hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肝移植後の肝癌再発機序におけるＮＫ細胞機能の重要性と免疫監視破綻機序の解明

末梢血と肝組織中ナチュラルキラー(NK)細胞機能の解析などにより、肝移植後の肝細胞癌再発と関連する特異的な免疫関連マーカーなどの同定は出来なかったものの、臓器移植後の抗体関連型拒絶反応にも関与する抗NK細胞活性化レセプターリガンド抗体や、免疫チェックポイント分子に対する可溶型リガンドが肝細胞癌症例で検出されることなど、肝癌に対する免疫監視破綻機序の解明や新規免疫療法開発に繋がる可能性がある重要な知見が得られた。1.症例の選定,肝組織と末梢血の採取,臨床データ・治療経過のまとめ今年度は当施設での新規の肝移植実施が無かったため,生体肝移植後の肝細胞癌症例および肝細胞癌非合併肝硬変症例について適切に肝生検組織と末梢血の採取を行い,研究に使用するとともに肝細胞癌再発の有無など経過観察を継続中である。また,対照として移植施行例以外の肝細胞癌症例と肝細胞癌非合併ウイルス性肝硬変症例についても症例数を増やして検討を行った。2.NK細胞レセプターや細胞傷害性リガンド,サイトカイン・ケモカインレセプター発現の網羅的解析フローサイトメトリーと免疫組織染色によりNK細胞レセプターと活性化マーカー,ケモカインレセプターなどの分子に関して,末梢血と肝組織を用いた検討を実施した。移植後の肝細胞癌再発症例が少なく,肝細胞癌再発との関連については結論的な結果は出ていないものの,移植後のC型肝炎再発症例の肝組織中ではNKG2Aを発現するCD56+bright NK細胞分画が有意に増加し,肝炎進行に関与している可能性を見出し報告した(Biomed Res. 2014, in press)。3.血清中の可溶型NK細胞レセプターリガンドと抗NK細胞レセプターリガンド抗体の測定NK細胞機能に関与する可溶型NK細胞レセプターリガンド(sMICA)について,肝移植例と非移植例の肝細胞癌切除前後の血清を用いてELISAによる検討を継続中である。更に,血清中のMICAに対する抗体がLuminex法により検出された肝細胞癌症例について,MICAのDNA typingを実施し,自己のMICAに対する抗体の有無と肝細胞癌再発との関連などを検討中である。1.症例の選定,肝組織と末梢血の採取,臨床データ・治療経過のまとめ新潟大学医歯学総合病院で生体肝移植を施行された肝細胞癌症例および肝細胞癌非合併肝硬変症例より適切に肝生検組織と末梢血の採取を行い,研究に使用するとともに病理組織学的に評価して臨床データおよび治療経過とともに検討した。今年度は当施設での肝移植件数が少なかったため,対照として移植施行例以外の肝細胞癌症例についても検討を行った。2.NK細胞レセプターや細胞傷害性リガンド,サイトカイン・ケモカインレセプター発現の網羅的解析フローサイトメトリーと免疫組織染色によりNK細胞レセプターと活性化マーカー,TRAILなどの細胞傷害活性に関与する分子に関して,末梢血と肝組織を用いた検討を実施した。移植例の検討のみでは対象症例が現時点では十分ではないため,担癌状態や免疫抑制下におけるNK細胞分画や活性化状態の変化などについては移植前後で結論的な結果は得られていないものの,非移植例における検討では切除前後で末梢血中のNK細胞分画やある種のレセプター発現に変化が認められた。3.肝組織中のNK細胞レセプターリガンド発現と血清中の可溶型NK細胞レセプターリガンドの測定NK細胞機能に関与する可溶型NK細胞レセプターリガンド(sMICA)についても手術前後の血清を用いてELISAにより検討した。既報の通りではあるものの,肝細胞癌非合併症例と比較して肝細胞癌症例でsMICAは高値を示した。さらにMICAに対する抗体もLuminex法により現時点で測定しえた肝細胞癌症例32例中8例で陽性であった。肝細胞におけるNK細胞レセプターリガンド発現に関しては,肝癌細胞株や不死化肝細胞株を用いてサイトカインなどによる刺激での発現変動に関してもin vitroでの検討を継続中である。1.症例の選定,肝組織と末梢血の採取,臨床データ・治療経過のまとめ生体肝移植後の肝細胞癌症例および肝細胞癌非合併肝硬変症例について適切に肝生検組織と末梢血の採取を行い,研究に使用するとともに,肝細胞癌再発の有無などの経過観察を実施した。また,対照群として移植施行例以外の肝細胞癌症例と肝細胞癌非合併ウイルス性肝硬変症例についての検討も実施した。2.NK細胞レセプターや細胞傷害性リガンド,サイトカイン・ケモカインレセプター発現の網羅的解析フローサイトメトリーと免疫組織染色によりNK細胞レセプターと活性化マーカー,ケモカインレセプターなどの分子に関して,末梢血と肝組織を用いた解析を実施した。また,NK細胞と同じ自然免疫担当細胞として,肝臓に多く局在しているmucosal-associated T cells (MAIT細胞)にも着目し頻度や分布などの検討も行った。肝細胞癌症例における変化は確認されていないものの,肝細胞癌非合併ウイルス性肝炎症例においては肝内MAIT細胞比率は転移性肝癌症例の非癌部肝臓と比較して増加しており,活性化

レセプター発現も増加している一方で,MAIT細胞の活性化に重要なインターロイキン7の受容体発現は低下していることを確認した。3.血清中の可溶型NK細胞レセプターリガンドの測定とin vitroにおける肝細胞癌株におけるNK細胞レセプターリガンド発現の解析NK細胞機能に関与する可溶型NK細胞レセプターリガンド(sMICA)につて,肝細胞癌症例では血清中に増加し,肝切除後には減少する一方で,肝切除後の高値が持続する症例において再発との関連について継続して経過観察中である。in vitroでは肝癌細胞株に対するインターフェロン添加によりリガンド発現の上昇とNK細胞活性上昇を確認した。消化器内科学今年度は当施設での新規肝移植実施症例が無く,移植後の肝生検実施症例が予定よりも少なかっため,当初計画より研究の進行はやや遅れているものの,非移植例の肝細胞癌症例,特に肝切除施行例を中心に肝組織と末梢血を用いた検討を継続しており,一定の成果は得られていると考えている。肝癌細胞株に対するNK細胞機能に関するin vitroでの検討では,移植後の免疫抑制剤投与状態の症例から十分なNK細胞数の分離が困難な場合が多かったため,分離条件などを再検討し再開している。当施設での肝移植実施症例や移植後の肝生検実施症例が予定よりも少なく,当初計画より研究の進行はやや遅れているものの,非移植例の肝細胞癌症例,特に肝切除施行例を中心に肝組織と末梢血を用いた検討を継続しており,一定の成果は得られていると考えている。また,研究計画では肝癌細胞株に対するNK細胞機能についてin vitroにおける検討を今年度中に予定していたが,現時点では肝癌細胞株におけるNK細胞レセプターリガンド発現のin vitroでの解析にとどまっており,今後NK細胞機能についての解析が必要である。今後もこれまでの手技・手法による肝組織と末梢血を用いたNK細胞分画やNK細胞活性化状態,レセプター発現に関する解析を継続して検討症例を蓄積する。特に肝細胞癌再発症例については,移植後の症例だけでは十分な症例数が集積しない可能性があるため,非移植例での肝細胞癌再発症例についても詳細な検討を継続したい。また,特に遅れているin vitroでの機能解析に一層注力したいと考えている。今後もこれまでの手技・手法による肝組織と末梢血を用いたNK細胞分画やNK細胞活性化状態,レセプター発現に関する解析を継続して検討症例を蓄積するとともに,免疫抑制下での肝炎再発時の肝生検も移植外科医の協力のもとで実施し,特に肝細胞におけるNK細胞活性化レセプターリガンド発現とNK細胞との相互作用や炎症に伴うサイトカイン・ケモカイン上昇とNK細胞機能との関連について検討し,免疫抑制剤によるT細胞応答抑制下におけるNK細胞機能および肝癌腫瘍細胞自体の免疫学的特性による免疫病態への影響と肝細胞癌再発との関連についての検討を進めたいと考えている。前年度の未使用分が14万円程あったものの,今年度はほぼ当初の予算通りに使用したため9万円程の未使用分が生じた。物品費などに使用する計画である。次年度使用額として140,657円の記載があるが,40,657円は年度内に使用済であり,分担研究者へ配分した物品費100,000円を次年度に使用させていただく。
ブラックホール天体のスペクトル変動の理論的研究

本研究では、いまだに謎が多いブラックホール天体の重要な観測的性質であるスペクトルの時間変動を、ブラックホールとその周りの降着流という理論的モデルを用いて完全に説明することを目的とする。観測スペクトルを説明するにあたって、定常モデルと時間発展モデルの両方のアプローチを用いる。定常モデルの研究では、超臨界降着流の輻射スペクトルを、フルに相対論的流体力学の基礎方程式と、速度の二乗以上を無視した相対論的輻射輸送方程式を組み合わせることによって求めることに成功した。考慮に入れたパラメーターは、ブラックホール候補天体のスペクトルの変動の状態では、光度が極大になるフェイズを含んでおり、観測との比較が合うことを期待したが、得られたスペクトルは観測で得られているスペクトルよりもさらに高エネルギー側にコンプトン散乱の影響を受けてシフトしており、従来のモデルに何らかの変更を強いる結果となった。この結果は共著論文として雑誌掲載が決定した。この結果を受け、従来のモデルに基づいて計画した今回の研究計画も変更を迫られることになり、期間内のモデル完成は難しい状況となったが、今回の研究の中で、まだいくつか重要な発見があった。まず、同じく定常モデルの研究だが、回転するブラックホールの周りに形成する希薄なガス降着流が放射するガンマ線の研究がすすみ、現在共著論文を投稿し審査の過程にある。このガス降着流のモデルは、ブラックホール候補天体のスペクトルの状態のうち光度が最も低いフェイズに相当し、観測されるガンマ線の理論的予測は将来のガンマ線観測衛星の打ち上げに先立ち、非常に重要な結果である。この研究の過程で、我々の銀河中心の巨大ブラックホールの位置で見つかったガンマ線源は、最近のチャンドラX線衛星のX線データを考慮して再計算すると、降着流モデルでは銀河中心起源のガンマ線ではないことが初めてはっきりした。時間発展モデルでは、今回の研究の過程で開発し、春の学会でも発表した、一般相対論的な磁気流体シミュレーションコードの最も基本的な部分(基礎方程式やアルゴリズム、簡単なテスト計算など)をまとめ、単著論文として投稿した。このシミュレーションコードは一般相対性理論を完全に含んでいながら、方程式、アルゴリズム共に非常に簡単で、実用レベルまで開発が進めば、ブラックホール降着流の理論的な研究の分野に大きな影響をもたらすと思われる。この研究期間終了後もできるかぎり開発を進めることに貢献し、発表を重ねていく予定である。また、このコードの一部はJavaにも移植し、Webアプリケーションのサンプルを含むソースコードを研究室に残した。シミュレーションコードの教育、あるいは情報処理教育の一環として、役立ててもらえることを期待している。
抗リン脂質抗体症候群における自己抗体産生機序の解明

実験1:PT/MHC classII複合体が細胞表面に輸送されるかどうかを確認するために、HEK293T細胞(ヒト腎臓上皮細胞株)による強制発現系を用いた。HLAはaPS/PT陽性患者に発現頻度の高いHLADRB1*1302とDRB1*1101、DRB1*1201を選択した。HLAα鎖とβ鎖、PTをHEK293T細胞に強制発現させ、フローサイトメリー(FCM)を用いてPT/MHC classII複合体の表出を確認した。PTおよびMHC classIIを共発現したHEK293T細胞において抗ヒト-PT抗体と抗ヒト-HLA-DR抗体がどちらも結合する細胞集団が認められ、PT/MHC classII複合体が表出されている事が示唆された。またその細胞に特異的に231D(マウスモノクローナルaPS/PT)が結合する事を確認した。またHLA alleleによって抗体の結合親和性に違いがあり、HLADRB1*1302とDRB1*1101とPTを共発現した細胞表面にPT/MHC classII複合体が確認された。目的1.プロトロンビン(PT)がβ2グリコプロテインI(β2GPI)と同様の機序でMHC ClassIIと複合体を形成し抗原として提示されるかどうか否かを検討する。結果1. WesternBlottinによりFLAG-PTが発現していることを確認した。現在強制発現系を用いて自己反応性B細胞をsortingするための条件検討を行なっている。抗リン脂質抗体の抗原であるプロトロンビンと疾患感受性HLAが複合体を形成することは証明できたが、aPS/PT産生細胞の同定がまだできておらず、その後の抗体産生細胞の分化の抑制、抗体産生の抑制、抗体産生細胞自体の除去に関する検討ができていない。自己反応性B細胞のsortingおよび自己反応性B細胞のcloningを行う。Cloningすることで患者由来のmonoclonal抗体を作製することが可能となる。さらには抗原特異的B細胞の増殖・活性化メカニズムを明らかにすることで疾患特異的抗体の産生抑制を目指す。
集積構造変換型可逆発光スイッチの設計と新規な有機記録材料への展開

分子を化学修飾することなく、分子の集積構造を変えることで固体発光の強度や色を可逆的にスイッチする材料の開発に成功した。具体的には、テルピリジンとピレン化合物C6TPPyについて、それぞれ熱および圧力という外部刺激によって分子集積構造を変化させ、固体発光のon-offおよび発光色スイッチに成功した。またこれらの新規な記録材料に向けた基本物性を確認した。1.テルピリジン固体発光の機構解析効率よい発光を示す板状結晶とほとんど発光しない針状結晶およびアモルファス固体について、発光機構を検討した。その結果、光励起状態からの非放射失活速度定数Knrについて、板状結晶はKnr=1.7x10^8s^<-1>であったのに対して針状結晶とアモルファス固体のKnrは1.2-1.8x10^9s^<-1>と約10倍大きいことがわかった。一方、放射失活(=発光)速度定数Krは同程度の値(2-4x10^7s^<-1>であった。以上のことから、非放射失活過程の違いが発光特性を決定づけることが明らかとなった。2.新しい集積構造変換型可逆発光スイッチ材料:ピエゾクロミック発光材料高い蛍光性を有するテトラフェニルピレン(TPPy)に水素結合部位(アミド基)を四つ導入したC6TPPyは、固体中でカラム構造を形成し強い青色発光(435nm)を示す。この固体を押しつぶすと発光は緑色(472nm)に変化し、200°C,30分の加熱により青色に戻ることを確認した。この結果は、加圧-加熱サイクルによるピエゾクロミック発光という、これまで報告例のほとんどない新規性の高い有機固体発光を見出したと同時に、新しい集積構造変換型発光スイッチ材料としての応用が期待できることから、大きな成果であるといえる。さらに、ペリレン蛍光ユニットをアミド置換したPBAも圧力負荷により固体発光が黄色から赤色に変化することを見出し、より広範囲な波長においてピエゾクロミック発光材料の開発の可能性を示した。1.ペリレンを発光ユニットとするピエゾクロミック発光材料の開発18年度に見出した,新しい集積構造変換型可逆発光スイッチであるピエゾクロミック発光材料の展開として,ペリレンを発光ユニットとする新規分子を種々設計し評価をおこなった。高い蛍光性を有するペリレンに水素結合部位(アミド基)を二つ導入したペリレンビスアミド(PBA)は,固体中で組織構造を形成し強い黄色発光(540nm)を示す。この固体を押しつぶすと発光は赤色(610nm)に変化した。この発光変化はモノマー/エキサイマー発光機構に基づくものであることを明らかにした。この成果により,ピレン系で見出した青之緑色発光スイッチングと考え合わせ,より広範囲な波長においてピエゾクロミック発光材料の開発の可能性を示した。さらに,圧力負荷にともなう発光変化のし易さがアミド基側鎖の構造に依存することを見出し,ピエゾクロミック発光材料の圧力感受性制御にむけた基礎的な知見が得られた。2.結晶構造に依存する固体ESIPT発光分子内水素結合の関与する励起状態分子内プロトン移動(ESIPT)蛍光を示す2-(2'-ヒドロキシフェニル)イミダゾ[1,2-a]ピリジン(1)が,結晶構造に依存して大きく異なる固体ESIPT発光〔495nm(青緑)および530nm(黄色)]を示すことを見出した。化合物1は分子パッキングに依存して異なる固体ESIPT発光を示した初めての系であり,この成果は,ESIPT機構に基づく大きな発光変化を示す新しい集積構造変換型可逆発光スイッチの開発に向けた重要な知見である。集積変換型可逆発光スイッチの開発として、最終年度は圧力を刺激とするピエゾクロミック発光材料の可逆的集積構造変換の機構設計の精密化、および新しい構造一発光変換機構の探索に注力し、以下の成果を得た。1.ピエゾロミック発光スイッチの精密設計1,3,6,8-テトラフェニルピレン(TPPy)誘導体が示すピエゾクロミック発光を対象とし、外部刺激で発光応答を示す相変化型有機材料への応用に向けた設計指針の精密化をおこなった。TPPyのフェニル基にアルキルアミド基を導入した(Alkyl)AmTPPyについて、側鎖アルキル基の効果を検討し、アルキル鎖の最適設計が水素結合支配の規則構造形成に重要であること、さらに刺激応答性にも重要な役割を果たしていることを明らかにし、ピエゾクロミック発光を示す上で必要な双安定構造実現のための設計指針を精密化することができ、有用な材料開発に向けた知見が得られた。一方、アミドをエステルに置き換えた(Alkyl)EsTPPyは、(Alkyl)AmTPPyと異なった波長領域にピエゾクロミック発光を示し、分子間相互作用を変えることで異なる双安定構造を実現できることを実証し、新たなピエゾクロミック発光材料を開発することができた。また、(Alkyl)EsTPPyは、可塑剤を混合することで、圧力緩和にともなう発光色の回復速度を飛躍的に増大することができ、圧力負荷をリアルタイムでモニターする新しい固体発光材料となることを実証した。2.新規な集積構造-発光変換機構の探索

分子内水素結合を有する2-(2'-ヒドロキシフェニル)イミダゾ[1,2-a]ピリジン(HOPIP)は、溶液中で弱い励起状態分子内プロトン移動(ESIPT)蛍光を示すが、我々はHOPIPが強い固体発光((φ0.3-0.4)を示すことを見出し、さらに結晶構造に依存して発光色が大きく異なる(青緑および黄色)ことを確認した。結晶構造解析の結果、HOPIPの二つの芳香環による二面角が異なっており、これが発光特性に反映しているものと推定され、集積構造変化を発光変化に変換する新しい機構となることを示すことに成功した。
結晶成長における二重拡散自然対流現象とミクロ構造

二液層系の二重対流拡散において、先に、両層の境界面が徐々に上方へ移動する現象が観察されていたが、この理由が不明であった。温度の体膨張係数、濃度の体膨張係数、動粘度、温度拡散率、拡散係数の諸物性値を温度の関数として表し、数値解析を行った。ここでKCl水溶液の場合を例とした。この結果、温度の体膨張係数と温度拡散率、拡散係数の三つを全て温度依存させることにより水層側の領域に18%もの界面移動が生じることが認められた。またこのような原因としては加熱、冷却壁に沿って両液層面に衝突する境界層流れの慣性力の違いによることが流速分布から考えられた。また二液層の接触から完全な崩壊と一液層への遷移過程を含めた数値解析を行った。これはプラントルPr=6,ルイス数Le=10,アスペクト比A=4,レイリー数Ra=10^5,浮力比N=2の場合で無次元時間τ=2.41において崩壊した。KCl水溶液の場合、実験では4cm幅,16cm高,10cm奥行きの水槽で10°Cの温度差で9時間を経過しても崩壊しなかった。二液層の下層の塩水層から上部の水層への溶質の移動によって二重拡散自然対流が生じるが、この移動速度を数値解析により求めた。数値計算はPr=6,A=4,Ra=10^4,N=2,3,5,10,Le=10,20,30,50,100について行った。このようなデータの組み合わせに対し数値計算を行い、濃度の移動速度dc/dτを求めた。その結果、データは次のような経験式で表されることが解った。dc/cτ=(2.78/N+0.28)Le^2,ここでN=210でa=-0.61-0.71となった。これは対流層間の物質移動速度は両層間の濃度差によらず、拡散係数に依存するということが結論づけられた。これはまた先に鎌倉により測定されていた実験結果を説明するものである。物質移動速度が濃度差に依存しないのは、対流層間の濃度勾配が一定であると推定できた。以上は二重拡散自然対流でよく観察される多数のセル状ロールのうち2つだけを取り出した場合の二液層であったが、次に上下方向に最初は一様で、左右の側壁から加熱・冷却され、かつ側壁上の濃度が±0.5であるような場合を取り上げた。これは側壁が電極のような場合に相当し、本研究分担者のKamotani教授が長年取り組んでいる系である。まず加熱壁で低濃度、冷却壁で高濃度という場合を取り上げた。この場合温度差の基づく浮力の方向と、濃度差に基づく浮力の方向がどちらの側壁でも同方向であり、全層対流が起こるように思われるが、実際には低濃度液が層の上部に停滞し、一方、高濃度液が層下部に停滞し、中央部分には平均濃度に近い液層が温度差にのみ依存した小規模の対流渦を呈することが解った。これは従来のKamotaniらの解析解と一致する特性である。さらに本研究では、結晶成長を想定した低Pr数の場合を取り上げ、Pr=0.01,Le=100,A=2,Ra=10^4,N=0,3,10,20という場合を取り上げた。その結果N=0と3では低プラントル数流体特有の真円に近い対流渦が槽の中央高さに形成されたが、浮力比N=10,20になると、全槽対流と真円対流が交互に出現するようになり、平均ヌセルト数も無次元流速も大きく周期的に変動する解が求められた。このような系は極めて周期変動の大きな不安定な特性を持つことが認められ、ミクロ構造に影響が大きいと考えられる。次に加熱壁で高濃度、冷却壁で低濃度という場合を取り上げた。この場合、両者の浮力は共に相殺し、高濃度液を温度浮力で持ち上げようとして途中で加熱壁より離れていくという現象が現れるが、実際には更に浮力比がパラメータとして作用するので、Nが0.5,1,2位まではほゞ全槽対流であるが、N=3,10では周壁に沿う濃度差対流に対し、コア部分には個別の温度差対流が現れるという極めて特異な対流が出現した。しかし側壁上の平均ヌセルト数は前者の場合、大きな振動を呈した。以上のような多数の新しい知見を科学工学会第28回秋期大会にて展望講演の機会を与えられてまとめて報告できたのは望外の幸いであった。その他、ガス相についての二重拡散対流の問題をオランダ,デルフト大学での長期滞在において鎌倉氏が実施でき、多くの新しい成果を得、本年イタリアで発表を予定している。二年間で本研究は外国誌,国際会議等で12件の業績としてまとめることができたのも予想外の大成果であった。

またこのような原因としては加熱、冷却壁に沿って両液層面に衝突する境界層流れの慣性力の違いによることが流速分布から考えられた。また二液層の接触から完全な崩壊と一液層への遷移過程を含めた数値解析を行った。これはプラントルPr=6,ルイス数Le=10,アスペクト比A=4,レイリー数Ra=10^5,浮力比N=2の場合で無次元時間τ=2.41において崩壊した。KCl水溶液の場合、実験では4cm幅,16cm高,10cm奥行きの水槽で10°Cの温度差で9時間を経過しても崩壊しなかった。二液層の下層の塩水層から上部の水層への溶質の移動によって二重拡散自然対流が生じるが、この移動速度を数値解析により求めた。数値計算はPr=6,A=4,Ra=10^4,N=2,3,5,10,Le=10,20,30,50,100について行った。このようなデータの組み合わせに対し数値計算を行い、濃度の移動速度dc/dτを求めた。その結果、データは次のような経験式で表されることが解った。dc/cτ=(2.78/N+0.28)Le^2,ここでN=210でa=-0.61-0.71となった。これは対流層間の物質移動速度は両層間の濃度差によらず、拡散係数に依存するということが結論づけられた。これはまた先に鎌倉により測定されていた実験結果を説明するものである。物質移動速度が濃度差に依存しないのは、対流層間の濃度勾配が一定であると推定できた。以上は二重拡散自然対流でよく観察される多数のセル状ロールのうち2つだけを取り出した場合の二液層であったが、次に上下方向に最初は一様で、左右の側壁から加熱・冷却され、かつ側壁上の濃度が±0.5であるような場合を取り上げた。これは側壁が電極のような場合に相当し、本研究分担者のKamotani教授が長年取り組んでいる系である。まず加熱壁で低濃度、冷却壁で高濃度という場合を取り上げた。この場合温度差の基づく浮力の方向と、濃度差に基づく浮力の方向がどちらの側壁でも同方向であり、全層対流が起こるように思われるが、実際には低濃度液が層の上部に停滞し、一方、高濃度液が層下部に停滞し、中央部分には平均濃度に近い液層が温度差にのみ依存した小規模の対流渦を呈することが解った。これは従来のKamotaniらの解析解と一致する特性である。さらに本研究では、結晶成長を想定した低Pr数の場合を取り上げ、Pr=0.01,Le=100,A=2,Ra=10^4,N=0,3,10,20という場合を取り上げた。その結果N=0と3では低プラントル数流体特有の真円に近い対流渦が槽の中央高さに形成されたが、浮力比N=10,20になると、全槽対流と真円対流が交互に出現するようになり、平均ヌセルト数も無次元流速も大きく周期的に変動する解が求められた。このような系は極めて周期変動の大きな不安定な特性を持つことが認められ、ミクロ構造に影響が大きいと考えられる。次に加熱壁で高濃度、冷却壁で低濃度という場合を取り上げた。この場合、両者の浮力は共に相殺し、高濃度液を温度浮力で持ち上げようとして途中で加熱壁より離れていくという現象が現れるが、実際には更に浮力比がパラメータとして作用するので、Nが0.5,1,2位まではほゞ全槽対流であるが、N=3,10では周壁に沿う濃度差対流に対し、コア部分には個別の温度差対流が現れるという極めて特異な対流が出現した。しかし側壁上の平均ヌセルト数は前者の場合、大きな振動を呈した。以上のような多数の新しい知見を科学工学会第28回秋期大会にて展望講演の機会を与えられてまとめて報告できたのは望外の幸いであった。その他、ガス相についての二重拡散対流の問題をオランダ,デルフト大学での長期滞在において鎌倉氏が実施でき、多くの新しい成果を得、本年イタリアで発表を予定している。二年間で本研究は外国誌,国際会議等で12件の業績としてまとめることができたのも予想外の大成果であった。
脊髄小脳変性症モデルマウスの作製と発症メカニズムの分子生物学的・病理学的解析

SCA14変異型PKCγ発現細胞においてPKCγの機能不全により受容体刺激後のカルシウムの流入量が増大し、細胞内のカルシウムホメオスタシスを変化させていることが判明した。このカルシウムの流入にはTRPC3チャネルの関与が強く示唆された。野生型PKCγはTRPC3チャネルをリン酸化することによりTRPC3チャネルを介したカルシウムの流入阻害するのに対して、変異型PKCγではTRPC3チャネルをリン酸化することが出来なくなってしいた。これは、SCA14の変異によりPKCγのC1ドメインと細胞膜脂質ジアシルグリセロールとの結合能が低下し、細胞質膜上に安定的に滞在出来ず、変異型PKCγが細胞質膜上のTRPC3チャネルと相互作用出来なくなったためだと考えられた。一方で、我々はSCA14変異体のうち、G128DとG360SについてCre/LoxPシステムを用いて、部位特異的に変異タンパク質の発現を調節できる病態モデルマウスを作製している。既に、小脳プルキンエ細胞での変異タンパク質の発現は確認しており、これらのマウスにおいて小脳脊髄変性症様の病態の有無を観察中である。これまでのところ、変異タンパク質の発現量が内在性のPKCγと比較して少ないこともあり、顕著な歩行障害等は観察されていない。しかしながら、脊髄小脳変性症はヒトにおいては長期的に進行し、発症年齢にも開きがあるため、これらのマウスにおいて長期的な経過観察が必要であると考えている。SCA14変異型PKCγ発現細胞では、細胞内Ca^<2+>の半減期が野生型と比較して長く、このCa^<2+>流入は2-APB、SKF-96395処置によって阻害されたことよりTRPCチャネルの関与が考えられた。そこで、小脳に多く発現しているTRPC3に注目し細胞内での野生型とSCA14変異型PKCγのTRPC3に対するリン酸化能を検討した。結果、野生型では刺激依存的にTRPC3のリン酸化が検出されたが、SCA14変異体では有意なリン酸化は確認出来なかった。また、SCA14変異型PKCγは野生型と同様に、刺激依存的に細胞質膜へとトランスロケーションし、in vitro酵素活性測定においては恒常的に活性化状態であり、高い酵素活性能を有している。つまり、活性化状態にある変異体は刺激に応じて細胞質膜へとトランスロケーションするにもかかわらず、細胞質膜上の基質をリン酸化することが出来ないという矛盾が生じていた。そこで、野生型と変異型PKCγの一分子における細胞質膜上での動態を、全反射顕微鏡を用いて観察した。結果、1分子における変異体の細胞質膜滞在時間は野生型に比べて有意に短縮していた。さらに、この膜滞在時間の短縮はC1ドメインの機能不全によって引き起こされること、つまり、膜上に産生されるジアシルグリセロール(DAG)との結合能の低下が原因であることがわかった。これらの結果をまとめと、野生型PKCγでは生理刺激に応答して細胞質膜へとトランスロケーションしDAGと結合する。活性化したPKCγは細胞質膜上でTRPCチャネルをリン酸化し、細胞外からのCa^<2+>流入を止める。一方で、変異体も生理刺激後の細胞内Ca^<2+>の上昇に応じて細胞質膜へとトランスロケーションはするが、細胞質膜上のDAGと結合することができない。結果、酵素活性能を有しているにもかかわらず、細胞質膜上に十分に留まることが出来ず、チャネルのリン酸化に失敗する。その結果、細胞外からのCa^<2+>流入を抑制出来ない。このような過剰なCa^<2+>流入がSCA14において神経細胞死を引き起こす1つの原因になる可能性が示唆された。
ナノスケール素子における高濃度電子輸送の3次元粒子シミュレーションによる研究

電子間および電子不純物間クーロン相互作用を3次元粒子シミュレーションに高精度に導入したうえで、現実的なデバイス構造のデバイス・シミュレータを構築した。高濃度ソースおよびドレインでの集団運動(プラズマ波の励起)、電子の縮退状態、バンドテール効果とホットエレクトロン化、が正しくシミュレートできていること検証することで、ソース/ドレイン領域まで含めた構造でのモンテカルロ・シミュレータの動作の正当性を検証した。クーロン相互作用を高精度に組み込んだ3次元粒子シミュレータを構築した。長距離クーロン相互作用は、各電子と不純物が作るポテンシャルからPoisson方程式を解くことによって得られるクーロン力を、電子の古典的運動方程式に組み込むことで考慮した。その際、全系のエネルギー保存をみたすようにパラメータの最適化を行った。一方、短距離で2体間に働くクーロン相互作用、すなわち短距離クーロン相互作用は、遮蔽されたクーロン・ポテンシャルを摂動とした量子力学的散乱機構として組み込んだ。ただし、従来の散乱機構と異なり、不純物と電子の空間的位置に依存して散乱確率が変化する新たな散乱モデルを導入した。新たに構築した空間局在性を考慮した不純物モデルと従来のjelliumモデルでシミュレーションを行い、バルク形状での電子移動度の不純物濃度依存性を評価し、本モデルが従来モデルの結果を再現し得ることを確認した。そのうえで、局所的に分布した不純物を反映した短距離散乱が、粒子シミュレーションで実現できることを確認した。その結果、チャネル領域での電子濃度と同程度である10^18cm^-3において、不純物の分布を反映した輸送特性の相違が生じることを見出した。これらの結果は、離散不純物によって生じるポテンシャル揺らぎを反映した輸送特性の、モンテカルロ法によるはじめての直接的検証と言える。本研究では不純物を一様ランダムに分布させたが、不純物の分布に偏りがある場合、局在化モデルによる輸送特性(移動度の向上、緩和時間の増大等)がより顕著に表れると考えられる。この方針もとで、来年度は偏在した不純物分布のもとでの輸送特性解析をさらに進める予定である。電子間クーロン相互作用を3次元粒子シミュレーションに世界で初めて導入することを研究の主目的としている。具体的には、電子と不純物が作るクーロン・ポテンシャルを、集団運動を引き起こす長距離成分とランダムな熱運動を引き起こす短距離成分に切り分けて、シミュレータに導入する。ポアソン方程式を適切に解いて、長距離成分を電子の運動方程式に組み込む。また、二体間で働く短距離成分は、遮蔽されたクーロン・ポテンシャルを摂動ポテンシャルとした散乱機構として、導入する。導入方法は(2次元粒子シミュレーションの)従来手法の単純な拡張であるが、エネルギー保存等を指標として、高精度にパラメータを最適化したうえで長距離成分と短距離成分を切り分けるところに、本研究の特徴がある。本年度は、昨年度検討した長距離成分と短距離成分を、同時に3次元シミュレータに導入し、電子輸送特性を以下のように総合的に評価、検討した。(1)ポアソン方程式と輸送シミュレーションを自己無撞着に結合させた。その際、シミュレーション・パラメータの最適化を各不純物(電子)濃度に対して行った。そのうえで、電子移動度の不純物濃度依存性を評価し、実験結果との比較検討を行い、現アプローチの正当性の確認を行った。(2)不純物の離散性を考慮するために、空間的に局在した不純物による散乱モデルを構築した。そして、離散不純物でのバルク形状で電子移動度の不純物濃度依存性を評価し、局在モデルと従来モデルが同等の結果を再現し得るかどうかを確認し、局在モデルの正当性を明らかにした。(3)3次元粒子シミュレータにデバイス構造を組み込むための拡張を行った。当該研究では、電子間クーロン相互作用を3次元粒子シミュレーションに高精度に導入することを研究の主目的とする。具体的には、ポアソン方程式を適切に解いて長距離成分を電子の運動方程式に組み込むと同時に、二体間で働く短距離成分を遮蔽されたクーロン・ポテンシャルを摂動ポテンシャルとした散乱機構として導入する。本年度は、昨年度検討したクーロン・ポテンシャルの長距離成分と短距離成分を、同時に3次元シミュレータに導入したうえで、現実的なデバイス構造(ダブルゲートMOSFET)のもとでの電子輸送シミュレーションを、以下のように総合的に評価と検討を行った。(1)ボアソン方程式とモンテカルロ法との自己無撞着な結合によってクーロン・ポテンシャルを導入し、バルク形状のもとでの電子移動度の不純物濃度依存性を評価した。その結果、1020cm-3の高濃度領域までの電子移動度を自由パラメータ無しで実験結果を再現することに初めて成功した。さらに、電子の平均自由行程と不純物間平均距離、散乱頻度、定常輸送と過渡応答等を考察し、不純物の空間分布による輸送機構を明らかにした。(2)3次元粒子シミュレータにデバイス構造(ダブルゲート構造MOSFET)を組み込むための粒子シミュレータの拡張を行った。

そのうえで、ダブルゲート構造MOSFET構造のもとでの電子輸送シミュレーションが正確に動作することを、高濃度なドレインとソース領域でのプラズマ波の励起、高濃度電子の移動度、電子の縮退状態、を考察することで検討し、動作の正当性を確認した。
レーザープロセスによる酸化亜鉛ナノワイヤの光電特性制御法の開発

非極性面を表面に露出させているmカットサファイア基板をZnOバッファ層製膜に用いる実験を行った。製膜されたZnOバッファ層はm面(10-10)方向に成長しており、非極性ZnOバッファ層を作製することに成功した。この非極性ZnOバッファ層を下地として、ナノ微粒子支援レーザー堆積法によるナノワイヤ作製を行ったところ、ナノワイヤの成長密度が他の基板使用時と比べて1/100以下に減少することが見出された。更にレーザーアブレーションとの組み合わせにより任意の位置にナノワイヤを成長させることで電界放出源などへの応用に適するナノワイヤ群が生成することが示された。aカット、cカット、mカットサファイア基板を使用し、それらの上に最適条件で堆積させたZnOバッファ層のホール効果測定を行った。結果、aカット上のZnOバッファ層はcカット及びmカットを用いた場合と比べて1桁以上高いキャリア濃度を持ち、キャリア移動度も1桁大きくなることが示された。結晶の面内配向ミスオリエンテーションがaカット上ZnOの場合は0.4°程度と非常に小さく、キャリアのトラップサイトが少ないことが原因として有力である。aカットサファイア基板を用いた場合でもELは観測されていなかった為、キャリア濃度を高める手法としてAlドープZnOを用いる実験を行った。パルスレーザー堆積法の照射ターゲットとして使用するAlドープZnO焼結体は偏析が多いため、偏析の少ないAlNドープZnO焼結体を使用したところ、Nを含まないAlドープZnOバッファ層の作製に成功した。AlドープZnOのキャリア濃度はZnOバッファ層に比べて1桁以上高く、有力なn型ZnOとして使用できる可能性が高まった。実際に、本手法で作製したAlドープZnOバッファ層とSbドープZnO球を用いてELを観測することに成功しており、今後の更なる発展に期待が寄せられている。27年度が最終年度であるため、記入しない。採用初年度は、本研究テーマのp-ZnOナノ結晶の作製における新たな着眼点として、ナノ結晶の成長制御によるスループット向上を目的とした研究に取り組んだ。その結果として、これまでに確立されていなかったZnOナノワイヤの成長密度制御に成功し、その技術を応用することでZnOナノワイヤの波長オーダーでの周期配列制御に成功した。具体的には、ZnOナノ結晶をさせる基板としてPLD法により作製したZnOバッファ層を導入し、更にZnOバッファ層に四光速干渉レーザーを照射する手法で、ZnOバッファ層表面への干渉パターンを作製した。これにより、ZnOナノワイヤを大面積に周期パターン成長させる技術の基盤が確立されたため、今後の研究の進展を早めることができると期待される。また、これらの結晶は高いアスペクト比を持つことから、電界放出源としての応用も可能であるため、周辺分野への波及という観点からも有意義な結果であると考える。また、周期配列ZnOナノワイヤ先端部への燐イオン注入を行い、その電気特性は整流性を示した。順方向電流閾値はZnOのバンドギャップエネルギーに近い値を持ち、ZnOナノワイヤベースのLED素子作製に一歩前進した結果となった。それらの結果をもとに、平成26年度は第一著者として英語原著論文3報の研究成果を発表した。また、国内外の学会における研究発表にも活発に取り組み、国際学会で3件、国内学会で3件の口頭発表を行っている。

申請年度中の研究を通して、本研究の最終ターゲットであるZnOナノ結晶を用いた紫外発光デバイス作製法の確立には、ZnOナノ結晶の成長制御が必要となることが明らかになった。このことを受け、2014年度はZnOナノ結晶の成長制御法の確立によってその問題を解決することを目標とした研究に取り組んだところ、ZnOバッファ層への紫外レーザー照射というこれまでにない方法によってZnOナノ結晶の成長密度制御が可能であることを見出した。また、その応用としてZnOバッファ層への四光束パターニングによって周期配列ZnOナノワイヤの作製に取り組み、これをテーマにして論文を一報執筆した他、国内外の学会において報告を行い、高い評価を得た。加えて、当初の実験計画にあったZnOナノ結晶へのPイオン注入条件の最適化についても検討を行い、周期配列ZnOナノワイヤへのPイオン注入による、ZnOナノワイヤ先端部のp型化にも成功した。当初の実験計画の段階では浮上していなかった問題点を見出し、その解決に至ったことは大きな成果であり、また本来の実験計画に沿った内容についても進展があったことからも、期待通りに研究が進展していると考える。27年度が最終年度であるため、記入しない。デバイス化に適した形状・配列を持つZnOナノワイヤの作製発展として、m-cutサファイア基板を使用したZnOナノワイヤの作製に取り組む。この方法により得られる周期配列ZnOナノワイヤは、従来のa-cutサファイアやc-cutサファイアを使用する場合に比べてパターニング部以外における結晶核生成を抑制できることが予想され、更なる加工スループットの向上に期待ができる。本年度前期には基板選択等のZnOナノワイヤ作製法に関する研究に取り組み、更に後期にはZnOナノワイヤの電気特性の制御法について調査を行うことで、周期配列ZnOナノワイヤ中でのpnホモ接合の形成を目指す研究を進める。それらの電気特性の制御については、アクセプタの導入にPイオン注入・Nイオン注入・レーザードーピングを検討する他、ZnO固有のドナー欠陥濃度の制御にはレーザーアニール処理を活用する予定である。また、それらの活性化には紫外パルスレーザーによるレーザーアニール処理やRTA処理を検討する予定であり、紫外発光素子やトランジスタとしてデバイス化する上で電気抵抗とオン電圧の小さな素子作製を目指す。
生体由来ヒト多能性幹細胞の特性解析と再生医療への応用の可能性

成人ヒト間葉系組織に存在する非腫瘍性の多能性幹細胞Muse細胞の特性解析を行った。肝臓・腎臓傷害モデルにヒトMuseあるいはMuse以外の間葉系幹細胞(非Muse細胞)を血管投与し、体内動態を調べたところ、Muse細胞は傷害臓器に集積し生着するが非Muse細胞は健常臓器を含めて残存しなかった。肝障害、脳梗塞モデル動物に経血管的にMuse細胞を投与すると肝障害では肝細胞、胆管などに、脳梗塞では神経細胞として生着し、機能回復と組織修復をもたらすことが確認された。このようなMuse細胞の傷害部位への特異な遊走機構が特定のG蛋白共役型受容体が関与していることが示唆された。皮膚や骨髄などの成人ヒト間葉系組織に多能性を有する新たな幹細胞Multilineage- differentiating Stress Enduring cell(Muse細胞)を見出した。この細胞は多能性幹細胞マーカーを発現し、1細胞から3胚葉性の細胞に分化する能力を有する。ヒトES細胞のマーカーSSEA-3を用いることによりヒト線維芽細胞、骨髄間葉系細胞などの培養細胞の他に、新鮮骨髄液、皮膚組織などの生体組織からも直接分離可能である。成人ヒトの組織に存在することからも腫瘍性がない。多能性を有するが腫瘍性の無いMuse細胞の特性を細胞生物学的視点から解析し、生体内での多能性の制御機構を解明する。また生体内での遊走・分化機構、組織再生への寄与を解析し、この細胞の持つ利点を生かした細胞治療の可能性を開拓することを目的とする。本年度は下記の内容を実施し、成果を得た。1.Muse細胞の特性1-1)分裂様式の解析:Muse細胞は1細胞からの分裂する過程の初期において非対称分裂を行い、非Muse細胞がMuse細胞のニッチ環境を作ることを観察した。また非対称分裂に関わるNumblikeが発現されることも確認した。1-2)Muse細胞における多能性の制御機構:Oct3/4、Nanogのpromoter下流にそれぞれOct3/4、Nanogの構造蛋白とGFPあるいはTd tomatoなどのタグを付加した遺伝子を作製しMuse細胞に導入して、Nanog、Oct3/4のそれぞれの蛋白の局在をtime laps顕微鏡を用い観察した。その結果、接着では細胞質にあるこれらの因子が浮遊になると核に移行することが確認された。1-3)各組織由来のMuse細胞の比較:皮膚、骨髄以外に脂肪組織、臍帯などの間葉系組織や、心臓、腎臓などの各種臓器におけるMuse細胞の存在や差を調べ、間葉系組織を含め、各臓器の結合組織に散在性にあることが確認された。2.各種疾患モデルを用いた組織再生能の検討2-1)in vitroで分化誘導の検証;皮膚fibroblastや骨髄間葉系細胞から採取したMuse細胞を培養において、骨、脂肪、神経、肝臓、胆道系細胞、表皮細胞、骨格筋などに誘導できることが確認された。2-2)モデル動物を用いた移植実験:免疫不全マウスの肝障害、糖尿病、脳梗塞、筋変性、皮膚損傷などのモデル動物にヒトMuse細胞を移植したところ、傷害組織にホーミングし、組織に応じた細胞に分化することによって組織修復に寄与することを確認した。皮膚や骨髄などの成人ヒト間葉系組織に多能性を有する新たな幹細胞Muse細胞を見出した。この細胞は3胚葉性のあらゆる細胞に分化でき、ヒトES細胞のマーカーSSEA-3でヒト線維芽細胞や骨髄液、皮膚組織などから分離可能である。腫瘍性がない事から再生医療への応用が期待されている。H24、H25年度において下記の成果を得た。1)Muse細胞の傷害部位への遊走因子の同定と組織修復との関係:特定のG蛋白共役型受容体がMuse細胞にのみ発現しており、細胞膜脂質を元に細胞傷害時に作られる急性炎症物質に対する受容体であることが分かった。Boyden chamber実験で、Muse細胞のみが遊走性を示し非Muse細胞は反応せず、またTaxiscanにおいても同様の結果が再現された。さらに肝臓・腎臓傷害モデル動物にMuse細胞を血管投与し、1日1週の早期と2週以降の後期におけるMuse細胞の各臓器への集積を調べたところ、早期では肺や脾臓などに検出されるものの2週以降にはMuse細胞は傷害臓器に集中的に集積し生着することがわかった。一方、非Muse細胞は1週以降、傷害臓器はもとより、他の健常臓器においても残存しなかった。2)各組織由来のMuse細胞の比較:ヒト骨髄、脂肪、皮膚のMuse細胞の遺伝子発現を比較した結果、外・内胚葉系の因子は骨髄由来のMuse細胞が最も高く発現し、中胚葉系の因子は脂肪由来Muse細胞が最も高いことが分かった。

3)組織再生能の検討:免疫不全マウスの肝障害、脳梗塞モデル動物に経血管的にMuse細胞と投与すると傷害組織に生着し、肝臓では肝細胞、胆管、kupffer細胞などに、脳梗塞では梗塞部位でTuj-1, NeuN陽性神経細胞として生着することなどが確認された。さらに肝機能、脳機能の改善が統計的有意差を持ってもたらされることが確認された。皮膚や骨髄などの成人ヒト間葉系組織に多能性を有する新たな幹細胞Muse細胞を見出した。この細胞は3胚葉性のあらゆる細胞に分化でき、ヒトES細胞のマーカーSSEA-3でヒト線維芽細胞や新鮮骨髄液、皮膚組織などから分離可能である。腫瘍性がない事から再生医療への応用が期待されている。H24年度は下記の成果を得た。1)Muse細胞の傷害部位への遊走因子の同定と組織修復との関係:Muse細胞と非Muse細胞を分離し、Muse細胞に特異的に発現し非Muse細胞には発現しない細胞表面分子を探索した。その結果、特定のG蛋白共役型受容体がMuse細胞にのみ発現しており、細胞膜脂質を元に細胞傷害時に作られる急性炎症物質に対する受容体であることが分かった。Boyden chamberを用いた実験で、Muse細胞のみが遊走性を示し非Muse細胞は反応せず、またTaxiscanにおいても同様の結果が再現された。Muse細胞に特異的な遊走因子が同定された。2)各組織由来のMuse細胞の比較:ヒト骨髄、脂肪、皮膚の間葉系組織から得られたそれぞれのMuse細胞の遺伝子発現を比較した結果、外胚葉系、内胚葉系の因子は骨髄由来のMuse細胞が最も高く発現し、骨や脂肪などの中胚葉系の因子は脂肪由来Muse細胞が最も高いことが分かった。このことから、対象とする疾患、あるいは分化方向性によってMuse細胞のソースを選んだほうが効果的であることが示唆された。3)組織再生能の検討:免疫不全マウスを持ちて肝障害、脳梗塞などのモデル動物にGFP lentivirusでラベルしたヒトMuse細胞を尾静脈投与したところ、経血管的に傷害組織に生着し、肝臓では肝細胞、胆管、kupffer細胞などに分化すること、脳梗塞では梗塞部位でTuj-1, NeuN陽性神経細胞として生着することなどが確認された。Muse細胞は一細胞から分裂していく際、初期の段階で非Muse細胞を作り、この非Muse細胞がMuse細胞のニッチ環境を作ることを観察した。また非対称分裂に関わるNumblikeが発現されることも確認している。このような特異なMuse細胞の分裂に伴い、多能性因子の制御機構に関しても調べた。そこでOct3/4、Nanogのpromoter下流にそれぞれOct3/4、Nanogの構造蛋白とGFPないしTd tomatoなどのタグを付加した遺伝子を作製し、ヒトMuse細胞に導入しLiveで観察した。その結果、接着では細胞質にあるこれらの因子が浮遊になると核に移行することが確認された。Muse細胞の間葉系組織における局在、また各臓器における局在を検討したところ、間葉系組織を含め、各臓器の結合組織に散在性にあることが確認された。また脂肪、皮膚、骨髄由来のMuse細胞を次世代シーケンスで比較したところ、それぞれにおいて3胚葉性の分化に関わる因子の発現量に差があることも確認している。
ナトリウムイオン駆動型べん毛モーターのイオン共役部位と機能相関

最近、Na^+駆動型モーターのエネルギー変換ユニットあるいはイオンチャネルに対応すると考えられる遺伝子(motXとmotY)が同定された。MotX、MotYタンパク質は共に1回膜貫通タンパク質で、特にMotXは、Na^+チャネルであると提唱されている。しかし、4回膜貫通型でH^+チャネルであるとされているH^+駆動型モータータンパク質MotAとの相同性はない。このため、Na^+駆動型モーターのエネルギー変換部位は、H^+駆動型のものと大きく異なると推定されていた。ところが、海洋性ビブリオ菌において、我々は2つの新たなモーター遺伝子のクローン化に成功した、。それら遺伝子産物は、H^+駆動型モータータンパク質MotAとMotBと相同性を持つことが分かった。各々、pomA、pomBと名付けられた。PomAタンパク質は4つの推定膜貫通領域を持ち、大腸菌のMotAにおいてイオンの透過に重要であると考えられているアミノ酸がよく保存されていた。このことから、PomAはモーター中でNa^+チャネルとして機能している可能性が考えられた。Na^+駆動型モーターの回転に必須な膜タンパク質はH^+駆動型とは異なり、少なくとも4種類存在することを明らかとした。これによって、Na^+駆動型モーターの分子遺伝学的なアプローチを可能にした。また、我々が研究するべん毛モーターは、解析の進んでいるH^+駆動モーターに比べてイオンとしての取扱いに非常に有利である。次に、モーターの阻害剤であるアミロライドおよびその誘導体を利用できる利点を活かして研究した。アミロライドの誘導体であるフェナミルに耐性になったモーター変異株を単離解析し、耐性の原因が、pomA遺伝子に起こっていることを突き止めた。そこで、耐性株由来のpomAの全塩基配列を決定したところ、唯一の変異として、148番目のAspからTyrへの置換が同定された。これは、特異的阻害剤フェナミルがモーター構成タンパク質と相互作用していることを初めて分子レベルで明らかにしたものであり、動物のフェナミル感受性Na^+チャネルなどと分子レベルでの比較をして、イオンとの機能共関を研究できる道を開いた。