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日本の情報産業の戦略展開と多角的資金調達に関する研究

本研究では日本のコンピュータ産業の生成過程とイノベーションの役割について、各ケース・スタディおよび技術的発展成熟プロセスを中心に分析した。その過程で資金調達を大きく扱う予定であったが、資料の制約上実際にはNECにおける上位株主と持合い状況に触れるにとどまった。むしろ分析の中心は各社の戦略と産業政策のあり方および歴史研究の方法論とくに企業家能力に関する分析が中心となった。本年度は日本電気の事業拡張に関して実証分析をすすめた。現在のところ理解された点は以下の3点である。1)NECは1965年から1995年の間に総売上を713.8億円から3兆69.1億円に伸ばし、1988年まで5年ごとに倍増するという驚異的な発展を遂げた。2)この発展を可能としたのは1965年段階で総売り上げ中わずか6.6%と6.8%しか占めていなかったコンピュータと電子デバイス(半導体等)が通信事業に匹敵、あるいは上回る伸びを見せたこと、すなわち多角化に成功したことによる。3)しかし、この成長を支えた1970年代の増資はきわめて低調で、こうした資金は転換社債・借入金すなわち間接金融によるものだったことである。次年度以後この調達について分析を深める。本年度も昨年度に引き続き日本電気の事業拡張について研究を行った。その際に、本年度はとくに戦略展開と資金調達に大きく貢献した同社のアントルプレナーの経営行動を実証分析の対象とした。また本年度はこれまでの研究の成果を、コンファレンスにおける報告や、出版物などのかたちで部分的に発表する機会を得た。現在のところ解明された点を以下に記す。1)日本電気は、60年代中期を転機に急速な成長を遂げたが、その理由はコンピュータと電子デバイス(半導体等)への多角化にあった。昨年度はこうした事実を資料やデータをもとに確認したが、本年度はさらにこうした企業行動が引き起こされた理由についてを検討した。2)本年度の研究の結果、日本電気におけるこの60年代の経営戦略や資金調達上の転機が、主として同時期の経営者である小林宏治の構想に基づいて遂行されたものであったという事実が判明した。そこで研究ではこうした日本電気の事業の実態と、小林宏治のアントルプレナーシップとの関係を明らかにすることが試みられ、その企業構造と経営行動のダイナミズムが明らかにされた。3)本年度の研究では、日本電気の資金調達という構造的な要因と、その構造を作り出したアントルプレナーの経営行動との関連性を解明するという視座から、日本の小電機メーカーであった日本電気が、テクノロジーをコア・コンセプトにして世界的な大企業になっていった経緯が歴史的に記述された。次年度以降さらにこれらのテーマについて分析を深める。本年度も日本の情報産業の展開について研究を行った。その際に、日本企業の競争構造に着目し、コンピュータ産業を対象として、産業政策の立案および実施という観点から分析していった。またこうした成果については、昨年と同様に、コンファレンスにおける報告をはじめとして、発表する機会を得た。本年度明らかにされた点について、以下に記す。1)日本のコンピュータ産業は、その初期から急速に成長したが、その理由は、通産省による育成策あるいは保護政策というよりはむしろ、「競争」と「協調」の巧みな組合せによる政策にもとめることができる。こうした事実発見については、昨年度確認することができたのであるが、本年度はこうした政策の特徴をさらに検討した。2)本年度の研究の結果、競争と協調の関係について、次のような知見をえることができた。すなわち、産業レベルにおける企業行動を、研究開発、製造、ソフトウェア、販売の4つの分類した場合、通産省は、研究開発および販売においては、FONTACおよびJECCを設立するなど、「協調」を促す政策手段を策定し、製造においては、日本のコンピュータメーカーを市場において「競争」させることとした。こうした「協調」と「競争」の巧みな組合せによる政策とあいまって、日本のコンピュータ産業は、早期に世界市場において地位を確保したということが明らかになった。3)以上から理解されるように、日本のコンピュータ産業の成長を説明してきた、「市場競争」かどうか、あるいは「保護育成」かどうか、といった従来の説明構図を越えた、新しい視座を得ることができた。
画像処理技術によるのり面構造物の3次元亀裂変位検出システムの開発

供用から50年以上が経過した構造物の劣化診断は現在の社会インフラを維持管理していく上で喫緊の課題であり,その対策が求められている。一方で,老朽化が進む構造物に対し,対策の優先度が高くても早急に対策工を実施できない場合もあり,そのような構造物に対しては安全性を担保するためにも適切な診断技術の導入が必要であると考える。そこで本研究ではこの課題を解決するための手法として,画像処理技術に着目し,診断技術としてニーズの高い変位計測に焦点をあて,非接触かつ複数点の同時診断が可能な亀裂変位検出システム開発した。供用から50年以上が経過した土木構造物の劣化診断は現在の社会インフラを維持管理していく上で喫緊の課題である。本申請研究では切土のり面を対象に、画像処理技術を利用し、大規模な計測装置の設置を行うことなく、表面亀裂の発達過程を面的に常時計測することが可能な、のり面亀裂変位検出システム(Visual-M3)を開発することを目的とした。今年度の成果として、二次元の亀裂変位を複数点同時に計測できるプログラムを開発し、室内模型斜面実験により、斜面崩壊に伴う変位の検出が可能であることを確認した。具体的には、散水による模型斜面の飽和度の変化と、開発したVisual-M3を用いて計測した変位の発現タイミングに関連性が確認された。このことから模型実験スケールではあるが、変位が発生する前に崩壊を予測できる可能性が示唆された。次に、屋外での計測に際しては、気象条件の変化による精度低下が予測されることから、それらノイズに対して極力ロバストな画像処理プログラムを実装し、これに対する対策準備を行った。また、次年度に予定していた屋外現場でのリアルタイム監視システムの開発を一部前倒して行った。具体的には、当初予定していたAC電源による計測システムを止めて、より汎用性の高いソーラーパネルと蓄電池で駆動するシステムの基本設計を完了した。一方、吹付工等の劣化予測を目的に、気温変化と亀裂変位の関係性に関する実験を行った結果、気温変化が僅かな場合に十分な精度での変位検出が困難であることが確認された。当初予定していた二次元の亀裂変位を複数点同時に計測できるプログラムを開発した点、本装置を用いて、模型斜面実験において崩壊の予兆を未然に予測できる可能性を明らかにした点、次年度予定していた屋外計測システムの開発を一部前倒しで行った点などは当初予定よりも順調に進んでいる。一方、気温変化と亀裂変位の関係から吹付工の劣化状況を推定するための基礎実験については、当初想定していた成果が得られない結果となった。従ってこれらを考慮して、進捗状況を評価した。供用から50年以上が経過した土構造物の風化・劣化診断は現在の社会インフラを維持管理していく上で喫緊の課題である。本申請研究では画像センシング技術を応用することで、のり面の地表面変位を面的に測定できるシステム(Visual-M3)の開発を行うことを目的とした。今年度の成果として、昨年度に用いた計測用ターゲットを改良することで、計測精度を向上させた。これにより、降雨における測定精度の低下が改善され,散水強度180mm/hの環境下においても要求精度を満たすことが確認された。次に模型斜面を対象に、散水強度160mm/hの条件下において多点設置したターゲットの精度検証を行ったところ、目的としていた体積含水率の挙動と関係性のある地表面の微小変位を捉えられることを確認した。また、ターゲットを用いず、斜面表面のテクスチャーをテンプレートとして計測を行った場合でも、同様の微小変位の計測が可能であることを確認した。このことから本研究で開発したシステムは、屋内実験環境下ではあるが、100mm/h以上の降雨条件における地表面変位を多点でかつ設定仕様を満たした精度で計測できることを確認した。次に、屋外環境下における計測精度のばらつきを晴天、曇天、降雨時に分けて検証した結果、晴天、曇天時に比べて降雨時の方が測定精度のばらつきが小さい結果が得られた。この原因として日照の変化による影響が考えられるが、詳細については引続き検討が必要である。Visual-M3を屋外環境下で運用するためのIoTカメラ画像計測装置のプロトタイプを開発した。特長は対象構造物の可視化に加え、多点での変位計測が可能な点にある。またこの装置とこれまでに研究者らが開発したWSN土砂災害監視システムを組合わせることで、のり面の構造特性にあったモニタリングが可能となり、対策工の有無を判定するための健全度診断システムとしての有用性が期待できる。本年度行った研究成果より、のり面構造物の中でも地山が露出している植栽工等を対象とした場合と、モルタル等で覆われている吹付工などを対象とした場合とでは、気象条件によって本システムの有効性に差があることが確認された。

前者の場合は常時、緊急時ともに、研究者らが開発してきた無線センサネットワークによる土砂災害監視システムと融合することで、本測定手法がより効果的に機能することが考えられるのに対し、後者の場合は常時における劣化度診断に十分対応できないことが確認された。そこで、最終年度である次年度は本システムの実務への適用性を高めることを最優先課題とし、機能の一部の追加、削除の選別を行うこととする。まず、IoT技術を使うことで、対象のり面の面的な変位監視に加え、画像による可視化および雨量情報を融合することで、常時から緊急時における対象のり面の健全度をリアルタイムに観測できるシステムを開発する。また、電源の引込が困難な現場においても本システムの運用が可能なように、電源はソーラーパネルと鉛蓄電池で設計し、次年度中の実用化を目指す。一方、次年度予定していた三次元化については、技術的には可能であるが、今年度の研究結果より十分な精度が見込めないことと、研究者らが開発した無線センサネットワークによる土砂災害監視システムと組合せることで、より低コストな装置で三次元の変位観測が可能となることから当項目については開発を見直すこととする。地盤工学
希ガス化合物における化学結合のメカニズムの解明

希ガスマトリックス中で希ガスと遷移金属モノカルボニルが化合物を生成する仮説を立て高精度なab initio分子軌道法、密度汎関数法(DFT法)を用いた計算により希ガス遷移金属モノカルボニル化合物(NgNiCO, NgNiN_2,NgCoCO ; Ng=Ar, Ne, He)の存在予測を行った。遷移金属モノカルボニルは希ガスとファンデルワールス結合よりも強いエネルギーで結合し、結合の生成により遷移金属モノカルボニル分子内の変角振動に10%程度の青方遷移が予測される。希ガス遷移金属カルボニル化合物の振動数及び同位体シフトはArマトリックス中で測定された遷移金属モノカルボニルの報告値と極めて近い。これらの結果を総括し、論文誌へ投稿した。更にPtは単原子で希ガスと反応することを予想し、PtNg, NgPtNg,(Ng=Ar, Kr, Xe)の理論計算を行った。Pt原子は希ガスと結合することがCCSD(T)計算より予測された。計算は相対論を考慮して決められた基底を用いて、BSSE、相対論(2nd order DKH)を考慮し行った。希ガスが1つまたは2つPt原子と結合することを示した。希ガス-遷移金属間の結合エネルギーは2つ目の希ガスが結合することにより増大する。また3つ目の希ガスは結合しないことを予測し、これらの結果を総括し論文誌へ投稿した。希ガスが化合物を生成するメカニズムを探るため、希ガスと最もシンプルな形で結合を生成する元素であるPtを対象に選び、PtNg及びPtNg_2(Ng=Ar, Kr, Xe)分子の平衡構造近傍のポテンシャル曲面を決定し、非調和効果を考慮した振動回転準位を求めた。NgPt及びNgPtNg(Ng=Ar, Kr, Xe)分子に対しCCSD(T)法を用いて基底関数重ね合わせ誤差(BSSE)補正を含む構造最適化及び振動解析を行った。相対論効果は二次Douglas-Kroll法により考慮した。基底関数は土屋らの相対論最小基底をsplitし、関谷らの分極関数を加えて用いた。CCSD(T)計算ではPtの5s,5p軌道からの内殻励起も考慮した。電子状態計算はMOLPROを用いて行い、平衡構造近傍のポテンシャル曲面を決定した。NgPtの分光定数はVIBROT(MOLCAS)を用いて求め、NgPtNgの分光定数はRVIB3を用いて求めた。Ptの基底状態は^3D((5d)^9(6s)^1)であり、第一、第二励起状態はそれぞれ^1S((5d)^<10>),^3F((5d)^8(6s)^2)である。CCSD(T)レベルの^1Sと^3Dのエネルギー差はPtの5s,5p軌道からの励起も考慮すると8.5kcal/molとなる。PtNg、PtNg_2分子の基底状態は^1Σであり結合エネルギーはPtAr, PtKr, PtXe分子のそれぞれに対して7.3,12.8,22.1kcal/mol、PtAr_2,PtKr_2,PtXe_2分子のそれぞれに対して19.7,29.4,44.9kcal/molであった。PtAr(^1Σ)のポテンシャルエネルギー曲線の最小値はPt(^3D)+Arの解離極限よりも高くPtAr(^1Σ)が分子として存在する可能性は低いが、PtAr_2(^1Σ)分子のエネルギー最小値はPt(^3D)+2Arの解離極限よりも8.2kcal/mol低い。Pt(^3D)スピン軌道結合による分裂を考慮すれば結合エネルギーは6.0kcal/molほど小さくなる可能性があるが、PtAr_2,PtKr_2,PtXe_2分子の結合エネルギーは充分に大きく、分子として安定に存在する可能性は非常に高いと言える。NgPt, NgPtNgのポテンシャルエネルギー曲面より分光定数の非調和効果を考慮した振動回転準位も求め、これらの結果を総括し論文誌へ投稿した。
紫外全固体レーザーのテラワット化にむけた高効率、高出力な新増幅器の開発

本研究では、高出力レーザーパルス発生を可能にするための、紫外レーザー結晶を用いた新方式のサイドポンプレーザー増幅システムの設計と構築を目的としている。今年度は、昨年度までに作製したレーザー増幅器の評価を行った。サイドポンプ増幅器用Ce : LiCAF結晶は入力及び出力パルス用に2つのブリュースター面、励起パルス用には2つのブリュースター入射面と内部反射用の2つの直行した面を持つ。励起レーザーとして4台のNd : YAGレーザーを用い、2つのブリュースター面をそれぞれ2本のビームで励起する。シードパルスには、Ce:LiCAF結晶を利得媒質としたNd:YAGレーザー励起の共振器から発生させた、波長290nm、パルス幅3ns、パルスエネルギー6mJ、繰返し周波数10Hzのパルスを用い、今回作成したレーザー増幅器によって増幅する。その出力がこれまでに得られている最大のパルスエネルギー(32mJ)に達した場合の励起状態における利得分布を、紫外用CCDカメラ及びカメラレンズを用いて評価を行った。増幅されたビームのパターンは比較的良好なものが得られているが、結晶の角でけられたビームが結晶内で一部乱反射を起こしている。これを取り除くようにビームを照射すると増幅率が大幅に減少するため、この点について今後改善の必要性がある。しかし、結晶内における寄生発振は観測されておらず、これによる結晶の損傷が起こる可能性はきわめて低い。またシードパルスと励起レーザーのパルスの遅延の許容幅についても評価を行い、半値全幅で11ナノ秒であった。これは、電気的にタイミング制御を行うのに十分な許容幅であり、制御系に関する改善点は必要ないといえる。これらの評価から、本研究において開発したレーザー増幅器は、紫外テラワットレーザーに利用できる実用的なものであるといえる。本研究では、高出力レーザーパルス発生を可能にするための紫外レーザー結晶を用いた新方式のサイドポンプレーザー増幅システムの設計と構築を目的とする。レーザー結晶に対して、強励起を行う際に問題となる結晶の光学的損傷を避けるため、サイドポンプ法を採用し励起面積を広く取ることにより損傷閾値よりも低いエネルギー密度での励起を可能にする。さらに、結晶内部での反射を利用することによって均一な励起を実現し、横モードのよいレーザー発生及び増幅を目指す。今年度は、強励起した状態での、高効率なエネルギーの取り出し、均一なレーザー媒質の励起、結晶内寄生発振の除去を考慮してサイドポンプ増幅器用レーザー結晶形状の設計を行った。均一な励起を可能にするため、Ce:LiCAF結晶の吸収係数、小信号利得係数、セルマイヤー方程式等のデータに基づき結晶内での利得分布を計算し、高いエネルギー取り出し効率を得るのに最適な結晶形状及びサイズの設計を行った。具体的な結晶形状としては入力及び出力パルス用に2つのブリュースター面、励起パルス用には2つのブリュースター入射面と内部反射用の2つの直行した面を持つ形状である。紫外レーザー媒質であるCe:LiCAF結晶に対して、設計した形状に加工、研磨し、実際に励起レーザーを照射し、レーザー発振方向から紫外用CCDカメラ及びカメラレンズを用いて評価を行った。今年度は、昨年度に作製した新設計のサイドポンプ増幅器用Ce:LiCAF結晶を用いて、レーザー増幅器を作製した。この結晶は入力及び出力パルス用に2つのブリュースター面、励起パルス用には2つのブリュースター入射面と内部反射用の2つの直行した面を持つ。励起レーザーとして4台のNd:YAGレーザーを用意し、励起レーザー用の2つのブリュースター面をそれぞれ2本のビームで励起する。シードパルスの発生には、Ce:LiCAF結晶を利得媒質としたNd:YAGレーザー励起のオーソドックスな共振器を作製した。この波長は290nmであり、出力は6mJである。これを、今回作製したレーザー増幅器によって増幅する。増幅器はダブルパスにし、レーザー増幅器からの出力によるミラーの損傷を避けるため、その折り返しには凸面ミラーを用いてビーム径を広げた。その出力は合計400mJの励起レーザーエネルギーに対して32mJに達し、エネルギー取り出し効率は6.8%であった。サイドポンプ方式を採用しているため、その出力は同軸励起を行った場合の約30%のとどまっているが、励起レーザーによるダメージのリスクはほとんど考える必要はなくなった。さらに励起エネルギーを増やすことにより、更なる高出力かが望める。また、そのビームパターンは比較的良好なものが得られている。

その出力がこれまでに得られている最大のパルスエネルギー(32mJ)に達した場合の励起状態における利得分布を、紫外用CCDカメラ及びカメラレンズを用いて評価を行った。増幅されたビームのパターンは比較的良好なものが得られているが、結晶の角でけられたビームが結晶内で一部乱反射を起こしている。これを取り除くようにビームを照射すると増幅率が大幅に減少するため、この点について今後改善の必要性がある。しかし、結晶内における寄生発振は観測されておらず、これによる結晶の損傷が起こる可能性はきわめて低い。またシードパルスと励起レーザーのパルスの遅延の許容幅についても評価を行い、半値全幅で11ナノ秒であった。これは、電気的にタイミング制御を行うのに十分な許容幅であり、制御系に関する改善点は必要ないといえる。これらの評価から、本研究において開発したレーザー増幅器は、紫外テラワットレーザーに利用できる実用的なものであるといえる。
Ⅲ型ポリケタイド合成酵素のアミノ酸欠損追加導入変異によるあらたな触媒機能の開拓

III型ポリケタイド合成酵素の機能改変を目的に、8分子のマロニルCoAを縮合し、SEK4/SEK4bへの変換を触媒するオクタケタイド合成酵素(OKS)への欠損変異導入を行った。その結果、OKSの活性中心キャビティー構成アミノ酸である351番目のバリンを欠損させると、開始基質に対する基質特異性が脂肪族CoAに特化することが判明した。本変異酵素のX線結晶構造解析を行った結果、触媒残基システイン近傍の活性中心キャビティーの容積が増大したために基質特異性が脂肪族CoAに特化したことが示された。これまで我々は,植物ポリフェノールの基本骨格を構築する植物III型ポリケタイド合成酵素(PKS)の活性中心キャビティ構成アミノ酸残基を他のアミノ酸に置換し,活性中心キャビティの形状と大きさを変化させることによってIII型PKSの機能改変と新規化合物の生産に成功してきた.今回我々は新たな試みとして,野生型III型PKSの中で最大のマロニルCoA縮合回数を触媒するキダチアロエ由来オクタケタイド合成酵素(OKS)の活性中心キャビティ構成アミノ酸残基を欠損させることにより、その機能改変を試みた.種々アミノ酸欠損変異酵素を作成し、それらの反応生成物をLC-MSを用いて解析した結果,OKSのV351欠損変異酵素では,OKS野生型が生産するSEK4やSEK4bの生産能を消失して,ヘキサノイルCoAに3分子,5分子,6分子のマロニルCoAがそれぞれ縮合したヘキサノイルトリケタイドラクトン,C16レゾルシノール、C18フロログルシノールを特異的に生産することが判明した.他の脂肪族CoA(炭素数812)を開始基質としても同様で,OKS野生型がSEK4やSEK4bとともに生産する脂肪族CoAに3分子または4分子のマロニルCoAが縮合したトリケタイド及びテトラケタイドラクトンを特異的に生産することが示された.また、マロニルCoA単独または他の芳香族CoAとともにマロニルCoAを基質として作用させた場合では,OKS野生型において若干の生成が確認される4分子または3分子のマロニルCoAのみが縮合したテトラケタイドラクトン及びトリアセティックアシッドラクトンを生成することが判明した.OKS V351欠損変異酵素は,開始基質に対する基質特異性が脂肪族CoAに特化したことが示唆された.一方,他のアミノ酸欠損変異酵素では,活性の消失もしくは野生型と同一の活性が確認されるのみであった.昨年度において、キダチアロエ由来オクタケタイド合成酵素(OKS)の活性中心キャビティーを構成するV351を欠損させると、ヘキサノイルトリアセティックアシッドラクトン(HTAL)、レゾルシノール誘導体(C16レゾルシノール)、フロログルシノール誘導体(C18フロログルシノール)を特異的に生産することを明らかとした。本年度は、さらなる変異導入のための情報を得ることを目的に、本変異酵素のX線結晶構造解析を行った。その結果、2.8Åの分解能で本変異酵素のX線結晶構造の取得に成功した。OKS ΔV351変異酵素は、OKS野生型とほぼ同一の全体構造を有した。一方、OKS ΔV351変異酵素は、351番目のバリンを欠損させたことにより、活性中心Cys残基近傍で活性中心キャビティーが拡大し、これにより開始基質に対する基質特異性が脂肪族CoAに特化した可能性が示された。この部位で欠損変異を導入すれば、基質特異性がさらに変化してあらたな化合物が創出されることが期待される。そこで、351番目のバリンと同時に352番目のセリンを欠損させたOKSの変異酵素を作成し、その酵素活性について検討したが、本二重欠損変異酵素においては、ヘキサノイルCoAに2分子または3分子のマロニルCoAを縮合したヘキサノイルトリケタイドラクトンとHTKLを生産するものの、OKS Δ351変異酵素のようにC16レゾルシノールとC18フロログルシノールは生産できなことが判明した。また、OKS Δ351変異酵素のように、他の脂肪族CoAを開始基質としないことが確認された。本結果は、OKS ΔV351/ΔS352変異酵素は、OKS Δ351変異酵素よりもマロニルCoA縮合の能力を衰退させたことを示す。現在、351番目のバリンとは立体構造上離れた位置に存在するアミノ酸への欠損変異を導入し、OKSのさらなる機能改変とあらたな化合物の創出を試みている。新規化合物の生産までには至っていないものの,C16レゾルシノール、C18フロログルシノールを特異的に生産する機能改変酵素の創出に成功し,III型PKSへのアミノ酸欠損変異の導入が新たな機能改変法の一つとなり得ることを示すことができた.

また、他のアミノ酸欠損変異では活性の消失などがみられたものの,さらに欠損変異を導入していく上で有用な知見を得るに至っていることから、本研究は,おおむね順調に進展していると考えている.天然物化学OKS V351欠損変異酵素の活性中心キャビティ構成アミノ酸残基をさらに欠損または他のアミノ酸に置換して,さらなる機能改変と新規化合物の生産を目指す.また,OKS V351欠損変異酵素のX線結晶構造解析を行い,欠損変異が活性中心キャビティの構成に及ぼした影響を原子レベルで明らかにする.基質の合成で用いる試薬の在庫が無く当該年度中に購入できなかったため,その費用が次年度使用となった.次年度使用となった当該助成金はこの試薬の購入に充てる予定である.
近藤絶縁体における中性フェルミオン励起の観測

近年、近藤絶縁体において本来金属で期待される量子振動現象が観測され、トポロジカル表面状態や中性フェルミオンの存在が指摘されている。本研究で目的とするのは、特に中性フェルミオン励起に着目し、中性フェルミオンを実験的に検出するとともにその非自明な準粒子の示す物性現象を解明することである。本年度は典型的な近藤絶縁体であるYbB12において強磁場下での電気抵抗測定および磁気トルク測定を行った。その結果、電気抵抗ならびに磁気トルクにおいて量子振動を観測した。特に電気抵抗の量子振動の観測は近藤絶縁体ではじめてのものである。量子振動はフェルミ面の存在を示す証拠を与えるものであり、本来絶縁体では観測されない。さらに量子振動の角度依存性を調べ、フェルミ面が三次元的な性質を持つことを示した。これは量子振動が試料表面ではなくバルクに由来することを示している。以上の結果は電気的絶縁体においてフェルミ面が存在するという、従来の常識を覆す電子状態が実現していることを示すものである。さらに熱輸送および比熱測定により低エネルギー励起を調べることで、中性フェルミオン励起を示唆する残留比熱および残留熱伝導率を観測した。他の系における中性フェルミオン励起と比較するため、スピン系(磁性絶縁体)の量子スピン液体状態の研究を行った。量子スピン液体状態では、低エネルギースピン励起が中性フェルミオンとして振る舞うことが理論的に指摘されている。なかでも最近、中性マヨラナフェルミオン励起が期待されるキタエフ量子スピン液体の候補物質α-RuCl3において熱ホール効果測定を行い、熱伝導度の量子化を観測した。ここで観測された量子化値は量子ホール効果状態における値の半分であり、「半整数熱量子ホール効果」を観測した。この半整数量子化は中性マヨラナフェルミオンの直接的な証拠を与えるものである。量子振動が観測されたYbB12において低エネルギー励起を調べるために、熱輸送測定や比熱測定を行い、有限の残留比熱および残留熱伝導率を観測した。特に熱伝導率測定からは電子の場合に期待されるWiedemann-Franz則の破れを観測した。以上の結果は、中性フェルミオンの存在の証拠を与えるものである。一方で、熱ホール伝導度は小さく、現在のところ実験結果を説明する理論がないのが現状である。新しいタイプの中性フェルミオン励起が示唆される。何れにせよ、当初の計画どおりに(1)中性フェルミオン励起の検出、(2)中性フェルミオンによるフェルミ面の観測、に成功しており、計画は順調に進展していると言って良い。一方で、量子スピン系においてはスピンの分数化により現れる中性マヨラナフェルミオンおよび非可換エニオンの決定的な証拠を与える半整数熱量子ホール効果を世界で初めて観測した。中性マヨラナフェルミオンは提唱から80年以上未発見であった謎の粒子であり、非可換エニオンは量子コンピューターの基本構成要素として注目されている。これらエキゾチックな準粒子の確証を与える成果は当初計画にないものであり、想定以上に研究が進展していると結論付けられる。残された課題は(1)近藤絶縁体における中性フェルミオンの起源の同定、および(2)普遍性の検証、である。(1)主要な手法は熱ホール効果測定であるが、今年度行ったのは15 T以下であり、量子振動との関連も含めてより高磁場での測定を行う。45 Tまでの強磁場下での測定を行うために、外部研究機関における測定を計画している。さらにトポロジカルな性質との関連を議論するために、表面電気伝導の性質を明らかにする。(2)近藤絶縁体における量子振動ならびに中性フェルミオン励起の普遍性を検証するために、他の近藤絶縁体(CeRhAs,Ce3Bi4Pt3、FeSi)における強磁場電気抵抗測定、熱輸送測定、磁気トルク測定を行う。また、量子スピン系、とりわけ中性マヨラナフェルミオン励起が期待されるキタエフ量子スピン液体候補物質(α-RuCl3を除くNa2IrO3, Li2IrO3など)における熱ホール効果測定を行い、マヨラナフェルミオン励起が現れる条件を明らかにする。

量子スピン液体状態では、低エネルギースピン励起が中性フェルミオンとして振る舞うことが理論的に指摘されている。なかでも最近、中性マヨラナフェルミオン励起が期待されるキタエフ量子スピン液体の候補物質α-RuCl3において熱ホール効果測定を行い、熱伝導度の量子化を観測した。ここで観測された量子化値は量子ホール効果状態における値の半分であり、「半整数熱量子ホール効果」を観測した。この半整数量子化は中性マヨラナフェルミオンの直接的な証拠を与えるものである。量子振動が観測されたYbB12において低エネルギー励起を調べるために、熱輸送測定や比熱測定を行い、有限の残留比熱および残留熱伝導率を観測した。特に熱伝導率測定からは電子の場合に期待されるWiedemann-Franz則の破れを観測した。以上の結果は、中性フェルミオンの存在の証拠を与えるものである。一方で、熱ホール伝導度は小さく、現在のところ実験結果を説明する理論がないのが現状である。新しいタイプの中性フェルミオン励起が示唆される。何れにせよ、当初の計画どおりに(1)中性フェルミオン励起の検出、(2)中性フェルミオンによるフェルミ面の観測、に成功しており、計画は順調に進展していると言って良い。一方で、量子スピン系においてはスピンの分数化により現れる中性マヨラナフェルミオンおよび非可換エニオンの決定的な証拠を与える半整数熱量子ホール効果を世界で初めて観測した。中性マヨラナフェルミオンは提唱から80年以上未発見であった謎の粒子であり、非可換エニオンは量子コンピューターの基本構成要素として注目されている。これらエキゾチックな準粒子の確証を与える成果は当初計画にないものであり、想定以上に研究が進展していると結論付けられる。残された課題は(1)近藤絶縁体における中性フェルミオンの起源の同定、および(2)普遍性の検証、である。(1)主要な手法は熱ホール効果測定であるが、今年度行ったのは15 T以下であり、量子振動との関連も含めてより高磁場での測定を行う。45 Tまでの強磁場下での測定を行うために、外部研究機関における測定を計画している。さらにトポロジカルな性質との関連を議論するために、表面電気伝導の性質を明らかにする。(2)近藤絶縁体における量子振動ならびに中性フェルミオン励起の普遍性を検証するために、他の近藤絶縁体(CeRhAs,Ce3Bi4Pt3、FeSi)における強磁場電気抵抗測定、熱輸送測定、磁気トルク測定を行う。また、量子スピン系、とりわけ中性マヨラナフェルミオン励起が期待されるキタエフ量子スピン液体候補物質(α-RuCl3を除くNa2IrO3, Li2IrO3など)における熱ホール効果測定を行い、マヨラナフェルミオン励起が現れる条件を明らかにする。
カルシウムイオン受容タン白質の機能とその発現機構

筋肉収縮,種々の細胞運動,細胞分裂,ゾルーゲル変化などの細胞機能は10^<-6>M程度のCa^<2+>によって調節されている.この班ではわが国で発見された種々のCa受容蛋白質,ライオトニン,カルモジュリン,カルデスモン,フラグミン,アクチノゲリンなどの分子構造と機能について,生化学,生物物理学,分子遺伝学,細胞生理学などの新しい手法を使って研究した.泰野は粘菌の変形体から新しいCa感受生, F-アクチン切断因子を精製した.江橋は平滑筋収縮のCaによる調節がライオトニン(155kD)によることを確認した.浅野はアクチノゲリンのCa結合部,及びαアクチニンとの類似部のペプチドの一次構造を決定した.安楽はカルモジュリン遺伝子を制御することによってカルモジュリンが酵母の分裂に必須であることを示した.池田はホスホリパーゼA2とCaの結合によって基質と酵素の結合が10倍以上増すことによって酵素活性が活性化されることを示した.尾西はミオシン頭部のATPase活性部のアミノ酸配列を決定した.神谷はクラミドモナスの2本の鞭毛が別々にCaによって調節されていることを示した.黒田は粘菌のカフェインドロップを用いて細胞質が収縮後ゾル化する時その部分でCaが10^<-5>M程度に上昇していることを示した.清水は^<43>CaNMRによってCaとカルモジュリン, S100蛋白質の結合を測定することに成功した.月田は動物細胞の細胞接着装置の蛋白質を多数分離した.深見はカルモジュリンが燐酸化されるときSer,Thr,Tyrのアミノ酸が燐酸化されていることを示した.祖父江はカルデスモンに高分子量(150kD)と低分子量(80kD)があることを示しそれぞれ違った組織に分布することを示した.丸山は分子量45kDのアクチン重合阻害蛋白質を牛動脈から精製した.渡辺はテトラヒメナ繊毛のCa結合蛋白質を精製しそのアミノ酸配列を決定した.筋肉収縮,種々の細胞運動,細胞分裂,ゾルーゲル変化などの細胞機能は10^<-6>M程度のCa^<2+>によって調節されている.この班ではわが国で発見された種々のCa受容蛋白質,ライオトニン,カルモジュリン,カルデスモン,フラグミン,アクチノゲリンなどの分子構造と機能について,生化学,生物物理学,分子遺伝学,細胞生理学などの新しい手法を使って研究した.泰野は粘菌の変形体から新しいCa感受生, F-アクチン切断因子を精製した.江橋は平滑筋収縮のCaによる調節がライオトニン(155kD)によることを確認した.浅野はアクチノゲリンのCa結合部,及びαアクチニンとの類似部のペプチドの一次構造を決定した.安楽はカルモジュリン遺伝子を制御することによってカルモジュリンが酵母の分裂に必須であることを示した.池田はホスホリパーゼA2とCaの結合によって基質と酵素の結合が10倍以上増すことによって酵素活性が活性化されることを示した.尾西はミオシン頭部のATPase活性部のアミノ酸配列を決定した.神谷はクラミドモナスの2本の鞭毛が別々にCaによって調節されていることを示した.黒田は粘菌のカフェインドロップを用いて細胞質が収縮後ゾル化する時その部分でCaが10^<-5>M程度に上昇していることを示した.清水は^<43>CaNMRによってCaとカルモジュリン, S100蛋白質の結合を測定することに成功した.月田は動物細胞の細胞接着装置の蛋白質を多数分離した.深見はカルモジュリンが燐酸化されるときSer,Thr,Tyrのアミノ酸が燐酸化されていることを示した.祖父江はカルデスモンに高分子量(150kD)と低分子量(80kD)があることを示しそれぞれ違った組織に分布することを示した.丸山は分子量45kDのアクチン重合阻害蛋白質を牛動脈から精製した.渡辺はテトラヒメナ繊毛のCa結合蛋白質を精製しそのアミノ酸配列を決定した.
生体系の柔軟な構造と反応過程の理論的研究

本研究では、量子力学/分子力学計算および分子動力学シミュレーションにより酵素の活性構造と反応機構についての数万原子規模の計算を行う。この方法により酵素反応におけるキーポイントである基質特異性あるいは立体特異的反応の作用機構について研究する。酵素反応における基質特異性と立体特異的反応の研究本研究では、量子力学/分子力学計算および分子動力学シミュレーションにより酵素の活性構造と反応機構についての数万原子規模の計算を行う。本研究では酵素反応におけるこの種の弱い相互作用の役割について研究するとともに、人工酵素の理論設計について提案する。ビタミンB12は生体内に取り込まれると、アデノシルコバラミンに変換され、十数種の酵素の補酵素として働く事が知られている。ジオールデヒドラターゼは、1,2-プロパンジオール等の主に炭素数4以下のvic-ジオールの脱水反応を触媒する酵素である。本酵素による反応は、アデノシルコバラミン中のCo-C結合がホモリティックに開裂することにより始まる。全原子(約13,500原子)を含むモデルを構築し、QM/MM法を用いてこの反応の理論的解析を行った。本研究では活性部位アミノ酸残基の寄与を推定するため、変異体モデルを構築し、それらの触媒機能を考察した。QM/MM計算にはONIOM法を用いた。QM領域としてにカリウムイオン、基質、アデノシルラジカルのリボース部位、及び6つの周辺アミノ酸残基を選択した。QM計算にはB3LYP法を、基底関数には6-31G*を用いた。MM計算にはAMBER力場を使用した。変異体His143Alaおよび、Glu170を置換したGlu170Gln、Glu170Ala、Glu170Ala/Glu221Alaの合計四つの変異体についてQM/MM計算によりその触媒機構を明らかにした。これらの変異体についても、野生型と同様に基質から1,1-diol radica1への転換は水素引き抜きと水酸基転移の二段階で進行する。Glu170Gln変異体での水酸基転移の活性化エネルギーは17.4kca/molとなり、野生型での活性化エネルギー13.6kcal/molに比べて、大きく上昇することが判明した。実験的にもこの変異体は野生型の1%以下の活性しかないことが知られており、この高い活性障壁が反応の進行を妨げていると予想される。このように量子化学計算によるミューテーションは信頼性のある結果を与えることが分かった。この手法を用いて変位型酵素の活性について研究する予定である。メタンは極めて強いC-H結合(104kcal/mol)、構造の高対称性に起因する双極子モーメントの欠如、および低い酸性度と塩基度などに由来して極めて反応性に乏しい炭化水素といえる。従って、メタンをはじめとする不活性アルカンの化学修飾は現代化学の目指す最重要課題のひとつに数えられている。このメタンを常温・常圧でメタノールへと変換する驚異的な酵素がメタンモノオキシゲナーゼ(MMO)である。MMOはメタンを唯一のエネルギー源あるいは炭素源とするメタン資化細菌に含まれる金属酵素である。最近、pMMOのX線構造解析が解かれ、単核銅、二核銅および単核亜鉛からなる3つの金属活性点を持つことが明らかとなった。この酵素も常温常圧下でメタンをメタノールに転換するため、そのC-H結合活性化どの金属サイトで起こるのかについて考察することは興味深い。本研究では、二核銅酸素錯体の電子状態とメタンとの反応性について密度汎関数計算により理論的に考察した。その結果、Cu(II)Cu(III)のジオキソ状態は比較的容易にメタンのC-H結合を活性化できる。これに対して、Cu(III)Cu(III)のジオキソ状態は閉殻構造であるためにC-H結合に対する反応活性が低く、ラジカル的にC-H結合を解裂できない。計算から求めた反応のエネルギーダイヤグラムからは、Cu(II)Cu(III)のジオキソ状態の方がより高い活性状態にあることが予想される。本研究では生体内の化学反応と電子輸送過程の理論的研究を行った。生体系における電子移動反応は酵素反応において極めて重要な役割を果たしている。最近、単一分子からなる分子ワイヤーのコンダクタンスに関する研究が注目を集めている。一次元系のコンダクタンスを与えるLandauerの理論がナノスケール領域における電気伝導理論として用いられ、ナノサイズ分子特有の伝導現象を示す分子ワイヤーのI-V特性などが再現されている。ここでは、量子化学の重要な概念である軌道理論から分子ワイヤーのコンダクタンスについて議論した。分子における電子の輸送にはフロンティア軌道の振幅と位相が決定的な役割を果たすことを示した。これらを密度汎関数法による定量的な計算結果と比較し、定性的な軌道の議論が普遍的に成り立つことを明らかにした。単一分子の量子輸送過程とフロンティア軌道の関係をさらに深く理解するため、東大と阪大の実験グループとの連携の下に共同研究を行っている。この結果は、Journal of the American Chemical Societyに公表された。その他に金属酵素や触媒に関連する理論的研究を行った。

生体系における電子移動反応は酵素反応において極めて重要な役割を果たしている。一次元系のコンダクタンスを与えるLandauerの理論がナノスケール領域における電気伝導理論として用いられ、ナノサイズ分子特有の伝導現象を示す分子ワイヤーのI-V特性などが再現されている。ここでは、量子化学の重要な概念である軌道理論から分子ワイヤーのコンダクタンスについて議論した。分子における電子の輸送にはフロンティア軌道の振幅と位相が決定的な役割を果たすことを示した。さらに、メタンモノオキシゲナーゼ、ジオールデヒドラターゼ、フルオロアセテートデハロゲナーゼなどの酵素反応について大規模計算を実施し、酵素の構造と反応性に関する理論的研究を行った。これらの成果は、Journal of the American Chemical SocietyやChemistry-European Journalをはじめとするインパクトファクターの高いジャーナルに公表された。
がん微小環境における癌関連線維芽細胞のmTORシグナル制御によるがん治療の新展開

本研究では、口腔癌細胞と線維芽細胞の両者が存在するがん微小環境において、癌関連線維芽細胞(Cancer-Associated Fibroblasts:CAF)の栄養状態を反映するmTOR(mammalian target of rapamycin)シグナルが血管新生因子(Vascular Endothelial Growth Factor:VEGF)を制御する機構を明らかにすることを目的にして研究を行なってきた。当該年度は、がん微小環境におけるCAFのmTORシグナルを介したVEGFを制御する遺伝子の探索ならびに、がん細胞とCAFの相互作用に関与し、かつVEGFを制御する遺伝子が発現抑制の標的とするmTORシグナルの遺伝子の探索を行なった。具体的には、共培養において、mTORシグナルに関連した遺伝子(mTOR、Rheb、TSC2、Akt、Erk、REDD、AMPK、HIF-1α、Vegf)のRNA干渉(ノックダウン)による、増殖能・浸潤能への影響を調べた。また、遺伝子ノックダウンによる増殖能はMTT-アッセイで、浸潤能はマトリゲルインベージョンアッセイ解析した。さらに共培養において、mTORシグナルに関連した遺伝子の過剰発現VEGFの効果が予想外に弱かったので、Vegf遺伝子以外の増殖因子に関連する遺伝子(p70S6K、4E-BP1/2、eLF4G)についても解析を進めた。がん微小環境におけるのCAFとがん細胞の相互作用に関する文献は限られている。CAFのmTORシグナルを介したVEGFの制御機構を解明し、がん微小環境の正常化の可能性を探求することは、間質細胞をターゲットとした新しいがん治療法の開発に発展する基礎研究である。共培養において、mTORシグナルに関連した遺伝子の過剰発現VEGFの効果が予想外に弱かったことが判明し、がん細胞とCAFの相互作用に関与し、かつVEGFを制御する遺伝子が発現抑制の標的とするmTORシグナルの遺伝子を探索する解析の実施にいたらなかったため。mTORシグナルに関連した遺伝子の過剰発現VEGFの効果が予想外に弱かったので、Vegf遺伝子以外の増殖因子に関連する遺伝子(p70S6K、4E-BP1/2、eLF4G)についても解析を進める。次年度は、上記の制御機構における候補因子(FKBP12、RagA/B、RagC/D、LKB1、DEPTOR)の影響を調べる。Vegf遺伝子の発現はPCR法、VEGFタンパク質の発現はELISA法やウエスタン・ブロット法で解析する予定である。本研究では、口腔癌細胞と線維芽細胞の両者が存在するがん微小環境において、癌関連線維芽細胞(Cancer-Associated Fibroblasts:CAF)の栄養状態を反映するmTOR(mammalian target of rapamycin)シグナルが血管新生因子(Vascular Endothelial Growth Factor:VEGF)を制御する機構を明らかにすることを目的にしている。がん微小環境におけるCAFのmTORシグナルに着目し、VEGFの制御機構を解明する。がん微小環境の正常化の可能性を探求することで、間質細胞がターゲットの新しいがん治療法の開発が期待される。本研究では、口腔癌細胞と線維芽細胞の両者が存在するがん微小環境において、まだ明らかにされていない癌関連線維芽細胞(以下、CAF)のmTORシグナルが血管新生因子(以下、VEGF)を制御する機構を明らかにする。mTORシグナルの遺伝子を探索する。29年度は以下の2項目を中心に検討した。1.ヒト口腔癌症例におけるCAFのVEGFと癌の悪性度との相関関係を調べる。2.ヒト口腔癌細胞とCAFのmTORシグナルを介したVEGF分泌に関連する遺伝子を明らかにする。1.ヒト口腔癌症例における癌関連線維芽細胞(以下、CAF)のVEGFと癌の悪性度との相関関係を調べる。ヒト口腔癌症例における癌関連線維芽細胞(以下、CAF)の血管新生因子(以下、VEGF)と癌の悪性度との相関関係を調べるために免疫組織化学的解析を行い,100症例のヒト口腔癌生検標本を用い、免疫染色(Vegf、HIF-1α、αSMA、Vimentin)を行う。CAFをin vivoで解析することで、口腔癌におけるCAFと癌の悪性度との臨床病理学的な相関関係を明らかにする予定であったが、免疫組織化学的解析が遅れている。さらに共培養において、mTORシグナルに関連した遺伝子の過剰発現

VEGFの効果が予想外に弱かったので、Vegf遺伝子以外の増殖因子に関連する遺伝子(p70S6K、4E-BP1/2、eLF4G)についても解析を進めた。がん微小環境におけるのCAFとがん細胞の相互作用に関する文献は限られている。CAFのmTORシグナルを介したVEGFの制御機構を解明し、がん微小環境の正常化の可能性を探求することは、間質細胞をターゲットとした新しいがん治療法の開発に発展する基礎研究である。共培養において、mTORシグナルに関連した遺伝子の過剰発現VEGFの効果が予想外に弱かったことが判明し、がん細胞とCAFの相互作用に関与し、かつVEGFを制御する遺伝子が発現抑制の標的とするmTORシグナルの遺伝子を探索する解析の実施にいたらなかったため。ヒト口腔癌細胞とCAFのmTORシグナルを介したEGF増加に関連する遺伝子群を網羅的に解析していく。ヒト歯肉癌細胞株(Ca9-22)とヒト線維芽細胞株を共培養することで、線維芽細胞をCAFに変化させ、4時間おきのタイムコースでサンプリングする。共培養は、半透膜で細胞間の物質伝達が可能なウェルを用いた三次元培養(間接法)で行う。解析は、細胞内の遺伝子発現量を測定するDNAマイクロアレイを行う(Vegf、HIF-1α、αSMA、Vimentin、mTOR、Rheb、TSC2、Akt、Erk、REDD、AMPK)。共培養において、mTORシグナルに関連した遺伝子(mTOR、Rheb、TSC2、Akt、Erk、REDD、AMPK、HIF-1α、Vegf)のRNA干渉(ノックダウン)による、増殖能・浸潤能への影響を調べる。遺伝子ノックダウンによる増殖能はMTT-アッセイで、浸潤能はマトリゲルインベージョンアッセイ解析する。mTORシグナルに関連した遺伝子の過剰発現VEGFの効果が予想外に弱かったので、Vegf遺伝子以外の増殖因子に関連する遺伝子(p70S6K、4E-BP1/2、eLF4G)についても解析を進める。次年度は、上記の制御機構における候補因子(FKBP12、RagA/B、RagC/D、LKB1、DEPTOR)の影響を調べる。Vegf遺伝子の発現はPCR法、VEGFタンパク質の発現はELISA法やウエスタン・ブロット法で解析する予定である。当初購入を予定していた、試薬の購入費が少なく済み、少額の研究費で実験を行うことが可能であった。また学会参加費、ならびに旅費の支出を見送ることとなった。遺伝子の網羅的解析のための次世代シークエンサー等機器の使用料ならびに解析費用や投稿予定の論文の英文校正費に支出予定である。その他、国外の学会参加費も次年度以降に使用予定である。
軟骨におけるストレス応答機構と概日リズムとのクロストークの解明

体内時計のレポーターマウスを用いて、軟骨部の概日リズムを観察し、薬剤投与や物理刺激に対する概日リズムの変化を観察した。その結果、体内時計は器官培養下においても長期間にわたって維持されることを明らかにした。さらに、発光イメージング装置による観察から、成長軟骨板や関節軟骨で強い発光が観察された。このことから、軟骨部に体内時計が存在することが明らかになった。さらに、この軟骨部の体内時計は、デキサメタゾンやフォルスコリンに対して投与時刻依存的に位相変位を示すことが明らかになった。また、副甲状腺ホルモンの投与では、PTH受容体を介して投与時刻依存的および投与量依存的に体内時計の時刻を変化させた。概日リズムとは生体が刻む約24時間周期のリズムのことである。この概日リズムは時計遺伝子から構成される体内時計によってもたらされる。体内時計は、中枢時計である視交叉上核だけでなく、ほぼ全身に存在していることが明らかにされている。近年、様々な疾患が時計遺伝子の異常と関連していることが報告され、注目を集めている。軟骨組織において、時計遺伝子が発現していることは明らかにされていたが、体内時計の存在については明らかではなかった。そこで、まず軟骨に時計遺伝子からなる体内時計の存在について明らかにすることとした。体内時計の分子機構を構成するPER2にホタルルシフェラーゼが融合したタンパク質を発現するノックインマウスを用いた。このマウスを用いることで、PER2発現パターンを発光量の変化として検出できる。このマウスから大腿骨を採取して培養し、経時的に発光量を測定した。また、発光イメージングシステムを用い発光部位を詳細に検討した。さらに、培養下の骨組織に対し、薬剤を投与して体内時計の時刻が変化するか検討した。大腿骨からの発光は、約24時間周期のリズムを示した。発光は他の組織と同様に、振幅が徐々に小さくなったが、培地交換を行うことで振幅が回復した。発光イメージングシステムを用いた観察から、成長軟骨板や関節軟骨で特に強い発光を認めた。大腿骨からの発光は、デキサメタゾンやフォルスコリンによって体内時計の時刻変化を示した。これらのことから、成長軟骨や関節軟骨においては、自律的に振動する体内時計が存在することが明らかになった。体内時計は、約24時間周期のリズムをもたらす機構のことであり、時計遺伝子によって構成される。体内時計は、中枢時計である視交叉上核のみならず全身の細胞に存在するといわれ、視交叉上核が全身の体内時計を制御していると考えられている。われわれは、この体内時計が軟骨に存在することを明らかにしてきた。近年、体内時計が変形性関節症と関連することが報告されている。また、温熱刺激で誘導されるHIF-1αは時計遺伝子の発現を誘導することが報告されている。これらのことを踏まえて、さまざまな物理刺激やホルモンによって軟骨の体内時計がどのように調節されるかを明らかにすることを目的とした。われわれは体内時計を可視化できるマウスを用いて、大腿骨の器官培養を行い、軟骨の体内時計を観察した。さまざまなストレス刺激や薬剤およびホルモンの投与を行い、体内時計の位相の変化を解析した。その結果、発光イメージング装置による観察で軟骨において強い発光が存在し、発光が概日リズムを刻むことを示した。さらに、副甲状腺ホルモンの投与で、軟骨の体内時計が濃度依存的および投与時刻依存的に変化することを明らかにした。さらに軟骨部においてPTH1型受容体が存在することを免疫組織化学法で確認した。これらのことから、軟骨部の体内時計は副甲状腺ホルモンによって制御される可能性を示している。また、概日リズムの破綻は軟骨の変性を増強させる可能性があることが報告されていることから、体内時計の制御を行える可能性を示したことは非常に重要な知見であると考える。さらに、成長軟骨板に体内時計が存在し、副甲状腺ホルモンで位相変位を示したことから、骨折治療へ応用できる可能性もあると考える。軟骨軟骨のストレス応答機構と概日リズムとの関連についての解明には至っていないものの、軟骨における体内時計の存在を明らかにできたことから、現段階においてはおおむね順調に進展していると考える。軟骨と体内時計との関連を検討するため、動物モデルを用いた実験を行う予定である。時計遺伝子のレポーターマウス、老齢マウスなども用いたin vivoでの実験や低酸素環境下における軟骨細胞の遺伝子解析などin vitroの実験も行う予定である。平成25年度から、連携研究者として京都府立医科大学統合生理学八木田和弘教授が参加している。次年度の研究に必要な経費が当初の試算よりかかると判断したため、予算を次年度に一部繰り越した。試薬等、研究に必要な物品費に充てる予定である。