hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
無機固体酸ナノ複合体と芳香族ポリマーをベースとする中温作動燃料電池電解質膜の創製

【無機固体酸ナノ複合体粒子と芳香族ポリマーからなるコンポジット膜電極複合体の開発】:低リン酸ドープ電解質膜(PBIに対するリン酸ドープ量がモル比で約3倍)のシングルセル連続発電試験(H2/O2,150 oC,無加湿条件下)を行ったところ、測定開始から約100時間で出力は400 mA cm-2に達した。また低リン酸ドープ率であるにも関わらず、300400 mA cm-2の電流値を800時間以上維持することができた。無機固体酸複合体を導入することで低リン酸ドープ率でも導電率が向上し、得られたコンポジット膜が安定性を有することが確認された。スタックセルの構築についても検討を開始した。5-スタックセルでは、4.5V以上の開放端電圧を示し、ガスバリア性に優れることが確認された。【プロトンダイナミックスと界面構造解析】: H-MAS-NMRの測定結果から、コンポジット膜中のリン酸は、無機固体酸と相互作用していることが推察された。また、ミリング処理時間を変えたWPA-KHSO4系複合体の高分解能観察を行い、導電率のとの対応から、非晶質化があまり進むと導電率は、むしろ低下することが示唆された。・メカノケミカル法で合成したKDP-WAP系複合体が高い無加湿プロトン伝導性と優れた電気化学的耐久性を有していることを確認することができた。また、ミリング複合体を添加したPBI系MEAがリン酸添加量を低減した条件で、160°C無加湿でも優れた発電性能を示すことを実証した。25年度が最終年度であるため、記入しない。コンポジット電解質膜の評価に加えて、長時間の連続発電特性評価を行っており、スタックセルの構築についても着手している。学会発表、展示会などへの出展を行い、産学連携の取り組みも始まっている。以上により、「当初の計画以上に進展している」と判断した。・リン酸ドープ量を変化させ場合のコンポジット電解質の導電率と耐久性の変化を詳しく調べる。・中温無加湿条件における連続発電試験を実施している。(1)無機固体酸ナノ複合体粒子と芳香族ポリマーをベースとするコンポジット電解質膜の開発:リン酸ドープ量を低減したコンポジット膜の電気的、機械的、熱的特性を明らかにする。(2)コンポジット電解質膜を用いた中温作動燃料電池用膜・電極複合体(MEA)試作:電極(カーボン)/触媒(白金)/電解質からなる三相界面を最適化と膜・電極複合体(MEA)の電気化学評価を継続して行う。イオノマーの選択と白金触媒のナノ粒子・高比表面積化を検討する。膜評価装置を用いて、室温から200°Cの作動温度範囲における発電の基礎データをさらに蓄積する。また、スタックセルの発電特性を評価する。(3)プロトンダイナミックスと界面構造解析:プロトンNMR解析および表面・界面の高分解能透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行う。電極/触媒/電解質三相界面の構造解析とそのモデル化について検討を行う。
直接支払政策再編下の水田農業の構造変動に関する研究―日米稲作比較の視点から―

2018年度は、日本国内の調査を中心に研究を実施した。具体的には、日本の水田農業の生産性上昇に土地生産性の側面からアプローチするため、二毛作を中心とした水田高度利用の優良事例として栃木県、宮崎県、岡山県の水田農業の実態調査を行った。土地生産性への注目は、2017年度のアメリカ調査から得られた視点である。日米の稲作生産性格差のかなりの部分が、土地生産性の差に起因している。栃木県は北関東二毛作地帯として、宮崎・岡山県は「西南暖地」として、二毛作が比較的容易な地域に属する。優良事例の分析により全国的な示唆が得られるとともに、相対的に生産コストが高い西日本の水田農業の生産性上昇を見通すことができる。研究の成果として、1行政・農協が一体となった水田利用の担い手づくり(宮崎県は集落営農組織、岡山県は個別経営、栃木県は両方)、2産地交付金等の交付金による誘導、3畜産振興と連動した耕畜連携(飼料米・飼料稲による畜産経営との連携)の取り組みがいずれの地域においても特徴として明らかにすることができた。いずれも生産調整対応であり、また交付金に頼った取り組みではあるが、大規模かつ生産性の高い経営が水田高度利用を実現していた。2018年産から生産調整政策の見直しが行われたが、上記地域では今後も安定的に水田高度利用が継続していくことが展望できた。また茨城県においては、生産調整への取り組みを通じた米輸出の実態調査を行った。茨城県は輸出産地としては後発であるが、県及び農協系統による振興によって、飼料用米に代わる転作作物として作付面積が増加している。新潟県の米輸出組織への調査と比較しながら、茨城県における輸出用米の生産・集荷・流通の実態を把握することができた。また、県試験場への聞き取り調査等を通じて、多収性品種の作付と組み合わせることで、今後の生産拡大が期待できることが分かった。実態調査の実施とともに、研究成果の取りまとめも随時進めている。本プロジェクトメンバー全員の業績として、査読論文3本、著書2本の成果を上げることができた。また、当初の予定通り国内調査を中心に研究を進めたため、その点も上記評価の根拠としている。2017年度のアメリカ調査、2018年度の国内調査の成果を受けて、2019年度は西川が中心となった編著の編纂、及び学会発表・論文投稿を予定している。アメリカ(カリフォルニア州・アーカンソー州)調査及び国内調査(茨城県・栃木県・宮崎県・香川県等)を継続しつつ、研究成果の取りまとめを中心に今後の研究を進めていきたい。また、2018年度と同様に土地生産性上昇に焦点を当てて研究を進めていく。2017年度は、研究代表者の西川がサバティカル制度を利用して約1年間アメリカ・カリフォルニア州に滞在したため、それに合わせた活動が多くなった。西川はカリフォルニア州での米産業実態調査を中心に研究を実施した。対象は、稲作農場、精米所、米産業関連団体、郡普及事務所、カリフォルニア大学農業・資源自然部等である。カリフォルニア州における米産業の実態把握と、今後の研究に資する人脈の形成に成功した。2017年度は実態調査の実施に集中したので、その研究成果は2018年度以降に出版される予定である。2017年度の論文執筆にあたっては、2016年度以前の調査結果に基づく日本を対象とした研究成果が中心とならざるを得なかった。また本科研費プロジェクトのメンバー(茨城大学・西川、岡山大学・大仲、東京大学・安藤、農林水産政策研究所・平林(メンバー外の秋田県立大学。渡部岳陽准教授も参加))による共同調査を、9月に1週間にわたってカリフォルニア州、アーカンソー州で実施した。カリフォルニア州と比較した際の、アメリカ南部の稲作の特徴を把握することができた。その他研究分担者・連携研究者に当たっては、それぞれの役割分担に応じて日本国内での実態調査、及び論文執筆を行った。なお、本科研費プロジェクトの1つの特徴は、他のプロジェクトととの連携である。研究分担者である安藤光義氏が代表者を務めるプロジェクトとの連携を通じて、農政調査委員会が刊行する『日本の農業』シリーズで、『2015年農林業センサス』と実態調査の結果を接合した研究成果が公表された。また、農林中金総合研究所が実施している、公的普及制度を中心とした農業者支援体制の調査研究プロジェクトとも、アメリカ調査等を通じて随時連携を続けている。第1に、アメリカにおける実態調査の成果が予想以上であった。当初、人脈が乏しい中での調査の計画・実施は困難であったが、様々な手段を駆使することで、共同調査を含めて大規模な調査を合計5回、宿泊を含まない小規模なものも複数回にわたって実施することができた。2018年度以降は、調査の成果を確実に論文として公表していきたい。また、今後の研究遂行に資する人脈構築ができたことも、2017年度のアメリカ調査における大きな成果である。第2に、研究代表者の西川が、査読論文を中心として多くの論文を出版することができた。サバティカル制度を利用したために大学の教育業務・公務が免除され、論文の執筆に割く時間を増やすことができたためである。その他研究分担者・連携研究者についても、通常求められる程度の論文執筆は達成することができたと考えられる。

具体的には、日本の水田農業の生産性上昇に土地生産性の側面からアプローチするため、二毛作を中心とした水田高度利用の優良事例として栃木県、宮崎県、岡山県の水田農業の実態調査を行った。土地生産性への注目は、2017年度のアメリカ調査から得られた視点である。日米の稲作生産性格差のかなりの部分が、土地生産性の差に起因している。栃木県は北関東二毛作地帯として、宮崎・岡山県は「西南暖地」として、二毛作が比較的容易な地域に属する。優良事例の分析により全国的な示唆が得られるとともに、相対的に生産コストが高い西日本の水田農業の生産性上昇を見通すことができる。研究の成果として、1行政・農協が一体となった水田利用の担い手づくり(宮崎県は集落営農組織、岡山県は個別経営、栃木県は両方)、2産地交付金等の交付金による誘導、3畜産振興と連動した耕畜連携(飼料米・飼料稲による畜産経営との連携)の取り組みがいずれの地域においても特徴として明らかにすることができた。いずれも生産調整対応であり、また交付金に頼った取り組みではあるが、大規模かつ生産性の高い経営が水田高度利用を実現していた。2018年産から生産調整政策の見直しが行われたが、上記地域では今後も安定的に水田高度利用が継続していくことが展望できた。また茨城県においては、生産調整への取り組みを通じた米輸出の実態調査を行った。茨城県は輸出産地としては後発であるが、県及び農協系統による振興によって、飼料用米に代わる転作作物として作付面積が増加している。新潟県の米輸出組織への調査と比較しながら、茨城県における輸出用米の生産・集荷・流通の実態を把握することができた。また、県試験場への聞き取り調査等を通じて、多収性品種の作付と組み合わせることで、今後の生産拡大が期待できることが分かった。実態調査の実施とともに、研究成果の取りまとめも随時進めている。本プロジェクトメンバー全員の業績として、査読論文3本、著書2本の成果を上げることができた。また、当初の予定通り国内調査を中心に研究を進めたため、その点も上記評価の根拠としている。2018年度の重点目標は、第1に国内調査の充実である。本研究の最終的な目標は、直接支払政策再編下の稲作農業の日米比較にある。2017年度中のアメリカ調査を踏まえつつ、プロジェクトメンバーの役割分担に沿って、国内における水田農業構造変動の実態を把握していきたい。なお、アメリカ調査も1年に1回程度継続していく予定である。第2に、アメリカ調査のとりまとめである。先述の通り、2017年度は調査に集中していたが、2018年度はその成果を論文として公表していきたい。2017年度のアメリカ調査、2018年度の国内調査の成果を受けて、2019年度は西川が中心となった編著の編纂、及び学会発表・論文投稿を予定している。アメリカ(カリフォルニア州・アーカンソー州)調査及び国内調査(茨城県・栃木県・宮崎県・香川県等)を継続しつつ、研究成果の取りまとめを中心に今後の研究を進めていきたい。また、2018年度と同様に土地生産性上昇に焦点を当てて研究を進めていく。2017年度はサバティカル制度を利用してアメリカに滞在していたので、国内調査に必要な旅費は使用しなかった。また、共同調査に係る旅費が支出の中心となったので、物品費、人件費等の支出も少なかった。
加害寄主の異なるゴマダラカミキリは異なる情報を使って配偶者を探索しているのか

3つの異なる寄主植物由来のゴマダラカミキリ成虫(ミカン、ブルーベリーおよびヤナギ個体群)について、寄主傷枝からの匂い成分に誘引活性があり、個体群によりそれぞれ異なる物質に誘引されることを明らかにした。本種は自身が放出する誘引性の性フェロモンを持たないと考えられるが、自身の加害する寄主植物の匂い情報を利用して配偶者探索していることが示唆された。また個体群間で雄の触角を雌体表抽出物に接触させた後の配偶行動を観察し、それぞれの個体群雌の接触性性フェロモン15成分を分析・比較した。すべての個体群ですべての成分を保持していたが、必須成分であるラクトン3成分の量が行動に影響しているものと推測された。ゴマダラカミキリは寄主範囲が大変広く、幼虫がカンキツ類、ブルーベリーなどの果樹、ヤナギ、プラタナスやポプラなどの街路樹等の幹の内部を食害して樹勢を弱らせ、枯死させることがある。本種は近縁種を含め、これまでに確かな誘引力を持つ性フェロモンは報告されていないことから、どのように配偶者探索しているのかほとんど解明されていない。本研究では寄主植物の異なるゴマダラカミキリ個体群は利用する情報化学物質も異なるのか明らかにすることを目的としている。24年度は、3つの異なる寄主植物由来のゴマダラ成虫(ミカン個体群、ブルーベリー個体群、およびヤナギ個体群)を採集し以下の実験を行った。個体群間でオスの触角をメス体表抽出物に接触させた後の配偶行動を観察したところ、異なる個体群間では反応に違いが認められたことから、それぞれの個体群のメスの接触性性フェロモン成分を分画、分析し、成分の有無、含有量等を比較した。その結果、すべての個体群ですべての接触性性フェロモン成分を保持していることが明らかとなり、また比較した15成分のうち必須成分であるラクトン3成分の量が行動に影響しているものと推測された。さらにゴマダラカミキリの寄主植物への誘引現象を多角的に調査するために、3個体群を用いて異なる寄主枝の匂いに対する誘引現象を確認し、自身の加害する寄主植物の匂い情報を利用して配偶者探索していることが示唆された。以上より、本種は自身の加害する寄主植物の匂い情報を利用して配偶者探索し、最終的にオスは個体群によらず共通する接触性性フェロモン成分を認識して同種メスであることを確認して交尾行動に至ると考えられる。また、昨年度新たに計画したゴマダラカミキリの人工飼育を試みた。野外メス成虫から採卵し、孵化した幼虫を人工飼料で飼育して、ある程度の成虫が得られる見込みが立った。昨年度新たにゴマダラカミキリの人工飼育を試み、孵化した幼虫を人工飼料で飼育してある程度の成虫(歩留り1割程度)が得られる見込みが立ったので、今年度は、飼育虫を用いて幼虫時の寄主と羽化後摂食した寄主植物のどちらにオス成虫が定位反応を示すか、オスの定位反応を解発する寄主傷枝の匂い情報がどの段階で獲得されるのかを明らかにする実験を行った。同時に、3種の寄主枝を供試して寄主選好性についても調べた。結果は、羽化後一週間の時点(摂食前)では幼虫時の餌である人工飼料の匂いに高頻度で定位したが、後食すると後食した寄主植物の匂いに対してより高い反応を示した。この結果から、幼虫時に摂食した寄主植物の情報は羽化直後は保持されるが、羽化後に摂食する植物によってその情報は塗り替えられる可能性が示された。同時に3種の寄主枝を供試して寄主選好性および消費量についても調べたところ、オスとメスでは違いが認められ、オスのほうが直近に摂食した寄主植物をより好んだ。これらの結果から、オスは置かれた状況に適応して、その状況下で他個体による摂食で傷ついた枝の匂い情報を利用して配偶相手を探索しているのではないかと考えられた。なお、昨年度やり残した接触性性フェロモンの一部の成分について、新たに購入したソフトウェアを用いたガスクロマトグラフ解析を行い、成分の有無や量を明らかにした。

ゴマダラカミキリは寄主範囲が大変広く、幼虫がカンキツ類、ブルーベリーなどの果樹、ヤナギ、プラタナスやポプラなどの街路樹等の幹の内部を食害して樹勢を弱らせ、枯死させることがある。ゴマダラカミキリは近縁種を含め、これまでに確かな誘引力を持つ性フェロモンは報告されていない。23年度は、3つの異なる寄主植物由来のゴマダラ成虫(ミカン個体群、ブルーベリー個体群、およびヤナギ個体群)を採集し以下の実験を行った。ブルーベリーおよびヤナギ個体群については、それぞれの寄主枝の匂いへの誘引現象を確認し、配偶者探索行動を詳細に解析し、寄主植物の傷枝からの揮発性物質に誘引活性があることを明らかにした。活性物質の探索・同定を行い、それぞれ異なる誘引物質を利用していることを明らかにした。さらにゴマダラカミキリの寄主植物への誘引現象を多角的に調査するために、3個体群を用いて異なる寄主枝の匂いに対する誘引現象を確認した。また、個体群間でオスの触角をメス体表抽出物に接触させた後の配偶行動を観察したところ、異なる個体群間では反応に違いが認められた。ゴマダラカミキリは自身が放出する誘引性の性フェロモンを持たないと考えられるが、寄主植物範囲の広い本種は、自身の加害する寄主植物の匂い情報を利用して配偶者探索していることが示唆される結果が得られた。配偶者探索に関わる誘引現象に寄主植物の物質が関与していることと、最終的にコンタクトフェロモンに寄主植物が異なる個体群によって異なる物質を利用している可能性を確かめ、一連の配偶者探索行動における物質情報を解明することにより、防除法の開発につなげる。平成24年度中に達成する予定であったブルーベリーおよびヤナギ個体群について寄主植物由来の誘引活性物質の同定まで平成23年度中に達成した。3種個体群間の接触後の配偶行動と接触性性フェロモンの分析について25年度までに達成する予定であったが、24年度中に3種の個体群間でオスの触角をメスに接触させた後の配偶行動を観察し、すべての個体群の接触性性フェロモンの分画・分析及び比較を進め、比較検討まで達成した。また、途中で計画した人工飼育であるが、人工飼料で卵から成虫まで履歴のはっきりした成虫を得ることが可能となった。そのほかは計画に記載した通りの進展である。ブルーベリーおよびヤナギ個体群について寄主植物由来の誘引活性物質の同定までできたので平成23年度研究実施計画に記載した内容以上の進行状況である。当初の研究実施計画に記載した内容を推進する。さらに、ゴマダラカミキリの人工飼育がある程度達成できる見込みが立ったので、餌履歴の明らかな飼育虫を用いて、餌情報や配偶者探索情報の利用について解明していく予定である。さらに、野外個体を使用する場合は個体の履歴が明確ではないので、餌の前歴等のはっきりとわかる個体を得るためにゴマダラカミキリの人工飼育を試みる。野外メス成虫から採卵し、孵化した幼虫を人工飼料で飼育して成虫を得たいと考えている。ただし、これまでの報告では歩留り5%、本種は成虫まで1年ないし2年を要することから、チャレンジングな課題である。25年度については、研究実施計画に記載した内容を遂行するため、抽出、分画等に多くの消耗品等を使用する予定である。人工飼育にもかなりの消耗品が必要となる。旅費については採集および現地実験するための交通、宿泊費に当てる。最終年度にあたるので、これまでの成果を国際学会で発表する。その他、当該研究の論文発表、国内学会参加等のための経費を計上した。
原子スケール表面改質によるシリコン―炭素結合の創成と局所電子物性の測定

水素終端シリコン(111)面を作製し、末端に2重結合を持つ分子のメシチレン溶液中で加熱または紫外線照射することにより、シリコン-炭素共有結合を起点とする分子膜の作製が可能であることを確認した。原子間力顕微鏡(AFM)、フォースカーブ,接触角により,シリコン基板上に強固で秩序性が高く欠陥の無いシリコン-炭素共有結合性アルキル単分子膜が形成されていることを観察した。さらに,アルキル単分子膜上へのAFM陽極酸化によるナノパターニングを行い、特定の場所に特定の分子を埋め込める手法を確立した。アミノ基を保護基で処理した分子を用いてアミノアルキル単分子膜を作製し,その上に色素分子を固定化することに成功した。シリコン基板上に固定した蛍光色素からの蛍光強度は、シリコン基板のドーパント量に依存することがわかった。ドープ量の多い基板では蛍光が弱く、励起分子からシリコン基板へのエネルギー移動による失活によると思われる。また、本手法を用いて、シリコン製カンチレバーを分子修飾することも行った。分子が共有結合により固定されているため、熱的・化学的に安定な分子修飾カンチレバーが作製できた。このカンチレバーにより、摩擦力顕微鏡像を観察したところ、従来の親水性・疎水性の影響による摩擦力変化ではなく、分子の持つ静電力に起因する摩擦力変化を観察した。これらの手法を用いることによりシリコン-炭素の入出力インターフェイスを持つ分子システムの構築とその詳細な考察が可能となるのではないかと考えられる分子スケールエレクトロニクス素子の構築において、信号の入出を担うインターフェースは最も重要な役割を果たす。これまでは、金-チオール系を基本とするシステムの構築が模索されてきたが、未だに適切な手法が確立していない。我々は、これにかわる手法として、シリコン-炭素の共有結合を基点とするシステムの構築を試みた。末端に2重結合を有する分子を、水素終端シリコン表面と反応させると、シリコン-水素結合がシリコン-炭素結合に置きかわる。この反応を利用してドデセンなどの1-アルケンを反応させ、自己組織化膜を作製した。作製した膜は、原子間力顕微鏡(AFM)や水滴に対する接触角、赤外分光などにより解析し、均一な膜の成長手法を確立した。また、AFMを用いた陽極酸化法により、シリコン表面をナノスケールでパターニングし、パターニングした場所にのみ、特定の分子を植え込むことに成功した。さらに、色素分子を植え込むことも可能であることを見いだし、シリコン中の不純物濃度の違いによる蛍光寿命の計測を行い、スイッチング素子への展開を試みている。これらの手法を用いることによりシリコン-炭素の入出力インターフェイスを持つ分子システムの構築とその詳細な考察が可能となるのではないかと考えられる
ケイ素架橋分子ギアの基板表面固定化を指向した新規分子三脚の開発

最近,我々は分子ギアの構造化学と有機ケイ素合成化学や最新の機器分析を組み合わせることで,分子ギアの回転制御を初めて実現した(W. Setaka et al. J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 15762.)。本研究は,分子ギアを金などの基板への固定を可能にする新規分子三脚の合成と,開発した分子三脚を金基板上へ固定させることである。昨年度は,申請時に設計した分子三脚を合成し、その構造をNMRおよび単結晶X線回折実験で確認していた。今年度は,この化合物を基板へ固定し走査型トンネル顕微鏡(STM)で観察することを目標とした検討を行い。併せて,更なる誘導体の合成についても検討した。なお、知的財産権の出願を考えているため,現段階では分子構造の詳細については記述できない。STM観察は、マイカ上の金薄膜に新規分子三脚の自己組織化膜(SAM)を作成し、Ir-Pt探針で観察することで検討した。しかしながら、さまざまな条件でのSAM作成や観察を実施したが、現在のところ良好なSAM像のSTM観察ができていない。これは、合成した分子三脚と金との接合部分がチオール(-SH)ではなくチオエーテル(-SMe)構造になっているため、金との結合が弱く安定なSAMを形成しにくいことや、分子サイズが大きいためトンネル電流が小さいことが考えられる。本研究は今後も引き続き検討していきたい。このほか,関連する分子機械研究として分子コマを新規に開発し,学会発表・論文発表および新規物性に関する特許出願を行った。また,分子機械研究に関する総説も執筆した。最近,我々は分子ギアの構造化学と有機ケイ素合成化学や最新の機器分析を組み合わせることで,分子ギアの回転制御を初めて実現した。すなわち,ケイ素を架橋元素とする分子ギアを新規に合成し,ケイ素原子の4配位と5配位を可逆に変換することで,ギア回転と自由回転の変換,つまりギアにクラッチ機構を導入することができた(W.Setaka etal.J.Am.Chem.Soc.,2008,130,15762.)。今年度は,申請時に設計した分子三脚を合成する実験を目標とし,研究してきた。その結果,当初の目的化合物を合成することができた。各段階の合成収率は,おおむね良好であった。また,反応の選択性が良くないステップも予想されたが,立体障害を避けるように目的化合物だけが生成するという良い結果をえた。化合物の構造はNMRで同定し,結晶中の構造もX線回折実験で確認した。次年度は,この化合物を基板へ固定し走査型トンネル顕微鏡(STM)で観察することを目標としたい。併せて,更なる誘導体の合成についても検討したい。知的財産権の出願を考えているため,現段階では詳細については記述できない。このほか,関連する分子機械研究として分子コマを新規に開発し,学会発表と特許出願を行った。また,STM観察に向けての準備としてグラファイトの原子像観察ができる環境を整え,実際に観察可能なことを確認した。
骨芽細胞KUSA-A1を用いた低分子の骨形成促進物質(因子)の同定

骨代謝の問題は、今後、時代とともにクローズ・アップされてくることは間違いない。特にさまざまな原因から生じる骨粗鬆症に対する薬剤は重要な意味をもつ。高齢の人口の増加に伴う「老化による骨基質の減少」は、寝たきり老人、手術後の骨基質の減少を含め、その課題は避けることができない。同時に、閉経後のご婦人の骨折も同様の意味を持つ。社会性と言う点では、ダイエットによる骨がもろくなる現象は注目されてはいるものの、カルシウム製剤のみでの対応がなされているにすぎない。将来のことではあるが、宇宙時代の無重力状態では骨基質の著明な減少が知られている。重力のない状態で骨細胞に対して作用する薬剤の発見は人類にとっても福音となる。低分子の骨形成因子の発見の意義は、特に社会的問題を鑑みると極めて重要であると考えられる。そのような観点から、成熟骨芽細胞であるKUSA-A1細胞の全ての遺伝子の発現プロファイルを決定した。骨代謝の問題を考える時に、骨芽細胞の特性を明確にすることは特に必要不可欠である。従来は,個々の分子に関して、生化学的にそして生理的に研究が進められてきたが、ランダム塩基配列決定法ならびにgene arrayを用いることで全遺伝子の発現の定量を行った。KUSA-A1細胞は成熟骨芽細胞の特徴を有し、生体内で骨形成能を有するが、この特徴を活かし、受容体またシグナル伝達系の分子の発現量を決定し、結果を随時インターネット上に公開し、広く研究者に利用可能とした。その情報はさまざまな液性因子の反応性を推測できるばかりでなく、ドラッグ・デザインにも重要な情報である。骨形成に関わる機構を考慮しながら、各種疾患の機序またその治療を押し進める上での分子基盤を明確にすることは、我々自身により成熟骨芽細胞株を単離したことを考えあわせると、極めて重要な意味がある。骨組織の維持にかかわる問題は社会的に注目されて久しい。骨粗鬆症に代表される問題は、閉経後婦人、寝たきり(手術後を含む)、老化、宇宙医学(無重力状態)、ダイエットと多岐に渡り、その意義は、時代と共に増大している。本申請では、KUSA-A1細胞の骨細胞としての特徴を活かし、骨形成作用または骨維持作用を持つ薬物のスクリーニングを行った。すでに低分子化合物の中に骨形成を促進すると考えられる分子を同定した。同時に、KUSA-A1細胞と多くの研究者が用いているMC3T3-E1細胞との比較を主に行った。骨マーカーであるアルカリ・フォスファターゼ活性は2,000nmol/min/mg-proteinであり、増殖期のMC3T3-E1の10倍以上の活性を有している。in vitroの石灰化のひとつの指標であるCa含有量に至っては、KUSA-A1細胞では極めて高く、100倍近い差を認める。Osteocalcin(BGP)分泌量は、培養上清中に1,000ng/mlとやはり極めて高値を示す。これらの指標は、副甲状腺ホルモンで容易に誘導がかかり、cAMPの上昇で見ると短期間の間に100倍以上となる。ビタミンDならびにその誘導体でも、それらのマーカーの上昇がみられ、in vitroにおける有用な系となる。また、KUSA-A1細胞の全ての遺伝子の発現プロファイルの決定するために平均長4kbのcDNAライブラリーを作成した。ランダムに塩基配列を決定しているところである。近年、骨髄由来間質細胞を用いた骨・軟骨再生が盛んに試みられている。

骨・軟骨・脂肪細胞への分化能をもつヒト骨髄間質細胞株が樹立され、商用ベースに乗ったことにより、ヒト骨髄間質細胞による骨・軟骨再生の研究が飛躍的に進展することが期待されてきた。しかしこの細胞株を100%骨細胞あるいは100%軟骨細胞へ分化させることは、依然不可能とされる。今回われわれはマウス骨髄間質細胞から、成熟骨芽細胞株を樹立した。この細胞株を用いて、骨形成を促進する低分子化合物のスクリーニング系の確立を行った。マウス骨芽細胞株を樹立し,この細胞の性格をin vitroにおけるアルカリフォスファターゼ活性、カルシュウム沈着能、オステオカルシン分泌能、副甲状腺ホルモンに対する反応性およびin vivoでの骨形成能にて検討し、決定した。更には,ヒトへの応用を視野にいれて樹立細胞の表面マーカー検討を行った。樹立細胞株はin vitroおよびin vivoいずれにおいても著しい骨形成能を示し、成熟骨芽細胞株であると考えられた。樹立した骨芽細胞であるKUSA-A1の全ての遺伝子の発現プロファイルの決定はほぼ終了した.骨代謝の問題を考える時に、骨芽細胞の特性を明確にすることは特に必要不可欠である.gene arrayならびにgene chipを用いた全遺伝子の発現の定量を行った.KUSA-A1細胞は成熟骨細胞の特徴を有するが,この特徴を活かし,受容体またシグナル伝達系の分子の発現量を決定し,結果を随時インターネット上に公開し,広く研究者に利用可能とする.その情報はさまざまな液性因子の反応性を推測できるばかりでなく,ドラッグ・デザインにも重要な情報である.骨髄間質細胞をさまざまな細胞に分化させ、再生医学として治療に応用する.骨髄間質細胞は成人由来の細胞であり,基本的に「骨髄間質細胞」として分化した細胞である.分化した細胞が別の種類の分化した細胞になる.骨髄には骨や脂防があるから,骨髄間質細胞が骨や脂肪になることは当然,予想される.正確に言えば,骨をつくる骨芽細胞になる.この骨芽細胞を用いれば生体内に移植することで骨をつくる.骨を作製することにより,難治性骨折や骨欠損部に移植することで医療に貢献することが可能となる.この骨芽細胞を用いて体を形成する全ての種類の細胞を生み出した.5-azacytidineを用い、骨芽細胞がニューロンに細胞転換することを示した.さらに、液性因子とマトリックスを用いてその細胞転換の効率を上昇させた.初期誘導にはnogginを用い,神経系へのコミットメントが始まると間質細胞が接着できでいた培養皿のコーティングでは接着できずに浮遊してくる.マトリックスの良い点は,標的細胞が付着する場合でも付着しない場合でも選択が可能であり,その選択が容易であり特異的であることを示した.Nogginは誘導として働くが,分化し浮遊した細胞を集めてくる作業は選択である.一方、Nogginの場合はBMP阻害として働き,ニューロンへの分化を引き起こすことで選択と言うよりも標的誘導である.それに対し,ある種の液性因子で細胞が生存でき,液性因子に反応しない細胞が増殖しなかったり,死滅する場合はこれも選択と考えることができる.骨代謝の問題は、今後、時代とともにクローズ・アップされてくることは間違いない。特にさまざまな原因から生じる骨粗鬆症に対する薬剤は重要な意味をもつ。
光に対する生物の応答を総合的に理解させる中等教育カリキュラムの開発

中等教育段階の生物教育における「生物とその環境との関わり」に関する学習効果を高めるために,光に対する生物の様々な応答を総合的かつ探究的に学習するプログラムを開発した.その学習プログラムには,「光と光合成」「光の質と植物の分布」「植物の光形態形成」「動植物の光周性」「動植物と紫外線」などの学習内容を組み入れることとし,実験開発を中心に教材開発を行った.片山は,海藻の光合成の教材化に取り組み,海藻の生育環境と海藻の色および海藻の色と光合成に用いられる光の関係を理解させる実験の開発とそれを取り入れた授業の実践した.さらに,近年アメリカやイギリスで生物教材として活用されているWisconsin Fast Plants(WFP)を用いた光形態形成の実験開発を試みた.WFPを用いれば1週間10日で長日植物の花芽形成を観察することができ,従来から取り上げられてきた短日植物のアサガオの花芽形成とセットで取り上げることができると思われる.中西は,高校生物Iにおける植物の光応答の実験を検討し,2つの新たな教材化を行った.その1つは,アサガオの開花に関する光周性の実験開発である.また,ムラサキカタバミの葉における光依存性開閉運動(就眠運動)の教材化を試み,その小葉の開閉を定量的に測定する方法を検討した.さらに,その開閉運動が光の強さに依存するとともに,青色光によって誘導されるが赤色光は効果がないことを明らかにすることができた.高森は,ショウジョウバエを用いて,高校生物I「環境と動物の反応(イ)刺激と受容と反応」に利用できる光応答の実験・観察を開発した.この実験は,走光性の学習とともに,昆虫の色覚の仕組みをヒトの色覚と比較する学習にも利用できる.中等教育段階の生物教育における「生物とその環境との関わり」に関する学習効果を高めるために,光に対する生物の様々な応答を総合的かつ探究的に学習するプログラムを開発した.その学習プログラムには,「光と光合成」「光の質と植物の分布」「植物の光形態形成」「動植物の光周性」「動植物と紫外線」などの学習内容を組み入れることとし,実験開発を中心に教材開発を行った.片山は,海藻の光合成の教材化に取り組み,海藻の生育環境と海藻の色および海藻の色と光合成に用いられる光の関係を理解させる実験の開発とそれを取り入れた授業の実践した.さらに,近年アメリカやイギリスで生物教材として活用されているWisconsin Fast Plants(WFP)を用いた光形態形成の実験開発を試みた.WFPを用いれば1週間10日で長日植物の花芽形成を観察することができ,従来から取り上げられてきた短日植物のアサガオの花芽形成とセットで取り上げることができると思われる.中西は,高校生物Iにおける植物の光応答の実験を検討し,2つの新たな教材化を行った.その1つは,アサガオの開花に関する光周性の実験開発である.また,ムラサキカタバミの葉における光依存性開閉運動(就眠運動)の教材化を試み,その小葉の開閉を定量的に測定する方法を検討した.さらに,その開閉運動が光の強さに依存するとともに,青色光によって誘導されるが赤色光は効果がないことを明らかにすることができた.高森は,ショウジョウバエを用いて,高校生物I「環境と動物の反応(イ)刺激と受容と反応」に利用できる光応答の実験・観察を開発した.この実験は,走光性の学習とともに,昆虫の色覚の仕組みをヒトの色覚と比較する学習にも利用できる.片山は、「光に対する生物の応答」に関連する教授(学習)内容および取り上げられている生物材料を、現行の中学校理科第2分野と高等学校生物IBおよびIIの教科書で調査した。中学校理科では、この内容に関しては光合成、視覚など取り上げられているものはわずかであった。高等学校生物では光合成、光形態形成・光周性、走光性、生物発光など取り上げられている内容は多彩であったが、多くの場合記述内容は簡単あるいは羅列的で、実験・観察を伴うものはわずかであった。また、教科書間で取り上げている生物に著しい違いが見られた。これに関しては、平成13年1月の日本生物教育学会全国大会でその一部を報告した。また、現職教員を対象とした「光に対する生物の応答」の教授内容、実験・観察項目、実験・観察の実施状況などを調査紙により調査したところ、この内容に関してはあまり教えられていないこと、特に実験・観察は扱いにくいという理由によってほとんど行われていないことが明らかになった。また、片山は研究協力者と共に、海藻の生育環境と海藻の色および海藻の色と光合成に用いられる光の関係を理解させる実験とそれを取り入れた授業を開発し、実践した。この成果については、平成13年1月の日本生物教育学会全国大会で報告した。中西はアサガオ(品種ムラサキアサガオ)を用いて、植物の光形態形成(特に光周性)の実験の検討と改良を試みた。授業時間に合わせて開花させるために開花時刻に及ぼす光の影響について調べたところ、明暗周期が開花時刻の制御だけでなく、花芽の同調的な成長にも必要である可能性が示された。高森はショウジョウバエを用いて、動物の眼の光受容機構(特に色覚)に関する演示実験の開発を試みた。OHPを用いることで、実験を1授業時間内に終了することができることが明らかになった。この実験は「刺激の受容」の授業に導入が可能である。片山は、研究協力者と共に、昨年度から継続して、海藻の生育環境と海藻の色および光合成に用いられる光の関係を理解させる実験の開発とそれを取り入れた授業の実践した。

この成果については、平成12年8月の日本理科教育学会全国大会および平成13年1月の日本生物教育学会全国大会で報告した。その一部は、近々Journal of Biological Education誌に掲載される。また、別の研究協力者とともに共生藻としてクロレラを体内に持つミドリゾウリムシの光に対する応答反応を調べる実験の開発のための基礎的な研究を行った。この成果の一部は平成13年1月の日本生物教育学会全国大会で報告した。中西は、高校生物Iにおける植物の光応答の教材化を行った。その一つは、昨年度から継続しているアサガオ(品種ムラサキ)の光周性の実験開発である。この研究では、明暗周期がアサガオの開花時刻だけでなく、開花そのものを制御していることが明らかとなった。また、カタバミ(ムラサキカタバミ)の葉における光依存性開閉運動の教材化を試み、その小葉の開閉を定量的に測定する方法を検討した。その結果、ムラサキカタバミ小葉の開閉角度の測定を容易にするために単離葉の葉身の一部を切除したものでも、未処理(インタクト)のもの同様の光応答性があった。単離葉は暗所に1時間置くと完全に閉じ、明所に移して20分後に開き始め、50分で完全に開く。この開葉運動にはある程度の強さの光が必要である。この研究成果の一部は平成13年1月の日本生物教育学会全国大会で報告した。同様に、高森は、高校生物I「環境と動物の反応(イ)刺激と受容と反応」に利用できる演示実験用教材の開発を進めてきたが、本年度は、ショウジョウバエの色覚に関する実験を考案し、基礎実験を行った。改造ライトボックスとOHPを利用して色覚の仕組みをヒトの眼と比較しながら学ぶプログラムのための基礎データの収集と実験を行った。片山は,研究協力者と共に,昨年度から継続して,海藻の生育環境と海藻の色および光合成に用いられる光の関係を理解させる実験の開発とそれを取り入れた授業の実践した.この成果については,平成14年8月の日本理科教育学会全国大会および平成15年1月の日本生物教育学会全国大会で報告した.また,別の研究協力者とともにWisconsin Fast Plantsを用いた花芽形成の実験開発のための基礎的な研究を行った.この成果の一部は平成15年1月の日本生物教育学会全国大会で報告した.中西は,昨年度に続いてムラサキカタバミの単離葉を用いて高校生物Iにおける植物の光応答の教材化を行った.ムラサキカタバミの葉の光依存性開閉運動は,光の質にも関係することが明らかになった.すなわち,完全に閉じている葉は,著しく弱い青色光に応答して開くが,十分に強い赤色光には応答しなかい.同様に完全に開いている葉を弱い青色光のもとに置いても葉は閉じないが,強い赤色光のもとに置くと葉は閉じる.このことから,光応答に関与している光受容体に波長特性のあることがわかる.この研究成果の一部は平成14年11月の第19回アジア生物学教育協議会隔年会議(オーストラリア)及び平成15年1月の日本生物教育学会全国大会で報告した.同様に,高森は,高校生物I「環境と動物の反応(イ)、刺激と受容と反応」に利用できる演示実験教材を開発した.この教材では,ショウジョウバエが赤色光を視覚できないことを,簡単な器具とOHPを用いて示すことができる.研究の過程で,ショウジョウバエには種あるいは系統によって光感受性に違いがあることもわかった.
超低消費電力型無発熱信号伝送システムの創製に向けたスピン波伝搬配線の探索研究

本研究開発は簡易な磁性体素子にて電気信号をスピン波の伝播に変換することで、発熱を全く伴わない超低消費電力型の新規な無発熱超高速有線伝送技術を提案するものである。超小型スピントルクスピン波ジェネレータとディテクタおよび強磁性酸化物絶縁体配線を組み合わせることで簡素かつ発熱フリーの革新的な無発熱有線伝送技術を構築することを目的としている。本プログラムではコプレーナ線路上の強磁性酸化物絶縁体を開発することを目的として研究を行い、極薄酸化物反強磁性体Fe2O3薄膜試料において内部転換電子メスバウァー効果(CEMS)の測定と解析を行った。本研究開発は簡易な磁性体素子にて電気信号をスピン波の伝播に変換することで、従来の伝送方式のような電荷の移動を伴わない、すなわち発熱を全く伴わない超低消費電力型の新規な無発熱超高速有線伝送技術を提案するものである。本低消費電力・無発熱スピン波伝送システムを創製するためのスピン波伝搬配線の探索研究として、本プログラムではコプレーナ線路上の強磁性酸化物絶縁体を開発することおよび最適な微細加工プロセスを確立することを目的として研究を行った。本年度はFe系酸化物薄膜中のFeの電子状態(磁気構造)を明らかにする.ことを目的として、まずスパッタ法で作製した膜厚140nm、基板温度700°Cの条件で作製されたFe系酸化物薄膜の57Co線源を用いた室温における反射型メスバウアー効果の測定を行った(57Co線源新規購入)。又、現有の薄膜作製装置に基板冷却マニピュレーター(新規購入)を取り付け、低温での成膜を行い膜構造と磁気特性の評価を行った。さらに、現有の電子線リソグラフィー装置及びミリング装置を用いてFe系薄膜の微細加工の際の加工条件を割り出した。本低消費電力・無発熱スピン波伝送システムを創製するためのスピン波伝搬配線の探索研究として、本プログラムではコプレーナ線路上の強磁性酸化物絶縁体を開発することおよび最適な微細加工プロセスを確立することを目的として研究を行う.本年度はCr2O3(-Fe2O3)薄膜中のFeの電子状態(磁気構造)を明らかにする.ことを目的として、まずスパッタ法で作製した膜厚140nm、基板温度700°Cの条件で作製されたFe2O3薄膜の57Co線源を用いたメスバウアー効果の測定を行った。低温における計測は透過型の測定系を用いるため、低温クライオスタット中に試料を装着し、室温における透過型測定を行った。薄膜の透過型計測はカウント効率が落ちるため通常ではほとんど行われていない計測方法であるが、計測効率を上げるために基板の厚さを薄くすることで、計測が可能であることを研究代表者によりすでに確認している。今回の計測では試料は0.41mmの基板を使用し、2枚の試料を重ね合わせて計測を行った。その結果、Fe2O3層によると考えられる共鳴吸収ピークが確認できたが、S/N比が不十分なスペクトルであったために超微細パラメータ(内部磁場、アイソマーシフト、四重極分裂、強度比)を解析するに至ってはいない。今回のメスバウアー効果計測では試料は0.41mmの基板を使用し、2枚の試料を重ね合わせて計測を行った。約3ヶ月間の計測を連続して行い、カウントを積算したメスバウースペクトルの計測結果を得た。その結果、S/N比が不十分なスペクトルではあるが、不鮮明であるがFe2O3層によると考えられる共鳴吸収ピークが確認できた。しかし、超微細パラメータ(内部磁場、アイソマーシフト、四重極分裂、強度比)を解析するに至ってはいない。超微細パラメータの解析を行うためにはS/N比を向上、すなわちカウント効率を8倍以上上昇させる必要があり、57Co線源の強化(2倍)と基板の厚さを1/2程度薄くする(カウント4倍)必要があることが明らかになった。強磁性体薄膜の超微細構造解析の遅れに伴い、微細加工プロセスの確率には至っていない。今後は極薄酸化物反強磁性体Cr2O3(-Fe2O3)薄膜およびCr2O3/CoFe試料において透過型および内部転換電子メスバウァー効果(CEMS)の測定と解析を行う.

低温における計測は透過型の測定系を用い、検出効率を上げるために強度の強い57Co線源および基板の厚さ0.2mm上の試料を用いて低温(11K)から室温までの測定を行う.さらに57Feをエンリッチした試料の作製についても検討を行う。得られたメスバウァースペクトルはFe多成分非線形の最小自乗法収束計算によるによるフィッテイングにより解析する.この解析結果より得た各成分(サイト)の超微細パラメータ(内部磁場、アイソマーシフト、四重極分裂、強度比)からCr2O3(-Fe2O3)薄膜中のFeの電子状態(磁気構造)を明らかにする.特にスペクトルの強度比を解析することで、磁気配向性について評価を行う.さらに, Cr2O3/CoFe薄膜試料において磁気配向性を評価することで界面での交換結合で励起されるCoFe強磁性層の磁気配向性についての解析を行う。強磁性体薄膜の超微細構造解析を行った後にコプレーナ線路上の強磁性酸化物絶縁体を開発することおよび最適な微細加工プロセスを確立することに展開する。1.メスバウアー効果計測の検出効率を上げるために強度の強い57Co線源を購入する。2.優先酸化法によるコプレーナ線路薄膜を作製するために酸素の拡散を制御することを考慮し、基板冷却機構を有する低温ステージの購入を検討している。
非筋型ミオシンIIが歯の幹細胞ニッチの形成とエナメル芽細胞の移動に果たす役割

ミオシンIIは非筋細胞においても細胞内でアクチンフィラメントを引っ張ることで収縮力を引き起こす。歯胚上皮の形態形成過程における非筋型ミオシンIIの役割を明らかにすることが本研究の目的である。そのために、マウス切歯の歯胚を材料に、(I)歯胚におけるミオシンIIの局在の確認、(II)歯胚の器官培養を利用したミオシンIIの機能抑制実験、および、(III)ミオシンIIの遺伝子欠損(KO)マウスの歯胚の解析を計画した。2017年度までに、(I)はほぼ完了し、(II)器官培養実験、および(III) KOマウスの実験に関してデータを蓄積することができた。2018年度は、(II)がほぼ完了し、(III)に関しても主要なデータは得ることができたが、若干の追加実験およびデータ解析が必要なため、さらに論文作成に時間が必要なため、事業期間を2019年度まで延長することにした。(II)ミオシンIIの機能を調べるために、開始期および帽状期初期の切歯歯胚を器官培養し、ミオシンIIの抑制因子であるBlebbistatinを添加する実験を行った。ミオシンIIの機能が阻害されると、歯胚上皮の間葉中への陥入がうまく進行しなかった。歯胚上皮の基底層と基底上層の分化が阻害され、基底層に局在していた細胞増殖活性が上皮全体に一様に分布するようになった。(III)上皮特異的なミオシンIIのKOマウスを使用して、歯胚の表現型を解析した。歯胚上皮においてミオシンII遺伝子が欠損すると、上述の器官培養におけるミオシンII機能阻害実験と同様の表現型を得ることができた。これまでの結果をまとめると、歯胚上皮が間葉中へ陥入し正常な形態形成を行うためには、歯胚上皮の基底上層においてアクトミオシン細胞骨格が収縮力を発揮し、基底層の細胞が活発に増殖することが必要であることが分かった。当初の研究計画では、マウスの歯胚の形態形成を初期(開始期から帽状期)と後期(鐘状期以降)の二つに分けて、それぞれの時期に対して、(I)歯胚におけるミオシンIIの局在の確認、(II)歯胚の器官培養を利用したミオシンIIの機能抑制実験、および、(III)ミオシンIIの遺伝子欠損(KO)マウスの歯胚の解析を行う予定であった。しかし、形態形成初期の解析が順調であり、得られた結果が非常に興味深いものだったので、当初の計画を変更し、歯胚の形態形成初期に集中して、(I) (II) (III)の実験を行うことにした。その結果、2016年度において、歯胚の形態形成初期に関して、(I)をほぼ完了することができ、(II),(III)の実験をスタートすることができた。2017年度においては、(II)器官培養実験と、(III) KOマウスの実験を行い、データをさらに蓄積することができた。2018年度は、(II)器官培養実験をほぼ完了することができたが、(III) KOマウスに関しては、系統の管理、個体数の維持に予想以上の時間を要し、主要なデータは得ることができたものの完了には至らなかった。そこで、事業期間を1年延長し、KOマウスのデータの追加およびデータ解析を引き続き継続することにした。以上のことから、本研究は、当初の研究計画からの変更や遅延はあるものの、データの蓄積自体は順調に進行しており、延長期間となる今年度においては、論文の出版までに至る全ての工程を完了できると考えられる。現在までの進捗状況の項に記述したように、本研究は、当初の研究計画からの変更や遅延があり、事業期間の延長申請を行ったものの、データの蓄積自体は順調に進行している。まだ、完了していない実験は、上述の(III)ミオシンIIの遺伝子欠損(KO)マウスの歯胚の解析である。ただし、主要なデータは既に得ているので、今年度はこれまでの実験を継続して行いサンプル数を増加させる必要がある。また、(I), (II), (III)すべての実験結果に対して、客観性を高めるために定量化した統計データを追加する予定である。さらに、これらの追加データの完成次第、論文作成に取りかかり、今年度中に投稿、受理、出版まで完了させる予定である。歯胚の形態形成過程における非筋型ミオシンIIの役割を明らかにすることが本研究の目的である。2016年度は、切歯歯胚の形態形成初期(開始期から鐘状期初期まで)におけるこれらの解析結果を得ることが出来たので報告する。(I)活性化ミオシンIIは切歯の歯胚上皮においては、基底上層の前方部および基底上層と基底層の境界部において強い局在が見られた。また歯胚上皮を取り巻く歯胚間葉の細胞にも強い局在が見られた。(II)次にミオシンIIの機能を調べるために、歯胚を器官培養し、ミオシンIIの抑制因子であるBlebbistatinを添加する実験を行った。ミオシンIIの機能が阻害されると、細胞増殖活性は変化しないが、歯胚上皮の間葉中への陥入がうまく進行しないことが分かった。(III)

器官培養実験では、歯胚の形態形成異常が、上皮中のミオシンIIの機能阻害が原因なのか、間葉中のそれが原因なのか特定することができないので、上皮特異的なミオシンIIのKOマウスを使用して、歯胚の表現型を解析した。その結果、歯胚上皮においてミオシンII遺伝子が欠損すると、上皮細胞の増殖活性は変化しないが歯胚上皮の陥入が阻害されること、口腔表面から浅い位置にシグナリングセンター様の構造が形成されること、基底層と基底上層の分化が阻害されることが分かった。以上のことから、初期の歯胚において、歯胚上皮内の力学的な張力が、歯胚の正常な形態形成に重要な役割を果たしていることが明らかになった。当初の研究計画では、マウスの歯胚の形態形成を初期(開始期から帽状期)と後期(鐘状期以降)の二つに分けて、それぞれの時期に対して、(I)歯胚におけるミオシンIIの局在の確認、(II)歯胚の器官培養を利用したミオシンIIの機能抑制実験、および、(III)ミオシンIIの遺伝子欠損(KO)マウスの歯胚の解析を行う予定であった。2016年度は、二つの時期の歯胚に対して、(I)と(II)を、2017年度以降に(III)を行う予定であった。しかし、海外の研究協力者との連携が予想よりスムーズに進み、ミオシンIIのKOマウスの使用が2016年度から可能になったため、当初の計画を変更し、歯胚の形態形成初期に集中して、(I) (II) (III)の実験を全て行うことにした。その結果、2016年度において、歯胚の形態形成初期に関しては、研究実績の概要の項に記述したように、KOマウスの解析までをほぼ完了することができた。一方で、歯胚の形態形成後期に関しては、手つかずの状況となった。実際の実験内容に関しては、(I)免疫染色によるタンパクの局在確認は良好であり、(II)器官培養もうまく実験が進行している。さらに、(III)時期特異的、および部位特異的遺伝子欠損を順調に解析することができており、今のところ全ての実験が当初の計画から大きく逸れることなく実施できている。以上のことから、本研究は、現在までおおむね順調に進展していると考えている。ミオシンIIは非筋細胞においても細胞内でアクチンフィラメントを引っ張ることで収縮力を引き起こす。歯胚上皮の形態形成過程における非筋型ミオシンIIの役割を明らかにすることが本研究の目的である。そのために、マウス切歯の歯胚を材料に、(I)歯胚におけるミオシンIIの局在の確認、(II)歯胚の器官培養を利用したミオシンIIの機能抑制実験、および、(III)ミオシンIIの遺伝子欠損(KO)マウスの歯胚の解析を計画した。2016年度は、(I)はほぼ完了し、切歯の歯胚を使った(II)器官培養実験、および(III) KOマウスの実験を開始した。2017年度は、(II)および(III)に関してデータを蓄積することができた。(II)ミオシンIIの機能を調べるために、開始期および帽状期初期の切歯歯胚を器官培養し、ミオシンIIの抑制因子であるBlebbistatinを添加する実験を行った。ミオシンIIの機能が阻害されると、歯胚上皮の間葉中への陥入がうまく進行しなかった。歯胚上皮の基底層と基底上層の分化が阻害され、シグナリングセンターは形成されるが、サービカルループの形成は見られなかった。(III)器官培養実験では、間葉におけるミオシンの機能も阻害されてしまうために、上皮特異的なミオシンIIのKOマウスを使用して、歯胚の表現型を解析した。
Apc・Smad4変異マウスを用いた臓器特異的発がん機序の解析

我々はこれまでに、ApcとSmad4の両方に変異を有するマウス(Apc+/Δ716 Smad 4+/-マウス)が、C57BL/6系統では腸管内に多数の悪性腺がんを発生するが、BALB/c系統ではほとんど腸がんを発生せず、巨大な皮膚がん(悪性増殖性毛包嚢胞癌)を発生すること、及び急性骨髄性白血病(AML)様の症状を併発することを見出した。そこで本研究課題では、系統により発がん部位が変化する理由、及び皮膚がんとAML様病変の相互関係を解明することを目的とした。本年度は、BALB/c-Apc+/Δ716 Smad 4+/-マウスの皮膚がん組織からmRNAを精製し、マイクロアレ解析を行ったところ、皮膚がん組織において以下のような分子の発現亢進を見出した。(1)細胞の増殖に関与すると思われる分子、(2)ミエロイド系細胞の増殖を誘導すると思われる分子、(3)wnt系の下流に存在すると思われる分子、(4)がん抗原として知られている分子。次年度は、これらの分子を中心に解析を進める予定である。また、発がん臓器を決定する遺伝素因を解明する目的で、BALB/c-Apc+/Δ716 Smad 4+/-マウスをいくつかの系統と交配し、連鎖解析を試みて来たが、これまでに用いた系統はいずれも連鎖解析には適していなかった。そこで、本年度は腸がんに抵抗性であるC3Hマウス、及びAKRマウスに5世代にわたって戻し交配を行った。その結果、C3H-Apc+/Δ716 Smad 4+/-マウスは、ほとんど皮膚がんを産生せず、AKR-Apc+/Δ716 Smad 4+/-マウスはBALB/c-Apc+/Δ716 Smad 4+/-マウスよりも巨大な皮膚がんを数多く産生した。このことより、AKR系統とC3H系統の交雑マウスを用いて解析することにより、連鎖解析ができる可能性が示唆されたため、交雑マウスの作製を開始した。