hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
合成ペプチドを用いた骨/血管新生誘導型インプラント材料の開発

本研究は,歯科インプラント治療における骨増生に有用な生体材料の開発を目的とし,オステオポンチン由来のペプチドフラグメントである,Ser-Val-Val-Tyr-Gly-L.eu-Arg(SVVYGLR)に着目した。移植片が本来の骨へ置換され新生骨を形成するためには,血管新生を伴うことが必要不可欠である。研究分担者の濱田らは,これまでにSVVYGLRが血管新生作用を有することを報告してきた。本研究において,我々はSVVYGLRペプチドを合成し,歯周組織内に存在する細胞に対して生理活性を有するか否かを検討した。骨髄由来間葉系幹細胞,歯根膜細胞,歯肉線維芽細胞,歯髄細胞,血管内皮細胞を用意し,このペプチドがこれらの細胞の接着,増殖,移動能に及ぼす影響を評価した。この結果,SVVYGLRはこれらの細胞の接着能を濃度依存的に促進し,骨髄由来間葉系幹細胞,歯根膜細胞,歯髄細胞の増殖能を濃度依存的に促進した。また,SVVYGLRは歯肉線維芽細包の細胞移動能を促進した。以上の結果より,SVVYGLRは歯周組織の細胞に生理活性を有することが示唆された(国際歯科学会2007で発表予定)。また,SVVYGLRペプチドを含浸コーティシグした炭酸アパタイトコラーゲンスポンジをラット大腿骨骨髄に埋入し,1週間後に移植片の組織切片を観察したところ,スポンジ内には多数の間葉系細胞の侵入が観察され,著明な血管新生が観察された。一方,ペプチド無しのコントロール群ではこの様な像は観察されなかった(Dent Mater J, in press)。この材料については,「問葉系細胞増殖促進剤およびそれを含有する骨格系生体材料」として特許を出願した(特願2006-236970)。以上の結果から,合成ペプチドSVVYGLRをスキャフォールドと組み合わせることにより,顎骨再生に有用な生体材料を作製できる可能性が示唆された。本研究の目的は,移植骨片などを用いた新生骨の誘導を伴うインプラント治療において,インプラント体が周囲組織の確実な骨再生と共に埋入部位に確実に定着することを可能にするため,合成ペプチドSVVYGLRの有用性を検討することである。移植骨片が本来の骨へ置換され新生骨を形成するためには,血管新生を伴うことが必要不可欠であることから,本年度は血管新生作用を有するSVVYGLRが,顎骨内で周囲組織に及ぼす影響をin vitroで評価した。歯周組織内に存在する細胞として,骨髄由来間葉系幹細胞,歯根膜細胞,歯髄細胞を用意し,SVVYGLR存在下におけるこれらの細胞の増殖能,骨系,血管系,軟骨系への分化能を検討した。この結果,SVVYGLRはヒト骨髄由来間葉系幹細胞,歯根膜細胞,ラット由来歯髄細胞の初期増殖を促進し,ラット骨髄由来間葉系幹細胞では抑制した。歯髄細胞の硬組織系分化においては,このペプチドは抑制的に働いた。また,SVVYGLRはラット骨髄由来間葉系幹細胞のアルカリフォスファターゼ活性および石灰化を抑制した一方で,CollagenIIの遺伝子発現を促進し,単層培養下ではサフラニンO染色陽性細胞を増加することから,骨髄由来間葉系幹細胞に対してこのペプチドは骨系ではなく軟骨系に分化を誘導している可能性が示唆された。今後,このペプチドの骨系誘導能の詳細を検討しながらも,軟骨系への分化誘導因子として再生医療に用いる可能性があるのかを検討していく予定である。
ナノ構造メタ界面の力学・マルチフィジックス特性設計

H30年度の研究実績は、以下のように纏めることができる。1.動的斜め蒸着法を用いて基板上にシリコン(Si)らせん型ナノ構造体を作製した。特に非線形弾性特性を示す構造体形状を力学的に検討し、目的とする形状を実現できる蒸着条件を特定した。作製したらせんナノ構造群の中から力学測定用の単体サンプルを取り出すことに成功し、現有の電界放出型走査型電視顕微鏡(FE-SEM)内でその場観察引張り負荷試験を実施した。その結果、Siは脆性材料であるにも関わらず、特定の形状を付与したナノらせん構造とすることで、非線形弾性特性を発現することを実験的に明らかにした。2.ナノ要素が集合したナノ構造メタ界面について、集合体としての変形挙動を特定するためには、界面から集束イオンビームを用いてマイクロサイズの試験体を切り出し、その場観察を行いながら力学実験を行う必要がある。しかし、集束イオンビームを用いた加工では、試験体切断面に加工層が残存し、さらにナノ構造メタ界面のすき間に加工屑が残存することが懸念される。このため、超低エネルギーで試験体切断面の加工層および加工屑を除去できるアルゴンイオンミリング装置を導入した。3.ナノ構造体が発現するマルチフィジックス特性を特定するためにローレンツ電子顕微鏡法に着目し、当該機能を有する透過型電視顕微鏡内でのその場観察力学試験を目的とした負荷装置を新規開発した。4.分子・原子系解析プログラムをそれぞれナノ構造体用に改良・整備し、それらを統合して計算装置に組み込むことで、マルチスケール力学解析環境を整備した。H30年度は、研究計画の上では「整備段階」としての位置づけであり、申請時の具体的内容は、1.メタ界面・設計、および、2.試験装置の開発、である。申請時の予定に沿って、メタ界面として目的の力学特性を発現可能なナノ構造の設計を行った。また、その構造を実現するために、ナノ構造メタ界面作製手法である動的斜め蒸着法に関して、要素形状の制御に関する詳細な条件検討を行った。電視顕微鏡内で作製したナノ要素に対するその場観察負荷試験を実施し、所望の特性が現れていることを特定した。さらに、マルチフィジックス特性の測定手法としてローレンツ電子顕微鏡法に着目し、その場観察力学試験を目的とした負荷試験装置の新規開発を行った。開発した負荷装置は、導電機構およびヒーター機構を具備しており、電力供給および加熱を行いながらその場観察負荷試験を実施することができる。研究過程において幾つかの問題が発生したが、対策を実施し、研究計画を達成した。研究は順調に進展している。当初の計画に沿って研究を実施する予定である。H31年度の計画は、“要素の力学設計"、“マニピュレーター・微小負荷装置の開発"、および、“ナノ要素単体の力学特性評価"を実行する。研究を遂行する上で問題点が生じた場合には、適宜対策および代替案を模索し、当初の研究目的の達成を目指す。具体的には以下の内容を実施する。1.前年度に引き続き、所望の力学特性を発現する要素形状の力学設計を実施する。Si等の脆性材料だけでなく、金属等の延性材料に対象を広げ、高度化した力学設計を試みる。また、寸法をさらに微小化するため(数十nm程度まで縮小を目標)の動的斜め蒸着条件および作製手法について検討を行う。2.作製したナノ構造メタ界面から抽出したナノ要素に対して、電視顕微鏡内での負荷が可能な微小負荷装置(実験システム)を開発する。これは前年度開発した負荷装置に関して、特にナノサイズの要素に引張り負荷を与えるためのチャッキング方法について検討を行い、さらに負荷精度を向上させるための改良を実施する。ナノ構造界面からの試験体(ナノ要素)の抽出手法も検討する。3.作製したナノ要素単体を開発した力学負荷試験装置に取り付け、その力学特性に関して実験的評価を行う。4.次年度実施予定のメタ界面の力学特性評価に関して、試験片作製手法および実験手法について事前検討を実施する。

H30年度は、研究計画の上では「整備段階」としての位置づけであり、申請時の具体的内容は、1.メタ界面・設計、および、2.試験装置の開発、である。申請時の予定に沿って、メタ界面として目的の力学特性を発現可能なナノ構造の設計を行った。また、その構造を実現するために、ナノ構造メタ界面作製手法である動的斜め蒸着法に関して、要素形状の制御に関する詳細な条件検討を行った。電視顕微鏡内で作製したナノ要素に対するその場観察負荷試験を実施し、所望の特性が現れていることを特定した。さらに、マルチフィジックス特性の測定手法としてローレンツ電子顕微鏡法に着目し、その場観察力学試験を目的とした負荷試験装置の新規開発を行った。開発した負荷装置は、導電機構およびヒーター機構を具備しており、電力供給および加熱を行いながらその場観察負荷試験を実施することができる。研究過程において幾つかの問題が発生したが、対策を実施し、研究計画を達成した。研究は順調に進展している。当初の計画に沿って研究を実施する予定である。H31年度の計画は、“要素の力学設計"、“マニピュレーター・微小負荷装置の開発"、および、“ナノ要素単体の力学特性評価"を実行する。研究を遂行する上で問題点が生じた場合には、適宜対策および代替案を模索し、当初の研究目的の達成を目指す。具体的には以下の内容を実施する。1.前年度に引き続き、所望の力学特性を発現する要素形状の力学設計を実施する。Si等の脆性材料だけでなく、金属等の延性材料に対象を広げ、高度化した力学設計を試みる。また、寸法をさらに微小化するため(数十nm程度まで縮小を目標)の動的斜め蒸着条件および作製手法について検討を行う。2.作製したナノ構造メタ界面から抽出したナノ要素に対して、電視顕微鏡内での負荷が可能な微小負荷装置(実験システム)を開発する。これは前年度開発した負荷装置に関して、特にナノサイズの要素に引張り負荷を与えるためのチャッキング方法について検討を行い、さらに負荷精度を向上させるための改良を実施する。ナノ構造界面からの試験体(ナノ要素)の抽出手法も検討する。3.作製したナノ要素単体を開発した力学負荷試験装置に取り付け、その力学特性に関して実験的評価を行う。4.次年度実施予定のメタ界面の力学特性評価に関して、試験片作製手法および実験手法について事前検討を実施する。
市場統合の経済効果とその経路依存性に関する研究－明治期の鉄道網建設を例として－

交通インフラは、輸送コスト減少を通じて市場統合を促進することで、様々な経済的便益をもたらすと考えられており、世界銀行や各国政府にとって、多くの開発課題を解決する重要な政策の一つだと認識されている。しかしながら、市場統合の経済効果に関しては、学術的には未知の部分が多く、近年、最先端の研究が特に注力している分野の一つとなっている。本研究は、明治期における鉄道敷設による市場統合の経済効果がどの程度だったのか、また、その経済効果にどのような経路依存性があったのかを明らかにすることで、今後の経済・開発政策のデザインにとって多くの示唆を富む質の高いエビデンスを提示する。
樹状突起投射におけるＥｐｈ／Ｅｐｈｒｉｎシグナル基本作動原理の解明

1.国際学術誌に掲載本研究にて,DA1投射神経と隣接する投射神経との間はEphとEphrinによって厳密に分離され,DA1投射神経では,周囲の糸球体に発現するEphrinとのtrans相互作用の結果,Ephフォワードシグナルが走ることが示唆されることを見出した。本研究成果は今年度Genes & Development誌にて掲載された。2.投射神経軸索投射の制御機構の解明Eph/Ephrinシグナルによる樹状突起投射の制御機構解明を目指す過程で,Eph/Ephrinシグナルが投射神経の軸索投射も制御する可能性を見出した。触角葉で受け取った嗅覚情報は投射神経の軸索を介し高次のキノコ体傘部と側角へと伝達される。その際,各投射神経の軸索末端は側角において特異的な分岐パターンを示す。これまでに本特別研究員は側角に置ける分岐パターンにEphrinが関与することを,機能喪失実験および過剰発現実験にて見出した。今後,さらに詳細な分子機構解明を試み,本研究成果を国際学術誌へ投稿する予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究ではショウジョウバエ嗅覚系をモデルに,Eph/Ephrinシグナルがどのような作動原理で樹状突起投射を制御しているのか,その解明を目指す。神経発生過程でのEph/Ephrinの発現を解析する目的で,内在性Eph, ephrin遺伝子にmyc配列を付加した系統,及びephrin遺伝子の転写活性を利用したephrin-Gal4系統を作製した。その結果,糸球体の構造を形成する発生ステージにおいて,Ephは性フェロモン感知に特化する糸球体神経回路で特異的に強く発現することを見出した。一方Ephrinは,嗅覚系においてユビキタスに発現することを見出した。表現型解析ではMARCM法を駆使し,特定の糸球体に投射する投射神経でのみEph/ephrinをノックダウンすることにより,性フェロモン感知に特化するDA1糸球体神経回路とそれに隣接する神経回路を構成する樹状突起に特異的な異常を見出していた。この同一投射神経内でEph/Ephrinをそれぞれノックダウンしつつ同遺伝子を過剰発現すると,樹状突起の異常が改善された。このことからDA1投射神経ではEphが,周辺の糸球体投射神経ではEphrinが、それぞれ細胞自律的に機能することを見出している。また,周辺の糸球体に投射する投射神経でephrinをノックダウンした時の野生型DA1投射神経の挙動を解析したところ,野生型DA1投射神経もDA1糸球体から隣接した糸球体へと漏れ出た。すなわち,Ephrinが細胞非自律的にDA1投射神経に機能すること,生体内においてDA1糸球体とそれに隣接する神経回路との間ではEph/Ephrinシグナルを用い樹状突起レベルで相互に分離していることが明らかになった。交付申請書に記載した内容に関しては、ほぼ全て順調に進んでいる。本研究ではショウジョウバエ嗅覚系をモデルに,Eph/Ephrinシグナルがどのような作動原理で樹状突起投射を制御しているのか,その解明を目指している。神経発生におけるEph/Ephrinの関与を調べる目的で,Eph及びEphrinの変異体解析を行った。Ephヌル変異体においてMARCM法を用いDA1糸球体に投射する投射神経(DA1投射神経)及びそれに隣接する糸球体に投射する投射神経(VA1d投射神経)をそれぞれラベルした。ephrinにおいてはヌル変異体が存在していなかったため,CRISPR/Cas9システムを用い,ephrin遺伝子の全翻訳領域をノックアウトし,ヌル変異体の作製を行った。どちらの変異体の場合もDA1糸球体神経回路とそれに隣接する神経回路間で樹状突起同士が混線することを見出した。また,この樹状突起同士の分離にDA1投射神経に発現するEphと隣接する投射神経上のEphrinのtrans相互作用が必要であることを検証する目的で,Ephタンパク質のドメイン解析を行った。trans相互作用に必要とされるリガンドバインディングドメインを欠いたEphタンパク質を作出した。欠損型Ephタンパク質を発現する系統ではDA1投射神経でEphノックダウンした際の樹状突起の異常が改善されないことを見出した。これまでの結果からDA1投射神経のEphと隣接する投射神経上のEphrinのtrans相互作用によって,隣接する樹状突起が正しく分離することを見出している。

今後,さらに詳細な分子機構解明を試み,本研究成果を国際学術誌へ投稿する予定である。これまでの研究結果から,DA1投射神経と隣接する投射神経との間はEph/Ephrinシグナルによって厳密に分離され,DA1投射神経では,周囲の糸球体に発現するEphrinとの相互作用の結果,Ephフォワードシグナルが走ることが示唆される。しかしながら,EphrinはDA1糸球体でも発現していることから,DA1糸球体投射神経ではEphが同じ樹状突起上のEphrinと相互作用し,Ephrinの機能を負に調節しているのではないかと予想している。今後は,in vivo/in vitro双方でEph/Ephrinが分子レベルでいかに調節されているかを検証する。加えて,神経回路分離の重要性を個体レベルでも明らかにするため本シグナル操作時の個体行動解析も行う。これまでの研究から,DA1投射神経と隣接する投射神経との間はEphとEphrinによって厳密に分離され,DA1投射神経では,周囲の糸球体に発現するEphrinとのtrans相互作用の結果,Ephフォワードシグナルが走ることが示唆されることを見出した。本結果を国際学術誌に投稿,採択を目指す。また本研究遂行中に,投射神経の軸索投射においてもEph/Ephrinシグナルが関与し,それが樹状突起とはおそらく異なる分子機構であろうことを見出した。今後はEph/Ephrinシグナルがどのような作動原理で投射神経の軸索投射を制御しているのか,またどのような制御機構で樹状突起ー軸索間での差を生み出しているのかを検証する予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
Fecoflowmetryから見た直腸肛門疾患術後排便機能評価の試み

小児消化器外科領域で直腸肛門疾患の頻度は高いものの術後排便機能不良で術後の経過観察上、問題となる症例も多い。患児の排便機能をより客観的に評価することは重要なことではあるが従来の直腸肛門内圧検査では似たような所見を示しながら排便機能が異なる症例も稀ではなかった。まとまった形で短時間で排便できる能力を排便機能評価上の極めて有用な指標のひとつとして考え、便流の流量曲線に注目し模擬便(加温生理食塩水)の排出能をFecoflowmetry(FFM)として捉え検討することとした。平成9年度は排便機能に個体差のある直腸肛門奇形(鎖肛)術後(7歳以上の年長児)に対して施行し、平成10年度は小児直腸肛門外科でも頻度の高いヒルシュスプルング病(以下H病)術後遠隔期例に応用し評価を試みた。両疾患術後例とも排便機能良好例では排出曲線の形状(FFP)が塊状型を示すことが多く、満足すべき排便機能を有しない症例では分節型ないし平坦型のFFPを示しており、本法は代表的な小児直腸肛門外科術後例の排便機能評価において有用であった。最終年度である平成11年度は同一症例を再検するなどして過去2年間のデータを再整理し、もっと具体的な客観的排便機能評価の指標を検討した。その結果、鎖肛、H病を問わずFmax、生食耐容率(TR)、排出率(ER)が有用であることが判明した。更に鎖肛のデータから良好なcontinennceの統計学的ボーダーラインはFmax>45ml/sec、TR>70%、ER>50%と推定され、FFPでは塊状型であると全例が良好で、分節型では低位型のみが良好であった。小児消化器外科領域で直腸肛門疾患の頻度は高いものの術後排便機能不良で術後経過観察上、問題となること例も多い。その際、排便機能をより客観的に評価することは重要で従来の肛門内圧検査では似たような所見を呈しながら排便機能が異なる例も稀ではなかった。まとめて短時間で排便できる能力を有する場合を良い排便機能であると考え、その流量曲線に注目し模擬便(生食)の排出能をFECOFLOWMETRY(FFM)としてとらえ検討することとした。本年度は排便機能に個体差のある直腸肛門奇形術後例(7歳以上の年長児)に対し施行した。浣腸で前処置後、肛門内圧測定し直腸肛門圧モニター下に生食を自然滴下注入し生食保持耐容率観察後、トランスデューサーの付いた便器に排泄させ各種排泄のパラメーターを算出し病型や臨床スコアと対比しながら検討した。FFM上いくつかの排泄パターンに分類され臨床スコア高値で排便良好例では塊状型の排泄曲線を呈した。失禁群では肛門管静止圧に拘わらず最大排出流量が40ml/sec以下のことが多く排出曲線も平坦型や分節型を示すことが多かった。これらの結果が示すようにFFMは直腸肛門奇形術後遠隔期例の排便機能評価上極めて有用であった。小児消化器外科領域で直腸肛門疾患の頻度は高いものの術後排便機能不良で術後経過観察上、問題となること例も多かった。患児の排便機能をより客観的に評価することは重要なことではあるが従来の肛門内圧検査では似たような所見を呈しながら排便機能が異なる例も稀ではなかった。まとまった形で短時間で排便できる能力を排便機能を評価する上で極めて有用な指標と考え、便流の流量曲線に注目し模擬便(生食)の排出能をFECOFLOWMETRY(FFM)としてとらえ検討することとした。

平成9年度は排便機能に個体差のある直腸肛門奇形術後例(7歳以上の年長児)に対し施行した。FFMにおける各種排泄のパラメーターを算出し病型や臨床スコアと対比しながら検討した。FFM上いくつかの排泄パターンに分類され臨床スコア高値で排便良好例では塊状型の排泄曲線を呈した。失禁群では肛門管静止圧に拘わらず最大排出流量が40ml/sec以下のことが多く排出曲線も平坦型や分節型を示すことが多かった。本法は排便機能評価上、有用である可能性が強く示唆されたので本年度(平成10年度)は小児直腸肛門外科症例でも頻度の高いヒルシュスプルング病(以下H病)術後遠隔期例に応用し評価を試みた。H病12例(7歳以上の年長児)の病型別内訳は直腸S状結腸型7例、超短型2例、全結腸型3例であった。模擬便最大流量Fmaxはケリーの臨床評価と良く相関していただけでなく、排便機能Good例では塊状型を示すことが多く、更にFair例では直腸肛門奇形術後例とと同様に排出曲線が全例、分節型を示していた。一方、本検査所見と従来の直腸肛門内圧検査所見との間には有意な対応は認められず、臨床評価と相関していたことより本法は臨床上、客観的に排便機能を評価する上でH病術後症例に対しても有用であることが判明した。小児消火器外科領域で直腸肛門疾患の頻度は高いものの術後排便機能不良で術後の経過観察上、問題となる症例も多い。患児の排便機能をより客観的に評価することは重要なことではあるが従来の直腸肛門内圧検査では似たような所見を示しながら排便機能が異なる症例も稀ではなかった。まとまった形で短時間で排便できる能力を排便機能評価上の極めて有用な指標のひとつと考え、便流の流量曲線に注目し模擬便(加温生理食塩水)の排出能をFecoflowmetry(FFM)として捉え検討することとした。平成9年度は排便機能に個体差のある直腸肛門奇形(鎖肛)術後(7歳以上の年長児)に対して施行し、平成10年度は小児直腸肛門外科でも頻度の高いヒルシュスプルング病(以下H病)術後遠隔期例に応用し評価を試みた。両疾患術後例とも排便機能良好例では排出曲線の形状(FFP)が塊状型を示すことが多く、満足すべき排便機能を有しない症例では分節型ないし平坦型のFFPを示しており、本法は代表的な小児直腸肛門外科術後例の排便機能評価において有用であった。最終年度である平成11年度は同一症例を再検するなどして過去2年間のデータを再整理し、もっと具体的な客観的排便機能評価の指標を検討した。その結果、鎖肛、H病を問わずFmax、生食耐容率(TR)、排出率(ER)が有用であることが判明した。更に鎖肛のデータから良好なcontinennceの統計学的ボーダーラインはFmax>45ml/sec、TR>70%、ER>50%と推定され、FFPでは塊状型であると全例が良好で、分節型では定立型のみが良好であった。
補聴器のための環境騒音除去システムに関する研究

ディジタル補聴器に応用可能な環境騒音抑圧ディジタル信号処理手法について,1つのマイクロホン入力を用いた方法と,2つのマイクロホンを用いる方法について検討した.1つのマイクロホンを用いる環境騒音抑圧のためのディジタル信号処理手法として,環境騒音のスペクトルをマイクロホン入力のスペクトルから引き去る手法が知られている.従来は,その際のスペクトルの計算に,フーリエ変換を用いていたが,性能は不十分であった.そこで,ヒトの聴覚系における信号処理をより良く反映していると考えられるウェーブレット変換を用いることを着想した.さまざまな基本ウェーブレットを用いて信号処理を行い,その処理結果について実際に聴取実験を行った結果,非直交系の基底を用いた方がより効果的に音声の明瞭度が改善されることを明らかにした.次に,2つのマイクロホンを用いる環境騒音抑圧手法について検討した.マイクロホンが複数の場合には,ビームフォーミング技術による騒音抑圧手法が最も有望である.しかし従来型のビームフォーミング技術は、残響のほとんどない音場では効果的であるが,一般の聴取環境のように残響が無視できない場合には,ほとんど騒音抑圧効果を期待することができない.我々は,このような特性の劣化が直接音と反射音の位相関係によって生ずることに着目し,位相特性を用いず,パワースペクトルだけについて処理を行う手法を開発した.このディジタル信号処理手法によって実際に音声の処理を行った結果,残響の存在する音場においては,従来法を越える優れた環境騒音抑圧性能を示すことが明らかになった.ディジタル補聴器に応用可能な環境騒音抑圧ディジタル信号処理手法について,1つのマイクロホン入力を用いた方法と,2つのマイクロホンを用いる方法について検討した.1つのマイクロホンを用いる環境騒音抑圧のためのディジタル信号処理手法として,環境騒音のスペクトルをマイクロホン入力のスペクトルから引き去る手法が知られている.従来は,その際のスペクトルの計算に,フーリエ変換を用いていたが,性能は不十分であった.そこで,ヒトの聴覚系における信号処理をより良く反映していると考えられるウェーブレット変換を用いることを着想した.さまざまな基本ウェーブレットを用いて信号処理を行い,その処理結果について実際に聴取実験を行った結果,非直交系の基底を用いた方がより効果的に音声の明瞭度が改善されることを明らかにした.次に,2つのマイクロホンを用いる環境騒音抑圧手法について検討した.マイクロホンが複数の場合には,ビームフォーミング技術による騒音抑圧手法が最も有望である.しかし従来型のビームフォーミング技術は、残響のほとんどない音場では効果的であるが,一般の聴取環境のように残響が無視できない場合には,ほとんど騒音抑圧効果を期待することができない.我々は,このような特性の劣化が直接音と反射音の位相関係によって生ずることに着目し,位相特性を用いず,パワースペクトルだけについて処理を行う手法を開発した.このディジタル信号処理手法によって実際に音声の処理を行った結果,残響の存在する音場においては,従来法を越える優れた環境騒音抑圧性能を示すことが明らかになった.ディジタル補聴器への応用を重視し,本年度は,まず1マイクロホン型環境音抑圧手法について検討を行った.このような応用に適した手法として,音声のない区間から環境音のスペクトルを予測し,これをマイクロホンで観測される信号から引き去るものが広く知られている.この際に,入力された信号のスペクトルを計算することが必要となるが,従来はこれにフーリエ変換を用いている.しかし,これでは性能が不十分であり,信号音として音声を用いたとき,明瞭度がかえって劣化してしまうことが知られている.この問題を克服するために,ヒトの聴覚系内における信号処理をより良く反映していると思われるウェーブレット変換を用いることを着想した.さらに,ウェーブレット変換を行う際の基底となる基本ウェーブレットとして,音声の特徴を良く反映している減衰正弦波を用いることを提案した.また,従来用いられている基本フェーブレットとともに,抑圧性能を比較し,雑音中の音声をより良く強調できる可能性を示した.主観的にも検討を行い,フーリエ変換を用いた手法よりも音声の明瞭度が改善することが明らかとなった.これらの成果は,ノルウェーで開かれた国際会議や,国内の研究会などにおいて報告した.また,来年度に行う計画であった2マイクロホン型環境音抑圧について,信号処理アルゴリズムに関する見通しがたったため,先行して基礎的な検討に着手した.雑音中の音声について,この処理を計算機上で行った結果,従来の手法よりも環境音の抑圧性能が向上することが示された.この結果について,音響学会や電子情報通信学会の研究会などで報告した.来年度は,2チャネルのマイクロホンを用いた環境音抑圧手法を実時間で動作させる信号処理システムを構築し,その性能を,物理的・主観的側面から検討する予定である.特に,難聴者を対象にした語音明瞭度の向上の度合の測定などを通して,実用化のための見通しを得る.ディジタル補聴器に応用可能な環境騒音抑圧ディジタル信号処理手法について,1つのマイクロホン入力を用いた方法と,2つのマイクロホンを用いる方法について検討した.1つのマイクロホンを用いる環境騒音抑圧のためのディジタル信号処理手法として,環境騒音のスペクトルをマイクロホン入力のスペクトルから引き去る手法が知られている.従来は,その際のスペクトルの計算に,フーリエ変換を用いていたが,性能は不十分であった.そこで,ヒトの聴覚系における信号処理をより良く反映していると考えられるウェーブレット変換を用いることを着想した.さまざまな基本ウェーブレットを用いて信号処理を行い,その処理結果について実際に聴取実験を行った結果,非直交系の基底を用いた方がより効果的に音声の明瞭度が改善されることを明らかにした.

次に,2つのマイクロホンを用いる環境騒音抑圧手法について検討した.マイクロホンが複数の場合には,ビームフォーミング技術による騒音抑圧手法が最も有望である.しかし従来型のビームフォーミング技術は,残響のほとんどない音場では効果的であるが,一般の聴取環境のように残響が無視出来ない場合には,ほとんど騒音抑圧効果を期待することができない.我々は,このような特性の劣化が直接音と反射音の位相関係によって生ずることに着目し,位相特性を用いず,パワースペクトルだけについて処理を行う手法を開発した.このディジタル信号処理手法によって実際に音声の処理を行った結果,残響の存在する音場においては,従来法を越える優れた環境騒音抑圧性能を示すことが明らかになった.
表面形状計測法を応用したインプラント前処置の骨移植評価法について

二次元での唇舌的な吸収量は、骨移植部の最大豊隆部を通る矢状断面を構築し、その断面上にて、インプラント体頸部を想定して歯槽頂から2ミリの部位、またインプラント体先端部歯肉頬移行部から2ミリの部位にて計測をおこない、その差を唇舌的吸収量としました。移植後からインプラント埋入後4ー5カ月経過した唇舌的吸収量は、約0.7ミリから、3.6ミリの間でありました。三次元的な吸収量は、骨移植後45カ月経過した体積量を、またインプラント埋入後45カ月経過した体積量を計測し、吸収量を算出し、33%から71%の吸収量が認められました。本学歯学部附属病院口腔インプラント科において上顎前歯部にインプラント埋入のための骨移植術後にインプラント埋入術を施行され、本研究の趣旨を説明し、治療のために用いた模型とCTデータの提供に同意の得られた患者10名に対し、1コントロールとして骨移植術前(初診時)2骨移植直後(1ー2週間後)、3骨移植後11,5ヶ月後、43ヶ月後(インプラント埋入術直前)、5インプラント埋入直後、6インプラント上部構造製作時、それぞれの口腔内を印象採得をおこない、そこから得られた歯列模型を、3次元形状計測装置Rexcan High-end scanning system(既存)にて歯列模型の表面形状計測を行った.得られた形状データは、STLデータに変換され、三次元画像検査ソフトGeomagic Qualify(Geomagic社)に入力後,各歯列模型データとコントロールの模型データを模型間でもっとも変化の少ないと考えられる、残存歯部を基準として重ね合わせた.模型の重ね合わせ精度を評価するために、大臼歯部、小臼歯部それぞれにおいて2次元断面における偏差評価、ならびに3次元計測を行った.移植骨量の経時的変化を評価するため、36の各模型データを2骨移植直後の模型データと残存歯を基準とした部分をベストフィット法により重ね合わせた.重ね合わせた各模型データの欠損部顎堤頂の中点を通り、咬合平面に垂直な平面を基準平面とし,基準平面上での各模型データ間の距離を、歯槽頂より3mm、5mm、10mm歯根側の各点における模型データ間距離を二次元的骨吸収量とした.二次元での唇舌的な吸収量は、骨移植部の最大豊隆部を通る矢状断面を構築し、その断面上にて、インプラント体頸部を想定して歯槽頂から2mmの部位、またインプラント体先端部歯肉頬移行部から2mmの部位にて計測をおこない、その差を唇舌的吸収量としました。骨移植後からインプラント埋入後4ー5カ月経過した唇舌的吸収量は、約0.7mmから、3.6mmの間でありました。三次元的な吸収量は、各模型データ間の差分をとり、その体積を求めることにより得られました。骨移植後4から5カ月経過した体積量を、またインプラント埋入後4から5カ月経過した体積量を計測し、吸収量を算出しました。ケース1において、258,24立方ミリメートルから、73,69立方ミリメートルの減少で、約71%の吸収、ケース2において、228,11立方ミリメートルから、80,38立方ミリメートルの減少で、約65%の吸収、ケース3においては、362,24立方ミリメートルから、242,24立方ミリメートルの減少で、約33%の吸収が確認できました。三次元形状計測法を使用した模型データによりは、移植骨の経時的変化を評価することが可能でありました。この方法により、任意の断面における骨量の二次元的な定量化のみならず、三次元的な体積の評価もおこなうことができました。治療上必要とされる歯列模型を使用して、骨移植後の吸収量を計測することは大変有意義であると考えられます。このソフトはCTデータとの重ね合わせも可能であり、表面データによる比較だけでなく、将来的には、骨移植部位の周囲組織との位置関係を確認でき、治療後の評価、またさらには術前の患者とのコミュニケーションツールとしても有効活用できると考えています。研究の過程自体は問題がないと考えられるが,上顎前歯部に骨移植後にインプラント治療を行う症例が10症例程度にとどまっているいるため,症例数が不足しているのが現状である.デンタルインプラント今後は,診断上の必要により撮影された、初診時、骨移植後、インプラント埋入後のCTのダイコムデータを3次元画像解析ソフトGeomagic

studio(Geomagic社製)を用いて三次元画像構築し、被験者の骨の立体データを得る.得られた立体データをSTLデータとしてGeomagic Qualifyに入力し、骨移植後および、インプラント埋入後のCTデータを残存歯歯冠部を基準として重ね合わせ、模型データに準じて、同一の断面における二次元的骨吸収量を算出する.また、重ね合わせたCTデータの差分の体積を求め、これを3次元的骨変化量として算出する.模型データとCTデータから得られた規定断面での二次元的吸収量を比較検討する.模型データとCTデータの吸収量の差分は歯肉の厚みの変化、模型のひずみ等であると考えられる.模型データにおける経時的変化量とCTデータにおける経時的変化量が比例関係にあるかを評価し、必要であれば、歯肉の厚み分を相殺できる補正式を算出する.同様に模型データとCTデータから得られた三次元的吸収量を比較検討する.模型データとCTデータの吸収量の差分は歯肉の厚みであると考えられる.模型データにおける経時的変化量とCTデータにおける経時的変化量が比例関係にあるかを評価し、必要であれば、歯肉の厚み分を相殺できる補正式を算出する.さらに、算出された骨吸収量と手術室で計測した移植骨の実際の体積と比較してどの程度吸収しているかを検討する.交付金額内で小型ハンディポータブルスキャナー(350万円)が購入できなかったため.小型ハンディポータブルスキャナーの代替品を検討中であり,見つかり次第購入し,速やかに研究を進める予定である.
リグニンの有用物質変換に必要なプロトカテク酸メタ開裂系遺伝子群の転写制御

Sphingomonas paucimobilis SKY-6株のプロトカテク酸(PCA)4,5-開裂経路は、リグニン由来化合物代謝系の下流経路として重要な役害をもつ。本経路を構成する遺伝子群の転写調節機構の解明は、芳香族化合物の主要経路の全体像を明らかにするだけでなく、リグニンからの有用代謝中間体の生産において重要な情報を提供するものと考えられる。Sphingomonas paucimobilis SYK-6株のプロトカテク酸(PCA)4,5-開裂系遺伝子群は、ligJAB(ligJオペロン)、ligK-orf1-ligI-lsdA(ligKオペロン)とモノシストロニックなligCおよびligRの4つの転写単位から構成される。本研究ではPCA4,5-開裂系遺伝子群の転写制御機構を明らかにすることを目的としてLysR型転写制御因子と推定されるLigRのこれら4つの転写単位の転写制御への関与を調べるとともに誘導物質の同定を試みた。初めにSYK-6株とligR破壊株のLigABとLigIの酵素活性を比較した。その結果、ligR破壊株においてPCA存在下における両酵素活性の誘導性が減少したことから、LigRはPCAまたはその代謝物を誘導物質としてligJおよびligKオペロンの転写を正に制御することが示唆された。各プロモーター領域をクローニングしたプロモーター解析プラスミドをSYK-6株およびligR破壊株に導入し、プロモーター活性を比較した。その結果、ligJオペロン、ligC、ligKオペロンのプロモーター活性は、PCAの存在下、LigRによって正に制御されることが明らかとなった。一方、ligRの転写はPCAの有無に関わらず部分的にLigRによって負に制御されていることが示唆された。PCA、2-pyrone-4,6-dicarboxylate(PDC)および4-oxalomesaconate(OMA)をそれぞれ蓄積するligB破壊株、ligI破壊株、ligJ破壊株を宿主に用いて各プロモーター活性を比較し、LigRによる転写活性化に必要な誘導物質の同定を試みた。その結果、ligJオペロンおよびligCの転写活性化にはPDCが、ligKオペロンの転写活性化にはOMAが誘導物質として働くことが示唆された。Sphingomonas paucimobilis SYK-6株のプロトカテク酸(PCA)4,5-開裂経路は、リグニン由来化合物代謝系の下流経路として重要な役割をもつ。PCA 4,5-開裂系遺伝子群は、ligJABオペロン、ligK-orf1-lig1-lsdAオペロンとモノシストロニックなligCおよびligRの4つの転写単位から構成されることが示唆されている。昨年度は各転写単位のプロモーター領域を単離し、それらの転写調節について調べたが、プロモーター活性の測定系に不安定な面が見られたため、今年度は野生株および各種変異株をPCAの存在・非存在下で生育させ、各PCA 4,5-開裂系酵素遺伝子から転写されるmRNAを定量、比較することで以下の結果を得た。1)SYK-6株においてすべての酵素遺伝子の転写量がPCAの存在下で顕著に増加した。2)LysR型転写制御因子と相同性を示すligRの破壊株では、すべての酵素遺伝子で転写量の増加が見られなかった。3)PCA 4,5-dioxygenase遺伝子の破壊株においてPCAの存在下ですべての酵素遺伝子の転写量の増加が見られた。さらに各遺伝子間のRT-PCRの追試により、ligB-ligC間での増幅が認められた。昨年度までの研究により、PCA4,5-開裂系酵素遺伝子群は、ligJABCオペロン、ligK-orf1-ligI-lasdAオペロンとLysR型転写制御因子をコードするligRから構成され、ligJオペロンとligKオペロンの転写がPCAの存在下、LigRによって正に調節されていることが明らかとなった。本年度は、初めにPCAの存在下で誘導されるligKオペロン及びligJオペロンのプロモーター領域をデリーション解析により限定した。その結果、ligK上流213bpを含むDNA断片及びligJ上流687bpから1,076bpを含む断片にPCA存在下で誘導されるプロモーターが存在することが示された。大腸菌においてHis-tag融合ligRを発現させ、得られた精製LigRの各プロモーター領域への結合性をゲルシフト解析により調べた。その結果、LigRはligK及びligJプロモーター領域に存在するLysR型転写制御因子の結合

配列であるT-N_<11>-Aモチーフを特異的に認識して結合することが明らかとなった。また、PCAの存在下において異なるシフトパターンが見られたことから、PCAがLigRのエフェクターであることが強く示唆された。
筋形成におけるエキソサイトーシス関連遺伝子の役割

動物群に特徴的な器官である筋肉系組織は、多細胞動物群において広く認められる。また、その筋肉系組織(特に骨格筋)の形成機構も筋系列の細胞分化を誘導する転写因子群などが多細胞動物間で広く保存されており、筋系列形成遺伝子群の進化的な保存性を示唆する。本研究ではこういった進化的視点に基づき、進化的保存性をひとつの指標として、筋形成に重要な役割を担うであろう遺伝子群を同定・解析することを目的としてきた。昨年度は、様々なバイオインフォマティクスデータベースを活用した解析も平行して行うことで、進化的祖先が発現していたであろう遺伝子群をより正確に特定する方法の開発も行った。これは、いかに進化的に祖先型の遺伝子を探索するかという方法論を模索中に、保存された胚段階を同定する手法を開発したものである。こういった経緯により今年度は派生的に得られた「発生形態形成過程において保存された胚段階の特定に関する研究」をさらに推し進めることを行った。昨年度は公共データベースよりデータを取得し解析を行うのみに留まったが、今年度からは、実際にあらたにマウスなどの脊椎動物胚からGeneChipを用いて遺伝子発現情報を取得し、解析を推し進めている。この解析は京都大学メディアセンター所有の大型計算機を使用することで可能となった。これにより、少なくともマウス胚では、脊椎動物進化の初期に獲得したと思われる多数の発生関連遺伝子群を脊椎動物に固有の形態を与えるとされる胚段階(ファイロティピック段階)周辺で発現していることが示唆された。これは、昨年度BMC Biology誌に発表した結果と矛盾しない結果であり、現在行っているゼブラフィッシュ遺伝子発現情報との種間比較解析により、さらなる展開が期待されるものである。本研究では、筋形成におけるCirl-3(Calcium independent receptor for α-Latrotoxin 3)遺伝子の役割と機能を解明することを目的とする。今年度は培養筋芽細胞であるC2C12を用いて、その筋分化における役割解明を試みた。RNA干渉によるCirl-3特異的発現抑制やcDNA過剰発現では筋管形成に影響は出なかったものの、培養上清中に可溶型Cirl-3が分泌されていることが確認でき、筋細胞において未知のプロセシングが積極的に行われている可能性が示された。これは未だ生理的機能がわかっていないCirl-3の理解を進める上で重要な知見である。また、作成した特異抗体及びin situ hybridizationにより、Cirl-3が発生段階の筋組織以外にも発生段階の神経管や新生仔マウスの脳、網膜といった神経系組織にも発現していることがわかり、筋肉と神経との両方で役割を持っていることが示唆された。今後はノックアウトマウス作成に着手し、作成した様々なCirl-3コンストラクトを用いて神経筋接合部形成も視野に入れた筋形成におけるCirl-3の役割を解明していく予定である。骨格筋は多細胞動物において広く保存された器官であり、筋系列の細胞分化を誘導する転写因子群も同様に多細胞動物間で広く保存されている。本研究ではこの視点に基づき進化的な保存性をひとつの指標として、筋形成に重要な役割を担うであろう遺伝子群を同定・解析することを目的としてきた。候補にあがったCirl-3(Calcium independent receptor for α-Latrotoxin 3)遺伝子に対して、融合タンパク質および特異抗体を用いた様々なin vitro実験を行うことで、細胞外領域がタンパク質レベルで限定的分解によるプロセシングを受けていることが示唆された。また、このプロセシングを受けると思われるモチーフが進化的に保存されていることも確認した。これは脊椎動物全般で同プロセシングが機能的に行われている可能性を示唆するものであり、未だリガンドが知られていない同様の構造を持った遺伝子群にもあてはまる可能性がある。さらに我々は様々なほ乳類ゲノムの解読が進んでいる点に着目し、各生物種におけるCirl-3遺伝子の上流配列の解析を行うことで、Cirl-3を調節しうる転写因子群の候補を得た。しかし、未だCirl-3遺伝子の筋形成における役割は決定できていない。そこで様々なバイオインフォマティクスデータベースを活用した解析も平行して行い、その目的でさらに進化的祖先が発現していたであろう遺伝子群をより正確に特定する方法の開発を行った。こういった経緯により今年度はCirl-3の解析に加えて、派生的に得られた「発生形態形成過程において保存された胚段階の特定」に成功し、これまで形態学的にしかその存在が確認されていなかった脊椎動物に固有の形態を与えるとされる胚段階、ファイロティピック段階を遺伝子レベルで同定することに成功し、論文としてBMC Biology誌に発表した。

こういった経緯により今年度は派生的に得られた「発生形態形成過程において保存された胚段階の特定に関する研究」をさらに推し進めることを行った。昨年度は公共データベースよりデータを取得し解析を行うのみに留まったが、今年度からは、実際にあらたにマウスなどの脊椎動物胚からGeneChipを用いて遺伝子発現情報を取得し、解析を推し進めている。この解析は京都大学メディアセンター所有の大型計算機を使用することで可能となった。これにより、少なくともマウス胚では、脊椎動物進化の初期に獲得したと思われる多数の発生関連遺伝子群を脊椎動物に固有の形態を与えるとされる胚段階(ファイロティピック段階)周辺で発現していることが示唆された。これは、昨年度BMC Biology誌に発表した結果と矛盾しない結果であり、現在行っているゼブラフィッシュ遺伝子発現情報との種間比較解析により、さらなる展開が期待されるものである。
ラジオ波焼灼術と経カテーテル肝動脈塞栓術併用療法の最適プロトコールの基礎的検討

本研究の目的はラジオ波焼灼術(RFA)の治療成績向上のため、RFAと経動脈塞栓術(TACE)の併用療法の有用性を明らかにすることである。基礎実験ではRFAとTACEの併用療法群で、RFA単独療法群よりも大きな凝固範囲が得られた。臨床研究では小肝細胞癌症例において、局所再発率について、TACEとRFA併用群とRFA単独群では有意差が認められなかった。特に小肝細胞癌において、TACEとRFA併用療法は積極的には勧められないものと思われる。
フォノン波束の生成・伝播の時間・周波数実時間イメージングと量子制御

反射型エシェロンを用いたフェムト秒広帯域シングルショット実時間イメージング分光法を構築した。波形整形した励起パルス列を用い、強誘電体結晶においては進行及び後退するフォノンポラリトン波束の伝播、グラフェンにおいてはナノスケールフォノン波束の伝播の時間・周波数実時間イメージングを行った。その結果、ナノスケールのDモードフォノン波束がグラフェンのK点近傍の線形分散を反映して、光学フォノンとしては極めて高速でグラフェン表面上を伝播することを見出した。一方、強誘電体においては、誘導ラマン過程により励振した進行・後退するフォノンポラリトン波束をダブルパルス励起により量子制御することに成功した。本研究では、ミクロンオーダーの精密なステップ構造を持つ反射型エシェロンを加工・作製し、それを用いてプローブ光に空間的な時間差を付け、高時間分解、スポット集光、広帯域、シングルショット検出すべてを満たすフェムト秒広帯域シングルショット実時間イメージング分光法を構築する。また、マイケルソン干渉型光学系によるダブル励起パルス或いは空間位相変調器により波形整形した励起パルス列を用い、強誘電体・グラフェンの格子振動を非線形かつ非調和に励振し、それに伴う光子・格子、電子・格子結合ダイナミクスを明らかにする。強誘電体結晶においては進行及び後退するフォノンポラリトン波束の伝播、グラフェンにおいては2重共鳴ラマン過程により生成されたナノスケールフォノン波束の伝播の時間・周波数実時間イメージングを行い、それらのコヒーレント制御を実現する。本年度、グラフェンにおいては、7.5フェムト秒パルスを用いたコヒーレント分光により、ナノスケールのDモードフォノン波束がグラフェンのK点近傍の線形分散を反映して、光学フォノンとしては極めて高速でグラフェン表面上を伝播することを見出した。しかしながら、空間位相変調器によりパルス波形整形技術を構築できたが、現時点での時間分解能は20フェムト秒程度であり、Dモードフォノン波束のコヒーレント制御までには至っていない。一方、強誘電体LiNbO3においては、誘導ラマン過程により励振した進行・後退するフォノンポラリトン波束をダブルパルス励起により量子制御することに成功した。また励起密度を上げることにより両者間に非調和性が発現し、基底状態を介した量子相関が現れることを見出した。
脂質ラフト理解のためのスフィンゴミエリン代謝系酵素のX線結晶構造解析

細菌、酵母、原生動物から、動物や植物の体を形成する個々の細胞に至るあらゆる細胞には、共通の構造体が存在する。それは、細胞を包み込み、細胞と外界とを隔てる細胞膜である。細胞膜は、脂質とタンパク質とから成り立ち、中でもリン脂質は、構造維持、そして、細胞内のシグナル調節を行う重要な生体分子である。このリン脂質の中でスフィンゴミエリンはスフィンゴシン骨格を持つ特有のリン脂質で、脳や神経組織に大量に存在し、加水分解により、セラミドとボスホリルコリンに代謝される。特に、セラミドが細胞死のシグナル伝達に関与する新奇な生理活性脂質として注目され、特に、中性スフィンゴミエリナーゼ(nSMase)は、生化学的手法による精製が困難なため、未だ十分な構造解析がなされておらず、イノシトールリン脂質代謝酵素に比べてnSMaseの構造と機能との相関関係に関する解析は遅れている。さらに、SMaseの機能を明らかにするうえで、シグナルに呼応してSMaseが細胞のどこでスフィンゴミエリンを分解するのか、すなわち、生理活性脂質、セラミド産生の場所の同定も重要な課題である。我々はnSMaseと相同なセレウス菌(Bacillus cereus)由来のBc-SMaseに注目をして、その結晶構造解析を行った。マグネシウム、コバルト、カルシウムのそれぞれの高分解能結晶構造からその活性部位の2つの金属結合構造と活性との相関を明らかにした。さらに、Bc-SMaseとスフィンゴミエリンとの複合体モデルをもとにした新しいリン酸エステル加水分解反応の提唱した。今後、その基質であるスフィンゴミエリンあるいは阻害剤との結晶構造解析を進行していく。また疎水性アミノ酸が突き出したβヘアピン構造にも注目し結晶構造解析とW284A、及び、F285Aの2つの点変異体と表面プラズモンレーザによる結合アッセイにより、この領域の膜結合を明らかにした。スフィンゴミエリン代謝酵素群の構造をX線結晶解析により明らかにしようとしている。これら酵素の結晶構造からStructure Based Drug Design(SBDD)で阻害剤の開発を最終的に目標とする。これらの阻害剤はそれぞれの酵素の機能と欠損症を理解する上での重要な鍵となる。(1)セレウス菌スフィンゴミエリナーゼのX線結晶構造解析:ヒトスフィンゴミエリナーゼの欠損は肝、脾臓肥大、精神障害、短命の症状を示すNiemann-Pick病をおこす。現在我々は手始めにセレウス菌のスフィンゴミエリナーゼのX線結晶構造解析を行い、1.4Åでの構造を明らかにした。またその金属結合による活性の違いをコバルト、マグネシウム、カルシウムが結合した構造をそれぞれ明らかにして、活性化機構の解明をした。ヒト由来スフィンゴミエリナーゼともホモロジーがあり、DNA分解酵素ファミリーで共通の金属活性化メカニズム明らかにした事は、大きな成果である。(2)セレウス菌セラミダーゼのX線結晶構造解析:ヒトセラミダーゼの欠損はしわがれ声、皮膚炎、骨格以上、精神障害、短命の症状をおこす。現在セレウス菌セラミダーゼの発現、精製を行い結晶化を進行中である。(3)ヒトスフィンゴシンキナーゼのX線結晶構造解析:1998年にラット腎臓のスフィンゴシンキナーゼはカルモジュリンとの親和性を持つ事がわかった。また2000年にWattenbergのグループはヒト胎盤よりスフィンゴシンキナーゼの単離、クローニングに成功している。スフィンゴシンキナーゼが作るスフインゴシン1リン酸はその受容体エッジを介して様々なシグナル伝達に関わる.現在このヒトスフィンゴシンキナーゼの発現に成功し、その生化学的な特徴付けと結晶化を行っている。

細菌、酵母、原生動物から、動物や植物の体を形成する個々の細胞に至るあらゆる細胞には、共通の構造体が存在する。それは、細胞を包み込み、細胞と外界とを隔てる細胞膜である。細胞膜は、脂質とタンパク質とから成り立ち、中でもリン脂質は、構造維持、そして、細胞内のシグナル調節を行う重要な生体分子である。このリン脂質の中でスフィンゴミエリンはスフィンゴシン骨格を持つ特有のリン脂質で、脳や神経組織に大量に存在し、加水分解により、セラミドとボスホリルコリンに代謝される。特に、セラミドが細胞死のシグナル伝達に関与する新奇な生理活性脂質として注目され、特に、中性スフィンゴミエリナーゼ(nSMase)は、生化学的手法による精製が困難なため、未だ十分な構造解析がなされておらず、イノシトールリン脂質代謝酵素に比べてnSMaseの構造と機能との相関関係に関する解析は遅れている。さらに、SMaseの機能を明らかにするうえで、シグナルに呼応してSMaseが細胞のどこでスフィンゴミエリンを分解するのか、すなわち、生理活性脂質、セラミド産生の場所の同定も重要な課題である。我々はnSMaseと相同なセレウス菌(Bacillus cereus)由来のBc-SMaseに注目をして、その結晶構造解析を行った。マグネシウム、コバルト、カルシウムのそれぞれの高分解能結晶構造からその活性部位の2つの金属結合構造と活性との相関を明らかにした。さらに、Bc-SMaseとスフィンゴミエリンとの複合体モデルをもとにした新しいリン酸エステル加水分解反応の提唱した。今後、その基質であるスフィンゴミエリンあるいは阻害剤との結晶構造解析を進行していく。また疎水性アミノ酸が突き出したβヘアピン構造にも注目し結晶構造解析とW284A、及び、F285Aの2つの点変異体と表面プラズモンレーザによる結合アッセイにより、この領域の膜結合を明らかにした。
超高真空電子顕微鏡による非平衡状態からの混晶成長と構造の解析

シリコン(001)表面上での混晶成長過程を超高真空電子顕微鏡を用いた"その場"観察法で調べ、非平衡状態からの成長といわれるMBE混晶成長機構を研究することを目的とした。シリコン(001)表面の原子層高さステップが成長機構に及ぼす影響を見るため、ビシナル表面の傾きとステップ高さ,方向,テラスの広さの関連について透過法と反射法で観察した。〔110〕方向に25°傾いた表面では、2原子層高さのステップが、〔110〕方向に平行に形成され、(001)表面の再配列構造の基本構造であるダイマーがステップに平行に形成されていることが判った。表面の傾き方向が〔110〕から〔100〕方向に移っていくと、ステップの平均的向きも〔010〕方向に移っていく。このとき、ステップの向きが、〔010〕方向より±20°程傾いたところでは、2原子層高さのステップは単原子層高さの二つのステップに分かれていることが示唆された。一方、傾きが、0.10.01°の表面について反射顕微鏡法で観ると、単原子層高さのステップが形成されていることが判った。このとき、隣り合うステップでのダイマーの向きは、互に90°異なるため、ダイマーとステップの平均方向のなす角は交互に変化し、隣り合うテラスの安定性に差異が生じる。このことと対応して、テラス巾が交互に変化していることが見出され、テラス巾の相対比はステップの平均的方向に依存し、ステップが〔110〕方向に近づくと、一方のテラス巾が狭まる(2原子層高さのステップが形成されやすい傾向)ことが見出された。1100°C前後の温度から冷却する過程の動的観察から、徐冷した試料では上記の傾向が見出され、急冷した試料ではステップ間隔,形状などに差異が認められた。以上、混晶成長機構に重要な表面トポグラフの原子レベルの評価を電顕法で初めて行うことができた。