hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ムギ類染色体間の同祖性に関する遺伝育種学的研究

従来,別作物として扱われ染色体的に比較のしようのなかったコムギとオオムギも両者間の生殖的隔離ほど染色体分化は大きくなく,他の同祖群染色体での同様の研究が期待される。コムギで育成したナリ-ダイテロテトラソミック2系統による染色体腕ごとの補償分析も有効であることが確認でき,現在残りの10系統とオオムギ染色体片腕置換系統6系統を育成している。普通系パンコムギのChinese Springの第三、第六および七同祖群ナリテトラソミックとオオムギ染色体置換系統の6形質,分けつ数,草丈,穂長,小穂数,稔性および百粒重について調査し,欠失した染色体を過剰に存在するもしくは置換された同一同祖群染色体がどの程度表現型を補償するかを定量的(系統あたり約5個体,3反復)に分布した。第三同祖群については昨年度実施した結果を確認することができた。すなわち、ナリソミック3Aと3Bは相互によく似,平均値はいずれも正常系統の半分に低下し,六倍体といえども一対の染色体欠失の表現型への効果が大きい。一方,それらのナリソミック状態を補償するナリテトラソミックとオオムギ染色体置換系統の総合補償能力は、3A-3B間と、3B-3D間は相互に似た補償を3Dは3Aをかなり補償するが,3Aは3Dをそれより低い補償であった。オオムギの3H染色体はパンコムギの3A,3Bおよび3D染色体をかなり補償し、パンコムギの3A-3B-3D間と同じ補償程度であった。第六および七同祖群についてもコムギの欠失染色体をコムギの他のゲノムの染色体よりオオムギ染色体のほうがよく補償するという興味ある結果を得た。このことはコムギとオオムギの4ゲノムの染色体はほぼ同程度しか分化していないことを示している。コムギで育成した第三同祖群ナリーダイテロテトラソミック2系統による染色体腕ごとの補償分析も有効であることが確認でき,現在残りの10系統とオオムギ染色体片腕置換系統6系統を育成している。
ATL発症高危険群の長期追跡と発病予防の検討

多施設共同研究JSPFADプロジェクトは、キャリアのなかでATL発症のハイリスクグループを明らかにするために平成14年秋から行われている。全国のHTLV-I感染者から臨床情報と血液サンプルを収集し、末梢血プロウイルス量・sIL-2Rなどを測定し、末梢血感染細胞数が20%を超えた検体にはクローナリティの解析を行っている。最終解析により、キャリアの中からハイリスクグループを絞り込み、将来薬剤等による発症予防の臨床介入研究につなげる事を目標とする。平成22年3月現在、研究協力施設は14都道府県43施設でほぼ全国を網羅し、約2,200人のHTLV-I感染者から約4716検体のdata解析が終わり、さらなる協力施設の拡大と充実により真の全国ネットワークを形成し、空白地域における新規拠点形成と、既存拠点の強化・拡大(キャリア外来)に取り組んでいる。これまでの解析から、経過を追えている1218人のキャリアの中から、観察期間中に14人がATLを発病した。様々な要因を検討した結果、以下の事が明らかになった。1.キャリアの段階で末梢血液中のHTLV-1ウイルス量が多いキャリアからATLを発症しており、ウイルス量が低いキャリアからは発病はなかった。2.さらに高年齢、ATLの家族歴のあるキャリアなども発病のリスクファクターであることが判明した。ATLを発病しやすいキャリアが同定できれば早期診断、早期治療へとつながる可能性がある。キャリア、家族背景および感染細胞数の解析などの班員の個別研究も継続している。JSPFADプロジェクトを通じて、世界に例のない「HTLV-I感染者のバイオマテリアルリソースバンク」を形成し、集積された臨床情報のデータベースと合わせて当該分野の研究基盤の確立を目指している。キャリアデータベースの一環として、全国のJSPFADのデータベースを構築している。キャリアの登録は2006年3月現在で1487名である。ほぼ順調で今後もこのペースでの登録を進めたい。1.血清sCD30はATLの病勢を反映し、患者の単球ではサイトカイン産生異常がみられた。血中プロウイルスDNA量とsILR2Rが治療後の予後判断に有用である。2.HTLV-I感染ウサギ由来の樹状細胞でRa-1に対する細胞障害性が証明された。4.生体肝移植後の免疫抑制剤の使用中に発症したATL例。5.母児間感染では、感染当初よりメジャークローンの出現がみられ、慢性炎症疾患を合併しているジャマイカ小児ではATL細胞と区別のつかないクローンが観察された。クローナリティ形成に小児期の環境要因が重要である。6.ATLの造血幹細胞移植後に血漿HHV-6を測定し、脳炎の発症に一致してHHV-6が陽性になり、ウイルス量も高値であった。ATL化学療法中のモニタリングでは、約半数で陽性であり、ウイルス高値が発熱に関与していた。7.リンパ腫型ATLに造血細胞移植を行い、経時的にHTLV-I proviral量および末血中の腫瘍細胞クローンの追跡を行い、造血細胞移植の有効性が示唆された。8.ATL細胞にTRAIL-R1,R2が異所性に発現しているがTRAILに対しては抵抗性である。数百の天然植物抽出液の中から天然フラボノール、BB-1がTRAIL抵抗性をTRAIL-R1,R2のup-regulationを介して解放することから、新しいサイトカインの療法の可能性を示した。研究班のプロジェクト(JSPFAD)によるキャリア登録は平成14年秋から開始され、17年からは登録対象者を、疾患の右無にかかわらずHTLV-1感染者とした.これにより「HTLV-1感染者のバイオマテリアルリソースバンク構築」が可能になった。げんざいまでのべ2,319検体を登録。

全権体でプロウイルスコピー数の定量と、末梢権津野幹線細胞数が20%を超えた検体に関してはクローナリティの解析を行なった。班員の個別研究も継続している。1)apoptosis誘発リガンドであるTRIALに対するATL細胞の感受性と治療法への可能性の検討。TRAIL抵抗性は外因性物質で解除でき、TRAIL-TRAIL受容体系は新しい治療の標的になる。2)キャリア約400名の、家族背景および感染細胞数を解析。10年以上の間隔で感染細胞数を測定した54名の解析から、感染細胞数が少ないキャリアでは有意の変化はなかったが、多いキャリアではほぼ全員感染細胞数が低下していた。感染細胞数の多いキャリアすべてがATLのハイリスクグループではない可能性がある。ATL血縁者と非血縁者での感染細胞数の比較では、前者で感染細胞数が有意に高い。ATLに家族発症が多いことは、HTLV-1の家族内感染のみに起因せず、感染細胞数の差による可能性がある。3)Non endemic areaでのキャリア対策として、18年度から東大医科研病院にHTLV-1キャリア専門外来を開設。4)抗レトロウイルス剤ritonavirによるくすぶり型、慢性型ATLを対象とした早期第II相臨床試験のプロトコールを作成。5)ATLに対する化療中にはHHV-6の再活性化は稀でなく、ウイルス量が高値を示す例があり、発熱と関連し、HHV-6再活性化はATLの予後に影響している。6)生体肝移植後の免疫抑制剤の使用中にATLを発症した3例を報告。7)連続公開講座「HTLV-1と疾患」を、平成18年4月から1年間、患者および感染者も参加して東大医科研で開催した。我が国初の教科書編纂が企画され、「HTLV-1と疾患」が、平成19年4月に発行された。ATLの発症予防を目指す共同研究(JSPFAD)プロジェクトの協力施設は43施設で,ほぼ全国を網羅している。ATL及びHTLV-Iキャリア登録はこれまで3,000以上で,共同研究を含む解析に用いられている。東大医科研病院キャリア専門外来での背景因子分析で,キャリアの地理的分布に変化が生じている可能性がある。1.19年度は約900の末梢血のプロウイルス量を報告し,細胞とDNAを保管している。発症高危険群の新たな同定法としてRT-PCR Arrayを用いたATLの早期診断/発症予測法を開発し,「ATL型発現スコア」がキャリアをウイルス量とは異なる層別化に有効であり,「スコア」高値キャリア群からの発症の有無を検討中である。ATL細胞のゲノム異常の解析で,ゲノムコピー数異常の実態を明らかにした。2.2007年までに登録された842名のキャリアの追跡状況。登録時年齢は59.8才,母親の出生地の80%が西日本。登録時のプロウイルス量の中央値は1.74%。追跡期間中4例がATLに進展していた。3.キャリアの家族歴,輸血歴から,感染経路が母児間感染の29名,配偶者間感染の39名を同定した。母児感染者のプロウイルス量は2.64%であり,配偶者の0.94%に比して有意に高値。
ヒトiPS細胞を用いた2型糖尿病感受性遺伝子による糖尿病発症機序の解明

近年、電位依存性カリウムチャネルの一つであるKCNQ1遺伝子の一塩基多形(SNP)と2型糖尿病発症との関連が、わが国の異なる2グループから報告され、非常に注目されている。こうした「遺伝因子」の同定が進みつつあるが、2型糖尿病発症におけるメカニズムに関しては未だにほとんどわかっていないのが現状である。我々は、マウスを用いたこれまでの解析によって、Kcnq1遺伝子内に変異が存在すると出生時より膵β細胞量が減少することを明らかにしている(PNAS, 2015)。しかしながら、これらはマウスを用いた実験データであり、実際のSNPがどのような役割を担っているかは、ヒトの膵β細胞を使用しないと判断できない。そこでKCNQ1遺伝子のSNPを保有している個人の組織よりiPS細胞を作製し、膵β細胞に分化させることにより、膵β細胞におけるSNPの重要性を確認することにした。KCNQ1のSNPの有無が、膵β細胞への分化、もしくは分化した膵β細胞のviabilityに影響するかどうかについての検討を行うべく本研究を開始した。既報(Toyoda et al. Stem Cell Research, 2015)をもとに、ヒトiPS細胞からインスリン陽性細胞への分化を試みた。iPS細胞の分化誘導実験を行った。各種試薬を加えて培養することによって、Neurogenin3の発現が確認され、MAFAやMAFBも認められるに至った。この時点において、膵内分泌細胞まで分化誘導されていると考えられたため、InsulinおよびGlucagonの免疫染色ならびに定量PCRを行ったところ、Glucagonの有意な発現が確認された。しかしながら、Insulinの免疫染色では非特異的な反応が認められたことから、膵β細胞への分化誘導に成功したとは言えず、今後もプロトコールを調整していく必要がある。十分に進展させることができなかった原因としては、複数の細胞株を同時に分化誘導させるうえで、それぞれの株において誘導効率や条件も異なっていることが実験中に明らかになってきた。既報の方法そのままでは十分な分化誘導が得られず、我々自身のオリジナルメソッドを検討しているところだが、株による違いもあることから、難渋しているところである。まず、最も分化誘導効率の良い細胞株に集中し、その細胞株において再現性高くインスリン陽性が確認されることを目指す。そのうえで、ゲノム編集によるインスリン発現変化を確認することを最優先とする。複数の株を扱うと、時間および経済的にも非効率的であり、そのような方針で臨むこととした。代表者はこれまでに、2型糖尿病感受性遺伝子KCNQ1が糖尿病発症、ならびに膵β細胞不全を起こすメカニズムについて、遺伝子組換えマウスを用いて解明してきた。また、同様に日本人特有の2型糖尿病感受性遺伝子として報告されているEIF2AK4遺伝子についても、欠損マウスを用いて糖尿病発症機序を明らかにしている。しかしながら、マウスでの研究成果がヒトにも当てはまるかどうかは明らかではない。そこで、ヒトiPS細胞を分化誘導することによって、ヒト膵β細胞においても同様の現象が起こるかどうかについて検討を行った。まず、ヒトiPS細胞(FF201B7細胞)を用いて、膵β細胞への分化誘導実験を行った。分化誘導法については、既報を参考にしつつ、いくつかの論文を合わせることによって、オリジナルの方法を採用した。膵芽以降については、浮遊培養にて培養を行い、凝集した状態で分化誘導を進めた。内胚葉、原始腸管、膵芽への分化誘導を、HNF1α、PDX1、NKX6.1などの分化マーカーにて確認した。さらに、内分泌細胞への分化マーカーであるNGN3の発現が認められた。同時にグルカゴンの発現も免疫染色、リアルタイムPCRにて確認されたが、インスリンの発現については確認されなかった。また、現在代表者が保有しているヒトiPS細胞11クローンのうち、8クローンでKCNQ1遺伝子におけるリスクアリルが確認された。うち1つは、リスクアリルをホモで保有するクローンであった。今後は、これらのリスクの有無が分化誘導した膵β細胞のviabilityに影響するかどうかを検討する予定である。初年度でインスリン陽性細胞への分化誘導法を確立しておく予定であったが、グルカゴン陽性細胞は確認できたものの、インスリン陽性には至らなかった。また、分化条件が一定していないのか、実験ごとに分化誘導の結果が変動するため、今後は実験条件について再度検討する必要がある。

既報(Toyoda et al. Stem Cell Research, 2015)をもとに、ヒトiPS細胞からインスリン陽性細胞への分化を試みた。iPS細胞の分化誘導実験を行った。各種試薬を加えて培養することによって、Neurogenin3の発現が確認され、MAFAやMAFBも認められるに至った。この時点において、膵内分泌細胞まで分化誘導されていると考えられたため、InsulinおよびGlucagonの免疫染色ならびに定量PCRを行ったところ、Glucagonの有意な発現が確認された。しかしながら、Insulinの免疫染色では非特異的な反応が認められたことから、膵β細胞への分化誘導に成功したとは言えず、今後もプロトコールを調整していく必要がある。十分に進展させることができなかった原因としては、複数の細胞株を同時に分化誘導させるうえで、それぞれの株において誘導効率や条件も異なっていることが実験中に明らかになってきた。既報の方法そのままでは十分な分化誘導が得られず、我々自身のオリジナルメソッドを検討しているところだが、株による違いもあることから、難渋しているところである。実験条件を一定にしたうえで、インスリン陽性細胞を安定して得られることが2年目の第一目標である。そのうえで、KCNQ1遺伝子およびEIF2AK4遺伝子のリスクアリル別の膵β細胞viabilityを評価したい。2年目中には、ゲノム編集によるSNPの塩基置換を行いたい。まず、最も分化誘導効率の良い細胞株に集中し、その細胞株において再現性高くインスリン陽性が確認されることを目指す。そのうえで、ゲノム編集によるインスリン発現変化を確認することを最優先とする。複数の株を扱うと、時間および経済的にも非効率的であり、そのような方針で臨むこととした。
半導体波長変換デバイスの電流注入による高機能化の研究

光学的非線形性を有する半導体材料を用いたレーザー光波長変換デバイスの高性能化に取り組んだ。周期空間反転GaAs/AlGaAsを用いた疑似位相整合(QPM)導波路素子の高効率化へ向けて,素子作製条件の最適化をおこなって伝搬損失の低減を図り,これまでで最小の伝搬損失(1.3 dB/cm @ 1.55 um)を実現した。電流注入AlGaAsQPM素子について初めてシミュレーションをおこない,現実的な電流注入条件の下で正味の利得が実現できること,その結果,極めて高い変換効率が達成可能であることを明らかにした。周期反転GaAs pn接合素子を初めて作製し,その電気特性,光学特性の評価をおこなった。副格子交換エピタキシーと周期エッチング,冊E再成長技術を用いて作製した周期空間反転GaAs/AlGaAs導波路に対して,精密X線回折,TEM,SEM,カソードルミネッセンス(CL)などを用いて,その結晶性などを評価した。その結果,III族原子のGaAs(100)面上の異方性拡散に起因して組成変調が生じていることを初めて明らかにした。また,この組成変調と成長レート変調はともにMBE再成長時の基板温度の低下によって低減できることを見いだした。一方,低温再成長をおこなうと,Asアンチサイトと考えられる点欠陥密度が上昇すること,同時に{111}A面上の双晶面欠陥が大量に発生することも見いだした。面欠陥は成長温度が低いほど,また,AlGaAsのAl組成が高いほど発生しやすい。2.低温MBE再成長の効果の検証3つの再成長温度(530°C,430°Cand 350°C)で作製した周期反転GaAs/AlGaAs導波路についで比較した結果,低温成長によってレート変調による段差と組成変調は低減できるものの,380°Cでの再成長温度では欠陥密度が高くなってしまうことがわかった。現状では,430°C近辺が最適成長条件となっているものと考えられる。3.電流注入によるゲイン等のシミュレーションAlGaAsダブルヘテロ構造導波路型パラメトリックデバイスにおける1.5μm帯波長変換に対する電流注入の効果をシミュレーションによって見積もった。その結果,バンド端発光性再結合による利得が長波長側の自由キャリア吸収による損失の総計を容易に上回ることが確認できた。これによって,電流注入ゲインが波長変換デバイスの性能を実際に向上させられるとの見通しが得られた。4.高屈折率差複屈折位相整合波長変換を目指した扁平AlGaAs/Alox導波路デバイス扁平AlGaAs/Alox導波路を作製し,波長1.5μm帯SHG実験をおこない,複屈折位相整合が達成できることを初めて実験的に実証した。また,TEM観察によって,このAlGaAsコアには欠陥が存在しないことを確認した。周期空間反転GaAs(100)基板上のGaAs/AlGaAsMBE再成長時に形成される段差を低減することを目的として,AsソースとしてバルブドクラッカーセルをMBE装置に導入し,As2ソースによるGaAs MBE再成長の実験に取り組んだ。通常のKセルのAs4ソースを用いた場合と比較して,同じ基板温度でもGaの拡散長が減少して段差が小さくなることが確認できた。これは,高い結晶性を保ちつつ,段差を低減することが可能であることを示唆している。また,As4ソースを用いたMBE再成長によって,再成長時の基板温度を変えてGaAs/AlGaAsQPM DFG素子を作製し,波長1.06 um,1.55 um,3.4 umにおける伝搬損失を測定した。波長1.55 umにおける伝搬損失は界面段差とクラッド層の組成変調による散乱が原因であること,これらは基板温度460°Cで最小となることを見いだした。この最適条件で作製した導波路において,波長1.06 umの伝搬損失はUrbachテールによる吸収と段差・組成変調による散乱が,3.4 umにおける伝搬損失は段差に起因するモードリークが最大の原因であることを突き止めた。3.4 um発生DFGデバイス(素子長5.1 mm)で規格化変換効率として3.9 %/Wが得られた。これはこれまでに得られた最大の変換効率であり,また,伝搬損失を考慮した理論値とも良く一致している。周期空間反転GaAsと一様反転GaAsについてpn接合ダイオードを初めて作製し,その電気特性,光学特性の評価をおこなった。一様反転GaAsは一様非反転GaAsとほぼ同様の電圧・電流特性を示し,光学利得が得られる。一方,周期空間反転GaAsは正常な整流特性が示さず,光学利得も得られなかった。反転・非反転ドメイン境界がなんらかの理由で電流パスになってしまっているものと推察される。副格子交換エピタキシーと周期エッチング,MBE再成長技術を用いて作製した周期空間反転GaAs/AlGaAs

導波路に対して精密X線回折,TEM,SEM,カソードルミネッセンス(CL)などの手法を用いてその結晶性と欠陥について詳細にに調べた。また,AFMによる表面段差評価,CLによる組成変調評価,ファブリ・ペロー法による波長1.55 um帯の伝搬損失測定,波長1.064 umのポンプ光と波長1.55 um帯のシグナル光の差周波発生(DFG)による波長3.4 um帯アイドラ光発生効率の測定をおこなった。4つの異なる基板温度(530°C, 460°C, 430°C, 400°C)で導波路を作製して比較をおこなった結果,伝搬損失は成長温度460°Cで最小となることが明らかとなった。成長温度の低下とともに表面段差と組成変調は小さくなるが,430°C以下では結晶欠陥((111)A面上の双晶欠陥)が発生し結晶性が低下することがこの結果に結びついていると考えられる。成長温度460°Cのデバイスで得られた伝搬損失1.3 dB/cmはこれまでの周期空間反転GaAs/AlGaAs導波路の伝搬損失として最小である。また,基板温度460°Cで作製したデバイス長5.1 mmのQPM-DFGデバイスにおいて,DFG効率19 %/Wが得られた。これは理論予測の値とほぼ一致しており,また,これまでで最大の規格化変換効率である。一方,電流注入によるゲインとその波長変換特性への影響についてのシミュレーションを進め,具体的なデバイス構造をモデル化して計算した結果,概ね妥当な電流注入条件下で変換効率の向上が期待できることがわかった。上記の線形損失低減の実験結果とあわせて,電流注入波長変換デバイスの妥当性が示せたものと考えてている。当初の計画で今年度中におこなう予定であった結晶欠陥の評価について,概ね計画通りに進めることができ,十分な成果が得られた。反転構造のないデバイスでの2光子吸収損傷の評価は実施することができなかったが,当初の予定よりも先行して電流注入ゲイン実現へ向けたシミュレーションとドーピングの実験をおこなっており,目的達成へ向けて順調に進展しているといえる。25年度が最終年度であるため、記入しない。線形損失低減に関して予想以上の進展があった。しかしながら,周期空間反転導波路へのPN構造導入の実験が多少遅れており,キャリア注入に実験にはまだ着手できていない。シミュレーションについては概ね順調に進展している。欠陥密度の低減へ向けて,Asソース変更とMEEの導入を検討している。これによって欠陥密度の低減と成長レート変調の問題を同時に解決したい。また,実際に電流注入可能なデバイスの作成にも取り組む必要がある。線形損失低減をさらに推し進めて究極的にどこまで線形ロスを抑えられるかを抑えるのは極めて重要である。また,PN接合周期空間反転導波路の作製を急ぎ,キャリア注入によるゲイン導入とその波長変換特性への影響について実験的に検討する必要がある。
電気光学効果を用いた液体誘電体中の電界分布の瞬時測定に関する研究

本研究によって明らかになった内容は以下のとおりである。1.われわれが開発した電界ベクトル分布再構成を用いることによって、非対称不平等電界ベクトル分布の測定が可能であることを示した。2.1方向について2回測定する必要があったが、無偏光ビームスプリッタを用いた2ビーム法によって1回で測定できる測定システムの確立を検討した。3.6方向からの測定は方向数を減らしておこなうことを考えた。測定方向数が電界分布再構成に与える影響をコンピュータシミュレーションし、3方向からでも測定が可能であることを示した。4.3方向より光が入射できる6面セルを作成し、実験的に3方向からの測定で電界ベクトル分布の再構成が可能であることを示した。5.3方向×2設定分の光強度を測定できる測定システムを構成した。3方向同時測定システムと名付けられた本測定システムは昨年度までの研究成果を考慮して、2ビーム法を組み合わせた測定系を3つ組み合わせたものであるが、光学系のセッティングにはかなり時間と技術を要する。6.3方向同時測定システムを用いて測定が行われた。得られた電界分布は理論値と比較された。電界分布を得るための測定時間は100ms程度となり、1回のパルス印加で電界分布を再構成するためのデータを得るという当初の目的を達成できた。7.本研究により開発した測定系は同期回路を改良をすることによって、40ms間隔でデータを得ることができるため、電界分布の連続測定が可能であり、現在、測定中である。平成11年度の研究内容は以下のとおりである。1)われわれが開発した電界ベクトル分布再構成を用いることによって、非対称不平等電界ベクトル分布の測定が可能であることを示した。2)1方向について2回測定する必要があったが、無偏光ビームスプリッタを用いた2ビーム法によって1回で測定できる測定システムの確立を検討した。3)従来測定を行ってきた6方向からの測定を3方向に減らし同時測定を考えているが、方向数減少による誤差についてコンピュータシミュレーションをおこない、3方向からでも測定が可能であることを示した。4)3方向より光が入射できる6面セルを作成し、実験的に3方向からの測定で電界ベクトル分布の再構成が可能であることを示した。これにより、2ビーム法をこの測定系に組み合わせることによって、瞬時測定を行うことができる可能性を示したことになる。
非コンパクトリイ群の作用する多様体の研究

1.(2p+2q-1)次元球面及び(p+q-1)次元複素射影空間上の非コンパクトリイ群SU(p,q)の可微分作用で,極大コンパクト群S(U(p)×U(q))へ制限したものが標準的であるものを同変微分同相類で分類することを考え,幾つかの結果を得た.定理1 (2p+2q-1)次元球面上の上記SU(p,q)作用で3本の軌道をもつものは非加算無限個存在する.これらの作用から自然に(p+q-1)次元複素射影空間上の作用が構成出来るが,構成した作用は全て同一な作用である.定理2 (p+q-1)次元複素射影空間上の上記SU(p,q)作用の同変微分同相類全体の集合とある4つの条件を満たす可微分関数g:P_1(R)→R,h_i:U_i→R(U_1∪U_2=P_1(R))の組の集合(g,h_i)(I=1,2)の同値類とは1対1に対応する.系3軌道の数は同じ3本であるが作用として異なるものが少なくとも2つ存在する.2.(2m+2n-1)次元球面上の非コンパクトリイ群G=SL(m,C)×SL(n,C)の可微分作用で,極大コンパクト群K=SU(m)×SU(n)へ制限したものが標準的であるものの分類を行った.定理4 (2m+2n-1)次元球面上の上記SL(m,C)×SL(n,C)作用で3本の軌道をもつものは非加算無限個存在する.上記G作用Φが与えられているとき,Gのある部分群M(MはR^2に同型)のF(⊂S^<2m+2n-1>F上の作用が導かれる.それをΦ_Mと定める.定理5上記G作用Φ,Φ'がある.このとき,次が成り立つ.系6任意の奇数pに対して,軌道の個数がp本であるような作用が各pに対してそれぞれ無限個存在する.1.(2p+2q-1)次元球面及び(p+q-1)次元複素射影空間上の非コンパクトリイ群SU(p,q)の可微分作用で,極大コンパクト群S(U(p)×U(q))へ制限したものが標準的であるものを同変微分同相類で分類することを考え,幾つかの結果を得た.定理1 (2p+2q-1)次元球面上の上記SU(p,q)作用で3本の軌道をもつものは非加算無限個存在する.これらの作用から自然に(p+q-1)次元複素射影空間上の作用が構成出来るが,構成した作用は全て同一な作用である.定理2 (p+q-1)次元複素射影空間上の上記SU(p,q)作用の同変微分同相類全体の集合とある4つの条件を満たす可微分関数g:P_1(R)→R,h_i:U_i→R(U_1∪U_2=P_1(R))の組の集合(g,h_i)(I=1,2)の同値類とは1対1に対応する.系3軌道の数は同じ3本であるが作用として異なるものが少なくとも2つ存在する.2.(2m+2n-1)次元球面上の非コンパクトリイ群G=SL(m,C)×SL(n,C)の可微分作用で,極大コンパクト群K=SU(m)×SU(n)へ制限したものが標準的であるものの分類を行った.定理4 (2m+2n-1)次元球面上の上記SL(m,C)×SL(n,C)作用で3本の軌道をもつものは非加算無限個存在する.上記G作用Φが与えられているとき,Gのある部分群M(MはR^2に同型)のF(⊂S^<2m+2n-1>F上の作用が導かれる.それをΦ_Mと定める.定理5上記G作用Φ,Φ'がある.このとき,次が成り立つ.系6任意の奇数pに対して,軌道の個数がp本であるような作用が各pに対してそれぞれ無限個存在する.(2p+2q-1)次元球面及び(p+q-1)次元複素射影空間上の非コンノペクトリイ群SU(p, q)の可微分作用で,極大コンパクト群S(U(p)×U(q))へ制限したものが標準的であるものの分類は,前年度に既に終わっている.今年度はその作用をより詳しく同変微分同相類で分類することを行った.(p, q共に3以上の整数とする.)定理1 (2p+2q-1)次元球面上の上記SU(p, q)作用は非加算無限個存在する.これはtwisted linear作用を具体的に構成することにより示せる.しかし,(p+q-1)次元複素射影空間上の場合は球面の場合とは異なりそのような作用を構成することが出来ない.可微分関数g : P_1(R)→Rと2つの可微分関数h_i : U_i→Rで,ある4つの条件を満たすものの組(g, h_i)全体の集合のある同値類を考える.ここで,U_iはP_1(R)の部分集合でU_1∪U_2=P_1(R)であるものとする.定理2 (p+q-

1)次元複素射影空間上の上記SU(p, q)作用の同変微分同相類全体の集合と上の集合(g, h_i)(i=1,2)の同値類とは1対1に対応する.この定理を用いて,作用の軌道の個数を与えておき,作用に対応する組(g, h_i)で異なるものがどれくらい存在するかを調べた.定理3軌道の数は同じ3本であるが作用として異なるものが少くとも2つ存在する.今年度は(2p+2q-1)次元球面上の非コンパクトリイ群G=SL(m,C)×SL(n,C)の可微分作用で,極大コンパクト群K=SU(m)×SU(n)へ制限したものが標準的であるものの分類を行った.(m, n共に4以上の整数とする.)twisted linear作用を具体的に構成することにより定理1 (2p+2q-1)次元球面上の上記SL(m,C)×SL(n,C)作用は非加算無限個存在する.これらtwisted linear作用の軌道はいずれも3本である.我々は更に,より一般的な作用の構成法を確立した.その方法は次の通りである.上記G作用Φが与えられているとき,F={ue_1+ve_<m+1>}⊂S^<2m+2n-1>⊂C^<m+n>とおく.Fは3次元球面である.このときGのある部分群M(MはR^2に同型)で,作用ΦをMへ制限したものはF上の可微分作用となるようなものが存在する.このF上のM作用をΦ_Mと定める.定理2上記G作用Φ,Φ'がある.このとき,次が成り立つ.Φ=Φ'⇔Φ_M=Φ'_Mこの定理により,F上のΦ_M作用を詳しく調べれば良い.これは2つの1係数部分群の変換であるので,ある条件を満たすベクトル場を構成することによりF上のΦ_M作用が構成できることが分かった.その条件を詳しく調べることにより,次の様な例が構成できる.定理3任意の奇数pに対して,軌道の数がp本であるような作用が各pに対してそれぞれ無限個存在する.
計算機による身体言語理解に関する基礎研究

身体の3次元形態記述に基づいて機械に身体言語を理解させることを目的とする3つの基礎研究を行った。1.2次元像からの3次元人体形態の再構成人が視覚的に身体言語を読み取る機能を計算機上に実現することを目標とし、2次元人体像から身体の3次元形態を再構成する手法を開発した。まず人体形態を決定するのに重要な関節位置を設定し、これより人体の3次元仮想骨格モデルを定義した。2次元画像からは対話的にこの関節位置を抽出して原データとした。次に、身体骨格の接続情報、日本人の平均骨格サイズ、関節可動域に関する知識に基づいて原データから3次元骨格モデルの可能なパラメータを推定する再構成アルゴリズムを導出した。一般に原データから生成される3次元再構成形態は複数個存在するため、現段階では対話方式で適切な形態を指定する必要がある。2.計算機による身体形態のコーディングと意味論的冗長性の除去手の形態を表現できるコード系を開発した。まず視覚的に識別可能な手の形態を表現できるコードを導いた。これは指番号、13の形態コード、3個の補助記号より成る。これによるコーディング結果には身体言語的な冗長性が含まれているので、その性質を調べいくつかの法則を得た。次に、以上の結果を基に手の3次元形態からそのコードを求めるプログラムを作成し、これに上記の冗長性を除去する手法を付加した。3.計算機上での身体言語辞書の試作2.で得たコードを用いて計算機上に身体言語辞書を試作した。この辞書は単に研究用にとどまらず、身体言語と自然言語相互間の翻訳、異文化間の身体言語の翻訳、手話の翻訳と生成、機械への身振り入力の実現などの基礎となる。手の形態、コード、身体言語的意味、形態のグラフィック表現の間で検索が可能である。
維管束細胞間相互作用の研究

1.シロイヌナズナ突然変異体を用いた解析:維管束の連続性が異常になるシロイヌナズナ突然変異体の原因遺伝子の内、VAN3、VAN4遺伝子を同定した。VAN3はsmall Gタンパク質の活性調節に関連する因子とよく似た配列を持ち、VAN4は未知のタンパク質をコードしていた。また、VAN4の発現を調べたところ、維管束に強く発現することが明らかとなった。2.ヒャクニチソウ葉肉細胞からの管状要素分化系を用いた解析:(1)ファイトスルフォカイン(PSK);管状要素分化誘導因子であるPSKの遺伝子をヒャクニチソウから単離し、その遺伝子発現を調べたところ、傷害により分化初期に誘導されることが分かった。また、その合成阻害剤を用いた解析から、PSKは木部細胞分化初期の進行に機能することが明らかとなった。(2)細胞外分泌分化関連因子;新たな細胞間相互作用関連因子を単離するために、昨年度作成した、培地成分に対するファージディスプレイサブトラクション法により作成された抗体ライブラリーから抗体提示率の高いファージをスクリーニングした。それらの抗体を用いて組織染色したところ、維管束の異なる細胞のアポプラストを認識した。(3)ザイロジェン;管状要素分化の促進因子、ザイロジェンの遺伝子単離に成功した。そのホモログと予想されるシロイヌナズナ遺伝子のノックアウトラインを手に入れた。3.篩部制御遺伝子の単離と機能解析:未成熟な篩部特異的発現を示すHD-Zip型のホメオボックス遺伝子ZeHB3を単離し、ZeHB3のシロイヌナズナでのDEX誘導型過剰発現体を用いてジーンチップ解析を行い、ZeHB3により再現性よく誘導される数種の遺伝子を単離した。これらの遺伝子の多くは篩部で特異的に発現していた。したがって、これらの遺伝子は、ZeHB3タイプのホメオボックスの下流にある遺伝子である可能性が示された。1.シロイヌナズナ突然変異体を用いた解析:マッピングベースのクローニングを行い、van突然変異体のうち2つの変異遺伝子の候補を見いだした。2.ヒャクニチソウ葉肉細胞からの管状要素分化系を用いた解析:(1)ファイトスルフォカイン(PSK);管状要素分化誘導因子であるPSKの遺伝子をヒャクニチソウから単離し、その遺伝子産物の局在をGFPとの融合遺伝子により調べたところ、ゴルジ体に存在することが明らかになった。(2)ブラシノステロイド;ブラシノステロイド合成の鍵酵素遺伝子CPDとDWF4のヒャクニチソウでのin situ hybrudizationを行った。比較的広い範囲での発現が見られた。(3)細胞外分泌分化関連因子;新たな細胞間相互作用関連因子を単離するために、培地成分に対するファージディスプレイサブトラクション法による抗体ライブラリー作成を行った。その結果、多種のクローンを含むライブラリーの作成に成功した。3.篩部制御遺伝子の単離と機能解析:維管束は木部と篩部のバランスの取れた形成により、機能的なユニットとなる。そこで、未成熟な篩部特異的発現を示すHD-Zip型のホメオボックス遺伝子ZeHB3を単離し、ZeHB3のシロイヌナズナでのDEX誘導型過剰発現体を用いてジーンチップ解析を行い、ZeHB3により再現性よく誘導される数種の遺伝子を単離した。したがって、これらの遺伝子は、ZeHB3タイプのホメオボツクスの下流にある遺伝子である可能性が示された。

1.シロイヌナズナ突然変異体を用いた解析:維管束の連続性が異常になるシロイヌナズナ突然変異体(van1-van7)の原因遺伝子の内、VAN3、MAN4遺伝子を同定した。VAN3はsmall Gタンパク質の活性調節に関連する因子とよく似た配列を持ち、VAN4は未知のタンパク質をコードしていた。また、VAN1、VAN5の精密マッピングを行い、まもなく遺伝子の候補が決定されるところまでに至った。VAN4の発現を調べたところ、維管束に強く発現することが明らかとなった。2.ヒャクニチソウ葉肉細胞からの管状要素分化系を用いた解析:(1)ファイトスルフォカイン(PSK);管状要素分化誘導因子であるPSKの遺伝子発現を調べたところ、傷害により分化初期に誘導されることが分かった。また、その合成阻害剤を用いた解析から、PSKは木部細胞分化初期の進行に機能することが明らかとなった。(2)細胞外分泌分化関連因子;新たな細胞間相互作用関連因子を単離するために、昨年度作成した、培地成分に対するファージディスプレイサブトラクション法により作成された抗体ライブラリーから抗体提示率の高いファージをスクリーニングした。それらの抗体を用いて組織染色したところ、維管束の異なる細胞のアポプラストを認識した。(3)ザイロジェン;管状要素分化の促進因子、ザイロジェンの遺伝子単離に成功した。そのホモログと予想されるシロイヌナズナ遺伝子のノックアウトラインを手に入れた。
沖縄本島沿岸における赤土粒子の運搬・拡散機構に関する堆積学的研究

本研究最終年度平成5年度は、沖縄本島西海岸における流出様式の観測と、赤土の現場沈降速度の測定実験を行った。沖縄本島西海岸における観測では思納村万座毛沿岸海域や、屋嘉田潟原干潟域を選んで観測をした。思納村万座毛沿岸海域では、大雨の季節の大雨後、赤土フロントがどのような流出パターンを示し、河口から沖合いまで最大何m流出するのかを観測した。そして底質中の赤土の量を化学分析などで分析し、どのような流出パターンを示すのかを、懸濁物としての流出様式と比較した。その結果、赤土フロント域で集中的な堆積があるが、これをあふれて、外海へとチャンネルを廻るように流出していく。その後、う回し、またリ-フ内に流入するというパターンは否定され、リ-フ内に見られる細粒のものは流出した赤土ではなく、リ-フ内で形成されていると思われる炭酸塩質のものであることが解った。赤土の現場沈降速度の測定実験では、海水の塩分濃度を色々と変え、赤土粒子がフロキュレーションにより、どのように沈降速度が変化するかを調べた。その結果、塩分濃度が高くなる度フロキュレーションにより、大粒子化するたの沈降速度が早まることが解った。研究初年度は、沖縄本島本海岸における研究を行った。沖縄本島東海岸において、赤土粒子が、サンゴ礁に流出、拡散しているモデル環境となっている場所として、億首川河口域のサンゴ礁域を選んだ。ここで、保留系を設置して、サンゴ礁にどのように流出赤土がフラックスしていくのかを調ベた。係留系には、濁度計とセジメントトラップをペアにして、表層付近と底層付近に係留した。同時に底層付近では、流速計を係留した。水深計も係留し、潮位変化も観測した。次の係留実験として、流速計とトラップの層序が採集出来るような、チューブ型のセジメントトラップを係留した。この係留は、台風の多い夏の数ケ月間行う予定であったが、第1回目の台風の襲来で、切り離し装置が誤作動し、浮上してしまったため、実験を中断したが、台風の巻き上げ作用で形成された層序をトラップとして採集することには成功した。雨の影響,潮流,波や風によって堆積作用がどのように変化していくのかが、保留実験で、把握出来た。そして、サンゴの生育条件にとって危険となるような、濁度や、フラックス量がどのようなものであるかも把握することが出来た。濁度の状態からフラックス量を見積るためには、今後、現場粒子の沈降速度を直接測定する必要性があることが解った。台風の通過により、底層で約50cm/secの流速が記録された。そして、この台風の巻き上げによる砂の層をトラップとして採集した。台風によるフラックス量は、平穏時のフラックス量の50倍以上であることが解り、流出赤土は、台風により、再懸濁され、相当量が、再移動、拡散していくことが解った。沖縄本島西海岸における観測では、恩納村万座毛沿岸海域や、屋嘉田潟原干潟域を選んで観測をした。恩納村万座毛沿岸海域では、大雨の季節の大雨後、赤土フロントがどのような流出パターンを示し、河口から沖合いまで最大何m流出するのかを観測した。そして、底質中の赤土の量を化学分析などで分析し、どのような流出パターンを示すのかを懸濁物としての流出様式と比較した。その結果、赤土フロント域で集中的な堆積があるが、これをあふれて、外海へとチャンネルを通るように流出していく。その後、う回し、またリーフ内に流入するというパターンは否定され、リーフ内に見られる細粒のものは、流出した赤土ではなく、リーフ内で生成されていると思われる炭酸塩質のものであることが解った。
ダブルデッカー型発光性白金（ＩＩ）錯体フレームワークの構築とクロミック応答性

本研究では、高機能集積発光性白金錯体の実現のため、従来の積層による金属間の直接的な電子的相互作用のみならず、配位子を介する相互作用も可能なダブルデッカー型発光性白金(II)錯体フレームワークの構築を目指して研究を行った。昨年度、2つの独立した非局在6π電子系を包含する興味深いツビッターイオン型配位子を用いて、白金単核および複核錯体の段階的合成に成功した。さらに、この段階的合成を利用することにより、異種金属イオンの導入が可能となり、白金ーパラジウムのヘテロ二核錯体を得ることにも成功した。白金単核錯体、白金ー白金複核錯体、白金ーパラジウム複核錯体は、それぞれ、黄色、赤色、黄緑色と、錯体の電子状態を反映したカラフルな色を呈した。さらに、ニッケル(II)錯体、[Ni(HLMe)2] (H2LMe = 4-methylamino-6-methyliminio-3-oxocyclohexa-1,4dien-1-olate)の合成にも成功し、結晶状態でメタノール蒸気に選択的に応答して紫色ー橙色の著しい色変化(ベイポクロミズム)を示すことを見出だした。興味深いことに、色変化はメタノール蒸気に対してのみ起こり、エタノール蒸気では全く色変化しないし、他の揮発性有機物(アセトン、クロロホルム、ベンゼンなど)にも無反応である。X線構造解析、磁性測定等により、メタノール蒸気がニッケル錯体の軸位に可逆的に配位することにより、ニッケルイオンのスピン状態を低スピンー高スピン間で変化させることが明らかとなった。色変化は、ニッケルイオンのスピン状態変化がキノノイド配位子の電子状態にわずかな影響を与えた結果であり、色、結晶構造、スピン状態が連動した系として興味深い。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、集積発光性白金錯体の高機能化を目指し、従来系で特徴とする積層による金属間の直接的な電子的相互作用に加えて、配位子を介する相互作用も可能なダブルデッカー型発光性白金(II)錯体フレームワークの構築を目指している。この目的のために、ベンゾキノンジイミン誘導体等、ノンイノセント型共役系架橋配位子として機能するキノノイド型配位子を用いて白金複核錯体を連結した新規系の構築を試みる。これにより、光誘起レドックス応答能や外部刺激としての蒸気分子との相互作用による電荷移動相互作用が期待でき、特に、電子受容性芳香族分子に対して鋭敏なクロミック応答性を示すことが期待される。平成26年度は、研究分担者である特別研究員の研究従事期間が5か月間であり、種々の準備やトライアルに時間を要したが、その中で、2つの独立した非局在6π電子系を包含する興味深いツビッターイオン型配位子を用いて、新規ジイミン白金(II)錯体の合成に成功した。構造解析の結果、単核錯体であることが明らかになったが、結晶中では2つの錯体ユニットが短い白金間距離(3.45 Å)で集積した二量体を形成していることが見いだされた。この錯体を出発錯体として、今後、ツビッターイオンにより架橋された二量体を構築し、さらに二量体を架橋配位子により積層させたダブルデッカー型錯体の構築に取り組む。本研究では、高機能集積発光性白金錯体の実現のため、従来の積層による金属間の直接的な電子的相互作用のみならず、配位子を介する相互作用も可能なダブルデッカー型発光性白金(II)錯体フレームワークの構築を目指している。平成27年度は、2つの独立した非局在6π電子系を包含する興味深いツビッターイオン型配位子を用いて、白金単核および複核錯体の段階的合成に成功した。単結晶X線構造解析の結果、興味深いことに、単核錯体は水素結合により二量化し、さらに二量体が積層したダブルデッカー型構造をとっていることが明らかとなった。また、配位子で架橋された二種の複核錯体は、同形構造で、結晶中ではやはりダブルデッカー型構造を単位として積層していることが見いだされた。一方、溶液(ジクロロメタン)中では、白金単核錯体、白金ー白金複核錯体、白金ーパラジウム複核錯体は、それぞれ、黄色、赤色、黄緑色と、錯体の電子状態を反映したカラフルな色を呈した。可視吸収スペクトルおよび密度汎関数計算(DFT, TD-DFT)に基づき、それぞれの錯体の電子状態を明らかにした。複核錯体においては、架橋配位子内(ππ*)および金属ー配位子電荷移動(MLCT)に関わる特徴的な吸収帯が波長側に出現し、より非局在化した6π電子系を形成することが明らかとなった。ダブルデッカー型発光性白金(II)錯体フレームワークの構築のために、当初の計画では、架橋配位子を用いた積層構造をデザインし、種々の架橋配位子(ピリジンチオラート、酢酸イオンなど)を用いて合成を試みた。しかし、この方法ではダブルデッカー型錯体を得ることが困難であった。結晶の単離に成功したのは、単核、複核錯体であったが、X線結晶構造解析により、これらは水素結合、ππ相互作用、および白金間相互作用などの分子間相互作用により、ダブルデッカー型構造をとりうることが見いだされた。

また、段階的合成を利用することにより、当初想定していなかったヘテロ二核錯体を得ることに成功した。ヘテロ二核錯体は、この種のキノノイド型配位子を含む錯体において、初めての合成例であり、ノンイノセントヘテロ複核錯体として、その電子状態には大いに興味がもたれる。実際、白金二核錯体と白金ーパラジウムヘテロ二核錯体では可視領域に現れる配位子内遷移エネルギーに明瞭な違いが表れ、電子遷移における金属イオン軌道の寄与の重要性が示唆される。本研究では、高機能集積発光性白金錯体の実現のため、従来の積層による金属間の直接的な電子的相互作用のみならず、配位子を介する相互作用も可能なダブルデッカー型発光性白金(II)錯体フレームワークの構築を目指して研究を行った。昨年度、2つの独立した非局在6π電子系を包含する興味深いツビッターイオン型配位子を用いて、白金単核および複核錯体の段階的合成に成功した。さらに、この段階的合成を利用することにより、異種金属イオンの導入が可能となり、白金ーパラジウムのヘテロ二核錯体を得ることにも成功した。白金単核錯体、白金ー白金複核錯体、白金ーパラジウム複核錯体は、それぞれ、黄色、赤色、黄緑色と、錯体の電子状態を反映したカラフルな色を呈した。さらに、ニッケル(II)錯体、[Ni(HLMe)2] (H2LMe = 4-methylamino-6-methyliminio-3-oxocyclohexa-1,4dien-1-olate)の合成にも成功し、結晶状態でメタノール蒸気に選択的に応答して紫色ー橙色の著しい色変化(ベイポクロミズム)を示すことを見出だした。興味深いことに、色変化はメタノール蒸気に対してのみ起こり、エタノール蒸気では全く色変化しないし、他の揮発性有機物(アセトン、クロロホルム、ベンゼンなど)にも無反応である。X線構造解析、磁性測定等により、メタノール蒸気がニッケル錯体の軸位に可逆的に配位することにより、ニッケルイオンのスピン状態を低スピンー高スピン間で変化させることが明らかとなった。色変化は、ニッケルイオンのスピン状態変化がキノノイド配位子の電子状態にわずかな影響を与えた結果であり、色、結晶構造、スピン状態が連動した系として興味深い。白金(II)イオンは、同族のパラジウム(II)イオンやニッケル(II)イオンに比べて、ツビッターイオン配位子に対する親和性は弱く、錯体合成に難航した。付属の配位子に安定なキレート配位子である2,2'-ビピリジンおよびその誘導体を用い、原料錯体より含まれる塩化物イオンは銀イオンを用いて引き抜くことにより白金(II)単核錯体の合成に成功した。しかし、架橋複核化、および、ダブルデッカー形成に関してはまだ模索段階にある。合成錯体のX線構造解析は必須であるが、試料の結晶性があまり良くないため、結晶化にも時間を要している。従来の系にとらわれずに、溶媒、対イオン等を幅広く探索することが必要である。上記のようにキノノイド型配位子を含む新規単核、複核白金錯体および白金ーパラジウムヘテロ二核錯体の合成に成功し、これらが異なる電子的性質を示すことを見出したので、今後は、結晶状態および溶液状態におけるこれらの錯体の電子状態を詳細に追及する。また、電気化学的な検討も行うことにより、レドックス特性を明らかにする。一方、キノノイド配位子の電子状態に影響を与える要素として、金属イオンの影響が大きいことが示唆されたので、その他の金属イオン(ニッケルイオン、亜鉛イオン等)の導入も検討する。これらの研究を推進することにより、キノノイド錯体に基づく新たなクロミック系を構築する。
血管内皮細胞の硬化と機能が連携する機構の解明

我々は炎症時に血管内皮細胞が硬くなることを明らかにしてきた。本研究では、この細胞の硬化が、細胞の機能制御にどのように関わるかを解析する。ここでは細胞の硬さと機能を制御する可能性がある転写共役分子YAPに着目し、YAPの阻害または活性化が細胞の硬さ、細胞骨格の編成、細胞間相互作用に及ぼす影響を解析し、同時に血管内皮細胞機能の障害(炎症、血液凝固の病的活性化)がどのようにして連動して誘導されるのかを解明する。さらに動脈硬化症および血栓症モデルマウスを用いてYAPの活性化と病変部の形成および硬さ変化を解析する。一連の研究によって、血管硬化を基盤にした血管病変の形成機構を明らかにする。
一次嗅覚神経回路における領域特異性決定の分子機構

発生期の特異的な神経回路網の形成は、脳の複雑な機能を支える基盤である。本研究は、特異的神経投射のモデル系である一次嗅覚神経回路において、領域に応じた嗅細胞の分化機構を明らかにすることを目的とした。本研究により、形態形成因子であるBMPファミリーの複数の分子が匂いの感知を行う嗅上皮において、特徴的な発現パターンを示すことが明らかとなった。特に、BMP7は転写因子Pax6と共に、大気中のCO2を感知する特殊な嗅細胞サブタイプCar2細胞において特異的発現を示した。レンチウイルスを用いた機能解析により、Pax6はCar2細胞のシグナル経路の確立に寄与することが明らかとなった。本研究は、特異的神経投射のモデル系である一次嗅覚神経回路において、軸索投射に先立ち、嗅上皮上での嗅細胞の位置情報がどのようにして決定・維持されるのかという分子機構の解明を目的とした。特に、発生初期から成体に至るまで、嗅上皮での領域特異的な発現が持続する形態形成因子BMPファミリーに着目し、嗅上皮の発生におけるBMPシグナルの機能解析を中心に研究を行った。本年度の研究により、マウス鼻窩から成体の嗅上皮に至るまで、BMP4が背内側(弱)から腹外側(強)に勾配を持って発現することを明らかとした。一方、BMP6は嗅上皮全体でモザイク状の発現を示し、BMP7は最も腹外側の一部の嗅細胞サブタイプにおいてのみ特異的に発現することを見出した。BMP7の発現する嗅上皮の最も腹外側の領域には、大気中のCO2を感知する特殊な嗅細胞サブタイプが存在することが、最近明らかとされている。BMP7は正にこのサブタイプの細胞でのみ特異的に発現し、嗅細胞サブタイプの分化に関与する可能性が考えられる。これらBMPのマウス嗅上皮における領域特異的発現は、BMPシグナルが嗅上皮の発生において、重要な役割を果たすことを強く示唆している。そこで、これら候補遺伝子の機能についてvivoで効率よく解析する為、申請者はレンチウイルスによる嗅上皮への遺伝子導入の系を立ち上げた。これまでに嗅細胞への遺伝子導入に成功しており、今後このウイルスの系を用いて研究を行う。本研究は、特異的神経投射のモデル系である一次嗅覚神経回路の形成過程において、嗅上皮内の位置に応じた嗅細胞の分化や神経回路形成がどのように制御されているのか?という分子機構の解明を目的とした。特に、昨年度までの研究から、嗅上皮の腹外側に存在する一部の嗅細胞サブタイプで、分泌因子BMP7や転写因子Pax6が発生初期から成体に至るまで特異的に発現することを見出しており、その機能解析を中心に研究を行った。嗅上皮の最も腹外側の領域には、大気中のCO 2を感知する特殊な嗅細胞サブタイプが存在するが、BMP7およびPax6はまさにこのCO 2感知細胞で特異的な発現を示した。そこで、レンチウイルスを用いてこれら遺伝子を通常の嗅細胞(BMP7やPax6は未発現)へ遺伝子導入し、その効果を検討した。BMP7の異所発現により、通常の嗅細胞特異的な遺伝子の抑制や、CO 2感知細胞特異的遺伝子の発現誘導などの顕著な効果は見られなかった。一方で、Pax6を通常の嗅細胞で異所発現させた場合、通常の嗅細胞で発現し、CO 2感知細胞では発現の見られないcAMPシグナル関連分子の発現が抑制された。しかしながら、Pax6の異所発現により、CO 2感知細胞特異的な遺伝子の発現誘導は見られなかった。これらの結果は、CO 2感知細胞の分化には、分化を促進させる正の制御因子と、通常の嗅細胞方向への分化を阻害する負の制御因子が関与しており、Pax6が後者として働いている可能性を強く示唆するものである。今後これら遺伝子の機能の詳細や、その下流で制御される因子の同定など解析を進めることにより、嗅上皮内の場所に応じた嗅細胞の分化を制御するメカニズムの全貌が明らかになるものと考える。