hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光と物質の超強結合：非古典光のレーザー発振

昨年度までの解析の結果,光と物質の超強結合下において,レーザーは奇数次の高調波を伴って発振するという,通常とは異なる振る舞いを示すことが分かっていた.本年度,さらに解析を進めることで,高調波だけではなく双安定性も示すことが分かった.昨年度までの解析において直面していた,どのゲージの元で計算を行うかという問題については,むしろ異なる2つのゲージでそれぞれ計算し比較することで,用いた近似の妥当性を判断することにした.すなわち,定量的に異なる結果が得られたとしても,定性的に同じ振る舞いがどちらのゲージでも得られれば,定性的に信用できる結果と判断できる.この方針に従い,具体的な物質系を想定することなく,超強結合下でのレーザー発振の一般的な性質を議論することができた.多数の2準位系を想定した上でレーザー発振の巨視的な振る舞いを解析し,その結果は学術雑誌に現在投稿中である.出力光の量子力学的な性質については,信用に足る計算にまでは至っていないものの,高調波発生や双安定性など,非古典的な光の直接的なレーザー発振を期待させる振る舞いが得られた.また,レーザー発振を解析する上で,各ゲージでどのようなHamiltonianを用いれば良いのかについても解析を行った.光と物質の超強結合下においては,誤ったHamiltonianを用いた場合,系を励起せずとも場が自発的に振幅を持つ相転移現象が起こることが知られている.本研究では,信用できるHamiltonianを導くことに成功し,その結果は学術雑誌にて発表済みである.超強結合下におけるレーザーの双安定性は,実証実験する上で明確な指標となる.多数の2準位系を共振器に閉じ込めた系として,有機分子を含む微小共振器と,超伝導回路による多数の人工原子を含むマイクロ波共振器が有力であり,それらを作製可能なグループと実証実験に向けた議論を行った.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。研究実施計画の通り,本年度は,超強結合系の散逸をいかにして記述するべきかという,本研究を遂行する上で必須となる研究テーマに取り組んだ.これまで一般的なものとして世界的にも認識されていた手法が超強結合系に関しては誤った結果を与えることを本研究では世界で初めて明らかにし,正しい計算手法を示すことにも成功した.この計算手法の開発によって,共振器内外での光の相関関数を正しく評価することが可能となり,本研究の目的であるレーザー発振した超強結合系からの出力光を量子力学的な観点から評価する道筋が付いた.光と物質の超強結合系を実現できるGaAs量子井戸でのサブバンド間遷移は,本研究でも具体的に想定する実験系の1つであるが,そこでのキャリア間の非線形相互作用に関してもフランスの共同研究者とともに理論研究を行った.そこでの詳細な解析は,将来的にこの系におけるレーザー発振を解析する上で必須となる作業である.超強結合系を実現しうる新たな実験系に関しても,日本の実験グループと議論を交わした.特に,無機有機量子井戸系について意見交換をし,手始めにその基礎的な物性の解析から共同で進めていく予定である.また,複数の実験グループと,光学フォノンについても意見を交わした.レーザー発振の媒体としては有望とは考えにくいが,光と物質の超強結合の基礎的な物理現象や上記散逸過程の記述法を検証することが可能であり,比較的容易に準備が可能なこのフォノン系を想定した解析についても今後進めていく.本年度は,昨年度に構築した超強結合系における散逸の取り扱いに関して,理論をより一般化することから始めた.研究計画を円滑に進める上で,必須となる研究であったからである.結果として一般化に成功し,散逸の問題に関してはほぼ完全な理解にまで達したと言える.去年度の理論とより一般化した理論は,それぞれ学術雑誌にて発表済みである.その後,研究実施計画の通り,金属膜共振器中のGaAs量子井戸を念頭においた超強結合系のレーザー発振の解析に取り組んだ.レーザー発振の条件やレーザー光の特性の解析まで一通り完了しており,近々論文として学術雑誌に投稿する予定である.ただし,超伝導回路を想定したレーザー発振については,いまのところ手つかずのままとなっている.超強結合系を実現しうる新たな実験系に関しては,今年度に参加した国際会議にてフランスの実験グループと議論を交わし,有機分子による系が特に可視光から紫外にかけてのレーザー発振に有望であることが判明した.レーザー光の特性を検証するにしても,可視光領域であるほうが,既存の装置を用いることができるので有利と言える.また,研究計画からはやや逸れるが,半導体微小共振器におけるポラリトンによるスクイーズド光発生に関してフランスの実験グループと共同研究を行い,学術雑誌にて発表した.スクイーズド光のような非古典光をレーザー発振させるには如何にすればいいかという本研究とも深い繋がりのある研究である.昨年度までの解析の結果,光と物質の超強結合下において,レーザーは奇数次の高調波を伴って発振するという,通常とは異なる振る舞いを示すことが分かっていた.本年度,さらに解析を進めることで,高調波だけではなく双安定性も示すことが分かった.昨年度までの解析において直面していた,どのゲージの元で計算を行うかという問題については,むしろ異なる2つのゲージでそれぞれ計算し比較することで,用いた近似の妥当性を判断することにした.すなわち,定量的に異なる結果が得られたとしても,定性的に同じ振る舞いがどちらのゲージでも得られれば,定性的に信用できる結果と判断できる.

この方針に従い,具体的な物質系を想定することなく,超強結合下でのレーザー発振の一般的な性質を議論することができた.多数の2準位系を想定した上でレーザー発振の巨視的な振る舞いを解析し,その結果は学術雑誌に現在投稿中である.出力光の量子力学的な性質については,信用に足る計算にまでは至っていないものの,高調波発生や双安定性など,非古典的な光の直接的なレーザー発振を期待させる振る舞いが得られた.また,レーザー発振を解析する上で,各ゲージでどのようなHamiltonianを用いれば良いのかについても解析を行った.光と物質の超強結合下においては,誤ったHamiltonianを用いた場合,系を励起せずとも場が自発的に振幅を持つ相転移現象が起こることが知られている.本研究では,信用できるHamiltonianを導くことに成功し,その結果は学術雑誌にて発表済みである.超強結合下におけるレーザーの双安定性は,実証実験する上で明確な指標となる.多数の2準位系を共振器に閉じ込めた系として,有機分子を含む微小共振器と,超伝導回路による多数の人工原子を含むマイクロ波共振器が有力であり,それらを作製可能なグループと実証実験に向けた議論を行った.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。研究実施計画の通り,研究目的を遂行する上で必須となる散逸の扱いに関して,その基本的なアイデアを確立することに成功した.また,実験グループとの共同研究に関しても,光学フォノンという比較的容易に扱うことのできる系の存在を認識することで,基礎的な実験検証への道筋が見えてきたと言える.超伝導回路を想定したレーザー発振の解析まではできていないものの,研究実施計画の通り,金属膜共振器中のGaAs量子井戸を想定したレーザー発振の解析までは完了した.新たな物質系の探索に関しても,有機分子を用いた超強結合系の可能性が見えてきたことから,探索自体は完了したと言える.比較的扱いやすい実験系として,まずは光学フォノンを想定し,本年度に構築した理論をいかにすれば検証できるか検討する,その際には,実験グループと密に議論し,実現可能な実験法を提案し,できることなら実験の実施とその解析まで手掛ける,一方で,最終的な研究目的である超強結合系におけるレーザー発振について解析を行い,通常のレーザー発振との違いを量子力学的な観点から明確にする.また,超強結合を実現しうる新たな実験系も,積極的に探索する.現状において超強結合下におけるレーザー発振の解析の結果,その出力光の量子力学的な性質は,通常のレーザー発振とそう変わらないという結果が得られている,得られた結果が本当に実際の系を反映しているのかを,来年度は詳細に検証する.もし,通常のレーザー発振と変わらないという結論になれば,いかにすれば量子力学的な特性をもった光をレーザー発振できるのかについて,改めて解析を行っていく.
シナプスーグリア複合環境の動的変化による情報伝達効率の時空間的制御

本研究では、シナプスーグリア複合環境が、どのように刻々と変化するのかを調べ、この空間環境変化が、伝達物質濃度の時空間特性にどう影響し、シナプス伝達にどう作用するのか調べることを目的としている。昨年度の二光子イメージングを用いた研究によって、小脳のバーグマン・グリア細胞の形態が、分単位で刻々と変化することが明らかになった。この形態変化を誘導する信号の候補として、バーグマン・グリア細胞のCa^<2+>透過型AMPA受容体とATP受容体が考えられる。本年度の研究では、まず、これらの受容体の活性化を介した細胞内Ca^<2+>濃度上昇が、細胞のどの位置で生じるのかを調べた。その結果、AMPA受容体入力によるCa^<2+>上昇は、グリア細胞の微細突起の先端に限局しているのに対し、ATP受容体入力によるCa^<2+>上昇は、グリア細胞全体に伝播することが明らかになった。AMPA受容体は、平行線維や登上線維からのグルタミン酸放出によって活性化されることは明らかにされているが、ATPはどこから放出されるのか明らかになっていない。ATP放出元が小脳介在神経細胞であることが示唆されているので、これを確定するための実験を進めている。形態変化に関しては、AMPA受容体の活性化を薬物によって6時間程度止めたところ、グリア細胞で記録されるグルタミン酸応答の立ち上がりが遅くなることが明らかになり、平行線維とグリア細胞の微細突起の間の距離が広がったことが示唆された。二光子イメージングでは解像度が足りず、この点を確認できなかったので、電子顕微鏡を用いた連続切片観察を試みている。同様にして、ATP受容体の形態変化に対する影響に関しても解析を試みている。また形態変化に伴い、細胞外空間における伝達物質拡散がどのように影響を受け、シナプス後細胞の受容体活性化にどのような影響を与えるのかを解析するためのシミュレーションも遂行した。本研究では、シナプス-グリア複合環境が、どのように刻々と変化するのかを調べ、この空間環境変化が、伝達物質濃度の時空間特性にどう影響し、シナプス伝達にどう作用するのか調べることを目的としている。本年度の研究では、二光子励起イメージングを用いて、小脳のバーグマン・グリア細胞の形態が、分単位で刻々と変化することを明らかにした。また、シナプス前細胞を刺激すると、グルタミン酸を含んだシナプス小胞が異所放出され、これによってバーグマン・グリア細胞のカルシウム透過型AMPA受容体が活性化されることが明らかになっている。シナプス刺激に伴って、バーグマン・グリア細胞内のカルシウム濃度が上昇することを、二光子励起イメージングによって確認した。このような細胞内カルシウム濃度上昇によって、バーグマン・グリア細胞の形態変化が制御されている可能性が示唆されている。そこで、シナプス活動を阻害した状態もしくは亢進した状態で、バーグマン・グリア細胞の形態変化がどのように制御されるのかに関して、現在調べている。また、光感受性タンパク質を特定の神経細胞に発現させ、この神経細胞が形成するシナプスを刺激し、近傍のグリア細胞の形態変化を調べる方法を開発している。光感受性タンパク質を光刺激して、シナプス応答を引き起こすのには成功したので、現在、神経細胞の長期的な光刺激が、グリア細胞の形態・機能に与える影響を調べている。さらに、これまでの実験は、小脳スライス標本を用いて、細胞内に電極を介して蛍光色素を注入したものを用いていたが、バーグマン・グリア細胞に特異的に蛍光タンパク質を発現しているトランスジェニック・マウスを入手したので、これを用いて、in vivoでのグリア細胞の形態観察も試みている。

また形態変化に伴い、細胞外空間における伝達物質拡散がどのように影響を受け、シナプス後細胞の受容体活性化にどのような影響を与えるのかを解析するためのシミュレーションも遂行した。
鍼刺激による摂食抑制ペプチド促進メカニズムの基礎的研究

鍼刺激が、肥満と関連する摂食抑制に対し、どのような作用を及ぼすか検討するため、摂食抑制や代謝に関するホルモンであるレプチンの変異により肥満となるob/obマウス、レプチン受容体の欠損により肥満となるdb/dbマウス、野生型マウス、後天的に高脂肪食を与えてレプチン抵抗性となったDIOモデルマウスを用い、鍼刺激の影響について検討を行った。鍼刺激により、db/dbマウスにのみ有意な体重増加の促進が認められた。DIOモデルマウスには、鍼刺激による摂食量減少が認められ、骨代謝の変化がdb/dbマウスと野生型マウスに、生殖器系の変化がob/obマウスとDIOモデルマウスに認められた。ob/obマウス(n=10)、db/dbマウス(n=10)を、鍼群(n=5)とコントロール群(n=5)に分け、体重の推移を確認し、サンプル採取の時期を決定するため、自由摂食環境下で3ヶ月間飼育を行い、鍼群には、週に1回、20分間のイソフルラン吸入麻酔下で、15分間の置鍼による鍼刺激を行った。鍼刺激には、SEIRIN社製のNO.01グリーン(線径0.14mm,鍼長15mm)を用いた。コントロール群には、20分間のイソフルラン吸入麻酔を行った。ob/obマウスの体重の平均増加率は、鍼群では、1ヶ月後11.1%、2ヶ月後23.9%、3ヶ月後29.2%であった。コントロール群では、1ヶ月後15.4%、2ヶ月後31.3%、3ヶ月後39.8%であった。一方、db/dbマウスの体重の平均増加率は、鍼群では、1ヶ月後28.0%、2ヶ月後40.7%、3ヶ月後50.6%であった。コントロール群では、1ヶ月後23.8%、2ヶ月後30.0%、3ヶ月後37.5%であった。db/dbマウスの鍼群とコントロール群を比較した結果、鍼群に体重の有意な増加が認められた。また、サーモグラフィーカメラを用いてob/obマウス、db/dbマウスの皮膚温を測定した結果、コントロール群に比べ、鍼群の体温が上昇することが示唆された。予備的な実験から、db/dbマウスの鍼群に骨密度が減少する可能性が示された。(1)前回報告したように、ob/obマウス(n=10)、db/dbマウス(n=10)を、鍼群(n=5)とコントロール群(n=5)に分け、自由摂食環境下で、3ヶ月間飼育し、体重の推移を確認したところ、db/dbマウス鍼群に体重の有意な増加が認められた。そこで今年度は、この体重の推移の再現性を確認するため、前回同様にob/obマウス(n=10)、db/dbマウス(n=10)、各鍼群(n=5)とコントロール群(n=5)に分け、鍼群には、週に1回、20分間のイソフルラン吸入麻酔下で、15分間の置鍼による鍼刺激を行った。1ヵ月飼育し、摂食量を測定した結果、体重の推移の時期は、同様ではないものの、db/dbマウスの鍼群に明らかに体重の有意な増加が認められた。摂食量は、鍼群、コントロール群では、有意な差が認められなかった。(2)Total RNAを精製しRCRにてPOMCを解析した結果、ob/obマウスの鍼群に、POMCが発現していなかった。このことから、鍼刺激は、レプチンには非依存的に、レプチン受容体が無い場合、POMC産生が抑制される可能性が示された。今後再現性の検討を行う。(3)予備的な実験より、大腿骨、腎臓、精巣を採取した。骨密度測定により、db/dbマウスの鍼群に骨密度の減少が認められた。腎臓、精巣は切片を作成しHE染色にて観察したところ、腎臓には特異な差が見られなかった。精巣では、db/dbマウスには鍼群とコントロール群の間に明らかな差はなかった。ob/obマウスでは、コントロール群に、精巣の形成異常を示すものがあるが、鍼刺激には形成異常は認められなかった。肥満は、様々な疾患の危険因子であり、肥満の解消は、医療費削減につながる重要な課題である。鍼施術が、肥満に効果を示すと言われているが、そのメカニズムは、明らかでない。本研究では、そのメカニズムを解明するために、雄性の、遺伝性肥満モデルマウス(ob/ob, db/db系統)、食餌誘発性肥満モデルマウス(DIOモデルマウス)、健常野生型マウスを用い、自由摂食下で、個別飼育し、週に1回、20分間のイソフルラン吸入麻酔下で、左右の腎兪相当部位に、15分間の置鍼による鍼刺激を行い、麻酔のみを20分間行うコントロール群と比較をした。最初に、鍼刺激による体重増加への影響を検討した。体重増加を比較すると、統計的に有意な差が、db/dbマウスの鍼刺激群とコントロール群との間にのみ認められた。そこで、db/dbマウスの摂食行動に、鍼刺激が影響を示した可能性について検討した。摂食量、摂食抑制に関係するIL-

6、POMC、α-MSHなどの血中濃度、摂食調節に重要な部位である視床下部でのSTAT3の活性化について調べたが、鍼刺激による摂食への影響を明らかにすることができなかった。次に、肥満と骨・軟骨、生殖器系の間には、ホルモンや自律神経を介した関連があることが知られているため、これらの臓器についても検討を行った。予備的な結果であるが、大腿骨骨密度の低下が、db/dbマウス、野生型マウスの鍼刺激群で観察され、鍼刺激による骨代謝の促進が示唆された。また、ob/obマウスにおいて出現する精巣異型性が、鍼刺激によって出現しなくなる可能性が示され、DIOモデルマウスでも、鍼刺激群とコントロール群との間に、精巣重量の有意な差が認められた。現在、これらの結果について論文を作成中であり、DIOモデルマウスの鍼刺激群に有意な摂食量低下が認められたことも踏まえて、鍼刺激が肥満の改善に影響を与えるメカニズムについて更に検討中である。鍼刺激が、肥満と関連する摂食抑制に対し、どのような作用を及ぼすか検討するため、摂食抑制や代謝に関するホルモンであるレプチンの変異により肥満となるob/obマウス、レプチン受容体の欠損により肥満となるdb/dbマウス、野生型マウス、後天的に高脂肪食を与えてレプチン抵抗性となったDIOモデルマウスを用い、鍼刺激の影響について検討を行った。鍼刺激により、db/dbマウスにのみ有意な体重増加の促進が認められた。DIOモデルマウスには、鍼刺激による摂食量減少が認められ、骨代謝の変化がdb/dbマウスと野生型マウスに、生殖器系の変化がob/obマウスとDIOモデルマウスに認められた。妊娠中の悪阻、産前の休養、出産、産後の育児により研究を中断した為。鍼灸(基礎研究)本研究は、鍼刺激による体重減少の検証を行うことを目的としていたが、鍼刺激によりdb/dbマウスに、体重増加が認められた。ob/obマウスの精巣は、形成異常を示すものがあるが、鍼刺激群では認められなかった。これらの再現性を調べることにより、鍼刺激が、男性不妊の治療に役立つことになる可能性がある。ob/obマウスの精巣形成異常の出現率、ob/obマウスの精巣のサイズや構造を、同年代の野生型マウスと比べて比較検討する。本研究は全日本鍼灸学会にて発表の予定である。体重の推移を確認してサンプル採取の時期を決定するため、自由摂食環境下で3ヶ月間飼育を行った。db/dbマウスの鍼群とコントロール群を比較した結果、鍼群に体重の有意な増加が認められた。また、サーモグラフィーカメラを用いてob/obマウス、db/dbマウスの皮膚温を測定した結果、コントロール群に比べ、鍼群の体温が上昇し、予備的な実験から、db/dbマウスの鍼群に骨密度低下の可能性が示された。今回、ob/obマウスでは、体重に有意な差がみられず、db/dbマウスには、体重に有意な差がみられたことから、レプチン受容体を介さない経路で鍼刺激がなんらかの効果を示したことが考えられる。当初の予測通り、鍼刺激が、ILー6シグナル系を介したPOMCの発現を亢進させるかを、現在、ELISA法、RT-PCR法にて解析中である。これらのことより、おおむね順調に進展していると考える。鍼刺激は、db/dbマウスの体重を有意に増加させた。鍼群は、コントロール群に比べ、皮膚温が上昇していることから、代謝が亢進している可能性が考えられる。今回は、自由摂食下での飼育であったため、鍼群とコントロール群が同量の食事量となるよう摂食制限を行うことにより、鍼刺激により体重減少が起こる可能性がある。摂食制限を行い、体重の推移を観察する。また、体重変化のメカニズムを分子生物学的手法により解析をする。本研究は、全日本鍼灸学会にて発表予定である。
偏光ガンマ線をプローブとしたブラックホールからのエネルギー放出の研究

われわれは,次世代のガンマ線検出器,特に100キロ電子ボルトから数メガ電子ボルトのエネルギー領域において極めて高い感度を持つ検出器の開発を進めている.この検出器は,コンプトン望遠鏡の概念にもとづき,高いエネルギー分解能と位置分解能を併せ持つ半導体イメージング素子を組み合わせて作られる新しい検出器である。本年度製作したシリコン・CdTeコンプトンカメラは,従来から開発してきた高いエネルギー分解能を持づ2.5cm角,400ミクロンピッチのシリコン両面ストリップ検出器を4層に2mmピッチで重ね,それを取り囲むように1.4mm角のピクセルを64個有するようなCdTeピクセル検出器を32個、配置したもので,読み出しのための多チャンネル低雑音VLSIを用い,新たに開発した低消費電力のデータハンドリングユニット(DHU),Space Cubeを用いて動作させた。このような半導体コンプトンカメラを実現させているのは、世界的にもわれわれだけであり,われわれは,60キロ電子ボルトという低いエネルギーから,600キロ電子ボルトのガンマ線にいたる広いダイナミックレンジで,コンプトンカメラを実現し,そのイメージング能力や高いスペクトル能力を実証した。511キロ電子ボルトのエネルギーでは,約3度という高い角度分解能が得られている。本検出器開発は,現在提案中の「NeXT」の硬X線撮像検出器HXI,ガンマ線検出器SGDの実現の為に不可欠である。気球やロケットに搭載して実験する計画を同時に進めており、2009年から2010年にかけて実施予定である。我々が開発してきた、テルル化カドミウム(CdTe)ピクセル検出器の技術を発展させ、Bonn大学のフォトカウンティングチップMPEC2を4個、並べた4096ピクセルのガンマ線ピクセル検出器を開発した。この検出器は200ミクロン角のピクセルからなり、これまでに、このような高い位置分解能を持つCdTe検出器は存在しない。同時に1mm角の位置分解能をもち、5cm×5cmという大面積をカバーするCdTeアレイ検出器、400ミクロンピッチで、約3cm角の両面シリコンストリップ検出器、8×8=64ピクセル(ピクセルサイズ2mm角)のCdTeピクセル検出器など将来の高分解能γ線検出器の基礎となるセンサーを順次開発し、動作させるのに成功した。読み出しのために、われわれが開発した、アナログVLSIがFWHMで1keVに迫るエネルギー分解能を持つことを実証するとともに、新しいアーキテクチャに基づくVLSIの設計を行い、実際に製作、動作させた。こうした検出器の宇宙での性能を見極めるため、大阪大学核物理センターの加速器を用いて、ビーム照射実験を行い、軌道上のバックグラウンドについての実験をおこなった。これらの実験結果を、国内外の発表を行うとともに、IEEE誌を中心に発表した。AstroE2衛星のHXD検出器、Swift衛星のBAT検出器の開発を進め、将来のガンマ線観測に必要な知見、特に検出器の特性や軌道上バックグラウンドに対する地検を得た。テルル化カドミウム半導体(CdTe, CdZnTe)は,NaI(Tl)シンチレータと同等のガンマ線阻止能力を持つ,新しい半導体検出器である.これらの半導体は,素子内で発生した電子・正孔対をもれなく集めるのが難しく,高いエネルギー分解能をもった検出器の実現は困難とされてきた.1キロ電子ボルト(半値全幅)以下というようなエネルギー分解能の極めて高いCdTe半導体素子の開発を行い、それを発展させた硬X線撮像検出器や新しい概念にもとづいたガンマ線検出器の開発を行っている.そのために,CdTe半導体ばかりではなく,検出器を作る上で基礎となる実装技術(特許申請済み)や読み出し用のアナログVLSIの開発を進めている.本年度は(1)独自開発の2次元ASICやカリフォルニア工科大学のASICを用いた250ミクロン角,および500ミクロン角のピクセルを持つCdTeピクセル検出器の試作.(2)高いエネルギー分解能を持つシリコン両面検出器と2mm角のピクセルを64個持つCdTeピクセル検出器を組み合わせた世界で初めてのSi/CdTe半導体コンプトンガンマ線望遠鏡の実証と大型放射光施設(Spring-8)のシンクロトロンビームによる偏光測定実験,をおこなった。将来的にガンマ線領域での偏光観測を行う事を目的にSi/CdTeコンプトンカメラの試作器を搭載し、大気球を用いてCygX-1の観測実験を行った.検出器はB500(500,000立方メートル)という、直径115m、長さ160mという国内では初めての大きさの気球を使って打ち上げられた.検出器のほか、開発されたコンパクトな高速データ処理システム、方向規正システムなどの正常動作を確認し、バックグラウンドスペクトルを取得して検出器の感度を測定するなど、大型化した検出器によるブラックホール候補星からの偏光観測へのめどをつけた.われわれは、次世代のガンマ線検出器、特に100keVから数MeVのエネルギー領域において極めて高い感度を持つ検出器の開発を進めている。この検出器は、コンプトン望遠鏡の概念にもとづき、高いエネルギー分解能と位置分解能を併せ持つ半導体イメージング素子を組み合わせて作られる新しい検出器である。われわれは、高いエネルギー分解能を持つ2.5cm角、400ミクロンピッチのシリコン両面ストリップ検出器を6層重ね、2mm角のピクセルを64個有するようなCdTeピクセル検出器でそれを囲んだシリコン・CdTeコンプトンカメラを試作し、新しく開発した、読み出しのための多チャンネル低雑音VLSIを用いて動作させた。

このような半導体コンプトンカメラは世界でもはじめての試みであり、われわれは、80keVという低いエネルギーから、600keVのガンマ線にいたる広いダイナミックレンジで、コンプトンカメラを実現し、そのイメージング能力や高いスペクトル能力を実証した。511keVのエネルギーでは、約4度という高い角度分解能が得られている。将来のX線観測用の硬X線撮像素子、あるいは、惑星ミッションにおける粒子検出器など、高い位置分解能を持つ半導体検出器の読み出しを目的として、サブミクロンCMOSプロセスを利用したセンサー用アナログVLSIの開発を行っている。本年度はシリコンストリップ検出器などに使用するための32から64チャンネルの低雑音の1次元のASICの開発を進め、1チャンネルあたり250マイクロWと低消費電力ながら、雑音特性を従来のものと同等に維持したASICの開発に成功した。さらに、4096ピクセルに対応した2次元ASICの設計をおこない、製作を行なった。同時に、TOT (Time Over Threshold)と呼ばれる方式で低雑音化をはかったASICを開発した。われわれは、次世代のガンマ線検出器、特に100キロ電子ボルトから数メガ電子ボルトのエネルギー領域において極めて高い感度を持つ検出器の開発を進めている。この検出器は、コンプトン望遠鏡の概念にもとづき、高いエネルギー分解能と位置分解能を併せ持つ半導体イメージング素子を組み合わせて作られる新しい検出器である。ピクセル型のテルル化カドミウム半導体(CdTe,CdZnTe)と低雑音の2次元アナログVLSIを組み合わせたCdTeピクセル検出器は、数100keVまでのエネルギー範囲で、優れた検出効率と高いエネルギー分解能を持ち、本研究の目的である偏光観測を目的とした、次世代の軟ガンマ線コンプトンカメラに欠かせない。我々はこれまでのCdTe検出器の開発と、アナログVLSIの開発の技術を活かして、60キロ電子ボルトの単色ガンマ線に対して1キロ電子ボルト(半値全幅)を切る、優れたエネルギー分解能を持つ硬X線撮像・分光検出器の開発を進めている。本年度は1.4mm角のピクセルサイズで、32×32個のピクセルを持つ45mm角という大面積ピクセル検出器の開発を行った。さらに、散乱体として用いるシリコン検出器に対しては、より大面積化をめざして4cm角、400ミクロンピッチのシリコン両面ストリップ検出器を開発し、その基本特性の評価や、検出器中での電荷の分布の計算などを行った。シリコンストリップ検出器などに使用するための32から64チャンネルの低雑音の1次元のASICの開発をノルウェーのIDEAS社と進め、1チャンネルあたり250マイクロワットと低消費電力ながら、雑音特性を従来のものと同等であることを確認し、実際に検出器を用いて試験を行った。われわれは,次世代のガンマ線検出器,特に100キロ電子ボルトから数メガ電子ボルトのエネルギー領域において極めて高い感度を持つ検出器の開発を進めている.この検出器は,コンプトン望遠鏡の概念にもとづき,高いエネルギー分解能と位置分解能を併せ持つ半導体イメージング素子を組み合わせて作られる新しい検出器である。
頭頸部癌幹細胞の多分化能獲得におけるnon-coding RNAの役割

集学的な治療法が進歩した現在でも、進行頭頸部癌治療の中心は手術であり、進行頭頸部癌の予後及びQOLはここ20年間大きな改善をみていない。近年の分子生物学的観点からは、癌幹細胞(CSC)が固形癌の予後を不良とする因子として注目されているが、頭頸部癌のCSC維持誘導のメカニズムは明らかになっていない。最近のwhole-exome sequence研究(Science 2011他)などにより、頭頸部癌では優位な癌遺伝子に乏しく、癌の発生・進化にはepigeneticな機構が大きく関与する事も明らかになっている。頭頸部扁平上皮癌では、周囲環境からのストレスに反応し、epigeneticに多分化能(pluripotency)を獲得したCSCへのreprogrammingが重要な要素であると考えた。過去の報告などによると、Sox2は頭頸部癌幹細胞化に必要な有力な遺伝子と考えている。また、YAP1活性化は、頭頸部癌において増殖性再生表現型ならびに予後不良と相関することが報告されている。まず、癌先進部においてSOX2、YAP1およびCD44v9(HNSCCのCSCマーカー)の三重過剰発現は予後不良と有意に関連することを示した。SOX2およびYAP1それぞれのノックダウン細胞株およびsphere assayにおいて得られた細胞株の発現解析を行い、有意な変化をきたした共通の遺伝子群を検討した。この解析により得られた7つ遺伝子は、TCGAデータにおける予後不良と有意に関連していた。そのうちの遺伝子Aはsphere形成および癌幹細胞増殖に必須でああることを示した。また、sphere形成において、YAP1はSOX2活性を増強した。この研究により、ストレス環境におけるYAP1 / SOX2の活性化は後天的な幹細胞性質の獲得のために頭頸部癌をreprogramingすることを示唆した。化学放射線療法や再建手術などの、集学的な治療法が進歩した現在でも、進行頭頸部癌治療の中心は手術であり、進行頭頸部癌の予後及びQOLは、ここ20年間大きな改善をみていない。最近のwhole-exome sequence研究(Science 2011他)及びTCGAのパブリックデータにより、頭頸部癌には優位な癌遺伝子のgain-of-function mutationがないことが明らかになった。さらに、癌の発生・進化にはepigeneticな機構が大きく関与する事も明らかになっている。頭頸部扁平上皮癌では、周囲環境からのストレスに反応し、epigeneticに多分化能(pluripotency)を獲得したCSCへのreprogrammingが重要な要素であると考えている。過去の報告及び我々のTCGA解析によると、Sox2は頭頸部癌幹細胞化に必要な有力な遺伝子と考えており、これをノックダウンあるいは導入した細胞株の表現型を解析し、それぞれの細胞株を比較することで頭頸部癌におけるエピジェネティック機構を解析する方針である。頭頸部癌培養細胞へSOX2ノックダウン、OE行い、表現型の解析中である。化学放射線療法や再建手術などの集学的な治療法が進歩した現在でも、進行頭頸部癌治療の中心は手術であり、進行頭頸部癌の予後及びQOLはここ20年間大きな改善をみていない。所属機関の異動に伴い、実験環境が一変し実験環境を整えるのに時間がかかった。昨年度は実験環境を整えた。本年度より本格的に実験を再開する。

また、YAP1活性化は、頭頸部癌において増殖性再生表現型ならびに予後不良と相関することが報告されている。まず、癌先進部においてSOX2、YAP1およびCD44v9(HNSCCのCSCマーカー)の三重過剰発現は予後不良と有意に関連することを示した。SOX2およびYAP1それぞれのノックダウン細胞株およびsphere assayにおいて得られた細胞株の発現解析を行い、有意な変化をきたした共通の遺伝子群を検討した。この解析により得られた7つ遺伝子は、TCGAデータにおける予後不良と有意に関連していた。そのうちの遺伝子Aはsphere形成および癌幹細胞増殖に必須でああることを示した。また、sphere形成において、YAP1はSOX2活性を増強した。この研究により、ストレス環境におけるYAP1 / SOX2の活性化は後天的な幹細胞性質の獲得のために頭頸部癌をreprogramingすることを示唆した。・今後はRNA PCR arrayあるいはRNAシークエンスを用いて、lncRNAを含むエピジェネィックス機構に関与する分子の発現量の変化を解析する。lncRNAを含むエピジェネィックス機構に関与する分子をpick-upする。新規lncRNAの腫瘍標本中の発現量をqPCRで確認し、予後や臨床病期等の因子との相関を解析する。TCGAデータとの照合も行う。RNA-sequenceの結果と併せて、PRC target遺伝子、ESC関連遺伝子発現などのgene setとの相関も解析する。・ヌードマウスにSox2+細胞を移植しin vivoでHOTAIR、miR34、新規lncRNAの分子標的としての有効性を検討する。本年度で行う予定だったPCRarray関連物品費が来年度に繰り越しになりました。少額の次年度使用額が出たが、とくに大きな変更はない。細胞培養や解析に必要な物品費に主に使用する予定です。本年度PCRarray行う予定です。
重油汚染環境における微生物の環境修復法の研究

1997年1月2日、約12,000kLのC重油を積んだロシア船籍タンカー<ナホトカ号>が隠岐島沖で分断して沈没した。船首部は北西の強風を受け漂流した後、1月7日、福井県三国沖で座礁し、深刻な海洋汚染を北陸沿岸にもたらした。北陸沿岸で海水,砂を含む約30,000kLの重油が回収されたが、その後も流出が続き、1,300kmに渡って海岸が汚染された。5年半たった現在も珠洲市シャク崎、長橋、輪島市大沢、アタケ海岸、千枚田海岸などで重油が目視できる。昨年から今年にかけて新たに漂着したと見られる油塊も認められた。2001年11月にはアタケ海岸において重油の入った砂袋10kgが回収されたが、粘着性の高い、黒茶色の油塊であった。海水に頻繁に洗われる環境では物理的洗浄による油の除去が行われると共に微生物によるバイオレメディエーションが進むが、砂海岸のように有機物の少ない環境では分解速度が遅いことが明らかとなった。自然培養実験とバイオレメディエーションの可能性についても研究を行った。粘土、砂、水苔、酸性白土、鹿沼土などを入れた容器に、海水とナホトカ号のC重油を滴下した目視実験は、5年半を経過した現在、それぞれの環境条件により重油の分解に大きな差異が認められた。容器を野外と室内に設置した場合、野外の方が重油の分解が早く、油塊がほとんど認められないのに対し、室内の容器にはまだ油塊が存在する。また、砂のみの場合は分解が遅いが、水苔、酸性白土、鹿沼土など入れた場合は分解が早く、かつ、海水と河川水とでは、海水の方が油の分解が早いことが明らかとなった。分解速度は太陽光線、有機物量の存在量と供給量、水質に依存する。それぞれの容器中のオイルスリックには多くの重油分解細菌の増殖が認められた。野外において重油の容器は紫外線による分解の他、微生物によりさらに分解が加速されることが明らかになった。1997年1月に起こったナホトカ号のC重油流出事故から丸3年が経過した。漂着重油のほとんどは手作業により回収され、人の手の届く範囲は環境が回復したように見える。しかし、片野海岸に見られるように、その場に埋めてしまった重油は未だに60cmからの重油の層として肉眼でもはっきりと見ることができる。一方、ナホトカ号の本体が沈没している隠岐島の沖合では、いまだにC重油が流出を続けており、片野海岸ではオイルのペレットも観察されている。金沢大学で行っている海水ー土壌ー重油の自然培養実験では、室外と室内とではすでに大きな差が認められている。すなわち、室外の実験系では、ほとんどの油塊が肉眼では認められないのに対し、室内の系は未だに油塊が浮遊している。これは太陽の紫外線によるC重油の分解と考えられる。エマルジョン化したナホトカ号の漂着重油を各種の粘土鉱物の上に乗せ、重油と海水の浸透状況を観察した。いずれの粘土鉱物も海水を吸着するが、重油の浸透速度に差が見られた。カオリナイトは不透水層の役割をするのに対し、スメクタイトは重油と海水を深く浸透させた。

1997年1月のロシア船籍タンカー<ナホトカ号>の重油流出事故から4年が経過した。漂着重油を手でとりきれなかった砂浜や岸壁には、未だに真っ黒い重油の塊が認められる。佐渡が島の海岸にも、ゴムのようになった重油の塊があちこちに残留していた。金沢大学の構内でおこなっている重油の室内実験では、野外と屋内では、重油の分解程度に大きな差が認められてきている。すなわち、屋外の重油は紫外線により、ほとんどの重油の塊は消失した。一方、室内は未だに、重油の形がはっきりと認められる。これらの結果は、重油分解装置に紫外線照射システムを組み込むことが効果的であることを示唆している。また、市販の<オイルスポンジ>による、微生物分解実験は、重油を1-2週間で60%ほど分解するが、その後は効果が持続せづ、かつ、溶液が強酸性になってしまい、水の2次処理が必要であることを示した。すなわち、外来市販菌類の使用は現地の生態系を変化させる危険性があることが明らかになった。今後は、現地性の重油分解細菌を検討する必要がある。以上の研究結果は国内、海外の学会で発表し、かつ、学術誌に公表した。ロシア船籍タンカー<ナホトカ号>の重油流出事故(1997年1月)から5年が経過した。2001年12月に、当時の汚染地区(能登半島、輪島、大沢、アタケ海岸)の追跡調査を行った。大沢ではまだコンクリートの壁に重油が付着しており、テトラポットの中にも、重油の塊が残っていた。また、アタケ海岸には、当時回収した砂袋が海岸に打ち上げられていた。さらに、砂浜に50cmのトレンチを堀り、重油の残存量をC, N, S比で求めたところ、一部には重油の濃集層が形成されていた。現地で採集した試料を実験室に持ち帰り、光学顕微鏡・電子顕微鏡による観察結果から、それらの汚染地域には、桿菌・球菌など地域の特有の重油分解細菌が生息することが明らかになった。すなわち、肉眼的には、まだ黒い重油が残っていても、微生物により徐々に分解されていることを示している。方、室内と屋外においた重油分解菌のアナログ実験結果から、5年経過後も活発に分解菌が増殖し続けていることが明らかになった。特に塩屋海岸(砂海岸)は肉眼的には黒い重油の塊が残っているが、水面にはオイルスリックが発達し、その被膜を観察したところ、分解菌のバイオフイルムを形成していることが明らかになった。以上の結果は、国内の学会で発表し、かつ、学術誌に投稿した。さらに重油分解菌のみならず、重金属に耐性のある微生物も発見した。1997年1月2日、約12,000kLのC重油を積んだロシア船籍タンカー<ナホトカ号>が隠岐島沖で分断して沈没した。船首部は北西の強風を受け漂流した後、1月7日、福井県三国沖で座礁し、深刻な海洋汚染を北陸沿岸にもたらした。北陸沿岸で海水,砂を含む約30,000kLの重油が回収されたが、その後も流出が続き、1,300kmに渡って海岸が汚染された。5年半たった現在も珠洲市シャク崎、長橋、輪島市大沢、アタケ海岸、千枚田海岸などで重油が目視できる。昨年から今年にかけて新たに漂着したとみられる油塊も認められた。2001年11月にはアタケ海岸において重油の入った砂袋10kgが回収されたが、粘着性の高い、黒茶色の油塊であった。海水に頻繁に洗われる環境では物理的洗浄による油の除去が行われると共に微生物によるバイオレメディエーションが進むが、砂海岸のように有機物の少ない環境では分解速度が遅いことが明らかとなった。自然培養実験とバイオレメディエーションの可能性についても研究を行った。粘土、砂、水苔、酸性白土、鹿沼土などを入れた容器に、海水とナホトカ号のC重油を滴下した目視実験は、5年半を経過した現在、それぞれの環境条件により重油の分解に大きな差異が認められた。
永久凍土地帯におけるガスパイプラインからの天然ガス漏洩による地球温暖化への影響

この研究は当初(H11年)「ロシア西シベリアにおけるガスパイプラインからの天然ガス漏洩が地球温暖化に関して看過できない状態」という未確認情報に端を発している。その後、北大チームによるH11-15までのJSTによる永久凍土地帯での実大実験に並行し、上記状況調査を国内商社を通じて試みた。残念ながら報告の真偽に疑問が残り、外国人には規制のある当該地域へ自ら調査を行うというこの調査研究が計画された。平成16年度には国際会議のエクスカーションとして当該地域を上空から調査できる機会を得、当初埋設されていたパイプラインが地上へ露出している状況を遠景ではあるが把握した。その後、当該地域での地上踏査を可能にするためにロシアの関係者10名にヒアリングを実施し、地上踏査の折衝窓口としてチュメンの地球低温圏研究所所長であるV.P.Melnikov(ロシア科学アカデミー会員)を選定した。同年Melnikovに当該地域のガスパイプラインの状況調査および次年度の現地調査準備を依頼した。平成17年8月末にMelnikovの調整によりNadymgazprom社の全面的な協力を得て北極圏を縦断するメドベジェガス田の地上調査が実現した。この調査にはNadymgazprom社の技術者2名チュメンの石油ガス大学の助教授2名が同行し、我々の質問に完壁に対応してもらえた。当該地域のパイプラインは当初埋設されていたが、現在はほぼ100%地上に露出た状況で稼働していた。この原因は、ガス温度を負に冷却せずに永久凍土地帯をパイプ輸送したためと確認された。平成18年10月、主にロシアの技術者に対し永久凍土地帯におけるガスパイプラインの要求品質、およびこれを実現する技術、さらには技術課題を認識してもらうためのワークショップをアラスカ州フェアバンクス市で開催した。Melnikovの尽力でGazprom社から10名の参加者を得、オイルメジャー各社からも15名が加わり6各国87名が参加する会議をアラスカ大学と共催した。この会議を通して当初の目的は達成されたと思われるが、オイルメジャー各社の閉鎖性からGazprom社の更なる技術革新にオイルメジャーが支援することは期待できないとの印象を得た。今後ロシアからの天然ガス輸入国となり得るわが国とすれば、安定的な輸入の確保のために、ロシアにおける永久凍土地帯のガスパイプラインの品質向上に更なる技術的支援が必要と思われる。1)アラスカ、カナダ、シベリアにおける調査の対象となるべきガスパイプラインの一次選定および事前調査北米地域に関してはアラスカ大学Huang教授およびYoshikawa助教授が分担し、ロシアに関しては北大のBrouchkov教授が分担した。アラスカ大学からの報告書によると、北米においては、やはり永久凍土地帯には大規模な幹線ガスパイプラインは存在せず、カナダのマッケンジー・ガスプロジェクトと米国のアラスカ・ガスパイプライン計画のみが存在する。後者の計画は2012年に竣工することが既に決定している。結果として、北米での現地調査はあり得ないことが確認された。ロシアにおいては、外国人の訪問が基本的には許可されていない西シベリアにおける現地調査を平成17年度に実施するために、信頼し得るパートナーの選択をまず実施した。当該調査においては、事前の調査で候補に上がったロシアの研究者・技術者とH16年夏に現地で面談して実施した。

結果としてInstitute of Earth Cryosphere所長のDr.V.Melnikov(アカデミシャン)を主要なパートナーとし、西シベリアのガスパイプラインに関する現状調査を依頼した。Melnikovの調査報告によると、我々の既往の調査同様重大なガス漏洩が多発し、その原因調査は十分実施されていないとの印象を受けた。また、彼はH17年度の現地調査に向けての協力を了承し、また今後実務上課題となるであろう各種費用の公的な送金方法も実施の上確認することができた。2)アラスカ州フェアバンクス市における現地実大実験平成11年から15年9月までの実験で成長した、フロストバルブを融解(冷却をせず放置)させ、これに伴う地盤およびパイプの沈下挙動をアラスカ大学の協力で継続的に計測した。また、チルドガスパイプラインの挙動として設計・保守上重要となる部分的に非永久凍土地帯における凍上挙動を把握する方法を提案した。具体的には、1)凍土の熱伝導解析と,実験式である高志の式を組み合わせて用いることにより,凍上量と凍上圧力の簡易推定が可能になることを示した。次に2)この結果を弾性床上ばりにモデル化したパイプラインのたわみ曲線に適用したところ,フェアバンクスでの実験結果と極めて整合性の良い解が得られ,凍土中におけるパイプライン挙動評価手法の方向性が確認された。1)西シベリアのガスパイプライン調査・平成16年度の調査結果より、Institute of Earth Cryosphere所長のDr。V.Melnikov(科学アカデミー会員)に本年度の西シベリア訪問のアレンジを頼んだ。8月26日から9月3日までの期間に西シベリアのPangodiを拠点にMedbejeガス田の全区間を視察・調査した。西シベリア到着以降は現地のNadymGasprom(ガス生産会社)が移動手段等の手配を全て整えており、2名の技術者が帯同し技術的な質問に対応してくれた。同時にTyumenの石油・天然ガス大学の教員2名も帯同し、その1名が通訳の任にあたってくれた。・ソ連時代(1970年代)に盛土内に敷設された当該ガスパイプラインは、現在そのほとんどが地上に露出しており、その一部は永久凍土の融解に伴う池に浮遊している。当初120気圧で天然ガスを搬送する計画であったが、その後の生産量の減少から現在のガス圧が20気圧と低下しているため、ガスパイプラインそのものの安全率が非常に過大となっている。このため、パイプラインの現状は日本では考えられない危機的状況にも拘らず、比較的問題なく機能している。・この現状に関してNadymGaspromのエンジニアと最終日に討論したところ、若年のエンジニア達は現状を「繰り返してはいけない惨状」と認識していることが分かった。また、このような状況を回避するには「搬送ガスの冷却」と「計画・設計時の綿密な永久凍土調査」が必須であることを共同の認識とした。
肺高血圧症における新規疾患関連遺伝子検索と治療反応性の検討

本研究は原因不明の難病疾患である肺高血圧症、特に肺動脈性肺高血圧(PAH)の発症にかかわる新規原因遺伝子を特定し根治療法に結び付けることを目的としたものである。PAHに関しては複数の遺伝子異常が同定されているが、申請者はすでに新規疾患関連遺伝子PDE1AをGWASシステムを用いて同定しており、本研究では申請者が代表研究者を務め、PAH患者レジストリを展開している厚生労働省科学研究費研究班(田村班II)に参加する肺高血圧症診療施設が連携し、PDE1Aに関連した遺伝子変異と臨床的影響を網羅的に解析し、レジストリとゲノムデータと結びつけて難病におけるPhenotypeとGenotypeを比較検討することで肺高血圧症の病態解明および効果的な治療法に結び付ける。本年度はシーケンサーを用いたPDE1A遺伝子および上流領域の解析を行った。GWAS解析で発見された疾患関連候補遺伝子PDE1Aの遺伝子領域およびそのプロモーター領域に対して遺伝子変異検索をおこなう。肺動脈性肺高血圧症患者において本遺伝子の発現はupregulationしていることが示唆されているため、特にプロモーター変異の領域に関する評価を重点的に行った。具体的な方法として、Exon領域に対してはサンガー法を用いて検索を行う。20検体の特発性肺動脈性肺高血圧症患者に対してExon領域の検索を行ったが、コモンSNPを除いて機能変異を示唆するSNPは同定されなかった。次にプロモーター領域の解析に関しては、網羅的に解析を行うため、ロングリードをカスタマイズして行うことができる新世代シーケンサーであるNanoporeテクノロジーを用いた解析手法を確立した。ロングリードのターゲットシーケンスが可能なプライマー配列を特定し、DNAの転写開始点の上流の3kbpの配列の検索を行うことができるNanoporeテクノロジー上での条件設定を行った。その結果、100リードを超える十分なリードデプスが確保できるシーケンシング条件を確立することができた。我々の先行報告ではPDE1A遺伝子は肺動脈性肺高血圧症患者において機能亢進していることが示唆されていたため、Exon領域に機能変異をきたす変異個所が同定される可能性は低いと考えられていた。当初の計画通り変異がないことを確認できた。次にプロモーター領域を含む上流の遺伝子解析に関しては、サンガー法を用いずに安価にロングリード解析が可能となるNanoporeテクノロジーを用いた解析手法を確立することができた。それにより、数千bpの長い領域を繰り返しサンガー法で解析することなく、一気に解析できる系を確立できており、来年度以降の検証が予定よりも順調に進行することも期待できる。プロモーター領域における変異の検索:Nanoporeテクノロジーを用いて検索した上流領域の配列比較を他の哺乳類と行う。相同性をプロットし、相同性のあるところにコンピューター上でmotif検索を行うことで、DNAの直上流以外にも発現変化に寄与する可能性がある候補配列の同定を行う。続いて候補の領域に対してサンガー法によるシーケンスを行うことで、頻度の多い変異を同定することができる。次に特定したプロモーター領域のレポーターアッセイを予定する。同定したプロモーター領域の変異に関して、ルシフェラーゼを用いたレポーターアッセイを行う。変異プロモーターを再現したルシフェラーゼ遺伝子のDNAを作成し、コントロールを比較して発現量の上昇が認められるかどうかを確認することで、同定されたプロモーター領域が発現亢進に寄与しているかどうかの検討を行う。さらに患者レジストリを用いたphenotype-genotypeの検証を行う。PDE1Aの変異はPAHにおける新規疾患関連遺伝子であることが期待されると同時に、ホスホジエステラーゼ自体が肺高血圧症の病気の進展に深くかかわっていることから、本遺伝子変異と治療反応性や予後が関与している可能性が期待される。そこで、遺伝子解析を行った症例を対象として、患者レジストリを用いた治療反応性の評価や予後との関連を調べることで、PDE1Aの変異と活動性との関連を検索する。

その結果、100リードを超える十分なリードデプスが確保できるシーケンシング条件を確立することができた。我々の先行報告ではPDE1A遺伝子は肺動脈性肺高血圧症患者において機能亢進していることが示唆されていたため、Exon領域に機能変異をきたす変異個所が同定される可能性は低いと考えられていた。当初の計画通り変異がないことを確認できた。次にプロモーター領域を含む上流の遺伝子解析に関しては、サンガー法を用いずに安価にロングリード解析が可能となるNanoporeテクノロジーを用いた解析手法を確立することができた。それにより、数千bpの長い領域を繰り返しサンガー法で解析することなく、一気に解析できる系を確立できており、来年度以降の検証が予定よりも順調に進行することも期待できる。プロモーター領域における変異の検索:Nanoporeテクノロジーを用いて検索した上流領域の配列比較を他の哺乳類と行う。相同性をプロットし、相同性のあるところにコンピューター上でmotif検索を行うことで、DNAの直上流以外にも発現変化に寄与する可能性がある候補配列の同定を行う。続いて候補の領域に対してサンガー法によるシーケンスを行うことで、頻度の多い変異を同定することができる。次に特定したプロモーター領域のレポーターアッセイを予定する。同定したプロモーター領域の変異に関して、ルシフェラーゼを用いたレポーターアッセイを行う。変異プロモーターを再現したルシフェラーゼ遺伝子のDNAを作成し、コントロールを比較して発現量の上昇が認められるかどうかを確認することで、同定されたプロモーター領域が発現亢進に寄与しているかどうかの検討を行う。さらに患者レジストリを用いたphenotype-genotypeの検証を行う。PDE1Aの変異はPAHにおける新規疾患関連遺伝子であることが期待されると同時に、ホスホジエステラーゼ自体が肺高血圧症の病気の進展に深くかかわっていることから、本遺伝子変異と治療反応性や予後が関与している可能性が期待される。そこで、遺伝子解析を行った症例を対象として、患者レジストリを用いた治療反応性の評価や予後との関連を調べることで、PDE1Aの変異と活動性との関連を検索する。当初の見積もりと研究物品購入の際の実際の請求額の間に多少の誤差が生じたものであり、研究計画および進捗状況に影響を与えるものではない。