hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ES/iPS細胞の腫瘍化細胞を標的治療可能な革新的ベクターシステムの開発

ヒト多能性幹細胞(ES細胞・iPS細胞)を用いた再生医療において、安全な臨床応用には腫瘍化の完全阻止に向けた技術開発が最重要課題である。従来は間接的な腫瘍化の抑制戦略が中心であったが、腫瘍化の完全阻止には不十分である。そこで本研究では、腫瘍化の原因となる細胞に特異性の高い複数候補の遺伝子・プロモーターの網羅的解析と、薬剤選択的な殺傷コントロールが可能なシステムの確立をめざし、独自技術の開発に成功した。本ベクターを導入したヒト多能性幹細胞では、薬剤選択的な殺傷効果と生体内での腫瘍化阻止効果をもたらした。本技術の開発により、ヒト多能性幹細胞による再生医療の臨床応用の大きな進展が期待される。ヒトES/iPS細胞は、医療・医薬創出の基盤ツールとして期待されるが、臨床応用を実施するためには高レベルの安全性の確立が不可欠である。その安全性において最重要課題である腫瘍化(奇形種、癌)の完全な克服技術は未だない。これまでに、僅かでも残存未分化細胞が移植細胞に混入すると、奇形種を形成する可能性があることや、奇形種に限らず悪性腫瘍(癌)の発生も高度であるという報告が数多くあることから、臨床化に向けて腫瘍化原因細胞(残存未分化細胞)の根絶は必須の課題といえる。そこで我々は腫瘍化原因細胞を直接除去すべく、「ES/iPS細胞の腫瘍化原因細胞を同定・殺傷する新規ベクターシステム」の開発を進めており、以下の3つの項目についての検証を行っている。1)腫瘍化原因細胞を特異的に同定・殺傷できる遺伝子プロモーター、薬剤誘導性遺伝子の同定2)生体内における腫瘍化原因細胞(奇形腫・癌)の特異的殺傷効果の検証3)ES/iPS細胞の心筋分化誘導後に残存する腫瘍化原因細胞の除去と、移植時の安全性の確認1年目である今年度は、1)2)について進めており、1)で複数解析候補の遺伝子を搭載したベクターを複数完成させることができ、このうち一部を多能性幹細胞に導入し、培養条件下において未分化細胞の可視化および殺傷効果抑制効果を見出すことができた。さらに、同ベクター導入細胞で、生体内での腫瘍抑制効果ももたらすことが検証できたため、本システムの有用性が確認できた。今後より複数の遺伝子について詳細な解析を行うことで、腫瘍化原因細胞を直接除去可能なベクターシステムの確立が期待されるため、引き続き研究を進める。1)腫瘍化原因細胞を特異的に同定・殺傷できる遺伝子プロモーター、薬剤誘導性遺伝子の同定:まずは、目的細胞可視化のための蛍光タンパク質、および殺傷のための薬剤誘導性自殺遺伝子を搭載し、かつ複数プロモーターの入れ替えが自在にできるリコンビネーションカセットを持つ、本システムの基盤ベクターの構築を複数完成させた。さらにこれらに随時解析候補となるプロモーターを組み替えたものを最終構築として完成することができた。また実際に作製したベクターを導入した未分化細胞では、蛍光タンパク質の発現によりFACSを用いて分取することができることを確認し、細胞導入後の長期的な解析にも適していることが確認でき、順調に計画が遂行できているものと評価する。2)生体内における腫瘍化原因細胞(奇形腫・癌)の特異的殺傷効果の検証:1)で完成したベクターのうち未分化特異的なプロモーターおよび恒常性プロモーター(コントロール)について、まずはin vitroにおける未分化な多能性幹細胞の可視化および特異的殺傷効果を検証でき、さらに動物モデルにおいても、上記のベクターを導入した細胞を移植し、腫瘍抑制効果をもたらすことが確認できたことから、順調に計画が遂行できているものと評価する。3)ES/iPS細胞の心筋分化誘導後に残存する腫瘍化原因細胞の除去と、移植時の安全性の確認:3)については、1)2)で十分な検討を行った上で、最終段階で検証を実施する予定であるが、予備段階として、上記ベクター導入細胞をランダムに分化させた場合にはin vitroにおいて殺傷が見られず、分化細胞に対する安全性は確認できたため、計画は順調に遂行できているものと評価する。ヒト多能性幹細胞(ES/iPS細胞;hPSCs)は、医療・医薬創出の基盤ツールとして期待されるが、臨床応用を実施するためには高レベルの安全性の確立が不可欠である。これまでに、僅かでも残存未分化細胞が移植細胞に混入すると、奇形種を形成する可能性があることや、奇形種に限らず悪性腫瘍(癌)の発生も高度であるという報告もあることから、臨床化に向けて腫瘍化原因細胞(残存未分化細胞)の根絶は必須の課題といえる。1)腫瘍化原因細胞を特異的に同定・殺傷できる遺伝子プロモーター、薬剤誘導性自殺遺伝子の同定2)生体内における腫瘍化原因細胞(奇形腫・癌)の特異的殺傷効果の検証3)ES/iPS細胞の心筋分化誘導後に残存する腫瘍化原因細胞の除去と、移植時の安全性の確認前年度は、1)で複数解析候補の遺伝子を搭載したベクターを複数完成させることができ、このうち一部は機能検証まで進めた。多能性幹細胞に導入し未分化細胞の殺傷効果および生体内での腫瘍抑制効果を見出し、本システムの有用性を実証した。2年目となる本年度は、網羅的解析を目的とし、前年度に作製したベクターを用いてさらに複数の遺伝子での機能検証を行い、プロモーターの違いによる殺傷効果の差を確認することができた。

今後もより詳細な解析を行うことで、腫瘍化原因細胞を直接除去可能なベクターシステムの確立が期待されるため、引き続き研究を進める。1)腫瘍化原因細胞を特異的に同定・殺傷できる遺伝子プロモーター、薬剤誘導性遺伝子の同定:目的細胞可視化のための蛍光タンパク質、および殺傷のための薬剤誘導性自殺遺伝子を搭載し、かつ複数プロモーターの入れ替えが自在にできるリコンビネーションカセットを持つ、本システムの基盤ベクターの構築を複数完成させた。さらにこれらに随時解析候補となるプロモーターを組み替えたものを最終構築として完成することができた。また実際に作製したベクターを導入した未分化細胞では、蛍光タンパク質の発現によりFACSを用いた分取が可能であることが確認でき、順調に計画が遂行できているものと評価する。2)生体内における腫瘍化原因細胞(奇形腫・癌)の特異的殺傷効果の検証:1)で完成したベクターのうち、前年度に解析したプロモーターに、さらに複数の未分化・がん特異的なプロモーターについて、in vitroにおける未分化な多能性幹細胞の可視化および特異的殺傷効果を検証できたことから、順調に計画が遂行できているものと評価する。3)ES/iPS細胞の心筋分化誘導後に残存する腫瘍化原因細胞の除去と、移植時の安全性の確認:3)については、1)2)で十分な検討を行った上で、最終段階で検証を実施する予定であるが、予備段階として、上記ベクター導入細胞をランダムに分化させた場合にはin vitroにおいて殺傷が見られず、分化細胞に対する安全性は確認できたため、計画は順調に遂行できているものと評価する。ヒト多能性幹細胞(ES/iPS細胞)は、医療・医薬創出の基盤ツールとして期待されるが、臨床応用を実施するためには高レベルの安全性の確立が不可欠である。その安全性において最重要課題である腫瘍化(奇形種、癌)の完全な克服技術は未だない。これまでに、僅かでも残存未分化細胞が移植細胞に混入すると、奇形種を形成する可能性があることや、奇形種に限らず悪性腫瘍(癌)の発生も高度であるという報告もあることから、臨床化に向けて腫瘍化原因細胞(残存未分化細胞)の根絶は必須の課題といえる。そこで我々は腫瘍化原因細胞を直接除去すべく、「ES/iPS細胞の腫瘍化原因細胞を同定・殺傷する新規ベクターシステム」の開発を進めており、以下の3つの項目についての検証を行ってきた。1)腫瘍化原因細胞を特異的に同定・殺傷できる遺伝子プロモーター、薬剤誘導性自殺遺伝子の同定2)生体内における腫瘍化原因細胞(奇形腫・癌)の特異的殺傷効果の検証3)ES/iPS細胞の心筋分化誘導後に残存する腫瘍化原因細胞の除去と、移植時の安全性の確認前年度までに、1)で複数解析候補の遺伝子を搭載したベクターを複数完成させた。このうち一部の機能検証において、遺伝子導入未分化ES/iPS細胞の高い殺傷効果と、生体内での腫瘍抑制効果を得ることができ、本システムの有用性を実証した。最終年度である本年度は、これらの成果を論文報告し、掲載号の特筆すべき論文にも選出された。また、さらなる詳細な解析として、より複数の候補遺伝子での機能検証も行い、プロモーターの違いによる遺伝子発現量および未分化細胞殺傷効果の差を見出すことができた。
振動モード間の共鳴を基礎とした結合振動子系にみられる波動解析への新たな展開

本年度は,電力増幅部に非線形特性を有する発振回路が結合された結合発振器系を主な対象とした.特に,自由度が小さい系の解析を行い,その主な概要と成果を以下で示す.電力増幅部の電圧電流特性が5次多項式で表され,発振特性が硬い発振回路の5個の結合系を対象にし,振動モード間の共鳴を摂動法の一種である平均法を用いる際に仮定することで解析を行った.本研究で提案する仮定を元に平均化法で求めた定常解の安定性を解近傍の線形化処理による特性行列により評価した.その結果, 5結合系においては4種類の波動振動解が現れることを明らかとなった.これにより,これらの波動解の位相速度および群速度を具体的に求めることに成功し,その特徴量を比較することに成功した.また,回路実験によりこれらの波動解が実際に観測可能であることを示すことができた.一方で,実験結果と近似理論解の周波数特性に若干の差異が発生することが確認された.これは,非線形性の大きさの程度の違いによるものと考えられるため,次年度の実証課題の一つとして考えられ,次年度における検証が必要となることを確認した.これに加えて,波動現象に共存する定常解が, 5個の結合発振系における時空間的なパターン振動に対応することが確認することに成功しており,次年度の早い段階で国際学術会議にて報告することが決定した.また,これらのパターン振動の回路実証は今後の課題として確認することができた.本課題の主な目的は,結合発振器系における振動エネルギーの局在化するメカニズムの解明とその特徴量の抽出である.本年度の研究成果は,系の自由度が小さい場合の近似解の特性評価に関するものであり,波動解においては回路を使った実証実験結果を示すに至っている.これらの知見を元に,多自由度系における一般化に活用することができると期待される.多数の発振回路が結合された多自由度系の平均化法の適用と近似解の導出を主な目的とする.本年度の少数自由度系の結果を元に,近似解導出計算を検討する.また,求められた近似解の安定性および共存解を検討し,少数自由度系で導出された波動解や時空パターン振動との比較を行い,その差異を明らかとする予定である.また,これらの回路実証のための準備を始め,回路実験による実証結果が得られるための準備を行う予定である.本年度は,電力増幅部に非線形特性を有する発振回路が結合された結合発振器系を主な対象とした.特に,自由度が小さい系の解析を行い,その主な概要と成果を以下で示す.電力増幅部の電圧電流特性が5次多項式で表され,発振特性が硬い発振回路の5個の結合系を対象にし,振動モード間の共鳴を摂動法の一種である平均法を用いる際に仮定することで解析を行った.本研究で提案する仮定を元に平均化法で求めた定常解の安定性を解近傍の線形化処理による特性行列により評価した.その結果, 5結合系においては4種類の波動振動解が現れることを明らかとなった.これにより,これらの波動解の位相速度および群速度を具体的に求めることに成功し,その特徴量を比較することに成功した.また,回路実験によりこれらの波動解が実際に観測可能であることを示すことができた.一方で,実験結果と近似理論解の周波数特性に若干の差異が発生することが確認された.これは,非線形性の大きさの程度の違いによるものと考えられるため,次年度の実証課題の一つとして考えられ,次年度における検証が必要となることを確認した.これに加えて,波動現象に共存する定常解が, 5個の結合発振系における時空間的なパターン振動に対応することが確認することに成功しており,次年度の早い段階で国際学術会議にて報告することが決定した.また,これらのパターン振動の回路実証は今後の課題として確認することができた.本課題の主な目的は,結合発振器系における振動エネルギーの局在化するメカニズムの解明とその特徴量の抽出である.本年度の研究成果は,系の自由度が小さい場合の近似解の特性評価に関するものであり,波動解においては回路を使った実証実験結果を示すに至っている.これらの知見を元に,多自由度系における一般化に活用することができると期待される.多数の発振回路が結合された多自由度系の平均化法の適用と近似解の導出を主な目的とする.本年度の少数自由度系の結果を元に,近似解導出計算を検討する.また,求められた近似解の安定性および共存解を検討し,少数自由度系で導出された波動解や時空パターン振動との比較を行い,その差異を明らかとする予定である.また,これらの回路実証のための準備を始め,回路実験による実証結果が得られるための準備を行う予定である.
南極氷床と気候の変動及び相互作用

アイスコア研究では、特に温暖な「スーパー間氷期」で直近の最終間氷期(約12.5万年前)について、ドームふじアイスコアの年代決定精度を大幅に上げるため、酸素/窒素比ほか7種類の気体成分の分析を平均分解能500年で実施した。また、連続融解法により、年代同期に使用するメタンやダストなどの分析も開始した。現場観測では、東南極リュッツォ・ホルム湾に流入するラングホブデ氷河における熱水掘削により、棚氷全域をカバーする4か所で棚氷下の海洋環境の観測に成功した(底層水班、固体地球班、生態系班連携)。また、沿岸から内陸にかけての涵養量や、氷床表面形状、表面流動などの氷床表面の観測と、氷床レーダーを用いた氷厚(基盤地形)や内部層の観測を実施した。アイスコア等を用いた長期の気候変動の研究では、個別試料の融解法分析や連続融解分析などの分析技術の準備や改良が順調に進み、アイスコアの実試料の分析を順次進め、研究目的である長期の大気組成と気候状態の復元が進んだ。特に、今後計画しているモデル班との連携研究において重要となる、古気候データの年代制約について、目的に沿って「スーパー間氷期」に優先度を与え、最終間氷期の年代精度を大幅に高めた。また、切削法空気抽出装置の新規開発を開始した。現場観測では、南極の沿岸から内陸にかけて様々な観測を当初計画以上に展開した。沿岸から内陸にかけての広域観測では、雪尺による雪面高度データの取得や、氷床レーダー観測による氷厚や内部層の観測を実施した。過去の表面質量収支や氷床への空気の取り込み過程を押さえるため、ドームふじ近傍での浅層掘削や、過去に採取したフィルン空気の分析も行ったまた、ラングホブデ氷河での熱水掘削が成功し、主な研究目的の一つである棚氷下の海洋観測を達成した。当初予定した観測に加えて、地震波や干渉氷レーダなどの測器を用いた新しい観測も実現した。・ドームふじコアの年代制約と海底コアとの年代統合や古環境の復元に向けて、アイスコアの分析を進める。特に、約40万年前のスーパー間氷期を対象に、気体や10Beの分析に力を注ぐ。硫酸エアロゾルの起源推定のため、硫酸塩粒子の硫黄同位体比を分析する。H128コアの化学成分データを取得・解析し年代決定方法の検討を行う。・海底コア年代をドームふじ年代に統合する試みを開始する。まず最終間氷期を対象に、アイスコアの10Beデータと海底コアの地磁気強度データとの対比や、アイスコアのメタンやO2の同位体データと海底コアの氷河砕屑物や表面海水温データとの対比を試みる。・東南極ドロンニングモードランド地域の表面質量収支の変動を明らかにするため、1990年代以降の複数の衛星高度計データを現地観測データで検証し二次元データを構築する。その変動に影響する気象要因解明のため、気候モデルや再解析データの降水量、風向、風速と表面質量収支との相関関係を解析する。経年変動を解析し、重力衛星や領域気候モデルで推定されたDML地域の近年の氷床質量増加の要因を考察する。・初年度に観測した棚氷下の海洋データと、棚氷下に設置した係留系から通年で得られるデータを用い、季節・経年変化を含めた底面融解や堆積環境、生態系の全容解明を進める。現場のデータと人工衛星データや気象データを総合的に解析し、海洋変化と氷床変動の関係や、氷床融解が海洋環境にもたらす影響を調べる。

・ドームふじコアの年代制約と海底コアとの年代統合や古環境の復元に向けて、アイスコアの分析を進める。特に、約40万年前のスーパー間氷期を対象に、気体や10Beの分析に力を注ぐ。硫酸エアロゾルの起源推定のため、硫酸塩粒子の硫黄同位体比を分析する。H128コアの化学成分データを取得・解析し年代決定方法の検討を行う。・海底コア年代をドームふじ年代に統合する試みを開始する。まず最終間氷期を対象に、アイスコアの10Beデータと海底コアの地磁気強度データとの対比や、アイスコアのメタンやO2の同位体データと海底コアの氷河砕屑物や表面海水温データとの対比を試みる。・東南極ドロンニングモードランド地域の表面質量収支の変動を明らかにするため、1990年代以降の複数の衛星高度計データを現地観測データで検証し二次元データを構築する。その変動に影響する気象要因解明のため、気候モデルや再解析データの降水量、風向、風速と表面質量収支との相関関係を解析する。経年変動を解析し、重力衛星や領域気候モデルで推定されたDML地域の近年の氷床質量増加の要因を考察する。・初年度に観測した棚氷下の海洋データと、棚氷下に設置した係留系から通年で得られるデータを用い、季節・経年変化を含めた底面融解や堆積環境、生態系の全容解明を進める。現場のデータと人工衛星データや気象データを総合的に解析し、海洋変化と氷床変動の関係や、氷床融解が海洋環境にもたらす影響を調べる。
動的実験系(Scid-hu)開発による転移機構の解析

本研究では、ヒト造血細胞をSCIDマウスのリンパ組織に移住させるモデルを開発することによりホーミング関連分子を明らかにし、癌転移機構解明の一助とすることを目的としている。本年度は、目的とする動的実験系を作製するため、SCIDマウスに移入したリンパ球系細胞の分布及び抗体による分布阻止を検討し、それに基づきヒト腫瘍細胞をホーミングさせるべく操作を加えた。1)非照射SCIDマウスに移入したマウスT細胞及び胸線腫リンパ球は、胸腺、脾臓、リンパ節に分布することがflowcytometryによる解析で明らかとなった。その分布の割合は、抗VLA-4或いは抗LFA-1により約50%減少し、両分子がホーミングに関与することが判明した。なお、未熟型Bリンパ腫はリンパ系組織への分布が検出されなかった。一方、ヒト末梢血T及びB細胞或いはヒト腫瘍細胞(K562,HEL,HL60,Jurkat,Raji,Doudi)をi.v.及びi.p.投与し経時的に分布を検索したが、10週間目までにはリンパ系組織、肺、肝のいずれにも分布が認められなかった。末梢血及び腫瘍細胞は、K562(VL-3^-VLA-4^-LA-6^-LFA-1^-CD26^-CD45RA^-CD27^-CD29^-CD34^-VLA-5^+)を除いて少なくともLFA-1或いはVLA-4を発現しているので、ヒト接着分子はマウスの対応リガンドには結合しないと結論された。2)接着分子のホーミング機能をさらに検討するためには、ホーミングしないヒト腫瘍細胞にマウスのそれら分子を発現させて、特定領域へ分布させる系が必要である。そこで、もっとも接着分子発現の少ないK562にマウスVLA-4と昨年単離したDPP1Vを発現させるため、VLA-4を構成しているα4とβ1及びDPP1VのcDNA各々に発現ヴェクター(BMG-neo)を連結したDNAを構築し、細胞内導入をした。今後これらトランスフェクタントをSCIDマウスに移入し、分布を検索する予定である。
損傷チェックポイントにおけるシグナル回路の構造生物学

DNA損傷チェックポイントのシグナル回路を構成するタンパク質、具体的には9-1-1とRHINOとの複合体に関する構造生物学的研究を進めた。9-1-1はRAD9、RAD1、HUS1からなる3量体タンパク質である。損傷特異的に働くDNAクランプであり、中央にDNAを結合する孔を持つディスク状の構造をとる。9-1-1単独の構造はすでに明らかになっているが、相互作用タンパク質との複合体の構造は一例も無い。H29年度はTOPBP1、9-1-1とのシグナリング複合体の構造解析を目指しRHINOの調製を試みたが、全長RHINOは不安定であり、組み換えタンパク質として調製することはできなかった。そこでH30年度は9ー1ー1との複合体での結晶化に向けてRHINOペプチドをデザインし、結晶化スクリーニングを実施した。その結果、PEGを主な沈殿剤と用いた条件で柱状結晶を得ることに成功した。得られた結晶を用いてつくば高エネルギー加速器研究機構フォトンファクトリーのビームラインBL-17Aにおいて、2.4 Å分解能のX線回折強データを収集し、分子置換法によって9-1-1-RHINO複合体の立体構造を決定できた。これまでの研究から、DNAクランプはディスク状構造の片面(表側)を使ってパートナータンパク質と相互作用すると考えられてきた。今回の構造解析の結果、RHINOは9-1-1のRAD1サブユニットのみに結合していた。驚くべきことに、RHINOはRAD1の裏側に結合しており、9-1-1はディスクの両面でパートナータンパク質と相互作用することが示唆された。この成果はDNAクランプの分子間相互作用に関するこれまでの常識を変える発見である。現在、本成果を原著論文にまとめて国際誌に投稿中である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。DNA損傷チェックポイントのシグナル回路を構成するタンパク質、具体的にはTopBP1とRHINOに関する構造生物学的研究を進めた。TopBP1は損傷特異的なDNAクランプであるRAD9-HUS1-RAD1複合体(9-1-1複合体)からのシグナルを出力装置であるATRキナーゼに伝えるシグナル変換素子である。TopBP1はタンパク質相互作用に関わるBRCTドメインを9個(BRCT0-BRCT8)有し、N末端側のBRCT1-BRCT2(BRCT1/2)がRAD9のC末端と相互作用する。一方、C末端側のBRCT7-BRCT8(BRCT7/8)がリン酸化されたATRと相互作用する。本研究では、ヒトTopBP1のBRCT0/1/2およびBRCT7/8を調製し、パートナータンパク質由来のペプチドを用いて相互作用解析を行った。具体的には,目的タンパク質を大腸菌で大量発現させ、高純度に精製するプロトコルを確立した。精製タンパク質を用いて、Differential Scanning Fluorometry(DSF)を用いて相互作用解析を行った。その結果、BRCT0/1/2とRAD9のC末端ペプチドとの解離定数Kdは約30 umol/L、BRCT7/8とATRペプチドとのkdは約14 umol/Lと見積もることが出来た。今後、それぞれの複合体の結晶化を進めていく。RHINOに関して、様々な領域の発現ベクターを構築し、組換えタンパク質の調製を試みた。その結果、ほとんどの場合において分解産物が見られ、RHINO単体では構造が不安定であることが示唆された。今後はパートナータンパク質との複合体での調製が必要になると考えられる。TopBP1に関しては、試料調製および相互作用解析が概ね予定通りである。一方、RHINOに関しては組換えタンパク質の調製に難航している。

TopBP1に関して、BRCT0/1/2とRAD9ペプチドとの複合体の結晶化、BRCT7/8とATRペプチドとの複合体の結晶化を進めていき、X線結晶構造解析および相互作用解析によって複合体形成メカニズムを明らかにする。RHINOに関しては9ー1ー1との複合体での調製を検討していく。また、9ー1ー1複合体に関してはDNAとの相互作用解析、DNA複合体の結晶化を進めていく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
健康寿命に寄与する葉酸の機能解析と食生活への応用－生涯を通した葉酸摂取の重要性－

葉酸の欠乏により誘導される血中ホモシステイン濃度の上昇が、脳心血管系疾患、骨粗鬆症、認知症の発症に関連していることが注目されている。しかし、多くは疫学調査をもとにしており、実験的な検証はほとんどなされていない。私達はこれまでに、ホモシステイン代謝において葉酸が重要な調節因子であることを明らかにしてきた。そこで本研究では、ホモシステイン濃度の上昇が疾患発症にどのように関与しているのか、その分子メカニズムを解明し、葉酸の新規機能について実験的エビデンスを明らかにすることを目的とする。そして、ヒトの生涯を通しての葉酸摂取の重要性を提言し、食生活への応用から健康寿命の延伸への葉酸の寄与を明らかにする。
味覚受容体候補蛋白質をコードする遺伝子のクローニング

糖を味細胞に与えるとサイクリックAMPが増大すること、苦味物質を与えるとイノシトールトリスリン酸(IP3)が増大することが知られている。このことは、味細胞にG-蛋白質共役型受容体が存在することが知られている。本研究では、ウシ味覚器からG-蛋白質共役型受容体を単離し、その特性を明らかにすることを目的とした。多くのG-タンパク共役型受容体には、膜貫通部位に共通のアミノ酸配列が存在するので、この部位のアミノ酸配列に対応するヌクレオチドをプローブとしてクローニングを行い、数種のG-蛋白質受容体のcDNAを得た。得られた受容体は、嗅覚受容体と類似のアミノ酸配列順序をもっていた。また、この受容体は、神経、肝臓等には発現していないが、腎臓に発現しているのが確認された。この受容体遺伝子をsf9細胞に注入したが、味物質を与えたときにセカンドメッセンジャーの産生は見られなかった。このような再構成の実験は嗅覚受容体の場合も成功していないので、共通の問題点があると考えられる。一方、味細胞の微絨毛膜には、グアニル酸シクラーゼが局在することが知られている。微絨毛膜は、味物質が結合する部位であるから、味受容膜と考えられている。したがって、グアニル酸シクラーゼが、味受容に関与している可能性がある。そこで、ラットおよびウシの味覚組織からグアニル酸シクラーゼのクローニングを行った。この結果、3種類の新規遺伝子を得た。このうち、一種は溶解型、2種は膜結合型であった。後者の膜結合型のグアニル酸シクラーゼは、味覚受容体である可能性がある。一般にcAMPやIP3が産生する系ではGTP結合蛋白質が介在し、これと共役する受容体(GCR)は膜を7回貫通している構造を有する。各種の味物質の中、甘味物質を味細胞に与えるとcAMPが増大し、苦味物質を添加するとIP3が増大する。したがって、味細胞の受容体は、GCRである可能性がある。GCRには、種を越えて共通に保存されている構造が見られる。本研究においては、GCRに見られる共通構造に対応するヌクレオチドをプローブとして、PCR法によりウシ味覚組織からGCRをクローニングすることを試みた。この結果、独立した10個以上のクローンが得られた。これのクローンはいずれも、嗅覚器に存在するGCRと高いアミノ酸配列の相同性がみられた。これらのクローンの局在性をノーザンブロット法により調べたところ、ウシの有郭乳頭や茸状乳頭(味蕾を含む組織)に発現がみられた。したがって、これらのクローンは、味覚受容体である可能性が高い。以上のGCRとは別のカテゴリーに属するGCRがウシ味覚器からクローニングされた。このクローンは、他の組織でみられるペプチド受容体と高い相同性がみられた。このGCRは、味受容体である可能性もあるが、また、味細胞から味神経への伝達物質の受容体である可能性もある。前年度までの研究で、ウシ味覚器からRTPCR法で、GTP結合蛋白質共役型受容体のクローニングを行った。この研究においては、全長のcDNAが得られていないので、本研究では、ゲノミックDNAライブラリーから、5つの全長cDNAを得るのに成功した。これらは、嗅覚器からクローニングされている受容体と非常によく似た塩基配列を有しており、嗅覚受容体ファミリーに属することがわかった。同様な実験をゼブラフィッシュで行った。ゼブラフィッシュの場合は、受精後40時間後にGTP結合蛋白質共役型受容体が発現することがわかった。また、ゼブラフィッシュのゲノミックDNAライブラリーから、数本の全長cDNAを得た。これらの全長cDNAが、実際に味細胞に発現しているかどうかを、インサイチューハイブリダイゼイション法で検討中である。

一方、上記とは別の方法で、味覚受容体候補の探索を行った。すなわち、ラットとカエルの味覚器にbound lipid型のリポソームを作用させ、味受容膜から、受容蛋白質をリポソームに移行させることを試みた。受容蛋白質が移行したかどうかは、味覚神経から味覚応答を記録し、どの応答が減少するかを調べた。この結果、とくにアミノ酸に対する応答が大きく減少することがわかった。したがって、この方法により、とくにアミノ酸に対する受容蛋白質が味受容膜からリポソームに移行することが示唆された。今後、リポソームに移行した蛋白質を分析し、アミノ酸受容体の同定を行う。
石炭の直接液化と液化油の精製に関する研究

1.石炭の液化反応過程で起こる異常粘度の発現機構を明らかにするため高温,高圧型粘度計を用いて溶媒の溶解度パラメータの重要性を指摘した。2.低温長時間-高温短時間組合わせによる石炭液化方式(北大方式)を提案し、ワンドアン炭についてその有効性を実証した。3.石炭液化用触媒として鉄,ニッケル,モリブデン系複合酸化物触媒ならびに液体合金触媒を用いてモデル物質、アスファルテンの水素化分解反応を行ない、反応特性と触媒活性について検討を加え、触媒設計の指針をえた。4.コバルト,モリブデン系触媒の接触水素化に及ぼす硫黄の促進効果について検討し、気相硫化水素が重要な役割を果していることを明らかにした。5.石炭に対する部分水素化炭化水素化合物の水素供与能について検討し、SRCを添加すると水素供与が促進することを見出した。6.一次液化油に硫黄を添加すると接触水素化脱窒素反応が促進されることを見出した。7.褐炭の水素移動液化において水素供与性溶媒の濃度を調整し、液収率を維持しながら副生するガス量を抑えることが可能となった。8.石炭の事前処理による液化反応性を改善する目的でアルキルハライド亜鉛系による石炭の可溶化を行なった。あわせて化学修飾による部分水素化した石炭の液化反応性が向上することを見出した。9.重質平衡溶剤の水素供与能に及ぼす組成構造の経時変化を検討し、溶剤設計の指針を示した。10.2060MPaの圧力下で石炭の液化反応を行い、液化反応素過程の速度定数の圧力効果を定量した。11.予め水素供与性溶媒にエタノールを添加した混合溶媒にて石炭を膨潤させることにより反応率が向上した。
２軸Ｘ線を用いた４Ｄ－ＣＢＣＴの撮像方法構築による相互作用放射線治療の試み

陽子線治療ガントリー内に設置した動体追跡装置の2軸のX線透視装置を活用し、放射線治療照射時点での腫瘍の空間的時間的変動や臓器の呼吸性移動も考慮した放射線治療システムの構築を目的とする。動体追跡装置でコーンビームCT(CBCT)の元画像を取得し4次元CBCT(4D-CBCT)の撮像を可能とする。その原理構築を行い、ファントムによる撮像試験を行う。治療寝台上で形態変化、体内臓器の移動を4D-CBCTにて撮像することにより、治療計画時と現在の腫瘍および正常組織の状態を比較し照射の妥当性が検証できるようにする。平成25年度は、CBCT撮像のソフトウエアが陽子線治療装置上に実装され、陽子線治療ガントリー内に装備された2軸X線撮像装置を用いてCBCT画像が取得できるよう装置およびソフトウエアの整備および確認を行った。これら撮像系を実際に用いて、ファントムの撮像実験を行い、CBCT画像構成が可能であることを確認した。さらに、撮影条件の実地検討を行った。本撮像系の装置構成および動体追跡装置を用いて放射線治療を行ったデータのログを用いて構築した4次元コーンビームCT(4D-CBCT)の撮像方法を元に、知的財産の申請を行い、「放射線治療システム」特願2013-162656(出願日2013年8月5日)特許出願を行った。平成24年度は、2軸X線を用いた4次元コーンビームCT(4D-CBCT)撮像方法構築のため、北海道大学にて保有する動体追跡装置を用いて放射線治療を行ったデータのログを用いて、4D-CBCTの元画像を撮像する際のガントリー回転速度と画像取得位置、取得可能な画像データ数、4D-CBCT画像を作成する際に得られる呼吸位相数のシミュレーションを行った。その結果を基に、2軸X線撮像系を実際に用いてファントム実験およびCBCT画像を計算・取得するための元画像の撮像を行った。これら元画像は、次年度以降の研究で予定している4D-CBCT画像取得のためのシミュレーション、ファントムの考案、作成および演算法最適化に用いる予定である。本研究の実行可能性について事前検討のために作成し、計算を行った基本的なシミュレーションソフトウエアの結果を基に、CBCT撮像のソフトウエアの本作成に着手した。このソフトウエアの本作成ならびに動体追跡放射線治療で取得された実際の治療ログを用いることにより、陽子線治療装置ガントリー上で取得可能な4D-CBCT元画像の必要撮影条件の検討を行った。知的財産申請の都合上本研究に直接関与する学会・論文発表は行えなかったが、関連する基礎研究成果として"骨盤部CBCT画像での臓器輪郭描出に関する検討."としてコーンビームCTに関係する研究内容を日本医学放射線学会北日本地方会にて学会発表を行った。平成26年度は、陽子線治療施設のガントリー内設置の2軸X線撮像装置を用いたCBCT画像取得に関わる薬事承認に向けての申請作業を行った。CBCT機能を用いることの薬事承認が得られるまでの間は実際に人体での画像撮像は行えないことから、前年度に行ったCBCT画像の撮像条件の検討を基に、ファントムによりデータの取得ならびに撮像実験を継続した。ファントム撮像により得られた成果を、放射線治療の分野で最も権威ある学会の一つであるサンフランシスコにて開催の米国放射線腫瘍学会年次総会に対し抄録を応募したところ採択され、同学会にて発表を行う機会を得た。本研究による成果を元にした、特にCBCT画像の4次元的再構成およびその利用方法に関する知的財産について、前年度に特願2013-162556:放射線治療システムとして特許申請を行ったものを、本年度はさらにアメリカ合衆国(14/524495)、EU(14179892.6)、中華人民共和国(2014-10374130.1)に対して国際出願を行うこととした。関連する研究成果として、作動によって採択の決定が行われるう以下の科学学術誌、Pros One, European Journal of Medical Physics、Radiation Oncologyに対し、CBCT撮像の実現性、臓器の動きに関する知見ならびに放射線治療、陽子線治療に関する内容を投稿したところ採択され、それぞれすでに出版された。放射線治療呼吸性移動を模すことのできるファントムの考案、作成を行い実現化した。また、4次元コーンビームCTの理論構築および世界初の陽子線ガントリー内でのCBCT画像取得の実現を達成した。それを元に、知的財産権の出願を行なうことができた。一方で、容積変動ファントムに関しては実用に足る実機の作成に至っていない。また、CBCT画像の実際の患者での撮像については薬事取得承認までの申請作業へ至る過程に遅れが生じている。平成24年度は、「陽子線治療装置ガントリー上で取得可能な4D-CBCT元画像の必要撮影条件の検討および仕様決定を行う」ことを目的としている。陽子線治療装置ガントリーの建設は順調に進んでおり平成25年度半ばにはCBCT計算のための元画像を取得可能になる予定である。

実機と同構造の2軸X線撮像系で平成24年度中に撮像を行った元画像取得により、実機で撮像可能になる前に得たシミュレーションデータによって、各種設定可能なパラメーターの検討が行われ、実装協議に活かすことができた。平成25年度の実機稼働に際して、速やかに元画像取得のための実験が行えることと期待される。一方、CBCT画像の再構成に関して、CT画像計算のための元画像補正などの画像前処理等、作業量負荷が計画時に予想していたより過大であり時間を要することが判明したため、これらのワークフローを整理し、CT画像を得るまでの過程が迅速になるよう要検討である。平成26年度は、正常ボランティアおよび陽子線治療を受ける患者で承認を頂けた方において4D-CBCTの撮像を行う予定であったが、薬事取得承認までの過程に不透明な部分があることから、昨年度作成した動体ファントムを用いて、胸部、骨盤部のファントムを用い、画像を取得することによって、4D-CBCT画像の臨床応用の可能性について、実証検証が可能な直前までを研究対象とすると共に、薬事申請作業を急ぎ、承認が得られた際には速やかに患者の画像が撮像できるよ臨床プロトコルの作成を平行して行っていく。実機、すなわち陽子線治療装置ガントリー上で2軸X線撮像系を用いてCBCT元画像が撮像できるようになった際に、速やかに4D-CBCT画像が再構成できるようになるよう計算・演算環境の整備を行っていく。また、研究計画・方法に記載の如く、4D-CBCTの撮像、画像評価を行うための呼吸性移動、腫瘍容積の変動を模することができるファントムの考案、作成を行い、実機撮像が可能となればそれらを用いて画質確認、および画質向上に向けての研究を進めていく。昨年度のファントム実験は主に陽子線治療ガントリー内装備の2軸X線撮像装置でのCBCT画像取得に重きを置いて行われた。そのため、動体ファントム実験に関わる金マーカーの購入および容積変動ファントムの実機購入費用などが使用されなかったため次年度使用額が生じた。本年度は動体ファントムを用いた4D-CBCT画像の取得法に関する実験開発を行い金マーカーの購入が予定されている。また、容積変動ファントムに関しても実使用に至るための試作を継続して試みる。現在までの達成度の項で記載した如く、CBCT画像の再構成に関して想定していたよりも過大な時間を要することが判明し、研究分担者の関与が想定よりも粗となったため研究費の未使用分発生の遠因となった。本年度以降は、CT画像を得るまでの過程を見直し迅速化を行うことを検討しており、ここで前年度分の未使用額を使用する予定である。
ヒト特異的進化を生じさせたエピゲノム変遷プログラムの変化とその分子基盤の解明

本研究の目的は、ヒト固有形質の獲得に至った進化メカニズムをエピジェネティクスおよび発生学的な観点から理解することである。特に他のヒト科霊長類には見られない筋肉や神経の形質に着目し、成人・成獣における違いが発生過程でどのように生じるのかを明らかにする。そこで、ヒトとチンパンジーのiPS細胞を出発点とした筋細胞や神経細胞への分化誘導系を用いて、細胞分化過程でトランスクリプトームやエピゲノムがどのように変遷するのかを種間で比較する。さらに、ゲノム編集技術を用いて、エピゲノム種間差がゲノム配列の違いによるかどうかを検討し、エピゲノム変化の分子基盤の解明も目指す。
核内蛋白ＨＭＧＢ１を標的とする癌化学療法誘起神経障害性疼痛と内臓痛の予防と治療

核内蛋白HMGB1はdamage-associated molecular patternsとして、病態時に細胞外に放出される。今回は、癌化学療法誘起神経障害性疼痛および内臓痛におけるHMGB1の役割を解析した。その結果、HMGB1は、RAGE、Toll-like receptor 4、CXCR4などの細胞膜受容体を介して癌化学療法誘起神経障害性疼痛や膵炎に伴う膵臓痛の発症および維持に関与することが明らかとなった。平成26年度は、当初の研究実施計画に準じて予定通りの研究を概ね進めることができた。1)抗がん剤パクリタキセルおよびビンクリスチン誘起神経障害性疼痛モデルにおいて、内因性HMGB1が病態の発現および維持に関与することを証明するデータが揃い、抗HMGB1中和抗体とHMGB1不活化作用を有する遺伝子組換え可溶性トロンボモジュリンの治療応用に向けた重要な知見が得られた。2)HMGB1をラット・マウスの足底内へ投与して誘起される痛覚過敏にはRAGEとTLR4が関与することが明らかとなった。3)シクロホスファミド全身性投与およびサブスタンスP膀胱内注入により誘起される膀胱炎・膀胱痛モデルにおいて、内因性HMGB1の関与が明らかとなり、さらにその下流シグナルとしてRAGEの関与が示唆された。4)ブチレートをマウスの結腸内に反復投与することで結腸痛モデルを作成することに成功し、HMGB1の関与を示唆する知見が得られた。5)セルレイン誘起急性膵炎マウスにおける膵臓痛発現には、内因性HMGB1によるRAGEおよびCXCR4の活性化が関与することを示唆する治験が得られた。6)マウスマクロファージにおいて、HMGB1の核から細胞質への移行、細胞外遊離のメカニズムを解析し、HMGB1のアセチル化の重要性を示唆する知見が得られた。このように、本年度の実験により、概ね、当初の仮説を支持する結果が得られ、次年度さらに研究を進めていくための方向づけを行うことができた。平成27年度は、これまでの研究成果に基づいて、学会発表と論文投稿に大きな力を注いだ。既に、論文として受理された研究内容は、HMGB1を末梢局所投与した場合の痛覚過敏効果の性質が、HMGB1のレドックス状態の違いによって異なるというものである。一方、パクリタキセル誘起神経障害性疼痛へのHMGB1の関与に関する論文も投稿済で、現在まだ審査段階にあるが、既に審査員の意見に基づく修正を完了している。これ以外に、セルレイン誘起急性膵炎に伴う膵臓痛およびサブスタンスP膀胱内注入による膀胱痛発現におけるマクロファージ由来HMGB1の役割に関する研究、さらに、抗がん剤がマクロファージに直接作用してHMGB1を遊離させるメカニズムに関する研究もかなり進んでおり、平成28年度中には論文投稿を行うことができる見込みである。当初計画した研究が順調に進んでおり、既に多くの結論が得られている。末梢局所投与によるHMGB1の痛覚過敏作用に関する一部の成果は既に論文と受理されており、それ以外の実験データについても平成28年度中には、論文として投稿できる段階にあるから。平成28年度は、本研究課題の最終年であるため、これまでの研究成果を結論付けるための実験を行い、学会発表や学術論文への投稿を積極的に行った。末梢局所において、HMGB1は還元状態ではRAGEを介して、一方、酸化状態ではTLR4を介して痛覚過敏を誘起することを実験的に証明し、レドックス状態の違いによって標的分子が異なる可能性を示唆する知見が得られた。また、パクリタキセル誘起神経障害性疼痛にマクロファージ由来HMGB1によるRAGEやCXCR4の活性化が関与することを証明した。これらに関する論文は学術雑誌へのpublishが完了している。次に、セルレイン誘起急性膵炎に伴う膵臓痛に、マクロファージ由来HMGB1によるRAGEとCXCR4の活性化が重要な役割を果たすことを示唆する結果が得られており、これに関する論文も既に学術雑誌に投稿し、現在審査中となっている。また、明確な粘膜病変を伴わない間質性膀胱炎/膀胱痛症候群モデルとして作成したサブスタンスP膀胱内注入により誘起されるマウス膀胱痛にもマクロファージ由来HMGB1によるRAGEとCXCR4が関与するとの知見が得られている。一方、オキサリプラチンにより誘起される急性および慢性神経障害性疼痛にも内因性HMGB1の関与が認められたが、このHMGB1はマクロファージ由来ではなく、シュワン細胞や神経細胞に由来するものである可能性を示唆する知見が得られている。これらの研究はほぼ完了しており、今年中には論文として投稿する予定である。本研究課題では、がん化学療法に伴う神経障害性疼痛と、膀胱痛、膵臓痛、結腸痛などの内臓痛の病態に核内DNA結合タンパクの1つであるHMGB1が関与する可能性を検討することがまず第一の目的であったが、今年度の研究によって、当初の仮説を支持する結果が得られた。

異なる体性痛・内臓痛の病態にHMGB1が関与することが今年の研究により明らかとなったが、細胞外に遊離されたHMGB1の由来やHMGB1の下流シグナルは、それぞれの病態で異なっている可能性も示唆されたので、各モデルごとにどのような分子メカニズムが関与しているのかを今後検討していく必要がある。このように、次年度以降の研究の方向性を考えていくための基本的な成果が得られたので、研究課題全体としては、「順調な進展」と評価できる。実験は、当初の計画通りに順調に進んでおり、平成28年度は、得られた成果を論文としてまとめて投稿していく予定である。論文審査の過程で、必要に応じて追加実験を行わなければならないが、これまで検討してきたパクリタキセル、ビンクリスチン以外の抗がん剤による神経障害性疼痛へのHMGB1の役割についても検討を進め、新たな研究展開を模索する。薬理学今年度の研究はほぼ計画通りに進展し、当初の仮説を支持する知見が得られたので、今後も基本的には当初計画に沿った形で研究を進めていく予定である。1)初年度の研究により、神経障害性疼痛および内臓痛モデルにおいてHMGB1の標的分子としてRAGEの重要性な役割を果たすことが明らかとなったことより、RAGEのノックダウンおよび抗RAGE中和抗体の影響を検討する。2)HDAC阻害用によってHMGB1のアセチル化を促進することでHMGB1の細胞外遊離が起こることが報告されており、我々もマクロファージにおいて同様の現象を確認している。そこでHDAC阻害薬を足底内、結腸内、膵管内、胱内に注入した後、行動観察あるいは脊髄後角におけるFosタンパク発現あるいはERKリン酸化の検出を行い、HMGB1、RAGE, TLR4の関与を検討する。3)上記が順調に進むようであれば、脊髄、後根神経節、末梢組織中のHMGB1その他の関連タンパクの挙動を免疫染色によって解析する実験を前倒しで実施する。
新規な光応答型磁性を持つ色素の開発

本研究では、幾つかの新規ニトロキシドラジカル(NR)結合型色素を合成し、その光磁気的物性の測定、解析を通して、新規な光応答型磁性を持つ色素の開発を目指した。これより、以下のことが明らかとなった。1.NRと結合したフタロシアニン(Pc)、ポルフィリン錯体を合成し、励起三重項色素と二重項NR間相互作用を段階的に変えた。NRが配位結合したZnPc錯体では、相互作用のない励起三重項状態から励起三重項Pc-二重項NRから構成される励起四重項状態への変化を観測することが出来た。NRと共有結合したSiPcでは、励起多重項の寿命が励起三重項色素-二重項NR間相互作用の大きさに依存することを明らかとした。これらより、結合数、距離、電子交換相互作用、励起多重項寿命、電子スピン分極等の相関を明らかとすることができた。2.2つのNRと共有結合したSiPcについて研究を行った。PROXYLラジカルと結合したSiPcでは、非常に短い時間で基底状態の磁気的性質を、熱平衡→一重項→三重項→熱平衡と制御することができた。このスピンダイナミクスは、微分方程式を解くことで定量的に解析した。この解析は、時間分解EPR、パルスEPR、過渡吸収法の併用により、実証された。3.NR結合型SiPc結晶の磁気的性質に対する光照射効果を研究し、Pc色素をレーザー励起することで、磁性中心のβスピンをαスピンへ効率よく変換できることが解った。これより、常磁性結晶の磁気的性質を光制御することができた。これらより、常磁性ラジカルの磁気的性質を光で制御するための新規指針を得ることが出来ただけでなく、色素-常磁性種間相互作用の基本的問題を明らかとすることが出来た。ニトロキシドラジカル(NR)が結合したフタロシアニン(Pc)は、光励起により基底状態の磁気的性質が変化する興味深い化合物である。本年度は、その磁気的性質の光制御を総合的に評価するため、幾つかのNR結合型色素について、時間分解ESR(TRESR)、蛍光、りん光、過渡吸収測定を行い、励起状態の動的挙動について以下のことを明らかにした。(1)蛍光NR結合型ケイ素PcのS_1蛍光は、二次の指数関数で減衰した。これは通常の消光過程では説明できず、S_1と近接した励起三重項間の項間交差がラジカルによりスピン許容となることで説明された。(2)過渡吸収NRが結合することで、励起多重項の寿命が短くなる(1/100)ことが解った。さらに、幾つかのNR結合型ケイ素Pcを比較し、二重項NR-励起三重項Pcから形成される励起二重項(D_1)-励起四重項(Q_1)間エネルギー差が非常に小さい錯体の寿命が、最も短いことを見出した。これは、D_1-Q_1が混合しているためと考えられ、TRESRと過渡吸収の比較から得られた興味深い結果である。(3)りん光りん光を観測しやすい亜鉛オクタエチルポルフィリンにNRを配位させた幾つかの錯体において、りん光寿命を測定した。ポルフィリン-NR間距離が8Å以下ではQ_1状態のTRESRスペクトルを示し、りん光寿命も著しく短くなった(<1/10)。一方、10Å以上では、励起三重項ポルフィリンのTRESRを示し、りん光も消光されなかった。これより、TRESRスペクトルとりん光寿命は、良い相関を持つことが示された。

本研究は、様々なラジカル結合型フタロシアニン(Pc)の合成と物性測定により、新規な光応答型磁性を持つ色素の開発を目指す。今年度は、以下の点について明らかにした。(1)PROXYLラジカル結合型ケイ素Pc 2つのPROXYLラジカルが結合したケイ素Pcを新規に合成し、溶液中の光物性を時間分解ESR(TRESR)により検討した。近接した一重項、及び三重項状態を基底状態に持つこの化合物において、光励起直後、最初に基底状態の一重項性が増し、その後三重項性が増加することを明らかとした。この一重項性の増加は、初めて観測された現象であり、磁気的性質の光制御に関する新たな指針を得ることが出来た。(2)TEMPOラジカル結合型ケイ素Pc光誘起分布移動機構、ラジカル四重項対機構等を介して、基底状態の磁気的性質が変化するTEMPOラジカル結合型ケイ素Pcについて、速度論を用いた検討を行った。TRESR、Pulse-ESR、過渡吸収測定を併用することにより、磁性の変化、スピン格子緩和時間、励起状態寿命間の相対関係を明らかにした。(3)結晶における光磁気物性TEMPO結合型ケイ素Pc結晶を、ESR、SQUIDにより研究した。この結晶において、レーザー励起直後、過剰のαスピンの生成を示す、非常に強い時間分解ESR信号が観測された。これは、凍結溶液、TEMPOのみの結晶では観測されず、Pc色素結晶特有の効果である。10Kにおいては、レーザー励起直後、その過剰のαスピン生成により、全体の磁化は<1/10にまで減少する。この顕著な磁化の変化は、ケイ素Pcの励起エネルギーが、磁化の変化に効率よく変換されていることで理解できた。本研究では、幾つかのラジカル結合型フタロシアニン(Pc)を合成し、その光磁気的物性の測定を通して、新規な光応答型磁性を持つ色素の開発を目指す。今年度は、PROXYLラジカルが2つ結合したSiPc(R2a)を新規に合成し、ESR、過渡吸収などの測定を行い、以下のことを明らかにした。(1)基底状態ESRTEMPOラジカル結合型SiPc(R2c)と異なり、R2aの20KにおけるESRスペクトルは、三重項を示した。そのゼロ磁場分裂(D=40G)から、常磁性中心間の距離は11A^^○と見積もられ、これは最適化構造と一致した。一方、室温においてはスピン相関ラジカル対のESRパターンを示し、基底重項(S_0)-三重項(T_0)間分裂は(8160)1610^<-3>cm^<-1>と見積もられた。(2)光励起後の磁気的性質の変化R2aの時間分解ESR(TRESR)を測定したところ、速い時間のスペクトルはS_0に、遅い時間のスペクトルはT_0に選択的分布させることで上手く再現された。これは、励起多重項状態からの失活が、速い時間でS_0に、遅い時間でT_0に選択的となることで説明される。S_0への選択的分布は初めての観測例であり、これはSiPcの励起一重項→基底一重項と励起一重項→励起三重項の競争に由来し、比較的強いSiPc-PROXYL間相互作用を反映する。過渡吸収により測定された励起多重項寿命、反転回復法から得られたスピン格子緩和時間を参考にすることで、このTRESR信号の時間変化は良く再現された。
メソアメリカにおける古代都市国家の起源:テオティワカン「月のピラミッド」に表されるイデオロギーと政治形態

メキシコ、テオティワカン国家の宗教と政治機構、そしてこの古代計画都市の起源を明らかにするため、主要モニュメントである「月のピラミッド」を総合調査。メキシコ政府の国立人類学歴史学研究所との共同調査として平成12、13年度3ヶ月間発掘を行い、その後は現地の研究センターと愛知県立大学にて資料・遺物の整理、図画作成、データのコンピュータ入力や分析、出版準備を行う。2交代制で集中的にトンネル発掘を行い、「月のピラミッド」内部に7時期の重なり合ったピラミッド基壇を地山レベルで確認、また3基の生贄埋葬墓を発見した。平成12年度は「月のピラミッド」の中心付近、6期基壇の盛土内に17体の人頭骨からなる生け贄埋葬体が出土。また「月のピラミッド」上層部に新しく掘られたトンネルでは、5期ピラミッド基壇の頂上床面が確認され、さら平成13年度調査ではこの基壇の頂上中心付近で、破壊された神殿の一部と、王墓、または重要人物の生贄墓と思われる2つの墓坑を頂上床下に発見した。一方トンネル調査と平行して「月のピラミッド」西側に隣接する建物群では、中庭や中心の大広間等を縦断する南北トレンチと部屋の一部を発掘、住居建築資料や遺物と共に改築跡、崩壊時の焼け跡、また黒曜石工房からの加工破片堆積層など、エリート集団の生活復元資料を得た。同時に「月のピラミッド」を含む都市中心地区の3次元地図作りも開始。平成12年にセスナ機からの航空撮影を実施、13年にかけて一部の現地測量を行い、「月の広場」付近の地表面三次元グラフィック原図はすでに完成。多量の遺物や、また墓出土の完形副葬品の分析は、主に現地の研究センターで現地専門家や大学院生を中心に行っている。結果として、古代国家形成期の宗教の重要性、軍事組織の中心役割、またモニュメントや生贄埋葬墓に象徴される集権的王権の存在が指摘されている。2000年7月から10月にかけて、メキシコの古代都市テオティワカンの中心的モニュメント「月のピラミッド」を、メキシコ政府研究機関と共に集中的に発掘調査。その後も現在まで現地の研究センターにて遺物の整理、分析を行い、愛知県立大学では持ち帰った資料の整理保管作業と研究を継続中。先行調査の結果を踏まえて、2交代制のトンネル発掘を4箇所で同時に行い、「月のピラミッド」内部に6時期の重なり合ったピラミッド基壇と、3基の生贄埋葬墓が含まれていることを発見。ピラミッドの中心部分では、5期の基壇北面が確認され、また6期基壇に捧げられた17体の人頭骨の生け贄埋葬体が出土、その他のトンネルでは2、3、4期の基壇の継続調査を行う。また「月のピラミッド」上層部で新しく掘られたトンネル調査では、5期基壇の西側側面と頂上の床面が、予定通りその中心地点まで確認されたが、ピラミッド上にあったと想定される神殿自体はまだ発見されておらず、次期発掘を待つ。また外部調査では隣接する住居祉、関連施設、床と壁の葺き替え跡、黒曜石工房からの加工破片堆積層などを確認。その他にも、「月の広場」に面した他の公共建造物との関係を探る層位データと遺物の収集も行う。さらに地上測量、セスナ機からの航空撮影も敢行、それらのデータをもとにして、発掘データも組み込んだ「月のピラミッド」を中心とした都市主要地区の建築史をビジュアルに復元する予定。三次元グラフィック原図はすでに完成し、二次現地測量を待つ。遺物分析はメキシコ側研究センターで行われている他、特殊研究は海外の諸機関に依頼、一部を除きすでに結果入手済み。現在メキシコ政府に提出予定の、発掘と遺物分析の詳細なテクニカルレポートと次年度の計画書を作成中。