hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒト赤芽球脱核における収縮環形成位置決定機構の解明

哺乳類赤芽球は、細胞質分裂に類似の過程で脱核すると考えられているが、脱核時の収縮環形成位置を決定する分子メカニズムの詳細は明らかではない。われわれは、前期赤芽球系前駆細胞CFU-Eと成熟赤芽球において、細胞分裂に関与する様々な分子の存在について検討した。本研究によりmDia2, mDia3とCdc42が,赤芽球脱核時に収縮環形成位置決定に関与している可能性が示唆された。さらに、Cdc42阻害剤はCFU-Eの増殖と赤芽球脱核を阻害した。以上の結果から、Cdc42は、ダイニン及びアクチン線維を介してヒト赤芽球の終末分化を制御していると考えられた。(1)当該年度において、申請者は「赤芽球の脱核における核の細胞極性および収縮環形成は中心体により決定される」との仮説に基づき、中心体に代表される微小管形成中心の合成・機能に関与する分子と中心体と核の挙動、特に核を微小管形成中心(MTOC)側へ動かすモーター蛋白質ダイニンについて解析した。申請者は、正常ヒト後期赤芽球前駆細胞(CFU-E)から成熟赤芽球に至る最終分化段階におけるダイニンの発現と局在を明らかにし、ダイニンのATP分解阻害剤(EHNA)が赤芽球の核偏在化を阻害することで脱核を抑制することを示した。EHNAのダイニン特異性を検証するために、赤芽球の表面マーカーであるCD71、GPAの発現をFACSで解析し、また、GLUT1とGATA1のmRNAレベルを定量PCRで解析した。その結果、EHNAはこれらのマーカー蛋白質の発現に影響しないことを明らかにした。また、EHNAはダイニンの発現自体にも影響(免疫ブロット法)しなかったことから、EHNAのダイニン特異性が示された。本研究中に、マウス赤芽球ではダイニンがTrim58を介したユビキン系により分解されるとの報告がなされたが、ヒト赤芽球では、Trim58の発現を認めたものの(免疫ブロット法による)、脱核までダイニンの発現を確認し、ヒトとマウスでは異なるメカニズムが働いていると考えられた。(EHNA: erythro-9-(2-hydroxy-3-nonyl)adenine)(2)MTOCから伸長する微小管のプラス端集積因子として、NuMA、LGN、4.1Gの発現を免疫ブロット法で確認した。NuMAと4.1Gは赤芽球成熟とともに減少すること、LGNは比較的保たれることを見出した。mDia2(細胞分裂溝形成に関与するアクチン重合分子)は、CFU-Eおよび赤芽球のMTOCへの集積が明らかになり、ダイニン集積との関係が示唆された。ヒト赤芽球の細胞極性決定分子としてダイニンを、阻害剤による機能制御により免疫化学的手法を用いて解析した。本計画推進中に、マウス赤芽球を対象にしたダイニンのユビキチン化による細胞内消化が報告され、また、新奇にTrim58がダイニンの細胞消化の初期蛋白質として同定されたため、ヒト赤芽球系ダイニンの発現(蛋白質レベル)の再検討とTrim58の同定を行ったことがあり、予定していた微小管プラス端集積因子の検討についてはやや遅れているが、今後も引き続き検討していくこれまで、細胞(赤芽球)の性質上、遺伝子導入は困難であることから阻害剤を用いた解析を主体として研究を進めてきたが、蛋白質そのものの発現抑制(あるいは過剰発現)による解析(細胞形態、増殖性、脱核率など)は極めて有効な手段であることを痛感し、その準備(発現ベクターの調製など)を行ったため、当初予定していた研究進行に遅れが生じたこともある。遺伝子導入の方法論確立は喫緊の重要事項であるため、本研究課題とともに同時進行で推進する予定である。1.プラス端集積因子であるNuMAと4.1Gの蛋白質レベルの発現は、後期赤芽球前駆細胞(CFU-E)から脱核に分化する過程で減少したことから、脱核への間直接的な関与はないと考えられるが、脱核直前のダイニンの微小管形成中心(MTOC)の集積との関連については詳細な解析が必要である。2.自己免疫疾患改善薬であるヒドロキシクロロキン(HCQ)が脱核阻害した。HCQは4.1Rと結合することが報告されており(BBRC 2016;473:999)、また、4.1Gは4.1Rのアミノ酸配列の相同性が高いのでHCQにより4.1Gの膜蛋白質との結合が阻害された可能性がある。HCQによる4.1Gの細胞内局在の解析から因果関係を明らかにする。3.アクチン重合分子であるmDia2は、CFU-Eおよび赤芽球のMTOC付近に集積していた。マウス赤芽球では、mDia2は脱核時の収縮環形成に関与し、その上流因子はRacGTPaseであることが報告された(Nat Cell Biol 2008;10:314)。mDia2のアクチン線維との結合はCdc42によって制御される(Cytoskelton 2012; 69:919)。申請者はCdc42に着目し、CFU-Eから成熟赤芽球に至る最終分化段階まで発現していることを定量PCRと免疫ブロット法にて確認した。また、Cdc42 GTPase inhibitorであるCASINがCFU-Eの増殖を抑制すること、赤芽球の脱核を抑制することを明らかにした。Cdc42赤芽球脱核との関与はこれまで知られておらず、新たな知見である。

4.赤芽球の遺伝子導入は細胞の性質上困難であったが、蛋白質の発現制御による解析は極めて有効手段であることから、遺伝子導入試薬による条件設定と、レンチウイルスベクターを用いた遺伝子導入の条件設定を行っている。1. NuMAや4.1Gといった微小管プラス端集積因子が、赤芽球の分化・成熟に伴って、脱核への関与が少ないと考えられたが、初年度で明らかにしたダイニンの集積が起こる脱核直前での細胞内分布及びHCQのよる脱核阻害との因果関係の解析を開始した。2. mDia2及びCdc42について検討を開始したが、その準備のために計画全体が遅れた。3.遺伝子導入について検討を進めているが、primaryの増殖・分化をする赤芽球の性質上、条件設定に時間を要している。現在、レンチルウイルスを用いたGFPの導入をモデルにして検討を進めており、細胞の生存率向上が喫緊の課題である。また、siRNA導入試薬の検討を並行して検討しているために遅れている。4.申請者が妊娠し、医師からの自宅安静指示と、引き続いての出産のため、11月より研究が中断したことも研究が遅れている大きな理由の一つである。前年度までに、アクチン重合分子であるmDia2が、CFU-Eおよび赤芽球のMTOC付近に集積しているとの知見を得ていたが、申請者の確認不足にて、それはmDia3(Dia2、DIAPH2)に対する抗体であったことが判明した。つまり、ヒトのCFU-Eおよび赤芽球においては、mDia3がMTOC付近に集積していた。改めてmDia2(DIAPH3)の局在を確認したところ、mDia2はCFU-Eの細胞間期には核内に存在し、分裂期に細胞質に点状に分布していた。mDia2とアクチン繊維との結合を制御するCdc42が、赤芽球脱核時まで発現しており、その阻害剤(CASIN)が赤芽球脱核を抑制することが明らかとなったため、さらに検討した。CASIN投与時のメイ・ギムザ染色とcell cycleを解析した。CFU-Eでは細胞形態に明らかな変化はなく、CASIN投与でG2/M期の細胞が減少していた。赤芽球では、細胞形態・細胞周期ともに有意な変化を認めなかった。赤芽球の遺伝子導入技術確立のため、3種類の遺伝子導入方法を検討した。まず、遺伝子導入試薬を用い、CFU-Eに対し2種類のsiRNAとnegative control siRNAを導入したが、タンパクレベルの有意な変化は認めなかった。次に、レンチウイルスベクター用いて導入したところ、コントロールとして使用したK562細胞にはGFPが発現したが、primary赤芽球には発現しなかった。さらに、エレクトロポローション法を試みた。GFPプラスミドベクターでは、細胞の生存率7割前後、導入効率3割程度が得られた。以上、微小管プラス端因子を手掛かりに検討を進めた結果、mDia2、mDia3とCdc42が、赤芽球脱核時に収縮環形成位置決定に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。また、赤芽球への遺伝子導入による機能解析に可能性を開いた。哺乳類赤芽球は、細胞質分裂に類似の過程で脱核すると考えられているが、脱核時の収縮環形成位置を決定する分子メカニズムの詳細は明らかではない。われわれは、前期赤芽球系前駆細胞CFU-Eと成熟赤芽球において、細胞分裂に関与する様々な分子の存在について検討した。本研究によりmDia2, mDia3とCdc42が,赤芽球脱核時に収縮環形成位置決定に関与している可能性が示唆された。さらに、Cdc42阻害剤はCFU-Eの増殖と赤芽球脱核を阻害した。
低次元磁性体における多体相互作用および量子相転移の理論的数値的研究

1・ハイゼンベルクXXZ鎖の基底状態相関関数1次元スピン-1/2XXZ模型の(Δ=1)の場合、基底状態の2点相関関数に関しては、従来、(Hulthen,1938)と(高橋,1977)により<S^z_jS^z_<j+1>>=1/12-1/3ln2,<S^z_jS^z_<j+2>>=1/12-4/3ln2+3/4〓(3)が知られていた。この研究期間中に我々は第3近接相関の表式<S^z_jS^z_<j+3>>=1/12-3ln2+37/6〓(3)-14/3ln2・ζ(3)-3/2〓^2(3)-125/24〓(5)+25/3ln2・ζ(5)を新たに求めることに成功した。さらに、我々は計算法を発展させ、現在までに第7近接相関までの2点相関関数の解析的表式を求めた。2・磁場下ハイゼンベルクXXZ鎖の動的構造因子3・リング交換相互作用のあるスピンラダー系の磁場誘起量子相転移スピンラダーや正方格子のようにプラケットのある強相関電子系では、一般にリング交換相互作用と呼ばれるプラケット上の4スピンを同時に交換する相互作用が存在する。本研究では、ハイゼンベルグ・スピンラダー系を取り上げ、このリング交換がもたらす新しい磁場誘起相転移について、数値的厳密対角化と有限サイズスケーリング、及び縮退摂動論で解析した。・新しい積分方程式を用いたXXX模型の高温展開1次元ハイゼンベルグ模型の比熱、帯磁率等の熱力学的諸量の高温展開は、これまでは有限クラスター法を用いて24次まで計算されていた。一方、従来の熱力学ベーテ仮説方程式に基づく高温展開の計算は原理的に可能ではあるものの、高次の項までの系統的な計算は困難であった。ところが新しい積分方程式を用いて100次の項まで計算することに成功した。さらに、得られた展開係数にPade近似を施し、量子転送行列法を用いた数値計算と比較した。・Hubbard模型におけるBethe仮説方程式と高温展開との比較この積分方程式は無限個の未知関数を持っているが有限個になるようにカットオフを行い、かつ非線形の方程式を解くのにケプラー法でなくてニュートン法を適用する。一般に熱力学的量はグランドポテンシャルの微分で表されるので線形の積分方程式を解かねばならないが、この方程式はニュートン法で使った線形演算と全く同様に行うことができる。1回の線形演算でエネルギー、エントロピー、磁化、粒子数密度等の1次の熱力学的量がすべて計算できる。・1次元ハイゼンベルグ模型の相関関数この系の相関関数については最近接相関および第2近接相関が知られていたが我々は第3近接相関を厳密に求めることができた。・1次元ハイゼンベルグ模型の静的相関関数この系の相関関数については最近接相関および第2近接相関が知られていたが我々は第3近接相関を解析的に求めることができた。第4近接相関の計算も現在進行中である。またXXZ模型への拡張にも成功し、非等方パラメーターの関数として3個および4個の連続したスピンの上のすべての相関関数が厳密に求められた。ベーテ仮説可解系の相関関数の計算は不可能と考えられてきたのでこれはおおきな進歩である。この模型のEmptiness Formation Probabilityと呼ばれる相関関数の漸近的な振る舞いを解析することができた。これはPhysics Lettersに発表された。この関数はガウス的減衰をするが、これに対する補正項まで詳しくもとめられた。・1次元XXZ模型の動的相関関数の計算も行っているが、ベーテ仮説法による厳密な計算で最近急激に発展した方法である。またこの結果は中性子散乱の実験とも密接に関連している。計算もかなり進展し、論文をまとめる段階になっています。

数学的に難解な理論を使って動的相関関数を計算し、実験と比較できるところまで来ている。・可解模型の熱力学の研究ではUimin-Sutherland模型やSU(4)模型のような複雑な模型についても、非線形熱力学方程式が導出された。これは前年度に行われた、XXZ鎖にたいする非線形積分方程式の拡張になっている。熱力学的な量(比熱、帯磁率)等の計算が進展した。また熱伝導度や熱起電力の計算も進展した。またHubbard模型のグリーン関数における相関距離も求められた。・スピンラダー系の熱力学をSU(4)スピン系の問題として扱い比熱、磁化曲線等の計算を行い、実験とよく一致する結果が得られた。・基底状態での1次元ハイゼンベルグ模型の静的相関関数この系の相関関数については最近接相関および第2近接相関が知られていたが我々は前年までに第3近接相関を解析的に求めることができた。平成16年度には第4近接相関を求めることができた。第5近接相関も計算できて現在論文を作成中である。また有限温度での相関関数の計算では高温展開を計算することが出来てこれも論文をまとめているところである。・1次元XXZ模型の動的相関関数の計算。これはベーテ仮説法による厳密な計算で最近急激に発展した方法である。またこの結果は中性子散乱の実験とも密接に関連している。量子逆散乱法による公式を使って動的相関関数を計算した。この論文はJPSJで出版された。熱力学的な量(比熱、帯磁率)等の高次までの計算が進展した。・またフラストレートしたボンド交替スピン鎖の性質をDMRG法で詳しく調べ、有機磁性体F5PNNの実験結果と比較した。これはPRLに掲載された。・基底状態での1次元ハイゼンベルグ模型の静的相関関数この系の相関関数については前年度までに第4近接相関まで計算できた。この論文はNuclear Physicsに掲載された。平成17年度はgenerating functionの方法を考案し、第5、6および第7相関を計算することができた。また前年度では連続した5つのサイトの密度行列を計算したが今年度は6つのサイトの密度行列が計算できた。これも論文をまとめているところである。・可解模型の熱力学の研究ではUimin-Sutherland模型やPerk-Schultz模型のような複雑な模型についても、高橋が2001年にXXZ模型で提唱したタイプの非線形熱力学方程式が導出することができる。このような模型はある種のラダー系に対応していて実験上も重要である。・リング交換相互作用のあるスピンラダー系の磁場誘起量子相転移。スピンラダーや正方格子のようにプラケットのある強相関電子系では、一般にリング交換相互作用と呼ばれるプラケット上の4スピンを同時に交換する相互作用が存在する。これはt-J模型に4体スピン相互作用を付け加えたものになっている。
クロムスピネルに含まれるメルト包有物中の揮発性成分の分析法確立とその応用

マグマ中の揮発成分含有量はマグマの生成条件や噴火に伴う表層環境への影響を制約する上で最重要な要素の一つである。これを定量的に見積もるため、最も有効なクロムスピネル中のメルト包有物の揮発性成分の分析法確立を試みた。二次イオン質量分析計(SIMS)分析用の様々な揮発性成分含有量のスタンダードガラスを作成したが、絶対量の測定には諸問題があり今のところ確立していない。しかしながら、本研究のコアとなる論文やそれに派生した論文が研究期間中に印刷され大きな研究成果を残せた。マグマ中の揮発性成分含有量はマグマの生成条件や噴火に伴う表層環境への影響を知る上で最も重要な要素の一つである。しかしながらその定量的な見積もりは困難を極める。クロムスピネルのメルト包有物の研究は初生マグマの揮発性成分の定量的な見積もりに大変有効であるが、そのメルト包有物は通常10-20μmと小さいためNano-SIMSによる測定が必要である。本年は東京大学海洋研究所のNano-SIMSによる微小領域の揮発性成分の分析法を確立するため、スタンダードガラスの作成をおこなった。本分析法開発において最も重要なのは揮発性成分(水、二酸化炭素、フッ素、塩素、硫黄)が既知で様々な濃度のスタンダードガラスを用意することである。様々な揮発性成分の濃度に調整したスタンダード玄武岩質ガラスを東京工業大学のピストンシリンダーを用いて作成し、ガラス中の塩素、硫黄と水、二酸化炭素の均質性をそれぞれ海洋研究開発機構のEPMA(X線マイクロアナライザー)とFTIR(フーリエ変換赤外分光光度計)でチェックしてガラス作成の最良な条件を見つけ出した。それと同時にNano-SIMSによる測定条件に関しても模索していて、二酸化炭素以外は適切な測定条件を見出した。それにより、10μm程度の領域で数%の精度で分析可能になった。6種類のスタンダードガラスが揃い、粉末化して揮発性成分の定量分析をガスクロマトグラフィとイオンクロマトグラフィを用いておこなう準備を進めているマグマ中の揮発性成分含有量はマグマの生成条件や噴火に伴う表層環境への影響を知る上で最も重要な要素の一つである。クロムスピネルのメルト包有物の研究は初生マグマの揮発性成分の定量的な見積もりに大変有効であるが、そのメルト包有物は通常20μm以下と小さいためSIMSによる測定が必要である。平成21年度は引き続きスタンダードガラスの揮発性成分の定量分析を試みた。水、二酸化炭素に関しては粉末化したガラスを酸化亜鉛とともに石英管に封緘し、電気炉で燃焼後、マノメトリーを用い定量分析を行った。また、フッ素、塩素、硫黄濃度に関しては、酸化バナジウムとともに燃焼し、溶液にトラップした後にイオンクロマトグラフィーを用いて行った。しかしながらブランクの問題や回収率の問題があり、現在もその改善に模索しているところである。平成21年度は本研究の核となるコロンビアゴルゴナ島のクロムスピネル中のメルト包有物の揮発性成分に関する論文が国際誌に掲載された。また、スタンダードガラス作成中に派生した研究テーマとして、酸に難溶融なジルコンなどの鉱物を含む花崗岩などの岩石の画期的な処理法(1600°Cの電気炉で岩石粉末のみを短時間で融解し、その後酸分解をするフラックスフリーフュージョン法)やコマチアイトと熱水の反応実験に関する論文も国際誌に受理、掲載された。
「原爆被爆体験」の研究

原爆手記の過去40年間の出版状況を知るため、広島・長崎両市内の公共図書館・被爆者団体および国立国会図書館・大宅壮一文庫・日本原水爆被害者団体協議会などの調査をおこなった。その結果、約18400点の原爆手記(それらを掲載している書・誌数は約1870冊)の存在を確認することができた。これらの手記を出版年別にまとめてみると、1982年以降、多数の手記が出版されるようになったことが明らかとなる。中でも、1985年には、1年間に2782点という多数の手記が出版された。一方、手記の出版主体に注目すると目立つのは、被爆当時の広島・長崎に存在した施設・機関・団体によるものと、地域単位の被爆者団体によるものであり、両者を合せれば、全手記のほぼ半数におよぶ。また、1982年以降の手記数の増加は、主に広島県内の地域被爆者団体の出版によるものであった。原爆手記の出版状況の分析から明らかになった第1点は、被爆者の間に、手記を書き残そうとする意欲が広汎に存在していることである。第2点は、これまで主に被爆者検診集団として存在してきた地域被団協が、手記集の出版を通して、原水禁運動や平和教育との接点を持つようになっていることである。第3点は、地域単位の被爆者団体の手記集が、これまで組織的・系統的に解明されていない各市町村と原爆被害とのかかわりを明らかにしつつあることである。以上の詳細は、第16回地域・自治体問題全国研究大会において報告した。今後は、原爆手記の内容をより具体的に検討するため、原爆手記の収集を続けるとともに、既収集の手記のデータのコンピューター化をおこないたい。なお、原爆被爆者の証言を主テーマとしたテレビ番組のビデオ・テープはこれまでに約100本収集しているが、この作業も継続してゆきたい。
次世代シークエンサーで検出された癌細胞ゲノム・エピゲノム変異の統合的情報解析手法

肺腺癌細胞株におけるマルチオミクスシークエンス解析を行い、論文発表を行った。<マルチオミクス統合解析>癌細胞の異常な遺伝子発現低下に関わるゲノム・エピゲノム変異について解析した。既知の癌抑制遺伝子を中心に解析した結果、発現異常に関連するゲノム・エピゲノム異常は遺伝子によって特徴があることが示唆された。また、DNAメチル化や抑制性のヒストン修飾(H3K27me3およびH3K9me3)といった転写抑制因子は、細胞株によって特徴があることが示唆された。さらに、これらの特徴ある抑制因子パターンを持つ細胞株において、関連するヒストン修飾因子のゲノム変異が一部見出されており、エピゲノムパターンに影響を及ぼすゲノム変異候補を抽出することができた。<バリデーション実験および解析>解析に使用したRNA-Seq、バイサルファイトシークエンス、ChIP-Seqデータの確認実験を行った。RNA-Seqは、52遺伝子の発現量についてqRT-PCRとの比較を行った。バイサルファイトシークエンスは、サンガーシークエンスでCpGサイトのDNAメチル化率を確認した。ChIP-Seqは、qPCRによる濃縮および定性性の確認、反復実験、ENCODEデータとの比較等を行った。<臨床検体データとの統合解析>先行研究で解析した肺腺癌臨床検体のゲノム変異と細胞株のゲノム変異を比較した。特に、エピゲノムおよびトランスクリプトームに影響を及ぼすようなクロマチンリモデリング関連、ヒストン修飾関連、および、スプライシング関連遺伝子に着目したところ、ARID1AやEP300を含むいくつかの遺伝子において臨床検体および細胞株の両者で変異が見られた。これらの共通点及びその組み合わせは、臨床検体と細胞株におけるトランスクリプトームおよびエピゲノムデータの統合および相互写像に重要であると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。6種類の肺腺癌細胞株を用いたゲノム・トランスクリプトーム・エピゲノム情報の収集と一次解析をおこなった。これらのデータは、今後癌細胞のゲノム・トランスクリプトーム・エピゲノム情報を統合するパイプラインを確立するために極めて重要であると考えられる。〈体細胞突然変異の探索と仕訳〉6種類の肺腺癌細胞株の全エキソームシークエンスから、samtools、GATK等のツールを用いてゲノム変異を抽出した。また、得られたゲノム変異のうち、主にEGFRやTP53のような既知の肺腺癌関連遺伝子にあるものを中心に用いて、各細胞株のグループ分けをおこなった。また、先行研究で解析した日本人肺腺癌臨床検体のエキソームシークエンスの結果と比較をおこない、細胞株と臨床検体で同一部位にあるゲノム変異をリスト化した。〈遺伝子発現データの解析〉mRNA-Seqの結果から、肺腺癌細胞株におけるトランスクリプトームのパターンを解析するために、各細胞株で特異的に遺伝子発現が大きいまたは小さい遺伝子を抽出した。それらをパスウェイデータベースKEGGやREACTOMEを用いて各パスウェイ上にマップし、遺伝子発現が変化しているパスウェイをリスト化した。〈ヒストン修飾系のChIP-Seqデータの収集・解析〉6種類の肺腺癌細胞株において、7種類のヒストン修飾系およびRNA polymerase IIの抗体を用いてChIP実験をおこなった。RealtimePCRで既知の領域におけるエンリッチを確認した後に、Illumina HiSeq2000を用いてChIP-Seqデータを収集した。ピーク抽出プログラム漁CSやシークエンスビュアーIGVを用いて、収集したシークエンスデータから各ヒストン修飾およびRNA Polymerase IIの結合を受けているゲノム領域を見つけ出し、細胞株間で比較をおこなった。肺腺癌細胞株のゲノム・トランスクリプトーム・エピゲノムシークエンスデータの収集および解析を引き続きおこなった。〈ゲノム解析〉肺腺癌細胞株のゲノムシークエンスから得た、一塩基変異、挿入・欠失、コピー数、染色体構造異常について、既知の癌関連遺伝子を中心に記述した。〈トランスクリプトーム解析〉各細胞株において平均よりも発現量が高い遺伝子および低い遺伝子について、癌関連遺伝子を中心にまとめた。さらに、染色体異常やスプライスサイト付近の変異による異常なトランスクリプトも抽出した。〈エピゲノム解析〉8種類のChIP-Seqデータに加えて、バイサルファイトシークエンスのデータを取得した。特に、プロモーターとエンハンサー領域について、各細胞株で平均よりも高いまたは低いDNAメチル化およびChIP-Seqパターンを示す遺伝子を抽出した。さらにChromHMMを用いてChIP-Seqデータから各細胞株及び各遺伝子のクロマチン状態を記述した。〈統合解析〉肺腺癌において既知の癌関連遺伝子を中心に、遺伝子発現・転写制御異常に関わるゲノム・エピゲノム変異について解析した。その結果、ゲノム変異によって遺伝子発現異常が起こっている遺伝子(STK11など)、DNAメチル化とゲノム変異のどちらかが遺伝子発現に影響している遺伝子(CDKN2Aなど)、DNAメチル化やヒストン修飾といったエピゲノムが関係している遺伝子(CDKN1Aなど)が見出され、遺伝子によって、発現異常に関連するゲノム・エピゲノム変異が異なることが分かった。

さらに、これらの特徴ある抑制因子パターンを持つ細胞株において、関連するヒストン修飾因子のゲノム変異が一部見出されており、エピゲノムパターンに影響を及ぼすゲノム変異候補を抽出することができた。<バリデーション実験および解析>解析に使用したRNA-Seq、バイサルファイトシークエンス、ChIP-Seqデータの確認実験を行った。RNA-Seqは、52遺伝子の発現量についてqRT-PCRとの比較を行った。バイサルファイトシークエンスは、サンガーシークエンスでCpGサイトのDNAメチル化率を確認した。ChIP-Seqは、qPCRによる濃縮および定性性の確認、反復実験、ENCODEデータとの比較等を行った。<臨床検体データとの統合解析>先行研究で解析した肺腺癌臨床検体のゲノム変異と細胞株のゲノム変異を比較した。特に、エピゲノムおよびトランスクリプトームに影響を及ぼすようなクロマチンリモデリング関連、ヒストン修飾関連、および、スプライシング関連遺伝子に着目したところ、ARID1AやEP300を含むいくつかの遺伝子において臨床検体および細胞株の両者で変異が見られた。これらの共通点及びその組み合わせは、臨床検体と細胞株におけるトランスクリプトームおよびエピゲノムデータの統合および相互写像に重要であると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。6種類の肺腺癌細胞株について、エキソームシークエンスおよびRNA-Seqのデータを用いて、ゲノム変異の抽出および遺伝子発現解析を一通りおこなうことができたから。また、6種類の肺腺癌細胞株に対して7種類のピストン修飾系およびRNA Polymerase IIのChIP-Seqデータを収集できたから。肺腺癌細胞株のゲノム・トランスクリプトーム・エピゲノムシークエンスデータの収集および解析を完了し、癌関連遺伝子を中心に解析結果をまとめることができたから。今後も、収集した肺腺癌細胞株の各種シークエンスデータについて、引き続き解析をおこなう。特に、ヒストン修飾系およびRNA polymerase IIのChIP-Seqの結果から癌細胞の転写制御異常パターンを抽出し、ゲノム変異や遺伝子発現との関連を明らかにする手法を確立する。また、臨床検体でのRNA-SeqおよびChIP-Seqを計画していたが、並行して、解析対象の細胞株の種類を増やして、癌細胞のゲノム・トランスクリプトーム・エピゲノムにおけるシークエンスデータの充実を図る。
発汗と精神神経症状を統合するmTORの新規Ca2+チャネル調節機構の解明

Ca2+チャネルは、てんかん、自閉症、認知障害、発汗や痛みの病態に関与し、mTORC1により調節される。細胞内Ca2+貯蔵器官の小胞体膜のCa2+チャネルは、イノシトール3リン酸(IP3)受容体で調節され、リガンドであるIP3は、PI3キナーゼ(PI3K)により産生される。PI3Kは細胞膜でPI3を産生し、mTORの活性化に関与すること、mTORがエンドソームの膜でPI3Kを介してオートファジーの進行に関与する事は知られている。しかしCa2+チャネルに対するmTORの関与は不明である。そこで、mTORC1が恒常的に活性化し、全身に過誤腫、てんかん、自閉症、精神発達遅滞、白斑、発汗異常、を呈する結節性硬化症(TSC)をモデルとして、中枢と末梢における、mTORC1を介したCa2+チャネルの調節という共通の機序の解明を考えた。今年度は、発汗異常、痛覚異常と自閉症を発症するTSCのモデルマウスを用いて、発汗や痛みと中枢神経精神症状に共通のmTORC1を介したCa2+チャネルの異常機構の解明をめざしてきた。実際には、mTORC1が恒常的に活性化しているTSCの患者とTSCのモデルマウスにおける発汗異常や痛覚異常の有無を調べ、TSC患者とモデルマウスのいずれにおいても、発汗異常と温痛覚の過敏が認められ、さらにTSCモデルマウスにおいては、これら痛覚過敏がシロリムスにより軽快する事を確認した。ついで、ワイルドタイプのマウスと比較して温痛覚刺激により、神経活動が活性化しているマウスの視床下部の発汗や痛みの中枢でCa2+の流入が増加しており、これらのCa2+の流入や神経の活性化はシロリムスの投与で抑制できる事をmanganese-enhanced MRI (MEMRI)を用いて示した。2018年中におこった地震の為に集積したデータの一部を消失し、実験のやり直しを余儀なくされた。さらに実験施設や種々の器機にも異常が認められ、特に精密器機は壊れていなくとも、全て調整し直しが必要となり、実際の実験の再開にも時間を要した。データ消失そのもので既に遅れを生じていたにもかかわらず、前述の理由で実験再開、実験の進捗も予定より遅れ、全体として遅れが生じた。患者の温熱痛覚の異常やTSCのモデルマウスにおける温熱痛覚閾値の異常はすでに調べており、又それら異常に対するmTORC1の阻害剤の効果の検討も終了している。人を用いての研究には限界があるので、今後は動物と細胞を用いた実験系でmTORC1が温痛覚に及ぼす作用機序の検討を行っていく。まず、モデルマウスの中枢部、脊椎の末梢神経部、汗腺部、及び皮膚の神経末端などの組織を用いて、免疫組織科学的、western blottingやリアルタイムPCRなどを用いて、mTORC1の中枢、末梢神経や汗腺における作用機序を検討する。ついでCRISPR/Cas9TSCを用いて、TSC1,TSC2をノックアウトの神経細胞、グリア細胞、線維芽細胞、汗腺細胞等を使用し、calcium influxを用いて、Ca2+の動き、mTIORC1の活性化、Brain-derived neurotrophic factor (BDNF)、cAMP response element binding protein (CREB)に対する影響、CaMKIIα、AMPレセプターへの影響を検討し、温熱刺激に対する、中枢末梢神経の反応とmTORC1の関与、更にmTORC1阻害剤の作用機序を確定する。大阪大学医学部では2019年7月より1年間新しい動物実験施設の新設の為に、現行の動物実験施設が閉鎖される。従って7月までに動物を使用する実験はできる限り終えて、サンプルの収集を行った上で、2019年後半はそれら組織サンプルの解析と細胞を中心にした機序解明の為の実験に移行していく予定である。カルシウムイオン(Ca2+)は、細胞内情報伝達物質の1つで、神経伝達物質やホルモンの放出、細胞電位の調節、転写、細胞の分化や増殖、小胞の輸送、発汗、痛み調節など種々の作用を有している。この細胞内Ca2+濃度調節に関与するCa2+チャネルが、てんかん、自閉症、認知障害、発達障害などの精神神経症状や、発汗や痛みの病態に関与し、しかもこれらの症状がマンマリアンターゲットオブラパマイシン(mTOR)により調節されていることが報告された。そこで、TSC1,TSC2遺伝子の異常の結果、mTORC1の恒常的活性でおこる結節性硬化症(TSC)の、てんかん、自閉症、認知障害、発汗、疼痛などの症状は、いずれもイノシトール3リン酸(IP3)受容体を介したCa2+チャネルという共通の機構の異常でおこるのではないかと考え、この共通の機序を解明することにより、認知症、癲癇や発汗、疼痛の新規機序の解明を目指そうと考えた。本年度はまず、正常コントロールマウスと自閉症を呈するTSCのモデルマウスを用いて非刺激状態と熱による疼痛刺激、アセチルコリンによる発汗刺激時のマウスの脳の活性状態をマウスのMRIを用いて比較検討した。更に、これらの反応がmTORC1の阻害剤であるシロリムス投与で変化するかを検討した。さらに、Si-TSC1,TSC2ノックダウン神経細胞やアストロサイト、線維芽細胞を用いて細胞レベルでの刺激時及びラパマイシン投与時のCa2+の流入の比較検討を行った。その結果TSCモデルマウス、TSCモデル神経細胞では正常に比して活性化(Ca2+の流入)がおこっており、それらの異常はラパマイシン投与により改善される事が確認できた。

汗腺の細胞の分離培養が困難で、更に汗腺の細胞にSi-TSC1,TSC2を導入して効率よくノックダウンを行うのも困難であった。現在汗腺そのものの組織培養を用いて検討する技術を確立中である。又TSCノモデルマウスの継続的な確保が困難で実験予定日に必要な週令のマウスをそろえるのに時間を様した。カルシウムイオン(Ca2+)は、細胞内情報伝達物質の1つで、神経伝達物質やホルモンの放出、神経細胞の電位調節、細胞の分化や増殖、小胞の輸送、発汗、痛みの調節など種々の作用を有する。しかもこれら作用はmTORC1により調節されている。Ca2+チャネルは、イノシトール3リン酸(IP3)受容体で調節され、IP3受容体を活性化する。IP3はPI3K-Akt-mTORC1経路の活性やオートファジーの形成、シナプス小胞輸送、および発汗調節に関与する。そこで、mTORC1の恒常的活性でおこる結節性硬化症(TSC)の、てんかん、自閉症、認知障害、発汗異常などの症状は、いずれもmTORC1で調節されるIP3受容体を介したCa2+チャネルという共通の機構に基づくと考え、この神経精神症状と発汗や痛みに共通の機序の解明をめざした。昨年度は、自閉症を呈するTSCモデルマウスを用いて、末梢神経の温痛覚に対するシロリムスの効果をプランターテストとマウス脳MRIによるカルシウムinflux、及び、TSC2ノックアウトアストロサイトを用いて検討した。その結果、TSCモデルマウスはワイルドタイプに比して痛覚過敏で、痛み中枢のcalcium influxが亢進しておりシロリムスがこれらを抑制する事が確認できた。今年度はまず発汗とmTORとの関係及びシロリムスの発汗に対する影響を調べるた。正常マウスにシロリムスを内服させると有意に発汗量が減少するが投薬中止10日で、通常の発汗量に戻る事、更にシロリムスゲルを単回塗布することにより、濃度依存性に発汗量が減る事を確認した。マウスパッドの汗腺部では発汗時にはmTORが活性化している事を確認した。TSC1/2モデルマウスとコントロールマウスの比較では、TSC1/2モデルマウスでは発汗量の増加傾向は見られたが、有意差は認められなかった。実験の順番がかわったり、方法が少し最初の計画と異なったりはしているが、全体としてはほぼ順調である。Ca2+チャネルは、てんかん、自閉症、認知障害、発汗や痛みの病態に関与し、mTORC1により調節される。細胞内Ca2+貯蔵器官の小胞体膜のCa2+チャネルは、イノシトール3リン酸(IP3)受容体で調節され、リガンドであるIP3は、PI3キナーゼ(PI3K)により産生される。PI3Kは細胞膜でPI3を産生し、mTORの活性化に関与すること、mTORがエンドソームの膜でPI3Kを介してオートファジーの進行に関与する事は知られている。しかしCa2+チャネルに対するmTORの関与は不明である。そこで、mTORC1が恒常的に活性化し、全身に過誤腫、てんかん、自閉症、精神発達遅滞、白斑、発汗異常、を呈する結節性硬化症(TSC)をモデルとして、中枢と末梢における、mTORC1を介したCa2+チャネルの調節という共通の機序の解明を考えた。今年度は、発汗異常、痛覚異常と自閉症を発症するTSCのモデルマウスを用いて、発汗や痛みと中枢神経精神症状に共通のmTORC1を介したCa2+チャネルの異常機構の解明をめざしてきた。
飽和炭素分子の炭素-水素結合の均一切断に基づく高度酸化手法の開発

酸化反応は広く研究され膨大な知見の蓄積があるにもかかわらず,不活性炭素分子であるアルカンおよびベンゼンなどの炭化水素類の酸化反応手法の開発はこの半世紀間大きな方法論的進展が見られていない。本研究は,N-ヒドロキシフタルイミド(NHPI)に代表されるN-ヒドロキシイミドを分子触媒として利用し,触媒的炭素ラジカル生成を経る不活性炭素分子の酸化反応による様々な有用な有機化合物の新合成法の開発を行った。また,モリブドバナドリン酸およびPd(II)/モリブドバナドリン酸触媒系による分子状酸素を用いたベンゼンのC-H結合の直接活性化を伴う酸化反応について検討した。酸化反応は長期にわたり広く研究され膨大な知見の蓄積があるにもかかわらず、不活性炭素分子であるアルカンの酸化反応手法の開発はこの半世紀大きな方法論的進展が見られていない。本研究では、N-ヒドロキシフタルイミド(NHPI)を分子触媒として利用する不活性炭素分子の酸素酸化反応による様々な有用含酸素化合物の新合成法の基礎原理を確立することを目的とした。特に、従来達成されていなかったアルキル置換ベンゼンおよびナフタレン誘導体の酸素酸化反応を行う。アルキルナフタレンの側鎖の酸化により得られるナフタレンジカルボン酸およびジオール酸類は、高機能材料の原料として極めて有用であり、その合成法の開発は有機合成化学および有機工業化学において重要な課題である。NHPI/AIBN/酸素系を用い、2,6-ジイソプロピルナフタレンの酸化を行ったところ、選択的に対応するヒドロペルオキシドが得られ、続いて硫酸処理することで2,6-ナフタレンジオールが高収率で合成できることがわかった。また、NHPIを触媒に用いたヒドロ芳香族化合物の酸素酸化によるにヒドロペルオキシドの合成ついても検討した。たとえば、テトラリンをNHPI/AIBN/酸素系による酸化し、生成したヒドロペルオキシドを硫酸で処理することで、開環反応が生起し、3-(2-ヒドロキシフェニル)ブタナールが極めて効率よく生成することがわかった。一方、ヒドロペルオキシド体をトリフェニルホスフィンで処理することにより、α-テトラオールを合成することに成功した。本研究では、N-ヒドロキシフタルイミド(NHPI)および誘導体を分子触媒として利用し、従来にない触媒的炭素ラジカル生成を経る不活性炭素分子の酸化反応による様々な有用な有機化合物の新合成法の開発を行っており、平成18年度は以下に示す研究成果を得た。1.NHPI触媒を用いるラクタムの一段合成我々はこれまでに、NHPIを触媒に用い、シクロヘキサノンと亜硝酸tert-ブチルの反応を酢酸中行うことにより、シクロヘキサノンオキシムが生成することを見出した。平成18年度の研究においては、得られたオキシムのラクタムへのBeckmann転位が、ヘキサフルオロイソプロパノールのようなフッ素化溶媒を用いることにより、効率よく進行することを見出した。これによって、化学工業において長年の夢であった硫安をまったく副生しないシクロヘキサンからε-カプロラクタムへの効率的なワンポット合成が達成された。2.N-ヒドロキシイミド誘導体を用いるアルカンの酸化反応の新展開我々は、最近トリヒドロキシイソシアヌル酸(THICA)がp-キシレンの酸化によるテレフタル酸の合成反応において、NHPIよりも高い触媒活性を示すことを明らかにした。平成18年度は、THICAを用いたトリメチルベンゼン類の酸素酸化反応の検討を行った。その結果、少量のCo(OAc)_2およびMn(OAc)_2を添加し、トリメチルベンゼン類を空気下(20atm)酸化させることにより、相当するベンゼントリカルボン酸が良好な収率で得られることを見出した。また、1,2,4-トリメチルベンゼンとの反応においては、本触媒系に少量のZrO(OAc)_2を添加することにより反応性が著しく向上することもわかった。本反応は、ポリマー原料として重要なベンゼントリカルボン酸をアルキルベンゼンから一段で合成できるという画期的な合成手法である。本研究は、N-ヒドロキシフタルイミド(NHPI)を分子触媒として利用し、従来にない触媒的炭素ラジカル生成を経る不活性炭素分子の酸化反応による、様々な有用な有機化合物の新合成法の基礎原理を確立することを目標としている。平成19年度は、NHPIを触媒として用いた1,1-ジフェニルエタン類からの酸素酸化によるフェノール合成反応の検討を行い、高選択的に種々の置換フェノール類が得られることを見出した。

異なるアリール置換基を有する1,1-ジフェニルエタン類を用いた反応においては、中間体のヒドロペルオキシドの構造によってフェノール類への分解過程が異なり、二種類のフェノール体が生成する可能性が考えられるが、今回得られた結果から、本酸化反応における選択性は芳香族置換基の電子的性質に大きく依存しており、より強い電子供与基を有する芳香族置換基が優先的にフェノール体へと変換されることがわかった。また、我々は平成18年度にNHPIを触媒としたシクロヘキサンと亜硝酸tert-ブチルからのε-カプロラクタムの一段合成反応に関する研究成果を報告しているが、平成19年度は本反応プロセスにおいて、収率の向上等更なる改善が必要であった、シクロヘキサノンオキシムからのベックマン転位反応のステップの効率化を目的とした研究を行った。その結果、トリホスファゼン(TAPC)を触媒として用いることによって効率的にベックマン転位反応が進行し、高収率でε-カプロラクタムへと変換できることを見出した。これら本年度の研究成果は、NEPIが、炭素-水素結合の均一開裂を伴う新反応を提供するだけでなく、従来にはない、高選択的かつ高効率的酸化反応における有機触媒として、ラクタム、フェノール等の付加価値の高い工業的化成品製造において実用化レベルで用いることができることを示している。本研究では、N-ヒドロキシフタルイミド(NHPI)および誘導体を分子触媒として利用し、従来にない触媒的炭素ラジカル生成を経る不活性炭素分子の酸化反応による様々な有用な有機化合物の新合成法の開発を行っており、平成20年度は以下に示す研究成果を得た。[1]NHPI触媒存在下アルコールと酸素を過酸化水素源とするBayer-Villiger酸化の開発:シクロアルカノンのBaeyer-Villiger反応は過酢酸のような過酸を酸化剤に用いて行われているが,工業的には過酸化水素を用いる方法の開発に興味が持たれている。またε-カプロラクトンはポリラクトンの合成原料として大量に製造されており,原料となるラクトンはシクロヘキサノンの過酢酸によるBayer-Villiger反応により製造されている。本年度の研究においては,ベンズヒドロール等のアルコールをNHPI触媒による酸素酸化によりin situで生成する過酸化水素を1,1, 1, 3, 3, 3-ヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)で活性化することによって,シクロアルカン類のone-potでのBayer-Villiger反応が進行し,ラクトン類が得られることを見出した。[2]フルオロアルキル側鎖を有するNHPI誘導体を触媒として用いたシクロヘキサンの空気酸化反応:フルオロアルキル側鎖を有するNHPI誘導体を触媒として用いたシクロヘキサンの空気酸化反応によって高い選択性でK/Aオイルを得ることに成功した。F_<15>およびF_<17>-NHPI触媒を用いたとき,フルオロ基を含まないNHPI触媒に比べ良好に酸化反応が進行していることがわかった。反応を少量のZr(acac)_4存在下、トリフルオロトルエン(TFT)を溶媒として反応を行うとK/Aオイルへの選択性が飛躍的に高くなりアジピン酸の生成が抑えられることがわかった。
プラズモン誘起電荷分離現象の解明と新たな応用展開

我々が提唱したプラズモン誘起電荷分離(PICS)現象は現在、全世界で広く研究されているが、その結果、機構などについて多くの混乱が生じ、それがPICSの学術的な理解と実用的利用を難しくしている。本研究ではこの状況を打開するため、その機構を解明し、PICSに相応しい応用を明らかにすることを目的としている。これまでPICSについては、入射光のエネルギーを受け取った電子がn型半導体に注入される過程が注目され、主な研究対象となってきた。同時に生じる正孔の寄与についての指摘もあったが、実験的な裏付けは乏しい状態であった。しかし本研究において、昨年度までに、銀ナノ粒子を用いた場合に正孔が銀イオンとして排出される過程があることを見出した。そこで2018年度には、この正孔が関与する過程についてより詳しく調べた。銀の銀イオンへの酸化よりも複雑な酸化反応として鉛(II)イオンの酸化鉛(IV)への反応を用いた。酸化鉛の析出による反応サイトの特定も可能である。また、金ナノ粒子を用いることで、粒子の金属種が与える影響についても調べた。その結果、金ナノ粒子を用いた場合にも、電場が強く電子ー正孔対が生じやすい共鳴サイトにおいて、鉛イオンの酸化が起こることを見出し、正孔の寄与が裏付けられた。一方、従来から研究を進めている電子注入過程については、粒子間カップリングによって強い電場が生じている場合ほど、PICSの外部量子収率のみならず、内部量子収率も高いことが示された。これらの成果を踏まえ、光アノードのみならず、光カソードについてもn型半導体/金ナノ粒子/p型半導体構造を導入することで、効率を改善できることが示された。化合物ナノ粒子のプラズモン共鳴を利用した近赤外PICSについては、これまでに示した正孔注入型のPICSに加え、電子注入型のPICSについても、ITOナノ粒子を用いることで達成できた。PICSにおける電子注入過程については計画通り、機構に関する知見が深まりつつある。酸化反応の過程に関しては、主に想定していたのとは異なる、正孔が局所的に反応するという機構が見出され、一般的に起こりうる過程であることを示すことができた。これを利用した、光の回折限界を超えたナノスケール微細加工技術の開発についても進行しつつある。化合物ナノ粒子を利用したPICSについても、正孔注入過程のみならず電子注入過程についても達成した。これらを総合的に考えて、当初の想定よりも重要な知見が見いだされ、計画以上に進行しているといえる。PICSにおける、正孔放出に基づく局所反応については、鉛(II)イオンの酸化鉛(IV)への反応以外の酸化反応についても、検討を続ける予定である。反応によって、それぞれ正孔放出機構と正電荷蓄積機構のいずれが寄与するのかを調べ、それぞれが選択される理由について検討したいと考えている。こうした局所反応の、回折限界を超えたナノスケール微細加工への応用についても、酸化鉛(IV)の酸化析出反応などを利用して引き続き検討を行い、デモンストレーションを行う予定である。また、p型半導体や、いわゆる正孔輸送材を利用し、それらに対する正孔注入の挙動について検討を行う。全個体型光電変換素子などを作製し、それによって評価を行う。一方、ナノ粒子から半導体への電子注入過程についても、さらなる知見が得られるように研究を進める。銀ナノタワーを用いることで、共鳴サイトとn型半導体との距離に対する依存性について、引き続き検討する。また、電場が強いほどPICSの内部量子収率が高くなることを明らかにしているが、この知見に基づき、光子に対する捕捉効率の高い、サイズの大きなナノ粒子と、PICSにおける半導体への電子注入の内部量子収率の高い、サイズの小さなナノ粒子を組み合わせることで、外部量子収率も高くなる系の設計と検討を引き続き行う。我々が提唱したプラズモン誘起電荷分離(PICS)現象は、全世界で広く研究されているが、その結果、機構などについて多くの混乱が生じ、それがPICSの学術的な理解と実用的応用を難しくしている。本研究ではこの状況を打開するため、その機構を解明し、PICSに相応しい応用を明らかにする。28年度は、機構面ではPICSにおける酸化電位の支配因子を明らかにした。酸化チタン上の金ナノ粒子のPICSによる水酸化等については、酸化チタンのフラットバンド電位から、粒子が吸収する光子のエネルギーの分だけ正側に、金ナノ粒子の電位がシフトすることを明らかにした。この成果は、PICSによる光触媒反応系を構築する上で重要な知見である。また、我々はすでに局在電場の強い場所でPICSが起こりやすいケースが複数あることを報告しているが、それらのうち銀の酸化溶解反応を伴うものについては、電場が強い場所で酸化反応が起こりやすいためであることを、銀ナノキューブの酸化溶解反応を利用して明らかにした。これは、PICSによりまず酸化反応が引き起こされているケースがあることを初めて直接的に示した結果だと考えられる。応用面では、上記の銀ナノキューブを用いた機構解明の成果を踏まえて、銀ナノキューブへの複数の情報記録、表と裏で異なって見える半透明画像の光描画、多色散乱画像の光描画などを行った。また、PICSによる水から水素への還元反応、光による多孔質ナノ粒子の作製、粒子への金の蒸着によるPICS効率の改善などに関する研究を行った。さらに、当該研究に関連して、化合物ナノ粒子を利用した赤外エレクトロクロミック材料、表と裏で散乱色の異なる半透明材料、半透明太陽電池の開発などを行った。計画通り、酸化電位を支配する因子を明らかにすることができた。

また、水から水素への還元反応について、PICSにより行うことができた。水から酸素への酸化について測定するためには、ガスクロマトグラフィーによる測定装置を改善する必要がある。環境中の酸素の混入が原因であり、これについて修正する必要がある。一方、局在電場とPICS反応サイトとの相関などは、計画よりも早く進行している。その応用展開についても、大きな進展が見られた。また、次年度以降に計画している化合物ナノ粒子によるPICSの研究に関連して、その準備も順調に進行した。これらを総合的に考えて、十分順調に進行しているといえる。我々が提唱したプラズモン誘起電荷分離(PICS)現象は、全世界で広く研究されているが、その結果、機構などについて多くの混乱が生じ、それがPICSの学術的な理解と実用的応用を難しくしている。本研究ではこの状況を打開するため、その機構を解明し、PICSに相応しい応用を明らかにする。29年度は、銀ナノ粒子と酸化チタンを組み合わせた系のPICSにより引き起こされる銀の酸化反応が、正孔が銀イオンとして排出される反応であることを明らかにした。また、その反応を利用して、基板から垂直にナノ粒子を成長させる手法を開発した。PICSの機構に関しては、ナノ粒子から酸化チタンへの電子注入プロセスについても、異なる波長で2つの共鳴モードを示す金ナノロッドを利用して研究を行った。粒子間カップリングを利用した、電場強度がPICSの内部量子収率に与える影響についても研究を行っている。PICSによる水から水素への還元反応に関しては、n型半導体/金ナノ粒子/p型半導体という構造の光アノードを用いることで、効率を改善できることを明らかにした。酸素の生成についても、ある程度測定することが可能となった。また、全固体PICSデバイスの開発も進め、局在型プラズモンだけでなく伝搬型プラズモンや光伝搬も関与するセルを開発した結果、全固体PICSデバイスとしては最も高いエネルギー変換効率を得ることができた。さらに、化合物ナノ粒子のプラズモン共鳴を利用した近赤外PICSについても研究し、酸化モリブデンのナノ構造を利用することで、近赤外PICSが起きたと考えられる系について初めて報告した。また、当該研究に関連して、半透明なペロブスカイト太陽電池を開発し、人間の視覚感度が低い赤色光領域での効率を、ナノ粒子のプラズモンアンテナ効果によって増強した。計画通り、反応機構に関する知見が深まりつつある。PICSの酸化過程に関しては、主に想定していたのとは異なる、正孔が局所的に反応するという機構も見出され、それをナノ加工に応用できることを示せた。その他の機構解明についても順調に進みつつある。PICSによる水の分解については、まだバイアス電圧の印加が必要な状況だが、n型半導体とp型半導体を組み合わせた光アノードにより効率を高める方法を示すことができた。化合物ナノ粒子を利用したPICSについても、その可能性が高いと考えられる現象を観測しており、さらなる研究へと展開しつつある。