hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電子受容性単層カーボンナノチューブの有機系太陽電池への応用と最適化

これまでの研究より、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)は電子受容性であることが分かっており、有機系太陽電池に応用することができる。各種アンテナ分子の光励起状態からSWCNTへの電子移動過程や、両分子間の親和性を評価することにより、アンテナ分子としては金属錯体が望ましいことを見出した。また電子受容体としては、炭素原子の配列が半導体型よりも金属型の構造を持つSWCNTの方が電子移動が起こりやすいことが分かった。これらの成果から、有機系太陽電池に最適なSWCNTとアンテナ分子の組み合わせ候補を抽出することが可能となった本研究では、フラーレン(C60)と同様の電子受容性のある単層カーボンナノチューブ(以下SWCNTと略記)を、各種アンテナ分子の励起状態の電子移動消光過程を通じて評価する技術の開発を目的としている。こういったカーボンナノチューブの利用によって太陽電池のセル構造の設計の自由度が増し、光電変換効率の更なる向上が期待できる。これまでに実施した我々の研究より、SWCNTは有機系太陽電池でアンテナ分子として利用されているtris(2,2'-bypyridine)ruthenium(II)(以下ルテニウムビピリジンと略記)の発光を電子移動消光することを見出している。それを踏まえて平成25年度は、有機系太陽電池の実際に即して、水溶液中における様々なアンテナ分子の光励起状態を、各種の水溶性SWCNTを用いて実際に消光することにより電子受容性を評価した。具体的にはアンテナ分子の種類を、フェナントロリン系の配位子を持つルテニウム錯体やピレン誘導体、ローダミン系色素、チオニン系色素などに変えた場合に、その励起状態がSWCNTとどのような相互作用をするかを測定した。その結果、配位子の種類によらずルテニウム錯体の励起状態はSWCNTによって電子移動消光するが、今回検討したそれ以外のアンテナ分子はいずれもSWCNTと基底状態で電荷移動錯体を形成し、従って太陽電池での光電変換に必要な電子移動は起こっていないことが分かった。こういった電荷移動錯体の形成は、これらのアンテナ分子が芳香族炭化水素であるためにSWCNTのグラフェン表面と強く相互作用すると考えると容易に納得することができる。以上の研究成果より、今後はルテニウムビピリジンなどのルテニウム錯体系に特化して本研究を進める予定である。本研究では、フラーレンと同様の電子受容性のある単層カーボンナノチューブ(以下SWCNTと略記)を、各種アンテナ分子の励起状態の電子移動消光過程を通じて評価する技術の開発を目的としている。以前の研究より、SWCNTは有機系太陽電池でアンテナ分子として利用されているルテニウムビピリジンの発光を電子移動消光することを見出している。平成25年度は、水溶液中における様々なアンテナ分子の光励起状態を、各種の水溶性SWCNTを用いて実際に消光することにより電子受容性を評価した。ピレン誘導体、ローダミン系色素、チオニン系色素などの一般的に用いられているアンテナ分子では、いずれもSWCNTと基底状態で電荷移動錯体を形成し、従って太陽電池での光電変換に必要な電子移動は起こっていないことが分かった。以上の成果を踏まえ、平成26年度はルテニウム錯体系に特化して本研究を進めた。SWCNTと励起されたルテニウムビピリジンが電子移動相互作用している水溶液系に、メチルビオローゲンイオンや銅イオン、ナトリウムイオンをそれぞれ添加した。ルテニウムビピリジンの消光挙動を解析することにより、SWCNTと各イオンの親和性は、ルテニウムビピリジンイオン>メチルビオローゲンイオン>銅イオン>ナトリウムイオンの順であることが分かった。いわゆるソフトなイオンの方がハードなイオンよりもSWCNTとの親和性が高く、相互作用しやすいと説明付けられる。これらは有機太陽電池の設計に利用できる指針である。また金属型SWCNTと半導体型SWCNTを用いて励起ルテニウムビピリジンの発光を消光することにより、カイラル指数が電子移動相互作用に及ぼす影響を調べた。その結果、金属型SWCNTにおいてのみ電子移動が起こることが明らかとなった。その理論的な解釈は、現在検討中である。本研究では、フラーレンと同様に電子受容性のある単層カーボンナノチューブ(以下SWCNTと略記)を、各種アンテナ分子の励起状態の電子移動消光過程を通じて評価する技術の開発を目的としている。平成25年度は、ピレン誘導体や色素などの通常知られているアンテナ分子はSWCNTと基底状態で電荷移動錯体を形成するため、電子移動は起こらないことを明らかにした。さらに平成26年度の研究で、SWCNTとの親和性はソフトなイオンの方が高く、相互作用が起こりやすいことが分かった。このため電荷移動錯体を形成するほど親和性が高い芳香族炭化水素より、ある程度ソフトなルテニウムなどを中心金属とする金属錯体イオンの方が、電子移動のためのアンテナ分子として有望と判断できる。以上の成果を踏まえ平成27年度は、ルテニウムやイリジウムが中心金属でビピリジンやフェナントロリンの誘導体を配位子とする各種金属錯体をアンテナ分子とし、金属型と半導体型のSWCNTを電子受容体とした系の電子移動消光を比較した。その結果、金属型の方が電子移動が起こりやすく、これは両SWCNTの酸化還元電位の違いによることが分かった。この成果はSWCNTの構造が電子受容性に与える影響を明確にした好例である。SWCNTを有機系太陽電池の電子受容体として用いる場合、金属型の方が望ましい。

これらの研究成果から、有機太陽電池に最適となるSWCNTとアンテナ分子の組み合わせ候補を抽出することが可能になった。これまでの研究より、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)は電子受容性であることが分かっており、有機系太陽電池に応用することができる。各種アンテナ分子の光励起状態からSWCNTへの電子移動過程や、両分子間の親和性を評価することにより、アンテナ分子としては金属錯体が望ましいことを見出した。また電子受容体としては、炭素原子の配列が半導体型よりも金属型の構造を持つSWCNTの方が電子移動が起こりやすいことが分かった。これらの成果から、有機系太陽電池に最適なSWCNTとアンテナ分子の組み合わせ候補を抽出することが可能となった計画通り、ルテニウム錯体をアンテナ分子として、SWCNT周辺の各種イオンとの相互作用について解明することができた。また金属型SWCNTと半導体型SWCNTとでは、アンテナ分子との相互作用に違いがあることを見出した。炭素材料今後は実際の太陽電池で使用する際に重要である高分子電解質とSWCNTとの界面構造についても詳細に調べ、SWCNTの有機系太陽電池への実用化につなげたい。また太陽電池使用上で問題となる安定性や、発電性能の温度依存性についても、光化学の基礎的観点から明らかにする予定である。計画通り、各種のアンテナ分子とSWCNTとの相互作用を評価し、ルテニウムビピリジンなどのルテニウム錯体の利用が望ましいことを見出した。SWCNTのうち、特定のカイラル指数を持つ金属型SWCNTと半導体型SWCNTを入手できる可能性がある。本研究開発の当初からの計画通り、今後はこれらのSWCNTを用いて平成25年度に実施したものと同様の消光実験を実施し、SWCNTの構造が電子受容性に及ぼす効果を調べる。また実際の太陽電池で使用する際に重要である高分子電解質とSWCNTとの界面構造や、SWCNTと各種イオンとの相互作用の解明についても詳細に調べる予定である。
心筋特異的レニンアンジオテンシン系遺伝子発現と心筋肥大発生機序の解明 -Transgenic mouseを用いた検討-

研究の背景と目的;近年、心肥大発生のメカニズムとしてα受容体、アンジオテンシンII受容体あるいは機械的な進展刺激が注目されている。これらは、受容体を介してイノシトールリン脂質-ホスホリパーゼC(PLC)系あるいはadenylyl cyclase系の細胞膜情報伝達系により制御され、細胞内に刺激が伝達される。中でも、心筋組織レニン・アンジオテンシン系はパラクライン-オートクライン機構により筋細胞肥大や間質の線維化に関与すると考えられるがその詳細な機序は解明されていない。それは、心筋組織内ではいわゆるレニン・アンジオテンシン系以外にもアンジオテンシンIIを産生する系が存在、あるいは循環血液中に増加したアンジオテンシンIIが血圧上昇を介して心肥大を引き起こす機序も考えられるからである。そこで、本研究の目的は心筋肥大発止機序および心筋障害促進機序を解明するために、心筋組織RA系因子(レニン、アンジオテンシノーゲン、アンジオテンシン変換酵素)を心筋特異的プロモーターに結合させたgeneをマウス卵細胞にtransfectionし、transgenic mouseを作製し心筋組織内RA系の発現様式を変化させ、心筋組織RA系の心肥大における独立した役割を明らかにすることにある。本年度、肥大型心筋症における心肥大発症にレニン-アンジオテンシン系遺伝子ことに,アンジオテンシノーゲン、アンジオテンシン変換酵素遺伝子の関与を示した。また、実験的心肥大モデルにおいて組織レニン-アンジオテンシン系遺伝子発現の亢進を示し、in vitroの系におけるアンジオテンシンII細胞内情報伝達系を明らかにし、G蛋白質による細胞機能制御機構やレニン-アンジオテンシン系遺伝子組み込みによる細胞機能変化を検討した。また、レニン-アンジオテンシン系遺伝子トランスジェニック動物作製の試み心筋に特異的にRA系遺伝子を発現させるために心筋特異的に発現させるためミオシン遺伝子のプロモーター領域を増幅することに成功した。さらに、Eμの発現ベクターにACE遺伝子を組み込み、培養線維芽細胞、大動脈内皮細胞にトランスフェクションしACE活性、ACEmRNA発現を確認した。また、ACE遺伝子をin vivoでトランスフェクションするためにアデノウイルスベクター系の作製に成功した。今後さらに、ミオシン遺伝子のプロモーターにレニン、アンジオテンシン変換酵素DNAを結合させ、それぞれの遺伝子を有するtransgenic mouseの作製を試みる予定である。研究の背景と目的;近年、心筋肥大発生のメカニズムとしてα受容体刺激、アンジオテンシンII受容体刺激および伸展などによる機械的刺激が注目されている。これらは受容体を介して、イノシトールリン脂質(PI)-ホスホリパーゼC(PLC)系およびadenylyl cyclase系の細胞膜細胞膜情報伝達系によって細胞内に伝達される。心筋組織レニン・アンジオテンシン(RA)系はパラクライン・オートクライン機構によって心筋細胞の肥大や間質細胞の増殖を促進すると考えられるがその詳細は不明な点が少なくない。すなわち心筋組織内ではAIIはいわゆるアンジオテンシン変換抗酵素(ACE)によってアンジオテンシンIより作られる経路の他に、トニンやキマ-ゼによっても作られ、少なくても3経路からAIIが作られる。さらに圧負荷による心肥大は心臓外からの循環血中のAIIによって肥大が起こる可能性がある。

臨床的にはACE阻害薬は心不全や心筋梗塞に効果を上げているが、ACEは実は一部のAII作用のみを阻害しているのにすぎない。今回われわれは心筋肥大発生機序および心筋障害増悪機序を解明するために、心筋組織RA系因子(レニン、アンキジオテンシノーゲン、アンジオテンシン変換酵素)を心筋特異的遺伝子プロモーターに結合させたgeneをマウス卵細胞にtransfectionし、transgenic mouce作成し心筋組織内RA系の発現様式を変化させる。このtransgenic mouceでは心筋組織内アンジオテンシノーゲン、レニン、アンギオテンシン変換酵素のmRNA発現が増強し、細胞膜細胞膜情報伝達系も亢進することが予測される。さらに心筋特異的に発現するために血圧上昇を伴わない。本研究計画では心筋肥大および心筋障害の進展機序を解明するために、心筋組織RA系が重要な要因であるとの仮説の基にtransgenic mouceを作成し、圧負荷によらない心筋肥大および心筋障害が、心筋組織RA系発生亢進によって起こることを確認する。[本年度の実績]本年度は心臓にRA系遺伝子を特異的に発現させるために、心臓に特異的なプロモーターをクローニングした。今後、このプロモーターにRA系遺伝子を接続しtransgenic mouseを作成する。研究の背景と目的;近年、心肥大発生のメカニズムとしてα受容体、アンジオテンシン||受容体あるいは機械的な進展刺激が注目されている。これらは、受容体を介してイノシトールリン脂質-ホスホリパーゼC(PLC)系あるいはadenylyl cyclase系の細胞膜情報伝達系により制御され、細胞内に刺激が伝達される。中でも、心筋組織レニン・アンジオテンシン系はパラクライン-オートクライン機構により心筋細胞肥大や間質の線維化に関与すると考えられるがその詳細な機序は解明されていない。それは、心筋組織内ではいわゆるレニン・アンジオテンシン系以外にもアンジオテンシン||を産生する系が存在、あるいは循環血液中に増加したアンジオテンシン||が血圧上昇を介して心肥大を引き起こす機序も考えられるからである。そこで、本研究の目的は心筋肥大発症機序および心筋障害促進機序を解明するために、心筋組織RA系因子(レニン、アンジオテンシノーゲン、アンジオテンシン変換酵素)を心筋特異的プロモーターに結合させたgeneをマウス卵細胞にtransfectionし、transgenic mouseを作製し心筋組織内RA系の発現様式を変化させ、心筋組織RA系の心肥大における独立した役割を明らかにすることにある。本年度、心筋に特異的にRA系遺伝子を発現させるために心筋特異的に発現させるためミオシン遺伝子のプロモーター領域を増幅することに成功した。また、Eμの発現ベクターにACE遺伝子を組み込み、培養線維芽細胞、大動脈内皮細胞にトランスフェクションしACE活性、ACEmRNA発現を確認した。
大規模系の非線形光学材料設計のための時間依存Hartree-Fockアプローチ

巨大系のための分子軌道論に基づく量子化学的手法により、種々の合成高分子系の(超)分極率を計算するための効率的かつ信頼性の高い計算手法を並列演算環境下にて開発を行った。大きなユニットを有する高分子で、かつ光学特性に基づいた機能性材料としての実用化に期待されているポリイミド系高分子を取り上げた。種々の構成ユニットに対してFinite-Field Elongation(ELG-FF)法を用いて効率よく系の電子状態を求めた上で、高精度で非線形光学(NLO)特性を抽出したところ、分極率αと屈折率の関係において一定の知見を得ることができた。また、二次元シリコン表面クラスターに対してもElongation法の有効性を示し、α非局在化系に対しても二次元的に層を広げていくことにより高精度かつ高効率で計算可能であることを示した。合わせて、他の巨大系のためのO(N)法との比較のためにポリエチレン系高分子に対してFMO法を用いて種々の条件下で計算したところ、計算時間と計算精度ともにElongation法の方が優れていることを実証した。一方、領域軌道に基づいたElongation法による時間依存Hartree-Fock(Elongation-TDHF)法を組み込むための定式化の開発に着手し、(超)分極率計算に周波数依存の項を導入するために、時間依存の項を組み込むElongation-TDHF法の定式化を完成させる予定であったが、これは完成には至らなかった。別のアプローチとしてFinite-Field Elongation法によりカリックス系分子性一次元鎖におけるLi原子から分子性一次元鎖への電荷移動とNLO特性の関係を調べExcess electronが顕著は1次非線形効果を誘発することを明らかにした。当研究室で今まで開発してきた、巨大系のための分子軌道論に基づく量子化学的手法により、種々の合成高分子系の(超)分極率を計算するための効率的かつ信頼性の高い演算を並列演算環境下にて開発を行った。そのために、まず大きなユニットを有する高分子で、かつ光学特性に基づいた機能性材料としての実用化に期待されているポリイミド系高分子を取り上げ、PMDA/DMDB,PMDA/ODA,PMDA/TFDBの平面構造、ツイスト構造に対し、Finite-FieldElongation(ELG-FF)法を用いて効率よく系の電子状態を求めた上で、高精度で非線形光学(NLO)特性を抽出した。例えば平面構造における分極率αでは、大きい順からPMDA/DMDB〓PMDA/TFDB>PMDA/ODAとなり、2次超分極率γ値も同様に、PMDA/DMDB>PMDA/TFDB>PMDA/ODAの順となることがわかっている。さらに、分極率αから屈折率を計算する手法を組み込み、実験データとの比較を行った。得られた結果を時間依存Hartree-Fock法に基づくTDHF法でも検証し、その信頼性を確かめた。一方で、領域軌道に基づいたElongation法による時間依存Hartree-Fock法を組み込むための定式化の開発に着手している。さらに二次元系への適用性も確かめるために、シリコン表面を小さなクラスタから周囲を広げていく計算方法で表面を伸長し、良好な結果が得られている。
人工3次元的ニッチ(niche)での幹細胞培養

<臍帯血からの造血幹細胞の維持・増殖>ヒト間葉系幹細胞へhTERTとBMI1またはHPVのE6/E7の遺伝子導入により戸口田らにより株化された細胞をフィーダ細胞として用い、ヒト臍帯血からの造血前駆細胞(CD34^+CD38^-)の維持・増殖の検討を行った。7日間の培養でCD34^+CD38^-細胞を150倍以上に増加させることができる株化されたヒト細胞を見いだした。CD34^+CD38^-造血前駆細胞を効率よく増殖させえる初めてのヒト由来細胞株である。また、戸口田らの細胞は間葉系幹細胞としての特性(遺伝子発現)よく解析され、また、骨細胞、軟骨細胞、また脂肪細胞への分化方法が確立されており、われわれの造血前駆細胞(CD34^+CD38^-)の維持・増殖の研究と統合することで、骨髄中での造血幹細胞nicheについても有益な知見がえられると考える。<3次元的ニッチの作製>多孔質ハイドロキシアパタイト、多孔質セルロース、多孔質ポリウレタンの試作と造血前駆細胞(CD34^+CD38^-)の維持・増殖の検討を行っているが、培養後の多孔質体からの細胞の回収に難渋し、未だ定量的な評価が行えていない。より単純な多孔質体として、薄膜に垂直な孔が多数開いたヌクレポア膜を用いて検討している。各種孔径の異なるヌクレポア膜を用いて造血前駆細胞(CD34^+CD38^-)と上記ヒト由来細胞株の共培養を行ったところ、孔径が0.45μmの膜では膜を用いない共培養系とほぼ同じ程度に造血前駆細胞(CD34^+CD38^-)の維持・増殖を行うことができた。現在までの研究結果を統合することで、限られた空間に造血前駆細胞とヒト間葉系幹細胞が共存するin vitroで造血幹細胞nicheの作製する目途はたったと考える。3次元スカホールド作製用素材の検討3次元スカホールド内で細胞培養を行いその後スカホールドを分解して細胞を改修することを考えている。本年はセルロースとアミロースを検討した。フィブロネクチン固定化セルロース表面上への細胞接着、さらにその増殖が行え、また、セルロースによる基材の分解で細胞は効率よく回収できるものの、セルロースの微結晶が残る問題があった。現在、結晶性でなく酵素分解も早いカルボキシルメチルセルロースを2官能性エポキシ化合物で架橋した基材の検討を進めている。アミロースは効率よくアミラーゼで分解されるものの、培養液に添加する牛胎児血清中のアミラーゼにより分解がすすむため、アミロース製のスカホールドは無血清培地でしか用いることが出来なかった。骨髄に似た3次元スカホールドを作るため、アガロースを用いたハイドロキシアパタイトとの3次元成型法を開発した。この方法は、任意の形状の型にハイドロキシアパタイトのアガロース溶液のスラリーを注入した後冷却することで成形し、この成形品を高温で焼結することでハイドロキシアパタイトのみからなる任意の形状の多孔質3次元スカホールドを作製出来る方法である。ヒト臍帯血を用いた研究ヒト臍帯血細胞の培養実験を従来から行っている東海大の堀田研究室へ研究者を4ヶ月派遣し、培養技術と評価技術の取得を行わせた。従来から行われてきた培養法と本研究で行う3次元スカホールド内培養の比較検討研究を開始したところである。
冷凍機油における冷媒溶解度センサの開発

冷媒圧縮機や冷凍サイクルに関する研究を行うにあたり,冷凍機油中の冷媒溶解度を測定しなければならない場合がよくあるが,通常用いられるサンプリング法や圧力・温度に対応した飽和溶解度データを使用する方法では,測定に時間がかかる,油量が変化する,局所的過渡的溶解度が得られないなどの欠点がある.本研究では比較的測定の容易な誘電率に注目し,冷媒HCFC22とナフテン系鉱物油冷媒およびHFC134aとPOE,PVE,PAGそれぞれの組合せに対して冷媒溶解度と誘電率の関係を明らかにするとともに,数種類の小形静電容量センサを試作して,センサ形状,流れ,気泡等の影響を明らかにした.その結果,静電容量50pF程度の市販のバリコンのセンサによりほぼ公表データに近い冷媒の誘電率を得ることができ,冷媒の誘電率は冷凍機油の23倍であり,温度上昇とともに低下することが分かった.また,冷媒溶解度に対して誘電率はほぼ直線的に変化し,バリコンセンサを用いた場合の誘電率による冷媒溶解度の測定精度は約0.03であった.HFC134aとそれが溶解する合成油は分子の極性が強く誘電率も大きいが,特にPAGの場合には他の油と特性が異なり,溶解度センサとして使用できる範囲は溶解度が約0.5以下であった.試作した小形センサによる誘電率は浮遊容量の影響で小さくなるが,センサをシールドすることにより,バリコンセンサに近い精度での溶解度測定が可能である.また浮遊容量を補正することにより,冷媒/油の組合せで決まる相関を用いることができる.誘電率測定に対して流れの影響は少ないが,泡が電極間に進入すると誘電率は低下する.センサ形状によりセンサ内の流動は変わるため,溶解度の過渡変化に対する応答性,泡の侵入等を考慮してシールドの形状や取り付け方向を検討する必要がある.冷媒圧縮機や冷凍サイクルに関する研究を行うにあたり,冷凍機油中の冷媒溶解度を測定しなければならない場合がよくあるが,通常用いられるサンプリング法や圧力・温度に対応した飽和溶解度データを使用する方法では,測定に時間がかかる,油量が変化する,局所的過渡的溶解度が得られないなどの欠点がある.本研究では比較的測定の容易な誘電率に注目し,冷媒HCFC22とナフテン系鉱物油冷媒およびHFC134aとPOE,PVE,PAGそれぞれの組合せに対して冷媒溶解度と誘電率の関係を明らかにするとともに,数種類の小形静電容量センサを試作して,センサ形状,流れ,気泡等の影響を明らかにした.その結果,静電容量50pF程度の市販のバリコンのセンサによりほぼ公表データに近い冷媒の誘電率を得ることができ,冷媒の誘電率は冷凍機油の23倍であり,温度上昇とともに低下することが分かった.また,冷媒溶解度に対して誘電率はほぼ直線的に変化し,バリコンセンサを用いた場合の誘電率による冷媒溶解度の測定精度は約0.03であった.HFC134aとそれが溶解する合成油は分子の極性が強く誘電率も大きいが,特にPAGの場合には他の油と特性が異なり,溶解度センサとして使用できる範囲は溶解度が約0.5以下であった.試作した小形センサによる誘電率は浮遊容量の影響で小さくなるが,センサをシールドすることにより,バリコンセンサに近い精度での溶解度測定が可能である.また浮遊容量を補正することにより,冷媒/油の組合せで決まる相関を用いることができる.誘電率測定に対して流れの影響は少ないが,泡が電極間に進入すると誘電率は低下する.センサ形状によりセンサ内の流動は変わるため,溶解度の過渡変化に対する応答性,泡の侵入等を考慮してシールドの形状や取り付け方向を検討する必要がある.
Xenipus卵を用いたDNA複製開始機構の研究

DNA Untwisting/Unwinding Factor(DUF)は、二重鎖DNAに負のひねりを加え、かつ二重鎖を巻き戻すことによって、in vitroでDNA複製を開始させる因子として、筆者らによってXenopus卵抽出液から単離された。DUFは、87kDaと140kDaとの2種のサブユニットから成り、前者はマウスT160(V(D)J組換えのシグナル配列に結合する因子)およびヒトSSRP1(シスプラチンによって修飾されたDNAに結合する因子)と高い類似性を有し、後者は、出芽酵母のG1期における遺伝子発現制御に関わるCdc68pと約30%の相同性を持つことを明らかにした。本研究では、Xenopus卵抽出液中でDUFが精子核に取り込まれる時期とDNA複製との時期の関係について調べた。さらに、Xenopus卵抽出液中に、DUFと相互作用する因子を探索した。(1)Xenopus卵抽出液に除膜した精子核を加えて、核形成、DUFおよびライセンシング因子であるMCMタンパク質の核への取り込み、また核におけるDNA複製の時期について検討した。その結果、MCMタンパク質が核形成直後に核に取り込まれるのに対し、DUFはDNA複製直前に核に取り込まれることがわかった。(2)抗-DUF140抗体を用いて、Xenopus卵抽出液中にDUFと結合する因子を探索したところ、分子量97kDaの因子が見いだされた。マイクロシークエンシングの結果、この因子はp97ATPアーゼであることがわかった。このATPアーゼは細胞質および核に存在し、細胞質では膜融合に関与することがわかっていたが、核内での機能は不明であった。DUFとp97ATPアーゼが相互作用することから、このATPアーゼがDUFとともにDNA複製に必要なDNAの構造変化に関与する可能性が示唆された。
リン酸化IRS-1結合蛋白の発現クローニングによるインスリン情報伝達機構の解明

インスリン受容体からのシグナル伝達において、リン酸化したIRS-1にさまざまな蛋白が結合する過程は、シグナルの増幅・多様化に重要と考えられている。われわれはリン酸化IRS-1をプローブに用いて発現cDNAライブラリーをスクリーニングすることにより、IRS-1に結合する新たな蛋白の同定を行ってきた。まず、この方法によって、2つの85kDa蛋白、2つの55kDa蛋白、1つの50kDa蛋白の合計5種類のPI-3キナーゼ調節サブユニットをコードするcDNAがクローニングされた。興味深いことに55kDa蛋白の一つと50kDa蛋白はp85αの二つのSH2ドメインを有しており、p85α遺伝子よりalternative splicingによって生じたものであった。これらはインスリンによるPI-3キナーゼの活性化の程度に大きな違いが存在することが明らかとなった。また、糖尿病モデル動物においてアイソフォームごとに発現量の変化が異なり、インスリン抵抗性の機序として重要であることが示唆された。さらにIRS-1結合蛋白として14-3-3proteinがクローニングされた。14-3-3蛋白はそのC端部分で、IRS-1,2のインスリン受容体との結合する部位であるPTB(phosphotyrosine binding)ドメイン内のセリンリン酸化モチーフに結合することが明らかとなった。これによって、インスリン受容体はIRS-1,2との結合に障害が生じチロシンリン酸化が低下する。この機構はインスリンの感受性を調節するのに重要な役割を担っている可能性があると考えられた。
新規レチノイドの創製と癌治療への応用

レチノイド核内受容体RARおよびRXRに対する特異的リガンドの設計、合成を行い、そのレチノイドもしくはレチノイド作用制御活性を評価した。RARαサブタイプ選択性レチノイドAm80をリード化合物として、芳香環部分の修飾を行ったところ、アミド基オルト位に窒素原子を一つ導入したピリジンカルボン酸誘導体により強力なレチノイド活性および異なるサブタイプ選択性を見いだした。興味深いことに、窒素原子を二つ導入したピリミジンカルボン酸では活性が消失した。また、本研究者が見いだしているRARアゴニストHX600の構造を展開し、よりRXR選択性の高いアゴニストとして、ジフェニルアミン誘導体を見いだした。このRXR特異的リガンドはそれ自身ではヒト白血病細胞HL-60の増殖・分化に全く影響を与えないが、共存するレチノイドの作用を強力に増強した。この結果は、副作用が問題となるレチノイドをごく低濃度で作用を発揮させ得ることを示している。一方、計算化学による理論的な受容体リガンド探索を目的に、報告されているRARリガンド結合領域の結晶構造を基に、RAR、RXRの立体構造をコンピュータ上で構築した。その受容体構造に対して、本研究者が見いだしたレチノイド化合物とのドッキングスタディーを行い、リガンド-受容体相互作用を分子レベルで解析した。得られたリガンド結合様式を基に、市販品データベースを用いた新規リガンドの探索を行い、リガンド候補化合物に関してレチノイド活性を評価した。その結果、全く新規の骨格を有するレチノイドアンタゴニスト(RARアンタゴニスト)を見いだした。以上のように、RARおよびRXR特異的な新規リガンドの創製により、多彩なレチノイド活性の制御を可能とし、レチノイドによる癌治療の新たな展開が期待できる。
人工知能を用いた職業性肺疾患の自動診断支援

我々が2005年に開発した職業性呼吸器疾患のための高分解能CT分類(ICOERD)は、びまん性肺疾患をこれまでの胸部エックス線ではない精密な画像で診断する方法として、世界的に注目されている。本研究では、職業性呼吸器疾患の専門家と人工知能研究の専門家が手を組み、機動性の高い医療ICTベンチャー企業も絡みながら、人工知能を用いた自動診断支援を実現する。挑戦的研究としての意義は、人工知能をディープラーニングとエキスパートシステムの二種類のアプローチを駆使して、専門家の読影結果と大差ない判定を可能にする新しい画像診断法を拓くことにある。
ＤＮＡ探索走査装置の多彩な高次複合体構築原理と機能分担

本年度は出芽酵母の染色体複製起点を認識するORC複合体の解説記事を執筆し、またORCが持つ機能不明の非典型DNA結合能に関する論文採択を目指した。次に我々は、ORCが非典型DNA上で特異的高次構造を形成することを見いだし、更にこの過程に必要な機能構造も見いだした。また、この動的な構造変化と協調してORCの活性制御が行われることを明らかにした。酵母遺伝学やゲノミクスの解析を更に進め、ヒトゲノミクスを用いた解析でもこの可能性が支持された。我々はこのような制御メカニズムが細胞内でも起きていることを想定している(投稿中)。加えて、本解析をORCパラログCdc6に拡張する試みを継続した。昨年度の時点でCdc6の非典型DNA結合能を鋭敏に検出する生化学システムを確立し、次に非典型DNA結合能ドメインの同定に成功していた。当該ドメインを欠失すると二重鎖DNAへの結合能も低下したため、結合ドメインの領域限定を行い、二重鎖DNAへの結合能は野生型と同程度保持しつつ、非典型DNAへの結合能が不安定化する変異Cdc6の同定に成功した。現在、慎重に解析を進めている(学会発表済み)。本研究計画の5つの目的はすでに明確な成果を得て、国内外の学会で報告済みであり、論文発表にも着手している。そこで、当初計画には無かったORCパラログの解析への展開を併行して進めることが可能となり、実際にパラログにおける有望な変異蛋白質を同定するなど着実に発展した。このため、当初の計画以上に進展していると判断した。投稿中の論文の採択に向けて準備を進めるとともに、その他のデータについても順次論文化を進める。併行して発展的解析を進め、目的5の体系的遂行を十分実現していきたい。そこで我々はORCの複数サブユニットを対象とした体系的機能構造解析を行い、ORCのDNA結合能や高次構造形成に関わる新たなモチーフを複数見出した。変異ORC複合体の簡便精製法(Kawakami et al., 2016, Front. Microbiol.; Kawakami et al., 2015, Sci. Rep.)を用いてこのうち1種を詳細に解析したところ、ORCの長年不明であった非典型DNA結合能の役割を解明する突破口となることが判明した(学会発表済み)。この可能性は遺伝学やゲノミクスを用いた解析によっても支持された。その他、本解析をORCパラログCdc6に拡張した。まず、Cdc6の非典型DNA結合能を鋭敏に検出する生化学システムを確立し、次に非典型DNA結合能の低下した変異Cdc6蛋白質の同定に成功した。本研究計画の5つの目的のうち、1, 2, 4については明確な成果を得ており、学会報告済みである。また、3についてはゲノミクスを用いた一定の解析を完了し、5に着手している。そこで、当初計画には無かったORCパラログの解析への展開も可能となり、実際にパラログにおける有望な変異蛋白質の同定に成功した。学会報告済みの内容については国際学会発表と順次論文化を進める。複数のサブユニットやモチーフを併行して解析しており、目的5の体系的遂行を十分実現していきたい。29年度に残額88,298円が生じたが、これは次世代シーケンス消耗品を使用せずにゲノミクス解析が可能となったためである。これらは30年度にORCパラログを含めた解析を加速するためのウェット実験費用として用いる。

30年度に残額647,125円が生じたが、これは次世代シーケンス消耗品を使用せずにヒトゲノミクス解析が可能となったことと、本研究課題の論文化にエフォートを割いたため、実験データの再現性を確認する実験など、試薬の新規購入を意図的に抑える事例が増えたためである。31年度は論文化が一段落し、研究課題を更に発展させる予定であり、発展的実験に必要な消耗品が増える見込みである。また、研究代表者は31年4月に山陽小野田市立山口東京理科大学へ異動となり、ガラス器具などの一般消耗品の大量購入も必要となる。そこで残額は異動先での研究環境を整備し、ORCパラログを含めた解析を加速するためのウェット実験費用に充てる。
ロタウイルスの宿主域決定に関与するNS53遺伝子の機能の解明

ロタウイルスは、小児期における下痢症の最も重要な病原体である。ロタウイルスの中和には、2つの外殻タンパク(VP4とVP7)が関与している。一方、非構造タンパクは5つある。我々は、ロタウイルスの遺伝子レベルでの多様性について、ウイルスの宿主域との関連に焦点をあて、さまざまな宿主に由来する多数の分離株について、RNA-RNA hybridization法により解析してきた。この結果、非構造タンパクの1つであるNS53遺伝子がきわめて多様性に富む一方、同一の動物種を宿主とするロタウイルスの間では著しく保存されていることを見いだした。ヒトロタウイルスAU-1株は、本来ネコロタウイルスがヒトに感染したウイルスであると考えられる多くの証拠が蓄積していること、まれな遺伝子型を示すヒトロタウイルスの中にAU-1株とウシロタウイルスの遺伝子交雑体であると考えられる株が多く存在することから注目を集めている。本研究では、AU-1株のNS53遺伝子の全塩基配列を決定し、以下の結果を得た。遺伝子分節の全長は1578塩基対であり、アミノ酸配列に翻訳すると、ウシロタウイルス株のNS53タンパクとの間に87%の相同性があった。また、NS53タンパクにはZinc fingerモチーフが存在するが、AU-1株とウシロタウイルスは、他のヒトおよび動物ロタウイルスが異なり、2つのZinc fingerモチーフが存在した。さらに分子系統樹の上から、AU-1のNS53遺伝子かウシロタウイルスNS53遺伝子のクラスターの中に存在していることが明らかとなった。この結果は、自然界にAU-1株とウシロタウイルスの遺伝子交雑体が多く存在することと合わせて考えると興味深いことである。
褐藻植物接合子をモデルとしての雌性配偶子由来セントリオールの選択的消失機構の解析

雌性配偶子由来セントリオールの消失過程における微細構造の変化を詳細に観察するため、急速凍結置換法を用いて電子顕微鏡用試料を作製した。同型配偶子接合を行うカヤモノリでは、雌雄両配偶子は共に遊泳性で鞭毛基部としてセントリオールを持っている。そのため、受精により、雌雄配偶子由来の2組のセントリオールが同時に接合子に持ち込まれる。この2組のセントリオール(チューブリンからなる三連管が9つ組み合わさってできた車輪様の構造)には配偶子および、受精直後の接合子において微細構造レベルでの形態的相違は観察されない。受精により、鞭毛軸糸が細胞内に引き込まれるが、受精後30分では、雌雄配偶子由来の2組のセントリオールには鞭毛軸糸が付着したままであり、セントリオールの構造にも変化はみられなかった。受精後1時間で、雌性配偶子由来のセントリオールにだけ変化が観察された。9つの微小管からなる三連管の一部が二連管、あるいは単管になっていること、そしてセントリオールの末端側から基部側に向け短くなっていることがわかった。さらに、受精後90分の接合子を観察したところ、より崩壊は進行しており、ほとんどの三連管が単管になり車輪様構造をもはやとらないものが観察された。受精後2時間の接合子では雄性配偶子由来のセントリオールのみが観察された。この様な微細構造観察と共に、セントリオールに存在するセントリン(20kDaのカルシウム結合タンパク質)に対する抗体を用いて間接蛍光抗体法で構造変化と分子の局在変化についての観察を行った。その結果、雌性配偶子由来セントリオールへのセントリン分子の局在が変化したのは、受精後4時間からであった。つまり、電子顕微鏡による構造変化と局在するタンパク質の消失時間に数時間の差が存在することがわかった。この結果は、日本植物形態学会で報告し、すでに論文にまとめ現在投稿中である。
慢性ベリリウム症の発症機序に関する実験的並びに臨床疫学的研究

1.ベリリウム(Be)化合物投与モルモットの感作に関する検討1).対照群、BeO投与群、BeO+BeSO_4投与群に分け、Be特異的リンパ球刺激試験(Be-LT)を行い感作能の違いを検討した。(結果)Be-LT値では、BeO投与群は、対照群並びにBeO+BeSO_4投与群との比較において有意な高値を示した。(考察)Be投与群のBe-LT値の変化をみると、BeO投与群におけるBe-LT値は、BeO+BeSO_4投与群におけるBe-LT値に比べて高い値を示した。Be化合物の腹腔内投与では、Be化合物の違いにより、その免疫学的作用が増強的に働く場合と抑制的に働く場合があることが示唆された。次に、BeO投与群のBe-LT値及びFCA併用群のBe-LT値が他の実験群に比べて高値を示し、気管内投与もしくはFCAを用いての皮内投与が有用であることを示唆している。2.雌雄マウス脾細胞の生存率に対するBeの影響マウスの脾細胞を用いてBeの免疫担当細胞に対する影響、特に性の違いによる差異を検討した。(結果)雌雄マウスのコントロール(Be濃度:0μM)の細胞生存率は培養時間の経過に伴って低下を示した。雄マウスの1、10、100μMの細胞生存率は、コントロールと同様な傾向を示した。100、1000μMではコントロールと比較して有意な低下を認めた。雌マウスの1,10μMの細胞生存率は、コントロールと同様な傾向を示した。100,1000μM添加系では、培養24時間目からコントロールと比較して有意な低下を認めた。(考察)雌雄マウスの違いにおけるBeの影響では、雌マウスは雄マウスに比べ生存率の低下が早期から現れた。本研究における雌マウスの脾細胞生存率の低下が、雄マウスの生存率の低下より早期に出現する事は興味深い事であり、今後さらに検討していきたい。ベリリウム(Be)化合物投与モルモットの感作に関する検討1).対照群(気管内、腹腔内:生食水)、BeO投与群(気管内=BeO、腹腔内:生食水)、BeO+BeSO_4投与群(気管内:BeO、腹腔内:BeSO_4溶液)に分け、Be特異的リンパ球刺激試験(Be-LT)を行い感作能の違いを検討した。(結果)Be-LT値は、対照群116.8±11.4%、BeO投与群283.6±96.1%、BeO+BeSO_4投与群142.8±36.3%であった。BeO投与群は、対照群と比較してBe-LT値が有意に高く、BeO+BeSO_4投与群との比較においても、有意な高値を示した。(結果)Be-LT値はadjuvant非投与群112.2±24.9%,FCA併用群283.6±155.6%、FIA併用群185.4±67.9%であった。FCA併用群は、adjuvant非投与群と比較して有意な高値を示した。(考察)実験1におけるBe投与群のBe-LT値の変化をみると、BeO投与群におけるBe-LT値は、BeO+BeSO_4投与群におけるBe-LT値に比べて高い値を示した。

著者らは、BeOとBeCl_2をモルモットの胸腔内及び腹腔内投与し、BeCl_2を腹腔内投与した場合にBe-LT値の上昇を認めたと報告している。今回のBeSO_4の腹腔内投与実験成績では、従来の結果とは異なりBe-LT値が低下しており、免疫活性が抑制されていることを窺わせた。即ち、Be化合物の腹腔内投与では、Be化合物の違いにより、その免疫学的作用が増強的に働く場合と抑制的に働く場合があることが示唆された。次に、実験1でのBeO投与群のBe-LT値及び実験2のFCA併用群のBe-LT値が他の実験群に比べて高値を示した。この結果は、Be化合物感作動物を作成する為には、気管内投与もしくはFCAを用いての皮内投与が有用であることを示唆している。雌雄マウス脾細胞の生存率に対するBeの影響マウスの脾細胞を用いてBeの免疫担当細胞に対する影響、特に性差の違いによる影響の差異を検討した。(実験方法)実験材料として雌雄のC57BLマウス脾細胞を用い、細胞浮遊液は、Yaharaらの方法に従って調整した。(結果)雄マウスでは、コントロールの細胞生存率が培養時間の経過に伴って低下を示した。24時間で81.9%、48時間で76.0%、72時間で72.8%であった。Be添加群の1、10、100μMでは、コントロールと同様な傾向を示した。100μM添加系では培養72時間目でコントロールと比較して有意な低下を認めた(P<0.05)。1000μM添加系では培養24時間目から有意な低下を認めた。雌マウスでは、雄と同様にコントロールの細胞生存率は培養時間の経過に伴って低下を示し、24時間で81.0%、48時間で73.3%、72時間で67.8%であった。Be添加群の1、10μMでは、コントロールと同様な傾向を示した。一方、100μM、1000μM添加系では、培養24時間目からコントロールと比較して有意な低下を認めた。(考察)雌雄マウスの違いにおけるBeの影響では、雌マウスは雄マウスに比べ脾細胞生存率の低下が早期から現れた。本研究における雌マウスの脾細胞生存率の低下が、雄マウスの生存率の低下より早期に出現する事は興味深い事であり、このような傾向がいかなる生体物質の影響から生じるのか今後さらに検討していきたい。
癌抑制遺伝子産物の生理機能

1.酵母のTwo-hybrid系を利用して、HPV16のE6蛋白と複合体を形成する2つの細胞蛋白を得た。1つは、HUMHMCM2(酵母MCM2のヒトホモログ)であり、他の1つは未知の蛋白(約60Kd)であった。2.サイクリンD1-Cdk4が、他のサイクリンEやA依存性キナーゼとは異なったアミノ酸配列の所をリン酸化することを初めて明らかにした。サイクリンD1は癌遺伝子にもなるサイクリンであるので、この発見によって、サイクリンD1が細胞癌化に関与するメカニズムの解明が大きく進展すると期待できる。3.Drosophilaの癌抑制遺伝子l(2)glのマウスホモログmgl-1ならびにmgl-2遺伝子の機能をジーンターゲッティングにより解析した。mgl-1ホモ欠損マウスでは水頭症を呈し、出生後48時間以内に死亡し、組織学的には神経上皮細胞の異常が認められた。一方、mgl-2ホモ欠損マウスは、ほとんどが生殖能力を有する生体となるが、すべて矮小であった。4.p21の変異蛋白を複数作製して精製し、アミノ酸置換されたp21はサイクリンDl/Cdk4複合体に結合するがその酵素活性を阻害できないことを見い出した。この変異p21をp16とともにヒト細胞に発現させると、p16に拮抗的な変異p21の作用が観察された。5.ラットcdc2プロモーターのGl/S境界での活性化に関与するエンハンサーAAGTTACAAATAに結合する蛋白因子cdc2E1とcdc2E2のcDNAを単離した結果、E1はSRE中のCArGbox結合因子をコードし、E2は未知の遺伝子であることがわかった。
siRNA screeningによる新規エピジェネティクス治療標的の探索

SiRNA whole genome screeningで同定された17遺伝子の中には、RNA制御に関する遺伝子群とエピジェネティクスに直接あるいは間接的な関与が報告されている遺伝子群にわけられた。RNAの制御に関する遺伝子は主にsplicingに関連した遺伝子であった。同定した遺伝子と共に複合体を形成する遺伝子に関しても同様に細胞株を使用しノックアウト後の遺伝子発現を検討した結果、同定した遺伝子と同様に複合体を形成する遺伝子でもがん抑制遺伝子の発現活性化を認めた。この結果より、複合体としてメチル化によって発現抑制された遺伝子の再活性化に関与していることがわかった。また、エピジェネティクスに関連する遺伝の中でDNAメチル化との関連に関して報告のない遺伝子であったが、共免疫沈降によりDNAメチル化を認識することで知られるたんぱく質と複合体を形成することがわかった。このことは同遺伝子がヒストン修飾を制御する際にDNAメチル化を認識してターゲットを判断している可能性が示唆された。ターゲット遺伝子をノックダウンした細胞で施行したchip-sequencingのマッピングの結果が予測に反したものであった。検討の結果、DNAサンプルからシークエンスライブラリを作製するさいに、プライマーのライゲーション不良が原因で適切なライブラリが作製されていなかったことが原因と考えられた。現在RNA制御に関する遺伝子に関して独立した研究としては進める計画がある。Chip-seqとRNA-seqの統合解析を進めDNAメチル化を制御するエピジェネティクスマップを作製したい。GFPがDNAメチル化で制御されたYB5を用いて施行したSiRNA whole genome screeningにて得られたGFPの発現をZ-SCOREで標準化して21360遺伝子より絞り込んだ92遺伝子すべてに対して独立した4つのSiRNAでノックダウンして、オフターゲット効果の除外を検討した。当初は2つ以上のSiRNAでGFPの発現が認められるものは目的遺伝子と判断して解析を進めたが、その後の検討でデータの恒常性に疑問が生じた。そこで、まず4種類すべてのSiRNAでGFPの発現が見られるものは標的遺伝子とした。また、2種類ないしは3種類のSiRNAでGFPの発現を認める場合は、各SiRNAでノックダウンした後の遺伝子発現とGFPの発現を比較して逆相関のあるものを標的遺伝子とした。以上の方法を持ちいることで最終的に17遺伝子が標的遺伝子と判断した。これら遺伝子の機能を過去の論文より検討すると、5つは同様の複合体を形成してヒストン修飾に関与していることが報告されている。また、他の3遺伝子は類似の働きがあり直接はエピジェネティクスに関連していないが、それら遺伝子のコードするたんぱく質を抑制すると、様々な遺伝子の発現が変化しそれら遺伝子のエピジェネティクスに変化を認めたという報告があった。さらにその他の遺伝子はDNAに直接結合するたんぱく質コードしており、遺伝子制御との深いかかわりが示唆された。当初標的遺伝子と考えた遺伝子では、データーの安定性が得られずに結果の解釈が困難であったため予定より遅れた。しかし、すべてのSiRNA使用後の発現を確認することでデーターの安定が得られより確からしい結果を得ることができた。SiRNA whole genome screeningにて同定した17遺伝子の中にRNA制御に関連する2つの遺伝子をみとめた。これらの遺伝子は伴に複合体を形成してmRNAの合成に重要な役割をすることがよく知られている。一方でこの遺伝子の発現を抑制することで発現の抑制される遺伝子があるが、TIMP3やP16などの発現が上昇する癌抑制遺伝子をみとめることリアルタイムPCRで確認された。これらの遺伝子で形成される複合体の阻害剤を使用して遺伝子の発現を確認するとsiRNAによるノックダウンの結果を再現するように、がん抑制遺伝子の発現上昇をリアルタイムPCRで確認することができた。TCGAのデーターベースにて対象遺伝子の癌での変異を確認すると多くのがんで変異を認めることも分かった。同複合体を形成する他たんぱく質をコードする遺伝子に関しては再度SiRNAでノックダウンして遺伝子の発現を確認したところ、それらでは癌抑制遺伝子の発現上昇は認めなかった。今回注目した遺伝子ならびに複合体はがん治療のターゲットとして期待されるためさらなる検討が必要である。スクリーニングにて同定した遺伝子からのターゲットの絞り込み順調で同定された遺伝子には多くの予測された遺伝子を認める一方で、機能に関して報告のない遺伝子も含まれた。したがって、エピジェネティクス制御に関して新しい機構が見いだされる可能性がある。それらのターゲットの中の一つでは阻害剤として報告のある化合物を用いても同様の遺伝子制御が見られた。このことは、スクリーニングの確からしさを反映していると同時に、これからの実験計画がスムーズになると期待される。

検討の結果、DNAサンプルからシークエンスライブラリを作製するさいに、プライマーのライゲーション不良が原因で適切なライブラリが作製されていなかったことが原因と考えられた。今回ターゲット判断した遺伝子のエピジェネティクスに対する影響を、DNAメチル化、ヒストン修飾などの面から解析を進めるRNAseq解析、CHIP-seq解析を施行することで各遺伝子が制御する遺伝子群を明らかにして。新たなエピジェネティクス制御機構を模索すると同時に新規治療薬の可能性にせまる。その中で期待される標的に関しては動物実験も検討する。現在RNA制御に関する遺伝子に関して独立した研究としては進める計画がある。Chip-seqとRNA-seqの統合解析を進めDNAメチル化を制御するエピジェネティクスマップを作製したい。標的遺伝子の選択に苦心したため研究が遅れた。遺伝子発現で使用したsuper MIXなどの高額試薬は研究質の在庫を使用することができた。また、コンピューターを用いた解析に時間を多く費やした。パソコンを使用した解析が主であったことや、予定より試薬が安価で購入できたため次年度使用額が生じた。次年度では次世代シークエンサーで使用するライブラリーの作成試薬等を購入する。ターゲット遺伝子をノックダウンした細胞で施行したchip-sequencingのマッピングの結果が予測に反したものであった。理由を検討するためにマッピング処理の問題であるのか、プログラミングの問題であるのかなどを検討するのに多くの時間を費やした。同期間に関してはコンピュータを用いた検討が主体であり試薬の使用が少なかった。選択したターゲット遺伝子に対する抗体の購入やRNA-seqを施行するための試薬が必要である。
重イオンビームパルスラジオリシスによる高密度励起効果の研究

本研究では、日本原子力研究開発機構・高崎研のTIARAの重イオンパルスを活用し、イオンビーム照射によるシンチレーターの発光を分析光として利用した新規な時間分解吸収分光法を考案し、数少ないイオンビームで測定が可能な重イオンパルスラジオリシスの開発を行った。ナノ秒時間領域で中間活性種の過渡吸収の測定により、重イオンビーム励起によって生成されるカチオンラジカル、電子、励起状態分子など初期の短寿命中間活性種の挙動を明らかにし、化学反応機構の出発点となる初期過程の解明を行った。また、低LETの電子ビーム誘起現象との比較により、重イオンビームの高密度励起効果の研究を行った本研究では、日本原子力研究開発機構・高崎研のTIARAの重イオンパルスを活用し、イオンビーム照射によるシンチレーターの発光を分析光として利用した新規な時間分解吸収分光法を考案し、数少ないイオンビームで測定が可能な重イオンパルスラジオリシスの開発を行った。また、低LETの電子ビーム誘起現象との比較により、重イオンビームの高密度励起効果の研究を行った本年度は、重イオンビームパルスラジオリシスの改良及びナノ秒時間領域での吸収分光測定と重イオン誘起初期反応機構の解析手法の確立を行った。(1)イオンビームパルスラジオリシスの改良と高機能化:イオンビーム照射時、微小領域での吸収測定に対して、X線ノイズなど影響が大きい問題を解決するために、サンプルセルとシンチレータの設置法の改良を行い、光吸収分光測定には光ファイバーを利用した新たな光測定系を導入し、微小なシグナルの検出を目指した高S/Nの測定システムを開発した(2)イオンビーム照射システムの改良:日本原子力研究開発機構・高崎研TIARAの協力の上、イオン入射系に新たな高性能のPチョッパーを製作し、大気中で照射可能なイオンビーム照射システムの改良を行った。これにより、時間分解吸収分光測定が高速化でき、測定の再現性の向上もつないだ。さらに、イオンビームのパルス化と安定化により、多種のイオンビーム(C^<6+>、He^<2+>、Ne^<8+>、H^+)のイオンビームパルスラジオリシスの測定が可能となった。(3)重イオンビームパルスラジオリシスによる中間活性種の挙動の測定手法の確立:イオンビーム照射システムとイオンビームパルスラジオリシスの改良と高機能化により、平成18年度は、ナノ秒時間領域でのC^<6+>とHe^<2+>イオンビーム照射によって、ピレン塩化メチレン溶液中生成されるピレンカチオンラジカルの過渡吸収の測定に成功した。測定した過渡吸収挙動を低LET放射線(電子線)誘起により初期過程と比較し、高密度励起のモデル化等と通してナノ秒時間領域での重イオン誘起初期反応機構の解明を行った。本年度は、前年度の研究成果を発展させ、重イオンビームパルスラジオリシス時間領域の拡張と多種イオンビーム(C^<5+>、He^<2+>、Ne^<8+>、H^+)誘起初期反応機構の測定法の確立を行った。(1)パルスラジオリシス時間領域の拡張:イオンビームパルス照射時、パルス当たりイオン数の変動が光吸収分光測定のS/N比の劣化となり、再現性の良い測定が困難である。この問題を解決するために、イオンビームがサンプルの上に設置されたシンチレーターを照射する際、発生した光(サンプルに対して反対方向の発光)を光電子増倍管により測定し、パルスラジオリシスの分析光強度変化に対する補正方法を考案した。これにより、微小なシグナルの検出を目指した高S/Nの測定に成功し、パルスラジオリシスの時間領域の拡張と再現性の良い測定方法を確定した。(2)多種イオンビーム誘起初期反応機構解析手法の確立:日本原子力研究開発機構・高崎研TIARAのイオン入射系にPチョッパーを導入し、500Hzの繰返しでシングルイオンパルスの取り出しに成功した。これにより、高精度に時間分解吸収分光測定ができ、測定の再現性の向上にもつないだ。さらに、イオンビームのパルス化とパルスラジオリシスの分析光強度変化に対する補正法の適用により、多種のイオンビーム(C^<5+>、He^<2+>、Ne^<8+>、H^+)パルスラジオリシスの測定が可能となった。(3)重イオンビームの高度利用への展開多種のイオンビーム(C^<5+>、He^<2+>、Ne^<8+>など)や低LET放射線(電子線)の誘起初期過程を比較し、高密度励起のモデル化等と通して重イオン誘起初期反応機構を解明し、高度利用への展開を行った。