hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カルバペネマーゼ産生大腸菌・肺炎桿菌感染症の新規治療法構築に向けた包括的研究

近年カルバペネマーゼ産生腸内細菌科の拡散が世界的に問題となっている。本邦で検出されるカルバペネマーゼの多くはIMP型であり、西日本ではIMP-6産生大腸菌の分離例が多く報告されている。本年度は、本邦で分離されたカルバペネマーゼ産生肺炎桿菌について分子遺伝学的解析を行った。全国の医療機関より分離された肺炎桿菌のうち、CIM法にて陽性を示した87株を対象とした。カルバペネマーゼとCTX-M型β-ラクタマーゼについて、PCRとDNAシークエンシングにより型別した。薬剤感受性(MIC)はCLSI法に基づき測定した。プラスミドの特性について、接合伝達実験と不和合性の型別を行った。さらに、病原遺伝子についても検索した。遺伝子解析の結果、全ての株がIMP-6を保有していることが判った。その多くがCTX-M-2も保有しており(73株)、その他にCTX-M-15(1株)、CTX-M-35(2株)、CTX-M-65(1株)を保有する株も検出された。また、CTX-M型β-ラクタマーゼを保有しない株も検出された(10株)。IPMとMEPMの耐性率はそれぞれ0%, 21%であった。接合伝達実験では多くが伝達可能であり、伝達頻度は10-610-3であった。不和合性の型別はそのほとんどがIncNを保有していた。さらに、何らかの病原遺伝子を35株が保有していた。今回我々が解析したカルバペネマーゼ産生肺炎桿菌は全てIMP-6を保有していた。また、そのほとんどがCTX-M-2も保有していたが、CTX-M-15保有株なども検出された。大腸菌と同様、耐性遺伝子の多様化が進んでいると考えられた。さらに、カルバペネマーゼ産生肺炎桿菌の約3分の1が病原性の高い肺炎桿菌であり、今後、高病原性かつ耐性肺炎桿菌による難治例の増加が懸念される。本邦全域からカルバペネム耐性大腸菌を129株、カルバペネム耐性肺炎桿菌を127株収集した。このうち本年度は、カルバペネム耐性大腸菌について解析を開始している。薬剤感受性(MIC)はCLSI法に基づき寒天平板法にて測定した。耐性遺伝子の検出と型別はPCRとDNAシークエンシングによって行った。カルバペネマーゼの産生性についてはCIM法により確認した。MLSTによるゲノム型別を行った。CIM法の結果、129株中116株が陽性となった。この116株はいずれもIMP型を保有しており、110株がIMP-6を、3株がIMP-1を、2株がIMP-63を、1株がIMP-11を保有していた。IMP-6産生株110株に対する各種抗菌薬の耐性率はMEPM (22.7%, 25株), IPM (0.9%, 1株), LVFX (95.5%, 105株), AMK (4.5%, 5株)であった。IMP-6産生株110株中104株はIncNを保有しており、伝達頻度は4.5 ×10-4から1.1 ×10-3であった。IMP-6産生株110株のうち84株がST131と判定された。今回、116株のカルバペネマーゼ産生大腸菌を分離したが、いずれもIMP型であった。また、これらの大腸菌は多くがMEPM, IPMに対し感性であったが、いずれもCIM陽性であった。これらの株のほとんどがIncNを保有しており、伝達頻度も高い特徴を示した。また、IMP-6産生株は多くが世界的流行クローンST131と判定されたことから、今後の動向について継続的な解析が必要である。さらに、すでに収集しているカルバペネム耐性肺炎桿菌についても解析をすすめていく予定である。収集すべき菌株数は順調に増えており、今後もさらに株収集がすすむと予想される。また、カルバペネム耐性大腸菌の解析も順調に進んでいる。本邦で分離されるカルバペネマーゼの多くがIMP型であり、西日本を中心にIMP-6が流行している。本年度は、本邦で分離されたIMP-6産生大腸菌が同時保有するCTX-M型β-ラクタマーゼを中心に分子遺伝学的解析を行った。全国の医療機関より分離されたIMP-6産生大腸菌227株を対象とした。CTX-M型β-ラクタマーゼについて、DNAシークエンシングにより型別した。カルバペネマーゼ産生性はCIM法により確認した。プラスミドの特性について接合伝達実験と不和合性の型別を行った。ゲノム型別はpabB特異的なPCRによりST131を検出した。遺伝子解析の結果、CTX-M-2グループ207株、M-9グループ7株、M-1グループ12株が検出された。また、CTX-M型非保有株13株も検出された。薬剤感受性は、保有するCTX-Mのタイプにより第3世代セフェムのMICに違いが見られた。

IPMとMEPMの耐性率は0%, 0.9%であったが、CIM法において全ての株が陽性となった。接合伝達実験では多くが伝達可能であり、伝達頻度は10-610-3であった。不和合性型は多くがIncNであり、ゲノム型別は多くがST131であった。これまでの報告では、IMP-6産生大腸菌のほとんどがCTX-M-2を保有していたが、CTX-M-1グループやCTX-M-9グループ保有株も検出され、耐性遺伝子の多様化が進んでいると考えられた。プラスミドの多くが伝達可能かつ高頻度でもあり、今後の動向の継続的な調査が必要と考えられた。収集すべき菌株数は順調に増えており、その解析も順調に進行している。今後もさらに株収集と耐性解析が進行すると考えている。近年カルバペネマーゼ産生腸内細菌科の拡散が世界的に問題となっている。本邦で検出されるカルバペネマーゼの多くはIMP型であり、西日本ではIMP-6産生大腸菌の分離例が多く報告されている。本年度は、本邦で分離されたカルバペネマーゼ産生肺炎桿菌について分子遺伝学的解析を行った。全国の医療機関より分離された肺炎桿菌のうち、CIM法にて陽性を示した87株を対象とした。カルバペネマーゼとCTX-M型β-ラクタマーゼについて、PCRとDNAシークエンシングにより型別した。薬剤感受性(MIC)はCLSI法に基づき測定した。プラスミドの特性について、接合伝達実験と不和合性の型別を行った。さらに、病原遺伝子についても検索した。遺伝子解析の結果、全ての株がIMP-6を保有していることが判った。その多くがCTX-M-2も保有しており(73株)、その他にCTX-M-15(1株)、CTX-M-35(2株)、CTX-M-65(1株)を保有する株も検出された。また、CTX-M型β-ラクタマーゼを保有しない株も検出された(10株)。IPMとMEPMの耐性率はそれぞれ0%, 21%であった。不和合性の型別はそのほとんどがIncNを保有していた。さらに、何らかの病原遺伝子を35株が保有していた。今回我々が解析したカルバペネマーゼ産生肺炎桿菌は全てIMP-6を保有していた。また、そのほとんどがCTX-M-2も保有していたが、CTX-M-15保有株なども検出された。大腸菌と同様、耐性遺伝子の多様化が進んでいると考えられた。さらに、カルバペネマーゼ産生肺炎桿菌の約3分の1が病原性の高い肺炎桿菌であり、今後、高病原性かつ耐性肺炎桿菌による難治例の増加が懸念される。今後も、継続してカルバペネム耐性大腸菌とルバペネム耐性肺炎桿菌を収集していく。カルバペネム耐性肺炎桿菌の解析も大腸菌と平行して進めていく。現在、一般病院検査室で可能なIMP-6検出法の確立についてはすでに取り組んでいる。来年度はさらに、培養細胞を用いた菌株の接着性、組織侵入性、病原性の評価を実施予定である。今後も、継続してカルバペネム耐性腸内細菌科を大腸菌、肺炎桿菌を中心に収集し、その耐性機序を解析していく。代表的な耐性株や新規耐性機序の耐性株については、全ゲノムシークエンスによる解析を予定している。当該年度は、大腸菌の解析を主に行ってきたが、肺炎桿菌については、感受性試験、接合伝達試験、耐性遺伝子検索、不和合性群の決定がこれからであり、その分の額が残っている。次世代シークエンスをすべき株が複数有り、次年度にまとめて実施予定としたため。次年度はカルバペネム耐性肺炎桿菌についても大腸菌と平行して実施予定である。
知識グラフを組込んだニューラルネットワークによる物体認識―物体・意味写像の提案―

本研究では、物体の画像特徴と物体に関する知識を同時に学習させることにより、既知物体と未知物体の認識精度向上をめざす、ゼロショット学習を目的としている。これまでに実装は完了しているが精度が低いので、平成30年度はその原因解明と精度向上を行った(下記1,2)。また、ゼロショット学習を画像セグメンテーション、議論対話、知的対話に応用する研究を行った(下記3,4,5)1.ゼロショット学習の改善:単語、テキスト文書、知識グラフという異なる意味的特徴表現がゼロショット学習の精度に与える影響について、大量のデータを用いて評価した。その結果、意味的特徴表現が適切に設計されると、従来の精度を大きく改善できることが分かった。2.新たなベンチマークの提案:ゼロショット学習の精度が低い理由について考察した。その結果、ベンチマークとして用いていたImageNetのデータベースに、ゼロショット学習にとって致命的な欠陥があることが分かった。この欠陥をなくすために構造的バイアスを導入し、新たなベンチマークデータベースを自動構築する方法について提案した。3.画像セグメンテーションへの応用:ゼロショット学習による物体認識を画素ごとに実行することにより、画像中に存在する未知物体を画素ごとにセグメンテーションする方法について提案した。4.人とロボットとの議論対話への応用:人の意見に含まれる言語特徴と、その周辺に存在する知識の意味的特徴を対応付けることによって、人の意見とは逆の意見を、深層学習によって生成することができる対話ロボットについて研究した。5.人とロボットとの知的対話への応用:ユーザー発話の発話意図を言語特徴として、深層学習により推定する。この発話意図を知識ベースに写像し、関係する文書を意味的特徴として検索する。その結果を、深層学習を用いてシステム発話として生成する研究を行った。平成30年度の計画として、下記2項目を予定していた。それぞれについて研究成果を達成している。(1)深層学習により、画像特徴ベクトルから属性特徴ベクトルへ写像する。ゼロショット学習により、既に当初予定の「画像からCNNによる深層学習を用いて抽出した画像特徴ベクトルと、知識グラフから抽出した属性特徴ベクトルの間で写像を実現する」ことは完了しているが、まだ精度が低いので精度向上を行う予定である。この計画に対して、研究実績の概要で述べたように、精度が低い原因解明と精度向上を行った。(2)特徴ベクトルの抽出過程と写像過程を統合する。深層学習を用いたゼロショット学習により、「画像から画像特徴ベクトルを抽出し、知識グラフの属性特徴ベクトルへ写像する方法」については、end-to-endで実現できている。次年度は精度向上を目指して、新しい方法を研究する予定である。この計画に対して、研究実績の概要で述べたように、ゼロショット学習を画像セグメンテーション、議論対話、知的対話に応用する研究を行った。平成29-30年度の成果を基に、平成31年度以降も予定通り研究を進める。(1)画像と知識の概念学習、未知物体を含む画像セグメンテーションを研究する。既に実装が済んでいるゼロショット学習により、「未知物体を入力して得られる属性ベクトルが、どのような知識グラフを形成するか、また、未知物体を含む画像セグメンテーションによってどのような知識が有効か」について、研究を行う。(2)ゼロショット学習の応用として、知識融合型の対話に関する研究を進める。深層学習を用いたゼロショット学習は応用範囲が広く、画像だけでなく、言語処理に関しても拡張可能であることが分かってきた。画像のゼロショット学習と同様、言語におけるゼロショット学習の研究を進めることで、人とロボットの円滑なコミュニケーションに関する研究に展開する。本研究では、物体の画像特徴だけでなく、物体に関する知識も同時に学習させることにより、既知物体の認識精度と未知物体の識別率の向上を目的としている。このような研究は、一般的にゼロショット学習と呼ばれている。ゼロショット学習では、既知の学習集合から学習した知識を、未知のテスト集合へ適用するために、画像特徴とその意味表現を用いる。平成29年度は、異なる意味表現によって、ゼロショット学習の精度がどのように変化するか、最も精度の高い意味表現はどのようなものであるかについて研究を行った。まず、一般物体のゼロショット学習に対して、標準的な評価ベンチマークとなっているImageNetをベンチマークとして用いた。ImageNetの各クラスはWordnetの概念と対応しており、3つの要素で定義されている。それらは、見出し単語、見出し単語を自然言語で説明したテキスト文書、Wordnetの他ノードに述語を介してリンクしている知識グラフである。同じ意味表現でも、コンピュータで扱えるベクトル形式に変換する方法が種々提案されているので、異なる意味表現、異なる変換方法によって、ゼロショット学習の精度がどのような影響を受けるか調べた。その結果、次のような結果が得られた。第1に、単語表現は変換方法によって精度が同じではないことを発見した。従来のWord2vecの代わりにGloVeを用いると、ベースラインモデルの精度を2倍にすることができる。第2に、知識グラフは他の記述レベルより優れている。完全なwordnet知識グラフを用いるモデルでは、現在最も優れている方法より45%も精度を改善することができた。第3に、現在、最も研究が行われているテキスト文書は、ゼロショット学習のベンチマークでは、良い結果が得られなかった。これらの結果を用いて、機能推定や画像認識、対話の精度と意味表現の関係についても研究を進めた。平成29年度の計画として、下記4項目を予定していた。それぞれについて、以下の状況を達成している。(1)物体画像の学習データセットを決定する:物体画像データベースとして、ImageNetをゼロショット学習のベンチマークに決定した。

(2)学習データセットの各物体画像を、知識グラフ内のノードに対応付ける:知識グラフとしては、Linked Open Data、特にBabelNetを用いて、ImageNetの画像とDBPediaの知識グラフを自動的に対応付けた。(3)CNNによる深層学習を用いて、物体画像から画像特徴ベクトルを自動学習する:物体画像のImageNetベンチマークを用いて、ゼロショット学習をend-to-endで行い、画像特徴ベクトルをCNNにより自動学習した。(4)知識グラフから物体の属性特徴ベクトルを自動学習する:知識グラフからベクトルに変換する方法を新たに提案し、従来手法より45%精度が向上することを確かめた。また、単語、テキスト文書、知識グラフという異なる意味メディアでは、従来良く研究されてきた単語や、現在主として研究されているテキスト文書に比べ、知識グラフを用いると最も精度が高くなることが分かった。本研究では、物体の画像特徴と物体に関する知識を同時に学習させることにより、既知物体と未知物体の認識精度向上をめざす、ゼロショット学習を目的としている。これまでに実装は完了しているが精度が低いので、平成30年度はその原因解明と精度向上を行った(下記1,2)。また、ゼロショット学習を画像セグメンテーション、議論対話、知的対話に応用する研究を行った(下記3,4,5)1.ゼロショット学習の改善:単語、テキスト文書、知識グラフという異なる意味的特徴表現がゼロショット学習の精度に与える影響について、大量のデータを用いて評価した。その結果、意味的特徴表現が適切に設計されると、従来の精度を大きく改善できることが分かった。2.新たなベンチマークの提案:ゼロショット学習の精度が低い理由について考察した。その結果、ベンチマークとして用いていたImageNetのデータベースに、ゼロショット学習にとって致命的な欠陥があることが分かった。この欠陥をなくすために構造的バイアスを導入し、新たなベンチマークデータベースを自動構築する方法について提案した。3.画像セグメンテーションへの応用:ゼロショット学習による物体認識を画素ごとに実行することにより、画像中に存在する未知物体を画素ごとにセグメンテーションする方法について提案した。4.人とロボットとの議論対話への応用:人の意見に含まれる言語特徴と、その周辺に存在する知識の意味的特徴を対応付けることによって、人の意見とは逆の意見を、深層学習によって生成することができる対話ロボットについて研究した。5.人とロボットとの知的対話への応用:ユーザー発話の発話意図を言語特徴として、深層学習により推定する。この発話意図を知識ベースに写像し、関係する文書を意味的特徴として検索する。その結果を、深層学習を用いてシステム発話として生成する研究を行った。
硬組織再生におけるヒト歯髄細胞の有用性に関する研究

歯髄は正常な組織では石灰化しない。しかし、歯髄線維芽細胞は、生体から取り出して培養すると、骨芽細胞や骨髄間葉細胞よりも自身の産生する細胞外基質を石灰化する能力が高いことがわかった。培養歯髄線維芽細胞は破骨細胞形成支持能を有し、遺伝子発現プロファイルも骨芽細胞や骨髄間葉細胞と酷似していた。また、歯髄線維芽細胞を免疫不全マウスに移植すると骨髄を伴った骨を形成した。本研究成果から、歯髄線維芽細胞の分子生物学的性状解析結果を基にした硬組織再生医療における材料としての歯髄線維芽細胞の有用性を明らかにすることができた。骨のリモデリングとは、骨吸収と骨形成が絶え間なく繰り返されることにより、古い骨が新しい骨に置換されていくことである。この骨吸収と骨形成の量は、動的に均衡した共役状態に保たれたカップリング現象を示す。一方、形成後の歯質に関しては、生理的代謝の一環として吸収されることはない。我々は、通常状態では石灰化することがない歯髄細胞を細胞培養系に移すと、著しく強い石灰化能を獲得し、この石灰化亢進の原因となる候補遺伝子を複数見出した。本研究は、ヒト由来の歯髄細胞を用いて、未だ不明である硬組織石灰化の分子メカニズムを検討し、硬組織再生におけるヒト歯髄細胞の有用性を明らかにすることを目的としている。歯髄線維芽細胞は、生体から取り出して培養すると、骨芽細胞や骨髄間葉細胞よりも自身の産生する細胞外基質を石灰化する能力が高いことがわかった。本年度の成果として、、ヒトおよびマウスの歯髄線維芽細胞は、骨髄間葉細胞および骨芽細胞と大部分の遺伝子について発現レベルが同等であることに加え、BMPファミリーメンバーの発現が著しく高いことから、硬組織再生において歯髄線維芽細胞の優位性が予想された。ヒトおよびマウスの培養歯髄線維芽細胞について、硬組織形成能の本質である細胞外基質を石灰化させる能力を調べた。ヒトおよびマウスの培養歯髄線維芽細胞はBMP-2非添加条件化においてもアルカリホスファターゼの活性が高く、β-グリセロリン酸およびアスコルビン酸の添加のみで著明な基質石灰化が認められた。リアルタイムRT-PCRにて発現レベルを解析すると、ヒトおよびマウスの培養歯髄線維芽細胞は、ともにアルカリホスファターゼの発現が骨髄間葉細胞および骨芽細胞より数10倍高かった。さらに、マイクロアレイにてヒトおよびマウスの培養歯髄線維芽細胞と骨髄間葉細胞および骨芽細胞の遺伝子発現プロファイルを作製した。ヒトおよびマウスの双方において培養歯髄線維芽細胞、骨髄間葉細胞および骨芽細胞の総括的な遺伝子発現パターンは、酷似していた。すなわち、骨髄間葉細胞および骨芽細胞のマーカーであるI型コラーゲン、オステオカルシン、Runt-related transcription factor 2(RUNX2)などは上記3種の細胞間において同レベルで発現していた。象牙質および骨細胞の基質タンパク質である象牙質マトリックスタンパク-1 (DMP-1)の発現レベルは歯髄線維芽細胞のほうが高かった。次に、ヒトおよびマウスの培養歯髄線維芽細胞をT細胞およびB細胞を欠損する重度免疫不全マウスの筋膜下に移植した。移植2ヶ月後において、歯髄線維芽細胞移植群では同様の方法で移植した骨芽細胞や骨髄細胞移植群よりも高度に石灰化した硬組織が認められた。再生硬組織には、2種類の組織が同時に誘導され、細胞成分が少ない密な硬組織と、骨髄を伴った骨組織が誘導された。したがって、歯髄線維芽細胞は適当な方法が開発されれば、造血機能を伴った完全な骨を再生出来ることが示唆された。歯髄線維芽細胞が骨芽細胞や骨髄間葉細胞と同様に破骨細胞支持能をもち、さらにその発現プロファイルも骨芽細胞や骨髄間葉細胞と酷似していた。実際に筋膜内に移植すると、効率的に硬組織を再生した。以上の結果は、培養歯髄線維芽細胞が、硬組織石灰化のメカニズム解明のためのモデル系として、また、骨再生の材料として特に優れていることを示した。ヒトおよびマウスの培養歯髄線維芽細胞について、硬組織形成能の本質である細胞外基質を石灰化させる能力を解析した。比較のために骨髄間葉細胞または骨芽細胞の培養も併行して行った。骨芽細胞の細胞外基質石灰化は、骨形成タンパク2(BMP-2)、β-グリセロリン酸およびアスコルビン酸の3者を培地に添加しないと効率的には起こらない。BMP-2シグナルは、骨芽細胞や骨髄間葉細胞においてTNAP(組織非特異型アルカリホスファターゼ)の発現を上昇させる。次いでTNAPがβ-グリセロリン酸を加水分解してPiを生成し、ヒドロキシアパタイト結晶が成長する。一方、アスコルビン酸は、コラーゲン分子中のプロリン残基の水酸化酵素(プロリルヒドロキシラーゼ)とリジン残基の水酸化酵素(リシルヒドロキシラーゼ)の補酵素である。プロリン残基とリジン残基の水酸化はコラーゲンの成熟化および安定化に必須であり、アスコルビン酸はコラーゲンの成熟化をもたらす。

このようにして、BMP-2, β-グリセロリン酸およびアスコルビン酸はそれぞれTNAP発現上昇、Piの供給物質、コラーゲンマトリックスの成熟という役割を担って、基質石灰化を促進する。ヒトおよびマウスの培養歯髄線維芽細胞はBMP-2非添加条件化においてもTNAPの活性が高く、β-グリセロリン酸およびアスコルビン酸の添加のみで著明な基質石灰化が認められた。リアルタイムRT-PCRにて発現レベルを解析すると、ヒトおよびマウスの培養歯髄線維芽細胞は、ともにTNAPの発現が骨髄間葉細胞および骨芽細胞より数10倍高かった。さらに、マイクロアレイにてヒトおよびマウスの培養歯髄線維芽細胞と骨髄間葉細胞および骨芽細胞の遺伝子発現プロファイルを作製した。ヒトおよびマウスの双方において培養歯髄線維芽細胞、骨髄間葉細胞および骨芽細胞の総括的な遺伝子発現パターンは、酷似していた。歯髄は正常な組織では石灰化しない。しかし、歯髄線維芽細胞は、生体から取り出して培養すると、骨芽細胞や骨髄間葉細胞よりも自身の産生する細胞外基質を石灰化する能力が高いことがわかった。培養歯髄線維芽細胞は破骨細胞形成支持能を有し、遺伝子発現プロファイルも骨芽細胞や骨髄間葉細胞と酷似していた。また、歯髄線維芽細胞を免疫不全マウスに移植すると骨髄を伴った骨を形成した。本研究成果から、歯髄線維芽細胞の分子生物学的性状解析結果を基にした硬組織再生医療における材料としての歯髄線維芽細胞の有用性を明らかにすることができた。ヒト歯髄細胞が発現する転写調節因子の生理的機能を証明するために、これらの遺伝子を高発現あるいは欠損させたマウスの作製に着手する。また、ヒトの乳歯や抜去歯由来の歯髄組織から調製した細胞群を無血清培地にて簡便に培養するシステムを構築する。硬組織の細胞外基質の石灰化の最前線においてCaやPiの濃縮に関与していると想定されるCaチャネルやPiトランスポーターについては、不明な点が多い。平成29年度は、培養歯髄細胞を石灰化機構解析モデルとして用いることで、Ca、Pi濃縮に関わる分子機構の解明とこれを標的とした薬剤の開発に糸口をつける実験結果を見出したい。小児歯科学2015年度の研究がおおむね順調に進行したことにより、予定より試薬の購入等が少なくできたためである。消耗品類が定価よりも安価に購入できたため、次年度使用額が生じた。次年度使用金の6万円は、試薬類の購入にあてる予定である。消耗品の購入に加算する予定である。
NodalおよびTbx20異常の先天性心疾患・肺動脈疾患発症における関与

内臓錯位症候群では、高頻度に複雑型先天性心疾患を合併する。私たちは網羅的遺伝子解析により、NODALとTBX20遺伝子異常を有する複雑型先天性心疾患家系を見出した。遺伝子機能解析と、NodalおよびTbx20遺伝子改変マウスの交配実験により、心大血管表現型について、顕微鏡的、組織的、分子生物学的解析を行う。また、私たちが独自に樹立した心臓流出路と肺動脈を標識することができる遺伝子改変マウスをさらに交配して解析することにより、Nodalシグナルの心血管発生および先天性心疾患発症における役割を明らかにする。
日本産イモリ属の多様性評価と個体群分類のための分子遺伝学的研究

アカハライモリの遺伝的分化について、全国的な調査を行い、mtDNAの結果から、本種は大きく4つの系統に区分されること、核DNAの結果でも東日本系統の独自瀬が認められることを明らかにした。また次世代シーケンサーを用いたマイクロサテライトマーカーの開発を行い、遺伝集団間の境界領域での遺伝的交流の実態把握を進めた。その結果、遺伝集団間に急激な対立遺伝子頻度の違いが見られ、アカハライモリには複数の種が含まれることが明らかとなった。本年度は、(1)遺伝解析のためのサンプリング、(2)核遺伝子領域の塩基配列解読、(3)マイクロサテライトマーカーの開発の3つを主におこなった。まず、(1)であるが中部-北陸-近畿-中国地方東部などに分布する中部日本群と、中国地方西部-四国-九州北中部などに分布する西日本群の境界領域でサンプル収集をおこなった。また西日本群と西九州-南九州に分布する西南九州群の境界領域でもサンプル収集をおこなった。東北-関東の東日本群と中部日本群の境界領域でのサンプル収集は調査予定の直前に起きた震災の影響で断念した。次に(2)の核遺伝子座の解読については、現在、rag1領域の解読を進めている。単一の領域では変異が少ないので、さらに有用な領域を探し、解読を進める予定である。また(3)のマイクロサテライトマーカーの開発にも着手した。まず、マグネティックビーズを用いたマイクロサテライト領域を含むDNA断片の濃縮をおこない、それらのDNA断片の塩基配列を解読してマイクロサテライト領域を含むか否か確認した。その結果、1回目の濃縮では、濃縮が十分でなくマイクロサテライトを含むDNA断片は1割以下で、十分な数の配列が得られなかった。他の多くの分類群ではそのようなう結果にはならないことから、これはイモリなどに特有の問題と考えられる。そこでビーズによる濃縮を2度繰り返し行い、マイクロサテライトを含むDNA断片の割合をさらに高めることを試みた。その結果、マイクロサテライトを含むDNA断片の割合は3-4割程度まで向上した。2度の濃縮により、効率的にマイクロサテライトを含むDNA領域の配列を得ることができるようになり、現在合計約25の候補となる配列が得られている。今後も候補となるDNA断片の塩基配列解読を進めてマイクロサテライトマーカーの開発をおこなう予定である。本年度は、遺伝解析のためのサンプリング、mtDNA、核DNA領域の配列解読と系統解析、系統地理解析を行った。mtDNAの解析の結果、日本産2種(アカハライモリ、シリケンイモリ)には非常に大きな遺伝的な分化が見られ、2種の単系統性は支持されるものの、その分化程度は近縁の属間の遺伝的距離にも匹敵することが明らかとなった。アカハライモリは4つの主要クレイドに大別され、主要クレイド間の遺伝的分化も非常に大きいことが明らかになった。また、各クレイド内にも幾つかの地理的集団が見られることも明らかとなった。さらに高緯度に分布するクレイドほど面積あたりの遺伝的多様性が低く、本種の高緯度のクレイドは更新世の氷期によって分布域が縮小し、その後の間氷期に再び分布拡大が起こり、現在の地理的構造が形成されてきたことが示唆された。こうしたmtDNAの分化は、先行研究で明らかな外部形態、アロザイムの分化パターンと地理的境界が大まかに一致することが明らかになった。これらのことからアカハライモリには幾つかの種が含まれていることが示唆され、分類学的な再検討が必要であることがわかった。核DNAの遺伝子領域においても、関東以北のクレイドは単系統群となり、mtDNAの結果を支持した。核DNAの領域においてはその他のクレイドは明確な地理的分化が見られなかったが、これはincomplete lineage sortingによる祖先多型の保持に起因するものと考えられた。クレイド間の遺伝的交流の実態把握を進めるために、次世代シーケンサーを用いたマイクロサテライトマーカーの開発を行った。その結果、従来の方法では開発の難しかった本種においても幾つかのマイクロサテライトマーカーを開発することが出来た。現在、マルチプレックスPCRによる解析のため、各マーカーの組み合わせを検討している。本年度は、1遺伝解析のためのサンプリング、2ミトコンドリアDNAと核遺伝子領域の塩基配列解読、3マイクロサテライトマーカーの開発とそれを用いた遺伝解析、4ミトコンドリアDNAと核DNAの解析結果の論文執筆をおこなった。まず、1については、中国地方に境界が見られる西日本系統と中部系統の境界周辺地域でのサンプリング、関東から中部に境界がある東日本系統と中部系統の境界周辺地域でのサンプリングを行った。各形態の形態学的な識別形質に基づき分布を整理した結果、詳細に分布の境界地域を割り出すことができた。2についても新たなサンプルの解析を行い、分布境界で両者の共存を確認したほか、分布の境界の詳細な地域を絞り込めた。核遺伝子座の解読についてもrag-1遺伝子の解読を順調に行うことができ、核遺伝子座で見た場合も東日本系統の独自性を確認することができた。その他の系統は核遺伝子では区分できなかった。この結果には、おそらく祖先多型の存在が影響していると考えている。

また3のマイクロサテライトマーカーの開発は、次世代シーケンサーを用いた方法に切り替え、反復配列の含まれるDNA情報からプライマーを設計し、予備実験を繰り返すことで15以上の使用に耐えうるマーカーを開発することができた。それらを用いた中国地方の西日本系統と中部系統の分布境界での解析の結果、比較的狭い移行帯をはさんで、両系統の対立遺伝子頻度は急速に変わることを確認できた。4についても2つの学会、研究会で発表を行い、一部成果を論文で公表した。当初目的としていたmtDNA、核DNAの解析はほぼ完了し、現在論文投稿のための原稿を執筆している。マイクロサテライトについてもマーカーの開発を終え、解析を開始しているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。mtDNAの主要クレイド間の境界領域でのサンプリングとマイクロサテライトによる遺伝解析を進め、遺伝集団間の遺伝的交流の実態把握を進める。
アメンヘテプ3世王墓に描かれた「アムドゥアト書」の史料化のための調査研究

エジプト・アラブ共和国、王家の谷に位置するアメンヘテプ3世王墓の埋葬室の壁面にはアムドゥアト書が描かれている。この宗教文書を史料化するために、デジタル撮影の方法と画像加工の手法を確立した。これらの手法で、アムドゥアト書の描かれた東壁、西壁および南壁の約半分の撮影を完了した。また、得られたアムドゥアト書の画像と翻字・翻訳からなるデジタル画像史料の概略を定めた。さらに撮影画像の分析から、アムドゥアト書の施工過程を復原し、王墓の埋葬室を冥界における祭祀空間であると解釈した。1、「アムドゥアト書」の史料化と古代エジプト人の死生観についての研究成果の発表2008年5月にギリシア・ロードスで開催されたエジプト学者国際会議において、The decoration program in the burial chamber of the royal tomb of Amenophis IIIと題して研究成果を発表した(菊地)。本研究の萌芽期にアメンヘテプ3世王墓において現地予備調査を実施しており、それを用いて「アムドゥアト書」の施工について予察をおこなった。それによると、埋葬室の東壁は、意図的に優先して「アムドゥアト書」で入念にかつ大きく装飾されたと推測できた。さらに発表では、本研究課題の目的と研究意義である「アムドゥアト書」をあるがままに提示することの重要性を述べたところ、学会参加者から賛同が表明された。そこから本研究のさらなる展望が可能になった。また、研究代表者・分担者が所属する研究機関の発表としても成果を公開した。2、デジタルー眼レフカメラを用いた「アムドゥアト書」の第1次撮影記録調査2009年2月から3月にかけて、アメンヘテプ3世王墓の埋葬室の壁面に施されている「アムドゥアト書」の撮影をおこなった。撮影には、2110万画素を誇るデジタルー眼レフカメラ(Canon EOS 1DsMark III)、およびEF180mm F3.5LマクロUSMレンズを利用し、撮影枚数は3729枚に及んだ(菊地・佐藤)。この調査に先立ち、撮影を効率的におこなうために、パノラマ写真自動撮影装置などの開発をおこなった(犬井)。また撮影した個別の画像を接合するための研究を進めた(犬井・佐藤)。1.「アムドゥアト書」の史料化に関する研究成果の発表平成21年度は、前年度に実施したアメンヘテプ3世王墓の埋葬室における「アムドゥアト書」の第1次撮影記録調査とその成果について報告を行った。現地調査のために、研究チームはアメンヘテプ3世王墓の埋葬室の構造、および撮影対象である「アムドゥアト書」が描がれているその壁面の分析を行い、現場での撮影に適した機材を開発している。研究発表では、調査環境の分析の重要性、壁面を一定のピッチで分割撮影するパノラマ写真自動撮影装置の構造を報告した。さらに撮影されたデジタル画像を接合して得られるパノラマ画像を評価し、史料としての有効性を示した。撮影された写真を接合して作成したパノラマ画像は、壁面全面をカバーするには及んでいない。そこで、これを現段階では、中規模のパノラマ画像と定義している。しかしながら、これらのパノラマ画像には、歪みがほぼ無い。そのため、これを史料としてみた場合、「アムドゥアト書」研究に大いに資するものであることを明らかにできた。例えば、パノラマ画像では、「アムドゥアト書」のテキストの文字の形態やテキストを記す行の設定の様子、図像の下絵など、既存の史料には含まれていない情報が、広範囲に連続して観察することができるのである。2.デジタル一眼レフカメラを用いた「アムドゥアト書」の第2次撮影記録調査平成22年2月から3月にかけて、アメンヘテプ3世王墓で「アムドウアト書」の第2次撮影記録調査を実施した。前年度から照明機材を変更したことで、一定の明るさの画像を得ることができた。また、壁面全面に及ぶ大規模のパノラマ画像の制作に有利になるように、パノラマ用の画像と画像を接合する作業で用いる計測用の画像を分離して撮影している。1.「アムドゥアト書」の史料化のための研究「アムドゥアト書」をどのような史料にするか、その検討を継続して行なった。アメンヘテプ3世王墓でのデジタル撮影で得られる画像の色彩について、史料化する際に2つの異なったコンセプトが得られた。一方は、壁面に施されている色を忠実に再現するというものであり、他方は、壁面に施されている色をより明確に表現することで画像を判別しやすくするというものである。これらのコンセプトは優劣をつけられるものではない。今後、編纂する史料の目的と想定される利用者の要望を考慮しつつ、どちらのコンセプトを採用するか判断していく。また、史料の形体として、多言語対応の画像およびテキストのデーターベースとし、その仕様の概要を明確化した。

さらに、本研究の取り組みは、デジタル画像技術を応用した史料化の動向において、今後の歩むべき方向を指し示していると考えている。これまで、予算措置を十二分に得られる巨大プロジェクトとして進められてきた事例はあるが、すべての文化財に対してこのような理想的な記録環境が得られるものではない。このような現状を踏まえれば、本研究課題での史料化手法は、方法論といった観点からも類似した課題に対して参考例として貢献できるであろう。2.デジタル一眼レフカメラを用いた「アムドゥアト書」の第3次撮影記録調査アメンヘテプ3世王墓の埋葬室の壁面に施されていた「アムドゥアト書」は、壁面から剥落した破片が100点近く蒐集されて、現地の王墓に保管されている。2012年3月に実施した今次調査では、これらの破片をデジタル撮影し、記録した。この画像データは、今後、壁面全体の画像史料の補足資料として位置づけることができる。また、本研究で開発してきたデジタルカメラを用いた記録手法の応用性を検証するために、神殿や居住遺跡におけるパノラマ撮影をおこなった。
HBV遺伝子のヒト遺伝子への組み込みに対する統合的遺伝子解析から肝発癌を予測する

申請者らは、新しいタイプの遺伝子変化であるcomplex structural variation (SV)がB型肝炎ウイルス(HBV)遺伝子に起こることを世界に先駆けて報告した。本研究では、既知の肝発癌と関連するHBV遺伝子変化に加え、complex SVの肝発癌との関連を調査する。血液および肝組織のHBV遺伝子、さらにヒト遺伝子-HBV遺伝子組み込み配列、の規範的な遺伝子変化およびcomplex SVを詳細に解析し、新しい視点から肝発癌に関連する遺伝子変化を明らかする。それら遺伝子変化の統合解析から、肝発癌予測のバイオマーカー開発を目標とする。
インプランタブル無鉛圧電材料の混晶設計と実践的創製支援シミュレーション

医療電子制御機械に適用可能な新規無鉛圧電材料の創製を支援するため,巨大圧電性を発現する新規ペロブスカイト型化合物の複合化設計と,第一原理計算を導入した実践的創製支援シミュレーションを構築した.生体適合性を考慮して複合化のための置換元素を厳選した上で,フォノンモードを考慮した構造相転移プロセスの予測法を開発し,機能創発の鍵となる結晶構造を特定した.ランダウ現象論に基づくエネルギ関数の定式化と第一原理計算による係数同定により状態図を予測し,モルフォトロピック相境界の最適創製条件を探索した.医療電子制御機械に適用可能な新規無鉛圧電材料の創製を支援するため,巨大圧電性を発現する新規ペロブスカイト型化合物の複合化設計と,第一原理計算を導入した実践的創製支援シミュレーションを構築した.生体適合性を考慮して複合化のための置換元素を厳選した上で,フォノンモードを考慮した構造相転移プロセスの予測法を開発し,機能創発の鍵となる結晶構造を特定した.ランダウ現象論に基づくエネルギ関数の定式化と第一原理計算による係数同定により状態図を予測し,モルフォトロピック相境界の最適創製条件を探索した.本年度の研究実績は下記の3項目に大別される.1.ペロブスカイト化合物ABX_3の複合化立方晶においてソフトモードをもち,非対称構造へ相転移可能なペロブスカイト化合物の単晶に対して,AサイトおよびBサイトを他元素で置換した複合化を検討した.置換元素は,幾何学的構造安定性と物理的類似性を考慮して同族で2周期以内に存在する生体適合元素として,有力な混晶を特定した.2.フォノンモード解析に基づく連続的構造相転移の予測構造相転移プロセスの予測法を構築するため,立方晶におけるフォノンモードを解析し,負の振動数をもち構造を不安定にするソフトモードを調査した.全エネルギが極小となるソフトモード原子変位を初期値に導入して対称性を規定しない状態で緩和計算を実施し,これに誘起される非対称構造の晶系を特定した.さらに,特定した晶系の対称条件下で緩和計算した非対称構造に対して新たにフォノンモードを解析し,ソフトモードが存在すれば同様の計算を繰り返し,ソフトモードが存在しなくなった段階で計算を終了した.既存材料で本予測法の妥当性を確認した上で,新規材料の単晶に適用し,ソフトモードにより誘起される非対称構造を明らかにした.3.非対称構造の物性評価ソフトモードにより誘起された非対称構造に対して,バンド構造と電子状態密度を分析し,絶縁性および強誘電性を検証した.また,基本的な材料特性として,自発ひずみ,自発分極,弾性スティフネス係数,圧電応力定数を評価した.本年度の研究実績は下記の3項目に大別される.1.複合ペロブスカイト化合物のフォノンモード解析と有力候補の探索単晶に対して前年度に構築した,フォノンモード解析に基づく構造相転移プロセスの予測法を混晶に応用した.すなわち,混晶の対称構造におけるフォノンモードを解析し,負の振動数をもち構造を不安定にするソフトモードを調査した.次に,全エネルギが極小となるソフトモード原子変位を初期値に導入して対称性を規定しない状態で緩和計算を実施し,これに誘起される非対称構造の晶系を特定した.その結果,複数の非対称構造で安定する化合物に着目し,モルフォトロピック相境界で巨大圧電特性を発現する新規化合物の有力候補を特定した.2.ランダウ現象論に基づくエネルギ関数の検討単晶を対象として,秩序変数を自発分極としたエネルギ関数を検討した.すなわち,次数の上限を6として,秩序変数の係数を同定するために,ソフトモードに誘起された非対称構造における全エネルギと自発分極を計算してエネルギ関数の基礎データを収集した.3.スパッタ薄膜創製実験第一原理計算により見出した新規材料のスパッタ薄膜創製を目指して,RFマグネトロンスパッタによりペロブスカイト型酸化物基板(SrTiO_3)に対して,下部電極層(SrRuO_3)の形成,新規材料(MgSiO3)の成膜を試みた.XRDによる結晶構造分析およびAFMによる強誘電特性評価を実施した.その結果,ドメイン・スイッチングによるヒステリシスおよびバタフライ特性の測定に成功し,スパッタ薄膜創製のための基礎データを収集した.本研究では,新規無鉛圧電材料の高性能化と最適創製条件を探索するため,モルフォトロピック相境界において巨大圧電性を発現する新規ペロブスカイト化合物の複合化設計と,第一原理計算とランダウ現象論を融合した実践的創製支援シミュレーションを目的とする.本年度の研究実績は下記の3項目に大別される.1.複合ペロブスカイト化合物の物性評価前年度に第一原理計算により探索した複合ペロブスカイト化合物ABO3の有力候補に対して,ソフトモードに誘起される非対称安定構造における物性を評価した.また,これまでに検討した単一サイトの複合化から,AおよびBの両サイトの複合化に発展させ,巨大圧電特性を発現する新たな複合ペロブスカイト化合物を探索した結果,(Ca,Ba)(Ti,Zr)O3 ,(Mg,Ca)(Si,Sn)O3や(MgCa)(Ge,Sn)O3が有力であることが判明した.

2.エネルギ関数の構築と状態図の予測ペロブスカイト化合物を対象として状態変数を格子不整合ひずみ,秩序変数を自発分極としたエネルギ関数を構築した.すなわち,次数の上限を6として,状態変数および秩序変数の係数とそれらのカップリング係数を考慮し,ソフトモードに誘起された非対称構造に対して係数を同定した.構築したエネルギ関数に基づいて既存材料の状態図を計算し,その妥当性を確認した上で,新規材料に応用した.3.スパッタ薄膜創製実験RFマグネトロンスパッタにより複合ペロブスカイト化合物の成膜を試みた.前年度に検討したペロブスカイト型酸化物基板(SrTiO3)と下部電極層(SrRuO3)を基にして,混晶のスパッタ薄膜を創製した.XRDによる結晶構造分析およびAFMによる強誘電特性評価を実施し,強誘電体特有のヒステリシス特性の計測に成功した.第一原理計算による複合ペロブスカイト化合物の探索と,単晶MgSiO_3のスパッタ薄膜創製実験は計画通りに実施できた.なお,エネルギ関数の検討では,秩序変数の係数同定までには至らなかったが,これに必要な全エネルギと自発分極に関する基礎データは得られたことから,おおむね本年度の目標を達成できたと考える.24年度が最終年度であるため、記入しない。当初の研究計画に従って,平成23年度の単晶に対する研究実績を踏まえて,平成24年度は混晶を重点的に研究する.具体的には,特定した複合ペロブスカイト化合物の有力候補のみに着目して物性を詳細に評価した上で,エネルギ関数の構築,状態図の予測,スパッタ薄膜創製実験を行う予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
クロマチンシグナリングによる細胞極性の形成機構の解明

真核細胞において細胞極性の形成は細胞運動や細胞分化、癌の発生など様々な細胞機能の鍵を握る。私達は本研究において、細胞核による細胞極性形成機構の解明に取り組んできた。その結果、ヒストン修飾状態というクロマチンからの情報(クロマチンシグナリング)が核膜に局在するタンパク質複合体LINC complexを介して、細胞極性の形成・細胞運動能制御に機能するメカニズムを明らかにした。さらに、癌におけるヒストン修飾異常が果たす役割を明らかにし、LINC complexの発現が乳癌発生初期に顕著に低下することも見出した。私達はグローバルなヒストン修飾によるクロマチン構造変化が細胞極性を制御することを見出してきた。細胞極性制御は、細胞運動能、細胞浸潤能調節において重要な機能を担っており、がん細胞の転移能にも関与する。そこで、ヒストン修飾によるクロマチン構造変化が、細胞極性を制御する分子メカニズムを明らかにすることを目的として本研究を進めてきた。昨年度の研究結果を基礎として、クロマチン構築変化がどのような情報として細胞質に伝達されるのか、その分子実態を解明するため、核膜貫通蛋白質複合体LINC complexに着目して解析を進めた。その結果、LINC complexの構成因子であるSUN2がゲノム上のある領域に集積することを見出した。一方、SUN1に関してはそのようなことは見出されないが、一方でrRNAの転写に関与することを見出した。また、がん組織では、ヒストン修飾を含むエピジェネティックな制御が、大きく乱れていることが知られているが、それに伴い、SUN1/SUN2およびその結合因子であるlamin, nesprin等の蛋白質発現が顕著に減少すること、nesprinおよびlaminの発現現象は臨床病理学的な因子と有意に相関することを見出した。さらに、in vitroにおいて、これらの因子の発現減少は細胞極性だけでなく、細胞核構造および細胞の接着能に影響を与えることも見出した。これらの結果は、核膜に存在するLINC complexは核と細胞質を物理的に繋ぐだけでなく、核内からの情報を細胞質へ、細胞質あるいは細胞外からの情報を核へ伝えていることを示しており、癌病態においてはその機能が破綻していることが示唆される。私達はこれまでにグローバルなヒストン修飾によるクロマチン構築の変化が、ゴルジ体構造を介して、細胞極性形成を調節している事を見出してきた。そこで当該研究において、クロマチン構築がどのように細胞極性の形成を調節しているのか明らかにする事を目的として研究に取り組んだ。細胞極性形成能は直接、細胞の運動能に影響を与えるため、本年度は癌細胞に着目した。細胞の癌化に伴い、一般的に細胞の遊走能、浸潤能は亢進している。さらに近年ヒストン修飾状態が大幅に変化していることが明らかにされてきている。しかしながら、ヒストン修飾の変化が細胞機能にもたらす意義はよくわかっていない。私達は、in vitroにおいてH3K9のメチル化酵素、SUV39H1を強制発現したところ、細胞の遊走能、浸潤能が顕著に亢進し、ノックダウンすることによりそれらは抑制された。また、大腸癌臨床検体を用いてヒストン修飾状態を解析したところ、大腸癌組織の浸潤部においてヒストンH3の9番目のリジンのトリメチル化(H3K9me3)が有意に亢進していること、大腸癌患者におけるリンパ管侵襲と臨床検体のH3K9me3の量に正の相関性が認められることを見出した。さらに、SUV39H1を過剰発現した大腸癌細胞をマウスの皮下に移植したところ腫瘍形成が促進され、生存率が顕著に低下することを明らかにした(Yokoyama et al., 2013, Cancer Sci. in press)。これらの結果は異常なH3K9me3が細胞運動能の活性化を介して大腸癌の進行に重要な役割を果たしていることを示しており、今後の臨床応用への大きなヒントとなるものである。細胞極性形成の制御は、細胞の分化、細胞運動、がん細胞の転移など様々な機能の鍵を握る。癌組織では細胞の癌化に伴い、様々なエピジェネティック異常の蓄積、核形態や細胞極性の大きな変化が観察される。私達はグローバルなヒストン修飾によるクロマチン構築の変化が、どのように細胞極性の形成に寄与しているのか明らかにするため、核膜に存在するLINC complex (Linker of nucleoskeleton and cytoskeleton)複合体に着目した。LINC complexは核膜タンパク質SUN1/SUN2、nesprin、核膜直下に発現するlamin等よりなり、クロマチンと細胞骨格を物理的に繋ぎ、核形態の維持、細胞運動に機能していることが知られていた。本研究において、LINC complexがある微小管モータータンパク質と結合し、ヒストン修飾状態に応答して、ゴルジ体構築を制御することを明らかにした。またヒト乳癌臨床検体において、LINC complex構成因子SUN1/2, nesprin2, laminA/Cの発現が顕著に低下していることを見出した。

またヒストンH3の9番目リジンのメチル化(H3K9me3)はヒト大腸癌組織の浸潤部において亢進し、in vitroにおいては細胞運動に必須であることを明らかにした。これらの結果は、ヒストン修飾状態というクロマチンからの情報(クロマチンシグナリング)がLINC complexを介してゴルジ体構築を制御し、細胞極性の形成に機能しているメカニズムを示している。この事は、クロマチン構築が細胞内外の情報を統合して細胞極性形成に機能する可能性を示しており、細胞レベルでの高次生命現象の統合的な理解に大きな意義を持つ。さらに、このシステムは、癌細胞の運動能制御にも寄与するため、今後、LINC complexにより制御される核構造と癌浸潤転移との関連を明らかにし、新たな治療方法、予後診断の確立へと展開していきたい。分子細胞生物学ほぼ予定どおりに進んでおり、SUN1/SUN2に結合するゲノム配列を、ChIP seqence解析により見出した。また、SUN/KASH蛋白質の強制発現およびノックダウンが細胞極性に与える影響および、クロマチン構築に与える影響も見出している。また、これらの研究に付随して、SUN1/SUN2蛋白質の発現が、乳がん組織において顕著に減弱していることも見出しており、次年度これらを発展させることにより、本来の目的である、クロマチン構造変化による細胞極性形成機構の解明に結び付け、さらにin vivoでの機能へと発展させることが可能であると考えられるため。当初予定していたクロマチンシグナリングの生理的意義、病理的意義の解明において、癌細胞における異常なクロマチンシグナリングが細胞運動能あるいは細胞浸潤能を調節することにより、癌の進展に機能していることを明らかにすることができた。今年度見出したヒストン修飾によって制御される核膜貫通蛋白質、SUN1/SUN2を含むLINC complexが、細胞質においてどのようにゴルジ体構築を制御しているのか明らかにする。そのための、候補分子郡はすでに見出している。また、今年度見出したSUN1による転写調節の可能性を、分子レベルで確認するとともに、SUN2のrRNA合成への関与を明らかにしていく。これらのことから、核内の情報による、細胞質でのゴルジ体構築制御機能の概要を明らかし、さらに細胞極性制御機構を明らかにする。次年度は、クロマチン構築変化が情報として細胞質に伝達され、細胞極性形成および細胞運動能を制御するクロマチンシグナリングの分子実態の解明に取り組む。[1]クロマチンシグナリングの解明SUNは核膜内膜に、KASHタンパク質は核膜外膜に局在化し、核膜間腔において複合体を形成する。KASHタンパク質は細胞骨格とも結合する。私達は、(i)SUNとトリメチル化されたヒストンH3K9が複合体として共沈する事、(ii)ヒストンH3K9のトリメチル化を阻害するとSUNおよびゴルジ体の局在が変化する事、(iii) SUNのノックダウン或いは過剰発現により、ゴルジ体構造が変化する事を見出しており、ヒストンの修飾状態を細胞質へ伝える因子の候補としてSUN/KASH複合体に着目する。
ピコ秒時間分解X線回折による構造相転移のダイナミクス解析

本研究では、フェムト秒ハイパワーレーザーを用いたポンプ・プローブ型ピコ秒時間分解パルスX線回折法を幾つかの温度・圧力誘起相転移物質に応用し、その相転移過程の結晶ひずみ変化と結晶構造変化をピコ秒時間分解で追跡することにより、結晶構造相転移のダイナミクスに対して新しい知見を加え、相転移モデルの構築を試みることを目的として研究を行った。フェムト秒レーザー光を真空チャンバー内で銅円盤に集光してX線を発生させ、Be窓を通して大気中に導きだし、平板資料をゴニオに設置し、検出器として液体窒素冷却CCDを設置して、回折X線の検出を行った。一方、パルス圧縮前の300psビームを分岐して、適当な光学遅延回路を介して試料に3.3GW/cm^2で照射し、試料の光学的な励起を行った。シリコン単結晶を試料として、ピコ秒レーザー光の吸収に伴う結晶格子のひずみ変化を10psの分解能で1000psの遅延時間まで時間分解測定することができた。レーザーエネルギーが物質内へ吸収・拡散する過程にともなう格子膨張と音響フォノン伝搬過程として明らかにすることが出来た。特に14年度は発生したレーザー誘起パルスX線を有効に利用するために、ヨハンソン湾曲結晶を用いたX線集光光学系を製作した。このX線集光系を用いることにより、約100ミクロンのスポットにX線を集光することが出来、約400倍の強度増強を行うことが出来た。微小位置において約4度の回折角度を一度に計測できるX線回折系を構築できた。これを用いることで、強誘電体PZTのエピタキシャル成長膜のX線回折が可能になり印可電圧に応答した結晶格子歪みを観測することが出来た。本研究は、ポンプ・プローブ型ピコ秒パルスX線回折法を幾つかの温度・圧力誘起相転移物質に応用し、その相転移課程の結晶格子歪み変化と結晶構造変化をピコ秒時間分解能で追跡することにより、結晶構造相転移のダイナミクスに対して新たな知見を加え、相転移モデルの構築を試みることを目的としている。本年度の実験は、フェムト秒レーザービームを真空チャンバー内で銅円板に集光してX線を発生させ、Be窓を通して大気中に導き出す。平板試料をゴニオに設置し、検出器としてイメージングプレートもしくは液体窒素冷却CCDを設置して、回折X線の検出を行った。一方、パルス圧縮前の300psビームを分岐して、適当な光学遅延線路を介して試料に3.3GW/cm^2で照射し、試料の光学的な励起を行った。現在まで、シリコン単結晶を試料として、ピコ秒レーザー光の吸収に伴う結晶格子の歪み変化を10psの分解能で1000psの遅延時間まで時間分解測定することができた。その結果、300psの励起レーザーパルス照射中に、試料表面付近から膨張する様子がわかると共に、試料内部に向かって圧縮歪みが伝播することもわかった。そこで、この現象のモデル化を行い、シリコン中のレーザによるキャリアの生成とオージェ再結合による減少、格子温度の時間変化、応力と歪みの発生、キャリアの拡散現象を方程式に表し、数値計算によって現象をシミュレーションし、動力学回折理論によりロッキングカーブを得て、実験で得られた回折パターンと比較した。定量的に良く一致しており、レーザ光と半導体の過渡的相互作用を良く表現し得ることがわかった。