hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
量子スピンホール効果の新奇物性探索とデザイン

3次元トポロジカル絶縁体の結晶転位上の1次元状態が熱電変換性能指数を低温で増大させることを見いだした。またトポロジカル絶縁体同士の界面では、表面状態の混成で界面状態を形成するが、通常と異なり、表面ディラックコーンのカイラリティに依存してギャップレスになることを見いだした。また「界面対称性」という特異な対称性がある場合には、界面状態のギャップが線上で閉じる特異なバンド構造を示すことを見出した。またワイル半金属相について、そのアーク状の表面状態が示すバンド分散、その系のパラメタ変化に対する変化、表面終端依存性を理論的に見いだした。トポロジカル絶縁体のエッジ・表面の輸送現象について、主に熱電輸送に関する研究を行った。2次元トポロジカル絶縁体のエッジ状態や、3次元トポロジカル絶縁体の結晶転位上の1次元状態は純スピン流を運ぶ特殊な状態であり、後方散乱を受けないため、輸送に関しては特殊な性質をもつと期待される。以前のエッジ状態の研究に引き続いて本年は結晶転位上の1次元状態について計算し、結晶転位が密になるに従って熱電変換性能指数ZTが低温で増大することが理論的に見出された。この計算においては結晶転位が導入されるにつれて乱れが増し、移動度端がバンドの底から次第に離れていくことを考慮しており、このことはZTの増大傾向をさらに強める働きをすることが分った。この転移上の状態は全てのトポロジカル絶縁体にあるわけではなく、例えばビスマス-アンチモン合金など限られたクラスのトポロジカル絶縁体でのみ見られる。また並行して、3次元トポロジカル絶縁体での不純物効果について研究を行った。トポロジカル絶縁体を表わす4バンド模型に不純物を導入した時、トポロジカル絶縁体と通常の絶縁体との間の相転移がどのように変わるかを計算した。その結果トポロジカルな相転移は乱れが導入されても残り、最終的には価電子帯および伝導帯にある非局在状態が互いに近接してくることによりギャップが閉じて相転移が起こることが分った。この相転移は、トポロジカル絶縁体と通常の絶縁体との相転移に一般的に適用されると考えられる。トポロジカル絶縁体の界面・表面状態に関する新規物性現象の探索を引き続き行った。トポロジカル絶縁体はバルクが絶縁体だが表面は金属的となっている特異な物質相であり、その表面状態は、他の物質系では実現しえない特異なエネルギー分散を持っていることが知られている。まず、異なるトポロジカル絶縁体を2種類接合したときの界面を考えると、通常は2種のトポロジカル絶縁体に由来する表面状態の混成により界面状態はギャップが開いて絶縁的になると考えられているが、本年度の研究で必ずしもそうではない場合があることが分った。トポロジカル絶縁体の表面状態はディラックコーンと呼ばれる特徴的なエネルギー分散を持ち、それぞれの状態のスピンの向きはカイラリティを持つ。そのカイラリティが異符号のもの同士を接合すると、かならず界面状態がギャップレス(金属的)に残ることが分かった。有効模型を用いた考察と、トポロジカル不変量を用いた議論を用いてこうした結果を示した。この界面状態は一般にディラックコーンが偶数個の集まりになり、'結晶の対称性により例えば2個、6個などになる。これらはグラフェン同様の谷の自由度とみなせて、"valleytronics"への応用が期待される。また、トポロジカル絶縁体などのスピン軌道相互作用系におけるスピントルクについて、スピン軌道相互作用が空間的に一様でない場合にスピントルクが誘起される現象を理論的に計算した。たとえばゲートが試料の一部にのみかかっている場合などは、ゲート電圧によるラシュバスピン軌道相互作用も場所依存性が生まれる。その非一様性からスピントルクが誘起される様子を計算した。ダイヤモンド格子上の強く束縛された電子の模型で同様にフラットバンド(分散のない平坦なバンド)の表面状態が出ることは先行研究で指摘されている。ここに異方性を導入した場合のフラットバンドの変化を調べた。異方性を強くしていくとフラットバンドが次第にブリルアンゾーンの広い範囲を占めるようになり、ある値以上に強くなるとフラットバンドはブリルアンゾーン全体を覆うようになることを理論的に示した。それとともに、バルクのバンド構造はギャップを持つようになるため、フェルミエネルギー上にはフラットバンド表面状態のみがあるようになることを見いだした。またこの表面状態は、先行研究での、グラフェンなど2次元系でのフラットバンドエッジ状態のトポロジカルな特徴づけを今回の3次元系に拡張することで理解できることがわかった。また、バルクでディラックコーンが見られるワイル半金属相について、そのフェルミアークと呼ばれる表面状態の分散と系のパラメタ変化に対する変化を理論的に計算した。ワイルノードを2個持つ有効模型をたてて、それからバルクと表面状態を計算し、フェルミアーク表面状態がバルクのディラックコーンに接することを見いだした。

次に系のパラメタ変化でワイル半金属相がトポロジカル絶縁体に相転移すると、それに応じて表面フェルミアーク同士がくっついて表面ディラックコーンになることを見いだした。またワイルノード2個の組がフェルミアークを形成するが、その組み合わせは表面の終端の仕方に依存することを格子模型で確かめ、それをトポロジカル絶縁体での表面終端に関する理論と関連づけて議論した。トポロジカル絶縁体の界面・表面状態に関する新規物性現象の探索を引き続き行った。まず、異なるトポロジカル絶縁体を2種類接合したときの界面について引き続き理論的研究を行った。トポロジカル絶縁体の表面状態はディラックコーンと呼ばれる特徴的なエネルギー分散を持ち、それぞれの状態のスピンの向きはカイラリティを持つ。そのカイラリティが異符号のもの同士を接合すると、かならず界面状態がギャップレス(金属的)に残ることを前年度に理論的に見出したが、通常この界面状態は一般にディラックコーンが偶数個の集まりになる。今年度はこれについて、粒子正孔対称性がある場合はこのギャップが閉じる点が線状に並ぶという特異なバンド構造を示すことを見出した。さらにこれがパフィアンと呼ばれる量の符号で特徴づけられることを見出した。このパフィアンで特徴づけられる特異な界面状態は質的に新しい状態と考えられる。またトポロジカル絶縁体の薄膜では、表面と裏面に現れるギャップレス状態の混成により、表面状態がギャップを開くことが知られている。この状態に磁場をかけることでどのように表面状態が変化するかを系統的に調べた。その結果、面内磁場をかけた時にできるWeyl半金属状態が鏡映対称性で守られていることや、そこでゲート電圧をかけたときのエッジ状態に速度が出ることなどを見出した。さらにこれらの研究から派生した研究課題として、スピン軌道相互作用のない蜂の巣格子やダイヤモンド格子上の模型での、分散のない平坦バンドをなすエッジ状態・表面状態の振る舞いを研究した。等方的模型の場合は平坦バンドはブリルアンゾーンの一部を覆っているが、模型の異方性を増していくと、バルクはギャップを開く一方でエッジ・表面はブリルアンゾーン全体を覆う平坦なバンドとなることを見出した。またこれを利用して、3次元方向全てに完全に局在した状態の構成を行った。物性理論トポロジカル絶縁体界面状態については、速度の符号が逆のものの界面でギャップレス状態が現れるなど、当初の目的になく予想していなかったような、興味深い理論的予言をすることができた。これについては物質探索やモデル計算などさらに発展していく余地があり、今後の発展が期待できる。25年度が最終年度であるため、記入しない。トポロジカル絶縁体の界面状態について、速度の符号が逆のものの界面でギャップレス状態が現れるなど、当初の目的にない予想外の興味深い理論的予言をすることができた。速度が逆符号である物質の実験例も出てきており、今後の理論、実験両面への波及効果が期待できる。また界面の分散も多様であることが分ってきており、理論的にも興味深い。
軟ガンマ線で探る銀河系内重力波天体残骸の探査

本研究の目的は、太陽系近傍の中性子星合体イベントの発生頻度を定量化すべく、中性子星合体の現場で合成される核子のうち、長寿命核からの核ガンマ線輝線に着目し、中性子星合体残骸の痕跡を探査することである。中性子星合体の現場でr-processにより合成される不安定元素を対象とするため、エネルギー帯域はメガ電子ボルト帯域が主となる。本研究初年度の平成30年度には、メガ電子ボルトの軟ガンマ線帯域に感度を持つ天体観測衛星INTGRALを用いたガンマ線エネルギースペクトル解析と撮像解析を行う準備をすすめた。INTGRAL衛星は稼働後15年以上もの観測データが蓄積されており、そのデータ量は15テラバイト近くになる。欧州ESAや米国NASAにあるデータセンターからのインターネット回線速度は想定よりもずっと遅く、全データの転送に一年近くかかることが判明したため、急遽、国外の共同研究者に依頼し、データセンターにハードディスクを郵送し物理的にデータを送付してもらうことでINTGRAL衛星によるガンマ線観測データを全て入手した。またそれらの観測データを用いたINTEGRAL衛星の分光撮像解析は、単一観測の標準的な解析手法を習得し、搭載機器2種に関するエネルギースペクトルと天体画像を作成することが出来るようになった。ゆえに計画通り、銀河面の撮像分光探査を開始した。初年度である平成30年度は、ガンマ線天体観測を実施する準備段階であるため、主な成果はないが、重力波天体に関する国内研究会と国際研究会をそれぞれ1件(計2件)と、重元素合成に関する国内研究会で1件、研究のコンセプトを講演する機会があった。研究の初年度にあたる平成30年度は、長寿命核からの核ガンマ線輝線に着目したガンマ線観測衛星による撮像分光探査の準備を進める予定であった。準備として、INTEGRAL衛星の公開データの入手、2種類の搭載機器の撮像観測、分光観測の解析手法の習得、が行えたため、研究成果の公表には至らないが、おおむね計画通りに研究が進展していると考えられる。昨年度はINTEGRAL衛星での核ガンマ線観測データ全てを入手し、単一観測の標準解析の手法は習得したため、今年度はいよいよ244Pu等の長寿命核からの核ガンマ線輝線の探査を開始する。ただし、観測データが膨大で、一度に解析できるデータ量も限られるため、効率的に探査するために、高速なデータ蓄積装置を購入し、探査をすすめる。また、銀河面のマップがかけた時点で、海外協力者の元に渡航し、INETEGRAL衛星の解析手法を詰めたい。最終的には、銀河系内のマップを作成し、残骸が無いかを探査、無い場合は、輝線強度の上限値から連星中性子星合体の生成率に制限をつける。
哺乳動物アセテル化および硫酸エステル酵素遺伝子導入による変異原高感受性菌の作成

報告者らは、肝チトクロムP450によるN-水酸化を受けた環境変異原・癌原性N-ヒドロキシアリルアミンの活性化酵素であるアセチル、および硫酸転移酵素のクローニング、および異種細胞における発現系を確立した。Ames試験テスト菌であるサルモネラ菌には哺乳動物と異なり、N,O-アセチル転移酵素およびO-硫酸化酵素が欠損しているので、本試験研究では、哺乳動物由来のアセチルおよび硫酸化酵素をサルモネラ菌内で発現させ、より高感度の新しいAmes試験テスト菌株を樹立し、従来のテストに比べ、false negativeを少なくする目的で基礎的研究を行なった。その結果、本研究で樹立した2株のAmes試験新テスト菌株は、癌原性アリルアミン(アセタミド)に対して極めて高感受性を示した。特に、既存のAmes試験テスト菌株では検出できなかったベンチジンのような物質も高感度に検出できることが明らかになった。本研究により、従来、発癌性試験陽性であるが、Ames試験陰性を示す被検物質があることの原因と考えられた代謝活性化酵素欠損を分子生物学的手法により補うことで、Ames試験によるfalse-negativeの事例を少なくすることが可能であることが示された。また、COS-1細胞の発現系を用い、両酵素は産業廃棄物や、化学合成品であることが多い癌原性アリルアミン(アセタミド)のみならず、加熱食品中に含まれている癌原性ヘテロサイクリックアミンのN-水酸化体に対しても活性化能を示す酵素であることが明らかになった。すなわち、これら菌株を用いることにより、産業廃棄物、大気汚染物質、加熱食品中の癌原物質など様々な環境変異原物質を高感度に検出できると考えられ、今後、多くの物質について、本菌株の特性を明らかにし、有用性を検討する価値が高いと考えられる。種々の化学物質の変異原性試験に広く用いられているAmes試験ではサルモネラ菌が使用されている。報告者らはこれらサルモネラ菌は種々のN-ヒドロキシアミドの代謝的活性化経路であるN,O-アセチル転移反応を触媒する活性が欠損していることを明らかにした。それゆえ、これら代謝的経路により活性化される癌原物質はAmes試験系ではfals negativeな結果となる。我々がハムスター肝アセチル化酵素、AT-IのcDNAをサルモネラ菌に導入・発現させ、アリルアミン(アミド)に対する変異原感受性を検討した。ハムスター肝cDNAライブラリーより単離したAT-IcDNAを発現ベクターpkk223-3に組み込み、AT-IcDNAを含むpMY2プラスミドを得、これをサルモネラLB5000株に導入して一部塩基を修飾ち、得られたプラスミドpMY2SをサルモネラTA1538に導入した。新しい試験菌SAT138の上清にはハムスター肝の約100倍のAT-Iの発現が認められ、SAT138はTA1538に比べて多くのアリルアミンやN-ヒドロキシアミン(アミド)に対して極めて高い変異原性を示した。特にN-hydroxyaminofluoreneやN-hydroxyacetylaminofluoreneに対しては、250倍および10,000倍以上高い感受性を示した。また、benzidineはきわめて強い癌原物質であるにもかかわらず、従来のAmes試験では変異原性が陰性であったが、SAT138を用いることにより強い変異原性を示した。この結果はベンチジンの代謝的活性化にはN-アセチルとN-水酸化につづいてN,O-アセチル転移が必要であることを確認したものである。今後、SAT138の有用性をさらに高めるべく研究を行なうと共に、O-硫酸化酵素cDNAを導入した新しい試験菌を作成し、検討する予定である。報告者らは広く短期発癌性/変異原性試験に用いられているサルモネラ菌に哺乳動物由来の代謝活性化

酵素遺伝子を導入して、発現させることによって、極めて高感度でアリルアミン癌原物質および変異原に対して陽性を示す新しいテスト菌を作成する目的で研究を行なった。報告者らは本年度、新規に単離したN-水酸化アリルアミンO-硫酸転移酵素のcDNAを異種細胞に発現させて本酵素の性質を調べたところ、本酵素は産業廃棄物や化学合成品であることが多い癌原性アリルアミン(アセタミド)のみならず、加熱食品中に含まれている癌原性ヘテロサイクリックアミンのN-水酸化体に対しても活性化能を示す酵素であることが明らかになった。実際、本酵素をコードするcDNAをサルモネラ菌に導入して樹立した菌株は、代表的アリルアミン(アセタミド)癌原物質である2-アセチルアミノフルオレンなどに対して高い感受性を示した。昨年度樹立したアセチル転移酵素を発現したAmes試験新テスト菌株、および今年度樹立した菌株は産業廃棄物、大気汚染物質、食品中など様々な環境変異原物質を高感度に検出できた。本研究で作成した新テスト菌株は、既存のAmes試験テスト菌株では検出ができなかったベンチジンのような物質の変異原性をも検出でき、今後、より多くの物質については本菌株の特性を明らかにし、有用性を検討する価値が高いと考えられる。報告者らはヒト由来のcDNAの単離にも成功しているので、そられをサルモネラ菌自身のアセチル転移酵素を欠損した菌に発現させるなど、本研究は今後もさらに新しい変異原・癌原物質の検出系の確立に向けて発展するものと考えられる。
ヒト食道癌の悪性度評価に関する研究-特に遺伝子、遺伝子産物の検索

本年度は食道癌の生物学的特性を探るため、分子生物学的な手法を用いて食道癌における種々の遺伝子あるいは遺伝子産物の発現についての研究を行ってきた。まず本学第1医化学教室の協力により組織からのDNA.RNAの抽出、SouthernおよびNorthern法を行うことが可能となった。東大医科研山本らとの共同研究により、食道癌においてはEGFR、erb-B2の遺伝子増幅は比較的低頻度(<10%)ではあるが存在することが示された。これは扁平上皮癌でのerb-B2の増幅が示された最初の例であること、増殖因子のシグナリングと癌の増殖との関係を結びつける上で興味ある知見である。さらに広島大津田らとの共同研究により、食道癌ではFGF superfamilyに属すると考えられるhst遺伝子が高頻度に増幅していることが明らかとなった。以上をもとに当教室で行われたSouthern法により以下の結果を得た。1.hstは食道癌において高頻度(40%)に増幅している。2.erb-B2の増幅している症例ではhstも同時に増幅している。以上よりそこに共通するgenetic eventの存在が予想された。しかし同時に行ったNorthern法によれば3.erb-B2の増幅している症例ではそのmRNAもまた発現が増大している。4.hstのmRNAの増加はいずれの症例でも見られなかった。以上より、hstの増幅は転写に結びつかないもので食道癌の癌化の過程で高頻度に起こってくること、erb-B2の増幅・発現増大も低頻度ではあるが食道癌で認められることが結論された。これらoncogeneの増幅・発現と患者の予後との関係が興味を持たれる点であるが、現在解析中である。1.GluthationーSーtransferaseーπ.type(GSTーπ)の含量は,正常上皮,異型上皮,癌の順に高く,癌では正常の4050倍の高い位を示す. ABC法による組織染色では,食道癌組織は全例,抗GSTーπ抗体に反応し,その染色様式は,核濃染型,細胞質濃染型,混合型の3型に分類され,正常上皮において基底層が淡く染色されているのに対し,はるかに強く染色された.2.GSTーπ抗体に対するヒト食道癌細胞株(TE1TE12)の反応をみると,反応性に大きな差がみられ,この差は,他のGSTの抗体,αやμとも異なっていた.3.GSTーπの含量は低分化癌で低い傾向を示し,また,CDDPに耐性のつよいcell lineで含量が高い傾向を示し,今後の検討が必要である.4.erbーII遺伝子の産物であるEGFーreceptorは,正常上皮と食道癌では大きな差がみられるが,EGF含量には差が認められなかった.5.Rig遺伝子は,食道癌組織で高率に発現しており,今後,正常上皮と癌の間の発現の相違について研究する必要がある.6.DNAヒストグラム上,aneuploidyを示す患者は,臨床統計上,非常に予後がわるいことが判明した.以上の研究成果をもとに,今後も癌の悪性度の評価をすべく,遺伝子レベル,酵素レベルにおいて,実験的・臨床的に研究をすすめていくつもりである.本年度は食道癌の生物学的特性を探るため、分子生物学的な手法を用いて食道癌における種々の遺伝子あるいは遺伝子産物の発現についての研究を行ってきた。
膜貫通タンパクを用いた神経分化に関わる細胞内シグナルの制御と応用

自然再生しない脳(神経)組織のダメージに対して、神経幹細胞移植を施すことで組織の修復が期待される。本研究は(1)細胞源として皮膚由来幹細胞のポテンシャル、(2)神経分化に関わる因子の制御などについて明らかにし、再生治療効果の向上と安定化を目的とした。皮膚由来幹細胞は神経分化能を有することを確認した。単離から移植にいたるまでに細胞に対する遺伝子操作は一切必要ないところに利点があった。神経分化誘導因子は細胞内シグナルであり、細胞障害性が少なく細胞内導入することが移植細胞には求められる。そこで膜貫通タンパクを用いた手法でシグナルを制御するようペプチドを設計した。今回、再生医療の一手法として皮膚細胞の活用と神経分化誘導ペプチドの利用が有用と考えられた。脳梗塞,パーキンソン病などの中枢神経疾患に対し,生体の持つ自然治癒力は期待し難く,増殖・分化能の高い幹細胞移植による再生医療が期待されつつある.本研究では(1)細胞源として皮膚由来幹細胞のポテンシャル,(2)神経分化に関わる因子の制御などについて明らかにし,再生治療効果の向上と安定化を目的とした.ラットの背部皮膚よりニューロスフェア法により皮膚由来幹細胞を単離,継代培養を行い,増殖能と分化能を評価した.平均6.9日で倍加し,さらに神経,グリア,平滑筋,脂肪への多分化能を保持していた.多分化能を有する皮膚由来幹細胞の局所移植が奏功するには,移植前に神経分化誘導されていることが必要で,その因子として既知のVHLタンパクに焦点を絞り検討した.未分化維持機構と分化促進には細胞内シグナルであるSTAT3の関与が示唆された.即ちVHLタンパクの構造はN末端のユビキチン化するタンパク質結合部位であるβドメインとC末端のElongin B, C, Cullin-2, Rbx1と複合体を形成するαドメインからなるが,Elongin B, Cの結合部位に相当する構造が神経分化誘導能を有していた.分化時にはSTAT3の上流因子JAK2の脱リン酸化とSTAT3の不活性化され,一方で未分化維持機構においてSTAT3が活性化されていた.この神経分化誘導因子は細胞内シグナルであり,細胞障害性が少なく細胞内導入することが移植細胞には求められる.そこで膜貫通タンパクを用いた手法でシグナルを制御するようペプチドを設計した.ペプチドは投与1時間で98.3%の細胞に細胞内導入され,6時間で核内移行を認めた.黒質を破壊したパーキンソンモデルラットにこの神経分化誘導を施した幹細胞を線条体に移植し,アポモルフィン誘発回転運動数を経時的に計測すると,有意な行動学的改善を認めた.今回,再生医療の一手法として皮膚細胞の活用が有用と考えられた.後遺症の残る脳細胞損傷である脳梗塞,進行性の脳細胞脱落であるパーキンソン病などの中枢神経疾患に対し,生体の持つ自然治癒力は期待し難く,薬剤での治癒も期待が薄い現状の中、増殖・分化能の高い幹細胞移植による再生医療が期待されつつある,本研究では(1)細胞源として皮膚由来幹細胞のポテンシャル,(2)神経分化に関わる因子の制御などについて明らかにし,再生治療効果の向上と安定化を目的とした.皮膚より単離,ニューロスフェア法により継代培養を行った皮膚由来幹細胞を用い,神経分化能を有することを確認した.この皮膚由来幹細胞の局所移植が奏功するには,移植前に神経分化誘導されていることが必要で,その因子として既知のVHLタンパクに焦点を絞り検討した.未分化維持機構と分化促進には細胞内シグナルであるSTAT3の関与が示唆された.即ちVHLタンパクの構造はN末端のユビキチン化するタンパク質結合部位であるβドメインとC末端のElongin B, C, Cullin-2, Rbxlと複合体を形成するαドメインからなるが,Elongin B, Cの結合部位に相当する構造が神経分化誘導能を有していた.この神経分化誘導因子は細胞内シグナルであり,細胞障害性が少なく細胞内導入することが移植細胞には求められる.そこで膜貫通タンパクを用いた手法でシグナルを制御するようペプチドを設計した.ペプチドは投与1時間で98.3%の細胞に細胞内導入され,6時間で核内移行を認めた.STAT3、SOCS3などの細胞内シグナル伝達物質が神経分化へ関与することを確認できたため,これらを有効に制御できるペプチドの設計を行った.アミノ酸を配列したペプチドは構造上不安定性があることとタンパク構造ではシグナル物質と結合してもその一部を切り取ったペプチド配列では三次元的な構造の変化が生まれ,思惑通りの制御を得られないことが判明した.そのためコンピュータ上でシュミレーションしたペプチド配列の設計を考慮した.今回,再生医療の一手法として皮膚細胞の活用が有用と考えられた.自然再生しない脳(神経)組織のダメージに対して,増殖・分化ポテンシャルの高い神経幹細胞移植を施すことで組織の修復が期待される。

すなわち脳梗塞,パーキンソン病,脊髄損傷などへの新治療が期待される.本研究では(1)細胞源として皮膚由来幹細胞のポテンシャル,(2)神経分化に関わる因子の制御などについて明らかにし,再生治療効果の向上と安定化を目的とした.皮膚より単離,ニューロスフェア法により継代培養を行った皮膚由来幹細胞を用い,神経分化能を有することを確認した.この皮膚由来幹細胞の局所移植が奏功するには,移植前に神経分化誘導されていることが必要で,その因子として既知のVHLタンパクに焦点を絞り検討した.未分化維持機構と分化促進には細胞内シグナルであるSTAT3の関与が示唆された.即ちVHLタンパクの構造はN末端のユビキチン化するタンパク質結合部位であるβドメインとC末端のElongin B,C,Cullin-2,Rbx1と複合体を形成するαドメインからなるが,Elongin B,Cの結合部位に相当する構造が神経分化誘導能を有していた,この神経分化誘導因子は細胞内シグナルであり,細胞障害性が少なく細胞内導入することが移植細胞には求められる.そこで膜貫通タンパクを用いた手法でシグナルを制御するようペプチドを設計した.ペプチドは投与1時間で98.3%の細胞に細胞内導入され,6時間で核内移行を認めた.STAT3、SOCS3などの細胞内シグナル伝達物質が神経分化へ関与することを確認できたため,これらを有効に制御できるペプチドのコンピュータ上で三次元的な構造をシュミレーションして設計を行った.黒質を破壊したパーキンソンモデルラットにこの神経分化誘導を施した幹細胞を線条体に移植し,アポモルフィン誘発回転運動数を経時的に計測し,有意な行動学的改善を認めることを確認した.皮膚由来幹細胞は初代培養(単離)から移植にいたるまでに細胞に対する遺伝子操作は一切必要ないところに利点があった.今回,再生医療の一手法として皮膚細胞の活用が有用と考えられた.
標準理論を越える模型の構成とその力学的性質の解明

膜模型といわれる模型がある。これは標準模型における物質が5次元以上の高い時空の中の4次元の薄い膜に局在していると考えるアイデアである。標準模型における問題をいくつか解決できる可能性が示されており、標準模型を越える模型として重要な模型となっている。高次元中の膜のような存在は弦理論において自然と含まれていることが知られている。この弦理論に存在する膜の性質について今年度は精力的に研究を行った。膜の上にどのような物質が局在しているかという問題はだいぶ解明されてきたが、その膜自身が安定なのかについての研究はこれまで十分にされておらず私はこの点について研究を行った。不安定であったとしても宇宙が膨張し銀河を構成出来る程度の長さの間、崩壊しなければ現時点での観測と矛盾することがないので安定であるかどうか、不安定であればどの程度不安定なのかという問題は標準模型を越える模型を探索するにあたって重要である。私は弦理論におけるいろいろな次元を持った膜の安定性について膜の摂動を計算することによって調べた。その結果、膜の次元、膜の単位体積あたりの電荷と質量との比、膜の長さに関係して安定性が決定されることを突き止めた。この結果は膜の熱力学的安定性と関係していることも突き止めた。膜はある温度を持った熱力学的対象と考えることができる。温度を微小に上昇したとき膜のエネルギー(質量)が増加するとき熱力学的に安定であることが熱力学において示されている。熱力学的安定性と私の調べた膜の安定性が密接に関係していることを明らかにした。二つの安定性は違う概念であり膜の次元によって二つの関係が崩れる場合があり、それに関する推測が他の研究者によって与えられていたが、私の結果はその推測が正しいことを裏付ける結果となっている。私はこの結果を論文としてまとめ研究発表した。
国際規範カスケードの政治過程

プロジェクトの最終年度にあたる本年は、研究の総括とその公開、および、本プロジェクトの成果から派生する今後の研究の土台づくりに精力を傾けた。まずは、昨年度末の海外調査を生かして、アメリカにおける対人地雷禁止キャンペーンがどのような働きをしたか、それがどのような国際的インパクトをもったのかについて明らかにする事例研究を行った。アメリカではトランスナショナル政治が必ずしも有効に機能しなかったにもかかわらず、国際的な趨勢によってその外交力が規制されることになったというこの事例研究をとおして、国際NGOなどの主導者側だけに着目するのではない、より視野の広い理論枠組みを発展させることができた。これにより、規範カスケード・評判政治・トランスナショナル政治の三本柱によって統合的に説明される、国際規範発展の理論モデルが完成したといえよう。この成果は10月に福岡で開催された日本国際政治学会で発表され、好意的な評価を受けた。また、事例研究に重きを置いた論文(「規範カスケードにおける評判政治(中の四)」)を、11月に『国際協力論集』に発表した。さらに、本プロジェクトを通じて得られた理論モデルを包括的かっコンパクトにまとめた論文(「グローバル規範形成のトランスナショナル-国際政治」)は、2008年3月に公刊される予定であったが、刊行スケジュールの遅れにより、2008年4月に刊行される運びとなった。なお、期間中、海外の関係者と会談し、研究成果内容についてのコメントをもらったり、英語での成果発表の方法について議論したりした。また、本研究成果の単行本化に向けて、事実関係の確認などの必要とされるさらなる調査も海外出張中に行い、有意義な結果を得た。三年計画の最初の一年である本年度は、計画どおり、トランスナショナル関係論、グローバル・ガヴァナンス論(国際レジーム論を含む)、社会運動論の文献を中心に読み進めながら、概念の確立と、仮説の提示および実証によるモデル構築を中心的に行った。具体的には、イ)規範カスケードについての基礎概念の構築、ロ)対人地雷禁止条約作成過程をケースとして、規範カスケードの下位形態である条約カスケード概念を精緻化、ハ)「モメンタム」概念の構築による条約カスケードの数量的描写、に照準を定めて論文を執筆した。また、短期海外出張を行って、次に扱うケースの調査・資料収集を行い、来年度の準備とした。二年目の18年度は、17年度の成果をさらに補充・発展させる形で研究を進めた。17年度は、対人地雷禁止条約の事例を用いて、国際規範カスケードを現出させる諸国家の動きに焦点をあてて理論を実証したが、今年度はNGOと国際機構についての分析を加え、それらと諸国家の動きとを比較して、規範カスケード過程における国家とNGO国際機構との間の特殊な関係について整理した。この知見は、「規範カスケードにおける評判政治(中の三)」という論文にまとめられた.また、国際地域ごとの国家水流とNGO水流とを比較した実証研究を、国際政治学会秋季大会において報告した。さらに、これまでの研究を理論的に統括しながら発展させたものとして、規範カスケード過程における国際政治と国内政治の連動メカニズムと、その連結点としてのトランスナショナルNGOの政治的行為の特徴についてまとめた論文「多国間条約形成におけるトランスナショナル社会運動の動的共寝モデル」を発表した。18年度には、このほかにも、規範カスケード過程を特徴付ける二陣営間の政治的駆け引きを理論化するために、対人地雷禁止条約形成過程において、全廃派に対する対抗陣営として政治的に重要な役割を果たした米国が、なぜ国原的リーダーシップをとるのに失敗したのかという点についての研究もおこない、その訓告のための短期海外出張も行ったこの点についての分析結果は現在越鋭意執筆中であり、19年度中の発表を予定している。
フィールド保全遺伝学のための調査・解析手法の開発

フィールドワークを主体とする研究者と、統計モデル構築を専門とする研究者が協力してデータ取得からデータ解析まで一貫しておこなうことで、実測データと統計モデル構築の統合を目指した。具体的には、次のような成果を得た。1.微小生物のリスク管理:ウイルスの分子進化を調べるための最適サンプリング計画を検討し、有効な集団の大きさと進化速度を同時推定する方法を開発した。これによりHIV-1 env遺伝子を解析したところ、潜伏期間において両者の間に負の相関が認められた。また、バクテリアにおける水平伝搬に焦点を当てて、進化速度の変動するパターンを調べた。2.希少植物としてのサクラソウ:分子マーカーに基づく他殖性生物のQTL解析の方法を開発した。花器形質や開花フェノロジーの形質を効果的にQTLマッピングするための実験的手法を確立した.父性解析により、サクラソウの花粉と種子を通じた遺伝子流動の実態を明らかにした。3.マラリア原虫のベクターであるハマダラカ:東南アジアの各地からハマダラカを採集し、ミトドリアCOI, COII遺伝子配列およびマイクロサテライトの集団遺伝学的な解析により、遺伝子流動の様相と集団の履歴を、地史・人類史と関連づけつつ推測した。4.スペインにおけるヒナバッタの交雑帯:交雑帯周辺地域より個体を採集し、交配飼育実験を行った。生殖前隔離の遺伝構造を解析するために、鳴き声を定量化し、AFLPをタイピングした。またこれらのデータを大量に解析するために、音声解析ソフト、AFLPタイピングソフトを開発した。5.栽培漁業における保全遺伝:放流魚の天然資源に対する遺伝的影響を推定するために、経験ベイズによる集団構造推定法を開発し、マダイのmtDNAのデータを解析した。集団構造がある場合の連鎖不平衡と遺伝的分化の同時推定法を開発し、アユのアイソザイムとヒトSNPデータを解析した。初年度である本年度では、以下のような成果を得た。1.ウイルスの宿主適応過程を精度良く推定するための有効な配列抽出法を検討し、HIV-1env遺伝子における進化速度と集団サイズの関係を公開されているデータから推定した。また、ゲノム進化と形態進化のフィードバックを高感度で検出する探索的手法として進化速度の階層モデルを考案した。2.不完全データの父性解析により有効花粉輸送距離と雄株稔性を同時推定する手法を開発するとともに、サクラソウにおいてマイクロサテライトマーカーを整備した。3.サイズと送粉者の利用度の異なる8つのサクラソウ個体群における受粉パターンと種子生産を分析し、受粉数と自殖能が種子生産に及ぼす影響を把握した。また、ポリネータの訪花に伴う花粉分散を詳細に測定し、株の配置が配偶パターンに及ぼす効果を推定した。4.純系の親個体を作出することが困難である他殖性植物のQTL(量的遺伝子形質座)の推定法を考案した。また、QTLの数のベイズ推定を考案した。5.東南アジアに生息するマラリアベクター3種:An. DirusD, An. Dirus A, An. Dirus Cを、マラリア半島において850kmにわたる24地点から採集し、ミトコンドリアCOI,COII遺伝子の配列を読むとともに、遺伝子交流と集団の構造の予備的な解析を行った。6.北スペインにおけるヒナバッタ2種の交雑帯から標本採集を行い、鳴き声および足の形態の測定を行うとともに、AFLPマーカーを整備した。他方、waveletを用いた音声特徴の自動抽出プログラムを開発した。種分化の遺伝的メカニズムを推定するために、2種4集団を親個体として交配実験を開始した。7.栽培漁業対象種のマダイについて、集団の空間的不均質性を考慮に入れて複数座位間の連鎖不平衡および集団間差を経験ベイズにより推定する方法を考案した。

フィールド保全生物学者と統計学者が密接に協力し、データ取得から分析手法の開発、データ解析まで一貫して作業をおこない、本年度は以下の研究を行った。1.継時的に採られたウイルス遺伝子から進化速度と集団サイズを同時推定する方法を開発し、宿主間変動を検討した。また、進化速度の変化を検出する階層モデルを複数遺伝子の場合に拡張した。2.希少植物の保全においては、近交弱勢の遺伝因子となる分離比の歪みを引き起こす部位を検出し、この領域の多型性を維持するようにモニターすることが重要となる。このために、linkage phaseの不確定性を考慮に入れて他殖性生物のQTL解析を行う手法を開発した。またサクラソウにおいて、QTL解析を行うための家系を5家系約100個体ずつ作成し、光合成特性、展葉・開花フェノロジー、自家和合性、花器形態などの形質を測定し、ジェネット間変異を確認した。3.東南アジア中西から広範にわたりハマダラカを採集し、ミトコンドリアCOI、COII遺伝子およびマイクロサテライト11座位を解析した。後者においては、遺伝子型頻度をHW集団に分解して集団の構造を調べ、ミトコンドリアからの結果と対比した。特に本年度は、他に比べ隔絶された小集団を形成するAn. Dirus Cを重点的に標本採集し、解析を行ったところ、遺伝的浮動が観察された。4.北スペインにおけるヒナバッタ2種の交雑帯の音声による生殖前隔離の遺伝的背景を調べるために、野外で採集された個体から戻し交雑実験を行った。音声特徴の自動抽出プログラムを開発するとともに、AFLPマーカーのタイピングに着手し、QTL解析に備えた。5.栽培漁業対象種のマダイについて、経験ベイズ法により種苗放流が天然集団に与える遺伝的影響を調べた。また,マイナーなハプロタイプをまとめることが遺伝的分化の推測に与える影響についても検討した。本研究では,フィールドワークを主体とする研究者と,統計モデル構築を専門とする研究者が協力してデータ取得からデータ解析まで一貫しておこなうことで,これまでなし得なかった実測データと統計モデル構築の統合を目指した。具体的な材料として、1.人体に深刻な影響を及ぼすと同時に分子データの蓄積が進んでいるエイズウイルス,インフルエンザウイルス2.希少種として早急な遺伝資源保護が求められているサクラソウ3.人類の健康に大きな被害を及ぼすマラリア原虫のベクターであるハマダラカ4.種多様性の解明の材料として研究が進んでいるバッタの交雑帯5.保全遺伝学的な検討が重要課題となっている栽培漁業などを研究対象に据えた。上記1-3および5は、現代社会において、生物現象の理解と生物保全の具体的方策が緊急に求められているもので、1は豊富なデータベースを利用、2は軽井沢をフィールドとした標本調査と交配実験、3はタイを中心とする東南アジアにおける標本調査とDNA解析、5は国内水産研究機関からの情報収集を行った。
モジュール型精神障害者社会復帰促進研修プログラムの開発

独自に作成した精神障害者社会復帰促進研修プログラム(案)を、後述の1)-4))は看護師3-5名、5)は看護師3-4名、臨床心理士0-1名、精神保健福祉士1名(2回目は代理者)、作業療法士1名で、各2回計10回のフォーカスグループインタビューで検討した。研究協力者のグループから出された、(1)言葉の定義を明確に、(2)簡潔明瞭な表現に、(3)研修対象者を明確に、(4)コース間に順序性がある可能性、(5)フォローアップ研修の期間や頻度を明確に、(6)タイトルを短く興味をひく表現に、(7)受講生がエンパワーメントされるようなグループワークに、(8)受講生の募集方法が課題、(9)受講生同士のネットワーク作りも同時にできると良い、などの意見をもとにプログラムを修正した。各コースの名称は、1)看護観と援助への動機づけ育成コース、2)システムを構築し改良する能力の育成コース、3)直接ケア能力育成コース、4)患者イメージ変容コース、5)ケアチームのチームワーク促進コース、である。本プログラムの特徴は、(1)受講希望者のレディネスや興味に従って受講できる5つのモジュールで構成されている、(2)グループワークを重視した参加型の研修である、(3)On-JTとOff-JTを組み合わせて実践に直接役立つ、(4)フォローアップ研修と大学の教員のコンサルテーションや受講生同士のピアコンサルテーションにより受講生やケアチームの継続的な成長を支援する、(5)現在精神保健医療福祉の分野で急務の課題であるケアチームのチームワークを促進する、(6)精神障害をもつ人の社会復帰の経験に学ぶ内容が含まれている、(7)一つの研修を受けることで他の研修で目的としている各種の能力育成に波及効果が期待できる、の7点である。本研修プログラムは、院内研修、職能団体での研修、教育機関によるリカレント教育など、様々な場や状況に応じて修正して活用できる可能性があり、実施により精神科に10年以上入院している人々の社会復帰促進につながることが期待できる。平成19年度は、精神科超長期入院患者の社会復帰援助レディネス尺度の作成を研究目的にしていた。しかし、前段階の、クライテリオン群と一般群の比較分析により、尺度項目を絞り込む作業が遅れたためパイロットスタディ、本調査共に未だ行っていない。当初、社会復帰援助で高い実績を上げている精神病院に所属する看護者(看護師、准看護師)をクライテリオン群、平均的な看護を行っている精神病院に所属する看護者を一般群として分析する予定であった。しかし、クライテリオン群の調査票回収率が20%に満たなかったため、もう1か所調査対象施設を増やし、合計3施設で調査を行った。10年以上精神病院に入院していた人の社会復帰援助を行った経験がある人をクライテリオン群、経験がない人を一般群として比較分析を行った。アンケートの配布数416、回収数は123で、回収率は29.5%であった。記述統計の結果、正規分布にはなっていなかった。また、天井効果、フロア効果のある項目はなかった。次に、精神科に10年以上入院していた人への援助の経験の有無により、項目ごとの有意差を分析した。統計手法はマンホイットニーのU検定を用いた。その結果、p>0.01、p>0.001水準で有意差があった項目が、176項目中93項目あった。しかし、有意差がなかった尺度項目の中には、研究者が経験的に重要と考えている項目が含まれている。また回収数が尺度項目に比して少ないことから、次のパイロットスタディまでは現行通りの尺度項目で調査をし、再度同様の分析を行って最終的に削除する項目を決定する予定である。因子構造の妥当性を見るために、因子分析(主因子法、プロマックス回転)を行い、13因子が抽出された。各因子のクロンバックα係数を求め、信頼係数を低下させている項目を削除する予定だったが、次のパイロットスタディまでは前述と同様の理由で温存することにした。クロンバックα係数が0.7以上の因子は、13因子中、12因子であった。今後のパイロットスタディを関東圏内で無作為に抽出した精神病院の看護職者を対象に回収数500名規模で行い、尺度項目を100前後に絞る予定である。その後、尺度の妥当性を検証する本調査を回収数750名規模で行う予定である。今年度は、昨年度に引き続き、「精神科超長期入院患者の社会復帰援助レディネス尺度」(案)の項目削除とGSES(一般性セルフエフィカシー尺度)との併存妥当性の検証のためのアンケート調査を行った。関東圏内の精神病院を無作為に20カ所選択し、病院管理者と看護管理者の研究協力への同意が得られた11か所の精神病院に合計916部のアンケートを配布し123部回収(回収率13.4%)した。回収数が尺度の項目数を下回ったため、無作為抽出で追加の調査を行った。関東圏内の精神病院5か所(前回と前々回の調査対象病院を除く)に合計312部のアンケートを配布し、39部回収(回収率12.5%)した。しかしこの2回の追加調査の回収数を加えても、尺度の項目数176項目に満たないため、さらに追加調査を行う予定である。

4月は新人教育で臨床は忙しい時期であり、5月は連休が多く調査を行っても回収が見込めないため、6月の調査に向けて準備を進めているところである。3月に「モジュール型精神障害者社会復帰促進研修プログラム」(案)を作成した。3月は年度末で退職者も多く、臨床は忙しい時期であるため、プログラムの内容妥当性と実現可能性の検討・精錬のためのフォーカス・グループ・インタビューは、次年度(6月)に行う予定である。独自に作成した精神障害者社会復帰促進研修プログラム(案)を、後述の1)-4))は看護師3-5名、5)は看護師3-4名、臨床心理士0-1名、精神保健福祉士1名(2回目は代理者)、作業療法士1名で、各2回計10回のフォーカスグループインタビューで検討した。研究協力者のグループから出された、(1)言葉の定義を明確に、(2)簡潔明瞭な表現に、(3)研修対象者を明確に、(4)コース間に順序性がある可能性、(5)フォローアップ研修の期間や頻度を明確に、(6)タイトルを短く興味をひく表現に、(7)受講生がエンパワーメントされるようなグループワークに、(8)受講生の募集方法が課題、(9)受講生同士のネットワーク作りも同時にできると良い、などの意見をもとにプログラムを修正した。各コースの名称は、1)看護観と援助への動機づけ育成コース、2)システムを構築し改良する能力の育成コース、3)直接ケア能力育成コース、4)患者イメージ変容コース、5)ケアチームのチームワーク促進コース、である。本プログラムの特徴は、(1)受講希望者のレディネスや興味に従って受講できる5つのモジュールで構成されている、(2)グループワークを重視した参加型の研修である、(3)On-JTとOff-JTを組み合わせて実践に直接役立つ、(4)フォローアップ研修と大学の教員のコンサルテーションや受講生同士のピアコンサルテーションにより受講生やケアチームの継続的な成長を支援する、(5)現在精神保健医療福祉の分野で急務の課題であるケアチームのチームワークを促進する、(6)精神障害をもつ人の社会復帰の経験に学ぶ内容が含まれている、(7)一つの研修を受けることで他の研修で目的としている各種の能力育成に波及効果が期待できる、の7点である。本研修プログラムは、院内研修、職能団体での研修、教育機関によるリカレント教育など、様々な場や状況に応じて修正して活用できる可能性があり、実施により精神科に10年以上入院している人々の社会復帰促進につながることが期待できる。
個人的苦痛と共感的関心が他者援助を促す機構の検討

平成30年度では,他者の苦境に対する心拍減速がどのような心理過程を反映するか探索的に検討した。具体的に,平成29年度に実施した実験結果より,他者の苦境を観察している間の心拍活動の減速が,共感者自身の苦痛(個人的苦痛)及び苦境にある他者への思いやり(共感的関心)と逆U字の関係にある可能性が示された。このような共感における心拍減速に反映される心理過程は,刺激への注意の増大(定位反応)または感情のコントロール(感情制御)の2つの可能性が考えられる。したがって,どちらの解釈が妥当であるか実験的に検討した。参加者は他者がネガティブな感情にある画像(不快条件)もしくは感情的に中性な画像(中性条件)を見た後,自身に生じている感情を評定した。課題中の心拍活動を心電図にて測定し,画像呈示直後の心拍活動の減速(心拍減速)及び減速の後の加速(心拍加速)を算出した。課題後,参加者に画像を見ている間自分の感情をコントロールしていたか否かを尋ね,それに基づいて参加者を群分けした(制御あり群vs制御なし群)。その結果,感情評定において制御あり群は共感感情を抑制したと解釈できる結果がみられたものの,心拍減速において感情条件×感情制御の交互作用は統計的に有意ではなかった。統計的に有意な差ではなかったものの不快感情の心拍減速が制御あり群と比べ制御なし群で大きい傾向にあり,中程度の効果量だったという結果から,共感における心拍減速は定位反応を示す可能性がうかがえるが,本研究の結果からはそのように結論づけることは難しい。本研究では,事前に他の感情刺激を用いた課題を行っていたこと,参加者の自発的な感情制御に基づいて群分けをしたため参加者の人数に偏りが生じたなどの限界点があった。したがって,今後は本実験結果をもとに,参加者の感情制御方略を操作した新たな実験を行うことで,この可能性が十分に検証される必要がある。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。近年,他者の苦境への共感により共感者自身に生じる苦痛(個人的苦痛)と,苦境にある人への思いやり(共感的関心)が逆U字関係にあると主張されている。しかし,それを実証した研究は少なく,本研究はその実証を目指す。平成29年度では心拍活動が個人的苦痛と共感的関心のバイオマーカーとして扱えるか検証するために,生理活動測定装置を用いた心理学的実験を行った。参加者は他者がネガティブな感情を抱いている画像,もしくは感情的に中性な画像を見た後,自身に生じている感情を評価した。また,課題中の心拍活動を心電図にて測定した。画像呈示前1秒の平均心拍をベースラインとし,刺激呈示後の0.5秒毎の平均心拍からベースライン時の平均心拍を減算して心拍変化を算出した。さらに,画像呈示直後の心拍変化の最小値(心拍減速)及び減少後の心拍変化の最大値(心拍加速)を算出した。主観的な感情評価と心拍活動指標の関係性を線形混合効果モデルで検討したところ,ネガティブ画像条件において心拍減速が個人的苦痛や共感的関心と逆U字関係にあることが示された。心拍減速は副交感神経系の活動を反映するため,上記の研究結果は副交感神経系と他者への共感が逆U字関係にあるという知見と一致する。このような逆U字関係は比較的長い時間間隔で測定される副交感神経系に関する指標(心拍変動)において示されていたが,本研究では短時間で生じる副交感神経系の活動においても逆U字関係が生じることを示した。平成29年度に実施した実験は,心拍活動が共感に関する感情反応のバイオマーカーとなるか検討することが主な目的だった。その結果,心拍減速が個人的苦痛と共感的関心と逆U字関係にあることが示され,心拍活動が十分にバイオマーカーとして使用可能であることを確認できた。また,心拍減速がこれらの感情と線形の関係ではなく逆U字関係にあるという結果は予想しておらず,個人的苦痛・共感的関心の逆U字関係のメカニズムを探るうえで重要な結果になりうる。よって,当初予想していた以上に本実験から重要な知見が得られたと考えることができるため,本研究は当初の計画以上に進展していると評価できる。

その結果,感情評定において制御あり群は共感感情を抑制したと解釈できる結果がみられたものの,心拍減速において感情条件×感情制御の交互作用は統計的に有意ではなかった。統計的に有意な差ではなかったものの不快感情の心拍減速が制御あり群と比べ制御なし群で大きい傾向にあり,中程度の効果量だったという結果から,共感における心拍減速は定位反応を示す可能性がうかがえるが,本研究の結果からはそのように結論づけることは難しい。本研究では,事前に他の感情刺激を用いた課題を行っていたこと,参加者の自発的な感情制御に基づいて群分けをしたため参加者の人数に偏りが生じたなどの限界点があった。したがって,今後は本実験結果をもとに,参加者の感情制御方略を操作した新たな実験を行うことで,この可能性が十分に検証される必要がある。平成29年度に実施した実験において,心拍減速と個人的苦痛・共感的関心が逆U字関係にあることが示されたものの,これがどのような心理プロセスを反映しているか不明確である。従来の研究において,心拍減速は刺激に関する情報を取り込むための注意配分(定位反応)を反映するとされてきたが,近年の研究では自己制御過程を反映する可能性も示唆されている。今後の研究では,上記の実験における心拍減速が定位反応と自己制御過程のどちらを反映しているか,生理活動測定装置を用いた心理学的実験により検討する必要がある。また平成29年度の研究結果について学会発表や論文執筆を行い,公表する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
コレラ菌由来ナトリウム輸送性ＮＡＤＨ－キノン酸化還元酵素の生物有機化学的研究

申請者は、独自に合成した光反応性ユビキノン(PUQ-3)を用いてコレラ菌由来のNa+-NQRに対する光親和性標識実験を行った。その結果、Na+-NQRを構成する6個のサブユニットのうち、NqrAサブユニットが特異的に標識され、"solvent-accessible cavity"と呼ばれる洞窟様の空間を構成するLeu32-Met39あるいはPhe131-Lys138の領域にユビキノン結合部位が存在することが明らかになった。一方、Na+-NQRの阻害剤としては、オーラシン類縁体のHQNOが報告されているが、その阻害活性はμMオーダーとさほど強くない。そこで、所属研究室が保有するオーラシン類のライブラリーについてスクリーニングを進め、HQNOの1000倍の阻害活性を示す化合物オーラシンD-42 (AD-42)を見出した。次に、AD-42を鋳型としてキノロン骨格、あるいは側鎖末端に光反応性基(アジド基)を導入した[125I]PAD-1と[125I]PAD-2をそれぞれ合成し、コレラ菌Na+-NQRに対する光親和性標識実験を行った。その結果、[125I]PAD-1と[125I]PAD-2は、NqrBサブユニットのN末端領域のArg43-Lys54とTrp23-Gly89をそれぞれ特異的に標識した。2014年に報告されたコレラ菌Na+-NQRの結晶構造に基づくと、ユビキノン結合部位とキノンへの電子供与体であるリボフラビンの距離は約40Åも離れており、両サブユニットの大きな構造変化を前提としない限り、RBFとユビキノンの間で電子伝達は起こり得ない。阻害剤の結合部位は、NqrAを細胞膜に固定しているNqrBのN末端領域にあったことから、阻害剤はユビキノンに対して拮抗的に作用するのではなく、N末端領域の予想される構造変化を“くさび"としてはたらいて阻害していることが示唆された。29年度が最終年度であるため、記入しない。Na+-NQRにおけるユビキノン結合部位を同定する目的で、光反応性ユビキノン(PUQ-3)を合成し、コレラ菌Na+-NQRに対する光親和性標識実験を行ったところ、NqrAサブユニットが特異的に標識された。さらに、NqrAサブユニットのプロテアーゼ限定分解より、PUQ-3標識部位、即ちユビキノン結合部位がNqrAサブユニット内の洞窟様の空間を構成するLeu32-Met39あるいはPhe131-Lys138の領域に存在することがわかった。Na+-NQRの阻害剤、オーラシン類HQNOの阻害活性はさほど強くない。そこで、所属研究室のオーラシンライブラリーをスクリーニングし、HQNOの1000倍の強力なAD-42を見出した。また、HQNOに対して薬剤耐性を示す変異酵素(NqrB-G140AとNqrB-E144C)について、AD-42の阻害活性を評価したところ、両変異酵素の阻害剤感受性が完全に消失した。本結果は、NqrBサブユニットが阻害剤の結合に関与することを強く示唆する。Na+-NQRにおける阻害剤結合部位を同定する目的で、AD-42を鋳型として光反応性オーラシン([125I]PAD-1と[125I]PAD-2)を合成し、Na+-NQRに対する光親和性標識実験を行った結果、NqrBサブユニットのN末端領域Arg43-Lys54とTrp23-Gly89をそれぞれ特異的に標識した。コレラ菌Na+-NQRのX線結晶構造において、本領域はNqrBサブユニットからNqrAサブユニット側に突き出した構造をとり、上記のユビキノン結合部位の一部を構成する。一方、PUQ-3標識実験より、ユビキノン結合部位とオーラシン結合部位は同一ではなく、オーラシンがNa+-NQRに結合し、両サブユニットの接触領域の構造変化を誘引後、間接的にユビキノンへの電子伝達反応を阻害することが示唆された。光反応性ユビキノン(PUQ-3)を用いた光親和性標識によって、コレラ菌Na+-NQRのユビキノン結合部位が、NqrAサブユニットの"solvent-accessible cavity"と呼ばれる洞窟様の領域に存在することを明らかにした。また、新たに見出したNa+-NQRの阻害剤オーラシンD-42(AD-42)を鋳型に、光反応性オーラシン([125I]PAD-1および[125I]PAD-2)を合成して光親和性標識を実施し、阻害剤の結合部位がNqrBサブユニットのN末領域に存在することを明らかにした。そして、同定したユビキノンと阻害剤の結合部位が互いに近接した位置関係にあり、NqrAおよびNqrBサブユニットの境界領域で生じる構造変化が、酵素の触媒活性に重要な役割を果たしていることを明らかにした。以上の成果は、アメリカ生化学・分子生物学会誌であるThe Journal of Biological Chemistryに報告しており、本研究はおおむね順調に進展していると考えている。