hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
精液中でのブタ精子における先体反応の制御性に関する研究

哺乳動物精子の先体反応は、精液中では抑制された状態にあると言うのが通説であるが、最近研究代表者は、ブタにおいては必ずしもこのことが当て嵌まらないことを見出した。そこで本研究では、ブタ精子が精液中で先体反応を起こす条件について検討した。すなわち、4頭の雄ブタから採取した全精液(約1億精子/ml)、これを遠心により510倍に濃縮したものおよび濃厚部精液(68億精子/ml)を開放または密閉容器内において37または40°Cで静止あるいは振盪しながら6時間加温したのちに、トリパンブルー・ギムザ染色法および透明帯除去体外成熟ブタ卵胞卵子への侵入試験により精子の先体反応の有無を調べた。その結果、精子濃度の低い全精液を開放溶器内において37°Cで振盪加温しても、精子は先体反応をほとんんど起こさず、卵子への精子侵入も認められなかった。しかし、精子濃度を上げたり密閉容器を用いたりして酸素の供給を妨げると先体反応が起こりはじめ、またこの時温度が高いほど多くの精子が先体反応を起こした。ちなみに全精液を濃縮したものや濃厚部精液を密閉容器内において40°Cで加温した場合には、生存精子89割に相当する6690%の高い先体反応精子率と、100%の精子侵入卵子率および410個の平均侵入精子数が得られた。なお、全精液を濃縮したものと濃厚部精液の間で結果に特に差は認められなかった。以上の結果から、精液中でのブタ精子の先体反応は精子への酸素の供給が十分な条件下では抑制されているが、酸素の供給が不充分な状態に陥ると精子は先体反応を起こしはじめ、この現象は温度の上昇によって助長されることが判明した。
熱帯産超小型ワムシ類の生物機能解明と大量保存への展開

1.SS型ワムシの遺伝的特性SS型のインドネシア株とタイ株,S型のスペイン株の3株を用いて、雌と雄の組合せを合計6通り作った。ワムシの交尾行動は、雌雄の接触→雄の旋回行動→交接の3段階で構成され、その後、受精に至る。ここでは、一連の交尾行動頻度を求めると共に、雌100個体と雄50個体を同一容器(水量5mL)に収容し、受精個体の出現状況をもとに受精率を求めた。その結果、SS型同士の組合せでは雌雄の接触後、交接に至る割合は5.016.6%で.その後の受精率は7.734.7%だった。一方、S型スペイン株とSS型2株の間では旋回までは観察されたが、交接と受精は観察されなかった。S型株と交接するSS型株の存在も報告されているので、S型ないしSS型とみなされるワムシ株内にもそれぞれ大きな遺伝的変異があると考えられた。2.生殖特性と大量保存への応用SS型ワムシを10および12°C下で14日間生かしたまま保存できることが分かった。保存期間終了時にワムシ培養水中へγアミノ酪酸50μg/mLを投与することにより、25°C移行後の個体群増殖が促進された。30-35°Cの高温下で両性生殖が発現するので、個体群の急速な成長にともなう餌料不足と水質の悪化が起こりやすく、両性生殖が進行する前に培養が崩壊する例が多い。SS型ワムシをあらかじめ35°Cで培養して両性生殖を十分発現させた後、25°Cに水温低下させることにより、以後7日間、安定的に両性生殖を進行できた。11日間の培養実験(水量500mL)では水温低下処理によって対照より2.1倍高い効率で耐久卵を形成できた。500L水槽(水量400L)を用いた場合にも、同じ効率で耐久卵を量産でき、9日間の培養後、約2000-3000万の耐久卵が形成された。3.SS型ワムシを用いたマハタ仔魚飼育SS型ワムシの給餌密度を3,10,30個体/mlとし、飼育を行ったとき、3個体/mlの給餌量では日令6,7で摂餌数が少なくなる傾向が見られ、日令7の全長も他の給餌密度区より低くなった。しかし、日令8以降は他の給餌密度区との間に差は見られなくなった。よって、実験終了時の結果を見る限り3個体/mlのワムシ給餌密度でもマハタ仔魚の飼育は可能であることが分かった。今回の実験に用いたSS型ワムシインドネシア株の被甲長サイズ組成は80156μm(平均被甲長114μm)だったが、日令4のマハタ仔魚が摂餌していたワムシの披甲長組成は75138μm(平均114μm)であった。このことから、開口直後のマハタ仔魚は給餌した全てのワムシを摂餌することができたわけではなく、サイズの比較的大きなワムシは摂蝕不可能だったと判断された。

よって、実験終了時の結果を見る限り3個体/mlのワムシ給餌密度でもマハタ仔魚の飼育は可能であることが分かった。今回の実験に用いたSS型ワムシインドネシア株の被甲長サイズ組成は80156μm(平均被甲長114μm)だったが、日令4のマハタ仔魚が摂餌していたワムシの披甲長組成は75138μm(平均114μm)であった。このことから、開口直後のマハタ仔魚は給餌した全てのワムシを摂餌することができたわけではなく、サイズの比較的大きなワムシは摂蝕不可能だったと判断された。1.SS型ワムシの生物機能解明(1)遺伝的特性既に採集したSS型ワムシ10株に対して、性フェロモン性状解析、アロザイム分析等に取り組み,L,S型ワムシとの遺伝的変異とSS型ワムシ株内の変異性を求めた結果,SS型ワムシがL,S型ワムシとは異なる新種のワムシである可能性が強く示唆された。(2)生殖特性と大量保存への応用SS型ワムシを10および12°C下で14日間生かしたまま保存できることが分かった。保存期間終了時にワムシ培養水中へγアミノ酪酸50μg/mLを投与することにより、25°C移行後の個体群増殖が促進された。、30-35°Cの高温下で両性生殖が発現するので、個体群の急速な成長にともなう餌料不足と水質の悪化が起こりやすく、両性生殖が進行する前に培養が崩壊する例が多い。SS型ワムシをあらかじめ35°Cで培養して両性生殖を十分発現させた後、25°Cに水温低下させることにより、以後7日間、安定的に両性生殖を進行できた。11日間の培養実験(水量500mL)では水温低下処理によって対照より2.1倍高い効率で耐久卵を形成できた。500L水槽(水量400L)を用いた場合にも、同じ効率で耐久卵を量産でき、9日間の培養後、約2000-3000万の耐久卵が形成された。2.SS型ワムシを用いた仔魚飼育試験開口時の口径が小さいマハタを材料とした飼育実験を,30-100リットル水槽を用いて孵化後10日間実施した。開口直後のマハタ仔魚が摂餌していたワムシのサイズが150μm以下であったことから、SS型ワムシの中でもサイズが最も小さいインドネシア株(被甲長80150μm)を用いれば小型ワムシの選別等を行わずとも十分に飼育が可能であることがわかった。1.SS型ワムシの遺伝的特性SS型のインドネシア株とタイ株,S型のスペイン株の計3株を用いて、雌と雄の組合せを合計6通り作った。ワムシの交尾行動は、雌雄の接触→雄の旋回行動→交接の3段階で構成され、その後、受精に至る。ここでは、一連の交尾行動頻度を求めると共に、雌100個体と雄50個体を同一容器(水量5mL)に収容し、受精個体の出現状況をもとに受精率を求めた。その結果、SS型同士の組合せでは雌雄の接触後、交接に至る割合は5.016.6%で、その後の受精率は7.734.7%だった。一方、S型スペイン株とSS型2株の間では旋回までは観察されたが、交接は観察されず、受精率も0%だった。S型株と交接するSS型株の存在も報告されていることから、S型ないしSS型とみなされるワムシ株内にもそれぞれ大きな遺伝的変異があると考えられた。2.SS型ワムシを用いたマハタ仔魚飼育SS型ワムシの給餌密度を3,10,30個体/mlとし、飼育を行ったとき、3個体/mlの給餌量では日令6、7で摂餌数が少なくなる傾向が見られ、日令7の全長も他の給餌密度区より低くなった。しかし、日令8以降は他の給餌密度区との間に差は見られなくなった。しかし、マハタ仔魚のように口径の非常に小さい魚種の場合、給餌する密度ではなく、給餌するワムシの中にどれだけ仔魚が摂餌できるワムシが存在するかということも大変重要である。今回の実験に用いたSS型ワムシインドネシア株の被甲長サイズ組成は80156μm(平均被甲長114μm)だったが、日令4のマハタ仔魚が摂餌していたワムシの被甲長組成は75138μm(平均104μm)であった。
ミトコンドリアタンパク質G0S2の虚血におけるATP産生制御機構の解明

心臓はポンプ機能を維持するため他臓器に比して激しくATPを消費するが、虚血におけるATP産生の制御機構は明らかでない。本研究では、ATP産生制御因子G0S2がどのようにATP合成酵素を介したATP産生制御に関わっているかについて検討し以下を明らかにした。(1)G0S2はユビキチンプロテアソーム系によって分解される。(2)変異体解析から、疎水性領域のアミノ酸が分解に強く寄与する。(3)この変異体を導入した心筋細胞では、野生型に比して低酸素下のミトコンドリアATP産生低下を軽減した。これらの結果はG0S2タンパク質分解の抑制を標的としたATP産生を増強する新たな創薬への可能性を示唆する。心臓は常に自律拍動をするために莫大なエネルギーを消費している。心筋が虚血状態になると、エネルギーの供給と需要のバランスが崩れ心不全に陥る。しかし虚血時におけるエネルギーすなわちATPの供給制御メカニズムについては未だ解明されていない。本研究では虚血におけるATP産生制御機構を解明するために、最近明らかにしたATP合成酵素制御因子G0S2の相互作用様式および量的制御機構について生化学的解析を行う。また虚血においてそのような制御機構が心筋細胞のATP産生とエネルギー代謝にどのように関わっているかを明らかにする。平成27年度では、主に培養心筋細胞を用いた解析を行った。まず、部位特異的光クロスリンクを培養心筋細胞で効率的に行うために、アデノウイルスでの発現系の構築を行った。特に非天然アミノ酸をコードするtRNAプロモーターの選択が重要であり、それにより発現量が大きく異なることが明らかとなった。tRNAあるいはaaRSの発現量の最適化の後光クロスリンクを行った結果いくつかの部位でのクロスリンクにて、結合タンパクとみられるバンドを検出し現在解析中である。G0S2の量的制御メカニズムの解明のため、まず培養心筋細胞を用いて、G0S2がユビキチン化されているかについて検討を行った。その結果ユビキチン化を示すラダー状のバンドを認め、細胞内においてG0S2が実際にユビキチン化されていることを明らかにした。一方、非ユビキチン化変異体とされているリジン→アルギニン置換変異体を作成し、G0S2タンパク質の量的変化やユビキチン化を検討したが、野生型同様の分解速度とユビキチン化を示し、通常のユビキチン化機構とは異なる可能性が示唆された。現在ユビキチン結合部位を探索中である。非天然アミノ酸導入のためのアデノウイルスコンストラクトを作成したが、当初作成したものは十分な発現量を得ることができず、新たに作成し直したために時間を要した。またユビキチン化を示すところまでは順調に実施できたが、これまでの典型的なユビキチン化ではないことが示唆されたため、分解に寄与するアミノ酸部位の同定に時間を費やしている。平成28年度では、G0S2の量的制御メカニズムの解明のため、G0S2が分解されない変異体の探索を行った。ユビキチン非結合KR変異体では、G0S2タンパク質の量的変化やユビキチン化が野生型と同様であったため、G0S2を3つの領域に分けた欠失変異体で検討したところ、疎水性領域が分解に寄与している可能性が示唆された。さらにアラニン置換変異体での検討からGlu44が分解に大きく寄与するアミノ酸であることが示唆された。現在、心筋細胞でのATP動態に及ぼす影響を検討中である。またATP感受性FRETプローブMit-ATeamを発現するゼブラフィッシュにGlu44Ala変異体G0s2遺伝子を導入し、個体での虚血におけるATP動態と心機能に及ぼす影響も検討している。国立精神・神経医療研究センターとの共同研究によりヒトミトコンドリア病患者由来の血液サンプルを用いてG0S2の遺伝子変異の探索を進めているが未だ疾患遺伝子変異は同定できていない。さらにミトコンドリア病患者細胞におけるG0S2野生型やGlu44Ala変異体の発現系を構築中であり、患者細胞におけるミトコンドリア病病態に、G0S2分解抑制変異体が及ぼす影響を検討予定である。

平成28年度では、平成27年度の成果をもとに、まず遅れているユビキチン化部位同定および結合するFoF1-ATP合成酵素のサブユニット同定に注力する。その後それらの機能的意義を解明するために心筋細胞を用いてリアルタイムでのATP濃度変化を測定する。またゼブラフィッシュにおいて、当研究室で確立された心臓でのATP濃度測定系を用いてG0S2遺伝子導入個体での心臓のATP濃度変化についての検討を行う。その後研究実施計画に基づくヒトのミトコンドリア病患者サンプルを用いた検討を行う予定である。分子心臓学計画よりやや遅れており、当初当該年度に行う予定であった、G0S2変異体作成や酸素消費量の測定などエネルギー代謝パラメータに関する検討を次年度に行うことになり、余剰金が発生した。G0S2変異体作成や酸素消費量の測定などエネルギー代謝パラメータに関する検討、およびその成果を基にゼブラフィッシュを用いたATP濃度の測定実験、ヒトのミトコンドリア病患者サンプルを用いた検討のために研究費を使用する予定である。
プラズマを用いた窒化ガリウムインジウム砒素の成長と光電子集積回路実現への基礎検討

エレクトロニクスの性能向上にも限界が見え、従来の主役である電子に加えて光がそれぞれの特徴を生かして役割分担する新しい概念のデバイス・光電子集積回路の開発が待たれている。しかし、これを実現する上で各構成材料であるシリコンとガリウム砒素との異種接合間には約4%の格子不整合があるため結晶性が著しく劣化してしまい、実現への大きな障壁となっている。本研究では、以上の問題点を改善する為の基礎的検討として、シリコン基板と格子整合可能な新材料窒化ガリウムインジウム砒素混晶に着目し、高品質なIII-V族混晶を作製できる成長技術を確立することにある。平成11年度の研究結果から、窒化ガリウムへの砒素添加量に依存し、窒化ガリウム砒素膜の膜質にかなり大きな影響が及ぼされることが判明した。添加量が少ないときにはSiと同じ立方晶系の窒化ガリウムとなり、添加量が増すにつれ六方晶系の窒化ガリウムが成長することがわかり、砒素原子が容易には窒素原子サイトに置き換える事は困難であることが判明した。そこで、これにインジウムを添加するための前段階として窒化ガリウム中の窒素原子サイト数を意図的に変えるためECRプラズマ成長中の活性窒素原子濃度を変えることによって、砒素原子の取り込み効率を上げて窒素原子サイトに砒素原子を置換できるかどうかを調べた。その結果、わかったことは活性窒素原子濃度を下げれば、砒素原子の取り込み効率を上げることができ、砒素置換効率を上昇させ得ることがわかった。しかし、不活性窒素分子が窒化ガリウムの成長を阻害して、成長速度が大幅に低下することもわかった。現在、インジウムを窒化ガリウム砒素に添加させることによって、以上述べた成長阻害の現象がインジウムの取り込み効率に及ぼす影響について調べているが、途中段階としてインジウムを添加することによって同じ砒素濃度でも窒化ガリウム砒素膜の結晶性が向上できる可能性が実験的に示唆された。今日、エレクトロニクスでは性能向上にも限界が見え、従来の主役である電子に加えて光がそれぞれの特徴を生かして役割分担する新しい概念のデバイス・光電子集積回路の開発が待たれている。前年度の研究結果から、ECRの窒素プラズマにより発生した窒素分子イオンによるダメージが混晶薄膜の結晶性に大きな悪影響を及ぼすことが判明した。この為、平成11年度は新材料の成長条件の検討を実施する前にまず、急務であるダメージを取り除くための検討に費やした。わかったことは、ダメージはプラズマに供給するマイクロ波のパワーではなく、窒素分子イオンのプラズマ発光強度をスリー・スタプ・チューナーでその場制御すれば、十分に抑えることができることを明らかになった。また、ヘテロ接合部の結晶性に基本的な影響をあたえるSi基板の酸化膜の除去法として採用した高温熱処理(1250°C)が、逆にSi基板表面の形状を大幅に悪化させていることが明らかとなった。原子間力顕微鏡による観察から、1070°C以上でSi基板上に無数の粒状が発生することがわかり、これは年表面層が蒸発したためか、炭化したことが原因として考えられる。

現在、この原因、及び生成過程を調査し、今後はこの粒を利用し、新しい量子ドットの形成が可能であるかなども新材料窒化ガリウムインジウム砒素混晶の結晶成長の検討と共に、併せて調べていく予定である。エレクトロニクスの性能向上にも限界が見え、従来の主役である電子に加えて光がそれぞれの特徴を生かして役割分担する新しい概念のデバイス・光電子集積回路の開発が待たれている。しかし、これを実現する上で各構成材料であるシリコンとガリウム砒素との異種接合間には約4%の格子不整合があるため結晶性が著しく劣化してしまい、実現への大きな障壁となっている。本研究では、以上の問題点を改善する為の基礎的検討として、シリコン基板と格子整合可能な新材料窒化ガリウムインジウム砒素混晶に着目し、高品質なIII-V族混晶を作製できる成長技術を確立することにある。平成11年度の研究結果から、窒化ガリウムへの砒素添加量に依存し、窒化ガリウム砒素膜の膜質にかなり大きな影響が及ぼされることが判明した。添加量が少ないときにはSiと同じ立方晶系の窒化ガリウムとなり、添加量が増すにつれ六方晶系の窒化ガリウムが成長することがわかり、砒素原子が容易には窒素原子サイトに置き換える事は困難であることが判明した。そこで、これにインジウムを添加するための前段階として窒化ガリウム中の窒素原子サイト数を意図的に変えるためECRプラズマ成長中の活性窒素原子濃度を変えることによって、砒素原子の取り込み効率を上げて窒素原子サイトに砒素原子を置換できるかどうかを調べた。その結果、わかったことは活性窒素原子濃度を下げれば、砒素原子の取り込み効率を上げることができ、砒素置換効率を上昇させ得ることがわかった。しかし、不活性窒素分子が窒化ガリウムの成長を阻害して、成長速度が大幅に低下することもわかった。現在、インジウムを窒化ガリウム砒素に添加させることによって、以上述べた成長阻害の現象がインジウムの取り込み効率に及ぼす影響について調べているが、途中段階としてインジウムを添加することによって同じ砒素濃度でも窒化ガリウム砒素膜の結晶性が向上できる可能性が実験的に示唆された。
時間遅れをもつ微分方程式系から導かれるローラン多項式環上の行列方程式に関する研究

本研究では,時間遅れをもつ線形微分方程式系から導かれるローラン多項式環について調べ,この環上の行列方程式の解の存在条件と解を計算する方法を検討した.この結果は,元の時間遅れをもつ線形微分方程式系の定性的性質を解析するための1つの手段を与えると考えられる.また,ある種の自己相反行列多項式行列の特性値の分布などについて調べた.本研究では,時間遅れをもつ線形微分方程式系から導かれるローラン多項式環について調べ,この環上の行列方程式の解の存在条件と解を計算する方法を検討した.この結果は,元の時間遅れをもつ線形微分方程式系の定性的性質を解析するための1つの手段を与えると考えられる.また,ある種の自己相反行列多項式行列の特性値の分布などについて調べた.本研究の目的は,時間遅れをもつ線形微分方程式系から導かれるローラン多項式環上の行列方程式の解の存在条件と解を計算する方法を検討し,その結果を応用して元の時間遅れをもつ線形微分方程式系の定性的性質を解析することである.実有理関数を係数にもつローラン多項式に対し、ある変換を施すと複素数上の整関数になるような多項式は時間遅れをもつ線形微分方程式を表す微分差分作用素と考えることができる。このようなローラン多項式の全体のなす環はベズー整域となることが分かるが、このローラン多項式環上の行列は、ユークリッド整域上の行列のようにスミス形をもつことも示すことができる。このことは、行列方程式を考える際に非常に有用である。さらに、ある種の行列方程式を考える際に、適切な項順序を導入してこのローラン多項式環にグレブナー基底に関する考え方を導入することが有用なのではないかと考えられる。本研究の目的は,時間遅れをもつ線形微分方程式系から導かれるローラン多項式環上の行列方程式の解の存在条件と解を計算する方法を検討し,その結果を応用して元の時間遅れをもつ線形微分方程式系の定性的性質を解析することである.実有理関数を係数にもつローラン多項式に対し、ある変換を施すと複素数上の整関数になるような多項式は時間遅れをもつ線形微分方程式を表す微分差分作用素と考えることができる。このローラン多項式環に正定性および半正定性の概念を導入し,時間遅れをもつ線形微分方程式系の安定牲とその微分方程式系が定めるローラン多項式環上の代数リャプノフ方程式の正定解および半正定解との関係を調べた。正定性(半正定性)の定義などについて,さらに考察する必要があると考えられる。また,ローラン多項式には次数が導入されるが,構成された代数リャプノフ方程式の解の各要素の次数はできるだけ抑えられることが望ましいため,構成法などについて引き続き考察が必要であると考えられる。このローラン多項式環に正定性および半正定性の概念を導入し,時間遅れをもつ線形微分方程式系の安定性とその微分方程式系が定めるローラン多項式環上の代数リャプノブ方程式の正定解および半正定解との関係を調べた。また,代数リッカチ方程式との関係についても調べたが,引き続き考察が必要であると考えられる。
脳梗塞治療における血栓溶解療法適応マーカーの探索

血栓溶解薬の組織プラスミノーゲンアクチベータ(Tissue plasminogen activator ; t-PA)は脳梗塞治療において,後遺症を回避できる唯一の治療薬である,しかし,脳梗塞病態が進行した状態で, t-PAを投与すると, t-PAの強力な血栓溶解作用により脳出血を誘発するリスクが高くなる.そのため,発症時刻が不明な患者などt-PAを施行できない患者も多くいる.そのため,本検討では, t-PA投与を支持するバイオマーカーを発見することを目的に行った.基礎研究の成果より,脳梗塞モデルマウスにおいて,血管炎症の特異的マーカーのPentraxin3 (PTX3)が脳梗塞の進行と共に上昇することを明らかにした.更にPTX3上昇時にt-PAを投与された脳梗塞モデルマウスは脳出血を誘発することが確認できた。以上のことから, PTX3は脳梗塞の進行度を反映し, t-PAの適応を判断するバイオマーカーの候補であることを確認した.また,本研究はヒトの脳梗塞病態の進行具合や重症度をPTX3が反映することができるか検証をした.その結果,脳梗塞発症から時間が経過するに従いPTX3の血中濃度が上昇すること, t-PA施行患者ではt-PA投与前の血中PTX3濃度が低値であることが明らかとなった(30症例程度)。また,臨床現場において日常的に測定されているC-reactive protein (CRP)やInterleukin-6 (IL-6)といった炎症性マーカーと比べても,鋭敏に反応することが明らかとなった.以上より, PTX3はヒトの脳梗塞の進行度を反映するバイオマーカーになる可能性があることが示唆された. PTX3をt-PA適応マーカーとして確立するためには,今後さらに症例数を追加して検討することと,基礎研究によりPTX3と脳梗塞病態の関連性を明らかにしていく必要がある.血栓溶解薬の組織プラスミノーゲンアクチベータ(Tissue plasminogen activator ; t-PA)は脳梗塞治療において,後遺症を回避できる唯一の治療薬である,しかし,脳梗塞病態が進行した状態で, t-PAを投与すると, t-PAの強力な血栓溶解作用により脳出血を誘発するリスクが高くなる.そのため,発症時刻が不明な患者などt-PAを施行できない患者も多くいる.そのため,本検討では, t-PA投与を支持するバイオマーカーを発見することを目的に行った.基礎研究の成果より,脳梗塞モデルマウスにおいて,血管炎症の特異的マーカーのPentraxin3 (PTX3)が脳梗塞の進行と共に上昇することを明らかにした.更にPTX3上昇時にt-PAを投与された脳梗塞モデルマウスは脳出血を誘発することが確認できた。また,臨床現場において日常的に測定されているC-reactive protein (CRP)やInterleukin-6 (IL-6)といった炎症性マーカーと比べても,鋭敏に反応することが明らかとなった.以上より, PTX3はヒトの脳梗塞の進行度を反映するバイオマーカーになる可能性があることが示唆された. PTX3をt-PA適応マーカーとして確立するためには,今後さらに症例数を追加して検討することと,基礎研究によりPTX3と脳梗塞病態の関連性を明らかにしていく必要がある.
ヒト腸内の嫌気性菌の産生する蓚酸デカルボキシラーゼの精製

ヒトの糞便中より蓚酸を分解する菌を分離し、これがEubacterium lentumであることは既に報告した。これはDNA-DNA hybridization法による、遺伝子による分類でも確かめられ、Eubacterium lentum WYH-1と命名した。この菌の各種抗生剤に対する感受性を調べると、日常よく使用する薬剤にも感受性を示し、胆汁の成分であるデオキシコール酸によってもその発育が抑制された。この菌体のcell-free extractはco-factorとしてsuccinate,CoA,ATP,Mg,thiamin pyrophosphateの存在下で高い蓚酸分解活性を示した。succinate,CoA,ATP,Mgはsuccinyl-Co Aに置き換えることが出来た。Sephacryl S-300HRを用いて硫酸アンモニウム沈殿30-70%画分を分子篩クロマトグラフィーすることにより、succinate,CoA,ATP,Mgよりsuccinyl-CoAを生成するsuccinate:CoA ligase、succinyl-CoAをoxalyl-CoAに変えるsuccinyl-CoA transferase、oxalateをformateに変えるoxalyl-CoA decarboxylase、およびformyl-CoA transferase活性を有する分画を得ることが出来た。このように、この菌における蓚酸分解に関与する酵素は4つと予想された。Oxalyl-CoA decarboxylase活性のある画分をDEAE Cellulofine、およびPhenyl Sepharoseで精製すると、比活性が9.2U/mgの酵素が得られた。SDS-PAGEでみると、ほとんど単一のバンドであることが判明した。分子量はゲル瀘過より約200kDa,SDS-PAGEより約62kDaであるのでtetramerを形成していると予想された。Formyl Co-A transferaseをDEAEセルローズクロマトグラフィーにかけると、その比活性を約0.8U/mlまで上げることが出来た。現在、この外の酵素の単離も試みている。
マルチメディアデータベースを用いる人文科学研究支援のための統合環境の構築

慶応3年の伊勢神宮・秋葉三尺坊大権現などの御札降りを発端とした「ええじゃないか」に関する歴史史料を題材として歴史学研究支援に関する研究を進めた。1.史料の管理・検索・可視化機能をもつ歴史学研究支援統合環境の構築歴史学では、多様な史料を扱い、各種のデータベースの情報を相互利用することが必要となる。そこで、多様な史料を、メディア・オブジェクトとして統一的に扱い、管理・検索するシステムを開発した。また、歴史学研究を支援するためには、多量の史料から、データの特徴を見出すための史料可視化システムが必要である。そこで、格納された史料の時間と位置の属性に基づき、データを投影した2次元図表を3次元空間に配置し、視点の方向を変えることにより、データの時間や位置の違いにおける変化、データ間の相関を瞰敵できるシステムを開発した。これにより、各時代や土地でのデータの特徴や分布を概観でき、多角的な解析を行えるようになり、仮説生成や検定を支援することが可能となった。2.テキスト史料の抜粋・分類機能と分類結果の瞰敵機能による歴史学研究支援歴史学研究に利用される歴史史料の特徴を考察し、それに基づいて歴史学研究において支援を必要とするポイントを検討し、その具体的な実現方法、その方法に基づいて実装したシステムについて研究した。対象をテキスト文書に限定し、膨大な史料の中から歴史学者の独自の視点から関心のある史料を選び出すこと、選び出した史料を歴史学者の主観に基づいて整理すること、そして整理された史料を1つの空間に配置して全体を瞰敵しやすく提示すること、の3点を取りあげ、そのような支援を行うシステムの構成について考察した。そして、その方法に基づき実装したシステムを開発し、歴史学研究の仮説検証に実際に適用しシステムの評価を行った。
人工格子のSTM及びAFMによる研究

本研究では最もpowerfulな表面顕微鏡法である電界イオンー走査サンネル顕微鏡(FIーSTM)及び新たに開発する磁気力顕微鏡(MFM)及び原子間カ-スピン偏極トンネル顕微鏡(AFーSPSTM)を用いて局在した特異領域の磁気的性質及び電子構造を明らかにする事を目的とし、他のグル-プで製作した人工格子を試料として、まず、電子レベルの欠陥を見つけ出しその周囲での構造特異性を研究対象とするものである。第一年度の平成2年度には、現在稼動中の2台のFIーSTMの一台に人工格子の断面を清浄環境で再現性よく得る為に超高真空仕様の遠隔操作型劈開装置(UHVーcleave)を設計・開発したこの装置は、現在のFIーSTMの探針(tip)交換のメカニズムを共用できる様に工夫して設計されており、FIーSTM本体の大きな改造、変更なしで導入できるものである。このUHV cleaveを用いて、Si(111)表面及びGaAs(110)面,MBEで成長させたGax IniーxPなどの劈開面をFIーSTMの超高真空(10^<ー11> Torr)下でつくり、その断面のSTM観察を行った。Si(111)面では2×1超格子を原子レベルの分解能で観察する事に成功し、πボンド構造として識られている面の欠陥(ステップ相界面、点欠陥等)の微視的解析を行った。Gaas(110)面でも1×1劈開面観察に成功し、AsとGaの置換した欠陥及び、原子ステップと劈開条件の関連について知見を得た。これだけの予備実験をすませ、現在は金属人工格子を劈開し易い基板(Siなど)に成長された試料の開発・試作を東北大金研藤森グル-プとすすめつつある。又、FIーSTMによる実験と併行してMFMの試作を始めており、予定通り進行している。50%程度完成し、次年度前半に完成の見込みである。
カーボンナノチューブにおけるスピン伝導の制御

ナノメートル伝導細線カーボンナノチューブの伝導制御を目的として、伝導制御に必要な基礎特性の明確にすることを目的として以下の研究を行った。1.カーボンナノチューブの電気伝導特性における磁場効果を詳細に調べて単電子効果に重畳して「ナノチューブのenergy dispersionの磁気効果」が観測できることを見出した。これによってナノチューブ内の電子状態を電気的に観測することが可能となることを明らかにした。この実験結果からナノチューブの電極作成プロセスに対する耐性が極めて高いことが明確になり、次世代ナノ伝導細線として適応可能である面を始めて示した。2.多くのナノチューブは多層構造や密接バンドル構造を形成している。この場合ナノチューブ間の伝導の寄与が重要である。特に多層カーボンナノチューブに注目して多層構造の電気伝導に及ぼす機構に関し調べ、低電圧領域では外層チューブのみが伝導に寄与し高電圧領域では全層が伝導を担うことを電気伝導特性の詳細な結果から明確にした。特に層関にトンネル障壁が存在することを明確に示すことが出来た。3.単層ナノチューブの多くの場合、生成過程において数本から数10本が束となって生成されバンドルを形成する。この束チューブにおいてチューブ間の静電容量と単電子伝導との関連を計算機シミュレーションによって調べた。静電容量結合が大きくなると容量結合によって2つのドットのポテンシャル電位が強制的に等しくなり、実際に電荷がドット間で移動しなくとも2つのドットが1つのドットのように振舞いクーロンブロッケイド振動が規則的になることを明らかにした。応用に関しては複雑な単層ナノチューブバンドルを用いても容易に単周期単電子素子を作製することが可能となる。しかし、実際の伝導での電荷の移動はどのドットを経由しているか全く区別が付かないことから、応用対象を考慮して素子構造を決めることが重要であることを示した。カーボンナノチューブにおけるスピン伝導を外部からの信号入力によって制御することを目的とし、以下の各項目の詳細な検討および研究を行いナノチューブに関する重要な基礎特性を得た。・金属/多層ナノチューブ/金属接合系の極低温における電気伝導を測定した。Ti電極の場合にクーロンブロッケイドが現れ、高抵抗トンネル接合がMWNT-Ti間に形成されていることを見出した。これは酸化可能な金属に広く起こりうる可能性があり、電子回路作製に必要な金属電極の形成に関してナノチューブとの整合性の重要性を明確にした。・ナノチューブを加工し極微細量子ドットをナノチューブ内部に作製する技術を確立した。これはナノチューブで電子回路を作製する最初の要素である。・ナノチューブと金属電極の接触抵抗を,乱れた接触のための簡単なモデルを用い,リカージョン法を用いた数値計算により調べた。カップリングが少なく十分広い面積で接触した場合に,電極からナノチューブの2つのチャンネルに電子を完全に供給することができ,伝導度の量子化が観測されうることを示した。・ナノチューブの軸に垂直な磁場をかけたときの吸収スペクトルの選択則を理論的に調べ、垂直な偏光でも吸収ピークがあらわれることを明らかにした。・短パルス光励起発光システムの構築と強励起下での発光の観測を目指し、励起強度の高いTi:sapphireレーザー励起およびInAs検出器を用いた赤外域の発光観測システムを開発した。・カーボンナノチューブの色素を用いた化学修飾を行い発光の観測を行った。仔細については現在検討している。

1.カーボンナノチューブの電気伝導特性における磁場効果を詳細に調べて単電子効果に重畳して「ナノチューブのenergy dispersionの磁気効果」が観測できることを見出した。これによってナノチューブ内の電子状態を電気的に観測することが可能となることを明らかにした。この実験結果からナノチューブの電極作成プロセスに対する耐性が極めて高いことが明確になり、次世代ナノ伝導細線として適応可能である面を始めて示した。2.多くのナノチューブは多層構造や密接バンドル構造を形成している。この場合ナノチューブ間の伝導の寄与が重要である。特に多層カーボンナノチューブに注目して多層構造の電気伝導に及ぼす機構に関し調べ、低電圧領域では外層チューブのみが伝導に寄与し高電圧領域では全層が伝導を担うことを電気伝導特性の詳細な結果から明確にした。特に層関にトンネル障壁が存在することを明確に示すことが出来た。3.単層ナノチューブの多くの場合、生成過程において数本から数10本が束となって生成されバンドルを形成する。この束チューブにおいてチューブ間の静電容量と単電子伝導との関連を計算機シミュレーションによって調べた。静電容量結合が大きくなると容量結合によって2つのドットのポテンシャル電位が強制的に等しくなり、実際に電荷がドット間で移動しなくとも2つのドットが1つのドットのように振舞いクーロンブロッケイド振動が規則的になることを明らかにした。応用に関しては複雑な単層ナノチューブバンドルを用いても容易に単周期単電子素子を作製することが可能となる。しかし、実際の伝導での電荷の移動はどのドットを経由しているか全く区別が付かないことから、応用対象を考慮して素子構造を決めることが重要であることを示した。
有機物を用いない希土類ナノスクロールモリブデンおよびタングステン酸化物の合成

本申請では、一般的にナノシートおよびナノスクロールの前駆体として報告されているTiやTa、Nb以外の元素を骨格とした層状酸化物ALn[(Mo、W)O4]2(A:アルカリ金属、Ln:希土類)から「有機物を用いずに」純粋なナノスクロールを合成・評価し、新たなナノスクロール材料を開発するとともに、得られたナノシートおよびナノスクロールの特性を向上させることを目的とした。平成28年度の研究結果から、AEu(MoO4)2(A= K、Rb、Cs)はアルカリ金属イオンを変えることでそれぞれ異なる層状構造を示し、全ての層状構造に関して、層間のアルカリ金属イオンをH+に置換することによってナノスクロールへの形状変化がみられることが明らかとなっている。平成29年度はEu3+以外の希土類元素イオンを用いて前駆体を合成し、ナノスクロールへの形状変化がみられるか否かを検討した。層状構造を持つすべての前駆体において、全てもしくは一部のアルカリ金属イオンをH+に交換することに成功し、それらが形状変化することを確認した。さらに、ナノスクロール粉末をイオン交換水中に分散させた際には、その溶液が液晶性を示すことがわかった。以上の結果より、発光特性と液晶特性を持ち合わせた新規無機結晶材料HLn(MoO4)2を開発することに成功した。さらに、HEu(MoO4)2に関しては、Eu3+を一部Gd3+に置き換えた前駆体から得られたナノスクロールが、HEu(MoO4)2の1.2倍の発光強度を示すことが明らかになった。また、発光イオンをTb3+とした層状蛍光体KGd(MoO4)2 : Tb3+を作製し、H+交換を行った結果、Tb3+に起因する緑色発光を示すナノスクロールを得ることに成功した。以上の結果より、「有機物を用いずに」純粋なナノスクロールを合成・評価し、さらに、その特性を向上させることに成功した。29年度が最終年度であるため、記入しない。本申請では、層状酸化物である一般的にナノスクロールの前駆体として報告されているTiやTa, Nb以外のALn[(Mo, W,)O4]2(A:アルカリ金属、Ln:希土類)に様々な希土類を賦活した材料を前駆体とし、有機物を用いずに層間のA+をH+に交換する(H+交換)のみによってナノスクロールを合成し、有機物の無いナノスクロール自体の特性を評価することを目指した。平成28年度は、ALn[(Mo, W,)O4]2という組成を持つものの中から、層状構造を形成する前駆体を合成し、ナノスクロール化を試みた。例えば、ALn(MoO4)2において、希土類をEu3+に固定し、アルカリ金属を変えた結果、KEu(MoO4)2はα-KEu(MoO4)2型構造、RbEu(MoO4)2はKY(MoO4)2型構造、CsEu(MoO4)2はRbLu(SO4)2型構造をそれぞれ形成した。得られた前駆体に対し、通常H+交換に用いられる酸溶液の1/100の濃度の0.01 M HNO3溶液中で室温下7日間撹拌した結果、全ての前駆体において、K+、Rb+、Cs+のH+交換に初めて成功した。H+交換率は、それぞれ96.5%、99.9%、95.8%であり、アルカリ金属種の違いによるH+交換率の変化に規則性は見出されなかった。透過型電子顕微鏡(TEM)による時間ごとの観察から、前駆体粒子はH+交換と同時に層部分が端から巻き上がっている様子が観察され、粒子はナノスクロールを形成していることが明らかになった。H+交換体の粉末は、Eu3+のf-f遷移に基づく赤色発光を示し、その粉末を分散させた溶液も同様に赤色発光を示すことが明らかになった。これら平成28年度の結果より、新規HLn(MoO4)2ナノスクロールを、H+交換のみで合成し、有機物の無い状態でそれらの発光特性を評価することに成功した。平成28年度には、ALn[(Mo, W,)O4]2のアルカリ金属元素と希土類元素を変え、層状構造をとる前駆体を探索した。その結果、Li,とNaの場合には、どの希土類元素との組み合わせでも層状構造を取らないことが分かった。K以降のアルカリ金属元素では、それぞれ希土類の大きさに従い、α-KEu(MoO4)2型構造、KY(MoO4)2型構造、RbLu(SO4)2型を主に形成することが分かった。AEu(MoO4)2に関しては前述のとおり、全てのH+交換およびナノスクロール化に成功しており、この結果は、三つの層状構造においてH+交換およびナノスクロール化が可能であること、層間の元素の違いがナノスクロール化の可否には影響しないということを示唆しており、より幅広い材料設計が可能であることを示す重要な結果である。タングステンに関しては、層状構造を取るものが少なく、層状構造を取るもの(CsYb(WO4)2等)のH+交換およびナノスクロール化を試みたが、現在のところ成功していない。以上より、H+交換およびナノスクロール化が可能な組み合わせの範囲を明らかにしたという点で、研究が概ね順調に進んでいると判断した。また、ナノスクロールの構造に関して、新たな事実が明らかになった。

平成28年度には、TEMによる時間ごとの観察から、前駆体粒子はH+交換と同時に層部分が端から巻き上がっている様子が観察され、粒子はナノスクロールを形成していることが確認されたが、さらに高解像度TEMによる観察から、得られた棒状粒子は、より細い直径のそろった複数のナノスクロール(約20 nm)が一方向に並んだ凝集体であることを明らかにした。ナノ材料を整列させるためには、通常、“つなぎ"となる有機物が必要であるが、本研究で見出したナノスクロールは有機物をつなぎとして用いることなく整列しているため、非常に興味深い結果である。本申請では、一般的にナノシートおよびナノスクロールの前駆体として報告されているTiやTa、Nb以外の元素を骨格とした層状酸化物ALn[(Mo、W)O4]2(A:アルカリ金属、Ln:希土類)から「有機物を用いずに」純粋なナノスクロールを合成・評価し、新たなナノスクロール材料を開発するとともに、得られたナノシートおよびナノスクロールの特性を向上させることを目的とした。平成28年度の研究結果から、AEu(MoO4)2(A= K、Rb、Cs)はアルカリ金属イオンを変えることでそれぞれ異なる層状構造を示し、全ての層状構造に関して、層間のアルカリ金属イオンをH+に置換することによってナノスクロールへの形状変化がみられることが明らかとなっている。平成29年度はEu3+以外の希土類元素イオンを用いて前駆体を合成し、ナノスクロールへの形状変化がみられるか否かを検討した。層状構造を持つすべての前駆体において、全てもしくは一部のアルカリ金属イオンをH+に交換することに成功し、それらが形状変化することを確認した。さらに、ナノスクロール粉末をイオン交換水中に分散させた際には、その溶液が液晶性を示すことがわかった。以上の結果より、発光特性と液晶特性を持ち合わせた新規無機結晶材料HLn(MoO4)2を開発することに成功した。さらに、HEu(MoO4)2に関しては、Eu3+を一部Gd3+に置き換えた前駆体から得られたナノスクロールが、HEu(MoO4)2の1.2倍の発光強度を示すことが明らかになった。また、発光イオンをTb3+とした層状蛍光体KGd(MoO4)2 : Tb3+を作製し、H+交換を行った結果、Tb3+に起因する緑色発光を示すナノスクロールを得ることに成功した。以上の結果より、「有機物を用いずに」純粋なナノスクロールを合成・評価し、さらに、その特性を向上させることに成功した。平成29年度は、得られたナノスクロールの物性を中心に調査していくとともに、ナノスクロールの巻き上がりに関してもさらに詳細を明らかにする。例えば、KEu(MoO4)2中のEuサイトをGdで部分置換することで、HEu(MoO4)2ナノスクロールの発光特性の向上が可能か否かを検討する。さらに、KGd(MoO4)2(α-KEu(MoO4)2型構造)中のGdサイトをTbに置換することで、緑色発光ナノスクロールの合成を試みる。それと同時に、前駆体の結晶構造と比較して、ナノスクロールへと形状変化する前駆体の構造に何らかの規則性がないか否かを見出す。G. B. Saupeらは、層一枚の上下対称がないために、剥離することで巻き上がる(G. B. Saupe et al., Chem. Mater., 2000, 12, 1556.)という考察をしているが、それに従い、ALn[(Mo, W,)O4]2の構造に関しても、層一枚の上下対称がナノスクロールへの形状変化へと関係しているのか否かを検討する。その他、希土類元素を変更したナノスクロール材料の得られたナノスクロール材料の触媒活性、表面積、液晶性を評価する。
延髄呼吸ペースメーカー細胞のリズム形成機構の解明

本研究は、呼吸運動のリズム形成中枢として知られる延髄pre-Botzinger complex内の「呼吸ペースメーカー細胞」が発振する「リズム」を形成する細胞膜イオン電流メカニズムを明らかにすることを目的とした。コンピュータ上に構築したイオンチャンネルゲーティングモデルをリアルタイムで処理することにより、特定の電位依存性イオンチャンネルを記録中の神経細胞へコンピュテーショナルに導入することができる「ダイナミッククランプ法」を用いて、持続性Naチャンネルが呼吸ペースメーカー細胞のリズム性バースティング活動を構築するために必須の電位依存性イオンチャンネルであることを明らかとした。初年度である平成22は、これまでの研で構築したイオンチャンネルモデルの妥当性を検証した。対象とした神経細胞は吸気に相当する相に自発的かつ周期性にリズム性活動を示す延髄呼吸中枢細胞であり、イオンチャンネルモデルは呼吸中枢細胞にて、呼吸のリズムを形成するために必須であると仮説されている抵抗性Naチャンネル(persistent Na channel : INaP)である。モデルを検証するために、パッチクランプボルテージクランプモード上でイオンチャンネルの様々なキネティック特性を特定するためのプロトコールを用いて、構築したモデルがどのような反応(任意の膜電位に対して示すチャンネルの開確率と実験条件下から求められるイオンのドライビングフォースから導かれるイオン電流の経時的変化)を示すかを確認した。INaPは種々の神経細胞に比較的普遍的に認められるイオン電流であるため、対象は、自発的なリズム形成機能を持たない呼吸中枢神経細胞とした。ボルテージクランプモード下でダイナミッククランプによってアーティフィシャルなINaPを神経細胞に注入し、細胞に存在するネイティブなイオン電流+モデルからのINaP電流を測定した。検証を行うキネティック特性は、「非活性化」の時定数および「非活性化からの回復」の時定数とし、さらにゆっくりと線形に脱分極するランププロトコールに対する反応を検証した。結果、キネティックモデルによってリアルタイムに細胞へ注入されたINaPは実際の細胞において発現するINaPとほぼ同様の発現を示すことが確認できた。さらに、薬理学的なINaPのブロックとダイナミッククランプによるアーティフィシャルINaPの増幅およびキャンセルを組み合わせることによっても、本結果は確認することができた。初年度の平成22年度には、非ペースメーカー呼吸中枢神経細胞を対象とし、ホールセルパッチクランプ・ボルテージクランプ記録を用いて、申請者らが数理モデルとして構築した持続性(抵抗性)Naチャンネル(persistent Nachannel : INaP)のイオンチャンネルモデルが実細胞に対してリアルタイムに、実際のINaPチャンネルと同様のチャンネル開閉キネティック特性を示すかどうかを検討し、良好な結果を得た。2年目となる平成23年度は、それらのキネティック特性の中でも特に、「非活性化からの回復」プロセスについてより実験数を増して検討を加えた。これは、この「非活性化からの回復」プロセスが、過去の(他研究施設を含めた)研究にてほとんど詳しい検討がなされたことのなかった特性だからである。本プロジェクトではダイナミッククランプによって、コンピュータ上に構築したイオンチャンネルの数理モデルをリアルタイムに演算し、これを人工的なチャンネルとして実細胞上で操作するため、キネティック特性が実チャンネルと比較して誤差の大きいモデルを使用すると、それによって得たデータの信頼性が著しく減少する。このため、数理モデルの妥当性については厳しく検討する必要がある。検討の結果、申請者らが構築したオリジナルのINaPモデルは対象とする神経細胞の「非活性化からの回復」プロセスに対して、実細胞上では全体的にわずかに小さい時定数を示すことが明らかとなった。これらの実験結果から得られたキネティック特性を元に、再度数理モデルのパラメータセットの探索を行った結果、実細胞上にて「非活性化からの回復」プロセスを十分に満足のいく精度で再現することができるモデルを再構築することができた。2012年度には、新生仔ラットから抽出した延髄スライス標本内で機能的に活動を継続している呼吸中枢神経細胞に対して、アーティフィシャルな持続性Na+電流のノックインおよびノックアウトを行った。呼吸ペースメーカー細胞に対して、ダイナミッククランプシステムによって持続性Na+電流のノックアウトを行ったところ、細胞は周期性バースト活動形成能を失い、単発性の発火のみを示すことが明らかとなった。この効果は、ダイナミッククランプによる持続性Na+電流のノックアウトを解除すると消失し、細胞は再度周期性のバースト活動形成を行うことが確認された。次に呼吸中枢内の非ペースメーカー細胞に対して、持続性Na+電流のノックインを行った。非ペースメーカー細胞は自身では周期性のバースト活動形成能を持たない細胞として知られている。持続性Na+電流のノックインを行うと、ペースメーカー細胞と非常に類似した特長を持つ周期性バースト活動の形成が認められた。ペースメーカー細胞との類似は、バースト活動の特徴だけでなく、その周期性にも強く認められた。これらの結果の詳細な解析を行うことによって、呼吸ペースメーカー細胞のリズムは、持続性Na+チャンネルの「非活性化からの回復」プロセスに依存することを明らかとした。実データに基づいた数理モデルを用いて、リアルタイムにてコンピュテーショナルにイオン電流をノックイン、ノックアウトする手法は、これまで一般的に行われてきた薬理学的アプローチの限界を克服するものである。

本研究によって、これまで得られることのなかった、呼吸ペースメーカーニューロンにおける持続性Na+チャンネルの詳細なチャンネル開閉キネティクス、それを詳細に説明し得る数理モデルが明らかとなったばかりではなく、持続性Na+チャンネルの「非活性化からの回復」プロセスが呼吸ペースメーカー細胞のリズム形成に必須であることを示した。本研究では、実細胞上において正確なチャンネル開閉キネティクスを示すことのできる数理モデルの構築が鍵となる。本研究ではこれまでのところ、再現することが非常に困難なため過去の研究においてもほとんど触れられなかった「非活性化からの回復」プロセスを満足のいく精度で再現することのできるモデルを構築できた。これは申請者らの知る限り世界初であり、これだけでも論文発表が十分に可能な程、重要な知見である。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、新生仔ラットから抽出した延髄スライス標本内で機能的に活動を継続している呼吸中枢神経細胞に対して、平成23年度に得たINaPモデルを適用する。つまり十分な精度で実イオンチャンネルと同様のチャンネルキネティクスを示すことが確認できたアーティフィシャルなINaPチャンネルを実細胞上で操作する。その操作には、INaPを加算する、またはキャンセルするだけでなく、薬理学的に実細胞上のINaPをキャンセルした上で、アーティフィシャルなINaPのみで実細胞の挙動を確認し、そのキネティック特性を記録中に変化させる実験も含まれる。これは、INaPのどのような特性が、呼吸ペースメーカーニューロンのリズム形成メカニズムを制御しているかを非常にクリアに明らかとすることができる唯一かつ世界初のアプローチである。