hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
線虫感染に伴う粘膜型マスト細胞の小腸上皮内侵入機構に関する研究

線虫感染に伴い小腸粘膜で増加するマスト細胞は旋毛虫や糞線虫などの排除や感染防御に深く関わっており、即時型アレルギーの病態形成や炎症・免疫反応においても重要な役割を演じている。本研究はマウスやラットマスト細胞に発現するE-カドヘリンがヒトマスト細胞においても発現しているか解析した。ヒト由来マスト細胞株HMC-1においてもE-カドヘリンは発現し、E-カドヘリンを介した上皮細胞との接着能を有していたことからマスト細胞に発現するE-カドヘリンは種を越えて存在している可能性が示唆された。マウス粘膜型マスト細胞(MMC)に特異的に発現するプロテアーゼ(mMCP-1)は旋毛虫の排除に関与することが報告されている。E-カドヘリンを発現する小腸粘膜上皮細胞と小腸粘膜上皮内の粘膜型マスト細胞の接着分子の関係を明らかにするため、mMCP-1を発現する培養粘膜型マスト細胞を用い解析した。培養粘膜型マスト細胞にはE-カドヘリンおよびそのヘテロリガンドであるインテグリンαEβ7が同時に発現し、細胞間接着アッセイによりE-カドヘリンを介する接着能を有していることを明らかにした。次に、線虫感染マウス小腸においてc-kitをマスト細胞の指標としMMCにインテグリンαEβ7が発現しているか解析した結果、小腸粘膜上皮に存在するc-kit陽性MMCにインテグリンαEβ7の発現を認めた。本研究の結果から粘膜型マスト細胞に発現するE-カドヘリンおよびインテグリンαEβ7はE-カドヘリンを介する接着能を有していることが明らかとなった。MMCは小腸粘膜上皮細胞間に存在し上皮細胞はE-カドヘリンを発現することから、粘膜型マスト細胞は上皮細胞とE-カドヘリンおよびインテグリンαEβ72つの分子を介し接着し局在することが示唆された。マウス骨髄細胞を2群の増殖因子の組み合わせ((1)IL-3+SCF(2)IL-3+SCF+IL-9+TGF-β1)で11日間培養し,得られた培養マスト細胞の種々の性状を解析した.接着分子発現mRNA,蛋白レベルで解析した結果,2種のマスト細胞における違いはインテグリンαE鎖が(2)のマスト細胞において顕著に増加していた.一方,E-カドヘリンは(1)(2)のマスト細胞ともに発現していた.(2)のマスト細胞には粘膜型マスト細胞の指標であるmMCP-1が発現し,接着分子E-カドヘリンと,インテグリンαEβ7が同時に発現するユニークな性質を有していた.マスト細胞に発現するE-カドヘリン,インテグリンαEβ7の機能E-カドヘリンを介した細胞間接着能を調べるため,E-カドヘリンを発現するF9細胞とのcell adhesion assayを実施した.マスト細胞にE-カドヘリンまたはインテグリンαE鎖の接着阻害抗体を単独で作用させた実験ではE-カドヘリンのみ発現している(1)のマスト細胞は接着率が50%前後で,E-カドヘリン同士の接着阻害抗体を加えた実験群で接着能が濃度依存的に抑制された.E-カドヘリンとインテグリンαEβ7が発現している(2)のマスト細胞は接着率が80%前後で,抗体を単独で加えても細胞接着率に有為な変化は認められなかった.次にE-カドヘリンとインテグリンαEβ7両方の接着を阻害するため,2種の抗体を加えcell adhesion assayを実施した.

E-カドヘリンとインテグリンαEβ7が発現している(2)のマスト細胞では,E-カドヘリン同士の接着阻害抗体とE-カドヘリンとインテグリンαEの接着阻害抗体またはE-カドヘリン同士の接着阻害抗体とインテグリンαEの接着阻害抗体を加えることで接着能が有為に抑制された.このことは培養粘膜型マスト細胞に発現しているE-カドヘリンとインテグリンαEβ7がともに細胞接着能を有していることを示している.線虫感染に伴い小腸粘膜で増加するマスト細胞は旋毛虫や糞線虫などの排除や感染防御に深く関わっており、即時型アレルギーの病態形成や炎症・免疫反応においても重要な役割を演じている。本研究はマウスやラットマスト細胞に発現するE-カドヘリンがヒトマスト細胞においても発現しているか解析した。ヒト由来マスト細胞株HMC-1においてもE-カドヘリンは発現し、E-カドヘリンを介した上皮細胞との接着能を有していたことからマスト細胞に発現するE-カドヘリンは種を越えて存在している可能性が示唆された。マウス粘膜型マスト細胞(MMC)に特異的に発現するプロテアーゼ(mMCP-1)は旋毛虫の排除に関与することが報告されている。E-カドヘリンを発現する小腸粘膜上皮細胞と小腸粘膜上皮内の粘膜型マスト細胞の接着分子の関係を明らかにするため、mMCP-1を発現する培養粘膜型マスト細胞を用い解析した。培養粘膜型マスト細胞にはE-カドヘリンおよびそのヘテロリガンドであるインテグリンαEβ7が同時に発現し、細胞間接着アッセイによりE-カドヘリンを介する接着能を有していることを明らかにした。次に、線虫感染マウス小腸においてc-kitをマスト細胞の指標としMMCにインテグリンαEβ7が発現しているか解析した結果、小腸粘膜上皮に存在するc-kit陽性MMCにインテグリンαEβ7の発現を認めた。以上の結果から粘膜型マスト細胞に発現するE-カドヘリンおよびインテグリンαEβ7はE-カドヘリンを介する接着能を有していることが明らかとなった。MMCは小腸粘膜上皮細胞間に存在し上皮細胞はE-カドヘリンを発現することから、粘膜型マスト細胞は上皮細胞とE-カドヘリンおよびインテグリンαEβ72つの分子を介し接着し局在することが示唆された。
神経回路形成における入力線維の標的細胞への分化誘導機構

我々は、視床軸索が標的である皮質細胞との相互作用を通じて皮質細胞の分化や回路形成に果たす役割を明らかにすることを目的として研究を実施してきた。これまでに、大脳皮質第4層特異的遺伝子Unc5h4が視床軸索の投射を受ける一次感覚野に強く発現することを示した。また、入力線維欠損マウスあるいは培養下において視床入力を遮断した大脳皮質において、Unc5h4発現細胞の存在様式が変化することを明らかにした。本年度は、Unc5h4のリガンドとなり得る候補分子に着目し、以下の事項を明らかにした。(1)Netrin遺伝子の脳における発現分布生後6日目マウス脳より凍結薄切片を作製し、in situハイブリダイゼーション法を用いてNetrin-1、Netrin-3、Netrin-4の遺伝子発現を解析した。その結果、大脳皮質において全ての遺伝子の発現が見られたが、特にNetrin-4はUncShdの発現パターンに類似しているだけでなく、視床においても強く発現することが明らかになった。このことから、視床由来のNetrin-4がUnc5h4を発現する大脳皮質細胞に影響を及ぼすか、あるいは大脳皮質において発現するNetrinがUnc5h4発現細胞の分化に関与することが示唆された。Unc5h4を発現していると想定される皮質4層細胞をラベルするために、in uteroエレクロトポレーション法を用いて、胎生13日目のマウス終脳の脳室帯に蛍光タンパク質発現用プラスミドを導入し、さらにラペルされたニューロンを分散培養下で観察して、Netrin-1タンパク質に対する影響を解析した。その結果、Netrin-1存在下で培養したニューロンは、非存在下に比べて生存が維持されやすいことが明らかになった。また、同様の方法を用いて皮質4層細胞にNetrin-4を過剰発現させたところ、対照実験に比べて神経突起の発達が促進されることを明らかにした。特に、樹状突起様の神経突起の分枝が増えることから、視床入力を含む外的要因によってもたらされるNetrin-4が、皮質4層細胞の樹状突起の発達に寄与する可能性が考えられる。Unc5h4とNetrin-4との相互作用による皮質4層細胞の分化誘導の解明が期待される。我々は、視床軸索が標的である皮質細胞との相互作用を通じて皮質細胞の分化や回路形成に果たす役割を明らかにすることを目的としている。本研究では、大脳皮質第4層特異的遺伝子Unc5h4が視床軸索の影響により皮質での発現制御を受ける、あるいは、Unc5h4分子自体が視床軸索と皮質細胞の相互作用に関与する可能性を検証しており、これまでに以下の事項を明らかにした。(1)Unc5h4遺伝子の大脳皮質における発現分布の詳細視床-皮質投射形成が行われている生後6日目マウス脳より連続切片を作製し、in situハイブリダイゼーション法を用いてUnc5h4遺伝子発現を詳細に解析した。その結果、視床からの感覚性入力がある一次体性感覚野および一次視覚野において強く発現することが明らかになった。(2)培養皮質片におけるUnc5h4遺伝子の発現分布視床-皮質投射形成がほとんど行われていない生後直のラット脳より大脳皮質切片を作製し、大脳皮質のみ単独で(視床軸索の入力を遮断して)器官培養を行った後、Unc5h4遺伝子の発現分布を解析した。その結果、従来の発現に見られる領野・層特異性が失われ、大脳皮質の広範囲に発現するようになった。したがって、Unc5h4遺伝子発現は視床入力を含む外来性因子によって制御されている可能性が示唆された。(3)視床特異的分子の同定視床に発現し、皮質細胞との相互作用を担う分子(Unc5h4のリガンドを含む)を同定するために、視床-皮質投射形成が始まる生後3日目ラットの視床および大脳皮質の組織片から抽出したRNAをもとにして、視床から大脳皮質を差し引きしたサブトラクションcDNAライブラリーを作製した。その中から、視床特異的に発現し分泌性タンパク質および膜タンパク質をコードする複数の遺伝子を同定した。これらの分子が視床軸索に発現し、皮質細胞との相互作用に関与する可能性を今後検証していく。

Unc5h4を発現していると想定される皮質4層細胞をラベルするために、in uteroエレクロトポレーション法を用いて、胎生13日目のマウス終脳の脳室帯に蛍光タンパク質発現用プラスミドを導入し、さらにラペルされたニューロンを分散培養下で観察して、Netrin-1タンパク質に対する影響を解析した。その結果、Netrin-1存在下で培養したニューロンは、非存在下に比べて生存が維持されやすいことが明らかになった。また、同様の方法を用いて皮質4層細胞にNetrin-4を過剰発現させたところ、対照実験に比べて神経突起の発達が促進されることを明らかにした。特に、樹状突起様の神経突起の分枝が増えることから、視床入力を含む外的要因によってもたらされるNetrin-4が、皮質4層細胞の樹状突起の発達に寄与する可能性が考えられる。Unc5h4とNetrin-4との相互作用による皮質4層細胞の分化誘導の解明が期待される。
看護技術育成IT教材作成のためのフットケア用人体模型の開発

臨床看護師に対して、本研究で作成した足病変を有する足模型を使用したフットケアプログラム受講後にフットケアを実施した群(強化群)と足模型未使用のプログラム受講後にフットケアを実施した群(対照群)では、「フットケア技能習得状況」に違いがあるかを検討した。また併せて、「フットケア技能習得状況」の程度がフットケア後の足状態(爪形状、胼胝、鶏眼)や「技能習得状況に対する自己評価」に影響しているかを検討した。なお、被験者には、爪白癬、胼胝、鶏眼を有する者に協力を得て、糖尿病患者を演じてもらった。フットケアプログラムに要した時間は、講義40分と技術指導30分の合計70分であった。研究評価には、質問紙尺度を作成して使用した。「フットケア技能習得状況」については、患足の固定方法、フットケア機器操作などに関して、爪切り13項目、胼胝11項目、鶏眼9項目を「かなりよくできている」「全くできていない」の5段階で評価した。また、フットケア後の被験者の足状態についても爪形状6項目、胼胝4項目、鶏眼3項目を上記と同様に5段階で評価した。なお、フットケア実施中はビデオ撮影を行い、研究者間で妥当な評価ができるようにした。さらに、フットケア実施者には、「技能習得状況に対する自己評価」として「フットケア技能習得状況」と同項目について「かなり自信を持ってできた」「自信がなかった」の5段階で回答を得た。強化群10名と対照群8名の年齢及び看護師歴に有意差はなかった。「フットケア技能習得状況」及び「足状態」については、どの項目においても強化群は対照群に比べて得点が有意に高かった。なお、「技能習得状況に対する自己評価」については、爪切りの2項目(患足の固定、清潔不潔の区別)、胼胝1項目(患足の固定)のみにおいて、強化群は対照群に比べて得点が有意に高かった。以上の結果により、足模型を使用したほうがフットケア技能習得状況がよく、また爪形状、胼胝、鶏眼に関する処置が適切に行えると示唆された。今年度今年度は、「看護技術育成IT教材作成のためのフットケア用人体模型の開発」を行うための第一段階として、フットケア評価尺度の開発と介入内容の検討を行った。糖尿病足病変の発症、進展を予防するためには、糖尿病患者によるフットケア行動の確立が大きな役割を占める。そのため、フットケア行動評価尺度の開発が必要と考え、尺度の妥当性と信頼性を検討するための質問紙調査を実施した。調査対象は、当大学の関連施設の糖尿病患者であり、統計的解析を行って、フットケア行動評価尺度の妥当性と信頼性を確認した。次に、足潰瘍発症リスク分類とフットケア介入頻度および介入内容の設定について検討した。糖尿病患者に適切なフットケア介入内容は、糖尿病足病変のインターナショナルコンセンサスの意見や先行研究を考慮にいれて、神経障害および血管障害、セルフケア能力などから足潰瘍発症リスクを把握した介入内容の基準を作成した。そして、その基準を用いて、当大学の関連施設のフットケア外来で看護師が糖尿病患者に対してフットケアを1年間継続して実施した。フットケア内容は、(1)糖尿病足病変に関する情報提供、(2)日常生活で行うフットケア方法の指導、(3)ニッパーやグラインダーを用いた爪切りおよび胼胝処置などである。また、足潰瘍発症リスクの高い患者に対しては、日常生活における工夫や履物の指導、介入頻度を増やすなど、より強化したフットケア内容とした。その結果として、フットケア介入が糖尿病患者のフットケア行動向上に貢献でき、糖尿病足病変が予防できることを確認した。現在は、看護学生や臨床看護師がフットケア技術を習得するための人体模型(フットシュミレーター)を作製しているところであり、平成18年度は、この人体模型の完成と人体模型を用いた指導とその評価方法についての確立に向けてさらに検討する予定である。平成18年度は、足病変を有する足模型の作成にあたり、皮膚部分の弾力性、関節可動域、胼胝および鶏眼の皮膚病変部、陥入爪および肥厚を呈する爪病変部、ニッパーやフットケアマシン使用時のリアル感、病変部の交換の容易さなどについて問題点を抽出し、1年間にわたり検討を加えた。足模型の成分については、皮膚部位は軟質特殊樹脂(プリンゲル)、爪・胼胝・鶏眼部位は、硬質特殊樹脂(Fiber Reinforced Plastics: FRP)より構成されている。この足模型を使用することによって、実際に爪切り、胼胝処置、鶏眼処置などのフットケア技能訓練が可能となった。また、研究対象である臨床看護師にフットケア技能を習得させるためのフットケアプログラムを作成した。さらに、フットケア技能に対するアウトカムとして、フットケア機器の持ち方や研磨の方法、感染予防行動などの「フットケア技能習得状況」の項目を抽出し、設定した。また、「フットケア技能習得状況」の程度がフットケア後の足状態(爪形状・胼胝・鶏眼)や「技能習得に対する自己評価」に影響しているかを検討するための項目も抽出し、設定した。本研究実施にあたり、京都大学医学部医の倫理委員会の承認を申請し、承認を得ている。現在、臨床看護師に足模型を使用したフットケアプログラムを開始しており、有足模型の有用性を確認している。

今後は、統計的検討が検出力80%以上で可能となるように、平成19年度においてもデータ収集をさらに継続し、本研究における足模型の信頼性と妥当性の検証を深め、シミュレーターとしての完成版を作成する予定である。また同時に教育プログラムのソフト化について検討していく予定である。臨床看護師に対して、本研究で作成した足病変を有する足模型を使用したフットケアプログラム受講後にフットケアを実施した群(強化群)と足模型未使用のプログラム受講後にフットケアを実施した群(対照群)では、「フットケア技能習得状況」に違いがあるかを検討した。また併せて、「フットケア技能習得状況」の程度がフットケア後の足状態(爪形状、胼胝、鶏眼)や「技能習得状況に対する自己評価」に影響しているかを検討した。なお、被験者には、爪白癬、胼胝、鶏眼を有する者に協力を得て、糖尿病患者を演じてもらった。フットケアプログラムに要した時間は、講義40分と技術指導30分の合計70分であった。研究評価には、質問紙尺度を作成して使用した。「フットケア技能習得状況」については、患足の固定方法、フットケア機器操作などに関して、爪切り13項目、胼胝11項目、鶏眼9項目を「かなりよくできている」「全くできていない」の5段階で評価した。また、フットケア後の被験者の足状態についても爪形状6項目、胼胝4項目、鶏眼3項目を上記と同様に5段階で評価した。なお、フットケア実施中はビデオ撮影を行い、研究者間で妥当な評価ができるようにした。さらに、フットケア実施者には、「技能習得状況に対する自己評価」として「フットケア技能習得状況」と同項目について「かなり自信を持ってできた」「自信がなかった」の5段階で回答を得た。強化群10名と対照群8名の年齢及び看護師歴に有意差はなかった。「フットケア技能習得状況」及び「足状態」については、どの項目においても強化群は対照群に比べて得点が有意に高かった。なお、「技能習得状況に対する自己評価」については、爪切りの2項目(患足の固定、清潔不潔の区別)、胼胝1項目(患足の固定)のみにおいて、強化群は対照群に比べて得点が有意に高かった。以上の結果により、足模型を使用したほうがフットケア技能習得状況がよく、また爪形状、胼胝、鶏眼に関する処置が適切に行えると示唆された。今年度
野生マウス由来の新規成長QTLの正確な染色体上の位置決定と候補遺伝子の解析

研究代表者は、以前の研究成果により、フィリピンで捕獲された野生マウスの遺伝資源から生後の体重成長に関与する新しい量的形質遺伝子座(QTL)を第2染色体上に位置づけ、このQTL(Pbwg1と命名)をC57BL/6J近交系マウスに導入したコンジェニック系統B6.Cg-Pbwg1を樹立した。Pbwg1の責任遺伝子を同定することを最終目的として、本研究では次のことを行った。(1)樹立したB6.Cg-Pbug1系統の表現型の特徴を明確にする。(2)B6.Cg-Pbwg1系統とC57BL/6J系統間交雑F2を作出し、数cM毎に組換えが生じているサブコンジェニック系統を樹立する。(3)交雑F2のQTL解析によりPbwg1の正確な染色体上の位置を決定する。(4)網羅的な遺伝子発現解析とデータベースの活用によりPbwg1の候補遺伝子を探索する。B6.Cg-Pbwg1系統はB6系統に比べて1-3週齢体重増加量が著しく高く、白色脂肪重量が著しく軽いことが明らかとなった。両系統間交雑F2のQTL解析によりPbwg1は単一の遺伝子座から成るのではなく、体長、除脂肪体重、白色脂肪重量等に関与する8個の身体組成QTLsから構成されていることが判明した。各身体組成QTLsの存在染色体領域をさらに狭くするために14種のサブコンジェニック系統の樹立に成功した。マイクロアレイ解析により両系統間で遺伝子発現量の差異が見られる候補遺伝子をいくつか発見することができた。これらの候補遺伝子の発現量の差異を定量するためのリアルタイム定量PCR法の条件を設定した。今後、サブコンジェニック系統の表現型の特徴解析並びに候補遺伝子のリアルタイム定量PCR解析を実施することにより、Pbwg1の候補遺伝子を絞り込むことが可能となった。本研究の目的は、第2染色体上に位置づけられた野生マウス由来の新規成長QTL(量的形質遺伝子座)の正確な染色体上の位置を決定し、候補遺伝子を発見することである。本年度は以下のことを行った。1.サブコンジェニック系統の作出:成長QTLを導入したコンジェニック系統の雄とC57BL/6J系統の雌を交配し、F1雑種を得た。F1同士を交配して165個体のF2世代を得た。F2の耳介からゲノムDNAを抽出し、マイクロサテライトマーカーの遺伝子型をPCRとアガロースゲル電気泳動法により決定した。その結果、着目した染色体領域内に様々な組換えを起こしている57個体の組換体を得ることに成功した。次年度のサブコンジェニック系統の樹立のために、これらの中から約5cM毎に組換えを示す個体を選抜した。2.候補遺伝子の解析:マウスゲノムデータベースを検索した結果、着目した染色体領域内に成長・肥満に関与する明確な候補遺伝子としてグルカゴン(Gcg)遺伝子を検出することができた。次に、コンジェニック系統とC57BL/6J系統間でGeneChipによるマイクロアレイ解析を行った。その結果、2倍以上の遺伝子発現量の差異を示した遺伝子の数は、精巣周囲白色脂肪では既知遺伝子が4個、未知遺伝子が3個であり、肝臓では既知遺伝子が2個のみであった。これらの既知遺伝子は成長・肥満に明確に関与していなかった。グルカゴン遺伝子は膵臓以外に肝臓においても発現しているが、マイクロアレイ解析の結果では明確な発現量の差異は見られなかった。遺伝子発現の組織特異性の問題は考えられるが、グルカゴン遺伝子は候補遺伝子ではないかもしれない。

本研究の目的は、第2染色体上に位置づけられた野生マウス由来の新規成長QTL(量的形質遺伝子座)の正確な染色体上の位置を決定し、候補遺伝子を発見することである。本年度は以下のことを行った。(1)サブコンジェニック系統の作出:昨年度に、成長QTLを導入したコンジェニック系統とC57BL/6J系統の交雑F2世代において、着目した染色体領域内に様々な組換えを起こしている57個体の組換体を得ることに成功した。さらに、サブコンジェニック系統の樹立のために必要な約5cM毎に組換えを示す個体を選抜することに成功した。今年度は、これらの組換え個体をC57BL/6Jに交配し、マイクロサテライトマーカーのタイピングにより、着目した染色体領域内のマーカー遺伝子型が全てヘテロ型である個体を選抜した。このヘテロ型個体同士を交配して、着目した染色体領域内のマーカーを全てホモ型に固定した個体の作製を進めている。ようやく、ホモ型に固定した個体が得られ始めたばかりであるので、サブコンジェニック系統の表現型データの計測まで至っていない。これは次年度に行うこととした。一方、生産したF2個体については、生後1-10週齢の各週齢体重を記録した。サブコンジェニック系統の作製に用いたF2を除いて、10週齢の臓器重量、脂肪重量、体長及び尾長を計測した。これらの表現型データは、次年度にQTLの正確な染色体上の位置を決定するために用いる。(2)候補遺伝子の解析:以前の研究成果により、コンジェニック系統の雄の精巣重量は、C57BL/6Jのそれに対して軽いことが判明している。そこで、GeneChipを用いたマイクロアレイ解析を両系統の精巣を用いて行った。その結果、2倍以上の遺伝子発現量の差異を示した遺伝子は6個あった。そのうちの5個が既知遺伝子であり、残りの1個が未知遺伝子であった。本研究の目的は、マウス第2染色体上に位置づけられた新しい成長QTL(量的形質遺伝子座)Pbwg1の正確な染色体上の位置を決窪し、候補遺伝子を発見することである。(1)サブコンジェニック系の作出:昨年度に、Pbwg1を導入したコンジェニック系統とC57BL/6J系統を交配し、コンジェニック領域内で約5cM毎に組換えを起こしているF2個体を57匹選抜することに成功した。今年度は、これらの組換え個体をC57BL/6Jに交配し、マイクロサテライトマーカーのタイピングを行い、コンジェニック領域内のマーカー遺伝子型が全てヘチロ型である個体を選抜した。このヘテロ型個体同士を交配して、コンジェニック領域内のマーカーを全てホモ型に固定した個体の作製を遂行した。その結果、14種類のサブコンジェニック系統を樹立することに成功した。(2)E2個体のQTL解析:上記F2個体を用いてQTL解析を行ったところ、Pbwg1は単一の遺伝子座から構成されているのではなく、体長、除脂肪体重、白色脂肪重量等に関与する8個の身体組成(body composition)QTLsから構成されているという予想外の結果を得た。(3)候補遺伝子の解析:昨年度実施したマイクロアレイ解析により、コンジェニック系統とB6系統間でmRNA発現量の差異が見られるいくつかの候補遺伝子を発見することができた。これらの候補遺伝子の発現量の差異が本当に存在するのかをリアルタイム定量PCR法により確認する必要がある。本年度は、その条件設定を行った。
埋め込み型多点電極を用いた脳制御システムの開発

神経細胞は発生のある時期から電気的な活動を持つようになる。特に、神経細胞がもつ電気的活動(自発発火を含む)のパターンが、環境(Epigenetic factor)に依存した神経回路形成と発達において重要であるといった仮説のもと実験をおこなってきた。同じ遺伝学的背景をもつ神経細胞でも、細胞を取り巻く環境により異なる特徴、歴史をもつ。それらの情報は神経活動のパターンとして貯えられているのではないかと考えている。実際に我々は神経活動のパターン、特に周波数が脳の可塑性を制御するうえで重要であることを証明してきた。我々は、更に神経活動のパターンの持つ意味を解読していくために、これまで蓄積してきた橋・小脳路系の基礎データをもとに埋め込み型デバイスの開発を行い、細胞培養系と生体に応用していく予定であり、その基礎研究を行っている。本年度は、Field Stimulationにより多量の培養細胞を同時に同じ条件で刺激できる多点電極電気刺激装置の開発を行い、常法の電気生理学的方法やカルシウムイメージング法とカップルさせることにより、神経活動パターン/細胞内カルシウム濃度/分子の挙動との関係を明らかにできるシステムの確立に成功した。現在、分子生物学的立場から神経活動パターンと分子の動きとの関係を明らかにし、神経活動パターンのもつ意味を分子生物学的に解析し、分子の動きとして説明できないかと考えており、分子生物学的側面から神経活動パターンのうち重要なパラメーターが何であるかの抽出を行っている。本装置を用いることにより、複数の分子の挙動と神経活動パターンとの関係を解析してきた。そのうち多機能分化増殖因子であるニューレグリン(NRG)は神経活動のパターンの影響をうけかつパターンを制御するモジュレーターとして機能している可能性が高いことが示唆された。特に、神経細胞がもつパターン化された電気的活動(自発発火を含む)が、環境(Epigenetic factor)に依存した神経回路形成と発達において重要であるといった仮説のもと実験をおこなってきた。本研究期間中には、更に神経活動のパターンの持つ意味を解読していくと同時に、これまで蓄積してきた橋・小脳路系の基礎データをもとに埋め込み型デバイスの開発を行い、器官培養系とIn vivoに応用していきたいと考えている。本年度は、神経活動のパターン解析のために必要な電気刺激装置と刺激方法、刺激電極の開発を行い特許出願及び申請を行った。本装置と方法は、培養中枢神経細胞、末梢神経細胞に一定電流を様々な条件で暴露することにより均一に、多量に神経細胞の脱分極を起こさせ、人為的に長期間(秒から日)活動電位の発火を誘導することができるため、分子生物学的、生物学的解析手法により神経活動依存的現象を研究するのに大変有用である。また現在、我々が開発した多点電極刺激装置を用いることにより、電気刺激により分子の挙動がどのように変化するかを明らかにし、神経活動のパターンと分子変化との関係のプロファイリングを行っている。また、神経回路網を保持したIn vivoとIn vitroの中間的性質をもつ器官培養系に多点電極刺激装置を用い電気刺激を加えることにより、神経活動のパターン形成におけるタイミングの研究をおこなっている。本研究は、In vivoへの応用への基礎研究として非常に重要と思われる。
ダイオキシン類の男性ホルモン様作用におけるアリル炭化水素受容体の作用機序の解明

【目的】我々はこれまでにアリル炭化水素受容体(AhR)アゴニストが幾つかのアンドロゲン応答遺伝子の転写活性化を引き起こすことを見出すと共に、その作用発現にはAhRおよびアンドロゲン受容体(AR)の双方が必須であることを明らかにしてきたが、その作用機構については未だ不明瞭なままである。そこで本研究では、AhRアゴニストのアンドロゲン応答遺伝子の転写活性化におけるAhRおよびARの役割について検討した。【方法】AhRアゴニストとしてベンゾ[a]ピレン(BaP)を用い、BaP処理したヒト前立腺癌由来LNCaP細胞におけるAhRおよびARの細胞内挙動を、細胞質、核およびクロマチン分画を共免疫沈降(IP)法およびクロマチン免疫沈降(ChIP)法等により解析することにより評価した。IP法では抗AhR抗体を用いてAhRとARが複合体を形成するか否かを評価し、ChIP法ではアンドロゲン応答遺伝子である前立腺特異抗原(PSA)遺伝子のプロモーター上のアンドロゲン応答領域(ARE)を含む2領域(AREIを含む-250-39bpおよびAREIIIを含む-4170-3978bpの領域)においてARとAREが結合するか否かを評価した。【結果および考察】IP法より、BaP処理した細胞の細胞質・核分画では抗AhR抗体の共沈物としてアンドロゲン処理時には観察されなかったARが検出された。また、ChIP法より、BaP処理した細胞ではアンドロゲン処理時と同様にPSAプロモーターのAREIまたはIIIを含む両領域においてARとAREの結合が観察された。以上の結果より、BaPのアンドロゲン応答遺伝子の転写活性化作用発現機序として、BaP結合AhRとARが細胞室内で複合体を形成して核内に移行後、AREに結合し、アンドロゲンと同様の遺伝子の転写活性化が誘導されるという経路が示唆された。
神経母細胞の不等分裂コントロールによる脳内概日ペースメーカー細胞培養系の確立

ショウジョウバエ神経芽細胞の不等分裂に関与するbrat遺伝子発現のコントロールにより、脳内に存在する概日ペースメーカー細胞からの安定培養株樹立をめざし、4項目の研究を行った。まず、mCD8に対する抗体を使用して、mCD8を発現transgenic系統の脳内の神経が効率よく分離できるかを試した。氷冷PBS下で20匹の3齢幼虫の中枢神経系を取り出し、コラゲネース□で処理後にさらにディスパーゼ処理を行うことによって、ピペッティングのみによって神経細胞をマイルドに解離することができた。続いて抗mCD8抗体を用いた磁気ビーズ法により7-8割程度の解離神経細胞を分離することができた。これにより、任意の脳内の神経細胞を分離する手法が確立できた。第2段階として、pdf-gal4:mCD8::GFP系統とbrat RNAi系統の交配により、腫瘍化して無隈分裂可能なペースメーカー細胞の分離を試みた。上記と同様の方法で分離を試みたが、得られた神経細胞は、野生型と比較してサイズが非常に小さく、また形態も不均一であった。腫瘍化との関連が考えられるが、メカニズムの詳細は明らかではない。第3段階として、分離した神経細胞からの発光リズム計測を行った。前年度は細胞が早期に死んでしまい、1振動しか観察できなかったため、本年度は培養液組成・添加物の検討を行った。Schnider培地にN-2とインシュリンを添加することで、2振動までは観察できるようになったが、3振動目を安定に観察することは稀にしかできなかった。一方、第4項目として、磁気ビーズで分離した脳内神経細胞から安定培養株の樹立も目指した。通常のM3培地では2日ほどで細胞は死滅した。そこで、上記の培地内で培養すると、分離した細胞自体は1週間以上生存したが、細胞分裂は起きず、安定培養株は樹立できなかった。本研究では、ショウジョウバエ神経芽細胞の不等分裂に関与するbrat遺伝子発現のコントロールにより、ショウジョウバエ幼虫および蝋脳内に存在する概日ペースメーカー細胞からの安定培養株の樹立を目指した。本年度は、まず、brat遺伝子発現をコントロールできるドナー系統の樹立を、bratの温度感受性突然変異体を用いる方法とbrat遺伝子に対するRNAi系統を用いる方法で行った。これとは別に、概日振動をモニターするためのレポーター遺伝子と概日ペースメーカー細胞を標識するためのマーカー遺伝子(mCD8::GFP)を持つ系統を確立した。このマーカー系統とペースメーカー細胞でGal4が発現するpdf-gal4系統を交配して得られた幼虫を解剖して蛍光観察することで、ペースメーカー細胞の細胞膜がGFPで標識されていることを確認した。摘出した幼虫の神経系をルシフェリン含有培養液内で培養し、発光量に概日リズムがあるかどうかも調べたが、2日目以降には発光の急速な減衰が起きた。培養条件が適当なものでないため組織が死亡してしまうのが原因と考えられるので、培養条件の検討が次年度の大きなテーマとして残された。現在、pdf-gal4とマーカーを同時に持つ系統を作成中である。Brat遺伝子に対するRNAi系統とpdf-gal4系統を交配して歩行活動リズムを測定すると、無周期になる個体がえられた。予測どおりペースメーカー細胞の分裂が停止せず腫瘍化したためと推測している。これらとは別にmCD8に対する抗体を使用して磁気ビーズによる細胞分離法を培養細胞で試みた。確立しつつあるpdf-gal4:mCD8::GFP系統とRNAi系統の交配により、次年度は、腫瘍化して無限分裂可能なペースメーカー細胞の分離と培養を行う。
ランダム媒質における均質化と揺らぎの研究

本年度の研究実績は以下の通りである.1.Amir Dembo,久保田直樹両氏と共同で空間非一様な待ち時間を持つ1次元のランダム媒質中のランダムウォークの大偏差原理について研究を行った.大数の法則の意味では正の速度を持つが,それより遅い速度をになる確率が劣指数的に減衰する状況の詳細な解析を行った.2.Jian Ding, Rongfeng Sun, Changji Xu三氏と共同でランダムに配置された障害物を避けるように条件づけられたランダムウォークの研究を行い,媒質について平均をとった時には軌跡の形状が球に収束することを示し,境界の揺らぎについても精密な評価を得た.さらにその研究で培った技術を応用して流れを伴う状況も考察し,長年未解決であった流れの影響が小さい場合のスケール極限の問題についても一定の進展を得た.3.Jean-Dominique Deuschel氏と共同でrandom walk in random sceneryの研究を行い,最も古典的なKesten-Spitzerの設定で大偏差原理の評価を得た.またその成果から,ある種のランダム媒質中のランダムウォークについて局所極限定理やグリーン関数の均質化が容易に従うことも示した.4.Stefan Junk氏と共同でPoisson配置された障害物を避ける方向付きポリマーの問題を考察し,零温度極限において自由エネルギーが連続であることを示した.5.Alejandro Ramirez氏と共同でランダム媒質中のランダムウォークの速度が非退化になる条件について研究を行い,空間次元が4以上で媒質の影響が小さい時に新しい十分条件を見出した.本年度はまずDeuschel氏と共同でランダムな景色の中の乱歩に関して、大偏差の確率を決定する研究を行った。これは予定にない研究であるが、ランダムにした二階楕円型作用素から生成される乱歩の熱核評価への応用を持ち、その意味で本課題と関連している。拡散係数をランダムにした二階楕円型作用素の固有値の揺らぎについてはNeukamm氏との共同研究を進め、ほぼ完成に至った。具体的には通常のLaplacianの小さな摂動であるようなランダム係数を伴う二階楕円型作用素の固有値について、均質化の極限が非退化な固有値である限り中心極限定理が成り立つという結果を得た。この研究はマルチンゲールに対する中心極限定理を使っており、確率論的には自然な方針であるが、議論の途中で楕円型方程式の正則性に関するMeyersの評価にあたるものが必要になる。またCrushed ice problemについては依然として検討中の課題があるが、最も重要な段階である固有値の摂動公式の精密化についてBrown運動のカップリングを使った議論で解決できた。またこれとは全く別の方向として、ランダム媒質中の乱歩の大偏差原理について空間の位置に依って非一様な待ち時間を持つモデルを考え、とくにレート関数がゼロになっているところでの確率の減衰の正確な挙動を調べるという問題にDmebo氏、久保田氏とともに取り組んだ。この問題は本研究課題の開始以前から少しずつ進めてきた研究であるが、本年度にKacのモーメント公式と呼ばれるものを巧妙に使うと、これまでの結果を簡略化・一般化できることに気づいた。最後にHamilton-Jacobi方程式に関する問題については、申請とはわずかに異なる方向であるが粘性項を持つ場合について指導する学生とともに先行研究を調査し、ランダム媒質中の乱歩の大偏差原理、とくにレート関数の漸近挙動への応用の可能性を見出した。提案書に記載した課題のうち、ランダム係数を伴う楕円型作用素の研究は予定より早く決着し、crushed ice problemに関する研究にも着手できたので、これらは予定通りかそれ以上の進展があったと考えている。またランダムな景色の中の乱歩や非一様な待ち時間を持つ乱歩の大偏差原理は提案時には想定していなかったが、本研究課題に関連する問題であり、予想以上の進展と言える。一方でHamilton-Jacobi方程式の視点による高分子模型の研究は上記の研究の進展による時間不足から着手が遅れており、全体としては予定よりわずかに先に進んだ程度の、順調な進展と考えている。空間的にランダムな重みをランダムウォークの道に沿って足し上げた加法的汎関数(ランダムな景色の中の乱歩とも呼ばれる)の大偏差確率の評価についてJ.-D. Deuschel氏と以前から研究を行なっていたが,その応用あたる部分の最終的な調整を終えて学術誌に掲載が決定した.またAnderson模型における固有値の均質化と揺らぎの研究についても,M. Biskup氏,W. Koenig氏との共同研究を完成させ,学術誌に投稿した.この他に新しい研究としてランダムな障害物を避けるように条件づけられたランダムウォークの軌道の形状に関する研究を,J. Ding,R. Sun, C. Xuの3氏と共同で新たに行なった.この問題はDonsker-VaradhanによるMarkov過程に対する大偏差原理の最初の応用としていわゆる分配関数の漸近挙動が決定されたことをはじめとして非常に深く研究され,ランダムウォークは球に局在することが示されている.その半径は通常の拡散的なスケーリングよりはるかに小さいため,球の内部は完全に軌道に埋め尽くされていることが予想される.しかし大偏差原理から読み取れる情報はある意味で測度論的であり,例えば球の中にランダムウォークが訪問しなかった点があるかどうかという位相的な性質はより深い解析を必要とする.今回の研究はこの予想を解決し,さらには軌道の集合の境界集合が滑らかな球の表面積と大きくはずれないということも示すことを目指して開始した.何の問題についても細かい技術的な障害を除いて証明の道筋をつけることができた.

ランダムな景色の中の乱歩の大偏差の研究と,Anderson模型における固有値の均質化と揺らぎの研究について,最終的な結果をまとめて論文として発表,あるいは発表する目処がたったことは一定の進展であったと考えられる.一方で新しく始めたランダムな障害物を避けるように条件づけられたランダムウォークの軌道の形状に関する研究にはかなりの時間をかけて取り組んだため,提案書に当初記載していた他の問題には予定より遅れが出ている.しかしこの新しい研究は,媒質の不規則性によって引き起こされる局在現象を詳しく調べるという意味で,本研究課題における中心的な問題であるから優先して取り組むべき問題と考えた.結果的に古くからある予想に加えて境界の表面積というさらに詳しい情報まで含む結果に至る道筋が見えたことは想定されなかった大きな成果であり,他の問題の研究の遅れを補って余りある進展である考えている.従って総合的に見ておおむね順調に進展していると言える.本年度の研究実績は以下の通りである.1.Amir Dembo,久保田直樹両氏と共同で空間非一様な待ち時間を持つ1次元のランダム媒質中のランダムウォークの大偏差原理について研究を行った.大数の法則の意味では正の速度を持つが,それより遅い速度をになる確率が劣指数的に減衰する状況の詳細な解析を行った.2.Jian Ding, Rongfeng Sun, Changji Xu三氏と共同でランダムに配置された障害物を避けるように条件づけられたランダムウォークの研究を行い,媒質について平均をとった時には軌跡の形状が球に収束することを示し,境界の揺らぎについても精密な評価を得た.さらにその研究で培った技術を応用して流れを伴う状況も考察し,長年未解決であった流れの影響が小さい場合のスケール極限の問題についても一定の進展を得た.3.Jean-Dominique Deuschel氏と共同でrandom walk in random sceneryの研究を行い,最も古典的なKesten-Spitzerの設定で大偏差原理の評価を得た.またその成果から,ある種のランダム媒質中のランダムウォークについて局所極限定理やグリーン関数の均質化が容易に従うことも示した.4.Stefan Junk氏と共同でPoisson配置された障害物を避ける方向付きポリマーの問題を考察し,零温度極限において自由エネルギーが連続であることを示した.5.Alejandro Ramirez氏と共同でランダム媒質中のランダムウォークの速度が非退化になる条件について研究を行い,空間次元が4以上で媒質の影響が小さい時に新しい十分条件を見出した.まずはcrushed ice problemにおける固有値の揺らぎの研究を完成させることを目標とする。本年度の進展に加えて、ランダムな氷の配置に関する若干の幾何的情報が必要になると思われるので、その検証を進める。ランダム係数を伴う楕円型作用素に関してはLaplacianに近い場合が解決されたので、予定どおりに一様楕円性だけの仮定でどこまでの結論が得られるかを検討していく。
HSP105/110群に属するAPG-1とAPG-2の機能解析

1. APG-1遺伝子をホモに欠失したノックアウトマウスを、ヘテロマウスの掛け合わせにより産生した。発生段階、出生後における形態異常はなかった。生殖能力にも変化がなかった。腎機能を解析中である。また、マウスの遺伝的バックグラウンドの影響も考え、バッククロス中である。2. APG-1蛋白質,APG-2蛋白質の分子シャペロン活性を証明した。3. APG-1蛋白質,APG-2蛋白質はウニ卵細胞の受精に必須の精子受容体と構造が類似しているので、生殖細胞におけるAPG-1蛋白質,APG-2蛋白質の機能を解析した。マウス卵巣ではAPG-2が卵の表面と顆粒膜細胞に発現していること、APG-2に対する抗体がinvitroでマウス卵の受精を阻害することを見出した。精子受容体として機能しているのか、受容体の機能を調節しているのか、さらに解析が必要である。精子形成細胞がAPG-1を産生しており、精液中にもAPG-1が存在していた。機能は不明である。4. APG-1のisoform(APG-1β)の機能を、APG-1と比較するためにリコンビナント蛋白を作成中である。5.ラットの一過性脳虚血モデルにて、APG-1、APG-2発現の亢進を認めた。神経の虚血に対する抵抗性に関係しているのかもしれない。機能は不明である。
バンドエンジニアリングによる新規熱電変換材料の創製と構造機能物性の解明

近年、エネルギーハーベスティングに対する注目度が上がる中で、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する「熱電発電」の研究が、実用化に向けて着実に進展している。本研究課題は、電子構造を制御することにより、高い出力を示す新規材料の創製・評価・解析を系統的に行い、構造と機能の関係を明らかにする。その結果、新規材料として、特に、Sb系Zintl化合物およびMoSi2型Al6Re5Si4化合物において有望な特性を得ることに成功した。本研究課題は、熱電発電モジュールの性能を左右させる材料サイドに課題に焦点を当て、性能とコスト面との両立を目指す。電子構造から高い熱電特性を得る合金系を選定し、組成比の調整や元素置換・キャリアドーピングにより、フェルミ準位近傍の電子構造・バンド構造を制御、即ち、バンドエンジニアリングにより、実用材料になり得る材料の探索を行う。研究対象物質は、Zintl化合物、狭ギャップ金属間化合物、鉛カルコゲナイド、ボロン化合物に着目した。初年度の主要成果として下記の3つが挙げられる。1)ボロン化合物:新規ボロン化合物としてTi10Ru19B8に着目した。この化合物は、フェルミ準位近傍に深い擬ギャップを形成する。結晶構造は、三角形・四角形・五角形・六角形からなるボロンネットワーク中に、Ti及びRuが配列している。また、遷移金属を一定濃度ボロンネットワークに内包することができ、擬ギャップ中の電子構造を制御できる可能性があることが、第一原理計算の結果から示唆された。作製した試料の電気出力因子は、973Kにて1.4mW/m-K2を越える大きな値を示した。この化合物の融点は1673Kを越えるので、高温領域で更に電気出力因子は増加する可能性がある。2)鉛カルコゲナイド:ドーピングによりバンド構造を制御したPbSeにおいて、無次元熱電性能指数zTが1を超える材料の創製に成功している。材料の輸送特性を制御する上で、移動度の理解が重要である。n型ドーパントとして、Al, Ga, In, Cl, Brに着目し、実験データを基として、第一原理計算、モデル計算を併用し、ドーパントによる不規則散乱の大きさの違いで移動度の変化が説明できることを明らかにした。3)Zintl化合物:EuZn2Sb2に着目し、Euの組成を変化させることにより、非化学量論組成が熱電物性に与える影響を明らかにし、zTの改善に成功した。本研究課題は、熱電発電モジュールの性能を左右させる材料サイドの課題に焦点を当て、性能とコスト面で両立する新規材料を探索し、機能と物性の相関を明らかにすることを目的としている。第一原理計算から高い熱電特性を得る可能性のある合金系を選定し、組成比の調整や元素置換によるキャリア濃度の調整により、材料特性の最適化を行う。本年度は、研究対象物質として、昨年度から引き続き、フェルミ準位近傍に狭ギャップを形成するSb系Zintl化合物、Al系金属間化合物、ボロン化合物に加え、今年度は新たに、フェルミ準位近傍に擬ギャップを形成するTsai型クラスター化合物に焦点を当てた。本年度の主要研究成果として以下の2つが挙げられる。MoSi2型の結晶構造を有するAl6Re5Si4相がフェルミ準位近傍に狭バンドギャップを形成する可能性があることを、第一原理計算から示唆された。しかし、合成例や電気的・熱的な特性を報告した文献が乏しかった為、試料作製プロセスの確立から行った。単相性の高い高密度バルク試料に対して熱電物性測定を行ったところ、AlとSiの組成を変化させることにより、p型にもn型にも特性を制御できることが判明した。また、得られる電気出力因子は最大で、1.6mW/m-K2を越える高い値を示す。単一放物バンドモデルによる解析の結果、作製した試料は最適なキャリア濃度を有していることが明らかになった。今後は、元素置換等により、熱伝導率の格子成分を低減させる事が考えられる。2)Tsai型クラスター化合物研究実績の概要で述べた2つの主要成果に加え、1ボロン化合物、及び、2Sb系Zintl化合物の熱電性能向上に成功した。1に関しては、主にA_1サイト及びD,Eサイトを占有するCuをドーパントとして用いることにより、n型材料としての特性向上に成功した。Cuドープに関しては、Slackらによる先駆的な研究成果が報告されているが、ドーパントの固溶限界まで系統的に熱電物性を測定されていなかった。アーク溶解法と放電プラズマ法を併用し、単相性の高いバルク試料を作製し、熱電物性測定を行ったところ、Cu4.0B105の組成において、最も高い無次元熱電性能指数zTを示すことが明らかとなった。これは、Slackらによる先行研究よりもCu濃度の高い組成である。装置の制約上、実験では973Kまでの温度範囲に限られているが、高温熱電材料としてはより高温域での特性評価が望まれる。2に関しては、Sb系Zintl化合物AZn2Sb2(A:Sr,Ca,Yb,Eu)の中でも最も移動度の大きいEuZn2Sb2に着目した。初年度は、EuZn2Sb2のEuの組成を変化させることによって、キャリア濃度の調整と原子空孔の導入による格子熱伝導率の低減に成功したが、zTの大きな向上には至らなかった。本年度は、EuZn2Sb2に次いで移動度の大きいYbZn

2Sb2とEuZn2Sb2とを固溶させることにより特性向上を目指した。EuとYbの価数の違いにより、キャリア濃度の調整が可能になった。また、合金化散乱によって格子熱伝導率が減少したことによって、zTの向上に成功し、EuxZn2Sb2系よりも大きなzTを示した。以上、実績の概要で述べた主要成果2点及び上記の2点の研究成果とを併せて考えると、現在までの本研究課題の進捗状況としては、「おおむね順調に進展している」と評価できると考えている。本研究課題は、熱電発電モジュールの性能を左右させる材料サイドの課題に焦点を当て、性能とコスト面で両立する新規材料を探索し、機能と物性の関係を明らかにすることを目指している。第一原理計算からポテンシャルの高い候補材料を選定し、組成比の調整や元素置換を通したキャリア濃度・バンド構造の最適化により、電気出力因子の最大化を行う。最終年度は主に、研究対象物質として、これまでの二ヵ年に取り組んできた、フェルミ準位近傍に狭ギャップを形成するSb系Zintl化合物に加え、フェルミ準位近傍に擬ギャップを形成するTsai型クラスター固体に関する研究を行い、以下の研究成果を得た。CaAl2Si2型の結晶構造を有するAZn2Sb2(A:Ca,Sr,Eu,Yb)Zintl化合物は、700K付近で高い特性を示す新規材料である。この中でも、EuZn2Sb2とYbZn2Sb2は高いキャリア移動度を有しており、結果として高い無次元熱電性能指数zTを示す。本年度は、EuZn2Sb2をベースとして、Euの濃度依存性およびEu-Yb置換効果を系統的に調べた結果、Yb置換を行った試料においてzTの向上が認められた。その要因として、キャリア濃度の最適化により電気出力因子を維持したまま、合金化散乱により熱伝導率が低減したことによる。(2)Tsaiクラスター固体近年発見されたTsaiクラスター固体の中でも、特に広い生成域を有するAu-Al-Gd系近似結晶に着目した。熱電物性と電子構造(擬ギャップ)の関係を解明し、Tsai型クラスター固体の中で最も高い電気出力因子を示す材料の創製に成功した。873Kにおける270μW/mK2という値は、準結晶系で最も高いzTを示すAl-Ga-Pd-Mn系準結晶を上回る値である。近年、エネルギーハーベスティングに対する注目度が上がる中で、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する「熱電発電」の研究が、実用化に向けて着実に進展している。本研究課題は、電子構造を制御することにより、高い出力を示す新規材料の創製・評価・解析を系統的に行い、構造と機能の関係を明らかにする。その結果、新規材料として、特に、Sb系Zintl化合物およびMoSi2型Al6Re5Si4化合物において有望な特性を得ることに成功した。初年度は、研究対象物質として、1Zintl化合物、2鉛カルコゲナイド、3ボロン化合物に着目し、それぞれの化合物において以下の成果を上げることができた。1に関しては、合金系の選定をいくつか行い、初年度はEuZn2Sb2における熱電物性の非化学量論組成の影響を明らかにした。一方、2に関しては、n型の鉛カルコゲナイドにおける、ドーパントが移動度に及ぼす影響を実験と第一原理計算、モデル計算を併用し議論した。ドーパントによる不規則散乱の大きさで移動度の変化が理解できることを明らかにした。
双方向非対称パルス電解法によるAl-Ti合金の作製

本研究では、非水溶媒からのアルミニウム電析法と双方向非対称パルス電解法を組み合わせ、Al-Ti合金をボトムアップ的に作製する新しい方法の開発を目指した。すなわち、まず、非水溶媒を用いる新しいAl電析法により、Al薄膜もしくは微細構造を作製し、そのAlを双方向非対称パルス電解法により、Al-Ti合金化することを試みた。本年度は、昨年度試みたジメチルスルホン以外の様々な電解浴を用いて、Al-Ti合金電析を試みた。しかしながら,いずれの浴を用いてもTiの共析はほとんど認められなかった。また双方向非対称パルス電解法により、Al-Ti合金化することを試みたが、Al-Ti合金の生成は認められなかった。これと平行して、昨年度試行したAl電析と熱処理を利用するTi表面のAl-Ti合金化をさらに検討した。その結果、ジメチルスルホン浴でチタン基板にアルミニウムを電析することにより、Ti板表面にAl層を形成した後、温度700800°Cで1時間程度加熱することにより、Ti表面にAlTiおよびAl3Ti相が形成された。しかしながら、Tiの一部は参加され緻密な合金層の形成は困難であった。そこで、基板をTiからNiに変え、Ni-Al合金層の形成を試みた。Ti板表面にAl層を形成した後、温度1000°Cで1時間程度熱処理することによりNiAl層の形成が認められた。基板Niとの界面も平滑であり、新しいNiのアルナイズ法として期待できる。本研究では、非水溶媒からのアルミニウム電析法と双方向非対称パルス電解法を組み合わせ、Al-Ti合金をボトムアップ的に作製する新しい方法の開発を目指す。すなわち、まず、非水溶媒を用いる新しいAl電析法により、Al薄膜もしくは微細構造を作製し、そのAlを双方向非対称パルス電解法により、Al-Ti合金化することを試みる。本年度は、電解浴としてAlの電析・溶解が可逆的に起こるジメチルスルホン浴を用いて、Al-Ti合金電析を試みた。ジメチルスルホン浴中へTiCl2あるいはTiCl4の溶解を試みたが、ごく少量しか溶解しなかった。この浴を用いて、双方向非対称パルス電解法により、Al-Ti合金化することを試みたが、Al-Ti合金の生成は認められなかった。これと平行して、Al電析を利用してTi表面をAl-Ti合金化することを試みた。その結果、ジメチルスルホン浴でチタン基板にアルミニウムを電析する際には、チタンの表面を80°Cの10%のシュウ酸で表面処理することにより密着性の良いAl電析物が得られることが明らかとなった。また、Ti板表面に電析によりAl層を形成した後、温度700800°Cで1時間程度加熱することにより、Ti表面にAlTiおよびAl3Ti相が形成されることを見いだした。これらの知見は平成22年9月に開催される日本金属学会で発表する。
アカパンカビDNA修復遺伝子の構造と機能の解析

本年度中に行った実験の結果は以下のとおりである。1.アカパンカビのDNA修復遺伝子のうち除去修復にかかわっている遺伝子mus-18については大腸菌でこの遺伝子を発現させた後蛋白質を精製し活性の測定をした結果、この酵素は紫外線特異的な損傷を認識し、これを含むDNAを切ることを見い出した。アカパンカビよりこのタンパク質を、抗体を指標に精製することを考えているが、共同研究者の安井らによりこの酵素のより詳しい研究がなされているので一時的にこの実験は中止している。2.アカパンカビの組み換え修復にかかわる遺伝子のクローニングをすすめているが、現在mei-3遺伝子は酵母のRAD51に高い相同性を示し、mus-25は同じく酵母のRAD54に高い相同性を示すことがあきらかになった。これらの遺伝子の構造と発現様式について調査している。3.アカパンカビの複製後修復にかかわっていると考えられている遺伝子mus-8,とuvs-2遺伝子についてもすでにクローニングされ、そのシークエンスも明らかになったので、その遺伝子の構造の特徴および発現について調査を進めている。