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マイクロフルイディクスによる循環血液癌細胞検出法の開発と癌転移機構の解析

肺癌の転移機構の解析による治療分子標的の探索を目的として、転移をしている癌細胞そのものを分離・濃縮する技術開発を行い、プロトタイプモデルを作成した。また、循環血液中癌細胞(CTC)の生物学的・遺伝学的特性について解析し、CTCの候補遺伝子の検索をおこなった。EMT機序の分子メカニズムとしてZEB1(EMT制御分子)解析とTwist遺伝子解析を行い、これらの分子が肺癌における転移制御の分子標的になる可能性を明らかにした。本研究課題は、肺癌の転移機構の解析による治療分子標的の探索を目的として、転移をしている癌細胞そのものを分離・濃縮する技術開発を行い、その技術を用いた循環血液中癌細胞(CTC)の生物学的・遺伝学的特性を明らかにすることである。本年度は、CTCの検出に適したマイクロフルイディク・デバイスの開発と、EMT関連遺伝子解析を実施した。(1)文部科学省先端研究施設共用イノベーション創出事業ナノテクノロジー・ネットワーク中部地区ナオテク総合支援(ナノデバイス開発支援-名古屋大学プラズマナノ工学研究センター馬場嘉信教授)の研究支援の下に、循環血液中の微小な細胞群の検出に適したナノ・マイクロピラー構造の設計と試作を開始し、プロトタイプモデルを作成した。(2)マイクロフルイディク・デバイス流路内のナノ・マイクロピラーへのCTC結合認識に用いる抗上皮細胞接着分子抗体(EpCAM,抗cytokeratin,CD133)について、そのナノ・マイクロピラーへの至適な化学的結合をアビジンービオチン化法により確立し、試作品を用いた実証実験を開始した。(3)CTCが上皮性特性から間葉系特性に変化しているかどうかを検討するための基礎研究としてEMT関連遺伝子(Twist遺伝子)の肺癌における発現と遊走能について検討した結果、Twistの発現により間葉系特性を獲得し、遊走能を獲得することが明らかとなった。これらの結果に基づき、次年度は、マイクロフルイディク・デバイスのさらなる改良と実用化に向けての検討、CTCのさらなる物学的・遺伝学的特性解析を展開する予定である。本年度は、CTCの検出に適したマイクロフルイディクス・デパイス開発の継続と、CTCの生物学的特性に関する解析に着手した。文部科学省先端研究施設共用イノベーション創出事業ナノテクノロジー・ネットワーク中部地区ナノテク総合支援(ナノデバイス開発支援-名古屋大学プラズマナノ工学研究センター馬場嘉信教授)の研究支援の下に、循環血液中の微量な細胞群の検出に適したナノ・マイクロピラー構造の設計と試作を行った。プロトタイプのマイクロチップは癌細胞の捕捉率が低くチップデザインの改良の検討を始めると同時に、チップの生産性の向上を目的とした材質変更のための、抗上皮細胞接着分子抗体(EpCAM)の新材料への固定化法の検討を開始した。一方でCTCの生物学的特性に関しては報告が少なく、末梢血からのCTCの分離培養を目的とした基礎研究を開始したところである。上皮-間葉転換(EMT)関連分子は、癌転移の重要な分子でありCTC特性との関連が示唆されることから、あらたなEMT機序の分子メカニズムとしてZEB1のEMT制御分子の解析を実施した。次年度はこれらの改良・研究を継続し、マイクロフルイディクスの実用化とCTCのさらなる生物学的特性の解析を展開する予定である。研究期間において、CTC検出に適したマイクロフルイディクス・デバイス開発と、CTCの生物学的特性に関する解析、とくにEMT関連遺伝子解析を実施した。(1)文部科学省先端研究施設共用イノベーション創出事業ナノテクノロジー・ネットワーク中部地区ナノテク総合支援(ナノデバイス開発支援-名古屋大学プラズマナノ工学研究センター馬場嘉信教授)の研究支援の下に、循環血液中の微量な細胞群の検出に適したナノ・マイクロピラー構造の設計と試作を行った。プロトタイプ型を改良し、チップの生産性の向上を目的とした材質変更と、抗上皮細胞接着分子抗体(EpCAM)の新材料への固定化法を開発した。さらに、ナノボア・プレートによるCTCトラップモデルの試作を開始した。(2)CTCの生物学的特性に関しては、末梢血からのCTCの分離培養を目的としたに礎研究を実施した。特に、培養細胞系におけるsphere形成能と発現遺伝子の網羅的解析を実施し、CTCの候補遺伝子の検索を実施した。また、癌転移の重要な分子である上皮-間葉転換(EMT)関連分子について検索し、CTC特性との関連について検討した。そして、EMT機序の分子メカニズムとしてZEB1(EMT制御分子)解析とTwist遺伝子解析を行い、これらの分子が肺癌における発現と遊走能に強く関与することが明らかになり、転移制御の分子標的になる可能性が示唆された。.
生活習慣病の原因としての組織慢性炎症の発症機序の解明と新規治療法の開発

慢性組織炎症における転写因子KLF5の機能について、腎障害モデルを用いて検討した。まず、一側尿管結紮モデルを用いて、腎臓の炎症惹起時のKLF5の役割を検討したところ、KLF5はCEBPa,S100A8,S100A9遺伝子の誘導を通じて、炎症性単球を腎臓に遊走させていた。また、S100A8,S100A9は炎症性単球をM1マクロファージに分化させていた。腎臓の炎症においては、M1マクロファージはIL1bを分泌し、組織炎症を惹起し、M2マクロファージは、IL10,TGFbを分泌し、組織炎症の抑制、繊維化促進に働いていると思われた。KLF5は腎臓の炎症時にM1マクロファージ有意に誘導し、腎臓炎症惹起に関与していることが明らかとなった。また、メタボリック症候群に関する検討においては、肥満脂肪組織でS100A8の発現上昇が認められた。このため、脂肪細胞と炎症性細胞との相互作用におけるS100A8,S100A9の作用を検討した。脂肪細胞から分泌されたS100A8,S100A9は脂肪細胞および炎症性細胞間のさらなる炎症を惹起していることが明らかとなった。つぎに、脂肪組織においても、S100A8,S100A9が炎症を惹起していることを明らかにするために、脂肪組織特異的S100A8過剰発現マウスを作成した。また、新規治療薬の開発については、S100A8,S100A9よりも有望なKLF5の下流遺伝子を同定したが、本研究期間では、その同定までにとどまった。生活習慣病に共通した炎症・組織リモデリングを制御する分子機構について、転写因子KLF5とそのエフェクター分子であるS100A8、S100A9を軸にして解析を進める、腎障害時の組織炎症の発生機序を転写制御の観点から、クロマチン免疫沈降法を用いた検討で明らかにした。また、この機序において、マクロファージの組織へのリクルートが重要であることを明らかにし、この遺伝子が炎症性マクロファージを特異的にリクルートするメカニズムも明らかにした。また、腎障害時にどのような因子がKLF5を誘導するかについて検討し、Xをすでに同定しており、現在Xの腎障害における役割について検討している。次に、肥満においてS100A8およびS100A8, S100A9の両者を脂肪組織に特異的に発現するマウスを樹立し、現在、解析を勧めている。また、KLF5と下流遺伝子であるS100A8, S100A9の発現の空間的、時間的変化を、動脈硬化モデル、肥満モデル、糖尿病モデルなどの生活習慣病モデル動物で検討し、すべてに共通したS100A8, S100A9の誘導メカニズムについて検討し、KLF5が定常状態における組織安定化に働いているのと同時に、炎症時には積極的に定常状態を解除し、炎症状態を勧める機序をあきらかにした。詳細については、現在解析中である。また、新規治療法へのアプローチとして、KLF5阻害薬であるAm80については、臨床応用を鑑み、Am80溶出ステントを作製し、大型動物実験まで終了した。(1)KLF5標的遺伝子S100A8、S100A9の動脈硬化、メタボリックシンドローム、CKDにおける機能解析KLF5ノックアウトマウスを用いて、腎障害モデルを作成し、S100A8およびS100A9が骨髄由来monocyteを腎臓にリクルートし、さらにS100A8/S100A9はmonocyteを炎症性マクロファージに分化させることで腎臓障害に関与していることを明らかにし、現在論文投稿中である。(2)KLF5による組織リモデリング制御機構の解析腎臓集合管特異的KLF5ノックアウト

マウスを用いて、腎臓上皮細胞におけるKLF5の働きを解析した。KLF5は生理学的には、Cdh1遺伝子を制御し、上皮の恒常性を維持するために働いているが、腎障害を感知すると、Cdh1遺伝子の制御を中止し、S100a8,S100a9を制御することを明らかにした。以上から、腎障害時に腎臓集合管上皮細胞は腎障害のセンサーとして働き、炎症性リモデリングを惹起する重要な細胞であることを明らかとした。また、KLF5は同細胞において、炎症のスイッチを入れる鍵分子であることを明らかにした。(3)新規治療戦略の開発腎障害における新規治療標的として、当初S100A8,S100A9を想定し、その中和抗体およびsiRNAを用いた実験を予定していたが、その過程でより有望な新規治療標的である因子Xおよび因子Yを同定し得たため、予定を中止し、新たな治療標的X,Yの機能解析を行い、新規治療法への基礎的知見を得た。
冠拡張薬による心筋保護が敗血症の心機能におよぼす影響

これまで敗血症患者あるいはそのモデルの心筋保護により、心機能維持と死亡率を改善する治療法は確立されていなかった。そこで、臨床上の敗血症像に類似したラットCecal Ligation & Perforation(CLP)モデルを用い、早期よりnicorandilを投与した群と生食を投与したコントロール群を比較し、心機能を改善できるか、摘出心筋標本であるWorking Heart modelで検討した。さらに、nicorandilが、血中サイトカイン濃度、心筋細胞アポトーシス、死亡率に与える影響について検討した。本研究により、nicorandilの持続投与は、ラット敗血症心筋の心機能を維持し、さらに生存率を改善することが示された。これには、nicorandilのサイトカイン放出抑制が関与する可能性が示唆された。nicorandilは、すでに臨床で使用されている薬剤であり、その安全性も確立している。敗血症に際しnicorandilの投与を行うことで、敗血症に対する新たな臨床的治療効果が期待される。敗血症ではhyperdyanmic circulatory stateとなる早期より心機能が障害される。そこで早期より冠拡張薬nicorandil投与による心筋保護が心機能維持と死亡率を改善するか、盲腸穿孔法(CLP)ラット敗血症モデルの摘出心筋標本を用いて検討した。初年度には、ラットに内頸動静脈にカニュレーション後、無作為にCLP群とSham手術群の2群に分け、生食3ml/hrの輸液を行った。手術1時間後、各群とも、さらにNicorandil(1mg/kg/hr)投与群(Nico群)とコントロール群(Cont群)の計4群に分けた。24時間後、麻酔下に速やかに心臓を摘出灌流し、前負荷を変化させた際の心拍出量(CO)、Cardiac Work(CW)、Cardiac Efficiency(CE)を評価した。その結果、CLP各群はSham各群に比較してCO、CW、CEが低下し、またCLP-Nico群はCLP-Cont群に比較してCO、CW、CEを改善した。一方、Sham群では、各群とも差を認めなかった。また、別の系においてCLPラットをNico群とCont群に分け48時間観察したところ、生存率はNico群で高いという中間結果を得た(15年5月米国胸部疾患学会、日本麻酔学会で発表予定)。現在は、標本数をさらに増加させると共に、その機序解明を図るため、マクロファージ遊走阻止因子などを含め各種サイトカイン測定、免疫染色法による検討もなども併せて遂行していく計画である。平成15年度は、前年度に引き続き、盲腸穿孔法(CLP)ラット敗血症モデルの摘出心筋標本(Working heart)を用いて、冠拡張薬であるnicorandil投与が敗血症の心機能維持と死亡率に与える影響を個体数を増やして探究するとともに、その機序解明を図るため、敗血症ラットにおけるTNF-α、IL-1β、マクロファージ遊走阻止因子(MIF)等のサイトカイン測定、nitrate/nitrite(NOx)濃度、心筋のアポトーシス細胞の検討も併せて行った。結果として、nicorandil(1mg/kg/hr)投与は、敗血症21時間後のWorking heartにおいて、心拍出量、Cardiac work、Cardiac efficiencyを有意に改善し、さらに死亡率を有意に改善した(この一部は、米国胸部疾患学会、日本麻酔科学会で発表)。また、nicorandil (1mg/kg/hr)投与群は、コントロール群に比較して21間後のTNF-α、NOxの産生を有意に抑制した。しかし、IL-1β、MIFは有意な低下は認められなかった。これは、測定ポイントが少ないために差を検出できなかったと判断された(この一部は、日本集中治療医学会で発表)。また、敗血症21時間後の心筋アポトーシス細胞数は、nicorandil投与により改善は見られなかった。以上より、敗血症ラットモデル(CLP)においてnicorandilの投与は、心機能を維持し、死亡率を減少させた。また、この機序にはTNF-αを含むサイトカインの一部が関与している可能性が示唆された。
移植片対固形腫瘍効果に関与するマイナー組織適合性抗原に対する液性免疫の検討

方法としてはSEREX2(Cancer Immunity3:5,2003)を用いることとした。まず、健常人より分離した単核球細胞をEBVで不死化しLCLを作成した。その細胞からRNAを抽出しcDNAを作成した。既知のそれぞれのmHaの全コード領域を増幅する特異的なプライマーを設計し、前述のcDNAをテンプレートとしてPCRによって増幅した。得られたPCR産物を用いてGatewayクローニングシステム(invitrogen)を用いて、目的とするmHaの由来蛋白を酵母細胞表面に発現させた。昨年の段階で、移植後の液性免疫反応が報告されているDBYと、既知のmHaの中で最もよく調べられているHA-1についてはこれらの作業がほぼ終了した。この1年では、他のmHaに関して酵母細胞表面への発現に成功した。今後、岡山大学において施行された固形腫瘍に対する同種移植後の保存血清、ならびに作成したmHaの由来蛋白を発現した酵母細胞を用いて、フローサイトメトリーでmHaに対する液性免疫反応を検討する段階である。また、慢性移植片対宿主病(chronic GVHDにおける液性免疫反応も同時に確認すべく、検体の収集を行っている。移植後の液性免疫反応が報告されているDBYと、既知のmHaの中で最もよく調べられているHA-1についてはこれらの作業がほぼ終了した。今後は、岡山大学において施行された固形腫瘍に対する同種移植後の保存血清、ならびに作成したmHaの由来蛋白を発現した酵母細胞を用いて、フローサイトメトリーでmHaに対する液性免疫反応を検討する予定である。その他のmHaについても、順次、発現ベクターの作成、酵母への遺伝子導入を行っている。
GDNFの神経因性疼痛に対する鎮痛メカニズムの解明;Nav, Kvとの関連

L5脊髄神経結紮(SNL) 3日後から7日間グリア由来神経成長因子(GDNF)をくも膜下投与すると、L5後根神経節(DRG)におけるカリウム電流のAタイプ(IA)の減少がリバースされ、同時にI_Aをコードしているとされる電位依存型カリウムチャネルKv4.1 mRNAの減少もリバースされた。GDNF脊髄投与は主としてKv4.1の発現正常化する事によってI_Aを元に戻すことで軸索障害を受けた有髄知覚繊維の活動亢進を抑えることで神経因性疼痛に対する鎮痛作用を及ぼすのであろう。ラット正常DRGにおける8種類のNav mNRAの発現について、以前に英語論文にまとめたものを更に詳しく調べるため、DRGニューロンの4つのサブタイプ別(NF-/TrkA+,NF-/TrkA-,NF+/TrkA+,NF+/TrkA-)に発現を調べ、NF-の2つのサブタイプはNavの発現に違いがないこと、NF+/TrkA+のサブタイプはNav1.9を除いてNF-のサブタイプと同様の発現パターンであること、Nav1.7はNF+/TrkA-サブタイプの一部で発現していないことが分かった。現在英語論文にまとめたものを投稿中である。L5脊髄神経結紮(L5 SPNL)モデルのL5DRGにおけるNav mRNAの経時的(128日後)変化を調べて、結果を得た。その結果これまで知られていなかった、TrkC+ニューロンでのNav1.7の新規発現が判明した。現在結果を英語論文として執筆中である。前年度の研究成果をまとめ、裏面に記入した英文雑誌に掲載した。引き続き研究を行い、以下の結果を得た。L5脊髄神経結紮(L5 SPNL)モデル作成後、3日目から7日間GDNFをくも膜下投与したところ、一旦生じた知覚過敏の内、mechano allodyniaが完全に、thermal hyperalgesiaが部分的にリバースされた。これらのラットにおいては、過去にモデル作成と同時にGDNF投与を開始したのと同じく、L5 DRGにおけるATF3の誘導や、Nav mRNAの発現の変化がリバースされており、GDNFがより臨床に近い状況(症状が出てから投与を始める)でも有効であることが示唆された。しかし、これらの変化ではなぜ鎮痛作用があるのかが不明であるため、更に検索を行ったところ、axotomyされたL5 DRGの大型ニューロンにおいて、重要な神経ペプチドであるGDNF、NPY、substance Pの増加が抑制されていることが分かった。これら大型ニューロンは下肢からの触覚、深部感覚の中継核であるgracile nucleusに投射しているが、当該核においてNPY免疫陽性線維が著明に増加し、GDNF投与がそれをリバースしていることが分かった。BDNFについては信頼できる抗体がなかった。NPYのY1 receptor antagonistやBDNFを吸収するTrkB-fcをgracile nucleusに直接bolus投与すると、一時的にmechano allodyniaがリバースされることから、新しいGDNFの鎮痛作用メカニズムが解明できた。現在英文雑誌に投稿すべく、執筆中である。一次知覚ニューロンの興奮性を決めるカリウム電流のうち、A電流を司っているとされる電位依存性カリウムチャネルの内、Kv4.1,Kv4.2,Kv4.3のmRNAレベルでの発現をラットDRGで調べたところ、Kv4.1は全てのニューロンに、Kv4.2は極一部のニューロンに、Kv4.3は小型で、IB4に結合する非ペプチド作動性ニューロンに発現していた。これらはラットL5脊髄神経結紮(L5 SPNL)モデル作成後、3日目には有意に発現が低下していたが、この時点から7日間GDNFをくも膜下投与したところ、Kv4.1とKv4.2だけは発現が回復した。日本大学歯学部生理学教室との共同研究で、電気生理学的にも、軸索障害で低下するA電流が、GDNF投与で回復することが分かった。現在、GDNF投与がニューロンの興奮性自体を調節しているか否かについて、より直接的な実験が進んでおり、あと2ヶ月程度で結果が得られる見込みである。以上をまとめて、最終的な英文論文にする予定である。なお、本研究から派生して、これまで報告によってまちまちであった。L5 SPNLモデルの直接障害を受けていないL4 DRGにおける電位依存性ナトリウムチャネルの発現変化を詳細に調べ、有意な変化はないことを証明し、下記英文論文にまとめて発表した。
植物二次代謝産物の生合成と液胞の機能

液胞は植物が行う生命活動における重要な機能を司ることが分かっているが、植物二次代謝産物、とくに花の主要色素であるアントシアニンの液胞への輸送と貯蔵、呈色に関する遺伝子レベルでの解析は進んでいない。本研究ではアサガオを材料にして、これらの過程に関わる遺伝子などを単離・同定して花色との関連を解明し、液胞の機能と役割について総合的に明らかにすることを目的としている。本年度は下記のような知見を得た。1)アントシアニン色素にグルコースを付加する新規の酵素遺伝子をクローン化した。また、花色が暗色化するdusky変異は、本酵素遺伝子の4bpの挿入変異であることを見いだした。さらに、本酵素遺伝子を導入したペチュニアで、ペチュニアには存在しないアントシアニンの生合成と花色の変化を確認した。2)アサガオ花弁の表層細胞のpHは開花に伴い一過的に6.6から7.7程度に上昇し、昨年度までに、この一過的上昇に液胞型Na^+/H^+exchenger(NHX1)が関わることを明らかにしている。本年度はNHXと同調して働くことでpH上昇に関わる遺伝子の探索を行い、サブトラクション法やESTデーターベースの検索により侯補遺伝子を複数得ることに成功した。一方、NHX1に相同性が高いNHX2遺伝子もクローン化して発現を検討したが、NHX1とは異なり花弁での発現は僅かで実生にナトリウムを与えることで誘導されることから、花色ではなく対塩性に関わることが示唆された。3)トウモロコシおよびペチュニアでアシトシアニンの液胞への輸送に関わるとされるグルタチオンS-転移酵素(GST)遺伝子の相同遣伝子をクローン化した。色素生合成系遺伝子の転写を活性化する遺伝子の支配下にあることから、アサガオにおいてもGSTが色素の輸送に関わることが示唆された。液胞は貯蔵・空間充填・隔離/解毒・分解など植物が行う生命活動における重要な機能を司ることが分かっているが、植物二次代謝産物、特に花の主要色素であるアントシア二ンの液胞への輸送と貯蔵に関する分子レベルでのメカニズムは何ら明らかにされてはいない。そこで本研究では、1)白地に青斑点がにじむSpeckled変異体について、そのにじむメカニズムを解明することによりアサガオのアントシアニン色素や色素中間体の液胞内への輸送メカニズムを解明し、2)液胞内pH調節に関与する遺伝子を紫地に青色セクターの入るPr(Purple)変異体などを利用して同定・単離し、液胞内pH調節と花の色調発色との関連を解析し、3)さらにアサガオや類縁のマルバアサガオの花色の色調や濃淡に関わる水酸化やアシル化、さらには配糖化のような未同定の修飾遺伝子(Mg(Magenta),Dk(Dusky),Dy(Duskish)など)の単離・同定することにより植物二次代謝産物の蓄積器官としての液胞の機能と役割について総合的に明らかにすることを目的とする。本年度は、以下のことを明らかにした。1) P450系のHydroxylaseと推定されるアサガオのMg(F3'H;flavonoid 3'-hydroxylase)遺伝子の単離、2)アントシアニン色素の暗色化に関わるDk(Dusky)やDy(Duskish)遺伝子と推定されるアサガオやマルバアサガオのUF3GTやUF5GT遺伝子の単離、3)紫地に青色セクターの入るアサガオ変異体において液胞内pH調節に関与すると推定されるPr遺伝子をトランスポゾン・ディスプレイ法により同定した。来年度では、これら単離したMg、UF3GTやUF5GT遺伝子の遺伝子産物について、その生化学的解析を試みることによりその基質特異性を明らかにし、また、今回同定されたPr遺伝子についてもその単離と遺伝子構造解析・生化学的解析を試みる。さらに、アサガオのアントシアニン色素や色素中間体の液胞内への輸送・貯蔵メカニズムに関わるグルタチオン-S転移酵素の単離や、花色の色調や濃淡に関わる水酸化やアシル化酵素遺伝子などのような未同定の修飾遺伝子の単離・同定も目指す。液胞は貯蔵・空間充填・隔離/解毒・分解などが行う生命活動における重要な機能を司ることがわかっているが、花の主要色素であるアントシアニンの液胞への輸送と貯蔵に関する分子レベルでのメカニズムは何ら明らかにされてはいない。そこで本研究では、アントシアニンに対する液胞の機能と役割を総合的に明らかにすることを目的とする。本年度は以下のことを明らかにした。1)紫地の花弁に青色のセクターが入る易変性変異purple-mutable(pr^m)をもつアサガオと、青い花を咲かせるその生殖細胞復帰変異体germinal revertant(Pr^r)の遺伝学的差異を用いてPr遺伝子を単離し、液胞内pH調節に関与すると推定されるこの遺伝子の本体が液胞のNa^+/H^+exchanger遺伝子であることを明らかにした。したがって、この遺伝子産物は花弁液胞内のH^+濃度をコントロールすることにより液胞内pHを高く維持し、アントシアニン色素を青色に保っているものと考えられる。2)アサガオとマルバアサガオより同定・単離したMg(Magenta)遺伝子の本体と考えられるF3'H(Fravonoid 3'-hydroxylase)遺伝子の構造解析を行った結果、アサガオのmg^-変異体では点突変異体が、またマルバアサガオのmg^-変異体では、トウモロコシのAc類縁のトランスポゾンTip201が挿入されていた。

3)昨年度単離されたマルバアサガオのUF3GT遺伝子のcDNAを大腸菌の発現系に導入し生化学的解析を試みたところ、ペラルゴニジン、シアニジンおよびデルフィニジンの各基質をこの遺伝子は3-グルコシド化した。来年度では、Pr遺伝子についてそのゲノム遺伝子の構造解析や遺伝子発現様式、生化学的機能解析を試みる。さらに、アサガオのアントシアニン色素や色素中間体の液胞内への輸送・貯蔵メカニズムに関するグルタチオン-S転移酵素の単離や他の配糖化酵素遺伝子、アシル化酵素遺伝子など未同定の修飾遺伝子の単離・同定も目指す。液胞は貯蔵・空間充填・隔離/解毒・分解など植物が行う生命活動における重要な機能を司ることが分かっているが、花の主要色素であるアントシアニンの液胞への輸送と貯蔵に関する分子レベルでのメカニズムは何ら明らかにされてはいない。そこで本研究では、アントシアニンに対する液胞の機能と役割を総合的に明らかにすることを目的とする。本年度は以下のことを明らかにした。1)紫地の花弁に青色のセクターが入る易変性変異purple-mutable(pr^m)をもつアサガオと、青い花を咲かせるその生殖細胞復帰変異体germinal revertant(Pr^r)の遺伝学的差異を用いて既にPr遺伝子が液胞型のNa^+/H^+ exchanger遺伝子であることを明らかにしている。本年度はこのPr遺伝子の転写産物の発現パターンを解析する目的で、ツボミから開花するまでタイムコースをとってPr遺伝子転写産物の発現量を解析したところ、このPr遺伝子は開花12時間程度前に一過的かつ急激に多量のmRNAを発現していることが分かった。また、このPr遺伝子はアサガオゲノム中に2コピー存在していたことから、そのホモローグを単離し、塩基配列を決定して、その発現をRT-PCRによって解析したところ、2コピー目のPr遺伝子ホモローグは花弁、がく、葉、茎などPr遺伝子が発現していた各組織において、RT-PCRによってもその発現は確認できなかった。さらにPr遺伝子と他のアントシアニン色素生合成経路の構造遺伝子群の発現パターンを比較したところ、Pr遺伝子は今まで明らかになっているそれら構造遺伝子群とは明らかに違った制御を受けていることを示す結果を得た。この結果からPr遺伝子のように開花時花弁細胞でのイオン動力学に関与する未知遺伝子群の存在が示唆された。2)アサガオとマルバアサガオより同定・単離したMg(Magenta)遺伝子の本体と考えられるF3′H(Fravonoid 3′-hydroxylase)遺伝子の構造解析を行った結果、アサガオのmg^-変異体では点突然変異が、またマルバアサガオのmg^-変異体では、トウモロコシのAc類縁のトランスポゾンTip201が挿入されていた。さらに、ノーザン・ハイブリダイゼーション解析の結果、アサガオF3′H遺伝子は、白花を咲かせ、既知のアントシアニン色素合成系遺伝子群転写産物の蓄積が観察されず、転写調節因子に劣性の変異を持つと考えられているc-1変異体においても、全く発現していなかったことも明らかになった。この結果はMg遺伝子が今まで明らかになっているそれら構造遺伝子群と同じ制御を受けていることを示している。液胞は植物が行う生命活動における重要な機能を司ることが分かっているが、植物二次代謝産物、とくに花の主要色素であるアントシアニンの液胞への輸送と貯蔵、呈色に関する遺伝子レベルでの解析は進んでいない。
全身麻酔の鎮静,鎮痛レベルの分離評価は可能か:聴性誘発反応および体性誘発反応を用いて

今回の研究の目的は全身麻酔中に鎮静と鎮痛のレベルを別個に評価するということであった。そこで最近臨床応用された脳波の周波数解析を用いて、帝王切開術の患者を対象とした鎮静レベルの確認と、鎮痛方法を変えたときの変化について検討した。通常帝王切開術の全身麻酔はチオペンタールのみで行うが、そのため術中覚醒を生じやすい。一方硬膜外麻酔を併用する場合は、それにより鎮痛を行うことで麻酔深度を深く保つことができる可能性がある。脳波計(pEEG:ドレーゲル)と術後のインタヴューで帝王切開術施行時の麻酔深度について次のような知見が得られた。pEEGの値はSEF95(脳波のスペクトルの95%のパワーが入る最大の周波数)には差が認められなかったが、SMF(同じく50%のパワーが入る最大の周波数)は硬膜外併用によって有意ではないが低くなる傾向がみられ、麻酔深度が深くなった可能性が示唆された。しかし術後のインタヴューではどちらの麻酔法でも術中覚醒を生じた例はなかった。現在は硬膜外麻酔を併用する全身麻酔症例を検討するために、聴性誘発反応および体性誘発反応測定の準備を行っている。この両者は刺激に対する脳波を加算平均するので、比較的ノイズには強いのであるが、手術室はさまざまなノイズが多く、また電気メスの使用を制限することも難しい。そこで手術室の中でボランティアを用いて無麻酔下に刺激および脳波の測定を行い、覚醒時のコントロールデータを取りながら、ノイズを除去する方法を検討している。今後はボランティアあるいは、実際に手術をうける患者で全身麻酔下に脳波および各誘発反応を測定し、各々の値の関連について検討してゆく予定である。なお平成10年度の科学研究費の交付が12月にずれこんだため、大幅な研究計画の変更を行った。
ボトムアップ型合意形成による持続性の高い地域農業復興モデル構築の総合的研究

本研究では、3.11大震災の被災地におけるボトムアップ型の農業復興モデルを構築した。具体的な成果は、農地の所有と利用を分離した農地管理手法にもとづき新たに法人化した土地利用型農業を対象に、担い手確保、収益性確保、農地保全、労働力活用、部門統廃合の5点に沿って分類し、経営が不安定になり易い法人設立時や新規事業の立ち上げ時期において求められる地域農業マネジメントの特徴と,それが地域発展に及ぼす影響を総合的に取りまとめた。今年度は、昨年度に引き続き、研究対象地区(仙台市若林区荒浜地区、岩沼市林地区)の地域農業復興モデル構築に向けた各種データベースの作成を行った。また、関係機関並びに関係団体とともに、被災地の今後の農地管理手法、特に農地管理主体のあり方と担い手への農地集積の推進手順について検討を行った。その結果、今後の農地管理手法としては、単に農地の所有と利用を分離して担い手に面的集積を図ることのみならず、農産物の販売を軸に据えた地域農業の収益を最大にする土地利用計画が必要となること、そのための農地管理主体としては従来の農業公社のような組織ではなく、生産から加工、流通、販売をも担える食産業振興公社のような組織が望ましいと考えられた。さらに、津波被災地の農業復興過程において今後農業経営の多角化が不可欠となることから、荒浜地区では、農産物の高付加価値化の実現に向けたトライアルとして、地元農業者と連携し、平成25年度産の大豆を原料とする商品開発とその販売に取り組んだ。同様に、林地区では、農業経営の多角化(直売所、農家レストラン)に取り組む上でのリスクを最小化にするために、地元住民を対象とするアンケート調査を実施して、潜在的需要の把握に取り組んだ。その結果、荒浜地区でも林地区でも、地元で生産された農産物を原料とする加工品に対する需要が一定程度見込めること、また地元住民が購入を希望する新規作物の生産や貸し農園の開設も充分可能であること、等々が明らかになった。このほかに、新規従業員向けの農業生産技術の習得を迅速かつ円滑にしていくために、「農匠ナビ」(農林水産省補助業)に準拠したデータベースの構築と作業マニュアルの作成が必要となることが明らかになった。そこで地域農業復興モデル構築の一環として、荒浜地区や林地区の農業生産法人等において農作業のデータベースづくりに着手した。今年度は、地域農業復興モデルの構築に向けたデータベースの作成等を主たる目的に、研究対象地区(仙台市若林区荒浜地区、岩沼市林地区、東松島市大曲地区)での被災状況や復旧状況等の把握、ワークショップを通じた被災者の今後の営農意向や当該地区の農業及び農村生活の理想的将来像の把握、さらには関係機関、関係団体との連携を図り、既存データの共有化を行なった。その結果、3.11大震災で農業生産基盤のみならず生活基盤までも流出した被災者の中には、単なる農業・農村の復旧ではなく、次世代の農業後継者が定着できる復興を実現する必要があると考えている農業者が少なくない。そのためには農地の所有と利用を分離した新しい土地利用計画の策定が不可欠であること、農業生産のみならず高付加価値化を図るために加工・販売といった多角化への取組も不可欠であること、等々を意識していることが明らかになった。そこで農地の所有と利用を分離した新たな農地管理手法の開発と土地利用計画等を策定するために、平成22年度を対象とする上記3地区の圃場一筆単位のデータベース構築に取り組んだ。データベースは、地番、面積、所有者、耕作者、後継者の有無、作付け作物、販売先、等々の項目から構成されている。データベースは現在も整備中で、今後、所有者と地権者の血縁・地縁関係等も追加する予定である。そして、次年度早々にそれらデータを耕区データから作成さている地図情報システム(GIS)と統合して、各地区の土地利用計画案を作成する予定である。なお、このほかに大規模災害から復興を果たした先進事例(長崎県島原市:雲仙普賢岳の噴火、熊本県不知火町:平成11年台風18号による塩害)の聞き取り調査を行なった。そこでは義捐金等を活用した復興基金の創設と被災者の復興ニーズ(生活と生産の両面)に沿った復興基金の支出がきわめて効果的であることを確認した。最終の今年度は、これまでに整理した地域農業復興モデルの構築に向けたデータベース作成等を踏まえ、研究対象地区(仙台市若林区荒浜地区、岩沼市林地区など)の復旧状況や代表的な農業生産法人の復興に向けた営農活動等の把握、さらには関係機関・関係団体との連携と情報の共有化を図りつつ、ボトムアップ型合意形成に基づく農業復興モデルの構築を試みた。農業復興モデルは主に、この3年間にわたって調査研究をしてきた仙台東部地域の土地利用型経営を対象に、担い手確保、収益性確保、農地保全、労働力活用、部門統廃合の5点に沿って構築した。このほかに自然災害から復興を果たした先進事例(新潟県長岡市(旧山古志村):中越地震、石川県輪島市:能登半島地震、兵庫県神戸市:阪神淡路大震災)の調査から次世代への教訓の整理を試みた。

いずれの場合も、復興基金は被災地域の復旧・復興のステージに合わせた助成を実施することで有効活用されている事例が確認できた。特に、ハード面からソフト面へと支援内容が移行するに伴い、集落のコミュニティ維持を目的とする助成の増加が共通点として確認できた。また、農村地域で発生した大規模自然災害の復興では、農地集積等による規模拡大を志向するのではなく、農村生活と密接に関わる無理のない営農を保つために、地域の歴史や文化といった地域固有の特性に軸足を置いたビジネスモデルが有効であることも確認した。さらに、これらに加えて、3.11大震災以降に発表された復興農学に関連する文献レビューによる研究課題の抽出や、海外で発生した自然災害発生後の貴重な復旧・復興の記録を整理した。以上の点を踏まえ、研究成果の取りまとめにあたっては、被災地域に関わらず、起業や新規事業の立ち上げによって経営が不安定になる時期において求められるマネジメントの特徴と、それが地域の農業・農村発展に及ぼす影響を総合的にとりまとめた。26年度が最終年度であるため、記入しない。経営・経済農学26年度が最終年度であるため、記入しない。全体からみれば概ね順調に進捗しているが、地権者の所在確認に想定した以上に時間を要していること、それに伴い将来意向の把握が若干遅れている。また今年度は中越地震の経験を現地で視察研修する計画であったが、当方と相手先の都合で日程を確保することができず、同視察研修を次年度に延期せざるを得なかった。この点もやや遅れている原因の一つである。本年度の主たる作業は研究対象地区の圃場一筆単位のデータベース作成であるが、被災地区では未だ所有者の所在が確認出来ない圃場が存在するほか、住宅の移転問題が未解決なため営農再開への意向や農地の処分方法等について態度を保留している農業者も少なくない。このため、今年度中に完了する予定であったデータベースの整備が若干遅れている。次年度は最終年度であることから、各種データベースの整備を早期に完了させて、作物学や土壌学の連携研究者らと共に各地区の土地利用計画案を完成させる。それと平行して今年度得られた成果を取り入れた各地区の地域農業ビジネスモデルを被災者及び関係機関、関係団体に提示して、その妥当性や実現可能性等を検討する。さらに、同ビジネスモデルのマネジメント体制のあり方について多面的角度から調査検討を行い、その実現可能性を検討する。そして最後に、3年間の研究成果を取りまとめ、報告書を作成、出版する。次年度は、遅れているデータベースの整備を早期に完了させて、作物学や土壌学の連携研究者らと一緒に各地区の土地利用計画案を作成する。それとともに、被災者の意向に基づく農業経営の多角化を含めた各地区の地域農業ビジネスモデルを被災者及び関係機関、関係団体に提示して、その妥当性や実現可能性等を検討する。さらに、同ビジネスモデルのマネジメント体制のあり方についても多面的角度から調査検討を行い、その実現可能性を検討する。
生理活性脂質リゾホスファチジン酸の産生機構の解明

(目的)リゾホスファチジン酸(LPA)は、平滑筋細胞の収縮、血小板の凝集、ガン細胞の浸潤等の多彩な機能を有する生理活性脂質である。その作用は、7回膜貫通型受容体であるEDG受容体を介して細胞内に伝えられる。LPAは、血清に多く存在し、血漿に少ないことから、血液凝固の結果産生されるということが想定されていたが、その産生機構は不明であった。これまでの解析から、血清中においてLPAは、リゾホスファチジルコリン(LPC)からリゾホスホリパーゼD (lysoPLD)の作用により生じることが分かった。今回、我々は血清LPA産生のkey enzymeであると考えられるlysoPLDの性状を明らかにするために、本酵素の精製・クローニング・性状解析を行った。(方法)lysoPLD活性は、基質としてLPC (1 mM)を用いた。37°Cにて1時間インキュベーション後遊離したコリンをコリンオキシダーゼを用いて定量した。lysoPLDの精製は、牛胎児血清2リットルを出発材料とし、ポリエチレングリコール沈殿後、Blue Sepharose、ConA、BioAssistQ(陰イオン交換カラム)、Heparin、PESOURCEPHE、Hydroxyapatiteのカラムクロマトグラフィーに順次にかけて行った。(結果・考察)lysoPLD活性は全てのカラムクロマトグラフィーにおいて、1ピークとして検出され、最終比活性4.000倍の標品を得た。SDS-PAGEを行った結果、約100kDaのバンドがlysoPLD活性と挙動を共にした。このバンドをアミノ酸シークエンスしたところ、その配列はrat, human Autotaxin (ATX)のアミノ酸の一部と完全に一致した。そこで、ラット肝臓cDNAよりATXをクローニングし、CHO-K1細胞に遺伝子導入したところ、培養上清中に約100kDaのタンパク質が検出され、同時にlysoPLD活性が検出された。このことから、ATXがlysoPLDそのものであることが分かった。ATXはガン細胞の遊走を促進する因子として、単離された生理活性タンパク質であり、LPAもEDG受容体を介して強い細胞遊走促進活性を持つ。ATXによる運動性の促進活性は百日咳毒素(PTX)感受性のGi共役型受容体を介することから、ATXはLPAの産生を介し細胞の遊走を促進していると考えられる。LPAは細胞増殖の促進、癌細胞の浸潤促進など様々な生理活性をもつ脂質性シグナル分子であり、卵巣癌、動脈硬化などの病態との関連も指摘されている。LPAは血清中に豊富に存在することから、血中LPAの産生においては血液凝固系とその担い手である血小板が関与していることが考えられる。今回、我々はラットを用い、血中LPAの産生機構について検討を行った。

採血後の血液を37°Cで1時間インキュベーションすることにより調製した血清中のLPA量は約15μMであり、血球成分を取り除いて調製した血漿を37°Cで1時間インキュベーションしたものでは産生するLPA量は血清の約5割に減少した。さらに、抗血小板抗体を尾静注することにより血小板のみを無くしたラットから調製した血清中のLPA濃度も通常の血清に比べて半分以下に減少した。したがって、血清調製時において生成してくるLPAの内およそ半分は血小板が関与する系で産生されていることが示唆された。しかし、血小板のみをトロンビンで刺激した後の上清中に産生されるLPA量は、血清中に生成してくるLPA量の1割以下しかなかった。以上の結果から、血清調製時に生成してくるLPAに関して、1)血球成分を全く含まない血漿だけでもLPAの約5割が産生されること、2)血小板自体も刺激に応じてLPAを分泌するがその量は全体の1割以下であること、3)残りの約4割は血液凝固反応過程で未だ未知の機構で生じること、が明らかになった。リゾホスファチジン酸(LPA)は細胞増殖性・細胞運動性を促進する活性を持つ整理活性脂質である。本研究では、その生体内における産生酵素の同定を行った。血中に存在し、同じく血中に存在するリゾホスファチジルコリン(LPC)を基質とし、LPAを産生する酵素lysoPLDを精製することにより、酵素の同定を行った。牛胎児血清からスタートし、約10.000倍の比活性までに精製した。その結果、分子量約100kDaのタンパク質が精製された。部分アミノ酸配列を決定したところ、lysoPLDは、ガン細胞の運動性促進因子であるautotaxinと同一であることが分かった。このことから、autotaxinはLPAの産生を介しガン細胞の運動性を促進するという新たなメカニズムが提唱された。(2)細胞膜LPA産生酵素mPA-PLA1の解析LPAは血中などの体液だけでなく、細胞特に細胞膜で産生される。この経路では細胞膜に生じたホスファチジン酸(PA)がホスホリパーゼAの作用によりLPAが産生する。このPAに作用するホスホリパーゼAの候補を同定した。同定されたPA選択的PLA1(mPA-PLA1と命名)はPAに対するPLA1活性を持ち、これまで同定されていたホスファチジルセリン(PS)特異的PLA1と最も高い相同性を示した。
配位高分子の細孔を用いた相転移の制御

有機強誘電体は反転電位が低く、安価なことから、メモリ材料やアクチュエーターへの応用が期待されているが、極低温でのみ強誘電性を示すものが多いため、実用化は困難であった。我々は配位高分子の細孔に強誘電性分子もしくはイオンを導入することで、相転移温度が変化すると考え、種々の配位高分子に、多様な強誘電性ゲスト化合物を導入し、強誘電性分子もしくはイオンの相転移挙動を調べた。この包摂体の相挙動を調べたところ、包摂体では相転移が起こらなくなっていることがわかった。複数の配位高分子に強誘電性を示す種々の分子を導入し、安定な配位高分子ー強誘電性分子の組み合わせを探索した。その結果、UiO-66とチオ尿素の組み合わせでは、配位高分子を壊すこと無しにゲスト分子を取り込むことが可能であることを見いだした。ゲスト分子の導入方法の検討の結果、メタノールに溶解し、メタノールを蒸発させる方法で、望みの量のチオ尿素を導入できることがわかった。チオ尿素の導入量と分布はSEM-EDX測定により評価したところ均一に導入できていることがわかった。さらに興味深いことにゲスト導入後のDSC測定において強誘電ー常誘電相転移に当たるピークが消失しており、相転移温度が変化したことがわかった。現在誘電率の温度依存性を評価している。イオンが運動することにより電流が発生し、電池やキャパシタといった電気化学デバイスの構築に寄与する。しかしイオンはミクロには極めて強い電場を有するため、融点が高く、伝導しにくいといった特徴を有する。我々は配位高分子のマイクロ孔に種々のイオンを導入し、クーロン場を緩和することでイオンの凍結を抑制し、高い伝導度を示すことを目指した。本課題では、種々のイオンを細孔に導入することでイオンの凍結を押さえたナノ細孔液体の構築を目指した。上記研究を推進する上で、我々は3つの課題に挑戦した。(1)イオン性ゲスト分子を導入可能な細孔を有する配位高分子の構築。(2)イオンの導入と相挙動の評価。(3)イオン導入に伴う細孔との相互作用の制御とイオン伝導性の評価の3つである。(1)配位高分子としては、UiO-66、Labtbの2つの配位高分子に着目した。これらは安定性も高く、比較的大きな細孔径を有しているという特徴がある。我々は特にLabtbのキラリティを制御した細孔の構築に成功した。UiO-66に種々のイオンおよび水素結合性分子を導入したところ、融点の消失がみられ、高温相が低温まで安定化していることがわかった。またLabtbへのキラルイオン性液体の導入にも成功し、やはり融点の消失が観測された。ゲスト分子を導入可能なゲストとホスト分子の組み合わせを発見した。またDSC測定からは、狙ったとおり相転移温度の変化が見いだされた。配位高分子、イオン伝導、電気化学、固体化学今後は誘電率の温度依存性の測定やDSC測定、誘電ヒステリシス測定などにより、強誘電性が現れる温度領域を評価していく。また同型の骨格で官能基を導入したUiO-66-NH2やUiO-66-Clを合成し、同様にチオ尿素を導入することで骨格との相互作用による変化を調べる。UiO-66-NH2は水素結合ドナーとなるアミノ基を有している一方、官能基によりゲストが導入可能な細孔のサイズが減少する。そこでアミノ基とほぼ同じ大きさを有し、水素結合ドナー性を有していないクロロ基を導入することで、ゲスト分子の数、構造と誘電特性について評価を行う。研究に必要な備品の購入を検討したところ、納期が今年度では間に合わず、次年度に繰り越して使用することによりより効率的な研究推進が期待されるため。備品の購入手続きを次年度開始とともに速やかに開始し、6月頃までに購入を完了する予定である。
コライダーにおける電弱対称性の破れの物理の理論的研究

標準模型の問題点を考慮すると、ヒッグスセクターは拡張されることが期待されるが、その際に現れる重いヒッグス粒子や電荷を持ったヒッグス粒子の探索や性質測定に関する研究を行った。研究代表者らが考案した、光子-光子衝突型加速器において重いヒッグス粒子のCPパリティを測定する手法を発展させ、超対称標準模型で予言されるような、質量が縮退して存在する異なるCPパリティを持つ2つのヒッグス粒子が、分離して見える観測量を見出した。これらの観測量は重いヒッグス粒子の場合は、ヒッグス粒子が崩壊して生成されるトップクォーク対の崩壊生成粒子の角度分布測定を用いて得られるものであり、一方、軽いヒッグス粒子に対してはタウレプトン対の崩壊生成粒子の分布測定によって得られる。また、電荷を持つヒッグス粒子が陽子-陽子衝突型加速器LHCにおいて検出される可能性があるが、輻射補正によってもたらされるグルーオンフュージョン過程における電荷を持つビッグス粒子の検出可能性について考察した。この過程の散乱断面積は超対称標準模型では非常に抑えられることがわかっているが、重いヒッグス粒子達の質量縮退を解いた2ヒッグス二重項模型では、2桁以上大きな断面積が得られることを示した。これは超対称標準模型では大変実現しづらい、重い中性ヒッグス粒子が荷電ヒッグス粒子とWボソンに崩壊するという現象が起こる為であり、このような大きな断面積が観測されれば、素粒子模型の選別に役立つと期待される。1、現在、計画中の電子-陽電子リニアコライダーにおいて観測できる物理として、電子陽電子対から生成される「見えないもの」のスピンを測定する手法を提案し、その手法の有用性を示した。「見えないもの」として、近年盛んに研究されている「我々の住む4次元時空間だけでなくコンパクト化された余次元空間も伝播する重力子のカルツァークライン励起状態」を設定した。このカルツァークライン重力子はスピン2を持ち、観測からスピンが2であるものが生成されていることが分かれば、余次元の物理の存在を強く示唆する証拠となり得る。我々は「見えないもの」と伴に生成される光子の角度分布から「見えないもの」のスピンに関する情報が得られる点に着目し、この過程の微分断面積をフーリエ展開して得られるフーリエ係数の値から、スピン2粒子生成過程とその他の過程が区別できることを示した。2、電子-陽電子リニアコライダーのオプションとして計画されている光子-光子コライダーでの、重いヒッグス粒子生成に関する研究を行った。光子-光子コライダーでは「電荷と質量を持つ粒子」の輻射補正を介してヒッグス粒子が生成される。従って、光子-光子コライダーにおけるヒッグス生成断面積は、どのような「電荷と質量を持つ粒子」が存在するかに依存する。「電荷と質量を持つ粒子」の効果は、それが極めて重い粒子であっても有限であるので、現在探索可能なエネルギーよりもはるかに重い粒子の存在がこのヒッグス生成断面積に現れる可能性がある。我々は、生成されたヒッグス粒子がトップクォーク対に崩壊する過程を用いて、この過程のバックグラウンド過程との干渉効果から「電荷と質量を持つ粒子」の情報を得る手法を提案した。電子-陽電子リニアコライダーのオプションとして計画されている光子-光子コライダーでの、重いヒッグス粒子生成に関する研究を行った。我々は、生成されたヒッグス粒子がトップクォーク対に崩壊する過程を用いて、その過程の断面積が光子-光子-ヒッグス結合の複素位相に感度があることを指摘した。この複素位相は光子-光子コライダーでのこのような過程でのみ測定することができる量で、新粒子の発見や素粒子模型の選別に役立つ。また、超対称性模型で予言されているような質量の縮退したCPパリティの異なる2つのヒッグス粒子を分離して観測することができる観測量を提案した。上記のヒッグスがトップクォーク対に崩壊する過程において、更にトップクォークが崩壊していった先の崩壊生成物のある角度分布で断面積を分解すると、CP偶ヒッグス粒子のみに感度がある量とCP奇ヒッグス粒子のみに感度がある量に分けることができ、それぞれのヒッグス粒子を分離して観測できることになる。

また、電荷を持つヒッグス粒子が陽子-陽子衝突型加速器LHCにおいて検出される可能性があるが、輻射補正によってもたらされるグルーオンフュージョン過程における電荷を持つビッグス粒子の検出可能性について考察した。この過程の散乱断面積は超対称標準模型では非常に抑えられることがわかっているが、重いヒッグス粒子達の質量縮退を解いた2ヒッグス二重項模型では、2桁以上大きな断面積が得られることを示した。これは超対称標準模型では大変実現しづらい、重い中性ヒッグス粒子が荷電ヒッグス粒子とWボソンに崩壊するという現象が起こる為であり、このような大きな断面積が観測されれば、素粒子模型の選別に役立つと期待される。
機能未知光受容タンパク質に着目した脊椎動物の脳内光受容とその多様性の解明

近年、多様な動物の脳において、光受容タンパク質様遺伝子が発現していることが報告され、動物の脳における未知の光利用の可能性に注目が集まっている。しかしながら、それらの遺伝子が真に光受容体として機能する証拠がなかったために、脳内光受容が関わる生理機能の解析は立ち遅れていた。近年私たちは、昆虫や脊椎動物(魚類、鳥類)において、同遺伝子産物が光受容体として機能することを明らかにした。そこで本研究では、脊椎動物の機能未知脳内光受容に関して、分子・神経基盤および生理的役割の解明とそれらの進化・多様性を明らかにすることを目指し、脳内光受容タンパク質を起点とした研究を展開している。その結果、平成30年度は以下の研究成果を得た。・駆動するシグナル伝達系が不明であった魚類の脳内光受容タンパク質について、脳内光受容タンパク質を発現させた培養細胞において、シグナル伝達分子の過剰発現・破壊・機能阻害を行い、魚類の脳内光受容タンパク質が、ある特定のGタンパク質を介したシグナル伝達系を光依存的に駆動することを示唆する結果を得た。・RNA-seqence解析により、哺乳類の脳において、脳内光受容タンパク質が強く発現している領域を同定した。・下等脊椎動物は、脳の一部である松果体で光の波長(UV光と可視光の比率)を識別していることが知られており、私たちは松果体特異的なUV光受容タンパク質(パラピノプシン)を起点として、遺伝子改変ゼブラフィッシュとカルシウムイメージングを組み合わせた解析を行った。その結果、パラピノプシンは、UV光受容タンパク質として神経活動の抑制に関わるだけでなく、可視光受容タンパク質として神経活動の促進にも関わることが明らかとなり、「単一光受容タンパク質による波長識別」という波長識別の新しいメカニズムを見出した。本研究の基盤となる脳内光受容タンパク質の分子機能の解析は着実に進んでおり、生体内分布の解析のための準備も順調に進んでいる。また、松果体で行われる波長識別の分子基盤の解析では、新規のメカニズムを明らかにするなど、十分な成果を得ている。研究計画通りに、脳内光受容タンパク質の分子機能の解析を進め、生体内機能の解析へと展開したい。また、脳内光受容の多様性と進化を理解するために、他生物の研究も積極的に進めたい。