hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遺伝標識付細菌を用いたバクテリアルトランスローケイション研究法の開発

平成10-12年度の研究で、Wistarラットの盲腸から分離、同定した大腸菌に3剤の抗生物質(streptomycin, neomycin, bacitracin)耐性を獲得させた遺伝標識付大腸菌株JNW14の作成に成功し、真のパクテリアルトランスローケイション(BT)研究法が開発された。遺伝標識付大腸菌株を用いた前の検討から、閉塞性黄疸時のBTの実態が明らかになった。また、肝切時には肺、肝、脾の順にBTが増加し、門脈血中にはエンドトキシシやJNW14が認められなかったことから、BTの主たる経路はリンパ系を介することが判明した。さらに、細菌に対する網内系のクリアランス機構が閉塞性黄疽や肝切除時には低下することから、BTから敗血症発症への関連性が明らかとなった。閉塞性黄疸時のBT発現機構として、絨毛高の低下や中心乳糜腔の拡張と粘膜下浮腫などの粘膜構造の変化により、腸管粘膜の透過性が亢進を来すことにより細菌侵入が起こり、BTに至る過程が明確となった。閉塞性黄疸下での胆汁酸(コール酸、タウロコール酸)投与ではJNW14の盲腸内生菌数は減少するもののい、BT抑制効果はほとんど無く、胆汁投与により腸管構造の改善と粘膜の透過性亢進の抑制が起こり、BTが抑制されることが判明した。これらの成果を投稿中である。遺伝標識付細菌を用いたバクテリアルトランスローケイション(BT)研究法の開発のため,ラットを用い,総胆管の結紮・切離を行った閉塞性黄痕(I)群と総胆管剥離のみを行った(C)群との間で光顕的には腸管粘膜構造の両群間差異は明確でなかった.しかし,フェノールフタレイン(PSP)腸管内投与後の尿中排泄率の検討では,1,2週後ともにI群で有意なPSP排泄率の増加がみられ,I群での腸管粘膜透過性亢進が明らかとなった.遺伝標識として正常のWistarラットの盲腸から分離,同定した大腸菌に3剤の抗生物質質(bacitracin,neomycin,streptomycin)耐性を獲得させた遺伝標識付大腸菌株JNW14を作りだした,この大腸菌株JNW14の一夜培養液を飲料水として摂取させ腸管内細菌とし,て定着させ,C群、I群,閉塞性黄痘+肝切除(IH)群に分け,盲腸内容,腸間膜リンパ節(MLN),肝臓,肺,脾臓,門脈血を採取しJNW14の生菌数を測定した.その結果,MLN培養は全群陽性で,生菌数はI群,IH(6,24時間)群でC群と比較して有意に増加した.各臓器の培養陽性頻度は,IH群の12時間後の肺(71%),48時間後の肝臓,牌臓(50%)でC群と比較し,有意な増加がみられた(p<0.05).また,肺培養陰性群に比較して陽性群でのMLNの内生菌数は有意に高値であった(p<0.05).さらに門脈血中エンドトキシン濃度は各群とも極めて低値で,各群間で差異を認めず,JNW14は生菌として検出されなかった.今回開発した遺伝標識付細菌(JNW14)によりBTの病態が明確になり,肝障害時のMLNから肺への移行にはリンパ行性経路の関与が大きいことが判明した.また,BTの研究に遺伝標識付細菌を用いる手法の確立は,BT機構の解明と予防策の研究に有用と考えられた.平成1011年度の研究で開発した遺伝表識付細菌JNW14を用いて、閉塞性黄疸ラットおよび閉塞性黄疸ラット肝切除後のバクテリアルローケイション動態の解明に続いて閉塞性黄疸および肝切除後の各臓器における細菌のクリアランス機能を測定するとともに、肝汁酸が閉塞性黄疸ラットのバクテリアルトランスローケイション防止効果に及ぼす影響を検討した。

JNW14生菌10^8CFU投与後の血中クリアランス曲線から算出したPhagocytic index(κ)はsham Op.(S)群に比較し閉塞性黄疸(I)群で低下するとともに、肝切除(IH:24時間)群では著明に低下した。網内系臓器の取り込みでは、I群ならびにIH群で肝での取り込みの低下と肺での取り込み増加が認められた。κ値、肝の取り込み率および肝湿重量の増減率は、I群で取り込み率の減少がκ値の現象より大であった。また、IH群ではκ値、取り込み率とも肝湿重量の増減率より低下傾向を示し、取り込み率がκ値より低下した。閉塞性黄疸ラットに対する胆汁酸投与で、タウロコール酸、コール酸(各20mg/100gBW)投与では両群とも非投与群に比し盲腸内生菌数は減少したが、腸間膜リンパ節へのバクテリアルトランスローケイションは増加傾向が見られた。しかし、タウロコール酸10mg/100gBW、5mg/100gBW投与群では両群ともにバクテリアルトランスローケイション防止傾向が見られた。これらの結果から、閉塞性黄疸や肝切除時のバクテリアルトランスローケイションならびに網内系機能低下による肺感染症の一因が明らかになるとともに、胆汁酸の成分、投与量によりバクテリアルトランスローケイション防止効果に差異があることが判明した。平成1011年度の研究で開発した遺伝標識付大腸菌JNW14を用いて行った閉塞性黄疸時の各臓器でのクリアランス機能やバクテリアルトランスローケイションの動態解明を基盤として、バクテリアルトランスローケイションの防止機構と防止策について検討した。腸管構造の検討で、閉塞性黄疸ラットはコントロール群に比較して腸管絨毛高が低下し、中心乳糜腔の拡張や粘膜下浮腫がみられた。また、フェノールスルフォンフタレイン(PSP)の腸管内投与後尿中排泄で観察した腸管粘膜の透過性は亢進していた。これら腸管の構造や機能面の障害の要因による細菌侵入からバクテリアルトランスローケイションの拡大に至ると考えられた。腸間膜リンパ節のJNW14の生菌数はコール酸(20mg/100gBW)やタウロコール酸(550mg/100gBW)の投与では減少しなかったが、胆汁(3&6ml/日)投与により有意に減少した。また、胆汁投与により多臓器へのバクテリアルトランスローケイションが抑制された。閉塞性黄疸でみられた腸管構造の変化は、胆汁投与により腸管絨毛高の低下は改善し、中心乳糜腔の拡張や粘膜下浮腫が軽減した。さらに、腸管粘膜の透過性亢進も抑制された。閉塞性黄疸時には腸管の構造や機能面の変化からバクテリアルトランスローケイションが亢進するが、その防止には胆汁酸のみでは不十分で、胆汁の投与が有用であることが示唆された。本研究での成果を投稿、ならびに投稿準備中である。
サクション導入による斜面強化工法の研究

晴天時には斜面内には負の間隙水圧(サクション)が発生して斜面は安定しているが,降雨時には間隙水圧が正に転じ,斜面の安定性は失われる.この斜面崩壊のメカニズムを利用して,斜面内に毛管脱水能力を備えた排水パイプまたは人工布を埋設して,降雨時にも斜面内に負の間隙水圧を残存させ,斜面の安定化をはかることを検討している.地盤中に埋設する布として,毛管上昇高さ1m以上の布を必要とするので,多数の土木工事用不織布について毛管張力試験を実施したが,市販の材料では透水性が過大で目的に適うものは見当たらない.一部の材料で数枚重ねて圧縮し,密度の大なる状態で使用すれば,目的に近い性質を持たせる事ができる.今後の工場製品化を待たねばならない.地表に露出した布の部分を放置したのでは,降雨時にこれより斜面内に水を供給することになる.布の端部を乾燥状態に保つために何らかの器具をつけるよりも,シートをかける方が簡便である.このシートの効果を倍増させるため,シートの下側を真空で引く事を検討した.シートを上手にかける事ができれば,真空により斜面を押さえて安定させる効果と斜面内にサクションを導入する効果と2重の効果を期待できる.三軸試験の結果では,真空載荷時には,その圧密による土の強度増加の他に,土の不飽和土化による強度増加が確認された.強度増加にして約10%である.実際の斜面ではジオテキスタイルの配置により,地盤強化の必要な範囲の設定等が必要である.晴天時には斜面内には負の間隙水圧(サクション)が発生して斜面は安定しているが,降雨時には間隙水圧が正に転じ,斜面の安定性は失われる.この斜面崩壊のメカニズムを利用して,斜面内に毛管脱水能力を備えた排水パイプまたは人工布を埋設して,降雨時にも斜面内に負の間隙水圧を残存させ,斜面の安定化をはかることを検討している.地盤中に埋設する布として,毛管上昇高さ1m以上の布を必要とするので,多数の土木工事用不織布について毛管張力試験を実施したが,市販の材料では透水性が過大で目的に適うものは見当たらない.一部の材料で数枚重ねて圧縮し,密度の大なる状態で使用すれば,目的に近い性質を持たせる事ができる.今後の工場製品化を待たねばならない.地表に露出した布の部分を放置したのでは,降雨時にこれより斜面内に水を供給することになる.布の端部を乾燥状態に保つために何らかの器具をつけるよりも,シートをかける方が簡便である.このシートの効果を倍増させるため,シートの下側を真空で引く事を検討した.シートを上手にかける事ができれば,真空により斜面を押さえて安定させる効果と斜面内にサクションを導入する効果と2重の効果を期待できる.三軸試験の結果では,真空載荷時には,その圧密による土の強度増加の他に,土の不飽和土化による強度増加が確認された.強度増加にして約10%である.実際の斜面ではジオテキスタイルの配置により,地盤強化の必要な範囲の設定等が必要である.晴天時には斜面内には負の間隙水圧(サクション)が発生して斜面は安定しているが、降雨時には間隙水圧が正に転じ,斜面の安定性が失われる.この斜面崩壊のメカニズムを利用して,斜面内に毛管脱水能力を備えた排水パイプまたは人工布を埋設して,降雨時にも斜面内に負の間隙水圧を残存させ,斜面の安定化をはかることを検討している.地盤中に埋設する布として,毛管上昇高さ1m以上の布を必要とするので,多数の市販の土木工事用不織布について毛管張力試験を実施したが,市販の材料では透水性が過大で目的に適う材料は見当たらない.通常のものは,毛管上昇高さ20cm程度であり満足できるものではない.しかし,一部繊維密度のたかいもので,これを複数枚重ねて加圧加工すれば使用できるものがある事を確認した.これを簡単に工場製品化できるかどうかが今後の進展の鍵である.また,人工布の間に吸湿能力の高いゼラチン系の材料を挟むことを検討した実験では,毛管張力は上昇するが透水係数が極端に低下する.このため脱水効果が上がらない不利点が生じる.一方,地盤中に埋設した布の一端は,蒸発乾燥装置に結合することにより,連続的に斜面内より脱水することができる.降雨時にぬれず,晴天時乾燥が進行する機能を持つ簡便な乾燥装置をつくることる事が第2の課題である.試作品は完成したが,なお効率の高いものにするよう改良を計り,現場での実用試験を実施することが必要である.晴天時には斜面内には負の間隙水圧(サクション)が発生して斜面は安定しているが,降雨時には間隙水圧が正に転じ,斜面の安定性は失われる.この斜面崩壊のメカニズムを利用して,斜面内に毛管脱水能力を備えた排水パイプまたは人工布を埋設して,降雨時にも斜面内に負の間隙水圧を残存させ,斜面の安定化をはかることを検討している.地盤中に埋設する布として,毛管上昇高さ1m以上の布を必要とするので,多数の土木工事用不織布について毛管張力試験を実施したが,市販の材料では透水性が過大で目的に適うものは見当たらない.一部の材料で数枚重ねて圧縮し,密度の大なる状態で使用すれば,目的に近い性質を持たせる事ができる.今後の工場製品化を待たねばならない.

地表に露出した布の部分を放置したのでは,降雨時にこれより斜面内に水を供給することになる.布の端部を乾燥状態に保つために何らかの器具をつけるよりも,シートをかける方が簡便である.このシートの効果を倍増させるため,シートの下側を真空で引く事を検討した.シートを上手にかける事ができれば,真空により斜面を押さえて安定させる効果と斜面内にサクションを導入する効果と2重の効果を期待できる.三軸試験の結果では,真空載荷時には,その圧密による土の強度増加の他に,土の不飽和土化による強度増加が確認された.強度増加にして約10%である.実際の斜面ではジオテキスタイルの配置により,地盤強化の必要な範囲の設定等が必要である.
LIB資源価値低下に対応可能な高度Li循環プロセス構築に関する基礎的検討

本研究の目的は、資源価値が低下したLIBにも対応可能なLi回収、高純度の炭酸Li精製のための基礎的情報の提供である。模擬試料や廃LIBをターゲットにして焼成実験を行い、焼成物の水浸出処理、浸出液の炭酸化処理により炭酸Liの精製を行う。最終的に廃LIBからLi回収率95 %、炭酸リチウム純度99.5 %の達成を目標とする。
H3K27ヒストン修飾によるエンハンサー制御機構の解析

細胞のエンハンサー形成におけるヒストン修飾H3K27me3の役割は未だ明らかではない。本研究では、その役割を明らかにするためにH3K27me3欠損K562細胞を用いて各種ヒストン修飾とp300のChIP-seqならびにRNA-seq解析を実施した。その結果、エンハンサー領域のH3K27me3の減少がエンハンサー活性化の指標であるH3K27acならびにp300の上昇を誘発し、Gene body領域のH3K27me3減少は遺伝子発現を活性化させることが観察された。これらの結果よりH3K27のアセチル化とメチル化の動的な関係によりエンハンサー活性および遺伝子発現が制御されることが明らかとなった。本研究課題では、エンハンサー領域のヒストンH3K27のアセチル化(H3K27ac)をH3K27のメチル化(H3K27me3)が積極的に抑制している可能性を検証することを目的とする。平成27年度には以下の3点を主な目標として研究を遂行した。(1)K562細胞は赤芽球系の細胞であり、転写因子GATA1が細胞特性の決定に大きな役割を果たしている。そこでH3K27me3欠損細胞においてGATA1及びアセチル化酵素p300のChIP-seq解析を行い、H3K27me3欠損によってGATA1/p300が結合する個所が増加するか調べた。その結果、H3K27me3欠損細胞においてp300の結合箇所は増加するものの、GATA1結合箇所には大きな増加は認められないことが明らかとなった。(2)H3K27me3欠損ならびにコントロールK562細胞を用いてRNA-seq解析を実施した。H3K27me3欠損K562細胞ではGATA3とGATA6が大きく発現上昇していることが明らかとなった。これらの遺伝子周囲には新規にH3K27ac修飾部位が出現しており、エンハンサー制御の破たんによりK562本来のアイデンティティとは異なる遺伝子発現が生じていることが示唆された。(3)CRISPR-Cas9システムとH3K27脱メチル化酵素の融合タンパク質の作製を開始した。脱メチル化酵素UTXの酵素活性ドメインをクローニングし、dCAS-UTX融合タンパク質発現プラスミドを作製した。このdCAS-UTX融合タンパク質と特定DNA配列を標的としたsgRNAをK562細胞に共発現させることで、dCAS-UTX融合タンパク質を標的DNA配列に動員することに成功した。しかしながら、dCAS-UTX融合タンパク質が動員されても、当該部位のH3K27me3量は不変であることが観察された。平成27年度にはH3K27me3がエンハンサーを抑制する分子機構を解明する端緒として、転写因子GATA1とアセチル化酵素p300のChIP-seqを当初の予定通り施行した。コントロールK562細胞において、GATA1の認識配列の僅か1.3%にGATA1は結合しており、残りの98.7%にはGATA1の結合が抑制されていた。申請者らの解析ではH3K27me3修飾欠損細胞においてもGATA1結合個所の割合は1.3%から1.5%に増加したに過ぎず、H3K27me3修飾が転写因子の結合部位の制御を介してエンハンサーを制御する可能性は低いと考えている。一方で、p300の結合部位と結合量はH3K27me3修飾欠損細胞において増加が観察された。これらの知見に基づき、平成28年度にはH3K27me3によるエンハンサー制御機構として、H3K27me3によるp300制御により焦点を絞って解析を進めることとした。エンハンサーの標的遺伝子の発現解析によって、H3K27me3修飾がGATA3とGATA6の転写を抑制することが判明した。K562細胞の分化系譜で発現しない遺伝子の発現上昇が認められることから、K562細胞本来の赤芽球系のアイデンティティが失われていることが示唆された。これらH3K27me3の標的遺伝子が同定できたことにより、dCAS-UTX融合タンパク質や4C解析で詳細な解析を行うエンハンサー候補の絞り込みを行うことができた。平成27年度に予定していた4C解析については、その条件検討となる3C解析を行うのみにとどまっており当初の予定より遅れている。そこで実験予定を変更し、dCAS-UTX融合タンパク質の作製を先行して開始した。本年度に作製したdCAS-UTX融合タンパク質はH3K27me3脱メチル化活性を有しておらず、平成28年度も引き続き融合タンパク質の作製方法の検討が必要である。ヒストン修飾と遺伝子発現の因果関係には未だ不明な点が多い。本研究では遺伝子発現制御領域であるエンハンサー領域のヒストンH3K27のアセチル化(H3K27ac)とH3K27のメチル化(H3K27me3)による遺伝子発現制御の因果関係を検証することを目的とする。平成27年度には1) H3K27me3欠損K562細胞を作製し、次世代シーケンサーを用いたRNA-seqによりH3K27me3修飾に依存して遺伝子発現が抑制されている遺伝子群を同定した。2) H3K27me3修飾変化に依存したヒストンH3K27のアセチル化酵素p300のゲノム上での局在変化をChIP-seq解析により明らかにした。3) CRISPR-Cas9システムとH3K27脱メチル化酵素の融合タンパク質の作製を開始した。これらの進捗に基づき平成28年度には以下の2点を主な目標として研究を遂行した。

1)本研究課題の関連課題として、我々はマウスNIH3T3細胞において遺伝子の転写開始点から終結点までの遺伝子領域(Gene body)のH3K27me3修飾が転写抑制と相関することを見出してきた。そこで、エンハンサー領域のH3K27me3修飾ならびにGenebody領域のH3K27me3修飾と遺伝子発現制御の関係をK562細胞において精査した。2)ゲノムワイド解析によって同定されたH3K27me3とエンハンサーの活性化の相関関係をさらに精査するため、ヒストンH3K27のアセチル化酵素p300の局在変化を人為的に誘導するためのdCAS-p300融合タンパク質を作製した。このdCAS-p300融合タンパク質を利用することで、H3K27me3修飾により抑制されたエンハンサーを強制的に活性化できるか検証することが可能となることが期待される。細胞のエンハンサー形成におけるヒストン修飾H3K27me3の役割は未だ明らかではない。本研究では、その役割を明らかにするためにH3K27me3欠損K562細胞を用いて各種ヒストン修飾とp300のChIP-seqならびにRNA-seq解析を実施した。その結果、エンハンサー領域のH3K27me3の減少がエンハンサー活性化の指標であるH3K27acならびにp300の上昇を誘発し、Gene body領域のH3K27me3減少は遺伝子発現を活性化させることが観察された。これらの結果よりH3K27のアセチル化とメチル化の動的な関係によりエンハンサー活性および遺伝子発現が制御されることが明らかとなった。平成27年度の研究の結果、UTXの酵素活性ドメインとdCASタンパク質の組み合わせでは機能的なdCAS-UTX融合タンパク質を作製できないことが明らかとなった。過去の報告では、dCASタンパク質とアセチル化酵素の酵素活性ドメインの融合タンパク質がアセチル化活性を有することが示されていたが、UTXとdCAS融合タンパク質の場合には酵素活性ドメインだけでは不十分であることが考えられる。そこで、平成28年度にはUTX全長のタンパク質配列や、別の脱メチル化タンパク質であるJMJD3とdCASの融合タンパク質を作製する。これら新しい脱メチル化酵素-UTX融合タンパク質で部位特異的なH3K27me3脱メチル化を検証する。また、in vitroでの脱メチル化アッセイを確立し、作製した融合タンパク質の脱メチル化活性の判定を容易にすることで効率化を図る。H3K27me3欠損細胞の遺伝子発現解析によって、エンハンサーの標的遺伝子の候補を同定した。同定された遺伝子の中で、特にGATA3とGATA6は細胞の性質を決める転写因子なので、これらの遺伝子発現がH3K27me3によるエンハンサー制御下にある可能性を検証する。これらエンハンサーの標的となる候補遺伝子をさらに解析するために、平成28年度には4C解析を計画している。平成27年度より条件検討として継続中の3C解析によって、既存のエンハンサーと標的遺伝子の相互作用を確認できたのちに、4C解析を実施する。また、平成27年度に実施したChIP-seq解析の結果より、H3K27me3による転写因子制御よりもH3K27me3によるp300制御の可能性が高まった。
盲人の姿勢制御に果たすエコーロケーションの役割に関する基礎的研究

1仮想エコーロケーション音と姿勢動揺との関係これを達成するために聴取者の足下及び前方にスピーカを設置し白杖によるタッピング音に類似した合成音を時間遅延させて提示した。遅延時間が短くなるほど足下のスピーカ音と前方のスピーカ音とが弁別しにくくなり最後には融合する。これが壁面の接近と後退の手がかりとして利用されていれば、姿勢動揺が生起するはずである。実験条件は5条件とされた。(1)仮想タッピング音が前方方向で接近と後退を繰り返す条件、(2)仮想タッピング音に仮想壁のピンクノイズを付加して前方方向に接近と後退を繰り返す条件、(3)仮想タッピング音が右側方向で接近と後退を繰り返す条件、(4)仮想タッピング音に仮想壁のピンクノイズが付加された右側方向で接近と後退を繰り返す条件、そして(5)音刺激がない条件であった。結果、姿勢の動きが最も大きく周期的であったのは仮想タッピング音に仮想壁が付加され多条件であり、しかも、前方方向よりも右側方向での条件で顕著であった。しかし、仮想タッピング音のみの条件でも身体の同様と周期的な動きは認められた。ただし、どの条件においても、個人差が認められた。そして、予想通り無音の条件では姿勢の周期的な動揺は見られなかった。これらのことより、仮想タッピング音のみにおいても、身体の動揺の周期的な現象が生起することが明らかとなった。2仮想開口部提示システム仮想壁提示システムと動揺にピンクノイズを使用して聴取者を中心として6台のスピーカを用いて仮想開口部を音響的に作り出すことを試みた。反射は全反射、反射角度は90度に限って提示した。盲人に開口部を認知できるかどうかを評価してもらったところ、明確な開口部は聴取できないということであった。これは、開口部をあらわすために相関のないピンクノイズを使ったため、両側の仮想壁の相関のあるピンクノイズとマスキングしあってしまったためと考えられる。今後、仮想開口部の提示についていっそうの検討が必要である。研究I:エコーロケーションによる仮想壁の定位が姿勢の制御に果たす役割○システムの構築目的:研究1の実験で使用するシステムを構築する.システム内容:白杖をタッピングする際のパルス音をシミュレートした白色バースト音をマルチトラックレコーダに録音し,音源として用いた.マルチトラックレコーダからの音信号は2つに分岐され,1つはデジタルディレイを通過した後オーディオアンプに送られる.他方は直接オーディオアンプに送られる.オーディオアンプからは無響室内の2個のスピーカに出力される.音源の制御及びデジタルディレイによる遅延時間の制御はパーソナルコンピュータ上のプログラムにより操作される.○実験I:エコーロケーションによる仮想壁の定位と姿勢の動揺との関連性の検討.目的:前方方向に提示される仮想壁をエコーロケーションすることと姿勢の動揺との関連性を明らかにする.実験の結果:身体の動揺の程度は姿勢の位置のばらつきにより評価された.それによると,前方方向のエコーロケーションパルスによる仮想反射面の移動により大きな姿勢の動揺は生じなかった.○実験II:側面方向のエコーロケーションによる仮想壁の定位と姿勢動揺との関連性の検討.目的:側面方向に提示される仮想壁のエコーロケーションによる定位が姿勢の動揺に及ぼす効果を明らかにする.実験の結果:右側面方向に提示される仮想反射面の移動により,身体の動揺が認められた.

それは,前方方向のエコーロケーションによる反射面の移動の場合よりも大きいという特徴が認められた.研究I:エコーロケーションによる仮想壁の定位が姿勢の制御に果たす役割○実験III:前方のエコーロケーションによる物体の定位条件とエコーロケーションおよび環境音による物体の定位条件における姿勢動揺の比較目的:前方方向において,エコーロケーションによる仮想壁の定位条件と,エコーロケーションおよび環境音による仮想壁の定位条件という2条件を設定し,仮想壁の移動と姿勢の動揺との関係を比較検討した.実験の結果:エコーロケーションパルスにより前方方向に仮想壁を提示した場合は,姿勢の動揺は認められなかった.しかしエコーロケーション+環境騒音を音源とした前方方向への仮想壁の提示により,身体の周期的な動きが認められた.前方方向においてはエコーロケーションパルスよりも,環境騒音により知覚される仮想壁の移動が身体制御に有意であると考えられる.○実験IV:側面のエコーロケーションによる物体の定位条件とエコーロケーションおよび環境音による物体の定位条件における姿勢動揺の比較目的:側面方向において,エコーロケーションによる仮想壁の定位条件と,エコーロケーションおよび環境音による仮想壁の定位条件という2条件を設定し,仮想壁の移動と姿勢の動揺との関係を比較検討した.実験の結果:実験IIIの結果とは異なり,エコーロケーションパルスのみにより側面方向に仮想壁を提示すると身体の周期的な動きが認められた.身体動揺の量をエコーロケーション条件と,エコーロケーション+仮想壁条件とで比較すると,有意な差は見られなかった.側面方向においては,エコーロケーションパルスにおいても環境騒音においても先行音効果が姿勢制御に関与していると考えられる.○システムの構築目的:エコーロケーションによりあたかも眼前に開口部が存在するかのように定位できるシステムを構築した.○システムの構築目的:エコーロケーションによりあたかも眼前に開口部が存在するかのように定位できるシステムを構築した.方法:無響室内に,被験者を中心に3m間隔で前方及び後方左右に2個,計4個のスピーカを配置した.完全反射を仮定し,対角線上に直接音源と反射音源をシミュレートするスピーカからピンクノイズを発生させた.これにより前方左右に仮想壁を提示した.さらに,開口部を示すために,被験者の前方に環境騒音用のノイズを発生させた.評価実験:盲人の被験者に開口部を提示しそれを認知できるか否かを求めた.さらに,聴取時の姿勢の動きを測定した.その結果,仮想開口部の認知は今回作成したシステムでは容易ではないことが示唆された.これを支持するように,姿勢動揺は仮想開口部の動きと相関を示さなかった.実環境では反射面の有無は先行音効果のみならず,反射音の強さ開口部における音の聞こえの差異などが重要な役割を果たしている.それらの変数を組み込んでいないため,開口部の認知に失敗したと考えられる.今後は仮想開口部提示システムのさらなる改善を行うこととする.
TRPA1チャネル阻害剤を応用した薬物性歯肉増殖症の治療薬の開発

フェニトインによる歯肉増殖症の発症メカニズムを明らかにする目的として,その代謝産物(p-HPPH)がヒト正常歯肉線維芽細胞(HGF)に及ぼす影響について検討を行った.その結果,p-HPPHはHGFにおけるコラーゲン分解酵素(MMP-1)発現を抑制することが示唆された.次にTRPA1チャネルの阻害剤(HC030031)がp-HPPHによるMMP-1発現の抑制を阻害するかどうかを検討した.その結果,MMP-1のmRNAの発現の抑制を阻害した.さらにTRPA1阻害物質(Menthol, Camphor, Eucalyptol)についても調査し,いずれの物質もHC030031と同様の作用があった.【実験1:フェニトインによる歯肉増殖のメカニズムについて】実験1ー1.線維芽細胞の増殖実験:細胞を96Wellのマイクロプレートを使って培養した。対照群にはDMSOのみを、実験群にはフェニトイン(20μg/ml)、P-HPPH (20μg/ml)を添加した。分析日にWST-1(10μl)を各Wellに添加し、マイクロプレートリーダーで測定した。その結果、対照群と実験群との間に有意な差は認められなかった。実験1ー2.コラーゲン量の測定実験:細胞を60mmディッシュに播き、7日間培養後、培養上清を採取し測定した。測定には、ヒトコラーゲンタイプI ELISAキットを使用し、各群の濃度を求めた。その結果、実験群のコラーゲン量が対照群に比べ増加傾向にあった。実験1ー1および1ー2の結果より、フェニトインによる歯肉増殖のメカニズムは、細胞数の増加ではなく、コラーゲンの量が増加することによるものであることが分かった。【実験2:コラーゲン量が増えるメカニズムについて】コラーゲン産生量の増加の指標としてcollagen type I mRNAを、コラーゲン分解量の低下の指標としてMMP1 mRNAとTIPM1 mRNAを用いた。48時間培養後、totalRNAを抽出した。その後、real-time RT-PCR法によって、各mRNAの発現を測定した。その結果、コラーゲン合成酵素は増加し、コラーゲン合成量は増加すると考えられる。一方、コラーゲン分解酵素も増加するが、同時にコラーゲン分解酵素阻害物質も増加し、結果としてコラーゲン分解量は変わらないと考えられる。実験1:ヒト正常歯肉線維芽細胞(HGF)の増殖【方法】HGFを培養し,水溶性テトラゾリール(WST)-1による分析キットを用いてマイクロプレートリーダーで吸光度を測定した.実験3:培養上清液中のCol濃度【方法】p-HPPH(20 μg/ml)存在下で,培養後,培養上清を採取した.ColIELISAキットを使用し測定を行った.【考察】p-HPPHはHGF細胞の増殖およびColのmRNAの発現に影響を及ぼさなかったが,Col量を増加させた.通常,HGFはColを産生すると同時にCol分解酵素を産生することによって,歯肉組織の恒常性を維持している.そこで,MMP-1の発現について検討を行ったところ,有意にMMP-1 mRNAの発現量が低下していた.以上の結果から,PHTによる歯肉増殖症が発症する機構には,p-HPPHのHGFにおけるCol分解酵素発現の抑制が関与していることが示唆された.われわれは,Phenytoin(PHT)の代謝産物5-(p-hydroxyphenyl)-5-phenylhydantoin (p-HPPH)がヒト正常歯肉線維芽細胞(HGF)に及ぼす影響について検討を行い,p-HPPH投与により,コラーゲン分解酵素であるMMP-1 mRNAの発現量が有意に低下していることを明らかにした.本年度は,TRPA1チャネル阻害剤がp-HPPHによるMMP-1 mRNAの発現量の低下を抑制するかどうかを検討した.さらに,TRPA1チャネル阻害作用のある植物由来の成分(メンソール,カンファー,シネオール)の効果についても調査した.【材料】実験群には培養液に,p-HPPH(20μg/ml)を添加し,対照群には実験群と等量のp-HPPHと阻害剤(100μM)を添加した.【結果】1TRPA1チャネル阻害剤により,p-HPPHによるMMP-1のmRNAの発現量の低下を抑制することができた.2植物由来の3種類を比較すると,メンソール,カンファー,シネオールの順に抑制効果が強いことが分かった.フェニトインによる歯肉増殖症の発症メカニズムを明らかにする目的として,その代謝産物(p-HPPH)がヒト正常歯肉線維芽細胞(HGF)に及ぼす影響について検討を行った.その結果,p-HPPHはHGFにおけるコラーゲン分解酵素(MMP-1)発現を抑制することが示唆された.次にTRPA1チャネルの阻害剤(HC030031)がp-HPPHによるMMP-1発現の抑制を阻害するかどうかを検討した.その結果,MMP-1のmRNAの発現の抑制を阻害した.さらにTRPA1阻害物質(Menthol, Camphor, Eucalyptol)についても調査し,いずれの物質もHC030031と同様の作用があった.フェニトインの歯肉増殖のメカニズムとして、線維芽細胞によるコラーゲン分解酵素の発現の減少が関与していることを突き止めることができた。また、フェニトインだけでなく、フェニトインの代謝産物であるp-HPPHにも歯肉増殖を誘導するさようがあることが分かった。

p-HPPHをp-HPPH血中濃度が高い患者程,歯肉増殖症の発現率が高いとの報告があることから、p-HPPHを歯肉増殖の抑制のための分子標的の候補として着目することができたから。障害者歯科p-HPPHの歯肉増殖のメカニズムは、MMP-1の発現量が低下することによることが分かった。p-HPPHによる歯肉増殖を抑制する物質として、TRPA1チャネル阻害剤を候補として考えている。そこで、TRPA1チャネル阻害剤の添加により、MMP-1の発現量の低下を抑制することができるか検討していく予定である。また、TRPA1チャネル阻害剤の他に、TRPV1チャネル阻害剤についても歯肉増殖の抑制作用があるかどうかも検討し、両者を比較する予定である。コラーゲン量の測定を行うためのキットの入荷が遅れたため、コラーゲン測定実験の開始が遅れた。また、real-time RT-PCR法を実験方法として用いたが、RNAの抽出やプライマーの作成に時間がかかり、最終的な結果を出すのが遅くなった。研究補助員を雇用する予定で予算を組んでいたが、適切な補助員を確保することができなかったため、その分の差額が生じた。本年度に行う予定であったTRPA1チャネル阻害剤の歯肉増殖に対する抑制効果を検討する実験が、翌年度に繰り越したため、その分の試薬の購入費を翌年度へ繰り越した。コラーゲン測定法とreal-time RT-PCR法の実験系を確立することができた。この実験系を用いて、フェニトインやP-HPPHによる歯肉増殖に対してTRPA1の阻害剤であるHC303001が抑制効果を示すかどうかを検討する。また、比較実験としてTRPV1の阻害剤であるCapsazepineの抑制効果についても検討する。両者の結果を比較して、抑制効果の高い方を本研究の歯肉増殖抑制薬の主たる試薬に決定する。主たる試薬が決まれば、その試薬と同じ作用を持つ植物の抽出液を探索し、その抽出液が歯肉増殖作用を示す濃度を決定する。適切な研究補助員を確保して、人件費として使用する。本年度に行うことができなかったTRPA1チャネル阻害剤の歯肉増殖に対する抑制実験を行い、その際に使用する試薬を購入する。実験系の確立に時間がかかり、本年度中に行う予定であったTRPA1阻害剤による歯肉増殖抑制実験が次年度に繰り越しとなった。その抑制実験に用いる試薬を購入するため、次年度使用額が生じた。次年度使用額は、TRPA1阻害剤による抑制実験の試薬購入、コラーゲンキット購入、real-time RT-PCR法キットの購入予算に使用する。翌年度分の助成金は、TRPA1阻害剤以外の候補試薬(TRPV1阻害剤)にの抑制効果を検討するために用いるキットの購入、成果発表などに使用する予定である。
プロトン-強相関パイ電子複合系における協働的電荷ダイナミクスのノイズ分光

平成29年度は,平成28年度に構築したバイアス電圧,電流印加状態での電気伝導ノイズ測定システムを使用して分子性電荷秩序絶縁体α"-(BEDT-TTF)2RbCo (SCN)4,ダイマーモット絶縁体β'-(BEDT-TTF)2ICl2におけるバイアス電圧印加下における非線形伝導測定および非線形伝導状態でのノイズ測定を行った.この結果は,海外共同研究者であるドイツの研究グループと解析中であるが,分子内エチレン基の運動,構造変化とパイ電子運動の自由度が結合した振る舞いが見いだされた.さらに本研究で最も重要なターゲットであるプロトンー強相関パイ電子複合系物質κ-H3(Cat-EDT-TTF)2の伝導,誘電特性および熱伝導度を測定した結果,極低温までプロトンの量子揺らぎが存在し,これを起源とする量子常誘電性が表れていることを明らかにした.このプロトン量子常誘電性と連動してパイ電子が示す磁性も秩序化しない量子常磁性状態,すなわち量子スピン液体状態となることが明らかになり,電子とプロトンが連動したダイナミクスを有する新しいメカニズムによる量子液体状態が実現していることを見出した.この結果は,量子スピン液体状態を安定化させるメカニズムとしてスピン自由度に加えて本研究でのプロトン自由度など他の自由度とのカップリングを利用するという新たな指針を提供したという重要な意味があった.これらの結果は,熱伝導度を測定した東大物性研究所グループ,理論研究グループとの共同研究として高いインパクトを持つ雑誌(Nature Commun.)に掲載となった.さらにこの複合自由度が作用している電荷のダイナミクスを本課題で構築した伝導ノイズ測定によるパイ電子ダイナミクス観測,赤外分光測定によるパイ電子低エネルギー励起観測を実施し,それぞれからプロトン運動と連動していると考えられる特徴的な遅いダイナミクスが観測された.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度は,本研究課題実施に必要となるバイアス電圧,電流印加状態での抵抗ノイズ測定系の構築とそのテストを中心に行った.物品費において矩形パルス電圧,電流を印加することができる電流電圧源を導入し,まずパルス電圧電流印加状態での抵抗測定による非線形伝導測定が可能となる回路設計,測定系を構築した.テスト試料として電荷秩序絶縁体α"-(BEDT-TTF)2RbCo(SCN)4,ダイマーモット絶縁体β'-(BEDT-TTF)2ICl2を用いてパルス高電流,高電圧印加による非線形伝導測定および非線形伝導状態でのノイズ測定を行い,構築システムの評価を行った.現在のところパルス電流,電圧印加時にノイズ測定精度を上げるために印加時間(高電流・高電圧状態保持時間)を長くすると試料抵抗による自己発熱(ジュール発熱)の影響がデータに現れ,これを補正することに困難がある.パルス時間と測定精度の最適化の検討が必要である.プロトンー強相関パイ電子複合系の物質として対象とするκ-H3(Cat-EDT-TTF)2およびこの重水素置換体の赤外分光測定を行い,2つのCat-EDT-TTF分子間をつなぐプロトンの運動を分子振動観測により直接とらえることを試みた.単結晶試料サイズが極めて小さいために,実験室系分光器光源(グローバー光源)では十分に微小領域に集光できないため,放射光光源の良直線性を利用した放射光赤外分光測定を大型放射光施設SPring-8において中赤外領域で行った.2分子間の酸素ープロトン結合に起因するブロードな振動バンドを観測することができた.本物質では研究代表者らにより低温でプロトン運動のダイナミクスに量子トンネル効果が表れ,誘電率に量子常誘電的振る舞いが観測されている.このプロトン運動の量子トンネル効果が赤外振動分光に現れる振動スペクトルのブロードな形状に現れていると考えられる.平成28年度に予定していたノイズ測定系の構築とパルス電流・電圧印加状態での測定を可能とする改良,およびその性能評価については計画通りに順調に実施することができた.また,本課題で対象とするプロトン-電荷協奏系におけるプロトン搖動によるノイズ発生・検出に関連して,予備実験物質系における非線形伝導下での電荷ダイナミクスをノイズとして捉えられることを試みた.さらに2分子間プロトンー酸素結合における分子振動と電荷移動の結合の存在を赤外分子振動分光実験から確かめた.このような成果から本課題は順調に進捗していると判断できる.平成29年度は,平成28年度に構築したバイアス電圧,電流印加状態での電気伝導ノイズ測定システムを使用して分子性電荷秩序絶縁体α"-(BEDT-TTF)2RbCo (SCN)4,ダイマーモット絶縁体β'-(BEDT-TTF)2ICl2におけるバイアス電圧印加下における非線形伝導測定および非線形伝導状態でのノイズ測定を行った.この結果は,海外共同研究者であるドイツの研究グループと解析中であるが,分子内エチレン基の運動,構造変化とパイ電子運動の自由度が結合した振る舞いが見いだされた.さらに本研究で最も重要なターゲットであるプロトンー強相関パイ電子複合系物質κ-H3(Cat-EDT-TTF)2の伝導,誘電特性および熱伝導度を測定した結果,極低温までプロトンの量子揺らぎが存在し,これを起源とする量子常誘電性が表れていることを明らかにした.このプロトン量子常誘電性と連動してパイ電子が示す磁性も秩序化しない量子常磁性状態,すなわち量子スピン液体状態となることが明らかになり,電子とプロトンが連動したダイナミクスを有する新しいメカニズムによる量子液体状態が実現していることを見出した.

この結果は,量子スピン液体状態を安定化させるメカニズムとしてスピン自由度に加えて本研究でのプロトン自由度など他の自由度とのカップリングを利用するという新たな指針を提供したという重要な意味があった.これらの結果は,熱伝導度を測定した東大物性研究所グループ,理論研究グループとの共同研究として高いインパクトを持つ雑誌(Nature Commun.)に掲載となった.さらにこの複合自由度が作用している電荷のダイナミクスを本課題で構築した伝導ノイズ測定によるパイ電子ダイナミクス観測,赤外分光測定によるパイ電子低エネルギー励起観測を実施し,それぞれからプロトン運動と連動していると考えられる特徴的な遅いダイナミクスが観測された.本課題で対象とするプロトン-強相関パイ電子協奏系物質κ-H3(Cat-EDT-TTF)2は,低温で量子スピン液体状態が示唆されているが,プロトン搖動との関係は明らかでは無い.最近,プロトンが局所構造的に量子トンネルすることによる量子常誘電性が見出されている.この量子常誘電性は,電荷・スピンと結びついて非自明な量子スピン液体を実現している可能性がある.この量子常誘電状態に対して高電圧を印加するなどしてプロトンダイナミクスを変調することで電荷-スピン-プロトントンネルの複合した結合をとおして2分子間電荷ダイナミクスに影響を与えると考えられる.これにより量子スピン液体-量子常誘電の強秩序化などが期待でき,この変化をプロトン搖動ダイナミクスに起因する電荷応答ノイズとして探索することができる可能性がある.このために計画通りにノイズ測定を本課題で遂行するとともに,外場印加状態での誘電率,赤外分子分光などを実施していく.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。
白金族金属の複合塩化物の溶解挙動の解明と新規リサイクル技術の開発

我が国は、金属資源のほぼ全量を輸入し、高い付加価値のハイテク製品を製造して輸出することによって、豊かな生活を維持している。このため、環境保全と資源戦略の両方の観点から、白金族金属(PGMs)を効率の良くリサイクルする環境調和型の新技術の開発は極めて重要な課題である。そこで本研究では、有害な廃液を排出しない新しいコンセプトのPGMsのリサイクルプロセスの開発に向けて、PGMsである白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)を対象として、それらの活性金属-白金族金属複合塩化(酸化)物の合成法や反応形態の解析を行った。さらに、塩素系水溶液への溶解挙動を解明することにより、高度循環型社会に不可欠な新しいタイプのリサイクル技術の開発を行った。CuCl2、FeCl3などの塩化物を用いた塩化処理を行い、粉末X線回折等の分析により生成相を同定し、最適な合金化・塩化処理条件を検討した。その結果、マグネシウム(Mg)蒸気を用いた合金化処理の場合には、Pt、Pd、Rh、Irは全て金属間化合物となる一方で、RuはMgとは金属間化合物を形成しないことが明らかとなった。Ruは他のPGMsとは異なり、Mgとの親和性が小さいために金属間化合物が得られなかったと、熱力学物性データに基づき推察した。より親和性の高い亜鉛(Zn)蒸気を用いれば、金属間化合物を容易に形成することが予想できる。塩化処理後にPtは70%以上の溶解率で塩水に溶解する一方で、他のPGMsの塩水への溶解率は30%未満にとどまることが明らかとなった。この理由として複合塩化物の生成率に起因すると考えられる。通常、単純な塩化物でも塩水には溶解しないRhやIrの溶解率が塩化処理によって大幅に改善されたことから、複合塩化物の生成が溶解率の促進に起因していることが推察された。環境調和型の新規なPGMsのリサイクルプロセスに向けた平成22年度の研究によって、大きな進展が見られた。
低養育行動連鎖の分子・神経ネットワーク機構の解明

本研究では、幼児期の低養育環境が連鎖するメカニズムを分子レベルから明らかにすることを試みた。本研究では、幼児期の社会的隔離による低養育環境が、脳内大脳皮質神経細胞スパイン内でのコフィリン不活性化を介したアクチン流動性を引き起こすことを発見した。さらに、社会的隔離によるコフィリンの不活性化が、AMPA受容体のシナプスへの移行を障害することを明らかにしてきた。これら成果を指標に、低養育環境、AMPA受容体のシナプス移行、養育行動発現の相関関係の解析を行った。児童虐待が起こる背景や原因には、子育てに対する不安・ストレス、経済的不安などさまざまな問題が複合的に絡み合っている。また親自身が虐待された経験を持つことも大きな要因である。実際、虐待などの不適切な養育が認められる母親は、子ども時代に自分自身も実親からの不適切な養育を経験していることが数多く報告されている。げっ歯類でも養育行動の低い親ラットに育てられた仔ラットが親になると、世代間を超えて同様の低養育行動を示す。この養育行動低下における世代間連鎖は、非遺伝的に行われており、良好な養育環境下で育った仔ラットでも、養育行動の低い親ラットに育てられると、親になったときに養育行動が低下することが知られている。申請者らは、幼若期の社会的隔離による低養育環境が脳内神経ネットワーク形成にどのような影響を与えるか研究を行ってきた。幼若期に社会的隔離されたラットでは、グルココルチコイドホルモンの血中濃度の上昇により、生後14日目のバレル皮質神経細胞のシナプスにおいてアクチン繊維の流動性が低下し、AMPA受容体を介したシナプス伝達が妨げられ、神経ネットワーク構築に異常を来すことをあきらかにしてきた。本研究では、社会的隔離など低養育環境下で育てられたラットの養育中枢神経細胞においても脳内アクチン繊維流動性低下によるシナプス応答の減少が起こり、さらに低養育環境下で育てられた経験を持つ親ラットに育てられた仔ラット脳内でも、世代を超えて同様な変化が生じているか検討する。これら一連の低養育行動による脳内共通の分子メカニズムを解明することにより、虐待連鎖の発症機序をあきらかにすることを目的とする。本研究では、幼児期の低養育環境が連鎖するメカニズムを分子レベルから明らかにすることを目的としている。当該年度は、幼児期の社会的隔離による低養育環境が脳内体性感覚野の一つ、バレル皮質における神経ネットワーク構築への影響を調べた。幼児期に社会的隔離をされたラットでは、通常生後12-14日目に起こるバレル皮質でのヒゲを用いた他ラットとのコミュニケーション経験により生じるAMPA受容体のシナプスへの移行が障害されることを発見し、当該年度に発表した。(多田敬典、他9名(4番目)(2012), J. Clin Invest., 122(7):2690-2701)。この幼児期社会的隔離によるAMPA受容体シナプス移行障害は、ストレスホルモンであるグルココルチコイドの血中濃度増加が起因していることを突き止め、グルココルチコイド受容体の拮抗薬により回復することを示したまた社会的隔離を施したラットでは、ヒゲを用いた体性感覚異常、ヒゲを用いた行動の異常、さらには社会的行動の異常も見られた。今後、本研究成果で得られたAMPA受容体のシナプス移行障害などを指標とし、社会的隔離による低養育環境で生じる神経ネットワーク構築異常が、世代を超えて連鎖していくのか、分子レベルからの相関関係を明らかにしたい。そのため、世代間低養育行動連鎖動物を作製し、解析を進めていきたい。また低養育環境が連鎖していく上での脳内担当領域を同定し、低養育行動との関連性を深めたい。児童虐待は子どもの心身の発達及び人格の形成に重大な影響を与え、子どもの生命が奪われるなど重大な社会問題になっている。これまで、幼児期の社会的隔離による低養育環境が、脳内大脳皮質神経細胞スパイン内でのCoffilin不活性化を介したアクチン流動性を引き起こすことを発見した。さらに、社会的隔離によるCoffilinの不活性化が、AMPA受容体のシナプスへの移行を障害することを明らかにしてきた。当該年度は、社会的隔離など幼児期に低養育環境下で飼育された雌ラットにおいて、成熟後の養育行動観察を行った。幼児期に負荷するストレスパターンを様々に変えることにより、幼児期の養育環境と成熟期の養育行動の相関性を解析した。

また低養育環境経験ラットに飼育された仔ラットの大脳皮質において、AMPA受容体シナプス移行について、電気生理学的解析を行い、親ラットの低養育行動とAMPA受容体シナプス移行の相関関係についても解析を行った。今後、様々な養育行動関連脳領域への影響を含め、世代を超えた低養育行動の連鎖性を分子・神経ネットワークレベルから解明していく予定である。分子神経生物学現在までに社会的隔離されたラットにおけるバレル皮質神経細胞スパイン内部でのアクチン流動性低下のメカニズムをあきらかにするために、アクチン分子の重合・脱重合システムに着目し、それぞれの分子のタンパク質発現、活性を調べた。その中で、アクチン脱重合制御分子の一つであるコフィリン分子のリン酸化が上昇し活性化が失われていることを発見した。また社会的隔離によるコフィリンのリン酸化上昇は、グルココルチコイド受容体のアンタゴニストであるRU486投与により回復することができた。さらに社会的隔離によるコフィリン分子の不活性化は、上流分子であるLIMK, Rac1が活性化することによりコフィリン分子の活性に対して抑制的に働いていることをあきらかにした。またコフィリンの恒常的活性化型であるS3Aを、バレル皮質にエレクトロポーレーション法により強制発現させると、社会的隔離による低養育環境下で育てられたラットにおいて、アクチン繊維の流動性、AMPA受容体を介したシナプス応答が正常個体レベルまで回復することを確認した。さらにこのコフィリン不活性化によるアクチンの流動性の低下、AMPA受容体のシナプス移行の障害は、社会的隔離直後の生後14日目のバレル皮質のみならず、生後4週目の成体ラット前頭前野に置いても同様に低下することを明らかにしている。これにより幼若期に経験した社会的隔離による劣悪な養育環境の影響が、脳内で長期的に残り続けることを分子・細胞レベルからあきらかにすることができた。さらに幼若期の社会的隔離は、養育行動の一端を担う前頭前野においても、コフィリン不活性化を初めとした共通メカニズムによる影響が確認できたことから、今後社会的隔離をされたラットの養育行動を含めた成体ラットの行動に影響することが示唆される。現在までに、幼児期の養育環境がどのように脳内神経ネットワークを構築する上でどのような影響を与えるか、分子レベルから解析を行ってきた。当該年度に論文発表した幼児期社会的隔離によるバレル皮質におけるAMPA受容体シナプス移行障害(多田敬典、他9名(4番目)(2012), J. Clin Invest., 122(7):2690-2701)を始め、他にも幼児期社会的隔離により、アクチン線維脱重合分子コフィリンのリン酸化を介した不活性化によるバレル皮質興奮性神経細胞スパイン内のアクチン繊維の流動性が低下していることを発見してきた(多田敬典、論文投稿準備中)。このように幼児期の低養育環境による脳内神経ネットワーク構築メカニズムへの影響を、分子レベルから評価する指標を複数発見してきており、一定の成果を残した。しかしながら、本研究で解析する低養育行動連鎖動物は、現在作製途中であり、本格的な解析は始められておらず、当初の研究計画よりやや遅れている。SDラット生後1日目から17日目まで、1日6時間(10:0016:00)、母親兄弟ラットから隔離を行い、低養育行動を示す母親ラットの作製を試みている。
原子分解能顕微鏡とX線分光によるリアルタイム反応追跡の表面反応研究への展開

本課題は、固体表面で進行する表面反応の機構を理解するアプローチとして、顕微鏡的手法によって得られる表面種の空間分布と放射光X線分光によって得られる反応キネティクスおよびそれらをつなぐシミュレーションを組み合わせる方法を開拓し、実際の表面反応のメカニズムの研究に応用することを目的としている。このようなアプローチに基づいて表面反応の機構解明に取り組んだ結果、以下に例を挙げる幾つかの重要な表面過程のミクロメカニズムを明らかにすることができ、このアプローチの有用性を確認することができた。1.自動車排ガス触媒のモデル反応であるPt(111)表面上のCO酸化反応において、表面酸素が凝集して二次元的な島を形成すると反応速度が著しく低下する。この原因は、二次元的な酸素の島の中に吸着したCOが他の近接COによって遷移状態の大きな不安定化を受けるためであることが分かった。2.自動車排ガス触媒のモデル反応であるRh(111)表面上のNO還元反応において、気相からやってくるNO分子がダイマーを形成し、表面窒素と反応するパスを見出した。NOダイマーがN-N結合を表面に向けた配向で表面窒素を攻撃することが反応の鍵になっていることを明らかにした。3.Pt燃料電池触媒の上で重要な役割を果たしていると考えられる表面でのプロトン移動について、Pt(111)上のH_2O+OH共吸着相を用いて調べた。その結果、H_2Oから隣のOHにプロトン移動する過程だけでなく、H_2Oから隣のH_2Oにプロトンが移動してH_3O^+を形成してからさらに隣のOHに移動する過程も重要であることを見出し、それらの時間スケールも初めて見積もることができた。反応が進行する表面における吸着種の集団の振舞を知るには、反応中の表面を顕微鏡でその場観察することが有効である。一方、分子集団の振舞が反応にどのように影響を与えるかを知るには、分子集団のミクロ構造がわかったうえで反応のカイネティクスを調べることが重要である。したがって、顕微鏡的手法と反応カイネティクスを調べられるX線手法を融合したアプローチが表面反応の理解には極めて有効である。本研究課題では、シンクロトロン放射光X線で表面反応のキネティクスをリアルタイム追跡する実験と温度可変走査型トンネル顕微鏡(STM)で反応種のミクロスコピックな振る舞いを観察する実験の両面からアプローチすることによって、表面反応のメカニズムを深く掘り下げることを目的としている。本年度はこの研究課題の初年度である。放射光X線分光による実験は既存設備を使用するので、本年度は主に、温度可変STMの設計・導入・立ち上げを行った。昨年8月までにSTM装置の設計と仕様策定を行い、12月にSTM本体が納入された。その後、現在に至るまで装置の立ち上げを行い、50Kから450Kまでの任意の温度で原子像を観察できることを確認した。現在、高速でSTM探針を走査することができるように、装置のプログラムおよび電気回路の変更を行っているところであり、256x256画素の原子分解能のSTM像を1秒間に5フレーム程度取得できるようになることを目指している。反応進行中の表面の吸着種の集団的振舞を知るには、その表面を顕微鏡でその場観察することが有効である。一方、分子集団の振舞が反応にどのように影響を与えるかを知るには、分子集団のミクロ構造がわかったうえで反応のキネティクスを調べることが重要である。したがって、顕微鏡的手法と反応キネティクスを調べられるX線手法を融合したアプローチが表面反応の理解には極めて有効である。本年度はこの研究課題の2年目であり、初年度で立ち上げたSTMを用いて、放射光によって表面状態を調べた金属上のチオール分子による再構成過程を調べた。