hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遺伝子治療実用化を加速する効率的・持続的遺伝子発現システムの創製

アクチベーターとして、配列依存的DNA結合蛋白質(酵母GAL4の配列依存的DNA結合ドメイン)とマウスのヒストンアセチル基転移酵素(HAT)の融合蛋白質の遺伝子を作製し、また、GAL4の配列依存的DNA結合ドメインが結合する配列をレポーター遺伝子(ルシフェラーゼ遺伝子)とGAL4-HAT遺伝子の上流と下流に導入した。Hepa1-6細胞にアクチベーター遺伝子と共導入した結果、レポーター遺伝子の発現が有意に上昇することを見出した。・アセチル基転移酵素を利用したヒストン修飾制御:Activatorとして、配列依存的DNA結合蛋白質(酵母GAL4の配列依存的DNA結合ドメイン)とマウスのヒストンアセチル基転移酵素(ヒストンアセチルトランスフェラーゼ(HAT))の融合蛋白質の遺伝子を作製し、また、GAL4の配列依存的DNA結合ドメインが結合する配列をreporter遺伝子とGAL4-HAT遺伝子の上流と下流に導入した。その結果、activator(GAL4-HAT)と共導入した場合に、reporter遺伝子(ルシフェラーゼ遺伝子)の発現が上昇する傾向が観察された。・活性化ヒストンとの共導入:トリコスタチンA処理したマウスHepa 1-6細胞よりヒストンを抽出し、アセチル化修飾ヒストンを得た。プラスミドDNAとアセチル化修飾ヒストンをNAP-1やACF complexを用いる酵素反応により活性な複合体(ヌクレオソーム)とした。マウスに導入したところ、reporter遺伝子(ルシフェラーゼ遺伝子)の発現が上昇した。これは、活性化ヒストンとの共導入との共導入が有用な手段となることを示す。・配列変換システムの開発:申請者が開発した配列変換素子(tailed duplex)による配列変換の過程には、D-loop構造が含まれていると推定される。このD-loop構造を安定化するオリゴヌクレオチドとtailed duplexを共導入したところ、配列変換効率を上昇する傾向が観察された。・アセチル基転移酵素を利用したヒストン修飾制御:平成25年度において、activatorとして配列依存的DNA結合蛋白質(酵母GAL4の配列依存的DNA結合ドメイン)とマウスのヒストンアセチル基転移酵素(ヒストンアセチルトランスフェラーゼ(HAT))の融合蛋白質の遺伝子を作製し、また、GAL4の配列依存的DNA結合ドメインが結合する配列をreporter遺伝子とGAL4-HAT遺伝子の上流と下流に導入した結果、activator(GAL4-HAT)と共導入した場合に、reporter遺伝子(ルシフェラーゼ遺伝子)の発現が上昇する傾向にある事を明らかにした。本年度は、GAL4-HAT遺伝子との共導入によるreporter遺伝子発現上昇効果が有意であることを明らかとし、また、この効果がヒストン脱アセチル化酵素阻害薬(ヒストンのアセチル化をgenome-wideに促進する)トリコスタチンAによりマスクされる傾向を観察した。従って、共導入による発現上昇の分子機構は、予想と同じくプラスミドDNAに結合するヒストンの特異的アセチル化である可能性が支持された。・ヒストン低親和性配列によるヌクレオソーム形成阻害:ヒストンとの結合を防ぐ(ヌクレオソーム形成を抑制する)T22配列をプロモーター下流(プロモーターと転写開始点との間)に導入した。その結果、予想とは異なり、外来遺伝子発現が低下した。また、プロモーター上流にT22配列を導入したが、発現に影響は無かった。・配列変換システムの開発:申請者が開発したtailed duplexによる配列変換法においては、標的部位にミスマッチが存在する。この方法は、細胞内の相同組換え機構に依存して配列変換が生じると考えられるため、標的部位以外の第二のミスマッチが存在すると配列変換効率が低下すると予想された。そこで、本年度に標的部位以外のミスマッチの影響を調べたところ、予想外に配列変換効率が上昇する傾向が観察された。・アセチル基転移酵素を利用したヒストン修飾制御:GAL4の配列依存的DNA結合ドメインとヒストンアセチル基転移酵素(HAT)の融合蛋白質の遺伝子(activator遺伝子)とルシフェラーゼ遺伝子(reporter遺伝子)の両プラスミドを共導入すると、ルシフェラーゼ遺伝子の発現が上昇するが、その効果がヒストン脱アセチル化酵素阻害薬によりマスクされることを確認した。さらに、ルシフェラーゼ遺伝子周辺に結合しているヒストンのアセチル化状態を調べ、共導入した場合にアセチル化が亢進していることを確認した。従って、予想通りの分子機構により外来遺伝子の発現を促進することが可能である。一方、activator遺伝子とreporter遺伝子の両者を搭載したプラスミドを作製し、さらなる活性化を図ったが、予想に反して発現上昇効果は微弱であった。この原因は、GAL4-HAT遺伝子の発現が弱いためと推測された。・CpG-free骨格プラスミドによる発現持続:CpG-freeプラスミドの持続化は、CpG-free骨格自体が持続化因子である可能性を念頭に、同骨格を有する様々なプラスミドを構築した。この仮説によるとプロモーター非依存的に持続性が得られるはずであったが、必ずしもこの仮説を支持する結果が得られなかった。・配列変換システムの開発:標的部位以外の第二のミスマッチが存在すると、予想外にも、tailed duplexによる配列変換効率が上昇する傾向が観察された。そこで、様々な種類の第二のミスマッチを導入して影響を調べた。その結果、tailed duplexに1塩基挿入がある場合が、他の場合(1塩基欠失や1塩基置換がある場合)よりも配列変換効率を上昇させることを明らかにした。しかし、第二のミスマッチの位置に関しては、有力な情報は得られなかった。

また、標的DNAの切断がtailed duplexによる配列変換に与える影響を調べたところ、標的DNAを切断すると配列変換効率が約1桁向上することを明らかにした。アクチベーターとして、配列依存的DNA結合蛋白質(酵母GAL4の配列依存的DNA結合ドメイン)とマウスのヒストンアセチル基転移酵素(HAT)の融合蛋白質の遺伝子を作製し、また、GAL4の配列依存的DNA結合ドメインが結合する配列をレポーター遺伝子(ルシフェラーゼ遺伝子)とGAL4-HAT遺伝子の上流と下流に導入した。Hepa1-6細胞にアクチベーター遺伝子と共導入した結果、レポーター遺伝子の発現が有意に上昇することを見出した。プラスミドDNAと結合する核内蛋白質ヒストンの修飾状態を「転写されやすい状態」に保持することによる発現の向上・維持(ヒストンとの相互作用制御)がある程度達成できたため。また、標的部位以外の第二のミスマッチの存在により、配列変換効率が上昇する可能性を明らかにできたため。27年度が最終年度であるため、記入しない。遺伝子治療学アセチル基転移酵素を利用したヒストン修飾制御においては、その効果をさらに詳細に検討するとともに、activator遺伝子とreporter遺伝子を同一プラスミドDNAに搭載することにより、さらなる活性化を図る。遺伝子修復に関しては、標的遺伝子をlacZα遺伝子に変えて、網羅的に第二のミスマッチの影響を調べる。プラスミドDNAと共に導入する蛋白質を用いた核内転写活性化領域への能動的送達(核内局在制御)及び、プラスミドDNAと結合する核内蛋白質ヒストンの結合・修飾状態を「転写されやすい状態」に保持することによる発現の向上・維持(ヒストンとの相互作用制御)がある程度達成できたため。プラスチック製品などの消耗品は可能な限りキャンペーン品を購入することにより、研究進捗を遅らせること無く、予定よりも大幅に費用を削減した。また、購入を予定していた高額消耗品(キット)を購入せず、実験者が調製した試薬により代用ができたため、研究費用を大幅に削減できた。アセチル基転移酵素を利用したヒストン修飾制御においては、その効果をさらに詳細に検討するとともに、activator遺伝子とreporter遺伝子を同一プラスミドDNAに搭載することにより、さらなる活性化を図る。遺伝子修復に関しては、D-loop構造を安定化するオリゴヌクレオチドとミスマッチの影響を調べる。平成27年度は、本研究に従事する研究協力者(大学院生・学部生)の総数が大幅に増えるため、消耗品の補充に当てる予定である。
生体における脂肪細胞の起源と生理的脂肪細胞新生の分子機構の解明

1.Pref-1陽性細胞の脂肪細胞新生における意義に関する検討Flow cytometryを用いて、各脂肪組織部位におけるPref-1陽性細胞の検討を行った。Pref-1陽性細胞は、CD31陽性細胞(血管内皮細胞)やF4/80陽性細胞(マクロファージ)とは明らかに区別され、内臓脂肪組織と比較して皮下脂肪組織で豊富に存在した(間質細胞中に約2%)。食餌性肥満マウスでは、内臓脂肪組織のPref-1陽性細胞比率に明らかな変化を認めなかったが、皮下脂肪組織では著明な低下を認めた。以上より、脂肪組織部位による脂肪細胞新生の違いにPref-1が関与する可能性が示唆された。昨年度に引き続き、脂肪細胞特異的MKP-1トランスジェニックマウス(MKP-1Tg)の解析を行った。このマウスの脂肪組織では野生型マウス(WT)と比較してMKP-1タンパク質発現が増加しており、MAPキナーゼの活性低下が認められた。脂肪細胞分化の過程においてMAPキナーゼの活性化が重要であり、ERKやJNKを欠損するマウスは肥満に対して抵抗性を示すことが知られている。MKP-1 Tgに高脂肪食を負荷して肥満を誘導すると、体重や脂肪組織重量は野生型マウスと有意な差を認めなかったが、肥大化脂肪細胞と小型脂肪細胞の両方がMKP-1 Tgマウスで増加しており、病的脂肪細胞新生におけるMKP-1の意義が示唆された。MKP-1 Tgは、高脂肪食負荷に伴う肝異所性脂肪の蓄積が野生型マウスと比較して有意に軽減していた。3T3-L1脂肪細胞にMKP-1を過剰発現することにより、TNFα誘導性脂肪分解が有意に抑制された。以上より、脂肪細胞においてMKP-1は、脂肪細胞分化と脂肪蓄積能を制御することが示唆された。1)我々は既に、脂肪組織stromal-vascular fraction(SVF)を含有するマトリゲルをマウスの皮下に移植することにより、生体における脂肪細胞新生を再現する実験系を確立している。この際、脂肪萎縮症A-ZIP/F-1マウスをrecipientとして用いると成熟脂肪細胞への分化が明瞭に認められたが、C57BL/6Jマウスを用いた場合には脂肪細胞分化をほとんど認められなかったことより、成熟脂肪細胞が脂肪細胞分化抑制因子を産生している可能性が示唆された。また、肥満の進展過程において、脂肪細胞の肥大化とともに脂肪細胞新生が重要と考えられている。FACSを用いて、脂肪組織SVFにおける前駆脂肪細胞マーカーPref-1陽性細胞の比率を検討したところ、脂肪組織部位によりPref-1陽性細胞の存在比率に大きな差異を認めた。2)我々は既に、脂肪細胞の肥大化過程におけるMAPK phosphatase-1(MKP-1)の発現低下が、MAPキナーゼの活性化を介して脂肪細胞の炎症性変化を誘導することを明らかにしている。一方、脂肪細胞分化の過程においてMAPキナーゼの活性化が重要であり、ERKやJNKを欠損するマウスは肥満に対して抵抗性を示すことが知られている。本研究では、脂肪細胞におけるMKP-1の機能的意義を明らかにするために、脂肪細胞特異的にMKP-1を過剰発現するトランスジェニックマウス(MKP-1Tg)を作製した。標準食飼育下では、MKP-1TgとWTの体重、脂肪組織重量と随時血糖に有意差は認められなかった。高脂肪食負荷においても、MKP-1TgとWTには体重、脂肪組織重量と随時血糖に有意差を認めなかったが、インスリン負荷試験において、MKP-1TgではMKP-1の発現量依存的に高脂肪食負荷によるインスリン抵抗性の改善が認められた。以上より、MKP-1Tgでは肥満により誘導される脂肪組織の炎症性変化とインスリン抵抗性の改善が認められた。

3T3-L1脂肪細胞にMKP-1を過剰発現することにより、TNFα誘導性脂肪分解が有意に抑制された。以上より、脂肪細胞においてMKP-1は、脂肪細胞分化と脂肪蓄積能を制御することが示唆された。
雌性生殖輸管系を構成する細胞群の増殖分化調節機構に関する研究

プロゲステロン受容体(PR)はネズミ子官上皮細胞及び間質細胞において生後5日目あるいは15日目に発現しており、卵巣除去により影響を受けないことが明らかになった。性周期及び妊娠初期における子官上皮細胞のPRはエストロゲン(ER)により減少し、逆に間細胞のPRは増加すること、Pは上皮細胞のPRを増加させることから、ネズミ子官におけるPRがこの2種のホルモンで調節されていることを明らかにした。器官培養系でエストロゲン受容体(ER)がE非依存的に発現することも証明できた。また、fos,JunのmRNAが一過性に発現するが、出生直後にEを投与されたマウスの膣では、内因性Eを乏しくしてもこれらガン遺伝子のmRNAが恒久的に発現していることを見いだした。出生直後にDESを投与したマウス子官及び膣のEGF受容体を調べた所、膣でのみ受容体量・親和性が低下していること、またこのマウス膣では特異的タンパク質が合成されていることが、^<35>-メチオニンの取込みから明らかになった。マウスの胎盤を組織培養して、胎盤細胞が妊娠中期までは雌性ステロイド、細胞増殖因子により調節されていることが明らかとなった。ネズミのMetrial gland (M腺)形勢に伴う細胞増殖とPNの局在を調べた所、M腺細胞の分化に支持細胞が関与していることが分かった。SHRマウスにおいてstreptzotocinで誘導した高血糖が乳ガンの発現頻度を増大させた。乳ガンの成長も高血糖により促進されることが分かった。一方、この高血糖は子官腺筋症及び腺ガン誘発頻度には影響を持たなかった。周生期に雄性ホルモン処理されたネズミは成熟後無排卵性の不妊となるが、子官の性ホルモンに対する反応性、分裂活性、プロゲステロン受容体、蛋白質合成等、も著しく変化していることが明らかになった。子宮のエストロゲンレセプター(ER)マウス子宮上皮細胞において生後5日目、間質細胞においては出生日から発現しており、これらはエストロゲン投与により誘導できるが、器官培養系ではエストロゲン非依存的に発現することが証明できた(井口他、投稿中)。一方、プロゲステロンレセプター(PR)はネズミ子宮上皮細胞及び間質細胞においてそれぞれ生後5日目及び15日目に発現しており、その間に行われた卵巣除去により全く影響を受けないことが明らかになった(太田他、1993)。性周期及び妊娠初期における子宮上皮細胞のPRはエストロゲンにより減少し、逆に間細胞のPRは増加すること、プロゲステロンは上皮細胞のPRを増加させることから、ネズミ子宮におけるPRがこの2種のホルモンで調節されていることを明かにした(太田他、1993)。マウスの胎盤(妊娠6-18日)を組織培養して、性ホルモン、細胞増殖因子の栄養芽細胞における作用を調べた所、妊娠中期まではこの細胞の増殖が雌性ステロイド、細胞増殖因子により調節されていることが明らかとなった(井口他、1993)。出生直後に合成女性ホルモン、DESを投与したマウスの子宮および膣のEGF受容体を調べた所、膣でのみ、受容体量・親和性が低下していること(井口他、1993)、また、このマウス膣では特異的タンパク質が合成されていることが、35S-メチオニンの取込みから明らかになった(高松他、1993)。ネズミmetrial gland(M腺)

形成に伴う細胞増殖とPRの局在を調べた所、M腺形成過程における細胞分裂活性は、形成初期においては非常に高く形成期は非常に少なく、分裂細胞の多くは無顆粒細胞で、間膜側内膜にも多数認められた事からM腺細胞のかなりの部分は内膜側から移動してくる事、また、PRは脱落膜細胞及び繊維細胞にのみ存在していた事から、M腺細胞の分化にこれらの支持細胞が関与していることが分かった(太田他、1993)。関連論文が他に3篇得られた。周生期に合成エストロゲン,diethylstilbestrol(DES)で処理した雄マウスの生殖輸管系のエストロゲン受容体、エストロゲン受容体mRNAの発現および細胞分裂活性を免疫組織化学的方法、in situ hybridization法で明らかにした。DES投与は24時間以内に副精巣、貯精嚢、前立腺および輸精管上皮細胞・基質細胞のER発現を誘導した。同様にERmRNAもDES投与24時間以内に発現していた。DES投与マウス雄性輸管系細胞の分裂活性は無処理対照群よりも有意に高かった。テストステロン、ジヒドロテストステロンの同様な投与は雄性輸管系細胞のER,ERmRNA発現を誘導しなかった。これらの結果は周生期のDES処理によるER発現が雄性輸管系に機能的な意味を持つことを示唆している〔Sato et al.,1994〕。マウス乳癌の自然発生と高血糖との関係を明らかにした。卵巣を摘出した対照マウスの膣では、エストロゲンに反応して細胞増殖、分化がおこるが、その際、fos、junのmRNAが一過性に発現するが、出生直後にエストロゲンを投与されたマウスの膣では、卵巣摘出により体内のエストロゲンを無くしても、fos、junのmRNAが恒久的に発現していることを見いだした(Fukazawa et al.,in pree)。SHNマウスにおいてstreptozotocinで誘導した高血糖が乳癌の発現頻度を増大させるた。乳癌の成長も高血糖により促進された。一方、この高血糖は子宮腺筋症および腺癌誘発頻度には影響を持たなかった(Goto,et al.,1995)。周生期に雄性ホルモン処理されたラットは成熟後無排卵性の不妊となるが、子宮の性ホルモンに対する反応性も著しく変化していることを明らかにした。生後5日目に雄性ホルモン処理をしたネズミで子宮のプロゲステロン・エストロゲン反応性を分裂活性・プロゲステロン受容体・蛋白質合成等に着目して調べた。各性ホルモン投与後の子宮重量は対照・雄性ホルモン処理群とも類似の変化を示したが、雄性ホルモン処理群では上皮細胞の分裂活性がプロゲステロンと同時投与したエストロゲンにより著しく増加する、上皮細胞のプロゲステロン受容体が消失するなど対照群との著しい差異が認められた。また、同ホルモン処理後抽出した蛋白質の泳動パターンから、雄性ホルモン処理群からら得られた蛋白質の種類は非常に少ないことも明らかとなった(Ohta,in press)。
ホスファチジルコリン情報伝達の酵素と遺伝子

ラット組織から計3種のホスホリパーゼD,rPLD1a,スプライスバリアントrPLD1b,新規のアイソザイムrPLD2をクローニングした.PLD1a,bはArf,Rho,PIP_2に依存するのに対してrPLD2はPIP_2にのみ依存した.大腸粘膜に低濃度(10^<-5>M)でPLDを阻害する内在性因子を見出し,それらがリゾPS,PI,リゾPIであることを示した.ヒト乳癌,ラット実験大腸癌でPLD活性が癌部で非癌部に比べ優位に上昇しており,PLDが腫瘍マーカー,癌の薬物治療のターゲットとして利用できる可能性を示した.ショウジョウバエPLDをクローニングし,酵素が1278残基(145kd)から成り,PXドメイン,PHドメイン,および2つのHKDモチーフを含むことを示した.COS細胞で発現した酵素はPIP_2に強く依存し,Arfによって約2倍の活性化を受けた.遺伝子は第2染色体右腕42A16-18にマップされ,10個のエキソンから成っていた.in situ hybridizationによってmRNAはblastoderm後期に一時的に消失することからPLDが初期発生の調節にかかわることが推定された.リゾホスホリパーゼは低分子量型酵素(24kd)とトランスアシラーゼ活性を有する高分子量型酵素(60kd)に大別されるが,低分子量型酵素については新規のリゾホスホリパーゼIIをクローニングし,酵素がGXSXGモチーフを有しエステラーゼファミリーに属することを示した.IについてはNO合成酵素のシスティン残基からパルミチン酸を除去し活性化に関与することを示した.高分子量型酵素をラット肝臓からクローングして酵素がアスパラギナーゼと高い相同性を示し,ロイシンジッパー,アンキリンリピートを有し,構造は低分子量型と全く異なることを示した.酵素はリゾリン脂質のsn-1位,-2位から脂肪酸,とくにsn-2位のアラキドン酸を別の分子のsn-1位に転位する強い活性を有し,アナンダミドの前駆体1-アラキドニルPCを生成した.ラット組織から計3種のホスホリパーゼD,rPLD1a,スプライスバリアントrPLD1b,新規のアイソザイムrPLD2をクローニングした.PLD1a,bはArf,Rho,PIP_2に依存するのに対してrPLD2はPIP_2にのみ依存した.大腸粘膜に低濃度(10^<-5>M)でPLDを阻害する内在性因子を見出し,それらがリゾPS,PI,リゾPIであることを示した.ヒト乳癌,ラット実験大腸癌でPLD活性が癌部で非癌部に比べ優位に上昇しており,PLDが腫瘍マーカー,癌の薬物治療のターゲットとして利用できる可能性を示した.ショウジョウバエPLDをクローニングし,酵素が1278残基(145kd)から成り,PXドメイン,PHドメイン,および2つのHKDモチーフを含むことを示した.COS細胞で発現した酵素はPIP_2に強く依存し,Arfによって約2倍の活性化を受けた.遺伝子は第2染色体右腕42A16-18にマップされ,10個のエキソンから成っていた.in situ hybridizationによってmRNAはblastoderm後期に一時的に消失することからPLDが初期発生の調節にかかわることが推定された.リゾホスホリパーゼは低分子量型酵素(24kd)とトランスアシラーゼ活性を有する高分子量型酵素(60kd)に大別されるが,低分子量型酵素については新規のリゾホスホリパーゼIIをクローニングし,酵素がGXSXGモチーフを有しエステラーゼファミリーに属することを示した.IについてはNO合成酵素のシスティン残基からパルミチン酸を除去し活性化に関与することを示した.高分子量型酵素をラット肝臓からクローングして酵素がアスパラギナーゼと高い相同性を示し,ロイシンジッパー,アンキリンリピートを有し,構造は低分子量型と全く異なることを示した.酵素はリゾリン脂質のsn-1位,-2位から脂肪酸,とくにsn-2位のアラキドン酸を別の分子のsn-1位に転位する強い活性を有し,アナンダミドの前駆体1-アラキドニルPCを生成した.我々はすでに脂肪酸依存性PLDをブタ肺ミクロソームから高度精製したので本年度は他のタイプの酵素についても研究した。酵母、ヒマPLDやヒトPLD1のコンセンサス配列を用いてPCRを行いラット脳、肝臓から計3種のPLDをクローニングし、配列を決定したのち分裂酵母で発現させた。一つはヒトで報告されているhPLD1と同じものであったのでrPLD1aと命名した。他の一つはそのスプライスバリアントであったのでrPLD1bと命名した。3番目は新規の酵素で、PLD1が低分子Gタンパク質、PlP_2に依存するのに対してPlP_2にのみ依存したのででrPLD2と命名した。以上により、ホスホリパーゼDはPLD1、PLD2、および脂肪酸依存性PLDに大別されることが明らかになった。脂肪酸依存性酵素を精製する過程で大腸粘膜に脂肪酸活性化型酵素を強く阻害する因子を見出したので精製、同定を行い、それらがリゾホスファチジルセリン、ホスファチジルイノシトール、リゾホスファチジルイノシトールであることを明らかにした。これらのリン脂質はすべてのタイプのPLDをきわめて低濃度で阻害した。リゾホスホリパーゼについてはこれまでにクローニングした低分子型酵素にホモロジーを有する新規の低分子型酵素(分子量25K)のクローニングに成功し、酵素がGXSXGモチーフを有するエステラーゼファミリーに属することを証明した。

これに加えて分子量60Kの高分子型酵素を肝臓からクローニングした。酵素はアスパラギナーゼと高い相同性を示し、ロイシンジッパー、アンキリンリピートを有し、構造は低分子型と全く異なっていた。1.オレイン酸活性化型ホスホリパーゼD(PLD)精製の過程で酵素を強く阻害する脂質性阻害因子がブタ大腸粘膜に存在することを見出したのでそれらの精製,同定を行った.内在性PLD阻害因子はリゾホスファチジルセリン,ホスファチジルイノシトール,リゾホスファチジルイノシトールと同定された.またこれらのリン脂質(純化したもの,および市販品)をPLD1,PLD2,および脂肪酸依存性PLDに添加するといずれのPLDアイソホームも低濃度(10μMオーダー)で阻害した.2.発生におけるPLDの役割を明らかにするためショウジョウバエのホスホリパーゼD遺伝子と初期胚ライブラリーからcDNAをクローニングした.ショウジョウバエPLDは1278アミノ酸残基から成り,分子量は145Kであった.動植物,酵母のPLDで共通してみられる5個所のコンセンサスはすべて含まれており,PXドメイン,PHドメイン,および活性部位と考えられる2つのHKDモチーフは完全に保存されていた. dPLDとPLD1,PLD2との相同性はそれぞれ37.36%でそれらと等距離にあると考えられた.遺伝子は第2染色体(2R42A16-18)にマップされた.RNAプローブを作成し,in situ hybridizationによってPLDが発生のどの時期に発現するのか調べたところ,発生過程の中で卵,およびblastoderm初期にのみ発現しておりdPLDが発生初期に機能する酵素であることが示唆された.3.リゾホスホリパーゼは低分子型(24kd前後)と高分子型(60kd前後)に大別される.230アミノ酸から成る低分子型リゾホスホリパーゼに引き続いて高分子型についても肝臓から酵素を精製し,抗体を用いてクローニングに成功した.酵素は564アミノ酸から成り低分子型と相同性はなく,N末側にアスパラギナーゼ相同域を含み,C末にロイシンジッパー,アンキリンリピートを有していた.ホスホリパーゼD(PLD)の生理機能を調べるためショウジョウバエからcDNAをクローニングした.酵素は1,278アミノ酸残基(145,411Da)から成り,真核生物PLDで広く見られる5個所のコンセンサスとPXドメイン,PHドメイン,および2つのHKDモチーフを有していた.配列の比較からラットPLD1,PLD2と等距離にあると考えられたが,PLD1のようにARF,PIP_2によって活性化された.遺伝子は全長13kb,第2染色体右腕42A16-18にマップされ,10個のエキソンからなることが判明した.in situ hybridizationによって遺伝子が発生のどの時期に発現するのか調べたところ,卵,blastoderm初期,および成虫に発現しているが,blastoderm後期に消失することからPLDが初期発生の調節にかかわっていることが推定された.リゾホスホリパーゼは低分子量型酵素(24kd)とトランスアシラーゼ活性を併せ持つ高分子量型酵素(60kd)に大別されるが,今年度は新しい低分子量型酵素,リゾホスホリパーゼIIをクローニングした.IIもIと同じくエステラーゼファミリーに属し,GXSXGモチーフを含んでいた.
筋血流量を用いた運動イメージの可視化とBiofeedbackによる運動機能の改善

従来、運動遂行を伴わない脳内現象である運動イメージを可視化できないという根本的な問題があった。今回、運動イメージの対象である骨格筋の血流量を用いて運動イメージを可視化することを着想した。近赤外分光法(NIRS)を用いて計測した筋酸素化ヘモグロビン濃度(Oxy-Hb)は組織血流量を反映した。筋Oxy-Hbは運動イメージ中に増加し、その増加は主観的イメージ鮮明度と強い相関を示した。以上の結果は、筋Oxy-Hbを用いて、運動イメージを可視化できることを明らかにした。NIRSによる筋血流量の計測は無拘束な状態で可能であり、運動イメージを応用したリハビリテーション臨床においても有用であると期待される。運動失調者が身体空間や動作に関する運動イメージを前もって獲得すると一時的に運動失調が消失するという臨床所見が報告されているが、運動遂行を伴わない脳内現象である運動イメージにおいては、イメージ出力を定量化できないという問題がある。本研究は、筋血流量反応を指標とした運動イメージ出力および関連する大脳皮質脳活動の可視化を目的とした。平成25年度の研究実績の概要を以下に記載する。1運動イメージ出力の新しい定量的評価:健常者に上肢または下肢エルゴメータ回転運動を実施させた後、これらの運動に対する精神イメージを想起させた。近赤外分光法(near infrared spectroscopy, NIRS)を用いて上腕伸筋群または大腿伸筋群の局所酸素化ヘモグロビン濃度(Oxy-Hb)および脱酸素化ヘモグロビン濃度(Deoxy-Hb)を記録した。心拍数や動脈血圧など循環動態も同時計測した。筋収縮を伴わない場合、Oxy-Hbは筋組織血流量に比例することが分かり、この新しい評価システムを用いて運動イメージ出力の定量化を試みた。2運動イメージ出力と筋組織血流量:先行するエルゴメータ運動に対する精神イメージを1分間想起させた。イメージ直後に主観的な鮮明度と時間経過を尋ねた。これらの主観的な評価と対応する筋組織Oxy-Hb増加を観察した。一方、心拍数や動脈血圧の変化は主観的評価と有意な相関を示さなかった。この所見は運動イメージと関連する信号が交感神経系を介して筋血流量を増やすことを示す。3運動イメージに伴う大脳皮質脳活動応答:運動イメージと関連する大脳皮質活動の応答を調べるため、全頭型NIRSを用いて、大脳皮質全体にわたりOxy-HbおよびDeoxy-Hb変化を記録した。筋血流量反応を基準として運動イメージに対する大脳皮質活動応答を探索したところ、前頭前野皮質の脳活動の増加を観察した。運動失調者が身体空間や運動動作に関する精神イメージを前もって獲得すると、一時的に運動失調が消失するという臨床所見が報告されている。本研究は筋肉血流量反応を指標として運動イメージ出力および関連する大脳皮質活動の可視化を目的とした。また運動イメージのBiofeedbackにより運動機能が改善するか否かについて調べた。平成26年度の研究成果および研究期間全体を通した研究成果を以下に記載する。1運動イメージの定量的評価法の開発:若年健常者に下肢エルゴメータ運動に対する精神イメージを1分間想起させ、近赤外分光法を用いて下肢筋肉群の局所酸素化ヘモグロビン濃度(Oxy-Hb)および脱酸素化ヘモグロビン濃度を計測した。心拍数(HR)や動脈血圧(AP)も同時記録した。筋収縮を伴わない場合Oxy-Hbは筋組織血流量に比例すると思われる。またイメージ直後に主観的な鮮明度を聴取した。運動イメージ中、筋Oxy-Hbは主観的鮮明度と相関し増加したが、HRやAPは有意な変化を示さなかった。筋Oxy-Hbを用いて、運動イメージを可視化できることを明らかにした。2加齢の影響:平成26年度には、若年者に加えて、高齢者を用いて運動イメージ実験を行った場合にも、筋Oxy-Hbが増加することを発見した。しかしながら、若年健常者とほぼ同じ大きさの主観的鮮明度にも関らず、筋Oxy-Hb増加は低下していた。3Biofeedbackと運動イメージ:さらに、平成26年度において運動風景の視覚的feedbackや他動的肢回転による機械的feedbackが運動イメージに与える影響を筋Oxy-Hb量および主観的鮮明度を用いて評価した。その結果、視覚的feedbackは運動イメージ形成を促進したが、肢機械受容器からfeedbackは運動イメージ形成にあまり影響しなかった。以上の成果は、リハビリテーション臨床現場において、筋Oxy-Hb量で運動イメージを定量化し運動風景やOxy-Hb信号のfeedbackにより運動イメージを強化できることを示唆した。自律神経生理学循環生理学運動

生理学リハビリテーション医学比較的無拘束な状態で筋血流量や大脳皮質活動を計測する方法として、近赤外分光法(near infrared spectroscopy, NIRS)がある。NIRSを用いて、平成25年度に、(1)筋血流量変化から運動イメージ出力を定量的に同定できること、そして(2)運動イメージと関連する大脳皮質前頭前野の脳活動の存在を明かにした。当初の主要な研究目的を達成できたので、進捗状況はおおむね順調であると考えている。しかしながら、運動イメージが及ぼす身体運動効果に関する研究課題が残されている。すなわち運動イメージの有無がその直後に実施した運動動作のパフォーマンスや循環機能応答に及ぼす影響を客観的に検証することが達成できていない。また運動イメージと関連する大脳皮質活動の全体像の解析も遅れている。これらの課題を平成26年度に継続して取り組みたい。1まず平成26年度に継続して取り組む研究課題を率先して推進したい。運動イメージが及ぼす身体運動効果の評価、ならびに筋組織血流量変化を指標として運動イメージと関連する大脳皮質活動の全体像の解析を行いたい。2次に、被験者に筋血流量の信号を視覚的にBiofeedbackすることで、運動イメージの鮮明化を図りたい。この運動イメージのBiofeedbackが、運動パフォーマンスや循環機能応答を一層向上させるか否かについて明らかにしたい。3運動イメージBiofeedbackの臨床応用:リハビリテーション臨床現場においても、NIRSを用いて、筋血流量や大脳皮質活動を連続的に計測し運動イメージを定量化・可視化できるか否かを明かにしたい。高齢者や脳卒中・Parkinson病・脊髄小脳路変性症などを有する運動失調者に対して、健常者と同様な運動イメージ研究計画あるいは病態に即して調整した研究計画を実施する。更に、筋血流量反応や大脳皮質脳活動を患者に視覚的にBiofeedbackすることで、精神イメージの明瞭化を図りそれが運動機能の改善に繋がるか否かを明らかにしたい。以上のような基礎的な研究成果は、運動イメージを使ったより効果的なリハビリテーション診療に貢献できると思われる。平成25年度当初に計画していた運動イメージが及ぼす身体運動効果と運動イメージと関連する大脳皮質活動の解析に関する研究課題の進捗が一部遅れている。そのため、これら課題の実施に伴う被験者謝金費や消耗品費に関して未使用額が生じた。平成25年度の未使用額を用いて、進捗が遅れている上記の研究課題をまず率先して実施推進したい。
第一原理GW+BS法を超えた高精度励起状態計算手法の確立を目指した予備的研究

研究計画書に従い、3カ年計画で高精度励起状態計算手法の開発を行ってきた。まずは既存の手法の問題点の洗い出しを行うために、大小様々な系の計算を行い実験のUV-vis吸収スペクトルと比較を行った。その結果、本手法は電子状態が広がった大規模系に対しては非常によく実験のスペクトルを再現することができることがわかった。一方、二原子系などの極めて小さな系に対しては実験の光学ギャップを過小評価することがわかった。いくつかの改善方法を試みたがいずれも目立った改善には至らなかった。これらの結果を踏まえて我々は極めて小さな系を取り扱うためにはより本質的な改善方法が必要であると結論づけた。研究計画に基づき、プロジェクト開始一年目となる本年度は既存の第一原理GW+Bethe-Salpeter法の正当性の確認と幾つかの応用計算から問題点(あるいは適応限界)の洗い出しを行った。具体的には、GW+Bethe-Saleter法を解く際に標準的に使用されているTamm-Dancoff近似の正当性を、少数原子系からなる幾つかの分子へ応用し、他の計算手法や実験値と比較を行いその影響を議論した。その結果はPhysical Review B誌へ投稿しacceptされている。また本手法を、ホタル生物発光メカニズムの基質であるホタルルシフェリンのUV-vis吸収スペクトル計算や、アセトンや酢酸分子の酸素1s X線吸収スペクトル(XAS)計算へ応用した。全電子混合基底法を用いたGW+Bethe-Salpeter計算はUV-vis吸収スペクトルからXASに至るまで広い範囲の吸収スペクトルを同一のプログラム、計算手法で計算することが出来る。これらの応用計算を通じて本手法の有効性や信頼性を示すことに成功した。特に今回行った第一原理GW+Bethe-Salepter法を用いたXAS計算は世界的に見て初めての試みであり、第一原理計算の新たな可能性を示している。しかし一方で、XASの実験値との比較では数eV程度の誤差があることが判明し、今後さらなる応用計算を行い問題点を整理していく必要がある。以上の応用計算を行った結果はそれぞれすでにJ. Chem. Phys誌とJ. Chem. Thoer. Compt.誌へ投稿している。研究計画書に従い本年度は第一原理GW+Bethe-Salpeter法プログラムを用いて孤立系の光吸収スペクトル計算を行った。特に、本手法をポフィン分子や電荷移動型励起子が起こることが期待されるP1TAやP2TA分子へ適応した。時間依存密度汎関数理論(TDDFT)計算と比較を行い、汎関数依存性などを議論するとともに、本手法が電荷移動型励起子を正しく取り扱うことができることを確認した。また最短のアームチェア型カーボンナノチューブとして知られる[16]CPP分子(=160原子系)の計算も行い実験のスペクトルをほぼ完璧に再現することができることを確認した。なおこの160原子系のGW+Bethe-Salpeter計算は申請者が調べた範囲では世界第2位の規模である。この規模の計算が計算精度や信頼性を一切損なうことなく、しかも全国共同利用スパコンで計算できるようになった点は実用性の面で非常に重要な進展であると考えている。これまで励起子解析には独立粒子近似に基づいた解析法が用いられてきたが、本研究ではさらには2粒子の描像に基づいた新たな励起子解析法を導入し、CPP分子の励起子解析を行った。独立粒子近似の結果と比較をしつつ2粒子の描像に基づいた解析方法の有用性を議論した。本研究で得られた結果は近く論文に投稿予定である。本年度は第一原理GW+Bethe-Salpeter法の問題点を洗い出すことを目的に研究を行ってきた。その目的のために、より大規模系を取り扱う必要があったために、大規模並列計算のためのプログラムの開発を行った。すでに数千CPUコア程度を深刻な並列効率の低下無しに取り扱うことができるようになっている。さらに本年度は計算精度をより正しくも積もること必要があったために、新たに独立粒子近似を超えて2粒子の描像に基づいた励起子解析方法を導入した。これらの手法はすでに実際に幾つかの系へ適応し、その有効性を確認している。また本研究で得られた結果は近く論文に投稿予定である。研究計画書に従い本年度はこれまで申請者が開発を続けてきた全電子第一原理GW+Bethe-Salpeterプログラムを用いて、いくつかの計算を行った。特にプログラムを大規模並列化した効果により、物性研究所のスーパーコンピュータを用いてGW+Bethe-Salpeter計算としては世界第2位となる規模の大規模高精度計算に成功した。高精度と大規模系の取扱が可能になったことから、最も短いアームチェア型のカーボンナノチューブと知られている[n]CPP分子(n=3-16、30原子から160原子系)へ本プログラムを適応し、実験で測定されているUV-vis吸収スペクトルと比較を行った。本計算で得られたスペクトルは実験のスペクトルをほぼ完璧に再現することができていることを確認した。またそのUV-vis吸収スペクトルが分子サイズに依存しないメカニズムを本計算を通して説明することにも初めて成功した。本結果はJ. Chem. Phys誌へ掲載済みであり、またほか国内外の学会で発表を行った。計算の精度を議論する上で、励起子の特徴を理解しておくことは重要である。しかしこれまではその解析方法が確立されておらず、1粒子の描像に基づいた解析(例えば電子とホールの波動関数を実際に表示させるなど)が行われてきた。

そこで本課題では励起子の波動関数を用いた新たな励起子解析方法を開発した。実際に行くつかの分子へ適応し本手法が励起子の分類やその特徴を理解する上で有効な手法であることを示した。本結果はすでにJ. Chem. Phys誌へ掲載済みである。研究計画書に従い、3カ年計画で高精度励起状態計算手法の開発を行ってきた。まずは既存の手法の問題点の洗い出しを行うために、大小様々な系の計算を行い実験のUV-vis吸収スペクトルと比較を行った。その結果、本手法は電子状態が広がった大規模系に対しては非常によく実験のスペクトルを再現することができることがわかった。一方、二原子系などの極めて小さな系に対しては実験の光学ギャップを過小評価することがわかった。いくつかの改善方法を試みたがいずれも目立った改善には至らなかった。これらの結果を踏まえて我々は極めて小さな系を取り扱うためにはより本質的な改善方法が必要であると結論づけた。研究計画に従い、Tamm-Dancoff近似の正当性を小さなサイズの分子に対して系統的に調査した。Tamm-Dancoff近似はこれらの分子に対して非常に有効な近似であることを示すことが出来た。またその結果はすでにPhys. Rev. B誌へ投稿しacceptされている。さらに幾つかの応用計算を通じて既存のGW+Bethe-Salpeter法の計算上の問題点(計算誤差)も明らかにした。これらの結果はJ. Chem. Phys誌とJ. Chem. Theor. Compt.誌へ投稿済みである。以上のことから今年度の研究は、計画書通りに遂行することが出来た。今後はこれまでの研究をさらに進め、手法開発並びに応用計算をしていく予定である。プログラムのチューニングはかなり進んでおり、すでに全国共同利用スパコンを用いて世界第1位となる規模の計算までもが可能になってきている。そこで今後は、有機LED素子分子を中心に計算を行っていきたいと考えている。これらの分子は(1)電荷移動型励起子、(2)singlet-triplet分裂というキーワードが関連してくる系であり、応用面のみではなく理論的な面でも非常に興味深い系である。すでにプログラム開発の準備も整っているし、十分な計算機資源も確保できているために、本年度の計算計を行うための準備は十分に整っていると考えている。計算物理次年度以降では、本手法を様々な物質へ適応し応用計算を行っていく予定である。特に初年度に開始したXASを中心に計算を行い、本手法の問題点を整理するためにもさらなる研究を行っていく予定である。また手法快活においても研究計画に従い、既存のGW+Bethe-Salpeter法では無視されてしまっている高次の電子ーホール相互作用核の取り扱いを目指し、その定式化やプログラム開発を引き続き行っていく予定である。本年度に申請者の使用している全国共同利用スパコンがリプレースされ大幅に性能が強化されたことに加え、プログラムのチューニングが予定通り進んだこともあり計算機の性能を十分に引き出すことができた。
カンゾウ属植物の成分変異を基盤としたサポニン生産系の構築

多様なカンゾウ属系統からグリチルリチン酸(GL)高生産系統(T628)を選抜し、T628系統とその子系統のGL生産能を比較解析した。また、GL非生産系統(83-555系統)が生産するグルコグリチルリチン(GGL)等を単離するとともに、83-555系統の子孫系統の中から、成長がよくGGLを生産する優良系統(83-555-3-12)を選抜した。さらにタジキスタンの固有種であるG. bucharicaは、GLを生産しないが、葉緑体のrbcL遺伝子配列からG. uralensis等のGL生産種と非常に近縁であることを明らかとし、G. bucharica地下部の新規サポニンの構造決定を行なった。これまでに重要生薬である甘草の基原植物であるカンゾウ属植物の各種収集系統の中から、Glycyrrhiza uralensisのグリチルリチン酸高生産株を選抜しており、今回の科学研究費で導入した人工気象器内でこの高生産株と通常株を比較栽培した。その結果、人工気象器内で栽培した高生産株においてもグリチルリチン酸含量が通常株と比較して高含量であることを確認した。また、この高生産株を人工気象器により各種条件下で栽培することにより、グリチルリチン酸生合成調節の環境因子の探索を行っており、高温条件によりグリチルリチン酸含量が顕著に低下することを明らかにした。さらに、タジキスタンで採集した甘草は最大9%以上の高いグリチルリチン酸含量を示したが、タジキスタン由来のGlycyrrhiza glabraを岩手医大の薬用植物園で3年間栽培したが、その地下部のグリチルリチン酸含量は2%程度と低く、その差はタジキスタンと日本の栽培環境によると考えられた。一方、グリチルリチン酸非生産株である83-555系統に関しては、薬草園で栽培したその地下部から、これまでに単離報告しているグルコグリチルリチンに加えて、新規サポニンを単離して構造決定をするとともに、83-555系統の子系統と孫系統のサポニン生合成能を比較解析した。また、タジキスタンに固有なカンゾウ属植物であるGlycyrrhiza bucharicaに関しても、rbcL配列などの遺伝子配列の比較により他のカンゾウ属植物との系統関係を比較するとともに、その地下部から新規なサポニンを単離して構造決定を行っているところである。新規に導入した人工気象器を用いた栽培試験に関しては、栽培条件の設定と実際の栽培に時間がかかり、やや遅れている。一方、薬草園の圃場で栽培してきた83-555系統とタジキスタン由来のカンゾウ属植物に関する研究に関しては、おおむね順調に進展していると考えている。重要生薬である甘草の基原植物のGlycyrrhiza uralensisの収集系統の中から選抜したグリチルリチン酸高生産株(T628系統)とグリチルリチン酸非生産株(83-555系統)に関しては、薬用植物園の圃場での栽培とともに、今回の科学研究費で導入した人工気象器を用いて子孫系統を個体別に解析することで、高生産や非生産に関与する遺伝的背景を明らかにすることを試みた。子孫系統の変異の幅は非常に大きく、今後詳細に検討する予定である。また、グリチルリチン酸生合成調節の環境因子の探索を行うため、人工気象器を用いて各種条件での栽培を試み、高温条件により顕著にグリチルリチン酸生合成が低下することを明らかにした。さらに、タジキスタンで採集したGlycyrrhizia glabraとGlycyrrhiza bucaricaに関しては、これまでの研究成果を論文発表するとともに、タジキスタンに固有なカンゾウ属植物であるGlycyrrhiza bucaricaは、葉緑体遺伝子配列からGlycyrrhiza uralensisと近縁であると推定されるにもかかわらず、グリチルリチン酸を生産していない。そこで、Glycyrrhiza bucaricaの地下部からサポニンを検索したところ、グリチルリチン酸と構造に類似性は見られるものの、これまでに報告されていない新規な構造のサポニンを複数単離して構造決定を行なった。タジキスタンのカンゾウに関する研究成果を論文発表するなど、概ね順調に進展していると考えている。重要生薬である甘草の基原植物であるカンゾウ属植物の各種収集系統の中から選抜したグリチルリチン酸高生産Glycyrrhiza uralensis系統(T628)に関して、T628系統を人工気象器内で栽培して各種条件下でのグリチルリチン酸生産能を比較解析するとともに、本学薬用植物園の圃場にて栽培したT628系統から採集した種子を発芽させ、人工気象器内で栽培した。これらのT628系統の子系統も高グリチルリチン酸含量を示したが、子系統間での大きな個体間変異が観察された。以上の結果に関しては学会発表を行なった。また、これまでに報告しているグリチルリチン酸非生産系統(83-555)に関しても、すでに論文発表している地下部の主要サポニンであるグルコグリチルリチンに加えて、数種の新規サポニン成分の単離を進め、生理活性の比較試験に用いるのに十分な量の各種サポニンを収集することができた。なお、83-555系統に関しては、これまで進めてきた83-555系統の子孫系統のpkr遺伝子型とサポニン成分組成を比較解析した結果に関して学会発表を行なった。さらに、タジキスタンに固有のカンゾウ属植物であり、葉緑体のrbcL

遺伝子配列によりGlycyrrhiza uralensis等のグリチルリチン生産種と非常に近縁であることが示されたGlycyrrhiza bucharicaに関しても、その新規サポニン成分を単離構造決定して学会発表を行なった。多様なカンゾウ属系統からグリチルリチン酸(GL)高生産系統(T628)を選抜し、T628系統とその子系統のGL生産能を比較解析した。また、GL非生産系統(83-555系統)が生産するグルコグリチルリチン(GGL)等を単離するとともに、83-555系統の子孫系統の中から、成長がよくGGLを生産する優良系統(83-555-3-12)を選抜した。さらにタジキスタンの固有種であるG. bucharicaは、GLを生産しないが、葉緑体のrbcL遺伝子配列からG. uralensis等のGL生産種と非常に近縁であることを明らかとし、G. bucharica地下部の新規サポニンの構造決定を行なった。人工気象器を用いた実験に関しては温度変化と乾燥の程度に関して栽培条件を設定し、比較解析していく予定である。その他に関しては、研究実施計画に基づいて今後とも研究を推進していく予定である。これまでに研究してきた高含量株と非生産株の子孫系統の比較を詳細に進めることで、サポニン生産性に関する遺伝的背景を明らかにする端緒を見つけたいと考えている。また、タジキスタンで採集したG. bucharicaに関しては、成分構造の違いを明らかにできたことから、今後は生合成酵素の変異を明らかにするとともに、グリチルリチン酸の多様な生理活性に関連する構造活性相関を明らかにしていきたいと考えている。薬用植物学残金が小さいため、次年度に繰り越した。研究を遂行する上で必要な消耗品は購入したが残額が残ったので、今後の比較的高価な消耗品購入に備えて次年度に繰り越した。少額の残金であるが、適正に使用する。次年度は最終年度であるため、年度内に適正に使用する予定である。
色彩表示デバイスの測色特性解析による新しい評価法の確立

1.液晶については、STN(Super Twisted Nematic)液晶デバイスを対象とした。偏向推移状態を解析し、ポアンカレ球と複素平面上に示した。斜め入射光に対する解析より、直線偏向を得るための特性条件が明らかとなった。また、入射光角度の違いによる色ずれの状態を色度図上に示し定量化した。2.液晶8CBと電解質TBAIとの混合物はエレクトロミック反応を示すことが知られている。この混合物にさらに、0.2wt%の炭酸プロピレンを添加することにより、室温動作のデバイスが実現できかつ等方性相において従来よりはるかに良好なカラ-・スイッチングが得られることを明らかにした。TBAIの最適量は3wt%で、この場合印加電圧5Vで白→青へのカラ-スイッチングが実現された。なお、消色は逆電圧を印加することなく単にオフで実現できる。3.V_2O_5脱エレクトロミックデバイス:注入電荷量の増加に伴う色味の変化は、明るさの変化よりも34倍大きいこと、また反射型の色差は透過型色差の約2.5倍となり、この結果カラ-スイッチングは反射型の方が大きくとれることが明らかとなった。着色過程は、まずYellowからGreenish-Yellowと高純度領域で進行し、それから徐々にGreenish-Grayへと進行する。有機薄脱エレクトロクロミックデバイス:主としてTCNQを使用し3原色表示の達成を目的とした。WO_3膜などと同様に青色、緑色などの短波長側の発色は良好であったが、長波長側すなわち赤色発色は菫色程度であり明るさ色味とも良い結果が得られなかった。赤色発色用物質の開発と寿命などが今後の問題点である。主として、エレクトロミック表示(ECD)の測色特性と評価について検討した。その結果、以下のことが明らかとなった。注入電荷量の増加に伴う色味の変化は、明るさの変化より34倍大きい。反射型と透過型では、反射型の色差が透過型の色差の約2.5倍となり、この結果カラースイッチングは反射型のほうが大きくとれる。着色過程は、まずyellowからgreenish-yellowへと高純度領域で進行し、それから徐々にgreenish-grayへと進行する。3酸化タングステンと1.モルの過塩素酸リチウムをプロピレンカーボネイトに溶解した電解液とを用いたECDを作成し、交流インピーダンス測定を行い、複素容量プロット表示による解析を行った。そして、BodeプロットおよびCole-Coleプロットを詳細に検討して、エレクトロクロミック反応系の等価回路をモデル化し、Warburgインピーダンス、吸着容量が円弧のつぶれなどの形状に影響を与えること、また各プロットの変化は反応の進行に伴い、準位が埋められることによる表面準位緩和過程の変化を反映していることを明らかにした。液晶8CBと電解質TBAIとの混合物はECDとなることが知られているが、この混合物にさらに0.2重量%のプロピレンカーボネイトを添加することにより、室温動作のECDが実現できかつ等方性相において従来よりはるかに良好なカラー・スイッチングが得られることを明らかにした。最適なTBAIの量は3重量%で、印加電圧5Vで白→青へのカラー・スイッチングが実現された。旋光角180゚以上のSTN(Super Twisted Nematic)表示とエレクトロクロミック(EC)表示との測色解析による評価を行った。STNについては、位相補償板を挿入したデバイスの旋光角について解析を行い、ポアンカレ球上での偏光推移状態を複素平面上に示した。位相補償を行えばモノカラ-表示となる筈であるが、デバイスの厚みと視認角との関係で着色が生じ、その色差は視覚的に認められることが明らかとなった。

これを防ぐためには表示方式での工夫が必要である。EC表示については、WO_3膜、V_2O_5膜、有機薄膜、液晶内に電解質を添加した4種類についてそれらの発色状態について検討した。その結果、WO_3膜は青色が、V_2O_5膜は黄色が、有機薄膜の一部と液晶一電解質とにおいては緑色が得られ良好な発色であることを確認した。しかし、長波長測、特に赤色発色については良好な発色が得られず、発光ダイオ-ド(LED)とは逆にこの点がEC表示の克服すべき問題点であることがわかった。材料の開発と着消色機構の解明が今後の問題となる。次に、EC表示は液晶表示と比較して安定なメモリ-特性を持つことが明らかとなった。光学応答速度の遅いEC表示の弱点を補なう優れた点であり、用途によっては実用化の道が開けるものと判断される。また、反射形と透過形とでは、前者が後者よりも色差量として35倍程度大きく取れ、EC表示については反射形として使用すべきことが測色の観点から改めて明らかとなった。