hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
松山－ブルン地磁気逆転境界年代の決定と地質年代の総合的キャリブレーション

Science Review, 2018.).以上のように,M-B境界周辺における古地磁気変動復元および,古海洋・古気候変動復元による天文年代の算出に関しては大変順調な進行状況である.しかし当初予定されていた,テフラの放射年代測定(ID-TIMSを用いた単結晶ジルコンU-Pb年代測定とレーザー段階加熱単結晶40Ar/39Ar年代測定)については遅延しており,H30年度に実施予定である.初年度および次年度に予定されていた作業の多くを占める,現地調査・岩石試料の採取・古地磁気測定・有孔虫抽出作業および酸素同位体測定については,大半を終了することができた.予定されていた古地磁気測定および酸素同位体測定が完了した。また当時の環境変動を詳しく解析した論文が受理された。日本最初のGSSP(国際境界模式層断面とポイント)の候補である千葉複合セクションにおいて,詳細な古地磁気測定および有孔虫化石の酸素同位体測定を行うことで,松山ーブルン逆転境界の年代が国際層序委員会の公式年代(78.1万年前)より1万年若い約77万年前であることを示すとともに,当該層準における超高解像度酸素同位体層序の構築を行った(Okada et al., 2017).次に花粉化石の群集解析から古気候復元を行い,有孔虫・放散虫・円石藻の群集解析から黒潮の移動に代表される当時の水塊構造の変化の復元を行った(Suganuma et al., 2018).さらに松山ーブルン逆転境界に伴う詳細な磁場逆転過程を古地磁気と10Be測定による独立した手法を用いて復元することにより,従前の記録を遙かに上回る時間分解能と信頼性を持った磁場変動記録の復元に成功しつつある(Okada et al., 2017; Simon et al., accepted).以上の結果を最大限活用することで,日本初のGSSP候補である「千葉セクション」のGSSP申請を行い,ライバルのイタリアを退け,第2次審査を突破し,第3次審査へと進むことができた.一方,本科研費の目的である「地質年代の総合的キャリブレーション」に必要となる他の地磁気逆転年代に関する調査のため,房総半島中西部に分布する海成上部鮮新統を対象に研究を進めた.その結果,安房層群安野層における詳細な古地磁気ー酸素同位体複合層序の構築に成功した(Haneda and Okada, 2019).成果物リスト:今年度は,古地磁気測定・酸素同位体測定を完了させることと,昨年度実施できなかったテフラの放射年代測定を実施することで,昨年度生じた研究計画の遅延を解消し,計画年度内の研究完了を可能にする.残された課題は、火山灰の放射年代測定であるので、本年度に実行できるよう、試料採取、処理を行い、測定作業に入る。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
生活習慣病の新規ターゲット味覚関連分子:ポリバレントケモセンサーとしての機能解析

うま味は、アミノ酸の検出・摂取に関わる重要な感覚である。ヒトうま味感受性に個人差があることが報告されていたが、この原因は不明であった。本研究により、G蛋白質共役受容体T1R1/T1R3のヘテロ二量体がヒトうま味受容体として働いていること、さらに遺伝子多型性によるアミノ酸変異体T1R1-372Thrは、-372Alaより高感度受容体として、T1R3-757Cysは、-757Argより低感度受容体として働くことが明らかとなった。生物は、生体内外の様々な物理的、化学的変化を敏感に感知し、様々な制御ネットワークをダイナミックに調節することでホメオスタシスを維持する。この糖代謝や、電解質、アミノ酸、脂質代謝などの制御システムの中心的役割を担う"起点"となるのが、"化学物質センサー"である。近年、味覚受容体は口腔内の味細胞に発現するだけでなく、口腔以外の臓器にも発現していることが明らかになってきた。このことから味覚受容体は口腔のみならず、様々な臓器で、様々な機能をもっ"ポリバレント(多機能)ケモセンサー"である可能性が強く示唆された。本研究では、様々な臓器における味覚関連分子の発現を調べ、またこれらの遺伝子多型性(SNP)が肥満、糖尿病、味覚異常に関与するかどうかを明らかにすることを目的とする。まず疾患関連ゲノム領域データベース情報から関連が示唆される味覚関連分子とSNPを選択した(ゲノムの疾患関連領域に座位し、コーディング領域にマイナーアリル頻度10%以上のアミノ酸変異を伴うことを指標とした)。この結果、肥満には、甘味/うま味受容体TIR1, TIR2, IR3、インスリン依存性肥満にはTrpm5、味覚異常にはTIR1, TIR2, TIR3, mGluR1のSNPがその候補として考えられた。マウスをもちいた発現解析(RT-PCR)の結果、膵臓などの臓器にTIR3の発現していることが明らかとなった。ヒトTIRのアミノ酸変異がリガンド結合アフィニティーに影響するかどうか調べるため、健常者の味覚認知閾値を調べ、候補SNPとの相関を検索した。この結果、TIR1とTIR3の2つのSNPがうま味感受性に影響している可能性が示唆された。以上のことより、味覚受容体のアミノ酸変異は、味覚だけでなく、腸や膵臓など他の臓器における化学物質のセンシングに影響している可能性が示唆された。生物は、生体内外の様々な化学的変化を敏感に感知し、様々な制御ネットワークをダイナミックに調節することでホメオスタシスを維持する。この糖代謝や、電解質、アミノ酸代謝などの制御システムの中心的役割を担う"起点"となるのが"化学物質センサー"である。近年、その一つである味覚受容体が、口腔の味細胞に発現するだけでなく、他の臓器にも発現していることが明らかになってきた。このことから味覚受容体は口腔のみならず、様々な臓器で、様々な機能をもつ"ポリバレント(多機能)ケモセンサー"である可能性が強く示唆された。本研究では、体内の味覚関連分子の発現分布を調べ、またこれらの遺伝子多型性(SNP)が肥満、糖尿病に関与するかどうかを明らかにすることを目的とする。本年度は、前年度までにゲノムデータ解析により肥満との関連が示唆され、また、うま味(アミノ酸)感受性の個人差の原因である可能性が示唆された、その受容体候補遺伝子T1R1/T1R3の2つのSNPsの影響をさらに詳細に調べるために、HEK293細胞強制発現系とCaイメージング法を組み合わせて機能解析を行った。この結果、T1R1のAla372がThrになると、うま味物質に対して高感受性の受容体を形成すること、一方、T1R3-Arg752がCysになると低感受性の受容体を形成することを明らかにした。また興味深いことに、これらのSNP頻度には人種差があり、肥満発症頻度が低い中国人や日本人などアジア人では、うま味高感受性のT1r1-372Thrの頻度が高いことがわかった(PLoS One,2009)。さらに近年、うま味受容体が消化管にも発現していることや、肥満の女性は、うま味感受性が低いという結果が報告された。以上のことより、味覚受容体のアミノ酸変異は、味覚だけでなく消化管などにおけるアミノ酸の感知に影響し、さらに肥満にも関与している可能性が強く示唆された。

本研究では、体内の味覚関連分子の発現分布を調べ、またこれらの遺伝子多型性(SNP)が肥満、糖尿病に関与するかどうかを明らかにすることを目的とする。本年度は、前年度までにゲノムデータ解析により肥満との関連が示唆され、また、うま味(アミノ酸)感受性の個人差の原因である可能性が示唆された、その受容体候補遺伝子T1R1/T1R3の2つのSNPsの影響をさらに詳細に調べるために、HEK293細胞強制発現系とCaイメージング法を組み合わせて機能解析を行った。この結果、T1R1のAla372がThrになると、うま味物質に対して高感受性の受容体を形成すること、一方、T1R3-Arg752がCysになると低感受性の受容体を形成することを明らかにした。また興味深いことに、これらのSNP頻度には人種差があり、肥満発症頻度が低い中国人や日本人などアジア人では、うま味高感受性のT1r1-372Thrの頻度が高いことがわかった(PLoS One, 2009, AJCN, 2009)。近年、うま味受容体が消化管にも発現していることや、肥満の女性は、うま味感受性が低いという結果が報告された。以上のことより、味覚受容体は様々な臓器でポリバレントケモセンサーとして働いており、生活習慣病の新規ターゲットとなる可能性が示唆された。
高効率化ロードマップ整合に向けた非平衡プラズマMHD発電機の超高性能化

本研究では,超高効率発電システム開発のロードマップに整合する性能を有する「高等エントロピー効率(低損失)発電機」の開発を目指し,その発電機が備えるべき要件を実験的に明らかにすることを目的とした。この目的を達成するために,本研究では,(1)発電機形状の最適化(流体力学的散逸の低減),(2)強磁界印加による性能向上(電気的散逸の低減),(3)高周波電磁界印加によるプラズマ制御(プラズマ不安定性の抑制),(4)数値シミュレーションによる性能評価とその実験へのフィードバックを有機的に組み合わせることにより,総合的に損失の低減化を試みた。初年度(平成16年度)は,与えられた発電機形状に対して「エンタルピー抽出率に対する等エントロピー効率の割合」が得られることを確認するとともに,高磁束密度利用によるMHD発電機の効率(電気変換効率)の向上を示唆する結果を得ることができた。次年度(平成17年度)は,さらに高い等エントロピー効率の実現を目指した発電機を新たに設計・製作し,超電導電磁石を有する衝撃波管駆動装置に組み込み,実験を行った。その結果,高効率化ロードマップに完全に則した「エンタルピー抽出率に対する等エントロピー効率の割合」の実証が確実に可能であることを明らかにした。最終年度(平成18年度)は,これまでの成果の更なる高度化を推進し,高周波電磁界の印加によるプラズマの更なる制御を図り,プラズマ安定化・ジュール散逸の低減に向けての指針を実験的に明確にするとともに,強磁界下で高周波電磁界の印加による入口プラズマ条件の改善とプラズマの安定化を試み,それらの相乗効果による発電効率の更なる向上を実験的に実証した。さらに数値シミュレーションにより,本実験結果の妥当性の評価,理論的裏付け,運転条件等に対する示唆,また更なる高効率化へ向けての提言を行った。以上要するに,本研究は3年間の研究期間を通して計画通りに遂行され,本研究成果は,当研究開発分野の発展に大きく貢献するものと考えられる。非平衡プラズマMHD発電は,熱回収を伴うMHD単独発電システムや燃料電池との複合発電システムを構築することで,総合効率が60%を越える超高効率発電となることが最近の詳細な数値シミュレーションにより示されているが,実験室規模の実験においては,超高効率発電システムを見据えた発電機開発の高効率化ロードマップに整合する発電性能を実証し,将来の大型化,更なる高効率化を目指す上での確実な実績を得ることが必要不可欠である。そこで,本研究では,超高効率発電システムを見据えた発電機開発の高効率化ロードマップに整合する性能を有する「高等エントロピー効率(低損失)の発電機」の開発を目指し,その発電機が備えるべき要件を実験的に明らかにすることを目的とする。この目的を達成するために,本研究では,(1)発電機形状の最適化(流体力学的散逸の低減),(2)強磁界印加による性能向上(電気的散逸の低減),(3)高周波電磁界印加によるプラズマ制御(プラズマ不安定性の抑制),(4)数値シミュレーションによる性能評価とその実験へのフィードバックを有機的に組み合わせることにより,総合的に損失の低減化を試み,等エントロピー効率の向上を図る。特に,上記(2),(3)は,本研究の極めて独創的な着眼点であり,それらの相乗効果を利用して本研究の目的を達成しようとするものである。本年度(平成16年度)は,当初の計画通り,高効率化ロードマップに則した「エンタルピー抽出率に対する等エントロピー効率の割合」が得られることを確認するとともに,高磁束密度利用によるMHD発電機の性能向上実験を行った。

具体的には,衝撃波管駆動ディスク形MHD発電機に超電導電磁石による高磁束密度(B>4T)を印加し,従来以上の高出密度化を実証するとともに,印加磁束密度の増加に起因する発電効率(電気変換効率)の向上を示唆する結果を得ることができた。ただし運転条件の最適化に関して課題が残されており,運転条件によっては,非平衡プラズマの生成・維持状態に起因して発電性能の劣化が観測された。以上の成果は,ある意味で想定された結果となっており,上記(2)強磁界印加による電気的散逸の低減と(3)高周波電磁界印加によるプラズマ不安定性の抑制の相乗効果を利用して目的を達成しようとする本研究の中心となる来年度研究の確実な基盤を築いたといえる。本研究では,非平衡プラズマMHD発電において,超高効率発電システムを見据えた発電機開発の高効率化ロードマップに整合する性能を有する「高等エントロピー効率(低損失)の発電機」の開発を目指し,その発電機が備えるべき要件を実験的に明らかにすることを目的としている。この目的を達成するために,(1)発電機形状の最適化(流体力学的散逸の低減),(2)強磁界印加による性能向上(電気的散逸の低減),(3)高周波電磁界印加によるプラズマ制御(プラズマ不安定性の抑制)を有機的に組み合わせることにより,総合的に損失の低減化を試み,等エントロピー効率の向上を図る。特に,上記(2),(3)は,本研究の極めて独創的な着眼点であり,それらの相乗効果を利用して本研究の目的を達成しようとするものである。初年度(平成16年度)は,与えられた発電機形状に対して「エンタルピー抽出率に対する等エントロピー効率の割合」が得られることを確認するとともに,高磁束密度利用によるMHD発電機の性能向上実験を行った。その結果,従来以上の高出密度化を実証するとともに,印加磁束密度の増加による発電効率(電気変換効率)の向上を示唆する結果を得ることができた。引き続く今年度(平成17年度)は,初年度の実績を受け,さらに高い等エントロピー効率の実現を目指した発電機を新たに設計・製作し,超電導電磁石を有する衝撃波管駆動装置に組み込み,実験を行った。その結果,高効率化ロードマップに完全に則した「エンタルピー抽出率に対する等エントロピー効率の割合」の実証が確実に可能であること,また条件の最適化や高周波電磁界印加により更なる向上が期待できることを明らかにした。以上の成果は,上記(2)強磁界印加による電気的散逸の低減と(3)高周波電磁界印加によるプラズマ不安定性の抑制の相乗効果を利用して目的を達成しようとする本研究の最終段階となる来年度(最終年度)研究の確実な基盤を築いたといえる。本研究では,超高効率発電システム開発のロードマップに整合する性能を有する「高等エントロピー効率(低損失)発電機」の開発を目指し,その発電機が備えるべき要件を実験的に明らかにすることを目的とした。この目的を達成するために,本研究では,(1)発電機形状の最適化(流体力学的散逸の低減),(2)強磁界印加による性能向上(電気的散逸の低減),(3)高周波電磁界印加によるプラズマ制御(プラズマ不安定性の抑制),(4)数値シミュレーションによる性能評価とその実験へのフィードバックを有機的に組み合わせることにより,総合的に損失の低減化を試みた。
ナノスケール不揮発性メモリによるビッグデータストレージシステムの開発

NAND型フラッシュメモリを超える、次世代のナノスケール抵抗変化メモリの研究開発を行った。本研究課題では、次世代ナノスケール抵抗変化メモリである、超格子構造の相変化メモリデバイスに着目して研究を遂行した。まず、メモリの動作メカニズム解明のために、超格子構造相変化メモリデバイスの測定を行い、スイッチングで消費するエネルギー、動作速度などを評価し、従来比で1/10の消費電流、数10nsオーダーのスイッチング速度を示した。また、デバイスの構造変化時に流れる電流波形を観測することにより、超格子相変化メモリデバイスの構造変化がどのようにして発現するのか、ということを詳細に調査した。更なるメモリ密度向上に向けて、多値動作に関する検討も行った。測定により、多値動作は可能であり、また、二段階パルスを与えることにより、より高精度な抵抗値制御が可能であることを示した。これらの成果をまとめて、国際会議、論文誌などで発表した。また、次世代ナノスケール抵抗変化メモリに適した周辺回路開発も併せて行った。提案した書込み、読出し回路を用いることにより、供給電圧や温度変化に対してロバストな不揮発メモリが実現できることを示した。これらの成果も、主要国際会議や雑誌論文誌などで発表した。本年度の研究成果により、本研究の最終目標である、従来デバイス比で2桁以上の性能向上、消費エネルギー1/100、10倍以上の寿命を実現する、ナノスケール抵抗変化メモリのフィージビリティを示し、量子、結晶工学、計算機・ネットワークアーキテクチャの学問分野の発展に寄与した。
硝子体ゲルの相転移が網膜疾患に及ぼす影響

豚の眼球の硝子体を用い,ゲルに働く4つの力,温度(循環恒温槽で変化させる。),pH(イオン強度の影響を避けるため酸として塩酸、塩基として水酸化ナトリウムを用いる。),イオン濃度(カルシウムイオンと鉄のイオンを用いる。カルシウムイオンは生体内で重要な役割をはたしているイオンの代表としてまた鉄イオンは硝子体出血時に硝子体内に多量に存在すると考えられるからである。),ファンデアワールス力を変える(溶媒組性、この系ではアルコール、水の混合溶液でその濃度を変化させることでファンデアワールス力を変化させる。)によって豚の硝子体の相図をほぼ完成することができた。しかしその体積相転移の点は、温度で摂氏40度、pHで2、イオン濃度で0.1mol/ml,そしてファンデアワールス力としては75%でありおのおのの状態は正常な生体では生じにくい状態である。推論として生体で硝子体の相転移はこれらの4つの力が単独ではなく複合することによって相転移を生じていると考えられた。相図の上から相転移が生じると考えられる、温度摂氏37度、pH4,カルシウムイオン濃度0.01mol/ml,ファンデアワールス力としては55%の状態をかにくいざるで起こして見たが硝子体構造まで破壊されてしまって可逆的な体積相転移は見られなかった。しかし眼科臨床上からはこのような硝子体の不可逆な硝子体の収縮から硝子体出血、網膜剥離を認めることもある。このことから3次元の相図でもっと詳細に検索すれば生体内で硝子体の相転移を生じせしめると考える。また硝子体自身は秩序構造をもったゲルのようであり体積相転移を生じるにしても体積相転移の仕方が方向によって異なり眼軸の方向に収縮眼軸方向に収縮することがわかった(ファンデアワールス力を変えた時).提灯のような折り畳み構造が内部に存在することが考えられた、このような構造の理解は硝子体手術にも助けになると考えられる.豚の眼球の硝子体を用い,ゲルに働く4つの力,温度(循環恒温槽で変化させる。また硝子体自身は秩序構造をもったゲルのようであり体積相転移を生じるにしても体積相転移の仕方が方向によって異なり眼軸の方向に収縮眼軸方向に収縮することがわかった(ファンデアワールス力を変えた時).提灯のような折り畳み構造が内部に存在することが考えられた、このような構造の理解は硝子体手術にも助けになると考えられる.
軟X線によるナノSi核形成と連続したレーザ照射による低温結晶化のダイナミクス

レーザ・プラズマ軟X線(LPX)照射+エキシマ・レーザ(ELA)照射による二段階結晶化プロセスを検討し, LPX照射がELAの結晶化臨界エネルギー密度を小さくするという結果を得た.これは, LPX照射による擬似結晶核の形成を強く示唆するものであり, LPX照射により作製したSi薄膜を分光光度計,電子スピン共鳴(ESR),及び,エリプソメトリーによる測定を行い,透過率変化,スピン密度,及び, a-Si膜の相変化を明らかにした.その結果, a-Si薄膜表面層に低密度領域の微量結晶化膜が形成されており,且つ,不対結合電子対の密度が約1/2になる事が判明した. LPX照射により擬似結晶核が形成されている. LPX照射単独による低温結晶化技術の開発に向け大きく前進したレーザ・プラズマ軟X線(LPX)照射+エキシマ・レーザ(ELA)照射による二段階結晶化プロセスを検討し, LPX照射がELAの結晶化臨界エネルギー密度を小さくするという結果を得た.これは, LPX照射による擬似結晶核の形成を強く示唆するものであり, LPX照射により作製したSi薄膜を分光光度計,電子スピン共鳴(ESR),及び,エリプソメトリーによる測定を行い,透過率変化,スピン密度,及び, a-Si膜の相変化を明らかにした.その結果, a-Si薄膜表面層に低密度領域の微量結晶化膜が形成されており,且つ,不対結合電子対の密度が約1/2になる事が判明した. LPX照射により擬似結晶核が形成されている. LPX照射単独による低温結晶化技術の開発に向け大きく前進した薄膜トランジスタ(TFT)の基板材料として非晶質シリコン(a-Si)薄膜に替わり、多結晶シリコン(poly-Si)薄膜が検討されている。poly-Si薄膜を作製する結晶化法として、エキシマ・レーザ(ELA)、グリーン・レーザ、熱プラズマジェットによりa-Si薄膜を溶融・結晶化する技術や、電気炉を使用した500600°Cの固相結晶化が研究されている。しかし、将来の柔軟型表示装置を支える基板上においては、従来の高温過程によるpoly-Si薄膜の作製法では、基板を劣化させる問題を生じる。レーザ・プラズマ軟X線(LPX)照射による擬似結晶核形成過程によりELAによる粒成長過程を低エネルギーにする事が本研究の目的である。本期間において、結晶化の動的過程を解明する。19年度において明らかになった事は以下の点である。1.LPX照射を前処理としたELAの実験から、LPXのフォトン数が大きい程、結晶化する割合が大きい事、ELAの結晶化開始の臨界エネルギー密度を下げられる事が明らかになった。2.LPX照射中の基板温度が50-200°Cである事から非溶融、即ち固相状態で核形成を生じる。3.LPXでは数%の結晶化率であるが、放射光施設(NewSUBARU)での短尺アンジュレータによる実験より軟X線でも輝度が大きければ70-80%の結晶化率を得られる事が明らかになった。He/Neレーザの同時照射によるその場測定でもこの事は支持される。今後更に、光透過率の変化、TEM観察により結晶成長過程のダイナミクスを明らかにする。本研究はSi薄膜トランジスタ(TFT)の活性層となるSi,Ge等の非晶質半導体薄膜の低温結晶化実現に関する.核形成・成長過程で大きなエネルギーを消費する核形成をレーザ・プラズマ軟X線(LPX)照射による溶融を伴わない準熱的プロセスで行い,成長を従来の熱的プロセスで可能な限り低温で行うと同時にその結晶化ダイナミクスを明らかにする事を目的とした.平成19年度,LPX照射+エキシマ・レーザ(ELA)照射による二段階結晶化プロセスを検討して,LPX照射がELAの結晶化臨界エネルギー密度を小さくするという結果を得た.しかし,擬似結晶核形成の機構解明には至らなかった.当年度はELAに対する比較方法として原子状水素による二段階結晶化プロセスを検討する予定であったが,1.擬似結晶核形成機構解明を,更に,LPX光源のビーム強度が弱い事から,2.集光技術の開発を行った.1に関しては,Lpx照射により作製したSi薄膜を分光光度計による透過率測定,電子スピン共鳴(ESR),及び,エリプソメトリーによる測定を行い,透過率変化,スピン密度,及び,a-Si膜の相変化を明らかにした.その結果,a-Si薄膜表面層に低密度領域の微量結晶化膜が形成されており,且つ,不対結合電子対の密度が約1/2になる事が判明した.これは,現在の段階で擬似結晶核の形成を強く示唆するものと考えている.2に関しては,高輝度LPXを実現する為,集光レンズを開発中であり,その輝度増加は50倍程度になる事が計算・実験により明白になった.しかし,デブリ除去機構等に時間を要し,現在,引き続き検討中である.近年,SiTFTを応用したフレキシブルディスプレイはSi層の貼り付け等を行っているが高コストであり,量産的製造方法とは考えられない.本方法の様に直接柔軟基板へのSiの結晶成長は低コストであり,将来,非常に有望である.
微生物の位置特異的水酸化反応によるリニューアブル余剰資源の高機能化

我々はポテンシャルの高い余剰資源として、ロジン、オイゲノール、イソオイゲノールを取り上げ、これらの資源に微生物反応による分子修飾を加え、新しい機能を附与し、より広汎な有用、有効利用を図ることを目的とした。1.ロジンの微生物変換:ロジンの水酸化反応を触媒する細菌、カビを分離し、反応生成物を単離し、構造決定をした。反応生成物の構造決定を行い、新規化合物を微生物反応によって調製した。新規の微生物水酸化反応を明らかにし、変換微生物の培養条件、反応条件を最適化して、この変換生成物の生産性を評価した。2.オイゲノール、イソオイゲノールの微生物変換:オイゲノール、イソオイゲノールに作用する微生物を分離した。オイゲノールの新規水酸化反応を明らかにした。これはオイゲノールの二重結合に水酸基を導入し、同時に二重結合がシフトしてコニフェニルアルコールを生成する反応である。本反応を触媒する酵素を精製単離し、諸性質と本反応機構を解析した。この酵素が水の酸素を水酸基に取り込む、脱水素酵素の一種であることを明らかにした。このオイゲノールの微生物代謝系を利用して、オイゲノールを著量に含む丁子油を原料にフェルラ酸を生産する手法を検討した。イソオイゲノール分解微生物を見出し、これを用いてイソオイゲノールからバニリン酸への変換を検討した。従来の化石燃料に依存した化学工業を脱却し、将来的に持続して供給可能なリニューアブル資源を利用したバイオプロセスを化学工業に取り入れることを本研究の目的としている。我々はポテンシャルの高い余剰資源として、ロジン、ニコチン、オイゲノール、イソオイゲノールを取りあげた。これらの化合物は自然界に潤沢に存在し、安価で安定した供給が可能である。とりわけロジンは松樹林を伐採することなく植林しつつ樹液を採集することによって得られ、すでにそのものの形で世界で年間100万トンが実際に使用されているベーシック化学素材である。我々の目的は、これらの資源に微生物反応による分子修飾を加え、新しい機能性を付与し、より広汎な有用、有効利用を図るものである。特に、水酸基を導入することによって分子機能性が向上し、化学的修飾とドッキングすることにより、広汎な応用の拡大が期待される。位置特異的水酸化反応、光学特異的水酸化反応は従来の有機合成化学の最も苦手とする反応であるが、微生物の水酸化反応は極めて温和な条件下で、光学・位置特異的に作用する。微生物変換によるリニューアブル資源の分子的高機能化を本課題の目的とした。1.ロジンの微生物変換ロジンに作用する微生物を分離した。集積培養によってロジンを単一炭素源として分解資化する微生物を数株分離した。また、比較的栄養分を含む培地にロジンを添加し、ロジンを変換するような微生物を分離して、多彩なロジン変換微生物のライブラリーを作成した。次にロジンに作用する微生物代謝はどのような反応であるかを明らかにした。種々の代謝中間体を単離して、構造決定を行った。ロジンの代謝中間体の中で、機能的に有用性が期待される化合物を選択し、変換微生物の培養条件あるいは反応条件を検討して、この代謝中間体を著量に蓄積するための最適条件を設定した。2.オイゲノール、イソオイゲノールの変換微生物の分離、ライブラリーの作成オイゲノール、イソオイゲノール、ニコチンに作用する微生物を分離した。集積培養によってオイゲノール、ニコチンを単一炭素源として分解資化する微生物を分離する。また、比較的栄養分を含む培地にオイゲノール、ニコチンを添加し、これらを変換するような微生物を分離して多彩なオイゲノール、ニコチン変換微生物のライブラリーを作成した。従来の化石燃料に依存した化学工業を脱却し、将来的に持続して供給可能なリニューアブル資源を利用したバイオプロセスを化学工業に取り入れることを本研究の目的とした。我々はポテンシャルの高い余剰資源として、ロジン、オイゲノール、イソオイゲノールを取り上げた。これらの化合物は自然界に潤沢に分布し、安価で安定した供給が可能である。

とりわけロジンは松樹林を伐採することなく植林しつつ樹液を採集することによって得られ、既にそのものの形で世界で年間100万トンが実際に使用されているベージック化学素材である。これらの資源に微生物反応による分子修飾を加え、新しい機能を附与し、より広汎な有用、有効利用を図ることを目的とした。特に位置特異的あるいは光学特異的水酸化反応は、従来の有機合成化学の苦手とする反応であり、微生物の水酸化反応は、温和な条件下で作用し、水酸基を導入することによって分子機能性を向上させ、広汎な応用が期待される。微生物変換によるリニューアブル資源の分子高機能化を本課題の目的とした。1.ロジンの微生物変換:ロジンの水酸化反応を触媒する細菌、カビを分離し、反応生成物を単離し、構造決定をした。反応生成物の構造決定を行い、新規化合物を微生物反応によって調製した。新規の微生物水酸化反応を明らかにし、変換微生物の培養条件、反応条件を最適化して、この変換生成物の生産性を評価した。2.オイゲノール、イソオイゲノールの微生物変換:オイゲノール、イソオイゲノールに作用する微生物を分離した。オイゲノールの新規水酸化反応を明らかにした。これはオイゲノールの二重結合に水酸基を導入し、同時に二重結合がシフトしてコニフェニルアルコールを生成する反応である。本反応を触媒する酵素を精製単離し、諸性質と本反応機構を解析した。この酵素が水の酸素を水酸基に取り込む、脱水素酵素の一種であることを明らかにした。このオイゲノールの微生物代謝系を利用して、オイゲノールを著量に含バニリン酸の生産法を開発した。
科学技術倫理プログラムの構築

1.高等教育や企業などの違いを越えて、倫理教育・研修を行う上で、Plan-do-check-actといういわゆるPDCAサイクルを持った「価値共有プログラム」という概念が有効であることを提案した。2.「Ethics across the Curriculum(以下EAC)」、すなわち、カリキュラムを通して行う科学技術倫理教育の可能性に関して総合的な検討を行ない、1)金沢工業大学が平成16年度から実践するカリキュラムの具体的内容、2)EACの歴史、理論、応用、評価、3)倫理教育を専門科目と統合する方法とその問題点、4)技術者教育と人文科学を再統合する試み、6)大学全体での倫理に関する測定と評価を行う方法、8)倫理的ジレンマ解決能力の測定と評価の方法、などに関する具体的な成果を挙げた。3.原子力産業に関連する企業、研究組織などを中心に、技術者や研究者が持つ「価値」群を明確化するためのアンケート調査を実施した結果、学協会が示す価値群と優先順位などについて差があることがわかった。4.実効性のある企業倫理プログラムに不可欠な要素(倫理綱領、トップのコミットメント、教育・研修、ヘルプラインなど)を抽出した。5.技術倫理教育のための教材を開発し、教科書および視聴覚教材を作成した。(平成16年度開講の放送大学科目「技術者倫理」)6.科学技術倫理プログラムを構築する上で、今後、最大の課題となるのは、プログラムの実効性を測定する手法であることを確認し、具体的なツールとして、学習者のベスト・ワーク登録するe-portfolioや倫理的価値判断能力を測定するための手法ethics rubricなどの有効性について検討した。7.今後、科学技術倫理を国際的・学際的に研究するための組織、Ethics Crossroads Centerの基本構想を練り上げた。本研究は、平成13年度平成15年度の3年間にわたり実施される国際的な共同研究である。初年度である平成13年度は、大学における技術者倫理教育の現状に焦点をあて、日・欧・・米における基本的なデータの収集と研究組織の確立を目的として研究活動を行った。その一環として、平成13年12月17日29日にかけて、海外の研究分担者4名が来日し、ワークショップを開催した。これらの研究活動の成果として次のようなものがある。1)激変する世界情勢を考慮すれば、次世紀のエンジニア教育には、新しいパラダイムが必要であることが米国では認識されている。その方向性は、工学系教育プログラム認定組織であるABET(Accreditation Board for Engineering and Technology)の新しい認定基準(Engineering Criteria 2000)に示されおり、その中で技術者倫理教育はこれまでよりも重要な役割を担っている。3)技術倫理を大学教育に取り入れる方法として潜在的な可能性の高い手法には、カリキュラムを通して倫理教育を行う、いわゆる「Ethics across the Curriculm(EAC)」がある。これを実施するためには、工学の専門教員が自らが担当する専門科目の中で技術的な問題に「文脈」を与えて倫理的な問題も考慮できるようにする「micro-insertion」の手法が有効であると考えられる。4)EACを実現するためにも、技術倫理に関する情報を一元的に収集するデータベースが必要であるが、そのモデルとしては、研究分担者の一人であるキャロライン・ウイットベックが主宰するOnline Ethics Center (http://www.onlineethics.org)がある。平成14年度は昨年度の実績を基に以下のような活動を行い成果を上げた。1.研究代表者がデルフト工科大学で開催された国際会議に参加し、米国と欧州における技術倫理の相違点について調査した。その結果、特に、「profession」の概念が欧州においては比較的希薄であることを確認した。

2.研究分担者西村秀雄が、イリノイ工科大学で開催されたカリキュラムを通して倫理教育を行う手法に関するワークショップに参加し、M.Davisらと具体的な教育手法について検討した結果、「micro-insertion」の有効性を確認した。3.研究代表者および年度途中より研究分担者となった安藤恭子が、科学技術倫理プログラムを構築する上での概念として、「価値共有」を考案し、高等教育における技術者倫理教育、原子力事業者に対する安全文化、学協会における倫理プログラム、企業倫理などへの適用可能性について検討した。また、技術者や学生の価値観や倫理教育の効果についてアンケート調査を行った。4.研究代表者は、米国、欧州などの倫理綱領を比較検討し、特に、public missionおよび内部告発に関する考え方を中心に分析した。また、NAFTAにおける技術者の価値意識について考察した。5.ディディエーが来日し、フランスにおける技術倫理の現状について比較検討した。6.バーンが来日し、日米のナノテクノロジーにおける倫理について比較検討した。7.ルーゲンビールは、平成14年6月からに日本に滞在し、工学専門教員用の技術倫理教育研修モジュールの開発に着手した。また、ニュージーランドにおける技術倫理について調査した。1.平成16年1月に海外研究共同研究者を招聰してワークショップを開催し、「Ethics across the Curriculum(以下EAC)」すなわちカリキュラムを通して行う科学技術倫理教育の可能性に関して総合的な検討を行った。ここでは、1)金沢工業大学が平成16年度から実践するカリキュラムの内容(札野)、2)EACの歴史、理論、応用、評価(ルーゲンビール)、3)倫理教育を専門科目と統合する方法とその問題点(デイビス)、4)フランスにおける5年制教育プログラムを通して技術者教育と人文科学を再統合する試み(エリヤー)、5)デルフト工科大学における技術倫理教育科目(フォン・ダ・プール)、7)大学全体での倫理に関する測定と評価を行う方法(クラーク)、8)倫理的ジレンマ解決能力の測定と評価の方法(オールズ)などが検討された。2.科学技術倫理を国際的・学際的に研究するための組織、Ethics Crossroads Centerの基本構想が明確化された。3.研究代表者および安藤が、欧州および米国の技術者倫理およびその教育に携わる研究者および組織を訪問し、技術者倫理教育の現況について調査した。その結果、1)「profession」概念の強調が、英語圏、特に、米国特有のものであり、欧州ではそれほど重視されていない、2)欧州における倫理綱領の歴史は浅いが、技術者資格と結びついて市民権を得つつある、3)必修科目として技術者倫理を教育するメリットと問題点、4)米国の企業倫理におけるEthics Resource Center(以下ERC)の役割、5)現場技術者から見たチャレンジャー号爆発事件(ロジャー・ボジョレー氏とのインタビュー)などが明らかになった。
同種移植血管の抗菌機序とその保存方法に関する研究

本研究では、感染性心内膜炎患者の外科的治療で使用されている同種生体弁(allograft)の抗菌活性機序が、tryptophan代謝物質であることを明らかにした。また、凍結保存したallograftは、非凍結allograftと同等かそれ以上の抗菌活性を有することを明らかにした。さらに、試験管内の実験において、摘出組織の細菌汚染をより効果的に予防できる新たな抗菌薬カクテルの開発に成功した。平成25年度は、tryptophan(Trp)代謝物質の抗菌活性機序について研究した。初年度は、凍結allograftの抗菌活性について研究した。対象菌株として、多剤耐性菌であり、院内感染の主要な原因菌であるメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)を使用した。ラットから摘出されたallograftは、研究協力施設の東京大学医学部附属病院・心臓外科より提供を受けた。(1)Allograft抽出液の調整:非凍結または凍結したラットの胸部大動脈を別のラットの腹部大動脈に移植し、1週間後に摘出する群と2週間後に摘出する群に分けた。さらに、それぞれの群を凍結群、非凍結群に分けた。Negative controlとして、移植していないラットの胸部大動脈を使用した。(2)抗菌活性の測定:各種allograft抽出液と菌液を混合培養し、一定時間経過毎に反応液を採取し、抗菌活性を測定した。本研究から、in vitroにおいて、daptomycin 200μg/ml、gentamicin 200μg/ml、levofloxacin2,000μg/mlの抗菌薬カクテルを用いることによって、4°Cにおいても十分な殺菌効果が得られることが明らかになった。今後、in vivoにおいても本カクテルの有用性を研究し、実用化を目指したい。病原微生物学各種Trp代謝物質の抗微生物活性を微量液体希釈法により測定した結果、MRSAに対するMICは、3-hydroxy-DL-kynurenineが256μg/mlであり、その他のTrp代謝物質は≧1024μg/mlであった。したがって、Trp代謝物質のうち、3-hydroxy-DL-kynurenineの抗MRSA活性が高いことが明らかとなった。Chequerboard titrations法によりTrp代謝物質の相乗効果を測定するために、MICが最も低かった3-hydroxy-DL-kynurenineとその他のTrp代謝物質の2剤を組み合わせたMICを測定し、FIC indexを算出した。その結果、α-picolinic acidはFIC index >0.5であり相加効果が認められた。しかし、その他L-kynurenine、anthranilic acid、3-hydroxyanthranilic acidおよびquinolinic acidについてはFIC index >1であり、不関であった。凍結保存されたallograftの抗微生物活性を測定した結果、凍結allograftは非凍結allograftと同程度のMRSA増殖抑制効果を示した(P=0.9925)。さらに、移植2週間後においては、非凍結、凍結allograftとの間でMRSA増殖抑制効果に大きな差は認められなかったが(P=0.9925)、移植1週間後においては、凍結allograftは非凍結allograftよりも、MRSA増殖抑制効果が高い傾向が認められた(P=0.0500)。したがって、凍結allograftは非凍結allograftと同等かそれ以上のMRSA増殖抑制効果を有することを明らかにした。平成26年度は、組織保存のための新規抗菌薬カクテルについて研究する。(2)使用する薬剤:β-ラクタム系抗菌薬、カルバペネム系抗菌薬、グリコペプチド抗菌薬、アミノグリコシド系抗菌薬、マクロライド系抗菌薬、リンコマイシン系抗菌薬、テトラサイクリン系抗菌薬、ニューキノロン抗菌薬、ポリペプチド系抗菌薬、サルファ剤を用いる。(4)抗菌薬カクテルの殺菌作用の測定:抗菌薬カクテルを含有した細胞培養溶液に菌液を接種し、4°Cで24時間浸漬する。浸漬後、寒天培地に塗布し、35°C、24時間培養し、殺菌作用を測定する。平成25年度は、tryptophan(Trp)代謝物質の抗菌活性機序について研究する。Trp代謝物質の抗菌活性と細胞侵入抑制作用を測定する。Trp代謝物質および抗菌薬は、非常に単価が高い。そのため、次年度の研究費のほとんどは試薬購入費用となる。また、全ての結果は少なくとも2度の再現性を確認するための費用を計上している。
正負イオン衝突による再結合反応を用いた、星間塵の生成に関する実験的研究

正/負イオン衝突による再結合反応を観測するための移動管分析装置を開発した。新規な移動管はポール電極と板状電極からなる新しい電極形状を有している。正/負イオンを効率よく移動管に打ち込むために、イオンファンネル型イオントラップを考案した。イオン軌道シミュレーション結果において、この移動管は高い分解能と通過効率を有していることを確認した。星間物質の組成や存在量などの情報は分光観測によって得られている。多くの観測結果から、星間物質は気相中に存在する星間分子と星間塵に大きく分けられる。星間塵は無機物質や多環芳香族炭化水素(PAH)などで構成されていると考えられているが、観測結果と実験室で得られたPAHの吸収スペクトルは必ずしも一致していない。星間空間のような低温領域でのPAHの生成過程が明らかにされていないことから、単一の物質ではなく、種々の構造を有していると考えられる。PAHの生成過程のひとつとして、正負イオンの再結合反応は星間塵の生成過程として重要であると考えられるが、イオン分子反応や原子ラジカル反応の研究に比べて、その報告例は非常に少ない。研究成果として、正/負イオンを長時間蓄積でき、移動管の両端から打ち込む新たな装置を考案した。従来の移動管は、イオン蓄積時にイオンが拡散してしまうため、衝突効率が非常に低下する問題点があった。今回、イオンの発散を抑えた移動管を新たに考案した。イオンの広がりはイオン軌道シミュレーション(SIMION(SDSコード利用))により、従来の移動管の1/10程度となった。また、大気圧下で負イオンを生成するために、バリア放電型イオン源を自作した。イオン化部の表面温度が室温程度であることから、励起や解離を伴わないイオン源となった。高分解能飛行時間型質量分析型(TOF-MS)質量分析計との接続を行っており、生成物の測定精度を向上させた、正/負イオン再結合反応を観測するための新しい装置技術を確立した。星間塵は無機物質(アモルファス氷やシリケートなど)や多環芳香族炭化水素(PAH)などで構成されていると考えられている。しかしながら、観測結果と実験室で得られたPAHの赤外吸収スペクトルは必ずしも一致していない。これは、星間空間のPAHは、単一の物質ではなく、構造変化をしていることが示唆されている。星間空間のような低温領域でのPAHの生成過程や構造は明らかにされていない。正負イオンの再結合反応は星間塵の生成過程として重要であると考えられるが、イオン分子反応や原子ラジカル反応の研究に比べて、その報告例は非常に少ない。本課題では、正負イオンの再結合反応を観測するための新たな移動管装置を開発し、低温領域でのPAHの生成過程を研究することを目的としている。今年度の成果として、全く新しい、イオンを長時間蓄積できる移動管を考案した。従来の移動管は、移動時にイオンが拡散してしまうため、衝突効率が低下する問題点がある。そこで、イオンの発散を抑えた移動管を新たに考案した。イオンの広がりはイオン軌道シミュレーションにより、2mm程度に抑えられた。これは従来の移動管の1/10程度となっている。また、この新規な移動管はイオンの蓄積も可能であるため、衝突するイオン量を飛躍的に向上させることが期待できる。負イオンのイオン源として、イオンの解離が抑制できるバリア放電イオン源を作製した。イオン化部の表面温度が室温程度であることを確かめた。正イオン負イオン再結合反応を測定するための新しい装置技術を確立した。正負イオンを両端から高い効率で打ち込むことが可能となる新しい移動管を考案した。この移動管はイオンの発散を防ぎ、イオンの蓄積も可能である。これらの設計に時間を要したため実施が遅れている。新規な移動管を利用することで、従来の計画より衝突効率の向上が期待でき、測定時間の大幅な短縮が可能となる。また、大気圧イオン源としてバリア放電イオン源を新たに開発した。これにより、解離が抑制されたイオンの生成が可能となる。正と負の両イオンを新規な移動管に打ち込み、衝突実験を行う。新規な移動管を利用することで、従来の計画より衝突効率の向上が期待でき、中性化の詳細な情報取得が期待される。昨年度に開発した装置を組み合わせ、装置開発を完了し、正イオンと芳香族炭化水素負イオンによる再結合反応を観測する。新規な移動管の作製、性能検証を行う。移動管内部のイオン蓄積用電源とパルス制御系を作製する。負イオンは大気圧下で生成させるため、イオン透過効率の高い差動排気系を作製する。これらの装置を組み合わせることで、正イオン負イオン再結合反応を観測するための新規移動管装置を完成させる。
平面構造の光・音響共軸共焦点レンズの開発とその新しい顕微鏡システムへの応用

物質の弾性的な性質を反映した超音波顕微鏡像を、同一部分の光学顕微鏡像と対比しながら同時に観察することができれば非常に便利であり、このような要求に応えうる、光学像と音響像の同時観察が可能な新しい映像システムの実現が望まれている。近年、本研究担当者らが開発したフレネルゾーン型の平面構造超音波顕微鏡レンズは、従来の凹面音響レンズに比肩する性能を示すうえに、球面を用いていないため、レンズ内に光の導波路を設けるのにも大変都合が良い。本研究は、上述の超音波顕微鏡用平面音響レンズの材質として、光工学の分野で注目されている屈折率分布型のセルフォック・ロッドレンズを用いることにより、平面構造を特徴とする光・音響共軸共焦点レンズを設計・製作し、光学像と音響像の同時観察が可能な新しい顕微鏡システムを構築することを目的としたもので、次のような成果を得た。1.フレネルゾーン型音源の放射音場を理論計算により求め、これが凹面振動子とほぼ同じ集束能力をもつことなどを明らかにした。2.セルフォックレンズを用いた光・音響共軸共焦点レンズの構成法を示し、焦点距離を与えた場合にレンズ長を求める設計式を導出した。3.反応性イオンエッチングによりレンズの製作を行い、製作のプロセスを確立した。4.製作したレンズの集束性能について、光と音響の両面から検討し、いずれも良好な集束能力を示すことを確かめた。5.機械走査型の超音波顕微鏡装置を基礎として、光・音響共軸顕微鏡システムを完成させた。6.被検体試料の光学像と音響像の同時観察を行い、新しい顕微鏡システムの有用性を実証した。近年、本研究担当者らは、フレネルゾーン・プレートの原理に基く平面構造の超高周波用音響レンズを製作した。この音響レンズは、従来の凹面音響レンズに比肩する性能を示すうえに、球面を用いていないため、レンズ内に光の導波路を設けるのにも大変都合が良い。本研究は、上述の超音波顕微鏡用平面音響レンズの材質として、光工学の分野で注目されている屈折率分布型のセルフォック・ロッドレンズを用いることにより、平面構造を特徴とする光・音響共軸共焦点レンズを設計・製作し、光学像と音響像の同時観察が可能な新しい顕微鏡システムを構築することを目的としたもので、本年度は次のような成果を得た。1.前年度に引続き、イオンエッチングによるレンズの製作を行い、製作のプロセスを確立した。2.製作したレンズの集束性能について、光と音響の両面から検討した。その結果、いずれも良好な集束能力を示していることが確かめられた。3.前年度に製作した光・音響共軸顕微鏡システムを改良して、その性能を向上させ、システムを完成させた。特に光学系については、レーザ・スタビライザを導入することで、安定度が大幅に向上された。4.種々の被検体試料について、その光学像と音響像の同時観察を行い、システムの総合的な評価を行った。その結果、本システムの有用性が確認された。
上皮細胞の競合に関与する細胞間接着分子の同定と作用機構の解明

細胞競合では、競合の勝者となる細胞は、隣接細胞の適応度の相対的な低さを感知してこれを敗者細胞として認識し、自身あるいは敗者細胞の細胞内シグナル伝達経路を制御して、敗者細胞の細胞死や細胞層からの離脱を誘導すると考えられる。最近の研究により、これら一連の過程に細胞間接着が重要な役割を果たすことが示唆されている。しかし、細胞競合に関わる細胞間接着分子の実態やその作用機構はほとんど解明されていない。本研究では、哺乳類培養細胞モデルを用い、生化学的・分子生物学的手法により、細胞競合に関与する未知の細胞間接着分子を網羅的に単離・同定する。また、同定した新規接着分子群、並びに申請者が以前に見出した細胞間接着分子ネクチンやNeclを含む既知の細胞接着分子群の細胞競合における機能と作用機構を解析する。さらに、これらの細胞間接着分子群のノックアウトマウスの解析などを通じ、細胞競合の生体レベルでの解析を行う。これまで、正常上皮細胞と変異細胞を混合培養し、それらから単離した形質膜画分を抗原としてマウスを感作しハイブリドーマを作製してきたが、平成29年度はハイブリドーマの培養上清から得られたモノクローナル抗体ライブラリーを用いて網羅的に免疫染色解析を行い、正常細胞と変異細胞の細胞間接着部位を認識する抗体を同定した。この抗体を用いて免疫沈降を行い、エピトープとなっている膜タンパク質を質量分析法にて同定し、候補分子をいくつか得た。また、CRISPR-Cas9法を用い、上皮細胞において種々の細胞間接着分子やその裏打ちタンパク質をコードする遺伝子の破壊を行い、ノックアウト細胞株を樹立した。これらの細胞を単独培養すると細胞間接着装置の異常が認められたものがあり、この細胞を野生型の正常細胞と混合培養を行ったところ、野生型細胞に囲まれた遺伝子欠損細胞では、野生型細胞と同様に細胞間接着装置が正常に保たれていた。当初の予定通り、哺乳類培養細胞競合モデルを用いた既知の接着分子群の細胞競合における機能と作用機構の解析が進んでいる。特に、抗体ライブラリーを用いた細胞競合に関与する接着分子の網羅的同定については候補分子が得られたこともあり、今後の発展が期待でき、この抗体が細胞競合現象を検出するツールとなることが期待できる。また、細胞レベルでの解析では、ある遺伝子のノックアウト細胞株において、単独培養時と、正常上皮細胞との混合培養時では、細胞間接着装置の形成が異なるという現象を見出している。従来の細胞競合現象においては、異常細胞は単独培養時には正常細胞と表現型に差がなく、混合培養時においてのみ、異常細胞は敗者細胞として細胞死や細胞層からの離脱が誘導されるが、研究代表者らが今年度に見出した現象は、単独培養時には正常細胞と異常細胞に表現型の差が認められるものの、混合培養時には異常細胞で認められた表現型が消失するものであった。このような現象は、隣接する上皮細胞において、正常細胞と異常細胞が細胞間接着装置を介して相互に影響を及ぼすモデルになると考えられ、細胞間接着を介した細胞競合現象の解明に寄与すると考えられる。モノクローナル抗体ライブラリーを用いて得られた細胞競合現象に関わる膜タンパク質の候補について、今後は、その分子が真のエピトープ分子であるかどうかを検証するとともに、その分子が果たす細胞競合における役割を詳細に解析する。ネクチンやNeclは異種細胞間接着のみならず細胞内シグナル伝達へ寄与することから、細胞競合時に変化するシグナル伝達を制御する細胞間接着分子である可能性がある。そこで、上述した研究計画と並行して、ネクチンやその他の既知の細胞間接着分子の細胞競合への関与を検討する。細胞競合への関与が認められた分子については、それらが制御する下流の細胞内シグナル、およびそれを介した細胞競合制御機構を解析する。具体的には、細胞骨格の再編を制御する分子として低分子Gタンパク質を、細胞の生存を制御する分子としてPI3キナーゼやc-Srcを中心とした経路の細胞競合における役割と分子機構を解析する。また、研究代表者は平成29年度の研究で、ある遺伝子のノックアウト細胞株を用いて、隣接する上皮細胞において、正常細胞と異常細胞が細胞間接着装置を介して相互に影響を及ぼすモデルを確立しており、今後はこのモデルを用いて細胞競合における細胞間接着装置の役割と分子機構を解析する。本研究では、哺乳類培養細胞競合モデルを用い、生化学的・分子生物学的手法により、細胞競合に関与する未知の細胞間接着分子を網羅的に単離・同定する。平成26年度は上述した課題のうち、哺乳類培養細胞競合モデルを用い、ネクチン、Necl、およびネクチンの裏打ちタンパク質アファディンが細胞競合に関与するかの検討を行った。また、個体レベルでの細胞競合現象の解析のため、ネクチン-4のノックアウトマウスの作成に着手し、ヘテロマウスの作成まで完了している。さらに、ネクチン-1のコンディショナルノックアウトマウスの作成にも着手した。また、がん細胞の休

眠ー覚醒の競合を制御する分子機構を解析したところ、膜受容体CXCR4の関与を見出し、休眠状態のがん細胞ではCXCR4の発現が低下し、覚醒状態のがん細胞ではCXCR4の発現が上昇していることを明らかにした。細胞競合では、競合の勝者となる細胞は、隣接細胞の適応度の相対的な低さを感知してこれを敗者細胞として認識し、自身あるいは敗者細胞の細胞内シグナル伝達経路を制御して、敗者細胞の細胞死や細胞層からの離脱を誘導すると考えられる。最近の研究により、これら一連の過程に細胞間接着が重要な役割を果たすことが示唆されている。しかし、細胞競合に関わる細胞間接着分子の実態やその作用機構はほとんど解明されていない。本研究では、哺乳類培養細胞競合モデルを用い、生化学的・分子生物学的手法により、細胞競合に関与する未知の細胞間接着分子を網羅的に単離・同定する。また、同定した新規接着分子群、並びに申請者が以前に見出した細胞間接着分子ネクチンやNeclを含む既知の細胞接着分子群の細胞競合における機能と作用機構を解析する。さらに、これらの細胞間接着分子群のノックアウトマウスの解析などを通じ、細胞競合の生体レベルでの解析を行う。平成27年度は上述した課題のうち、個体レベルでの細胞競合現象の解析のため、乳腺におけるネクチン-1と-4の機能を解析した。ネクチン-1と-4は乳腺の管腔上皮組織とそれらを取り囲む筋上皮細胞との間で接着装置を形成し、妊娠時乳腺の発達に重要なホルモンであるプロラクチンのシグナル伝達の場を提供していることを明らかにした。ネクチン-1のノックアウトマウスでは、プロラクチン受容体の下流のJAK2-STAT5経路が活性化されず、乳腺の発達障害、乳汁の産生不全とそれに伴う仔マウスの生育不全が認められた。また、平成26年度から作成を開始しているネクチン-4のノックアウトマウスとネクチン-1のコンディショナルノックアウトマウスは、ラインの樹立が完了し、すでに解析を開始している。当初の予定通り、哺乳類培養細胞競合モデルを用いた既知の接着分子群の細胞競合における機能と作用機構の解析が進んでいる。また、個体レベルでの細胞競合現象の解析のために必要なマウスの作成が完了しており、今後の解析も順調に遂行できると考えている。平成27年度に研究代表者が乳腺で新たに見出したネクチン依存性の新規接着装置は、従来の物理的な接着装置として機能するだけではなく、シグナル伝達のプラットフォームとして機能している。これらの機能は、細胞競合の一連の過程で必要とされる、隣接する細胞との質の違いを認識するためのセンサーとしての機能と、質の違いを認識した際に細胞内シグナル伝達を発生させるプラットフォームとしての機能を兼ね備えている可能性が考えられ、今後の発展が期待できる。