hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超高温材料の粒界・界面アーキテクチャー-超耐熱性および超耐酸化性の発現-

また、傾角粒界であっても、粒界の回転軸が試料表面に垂直に近いほど酸化しやすい傾向がみられた。(3)実用Ni-Fe多結晶材料の粒界酸化脆性に及ぼす粒界性格分布の影響:実用多結晶材料の耐酸化性の向上を目指し、粒界微細組織の制御が比較的容易な急冷凝固法を用いてNi-Fe合金薄帯を作製し、その後の熱処理とあわせて粒界微細組織を制御した。これらの試料に対し、FE-SEM/EBSP/OIM結晶粒方位自動測定装置を用いて粒界微細組織を定量評価した後、応力負荷条件下において高温酸化実験を行った。その結果、粒界性格分布が一定の場合には、粒界の密度が高い(粒径が小さい)ほど酸化脆性が抑制され、また、粒界密度が一定の場合には、低Σ対応粒界の存在頻度が高いほど耐酸化性が向上することが明らかになった。本研究は高温材料の使用環境下で起こる粒界および表面に関わる現象を績極的に制御することにより、耐熱性および耐酸化性を高め、優れた性能をもつ高温材料の設計・開発の基本原理確立を目指して行われたものである。当該年度は高温構造材料として期待されている炭化珪素の力学特性に及ぼす粒界化学組成の影響に関する研究、耐熱合金の基礎材料として用いられるニッケルの力学特性および硫黄による粒界偏析脆化に及ぼす粒界微細組織の影響に関する研究を中心に行った。得られた結果の概要は以下の通りである。(1)炭化珪素の力学特性に及ぼす粒界化学組成の影響: BおよびCを焼結助剤としたβ-SiCにSiと同一周期で価数が異なり、かつ粒界偏析が期待できるMg,Al,P,Sを微量添加した試料を作製した。電気陰性度に基づき粒界における原子結合状態の変化を評価すると、Al,Mgは順に部分イオン性を増加(共有結合性を減少)させ、逆にP,Sは部分イオン性を減少(共有結合性を増加)させることになる。これらの試料を用いて大気中で室温から1773Kの温度範囲において4点曲げ試験を行い、SiCの力学特性に及ぼす粒界化学組成の影響を調べた。その結果、破壊に要するひずみエネルギーは粒界の化学結合性に依存し、部分イオン性がSiCに対し約3%増加するAl添加材で最大値を示した。部分イオン性がさらに増加するMg添加材ではひずみエネルギーは急激に減少した。逆にP,S添加剤では、共有結合性が増す(部分イオン性が減少する)に従い、破壊に要するひずみエネルギーは緩やかに減少する傾向を示した。これらのことは、粒界化学構造の制御によりSiCの靭性向上が可能であることを示している。(2)ニッケルナノ多結晶材料の力学特性及び粒界偏析脆化に及ぼす粒界微細組織の影響:電着法により作製されたニッケルナノ結晶を焼鈍し、粒界密度(粒径)および粒界性格分布を系統的に変化させ、硬度および硫黄の粒界偏析による材料劣化との関連を調べた。その結果、ニッケル多結晶体の硬度は対応粒界の存在頻度および対応粒界同士が連結した3重点の頻度が高くなるにつれて低下することが明らかとなった。また、硫黄による粒界脆化は、圧痕法による破壊靭性の評価から、対応粒界の存在頻度を高め結晶粒径を微細化することにより制御できる可能性が示された。本研究は高温材料の使用環境下で起こる粒界および表面に関わる現象を積極的に制御することにより、耐熱性および耐酸化性を高め、優れた性能をもつ高温材料の設計・開発の基本原理確立を目指して行われたものである。当該年度は鉄基強磁性合金の高温磁気的強化に注目し、高温強度、高温靭性に及ぼす磁性の影響を明らかにすることにより、高温における熱的組織安定性に優れた材料の開発を行うことを目的とした。
転移性肝癌に対する樹状細胞による癌免疫治療と分子機構の解析

1)マウス肝癌の系を用いたEphA2由来ペプチド-DCワクチンによる抗腫瘍効果の検討EphA2は、進行癌において発現率が高くなる新規癌抗原として発見された。我々はヒト及びマウスMHC class I&II結合ペプチドを同定した。本研究ではマウス大腸癌細胞MC38の皮下腫瘍モデルを用いてEphA2ペプチド・樹状細胞(Eph-DC)ワクチンの抗腫瘍効果を検討した。Eph-DCワクチンは効率的にEphA2特異的CTLを誘導し、これによりMC38皮下腫瘍に対し強い抗腫瘍効果があることを明らかにした(現在投稿中)。またMC38肝腫瘍モデルにおいてもEph-DCワクチンの抗腫瘍効果を検討した。MC38肝腫瘍に対してはEph-DCワクチンのみならず、DCのみワクチンでも十分な抗腫瘍効果を認めたが、Eph-DCワクチンの方が長期的な獲得免疫の誘導には優れていることを明らかにした(現在投稿中)。2)マウス肝癌に対するIL-12遺伝子導入DCによる抗腫瘍効果の検討進行癌では樹状細胞(DC)機能が抑制され、このことが進行癌でのDC癌治療が困難な一因と考えられている。我々はTh1系サイトカインのIL-12遺伝子を進行癌由来DCに遺伝子導入し、マウス肝腫瘍モデルにおいて、IL-12遺伝子導入DCによる肝癌治療の有用性を検討した。担癌マウスより誘導したDCは正常マウスDCと比して抗原提示機能低下を認めたが、IL-12を遺伝子導入することで機能が回復した。マウス肝腫瘍に対しIL-12遺伝子導入DCを肝腫瘍内投与し抗腫瘍効果を検討した。IL-12DC投与により肝先天免疫及び獲得免疫両者とも活性化し、これにより強い抗腫瘍効果が得られることを明らかにした(Gene Therapy 2007)。我々はα-GalCerをパルスしたDC(αGCDC)の肝内投与による、マウス肝腫瘍に対する抗腫瘍効果を検討した。αGCDCの肝内投与により肝先天免疫細胞を強く活性化することで、肝腫瘍は完全に排除された。また肝腫瘍拒絶後に肝腫瘍に発現している癌抗原由来ペプチド特異的なCTLの誘導をIFN-γELISA法にて確認した。さらに肝腫瘍拒絶後に皮下に腫瘍細胞を再接種した結果、腫瘍特異的な皮下腫瘍の拒絶が起こったことから、肝腫瘍に対するαGCDCの治療により強い獲得免疫が誘導されることを明らかにした(Hepatology 2007)。我々はヒト及びマウスMHC class I&II結合ペプチドを同定しており、これを用いた癌免疫療法の基礎的検討を行っている。マウス大腸癌細胞MC38の皮下腫瘍モデルを用いてEphA2ペプチド-樹状細胞(Eph-DC)ワクチンの抗腫瘍効果を検討した。Eph-DCワクチンは効率的にEphA2特異的CTLを誘導し、これによりMC38皮下腫瘍に対し強い抗腫瘍効果があることを明らかにした(現在投稿準備中)。

現在MC38肝腫瘍モデルを用いてEph-DCワクチンの抗腫瘍効果を検討中である。またヒト大腸癌組織におけるEphA2の発現と大腸癌の病態との相関を評価するためにヒト大腸癌試料を収集し、EphA2の発現を検討し解析中である。2)マウス肝癌に対するIL-12遺伝子導入DCによる抗腫瘍効果の検討進行癌では樹状細胞(DC)機能が抑制され、このことが進行癌でのDC癌治療が困難な一因と考えられている。我々はTh1系サイトカインのIL-12遺伝子を進行癌由来DCに遺伝子導入し、マウス肝腫瘍モデルにてこれによる癌治療の有用性を検討した。担癌マウスより誘導したDCは正常マウスDCと比して抗原提示機能低下を認めたが、IL-12を遺伝子導入することで機能が回復した。マウス肝腫瘍に対しIL-12遺伝子導入DCを腫瘍内投与し抗腫瘍効果を検討した。これまで多数報告されている皮下腫瘍モデルとは異なり、IL-12DCによる肝局所での免疫誘導により先天免疫及び獲得免疫両者とも活性化し、これにより強い抗腫瘍効果が得られることを明らかにした(現在投稿準備中)。今後IL-12遺伝子導入DCによる肝腫瘍に対するペプチドワクチンの有用性について検討予定である。1)マウス肝癌の系を用いたEphA2由来ペプチド-DCワクチンによる抗腫瘍効果の検討EphA2は、進行癌において発現率が高くなる新規癌抗原として発見された。我々はヒト及びマウスMHC class I&II結合ペプチドを同定した。本研究ではマウス大腸癌細胞MC38の皮下腫瘍モデルを用いてEphA2ペプチド-樹状細胞(Eph-DC)ワクチンの抗腫瘍効果を検討した。Eph-DCワクチンは効率的にEphA2特異的CTLを誘導し、これによりMC38皮下腫瘍に対し強い抗腫瘍効果があることを明らかにした(現在投稿中)。またMC38肝腫瘍モデルにおいてもEph-DCワクチンの抗腫瘍効果を検討しており、MC38肝腫瘍に対してはEph-DCワクチンのみならず、DCのみワクチンでも十分な抗腫瘍効果を認めたが、Eph-DCワクチンの方が長期的な獲得免疫の誘導には優れていることを明らかにした(現在投稿中)。マウス肝腫瘍に対しIL-12遺伝子導入DCを肝腫瘍内投与し抗腫瘍効果を検討した。IL-12DC投与により肝先天免疫及び獲得免疫両者とも活性化し、これにより強い抗腫瘍効果が得られることを明らかにした(Gene Therapy 2007)。我々はα-GalCerをパルスしたDC(αGCDC)の肝内投与による、マウス肝腫瘍に対する抗腫瘍効果を検討した。
天聖令を使用した大宝令の復原研究

中国において新たに発見された天聖令を使用することによって、日本古代国家の基本法であった大宝令の復原研究を実施し、以下の成果があった。i天聖令発見以後10年間の研究史整理を行った。ii天聖令と大宝令の条文比較を実施し、大宝令編纂方針の概要を明らかにした。iii天聖令を使用した日唐令比較を実施するための基礎データとして、天聖令・養老令の比較表および大宝令逸文史料を作成した。大宝令は古代国家の基本法であり、律令国家の構想を規定したものであるが現存しない。養老令や逸文によって推定されているが、手本とした唐令が現存しなかったため不明な点が多かった。そこで本研究では、大宝令逸文を核として、近年中国で発見された天聖令から復原した唐令を使用するという新たな方法で大宝令の復原を行う。21年度の研究は下記の通りである。(a)唐日令比較研究については、研究の進展に即応して計画を変更し、近年の天聖令に関する研究史を整理するという基礎的作業を行った。天聖令に関する詳細な研究史整理は初めての成果であり、今後の指針となる成果である。また当初の計画通り田令研究を進め、天聖令から復原される大宝令について総括的な検討を加えた。当初予定していた唐日令比較表の作成は22年度に実施することとした。(b)『令集解』研究については、大宝令復原に関する文献収集・整理を中心に実施した。複写した文献は編目ごとに整理され、検索には至便となっている。ただし想定以上の文献が存在していたため、謝金作業による複写は雑誌論文を中心とし、書籍については直接経費で購入することとした。当初の計画にあった『令集解』古記のデータ作成および校訂作業は22年度に実施することとした。22年度の研究は下記の通りである。(a)唐日令比較研究については、昨年度実施した天聖令研究史の整理に基づき、天聖令残存部分の唐日令を比較して一覧表化し、5月に研究報告を実施した。さらに天聖令と養老令を比較することによって、日本令全体における唐令継受の傾向について、その割合を数値化し、3月に論文として発表した。なお、唐日令比較表は作業用として2段組のものを作成し、計画にあった3段組の表は23年度に作成することとした。(b)『令集解』研究については、まず謝金作業により大宝令復原に関する研究文献目録(雑誌論文編)を作成し、養老令の条文番号を入力して、条文ごとに検索できるようにした。つぎに『令集解』古記のデータを作成した。具体的には明治大学古代学研究所の『令集解』全文データより、大宝令逸文を含む古記および諸説を抜き出し、令文との関係が判る形で整理した。重複のため「古記無別」などの表記で引用が省略されている部分も同様に整理した。写本による校訂作業および『令集解』における大宝令引用法の分析は23年度に実施することとした。23年度の研究は下記の通りである。(a)唐日令比較研究については、天聖令を影印本と比較して新たな校訂を行った。さらに、昨年度作成した2段組の唐日令比較表について、上記天聖令の新校訂文と下記の古記データを使用して、より正確なものに改訂した。研究計画では唐令(上段)、大宝令逸文、(中段)、養老令(下段)とする3段組の表を作成するとしていたが、空白が大きくなることから計画を変更し、大宝令逸文を養老令に傍書した2段組の表を作成した。3段組の表については、最も効果のある田令の一部について作成し、『班田収授法の復原的研究』(後掲)に所収した。(b)『令集解』研究については、『令集解』古記のデータを完成した。昨年度作成した大宝令逸文について、『令集解』刊本と比較することによって、より正確なデータとして改訂した。古記データの写本による校訂は省略し、大宝令引用法を分析した。

上記(a)(b)の成果に基づいた最終年度のまとめとして、11月に歴史学研究会において報告を実施した。そこでは大宝令の編纂方針について、編目による唐令継受の傾向があり、新規定を作成する際に唐令条文を改変して盛り込むことが通例で、それができない場合に新条文を作成することが判明し、とくに編目冒頭の配列を組み替えて規定する傾向があることがわかった。また、初年度に実施した田令研究を中心として博士学位請求論文を執筆し、博士号(明治大学)を取得し、2012年5月1日に『班田収授法の復原的研究』(吉川弘文館)を刊行予定である。
吸収性β-TCP含有ゼラチンGBR膜とFGF-2を用いた新規垂直的骨造成法の開発

骨造成時に創被覆時に粘膜弁内部に設置するGBR膜に、粘膜増生効果を持つFGF-2を含浸させ、骨新生・粘膜裂開防止の双方に効果的な新規骨造成法開発の基礎的研究を行った。また、FGF-2よりも骨形成へ有利に働くとされているFGF-18の有用性もあわせて検討した。まず改良型吸収性β-TCP含有ゼラチンGBR膜(G/T膜)の生体親和性とGBR膜としての有用性を確認した。rhFGF-2、18含浸G/T膜をラット骨上、骨挙上部上に設置し粘膜治癒と骨新生への効果を確認した。手術後良好な粘膜治癒が観察され、またG/T膜がサイトカインキャリアと骨新生のスペーサーとして機能し、同部に骨新生が観察された。現法の垂直的骨造成(OG)法は、治療期間中に粘膜裂開が起こるリスクが高い問題点がある。研究代表者らが開発した吸収性β-TCP含有ゼラチンGBR膜(G/T膜)は骨造成部での遮蔽目的だけでなく、サイトカインのキャリアとしても利用できる特性を持つ。そこで、線維芽細胞増殖因子-2(FGF-2)に注目しG/T膜に含浸させることで骨造成を図ると同時に粘膜裂開のリスクを減らす新しい垂直的骨造成法を考案した。本研究の目的は、ラット頭蓋骨上OGモデルにおけるFGF-2含浸G/T膜の骨造成・粘膜裂開防御に対する有用性の検証であり、この新規垂直的骨造成法開発の基盤作りを目指す。研究代表者らが行った以前の実験結果からF-G/T膜を用いた欠損部における骨新生には、「周囲に骨組織」の存在が必須であると推測される。実際、長管骨でのデータではあるが、骨欠損領域が極めて小さい骨折時においては、rhFGF-2の骨治癒促進作用が認められている。そこで、F-G/T膜から徐放されるrhFGF-2が及ぼす骨新生作用が、骨欠損の大きさにどのような影響を受けるかを評価する必要がある。この評価に際して、本研究は、研究代表者らが開発した膜と、リコンビナントFGF-2を使用して行う研究であることから、大学と膜開発に携わった共同研究者が所属する企業AとFGF-2を提供する企業B間での3社契約を行った(2013年9月)。2013年7月より大学の動物実験施設が改修中であること、研究代表者の妊娠・産休・育休などにより本研究は2013年3月より中断中である。このため、2013年度は育休復帰後、スムーズに研究が再開できるように研究環境の整備を可能な範囲で行った。平成26年度は、産前産後の休暇および育児休業の取得に伴い研究を中断していたため、記載事項無し。(中断期間:平成26年3月1日から平成27年3月31日)現法の垂直的骨造成(OG)法は、治療期間中に粘膜裂開が起こるリスクが高い問題点がある。申請者らが開発した吸収性β-TCP含有ゼラチンGBR膜(G/T膜)は骨造成部での遮蔽目的だけでなく、サイトカインのキャリアとしても利用できる特性を持つ。本研究の目的は、ラット頭蓋骨上OGモデルにおけるFGF-2含浸G/T膜(F-G/T膜)の骨造成・粘膜裂開防御に対する有用性の検証であり、この新規垂直的骨造成法開発の基盤作りである。平成27年度は、ラット頭蓋骨においてF-G/T膜が骨膜に与える影響を観察する目的で、全身麻酔下にてラット頭蓋骨の骨膜を剥離し、骨上もしくは骨上に設置したシリコンドームと骨膜間にF-G/T膜を設置し、術後2,7日後の骨膜ならびに新生骨を組織学的に検討を行った。これまでの研究結果より、F-G/T膜で骨欠損部を被覆すると、骨新生は母床骨付近の欠損部断端でのみ認められ、欠損中心部では結合組織が増加し、骨組織と結合組織は混在せず、相互排他的に新生することがわかっているが、今回行った研究結果より骨とF-G/T膜間に新生骨が認められた。この結果は、本研究の目指すラット頭蓋骨上OGモデルにおけるF-G/T膜の骨造成・粘膜裂開防御に対する可能性を高める結果であるといえる。今後は、ラット頭蓋骨OGモデルを確立し、確立したOGモデルにおけるF-G/T膜の骨造成・粘膜裂開防御に対する有用性の検証を行いたいと考えている。平成27年度は、動物実験を行う体制を整え(これまで学内実験設備の改修や産休・育休のため実験が行えなかった)、F-G/T膜の骨膜への影響を観察するためのシリコンドームを用いた骨膜挙上モデルを確立でき、同モデルを用いて術後2,7日後の骨膜ならびに新生骨を組織学的に検討を行えた。平成28年度は、まずリタイアラット頭蓋骨の骨上、もしくは骨上に設置したシリコンドームと骨膜間に、吸収性b-TCP含有ゼラチンGBR膜(F2-G/T膜)を設置し、実験群に30ugのFGF2を、対照群はPBSを含浸させ、術後2,7,14日の骨膜並びに骨上の申請骨を組織学的、放射線学的に観察したところ、両群において設置したG/T膜が骨上のスペースメイカーとなり、骨膜剥離部断端部を中心に術後7日より新生骨が認められたが、実験群よりも対照群に多く認められた。

上記の結果を受けて研究計画を見直し、FGF-18はこれまで胎生期のおける骨形成の促進(Nagayamaら.2013.)やBMP-2との併用で骨再生を安定および促進させること(Fujioka-Kobayashiら.2012.)が知られているが、成人期における骨新生に対する効果は不明なためFGF-18に着目し、上記と同様に術後2,7,14日での新生骨量を観察したところ、30ugのFGF-18を含浸させた群では、対照群よりも新生骨量が多く認められた。術直後におけるFGF-18の骨新生への効果が認められたことから、観察期間を延長し長期経過に対するFGF-18に対する効果を検討する目的で、術後4,8週での観察を実施した。平成28年度までに動物のサンプリングが終了し、現在(平成29年度)組織切片の作成、放射線学的な検討を行っている。当初計画したFGF-2とG/T膜による効果的な骨造成は認められなかったが、FGF-18含浸G/T膜はラット頭蓋骨上のモデルで骨造成に対して有用性が高いと思われる。また、FGF-18が成人期の骨新生に対しても効果的な可能性が示唆される。最終年度に研究計画を一部変更したため、上記に関する研究期間内での学会、論文発表は行うことができなかったが、今後引き続き解析を行い、今年度中に研究結果を発表する計画である。骨造成時に創被覆時に粘膜弁内部に設置するGBR膜に、粘膜増生効果を持つFGF-2を含浸させ、骨新生・粘膜裂開防止の双方に効果的な新規骨造成法開発の基礎的研究を行った。また、FGF-2よりも骨形成へ有利に働くとされているFGF-18の有用性もあわせて検討した。まず改良型吸収性β-TCP含有ゼラチンGBR膜(G/T膜)の生体親和性とGBR膜としての有用性を確認した。rhFGF-2、18含浸G/T膜をラット骨上、骨挙上部上に設置し粘膜治癒と骨新生への効果を確認した。手術後良好な粘膜治癒が観察され、またG/T膜がサイトカインキャリアと骨新生のスペーサーとして機能し、同部に骨新生が観察された。休業に伴い研究を中断していたため、当初の計画より遅れている。平成28年度は、1平成27年度に実施したF-G/T膜の骨膜への影響に関する学会発表ならびに論文作成、2ラット頭蓋骨OGモデルの確立、32で確立したモデルを用いてF-G/T膜の骨造成・粘膜裂開防御に対する有用性の検証を行いたいと考えている。骨造成デンタルインプラント平成27年4月1日より復職し、研究も再開予定である。これまでの遅れを取り戻すべく尽力したい。2013年7月より研究者の所属する大学の動物実験施設が改修中であること、研究代表者の妊娠・産休・育休により本研究は2013年3月より中断中である。このため、2013年度は育休復帰後、スムーズに研究が再開できるように研究環境の整備を可能な範囲で行った。2015年4月の研究再開を予定している。平成27年度は育児休業より復帰直後だったため、動物実験を開始するまでに時間を要したため、解析に予定よりも時間を要した。このため、計画していた実験をすべて行うことができなかったため。妊娠・出産に伴い当初の計画通りに研究を進めることができず、計画通りに進めることができなかったために一部の研究費は研究再開後の平成27年度に繰り越した。最終年度ということもあり、学会発表や論文作成を含め積極的に研究を進めていきたいと考えている。2015年4月研究再開後は、ラット頭蓋骨上OGモデルにおけるF-G/T膜の骨造成・粘膜裂開防御に対する有用性を検証するため、・ラット頭蓋骨における大きさの異なる骨欠損に対するF-G/T膜の効果の検討・ラット頭蓋骨OGモデルにおける様々な骨膜挙上量におけるF-G/T膜の効果の検討
信濃における街道と文学に関わる研究

わが国における街道の整備は、古代律令制において東海道・東山道・山陽道等の七道が敷かれ、近世において五街道が整った。信濃はそれぞれの時代において東山道・中山道という主要幹線が走る重要な地であった。そのため多くの文人達がこの地を訪ね、文芸作品の舞台として信濃は登場する。信濃を貫く中山道を中心に街道の歴史的考察、信濃を歩いた文人墨客や信濃に生まれた文学者達の研究調査をし、実踏調査によって信濃の街道・宿場の歴史や文化を考察した。道は古来、政治・経済との関わりだけでなく、文化の交流にも重要な役割を果してきている。信濃には中山道・甲州道中・北国街道等の本街道、脇往環が数多く縦横に走っていた。その中でも中山道は、江戸と京都を結ぶ大動脈であった。信濃はそのほぼ中間に位置し、東西文化の交流点ともいえる。民俗学者柳田國男が形容したごとく、信濃の街道は「天然の渡り廊下」であり、「雄大な文化が古来より一筋信濃を貫いていた」のである。文人の風流の旅、また、生活のため、諸国巡礼のため、様々な人が街道を往来し、信濃の街道・宿場は、諸国から集散する人々で活気をみせ賑わった。文人墨客は、その著書に街道・宿場の様相を記している。また、文人・知識人の旅は、地方文人との交遊を通して江戸・上方の文化をもたらし、街道・宿場の文化を形成していった。街道は文化・情報をも伝える重要性を担っていた。『夜明け前』に代表されるように、信濃の街道・宿場の文化と歴史は、その風土と文学の美的構造の中に投影され、作品に深く関わっているのである。わが国における街道の整備は、古代律令制において東海道・東山道・山陽道等の七道がしかれ、近世において五街道が整った。そのため多くの文人らがこの地を訪ね、文芸作品の舞台として信濃は登場する。道は古来、政治・経済・文化にとって重要な役割を果たしてきている。道といえば、都と諸国を結び物資を輸送するものとしてすぐ政治・経済との関わりを思い浮かべる。しかし文化の交流もまた道によって行われていた。人々の生活を結び、情報を運んだ道の歴史は、我々の歴史とともに古い。物資を運ぶ道が、庶民の道となり、暮しの道が周辺から集散する人々で活気を見せる。文人の風流の旅、生活のため、諸国巡礼のため、様々な人が街道を往来し、文人墨客はその著書に街道・宿場を記している。また文人・知識人の旅は、地方文人との交遊を通して江戸・上方の文化をもたらし、街道・宿場の文化を形成していった。信濃の街道・宿場の文化や歴史は、その風土と文学の美的構造の中に投影され、作品に深く関わっている。
mRNA 3'末端プロセシングを標的とした遺伝子発現調節・RNA品質管理機構の解明

研究代表者らが独自に解明したmRNA(ポリA鎖)分解開始機構に基づき、以下に示す3'末端ポリA鎖を標的とした新しい遺伝子発現制御・品質管理機構を明らかにした。(1)mRNA3'非翻訳領域のシス因子(URE, CPE)によるポリA鎖分解調節を介した遺伝子発現制御、(2)ストレスによるグローバルなmRNAポリA鎖安定化とストレス顆粒形成、およびアポトーシス時の翻訳抑制のメカニズム、(3)非標準的ポリA鎖付加酵素によるmRNAポリA鎖伸長を介した遺伝子発現制御、(4)ノンストップ型異常mRNAを分解するRNA品質管理。また、分担者は(5)ヒストンmRNA3'末端を標的とした核内RNA品質管理機構を解明した。発生の初期過程では、mRNA3'末端のポリ(A)鎖の伸長と短縮化が時空間的な遺伝子発現制御において主要な役割をはたす。一方、各分化段階における多様な細胞機能の獲得過程でも、多くのmRNAがポリ(A)鎖を標的とした調節を受けるが、その分子機構の詳細については不明な点が多い。研究代表者は、特定領域研究[RNA情報網]および基盤研究(S),(C)を通して、mRNA分解(ポリ(A)鎖分解)を引き起こす普遍的分子メカニズムを解明した(GenesDev,2007)。本計画研究では、特にそのポリ(A)鎖を標的とするRNA代謝の調節機構の解明を目指す。(1)mRNA3'非翻訳領域に存在するシス因子による遺伝子特異的なポリ(A)鎖分解調節、(2)miRNAをはじめとする機能性RNAによるポリ(A)鎖分解のトランス活性化調節、(3)細胞質ポリ(A)鎖伸長による選択的遺伝子発現調節、(4)ストレスによるグローバルなポリ(A)鎖分解調節、および(5)非標準的ポリA(U)鎖付加酵素によるRNA品質管理・遺伝子発現制御、を研究対象とする。一方、ヒストンmRNAは、哺乳類において3'末端にポリ(A)鎖をもたない唯一の例外である。したがってその翻訳はポリ(A)鎖非依存的であり、ポリ(A)鎖の代りに付加された3'末端ステムループ構造が、ヒストンの遺伝子発現調節に重要な役割をはたしている。研究分担者は、すでに核内RNAを高効率でノックダウンできる系を独自に開発しており、ヒストンmRNAの3'末端プロセシングに関わるU7snRNAをノックダウンし、(1)3'末端プロセシングを阻害した場合のヒストンmRNAの挙動変化を解析する。また、(2)核内蓄傾向の高いmRNAの3'UTRがmRNAの核内繋留/安定性制御に果たす役割を解明する。RNAの品質管理に関する研究は、これまで主に細胞質のmRNA分解に焦点が絞られて研究されてきたが、本研究においては、主として上記の二点に焦点を絞り解析を行なうことにより、核内RNAの品質管理現象の概念の確立を目指す。本年度においては、mRNA3'末端を標的とした遺伝子発現制御とRNA品質管理機構の解明を目的として、特に(1)脊髄小脳変性症の原因遺伝子産物Ataxin-2によるストレス時のポリA鎖を標的とした発現制御、(2)mRNA3'UTRに存在するシス因子によるポリA鎖分解の調節を介した遺伝子発現調節、(3)ポリA鎖をもたない唯一の例外であるヒストンmRNAのプロセシングに関わるU7snRNAによるヒストンの新規発現調節機構について解析を進めた。その結果、(1)Ataxin-2が、PAM2モチーフを介してポリA鎖結合蛋白質PABPのPABCドメインに結合することで、mRNAの安定性と翻訳、およびストレス顆粒の形成を制御していることを明らかにした。(2)癌抑制遺伝子産物TobはPABPとの結合を介して通常のmRNAのポリA鎖分解を制御しているが、それと同時に3'UTRに結合するRNA結合蛋白質を介して遺伝子特異的な発現制御をも担う可能性を示す結果を得た。(3)核内遺伝子発現制御におけるRNA因子の新機能を明らかにするため、核内RNAノックダウン実験によって、核内構造体に局在するU7snRNAとMENε/βncRNAを特異的に分解した際の影響を解析した。その結果、U7の分解ではポリA付加ヒストンmRNAの異常蓄積と細胞周期の遅延が検出され、MENε/βの分解ではユニークな核内繋留mRNAの発現上昇が検出された。mRNA3'末端を標的とした遺伝子発現制御とRNA品質管理機構の解明を目的として、(1)脊髄小脳変性症の原因遺伝子Ataxin-2によるポリA鎖分解の調節を標的とした発現制御、(2) mRNA 3'UTRに存在するシス因子によるポリA鎖分解調節を介した遺伝子発現制御について解析を進めた。その結果、(1) Ataxin-2が単独で翻訳抑制とポリA鎖分解抑制を引き起こすごとができる因子であることに加え、ストレス時にはリン酸化修飾をうけることを新たにした。

ストレスシグナルがAtaxin-2のリン酸化を介してストレス時の翻訳抑制やポリA鎖分解抑制ないしストレス顆粒の形成を制御している可能性を明らかにした。(2)癌抑制遺伝子産物Tobが、配列特異的RNA結合蛋白質であるCPEB3と相互作用することでポリA鎖分解酵素Caf1をmRNA上にリクルートし、その標的mRNAのポリA鎖分解を促進することで遺伝子発現を負に制御することを証明した。すなわち、癌抑制遺伝子産物Tobの生物活性が、それに関わる特異的因子のポリA鎖調節を介して制御されていることを明らかにした。研究分担者は、核内ノックダウン法による解析によってU7 snRNAが、DNA合成阻害時にヒストン遺伝子の転写を負に制御していることを明らかにした。さらにU7結合タンパク質Lsm10, 11による同様の効果を観察し、この現象がU7 snRNPとしての新規機能によることを示唆した。mRNA 3'末端プロセシングを標的とした遺伝子発現調節とRNA品質管理機構の解明を目的として、本研究においては特に次の5つの課題、(1)mRNA3'非翻訳領域に存在するシス因子による遺伝子特異的なポリ(A)鎖分解調節、(2)miRNAをはじめとする機能性RNAによるポリ(A)鎖分解のトランス活性化調節、(3)細胞質ポリ(A)鎖伸長による選択的遺伝子発現調節、(4)ストレスによるグローバルなポリ(A)鎖分解調節、および(5)非標準的ポリA鎖付加酵素によるRNA品質管理・遺伝子発現制御、を研究対象としているか、そのなかで本年度はとくに(1)、(2)、(4)について解析を行った。(1)についてはシス因子UREをもつクルタミン酸受容体GluR2 mRNAの発現調節について解析し、CPEB3がCaflをmRNA上にリクルートすることでポリA鎖分解を促進し遺伝子発現を負に制御することを明らかにした(EMBO J in Press)。また、昨年度よりCPEBについても解析を行い、癌遺伝子c-mycのmRNAの3'UTRに存在するCPEに対し、やはりCPEBがCaf1をリクルートすることでc-mycの発現を負に制御していることを見出した。また、(2)については、本領域の公募班員(脇山班員)との共同研究によりTNRC6とCaf1 deadenylaseおよび癌抑制遺伝子産物Tobとの相互作用について検計をおこたったが、予測された結合は観察されなかった。一方、(4)のストレス時におけるmRNA代謝制御の課題においては、mRMAの安定化保持に関わると考えられるストレス顆粒の形成が、Ataxin-2とUsp10という2つのPAM2モチーフ含有因子によって制御されていることを明らかにし、PAM2の結合相手であるPABPもまたストレス顆粒の形成にかかわることを見出した。また、両者は同じPAM2モチーフ含有因子であろが、Ataxin-2かmRNAの不溶化凝集を促進することでストレス顆粒の形成にかかわるのに対して、Usp10の作用点は異なることも明らかにした。研究分担者は、U7 snRNPの新規構成因子としてhnRNP UL1を同定し、この因子が前年度までに発見していたU7 snRNPの新規機能であるヒストン遺伝子転写抑制能を担う因子であることを示した。また核内ncRNA依存的なパラスペックル構造体の形成が、長鎖ncRNAの選択的
肺の虚脱シミュレーションの統計数理的モデルの構築と腫瘍位置ナビゲーションへの応用

本研究の目的は,肺の虚脱シミュレーションにより虚脱後の腫瘍の位置を予測し,医師に提示する胸腔鏡外科手術のナビゲーションシステムの開発である.初年度には,主に肺虚脱シミュレーションの評価実験に関する下記の3点に関して研究を実施した.(1)X線CT装置を用いた肺虚脱過程の形状取得:臨床に耐えうる高精度な肺虚脱シミュレータを開発するには,開発したシミュレータの評価が必要である.シミュレータ評価のため,肺の虚脱過程に生じる肺の変形を測定した.具体的には,X線CT装置内に設置した肺の気管支内の圧力を,製作した圧力コントローラを用いて変化させることで,肺を虚脱させ,各過程においてCT画像を取得した。この際,CTマーカを数点肺に張り付けて実験を実施した.(2)画像解析を用いた変形場解析:取得したCT画像を解析することで変形場を推定した.具体的には,各変形過程の画像間で非剛体位置合わせを実施することで,変形場を抽出した.非剛体位置合わせの精度を評価した結果,非剛体位置合わせの誤差は1mm程度であり,シミュレーション評価に十分な精度での変形場が得られた.(3)肺虚脱シミュレーションの開発:CT装置を用いた実験で取得した肺の形状をもとに,虚脱シミュレーションが可能な肺モデルを開発し,虚脱シミュレーションを実施した.シミュレーション結果と実験で得られたCTマーカの位置変化を比較したところ,シミュレーション結果とおおよそ同方向にCTマーカ変形していることが確認された.さらに,(2)で得られた変形場とシミュレーションで得られた変形場を比較し,シミュレーションを評価した.本研究の目的は,肺の虚脱シミュレーションにより虚脱後の腫瘍の位置を予測し,医師に提示する胸腔鏡外科手術のナビゲーションシステムの開発である.初年度には,主に肺虚脱シミュレーションの評価実験に関する下記の3点に関して研究を実施した.(1)X線CT装置を用いた肺虚脱過程の形状取得:臨床に耐えうる高精度な肺虚脱シミュレータを開発するには,開発したシミュレータの評価が必要である.シミュレータ評価のため,肺の虚脱過程に生じる肺の変形を測定した.具体的には,X線CT装置内に設置した肺の気管支内の圧力を,製作した圧力コントローラを用いて変化させることで,肺を虚脱させ,各過程においてCT画像を取得した.この際,CTマーカを数点肺に張り付けて実験を実施した.(2)画像解析を用いた変形場解析:取得したCT画像を解析することで変形場を推定した。具体的には,各変形過程の画像間で非剛体位置合わせを実施することで,変形場を抽出した.非剛体位置合わせの精度を評価した結果,非剛体位置合わせの誤差は1mm程度であり,シミュレーション評価に十分な精度での変形場が得られた.(3)肺虚脱シミュレーションの開発:CT装置を用いた実験で取得した肺の形状をもとに,虚脱シミュレーションが可能な肺モデルを開発し,虚脱シミュレーションを実施した.シミュレーション結果と実験で得られたCTマーカの位置変化を比較したところ,シミュレーション結果とおおよそ同方向にCTマーカ変形していることが確認された.さらに,(2)で得られた変形場とシミュレーションで得られた変形場を比較し,シミュレーションを評価した.本研究の目的は,肺の虚脱シミュレーションにより虚脱後の腫瘍の位置を予測し,医師に提示する胸腔鏡外科手術のナビゲーションシステムの開発である.初年度には,主に肺虚脱シミュレーションの評価実験に関する下記の3点に関して研究を実施した.(1)X線CT装置を用いた肺虚脱過程の形状取得:臨床に耐えうる高精度な肺虚脱シミュレータを開発するには,開発したシミュレータの評価が必要である.シミュレータ評価のため,肺の虚脱過程に生じる肺の変形を測定した.具体的には,X線CT装置内に設置した肺の気管支内の圧力を,製作した圧力コントローラを用いて変化させることで,肺を虚脱させ,各過程においてCT画像を取得した。この際,CTマーカを数点肺に張り付けて実験を実施した.(2)画像解析を用いた変形場解析:取得したCT画像を解析することで変形場を推定した.具体的には,各変形過程の画像間で非剛体位置合わせを実施することで,変形場を抽出した.非剛体位置合わせの精度を評価した結果,非剛体位置合わせの誤差は1mm程度であり,シミュレーション評価に十分な精度での変形場が得られた.(3)肺虚脱シミュレーションの開発:CT装置を用いた実験で取得した肺の形状をもとに,虚脱シミュレーションが可能な肺モデルを開発し,虚脱シミュレーションを実施した.シミュレーション結果と実験で得られたCTマーカの位置変化を比較したところ,シミュレーション結果とおおよそ同方向にCTマーカ変形していることが確認された.さらに,(2)で得られた変形場とシミュレーションで得られた変形場を比較し,シミュレーションを評価した.
超伸長ポリグルタミン鎖を発現する脊髄小脳失調症6型動物モデルの作製と解析

本研究では脊髄小脳失調症6型(SCA6)の分子病態を明らかにする目的で、主として動物モデルを作製することを目標とした。また患者脳での生化学的・神経病理学的研究と細胞モデル作製も行った。SCA6はヒトα1A-Caチャネル遺伝子内のCAG repeatが2030回と軽度ながら異常に伸長しているために発症する常染色体優性遺伝性脊髄小脳変性症である。CAG repeatはポリグルタミン鎖に翻訳されるため、患者脳では異常伸長したポリグルタミン鎖を含むチャネル蛋白が発現し、凝集している(Ishikawa et al.,1999;同、2001)。これまでの種々の研究から30回程度の軽度伸長したCAG repeatをマウスに導入しても有効なモデル作製には至らないと予想される。このため165回のポリグルタミン鎖をコードする人工部分ヒトα1A-Caチャネル遺伝子cDNAを初年度に構築し、2年度の最初にこれをマウスに導入した。2年度の8月頃までに2回のmicroinjectionを行ったが、最初に用いた通常のC57BCマウスには遺伝子導入ができなかった。このため、9月頃にC57B6JからFbvマウスに変更して2回導入した。1回目の導入で1匹初代マウスが得られ、系代にて1匹のFI世代マウスが得られたが、2回目の導入では1匹も導入できなかった。現在F1マウスを苦心して維持しているが、マウスを樹立することは困難が予想される結果となった。その原因としては他の類縁疾患のモデルではライン樹立に成功していることから、CAG repeat数が長いことが関係しているとは考えられない。なお、24回の軽度伸長CAG repeatを含む遺伝子はマウスヘの導入に成功し、遺伝子発現まで確認できた。以上のことから今後マウスを交配するなどで樹立成功に至る可能性はあると期待している。この他、α1A-Caチャネル蛋白のポリグルタミン鎖付近のペプチドを認識するポリクローナル抗体を作製した。これを用いて初年度から脳でのチャネル蛋白発現様式を検索した。その結果、これまで報告してきたポリグルタミン鎖を有する凝集体は、この抗体でも認識された。したがって、α1A-Caチャネル蛋白がポリグルタミン鎖付近でプロセッシングを受けて断片化して、先にポリグルタミン鎖を含む部分チャネル蛋白が凝集する可能性が高いことを明らかにできた。培養細胞に全長チャネル遺伝子を導入してウエスタンプロットで検証した場合にも、断片化が支持されている。以上の結果を最終的にヒト脳でのウエスタンブロット法で確認して誌上公表を行う予定でいる。本研究では脊髄小脳失調症6型(SCA6)の分子病態を明らかにする目的で、動物モデルの作製を行っている。SCA6はヒトα1A-カルシウムチャネル遺伝子内のCAG repeatが健常者でみられる回数より異常に伸長していることが原因で起きる脊髄小脳変性症の1病型である。

しかし、患者で見られるCAG repeatの繰り返し回数はたかだか30回程度と短く、その程度の異常伸長ではマウスに異常を来たすことは困難であることがこれまでの様々な研究結果から予測される。このため、本研究ではCAGの繰り返し回数を150回程度にはるかに長い伸長(超伸長)鎖にし、それをマウスに導入、そのために神経症状あるいは神経変性の所見が明らかになることを期待して計画した。初年度である本年度は、本来CAG repeatが存在するカルボキシル末端側の部分α1A-カルシウムチャネル遺伝子に超伸長CAG repeatを有するクローンをプロモーターと共にクローニングすることに成功した。現在この組み換え体遺伝子をマウスに導入しつつある。さらに同じ超伸長ポリグルタミン鎖を発現する全長ヒトα1A-カルシウムチャネル遺伝子の構築を手がけており、続いて遺伝子導入を予定している。来年度にはこれら変異遺伝子を導入したマウスの樹立を行い、順調に系が確立すれば導入遺伝子の発現パターンや導入遺伝子の産物である異常蛋白の発現を確認する。さらに、個体レベルの解析や神経病理学的な解析を行う予定である。一方、患者脳での変異蛋白の発現についてwestern blottingや免疫組織化学的な手法により解析を行い新たな知見を得た。これまで研究代表者はα1A-カルシウムチャネル蛋白のポリグルタミン鎖に近い部分のペプチドに対する抗体を作製してきた。この新しい抗体を用いてまず患者脳での免疫組織化学的解析を行ったところ、これまでに認めていた2種類の封入体は実は同じ封入体であることが判明した。すなわち、ポリグルタミン鎖とその周辺を含むヒト部分α1Aカルシウムチャネル蛋白がまず凝集して、ポリグルタミン封入体が構築される。次にこれが集まって何らかの機序により全長のα1A-カルシウムチャネル蛋白が凝集する、ことが組織化学的に示唆された。一方、western blottingでは健常者のみならず患者脳でも確かにα1A-カルシウムチャネル蛋白が発現していることが確かめられた。このうち、患者脳では健常者に認めにくいサイズの蛋白断片を検出した。SCA6患者脳は剖検数が少なく貴重であり、今回の検討では2検体でしか確認できていない。今後検体数を増やして結果の再現性を確認する必要がある。今回の知見は現在誌上報告の予定で、現在準備中である。さらに、この結果を踏まえて、先述のモデルマウスが作製されれば同様の解析をマウス脳でも行う予定である。我々は、本研究を通して脊髄小脳失調症6型(SCA6)動物モデルの作製を試みた。初年度には目標とした超伸長ポリグルタミン鎖をコードする部分α1A-カルシウムチャネル遺伝子cDNAを構築したため、平成16年度の初頭にこの遺伝子をC57/B6Jマウスに通常のマイクロインジェクション法によって遺伝子導入し、トランスジェニックマウスの作製を試みた。遺伝子導入の結果、100匹程度のマウスの尻尾よりDNAを抽出してPCR法より遺伝子導入の有無をスクリーニングしたが、わずか2匹にしか遺伝子の導入がされず、マウスを作製・樹立できなかった。
宇宙実験のためのメダカ骨形成分子基盤の解明

ゲノム編集技術を用いて、骨形成に関わる遺伝子のノックアウトメダカを作製した。特に転写因子であるsp7/ostrixの変異体では、頭部、胴尾部や鰭などの全身の骨組織で骨形成不全が見られ、マウスと同様にメダカにおいても、sp7/osterix遺伝子が骨形成に必須の遺伝子であることが分かった。また、10型コラーゲンを発現する細胞が未熟な骨芽細胞であること、さらに、それらの細胞の成熟には、sp7/osterix遺伝子の発現が必須であることが明らかとなった。研究代表者らは、宇宙開発事業団JAXAとの共同研究により、宇宙ステーション・きぼう棟において、メダカ稚魚の長期飼育を実施し、微少重力環境の骨に対する影響の解析を行ってきた。しかしながらメダカにおいて、骨をつくる細胞である骨芽細胞の分化については、未だによく理解されていない現状であり、骨芽細胞分化の分子メカニズムを明らかにすることは、宇宙研究を推進するためにも急務である。本研究は、骨形成に関わる遺伝子のノックアウトメダカをTALENなどのゲノム編集技術を用いて作製し、各遺伝子の機能を明らかにすることを目的としている。当該年度では、マウスにおいて骨芽細胞分化に必須と報告されているosterix遺伝子のノックアウトメダカの作製した。osterix遺伝子の第2エキソンの2箇所をターゲットとしてTALENをそれぞれ作製し、メダカ卵にTALEN mRNAの顕微注入を行った。顕微注入された個体(F0)を飼育し、野生型メダカと交配することで得たF1個体から、塩基の欠失変異を生じた変異体を得ることができた。これらの変異体ではフレームシフト変異が起き、osterix遺伝子の機能が完全に損なわれていることが予想される。次に、各変異体の表現型を精査したところ、骨形成の不全または遅延を確認することができた。このことは、osteirx遺伝子がメダカの骨芽細胞分化にも重要な役割を果たしていることを示しており、骨の進化において、メダカとマウス間での共通した分子メカニズムの存在を強く示唆している。研究代表者らは、宇宙開発事業団JAXAとの共同研究により、宇宙ステーション・きぼう棟において、メダカ稚魚の長期飼育を実施し、微小重力環境の骨に対する影響の解析を行ってきた。本研究は、骨形成に関わる遺伝子のノックアウトメダカをゲノム編集技術を用いて作製し、各遺伝子の機能を明らかにすることを目的としている。マウスにおいて骨芽細胞分化に必須と報告されているosterix遺伝子のノックアウトメダカをTALEN法を用いて作製を試みたところ、フレームシフト変異が生じることでosteirx遺伝子の機能不全が期待されるメダカ変異体の系統化に成功することができた。当該年度ではまず、このメダカosterix変異体の表現型の精査を行った。osterix変異体では、頭部、胴尾部や鰭などの全身の骨組織で骨形成不全が見られた。特に脊椎では、神経棘と血管棘の形成が見られず、osterix遺伝子がこれらの骨組織の形成に関与していることが示唆された。また、osterix遺伝子のプロモーター下でosterix全長cDNAを発現するトランスジェニックレスキューメダカ系統を作製したところ、神経棘と血管棘および他の骨組織の回復が変異体で認められたため、これらの骨組織の形成にosterix遺伝子が関与していることを証明することができた。本研究の目的は骨形成に関わる遺伝子のノックアウトメダカを、TALENやCRISPRによるゲノム編集技術を用いて作製し、各遺伝子のメダカ骨発生における機能を明らかにすることを目的としている。当該年度ではメダカosterix変異体の表現型の詳細を明らかにし、osterix遺伝子がメダカの骨発生においても、マウスと同様に、骨芽細胞の分化に関与していることを強く示唆する結果を得た。またosterix変異体のトランスジェニクレスキュー系統を作製することにも成功し、osteirx変異体の表現型がosteirix遺伝子の機能欠失によることを証明することができた。メダカにおいて、骨をつくる細胞である骨芽細胞の分化については、未だによく理解されていない現状であり、骨芽細胞分化の分子メカニズムを明らかにすることは、宇宙研究を推進するためにも急務である。このメダカosterix変異体の表現型の精査を行ったところ、頭部、胴尾部や鰭などの全身の骨組織で骨形成不全が見られた。特に脊椎では、椎体は形成されるものの、神経棘と血管棘の形成が見られず、osterix遺伝子がこれらの骨組織の形成に関与していることが示唆された。当該年度では、osterix変異体における骨芽細胞の発生を、トランスジェニックメダカを用いて詳細に調べた。その結果、osteirx変異体の椎体においては、X型コラーゲン(col10a1)陽性細胞が正常に発生してくることが分かった。またこれらのcol10a1陽性細胞はアルカリファスファターゼ活性を有し、椎体の石灰化に関与していることが示唆された。

さらに、col10a1遺伝子のプロモーター下でosterix全長cDNAを発現するトランスジェニックレスキューメダカ系統を作製したところ、osterix遺伝子のプロモーターを用いたレスキュー実験と同様に、神経棘と血管棘および他の骨組織の回復が変異体で認められた。以上のことは、col10a1陽性細胞は未熟な骨芽細胞と考えられ、骨芽細胞の成熟にはosterix遺伝子の発現が必須であることを強く示唆している。本研究の目的は骨形成に関わる遺伝子のノックアウトメダカを、TALENやCRISPRによるゲノム編集技術を用いて作製し、各遺伝子のメダカ骨発生における機能を明らかにすることを目的としている。これまでに、メダカosterix変異体の表現型の詳細を明らかにし、osterix遺伝子がメダカの骨発生においても、マウスと同様に、骨芽細胞の分化に関与していることを強く示唆する結果を得てきた。当該年度では、メダカosterix変異体における骨芽細胞の発生に注目し、硬骨魚類における骨芽細胞の分化メカニズムの一端を明らかにすることができた。これらの成果は、発生生物学の専門誌に現在投稿中である。メダカにおいて、骨をつくる細胞である骨芽細胞の分化については、未だによく理解されていない現状であり、骨芽細胞分化の分子メカニズムを明らかにすることは、宇宙研究を推進するためにも急務である。本研究は、骨形成に関わる遺伝子のノックアウトメダカをゲノム編集技術を用いて作製し、各遺伝子の機能を明らかにすることを目的としている。本研究ではTALEN法を用いて、マウスにおいて骨芽細胞の分化に必須とされている転写因子、ostrixとrunx2、細胞外基質タンパクであるX型コラーゲン(col10a1)、骨芽細胞の前駆細胞で発現する転写因子、pax1、pax9およびbapx1の6種類の遺伝子のノックアウトメダカの作製・系統化に成功した。これらのメダカ変異体の表現型を精査したところ、骨形成に異常があることが分かった。特にostrix変異体では、頭部、胴尾部や鰭などの全身の骨組織で骨形成不全が見られ、osterix遺伝子が骨形成に必須の遺伝子であることが明らかとなった。osterix変異体における骨芽細胞の発生を、トランスジェニックメダカを用いて詳細に調べた結果、osteirx変異体の椎体においては、col10a1陽性細胞が正常に発生してくることが分かった。またこれらのcol10a1陽性細胞はアルカリファスファターゼ活性を有し、椎体の石灰化に関与していることが示唆された。さらに、col10a1遺伝子のプロモーター下でosterix全長cDNAを発現するトランスジェニックレスキューメダカ系統を作製したところ、osterix遺伝子のプロモーターを用いたレスキュー実験と同様に、表現型の回復が変異体で認められた。以上のことは、col10a1陽性細胞は未熟な骨芽細胞と考えられ、骨芽細胞の成熟にはosterix遺伝子の発現が必須であることを強く示唆しており、魚類における骨芽細胞分化の一端が明らかとなった。ゲノム編集技術を用いて、骨形成に関わる遺伝子のノックアウトメダカを作製した。特に転写因子であるsp
ヒートアイランド現象の抑制を目指した冷房排熱の帯水層処分システムの実用化

地中熱交換井においてクロスフローまたは注水により坑井内流れを発生させて地中熱利用システムにおける効率を増進させること目指して,実証試験を地質条件の異なる計4か所で実施した。その結果,クロスフローが得られる地盤では,熱移流効果により地中熱交換井長さを大幅に削減できること,クロスフローの存在しない地盤では,5L/min程度の注水量により熱交換効率が顕著に改善できることがわかった。また,シミュレータを用いた感度計算を実施し,過度の注水による改善効果は少なく,コストを考慮すると1-5L/min程度の少量の注水が妥当であること,注水温度を地層温度に近づけることが重要であることがわかった。1.複数の帯水層を有す地盤での長期排熱試験帯水層間の地下水クロスフローによる地中熱交換量の増進効果の実証を目的として,青森県弘前市に設置された非充填仕上げの熱交換井において,坑井内部の地下水のクロスフロー流速を測定するとともに,高熱負荷を課した計4回のTRTを実施した。その結果,クロスフローの熱移流効果により,180W/mを超す高負荷の排熱時おいても10日間での熱媒体温度の上昇が15°C以下と小さく抑えられ,さらに排熱終了後には温度回復が著しく速いことがわかった。これは,本形式の熱交換井を採用したGeoHPシステムにおいて地中熱交換井長さを大幅に削減でき,さらにエネルギー効率の経時的な低下が非常に小さいことを示しており,クロスフロー導入の有効性が明らかとなった。また,本効果は藤井ほか(2011)において試算された,揚水による熱交換量増進と比べて増進効果が顕著であり,また揚水ポンプ動力も不要であることから,揚水の導入と比較して有効な熱交換量増進法と考えられた。一方,クロスフローの流入する帯水層では3メートル以上離れた地点においても短時間で温度の上昇が見られるため,システム設計においては地盤温度の変化に関する検討は重要と考えられた。2.弘前平野における地下水フィールド調査と広域地下水流動系モデリング観測井,民間の井戸,湧水および河川水を対象に,温度測定および水質分析のための採水を行った。温度測定はデジタルサーミスタ温度計(分解能0.01°C)を用いて,深度2m間隔で測定した。水質分析は現地にて水温,pH,電気伝導率を,産総研にて主要溶存成分濃度を測定した。今後は地下水調査結果および既存の地質情報に基づき,地下水・熱輸送モデリングソフトFEFLOWを用いて弘前平野および周辺山地の地下水流動系を再現する広域モデルを構築する予定である。本年度は福岡県糸島市および秋田市におけるクロスフローの存在しない地盤においてクロスフローが存在する地盤と同様の熱交換量を得るための試験を実施した。それぞれの試験地では深度50m及び100mの試験井を掘削し,地表より注水を行いながらTRTを実施した。注水量は0L/minから20L/minまで変化させ,注水量が熱媒体温度の増加に与える影響について検討した。その結果,両坑井において5L/min程度までは温度上層が効果的に抑えられたがこれを超過した場合温度増加抑制効果は小さくなることがわかった。次に,実験地の地質条件に基づいて数値シミュレーションモデルを作成し,TRTの結果を用いてチューニングを行った。その結果,数値モデルは全TRTの結果を良好に再現することができた。そこで,同モデルを用いて注水量及び注水温度に関する感度計算を行い,最適な注水条件について検討した。その結果,5/minを超える過度の注水による改善効果は少なく水の調達コストを考慮すると1-5L/min程度の少量の注水が妥当であるとの結果を得た。また,注水温度はできるだけ地層温度に近いほうが熱交換量増進効果が大きいことがわかった。以上より注水を伴う地中熱交換井の導入は,地下水流れが存在しない地盤に設置した地中熱利用システムにおいて,熱交換井長さ削減効果を持ち同システムの採算性向上に貢献することがわかった。1.複数の帯水層を有す地盤での長期排熱試験青森県黒石市に青森県産業技術センター内の複数の帯水層が存在する地盤において,深度80mの試験井を掘削し,ストレーナ仕上げとした。地下水の流向流速測定を外注により実施したところ,深度80m付近の帯水層から深度30m付近の帯水層に向けて0.1m/minの地下水のクロスフローが存在することがわかった。そこで,同坑井において熱負荷およびU字管本数を変化させて計4回のTRTを実施し,熱媒体温度および坑井内温度データを収集した。その結果,地下水のクロスフローにより熱媒他温度の上昇が抑えられ,熱交換井の能力が増進することがわかった。また,熱交換井の断面積によりクロスフローの流量が決まるため,同坑井ではシングルU字管とダブルU字管が同程度の能力を発揮するということがわかった。2.弘前平野における地下水フィールド調査と広域地下水