hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
尿路上皮癌患者尿中に存在するマイクロＲＮＡを基点とした新規診断法の開発研究

我々は膀胱癌におけるmicroRNAの発現プロファイルを同定して新たな膀胱癌の診断マーカーの開発を行った。膀胱癌患者100例、健常者49例、尿路感染症患者25例でのレトロスペクティブな検討ではmiR-96とmiR-183は良好な感度・特異度を持って癌と非癌の区別が可能であった。これらの発現はステージ、グレードと相関し、筋層非浸潤癌の再発を予測することが可能であった。さらに前向き試験として血尿を主訴として外来を受診した患者(尿路上皮癌56例、尿路結石35例、尿路感染症51例)においてはmiR-Xは血尿による疑陽性率が少なく有望な腫瘍マーカーと考えられた。microRNA(miRNA)の発現解析による膀胱癌の進展に関与している遺伝子を同定し、さらに新たな膀胱癌の診断マーカーの開発を行う。まず膀胱癌の進展に関与する遺伝子を同定するため膀胱癌で有意に発現変動しているmiRNAのプロファイルを構築した。次に膀胱癌患者(n=100)、健常者(n=49)および尿路感染患者(n=25)の尿でstem-loop PCR法にて膀胱癌で有意に上昇しているmiR-96およびmiR-183の定量を行った。膀胱癌患者の尿においてmiR-96、miR-183の感度は各71.0%、74.0%、特異度は各89.2%、77.3%で癌患者と非癌患者の識別が可能であった。またmiR-96、miR-183の発現は浸潤癌(≥pT1)では非浸潤癌(pTa)と比べて有意に高く(p=0.0057,p=0.0036)、Gradeが上昇するにつれて有意に上昇した(p=0.0322,p=0.0117)。従来の尿細胞診と併用すると感度75%、特異度92%で膀胱癌の診断が可能であった。また、内視鏡下膀胱腫瘍切除術(TUR-BT)術後にmiR-96,miR-183の発現は有意に低下し(p=0.0241,p=0.0045)、特にmiR-183の陽性者は再発率が高かった(p=0.0441)。尿中miR-96とmiR-183は膀胱癌の有効な腫瘍マーカーとなり得ることが示唆された。さらに、同じプロファイルから癌抑制microRNAの研究に着手している。miR-574-3pが膀胱癌細胞において腫瘍増殖抑制効果があることが明らかになった。前年度までの実験を基盤に、前向き試験を行った。患者背景は平均年齢65.8歳(男性110例、女性77例)であり、最終的な診断は尿路上皮癌56例、尿路結石35例、尿路感染症51例、その他44例であった。以前、後ろ向き研究で膀胱癌診断に有望とされていた2つのmiRNA (miR-96, miR-183)は、今回の前向き試験では高頻度の偽陽性(False positive)が観察された。特に、尿路結石症での偽陽性率が高く(35%)その原因として赤血球の混入が考えられた。実際に末梢血を尿に混入した肉眼的血尿モデルではmiR-96, miR-183の発現が高値になることが確認された。セルソーターで赤血球の分離を行うことも検討したが、実際の臨床応用ではコスト的に問題があると思われたため、再度膀胱癌のマイクロRNA発現プロファイルを検討して別のマイクロRNAの候補を選択した(miR-X)。このmiR-Xの測定値は膀胱癌患者尿において有意に高く(P < 0.001)、病理学的事項(ステージ・グレード)とも有意な相関を示した( P = 0.003, P = 0.0115)。Receiver-Operator-Curve (ROC)曲線解析において、高感度(>60%)、高特異度(>80%)をもって癌と非癌の区別が可能であった。特許案件のため詳細な報告は差し控えるが、本研究により、安定した尿中マイクロRNAの検出法を確立できたと考えられる。当初の計画に従い有望な腫瘍マーカーを開発でき、既に企業(知的財産戦略ネットワーク株式会社)への特許の譲渡が成立しており、特筆すべきと考えられる。miR-Xによる遺伝子発現調節の機構を解明については、miR-X発現導入細胞株の遺伝子発現解析や細胞機能解析が進行中である。【目的】microRNA(miRNA)の発現解析による膀胱癌の進展に関与している遺伝子を同定し、さらに新たな膀胱癌の診断マーカーの開発を行う。【対象と方法】まず膀胱癌の進展に関与する遺伝子を同定するため膀胱癌で有意に発現変動しているmiRNAのプロファイルを構築した。

次に膀胱癌患者(n=100)、健常者(n=49)および尿路感染患者(n=25)の尿でstem-loop PCR法にて膀胱癌で有意に上昇しているmiR-96およびmiR-183の定量を行った。【結果】膀胱癌患者の尿においてmiR-96、miR-183の発現は健常者や尿路感染患者に比べて有意に高く(p総合領域(理由)尿路上皮癌のmicroRNA発現プロファイルに基づく、miR-96とmiR-183による尿路上皮癌検出のスタディをほぼ終了している。両者が癌の診断のみならず、ステージやグレードと相関しているというクリニカルデータに基づいた成果を出している。また予後との関連を示唆できるデータもあり、将来の実用化に向けて有望であると思われる。尿中microRNA検出は新たな候補も同定されて、現在解析が進行中である。尿路上皮癌のmicroRNA発現プロファイルに基づく、miR-96とmiR-183による尿路上皮癌検出のスタディをほぼ終了している。(今後の推進方策)現在、次世代シークエンサーによるmicroRNAプロファイルを解析中であり、新たな尿路上皮癌の腫瘍マーカーとなるmicroRNAの解析を予定している。まず、有望な5つのmicroRNAを選択し組織や尿におけるPCRを行い有望なものをさらに選択して、臨床パラメータとの相関があるかどうかを検索する。現在、次世代シークエンサーによるmicroRNAプロファイルを解析中であり、新たな尿路上皮癌の腫瘍マーカーとなるmicroRNAの解析を予定している。(次年度の研究費の使用計画)主にPCRプライマー・プローベやPCR消耗品である。研究計画の変更はない。主にPCRプライマー・プローベやPCR消耗品費である。
マレーシア未利用植物資源を素材とする制がん性天然薬物調査

マレーシアは世界に12ケ国にあるメガダイバーシティセンター(世界中で生物多様性の最も高い国のひとつ)として指定され、全世界の約10%の生物種が棲息していることが明らかになってきた。特に植物に関しては、180属3000種のシダ植物と2180属25000種の種子植物が自生している。膨大な種の自生にもかかわらず、世界的に見ても未知植物および固有植物の宝庫となっている。さらに、マレーシアでは、マレー半島およびボルネオ島という異なる環境の地域が存在し、種の多様性に富むと同時に、未利用植物の調査研究が遅れている。本研究では、マレーシアの未利用植物の調査を行い、新しい制がん性天然薬物の探索と開発に応用するものである。本年度は、マレー半島南部のマーシング周辺地域の伝承薬物および未利用植物の調査をマレーシア共同研究者とともに行った。特に、キョウチクトウ科、ニガキ科、マメ科、センダン科に属する民間伝承植物などを採集、同定を行った。さらに、抽出操作は、マラヤ大学の研究室にて行い、抽出エキスを持ち帰った。調査研究によって採集した未利用植物の抽出エキスからチューブリンおよびアクチンなどの細胞骨格タンパク質を標的とするスクリーニングを行い、新たな制がん性天然物質を探索中である。マメ科植物より、抗マラリア活性を有する新しいアルカロイド、Cassiarin Aを発見して、構造を解明するとともに、それらの活性を評価した。また、センダン科より、細胞毒性を有する新規リモノイドを単離した。さらに、キョウチクトウ科より、血管平滑筋弛緩作用を有する新規インドールアルカロイド2量体を単離した。マレーシアは世界に12ヶ国にあるメガダイバーシティセンター(世界中で生物多様性の最も高い国のひとつ)として指定され、全世界の約10%の生物種が棲息していることが明らかになってきた。本年度は、マレー半島西部のペナン島およびマレー半島中央部の伝承薬物および未利用植物の調査をマレーシア共同研究者とともに行った。ペナン島植物園およびペナン島森林センターの協力を得て、さらに、ペナン理科大学薬学部Chan教授と数名の大学院生とともに、ペナン島での植物調査を行った。特に、Alstonia, Kopsia, Largerstroemia属の民間伝承植物などを採集、同定を行った。さらに、抽出操作は、ペナン理科大学の研究室にて行い、抽出エキスを持ち帰った。また、ペナン島での薬草類の市場調査も行った。一方、マラヤ大学との共同研究で発見した、チューブリン重合阻害活性を示すアルカロイド、rhaziniramの構造活性相関の検討を行い、チューブリン重合阻害活性と立体構造との相関を解析した。また、Stellaria dichotomaより血管平滑筋弛緩作用を有する新規環状ペプチドを単離し、構造と活性を解明した。

さらに、マレーシアでは、マレー半島およびボルネオ島という異なる環境の地域が存在し、種の多様性に富むと同時に、未利用植物の調査研究が遅れている。本研究では、マレーシアの未利用植物の調査を行い、新しい制がん性天然薬物の探索と開発に応用するものである。本年度は、マレー半島中央部のキャメロンハイランド周辺地域の伝承薬物および未利用植物の調査をマレーシア共同研究者とともに行った。特に、ヒカゲノカズラ科、キョウチクトウ科に属する民間伝承植物などを採集、同定を行った。さらに、抽出操作は、ペナン理科大学、UiTM大学の研究室にて行い、抽出エキスを持ち帰った。一方、マラヤ大学との共同研究で、マレー半島中央部の未利用植物の調査を行い、ハイビスカス、ニガキ科植物などを採集した。ヒカゲノカズラ科植物より、アセチルコリンエステラーゼ阻害活性を有する新しいアルカロイドを発見して、構造を解明するとともに、それらの活性を評価した。調査研究によって採集した未利用植物の抽出エキスからチューブリンおよびアクチンなどの細胞骨格タンパク質を標的とするスクリーニングを行い、新たな制がん性天然物質を探索中である。マレーシアは世界に12ヶ国にあるメガダイバーシティセンター(世界中で生物多様性の最も高い国のひとつ)として指定され,全世界の約10%の生物種が棲息していることが明らかになってきた。特に植物に関しては,180属3000種のシダ植物と2180属25000種の種子植物が自生している。膨大な種の自生にもかかわらず,世界的に見ても未知植物および固有植物の宝庫となっている。さらに,マレーシアでは,マレー半島およびボルネオ島という異なる環境の地域が存在し,種の多様性に富むと同時に,未利用植物の調査研究が遅れている。本研究では,マレーシアの未利用植物の調査を行い,新しい制がん性天然薬物の探索と開発に応用するものである。本年度は,マレー半島南部のマーシング周辺地域の伝承薬物および未利用植物の調査をマレーシア共同研究者とともに行った。特に,キョウチクトウ科,ニガキ科,マメ科,センダン科に属する民間伝承植物などを採集,同定を行った。さらに,抽出操作は,マラヤ大学の研究室にて行い,抽出エキスを持ち帰った。調査研究によって採集した未利用植物の抽出エキスからチューブリンおよびアクチンなどの細胞骨格タンパク質を標的とするスクリーニングを行い,新たな制がん性天然物質を探索中である。マメ科植物より,抗マラリア活性を有する新しいアルカロイド,Cassiarin Aを発見して,構造を解明するとともに,それらの活性を評価した。また,センダン科より,細胞毒性を有する新規リモノイドを単離した。さらに,キョウチクトウ科より,血管平滑筋弛緩作用を有する新規インドールアルカロイド2量体を単離した。
「造形学習のデザイン化」による軽度発達障害児の支援システムの実証的研究と開発

本年度は次の研究成果を得た。(1)軽度発達障害児(高機能自閉症・アスペルガー症候群)は、コミュニケーション、想像力、社会性などの障害があり、積極型の子どもや自閉的傾向が強い子どもなど個々人に応じて障害の種類は異なる。(2)造形ワークショップは6回行った。軽度発達障害児の造形学習には、彼らの障害を支援できる教材の選定、互いの作品を鑑賞する時間と方法の検討、手先の不器用さの支援、個別指導が欠かせない。また、不用意な接触や干渉によるパニックを防止するためにパーソナルスペースの確保、想像力の欠如を補うためのセンテンスカードやウークシートVTRなど視覚的な補助教材の役割が重要になる。(3)軽度発達障害児の親を対象にしたアンケート調査からは、子どもが苦手とする造形領域や学校との連携の重要性が明らかになった。(4)軽度発達障害児が在籍する美術の授業参観を行い彼らのこだわりの強さ、視覚的な支援の重要性を確認した。(5)指導経験が豊冨な教師のインタヴューからは、彼らが概ね造形学習に積極的であることや造形的な発達段階が幼い生徒や優れている生徒がいること、教材の学習意図の理解に苦労することなどを確認した。(6)以上の知見をもとにして小学校・中学校の図画工作・美術の担当教員を対象にしたアンケート用紙を愛媛県下の小学校中学校の教員に配布した。個別指導が重要であると言われる彼らに、造形学習は共同的な学びの場を保証する可能性がある教科でもある。従って通常学級で行う造形学習では、在籍する彼らの特性を理解しながら教授学習過程を構造化することが重要になる。中でも想像力の障害は、問題解決の見通しが立たない、或いは授業全体の見通しができないことに繋がるが、これは学習を構造化することで防ぐことができると予測される。
縄文時代における漆櫛の技術的系譜に関する研究

縄文時代の漆櫛について、全国的な出土状況は40遺跡以上、200点を越える。本年度の調査では、最大限実見することに努め、この間には写真撮影・実測などの記録をおこなった。このほかの漆櫛の資料についても、関係する報告書などを収集し、デ-タを蓄積した。この間のデ-タの精査は、今後の作業にも残されているが、現時点では次のような結論を得ている。〈1〉漆櫛の形態は、櫛頭部(櫛本体)の形の転いにより、大きく56種類に分類できる。具体的には、(1)角状突起を強調する形(縄文前期に属する福井県鳥浜貝塚例)。(2)台形を基本とする型(この漆櫛は、北海道の縄文後期後半から晩期初頭にかけて盛行する形であり、埼玉県寿能遺跡、秋田県中山遺跡、岩手県萪内遺跡などの縄文後期遺跡や、青森県是川遺跡などに類例をみる。)。(3)方形を基本とする形(縄文晩期の東北地方に盛行する形である)。(4)逆台形を基本とする形(縄文晩期の東北地方、関東地方、および北陸地方などに盛行する形である)。(5)半円形及び長半円形を基本とする形(縄本晩期の東北地方、関東地方などに散見する)。(6)以上15の基本形の他に、本体頂部に異形を伴う形(縄文晩期の北東北地方に散見する)。今後、こうした分類結果を元にした系譜などについて問題を整理していきたい。〈2〉漆櫛の構造・材質については、実体顕微鏡、光学顕微鏡、走査型顕微鏡、さらに軟X線透過装置などによって観察をおこない、材質については蛍光X線分析、X線回析、EPMAなどによって知見を得た。主に、北海道出土の漆櫛を対象として検討を進めた。その結果、(1)櫛歯の結束手法についてー櫛歯、横架材、結束糸などの材質、及び相互の構造的関連性、(2)塗りの手法についてー櫛歯、塑形材、塗膜(漆膜、顔料など)の材質、及び相互の構造的関連性などについての知見を得た。ただし、全国的な視野に立った場合での技法的な異同を論じるところまでは至らず、今後、関連報告書を重ねる中で、問題を整理していきたい。)。
伝統産業の振興と地域産業活性化をテーマとした次世代型デザイン教育

研究は、地域の伝統工芸と技術の継承、さらにはそれらに関連した産業の振興と活性化を目的とした活動を主体としている。研究は、代表者・分担者・企業・行政・学生らが協働し、企業に対しては内的活性化を、学生に対しては実践的デザイン教育を実施した。成果は福岡中心部の商業ビルで発表し、多くのマスコミの取材・報道を通して伝統や地場産業の伝播につながった。研究結果から、高い教育効果が認められ、2016年、芸術学部に、社会に役立つ情報デザイナー、ブランディングプランナー、デザインプロデューサーなどを育成する「地域ブランド企画専攻」「情報デザイン専攻」で構成される「ソーシャルデザイン学科」が設置された。「伝統産業の振興と地域産業活性化をテーマとした次世代型デザイン教育」のテーマに基づき、研究代表者・井上は福岡の伝統工芸品指定である「博多織」と「博多人形」のマーケット調査および新たな市場開拓を目途としたデザイン教育を課外活動に取り入れ帯商品4種類の製品化を達成し、地域企業に貢献した。また、国指定の重要無形民俗文化財「八女福島の燈籠人形」の舞台演出用「背景幕」の修復と制作を授業で実施し、その模様がテレビドキュメンタリーで放送され、新聞記事にも掲載された。分担者・青木は福岡の代表的地域産業「大川家具」を若い世代に受け入れる易くするため「若者目線のリ・デザイン」を学生教育に取り入れた。同じく分担者・佐藤(慈)は「博多織」「博多人形」を一般消費者に周知するためのプロモーション・ヴィデオとプロジェクション・マッピングを、また分担者・星野は「大川家具」をテーマとしたプロモーション・ヴィデオと「八女福島燈籠人形舞台背景幕」制作ドキュメンタリー映像を学生教育に取り入れ、地域産業振興と文化事業の伝承を広く紹介する映像作品を制作した。分担者・荒巻は宗像地域の産業「ガラス工芸品」の職人に密着したシリーズ写真作品を教育に取り入れ、佐藤(佳)は、福岡県知事指定特産伝統工芸品「博多張り子」を未就学児童に伝承する啓発活動を学生を動員して実施した。以上それぞれ独自に行なった活動は、学生のデザイン教育を軸に相互に関連し、2015年2月19日から3月4日まで2週間にわたる「天神イムズ」(福岡市中心の商業施設)での「九産大プロデュース展」開催につながった。「九産大プロデュース展」には、テレビ局4社、新聞社4社が取材に訪れ、ニュースで報道された。会場が商業施設であることから正確な来場者数は不明だが、当該施設の担当者から「来年も是非実施してほしい」という申し入れを頂いている。「伝統産業の振興と地域産業活性化をテーマとした次世代型デザイン教育」のテーマに基づき、研究代表者・井上は、福岡の伝統工芸品である「博多織」「博多人形」またそれらに付随する小物デザイン案提示、加えて地域産業の一つであるガラス工芸品などのデザイン案提示、八女福島八幡宮に奉納上演される重要無形民俗文化財「燈籠芝居」の舞台背景幕製作、映像メディアとのコラボによるプロジェクションマッピング製作など、学生のデザイン教育に用いた事業のすべてにかかわるプランニング・マネージメントを行った。分担者・青木は、大川家具工業組合と連携し、新たな家具デザインの提示や宗像地域の活性化を目途とした商工会との商品開発や広報などを基礎とした連携活動、福岡市や公益財団法人から依頼され開発した有機EL商品の提案やチタンを使った商品の開発などを学生を動員して行なった。同じく分担者の佐藤(慈)は、井上や青木が関わったプロジェクトに参加した学生デザインの博多帯や大川の家具を用いたプロジェクションマッピングを製作した。分担者・星野は地元企業のCM製作に関わり振興活動を後押しした。分担者・荒巻は、地域に伝承される産業の技術者に焦点を当てたドキュメンタリー写真の製作を続け、平成27年度は天然木を素材とする家具製造会社の職人をテーマに作品制作を行なった。分担者・佐藤(佳)は、伝統工芸品である八女の手漉き和紙の技術と伝統を後世に残す活動として、小学生にワークショップを行なった。教員主導のもと、参加した学生にデザイン案製作やマッピング製作、ワークショップの実務を実施する本研究の方法論は、次世代型のデザイン教育の実践的方法としてメディアに取り上げられ、紹介されることが恒例となりつつある。また、本活動が切っ掛けとなり、本学芸術学部の3学科から5学科へ改編の参考となったことも注視すべき事柄だと自負している。研究は、当初の計画通り、概ね順調に進められている。「伝統産業」「地域産業」を素材とし、学生のデザイン教育に役立て商品化を実施するとともに、地元中小企業のへの創造的・人的協力と社内活性化に貢献しているという意味においても、計画は順調に遂行していると考えられる。また、商品開発のみならず重要無形民俗文化財保護の視点から周辺環境の整備を継続的に行なうことで、学生の学究的な関心を高めることに役立っている。本活動の年度毎の報告・展示会は福岡市中心部の商業施設を借りて毎年実施することが恒例となり、それらが新聞等に掲載されることから、本学芸術学部の知名度が徐々に定着する傾向が見られる。特に27年度は展示予定施設からの依頼により2週間半にわたる展示を実施したことから、期間の半ばで展示家具の入れ替えを行ない、より充実した成果を得ることができた。この研究活動は芸術学部に在籍する学生のモティヴェーションを高め、勉学する意欲を引き出すことに貢献している。本活動の活気ある取り組みは当該学部の学生のみならず、行政、各種団体、保存会、企業などにも周知されつつあり、地域の抱える問題解決の助言を大学に求めるいくつかの事案が毎年発生していることから、地域に根ざした大学の役割を浮き彫り化する現象が顕著になってきていると考えられる。

本研究は、大学が地域と連携し当該地域の活性化や振興を活発に行う先鞭となっていると自負している。さらに、本研究「伝統産業の振興と地域産業活性化をテーマとした次世代型デザイン教育」の成果、評判、影響などの広がりがひとつの契機となり、27年度4月から本格的に推進された本学芸術学部の改組は、新たな学科構成をもって平成28年4月にスタートしている。これまで取り組んで来た行政・各種団体・企業との連携活動の成果が概ね好評であることから、すでに平成28年度に参入する行政や企業が来学している。平成2628年度に実施した「伝統産業の振興と地域産業活性化をテーマとした次世代型デザイン教育」は、以下の6項目に重点を置き研究活動を行った。なお、以下はいずれも福岡に拠点を置く団体への支援がベースである。1伝統的工芸品の市場への周知と拡大2伝統技術の継承3地域産業に携わる中小企業へのデザイン支援4重要無形民俗文化財の周辺環境整備支援5上記を素材とする写真・映像による情報発信6上記を素材とした芸術学部学生への美術・デザイン教育および写真・映像メディア教育本研究は、年度が進むごとに充実した活動内容へ発展し、市場の反応や評価が高くなったため、伝統的産業・地域産業ともに参加を望む企業・団体が増加し、最終年度に至っては、大学側がマネージ不能なほど多数の企業・団体の参加要望があり、一部ご遠慮いただく結果ともなった。3年間の研究活動は代表者を含む計7人の教員がそれぞれの専門性を活かした分野で参加団体と連携し、学生教育を行った。連携内容は参加団体の要望に応じたデザイン支援であり、学生の感性を生かしたプロダクトアウト(製品、修復環境整備、情報ツールなど)が第一次目標であった。その後カタチとなった成果は、福岡の中心部にある複合商業施設「天神イムズ」で2月23日3月5日の2週間展示・公開され、9社のマスコミ(新聞社、TV放送局、ラジオ局、WEBニュース局等)の取材後、報道・放映された。報道後、伝統的工芸品、地域産業の技術、重要無形民俗文化財の存在などが市民へ周知され、伝統の継承に役立つと共に、「伝統」とは無縁だった学生が美術・デザインを通じ地域の伝統技術や文化遺産を知ることとなった。さらに、上記複合商業施設の展示後、博多駅ビル内の「東急ハンズ」で3月20日4月16日に展示・販売が行われ、伝統工芸品の「土産物」としての販路拡大の可能性が見え、衰退する伝統工芸の復活の可能性が模索されている。研究は、地域の伝統工芸と技術の継承、さらにはそれらに関連した産業の振興と活性化を目的とした活動を主体としている。研究は、代表者・分担者・企業・行政・学生らが協働し、企業に対しては内的活性化を、学生に対しては実践的デザイン教育を実施した。成果は福岡中心部の商業ビルで発表し、多くのマスコミの取材・報道を通して伝統や地場産業の伝播につながった。研究結果から、高い教育効果が認められ、2016年、芸術学部に、社会に役立つ情報デザイナー、ブランディングプランナー、デザインプロデューサーなどを育成する「地域ブランド企画専攻」「情報デザイン専攻」で構成される「ソーシャルデザイン学科」が設置された。
温熱耐性の発現機構の解明とその修飾に関する研究

がんの温熱療法を臨床面に有効に応用するためには、大きな問題点である熱耐性を中心に次の研究を行った。(1)細胞レベルにおける熱耐性の生物学的特性を調べた(馬嶋ら)。熱効果の大きさと熱耐性の大きさの関係を調べ、熱処理が大きいと熱耐性は大となった。また熱耐性の消失は指数函数的に起った。異なる細胞系における熱耐性を調べ、熱に対して抵抗性を示す細胞ほど発現する最大熱耐性は大であることを示した。又、細胞周期と熱耐性との関係を検討し、熱耐性の発現および消失はCell cycly specificでなく、どの細胞周期のPhaseでも起こることがわかった。(2)Heat Shock Protein(HSPs)に関する研究:大塚らは、マストサイトーマ細胞で、分子量100,85,65,68,32,30,23KDa(3ケの23KDa)の9つのHSPsを見た。又、HSP70は、細胞骨骼系と関聨していた。HSP70は、螢光抗体法で染色して見ると正常温度では細胞後、核はうっすらと染色されるが、加温するととくに核小体に蓄積してくることが見られた。畑山らは、ラットにおける全身加温及び種々の処置によるHSPsの誘導について調べ、HSP70,71,85,100の4種が見出された。永田らは、従来知られているものにHSP47がニワトリの胎児線維芽細胞に存在することを見つけた。しかも転換細胞におけるHSP47の合成量は、正常細胞のそれに比べて半分以下に低下していることを見た。(3)培養細胞における薬剤の熱耐性の修飾について調べた。安徳らは種々の膜作用物質を用い熱効果増強を示し、田中らはセファランチンが熱耐性の阻止をすることを見た。サイクロヘキシミドは比較的低温、長時間加温に対し温熱防護効果を示した。(4)坂本らはシスプランチンを用い、低pHで制癌効果増強が更に増すことを見た。(5)田中らはIn vivoで、グルコース投与により熱感受性の増加と熱耐性の低下を見た。
心臓リハビリテーションを遠隔支援する24時間アクティビティと心負荷の縦断調査

虚血性心疾患患者の自己管理行動の継続支援として、携帯型の測定機器(ライフコーダEX)を用いた身体活動に伴う心負荷の程度等を調査した。対象者の多くが軽度の運動(Mets≦3)であり、1日あたりの歩数の平均は6764.5±3521.0歩、運動量の平均は161.5±100.9kcalであった。息苦しさや動悸などの自覚症状のあった人ほど軽い運動であることが多く、基礎疾患に虚血性心疾患がない人よりも、虚血性心疾患を有する患者のほうが1日あたりの歩数が多かった(P<0.05)。自覚症状の出現頻度とQOLには有意な関連性を認めなかった。本年度は、(1)虚血性心疾患患者への急性期看護ケア内容のデータ収集・分析、(2)(1)と文献検討から急性期看護ケアのフォーマット作成、(3)看護ケア内容、アクティビティ等のデータ収集を主な実施計画とした。計画(1)の急性期看護ケアは、体位変換、受動・自動坐位、立位等のポジショニングの援助、室内歩行、トイレ歩行、100m・200m歩行、トレッドミル等の運動負荷時の援助、食事・排泄・清潔等の日常生活の援助、患者教育に分類できた。いずれも心電図モニター監視下での援助であり、安静時心拍数および血圧から過度に逸脱した変動はなかった。計画(2)の文献検討の結果、ポジショニングおよび日常生活の援助に関する心負荷の指標には、心拍数、収縮期血圧、pressure-rate product(PRP)が多く、その他に左室駆出率、心拍出量、Borg指数、SvO_2等を用いた報告があった。ポジショニングの援助時は極めて小さな変動であること、日常生活の援助に関しては内容によって結果が異なっていた。心負荷増大のため援助内容に工夫を要する援助として、歯磨き動作(強さ)、食事動作(早食い)、排泄動作(排便時のいきみ、和式トイレ使用)、洗髪動作(前屈体位)、入浴動作(湯温、静水圧、前屈姿勢)等があり、患者教育内容のエビデンスとなる結果であった。しかし、いずれの研究成果も1990年前後であり、治療成績が向上した現今への適用は、その時期も含めさらなる検証が必要であることが示唆された。急性期看護ケアにおける心負荷の指標として、非襲侵性でデータ収集が可能な心拍数、収縮期血圧、PRP、Borg指数、運動強度等を含めたフォーマットを作成した。計画(3)はデータ収集に向けて準備中である。具体的には、研究計画書を推敲した上で調査票を作成し、調査施設との打ち合わせが進行中である。本調査は、本学医学部倫理委員会の承認後にデータ収集を開始する予定である。本年度は心臓リハビリテーション(心臓リハビリ)適応となった虚血性心疾患患者を対象に生活情報と運動量、心負荷に関するデータを縦断的に収集し、得られたデータの関連性を分析することを実施計画とした。本年度のデータ収集に先がけて、健常者(21.7±1.3歳)10名を対象に看護師による一連の全身清拭ケアにおける心負荷について心拍計を用いて明らかにした。安静時より上肢清拭後に心拍数・二重積(Pressure-rate product:PRP)が有意に減少したが、その他の部位での有意な変化はなかった。収縮期血圧・拡張期血圧、SpO_2ともに有意な変化はなかった。30分程度の心負荷測定では安定したデータを得ることができたが、1日24時間連続した機器の装着は対象者の身体的・精神的な負担になることが予測された。そこで、心負荷に関するデータ収集方法を再検討し、対象者への負担の少ない万歩計型のライフコーダのみ使用するなどの方法に計画を一部修正し、データ収集に向けた準備と調査施設との打ち合わせを進めている。心疾患患者のQOLの変化に関しては、縦断的に退院6ヵ月までの調査を進行中である。心臓リハビリ開始時に比べ退院1ヵ月後に、身体機能や役割機能を含めたQOLの低下がみられたが、6ヵ月後のQOLは改善傾向にあった。また冠動脈インターベンションを受けた患者の方が心臓手術を受けた患者よりも退院後の回復過程におけるQOLは高値を示した。本年度は、心機能が安定した心不全患者を対象に、在宅生活における活動量測定、および心負荷、QOL、セルフエフィカシーに関する質問紙調査を7名の患者(男性5名、女性2名、平均年齢68.8±10.4歳)に実施した。基礎疾患として、虚血性心疾患4名、弁膜疾患3名、心筋疾患2名があり、NYHA分類I度6名、II度1名、EFの平均は60.1±19.6%であった。

活動量測定は、測定開始目を除いた5日間のデータ(土日を含む)を分析した。対象者の多くが軽度の運動(Mets≦3)であり、測定期間中に息苦しさや動機などの自覚症状のあった(まれにときどきあった)人は4名であった。1日あたりの歩数は、1645.412055.6歩(平均6630.5±3813.0歩)、運動量は42274kcal(平均149.4±89.8kcal)であった。息苦しさや動機などの自覚症状のあった人ほど軽い運動であることが多く、基礎疾患に虚血性心疾患がない人よりも、虚血性心疾患を有する患者のほうが1日あたりの歩数が多かった(P=0.034)。自覚症状の出現頻度とQOLには有意な関連性を認めなかった。本調査は、心不全患者の在宅生活におけるアクティビティの実態を客観的指標および自覚症状などの主観的指標から示すことできた。しかし、対象者数が7名と少なく、活動量やQOLとの関連性を見出すことができなかったため、今後も引き続き対象者数を拡大していく必要性がある。
ゲルマニウム半導体二次元シート結晶：ゲルマネンの創成

本研究では、ゲルマニウムの二次元シート結晶:ゲルマネンを成長させうるテンプレート基板の開発を目的とし、高配向性グラファイト基板上に二次元シート状窒化アルミニウム結晶の作製を試みた。RFーMBE法により、高配向性グラファイト基板上にアルミニウムと窒素ラジカルの同時照射した際の表面構造を走査型電子顕微鏡および原子間力顕微鏡により解析し、結晶構造をX線回折法により解析した。その結果、各成長条件に対し、窒化アルミニウム結晶薄膜の成長を確認した。また、基板温度800°C・窒素ラジカルRF出力600Wの条件において、二次元シート状窒化アルミニウム結晶の成長を確認した。本研究課題は、IV族半導体:ゲルマニウム(Ge)を用いた二次元シート結晶:ゲルマネンを不活性・絶縁膜基板上に形成することを目的としている。以下に平成25年度に実施した研究成果を述べる。1HOPG基板上Ge成長ではゲルマネンは形成されないことがわかっている。これを打開するためにはHOPG基板表面を活性化させる必要がある。本研究では、HOPG基板上に3軸[111]配向エピタキシャル成長が期待できるアルミニウム(Al)をHOPG基板上に最大2nm蒸着し、その成長表面を走査型電子顕微鏡および原子間力顕微鏡で観察し初期成長機構を解明した。Al原子は、HOPG基板上のステップ・テラス領域で成長するが、ステップ領域に優先的に成長する傾向があった。また、室温蒸着ではAl原子の拡散距離が短くなるため、ステップ・テラス領域で10nm程度のAlクラスターを形成した。一方で、蒸着温度上昇による拡散距離増加のためAl原子はステップ端に到達しやすくなり、ステップ領域でのクラスター密度の増加を確認した。また、ステップ領域でのAl原子の拡散による3050nmのAlアイランドの形成を確認した。室温蒸着後に基板熱処理を行うと、成長表面でライプニング現象が起こることを確認した。この結果から、Alの表面拡散活性化エネルギーは0.15eVと求められた。2HOPG基板上へ六方晶系絶縁膜形成を実現するため、窒化アルミニウム(AlN)に着目した。H25年度は新規にラジカルソース源を導入したため、事前試験としてラジカル窒素照射によるHOPG基板表面の形態変化を調べた。その結果、HOPG基板表面へのラジカル窒素照射によって基板表面に存在する粒界領域で欠陥エッチング反応が確認された。その活性化エネルギーは0.35eVであることがわかった。以下に平成26年度に実施した研究成果を述べる。精密試料移動機構の不具合修理を行った。具体的には、試料高さ調整部の部品作製と位置調整、試料回転調整部の回転軸取替え、試料傾き調整部の歯車交換、試料通電加熱機構の修理である。また、金属蒸着に使用する電子線蒸着装置の不具合修理を行った。ゲルマニウム二次元シート結晶であるゲルマネンの創成に向けて、ゲルマネン成長用テンプレートの開発を行った。HOPG基板上に3軸[111]配向エピタキシャル成長が期待できるアルミニウム(Al)をHOPG基板上に最大2nm蒸着し、その成長表面を走査型電子顕微鏡・原子間力顕微鏡で初期成長過程を観察した。室温蒸着では、Al原子の拡散距離が短くなるためステップ・テラス領域で10nm程度のAlクラスターを形成した。一方で、蒸着温度を上昇させた場合、Al原子はHOPG基板上のステップ・テラス領域で成長するが、ステップ領域に優先的に成長した。これは蒸着温度上昇によるAl原子の表面拡散距離が増加したため、Al原子がステップ端に到達しやすくなり、ステップ領域でのクラスター密度の増加を確認した。また、室温蒸着後に基板熱処理を行うと、成長表面でライプニング現象が起こることを確認した。この結果から、Al原子のHOPG基板上における表面拡散活性化エネルギーは0.15eVと求められた。HOPG基板上へ六方晶系絶縁膜形成を実現するため、二次元層状結晶構造を有するAlNの成長を試みた。XRDの測定結果からHOPG基板上で(0001)及び[10-11]の配向性を持つAlNの結晶の成長が確認された。また、AlNの二次元層状結晶であるgraphene-likeAlNに起因する回折ピークが確認された。窒素ラジカル装置RF出力の増加に伴い、[10-11]配向のAlNの回折ピーク強度の減少、及びc軸配向のAlNおよびgraphene-like AlN回折ピーク強度の増加を確認した。この結果から、本実験系においては、HOPG基板上での二次元層状結晶構造を有するAlNの最適成長条件はRF出力600W及び基板温度800°Cであるとの結論を得た。

研究に使用する超高真空分子線エピタキシー装置の不具合、具体的には精密試料移動機構の不具合の修理および金属蒸着に使用する電子線蒸着装置の不具合の修理に多大な時間を要したため、計画通りに研究が進まなかった。現在はこれら不具合は解消されており、順調に研究・実験が進んでいる。半導体結晶成長H27年度は以下の点に注力していく予定である。1HOPG基板表面へのAl蒸着後、走査型電子顕微鏡および反射高速電子線回折法を評価ツールとして、基板温度・Ge蒸着量を実験パラメータとすることでAl/HOPGテンプレート上にGeを成長しその初期成長過程を詳細に解析する。2ゲルマネンの絶縁膜基板上への成長を念頭に、HOPG基板表面にAlNの結晶成長を行う。MBE装置故障などのトラブルがあったが、当初の目的であったHOPG基板上Al初期成長機構の解明まで進むことができた。また、ラジカルソースの新規導入、装置への取り付けと動作確認がスムーズに進み、ラジカル窒素照射によるHOPG基板表面の欠陥エッチングを確認することができた。研究に使用する超高真空分子線エピタキシー装置の不具合、具体的には精密試料移動機構の不具合修理、および金属蒸着に使用する電子線蒸着装置の不具合修理に多大な時間を要したため、計画通りに研究が進まなかったことが未使用額の発生につながった。H26年度は以下の点に注力していく予定である。1ゲルマネンをポストスケーリング世代のGe系MOSFET形成技術の開発に応用することを検討する際、ゲルマネン-オン-インシュレータ構造は必須のデバイス構造となる。そのため、ゲルマネンは絶縁膜基板上に成長する必要がある。そこで、HOPG基板上に成長したAlに対してラジカル窒素を照射することにより、ワイドギャップ材料であるAlN薄膜をHOPG基板上に形成する。AlN結晶は六方晶系の結晶構造を有するため、ハニカム格子構造を有するゲルマネンと結晶学的に相性がよい。走査型電子顕微鏡および反射高速電子線回折法を評価ツールとして使用し、基板温度・Ge蒸着量を実験パラメータとすることでGeの初期成長過程を詳細に解析し、窒化物半導体基板上ゲルマネンエピタキシャル成長技術の開発を確立する。2ゲルマネンを電子デバイス応用として考えた場合、その界面における化学結合状態、バンド構造、キャリア密度、キャリア移動度等の電子物性評価は非常に重要な研究項目の一つに挙げられる。本研究項目では特にX線光電子分光法による各原子の化学結合状態・バンド構造の詳細な解析を行うこととする。また、作製した試料は放射光施設・Spring-8にてX線光電子分光による分析も予定している。電子線蒸着装置の消耗品であるコネクタ・坩堝の購入、学会参加費、高純度金属原料の購入にあてる予定である。次年度使用額が生じた理由は、次年度研究を進めるにあたり必要な物品を購入するためである。これまでの研究成果を参考に翌年度分として請求した助成金と合わせて、試料の作製および評価分析に必要な真空装置部品、蒸着源材料を購入する。
著しく格子軟化した形状記憶合金における巨大弾性変形－応力下における臨界現象

一般に金属ならびに合金の弾性限界は1%以下であり,理論計算から得られる理想弾性限界の1割にも満たない.我々は,弾性定数C'が著しい軟化を示し,弱い1次のマルテンサイト変態を示すFe3PtならびにFe-Pd系合金を[001]方向から圧縮すると,6%を超える弾性変形が実現可能であることを圧縮試験により見出すとともに,その変形が連続的な格子定数の変化に由来するものであることを圧縮応力下での中性子回折により確認した.さらに,[001]方向からの圧縮応力の増加にともない,1次のマルテンサイト変態の特徴である,変態歪が消失する現象を見出した.一般に金属ならびに合金の弾性限界は1%以下であり,理論計算から得られる理想弾性限界の1割にも満たない.我々は,弾性定数C'が著しい軟化を示し,弱い1次のマルテンサイト変態を示すFe3PtならびにFe-Pd系合金を[001]方向から圧縮すると,6%を超える弾性変形が実現可能であることを圧縮試験により見出すとともに,その変形が連続的な格子定数の変化に由来するものであることを圧縮応力下での中性子回折により確認した.さらに,[001]方向からの圧縮応力の増加にともない,1次のマルテンサイト変態の特徴である,変態歪が消失する現象を見出した.規則度が約0.75のFe3Pt単結晶に,[001]方向から圧縮応力を加えると,温度低下にともない弾性歪が増加し,変態温度付近の90 Kでは最大約6%もの弾性的変形が現れることを見出した.この弾性限界を超えると,bctマルテンサイトへと応力誘起相変態し,それにともない約15%もの変態擬弾性が出現することを明らかにした.これらの結果は,日本金属学会において口頭発表するとともに,国際会議icomat2011において招待講演として発表した.また,ICFSMA2012においても招待講演として講演した.さらに,同内容は金属Vol.82 (2012)487に解説記事として報告した.また,Fe3Ptにおいて,規則度が高くなると,従来とは異なる構造のマルテンサイト相が出現することを見出し,その結果を金属学会において発表するとともに,Journal of Alloys and Compounds Vol. 509 (2011)8530に報告した.不規則Fe-31.2Pd合金単結晶についても,[001]方向から圧縮応力を加えると,温度低下にともない弾性変形量が増加し,変態温度付近の240Kでは最大約6%もの弾性的変形が現れることを見出した.これらの結果は,日本金属学会において報告した.また,Pd濃度の少し少ないFe-30.8Pd合金においても同様の巨大弾性変形が現れることも見出し,さらに同合金において,変態歪の応力依存性を調査し,応力の増加とともに変態歪が小さくなることを見出した.Fe3PtならびにFe-31.2Pd合金は,2次に近いマルテンサイト変態を示し,その変態に前駆して,著しい格子軟化を示す.我々は,平成23年に,これらの合金に[001]方向から圧縮応力を加えると,6%を超える弾性変形が現れることを見出した.平成25年度は,Fe3Ptに現れる弾性変形が,応力下における格子定数の変化に由来することを確認した.具体的には大強度陽子加速器施設(J-PARC)の応力下の回折装置である匠を利用し,応力下における格子定数を測定した.得られた実験結果を解析した結果,応力下においてマクロに現れるひずみは,応力下での格子定数の変化にほぼ正確に一致することが明らかとなった.また,Fe-31.2Pd合金においては,そのマルテンサイト状態において非常に大きな内部摩擦が生じることを新たに見出した.すなわち,Fe-31.2Pd合金は制振材料としても利用できる可能性がある.得られた成果は,強磁性形状記憶合金の国際会議において招待講演として発表するとともに,日本金属学会2014年春講演大会において基調講演として発表した.また,Acta Materialia, Applied PhysicsLetters, ISIJinternationalなどの主要学術雑誌に発表した.著しい格子軟化を示すFe-31.2Pd合金ならびにFe-30.8Pd合金を用いて,弾性変形挙動の温度依存性ならびに結晶方位依存性を調査した.得られた主要な結果は以下の通りである.【弾性変形の温度依存性】最大弾性変形は温度低下に伴い大きくなることを明らかにした.たとえば,Fe-31.2Pd合金では,240Kでは約7%,300Kでは約4.5%の弾性変形が現れる.一方で,降伏応力は温度に対して著しく変化することなく,240K, 300 Kいずれもおよそ300MPaで降伏することを見出した.さらに降伏に際して{111}変形双晶が内部に導入されることを明確にした.【弾性変形の結晶方位依存性】弾性変形の最大値は結晶方向に大きく依存することを明確とした.たとえばFe-30.8Pd合金では,[001]方向では,7%を超える弾性変形が現れるが,[110]方向では弾性変形は最大1.6%であることを示した.これは,この合金の著しい弾性異方性に由来する.降伏応力は,応力負荷の方位には大きく依存しないが,多結晶試料を用いると降伏応力は単結晶のおよそ半分にまで低下することを見出した.これは,大きな弾性異方性のため,特定の結晶粒に著しい応力集中が生じているためと解釈できることを示した.

【弾性熱量効果の発見】研究計画当初は予定していなかったが,Fe-Pd系合金における格子軟化を利用すると,顕著な弾性熱量効果が現れることを見出した.当初計画していた,弾性変形挙動の解明は予定通りに進展しており,学会における成果発表ならびに論文発表も順調に進んでいる.25年度が最終年度であるため、記入しない。当初計画していた研究は,全て予定通りに進行した.加えて,計画当初には想定していなかったことであるが,Fe-Pd合金において著しい弾性熱量効果が現れることを見出した.この効果は,今後冷凍材料としての新な可能性を示唆するものである.結晶方位を変化させての弾性変形挙動の調査,応力下での中性子回折による格子歪の調査,ならびに応力下において期待される臨界点の存在を確認する.25年度が最終年度であるため、記入しない。Fe-Pd系については,2つの温度について降伏応力に至るまで,弾性変形を調査した.今後は,更に試験温度を増やして測定を継続する.また,Fe3Ptに関しては,降伏に至るまでの測定には至っていない.今後,Fe3Ptの降伏現象についても明らかにしてゆく.また,本研究課題を実施するに際して,見出した弾性熱量効果については,平成26年度以降の基盤研究(B)において採択された課題「著しい格子軟化を利用した弾性熱量効果ー新しい冷凍材料としての可能性」においてさらに系統的に研究推進する予定である.
鉄硫黄クラスターの生合成を担うSufBCD複合体の作動機構の解明と阻害剤の開発

1)昨年度、SufBCD複合体のSufBのβ-ヘリカルコアドメインの内部にトンネルを見出し、このトンネルが硫黄原子の通路やリザーバーとして利用されるという可能性を示した。本年度は、トンネル周辺の残基に対して部位特異的変異を系統的に導入することにより、側鎖の電荷が機能的に重要であることを見出した。機能不全となった変異型のSufBCD複合体では、β-ヘリカルコアドメイン内に硫黄原子がトラップされているのではないかと考えて、現在、生化学的/構造生物学的な解析を進めている。2)SufUとIscUはどちらも鉄硫黄クラスター生合成マシナリーの必須成分として機能する相同タンパク質だが、H30年度、それらの役割が異なっていることを示した。この機能分化に基づいて、SufU/IscUの分子系統関係ならびに他の関連成分の分布や特徴などを網羅的に解析したところ、複数の鉄硫黄クラスター生合成システムがどのような変遷を遂げてきたのか、進化的な道筋をはじめて明らかにすることができた。3)メタン生成古細菌に見られるSufBCは、SufBCD複合体のプロトタイプではないかと考えられる。このSufBCを、鉄硫黄クラスター生合成系を欠損させた大腸菌変異株に導入することによって、これらの2成分が最もシンプルな鉄硫黄クラスター生合成系として機能することを実験的に証明するとともに、興味深い諸性質を明らかにした。今後、中核となる普遍的メカニズムの解明にむけて、格好の研究材料となると期待している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題の進行状況を以下にまとめる。1)SufBCD複合体の結晶構造を世界に先駆けて決定した。SufBとSufDの立体構造は相同で、どちらもN末端ヘリカルドメインとC末端ヘリカルドメインの間に、20本のストランドが扁平ならせん状に巻き付いたユニークなβ-ヘリカルコアドメインを持つことが明らかになった。この構造からは、ATPの存在下でSufC2分子が会合しSufBとSufDのβ-ヘリカルコアドメインに大きな構造変化が生じるという可能性が推定され、これについて生化学的に検証した。2)イソプレノイドの生合成系を改変することによってFe-Sクラスター生合成系の必須性を回避し、“Fe-Sクラスターがなくても生きられる大腸菌変異株"をはじめて構築した。この変異株の特性を明らかにするとともに、関連する遺伝子群を自在に操作することのできる実験系を開発した。3)SufBとSufDに系統的な変異を導入し、in vivo機能に重要な9残基を同定した。そのうち6残基はSufBのβ-ヘリカルコアドメインのN末端側領域に集中しており、残りの3残基はSufBとSufDとの会合面とその近傍に位置していた。これら二つの領域にはシステインが1残基ずつ含まれており、その2残基は他の19種類のアミノ酸では代替できない必須残基であることを明らかにした。4)SufBCD複合体の阻害剤のスクリーニングに着手した。本年度は、理化学研究所の化合物バンク(NPDepo)のうち、化合物アレイを用いて約30,000種の化合物の中からSufBCD複合体に結合する化合物1072種を同定した。今後、in vivoにおける阻害効果を検討する。SufBCD複合体の構造解析ならびに変異導入解析によって、作動機構に関する重要な手掛かりが得られた。研究成果を論文として公表するとともに、進行中のものは学会で発表しており、研究計画が概ね順調に進展していると判断できる。本年度の進行状況を以下にまとめる。1)昨年度明らかにしたSufBとSufDのin vivo機能に重要な9残基のそれぞれをアラニンに置換した変異型SufBCD複合体を精製し、生化学的な解析によって、SufEからSufBへの硫黄転移反応に関与するシステイン残基を同定した。昨年度報告したSufBCD複合体の結晶構造によると、このシステインはSufBのβ-ヘリカルコアドメインのN末端側領域に位置しており、その近傍には他に5つの機能残基が集中していることが明らかになった。2)SufBとSufDとの会合面にはin vivo機能に必須な3残基が集中しているが、二重・三重の変異を導入することによって、重要な3残基をさらに同定することができた。この会合面が鉄硫黄クラスターの新規形成部位として機能すると推定されるが、そのためにはSufB-SufDの会合面が解離する必要がある。今後、この点について検討を深める。3)グラム陽性細菌のFe-Sクラスター生合成系は、大腸菌のSUFマシナリーとISCマシナリーのキメラタイプと予想され、成分の構成には顕著な違いがある。枯草菌のイソプレノイド生合成系を改変した上で、sufCDSUBオペロンについて遺伝学的な解析を進め、このオペロンにコードされるSUF様マシナリーが枯草菌で唯一のクラスター生合成系であること、オペロン内の5遺伝子はどれもその機能に必須であることを明らかにした。4)大腸菌の変異株を利用してSUFマシナリーに特異的な阻害剤のin vivoスクリーニングを進めたが、大腸菌細胞内には多くの化合物が入りにくいことが分かった。枯草菌の変異株を用いたスクリーニングにスイッチして検討を進めている。昨年度報告したSufBCD複合体の結晶構造に基づいて種々の変異を導入し、in vivoとin vitroにおける解析を有機的に連携して、作動機構に関する理解を深めることができた。したがって、研究計画は概ね順調に進展していると評価した。

1)SufBCD複合体の結晶構造解析ならびに系統的な変異導入と生化学的な解析によって、この複合体では、SufBのβ-ヘリカルコアドメインのN末端側でSufEから硫黄原子を受け取り、同じドメインのC末端側すなわちSufB-SufDの会合面で鉄硫黄クラスターを新規に組み立てることが明らかになった。さらに、SufBのβ-ヘリカルコアドメインの内部には、N末端側からC末端側に通じるトンネルが存在すること、このトンネルを構成するアミノ酸は機能的に重要なものが多いことを明らかにした。このトンネルは進化的にも保存されており、硫黄原子の通路と考えられる。2)異種間の相補実験によって、枯草菌SUF様マシナリーの成分と大腸菌SUF/ISCマシナリーの成分との互換性を検討したところ、意外なことに、枯草菌のSufSUは、構造の相同な大腸菌IscSUではなく、大腸菌SufSEと相互に代替できることが判明した。したがって、枯草菌のSufUは、大腸菌IscUのようにFe-Sクラスターの新規形成部位として機能するのではなく、大腸菌SufEと同様に、硫黄原子のキャリアとして機能することがわかった。すなわち、SufUとIscUが機能の異なる相同タンパク質であることを明らかにした。3)枯草菌のSufS-SufU複合体の結晶構造を決定し、複合体の形成に伴って、亜鉛に対する配位子の掛け替えが起こることを明らかにした。すなわち、SufUのCys41に代わってSufSのHis342が亜鉛の配位子となり、SufSとSufUとの会合に寄与することがわかった。このとき、SufUのCys41は亜鉛から外れることでフリーな-SH状態となり、SufSの活性中心であるCys361から硫黄原子を受け取ることができるようになる。したがって、枯草菌SufUは亜鉛に依存した硫黄原子のキャリアタンパク質であることを明確にした。SufBCD複合体の構造解析と系統的な変異導入、ならびに生化学的な解析を有機的に連携させることによって、この複合体による鉄硫黄クラスター形成機構のアウトラインを明らかにすることができた。また、クラスターの生合成に関与する相同タンパク質(IscUとSufU)の役割が異なっていることを明らかにした。したがって、研究計画は当初の計画以上に進展していると評価できる。1)昨年度、SufBCD複合体のSufBのβ-ヘリカルコアドメインの内部にトンネルを見出し、このトンネルが硫黄原子の通路やリザーバーとして利用されるという可能性を示した。本年度は、トンネル周辺の残基に対して部位特異的変異を系統的に導入することにより、側鎖の電荷が機能的に重要であることを見出した。機能不全となった変異型のSufBCD複合体では、β-ヘリカルコアドメイン内に硫黄原子がトラップされているのではないかと考えて、現在、生化学的/構造生物学的な解析を進めている。2)SufUとIscUはどちらも鉄硫黄クラスター生合成マシナリーの必須成分として機能する相同タンパク質だが、H30年度、それらの役割が異なっていることを示した。