hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バキユロウイルスデイスプレイ法を用いた膜蛋白質相互作用の解析と抗体作成への応用

細胞間相互作用に関与する膜蛋白質を発現する発芽ウイルスを用いた膜蛋白質相互作用解析システムの開発を行った。CD2発現T細胞株Jurkat細胞にCD2の生理的リガンドである膜蛋白質CD58を発現する発芽型ウイルスを加え、更に抗gp64(バキュロウイルスエンベロープ蛋白質)抗体と反応させて、CD2発現細胞がCD58発現発芽ウイルスと抗ウイルス抗体を介して抗マウスIgG結合磁気ビーズに特異的に結合することを確認した。この方法を用いて、CD2陰性細胞とCD2陽性細胞を分離し、CD2陽性細胞を濃縮することができた。このシステムのcDNA発現ライブラリースクリーニング系への応用を検討中である。さらにCD2発現発芽ウイルスをプレートに固相化し、CD58発現発芽ウイルスと抗CD58抗体を用いたELISA法により、ウイルス上に発現するCD2とCD58の特異的な相互作用を検出することができた。同様の実験を逆の組み合わせ(CD58発現発芽ウイルス固相化プレートとCD2発現発芽ウイルス)、及びCD40発現発芽ウイルスとCD40リガンド発現発芽ウイルスについても行い、特異的な相互作用の検出に成功した。現在、このシステムを用いてレセプター・リガンド相互作用をブロックする化合物のスクリーニング系の開発を行っている。又、抗原蛋白質とCD40リガンドを発現する発芽ウイルスを免疫原として用いることにより、CD40を介するシグナルで抗原特異的なB細胞が刺激されて抗体産生反応が向上する可能性を期待して、目的抗原発現発芽ウイルスとCD40リガンド発現発芽ウイルスをマウス(ウイルス蛋白質に対する抗体産生を防ぐためにgp64トランスジェニックマウスを用いる)に共免疫した。この方法を用いてnativeな抗原蛋白質と反応するモノクローナル抗体を得ることができた。1)組み換えウイルスの作成と蛋白質発現の確認Tリンパ球上の副刺激分子であるCD2、その生理的リガンドであるCD58、Bリンパ球上の副刺激分子であるCD40、そのリガンドであるCD40リガンドを各々発現する組み換えバキュロウイルスを作成した。また、CD2、CD58に関してはリガンド結合能を欠く変異体分子を発現する組み換えウイルスも作製した。検出を容易にするため、これらの分子の遺伝子にはあらかじめエピトープタグのDNA配列を付加した。発芽ウイルス上への蛋白質の発現を、エピトープタグに対する特異抗体を用いたWestern Blotで確認した。2)発芽ウイルスを用いた蛋白質相互作用検出システムの検討CD2発現COS細胞へのCD58発現発芽ウイルスの特異的な結合を、抗gp64(バキュロウイルスの主要エンベロープ蛋白質)抗体と蛍光標識2次抗体を用いたFACS解析により検討した。現在、実験条件の至適化を行っている。今後さらに、CD58発現発芽ウイルスを抗gp64抗体結合磁気ビーズに固定化し、ここに、CD2発現COS細胞を加えて、CD2発現細胞がCD58発現発芽ウイルスを介してビーズに特異的に結合するか否かを検討する予定である。3)G蛋白質共役型受容体(GPCR)・CD40リガンド共発現ウイルスの、モノクローナル抗体作成効率向上への応用抗原蛋白質とCD40リガンドを共発現する発芽ウイルスを免疫原として用いることにより、CD40を介するシグナルで抗原特異的なB細胞の増殖と生存が促進される可能性が期待される。GPCR発現ウイルスをCD40リガンド発現ウイルスとともにSf9細胞に感染させて、受容体・CD40リガンド共発現発芽ウイルスを調製した。現在、この発芽ウイルスをマウス(ウイルス蛋白質に対する抗体産生を防ぐためにgp64トランスジェニックマウスを用いる)に免疫して、受容体に対する特異抗体の産生の検討を行っている。
新しく発見したオートファジー機構の包括的理解

オートファジーは細胞が古くなった自己構成成分を消化、再利用する浄化機構である。Atg5/Atg7非依存性の新規オートファジーについて、分子機構の解析、生理機能解析、疾患病態への応用に関して検討を行った。哺乳動物細胞を用いた解析から、新規オートファジー関連分子を同定した。また、これまでに見出した新規オートファジー誘導化合物とその誘導体を274種類のヒトがん細胞株に投与したところ、幅広いがん細胞の生存を抑制していることがわかった。さらに、がん細胞株を移植したマウスにこの化合物を投与したところ、腫瘍形成抑制効果を示した。オートファジーは、細胞が古くなった自己構成成分を消化、再利用する浄化機構であり、全ての細胞が普遍的に有している細胞機能である。本研究では、我々のグループが発見したAtg5/Atg7非依存性の新規オートファジー機構を対象に、1、新規オートファジー機構の素過程の解明、2、生理機能解析、3、疾患病態への応用、に関して検討を行なった。その結果、以下の結論を得た。1、Atg5/Atg7非依存性オートファジー分子機構の解明:新規オートファジーを誘導できる化合物#9を見出し、さらにこの化合物に結合する分子を7種類同定した。これらの分子のsiRNAを行なったところ、この内の1種類が、新規オートファジーを制御できる分子である事が判明した。この他に、新規オートファジー実行分子であるUlk1に結合する分子の探索から、3種類の新規オートファジー関連分子の同定に成功した。2、生理機能解析:上述した化合物#9の標的分子の遺伝子欠損マウスやUlk1欠損マウスなど4種類の新規オートファジー欠損マウスを作製した。Ulk1欠損マウスにおいては、赤血球からのミトコンドリア除去ができずに貧血に陥る事が判明した。3、疾患、病態への応用:上記のように、新規オートファジーは貧血疾患との関連が示されている。一方、上述した化合物#9の解析より、新規オートファジーと癌との関連も示された。即ち、化合物#9を癌細胞に投与すると、新規オートファジーが強く誘導され、その後に新規オートファジーを介して、細胞死が誘導されるが判明した。さらに興味深い事に、マウスのex vivo癌モデルに、この化合物を投与したところ、癌部への組織移行性が高く、癌細胞にオートファジー細胞死を誘導して、強い抗癌効果を発揮した。加えて、構造活性相関を基に化合物#9を合成展開し、約100倍活性の上昇した抗癌剤候補化合物の開発に成功した。本研究では、我々のグループが発見したAtg5/Atg7非依存性の新規オートファジー機構を対象に、1.新規オートファジー機構の素過程の解明、2.生理機能解析、3.疾患病態への応用、に関して検討を行なった。1. Atg5/Atg7非依存性オートファジー分子機構の解明:哺乳動物細胞を用いた解析から、新規オートファジー関連分子を7種類同定した。また、これらの分子の機能にゴルジ膜が関与していることを見いだした。すなわち、新規オートファジー実行素過程の一部にゴルジ膜のリモデリングが関わっているものと考えられた。2.生理機能解析:新規オートファジー欠損マウスの解析を行なったところ,胎児期の赤血球において、血球からのミトコンドリア除去に新規オートファジーが必要であることが判明した。3.疾患、病態への応用:これまで、新規オートファジー誘導化合物#9を用いた抗がん剤開発研究を進めてきた。今年度は、化合物#9とその類縁化合物5種類を、274種類のヒトがん細胞株に投与し、その殺細胞効果より、有効に機能するヒトがん細胞を同定した。その結果、これらの化合物は幅広いガンに有効性を示したが、とくにMOLT-3, MOLT-4などの血液がんやCapan-2, PANC-1などの膵臓がんに強い効果が認められた。さらに、化合物#9の標的分子の同定に成功した。オートファジー細胞死【新規オートファジー分子機構の解析】ケミカルバイオロジーの手法を駆使して、新規オートファジー誘導ケミカルの開発を行い、新規オートファジー誘導分子の同定にも成功した。さらに、数種類の新規分子の同定にも成功しており、新規オートファジー実行機構の全体像に迫りつつ有り、概ね順調に研究が進展している。【新規オートファジーの生理機能解析】4種類の新規オートファジー欠損マウスを作製し、少なくともそのうちの1種類(Ulk1欠損マウス)では、赤血球からのミトコンドリア除去が正常に行なわれない事が判明した。即ち、新規オートファジーは、血球の最終分化で重要な役割を果たしている事が明らかとなった。この知見は、生体内における新規オートファジーの重要性を示すものである。

【疾患、病態への応用】上記のように、新規オートファジーは、赤血球からのミトコンドリア除去に関わっているのであるが、同時にこれによりマウスは貧血に陥る事も見出されている。即ち、貧血疾患と新規オートファジー異常との関連が示唆された。また、化合物#9は強い抗癌効果を発揮する事より、新規オートファジーと発癌との関連も考えられた。これらの事実は、貧血症や癌の診断・治療に新たな局面を産み出すもので、臨床的に意義が大きい。即ち、新たなコンセプトに基づく疾患治療薬の開発に結びつくものと考えている。実際に、化合物#9は構造活性相関を基に改良が進み、アドメ等の解析結果によっては、新規治療薬としての可能性があるものとして期待される。【1,新規オートファジー機構の解析】1、これまでに作製した新規オートファジー関連分子のノックアウトマウス(4種類)から細胞を樹立し、オートファジー誘導時の生化学反応と形態変化を対応させる。これにより、各分子が新規オートファジー分子機構の中でどのような役割を果たしているかを明らかにする。2、これまでに同定した新規オートファジー関連分子を基に、これらに結合する分子をさらに探索する。【2,新規オートファジーの生理機能解析】1、上述した新規オートファジー関連分子のノックアウトマウス(4種類)の各臓器における発生異常の有無、ストレスを加えたときのレスポンス異常を検討する。【3,疾患、病態への応用】血液疾患:(1)貧血疾患における、新規オートファジーの異常の有無を検討する。発癌:(1)上述した新規オートファジー分子欠損マウスを用いて、これらのマウスの発癌リスクを調べる。また、その際に、発癌誘因となる細胞構造の異常を捕捉する。(2)化合物#9の標的分子が、癌の進行度によって、構造が変化する可能性を見出しており、癌の進捗と当該分子の関係を明らかにする。(3)臨床の癌組織を解析して、新規オートファジー機能変調の有無や新規オートファジー関連分子の異常を解析する。(4)現在、化合物#9の合成展開が進んでおり、アドメ等の検討を行い、臨床応用の可能性を模索する。
宇宙ひもで探る初期宇宙

宇宙ひもの存在がマイクロ波宇宙背景放射の温度ゆらぎ・偏光ゆらぎに与える影響を調べ、将来の観測によって宇宙ひもの線密度や組み換え確率にどのような制限が得られるかを探求した。まず宇宙ひもを作っているスカラー場のシミュレーションを行い、相転移からどのように宇宙ひもが形成していくかを調べ、ネットワークの時間進化を追った。そしてマイクロ波宇宙背景放射の小スケールのゆらぎに注目し、宇宙ひもによるカイザー・ステビンス効果と重力レンズ効果の相乗効果によってバイスペクトルがどのようになるかを計算した。バイスペクトルはインフレーションによるゆらぎの生成では小さいとされるため、宇宙ひもを検出・制限するのに有効であると考えられる。計算の結果、これらの効果は他のバイスペクトル生成メカニズムより優勢である場合があり、将来の小スケールのマイクロ波宇宙背景放射の観測によってこれまでになく強い制限が宇宙ひもの線密度と組み換え確率に与えられる見込みであることがわかった。これらの量は宇宙ひもを作っている場や、相転移時の宇宙ひも生成メカニズムに関わることであり、その背後にある高エネルギー素粒子物理学にとって有益な情報になるものである。25年度が最終年度であるため、記入しない。宇宙ひもが宇宙の様々な現象に与える影響を考察し、宇宙ひもの存在を実証、もしくはその量に対して制限を与える研究を行った。宇宙ひもが存在するとその重力レンズ効果によって宇宙背景放射のゆらぎが影響を受ける。特にもともと存在するEモード偏光がBモード偏光に変換されるため、宇宙ひも特有のシグナルとなる。そこで宇宙ひもによる重力レンズによって生じる温度ゆらぎや偏光ゆらぎを解析的に評価する枠組みを構築し、将来の観測によって宇宙ひもの線密度と組み換え確率にどのような制限が与えられるかを予測した。また宇宙ひもの運動は重力波も生成する。もし十分な量の宇宙ひもが存在すれば、現存あるいは将来の重力波望遠鏡によって宇宙ひもからの重力波を検出できる可能性がある。そこでさまざまな重力波望遠鏡の組み合わせによって宇宙ひもの線密度と組み換え確率にどのような制限を与えることができるかを予測した。最後に、非常に小さな線密度を持つ宇宙ひもはフェムトレンジングという微小な重力レンズ効果によって高エネルギー天体からのエックス線スペクトルを振動させる可能性があることを発見した。この効果を定量的に評価してガンマ線バーストの観測から小さな線密度を持つ宇宙ひもの存在を探る方法を提案した。宇宙背景放射と重力波の研究は計画通りに進行した。それに加えて宇宙ひもによるフェムトレンジング効果の発見という予想外の成果が得られた。プランク衛星による宇宙背景放射の観測データを用いて宇宙ひものパラメータに対する制限を得る。またこれまで用いてきた宇宙ひものネットワークを記述する解析的モデルをさらに改良するため、宇宙ひもを構成するスカラー場やベクトル場の大規模な数値シミュレーションを行う。
IL-7/IL-7レセプターネットワークを介した腸管免疫制御の分子機構解明

本研究は、我々が独自に見いだした消化管粘膜局所でのIL-7/IL-7受容体を介する免疫調節機構に関わる分子機構を明らかにし、ヒト炎症性腸疾患に対する新しい粘膜免疫制御治療法の理論基盤を構築することを目的とした、当初の研究計画に示した項目につき下記に示すごとく大きな研究成果が得られた。1)腸管上皮細胞によるIL-7産生機構の解析--a)ヒト腸管上皮(IEC)細胞の解析より、IL-7産生が転写レベルで制御されることを示した。b)IL-7産生には遺伝子上流のIRF-E(Interferon Regulatory Factor-Element)を介する調節が重要であり、IRF-1/IRF-2がその結合蛋白であった。c)IRF-1/IRF-2の両者がIL-7産生を正に制御すると同時に、IRF-2は構成的、一方IRF-1は刺激依存性IL-7誘導因子であることを示した。d)ヒト大腸組織に異なる分布でIRF-1/IRF-2が発現することより、ここに示したIL-7産生機構が生体でも重要であることが示された。以上の成果はヒトにおけるIL-7分泌機構を初めて示す知見であると同時に、IRF-1/IRF-2の新しい協調機構を提示するものである。また、IRF機能の制御によりIL-7産生を調節しうる可能性が示され、慢性大腸炎の新規治療法開発の基盤となる可能性が示された。2)IL-7受容体を介した粘膜リンパ球増殖機構と腸炎発症--IL-7受容体を介する細胞刺激が粘膜リンパ球、特に慢性大腸炎局所における粘膜リンパ球に対し強い増殖活性を有することを見いだした。また実際、IL-7の投与がモデルマウスにおける大腸炎を増悪すること、逆にIL-7強発現細胞を毒素結合抗IL-7レセプター抗体で選択的に傷害することにより大腸炎が改善することを明確にした。これらよりIECより産生されるIL-7がヒトにおける大腸炎の発症に密接に関わる可能性を示すとともに、IL-7レセプター高発現粘膜リンパ球がヒト炎症性腸疾患の新規治療標的となりうる可能性を明確にした。本研究は、我々のグループが独自に見いだした消化管粘膜局所でのIL-7/IL-7受容体を介する免疫調節機構に関わる分子メカニズムを明らかにし、炎症性腸疾患を含むヒト疾患に対する新しい粘膜免疫制御治療法確立の理論基盤を構築することを目的とするものである。今年度における本研究の遂行過程では、当初の研究計画に示した項目のいくつかにおいて、下記に示すごとく大きな研究成果が得られた。1腸管上皮細胞によるIL-7産生機構の解析ヒト腸上皮由来の複数の細胞株を用い、これら細胞がIL-7蛋白を構成的および刺激依存性に分泌すること、また、このIL-7分泌調節は遺伝子発現レベルで制御されることを見いだした。そして、これら刺激依存性・非依存性のIL-7遺伝子発現に関わる遺伝子プロモーター領域を明らかにするとともに、この領域に結合する転写因子としてIRFファミリー蛋白が重要であるとの知見を得た。実際、IRF蛋白を強制発現したこれら細胞においてIL-7遺伝子発現の増加およびIL-7

分泌が増大することから、IRF蛋白による転写制御がIL-7分泌の調節機構として重要であることと同時に、IRF蛋白機能を人為的に制御することによりIL-7産生を調節できる可能性を示した。現在、これら機構に関わる各IRF蛋白の詳細な機能解析を継続している。2粘膜リンパ球におけるIL-7受容体を介したシグナル伝達機構の解析IL-7受容体を介する細胞応答誘導は、IL-7のみならず別のサイトカインTSLPによっても惹起できることが明らかになりつつある。我々はマウスTSLPがIL-7と同様に脾細胞のみならず粘膜リンパ球に対しても増殖補助因子として機能することを明らかにし、現在そのシグナル伝達機構およびIL-7とTSLPによる惹起される細胞応答の相違につき解析を継続している。本研究は、我々のグループが独自に見いだした消化管粘膜局所でのIL-7/IL-7受容体を介する免疫調節機構に関わる分子メカニズムを明らかにし、炎症性腸疾患を含むヒト疾患に対する新しい粘膜免疫制御治療法確立の理論基盤を構築することを目的とするものである。本研究では当初の研究計画に示した項目につき、下記に示すごとく大きな研究成果が得られた。1)腸管上皮細胞によるIL-7産生機構の解析a)ヒト腸管上皮(IEC)細胞株の解析により、IL-7産生が転写レベルで制御されることを見いだした。b)IL-7産生には遺伝子上流のIRF-E(Interferon Regulatory Factor-Element)を介する調節が重要であり、転写因子IRF-1/IRF-2がその結合蛋白であった。c)Tet-On強制発現とsiRNAノックダウン解析から、IRF-1/IRF-2の両者がIL-7産生を正に制御すると同時に、IRF-2は構成的、一方IRF-1は刺激依存性のIL-7誘導因子であることが明確になった。d)ヒト大腸組織に特徴的な分布様式でIRF-1/IRF-2が発現することより、ここに示したIL-7産生機構が生体においても重要であることが示された。以上の成果は、ヒトにおけるIL-7分泌の調節機構を初めて示す知見であると同時に、IRF-1/IRF-2の新しい協調機構を提示するものでもある。また、IRF蛋白機能を人為的に制御することにより腸管上皮によるIL-7産生を調節しうる可能性が示され、慢性大腸炎の新規治療法開発の基盤となる可能性が示された。2)IL-7受容体を介した粘膜リンパ球増殖機構と腸炎発症IL-7受容体を介する細胞刺激が粘膜リンパ球、特に慢性大腸炎局所における粘膜リンパ球に対し強い増殖活性を有することを見いだした。また実際、IL-7の投与がモデルマウスにおける大腸炎を増悪すること、逆にIL-7強発現細胞を毒素結合抗IL-7レセプター抗体で選択的に傷害することにより大腸炎が改善することを明確にした。これらより、IECより産生されるIL-7がヒトにおける大腸炎の発症に密接に関わる可能性を示すとともに、IL-7レセプター高発現粘膜リンパ球がヒト炎症性腸疾患の新規治療標的となりうる可能性を明確にした。
骨髄間質および末梢循環血中に在存する体性幹細胞の分離とその再生医療への応用

未曾有の高齢化社会を迎えた現在、人類の福祉とQuality of Lifeの一層の向上を目指す上で再生医療の果たす役割は大きい。このような社会的要請の中で種々の組織・臓器の再生医療を実現するためには、多分化能を有する幹細胞の安定した供給源を確保することが重要である。実際に患者個人の体細胞を用いた臓器や組織の再生が可能となれば、ES細胞を用いる場合に生じるような倫理的問題、臓器移植の場合に問題となるような免疫反応などの生物学的制約、あるいは人工臓器使用の際にみられるような耐久性問題等のない、理想的な治療法となることが予想される。このような観点から、本研究においては骨髄間質および末梢循環血中に全能性体性幹細胞が存在している可能性に注目し、ヒトを含む哺乳類の骨髄間質および末梢循環血からの体性幹細胞の分離を試みるとともにその多分化能について検討を行った。この研究により以下の結果が得られた。1.7種の骨髄間質細胞株を樹立し,そのうちの少なくとも2種の細胞株が、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞(中胚葉系)、神経細胞(外胚葉系)、肝細胞(内胚葉系)へと分化する能力を有していることRT-PCR法や免疫細胞化学的手法を用いて確かめた。これにより骨髄中に三胚葉に由来する機能細胞への分化能を有する体性幹細胞が存在していることが確かめられた。2.ほぼすべての細胞をそれぞれの機能細胞へと分化誘導する条件を決定した。3.ヒトの末梢循環血よりいくつかの線維芽細胞様細胞クローンの分離に成功した。4.これらのクローンのいくつかは、いかなる表現型も発現することなく、増殖能を維持し続けることが明らかとなった。その結果、マウス骨髄間質細胞クローンが各種の機能細胞(骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、筋細胞、神経細胞)へと分化する能力を有していることRT-PCR法や免疫細胞化学的手法を用いて確かめた。さらにほぼすべての細胞をそれぞれの機能細胞へと分化誘導する条件を決定した。またヒトの末梢循環血よりいくつかの線維芽細胞様細胞クローンの分離に成功した。現在このクローンの性状について検討を加えているところである。今後さらにこれらのクローンの多分化能の有無について検討するとともに、安定して増殖させるための条件や分化誘導条件等につき解明を目指す予定である。

このような観点から、本研究においては骨髄間質および末梢循環血中に全能性体性幹細胞が存在している可能性に注目し、ヒトを含む哺乳類の骨髄間質および末梢循環血からの体性幹細胞の分離を試みるとともにその多分化能について検討を行った。この研究により以下の結果が得られた。1.7種の骨髄間質細胞株を樹立し、そのうちの少なくとも2種の細胞株が、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞(中胚葉系)、神経細胞(外胚葉系)、肝細胞(内胚葉系)へと分化する能力を有していることRT-PCR法や免疫細胞化学的手法を用いて確かめた。これにより骨髄中に三胚葉に由来する機能細胞への分化能を有する体性幹細胞が存在していることが確かめられた。2.ほぼすべての細胞をそれぞれの機能細胞へと分化誘導する条件を決定した。3.ヒトの末梢循環血よりいくつかの線維芽細胞様細胞クローンの分離に成功した。4.これらのクローンのいくつかは、いかなる表現型も発現することなく、増殖能を維持し続けることが明らかとなった。
スペクトル解析を用いた前庭刺激に対するヒト自律神経反応の検討

多くのめまい疾患で自律神経異常がその発症の誘因の1つと考えられ、動揺病発症時あるいはめまい発作時にみられる悪心、冷汗、動悸などは前庭自律神経反射系が異常に亢進したために引き起こされると考えられているが、その詳細は不明である。心電図上のR-R間隔をスペクトル解析することにより各周波数成分の増減から交感・副交感神経機能を評価することが可能であるので、今回は前庭刺激を種々の程度で加えた時の自律神経応答を測定した。On verticalの回転刺激を加えた際のαおよびβ交感神経、副交感神経の活動についてスペクトル解析法を用いて測定した。α交感神経成分は0.1Hz,角速度29度/秒、8分20秒刺激では刺激中、後とも変化しなかった。しかし0.2Hz,角速度57度/秒刺激では刺激終了7分後より約60分上昇した。さらに刺激強度を0.4Hz,角速度114度/秒に上げると刺激中に有意な低下を認めた。この低下は刺激後には消失し、刺激前のレベルに戻った。β交感神経成分も0.2Hz刺激ではα交感神経とほぼ同様の経過で上昇したが、0.1Hz、0.4Hz刺激では変化を認めなかった。これに対して副交感神経成分は0.2Hzでの刺激中は変化しなかったが、0.2Hz刺激終了7分後よりその活動が60分間低下した。0.1Hz、0.4Hz刺激では有意な変化はみられなかった。Off vertical刺激ではα交感神経成分の上昇と副交感神経成分の低下がより顕著となった。めまい患者2名に0.2Hz刺激を加えたところ正常者で見られた刺激後の副交感神経成分の低下は認められなかった。次にカロリック刺激(20°C冷水)を行ったところ、α交感神経成分は1分後に有意に低下した後次第に前値に戻ったが、β交感神経成分、副交感神経成分には有意の変化を認めなかった。種々の前庭刺激時にスペクトル解析法を用いて自律神経の活動変化を捉えることにより、自律神経の応答様式の詳細が明らかになることが判明した。本年度はまず正常人に対して回転刺激(0.2Hz,角速度57度/秒,8分20秒)を加えて血圧、末梢血流量を持続的に測定すると共に、スペクトル解析法を用いてαおよびβ交感神経、副交感神経の活動を測定した。α交感神経成分は回転刺激中には変化しなかったが、刺激終了7分後より上昇し、その上昇は70分まで続いた。β交感神経成分もα交感神経成分とほぼ同様の経過で上昇した。これに対して副交感神経成分は回転刺激中には変化しなかったが、刺激終了7分後より低下し、その低下は70分まで続いた。血圧は回転刺激直前に軽度上昇したが、刺激開始と共に刺激前の値に復し、その後も上昇・下降も示さなかった。ただ有意差はなかったが、刺激後は刺激前に比較して3mmHg程度血圧が上昇していた。末梢血流量は刺激開始直後に一過性に減少したが、3分後には前値に戻り、刺激前より若干低い値で安定していた。続いて刺激の強度を0.4Hzに増強したところ、刺激中にα交感神経成分の有意な低下をみたのみで、刺激後の値は刺激前と変化なく、β交感神経成分、副交感神経成分は、刺激中、刺激後にわたり、変化を認めなかった。

刺激強度を0.1Hzに下げるとαおよびβ交感神経、副交感神経成分のいずれも変化しなかった。次にカロリック刺激(20°C冷水)を行い、上記と同様の測定を行った。α交感神経成分は刺激1分後に有意に低下した後次第に前値に戻ったが、β交感神経、副交感神経成分には有意の変化を認めなかった。血圧は刺激直後より下降し、1分後の下降は25mmHgに及んだ。その後徐々に上昇し、4分までには前値に戻った。末梢血流量も刺激直後より減少し、血圧とほぼ同様の経過で刺激前のレベルに戻った。この様にスペクトル解析法を用いることにより血圧や末梢血流量の測定ではわからなかった自律神経の活動変化の詳細を捉えることが可能であることが判明した。また自律神経の応答様式も前庭刺激の種類により様々であり、時には正反対の応答をすることも判明した。On verticalの回転刺激を加えた際のαおよびβ交感神経、副交感神経の活動についてスペクトル解析法を用いて測定した。α交感神経成分は0.1Hz,角速度29度/秒,8分20秒間刺激では刺激中・後とも変化しなかったが、0.2Hz,角速度57度/秒刺激では刺激終了7分後より60分余上昇した。しかしながら、0.4Hz,角速度114度/秒刺激では刺激中に有意な低下をみたが、刺激後は変化しなかった。β交感神経成分も0.2Hz刺激ではα交感神経成分とほぼ同様の経過で上昇したが、0.1,0.4Hzでは変化を認めなかった。これに対して副交感神経成分は0.2Hz刺激終了7分後より60分余低下したが、0.1,0.4Hzでは変化を認めなかった。Off vertical刺激ではα交感神経成分の上昇と副交感神経成分の低下がより顕著となった。次にカロリック刺激(20°C冷水)を行ったところ、α交感神経成分は刺激1分後に有意に低下した後次第に前値に戻ったが、β交感神経、副交感神経成分には有意の変化を認めなかった。種々の前庭刺激時にスペクトル解析法を用いて自律神経の活動変化を捉えることにより、自律神経の応答様式の詳細が明らかとなることが判明した。多くのめまい疾患で自律神経異常がその発症の誘因の1つと考えられ、動揺病発症時あるいはめまい発作時にみられる悪心、冷汗、動悸などは前庭自律神経反射系が異常に亢進したために引き起こされると考えられているが、その詳細は不明である。心電図上のR-R間隔をスペクトル解析することにより各周波数成分の増減から交感・副交感神経機能を評価することが可能であるので、今回は前庭刺激を種々の程度で加えた時の自律神経応答を測定した。α交感神経成分は0.1Hz,角速度29度/秒、8分20秒刺激では刺激中、後とも変化しなかった。しかし0.2Hz,角速度57度/秒刺激では刺激終了7分後より約60分上昇した。さらに刺激強度を0.4Hz,角速度114度/秒に上げると刺激中に有意な低下を認めた。この低下は刺激後には消失し、刺激前のレベルに戻った。β交感神経成分も0.2Hz刺激ではα交感神経とほぼ同様の経過で上昇したが、0.1Hz、0.4Hz刺激では変化を認めなかった。これに対して副交感神経成分は0.2Hzでの刺激中は変化しなかったが、0.2Hz刺激終了7分後よりその活動が60分間低下した。0.1Hz、0.4Hz刺激では有意な変化はみられなかった。
超好熱菌トリプトファン合成酵素のサブユニット及び複合体のX線結晶解析

分子識別と分子問相互作用の問題を解明する上で、独自の触媒能を持つサブユニットが複合体形成に伴い大幅な構造変化と活性増幅を示すトリプトファン合成酵素が良いモデル系となる。同酵素は、一連のトリプトファン合成経路の連続した最終反応を触媒するアロステリック酵素である。バクテリアの同酵素は.αサブユニットとβサブユニットからなるα2β2四量体である。複合体形成に伴う2桁の活性増幅は、複合体形成に伴う構造変化に起因していると思われる。そこで、本研究課題では、超好熱菌、P. furiosus、由来のトリプトファン合成酵素複合体とその構成成分αとβサブユニットのX線結晶構造解析を行うことを目的とした。先ず、αサブユニットのX線結晶構造解析を試みた。天然型について分解能2.0Åのデータを収集した。結晶の空間群はC2221であった。非対称単位中2分子のαサブユニットが存在する。位相決定は水銀と白金の誘導体を用いて重原子同型置換法で行った。構造はモデリング、リファインメントを進め最終的には分解能トリプトファン合成酵素αサブユニット単独での2.0Å分解能での構造解析に成功した。本年度は、まずαサブユニットのX線結晶構造解析の論文を発表できた。次にβサブユニットについて、最高、分解能2.3Åのデータを収集した。結晶の空間群はP212121であった。位相決定は既に報告されているS.typhimurium由来のα2β2複合体のβ2サブユニットをモデルに同型置換法で求めた。現在、構造のリファイメントも終わり、構造の詳細な検討を行っている。得られた構造はサルモネラ菌由来のβサブユニッツトと酷似していた。α2β2複合体については見かけ上きれいな大きい結晶が得られているが分解能があがらない、高い分解能でのデータを収集するためによりよい結晶と良い不凍結剤の検索中である。分子識別と分子間相互作用の問題を解明する上で、独自の触媒能を持つサブユニットが複合体形成に伴い大幅な構造変化と活性増幅を示すトリプトファン合成酵素が良いモデル系となる。バクテリアの同酵素はαサブユニットとβサブユニットからなるa2a2四量体である。そこで、本研究課題では、超好熱菌、P.furiosus、由来のトリプトファン合成酵素複合体とその構成成分αとβサブユニットのX線結晶構造解析を行う。本年度は、まずαサブユニットのX線結晶構造解析を試みた。測定は筑波の高エネルギー加速器研究機構のPFで行い、天然型について分解能2.0Aのデータを収集した。構造はモデリング、リファインメントを進め最終的には分解能トリプトファン合成酵素αサブユニット単独での2.0A分解能での構造解析に成功した。その結果は、J.Biol.Chem.に投稿し、現在印刷中である。更に、β2サブユニットの結晶に関しては、Spring8で、分解能2.3Aのデータを収集した。空間群はP212121であった。位相決定は既に報告されているS.typhiomurium

由来のα2β2複合体のβ2サブユニットをモデルに同型置換法で求めた。現在、構造のリファイメント中である。α2β2複合体については3.2A分解能でのデータを収集したが、更に高い分解能でのデータを収集するためによりよい結晶と凍結剤の検索中である。分子識別と分子間相互作用の問題を解明する上で、独自の触媒能を持つサブユニットが複合体形成に伴い大幅な構造変化と活性増幅を示すトリプトファン合成酵素が良いモデル系となる。同酵素は、一連のトリプトファン合成経路の連続した最終反応を触媒するアロステリック酵素である。バクテリアの同酵素はαサブユニットとβサブユニットからなるα2β2四量体である。複合体形成に伴う2桁の活性増幅は、複合体形成に伴う構造変化に起因していると思われる。そこで、本研究課題では、超好熱菌、P. furiosus、由来のトリプトファン合成酵素複合体とその構成成分αとβサブユニットのX線結晶構造解析を行うことを目的とした。本年度は、まずαサブユニットのX線結晶構造解析の論文を発表できた。次にβサブユニットについて、測定は筑波の高エネルギー加速器研究機構のPFとSPring8で行い、最高、分解能2.3Åのデータを収集した。結晶の空間群はP212121であった。位相決定は既に報告されているS.typhimurium由来のα2β2複合体のβ2サブユニットをモデルに同型置換法で求めた。現在、構造のリファイメントも終わり、構造の詳細な検討を行っている。得られた構造はサルモネラ菌由来のβサブユニットと酷似していた。また、立体構造の安定性は中性付近で、好熱菌由来のβ2サブユニットは常温菌おそれに比べ約25度高い。その安定化の原因は、その立体構造の差から、疎水性相互作用に寄るのではなく、水素結合の増加、キャビティーの減少、エントロピー効果に寄ることが分かった。α2β2複合体については見かけ上きれいな大きい結晶が得られているが分解能があがらない。高い分解能でのデータを収集するためによりよい結晶と良い不凍結剤の検索中である。
時計遺伝子とメラトニンによるGnIH遺伝子の発現制御機構

従来の研究により、時計遺伝子やメラトニンが動物の生理状態や行動のリズムを制御することは分かっているが、その分子機構は不明である。本研究は、動物の生殖を制御する重要な新規脳ホルモンであるGnIH (gonadotropin-inhibitory hormlone)に着目して「時計遺伝子とメラトニンによるGnIH遺伝子の発現制御機構」を目的として研究を実施した。1)時計遺伝子によるGnIH発現の制御機構1-1)時計遺伝子の一つであるCry1/2の欠損マウス(Cry-nullマウス)でのGnIHの発現が正常マウスと比べて昼の時間帯に著しく増加することを明らかにした。1-2) GnIHニューロンには様々な時計遺伝子が発現していることをラット視床下部由来の細胞株(GnIHニューロン細胞株、rHypoE-23)を用い確認した。1-3) GnIH遺伝子上流に複数存在する時計遺伝子の作用部位であるE-box配列の機能をプロモーターアッセイにより調べた結果、時計遺伝子によるGnIH発現変動は直接E-boxを介した制御機構ではないことが分かった。1-4)体内時計の働きを制御する視交叉上核(SCN)から分泌される血管作動性腸管ペプチド(VIP)の受容体がGnIHニューロンに発現していることを明らかにし、VIPはGnIHニューロン細胞内でcAMP系のシグナルカスケードを活性化させることを明らかにした。2)メラトニンによるGnIH発現の制御機構2-1)メラトニン合成能のあるC3Hマウスではメラトニン合成能のないC57BLマウスに比較してGnIHの発現が著しく高いことを明らかにした。2-2) rHypoE-23細胞株にはメラトニン受容体が存在することを明らかにした。2-3)メラトニン受容体のシグナルカスケードの解析するためにrHypoE-23細胞株を用いレポーターアッセイ(CRE, sRE, NFAT-RE)を行った。GnIH細胞株培養系とGnIHプロモーターアッセイ系を立ち上げ、Cry-nullマウスとメラトニン合成能のあるC3HマウスでのGnIH発現増加に関する制御機構を分子レベルで解析した。E-boxを介した直接制御の可能性、GnIH細胞内のVIPやメラトニンのシグナルカスケードの解析、VIPやメラトニンの処理によるGnIH発現リズムの変動を調べるなど色んな観点からの解析を行うことにより、GnIH発現の分子制御機構に重要な新知見が得られた。今後はGnIH細胞培養系とGnIHプロモーターアッセイ系を用い、分子レベルでの「時計遺伝子とメラトニンによるGnIH発現の制御機構」を継続して解析する。GnIHニューロン細胞株に時計遺伝子のsiRNA処理や時計遺伝子のdominant negative mutantを過発現させ細胞内の時計システムを壊した後(Cry-nullマウスと同じ環境を細胞レベルで再現する)、それぞれの時計遺伝子(Cry1/2, Clock, Bmal1, Per1/2)の発現とGnIH遺伝子の発現及びプロモーター活性の変動を4時間ごとに24時間調べる。VIPとメラトニン処理によるGnIHの発現リズムの変動に関しても同様に調べる。本研究は、動物の生殖を制御する重要な新規脳ホルモンであるGnIH(gonadotropin-inhibitory hormone)に着目して「時計遺伝子とメラトニンによるGnIH遺伝子の発現制御機構」を目的として研究を実施し、本年度には以下の主なる成果を得た。1)時計遺伝子によるGnIH発現の制御機構時計遺伝子の一つであるCry1/2の欠損マウス(Cry-nullマウス)におけるGnIHの発現リズムの日内変動を解析した結果、Cry-nullマウスでのGnIHの発現が正常マウスと比べて昼の時間帯に著しく増加することを明らかにした。その詳しい制御機構を分子レベルで調べるため、ラット視床下部由来のGnIHニューロン細胞株(E23)を入手し培養細胞系を立ち上げた。GnIHニューロン細胞(E23)にはCry1/2を含む様々な時計遺伝子(Clock, Bmall, Per1/2)が発現していることと、GnIH遺伝子上流に時計遺伝子の作用部位であるE-box配列が複数存在することを明らかにした。E-box配列の機能を明らかにするため、GnIH遺伝子上流の2kbを含むレポーター遺伝子を作製し、GnIHのプロモーターアッセイ系を立ち上げ現在解析中である。さらに、体内時計の働きを制御する視交叉上核(SCN)から分泌される主要ペプチドである血管作動性腸管ペプチド(VIP)の受容体がGnIHニューロン細胞(E23)に発現していることも明らかにした。2)メラトニンによるGnIH発現の制御機構メラトニン合成能のあるC3Hマウスではメラトニン合成能のないC57BLマウスに比較してGnIHの発現が著しく高いことを明らかにした。さらに、GnIHニューロン細胞(E23)にはメラトニン受容体が存在することを明らかにし、GnIH発現を制御すると考えられるメラトニン受容体の詳しいシグナルカスケードの解析が可能になった。

1)時計遺伝子によるGnIH発現の制御機構1-1)時計遺伝子の一つであるCry1/2の欠損マウス(Cry-nullマウス)でのGnIHの発現が正常マウスと比べて昼の時間帯に著しく増加することを明らかにした。1-2) GnIHニューロンには様々な時計遺伝子が発現していることをラット視床下部由来の細胞株(GnIHニューロン細胞株、rHypoE-23)を用い確認した。1-3) GnIH遺伝子上流に複数存在する時計遺伝子の作用部位であるE-box配列の機能をプロモーターアッセイにより調べた結果、時計遺伝子によるGnIH発現変動は直接E-boxを介した制御機構ではないことが分かった。1-4)体内時計の働きを制御する視交叉上核(SCN)から分泌される血管作動性腸管ペプチド(VIP)の受容体がGnIHニューロンに発現していることを明らかにし、VIPはGnIHニューロン細胞内でcAMP系のシグナルカスケードを活性化させることを明らかにした。2)メラトニンによるGnIH発現の制御機構2-1)メラトニン合成能のあるC3Hマウスではメラトニン合成能のないC57BLマウスに比較してGnIHの発現が著しく高いことを明らかにした。2-2) rHypoE-23細胞株にはメラトニン受容体が存在することを明らかにした。2-3)メラトニン受容体のシグナルカスケードの解析するためにrHypoE-23細胞株を用いレポーターアッセイ(CRE, sRE, NFAT-RE)を行った。事前の十分な準備と適切な研究計画により、当初の目的を超える研究の進展があった。特に、GnIHニューロン細胞には様々な時計遺伝子が発現していること、SCNから伝達されるVIPのシグナルを受け入れるVIPの受容体がGnIHニューロン細胞に存在することから、時計システムによるGnIH発現制御機構に重要な新知見が得られた。また、GnIH細胞培養系とGnIHプロモーターアッセイ系を立ち上げたことにより、動物個体レベルで確認されたGnIH発現変動についての詳しい制御機構を分子レベルで解析することが可能になった。GnIH細胞株培養系とGnIHプロモーターアッセイ系を立ち上げ、Cry-nullマウスとメラトニン合成能のあるC3HマウスでのGnIH発現増加に関する制御機構を分子レベルで解析した。E-boxを介した直接制御の可能性、GnIH細胞内のVIPやメラトニンのシグナルカスケードの解析、VIPやメラトニンの処理によるGnIH発現リズムの変動を調べるなど色んな観点からの解析を行うことにより、GnIH発現の分子制御機構に重要な新知見が得られた。今後の研究では、今年度の研究によりセットアップしたGnIH細胞培養系とGnIHプロモーターアッセイ系を用い、分子レベルでの「時計遺伝子とメラトニンによるGnIH発現の制御機構」を継続して解析する。「時計遺伝子によるGnIH発現の制御機構」の項目では、GnIHプロモーター領域に存在するE-boxの機能解析、GnIHニューロン細胞における時計遺伝子の発現リズムの解析、VIP処理によるGnIHの発現変動及びGnIH細胞でのVIP受容体のシグナルシグナルカスケードを調べる。「メラトニンによるGnIH発現の制御機構」の項目では、メラトニン合成能のあるC3Hマウスにおいて、メラトニン合成器官である松果体を除去しGnIH発現変動を調べる。
複数国間の共通的知的財産制度及び関連法制度の研究

研究期間の2年目に入り、特許法グループは、研究を深化させるとともに、研究者間ネットワークの拡大を図った。具体的には、まず昨年度開催の予定を延期していたアジアの知財法研究者との国際会議(ラウンドテーブル)を2018年4月に名古屋大学で開催し、本研究事業について説明した。当該会議の研究グループでは、当面、標準必須特許や医薬関連特許等の特定テーマとの関係でアジア諸国の特許制度の比較研究を進めていくこととなった(同研究グループは、その後、同年9月にマレーシアにおいて会議を開催した。)。また、2019年2月には欧州及びアメリカの知財法研究者の参加を求め、特許制度の国際的側面に焦点を当てた国際会議を開催した。ここでは、国境を越える行為と特許権侵害の関係、営業秘密保護と特許制度の関係等につき、意見交換を行うとともに、今後も研究活動を連携して行っていくこととなった。その他、標準必須特許問題や国際的な発明保護の在り方等について、中国等の研究者との意見交換の場を創設することができた。さらに、本研究事業開始前から、米国、ドイツ、スイス等の研究者と共同で、特許権侵害に対する救済措置に関する共同研究を実施してきたところ、本研究事業の一環として同研究を継続し、その成果を公表した(2019年度に書籍として刊行予定である。)。経済学チームは、主としてグレースピリオドに関する研究を行った。また民事法グループでは、研究会において、欧州の民事法の調和の動向、知的財産紛争に係る国際私法の在り方等について検討を行った。2018年度は、大規模な国際会議2件の開催等を通じ、国際的な共同研究体制を構築することができた。また、研究成果の発表も順調に行うことができた。2019年度は研究期間の中間に当たることから、これまでの研究を踏まえ、研究の後半の見通しを立てることとしたい。特に、これまでの研究は、標準必須特許や医薬品関連特許等の個別具体的なテーマに焦点を当てるものが中心となってきたのに対し、改めて一般的特許制度を見渡す視点からの研究を遂行することを目指すこととしたい。)。)。研究の初年度として、特許法チームと民事法チームのそれぞれにおいて今後の方針・計画の確認を行ったうえで、研究会の開催等により研究を遂行した。特許制度に関しては、特に特許権侵害に対する救済措置に焦点を当てて、国際比較を含む研究を行った。救済措置のうち、差止措置については、標準必須特許権の侵害に関連して国際的に活発な議論が行われているため、この問題を素材として、国際動向のフォローとあるべき制度の検討を行った。損害賠償制度についても、学会シンポジウムのテーマとされ、本研究代表者がその責任者となったこともあって、国際比較を踏まえた検討を行った。以上については、複数の学会、国際会議等において研究成果を報告する機会を得た。また、複数国の制度調和又は共通的制度構築の動向に関し、第一に、欧州の単一効特許制度及び統一特許裁判所制度について、第二にRCEP及びASEANにおける知的財産制度調和の動向について、それぞれ把握に努めた(ただし、欧州の制度については、英国のEU離脱の動きを受けて、動きが停滞した感がある。)。さらに、民事法チームとして、欧州における民事訴訟制度の動向の調査、知的財産紛争に係る国際民事手続法に関する調査及び検討等を行った。なお、当初は、今年度中にアジアの知財法研究者を集めて議論する国際会議(ラウンドテーブル)を予定していたが、参加者の都合等により次年度初めに延期せざるを得なくなったため、本予算について繰越措置をお願いした。2017年度は、大規模な国際会議を次年度(2018年4月)に延期することとなったが、その準備は順調に進んでおり、また、その他の研究会の開催等は予定どおり実施することができた。

2019年度は研究期間の中間に当たることから、これまでの研究を踏まえ、研究の後半の見通しを立てることとしたい。特に、これまでの研究は、標準必須特許や医薬品関連特許等の個別具体的なテーマに焦点を当てるものが中心となってきたのに対し、改めて一般的特許制度を見渡す視点からの研究を遂行することを目指すこととしたい。2018年度は、4月にアジアの知財法研究者を集めた国際会議を開催するとともに、年度末近くにも大規模な国際会議を開催する予定である。また、海外で行われる国際会議に積極的に参加し、研究成果の発信及び情報交換等を積極的に行う。
細胞内シグナル伝達に関与する新規遺伝子のがん抑制作用の検討

申請者らは、ピリミジン分解に関与する酵素であるDHP(dihydropyrimidinase)の、四種類のホモローグのcDNAをヒト胎児脳より単離し、DRP(DHP related protein)1-4と命名した。このDRPファミリーは、他の研究者らにより神経軸索退縮現象の細胞内情報伝達系への関与が報告されたが、申請者らはmRNAのヒト成人各組織における分布解析より、DRPファミリーが神経系以外にもそれぞれ特有のパターンで発現し、数種のヒト癌組織においてはいずれも著明な発現低下を示すことを見いだした。これらはDRPファミリー遺伝子が発癌に抑制的に作用していることを示唆し、癌化に関連した新しい分子メカニズムを解明できる可能性があると考え、本研究を開始した。まず、各種ヒト癌組織におけるDRP発現量の解析目的で、各種癌手術標本より得たtotal RNAを用いノーザン解析を行い、著明なDRP1-4mRNAの低下を認めた。また、大腸菌にて大量発現させたリコンビナントDRP蛋白に対する抗体を作製を開始し、免疫染色法による蛋白レベルの解析を開始した。また、COS-7細胞におけるDRP発現系を確立した。それで得たリコンビナントDRPを用い、アミド結合を持った他の生体内物質またはジヒドロピリミジン誘導体を含めた合成基質の酵素活性もしくは結合能の有無の検討を開始した。一方、各種癌組織におけるDRP遺伝子のLOH(loss of heterozygosity)を検討する目的で、ヒトDRP2遺伝子のクローニングを開始し、ほぼ完了した。各種癌手術標本より得たgenomicDNAを用い、DRP2遺伝子のLOHの検索に入った。また、動物培養細胞においてDRPジーン・ターゲッティングの準備を行っている。
強相関ボース粒子系の理論的研究－超固体状態の追究

本研究は、量子性の強さ(零点振動の大きさ)が固体一気体相転移へどのような影響を及ぼすのかを調べる事を目的としている。前年度までの計算結果から、温度ゼロの基底状態では、どのような相互作用が働く系でも、量子性が強くなると高密度でなければ固化しないということが分かった。そのため今年度は有限温度における計算をおこなうことによって、熱揺らぎと零点振動(量子効果)の競合を調べた。温度ゼロときと同様に、量子パラメターを指標とし経路積分モンテカルロ法を用いて計算をおこなった。粒子間の相互作用としては簡単のために、ベキ乗の斥力相互作用のみを考え、粒子は区別出来るものとした。また量子パラメターvs転移密度の相図を得るために、初期配置としてFCCの完全結晶からシミュレーションを行った。量子パラメターと密度を変えながら、静的構造因子を計算することによって、平衡状態における(準)安定構造が分かり相図を作る事ができる。その結果、温度一定で量子パラメターを大きくしていくと、転移密度は減少していくが、ある量子パラメターの値のところで減少から増加に転じた。つまり、転移密度は量子パラメターに対してリエントラントな振る舞いをしている事が分かった。また温度を下げると、転移密度が減少から増加に転じる量子パラメターの値は小さくなった。量子パラメターの増加に伴い、転移密度が増加する振る舞いは温度ゼロの計算でも見られるが、量子パラメターが小さな領域で転移密度が減少するのは、有限温度特有の振る舞いである。また、この転移密度が減少する領域では、量子効果(零点振動)によって固化しやすくなっており、この領域が量子性によって固体になっている「真に量子的な固体相」であると考えられる。「量子性によって助けられた固体相(局在相)」を探索する目的で研究を行った。粒子間にレナード・ジョーンズポテンシャル(近距離での強い斥力と遠距離での引力から成る)が働くボース粒子系を考える。このとき量子性を反映した量子パラメターの値を振りながら、強相関ボース粒子系の基底状態における液相-固相相転移を拡散モンテカルロ法を用いて調べた。量子性があまり強くないうちには量子性が強まるとともに液相が安定化し、固相が不安定化するが、ある程度以上量子性が強まるとこの傾向が逆転することが予想された。しかし実際にシミュレーションを行ってみると、かなり大きな量子パラメター領域においても液相が安定であることが分かってきた。この原因として考えられるのは、いくら大きな量子パラメターを持っていても粒子間相互作用に引力が入っているため液相が安定化すると考えられる。そのため^4Heのレナード・ジョーンズポテンシャルからハードコアポテンシャルへと連続的に変化するよう、相互作用ポテンシャルの形状を変化させた場合についてのシミュレーションも行っている。この研究は「量子性によって助けられた固体相(局在相)」を探索する目的で行った。量子性の強さを表している量子パラメターを様々に変えながら、強相関ボース粒子系の基底状態における気体-固体相転移を、拡散モンテカルロ法を用いて調べた。拡散モンテカルロ法によるシミュレーションでは、ある体積における固体相、液体(気体)相それぞれの自由エネルギーを計算することができ、その後マクスウェルの規則を用いると固化、融解の転移体積が得られる。初めにレナード・ジョーンズポテンシャルが働くボース粒子系でシミュレーションを行ってみると、かなり大きな量子パラメター領域においても液相が安定であることが分かり、レナード・ジョーンズポテンシャル系では、量子性はボース粒子系の固化を助けなかった。この振る舞いは粒子間相互作用における引力の作用によって引き起こされている可能性があるため、粒子間相互作用で引力項を無くし斥力を強くした量子剛体球系における量子性の効果についても調べた。斥力項の累乗が12乗程度の場合、量子パラメターを大きくしていくと、転移体積が小さくなっていく振る舞いが見られ、大きな量子パラメターでも固体相は安定化しなかった。しかしながら、50乗という大きい場合だと、量子パラメターをいくら大きくして行っても転移体積は、パラメターが小さい領域とほとんど同じであった。このように斥力相互作用のみの場合においても、量子性が固化を助けることは無かったが、シミュレーションで得られたデータを解析すると、量子剛体球系では固化と融解の転移体積が量子パラメターの累乗に比例し、系の自由エネルギーは量子パラメターと体積、そして斥力項の指数によってスケーリングされるということが分かった。以上の結果から、量子剛体球系においても量子性はボース粒子系の固化を助けず、零点振動によって安定化しているような「真に量子的な固体相」は温度ゼロにおいては存在しないという結論を得た。

その結果、温度一定で量子パラメターを大きくしていくと、転移密度は減少していくが、ある量子パラメターの値のところで減少から増加に転じた。つまり、転移密度は量子パラメターに対してリエントラントな振る舞いをしている事が分かった。また温度を下げると、転移密度が減少から増加に転じる量子パラメターの値は小さくなった。量子パラメターの増加に伴い、転移密度が増加する振る舞いは温度ゼロの計算でも見られるが、量子パラメターが小さな領域で転移密度が減少するのは、有限温度特有の振る舞いである。また、この転移密度が減少する領域では、量子効果(零点振動)によって固化しやすくなっており、この領域が量子性によって固体になっている「真に量子的な固体相」であると考えられる。有限温度における経路積分モンテカルロ法のプログラムコードの開発を独自でやって来たため、信頼できるコードがなかなか作れず研究が遅れてしまっている。独自でプログラムコードの開発をして来たため、遅れてしまった研究を早く進められるよう、現在は海外の専門家と共同研究を始めた。しかしながら、粒子間の強い相互作用の取り入れ方や、自由エネルギーの的確な計算方法などについて新しい問題が出て来ているが、先行研究を参考に最適な方法を取り入れていく予定である。