hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
複合糖鎖硫酸化の生物学的機能の解明

1.マウス及びヒトコンドロイチン4硫酸転移酵素(C4ST)をクローニングし、発現酵素の活性測定、組織での発現パターン、染色体マッピングを行った。3.シビレエイ神経組織からクローニングされたNSISTを動物細胞で発現し、コンドロイチン6硫酸転移酵素と似た酵素活性を検出した。イカ軟骨から精製したGalNAc4S-6STのアミノ酸配列に基づき、縮重オリゴヌクレオチドを合成した。イカ軟骨から抽出し精製したpoly(A)^+RNAを鋳型としてcDNAを合成し、縮重オリゴヌクレオチドをプライマーとしてPCRを行い、GalNAc4S-6STのcDNA断片を増幅した。このDNA断片の塩基配列から推定されるアミノ酸配列をもとにFASTA検索を行った結果、アミノ酸配列で40%の相同性を示すヒトのcDNAクローンを検出した。動物細胞で発現した蛋白質は、GalNAc4硫酸残基の6位に硫酸基を転移する活性を示した。コンドロイチン硫酸A、デルマタン硫酸を基質に用いると、非還元末端と内部のGalNAc4硫酸残基の6位が硫酸化されたが、4硫酸化オリゴ糖を基質に用いたときは、非還元末端のGalNAc4硫酸残基の6位のみが硫酸化された。ヒトGalNAc4S-6STはリンパ球、脾臓などの免疫組織で強く発現していた。またすでに報告されていたヒトRAG-1関連遺伝子(hBRAG)と塩基配列では99%一致しており、免疫系での機能が推定される。5.コンドロイチン4硫酸転移酵素(C4ST)遺伝子の解析とターゲッティングベクターの作成マウスのゲノムライブラリーから、C4STのアミノ末端を含むゲノムクローンを取り出し、制限酵素地図を作成した。1.マウス及びヒトコンドロイチン4硫酸転移酵素をクローニングし、発現酵素の活性測定、組織での発現パターン解析、染色体マッピングを行った。2.コンドロイチン4硫酸転移酵素の相同遺伝子として、脳下垂体で黄体形成ホルモンの糖鎖合成に関与している、GalNAc4硫酸転移酵素をクローニングし、その特異性を決定した。3.イカの軟骨からコンドロイチン硫酸E合成を行うGalNAc4S-6STを均一に精製し特異性を決定した。精製酵素のLys-C分解で生じるペプチドのアミノ酸配列を決定した。このアミノ酸配列に基づき縮重オリゴヌクレオチドを合成し、イカ軟骨から抽出したmRNAを鋳型としてRT-PCRを行い、cDNAの断片を増幅した。イカのcDNAと相同性を示すヒトのcDNAを検索し、発現ベクターに組み込み動物細胞で発現し、酵素活性を検出した。今後発現した酵素の特異性の決定を行う。4.シピレエイ神経組織からクローニングされたNSISTを動物細胞で発現し、コンドロイチン6硫酸転移酵素と似た酵素活性を検出した。今後発現した酵素の特異性と、遺伝子導入細胞で合成される特異的な硫酸化糖鎖の構造を決定する。

ヒトGalNAc4S-6STはリンパ球、脾臓などの免疫組織で強く発現していた。またすでに報告されていたヒトRAG-1関連遺伝子(hBRAG〕と塩基配列では99%一致しており、免疫系での機能が推定される。2.コンドロイチン4硫酸転移酵素(C4ST)遺伝子の解析とターゲッティングベクターの作成マウスのゲノムライブラリーから、C4STのアミノ末端を含むゲノムクローンを取り出し、制限酵素地図を作成した。
ベースメタル「鉄」を用いる多官能性化合物の効率的合成法の開発

本研究代表者は,鉄触媒と官能性炭素ー炭素多重結合との相互作用を利用して,種々の多官能性化合物を合成する手法を見出した.具体的には,鉄触媒を用いる以下の項目を達成した.(1)グリニャール試薬の官能性ジエンへの選択的付加反応の利用,(2)グリニャール試薬のスルホニルジエンおよびエンインへの選択的付加反応,(3)グリニャール試薬の官能性ジエンモノエポキシドへの選択的置換反応の利用,(4)官能性ジエンモノエポキシドの還元的ホモカップリング反応,(5)ベンジルエーテルとtert-ブチルヒドロペルオキシドからペルオキシアセタール合成,(6)ニトロ化合物とグリニャール試薬によるアミン合成申請者は,鉄触媒を利用する多官能性鎖状化合物の合成法を見出し,既に報告している(Angew. Chem. Int. Ed. (2008年),Organic Letters (2010年)).そこで,平成24年度は,上述の反応の更なる適用性の拡大を狙い,官能性エンインやスルホニルジエンを用いて種々の多官能性鎖状化合物合成をおこなった.具体的には,触媒量のFeCl2存在下で,tert-ブチル(E)-2-ウンデセ-4-イノエートまたは(1E,3E)-1,3-ペンタジエニルフェニルスルホンにフェニルグリニャール試薬を作用させると,選択的に付加反応が進行し,tert-ブチル5-フェニル-3,4-ウンデカジエノエートまたは(Z)-4-フェニル-2-ペンテニルフェニルスルホンを単一の異性体として得ることができた.なお,官能性エンインに関する研究成果は,Advanced Synthesis & Catalystに報告することができ、またスルホニルジエンに関する研究は,現在リバイス中である.一方,申請者は,上記の研究途上において,触媒量のFe(acac)3存在下でt-BuO2Hをベンジルブチルエーテルに作用させると,ベンジル位のC-H結合が活性化され、酸化剤自身が基質に取り込まれたブチル(tert-ブチルペルオキシ)(フェニル)メチルエーテルを得ることができた.この反応は、ベンジルエーテルのみならず,アリルエーテル、プロパルギルエーテル、およびアセタールも適用可能であり,対応するペルおきアセタールをそれぞれ簡便に得ることができ,新たな官能性鎖状化合物合成法を見出すことができた.なお,この鉄触媒によるC-H結合活性化の研究成果は,Advanced Synthesis & Catalystに報告することができた.申請者は,鉄触媒を利用する種々の多官能性鎖状および環状化合物の合成法を見出し,既に報告している(Angew. Chem. Int. Ed. (2008年),Organic Letters (2010年), Chem. Eur. J (2011年), Adv. Synth. Catal. (2012年)).そこで,平成25年度は,上述の反応の更なる適用性の拡大および応用展開を狙い,官能性ジエンエポキシドを用いて種々の多官能性鎖状化合物合成および天然有機化合物合成をおこなった.具体的には,触媒量のFeCl2存在下で,ラセミ体の(4RS,5RS,E)-N,N-ジエチル-4,5-エポキシ-2-オクテンアミドにt-ブチルグリニャール試薬を作用させると,それぞれのエナンチオマーがペア選択的にカップリングして,(1RS,2RS,3RS)-N,N-ジエチル-2-[(1RS,4SR,E)-1-(N,N-ジエチルカルバモイル)-4-ヒドロキシ-2-ヘプテン-1-イル]-3-[(RS)-1-ヒドロキシブチル]シクロプロパンカルボキシアミドを単一の異性体として得ることができた.また,光学活性なtert-ブチル(4R,5S,E)-4,5-エポキシ-8-メチル-2-ノネノエートを出発原料にして,FeCl2触媒存在下での選択的メチル化反応を反復利用することにより,ビタミンKの合成既知中間体である(6R,10R)-6,10,14-トリメチル-1-ペンタデシンへの適用を確認し,その形式的全合成を達成した.一方,申請者は,上記の研究途上において,触媒量のFeCl2とt-ブチルグリニャール試薬から調製した低原子価鉄触媒Fe(MgCl)2を利用して,ニトロ化合物とグリニャール試薬との還元的カップリング反応による選択的アミン合成法も見出した.具体的には,1-ニトロオクタンとブチルグリニャール試薬より,(ブチル)オクチルアミンを合成することができた.なお,本年度は,鉄塩触媒存在下でのスルホニルジエンとグリニャール試薬との位置および立体選択的付加反応に関する研究成果をAdvanced Synthesis & Catalystに報告することができた.本研究代表者は,鉄触媒と官能性炭素ー炭素多重結合との相互作用を利用して,種々の多官能性化合物を合成する手法を見出した.具体的には,鉄触媒を用いる以下の項目を達成した.(1)グリニャール試薬の官能性ジエンへの選択的付加反応の利用,(2)グリニャール試薬のスルホニルジエンおよびエンインへの選択的付加反応,(3)グリニャール試薬の官能性ジエンモノエポキシドへの選択的置換反応の利用,(4)官能性ジエンモノエポキシドの還元的ホモカップリング反応,(5)ベンジルエーテルとtert-ブチルヒドロペルオキシドからペルオキシアセタール合成,

(6)ニトロ化合物とグリニャール試薬によるアミン合成申請者は,量論量または触媒量の鉄試薬を利用する多官能性環状化合物の合成法を見出し,既に報告している(Organic Letters (2008年)).そこで平成23年度は,官能性エンイン及びジエンから生じる官能性メタラサイクルを用いて種々の多官能性環状化合物合成をおこなった.具体的には,触媒量もしくは量論量のFeCl2とt-BuMgClから調製した鉄試薬に官能性エンインまたはジエン(具体的には,(E)-5,5-ビス[(ベンジルオキシ)メチル]-8-(N,N-ジエチルカルバモイル)-2-オクテン-7-イノエートまたはジメチル(E,E)-2,7-ノナジエンジオエート)を作用させ,官能性メタラサイクルを調製し,続いて求電子試薬を反応させることにより多官能性双環状化合物合成への拡張を検討したが上手く行かなかった.一方,申請者らは量論量のFeCl2とt-BuMgCl(またはPhMgBr)から調製した鉄試薬にトシラート体(具体的には,(3,3-ビス[(ベンジルオキシ)メチル]-6-(N,N-ジエチルカルバモイル)-5-ヘキシニルp-トルエンスルホネートまたは(E)-3,3-ジメチル-6-(N,N-ジエチルカルバモイル)-5-ヘキセニルp-トルエンスルホネート)を作用させると官能性アセチレンまたはオレフィンー鉄錯体の分子内アルキル化により,官能性シクロペンタンが得られることを見出している.この知見を利用し,官能性アセチレンまたはオレフィンー鉄錯体と分子内の2カ所の求電子部位へのダブルカップリング反応による多環状化合物合成へ拡張を検討したが上手く行かなかった.しかしながら,申請者は上記の知見を生かして,官能性メタラサイクルおよび分子内アルキル化の実施例を十二分に増やし,研究成果を総合論文としてまとめ,Chemistry -A European Journalに報告した.平成24年度の研究として申請した,鉄触媒による官能性鎖状化合物合成に関しては,予備的知見を生かして官能性鎖状化合物合成に関する基礎的検討を実施し,効率的に研究を推進することができた.得られた成果としては,鉄塩触媒存在下で,官能性エンインやスルホニルジエンとグリニャールの試薬との選択的カップリング反応により,官能性鎖状化合物を効率的に合成できた.更に,この研究途上において,触媒量のFe(acac)3存在下でt-BuO2Hをベンジルブチルエーテルに作用させると,ベンジル位のC-H結合が活性化され、酸化剤自身が基質に取り込まれたペルオキシアセタールを得ることができ,これまでにない官能性鎖状化合物合成の知見も見い出せた.平成23年度の研究として申請した,鉄試薬による官能性メタラサイクルおよび分子内アルキル化を利用した官能性環状化合物合成の応用利用に関しては,予定通りに行かなかったものの,予備的知見を生かして官能性環状化合物合成に関する基礎的検討を実施し,効率的に研究を推進することができた.得られた成果としては,官能性エンイン及びジエンとFeCl2とt-BuMgClから調製した鉄試薬から生じる官能性メタラサイクルの安定性および反応性の知見を詳細に得ることができ,対応する種々の官能性環状化合物を効率的に合成できた.
反跳核分離装置直結型気相化学分析装置の開発と112番超重元素の化学

本研究では,理化学研究所重イオンリニアック施設に設置された気体充填型反跳核分離装置(GARIS)に低温ガスクロマトグラフ装置を結合し,超重元素(原子番号104以上)の化学的性質を調べるための新しい元素分析システムを開発した.GARIS直結型ガスジェット搬送装置と回転式α線連続測定装置を用いて,化学実験の対象となる長寿命の^<261>Rf(104番元素ラザホージウム)や^<265>Sg(106番元素シーボーギウム)を製造し,超重元素合成のための基礎データを取得した.本研究では,理化学研究所重イオンリニアック施設に設置された気体充填型反跳核分離装置(GARIS)に低温ガスクロマトグラフ装置を結合し,超重元素(原子番号104以上)の化学的性質を調べるための新しい元素分析システムを開発した.GARIS直結型ガスジェット搬送装置と回転式α線連続測定装置を用いて,化学実験の対象となる長寿命の^<261>Rf(104番元素ラザホージウム)や^<265>Sg(106番元素シーボーギウム)を製造し,超重元素合成のための基礎データを取得した.我々の研究グループでは,理化学研究所加速器研究施設リニアック棟に既設の気体充填型反跳核分離装置(GARIS)を利用し,物理的に前段分離された超重元素の気相化学的性質を調べることを計画している.今年度は,^<248>Cm回転標的,ガスジェット搬送装置ならびに焦点面検出器などを開発し,それぞれ^<248>Cm(^<18>O,5n)^<261>Rfならびに^<248>Cm(^<22>Ne,5n)^<265>Sg反応によって生成する^<261>Rf(原子番号Z=104)と^<265>Sg(Z=106)を用いて,熱い核融合反応に対する本システムの性能評価を行った.GARISによって質量分離した生成核を化学実験室にガスジェット搬送し,回転式アルファ線連続測定装置を用いて計測したところ,^<261>Rfと^<265>Sgを極低バックグラウンド下で検出することに成功した.^<261>Rfについては,GARISの最適磁場(1.75Tm),GARISの輸送効率(7.8%)や化学実験室へのガスジェット搬送効率(52%)などを決定することができた.^<265>Sgは,未だにその壊変様式がよく分かっていない核種であったが,本研究によって,新たに14個の壊変鎖を観測することができ,^<265>Sgの壊変様式の解明に大きく貢献できた.一方,ビームが標的チェンバー内を通過する従来のガスジェット法では,ビーム強度の増大とともにガスジェット搬送効率が低下するという深刻な問題が生じていた.本システムでは,それぞれ最大5pμAならびに4pμAの大強度^<18>O,^<22>Neビームを用いて実験を行ったが,GARISによるビーム分離によって,50%を超える高いガスジェット搬送効率を達成することができた.以上の成果は,生成率が極めて小さくかつ短寿命の超重元素の気相化学研究において,(1)極低バックグラウンド下における気相化学実験,(2)ガスジェット搬送効率の増大ならびに安定化,(3)多彩な化学反応系の実現などの大きなブレイクスルーをもたらすことが期待される.さらに,今年度は,GARIS直結型のガスクロマトグラフ装置の設計,製作を行った.来年度より,超重元素の気相化学分離に向けてた性能試験を進めていく予定である.我々の研究グループでは,理化学研究所加速器研究施設リニアック棟に既設の気体充填型反跳核分離装置(GARIS)を利用し,物理的に前段分離された超重元素の気相化学的性質を調べることを計画している.今年度は,GARIS直結型ガスジェット搬送システムを用いて,それぞれ^<248>Cm(^<18>O, 5n)^<261>Rfならびに^<1248>Cm(^<22>Ne, 5n)^<265>Sg反応によって生成する超重元素核種^<261>Rf(原子番号Z=104)と^<265>Sg(Zニ106)を製造した.GARISによって質量分離した超重核を化学実験室にガスジェット搬送し,回転式アルファ線連続測定装置を用いて計測したところ,^<261>Rfと^<265>Sgを極低バックグラウンド下で検出することに成功した.^<261>Rfについては,既知の^<261>Rf(半減期68s)に加えて,核異性体^<261>Rf_b(半減期2s)の直接合成に成功し,その半減期,α線エネルギーやα/自発核分裂分岐比などの新しい核データを取得した.^<265>Sgは,未だにその壊変様式がよく分かっていない核種であったが,本研究によって,新たに29個の壊変鎖を観測することができ,^<265>Sgの壊変様式の解明に大きく貢献できた、また,本研究では,GARISにガスクロマトグラフ化学分析装置を結合し,超重元素の気相化学的性質を調べるための元素分析システムを開発した.

今後,理研重イオンリニアックとGARIS直結型ガスクロマトグラフ分離装置を駆使し,超重元素のカラム固定相に対する吸着エンタルピーを測定する計画である.我々の研究グループでは,理化学研究所リニアック棟に既設の気体充填型反跳核分離装置(GARIS)を利用し,物理的にビームや副反応生成物から超重核を前段分離し,極低バックグラウンド下で超重元素の気相化学的性質を調べる元素分析システムを開発している.今年度は,理研重イオンリニアックとGARIS直結型ガスジェット搬送システムを用いて,それぞれ^<248>Cm(^<19>F,5n)^<262>Db,^<248>Cm(^<22>Ne,5n)^<265>Sg反応によって生成する超重元素核種^<262>Db(原子番号Z=105)と^<265>Sg(Z=106)の製造を行った.GARISによって質量分離された^<262>Dbと^<265>Sgを化学実験室にガスジェット搬送し,回転式アルファ線連続測定装置を用いて放射線計測したところ,^<262>Dbと^<265>Sgを極低バックグラウンド下で検出することに成功した.^<262>Dbは105番元素の化学実験対象核種で,本成果により,GARIS直結型ガスジェット搬送システムを用いたDbの化学研究が可能となった.一方,^<265>Sgは,これまでその壊変様式が不明確な核種であったが,今年度新たに13個の^<265>Sg原子の観測に成功し,その壊変特性の解明に大きく貢献できた.また,112番超重元素の気相化学研究に向け,GARIS直結型の石英製等温ガスクロマトグラフ分離装置ならびに32個のシリコン検出器で構成される低温ガスクロマトグラフ装置の開発研究を行った.これらのガスクロマトグラフ装置の開発に必要なラジオアイソトープ(RI)は,今年度開発した^<252>Cf核分裂線源用ガスジェットチャンバー,理研リングサイクロトロンならびにAVFサイクロトロン施設に既設のガスジェット結合型RI製造装置を用いて製造した.
アジアにおけるヒト胆道がんの発生・進展に関する遺伝子がん生物的・分子疫学的研究

タイ王国国立がん研究所のPetcharin博士を主な共同研究者としてこれまでに東北部のナコンパノム地方を対象地区として選び、Population-basedの症例・対照研究のデザインで同意書を得た症例と対照者から血液サンプルと情報を収集した。その結果、寄生虫感染のリスクが確認されたのみならず、新たに飲酒が独立の危険要因であるという新知見を得た。過去と現在の飲酒者のオッズ比は、5,39[95%CI:1.11-26.06]と4.82[95%CI:1.29-18.06]であった。また遺伝子多型の調査結果から、GSTM1欠損者では、寄生虫感染による胆道がんのオッズ比は、18.00[95%CI:3.33-97.40]でGSTM1正常者におけるオッズ比、10.34[95%CI:1.31-81,63]をさらに上げることも判明し、タイ王国の寄生虫感染肝内胆管がんとしては、最大規模の調査の結果を論文発表した。今後、症例・対照研究はさらに例数を増やして確認のための調査を行う計画である。一方、胆道がんの生物学的特性に関しては、肝内胆管がんの細胞株KU100の樹立、肝吸虫より分泌される因子によりNIH-3T3細胞の増殖が促進されること、ムチン遣伝子MUC1の発現は、肝内胆管がんの予後不良を示唆する結果を得て論文発表した。また、胆のうがんに関しての新しい細胞株の樹立や、MUC1遺伝子発現が胆のうがんの悪性度と関連することなども明らかとし論文発表を行った。タイ王国の東北部は肝内胆管がんの頻度が世界でも極めて高い。肝吸虫Opisthorchis viverriniの感染と食物中の発がん物質の摂取が重要な因子であるとされている。しかし寄生虫の感染がどのようにして発がんに効いているのかは、よく分かっていない。また、肝内胆管がんの発がん過程に関するゲノム変化の実態もよく分かっていない。この発がん過程におけるゲノム不安定性の一つのマーカーとしてDNAのミスマッチ修復がどのように関与しているかを核及びミトコンドリアDNAのマイクロサテライト不安定性(MSI)について調べた。その結果、タイ王国における寄生虫感染関連胆道がんの発がんは、MSIが低頻度であることがわかり、ミスマッチ修復機構が関係する胆道がんは、少ないことが明らかとなり、この結果を論文発表した(Int J Cancer 2003)。また、この発がん過程において、発がんに必要な遺伝子発現の変化を調べる目的で、肝吸虫感染と、ニトロソジメチルアミンの投与によるハムスターの実験胆管がんモデルを用いて調べた。ハムスターの胆管がん組織と、正常組織由来のRNAを抽出し、両者のRNAに関して、蛍光ディファレンシャルディスプレイ法により、がんで発現が変化している遺伝子を調べた。現在までに数種類の変化している遺伝子を見出したので、その同定を行っている。また、肝吸虫の分泌する物質が細胞増殖を促進するかどうかについても調べている。この発がん過程において、発がんに必要な遺伝子発現の変化を調べる目的で、肝吸虫感染と、N-nitrosodimethylamineの投与によるハムスターの実験胆管がんモデルを用いて調べた。ハムスターの胆管がん(CCA)組織と、正常組織由来のRNAを抽出し、両者のRNAに関して、蛍光ディファレンシャルディスプレイ法により、がんで発現が変化している遺伝子を調べた。その結果、149の変化のあるバンドから、CCAにおいて23個の転写が増大している遺伝子と1個の転写が低下している遺伝子を同定した。

増大しているものには、protein kinase A regulatory subunit I(Prkar1a)が含まれていた。定量的PCRにより、Prkar1aのmRNA量は、CCAにおいて正常肝臓および正常胆嚢上皮に比べて有意に高値を示した。また、CCAの発がん過程に於いて過形成や前がん病変からCCAに向けて増加する傾向がみられた。一方、胆嚢がんの頻度が高いといわれているインド北部ではその原因がいまだ不明である。胆嚢がんの成り立ちを研究するために、5種の胆嚢がん細胞株を樹立した。それらは、コロニー形成テストで陽性を示し、CEA、CA19-9、MUC-1、c-erbB2を発現し、染色体の異数性を示していた。また、CGHの結果、5種の細胞株全てにおいてSRC、RAB1、PAPの領域で、また4種の細胞株でhTERTの領域で遺伝子増幅が見られた。これらの細胞株は、胆嚢がんの発がん機構、治療法の開発などの研究に有用であろう。タイ王国国立がん研究所のPetcharin博士を主な共同研究者としてこれまでに東北部のナコンパノム地方を対象地区として選び、現地での会合に地区病院の医師と医療関係者に何度か集まってもらい趣旨説明を行って症例の収集に関しての協力を依頼した。そしてようやくPopulation-basedの症例・対照研究のデザインで同意書を得た症例と対照者から血液サンプルと情報を収集した。収集した血液からDNAを抽出し、薬剤代謝酵素遺伝子のGSTT1、GSTM1に関して調べた結果、寄生虫感染のリスクが確認された。さらに、新たに飲酒が独立の危険要因である新知見を得た。またGSTM1欠損者では、寄生虫感染による胆道がんリスクをさらに上げることも判明し、タイ王国の寄生虫感染肝内胆管がんとしては、最大規模の調査の結果を論文発表した。その後、発がん剤の活性化酵素遺伝子CYP2E1,DNA修復関連遺伝子hOGG1,XRCC1,また炎症関連遺伝子Myeloperoxidaseを含めて数個の遺伝子多型の解析が進んでいる。この症例・対照研究はさらに例数を増やして確認のための調査を行う計画である。一方、胆道がんの生物学的特性に関しては、肝内胆管がんの細胞株KU100の樹立、MUC1とMUC5ACのムチン遺伝子の発現、胆のうがん細胞株の樹立、悪性度とMUC1の発現の相関性などに関して論文の発表を行った。それらの結果、2005年は合計7編の論文発表をした。
フラクタル破壊力学に基づく破壊設計法の構築

本研究では,フラクタル破壊力学に基づいて,岩石破壊設計における基礎的課題を解明するとともに,高度制御石壊のための新たな破壊設計法を構築しようと試みた。本研究で得られた成果をまとめると以下のようである。1.対象スケールよりも小さな微視亀裂群を有する材料では,微視的強度が最小値の確率分布で表現できること,さらに,微視亀裂進展はプロセスゾーンとしてモデル化され,微視スケールの影響はそれの等価剛性(軟化曲線)で表現されること,を示すとともに,このフラクタル破壊力学の考えを導入した破壊プロセス解析手法を開発した。そして,岩石破壊問題にこれを適用し,岩石破壊の加圧速度依存性,動的引張強度試験による不均一性および破エネルギーの評価法などを明らかにした。また,フラクタル破壊力学に基づく破壊設計として,一自由面発破における粒度分布の予測・制御法を構築した。2.亀裂進展速度の温度・湿度依存性を検証するとともに,これらの実験結果を分析し,亀裂先端の応力腐食反応の活性化エネルギーを同定した。そして,活性化エネルギーの値が岩石微視構造に依存することを見出すとζもに,亀裂形状のフラクタル次元と活性化エネルギーとの関係を明らかにした。さらに,応力腐食亀裂進展の考えのもとに,これらの関係を理論モデル化し,環境や微視組織の影響を考慮した亀裂進展速度の予測式を提案した。3.岩石等の不透明材料についてその内部の微視構造を3次元的に可視化計測するためにマイクロフォーカスX線CT装置を導入した。そして,マイクロフォーカスX線CTによる3次元可視化計測により,動的引張試験におけるマルチクラック進展を検証した。さらに,種々の破壊工学・地盤工学問題に適用し,高電圧電気パルス粉砕における選択的亀裂伸張現象ベントナイト混合土の間隙構造変化,繊椎補強土の圧縮破壊形態,などを明らかにした。フラクタル破壊力学に基づいて,岩石破壊設計における基礎的課題を解明し,高度制御破壊のための新たな破壊設計法を構築することを月的として,以下の項目について研究を実施した。(1)マイクロフォーカスX線CTの導入と校正試験交付金額の範囲内で可能なマイクロフォーカスX線CTの性能について検討し,その仕様設計に基づいた特注機を購入した。導入したマイクロフォーカスX線CTについて校正試験を行い,分解能10μmの性能を確認した。(2)亀裂の微視構造解析マイクロフォーカスX線CTにより岩石中の亀裂構造を解析する方法について検討した。特に,ホプキンソン効果実験,放電破砕実験,ダブルトーション試験の種々の試験により生成した亀裂を対象として,マイクロフォーカスX線CTによる分析を行った。これらの結果,亀裂の3次元形状は載荷方法・速度により異なること,亀裂分布と進展形態は破壊プロセス解析から予測された結果と良く一致すること等が明らかとなった。(3)岩石の活性化エネルギーの同定温度・湿度を制御パラメータとして岩石のDT試験を実施し,得られた亀裂進展速度・応力拡大係数から岩石の活性化エネルギーを同定した。現在までに,安山岩と3種の花崗岩について活性化エネルギーを同定した。特に,花崗岩マトリックスの活性化エネルギーはその種類に依存せず一定であること,見掛けの活性化エネルギーは潜在マイクロクラックの亀裂密度の一次関数で与えられることなどが明らかとなった。フラクタル破壊力学に基づいて,岩石破壊設計における基礎的課題を解明し,高度制御破壊のための新たな破壊設計法を構築することを目的として,以下の項目について研究を実施した。1.マイクロフォーカスX線CTによる3次元可視化法カップリングや偽像を除去するためのフィルターの最適化を行った。その結果,分析能5μmの超高精度3次元画像を得ることが可能となった。

2.亀裂の微視構造解析ホプキンソン効果実験,放電破砕実験,高速圧裂試験により生成した亀裂を対象として,マイクロフォーカスX線CTによる分析を行った。これらの結果,亀裂の3次元形状は載荷方法・速度により異なること,亀裂の分布と構造は破壊プロセス解析から予測された結果と良く一致すること等が明らかとなった。3.活性化エネルギーとフラクタル次元との関係岩石のDT試験の結果を分析し,岩石中の亀裂進展における活性化エネルギーを同定した。さらに,亀裂経路のフラクタル解析を行い,フラクタル次元と活性化エネルギーの間に相関が認められることを見いだした。そして,亀裂進展速度から求められる活性化エネルギーの値は,亀裂形状に依存した見掛けの値であること,それは材料固有の活性化エネルギーと亀裂の真の表面積の積で与えられることを明らかにした。この結果は,本研究で提案した破壊の階層的取扱いの妥当性を示している。4.フラクタル亀裂進展条件の理論定式化破壊の階層を考慮した亀裂進展条件の理論モデルを構築した。本モデルを用いると,亀裂プロセスゾーンにおける微視亀裂進展現象が表現されること,その結果として強度寸法効果が表現できること,などを明らかにした。フラクタル破壊力学に基づいて,岩石破壊設計における基礎的課題を解明し,高度制御破壊のための新たな破壊設計法を構築することを目的として,以下の項目について研究を実施した。1.フラクタル破壊力学の検証とその応用前年度までの研究では,フラクタル破壊力学解析により,ホプキンソン効果実験ではマルチクラック進展が生じ,その結果として供試体引張り強度のひずみ速度依存性が生じることを明らかにした。そこで,ホプキンソン効果実験の供試体の内部微視構造をX-CT観察し,フラクタル破壊力学解析により予測されたマルチクラック進展の痕跡を確認した。また,人工岩石を用いた高電圧電気パルス破砕実験の結果を分析し,マルチクラックの生成・進展様式を明らかにするとともに,高電圧電気パルス作用による震源機構,異相境界面における亀裂生成と単体分離性との関係,などを明らかにし,フラクタル破壊力学は分離工学にも適用可能であることを確認した。2.コンクリート材料の亀裂進展現象前年度までは主として岩石を対象に亀裂進展現象を分析していたが,今年度はコンクリート材料に展開した。高強度モルタルの環境制御DT試験を実施し,大気環境化では亀裂進展速度の水蒸気圧の依存性は比較的低いこと,水中環境では大気環境より亀裂進展が活性化されること,などを明らかにした。さらに,これらの結果を理論モデル化し,超長期強度を予測する方法を開発した。3.マイクロフォーカスX線CTの地盤材料工学への応用種々の地盤材料についてX-CT観察を行い,3次元微視構造可視化計測の有用性を確認した.特に,繊維補強度の圧縮破壊挙動と内部構造・繊維の影響,ベントナイト混合土の陽イオン置換時の微視構造変化,などを具体的に明らかにした。
感性における先天的な価値判断基準を改変するための脳内抑制システムの解析

脳内における抑制システムを含む調節系としては拡散型で、広範囲の脳領域をまとめて調節する神経回路もしくは局所的な抑制系神経回路の大きく2種類あることが知られている。そこで実験動物に先天的にストレス反応を惹き起こす捕食者の匂いを用いて、まず広範囲に影響を及ぼすアミン系の変動を調査した結果、脳内ノルアドレナリン濃度の変化が確認され、海馬におけるノルアドレナリン濃度の増加がストレス反応の発現とその調節に重要であることが示唆された。続いて局所的な抑制システムの関与を検討するため、脳内で最初に匂い情報を受け取る嗅球で遺伝子発現の解析を行ったが、選択的な抑制機構は嗅球には見られないことが示唆された。本研究では感性における個体差の形成過程で、動物が先天的に持っている価値判断基準が経験によって修正・改変される際に生じる、選択的かつ直接的な脳内抑制システムについて調査するために、まず脳内のどこで、どの神経細胞が、もしくはどの神経回路が抑制システムに重要なのかを検索することを目的としている。現在、脳内の調節系(抑制系を含む)としては、大きく2種類、つまり局所的な回路(γアミノ酪酸(GABA)システムを主体とする)および拡散型の広範囲を制御する回路(アミン系およびアセチルコリンなど)が知られているが、このうち、広範囲に影響を及ぼすアミン系、特にカテコールアミンの一種であるノルアドレナリンが、実験動物(ネズミ)に先天的に恐怖反応を惹き起こす捕食者の匂い(キツネ臭)を嗅がせた際に、前頭葉および海馬において有意に増加することが最近になって(PLoS One (2014); Brain Research (2015))報告されてきている。そこで、先天的には何ら反応を示さないような人工臭を若齢期に経験させることで、成獣における捕食者臭誘発ストレス反応が変化する際に見られる、脳内の分界条床核における活性化神経細胞数の変化、およびその際の前頭葉および海馬におけるノルアドレナリン濃度の変化を調査した。その結果、経験による価値判断基準の変化に伴って、脳内ノルアドレナリン濃度の変化が確認されたが、ストレス反応および分界条床核における活性化神経細胞数の変化と合致するような変化は前頭葉では見られず、海馬でのみ関連性が認められた。つまり、海馬におけるノルアドレナリンの増加が生命の安全を脅かされた際のストレス反応の発現とその調節に重要である可能性が高いことが示唆された。本研究計画の立案時においては、γアミノ酪酸(GABA)システムを主体とする局所的な神経回路を調節系の主体として考えていたが、カテコールアミンが捕食者臭誘発ストレス反応時に脳内の前頭葉および海馬で増加するという報告を受けて急遽、拡散型の調節系に対する検討を行ったため、予定していた研究計画と若干のズレが生じているが、関連する脳内神経回路網もしくは脳部位を特定するための候補領域の探索についても現在徐々に進めているところである。本研究では、動物が先天的に持っている価値判断基準が経験によって修正・改変される際に生じる、選択的かつ直接的な脳内抑制システムについて調査するために、どのような神経細胞もしくは神経回路が抑制システムに重要なのかを検索することを目的としている。本年度はまず、匂い情報を最初に受け取る脳部位である嗅球を対象として、先天的な反応を抑制することで生じる変化を遺伝子発現の解析という手法を用いて比較・検討した。匂い刺激としては、動物に先天的に恐怖反応を惹起する捕食者の匂いであるキツネ臭および、この捕食者臭によって誘発されるストレス反応を先天的に抑制することができるバラ臭を用い、キツネ臭のみ嗅がせた個体(ストレス反応を生じる)とキツネ臭とバラ臭の混合臭を嗅がせた個体(ストレス反応が抑制される)、および対照群として水を嗅がせた個体の嗅球における匂い刺激後の遺伝子発現の変化(発現増加もしくは発現抑制)を次世代シークエンス法により解析し各グループ間の比較を行った。その結果、非常に少数の遺伝子にのみ若干の優位差がみられるものの、一般的に神経系で発現されている遺伝子群については、それぞれのグループ間でほぼ変化がみられないという結果が得られた。また、嗅球における活性化神経細胞数の変化も、これらのグループ間で差が見られず、すべての個体が同じように活性化されており、遺伝子発現の変化に差が見られなかった結果を裏付けるものと考えられた。これらの結果から、嗅球のレベルにおいては、匂いによって惹起される反応を匂いによって抑制する際の選択的な制御機構は見られない可能性が高いことを示唆している。動物が先天的に持っている価値判断基準が経験によって修正・改変される際に生じる、選択的かつ直接的な脳内抑制システムについて調査するために、まず脳内のどこで、どの神経細胞が、もしくはどの神経回路が抑制システムに重要なのかを検索するための候補領域の探索を行っている。本年度は、鼻で受容した匂い物質の情報を脳内で最初に受け取って、一次嗅覚野へとその情報を中継する部位である嗅球において、匂い刺激によって発現誘導もしくは抑制される遺伝子群の解析を行った。

現在、脳内における抑制システムを含む調節系としては大きく2種類、つまり拡散型で、広範囲の脳領域をまとめて調節・制御する神経回路もしくは局所的な抑制系神経回路が知られているが、このうち、広範囲に影響を及ぼすアミン系、特にカテコールアミンの一種であるノルアドレナリンが、実験動物に先天的に恐怖反応を惹き起こす捕食者の匂いを嗅がせた際に、前頭葉および海馬において有意に増加することが最近になって報告されてきている。そこでまず、先天的には何ら反応を示さないような人工臭を若齢期に経験させることで、成獣における捕食者臭誘発ストレス反応が変化する際に見られる分界条床核における活性化神経細胞数の変化、およびその際の前頭葉および海馬におけるノルアドレナリン濃度の変化を調査した。その結果、経験による価値判断基準の変化に伴って脳内ノルアドレナリン濃度の変化が確認され、海馬におけるノルアドレナリン濃度の増加が生命の安全を脅かされた際のストレス反応の発現とその調節に重要である可能性が高いことが示唆された。続いて局所的な抑制システムの関与を検討するため、脳内で最初に匂い情報を受け取る嗅球を対象として、先天的な反応を抑制することで生じる変化を遺伝子発現の解析という手法を用いて比較・検討した。その結果、非常に少数の遺伝子にのみ若干の優位差がみられるものの、一般的に神経系で発現されている遺伝子群については、ほぼ変化がみられないという結果が得られ、嗅球のレベルにおいては、捕食者臭誘発ストレス反応を抑制する際の選択的な調節機構は見られない可能性が高いことが示唆された。脳内における抑制システムを含む調節系としては拡散型で、広範囲の脳領域をまとめて調節する神経回路もしくは局所的な抑制系神経回路の大きく2種類あることが知られている。そこで実験動物に先天的にストレス反応を惹き起こす捕食者の匂いを用いて、まず広範囲に影響を及ぼすアミン系の変動を調査した結果、脳内ノルアドレナリン濃度の変化が確認され、海馬におけるノルアドレナリン濃度の増加がストレス反応の発現とその調節に重要であることが示唆された。続いて局所的な抑制システムの関与を検討するため、脳内で最初に匂い情報を受け取る嗅球で遺伝子発現の解析を行ったが、選択的な抑制機構は嗅球には見られないことが示唆された。現在、関与する脳内神経回路網もしくは脳部位を特定するための候補領域を探索している。嗅覚情報処理過程(嗅球や一次嗅皮質)および嗅覚関連領域以外でこれまでに関与が示唆されている脳領域(分界条床核や扁桃体など)に神経トレーサーを微量注入して追跡する神経標識実験および、関連することが考えられる脳領域を選択的に破壊することで、実際にストレス反応が変化するのかどうかの検証実験を並行していく。さらには、遺伝子解析の手法を取り入れ、ストレス反応時、もしくはその軽減時に変化するGABAシステム関連遺伝子のmRNA解析などを進めていく予定である。現在引き続き、関与する脳内神経回路網もしくは脳部位を特定するための候補領域を探索している。嗅覚情報処理過程(嗅球や一次嗅皮質)および嗅覚関連領域以外でこれまでに関与が示唆されている脳領域(分界条床核や扁桃体など)を対象として、関連することが考えられる脳領域における遺伝子発現の変化について次世代シークエンス法を用いて1か所ずつ検討していく。候補領域が見つかれば、これを選択的に破壊することで、実際にストレス反応が変化するのかどうかの検証実験を並行していく予定である。
超離散化手法によるデジタル－アナログ－ハイブリッド数理モデルの構築

離散度合いの異なる非線形に対する共通の数学的解析手法を提案することを目指した.具体的な成果としては,(1)初等的セルオートマトンの時間発展方程式を束演算によって表現し,その初期値問題を解くことによって厳密な一般解を提出した.(2)多近傍セルオートマトンで表される粒子系に対して初期値問題を厳密に解いた.また,高次保存量を有する系を1次保存量を有する系に還元して解析を行った.(3)(2)で得られたいくつかの系に対して保存量を壊さずに確率変数を導入し,基本図の理論式を厳密に導出した.本年度は,(1)パターン生成を行う方程式のデジタルモデルの解の構造の研究,(2)確率変数を伴うデジタル粒子系の解析,(3)初期値問題によるセルオートマトンの分類,の3点に絞って研究を行った.まず(1)の『パターン生成を行う方程式のデジタルモデルの解の構造の研究』では,束の演算で記述された2次元デジタル方程式について,平面曲線の概念を導入し,平面曲線にしたがうパターンとしてどのようなものがあるかを解析した.さらに,そのようなパターンの領域接続について問題点を整理し,パターン生成メカニズムについての一般的な手法を一定のレベルまで確立することに成功した.(2)の『確率変数を伴うデジタル粒子系の解析』では,3近傍から5近傍までの確率変数を伴う粒子セルオートマトンについて,それらをすべて統合する確率変数モデルの導出に成功し基本図の解析を行った.この際に,条件付き確率法則に準ずるような仮説を設定し,数値計算によってその正しさの検証を行い,基本図の理論式の導出に成功した.(3)の『初期値問題によるセルオートマトンの分類』では,束の演算で定義される3近傍,時間1階の方程式に対して,初期値問題に対する一般解の導出を試み,一般解が多項式オーダーの複雑度を有するようなタイプの方程式について分類を行った.また,この成果を初等的セルオートマトンに適用し,従来行われてきた解の定性的分類とは異なる,解の構造に踏み込んだ分類に成功した.離散度合いの異なる非線形に対する共通の数学的解析手法を提案することを目指した.具体的な成果としては,(1)初等的セルオートマトンの時間発展方程式を束演算によって表現し,その初期値問題を解くことによって厳密な一般解を提出した.(2)多近傍セルオートマトンで表される粒子系に対して初期値問題を厳密に解いた.また,高次保存量を有する系を1次保存量を有する系に還元して解析を行った.(3)(2)で得られたいくつかの系に対して保存量を壊さずに確率変数を導入し,基本図の理論式を厳密に導出した.本年度はまず第一に,超離散化手法に関連が深いマックスープラス代数を用いた基礎的な時間発展系に関する研究を行った.具体的には,束の基礎演算で構成される1+1次元時間発展系の厳密解および漸近解の挙動について詳しく調べ,可解な束の方程式を収集した.束の方程式は変数を特殊化することでセルオートマトンやマックスープラス方程式に帰着させることが可能であり,高い汎用性を持つ一群の可解な基礎方程式の存在が明らかになった.また初等的セルオートマトンの可解性の検証にも直接応用でき,初等的セルオートマトンの約三分の一がこの解析手法により,可解なタイプとして判定できた.次に,粒子セルオートマトンと呼ばれるデジタル移流系に関する解析を行った.5近傍のセルオートマトンに対して,保存性を有する粒子系を探索し,それらが与える基本図について詳しく解析した.また,時間発展方程式のマックスープラス表現と基本図との関連についても検証を行った.時間発展方程式をマックスープラス表現で与えることにより,本来はデジタル系である粒子系を連続系に拡張することが可能となった.さらに4近傍の粒子セルオートマトンに確率変数を導入した系について,基本図の理論曲線式の導出を試みた.その際に,確率仮説をいくつか導入し,数値的にそれら仮説が正しいことを確認し,それら仮説を前提にすることで厳密な理論曲線式の導出に成功した.この結果は,同様の解析手法である非対称単純排他過程(ASEP)のグループのアプローチと全く異なる手法であり,今後の発展が期待される.本年度は,(1)確率変数を伴うデジタル粒子系の解析,(2)初期値問題によるセルオートマトンの分類,の2点を重点的に研究を行った.まず(1)の『確率変数を伴うデジタル粒子系の解析』では,高次保存量をもつ決定論的初等セルオートマトン(ECA)に焦点を当て,そのセルオートマトンを変換によって低次の保存量をもつECAに変換することに成功した.さらにこの低次の保存量をもつECAに保存量を壊さずに確率変数を導入し,再び変換によって高次の保存量を持ち,かつ,確率変数を導入した確率版ECAの導出を行った.さらに,時間無限大の漸近挙動についても,上記の変換を美味く利用することにより,基本図の理論的導出等に成功した.(2)の『初期値問題によるセルオートマトンの分類』については,(1)と関連して高次保存量をもつECAの初期値問題を解くことに成功した.また,束(lattice)上の演算を利用して系の連続化を行い,実数値を初期値とする初期値問題では,0, 1の二進値の初期値問題では見られない『隠れた』波動が存在することをつきとめ,従来の二進セルオートマトンの分類を拡張することができた.

離散可積分系本研究では,デジタルとアナログのハイブリッドモデルを構築することが最終目標であり,そのためにはデジタルモデルを方程式と解の形でいかに表現し解析するかが焦点となる.これについては本年度で得られた知見が大きく,研究目標に対する一定の達成を実現している.しかしながら,デジタルモデルとアナログモデル,すなわち離散系と連続系をつなぐ共通の数理的な仕掛けに対する基本的アイデアについては,未だ模索中の段階である.これについて一定の成果が出れば最終目標の実現に大きく寄与するので,この点にも着目しながら研究を進めたい.本研究の最終目標は,連続モデルと離散モデルを融合させたハイブリッド型の数理モデルを構築することである.これに対して,超離散化手法を核にした現在の手法は,連続モデルと離散モデルの橋渡しをするとはいえ,連続と離散それぞれが独立にモデルを提供しているに過ぎない.この点を改良することが本研究の目的であるので,現在はまだその端緒をつかみかねている状況である.『現在までの達成度』において述べたように,デジタルーアナログハイブリッドモデルの構築のためには,離散系と連続系の共通の数理的メカニズムの発見が必要であり,そのための数学理論の構築が必須となる.モデル自体は方程式の形で与えるので,よく知られた連続系の理論(微分方程式論など)を参考にしながら,離散系の理論の開発が必要となる.このために,今後もまずはデジタル方程式に関する数理的研究に重点をおきながら,さまざまな系について方程式の立場からの解の理論の構築を行う予定である.それらがある程度収束した段階で,連続系との共通化をはかり,ハイブリッドモデルの基本設計の段階に入る.まず,超離散化手法を応用したハイブリッド型数学表現の開発に取りかかる.従来の超離散化手法では連続モデルの極限をとることによって離散モデルを得ており,両者の離散性を同時に表現することは不可能であった.そこで,超離散化手法をデジタル・アナログ融合の観点から見直し,手法および理論の根本的な改良を行う.また,得られた知見をもとに簡単な構成の系を作成し,その解について理論解析や数値計算を詳細に行う.また,ハイブリッド型数学表現がもたらす新しい基礎数学理論の構築に取りかかる.超離散化手法が関わってきた可積分系理論をはじめとする諸分野の成果を参考にしながら,代数・解析・幾何の観点および情報数学など離散数学の観点から,数学表現がどのような理論に関わっているかを洗い出し,定義や定理等を順に構築していく.国際会議での報告を次年度に行いたく,今年度の余剰分をその補助に充てる.7月に開催されるイギリスの国際会議にて講演を行う予定である.ハイブリッド型数理モデルが想定する数理関連の研究者や超離散化手法の研究者と研究交流,情報収集を行うために旅費等を使用する.また,数値処理,数式処理による計算機実験を行うためのコンピュータおよび解析ソフトウェアを購入する.この作業にともなう謝金や消耗品費も適宜使用する.
木材の腐朽型に関わる変形菌フロラの多様性と共通性

本研究の目的は、木材の腐朽型(褐色腐朽・白色腐朽)に応じて、森林内の腐朽材上に発生する変形菌(粘菌)類の種組成の違いを明らかにし、化学的・物理的環境条件との関連を検討することである。化学的指標として材のPH、物理的指標として材の硬度を用いた。これまで、PHは変形菌類の種組成に影響を与える要因であることが指摘されている。また、材の硬度も、硬度依存的に種組成が変化することが報告されている。調査は目視にて行い、材の腐朽型を判定し、発生した変形菌の子実体を探索した。また、発生がみられた材において、材のPHと硬度のそれぞれを測定し記録した。先行研究にのっとり、PH測定には土壌PH計を用い、硬度測定には土壌硬度計を用いた。調査地は、調査実績のある京都大学上賀茂試験地(京都府)、北沢峠周辺(長野県)および白駒池周辺(長野県)とした。実施時期は、発生が多い夏期(7月)と秋期(10月)とした。また、材を採集し、研究室にて人工気象器内等で湿室培養を行なったが、充分量のデータは確保できなかった。調査を通じて440標本を確認し、20属44種に分類した。変形菌類の子実体は発生期間が限定され、調査地あたり3年程度の継続調査が必要とされる。本年は研究初年度であり、種ごとに解析のための十分なデータ量が集積できたとは言い難い。したがって、5標本以上確認された属ごとで報告する。白色腐朽材のみで発生が確認された属は、Eraeomyxa属、Lamproderma属であった。一方、褐色腐朽材のみで確認された属はなかった。双方で確認された属のうち、褐色腐朽材に強い指向性(>50%)を示したものは、Cribraria属、Physarm属であった。硬度に関して、双方の腐朽材で、前者は低硬度、後者が高硬度の指向性を示した。一方、PHに関しては、両属とも褐色腐朽材の数値が低く記録された。これらのことから、これら2属は低いPH環境にまで適応して、褐色腐朽材に指向を持つことが推測される。
ケミカルデバイスを利用したｓｉＲＮＡによって誘起される分子反応の発現機構解明

平成25年度は、この傾向の一般性を検証するため、用いる細胞種をNIH/3T3細胞(マウス由来)からHeLa細胞(ヒト由来)に変更して解析を行い、siRNAセンス鎖5'末端部でのマイナーグルーブを介した同様の相互作用を観察した。さらに異なる遺伝子を標的としたsiRNAを別途合成し、ケミカルツールの導入により得られる相互作用様式の知見は、異なる配列間においても一般性があることを確認した。(2) TLR3によるsiRNAの分子認識機構:上述のように申請者が開発したケミカルツールが核酸ー蛋白質間相互作用様式解明に有用であることが示された。そこで続いてこれを自然免疫応答誘導の要因であるTLR3によるsiRNAの分子認識機構解明に利用することにした。TLR3強制発現HEK293細胞にケミカルデバイスを導入した各種siRNAを導入し、誘導される自然免疫応答をアルカリフォスファターゼ(SEAP)アッセイにより評価した。その結果、センス鎖5'末端部に3Brを導入したsiRNA (siR3-3Br-deA)で自然免疫応答が軽減されることが明らかとなった(図3)。これによりTLR3は二本鎖RNAの末端付近のマイナーグルーブと相互作用することによって自然免疫応答を誘導していることが示され、TRL3とsiRNAの相互作用様式の新たな知見を得ることに成功した。25年度が最終年度であるため、記入しない。合成した2種類のケミカルデバイスをウミシイタケルシフェラーゼを標的とするsiRNAに導入し、RNA干渉効果の測定を行った。その結果、センス鎖の5'末端部にマイナーグルーブに立体障害を持つ3Br体を導入した場合に、天然型と比較して顕著な活性の増強が見られ、一方で同じ位置に7Br体を導入した場合には活性の変化が見られなかった。このような活性の増強が見られた要因を以下のように考察した。即ち、センス鎖の5'末端部に突出したBr基の立体障害により、この部位におけるRISCタンパク質との相互作用が阻害される。すると、センス鎖と結合できなくなったRISCタンパク質がアンチセンス鎖と結合し、それに伴いアンチセンス鎖のRISC形成量が増大することで活性の増強につながったと考えた。そこで、センス鎖並びにアンチセンス鎖のRISC形成量を、それぞれの鎖のRNAi活性を基に調べた結果、アンチセンス鎖の活性の増大したsiRNAにおいては、その活性の増大とともにセンス鎖の活性の減少が観測され、先の考察が正しいことが明らかとなった。これらの結果は、今回使用したケミカルデバイスが、siRNA-RNAi関連タンパク質間の相互作用様式を明らかにするうえで有用であることを示すものであり、RNAi関連タンパク質がsiRNAのマイナーグルーブ側から相互作用しているという新たな知見を得ることに成功した。上述の研究実績報告より明らかなように、siRNA-RISC蛋白質間の相互作用においてsiRNAの二重らせんのマイナーグルーブが重要であることを明らかにでき、研究はおおむね順調に進展していると判断できる。2年目となる平成25年度は、この自然免疫応答回避を目的として、TLR3によるsiRNAの分子認識機構を明らかにする。これによりオフターゲット効果の回避による効果的な遺伝発現抑制効果と自然免疫応答の回避が可能なsiRNA分子の設計アルゴリズムが確立し、ナノsiRNAメディシンによる分子反応の理解とRNAi療法への応用を実現する。
超高解像度画像システム用撮像素子の研究

平成810年度科学研究費補助金による研究実績は次ぎの通りである。(1)増幅型撮像素子およびCCDセンサにおける蓄積電荷量増大に関する事項:これらの素子に使用するホトダイオードの外周にN^+側壁を設けて蓄積電荷量を増大させる方法を提案した。この構造においてダイオード半径やN^+側壁の密度を変えた場合の蓄積電荷量増大の原因を調べた。その結果電荷量が増加する理由は、チャネルストップとN^+側壁の境界付近で大きな電位上昇が生ずるため、蓄積層の電位分布が平坦になり、電子が蓄積層全体に分布するためであることが分かった。また従来の構造では信号電荷量を大きくできない理由は、蓄積層の中央に電荷が集中し、蓄積された電荷量が少なくてもオーバーフローが起こるためであることが分かった。またN^+側壁を設けても増幅型撮像素子やCCDセンサの駆動電圧の上昇は殆どないこと、さらにN^+側壁を設けることの効果はダイオード半径が大きいほど大きいのでセルの微細化に適することもわかった。(2) CCD撮像素子における基板不純物密度の揺らぎに基ずく飽和レベル変動(固定パターン雑音)に関する事項:CCDセンサは不純物密度が約3×10^<14>/cm^3程度の基板に作られる。この場合ブルーミングを抑制するため基板電圧を高くすると、著しい飽和信号レベル変動が現れる。飽和信号レベル変動が無視できるほど少なくなればダイナミックレンジを数桁広くした撮像システムが可能なる。そこで基板不純物密度と飽和レベルの関係を解析し、それらの関係を明らかにした。また飽和信号レベル変動を抑制するためチャネルストップ領域を深くする構造を提案した。この構造について三次元数値解析を行った結果、基板不純物レベルが±10%程度変動しても飽和信号レベルは殆ど変化しないことが分かった。(3)裏面駆動CCDレジスタに関する事項:光入射面側に電極を持たないCCDレジスタを提案した。この構造では厚い高濃度の表面層とバリア層の間の狭い領域に電子を閉じこめることができるので、極めて高感度なフレーム転送型のCCDセンサを作ることが可能である。この構造を最適化するため種々の構造についてシュミレーションを行った。その結果、表面層、蓄積層、およびバリア層の不純物密度を上げ、バリアと転送チャネルの幅を薄くすると多くの電荷を転送できることが分かった。(4)ディジタル信号処理によるCCDセンサの雑音除去に関する事項:通常CCDなどの出力は相関2重サンプリングなどのアナログ処理を行ってから計算機にとりこまれる。しかし高速で高精度な処理ではディジタル処理が勝っている。そこでCCDセンサの出力を直ちに計算機に取り込み、ディジタル信号処理を行うことによって雑音を少なくともアナログ処理のレベルまで減少できる可能性を示した。