hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代多階層生体機能シミュレーション基盤構築と実証研究

また、心筋細胞の活動電位発生機構の頑健性とその破綻という観点から、遅延性整流性カリウムチャネル(hERGチャネル/IKrチャネル)電流を標的とする薬物による薬物誘発性不整脈のモデル・シミュレーション解析を実施した。薬物のhERGチャネル開口促進作用は、薬物による催不整脈作用を抑制する可能性が示唆された。さらに酵母の生育という指標を用いた新しい評価系を確立し、遅延整流性カリウムチャネル(KCNQ1/Iksチャネル)の遺伝子変異導入や薬物投与によるカリウムチャネル分子機能変化を高効率に評価することを可能にした。本研究の目的は、フィジオーム・システムバイオロジー研究を推進するための新しいシミュレーションプラットフォームを確立することにある。また理論研究と実証研究の両面から、心臓電気活動の分子レベルから組織・臓器レベルまでの統合的な理解を得ることも目的としている。多階層生体機能モデル構築をサポートするためのプラットフォームPhysioDesigner、ならびにシミュレーションソフトウェアFlintの研究開発を進め、平成27年3月にver1.2を公開した。これにより、北野班で開発が進んでいるGarudaプラットフォームの最新版に完全に対応し、利用者の利便性をさらに向上させた。プラットフォーム利用のためのチュートリアルを実施(平成26年5月)し、更なる利用促進を図った。その結果として、ウェット研究者による生体シミュレーションの利用機会の増進、ウェットードライ研究者等による多くの共同研究成果の創成に繋がった。一方、実証研究においては、心臓徐脈制御に関わるカリウム(GIRK)チャネルに特異的に作用する化合物探索に、酵母を用いたカリウムチャネル活性によるスクリーニング系が有効に機能することが示された。数千の化合物の中から、GIRKを特異的に阻害する化合物のスクリーニングを可能にした。また、その候補化合物によるKirチャネルへの作用が薬理学的、電気生理学的に解析され、その解析の一部は木下班と共同で分子動力学シミュレーションを利用したイオン透過性の評価にも繋がった。さらに、TRPチャネルの電気生理実験結果に基づく数学モデルの構築(沼田班と共同)や、不整脈誘発に関わる早期後脱分極の発生機序を力学的側面から解明(倉田班と共同)するなど、実験研究を補完する理論研究が多数なされた。生理機能の多階層的モデル構築をサポートするため、モデル記述言語(PHML)を開発した。さらにプラットフォームであるPhysioDesigner、ならびにそれらのモデルシミュレーションを実行するアプリケーションFlintを開発し、ウェブサイトにて公開した。また、心臓の拍動リズム制御や不整脈に関する研究も行った。G蛋白質制御カリウムチャネルやhERGチャネルの機能を実験科学的に解析すると共に、数理モデル化とシミュレーションによる理論研究を進めた。
不均質構造による散乱と短周期地震波エンベロープの研究

固体地球の不均質構造の解明は,地球形成を考える上で重要な課題である.固体地球の不均質構造の波長スペクトルはかり幅広いと考えられるため,地震波の波長と同程度の尺度の不均質の検出には散乱の効果を計測することが必須である.本研究は,不均質構造における地震波動伝播の数理的モデルの構築と,観測される短周期地震波の解析に基づくランダムな不均質構造の解明を目的とする.以下に,本研究の成果を列挙する.(1)マルコフ近似に基づき,層構造を持つランダム弾性媒質の自由表面上における短周期ベクトル波形エンベロープの理論合成法を構築した.(2)微小地震のS波エンベロープを解析し,東北地方下のランダム不均質のパワースペクトル密度を求めたところ,速度不均質は特に第四紀火山の下で大きいことが明らかになった.(3)多重等方散乱モデルに基づいてHi-netによる微小地震の波形エンベロープを解析し,日本全土の散乱減衰と内部減衰の分布図を作成した.(4)浅間山における爆破地震動エネルギーの空間分布の時間変化から, 10Hz前後での平均自由行程が1km程度であることを明らかにした.これは,通常のリソスフェアのそれよりも二桁近く強い散乱を意味する.(5)雑微動源がランダム一様に分布している場合,雑微動の相互相関解析から散乱媒質におけるグリーン関数を抽出することができることを一次散乱近似に基づいて証明した.多重散乱を考慮した場合にはグリーン関数抽出と光学定理が等価であることを証明した.(6)短周期地震波の伝播特性と波形解析に基づく固体地球のランダムな不均質構造の推定に関して,各種の観測事実と数理的手法を取りまとめた書籍を上梓した.固体地球の不均質構造の解明は,地球形成を考える上で重要な課題である.固体地球の不均質構造の波長スペクトルはかり幅広いと考えられるため,地震波の波長と同程度の尺度の不均質の検出には散乱の効果を計測することが必須である.本研究は,不均質構造における地震波動伝播の数理的モデルの構築と,観測される短周期地震波の解析に基づくランダムな不均質構造の解明を目的とする.以下に,本研究の成果を列挙する.(1)マルコフ近似に基づき,層構造を持つランダム弾性媒質の自由表面上における短周期ベクトル波形エンベロープの理論合成法を構築した.(2)微小地震のS波エンベロープを解析し,東北地方下のランダム不均質のパワースペクトル密度を求めたところ,速度不均質は特に第四紀火山の下で大きいことが明らかになった.(3)多重等方散乱モデルに基づいてHi-netによる微小地震の波形エンベロープを解析し,日本全土の散乱減衰と内部減衰の分布図を作成した.(4)浅間山における爆破地震動エネルギーの空間分布の時間変化から, 10Hz前後での平均自由行程が1km程度であることを明らかにした.これは,通常のリソスフェアのそれよりも二桁近く強い散乱を意味する.(5)雑微動源がランダム一様に分布している場合,雑微動の相互相関解析から散乱媒質におけるグリーン関数を抽出することができることを一次散乱近似に基づいて証明した.多重散乱を考慮した場合にはグリーン関数抽出と光学定理が等価であることを証明した.(6)短周期地震波の伝播特性と波形解析に基づく固体地球のランダムな不均質構造の推定に関して,各種の観測事実と数理的手法を取りまとめた書籍を上梓した.本研究は,固体地球の不均質構造における地震波動伝播の数理的モデルの構築と,観測される短周期地震波エンベロープの解析に基づく不均質構造の解明を目的とする.今年度の研究成果を以下にまとめる.A.ランダム不均質構造における地震波動伝播の数理的モデルの構築マルコフ近似法を用いて,ランダム不均質構造における短周期波形のエンベロープの統計的導出に成功した(Emoto et al.2010).ノイズ相互相関関数から不均質構造におけるグリーン関数を導出する方法について,ボルン近似法に基づく証明に成功した(Sato,2009,2010).B.短周期地震波エンベロープの解析に基づく不均質構造の解明本研究は,固体地球の不均質構造における地震波動伝播の数理的モデルの構築と,観測される短周期地震波エンベロープの解析に基づく不均質構造の解明を目的とする.今年度の研究成果を以下にまとめる.*数理モデルの構築Emoto eta1.[2010]は,ランダム媒質の自由表面におけるベクトル波エンベロープの導出に初めて成功した.P波の鉛直入射の場合,上下動成分のみならず水平同成分についても,無限媒質の場合と比べて振幅は約2倍増幅されることが示され,数値解析からもその妥当性が確かめられた.これはリソフェアの不均質構造解析の数理的基盤となる。Sato [2010]は,雑微動の相互相関解析から散乱媒質におけるグリーン関数を抽出することができることを,一次散乱近似に基づいて証明した.

Margerin and Sato[2011]はこれを拡張し,すべての高次散乱を考慮し,これに光学定理を適用すれば,グリーン関数を抽出することができることを証明した.これらの研究は,雑微動の相互相関解析からコーダを持つ散乱媒質のグリーン関数抽出に数理的な保証を与える.*不均質構造の解析的研究Tripathi et al.[2010」は、東北地方で観測される浅い地震のS波主要動の継続時間を解析し,火山フロントの東と西で顕著な違いがあることを明らかにした.見かけの継続時間は不均質の強さと減衰の大きさとによって支配されている.この知見は、強震動の被害予測の精緻化に貢献する.本研究は,固体地球の不均質構造における地震波動伝播の数理的モデルの構築と,観測される短周期地震波の解析に基づく不均質構造の解明を目的とする.今年度の研究成果を以下にまとめる.1.より現実的な背景速度が階段的に変化するようなランダム構造において、マルコフ近似に基づく短周期地震波形エンベロープの理論合成を可能にした[Emto et al.2012].2.ランダム媒質において、ダブルカップル型震源から放射された短周期地震ベクトル波形のエンベロープの合成を行い、震源距離が大きくなるに従って震源輻射パターンが崩れていく様子を再現することに成功した[Sawazaki et al.2011]3.ランダムノイズの相互相関からグリーン関数を求める方法の理論的背景を考察し、一般的な光学定理と等価であることを証明した[Margerin and Sato,2011a,2011b].4.多数の穴をあけたアルミブロックにおける超音波実験を行い、相互相関から2点間のグリーン関数がコーダ波部分までよく再現できることを実証した[Mikesell etal.2011].5.ランダムノイズの相互相関関数からグリーン関数を抽出する視点から、総合的なレビューを行い、雑誌特集号を編纂した[Campillo et al.2011].6.短周期地震波の伝播特性と、その解析に基づく固体地球のランダムな不均質構造の推定に関して、各種の観測事実と数理的手法を取りまとめた書籍を上梓した[Sato et al.2012].7.地震アレイ観測を実施し、2011年東北地方太平洋地震の短周期地震波の輻射過程を明らかにした[Nakahara et al.2011].
表面ナノ構造と分子潤滑膜の相互作用を用いた微少機械用潤滑システムの構築

本研究は,ナノ厚さ潤滑薄膜の力学特性の定量化,そのメカニズムの解明,およびナノ厚さ潤滑膜を用いた潤滑技術の確立を目的としている.そのために申請者は,申請者がこれまで開発してきた超高感度なせん断力測定法に,新規に開発した固体表面同子の突起接触によってプローブに励起される固有振動を利用した高感度な固体接触の検出法を導入することで,高感度なせん断力検出と同時に0.10.2nmの精度で精確にしゅう動隙間を制御した粘弾性測定を可能とした.ナノ分子膜の粘弾性やそのせん断率依存性が,しゅう動隙間の狭小化による閉じ込め効果だけでなく,分子と基板との相互作用や固定分子の存在割合により決まる基板での分子の運動性に強く影響されることが明らかになった.また,流動分子による液架橋の形成やせん断率も粘弾性に大きく寄与することを明らかにした.これらの結果は,従来表面力測定装置:SFAなどを用いた実験で行われてきたような,比較的大きなサイズの液滴をナノメートルオーダの隙間に閉じ込めて行うしゅう動実験では得られなかった新しい知見である.本研究で確立した測定法により得られたナノ厚さ潤滑膜の粘弾性の測定結果は,今後も更なる記録密度の増加が期待される磁気ディスク装置のヘッドディスクインターフェース設計に対して有効な知見となる.さらに,将来的には,磁気ディスク装置以外のマイクロ・ナノマシンにおけるナノ厚さ潤滑膜を利用した潤滑設計に大きな指針を与えうるものと考えられる.本研究は,ナノ厚さ潤滑薄膜の力学特性の定量化,そのメカニズムの解明,およびナノ厚さ潤滑膜を用いた潤滑技術の確立を目的としている.そのために申請者は,申請者がこれまで開発してきた超高感度なせん断力測定法に,新規に開発した固体表面同子の突起接触によってプローブに励起される固有振動を利用した高感度な固体接触の検出法を導入することで,高感度なせん断力検出と同時に0.10.2nmの精度で精確にしゅう動隙間を制御した粘弾性測定を可能とした.ナノ分子膜の粘弾性やそのせん断率依存性が,しゅう動隙間の狭小化による閉じ込め効果だけでなく,分子と基板との相互作用や固定分子の存在割合により決まる基板での分子の運動性に強く影響されることが明らかになった.また,流動分子による液架橋の形成やせん断率も粘弾性に大きく寄与することを明らかにした.これらの結果は,従来表面力測定装置:SFAなどを用いた実験で行われてきたような,比較的大きなサイズの液滴をナノメートルオーダの隙間に閉じ込めて行うしゅう動実験では得られなかった新しい知見である.本研究で確立した測定法により得られたナノ厚さ潤滑膜の粘弾性の測定結果は,今後も更なる記録密度の増加が期待される磁気ディスク装置のヘッドディスクインターフェース設計に対して有効な知見となる.さらに,将来的には,磁気ディスク装置以外のマイクロ・ナノマシンにおけるナノ厚さ潤滑膜を利用した潤滑設計に大きな指針を与えうるものと考えられる.
遺伝子配列解析およびタンパク質の構造解析

ジンクフィンガー型DNA結合タンパク質はDNAと結合するタンパク質のうち最もよく見られるタイプで真核生物の遺伝子調整に多様に関係している。このうちTFIIIA型と呼ばれ発生における分化や成長および維持における転写の調整に関連しているものと、ステロイドホルモンレセプター型と呼ばれるものに注目した。アミノ酸配列上の種々のパターンを神経回路網理論における学習機構の一つであるパーセプトロンの方法を用いて特徴抽出し、未知の配列についてジンクフィンガー型DNAであるか否かの予測を試みた。パターンとしては、20種のアミノ酸パターン、電荷および極性、アミノ酸の特性グループおよびサブグループ、疎水性および親水性の実験値をパターンに区分けしたもの、二次構造、また連続する二つのアミノ酸パターンなどを考慮した。各々のパターンを一層パーセプトロンに、また全体を二層パーセプトロンに組み込み反復学習させた。これらの結果およびパターン化しにくい特性についてそれぞれ適切なアルゴリズムを用いて定量化したものを、単独または種々の組み合わせについて数理統計学的判別解析を行った。TFIIIA型およびステロイドホルモンレセプター型ジンクフィンガーについて高率(96.0%以上)で予測を行なえることが明かとなった。今後のデータ増加によりさらに予測効率も上昇可能であると思われる。ジンクフィンガー型DNA結合タンパク質は病気との関連も多く分子レベルの研究およびコンピュータによる解析が益々重要になっている。ここで用いた方法はタンパク質のアミノ酸配列上の他の機能部位の解析にも応用可能である。
C_2対称α,α'位二置換アザシクロアルカン型キラル素子の創製とその活用

C_2対称なキラル体は近年不斉補助基やキラル合成素子として重要な化合物群であることは十分に認識されている。すでに二官能性C_2対称キラル体の合成法としてアキラルな二官能性対称体に対する二重不斉化反応が理論的に光学純度を高めることから有効であることが報告されている。一方、この場合に副生するジアステレオマーはメソ体になる。今回、二官能性基質であるグルタルアルデヒドに対し、二重不斉アリルホウ素化(AAB)を行うことで得られるC_2対称ジオール体から、C_2対称2,6位ジアリルピペリジン体を構築した。天然物の中には、2,6位トランス二置換ピペリジン関連アルカロイドは多く存在しており、これらの化合物を合成するうえで、今回構築したピペリジン体は有用なキラル素子となると考えられた。そこで、これらキラル素子から、ピペリジン関連アルカロイドの不斉合成への応用をおこなった。本研究の特徴のひとつは非環状のジオール体ではジアステレオマーの分離が困難であったが、環状のピペリジン体に変換することで不斉点の近傍化およびコンフォメーションの固定化で分離を可能にした点である。二つ目はC_2対称2,6位ジアリルピペリジン体の一方のアリル基を保護するために分子内ヨードカルバメート化を用いてオキサゾリノン体に導く方法論を開発した点にある。このオキサゾリノン体からピペリジン系アルカロイドとして(+)-エピージヒドロピニジン、(-)-ソレノプシン、プレコシネリン、および(-)-ポランセリジンの合成をおこなうことができた。すでに二官能性C_2対称キラル体の合成法としてアキラルな二官能性対称体に対する二重不斉化反応が有効であることが報告されている。天然物の中には、2,6位トランス二置換ピペリジン関連アルカロイドは多く存在しており、これらの化合物を合成するうえで、は有用なキラル素子となると考えられる。まず、ニコチン性アセチルコリン受容体阻害活性を持つ矢毒蛙成分アルカロイド(+)-indolizidine209Dの合成をに成功した。次に、トウダイグサ科植物Poranthevia corymbosaから単離された三環性アルカロイドである(-)-porantheridineの合成をおこなった。キラル素子の三級アミン部のウレタン化を行いメチルウレタン体を得た.これからヨードカルバメート化で片方のオレフィンを保護したオキサゾリジノン体に変換した。このものから(-)-porantheridineおよびテントウムシの防御アルカロイドであるprecoccinellineの合成を行った.さらに.松脂成分アルカロイド(+)-6-epidihydropinidineの形式合成および蟻毒成分であるSolenopsin Aの合成の合成をおこなうことができ,C_2対称2,6位ジアリルピペリジン体の有用性を実証することができた.C_2対称なキラル体は近年不斉補助基やキラル合成素子として重要な化合物群であることは十分に認識されている.前年度に二官能性基質であるグルタルアルデヒドに対し,二重不斉アリルホウ素化(AAB)を行うことで得られるC_2対称ジオールからC_2対称2,6位ジアリルピペリジン型キラル合成素子を創製した.さらにこのキラル素子からピペリジン関連アルカロイドの不斉合成に成功した.今年度はさらにC_2対称性の高い大環状アルカロイドである(-)-lythrandineの合成を検討した.

その結果有用な合成中間体である2,6位にエポキシド基を有するC_2対称ピペリジン体の合成に成功した.この合成の際,従来N-ベンジル体でC_2対称ピペリジン体とメソ体の分離を行っていたが一工程先のウレタン型で分離を行う方が容易であると判明した.次に,C_2対称2,6位ジアリルピロリジン型キラル合成素子の創製を検討した.サクシニルアルデヒドに対して二重AABを行いC_2対称ジオールに導き最終的にN-ベンジルC_2対称2,6位ジアリルピロリジン体を得ることができた.このピロリジン型キラル素子のウレタン型に変換する際,ピペリジン型と違い環が小さいため環開裂が優先してしまうことが判明した.現在別ルートのよるウレタン型への変換を検討中であり,これらからピロリジン型生物活性アルカロイドの不斉合成を行う予定である.以上,今年度はC_2対称2,6位ジアリルピペリジン型キラル合成素子の有用性の実証とあらたにC_2対称2,6位ジアリルピロリジン型キラル素子を創製することができた。C_2対称なキラル体は近年不斉補助基やキラル合成素子として重要な化合物群であることは十分に認識されている.これまでに二官能性基質であるグルタルアルデヒドに対し,二重不斉アリルホウ素化(AAB)を行うことで得られるC_2対称ジオールからC2対称2,6位ジアリルピペリジン型キラル合成素子を創製した.さらにこのキラル素子からピペリジン関連アルカロイドの不斉合成に成功した.今年度は前年度に引き続きC_2対称性の高い大環状アルカロイドである(-)-lythrandineの合成を検討した.その結果有用な合成中間体である2,6位にエポキシド基を有するC_2対称ピペリジン体の合成をヨードカルバメート化で一方のアリル基を保護したのち、エポキシ化、オキサゾリン環の開裂後再びエポキシ化で目的物の合成を行うことが出来た.さらにエポキシ環の開環を伴うベンジル化を検討したが現時点では選択性が低い結果になっている。次に,C_2対称2,6位ジアリルピロリジン型キラル合成素子の創製を検討した.サクシニルアルデヒドに対して二重AABを行いC_2対称ジオールに導き最終的にN-ベンジルC_2対称2,6位ジアリルピロリジン体を得ることができた.このピロリジン型キラル素子のウレタン型に変換する際,ピペリジン型と違い環が小さいため環開裂が優先してしまうことが判明したので、一旦脱ベンジル化後ウレタン型への変換を行った。このウレタン体に対してC_2対称性の特性を利用したヨードカルバメート化を行うこ,とでピロリジン型生物活性アルカロイドの不斉合成の検討を行った.以上,今年度はC_2対称2,6位ジアリルピペリジン型キラル合成素子の有用性の検討とあらたにC_2対称2,6位ジアリルピロリジン型キラル素子を創製することができた.
アメリカ社会における「白人性」成立の学際的総合研究

本研究では、アメリカ合衆国における「白人性」whiteness意識の構築とその展開過程を社会史的、文化的、思想史的側面から学際的、総合的に検討した。全年度を通じて、毎週1回、23時間程度の研究会を開催した。研究会では、主としてD.Roediger, The Wages of the Whiteness(白人性の代償)をテキストにして、その内容理解とともに、諸問題に関するディスカッションを行った。そのなかで浮上した様々な問題点の解決、および各研究分担者の関連諸テーマを深めるための資料収集、およびアメリカ合衆国の研究者との意見交換のために、平成13年度に竹中興慈がイリノイ州シカゴ、平成14年度に井川眞砂がニューヨーク州エルマイラ、平成15年度に小原豊志がノースカロライナ州チャペルヒルへ出張した。研究補助金による研究の締めくくりとして、『アメリカ社会における「白人性」成立の学際的総合研究』を公刊した。各研究分担者が執筆した内容は、1.竹中が「日本における『白人性』研究の現状と展望」というテーマで、日本における「白人性」研究の持つ問題点と展望を考察した。2.井川は「『ハックルベリー・フィンの冒険』をめぐる人種主義論争-19世紀アメリカの白人作家が描写した黒人像」というテーマで、今日のアメリカ合衆国で展開されている本作品の人種主義論争に関わる黒人描写を検討した。3.小原は「アメリカ合衆国における黒人選挙権問題の19世紀的展開-選挙権における『白さ』の研究-」というテーマで、南北戦争を画期にした選挙権のおける「白さ」の構築・解消・再構築の過程を追究した。4.落合は「人種と記憶-『記憶の場』としての映画『グローリー』-」というテーマで、南北戦争をめぐる記憶の形成と、黒人の排除によって成立した白人性の構築との関係を検討した。本研究は・アメリカ合衆国における人種問題の歴史的展開過程を解明すべく、同国における「白人性」whiteness.の社会的構築過程を社会史的、文化史的、思想史的側面から検討するものである。今年度は、本研究の一年目にあたることから、主として、基本的資料の調査・収集、現地における最新データの収集とその分析、および本研究課題に関する最新の研究書の精読等の活動を行った。その結果、基本的資料の所在状況が判明するとともに、その一部を入手することができた。また、各研究分担者は各自の専門分野において「白人性」形成に関する研究に着手するとともに、毎週3時間程度の研究会を開催した。この場においては、主としてD.Roedigerの著書、The Wages of the Whiteness(『白人性の代償』)をテキストにして、その内容理解につとめた。こうした研究活動の藷果、合衆国における人種差別意識の根底をなす「白人性」意識が形成されたのは独立革命期に特定できること、かつまたその契機は、独立に伴う共和制への移行の結果、白人民衆のあいだに、黒人を奴隷に固定化する一方で自らを奴隷とは区別された自立的存在とみなす「共和主義的人種主義」が醸成されたことにあることを明らかにした。次年度は、こうした特殊合衆国的市民意識である「共和主義的人種主義」の歴史的展開過程をRoedigerの著書にそって理解していくとともに、引き続き関連資料の収集とその検討を行う予定である。本研究は、アメリカ合衆国における人種問題の歴史的展開過程を解明すべく、同国における「白人性」whitenessの社会的構築過程を、社会史的、文化史的、思想史的側面から検討するものである。今年度は主として二つの研究活動を行った。その第一は、前年度に引き続き、各研究者が基本的資料の調査・収集・分析を精力的に行ったことである。特に井川は、マーク・トウェインの著作をめぐる人種論争を解明するために、約一ヶ月にわたりニューヨーク州のエルマイラ大学マーク・トウェイン研究センターにおいて研究活動を行った。研究活動の第二は、研究者全員が参加する研究会を定期的に開催したことである。

この場では前年度に引き続き、D.R.Roedigerの著書、The Wages of the Whiteness(『白人性の代償』)の翻訳活動を通じて人種意識の構築過程に関する理解を深めるとともに、各研究者がそれぞれの専門分野において達成した研究成果を報告した。具体的には、竹中はシカゴ黒人ゲトーの成立過程、井川は『ハックルベリー・フィンの冒険』をめぐる人種主義論争、小原は19世紀における黒人選挙権問題の展開、落合は南北戦争期の黒人連隊の問題を分析することによって、合衆国における人種意識の規定性を立証した。こうした研究活動の結果、各研究分担者は「白人性」の形成に関する研究を一層進展させ、竹中、小原、落合は成果の一部を公刊した。次年度は、さらなる基本的史料の分析を通じて、研究成果を報告書の形で公刊する予定である。本研究は、アメリカ合衆国における「白人性」whiteness意識の構築とその展開過程を歴史的に検討することにより、同国における人種問題の実相を解明するものである。本年度の研究活動の第一は、研究分担者が基本的資料の調査・収集およびその再検討を行ったことである。特に、小原は米国議会図書館、ノースカロライナ大学チャペルヒル校およびノースカロライナ州立公文書館に赴き、黒人選挙権問題に関する資料を収集した。研究活動の第二は、前々年度および前年度に引き続き、研究分担者全員で本研究に関する研究書の精読を行ったことである。すなわち、D.R.Roedigerの著書、The Wages of the Whiteness(『白人性の代償』)の翻訳を行う研究会を毎週2時間程度開催し、人種意識の構築過程に関する理解を深めるとともに、意見交換を行った。研究活動の最後は、これまでの研究活動の集大成として研究報告書を冊子体の形で公刊したことである。すなわち、1.竹中は「日本における『白人性』研究の現状と展望」というテーマで、日本における「白人性」研究の持つ問題点と展望を追求した。2.井川は「『ハックルベリー・フィンの冒険』をめぐる人種主義論争-19世紀アメリカの白人作家が描写した黒人像」というテーマで、今日のアメリカ合衆国で展開されている本作品(1885年出版)の人種主義論争に関わり、その黒人描写を検討した。3.小原は「アメリカ合衆国における黒人選挙権問題の19世紀的展開」というテーマで、南北戦争を画期にした選挙権における「白さ」の構築・解消・再構築の過程を追跡した。4.落合は「南北戦争の記憶と人種」というテーマで、南北戦争を巡る記憶(解釈)の形成と、黒人(他者)の排除によって成立した白人性の構築との密接な関係を検討した。
頭部運動及び眼電位も統合的に計測・解析可能なウェアラブル脳波計の研究開発

GPSユニットを利用した時刻同期システムを搭載したプロトタイプの脳波計の開発に成功した.GPSユニットは衛星からの正確な時間情報を受け取っていることからマイクロ秒以上のオーダーで正確な同期信号を出すことが出来る.これを利用することで,有線で接続されていなくてもマイクロ秒のオーダーでの同期を可能とした.この時刻同期システムを搭載した脳波計を複数台利用することで,複数人の脳波及び眼電位をワイヤレスでありながら高精度で同期して計測することが可能となった.そこで,対戦型テレビゲームをしているプレイヤーの脳活動を同時に計測した.その結果,試合の状況に従って変化する脳活動の計測に成功した.GPSを利用した時刻同期システムを搭載したプロトタイプの脳波計の開発に成功した.GPSユニットは衛星からの正確な時間情報を受け取っていることからマイクロ秒以上のオーダーで正確な同期信号を出すことが出来る.これを利用することで,有線で接続されていなくてもマイクロ秒のオーダーでの同期を可能とした.本年度は,二台のGPSを利用した時刻同期システムを搭載した脳波計及び,二台のGPSを利用した時刻同期システムを搭載したトリガボックスの開発に成功し,実際にマイクロ秒以上のオーダーでサンプリングが同期していることを確認した.この脳波計を利用することで,複数人の脳波及び眼電位をワイヤレスでありながら高精度で同期して計測することが可能となった.本研究の目的は,まず,GPSを利用したワイヤレスで時刻同期が可能な脳波計を作ることであり,この目的は達成することが出来た.このように,ワイヤレスで時刻同期が出来る脳波計は,一般的な脳波実験でも有用であることから,一般的な脳波実験にも利用して有用性を検証する予定である.もう一つの目的は動いているときに重畳するノイズを軽減することである.そのためには,頭部の動きも同時に計測出来るようにする必要がある.今後は,脳波や眼電位とともに頭部の動きも同時に計測出来るシステムの構築を行い,この頭部の動きをベースにして,脳波データに重畳しているノイズを推定し,ノイズリダクションが可能な信号処理手法の開発を行う予定である.当初の目標の一つであるGPSを利用したワイヤレスで時刻同期が可能な脳波計を作ることに成功したため.GPSを利用した時刻同期が可能な脳波計及び,トリガシステムの開発に成功し,実証実験を経て,実際の脳波及び眼電位計測実験を行うことに成功した.これにより,完全にワイヤレスでの複数人の同時計測などを可能とした.このシステムの実証実験は終了し,実際の脳波計測実験に,すでに利用を行っている.このシステムを利用することで,トリガー情報を取得しつつ,また,複数人での脳波計測を実現していながら,個々の被験者は完全にワイヤレスで脳波が計測できているという画期的なシステムになっている.本システムを利用した研究成果は,7月に開催されるThe 39th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Societyにて発表予定である.また,ヴァーチャルリアリティシステムと統合することで頭部の動きを同時に計測できるシステムの開発に成功した.本研究の目的は,まず,GPSを用いることで複数台及び,様々な生体信号間での同期をとることを可能とするシステムを開発することであり,この目的はほぼ,達成することができている.そして,もう一つの目的は,動いているときに重畳するノイズを軽減させるための信号処理の手法の開発を行うことである.これまでに,動きの情報を同時に計測できるシステムの開発に成功している.今後は,この動きの情報を利用して,ノイズを軽減させる信号処理手法の開発を行う.GPSを利用した時刻同期脳波システムの開発に成功し,これを用いて,実際に脳波と共に眼電位の計測にも成功し,実際の実験にも利用できるレベルまで開発を進めることに成功しているため.また,頭部の動き情報も同時に取得できるシステムの開発にも成功しているため.前年度までにすでに開発をしていた,複数の生体計測デバイス間での同期を実現するためにGPSを利用した時刻同期脳波システムを利用して,二人が同時に対戦するゲームを行ったときの脳活動および眼電位を完全にワイヤレス計測することに成功した.その結果,ゲームへの熱中度に従って変化する脳活動の計測に成功した.これまでは,二人の脳波を同時に計測する場合,同期信号を入れるためにケーブルを脳波計につなぐ必要があり,その結果,実験参加者の動きを制限する必要があった.しかし,このシステムを利用することにより,完全にワイヤレスでありながら,マイクロセカンドの精度での同期が可能となることから,実験参加者の動きが制限されなかったことにより,より,ゲームに熱中することができたため,本研究成果が得られたと考えられる.この熱中度に従って変化する脳活動をモニタリングすることで,脳活動から現在の熱中度を客観的に評価できる可能性があるため,特許の出願を行った.ただし,GPS信号は,室内では受信がしづらいため,今後は,GPS信号ではない信号を利用した時刻同期脳波システムの開発を行う予定である.また,眼電位や頭部運動の情報を利用して,脳波に重畳した眼球運動関連成分由来や体動関連成分由来のノイズのリダクションを行うために,眼電位や頭部運動の情報を入れ込んだ多重回帰モデルを利用したノイズリダクション法の開発も進め,ある程度のノイズリダクションが可能であることを明らかにした.脳波実験に関しては,ヘルシンキ宣言に則り,所属する機関の倫理委員会の承諾を得て行った.また研究参加者には事前にインフォームドコンセントを得た上で,いつでも研究参加者の希望で実験を中止できることを保証して実験を行った.

研究の成果の発表に当たっては,研究参加者の方のプライバシーを尊重し,他者に個人を特定できないように匿名化した.GPSユニットを利用した時刻同期システムを搭載したプロトタイプの脳波計の開発に成功した.GPSユニットは衛星からの正確な時間情報を受け取っていることからマイクロ秒以上のオーダーで正確な同期信号を出すことが出来る.これを利用することで,有線で接続されていなくてもマイクロ秒のオーダーでの同期を可能とした.この時刻同期システムを搭載した脳波計を複数台利用することで,複数人の脳波及び眼電位をワイヤレスでありながら高精度で同期して計測することが可能となった.そこで,対戦型テレビゲームをしているプレイヤーの脳活動を同時に計測した.その結果,試合の状況に従って変化する脳活動の計測に成功した.ワイヤレスで時刻同期が出来る脳波計は,一般的な脳波実験でも有用であることから,一般的な脳波実験にも利用して有用性を検証する.また,もう一つの本件研究の目的は動いているときに重畳するノイズを軽減することである.そのためには,頭部の動きも同時に計測出来るようにする必要がある.今後は,脳波や眼電位とともに頭部の動きも同時に計測出来るシステムの構築を行い,この頭部の動きをベースにして,脳波データに重畳しているノイズを推定し,ノイズリダクションが可能な信号処理手法の開発を行う予定である.動きの情報も同時に取り込むことで,動いているときに重畳するノイズを軽減する信号処理の手法の開発を目指す.29年度が最終年度であるため、記入しない。脳機能計測29年度が最終年度であるため、記入しない。
カルシウム結合タンパクS100発現制御による歯周炎予防法の開発

S100ファミリーの歯周組織における発現には細胞特異性が認められた。そのレセプターであるRAGEも歯肉上皮細胞では発現が認められたが、歯周靭帯由来線維芽細胞では認められなかった。歯周病原細菌(A.a)は歯肉上皮細胞の一部のS100タンパク質のmRNA発現を誘導した。また、S100タンパク質は歯肉上皮細胞のIL-8mRNA発現を誘導した。A.aに誘導されたS100タンパク質のmRNA発現は、マレイン酸イルソグラジンのによって抑制された。本年度はカルシウム結合タンパクS100発現制御による歯周炎予防法の開発にあたって(1)健常歯周組織由来の細胞におけるS100とそのレセプターであるRAGEの発現を確認する(2)歯周病原性細菌を作用させた歯周組織由来細胞のS100タンパク質の発現を確認する(3)in vitroで歯周組織由来細胞のS100タンパク質産生およびS100タンパク質の役割に与えるに対するマレイン酸イルソグラジン効果を明らかにするという目的で以下の実駿を行った。2.歯周病原性細菌であるA.actinomycetemcomitansを作用させた歯周由来細胞のS100タンパク質の発現の確認歯肉上皮細胞ではS100P、A7のmRNA発現が誘導された。歯周靭帯細胞ではS100A1、A3、A9のmRNA発現が誘導された。3.2.で誘導されたS100発現に対するマレイン酸イルシグラジンの抑制効果の確認歯肉上皮細胞ではS100A7のmRNA発現が抑制された。歯周靭帯細胞ではS100A3、A9のmRNA発現が抑制された。歯周病原性細菌を作用させた歯周組織由来細胞はその由来によってS100タンパク質の発現パターンが異なっていた。例えば、歯肉上皮細胞ではS100P, A1, A3, A7, A8, A9, A12, A13の発現を確認した。一方で、歯周靭帯由来線維芽細胞ではS100P, A1, A3, A8, A9, A13の発現を確認した。さらに、歯周靭帯由来線維芽細胞ではS100タンパク質のレセプターであるReceptor for Advanced Glycation End Productsの産生が認められなかったのに対し歯肉上皮細胞ではその産生が確認できた。S100タンパク質が歯周組織由来細胞の炎症性サイトカイン産生へ及ぼす影響では、S100タンパク質を歯肉上皮細胞に作用させるとIL-8 mRNAの発現が誘導された。健常ラットおよび歯周炎モデルを用いたS100タンパク質産生の比較では、歯周病モデルラット炎症性サイトカイン産生およびS100タンパク質の発現が健常ラットと比較して増加していた。in vitroにおいて歯周組織由来細胞のS100タンパク質産生をマレイン酸イルソグラジンが抑制した。同様にin vivoにおいても歯周組織由来細胞のS100タンパク質産生がマレイン酸イルソグラジンの全投薬によって抑制された。このことは、歯周炎の初期段階でS100タンパク質が発現し、その影響によって炎症が憎悪する可能性があり、また、マレイン酸イルソグラジンはS100タンパク質の産生抑制によってその憎悪を抑制する効果あることが示唆された。
逆ミセルを活用する金ナノ粒子－ポリアミドのナノ複合体形成と分光特性

水溶液及び逆ミセル溶液を用いて迅速に均一な金ナノ粒子を調製する方法を検討した。次に,フロー系を組み入れたその場顕微測定のための装置を開発し,そのフローセルのガラス窓板上に,吸着させた逆ミセルをミクロ反応場として界面重合によりポリアミドのナノ構造体を生成させた。そのナノ構造体に金ナノ粒子を固定化してナノ複合体を簡便に形成させた。顕微散乱や顕微蛍光測定及び原子間力顕微鏡測定を行って,ポリアミド及び金ナノ粒子とのナノ複合体の生成を観測した。現在,そのナノ複合体を基にした新しいセンサーの開発のために,金ナノ粒子の分光特性に関する研究を進めている。1.金ナノ粒子の迅速調製法における諸条件の最適化の検討:初年度(平成23年度)に引き続き金ナノ粒子の合成法に関してさらなる検討を以下のように行った。なお,生成したナノ粒子の粒径はSPRに特徴的な吸収ピークの計測データから決定した。(1)水溶液系においては,液液界面への可視レーザー光照射による金ナノ粒子の生成挙動をin situ顕微測定を行い,本年度は主としてレーザー光照射による金(III)の還元反応の促進機構について究明した。(2)均一なサイズの金ナノ粒子の迅速調製法を確立するために逆ミセルを金ナノ粒子生成の反応場として活用する方法についても,初年度に引き続いて種々の条件の最適化をより詳細に検討した。(3)金属ナノ粒子の純度を決定するためのICP-原子発光スペクトル分析法の開発に関しても初年度に引き続いて検討し,銀ナノ粒子について混在する微量の不純物を直接定量する方法を確立した。2.ガラス表面に形成させたポリアミドのナノ構造体への金ナノ粒子の固定化によるナノ複合体の調製法の検討:初年度に開発したフロー系を組み入れた顕微測定システムにおいて,セルのガラス窓板が容易に脱着可能なフローセルを新たに設計・作製し,以下の検討を行った。(1)上記の自作したフローセルのガラス窓板表面へ逆ミセルを吸着させる方法を確立し,その吸着条件の最適化を行った。さらに,その最適条件を用いてガラス基板上にポリアミド層を形成させる方法について検討した。(2)光学顕微鏡を用いて位相差観察を行い,前記(1)におけるポリアミド層の形成を確認した。また,顕微散乱法を用いて,生成したポリアミドの量的情報を得る方法を確立した。さらに,AFM測定を行って,そのポリアミドのナノ構造体の形状における特徴を明らかにした。(3)市販の金ナノ粒子を用いて,ポリアミド層への固定化挙動を可視化する方法について検討した。平成23・24年度には,水溶液系での金ナノ粒子の迅速な調製法について詳細な検討を行い,その結果から逆ミセル系を用いた金ナノ粒子調製法に対する有益な情報を得た。また,金属ナノ粒子の純度を決定するためのICP原子発光スペクトル分析法の開発も行った。一方,平成23年度にフロー系を組み入れた顕微測定システムを開発し,これを用いて,ガラス表面への逆ミセル吸着の最適条件の検討,およびガラス窓板上にポリアミド層を形成させる方法について検討した。しかし,平成24年度に,生成したポリアミドを全反射吸収赤外分光法やAFM法で観測するため,ガラス窓板が容易に脱着できるフローセルを新たに自作する必要が生じた。そのセルの設計・作製にかなり長い歳月を要したことが,本研究の進行が遅れた最大の理由である。平成25年度は,まず上記のフローセルのガラス窓板表面にポリアミドをフロー法により迅速・簡便に作成するための最適条件を検討した。また,そのポリアミドの末端基がアミノ基であることを,蛍光ラベル化剤を用いて明らかにした。次に,そのポリアミドに金ナノ粒子を固定化させ,ナノ複合体を調製した。その生成量に関する情報を顕微散乱法により得た。また,金ナノ粒子の固定化は目視でも確認した。さらに,AFM測定を行い,金ナノ粒子の担持によるナノ構造体の高さの変化はほとんど起こらないことを明らかにした。この結果から,金ナノ粒子がポリアミド層の中に埋め込まれた構造が形成され,金ナノ粒子は互いに接触することなく個々にポリアミドで包まれていることが示唆される。それゆえ,ポリアミドの種類や相互作用を制御することによって,光電場増強に最適化な粒子間ギャップを得ることが可能になると期待される。今後,本研究の目標達成をめざして,得られたナノ複合体の金ナノ粒子の表面プラズモン特性や散乱特性などの分光特性に関する研究を進める。まず,金ナノ粒子を迅速調製するための諸条件について,通常の水溶液系で塩化金酸をクエン酸ナトリウムで還元して合成する方法を用いて検討した。生成した金ナノ粒子の粒径は,SPRに特徴的な吸収ピークを計測し,そのデータから決定した。

また,チオール基を有するアミノ酸を添加することで金ナノ粒子が凝集することを吸収分光測定により確認した。さらに,光学顕微鏡を用いて,水溶液中に生成した金ナノ粒子の散乱光を観測し,その特徴について考察した。また,液液界面での還元反応による金ナノ粒子の生成挙動のin situ顕微測定も行った。生成したナノ粒子の純度を決定するための方法としてICP-原子発光スペクトル分析法について検討した。次に,逆ミセル系を用いて均一なサイズの金ナノ粒子を迅速に生成するための条件について,逆ミセルを反応場として活用する場合に考慮する必要がある界面活性剤の種類と濃度,界面活性剤と水の濃度比,バルク有機相の組成等,種々のパラメータを検討した。一方,逆ミセル中に生成した金ナノ粒子を,シリカ表面に形成させたポリアミドのナノ構造体へ固定化させ,ナノ複合体を調製する方法の検討においては,まず,シリカ表面への逆ミセルの吸着挙動について,蛍光プローブとしてフルオレセインを用いて,顕微蛍光測定により計測した。また,その界面固定化挙動を明らかにするために水晶振動子秤量法による測定も行った。さらに,全内部反射ー顕微散乱法を用いて,石英基板上のポリアミド層への金ナノ粒子の固定化挙動を可視化することにより,その固定化過程を究明する方法について検討した。ポリアミドの生成量は熱重量測定により求め,その分子量分布をGPCにより測定した。また,石英板などの平板状の固体表面に同様なポリアミドのナノ複合体を形成させ,その構造形成に関する情報を得るためにAFM測定を行った。水溶液系における金ナノ粒子の迅速調製の方法や生成した金ナノ粒子の散乱光を顕微観測する方法および液液界面での還元反応による金ナノ粒子の生成挙動の顕微測定とその解析については,初年度(平成23年度)に引き続き詳細な検討を行い,その結果から逆ミセル系を用いた金ナノ粒子調製法の研究に対する有益な情報を得ることができた。また,金属ナノ粒子の純度を決定するためのICP原子発光スペクトル分析法の開発も順調に進み,ナノ粒子中の不純物の直接定量法はほぼ確立できた。一方,初年度に目的としていた,逆ミセルを利用してサイズの均一な金ナノ粒子を迅速に調製するための条件及びガラス表面に形成したポリアミドへの金ナノ粒子の固定化の条件の最適化はいずれもまだ十分には達成できていない。また,ナノ複合体の形成挙動の解明に関しても十分な情報を得るには至っていない。このように研究の進行が遅れた理由の一つは,逆ミセル中で生成した金ナノ粒子のサイズ評価の方法およびガラス基板上に生成したポリアミドの確認の方法がいずれも十分なものではなく,それゆえガラス基板上のポリアミド層への金ナノ粒子の固定化挙動の究明も十分には行えないことが明らかとなり,それらの評価・確認の方法に関して以下のような検討が新たに必要となったためである。1.顕微散乱法やAFM測定では生成したナノ構造体の量や形状に関する情報は得られるが,ポリアミドであるという確証が得られないため,顕微ラマン法による測定を検討したが,ナノ構造体の生成量は非常に少ないため感度が不足しポリアミドの情報が得られなかった。2.そこで,より感度の高い全反射吸収赤外分光法による測定を行うために,ガラス窓板が容易に脱着できるフローセルを新たに自作する必要が生じた。そのセルの設計・作製にかなりの歳月を要した。3.また,ポリアミド層形成の確認のために位相差観察用光学部品が新たに必要になった。
トライボケミカル反応を利用した高機能六方晶窒化ホウ素薄膜製造技術の開発

近年火力発電用タービンのシール材、自動車のターボチャージャーの軸受等の用途で、高温で低摩擦・低摩耗を示す摺動材料が求められている。本研究では、高温でホウ化物と窒化物を摺動させた時、摺動面に低摩擦の六方晶窒化ホウ素(h-BN)薄膜が形成される機構を利用して、室温1000°Cで摩擦係数0.05以下かつ比摩耗量10-7mm3/Nm以下を示す摺動材料を開発する。またこのh-BN薄膜形成機構を利用して、高純度のh-BN薄膜を得るための摺動条件を明らかにし、得られる高純度h-BN薄膜の発光特性、欠陥、不純物の評価を行い、最終的に深紫外線発光素子材料として利用できる薄膜製造条件を明らかにする。
小胞体ストレス応答経路を介した破骨細胞分化制御機構の解明

本研究の目的は、IRE1α-XBP1経路を中心とした小胞体ストレス応答機構の破骨細胞分化における機能解明である。骨髄細胞にてIRE1αを不活化したIre1αMx1creマウスでは、野生型と比べて、海綿骨表面の破骨細胞数の減少とともに、骨量の増加が観察された。この知見をもとに生化学的な解析を行ったところ、XBP1がNfatc1のプロモーターに結合し、Nfatc1の転写因子として機能することを見出した。以上の結果からIRE1α-XBP1経路は、破骨細胞分化の過程で活性化され、その結果産生された活性型XBP1は核へ移行しNfatc1遺伝子の転写を正に制御し、破骨細胞の分化を促進することが示された。本研究の目的は,IRE1α-XBP1経路の破骨細胞分化における機能解明である.本年度に行われた研究において、以下の諸点について成果が得られている。1)骨髄細胞においてIRE1αを不活化するため,Ire1αflox/floxマウスをMx1-Creマウスと交配し、IRE1αコンディショナルノックアウトマウス(cKO)を作出した.2)生後10日目にpI-pCを注射し,9週で骨組織の観察を行ったところ、Ire1αcKOでは,野生型コントロールと比べて,海綿骨表面の破骨細胞数の減少とともに,骨量の増加が観察された.3)Ire1αcKO由来の骨髄細胞を用いて,RANKL刺激下における破骨細胞分化関連遺伝子の発現を検討したところ,Nfatc1の発現が特異的にに低下していることが確認された.4)この知見をもとに,生化学的な解析を行ったところ,XBP1がNfatc1のプロモーターに結合し,Nfatc1の転写因子として機能することを見出した.5)IP3受容体欠損マウス由来細胞の解析から,破骨細胞分化過程で生じる小胞体からのカルシウム放出によって小胞体ストレス応答が惹起されることを明らかにした.本研究の目的は、IRE1α-XBP1経路を中心とした小胞体ストレス応答機構の破骨細胞分化における機能解明である。初年度の本年は、以下の成果を得ることができた。1)野生型およびIRE1αを欠損したマウス胎児繊維芽細胞にBMP2を添加し,マイクロアレイにて遺伝子発現の網羅的解析を行ったところ,IRE1α欠損細胞では野生型に比較して副甲状腺ホルモン受容体(PTHR)の発現が有意に減少していることが明らかとなった。2)Ire1αおよびXbp1の発現をsiRNAにて抑制した初代培養骨芽細胞でも同様に,PTHRの発現が著しく低下することが観察された。3)BMP2刺激をおこなったIRE1α欠損細胞にOsterixの発現を強制的に回復させても、PTHRの発現は回復せず、XBP1によるOsterixの誘導経路を介さない独立したPTHRの発現制御経路の存在が強く示唆された。4)PTHRのプロモーター塩基配列を解析したところ,骨芽細胞において優位に機能すると考えられているプロモーター領域内に,XBP1結合配列が確認された。そこで初代培養骨芽細胞を用いたクロマチン免疫沈降実験を行ったところ,XBP1はこのプロモーター領域に直接結合することが確認された。5)PTHRプロモーターを用いたレポーターアッセイの結果から,活性型XBP1はPTHRプロモーターの転写活性を著明に亢進し、一方で、XBP1結合領域を欠失した変異プロモーターでは転写活性が有意に低下することが明らかになった。6)PTH存在下でsiXbp1を導入した骨芽細胞を用いて骨髄マクロファージと共存培養すると、破骨細胞の形成数が、コントロール群より有意に低下した。以上の結果からXBP1は副甲状腺ホルモン受容体のプロモーターに直接結合し,その転写を正に制御し、間接的に破骨細胞の分化を調節していることがあきらかとなった。最終年度は破骨細胞におけるIRE1α-XBP1経路の新規機能の探索を行った。以下の成果を得ている。1)骨髄の細胞にてIRE1α分子を欠損させたマウスを用いて、骨組織の観察を行ったところ、野生型のコントロールと比べて、海綿骨表面の破骨細胞数が減少するとともに、骨量が増加していた。2)上述のマウスの細胞を用いて、RANKL刺激下における破骨細胞分化関連遺伝子の発現を検討してみると、Nfatc1の発現が特異的に低下していることが確認された。3)野生型の骨髄細胞を用いたクロマチン免疫沈降実験と、Nfatc1プロモーターを用いたin vitro転写解析から、XBP1がNfatc1のプロモーターに結合し、発現を正に制御していることが示された。

4)破骨細胞分化誘導時の小胞体内カルシウム濃度変化の起点となることが知られているIP3 type2,3受容体のダブル欠損マウスの骨髄細胞を調べてみると、破骨細胞分化過程で、IRE1α-XBP1経路の活性が抑制されていることが確認された。以上の結果から、IRE1α-XBP1経路が小胞体カルシウムの濃度変化に依存して、Nfatc1の発現を活性化し、破骨細胞分化を促進することが示された。なお研究期間全体を通じて、研究代表者が達成した研究成果の大要は以下の通りである。破骨細胞分化における小胞体ストレス応答経路の機能について、研究代表者は1)IRE1α-XBP1経路が、骨芽細胞上の副甲状腺ホルモン受容体の発現を制御することにより、内分泌経路を介した破骨細胞分化の調節に関与していることを示した。2)IRE1α-XBP1経路がNfatc1の発現を活性化し、破骨細胞分化を促進することを示した。研究代表者は研究期間全体を通じて設定した研究目標を大幅に達成することができた。骨代謝IRE1α-XBP1経路が関与する破骨細胞分化制御機構については、当初の計画に従い明らかになりつつある。これまで破骨細胞分化における小胞体ストレス応答の機能については報告がなく、本年度行われた研究成果が、最初の報告になった。本年度の研究では、骨芽細胞における小胞体ストレス応答機構IRE1α-XBP1経路が、副甲状腺ホルモン受容体の発現を制御していることを明らかにしたのであるが、このことは、IRE1α-XBP1経路が、副甲状腺ホルモンを介した破骨細胞分化に関与していることを示している。本年度の研究に関しては、破骨細胞分化における小胞体ストレス応答機構の役割の一端を解明したと評価できるが、一方で、未だ破骨細胞内での小胞体ストレス応答経路の機能については研究の余地があり、次年度以降、当初の研究計画に基づいて明らかにしていく必要がある。現状の研究計画が妥当と思われるため、研究計画に従い研究を遂行する。本年度はIn vivoにおけるIRE1α-XBP1経路の役割とその重要性を知るために、破骨細胞特異的にIRE1遺伝子を欠損させたマウスの解析を行う。既に以下に述べる2系統の遺伝子欠損マウスが作出されており、それらのマウスの解析を行っている。1)Mx1-Creマウス:pI-pCの投与により、Creの発現を誘導することが可能である。このマウスを用いることにより、破骨細胞分化の初期段階で、IRE1α遺伝子を欠損させることができ、初期から中期にかけての機能が解析できる。2) Ctsk-Creマウス:破骨細胞分化の中期から後期にかけてCreが発現するマウスである。これら2系統のマウスを用いて、骨の表現型の解析及び、破骨細胞分化時の機能解析を行う。未使用額の発生は効率的な物品調達を行った結果である。これらの未使用額は翌年度の研究費と合わせて、主に消耗品に使用する計画である。本年度使用する研究費は主に消耗品として遺伝子の発現解析に用いる酵素試薬や、またタンパク質の発現を調べるための抗体の購入、また実験動物の維持費などに充てる予定である。旅費は、本研究成果の発表を行うための国内及び海外の学会の参加に充てる計画である。平成25年度の研究費の主体は遺伝子改変マウスの維持と、骨の表現型解析である。また、国内学会及び、国際学会への参加を予定している。平成24年度の未使用額の発生は効率的な物品調達を行った結果であり、翌年度の消耗品購入に充てる予定である。
環境ゲノム情報と培養技術で紐解くロドプシン保有細菌の新規「発色団獲得」戦略

微生物ロドプシンはレチナール色素が結合した光受容タンパク質で、イオン輸送や光センサーの機能を持つ。様々な水圏の微生物がロドプシンを持ち、海洋表層では半数以上の細菌がこれを保有すると予測されている。イオン輸送機能は光から化学エネルギーを生産でき、光合成とは異なる光利用機構として重要である。しかし近年、光受容を担うレチナールを生産するために必須されていたblh遺伝子を持たない株が発見されてきた。これまでの常識ではレチナールが生産できずロドプシンも機能しない。本研究では、新規レチナール生産遺伝子の探索や、作業仮説「レチナール再利用仮説」を実証しロドプシン保有細菌の新規「発色団獲得」戦略を解明する。