hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ハイブリッド方式スーパーダイナミックレンジパラレルロボットの試作研究

駆動部については,駆動源を圧電アクチュエータとし,リニアガイドおよび弾性ヒンジからなる案内要素と組み合わせた際の制御性能および剛性を誤計,試作および駆動実験を通して比較・検討し,案内要素として弾性ヒンジを採用することにした.以上の実験により得られた粗動・微動駆動部のストロークおよび制御分解能は機構総合の基礎データとして再度ロボットの機構総合を行って,実際に使用する機械要素の特性を考慮した最適な機構寸法を明らかにした.次に,本ロボットの重要な構成要素としての転がり球面軸受については,ヘルツの接触方に基づいて,誤差(偏心),負荷容量,静剛性および定格寿命を求める理論式を誘導して,軸受の設計パラメータと上記の性能との関係を明らかにするとともに,誤差および静剛性については実験的検討を行って理論式の有用性を明らかにした.これにより転がり球面軸受の基本的な設計システムが構築できた.さらに,以上の結果に基づいてロボットの設計,試作および駆動実験を行った.作業領域および制御分解能について測定を行った結果,本ロボットは80×80×40mm^3の作業領域において20nm以下の制御分解能を全方向に実現できることが確認された.本研究は大変位・高精度を同時実現する3次元位置決め装置としてハイブリッド駆動方式のパラレルロボットを実用化するための試作研究である.具体的には,主構成要素としてスチュワートプラットフォームを含み粗動6入力+微動6入力合計12入力で6自由度空間運動を出力する冗長パラレルメカニズムを取り上げ,その最適機構総合法,高精度転がり球面軸受,要素設計および制御系設計法の開発を行って,ダイナミックレンジの極めて大きなロボット/位置決め装置を実現することを目的としている.当該研究の最終年度にあたる本年度は,昨年度に試作を行ったハイブリッド駆動形パラレルロボットについて微小位置決め特性を実験的に検討するとともに,本ロボットにおいて重要な機械要素である転がり球面軸受について偏心に関する理論的および実験的検討と軸受剛性の最適化を目的関数として設計した軸受の試作検討を行った.微小位置決め特性把握実験においては,作業領域内の各位置において20nmの目標ステップ変位を各軸方向に連続的に与えた場合について実現変位を測定した.その結果,目標ステップ変位に対する実現変位は誤差を有するものの微小なステップ変位が実現されていることが確認された.転がり球面軸受の偏心については,昨年度開発した解析プログラムを利用して軸受の揺動運動にともなう偏心を連続的に解析するとともに,これを実験的に調べる装置の設計を行って実際の偏心を測定して両者の比較を行った.その結果,両者はよく一致していることが確認された.さらに,軸受剛性を考慮して遊星球の配置を最適化した転がり球面軸受を試作し,これが実現できることを実証した.以上のように,本研究により標記のようなパラレルロボット開発のための機構,機械要素および制御系の設計指針を得ることができた.
有機合成では困難なサクシニル転移を行う酵素の反応機構の解明

骨粗鬆症治療薬として開発が期待されているリベロマイシンAを生産する放線菌のゲノム解析により、新規ポリケチド修飾酵素群が発見されてきている。その中で生合成反応産物の三級水酸基にサクシニル基を転移する酵素が見出された。本酵素は有機合成で困難な反応を生理的環境下で行うことが明らかとなっている。本研究は本酵素による反応機構の詳細を立体構造解析によって解明することを目的として行った。本酵素の結晶化条件を探索により結晶を得、大型放射光施設での回折実験を行った結果、1.8Å分解能に達するデータが得られた。今後構造解析をすすめ、構造の詳細を明らかにすることで反応機構が解明されることが期待される。放線菌の二次代謝化合物生合成遺伝子から発見された三級水酸基をエステル化する新規酵素は、有機合成では極めて困難な反応を生理的環境下で行う。本研究は本新規酵素による基質認識、および反応機構を立体構造解析によって解明することを目的としている。本年度は、まず三級水酸基のエステル化反応を行う新規酵素の結晶化条件の探索を行った。本酵素を作りだす放線菌のゲノム解析、反応に関する生化学的研究の結果、本エステル化反応には二つの新規酵素が関与していることが明らかとなっているが、まだ結晶化には成功していなかった。前年度の生化学実験および結晶化実験の結果をふまえ、それぞれの酵素について大腸菌を用いた組み換え発現実験、精製実験を行った結果、両酵素の高純度精製試料が得られた。精製サンプルを用いてそれぞれの結晶化条件の探索を行ったが、両酵素とも結晶を得るまでは至らなかった。一方、本反応についてさらに生化学的研究が進んだ結果、発現精製、結晶化のために施された当初のコンストラクトでは、本酵素にてエステル化反応を行うと、反応効率が大幅に低下することが明らかとなった。そこで二つの酵素ともコンストラクトを設計し直し、大腸菌発現実験、精製実験を行い、高純度精製試料を得た。また、反応の際、多量体構造をとりながら酵素反応を行うことも生化学実験のデータから示唆された。本サンプルを用いて結晶化スクリーニングを実行し、析出物を得た。また酵素反応の際、多量体構造をとりながら反応を行うことも生化学実験のデータから示唆されており、精製試料について複合体の安定化条件の検討、さらに良質な結晶を得る条件の検索を進めている。本反応の詳細を明らかにし、また制御することができれば、本反応により通常の化学合成反応では困難な新たな二次代謝化合物の生合成が可能になると考えられる。本研究は本新規酵素による基質認識、および反応機構を酵素タンパク質の立体構造解析を中心とした研究によって解明することを目的としている。これまでの研究においては、本酵素を作りだす放線菌のゲノム解析、反応に関する生化学的研究の結果、本エステル化反応には複数の新規酵素が関与していることが明らかになりつつある。本年度は、三級水酸基のエステル化反応を行う新規酵素の結晶化条件の探索を昨年に引き続き行った。そこで、それぞれの酵素について大腸菌を用いた組み換え発現実験、精製実験を行った結果、結晶化に資する高純度精製試料を得た。これらの精製サンプルを用いてそれぞれの結晶化条件の探索を行った結果、1つの酵素タンパク質について結晶化条件を見出すことができた。得られた情報を元に結晶化条件の最適化を繰り返し、結果、得られた結晶を用いて大型放射光施設SPring-8で回折実験を行ったところ、最高で1.8A分解能での回折データセットを得ることができた。現在解析を進めているところであるが、今後も構造、機能構造相関、反応機構の解析についてさらに研究を進める予定である。本年度は、当初計画に基づき、まず三級水酸基のエステル化反応を行う新規酵素の結晶化条件の探索を行った。本酵素を作りだす放線菌のゲノム解析、反応に関する生化学的研究の結果、本エステル化反応には二つの新規酵素が関与していることが明らかとなった。そこで、それぞれの酵素について大腸菌を用いた組み換え発現実験、精製実験を行った結果、両酵素の高純度精製試料が得られた。精製サンプルを用いてそれぞれの結晶化条件の探索を行ったが、両酵素とも結晶を得ることができなかった。発現条件、精製条件についてさらに再検討し、結晶化スクリーニングを行っているが、現在のところ両酵素とも結晶化に対して良好な結果は得られていない。

一方、本反応についてさらに生化学的研究が進んだ結果、この二つの酵素を共発現させた系で本エステル化反応を行うと、反応効率が格段に上昇することが明らかとなった。そこで二つの酵素を共発現させるプラスミドを用いて、大腸菌発現実験、精製実験を行い、高純度精製試料を得た。本サンプルを用いて二酵素複合体の結晶化スクリーニングを実行したが、現在のところ、両酵素複合体の結晶は得られていない。生化学的研究の結果から、両酵素がそれぞれホモ複合体を形成する可能性も示唆されており、現在、タグ発現の有無、発現領域の再検討に合わせて、精製試料については複合体の安定化条件の検討、結晶化条件の検索を進めている。申請者は平成23年4月中旬に独立行政法人理化学研究所から財団法人高輝度光科学研究センターへと所属を変更した。本研究は大腸菌の遺伝子組み換え実験を含んでいるが、高輝度光科学研究センターでは施設内における遺伝子組み換え実験の申請・審査を3月と8月の年2回のみ実施しており、実際に遺伝子組み換え実験開始の許可を得られたのは10月であった。その結果実験の開始が半年遅れ、結果当初の予定より研究の実施がずれ込んでいる。また本研究は大型放射光施設SPring-8を利用したX線回折実験を含んでいる。昨今の電気事情により、節電を目的としたSPring-8の運転期間の短縮が行われ、その結果X線を用いた実験の時間を十分に確保することができなかった。その結果実験の開始が遅れてしまったことは、研究の進捗が遅れている理由の一つとしてあげられる。申請者は平成23年4月中旬に(独)理化学研究所から(財)高輝度光科学研究センターへと所属を変更した。本研究は大腸菌の遺伝子組み換え実験を含んでいるが、(財)高輝度光科学研究センターでは施設内における遺伝子組み換え実験の申請・審査を3月と8月の年2回のみ実施しており、実際に遺伝子組み換え実験の許可を得られたのは10月であった。その結果実験の開始が大幅に遅れてしまったことは、研究の進捗が遅れている理由としてあげられる。結晶構造解析が遅れているため、次年度はまず早急に酵素の結晶構造解析を完成させる。各酵素の結晶化ならびに複合体結晶化をすすめ、大型放射光施設SPring-8にてX線回折実験を行い、構造解析を行う。さらに、基質との複合体結晶構造解析も実施し、得られた構造を元にして、基質認識部位改変モデリングとドッキングシミュレーションを計画している。ここから得られた情報を元に、新規エステル化酵素の基質認識部位の改変を行い、他の基質に対する基質認識特異性、ならびにエステル化反応機能の獲得を目指す。結晶化が遅れているため、次年度は引き続き二酵素複合体の結晶化実験を精力的に行う。具体的にはタグ発現の種類・有無、発現領域の再検討に合わせて、精製試料については複合体の安定化条件の検討、結晶化条件の検索を行う。複合体結晶が得られた後、大型放射光施設SPring-8にてX線回折実験を行い、構造解析を行う。さらに、基質との複合体結晶を作成し、これについてもX線構造解析を行う。得られた構造を元にして、基質認識部位改変モデリングとドッキングシミュレーションを計画している。
ヒト心筋細胞の興奮収縮連関制御における機械的負荷の役割

正常な心臓の心拍はたくさんの細胞が協調、影響しあって行われている。そこに伸展や衝撃といった物理的な外乱が加わるとその調和が乱れ、不整脈などの原因となるが、そのような物理的なな刺激の心臓への影響はよくわかっていなかった。今回の研究では細胞が急激に伸展されたときに起こる細胞内外でおこるさまざまなイオンの流入や流出の変化を詳細に調べ、そのときに起こる不整脈の発生メカニズムを明らかにすることができた。平成20年度は先天性心疾患のファロー四徴症手術における右室流出路狭窄解除に伴う切除心筋組織から単離したヒト心筋細胞を用いた実験を行う予定であったが、手術件数が思ったほど伸びなかったため、予定していたバックアッププランに従い、ヒトと共通したアミノ酸配列を持つ伸展感受性BK(SAKCA)チャネルが発現されることがわかっているトリ単離心筋細胞を用い、伸展刺激とカルシウムハンドリングおよびSAKCAチャネル活性との関連に関する検討を行った。その結果、過去の単一チャネルレベルの実験結果と異なり、生体内心ではSAKCAチャネルは直接伸展刺激により活性化されるのではなく、伸展刺激により増加した細胞内カルシウムにより二次的に活性化されることが強く示唆された。SAKCAチャネルを介した機械電気帰還現象はこれまで報告されておらず、トリとヒトとのSAKCAチャネルの共通性からもヒト興奮収縮連関の制御における機械的負荷の役割として重要な知見であるものと思われる。また、伸展刺激がカルシウムハンドリングに及ぼす影響としては、オックスフォード大学のグループとの共同研究により、ラット単離心筋細胞において伸展刺激によりカルシウムスパーク(筋小胞体のカルシウム放出チャネルであるリアノジン受容体からの自発的なカルシウム放出現象)が直ちに増加することを明らかにした。この現象は細胞骨格の破壊によってのみ抑制されることから、化学的反応を介さないリアノジン受容体に対する物理的な作用そのものである可能性もある。これも全く新しい世界で初めての報告であり、フランク・スターリングの心臓法則に関わる新たな発見として注目されている。前年度までにラット単離心筋細胞において伸展刺激によりカルシウムスパーク(筋小胞体のカルシウム放出チャネルであるリアノジン受容体からの自発的なカルシウム放出現象)が直ちに増加することを明らかにした。この現象は細胞骨格である微小管の破壊によって抑制されたことから、細胞骨格による細胞内のカルシウムハンドリング関連小器官への外力伝達がこの現象に密接な関わりがあるものと思われた。機械負荷に対する興奮収縮連関の反応に細胞骨格がどのように影響しているかをさらに詳細に検討するためにmdxマウス(細胞膜と細胞骨格を連結する蛋白であるジストロフィンが欠損している)を用いて、同様の単離心筋細胞の伸展負荷実験を行った。生後21目目のmdxマウスのカルシウムハンドリング関連蛋白の発現量はワイルドタイプと違いがないことが分かっているため、これを用いた。結果、伸展刺激によるカルシウムスパークの増加はmdx群で増加程度が低い傾向があった。これらの結果から、細胞膜と細胞骨格の連結がないために伸展による細胞内小器官への外力の伝達が減弱し、スパークの増加程度がやや低くなったものと思われ、微小管などの細胞骨格そのものだけでなく、それも含めた力伝達の物理的構造が重要であることが明らかとなった。前年度までに、ヒトと共通したアミノ酸配列を持つ伸展感受性BK(SAKCA)チャネルが発現されることがわかっているトリ単離心筋細胞に比較的緩徐な伸展刺激を加えた場合、SAKCAチャネルは直接伸展刺激により活性化されるのではなく、伸展刺激により増加した細胞内カルシウムにより二次的に活性化されることがわかってきた。SAKCAチャネルに一次的な伸展感受性が観察されなかったのはこのチャネルの伸展感受性が進展速度依存性であるためか、もしくは進展速度のないBKチャネルであるためであると考えられるが、これを確認するためにランゲンドルフ潅流トリ心を用いた左心室壁伸展実験を行った。トリ心左室内にラテックスバルーンを挿入し、その内容量をコンピュータ制御のステップモーターにて急激に増減することにより左心室壁伸展パルスを与えることにより、伸展刺激誘発性の期外収縮を観察することができる。これは伸展感受性陽イオンチャネル(SAC)を介する陽イオンの細胞内流入による膜の脱分極によると考えられている。実際、SACの特異的な阻害薬であるGsMTx4の投与により伸展刺激誘発性期外収縮の発生率は有意に減少した。一方で、BKチャネルの特異的阻害薬であるIberiotoxin(IbTx)を投与したところ伸展刺激誘発性期外収縮の発生率は有意に増加した。このことからBKもしくはSAKCA電流が伸展刺激誘発性期外収縮の抑制に関与していることは確認された。さらに伸展感受性のないBKチャネルモデルを組み込んだ心筋細胞数理モデルと、進展速度依存の伸展感受性のあるSAKCAチャネルを組み込んだモデルでこの実験をコンピューター上でシミュレーションすると、SAKCAチャネルを組み込んだモデルでのみ実験結果を再現し、心筋細胞のBKチャネルはSAKCAチャネルであることが強く示唆された。
細菌由来のD-アミノ酸含有ペプチド加水分解酵素に関する研究

我々は従来よりD-アミノ酸及びその誘導体の酵素的合成法の開発を目的として、自然界よりD-立体特異的ペプチダーゼ生産菌の探索を行ってきた。その中から得られたBacillus cereus DF4-B由来のアルカリD-ペプチダーゼは疎水性の高いD-アミノ酸のオリゴペプチド等にD-立体特異的に作用する新規なペプチダーゼである。このアルカリD-ペプチダーゼはD-アミノ酸含有ペプチドを加水分解するだけでなく、D-アミノ酸メチルエステルを基質とした場合、その加水分解と同時にオリゴマー合成を触媒する。そこで、本研究ではアルカリD-ペプチダーゼをD-アミノ酸含有ペプチド合成の触媒として応用することを目的とした。昨年度は本酵素遺伝子の周辺領域の一次構造解析を行うと同時に、組換え大腸菌における大量発現を検討した。今年度は、組換え体より本酵素を精製し、酵素法によるD-アミノ酸含有ペプチドの合成等、応用面での用途開発を検討した。まず、アルカリD-ペプチダーゼを発現した組換え体の培養条件を種々検討し、酵素活性を最大にするような条件を見い出した。さらに、高活性株から本酵素を単一に精製し、酵素化学的な諸性質を元株より精製したアルカリD-ペプチダーゼと比較検討した。次いで、精製酵素を用いてD-アミノ酸メチルエステルからのD-アミノ酸オリゴマーの合成条件を検討した。その結果、100mMのトリエチルアミン-塩酸(pH 11.5)の反応系で50mMの基質存在下、30°C、1時間反応を行ったところ、D-フェニルアラニンの2量体及び3量体の生成が最高となった。また、反応液中に添加した各種水溶性有機溶媒により2量体及び3量体の生成は著しく減少したが、一方でDMSOの添加により4量体の顕著な生成が認められた。そこで、本研究ではアルカリD-ペプチダーゼを有用物質合成の触媒として応用することを目的として、まず本酵素遺伝子の大量発現を試みた。さらに、組換え体より本酵素を精製し、酵素法によるD-アミノ酸あるいはD-アミノ酸含有ペプチドの合成等、応用面での用途開発を検討する予定である。本年度においては、先ずBacillus cereus DF4-B由来アルカリD-ペプチダーゼ遺伝子、adpのBacillus subtilis、あるいはE.coliでの大量発現を検討した。B.subtilisを宿主とした場合adpのみでは発現が認められなかったため、本遺伝子の上流及び下流領域を含む遺伝子断片をコスミドライブラリーより得た。この内、上流領域がadpの発現に必要であることが明かとなり、この領域の塩基配列を決定したところ、adpの開始コドンより約2kb上流の位置から始まるORFが存在した。一方、adpを挿入した発現ベクターで形質転換したE.coliは顕著なアルカリD-ペプチダーゼ活性を示した。今後は、アルカリD-ペプチダーゼを発現した組換え体の培養条件を種々検討し、酵素活性を最大にするような条件を見い出す。さらに、高活性株から本酵素を単一に精製し、酵素化学的な諸性質を元株より精製したアルカリD-ペプチダーゼと比較検討すると共に、D-アミノ酸メチルエステルからのD-アミノ酸オリゴマーの合成条件を検討する予定である。

また、反応液中に添加した各種水溶性有機溶媒により2量体及び3量体の生成は著しく減少したが、一方でDMSOの添加により4量体の顕著な生成が認められた。
抗腫瘍性非特異的エフェクター細胞の活性化機構とその強化による制癌の研究

本研究の目的は、癌細胞に対する非特異的エフェクターとしてのNK細胞およびマクロファージ(Mφ)の活性化、分化、動態などと、これら細胞が産生し、あるいはこれら細胞を標的とする種々のサイトカインに関する研究と、このような非特異的機構と特異的免疫機構の接点に関する研究を行なうことにある。サイトカインに関しては、本年度はとくにインターフェロン(IFN)、Mφ活性化因子(MAF)、インターロイキン1インヒビター(IL-1・INH)をとりあげ、IFNについては主として単クローン抗体による解析と、他のMφ活性化物質との相剰作用の機作について、MAFについてはヒトT細胞ハイブリドーマからの遺伝子クローニング、またIL-1・INHについてはMφラインが産生する分子量約5万の蛋白に関して免疫生物学的検討を行なった。癌性胸水中にN-CWSを注入するとMAF産生が見られMφが活性化すること、癌患者の単球は一般に機能亢進が見られること、などが報告された。NK細胞に関しては、MφがIL-2レセプター発現を制御することにより、NKの増殖調節を行なっていること、またNKクローン細胞がT細胞レセプター遺伝子の再構築を示すこと、しかしNK活性の発現はそれと関係が無いらしいこと、またNKは骨髄幹細胞の分化成熟の制御作用を示すこと、などの新知見が報告された。BCGと交叉反応性を示すハプテンで修飾した腫瘍細胞をBCG免疫マウスに接種し、ハプテン反応性ヘルパーTを利用して有効に腫瘍特異免疫を誘導し得た。また摘除腫瘍細胞とIL-2と自家リンパ球の混合培養により、脳腫瘍に有効なLAK等を誘導できた。非特異的エフェクターの活性化の調節機構や認識機構が明らかにされ、全体像がより明確に把握されることにより、その操作による治療の展望がさらに開けるものと考えられる。
複製開始を促進するDNA因子DARS2の適時的な活性化と局在制御の分子機構の解析

大腸菌において、適時的なDNA複製は開始蛋白質DnaAに対する多重の制御により達成されている。核様体蛋白質IHFは複製開始点oriCやDNA因子datA、DARS2と結合することでDnaA活性と複製開始タイミングを制御する。代表者は、適時的なIHF結合制御機構について解析を進めた。まず、試験管内実験系を用いた探索によりIHF制御因子の候補を同定した。加えて、datA-IHF複合体形成制御におけるDNA超らせん構造の重要性と適時的な複製開始におけるDARS2位置の重要性を解明した(Kasho et al, 2016Genes Cells; 2017 J Biol Chem.)。大腸菌のDNA複製は、細胞周期に応じて適時的に開始される。この複製開始タイミング制御には、特異的な非コードDNA因子DARS2による開始蛋白質DnaAの適時的な活性化が必要である。申請者は、DNA結合蛋白質IHF、及びFisがDARS2を活性化することを解明した(Kasho et al, 2014 Nucleic Acid Res.)。また、IHF、FisによるDARS2活性化はDNA高次構造が必要である(加生、未発表データ)。さらに申請者は、細胞周期に応じたDARS2-IHF複合体の結合・解離を見出た。しかしながら、適時的なDARS2活性化のメカニズムと制御様式は不明である。本研究では、DARS2活性化の分子機構、及び適時的なDARS2活性化の制御様式を解明することを目的とする。申請者は研究計画に沿って、DARS2のDnaA結合部位の変異体解析によりDARS2上で形成される蛋白質高次複合体の解析を進めた。適時的なDARS2活性化制御の解析について、申請者はカラムクロマトグラフィーによる大腸菌蛋白質粗抽出液の分画によりIHF解離因子の精製を進めた。加えて、IHFのDARS2結合がDNA高次構造に依存している可能性を見出した。さらに、DARS2の細胞内局在解析について、染色体DARS2の位置を変化させた変異株の複製開始能を解析することで、DARS2の局在制御が適時的な複製開始に重要であることを示唆する結果を得た。これらの成果は、DARS2の適時的な活性化を介した複製開始制御の解明に繋がる。申請者は、これらの成果を第38回分子生物学会年会で発表した。また、DARS2局在解析の成果については現在論文投稿中である(Inoue, Kasho他)。各研究課題について、ほぼ計画通りに実施することができた。申請者はDARS2のDnaA結合部位の解析により細胞内で複製開始が過剰に活性化されるDARS2変異体を単離した。加えて、DnaAとIHF、Fisとの相互作用が架橋試薬を用いた解析により示唆された。これらの解析は、DARS2上で形成される蛋白質高次複合体の解明に繋がる。B. DARS2による適時的なDnaA活性化機構の解明申請者は、ゲルシフト法を基にした簡便なDARS2-IHF複合体解離の解析系を構築し、蛋白質粗抽出液からIHF解離因子を探索した。現在までに、カラムクロマトグラフィーにより高いIHF解離活性を持つ画分を調製することに成功した。また、申請者はDARS2-IHF複合体形成の制御にDNA高次構造が重要である可能性を見出した。さらに申請者は、共同研究により細胞周期に応じたIHF結合制御のゲノムワイド解析を試みた。その結果、複製開始時に広くIHFの結合が低下する事が示唆された(論文執筆中)。この結果は、DARS2以外のDNA領域をIHF解離因子が認識する可能性を示唆している。加えて、DARS2の細胞内局在解析について、研究協力者の解析により染色体DARS2の位置を変化させた変異株でDARS2による複製開始促進能が低下することが分かった(Inoue, Kasho etal,論文投稿中)。この結果は、DARS2の局在制御が適時的な複製開始に重要であることを示唆している。本研究では、複製開始蛋白質DnaAの活性化を担うDNA因子DARS2活性化の分子機構、及び適時的なDARS2活性化の制御様式を解明することを目的とする。各研究計画について、下記の通り進展があった。A.核様体因子IHF、FisによるDARS2活性化の分子機構の解明代表者は研究計画に沿って、DARS2のDnaA結合部位の変異体解析を進め、細胞内で複製開始が過剰に活性化されるDARS2変異体を単離した。加えて、最終年度においてゲルシフト解析によりDARS2上でのDnaA複合体形成への影響が示唆された。これらの解析は、DARS2上で形成される特異的な高次DnaA複合体の形成様式の解明に繋がる。B. DARS2による適時的なDnaA活性化機構の解明代表者は、ゲルシフト法を基にした簡便なDARS2-IHF複合体解離の解析系を構築し、蛋白質粗抽出液からIHF解離因子を探索した。最終年度において、カラムクロマトグラフィーにより高いIHF解離活性を持つ蛋白質画分の精製に成功し、マススペクトル解析により候補因子の同定に成功した。さらに、代表者はIHF結合の制御にDNA超らせん構造が重要であることを見出し、論文発表を行った(2017 JBC)。

また、共同研究により細胞周期に応じたIHF結合制御のゲノムワイド解析を行い、複製開始時に広くIHFの結合が低下する事が示唆された(論文執筆中)。この結果は、DARS2以外のDNA領域をIHF解離因子が認識する可能性を示唆している。加えて、DARS2の細胞内局在解析について、研究協力者の解析により染色体DARS2の位置を変化させた変異株でDARS2による複製開始促進能が低下することが分かった(2016 Genes Cells)。これらの結果は、適時的なIHF結合制御とDARS2局在制御が適時的な複製開始に重要であることを示唆している。大腸菌において、適時的なDNA複製は開始蛋白質DnaAに対する多重の制御により達成されている。核様体蛋白質IHFは複製開始点oriCやDNA因子datA、DARS2と結合することでDnaA活性と複製開始タイミングを制御する。代表者は、適時的なIHF結合制御機構について解析を進めた。まず、試験管内実験系を用いた探索によりIHF制御因子の候補を同定した。加えて、datA-IHF複合体形成制御におけるDNA超らせん構造の重要性と適時的な複製開始におけるDARS2位置の重要性を解明した(Kasho et al, 2016Genes Cells; 2017 J Biol Chem.)。DARS2、及びDnaA変異体を用いたゲルシフト解析により、DARS2上で形成されるDnaA複合体の詳細な構造を解析する。さらに、フットプリント法を用いてDARS2-DnaA複合体形成におけるDNA高次構造の重要性を検証する。さらにこれらの解析を発展させるために、九州大学生体防御医学研究所の真柳浩太助教(研究協力者)の技術指導の基、電子顕微鏡を用いた解析によりDARS2上で形成される高次複合体の全体構造を確認する。B. DARS2による適時的なDnaA活性化機構の解明調製したIHF解離活性を持つ画分について、Hisタグ融合型IHFを用いたプルダウン法によりDARS2-IHF複合体を解離させる因子を同定する。加えて、決定したIHF解離因子の転写プロモーターの配列解析からIHF結合・解離の上位制御機構を解明する。分子生物学申請者は実施計画通りIHF解離因子の精製を進める事に成功したものの、マススペクトル解析には至っておらずMS用銀染色キットの購入を次年度に持ち越した。また、DARS2局在制御について、DARS2移動株の解析についての論文執筆を優先させたため3C法を基にした計画の一部を次年度に持ち越すこととした。IHF解離因子の精製、及び3C法による解析を継続して行うため次年度使用額を以下の使途で執行する。使用計画はIHF解離因子の探索に用いるMS用銀染色キット100,000円、及び3C解析用の定量PCR試薬70,000円の購入である。
地球電場に関する基礎研究

地球には固有の磁場(地磁気)が存在する.その主要な部分は,流体核のダイナモ作用で発生しているが,時間変化の短かな現象は太陽風と地球磁場の相互作用の結果として磁気圏や電離層にながれる電流を原因とする.本研究でいう<地球電場>とは.前者,すなわち地球ダイナモによって発生する磁場にともなう電場を指す.これまで,流体核のダイナミクスに関する研究を行なう上で,地磁気観測から得られる情報は最も重要なものとして用いられてきたが,<地球電場>についてはほとんど研究がなされていなかった.本研究は,<地球電場>に着目して,新しい視点から流体核のダイナミクスを解明する道を開拓することを目的として着相された.地球磁場の発生を説明するダイナモ理論によれば,流体核内部にはポロイダル磁場(半径方向の成分があり,地表で観測可能な磁場)とトロイダル磁場(半径方向成分がないので,ほとんど核の中に閉じ込められた磁場)とが存在すると考えられる.本研究のテーマである<地球電場>の観測の重要な点は,測定される電場から核内のトロイダル磁場変動に関する直接的な情報が得られるという点にある.すなわち,<地球電場>の長期的な観測を行なうことによりトロイダル磁場の時間変動の特性を把握することができ,多点で観測を行なえばその空間分布をも明らかにすることができる.このようにして,トロイダル磁場の性質(時空間分布)がわかれば,地球磁場発生メカニズムの解明に向けて決定的な役割を果たすことになる.本研究の意義は,このような<地球電場>観測の重要性とその可能性を示すことにある.冒頭に,<地球電場>についての研究が「これまでほとんどなかった」と述べたのにはわけがある.最近10年ほどの間に.本研究者らおよび米国のグループによって,通信用海底ケーブルを用いた電位差の観測研究が行なわれるようになった.さらに,最近の我々の研究によれば(Shimizu and Utada,1998),これらの観測データにはトロイダル磁場に関係する電場の信号が含まれていることが予想されたからである.したがって,海底ケーブル観測網による長期観測によって,<地球電場>についての情報をある程度は得ることが可能になったということができる.しかしながら,海底ケーブルは北米とヨーロッパ・北米と東アジアを結ぶ海域に集中して配置されているため,グローバルな変動を把握するためには著しく不十分である.特に,南北方向の電場変動に関する情報が決定的に不足する.この問題を解決するためには,研究者が観測装置を望みの場所に設置して測定を行なうことがどうしても必要である.もちろん,そのような観測は容易に行なえるものではない.通信用海底ケーブルを用いる場合数千kmの長さでの電位差測定を行なうが,自前の装置で行なうとしたらどのくらいの長さのケーブルが必要になるのか.必要な長さがわかつととして,果たしてそのような観測は実現可能か.可能であるならどのような装置を用いればよいか.どのようなデータ解析を行えばどのような情報を得ることができるのか.などという問題が解決されなければならない.これらの問題の解答についてある程度の見通しはついているが,一つ一つ具体的に明らかにするのが,本研究の目的である.地球には固有の磁場(地磁気)が存在する.その主要な部分は,流体核のダイナモ作用で発生しているが,時間変化の短かな現象は太陽風と地球磁場の相互作用の結果として磁気圏や電離層にながれる電流を原因とする.本研究でいう<地球電場>とは.前者,すなわち地球ダイナモによって発生する磁場にともなう電場を指す.これまで,流体核のダイナミクスに関する研究を行なう上で,地磁気観測から得られる情報は最も重要なものとして用いられてきたが,<地球電場>についてはほとんど研究がなされていなかった.本研究は,<地球電場>に着目して,新しい視点から流体核のダイナミクスを解明する道を開拓することを目的として着相された.地球磁場の発生を説明するダイナモ理論によれば,流体核内部にはポロイダル磁場(半径方向の成分があり,地表で観測可能な磁場)とトロイダル磁場(半径方向成分がないので,ほとんど核の中に閉じ込められた磁場)とが存在すると考えられる.本研究のテーマである<地球電場>の観測の重要な点は,測定される電場から核内のトロイダル磁場変動に関する直接的な情報が得られるという点にある.すなわち,<地球電場>の長期的な観測を行なうことによりトロイダル磁場の時間変動の特性を把握することができ,多点で観測を行なえばその空間分布をも明らかにすることができる.このようにして,トロイダル磁場の性質(時空間分布)がわかれば,地球磁場発生メカニズムの解明に向けて決定的な役割を果たすことになる.本研究の意義は,このような<地球電場>観測の重要性とその可能性を示すことにある.冒頭に,<地球電場>についての研究が「これまでほとんどなかった」と述べたのにはわけがある.最近10年ほどの間に.本研究者らおよび米国のグループによって,通信用海底ケーブルを用いた電位差の観測研究が行なわれるようになった.さらに,最近の我々の研究によれば(Shimizu and Utada,1998),これらの観測データにはトロイダル磁場に関係する電場の信号が含まれていることが予想されたからである.したがって,海底ケーブル観測網による長期観測によって,<地球電場>についての情報をある程度は得ることが可能になったということができる.しかしながら,海底ケーブルは北米とヨーロッパ・北米と東アジアを結ぶ海域に集中して配置されているため,グローバルな変動を把握するためには著しく不十分である.特に,南北方向の電場変動に関する情報が決定的に不足する.

この問題を解決するためには,研究者が観測装置を望みの場所に設置して測定を行なうことがどうしても必要である.もちろん,そのような観測は容易に行なえるものではない.通信用海底ケーブルを用いる場合数千kmの長さでの電位差測定を行なうが,自前の装置で行なうとしたらどのくらいの長さのケーブルが必要になるのか.必要な長さがわかつととして,果たしてそのような観測は実現可能か.可能であるならどのような装置を用いればよいか.どのようなデータ解析を行えばどのような情報を得ることができるのか.などという問題が解決されなければならない.これらの問題の解答についてある程度の見通しはついているが,一つ一つ具体的に明らかにするのが,本研究の目的である.(1)理論的研究:核の内部の電磁場について,最新のMHD(電磁流体力学)ダイナモモデルの解を収集し,その中からコアーマントル境界における電磁場変動を取り出し,それらのモデルで予測される地表における電場の強度と空間分布を求めることを目的とする.MHDダイナモモデルとしては,Glatzmeyer and Roberts(1996)とSakuraba(1999)の2つを調べることにした.今年度は,コアーマントル境界における数値計算結果を境界条件として不均質地球における電磁誘導のモデリングを行なうためのプログラムの開発を行なった.マクスウエル方程式の積分方程式による解法の一種である変形ノイマン級数を用いた方法を用いた.その結果,陸地と海との間の電気伝導度の違いの影響や,下部マントル最下部の地震波構造のD"層に対応する部分の不均質構造の影響などを正確に表現できる機能をもったプログラムを開発することができた.(2)実験的研究:微弱な電圧変動を測定するためには,安定な電極を使用することと,その特性を把握しておくことが必要である.過去の研究成果をもとに,長期的な観測に適した銀-塩化銀電極を作成した.しかし,通常行なわれている方法で作成した電極は,海水が非常に浸み込みやすく,長期間使用すると電極の機械的および化学的劣化が問題となることが判明した.この問題を解決するために試作を繰り返した結果,銀電極の周囲に塩化銀を固着させる際に,容器内部を減圧しながら行なうことにより空隙率を小さくかつ一様に仕上げることができることがわかった.こうして開発した新しい方法で,長さ5cm,10cm,20cmの3種類の電極を製作した.これらの電極を用いて,長期的安定性や電極のサイズによる違いを確かめるため,04°Cの範囲で温度を変動させつつ起電力の変動を測定する実験を開始した。(本研究は、地球ダイナモによって発生する磁場にともなう電場(=地球電場)に着目して、新しい視点から流体核のダイナミクスを解明する道を開拓することを目的として行った。研究実績の概要を以下の2点について述べる。(1)予想される電場変動を予測する理論的研究以前に行った研究では、核-マントル境界におけるトロイダル磁場の強さと表面で測定される電場の強さの関係を明らかにした。しかし、その計算を行うにあたっては、トロイダル磁場がどのような性質であるのかについては全く考慮していなかった。実際には、核内のダイナモ過程の結果としてのみ、トロイダル磁場は存在しうる。
am3遺伝子の同定とSNPsを用いたリスク診断法確立のための基礎的研究

第三臼歯の欠如を高率に発症するELマウスを用いて、第三臼歯先天欠如の主因遺伝子の同定を試みた。連鎖解析より原因遺伝子が存在している可能性が高いことが示されているam3領域に存在する既知の候補遺伝子(Lef1、Egf)とam3領域以外で歯の発生に関する既知の遺伝子(Shh、Pitx2、Bmp2、Bmp4)のmRNA発現量をReal-time PCR法により解析した。その結果、Lef1、Egf、Bmp2、Bmp4が第三臼歯先天欠如に関与している可能性が示唆された。歯の先天欠如はヒトの歯の発育異常のうち最も一般的なものの一つであり、歯列や咬合の異常を引き起こす原因の一つとされている。歯の発生に関する遺伝子については多く報告されているが、歯の先天欠如のメカニズムについての詳細は明らかにされていない。本研究の最終目的は、第三臼歯が先天的に欠如しているELマウスを用いて、第三臼歯先天欠如の主要な原因遺伝子を同定し、さらに、single-nucleotide polymorphisms(SNPs)を用いた歯の先天欠如の遺伝子リスク診断を行うための基礎的なデータを得ることである。本年度は、第三臼歯先天欠如の主要な原因遺伝子が存在している可能性が高い領域であるam3領域に存在する既知の候補遺伝子(Lef1、Egf)およびam3領域以外で歯の発生に関する既知の遺伝子(Shh、Pitx2、Bmp2、Bmp4、Msx1、Msx2、Pax9、Gli1、Gli2、Fgf4など)について、EL/KWLマウスとELとで、RNA発現量の変化を明らかにすることを目的とした。これまでのところ、5、7、10日齢のEL/KWLマウスおよびELマウスを各10匹づつ安楽死させ、下顎骨を摘出し、実体顕微鏡を用いて第三臼歯相当部の組織を取り出し、totalRNAを分離、精製した。そして、Real-timePCR法を用いて、am3領域に存在する既知の候補遺伝子Lef1、Egfおよびam3領域以外で歯の発生に関する既知の遺伝子(Shh、Pitx2、Bmp2、Bmp4)のRNA量を測定し、EL/KWLとELマウスとで比較検討を行った。本研究においては、第三臼歯の欠如を高率に発症するELマウスをモデルマウスとして使用し、第三臼歯先天欠如の主要な原因遺伝子を同定することを目的とした。申請者は第三臼歯先天欠如の主要な原因遺伝子が存在している可能性が高い領域であるam3領域に存在する既知の候補遺伝子(Lef 1、Egf)およびam3領域以外で歯の発生に関する既知の遺伝子(Shh、Pitx2、Bmp2、Bmp4)について、ELマウスとそのコントロールであるEL/KWLマウスの5、7、10日齢の下顎の第三臼歯相当部組織からtotalRNAを抽出・精製しReal-timePCR法を用いてmRNA発現量を比較検討した。Lef 1、EgfについてはELとEL/KWLの間で、7日齢(p<0.01)、Bmp2については5日齢(p<0.05)、Bmp4については7日齢(p<0.05)において統計学的に有意な差が認められた。また、Shh、Pitx2については統計学的に有意な差は認められなかった。このことから、am3領域に存在する既知の候補遺伝子(Lef 1、Egf)とam3領域以外で歯の発生に関する既知の遺伝子(Bmp2,Bmp4)が第三臼歯先天欠如に関与している可能性が示唆された。今後はこれらの遺伝子の局在、蛋白の発現や局在についても検討を加えていく予定である。さらには、single-nucleotide polymorphisms (SNPs)を用いた歯の先天欠如の遺伝子リスク診断を行うための基礎的なデータを得ていく予定である。
ナノシートを用いた新規二酸化炭素分離膜の開発

本年度は、1)ナノシートの作製・構造設計、2)ナノシートの薄膜化・機能設計、3)分離性能評価、を進めた。1)では、酸化グラフェンを様々な温度で水熱処理することで、酸化度の異なる酸化グラフェン分散液を得ることを試みた。結果として、100180 °Cで水熱処することで、酸化グラフェンの酸素含有量を1632 atm%の範囲で制御することに成功した。これにより、酸化グラフェンから成る薄膜の層間隔を約0.340.84 nmで調整することが可能となり、層間を通したガス透過特性を制御するための技術を確立した。また、水熱処理により得られた酸化グラフェンは、処理前の酸化グラフェンと比較して、多くの"しわ"を含むシート構造を有していることを発見した。これらの"しわ"の中をガスが透過することで、他の材料にはないユニークなガス透過特性を実現できる可能性がある。また、それまで不可能とされてきた有機溶媒に酸化グラフェンを高分散させる技術も開発し、薄膜作製の操作性を格段に向上させることにも成功した。2)では、高いガス透過速度を得るために必須の技術である、極薄のナノシート薄膜の作製技術の開発を行った。LB法の手法を改良した、酸化グラフェン水分散液にメタノールを加え、70 °Cで溶媒を蒸発させる手法を見出し、20 nm以下という極めて薄い酸化グラフェン薄膜を支持膜上に作製することに成功した。同様の手法を用いることで、1)で得られた酸化度の異なる酸化グラフェンを用いた薄膜を作製することにも成功し、層間隔・構造が異なる薄膜を作製する技術を得た。また、酸化グラフェンと酸化物ナノシートの複合化膜の作製にも成功した。3)では、Q-massを用いた、微量の透過ガスを分析可能な装置の立ち上げに着手した。しかし、ターボポンプの故障など予期せぬトラブルの発生により、分離性能評価を行うまでには至らなかった。ガス透過評価装置の立ち上げが遅れており、分離特性の評価を行うことができなかったことから、やや遅れていると判断した。しかし、昨年度はナノシートの作製・構造設計、ナノシートの薄膜化・機能設計について上記のように技術を蓄積することができた。透過性能評価は、装置が立ち上がれば次々と行え、研究の進展速度はサンプル設計段階が律速であると考えられることから、本年度の遅れは大きな問題にならないと考えている。今後は装置の立ち上げをただちに行い、薄膜のガス透過特性を順次評価していく。測定により算出される透過速度を、セル温度、気体の動的半径に対してプロットすることで、気体透過の透過メカニズムを特定する。特定したメカニズムから、薄膜を適切に設計し、再度ガス透過特性を評価する。この作業を繰り返すことで、目的の特性を有するガス透過膜の開発を目指していく。混合ガスを用いることで、ガス分離性能評価も順次進めていく。同時に、実用化を見越し、ナノシートの大量生産技術の開発も行っていく。測定により算出される

透過速度を、セル温度、気体の動的半径に対してプロットすることで、気体透過の透過メカニズムを特定する。特定したメカニズムから、薄膜を適切に設計し、再度ガス透過特性を評価する。この作業を繰り返すことで、目的の特性を有するガス透過膜の開発を目指していく。混合ガスを用いることで、ガス分離性能評価も順次進めていく。同時に、実用化を見越し、ナノシートの大量生産技術の開発も行っていく。
法的概念としての「人間の尊厳」の理解と定着のために――法哲学的観点からの基礎研究

「人間の尊厳」の概念は、今日の我が国において同概念につき高い研究上の関心が見られ、また「尊厳」が危険にさらされる局面や事件にクローズアップされるものの、国際的な状況と異なり、当該概念自体は我が国の法律上ほとんど明記されていない。同概念につき手近で適切な手引きが欠けており、かつ「尊厳」概念の日本の特殊歴史的背景にも解明が進んでいない。本研究は、今日の日本社会に根付いているとは言い難い、この「人間の尊厳」概念について、同概念の研究が進展しているドイツにおける基礎研究の紹介的検討を通じて、同概念を根本から適切に理解し日本社会に根付かせるための基盤を提供するための、基本的視座を獲得することを試みる。
熱膨張・磁歪によるフェビーフェルミオンの基底状態の研究

UPt3は多相の超伝導状態を示す重い電子系ウラン化合物である。195PtのNMRのナイトシフトの実験や理論研究から、更に新しい別の超伝導相が存在することが示唆されている。UPt3の超伝導状態は、スピン三重項の電子対状態にあり、磁場の減少により、ゼロ磁場で安定な異なる超伝導相への転移した可能性があると考えられている。しかし、NMR以外の実験ではこの様な現象は全く観測されていない。従って、他の実験から新しい超伝導相の確認が必要である。また特異な超伝導相の起源を決めるためにも、この様な相の確認は重要である。熱膨張・磁歪は高感度の転移点を決める有効な方法のひとつなので、NMRのナイトシフトに対応する変化を、c||H、b||H状態の磁歪測定を行ない検出を試みた。14mKからの各温度におけるc||H方向のc軸磁歪の磁場微分の磁場変化を示し、0.5T付近に折れ曲がりが認められた。0.5T付近の変化は、超伝導転移点に比較すると小さい。しかし、新しい転移点は、単にオーダーパラメータの方向を変えるだけの変化なので磁歪が小さい可能性は高い。0.23T以下でナイトシフトの変化が起こることが報告されているので、磁場が約2倍異なるが、同じ現象を捉えているのか今後追求する必要がある。b||H軸方向のc軸磁歪の変化を測定した。C相内に2本、B相内に1本の相線と思われる線が得られた。C相内の1本は、従来知られていたピーク効果によるものと思われる。残りの2本は、超伝導相の転移と関連していると考えられる。UPt_3は多相の超伝導状態を示す重い電子系ウラン化合物である。最近、^<195>PtのNMRのナイトシフトの実験や理論研究から、更に新しい別の超伝導相が存在することが示唆されている。UPt_3の超伝導状態は、スピン三重項の電子対状態にあり、磁場の減少によりゼロ磁場で安定な異なる超伝導相への転移した可能性があると考えられている。熱膨張・磁歪は高感度の転移点を決める有効な方法のひとつなので、NMRのナイトシフトに対応する変化を、c||H、b||H状態の磁歪測定を行い検出を試みた。14mKからの各温度におけるc||H方向のc軸磁歪の磁場微分の磁場変化を示した。0.5T付近に折れ曲がりが認められた。しかい、新しい転移点は、単にオーダーパラメータの方向を変えるだけの変化なので磁歪が小さい可能性は高い。b||H軸方向のb軸磁歪の変化を測定した。1T付近にヒステリシスを伴った大きな試料長の変化がある。また、2.8T付近に常伝導状態への転移と考えられる変化がある。さらに、3.7Tの磁場中での熱膨張測定をした。70mK以下で顕著なヒステリシスが見られる。この変化はナイトシフトの変化と対応している可能性がある。

UPt3の超伝導状態は、スピン三重項の電子対状態にあり、磁場の減少によりゼロ磁場で安定な異なる超伝導相への転移した可能性があると考えられている。しかし、NMR以外の実験ではこの様な現象は全く観測されていない。従って、他の実験から新しい超伝導相の確認が必要である。また特異な超伝導相の起源を決めるためにも、この様な相の確認は重要である。熱膨張・磁歪は高感度の転移点を決める有効な方法のひとつなので、NMRのナイトシフトに対応する変化を、c||H、b||H状態の磁歪測定を行い検出を試みた。14mKからの各温度におけるc||H方向のc軸磁歪の磁場微分の磁場変化を示し、0.5T付近に折れ曲がりが認められた。0.5T付近の変化は、超伝導転移点に比較すると小さい。しかし、新しい転移点は、単にオーダーパラメータの方向を変えるだけの変化なので磁歪が小さい可能性は高い。0.23T以下でナイトシフトの変化が起こることが報告されているので、磁場が約2倍異なるが、同じ現象を捉えているのか今後追求する必要がある。b||H軸方向のc軸磁歪の変化を測定した。C相内に2本、B相内に1本の相線と思われる線が得られた。C相内の1本は、従来知られていたピーク効果によるものと思われる。残りの2本は、超伝導相の転移と関連していると考えられる。
Xタイリングアレイを用いたX連鎖性精神発達遅滞の原因遺伝子探索

精神発達遅滞(MR)は全人口の約1-2%という決して少なくない頻度で発症する疾患で、多くの医学的、社会的問題を含んでいる。またMRの10-12%はX染色体に座位する遺伝子の異常で惹起されるとされ、その病態はX連鎖性精神発達遅滞(XLMR)として独立した概念で捉えられている。そこで国立精神・神経センターを中心に収集された本邦MR検体を用いて、1001個のBACクローンでX染色体をほぼ間断なくカバーした自作のMCG X-tiling arrayによって潜在的ゲノムコピー数異常を探索し、新規XLMR原因遺伝子の同定を試みた。2010年4月の時点で144家系中10家系(6.9%)においてMR病態形成との関与が示唆されるゲノムコピー数異常(pCNV)を検出し、その結果をまとめてJournal of Human Geneticsに報告した(Honda et al.2011)。現在では198家系において解析が終了し、さらに5家系においてpCNVが検出され、検出率は7.6%(15/198)となった。これらの結果から、新規のXLMR原因遺伝子の同定が期待でき、それらの成果は、MRの病態を解明しMRの適切な療育指針や社会的システムの整備などに役立つと考えられる。また本スクリーニングで、非血縁の2家系で検出された同一の複雑なゲノム再構成を塩基レベルで詳細に解析することにより、ゲノム組換え機構の一つである"FoSTeS"によって当該構造異常が惹起されている可能性を示した。ゲノム再構成切断点をPCRでスクリーニングするシステムを構築して、総計8121人を対象に各民族集団における頻度を調べた結果、白人、黒人では検出されず、日本人、韓国人、中国朝鮮族、モンゴル人で検出されたことから、当該ゲノム再構成がモンゴル圏で発生し日本に伝搬されてきた可能性が示唆され、人類学的にも興味深い知見となっている。精神発達遅滞(MR)は人口の約2-3%という高い頻度で存在する疾患で、多くの医学的、社会的問題を含んでいる。そこでMEの病態解明を目的に、国立精神・神経センターを中心に検体収集システムが確立された。MRは女性より男性のほうが多いことが知られており、X染色体に原因遺伝子が多く座位していると考えられてきた。よって、1001個のBACクローンでX染色体をほぼ間断なくカバーした自作のMCG X-tiling arrayを用いて、潜在的ゲノムコピー数異常(Copy number aberrations, CNAs)を探索し、新規X連鎖性精神発達遅滞(X-linked mental retardation,XLMR)の原因遺伝子の同定を試みた。現在までX連鎖性の疑われる147家系を選択し、X-tiling arrayを用いたアレイCGH解析を施行した。その結果、10家系においてMRとの関連が疑われるCNAを検出した。そのうち5家系は既知XLMR原因遺伝子を含むCNAであり、3家系においてMECP2を含むXq28のゲノム重複が検出された。その検出率は3/147=2.04%となり、本邦でも欧米と同様の高い頻度で存在していることがわかった。表現型の比較を行ったところ、いくつかの共通の表現型が見出されたことから、本疾患が診断可能であることが示唆され、臨床学的に非常に意味を持つものと考えられる。また、残る5家系で検出されたCNAは未報告の新規のものであり、今後解析を行うことで新規のXLMR原因遺伝子の同定か期待できる。その中でも非血縁の2家系において、完全一致の複合的ゲノム構造異常を発見し、再構成切断点の同定に成功した。さらに本ゲノム再構成の、地理的、民族的な分布を明らかにした。これらの発見は、病態の解明だけでなく、ゲノム多様性と分子進化の観点から人類学的にも重要であると考えられる。X連鎖性精神発達遅滞(X-linked mental retardation, XLMR)は男性の約1-2%という高い頻度で発症する疾患で、多くの医学的、社会的問題を含んでいる。そこでXLMRの病態解明を目的に、国立精神・神経センターを中心に収集された本邦MR検体を用いて、1001個のBACクローンでX染色体をほぼ間断なくカバーした自作のMCGX-tiling arrayによって潜在的ゲノムコピー数異常を探索し、新規XLMR原因遺伝子の同定を試みた。現在まで171家系の解析が終了し、MR発症と関連するゲノムコピー数変化(pathogenic copy number variations, pCNVs)が13家系において検出され、8家系は既知XLMR遺伝子を含み、残る5家系は未報告の新規のものであった。既知XLMR遺伝子のうち、1家系においてUBE2Aを含むXq24の約371kbの欠失が検出された。本症例は以前報告があったUBE2Aの変異症例と表現型が類似しており、本症例においてもUBE2Aの機能欠損が主に病態に関連していることが示唆された(Honda et al.J Hum Genet.2010)。また、MECP2を含むXq28のゲノム重複が2.9%(5/171)という高い割合で検出された。他のコンソーシアムで検出された3症例を含めて表現型の比較を行ったところ、遠位の重複領域が脳梁低形成に関与することが示唆された。5家系で検出された新規のpCNVについては、今後ゼブラフィッシュなどのモデル動物を用いて脳の形態や発生発達の変化を追うことで、新規のXLMR原因遺伝子の同定が期待できる。