hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物のホメオスタシス獲得機構の分子遺伝学的研究

そこで本年度は、植物における細胞分裂の活性化機構に注目して、イネおよびアラビドプシスのCDK活性キナーゼのホメオスタシスと分裂調節作用について解析し、成果を上げる事が出来た。植物はダイナミックな外的環境変化に応じて、生体内の代謝を調節している.そのような調節は、かなりの部分が新しく作られる酵素群によるものと思われる。すなわち、ストレスに応答した遺伝子の発現があり、それが、細胞や組織のレベルで一連の抵抗性として発揮される。これらの中には、組織構造の変化を伴うものもある。植物細胞のもつ最大の特徴は、細胞分裂と細胞分化において非常に柔軟な制御が可能だという点であろう。特に、分化した細胞が再び分裂を開始し分裂組織を形成するプロセスは、植物の器官形成において最も重要な初期段階である。個体レベルで見れば、植物は分裂の停止と再開を繰り返すことによって独自の器官プランを立てており、この点で動物とは大きく異なる。植物細胞のもつこのような分裂期に見られるホメオスタシスこそが植物の器官構築を特徴付けているといっても過言ではない。細胞周期はDNA合成期と分裂期の間を2つの間期が橋渡しし、生物種を問わず、サイクリン依存性キナーゼとサイクリンの複合体によって各ステージの移行が制御されている。本研究では、植物における細胞分裂に注目して、サイクリン依存性キナーゼのホメオスタシスと分裂制御機構について解析した。さらに、細胞伸長に関与する因子の解析、外的ストレスに応答したホメオスタシス関連遺伝子の研究により、多くの成果を上げる事ができた。
伴侶動物におけるβラクタマーゼ産生菌の保有状況およびヒト感染リスクの評価

現在、ヒト・動物・環境を含めた薬剤耐性菌の蔓延が問題となっている。イヌ・ネコ等の伴侶動物はヒトと密接な関係を持ち、薬剤耐性菌が双方向に伝播しうるため、多様な生活背景を持つ収容動物の調査は、薬剤耐性菌の汚染指標となりうる。本研究では、収容動物(イヌ・ネコ)を対象としたβラクタマーゼ産生菌の保有調査を実施した。イヌ151頭中22頭(14.6%)、ネコ182頭中20頭(11.0%)からβラクタマーゼ産生菌が検出された。動物の個体情報と菌保有の統計解析から、収容されるまでの生活背景に関わりなく保菌していることが分かった。ESBL産生菌はイヌ8頭、ネコ14頭、AmpC産生菌はイヌ15頭、ネコ6頭から検出された(イヌ1頭はESBLおよびAmpC産生菌保有)。カルバペネマーゼ産生菌は検出されなかった。多様な耐性遺伝子が検出されたが、CMY-2, CTX-M-14が優勢であった。分離菌のPFGE型も多様であった。また、βラクタマーゼ産生菌の33%がキノロン耐性を同時に示した。これは伴侶動物およびヒトの感染症治療に影響を与える知見である。得られた結果より、多様な生活背景を持つイヌ・ネコが高率にβラクタマーゼ産生菌を保有し、その耐性遺伝子型には国内での医療環境、健康なヒト、畜産動物、環境における頻出遺伝子型が含まれることが分かった。これはヒトと伴侶動物間での薬剤耐性菌の伝播や、ヒト・動物・環境における多様な薬剤耐性菌の蔓延を示唆するものである。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。近年、抗菌薬の汎用により様々な細菌で薬剤耐性菌の出現が認められている。中でもペニシリン系、セファロスポリン系、カルバペネム系に代表されるβラクタム系抗菌薬を分解・不活化するβラクタマーゼ産生菌は、院内感染事例や、医療環境、畜産分野、環境を含めた拡散が問題となっている。βラクタマーゼ産生菌は、分解する抗生物質の種類から、主に基質特異性拡張型βラクタマーゼ(ESBL)産生菌、セファロスポリナーゼ(AmpC)産生菌、カルバペネマーゼ産生菌(CPE)の3種類に分類されている。伴侶動物はヒトと生活域を共有し密接な関係を持つことから、伴侶動物が保有する病原体はヒトに直接移行しうる。よって、伴侶動物におけるβラクタマーゼ産生菌の分布実態を明らかにすることは公衆衛生上重要な課題である。本研究では、伴侶動物におけるβラクタマーゼ産生菌の保有状況を詳細に把握し、伴侶動物が保有するβラクタマーゼ産生菌がヒトに感染して健康に影響を及ぼす可能性を評価することを目的とする。具体的な研究項目は、1大阪市内の多様な生活環境下にあるイヌ・ネコにおけるβラクタマーゼ産生菌(ESBL産生菌、AmpC産生菌、CPE)の保有状況調査2伴侶動物から分離した菌株と、同地域でヒト臨床領域から分離された菌株との、表現型(薬剤耐性パターン、血清型等)・遺伝子型(薬剤耐性遺伝子保有状況、PFGE、MLST等)の相互比較3調査動物の個体情報・生活環境と菌保有状況との統計学的検討、の3つである。得られた成果は、薬剤耐性菌の蔓延予防対策、普及啓発活動等の公衆衛生行政に寄与することが期待される。大阪市動物管理センターに収容されたイヌ151頭、ネコ182頭(平成26年度、27年度の先行研究および、28年度の総計)のβラクタマーゼ産生菌保有状況を調査した。その結果、第3世代セフェム系薬剤に耐性を持つESBL産生菌(イヌ9頭;6.0%、ネコ14頭;7.7%)および、AmpC産生菌(イヌ15頭;9.9%、ネコ6頭;3.3%)が検出された。カルバペネム系薬剤に耐性を持つ菌が6株分離されたが、ディスク法による薬剤感受性試験等の結果、それらはカルバペネマーゼ産生菌(CPE)ではないことが分かった。調査頭数も十分確保することができ、予想を上回る菌株数が検出できた。イヌ・ネコから分離されたESBL産生菌、AmpC産生菌について、菌種は1株(肺炎球菌)を除いてすべて大腸菌であった。O血清型、ESBL遺伝子型、AmpC遺伝子型は多様であり、ヒトの臨床分野でよく分離される型も含まれていた。保菌と生活環境(飼育、野良)との有意な関連性は認められず、分離株のPFGE型は多様であった。伴侶動物がESBL産生菌、AmpC産生菌を保菌する原因・要因として、飼い主等ヒトからの移行、食品や環境中からの移行、獣医療における抗菌薬の使用による獲得などが挙げられる。動物の生活環境と菌保有との関連性が特に認められなかったことや、分離菌株の遺伝子型の多様性から、ESBL産生菌、AmpC産生菌の保菌要因は単独ではなく、複数の要因が相互に関連している可能性が示唆された。このように、ヒト臨床株との関連性やイヌ・ネコの保菌要因もある程度推測することができた。よって、研究計画はおおむね順調に進展していると考えられた。

イヌ・ネコ等の伴侶動物はヒトと密接な関係を持ち、薬剤耐性菌が双方向に伝播しうるため、多様な生活背景を持つ収容動物の調査は、薬剤耐性菌の汚染指標となりうる。本研究では、収容動物(イヌ・ネコ)を対象としたβラクタマーゼ産生菌の保有調査を実施した。イヌ151頭中22頭(14.6%)、ネコ182頭中20頭(11.0%)からβラクタマーゼ産生菌が検出された。動物の個体情報と菌保有の統計解析から、収容されるまでの生活背景に関わりなく保菌していることが分かった。ESBL産生菌はイヌ8頭、ネコ14頭、AmpC産生菌はイヌ15頭、ネコ6頭から検出された(イヌ1頭はESBLおよびAmpC産生菌保有)。カルバペネマーゼ産生菌は検出されなかった。多様な耐性遺伝子が検出されたが、CMY-2, CTX-M-14が優勢であった。分離菌のPFGE型も多様であった。また、βラクタマーゼ産生菌の33%がキノロン耐性を同時に示した。これは伴侶動物およびヒトの感染症治療に影響を与える知見である。得られた結果より、多様な生活背景を持つイヌ・ネコが高率にβラクタマーゼ産生菌を保有し、その耐性遺伝子型には国内での医療環境、健康なヒト、畜産動物、環境における頻出遺伝子型が含まれることが分かった。これはヒトと伴侶動物間での薬剤耐性菌の伝播や、ヒト・動物・環境における多様な薬剤耐性菌の蔓延を示唆するものである。先行研究および、平成28年度の調査から、大阪市内のイヌ・ネコは、βラクタマーゼ産生菌(ESBL産生菌およびAmpC産生菌)を高率に保有していることが明らかになった。平成29年度においては、伴侶動物から分離されたESBL産生菌およびAmpC産生菌、計44株について、より詳細な遺伝子型別を実施する。具体的には、CTX型の決定(ESBL)、MLST型の決定、O genotyping、Phylogenetic typeの決定である。また、大阪市内でヒトから分離されたβラクタマーゼ菌株および、既報のヒト流行型と比較し、伴侶動物から分離したβラクタマーゼ産生菌にヒト臨床領域における流行型がどのぐらい含まれているのかを明らかにする。伴侶動物の個体情報・生活環境(動物種、性、年齢層、所有者の有無、健康状態等)と、菌保有やその遺伝子型との関連性について、ベイズ推定、フィッシャーの直接確立検定などの統計学的手法を用いて詳細に解析する。これらの成果から、地域内の伴侶動物におけるβラクタマーゼ産生菌分布状況の正確な把握および、伴侶動物に分布するβラクタマーゼ産生菌の由来の推測、伴侶動物が保有するβラクタマーゼ産生菌がヒトに感染し、健康に影響を及ぼす可能性の評価が可能となると期待される。今後の研究計画は、おおむね当初の計画通りである。また、研究成果の発信を積極的に行う。具体的には、獣医師会主催の勉強会における講演、学会発表(獣医師会、獣医学会)、論文発表、研究所のHP上での情報発信等を予定している。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
マイクロ波マンモグラフィの開発

本研究で得られた成果は以下のとおりである.1.損失媒質内に存在する3次元不均質損失物体に微小ダイポールから放射されるマイクロ波領域のパルス波を照射し,観測点における電磁界の時間応答データからその物体の電気定数(誘電率,導電率,透磁率)の空間分布を再構成する像再構成アルゴリズム(3次元FBTS法)を開発した.2.マイクロ波マンモグラフィ計測部のアレイ・アンテナのアンテナ素子はダイポール・アンテナを想定している.理想的な微小ダイポールに対して開発した3次元FBTS像再構成法をアンテナ長を考慮した3次元FBTS法に拡張した.3.パルスの最高周波数を上げて,分解能を高めようとすると,推定領域の未知数が増え,像再構成の処理時間が長くなるとともに逆散乱問題特有の数値的不安定性が増してくる.多数の被検者に対する検査結果を処理するためには像再構成法の高速化が要求される.ここでは,未知数の増加を防ぐため,2段階の像再構成アルゴリズムを開発した.まず,合成開口処理あるいは遺伝的アルゴリズムを用いて正常組織とは異なる組織の有無およびその大雑把な位置・大きさを推定した後,その付近の小さな領域を推定領域として切り出し,その領域にFBTS法を適用して誘電率・導電率分布を再構成することによりがんであるかどうかを識別する方法について基礎的検討を行った.4.円筒上にアンテナ素子を配置したアレイ・アンテナで囲まれた3次元物体の像再構成を数値シミュレーションし,アンテナの大きさを考慮した3次元FBTS像再構成法の有効性を確認した.また,平面上にアンテナ素子を配置したアレイ・アンテナで囲まれた物体の像再構成を数値シミュレーションし,合成開口処理あるいは遺伝的アルゴリズムとFBTS法との組合せによる像再構成法の高速化が確認された.本研究で得られた成果は以下のとおりである.1.損失媒質内に存在する3次元不均質損失物体に微小ダイポールから放射されるマイクロ波領域のパルス波を照射し,観測点における電磁界の時間応答データからその物体の電気定数(誘電率,導電率,透磁率)の空間分布を再構成する像再構成アルゴリズム(3次元FBTS法)を開発した.2.マイクロ波マンモグラフィ計測部のアレイ・アンテナのアンテナ素子はダイポール・アンテナを想定している.理想的な微小ダイポールに対して開発した3次元FBTS像再構成法をアンテナ長を考慮した3次元FBTS法に拡張した.3.パルスの最高周波数を上げて,分解能を高めようとすると,推定領域の未知数が増え,像再構成の処理時間が長くなるとともに逆散乱問題特有の数値的不安定性が増してくる.多数の被検者に対する検査結果を処理するためには像再構成法の高速化が要求される.ここでは,未知数の増加を防ぐため,2段階の像再構成アルゴリズムを開発した.まず,合成開口処理あるいは遺伝的アルゴリズムを用いて正常組織とは異なる組織の有無およびその大雑把な位置・大きさを推定した後,その付近の小さな領域を推定領域として切り出し,その領域にFBTS法を適用して誘電率・導電率分布を再構成することによりがんであるかどうかを識別する方法について基礎的検討を行った.4.円筒上にアンテナ素子を配置したアレイ・アンテナで囲まれた3次元物体の像再構成を数値シミュレーションし,アンテナの大きさを考慮した3次元FBTS像再構成法の有効性を確認した.また,平面上にアンテナ素子を配置したアレイ・アンテナで囲まれた物体の像再構成を数値シミュレーションし,合成開口処理あるいは遺伝的アルゴリズムとFBTS法との組合せによる像再構成法の高速化が確認された.本研究では,一度に多人数の被検者(その大部分はがんに罹患していない)を対象とする集団検診において安全で痛みがなく高い感度と識別能力を持ち,かつ低コストで取り扱いやすい検査方法してのマィクロ波マンモグラフィを開発することが目的である.平成14年度は,下記の順に,2次元乳房モデルに対して提案したForward-Backward Time-Stepping(FBTS法)を3次元乳房モデルに対する3次元像再構成法に拡張し,数値シミュレ-ションによりその有効性を稲認した.損失媒質内に存在する3次元不均質損失物体にマイクロ波領域のパルス波を照射し,観測点における電破界の時間応答データからその物体の電気定数(誘電率,導電率,透磁率)の空間分布を再構成する像再棒成アルゴリズム,3次元FBTS法,を開発した.(2)FBTS像再構成アルゴリズムの安定化パルスの最高局波数を上げて,分解能を高めようとすると,推定領域の未知数が増え,数値的不安定性が増してくる.ここでは,未知数の増加を防ぐため,2段階の像再構成アルゴリズムを開発した.すなわち合成開口法を用いてがんの大雑把な位置・大きさを推定した後,その付近の小さな領域を推定領域として切り出し,その領域にFBTS法を適用してがんの精密な位置・形状・大きさを決定する.(3)数値シミュレーション円筒上にアンテナ素子を格子状に配置した円筒アレイアンテナで囲まれた3次元物体の像再構成を数値シミュレーションし,均質物体および不均質物体ともに像再構成できることが確認された.本研究は、一度に多人数の被検者(その大部分はがんに罹患していない)を対象とする集団検診において安全で痛みがなく高い感度と識別能力を持ち、かつ低コストで取り扱いやすい検査方法としてのマイクロ波マンモグラフィを開発することが目的である。本年度は平成14年度の成果をもとに、アンテナの大きさを考慮した像再構成法および像再構成法の高速化の基礎的検討をおこなった。

本年度の成果をまとめると以下のようになる。マイクロ波マンモグラフィ計測部のアレイ・アンテナのアンテナ素子はダイポール・アンテナを想定している。平成14年度は理想的な微小ダイポールに対して3次元FBTS像再構成法を与えたが、本年度はアンテナ長を考慮した3次元FBTS法を開発した。(2)FBTS像再構成法の高速化多数の被検者に対する検査結果を処理するためには像再構成法の高速化が要求される。合成開口処理あるいは遺伝的アルゴリズムを用いて正常組織とは異なる組織の有無およびその大雑把な位置と大きさを見出した後、その組織を含む小さな領域に対してFBTS法を適用して誘電率・導電率分布を再構成することによりがんであるかどうかを識別する方法について基礎的検討を行った。(3)数値シミュレーション円筒上にアンテナ素子を配置したアレイ・アンテナで囲まれた物体の像再構成を数値シミュレーションし、アンテナの大きさを考慮した3次元FBTS像再構成法の有効性を確認した。また、平面上にアンテナ素子を配置したアレイ・アンテナで囲まれた物体の像再構成を数値シミュレーションし、合成開口処理あるいは遺伝的アルゴリズムとFBTS法の組合せによる像再構成の高速化が確認された。
1分子計測による小胞体内動的構造の解析

分泌系における新生タンパク質の動きの制御を理解するために、生細胞での内腔での1分子観察を検討した。これまでも、蛍光相関分光法(FCS)による解析は行ってきたが、FCSでは基本的に既存のモデルへのfittingによる解析であり、個々の分子の動き自体は知ることができない。小胞体は細胞膜と結合したオルガネラなので、エバネッセント照明を用いる全反射顕微鏡による1分子観察が可能と考えて、観測を行った。その結果、生存時間の短い輝点が観測され、個々の輝点は、FCSで予測される拡散係数で変位することがわかった。生存時間も変位と相関するはずなので、これを一次元ブラウン運動と見なし、first passage time解析を行うと、この次元における拡散係数を得ることができ、この2次元とz軸方向の拡散係数を用いることで、小胞体内腔での個々の分子の動きについて解析することが可能となった。これらの手法を用いて、カーゴ蛋白の軌跡を解析したところ、N型糖鎖を持つ場合には、顕著な一時的な拘束が起こり、これは膜表面へのごく短時間の結合によることが示された。これは、フォールディングには依存せず、カルネキシンとは関係しない。現時点では、この受容体は明らかではないが、分泌タンパク質のうちの9割以上を占める糖タンパク質の分子間衝突の制御に関与する可能性が考えれる。これまで仮定されてきたように、多くの小胞体内カーゴ分子の変位は、ブラウン運動の特性を示した。しかし、一部は、flowの特性や、confined movementの特徴を持ち、その割合は分子の成熟化との関連において変化することが明らかにされた。このような研究により、これらの動きと、分子運命の関連、及び制御機構について研究を進めることが可能となった。1)misfoldingにともなう小胞体内から細胞質への排除の機構を、蛍光相関分光法(FCS)を用いた1分子動態解析により観察した。これは細胞質拡散と小胞体内での隔離された環境での拡散が、自己相関関数の減衰曲線上での差異として現れることを利用する。局在変化は、プロテアソーム阻害MG132により引き起こすことができる。この結果、MG132添加後に減衰曲線の左方シフトが観察され、これは細胞質への特異的抗体注入により消失したので、この変化を追うことで局在変化を知ることが可能であることを示した。現在、この変化を生合成後からの分子の成熟化と絡めて検出する方法を検討中である。2)小胞体タンパク質の網羅的な発現抑制を行うsiRNAライブラリを作成し、これを温度感受性の成熟化を行うtyrosinase-YFPを用いて、成熟化に影響を与えるものを検索した。今回、100個のtarget遺伝子産物の発現抑制により、9個のtargetが見つかった。このうち、6個はfoldingやERAD等、分子の構造形成と関係すると予想され、3個は、これまで全く予想されなかった種類の分子群であり、拡散解析より、ダイナミクスのレベルで成熟化を制御する可能性が示唆された。これらについて、小胞体内での拡散と、COPIIを経由する輸送との関連について、解析を進めている。3)分泌系初期過程に発現する新規Q-SNAREであるD12について解析を行い、これが、定常状態においては、初期過程、特に小胞体に主に存在するにもかかわらず、リソソームでの分解酵素の正しい成熟化に関与することを報告した。
中米先住民集団の遺伝的多様性の解明：分子生物学的およびウイルス学的アプローチ

本研究では、純系を保ちながらも任意の交配集団としての集団サイズを維持してきたと考えられる中米の現代先住民集団の遺伝的多様性とウイルス感染症の伝播について検討した。まず、ゲノムDNAのSTR領域における多型性分析により,民族内および民族間の遺伝的系統関係について検討した結果、比較的近接した地域に居住する集団であるにもかかわらず、それらのアリル出現頻度に大きな違いがみられた。また、ウイルス感染症については、B型肝炎ウイルス(HBV)とエプスタインバーウイルス(EBV)の遺伝子を検出した。その結果、HBV遺伝子の検出率が約23%、EBV遺伝子の検出率は約17%であった。1964年にバーキットリンパ腫の患者から発見されたEpstein-Barr virus(EBV)は,バーキットリンパ腫だけでなく伝染性単核症や上咽頭がんの原因ウイルスでもある。バーキットリンパ腫は赤道遅滞に地理的に限局しているが,伝染性単核症は西欧諸国多くみられ,本邦でも最近多くなっている。そこで本研究ではメキシコ先住民族のDNAからEBVの遺伝子を検出することを目的とした。EBVの遺伝子を検出するために,GENBANK:V01555.2より,109462-109674領域の遺伝子についてデジタルPCRを用いて増幅した。メキシコ先住民族のDNAサンプルのうち, 121サンプルについて検討したところ,4サンプルにおいてEBV遺伝子の存在が確認されたが,ほとんどのサンプルからEBVが検出されなかったことから,今後,検出遺伝子領域の再検討が必要であると思われる。また,本研究ではさらに同じメキシコ先住民族由来のサンプルについて,ゲノムDNAのSTR(マイクロサテライト)領域における多型性分析により,民族内および民族間の遺伝的系統関係について検討している。具体的には,本年度購入したアプライドバイオシステム社のAmpFLSTR Identifiler Kit(#4322288)を用いて,DNA SequencerおよびFlagment Analyzer装置によりSTR 15座位の分析を行った。その結果,全121サンプルのうち,55サンプルで13座位以上の型判定が可能であった。一方,この分析結果においては,現代人のDNAをテンプレートとして用いているにもかかわらず,特定の民族で型判定不能となる座位が複数存在した。これについては,これまでに報告されていない特異な結果であることから,型判定不能座位においてSTR配列の周辺に民族特有の変異が存在している可能性があり,現在この原因について解析を進めている。B型肝炎ウイルス(HBV)のゲノムは約3.2kbあり,その遺伝子配列の8%の違いからGenotype AからJまでの9つの遺伝子型(Genotype IはCの亜型)に分類されている.また,これらの遺伝子型や亜型には地域特異性が存在することも明らかとなっている.遺伝子型の違いは,HBV感染後の症状の経過やインターフェロンの感受性,核酸アナログ製剤に対する耐性ウイルスの出現率などが異なる.そのため,HBV感染の有無と遺伝子型を同定することは,疫学的にも臨床的にも非常に重要である.メキシコを含む中南米はGenotype FとGenotype Hの感染が多いことが知られている.メキシコには,コロンブス以降の欧州渡来人や奴隷として連れてこられたアフリカ系の人たちとその混血,そして純系を保ちながらも任意の交配集団としての集団サイズを維持してきたと考えられるメキシコ先住民集団などがいるが,これまでメキシコ先住民集団におけるHBVの感染調査は行われていなかった.そこで本研究では,メキシコの先住民族のDNAからHBVの遺伝子を検出するとともに,その遺伝子型を同定することを目的とした.まずHBVの遺伝子を検出するために,HBV粒子の最外殻であるエンベロープタンパク質をコードするS遺伝子に含まれるmajor S領域を標的としたプライマーを設計した.この標的部位はHBVの全遺伝子型に共通の配列であるため,ウイルスのサブタイプに左右されずにHBV遺伝子を検出できる.次に,メキシコの先住民族のDNAサンプルを用いて,nested PCRを行いHBV遺伝子の存在を確認した.メキシコの先住民族のDNAサンプルのうち,一部のサンプルについて検討したところ,複数のサンプルにおいてHBV遺伝子の存在が確認されたことから,今回調査した集団においてHBV感染が明らかとなった.ヘルペスウイルスの仲間であるEpstein-Barr virus(EBV)は広く世界に存在し、成人の感染率は90%以上である。しかし前年度の研究では、メキシコ先住民族のDNAサンプルのEBV遺伝子の検出率は約0.03%となり、EBV遺伝子の検出遺伝子領域の再検討が課題として残された。そこで今年度は、EBV遺伝子の検出遺伝子領域を変更して再度EBV遺伝子の検出を行った。その結果、EBV遺伝子の検出は約17.6%であったことから、前回より高い確率でウイルス遺伝子を検出することに成功した。これまでの研究で、メキシコ先住民族のEBV感染率は世界の感染率に比べて非常に低いことが推測される。また、今年度は新たにデジタルPCR法にてB型肝炎ウイルス(HBV)の遺伝子の検出についても検討した。

HBVには世界中で20億人が感染していると推計されており、中国やアジア地域においては成人の10%程度が感染している。ヨーロッパも感染率が高いことが知られているが、北米の感染率は1%未満であるように地域差がある。本研究でメキシコ先住民族におけるHBV遺伝子の検出が約23.8%であることが明らかになった。以上のことより、メキシコ先住民族では、世界の感染率と比べてEBVの感染率は低いが、HBVの感染率は高いという非常に興味深い結果が得られた。さらに、昨年度実施したメキシコ先住民族由来のサンプルのSTR(マイクロサテライト)領域の分析において、型判定が不能であった座位について今年度はプライマーの設定を変えて検討したところ、特定の民族の1STR座位においてSTR配列の近傍に高頻度でこの民族特有の6塩基の挿入が出現していることが明らかになった。この配列はこれまでに報告のないものであり、今後さらに検討を進めることでメキシコ先住民族の系統分析に有用な情報が得られるものと期待される。ウイルス学血液由来のDNAサンプルよりEBVの遺伝子を検出するためにGENBANK:V01555.2より,109462-109674領域の遺伝子についてデジタルPCRを用いて増幅した。121サンプルについて検討したところ,4サンプルにおいてEBV遺伝子の存在が確認された。並行研究であるSTR多型によるメキシコ先住民族の遺伝的系統関係の解析については,現在詳細な分析を進めているが,基礎データの抽出はすでに終了しており,特に検討した3民族は比較的近接した地域に居住する集団であるにもかかわらず,それらのアリル出現頻度に大きな違いがあるという興味深い知見が得られている。血液由来のDNAサンプルよりHBVの遺伝子を検出するために,HBV粒子の最外殻であるエンベロープタンパク質をコードするS遺伝子に含まれるmajor S領域を標的としたプライマーを設計した.この標的部位は,HBVの全遺伝子型に共通の配列であるため,ウイルスのサブタイプに左右されずにHBV遺伝子を検出できる.このプライマーを用いて実際にメキシコの先住民族のDNAサンプルについてnested PCRを行いHBV遺伝子の存在を確認することができた.また,購入した超高感度ルミノメーターを用いてウイルス遺伝子由来のタンパク質の発現を検出することもできたことから,おおむね計画通りに研究は進展していると考えている.血液由来のDNAサンプルよりEBVの遺伝子を検出するためにGENBANK:V01555.2より,109462-109674領域の遺伝子についてデジタルPCRを用いて増幅した。
単一分子七次元計測による高分子の動的特性の評価

本研究は、高分子鎖一本一本の分子運動を直接的に評価可能な新しい顕微鏡システムの開発を行うことで、薄膜中のダイナミクスを評価することを目的としている。個々の分子の位置(x,y,z)および配向(θ,φ)を同時に検出可能な顕微鏡光学系を構築した。さらに分光検出によって分子の発光色λを分離することで異なる蛍光分子を識別可能とした。このように分子一個の6つのパラメータ(x,y,z,θ,φ,λ)を時間tの関数として計測可能な顕微鏡の構築に成功した。この顕微鏡によってポリメチルアクリレート薄膜の分子運動を評価した。その結果、超薄膜中においては面外方向の回転拡散が著しく制限されていることが明らかとなった。本研究では、高分子鎖に導入した蛍光色素分子一個一個の運動をリアルタイムで直接観察することにより、高分子のダイナミクスを直接計測することを目的としており、本年度はこれを実現するための新たな顕微鏡システムの開発を行った。通常のフォーカスを合わせた顕微鏡画像から分子の位置座標(x,y)を、デフォーカス画像から配向角(θ,φ)を評価することで分子一個の並進運動と回転運動の双方を追跡する。位置座標については、計測画像を二次元ガウス関数によってフィッティングすることによって5nmの空間分解能での計測が可能となった。また配向座標は焦点位置から対物レンズを1μmシフトさせたデフォーカス条件で取得した画像を、理論パターンにフィッティングすることで計測した。フィッティングプログラムの最適化によって、1画像あたり10秒程度の計算時間で角度分解能2°を達成することができた。このような単一分子計測は200msのカメラ露光時間で行うことができ、最大でフレームレート5Hzの時間分解能で分子一個の動的挙動を直接観察することができるようになった。また顕微鏡の焦点位置を10nmの分解能で検出し、焦点ずれをフィードバック機構によって補正するシステムを導入した。これによって数時間にわたってデフォーカス観察を継続することが可能となった。このようにして個々の分子の運動性を直上接的追跡できる顕微鏡システムを開発することができた。昨年度までに分子一つ一つの位置座標(x, y)および配向パラメータ(θ, φ)、さらに分子の発光波長λemを同時に計測する6次元顕微鏡を開発できた。本年度においては励起波長λexを任意に設定できる蛍光照明光学系を設計するとともに、構築した計測システムを用いて高分子のダイナミクスを評価した。蛍光顕微鏡の励起光源としてスーパーコンティニュアムレーザー光源を導入し、任意の中心波長および波長幅の励起光を選択するための光学系を構築することで、λexを任意に設定できる顕微鏡照明系を作製した。また信号光をビームスプリッターで分岐し、シリンドリカルレンズによる非点収差を導入した新しい検出チャンネルを併設することで、分子一個の三次元位置座標(x, y, z)を計測する上でz軸方向の分解能を従来の500 nmから50 nmへと一桁向上させることに成功した。このようにして個々の蛍光分子について、配向(θ, φ)、位置座標(x, y, z)を励起及び発光波長λex、λemを識別して計測可能な多次元顕微鏡システムを開発することができた。構築した単一分子多次元計測システムによって、高分子材料中におけるセグメントダイナミクスの評価を行った。試料としてpoly(metyl acrylate)(PMA)薄膜を用い、分子運動性に与える空間的拘束の効果を議論した。蛍光分子としてN,N'-Bis(2,6-dimethylphenyl)perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic diimide(PDI)を導入し、個々の分子のダイナミクスを直接計測した。その結果、薄膜中で高分子は面外方向の回転が著しく制約された異方的な運動性を示すことを明らかにした。本研究では、高分子鎖に導入した蛍光色素分子一個一個の運動をリアルタイムで直接観察することにより、高分子のダイナミクスを直接計測することを目的としており、昨年度までに単一分子の位置座標(x, y)と配向角(θ, φ)を計測することで、分子一個の並進運動と回転運動の双方を追跡できる顕微鏡の開発を行った。ここで(x, y)は焦点を合わせた撮像条件で、一方、(θ, φ)は焦点を変えたデフォーカス条件で撮像を行うため、対物レンズを物理的に駆動しなくてはならず、高速な測定を行うことができなかった。本年度では、顕微鏡画像のイメージスプリッタ光学系を構築することで、位置と配向を同時に計測可能なシステムの構築を行った。顕微鏡のカメラの手前にリレーレンズを構成し、その間に透過率70%の無偏光ビームスプリッタを設置した。7:3に分割された信号光はチューブレンズを通してCCDカメラ上の異なる位置に結像する。

ここで透過成分にもう一枚のレンズを挿入することで、各光路を経由する画像の焦点位置をシフトさせる光学系を構築した。CCDカメラの右側に位置座標解析用のフォーカス画像、左側に配向座標解析用のデフォーカス画像を同時に取得することを可能にした。これにより、ワンショットで単一蛍光分子の位置を15 nmの空間分解能で、配向方向を3°の角度分解能で取得することを実現した。また分子のz座標もフォーカス・デフォーカス画像の両者を解析することで50-100 nmの分解能で決定することができる。このように単一蛍光分子について高精度で(x, y, z, θ, φ)のパラメータをリアルタイムで追跡可能な顕微鏡システムの開発に成功した。さらにダイクロイックミラーを用いることで、発光波長を分離してイメージングすることも可能にした。また主鎖中央に蛍光ラベルしたポリメタクリレート鎖の試料を準備した。本年度の研究計画で設定した目標を達成することができており、おおむね計画通りに進捗しているものと考えている。25年度が最終年度であるため、記入しない。当初計画していた他波長励起検出をH25年度に先送りした一方、H25年度に計画していた位置・配向同時計測を前倒しで達成できたことで、全体としての進捗状況は概ね計画通りである.当初の計画通り、次年度においては顕微鏡システムの高性能化を行うとともに、蛍光ラベル高分子の観察を行うことで高分子鎖の運動の解析を行う。当初の計画通り、次年度においては顕微鏡システムの他波長検出を実現するとともに、蛍光ラベル高分子の観察を行うことで高分子鎖の運動の解析を行う。
火山地域の重力勾配測定

重力勾配計は地下構造を検知する装置であり、米国で軍事開発されたロッキードマーチィン重力勾配計などが知られている。火山地域や山体斜面で重力勾配観測を行い、火山性流体や地下水の挙動を観測することができれば、噴火や土砂災害の予測精度向上につながる可能性があるが、現在火山地域などの実地で利用できる小型装置は実用化されていない。本研究では、既存のものより高分解能で小型化が可能である新しいタイプの重力勾配計を開発し桜島火山に於いて実地適用試験を行った。その結果、地下水の潮汐擾乱と考えられる現象が観測された。継続的な観測を行うことで地下構造と地下水の挙動をこれまでより正確に把握できる可能性がある。噴火の予測精度を向上するには、火山活動の原因であるマグマや火山流体の挙動を定量的に把握することが必要である。現在マグマや火山流体の移動に伴う地下密度変化をとらえる手法としては重力測定が主流であるが、本研究では東京大学宇宙線研究所で開発されたレーザ干渉計自由落下型重力鉛直勾配計を火山地域で利用できるように改良し測定を行うことで、マグマや火山流体の移動に伴う地下密度変化をこれまで以上の高精度で捉えることを目指す。レーザ干渉計自由落下型重力鉛直勾配計は平成21年度より東京大学宇宙線研究所で開始され、数μGal/mの分解能をもつことが確認された。この重力勾配計を実際の火山測定に利用するために必要となる改良点を把握するため、平成24年7月に重力勾配計を阿蘇にある京都大学火山研究センターに移設して試運転を行った。その結果、長期連続測定の妨げとなる要因としては、投げ上げ回数に伴い増大する電磁気的なノイズが観測された。これは落下体が着地時に摩擦によって帯電することに起因すると考えられる。帯電対策としては落下体に金属皮膜をつけることが有効であることがわかった。測定作業に関しては、光学系の調整を行うためにはクレーンを利用して真空容器から干渉計腕部を取出す必要があったが、火山研究センターにはクレーンがないという問題があった。そこで干渉計腕部を取り出すことなく真空状態のままで調整が行えるように光学系の改良を行った。その結果、クレーンなど実験設備のない環境でも光学系の調整が可能となった。火山環境対策としては、火山灰が観測所内に蓄積し連続運転の妨げとなる可能性があるため光学系を保護する軽量暗箱を設計・製作した。これらの改良の結果、1週間程度かかっていた測定前の調整作業が30分程度で終了し測定値のドリフトは大幅に削減され、再調整を行うことなく1か月以上安定した連続無人データ取得が可能となった。重力と加速度は原理的に等価で識別ができないため、高精度の重力測定は振動との戦いとなる。本研究では、重力の絶対測定ではなく差動測定を行うことで振動の影響を大幅に削減し、地面振動の激しい火山地域でも高分解能で地下の密度変化を検出できる耐震性の高い重力勾配計測技術の確立を目指している。将来的には飛行船や船などの運搬体上で測定を行うことも想定した開発を行っている。本年度は、火山活動の活発な桜島火山にて重力勾配値の初の連続観測を実施し、観測データの解析を行った。その結果、地下水面の潮汐変動と考えらえる現象が観測され、1時間の測定での分解能は±0.3 μGal/mであった。この分解能は桜島火山観測所に於いて過去に実施された絶対重力測定(FG5使用)の分解能を約1桁向上したものである。このことは、絶対測定と比較して差動測定型の重力勾配値の耐震性が高いことを示唆していると考えられる。また本研究で開発した耐震性を向上するための技術及び設計上の工夫が十分に機能していることを示唆する結果と考えられる。本研究では高耐震性の重力勾配測定を実現するための基礎技術の確立を第一の目標としていたが、本年度の桜島に於ける実地観測によって開発した技術が十分に機能していることを検証することができた。本年度の後半では、これらの観測結果を踏まえ、より軽量で利便性が高く低ノイズの重力勾配計の設計を推進した。火山学における重力勾配連続観測の有用性については、今後さらにデータ解析を進め検討する必要がある。火山噴火の予測精度を向上するためには、火山地域地下における火山性流体の挙動や物質分布の変動を定量的に把握することが求められる。重力勾配観測は地下の物質分布の変動を捉える手法として有効であることが古くから知られており、1970年代より軍事目的で機密に開発された米国のロッキードマーチン重力勾配計などが知られている。火山観測にも有用であると考えられているが、従来の装置は大型のものが多く火山観測所などの実地で利用できる重力勾配計はこれまで実用化されていない。桜島火山では地下構造探査のため1960年代から80年代にかけてばね型重力計を用いた重力鉛直勾配観測が行われていたが、約1年ごとに梯車を用いて異なる高度の相対重力値を測定する手法であり、より短期的な時間変動を連続的に観測することの重要性が指摘されていた。本研究では、火山地域の実地において連続観測に利用できる重力勾配計を開発することを目標としている。本重力勾配計の主な特徴は干渉計型であるため高分解能でドリフトの少ない観測が可能である点と可搬型である点である。平成24年度より阿蘇の京都大学火山研究センターにて開発を実施しノイズ評価と改良を重ね、平成26年度には京都大学防災研究所桜島火山観測所に装置を移設して実地適用試験を行った。

本年度はその結果をもとにより利便性の高い小型装置の設計と製作に取り組んだ。また装置を京都大学生存圏研究所に移設して環境計測分野への応用について検討を行った。火山噴火の予測精度を向上するためには、火山地域下における火山性流体の挙動や物質分布の変動を定量的に把握することが求められる。重力勾配観測は地下の物質分布の変動を捉える手法として有効であることが古くから知られており、1970年代より軍事目的で機密に開発され現在では商業用に利用されているロッキードマーチン重力勾配などがある。火山観測にも有用であると考えられているが、従来の装置は大型のものが多く火山観測所などの実地で利用できる重力勾配計は実用化されていない。桜島火山では地下構造探査のため1960年代から80年代にかけてばね型重力計を用いた重力鉛直勾配観測が行われていたが、約1年ごとに梯車を用いて異なる高度の相対重力値を測定する手法であり、より短期的な時間変動を連続的に観測することの重要性が指摘されていた。本研究では、火山地域の実地において連続観測に利用できる重力勾配計を開発することを目的としている。本重力勾配計の主な特徴は干渉計型であるため高分解能でドリフトが少ない観測が可能である点と可搬型である点である。平成24年度より阿蘇火山にある京都大学火山研究センターにて開発を実施しノイズ評価と改良を重ね、平成26年度には京都大学防災研究所桜島火山観測所に装置を移設して実地適用試験を行った。重力勾配計は地下構造を検知する装置であり、米国で軍事開発されたロッキードマーチィン重力勾配計などが知られている。火山地域や山体斜面で重力勾配観測を行い、火山性流体や地下水の挙動を観測することができれば、噴火や土砂災害の予測精度向上につながる可能性があるが、現在火山地域などの実地で利用できる小型装置は実用化されていない。本研究では、既存のものより高分解能で小型化が可能である新しいタイプの重力勾配計を開発し桜島火山に於いて実地適用試験を行った。その結果、地下水の潮汐擾乱と考えられる現象が観測された。継続的な観測を行うことで地下構造と地下水の挙動をこれまでより正確に把握できる可能性がある。本年度ではこれまでの結果を踏まえて新装置を設計し製作する予定であったが、ノイズ源となっていた真空排気系の設計の再検討を行った結果、製作が遅延した。26年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。重力物理学実験今後は、新装置用の真空排気系を実験的に検証し試験を行った後、試運転を行う。本研究では重力勾配計の火山地域における初の実地測定と可搬化に向けた開発を行うことが主な目的である。初年度である本年度には装置を火山地域に移設して試運転を行い実地測定に必要となる改良を行うのが主たる計画であったが、おおむね予定通り計画を実行したため。本年度に予定していた新装置製作において、ノイズ源となっていた真空排気系に関する情報収集を行い設計を再検討した結果、装置構成部品の発注に遅れが生じた。
コスト重視した建物への地震入力低減システムのための素材開発

1)木造建物の耐震性能として筋交いの抵抗要素のみを対象にして、既往の実験データをまとめて復元力特性をモデル化した。木造建物モデルの地震応答解析に必要な地震時水平力と水平変形関係モデルの復元力特性の範囲を定義するとともに繰り返し荷重下の履歴ループのモデル化を策定し、木造建物の地震時動的応答の変形量と被害度の関係を提言する事ができた。2)実建物の木造建物の地震応答解析を行ない、応答層間変形と被災度の関係を求めた。建物に挿入される筋交い量の大小(神戸の地震で倒壊したものとしなかったもの)により応答層間変形がL3レベル地震で20cm以下と20cm以上という明快な差が示すことができた。3)既存木造建物の耐震補強はコストが高く、150万円以上かかるために、あまり普及しない。そこで、高知市の場合、そのほとんどが液状化する地盤であることに着目し、既存地盤に液状か促進の砂を中心とした素材を既存木造住宅の基礎下面に安価に注入可能な装置を考案し、容易に地盤を液状化させて既存上部建物にこの建物が大破以上にならない地盤・木造建物練成系の動的数値解析システムを構築した。4)今回の解析研究では地盤のモデル化、建物のモデル化ができても実建物の挙動を論じることは出来ないが、今後地盤を含めた木造建物の動的応答実験計画を進めてゆきたい。5)木造建物とは独立に、5,7、15、30階の鉄筋コンクリート建物の耐震性について実地盤上と免震システム上に設置した場合の、地震応答解析による損傷度を解析し、地震後の損傷に対する補修コストを考慮して、免震デバイスコストが多少高くなっても、地震被災補修を考慮すると、免震建物のほうが費用対効果が高いことが判明した。しかし既存鉄筋コンクリート建物に対しては、免震化はコストに方が高いことも判明した。1)建物基礎の底部にセットされる素材としてコンクリート廃材、粒度別粗骨材、粒度別砂骨材、木質系の廃材、プラスチック系の廃材等を計画していた。これらを単体または混入させて模型ユニットとしての作用定軸力下の要素に水平力を載荷した場合の水平抵抗機構のコンピュータシミュレーションを行なったが、実物との精度に関しては不明なので要素実験としての実験計画を策定した。これは最終的には振動台による水平加震実験を行なうこととなった。現在使われる減震要素としては8系統に決定した。2)本システムの実験検証を行なう前に、コンピュータシミュレーションとして建物の免震応答プログラムを使わなければならないので、このプログラムの使用に関する習熟訓練を行い,同時に木造建物プロトタイプをもとに減震材の復元力モデルによる動的応答解析を行い、どの程度の減震材のすべり抵抗があれば、木造建物に入力地震動が50%程度低減できるかの予備解析を行なった。これにより減震材の水平剛性抵抗の目安が定まった。3)上記素材以外に住宅および小規模建物を対象として、その基礎部分で施工がしやすく安価な施工方法に関する調査を行なった。これは一般に普及すればさらに安くなる機材がいくつかあった。4)地盤条件および建物の固有周期の変動に応じて木造建物に入力される地震動レベルがどの範囲になるのか、地盤の動的地震応答解析ケーススタディをおこなった。高知市は木造に不利な沖積層の深い地盤が多いことから、固い地盤に比べて、木造建物に入力する地震力が2倍程度になることがケーススタディから判明した。
生物現象の時空間的制御を目指した接着性光スイッチの開発

本研究では、これまでに開拓してきた分子糊に光応答性スペーサーとタンパク質の阻害剤を組み合わせ、『接着性光スイッチ』を開発する。この接着性光スイッチを細胞内・生体内のタンパク質機能の制御に応用することで、生物現象を時空間的に制御することを目的とする。これまでに、接着性光スイッチの細胞内応用を達成する新たな戦略の一つとして、細胞核への輸送タグ『ケージド分子糊』を開発している。分子糊のグアニジニウム基を光開裂性保護基で保護することで細胞膜透過性を一時的に抑制した『ケージド分子糊』が、ゲスト分子の「エンドソーム→細胞核への移行」を光制御できる「輸送タグ」として機能することを明らかにしている(前年度にアメリカ化学会誌にて報告済)。当該年度では、ケージド分子糊の応用方法についてプロトコルの詳細をビデオ論文(J. Vis. Exp.誌)として発表した。また、さらに多様な生物現象の時空間的制御を指向し、タンパク質間相互作用の光制御を可能にする『光分解性分子糊』を新たに開発した。タンパク質間相互作用(PPI)は2つのタンパク質間に生じる相互作用であり、遺伝子発現やシグナル伝達などにおいて重要な役割を担っている。そのため、PPIを操作する技術の開発は、生命現象の解明や疾患の治療につながる重要な課題である。しかし、一般にPPIの相互作用面は広く扁平であるため、PPI制御分子の設計は容易ではない。そこで、主骨格に光開裂性リンカーを有する『光分解性分子糊』を開発した。光刺激によって分子骨格を分解し、グアニジニウム基の多価性を減少させることで、タンパク質表面への接着→解離を制御できる。さらに、これを利用して、肝細胞増殖因子とその受容体間の相互作用、およびそれによって誘導される細胞遊走現象を光照射位置選択的に制御することに成功した(論文投稿中)。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。これまでに、炭酸脱水酵素(CA)を標的酵素とし、分子糊、紫外/可視光照射に応じて異性化するアゾベンゼン、CA阻害剤の三者を連結した接着性光スイッチを開拓している。また、接着性光スイッチをCAと混合することで、紫外/可視光照射によって酵素活性を可逆的に増減させることに成功している。当該年度では、CA活性の光制御が細胞溶解液中や赤血球溶解液中といった夾雑タンパク質存在下でも可能であることを明らかにした。これは、分子糊部位が阻害剤の選択性によって標的タンパク質へと誘導されていることを示唆しており、接着性光スイッチの細胞内や生体内への応用可能性に関する重要な知見を得た。また、CAの活性部位への結合に伴い蛍光を発する蛍光色素との競合実験から、阻害剤部位の結合が分子糊部位の接着によって増強されていることを確認し、提唱している接着性光スイッチのメカニズムの妥当性を示した。生体内で生物現象を光制御するためには、生体透過性に優れる長波長領域の光で駆動する分子が必要となる。当該年度では、前述の接着性光スイッチの合成過程で、高い水溶性・生体内安定性をもつ可視光駆動アゾベンゼンの開発に成功した。これは、本研究の目的である細胞内・生体内でのタンパク質機能制御に極めて有用であり、接着性光スイッチの設計に新たな指針を与えるものである。研究者自身が開拓した接着性光スイッチについて研究戦略の実証に成功している。また、研究過程での発見を元に、生体透過性に優れる可視光で駆動するアゾベンゼンの開発に成功している。これらの成果は、細胞内・生体内における生物現象の機能制御を目指す上で重要な知見となる。これまでに、炭酸脱水酵素(CA)を標的酵素とした接着性光スイッチを開拓し、光照射により酵素活性を可逆的に増減させることに成功している。さらに、CA活性の光制御が細胞溶解液中といった夾雑タンパク質存在下でも可能であることを明らかにし、接着性光スイッチの細胞内や生体内への応用可能性に関する重要な知見を得た。また、阻害剤部位の結合が分子糊部位の接着によって増強されていることを実験的に確認し、提唱している接着性光スイッチのメカニズムの妥当性を示した。これらの成果は、当該年度にアメリカ化学会誌にて報告した。また、接着性光スイッチの細胞内応用を達成する新たな戦略の一つとして、細胞核への輸送タグ『ケージド分子糊』を開発した。分子糊はリン脂質膜や核移行タンパク質へと強く接着することで、高い細胞膜透過性と核移行性を示すことが明らかになっている。そこで、デンドリマー型分子糊のグアニジニウム基を光開裂性保護基で保護し、細胞膜透過性を一時的に抑制したケージド分子糊を開発した。ケージド分子糊は、エンドサイトーシスを介して生細胞に取り込まれるが、光刺激によってエンドソームを脱出し、細胞質を経て速やかに細胞核まで移行する。

また、ケージド分子糊をゲスト分子と連結することで、核膜孔よりもサイズの大きい物質を光照射細胞選択的に核へ輸送できることも明らかにした(当該年度にアメリカ化学会誌にて報告済)。接着性光スイッチを導入したタンパク質にケージド分子糊を連結し細胞核へ輸送することで、核内におけるタンパク質機能およびそれを介した生物現象の光制御も実現できる。接着性光スイッチによる酵素活性の光制御が細胞溶解液中といった夾雑タンパク質存在下でも可能であることを明らかにし、接着性光スイッチの細胞内や生体内への応用可能性に関する重要な知見を得ている。また、細胞核への輸送タグとして『ケージド分子糊』を開発し、接着性光スイッチの細胞内応用への新たな戦略を示した。本研究では、これまでに開拓してきた分子糊に光応答性スペーサーとタンパク質の阻害剤を組み合わせ、『接着性光スイッチ』を開発する。この接着性光スイッチを細胞内・生体内のタンパク質機能の制御に応用することで、生物現象を時空間的に制御することを目的とする。これまでに、接着性光スイッチの細胞内応用を達成する新たな戦略の一つとして、細胞核への輸送タグ『ケージド分子糊』を開発している。分子糊のグアニジニウム基を光開裂性保護基で保護することで細胞膜透過性を一時的に抑制した『ケージド分子糊』が、ゲスト分子の「エンドソーム→細胞核への移行」を光制御できる「輸送タグ」として機能することを明らかにしている(前年度にアメリカ化学会誌にて報告済)。当該年度では、ケージド分子糊の応用方法についてプロトコルの詳細をビデオ論文(J. Vis. Exp.誌)として発表した。また、さらに多様な生物現象の時空間的制御を指向し、タンパク質間相互作用の光制御を可能にする『光分解性分子糊』を新たに開発した。タンパク質間相互作用(PPI)は2つのタンパク質間に生じる相互作用であり、遺伝子発現やシグナル伝達などにおいて重要な役割を担っている。そのため、PPIを操作する技術の開発は、生命現象の解明や疾患の治療につながる重要な課題である。しかし、一般にPPIの相互作用面は広く扁平であるため、PPI制御分子の設計は容易ではない。そこで、主骨格に光開裂性リンカーを有する『光分解性分子糊』を開発した。光刺激によって分子骨格を分解し、グアニジニウム基の多価性を減少させることで、タンパク質表面への接着→解離を制御できる。さらに、これを利用して、肝細胞増殖因子とその受容体間の相互作用、およびそれによって誘導される細胞遊走現象を光照射位置選択的に制御することに成功した(論文投稿中)。接着性光スイッチを用いた生物現象の時空間的制御を達成するために、あらかじめ接着性光スイッチを導入したタンパク質を細胞内へ輸送し、細胞機能を制御する。特に、接着性光スイッチを用いて、細胞内に輸送したカスパーゼ-3(CSP-3)の活性を光制御し、アポトーシス(プログラム細胞死)を遠隔的に操作する。生体内への応用を志向し、接着性光スイッチの分子設計を最適化する。特に、光応答性スペーサーとして、既報および研究者自身が開拓した可視光駆動アゾベンゼンを検討する。合成した接着性光スイッチ共存下、光刺激によってCSP-3活性が変化するかを調査する。また、接着性光スイッチをCSP-3と混合してがん細胞に投与し、光刺激によるアポトーシス誘導の有無を調査する。
短繊維強化射出成形品の損傷過程の観察とその変形・破壊解析への損傷力学の適用

短繊維強化熱可塑性プラスチック(FRTP)は、射出成形法によって高精度な成形品が比較的短時間で得られる。しかも高比強度・高靱性の製品となるので、現在広く市場に出回っている。しかし、その変形と破壊挙動を詳細に検討し、力学的挙動を模型化する研究はこれまで十分に行われていない。そこで本研究では、FRTPの損傷と破壊過程を準微視的に明らかにし、損傷力学を用いて連続体力学理論の枠組みでその力学的挙動を模型化することを目的とした。まずt3×70×70の板状射出成形金型を試作した。その金型に市販のガラス繊維強化ポリカーボネートを射出し、試験片とした。繊維含有率は30wt%であり、面内でほぼ均一に分布していた。ペレットのガラス繊維の直径は11mum、長さの平均値は260mumであるが、射出成形後ガラス繊維の破砕によって190mum程度に短くなった。面内の繊維配向分布は、ほぼ一様と考えられる領域が存在するけれども、特にゲートと金型付近の配向は大きく異なっている。さらに板厚方向の繊維配向分布は、スキン層、中間層ならびにコア層で全く異なることがわかった。すなわち流れ方向に対して、スキン層ではランダム、中間層では平行、コア層では垂直に分布していた。つぎに流れ方向に対して種々の方向に切り出し、引張試験を行った。その結果流れ方向と平行な方向が最も強度が高く、垂直な方向は最も低いことがわかった。したがって、この射出成形品は中間層の繊維配向分布が強度の支配的因子となっていると考えられる。現在、負荷中での試験片表面の損傷過程を観察しており、その損傷状態の評価手法を検討中である。また損傷力学を用いた定式化の原案をほぼ整理した。しかし実験的な検討がまだ不十分である。今後引続き研究を進めて、当初の目標を達成したい。