hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
局所柔軟性変化と伸縮異方性を備えた一体発泡成形型柔軟センサ肉質構造の実現

本研究においては,多関節構造を備えたロボットのための局所柔軟性変化と伸縮異方性を備えた柔軟センサ外装を実現する手法を明らかにすることを目的としており,特に,平成22年度には1)関節駆動構造を備えたロボットシステムへの適用と評価,および2)省配線小型センシングシステムの開発を重点的に行なった.交付申請書においては,22年度は,上記の2項目に加えて,人間密着柔軟環境センサへの適用と評価も行うことになっていたが,開発したプロタイプ外装を装着して動かすのにデータをとりやすいロボットに装着して適用,評価を行っていく方が構成の違いを比較しやすいため,そちらで置き換えることとした.1),2)に関する具体的な成果としては,まず,1)局所柔軟性と伸縮異方性を備えた柔軟肉質センサ構造を実現する手法として,新たにグリッド型のウレタン小片を,伸縮異方性を備えた導電体ニット構造で連結する,グリッド型肉質センサ外装を開発した.グリッド型とすることにより,局所的な柔軟性の変化を出し易い構成法となっていること,それらの連結に導電性ニットを利用していることで,2次元平面内での伸縮異方性と同時に伸縮している状態でも,接触センシングを行うことが可能になっている点が特徴となっている.グリッド型のウレタン小片は,一体発泡成形したウレタン外装を分割して,それらを導電性ニットで連結する構成法をとることでロボット表面にフィットしたセンサ外装を構成可能である.この新しいセンサ外装を小型ヒューマノイド上腕部に装着し,直接人間と接触を行う状況で,その評価を行い,実現可能性を確認した.また,2)省配線センシングシステムとしては,耐ノイズ性を考慮し,当初計画の4線シリアルではなく,RS485でディジーチエーンの可能な小型センサAD基板の開発を行い,肉質に埋め込んだ分布力センサシステムを実現可能なことを確認した.本研究においては,多関節構造を備えたロボットのための局所柔軟性変化と伸縮異方性を備えた柔軟センサ外装を実現する手法を明らかにすることを目的としており,特に,平成21年度には1)型温度制御による発泡密度変化と局所柔軟性変化の可能性評価,及び2)伸縮異方性とセンシングのための導電体ニット構造の埋込試作,に重点をおいて研究を行った.その成果として,1)の局所柔軟性変化に関しては,外部からの熱伝導が可能な薄い簡易樹脂型を用意し,ペルチェ素子と温度センサから成る型温制御装置を構成することで,発泡密度変化による局所柔軟性の制御の可能性を調査した.結果的には型温の変化による柔軟性変化はある程度認められるものの,薬剤を混合してから発泡するまでの時間が短いため,発泡時の外気温及び主剤・硬化剤比率による柔軟性変化への寄与の方が著しく大きいことがわかった.しかし,逆に混合前の薬剤温度を発泡活性の高い温度範囲に予め保ち,柔軟性を変化させる部位ごとに主剤・硬化剤の比率を変化させて順々に成形を行う,多層発泡成形により局所柔軟性変化を備えた外装構造が十分実現できることが確認され,その効果を小型ロボットの関節部を覆う部分外装において実証することができた.また,2)の伸縮異方性とセンシングのための導電体ニット構造の埋込試作に関しては,小型の試験片ウレタン構造による部分外装を試作し,そこでの評価を行った,その結果,編み物を埋めて一体成型する手法は,編み物の伸び特性がウレタンにより減じられるため有効ではないが,ウレタンを複数のセルに分割し,それらを編み物構造で接続する構造を取ることで,実際に成形したもので伸縮異方性を備えたウレタン柔軟外装を実現可能なことを確認した.また,センサとなりうる抵抗体の編み物構造に関しても同様に埋め込むことで主伸び方向に関して,伸びの影響を排除して圧力を検知可能であることを確認した.本研究においては,多関節構造を備えたロボットのための局所柔軟性変化と伸縮異方性を備えた柔軟センサ外装を実現する手法を明らかにすることを目的としており,特に,平成22年度には1)関節駆動構造を備えたロボットシステムへの適用と評価,および2)省配線小型センシングシステムの開発を重点的に行なった.交付申請書においては,22年度は,上記の2項目に加えて,人間密着柔軟環境センサへの適用と評価も行うことになっていたが,開発したプロタイプ外装を装着して動かすのにデータをとりやすいロボットに装着して適用,評価を行っていく方が構成の違いを比較しやすいため,そちらで置き換えることとした.1),2)に関する具体的な成果としては,まず,1)局所柔軟性と伸縮異方性を備えた柔軟肉質センサ構造を実現する手法として,新たにグリッド型のウレタン小片を,伸縮異方性を備えた導電体ニット構造で連結する,グリッド型肉質センサ外装を開発した.グリッド型とすることにより,局所的な柔軟性の変化を出し易い構成法となっていること,それらの連結に導電性ニットを利用していることで,2次元平面内での伸縮異方性と同時に伸縮している状態でも,接触センシングを行うことが可能になっている点が特徴となっている.グリッド型のウレタン小片は,一体発泡成形したウレタン外装を分割して,それらを導電性ニットで連結する構成法をとることでロボット表面にフィットしたセンサ外装を構成可能である.この新しいセンサ外装を小型ヒューマノイド上腕部に装着し,直接人間と接触を行う状況で,その評価を行い,実現可能性を確認した.また,2)省配線センシングシステムとしては,耐ノイズ性を考慮し,当初計画の4線シリアルではなく,RS485でディジーチエーンの可能な小型センサAD基板の開発を行い,肉質に埋め込んだ分布力センサシステムを実現可能なことを確認した.
計算機のための適応型前処理付き反復解法の研究

研究課題「計算機のための適応型前処理付き反復解法の研究」にそって,前年度においては与えられた行列の性質で分類し,さまざまな前処理を適用し実験を行った,その結果,最適な前処理の導出を考える材料となり,前処理の提案を行った.さらには反復法としてBiCG-Stab法との比較も行った.今年度はその前処理行列を反復アルゴリズムに効率的に組み込むためのアルゴリズム開発を中心に研究を行った.適切な前処理行列を用いることは非常に重要な課題であるが,最適な前処理を構成するために膨大な演算量がかかった場合は意味が無い.したがって,少ない演算量で前処理行列を効果的に適用できるアルゴリズムの開発が急務であり,その結果,既存の反復解法アルゴリズムに容易に適応でき,効果が得られると期待できる.そのことから新しい前処理付反復アルゴリズムを開発し,応用数理学会論文誌に発表した.また,従来のアルゴリズムとの比較,そしてクリロフ部分空間法とのハイブリッドの実験結果を示した.新しく開発したアルゴリズムは反復過程中に前処理要素を変化させることが可能であり,その結果,収束がさらに改善可能であることを発見した.従来の方法では,途中で前処理を変化させるためには,係数行列の再構成が必要となるため,多くの演算量がかかる。しかしながら,開発した方法では,前処理で利用する要素とそれに対応する直前の反復計算で得られた残差量のスカラー積のみで計算が可能である.この手法によって,反復回数が改善されることを応用数理環瀬戸内研究部会年会で発表した.この新しいアルゴリズムにおいて,反復過程中で最適な前処理を選択するための条件の導出は今後の課題である.研究課題「計算機のための適応型前処理付き反復解法の研究」にそって今年度は次の点に絞り研究を行った,(1)特徴のある密な小行列に対する前処理の適用,(2)前処理による精度の違いの検証,(3)模範的な大型疎行列に対する前処理の適用,(4)BiCG-Stab法との比較である.(1)については,前処理の効果として非優対角行列の優対角化が期待できるということを応用数理学会2004年度年会にて報告した.すなわち,反復法が収束しない場合にも前処理を利用することによって収束可能となるということである.その前処理行列を生成するためのいくつかのアルゴリズムを開発した.(2)については,九州で行われた国際会議SCAN2004にて報告を行った.前処理付反復解法によって得られる近似解は前処理無しの場合に比べ,大きな差が生じることがあることが分かった.収束判定で利用しているノルムでは精度は変わらないが,精度のムラが大きくなっていることが分かった.この観点から,我々の前処理によって,反復の演算を部分的に行うことによって,全体の演算量を減らすことが可能であると推察される.(3)(4)については,京都大学数理解析研究所研究集会「21世紀における数値解析の新展開」および環瀬戸内応用数理研究部会年会にて報告を行った.模範的な大型疎行列として5重対角行列をパラメータによって作成し,我々の手法を適用した.その結果,Gauss-Seidel法は問題が対称,非対称にかかわらず,その優対角度に大きく依存した反復回数が得られ,前処理行列として利用する要素の値が大きいほど,その効果が大きいことが分かった.比較のためにクリロフ部分空間法のBiCG-Stab法を使用し,その効果を調べた.その結果,我々の前処理を適用したBiCG-Stab法は,非対称の場合,前処理に利用する要素に大きく依存する興味深い結果が得られた.研究課題「計算機のための適応型前処理付き反復解法の研究」にそって,前年度においては与えられた行列の性質で分類し,さまざまな前処理を適用し実験を行った,その結果,最適な前処理の導出を考える材料となり,前処理の提案を行った.さらには反復法としてBiCG-Stab法との比較も行った.今年度はその前処理行列を反復アルゴリズムに効率的に組み込むためのアルゴリズム開発を中心に研究を行った.適切な前処理行列を用いることは非常に重要な課題であるが,最適な前処理を構成するために膨大な演算量がかかった場合は意味が無い.したがって,少ない演算量で前処理行列を効果的に適用できるアルゴリズムの開発が急務であり,その結果,既存の反復解法アルゴリズムに容易に適応でき,効果が得られると期待できる.そのことから新しい前処理付反復アルゴリズムを開発し,応用数理学会論文誌に発表した.また,従来のアルゴリズムとの比較,そしてクリロフ部分空間法とのハイブリッドの実験結果を示した.新しく開発したアルゴリズムは反復過程中に前処理要素を変化させることが可能であり,その結果,収束がさらに改善可能であることを発見した.従来の方法では,途中で前処理を変化させるためには,係数行列の再構成が必要となるため,多くの演算量がかかる。しかしながら,開発した方法では,前処理で利用する要素とそれに対応する直前の反復計算で得られた残差量のスカラー積のみで計算が可能である.この手法によって,反復回数が改善されることを応用数理環瀬戸内研究部会年会で発表した.この新しいアルゴリズムにおいて,反復過程中で最適な前処理を選択するための条件の導出は今後の課題である.
新しい高屈折率物質と高度自己組織化による完全光学結晶の作製と光学機能の研究

本研究におけるフォトニック結晶とは,粒径のそろった微粒子を配列させて得られる人工オパールをさす。本研究ではフォトニック結晶の作製法として逆オパール法と呼ばれる方法を改良して用いた。高屈折率を示す金属の酸化物を鋳型内に析出させるために、金属イオンを含む電解液から電極上に形成した鋳型に金属酸化物を電解析出させて,実験は成功した。屈折率3を超える酸化銅が充填された逆オパール膜を形成し,良好な光バンドギャップの生成を確認した。この実験結果は,まだ最初のものであり,今後,実用的な高屈折率の逆オパール膜を作成して,発表および実用化を目指す。一方、液晶とコロイド微粒子の階層的自己組織化による光機能についても検討した。この系では,直径5nm程度の超微粒子となっているため自己組織化が難しい金ナノ粒子を液晶の配向を利用して自己組織化する。この実験の目的は誘起半導体液晶ホスト内に形成された伝導性ナノワイヤの精製を目指した。その結果,ホストからゲストの金ナノ粒子への電子移動が観測され,この系が,ミクロ電極として有望なものであることが示唆された。この結果は2012年度日本化学会で発表した。この方法を用いると,いかなる材料であってもテンプレートの隙間に充填する事ができればフォトニック結晶を作製できる。高屈折率を示す金属の酸化物を鋳型内に析出させるには、次の2つの方法を試した。ひとつは金属イオンを含む電解液から電極上に形成した鋳型に金属酸化物を電解析出させる方法である。実験は成功し,屈折率3を超える酸化銅が充填された逆オパール膜を形成し,良好な光バンドギャップの生成を確認した。もうひとつの方法は、金属アルコキシドなどを前駆体とするプロセスにより金属酸化物を得る方法を試した。しかしこのプロセスは非常に困難で,得られた膜は良好とは言えなかった。今後アプローチをかえて再度挑戦する予定である。作製したフォトニック結晶の光禁制帯の構造を光学的に評価する予定であったが,一つ目の高屈折率オパールの光透過特性を調べた。その結果,消光比100に及び,波長幅100 nm程度に広がった非常にコントラストのある光学特性を見いだした。この系では,直径5 nm程度の超微粒子となっているため自己組織化が難しい金ナノ粒子を液晶の配向を利用して自己組織化する。平成23年度は研究計画にあるとおり逆オパール法によるフォトニック結晶の作製に取り組んだ。同じく研究計画にある逆オパール法の前提となる粒径のそろった粒子の選別法は困難ではあるが実現できている。具体的には溶媒と粒子との比重の差を小さくし短いカラムでも大きな分離能率を得ている。一方,研究計画に含まれる発展的な研究について大きな成果を上げつつある。1つはナノ光ファイバーの周囲に高品質な人工オパールの単層膜を作成できたことである。オパールを作成する方法を工夫し,直径500 nm程度の非常に細いガラスのファイバーの周囲にきれいに微粒子を並べることができた。この研究の過程で,細い親水性のファイバーを水にたらして水面をゆっくり低下させた時に,ファイバー・大気・水の3相の界面にできるメニスカスは動的な不安定性を持つことを示唆する実験結果が出つつあり,界面の非線形的な性質があると考えている。この成果は発表に向けて準備中である。もう1つは学会発表を行った液晶・金ナノ粒子の光電変換の効率の向上についてである。

有機半導体であるHAT液晶の自己組織化能力とと金ナノ粒子の電気伝導生を組み合わせて,光キャリアの効率的な捕集を目指している。現在のところ,液晶から金ナノ粒子への電荷分離を観測できている。以上のことをまとめると,逆オパール法の手法について改善を行った。光ナノファイバーの周囲に炭層の人工オパールの作成に成功した。有機半導体である液晶の光キャリアの金ナノ粒子による捕捉に成功した。研究計画に沿っておおむね順調に進んでいる。しかし学会発表は行っているが,まだ雑誌への投稿には準備段階にある。研究計画にある作成した逆オパールの光学特性の評価に取り組む。また完全光禁制帯を実現するための,高屈折率を持つ酸化銅の逆オパールの作成にも取り組む。次年度は,おおむね研究計画に沿って備品がそろったことから,消耗品,学会発表旅費,論文投稿費用に支出する予定である。
二次細胞壁のパターン形成を支配する空間シグナルの解明

平成28年度には逆遺伝学的な手法により同定した新規の二次細胞壁パターンの制御因子の解析を進めました。それらの因子のうち、細胞膜および微小管と相互作用する新規のタンパク質は、表層微小管が脱重合状態から重合状態に移行するレスキューを促進することにより、表層微小管の重合を正に制御していることがわかりました。この微小管に対する効果に加え、細胞膜と相互作用することにより、相乗的に細胞膜上の活性型ROP GTPaseの局在を制限していることがわかりました。微小管に対する作用機構を明らかにするために、大腸菌を用いてGSTおよびHisタグを融合したリコンビナントタンパク質を精製しました。しかしながら、精製したタンパク質は不安定であったため、in vitroにおいて微小管との相互作用および微小管のダイナミクスに対する作用に関して知見を得ることはできませんでした。逆遺伝学的な手法により同定した新規のテザリングタンパク質であるVETH1およびVETH2に関しても解析を進めました。その結果、VETH1およびVETH2が相互作用するCOG2タンパク質がExocyst複合体のサブユニットとも直接結合することが分かりました。さらにExocyst複合体サブユニットが道管において表層微小管に沿って局在すること、またExocyst複合体サブユニットのシロイヌナズナ変異体では部分的に二次細胞壁パターンの消失が観察されたことから、これらの因子が微小管に沿った二次細胞壁の沈着を誘導していることが示唆されました。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度は根の木部道管の二次細胞壁パターンに異状を示す変異体のスクリーニングを行い、多数の変異体を単離しました。主な表現型としては壁孔の密度や壁孔の大きさ、形状、方向性に異常が見られる変異体に着目しました。これらの変異体のバッククロスを進め、次世代シークエンサーを用いてゲノムリシークエンスを行う準備を進めました。さらに変異体とLandsberg系統とで交配を行い、そのF2集団を用いてラフマッピングを行う準備を進めました。同一の表現型を示す固体間で交配を行い、そのF1個体の表現型を指標にしてアレリズムテストを行い、各表現型の変異体で複数の原因遺伝子が存在する可能性を見出しました。また、これまでに逆遺伝学的な手法により同定した二次細胞壁パターンの新規制御因子の解析を進めました。その中で同定した新規の微小管付随タンパク質は複数の微小管付随領域と、細胞膜付随領域を有しており、これらの複数の領域により通常の微小管付随タンパク質よりも強固に微小管に結合していることが分かりました。また、細胞膜との相互作用により表層微小管に特異的に作用し、その重合を促進し、細胞膜上の活性型ROP GTPaseの局在に影響することが分かりました。計算機シミュレーションを行った結果、このタンパク質の微小管への作用と、活性型ROP GTPaseのシグナル経路とのバランスが後生木部道管の二次細胞壁パターンを決定していることが示唆されました。変異体の単離と解析が予定通り進みました。また、新規制御因子の解析も予定通り進み、新知見を得ることに成功しています。今後は新規に単離した変異体の原因遺伝子を同定するために、バッククロスを進めた集団から表現型を示す個体群と対象の個体群について次世代シークエンサーを用いてリシークエンスを行い、両者の比較解析から原因遺伝子の候補を割り出します。候補遺伝子の相補およびT-DNA挿入変異体の解析から原因遺伝子を特定します。さらに新規の二次細胞壁パターン制御因子は生化学的な手法も用いて機能を解析します。
移動終了後の大脳皮質ニューロンにおける分化・成熟過程の解明

大脳皮質の前駆細胞は、性質の異なる6層のニューロンを産生するが、その分化決定は前駆細胞が最終分裂する際になされると考えられていた。しかしながら我々のグループは近年、大脳皮質第IV層への分化がより後期(ニューロンの移動終了後)にも制御され得るとの結果を得た。そこで本研究では、移動終了後の皮質第IV層のニューロンの分化決定機構の解明を目的とし、視床皮質投射線維が重要な役割を果たしているという知見を得た。大脳皮質を構成するニューロンは神経系前駆細胞から誕生するが、現在まで層特異的なニューロンの分化は前駆細胞が最終分裂する時期に決定されるとの考えが広く受け入れられている。しかしながら我々は近年、大脳皮質第IV層への正常な分化が前駆細胞の時期ではなく、ニューロンが移動を終了した後に決定されることを強く示唆する結果を得ている。そこで本研究では、皮質第IV層のニューロンが、ニューロンの移動終了後、どのような機構によって皮質第IV層へ分化決定されるのかを明らかにすることを目的とし、以下に示す点について検討を行った。1.視床皮質投射線維の欠損マウスの解析皮質第IV層のニューロンは視床からの投射を受ける細胞集団であるため、視床皮質投射線維と皮質第IV層ニューロンの分化について検討を行った。視床皮質投射線維の欠損・低形成が報告されているOLPC遺伝子欠損マウス、Netrinl遺伝子欠損マウスの解析を行ったところ、皮質第IV層ニューロンのマーカー分子であるRORbetaの発現が低下するという知見を得た。従って、視床皮質投射線維が皮質第IV層ニューロンの分化・成熟を制御する可能性が示唆された。2.視床との共培養による皮質第IV層形成の再現視床皮質投射線維による第IV層の分化誘導を直接に明らかにするため、in vitroの培養系を用いて検討を行った。視床と大脳皮質の共培養によって、視床から皮質への軸索の投射が再現されることが報告されており、この系を用いて検討を行った。その結果、視床と大脳皮質の共培養において、皮質第IV層のマーカー分子の発現変化は観察されなかった。大脳皮質の培養片に侵入する視床の軸索量を調べたところ、少数の軸索しか観察されなかった。従って、視床の軸索量の少なさに起因してその効果が見えなかった可能性が考えられ、今後培養条件の改善を行う予定である。大脳皮質を構成するニューロンは神経系前駆細胞から誕生するが、層特異的なニューロンの分化は前駆細胞が最終分裂する時期におおよそ決定されるとの考えが現在まで広く受け入れられている。そこで本研究では、皮質第IV層のニューロンが、ニューロンの移動終了後、どのような機構によって皮質第IV層へ分化決定されるのかを明らかにすることを目的とした。皮質第IV層のニューロンは視床からの投射を受ける細胞集団であるため、視床皮質投射線維と皮質第IV層ニューロンの分化について検討を行った。DCC遺伝子欠損マウスで視床皮質投射線維の欠損・低形成が報告されていたため、このマウスを解析したものの、視床皮質投射の低形成が観察されなかった。そこで、前年度に引き続き、この投射線維の欠損・低形成が報告されているOLPC遺伝子欠損マウス、Netrin1遺伝子欠損マウスの解析を行い、皮質第IV層ニューロンのマーカー分子であるRORbetaの発現量が低下するという知見を得た。また逆に、皮質第II/III層ニューロンのマーカーの発現量が上昇するという知見を得た。本研究から、視床皮質投射線維が皮質第IV層の正常な分化に必須であることが示唆された。この結果は同時に皮質第IV層の分化決定はニューロンが移動を終了した後に起こるという仮説を支持している。本研究の知見は、大脳皮質のニューロンの多様性を生み出す仕組みの理解に、重要な示唆を与えるものと考えられる。
骨誘導性サイトカインを含む傾斜機能型DNAフィルムの開発

アルキル鎖の異なるn-アルキルアルコール(C=4C=20)とアミノ酸(グリシン、L-アラニン、L-グルタミン酸)から合成したアミノ酸エステルカチオン性人工脂質とDNA(100bp)を反応させてDNA/アミノ酸エステル複合体を合成した。その中からフィルムになったもの(グリシン系:C=10C=18、アラニン系:C=10C=16、グルタミン酸系:C=4C=14)について臭化エチジウムのインターカレーションを行い、アミノ酸エステルカチオン性入工脂質の化学構造とインターカレーション、引っ張り強さおよび抗菌、抗真菌性テストの相関を調査した。その結果インターカレーションについてはアルキル鎖が短いものの方が速かったが、引っ張り強さについての相関は認められず1.92.4Mpaであった。また、抗菌性および抗真菌性テストではDNA/C10-Gly、DNA/C12-Gly、DNA/C10-L-Ala、DNA/C12-L-Alaは、すべての真菌について、DNA/C14-Gly、DNA/C14-L-AlaはC.tropicalis以外の真菌に対して抗真菌性を示した。他は、DNA/C16-L-AlaがC.glabrataに抗真菌性を示した以外は抗真菌性を示さなかった。つぎにこれらの中で抗菌性が優れていたDNA/C10-Gly、DNA/C12-Gly、DNA/C10-L-Ala、DNA/C12-L-Ala、に骨誘導性サイトカインであるBone Morphogenetic Protein(BMP)あるいはbasic-Fibroblast Growth Factor(b-FGF)を結合させた、すなわち、人工脂質修飾DNA複合体の骨誘導性をラットの動物実験で検討した。しかし、顕著な骨誘導性は認められなかった。人工脂質の化学構造とDNAのフィルム化の関連を調査するために、アルキル鎖の異なるn-アルキルアルコール(C=4C=20)とアミノ酸(グリシン、L-アラニン、L-グルタミン酸)からカチオン性人工脂質であるアミノ酸エステルを20種類合成した。そして、これら合成人工脂質とDNA(100bp)を反応させてDNAアミン酸エステル複合体を合成した。得られた複合体はすべて水不溶性を示したのでクロロホルム/エタノール混合溶媒に溶解し、フィルム化を試みた。その結果、フィルムになったのはグリシン系の場合はC=10からC=18、アラニン系の場合はC=10C=16、グルタミン酸系の場合はC=4からC=14であり、人工脂質の化学構造とDNAのフィルム化には相関があることが明らかとなった。フィルム化が可能であるDNA/アミノ酸エステル複合体の高次構造をCDスペクトルで分析したところ、すべてNative DNAのスペクトルと類似しており、ラセン構造が保持されていることが確認できた。さらに、フィルムを臭化エチジウム水溶液に入れ、分光分析による臭化エチジウムの濃度変化を追跡したところ、臭化エチジウムがすべてのフィルムにインターカレーションすることが明らかとなり、フィルム化してもラセン構造が保持されていることがここでも確認できた。この様に得られたDNAフィルムがラセン構造を保持していることが明らかとなったので、次にこれらフィルムの生体親和を評価するためにラット皮下実験を行ったところ、炎症反応もほとんどなく生体親和性も良好であることが明らかとなった。一方、骨誘導性サイトカインであるBone Morphogenetic Protein(BMP), Transforming growth factor-β(TGF-β), basic-Fibroblast Growth Factor (b-FGF)をDNA反応させて結合状態を水晶発振装置で追跡したところDNAのシークエンスに関係なく結合することが明らかとなり、骨誘導性サイトカイン含有償斜機能型DNAフィルムの開発の可能性が示唆された。

アルキル鎖の異なるn-アルキルアルコール(C=4C=20)とアミノ酸(グリシシ、L-アラニン、L-グルタミン酸)から合成したアミノ酸エステルカチオン性人工脂質とDNA(100bp)を反応させてDNA/アミノ酸エステル複合体を合成した。その中からフィルムになったもの(グリシン系:C=10C=18、アラニン系:C=10C=16、グルタミン酸系:C=4C=14)について臭化エチジウムのインターカレーションを行い、アミノ酸エステルカチオン性人工脂質の化学構造とインターカレーション、引っ張り強さおよび抗菌、抗真菌性テストの相関を調査した。その結果インターカレーションについてはアルキル鎖が短いもの方が速かったが、引っ張り強さについての相関は認められず1.92.4MPaであった。また、抗菌性および抗真菌性テストではDNA/C10-Gly、DNA/C12-Gly、DNA/C10-L-Ala、DNA/C12-L-Alaは、すべての真菌について、DNA/C14-Gly、DNA/C14-L-AlaはC.tropicalis以外の真菌に対して抗真菌性を示した。他は、DNA/C16-L-AlaがC.glabrataに抗真菌性を示した以外は抗真菌性を示さなかった。つぎにこれらの中で抗菌性が優れていたDNA/C10-Gly、DNA/C12-Gly、DNA/C10-L-Ala、DNA/C12-L-Ala、に骨誘導性サイトカインであるBone Morphogenetic Protein(BMP)あるいはbasic-Fibroblast Growth Factor(b-FGF)を結合させた、すなわち、人工脂質修飾DNA複合体の骨誘導性をラットの動物実験で検討した。顕著な骨誘導性は認められなかったが骨誘導性を示唆する試料もあった。
非定常3次元翼に発生するキャビテーションの数値解析に関する研究

前年度の2次元翼を対象とした非定常シートキャビテーションの数値解法(SQCMというパネル法に基づく方法)を3次元問題に拡張した。3次元問題の数値解析手法は基本的に2次元問題と同様であるが、前年度の手法をそのまま用いるとHeaving振動する翼やSinusoidal Gustを通過する翼の問題に対しては計算時間が長くなることが予想されたので、これらの問題を取り扱う際には、静止状態から急に一定速度で進行する翼を表すWagner問題として計算を開始して定常状態に近づけてから非定常運動を行うといった手法を新たに考案した。そして、このような手法により1周期の変動が安定する時間が早くなり、計算時間を大幅に短縮できることを確認した。3次元問題に拡張した数値解法を部分キャビテーションが発生するWagner問題、Heaving振動する翼およびSinusoidal Gustを通過する翼の問題に適用し、キャビティ形状や翼表面の圧力分布、翼の揚力・抗力を求めたところ、Wagner問題については定常解と一致し、その他の問題では安定した周期的な計算結果が得られた。また、計算結果の一部を他の研究者の計算結果と比較したところ、ほぼ同様な傾向を示し、本数値解法の妥当性が確認された。さらに本数値解析法を部分キャビテーションだけではなく、キャビテーション長さが翼のコード長より長いスーパーキャビテーション状態にも適用できるように拡張した。そして、Sinusoidal Gustを通過する翼について、部分キャビテーションとスーパーキャビテーションが混在する状態で計算を行ったところ、キャビティ長さ、キャビティ体積、揚力係数および抗力係数などの計算値は1周期について完全には一定とはならなかった。これは、翼端付近の部分キャビテーションが不安定であることと、部分キャビテーションとスーパーキャビテーションの境目付近の計算の難しさが原因として考えられる。今後この原因を詳細に調査し、数値解法を改良する必要がある。本年度は非定常2次元翼を対象として非定常キャビテーションの数値解析上の諸問題を明らかにし、それらの解決に重点を置いた。始めに計算法の概略を述べる。既に開発済みの2次元非定時SQCM(九州大学で開発したパネル法の一種、Kutta条件を容易に満足させることが可能)に従って時間領域での非定常計算を行なうこととし、渦保存則より後流渦の強さを時間ステップごとに求めながら計算を進める。キャビティ表面では圧力一定条件を、それ以外では物体表面条件を課し、吹出しおよび渦分布を求める。キャビティ形状は、これらの特異点分布から求まる流れの向きに沿うようにキャビティ表面のパネルを移動することにより得られる。キャビティ形状が収束するまでパネルを移動させた後、キャビティ後端の開き幅を調べ、これが目標開き幅と一致するまでキャビティ長さを変えながら繰り返し計算を行う。以上の計算が終了した後、後流渦を後方に移動させ、次のタイムステップに移る。計算時間を短縮するため、ある程度の間Wagner問題として取り扱い、その後非定常運動を始めるような工夫を施した。なお、本計算法は部分キャビテーションとスーパーキャビテーションの両方に適用可能である。Wagner問題、Sinusoidal Gust中の問題、ヒービングおよびピッチング運動に対して本計算法を適用し、キャビティ形状や翼表面の圧力分布、翼の揚力・抗力を求めた。他の研究者の計算結果と本計算法の結果を比較したところ、同様な結果が得られることがわかった。また、非定常問題の場合、翼の非定常運動に対して、位相のずれが生じることが知られているが、本計算法でもこの傾向が表れており、本計算法の有効性が確認できた。来年度は本計算法を3次元問題へ拡張する。
黄色ブドウ球菌ロイコシジン及びγヘモリジンの血球識別機構の解析

黄色ブドウ球菌のロイコシジンはLukSとLukF、γヘモリジンはHlg1とHlg2タンパク質から構成される細胞崩壊毒素である。神尾らの研究により、毒素成分の内LukFとHlg1は同一遺子産物であること、また、白血球に対する認識成分であるLukSは、赤血球に対する認識成分Hlg2とアミノ酸レベルで72%相同である事実が明らかにされた。本研究では、この様にタンパク質としては極めて類似するロイコシジンとγヘモリジンの細胞認識機構、及び細胞崩壊機構について研究した。初年度において、γヘモリジンの二成分が、ヒト赤血球膜上で集合して外径9nm、内径3nmのリング状複合体を形成し、この複合体が実効内径2.1-2.4nmの膜孔(membrane pore)を形成する事実を示した。γヘモリジンの膜孔複合体を赤血球膜から単離して、複合体がHlg1(=LukF)とHlg2成分を各々3分子含有することを示した。2年度においては、さらに、ロイコシジンの二成分が、ヒト多形核白血球およびウサギ赤血球の細胞膜においてモル比1:1の割合で集合してリング状の膜孔(membrane pore)複合体を形成する事実を明らかにした。ロイコシジンの膜孔複合体は、γヘモリジンの膜孔複合体と同様に、約200kDaの大きさであることが判明し、複合体はLukSとLukF成分を各々3分子含有していると推定した。また、ロイコシジン膜孔の実効内径は1.9-2.1nmであったが、この値は、γヘモリジンの膜孔内径に比較すると僅かに小さい値であった。黄色ブドウ球菌のロイコシジン及びγヘモリジンは、二成分のタンパク質から成る細胞崩壊毒素(LukSとLukF、Hlg1Hlg2)である。我々は両毒素の遺伝子をクローニングして、異種タンパク質と考えられていたLukFとHlg1が同一遺伝子産物である事実(F=Hlg1)を見いだした。本研究では、γヘモリジン及びロイコシジンの細胞崩壊機構を明らかにするために、両毒素が形成する膜孔複合体の分離とその組成の解明を試みた。(1)γヘモリジンについては、各種大きさのポリエチレングリコール存在下における溶血活性を測定し、この毒素が内径2.1-2.4nmの膜孔を形成することを明らかにした。この膜孔の分子的実体を明らかにするために、毒素処理したヒト赤血球の細胞膜を界面活性剤で可溶化した後にショ糖密度勾配遠心法によって分画して、分子量約200kのリング状の毒素複合体を分離した。このリング状構造体の大きさは外径7nm、内径3nmであり、γヘモリジンの二成分をモル比1:1で含有する事実が明らかになった。(2)ロイコシジンについては、毒素処理したヒト白血球の膜表面に外径7nm、内径3nmのリング状構造が観察され、同様のリング状の毒素複合体が白血球膜から単離された。ロイコシジンの複合体もγヘモリジンの複合体と同様に二成分をモル比1:1で含有することが示された。ロイコシジンがウサギ赤血球に対して溶血活性を示す事実に基づいて、ポリエチレングリコール存在下における溶血活性を測定することにより、この毒素の形成する膜孔の内径を1.8-2.1nmと決定した。以上の結果から、γヘモリジン及びロイコシジンは、各々の標的細胞の膜表面において、各々の毒素成分がモル比1:1で集合してリング状の膜孔複合を形成する事実が明らかになった。黄色ブドウ球菌のロイコシジンおよびγヘモリジンは、二成分細胞崩壊毒素であり、ロイコシジンはLukSとLukF、γヘモリジンはHlg1とHlg2タンパク質から成る。

我々はすでに、γヘモリジンの二成分が、ヒト赤血球の膜上でモル比1:1の割合で集合してリング状の膜孔(membrane pore)複合体を形成する事実を示した。本研究では、ロイコシジンの二成分が、ヒト多形核白血球およびウサギ赤血球の細胞膜においてモル比1:1の割合で集合してリング状の膜孔(membrane pore)複合体を形成する事実を明らかにした。ロイコシジンのリング状膜孔複合体を標的細胞膜から単離して、SDSポリアクリルアミド電気泳動および電子顕微鏡によって分析した。そに結果、ロイコシジンの膜孔複合体は、γヘモリジンの膜孔複合体と同様に、約200kDaの大きさであることが判明し、複合体はLukSとLukF成分を各々3分子含有していると考えられる。一方、ロイコシジンの膜孔複合体は、γヘモリジンの膜孔複合体と比較して構造的にやや不安定であり、細胞膜の可溶化処理によって4量体に相当する140kDaの毒素オリゴマーを生成した。また、ロイコシジン膜孔の実効内径は1.9-2.1nmであったが、この値は、γヘモリジンの膜孔内径(2.1-2.4nm)に比較すると僅かに小さい値であった。
染色体ダイナミクスの生化学・構造生物学的解析

染色体の構造は細胞周期を通してダイナミックに変動している。近年、この染色体構造のダイナミクスが、遺伝子の発現制御、DNA複製、DNA組換えなどを調節するために重要な役割を果たしていることが示されてきた。本研究では、染色体ダイナミクスとDNAの機能発現との相関を、精製タンパク質群による試験管内再構成系を用いた生化学的および構造生物学的解析によって明らかにすることを目的とする。染色体高次構造の変動は、染色体の主要な構成因子である、ヒストンタンパク質群と、ヒストンに直接結合するストンシャペロンが中心的な役割を果たす。そこで、本研究では、ヒストンシャペロンとして、ヒトNAP1、NAP2、PP2Cγを選定し、これらをリコンビナントタンパク質として精製した。そして、すでに確立した精製ヒストンを用いた試験管内再構成系によって、ヒストンシャペロンのクロマチン構造形成機構を、ヌクレオソームレベルで解析した。その際、ピストンH3として、ヒトで見いだされている5種類のヒストンH3バリアント、H3.1、H3.2、H3.3、H3t、CENP-Aのすべてを精製して用いた。その結果、NAP2およびPP2Cγにはヒストンバリアント特異性が認められなかったが、NAP1はH3tによるヌクレオソーム形成に欠損を持つことが明らかになった。並行して、ピストンH3バリアントを含むヌクレオソームの結晶化を行い、精巣特異的に発現が認められるH3tを含むヌクレオソームの立体構造を決定することに成功した。また、新規ヒストン結合タンパク質を、HeLa細胞抽出液と精製ヒストンを結合したビーズを用いたプロテオミクス解析によって検索し、ヒストン結合タンパク質群のカタログを作成した。染色体ダイナミクスをヌクレオソームレベルで解析するために、ヒト由来のヒストンをリコンビナントタンパク質として精製し、試験管内再構成系によりヌクレオソームの再構成を行った。特に、ヒトにおいて確認されているピストンH3バリアント、H3.1、H3.2、H3.3、H3.1tに着目し、それらをリコンビナントとして発現精製して、ヌクレオソーム形成能を調べた。その結果、これら全て4種類のヒストンH3バリアントは、いずれも試験管内でヌクレオソーム構造を形成することが明らかになった。次に、クロマチン構造ダイナミクスにおいて、ヌクレオソームの形成や解離のステップで重要な役割を果たすヒストンシャペロンに着目し、それらの反応機構をリコンビナントタンパク質を用いた試験管内再構成系によって検討した。本年度では、NAP1、NAP2、そして新規ヒストンシャペロンPP2Cgammaを特に取り上げ、それらの精製系を確立した。そして、それらのヒストンシャペロンとヒストンバリアントとの相互作用およびそれらのヌクレオソーム形成に及ぼす影響の解析を、試験管内再構成系を用いて行った。その結果、NAP2およびPP2Cgammaは全てのヒストンH3バリアントのヌクレオソーム形成を触媒することができるが、NAP1は精巣にて高発現が確認されているH3tのヌクレオソーム形成能において顕著な欠損を有することが明らかになった。NAP1は、その他のヒストンバリアントと同様に、H3t-H4複合体への結合能は持っているが、H3t-H4複合体をDNA上ヘローディングする能力が低いことが分かった。これらのことは、ヒストンシャペロンによる染色体ダイナミクスを理解する上で、重要な新発見であった。
生体分子の認識能を利用した固体表面のナノスケール組成分析プローブ顕微鏡技術の開発

本研究の目的は2000年代前半から注目されてきた"特定の材料に対して特異的に高いアフィニティーを示すペプチド(以後、材料結合ペプチドと示す)"の材料認識能を利用し、従来不可能であった溶液中におけるナノスケールの分解能での表面化学組成分析技術を開発することである。我々は以前の研究でターゲット材料に対する結合メカニズムが明らかにされているTi結合ペプチドを用いて探針の設計、測定条件の最適化を中心に上記技術の開発を行った。多種の材料により形成される複雑なナノ構造を持つハイブリッドナノデバイスへの注目を集めている。それに対応して表面、物質の構造とその化学組成を同時に観察する技術の重要性が高まっている。エネルギー分散形X線分光器(EDX)と走査型電子顕微鏡(SEM)、あるいは電子エネルギー損失分光法(EELS)と透過型電子顕微鏡(TEM)の複合システムはナノサイズの構造を有する材料の形状、化学組成を同時にモニターできる強力な手段である。しかしながらこれらの手法では測定は高真空中で行われ、試料も真空環境への互換性が要求される。それ故これらの手法を電気化学、あるいはコロイド界面化学など、溶液環境下でのその場観察を行うことは出来ない。一方、走査型プローブ顕微鏡は真空中、大気中、溶液甲など様々な環境下での測定が可能であるが、局所的な化学組成・化学状態の分析には適さない。本研究では近年注目を集めている「特定のターゲット材料に特異的に吸着するペプチド」を応用し、水溶液環境下におけるナノスケールの化学組成分析技術の確立を目指した。当該年度ではTiを認識するペプチドで修飾した原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、水溶液中いで固体表面を走査することで、Tiを含む領域とそれ以外の領域を明確に区別することに成功した。本研究成果は水中でナノスケールで化学組成分析を行った初めての例である。さらにTiとTi認識ペプチド間の単一分子の相互作用測定も行い、その結果から水中における弱い静電気的相互作用、水素結合などを利用して表面の化学分析を行うには高い負荷速度での測定が適しているという知見を得た。本手法では固体表面の化学組成のコントラストは原子間力顕微鏡(AFM)探針と固体表面間に作用する接着力の差として現れるが、ポリエチレングリコールなどのスペーサ分子をペプチドと探針間に導入することで、ペプチド分子の空間的自由度が増加し、化学組成像が劇的に明瞭になる事が明らかとなった。また探針と試料表面の接着時間もコントラストに大きな影響を与えることを明らかにした。また、本研究の手法は他の材料結合ペプチド分子にも適用が可能である事を示した。具体的には異なる材料結合ペプチドを選択し、AFM探針上に固定することで、金属、半導体、酸化物、ナノカーボン材料など、最先端の工業製品で用いられる様々な材料を含む系の材料分析が可能である事を示している。また、本研究で確立した手法は今後、電極表面における電気化学反応、生体分子の鉱物化プロセスなど、従来解析が困難であった様々な分野の液中表面化学反応のその場観察で応用されることが期待される。
11世紀から13世紀のイングランドにおけるジェントリ的州共同体の社会と構造

本研究は、イングランド南東部のケント州を対象として、そこにおける騎士・ジェントリの州共同体の形成過程を、一次史料(原史料)と必要な二次文献を渉猟して、可能な限り全構造的に明らかにすることを目的とした。研究では地域において自他共に「生まれよきもの」とされた「よき人々」、あるいは在地的な小貴族の家系を再構成し、彼らのアイデンティティと心性を明らかにして全体史的な視点から地域社会の原生形態を明らかにした。長い11世紀と呼ぶ960年代から1130年代にかけて、ローマ教皇庁を頂点とするラテン的キリスト教世界が誕生し、そのなかでイングランドのような公式の王国と後戻りすることのない地域社会が成立したのである。イギリス人の国王に勤務する小貴族セインは地域の紛争解決においても自立的な役割を果たした。彼らの生活圏とその記憶の領域が地域であった。1066年のノルマン征服はその記憶を断絶させることなく大陸からの移住者を吸収同化して「新しいイギリス人」と地域社会を再編成した。たしかに土地保有権の階梯が徐々に形成されてはいったが、紛争解決の方法や地域社会の構造は12世紀になるまで大きな変化はなかったのである。しかし世紀中葉以降には、王権が派遣する巡回裁判官が地域社会と王権=中央を結び始め、保有権の国制化は、それまでの戦士という機能を表す騎士と生まれの良さを示すジェントリを同じレベルの社会的身分としての把握する契機を王権に与えた。制度的領域国家の出現は騎士とジェントリの共同体としての州の出現と不即不離の関係にある。こうして地方自治の母国イングランドの地域社会が生まれたのである。1.【史料論】4月2日から5日までの4日間、熊本大学において、日英中世史料論のシンポジュウムを主催した。内外より100名弱の研究者を招いて、日英における、証書系文書、台帳系文書、中央政府の資料保管、宗教組織の史料補間の類似と差異を、(1)文書の層序学、(2)文書の歴史(記録・保管・伝来)、(2)公と私、(3)文書の責任範囲、(4)中世文書の宗教性という視点から検討した。その成果は論文として報告者の一人、デイヴィット・ロフ博士と共著の形で(11参照)発表した。この史料論的整理によって、本研究で使用する史料的前提を整えた。2.【騎士とジェントリのアイデンティティと神話】13世紀から14世紀に、地域の農民的騎士が、州を拠所としてジェントリ的州共同体に結集し始めた。それは中央宮廷での王国共同体形成に対応した動きであった。この2つの両輪が「国民国家j形成の長い道のりを転がり始めた。彼らジェントリの州に対するアイデンティティとそれを表す神話の歴史的説明に関する論文を発表した(11参照)。3.【騎士とジェントリのケース・スタディ】7月23日から8月4日までの在外(連合王国)研究において大英図書館、ケント州古文書館とロンドン大学歴史研究所で史料収集を行った。とくに、騎士であると同時にイギリス海峡をまたにかけた「海民」集団の指導者的家門が、ジェントリ的州共同体の成立のなかで農村ジェントリ的な騎士家族へ変質していく過程を11世紀から13世紀まで再構成した。その結果の一部は、今年7月リーズ国際中世学会で報告する。2001年に熊本大学で実施した日英中世史料論のシンポジウムの報告を、日本中世史家である春田直紀助教授(熊本大学)と『古文書研究』誌上で行った。また、オスカー・ハレツキ『ヨーロッパ史の時間と空間』の翻訳と監修を行った。今年度は、11世紀の主として古英語で記載された「告知文書」の収集と解読を行い、1066年以前のジェントリ家門の抽出を、1066年以降にノルマンディから渡英した騎士家族の抽出とともに行い、20例ほどのジェントリ家族の再現を行った。

ジェントリ家系としては、ノルマンディから渡ってきたヴィタールとその子孫の家系を追うことで、騎士ヴィタールが単なる戦士にとどまらず海峡世界に暮らす実務的識字能力をもつ海民的商人であること、その子孫は13世紀までに商人的性格を失い、内陸的農村ジェントリに転化していったこと、等を明らかにした。従来固定観念で見られていた騎士とは異なった実態に迫るとともに、その社会的変質のひとつのパターンを提示できた。この「発見」に関しては現在論文執筆中であり、そのアウトラインを5月の日本西洋史学会で報告する。7月3日から8月1日まで英国に滞在した。大英図書館、ロンドン大学歴史研究所で文献・史料調査を行った。7月8日から11日までリーズ大学で開催された「国際中世史学会」で107(Associations and Identities in medieval England)と207(Charters and their function in twelfhth-century Britain)の二つのセッションを経営し、後者の司会と前者ではWomen and Corrody in twelfth-century Kentと題する報告を行った。老人の扶養を修道院が行うcorrody制度の、12世紀初頭における具体的な契約形態と祈祷兄弟盟約との関係を明らかにしたのは英国でも報告者の論文が始めてである。死者と生者が同じ意識の中にいる死生観の下で、寡婦の名誉ある扶養がジェントリ的地域社会のなかで一定の手続きのもとで行われ、それが彼らの社会的結合を強化したと結論づけた。2003年3月1日に久留米大学比較文化研究所で「騎士とジェントリ」と題する当科学研究費研究による著作の概要を3時間に渡って報告する機会を得た。2003年7月9日より8月4日まで、連合王国において英国図書館とロンドン大学歴史研究所において史料収集を行った。また、7月14日から17日までリーズ大学で開催された国際中世史学会に出席した。それは、7月16日の1009分科会「中世イングランドにおける諸結合とアイデンティティ」の企画責任者としての参加であった。今年度の発表論文は二本あり、いずれも論文集に掲載されたものである。第一論文は、ノルマン征服前の10世紀後半から11世紀にかけて、州の裁判集会での紛争を解決していくプロセスに参加した「よき人々」と呼ばれる集団が、ジェントリと定義してよい役割を果たし、彼らの日常的な生活領域が、州に地理的枠組を与えたこと、彼らの行為が、紛争における責任の確定ではなく、平和的解決を目的とした地域の統合を目指したものであったこと、彼らの出現によって現代まで続く持続的な地域社会の根幹が誕生したこと、を明らかにした。第二論文はノルマン征服によってノルマンディから移住した騎士家族であるヴィターリス家の歴史を、11世紀後半から13世紀まで追跡し、同家がどのような過程を経て在地化してジェントリとなっていったかを検討したものである。征服直後は、騎士であると同時にカンタベリの商人家族と関係し、英仏海峡における海事に精通した、謂わば「海民」的性格をもっていた同家が、12世紀を通してその海浜集落を手放し、内陸的農村ジェントリに転化していく様を描いた。また史料収集によって、中世イングランドの庶民生活が、海産物に大きく依拠していたことが判明した。ケントにおいては、安価な牡蠣の大量採集が、貧民層も含めた庶民の冬場の蛋白源として欠かせないものであった。
骨芽細胞と靭帯・腱細胞の分化制御機構とメカニカルストレス応答性に関する研究

我々は、「靭帯/腱細胞は石灰化抑制機構を備えている」という仮説を証明するため、マウス歯根膜(歯周靭帯)より樹立した靭帯株細胞PDL-L2を樹立して以下のことを明らかにした。(1)PDL-L2は、初期段階にある骨芽細胞(骨形成にかかわる)と良く似た遺伝子発現パターンを示す。(2)PDL-L2は、骨芽細胞や軟骨細胞の分化に必須である転写因子Runx2を発現しているが、その転写活性が抑制されているために石灰化できない。このことは、靭帯がin vivoでは石灰化しない事実と符合する。(3)Runx2の転写活性を抑制する分子はMsx2であり、Msx2の発現を高レベルに保つことが石灰化抑制機序の実態である。(4)OPLL患者の靭帯骨化部では同一患者の靭帯正常部に比較して、Msx2遺伝子発現が激減しており、その程度は症状の重篤度および靭帯の石灰化度に比例していた。従って、生体内では、上記抑制機構が作動している可能性が高い。(5)PDL-L2細胞をMS負荷下に培養しても石灰化しない。骨芽細胞は同条件下で石灰化する。この違いは、骨芽細胞におけるMSのシグナル伝達経路インテグリン-FAK-ERK1/2-Runx2の活性化がPDL-L2細胞では負に制御されているためである。この抑制機序は上記Msx2による抑制機序とは独立して作動している。さらに骨芽細胞の石灰化に必要な因子の探索を進め、以下のことを明らかにした。(6)骨芽細胞の石灰化にはSUMO化活性を有するPIASxβの一過性の上昇が必要である(7)上記PIASxβの効果は、osterixの発現上昇を介する(8)メカニカルストレスによる石灰化促進においてもPIASxβの一過性の上昇が必須である我々は、「靭帯/腱細胞は石灰化抑制機構を備えている」という仮説を証明するため、マウス歯根膜(歯周靭帯)より樹立した靭帯株細胞PDL-L2を樹立して以下のことを明らかにした。(6)骨芽細胞の石灰化にはSUMO化活性を有するPIASxβの一過性の上昇が必要である(7)上記PIASxβの効果は、osterixの発現上昇を介する(8)メカニカルストレスによる石灰化促進においてもPIASxβの一過性の上昇が必須である靭帯・腱の機能を維持するためには、骨組織と同様に、メカニカルストレス(MS)による刺激が不可欠である。しかしながら、靭帯や腱は通常石灰化することはない。加齢にともなって骨量(石灰化した骨)が減少し骨粗鬆症を来たすことは良く知られているが、一方、靭帯や腱においては石灰化は機能障害につながる(例:脊椎後縦靭帯骨化症、OPLL)。靭帯細胞株が存在しないためその機能に関する研究は遅れていた。我々は、「靭帯/腱細胞は石灰化抑制機構を備えている」という仮説のもとに研究を進め、以下のことを明らかにした。(1)マウス歯根膜(歯周靭帯)より樹立した靭帯株細胞PDL-L2は、生体内の歯根膜繊維芽細胞と同一の遺伝子発現パターンを示す細胞で、この発現パターンは、分化の初期段階にある骨芽細胞(骨形成にかかわる)のそれに良く似ている。(2)PDL-L2細胞は、骨芽細胞や軟骨細胞の分化に必須である転写因子Runx2を発現しているが、その転写活性が抑制されているために石灰化できない。

骨芽細胞は同条件下で石灰化する。(6)上記の違いは、骨芽細胞におけるMSのシグナル伝達経路インテグリン-FAK-ERK1/2-Runx2の活性化がPDL-L2細胞では負に制御されているためである。この抑制機序は上記Msx2による抑制機序とは独立して作動している。靭帯・腱の機能を維持するためには、骨組織と同様に、メカニカルストレス(MS)による刺激が不可欠である。しかしながら、靭帯や腱は通常石灰化することはない。加齢にともなって骨量(石灰化した骨)が減少し骨粗羅症を来たすことは良く知られているが、一方、靭帯や腱においては石灰化は機能障害につながる(例:脊椎後縦靭帯骨化症、OPLL)。靭帯細胞株が存在しないためその機能に関する研究は遅れていた。我々は、「靭帯/腱細胞は石灰化抑制機構を備えている」という仮説のもとに研究を進め、以下のことを明らかにした。(1)マウス歯根膜(歯周靭帯)より樹立した靭帯株細胞PDL-L2は、生体内の歯根膜繊維芽細胞と同一の遺伝子発現パターンを示す細胞で、この発現パターンは、未熟な骨芽細胞の特徴を備えている。(2)PDL-L2細胞は、骨芽細胞や軟骨細胞の分化に必須である転写因子Runx2を発現しているが、その転写活性が抑制されているために石灰化できない。このことは、靭帯がin vivoでは石灰化しない事実と符合する。(3)Runx2の転写活性を抑制する分子はMsx2であり、Msx2の発現を高レベルに保つことが石灰化抑制機序の実態である。(4)OPLL患者の靭帯骨化部では同一患者の靭帯正常部に比較して、Msx2遺伝子発現が激減しており、その程度は症状の重篤度および靭帯の石灰化度に比例していた。従って、生体内では、上記抑制機構が作動している可能性が高い。(5)PDL-L2細胞をMS負荷下に培養しても石灰化しない(骨芽細胞は同条件下で石灰化する)。この違いは、骨芽細胞におけるMSのシグナル伝達経路インテグリン-FAK-ERK1/2-Runx2の活性化がPDL-L2細胞では負に制御されているためである。(6)このような負の制御機構にかかわる分子の同定が進行中我々は、「靭帯/腱細胞は石灰化抑制機構を備えている」という仮説を証明するため、マウス歯根膜(歯周靭帯)より樹立した靭帯株細胞PDL-L2を樹立して以下のことを明らかにした。(1)PDL-L2は、初期段階にある骨芽細胞(骨形成にかかわる)と良く似た遺伝子発現パターンを示す。(2)PDL-L2は、骨芽細胞や軟骨細胞の分化に必須である転写因子Runx2を発現しているが、その転写活性が抑制されているために石灰化できない。(5)PDL-L2細胞をMS負荷下に培養しても石灰化しない。この違いは、骨芽細胞におけるMSのシグナル伝達経路インテグリンーFAK-ERKl/2-Runx2の活性化がPDL-L2細胞では負に制御されているためである。