hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
神経細胞の極性形成におけるCRMP-2の制御機構の解析

報告者は神経細胞の外界シグナルによる極性誘導機構の解明と極性形成分子CRMPfamilyの結合分子の探索に取り組んだ。外界シグナルによる極性誘導機構の解明生体内で神経細胞は、神経栄養因子をはじめとする細胞外因子や細胞接着などの局所的な外界からの情報をもとに極性を獲得すると考えられる。しかしながら、生体内という複雑な環境の中では、細胞外シグナルの解析は非常に困難であった。申請者は細胞の局所にのみ刺激を与える系を確立し、神経栄養因子が未成熟な突起の伸長を促進し、軸索形成を誘導することが判明した。さらに、カルシウムの下流でCaMKKが活性されていることを見出した。活性化型CaMKKを過剰発現させると複数の軸索が形成された。このことは、神経栄養因子の下流でカルシウムというセカンドメッセンジャーが神経細胞の極性化を促進し、軸索形成を誘導することを示唆している。さらにこれらの現象が生体内でも起きているかどうか調べるために、In utero electroporation法(子宮内胎仔への遺伝子導入法)を用いて解析を行った。Trkのドミナントネガティブ体(DN)やCaMKKのDNを過剰発現させたとき、極性化されない細胞の増加や極性化の遅れが認められた。以上の結果は、神経成長因子は神経細胞の極性形成に関与しており、軸索の誘導にはPLC-カルシウム-CaMKIを介したシグナル伝達経路が重要であることを示唆している。CRMPfamilyは5種類のisoformが存在することが知られている。最近、CRMP isoformの違いによって異なる機能を有していることが報告された。また、isoformの違いによって結合分子が異なることも示されてきた。しかしながら、それらの結合分子はほとんど分かっていない。そこで、5種類のCRMP isoformでrat brain抽出液を用いたaffinity chromatographyを行い、新規結合蛋白質を同定した。その結果638種類の結合分子が同定された。現在そのうちの1つであるERKとCRMP isoform間の結合の意義を明らかにし、どのようにして極性形成に関与しているのか検討中である。報告者は、培養海馬神経細胞を用いて極性形成におけるCRMP-2とS1p1の相互作用の意義と軸索内輸送の役割を検討した。免疫蛍光染色より、CRMP-2とS1p1は細胞体と軸索先端で、一部共局在が観察された。COS-7細胞を用いて、それぞれの遺伝子を共発現させ、免疫沈降法で結合を調べた結果、細胞内において相互作用が認められた。さらにそれぞれの欠損変異体を作製し、結合部位を同定した。S1p1はRab27のエフェクターであるため、Rab27の結合の有無でその活性が制御されていることが考えられている。Rab27は細胞内小胞輸送に関与しているが、神経細胞での機能は不明な点が多い。そこでRab27の活性とS1p1の細胞内輸送が、神経細胞の極性形成にどのように影響するのか調べた。まず活性化型Rab27と不活性化型Rab27をCOS-7細胞に発現させCRMP-2とS1p1の結合を検討した。その結果Rab27の活性化がCRMP-2とS1p1の結合を制御していることが分かった。また、Rab27とCRMP-2は直接結合せず、S1p1を介して間接的に結合していた。神経成長因子受容体Trkは極性形成時に軸索に存在し、活性化して極性形成を促進することが知られている。そこで神経成長因子受容体との結合を検討した。その結果S1p1は活性化型Rab27と結合することで、TrkBとも結合することを見出した。さらにCRMP-2/S1p1/Rab27のどの分子をRNAiでノックダウンしても複合体が形成されず軸索が短くなることから、これら複合体の形成が軸索伸長に重要な働きをしていることが分かった。複合体の細胞内挙動をタイムラプスイメージング法で解析した。その結果、活性化型Rab27を発現させた細胞では、軸索先端へTrkB移動の増加が見られた。以上の結果より、活性化型Rab27存在下でCRMP-2とS1p1は複合体を形成し、TrkBを含む小胞を細胞体から軸索先端に輸送することで、極性形成に関与していることが示唆された。報告者は神経細胞の極性形成時のCRMP-2の制御機構の解明と、カルシウムシグナルの役割として以下の2つの課題に取り組んだ。CRMP-2のリン酸化キナーゼの同定とリン酸化による機能制御機構の解明CRMP-2は、多様なキナーゼによるリン酸化サイトを持つことが示唆されているリン酸化蛋白質である。しかしながら、CRMP-2をリン酸化するキナーゼの報告は多くはない。そこで報告者らは、CRMP-2をリン酸化するキナーゼを網羅的に探索し、新規リン酸化酵素としてULK1を同定した。精製蛋白質を使用した実験から、ULK1によるCRMP-2のリン酸化部位を同定した。さらに、ULK1のリン酸化部位を特異的に認識するリン酸化抗体を作製した。その抗体を用いてCRMP-2は、細胞内でもULK1によってリン酸化されることを明らかにした。今後、リン酸化によるCRMP-2とキネシン-1との結合・解離の変化や、軸索内輸送における意義について検討する。極性形成過程でのカルシウムシグナルの役割カルシウムは、セカンドメッセンジャーとして生体内で様々な機能を果たしていることが知られている。

しかしながら、カルシウムの極性形成への関与はほとんど報告されていない。今年度、報告者は細胞外シグナルによるカルシウムを介した極性形成機構の解析を行なった。未成熟な海馬神経細胞をTrkの特異的阻害剤で処理することで、極性形成の遅延が観察された。そこで人為的に極性を誘導する方法として、未成熟な複数の突起のうち、1つの突起にのみ局所的に刺激を与える系を確立した。神経栄養因子NT-3の局所刺激は、突起伸長を促し軸索を誘導した。さらにNT-3からのシグナル伝達経路について解析し、PLC-IP_3-IP_3受容体を介する経路が、極性獲得前の突起伸長に関与していることを見出した。カルシウムの細胞内動態を解析し、NT-3刺激は成長円錐でのカルシウム上昇を誘導した。カルシウムの下流分子がCaMKK-CaMKIを介する経路であることも明らかにした。以上の結果より、神経成長因子は海馬神経細胞の極性形成に関与しており、軸索の誘導にはPLC-カルシウム-CaMKIを介したシグナル伝達経路が重要であることを示唆した。報告者は神経細胞の外界シグナルによる極性誘導機構の解明と極性形成分子CRMPfamilyの結合分子の探索に取り組んだ。外界シグナルによる極性誘導機構の解明生体内で神経細胞は、神経栄養因子をはじめとする細胞外因子や細胞接着などの局所的な外界からの情報をもとに極性を獲得すると考えられる。しかしながら、生体内という複雑な環境の中では、細胞外シグナルの解析は非常に困難であった。申請者は細胞の局所にのみ刺激を与える系を確立し、神経栄養因子が未成熟な突起の伸長を促進し、軸索形成を誘導することが判明した。さらに、カルシウムの下流でCaMKKが活性されていることを見出した。活性化型CaMKKを過剰発現させると複数の軸索が形成された。このことは、神経栄養因子の下流でカルシウムというセカンドメッセンジャーが神経細胞の極性化を促進し、軸索形成を誘導することを示唆している。さらにこれらの現象が生体内でも起きているかどうか調べるために、In utero electroporation法(子宮内胎仔への遺伝子導入法)を用いて解析を行った。Trkのドミナントネガティブ体(DN)やCaMKKのDNを過剰発現させたとき、極性化されない細胞の増加や極性化の遅れが認められた。以上の結果は、神経成長因子は神経細胞の極性形成に関与しており、軸索の誘導にはPLC-カルシウム-CaMKIを介したシグナル伝達経路が重要であることを示唆している。CRMPfamilyは5種類のisoformが存在することが知られている。最近、CRMP isoformの違いによって異なる機能を有していることが報告された。また、isoformの違いによって結合分子が異なることも示されてきた。しかしながら、それらの結合分子はほとんど分かっていない。そこで、5種類のCRMP isoformでrat brain抽出液を用いたaffinity chromatographyを行い、新規結合蛋白質を同定した。その結果638種類の結合分子が同定された。現在そのうちの1つであるERKとCRMP isoform間の結合の意義を明らかにし、どのようにして極性形成に関与しているのか検討中である。
careとcureを融合した看護薬剤学モデルの開発

患者の身体や生活状況、心理的要因を包括的に捉え、患者の生活にあった、安全で有効な与薬方法を医療者間で検討し最大薬理学効果を得るための教育内容を開発するのが目的である。現状の患者への与薬方法の実態を把握するため実態調査及び薬理学の教育の現状については海外からの資料の収集及び文献検討中である。現在、肥満による皮膚障害の問題から経皮吸収型製剤の効果が変化するという課題がある。本年度は経皮吸収に与える要因の検証として1肥満糖尿病と皮膚の関連、2肥満と皮膚バリア機能の関連を検証した。1の結果、40歳代の肥満糖尿病者の皮膚は、皮膚機能検査を実施したところ、角質水分量が減少し、水分蒸散量が増加し、老化の指標である糖化タンパク質の増加、コラーゲン線維密度の減少を示し、肥満糖尿病者では80歳代の高齢者に見られる皮膚老化が観察された。2の結果、手術時の余剰ヒト皮膚を採取し解析したところ、皮膚のバリア機能を担うコレステロールと脂肪酸量とBMIとの相関は、BMI 22を頂点に逆U字型に両脂質の減少が明らかになった。また、肥満の皮膚では角化細胞の増殖や表皮の肥厚の構造変化が生じていた。つまり、バリア機能の低下が示唆された。肥満者は皮膚の老化、皮膚脂質量が低下及び皮膚の構造変化を生じていることから、経皮吸収型製剤からの薬剤の吸収は変化することがわかり、肥満が経皮吸収型製剤の効果や副作用に影響する要因であることがわかった。経皮吸収型製剤を通し、与薬時のエビデンス創出として、リスク因子を見える化すると共に看護学における基礎実験研究の方法論(生理機能検査、組織学的・分子生物学的解析)の構築を行った。患者への与薬方法の実態を把握するため実態調査は、真の患者の服薬状況の実態がわかる研究方法の検討及び薬理学の教育の現状については海外からの資料の収集に時間を要しているため、先に肥満による皮膚障害の問題から経皮吸収型製剤の効果が変化するという課題に対し、与薬時のエビデンス創出と看護学における基礎実験研究の方法論の構築を実施した。本結果はすでに論文投稿し海外雑誌にアクセプトされた。日本の医療の与薬に関する課題と薬理学教育のニーズを見出すための調査を実施するため、各文献のレビューをするとともに、与薬の実態調査のフィールド調整、倫理審査申請をし、実態調査の実施に向けての準備を行う。また、与薬方法のエビデンスの創出に対し、本年度に続き、経皮吸収に影響を与える要因については軟膏の塗布方法の確立を、また、便秘薬の与薬方法の確立について実施する予定である。
腫瘍局所マクロファージの形質決定分子を標的とした新規治療法の開発

昨年度の検討により腫瘍局所マクロファージ(Tumor Associated Macrophage; TAM)の性質決定にIFN-γシグナルが重要である可能性が示唆された。そこで、本年度は、TAMの形質決定にIFN-γシグナルが関わるか否かについてIFN-γノックアウトマウスを用いて検討を行った。腫瘍局所マクロファージが活性化する免疫チェックポイント応答性腫瘍を野生型マウスおよびIFN-γKOマウスに皮下移植し、TAMの活性化状態を検討した。その結果、野生型マウス由来のTAMでは、各種活性化マーカーの発現が上昇しているのに対し、IFN-γKOマウス由来のTAMではこの様な活性化が観察されたなかった。また、TAMの抗原提示能についても評価を行ったが、活性化分子の発現同様、野生型マウスで観察されるTAMの抗原提示能がIFN-γマウスでは消失することが明らかになった。さらに、この様なTAMの性質決定におけるT細胞の重要性を検討する為、ヌードマウスを用いて同様の検討を行った。その結果、ヌードマウス由来のTAMは、活性化状態が弱く且つ腫瘍抗原を提示していなかったことから、TAMのこれらの機能獲得にはT細胞が関与していることが示された。さらに、抗CD8抗体および抗CD4抗体によりこれらの細胞をそれぞれ除去することで、各細胞の重要性についても検討し、CD8およびCD4の両細胞がTAMの性質決定に関わることを明らかにした。以上の結果は、IFN-γシグナルおよびT細胞がTAMの活性化状態や抗原提示能を獲得するのに重要であることを示していると同時に、当シグナルが腫瘍の細胞性免疫応答への感受性向上の為の標的となり得る可能性を示している。本年度は、TAMの性質決定にIFN-γシグナルおよびCD8、CD4陽性T細胞が重要であることを示した。これらの知見は、腫瘍の免疫チェックポイント阻害療法抵抗性となる機構の解明に向けた非常に重要な知見であり、有意義な成果が得られたと考える。TAMの性質決定変化が腫瘍内のT細胞におよぼす影響を検討すると共に、当腫瘍の治療への関連性について明らかにする。免疫チェックポイント阻害剤はその高い治療効果から多くの期待を集めており、更なる有効性向上を目指した多くの研究が進められている。しかし、その一方で患者の約68割は当治療法に対し不応答性であることが深刻な問題となっている。不応答性の原因として、腫瘍局所の免疫環境、特に免疫チェックポイント阻害剤の標的分子(PD-1やPD-L1)の発現欠如、並びにCD8陽性T細胞浸潤の欠如が指摘されている。しかし、未だこの様な難治性腫瘍に関する知見は不足しており、チェックポイント阻害剤不応答性腫瘍を標的にした基礎研究および有効な治療法の開発は困難を極めている。一方、我々は以前、この様な免疫チェックポイント阻害療法不応答性腫瘍を用いた検討により、これらの腫瘍は腫瘍局所マクロファージ(TAM)が腫瘍抗原を提示しないことで、免疫チェックポイント阻害療法を含むがん免疫療法対し不応答性となることを明らかにした。また、このような腫瘍でも、TAMへと抗原提示能を付与することで、細胞性免疫に対する感受性を著しく増強し治癒へと導けることも明らかにしてきた。そこで、本年は、この様なTAMの形質決定を担う分子を同定することを目的として、免疫チェックポイント阻害療法反応性腫瘍および不応答性腫瘍のTAMを用いた網羅的遺伝子発現解析を行った。免疫チェックポイント阻害療法反応性および不応答性腫瘍をBALA/cマウスへと皮下移植し腫瘍回収後、セルソーターを用いてTAMを精製した。精製したTAMよりRNAを抽出後、網羅的遺伝子発現解析を行った。その結果、不応答性および反応性腫瘍間でIFN-γシグナルなどの各種サイトカイン関連シグナル分子の発現が異なっていることが明らかになった。本年度の成果は、免疫チェックポイント阻害療法反応性腫瘍および不応答性腫瘍における遺伝子発現に注目し、TAMの性質決定にIFN-γシグナルが関与している可能性を示した。これらの知見は、チェックポイント阻害療法抵抗性腫瘍の治療法の確立という本研究課題の目標に有用であり、有意義な成果が得られたと考える。

さらに、抗CD8抗体および抗CD4抗体によりこれらの細胞をそれぞれ除去することで、各細胞の重要性についても検討し、CD8およびCD4の両細胞がTAMの性質決定に関わることを明らかにした。以上の結果は、IFN-γシグナルおよびT細胞がTAMの活性化状態や抗原提示能を獲得するのに重要であることを示していると同時に、当シグナルが腫瘍の細胞性免疫応答への感受性向上の為の標的となり得る可能性を示している。本年度は、TAMの性質決定にIFN-γシグナルおよびCD8、CD4陽性T細胞が重要であることを示した。これらの知見は、腫瘍の免疫チェックポイント阻害療法抵抗性となる機構の解明に向けた非常に重要な知見であり、有意義な成果が得られたと考える。TAMの性質決定におけるIFN-γシグナルの関与について掘り下げると共に、当腫瘍に対する治療法の確立を目指す。TAMの性質決定変化が腫瘍内のT細胞におよぼす影響を検討すると共に、当腫瘍の治療への関連性について明らかにする。2018年度より研究室を異動することになった為、次年度使用額が生じた。これらは異動先における消耗品等の購入に使用する。2017年度から2018年度にかけて異動が生じた為。免疫実験に必要な抗体などを購入する。
膵ベータ細胞におけるATPとcAMPのシグナル統合の分子メカニズム

血糖降下ホルモンであるインスリンの膵β細胞からの分泌は、(1)血糖値(血中のグルコース濃度)と(2)インクレチン(摂食時に分泌される腸管ホルモン)によって調節されている。それぞれの分泌刺激を伝える膵β細胞内シグナル伝達分子はATPとcAMPであるが、本研究では、ATPのセンサーであるK_<ATP>チャネルと、cAMPセンサーであるEpac2を解析し、ATPとcAMPによる分泌制御の相互作用を明らかにした。ATPは生命体のエネルギー源であると共に重要な代謝シグナルとして機能し、膵β細胞ではグルコースによるインスリン分泌を引き起こす引き金として機能する。一方、cAMPは種々の生命体における普遍的な細胞内シグナルであり、膵β細胞ではインスリン分泌を著明に増強させる。グルコースによるインスリン分泌ではATPが重要な代謝シグナルとなっており、細胞内ATPの増加はATP感受性K+(KATP)チャネルを閉鎖しインスリン分泌を惹起する(Miki PNAS,1998)。しかしcAMPによるインスリン分泌増強の分子メカニズムは現在でも不明な点が多い。これまでKATPチャネルは膵β細胞におけるグルコース感知に必須と考えられていたが、申請者らはKATPチャネル欠損マウスにおいても、GLP-1の存在下では明らかなグルコース応答性インスリン分泌応答が惹起されることを見出した。そこで本研究ではGLP-1によるKATPチャネル非依存性のグルコース感知機構を解明することを目指した。ATP感受性K^+(K_<ATP>)チャネルは様々な興奮性細胞でATPを感知する代謝センサーとして機能している。膵β細胞においては、K_<ATP>チャネルはグルコースから産生されるATPを感知し、インスリン分泌を制御する重要な代謝センサー分子である。しかしながら、申請者らはK_<ATP>チャネル欠損(KO)マウスを用いた実験から、K_<ATP>チャネルが欠損した状況でも、GLP-1やGIPなどcAMPの濃度を上昇させるホルモンで刺激すると、膵β細胞がグルコースに対する応答が惹起されることを見いだした。そこでATPとcAMPのシグナルがどのように統合されているかについて検討した。この目的で膵灌流法を用いてインスリン分泌応答を調べたところ、cAMP誘導体の処置によりGLP-1やGIPと同様の効果が得られた。すなわち、細胞内cAMP濃度の上昇がK_<ATP>チャネル閉鎖によらないインスリン分泌を惹起することが明らかになった。さらに、グルコースの効果はATPの産生を抑制すると消失したことから、ATPがグルコース感知を媒介する細胞内シグナルとなっていると考えられる。このインスリン分泌応答はL型伝依存性Ca^<2+>チャネルの阻害剤であるNifedipineの処置により阻害されることから、cAMPとATPが細胞膜上に存在するイオンチャネルに作用し膜の脱分極を介してインスリン分泌が引き起こされる可能性が示唆された。また、このcAMPにより誘導されるグルコース応答性がcAMPセンサーであるEpac2の機能を介して発揮されているかを明らかにする目的で、さらにK_<ATP>チャネルとEpac2を共に欠損するダブル欠損マウスを作製した。今後、このマウスで膵灌流実験を行う予定である。ATPは膵β細胞からのグルコースによるインスリン分泌を引き起こす重要な代謝シグナルである。一方,腸管ホルモンであるGLP-1やGIPは細胞内cAMP濃度を増加させ,グルコース濃度依存性にインスリン分泌を増強させる。しかしながら,cAMPがどのようにグルコース応答性にインスリン分泌を増強するかについてはほとんど明らかにされていない。申請者は膵β細胞でのATPセンサーであるK_<ATP>チャネルを欠損したマウス(Kir6.2KOマウス)でもATPとcAMPの両者が増加した時のみインスリン分泌を惹起することを見いだした。これまでの検討で,ATPとcAMPが細胞膜の脱分極を介して分泌を引き起こしていることが示されたため,今年度は膜の脱分極を担うイオンチャネルあるいはトランスポーターを同定することを目指した。候補分子としてCFTR,cyclicnucleotide-gatedlchannel,Na^+透過性非選択性カチオンチャネルの関与を検討した。しかしながら,CFTRの阻害剤,cGMPによる刺激,細胞外のNa^<+>イオンの除去により検討したが,いずれもcAMP誘導性グルコース応答性インスリン分泌に関与していないことが示され,これ以外のイオンチャネルの寄与が疑われた。また,細胞内Ca^<2+>ストアからのCa^<2+>放出の関与をthapsigarginを用いて検討したが,非特異的な阻害効果しか見られず,関与しないと考えられた。さらに,膵β細胞におけるcAMPの重要な分子標的であるEpac2とKir6.2のダブル欠損マウスを用いて検討したところ,ダブル欠損マウスでも同様な分泌が誘導されたことから,Epac2はcAMPによるグルコース応答性の獲得には必須の分子ではないことが明らかになった。膵β細胞におけるグルコース濃度依存性のインスリン分泌は、血糖値を維持する上で最も重要な気候である。一方、腸管ホルモンであるGLP・1やGIPは、グルコース濃度依存性にインスリン分泌を増強させる。

グルコースは細胞内ATP濃度の上昇、腸管ホルモンは細胞内cAMP濃度の上昇を介し機能を発揮すると考えられているが、ATPやcAMPがどのようにインスリン分泌を増強するかについてはほとんど明らかにされていない。申請者は膵β細胞でのATPセンサーであるKATPチャネルを欠損したマウス(Kir6.2KOマウス)でもATPとcAMPの両者が増加した時のみインスリン分泌を惹起することを見いだした。種々の分泌実験と電気生理学的実験を行い、ATPとcAMPが細胞膜上のイオンチャネルあるいはトランスポーターの活性を変え、膜の脱分極を介して分泌を引き起こしていることが示された。今年度はこの分子を同定する目的で候補となるイオンチャネルあるいはトランスポーターの膵β細胞における発現をRT-PCR法で検討した。この結果、複数のCl一チャネルメンバーの発現が確認された。興味深いことにKir6.2Koマウスで認められたcAMP依存性のグルコース依存性のインスリン分泌はニフルム酸でほぼ完全に阻害され、電気生理学的実験でもニフルム酸存在下ではcAMP依存性グルコース依存性の細胞膜脱分極が消失した(Fujimoto etal., Diabetologia in press)。これらの結果から、腸管ホルモン存在下ではニフルム酸感受性のイオンチャネルが惹起できることが明らかになった。このメカニズムは経腸管的に食事を摂取する生理的条件下では重要なインスリン分泌惹起機構として機能していることが考えられた。膵β細胞におけるグルコース濃度依存性のインスリン分泌はK_<ATP>チャネルの閉鎖を介して惹起され、血糖値の維持に中心的な役割を果たす。一方、腸管ホルモンは細胞内cAMP濃度の上昇を介しグルコース濃度依存性にインスリン分泌を増強させる。膵β細胞のcAMPセンサーであるEpac2はcAMPが結合することにより活性化されてインスリン分泌を増強する。申請者らは、Epac2の活性化を蛍光共鳴エネルギー移動(Fluorescence resonance energy transfer、FRET)を用いて解析し、グルコースセンサーであるK_<ATP>チャネルを閉鎖しインスリン分泌を惹起させるスルホニル尿素剤が、Epac2を活性化することにより、インスリン分泌を惹起することを見いだした(Zhang et al.Science 325 : 607, 2009)。すなわちEpac2を用いたFRETプローブを作製したところ、cAMP非存在下ではFRETが起こるものの、cAMPで刺激するとFRETが消失した。この条件下で、スルホニル尿素剤であるトルブタミドとグリベンクラミドを処置するとFRETが消失し、Epac2の活性化が示唆された。さらに結合実験によりEpac2とグリベンクラミドの結合が示され、Rap1の活性化を指標として、トルブタミドおよびグリベンクラミドによるEpac2の活性化を直接的に確認された。スルホニル尿素剤のEpac
新たなリプログラミング法による組織幹細胞作製技術の開発

近年, microRNA (miRNA)が細胞の性質決定に重要な役割を果たしている事が知られている.我々は,組織幹細胞未分化維持に関わるmiRNAを同定することを目的に,ヒト歯髄細胞および歯根膜細胞から高い幹細胞性を持つSide population (SP)細胞をセルソーターにて分離し, miRNAアレイおよびin silico解析を行った.その結果,幹細胞関連遺伝子の一つであるNANOGをターゲットとするmiR-720が同定された.実際,miR-720の強制発現,発現抑制実験の結果,miR-720がNANOGの発現を制御し,幹細胞性を制御していることが明らかとなった.近年, microRNA (miRNA)が細胞の性質決定に重要な役割を果たしている事が知られている.我々は,組織幹細胞未分化維持に関わるmiRNAを同定することを目的に,ヒト歯髄細胞および歯根膜細胞から高い幹細胞性を持つSide population (SP)細胞をセルソーターにて分離し, miRNAアレイおよびin silico解析を行った.その結果,幹細胞関連遺伝子の一つであるNANOGをターゲットとするmiR-720が同定された.実際,miR-720の強制発現,発現抑制実験の結果,miR-720がNANOGの発現を制御し,幹細胞性を制御していることが明らかとなった.本研究では,細胞性質決定因子である転写因子およびmicroRNAに注目し,それらを応用した歯原性組織前駆細胞から未分化組織幹細胞を作製する,新しいリプログラミング法の開発と最適化を行なうことを目的に計画された.平成26年度は,ヒト抜去歯より歯髄細胞および歯根膜細胞を分離した.また,未分化間葉系幹細胞には特異的マーカーは存在しないが,これら未分化間葉系幹細胞はABCG2トランスポーターの機能が高く,Hoechstにて染色し, Hoechst Blueとredにてドットプロットを行うと,Main population (MP)分画と異なる部位に分布する(side population (SP)分画)ことが知られている.そこで,歯髄および歯根膜より採取した間葉系細胞をHoechstにて染色し,FACS AriaにてSP細胞を分離した.次に,分離したSP細胞およびMP細胞の機能解析を行なった.その結果,SP細胞群はMP細胞群と比べ,ABCG2トランスポーター,幹細胞のマーカーの一つであるOct4, Nanogの発現量が有意に高かった.また,colony forming unit-fibroblast (CFU-F) assayにてコロニー形成能を比較検討した結果,SP細胞群はMP細胞群と比べコロニー形成能が高い事が明らかとなった.つまり,これらの結果から,MP細胞群と比べSP細胞群に未分化間葉系幹細胞が多数含まれる事が明らかとなった.次に,MP細胞群に高発現するmiRNAを網羅的に検索するため,miRNA Arrayを行い,miR720を含むいくつかのmicroRNAが間葉系幹細胞の未分化維持に関わっていることを突き詰めた.本研究では,細胞性質決定因子であるmicroRNAに注目し,それらを応用した歯原性組織前駆細胞から未分化組織幹細胞を作製する,新しいリプログラミング法の開発と最適化を行うことを目的に計画された.平成25年度はヒト抜去歯より歯髄細胞および歯根膜細胞を分離し,Hoechstにて染色後,Hoechst Blueとredにてドットブロットし,Side population (SP)とMain population (MP)分画をFACS Ariaにて分離した.MP細胞分画と比較し,SP細胞分画に未分化間葉系幹細胞が多く存在することから,MP細胞分画に高発現するmicroRNAを同定するため,miRNA Arrayを実施した.その結果,miR720がMP細胞分画に高発現していることが明らかとした.平成26年度では初めにin silico解析を実施し,miR720のターゲット遺伝子を検索した.その結果,DNAのメチレーションを制御しているDNMT3aや未分化維持マーカーの一つであるNanogがターゲット遺伝子であることがわかった.また,miR720を高発現させると未分化マーカーの発現が低下し,象牙芽細胞分化が促進すること,miR720の発現を抑制すると未分化マーカーの発現が上昇し,象牙芽細胞分化が抑制されることが明らかとなった.以上の結果より,miR720は歯髄細胞の未分化維持を制御する因子の一つであることが明らかとなった.歯科補綴学すでに我々のグループは,未分化維持に関わっているmicroRNAを幾つか発見することに成功しており,当初の計画以上に研究が進行していると考えられる.来年度は,これらのmicroRNAの生理的機能を明らかにするため,in vitroにて実験を実施する予定である.また,一つのmicroRNAが様々な遺伝子をターゲットにすることが知られており,我々はin silico解析の結果,我々が発見したmicroRNAはエピゲノムを制御している因子の発現をコントロールしていることを突き詰めている.今後は,その因子が間葉系幹細胞の身分化維持に関わっているかを明らかにしていく予定である.
神経－グリア相互作用におけるグリアATP受容体の役割

グリア細胞は、神経細胞と同様にATP受容体を持ち、神経系の情報処理に能動的に関与する可能性がある。当初、小脳グリアATP受容体の機能的役割を調べるため、microRNAを利用したグリアATP受容体遺伝子の特異的発現抑制を試みたがうまく行かなかった。しかしながら、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターを用いて小脳グリア特異的に遺伝子を導入する実験を行う中、通常AAVベクターで導入できる遺伝子サイズを実質上増やしてグリアに発現させることが可能な方法を開発することができた。この方法の長所と短所を実験的に明らかにし、その成果を学術誌に論文投稿する準備を行っている。グリア細胞は、単なる受動的な支持細胞であると従来考えられてきたが、最近、グリアにも神経細胞と同様にさまざまな神経伝達物質の受容体が発現していることが明らかになり、グリアは神経細胞と積極的にシグナルをやり取りし、神経系の高度な情報処理に関わる能動的な機能素子であると考えられる。小脳のバーグマングリアにもATP受容体が存在し、神経活動に応じて活性化され、グリア内のCaシグナル応答を引き起こす。しかしながら、従来の薬理学的な実験では、グリアのATP受容体のみを阻害することは困難であり、グリアに存在するATP受容体の機能的役割は明らかにされていない。そこで、本研究ではグリア特異的発現ウイルスベクターと外来性microRNAによる特異的分子ノックダウンの技術を組み合わせ、小脳バーグマングリア特異的にATP受容体の機能を低下させることにより、グリアATP受容体の機能的役割を検討することが目標である。本年度は、まずmicroRNAの発現によるATP受容体のノックダウン効率を簡便に評価する培養系の実験手法をたちあげた。Caイメージングの手法を用い、小脳由来の培養グリアに対しATPを投与するとグリアのCa上昇が観察された。この実験系を用いて、グリアATP受容体の機能を効率的にノックダウンするmicroRNAをスクリーニングする予定である。その一方で、グリア特異的発現を実現するためのアデノ随伴ウイルスベクターを作製し、グリア特異的GFAPプロモーターの制御下で、マウス小脳の広い範囲にわたってバーグマングリア選択的にGFPを発現させることができるようになった。グリア細胞は、単なる受動的な支持細胞であり、せいぜい神経細胞の活動をサポートする程度の働きしかしていないと従来考えられてきた。しかしながら、最近、グリアにも神経細胞と同様にさまざまな神経伝達物質の受容体が発現していることが明らかになり、グリアは神経細胞やその他の細胞と積極的にシグナルをやり取りし、神経系の高度な情報処理に関わる能動的な機能素子である可能性が大きくなってきた。本年度は、Caイメージングと競合しない赤色系の発現タグを用いたグリア特異的発現を実現するレンチウイルスベクターを作製した。このレンチウイルスベクターによるmicroRNAによるノックダウンの技術と、小脳由来培養グリアを用いたCaイメージングの技術を組み合わせて、効率的にノックダウンすることが出来るmicroRNAの配列をスクリーニングしているところである。脳神経系において、グリア細胞は、単なる受動的な支持細胞であり、せいぜい神経細胞を解剖学的に支持して、神経細胞の活動を補助的にサポートする程度の働きしかしていないと考えられてきた。しかしながら、グリア細胞にも神経細胞と同じような多種多様な神経伝達物質の受容体やイオンチャンネル、トランスポーター等が発現していることが最近明らかになりつつある。したがって、グリアは単なる受動的な素子ではなく、神経細胞やその他の細胞と積極的にシグナルをやり取りし、神経系の高度な情報処理に対してより直接的に関与する能動的な機能素子である可能性が大きくなってきた。小脳のバーグマングリアにもATP受容体が存在し、神経活動に応じて活性化され、グリア内のCaシグナル応答を引き起こすことが知られている。しかしながら、従来の薬理学的な実験では、グリアのATP受容体のみを阻害することは困難であり、グリアに存在する多種多様なサブタイプのATP受容体の機能的役割は明らかにされていない。緑色系の蛍光Caイメージングを妨げないよう、赤色系の発現マーカーをグリア特異的に発現するウイルスベクター(レンチウイルス、AAV)を作製した。培養したグリアを用いて、Caイメージングを行う実験系を立ち上げた。ウイルスベクターを用いてmicroRNAを導入し、ATP受容体の発現をノックダウンする手法を適用し、培養グリアを用いたATP投与に対するCa応答を指標として、効率的にATP受容体をノックダウンすることが出来るmicroRNAの配列を検討しているところである。緑色系の蛍光Caイメージングの波長と重ならない赤色タンパク(tdTomato、mCherry, Kusabira Orange)発現タグを組み込み、microRNAの発現を可能にするレンチ

ウイルスベクターとアデノ随伴ウイルスベクター(AAV)のコンストラクトの作製は完了した。しかしながら、培養グリアを用いたCaイメージングの実験系を立ちあげるのに手間取ってしまい、ATPに対するグリアのCa応答をようやく解析できるようになった。そのため、microRNAによるノックダウンを効率的に行う配列のスクリーニングが遅延してしまい、まだ効率的なノックダウンを行う最適な配列を見つけられていない。したがって、遅れていると自己評価し、研究期間の延長を申請した。microRNAを利用した遺伝子発現の特異的抑制(ノックダウン)技術を利用して、小脳バーグマングリア特異的にATP受容体の発現をノックダウンすることを試みたが、残念ながら、研究期間内にATP受容体を効率よくノックダウンするmicroRNAの配列を見つけ出すことが出来なかった。しかしながら、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターを用いてマウス小脳バーグマングリア特異的に遺伝子導入を試みる実験を行う中、Tet offシステムとAAV二重感染法の技術を組み合わせて、通常AAVで導入できる遺伝子サイズがプロモーター部分を含めて4kb程度に限定されているところ、そのサイズを実質上増やしてグリアに発現させることが可能な方法を開発することができた。この手法では、どの細胞でその遺伝子が発現するかを決定するプロモーター部分と、発現させたい遺伝子(目的遺伝子)自身の部分を分離して、それぞれ別のAAVベクターに搭載して二重感染を行い、Tet offシステムを利用して、両方のAAVベクターが同じ細胞に感染してそれらの遺伝子を2つとも導入した時にだけ、その目的遺伝子が発現されるようにする方法である。この方法を用いると、導入できる遺伝子サイズが実質上大きくできる利点がある一方、理論的に予想される発現パターンと異なる異所性の発現パターンが生じうるデメリットも明らかになった。この異所性の発現が増加する要因を検討し、この技術を用いる際に気をつけなければならない点などを明らかにした。AAVを用いた遺伝子導入の技術は、ヒトに対して遺伝子治療を行う際にも使用されており、研究上のツールとしてだけでなく、臨床的にも非常に重要な技術である。したがって、AAVを用いた遺伝子発現の技術の長所と短所を実験的に明らかにしておくことは大きな意義を持つと思われる。本研究で開発した技術の長所と短所をまとめ、その成果を学術誌に論文投稿する準備を行っている所である。グリア細胞は、神経細胞と同様にATP受容体を持ち、神経系の情報処理に能動的に関与する可能性がある。当初、小脳グリアATP受容体の機能的役割を調べるため、microRNAを利用したグリアATP受容体遺伝子の特異的発現抑制を試みたがうまく行かなかった。
新規の胃炎症発癌モデルによる胃炎-化生-発癌過程の細胞系譜的および免疫学的解析

胃上皮特異的な遺伝子改変のため、BACトランスジェニックの手法を用いてTff1-Creマウスを新規に作出した。Rosa-EYFPマウスと交配し、Tff1-Creの発現部位を解析した。腺窩上皮と腺窩上皮前駆細胞のほか、頸部粘液細胞および主細胞の一部でも発現を認めた。壁細胞や内分泌細胞では発現を認めなかった。Tff1-CreマウスとLSL-KrasG12Dマウスの交配により腺窩上皮で変異型Krasを発現させると、生後3か月で腺窩上皮の過形成、胃底腺の萎縮、アルシアンブルー陽性の化生性変化を生じた。今後Tff1-Creマウスと種々の遺伝子改変マウスの交配により、化生性変化や発癌を解析する予定である。本研究は、胃炎から化生性変化を経て胃腫瘍発生までの経過を解析するため、胃炎症発癌マウスモデルを新規に確立し、leneage tracingの手法を用いて、化生性変化が前癌病変であるか否かなどの検討を行うことを主目的としている。Tff1-Creという新規に作出したCreマウスを用いて胃炎症発癌モデルを行う予定であったが(TFF1は胃表層粘液細胞特異的に発現する分泌タンパク)、交配を継続するうちにCreの発現が安定しないことが判明したため、Creマウスの作出をコンストラクト作成からやり直すこととなった。当初はTff1の上流約2.5kbをクローニングし、Tff1プロモーターCreのコンストラクトとしたが、より特異的で安定した発現を得るため、コンストラクトとしてBAC-Creを作成した(Tff1遺伝子の周辺およそ100kbを含むBACクローンをrecombineerignの手法を用いて改変)。現在3匹の候補マウスを得ており、今後Rosa26-EYFPレポーターマウスとの交配によりCreの発現部位を確認する予定となっている。本研究のもう一つの目的は、樹状細胞特異的遺伝子改変マウスを用いて、胃炎症発癌モデルを解析し、宿主の免疫学的素因が胃の炎症発癌に与える影響を検討することである。樹状細胞特異的な変異型Kras発現マウス(CD11c-Cre x LSL-KrasG12Dマウス)を用いて検討を始めたが、同マウスは20週齢をすぎると死亡してしまうことが多く、そうしたマウスでは著明な脾腫を来しており、血液系の悪性腫瘍に関連していると思われた。同マウスを用いて胃の炎症発癌を検討するのは難しいと判断した。樹状細胞特異的IKKβ欠損マウス(CD11c-Cre x IKKβf/fマウス)を用いて同様の検討を行う予定としている。本研究は、胃炎から化生性変化をへ低腫瘍発生までの経過を解析するため、胃炎症発癌マウスモデルおよび細胞系譜学的手法を用いて、化生性変化そのものが前癌病変であるか否か、その過程におけるメカニズムはどのようなものか、などを検討することを目的とした。胃特異的遺伝子改変を可能とするため、BAC recombineeringの手法を用いて、TFF1-BAC-Creマウスを新たに作出した。Rosa26-EYFPレポーターマウスおよびRosa26-Laczレポーターマウスとの交配により、Creの発現部位を解析すると、本マウスにおけるCreは、胃全体、十二指腸から上部空腸、終末回腸から近位結腸、と消化管粘膜に広範囲に発現していた。膵臓での発現は認められなかった。次いで胃の化生性変化をきたすモデルとして、TFF1-BAC-CreとLSL-KrasG12Dマウスを交配し、TFF1-KrasG12Dマウスを作成した。3ヶ月齢までの解析では、胃腺窩上皮の過形成、壁細胞の減少、Alcian Blue染色陽性粘液産生の増加などの化生性変化を認めた。これらはK19プロモーター下に腫瘍原性Krasを発現させたトランスジェニックマウスモデルと合致する所見であった。本研究のもう一つの目的は、宿主の免疫学的素因と胃炎症発癌の関連に関する検討である。樹状細胞特異的IKKβ欠損マウス(CD11c-Cre x IKKβf/fマウス)を用いた解析を行う予定でマウスの交配を進めている。主たる解析ツールとする予定だったTff1-Creマウスについて、マウス作出をコンストラクト作成からやり直さなければならなかったことが、進捗が遅れている最大の理由である。コンストラクトとしてBAC-Creを用いたこともあってか、インジェクションを行っても候補マウスを1匹も得られないことが2回続き、3回目でようやく3匹の候補マウスを得ることができた。

同様に、解析予定としていたCD11c-Cre x LSL-KrasG12Dマウスについては、上述のように、胃炎症発癌などの長期の実験には適さないことが判明した。また他の解析予定としている系統(CD11c-Cre x IKKβf/f、Foxa3-Cre、Villin-Cre)については、交配・繁殖が思うように進まず、実験を開始できていない状態である。消化器内科Tff1-CreマウスはBAC-Creのコンストラクトを用いた候補マウスを3匹得ており、レポーターマウスとのかけ合わせにより発現を確認した後、当初の予定通り、ヘリコバクター感染および化学発癌モデルを組み合わせて胃の炎症発癌モデルを行う予定である。また、我々のグループでは以前に変異型Her2を臓器特異的に発現させるTgマウスを作成しており(未発表データ)、Tff1-Creとの掛け合わせにより新規の胃腫瘍モデルを作成することも検討している。CD11c-Cre x IKKβf/fマウスは、ようやく交配・繁殖が安定してきており、まもなく実験を開始できる予定である。マウスに余裕が出てくれば、ヘリコバクター感染胃炎(発癌よりは短期での解析が可能)について、より詳細な解析を行うことも検討している。
極長鎖脂肪酸合成を介したシロイヌナズナの器官形成機構の解明

「表皮において合成される極長鎖脂肪酸(VLCFA)が,維管束におけるサイトカイニン合成を負に制御することで,植物体全体の細胞増殖を調節する」という概要で論文を執筆し,投稿した。しかし,査読には回ったものの,更なる裏付けが必要と判断され,一旦棄却された。そこで,その査読結果をもとに,新たな研究実験を実施してきた。その結果,まず,表皮におけるPAS52の発現が正常な生育に必須であることがより明確になった。加えて,VLCFAがクチクラワックスを介さない経路でサイトカイニン合成を制御し,細胞増殖を調節している可能性がより強まった。さらに,VLCFA欠損によりサイトカイニン合成が増加して,細胞増殖が活発になっているというこれまでの研究結果が確固となった。その他いくつかの研究実験を加え,必要な研究結果は23年度中にほぼ得られたため,24年度上旬に加筆・修正を行い,再投稿できる段階に到達した。上記研究テーマに加え,VLCFAが色素体の分裂や機能維持に与える可能性を追求したところ,良好な結果を得ることとなった。まず,PAS2-1変異体がアミロプラスト内部にデンプンを野生型の10倍程度蓄積することを明らかにした。加えて,PAS2-1変異体のアミロプラストおよび色素体は,数が減少して一つ一つの大きさが大きくなることが新たにわかった。そこで,葉緑体の分裂プロセスにおいて主要な役割を担うタンパク質,FtsZの葉緑体における局在を観察した。その結果,野生型では通常,色素体の中央にFtsZが重合して一本のリングを形成するが,VLCFAが低下した植物体では,複数のリングを形成するようになった。加えて,通常は観察されないドット状のFtsZタンパク質の局在を示すようになった。したがって,VLCFAは色素体分裂面へのFtsZタンパク質の正常な局在を制御していると考えられる。これらの結果もまとめ,論文の執筆をほぼ完了した。まず、カフェンストロールを処理した植物体から全脂質を抽出し、脂肪酸の定量解析を行った。その結果、カフェンストロールの処理濃度依存的に極長鎖脂肪酸の減少が引き起されることが解った。一方で、極長鎖脂肪酸の前駆体である、長鎖脂肪酸の含量は減少していなかった。したがって、植物体において、カフェンストロールが極長鎖脂肪酸合成の阻害剤として有効であることが確かめられた。次に、カフェンストロールを植物体に処理し、種々のマーカー遺伝子の発現を観察した。その結果、極長鎖脂肪酸合成が低下すると、サイトカイニンの主要な合成酵素をコードするIPT3の発現が組織レベルで増大し、サイトカイニン含量が増加することが解った。カフェンストロールを処理すると、組織レベルで細胞増殖の活性化が引き起されるが、この効果は、サイトカイニンの分解酵素(CKX)を個体全体で過剰に発現すると抑圧されることをこれまでに明らかにしている。22年度は、CKXを発現させる部位を限定した場合にも、表現型が抑圧されるか検討した。その結果、維管束でのみCKXを発現させることで、カフェンストロール処理によって引きおこされる、細胞増殖の活性化が抑圧されることが解った。一方で、表皮でのみCKXを発現させても、カフェンストロール処理による細胞増殖の活性化は全く抑圧されなかった。したがって、表皮において合成された極長鎖脂肪酸が、維管束におけるサイトカイニン合成を細胞非自律的に制御し、植物体全体の細胞増殖を制御しているという、これまでに報告のない経路の存在が明らかとなった。尚、極長鎖脂肪酸は植物の表面を覆うクチクラの材料としても利用されるが、クチクラに異常を持つ変異体では細胞増殖の活性化が観察され観られなかったことなどから、クチクラ形成とは独立した経路で細胞増殖が制御されていると考えられる。現在、これらの成果をもとに、論文投稿を準備している。

加えて,通常は観察されないドット状のFtsZタンパク質の局在を示すようになった。したがって,VLCFAは色素体分裂面へのFtsZタンパク質の正常な局在を制御していると考えられる。これらの結果もまとめ,論文の執筆をほぼ完了した。
町並みの景観デザインのための形態生成の方法に関する記号学的研究

本研究の目的は、様々な要素の集合からなる複雑適応系としての街並み景観のデザインを支援する形態生成の方法を開発することにある。具体的には、次のような研究を実施し、多くの新たな知見を得ることができた。1.形態生成のためのルールの抽出日本の各地に分布する200箇所の歴史的街並みの景観について、ハイパーメディアによるデータベースを用いて、様々な街並み景観のルールにしたがって、事例を抽出できるシステムを開発した。2.形態生成のシステムの開発街並み景観の構成要素のレパートリーから適当な要素をピックアップし、形態生成のルールを用いて(置換したり、変形したり、重ね合わせたり、並べ替えたり、色彩やテクスチャーを変化させて)、多様な街並み景観を生成できるシステムの開発を進めた。スカイラインやシルエットの形態生成、フラクタル次元や情報尺度を用いた複雑さの計測、類似と差異のネットワークに注目した形態生成、Lシステムや遺伝的アルゴリズムを用いた形態生成、視点の移動や時刻の変化に基づく景観のシミュレーションなどを組み込んだコンピュータ・システムのプロトタイプを探求し、多様でありながら統一性のある街並みをデザインする可能性を示した。3.街並み景観のデザインとその評価歴史的街並みの一部を建て替える場合、歴史的な建物と現代の建物が混在している場合、ニュータウンに新しい街並みをつくる場合など、いろいろな状況が考えられる。そこで、ケーススタディとして、開発した形態生成のシステムを用いて、多様な街並み景観のデザインを生成し、その景観の評価(景観アセスメント)を行った。本研究の目的は、様々な要素の集合からなる複雑系としての街並み景観のデザインを支援する形態生成の方法を開発することにある。今年度は、次のような内容の研究を実施し、多くの新たな知見を得ることができた。(1)既存の街並み景観のデザイン方法の検討景観デザインの「ガイドライン」、部品を組み合わせて街並みをデザインする「街並みキット」、「建築・学習・遊び」で行われている街や建物の模型づくり、街並みにふさわしいファサードを選択する「デザインゲーム」、景観シミュレーションの方法など、多様な街並み景観のデザイン方法を体系的に整理した。(2)形態生成のためのルールの抽出日本の各地に分布する200箇所の歴史的街並みの景観分析から、街並みにリズムがあること、街に統一感を与えるコネクターと変化を与えるシフタ-があること、細部に様々な変形が見られること、道の湾曲が街並みの分節点になっていることなど、多くのルールが発見されているが、それらを形態生成のルールとして体系化した。(3)形態生成のシステム開発のための基礎研究街並み景観の構成要素のレパートリーから適当な要素をピックアップし、形態生成のルールを用いて(置換したり、変形したり、重ね合わせたり、並べ替えたり、色彩やテクスチャーを変化させて)、次第に異なった雰囲気の街並みが生成できるようにするシステムを開発するための基礎研究を進めた。特に、人工生命の分野で注目されているセル・オートマトンや遺伝的アルゴリズム、フラクタル幾何学等で考案されているルールの定式化の方法を用いて、多様でありながら統一性のある街並みをデザインする可能性を探った。

スカイラインやシルエットの形態生成、フラクタル次元や情報尺度を用いた複雑さの計測、類似と差異のネットワークに注目した形態生成、Lシステムや遺伝的アルゴリズムを用いた形態生成、視点の移動や時刻の変化に基づく景観のシミュレーションなどを組み込んだコンピュータ・システムのプロトタイブを探求し、多様でありながら統一性のある街並みをデザインする可能性を示した。3.街並み景観のデザインとその評価歴史的街並みの一部を建て替える場合、歴史的な建物と現代の建物が混在している場合、ニュータウンに新しい街並みをつくる場合など、いろいろな状況が考えられる。そこで、ケーススタディとして、開発した形態生成のシステムを用いて、多様な街並み景観のデザインを生成し、その景観の評価(景観アセスメント)を行った。
サイト模型の磁性-強磁性と反強磁性の共存相-

1.スピングラスの研究継続研究としてスピングラスの低温相の研究をおこなった。今年度は、より現実の物質に近いハイゼンベルグ型スピングラス相転移の可能性について検討した。従来、この模型ではスピングラス相は実現しないとされてきた。我々は従来の解析法(欠陥エネルギー法)に問題があることを発見し、これに代わる解析法として、剛性指数を計算する方法を提案した。この方法を3次元系に適用したところ3次元系でスピングラス相が存在する可能性が有ることが分かった。2.シュミレーションアルゴリズムの開発と複雑スピン系の研究我々は本研究により新しいモンテカルロ法「クラスター熱浴(CHB)法」を開発した(一昨年度報告)。CHB法を使って二つの複雑スピン系の研究をおこなった。(1)2次元ANNNI模型の平衡状態の研究。この研究では、予言されていた中間スピン秩序相の存在を確認し、熱平衡状態相図を得た。中間相は従来考えられていた温度より低温側の比較的狭い温度領域で出現することが明らかにされた。(2)擬一次元反強磁性体C_SC_OB_r_3の磁気秩序の解析。CHB法を使って、擬一次元効果を考慮した磁気秩序のシュミレーションを初めて行った。この結果は中性子散乱の実験結果を高精度で再現した。これをもとにC_SC_OB_r_3の磁気秩序過程のモデルを提案した。3.メゾスコピック磁性体のスピン構造二次元メゾスコピック磁性体のスピン構造を研究してきた。本年度は積層膜磁性体のスピン構造の研究をおこなった。積層膜磁性体でも二次元系と同様に還流構造が現れるが、中心部のスピンは膜面に垂直にたってくる。1.磁性イオン混晶系の研究強磁性相互作用と反強磁性相互作用の競合する化合物ランダム磁性体の理論的研究と計算機実験を行い次の結果を得た。(1)二次元系ではスピングラス相は存在しないとされてきた。二次元格子上の非対称イジングモデルの熱力学諸量を詳細に検討し、定説に反し、スピングラス相が存在する可能性が高いことを明らかにした。(2)フラストレーションを持つ磁性体では、基底状態のスピン配列が少量の不純物で破壊されることを明らかにした。これはCsCoCl_3の不純物効果の実験を説明する。2.メゾスコピック磁性体のスピン構造結晶が小さくなってくるとバルクとは異なった磁性が現れてくる。そこで、重要な働きをするのは、交換相互作用と磁気双極子相互作用である。二つの相互作用を含む効率的シミュレーションプログラムを開発し、(1)二次元イジングモデルでは格子サイズとともに疑似相転移の様子が変わってくること、及び(2)二次元ハイゼンベルグモデルでは環状相転移が起こることを明らかにした。3.シミュレーションアルゴリズムの開発複雑系では緩和に膨大な時間を要する。我々はクラスターのスピン配置を一度に決める新しいシミュレーションアルゴリズム-クラスター熱欲法-を開発した。この方法によりANNNIモデルの熱平衡状態の性質が初めて明らかにされた。1.強磁性と反強磁性の混晶我々は、強磁性と反強磁性からなる2次元磁性体のシミュレーションを行い、スピングラス相が実現する可能性があることを指摘した(昨年度報告)。この成果は従来の定説を覆すものとして大きな注目をあびたが、別の方面(欠陥エネルギー法)の研究との不整合も指摘された。これを解決するため2方面からの研究を行った。(1)欠陥エネルギー法を詳細に検討し、この方法の境界条件の扱いに重大な欠陥があることを見いだし正しい境界条件の取り扱い法を明らかにした。正しい欠陥エネルギーは格子サイズと共に増大しスピンダラス相転移の実現を支持するものとなった。