hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低次元光波伝送路の高機能化とナノセンシングに関する基礎研究

本研究者らは従来より低次元光波の概念を提案し、低次元光波伝送路とよばれる回折限界より十分小さなナノメートルオーダーの光伝送路について研究してきた。低次元光波伝送路を利用すると光集積回路を超微細化したナノ光回路が実現できるが、そのためにはこの伝送路に機能性を持たせる必要があった。本研究では、低次元光波伝送路に機能性を持たせるために、伝送路の一部を電気光学媒質とした構造について理論的に調べ、新しい低次元光波変調素子の提案を行っている。また、この素子のナノセンシングへの応用についても提案を行っている。以下が、現在までの研究成果である。1.2次元光波位相変調器、強度変調器の提案と解析:2次元光波伝送路の一部を電気光学媒質とした2次元光波位相変調器を提案した。また、位相変調器2個を組み合わせたマッハツエンダー型2次元光波強度変調器を提案した。2次元光波位相変調器の解析を行い、電気光学結晶としてLiTaO_3を用いたときの半波長電圧を求めた。位相変調器は素子厚がナノメートルオーダーであるために、通常の導波路型光位相変調器より低電圧で位相変調が可能であることがわかった。2.ナノセンシングのための新原理の提案:2次元光波位相変調器の逆過程である光整流効果を応用して、微小領域の低次元光波の変化を電圧として検出するセンサー「2次元光波検出器」を提案した。従来のナノセンシングでは、表面に発生した光近接場をプローブにより伝搬光に変換し遠視野で検出するが、この素子は2次元光波を近接場において直接検出するという新しい方式である。
光制御型塩基触媒の開発とその応用研究

本研究では、ラセン型を有するヘリセン分子をキラル素子とした光応答部位を付与したBrΦnsted塩基触媒を合成し、ニトロアルドール反応への展開を行った。研究実施項目は、(1)光制御型BrΦnsted塩基性分子の創製と物性評価、(2)触媒の反応性検討と不斉反応への応用研究の2つである。本研究では、ラセン型を有するヘリセン分子をキラル素子とした光制御型の不斉塩基触媒の開発研究を展開し、従来にない機能性触媒の創製と不斉反応への展開を目指す。計画している研究項目は、1光制御型ヘリセン触媒の創製と物性評価、2触媒の反応性検討と不斉反応への応用研究、および3光制御型ヘリセン触媒の立体選択的合成、の3つである。本年度は前年度に開発に成功した光制御型塩基性ヘリセン分子の光異性化の検討とニトロアルドール反応の触媒としての評価を行った。光制御型塩基性ヘリセン分子は、特定の光照射(390 nm、490 nm)により可逆的なtrans-cis光異性化が起こることがわかった。4-ニトロベンズアルデヒドとニトロメタンを基質としたニトロアルドール反応に触媒として用いた場合、光照射の有無に関わらず反応が進行することがわかった。原因としてヘリセン分子の塩基部位に当たるピぺリジン環の反転が考えられた。そこで、自由反転を制御するため低温条件でも検討したが、光照射による反応性の制御はできなかった。cis体からtrans体への熱異性化の半減期(室温、28時間)は反応の時間スケールを考慮すると十分な時間であることから、アゾベンゼン部が触媒部位を効果的に遮蔽できていないことが考えられた。【研究概要】触媒的不斉合成研究は医薬品産業に格段の進歩をもたらしてきたが、更なる発展のために概念的に新しい触媒体系の樹立と創出が求められている。この課題に対し、申請者は「不斉反応を自在に操ることのできる触媒」をコンセプトとし、多環式芳香族化合物であるヘリセン分子のラセン不斉を活用した光制御型の不斉塩基触媒の開発研究を展開することで従来にない機能性触媒の創製と不斉反応への展開を目指した研究を行っている。以下の3点を各論として研究を実施する。[1]光制御型ヘリセン触媒の創製と物性評価、[2]触媒の反応性検討と不斉反応への応用研究、および[3]光制御型ヘリセン触媒の立体選択的合成。【研究実施計画】[1]ヘリセン骨格への効率的なフォトクロミック分子(アゾベンセン)の導入を検討する。さらに合成した光制御型塩基触媒の光異性化挙動に関する物性評価を行う。[2]本塩基触媒の有用性を確かめるため、触媒の塩基性を利用したヘンリー反応をモデル反応として条件検討を行う。[3]ヘリセン前駆体と効果的にジアステレオ異性電荷移動錯体を形成するキラル分子を利用して、立体選択的なヘリセンの合成法を開発する。【研究進捗状況】平成23年度は項目[1]を中心に行った。項目[1]:ヘリセン骨格へのアゾベンゼン(光応答性部位)の導入に成功した。更に合成したアゾベンゼンを有するヘリセン分子に特定波長の光を照射することで、可逆的な光異性化挙動の変化を紫外可視吸収スペクトルの形状変化により観察することができた。更に、光定常状態におけるトランス/シス異性体比をHPLCにより算出することにも成功した。項目[2]に関しては、光応答性分子触媒による各種基質を用いたヘンリー反応の進行をNMR解析により確認することができた。項目[3]に関しては予定通り24年度に実施する予定である。23年度は研究実績概要に記した各論[1]および[2]を中心として研究を行うことを計画した。各論[1];当初の計画通り、臭化ヘキサヘリセン誘導体とN-Bocアリールヒドラジンとのカップリング反応に続く、ヨウ化銅(I)を用いた酸化反応によりアゾベンゼン部を有する光応答性ヘリセン型有機触媒の構築に成功した。また、光応答性ヘリセン型有機触媒は塩化メチレン溶液中、特定波長の光を照射することで可逆的な光異性化挙動示すことが紫外可視吸スペクトルにより観測することができた。更に、トランス/シス異性化現象の継時的変化並びに光定常状態におけるトランス/シス異性体比をHPLCにより算出することにも成功し、本触媒が特定波長の光に対して応答性を示すことを見出した。各論[2];種々基質を用いて光応答性ヘリセン型触媒によるヘンリー反応に対する触媒能をNMR解析により確認することができた。しかしながら、トランス型(不活性型)とシス型(活性型)における反応進行に優位な差がみられなかった。以上、23年度に計画通り各論[1]および[2]を中心的に研究を行うことはできたが、各論2において計画通りに進めることができなかった。

現在までの達成度に記載したように、各論[2]において光応答性ヘリセン型触媒によるヘンリー反応の反応性制御の点で、トランス型(不活性型)とシス型(活性型)との間に反応性の明確な差をNMRの継時的観測により見出すことが出来なかった。これはアゾベンゼンによる触媒部位(3級アミンの非共有電子対)の立体的遮蔽が効果的になされていないことが原因の一つとして挙げられる。このことから、アゾベンゼン部に嵩高い置換基を有する各種誘導体を合成し、再度、ヘンリー反応をモデル反応として触媒の反応制御能を検討することを予定している。また、反応制御能を確認できしだい光応答性ヘリセン型触媒のキラルHPLCカラムにより光学分割を行い、光学活性体を用いて不斉反応へと展開する予定である。現有の研究設備(NMR, IR, HPLC, MS, X線、旋光計など)を使用して実験を行うので、設備備品に経費を費やさず、主として試薬・ガラス器具を始めとする消耗品への充当に重きを置く。具体的には、市販されている化学物質を分子レベルで構造修飾して目的の機能を持つ有機化合物に分子変換することが本研究の大部分を占めることから、市販の化学物質の購入費、構造修飾用の試薬、反応及び反応後の目的物質の抽出に用いる有機溶媒、ガラス器具等の消耗品を購入に研究費を使用する予定である。また、他のグループの研究に関する情報をいち早く仕入れ、自分自身の研究成果を随時発表するために、国内・海外を問わず積極的に学会等に参加するための旅費にも研究費を活用する。
一人暮らし高齢者に対する抑うつ予防プログラムの開発

本研究の目的は,都市部で生活する一人暮らし高齢者が抑うつ状態に陥る背景要因を明らかにし,その要因をもとに都市における抑うつ予防プログラムを開発することである.2007年に,一人暮らし高齢者の抑うつと関連する要因を明らかにするために,質問紙を用いた調査を実施した.その結果,「ストレス」「入眠困難」「主観的健康感」「趣味や生きがい」「外出頻度」が一人暮らし高齢者の抑うつと関連していた.これらの要因をもとに,抑うつ予防プログラムの試案作成に取り組んだ.本研究の目的は,都市部で生活する一人暮らし高齢者が抑うつ状態に陥る背景要因を明らかにし,その要因をもとに都市における抑うつ予防プログラムを開発することである.2007年に,一人暮らし高齢者の抑うつと関連する要因を明らかにするために,質問紙を用いた調査を実施した.その結果,「ストレス」「入眠困難」「主観的健康感」「趣味や生きがい」「外出頻度」が一人暮らし高齢者の抑うつと関連していた.これらの要因をもとに,抑うつ予防プログラムの試案作成に取り組んだ.本研究の概要:本研究の目的は,都市部で生活する一人暮らし高齢者が抑うつ状態に陥る背景要因を明らかにし,その要因をもとに都市部における抑うつ予防プログラムを開発することである。本年度は,都市部在住一人暮らし高齢者の抑うつの背景要因を明らかにするために,自記式質問紙調査を実施した。調査の概要:対象は,名古屋市A区社会福祉協議会が独居高齢者の閉じこもり予防を目的として実施する「高齢者ふれあい給食会(以下,給食会)」の参加者240人である。平成19年9月に,給食会会場にて対象者に口頭で調査の説明を行うとともに,依頼文書および調査票を配布し,個人が特定されないよう郵送にて回収した。調査内容:抑うつの評価は,Geriatric Depression Scale(GDS)短縮版を用いた。抑うつの背景要因として,身体的要因は治療中の疾患の有無と生活習慣,心理的要因は主観的健康感と趣味や生きがいの有無,社会的要因はソーシャルサポート,ソーシャルネットワーク,閉じこもりについて尋ねた。調査結果:男女121人(男性18人,女性103人)の研究協力を得ることができた。対象者の平均年齢は,78.3歳であった。GDS得点の平均値は,5.42±3.7であり、抑うつ出現率は農村の高齢者および同居高齢者に比べて高い傾向がみられた。抑うつを規定する要因をみた結果,心理的要因では「主観的健康感」,「趣味や生きがいの有無」,社会的要因では「閉じこもり」,「ソーシャルネットワーク」が抑うつ得点の規定要因であることがわかった。抑うつがみられる高齢者は,心理的・社会的に低水準の者が多く、抑うつ予防を行ううえで,心理的,社会的アプローチの双方から,独居高齢者の精神健康増進に向けた具体的な介入プログラムの検討が必要があると考えられた。平成20年度は,これらの要因に着目しながら,抑うつ予防プログラムの試案づくりに取り組む。平成20年度は,19年度の研究結果をもとに,具体的な抑うつ予防プログラムの試案づくりに取り組んだ.国内外の抑うつ予防の取り組みについて文献検討を行い,プログラムに必要な要素を抽出した.日本では,抑うつ予防は自殺対策の一環として実施されている地域が多い.その中でも,秋田県では,うつ病の早期発見・早期治療のための体制づくり,市町村,職場,学校における自殺予防対策の強化等が行われている.また,官・学・民が一体となり,うつ対策に取り組むという極めて先進的な取り組みも実施されている.この取り組みをもとに,プログラムに必要な要素として,スクリーニング,啓発活動,健康教育,心の健康相談,地域連携システムづくり等を挙げた,更に,それぞれの活動において,「独居高齢者」「生きがいづくり」の視点から介入方法を検討した.うつのスクリーニングを実施する際,一般的な基本健康診査に加え,独居高齢者が多く集まる給食会等を活用することや民生委員へ協力を求めていくことが挙げられる.また,健康教育では,独居高齢者がストレスに積極的に対処できる方法を学ぶ機会を設けるとともに,うつに関する知識の普及を図る.更に,健康教室を発展させた自主組織活動や地域のインフォーマルサービス資源の活用を図り,独居高齢者の生きがいづくりや孤立予防に向けた取り組みを実施する.これらの取り組みを実施するためには,保健師や看護師,精神保健福祉士,社会福祉士,民間組織など多職種が連携し,適切な地域介入を行う必要がある.今後は,開発されたプログラムをもとに介入を実施し,その効果を検証する.
スプライシングの抑制/回復に関わる金属を利用したスプライシング関連タンパクの検出

本研究では、カドミウム(Cd)の投与がスプライシング変異体の生成やスプライシング関連蛋白をコードする遺伝子の発現に及ぼす影響を調べ、スプライシング制御機序への関連性を検討した。また、発生や発がんにおいて重要な役割を持っているhomeobox遺伝子の発現におけるCdの影響を調査した。1.SMA typeI患者由来の線維芽細胞にCdを投与し、SMN膿遺伝子のexon7が排除されたmRNA(Δ7-SMN)の発現量の変動をRT-PCRで検討した。30-100μMのCd投与によりΔ7-SMNは2.5倍まで増加し、CdがSMN遺伝子のスプライシング反応を撹乱する可能性が推測された。また、選択的スプライシングを促進するスプライソソーム蛋白であるZNF265の遺伝子発現が10μMのCd暴露により著しく増加したことから、ZNF265の発現増加がΔ7-SMNの発現増加に影響している可能性が示唆された。2.乳がん細胞由来のMCF-7細胞にCdを投与し、BRCA1、BRCA2遺伝子の発現を検討した結果、スプライシング変異体の誘導は認められなかった。しかし、両遺伝子の発現が50μMのCd暴露により顕著に減少する結果が示され、Cdの発がん機序に係わる可能性が推測された。3.COS-7細胞にCdを投与し、HOX遺伝子の発現量の変動をRT-PCRで調査した。HOXB8のmRNAは10μMのCd投与により5.4倍上昇し、HOXC9とC10は0.1-0.3倍に減少した。siRNAを用いたHOXB8ノックダウン実験では、HOXC9とC10のmRNA発現がそれぞれ6.6倍と1.9倍増加し、CdによるHOXB8の発現増加がHOXC9とC10の発現を減少させた可能性が強く示唆された。4.COS-7細胞においてHOXB8遺伝子発現に及ぼすretinoic acid(RA)とCdの作用を調べた。HOXB8遺伝子発現はCdによって2.9倍、RAによって1.7倍増加したが、CdとRAの同時投与により5.4倍まで増加した。この結果から、両物質はHOXB8の発現を相乗的に促進し、各々は毒性を現す濃度以下の暴露であっても、同時暴露による相乗作用によっては、奇形発生などの被害を及ぼす可能性があることを示唆した。申請者らはスプライシング反応に必須である未知のスプライシング関連蛋白を検出・同定し、その機能を解析するため、蛋白中の亜鉛(Zn)と置換し蛋白の活性を変動させるカドミウム(Cd)の性質を利用した研究を計画した。1.Cd投与によりスプライシング変異体が誘導される遺伝子の同定1100μMのCdCl_2を9時間投与したSMA患者由来のfibroblast、COS

7、HeLa及びMCF7細胞株のmRNAを用いてRT-PCRを行い、SMN遺伝子とBRCA1、BRCA2遺伝子のスプライシング変異体の発現量を調査した。その結果、SMA患者のfibroblast細胞において、100μMのCd投与によりSMN遺伝子のexon7が排除されたmRNAが増加することを見出した。このことで、CdがSMN遺伝子のスプライシング反応を撹乱する可能性があると推測された。他の細胞や遺伝子においては、変化は見られなかった。SMN1遺伝子のexon6-intron6-exon7を含むミニ遺伝子を用いてin vitroスプライシングを行った。反応液中のZn排除により停止したスプライシング反応は、Cd投与によって高い効率で回復された。この結果で、Znと結合して機能する未知のスプライシング関連蛋白が、スプライシングにおいて必須であること、それからZnに代わってその蛋白に結合できるCdが、スプライシングの制御を混乱させる可能性が示唆された。1.Cd投与によりスプライシング変異体が誘導される遺伝子の同定SMA type I患者由来の線維芽細胞に1100μMのCdCl_2を9時間投与し、SMN遺伝子のexon7が排除されたmRNA(Δ7-SMN)の発現量の変動をRT-PCRで検討した。30μM以上のCd投与によりΔ7-SMNは2.5倍まで増加し、CdがSMN遺伝子のスプライシング反応を撹乱する可能性が推測された。また、選択的スプライシングを促進するスプライソソーム蛋白であるZNF265の遺伝子発現が10μMのCd暴露により著しく増加したことから、ZNF265の発現増加がΔ7-SMNの発現増加に影響している可能性が示唆された。一方、乳がん細胞由来のMCF-7細胞にCdを投与し、BRCA1、BRCA2遺伝子の発現を検討した結果、スプライシング変異体の誘導は認められなかったが、両遺伝子の発現が30μM以上のCd暴露により顕著に減少することが分かった。BRCA1とBRCA2は乳がん発生と密接な関係を持つ遺伝子であり、Cdの発がん機序に係わる可能性が推測された。2.Cd投与によるhomeobox遺伝子の発現変動の検討発生や発がんと密接に関連するhomeobox遺伝子の発現に及ぼすCdの影響を調べるため、COS-7細胞におけるHOX遺伝子の発現量の変動をRT-PCRで調査した。HOXB8のmRNAは10μMのCdC1_2投与により5.4倍上昇し、HOXC9とC10は0.1-0.3倍に減少した。siRNAを用いたHOXB8ノックダウン実験では、HOXC9とC10のmRNA発現がそれぞれ6.6倍と1.9倍増加し、CdによるHOXB8の発現増加がHOXC9とC10の発現を減少させた可能性が強く示唆された。尚、HOXB8ノックダウン細胞においても、Cd投与によりHOXC9とC10の発現が再び減少したことから、CdによるHOXB8の増加を介さない他の経路もHOXC9とC10の発現減少に係わっていると考えられた。
老人性EBV関連B細胞リンパ増殖異常症の臨床病理学的、分子生物学的研究

悪性リンパ腫は臨床病態のみならず生物学的、疫学的に極めて多様性に富む腫瘍であり、その本態の解明は真に学際的な研究によってのみ可能である。本研究の目的は長期間にわたり蓄積された悪性リンパ腫症例について継続的な臨床病理学的、免疫学的および分子生物学的検討を試みることにより、診断・治療の基盤を確立することにある。また、本邦悪性リンパ腫全体の生物学的特性の解明を目指す。当該研究期間では、2003年に世界に先駆けて我々が提唱した新たな疾患概念、老人性Epstein-Barr virus(EBV)関連B細胞リンパ増殖異常症(Am J Surg Pathol 2003;27:16)に焦点を当て、本邦集学的な解析(臨床病理学的、分子生物学的、免疫学的および疫学的検討)を推し進めた。主な項目として、老人性EBV関連B細胞リンパ増殖異常症の症例の集積を推し進めたことが特記される。全国的な症例の分布、本邦における発生頻度など疫学的なデータのためにびまん性大細胞型B細胞リンパ腫を中心とするB細胞増殖異常症2,000例を集積し、EBVの検索を行ない、老人性EBV関連B細胞リンパ増殖異常症と目される126例を同定した。さらに、上記で同定された症例の臨床データの集積し、臨床経過、予後、および治療反応性を解析した。同時に、病理学的、免疫組織学的検討、またLMP1、EBNA2解析を進め、免疫不全状態を評価した。現在、染色体分析、CGH解析、患者末梢血におけるPCRによるEBVウイルスゲノム量の測定、EBV-specific T細胞の定量のための日本人HLAに依拠したtetramer開発、ケモカイン、サイトカイン、およびそれらレセプターなどの関与の有無などの検索については、当該年度内に相当の体制の整備なしえたものと評価される。老人性EBV関連B細胞リンパ増殖異常症は、極めて多様な臨床病態により特徴づけられ、加齢そのものに伴う免疫機能の低下が背景要因として推定される。今後、前例のない高齢化社会に向かう本邦において、発生の急速な増加が懸念される疾病と云える。ゆえにその本態の解明と診断・治療・予防法の開発は緊急の課題であり、今後、さらなる研究の最も期待される重点的な検討課題と云える。我々は、最近、老人性EBV関連B細胞リンパ増殖症Senile EBV-associated B-cell lymphoproliferative disorderの疾患概念を世界に先駆けて公表し(Am J Surg Pathol 2003;27:16)、認知せしめるに至った。加齢による免疫機能の低下を背景として発症する特異な疾患であり、治療としてインターフェロンなど免疫療法immunomodulation therapyが奏効する可能性が示唆される。本疾患は、今後前例のない高齢化社会に向かう本邦において、発生の急速な増加が懸念される疾病と云える。本研究の目的は、その病態と背景要因の詳細な解明を企図したものであり、本邦集学的な解析(臨床病理学的、分子生物学的、免疫学的および疫学的検討)を推し進めつつある。

東京大学医科学研究所、福島大学、岡山大学、福岡大学などの協力を仰ぎ、びまん性B大細胞型リンパ腫を中心とする本邦大規模B細胞増殖症2,300例におけるin situ hybridization法によるEBVの有無の調査を継続して行った。その結果、150例に達する同陽性症例を同定し得た。現在、臨床経過、予後、および治療反応性を含む臨床病理学的解析を進めつつある。現在、個々の個体レベルでのEBVに対する免疫能を調べるために、患者末梢血におけるPCRによるEBVウイルスゲノム量の測定、EBV-specific T細胞の定量のための日本人HLAに依拠したtetramer開発、およびlymphoblastopid cell line (LCL)を用いたT細胞によるinterfern γ産生能測定のための体制を整備中である。本研究により加齢と発がんとの相関に関する知見の大いなる深化が期待できるものといえる。悪性リンパ腫は臨床病態のみならず生物学的、疫学的に極めて多様性に富む腫瘍であり、その本態の解明は真に学際的な研究によってのみ可能である。本研究の目的は長期間にわたり蓄積された悪性リンパ腫症例について継続的な臨床病理学的、免疫学的および分子生物学的検討を試みることにより、診断・治療の基盤を確立することにある。また、本邦悪性リンパ腫全体の生物学的特性の解明を目指す。当該研究期間では、2003年に世界に先駆けて我々が提唱した新たな疾患概念、老人性Epstein-Barr virus(EBV)関連B細胞リンパ増殖異常症(Am J Surg Pathol 2003;27:16)に焦点を当て、本邦集学的な解析(臨床病理学的、分子生物学的、免疫学的および疫学的検討)を推し進めた。1老人性EBV関連B細胞リンパ増殖異常症の症例の集積を推し進めた。全国的な症例の分布、本邦における発生頻度など疫学的なデータのためにびまん性大細胞型B細胞リンパ腫を中心とするB細胞増殖異常症2,000例を集積し、EBVの検索を行ない、老人性EBV関連B細胞リンパ増殖異常症と目される126例を同定した。2 1で同定された症例の臨床データの集積し、臨床経過、予後、および治療反応性を解析した。同時に、病理学的、免疫組織学的検討、またLMP1、EBNA2解析を進め、免疫不全状態を評価した。3染色体分析、CGH解析、患者末梢血におけるPCRによるEBVウイルスゲノム量の測定、EBV-specific T細胞の定量のための日本人HLAに依拠したtetramer開発、ケモカイン、サイトカイン、およびそれらレセプターなどの関与の有無の検索は、現在、継続して遂行中である。老人性EBV関連B細胞リンパ増殖異常症は、極めて多様な臨床病態により特徴づけられ、加齢そのものに伴う免疫機能の低下が背景要因として推定される。今後、前例のない高齢化社会に向かう本邦において、発生の急速な増加が懸念される疾病と云える。ゆえにその本態の解明と診断・治療・予防法の開発は緊急の課題であり、今後、さらなる研究の最も期待される重点的な検討課題と云える。
金属表面に吸着したアルカリ原子系の電子構造の被覆度依存性に関する研究

過去数年間、半導体表面特にSi(001)面上のアルカリ原子吸着系について、吸着の機構、電子構造、仕事関数等を被覆度との関連において研究してきた。今年度はまず、従来の研究の成果をまとめてSurface Scienceに発表した。今年度の主な研究目的は半導体および金属上のアルカリ原子の吸着機構の主要因を明らかにすることであった。この問題については、最近、石田ー寺倉(東大物性研)の密度汎関数法による計算が出され、従来一般に信じられてきたイオン結合が主因ではなく、低被覆度領域でも、共有結合的であると主張されている。このような様相を我々の採用している局在軌道をベースとするモデル(NewnsーAnderson model)で表現するには、隣接軌道間の波動関数の重なり積分を考慮すれば良い。この場合電子遷移の状況は、吸着原子と、基板原子に局在する電子のみでは不充分であり、いわゆる結合電子(bonding charge)をも計算する必要がある。従来我々の定式化した、表面不規則系に対するcellーCPAの表式を、非直交ベースの場合に拡張し数値計算を実行した。予備的考察として、簡単のため基板を一次元金属とした。この結果、重なり積分に小さいイオン結合的領域から、大きい共有結合的領域への移り変りの状況を各被覆度において具体的に表すことができた。現実の吸着系は、このどこかに対応するものと考えることができ、第一原理的計算では得られない、統一的描像を与えるものになっていると考えられる。この結果は、既に、科学研究費特別推進研究「表面新物質相」の研究会で発表している。現在これの論文投稿準備をすると共に、現実の金属に対応する設定で計算する準備を進めている。
RNA顆粒生成・分解に注目した多系統蛋白質症における神経－筋共通病態の解明

本研究は、申請者らが報告したhnRNPA1変異による遺伝性封入体ミオパチー患者由来iPS細胞から確立するヒトMSP細胞モデルと、変異hnRNPA1遺伝子導入動物モデルを用いてMSPにおける神経細胞、および骨格筋に共通する変性メカニズムを解明することを目的とした。このhnRNPA1はMSP3のみならず家族性筋萎縮性側索硬化症(ALS20)の原因遺伝子としても報告されており、なぜこのような臓器/組織選択的は変性を惹起するか明らかとはなっていない。そこで本研究ではまず運動ニューロンと骨格筋細胞における変性メカニズムを解明すべく、患者由来iPS細胞をソースとして細胞モデルの確立を試みた。このヒトMSP神経/骨格筋細胞モデル確立のために初年度、1)hnRNPA1変異MSP3患者1名よりヒトiPS細胞の樹立を達成した。2)ゲノム編集により患者由来の変異箇所のみを正常配列に戻す、あるいは健常者由来の正常配列に患者と同一の変異配列を生じるisogenic対照株を作製中である。3)患者由来iPS細胞を神経・骨格筋細胞に分化誘導した細胞に酸化的ストレス・プロテアソーム阻害等の負荷を与えた条件下での表現型解析を進めている。以下を達成したため、本研究は概ね順調に進展している。1.患者由来iPS細胞の樹立:hnRNPA1変異MSP3患者1名より末梢血単核球を分離採取し、エピソーマルベクターを用いてYamanaka四因子(OCT3/4、SOX2、KLF4、c-MYC)を導入し、ヒトiPS細胞を樹立した。樹立したiPS細胞株において、外来遺伝子ゲノム挿入部位の確認、未分化マーカーの発現、多分化能を確認した。患者由来ヒトiPS細胞から良質なクローンを数クローン選択し、維持・保管した。品質管理として3クローンを選択して染色体解析を行った。2.ゲノム編集によるisogenic対照株の作製:CRISPR-Cas9によるゲノム編集のため、ピューロマイシン薬剤選択カセットを含むターゲティングベクターを作製した。患者由来の変異箇所のみを正常配列に戻す、あるいは健常者由来の正常配列に患者と同一の変異配列を生じるisogenic対照株を作製中である。これまでに、遺伝子導入した細胞群から薬剤選択したコロニーについてPCR法とシークエンス解析によるターゲティングベクターの挿入を確認した。3.患者由来iPS細胞を神経・骨格筋細胞に分化誘導したMSP細胞モデルの作製:樹立したiPS細胞株から神経細胞へ、あるいは骨格筋細胞へとそれぞれ分化誘導した。対照として、京都大学でYamanakaらが樹立した健常者由来iPS細胞と共に以下の研究に用いた。4.単純培養、ストレス負荷によるヒトMSP細胞モデル表現型解析:3.の細胞を対象にMSPモデル妥当性を検証した。多重免疫細胞化学を用いた解析では、酸化的ストレス負荷による細胞質内RNA顆粒形成を確認している。上記モデル細胞を対象に単純培養下もしくは酸化的ストレス負荷を与え、細胞内分画の免疫ブロッティングや定量的RT-PCR法を用いてRNA結合蛋白質、ストレス顆粒、Pボディ関連分子、そしてオートファジー関連分子の発現分布・量を解析し、共通の分子病態を明らかにする。また、同モデル細胞からmRNAを抽出し、次世代シークエンサーを用いたRNA sequencingによるトランスクリプトーム解析をおこなう。さらに、HITS-CLIP法を用いて変異hnRNPA1と密接に関連する標的RNAとその結合領域を同定する。

これまでに、遺伝子導入した細胞群から薬剤選択したコロニーについてPCR法とシークエンス解析によるターゲティングベクターの挿入を確認した。3.患者由来iPS細胞を神経・骨格筋細胞に分化誘導したMSP細胞モデルの作製:樹立したiPS細胞株から神経細胞へ、あるいは骨格筋細胞へとそれぞれ分化誘導した。対照として、京都大学でYamanakaらが樹立した健常者由来iPS細胞と共に以下の研究に用いた。4.単純培養、ストレス負荷によるヒトMSP細胞モデル表現型解析:3.の細胞を対象にMSPモデル妥当性を検証した。多重免疫細胞化学を用いた解析では、酸化的ストレス負荷による細胞質内RNA顆粒形成を確認している。上記モデル細胞を対象に単純培養下もしくは酸化的ストレス負荷を与え、細胞内分画の免疫ブロッティングや定量的RT-PCR法を用いてRNA結合蛋白質、ストレス顆粒、Pボディ関連分子、そしてオートファジー関連分子の発現分布・量を解析し、共通の分子病態を明らかにする。また、同モデル細胞からmRNAを抽出し、次世代シークエンサーを用いたRNA sequencingによるトランスクリプトーム解析をおこなう。さらに、HITS-CLIP法を用いて変異hnRNPA1と密接に関連する標的RNAとその結合領域を同定する。
遺伝子改変ラットを用いたビタミンD作用の解明とビタミンD誘導体の医薬品応用

ビタミンDの作用は多様であるが、最近、1α,25-ジヒドロキシビタミンD3(1,25D3)の「VDRに依存しない作用」や25D3の「VDR依存性作用およびVDR非依存性作用」、さらには「リガンドを必要としないVDRの作用」の存在が示唆された。申請者はゲノム編集により、CYP27B1、CYP24A1、あるいはVDR遺伝子を欠損あるいは改変したラットを作製した。本研究では新たにERp57遺伝子欠損ラットやリガンド結合能の無い変異型VDRラットを作製し、ビタミンDの生理作用を総合的に理解するとともに、遺伝子改変ラットを評価系として骨粗鬆症や癌の治療薬となるビタミンD誘導体の開発を試みる。
Duplan株白血病ウイルスの病原性に関与する遺伝子の同定とその由来

1.我々が分離した欠損型(MAIDS)ウイルスDNAクローン(G1B)からその変異gag遺伝子のp15-p12-p30、p15-p12、p15、p12、部分をそれぞれ切り出し、MAIDSウイルスの介助ウイルスDNAクローン(BM5eco)のそれぞれ相当する場所に置き換えたキメラウイルスを作った。細胞にtransfectionするとBM5ecoDNAは自己増殖能を持ったウイルスを産出するが、G1BとのキメラウイルスDNAは増殖能を有するウイルスの介助を必要とした。各々のキメラDNAより作ったウイルスをC57BL/6マウスに接種した場合の病原性を検討した。この結果、MAIDウイルスの病原性はp15とp12部分の両者の存在が必要であることが明らかになった。C57BL/6マウスには、MAIDSウイルスの病原性発現に関与する遺伝子と高いhomologyを持つ内在性の遺伝子の発現がみられる。この遺伝子のcDNAクローニングを行ったところ、マウスの内在性レトロウイルス群に属する塩基配列をもった遺伝子であった。MAIDSウイルスの起源と考えられる内在性EDV-2遺伝子のp12や、非病原性介助ウイルスのp12部分の翻訳の枠組みをずらすことにより、病原性キメラウイルスが作られることを明らかにした。これらのキメラウイルスを接種して発症したマウスにより再びキメラウイルスを分離してp12部分のアミノ酸配列を調べたところプロリンへの変換が多いことが明らかになった。このプロリンを含むアミノ酸配列中にSH-3と結合する配列があり、p12とSH-2との結合がMAIDSウイルスによるリンパ球の過形成誘導機構の一環の可能性が考えられる。マウス免疫不全(MAIDS)ウイルスは、使用する動物が小型で安価なため、大量に使用しうることと、ウイルスの病原性が強く潜伏期間が短いことにより、非常にすぐれたエイズのモデル実験系である。この系をより有用なモデル系とすることを目標として、以下の結果を得た。1.我々が分離した欠損型MAIDSウイルスDNAクローン(GIB)からその変異gag遺伝子のp15-p12-p30、p15-p12、p15、p12、部分をそれぞれ切り出し、MAIDSウイルスの介助ウイルスDNAクローン(BM5eco)のそれぞれ相当する場所に置き換えたキメラウイルスを作った。この結果、MAIDSウイルスの病原性はp15とp12部分の両者の存在が必要であることが明らかになった。2.C57BL/6マウスには、MAIDSウイルスの病原性発現に関与する遺伝子と高いhomologyを持つ内在性の遺伝子の発現がみられる。この遺伝子(EDV-2)がMAIDSマウスの起源である可能性を検討するためMAIDSマウスの介助ウイルスとのキメラウイルスを作り調べたところ、ECV-2のgag p12部分の核酸塩基配列に一部frame shiftを行えば、病原性のウイルスになることが明らかになった。以上の成績から、MAIDSマウスはC57BL/6マウスの内在性の塩基配列が内在性のレトロウイルスに取り込まれ、欠損などを介して、出来上がったと考えられる。1.我々が分離した欠損型MAIDSウイルスDNAクローン(G1B)からその変異gag遺伝子のp15-p12-p30、p15-p12、p15、p12、部分をそれぞれ切り出し、MAIDSウイルスの介助ウイルスDNAクローン(BM5eco)のそれぞれ相当する場所に置き換えたキメラウイルスを作った。細胞にtransfectionするとBM5ecoDNAは自己増殖

能を持ったウイルスを産出するが、G1BとのキメラウイルスDNAは増殖能を有するウイルスの介助を必要とした。各々のキメラDNAより作ったウイルスをC57BL/6マウスに接種した場合の病原性を検討した。この結果、MAIDSウイルスの病原性はp15とp12部分の両者の存在が必要であることが明らかになった。2.C57BL/6マウスには、MAIDSウイルスの病原性発現に関与する遺伝子と高いhomologyを持つ内在性の遺伝子の発現がみられる。この遺伝子のcDNAクローニングを行ったところ、マウスの内在性レトロウイルス群に属する塩基配列をもった遺伝子であった。この遺伝子(EDV-2)がMAIDSマウスの起源である可能性を検討するためMAIDSマウスの介助ウイルスとのキメラウイルスを作り調べたところ、ECV-2のgagp12部分の核酸塩基配列に一部frame shiftを行えば、病原性のウイルスになることが明らかになった。以上の成績から、MAIDSマウスはC57BL/6マウスの内在性の塩基配列が内在性のレトロウイルスに取り込まれ、欠損などを介して、出来上がったと考えられる。MAIDSウイルスの起源と考えられる内在性EDV-2遺伝子のp12や、非病原性介助ウイルスのp12部分の翻訳の枠組みをずらすことにより、病原性キメラウイルスが作られることを明らかにした。これらのキメラウイルスを接種して発症したマウスにより再びキメラウイルスを分離してp12部分のアミノ酸配列を調べたところプロリンへの変換が多いことが明らかになった。このプロリンを含むアミノ酸配列中にSH-3と結合する配列があり、p12とSH-3との結合がMAIDSウイルスによるリンパ球の過形成誘導機構の一環の可能性が考えられる。
ラセミ体ラクチドの高立体選択的リビング重合触媒の開発とその応用

これまでに本研究ではアキラルなシッフ塩基-アルミニウム錯体を用いたラセミ体ラクチドの高イソタクチック選択的重合触媒を開発し、ポリ(L-乳酸)よりも融点の高いポリ(ラセミラクチド)(融点210°C)を1段階の反応で合成することに成功している(J.Am.Chem Soc.2002,124,5938 ; Polym.J.2004,36,261.)。シッフ塩基配位子は修飾が比較的容易であり、フェノラートのオルト位に嵩高い置換基を導入することにより重合速度は小さくなるものの、立体選択性が向上することが分かっている。本重合触媒の応用として、ラクチドと同様に、生分解性、生体適合性を有するε-カプロラクトンの重合について検討した。興味深いことに、ラクチドの重合とは対照的に、フェノラートのオルト位の嵩高い置換基を導入することで重合速度が大きくなった。最も重合活性の高いtert-ブチルジメチルシリル基を置換基とした触媒を用いることで、室温、10分で100量体のポリ(ε-カプロラクトン)を得ることに成功した。重合はリビング的に進行し、分子量分布の狭いポリマーを容易に合成可能であった。また本重合触媒は、これまで困難とされてきたラクチドとε-カプロラクトンとのランダム共重合体を合成できることを見いだした。一般的な触媒を用いた場合、ラクチドとカプロラクトンとの共重合では、ラクチドの反応性が高いためブロック性の高い共重合体が得られるが、本重合触媒を用いれば、それぞれのモノマーユニットを、ポリマー鎖中に統計的にほぼランダムに導入できることから、新しい熱的、機械的性質を有する生体適合性材料となることが期待できる。これまでに本研究ではアキラルなシッブ塩基-アルミニウム錯体を用いたラセミラクチドの高イソタクチック選択的重合触媒を開発し、ポリ(L-乳酸)よりも融点の高い、融点192°Cのポリ乳酸を1段階の反応で合成することに成功している。このような立体選択的重合反応の成功例は、これまで溶液重合反応に限定されてきた。これに対し溶媒を用いないバルク重合は、溶液重合に比べ環境への低負荷、低コスト、成形加工の容易さといった様々な工業的利点を有している。しかしながらバルク重合でのラセミラクチドのイソタクチック選択的重合反応はこれまでに1例しか知られておらず、その選択性は低いものであり、さらに高温(180°C)でのバルク重合の例は報告されていない。本研究では先に開発した触媒配位子を修飾することにより、より高活性な高立体選択的重合触媒を開発し、高温でのラセミラクチドのバルク重合においても結晶性を有するポリマーを得ることに成功した。130-180°Cの反応温度でバルク重合を行ったところ、すべて結晶性を有するポリマーが得られた。触媒に対しラセミラクチドを300倍用い、180°Cで重合を行った場合、重合開始後わずか20分でモノマー転化率は90%に達した。得られたポリマーは、数平均分子量45600、多分散度指数1.3_3、融点155°Cであり、180°Cという高温条件においても触媒が失活することなく、また結晶性を有する比較的分子量分布の狭い高分子量ポリマーを容易に合成できた。また130°Cで重合を行った場合、180°Cでの重合と比較して重合速度はやや低下するものの、ポリ(L-乳酸)に匹敵する融点169°Cのポリマーが得られた。これまでに本研究ではアキラルなシッフ塩基-アルミニウム錯体を用いたラセミ体ラクチドの高イソタクチック選択的重合触媒を開発し、ポリ(L-乳酸)よりも融点の高いポリ(ラセミラクチド)(融点192°C)を1段階の反応で合成することに成功している。シッフ塩基配位子は修飾が比較的容易であり、フェノラートのオルト位に嵩高い置換基を導入することにより立体選択性が向上することが分かっている。これまで嵩高い置換基としてtert-ブチル基を導入したとき最も高い選択性が得られているが、触媒活性という観点からは、嵩高い置換基は触媒活性を低下させる傾向にあった。しかしながら2つのシッフ塩基をつなぐバックボーンの修飾により、高い立体選択性を維持しながら従来の数倍の重合活性を示す配位子の開発に成功した。また本重合触媒は工業的に有利な立体選択的塊状重合へも応用可能であることを示した(Polym.J.2004,261.)。さらに、触媒活性を高めたことにより、tert-ブチル基よりもより嵩高いトリメチルシリル(TMS)基、トリエチルシリル(TES)基、tert-ブチルジメチルシリル(TBDMS)基などの導入によっても比較的高い重合活性を保ちつつ、より高立体選択的な重合が可能となった。TBDMS基を導入した触媒を用いると最も高い立体選択性が得られ、溶液重合において、最高で融点209°Cのポリ(ラセミラクチド)を得ることができた。このTBDMS基を有する触媒の単離、X線構造解析に成功し、塊状重合への応用を行ったところ、180°Cの高温重合においてもポリ(L-乳酸)と同等、またはそれ以上の融点(>176°C)を有する分子量分布の狭い(M_w/M_n1.1)ポリ(ラセミラクチド)を容易に得ることに成功した。

これまでに本研究ではアキラルなシッフ塩基-アルミニウム錯体を用いたラセミ体ラクチドの高イソタクチック選択的重合触媒を開発し、ポリ(L-乳酸)よりも融点の高いポリ(ラセミラクチド)(融点210°C)を1段階の反応で合成することに成功している(J.Am.Chem Soc.2002,124,5938 ; Polym.J.2004,36,261.)。シッフ塩基配位子は修飾が比較的容易であり、フェノラートのオルト位に嵩高い置換基を導入することにより重合速度は小さくなるものの、立体選択性が向上することが分かっている。本重合触媒の応用として、ラクチドと同様に、生分解性、生体適合性を有するε-カプロラクトンの重合について検討した。興味深いことに、ラクチドの重合とは対照的に、フェノラートのオルト位の嵩高い置換基を導入することで重合速度が大きくなった。最も重合活性の高いtert-ブチルジメチルシリル基を置換基とした触媒を用いることで、室温、10分で100量体のポリ(ε-カプロラクトン)を得ることに成功した。重合はリビング的に進行し、分子量分布の狭いポリマーを容易に合成可能であった。また本重合触媒は、これまで困難とされてきたラクチドとε-カプロラクトンとのランダム共重合体を合成できることを見いだした。一般的な触媒を用いた場合、ラクチドとカプロラクトンとの共重合では、ラクチドの反応性が高いためブロック性の高い共重合体が得られるが、本重合触媒を用いれば、それぞれのモノマーユニットを、ポリマー鎖中に統計的にほぼランダムに導入できることから、新しい熱的、機械的性質を有する生体適合性材料となることが期待できる。
ビタミンK依存性γ-カルボキシラーゼの肝臓におけるカルシウムホメオスタシスの解析

本研究課題であるビタミンK依存性γ-カルボキシラーゼの肝臓におけるカルシウムホメオスタシスの解析の研究を行うために,肝臓特異的ビタミンK依存性γ-カルボキシラーゼ(Ggcx)KOマウスを作成した結果,肝臓特異的Ggcx KOマウスはGgcxを完全にKOマウスと違い胎生致死ではなく,生後数ヶ月1年程度生存可能であるが,血液凝固異常を呈し凝固因子活性測定について検討した結果,凝固因子群の活性が顕著に減少していることが判明した.ことのことは,ビタミンK欠乏の病態およびワーファリン処置した際の生体での肝臓作用を評価する上でも重要なモデルと考えられる.本研究課題であるビタミンK依存性γ-カルボキシラーゼの肝臓におけるカルシウムホメオスタシスの解析の研究を行うために,肝臓特異的ビタミンK依存性γ-カルボキシラーゼ(Ggcx)KOマウスを作成した結果,肝臓特異的Ggcx KOマウスはGgcxを完全にKOマウスと違い胎生致死ではなく,生後数ヶ月1年程度生存可能であるが,血液凝固異常を呈し凝固因子活性測定について検討した結果,凝固因子群の活性が顕著に減少していることが判明した.ことのことは,ビタミンK欠乏の病態およびワーファリン処置した際の生体での肝臓作用を評価する上でも重要なモデルと考えられる.ビタミンK依存性γ-カルボキシラーゼ(GGCX)は、標的タンパク質のGla化修飾を司る酵素である。標的タンパク質のGlu/Gla修飾は、標的タンパク質のカルシウム結合能を制御することで、多様な生理作用を持つと考えられる。GGCXの既知の標的タンパク質としては、骨組織では骨代謝に極めて重要なオステオカルシン(BGP)、マトリックスGlaタンパク質(MGP)があり、また肝臓では血液凝固制御に重要の作用をもつ血液凝固制御因子Factor II、Factor X、Protein C、Protein S等が存在する。本研究ではビタミンKシグナルを介するGGCXの肝臓作用の解明を目指し、肝臓特異的にGGCXをノックアウト(KO)することを試みた。アルブミンフロモーター支配下にCre組換え酵素を発現するトランスジェニックマウス利用して、これらのマウスを交配することにより、肝臓特異的にGGCXをKOするマウスを開発した。全身性のKOマウスが胎生期前後で致死性を示すのに対し、生後数週間程度まで成育し徐々に生存率が下がり始め、血液凝固異常を呈することを明らかにした。本研究目的は,第一にビタミンK依存的なγ-カルボキシラーゼの発現量が高い肝臓における作用およびそれに伴う病態に焦点を絞り,分子レベルでビタミンKおよびγ-カルボキシラーゼの作用メカニズムについて検討する.第二の目的は,ビタミンK依存的なγ-カルボキシラーゼの分子基盤を解明することで,局所的なカルシウム代謝異常から生ずる病態との関連について検討する,ビタミンK依存的GGCXの肝臓におけるKOマウスを作製した結果,出産した産仔の40%程度が生後200日前後までは生存することが判明し,急激な出血を伴う血液凝固異常により死亡することが示唆された.このことはGGCXの肝臓における標的因子群と知られる,血液凝固制御因子である(FactorII,VII,IX,X,プロテインC,S,およびZ)もしくはそれ以外の未知の修飾タンパク質の,GGCXの活性欠損に伴うGla化修飾ができず止血経路が作用しないことが原因として考えられた.GGCX KOマウスでは,血液凝固異常を呈することから,トロンビン時間および血液凝固因子群の中でもマウスで活性測定が可能な項目について検討した結果,トロビン時間の延長と,凝固因子群の活性が顕著に減少していることが判明した.ことのことは,ビタミンK欠乏の病態およびワーファリン処置した際のサイドエフェクトを評価する上でも重要なモデルと考えられる.それ故,本研究より受けた研究費により解析したGGCX KOマウスは,将来的に血液凝固制御の作用機構の解明や血栓症発症の新規分子メカニズムの解明を目指す研究,およびその病態の診断・創薬・治療法への開発に有用と考えられる.
器官形成・再生システムにおける情報伝達のダイナミクス

各器官の形成における遺伝子発現ネットワークのより詳細な解析が行われた。(阿形)プラナリアにおいて新規にnoggin様遺伝子2種を同定し、noggin/BMPシグナル系がDV軸のみならずML軸にも関与していることを示した。また、新規nou-darakeファミリー遺伝子3種がクローニングされて、これらが体の前方部の位置情報を担っていることが明らかになった。(浅島)ツメガエルを用いて新規心臓形成関連因子MA35の単離及び機能解析、SUMO化修飾の機能解析、初期発生におけるWntシグナル伝達経路の解析が行われ、初期発生と器官形成に新しい知見をもたらした。(小椋)哺乳類におけるTbx5遺伝子の転写制御に必要な因子を複数単離し、それに関連する遺伝子を網羅的に単離してセブラフィッシュでノックダウンの実験を行なった。その結果、endocytosisとEphBリセプターとの機能的な関連、細胞骨格との相関が認められ、転写活性化と細胞骨格との関連が明らかになった。(黒岩)四肢軟骨パターン形成過程で、Hox遺伝子群は肢芽間充織からの前軟骨凝集塊形成の位置特性を決定していること、Hoxの標的遺伝子破壊マウスとトランスジェニックマウスを用いて、ephrin-b1およびEphB2がHox下流細胞接着制御因子として機能していることが見いだされた。(多羽田)ショウジョウバエの最外側の視覚中枢であるラミナにおいて、JAK/STATシグナルを抑制すると、ラミナ神経はより内側のメダラ神経の発生運命をたどることが明らかとなった。Notchシグナルを抑制しても同様の表現型が観察されることから、両シグナルは神経幹細胞からの多段階分化を制御しているものと考えられる。(八杉)消化器官についてWnt5aが上皮の細胞分化に深く関わることが示された。Wnt5aを過剰発現されたニワトリ腺胃上皮では領域特異的遺伝子発現に異常が生じて異所的発現や過剰発現が観察された。さらに、腺上皮で特異的に発現する複数の遺伝子についてその発現調節機構が解析された。本研究の目的は,生物個体の発生過程を制御するメカニズムを明らかにすることである。とくに器官(臓器)の形成にかかわる遺伝子プログラムのダイナミックな展開の様相を明らかにし,ひいては人工臓器や器官再生といった社会的要請にも,基盤的知識や手法を提供しようとするものである。本年度は以下の研究成果が得られた。(1)もっとも左右相称動物の原型に近いと考えられるプラナリアについて,その形態形成と再生に関わる新規の遺伝子がクローニングされ,RNAiによるその抑制は,異所的な脳を誘導することが示された。今後この遺伝子の性質の解明に進むことになる。(2)アフリカツメガエルのアニマルキャップアッセーにより,カルシウム非存在下でアクチビンを作用させることにより,心臓を形成させることに成功した。(3)ショウジョウバエの眼の形成にかかわる遺伝子を網羅的に検索する試みが続けられ,Irx,Smo,Notch,Dackshundなどの関与が明らかになった。(4)ニワトリ胚の肺の形成において,FGF10,Tbx4の重要性が遺伝子導入と実験発生学的手法によって確認された。また腹側に肺の原基が生じることについて,背側では脊索の抑制作用が働くこと,腹側間充織が重要であること,その作用の少なくとも一部はWntllによることが初めて明らかにされた。

(5)ショウジョウバエの翅の形成において,形態形成物質であるhedgehogがmaster of thickveinを介して細胞の親和性をコントロールしていることが示された。このように,広範囲の動物種について,器官形成にかかわる遺伝子のカスケードが明らかにされつつある。本研究は,平成13年度特定領域研究(A)(1)「器官形成・再生システムにおける情報伝達のダイナミクス」を受けて,平成17年度までの4年間に,我々の体を構成する部品である器官(臓器)の形成に関わる遺伝子プログラムのダイナミックな展開の様相を明らかにし,ひいては人工臓器や器官再生といった現在生物医学の焦眉の急になっている社会的要請にも,基盤となる知識や技術,さらにはコンセプトを提供しようとすることである。平成14年度に得られた主要な成果は以下の通りである。(1)ニワトリ胚胃の形成において表皮成長因子やBMPが重要であることが明らかにされ,BMPのアンタゴニストであるDAN遺伝子の発現と機能解析が行われた。また胃の主要な産物であるpepsinogen遺伝子の発現制御機構が詳細に解析され,GATA因子の関与が明瞭に示された(八杉)。(2)アフリカツメガエルのアニマルキャップを用いて器官を形成する試みが継続され,軟骨や眼が誘導された。後者については,それを眼を除去した幼生に移植したところ視神経も形成され,機能的な眼として働きうることが示された(浅島)。(3)肢芽や羽毛の発生に重要なWnt遺伝子群の下流で作用する新規遺伝子V24がクローニングされ,その構造が決定された。この遺伝子は原条,中脳-間脳領域,神経冠,肢芽などで発現しており,組織間相互作用と密接な関係があることが示唆された(黒岩)。(4)肢芽,網膜などの器官形成におけるTbx4,5の役割がひきつづき解析され,これらの遺伝子産物とFGF,Wnt,Hedgehog,BMPなどの成長因子,形態形成因子との関係が明らかになった(小椋)。(5)ショウジョウバエの翅をモデルに,形態形成遺伝子の機能解析が行われ,新たなパターン形成遺伝子がスクリーニングされた。そのうちの一つはHSPGの糖鎖の生合成酵素であり,HSPGがモルフォゲンの伝搬に重要であることが示された(多羽田)。6)プラナリアの頭部形成に関わる遺伝子nou-darakeがクローニングされ,FGFR様遺伝子であることが明らかになり,更にFGF様の脳促進因子と拮抗することが示された(阿形)。このように,本研究班では種々のモデル動物について器官形成に関わる遺伝子が新たにクローニングされ,あるいは既知の遺伝子の機能が詳細に解析されている。これらの成果は多くのメディアでも取り上げられている。本研究班は平成13年度に発足し、平成17年度までに、我々の体を構成する部品である器官(臓器)の形成に関わる遺伝子プログラムと、器官を構成する組織間の相互作用の実体を明らかにすることを目的としている。この研究は、人工臓器や器官再生といった社会的要請にも基盤的知見を提供するものである。平成15年度に新たに得られた主要な成果は以下の通りである。(1)ニワトリ胚消化管の発生においては、繊維芽細胞成長因子(FGF)が重要な役割を担っていることが明らかになった。