hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スンダドントの形成に関する歯科人類学的研究

(2)歯列弓の分析ワバクの資料を用い、歯列弓の長径と幅径、計17項目の計測を行い、これまで発表されている他の5集団(フィジー、サモア、キリバス、オーストラリア原住民、日本)との比較を行った。ワバクは6集団中ではフィジーとならんで比較的大きな歯列弓を持つことがわかった。主成分分析の結果を2次元展開すると第一軸が大きさのファクター第2軸が長さのファクターとなり、ワバクはフィジーやサモアとの類縁性が示された。1.日本大学松戸歯学部の所蔵するパブア・ニュー・ギニア高地人の口腔模型を使用し、各種の計測を行った。(1)結節型切歯:オーストラリア原住民に頻繁に見られる上顎切歯の発達した基底結節や棘突起について頻度調査を行った。その結果これら2形質については他の南太平洋集団同様、高頻度で観察された。(2)非計測的形質:代表的な形質について頻度調査を行った結果、特に上記結節のほか、第6咬頭の頻度が極端に低いことがわかった。(3)大臼歯の退化:下顎第1大臼歯の咬頭城面積について計測を行い、遠心部の咬頭がオーストラリア集団に比べて小さいことがわかった。すなわち、オーストラリア集団に比べ、大臼歯部の退化が著しいことが判明した。2.中国少数民族のうち、特にスンダドントと関係する南方系の民族の口腔模型採取に関する調査を行った。5月に予備調査を行い、中国側対応者(吉学平氏:昆明古脊椎動物研究所)と調査について打ち合わせを行った。調査は平成12年2月に行われ、200個の口腔模型の採取と虫歯の頻度に関するデータを得た。模型は現在、鋭意計測中である。3.南太平洋の数集団を使った歯の諸形質の集団比較(1)下顎大臼歯の歯冠サイズ:下顎大臼歯のタロニドとトリゴニドのサイズを測り、その比率によって太平洋集団の比較を試みた。(2)切歯形態の比較:上顎切歯のシャベル、ダブルシャベル、ウィンギング、基底結節、棘突起について頻度調査を行った。その結果、南太平洋集団では前3形質の発達するグループ(ミクロネシア、ポリネシア)と後2形質の発達するグループ(メラネシア、オーストラリア原住民)とがあることがわかった。(3)上顎犬歯舌側面小形質の形態的変異:犬歯舌側面でブッシュマン型犬歯や辺緑隆線の形態について調査を行った。メラネシアではこれら複雑な形態をもっていることがわかった。
類上皮肉腫と悪性ラブドイド腫瘍の分子生物学的解析および鑑別診断

microRNAプロファイル解析によって、類上皮肉腫と悪性ラブドイド腫瘍とは互いに異なる腫瘍であることが示唆された。一方、形態学的に悪性リンパ腫類似の小円形細胞腫瘍であるSMARCB1/INI1蛋白欠失の小児未分化肉腫は、悪性ラブドイド腫瘍の組織亜型である可能性が考えられた。グリピカン3は、類上皮肉腫と比較して、悪性ラブドイド腫瘍に有意に多く発現しており、互いに異なる腫瘍である可能性や両者の鑑別に有用である可能性が示唆された。また、グリピカン3は悪性ラブドイド腫瘍における新規ペプチドワクチン療法のターゲットになりうる可能性が考えられた。SMARCB1/INI1(以下INI1)蛋白発現異常をきたす、類上皮肉腫(以下ES)、および悪性ラブドイド腫瘍(以下MRT)において、鑑別に有用な蛋白として、glypican 3(以下GPC3)を見出し、それについて解析を行った。GPC3蛋白発現に関しては、陽性例がES1/49例(2%)に対し、MRT6/14例(43%)で、有意差を認めた(p=0.0003)。また、mRNA発現についても、GPC3陽性例では高値左呈していた。このようにGPC3がESとMRTの鑑別診断上有用なマーカーとなる可能性が示唆された。また、極めて予後の悪いMRTについて、新規治療法としての、GPC3をターゲットとした分子標的治療の可能性が示唆された。また、ES、MRTと同様、分化方向不明な肉腫に分類される滑膜肉腫(以下SYT)について、小数例でINI1蛋白発現異常を来たすことを発見したため、多数の症例を用いて、解析し、診断上の有用点についで考察した。SYTでは66/95例(70%)の症例でINI1蛋白発現が減弱することを確認した。また、同時に鑑別診断に挙げられるような紡錘形細胞肉腫(線維肉腫、悪性末梢神経鞘腫瘍、平滑筋肉腫)についてもINI1発現を評価したがいずれも蛋白発現は正常であった。従って、INI1蛋白発現はSYTとその他の腫瘍、MRT、ES、紡錘形細胞肉腫との鑑別にも有用である可能性が示唆された。また、それらINI1蛋白異常を来たすMRT、ES、SYTのmRNA発現には大きな差があり(MRT : 6.19、ES : 40.52、SYT : 134.01)、INI1蛋白発現をコントロールしている機構、もしくは機序が各々異なっている可能性が考えられた。類上皮肉腫(Epithelioid sarcoma、以下ES)と悪性ラブドイド腫瘍(Malignant rhabdoid tumor、以下MRT)は現在の分類では異なる腫瘍とされているが、組織学的類似性より、その異同が議論されることもある。今回施行した網羅的microRNA解析の結果では、ANOVA検定で、56遺伝子に、また、Kruskal-Wallis検定で91遺伝子に有意差を認めた。従って両者は、遺伝子学的背景からも異なる腫瘍であることが示唆された。また、ESとMRTとはSMARCB1/INI1(以下INI1)タンパク発現が欠失するという共通項がある。しかしながら、ESにはMRTにみられるようなINI1遺伝子の突然変異の頻度は低い。その点についても、今回の網羅的microRNA解析の結果と、以前に施行したINI1遺伝子解析の結果と合わせて検討したところ、INI1タンパク発現欠失に関連することが推測される2つの遺伝子を同定した(hsa-miR-19a, has-miR-193a-5p)。INI1はクロマチン再構成に関する重要なタンパクであるので、MRTとESとの生物学的悪性度の差にこれらの遺伝子が関与している可能性も考えられる。さらには、INI1蛋白発現陰性の小児軟部発生未分化肉腫(以下US)とMRTについても検討した。両者の網羅的microRNA解析結果に基き、ピアソンの相関係数を算出したところ、0.7955となり、強い相関関係を認めた。以上より、従来病理学的に未分類であったUSは、MRTの未分化な一亜型である可能性があり、再分類できる可能性が示唆された。今回、網羅的microRNA解析の結果では、MRTとESとの相関係数が0.665、MRTと古典型ES、あるいは近位型ESとの相関係数は各々、0.741と0.752であった。それに対し、古典型ESと近位型ESとの相関係数は0.879であった。microRNAプロファイル上では、古典型、近位型ESにおける組織亜型間での相関性の方がMRTとの相関性よりも強く、MRTはESとは異なる腫瘍である可能性が示唆された。
癌遺伝子産物ＨＭＧＡ１が誘導するグローバルなスプライシング異常

解明した孤発性アルツハイマー病特異的なpresenilin-2 mRNA前駆体の異常スプライシング誘導機構に基づき、その本体であるHMGA1ーU1 snRNPー標的RNA配列複合体の構造決定のため、結合状態を高感度等温滴定型カロリーメータとES質量分析で調べた。一方、エストロゲン受容体α(ERα)mRNA前駆体とエイズウイルス(HIV-1)転写物の特異的な選択的スプライシングにも、HMGA1αが関与していることがわかった。いずれも、HMGA1α結合配列が、抑制する5′スプライス部位近傍に存在し、HMGA1a結合が5′スプライス部位認識因子のU1 snRNPの異常結合を誘導する分子機構であった。(1)異常スプライシング誘導因子としてのHMGA1a蛋白質の構造と機能を調べるHMGA1aはDNA結合性の転写制御因子として知られていたので、そのRNA結合蛋白質としてのスプライシング制御機能は予想外の発見であった。その機能中心としてのHMGA1a-U1 70K蛋白質-標的RNA複合体の構造決定が目的である。その必須の材料となる、大量かつ高純度のリコンビナントHMGA1aとU1 70K蛋白質を調整することに成功した。リコンビナントHMGA1a蛋白質を利用して、標的配列を持つRNA断片との結合を、超好感度等温滴定型カロリーメータ(ITC)によって定量的に解析した。その結果、PS2遺伝子産物のエクソン5に並んだ2つの標的配列(GCUCUACAAG-UACC-GCUGCUACAAG)の内、下流の配列(GCUGCUACAAG)に特異的に結合を示すことがわかった。上流と下流の配列は1塩基のみ(Gがあるかないか)の違いしかないことから、HMGA1a蛋白質のRNA結合における塩基配列特異性が、かなり高いことが明らかになった。(2)HMGA1が異常スプライシングを誘導しているPS2以外の標的以外の遺伝子を探索する明らかとなったHMGA1aの作用機序を考慮すると、HMGA1a結合配列が、ある遺伝子の5'スプライス部位近傍に存在するなら、そのエクソン除外が潜在的にひき起こされる。HMGA1aによって異常スプライシングが起こっている標的遺伝子を探索する目的で、特異的RNA結合配列を指標にしたデータベースの探索したところ、エストロゲン受容体(ER)遺伝子が候補として挙がった。興味深いことに、HMGAla蛋白質は、ERの選択的スプライシングによるアイソフォーム産物であるERα46の発現を減少させる結果を得た。HMGAla標的配列はエクソン1の5'スプライス部位の上流に見つかり、実際にエクソン1を含むミニ遺伝子で形質転換したヒト培養細胞を用いて「おとり」RNAの核内に導入すると、予想通りエクソン1の除外が抑制された。さらにこの効果は、in vitro)スプライシング系でも確かめることができた。(1)異常スプライシング誘導因子としてのHMGA1a蛋白質の構造と機能を調べるHMGA1a-標的RNA (PS2)を用いた実験では、残念ながらPS標的RNA断片のみの結晶が生じてしまった。共結晶のための好条件を探るためには、その相互作用を詳細に検討する必要がある。リコンビナントHMGA1a蛋白質を用いた超好感度等温滴定型カロリーメータ(ITC)による定量的な解析で、PS2遺伝子産物のエクソン5の標的配列(GCUGCUACAAG)に塩基配列特異的な結合を示した。さらにこの相互作用を分析超遠心機を用いて解析する予定であったが、結合強度の指標となる解離定数(Kd)が予想より低く、この方法での解析が難しいことがわかった。(2)HMGA1が異常スプライシングを誘導しているPS2以外の標的遺伝子を探索するHMGA1aの新たな標的基質RNAとして、エストロゲン受容体(ER)遺伝子産物が見つかった。分子生物学的・生化学的分析により、ERαの選択的スプライシングに重要であることがわかった。すなわちHMGA1a蛋白質は、選択的スプライシングによるアイソフォーム産物ERα46の発現を減少させることをin vitroスプライシング実験で明らかにした。乳癌症例のさまざま悪性度におけるHMGA1aの発現とERαの選択的スプライシング産物ERα46の発現を比較する予定であったが、HMGA1aの標的配列を「おとり」として安定発現させた乳癌細胞株(MCF-7)を使用したヌードマウスの腫瘍実験では、HMGA1aの「おとり」RNA結合によるERαの選択的スプライシング産物の発現に差がないことがわかった。ヌードマウスの腫瘍では、「おとり」RNAによるHMGA1aのRNA結合阻害がHMGA1aの発現を増加させるので、フィードバック機構の存在が示唆され、これが動物での検討を難しくしている原因と考えられた。(1)異常スプライシング誘導因子としてのHMGA1a蛋白質の構造と機能を調べるHMGA1aはプレセニリン2(PS2)内の配列GCUGCUACAAG(PSseq)とエストロゲン受容体(ERα)内の配列GCGGCUACACG(ERseq)に結合している事を明らかにした。これらの配列との複合体形成について超好感度等温滴定型カロリーメータ(ITC)とES質量分析によって解析を行った。ITC解析では、HMGA1aはPSseqに結合したが、ERseqとは、結合をしなかった。ES質量分析の結果では、2分子のPSseq分子が1分子のHMGA1に結合しており、ERseq分子には、HMGA1aが明確な結合を示さなかった。

一方、HMGA1a自身を、未変性条件下でのES質量分析で調べると、開かれた状態と折り畳まれた状態が混在しており、折り畳み状態でRNAと結合していると考えられた。NMR法によりHMGA1a自身を測定した場合、全体の構造に折り畳み状態が観察されなかったことから、蛋白質の濃度が高い場合、構造が不安定化している可能性がある。(2)HMGA1が異常スプライシングを誘導しているPS2以外の標的遺伝子を探索するHMGA1aはERα遺伝子転写物に配列特異的に結合することを見出したが、HMGA1結合配列を有する「おとり」RNAを安定発現させたMCF-7細胞は、ヌードマウスにおいて腫瘍増殖をさらに増強させた。これは、抗エストロゲン剤抵抗性の乳癌細胞株においてERα46蛋白質の発現が低下している報告と合致するが、癌遺伝子産物としてのHMGA1の性質に反する。しかしHMGA1の癌抑制的側面も報告されているので興味深い結果である。今回のケースでは、「おとり」RNAを用いて癌遺伝子産物のRNA結合を阻害することが、必ずしも治療につながる状況ではなかったが、HMGA1aの核移行配列を含む「おとり」RNAの安定発現乳癌細胞株が、実験動物においても有効に発現し効果を観察することが分かったのは有意義である。異常スプライシング誘導因子としてのHMGA1a蛋白質の構造を解析するプロジェクトにおいては、武藤裕教授(研究分担者)との共同研究で、HMGA1a : U1-70K : RNA複合体の構造を解明するのが当初の目的であったが、HMGA1a蛋白質は不溶性が高く結晶ができなかった。しかし、HMGA1a蛋白質のRNAに対する結合状態に関して、超高感度等温滴定型カロリーメータ(ITC)やES質量分析を駆使して、興味深いデータを得ることができた。HMGA1aはプレセニリン2(PS2)遺伝子の転写産物内の配列(PSseq)とエストロゲン受容体(ERα)遺伝子の転写産物内の配列(ERseq)に結合している事がわかった。これらの配列との複合体形成についてITC解析では、HMGA1aはPSseqに結合したが、ERseqとは結合しなかった。ES質量分析の結果では、2分子のPSseq分子が1分子のHMGA1に結合しており、ERseq分子には、HMGA1aが明確な結合を示さなかった。HMGA1が異常スプライシングを誘導しているPS2以外の標的遺伝子を探索するプロジェクトでは、ERα遺伝子の転写産物に配列特異的に結合することを見出したが、HMGA1結合配列を有する「おとり」RNAを安定発現させたMCF-7細胞は、ヌードマウスにおいて腫瘍増殖をさらに増強させた。これは、抗エストロゲン剤抵抗性の乳癌細胞株においてERα46蛋白質の発現が低下している報告と合致する。本研究では「おとり」RNAを用いて癌遺伝子産物のRNA結合を阻害することが、必ずしも治療につながる成果ではなかったが、HMGA1aの核移行配列を含む「おとり」RNAの安定発現乳癌細胞株が、実験動物においても有効に発現し効果を観察することが分かったのは有意義である。さらに、エイズウイルス(HIV)のスプライシングにHMGA1aが関与している実験的根拠が得られている。解明した孤発性アルツハイマー病特異的なpresenilin-
動詞の意味の再構築を促す収斂型データ駆動学習の導入法に関する研究

2006年度では、基礎的な文献研究を踏まえ、BNC Online(小学館コーパスネットワーク)をCALL教室での自由英作文の授業に導入した。そして、言語データを閲覧させるタスクの開発とその位置づけに関して経験知を蓄積した。その結果、教師側がBNC Onlineから教育的に精選し配列した数行の例文(収斂型コンコーダンス)を利用し、発問を投げかけ、言語パタンに気づかせていく指導が効果的であることが分かった。2007年度では、能登原(2004;2005)で明らかとなったEメールに見られる頻出動詞を踏まえ、さらに、フレーム意味論の考え方を軸にFrame Netを利用した導入法を考案した(能登原, 2007)。そして、学習者が習熟していると想定されるExperiencer_subj (e.g. like, love)のフレームを「学習のきっかけ」とする例文提示法を確立した(能登原, 2008)。そして、最終年度の2008年度では、データ駆動型学習を本格的に授業に導入することで、2年目に確立した授業形態でその教育効果を検証する予定だった。しかしながら、(1)学習のきっかけとなる「頻出動詞」の妥当性・信頼性・実用性の問題、(2)フレームを拡張していく方向の教育的意義の問題、(3)実用的で効果的な導入法の問題、の3つの問題が残った。そこで、この3つの課題のうち特に(1)と(2)の問題を解決すべく、近年公開された大規模学習者コーパス(JEFLL Corpus)を用い、自由英作文における日本人英語学習者の「頻出動詞」と「それに伴う語群」の特徴を大学入学前の状況に遡り再確認することとした。これらの結果を踏まえ、学習者の親密度の高いフレームに関する例文から親密度の低いフレームに関する例文へと提示し指導しいく形で、収斂型コンコーダンスを導入することが望ましいとして本研究を終えた。拙論(2004,2005,2007刊行予定)のEメールに見られる頻出動詞とその動詞を中心とした語群の研究を踏まえ、本研究では、初年度(2006年度)前期に、学習者が基本動詞に対して持っているイメージに関する調査を行った。絵で描写する手法を用いたため、調査手法に限界があったが、多義語であるにもかかわらず、学習者が特定の語に対して比較的固定したイメージしか持たず、それから拡張できていないことが垣間見られた。2006年度後期には、小学館コーパスネットワークのBNCをCMC IIの授業に導入し、言語データを閲覧させるタスクの開発とその位置づけについて経験知を蓄積していった。その結果、リーディング教材(英字新聞)から特定の語法に注目させ、その語法についていくつかの用法が分かるように精選した数行の例文(コンコーダンス)を利用して発問を投げかけながら言語パターンに気づかせていくという指導過程が自然であることが分かった。また、学んだ語法を英作文へとつなげていくとさらに効果的であることを経験的に確認することができた。ただし、一度に多くの語法が学べないことから、DDL自体は、CMCの授業の補足的な活動として位置づけて導入すべきことを確認した。2007年度前期から、今まで学習者がEメールでよく使う動詞に目標を絞り、BNCから精選したコンコーダンスラインをプログの形式で学習者に提示し、量的に実例に触れ言語パターンを探索する環境を整備する。そして、量的にDDLがこなせる環境において、学習者の動詞の意味認識の変化を調査する予定となっている。

2007年度前期では、拙論(2004;2005;印刷中)を参考に、今まで学習者がEメールでよく使う動詞に教育目標を絞った。そして、拙論(2007)を参考に、FrameNetを参照して、語が持つ意味フレームの関係を確認し、学習の出発点として、Experiencer_subj(e.g.like,love)に焦点を絞った。そして、BNCから教育的にコンコーダンスを精選し、そのコンコーダンスをブログに載せ、「ブログ形式の収斂型DDL」のタスク環境を構築した。この「ブログ形式収斂型DDL」の環境構築と学習者の例文解釈状況については、6月に中国地区英語教育学会で「ブログ形式収斂型Data-Driven Learningの研究」として発表し論文にまとめた(中国地区英語教育学会研究紀要38号)となっている。最終年度の2008年度では、1年目と2年目の基礎的研究を踏まえ、ブログ形式収斂型DDLの環境を別の学習者の場合で追調査していく予定である。学習者の表現力をDで確認し、n-gram分析で、使用語群の特徴を質的に観察し、さらに、ブログで教室内に公表される学習者の意味認識状況の変化を質的に記述していく予定となっている。2006年2007年の2年間の基礎研究を通して、(1)今までの同じ授業における学習者コーパスを分析した結果抽出された「学習者の頻出動詞」を学習のきっかけとし、(2)フレーム意味論の考え方を軸に例文を体系的に提示する方法を確立し(能登原,2007)、(3)学習者の動詞の意味の知識の再構築を促すことを目的とした「コンコーダンスの提示順序」と「ブログ形式収斂型Data-Driven Learning環境」を確立することができた(能登原, 2008)。ところが、これと同時に、(1)学習のきっかけとなる「学習者の頻出動詞」の妥当性・信頼性・実用性の問題、(2)フレームを拡張していく方向の教育的意義の問題、(3)実用的で効果的な導入方法の問題、の3つの問題が残った。そこで、本研究の最終年度の予定(ブログ形式収斂型DDLの環境を実証する)を変更し、この3つの課題を解決すべく、近年公開された2つの大規模日本人英語学習者コーパス(JEFLL)を用い、自由英作文における日本人英語学習者の「頻出動詞」と「それに伴う語群」の特徴を再確認する方向で研究を進めることとした。そして、将来、より良い環境で実践研究を進められるようさらに基礎的研究を進め、本研究を終えることとした。研究の成果として、(1)2008年度4月から9月にかけて、動的用法基盤モデルの習得観を整理し、事例から抽象化していくいろいろなレベルで、最も抽象度の高い構文知識(文系とイベントスキーマのペア)に注目した。そして、英語母語話者の典型的なイベントスキーマとそれに伴う文型をRadden & Dirven(2007)の枠組みを参考に考察した。(2)9月では、BAAL(英国応用言語学会)にて、世界レベルのコーパス研究の動向を確認し、動的用法基盤モデルに基づく言語習得観の立場で進めている研究とその成果を教育へ応用していく研究を確認していった。(3)10月から3月にかけて、JEFLL Corpusを使って、「日本人英語学習者のイベントスキーマと文型への親密度」の分析を行った。この分析結果は、第33回英語コーパス学会(4月25日神戸大学)にて発表した。本研究から、どの動詞を軸にどのイベントスキーマおよび文型を、どの順で教えるべきかといった「例文提示順序」を整理することができた。
青斑核下行路による寒冷ふるえの統御に関する研究

体重350-450g雄ラットをウレタンで麻酔し、両側視床下部領域を電気的に破壊した動物において、青斑下核及び縫線核の電気刺激に対するγ運動ニュ-ロン活動の変化を調べた。実験は、次の二つの方法によって行った。(1)腰仙部脊髄前根中枢端より分離・固定した単一γ運動神経繊維の自発放電活動を記録する実験においては、調べたγ運動神経繊維32本のうち、25本(78%)は青斑下核刺激によって促進され、2本が抑制、残り5本は無効であった。又これら青斑下核刺激によって促進効果を示すもののうち53%が縫線核刺激によっては抑制去れ、γ運動ニュ-ロンがこれら両核から相反性入力を受けている可能性が示唆された。更に、青斑下核刺激によるγ運動ニュ-ロンの促進性反応は、α-遮断剤のフェノオキシベンザミン(1mg)の静脈内投与によって2時間以上にわたって完全に消失し(6/6例)、γ運動ニュ-ロンへの青斑-脊髄路がノルアドレナリン作動性であることが示唆された。(2)伸筋及び屈筋紡錘第一種終末の筋伸張応答を記録する実験においては、調べた計32終末(下腿三頭筋22、前脛骨筋10)の全例が青斑下核か縫線核のいずれかの電気刺激によって影響され、それらの効果は動的γか静的γの活動化のいずれかに分類された。青斑下核の刺激によっては下腿三頭筋12/12例と前脛骨筋4/5例が動的γの活動化パタ-ンを示した。これは、青斑下核は青斑下核は静的我γ運動ニュ-ロンに、縫線核は動的γ運動ニュ-ロンに夫々優勢に促進的影響を与えることを示唆する結果と考えられる。以上の結果、縫線核と共に青斑下核もγ運動ニュ-ロン活動に促進性または抑制性影響を与えることを示しており、ノルアドレナリン作動性青斑-脊髄路を介するふるえ発生の下行性統御の存在が示唆された。
アルツハイマー病発症機序の解明

ペプチジルアルギニンデイミナーゼ(PAD)は、蛋白質中の塩基性アミノ酸であるアルギニンを中性アミノ酸であるシトルリンに変換する酵素である。蛋白質シトルリン化反応は、正電荷を失うことから、蛋白質の高次構造に著しい変化をもたらす。生体内には5種類のアイソフォーム(PAD1,2,3,4/5,6)が存在し、活性化にカルシウムイオンを必要とする。特に、PAD2は脳全体に広く分布し、他型PADは検出されない。本研究では、アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、脊髄小脳変性症などの神経変性疾患の発症にシトルリン化蛋白質が関与するか明らかにすることを研究目的とした。(1)アルツハイマー病(AD)患者脳の海馬領域では、シトルリン化蛋白質が多く出現し、病状の進行程度に応じてその量が増加することを明らかにした。細胞の形態や蛍光二重染色により反応性アストロサイトが陽性であることがわかった。(2)シトルリン化蛋白質分子の同定のために二次元電気泳動法、質量分析計を用いたプロテオーム解析を行った。その結果、ミエリン塩基性蛋白質(MBP)、グリア繊維酸性蛋白質(GFAP)、ビメンチンがアルツハイマー病脳でシトルリン化されていることを同定した。神経変性疾患の患者脳でのシトルリン化蛋白質の動態やシトルリン化分子の同定を行い、期待通りの結果を得ることができた。アルツハイマー病発症におけるシトルリン化蛋白質の関与は、明白である。蛋白質翻訳後修飾は情報伝達、遺伝子発現、細胞分化や老化に深く関与している、特に、蛋白質中のアルギニン残基がシトルリン残基に変わるシトルリン化反応は蛋白質の本来の電荷や高次構造に著しい変化をもたらす。蛋白質シトルリン化反応は、ペプチジルアルギニンデイミナーゼ(PAD)により触媒される。生体内には5種類の異なるアイソフォーム(PAD1,PAD2,PAD3,PAD4/5,PAD6)が存在し、活性発現にカルシウムイオンを必要とする。今までにアルツハイマー病患者の脳では、シトルリン化蛋白質が多く存在することを明らかにした。本年度、以下のような興味深い結果を得ることができた。シトルリン化蛋白質がアルツハイマー病発症の引き金となるか明らかにするため、神経細胞やグリア細胞を培養し、様々な酸化ストレスによるPADの活性化やシトルリン化蛋白質の出現を解析した。PADの酵素活性発現には、高濃度カルシウムイオンを必要とする。酸化ストレスは、一過的な細胞内カルシウム濃度の上昇を引き起こし、細胞死(アポトーシス)を誘導する。アルツハイマー病の原因の一つにも挙げられる。今回、神経細胞やグリア細胞に様々な酸化ストレスを与えたところ、これらの細胞で早期にPADが誘導され、細胞死が起こる以前にシトルリン化蛋白質が出現することがわかった。これらの結果は、シトルリン化蛋白質がアルツハイマー病の引き金となる可能性を強く示唆している。アルツハイマー病患者の脳におけるシトルリン化蛋白質の生成、蓄積を免疫組織染色により調べた。その結果、アルツハイマー病患者の脳(海馬とその周辺)では、シトルリン化蛋白質の異常な蓄積が確認された。一方、正常脳では、シトルリン化蛋白質は、ほとんど検出されなかった。また、シトルリン化蛋白質を産生する酵素PAD2もアルツハイマー病患者の脳で増加していることが確認された。染色像を強拡大した結果、シトルリン化蛋白質、PAD2陽性細胞は、グリア細胞のひとつであるアストロサイト様の形態を示した。検証するため、アストロサイトのマーカー蛋白質であるグリア線維性酸性蛋白質(GFAP)との蛍光二重染色を行った。その結果、GFAP陽性細胞とシトルリン化蛋白質、PAD2陽性細胞が良く一致した。

これらの結果は、アルツハイマー病患者の脳ではアストロサイトにPAD2が多く発現し、同細胞にシトルリン化蛋白質が多く蓄積していると考えられる。同時に、アミロイドベータ蛋白質(Aβ)やリン酸化タウに対する抗体を用いた連続切片による免疫組織染色を行った。その結果、Aβ陽性の老人斑やリン酸化タウ陽性の神経原線維変化とシトルリン化蛋白質陽性の染色部位がよく一致した。Aβやリン酸化タウがシトルリン化されているかは未だ明らかではない。アルツハイマー病では、海馬以外にもPAD2の発現が亢進しているかを調べるため、他の部位(小脳、頭頂葉、扁桃核、橋)についてもPAD2の免疫染色を行った。その結果、調べた全ての部位で正常脳に比べてアルツハイマー病ではPAD2の発現亢進が確認された。
肺における感染防御関連タンパク質(SP-AおよびSP-D)代謝に及ぼす運動の影響

本研究では、肺において感染防御の一端を担うと考えられている肺サーファクタントタンパク質(SP-A,SP-D)の肺胞腔への分泌および肺組織内の貯蔵量に対する自発ランニング運動の影響を検討した。ラットを運動群と対照群に分け、運動群に水車式回転カゴによる自発ランニング運動を13週間行わせた。飼育最終日に、麻酔下で屠殺後、肺を緩衝液で洗浄して肺胞洗浄液を回収した。肺胞洗浄液および肺組織ホモジネート中のSP-AおよびSP-D量は、酵素標識免疫定量法(ELISA)により測定した。13週間の自発ランニング運動により、肺胞洗浄液中のSP-A量(対照群:94±14mug/g tissue,運動群:114±17mug/g tissue)およびSP-D量(対照群:13.0±3.1mug/g tissue,運動群:15.8±2.5mug/g tissue)が増加した。肺胞洗浄後の肺組織内のSP-A量(対照群:29±4.4mug/g tissue,運動群:24±4.7mug/g tissue)およびSP-D量(対照群:2.3±0.38mug/g tissue,運動群:2.7±0.46mug/g tissue)も増加する傾向にあった。このことから、自発ランニング運動のトレーニングは、肺胞II型細胞によるSP-AおよびSP-Dの肺胞腔への分泌を促進、あるいは、肺胞腔でのSP-AおよびSP-Dの除去および再利用を抑制すると考えられる。また、研究データは運動トレーニングが肺胞II型細胞によるSP-AおよびSP-Dの合成も高める可能性を示している。本研究結果は、継続的な運動が肺胞内における生体防御機構の一端を向上させる効果があることを強く示唆するものである。今後、運動による肺サーファクタントタンパク質の増加のメカニズムの一端を明らかにするために、肺サーファクタントタンパク質の除去機構に異常をきたした珪肺症ラットと比較して、検討する予定である。
アクチンファイバーの構造変化は新しい力学刺激受容機構として働く

アクチン線維の回転方向ゆらぎの測定を行った。アクチン線維をガラス表面に変性ミオシンを介して結合する。このアクチン線維に蛍光粒子をつけた2ミクロン程度のビーズを着けてガラス表面から重力方向にぶら下げる。この蛍光粒子の位置の測定からビーズの回転を計測する。このようにして計測されたアクチン線維の回転方向のねじれゆらぎの振幅はアクチン線維がガラス表面から懸垂している場合には大きく、光ピンセットによりビーズを懸垂方向に引っ張り、アクチン線維に負荷を掛けると揺らぎは小さくなった。これは我々の予想を裏付けるものであった。我々は細胞骨格や接着構造を対象にして研究を進めてきたが、細胞骨格(ストレス線維:アクチン線維束)が力の伝達媒体として関与することを発見した(Hayakawa et al., 2008)。この時点で、力の伝達媒体であるアクチン自身が力学受容の装置として働いている可能性はあったが、科学的に検討することはできなかった。その後アクチン繊維が力学受容機構を内在していることを示すデーターをアクチンに力学付加をかけつつアクチン切断分子コフィリンを作用させることで得ることができた。この結果はチャネル以外に機械受容する実体が存在することをはっきり示すもので、大変重要なので、現在論文投稿準備中である。しかし、力学受容機構であるアクチン繊維がどのようなメカニズムで動作しているかは依然不明である。この分子的メカニズムの解明が本研究のテーマである。コフィリンによるアクチン繊維の脱重合作用が張力により制御されているメカニズムとして以下の2つの仮説が考えられる。1)張力によるアクチン繊維の構造変化がコフィリンのアクチン繊維への結合を制御している。2)張力の有無にかかわらずコフィリンはアクチン繊維に結合し、アクチン繊維の張力はそれに結合したコフィリンの酵素活性を調節している。これらの仮説を検討するために、ガラスピペットによりアクチン繊維を引っ張った状態あるいは緩めた状態で保持し、そこに外部から蛍光ラベルしたコフィリンを投与して、張力依存的にコフィリンのアクチン繊維への結合が起こることを調べた。その実験結果は1)の仮説を支持するものであった。またコフィリンの結合の時間と頻度の分析も行った。この実験からアクチン繊維に与える張力を減少すると、コフィリンの結合サイトがあらわれて、コフィリンの結合が促進することを示すものである。我々は細胞骨格(ストレス線維:アクチン線維束)が力の伝達媒体として関与することを発見した(Hayakawa et al., 2008)。その後アクチン繊維が力学受容機構を内在していることを示すデーターを得ることができた。この結果はチャネル以外に機械受容する実体が存在することを示すもので論文投稿準備中である。しかしながら、力学受容機構であるアクチン繊維がどのようなメカニズムで動作しているかは依然不明である。初年度の研究から張力依存的にコフィリンのアクチン繊維への結合が起こることを示すことができた。この実験結果は1)の仮説を支持するものであった。この実験からアクチン繊維への張力を減少すると、コフィリンの結合サイトがあらわれて、コフィリンの結合が促進することを示すものであった。アクチン線維の先にビーズをつけてアクチン線維のねじれのゆらぎを分析するシステムを開発した。アクチンのねじれの分析とコフィリンのこのねじれゆらぎへの作用の分析を始めた。筋細胞を思い浮かべればわかるようにアクチン線維は力発生要素である。一方で、細胞の中を注目すると、力によってアクチンモノマーが集合してアクチン線維を形成し、逆にアクチン線維に作用する力の大きさが減少すると、アクチン線維が脱重合する。このように力によるアクチン線維の動態の制御が想定されているがその分子的な実体は不明のままである。アクチン線維を脱重合する代表的な分子にコフィリンついて、我々がこれまで実施した実験から、コフィリンはアクチン線維にかかる力学的な負荷に依存してアクチン線維を切断することが分かっている。一方で、電子顕微鏡によるコフィリンが結合したアクチン線維の観察とその分析からコフィリンがアクチン線維に結合するとアクチン線維のねじれピッチが変化することが知られている。

アクチン線維が実際に活躍しているのは細胞内の環境は溶液である。そのため、溶液中のアクチン線維のねじれの大きさは揺らいる。我々の考える仮説は、アクチン線維のねじれ揺らぎにより大きく捩れた時にコフィリンがアクチン線維に結合し切断するというものである。そして、張力はこのねじれのゆらぎを減少し、その結果コフィリンのアクチンへの結合を抑制すると考えた。この仮説を検討するために、平成22年度の研究では、アクチン線維の回転方向ゆらぎの測定を行った。アクチン線維をガラス表面に変性ミオシンを介して結合する。このアクチン線維に蛍光粒子をつけた2ミクロン程度のビーズを着けてガラス表面から重力方向にぶら下げる(この時に線維にかかる力学付加は非常に小さい)。この蛍光粒子の位置の測定からビーズの回転を計測する。このようにして計測されたアクチン線維の回転方向のねじれゆらぎの振幅はアクチン線維がガラス表面から懸垂している場合(力学付加が非常に小さい)には大きく、光ピンセットによりビーズを懸垂方向に引っ張り、アクチン線維に負荷を掛けると揺らぎは小さくなった。これは上記の予想を裏付けるものであった。コフィリンを投与した場合もアクチン線維のねじれが観察され、その回転方向の揺らぎは小さくなる場合があった。これは、コフィリンのアクチン線維への結合がアクチン線維のねじれ状態を安定化し揺らぎを小さくしたと解釈される。これは大変重要な結果であるが、今後のさらに実験的な検討を行う必要がある。また、このねじれ角の増加と切断の関係を調べることで、切断の分子メカニズムの解析の糸口が得られると考えている。
エピテーゼのための耳介形状データベースの構築

外傷,先天性欠損,腫瘍等により顎顔面領域の一部に欠損を生じ,かつ生体に寄る再建が困難な場合や手術までの期間を補う物として,エピテーゼを利用した顎顔面補綴処置が行われる場合がある.これらエピテーゼは健側を参考にして患側の形状を推測し製作されるが,術者の感性に依る部分が多い.本研究では,小耳症を含む耳介欠損症例への適用や生体再建時の形成外科医のアシストを目的に耳介形状データベースの構築を目指した.1.耳介形状データの抽出・収集と解析(上田・會田):3次元CTのボリュームデータから130個余りの耳介形状データを抽出し収集することが出来た.2.形状データベースの構築(上田・會田):エピテーゼの作製を前提とした3次元形状データベースを構築した.ボクセルモデルを基本として内部構造データを保持したモデルを構築した.3.試作材料の検索・エピテーゼの試作(西川):構築したデータベースの形状を元に実際の症例に対してエピテーゼの試作を行なった.さらに,形成外科医から提案のあった生体再建手術用テンプレートの試作も行なった.材料としては,シリコーン系材料とポリウレタン系材料で検討を行った.4.問題点の整理と実用化に向けた課題の検討(上田・會田・西川):実用化にはデータベースの形状を容易に操作でき,患者の顔写真等と合成して簡単にシミュレーションや確認などが出来るCADソフトの開発が必要であると考えられた.外傷,先天性欠損,腫瘍等により顎顔面領域の一部に欠損を生じ,かつ生体に寄る再建が困難な場合や手術までの期間を補う物として,エピテーゼを利用した顎顔面補綴処置が行われる場合がある.これらエピテーゼは健側を参考にして患側の形状を推測し製作されるが,術者の感性に依る部分が多い.本研究では,小耳症を含む耳介欠損症例への適用や生体再建時の形成外科医のアシストを目的に耳介形状データベースの構築を目指した.1.耳介形状データの抽出・収集と解析(上田・會田):3次元CTのボリュームデータから130個余りの耳介形状データを抽出し収集することが出来た.2.形状データベースの構築(上田・會田):エピテーゼの作製を前提とした3次元形状データベースを構築した.ボクセルモデルを基本として内部構造データを保持したモデルを構築した.3.試作材料の検索・エピテーゼの試作(西川):構築したデータベースの形状を元に実際の症例に対してエピテーゼの試作を行なった.さらに,形成外科医から提案のあった生体再建手術用テンプレートの試作も行なった.材料としては,シリコーン系材料とポリウレタン系材料で検討を行った.4.問題点の整理と実用化に向けた課題の検討(上田・會田・西川):実用化にはデータベースの形状を容易に操作でき,患者の顔写真等と合成して簡単にシミュレーションや確認などが出来るCADソフトの開発が必要であると考えられた.1.耳介形状データの抽出・収集と解析について平成19年3月末現在で,顎変形症,外傷等で過去に撮影された3次元CTデータから収集可能なもの144症例についてデータを入手し,解析を進めている.約6割のデータについて,利用可能な形状が含まれるか否かの評価と,利用可能なものについての前段階(耳介部分の抽出)の処理が終わったところである.現時点では,そのうちの約半数余の40症例程度が利用可能で,耳介形状のデータ数としては,70余のデータが収集できた.最終的には撮影時の様々な条件により変形のあるもの等を精査した上で,100個程度のデータを収集したいと考えている.2.形状データベースの検討3次元形状データベースのデータ構造としては,CTのデータに近いボクセルモデルを採用するか,データ量を大幅に減らしてかつスムーズな曲面形状が構成可能な曲面パッチモデルにするかが大きな分かれ目であるが,将来に向けた生体内部構造データの保持のしやすさ等に有利な前者の形を採用することとした.前者の唯一の大きな欠点は,後者に比べて大幅にデータ量が多く,外形形状のみに限って考えれば無駄が多いことであるが,近年のパーソナルコンピュータの性能向上とストレージの容量の増大により,リアルタイムでの処理が無理なくできる環境になってきたため問題はないと判断した.3.試作材料の検索形状試作のための積層造形材料については,標準のスターチの他に,歯科用普通石膏,歯科用硬石膏,歯科用超硬石膏,これらの混合粉末などをテストした.また,バインダーについても,標準のバインダーの他,精製水をある程度の比率で混合したもの,さらには100%精製水のみとしたもの等でテストを行なった.その結果,歯科用超硬石膏+100%精製水で,積層間隔を0.085mm(標準のスターチでは0.700mm)でも耳介形状が十分に造形可能であることが確認できた.平成19年度の研究実施計画では,(1)耳介形状データの抽出・収集と解析(上田・會田)(2)形状データベースの構築(上田・會田)(3)試作材料の検索・エピテーゼの試作(西川)(4)問題点の整理と実用化に向けた課題の検討(上田・會田・西川)を予定していた.このうち,(1)については,予定(100形状)より多い130個余りの形状データを抽出,収集することが出来た.ただ,収集した形状データの分類については次期の課題として持ち越しとなった.

(2)については,ボクセルモデルを基本としたエピテーゼの製作のためのデータベースをほぼ構築できた.(3)については,実際の症例における試作のほか,形成外科医から提案のあった生体再建手術用テンプレートの試作にも利用を試み,実際の手術に活用できる可能性が確認できた.材料については,より柔らかく生体に近い感触の材料を求めていくつかの材料を引き続きテスト中であり,次期の課題として持ち越しとなった.(4)については,引き続き継続中で持ち越しになった上記2点(形状分類と材料の検討)のほか,実用化には,データベースの形状を容易に操作でき,患者の顔写真等と合成して簡単にシミュレーションや確認などが出来るCADソフトの開発が必要であると感じられた.
無転位タンパク質結晶の塑性変形挙動

本年度に実施した研究実績は以下のとおりである。1無転位グリコースイソメラーゼ結晶(以下GI結晶)の育成と導入された転位の挙動と転位の特性を放射光X線トポグラフによって行った。その結果、無転位結晶表面に針によってパルス的に加えられた応力によって導入された転位は、その加えられた応力の方向のみに導入された。すなわち、パンチアウト転位の導入ともう一つは針によって加えられた強い応力集中による、表面近傍での転位源から発生したすべり転位である。パンチアウト転位のバーガースベクトルは決定できなかったが、すべり転位は放射光X線トポグラフから特定できた。2完全性の高いタンパク質結晶の鶏卵白リゾチウム結晶(以下HEWL結晶)の育成とその強度をビッカース微少硬度計によって測定した。HEWL結晶は多形を持ち、正方晶、斜方晶、単斜晶、三方晶に結晶化する。今年度は斜方晶HEWLのビッカース硬さについてその湿度依存性を測定し、硬さが湿度に強く依存することを観測した。正方晶、単斜晶、三斜晶の結果と比較したところ、タンパク質結晶の硬さの基本的挙動として、湿度が低くなるにつれ硬さ(強度)が増加することが判明した。すなわち、タンパク質の強度は、微視的には結晶中のいわゆるmobile water(結晶中を動ける結晶水)の量に強く依存することが判明した。3高強度タンパク質結晶を実現するために、正方晶鶏卵白リゾチウム結晶(HEWL結晶)をゲル中で育成し、その強度を圧縮試験により測定した。その結果、標準的な結晶成長で育成した結晶に比べ、延性が増加することが分かった。この現象は脆いと言われているタンパク質結晶の実用化のためには重要な知見である。以上が本年度の成果であり、結果の一部はすでに論文としている。今年度の研究実績は、タンパク質結晶の完全性に関して、放射光X線デジタルトポグラフによって以下のような1と2の成果を得た。また、タンパク質結晶の力学的性質に関しては3の結果を得た。1タンパク質結晶のグリコースイソメラーゼ結晶(以下GI結晶)は、完全性が高い結晶が育成されることは分かった。それは、放射光X線トポグラフによって得られた傾きのある結晶で等厚干渉縞、いわゆるペンデル縞が観察された。このことはX線の動力学効果によるものであるので、結晶の完全性は極めて高いものと考えられる。従来は、タンパク質結晶は、完全性の高いものが得にくいということであったが、結晶成長の過程で種々の改良を行うことによって、完全性の高い無転位結晶が得られることが分かった。2同様にモデルタンパク質結晶の正方晶鶏卵白リゾチウム(HEWL)結晶を用いて、タンパク質結晶の完全性を阻害しているサブグレイン間の方位差について放射光X線デジタルトポグラフ観察した。その結果、グルタルアルデヒドで架橋した種結晶を用いるとその方位差を減少させ、完全性が良くなることを見つけた。また、1MHzの電磁場を加え正方晶HEWL結晶を育成すると比較的完全性の高い結晶が得られることが分かった。3斜方晶リゾチウム結晶のビッカース硬さを測定し、硬さと結晶中の水の量の依存性とすべり系の確定を行った。斜方晶HEWL結晶では、結晶水が十分に含まれている場合には、硬さは6ー10MPaと低いが、結晶水が減少すると硬さは増加し、飽和した時の値は80ー90 MPaに達する。このようにタンパク質結晶の強度は結晶水の量に依存する。また、すべり線の観察からすべり系は{011}<100>, {110}<110>, {011}<011>, {110}<001>, {100}<001>, {010}<001>の6つの系が働くことが分かった。おおむね順調に進展している理由は、完全性の高いGI結晶を得るための結晶成長の方法が確立されたことである。今までの鶏卵白リゾチウム結晶では無転位結晶の育成が難しく、変形によって導入される個々の転位の観察は、放射光X線トポグラフの分解能との関係で難しかった。しかしながら、GI結晶では無転位結晶の育成が可能になったことで、われわれが目的としている個々の転位の運動の観察が可能になった。それにより、タンパク質結晶においても、放射光X線トポグラフによる荷重負荷後の転位の運動や変形挙動の観察が可能になった。今年度に得られた実績は、以下の3つである。1タンパク質結晶の放射光X線トポグラフによる転位の観察と2微小硬さの湿度依存性についてである。3つ目は予想していなかった結果を得たことである。それは、3完全性の高いグルコースイソメラーゼ(GI)結晶で初めて動力学的回折理論によってX線回折曲線の解析に成功したことである。1放射光X線トポグラフにより体心斜方晶構造を持つグルコースイソメラーゼ(GI)結晶の完全性の評価の実験を行った。GI結晶中の転位は放射光にX線トポグラフより評価された。その結果、種結晶から表面に向かって走る2つの成長転位を観察することができた。転位の消滅則から、この成長転位は[111]のバーガスベクトルを持つ刃状転位であることが分かった。さらに転位像に沿う縞状のコントラストが観察され完全性の高い結晶で現れる動力学効果によるものと考えた。

2正方晶卵白リゾチウム(T-HEWL)結晶の微小硬さ測定を湿度制御した環境中で行った。T-HEWL結晶を一定の湿度で大気暴露させるとその微小硬さは暴露時間の増加とともに上昇した。第一段階では、硬さは暴露時間に依存せずにほぼ一定となった。第二段階は暴露時間とともに硬さは上昇し、第三段階では硬さはほぼ飽和して暴露時間に依存しなくなった。この結果、第一段階の長さと飽和期の硬さは湿度に強く依存することが分かった。3完全性の高いGI結晶のX線回折曲線を動力学的理論で解析した結果、タンパク質結晶でも完全性の高いSi結晶と同じような結果になった。すなわち、放射光トポグラフの手法により結晶全体の各位置でのGI結晶の回折曲線を測定し、動力学的理論による解析を行った結果、実験とよく合う結果を得た。これは、一般的にタンパク質結晶は完全性が低いと言われていた常識を覆す結果となった。結論としてタンパク質結晶でも結晶構造解析に動力学的効果も考慮する必要がある。今年度は、従来から研究を続けていた卵白リゾチウム結晶の微小硬さの湿度依存性を観測した。さらに、ミリメータオーダーの完全性の高いグリコースイソメラーゼ(GI)結晶を育成する方法を確立した。すなわち、種結晶に架橋をした結晶を用いると成長転位が導入され完全性を悪くするが、純粋のGI結晶のみを種とした場合は無転位結晶になることを放射光X線トポグラフによって確認した。この無転位GI結晶に針によるインデンテーションを行い、実際に無転位の状態から塑性変形により、転位が発生することを初めて確認した。また、今年度の成果の一つとして当初予想をしていなかった結果を得た。それは、タンパク質結晶でまだ観測されていなかった動力学的回折理論による無転位GI結晶のX線回折曲線の解析である。この振動状態を持つ回折曲線を動力学的理論で解析することはシリコンなどの半導体結晶では行われていたが、分子量の大きなタンパク質結晶で解析したのはわれわれが初めてである。本年度に実施した研究実績は以下のとおりである。1無転位グリコースイソメラーゼ結晶(以下GI結晶)の育成と導入された転位の挙動と転位の特性を放射光X線トポグラフによって行った。その結果、無転位結晶表面に針によってパルス的に加えられた応力によって導入された転位は、その加えられた応力の方向のみに導入された。すなわち、パンチアウト転位の導入ともう一つは針によって加えられた強い応力集中による、表面近傍での転位源から発生したすべり転位である。パンチアウト転位のバーガースベクトルは決定できなかったが、すべり転位は放射光X線トポグラフから特定できた。2完全性の高いタンパク質結晶の鶏卵白リゾチウム結晶(以下HEWL結晶)の育成とその強度をビッカース微少硬度計によって測定した。HEWL結晶は多形を持ち、正方晶、斜方晶、単斜晶、三方晶に結晶化する。今年度は斜方晶HEWLのビッカース硬さについてその湿度依存性を測定し、硬さが湿度に強く依存することを観測した。正方晶、単斜晶、三斜晶の結果と比較したところ、タンパク質結晶の硬さの基本的挙動として、湿度が低くなるにつれ硬さ(強度)が増加することが判明した。すなわち、タンパク質の強度は、微視的には結晶中のいわゆるmobile water(結晶中を動ける結晶水)の量に強く依存することが判明した。3高強度タンパク質結晶を実現するために、正方晶鶏卵白リゾチウム結晶(HEWL結晶)をゲル中で育成し、その強度を圧縮試験により測定した。
結晶性分子薄膜におけるラジカルスピンダイナミクスの研究

これまでのスピントロニクス研究で用いられてきた微細加工されたナノ磁性体に代わるスピン媒体として、結晶性分子薄膜のラジカルスピンに着目した。得られた成果は主に次の2点である。1つめの成果は「分子を用いた高品質素子の作製研究」であり、フタロシアニン分子と単結晶Fe/MgO接合のハイブリッドデバイスの作製に成功した。2つめの成果は「分子スピンの電気的検出及び制御に関する研究」であり、Feフタロシアニン分子とPtを有するデバイスにおいてラジカルスピンの電気的検出に成功し、原理的に電気的制御が可能であることを示唆する結果を得た。まず金属薄膜の単結晶分子線エピタキシーの知見を用いてフタロシアニン分子のエピタキシャル成長を試みた。具体的には(001)の面配向を有する単結晶MgO上に体心立方構造のCrと面心立方構造のAuを(001)配向させ、下地層を準備した。その上に銅フタロシアニンを室温で成長させ、フタロシアニンがエピタキシャル成長することを見出した。銅フタロシアニンの結晶配向は反射高速電子線回折(RHEED)とX線回折により確認した。RHEEDで得た銅フタロシアニンの電子回折像は特殊であったため、任意のRHEED像を解析できる独自プログラムを開発し、フタロシアニン薄膜の結晶構造を同定した。結果としてフタロシアニン単斜晶の双晶がAu(001)上に形成されることがわかった。(2015秋応用物理学会で発表)次にこの銅フタロシアニン膜の電気特性を得るための接合を作製した。接合作製のための微細加工を真空一環で行い、良質な接合を作成した。電流電圧特性を評価したところ、過去の素子と比べて素子の経時変化が非常に小さいことを見出した。実験を精力的に進めた一方で、大型備品として薄膜作製評価装置を導入した。本備品により有機材料の充填が2種から6種に増加、金属材料の充填は1種から3種に増加、そして傾斜蒸着膜を作製できるようになった。分子薄膜の平坦性向上に重要な基板冷却機能も備え、真空ポンプの拡充により真空度が10倍以上に向上した。従って、次年度の加速的な研究の進展が期待できる。まず金属薄膜の単結晶膜上にフタロシアニン分子をエピタキシャル成長させることに成功した。具体的にはAu(001)下地層上に銅フタロシアニンの単斜晶双晶ができることを見出した。フタロシアニンの結晶性確認は反射高速電子線回折(RHEED)とX線解説により行った。RHEEDの解析においては独自プログラムを開発し、電子線回折像の解析を行った。次にエピタキシャルフタロシアニン膜の微細加工を行った。真空一環でのプロセスを構築し、電気特性を得ることができるようになった。得た膜の電流電圧特性を評価したところ、過去の素子と比べて素子の経時変化が非常に小さいことを見出した。また、大型備品として薄膜作製評価装置を導入した。本備品は有機材料を6種充填することができ、傾斜蒸着膜を作製できる。従って今後の研究の加速的な進展が期待できる。このように初年度である昨年度は実験環境の整備に注力した。研究は当初の計画通り進んでおり、今年度から電子スピン共鳴の電気的検出に取り組む。前年度は超高真空薄膜作製評価装置の立ち上げ、フタロシアニン薄膜のエピタキシャル成長、エピタキシャル成長膜の電気伝導の初期評価まで行った。そこで本年度は(1)フタロシアニン薄膜と無機物、具体的には酸化マグネシウム(MgO)とのヘテロエピタキシャル成長、(2)フタロシアニンラジカルスピンの評価を行った。(1)に関してはFe(001)上に成長させたフタロシアニンの上にMgO(001)がエピタキシャル成長することを見出した。フタロシアニンの膜厚依存特性を丹念に調べたところ、フタロシアニン薄膜はLayer-by-layer成長していること、そしてフタロシアニンが単分子膜のときだけフタロシアニン上にMgOが成長することを見出した。(論文執筆中)(2)得られた知見を用いてFe/コバルトフタロシアニン/MgOヘテロエピタキシャル膜を作製し、コバルトフタロシアニンのラジカルスピンを放射光X線を用いて評価した。Fe(001)上のコバルトフタロシアニンのラジカルスピンは室温においてFe(001)と接する単分子層のみがスピン偏極することがわかった。スピン磁気モーメントは0.9 uB程度であり、バルクコバルトの6割程度の磁気モーメントであった。また軌道磁気モーメントは比較的大きく、0.25uB程度あることがわかった。このように高品質フタロシアニン薄膜のラジカルスピンを検出することに成功した。(2017年春の応用物理学会で発表)これ以外にはアモルファスAla3薄膜の電気伝導特性に対し、Alq3の膜厚及び電極材料(Nd, Au)依存性を評価した。陰極にNd、陽極にAuを用いた接合でAlq3の有機磁気抵抗効果の観測に成功した。一方で電流安定性の改善が困難であることから今後は高品質フタロシアニン薄膜の研究に注力することを決定した。(2017年春の応用物理学会で発表)初年度に超高真空薄膜作製評価装置の立ち上げ、フタロシアニン薄膜のエピタキシャル成長、エピタキシャル成長膜の電気伝導の初期評価を行った。