hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
価数転移・重い電子系イッテルビウム化合物の圧力下の磁気相研究と新奇超伝導相探索

本年度の研究実績は以下の通りである。(1)これまで研究を行ってきた重い電子系化合物立法晶YbCu_5について、新潟大学との共同研究によってより高圧力下(最大8GPa)で電気抵抗ρの測定を行った。これまでの3GPaまでのρは圧力依存性が小さかったが、3GPa以上で圧力依存性が大きくなる傾向が見られた。通常、圧力依存性は低圧力領域で大きく、高圧力領域で小さくなるので、逆の振舞である。よって何らかの相転移や異常が起こっていると期待される。また、加圧とともにρの-logT的な振舞が顕著になり、ブロードな山が成長してくる。最低温領域におけるT^2に比例する振舞は、加圧とともにその係数Aが大きくなり、T^2に乗る温度領域が低温部分に限定されてくる傾向が見られた。従って、徐々に伝導電子の有効質量が増強されており、非フェルミ液体的な振舞に近づいているように見える。(2)(1)の実験で観測された高圧力領域での大きな圧力依存性についての知見を得るため、最高圧力10GPa、最低温度10Kの粉末X線回折をSPring-8 BL10XUで行った。3GPa前後で構造相転移などの異常は見られず、格子定数も滑らかに変化している。構造の観点からは3GPa付近に異常は見られなかった。(3)重い電子系・価数揺動系の新しいYb化合物を探索することを目的として、様々な化合物の育成に挑戦した。その中で、Yb_2Ni_<12>P_7の単結晶育成に成功した。従来の多結晶試料に比べ、不純物の量が少ない物質が得られた。(4)価数転移物質YbInCu_4の圧力誘起強磁性について調べることを目的として、同構造で常圧下でも強磁性であるYbInNi_4に注目し、YbのY置換による強磁性に及ぼす影響を調べた。Y置換とともにYbあたりの磁気モーメントが小さくなり、キュリー点が低下する振舞が観測された。YbInCu_4の強磁性とよく似た振舞である。本年度は価数転移を示すYb化合物の高圧・極低温下における磁化測定,重い電子系Yb化合物の高圧下の電気抵抗測定,及び,Yb化合物との対照物質となる重い電子系Eu化合物の単結晶引き上げを行った。価数転移を示すYb化合物においては,従来よりも高い価数転移温度T_vを示す物質について調べ,より高い圧力(2.0GPa)で価数転移が完全に消失した。この際,従来と同様な弱い強磁性相が出現した。しかし,このキュリー点と自発磁化は従来の低いT_vの物質のそれに比べ,いずれも大きくなっていた。また,従来と今回の研究を見比べると,価数転移の消失と弱い強磁性の出現は連動して起こっている。すなわち,両現象は独立して起こるのではなく,相関しており,価数転移の高温相が低温まで安定化した結果,弱い強磁性が出現したとみなせる。つまり,高温相の基底状態が弱い強磁性であることを強く示唆している。重い電子系Yb化合物においては,NiCrAl+CuBe二層式高圧セルを新たに導入し,3.0GPaまでの圧力発生に成功した。このセルを用いて電気抵抗を測定したところ,低温のT^2の係数Aが徐々に増加し,3.0GPaにおいては常圧の2倍程度増強された。しかしながら,新しい磁気秩序や量子臨界点近傍の振舞は観測されていない。重い電子系Eu化合物の単結晶は,本年度更新したアーク電源をテトラアーク炉に接続して行った。Euは蒸気圧が高く,開放系での育成には向かないことも心配されたが,単結晶ライクなものが育成できている。現在,単結晶試料の切り出し及び評価を行っている最中である。本年度は以下の研究を行った。(1)価数転移を示すYb化合物の高圧下磁化測定結果を解析したところ、支配的な量子スピン揺らぎを示唆する結果を得た。Y濃度、圧力を変えるとスピン揺らぎのパラメータが系統的に変化することから、この圧力誘起強磁性は遍歴電子強磁性理論で議論できると考えられる。(2)重い電子系化合物YbCu_<5-x>Ag_x系について、希釈冷凍機を用いて熱電能Sを測定した。これまでの最低温度2Kの測定で、最低温度におけるS/Tの組成x依存性が電子比熱係数γのそれと対応しないことが問題となっていた。その原因として測定最低温度が十分に低くなっていないことが考えられた。今回の0.2Kまでの測定によってx=0を除いて、S/Tとγのx依存性はほぼ一致することが明らかになった。これらの物理量が大きな状態密度を反映していることに対応している。X=0については依然としてS/Tとγが対応していない。この原因については現在も考察中である。(3)Yb系で最も重い電子系化合物YbCu_5について、高圧下電気抵抗の測定を行った。今回は以前の測定よりも高い圧力領域を目指して何度も実験を行ったが、圧力セルの破損により高い圧力領域のデータは得られなかった。最低温度領域の電気抵抗はT^2依存性を示し、その係数Aは圧力とともに増加する結果が得られた。加圧により電子の有効質量が増大することを示唆する結果が観測されたが、新しい磁気秩序や超伝導の出現の兆候は見られなかった。(4)Yb系スクッテルダイト

化合物YbFe_4Sb_<12>は報告者によって様々な物性が報告されており、統一的な物性の理解が進んでいなかった。おそらく試料の純度に問題があると考えられている。そこで、我々が最近試みている赤外線誘導加熱炉を用いたブリッジマン法を用いてより純度の高い試料作製を試みた。しかしながら、純度の高い試料を得ることができなかった。本年度の研究実績は以下の通りである。(1)これまで研究を行ってきた重い電子系化合物立法晶YbCu_5について、新潟大学との共同研究によってより高圧力下(最大8GPa)で電気抵抗ρの測定を行った。これまでの3GPaまでのρは圧力依存性が小さかったが、3GPa以上で圧力依存性が大きくなる傾向が見られた。通常、圧力依存性は低圧力領域で大きく、高圧力領域で小さくなるので、逆の振舞である。よって何らかの相転移や異常が起こっていると期待される。また、加圧とともにρの-logT的な振舞が顕著になり、ブロードな山が成長してくる。最低温領域におけるT^2に比例する振舞は、加圧とともにその係数Aが大きくなり、T^2に乗る温度領域が低温部分に限定されてくる傾向が見られた。従って、徐々に伝導電子の有効質量が増強されており、非フェルミ液体的な振舞に近づいているように見える。(2)(1)の実験で観測された高圧力領域での大きな圧力依存性についての知見を得るため、最高圧力10GPa、最低温度10Kの粉末X線回折をSPring-8 BL10XUで行った。3GPa前後で構造相転移などの異常は見られず、格子定数も滑らかに変化している。構造の観点からは3GPa付近に異常は見られなかった。(3)重い電子系・価数揺動系の新しいYb化合物を探索することを目的として、様々な化合物の育成に挑戦した。その中で、Yb_2Ni_<12>P_7の単結晶育成に成功した。従来の多結晶試料に比べ、不純物の量が少ない物質が得られた。(4)価数転移物質YbInCu_4の圧力誘起強磁性について調べることを目的として、同構造で常圧下でも強磁性であるYbInNi_4に注目し、YbのY置換による強磁性に及ぼす影響を調べた。Y置換とともにYbあたりの磁気モーメントが小さくなり、キュリー点が低下する振舞が観測された。YbInCu_4の強磁性とよく似た振舞である。
アミロイドβ蛋白組み換えダイズ蛋白を用いたアルツハイマー病予防療法の開発

アルツハイマー病(AD)の進行を抑制するには,認知症発症前からの免疫療法が有効と考えられている.しかし,認知症の発症予防には長期間の投与が必要であり,有効性と共に安全性や低侵襲性が重要となる.現在行われている抗体療法はその侵襲性や高額な治療費が問題となっている.我々はアミロイドbeta蛋白(Abeta)を組み込んだダイズ蛋白をダイズ種子に高容量で産生させることに成功した.組み替えダイズ蛋白をADモデルマウスに経口投与し, Abeta蓄積予防効果,記憶障害予防効果,神経細胞障害予防効果,髄膜脳炎や微小出血などの副作用の有無を検討して,有効で安全性が高く,低侵襲で安価なAD予防療法の開発を行う.アルツハイマー病(AD)の進行を抑制するには,認知症発症前からの免疫療法が有効と考えられている.しかし,認知症の発症予防には長期間の投与が必要であり,有効性と共に安全性や低侵襲性が重要となる.現在行われている抗体療法はその侵襲性や高額な治療費が問題となっている.我々はアミロイドbeta蛋白(Abeta)を組み込んだダイズ蛋白をダイズ種子に高容量で産生させることに成功した.組み替えダイズ蛋白をADモデルマウスに経口投与し, Abeta蓄積予防効果,記憶障害予防効果,神経細胞障害予防効果,髄膜脳炎や微小出血などの副作用の有無を検討して,有効で安全性が高く,低侵襲で安価なAD予防療法の開発を行う.
飛翔物を捕捉する高速移動ロボット実現のための基礎的研究

1.緊急停止を考慮した軌道計画法移動速度が上がるにつれて,ロボットが障害物に衝突すること無く安全に停止できる能力の重要性は増してくる.研究代表者らはこれまで,スプライン曲線をべースにした単位運動の概念を用い,移動ロボットのための軌道計画法をさまざまな角度から検討してきたが,ここでは特に,加速度を考慮にいれた緊急停止法という観点から考察し,センサレンジと最高速度との関連や,カーブでの加減速法等について新たな方法を構築した.具体的にはまず,ロボットが通るべき経路(時間を含まないロボットの移動軌跡)をスプライン曲線を用いて計画し,それを次に加速度を考慮して再サンプルして単位運動を用いた軌道を構成することにより,実現している.この方法はリアルタイムでの軌道計画に利用することを前提に構成しており,実際にロボットに搭載して実験を行って,その有効性を確認した.2.相互干渉を起しにくい超音波センサシステム超音波センサは,安価で比較的精度のよい距離測定の行えるデバイスとして,移動ロボットに広く使われている.しかしロボットの全周をセンシングするために多数個のセンサをとりつけた上で,室内等の狭い環境内で計測を行うと,超音波信号が互いに干渉を起こしてしまい,正確な測定が行えなかった.この問題を解決するために,超音波信号を固有のコードで変調する方法が提案されていた.研究代表者はこの方法を誤測定を生じる確率の観点から理論的に考察した上で拡張し,効率的なコード生成法を提案した.すなわち,誤動作を完全に排除するのではなく,若干許容することにより,計測時間と計測の信頼性をパランスさせる方法を実現したさらに,また,外乱が存在するような環境においてもこの方法が使えるようにさらに発展させた.1.秒速20mで安定して運動を行うことのできる移動台車本年度,標記移動台車の第一次試作を行った.基本は対向2輪型であり,外形は243H[mm]x243D[mm]x150H[mm],重量はバッテリ込みでおよそ7.5[kg]となった.車台中央に独立駆動輪を二つ設け,前後にサスペンションを有するキャスターを置いた.また,車台左右に計測輪を配置し,駆動輪のスリップを検出できるようにした.左右の駆動輪はそれぞれ70[W]の直流サーボモータで駆動し,定格出力時に20[m/s]の速度を発生できる(設計値).現在のところ約5[m/s]の速度までは,安定して運動できている.2.スリップを考慮にいれた急加減速コントローラ駆動力はスリップ率の関数であり,スリップ率が約0.1の付近で最大の駆動力を発生できる.したがって,急激な加減速を効果的に行うには,駆動輪のスリップ制御が不可欠である.そこで若干の余裕をみて,スリップ率0.08を保つような制御系の構成を試みた.床面と車輪との間の滑りは非線型な現象であり,この制御をフィードバック系で構成することは不可能であった.結局フィードフォワード系で目的の制御系を実現し,急加減速を試みた.その結果,床面の摩擦係数が急激に変化するような路面状況であっても,安定して加減速が行えることが明らかになった.1.緊急停止を考慮した軌道計画法移動速度が上がるにつれて,ロボットが障害物に衝突すること無く安全に停止できる能力の重要性は増してくる.研究代表者らはこれまで,スプライン曲線をべースにした単位運動の概念を用い,移動ロボットのための軌道計画法をさまざまな角度から検討してきたが,ここでは特に,加速度を考慮にいれた緊急停止法という観点から考察し,センサレンジと最高速度との関連や,カーブでの加減速法等について新たな方法を構築した.具体的にはまず,ロボットが通るべき経路(時間を含まないロボットの移動軌跡)をスプライン曲線を用いて計画し,それを次に加速度を考慮して再サンプルして単位運動を用いた軌道を構成することにより,実現している.この方法はリアルタイムでの軌道計画に利用することを前提に構成しており,実際にロボットに搭載して実験を行って,その有効性を確認した.2.相互干渉を起しにくい超音波センサシステム超音波センサは,安価で比較的精度のよい距離測定の行えるデバイスとして,移動ロボットに広く使われている.しかしロボットの全周をセンシングするために多数個のセンサをとりつけた上で,室内等の狭い環境内で計測を行うと,超音波信号が互いに干渉を起こしてしまい,正確な測定が行えなかった.この問題を解決するために,超音波信号を固有のコードで変調する方法が提案されていた.研究代表者はこの方法を誤測定を生じる確率の観点から理論的に考察した上で拡張し,効率的なコード生成法を提案した.すなわち,誤動作を完全に排除するのではなく,若干許容することにより,計測時間と計測の信頼性をパランスさせる方法を実現したさらに,また,外乱が存在するような環境においてもこの方法が使えるようにさらに発展させた.
微生物を用いた工業排水からの有用物質の回収とそのリサイクル法の開発に関する研究

クロムは耐摩耗性、強酸化性など優れた特徴を有し、代替のできない必要不可欠な機能性材料として多くの産業に利用されている。本研究では、生物由来(体内にクロムを集積する性質をもつ原生生物ミドリゾウリムシ)のクロム吸着性物質を同定および精製する事を目的とした。本研究の成果として、クロム未処理と処理ミドリゾウリムシから各々抽出したタンパク質を電気泳動法により比較した結果、両者の泳動パターンに相違が見られた。今後、発現量に差のあるタンパク質のアミノ酸配列・遺伝子配列の解析を行う必要がある。クロムは耐蝕性、耐摩耗性、強酸化性など優れた特徴を有し、機能材料として多くの産業に利用されている。産業利用されたクロムは、排水処理の過程で、クロムを含む大量の廃棄物を生じる。本研究では、クロム含有産業廃棄物からクロムを単離し、再利用するために、我々の研究グループが体内にクロムを集積する性質を明らかにした原生生物ミドリゾウリムシを用いて、ミドリゾウリムシ内のクロム吸着性物質を同定および精製する事を目的とした。以下、平成19年度の成果を記載する。(1)ミドリゾウリムシを用いた6価クロムのバイオアッセイ:ミドリゾウリムシへのクロム吸着量が最も多く、かつ、ミドリゾウリムシの生存個体数が多い条件を検討した。予備的な結果だが、処理したクロム量とミドリゾウリムシ1個体あたりのクロム吸着量はほぼ比例した。しかし、100μM以上のK_2Cr_2O_7を用いると、大きくミドリゾウリムシ数が減少した。(2)細胞内クロムの可視化とその局在の解析:金属イオン依存的に蛍光を消失する金属プローブ(カルセインブルー)を用いて、ミドリゾウリムシ内のクロム吸着部位を解析した。蛍光顕微鏡を用いた現在までの解析のところ、プローブの濃度など染色条件の検討が必要で、うまく染色できていない。本方法は、顕微鏡解析の他に、精製タンパク質の活性を検討する際にも有効と考えられるので、本年度も検討する。今回使用した金属プローブ以外のプローブも検討する予定。(3)クロム吸着性タンパク質のスクリーニング:平成19年度内には、十分に結果がでなかった。予定通り、今年度も引き続き解析を行う。(4)プロテオーム解析のためタンパク質抽出条件の検討:2回の2次元電気泳動の結果、中性付近から塩基性側にかけての特に高分子量領域でタンパク質スポットの再現性が困難であった。しかし、ゲルの中央付近にあたる上記領域以外では、比較的再現性よくタンパク質抽出ができていた。研究(3)でクロム吸着性タンパク質をスクリーニング後、再度検討する必要がある。クロムは耐蝕性、耐摩耗性など優れた特徴を有し、機能性材料として多くの産業に利用されている。本研究では、クロム含有産業廃棄物からクロムを単離し、再利用するために、体内にクロムを集積する性質をもつ原生生物ミドリゾウリムシを用いて、クロム吸着性物質を同定・精製する事を目的とした。以下、平成20年度の成果と現在までの進捗状況を記載する。クロム吸着性タンパク質のスクリーニングに先立ち、まず初めに、クロム処理したミドリゾウリムシからタンパク質を抽出する条件の検討を行った。予備的なこれまでの実験の結果から、クロム存在下では、ミドリゾウリムシの増殖が期待できないため、処理開始時のミドリゾウリムシの個体数および処理時間が重要になる。通常、ミドリゾウリムシ数の測定は、適当な容量中のミドリゾウリムシ個体数を実体顕微鏡下で目視により測定し、個体数密度を求める。しかし、測定可能なミドリゾウリムシ個体数密度では、十分な量のタンパク質を抽出できなかった。そこで、定常期のミドリゾウリムシを遠心操作で回収し、ミドリゾウリムシを含む沈殿成分をクロム未処理と処理サンプルに分ける事で、クロム処理特異的なタンパク質の同定を試みた。毎回の実験ごとにミドリゾウリムシの個体数が完全に同じとはいえないが、電気泳動など分析・比較時のタンパク質量をそろえる事によりサンプル間の比較をする事とした。電気泳動の結果、クロム未処理と処理サンプル間では、泳動パターンに相違が見られた。今回は、ミドリゾウリムシの個体数を検討するにあたり、処理時間を24時間に固定したが、今後、処理時間に依存した泳動パターンの変化にも注目する必要がある。発現量に差のあるタンパク質や特異的なタンパク質バンドに関しては、そのアミノ酸配列の解析や精製タンパク質のクロム結合能を明らかにする方向で研究を進展させたい。
IV型コラーゲンを用いた細胞培養法の確立と開発

本研究はIV型コラーゲンを細胞基質として用いた培養方法を確立し、あらたに開発することを目的としたものである。企業への培養基質の作成技術の供与も視野に入れていた。しかし、BSE問題の発生で、材料となるウシレンズカプセルの国内での入手が困難になったため、大量調整技術等の開発が実質上不可能になった。BSE未発生国からの輸入を行うことで研究の継続は可能で、下記のように、培養基質としての利用に進展が見られている。1.IV型コラーゲン抽出方法の改良ゲル化可能なIV型コラーゲンの抽出方法の改良を行い、ウシレンズカプセルから、これまでの約2倍の回収を可能にした。新しい方法で調製されたIV型コラーゲンは、酢酸処理に比べ若干のアミノ酸の修飾を受けているが、ゲル形成可能で、ゲル上では平滑筋細胞、メサンギウム細胞でメッシュワークが形成された。2.IV型コラーゲンを用いた種々の培養方法a.ハットゲルガラスカバー上でIV型コラーゲンゲルを形成させたのち風乾すると、ゲルの周縁部から乾燥し、中心部のみにゲル構造を残した培養基質を作ることができる。中心部と周縁部では、物質的には同じながら、両者とも会合体ではあるがゲルか否かの構造のみが異なる。両部位で培養された平滑筋細胞の応答には顕著な差が見られた。細胞のメッシュワーク構造の維持に必要な因子に関して情報が得られた。基底膜近傍にはV型コラーゲンが比較的多く存在する。IV型コラーゲンを用いた培養系にV型コラーゲンをさらに添加し、血管内皮細胞やメサンギウム細胞の応答の変化を調べた。培養条件の違いによって、細胞形態等に差が見られた本研究はIV型コラーゲンを細胞基質として用いた培養方法を確立し、あらたに開発することを目的としたものである。培養条件の違いによって、細胞形態等に差が見られた1.ウシレンズカプセルよりIV型コラーゲン抽出・精製法の検討レンズカプセルは特殊な基底膜であり、大部分がIV型コラーゲンからなる。IV型コラーゲン抽出の出発材料としてウシ眼球レンズカプセルは最適の材料である。抽出・精製方法の改良は、前処理、抽出条件、再溶解に着目し、現時点で最良の条件が得られた。ところが平成13年9月以来のBSE騒動によりウシ材料の大量入手が事実上不可能である。IV型コラーゲンの出発材料を再検討せざるを得なくなった。ウシに代えてブタよりレンズカプセルを摘出したが、一個あたりの重さがウシの約1/10程度であり、大量調製や安定的に入手するのには難があることが分かった。ブタ胎盤は比較的に入手が容易なことかわかったので現在検討している。しかし、IV型コラーゲンは非酵素的な抽出する必要があり、新しく抽出・精製する条件を確立する必要がある。また組織から抽出に代えて、培養細胞からの抽出方法の検討も開始した。2.多細胞メッシュワーク形成に必要なIV型コラーゲンゲルの構造IV型コラーゲンを円形ガラスカバー上でゲル化させ、そのまま風乾させると、周辺部が部分的に乾燥し中央部が盛り上がったゲル状の、いわばつば付きの帽子様の培養基質ができる。この基質上に血管平滑筋細胞を播種すると、中央部のゲル様の部分では細胞はメッシュワーク様の形態をとり、周辺部ではプラスティック上で培養された際の細胞の形態を示した。同一の試料から出発し、化学的な組成は同じと考えるものでも物質の性状が異なるだけで、細胞の応答は明瞭に異なった。この細胞基質はIV型コラーゲンによる多細胞メッシュワーク形成に及ぼす因子や条件を検討するよい実験系であることを示しており、解析的な研究に有効な培養系であることが分かった。1.今年度は、ウシ眼球をオーストラリアから輸入することが可能になった。しかし、輸入眼球よりレンズカプセルの摘出は多少の困難があった。輸送期間中の鮮度の低下が原因と思われる。

さらに、レンズカプセルからのIV型コラーゲンの抽出効率の約60%に低下していた。輸送方法の検討が必要と考えられる。また、ブタ眼球よりレンスカプセルを摘出し、IV型コラーゲンの抽出を行った。抽出効率は良いが、ウシに比べレンスカプセルが小さいため最終的に回収されるIV型コラーゲンの量が少なかった。しかし、ウシ由来のものと同様にゲル化可能で、細胞培養基質として利用可能であることが分かった。2.IV型コラーゲンを産生する培養細胞を中空糸膜を用いた培養装置で大量培養を行い、培養液からIV型コラーゲンの単離を試みた。細胞はヒト胎児肺由来線維芽細胞とヒト腎臓メサンギウム細胞を用いた。約3か月それぞれの細胞で大量培養を行ったが、培養液中に分泌されるIV型コラーゲン量に格段の改善は見られず、中空糸膜を用いた培養系の有効性は確認されなかった。さらに、他のIV型コラーゲン産生の可能な培養細胞の検索を続けている。培養液からのIV型コラーゲンの単離には、抗体アフィニティーカラムの他にヘパリンを用いたアフィニティーカラムも有効であることが分かった。3.IV型コラーゲンの2種類の会合体(ゲルと非ゲル)が連続的に変化する培養基質上でヒト平滑筋細胞を培養したところ、細胞は会合体の種類に応じてそれぞれに特徴的な応答を示した。2つの会合体は電顕による観察ではほとんど差異が認められないが、ゲルであるかどうか、すなわち会合体の水の環境が違う。細胞がそのような差異を識別できることは大変興味深い。4.IV型コラーゲンを用いた培養系の利点の一部を他のコラーゲンで代用できるか検討した。IV型コラーゲンが存在する基底膜近傍にはV型コラーゲンが比較的多く存在する。ウシ角膜よりV型コラーゲンを単離し、再構成したV型コラーゲン線維をコートしたり、培養液中に添加して細胞の挙動を観察した。V型コラーゲン線維の表面は、細胞の接着は可能であるが、プラスティックの培養皿との接着は弱いと考えられる現象を見いだした。V型コラーゲン分子には多くのリジン残基に糖が付加しており、その割合はIV型コラーゲンに近い。IV型コラーゲンにおいても同様の作用が考えられた。本研究はIV型コラーゲンを細胞基質として用いた培養方法を確立し、あらたに開発することを目的としたものである。企業への培養基質の作成技術の供与も視野に入れていた。しかし、BSE問題の発生で、材料となるウシレンズカプセルの国内での入手が困難になったため、大量調整技術等の開発が実質上不可能になった。BSE未発生国からの輸入を行うことで研究の継続は可能で、下記のように、培養基質としての利用に進展が見られている。1.IV型コラーゲン抽出方法の改良ゲル化可能なIV型コラーゲンの抽出方法の改良を行い、ウシレンズカプセルから、これまでの約2倍の回収を可能にした。新しい方法で調製されたIV型コラーゲンは、酢酸処理に比べ若干のアミノ酸の修飾を受けているが、ゲル形成可能で、ゲル上では平滑筋細胞、メサンギウム細胞でメッシュワークが形成された。2.IV型コラーゲンを用いた種々の培養方法a.ハットゲルガラスカバー上でIV型コラーゲンゲルを形成させたのち風乾すると、ゲルの周縁部から乾燥し、中心部のみにゲル構造を残した培養基質を作ることができる。
Tri-Functional自己センシングCFRP構造キャパシタの開発研究

昨年度までに3Dプリント複合材で作成可能なスナップイン型サンドイッチ構造を開発し,そのサンドイッチコア部分に電解液とカーボンブラック電極を密封したキャパシタ構造を作成することに成功し,電気抵抗変化を用いることでスキン材の炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の破壊を検知可能であることを実験的に検証してきた.最終年度である本年度においては,(1)衝突を模擬した曲げ破壊時のスナップインサンドイッチ構造の上下スキン材のはがれを防止する機構の作成と(2)スキン材のCFRP破壊を検知する電気抵抗変化のしきい値の決定を目標に研究実施した.上下のスキン材のはがれ防止は,上下スキン材に鍵状のスナップロックシステムを用いることで固定可能であることを実験的に検証した.このスナップロックでスナップインサンドイッチ構造を固定することが可能となった.さらに,曲げ試験を実施して引張側や圧縮側の電気抵抗変化を測定した.引張側においては,炭素繊維の引張破壊時に繊維破断に起因する1000Ω程度の大きな電気抵抗上昇で事前に破断検知可能であることが検証できた.しかし,圧縮側では数Ω程度の変化しか確認できなかった.3Dプリント複合材の圧縮破壊そのものがプリプレグ積層のCFRPの圧縮破壊と異なる可能性があるため,純粋な圧縮時の電気抵抗変化を実験により測定した.座屈防止のために小型の矩形試験片をスキン材にして,ナイロン樹脂をコア材としてサンドイッチ構造で圧縮試験を行い,3DプリントCFRPでは負荷に対して非線形の電気抵抗変化が得られた.これは,プリプレグ積層の場合と異なり,繊維が初期状態からたわんでいることが原因であると思われる.衝撃時に破壊をいち早く検出するには圧縮側の検知が重要であり,今後の課題となった.平成27年度の研究目標はフォームコア部分に電気二重層キャパシタを作成すること,複合材スキン部分との接着部の面積の改善である.フォームコア部分をくりぬいて電解液と活性炭電極,カーボン織物リード線を入れて両端部をスキン材の織物カーボンで封印する方法では電解液が漏えいし,24時間経過後に電気容量が消滅するという問題が発生した.これを改善するために,撥水性のあるフォームコアに変更し,そのフォームコアの中央部分をくりぬいてフォームコア自身に電解液を保存させる方式に変更した.また,活性炭電極と織物カーボンリード線とを接続するカーボン両面テープの導電性に問題があり,厚さ方位にしか電流が流れないためにはく離が発生すると電極面積が低下することが判明し,はく離防止のためのスティッチングを行うことで長期信頼性を確保することにした.これらの改良を加えることで48時間までの試験において,蓄電性能を維持可能であることが確認された.この方法ではスキン材との接着面はすべて撥水性のあるフォーム材で接着可能であり,接着強度の改善も達成される.ただし,電極部などの影響を考慮して限界の変形などは今後の課題である.スキン材を電解液の封印に使う方法を大幅に改善する撥水性のフォームコアを用いた手法に切り替えることでスキン材との接着性の問題を改善し,さらに電解液の漏えい問題も解決した.当初の予定である電気二重層キャパシタをフォームコア内に実現する初年度の目標はこれによって達成できている.ただし,スキン材を取り付けた強度評価までは至っていないが,当初の計画通りである.昨年度までにおいて,活性炭電極を使用して紙製のセパレータを用いることで電気二重層キャパシタが複合材料のフォームコア構造内部に設置可能であることが実証された.しかし,フォームコアをスキン材の炭素繊維強化複合材料に接着する際に電解液の漏えいなどの問題点が生じていた.また,活性炭電極の性能が十分に達成できない問題を有していた.平成28年度においては,これたの問題を解決するためにフォームコアを廃止し,3Dプリンタで作成した熱可塑性複合材料を用いて,スキン材を炭素繊維強化熱可塑性樹脂としてコア材を熱可塑性樹脂に変更し,オス型とメス型をスキン材上下面に整形することではめ合わせによって簡単にサンドイッチ構造ができるスナップインCFRPサンドイッチ構造を開発し,その内部に電気二重層キャパシタを設置することにした.これによって長期試験においても電解液の漏えいがないことが確認された.3Dプリンタで作成したスナップインCFRPサンドイッチ構造についてはコア部分の構造や曲げ変形について実験的検討を行い,四角形のコア構造でも十分な剛性と強度が得られることが実証された.熱可塑性樹脂であるために破壊時にはコア部分の圧潰が生じており,コア部分のフランジの断面積などを今後最適なものを検討する必要がある.電極については,カーボンナノチューブのシート型電極と従来の活性炭電極を用いて電解液中で基礎的な充放電の実験的検討を行った.その結果,電極面積を広げる目的であったカーボンナノチューブ電極はバインダ樹脂の影響で表面積が減少し,電極バインダ技術から検討する必要性があることがわかり,カーボンナノチューブ電極の使用を断念した.活性炭電極は電解液が細部に入り込まない影響があることがわかり,超音波洗浄機で微細な気泡を除去することで目標値が達成できることがわかった.当初の計画では,電解液密閉のためにフォームコアを密閉するための箱型プラスチックなどが検討されていたが,最新の複合材料3Dプリンタを利用することで熱可塑性コアのフランジと炭素繊維強化熱可塑性樹脂のスキン材の一体成型が可能となり,技術的な進歩が大幅に改善された.スナップイン形式のオス型とメス型を組み合わせる方式を提案することによって,作業性も大幅に改善され,本研究の達成に大幅な進歩が可能となった.

また活性炭電極も超音波洗浄機を利用して活性炭内部の微細な気泡を除去することに成功し,蓄電能力的にも目標を達成可能となった.このために研究はおおむね順調に進展しているといえる.昨年度までに,炭素繊維強化複合材料構造を3Dプリンタでスキン材とコア材を一体で成形するシステムを導入し,キャパシタとしてのコアの最適形状を実験的に求めている.さらにキャパシタ機能の確認も実験的に行っている.複合材料3Dプリンタ(MarkForged社製MarkTwo)において,連続炭素繊維フィラメントを用いてスキン材とコア上部を一体化したもの,スキン材とコア下部を一体化したものを作成し,この凹凸のはめ合わせでサンドイッチ構造とすることが可能であることを実験的に示している.また,防湿用のフィルムバッグによって電解液のキャパシタがそのままコア内部に収納可能であること,十分な充電性能を有していることを実験的に示している.該当年度においては,スキン材の炭素繊維強化複合材料の破壊試験を実施し,電気抵抗変化でモニタリングする手法について,実験的に検討を行った.破壊試験には,自動車のスキン材に衝突荷重が負荷されることを想定して3点曲げ試験を実施した.3点曲げにおいて,コア部分の高さの適切化を行う必要があることが秋r化になった.実験的にこれを調整した.炭素繊維複合材3Dプリンタを用いてキャパシタに適した矩形構造のコアを有するはめ込み式のスナップイン構造を作成した.炭素繊維は表面のスキン材にのみ配置されている.スキン材の炭素繊維に電気的な接触を持たせるために表面のナイロン樹脂を研磨して除去し,導電性銀ペーストで電極を作成した.そしてリード線を設置し,電気抵抗を測定しながら曲げ破壊試験を実施した.スキン材は一方向炭素繊維であり,負荷応力によって微小な電気抵抗変化を生じるが,感度を下げることで,負荷時の電気抵抗変化はほぼゼロとして破断直前の急激な電気抵抗の上昇を的確にとらえることに成功した.いくつかのコア試験体についても同様の実験を行い,この手法の有効性を確認した.スキン材のひずみ変化ではなく,破断時の急激な電気抵抗変化上昇をとらえる閾値の設定に成功した.ただし,熱可塑性プラスチックに炭素繊維を入れている複合材料であるために破断までの変形が大きく,クリアな結果を得るための試験片形状の条件の探索に時間がかかった.最終的には電気抵抗変化で測定可能であることが明らかになったのでおおむね順調であると思われる.昨年度までに3Dプリント複合材で作成可能なスナップイン型サンドイッチ構造を開発し,そのサンドイッチコア部分に電解液とカーボンブラック電極を密封したキャパシタ構造を作成することに成功し,電気抵抗変化を用いることでスキン材の炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の破壊を検知可能であることを実験的に検証してきた.最終年度である本年度においては,(1)衝突を模擬した曲げ破壊時のスナップインサンドイッチ構造の上下スキン材のはがれを防止する機構の作成と(2)スキン材のCFRP破壊を検知する電気抵抗変化のしきい値の決定を目標に研究実施した.上下のスキン材のはがれ防止は,上下スキン材に鍵状のスナップロックシステムを用いることで固定可能であることを実験的に検証した.このスナップロックでスナップインサンドイッチ構造を固定することが可能となった.
うっ血性肝硬変に対する再生医療としての間葉系幹細胞移植療法

単心室症は、循環に寄与する心室をひとつしか持たない重篤な複雑心奇形である。複数回の手術を経てフォンタン手術に至っても、合併症として若年で高率にうっ血性肝硬変をきたすことが明らかになってきたが、その治療法は現時点で皆無である。間葉系幹細胞は、脂肪などから樹立される多分化能をもつ幹細胞であり、肝臓領域においても傍分泌による抗炎症、抗線維化作用ともつと言われている。本研究では、うっ血性肝硬変モデルマウスを用いて、間葉系幹細胞移植の治療効果検証を行い、うっ血性肝硬変に対する再生医療の可能性を見出し、単心室症患者のさらなる予後改善を目指す。
分岐構造・階層構造の形成とダイナミクス

樹枝状結晶や放電で生じるリヒテンベルグパターンなどの分岐パターンやスケールフリーネットワーク構造を持つ電力網など分岐構造・階層構造を持ついくつかの系に対して数理モデルを提案した。それらの数理モデルの数値シミュレーションを行い、パターン形成や複雑なダイナミクスを研究した。「分岐構造、階層構造の形成とダイナミクス」という題目で分岐パターンや階層構造の形成原理を深く研究することをめざしている。そのために、簡単化した数理モデルを提案し、その数値シミュレーションを行う。今年度は沿面放電に生じる分岐パターンの力学モデルのシミュレーションを行い、コンデンサの容量に対応するパラメータを変えていくと、分岐密度が連続的に変化することを見つけた。分岐密度を数量化するためにフラクタル次元を計算した。また、雷の先駆放電にみられるようなステップリーダーの時間的振る舞い、すなわち、放電路が少し進んでいったん停止しまた進むという階段状の進展をしめすパラメータ領域が存在することが分かった。雷の先駆放電のステップリーダーは古くから知られている現象であるが原因はいまだにはっきりしていない。このモデルをもとにさらに数理的にステップリーダーの原因を追究したい。複雑な分岐構造上のダイナミクスの簡単な例として、インクの紙への浸透の問題の数理モデルのシミュレーションした。紙は紙の繊維が複雑に絡み合った媒質で、インクはその繊維にそって表面張力によって浸透してゆく。ランダム性と浸透性、さらに紙の表面での水分の蒸発が釣り合ったところでインクの浸透界面が止まる。そのとき、ある種の臨界状態が自己組織化され、界面の幅と長さの間にフラクタルの一種であるセルフアフィン性が生じることを示した。前年行った沿面放電の分岐パターンの研究において、パターン成長が一様に進むのではなく、成長して止まるまた成長を再開するといった振動現象が見られた。これは雷放電の先駆放電でみられるステップトリーダーの振る舞いに相当する。このステップ状の放電の進行ダイナミクスを理解するために、半径方の成長のみ取り入れた1次元モデルを提案し詳しく解析した。その結果、放電先端部の電圧と先端付近のコンダクタンスの相互作用で振動が自発的に生じることが分かった。体節形成の反応拡散モデルの作り数値計算した。位置情報をつくる反応拡散系と周期構造をつくる反応拡散系とパルス伝搬の反応拡散系を結合することにより、哺乳類などの体の節構造の発生に似たパターン形成が生じることを示した。位置情報をつくる反応拡散系とパルス伝搬が体節の位置と形成のタイミングを決め、その影響の下で周期パターンが順序良く形成される。情報の流れに階層構造を持つ反応拡散系によるパターン形成が起こる数理モデルとも解釈できる現象である。大規模停電の位相モデルを考案しシミュレーションした。負荷と発電機を2次元グリッドやスケールスリーネットワーク上にランダムに配置し、負荷を少しずつ増大させる。ある臨界値で発電量が足りなくなり、カスケード的に停電が伝播し大規模停電が生じることが分かった。平均場解析でその臨界値の近似値が求められることが分かった。分岐構造・階層構造の形成とダイナミクスの研究課題の最終年度としていくつかの分岐構造や階層構造をつくる系の数値計算を行い、その形成機構の解明をめざした。まず、スケールフリーネットワーク構造をもつ電力網を構築し、その上で大規模停電がおこるようすをシミュレーションした。電力網のダイナミクスを記述するモデルとして、フィードバック項をもつ位相モデルを考案し、数値計算を行った。シミュレーションの結果、要求される電力が大きくなると、発電所の出力限界を越えて周波数が標準値からずれてくるステップアウトが連鎖的に起こり、大規模停電に至る様子が確認できた。この大規模停電が生じる転移点を解析的に求めた。一方、分岐構造をつくる結晶構造にデンドライト(樹枝状結晶)がある。樹枝状結晶では界面の不安定性により多数の横枝が発生する。これまでフェイズフィールドモデルを用いた3次元デンドライトのシミュレーションの例はあったが、フェイズフィールドモデルでは表面張力項のため、比較的なめらかな形ができ、多数の横枝がフラクタル的に出現する様子が計算できていなかった。今回、結合写像格子モデルを用いて3次元シミュレーションを行い、そのフラクタル次元の値を初めて求めた。結合写像格子モデルでは表面張力を0にすることができるので微細なフラクタル構造が出現したと考えられる。また、横枝の長さ分布がべき乗則に従うことも数値計算で確認した。さらにもうひとつのテーマとして、多数の渦点系の数値計算を行い、エネルギーが低いときには渦格子状態にあったものが、エネルギーを上げるにつれ、周方向に広がった層構造になり、さらにエネルギーを上げると、動径方向にも一様な液体状態へ転移することを見つけた。結晶から液体への融解現象の1種と解釈できる。分岐構造や階層構造上のダイナミクスの例をいくつが研究でき、シミュレーションの結果様々な興味深い現象を再現できるようになったので、おおむね順調に進んでいると考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後もさらにいくつかの分岐パターン上や階層構造上のダイナミクスをモデル化してシミュレーションしていく予定である。
認知機能障害の予防・治療標的としてのケトン体代謝酵素

アルツハイマー型認知症などの認知機能障害は大部分が晩期発症型で、家族歴のない孤発例である。原因として関連が示唆されているのは脂質代謝異常であるが、未だ発症機序に不明な点が多く、その治療も対症療法を中心としている。近年、血中ケトン体濃度を増加させる高脂肪低糖質食が「ケトン食」と呼ばれ、認知機能障害などの神経変性疾患を改善することが報告されているが、その作用メカニズムは不明な点が多い。我々は、ケトン体代謝酵素であるアセトアセチルCoA合成酵素(AACS)が脂質代謝に関わること、初代培養神経細胞の正常な発達に重要な役割を果たすことを明らかにした。本研究では、アルツハイマー型認知症の原因と考えられる脂質代謝異常、そして治療効果が期待できるケトン食を繋ぐ因子としてAACSの役割を検討し、認知機能障害の予防や治療の発展に繋げることを目的とする。ゲノム編集技術であるCRISPR/Cas9systemを用いて、AACSのノックアウトマウスを作製し、脳・神経系に対する影響を検討した。その結果、AACSの欠損により、興奮性シナプスの入力を受ける樹状突起スパインの形状に関わる因子が減少した。また、マイクロアレイによりAACS欠損の影響を網羅的に解析すると、神経の発達に関連する因子が減少し、セロトニン受容体が変動していた。以上の結果は、ケトン体代謝が神経の発達だけでなく、神経伝達物質の代謝にもかかわる可能性を示唆しており、認知機能とケトン体代謝障害との関係を検討するうえで有用である。また、ヒトの成人または胎児の脳から抽出したRNAを使用し、ヒトのAACSをクローニングした結果、マウスには存在しない複数のスプライシングバリアントを単離した。これらのアイソフォームはケトン体代謝活性がないことから、AACSはヒトの脳神経系において、ケトン体代謝だけでなく多様な役割を持つ可能性が示唆された。AACSのノックアウトマウスでは、研究実績の概要に記載したように、スパインの形状に関わるシナプトポディンの発現が減少した。また、マイクロアレイ解析により、野生型とAACSノックアウトマウスの遺伝子発現量を検討したところ、神経発達に関わるNeuroD4や、セロトニンの作用に関わるセロトニン受容体アイソフォームの発現が変動していることが明らかになった。これらの結果は、AACSの従来知られていない神経機能に対する影響を示唆しており、今後の発展が期待できる。また、血中脂質濃度を検討した結果、コレステロールや脂肪酸の濃度に有意な変動は認められなかったが、AACSの欠損により血中ケトン体濃度は有意に増加しており、トリグリセリド濃度は減少した。これらの結果は、AACSが神経の発達だけでなくトリグリセリド代謝に関与する可能性を示唆しており、当初の計画だけでなく、脂質代謝異常などの治療標的としてのAACSの可能性も考えられる。ヒト脳組織において、AACSをクローニングすると、ヒトにおいてはエクソン12や17、そして両方を欠損したスプライシングバリアントが存在することを明らかにした。以前の研究により、ヒトAACSの632番目のアミノ酸が変異すると、低血糖やてんかんなどを引きおこす可能性が示唆されている。この変異はAACSの活性に影響しないが、新たに単離したアイソフォームの機能に関わる可能性が考えられる。以上の結果は、AACSの神経機能における役割を明らかにするだけでなく、脂質代謝異常などの治療標的としてのAACSの可能性も示している。また、ヒトにおいて従来知られていないアイソフォームを単離しており、次年度以降これらの機能解析をすることで、AACS並びにケトン体代謝の神経機能に対する影響を明らかにできるため、おおむね順調に進展していると判断した。2018年度の結果から、AACSを介したケトン体代謝が、神経発達や神経伝達物質の作用に関わる可能性が示唆された。2019年度以降は、神経機能に対する影響を検討するために、AACSの欠損による神経発達障害のメカニズムの解明を行う予定である。AACSのノックアウトマウスにおいて変動した神経機能に関わる因子、その分子機構を検討することは、高次脳機能におけるケトン体代謝の役割の解明や新規治療標的の探索に重要である。そこで、神経芽細胞腫であるNeuro-2a細胞やSH-SY5Y細胞を用いてAACSをノックダウンし、AACSの代謝経路であるメバロン酸経路やコレステロール、脂肪酸などを処理しそのメカニズムを検討する。また、ヒトAACSアイソフォームの細胞内局在や神経分化に対する影響を検討する。得られた結果から、関与が予想される疾患モデルマウスを使用し、AACS欠損の病態に対する影響を、行動実験を含め検討する。また、本年度の結果より、AACSがトリグリセリド代謝異常に関与する可能性が示唆された。マウスに高脂肪食負荷すると認知機能が低下することが報告されているため、高脂肪食負荷時の認知機能に対するAACS欠損の影響だけでなく、トリグリセリド代謝に対しての影響も併せて検討する。

本研究では、アルツハイマー型認知症の原因と考えられる脂質代謝異常、そして治療効果が期待できるケトン食を繋ぐ因子としてAACSの役割を検討し、認知機能障害の予防や治療の発展に繋げることを目的とする。ゲノム編集技術であるCRISPR/Cas9systemを用いて、AACSのノックアウトマウスを作製し、脳・神経系に対する影響を検討した。その結果、AACSの欠損により、興奮性シナプスの入力を受ける樹状突起スパインの形状に関わる因子が減少した。また、マイクロアレイによりAACS欠損の影響を網羅的に解析すると、神経の発達に関連する因子が減少し、セロトニン受容体が変動していた。以上の結果は、ケトン体代謝が神経の発達だけでなく、神経伝達物質の代謝にもかかわる可能性を示唆しており、認知機能とケトン体代謝障害との関係を検討するうえで有用である。また、ヒトの成人または胎児の脳から抽出したRNAを使用し、ヒトのAACSをクローニングした結果、マウスには存在しない複数のスプライシングバリアントを単離した。これらのアイソフォームはケトン体代謝活性がないことから、AACSはヒトの脳神経系において、ケトン体代謝だけでなく多様な役割を持つ可能性が示唆された。AACSのノックアウトマウスでは、研究実績の概要に記載したように、スパインの形状に関わるシナプトポディンの発現が減少した。また、マイクロアレイ解析により、野生型とAACSノックアウトマウスの遺伝子発現量を検討したところ、神経発達に関わるNeuroD4や、セロトニンの作用に関わるセロトニン受容体アイソフォームの発現が変動していることが明らかになった。これらの結果は、AACSの従来知られていない神経機能に対する影響を示唆しており、今後の発展が期待できる。また、血中脂質濃度を検討した結果、コレステロールや脂肪酸の濃度に有意な変動は認められなかったが、AACSの欠損により血中ケトン体濃度は有意に増加しており、トリグリセリド濃度は減少した。これらの結果は、AACSが神経の発達だけでなくトリグリセリド代謝に関与する可能性を示唆しており、当初の計画だけでなく、脂質代謝異常などの治療標的としてのAACSの可能性も考えられる。ヒト脳組織において、AACSをクローニングすると、ヒトにおいてはエクソン12や17、そして両方を欠損したスプライシングバリアントが存在することを明らかにした。以前の研究により、ヒトAACSの632番目のアミノ酸が変異すると、低血糖やてんかんなどを引きおこす可能性が示唆されている。この変異はAACSの活性に影響しないが、新たに単離したアイソフォームの機能に関わる可能性が考えられる。以上の結果は、AACSの神経機能における役割を明らかにするだけでなく、脂質代謝異常などの治療標的としてのAACSの可能性も示している。また、ヒトにおいて従来知られていないアイソフォームを単離しており、次年度以降これらの機能解析をすることで、AACS並びにケトン体代謝の神経機能に対する影響を明らかにできるため、おおむね順調に進展していると判断した。2018年度の結果から、AACSを介したケトン体代謝が、神経発達や神経伝達物質の作用に関わる可能性が示唆された。
Hox遺伝子群による動物の前後軸に沿った形態形成構造の研究

我々がマウスHoxの標的として単離した遺伝子の一つ(mmab1)は、線虫の形態形成に関わる遺伝子mab21のマウスオーソログであった。遺伝学的解析からmab21は線虫Hox遺伝子の一つegl5の標的である可能性が指摘されていた遺伝子であった。このことはこの遺伝子が種をこえたHox標的遺伝子であることを示していると考えられる。この遺伝子の発現調節機構を明らかにするため、レポーター遺伝子を導入したトランスジェニック線虫を用いて転写調節領域の詳細な解析を行った。線虫mab21遺伝子はhypoder mis,neuron,ray(雄の生殖に関わる感覚器官)で特異的に発現しているが、昨年度行ったトランスジェニック個体の解析から、それぞれの領域での特異的発現に関わるエレメントを特定した。今年度はそれぞれのエレメントを介した発現調節にどのような転写因子が関わっているかを明らかにするため、エレメントの詳細な解析を行った。Hypoder misでの特異的発現調節エレメントは遺伝子の上流に存在するが、このエレメント中のGATA配列がその発現に必要であり、線虫に複数存在するGATA因子の一つがhypoder misでの発現に関わっていることが明らかになった。Neur onでの発現を規定している調節エレメントは第4イントロンに存在するが、neur onでの発現には、このエレメントに含まれるPOU配列が重要であり、UNC86蛋白がその発現を制御していると考えられる結果を得た。Hox(egl5)遺伝子とmab21遺伝子との遺伝学的な相互作用はrayにおいて観察されるが、rayでの発現に関わるエレメントも第4イントロン中にあり、この配列を介してEGL5遺伝子産物による発現制御を受けていると考えられる。我々は転写因子の抗体を用いた標的遺伝子単離法を開発し、いくつかのHox標的遺伝子をクローン化してきた。最近単離した遺伝子(mmab)は線虫の形態形成に関わる遺伝子mab21のマウスホモローグであった。遺伝学的解析からmab21は線虫Hox遺伝子の一つegl5の標的である可能性が指摘されていた遺伝子であり、このことはこの遺伝子がマウスおよび線虫両動物種においてHoxの共通の標的遺伝子であることを示唆している。本研究の目的は、多くの動物種に共通な、Hox遺伝子によって調節されている、前後軸に沿った特異的形態の形成機構を明らかにすることであり、Hox標的遺伝子の発現制御機構および標的遺伝子産物の機能を明らかにするため、以下の実験を行った。Hox標的遺伝子mabの発現制御機構を明らかにするため、レポーター遺伝子を結合したコンストラクトを導入した線虫およびマウスを作製し、Hox遺伝子産物によって発現制御を受けるために必要なシスエレメントの解析を行った。mab遺伝子産物はこれまでに報告されているどの蛋白ともホモロジーのがなく、なんのモチーフも持たないことから、その機能は全く未知である。この遺伝子産物の機能を明らかにするため、大腸菌発現ベクターを用いて作製した蛋白に体する抗体(モノクローナル、ポリクローナル)を作製した。この抗体を用いて細胞内局在を調べた結果、この蛋白の核への局在、細胞骨格との相互作用を示唆する結果を得た。Hox遺伝子群はショウジョウバエHOM-C遺伝子群に構造が類似した遺伝子としてクローン化されたほ乳類のホメオボックス遺伝子群であり、その構造および発現パターンから、ほ乳類の形態形成過程をコントロールしている遺伝子群だと考えられている。また最近ジーンターゲティングによって、Hox遺伝子群が個体レベルで形態形成にかかわっていることが示されている。Hox遺伝子産物は転写調節因子であり、標的遺伝子の発現を制御することによって発生過程をコントロールしていると考えられているが、その分子レベルでのメカニズムはほとんど明らかにされていない。我々はすでにHox-C8の標的遺伝子としてmgl-1、Hox-C4の標的遺伝子としてmmabという未知遺伝子をクローン化している。本研究の目的はこれらの標的遺伝子がHox遺伝子によってどのように発現制御されているかマウス形態形成過程においてどのような働きをしているかを分子レベルで明らかにすることである。Hox遺伝子による標的遺伝子の発現調節機構の解析については、レポーター遺伝子の発現を指標としたトランスジェニックマウスの解折による標的遺伝子発現調節領域の特定を行った。その結果、mmab遺伝子の特異的発現はHox遺伝子産物のin vivo結合配列を含む遺伝子上流の約1kbの領域によって制御されていることが明らかになった。mgl-1、mmab遺伝子産物の機能についてはこれらの抗体を作製し、細胞内の局在を明らかにすることによって解析した。その結果これらの遺伝子産物は細胞骨格との相互作用を通じて機能している可能性を示唆する結果を得た。

Hypoder misでの特異的発現調節エレメントは遺伝子の上流に存在するが、このエレメント中のGATA配列がその発現に必要であり、線虫に複数存在するGATA因子の一つがhypoder misでの発現に関わっていることが明らかになった。Neur onでの発現を規定している調節エレメントは第4イントロンに存在するが、neur onでの発現には、このエレメントに含まれるPOU配列が重要であり、UNC86蛋白がその発現を制御していると考えられる結果を得た。Hox(egl5)遺伝子とmab21遺伝子との遺伝学的な相互作用はrayにおいて観察されるが、rayでの発現に関わるエレメントも第4イントロン中にあり、この配列を介してEGL5遺伝子産物による発現制御を受けていると考えられる。