hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ジオールの酸素酸化による中員環以上のラクトン合成を目指した環境調和型触媒の設計

他の貴金属(Pd、Rh、Ru、Pt)ナノ粒子固定化触媒を用いても本反応は全く進行しないことから、本触媒能は金ナノ粒子に特有である。本反応系において、種々のエポキシドの脱酸素反応において対応するアルケンを選択率99%以上で与えることがわかった。反応中、アルケンのC=C結合の水素化は一切起こらず、反応後には水のみが副生する。さらにAu/HTは反応終了後、ろ過により容易に分離・回収可能で、活性、選択性の低下なく再使用できることがわかった。本年度は、1,6-ヘキサンジオールからε。カプロラクトンへの酸化反応における反応条件の最適化を行った。塩基性無機結晶であるHTの表面上に固定化した金ナノ粒子(Au/HT)が1,6-ヘキサンジオールの酸化反応において、ε-カプロラクトンを良好な収率、選択性で与えることを見出した。反応条件を最適化したところ酸素5気圧下、150°Cにおいて最も高い効率で生成物のラクトンを生成し、2時間で収率42%(選択率45%)を得た。なお、他の固定化金ナノ粒子触媒を用いて本反応を行なっても、生成物の収率は20%以下であった。Au/HTの高活性は金ナノ粒子、HT担体の表面塩基点の協奏効果によるものであることを明らかにした。また、Au/HTの金ナノ粒子と表面塩基点との協奏効果を利用することによって、水素を還元剤としてアリル化合物から末端アルケンへの水素化分解反応を効率よく促進することを新たに見出した。さらに、Au/HTで発現した協奏効果は分子上酸素を酸化剤としたアミンの酸化的カルボニル化反応に応用でき、ダブルカルボニル化・シクロカルボニル化によって対応するオキサミドやオキサゾリノンを高収率・高選択的に与えた。これらの2例は分子状酸素のみを酸化剤とした酸化的カルボニル化反応を実現した世界で初めての例であり、当該研究分野を著しく発展させたことは高く評価できる。さらにAu/HTは反応終了後、ろ過により容易に分離・回収可能で、活性、選択性の低下なく再使用できた。固定化金ナノ粒子触媒の設計において、1,6-ヘキサンジオールの酸化反応によって、ε-カプロラクトンを得ることに成功した。本反応においては、用いる担体と金ナノ粒子との協奏効果を利用することによって、他の金属ナノ粒子と異なる触媒活性を発現することを明らかにした。ハイドロタルサイト(HT:Mg_6Al_2(OH)_<16>CO_3)の表面上に固定化金ナノ粒子Au1HTが、1,6-ヘキサンジオールの酸化反応によって中員環である7員環ラクトンであるε-カプロラクトンを収率よく与えることに成功した。本反応においては、塩基性担体と金ナノ粒子との協奏効果を利用することによって、高い触媒活性を発現することを明らかにした。さらに酸素5気圧、150°Cにおいて反応を行うことで、収率42%(選択率45%)を得た。本研究課題において、ジオールの酸化反応による中員環以上のラクトン合成においては、金ナノ粒子と塩基性担体を用いることで高い収率および良好な選択性を得ている。今後、反応条件の最適化を行い、定量的なラクトン合成反応を目指す。また、本研究課題において鍵となっている固定化金属ナノ粒子と担体との協奏効果を用いた新たな有機合成反応へと展開する。これまでの研究から、金ナノ粒子がエポキシドやカルボニル化合物などの含酸素化合物のC-O結合を活性化することで、これらの還元反応において特異的な活性を示すことがわかっている。
微量貴金属含有チタン銅アモルファス合金を用いる超微細ナノポーラス銅の開発

表面拡散係数低いAu族とPt族元素を1at%と2at%アモルファスTi-Cu前駆体合金に添加より脱合金処理過程中表面拡散速度3桁以上遅くなりCuの原子の拡散を抑制し、より小さい範囲でCuの自由拡散を押さえ、ナノポーラス銅のポアーサイズは大幅に減少した。超微細ナノポーラス銅はAuあるいはPt層をメッキした触媒電極として使用できる。現在開発した超微細ナノポーラス銅触媒材料が従来の白金粒子触媒の替代品になることができる。本研究では、貴金属をアモルファスTi-Cu合金に微量に添加し、フッ酸脱合金化処理によって孔径10nm以下の超微細多孔質を作製することを第一の目的とした。そして作製したナノポーラス銅にAu,Ptメッキしたものや貴金属添加したナノポーラス銅の触媒特性を調査し、本研究で見出した孔径10nm以下の各三元アモルファス合金系から得たナノポーラス銅を触媒材料として発展させることを第二の目的とした。高純度Ti、Cu、NMs(NMs:Ag、Au、Ni、Pd、Pt)を用いて、アーク熔解法とメルトスバン法で、アモルファスTi-Cu-NMsリボン合金を作製した。各合金系はアモルファス前駆体合金の作製に成功した。走査型電子顕微鏡と透過電子顕微鏡を用いて脱合金化処理した孔径と靭帯の特征サイズなどの変化、残留金属相の組成、結晶状態、形態などを確認し、Au,Ni, Pd, Ptなどの貴金属を添加したアモルファス前駆体合金から孔径7nm以下のナノポーラス銅を作製することに成功した。熱処理によりTi2Cu3、Ti2Cu,TiCuの金属間化合物が形成され、金属間化合物は脱合金処理過程中に脱合金の順位がかわり、最終ナノポーラス構造が最初の前駆体の微細構造を決めることが分かった。金族元素と白金族元素の添加効果は各元素の表面拡散係数に依存していることが分かった。白金族元素は金族元素の真空中の拡散係数より一桁か二桁小さいのでTi-Cu前駆体合金中に1と2at%の第三元素を添加する場合にはCu拡散を抑制し、より小さい範囲でCuの自由拡散を押さえ、ナノポーアのサイズは同等条件下の未添加第三元素のTi-Cu前駆体から作成したナノポーラス銅より一桁か二桁大幅に減少した。作成した超微細ナノポーラス銅のメタノールの酸化反応の触媒特性も従来のナノポーラス銅と比べるとよくなった。今回の研究成果によって貴重な白金、金等の使用量を減らすことが出来るを思われる。多孔質金属は新しい材料として、触媒や燃料電池電極等へ活発に応用されている。特に結晶銅合金から脱合金化処理によって多孔質銅を作製する研究例が多数報告されている。しかし、結晶質合金中に金属間化合物が存在するため微細構造が不均一な合金脱合金処理過程を経ると均一性の低い多孔質が形成することが問題となっている。また、従来の多孔質銅は孔径が数十から数百nm程度である。多孔質材料の力学性能、触媒性能、使用寿命などは孔径に依存することが分かっており、本研究では、貴金属(NM:Ag,Au, Pd)をアモルファスTi-Cu合金に微量に添加し、フッ酸脱合金化処理によって孔径10nm以下の超微細多孔質を作製することを第一の目的とした。そして作製したナノポーラス銅にAu,Ptめっきしたものや貴金属添加したナノポーラス銅の触媒特性を調査し、本研究で見出した孔径10nm以下の各三元アモルファス合金系から得たナノポーラス銅を触媒材料として発展させることを第二の目的とした。高純度Ti、Cu、Auを用いて、アーク熔解法およびメルトスバン法で、アモルファスTi-CuとTi-Cu-Auリボン合金を作製した。その後、試験片を0.03-0.65 Mフッ酸中に、30 min-720 min浸漬し、多孔質銅を作製した。孔径約数百nmのナノポーラスCuを作成した。微量(<2at%)のニッケル、金、銀などを添加してナノポーラスCuの孔径が一桁小さくなった。走査型電子顕微鏡と透過電子顕微鏡を用いて孔径と靭帯の特征サイズの変化、残留金属相の組成、結晶状態、形態などを確認し、多孔質銅の微細化は脱合金過程中に添加した貴金属がCu原子の拡散を抑制するというメカニズムを構築した。微量金属の添加による微細化の調査は提案の際の予想通りに順調に進めている。平成24年度は微量金添加の影響を中心にして実験を行い、添加量、溶液、温度などの影響を調査した。結晶質前駆体とアモルファス前駆体は脱合金化処理過程中の結晶相の影響なども調べた。結論としてはアモルファス前駆体の上に形成したナノポーラス銅の均一性は高いということ分かった。金、銀などの金属の添加により孔径が140から9nmに小さくなった。

2at%の金添加より0.65M HF溶液中に形成したナノポーラス銅の孔径サイズはさらに小さくなり、孔径7nm以下の超微細ナノポーラス銅を得られた。さらに、ニッケルなどの表面拡散係数が低く、安価な元素の添加影響も調査した。コストが低い、孔径の小さい電池触媒材料の開発にも着手した。ニッケルの微量添加は孔径約20nmのナノポーラス構造をでき、コスト金とPdなどの添加より40%低くなった。触媒性能を図る実験は他のナノポーラス材料の上に行った。同じ実験手法、実験装置を用いて、金、白金、ニッケルなどの安定した超微細ナノポーラス銅の触媒特性と電池材料の使用時間を調べた。貴金属未添加のTi-Cu合金から脱合金処理した試験片にH2PtCl6あるいはHAuCl4含有溶液中においてAuあるいはPtをめっきし、その後0.5 M H2SO4および0.5 M H2SO4+xM CH3OH溶液中でのCV(Cyclic Voltammetry)曲線を測定し、電気化学特性やメタノール酸化特征を評価する。また貴金属添加Ti-Cu-NM合金脱合金を処理して得られた多孔質銅に関して、同様に評価する。このCV測定から得た各パラメーターを抽出して、貴金属添加有無の触媒性能変化をまとめる。また触媒性能の孔径サイズへの依存性も明らかにする。貴金属添加のTi-Cu-Ag, Ti-Cu-Pd合金系から脱合金処理した試験片にH2PtCl6あるいはHAuCl4含有溶液中にAuあるいはPtをめっきし、その後0.5 M H2SO4および0.5 M H2SO4+xM CH3OH溶液中でのCV(Cyclic Voltammetry)曲線を測定し、電気化学特性やメタノール酸化特征を評価する。触媒性能の孔径サイズへの依存性を明らかにする。Ag、Au、Pd添加によって微細化の効果と触媒性能を評価する。その上で実用化に近い条件での燃料電池電極の使用寿命を測定する。研究費の使用計画は以下のとおりである:1)物品費ー主に原料と薬品の購入費用(Ti、Cu貴金属(Au,Pd,Ptなど)原料とAu/PtのコーティングのためにHAuCl4/HPtCl4とPVP各試薬品を購入する費用);2)旅費ー2013年度国際学会に3回参加する予定;3)論文掲載費用ー本年度論文を6編以上投稿でき、掲載費用25万円予算を使う;4)試料分析費用ー原子拡散の抑制メカニズムを調べるためAtom Probe Transmission Microscope等分析装置を用いた原子レベル程度の調査が必要と考え、装置使用賃料を支払う。
味蕾細胞分化メカニズムの解明:味細胞と味神経の相互作用を再現する培養系の利用

本研究課題では、軟口蓋と茸状乳頭の味蕾について、味蕾細胞分化への味覚神経の関与と味覚応答機構の口腔内の部位による差異を解析した。その結果、これらの部位間の味蕾細胞分化の差には、それぞれの部位に局在する味蕾を支配する味覚神経は関与していないことが示唆された。また、これらの領域の苦味情報伝達系には味蕾細胞に特異的に発現するGαタンパク質の違いに加えて、苦味受容体の種類にも違いがあることが示唆された。味蕾は、口腔内の部位によって支配神経と細胞分化パターンが異なっている。また、神経支配を失うと約10日で消失し、神経の再生によって再び形成される。本実験では、茸状乳頭の味蕾を支配する鼓索神経と軟口蓋の味蕾を支配する大錐体神経のつなぎ替え手術を行った。神経手術により消失した味蕾が本来とは異なる神経支配の下で再生する過程で、味蕾のII型細胞のマーカー分子の部位特異的な発現パターンを解析することにより、味蕾の細胞分化が、味蕾が形成される部位に依存して手術前と同じパターンになるか、それとも、再生を誘導する神経に依存して変化するかを検討した。術後1ヵ月および2ヵ月の時点で再生した味蕾が、味蕾が形成される部位に依存して手術前と同じパターンになるか、それとも、再生を誘導する神経に依存して変化するかを検討した。術後1ヵ月および2ヵ月の時点で再生した味蕾を解析したところ、味蕾を構成する細胞数はいずれの時点でも手術前の約半分になっていたが、味蕾細胞の様々なマーカー分子の発現は手術前と同様に明瞭に検出された。免疫染色を行ってII型細胞におけるIP3R3とgustducinの発現を解析したところ、これらの分子の発現パターンは再生を誘導する神経に依存して変化しないことを示唆する結果が得られた。また、Gタンパク質Gα14が味蕾では、口腔内の部位に特異的に発現することを明らかにした。Gα14は、有郭乳頭の味蕾では甘味・うま味受容体であるT1r3を発現する細胞に特異的に発現しているのに対し、茸状乳頭や軟口蓋では発現は検出されなかった。本年度は、軟口蓋と茸状乳頭の味蕾細胞分化の差を明らかにしてその情報を培養系の味蕾解析に活用するために、Tlr2(甘味),Tlr3(甘味・うま味)およびT2rs(苦味)の各味覚受容体を発現する細胞でgustducin(味覚情報伝達に関与するGタンパク質の1つ)が発現する割合と、gustducin遺伝子のノックアウトが各領域の味蕾を支配する味覚神経の応答に与える影響を比較解析した。gustducinの発現は、軟口蓋味蕾(SP)では91.2%、茸状乳頭味蕾(FF)では90%のTlr2発現細胞に認められた。また、SPで89.2%、FFで84.8%のTlr3発現細胞、およびSPで86.7%、FFで87.5%のT2rs発現細胞に認められた。このようにgustducinの発現は、SPとFFとで極めて類似しており、いずれの味覚受容体を発現する細胞においてもその大多数で検出された。しかし、gustducin遺伝子をノックアウトすると、SPでは今回解析したすべての甘味および苦味物質に対する応答が著しく低下するのに対して、FFでは、甘味に対してはSPと同様の応答の低下が認められるものの、一部の苦味物質に対して応答が低下しないことが明らかになった。これらの結果は、gustducinがSPでは甘味および苦味、FFでは甘味情報伝達に主要な役割を担うこと、また、FFの苦味情報伝達にはgustducin以外にも他のGタンパク質が関与するか、もしくは全く異なる未知の味覚情報伝達系が存在する可能性を示している。さらに、細胞分化・増殖、機能調節に関与する線維芽細胞増殖因子Fgfについても発現解析を進めることで、有郭乳頭においてFgf1,9,13,14,20が味蕾内の細胞で発現することが明らかになり、これらのFgfが味蕾の細胞増殖、細胞分化に関与する可能性が示された。味蕾発生過程で神経が上皮に到達する時期の細胞分化解析の指標にするために、味蕾原基の形成に重要であるとされているSox2と味蕾基底細胞で強く発現するProx1について、免疫組織化学により、味蕾内の発現強度の比較解析を進めた。まず、未成熟な味蕾細胞が局在する味蕾基底部について解析した。その結果、味蕾基底部には、これまで報告されていたSox2を強く発現する細胞に加えて、味蕾を含まない上皮領域とほぼ同じ程度のバックグランドレベルで極めて弱くSox2を発現する細胞が存在することが明らかになった。また、Prox1は全ての味蕾基底細胞で発現が認められたが、その発現強度から基底細胞は2つのグループに分けられた。このうちProx1を強く発現する味蕾基底細胞には、その全てに強いSox2の発現が認められた。一方、Prox1の発現が比較的弱い細胞では、Sox2の発現強度が高い細胞とバックグランドレベルの細胞の2種類が確認された。

その結果、Sox2とProx1の発現強度の比によって、味蕾基底細胞は3つのグループに分類された。さらに、味蕾のIII型細胞に蛍光タンパク質GFPを発現するマウス(GAD67-GFP mouse)を用いて、TRPM5(味蕾II型細胞に特異的に発現する)とSox2の免疫組織化学を行って、味蕾の伸長した成熟細胞を解析した。Sox2を強く発現する細胞は、GFP、TRPM5のいずれも陰性であり、これまで報告されている通り、Sox2がI型細胞で発現していることが示された。しかし、GFP陽性細胞の大部分はSox2を中程度の強度で発現しており、Sox2の発現強度と味蕾のI,II,III型の細胞種の分化に対応関係が有る可能性が新たに示された。
ティーチング・ポートフォリオ作成支援システムの開発

本研究は,大学教員が「評価」の主体として大学内外の各種評価に能動的に取り組み,また,自らの教育の質の改善の主人公となるための意識改革を生じさせるしくみであるティーチング・ポートフォリオについて,作成者,作成支援者をサポートするための統合的なシステムの開発を行った.本システムは,http://www.teaching-portfolio-net.jp/において公開された.本研究は,大学教員が「評価」の主体として大学内外の各種評価に能動的に取り組み,また,自らの教育の質の改善の主人公となるための意識改革を生じさせるしくみであるティーチング・ポートフォリオについて,作成者,作成支援者をサポートするための統合的なシステムの開発を行った.本システムは,http://www.teaching-portfolio-net.jp/において公開された.本年度は,ティーチング・ポートフォリオの内容についての文献研究にとどまらず,様々な角度からの調査を行った.実際にティーチング・ポートフォリオの作成ワークショップ企画実施,ティーチング・ポートフォリオに関する講演,遠隔型のティーチング・ポートフォリオ作成メンターとしての活動などを積極的に行い,それらの参加者および聴衆に対してアンケート調査を逐次実施し,ティーチング・ポートフォリオに関してどのような情報が必要であるのか,また,どのようなシステムが有効であるのかについてのデータを得た.また,海外の大学のウェブサイトの調査を行い,ティーチング・ポートフォリオに関してCTL(Center for Teaching and Learning)等がどのような情報やサービスを提供しているのかについて情報収集を行った.5月には,アメリカのテキサス・クリスチャン大学で行われたアカデミック・ポートフォリオ(ティーチング・ポートフォリオの拡張版)の作成ワークショップに参加し,自らティーチング・ポートフォリオに加えてアカデミック・ポートフォリオの作成をした.さらに,CTLの所長にインタビューを行い,その活用方法やサポート体制について情報を得た.日本における作成ワークショップ実施時(8月)以降,ワークショップ参加者との情報共有の場としてWikiシステムを利用して試行的なサイト構築を試み,本格的なサイト構築に向けてのコンテンツや構成について検討を行った.以上の成果の一部は学会において発表され,報告書としてまとめられた.本研究は,大学教員が「評価」の主体として大学内外の各種評価に能動的に取り組み,自らの教育の質の改善の主人公となるための意識改革を生じさせるしくみである「ティーチング・ポートフォリオ作成支援システム」の開発を第一の目的としている.本年はこのシステム開発にあたり,複数の大学において実施した講演活動およびワークショップ,学会発表の際に得られた質問紙調査やインタビューなどから,ティーチング・ポートフォリオに関する情報提供や情報共有,作成支援を目指したシステムを設計し,実際に構築し,その一部を公開した.作成支援システムとしてのウェブサイトの基本的な構成は,知識提供・知識共有・作成支援の三部構成となっているが,知識提供の一部分であるティーチング・ポートフォリオに関する基本説明および意義,知識共有の一部分である学会・ワークショップ情報,最新情報などについて順次公開を行った.作成支援部分については,特に自己省察の促進を目的とした形式を考案し,プロトタイプの作成を行った.また,経験の浅いメンターを支援する目的で構築されたポートフォリオ・データベースを構成に含めているが,これについては,本年においてキーワードの選択や各ポートフォリオの分類作業などを行い,「参考にしたいポートフォリオがすぐにひける」ことを目的とした試験的データベースが完成した.本ウェブサイトの公開は,現状では不足していると言わざるを得ない,ティーチング・ポートフォリオについての情報を一元的に集約できる場として機能し得るという点で意義が大きい.まだ,プロトタイプにとどまっている部分もあるものの,作成およびメンターに対する様々な支援の方向性・必要性を示したという点も重要であろう.本研究は,大学教員が「評価」の主体として大学内外の各種評価に能動的に取り組み,また,自らの教育の質の改善の主人公となるための意識改革を生じさせるしくみである「ティーチング・ポートフォリオ作成支援システム」の開発を第一の目的とする.平成22年度にティーチング・ポートフォリオについての総合的な情報提供をはかり,作成者とメンターのための支援システムをウェブサイト・コンテンツとして試験的に開始しているが(http://www.teaching-portfolio-net.jp/),本年はこの本格的稼働を目指して評価と検証および公開に向けたプロセス遂行を主とした研究を実施した.具体的には,(1)ポートフォリオ作成のための事前課題作成支援プログラム,(2)作成およびアドバイスの際に参考となるポートフォリオの検索のためのポートフォリオ・データベース,(3)ポートフォリオに関する文献情報等をまとめたリソース・参考文献.の3コンテンツについて公開に向けた評価および検討を行った.その結果,(3)については既に公開し,(1),(2)は公開前の最終的なチェックを終え,平成23年度に公開の運びとなる.ティーチング・ポートフォリオを導入する機関は年々増加しており,ポートフォリオの作成者は2010年末時点で既に100名を超えている.今後ポートフォリオがその有効性を維持したまま形骸化することなく正しく普及するためには,ポートフォリオに関する必要な情報の提供と労力を要する作成プロセスを支援するためのプログラムが不可欠である.これらの観点から,本システム開発によって提供された情報および支援環境の意義は大きい.今後は,本システムの全コンテンツの公開と,全国のポートフォリオに関心のある組織・個人のネットワーキングの場として機能させうるような仕組みを加えてゆくことが必要であると考える.
大規模水素結合系の原子核の量子揺らぎを考慮した分子シミュレーション

これまでに、High Performance Computerで効率の高いシミュレーションを実行できる、分子科学計算ソフトウェアNTChemと経路積分分子動力学(PIMD)法を統合した階層的並列プログラムプラットフォームの開発を行った。そして、このプラットフォームを利用することにより京コンピュータにおいて大規模分子シミュレーションが可能となった。新プラットフォームを用いて、低障壁水素結合(LBHB)の存在が示唆されているperiplasmic phosphate binding protein (PPBP)のモデル分子で応用計算を行い、PPBPにおけるヒ酸とリン酸の識別できる理由に迫ることができた。新プラットフォームの威力を実証することができた。また、大規模水素結合系の効率の高い分子シミュレーションの実行を実現すべく、経路積分分子動力学(PIMD)法とマルチスケールシミュレーション手法であるHybrid Quantum Mechanics / Molecular Mechanics(QM/MM)法を組み合わせることにより、階層的並列プログラムプラットフォームの深化を図った。プログラムの開発を終え、photoactive yellow protein(PYP)分子の水素結合の性質を明らかにするために、PYP分子の大規模分子シミュレーションを一部実行することができた。さらに、周期境界条件のQM/MM法を開発し、そのプログラムをSMASHソフトウェアに実装した。このプログラムと開発中の階層的並列プログラムプラットフォームと連携させることに成功し、より信頼性の高い分子シミュレーションを実行できるようになった。High Performance Computerで効率の高いシミュレーションを実行できる、分子科学計算ソフトウェアNTChemと経路積分分子動力学(PIMD)法を統合した階層的並列プログラムプラットフォームの開発を行った。このプラットフォームを利用することにより京コンピュータにおいて大規模分子シミュレーションが可能となった。新プラットフォームを用いて、応用計算を行った。まずは、低障壁水素結合(LBHB)の存在が示唆されているperiplasmic phosphate binding protein (PPBP)に着目した。分子内にLBHBが存在するとされているPPBPはリン酸とヒ酸を識別し、毒性の高いヒ酸を生体内から取り出す機能を有することが報告されている。また、タンパク質と酸の間に水素結合を形成するが、その水素結合がLBHBであり、LBHBがリン酸とヒ酸を識別することが示唆されている。そこで、このタンパク質のモデル分子とこれらの酸を結合させたモデル分子系の酢酸ーリン酸アニオンクラスターのPIMDシミュレーションを実行し、酢酸ーリン酸間の分子間水素結合における原子核の量子揺らぎの効果を検証した。その結果、モデル分子である酢酸ーリン酸アニオンクラスターの分子間水素結合における原子核の量子揺らぎの効果を明らかにした。原子核を古典的な質点で取り扱った古典シミュレーションでは、プロトンは水素結合の両端に局在化し、通常の水素結合と同様の振る舞いを示した。その一方で、原子核の量子揺らぎの効果を取り込んだ量子シミュレーションでは、プロトンが水素結合の中央に存在する確率が高くなった。酢酸ーリン酸アニオンクラスターの分子間水素結合は、LBHBと同じような傾向を示した。現在はヒ酸アニオンクラスターの水素結合の解析を行っている。また、タンパク質を露わに扱う計算についても準備を進めている。本研究は、High Performance Computerで効率の高いシミュレーションを実行できるプログラムプラットフォームの開発Hを行い、効率の高いシミュレーションを実行することにより、大規模水素結合系における原子核の量子効果を明らかにすることを目的としている。2016年度は、分子科学計算ソフトウェアNTChemと経路積分分子動力学(PIMD)法を統合した階層的並列プログラムプラットフォームの開発を行った。新規プラットフォームを用いることにより京コンピュータにおいて大規模分子シミュレーションを実行し、プラットフォームの威力を示すことができている。新プラットフォームを用いた応用計算も行なっている。低障壁水素結合(LBHB)の存在が示唆されているperiplasmic phosphate binding protein (PPBP)の水素結合の解析を行い、酢酸ーリン酸間の分子間水素結合における原子核の量子揺らぎの効果を明らかにしつつある。また、現在はヒ酸アニオンクラスターの水素結合の解析を行っており、PPBPのリン酸とヒ酸を識別し、毒性の高いヒ酸を生体内から取り出す機能のメカニズムにせまりつつある。また、現在はNTChemを用いたタンパク質を露わに扱う計算についても準備を進めている。開発は間もなく終了し、応用計算に取り組む予定である。この研究が成功すれば、京コンピュータなどのHPC環境における効率のよい生体分子系の大規模シミュレーションを実行することが可能となる。本課題の最終目標が実現しつつある。当初の予定になかったが、結晶における水素結合に関する新しい研究を進めている。そのために、周期系の電子状態を取り扱う新しい計算手法を開発した。こちらを応用したシミュレーションを行うための準備も進めている。本課題は順調に進んでいる。これまでに、High Performance Computerで効率の高いシミュレーションを実行できる、分子科学計算ソフトウェアNTChemと経路積分分子動力学(PIMD)法を統合した階層的並列プログラムプラットフォームの開発を行ってきた。この新しいプラットフォームを用いて、低障壁水素結合(LBHB)の存在が示唆されているperiplasmic phosphate binding protein (PPBP)のモデル分子で応用計算を行い、新プラットフォームの威力を実証することができている。QM/MM法のプログラムの開発に成功し、プラットフォームの適用範囲を拡大することに成功した。現在、photoactive yellow protein(PYP)分子の水素結合の性質を明らかにするために、PYP分子の大規模分子シミュレーションを実行中である。

このプログラムと開発中の階層的並列プログラムプラットフォームと連携させることに成功し、より信頼性の高い分子シミュレーションを実行できるようになった。本研究は、High Performance Computerで効率の高いシミュレーションを実行できる階層的並列プログラムプラットフォームの開発を行い、効率の高いシミュレーションを実行することにより、大規模水素結合系における原子核の量子効果を明らかにすることを目的としている。また、当初の予定にはなかった周期境界条件のQM/MM法の開発にも成功している。既存の手法では分子系を溶媒分子で満たした液滴モデルを用いたシミュレーションしか実行できなかったが、新しい手法を用いれば、古典分子動力学シミュレーションと同様に、周期境界条件を課した箱を用いてシミュレーションを実行することが可能となった。古典分子動力学シミュレーションと量子化学計算や経路積分分子動力学シミュレーションの連携を容易にすることができた。本課題は順調に進んでいる。これまでに、High Performance Computerで効率の高いシミュレーションを実行できる、分子科学計算ソフトウェアNTChemと経路積分分子動力学(PIMD)法を統合した階層的並列プログラムプラットフォームの開発を行った。そして、このプラットフォームを利用することにより京コンピュータにおいて大規模分子シミュレーションが可能となった。新プラットフォームを用いて、低障壁水素結合(LBHB)の存在が示唆されているperiplasmic phosphate binding protein (PPBP)のモデル分子で応用計算を行い、PPBPにおけるヒ酸とリン酸の識別できる理由に迫ることができた。新プラットフォームの威力を実証することができた。
携帯デバイスのためのマルチセンソリー個人認証方式の研究

本研究は,携帯デバイスを対象としたマルチセンソリー認証方式の開発を目的としている.現在,携帯デバイスでの認証には暗証番号やパスワードが多用されているが,覗き見への耐性の面で問題がある.本研究では,画像などの視覚情報,音声などの音響情報,振動などの触覚情報といった複数の知覚要素を組み合わせて認証に利用することで,覗き見への耐性が高く,かつ,ユーザが使いやすい認証方式の検討を行った.さらに,携帯端末を振る動作や空中描画動作などの行動的特徴を認証に利用する方式についても検討を行った.本研究は,携帯デバイスを対象としたマルチセンソリー認証方式の開発を目的としている.現在,携帯デバイスでの認証には暗証番号やパスワードが多用されているが,覗き見への耐性の面で問題がある.本研究では,画像などの視覚情報,音声などの音響情報,振動などの触覚情報といった複数の知覚要素を組み合わせて認証に利用することで,覗き見への耐性が高く,かつ,ユーザが使いやすい認証方式の検討を行った.さらに,携帯端末を振る動作や空中描画動作などの行動的特徴を認証に利用する方式についても検討を行った.本研究は,携帯デバイスを対象としたマルチセンソリー認証方式の開発を目的としている.現在,携帯デバイスでの認証にはパスワードなどが多用されているが,覗き見への耐性の面で問題がある.本研究では,画像などの視覚情報,音声などの音響情報,振動などの触覚情報といった複数の知覚要素を組み合わせて認証に利用することで,覗き見への耐性が高くかつユーザが使いやすい認証方式の開発を行っている.また,携帯端末を振る動作などの行動的特徴を認証に利用することの検討も行っている.本年度は,まず,視覚情報提示部の検討として,画像を認証に使用するための必要条件の整理と,第三者が背後から覗き見ても記憶が困難な画像の作成方法の検討を行った.ウェーブレット変換を使用して画像をサブバンドに分割後,ユーザの鍵となる画像の高周波成分を,窃用を困難にするための囮画像の低周波成分と重ね合せて合成する方式を開発した.また,認証装置内蔵の振動モーターを活用し,システムから提示される振動パターンに応じて,パスワードの代わりとなる視覚情報を回答する方法を変更する認証方式の検討を行った.さらに,ユーザの行動的特徴を認証に利用するための基礎検討として,加速度センサー及び赤外線深度センサーを使用して認証時のユーザの動作を記録・収集し,動作の個人差の分析や経時変化の傾向の分析を行った.今後は,これらの成果をもとに,各要素技術を効果的に組合せた認証方式の確立を図るとともに,ユーザテストを通じて,使い易さの主観的評価を進める予定である.本研究は,携帯デバイスを対象としたマルチセンソリー認証方式の開発を目的としている.現在,携帯デバイスでの認証にはパスワードなどが多用されているが,覗き見への耐性の面で問題がある.本研究では,画像などの視覚情報,音声などの音響情報,振動などの触覚情報といった複数の知覚要素を組み合わせて認証に利用することで,覗き見への耐性が高くかつユーザが使いやすい認証方式の開発を行っている.また,携帯端末を振る動作などの行動的特徴を認証に利用する方式の検討も行っている.本年度は,まず,ウェーブレット変換を利用して重畳した画像をグラフィカルパスワードに使用した場合の,認証成功率,及び,第三者による覗き見に対する耐性の評価実験を行った.本重畳方式では,ユーザの鍵となる画像の高周波成分を,窃用を困難にするための囮画像の低周波成分に重ね合せて合成する.実験の結果,画像の組合せによっては,鍵画像の一部が視認しづらい場合があることが明らかになった.そこで,画像の組合せの適合度を評価するための尺度の構築と,画像重畳法の改良を行った.次に,携帯端末上で動作するマルチセンソリー認証ソフトウェアのプロトタイプを開発し,ユーザテスト環境の整備を行った.画像情報として数字,動物のアイコン,色,音の長短や高低を表すアイコンを用意し,音響情報として各画像情報を想起可能な効果音やナレーションを用意した.予備ユーザテストの結果,動物のアイコンを用いた方式が最も使い易いという評価が得られた.本研究は,携帯デバイスを対象としたマルチセンソリー認証方式の開発を目的としている.現在,携帯デバイスでの認証にはパスワードなどが多用されているが,覗き見への耐性の面で問題がある.本研究では,画像などの視覚情報,音声などの音響情報,振動などの触覚情報といった複数の知覚要素を組み合わせて認証に利用することで,覗き見への耐性が高くかつユーザが使いやすい認証方式の開発を行っている.また,携帯端末を振る動作などの行動的特徴を認証に利用する方式の検討も行っている.本年度は,ウェーブレット変換を利用して重畳した画像(ハイブリッド画像)を画像選択型認証に使用することを目的とし,画像の重畳度合を評価するための客観的評価尺度の構築を行った.具体的には,画像のSURF特徴を利用し,重畳する2枚の画像それぞれについて特徴点とその強度を表すバイナリマップを求め,マップの一致度で重畳度を測る方式である.本評価尺度とユーザーの主観による評価値との比較を行った.また,携帯端末上で動作するマルチセンソリー認証ソフトウェアを開発し,ユーザテストを行った.画像情報としては数字,動物のアイコン,色,音の長短や高低を表すアイコンなどを用意し,音響情報としては各画像情報を想起可能な効果音やナレーションを用意した.ユーザテストの結果,画像情報,音響情報の相互の関連が深く,内容が直感的に理解しやすいものを使用した場合に認証成功率,認証時間とも良好な結果を得られることが明らかとなった.

これらの成果は,情報処理学会研究会,電子情報通信学会総合大会,国際会議等で発表を行った.画像認証方式およびマルチセンソリー認証方式について一定の知見が得られており,プロトタイプも完成している.よって,研究計画はおおむね順調に進展していると判断できる.24年度が最終年度であるため、記入しない。次年度が本研究の最終年度となる.そこで,今後は,これまでの成果をもとに,認証方式の改良を進めるとともに,より詳細なユーザテストを通じて,提案する認証インターフェースの使い易さの主観的評価を行う予定である.なお,これまで,主に視覚と聴覚とを組合せたシステムの検討を行ってきたが,振動などに対する触覚やユーザの空中筆記動作など,新たなモダリティを取り入れた方式の可能性についても検討し,今後,ユーザブルセキュリティに関する新しいテーマを発掘し,新たな研究として発展させていく予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
メラノーマの進行に伴う血中の遊離型およびリンパ球結合型接着分子の解析

メラノーマ患者の血清ならびにリンパ球表面の接着分子の発現の解析メラノーマ患者の血清中における接着分子の一つであるICAM-1およびメラニン代謝産物である5-S-CDレベルを、健常人をコントロールとして、DDIAおよびHPLCを用いて測定した。血清中の可溶性ICAM-1(sICAM-1)および5-S-CDレベルは、それぞれ健常人に比べ有意に高値を示した。sICAM-1は、メラノーマの病勢の早期より上昇傾向を示したのに対し、5-S-CDは、進行期の患者のみに上昇傾向を示した。また、色素産生のない症例では、5-S-CDは、上昇傾向を示さないのに対して、sICAM-1は上昇傾向を示し、両者の測定の有用性が示唆された。一部に、sICAM-1優位または5-S-CD優位の症例を認めるが、全体としては、5-S-CDとsICAM-1は、有意な正の相関を示した。メラノーマ患者のリンパ球表面のICAM-1の発現を、フローサイトメトリーを用いて測定し健常人と比較検討した。メラノーマ患者のリンパ球表面のICAM-1の発現は、健常人に比べ有意に高値を示した。また病勢の進行にともない上昇傾向を示した。健常人の末梢リンパ球を培養し、γ-IFNによるリンパ球表面のICAM-1の発現および培養上澄中のsICAM-1レベルの影響をメラノーマの培養細胞と比較検討した。健常人の末梢リンパ球に比べ、メラノーマの培養細胞は、γ-IFNにより細胞表面のICAM-1の発現および培養上澄中のsICAM-1レベルの影響が大きかった。メラノーマ患者の血清中のsICAM-1の由来は、腫瘍細胞とも活性型リンパ球とも言われているが、未だ明らかではない。以上の所見は、進行期メラノーマ患者の血清中のsICAM-1の由来が腫瘍細胞である可能性を示唆するものと考える。
放射線画像認識技術を用いた死後画像の特定に関する研究

日本各地で発生している様々な自然災害による被害を想定した各方面からの先駆的な取り組みが求められている。本研究では、大規模災害発生時にご遺体の身元を迅速に特定する手法を確立するために、死後に撮影する全身のX線CT画像から個人識別に活用できる生体指紋情報(biological fingerprints)を抽出し、これを利用して生前と死後の画像を照合させて身元不明のご遺体の個人の識別を行うことを目的としている。本研究は身元不明のご遺体を正確かつ迅速に識別する手法を開発するものである。
小型熱ナノインプリント装置用マイクロヒータの開発

研究目的:ナノインプリントとはモールド表面に刻まれた微細な凹凸パターンを樹脂に転写する技術である。樹脂の軟化に熱を用いるが、従来は装置の外部から熱を加えていたため熱のロスが多く問題であった。そこで小型のヒータを製作して装置の内部に設置し、装置内部から直接試料を加熱することで熱のロスの低減させることを目的とする。研究方法:装置内部に設置するヒータはガラス基板上に銅のヒータ線を配線した抵抗加熱式ヒータとした。装置内に収めるためにヒータの大きさは20*20*1mmとした。また、装置内にヒータを設置してナノインプリントを行うとヒータごと加圧することになるため、試料を破損させないためにヒータ面をフラットにする必要があった。そこでヒータ線の製作には半導体プロセス技術を利用した。本技術を用いるとnmオーダーの精度で加工ができるためヒータ面を極めてフラットにできる。抵抗加熱式ヒータのヒータ抵抗は550Ωが適当な値である。その抵抗値を得られるようにヒータ線の厚み、幅、総延長を計算で求めたところそれぞれ1μm、1mm、240mmであったためその寸法でヒータ線を製作した。研究成果:製作したヒータのヒータ抵抗は14.4Ωであり、抵抗加熱式ヒータとしては適当な抵抗値であった。ヒータに電圧を印加し、電圧上昇とともにヒータ温度が上昇することを確認し、また200°Cまで問題なく加熱できることを確認した。製作したヒータを用いてナノインプリント実験を行い、適正にパターンを転写できることを確認した。また、ヒータ面はRa=0.037μmと極めてフラットであるためナノインプリントの加圧による基板の損傷は起こらなかった。1回のナノインプリントで発生する熱量は、従来の装置外部から加熱する方法では206kJであったが本研究で確立した装置内部から加熱する方法では12kJであり、94%の熱量を削減できた。
ビタミンD応答性新規リン感知システムによる生体内石灰化制御機構の解明

細胞外リンを感知しカルシウム輸送を調節する新規システムを検討した。カルシウム吸収が低下した小腸VDRKOマウスにリン制限食を投与したところ、カルシウム吸収と骨量の増加を確認し、リン濃度変化に応答するATP-ピロリン酸代謝分子のENPP1の関与を確認した。さらに、腸上皮細胞輸送評価系の外液リン濃度を変化させたところ、リン濃度の低下によりENPP1の管腔側膜局在は減少し、ATPが外液に蓄積した結果、P2X受容体に作用してカルシウム流入は増加した。本研究の結果から、ENPP1によるATP代謝系が細胞外液リンに応答するセンサーであり、局所カルシウム輸送を調節する可能性が示唆された。リン恒常性は、カルシウム代謝と連動しながら組織石灰化の制御に関係する重要な生理機能であるが、細胞外液リン濃度の変化を感知する機構は不明である。カルシウム代謝と同様にリン代謝もビタミンD作用による調節を受けるため、ビタミンD作用と連動した細胞外液リン濃度応答機構の解明を目指す。その中でも、カルシウムとリンの石灰化を強力に調節するピロリン酸代謝系に注目し、細胞外液リン濃度の変化にピロリン酸代謝系の細胞内局在がどの様に応答するかを検討する。平成26年度は、リン栄養変化時に消化管粘膜上皮細胞で発現応答するリンセンサー候補の絞り込みを行った。まず、ビタミンD作用下で働く分子を特定するために、野生型マウスおよび小腸VDR KOマウスに正常食、あるいは、リン制限食の投与を行い、小腸粘膜上皮組織におけるピロリン酸代謝分子の発現量の変化や細胞内局在を免疫組織化学染色により検討し、ピロリン酸代謝分子の細胞膜上での局在の変化を確認した。さらに、消化管内液を回収し、消化管内でのピロリン酸-ATP量の変化が、小腸粘膜上皮のピロリン酸代謝分子の局在変化とマッチすることを確認した。これにより、ピロリン酸代謝分子がリンセンサー候補として選出された。つづいて、細胞外液リン濃度の増加に伴い、カルシウムイオンチャネルやカルシウムポンプ等のカルシウム輸送系分子の発現や細胞内局在の変化をピロリン酸代謝分子と同様の方法で観察した。すると、細胞外リン濃度の変化に応じて速やかに経細胞カルシウム輸送系に変化がみられた。この結果から、カルシウム輸送系分子の細胞内局在調節に、リンセンサー分子が関与している可能性が示唆された。カルシウムやリンの恒常性は、互いに連動しながら細胞活動や組織石灰化を制御する。我々は骨量減少モデルマウスへ投与する食事リン量を制限すると、小腸カルシウム吸収は増加し骨カルシウム恒常性が改善されることを報告した。しかしながら、小腸上皮組織でカルシウムやリンはどの様に感知されてそれぞれの吸収が調節されるのか、具体的な分子基盤は確立されていない。本研究では、ビタミンD依存的なカルシウム吸収を失った小腸ビタミンD受容体欠損マウスを実験モデルとして、食事リン制限に応答する分子による新たなカルシウム吸収調節機序を検討した。平成26年度は、小腸ビタミンD受容体欠損マウスに対するリン制限食の投与がカルシウム吸収を増加し、カルシウム恒常性維持に強く貢献する事を確認した。ビタミンD作用とは独立したカルシウム輸送系の存在を検討し、ATP依存的なカルシウム輸送系の関与が示された。平成27年度は、小腸上皮細胞においてATP依存的カルシウム輸送を調節するATP消去酵素の発現ならびに小腸上皮における局在化が細胞外液リン濃度の変化に影響されることを確認した。さらに、外液リン濃度に応答し、ATP消去酵素の発現・膜局在化を制御する細胞内シグナルが同定された。細胞外リン酸濃度依存的に小腸カルシウム吸収が調節される現象に注目し、小腸特異的にビタミンD作用を欠く変異マウスでのカルシウム吸収を摂取リン量の変化で改善したことから、ビタミンDの作用とは独立した新規カルシウム輸送調節系を検討した。細胞外液リン濃度に応答する細胞内シグナルを同定し、細胞外ATP消去系との連動を明らかにした。さらに、ATP依存的な経細胞カルシウム輸送を、小腸上皮で観察した。カルシウムとリンの代謝は密接に連動しながら生体内恒常性が維持され、適正な細胞活動を進めることで組織の石灰化が制御される。ビタミンD作用は小腸でのカルシウムやリンの吸収や腎臓でのそれらの再吸収には促進的にはたらき、それぞれの血中濃度の上昇に貢献する。一方、カルシウムやリンは小腸においてお互いの吸収を抑制し、生体内での利用効率を低下させる。この局所的な調節はビタミンD作用の有無にかかわらず認められ、さらに、ビタミンD作用の欠失したマウスモデルではより顕著に観察される。本研究では組織がリンを感知してカルシウム代謝を変化させるしくみを明らかにし、局所での石灰化の制御との関連性を見出すこと目的とした。研究開始二年目までの研究成果として、ビタミンD非依存的なATP応答性の経細胞輸送系が小腸上皮組織で機能しており、食事中のカルシウム・リン比やリン量に応答してカルシウム吸収を変化させることを見出した。さらに、ATP応答性輸送機構の中心となる細胞外ATP代謝分子群の細胞内局在化は外液リン量によって変化することを生体組織や培養細胞により確認した。本研究最終年度では、リン応答性に変化する細胞内シグナルとATP量を変化させる細胞膜局在分子の連携を明らかにし、ATP代謝分子機能欠失型変異マウスにおけるカルシウム輸送や局所石灰化から生体におけるATP応答性輸送機構の重要性を評価した。

変異マウスは細胞外液ATPの分解率が低下しているため、ATP応答性の経細胞輸送系は野生型マウスと比較して増加していることが予測されたが、小腸のカルシウム吸収効率には変化は認められず、ATP分解系だけでなく、外液へのATP供給系の重要性が示唆された。そこで、リン応答性に細胞外へATPを放出する分子を絞り込み、外液リン応答性の局所カルシウム輸送機構に関与することを見出した。細胞外リンを感知しカルシウム輸送を調節する新規システムを検討した。カルシウム吸収が低下した小腸VDRKOマウスにリン制限食を投与したところ、カルシウム吸収と骨量の増加を確認し、リン濃度変化に応答するATP-ピロリン酸代謝分子のENPP1の関与を確認した。さらに、腸上皮細胞輸送評価系の外液リン濃度を変化させたところ、リン濃度の低下によりENPP1の管腔側膜局在は減少し、ATPが外液に蓄積した結果、P2X受容体に作用してカルシウム流入は増加した。本研究の結果から、ENPP1によるATP代謝系が細胞外液リンに応答するセンサーであり、局所カルシウム輸送を調節する可能性が示唆された。ピロリン酸代謝系分子を中心に、細胞外リン濃度の変化に応答するセンサー分子の絞り込みを予定していたが、センサー候補だけでなく、細胞外液リン濃度の変化に応じて極めて速やかにカルシウム輸送系が変化することから、リンセンサーの制御下にある代謝系をとらえることが出来た。本年度はATP消去酵素欠損マウスの局所組織の石灰化ならびにカルシウム輸送能を評価する。リン応答ATP依存的カルシウム輸送系の生理的な意義を評価し、リンセンサーとしての機能を検討する。骨代謝学、栄養学2年目以降はリンセンサー候補分子の遺伝子発現調節領域を用いて、リンセンサーが発現する局所でカルシウムイオンの流入を感知する遺伝子組み換えマウスを作出する予定である。1年目に既にリンセンサーの標的となる細胞機能(経細胞カルシウム輸送系)は特定されたと考えられる。したがって、細胞外リン濃度の変化が細胞機能を変化させる時の、細胞内シグナルの精査を優先する。イオン化カルシウム測定のためのイオン電極型測定装置一式を購入予定であったが、予定していたマウスの作出を変更したことから、イオン化カルシウムを高感度で測定するために、検出方法を変更し、それに伴う未使用額が生じた。平成26年度には、イオン電極カルシウム測定装置の購入を予定していた。しかしながら、動物の繁殖飼育を初年度から開始すべきと判断し、飼育費(その他に該当)経費が予定額を超えたため、購入計画を変更した。ただし、カルシウムイオンのみに対応した簡易型のイオン電極測定装置を購入し、当該年度に予定された実験を行った。イオン電極法から高感度検出法に変更したため、次年度以降に比色・蛍光測定試薬、放射性同位体検出試薬一式等の購入を予定している。平成27年度に予定される実験を実施するためには、カルシウムイオン以外の電解質(ミネラル)測定可能な電極が必要である。実験結果としてどの様なミネラル分析データが必要かを得られた実験結果から絞り込み判断し、平成26年度の未使用額を追加の簡易型イオン電極購入に使用する。
HERS形成におけるRhoシグナリングの制御とPaxillinの相互作用の解明

歯根発生の開始時にはエナメル器のCervical loop(CL)に由来する細胞によってHertwig上皮鞘(HERS)が形成される。HERSは歯根象牙質の形成を誘導することが知られているが、HERS形成のメカニズムについては十分に理解されていない。我々は、細胞の走化性を制御するPaxillinが外エナメル上皮(OEE)やHERSに強く発現することを見いだした。そこで、本研究ではHERS形成に関わるPaxillinの役割を明確にすることを目的としている。研究成果として,我々はCK14cre-TdTomato発現マウスから,TdTomato発現HERS細胞株を作製し,HERS形成に関わる細胞の遊走性に関する実験系を確立した。またHERS形成における活性型Rhoシグナルの局在とRho kinaseの発現について検討した結果,外エナメル上皮細胞からHERSに至る過程でRhoシグナルが活性化していることが明らかとなった。一方でHERS形成が行われたあと,一部の細胞でRhoの活性化が低下しており,同時にこれらの細胞において上皮間葉転換のマーカーであるslugやビメンチンの発現が上昇していることを示した。さらにdominant-negative-RhoAマウスを用いてHERS形成期でのRhoシグナルの活性化を低下させるとHERSの伸張が抑制され,同時に歯根象牙質形成もまた抑制された。これらの結果から,HERS形成と維持にはRhoシグナルの活性化が重要であることが示唆された。加えてRhoシグナルの低下はHERSの断裂と関連することが示唆され,malassezの上皮遺残形成に深く関わっていることも明らかとなった。これらのHERS形成に関連する細胞遊走因子paxillinとRhoシグナルも深く関連していることが明らかとなり,来年度はこれらのシグナルとの相互関係について調べる予定である。我々はCK14cre-TdTomato発現マウスから,TdTomato発現HERS細胞株を作製し,HERS形成に関わる細胞の遊走性に関する実験系を確立したこと,さらにdominant-negative-RhoAマウスを用いてHERS形成期でのRhoシグナルの活性化を低下させた実験モデルマウスなどの実験系の確立は有用な研究成果である。またHERS形成における活性型Rhoシグナルの局在とRho kinaseの発現について検討して外エナメル上皮細胞からHERSに至る過程でRhoシグナルが活性化していることが明らかとしたことは新たな発見である。このように新規の実験系の確立やHERSの形成におけるRhoシグナル関与の重要性を明らかにしたことは重要な成果だと考えており,研究の進捗は概ね良好であったと判断した。これに加えてRhoシグナルの低下はHERSの断裂と関連することが示唆され,malassezの上皮遺残形成に深く関わっていることにも研究が展開しており,今後の進捗も期待できる。但し,HERS形成に関連する細胞遊走因子paxillinとRhoシグナルとの関係については未だ明らかになっておらず,今後の研究計画である。Rhoシグナリングにおける機能獲得・喪失実験を行い、Paxillinの発現変化を観察する。我々は,今までの研究でHERS細胞株の樹立に成功している。そこで,Rhoシグナルの機能獲得と機能喪失実験を行い,Paxillinの発現変化と細胞の走化性の変化について検討を行う。またPaxillinは細胞骨格や細胞接着因子(E-カドヘリン)と深く関わっているのでこれらの発現との関連性を追求する。さらにタモキシヘン誘導型のdominant-negative-RhoAマウスを用いてHERS形成期でのRhoシグナルの活性化を低下させた場合のpaxillinの発現変化と調べ,Rho活性化-Paxillin-HERS形成の関係をより詳細に分析する。一方で,paxillinの発現変化がRhoシグナルの活性化に及ぼす影響を検討する。具体的にはpaxillinのsiRNAを用いてpaxillinの発現低下と細胞の遊走性,Rhoシグナルの活性化の変化を調べてPaxillin-Rhoシグナル-HRES形成の関係を明確にする。前年度の成果においてHERSからMalassez形成にはRhoシグナル低下を介した上皮間葉転換が深く関わっていることも明らかにしたので,paxillinの発現低下が上皮間葉転換にどのように関わっているかについてもさらに研究を進める予定である。歯根発生において、ヘルトビッヒ上皮鞘(HERS)は歯根象牙質の形成を誘導することが知られているが、HERSが発生するメカニズムについては十分に理解されていない。細胞の走化性を制御する分子Paxillinと細胞骨格を制御するRhoシグナルがHERS細胞に強く発現することから、PaxillinとRhoシグナリングに注目してHERSの発生メカニズムの解明に取り組んだ。まずマウス臼歯の器官培養にRhoのアクチベータやインヒビターを作用させ、Rhoの活性とHERSとの関係を調べた。その結果、RhoシグナルのアクチベーターではHERSが長くなる一方、インヒビターでは細胞の形態が不規則で2列に配列した細胞層が作られなかった。したがって、RhoシグナルはHERSの形態形成に重要な働きをしていることが明らかとなった。そこで、現在RhoシグナルとPaxillin発現との関連を調べるために、培養HERS細胞にアクチベーターとインヒビターを加えてその発現量の変化を調べている。さらにHERSにおける細胞増殖・移動とPaxillinの発現を同時に観察できるリアルタイムイメージングシステムを確立するために、Paxillin-GFP発現マウスを用いてHERS細胞株の樹立を試みている。