hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
全身麻酔薬が糖尿病環境下にある癌細胞の増殖能に与える影響

糖尿病との関連性が指摘されるヒト培養癌細胞(大腸癌、肝細胞癌)を用いて、吸入麻酔薬が癌細胞の特性にどのような影響を与えるか、特に高インスリンおよび高血糖環境における影響について基礎的な検討を行った。1%セボフルラン6時間曝露はATP感受性カリウムチャネルを介して癌細胞の増殖能を亢進すること、さらにグルコース濃度300mg/dL+インスリン濃度0.05mg/Lの環境下において増殖能を亢進することがわかった。また、2%セボフルラン曝露1時間で細胞内の活性酸素種(ROS)濃度が上昇し、一方でグルコース濃度200mg/dlは浸透圧上昇により3時間経過後に細胞内ROS濃度を低下させることも判明した。ヒト培養癌細胞を用いたin vitroの実験系を用いて、高インスリン及び高血糖環境において全身麻酔薬が細胞の増殖能に与える影響について検討を計画した。まず、吸入麻酔薬であるセボフルランがヒト大腸癌細胞HCT116及びHT29の増殖能に与える影響について検討した。1%セボフルラン6時間曝露後24時間経過した時点での増殖能は亢進していた。HCT116細胞においてATP感受性カリウム(KATP)チャネル阻害薬グリベンクラミド添加により増殖能亢進効果が消失したことからKATPチャネルを介して大腸癌細胞の増殖能を亢進することが示唆された。次に高インスリン及び高血糖環境単独が、ヒト肝癌細胞株(Hep G2)の増殖能にどのように影響するか検討した。培地のグルコース(100, 200, 300mg/dl)及びインスリン(0.0005, 0.05, 5mg/ml)濃度が異なる状況で培養したが、48時間後の増殖能に変化はなかった。1または2%セボフルランをHepG2細胞に6時間曝露し、グルコースおよびインスリン濃度を調整してControl群(セボフルラン曝露なし)と比較した。有意差はないもののグルコース300mg/dlの培地では1%セボフルラン6時間曝露により増殖能が亢進する傾向があり、さらにグルコース300mg/dl+インスリン0.05mg/mlの条件では有意差をもって1%セボフルラン6時間曝露が増殖能を亢進した。このメカニズムとして、セボフルランが高インスリン高血糖環境においてグルコース細胞内取り込みを亢進することが増殖能亢進に繋がる、という仮説を立てた。2-デオキシグルコース代謝速度測定キットを用いて、細胞内に取り込まれたグルコース量を比較したが差は認められなかった。増殖能亢進にはグルコース取り込み上昇が関連していないことが分かった。虚血再灌流傷害に対してpreconditioning効果を発揮するセボフルランおよびイソフルランが、心臓や肝臓などの腫瘍臓器と同様に活性酸素種(ROS)の一時的な上昇を来すことで細胞保護シグナルを誘導するかを検討した。1または2%のセボフルランおよびイソフルランをヒト肝臓癌細胞株HepG2に曝露し、1時間後と3時間後に細胞内ROS濃度を測定した。2%セボフルラン曝露1時間で有意な細胞内ROS濃度上昇が見られたが、3時間後ではその効果は消失していた。次にROS濃度の一時的な上昇が細胞保護的に作用するかを調べるために、虚血再灌流傷害の代わりに500μM過酸化水素(H2O2)6時間曝露により酸化ストレスを誘導し、それに対する保護効果が見られるかをMTTアッセイおよびCaspase 3活性を用いて検討した。2%セボフルラン3時間曝露は、その後のH2O2による酸化ストレスに対して保護効果を発揮しなかった。逆に2%セボフルラン3時間曝露は、その6時間後のCaspase 3活性を有意に上昇させ、保護効果よりむしろアポトーシスを誘導する可能性が示唆された。さらに高血糖環境における癌細胞に対するセボフルランの影響を調べるにあたり、まずコントロール(グルコース100mg/dl)に対してグルコース200mg/dlおよび浸透圧の影響を考慮するためにグルコース100mg/dlにマニトール100mg/dlを加えた状態における細胞内ROS濃度を測定した。曝露3時間後の細胞内ROS濃度はグルコース200mg/dl群およびグルコース100mg/dlマニトール100mg/dl群ともにコントロール群に比較して低いことが分かり、グルコース濃度というよりは浸透圧の上昇がROS濃度を低下させる可能性が示唆された。平成26年度の研究実績でグルコース300mg/dl+インスリン0.05mg/mlの条件下で1%セボフルラン6時間曝露がHepG2細胞の増殖能を亢進することを見出しており、Warburg効果も踏まえて高血糖が癌細胞に与える影響について着目していた。27年度は細胞内ROS濃度の検討を中心に行い、他の研究とは異なる結果もあるがセボフルラン曝露により癌細胞においても一時的なROS上昇が誘導されるという新しい知見を得ることが出来ている。当初の研究計画のように動物実験を始めるまでの結果は我々のin vitro実験で得られていないが、いくつか論文も発表出来ており、これらは28年度の実験進行に繋がっている。過去の研究結果ではグルコース300mg/dl+インスリン0.05mg/mlの条件下で1%セボフルラン6時間曝露がHepG2細胞の増殖能を亢進したが、2型糖尿病患者の実臨床において内因性インスリン濃度の上昇はあまり見られないことから、高血糖単独、特に臨床的に時折遭遇する血糖レベルであるグルコース濃度200mg/dlに注目して検討した。

グルコース濃度200mg/dl及びグルコース濃度100mg/dl+マニトール100mg/dlともに3時間曝露後にコントロール(グルコース100mg/dl)と比較して細胞内活性酸素種(ROS)濃度が有意に低くなることがわかった(1時間曝露の時点では差がなかった)。しかし、グルコース濃度200mg/dl群とグルコース濃度100mg/dl+マニトール100mg/dl群の比較では差がなく、血糖値よりも浸透圧の差が影響していることが推察された。次にROS低下のメカニズムを探るため、スーパーオキシドディスムターゼ活性上昇の有無をそれぞれ曝露1時間後及び3時間後に測定した。複数回測定したが残念ながらスーパーオキシドディスムターゼ活性の上昇は見られなかった。過去の文献を参考に他のメカニズムを探索することも検討したが、先のROS濃度低下の意義を検証するためにROSの一時的な低下が癌細胞増殖能低下に繋がるか、MTTアッセイを用いて24時間後の時点で検討した。グルコース濃度200mg/dlとグルコース濃度100mg/dl+マニトール100mg/dlはコントロールと比較して増殖能に差は認めなかった。以上よりグルコース濃度200mg/dl及びグルコース濃度100mg/dl+マニトール100mg/dlといった軽度の高浸透圧環境において、ごく短時間のROS発生抑制効果が認められたが、その効果は癌細胞の増殖能に影響するほどの強度ではないことがわかった。糖尿病との関連性が指摘されるヒト培養癌細胞(大腸癌、肝細胞癌)を用いて、吸入麻酔薬が癌細胞の特性にどのような影響を与えるか、特に高インスリンおよび高血糖環境における影響について基礎的な検討を行った。1%セボフルラン6時間曝露はATP感受性カリウムチャネルを介して癌細胞の増殖能を亢進すること、さらにグルコース濃度300mg/dL+インスリン濃度0.05mg/Lの環境下において増殖能を亢進することがわかった。また、2%セボフルラン曝露1時間で細胞内の活性酸素種(ROS)濃度が上昇し、一方でグルコース濃度200mg/dlは浸透圧上昇により3時間経過後に細胞内ROS濃度を低下させることも判明した。平成26年度分の研究実施計画に基づき、吸入麻酔薬であるセボフルランがヒト大腸癌細胞HCT116及びHT29の増殖能に与える影響について検討し、1%セボフルラン6時間曝露後24時間経過した時点での増殖能が亢進していることを見出した。さらにセボフルランの大腸癌細胞増殖能亢進作用のメカニズムとしてATP感受性カリウムチャネルの関与を示すデータを得て、以上の内容については医学系学術雑誌「麻酔』に投稿し2015年5月号に掲載された。全身麻酔薬としてセボフルランのみの検討で、他の静脈麻酔薬を用いた実験は行えていない。また、増殖能を評価するにあたりBrdU Cell Proliferationキットも用いたがデータにばらつきが大きく、信頼に値する結果を得ることが出来なかった。また、糖尿病を模した培養条件でヒト肝癌細胞を用いて高インスリン及び高血糖環境単独が、ヒト肝細胞癌細胞株(Hep G2)の増殖能にどのように影響するか検討し、グルコース300mg/dl+インスリン0.05mg/mlの条件下での1%セボフルラン6時間曝露がHepG2細胞の増殖能を亢進することを見出した。
光機能性DNAのナノサイエンス

様々な光機能性クロモフォアを修飾したDNAを用いて、DNA内の光電荷分離、電荷移動機構を明らかにし、高効率・長寿命電荷分離を実現した。さらに、光機能性DNA分子ワイヤー、光エネルギー変換などの光電変換デバイスや、高効率DNA損傷法への展開を行い、DNA光ナノサイエンスの創製を試みた。DNAに種々の光機能性クロモフォアおよびナノ粒子を修飾した光機能化DNAを反応場として電荷分離・電荷移動系を構築すると共に、DNAのビルディングブロックとしての性質を巧みに利用し、光機能性をデバイス表面上に集積化し光電変換デバイスとしての応用へと展開することを目的としている。本年度は、修飾DNAにおける高効率光電荷分離系の構築を行うとともに、電荷分離収率とDNA損傷との関連性について検討を行った。光電荷分離収率の向上を目的として、光電子移動によって生じるイオン対の再結合が逆転領域の深い領域で起こると考えられるジフェニルアセチレン誘導体を修飾したDNAを用い、時間分解過渡吸収法によって電荷分離収率およびその機構に関する研究を行った。その結果、光照射によってマイクロ秒以上の寿命を持つ電荷分離状態を数十%の収率で生成し、光活性分子の酸化還元電位を制御することで高効率に電荷分離状態が生成することを明らかにした。さらにドナーとアクセプター間を架橋しているアデニン塩基に置換基を導入することで酸化電位を変え、レドックス勾配を与えることによって電荷分離収率が上昇することも明らかとなった。これまでに確立した光電荷分離系を光デバイスへと応用するために電極表面にDNAを固定化し、光電流測定による評価を行う計画である。また、酸化損傷機構の解明とPDTへの応用を目的とし、光電荷分離過程とDNA損傷の関係について検討した。光酸化損傷の効率は、光増感剤と損傷のターゲットであるグアニン塩基間の塩基対の数に依存することを明らかにし、グアニンの相補塩基であるシトシンに置換基を導入することで損傷効率を変化させることに成功した。損傷ターゲットとなる配列を詳しく調べた結果、アデニンが連続する配列を持つDNAでは電荷分離が促進され損傷効率が著しく増加することが明らかとなった。本研究は、DNAに光機能性分子およびナノ粒子を修飾することでDNAの光機能化を行い、そのDNAを反応場として電荷分離・電荷移動系を構築することを行うと同時に、DNAの自己組織化の性質を利用した分子集合体をデバイス表面に集積させ、DNA光電変換デバイスの構築を行うことを目的としている。本年度は修飾DNAにおける高速電荷移動系の構築を行った。アデニン塩基が連続した配列で構成される長鎖DNAの両末端にナフタルイミドとフェノチアジンを修飾し、ナノ秒レーザーを用いた時間分開過渡吸収測定によって電荷移動の評価を行った。その結果、アデニンが連続した配列では10ナノメートルの距離を10ナノ秒以内に移動することが分かり、配列設計によって高速電荷移動が達成されることが明らかとなった。この現象は、アデニン連続のときに効率が高く、アデニンとチミンが交互に並ぶ配列では効率は減少し、電荷のキャリアーとなる塩基が直接するスタッキングすることで電荷の流れを促進することが明らかとなった。さらに、同様の手法を用いて、グアニンとシトシンが交互に並ぶ配列においても電荷は高速に移動することを明らかにした。相補的な領域を制御することで、複数のDNAから構成される集合体の電荷移動過程の観測に成功し、電荷移動が配列に依存する性質を利用したターゲットDNAの配列情報読み出しを行った。デバイス応用の点では、光機能化DNAを金電極に固定化したDNAフィルムを作製し、光を照射して得られる電流がDNAの配列、すなわち電荷分離状態の寿命、電荷移動に依存することを見出した。この結果は、電極表面上のDNAの電荷移動の性質が直接光電流効率を反映することを意味し、配列によってデバイスとしての性質をコントロールできることが示された。本年度は一分子蛍光測定によるDNA中の電荷移動の観測を行った。一分子計測法は非常に優れた技術であるが,これまでDNA中のホール移動の研究には適応されてこなかった.今回,ホール移動による蛍光色素の酸化反応を利用することで,一分子レベルでのDNA中のホール移動の観測法を確立することに成功した。DNAの末端に電子アクセプターとなるNI,逆の末端に蛍光色素(F1:TMRもしくはAlexa532)をラベルしたDNAを設計・合成した.UV光照射によってNIを励起するとDNA中にホールが注入され,生じたホールが蛍光色素まで到達すれば色素は酸化されて酸化物(Flox)となり発光しなくなる.すなわち発光シグナルがonからoffへと変化すると予測される.この原理に基づいて,蛍光色素の蛍光応答からDNAを移動するホールを一分子レベルで検出した.修飾DNAは,ビオチン・アビジン結合を通じてガラス基板に固定し,全反射蛍光顕微鏡を用い単一分子蛍光イメージングを行った.

また、DNAマッチ配列に比べて,A-Cミスマッチを有するA4-2とA4-3ではミスマッチによる蛍光色素の退色の大幅な抑制が観測された。そこで、このミスマッチ検出法を用いて,乳がんに関与するBRCA1のSNP(一塩基多型)の識別を行ったところ、実際のターゲットDNAのSNP検出が可能であることがわかった。以上、ホール移動によって蛍光色素の酸化反応を誘起し,DNA中のホール移動の検出が一分子蛍光測定により可能であること,ミスマッチ検出ができることが分かった。本研究は、DNAに光機能性分子およびナノ粒子を修飾することでDNAの光機能化を行い、そのDNAを反応場として電荷分離・電荷移動系を構築することを行うと同時に、DNAの自己組織化の性質を利用した分子集合体をデバイス表面に集積させ、DNA光電変換デバイスの構築を行うことを目的としている。本年度は主にDNA上の高効率・長寿命電荷分離の向上と、有機分子修飾DNAおよびナノ粒子-DNA複合体の光電荷分離について検討した。DNA上に定量的に光電荷分離を発生させるために、新規の光機能性分子の探索ならびに配列設計について検討した結果、アデニンおよびチミンに電子的置換基を導入することによる塩基の酸化還元電位を変化させること(電位勾配)によって、高効率、高速電荷分離を実現した。また、可視光による光電荷分離を達成するために、可視光吸収を有する色素を電子アクセプターとしたDNAの設計・合成を行い、レーザー時間分解過渡吸収法を用いることによって、DNA中の光電荷分離を実現できることを示した。次に、DNA光電変換デバイスの構築に関連して、DNAブロックにより構成されたナノ構造体中での光誘起電荷移動に関して調べた。すでに我々は、スティッキーエンドにより構成されたDNAナノ構造体中で電荷移動が起こることを明らかにしている。そこで、スティッキーエンドの連結部分の影響を及ぼしているかについて検討した。その結果、DNAナノ構造体中での電荷移動は、スティッキーエンドの連結部分により阻害されることなく進行し、さらにスティッキーエンドの配列の相補性が重要であることが明らかとなった。また、ミスマッチ塩基を有するDNAでの電荷移動の速度は、大きく減少することが見出されたが、その電荷移動の速度に関しては明らかではなかった。そこで本年度は、ミスマッチ配列を有するDNAでの電荷移動の速度に関して詳細に調べ、ミスマッチDNAでの電荷移動に関する知見を得た。本年度はDNA塩基配列に依存せず電荷が高速に移動するDNAの合成に成功した。DNAはG-C、A-Tの二種類の塩基対の並び方によって、遺伝情報を保管する通常の2本鎖構造に留まらず、世界地図や立方体と言った様々な2次元、3次元のナノ構造の形成に利用することができる。
肖像から図像へ-ドイツ歴史教科書の文化史的転回にかんする学際的研究-

ドイツの歴史学が文化史的な研究テーマに関心を示すようになるのは、1970年代のことだと言われている。偉人の足跡や画期となる出来事に関心を集中する事件史的な研究に代わり、社会層の動向や市井の人びとの生活に照準を合わせる社会史・文化史研究が台頭する。かって著名な文芸と同義であった文化概念は、その意味を拡張し、あらゆる社会層の生活様式全般と理解されるようになった。このような歴史研究のパラダイム転換を反映して、歴史教科書も文化史を重視する編集方針に一新された。これがドイツの歴史研究、歴史教育に訪れた転機に関する、現在通用している一般的な理解である。しかし、少なくとも歴史教育はもっと早くに文化史的な転回を体験した。ドイツの歴史教科書は、ライプツィヒの歴史家カール・ランプレヒトの文化史研究に触発され、すでに前世紀の世紀転換期に文化史的な転回を体験していた。このことを明らかにするために、特に歴史教科書に掲載された挿絵の変化に注目した。ランプレヒトが文化史の必要性を説く1890年代以前の歴史教材にも、すでに少なからぬ図版が使われていたが、それは偉人の肖像や著名な事件の図像であって、祖国愛を喚起するとともに、生徒の暗記を助けるのが目的であった。一方、1890年代を境として、特定の歴史的固有名詞を想起させない文化史的な図像が増える。それは道具や技術、住居や居住形態から風俗、ライフスタイルにまで及んだ。もちろん教科書の説明にも相応の変化が生じた。重要事項の暗記よりも、歴史の流れを理解することに重点が置かれるようになった。本研究に関して、2006年9月18日にライプツィヒの学校博物館で学術講演を行った。その後、講演を主催したカール・ランプレヒト協会から年報への投稿依頼を受け、目下執筆中である。ドイツの歴史教科書の文化史的な転回が歴史家カール・ランプレヒトの影響下ですでに1900年前後に本格化していたことを明らかにするため、歴史教科書に掲載された挿絵の調査に従事した。調査を進めるために初年度は主にスキャナー、撮影機器、OA機器の拡充に努めた。本研究の遂行のためにはドイツ連邦共和国ブラウンシュヴァイク市にあるゲオルク・エッカート国際教科書研究所附属図書館における調査が不可欠である。わたしは2006年2月から3月にかけて5週間科学研究費補助金によって、また2005年7月から8月にかけて1ヶ月間先方の負担によって歴史教材の調査を進めることができ、図書館所蔵教材の3割程度の考察を終えた。全体の教材の分量から考えるとまだまだ予備調査の段階だが、すでに予備調査の域を越える成果があがりつつある。ランプレヒトが文化史の必要性を提唱する1890年代以前の歴史教材にもすでに少なからぬ挿絵が使われていたが、それらは偉人の肖像や著名な事件を描く図像であって、暗記事項を助けるための図像であった。いっぽう、1890年代を境として特定の歴史的固有名詞と結びつかない文化史的図像が増える。それは住居や居住形態から風俗にまで及んだ。もちろんテクストにも変化が出ている。暗記よりも理解に重点がおかれたのである。今後は文化史的図像が急激に増加した影響の考察がかぎとなろう。なお、本研究は海外でも高い注目を集めている。すでにライプツィヒ大学のカール・ランプレヒ協会から本研究にかんする学術講演の依頼を受けている。それは2006年中におこなわれるであろう。今後は研究成果報告書の作成だけでなく、海外雑誌への投稿も視野に入れて研究を進める予定である。

ドイツの歴史教科書の文化史的な転回が歴史家カール・ランプレヒトの影響下ですでに1900年前後に本格化していたことを明らかにするため、17年度に引き続き歴史教科書に掲載された挿絵の調査に従事した。本研究の遂行のためにはドイツ連邦共和国ブラウンシュヴァイク市にあるゲオルク・エッカート国際教科書研究所附属図書館における調査が不可欠である。わたしは2006年8月から9月にかけてほぼ3週間科学研究費補助金によって、歴史教材の調査を進めることができた。見なければならない教材の分量が多く、全教材を扱うことはできなかったが、数量的な考察に耐えうるだけの冊数はこなすことができた。ランプレヒトが文化史の必要性を提唱する1890年代以前の歴史教材にもすでに少なからぬ挿絵が使われていたが、それらは偉人の肖像や著名な事件を描く図像であって、祖国愛を喚起するとともに、暗記事項の記憶を助けるための図像であった。いっぽう、1890年代を境として特定の歴史的固有名詞と結びつかない文化史的図像が増える。それは住居や居住形態から風俗にまで及んだ。もちろん教材の記述にも相応の変化が出てくる。暗記よりも理解に重点がおかれたのである。文化史的教材は太古の時代に関しては自民族の好戦性を強調した。それはドイツの歴史にいかなる影響を残したのか。今後も考察を続けたい。本研究は海外でも高い注目を集めている。ライプツィヒ大学のカール・ランプレヒ協会から本研究に関する講演依頼を受け、それは2006年9月18日にライプツィヒの学校博物館で行われた。今度はカール・ランプレヒト協会から年報への投稿依頼を受けている。和文の研究成果報告書の作成に加え、海外学術雑誌への掲載にも全力を挙げたい。
光格子中イッテルビウム量子気体の究極的操作・観測が拓く新奇量子凝縮相研究の新展開

光格子と呼ばれる周期的なポテンシャルに、超低温のイッテルビウム原子気体を導入した系を用いて、量子多体系の量子シミュレーションを行い、量子凝縮相に関する物性研究を格段に発展させることができた。具体的には、トポロジカルサウレスポンプの実現、4成分スピン系の反強磁性スピン相関の増強の観測、超流動・モット絶縁体量子相転移に対する散逸の非自明な影響の解明、リープ型光格子の実現と平坦バンドでの特異な振舞いの観測、近藤効果の研究に応用可能な新たな原子系の発見、新しい方式の量子気体顕微鏡の開発、および上記に関連した最先端理論、である。Yb原子を用いた冷却原子実験では、まず、冷却光の周波数スイープおよび蒸発冷却の最適化により、大量の超低温Yb原子気体を安定に生成する技術をほぼ確立した。また、フェルミ粒子の基底状態と準安定状態との間の磁場フェッシュバッハ共鳴を原子ロスおよび光格子中の分光測定により発見するとともに、フェッシュバッハ分子の光生成に成功にも成功した。これは、今後、光フェッシュバッハ共鳴にも応用できる可能性がある。さらに、光リープ格子の実装に成功したことを、BECの干渉パターンやフェルミ粒子のバンドマッピングにより確認した。さらに、超格子技術を利用した新規の量子輸送現象の観測にも成功した。また、光格子中に、Yb原子とLi原子を同時に導入することに成功し、Liのフェルミ縮退気体がある状態で、Yb原子の高分解能分光実験を遂行した。理論では、トポロジカルに非自明な磁気構造によって誘起される創発的電磁気現象、およびトポロジカル超流動における動的アクシオンについて理論研究を行った。スカーミオンなどのテクスチュアの動的変化が生み出す創発的電磁場が電気的に中性な粒子に対して働き、ホール効果や磁気電気効果を生み出すことが明らかになった。また、光格子中のYb原子量子気体系を量子シミュレータとして実現できる様々な理論模型を提案・解析し、そこで起こる興味深い量子多体物理現象を予言した。具体的には、ボース粒子Yb同位体の二種混合系における超流動-絶縁体転移の量子三重臨界性や、それを三角光格子に閉じ込めた際に出現する新奇な磁性相を見いだした。研究代表者のグループがこれまで推進してきた2電子系原子の量子気体研究の成果を踏まえて、光格子中の超低温原子気体を用いた量子凝縮相に関する独創的な物性研究を格段に発展させることを目的としている。今年度、理論グループと実験グループが協力して各項目の研究テーマを推進することができた。以下、各テーマごとに研究実績の概要を記述する。まず、「トポロジカル量子物理」については、トポロジカル超流動の実現に向けて、電子基底状態と電子励起状態からなるフェッシュバッハ分子の直接光生成、および磁場掃引による高効率生成に成功した。さらにスピン軌道相互作用の実装を確認した。また、サウレスのトポロジカルポンピングを世界で初めて実証した。「量子磁性」の新しい手法の開拓として、Yb原子の大きな磁気双極子相互作用に基づく量子アニーリング法に着目し、量子揺らぎの導入などに成功した。「非標準型格子の特異なバンド構造」については、リープ型光格子を実現し、平坦バンド中の冷却原子について、局在性、相互作用のある系のバンド構造、平坦バンド中の原子の安定性、など、基本的振る舞いを明らかにした。また、「新奇超流動現象」の発現が期待される平坦バンド上の状態に原子を準備することに成功した。また、YbLiを用いて、「不純物量子シミュレーター」の系を準備することに成功した。「さらにYb原子の「量子気体顕微鏡」を開発することに成功し、光格子中の孤立原子を格子点を分解して観測することに成功した。また、より非破壊的な測定である分散を利用したファラアー量子気体顕微鏡を開発することに世界で初めて成功した。さらに、量子測定理論を適用した最新の理論研究に基づいて解析を行い、原子数分布に関する実時間ダイナミクスを明らかにすることに成功した。これらは、上記の本研究テーマに役立つだけでなく、他の系にも広く波及することが期待される。当初の提案に沿った研究を順調に進めることができた。これに加えて、理論分担者(藤本、段下)との議論から、「トポロジカルチャージポンピング」「量子アニーリング法による量子磁性」「新奇超流動現象としての平坦バンド超固体相の発現」といった、興味深い新たな可能性も見出されており、さらに「非破壊的量子気体顕微鏡の開発」といった新しい実験手法の可能性も出てきて、非常に発展性に富む展開をしてきている。具体的な研究の進捗状況として、まず、原子数の増大、および低温化につながる実験的な進展では、捕獲可能な原子速度の領域を増大させることができたことを挙げることができる。これは、今後の実験において有効に利用できる。また、トポロジカル超流動の実現を目指した第一歩として、1次元光格子トラップ中での人工スピン軌道相互作用の実装に成功し、その安定性を調べた。また、「量子磁性」の研究に関連して、準安定状態の持つ大きな磁気双極子モーメントに着目した、量子アニーリングの実験を進めた。これは、量子断熱計算機の開発にも関連する、波及効果の大きい研究である。特に、この系の寿命について、非常に強い散逸過程の存在のためかえってロスが抑えられる量子ゼノ効果を明らかにした。これはまた、散逸のある場合の新しい「新奇超流動現象」の研究にもつながるものを考えられる。

さらに、これまでに実現した、「リープ格子」の平坦バンドの性質について、基本的性質を明らかにすることができ、今後の「新奇超流動現象」の研究の基礎を築くことができた。また、「不純物問題の量子シミュレーターの開発」では、光格子中を遍歴するLi原子によって、Yb原子が非弾性衝突をすることを明らかにした。さらに、「量子気体顕微鏡」の開発について大きく前進することができ、ほぼ格子定数の空間分解能で、単一のYb原子からの発光信号を得ることに成功した。研究代表者のグループがこれまで推進してきた2電子系原子の量子気体研究の成果を踏まえて、光格子中の超低温原子気体を用いた量子凝縮相に関する独創的な物性研究を格段に発展させることを目的としている。今年度、理論グループと実験グループが協力して各項目の研究テーマを推進することができた。以下、各テーマごとに研究実績の概要を記述する。まず、「トポロジカル量子物理」については、トポロジカル超流動の実現に向けて、電子基底状態と電子励起状態からなるフェッシュバッハ分子の直接光生成、および磁場掃引による高効率生成に成功した。さらにスピン軌道相互作用の実装を確認した。また、サウレスのトポロジカルポンピングを世界で初めて実証した。「量子磁性」の新しい手法の開拓として、Yb原子の大きな磁気双極子相互作用に基づく量子アニーリング法に着目し、量子揺らぎの導入などに成功した。「非標準型格子の特異なバンド構造」については、リープ型光格子を実現し、平坦バンド中の冷却原子について、局在性、相互作用のある系のバンド構造、平坦バンド中の原子の安定性、など、基本的振る舞いを明らかにした。また、「新奇超流動現象」の発現が期待される平坦バンド上の状態に原子を準備することに成功した。また、YbLiを用いて、「不純物量子シミュレーター」の系を準備することに成功した。「さらにYb原子の「量子気体顕微鏡」を開発することに成功し、光格子中の孤立原子を格子点を分解して観測することに成功した。また、より非破壊的な測定である分散を利用したファラアー量子気体顕微鏡を開発することに世界で初めて成功した。さらに、量子測定理論を適用した最新の理論研究に基づいて解析を行い、原子数分布に関する実時間ダイナミクスを明らかにすることに成功した。これらは、上記の本研究テーマに役立つだけでなく、他の系にも広く波及することが期待される。実験グループ(高橋、高須)の研究の進捗状況として、まず、「トポロジカル量子物理」については、磁場フェッシュバッハ共鳴の発見、電子基底状態と電子励起状態からなるフェッシュバッハ分子の直接光生成、および磁場掃引による高効率生成に成功した。一方、スピン・運動量ロッキング現象を観測することで、スピン軌道相互作用の実装を確認した。さらに、トポロジカルチャージポンピングを世界で初めて実証した。「非標準型格子の特異なバンド構造」について、リープ型光格子を実現し、実際、平坦バンド中のボース凝縮体および低温フェルミ原子について、局在性、相互作用のある系のバンド構造、平坦バンド中の原子の安定性、などを明らかにした。またレーザー分光による相転移観測法を確立した。さらに、Yb原子のみ3次元光格子に局在し、Li原子が非局在する「不純物量子シミュレーター」の系を準備することに成功した。
コンディショナルRacl欠損マウスを用いた発がんの研究

本研究では、Racの発がんおよび転移浸潤における機能をin vivoで明らかにするため、Rac1をコンディショナルにノックアウトするマウスを作成する。方法としては、rac1ノックアウトマウスをrac1染色体DNAのBACトランスジジーン(flox-rac1-EGFP Tg)でレスキューする。このマウスをRac1ヘテロ型マウス(rac1+/-)マウスと連続して交配することによって、(rac1-/-)/flox-rac1-EGFPTgマウスを作成する。このマウスにCreを作用させた細胞ではRac1が欠損すると同時にEGFPが発現する。本年度はフィーダーを必要としない胚性幹(ES)細胞にrac1ターゲッティングベクターを導入し、rac1(+/-)マウスを作成することに成功した。この系では、従来必要とされるフィーダー細胞の培養を必要とせず、ノックアウト細胞作成のための作業の簡略化ができる。さらに、Rac1BACクローンをマウス129BACライブラリーより単離し、制限酵素地図をパルスフィールド電気泳動、サザンハイブリダイゼーションにより決定した。rac1遺伝子の開始コドンの5'上流のノンコーディングエキソンにloxPを挿入したDNAをシャトルベクターに挿入し、それをBACを持つ大腸菌に導入することで、大腸菌内で、BACDNAとシャトルベクター中のDNAの間で相同組換えを生じさせ、BAC上にloxP配列を導入した。さらに、同様の方法を用いてloxP-EGFPをrac1遺伝子のpolyA付加シグナルの下流に導入し、目的のTgコンストラクト(flox-rac1-EGFP)を作成した。さらに、約100kbのflox-rac1-EGFP-DNA断片をBACベクターから分離精製し、B6受精卵にインジェクトした。現在までにflox-racl-EGFPTgを独立に4系統得た。
レーザー加熱による耐酸化表面処理法の開発

リサイクルに不利な元素を用いずに鉄の耐酸化性を向上させるためにはアルミナイジングが有効な手段である。本研究では純鉄基板の被覆のための処理材としてTi,AlおよびFeの粉末を用いてその混合比を変化させて表面の元素分布の制御を行った。被覆層の組成の分布を縮小させるために、素粉末を有機溶剤と混合してペースト状にし、さらにシート化することで被覆材の均一塗布を達成した。また、レーザー加熱を一度ではなく2度照射して被覆層の元素の拡散を促進させる処理を試みた。その結果、被覆層の濃度分布は改善されそれぞれプラスマイナス2%程度の広がりにとどめることができた。その結果耐酸化性に優れた鉄の被覆に成功した。平成25年度は鉄基板の被覆のためのTi,AlおよびFe粉末の混合処理材のレーザー加熱処理前の塗布状況の影響およびその均一化について主に調査した。塗布被覆材の厚さは基材と被覆材の組成が異なるため本研究の場合そのままレーザー熱処理後の被覆層組成分布に影響を与えると考えられる。Ti,AlおよびFeの粉末を有機溶剤を用いて混合しているが、撹拌機により均一に混合できるようになったものの塗布された状態で塗布厚さがやや不均一であった。これを均一化するために、塗布装置を開発した。レーザー顕微鏡等により被覆材の厚さを測定しつつ試行錯誤を重ね、条件を導き出して以前よりも均一に被覆材を塗布することに成功した。また被覆層の耐久性を吟味するための酸化試験の検討を行った。酸化そのものに対する耐久性は連続酸化試験により行い、熱応力が付加された場合の被覆層の力学的な耐久性および密着性などを評価するためには室温と高温を繰り返す繰り返し加熱冷却試験が有効であることがわかっている。本研究の場合その両方で評価を行うこととした。酸化温度としてはステンレスが一般的に耐久性を持たない800°Cから900°Cの温度範囲を考え酸化試験を行った。酸化試験はまだ途中段階であり、これまでに作製してきた様々な条件のうち粉末の濃度のバランス、粉末の粒径、被覆時のレーザー加熱の条件、さらには被覆材の撹拌状態や塗布の状態すべてを吟味して本研究の成果としたいと考えている。平成24年度は鉄基板の被覆のための処理材としてTi,AlおよびFeの粉末を用いてその混合比を変化させて表面の元素分布の制御を行った。被覆材の組成比はTi-4mol%, Al-16mol%, Fe-80mol%のものとTi-10mol%, Al-40mol%, Fe-50mol%およびTi-16mol%, Al-64mol%, Fe-20mol%の3種類で実験を試みた。レーザー加熱の条件を良好な被覆が得られるよう調整し、この3種類ともに被覆処理に成功した。組成分析の結果Ti-4mol%, Al-16mol%, Fe-80mol%被覆材を用いた被覆層のAl濃度は36%、Ti-10mol%, Al-40mol%, Fe-50mol%被覆材では512%、Ti-16mol%, Al-64mol%, Fe-20mol%被覆材では1220%と被覆層の組成に依存してAl濃度が変化した。以上より被覆材の組成をコントロールすることによる被覆層の組成制御の可能性を見出せた。しかしながら被覆層の組成の分布に幅があり必ずしも均一に被覆できている状態ではないことが問題点として残った。このため、レーザー加熱を一度ではなく2度照射して被覆層の元素の拡散を促進させる処理を試みた。一度の加熱では処理材の粉末の粒径の影響が大きく、Alは3μm以下の粒径の素材であるが、Tiは25μm、Feは50μmの素材を用いているため、被覆層の組成の均一化が難しかったと考えられる。2度目の照射により不均一であった元素分布が相互拡散により均一化したと考えられる。しかしながら拡散により基盤のFeとの相互拡散も発生し、全体として被覆層のAl濃度が低下したため今後耐酸化試験等により被覆層の性能を確認する必要があることがわかった。平成26年度は耐酸化性試験および被覆層の評価、被覆条件の検討を行った。酸化試験温度、あるいは被覆に用いる素粉末の混合比に応じて耐酸化性を評価した。研究全体の総括として純鉄基板の被覆のための処理材としてTi,AlおよびFeの粉末を用いてその混合比を変化させて表面の元素分布の制御を行った。被覆材の組成比はTi-4mol%, Al-16mol%, Fe-80mol%からTi-16mol%, Al-64mol%, Fe-20mol%である。

組成分析の結果表面層のAl濃度は3%20%と被覆層の組成に依存して変化した。以上より被覆材の組成をコントロールすることによる被覆層の組成制御の可能性を見出せた。被覆層の組成の分布を縮小させるために、素粉末を有機溶剤と混合してペースト状にし、さらにシート化することで被覆材の均一塗布を達成した。また、レーザー加熱を一度ではなく2度照射して被覆層の元素の拡散を促進させる処理を試みた。その結果、被覆層の濃度分布は改善されそれぞれプラスマイナス2%程度の広がりにとどめることができた。素粉末の粒径についても実験を行い検討した。被覆材の組成を変えて各組成における被覆後の試料に対して8231223Kで耐酸化試験を行った。酸化試験は連続酸化試験及び炉の中で一定時間加熱後、炉から出して空冷することを繰り返す、繰り返し酸化試験および連続酸化試験を行った。被覆後および酸化試験後の試料に対してX線による相の解析、断面の走査型電子顕微鏡観察、EDXによる組成分析を行った。結果としてTi-8mol%, Al-32mol%, Fe-60mol%以上のAl含有率を有する被覆材を用いた被覆層で8231223Kで良好な耐酸化性を有することが確認された。材料工学平成25年度は研究の進行に伴い、被覆材の塗布厚さコントロールという計画時の予定にはなかった項目を行ったが、本来の目的である被覆層の組成のコントロールという目的には合致した結果が得られた。平成24年度の目的は被覆材の元素濃度のコントロールであった。被覆材の組成を変化させて被覆を試みたところプラスマイナス2%程度に組成の均一性を保ちつつアルミニウムの元素濃度を変化させることができた。この点において被覆材の選択による被覆層の元素濃度制御の可能性は示せたと考える。しかしながら、加熱処理を2回施す必要があることなど含め、求めるアルミニウム濃度に制御するような条件の導出には至っておらず今後とも検討が必要と考える。酸化試験を行い被覆を行った試料の耐酸化性を評価する。これまで行ってきた様々な被覆層作成条件を吟味して最適な条件を検討する。平成24年度の成果により被覆材の組成コントロールすることで被覆層の元素分布を制御できる可能性が見いだせた。しかしながら、被覆層の組成の均一性を保つためには2度の加熱など工夫を必要とすることも課題として浮かび上がった。平成25年度以降ではより簡便に1度の加熱で均一な被覆層を得るような条件を模索するとともに酸化試験等の評価試験を導入する予定である。また、耐酸化性に関してはTi元素の存在は利益であることが考えにくいのでTi元素を含まないような被覆材を用いた被覆処理についても検討していく予定である。平成25年度は研究が被覆材の均一塗布にシフトしたため、被覆後断面観察に必要な研磨用消耗品の支出が抑えられ、それにともない分析費、アルバイト費も少なくて済んだ。平成26年度は本来の計画以上に被覆層断面の観察を行うことになると考えられ、25年度の未使用額を消費する予定である。当初計画の予定通り試料研磨用消耗品、レーザー加工消耗品、成果発表旅費、アルバイトのための謝金、分析費として研究費を使用する予定である。
烏龍茶および花茶の香気生成機構の分子レベルでの解明

1)烏龍茶のアルコール系香気生成機構の分子レベルでの解明:我々が確立したアルコール系香気前駆体検出法を用いて,烏龍茶水仙種および毛蟹種の殺青葉から,アルコール系香気前駆体を単離,構造決定し、これらのほとんどが2糖配糖体(β-primeverosides)であることを明らかにした.ついで,予備検討として,入手が容易な緑茶用品種やぶきた種新鮮葉からアルコール系香気生成酵素を精製し、本酵素がβ-primeverosidesを特異的に認識して加水分解し,アルコール系香気とprimeveroseを生成する酵素β-primeverosidaseであることを明らかにした.さらに,p-nitrophenyl β-primeveroside(pNP-Pri)を合成することができたので,これを用いて中国から入手した烏龍茶水仙種および日本産やぶきた種の新鮮葉中の香気生成酵素の精製を行い,これらがSDS-PAGEにて61KDaに単一バンドを示すほとんど同一の酵素であることを明らかにした以上のようにして,茶葉におけるアルコール系香気生成機構を分子レベルで明らかにすることができた.2)茉莉花の香気生成機構の分子レベルでの解明:ジャスミン茶の製造に用いられている茉莉花から,linaloolと2-phenylethanol,benzyl alcoholの2糖配糖体を香気前駆体として単離同定した.また茉莉花の開花直後の花から調製したアセトンパウダーの可溶化,カラムクロマトグラフィー等による部分的精製の結果,香気生成酵素は,グリコシダーゼで,本酵素は少なくとも3種類存在し,これらの酵素は2糖配糖体をアグリコンとグリコシド結合のみを加水分解して香気成分へと変換することを明らかにした.1)烏龍茶のアルコール系香気生成機構の分子レベルでの解明:我々が確立したアルコール系香気前駆体検出法を用いて,烏龍茶水仙種および毛蟹種の殺青葉から,アルコール系香気前駆体を単離,構造決定し、これらのほとんどが2糖配糖体(β-primeverosides)であることを明らかにした.ついで,予備検討として,入手が容易な緑茶用品種やぶきた種新鮮葉からアルコール系香気生成酵素を精製し、本酵素がβ-primeverosidesを特異的に認識して加水分解し,アルコール系香気とprimeveroseを生成する酵素β-primeverosidaseであることを明らかにした.さらに,p-nitrophenyl β-primeveroside(pNP-Pri)を合成することができたので,これを用いて中国から入手した烏龍茶水仙種および日本産やぶきた種の新鮮葉中の香気生成酵素の精製を行い,これらがSDS-PAGEにて61KDaに単一バンドを示すほとんど同一の酵素であることを明らかにした以上のようにして,茶葉におけるアルコール系香気生成機構を分子レベルで明らかにすることができた.2)茉莉花の香気生成機構の分子レベルでの解明:ジャスミン茶の製造に用いられている茉莉花から,linaloolと2-phenylethanol,benzyl alcoholの2糖配糖体を香気前駆体として単離同定した.また茉莉花の開花直後の花から調製したアセトンパウダーの可溶化,カラムクロマトグラフィー等による部分的精製の結果,香気生成酵素は,グリコシダーゼで,本酵素は少なくとも3種類存在し,これらの酵素は2糖配糖体をアグリコンとグリコシド結合のみを加水分解して香気成分へと変換することを明らかにした.1.烏龍茶のアルコール系香気生成機構の分子レベルでの解明:すでに確立したアルコール系香気前駆体検出法を用いて,水仙種および毛蟹種の殺青葉から,新たにmethly salycilate, linalooloxides IIV等のアルコール系香気前駆体を単離,構造決定し,これらのほとんどが2糖配糖体(β-primeverosides)であることを明らかにした.ついで,予備検討として,入手が容易な録茶用品種やぶきた種新鮮葉からグリコシダーゼを抽出した.アルコール系香気の生成活性は,CM-Toyopearlでの画分の各種のp-nitrophenylβ-glycosidesの加水分解活性のうち,β-グルコシダーゼ活性と最も高い相関があることが分かり,以後の酵素の精製は,β-グルコシダーゼ活性を指標に進め,上記香気前駆体からのアルコール系香気生成酵素をSDSPAGE電気泳動で61KDaに単一バンドを示すところまで精製した.本酵素はβ-primeverosidesを特異的に認識して加水分解し,アルコール系香気とprimeveroseを生成する酵素β-primeverosidaseであることを明らかにした.2.茉莉花の香気生成機構の分子レベルでの解明:ジャスミン茶の製造に用いられている茉莉花の花の香気前駆体の検索を進めた結果,新たに2-phenylethanol, benzylalcoholの2糖配糖体を香気前駆体として単離同定した.また茉莉花の開花直後の花から調製したアセトンパウダーの可溶化,カラムクロマトグラフィー等による部分的精製の結果,香気生成に関わる酵素は,グリコシダーゼであること,本酵素は少なくとも3種類存在すること,これらの酵素は2糖配糖体を単糖単位で切り出すのではなく,アグリコンとのグリコシド結合のみを加水分解して香気成分への変換することも明らかにできた.しかしながら酵素活性が当初の予測以上に低いこともあり,より高感度の酵素活性検出用蛍光基質の合成を試みている.1)烏龍茶のアルコール系香気生成機構の分子レベルでの解明:前年度までに烏龍茶の

アルコール系香気前駆体は,ほとんどが2糖配糖体(β-primeverosides)であることを明らかにし,その香気生成酵素(β-primeverosidase)をやぶきた種茶葉から精製した.本年度は,下記のようにしてp-nitrophenyl β-primeveroside(p-NP-Pri)を合成することができたので,中国から入手した烏龍茶水仙種および日本産やぶきた種の新鮮葉中の香気生成酵素の精製を効率よく行うことができた.いずれも,SDS-PAGEにて61KDaに単一バンドを示し,ほとんど同一の酵素であることが示唆された.Eugenyl β-primeverosideとの反応で遊離した糖をHPLCにより分析した結果,本酵素はprimeverosideの二糖とアグリコンの結合を特異的に加水分解する酵素であることを確認することができ,茶におけるアルコール系香気生成機構を分子レベルで明らかにすることができた.2)茉莉花の香気生成機構の分子レベルでの解明:ジャスミン茶の製造に用いられている茉莉花から,linaloolと2-phenylethanol,benzyl alcoholの2糖配糖体を香気前駆体として単離同定した.また茉莉花の開花直後の花から調製したアセトンパウダーの可溶化,カラムクロマトグラフィー等による部分的精製の結果,香気生成酵素は,グリコシダーゼであること,本酵素は少なくとも3種類存在すること,これらの酵素は2糖配糖体をアグリコンとのグリコシド結合のみを加水分解して香気成分へと変換することも明らかにできた.
小胞体ストレスに応じたメンブレントラフィックの制御

小胞体における分泌タンパク質の高次構造形成が異常を来し、小胞体にタンパク質凝集体が形成される状態を小胞体ストレスと呼ぶ。細胞が小胞体ストレスに応じて引き起こす自己防衛応答を小胞体ストレス応答と総称する。小胞体局在のI型膜貫通タンパク質Irelは、小胞体ストレスを感知する「小胞体ストレスセンサー」のひとつであり、真核生物全般に保存されている。Irelのサイトゾル側ドメインにはRNase活性やkinase活性が存在しており、前者によるRNAの切断(およびスプライシング)や後者によるタンパク質のリン酸化により、小胞体ストレス応答が誘起されると考えられてきた。本研究では、小胞体ストレスに応じてIrelが引き起こす生命現象の全体像を明らかにすること、そして、それと細胞内膜系の挙動との関わりを理解することを目指した。本研究では出芽酵母を材料として研究を進め、まず、細胞の蛍光抗体染色により、小胞体ストレスに応じてIrelの局在が変化することを見いだした。すなわち、非ストレス状態ではIrelは小胞体全体に広がって存在しているが、小胞体ストレスを細胞に与えると、Irelの局在はドット状になる。このドット状の局在は、Irelが小胞体内腔側ドメインに因り巨大な多量体を形成することを反映している。さらに私は、Irel分子内で多量体化を阻害する領域を決め、そこを欠失させることにより、恒常的に多量体化する変異体を得ることができた。その変異体発現株の表現型を電子顕微鏡レベルで詳細に観察した結果、細胞内のIrel多量体形成部位では、小胞体の多層構造に変化することが明らかになった。このことは、小胞体ストレスがIrelの多量体化を通じて(すなわち、RNase活性やkinase活性には依存せずに)、小胞体を変形させることを示す。このことの生理的意義は、残された課題である。小胞体局在のI型膜貫通タンパク質であるIre1は、様々なストレスに応じて多量体化し、サイトゾル側末端に位置するRNase活性を発揮する。このRNaseの標的は出芽酵母ではHAC1と呼ばれる遺伝子のmRNA産物であり、これはIre1依存的にスプライシングを受けて成熟型となる。成熟型HAC1 mRNAの翻訳により生じるタンパク質は高活性な転写因子であり、小胞体におけるタンパク質の折りたたみや修飾、小胞体からのメンブレントラフィックなど、小胞体の機能に関わる様々なタンパク質の遺伝子発現を転写レベルで誘導する。本研究では、どのようなストレスをIre1が感知して、どのようなメカニズムで活性化するのかを明らかにすることを目指した。まずIre1は、ツニカマイシンというタンパク質への糖鎖付加を阻害する薬剤で細胞を処理することにより活性化する。ツニカマイシンによるIre1活性化の過程としては、糖鎖が付加されないことに起因するタンパク質の高次構造形成不全であると考えられている。実際私は、Ire1には直接的に構造異常タンパク質が相互作用し、それはIre1の活性化につながるという知見を得ている。例えば、ある変異型Ire1は、構造異常タンパク質との物理的相互作用能を失い、それに伴いツニカマイシンに対する応答性が著しく低下していた。しかし、この変異型Ire1は、sec24変異など、メンブレントラフィックに関わる異常に対しては、野生型Ire1に近いレベルで応答した。また逆に、sec24変異に対する応答性は極めて悪いが、ツニカマイシンあるいは構造異常タンパク質(CPY*)遺伝子高発現によっては野生型に近く活性化される変異体も得ることが出来た。よって、メンブレントラフィックに関わる異常は、構造異常タンパク質蓄積とは異なるメカニズムにより、Ire1に認識されると考えている。
シクリッドフェロモンとその受容体の同定

本研究において私はシクリッドV1R2遺伝子において、大きく配列の異なる2つのアリル型を見出し、それらが東アフリカ産シクリッドの進化過程において、長期にわたって多型を維持してきたことを示した。また、これらの異なる2つのアリル型は、今からおよそ900万年前に強い正の淘汰圧を受けて分岐したことを進化統計学的な解析によって明らかにした。つまり、機能的な多型がシクリッド集団で維持されてきたことになり、これが東アフリカ三大湖における急速な多様化を可能にしたと予想される。魚類VIR嗅覚受容体遺伝子は、生殖行動を引き起こすためのホルモナルフェロモンをリガンドとすると予想されている。そのV1R遺伝子は計6コピー存在する事が明らかとなっており、V1R1V1R6と名付けられている。本研究で注目しているのは、V1R2遺伝子である。我々はこれまでに、V1R2遺伝子がビクトリア湖産シクリッドにおいて、顕著な多様化を遂げている事を明らかにしており、単離されたアリルは計20個にもおよんだ。それらを大きく分けると、2つのアリル型に分けられ、そのアリル型間では13塩基もの置換が蓄積していた。ビクトリア湖産シクリッドは放散からわずか1万2千年しか経っていないことを考慮すると、この塩基置換の蓄積は中立的な進化では説明できないものである。また、我々はV1R2遺伝子の部分配列をプローブとしたサザンハイブリダイゼーション実験をおこない、V1R2遺伝子が単コピーであることを確認しており、この大きく異なるアリル型と認識しているものが実は重複した遺伝子であったというような可能性は否定できている。この大きく異なるアリル型の起源を探るべく、三大湖すべてのシクリッドに関してこのV1R2遺伝子の配列を決定したところ、どの湖に生息するシクリッドにおいても2つのアリル型が存在していた。つまりV1R2遺伝子の2つのアリル型の起源は非常に古く、タンガニイカ湖産シクリッドの放散よりも前(800万年以上前)であることが明らかとなった。この事は、V1R2遺伝子座における2つのアリルが進化的に考えても非常に長い期間維持されてきたことを意味し、中立進化では説明できない何らかのメカニズムがあり、このような現象を引き起こしたと考えられる。我々は現在、東アフリカ産シクリッドがかつて、交雑を繰り返しながら適応放散を遂げたのではないか、とのシナリオを提唱して、このV1R2遺伝子の進化を説明しようと試みている。魚類V1R嗅覚受容体遺伝子は、生殖行動を引き起こすためのホルモナルフェロモンをリガンドとすると予想されている。私はシクリッドのV1R遺伝子群が進化にどのように寄与してかを明らかにすべく研究を進めている。本年度においては、その中でも特にV1R2アリルにおいて、今から1000万年ほど前に非常に強い正の淘汰圧が働いたことを進化統計学的に明らかにすることに成功した。また、正の淘汰によってできた新しいアリルと、既存の古いアリルが1000万年の間、維持されてきたこともわかった。つまり機能的に異なるアリルがシクリッドの祖先集団中に長期間維持されてきたことになる。この原因を探るために、我々はビクトリア湖、マラウィ湖、タンガニィカ湖に生息するシクリッドの中立領域の16遺伝子座の配列を決定し、最尤法とベイズ法を用いてシクリッドの分岐に伴う集団サイズの推定をおこなった。その結果、各湖の祖先となる集団の有効集団サイズが100万を超え、非常に大きかったことが予想された。また、その大きな祖先集団はいくつかの小集団に分かれていた可能性も示唆された。つまり、1000万年前に正の淘汰によって生じた機能的に異なるアリルが、非常に大きな祖先集団において維持され、それらが各湖に分配されたことで現在の三大湖産シクリッドにおいて高いV1R2の多様性が保持されているといえる。祖先集団中において多様性が維持される機構としては、大きな集団中に存在するそれぞれの小集団中に異なるアリルが固定し、湖に流入した小集団間で交雑を起こしながら放散したことがもっとも大きな要因となったのではないかと考えている。今年度においては、V1R2に加えて、V1R1において、Tropheini族のシクリッドの祖先集団において、非常に強い正の淘汰が働いたことも明らかにすることに成功した。このことは、V1R遺伝子群がシクリッドの進化過程において、現在は明らかにされていない生態的に重要な働きをしていることを強く示唆している。