス脱落膜を用いた幹細胞同定を更に行っている。また、遺伝子導入の為の基礎実験として、すでに樹立された羊膜由来幹細胞を入手しており、至適培養条件を検討中である。
フラーレンの新機能探索

フラーレン分子の合成と反応、および単結晶と薄膜を主体とする固体フラーレンの定量的な物性評価と新機能の開発を目指した研究を推進し、以下の成果を得た。大気圧低温プラズマという新しい方法で、芳香族化合物の縮合CVDによりフラーレンが合成できることを見出し、置換フラーレンや内包フラーレンの新合成法としての可能性を検討した。また、H^+オン注入によるH@C_<60>の可能性を示唆した(鯉沼ら)。光によるフラーレンの重合と酸素や吸着分子の作用について、電導度や、電気化学測定、レーザー脱離TOF質量分析により新たな知見が得られた(高橋、岸尾、鯉沼)。昇華法によりC_<60>、C_<70>単結晶を育成し、その結晶構造とシェル形成(岸尾ら)電気電導(丸山)について検討した。insituのタイムオブフライト測定から得られたμ_h,μeはそれぞれ1.7および0.5cm^2/V.S程度であり温度依存の小さいことからホッピングまたはトンネルによる電導機構を推定した(丸山)。精密熱測定からは、残留溶媒による相転移への影響と分子運動との関連が明らかにされた(阿竹)。蒸着や分子線エピタキシ-などのポピュラーな方法による薄膜化(丸山、高橋、南)のほか、パルスレーザー堆積(PLD)、イオンプレーティング(鯉沼)などの新しい方法により薄膜化が達成された。PLD法では特に密着性、表面モホロジーのすぐれた膜が得られ、金属表面へのコーティングにより、固体潤滑機能を確認した(鯉沼)。また、金属炭化物からPLD膜中にC_<60>が含まれることも明かになった。クラスター研究におけるレーザーの新たな可能性を示す結果といえよう。薄膜の電導性については従来、ぱらつきの大きなデータが報告されてきたが、in situ測定により、結晶性や酸素に敏感な特性が明確になった(南、丸山、鯉沼)。超伝導に関連するフラーレンのアルカリ金属のド-ピングと電子状態の研究が高真空下の薄膜作製とド-ピング装置にin situの光電子分光を組合わせて行われ、フェルミレベル近傍の電子構造の変化が明確になった。また、Sc_2@C_<84>における異常原子価を示すデータが得られた(高橋)。AlC_<60>(Al=Rb, Cs)における3次元伝導相、2量体相、ポリマー相、fcc相の相関係を決定した(阿竹)。本年度は、(1)機能探索の基本となるフラーレンの高純度化、高品質の単結晶、薄膜試料の作製と、(2)基礎物性測定法の検討とデータの収集を主要目的とする研究が行われ、以下の成果を得た。1)C_<60>粉末試料を用いた相転移と高精度の熱容量測定から、残留溶媒の効果が明らかになり、精製法が検討された(阿竹)。2)気相法によるC_<60>、C_<70>大型単結晶の育成に成功し、光電導スペクトルを始めとする電子および熱物性データを得る(丸山、岸尾)とともに、単結晶試料を他機関にも堤供した。また、単結晶育成の過程で、表面の酸化・重合によると思われるシェルの生成を見出した(岸尾ら)。3)光・電子機能探索の材料として重要な薄膜を種々の方法により作製し、結晶性、表面のモホロジー、電子構造、化学安定性と電子物性との関連を明らかにした。エキシマレーザーを用いるパルスレーザー堆積法により、C_<60>の分解を伴わず、原子レベルの平坦性を有する薄膜を作りうること、膜の伝導度は雰囲気(酸素)に非常に敏感であること、非晶質膜のみに光導電性と光劣化現象が観測されることなどの特異な現象を見出した(鯉沼)。また超高真空下(MBE)で膜を作り、信頼できるエネルギーバンド構造とドーピングに伴う変化をX線光電子分光により求めた(高橋)。4)有機電荷移動錯体とのつながりを求めて酸化還元電位の異なる各種ドナーとの電荷移動が系統的に調べられ、フラーレンの電子受容性が定量的に評価できた(斉藤)。5)上記のほか、大気圧下の低温プラズマによるフラーレンの新合成法の開発、薄膜の耐摩擦材料としての可能性(鯉沼)、フラロールの新合成法(岸尾)、ドープ下単結晶の熱電能(丸山)、薄膜の光誘起重合(高橋)、などの興味ある知見と今後の展開を示唆する結果が得られた。成果は大別して、(1)機能探索の基礎となる高品質試料の作製、(2)バクル固体、薄膜に固有の物性の解明、(3)新機能の探索、に分類できる。岸尾は、C_<60>とC_<70>の大型単結晶の育成に成功し、X線回析や熱測定により構造相転移の詳細を明らかにした。またド-ピングに伴う磁性、および誘導体の酸化・還元特性についても、特異的な挙動を見いだしている。阿竹は、高精度の断熱型熱容量計を作製し、常温から極低温までの熱容量データを得た。残留溶媒の影響を定量的に評価するとともに、柔粘性固体に特有の相転移を示し、C_<60>,C_<70>の違いを振動モードの解析により明確にした。丸山は、強磁性が見い出されたC_<60>とアミン(TDAE)錯体の単結晶を作製した。精密な磁化測定により、従来見つかっていなかったヒステリシスが存在することを明かにした。

高橋は、希土類原子を内包したフラーレンMx@C84の電子構造を高分解能光電子分光法で解析した。その結果内包したScが通常予想される3価以下の原子価状態にあり、Sc@C_<84>がLi原子と等電的になり、ダイマー化し易いという新しい知見を得ている。南は、フラーレンの蒸着薄膜を作製し、in situの光電流スペクトルの測定からフラーレンの光励起過程のメカニズムを明らかにし、光電導体などへの応用の可能性を示唆した。鯉沼は、パルスレーザー法やMBE法により薄膜を作製し、その伝導度が微量の酸素によって大きく変わることを定量的に示した。In situ測定法を確立し、結晶性とアモルファス膜の伝導性の顕著な違いを、光電導度のpersistencyと劣化に見いだしている。また、全収集光電子スペクトルにより膜のギャップ内単位を定量的に評価している。さらに、パルスレーザーアブレーションによるSiCからのフラーレン形成、C_<60>薄膜へのHイオン打ち込みによる内包化の可能性というまったく新しい知見を得ている。フラーレン分子の合成と反応、および単結晶と薄膜を主体とする固体フラーレンの定量的な物性評価と新機能の開発を目指した研究を推進し、以下の成果を得た。大気圧低温プラズマという新しい方法で、芳香族化合物の縮合CVDによりフラーレンが合成できることを見出し、置換フラーレンや内包フラーレンの新合成法としての可能性を検討した。また、H^+オン注入によるH@C_<60>の可能性を示唆した(鯉沼ら)。光によるフラーレンの重合と酸素や吸着分子の作用について、電導度や、電気化学測定、レーザー脱離TOF質量分析により新たな知見が得られた(高橋、岸尾、鯉沼)。昇華法によりC_<60>、C_<70>単結晶を育成し、その結晶構造とシェル形成(岸尾ら)電気電導(丸山)について検討した。insituのタイムオブフライト測定から得られたμ_h,μeはそれぞれ1.7および0.5cm^2/V.S程度であり温度依存の小さいことからホッピングまたはトンネルによる電導機構を推定した(丸山)。精密熱測定からは、残留溶媒による相転移への影響と分子運動との関連が明らかにされた(阿竹)。蒸着や分子線エピタキシ-などのポピュラーな方法による薄膜化(丸山、高橋、南)のほか、パルスレーザー堆積(PLD)、イオンプレーティング(鯉沼)などの新しい方法により薄膜化が達成された。PLD法では特に密着性、表面モホロジーのすぐれた膜が得られ、金属表面へのコーティングにより、固体潤滑機能を確認した(鯉沼)。また、金属炭化物からPLD膜中にC_<60>が含まれることも明かになった。クラスター研究におけるレーザーの新たな可能性を示す結果といえよう。薄膜の電導性については従来、ぱらつきの大きなデータが報告されてきたが、in situ測定により、結晶性や酸素に敏感な特性が明確になった(南、丸山、鯉沼)。超伝導に関連するフラーレンのアルカリ金属のド-ピングと電子状態の研究が高真空下の薄膜作製とド-ピング装置にin situの光電子分光を組合わせて行われ、フェルミレベル近傍の電子構造の変化が明確になった。また、Sc_2@C_<84>における異常原子価を示すデータが得られた(高橋)。AlC_<60>(Al=Rb, Cs)における3次元伝導相、2量体相、ポリマー相、fcc相の相関係を決定した(阿竹)。
多色蛍光標識プライマーを用いたSTR多座位同時増幅分析法による日本人起源の探究

ヒトゲノムDNAの中で、STR(Short Tandem Repeat)領域は法医学の分野で個人識別や親子鑑定に最も汎用されている。多色蛍光標識プライマーを用いたMultiplex-PCR法を利用して、このSTRを分析するために開発されたAmpFlSTRProfiler plus及びCofilerキットを用いて、計13STRローカス(D3S1358,vWA,FGA,D18S51,D21S11,D8S1179,D5S818,D13S317,D7S820,D16S539,TH01,TPOX,CSF1PO)を同時増幅・タイピングすることにより、207名の日本人血液DNA試料からデータベースを作成し、各ローカスについてのアリル頻度を算定した。このアリル頻度分布はハーディ・ワインベルグ平衡に一致しており、各ローカスのヘテロ接合度は、0.670.85と日本人においても非常に高い個人識別能力を有していることがわかった。この研究成果は、第18回国際法医血液遺伝学会で発表された。また、日本の近縁集団である琉球人194名、中国人(北京近郊)118名、韓国人110名、ビルマ人122名からも同様にアリル頻度を算出した。この頻度分布から種々の遺伝的距離を算出する計算方法を用いて、これらのヒト集団の系統樹を作成したが、その近縁性についてはっきりした結論は得られなかった。この研究成果の一部は、「日本人の起源」に関する国際シンポジウムで発表された。現在、この方法で、日本近縁ヒト集団のアリル頻度を調べるとともに、より正確な系統樹を得るために、連鎖解析用の蛍光標識プライマーセット(168ローカス)の中から、100ローカスほど選び、東南アジアや中国各地のDNAについて比較解析し、遺伝的近縁性を調べている。
硫化カルボニルの動態に関与する土壌微生物の分布及び系統的特徴の解明

硫化カルボニルは硫黄化合物の中で最も高い濃度(500pptv程度)で大気に含まれており、硫酸エアロゾルの前駆物質であることから、地球の熱収支に影響を与える物質である。また、硫化カルボニルは二酸化炭素のアナログ物質であることから、植物によって二酸化炭素が取り込まれる際に、硫化カルボニルも同時に植物に取り込まれる。そのため硫化カルボニルは、植物の総一次生産量を測定するためのトレーサーガスとしても注目されており、硫化カルボニルの動態を把握することが求められている。硫化カルボニルの主要な消失源である土壌では、微生物が硫化カルボニルを分解することが知られている。しかし、硫化カルボニル消失に対する土壌微生物の寄与の程度については明らかとされていない。本研究では、土壌微生物群集構造の解析技術を用いることで、硫化カルボニル分解土壌微生物の分布、系統的特徴を明らかにすることを目的とした。本年度は、文献による調査を行うことで、土壌中の硫化カルボニル分解微生物の分布を把握するための実験系を検討した。硫化カルボニル濃度が異なる気相下で土壌を培養し、次世代シーケンサーを用いて土壌微生物群集構造を比較することで、硫化カルボニル分解に関与する微生物が推測できると予想された。また、土壌微生物による硫化カルボニル分解の全体像を捉えるためには、16S rRNA遺伝子を対象とした細菌群集構造の解析と並行して、ITS領域を対象とした真菌群集構造の解析を行うことが重要であると予想され、真菌群集構造の解析手法についても検討を行った。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
前庭半規管による頭部運動制御の中枢神経機構

本研究は、前庭半規管による頭部の平衡調節に関わる中枢神経機構を明らかにするため、各半規管神経を単独電気刺激する方法を用いて、左右6個の各半規管から頚筋運動ニュ-ロンへの入力パタ-ンを解析した。実験は、麻酔ネコを用い、各半規管神経を単独で電気刺激するため両側三半規管の各膨大部に小穴を開け、50μmのタングステン双極電極を植えた。連続パルス刺激(50μA以下で2030発)により生ずる眼球運動のパタ-ンを指標に最良の刺激部位を同定し、電極を固定する。動物を脳定位装置に固定した後、頚筋の神経を剖出し刺激電極を取り付け、頚筋運動ニュ-ロンから細胞内記録を行い、運動神経の逆行性刺激法で支配筋を同定した後、左右の各三半規管神経に単発の電気刺激を与え、入力パタ-ンを解析した。4個の頚筋への6つの半規管からの入力パタ-ンを明らかにした後、前庭神経核から運動ニュ-ロンへの経路を決めるため、内側及び外側前庭脊髄路を切断し、切断前後の反応を比べ、各半規管から各運動核への2ないし3シナプス性のIPSP、EPSPの経路を明らかにした。その結果、二腹筋、後頭直筋、頭半棘筋の運動細胞は、いずれも同じパタ-ンの半規管入力を受けており、両側前庭半規管から興奮性入力、両側後半規管から抑制性入力を受けていた。下頭斜筋では、同側垂直半規管から興奮性入力、対側垂直半規管から抑制性入力を受けていることが明かとなった。又、これら全ての筋の運動細胞は、同側水平半規管から興奮性、対側水平半規管から抑制性入力を受けていた。以上の結果、従来、すべての頚筋が半規管から同じパタ-ンの入力を受けていると考えられた定説を変更する必要があることを示し、さらに各頚筋がそれに特有の入力パタ-ンを6つの半規管から受けることを明らかにした。
門脈圧亢進症における食道胃粘膜障害と治癒機転の病態生理学及び分子生物学的解析

(1)門脈圧亢進症ラットモデルの食道粘膜筋板においてfibronectinやlaminineのreceptorであるIntegrinは有意に減少しており、fibronectinやlaminineは代償的に増加していた。(2)門脈圧亢進症ラットモデルの食道粘膜筋板において特にbFGFは有意に減少しており、FGFreceptorも有意に減少していた。(1),(2)の結果より門脈圧亢進症ラットモデルの食道粘膜筋板は脆弱化しており、食道静脈瘤破裂の要因の一つになりうると考えられた。(3)NOSは門脈圧亢進症下において有意に増加しており、hyperdynamic circulationに大きく関与していることが示唆された。(4)門脈圧亢進症ラットモデルの胃粘膜において、TNFαがNOSの発現に大きく関与していることを病理組織学的および分子生物学的に証明した。初年度は門脈圧亢進症ラットを作成し、食道胃粘膜病変の状態をレーザードプラ血流計を用いて粘膜血流を測定した。この結果、門脈圧亢進症ラットにおいては、対照群に比較して、胃粘膜血流量が増加していることが判明した。また、門脈圧亢進症ラットにethanolを投与して、胃粘膜障害モデルを作成し、プロスタグランディン投与群と非投与群で比較検討した結果、プロスタグランディン投与群では胃粘膜障害の程度がむしろ強く、従来の報告と矛盾することがわかった。また、門脈圧亢進症ラットにおいては、食道粘膜においてnitric bxide synshutaseの誘導が起っていることがわかり、循環亢進状態の発生のみならず、食道静脈瘤破裂にも関与していることが示唆された。門脈圧亢進症における食道胃粘膜障害や治療機転に関する分子生物学的手法を用いた解析はほとんど報告がまだなく、従来の血行動態に基づいた治療法からさらにより合理的な治療法の確立が期待される。食道胃粘膜障害の治療過程において、EGF,bFGF,TGF2,TGFβTNF2,IL6,IL8などがどのように関わっているのかを、組織免疫染色、RT/PCR,Western blots,Notherm blots,ELISA assayなどを用いてさらに検討する。ことにreceptorの発現様式や局在部位の確認を行い、障害部位及び修復機転の機序の解明を行う。(1)門脈圧亢進症ラットモデルは二段階の門脈結紮及び後腹膜側副路の結紮により作成可能となった。(2)(1)の門脈圧亢進症ラットの胃粘膜血流量は対照ラット群に比し,有意に高値を示した。さらにNOS阻害剤投与により血流量は有意に低下した。(3)ラット胃粘膜において門脈圧亢進症ラットでは胃粘膜表層部にb-FGF、VEGFの陽性領域が認められ、b-FGF、VEGFの陽性面積は対照ラット群に比し、有意に高値であり、血管新生亢進状態であることが示された。また同部位はPCNAの陽性領域であることも確認され、細胞増殖能の亢進状態であることが示された。(4)門脈圧亢進症ラットの菲薄化した粘膜筋板ではNOS発現が増加しておりNOが静脈瘤破裂の成因の主要因であることが示された。これらの所見から、研究代表者の杉町が門脈圧亢進症の下部食道及び胃粘膜における病態生理を別紙の如くまとめた。(2)門脈圧力進症ラットモデルの食道粘膜筋板において特にbFGFは有意に減少しており、FGFreceptorも有意に減少していた。(1)、(2)の結果より門脈圧亢進症ラットモデルの食道粘膜筋板は脆弱化しており、食道静脈瘤破裂の要因の一つになりうると考えられた。
戦後ドイツにおける「作家映画」の系譜

2018年度は、まず前年度3月に日本に招聘したアンゲラー・シャーネレク監督の上映+レクチャーをアップリンクで4月1日に行った。初来日のシャーネレク監督の作品を紹介し、監督自身の美学や方法論を直接伺う貴重な機会となった。その後4月末にシャーネレク監督も含まれる「ベルリン派」の他の作品の特集上映をアテネ・フランセ文化センターで行い、一般観客向け講演も開催して21世紀の新しいドイツの作家映画運動を総括した。また5月には2018年1月に出版した『ストローブ=ユイレシネマの絶対に向けて』の刊行関連イベントとして神戸映画資料館と同志社大学等で上映と講演を行った。今年度はその他にもニュージャーマンシネマ世代のベテラン監督の映画上映を行う機会が続いた。6月と9月にルドルフ・トーメ監督、10月にアレクサンダー・クルーゲ監督、11月にペーター・ネストラー監督の特集上映をそれぞれ行った。ほぼ全ての上映作の字幕翻訳を手掛け、6月のトーメ監督(東京ドイツ文化センター)と11月のネストラー監督(広島国際映画祭他)の来日に際しては、対談や上映後レクチャーと質疑の通訳なども行った。このように今年度は上映とレクチャーという活動が続いたため、論文を執筆する時間的余裕がなかったのが実情である。そこで年度終了後の2019年度にベルリン派およびニュージャーマンシネマについてそれぞれの論文をまとめるべく、年度の終盤は個々の作品を上映し講演を行い、今年度の活動を総括する機会とした。とりわけ「ベルリン派」の代表者シャーネレク監督とペーター・ネストラー監督をまとめる論考を準備中である。平成28年度は、研究対象である戦後ドイツ作家映画の歴史の再検証を主目的とした。ドイツ映画史は第一次大戦からヴァイマール期、ナチ時代、戦後の東西分裂、統一とグローバル化という社会と歴史の激動を反映しているため、それぞれの時代や文化圏の中で製作される映画の特性と評価について個別に行われてきた既存の研究を相関関係において検証し直す必要がある。とりわけナチ時代や東ドイツの映画を単純なイデオロギー批判ではなく、文化批判的な側面や国際的な評価も視野に入れ、ニュージャーマンシネマについても戦後の左翼文化だけでなく大衆文化全般の枠内で見直す必要が生じている。こうした相対的な読み直しにより、21世紀の作家映画に至る系譜を美的・政治的・経済的な側面で浮き彫りにできるのではないかと考えている。実際の活動としては、映画の上映とレクチャーを定期的に開催し、一般観客と共にドイツ映画史のいくつかの断面を切り取って解明する試みを継続した。京都立誠シネマを会場として、4月にはドイツのメロドラマ映画とその脱構築について(コイトナー、ファスビンダー、シュレーター)過去の映画や文化的伝統をニューシネマがいかに批判的に継承したかを探り、10月にはファスビンダー作品を特集上映し、この作家の多面性を分析した。また東西ドイツ映画の比較検証を始めることで、これまで別々に考察対象とされてきた映画文化を共時性や相互性の観点で読み直し、しかも作家映画的な試みの共通点や相違点を明らかにする試みも行い、「戦後ドイツの映画ポスター展」のカタログに小論を発表している。その他ヨーロッパ映画についてさらに知見を深めるために広島国際映画祭、ベルリン国際映画祭に参加した。当初の目的通り、ファスビンダーを始めとした戦後ドイツの作家映画を重点的に研究するだけでなく、ナチ時代の映画や東ドイツ映画にも考察範囲を広げることができた。そうした成果は主に上映会と公開レクチャーの形で発表してきたが、今回の発表成果を踏まえてさらにドイツ映画史全般に渡る考察と国際的な影響関係についての考察を展開する必要も感じている。そこでこれらの研究成果を論文で公表するのは次年度以降の課題としたい。対象作品や時代が広範囲にわたるため作家映画の系譜を辿るにはさらなる作家や作品分析の作業が必要となるからである。その一環として、広島国際映画祭ではフランスのニューシネマの中でもあまり知られざる存在であったディアゴナルの代表作品を観ることができ、また現代ドイツ映画の動向にも触れることで、研究にとって大きな刺激を得ることができた。今年度は戦後ドイツの作家映画の傾向を総括するために、これまで科研の課題として継続的に考察してきたストローブ=ユイレの中間的な総括を試みた。まず彼らの特殊な文学脚色の手法についてまとめた論文を執筆し、編著書『ストローブ=ユイレシネマの絶対に向けて』(森話社)として刊行した。またアテネフランセ文化センターで12ー3月に渡って開催されたストローブ=ユイレの全作回顧上映に関わり、様々なトークゲストとして舞台演出家、音楽研究者、イタリア文学者、現在ストローブ映画の製作担当者といった様々な分野の専門家を招いた対談を行い、学際的な視点でのストローブ=ユイレの検証を試みた。またファスビンダー、シュリンゲンズィーフ、クルーゲなど他のドイツの作家映画の代表的存在を取り上げて、学会発表、上映とレクチャー、研究論文として公表した。まず日本ドイツ学会での6月4日の発表と学会誌『ドイツ研究』への論文寄稿ではファスビンダーとシュリンゲンズィーフの社会のタブーに触れる挑発的な作品の作法を比較考察した。また9月にはアテネ・フランセ文化センターでニュージャーマンシネマの回顧上映を企画し、ジーバーベルク、クルーゲ、ファスビンダーの作品から70年代の代表作を選出して上映し、映画監督、評論家、研究者を招いてのレクチャートークを開催した。3月には現代ドイツの作家映画として知られてきた「(新)ベルリン派」における最も重要な映画監督の一人アンゲラ・シャーネレクを初めて日本に招き、代表作5本の日本語字幕付き上映と監督レクチャー及びQ&Aを東京のアテネ・フランセ文化センターと京都の出町座にて行った。

日本ではほとんど知られない映画作家であるため、今年度はまずは作品自体の紹介と、作家自身の言葉によって映画美学の特徴を知る貴重な機会となった。彼女の映画についての論考を纏めるのは次年度の課題である。今年度は現代ドイツの作家映画の代表者を日本に招聘し、上映とレクチャーを行うことを主たる目的としてきた。年度の最初にはまだ招待する作家が決定していなかったが、年度の進むうちに、アンゲラ・シャーネレク監督の最新作『はかな(儚)き道』が9月のあいち国際女性映画祭への出品が決定し、シャーネレク監督を日本招聘する可能性が具体的になった。ただし監督の来日が翌3月に延期されたため、上映作を増やし、またイベントを東京と京都の二カ所で行えるように規模を拡大した。現在は3月から4月1日に渡るレクチャー等のイベントを終えたばかりで、その成果を論考として発表するのは2018年度の課題となる。またその他の映画作家についても口頭発表および論文公表を予定撮り行なうことができた。日本ドイツ学会での発表と学会誌への論文掲載も順調に実現し、また2016年度より準備してきた編著『ストローブ=ユイレ』をようやく刊行できた。当該映画作家について日本語による初めての論集として意義のある出版になったと思われる。2018年度は、まず前年度3月に日本に招聘したアンゲラー・シャーネレク監督の上映+レクチャーをアップリンクで4月1日に行った。初来日のシャーネレク監督の作品を紹介し、監督自身の美学や方法論を直接伺う貴重な機会となった。その後4月末にシャーネレク監督も含まれる「ベルリン派」の他の作品の特集上映をアテネ・フランセ文化センターで行い、一般観客向け講演も開催して21世紀の新しいドイツの作家映画運動を総括した。また5月には2018年1月に出版した『ストローブ=ユイレシネマの絶対に向けて』の刊行関連イベントとして神戸映画資料館と同志社大学等で上映と講演を行った。今年度はその他にもニュージャーマンシネマ世代のベテラン監督の映画上映を行う機会が続いた。6月と9月にルドルフ・トーメ監督、10月にアレクサンダー・クルーゲ監督、11月にペーター・ネストラー監督の特集上映をそれぞれ行った。ほぼ全ての上映作の字幕翻訳を手掛け、6月のトーメ監督(東京ドイツ文化センター)と11月のネストラー監督(広島国際映画祭他)の来日に際しては、対談や上映後レクチャーと質疑の通訳なども行った。このように今年度は上映とレクチャーという活動が続いたため、論文を執筆する時間的余裕がなかったのが実情である。そこで年度終了後の2019年度にベルリン派およびニュージャーマンシネマについてそれぞれの論文をまとめるべく、年度の終盤は個々の作品を上映し講演を行い、今年度の活動を総括する機会とした。とりわけ「ベルリン派」の代表者シャーネレク監督とペーター・ネストラー監督をまとめる論考を準備中である。本研究テーマに関わる映画上映とレクチャーは、今年度も継続して行う。
生体に対する活性種の選択的供給方法の開発

プラズマからは様々な化学活性種が供給され、それらは時間とともに異なる速度定数で反応していくため、プラズマと液体が反応する系では空間的にも活性種の分布が不均一な反応場である。プラズマ処理した液体中にも活性が残存するが、これは分オーダーで活性種が残存することを意味しており、短寿命な活性種はすでに失活しており、半減時間で制限した選択的な活性種供給方法の一つである。短寿命活性種は選択性に乏しく、拡散律速で反応するため、プラズマ医療を行う上で安全性と有効性を両立させることは難しい。プラズマ処理水には短寿命な活性種は失われているものの、多くの活性種が残存する。混合状態で生体への影響を評価しても作用機序の解明にはつながらず、さらに試薬として容易に用いることができる過酸化水素、亜硝酸や、生成が容易なオゾン、利用価値は見いだしにくい生体分子(タンパク質、アミノ酸、脂質)の酸化・ニトロ化体などの影響を排除することが困難である。プラズマ処理水の殺菌活性の半減時間は、室温で数分程度で、氷冷すると数時間、冷凍すると年単位であり、上記のような安定化学種ではないことがわかっていた。プラズマ処理水を液体クロマトグラフにて分離することで有効成分の精製に成功した。特定成分の特性が、これまで判明していたプラズマ処理水の特性と一致しており、新しい選択的活性種供給方法と言える。プラズマ処理水による殺菌消毒が従来の消毒薬に比べての利点としては、体温では数秒で失活する、動物細胞の周りを覆っている生体外マトリクスの成分で失活しやすい、体液は中性pHの緩衝能を持つという点で、生体への毒性が低い事が予想される。さらに、プラズマ処理水は、過酸化水素100%相当という劇薬レベルの殺菌力を有しており、人体消毒から医療機器の滅菌まで可能である。ヒト抜去歯牙の口腔内細菌感染モデルの無菌化にも成功しており、今後の研究展開が期待される。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、プラズマ医療の反応素過程を考える上で重要である生体に対する活性種の供給を選択的に行う技術の開発にある。ラジカル、イオン、電子、中性種など多種多様な活性種を生成するプラズマと生体との相互作用に関する学術領域を開拓する上で、作用機序となる活性種の同定は必須であり、活性種のドーズ量を定量することで生体反応への作用機序が明らかになる。プラズマによっても生成される活性酸素・窒素種の多くは生体内フリーラジカルとしても知られ、生体内の生化学作用に関する研究は多く行われている。しかしながら、生体内における生化学的反応だけでは生成しにくい大量の活性種をプラズマで供給できることや、濃度勾配を持つ反応場であるという点で大きく異なる。この反応場を考える上で、液体(水)に対する活性種供給をプラズマ誘起液中反応場のモデル系として用い、気相・液相の活性種診断を定性・定量的に行うことで、生体への供給量の推定を行う。さらに、特定の活性種生成に特化したプラズマ装置の開発を行う。本年度は主にプラズマを照射した液体であるプラズマ処理水の研究を行った。プラズマ処理水は高い殺菌力を有しているが、その半減時間が温度依存であり、アレイニウスプロットに乗っており、冷凍することで長期間の保存が可能である事が判明した。また、アレイニウスプロットより体温では4秒の半減時間であることが判明し、人体の消毒へ用いると体温で速やかに失活するという消毒薬としての理想的な特性を有していることが判明した。また活性種の評価を行うために、スピントラップ剤と併用した電子スピン共鳴法によりスーパーオキサイドアニオンラジカルの測定を行ったところ、殺菌力の半減時間の温度依存と見事に一致していたことから、これまで考えていたプラズマの直接照射による低pH法の作用機序であるスーパーオキシドの細胞内酸化ストレスであることが推察された。

さらに、プラズマ処理水は、過酸化水素100%相当という劇薬レベルの殺菌力を有しており、人体消毒から医療機器の滅菌まで可能である。ヒト抜去歯牙の口腔内細菌感染モデルの無菌化にも成功しており、今後の研究展開が期待される。26年度が最終年度であるため、記入しない。プラズマによる溶液中への活性種の供給方法として、直接照射、間接照射に加えて、プラズマ処理水という新しい方法に関しての研究が当初の計画以上に進展することができた。室温では数分程度の半減時間であることから、世界的に着目されているplasma activated waterとは異なる性質を示している。言い換えるならば、プラズマ処理水の短時間的な活性が失活した後の残存活性を評価しているのがplasma activated waterと言える。このプラズマ処理水は大腸菌を2000桁低下できる非常に高い殺菌力を有するものの、体温では速やかに失活するという消毒には好適な性質を有している。また、冷凍することで長期間にわたり殺菌活性を保持することにも成功している。このような評価を行うために、溶液中で1O2、OH・、O2-・、O3、H2O2、O3、NO2-,NO3-などの活性種を定量して研究を進めたことでこのような成果が実現できた。プラズマ処理水の物理化学的な特徴に関する知見が得られたが、その物理化学的な反応式は不十分なところもあるため、引き続き研究を進めるものとする。また、大気圧質量分析装置による気相中の活性種の分析結果と、これまで行ってきた溶液中の活性種の分析結果を定量的に評価するために、異なる放電条件のプラズマ源を用いることで研究を進める。これらの研究を通じて、新学術研究領域全体へプラズマ医療の物理化学なモデルの構築に寄与し、他班の研究プロジェクトへの貢献を行うものとする。
嗅覚性記憶の成立過程に生ずる神経活動の周期的振動現象の解析

雌マウスは、交尾刺激を引き金として交尾相手の雄の尿中フェロモンに対する記憶を形成する。記憶が形成されなかった場合、妊娠はこの交尾相手のフェロモンによって阻止されてしまう。すなわち、この記憶は妊娠を保証しているわけである。われわれは、この記憶の形成および保持に関する時間的特性、記憶形成の主座(副嗅球)、ここでの神経・シナプス・分子レベルのメカニズムの一部を明らかにしてきた。フェロモン受容により興奮した副嗅球の憎帽細胞はグルタミン酸を放出して顆粒細胞を興奮させる。興奮した顆粒細胞はGABAを放出して憎帽細胞を抑制する。われわれはすでに、この相反性樹状突起間シナプスこそが可塑性の場であり、顆粒細胞から憎帽細胞へのフィードバック抑制をGABAアンタゴニストであるbicucullineで遮断すると、記憶がつくられることを明らかにしている。生理的には、顆粒細胞の樹状突起に高密度に発現している代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)のサブタイプmGluR2の活性化がGABAの放出を抑制し、記憶形成へと導くことも明らかにしている。われわれは、記憶形成へと導くbicucullineによって、顆粒細胞の神経活動に同期的振動が誘導されえることをとらえている。このような同期的振動は他のシステムでも学習・記憶に関わる現象として重要視されている。今回のコンピュータ解析結果から、このbicucullineによって誘起される同期的振動がカオス的挙動をとることが示唆された。
下顎運動に協調する頭部運動の制御機構に関する研究

[研究目的]本研究は、頭頸部の運動と顎機能の相互関係を明らかにするために、顎機能の一つ、咀嚼時における頭頸部の運動に焦点を当て、顎と頭頸部の協調運動の存在とその制御機構について調べたものである。[研究実績]実験にはウサギを用いた。麻酔下頭部固定状態で、大脳皮質咀嚼野に連続電気刺激を与えて咀嚼様運動を誘発し、下顎運動と頸筋および咀嚼筋筋活動の記録を行った。後屈筋である頭半棘筋は咀嚼様運動に伴って持続的な活動を示し、下顎運動に同期する活動は見られなかった。木片を咬合した場合、持続性の活動は増加したが、下顎運動に同期するリズム性活動は見られなかった。このことから、平成12年度に本研究で行った慢性動物実験において、後屈筋の活動が開口時に(周期的に)減少したという現象は、頭位の変化によって二次的に姿勢反射として誘発されたものであることが推測された。前屈筋である胸骨乳突筋は、空口咀嚼の場合は周期性の活動はほとんど見られなかったが、木片を咬合した場合には、閉口相にほぼ一致する活動を示した。これは平成12年度の慢性実験でも同様に観察された現象である。すなわち、咬合に起因する感覚情報が、周期性頸筋活動、ひいては周期性頭部運動の発生要因であることを示している。さらに、この前屈筋周期性活動のonsetが咬合相にやや先行する、というケースが半数で見られたことから、胸骨乳突筋の予測的制御機構の存在も推測された。[研究実績]1咀嚼運動時の頸筋活動様相と頭部動態の解析実験にはウサギを用いた。加速度計によって頭部運動を記録し、磁気センサーによって下顎運動を記録した。また、頸筋(頭半棘筋・頭板状筋・胸骨乳突筋)と咀嚼筋(咬筋)から筋電図を記録した。記録は、無麻酔・無拘束下で動物が自発的にニンジンを咀嚼している際に行った。頭部加速度は周期的な変化を示し、その周期は、下顎運動の周期と一致した。頭部は開口時には後屈し、また閉口時には前屈して、下顎運動と相反する推移を示す。頭部の後屈筋である頭半棘筋と頭板状筋の活動は、持続的だが最大開口時には減少した。頭部の前屈筋である胸骨乳突筋は、咀嚼時に二峰性の活動を示し、各々の活動ピークは閉口後期と開口後期に見られた。2皮質誘発性咀嚼様運動時の頸筋活動様相の観察麻酔下頭部固定状態での皮質誘発性咀嚼様運動時に、下顎運動と頸筋および咀嚼筋筋活動の記録を1と同様に行った。後屈筋である頭半棘筋は咀嚼様運動に伴って持続的な活動を示し、下顎運動に同期するようなリズム性活動は見られなかった。胸骨乳突筋は、空口咀嚼の場合は周期性の活動はほとんど見られなかったが、木片を咬合した場合には、ほぼ閉口相に一致する活動を示した。これらの結果から、胸骨乳突筋の閉口時の活動が、咀嚼時の頭部運動の発生に関与していることが推測される。