hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多端子量子ドット系の理論研究：制御可能なスピンホール効果の提案

昨年度は、擬1次元系でのスピン軌道相互作用を一つの散乱体で表現するモデルを採用し、超伝導体間の位相差がないときに超伝導電流が流れる異常ジョセフソン効果、および臨界電流の方向依存性を導出した。今年度は、空間を離散化したタイト・バインディング・モデルを採用し、現実的なナノワイヤでのジョセフソン効果を数値計算によって詳細に調べた。散乱体モデルの正当性を確認し、また磁場の方向によって臨界電流が変化することを示した。この計算結果は、Kouwenhovenグループ(オランダ、デルフト工科大学)の実験結果を定性的に説明することがわかった。2.量子ドットを埋め込んだアハラノフ・ボームリングを多端子に接続した系に着目し、近藤効果の性質を理論的に調べた。この系は樽茶グループ(東大工)の高田氏らによって実験的に調べられ、2端子系でのOnsagerの相反定理による制約を受けることなく、量子ドットを透過する電子の位相を測定できることが示されている。まず、我々が以前開発した、量子ドット複合系を「量子ドット+1本のリード」の有効モデルに帰着させる計算手法が、本多端子系にも適用できることを示した。その手法によって、近藤効果の強さを特徴付ける物理量である近藤温度の磁束依存性、および低温領域と高温領域での電気伝導度の解析式を導出した。この系によって得られる電子の位相情報、および位相緩和の理解につながる弾性・非弾性過程の観測可能性を議論した。本研究の目的は、半導体量子ドットの多端子系を理論的に研究し、スピン軌道相互作用によるスピンホール効果、近藤効果によるリード間のエンタングルメント生成、および位相緩和を解明することである。平成24年度は次の成果を上げた。1.多端子量子ドットにおけるスピンホール効果の研究を発展させた。共鳴トンネルによるスピンホール効果の増大機構、および磁場を印加したときのスピン分極電流の制御についての理論をまとめた。さらに、空間を離散化したtight-binding modelで現実的な系を表し、そのスピン注入効率を数値的に評価することで我々の理論を裏付けた。以上の研究成果を論文にまとめ、学術雑誌に発表した。2.InAs, InSb等の狭ギャップ半導体ナノワイヤに超伝導体を接続した系を調べ、ジョセフソン効果へのスピン軌道相互作用の影響を明らかにした。ナノワイヤ中に1つの散乱体があるモデルを採用し、磁場中のゼーマン効果を取り入れた。超伝導体間の位相差がないときに超伝導電流が流れる異常ジョセフソン効果、および方向依存性のある臨界電流を導出した。後者は最近の実験結果を定性的に説明する。またチャンネル数が1つの系に対して超伝導電流の解析的表式を得た。研究成果をまとめた論文が学術雑誌にアクセプトされた。3.量子ドットの近藤領域における位相緩和について研究を進めた。前年度開発した弾性過程と非弾性過程の分離方法を、メゾスコピックサイズのリングに量子ドットを埋め込んだ系における近藤効果に応用した。リング系の電気伝導測定による非弾性過程の観測について考察し、その利点と問題点を明らかにした。以上の研究成果を国際会議で発表した。
計算論的立場からの神経細胞集団の情報処理の解明

本研究は、「計算論的立場からの神経細胞集団の情報処理の解明」という題目のもとで、神経細胞集団の発火がどのように外界の刺激を符号化・復号化するのかについて研究を進めた。第一に、大脳基底核の神経細胞の発火活動が、眼球運動とどのように関連するのかを、実験データから詳細に調べることを行った。これにより、尾状核の神経細胞が眼球運動の速度と弱いながらも、しかし確実に相関関係があることを示した。この結果は、大脳基底核の眼球運動への関与を示している。更に、ドーパミン細胞の活動を記録し、それを強化学習のモデルと比較することで、ドーパミン細胞が報酬予測誤差を表すどきに、巧みに課題に関する手がかりを記憶し、それを利用していることを示した。言い換えるならば、近年注目を浴びているドーパミンの反応は、課題のコンテキストを利用することで、報酬予測を向上させていることを示した。これらの結果は一流の学会誌に発表された。第二に、同時発火がどのような機能を持ちうるかについて、モデルの立場からの研究を進めた。これにより高次相関をもった発火活動が比較的単純なメカニズムから形成されることが分かった。今後は、この計算論的意味を把握していくことが必要である。第三に、昨年提案した、情報幾何座標系を使う神経細胞同時記録の解析手法が、DNAマイクロアレイのデータ解析の手法としても適用できることを示した。この議論をもとに、神経系の遺伝子の働きについて特にアルツハイマー病の機序の解明について、実験研究者と議論を行った。その成果を、図書の1章として出版することができた。一方、スパインの可塑生に関しても実験研究者と議論を行った。これにより、問題がかなり明確になると同時に、分子機構によるスパインの形状の制御と可塑性の関係に関する我々の提案を、国際的にも一流の論文誌に発表した。
小児唾液中hEGF活性と永久歯萌出との関連性

小児の全唾液中hEGFの経年的変化を解明する目的で,3歳8ヵ月から15歳4ヵ月までの小児81人(男子34人,女子47人),対象群として22歳0ヵ月から39歳3ヵ月までの健常な成人36人(男子22人,女子14人)より安静時全唾液を採取し,検討を行った。2.唾液分泌速度とhEGF唾液タンパク質補正量は負の相関性(p<0.001)を示しており,唾液分泌速度が高くなる程,低濃度のhEGFを含む唾液が分泌されることが認められた。4.歯年齢では,hEGF唾液タンパク質補正量はIIA期,IIIC期およびIVA期において高く,これに対しIIC期,IIIA期,IIIB期では低値を示した。以上の結果より,小児の全唾液中hEGFは全身の成長発育と密接な関係を有しており,成長スパート時期である幼児期および思春期に分泌促進されることが明らかとなった。
限界集落内の学校(休校予定)の多面的な役割を地域に委譲するための探索的研究

創立以来75年余りの分校の歴史は,築島の文化や伝統の歴史でそのものでもあり,島内の分校が無くなることは,限界集落へのスパイラルに入った地域にとっては,非常に悩ましい問題であった。そのため分校の担ってきていた文化や伝統,精神的なつながりをはじめとする多面的な役割を,いかに島民主体のシステムにスライドさせていくかがとても重要であった。今後,間違いなく訪れる離島における限界集落での生活に備え,精神的な結束及び集団所属の意識を高めていくための取組を計画的に実践できたことは,非常に意義深い研究となった。(1)全教育課程や日常生活の中で、故郷に対する誇りと自信を育て,生涯にわたって築島を愛する心を醸成するための取組(島民全員による分校環境整備,航空写真撮影・休校式・記念誌作成等)を行えたことで、児童の島への思いや自らの生き方を見つめ直すことができた。(2)島に住む児童及び地域の住民の方々の生きる力を高めるという観点から,分校のもつ地域の教育・文化の牽引役としての責務,多面的な役割(文化・伝統・精神的な結束力を図るための)を「築島を語る会(計9回開催)」など通じて再度見つめ直し,可能な限り島民の手で運営できるよう次年度以降のビジョンを作り上げた。(3)串間市立市木小学校築島分校の『創立75周年記念式典』及び『休校式(閉校式)』及び築島最大の行事『恵比須祭り』、『築島ここども祭り』等の大きな取組の核としながら,次年度を考慮し住民主体の運営をコンセプトに取り組み進めたことで,住民間の意識のつながりや協力体制の構築,新リーダーの育成にもつなげることができた。*「休校式」「恵比須祭り」「築島こども祭り」の取り組みでは、TV放送計5回、新聞の記事では計7回、地域と分校の連携の取り組みをメディアを通して県民に紹介された。
酵母－微細藻複合代謝ネットワークの解明・深化と革新的有用物質生産技術の開発

産業規模での培養に適した酵母やバクテリアなどの代謝を改変し、再生可能な植物由来グルコースから、燃料や各種化成品原料として利用可能なバルクケミカルや、医薬品などに利用可能な種々のファインケミカルを安価かつ安定に生産する技術の確立が期待されている。本研究では、一般に微生物を用いた有用物質生産の原料に利用される高価な有機炭素源のグルコースを、地球上に膨大に存在する安価な無機炭素源の二酸化炭素に転換することを着想した。微細藻は光合成により二酸化炭素を有機炭素源に変換することが可能である。しかし、微細藻の増殖速度は他の微生物と比較して非常に低い。近年、特定の種の微細藻と酵母を混合して共培養すると酵母ー微細藻間に複合代謝ネットワークが形成され,微細藻の光合成効率が大幅に向上することが報告された。そこで、酵母・バクテリアー微細藻間に形成される複合代謝ネットワークを解明し、さらに深化させることで、二酸化炭素から種々のバルクケミカルおよびファインケミカルを効率的に生産する革新的技術を確立することを目的とする。今年度は、微細藻の光合成効率が向上する酵母・バクテリアと微細藻との組み合わせを探索することを試みた。具体的には、種々の酵母およびバクテリアと微細藻を単独または組み合わせて培養を行い、細胞の増殖およびクロロフィル量の経時変化を測定した。種々の組み合わせを検討した結果、微細藻の増殖速度およびクロロフィルの生産量が大幅に向上する組み合わせを複数同定することに成功した。今年度の計画であった、共培養により、微細藻の増殖速度が向上する酵母・バクテリアと微細藻との組み合わせを同定することに成功したため。今年度同定した微細藻の増殖速度が向上する酵母・バクテリアと微細藻とを共培養した場合に、どのような複合代謝ネットワークが形成されているのかを解明する。具体的には共培養時の遺伝子の発現を網羅的に解析し、酵母・バクテリアと微細藻それぞれにおいてどのような代謝経路が優位に使用されているのかを明らかにする。内定年度:2018産業規模での培養に適した酵母やバクテリアなどの代謝を改変し、再生可能な植物由来グルコースから、燃料や各種化成品原料として利用可能なバルクケミカルや、医薬品などに利用可能な種々のファインケミカルを安価かつ安定に生産する技術の確立が期待されている。
高速道路特殊区間にも適用可能な道路騒音の予測手法の開発

高速道路など定常的な交通流を仮定できる場合を対象に,道路交通騒音の騒音レベル変動の中央値L_<50>を予測するための予測手法を開発した。従来の予測式は,直線的な道路を対象としており,料金所や分岐箇所などの特殊区間での予測を行うには,計算機上で車両の流れをシミュレートし,受音点でのレベル変動を求める必要があった。本研究で開発した予測手法は直線以外の任意の道路にも適用可能であり,比較的簡便にL_<50>を計算することができる。また,地表面による吸収や障壁による減衰,風の影響など,過剰減衰を考慮して計算を行うことも可能である。開発した予測手法は,L_<50>の特性を簡単なモデルで近似したもので,道路上の車両群に対し,線音源的な扱いを行っている。道路上からの騒音伝搬特性がなんらかの予測手法で求められていれば,複数の車両が道路上を走行している場合のL_<50>を,レベル分布全体を予測することなく,直接予測することができる。なお,導いた予測手法による計算値は,特定の条件下において,交通流として指数分布モデルを仮定した場合の理論値に一致するようになっている。予測式の精度に関しては,直線道路だけでなく,料金所,分岐,交差箇所など,複雑な道路区間を対象とし,地表面による吸収や風の影響などを考慮したシミュレーション計算を行い,対応を検討した。その結果,導いた予測手法による計算値との差は最大でも1dB(A)程度であった。また,盛土及び高架構造の高速道路での実測値との対応においても非常によい結果が得られた。
ヒトの中枢運動制御の電気生理学的研究

ヒトの運動制御には大脳皮質,基底核および小脳が重要な働きをなしているが,本研究ではそれを脳電位の立場から解析した.正常対照者20名(2328才の若年者10名, 5881才の高年者10名),パーキンソン病患者10名(3577才),および小脳失調症患者4名(1554才)を対象とし,当研究者らが開発した筋放電開始時点を正確に求めてトリガーとする逆行性加算平均法を用いて,随意的中指伸展運動に先行する脳電位を記録した.また,難治性てんかん患者で外科的治療の準備のため硬膜下電極を植え込まれた7名においても,同様の方法で記録した.その結果以下の新知見が得られた.1.運動前に従来知られていた2つの陰性緩電位(BPとNS')の中間に,もう一つの陰性匂配(IS)を認めた.各電位の頭皮上分布から, BPは補足運動野, ISは運動前野, NS'は一次運動野をそれぞれ主な発生源とすることが推定される.2.若年者ではNS'は運動と反対側の中心前部で最大であるのに対して,高年者ではどちらの手を運動させても正中線上で最大であった.3.従来パーキンソン病では運動前陰性緩電位が出現し難いと報告されてきたが,今回の筋放電開始時点を正確に求める方法では,健康対照者に比べて相違を示さなかった.特にNS'の頭皮上分布は若年健常者とは異なっていたが,高年健常者のそれとは相違なく,基底核障害よりもむしろ加令に伴う現象と考えられる.4.小脳障害に関しては,小脳皮質変性症では異常なかったが,ラムゼーハント症候群ではNS'が欠如していた.後者では歯状核・上小脳脚に主病変があることから,小脳遠心系の運動皮質に対する影響を反映しているものと考えられる.5.硬膜下電極による記録では, BPは両側の手の間隔運動野と補足運動野に限局し, NS'は運動と反対側の手の間隔運動野に限局して記録された.ヒトの運動制御には大脳皮質,基底核および小脳が重要な働きをなしているが,本研究ではそれを脳電位の立場から解析した.正常対照者20名(2328才の若年者10名, 5881才の高年者10名),パーキンソン病患者10名(3577才),および小脳失調症患者4名(1554才)を対象とし,当研究者らが開発した筋放電開始時点を正確に求めてトリガーとする逆行性加算平均法を用いて,随意的中指伸展運動に先行する脳電位を記録した.また,難治性てんかん患者で外科的治療の準備のため硬膜下電極を植え込まれた7名においても,同様の方法で記録した.その結果以下の新知見が得られた.1.運動前に従来知られていた2つの陰性緩電位(BPとNS')の中間に,もう一つの陰性匂配(IS)を認めた.各電位の頭皮上分布から, BPは補足運動野, ISは運動前野, NS'は一次運動野をそれぞれ主な発生源とすることが推定される.2.若年者ではNS'は運動と反対側の中心前部で最大であるのに対して,高年者ではどちらの手を運動させても正中線上で最大であった.3.従来パーキンソン病では運動前陰性緩電位が出現し難いと報告されてきたが,今回の筋放電開始時点を正確に求める方法では,健康対照者に比べて相違を示さなかった.特にNS'の頭皮上分布は若年健常者とは異なっていたが,高年健常者のそれとは相違なく,基底核障害よりもむしろ加令に伴う現象と考えられる.4.小脳障害に関しては,小脳皮質変性症では異常なかったが,ラムゼーハント症候群ではNS'が欠如していた.後者では歯状核・上小脳脚に主病変があることから,小脳遠心系の運動皮質に対する影響を反映しているものと考えられる.5.硬膜下電極による記録では, BPは両側の手の間隔運動野と補足運動野に限局し, NS'は運動と反対側の手の間隔運動野に限局して記録された.随意運動の中枢制御において重要な役割を果すと考えられる大脳基底核および小脳について、その障害が随意運動に先行して大脳皮質に生ずる電位変化(運動前陰性緩電位)にどのような影響を及ぼすかを検討した。基底核障害の代表としてパーキンソン病の患者10名(3577才)、および小脳障害の患者4名(1554才)を対象とし、随意的中指伸展運動に先行する脳電位を逆行性加算平均法で記録し、正常対照者20名(若年者2328才10名および高令者5881才10名)の所見と比較した。とくに1985年に研究代表者らが開発した新しい方法を応用して、各運動の筋放電開始時点を精確に求めることにより、トリッガー時点が一定となるようにした。その結果次の点が明らかになった。1.パーキンソン病では、運動前陰性緩電位の最後の(最も筋放電に近接して出現する)成分NS'の頭皮上分布が若年正常者と異なり、片手の運動にも拘らず中心部正中線で最大となった。しかしこの現象は正常高令者でも認められ、加令に基づくものと考えられた。また、パーキンソン病の運動緩慢(無動)および筋固縮の程度とNS'の異常の間にも相関はみられなかった。

さらに、運動前陰性緩電位の早期成分であるBP(狭義の準備電位)についても正常者と差違がなかった。中指伸展を反復するような単純な随意筋収縮に先行する脳電位には、無動は反映されないことが判明した。2.小脳失調症では、小脳皮質障害を呈する患者では運動前陰性緩電位の3成分(BP,IS,NS')共に異常を認めなかったが、歯状核に主病変を有すると考えられるラムゼーハント症侯群2名においては、いずれの成分も見出できなかった。小脳遠心系が一次および二次運動皮質の随意運動準備状態に強い影響を及ぼしていることが証明された。今後は、複雑な随意運動に先行する脳電位の研究が必要と思われる。
脳虚血後の神経細胞死と血管新生におけるCDK5活性の役割とその制御機構

マウス一過性局所脳虚血モデルを用い、虚血再灌流後の神経細胞障害や回復期の血管再生をはじめとする修復過程におけるCdk5の活性化およびそのメカニズムについて検討した。再灌流6時間後において、Cdk5活性およびp25/p35の発現は上昇し、3日後で低下するも7日後に再び上昇した。再灌流1日後では、p25/p35は梗塞部の神経細胞に著明に発現し、3日から7日後においては、梗塞辺縁部の微小血管に最も著明に発現した。Evans Blue leakage法を用いた血液脳関門障害の評価では、再灌流3日後においてピークを認めた。Cdk5は局所脳虚血後の神経細胞死のみならず、その回復期におけるangiogenesisに関与している可能性が示唆され、Cdk5はantiangiogenic therapyのターゲットとなりうる。中枢神経系において、サイクリン依存性キナーゼ5(Cyclin-dependent kinase 5:Cdk5)は、その異常活性化が神経変性疾患や脳虚血状態においてアポトーシスや神経細胞死に直接的に関与していることが知られている。特に脳虚血においては、回復期の血管再生(angiogenesis)をはじめとする修復過程でCdk5の活性化が必要とされているが、そのメカニズムについてはまだ解明されていない。また、Cdk5はantiangiogenic therapyのターゲットとして新しい脳梗塞治療の基盤となる可能性がある。そこで、マウスー過性局所脳虚血モデルを作製し、Cdk5活性やCdk5活性化蛋白p25/p35、VEGF等の発現について、虚血直後の細胞障害およびその修復過程における経時変化や脳内における局在を検討した。マウスの中大脳動脈をナイロン糸を用いて一過性に閉塞後、再灌流し、6時間、1日、3日、7日後に断頭、虚血側大脳皮質を切り出し、Cdk5活性、p25/p35蛋白の発現レベルについて、ELISA法、ウェスタンブロット法、免疫組織化学法等を用いて調べた。血液脳関門障害の評価には、Evans Blue法を用いた。再灌流6時間において、Cdk5活性およびp25/p35の発現は上昇し、3日後で低下するも7日後に再び上昇した。また、再灌流1日後において、p25/p35は梗塞部の神経細胞に著明に発現し、それはTUNEL染色陽性細胞に局在していた。3日から7日後においては、p25/p35は梗塞辺縁部の微小血管に最も著明に発現しており、同時にVEGF蛋白発現の上昇も認めた。Evans Blue leakageについては、虚血再灌流3日後においてピークを認めた。これらのことより、Cdk5は局所脳虚血後の神経細胞死のみならず、その回復期におけるangiogenesisに関与していることが示唆された。今後、Cdk5活性に関与する細胞内シグナルの解明、およびCdk5阻害剤の投与時期の違いによる神経細胞保護効果やangiogenesisに及ぼす影響について検討する。Cyclin-dependent kinase5(Cdk5)は、その異常活性化が神経変性疾患や脳虚血状態においてアポトーシスや神経細胞死に直接的に関与していることが知られている。特に脳虚血においては、回復期の血管再生(angiogenesis)をはじめとする修復過程でCdk5の活性化が必要とされているが、そのメカニズムについてはまだ解明されておらず、Cdk5はantiangiogenic therapyのターゲットとして新しい脳梗塞治療の基盤となる可能性がある。そこで我々は、マウス一過性局所脳虚血モデルを作製し、Cdk5活性やCdk5活性化蛋白P25/P35、VEGF等の発現について、虚血直後の細胞障害およびその修復過程における経時変化や脳内における局在を検討し、虚血再灌流6時間、1日、3日、7日後に断頭、虚血側大脳皮質を切り出し、Cdk5活性、p25/p35蛋白の発現レベルについて、ELISA法、ウェスタンブロット法、免疫組織化学法等を用いて調べた。再灌流1日後において、P25/P35は梗塞部の神経細胞に著明に発現し、それはTUNEL染色陽性細胞に局在していた。血液脳関門障害の評価では、Evans Blue leakageは虚血再灌流3日後においてピークを認めた。以上より、Cdk5は局所脳虚血後の神経細胞死のみならず、その回復期におけるangiogenesisに関与していることが示唆された。

中枢神経系において、サイクリン依存性キナーゼ5(Cyclin-dependent kinase 5:Cdk5)は、その異常活性化が神経変性疾患や脳虚血状態においてアポトーシスや神経細胞死に直接的に関与していることが知られている。特に脳虚血においては、回復期の血管再生(angiogenesis)をはじめとする修復過程でCdk5の活性化が必要とされているが、そのメカニズムについてはまだ解明されていない。また、Cdk5はantiangiogenic therapyのターゲットとして新しい脳梗塞治療の基盤となる可能性がある。そこで、マウス一過性局所脳虚血モデルを作製し、Cdk5活性やCdk5活性化蛋白p25/p35、VEGF等の発現について、虚血直後の細胞障害およびその修復過程における経時変化や脳内における局在を検討した。マウス中大脳動脈を一過性に閉塞後、再灌流し、6時間、1日、3日、7日後に断頭、虚血側大脳皮質を切り出し、Cdk5活性、p25/p35蛋白の発現レベルについて、ELISA法、ウェスタンブロット法、免疫組織化学法等を用いて調べた。血液脳関門障害の評価には、Evans Blue法を用いた。再灌流6時間において、Cdk5活性およびp25/p35の発現は上昇し、3日後で低下するも7日後に再び上昇した。また、再灌流1日後において、p25/p35は梗塞部の神経細胞に著明に発現し、それはTUNEL染色陽性細胞に局在していた。3日から7日後においては、p25/p35は梗塞辺縁部の微小血管に最も著明に発現しており、同時にVEGF蛋白発現の上昇も認めた。Evans Blue leakageについては、虚血再灌流3日後においてピークを認めた。これらのことより、Cdk5は局所脳虚血後の神経細胞死のみならず、その回復期におけるangiogenesisに関与していることが示唆された。初年度において非常にスムースに実験計画が実行され、研究成果も得ているが、今年度においては阻害剤を用いた薬物実験がメインとなっており多少時間を費やすものと考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後、Cdk5活性に関与する細胞内シグナルの解明、およびCdk5阻害剤の投与時期の違いによる神経細胞保護効果やangiogenesisに及ぼす影響について検討する予定である。
糖尿病治療薬α-グルコシダーゼ阻害剤によるcytochromeP450の誘導

α-グルコシダーゼ阻害剤(AcarboseとVoglovose)による肝cytochrome P450(CYP)の誘導および化学物質に対する感受性の変化について検討した。まず、Acarboseを粉末食に混じて(0,20,40,80mg/100g diet)、ラットに投与した。同時に、半数のラットに水道水、残りの半数は10%のエタノール水溶液を飲料水として与えた。3週間投与した後、一部のラットを屠殺し、肝ミクロソーム蛋白、CYP、CYP2E1を定量した。残りのラットに0.50g/kgの四塩化炭素(CCl_4、経口)あるいは0.75g/kgのacetaminophen(AP、腹腔内)を投与し、24時間後に血漿のALTとASTの活性および肝GSH含有量を測定した。その結果、3週間のAcarbose(40,80mg/100g diet)投与によってCYP、CYP2E1の量或いは活性(DMN)が増え、エタノールとAcarboseを混合投与した場合、CYP、CYP2E1がさらに上昇した。また、CCl_4あるいはAPを単独投与した場合でも、血漿のALTとASTの活性が上昇したが、Acarboseの前処理によって、血漿のALTとASTの活性がさらに上昇した。また、エタノールとAcarboseを混合投与したラットにCCl_4あるいはAPを与えると、ALTとASTの活性はより著しく上昇した。Voglivoseについて、類似した実験を行った結果、Voglivose(5.0,10.0mg/100g diet、3週間)による酵素誘導がCCl_4(0.50g/kg)の肝毒性を増強した。本研究の結果、α-グルコシダーゼ阻害剤による酵素誘導が化学物質の肝毒性の増強をもたらし、エタノールの混合投与がその酵素誘導と肝毒性の増強作用をさらに強めることが示された。雄性SDラットを3群に分け、それぞれに0,40,80mg/100g dietのAcarbose(糖尿病治療薬a-グルコシダーゼ阻害剤の一種類)を粉末食に混じて投与した。また、半分のラットに水道水、残りの半分は10%のエタノール水溶液を飲料水として与えた。3週間投与した後、一部のラットを屠殺し、肝ミクロソーム蛋白、CYP、CYP2E1の濃度を測定した。残りのラットに0.50g/kgの四塩化炭素(CCl_4、経口)あるいは0.75g/kgのacetaminophen(AP、腹腔内)投与し、24時間後に血漿のALTとASTの活性および肝GSH含有量を測定した。その結果、3週間のAcarbose(80mg/100g diet)投与によってCYP、CYP2E1が増量し、エタノールとAcarbose混合投与する場合、CYP、CYP2E1がさらに上昇した。また、CCl_4あるいはAPの単独投与した場合、血漿のALTとASTの活性がControlと比べて高かった。Acarboseを投与したラットにCCl_4あるいはAPを投与した場合、血漿のALTとASTの活性がAcarbose非投与群に比べて有意に上昇した。さらに、エタノールとAcarbose混合投与したラットにCCl_4あるいはAPを与えると、ALTとASTの活性はもっと著しく上昇した。本研究の結果、Acarboseによる酵素誘導がCCl_4とAPの肝毒性の増強をもたらし、エタノールがAcarboseの酵素誘導と肝毒性の増強作用をさらに強めたことが示した。平成10年のAcarboseの研究に続いて、国内で使用されているもう一種類のα-グルコシダーゼ阻害剤Voglibose(ボグリボース)について検討した。雄性SDラットを4群に分け(1群15尾)、それぞれに0,2.5,5,10mg/100g

dietのボグリボースを粉末食に混じて与えた(ラットの1日当たり平均摂食量は約20gで、ボグリボース投与量はそれぞれ約0,1.5,3,6mg/kg BW/dayであった。)。この粉末食を3週間投与した後、1群5尾を屠殺し、肝のglutathione(GSH)含有量、CYPおよびCYP2E1を測定した。残りのラット(各群10尾)に0.5g/kgのCCl_4を経口投与し、24時間後に血漿のALT(GPT)とAST(GOT)の活性および肝のGSH含有量を測定した。その結果、3週間のボグリボース(10mg/100g diet)投与によって肝CYPとおよびCYP2E1がで有意に増量したが、肝GSHの変化は認められなかった。ボグリボース投与群ではCCl_4により、血漿のALTとASTの活性がボグリボース非投与群に比べて有意に上昇した。これはボグリボースによる酵素誘導がCCl_4の肝毒性の増強をもたらしたことを意味する。また、ボグリボースの投与量とCCl_4の肝毒性の間には、量-影響関係が認められた。本研究の結果、ボグリボースは、糖質の吸収を抑制することによって、酵素誘導を起こし、CCl_4の毒性に影響を与えることが示した。
保育施設における幼児の異文化接触とコミュニケーション能力の発達

近年、日本はかつてないほど異文化の人々を迎えている。その変化は幼児教育の場にも影響を及ぼし、異文化からの幼児が、保育園、幼稚園に在籍するのは珍しいことではない。本研究は、このような幼児の保育集団における異文化接触経験が、日本児や異文化児の発達にどのような影響を及ぼすかを検討した。主要な目的は、1、異文化から来た子どもと、クラスの仲間の日本児との仲間関係を、会話やコミュニケーション行動の分析によって明らかにする。2、日本児における社会的認知能力の発達として、人種差、文化差の把握や、メタ言語的能力の発達を調べる。このような目的の達成のために、多角的な方法を用いた。対象地域として、異文化児の存在の意味は地域によって異なると思われたため、それぞれ都市と農村の典型的性質を持つと予想された、東京と山形の2地域で、計8園の11クラスで調べた。長期縦断観察、子どもや保母、母親へのインタビューや質問紙を繰り返し行った。結果は、異文化児はクラスの中で中程度の位地におり、友達には人気者ではなく自己と同レベルの日本児を選択するほか、友人関係の維持のためにさまざまな方略をとることがわかった。異文化児の在籍の有無が与える日本児への影響を検討すると、人種、国民性などの理解に比べ、言語差の把握において、異文化児との接触経験が理解を促進することがわかった。ただし、言語名の知識は英語以外には殆どなく、異文化児の未熟な日本語を認知することだけが可能であった。子どものこのような社会的認知の知識や態度には、主に保母を中心とするまわりの大人の影響がある。保母や両親の観点も分析し、教育的合意を検討した。今後小学校迄まで大し、異文化児を巡るクラス外のネットワークも含めた分析を行い、現代日本における異文化児の存在の与える影響と意味を検討したい。現代日本の幼児保育現場は、異文化の子どもたちを迎え、国際化の中で新しい保育を模索している。このような保育方法を見出すためには、主人公としての子どもたちが、この保育の国際化の中で、いかに発達するのかを明らかにする必要がある。本研究は、幼児の保育集団における異文化接触経験が、日本児や異文化児の発達や異文化理解にどのような影響を与えるかを、特に対人認知能力などの社会的認知能力、会話やコミュニケーション能力の発達、仲間関係などに焦点をあてて検討しようとしている。平成4年度は、その第一段階として、山形、埼玉の計8園計11クラス(35才児)の子どもたちの縦断観察と調査を行った。この観察、調査は平成5年度も継続して行われる予定である。平成4年9月以後5年3月までに各月または隔月の観察と、子ども全員への2回の個別質問調査、保育者、保護者への質問調査が行われた。結果は分析中であるが、現在までに以下のような点が検討されている。第一に、日本児の保育集団における異文化経験は、教師を媒介として異文化理解を促進する。ただしその理解には文化差の中立的な認識の他に、好意的理解、否定的理解がある。今後そのような差をもたらす個人差の解明が必要である。第二に、異文化児の日本児クラスへの適応は、個人差もあるが概ね迅速で、家庭と園で異なる言語を用いる二言語使用の発達が促進される。しかし園では母語使用を拒む他、慣れない日本語でのコミュニケーションでは日本児との間にトラブルもあり、文化的学習に伴う葛藤がみられる。反面、異文化児は、集団の中で適切な友達を自ら選び取り、時には変更するなど、同化の方略をいくつか身につけている。
SOI技術を用いた極低ノイズ・高速イメージングデバイスの研究

SOIを用いた高感度量子線ピクセル検出器としてPinned DepletedDiode構造によるSOIピクセル(SOIPIX-PDD)を提案し、極めて優れた性能が得られることを試作により実証した。本ピクセルは、SOI回路層下の埋込酸化膜界面にホール蓄積ピニング層を設け、その下部に検出した信号電子を高速走行させるチャネルを形成し、微小容量の検出部に収集することで、低ノイズ・低暗電流・高電荷収集効率が得られる。5.9keVのX線エネルギースペクトルを171eVの半値全幅で計測することに成功した。ロックインSOIピクセル及び質量分析用到達時間検出SOI回路についても開発し、新しい知見を得た。本研究課題では、宇宙科学、物質科学、生命科学に関する先端科学計測のためのSOIピクセルディテクタの要素技術を確立することを目的としている。本年度は、イベント駆動量子線エネルギー弁別回路、電荷収集型高感度フォトディテクタ、高時間分解ロックインピクセル、到達時間検出センサに関する研究を実施した。イベント駆動による量子線エネルギー弁別イメージングにおける高エネルギー分解能化と高ダイナミックレンジ化を目的として、kTCノイズキャンセルと読み出しノイズの低減を図りながら、イベント検出を行うことができる新規検出回路の幾つかの方式を考案し、シミュレーション等により、その動作を確認した。また、読み出しノイズの低減と、感度向上を目的として、電荷検出部の寄生容量を低減するとともに、ピクセル内で発生したキャリアを微小な領域に収集することができる電荷収集構造を有するフォトディテクタを考案し、デバイスシミュレーションによって、40um角、約200umの厚みのピクセルに対して、電荷収集のための電界が形成できることを確認した。これらの検討に基づき、その基本動作を確認するためのSOIピクセル検出器の設計と試作を行った。高時間分解計測のためのロックインピクセルに関しては、全空乏基板を用いた高速電荷振り分け素子の基本原理確認のためのTEG(Test Element Group)素子の設計と試作を行った。また、SOIイオン到達時間検出センサに関しては、粗精度・高精度ハイブリッド時間生成器(上位ビットはカウンタ、下位ビットはTime Memory Cell)における上位/下位ビット整合性・同期の課題を明らかにし、その解決手段を示した。本年度は、昨年度の実績を踏まえて、電荷収集型高感度フォトディテクタの基本素子の動作確認、イベント駆動量子線エネルギー弁別回路の設計と動作確認、高時間分解ロックインピクセルの動作確認、イオン到達速度検出のための時間デジタル変換回路、量子イメージング用3次元設計環境構築に関する研究を実施し、以下の成果を得た。SOIピクセルディテクタの感度向上と、回路の安定動作を可能とする、BPSPIX (Backgate Pinned SOI Pixel)と称する新構造SOIピクセルを考案した。本SOIピクセルを試作し、その基本特性として、可視光及び近赤外光に対する感度と低いリーク電流レベルを確認し、150um厚のシリコン基板の全空乏化を確認した。イベント駆動による量子線エネルギー弁別回路として、高ゲインによる低ノイズ化と可変ゲインによる広ダイナミックレンジ化を可能とするイベント駆動型検出回路を考案し、上記BPSPIXと組みあわせた8×8画素からなるプロトタイプセンサを設計・試作した。現時点では、シミュレーションにより動作を確認している段階である。高時間分解計測のためのロックインピクセルに関してもBPSPIXに電荷変調ゲート構造を設けた素子を考案し、その基本原理確認のための素子の設計と試作を行った。シリコン基板の全空乏化条件の下で、複数のポートへの電荷振り分け転送動作が確認された。BPSPIXとそのロックインピクセル構造に関して、特許出願を行っている。さらに、生体内分子イメージング質量分析用ION到達速度検出ピクセルに関しては、そのアーキテクチャを確定するとともに、ピクセル内の時間計測同期手法を確立し、それらの特許出願を行った。また、量子イメージング用3次元設計環境構築に関しては、上層及び下層回路構成と物理設計との整合性をとる検証方式について、同じプロセスを用いるチップについて確立した。電荷収集型高感度量子線ディテクタによる新構造SOIピクセルであるBPSPIX (Backgate Pinned SOI Pixel)に関し、まず裏面空乏・電子検出型の基本素子の特性評価を行い、微小検出容量の実現による30uV/e-の変換利得と、外部での多重サンプリングによるノイズ低減処理を用いて4.4電子のノイズレベルを得た。従来のSOIピクセルによる最も良い値である35電子に比べて大幅な改善が見られた。裏面空乏型では、チップ側壁起因及び裏面pn接合部起因のリーク電流が大きく、改善の必要があることが分かった。裏面や側面の電界強度を低くできる表面空乏型・ホール検出型のBPSPIXを考案し、試作を行った。次年度詳細評価を行い、裏面空乏型に対するリーク電流低減効果を明らかにする。高ゲインによる低ノイズ化と可変ゲインによる広ダイナミックレンジ化を可能とするイベント駆動型検出回路を提案し、試作により、ピクセル内増幅動作と、8×8画素からなるプロトタイプアレイセンサとしての動作を確認した。BPSPIXを用いた高近赤外感度ロックイン時間分解ピクセルに関し、光飛行時間(TOF)距離センサとしての動作を確認し、長距離用TOFセンサとして、40mまでの距離計測が行えることを確認した。生体内分子イメージング質量分析用ION到達速度検出ピクセルに関しては、ダイナミック型SRAMにより、1ns解像度で全ピクセル同時イベントを記録する構造の動作実証を確認した。また、新規読み出し機構の特許出願を行った。量子イメージング用3次元設計環境構築に関しては、確立した検証方式に則して3次元積層試作チップの実装を行いデバイスの正常動作を確認した。

電荷収集型高感度量子線ディテクタによるBPSPIXと称する新構造SOIピクセルの試作に成功し、30uV/e-の高変換利得と、4.4電子のノイズレベルを得て、その有効性が実証された。イベント駆動超高感度・低ノイズ・高ダイナミックレンジフォトン検出回路についても、8×8画素アレイの試作により、そのイベント駆動動作と画素内信号増幅器の動作の確認を行った。ノイズ性能の改善が必要であることが測定によって示されたが、次年度の試作による改良によって低ノイズ・高ダイナミックレンジフォトン検出が実現される見込みである。高時間分解ロックインピクセルについては、1次元アレイ(120画素)、4タップ出力型を試作し、50nsの駆動パルスにより時間分解計測が行えることが示され、本センサを用いて試作したプロトタイプTOF距離センサを用いて、室内暗時での計測で40mまでの距離計測が行えることが示された。D02班(物質科学)との連携に基づくサイエンス応用SOIピクセルセンサの共同開発にも着手し、目標機能の実証を行っている。新規提案技術の特許出願を2件行っている。以上の成果を得ていることから、当初計画に対して研究は概ね順調に進展していると判断される。電荷収集型高感度量子線ディテクタによる新構造SOIピクセルであるBPSPIX (Backgate Pinned SOI Pixel)に関し、裏面や側面の電界強度を低くできる表面空乏型BPSPIXを用いたセンサアレイにおいて、従来構造に比較して暗電流を約1/10に低減できることが確認された。また、変換利得についても、100uV/e-が得られ、ピクセル内回路のノイズとして約6電子を得た。これにより、イベント駆動型の量子線ディタクタとしてのエネルギー分解能を、従来に比較して大きく改善できる見通しを得た。高ゲインによる低ノイズ化と可変ゲインによる広ダイナミックレンジ化を可能とするイベント駆動型検出回路についてもアレイセンサとして動作を確認し、180uV/e-と50uV/e-の2種類の高変換利得が得られることが確認された。BPSPIXを用いた高近赤外感度ロックインピクセルを用いた光飛行時間(TOF)距離センサについては、実際の距離画像(空間距離分布)の取得が行えることを確認するとともに、950nmを超える波長まで高い量子効率を保持できること、高ダイナミックレンジ信号読み出し回路の動作確認と良好な線形性の確認、裏面の反射防止構造の工程確立等の成果を得た。生体内分子イメージング質量分析用ION到達速度検出ピクセルに関しては、ダイナミック型SRAMにより、1ns解像度で全ピクセル同時イベントを記録する構造の動作実証を確認した。また、新規読み出し機構の特許出願を行った。量子イメージング用3次元設計環境構築に関しては、確立した検証方式に則して3次元積層試作チップの実装を行いデバイスの正常動作を確認した。
新規ＰＣＢ汚染源の解明と定量的評価方法の確立に関する研究

顔料中のPCBsを精確に測定する手法として、スルホキシドカラムを用いて前処理し、HRGC-HRMSで測定する方法について検討し、良好な回収率で妨害無く定量することを可能とした。この分析法により、種々の顔料等におけるPCBs汚染の実態調査を行った。アゾ顔料、フタロシアニン顔料等からPCBsが検出され、50mg/kgを超過するものも認められた。PCBsのコンジェナーパターンはPCB製品とは異なり、アゾ顔料では#11や#52が、フタロシアニン顔料では#209が特徴的に検出された。このパターンをケミカルマスバランスによる統計解析に適用し、環境中の顔料由来PCBsを定量的に評価する手法を開発した。顔料中のPCBs分析法について検討した。油分への対応として、硫酸処理、多層シリカゲルクロマトグラム処理、スルホキシドカラムと銀イオンカラムにより、残留する油分及び硫黄分を効果的に除去した。また、高分解能GC-MSとサロゲートを用い高い分析精度を確保した。この分析法により、国内外の種々の顔料及び油絵の具におけるPCBs汚染の実態調査を行った。アゾ顔料、フタロシアニン顔料、ジオキサジンやジケトピロロピロールといった多環式顔料、ナフトールAS顔料からPCBsが検出され、その濃度レベルは0.0070740mg/kgであった。フタロシアニンタイプからはPeCBzやHxCBzも検出され、それぞれ0.003575mg/kgだった。それぞれの顔料におけるPCBsのコンジェナーパターンはカネクロール等のPCB製品とは大きく異なり、例えばアゾ顔料ではPCB-11やPCB-52が、フタロシアニンではPCB-209が特徴的に検出された。このような顔料に特徴的なコンジェナーの環境での挙動について札幌市及び室蘭市の大気及び室蘭港における底質で検討した。環境大気ではカネクロールには含まれていないPCB-11が一定割合で検出された。またPCB-11はカネクロール主要コンジェナーとは異なる挙動が認められた。室蘭港においては港湾深部ではPCB-11の影響は小さいものの、港湾外では全PCBsの10%程度を占めていた。顔料として特に生産量が多いアゾ顔料とフタロシアニン顔料の環境影響を定量的に評価するために、ケミカルマスバランス(CMB)法を用いて統計的に解析する手法について検討した。解析には柏木らが開発したCMBの未知発生源の存在に対応したベイズ型組成半因子モデルを使用した。解析においては説明変数をできるだけ少なくし、汎用性を高めた解析法について検討した。この解析法を環境試料に適用して、その有用性、妥当性について検討し、良好な結果を得た。日本国内で使用されている油絵具を含む有機顔料を分析した。本課題では高分解能ガスクロマトグラフ/高分解能質量分析計と内標準物質(サロゲート)を用いて、PCBの各コンジェナー別に良い回収率で精確に分析することを目標とした。最終的に確立した前処理手法は、1硫酸処理により顔料の着色分を除く、2多層シリカゲルカラムクロマト処理により、夾雑有機分を完全除去する、3スルホキシドカラムと銀イオンカラムにより、残留する油分及び硫黄分を除去する、ことである。留意することは1では顔料を直接硫酸に溶解させるのではなく、ヘキサンに分散させてから硫酸で処理する、2では1塩素化体の回収率向上のため硝酸銀シリカゲルは使用しない、3油分を効果的に除去する、である。この前処理方法によるサロゲートの回収率は1塩素化体及びクロロベンゼンを除き70%以上を常に確保し、精確な定量値を得ることが可能であった。国内で入手した顔料中のPCB、PeCBz及びHxCBzの濃度及び異性体組成を検討した。PCB濃度レベルは0.0070740mg/kgであった。アゾタイプでは3,3'-ジクロロベンジジンから合成された顔料でPCB-11が、2,2',5,5'-テトラクロロベンジジンから合成された顔料でPCB-52が主要コンジェナーとして検出され、原料由来の影響が示唆された。また、各ベンジジンのアミノ基が塩素に置換した構造を有したPCBも検出された。フタロシアニンタイプではフタロシアニングリーン(PG)からDeCBやPeCBz及びHxCBzが検出された。フタロシアニンブルー(PB)からはこれらのPOPsは検出されなかったことから、PBを塩素化してPGを得る段階でこれらのPOPsが副生成していることが示唆された。

検討した顔料のPOPs分析方法による各サロゲートの回収率は一塩素化ビフェニルとクロロベンゼン類では4070%であったが、その他の同族体では50120%の範囲内であり、また、質量分析におけるロックマス変動や落ち込みも認められなかった。現在、顔料中のPCBの分析は精確な濃度やパターンの把握が困難な電子捕獲検出器を用いる方法が一般的であるが、本研究で検討した方法は、高感度、高精度に定量することが可能であることが確認され、各種の顔料におけるPOPs汚染を定量的に把握することが可能となった。日本国内で市販されている計5社の顔料(油絵具)計46種について分析を進めた。アゾタイプではPCB濃度レベルは0.0070740mg/kgであり、うち2種がストックホルム条約で移動を規制される50mg/kgを超過しており、高濃度に汚染されている顔料の存在が確認された。アゾタイプでは原料に由来すると推測されるPCB-11やPCB-52が高濃度に含まれている例が多数あり、また、DLPCBの一部も副生成していることが確認された。フタロシアニンタイプではPCBs、PeCBz、HxCBzの濃度レベルはそれぞれ0.0112.5mg/kg、0.00358.4mg/kg、0.02775mg/kgだった。特にフタロシアニングリーン(PG)では高塩素化体であるPCB-209やPeCBzやHxCBzが高濃度に含まれており、PGの合成中に副生成していることが示唆された。また、多環式顔料であるPR254とPV23からもPCBsが検出され、それぞれ2.3mg/kg、1.5mg/kgだった。これらはそれぞれ原料に由来すると考えられる特異的なコンジェナーパターンを示しており、顔料のPCB汚染を検討する上で重要な知見が得られた。1.統計解析への適用:系統化された顔料のPCB異性体パターンを主成分分析等により従来から汚染源として考慮されているカネクロールや燃焼由来のパターン特徴と照らし合わせ、統計的に特徴を把握する。具体的には全ての異性体を解析に用いることは精度を落とす要因となることから、説明変数として用いる異性体を選別し、その数値を規格化する方法について文献(橋本:環境化学、14、263-286(2004))を参考に検討する。これをケミカルマスバランス法(柏木ら:応用統計学、31、59-74(2002))やベイズ型重回帰モデル(柏木ら:Environmetrics, 15,777-796(2004))に適用し、カネクロール、燃焼、そして顔料由来を考慮した環境中のPCBs汚染源推定プログラムを開発する。また、未知の汚染源に対応させるため、想定した汚染源で説明できない割合を明示的に推定する方法についても検討する。検討にあたっては、私が以前に行った研究(姉崎ら:分析化学、56、639-648(2007))を参考とするほか、上記モデルを作成した統計数理研究所の柏木宜久氏に適時助言や技術提供を求めつつ実施する。2.推定プログラムの妥当性確認と環境中のPCBs汚染源の調査:開発推定プログラムを環境試料(大気、水、底質他)のPCBsに適用し、解析結果の妥当性評価(多重共線性の評価、各種指数を用いた適合度評価、主要汚染源であるカネクロールとの関連性の検討)を行う。それに伴い、北海道における代表的な環境試料のPCBs汚染源推定を行い、特に顔料由来の比率を定量的に評価する。1.有機顔料中のPOPs分析:前年度の検討の結果、これまでPCB汚染が指摘されていたアゾタイプ及びフタロシアニンタイプの他に多環式顔料にも含まれていることが明らかとなった。
内在変異蓄積法による新たな量的デザインマウスの開発

内在的な突然変異率を高めたmutatorマウスの長期継代により、致死的でない多数の変異を蓄積させ、量的形質の多様化したマウスの開発に取り組んだ。その結果、継代系統間で量的形質(体重、体長、尾長、繁殖能力)に差異が認められ、同一の継代系統内の個体ごとの量的形質のバラツキの増大も観察された。生化学検査の結果、肝臓や腎臓の機能障害や動脈硬化が疑われるマウスも見つかった。新型シーケンサーを用いた解析により、各継代系統には1万を超える新規変異の存在が示唆された。量的形質を支配する多因子変異の新しい解析手法として有効だと考えられる。生殖系列で発生する突然変異は、ゲノム進化の源泉であり、種々の疾患の原因にもなる。しかしながら、生殖系列の変異が世代経過とともに蓄積される過程や、それらが後世代の個体の表現型に及ぼす影響、さらに、それらの遺伝子多型間の相互作用など、今なお不明な点が多く残されている。本研究では、これまで作製した内在的に遺伝子変異を高発するマウス系統を複数の系統に分け、兄妹交配を繰り返し、6年間で最大19世代の継代を進めてきている。その結果、これまでに40種の新規表現型をもつ変異マウスを得ることに成功した。この中には従来のミュータジェネシスなどでは得ることができなかった「小鳥のように鳴く変異体」、「四肢が短い変異体」、「指の数が減少した変異体」も得られ、新たな生命デザインをもたらす系であることが明らかとなった。また、産仔の量的形質(体重、体長、尾長)を測定したところ、独立に継代を重ねた系統間で有意な差が認められた。さらに、長期継代したMutator系統では、繁殖能力の低下が認められ、遺伝的背景が近いと考えられる同一系統内の個体間で量的形質(体重、体長、尾長、血液生化学検査)のばらつきの増大も観察された。このことは、長期継代での変異蓄積により生じた、個体発生を支える遺伝的バッファリングの緩和を示唆する結果であると考えられ、興味深い。更に、新型シーケンサを利用して17世代が経過したmutator系統のマウス1匹分の全ゲノム配列の解読を行い新たな変異の蓄積が確認されており、我々の系が変異蓄積の系であることを確かめることができた。これまでに作製したC57BL/6系統由来の高頻度突然変異発生系統(DNAポリメラーゼdelta修復活性欠失マウス)を利用して、8系統に分けて兄妹交配により継代を重ねた。各々の系統ごとに独立した突然変異の発生と固定を繰り返し生じさせ、目に見える形態異常や行動の変化に注目してスクリーニングを進めるとともに、尻尾の長さ、体重、体長、手足の長さ、血液成分などの量的形質を解析し、高頻度突然変異発生系統ごとの個体での平均値、ばらつきについて解析した。さらに各個体の体重や1回の出産あたりの産仔数なども記録し、各世代のマウスのゲノムDNAをすべて冷凍保存することにより、後からでも突然変異の発生した履歴が解析できるようにサンプリングを行った。新たな表現形質をもつマウス系統については、B6とDBA2系統間の多型を利用した連鎖解析により原因遺伝子変異の特定を進め、「小鳥のようにさえずる」マウス系統については原因遺伝子領域の特定に成功した。また、本年度は計画には無かったが、高頻度突然変異発生系統において1匹のマウスについての全シーケンス解析を行った。その結果、1塩基多型(SNP)が86,211、挿入欠失(INDEL)が14,024の候補を同定した。これらの中には、8の遺伝子欠損、443のアミノ酸配列置換、16の終止コドン配列置換が、ホモ及びヘテロで認められていた。研究の目的:これまでのマウス遺伝学での解析は、単一遺伝子の機能欠損や有害突然変異を対象とした解析であり、遺伝的多型により生じる量的形質を捉える系ではない。本研究では、私たちがこれまでに作製した内在的に遺伝子変異を高発するマウス系統を利用し、このマウス系統を継代することにより、生きたマウス個体に遺伝的多型を蓄積させ、エピスタシス(多重な遺伝的変異の相互作用)や量的形質をもたらす遺伝的多型の解析を解析する実験系、新たな量的デザインモデル作製系の確立を試みる。本研究期間において、遺伝的多型が蓄積したマウス個体を作製し量的形質を含む表現型の解析を行う。本研究は、これまで難しかった量的形質に注目し、新たな遺伝的多型をもつマウス系統を確立し、新たなヒト疾患モデルを確立する意義の高いものである。本年度、生きたマウス個体に遺伝的多型を蓄積させた系統より得られた「小鳥のようにさえずる」マウス系統の原因遺伝子領域の特定に成功した。

また、体重、体長、尾長、血液生化学的解析などの量的形質についての解析を行い、各系統間のみならず同系統内の個体レベルでの量的形質のばらつきの増加を確認した。また、当初の年度計画には無かった1系統マウスの1個体について全シーケンス解析を実施し、1塩基多型(SNP)が86,211、挿入欠失(INDEL)が14,024を確認した。これらの中には、8の遺伝子欠損、443のアミノ酸配列置換、16の終止コドン配列置換が、ホモ及びヘテロで認められた。この結果、量的形質のばらつきをもたらしている突然変異のホモ及びヘテロでの組み合わせにより得られている可能性が強く示唆された。この結果は、エピスタシス(多重な遺伝的変異の相互作用)や量的形質をもたらす遺伝的多型が本高頻度突然変異発生系統において具体的に得られていることを示唆しており、当初の計画が予想以上に進展していると考えている。今後は、全シーケンス解析をしたマウス系統をC57BL/6Jと交配して雑種第1世代(F1)マウスを得て、それらを交配させることにより雑種第2世代(F2)マウスを得る。このF2マウスでは、全シーケンスで確認された突然変異がホモ及びヘテロとして異なった組み合わせに分配させることになる。この各マウス個体を1匹ずつ、理研のマウスクリニックの解析を行い、血液生化学、行動、体重、体長などの量的形質の解析を行う。この解析結果を、ばらつきを含めて解析し、特定可能な量的形質を絞る。更に、個々のマウスでの全シーケンスで解析した突然変異の分布を解析することにより、量的形質をもたらす多重遺伝子の特定を行う。これらの解析により、これまで困難であった量的形質をもたらすエピスタシスを具体的な遺伝子変異との関係で解析することが可能となると考えている。また、全シーケンスされた大本のマウス雄と雌ペアーの全シーケンスの解析を行い。本研究のDNAポリメラーゼdelta修復活性欠失により新たに生まれた突然変異を特定する。この突然変異を特定した後、それぞれの突然変異が入った世代を特定するとともに、ホモ、ヘテロで維持されてきた突然変異を特定する。このことにより、ホモ化することにより生存を困難にする有害突然変異を特定するとともに、ホモで維持されてきた中立的突然変異を特定することが可能となる。遺伝子解析試薬、薬品、マウスなど物品費600,000円共同研究打ち合わせなど旅費100,000円実験補助など人件費300,000円マウス飼育費などその他300,000円