hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子結晶における電荷秩序の融解と超伝導に関する密度行列繰り込み群による研究

本研究は、種々の分子性導体の電子状態、特に電荷秩序と超伝導に関して、密度行列繰り込み群の方法により、(1)多彩な電荷秩序・スピン秩序状態と低エネルギー励起を記述する有功強相関模型の構築、(2)電荷秩序の融解と電荷揺らぎが生み出す新規な超伝導発現機構の解明、の2点を目的に遂行された。平成17年度の成果は次のとおりである。まず、次の3点に関する論文を発表した。(1)ベッチガード塩のトリプレット超伝導に対してリング交換機構によるf波超伝導の可能性を提案した。(2)1次元拡張ハバード模型の相図の精密化と朝永ラッティンジャー流体パラメータの精密計算を行った。(3)電荷秩序不安定性を有するクオータフィリングのハバード梯子系に関して電荷揺らぎがスピン励起に与える影響を調べた。また、次の課題に関して成果を得た。(1)強磁性交換相互作用で梯子型あるいはジグザグ梯子型に結合した2鎖および3鎖ハバード模型のスピン三重項超伝導の可能性を調べ、条件に応じて、p波あるいはf波対称性の超伝導が発現することを明らかにした。(2)低次元強相関電子模型の最も簡単な、しかしまだ良く分かっていない、ジグザグ梯子ハバード模型に関して、幅広いパラメータおよびドーピングの空間での朝永ラッティンジャー流体パラメータやスピンギャップの有無、さらにはスピン及び電荷励起スペクトルの計算を行った。(3)ボロンが高濃度にドープされたダイヤモンドの超伝導に関して、ポロンの置換型ランダムネスの効果をコヒーレント・ポテンシャル近似で取り入れ、この系の超伝導へのランダムネス効果の重要性を明らかにした。分子性超伝導体として知られるκ型BEDT-TTF塩のなど、スピン揺らぎを媒介とした超伝導に関しては、近年の精力的な実験理論両面からの研究により、その理解はかなり進んでいる。一方、電荷秩序に関する研究が最近急速に進展してきたが、異方的三角格子のフラストレーションやバンド幅制御による電荷秩序の融解、及び電荷秩序相の近傍に存在が期待される電荷揺らぎを媒介とした超伝導に関しては、依然として極めて不十分な理解しか得られていない。本研究の目的は、θ型BEDT-TTF塩を始めとして、α型、β型等種々の分子性導体の電子状態について、密度行列繰り込み群(DMRG)の方法により、次の2点を明らかにする。(1)多彩な電荷・スピン秩序状態と低エネルギー励起を記述する有効強相関電子模型の構築。(2)電荷秩序の融解と電荷揺らぎが生み出す新規な超伝導発現機構の解明。本年度は、ベッチガード塩として知られる擬1次元有機導体(TMTSF)_2X系のスピントリプレット超伝導の発現機構に関して、DMRGによる数値計算を基に、新しい提案を行った。すなわち、対応するジグザグボンドの2鎖ハバード模型に対し、次のことを明らかにした。(1)この系の電子の飛び移り積分の空間的構造は、いわゆるリング交換機構による強磁性的なスピン相関を生み出すものであること。(2)この系にはホール間に引力的な相互作用が働いていること。(3)超伝導の対相関関数は1次元鎖間のスピントリプレットペアに対して最も長距離におよぶこと。これらにより、ベッチガード塩の超伝導発現機構の解明に向けて新たな方向性が与えられた。この成果は現在論文投稿中である。
リン酸カルシウムを主成分とし、キトサンを結合材とした骨補填材の製作について

キトサンは甲殻類から抽出出来る天然高分子である。このキトサンは生体内で吸収され為害作用が認められない。キトサンは有機酸で溶解し、ゾル状とすることが出来る。このゾルはアルカリ性を示す物質と混合することによってゲル化することが出来る。一般に骨補填材としてはアパタイトの焼結体や顆粒が用いられている。しかし、顆粒が歯肉と骨の間に移動し、咬合圧が負荷されることによって炎症を生じると言う欠点がある。また、充分に骨形成がされないことも指摘されている。これらの欠点をなくす目的として、先のキトサンゾルとハイドロキシアパタイトよりも骨の伝導性に優れているとされているbeta型リン酸3カルシウム,MgO,CaO,ZnOを練和し、錬成方式の骨補填材を作製した。この練和物は35分で硬化させることが出来、硬化体はゴムのような弾力性を有しており、骨と歯肉の間に移動しても炎症は生じない。また、pH値は練和開始ではわずかに酸性を示すが、時間が経過するにしたがってアルカリ性を示す。MgO,CaO,ZnO量によってpH値は調節出来、CaO2.0%,ZnO4.0%,MgO1.0%,beta-TCP93.0%の配合によって練和物を中性に近い状態にすることが可能であった。溶血試験においても問題はなく、生体に用いても毒性は生じないものと考えられる。圧縮強さは20kgf/〓であり、十分に補填した位置で形態を維持出来るものと考えられる。以上この練和物を用いて今後は動物実験を行っていく予定であります。御援助を賜り、誠に有難うございました。
摂食障害とストレス

摂食には、視床下部によって制御される生命機能に必要な恒常性を維持するための摂食(homeostatic eating)と、飲食物のおいしさ(味覚や嗅覚、視覚などによる感覚情報)に起因し、前頭葉の神経のネットワーク(人間の精神や思考、情緒を制御する)の影響を受ける嗜好性に基づく摂食(hedonic eating, palatability-induced eating)に分類する事が出来る。摂食障害は恒常性を維持するための摂食の病気ではなく、「人からどう思われるのか」という意識に関連し、ストレスを背景とした嗜好性に基づく摂食の異常に基づく病気である。ストレスは、CRHシステムを活性化すると共に、視床下部・下垂体・副腎軸(HPA軸)を活性化し、下垂体からのACTH分泌を介して、副腎皮質からグルココルチコイド分泌を誘導して、ネガティブフィードバックを引き起こす。HPA軸の異常と摂食障害との関連を示唆する臨床データが蓄積してきている。申請者らが、世界に先駆けて、作成・解析してきたMC2R KOマウス(Chida et al. PNAS 2007)では、グルココルチコイドが産生されず、ネガティブフィードバックが起こらないために、視床下部においてCRH発現が増強され、高齢で痩せを呈することを見出した。オペラント・レバー押し試験系によって、MC2R KOマウスでは、高脂肪食に対する嗜好性が亢進していること、この嗜好性の亢進がCRHシグナルに依存している事を見出した。これらの結果から、MC2R KOマウスが摂食障害モデル動物として、有用である事を示しており、今後の研究によって、HPA軸が嗜好性に及ぼす分子機構の解明に繋げて行きたい。24年度が最終年度であるため、記入しない。摂食には、視床下部によって制御される生命機能に必要な恒常性を維持するための摂食(homeostatic eating)と、飲食物のおいしさ(味覚や嗅覚、視覚などによる感覚情報)に起因し、前頭葉の神経のネットワーク(人間の精神や思考、情緒を制御する)の影響を受ける嗜好性に基づく摂食(hedonic eating,palatability-induced eating)に分類する事が出来る。申請者らが、世界に先駆けて、作成・解析してきたMC2R KOマウス(Chida et al.PNAS 2007)では、グルココルチコイドが産生されず、ネガティブフィードバックが起こらないために、視床下部においてCRH発現が増強され、下垂体におけるPOMC発現が増強され、血中ACTHレベルが亢進し、高齢で痩せを呈する。本研究では、摂食障害モデルとしてのMC2R KOマウスの有用性を確立し、HPA軸の異常と内在性オピオイドの制御異常による摂食障害の病態解明と治療法の開発を目的として研究を推進している。本年度は、実施計画どおりにオペラント・レバー押し試験系を導入し、MC2R KOマウスにおいて高脂肪食2対する嗜好性が亢進している事を見出した。初年度の計画通りに実験系を導入、確立し、期待通りの結果が得られている。研究代表者が所属機関を異動することになり、実験のセットアップに時間が掛かる事が予想される。
小・中連携を意識した小学校英語の実践的研究-カリキュラム編成に焦点をあてて-

年間活動計画では、児童の「身近な題材」が扱われている.中学校1年、及び2年で扱われている単語・文型が英語活動で扱われている.「聞くこと」は、調査した範囲内で、35時間の英語活動経験が中学生の聴解力に影響するであろうと考えられる.「話すこと」は、状況を設定した意味のある繰り返し練習をすれば、児童は「自分のこと」や「身近な題材」を言えるようになる.カリキュラム編成も含めた小・中連携を意識した英語教育の指導方法を再考する必要がある.年間活動計画では、児童の「身近な題材」が扱われている.中学校1年、及び2年で扱われている単語・文型が英語活動で扱われている.「聞くこと」は、調査した範囲内で、35時間の英語活動経験が中学生の聴解力に影響するであろうと考えられる.「話すこと」は、状況を設定した意味のある繰り返し練習をすれば、児童は「自分のこと」や「身近な題材」を言えるようになる.カリキュラム編成も含めた小・中連携を意識した英語教育の指導方法を再考する必要がある.小学校英語のカリキュラム編成:過去の年間活動計画の内容を考察すると、主に「児童の身近な題材」が年間活動計画に組まれている。その中で扱われている言語材料は、中学校1年及び2年で扱われている言語項目もある。例えば、習慣(1日の生活)を示す言語材料は、小学校高学年の英語活動の中で見られる。更に、単語と文型の観点から中学校検定教科書、及び私立中学校で扱われている教科書を分析すると、中学校検定教科書1年、及び2年で扱われている単語・文型が英語活動で扱われている。英語活動の言語材料が中学校でも扱う場合があるので、小中連携を意識しなければならない。「聞くこと」:英語活動の有無による中学校入門期における聴解力の影響については、英語活動を経験した生徒の方がそうでない生徒より、よりよい結果が出た(分散分析:5%水準で有意差あり)。35時間ぐらい英語活動を経験すれば、聴解力は伸びるであろう。その調査は3年間継続している。さらに調査を継続して、その結果を分析していく。「話すこと」:「正確性」と「流暢性」の2つの観点から、面接法を使い、既習の言語項目をどのくらい言えたかについて検討した。児童の自己評価の結果と面接法による結果が一致する場合がある(相関係数:5%水準で有意差あり)。すなわち、児童に「表現できた」という自信を持たせれば、児童は意欲を持って話そうとすることがわかった。小学校教員の英語活動のとらえ方:教員研修等で英語活動の「ねらい」を示していけば、そのねらいに基づく英語活動を実施しようとする傾向にあることがわかった。カリキュラム編成や教材・教具の使用:研究代表者と研究分担者は、それぞれの地区で実際に学級担任と協力して英語活動を実施した。その際、カリキュラム(年間活動計画)は、先行研究を参考にしてカリキュラムを再編成した。例えば、1単元を4時間構成でスパイラルに積み上げた。また、自主的に教材を作成して臨んだ。カリキュラムや教材・教具は、次年度にまとめて報告する。小学校英語のカリキュラム編成:カリキュラムの編成では、「児童の身近な題材」が扱われている。その言語材料は、中学校1年及び2年で扱われている言語項目もある。例えば、「天気」「将来の夢」「できること」「大きな数」「行きたい国」などがある。単語と文型の観点から中学校検定教科書、及び私立中学校で扱われている教科書を分析すると、中学校検定教科書1年、及び2年で扱われている単語・文型が英語活動で扱われている。特に、文型はかなり重複して扱われている。単語に関しては、英語活動の話題に関連する単語が多様に使われている。小学校英語の単語は、「多様性」に富んでいる。その意味で、小学校段階で使用した単語は、中学校段階でコミュニケーションを意識して使えるようにしていく指導が大切である。カリキュラム編成における小・中連携を推進する必要がある。「聞くこと」:平成19年度・平成20年度も、英語活動の有無による中学校英語教育における聴解力の影響について検討した。その結果、中学校での学年が上がるに伴い、英語活動の経験の有無よりもむしろ、中学校の英語教育の指導が関係しているであろう。そのような意味で、小・中連携を意識した中学校英語教育の指導方法を再考する必要があるだろう。「話すこと」:平成18年度から継続した同様の調査(平成19年度)では、平成18年度と同様の結果を得た。指導する際、状況を設定して意味のある繰り返しをする指導をすれば、児童は「自分のことや身近なこと」を言えるようになる。即ち、児童が自信をもって自己表現するようになる。そのような意味で、児童の自己表現を促すために、ねらいや指導方法も含めた授業の枠組みを固定化する必要があるだろう。実際の年間活動計画:研究代表者が構成した1単元4時間構成ぐらいのスパイラルに積み上げたカリキュラムや教材例について報告書にまとめた。
キイロショウジョウバエアルドラ-ゼ遺伝子の構造と発生分化の過程における発現制御

1.キイロショウジョウバエ[Drosophila melanogaster(Dm)]・アルドラ-ゼ遺伝子の構造と発生分化の過程における発現制御の分子機構を解明するため第一段階としてオレゴンR株成虫mRNAよりcDNAライブラリ-を作成し、ヒト筋型アルドラ-ゼcDNAをプロ-ブにアルドラ-ゼcDNAのクロ-ニングをおこなった。2.相互に異なる3つのクロ-ン(4-3,6-2,3-1)をえた。この中から全長1.6kbのクロ-ン4-3をpUC13にサブクロ-ニングし詳細な構造解析をおこなった。このコクロ-ンには362個のアミノ酸配列に対応するORFの存在が認められた。このORFはMalekらによってさなぎから精製されたアルドラ-ゼとアミノ酸配列1番目から354番目まで完全に一致したがC-末端11アミノ酸(352-362番目)の類縁性は50%であった。奇妙なことにこクロ-ンではORFの126塩基下流にさなぎアルドラ-ゼのC-末端8アミノ酸と75%の類縁性を示す配列が存在した。またORFの355-357番目のアミノ酸に対応する塩基配列と下流8アミノ酸のコドンの5'上流8塩基の間に"逆向き繰り返し配列"が内在する。この両配列が分子内で塩基対を形成すると上流のORFのC-末端8アミノ酸は翻訳されずに下流の8アミノ酸がそれに置き変わることができる。その結果Malekらのさなぎアルドラ-ゼに酷似する酵素の形成が可能となる。この様にDmアルドラ-ゼcDNAの塩基配列の解析からmRNAの二次構造の変換によって部分的に構造の異なる2種類の酵素を翻訳する“alternative translation"機構の存在が予想された。3.クロ-ン4-3cDNAにレポ-タ-遺伝子をつないだ発現系を構築し大腸菌ならびに培養細胞系で検討を重ねた結果、原核細胞や真核細胞において下流のフレ-ムを使った翻訳が実際に起きることが確認された。今後はゲノム解析を進めると同時に発生分化におけるこの様な翻訳機構の役割ならびに分子機構の解析を行う予定である。
ストレンジネスを持つ中性B中間子の崩壊特性の研究

研究成果の概要は以下のとおりである.本研究は,米国フェルミ国立加速器研究所のテバトロン加速器およびCDF検出器を用いて陽子・反陽子衝突反応事象を観測し,そこで生成されたB粒子の崩壊事象を再構成することにより,遂行されている.CDFのRun-II実験は2001年に開始され,以来加速器のビーム輝度も高まり,現在までに瞬間輝度の最高値L:=4.7×10^<31>cm^<-2>s^<-1>を達成している.積分輝度では,1992年から1996年にかけて蓄積された110pb^<-1>を上回る170pb^<-1>相当の反応事象が2003年5月までに取得された.CDF検出器も大幅な増強が完了し,初期動作の確認・較正ののち,現在では安定した運転が行われている.B粒子崩壊の研究においては,シリコン検出器を用いた高精度の飛跡再構成と粒子識別が重要となる.前者について,Run-II実験では,シリコン飛跡検出器の情報をトリガーの第2段階で用いることにより,B粒子などの長寿命粒子の崩壊物である粒子を効率よく収集することが可能となった.これにより,B^^-O_S→D^+_Sπ-やB^O/B^^-O→π^+π^-などの終状態にレプトンを含まない崩壊様式が再構成されている.粒子識別については,新たにTOF検出器が導入され,設計値である100psの時間分解能をほぼ実現しており,低運動量領域でのK-π分離か可能となった.B^O_S中間子の崩壊ではK^±中間子が対生成される確率が高く,TOF検出器のもたらす効果は大きい.高運動量領域では,中央飛跡検出器での電離損失を用いた識別が得られている.現在物理解析が進行中であり,ごく近い将来には,B^O_S中間子の寿命,B^O_S→D^+_Sπ^-崩壊の分岐比などの測定結果が得られる.また,B^O_S中間子系での質量の固有状態間の寿命差を測定する.さらには,フレイバー同定法の最適化を行ない,B^O_S-B^^-O_S振動の観測を目指す.また,B^O_S/B^^-O_S→J/ψφ,B^O_S/B^^-O_S→K^+K^-崩壊を用いたCP対称性の破れの探索を行なう.研究成果の概要は以下のとおりである.本研究は,米国フェルミ国立加速器研究所のテバトロン加速器およびCDF検出器を用いて陽子・反陽子衝突反応事象を観測し,そこで生成されたB粒子の崩壊事象を再構成することにより,遂行されている.CDFのRun-II実験は2001年に開始され,以来加速器のビーム輝度も高まり,現在までに瞬間輝度の最高値L:=4.7×10^<31>cm^<-2>s^<-1>を達成している.積分輝度では,1992年から1996年にかけて蓄積された110pb^<-1>を上回る170pb^<-1>相当の反応事象が2003年5月までに取得された.CDF検出器も大幅な増強が完了し,初期動作の確認・較正ののち,現在では安定した運転が行われている.B粒子崩壊の研究においては,シリコン検出器を用いた高精度の飛跡再構成と粒子識別が重要となる.前者について,Run-II実験では,シリコン飛跡検出器の情報をトリガーの第2段階で用いることにより,B粒子などの長寿命粒子の崩壊物である粒子を効率よく収集することが可能となった.これにより,B^^-O_S→D^+_Sπ-やB^O/B^^-O→π^+π^-などの終状態にレプトンを含まない崩壊様式が再構成されている.粒子識別については,新たにTOF検出器が導入され,設計値である100psの時間分解能をほぼ実現しており,低運動量領域でのK-π分離か可能となった.B^O_S中間子の崩壊ではK^±中間子が対生成される確率が高く,TOF検出器のもたらす効果は大きい.高運動量領域では,中央飛跡検出器での電離損失を用いた識別が得られている.現在物理解析が進行中であり,ごく近い将来には,B^O_S中間子の寿命,B^O_S→D^+_Sπ^-崩壊の分岐比などの測定結果が得られる.また,B^O_S中間子系での質量の固有状態間の寿命差を測定する.さらには,フレイバー同定法の最適化を行ない,B^O_S-B^^-O_S振動の観測を目指す.また,B^O_S/B^^-O_S→J/ψφ,B^O_S/B^^-O_S→K^+K^-崩壊を用いたCP対称性の破れの探索を行なう.CDF実験は、昨2001年3月より陽子・反陽子衝突実験Run IIを再開した。検出器の運転を開始し、収集された衝突事象を用いてその動作確認および校正を行なった。テバトロン加速器は、瞬間輝度が10^<31>cm^<-2>s^<-1>を超え、ほぼ前回の運転での最高値に達している。また、検出器は順調に動作しており、本研究にて直接関係するTOF検出器も、遅れていたエレクトロニクスの製作が2001年夏には終了し、全432チャンネルの信号が読み出され、正常に作動していることが確認されている。

その後、チャンネル間の光電子増倍管の増幅率の調整などの校正を行ない、現在すでに目標とする時間分解能100psに近い値が達成されている。今後、さらなる校正を行なって時間分解能を向上し、K粒子同定の最適化を図る。さらに、同定されたK粒子をB中間子のフレイバー同定に利用する。B中間子事象のデータ収集では、J/ψ粒子のμ粒子対への崩壊を用いた様式での再構成がすでに達成されている。また、B→Dπなどの、終状態にレプトンを全く含まない崩壊様式も、シリコン検出器の情報をトリガーの第2段階で用いるSVTと呼ばれる装置により、その収集が可能となった。この方式によるデータ収集では、実際にD^0→K^-π^+崩壊が確認されており、有望である。今後、本年夏までに積分輝度50pb^<-1>相当の衝突事象が蓄積される予定であり、物理解析の予備的な結果が期待される。研究実績の概要は以下のとおり.本研究は,米国フェルミ国立加速器研究所のテバトロン加速器およびCDF検出器を用いて陽子・反陽子衝突反応事象を観測し,そこで生成された8粒子の崩壊事象を再構成することにより,遂行されている.CDFのRun-II実験は2001年に開始され,以来加速器のビーム輝度も高まり,現在までに瞬間輝度の最高値L=3.7×10^<31>cm^<-2>s^<-1>を達成している.積分輝度では,1992年から1996年にかけて蓄積された110pb^<-1>を上回る120pb^<-1>相当の反応事象が2003年1月までに取得された.CDF検出器も大幅な増強が完了し,初期動作の確認・較正ののち,現在では安定した運転が行われている.B粒子崩壊の研究においては,シリコン検出器を用いた高精度の飛跡再構成と粒子識別が重要となる.前者について,Run-II実験では,シリコン飛跡検出器の情報をトリガーの第2段階で用いることにより,B粒子などの長寿命粒子の崩壊物である粒子を効率よく収集することが可能となった.これにより,B^0_s^^-→D^+_sπ^-やB^0/B^0^^-→π^+π^-などの終状態にレプトンを含まない崩壊様式が再構成されている.粒子識別については,新たにTOF検出器が導入され,設計値である100psの時間分解能をほぼ実現しており,低運動量領域でのK-π分離か可能となった.B^0_s中間子の崩壊ではK^±中間子が対生成される確率が高く,TOF検出器のもたらす効果は大きい.高運動量領域では,中央飛跡検出器での電離損失を用いた識別が得られている.現在物理解析が進行中であり,ごく近い将来には,B^0_s中間子の寿命,B^0_s→D^+_sπ^-崩壊の分岐比などの測定結果が得られる.また,B^0_s中間子系での質量の固有状態間の寿命差を測定する。さらには、フレイバー同定法の最適化を行ない,B^0_s-B^0_s^^-振動の観測を目指す.また,B^0_s/B^0_s^^-→J/ψφ,B^0_s/B^0_s^^-→K+K^-崩壊を用いたCP対称性の破れの探索を行なう.
遍歴強磁性超伝導体における磁場誘起超伝導メカニズムの微視的解明

本研究は遍歴強磁性超伝導体URhGeの磁場誘起超伝導の発現機構を解明することを目的として実施された。この磁場誘起超伝導は強磁性の量子臨界点近傍で出現するため、その臨界的な磁気揺らぎを引力とした超伝導機構が提案されていたが、実験的証拠は得られていなかった。そこで本研究ではCoを一部置換したURhGe単結晶を準備し、Co核の核磁気共鳴測定を行った。その結果、量子臨界点近傍において磁気揺らぎが強く発散する様子が明らかになった。さらにその揺らぎが三重臨界点の特徴を持つこともわかった。本研究により磁場誘起超伝導が強磁性的な臨界磁気揺らぎを引力として出現していることが確認された。本研究の目的はウランを含む遍歴強磁性超伝導体URhGeで発見された磁場誘起超伝導の発現メカニズムを核磁気共鳴法を用いて実験的に解明することである。もともと超伝導と強磁性は非常に相性が悪く、これは強磁性による内部磁場が超伝導の電子対を容易に壊してしまうからである。ところがウラン化合物で発見された強磁性超伝導体では、同じ遍歴電子が強磁性と超伝導を同時に担っており、このことは強磁性揺らぎを媒介とした非BCS型の超伝導機構の存在を直感的に示唆している。研究初年度である平成26年度は、Coを10%ドープしたURhGeにおいてCo-NMR実験を行った。低温(1.6K)で磁場方向を変えながら、核スピン-スピン緩和時間(T2)を測定し、そのデータをもとにスピン揺らぎの強度についての磁場角度依存性を明らかにした。その結果、磁場誘起超伝導が出現する臨界磁場近傍で量子三重臨界点に特有の強い縦揺らぎの存在を見いだした。さらにその揺らぎの磁場異方性が磁場誘起超伝導相の出現と密接な相関を持つことを示した。このことは磁場誘起超伝導が量子三重臨界点近傍の強磁性的な磁気揺らぎを起源とすることを強く示唆している。これらの成果は、日本物理学会および国際ワークショップで発表するとともに、原著論文としてPhysical Review Letters誌へ投稿し、掲載が確定した。超伝導はもともと磁場とは相性が悪く、どんな超伝導体も強い磁場をかけていくと、最後には超伝導が壊されてしまう。ところがウラン化合物の強磁性超伝導体では、同じウラン電子が強磁性と超伝導を同時に担っており、さらに驚くべきことに、磁場によって新しい超伝導相が誘起される(磁場誘起超伝導)。これらの特異な超伝導の振る舞いは、強磁性揺らぎを媒介とした新しい超伝導機構の存在を直感的に示唆しており、磁場で安定化する超伝導の解明は、超伝導の新たな応用の可能性を広げるものでもある。本研究ではNMR法を用いてこの強磁場下で出現する特異な磁場誘起超伝導状態の解明を行っている。NMR法を用いることで電子の静的な性質のみならず動的な性質(スピンの揺らぎ)も同時に調べることができる。平成26年度はCoを10%置換したURhGe試料を用いてをCo-NMRによる研究を行ったが、本年度は新たにCo置換していないURhGe単結晶を準備し、73Ge-NMR測定を実施した。これまでURhGe単結晶ではGe-NMR信号は観測されていなかったが、今回73Ge同位体を濃縮した単結晶を準備することで、73Ge-NMR信号の観測に初めて成功した。異なる磁場方向でのGe-NMRスペクトルの測定を行い、物質内部の内部磁場および電場勾配を高精度で決定した。さらに本年度はこれまでの成果を原著論文としてまとめ、それが米国物理学会誌Physical ReviewLettersに掲載された。掲載論文は強磁性スピン揺らぎを利用した新しい超伝導の可能性を示唆する極めて重要な成果として注目論文(Editor's Suggestion)にも選ばれた。ウランを含む遍歴強磁性超伝導体UGe2, URhGe, UCoGeでは強磁性と超伝導がミクロに共存する。このことは強磁性揺らぎを媒介としたスピン三重項超伝導の存在を直感的に示唆している。またURhGeでは結晶の磁化困難軸(b軸)に磁場をかけていくと、一度壊された超伝導が再び出現する(磁場誘起超伝導)。本研究ではこれまでURhGeにおいて核磁気共鳴(NMR)測定を行い、強磁性スピン揺らぎと超伝導の関係を調べてきた。強磁性揺らぎは反強磁性揺らぎと異なり、静的な磁場による制御が可能である。実際に我々はCoをわずかに置換したURhGe単結晶において、b軸方向に磁場を印加することで磁気三重臨界点が出現し、その近傍で揺らぎが急激に増大することで超伝導が強化され、磁場誘起超伝導が出現することを明らかにしてきた。最終年度となる平成28年度は、同じ結晶構造を持つもう一つの強磁性超伝導体UCoGeとURhGeの超伝導特性の違いを明らかにすべく、主に低磁場で核磁気緩和時間(1/T1)の磁場角度依存性を詳細に測定した。その結果、UCoGeでは強磁性モーメントの向きと同じ向き(H//c)にわずかな磁場を印加することで、強磁性揺らぎが急激に抑制され、それが超伝導の抑制に繋がっているのに対し、URhGeではそのような急激な揺らぎの抑制は存在せず、同様に超伝導もやはりc軸方向の磁場に鈍感であることを明らかにした。

この結果は、同じウランを含む強磁性超伝導でも、それぞれの物質によって強磁性揺らぎの特性が異なっており、それが各物質の超伝導特性の違いにも直接反映されていることを示している。さらに本年度はこれまでの強磁場下でのCo-NMRの成果を原著論文としてまとめ、米国物学会誌Physical Review Bにおいて発表した。本研究は遍歴強磁性超伝導体URhGeの磁場誘起超伝導の発現機構を解明することを目的として実施された。この磁場誘起超伝導は強磁性の量子臨界点近傍で出現するため、その臨界的な磁気揺らぎを引力とした超伝導機構が提案されていたが、実験的証拠は得られていなかった。そこで本研究ではCoを一部置換したURhGe単結晶を準備し、Co核の核磁気共鳴測定を行った。その結果、量子臨界点近傍において磁気揺らぎが強く発散する様子が明らかになった。さらにその揺らぎが三重臨界点の特徴を持つこともわかった。本研究により磁場誘起超伝導が強磁性的な臨界磁気揺らぎを引力として出現していることが確認された。当初の予定通り、Coを10%ドープしたURhGeにおいてCo-NMR実験を行い、磁気揺らぎの磁場方向依存性を明らかにし、磁場誘起超伝導と磁気揺らぎとの強い相関を明確に示すことができた。また研究成果を国際ワークショップ等で発表するとともに、原著論文として国際的な学術誌に投稿し掲載が確定した。本年度、URhGe単結晶において73Ge-NMR信号の観測に成功したことで、今後、超伝導状態の直接観測が可能となった。平成28年度は希釈冷凍機を用いて1K以下の極低温実験を行い、超伝導状態での電子対対称性やギャップ異方性を微視的観点から明らかにしていく。固体物理最近、同じ結晶構造を持ち、同じく遍歴強磁性超伝導体であるUCoGeにおいて、低磁場での核スピンー格子緩和時間の異方性と超伝導臨界磁場Hc2の異方性との間に強い相関があることが示されている。そこで同様の実験をURhGeにおいても急ぎ行い、同じ相関関係が存在するかを検証する。これによりウランを含む磁場誘起超伝導の普遍的な性質を探る。さらにGeサイトを核磁気共鳴法で観測可能な73Ge核で濃縮した単結晶を準備し、CoをドープしていないURhGeいおいてGe-NMRを実施する。これにより量子臨界点近傍の磁気揺らぎの性質をより詳細に明らかにする。また最近、URhGeの特徴的な結晶構造(UのZig-zag構造)に起因する特異な磁性の可能性が理論的に示唆されているので、NMR測定からその検証も行う。予定されていたフランス国立強磁場研究所での強磁場電磁石を使ったNMR実験が、平成27年度に延期となったため。試料の準備の都合によるもの。持ち越し分は延期となった強磁場NMR実験の旅費としてそのまま使用する。従ってその他の次年度の助成金の使用計画に変更はない。次年度に持ち越し分は、平成27年度に延期となった強磁場下NMR実験の旅費としてそのまま使う。従って平成27年度に請求分の助成金の使用計画に変更はない。
がん分子標的治療薬エルロチニブの薬物吸収制御因子の解析と吸収改善に関する研究

経口投与された薬物の生物学的利用能を決定する因子には主に、消化管上皮細胞を介した膜透過性と小腸および肝臓での安定性・代謝が挙げられる。消化管上皮細胞膜を介した膜輸送は、薬物の脂溶性に従う単純拡散によって支配され、イオン型薬物の場合には、pH分配仮説による膜透過が進行する。しかし、本仮説に従わない例も見受けられ、その理由の一つとしてトランスポーターを介した選択的な膜輸送の存在が挙げられる。薬物の中には、これらのトランスポーターを介する輸送が生物学的利用能を規定しているものもあり、特に消化管管腔へ異物を排出するトランスポーターであるP-糖タンパク質(P-gp)や乳がん耐性たんぱく質(Breast Cancer Resistance Protein, BCRP)は、脳、肝臓、腎臓、小腸をはじめ様々な正常組織で薬物の排泄や移行性を制御することが報告されている。エルロチニブは、細胞の増殖や成長を制御する上皮成長因子受容体(EGFR)の活性化を阻害する分子標的薬である。これまでにエルロチニブは、P-gpやBCRPの基質であることが示唆されており、P-gpの阻害剤であるセファランチンがエルロチニブに与える影響について検討した。まず、P-gpが恒常的に発現しているヒト腸管上皮細胞であるCaco-2細胞を用い、MTT法によりCaco-2細胞に対するセファランチンの最大無毒性濃度を求めたところ、セファランチンは、濃度に依存的に細胞増殖を抑制し、その最大無毒性濃度は1.7μg/mLであった。次に、エルロチニブに対するセファランチンの併用効果を調べたところ、大きな差は認められなかった。エルロチニブは、p-gpやBCRPの基質になることが知られているが、その他のトランスポーターの基質になる可能性があるため、エルロチニブを含む選択培地でヒト非小細胞肺がんA549細胞株を培養し耐性株を単離し解析を行った。その結果、エルロチニブ耐性細胞において、ABCC3(MRP3)の発現亢進が認められた。これまでにエルロチニブがMRP3の基質になる報告はなく、その詳細について現在解析中である。
食細胞の活性化におけるコフィリン(アクデン・PIP2結合蛋白)の役割

筆者らは、フォスファターゼ阻害剤のオカダ酸(OA)がオプソニン化ザイモザン(OZ)による食細胞の活性酸素(O_2^-)産生に対して二相性の作用をもつことを見いだしていた。また、リン酸化蛋白の解析から、コフィリン(アクチン・PIP2結合蛋白)が刺激に対する早い脱リン酸化反応を起こすことを見いだしていた。そこで、今回種々の濃度のOAを用いて、コフィリンの細胞内分布変化を検討した。その結果、(1)コフィリンは、刺激しない休止状態の細胞では、細胞質および核領域全体に均一に分布しているが、OZで刺激すると、貪食胞を形成しつつある変形した細胞膜にトランスロケート(移行)し集積した。(2)活性酸素産生促進濃度のOAではOZ刺激によるコフィリンの膜への移行は観察されたが、阻害濃度のOAではコフィリンの膜への移行は強く阻害された。(3)一方、OAのみでは、いずれの濃度でも活性酸素産生は見られず、コフィリンの分布変化も生じなかった。食細胞が活性化されるには、コフィリンが刺激に応じて細胞膜領域へ移行できる状態にあることが必要であると思われた。一方、リン酸化されていないコフィリンは、in vitroで、F-アクチンを脱重合するが、その反応はpH7.3以上では脱重合活性は強いが、pH7.3以下では、脱重合活性は急激に低下する。そこで、食細胞活性化時の細胞内pHの変化とF-アクチンおよびコフィリンの動態を解析した。その結果、コフィリンのF-アクチン脱重合活性を抑えるpHの低下とF-アクチンの増加は一致していた。さらに、静止状態の細胞ではF-アクチンは細胞膜にあり、刺激に伴いその量が増えるが、貪食胞形成後もその分布はほとんど変わらなかった。一方、コフィリンは静止状態では細胞質全体に分散していたが、活性化に伴い貪食胞を形成しつつある細胞膜領域に移行した後、刺激後15分では再び細胞質全体に分散していた。以上の結果、コフィリンは細胞膜領域のF-アクチン形成に深く関与し、その機能を果たした後は再び細胞質に分散すると考えられた。筆者らは、フォスファターゼ阻害剤のオカダ酸(OA)がオプソニン化ザイモザンによる白血球(好中球様に誘導したHL-60細胞)の活性酸素(O_2-)産生に対して二相性の作用をもつことを見いだしていた。即ち、1μMOAはそれを顕著に促進する一方、5μMOAは完全に阻害した。また、その条件でのリン酸化蛋白の解析から、コフィリンと呼ばれるアクチン・PIP2結合蛋白が刺激に対する早い脱リン酸化反応を介して、白血球の活性化に重要な役割を果たすことを示唆して報告した。そこで、今回種々の濃度のオカダ酸を用いて、コフィリンの細胞内分布変化を検討した。方法としては、薬剤処理した細胞をホルムアルデヒドで固定し、スライドガラスに接着させた後、メタノール処理し、間接蛍光抗体法で染色したコフィリンを、共焦点レーザー走査蛍光顕微鏡で観察した。その結果、(1)コフィリンは、刺激しない休止状態の細胞では、細胞質および核領域全体に均一に分布しているが、オプソニン化ザイモザンで刺激すると、貧食胞を形成しつつある変形した細胞膜の領域にトランスロケ-ト(移行)し集積した。(2)1μMOAで前処理した細胞でも、オプソニン化ザイモザン刺激によるコフィリンの膜への移行は観察された。(3)5μMOAで前処理した場合、刺激によるコフィリンの膜への移行は強く阻害され、細胞内に均一に分布したままであった。(4)一方、OAのみでは、いずれの濃度でも活性酸素産生は見られず、コフィリンの分布変化も生じなかった。以上の結果から、白血球が活性化されるには、コフィリンが刺激に応じて細胞膜領域へ移行できる状態にあることが必要であると思われた。また一方、フォスファターゼ阻害剤のOAは、1μMでは刺激によるコフィリンの脱リン酸化を阻害しないが、5μMでは強く阻害する結果も得ていた。従って、コフィリンの脱リン酸化が膜への移行(トランスロケーション)メカニズムに関与している可能性が考えられる。

一方、リン酸化されていないコフィリンは、in vitroで、F-アクチンを脱重合するが、その反応はpH7.3以上では脱重合活性は強いが、pH7.3以下では、脱重合活性は急激に低下する。そこで、食細胞活性化時の細胞内pHの変化とF-アクチンおよびコフィリンの動態を解析した。その結果、コフィリンのF-アクチン脱重合活性を抑えるpHの低下とF-アクチンの増加は一致していた。さらに、静止状態の細胞ではF-アクチンは細胞膜にあり、刺激に伴いその量が増えるが、貪食胞形成後もその分布はほとんど変わらなかった。一方、コフィリンは静止状態では細胞質全体に分散していたが、活性化に伴い貪食胞を形成しつつある細胞膜領域に移行した後、刺激後15分では再び細胞質全体に分散していた。以上の結果、コフィリンは細胞膜領域のF-アクチン形成に深く関与し、その機能を果たした後は再び細胞質に分散すると考えられた。筆者は、昨年度フォスファターゼ阻害剤のオカダ酸がオプソニン化ザイモザン(OZ)による食細胞(好中球様に誘導したHL-60細胞)の活性化に対して示す二相性の効果を解析し、コフィリンの脱リン酸化と膜への移行(トランスロケーション)が白血球の活性化に極めて密接関連することを示唆して報告した。一方、リン酸化されていないコフィリンは、in vitroで、重合したアクチン(F-アクチン)を脱重合するが、その反応はpH依存性が強いことが知られている。すなわち、pH7.3をcritical pHとして、それ以上では脱重合活性は強いが、pH7.3以下では、脱重合活性は急激に低下する。そこで、今年度は食細胞活性化時の細胞内pHの変化とF-アクチンおよびコフィリンの動態を解析し、細胞内におけるコフィリンの機能発現を検討した。食細胞の活性化と細胞内pHの変化は、個々の細胞ごとに測定する方が望ましいので、今回はU937細胞を付着性のマクロファージ様に誘導して使用し、共焦点レーザー走査蛍光顕微鏡で観察した。pH指示薬としてはSNARF calceinを使用し、活性化剤としては貪食が顕微鏡的に観察できるOZを使用した。分化誘導したU937細胞において、OZ刺激すると3分後くらいから細胞内pHは低下し6.8程度になった。一方、F-アクチンの変動をFITC-ファロイジンで定量すると、刺激後上昇した。すなわち、コフィリンのF-アクチン脱重合活性を抑えるpHの低下とF-アクチンの増加は一致していた。さらに、コフィリンとF-アクチンの細胞内分布変化を詳細に観察すると、静止状態の細胞ではF-アクチンは細胞膜領域にあり、刺激に伴いその量が増えるが、貪食胞形成後もその分布はほとんど変わらなかった。このことから、コフィリンは細胞膜領域のF-アクチン形成に深く関与し、その機能を果たした後は再び細胞質に分散するものと考えられた。
ネフロンのイオン輸送に対するホルモンと薬物の制御協間の細胞機序

(1)CS-045(tmghtazone)の尿細管作用:CS-045はインスリン抵抗性糖尿病の治療に有効な薬物であり、その作用はインスリンの分泌は変えず、インスリンの作用を増強することにあるとされている。しかしながら、使用中にしばしば浮腫を来たすことが知られているこの機序を解明するため、まずイオン輸送のもっとも大きな近位直尿細管(PST)を単離尿細管を潅流し、管腔内電位、細胞膜電位、ケーブル解析による経上皮抵抗、膜抵抗などの電気生理学的パラメータの測定とBCECFを用いて細胞内pH(pH0の測定をおこなった。10-5MのCS-045を溶液に加えると基底側膜電位Vbは軽度脱分極した。脱分極は基底側膜にある起電性のNa-3HCO3共輸送系の促進によると考え、HCO3コンダクタンスとpHiを測定した。CS-045によって基底側のHCO3コンダクタンスは明らかに大きくなり、pHiより見たNa-HCO3輸送活性は亢進し、CS-045を除くと回復した。またこのことより、CS-045は少なくとも近位尿細管尿細管に直接作用してNaHCO3輸送を促進する作用があることが明らかになった。(2)ノックアウトマウスの尿細管機能の研究:PGE2受容体ノックアウトマウスのクリアランス棒を確立しデこ。ペントバルビタール麻酔科で尾辞脈からの生余の持続注入を行い、膀胱カテーテルで採取した尿量、浸透圧を測定し、PGE2の作用を観察した。PO日2によって尿量の増加、浸透圧の減少を観察した。ノックアウトマウスではこの反応はタ‡如していた。P糖蛋白(P-gp)ノックアウトマウスの近位尿細管の単離潅流に成功した。一連の実験により、P-gpは近位尿細管の管腔側膜での薬物排泄に重要であり、PKCおよびPI-3キナーゼを経由する機序で作用するが、ノックアウトマウスではこの機能が失われることがわかった。(1) CS-045(troglitazone)の尿細管作用:S-045はインスリン抵抗性糖尿病の治療に有効な薬物であり、その作用はインスリンの分泌は変えず、インスリンの作用を増強することにあるとされている。しかしながら、使用中にしばしば浮腫を来たすことが知られている。この機序を解明するため、まずイオン輸送の最も大きな近位直尿細管(PST)を単離尿細管潅流し、管腔内電位、細胞膜電位、ケーブル解析による経上皮抵抗、膜抵抗などの電気生理学的パラメータの測定を行った。10^<-5>MのCS-045を浴液に加えると基底側膜電位V_Bは軽度脱分極した。脱分極が正味のNa輸送の促進と結びつくとすれば、基底側膜にある起電性のNa-HCO3共輸送系の促進が考えられたので、HCO3コンダクタンスを測定した。CS-045によって基底側のHCO3コンダクタンスは明らかに大きくなり、CS-045を除くと回復した。このことより、CS-045は少なくとも近位尿細管尿細管に直接作用してNaHCO3輪送を促進する作用があることが明らかになった。インスリンとの協関に関しては引き続き検討中である。

(2) PG受容体ノックアウトマウスの尿細管機能の研究:PGE2受容体ノックアウトマウスの尿細管機能を調べるための予備実験として、マウスのクリアランス法を確立した。ペントバルビタール麻酔科で尾静脈からの生食の持続注入を行い、膀胱カテーテルで採取した尿量、浸透圧を測定し、PGE2の作用を観察した。PGE2によって尿量の増加、浸透圧の現象を観察した。この方法をノックアウトマウスに適用すべく、準備中である。さらに、単離尿細管灌流法をマウス尿細管に適用すべく、太いヘンレ上行脚、髄質部集合管の単離灌流に関する基礎検討を行った。(1)CS-045(troglitazone)の尿細管作用:S-045はインスリン抵抗性糖尿病の治療に有効な薬物であり、その作用はインスリンの分泌は変えず、インスリンの作用を増強することにあるとされている。しかしながら、使用中にしばしば浮腫を来たすことが知られている。この機序を解明するため、まずイオン輸送の最も大きな近位直尿細管(PST)を単離尿細管潅流し、管腔内電位、細胞膜電位、ケーブル解析による経上皮抵抗、膜抵抗などの電気生理学的パラメータの測定を行った。10^<-5>MのCS-045を浴液に加えると基底側膜電位V_Bは軽度脱分極した。昨年度はHC03コンダクタンスを測定により、CS-045が基底側のHC03コンダクタンスを促進する可能性を示唆した。本年度はこれをさらに確認するため、細胞内pHを蛍光測光し、HC03輸送の変化と平行して細胞内pHが変化することを明らかにした。このことより、CS-045は少なくとも近位尿細管尿細管に直接作用してNaHC03輸送を促進する作用があることが明らかになった。(2)PG受容体ノックアウトマウスの尿細管機能の研究:PGE2受容体ノックアウトマウスの尿細管機能を調べるため昨年度に開発したマウスのクリアランス法を用いて、PGE2の尿中Na排泄に及ぼす作用を観察した。その結果、対象マウスではPGE2によって明らかに用量依存性の利尿効果が観察されたのに対して、ノックアウトマウスでは反応性が著明に減弱していた。尿量、尿浸透圧に関しても同様であった。単離尿細管灌流法をマウス尿細管に適用すべく、太いヘンレ上行脚、髄質部集合管の単離灌流に関する基礎検討を行ったが、技術的にかなり困難ため、引き続き検討することになった。
確率的制御に基づくゾウリムシロボットの開発

制御回路単体の実験では1/10のSN比でも適温相当の微弱なセンサー信号を検出可能であるが、昨年度、この条件ではフィールドでの走行実験は十分な結果を示せなかった。しかし、現実のゾウリムシでも1匹では同程度の探索能力しか見いだせず、この結果は否定的なものではない。そこで条件を緩和して、数分の1程度のSN比で、再度パラメータの最適化を図ったところ、明確な走性行動をはじめて示すことができた。実験では光センサーによる光走性を試したが、光源を移動させても、新たな光源に向かう様子を観測でき、変動環境に対する追従性も確認することができた。なお、これまでは左右の走行系を2回路独立に制御する方式であったが、単細胞生物であるゾウリムシを徹底的に模擬するために、1回路での制御を新たに試みた。これはゾウリムシの繊毛逆打ちと泳ぎの螺旋運動によるランダムな方向変換に関する知見に基づいている。さらに、ゾウリムシの適応、すなわち適温のメモリ効果については、温度センサーを用いた回路実験で実現できたが、光走性系のロボットへの実装には至らなかった。以上、ゾウリムシの走性行動を模擬することで、強ノイズ下で動作し得る自律探索型ロボットの基本形を構築することができた。実際のゾウリムシについて確率共鳴の効果を検証しようと試みたが、弱い刺激に対する緩和時間が15秒程度と非常に短く、明確な効果を確認することはできなかった。そこで、走性行動の数理モデルを作り、数値シミュレーションでその効果を確認した。強ノイズ下では無限の感度を有するより、有限の感度による閾値応答の方が適温探索に有利であることを示した。一方、確率共鳴に基づいた制御系の応用として、ON-OFF制御系への導入を試み、温度制御やバランス制御、ロボットハンドでの有効性を示すことができた。今後、生物システム模倣の観点から、ノイズを積極的に利用した本制御系の工学的応用が期待できる。微生物の特徴的な行動として走性行動がある。ゾウリムシでは適温に集まる熱走性や電場中で負極に集まる電気走性がよく知られている。ゾウリムシは繊毛を使って泳ぐ。その泳ぎは直進とランダムな方向変換からなる。熱走性では、外界の微弱な温度変化の情報を取り入れて、このランダムウォークを少しだけ偏らせて、適温に向かう確率を高めるのである。しかも単細胞生物の限られた情報処理能力にも関わらず、絶えず変動する環境の中で、ローカルミニマムに陥ることなく適温を探索可能にしている。本研究はこの生物の行動原理に基づいた自律探索型ロボットを開発することを目的とし、ノイズを積極的に利用するという工学的には全く新しい発想を提案する。平成18年度は、これまでの研究経緯を振り返り、ゾウリムシの膜電位応答を確率共鳴の観点から再度モデル化し、その走性行動を模擬したロボットを作製した。ノイズを導入したこの新たなモデルでは、パラメータの最適化を計ることによって、各場面の動きはゾウリムシをよく模擬するものとなった。しかしその結果としての走性行動は不十分なものであった。そこで、実際のゾウリムシの顕微鏡下での動きを観測した。その結果、1匹ではやはり走性行動は不明瞭で、集団で初めて走性が顕著になることが確かめられた。これはゾウリムシが分泌物による化学コミュニケーションによって集団の協調現象まで利用して走性行動を実現していることを示唆する。また、確率共鳴の効果をゾウリムシで直接確かめるため、温度勾配下で電場ノイズを付加して熱走性の強化の有無を調べた。ノイズ付加時の方が集団化が強まる傾向にあることがわかった。以上により本モデルの妥当性を示すことができた。今後、変動環境における追従実験を経て、自律探索ロボットとしての実用化を図る。

一方、確率共鳴に基づいた制御系の応用として、ON-OFF制御系への導入を試み、温度制御やバランス制御、ロボットハンドでの有効性を示すことができた。今後、生物システム模倣の観点から、ノイズを積極的に利用した本制御系の工学的応用が期待できる。
YAC-TgMを用いたエンハンサーとプロモーター相互作用における距離感受性の解析

平成17年度までに、マウスに導入したヒト・βグロビン遺伝子座(HS1/λ)において、LCRエンハンサーとεグロビン遺伝子間の距離(本来は5.6kb)をλDNA(約2.3kb)の挿入により大きくすることで、その転写が10%以下に低下することを示した。平成18年度は、(1)この表現型が、λDNA断片の挿入によりε遺伝子特異的なエンハンサーを破壊したことによるのではないことを証明し、また、(2)ε遺伝子がエンハンサーとの距離に対して感受性を持つ分子メカニズムを解明する、ことを研究の目的とした。上記の目的を達成するために、(1)LCRとε遺伝子間の、前回とは異なる位置にλDNAを挿入してトランスジエニック・マウスを作製(ε/λ)した。同マウスにおいてもε遺伝子発現の著しい低下が認められたことから、εグロビン遺伝子のLCRエンハンサーに対する距離感受性がさらに確かなものとなった。(2)次に、LCRに対する距離感受性を(少なくともdefinitive stageにおいては)持たないβ遺伝子プロモーターの配列を模倣し、変異型εプロモーター(Bepsi)を作製した。同変異と"HS1/λ"とを組み合わせてトランスジェニック・マウスを作製(HS1/λ/Bepsi)し、同遺伝子の発現解析を行った。その結果、BepsiプロモーターはLCRに対する距離感受性を持たないことがわかった。さらに、同トランスジェニック・マウスの内在の転写因子(EKLF)を破壊したところ、Bepsiプロモーターといえども、距離感受性となることがわかった。以上の結果から、本来エンハンサーの近位に存在するε遺伝子は距離感受性があり、遠位に存在するβ遺伝子は距離感受性がないこと。この違いは転写因子EKLFにより規定されることが明らかとなった。ヒト・β-グロビン遺伝子座は4種類のβ様グロビン遺伝子(ε,Gγ,Aγ,β)で構成され、これらの遺伝子は細胞・発生時期特異的に発現する。我々は、胚時期特異的に発現するε遺伝子の成体期発現抑制機構に、プロモーター領域のDR1(direct repeat 1)配列とその結合タンパク質DRED (direct repeat erythroid-definitive)が関与するというモデルを提唱した。更に最近、成体期に同様に発現が抑制されるγ遺伝子にもDR1配列が存在し、DREDが結合することを明らかにした。一方で、γ遺伝子の発現抑制にはプロモーター領域のCCTTG配列が関与するというモデルも提唱されている。そこで本研究ではDR1配列とCCTTG配列のどちらがγ遺伝子の成体期特異的発現抑制に関与しているのかを明らかにする事を目的とした。我々はヒト・β-グロビン遺伝子座を含む酵母人工染色体上のAγ遺伝子のDR1配列に点変異を導入し、遺伝子導入マウス(TgM)を作製した。DR1配列とCCTTG配列はそれらの一部が重複しているが、CCTTG配列を破壊しない位置に変異を導入し、DR1配列のみを破壊した。変異型DR1 TgMについて各発生段階におけるAγ遺伝子の発現量を半定量的RT-PCR法を用いて解析した結果、胚期ではAγ遺伝子の発現量は野生型TgMと違いが見られなかったのに対し、成体期では顕著な発現量の増加が認められた。従って、DREDはヒト・ε遺伝子のみならずγ遺伝子の成体期特異的発現抑制にも関与していることが強く示唆された。ヒト・βグロビン遺伝子座は4種類のβ様グロビン遺伝子(ε、Gγ、Aγ、β)で構成され、これらは細胞、および発生時期特異的に発現する。これらの遺伝子の上流には遺伝子座制御領域(locus control region;LCR)が存在し、遺伝子座内の全ての遺伝子の制御に必須である事が知られている。LCR内には上流から5つのDNase I超感受性領域(hyper-sensitive sites ; HS51)が存在する。私は以前、ヒトHS5がインシュレーター活性を持つことをYACトランスジェニツクマウスを用いて証明した。しかしながら同実験において、LCRの下流に野性型HS5 DNA断片や、インシュレーター活性を持たない変異型HS5(HS5/dCTCF)DNA断片を挿入した際、初期造血期でのε遺伝子の発現が抑制された。すなわち、LCRの下流にHS5DNA断片を挿入することにより、インシュレーター活性非依存的にε遺伝子の発現が抑制されることが示唆された。この表現型の原因として、(1)HS5 DNA断片がε遺伝子特異的リプレッサーである可能性、(2)HS5 DNA断片の挿入により、εプロモーターに作用するエンハンサーの機能を阻害した可能性、そして、(3)εプロモーターとLCRエンハンサーとの間の距離が大きくなったため、プロモーターの活性化が妨げられた可能性、が考えられた。そこで本年度は、これらの仮説のうち(1)と(2)について、培養細胞を用いて検証を行った。その結果、(1)HS5 DNA断片にはεプロモーターに対するリプレッサー活性は見出せなかった。しかしながら、(2)HS5 DNA断片を挿入した領域に、初期造血期での赤血球細胞に特異的なエンハンサーを見出した。このため、HS5 DNA断片の挿入により、同エンハンサーの機能を阻害した可能性が考えられた。そこでこの仮説について培養細胞を用いてさらに検証したが、少なくとも同実験系においては、DNA断片の挿入によるエンハンサー活性の低下は見られなかった。

平成17年度までに、マウスに導入したヒト・βグロビン遺伝子座(HS1/λ)において、LCRエンハンサーとεグロビン遺伝子間の距離(本来は5.6kb)をλDNA(約2.3kb)の挿入により大きくすることで、その転写が10%以下に低下することを示した。平成18年度は、(1)この表現型が、λDNA断片の挿入によりε遺伝子特異的なエンハンサーを破壊したことによるのではないことを証明し、また、(2)ε遺伝子がエンハンサーとの距離に対して感受性を持つ分子メカニズムを解明する、ことを研究の目的とした。上記の目的を達成するために、(1)LCRとε遺伝子間の、前回とは異なる位置にλDNAを挿入してトランスジエニック・マウスを作製(ε/λ)した。同マウスにおいてもε遺伝子発現の著しい低下が認められたことから、εグロビン遺伝子のLCRエンハンサーに対する距離感受性がさらに確かなものとなった。(2)次に、LCRに対する距離感受性を(少なくともdefinitive stageにおいては)持たないβ遺伝子プロモーターの配列を模倣し、変異型εプロモーター(Bepsi)を作製した。同変異と"HS1/λ"とを組み合わせてトランスジェニック・マウスを作製(HS1/λ/Bepsi)し、同遺伝子の発現解析を行った。その結果、BepsiプロモーターはLCRに対する距離感受性を持たないことがわかった。さらに、同トランスジェニック・マウスの内在の転写因子(EKLF)を破壊したところ、Bepsiプロモーターといえども、距離感受性となることがわかった。以上の結果から、本来エンハンサーの近位に存在するε遺伝子は距離感受性があり、遠位に存在するβ遺伝子は距離感受性がないこと。この違いは転写因子EKLFにより規定されることが明らかとなった。