hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地層処分粘土緩衝材中の物質移行挙動とそれに律速され得る鉄腐食反応に関する研究

高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全評価のため、人工バリアである粘土緩衝材中の鉄材料の腐食挙動およびそれに影響を及ぼす粘土緩衝材の諸性能を明らかにする必要がある。ここでは、電位勾配下の鉄材料の粘土緩衝材中の腐食挙動およびイオンの移行挙動を調べた。また、堆積岩の透水性に及ぼす高アルカリ水の影響を透水試験およびX線マイクロCT観察から検討した。さらに、ベントナイト緩衝材の変質がバリア性能に及ぼす影響を検討するため、Fe(II)型ベントナイトに対する透水試験を実施した。本研究でほ、高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全評価のための基礎研究として、人工バリアである粘土緩衝材中の鉄材料の腐食挙動を電気化学的手法で検討するとともに、鉄腐食生成物によって変質した粘土緩衝材の透水性能ならびに放射性核種の拡散・収着能を明らかにすることを目的としている。研究初年度の平成23年度は、アクリル製セル中で粘土試料に鉄電極を接触させた実験体系に対して交番電流を印加し、鉄電極の腐食を加速させる実験に着手した。その結果、24時間程度の短時間通電では、電場によるイオンおよび水の移行を抑制しつつ、鉄の平均腐食速度を促進できることを確認した。しかし、粘土中に溶出した鉄量は、実験期間中に通電した総電荷量から算出した鉄量の20%と低い値であった。これは電極表面でのFeイオンの還元反応に起因するものと考えられた。一方、Fe(II)型変質粘土を模擬したCa型粘土試料を用いたSrイオン拡散実験に着手し、見かけの拡散係数の基礎データを収集した。得られた拡散係数はNa型中の値とほぼ同じであった。Fe(II)型粘土試料の透水係数に関しては、塩濃度の影響を明らかにするための透水試験に着手した。実験はFe(II)型粘土試料の酸化を防ぐために、Arガス雰囲気のグローブボックス中で行い、透水液としてNaClあるいはFeCl_2溶液を用いた。前者を用いた実験では実験中にFe(II)型粘土が徐々にNa型に置換する現象を確認した。また後者を用いた実験では、塩濃度の増加に伴う透水係数の増加を明らかにした。なお、分子動力学計算は拡散モデルの基礎的な検討を行った。本研究では、高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全評価のための基礎研究として、人工バリアである粘土緩衝材中の鉄材料の腐食挙動を電気化学的手法で検討するとともに、その腐食挙動に影響を及ぼす粘土緩衝材の透水性能ならびに放射性核種の拡散・収着能を明らかにすることを目的としている。研究3年目で最終年度となる平成25年度は、平成24年度に引き続き、アクリル製セル中で粘土試料に鉄電極を接触させた実験体系に対して交番電流を印加し、鉄電極の腐食を加速させる実験を行い、鉄の平均腐食速度およびイオンの移行挙動に及ぼす塩濃度の影響などを調べた。一方、地層処分においてベントナイト中の鉄オーバーパック材の腐食の開始時期と密接に関連していると考えられている再冠水時の物質輸送現象を把握するため、乾燥状態の圧縮ベントナイト中に所定の動水勾配にてイオン交換水、塩水あるいはセメントから溶出したアルカリを含む溶液を注入する実験を行い、透水係数、ベントナイトから浸出する溶液の組成、ベントナイト固相の経時変化のデータを収集した。その結果、乾燥粘土試料中を高塩濃度溶液が透過するために要する時間は、初期動水勾配に反比例することが明らかになった。また、その後の透水係数は、高アルカリ溶液を透過させた場合には徐々に低下すること、その際に透過溶液中のSiおよびAl濃度が経過時間ともに変化することから、粘土試料中で鉱物の溶解ならびに析出反応が進行していることが示唆された。本研究では、高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全評価のための基礎研究として、人工バリアである粘土緩衝材中の鉄材料の腐食挙動を電気化学的手法で検討するとともに、鉄腐食生成物によって変質した粘土緩衝材の透水性能ならびに放射性核種の拡散・収着能を明らかにすることを目的としている。研究2年目となる平成24年度は、平成23年度に引き続き、アクリル製セル中で粘土試料に鉄電極を接触させた実験体系に対して交番電流を印加し、鉄電極の腐食を加速させる実験を行い、鉄の平均腐食速度およびイオンの移行挙動に及ぼす通電時間の影響などを調べるとともに、それらの移行挙動を数値計算によって模擬した。実験の結果、通事千時間が長くなるにつれて鉄の平均腐食速度は低下する傾向にあることが明らかになった。一方、ベントナイト中の鉄の腐食によって生じると考えられているFe(II)型モンモリロナイト試料の透水係数を、試料の酸化が起こらないArガス雰囲気のグローブボックス中で測定した。透水試験では、実験室で調製したFe型試料に0.5M FeCl2溶液、0.1 M FeCl2溶液、脱イオン水、0.5 M FeCl2溶液の順に通水し、塩濃度に応じて透水係数が変化することを確認した。

また、Na型、Ca型、Fe(III)型のモンモリロナイトと同様に、Fe(II)型モンモリロナイトでも有効モンモリロナイト密度に対して透水係数が指数関数的に減少していること、その透水係数は低乾燥密度において価数の同じ陽イオンを層間に有しているCa型とも異なることを明らかにした。さらに、これらはモンモリロナイト試料の膨潤量とも関連づけられることを見出した。福島第1原子力発電所の事故に関連した緊急の用務などに多くの時間を費やしたため。25年度が最終年度であるため、記入しない。初年度は福島第一原子力発電所の事故に関連した緊急の用務などに多くの時間を費やしたため、やや遅れている状態であったが、今年度はその遅れを取り戻しつつあり、おおむね順調に進展していると考えられる。昨年度の進捗の遅れを取り戻すために、今年度は専門家1名を新たに研究分担者としてメンバーに迎える。最終年度であることから、研究の取り纏めに力を尽くすとともに、研究成果の発表を積極的に行う予定である。
植物ヘテロクロマチン領域のサイレンシング機構の解明

植物における内在性反復配列のサイレンシングに関わる因子群の関与を解析した結果、(1)主にMORPHEUS' MOLECULE1(MOM1)が関与する機構、(2) RNA依存性DNAメチル化経路が関与する機構、(3)両者が冗長的に関与する機構が独立に存在することが示された。MOM1の機能について詳細な解析を行い、MOM1が一部の内在性領域のサイレンシング経路においてDNAメチル化の下流で機能することなどを示す結果を得た。ゲノムタイリングアレイ解析によりmom1変異体での活性化が確認された内在性遺伝子のうち、ユークロマチン領域に存在するSDC遺伝子はプロモーター領域タンデムリピートのRNA依存的DNAメチル化(RdDM)により不活性な状態に保たれている。バイサルファイト解析の結果、mom1変異体では、SDC遺伝子タンデムリピートのDNAメチル化は野生型と変わらず、タンデムリピート由来のsmall RNAの蓄積も変化なかった。これらの結果から、MOM1がSDC遺伝子のタンデムリピートに作用するRdDMの下流で、または独立に機能する可能性が考えられた。クロマチン免疫沈降法によりタンデムリピート領域のヒストン修飾状態を調べたところ、野生型個体に見られる低レベルのジメチル化ヒストンH3 lysine9(H3K9me2)がmom1変異体では低下していることが示され、MOM1はRdDM標的遺伝子のヒストンメチル化の維持に関与していることが明らかになった。一方、dcl2変異体におけるTSIの活性化について詳細に調べるために、dcl2-1変異体とmom1-2変異体との交配により二重変異体を作製し、F2世代でのTSI RNAの蓄積を解析したところ、予想外にTSIの活性化はdcl2-1変異とはリンクしないことが明らかになった。さらに、新たに取得したdcl2-2およびdcl2-3変異体においてもTSI RNAの蓄積は認められなかった。以上の結果から、dcl2-1変異体におけるTSIの活性化はDCL2以外の未知遺伝子の変異による可能性が示唆された。現在、TSIの活性化に関わる未知の遺伝子をマッピングするために、dcl2-1変異体(Columbia系統)と野生型Lansberg系統との交配を進めている。本年度は、non-CGメチル化に関わる遺伝子の変異体とmom1変異体との多重変異体を作製し、それらにおける内在性不活性化領域由来RNAの蓄積を解析し、以下の結果を得た。(1)mom1変異体で強く活性化されるトランスポゾン様ゲノム領域(AtIS112A、MULE-F19G14)はnon-CGメチル化機能を失ったdrm2cmt3二重変異体では弱い活性化しか示さず、mom1 drm2cmt3三重変異体でもmom1変異体と同程度の活性化を示す。一方で、(2)プロモーター領域タンデムリピートのメチル化により制御されるSDC遺伝子は、mom1変異体では弱い活性化しか示さないが、drm2cmt3二重変異体で強く活性化され、mom1drm2cmt3三重変異体でもdrm2cmt3二重変異体と同程度の活性化を示す。さらに、(3)トランスポゾン様配列であるROMANIAT5は、mom1変異体およびdrm2cmt3二重変異体のいずれにおいても弱い活性化を示すが、mom1drm2cmt3三重変異体では強く活性化される。以上のことから、(1)の領域のサイレンシングではMOM1が、(2)の領域ではnon-CGメチル化が主なサイレンシング経路として寄与し、(3)の領域ではMOM1とnon-CGメチル化経路が冗長的にサイレンシングに寄与する可能性が考えられた。また、これらの領域におけるnon-CGメチル化の程度はさまざまだが、これらのメチル化の程度と上述の多重変異体における活性化のパターンに明確な関連性は見られなかった。さらに異常RNA分解経路に関わる遺伝子(UPF1、UPF3)の変異体とmom1変異体、さらにRdDM経路で機能するRDR2遺伝子およびPTGS経路で機能するRDR6遺伝子の変異体をさまざまに組合せた多重変異体を作製し、現在までにmom1upf3rdr2三重変異体で極めて特徴的な形態異常が現れることを明らかにした。本年度は、RdDM経路やヒストン修飾の段階で機能するさまざまな因子遺伝子とMOM1との多重変異体の解析と、MOM1に見られるクロモドメインの機能解析を行った。1、mom1変異体とkyp変異体(ヒストンH3K9メチル基転移酵素遺伝子の変異体)およびago4変異体(RdDM経路で機能するARGONAUTEタンパク質遺伝子の変異体)を交配し、mom1 kypおよびmom1 ago4二重変異体を得た。現在、内在性不活性化領域を指標として、これらの変異体におけるヒストン修飾状態の解析をChIPにより進めている。2、イネMOM1にはシロイヌナズナMOM1には見られないクロモドメインが存在する。

MOM1によるサイレンシング機構におけるクロモドメインの必要性を検証するために、イネを用いた解析を行った。イネにはMOM1遺伝子が2コピー存在するが、これまでの解析から、そのうちの片方(MOM1b)が内在性トランスポゾン様配列(Pong6)のサイレンシングに必要であることが明らかになっている。2kbのプロモータ領域を含む野生型MOMlb遺伝子およびクロモドメ・インがメチル化リシンに結合する機能に必須の役割を果たすアミノ酸残基に変異を導入した変異型MOM1b遺伝子にtriple HAタグを結合してmom1b遺伝子変異体に導入し、Pong6のRNA蓄積量を指標とした相補実験を行ったところ、野生型、変異型いずれのMOM1b遺伝子の導入個体においてPog86の発現抑制が見られた。このことは、イネMOM1に存在するクロモドメインがサイレンシング機能に必要ではないことを示唆する。他の植物種のMOM1タンパク質が持つPHD fingerなどのクロマチン関連モチーフもシロイヌナズナMOM1には存在しないことと合わせて、MOM1がCHD3タンパク質から進化してきた過程で、クロモドメインやPHD fingerなどのドメインを必要としない特殊なサイレンシング機構を獲得したことが考えられる。
筋活動開始時の筋線維動態の解明および柔軟性トレーニングの影響

本研究の目的は,超音波の生データであるRFエコー信号を用いて筋線維(筋束)の収縮開始を空間的機能情報として得,筋活動開始時における,筋の電気的な活動と筋線維(筋束)の挙動との時間的な関係を明らかにすることを目的とした.その結果,静的筋活動開始時の筋線維の挙動について,先行研究に比較して広い視野範囲における高い時間分解能での解析が可能となった.本研究の目的は,超音波の生データであるRFエコー信号を用いて筋線維(筋束)の収縮開始を空間的機能情報として得,筋活動開始時における,筋の電気的な活動と筋線維(筋束)の挙動との時間的な関係を明らかにすることを目的とした.その結果,静的筋活動開始時の筋線維の挙動について,先行研究に比較して広い視野範囲における高い時間分解能での解析が可能となった.本研究では,静的随意筋力発揮時に電気力学的遅延(Electromechanical Delay: EMD)を計測するとともに,超音波の生データ(Radio Frequency: RFエコーデータ)の解析によって筋線維の収縮開始時のタイミングを定量化する.そしてこの方法を用いて,受動的関節可動域(受動的ROM)の向上と,筋線維の収縮開始のタイミングからみた筋・腱組織の粘弾性要素の変化との関係について明らかにすることを目的としている.本年度は,RFデータ解析の方法論の確立と,実験システムの構築を行った.被検筋は腓腹筋内側頭とし,膝関節角度は完全伸展位,足関節角度は90deg(解剖学的正位)にて随意最大筋力を測定後,2-3秒間の80%MVCの静的足底屈をできるだけ素早い力発揮によって行った.足底屈筋力は,フットプレートに埋め込まれた踏力計によって測定し,腓腹筋内側頭の表面筋電図(EMG)と共に,PCに取り込んだ.同時に超音波装置によって腓腹筋内側頭の超音波画像を取得し,RFエコーデータを筋力・EMGと同期させてPCに取りこんだ.予備実験より,超音波画像のデータ収集条件および画像解析に関しての問題点・課題点が明らかになり,特に超音波データの時間分解能の向上を目指した.平成22年度にはこのシステムを用いて,筋線維の収縮開始時のタイミングと,それに影響を与えると考えられる要因について検討していく予定である.本年度は,ストレッチングのプロトコール検討のため,まず受動的足背屈ストレッチング中の受動トルクおよび筋血液量変化を調べた.15,30,60秒間の各ストレッチング角度維持時間において,腓腹筋内側頭(MG)の筋血液量が安静時に比較して有意に減少した.60秒間のストレッチングでは,ストレッチング角度維持の後半において.筋血液量の増加が見られた.60秒間のストレッチングについては,一定角度を維持している間に,受動トルクの減少により伸長された筋内血管が弛み,血液が流入しやすくなった可能性が考えられる.これらの結果をもとに,静的足背屈ストレッチングを,ストレッチボードを用い,1回60秒間を5セット,一日当たり3回,3日間行い,短期間のストレッチングエクササイズのトレーニング効果について検討した.トレーニング後には,足関節背屈における関節可動域の有意な増加,一定の関節角度における受動トルクの有意な減少が見られた.しかし,最大筋力には有意な変化は認められず,超音波Bモード法による安静時およびストレッチング時の筋東長にも有意な変化は認められなかった.また,超音波RF信号解析による力発揮時の筋束動態については,収縮開始から足底屈トルク発揮までの筋束の挙動に空間的および時間的な変化が認められた.本研究の結果により,静的ストレッチングの効果を,対象とする筋の広い測定範囲にて評価できる可能性が示唆された.
量子化学的方法による高温超伝導体の理論的研究

アルカリ金属をドープしたフラーレンC_<60>は超伝導性を示し、その超伝導転移温度は18K30Kと、従来の有機超伝導体に比較して高温である。本研究では、アルカリ金属のドーピングをC_<60>分子への電子供与と見なし、C_<60>分子の3重縮退したLUMOの部分的占有により引き起こされるJahn-Teller変形、及びこれに引き続く擬回転反応座標を求め、これらに付随して生じる非断熱振電相互作用が超伝導電子対を形成する可能性を論じた。C_<60>分子はIh対称性を有し、電子対付着によりIhの部分群であるD_5d、D_3d、D_2h対称性を有する変形構造をMNDO法により求めたところ、C_5d対称のものが最安定であり、2電子親和力は56.2Kcal/molと極めて大きく、C_<60>分子上での電子対存在確率が大きいことがわかった。D_5d対称構造間の擬回転反応座標はD_2h構造を経るもので、活性化エネルギーは1Kcal/mol以下の低いものであると計算された。従って、Dynamic Jahn-Teller効果が期待され、ドープされた電子対のC_<60>上での非局在化が説明される。更に、電子をドープしたトリメチレンメタンの擬回転と比較検討した結果、C_<60>上の電子対の非局在化が、C_<60>上のトリメチレンメタン構造の協同的な擬回転によって起こるものと理解できることがわかった。これらの分子構造変形を、C_<60>の基準振動に基づいて解析したところ、C_<60>分子表面に垂直な変位ベクトルを有する低波数のHg(2)モード、及びC_<60>分子表面に接する変位ベクトルを有する高波数のHg(7)、Hg(8)モードの寄付が大きいと計算された。非断熱振電相互作用を、C_<60>のLUMOに存在する電子対に関して計算したところ、高波数のHg(7)、Hg(8)モードとのカップリングが大きく寄与することがわかり、さらに、電子対間に大きな引力的相互作用がもたらされることが結論された。
世代を超えて保存される染色体構造変化の分子解析

次世代遺伝効果に関与すると考えられているATF-7の自然免疫系における分子的役割を、腹腔常在性マクロファージを用いて検討した。ChIP-chip解析を用いてATF-7結合領域を同定したところ、数十か所の自然免疫系に関わる遺伝子のプロモーター領域にATF-7が結合していた。これら結合領域のH3K9me2レベルは、K. O.で減少しており、遺伝子活性が亢進していた。また自然免疫ストレスが加わると、ATF-7結合量が低下し、それに伴い、H3K9me2レベルが減少することが分かった。本年度は、マウスの次世代への染色体構造変化の継承に関係すると考えている転写因子ATF-7の機能解析について行った。まず、ChIP-chip解析法により、ATF-7の染色体上の結合領域の特定を試みた。マウス胎児線維芽細胞MEFの解析から、第五染色体上において71ヶ所のATF7結合領域を同定した。結果については、野生型及びATF-7K.O.マウスを用いて結合領域のChIP-qPCRを行うことで検定した。また、今回同定したATF7の結合領域のDNA配列からコンセンサス配列の抽出を試みたところ、実際にATF7の結合配列と考えられているCRE(cAMP responsive element)配列が見出された。興味深いことに、ATF-7のK.O.マウスは稀に炎症により鼻部が肥大するものが現れることから、ATF-7が炎症の制御に関わっているのではないかと考え、次にマクロファージを用いて解析を行った。野生型マウスまり腹腔マクロファージを回収し、同様にChlP-chip解析を行った結果、全染色体上で約4,200ヶ所のATF7の結合領域の同定に成功した。興味深いことに、ATF-7の結合領域の約75%が遺伝子のプロモーター領域に局在していることから、ATF-7がマクロファージの遺伝子の転写制御に大きく関与しているではないかと推察された。そこで、野生型・ATF-7ノックアウトマウス由来の腹腔マクロファージを大腸菌LPS(リポポリサッカロイド)を用いて刺激し、サイトカイン遺伝子の転写活性化について調べたところ、ATF-7ノックアウトのマクロファージでは、野生型と比較してLPSに対して高感受性であることが分かった。このことから、ATF-7がマクロファージの自然免疫の遺伝子に対してリプレッサーとして働き、炎症反応を制御している可能性が示唆された。本年度は、次世代への染色体構造変化の継承に関係すると考えられている転写因子ATF-7の分子機能について、マクロファージを中心に解析を行った。腹腔マクロファージのChIP-chip解析により同定したATF-7の結合領域4,217ヶ所から、マクロファージ機能に関わる代表的な自然免疫関連遺伝子のプロモーター領域に存在するATF-7の結合領域を抽出し、これらを解析した。ATF-7 KOマウス由来のマクロファージでは、これら遺伝子の転写量が亢進していたため、ATF-7が結合するプロモーター領域のエピジェネティック状態を解析したところ、(遺伝子活性の抑制制御を司る)ピストンH3K9ジメチル化レベルがKOマウスでは減少していることを見出した。実際に、ATF-7がヒストンH3K9ジメチル化酵素G9aと物理的相互作用を持つことを、共免疫沈降法及びATF-7リコンビナントタンパク質のGSTアッセイにより確認した。また脳組織では、社会精神ストレスによりp38 MAPKが活性化されると、ATF-7がリン酸化され、染色体上に結合するATF-7が解離することが知られている。同様の現象が、免疫ストレスでも確認されるのではないかと考え、強力なp38の活性化因子であるLPS(リポ多糖)でマクロファージを処理し、ATF-7の染色体結合量を調べた。その結果、LPSで刺激した腹腔マクロファージでは、PBSで処理したものと比較して、LPS濃度依存的にATF-7の結合量が減少し、最大で約30%にまで減少していた。また、この時のH3K9ジメチル化レベルを観察してみると、刺激後では約半分にまで減少していた。以上の結果から、ATF-7はマクロファージにおいて、自然免疫遺伝子の抑制因子として働くと同時に、刺激後における免疫遺伝子の活性を制御していることが分かった。同様の現象がマウス個体内でも起こっていれば、ATF-7の染色体上からの解離が自然免疫遺伝子の恒常的な活性化を導くため、慢性炎症や衛生仮説(幼少時の免疫ストレスが、大人になってからの免疫活性に影響を与える)などの現象にATF-7が関与しているのかもしれない。
組織幹細胞と胚性幹細胞の2実験系による肝・膵細胞の分化誘導と膵β細胞への分化転換

マウス肝門脈結紮モデルにおいて,門脈結紮肝葉に誘導される肝組織内在性幹細胞の単一クローンを樹立した。同細胞は液性因子及び細胞外マトリックスの違いにより肝実質細胞及び胆管上皮細胞へと分化する, bipotentiallityを示した。また,肝臓細胞から膵臓細胞(特に内分泌細胞)への分化転換に関して,成熟肝細胞に転写因子Pdx1及びNgn3を共発現させた場合,効率的にインスリン産生細胞を誘導しうることを示した。これらの結果に, ES細胞からの内胚葉細胞誘導実験の結果を加味し,今後さらに効率的な肝から膵への分化誘導方法を検討していく。(1)門脈結紮モデルを用いた肝細胞からの膵前駆細胞分化転換の可能性の検討我々はマウス肝門脈一次分枝結紮モデル(70%還流枝を結紮)を用い,vitro/vivo両系から肝内在性組織幹細胞の同定・分離及び分化誘導を検討している.in vitroにおいては分離細胞成分を約4ヵ月間長期培養することに成功しており,継代可能であること及び肝・胆管細胞形質を個別に発現することを確認している.現在肝特異的組織幹細胞の単離に向け,既知の肝前駆細胞特異的細胞表面マーカーを用いたFACS解析を進行中である.in vivoにおいては,転写因子Pdx1の肝組織内発現モデルを作成している.このようなin situでのPdx1異所性発現系は既にアデノウイルスベクターを用いた系が報告されているが,同ウイルスベクターが惹起する免疫応答が肝臓から膵臓への分化転換に何らかのpositive effectを示す.このため,我々は(非ウイルス性に)プラスミド単体投与により,導入遺伝子(Pdx1)と組織幹細胞の活性化を促す刺激(肝門脈結紮)の相互作用を純粋に解析することを旨としている.この非ウイルス性遺伝子導入系では,外来性遺伝子の安定発現(約30日)と糖尿病モデルマウスに対するPdx1導入のみで,mRNAレベルでのインスリン発現をすでに確認している.(2)ES細胞由来内胚葉細胞分化誘導系における膵前駆細胞分化の検討本分野は海外共同研究者である,小川真一郎(McEwen Centre for Regenerative Medicine,Tronto,Canada,信州大学外科所属,2007年4月より上級博士研究員としてGordon Keller labに留学中)と遂行している.同研究室ではヒトES細胞を用い,無血清培養下での内胚葉前駆細胞を経由した膵・肝前駆細胞への分化誘導条件の検討を行っており,培養条件等を相互に共有している.(1)門脈結紮モデルを用いた肝細胞からの膵前駆細胞分化転換の可能性の検討マウス肝門脈一次分枝結紮モデルを用い,肝内在性組織幹細胞の誘導及び分離に関し検討を行った.まず,門脈結紮・非結紮葉から分離した非実質細胞分画に対するコロニーアッセイを行い,最も効率的に上皮細胞様コロニーを形成しうる時期と結紮の有無について検討を行った.結果として,門脈結紮後7日目の結紮葉において,有意に高いコロニー形成率が示された.同タイミングにおいて分離された非実質細胞分画からsingle cell cloneを樹立し解析を行った結果,同細胞は液性因子と細胞外マトリックスの変更により,肝実質細胞もしくは胆管細胞の形質を有する細胞へ個別に分化することが分かった.これは,我々が分離した細胞がbipotentiallityを有することを示す,重要な結果である.このマウス門脈結紮モデルにおいて誘導されると考えられる組織幹細胞が可塑性を有することを確認するため,予備実験として同系統のマウスより分離した成熟肝細胞に対して非ウイルス性に膵臓発生特異的転写因子を導入し膵臓細胞へのreprogrammingを誘導しうるか検討した.結果としてPancreas and duodenal homeobox 1(Pdx1)及びNeurogenin 3(Ngn3)を共発現させた場合,最も効率的にインスリン産生細胞を誘導しうることが分かった.今後は,門脈結紮モデルを用いた,効率的なin vivo reprogrammingについて検討していく予定である.(2) ES細胞由来内胚葉細胞分化誘導系における膵前駆細胞分化の検討本分野は海外共同研究者である,小川真一郎(McEwen Centre for Regenerative Medicine, Tronto, Canada,信州大学外科所属,2007年4月より上級博士研究員としてGordon Keller labに留学中)と遂行している.同研究室ではヒトES細胞を用い,無血清培養下での内胚葉前駆細胞を経由した膵・肝前駆細胞への分化誘導条件の検討を行っており,培養条件等を相互に共有している.
Ｔｒａｎｓｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ選択的ＰＰＡＲγリガンドの創製と構造生物学的解析

本年度はまず、化合物のtransrepression作用の評価系の構築を行った。マウスマクロファージ細胞RAW264を用いることでNF-κBに対するPeroxisome Proliferator-Activated Receptor γ(PPARγ)依存的なtransrepression作用活性の評価を行うことが可能となった。その後、アゴニスト作用、transrepression作用の両作用を持つPPARγフルアゴニストであるロシグリタゾンとピオグリタゾンをリード化合物として、構造変化に伴うアゴニスト作用の変化とtransrepression作用の変化を指標として構造展開を重ねた。その結果、ロシグリタゾン誘導体ではtransrepression作用選択性の向上した化合物群の創製に成功した。また、ピオグリタゾン誘導体ではtransrepression作用活性が弱いものの、transrepression作用を示すアンタゴストの創製に成功した。これらの化合物の示すtransrepression活性について、PPARγ依存的であることを確認した。また、化合物がPPARγに結合することを、TR-FRET(Time-Resolved Fluorescence Resonance Energy Transfer)により確認した。よって得られた化合物は、PPARγ依存的にtransrepression作用を示すことが示唆された。以上の結果より、PPARγにおいては初となる、transrepression作用選択的リガンドの創製に成功した。まず第一の目標としていたtransrepression作用選択的なPPARγリガンド、すなわちtransrepression作用を示すPPARγアンタゴニストの創製に成功したことから、おおむね順調であると判断した。創製したリガンド群についてtransrepression作用の増強および選択性の向上を目指し、更なる構造展開を行う。またそれと並行して、PPARγのtransrepression作用選択的リガンド結合時の活性コンフォメーションを同定することを目指す。現在はX線結晶構造解析を用いる方法を第一候補とし、検討を進めている。
制御工学に独立成分分析を導入し数理的検討を加えて、システム同定や適応制御の新しい手法を開発する。

今年度は次のような課題に取り組んだ。1.前年度までに行った基礎固めを踏まえ、ブライドシステム同定の手法を制御工学における種々の実用問題に適用する。特に非線形歪や非最小位相系への応用には大きな困難を伴うため、これを解決する方策に取り組んだ。非線形歪については特有の工夫を編み出し、シミュレーションで有効性を確認するまでになったが、非最小位相系についてはごく簡単な場合のみ解決できた。これらは理論的な研究である。2.制御工学でしばしば問題になる外乱の分離問題に取り組み、一定の結果を見た。これは当研究室の他のメンバとの交流によるものであり、Jani Even博士を受け入れた大きな成果の一つと考えている。シミュレーションによって有効性を確認した。3.昨年度からの重要な課題であった相対次数のブラインド推定は、シミュレーションには成功したものの証明が完成しなかった。そのため、適応制御への発展も今年度には十分な進展には至らなかった。これらについては今後の課題である。研究期間の終りが近づいたので、これらの成果をまとめ、国際会議や国内学会にて発表することに勤めた。雑誌に投稿中の一本はまだ査読中であるが、もう1本は英国の学会誌に掲載が決まった。独立成分分析(ICA)は多変量解析・信号処理のための一連の新しい手法であり、音声をはじめとする幅広い分野で活発に研究されている。これをシステム制御の分野に導入すれば、未知外乱の抑制やシステムの故障検出など数多くの工学的応用が見込まれる。受入研究者の杉本は制御工学の観点からICAを研究しており、特別研究員のJ.Even博士は統計学・信号処理の専門家である。これらの背景を踏まえ、双方でインターネットによる議論を進めた末、Even博士は16年11月15日付けで当研究室に着任した。直ちに共同研究を本格的にスタートさせ、状態空間表現を用いた手法やIIR近似による手法など、信号処理における既存の研究を発展させる方向で、杉本の基本構想に基づく種々の成果を生み出しつつある。特に、IIR近似によるブラインド分離では、既存の手法がバイプロパなシステムに限られていたため、多項式行列インタラクタを利用してこれを厳密にプロパなシステムへ拡張することに成功した。これにより広範囲の制御系へのICAの適用が促進される。この成果は制御関係でトップクラスの国際会議に投稿中である。また、国内の会議でも発表を予定している。さらに、この手法の有効性を実験によって検証する準備も進めている。ただし、共同研究の本格的開始から半年に満たないため、次ページの研究成果に該当するものは今のところまだない。次年度は以上の研究成果に加え、さらに充実・発展した手法を開発し、成果発表につなげる計画を立てている。受入研究者の杉本は制御工学の観点からICAを研究しており、特別研究員のJani Even博士は統計学・信号処理の専門家である。これらの背景を踏まえ、双方でインターネットによる議論を進めた末、Even博士は平成16年11月15日付で当研究室に着任した。平成17年度は前年度の準備期間の後、具体的な研究成果を挙げ、国際会議3件、国内学会1件の発表を行った。まず、ICAではバイプロパなシステムが主であるのに対し、制御工学のシステム同定では厳密にプロパなシステムが多いため、これに対処する手法を検討した。多項式行列インタラクタによる対処法を開発し、さらに、それもブラインド推定することが可能となった。これによって制御の幅広い分野で実応用への道を拓くことができるものと考えている。この結果については、萌芽的な段階での報告をSICE制御理論シンポジウムおよびSICE Annual Conferenceで行った。また、理論を拡充させてアメリカで開催のICA2006にて発表した。この議事録はSpringer社のLecture noteとして次年度に発行されることが決まっている。さらに、現在は学術雑誌への投稿を準備している。次に、非最小位相システムへの拡張を試み、ある限定されたクラスに対してはブラインド同定が可能となった。

これは時間逆転フィルタリングを用いるという斬新なもので、Stochastic System Symposiumで発表した。現在はこれを一般のクラスにまで拡張しようと試みている。
原子間力顕微鏡を用いた双結晶金属材料の結晶粒界近傍局所変形場のその場観察

本研究では,既知の外力下で銅双結晶材料に見られる変形誘起の粒界近傍領域の実験的観察を行い,同時にこれら微視構造情報を許容するマルチスケール結晶塑性モデルを構築することを目的とした.研究実施期間中に得られた結果の概要は以下の通りである.1.現有の引張試験機により無酸素銅試料に対して与ひずみを加えた後,粗大結晶粒作成装置により動的回復を促進させることで,粗大結晶粒に成長させた多結晶材料を作成した.ついで,作成した試料から微小試験片を作成し,試験片の結晶方位解析ならびに画像解析により,微視的変形挙動を支配する結晶方位データならびに粒界形状等のデータを収集した.2.1.で作成した試料に対する単軸引張試験を行い,既知の巨視的ひずみレベルで誘起される結晶粒内/粒界近傍のミクロ変形場を,既設の原子間力顕微鏡(AFM)により,その場観察を行なった.3.2.で得られる結晶粒内/粒界のミクロ変形データより,局所的なひずみ並びにひずみ勾配の算出し,本データを反映したひずみ勾配結晶塑性理論の構築を行なった.4.今後は,今回の2体問題である双結晶材料の実験/数値計算結果をベースに,3体問題以上の多体問題に取り組み,より複雑な実現象を再現可能とする,あらたなひずみ勾配結晶塑性理論の構築を行なう必要があることを確認した.本研究では,既知の外力下で銅双結晶材料に見られる変形誘起の粒界近傍領域の実験的観察を行い,同時にこれら微視構造情報を許容するマルチスケール結晶塑性モデルを構築することを目的としている.今年度得られた結果の概要は以下のとおりである.(1)現有の引張試験機により無酸素銅試料に対して与ひずみを加えた後,粗大結晶粒作成装置により動的回復を促進させることで、粗大結晶粒に成長させた多結晶材料を作成した.ついで,作成した試料から微小試験片を作成し,試験片の結晶方位解析ならびに画像解析により,微視的変形挙動を支配する結晶方位データならびに粒界形状等のデータを収集した.(2)(1)で作成した試料に対する単軸引張試験を行い,既知の巨視的ひずみレベルで誘起される結晶粒内/粒界近傍のミクロ変形場を,既設の原子間力顕微鏡(AFM)により,その場観察を行なった.(3)(2)で得られる結晶粒内/粒界のミクロ変形データより,局所的なひずみ並びにひずみ勾配の算出し,本データを反映したひずみ勾配結晶塑性理論の構築を行なった.本研究では,既知の外力下で銅双結晶材料に見られる変形誘起の粒界近傍領域の実験的観察を行い,同時にこれら微視構造情報を許容するマルチスケール結晶塑性モデルを構築することを目的とした.研究実施期間中に得られた結果の概要は以下の通りである.1.現有の引張試験機により無酸素銅試料に対して与ひずみを加えた後,粗大結晶粒作成装置により動的回復を促進させることで,粗大結晶粒に成長させた多結晶材料を作成した.ついで,作成した試料から微小試験片を作成し,試験片の結晶方位解析ならびに画像解析により,微視的変形挙動を支配する結晶方位データならびに粒界形状等のデータを収集した.2.1.で作成した試料に対する単軸引張試験を行い,既知の巨視的ひずみレベルで誘起される結晶粒内/粒界近傍のミクロ変形場を,既設の原子間力顕微鏡(AFM)により,その場観察を行なった.3.2.で得られる結晶粒内/粒界のミクロ変形データより,局所的なひずみ並びにひずみ勾配の算出し,本データを反映したひずみ勾配結晶塑性理論の構築を行なった.4.今後は,今回の2体問題である双結晶材料の実験/数値計算結果をベースに,3体問題以上の多体問題に取り組み,より複雑な実現象を再現可能とする,あらたなひずみ勾配結晶塑性理論の構築を行なう必要があることを確認した.
高等脳における神経細胞から幹細胞へのフィードバックシグナルの役割

[分子メカニズムの解明]アダプタータンパク質をコードする遺伝子のノックアウトについて、クリスパー/キャス9とエレクトロポレーションを組み合わせて、マウスおよびフェレットにおいて解析を行った。両者において、神経幹細胞の維持に一定の寄与があることが示唆された。しかしながら、寄与の大きさについては、それほど大きくないことがプレリミナリーな結果として得られている。十分な評価をするために、ノックアウトの効率の最適化とさらなるサンプルの解析を必要としており引き続き解析を行っている。[フェレットにおける解析]去年の結果に基づく"FGFシグナルは主にOSVZの領域で作用している"という仮説については、少なくともRadial fiberを介したシグナルに関しては、その構造をもつ神経幹細胞Radial glia及びouter Radial gliaの両者に寄与しており、領域特異的な寄与は、あまりないというプレリミナリーな結果として得られた。但し、フェレットのサンプル数が十分でなく、追加の解析を行う必要がある。これらの結果Radial fiberを介した神経細胞と神経幹細胞におけるフィードバックシグナルは、マウス、フェレットにおいてRadial fiberをもつ神経幹細胞の維持に寄与していると考えられた。[新たなる展開]これまでの解析より、神経幹細胞が上皮構造を持つ/持たないという違いがフィードバックシグナルの受容性を決定する重要な因子であることが示唆される。このことに関して、本研究課題の解析中に、神経幹細胞で上皮構造を構築に関わる因子を新たに見出した。幹細胞維持に重要なNotchシグナルと、細胞形態に関与するインテグリン、R-Rasが関わっていることが示唆される結果をえられ、フィードバックシグナルを受容するための構造的基盤を構築に重要と推察され、今後の解析が期待される。[分子メカニズムの解析]マウスを基盤とした神経細胞と幹細胞間におけるフィードバックシグナルの分子メカニズムの解明については、活性化されたERK MAPKがエンドソーム上に局在し、ダイニンモーターシステムによって輸送されていること、その輸送が神経幹細胞の維持に寄与していることを示唆するデータを得られた。アダプタータンパクの関与については、今後調べていく予定である。[ツールの開発]マウス胎児脳と比べてフェレット胎児脳を解析する場合、長い時間間隔での解析が必要である。現在の子宮内エレクトロポレーションでは、一過的な遺伝子の導入しかできない。そのため、長期間外来遺伝子の発現が維持できるツールの検討を行った。その結果トランスポゾンシステムを利用した遺伝子発現システムが非常に有用であることがわかった。このシステムを用いることによって、神経細胞や幹細胞特異的な遺伝子のプロモーターを利用したレポーターや、クリスパー/キャスによる遺伝子ノックアウトなどの遺伝解析ツールが安定的に使用できることが判明した。[種間の違いの基礎データ収集]フェレット発生脳において、FGF18の発現パターンを調べたところ概ね、マウスと類似していることがわかった。しかしながら、下流のERK MAPKの活性化は、マウスとフェレットでは活性化の開始のタイミングが違うことがわかり、上流の因子について、追加的な解析が必要であることが考えられた。また、胎児脳スライス培養を用いて、阻害剤をつかって解析する系を確立させ、上流の経路を調べたところ、マウスに比べて、フェレットではFGFシグナルとは異なるシグナル経路が追加的に関与していることが示唆された。このような違いが脳の形成、特にサイズやシワといった脳の発生に影響を与えているどうか解析していく予定である。分子メカニズムの解明については、高速に移動する輸送小胞上のERK MPAKの活性をライブでの測定と取得した画像の解析にかなりの時間を要したが、適切な撮影条件と画像処理アルゴリズムをみいだし、安定的にデータを解析できるようになった。これらのノウハウは、今後も有用であると考えらる。ツールの開発等は順調にすすんでおり、これらのツールをつかって、次年度は、フェレットでの解析を試みる予定である。種間において候補遺伝子の発現パターンの解析については、遺伝子をさらに追加して、解析を行いたいと考えている。また、上流の因子を絞り込むために、マウスおよびフェレットの胎児脳スライス培養を用いて、阻害剤をつかって解析する系を確立できた。これらの解析法を組み合わせることによって、通常の遺伝学的解析が難しいフェレットにおいても、今後の解析がスムーズに進むと考えられる。[分子メカニズムの解明]マウスを基盤と神経細胞と神経幹細胞間におけるフィードバックシグナルの分子メカニズムの解明においては、昨年度に続き、シグナルの伝達に必要と考えられる移動小胞に焦点をあてて、解析を行った。その結果、輸送小胞上にERK MAPKの活性を動的に解析することに成功し、実際に活性を保ったまま、移動していることを示すことができた。さらに、活性化されたERK MPAKがアダプタータンパク質と小胞上で共局在していることを超解像顕微鏡法にて確認できた。次に、アダプタータンパク質をコードする遺伝子のノックアウトについて、クリスパー/キャス9とエレクトロポレーションを組み合わせて、表現型を確認しようとしている。現在のところ、効率良くノックアウトできるガイドRNAの組み合わせを発見できておらず、引き続き検討を行う。[フェレットにおける解析]昨年度、開発した、スライス培養と阻害剤を使った解析により、FGFシグナルは、主にOSVZの領域で作用しており、脳室帯では、あまり効果がないことがわかった。このことより、FGFシグナルの作用点を脳室帯の外側に焦点をあてて解析を行う。また、マウスと同様に、組織免疫染色法を用いて、アダプタータンパク質と、活性型ERKの局在の解析を同様に行う。

さらにマウスで重要な分子と考えられるアダプタータンパク質をコードする遺伝子のノックアウトをクリスパー/キャス9システムととエレクトロポレーションを用いて、表現型の解析を行っていく予定である。現在、フェレットを用いた解析において、必須となる妊娠フェレットの供給は、アメリカのマーシャルバイオリソースに依存しており、品質や、供給量、遺伝的バックグランドの均一性などから、他からの供給は非常に難しい状況の中、一方的な値上げが行われ、さらに輸送に関わる航空会社とのトラブルより輸送コストの上昇も重なり、2倍近い価格になっている。輸送コストの上昇については、会社側と航空会社側との交渉において、解消される可能性もある。そのため、必要な実験量をなるべく減らす。また、早急に必要でない実験に関しては、実験を先送りにすることにより対応している。そのため、フェレットの実験に関して、少し予定が遅れている。今後、必要となるガイドRNAの選定等、予備実験がそれなりの数必要な実験系を次年度に回し、また、予算を繰り一部越して、最終年度に集中させることによって、解消を図る予定である。[分子メカニズムの解明]アダプタータンパク質をコードする遺伝子のノックアウトについて、クリスパー/キャス9とエレクトロポレーションを組み合わせて、マウスおよびフェレットにおいて解析を行った。両者において、神経幹細胞の維持に一定の寄与があることが示唆された。しかしながら、寄与の大きさについては、それほど大きくないことがプレリミナリーな結果として得られている。十分な評価をするために、ノックアウトの効率の最適化とさらなるサンプルの解析を必要としており引き続き解析を行っている。[フェレットにおける解析]去年の結果に基づく"FGFシグナルは主にOSVZの領域で作用している"という仮説については、少なくともRadial fiberを介したシグナルに関しては、その構造をもつ神経幹細胞Radial glia及びouter Radial gliaの両者に寄与しており、領域特異的な寄与は、あまりないというプレリミナリーな結果として得られた。但し、フェレットのサンプル数が十分でなく、追加の解析を行う必要がある。これらの結果Radial fiberを介した神経細胞と神経幹細胞におけるフィードバックシグナルは、マウス、フェレットにおいてRadial fiberをもつ神経幹細胞の維持に寄与していると考えられた。[新たなる展開]これまでの解析より、神経幹細胞が上皮構造を持つ/持たないという違いがフィードバックシグナルの受容性を決定する重要な因子であることが示唆される。このことに関して、本研究課題の解析中に、神経幹細胞で上皮構造を構築に関わる因子を新たに見出した。
感覚と行動の統合による機械知能の発現機構の研究

本重点領域研究の目的は、感覚系と行動系を結合することにより実世界で行動する機械システムのもつべき知能の研究発現のメカニズムを研究し、それを具体的なロボットとして実現することであった。総括班では、この感覚行動統合のアプローチを推進し、得られた結果を他の研究班に反映させるべく、以下の様々な研究企画および支援活動を行い、所期の成果を得た。(1)領域研究の全体方針の策定・推進・評価など研究全体のステアリングを行う。(2)全体研究集会の開催。関連する学会における重点領域研究の組織的発表。毎年度6月に日本機会学界ロボメカ部門講演会。10月に日本ロボット学界学術講演会の機会に重点領域研究関連オーガナイズドセッションの企画。また、毎年度21月にその年度の研究成果報告会(公開)を開催。(3)公開国際シンポジウムの実施。(平成9年度)(4)ニュースレターの発行など、広報活動。(5)ロボット研究のためのインフラ整備の一環として、実時間視覚システム、汎用入出力ボード、脚型ロボットプラットフォームを開発。(6)3年間の全てのの研究資料をCD-ROM化した。総括班では重点領域研究を総合的かつ効果的に実施するために、全体方針の策定及び各研究班の間の連絡・調整、等の研究全体のステアリングを行うともに、研究のインフラ整備の一環として共通的研究ツールの開発を行った。本年度の実績は次の通りである。1.全体会議、研究中間発表会、成果発表シンポジウムの企画及び実施:(a)第1回全体会議により研究全体の立ち上げを行った(平成7年6月)。(b)日本ロボット学会学術講演会において3日間のオ-ガナイズドセッションを企画し、合計59件の中間発表を行った(平成7年10月)。(c)公開シンポジウムとして初年度の成果報告会を行った(平成8年1月)。2.ニュースレター(13号)、予稿集、報告書等の編集・発行・配布等を通じ全体の情報交換の支援および研究の有機的連携を図った。3.汎用の研究用共通ツールの開発:本研究では、感覚と行動の密な結合というアプローチによって機械知能の発現機構の解明を目指している。解明する原理の実験的検証のために、本年度は、実時間ロボット視覚システムの開発と、実世界での感覚・行動実験に使用する脚型移動ロボットプラットフォーム、を開発した。実時間ロボット視覚はB班の白井班長を中心とする視覚グループの設計に基づき、富士通研究所の協力を得てプロトタイプボードを開発した(本年度のビジョンボ-ト関連の消耗品支出はこの開発支援に充てた)。また、脚型移動ロボットについてはD班の広瀬教授の設計に基づき脚モジュールを開発した(脚モジュール部品試作の消耗品費)。この2つの装置の開発では予定通り初年度でプロトタイプの試作が完了し、現在、それを動かす為の開発研究を全体で分担協力して実施中である。(1)全体会議:2年目当初の全体会議にて初年度の研究の反省及び2年目の研究の方向を討論・整理し、研究全般のステアリングを行った。(平成8年6月)。(2)日本機械学会ロボメカ部門学術講演会の特別セッションとして、初年度の成果として40件の論文発表を企画実施した。(平成8年6月)(3)日本ロボット学会学術講演会においてオ-ガナイズドセッションを企画し、合計60件の発表を行った(平成8年11月)(4)2年次の成果を発表するため公開シンポジウムを開催全47課題の成果発表、および、パネル討論を行った(平成9年1月)。(5)計測自動制御学会誌平成8年4月号に、本重点領域研究の特集を編集した。(6)ニュースレター(45号)の発行。(7)研究用共通ツールの開発:本研究では、感覚と行動の密な結合というアプローチによって機械知能の発現機構の解明を目指している。解明する原理の実験的検証のために、昨年度は、実時間ロボット視覚システムの開発と、実世界での感覚・行動実験に使用する脚型移動ロボットプラットフォーム、を開発したが、本年度は、多くのチームでこれらのツールを使い、関連のソフトウェアを整備するなどして、研究インフラの充実に努めた。

また、今年度は、新たにアーム設計に必要な2自由度関節の開発、および、種々の機器をパソコンで制御するための、AD、DA、ディジタルI/Oの入出力ボードの開発を行い、最終年度の総合実験を協力して行うための準備を行った。総括班では重点領域研究を総合的かつ効果的に実施するために、全体方針の策定及び各研究班の間の連絡・調整等の研究全体のステアリングを行うともに、研究領域のインフラ整備の一環として共通的研究ツールの開発とそれを用いた研究支援を行った。本年度の研究実績は次の通りである。(1)全体会議: 2年目当初の全体会議にて昨年度の研究の反省及び最終年度の研究の方向を整理し、研究全般のまとめに向けたステアリングを行った。(平成8年6月24日)。(2) 3重点合同シンポジウム:現在同時に進行している関連の深い3つの重点領域研究、知能ロボット、創発システム、人工現実感、が合同でシンポジウムを開催し、それぞれの目標やアプローチについて相互理解を深め、今後の協力のあり方について討議した。平成8年6月25日)(2)日本機械学会ロボメカ部門学術講演会の特別セッションとして、初年度の成果として39件の論文発表を企画実施した。(平成9年6月7、8日)(3)日本ロボット学会学術講演会においてオ-ガナイズドセッションを企画し、合計59件の発表を行った(平成9年9月1214日)(4)最終年度の成果を発表するための公開シンポジウムを開催した。全48課題の成果発表、および、関連研究のテモを行った(平成10年1月2224日)。(6)ニュースレター(79号)の発行。(7)研究用共通ツール関連:本研究では、感覚と行動の密な結合というアプローチによって機械知能の発現機構の解明を目指している。解明する原理の実験的検証のために、昨年度までに、実時間ロボット視覚システムと、脚型移動ロボットプラットフォーム、を開発したが、本年度は、多くのチームでこれらのツールを使い、関連のソフトウェアを整備するなどして、研究インフラの充実に努めた。これらの成果については、1月に行った今年度の研究成果報告会の折りにテモを企画し、現状と今後の問題について検討した。本研究は平成7年度から9年度間での3年間にわたって実施された重点領域研究「知能ロボット」の終了をうけて、その成果を取りまとめるために行ったものであり、その成果は次のように要約される。(1)日本機械学会ロボティクスメカトロニクス部門の研究発表会において、重点領域研究に関するオーガナイズドセッションを企画し、成果を発表した。発表された成果は、A班14件、B班16件、C班16件、D班14件、合計60件である。(2)重点領域研究の終了ヒヤリングの資料取りまとめ。(3)重点領域研究の最終報告書として、世界のその成果を発信するために全課題英文にて最終報告書を作成した。報告ペーパー62件、総ページ数700ページ。(4) 3年間の重点領域研究の全ての活動記録をCD-ROM化した。
フィトクロムPftによってミリ秒オーダーで生産される光信号増幅因子の解明

植物の光受容体フィトクロムは、複数の分子種から構成され、その細胞内信号伝達系は、分子種間の相互作用あるいはそれ以外の光受容体によって、増幅もしくは抑制を受ける。我々は、ホウキモロコシのフィトクロムPfrによるアントシアニン誘導において、Pfr信号伝達系が、異なる分子種のPfrによって作られる隠れた因子cryptic red-light signal(CRS)によって増幅されることを見出した。そこで、CRSの生成と作用に焦点をあわせ、Pfr信号伝達の解明を試み、以下の成果を得た。1.CRS生成は、速いPfr反応によって起こる。そこで、赤色光と遠赤色光パルスをミリ秒オーダーで自動照射できるLED照射装置を開発し、CRS生成誘導時間を測定した結果、反応の半期が約1秒と判明した。これは最も速いPfr反応の一つである。2.CRSはフィトクロムの信号伝達カスケードに関わる可能性がある。cAMPとcGMPの関与を調べるため、CRS誘導条件で、Adenyl cyclase,Guanyl cyclase及びPhosphodiesteraseの活性を測定したところ、Guanyl cyclaseの活性上昇の傾向を得た。cAMPとcGMPを抽出定量したが、明らかな結果は未だ得ていない。今後も、CRSと環状ヌクレオチド、その他のセカンドメッセンジャヤーとの関わりを追求する予定である。3.トマトのフィトクロム突然変異体を用い、CRSを生成するフィトクロム分子種の同定を試みたが、その特定には至らなかった。しかしその過程で、phyAが種子発芽抑制を引き起こすことを、初めて明らかにした。これは本研究の副産物的成果である。4.CRSの影響を取り除く光照射方法で、Pfr作用増幅の作用スペクトルを作成することにより、UVB光受容体が、CRS以外のPfr作用増幅因子を誘導することを明らかにした。植物は光環境の変動を光受容体によってとらえ、細胞内信号に換え、核に伝達することによって遺伝子発現を調節し、光形態形成反応を引き起こす。植物が強光にさらされるとき、光受容体の一つであるフィトクロムPfrは1秒以下の短い時間に未知の光信号増幅因子を誘導すことを、ホウキモロコシの暗黒芽生えで我々は見いだした。その生化学的本体を明らかにすることは、フィトクロムからの信号伝達過程の解明につながる研究である。この光信号増幅因子は信号伝達カスケードにかかわる物質であると考えられるので、光信号増幅因子を誘導する光条件で、セカンドメッセンジャーの一つである環状ヌクレオチドcAMPとcGMPの消長の挙動調べることを試みた。cAMPとcGMPの増減はNucleotide cyclase(Adenylyl cyclaseとGuanylyl cyclase)とPhosphodiesterase(PDE)によって制御されるので、ホウキモロコシの暗黒芽生えに100μmol・m^<-2>・s^<-1>以上の強光の赤色光もしくは遠赤色光を照射し、その前後でAdenylyl cyclaseとGuanylyl cyclaseを膜画分より、PDEを可溶性画分より粗精製し、その活性の測定を行った。その結果、赤色光と遠赤色光のどちらを照射した場合でも、照射前に比べ照射後にGuanylyl cyclaseの活性が増大したが、遠赤色光の方がより有効であることが認められた。Adenylyl cyclaseにおいては有意の差は認められなかった。PDEに関しては光照射前後で有意の差は認められなかったが、これは酵素精製に問題があるためと考えられ、精製方法の改良が今後の課題となった。植物の光受容体フィトクロムには、光環境の「推移」をモニターし、生理反応を調節する機構がある。