hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
沿岸浅海域における底泥の特性評価と濁り環境の予測手法の開発

閉鎖性の内湾では、河川から流入した微細な土粒子は湾奥部に堆積し、広大な干潟を形成する。沿岸浅海域では肩濁物質や底泥が様々な環境問題を引き起こしている。また、海洋工事にともなうスラリー粘土の沈下予測法、濁りの拡散予測法などの確立が急がれている。本研究では、底泥の特性評価と浮遊底泥の輸送現象の解明の両面から諸問題の検討を行った。底泥の特性評価については、表層土の物理的・化学的・力学的性質の把握、干潟の底生植物の分布調査を行った。その結果、諫早湾表層土については、粘土鉱物組成について特徴があり、強度・圧密特性からみてかなり過密状態にあること、今津干潟については、底泥中の粘土分と有機物含有量との間には正の相関があり、多毛類重量は、酸化還元が-150mV付近のとき極大値を示すことが判明した。スラリー状粘土の沈下予測に必要な土質常数を自重圧密試験をもとに決定する方法を提案し、時間-圧密量の関係は周辺摩擦を考慮した圧密方程式によって説明できることを示した。浮遊底泥の輸送現象の面からは、諫早湾での潮流速と浮遊底泥濃度の現地観測と円形回流水層による室内実験をもとに、巻き上げの発生は流れによる底面剪断応力と底泥表層部の降伏値との相対関係から規定できることを明らかにした。また、回流型直線水路の室内実験から、渦動拡散係数と粒子沈降速度の値は、流速変動のパワースペクトルの形状に依存することが明らかとなった。以上の知見を総合して、沿岸海域の濁り環境の予測コードを開発し、有明海を対象に計算を行った結果、潮流速、浮遊底泥濃度のいずれも再現性は良好であった。1.諌早湾底泥の土質理工学的性質を実験的に検討した。得られた主な結果は、以下の通りである。(1)底泥表層の自然含水比と液性限界の比は1.31.5であり、東京湾や広島湾、琵琶湖の底泥表層部の値より小さい。底泥の主要粘土鉱物はスメクタイトとイライト(雲母粘土鉱物)である。また、深さ2mまでの底泥はかなり過圧密状態にあり、非排水剪断強度は26kPaの範囲である。(2)底泥の沈降様式は、同じ海成粘土である東京湾や仙台湾の粘土のそれに類似している。底泥は塩濃度が0.1g/1以上になると凝集を起こす。このときのゼータ電位は-20mVである。また、底泥の海水中での沈降速度は、含まれる有機物成分の違いに大きく影響される。2.透明なシリンダーを使用し、層厚を変えた底泥の自重圧密実験を行なった。その結果、最終沈下量と沈下量推定値の差の2乗を最小にする方法により、体積比と圧密圧力の関係を決定できることが分かった。ただし、この場合、シリンダーの周面摩擦を考慮する必要がある。3.諌早湾において、海底近傍の流速と濁りについての現地観測を行い、底泥の巻き上げ特性と濁りの移流分散特性について検討した。その結果、底面剪断応力のピークは干潮前後に出現するために底泥の巻き上げと濁りの移流分散の特性が潮汐条件により異なることが判明した。4.諌早湾において採取した不攪乱底泥および練返した底泥を用い、円形回流水槽や循環型直線水路による巻き上げ実験を行った。実験から底泥の巻き上げは、底泥の粘着力、底面近傍流速および底泥面の初期傾斜角に規定されることが明らかとなった。5.濁り環境予測に使用する底泥の巻き上げ、流送、沈降、堆積過程を組み込んだ移流分散解析プログラムの開発を行った。

次年度は有明海を計算対象として、このプログラムを用いた数値実験を行う。1.前年度に引き続き諌早湾底泥の物理・化学的性質、力学的性質および沈降特性について実験的に検討した。得られた主な成果は、以下の通りである。(1)底泥の排水剪断強度は26kPaであり、大半は24kPaである。練返し強度は、0.20.5kPaの範囲にあり、鋭敏比は718である。また、底泥の強度増加率は0.30.4であり、強度定数φ_1′、φ_2′は、それぞれ2535°、3040°の範囲にある。(2)底泥懸濁水の沈降様式が界面沈降から凝集性自由沈降へ移行し始める塩濃度は、大半が0.40.7g/lであり、この塩濃度下における底泥のゼータ電位は-20mV前後であった。また、界面沈降を示すときの界面の沈降速度は、塩濃度5g/l付近で最大となること、塩濃度が一定の場合、沈降速度は窒素分含有量の増加とともに大きくなることが判明した。2.今津湾底泥の物理・化学的性質を実験的に検討するとともに、今津湾干潟の底生動物の分布を調査した。その結果、底泥中の粘土分と有機物含有量の間に正の相関が認められること、底生動物の総固体数は河川の流入口で非常に多く、それ以外の所では少ないこと、および、単位面積当りの多毛類重量は、酸化還元電位が-150mV付近のとき極大値を示すことが明らかとなった。3.潮流場のような剪断流場における浮遊底泥の渦動拡散係数と粒子沈降速度を定量化するために、回流型直線水路を用いた室内実験を行った。その結果、渦動拡散係数と粒子沈降速度の値は、流速変動のパワースペクトル形状に依存することが明らかになった。4.前年度に開発した2次元単層モデルによる沿岸浅海域の濁り環境の予測計算コードを使用して、有明海を対象に濁り解析を行った結果、潮流速、浮遊底泥濃度のいずれも再現性は良好であった。
関係性発達障害児の療育を支援するソーシャルメディエータの研究

前年度までの研究から、(a)一般にロボットと障害を持つ子どもとの親和性が高いこと、(b)ロボット側のシンプルさ、「弱さ」が子どもの積極的な関与を引き出しやすいこと、(c)「緩やかな共同性」を引き出す関係場のデザインが重要であること、(d)より原初的なインタラクションが望まれることなどの知見を得た。これらを受けて、モノ的な性質とソーシャルな性質を併せ持つ、ソーシャルメディエータとして機能するインタラクティブメディアやソーシャルなロボットの開発を進めた。具体的には、(1)トウフのような、社会的な刺激(視線や志向性)のやや弱いロボット、(2)テーブル上で子どもたちとノック音だけで関わるようなコーヒーポット、お皿、ランプの形をしたクリーチャ、(3)Sociable Spotligbtと呼ぶ、社会的相互行為の場に参与するクリーチャ、(4)みかんの形状をもつソーシャルメディエータとしてのロボット、など。また、並ぶ関係やアシストを引き出す場など、多様な社会的文脈を構成しながら、その関係場のデザインに関する検討を進めた。主な外部発表として、(1)「モノ」と「ヒト」との中間的な存在としてのロボットの位置付け・役割について、『モノ学の冒険』(創元社,2009)の一部に整理した。(2)トウフのようなSociable PCの社会的帰属傾向について、電子情報通信学会論文誌に掲載した。(3)人とロボットとの多様なインタラクションデザインについて、『ロボット情報学ハンドブック』の一部に整理した。(4)その他に国際会議3件、国内シンポジウム等に発表した。ロボットは玩具と生物の中間的な存在として,モノ的な性質と他者的性質を併せ持つことから,子どもたちの自発的な関わりを引き出し,社会的関係へとつなげる媒介物として機能する可能性を秘めている。本研究では,社会的媒介者(ソーシャルメディエータ)としてのロボットの可能性を生かしながら,関係性発達障害児に対する新たな療育スキームを開発することが目標である。本年度は,当初の研究計画に従い,次のような実験環境の構築と調査研究の成果を得ている。(a)子どもの障害特性に合わせた最適刺激を探索するために,ロボット(Muu)のソフトウェア開発を行った。遠隔操作モードと自律動作モード(刺激-反応モード,反響模倣など)を備えさせた。また,子どもや養育者などの操作のために,ゲーム用のリモコンでの操作を可能とした。(b)京都府子ども発達支援センターにおいて調査研究を行った。本研究で使用するロボット(Muu)と発達障害を持つ子どもの基本的な親和性を確認するために,ビデオ撮影の可能であった19人(年齢は3-10歳)について,プレイルームにおける療育環境においてロボットとのファーストコンタクトを試みた。判定不能の事例を除くと7割の子どもとロボット(Muu)との親和性を確認できた。(c)それぞれの子どものロボットとの関係構築のパターンを分析し,障害特性に沿った基本的な傾向を明らかにした。また,ロボット(Muu)の備える基本的な弱さが子どもたちの自発的な関与を引き出すことに寄与することを確認した。(d)ロボットとの関わりをベースに,周囲の人との関わる契機とするようなケースもあり,ロボット(Muu)のソーシャルメディエータとしての基本的な可能性を確認した。1.京都府子ども発達支援センターにおいて、ロボットと障害児との関わりやその親和性に関する調査研究を行い、ビデオデータの解析を進めた。その結果、次のような結果を得た。(1)発達障害を持つ子どもとロボット(Muu)との親和性は一般的に高い(約7割の子ども)、(2)ロボットの持つインタラクションにおけるシンプルさ、形状が小さい、反応が小さいなどの基本的な「弱さ」がハンディを持つ子ども積極的な関わりを引き出す、(3)ロボットと子どもとの間に置かれた積み木などの媒介物が緩やかな共同性を引き出す上で効果的に機能する、(4)言語レベルのインタラクションでは、対象児が限定されるために、より原初的なインタラクションを実現するロボットの開発が望まれる。結果をATAC 2008 in KYOTO等で発表した。2.上記の結果を受けて、複数のタイプのソーシャルメディエータについて新たな設計・開発を行った。(1)弱さを力として、子どもたちからのアシストを積極的に引き出しながら結果としてゴミを拾い集めるロボットの設計と実装を行った。小学校等で健常児に対するフィールド実験、印象評価実験等を行い、その結果をヒューマンインタフェース学会論文誌に投稿した(2009/2に掲載)。(2)テーブルを囲む多人数会話において、参与者の共同性やつながりを引き出すメディア(Table Talk Plus)の設計と実装を行った。また健常者同士の多人数会話場面において検証を行い、その結果を日本生態心理学会での発表し、ヒューマンインタフェース学会論文誌に投稿した(2009/2に掲載)。(3)触覚(もむ=もまれる)の感覚を遠隔でコミュニケーション可能なメディアの設計・開発を行った。3.次年度においては、障害児との親和性を検証しながら、子どもの障害特性に合わせた最適なソーシャルメディエータに基づく養育支援の手法を確立していく予定である。

これらを受けて、モノ的な性質とソーシャルな性質を併せ持つ、ソーシャルメディエータとして機能するインタラクティブメディアやソーシャルなロボットの開発を進めた。具体的には、(1)トウフのような、社会的な刺激(視線や志向性)のやや弱いロボット、(2)テーブル上で子どもたちとノック音だけで関わるようなコーヒーポット、お皿、ランプの形をしたクリーチャ、(3)Sociable Spotligbtと呼ぶ、社会的相互行為の場に参与するクリーチャ、(4)みかんの形状をもつソーシャルメディエータとしてのロボット、など。また、並ぶ関係やアシストを引き出す場など、多様な社会的文脈を構成しながら、その関係場のデザインに関する検討を進めた。主な外部発表として、(1)「モノ」と「ヒト」との中間的な存在としてのロボットの位置付け・役割について、『モノ学の冒険』(創元社,2009)の一部に整理した。(2)トウフのようなSociable PCの社会的帰属傾向について、電子情報通信学会論文誌に掲載した。(3)人とロボットとの多様なインタラクションデザインについて、『ロボット情報学ハンドブック』の一部に整理した。(4)その他に国際会議3件、国内シンポジウム等に発表した。
新規チェックポイント因子MUS312の作用機序

DNA損傷チェックポイントは、DNA損傷に応答して細胞周期を停止するメカニズムで、ゲノムの安定性に重要な役割を果たしています。先行研究において筆者はショウジョウバエを用いた網羅的RNAiスクリーニングを行い、muUs312遺伝子を新規チェックポイント因子として同定しました。MUS312タンパクはヌクレアーゼ複合体のサブユニットであり、DNA修復や減数分裂時の相同組換に関与することが知られていましたが、そのようなDNA修復因子が細胞周期をも制御するといのは予想外の発見であり、そのメカニズムの推測は困難でした。当研究では、分子遺伝学的手法によって、mus312遺伝子がチェックポイントを制御する作用機序を明らかにすることを目的とします。2011年度は以下の実験を行いました。(1)MUS312タンパクのどの領域が機能に重要かを調べるため、部分欠損変異系列を作成し、トランスジーンとしてハエゲノムに導入しました。変異遺伝子にはGFPを融合し、細胞内局在の可視化及びタグ抗体を用いた生化学実験を可能にしました。それぞれの欠損変異トランスジーンをmus312変異体に組み込み、個々の部分欠損タンパクがmus312変異体の表現型をレスキューするか検討しました。(2)チェックポイント・シグナル経路の活性化をモニターするレポーターとして、RFP-TOPBP1、RFP-ATRIP、RFP-RPA70、ヒトCHK1を発現するトランスジェニック系統を作成しました。
造血幹細胞におけるc-fgr発現と顆粒球・単球系分化の関連

骨髄球系細胞に特異的に発現する非受容体型チロシンキナーゼ、c-fgr、の生理機能を明らかにすることを目的として研究を行った。前年度までに、c-fgrキナーゼが骨髄球系細胞の中でも、既に分化の終了した成熟型細胞(顆粒球・単球)において機能する可能性を示唆する成績を得たため、今年度は未梢血顆粒球におけるc-fgrキナーゼ活性化の分子機構についての実験を行った。結果を以下に記す。(1)顆粒球機能活性化を有するG-CSFあるいはfMLPで顆粒球を処理すると、各々10分、30秒をピークとしてc-fgrキナーゼ酵素活性の上昇が認められた。また良好なdose responseも認められた。(2)これらのc-fgrキナーゼの活性化は抗リン酸化チロシン抗体に反応する顆粒球細胞蛋白の量の増加の程度・時間経過とよく一致した。(3)同様に、c-fgrキナーゼ活性化は、スーパーオキサイド産生を指標とした顆粒球機能活性化の程度・時間経過とよく一致した。(4)顆粒球によるスーパーオキサイド産生はチロシンキナーゼ抑制剤(ハービマイシンA)の前処理により完全に抑制された。(5)顆粒球におけるc-fgrキナーゼ活性化が、c-fgrキナーゼ分子自身の脱リン酸化を伴うことが判明した。以上まとめると、顆粒球の活性化過程において細胞内蛋白のチロシンリン酸化が重要であること、このチロシンリン酸化にc-fgrキナーゼが関与する可能性が強いこと、c-fgrキナーゼの活性化にホスファターゼによる脱リン酸化が重要であることが明らかとなった。結果を以下に記す。
胃悪性リンパ腫の発生母地としての慢性胃炎・慢性胃潰瘍の病理学的検討

1.従来のヘリコバクター・ピロリの検討は全て生検組織標本で行われてきたが,ギムザ染色を施せば手術材料でも十分検討可能であり,菌や炎症所見の分布を検討するためには手術材料が有用であることが今回の検索で明らかとなった。2.ヘリコバクター・ピロリの感染が,リンパ濾胞,特に二次リンパ濾胞の過形成の主要な原因となっていることが明らかにされた。3.リンパ濾胞過形成の著しい症例を濾胞性胃炎と定義し,他の症例をヘリコバクター・ピロリ感染及び粘膜萎縮の有無により分類したものと比較検討した。(1)その結果,濾胞性胃炎は若年者に見られ,全例ヘリコバクター・ピロリ陽性でその感染量は多く,活動性慢性胃炎の特殊な病態であることが示唆された。(2)また,濾胞性胃炎の背景粘膜の状態は悪性リンパ腫と良く類似しており,悪性リンパ腫の前駆病変であることが推測された。(3)加齢と共に粘膜の萎縮や腸上皮化生が進行するにしたがって,ヘリコバクター・ピロリの感染量は減少し,濾胞性胃炎の多くは非活動性の慢性萎縮性胃炎へと移行していくことが示唆された。(4)濾胞性胃炎に見られるリンパ濾胞過形成が,ヘリコバクター・ピロリの感染量の多い場合に一過性に見られる特殊な病態であるのか,あるいは,宿主のヘリコバクター・ピロリに対する反応性の特異性に起因した病態であるのかは不明であった。4.リンパ濾胞過形成の状態が維持されるためには,ヘリコバクター・ピロリの抗原刺激が持続することが重要であり,この状態が胃悪性リンパ腫発生の母地となると考えられた。したがって,濾胞性胃炎症例におけるヘリコバクター・ピロリの除菌治療により,胃悪性リンパ腫の発生予防効果が期待できる。1.ヘリコバクター・ピロリが報告された当初より、生検組織標本と異なり、手術切除材料の組織標本でヘリコバクター・ピロリを検出するのは困難であると言われ、従来のヘリコバクター・ピロリの検討は全て生検組織標本で行われてきたが、ギムザ染色を行えば手術材料でも十分検索可能であることが今回の検索で明かとなった。2.ヘリコバクター・ピロリ感染と二次的なリンパろ胞の過形成との関連に関しては、(1)形成されたリンパろ胞の数は、ヘリコバクター・ピロリ陽性症例で有意に多い。(2)一次リンパろ胞と二次リンパろ胞の比率が、ヘリコバクター・ピロリ陽性例において有意に上昇している。(3)若年者ほど(1)(2)の傾向が顕著である。3.リンパろ胞過形成と他の炎症所見との関連について、(1)ヘリコバクター・ピロリ感染とよく相関する好中球浸潤量との相関は必ずしも明かでない。(2)リンパ球浸潤量とよく相関する。(3)ヘリコバクター・ピロリ感染に伴うリンパろ胞過形成は、幽門腺領域で特に著明であり、胃粘膜萎縮が進行し胃底腺領域の狭くなった症例ほどこの傾向が明かである。4.以上より、ヘリコバクター・ピロリ感染はリンパろ胞過形成と関連を有し、ろ胞過形成状態の維持のためには抗原への暴露の持続が重要であり、好中球性炎症の持続の関与は少ない、と考えられる。
唾液分泌概日リズム制御機構の解明および概日リズム唾液検査法の開発

安静時唾液の分泌量には日中に増加、夜間に減少をする概日リズム(サーカディアンリズム)が存在する。就寝時の唾液分泌量の減少は齲蝕リスクの増加や就寝前口腔清掃の重要性を示す根拠とされているが、唾液分泌の概日リズムを調節するメカニズムは明らかにされていない。申請者は顎下腺の水分泌・浸透圧調節を行うイオンチャネル群の発現に概日リズムを発見し、時計遺伝子によって制御を受ける新知見を得た。本研究は唾液分泌の概日リズムメカニズムと調節因子を明らかにすることを目的とする。さらに、唾液腺末梢時計と分泌唾液の時計遺伝子解析から、唾液を試料とした簡便かつ非侵襲性の新規概日リズム測定法の開発を目指す。
酸化層中高配向シリコン系量子ドットの高集積化と結合ドット形成によるデバイス機能化

量子ドットを基軸とする単電子デバイス実用化にはシステムとしての構造制御と集積化が必要となる。本研究では従来の半導体エピ主体のドットに代わる酸化物(SiO_2)マトリクス中の高配向性シリコン(Si)ベース量子ドットを提案した。分子線エピタキシ・イオン注入法(以下、SIMOX-MBE)を拡張し、交互供給、同時供給モードを駆使することで拡張量子構造の形成とデバイス機能化を目指した。SIMOX-MBEでは量子ドットを特長づける(1)配向(2)形状(3)サイズ(4)配置(5)配列などの拘束条件が緩和され、一様な基板配向、熱安定なファセット形状、Si層厚のみで規定されるサイズ分布、高い基板方位方向の制御性が確保できる。横方向のドット配置にプリパタン基板が有効であること、密度向上には交互法に比べて同時供給法が優位であることが分かった。また、(110)基板を使用することでドット充填率の向上と結合ドットの可能性を示唆する結果を得た。さらに、拡張性と制御性向上を狙ってSi量子細線、混晶基板分離構造(SiGe-OI)などの応用量子構造の作製を試みた。V-溝加工したSi(001)基板上へのSIMOX-MBEにより、リソグラフィに依存しない埋め込みSi量子細線、リッジ細線の形成が可能になった。細線形成過程からドット形成カイネティクスでは(1)過剰酸素と内部酸化、(2)飛程と損傷ピークによる酸化層核形成、(3)非安定ファセット消失が重要であることが明らかになった。一方、SOI分野で初めてSiGe-OI形成に成功し、Siの選択酸化のために構造パラメータがにくらべてスケールダウンできることがわかり、SiO_2層の薄膜化とドット微細化が可能なことが判明した。さらにSiGe混晶ドット形成もSiドットと同様な過程を辿り基板配向するが、形状は高指数安定ファセット多面体となることがわかった。
サイトメガロウイルスの経胎盤感染におけるウイルス動態解析

妊娠母体へのヒトサイトメガロウイルス(HCMV)感染は、胎盤を経て胎児へ先天性感染を引き起こす。これまでモルモットとモルモットCMV(GPCMV)を用いて胎盤病態の解析を行っている。本研究では、胎盤由来細胞及び培養胎盤組織片を用いた、マクロファージとの共培養による、ウイルス感染伝播様式の解析を行った。胎盤由来上皮細胞(trophoblast)の培養系の樹立には至らず、胎盤由来細胞(上皮系及び線維芽細胞)及び胎盤組織を用いて解析を行ったが、本研究においては、明らかなウイルスの伝播像は観察されなかった。モルモットよりマクロファージ及び胎盤を採材し、胎盤はスライス培養及び胎盤由来細胞の分離培養に用いた。胎盤由来細胞培養系の構築を試みたが、確立できていない。胎盤スライス及びモルモット線維芽細胞(GPL)とマクロファージを、chamber systemにより培養し、GPCMVを接種しその感染動態を蛍光を指標とし解析したが、chambersystem内での移行が認められなかった。モルモットより胎盤を分離し、trophoblast細胞培養を試みたが株化細胞の樹立までは至らなかった。培養胎盤組織及び他の胎盤由来細胞の混在したtrophoblastと、GPCMV感染マクロファージのchambersystemを用いた共培養及び直接の共培養を行ったが、マクロファージから胎盤組織及びtrophoblast、またはその逆のウイルス伝播は本研究では確認できなかった。胎盤由来細胞の分離培養手技が完全に確立できていない。マクロファージの移行を促す条件検討が必要。ウイルス学胎盤由来細胞(trophoblast)の分離培養条件の再検討を行う。様々な細胞が混じった形での培養は出来ているため、それを用い、抗体によりtrophoblastを検出し、感染動態を解析する方法も行う。いくつかの誘導物質及び培養条件を検討し、感染マクロファージの動態解析を行う。また、感染マクロファージを直接培養細胞上に共培養することによるウイルス感染動態の解析も行う。動物を用いた実験も並行して進めていく。年度末納品等にかかる支払いが平成27年4月1日以降となったため、当該支出分については次年度の実支出額に計上予定。平成26年度分についてほぼ使用済みである。上記のとおり。
膜電流解析を用いた肥大心における虚血性不整脈の発生機序とその予防に関する検討

近年、多くの降圧薬が臨床応用され、血圧の降圧自体は比較的容易になったものの、突然死予防の観点から降圧薬の選択はなされていない。そこで我々は降圧薬が降圧に加えて突然死の原因となり得る虚血性不整脈も防止できるかという点に着目し実験を開始した。その結果アンジオテンシン変換酵素阻害薬およびアンジオテンシンII受容体拮抗薬が、心肥大退縮とともに虚血期の電気的不均一性を是正し、虚血性不整脈防止効果もあることを示した。すなわち、降圧薬の一部は肥大心に存在する膜電流異常を是正することにより、致死的不整脈の抑制に寄与する可能性が示唆された。そこで今回の研究では、肥大心の易不整脈性の根本原因に迫るために、(1)単一心筋細胞レベルでの膜電流異常を肥大心において、パッチクランプ法を用いてより詳細に検討すること、(2)降圧治療後の肥大退縮が膜電流に与える影響を検討すること、を大きな目的と設定した。その結果、高血圧自然発症ラット(SHR)より酵素処理を施し単離した単一肥大心筋細胞においてパッチクランプ法でKチャネルを解析したところ、一過性外向きKチャネル(I_<to>)の減少が観察された。肥大心では活動電位幅が延長していることは既に示したが、本研究でみられたI_<to>の減少がその活動電位幅延長の原因をなしていることが推測された。さらにアンジオテンシンII受容体拮抗薬を既に肥大の完成しているSHRに慢性投与して作成した退縮心より得た単一細胞においてKチャネルの解析を行ったところ、遅延外向きKチャネル(I_K)の増大が新たに発現することを観察した。これは、イオンチャネルからみると肥大退縮過程は肥大形成過程の単なる逆コースではないという極めて注目すべき結果である。現在、この点に関してはより詳細な解析を進めているところであり、今後本研究により、肥大心での致死的不整脈発生機序とその防止法が明らかにされ、臨床的高血圧治療における降圧薬選択に突然死予防の観点から有用な情報を付け加えることが出来るものと考えられる。
リボソーム生合成に関わる新規ＲＮＡ代謝複合体とシャペロンによる制御システムの解明

真核細胞のリボソーム生合成において機能するシャペロン様AAA ATPaseNVL2は、RNAヘリカーゼDOB1との相互作用を介してリボソーム前駆体に作用し、分子複合体の構造変換に寄与する。本研究では、NVL2の作用標的となるDOB1、エキソソーム、およびその他の相互作用因子からなるrRNA代謝複合体について解析を行った。その結果、DOB1の他に、ポリAポリメラーゼPAPD5およびRNA結合タンパク質ZCCHC7を含む複合体(TRAMP様複合体)の存在を動物細胞において確認した。さらにこの複合体が、rRNA前駆体を含む核内RNAの3'末端ポリアデニル化において機能している可能性を示した。真核細胞リボソームの生合成では、核小体で生じた前駆体RNAを中心に、多数のリボソームタンパク質と生合成補助因子による会合および脱会合を経ながら、リボソーム前駆体が段階的に成熟する。シャペロン様AAAファミリーATPaseであるNVL2は、RNAヘリカーゼDOB1との結合を介してリボソーム前駆体と相互作用し、分子複合体の構造変換に寄与すると考えられる。本研究の目的は、NVL2が作用するrRNA代謝複合体の構成成分および機能を明らかにし、リボソーム生合成過程でのRNA代謝におけるNVL2の役割を解明することである。これまでに明らかにした、DOB1を構成因子に含むヒトTRAMPおよびExosome複合体の分子間相互作用について、平成25年度では、それらのNVL2による制御に関する検討を行った。NVL2は、分子内に2ヶ所のATP結合ドメインを有するATPaseである。各ドメインには、ATPの結合に必要なWalker Aモチーフ、および加水分解に必要なWalker Bモチーフが存在し、これらに変異を導入することにより、ATPaseサイクルの特定段階をブロックしたドミナントネガティブ変異体を作成することができる。そこで、これらの変異体をテトラサイクリンにより発現誘導可能な細胞株を樹立した。これらの細胞で、TRAMPおよびExosome複合体のサブユニットをFLAGタグ付加タンパク質として発現させ、共免疫沈降法により他の複合体構成成分との相互作用における影響について検討した。さらに、グリセロール密度勾配遠心により細胞抽出液を分画し、両複合体の沈降度から、それらの相互作用について検討した。しかし、これらの解析を通して、細胞内における複合体の挙動に、NVL2変異体の発現による影響を認めることはできなかった。真核細胞リボソームの生合成では、前駆体RNAを中心に多数のリボソームタンパク質と生合成補助因子が会合および脱会合を行い、リボソーム前駆粒子が段階的に成熟する。この過程で、AAAファミリーに属するシャペロン様ATPaseであるNVL2がRNAヘリカーゼDOB1と相互作用し、リボソーム前駆粒子のエネルギー依存的構造変換に寄与すると考えられる。本研究では、NVL2が作用する複合体の構成因子および機能を解明し、リボソーム生合成における分子シャペロンの役割を解き明かすことを目的とする。平成24年度では、NVL2との相互作用が予想されたヒトTRAMP複合体の同定と機能解析を行った。酵母TRAMP複合体はポリAポリメラーゼTrf4/5、RNA結合タンパク質Air1/2、およびRNAヘリカーゼMtr4 (Dob1)から構成され、基質RNAの3'末端をポリアデニル化してエキソソームによる分解へと導く。高等真核細胞では、Mtr4 (Dob1)に対応する分子としてヒトDOB1 (MTR4)の存在が示されたが、他のサブユニットの存在は明かされていなかった。そこで、データベースサーチにおいてTrf4/5およびAir1/2と微弱な相同性を示したヒトタンパク質ZCCHC7およびPAPD5について、それらの性質を調べた。その結果ZCCHC7およびPAPD5は、DOB1,エキソソーム,およびNVL2との相互作用を示したことから、ヒトにおけるTRAMP様複合体サブユニットとして働くと考えられた。またsiRNAによるノックダウン実験の結果、ヒトTRAMP様複合体の形成には、核エキソソームの触媒サブユニットPM/Scl-100 (RRP6)との相互作用が重要であることが示された。これは、酵母のTRAMP複合体では見られない特徴であった。本研究では、NVL2の作用標的となるrRNA代謝複合体の構成成分を解明し、リボソーム生合成における役割を明らかにすることを目的とした。最初の2年間では、DOB1を構成因子とするヒトTRAMP様複合体の同定と機能解析を行った。酵母において発見されたTRAMP

複合体は、基質RNAの3'末端オリゴアデニル化を介してExosomeによるRNA分解を導く機能を有し、ポリ(A)ポリメラーゼTrf4/5、RNA結合タンパク質Air1/2、およびRNAヘリカーゼMtr4 (Dob1)から成る。しかし動物細胞では、DOB1以外には構成因子が明らかにされていなかった。そこで、Trf4/5およびAir1/2と弱い相同性を有するヒトcDNA ZCCHC7およびPAPD5に着目し機能解析を行った結果、それらの相互作用が示された。また機能面では、FISH法によるポリ(A) RNAの解析から、PAPD5の発現による核内ポリ(A)化RNAの蓄積が確認された。平成26年度では、ヒトTRAMP様複合体のrRNA代謝における役割を解析するため、(dT)17オリゴヌクレオチドをリバースプライマーとするRT-PCR法により、3'末端がポリアデニル化されたrRNA前駆体を特異的に増幅し検出するアッセイを実施した。その結果、低濃度のアクチノマイシンD添加によって生じる異常なrRNA前駆体断片が3'ポリアデニル化を受け、この反応にはPAPD5およびZCCHC7が必要であること、さらにその分解にDOB1が必要であることが確認された。これらの研究を通して、NVL2が相互作用するこれらの複合体が、リボソーム生合成過程におけるrRNA前駆体のポリ(A)化および分解/プロセシングに関与することが示された。細胞生物学前年度において明らかにした、RNAヘリカーゼDOB1を構成因子に含むRNA代謝複合体について、その構造や機能がNVL2による調節を受けるかどうかについて検討を行った。現時点までにNVL2による制御は認められないものの、結果の如何によらず、研究計画そのものとしてはほぼ順調に進行したと考えられる。先行研究においてすでにNVL2との相互作用が示されたDOB1 (MTR4)は、酵母においてTrf4/5およびAir1/2とともにTRAMP複合体を構成することが知られている。このことから、高等真核細胞においてもDOB1が類似の複合体を構成し、分子シャペロンであるNVL2はDOB1を介しこの複合体と相互作用し、その機能を制御することが予想された。平成24年度の研究では、この予想が正しい可能性を実験的に示すことができ、当初の計画は順調に進行していると判断された。平成25年度における研究では、DOB1を構成因子として含むTRAMPおよびエキソソーム複合体において、NVL2による構造および機能制御に関わる現象を見いだすことはできなかった。この結果を受け平成26年度では、プロテオーム解析の手法を用い、NVL2により制御される新たなDOB1結合因子の探索を行う。リボソーム生合成過程においてNVL2が作用する複合体には、DOB1を含むTRAMP様複合体以外にも複数の存在が予想される。したがってそれらの解明は、NVL2の機能解析における重要な課題であると考えられる。この問題に取り組むため、ドミナントネガティブ変異型NVL2の発現によりリボソーム前駆粒子の成熟に欠損が生じた細胞を用い、前駆粒子の構成成分を正常細胞と比較するためのプロテオーム解析を行う予定である。
細胞-基質間接着蛋白質インテグリン1分子の直接観察・操作による動的特性の研究

本研究では、咋年度までに単離した細胞基底膜(開放細胞系と呼ぶ)を用い、α5β1インテグリン分子がリガンドであるフィブロネクチン繊維との間の相互作用変化に応じて細胞膜上を分布変化する様子を直接とらえることに成功した。今年度は更に、以下の事柄が明かとなった。開放細胞系上において、α5β1インテグリン分子はフィブロネクチン繊維全長に沿って集積していた。一方で、固定細胞においては、フィブロネクチン繊維はアクチンストレスファイバーの端から外側方向に長く伸びていたが、α5β1インテグリンはストレスファイバーの端の部分にのみ集積しており、両者の分布様式が異なっていた。このことから、実際の細胞内にはα5β1インテグリンの集積をストレスファイバー端の部位にのみ制限するような機構が存在していることが示唆されたが、この機構に、インテグリン-アクチン骨格間の架橋タンパク質であるタリンとα-アクチニンのうち、タリンは特に関わっていないようであった。一方、α-アクチニンについては、ストレスファイバーに結合した分子の量が開放細胞系では固定細胞の約1/7にまで減少しており、十分な量のα-アクチニンが存在することが実際の細胞内でのα5β1インテグリンの適切な集積に重要であると考えられる。開放底膜系上におけるα5β1インテグリン分子の運動を1分子単位で高時空間分解能(1/30s,100nm)測定した。α5インテグリンの細胞質ドメインに、二次抗体結合0.1μm蛍光ビーズを一次抗体を介して結合させ、そのビーズの動きを追った。アクチン細胞骨格および細胞外マトリックスとの相互作用がない条件において、α5β1インテグリン1分子が結合した蛍光ビーズは差渡し160-830nmの領域内でのみ2次元ブラウン運動を行っており、その側方拡散係数値は約2×10^9cm^2/sと決定された。
PJDを応用した機能性フッ素化アパタイト成膜による新規予防填塞法の開発

パウダージェットデポジション(PJD)法は、東北大学大学院歯学研究科の佐々木啓一、工学研究科の厨川常元らが開発した、精密加工分野にて用いられる機械除去加工(アブレイシブジェット加工:AJM)を応用し、常温・常圧下でハイドロキシアパタイト(HA)粒子を噴射し、接着性材料を介さず歯面に直接的にHA成膜を行う技術である。近年の超高齢社会に伴い、高齢者の根面う蝕罹患率が増加しており、この根面う蝕予防として本PJD法の応用を検討した。HA粒子にフッ素徐放性を付与したフッ素化アパタイト粒子をPJD法にて噴射することで、う蝕予防効果が期待できることが本研究の目的である。平成30年度では、FHA粒子の合成と、最適噴射条件の確立に成功した。FHA粒子は酢酸カルシウム溶液とリン酸水素ナトリウム溶液を拡販させ、カウンタジェットミルと分級機エルボージェットにて粒子形態とすることに成功した。粒子形態確立後には、SEM、XRD、EDXで形態および組成分析を実施した。噴射条件の確立では、合成したFHA粒子がPJDノズルに目詰まりする現象が認められたが、耳鼻科・頭頸部外科用内視鏡カメラを用いてノズルとホース内の粒子流動を観察し、コンピュータシミュレーションでも流動解析を行うことで、空気圧0.5kPa、粒径3.14マイクロメートル、噴射距離:歯面から5cmの条件下で装置内の目詰まりが生じず、効率的にFHA成膜可能であることが明らかとなった。研究調書通りに研究は進行している。上記の通り、装置内の目詰まりが生じたものの、観察および分析結果により解決できた。次年度は、FHA成膜の耐久性、機能性を検討する方針である。耐久性は口腔内温度環境を模倣したサーマルサイクル試験と、歯質脱灰を模倣したpHサイクル試験を実施し、FHA膜の機能性を評価する。さらにはラットを用いた細胞毒性試験を実施し、生体安全性を評価する予定である。現時点で、FHA粒子合成、最適噴射条件が確立しているため、次年度での機能性、安全性が確立できればヒトへの応用(探索的治験)も検討している。次年度はFHA膜の機能性および安全性を検証するために、薬品の購入、装置のレンタル購入およびレンタル費の増加が考えられ、本年度よりも支出が増える可能性が示唆されたため。
細線光導波路解析法の開発と新機能デバイス設計への応用

シリコン細線導波路では、三角形導波路を用いれば、わずか数μmの軸長で偏波回転し得ることを、理論的に明らかにし、動作のメカニズムを明示した。マイクロ波におけるモデル実験で動作を実証した。表面プラズモンが伝搬する導波路解析を能率よく行える、陰的有限差分時間領域法(FDTD)法を開発した。金属材質を含む光デバイスの周波数応答を、パルス波を用いて一度の計算で実行できるアルゴリズムを構築し、導波路型センサを設計した。時間領域手法の利点を活かし,金属媒質を含む光デバイスの周波数応答を,パルス波を用いて一度の計算で評価するアルゴリズムを確立した。従来のFDTD法が陽解法であったのに対して,本研究では,陰解法に基づく手法を考案した。具体的には,局所一次元法を適用することで,刻み幅に関して無条件安定のアルゴリズムを構築した。その結果,計算効率の高い手法(従来に比べて半分以下の計算時間)を確立した。加えて,金属の屈折率変化に関しては,可視領域から遠赤外領域まで対応できるように改良した。これらの成果は,米国電気電子学会の速報誌での採録が決定している。偏波回転器に関しては,三角形導波路の理論的検討が終了し,短軸長での動作を確認した。マイクロ波帯での実験的検討を進めており,短軸長での動作を確認しつつある。研究成果を米国光学会主催の国際会議で発表した。現在,米国電気電子学会の論文誌にフルペーパとして投稿中である。三角形導波路のより簡便な構造,ならびに偏波分割器との組み合わせを可能にする構造に関して,検討を継続している。クレッチマン構造を応用した小型な導波路型光バイオセンサの基礎検討が終了し,成果を米国電気電子学会,米国光学会の共同論文誌で発表した。まず,計算効率のよいビーム伝搬法(BPM)をセンサ構造の解析に適するように,複素パデ近似を用いる広角式を導出した。また,FDTD法との比較から,計算結果の妥当性を検討した。開発された手法を用いて,測定物として水を例に取り,導波路構造を利用しても,従来のクレッチマン構造と同様な感度で計測できることを数値的に実証した。金属を含む周波数分散性媒質を取り扱う時間領域解析法に関しては、局所的1次元有限差分領域(LOD-FDTD)法にz変換を取り入れる手法を開発した。この手法は、陰解法の利点を活かしつつ、従来に比べ、定式化が簡素となり、かつ精度も高いことを実証した。また、台形側に基づく、RC(Recursive Convolution)法の定式化にも成功した。これらの手法をプラズモン用いた極小細線導波路の解析に応用し、有効性を確認した。成果の概要は、米国電気電子学会論文誌などで発表した。また、光センサとしては、クレッチマン型導波路表面プラズモンセンサを、試料の屈折率の虚部変化を検出するための光吸収型センサへ応用した。さらに、LOD-FDTD法を回転対称構造用に拡張した。これにより、マイクロ波帯の空洞共振器の検討を可能にした。正方形導波路断面の一つの角を落とした、偏波回転器の設計法を確立した。シリコン細線導波路からなる偏波分離・回転器の具体例を設計し、特許出願および海外論文誌での発表を行った。ビーム伝搬法の安定性、パワー保存性の改良に関しては、磁界成分を用い、伝搬軸方向成分の寄与を考慮することが、有用であることを見出し、スポットサイズ変換導波路の解析を通して、提案したアルゴリズムの有効性を国際会議で発表した。加えて、2次元解析ではあるが、ステップインデックス型屈折率分布をシグモイド関数で近似することにより、安定した解析が行えることも見出し、成果を米国の速報論文誌で発表した。金属を含む周波数分散性媒質を取り扱う時間領域解析法に関しては、局所的1次元有限差分時間領域(LOD-FDTD)法において申請者らが開発してきた、5種類の手法(RC(Recursive Convolution)法、線形近似を用いたRC法、台形則に基づくRC法、補助微分方程式を援用する手法、Z変換を援用する手法)の比較を行い、手法の特徴を統一的に明らかにした。また、プラズモンを利用した微小空洞を含む導波路の解析にLOD-FDTD法を利用し、波長フィルタ特性を検討する際の有効性を明らかにした。加えて、LOD-FDTD法を周期構造にも対応できるように拡張し、電磁波が周期構造に対して、垂直に入射する場合の定式化に成功した。これらの成果は米国電気電子学会の論文誌、米国光学会の国際会議で発表した。偏波回転器に関しては、正方形導波路断面の一部を直角に切り落とした簡易な構造でも、昨年度までに検討してきた斜めに切り落とした構造と遜色のない特性が得られることを見出した。新たにL字型構造と名づけた。この成果を特許申請した。ビーム伝搬法の安定性、パワー保存性の改良に関しては、伝搬軸方向の界成分を考慮する手法を考案し、米国電気電子学会・米国光学会の共同誌で発表した。

また、金属を装荷した導波路型偏光子を安定に解析する手法を確立し、具体的な設計例を電子情報通信学会論文誌で発表した。なお、偏光子の特定の偏波を消去する作用を逆にする方法も考案し、2010年の米国光学会の国際会議で発表する予定である。
負の電子親和力を利用した電池駆動可能なダイヤモンド冷陰極の作製とそのデバイス応用

鋳型成形(モールド)法によるピラミッド状ダイヤモンドの作製技術を考案し,この技術と尿素を用いたダイヤモンドへの高濃度窒素の添加方法を組み合わせることで得られるダイヤモンド冷陰極から,非常に低い電界における電子放出現象が確認された.これらの低電界における電子放出機構の解明のため,放出される電子のエネルギー分析を行った結果,E_F近傍の比較的高いエネルギーから放出されることが確認され,Appl. Surface Sci.に報告した.またダイヤモンドへのキャリア注入に着目し,注入電極依存性に関しAppl. Surface Sci.に報告し,このような窒素添加ダイヤモンドからの低電圧/電界での電子放出現象の解釈の一つとして,"space charge interlayer" modelを提案しJ. Vac. Sci. & Tech. Bに報告した.さらに,"Metal-insulator-vacuum type electron emission"という概念をダイヤモンドに初めて適用するごとで,窒素添加気相成長ダイヤモンドからの電子放出現象が矛盾なく説明できることをAppl. Phys. Lett.に報告し,さらにその検証実験の結果をPhisica Status Solidiに報告した.この他にも関連した実験結果として,ホウ素添加ダイヤモンドからの電子放出に関する論文なども数編掲載されており,近年のダイヤモンドからの電子放出に関するレビューとして電子情報通信学会誌に招待論文が掲載されている.このように,本研究は,当該研究助成期間中に,計15編の論文にまとまり,窒素添加気相成長ダイヤモンドからの電子放出機構をほぼ解明するまでに至っているが,実用化にはまだいくつかの問題が残されており,継続的にその問題の解決を目指していきたいと考えている.鋳型成形(モールド)法によるピラミッド状ダイヤモンドの作製技術を考案し,この技術と尿素を用いたダイヤモンドへの高濃度窒素の添加方法を組み合わせることで得られるダイヤモンド冷陰極から,非常に低い電界における電子放出現象が確認された.これらの低電界における電子放出機構の解明のため,放出される電子のエネルギー分析を行った結果,E_F近傍の比較的高いエネルギーから放出されることが確認され,Appl. Surface Sci.に報告した.またダイヤモンドへのキャリア注入に着目し,注入電極依存性に関しAppl. Surface Sci.に報告し,このような窒素添加ダイヤモンドからの低電圧/電界での電子放出現象の解釈の一つとして,"space charge interlayer" modelを提案しJ. Vac. Sci. & Tech. Bに報告した.さらに,"Metal-insulator-vacuum type electron emission"という概念をダイヤモンドに初めて適用するごとで,窒素添加気相成長ダイヤモンドからの電子放出現象が矛盾なく説明できることをAppl. Phys. Lett.に報告し,さらにその検証実験の結果をPhisica Status Solidiに報告した.この他にも関連した実験結果として,ホウ素添加ダイヤモンドからの電子放出に関する論文なども数編掲載されており,近年のダイヤモンドからの電子放出に関するレビューとして電子情報通信学会誌に招待論文が掲載されている.このように,本研究は,当該研究助成期間中に,計15編の論文にまとまり,窒素添加気相成長ダイヤモンドからの電子放出機構をほぼ解明するまでに至っているが,実用化にはまだいくつかの問題が残されており,継続的にその問題の解決を目指していきたいと考えている.ダイヤモンドを成長させる際に,フォトリソグラフィー技術を用い,異方性エッチング技術により逆ピラミッド状にエッチングしたシリコンを基板として使用する,いわゆる鋳型成形(モールド)法によるピラミッド状ダイヤモンドの作製技術を利用し、これと尿素を用いた新しいダイヤモンドへの高濃度窒素の添加方法を組み合わせることで、0.2V/μm程度の非常に低い電界における電子放出現象の確認および電池駆動可能なピラミッド状エミッタアレーの開発に成功した.これらの低電界における電子放出機構の解明のため,放出される電子のエネルギー分析をSimultaneous field emission & photoemission techniqueという技術を利用し測定した.その結果,窒素添加ダイヤモンドからの電子放出の場合,他のダイヤモンドの結果と異なり,フェルミレベル近傍の比較的高いエネルギーを持った電子が放出されることが確認された.これらの結果を,論文誌MRS ProceedingsおよびAppl.Surface Sci..に報告した.さらに,ダイヤモンドへのキャリア注入に着目し,注入電極依存性に関し,論文誌Appl.Surface Sci..に報告した.さらに,このような窒素添加ダイヤモンドからの低電圧/電界での電子放出現象の解釈の一つとして,"space charge interlayer"modelを提案し,論文誌J.Vac.Sci.& Tech.Bに報告した.また,近年のダイヤモンドからの電子放出に関するレビューとして電子情報通信学会誌に招待論文が掲載された.以上,まだ明らかにされていない問題点も残されているものの,次年度以降の電子放出機構の解明やデバイス作製のために必要な最低限の実験結果の蓄積や理論的考察が,今年度の研究で行えたものと考えている.(765文字)昨年度までの研究で,尿素を不純物源として成長した窒素添加多結晶ダイヤモンド薄膜から非常に低い電圧/電界で電子が放出されることが確認されているものの,電子放出は薄膜のある特定の場所で起こり,所望の位置からのみ電子放出させることは困難であった.本年度の補助金により導入した装置により,基板側にあらかじめ加工を施し,モールド法によるダイヤモンドフィールドエミッタアレーの作製を試みた.最初にシリコン(100)基板上に3000ρ程度の酸化膜を形成し,ここに通常のフォトリソグラフィー技術を用い一辺数十ミクロン,間隔数ミクロンの正方形をパターニングする.次にフッ酸により正方形部分の酸化膜を除去し,さらにテトラメチルアンモニウムヒドロキシド溶液によりシリコン基板を異方性エッチングし,逆ピラミッド状にエッチングされたシリコン基板を作製する.

この基板上に現有の装置を用い気相成長法によりドーパントとして尿素((NH_2)_2CO)を用い,窒素添加ダイヤモンドを成長し,(フッ酸+硝酸)によりシリコン基板を除去すると,ダイヤモンド成長面ではなくシリコン基板との界面側にピラミッド状ダイヤモンドが形成されることが確認された.これにより、より実用的なダイヤモンド冷陰極の作製が可能となった.一方,これまでに得られた多くの実験結果を基盤にし,窒素添加ダイヤモンドからの電子放出機構の解明を目指してきたが,その結果として窒素添加ダイヤモンドからの電子放出を説明しうるモデルの確立に向け現在補足実験を行い,その信憑性を確認している段階である.これまでの研究で,尿素を不純物源として成長した窒素添加多結晶ダイヤモンド薄膜から非常に低い電圧/電界で電子が放出されることが確認されている.本年度の実績として,窒素添加ダイヤモンドからの電子放出機構の解明のため,まずホウ素添加ダイヤモンドからの電子放出機構の解明を行った.この結果,ホウ素添加ダイヤモンド表面からアノード電極間には1000V程度の電圧が印加され,数10V程度の低い電圧のみがホウ素添加ダイヤモンドバルクにかかることが確認された.さらに,ホウ素添加ダイヤモンドの表面近傍には48V/μmという大きな電界が存在し,この高電界によってホウ素添加ダイヤモンド中から電子が引き出されることが確認された.一方,気相成長法を用いる最大の弱点を補う意味あいから,ダイヤモンド微粒子と尿素をペースト状に混ぜ,これをシリコンで作製した逆ピラミッド状の鋳型に塗り込み焼結することで,電子放出に一番影響があると思われる,エミッタ表面状態を均一にする試みを行い,予想されたとおり,エミッタのエッジ部分と中央部分でほぼ同等の電子放出特性を有する電子放出源の開発が可能となった.この技術により,鋳型として用いるシリコン基板のサイズまで,ダイヤモンド電子放出源のサイズを拡大することが可能となり,今後予想される壁掛けテレビなどの応用に大きな可能性を見出すことができた.
DNA修復系の破綻による神経分化異常と神経病態発症メカニズムの解析

高次脳機能を維持する上で、DNA修復系は極めて重要な生体防御システムの一つと考えられている。一方、DNA修復遺伝子の異常が、精神・神経疾患の直接の病因である事が近年明らかとなり、その病態メカニズムに多くの関心が集まりつつある。今回我々は、初代培養ニューロンならびにハンチントン病モデルマウスを用い、異常ポリグルタミン蛋白質がニューロンの核内にDNA二重鎖切断(DNA double-strand break:DDSB)の蓄積をもたらす事を細胞および個体レベルで明らかにした。また、HMGB1およびDDSB修復蛋白質の遺伝子組換えマウスおよびショウジョウバエを作製し、それぞれハンチントン病モデル動物と交配する事により各遺伝子が病態に与える影響を解析した。その結果、ハンチントン病モデル動物の症状(寿命、細胞死、運動能力など)は、各遺伝子を生体内に過剰発現させる事により有意に改善された。また、核内のDNA二重鎖切断修復酵素活性が異常ポリグルタミン蛋白質との相互作用によって阻害される事を生化学的手法により明らかにした(Qui et al.,(2007)Nature Cell Biol.;Enokido et al.,投稿中)。さらに、加齢に伴うHMGB1の発現変化とDDSB蓄積との関係を調べた結果、ニューロンでは核内のHMGB1が加齢とともに減少し、それに伴いDDSBが蓄積する様子が観察された。一方、アストロサイト核では常に高いHMGB1の発現が維持され、DDSBの蓄積もほとんど観察されなかった(Enokido et al.,(2008)BBRC)。アストロサイトは、ホモシステインなど、DNAダメージをもたらす物質代謝を数多く行っており、それらの毒性から自身を保護するための細胞内機構としてHMGB1が働いているのかもしれない。脳神経系の正常発達ならびに精神・神経疾患において、DNAダメージ/修復系がどのような役割を演じているのか未だ明らかでない点が多い。我々はこれまで、精神発達遅延等を症状とする色素性乾皮症ならびにコケイン症候群を対象に、DNA修復系の破綻が脳神経系の正常発達を妨げることによって早期老化やニューロン死の原因となることを報告してきた。本研究ではこれらの結果をもとに、ポリグルタミン病の発症メカニズムへのDNAダメージ/修復系の関与について解析を行った。本年度は異常ポリグルタミン蛋白質が核内に蓄積することによって、核ストレスを介したATMやp53、HMGB1などのDNAダメージ/修復遺伝子産物の活性化が見られることを明らかにした。また、これらを阻害することにより、異常ポリグルタミン蛋白質による神経細胞死が抑制されることがわかった(Qi et al.Nature Cell Biol.(2007) in press)。以上の結果は、DNAダメージ/修復系が発達期のみならず成熟後の脳神経系の機能維持にとっても極めて重要な役割を果たしていることを示すと同時に、それらを標的とした難治性神経変性疾患の治療薬の開発にも貴重な手がかりとなることを意味している。現在、本研究の過程で新たに見つかったDNA修復関連遺伝子産物の機能解析をショウジョウバエ等のモデル動物を使って進めるとともに、神経保護効果をもつ特異的な阻害剤の検索のためのハイスループットスクリーニングを行っている。非分裂細胞として長期間生存し続けるニューロンでは、ゲノム情報の維持は極めて重要な防御メカニズムだと考えられている。特に細胞周期を止めた状態で機能し続けるニューロンでは、転写と関係したDNA修復メカニズムが重要となる事が予想される。こうした考えをもとに、これまで我々はニューロンの発達ならびに老化、病態の過程においてDNAダメージ/修復遺伝子群がどの様な役割を担っているかに注目し、解析を行ってきた。本年度は、核ストレスによってDNA二重鎖切断(DDSB)がニューロンに確かに誘導される事を、初代培養ニューロンならびにハンチントン病モデルマウスによるin vitro、in vivoの両実験系によって証明した。

さらにDDSBによる神経変性疾患発症機構の鍵分子としてHMGB蛋白質およびその関連遺伝子群に注目し、それらの遺伝子改変マウスおよびショウジョウバエを作製した。興味深い事に、ハンチントン病モデル動物で見られる神経症状はそれら遺伝子の過剰発現によって有意に改善される事を明らかとした。さらに、異常ポリグルタミン蛋白質との相互作用によって核内のDNA二重鎖切断修復活性が低下する事を見出した(Quiet. al.,(2007)Nature Cell Biol.;Enokido et al.,投稿準備中)。現在、同様のメカニズムが他の神経変性疾患でも同様に見られるかどうか、さらに神経幹細胞の分化異常等にも関わるかどうかなどに注目し、解析を進めている。