hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
日本人先天性ネフローゼ症候群発症機序の解明と蛋白尿改善物質の探索

NPHS1は、先天性ネフローゼ症候群の原因遺伝子の一つで、NPHS1遺伝子からネフリンという蛋白がつくられる。これは、糸球体上皮細胞が作るスリット膜(血液から尿へ大きな蛋白がもれないようにしている濾過装置)の構成分子と考えられている。日本人の先天性ネフローゼ症候群患者6人が両方のNPHS1遺伝子に異常を持ち、2人が片方の遺伝子異常を持っていた。8人中4人に同じ変異が、2人に別の同じ変異があった。今回みつかったすべての遺伝子変異をそれぞれ人工的に作り、細胞の中に入れて、異常なネフリン蛋白を作らせた。その蛋白は、遺伝子変異から予想される大きさであることをネフリン蛋白に対する抗体を使って確かめた。現在、それぞれの変異蛋白と細胞の中の各器官との位置関係の違いや変異蛋白の細胞死に関係する蛋白への影響や細胞の形に関係する蛋白への影響などを調べている。発見した日本人NPHS1遺伝子変異のうち、全てについて遺伝子変異を導入するためのプライマーを設計した。そのうち最も頻度の高かった2種類の遺伝子変異を有したpcDNA3.1の発現ベクターをQuikchange site-directed mutagenesis kitを使用して作成した。また、自験例のステロイド抵抗性ネフローゼ患者に対し、通常の免疫蛍光染色に加え、ネフリシポドシンNEPH1などのポドサイト関連蛋白の発現を調べた。通常の蛍光抗体法では有意な所見は認めなかったが、ポドシンの発現が全く認められず、ネフリン・NEPH1の発現の低下が認められた。以上の結果より、原因としてNPHS2遺伝子異常が考えられたため、変異の検索を行った結果、母親由来R168Cと父親由来R168Hの複合ヘテロ変異を認めた。これをサブクローニングを行って、確認した。InvitrogenよりNPHS2cDNAの入ったベクターを購入し、それを発現ベクターに挿入し、それぞれの遺伝子変異の入ったベクターをQuikchange site-directed mutagenesis kitを使用して作成した。また、本患児には頭蓋冠欠損に近い著明な頭蓋骨離開が存在しており、著明な頭蓋骨離開と本遺伝子異常の関係について検討するため、マウス胎仔からRNAを抽出し、RT-PCRを行った。この結果、今まで報告のなかった頭部にも発現していることが確かめられた。これらのベクターをHEK293細胞にトランスフェクトした。736番のGがTに変異し、246番アミノ酸がストップコドンに変化する変異の場合では、それより下流を認識する抗ネフリン抗体を使った免疫染色で陰性だったが、野生型の場合や2525番のCをdeletionさせたベクターをトランスフェクトした場合は染色された。このことから蛋白自体の発現はおこっていると考えられた。当初、細胞培養用の普通のカバーガラスの上に培養していたが、リジンとラミニンをコートしたカバーグラスの上で培養した.また、NPHS2遺伝子に母親由来R168Cと父親由来Rl68Hの複合ヘテロ変異をもつ自験例のステロイド抵抗性ネフローゼ患者に著明な頭蓋骨離開が存在していたことから、著明な頭蓋骨離開とNPHS2遺伝子異常の関係について検討した。マウス胎仔からRNAを抽出し、RT-PCRを行うことによって今まで報告のなかった頭部にもポドシンが発現していることが予想されていたが、抗マウスポドシン抗体による免疫染色も行ったところ、本抗体では、糸球体に特異的に発現が認められ、頭部にも発現がみとめられた。246番アミノ酸より上流を認識する抗体で、ウエスタンブロットを行い、遺伝子変異を導入したすべてのプラスミドが、想定される大きさの蛋白を発現していることを確認した。現在、細胞膜ゴルジ体粗面小胞体を標識するマーカーと共発現し、共焦点レーザー顕微鏡で位置関係のパターンの検討を行っている。また、遺伝子変異を導入した場合のAKTのリン酸化への影響やアクチンの変化などを調べた。
超楕円曲線を用いる公開鍵暗号系の高速化と安全性に関する研究

1.代数曲線暗号の中では、Cab曲線やSuperelliptic曲線などの超楕円曲線以外の方式は安全でないと明らかになった今では、超楕円曲線の高速実装を行った。特に64ビットプロセッサー上単精度計算で暗・復号化が可能な種数3超楕円曲線の因子群の演算を高速化するために、同程度の安全性を持つ楕円暗号に比べて、同様若しくは上回る暗号化と復号化の速度を実現した。具体的に、計算量が最少の高速算法を提案すると同時に、スカラ演算173マイクロセコンドの実装記録を実現した。2.楕円・超楕円暗号に対して、今までは特殊な曲線を除いて有効な攻撃が知られていないが、数年前提案されたWeil descent攻撃はその適用範囲と被害の解析が極めて困難とされている。ただ、極僅かな曲線しか攻撃されないと考えられていた。本研究では、Weil descent攻撃に対して、攻撃可能な曲線のクラスを完全な分類と密度解析を行い、楕円・超楕円暗号の安全性を明らかにしている。それによって楕円・超楕円暗号系に対するWeil descent攻撃の安全性解析という大きな課題の完全な解決が得られた。特に、このような弱い曲線が大量に存在する衝撃的な事実をはじめて突き止め、そのような曲線の判定法も示した。(1)高速加算アルゴリズムの開発超楕円暗号系において、最も安全性が高く実用的な低種数超楕円曲線の因子群の演算を高速化するために、chord-tangent法を拡張して、因子群演算の分類によって最適化したアルゴリズムを適用することによって、同程度の安全性を持つ楕円暗号に比べて、同様若しくは上回る暗号化と復号化の速度を実現した。(2)高速位数計算法の検討まずSchoofアルゴリズムの原点から出発して、Baby-Step-Giant-Stepアルゴリズムや,Hass-Witt行列を用いる方法、また最近開発された小標数有限体のヤコビ多様体の位数を計算するp進コホモロジー群を用いる方法を合わせて、有限体上の一般的な超楕円曲線のヤコビ多様体の有理点の位数を高速計算するアルゴリズムの開発を進めている。(3)安全性に関する検討Weildescent攻撃の適用条件と攻撃可能な曲線のクラスを解析した。具体的に、関数体が巡回ガロワ拡大体である曲線、例えばsuperellitpic curveに関して、Weil descent攻撃が構成可能な条件を解明し、さらに得られる関数体の種数の上下界を求めることで、安全な曲線のクラスを明らかにした。1.高速加算アルゴリズムの開発代数曲線暗号の中では、Cab曲線やSuperelliptic曲線などの超楕円曲線以外の方式は安全でないと明らかになった今では、超楕円曲線の高速実装はますます重要な意義を持つようになった。中では、特に64ビットプロセッサー上単精度計算で暗・復号化が可能な種数3超楕円曲線の因子群の演算を高速化するために、chord-tangent法を拡張して、因子群演算の分類によって最適化したアルゴリズムを適用することによって、同程度の安全性を持つ楕円暗号に比べて、同様若しくは上回る暗号化と復号化の速度を実現した。2.楕円・超楕円暗号系の安全性解析数年前、Freyにより示唆されたWeil descentを用いるWeil descent攻撃が提案された。最近、C.Diemにより、従来超楕円曲線より安全であると考えられたNon-hyperellipticな曲線に対する有効な攻撃法が提案された。しかしながら、これらの攻撃法の適用範囲と被害を解析することは極めて困難とされている。また、仮にこれらの攻撃が有効な場合においても、極僅かな曲線しか攻撃されないと考えられている。本研究では、特にWeil descent攻撃に対して、適用条件と攻撃可能な曲線のクラスを完全な分類と密度解析を行い、楕円・超楕円暗号の安全性を明らかにしている。具体的に、拡大体上に定義されている楕円曲線と種数2、3の超楕円曲線が誘導する射影曲線P^1の(2,2,...,2)被覆の完全分類を行い、Weil descentとDiemの攻撃に弱い曲線のクラスの方程式を示し、その同型類の数を示した。

特に、このような弱い曲線が大量に存在する衝撃的な事実をはじめて突き止め、そのような曲線の判定法も示した。1.代数曲線暗号の中では、Cab曲線やSuperelliptic曲線などの超楕円曲線以外の方式は安全でないと明らかになった今では、超楕円曲線の高速実装を行った。特に64ビットプロセッサー上単精度計算で暗・復号化が可能な種数3超楕円曲線の因子群の演算を高速化するために、同程度の安全性を持つ楕円暗号に比べて、同様若しくは上回る暗号化と復号化の速度を実現レた。具体的に、計算量が最少の高速算法を提案すると同時に、スカラ演算173マイクロセコンドの実装記録を実現した。2.楕円・超楕円暗号に対して、今までは特殊な曲線を除いて有効な攻撃が知られていないが、数年前提案されたWeil descent攻撃はその適用範囲と被害の解析が極めて困難とされている。ただ、極僅かな曲線しか攻撃されないと考えられていた。本研究では、Weil descent攻撃に対して、攻撃可能な曲線のクラスを完全な分類と密度解析を行い、楕円・超楕円暗号の安全性を明らかにしている。それによって楕円・超楕円暗号系に対するWeil descent攻撃の安全性解析という大きな課題の完全な解決が得られた。
新高温超伝導酸化物の化学設計とプロセッシング・第2班(材料プロセス班)

高温超伝導酸化物はドーピングと酸素処理によってCuの価数が変化し導電性や超伝導特性が決まるので、酸素ノンストイキオメトリの測定やCuの価数の決定は必要である。(La_<1-x>Mx)_2CuO_<4-δ>,(Nd_<1-x>Ce_x)_2CuO_<4-δ>,Bi_2Sr_2CaCu_2O_yについて酸素ノンストイキオメトリが決定された。またNd系ではCeやBiも複数の価数をとり得るので、個別の価数決定が必要で、選択的に起こる酸化還元反応を利用して個別決定に成功した。また超伝導体生成条件を示すTーlogPo_2状態図も作成された。固体電池を用いてBa_2HoCu_3O_<4-δ>の酸素ノンストイキオオメトリも決定され、また、LnーLn'ーSrーCuーO系のT,T'T"相の生成の結晶化学的研究も行われた。プロセッシングに関連してはBi_2Sr_2CaCu_2O_yの単結晶(サイズ18×7×1mm^3)が自己フラックス法で作成された。また厚膜やフアイバーを作成を目指してゾルーゲル法の研究が進められた。この方法はいかなる形状のものもつくることができるという利点があるが、多量の溶媒を含むために、多孔質となり空洞を生成し易い欠点がある。分解反応の研究を通して改善策を見出しつつある。また泳動電着法により各種形状の超伝導体を作成している。薄膜製造プロセスではレーザーアブレーション法を用い人工的に層制御することに成功しており、またBi系薄膜を紫外光,オゾン,酸素プラズマで処理することによりTcが変わることも見出している。磁気シールド応用への基礎研究として、超伝導酸化物多結晶体に外部磁場を作用させた時の磁場の侵入状況を克明に追跡しており、Jcを高めるために異物を添加することも試みられている。Bi系酸化物の酸素吸脱着挙動の解明も進んでいる。
画像に対する印象の脳情報デコーディング

画像観察中に機能的磁気共鳴画像法を用いて計測されたヒトの脳活動を、脳情報デコーディング技術を用いてパターン解析することにより、脳活動パターンから、1)階層的視覚特徴、2)画像の表面特性に関する印象スコア、3)ポジティブ・ネガティブに関する感情価の解読を行った。全脳を網羅的に解析することにより、各視覚特徴や印象項目の予測に有用な脳部位の探索を行った結果、低次・高次視覚特徴はそれぞれ低次・高次の視覚野から、画像の表面特性に関する印象項目は比較的高次の視覚野から、感情価は脳の前頭部から高い予測成績が得られ、印象に関連する多様な視覚情報が脳の広範な部位から解読可能であることが示された。本研究では,ヒトが視覚的対象に対して抱く印象を脳活動から解読する技術を開発することで,脳情報を利用した新たな印象評定手段を提供することを目指している.脳活動から直接,画像に対する印象を解読可能にすることで,さまざまなバイアスが混入する可能性がある質問紙法に変わる印象評定を行うことを可能にする.具体的には,画像を提示した時の脳活動にパターン認識手法を適用することで,画像に対して被験者が抱いている印象を予測するという手続きをとる.初年度では,解読対象となる印象情報のタグがつけられた画像を選択し,fMRI実験デザインの設計と実施,得られたデータの解析を行うことを予定していた.この予定に対して,当該年度では,印象項目として使用する単語の選定を開始し,脳活動計測を行う本実験において使用する単語のリストの作成を行った.また,本実験に先立ち,脳活動から印象情報が解読可能かどうかを評価するため,画像に対する印象がポジティブかネガティブかを解読するための予備実験を行った.この実験においては,被験者にポジティブもしくはネガティブな印象を引き起こす画像セットを提示し,得られた脳活動から,印象の解読が可能かどうかを検証した.いくつかの脳領域で,印象の情報を解読可能であることを示唆する結果が得られているが,現時点ではさほど高い精度では達成できていない.本研究は,ヒトが視覚対象に対して抱く印象の情報を,画像観察時の脳活動計測し,得られたデータを多変量解析の手法を用いて解析することによって解読することを目指すものである.従来の脳情報デコーディングで用いられている機械学習の判別モデルを利用して,脳情報の解読ができるかどうかを検証することに加え,より多様な印象を解読可能にするための解析手法として,解読したい情報が多数の分解可能な要素の組み合わせによって表現されているとみなし,その各要素を脳活動から解読したものを,再度組み合わせることで予測するというアプローチを用いる.現在までに,様々な印象を喚起されている時の脳活動を計測するために,物体・風景画像,質感画像,絵画画像,情動を喚起する画像などを見せた時の脳活動の計測を行い,脳活動から各画像の情報を予測可能かどうか検証した.従来の脳情報デコーディングの技術を用いることで,質感や絵画の作家,情動情報などを,脳の様々な部位から予測可能であることを確認した.さらに,上記のアプローチを用いることで,物体や風景のカテゴリ情報に関して,少数の学習サンプルからモデルの学習に用いていないカテゴリに対しても効率的な予測ができることを示した.物体や風景情報の解析では,モデルが活用している脳部位を精査することで,予測に重要な部位を可視化することにも成功しており,同様の解析アプローチをより高次の印象情報に対しても利用することで,印象情報が表現されている脳部位を特定することにつなげることができると思われる.研究計画時点において,当該年度までに印象情報を脳活動から予測可能かどうかを検証し,得られた結果から,脳のどの部位において多様な印象が表現されているかを調べる計画であった.これらの計画に対して,現在までに,物体や風景の画像,多様な質感を喚起する画像,様々な印象を喚起する絵画画像,ネガティブな印象やポジティブな印象を与えるための画像セット(international affective picture system)から選ばれた画像を提示した時の全脳の脳活動計測を終えた.得られた脳計測データに対して脳情報デコーディング技術を適用することにより,多様な物体・風景情報,質感のカテゴリ,絵画の作家,ネガティブ・ポジティブの情報を多様な脳部位から解読可能であることを確認した.さらに,脳情報デコーディングモデルの学習に使用していないカテゴリに対しても情報の予測を可能にするアプローチであるモジュラ・デコーディングの技術と,近年様々な分野で有用性が認められてきた深層学習モデルによる特徴抽出を組み合わせることで,任意の物体や風景画像を予測することができることを確認した.この解析において得られた予測モデルの重みパラメータを精査することで,予測対象とする情報の複雑さに応じて,予測に活用される脳部位の違いが生じることを確認し,同様のアプローチをさらに高次の印象情報に援用する準備ができた.さらに,特徴抽出に利用する深層学習モデルの各ユニットがどのような視覚情報を表現しているかを可視化する技術を用いて,物体・風景を識別するよう学習させた深層学習モデルの各ユニットの特徴表現を可視化することに成功した.この技術を用いて,印象情報を識別するよう学習させた深層学習モデルを解析することで,どのような要素情報に分解することが印象情報の解読に有用かを調べるための準備ができた.本研究は、ヒトが画像に対して抱く印象の情報を、脳活動から解読する技術の開発を目的とし、画像観察時の脳活動から、脳情報デコーディング技術を利用することで、脳活動パターンに表現されている多様な脳内情報の解読を試みたものである。

この目的を達成するためのアプローチとして、解読したい情報が多数の分解可能な要素の組み合わせで表現されているとみなし、各要素の脳情報デコーディング結果の組み合わせから、任意の情報の解読を行う「モジュラ・デコーディング」を採用した。従来の研究では、提示画像の低次視覚特徴を介したモジュラ・デコーディングの有用性が示されていたが、本研究では、同様のアプローチを、深層ニューラルネットワークで表現される多様な複雑さを有する特徴量に応用することで、物体画像を見ている時、想像している時、さらには夢で見ている時の脳活動から、任意の物体カテゴリの解読を行うことに成功した。また、深層ニューラルネットワーク上の視覚特徴の複雑さのレベルに応じて、高い成績で予測できる視覚野の階層が異なっていたことから、本アプローチを利用して、各脳部位にどのような情報が表現されているかを調べることが可能であることも示唆された。これらの結果によって、高次の視覚情報に対するモジュラ・デコーディングの有用性を確認するとともに、さらに高次の印象情報への適用の土台を構築することができた。以上の結果に関して、学会や論文を通して対外的に発表を行うとともに、解析に使用したデータやコードを専用のウェブサイトで公開した。また,画像の表面特性に対する視覚的印象や、好き嫌いの印象、さらに印象の強さ、などを評定したスコアを脳活動から解読することに成功し、それぞれの印象情報が、脳の広範な部位から解読可能であることを確認することができた。この結果は、脳から印象を読み出す新たな印象評定手段の実現可能性を示唆するものである。画像観察中に機能的磁気共鳴画像法を用いて計測されたヒトの脳活動を、脳情報デコーディング技術を用いてパターン解析することにより、脳活動パターンから、1)階層的視覚特徴、2)画像の表面特性に関する印象スコア、3)ポジティブ・ネガティブに関する感情価の解読を行った。全脳を網羅的に解析することにより、各視覚特徴や印象項目の予測に有用な脳部位の探索を行った結果、低次・高次視覚特徴はそれぞれ低次・高次の視覚野から、画像の表面特性に関する印象項目は比較的高次の視覚野から、感情価は脳の前頭部から高い予測成績が得られ、印象に関連する多様な視覚情報が脳の広範な部位から解読可能であることが示された。画像に対する印象を脳活動から解読が可能かどうかを調べるための脳計測実験を予定通り行い,予備的な結果を得ることができた.本実験で使用する印象タグとして利用する単語の選別も進めており,平成27年度には予定通り,追加実験を行いながら,より詳細なデコーディング解析を行う予定である.研究目的の達成に向けて,近年,機械学習の分野でその有用性が示されている深層学習の技術を利用することを視野にいれており,当該分野の解析手法を導入するために,利用可能なツールボックスなどの探索も進めている.現時点で,深層学習の技術を利用することで,分散的に表現した画像の物体情報を脳活動から予測可能であることも検証済みである.同様のアプローチがより高次の印象
リポクオリティとラフト構造・機能の相関の高精度１分子観察による解明

細胞膜上のシグナル伝達のプラットフォームとして「脂質ラフト」という概念が注目されて久しいが、その構造やシグナル伝達における役割などは、まだまだ論争が続いている。細胞膜は非常に多くの種類の脂質で構成されているために、ラフトー非ラフトの領域の境界の線張力が下がり、大きなラフトが形成されにくいことが、ラフト研究の難しさの原因とされている。本研究では高精度1分子イメージング法を用いて、1)細胞膜上の小さなラフトの形成機構を解明し、2)ラフトがその小ささを生かしながらどのように機能(細胞内へのシグナル伝達や抑制)するのかを解明することを目的とする。これにより脂質クオリティの多様性の生理的意義の一つを見出す。前年度までに、ラフト脂質マーカーであるスフィンゴミエリン(SM)プローブ、DSPCプローブ、非ラフト脂質マーカーであるDOPCプローブを開発(世界初)し、小さなラフトの形成機構を明らかにした。当該年度は、細胞膜の側方方向の相互作用の他に、表裏のカップリングによってラフト形成がなされるかどうかを検証した。そのために、飽和脂肪酸を1本含むPSの発現量が少ないCHO細胞膜上でも、ガングリオシドのホモダイマーが形成されるかどうかを1分子観察によって調べた。結果、ガングリオシドのホモダイマーの寿命は、ホスファチジルセリン(PS)の量に左右されないことが明らかになった。また、短鎖の脂肪酸を持つガングリオシドでもホモダイマーを形成できることを見出した。これらの結果は、ガングリオシドとPSの脂肪酸の膜表裏カップリングではなく、ガングリオシドの糖鎖相互作用がホモダイマー形成の駆動力になっていることを示唆している。また、現在、ガングリオシドGM3の形成する小さなラフトによるEGF受容体の活性化制御機構の解明を進めている。29年度が最終年度であるため、記入しない。脂質ラフトは、細胞膜上のシグナル伝達のプラットフォームとして注目されてきたが、その構造やシグナル伝達における役割などの実体は、いまだ解明されておらず、大論争の最中にある。細胞膜を構成する脂質の種類が非常に多いために、ラフトドメインと非ラフトの領域の境界の線張力が下がり、大きなラフトができないことが、ラフト研究の難しさの原因とされている。本研究の目的は、細胞膜上の小さなラフトの形成機構と、ラフトがその小ささを生かしながらどのように機能(細胞内へのシグナル伝達や抑制)するのかを、高精度1分子イメージング法を用いて解明し、脂質クオリティの多様性の生理的意義の一つを見出すことである。当年度、ラフト脂質マーカーであるスフィンゴミエリン(SM)プローブ、DSPCプローブ、非ラフト脂質マーカーであるDOPCプローブを開発(世界初)し、そのキャラクタリゼーションを終えることができた。これらのラフト、非ラフトリン脂質を開発したことにより、以後、ラフト研究が格段に進むと期待できる。我々は、これらのプローブの1分子イメージングを行い、小さなラフト形成機構の解明を試みた。スフィンゴミエリンプローブは、GPIアンカー型タンパク質CD59の刺激前後ともに、CD59を含むラフトにダイナミックに出入りし、CD59の会合度が増加するにつれ、より長期間リクルートされることを見出した。一方で、非ラフトリン脂質DOPCの場合には、刺激の有無に関わらず、短い時間しか共局在しなかった。さらに、ラフトに対する親和性が曖昧であったFcepsilon受容体についても、リガンド添加して受容体会合後にだけ、スフィンゴミエリンプローブの長期間のリクルートが観察された。これらの結果から、定常状態の細胞上でも、短寿命のラフトが形成されているが、受容体刺激後、より安定な(しかしなおもダイナミックな)ラフトが形成されることが明らかになった。今まで、ラフトに分配されるスフィンゴミエリンプローブが存在しなかったが、これを開発できた意義は大きい。さらにスフィンゴミエリンプローブは、ライセニンなどのタンパク質との結合活性を保持(天然のスフィンゴミエリンの6割程度)していることも明らかになった。さらに、ホスファチジルコリンの構造を保持したDSPCプローブやDOPCプローブを開発できた。これらの蛍光リン脂質プローブを用いたライブイメージング(1分子イメージング)によって、ラフト研究が格段に進むと期待できる。また、開発したリン脂質プローブを用いて、ラフト形成過程を可視化できたことも重要である。ここで得た結果は、CD59やFcepsilon受容体などは、まずタンパク質相互作用によりダイマーやオリゴマーなどの会合体が誘起され、それから協同的なラフト脂質相互作用により会合体が安定化されること、をさらに裏付けた。当初の目標を達成しており、研究計画は順調といえる。

前年度までに、ラフト脂質マーカーであるスフィンゴミエリン(SM)プローブ、DSPCプローブ、非ラフト脂質マーカーであるDOPCプローブを開発(世界初)し、小さなラフトの形成機構を明らかにした。当該年度は、細胞膜の側方方向の相互作用の他に、表裏のカップリングによってラフト形成がなされるかどうかを検証した。そのために、飽和脂肪酸を1本含むPSの発現量が少ないCHO細胞膜上でも、ガングリオシドのホモダイマーが形成されるかどうかを1分子観察によって調べた。結果、ガングリオシドのホモダイマーの寿命は、ホスファチジルセリン(PS)の量に左右されないことが明らかになった。また、短鎖の脂肪酸を持つガングリオシドでもホモダイマーを形成できることを見出した。これらの結果は、ガングリオシドとPSの脂肪酸の膜表裏カップリングではなく、ガングリオシドの糖鎖相互作用がホモダイマー形成の駆動力になっていることを示唆している。また、現在、ガングリオシドGM3の形成する小さなラフトによるEGF受容体の活性化制御機構の解明を進めている。当年度に新脂質プローブを0.5ミリ秒の時間分解能で1分子観察したことにより、ラフト分子の拡散を止めるような小さな膜領域は存在せず、観察したどの分子も、細胞膜上を拡散し続けることを明らかにした。今後は、さらに時間分解能を0.1ミリ秒まで上げて、1分子観察する。ラフト分子が、細胞膜のコンパートメント間を飛び移る頻度を調べ、非ラフト分子と比較する。もしラフトが大きければ、飛び移る頻度が下がるはずである。モンテカルロシミュレーションにより、ラフトサイズを求める。細胞膜脂質同士の表裏カップリングによるラフト形成があるかどうかを検証する。そのため、ホスファチジルセリン(PS)を欠損したCHO細胞膜とインタクト細胞膜上で、リン脂質プローブの拡散を比較する。また、様々なアルキル鎖長のリン脂質プローブを合成し、拡散を比較し、プローブの会合を比較し、表裏カップリングの有無を検証する。刺激後のラフトが小さいとシグナル伝達効率が上がるという仮説を検証する。そのため、様々なサイズのCD59会合体を形成させて、3色同時1分子観察によりCD59直下でのシグナル分子の活性化を観察し、シグナル伝達効率を求める。これにより、CD59会合体の大きさとシグナル伝達効率の関係を調べる。29年度が最終年度であるため、記入しない。
微粒子分散型ナノ構造磁性材料の作製と機能

高機能材料の開発に当たって、従来にない化学組成あるいは結晶構造を持つ新物質の探索と併せて、物質の微粒化やナノオーダの複合化が重要となってきている。磁性体においては特にこの傾向が強く、磁性粉体の粒径制御あるいは磁性体薄膜と非磁性体薄膜との積層磁性膜など超軟磁性あるいは超硬磁性を目指した研究が、その重要性を増してきている。また近年、飽和磁化が大きく耐食性や機械的強度に優れている窒化鉄が磁性体として注目され、窒化鉄系磁性体をベースにした複合膜あるいは分散膜が磁性金属や酸化物磁性体複合膜と同様に興味が持たれてきている。本研究では、主として熱的非平衡反応プロセスの一つであるスパッタ法、ならびにイオン注入法を適用して、非磁性マトリクッスとして採用したSi_3N_4またはAlNとFeとの分散系複合膜、ならびにAlN/Fe多層積層膜を作製し膜の微細組織と磁性、多層膜における界面状態と磁性などの関係を検討した。この結果、AlNやSi_3N_4の非磁性マトリックスからごく少量の窒素を貰い、かつα-Feのbccパッキングを保った成分によると思われる、α-Feよりも約20%も飽和磁化の大きな磁性体が得られた。さらに、既知の窒化鉄相以外の金属窒化物の探索においては、大きな磁気能率を持つ希土類元素の酸化物を還元窒化することによって、Ln_2O_2層とCN_2分子層が積層した結晶構造をとる新化合物が見い出された。またアルカリ土類窒化物と第一遷移金属窒化物との複合窒化物系A-M-N(A : Ba,Sr,Ca,M : V,Cr,Fe,Co,Ni)では、ANiNおよびA_3MN_3の化学組成を持つ新化合物を合成する事ができた。これらにおいては-Ni-N-Ni-N-の一次元鎖やMN_3^<6->(M : V,Fe,Co)錯イオンがア形成されており、結晶構造の違いに関係なく、いずれの化合物も単一遷移金属窒化物の分解温度に比較して遙かに高い1000°Cの温度においても安定であった。遷移金属窒化物を非磁性マトリックスに均一分散および交互積層して、ナノ複合化した高機能磁性体を見いだす基礎研究を進めた。1.SiとFeの複合ターゲットを用い、窒素濃度30%以上のスパッタガスで反応性スパッタを行い、Si-Fe-N系アモルファス薄膜を作製できた。EXAFS解析などから生成膜中のFeの局所構造はγ“-FeN_yもしくはγ"′-FeN_yと類似した構造をとっていると考えられた。また基板から剥がして1000°Cで短時間熱処理することで、10500nmの範囲で粒径を制御したFe_3Siを分散析出させたSiN_y粉末を得る事ができ、粒径20nm付近に保磁力の極大であることが分かった。2.二元ターゲットの高周波スパッタ装置を用いてFe/AlN積層膜を作製した。両層の厚みはほぼ同じで、全体の膜厚が約1μmになるように積層回数を1、3、8、35とした4種類の試料について調べた。AlN層はX線的に非晶質、Fe層は(110)面に優先配向していた。

積層回数が増えてFe層一枚ずつの厚みが薄くなるにつれて、α-Feの格子定数は本来の値よりも膨張し、35周期では1.9%も膨らんでいた。この磁気体積効果に依るのか、膜面に平行に磁場を印加した時の飽和磁化の値が次第に増加していた。またFe層が薄くなるにつれて結晶子径は小さくなった。膜面に垂直な磁場では、約8kOeの磁場でも飽和しない常磁性的な挙動を示し、大きな磁気異方性が観測された。3.窒化物のナノ複合系の基礎として、Mn、Co、Niの窒化物の磁性を調べ、磁気転移温度が、窒化物中の遷移金属がもつ最大の磁気モーメントに対して直線的に変化することを見いだした。高機能材料の開発に当たって、従来にない化学組成あるいは結晶構造を持つ新物質の探索と併せて、物質の微粒化やナノオーダの複合化が重要となってきている。磁性体においては特にこの傾向が強く、磁性粉体の粒径制御あるいは磁性体薄膜と非磁性体薄膜との積層磁性膜などの超軟磁性あるいは超硬磁性を目指した研究が、その重要性を増してきている。また近年、飽和磁化が大きく耐食性や機械的強度に優れている窒化鉄が磁性体として注目され、窒化鉄素磁性体がベースにした複合膜あるいは分散膜が磁性金属や酸化物磁性体複合膜と同様に興味が持たれてきている。本研究では、主として熱的非平衡反応プロセスの一つであるスパッタ法、ならびにイオン注入法を適用して、非磁性マトリクッスとして採用したSi_3N_4またはAlNとFeとの分散系複合膜、ならびにAlN/Fe多層積層膜を作製し、膜の微細組織と磁性、多層膜における界面状態と磁性などの関係を検討した。この結果、AlNやSi_3N_4の非磁性マトリックスからごく少量の窒素を貰い、かつα-Feのbccパッキングを保った成分によると思われる、α-Feよりも約20%も飽和磁化の大きな磁性体が得られた。さらに、既知の窒化鉄相以外の金属窒化物の探索においては、大きな磁気能率を持つ希土類元素の酸化物を還元窒化することによって、Ln_2O_2層とCN_2分子量が積層した結晶構造をとる新化合物が見い出された。またアルカリ土類窒化物と第一遷移金属窒化物との複合窒化物系A-M-N(A:Ba,Sr,Ca, N:V,Cr,Fe,Co,Ni)では、ANiNおよびA_3MN_3の化学組成を持つ新化合物を合成する事ができた。これらにおいては-Ni-N-Ni-N-の一次元鎖やMN_3^<6->(M:V,Fe,Co)錯イオンがア形成されており、結晶構造の違いに関係なく、いずれの化合物も単一遷移金属窒化物の分解温度に比較して遙かに高い1000°Cの温度においても安定であった。
内分泌かく乱物質の吸着挙動および光分解メカニズムに関する研究

除草剤や殺虫剤などの農薬、高分子用可塑剤、ノニルフェノールなど合成洗剤の原料などは内分泌かく乱物質で、動物などの生態系に深刻な影響を及ぼしている。一般に水に溶解せず、油溶性または脂溶性である。これらの化合物の化学構造に対する二酸化チタンによる光酸化速度や無機化過程などの無害化について明らかにした。半導体触媒による有機化合物の光酸化反応は、触媒表面への有機化合物の吸着や脱着の挙動が反応速度や分解効率を支配する。しかし、吸着を直接経時的に測定することは難しく、TiO_2薄膜表面の動的吸着挙動についての研究は行われていない。そこでピエゾ効果を持つ水晶振動子表面にTiO_2を固定化し、これをセンサーとして利用する実験を行った。光照射によりTiO_2薄膜表面に吸着された基質は、分解が進行すると水溶液バルクに移動するが、また分解中間体等がTiO_2薄膜に再度吸着する。このため、高触媒活性のTiO_2固定化薄膜を作成することが重要なキーポイントである。複雑な化学構造のものが多いので、その分解メカニズムを解明することは意義がある。例えばビスフェノールAの化学構造に対して、どの部位をOHラジカルが攻撃するか(Frontier electron densityの電子密度が高い部位)また、どの様な分解過程で反応が進行するかを実験結果と理論的計算との比較により調べた。また分解する基質の触媒表面への吸着挙動のpartial chargeの計算を行った。真空または空気中での理論計算より水溶媒中の計算ではマイナス電荷は大きな値を示す。またプラス電荷はより小さい値が得られる。実際の実験値とこれらの理論的計算を比較し、分子化学構造から分解メカニズムの推察を行った。光触媒TiO_2によっても分解が困難な物質(例:フッ素系化合物やシアヌール酸)の迅速な酸化促進の実験要因を検討した。本研究ではQCM (Quartz Crystal Microbalance)の水晶振動子表面にTiO_2を固定化し、これをセンサーとして利用する実験を行う。このため、高触媒活性のTiO_2固定化薄膜を作成することが重要なキーポイントになるが、この実験ではゾルゲル法、ペースト法、MOCVD法、レーザー気相法などにより均一で剥離しない安定な高活性TiO_2電極薄膜を作成する。この様な方法を用いて、吸着量に関する経時変化を追跡し、分解メカニズムを解明することは大変意義がある。一般に、内分泌かく乱物質は油溶性物質であることが多いが、紫外光照射により有機化合物の基質は、水溶性中間酸化生成物(例えば、ギ酸、酢酸やヒドロキシル化合物)を経て炭酸ガスとなり、系外に除去される。その際、ギ酸や酢酸はバルク水溶液に溶解するため、TiO_2表面から脱着する。QCM上では吸着により重量が増加するため、周波数が低下し、脱着ではその逆になる。すなわち、重量変化1ngの吸着が周波数変化1Hzに相当する。このようにTiO_2への吸着や脱着が分解速度に深く関連しているため、TiO_2薄膜をコートした水晶振動子電極を用いたQCMを内蔵する光化学反応装置を製作して、反応に伴う吸着量の経時変化を測定し、さらに、酸化中間生成物の同定および定量を表面増強ラマン分光法によって行う。ラマン分光測定ではバルク水溶液中で生成した有機脂肪酸の構造についての知見をうることができる。

内分泌かく乱物質は約70種が指定され、複雑な化学構造のものが多いので、その分解メカニズムを解明することは意義がある。内分泌かく乱物質は、実際には濃度がppbレベルの非常に希薄な状態でしか存在しないので、高感度の分析法を必要とするが、その点、表面増強ラマン散乱(SERS)分光法は有利である。QCM(Quartz Crystal Microbalance)の水晶振動子表面にTiO_2を固定化し、これをセンサーとし、吸着挙動と光分解プロセスの解析を行った。光照射によりTiO_2薄膜表面に吸着された基質は、分解が進行すると水溶液バルクに移動したが、また分解中間体等がTiO_2薄膜に再度吸着いた。このため、高触媒活性のTiO_2固定化薄膜を作成することが重要なキーポイントになるが、この実験ではゾルゲル法により均一で剥離しない安定な高活性TiO_2電極薄膜を作成した。この様な方法を用いて、吸着量に関する経時変化を追跡し、分解メカニズムを解明した。一般に、内分泌かく乱物質は油溶性物質であることが多いが、紫外線光照射により有機化合物の其質は,水溶性中間酸化生成物(例えば、ギ酸、酢酸やヒドロキシル化合物)を経て炭酸ガスとなり、系外に除去される。その際、ギ酸や酢酸はバルク水溶液に溶解するため、TiO_2表面から脱着する。QCM上では吸着により重量が増加するため、周波数が低下し、脱着ではその結果は反対になった。このようにTiO_2への吸着や脱着が分解速度に深く関連しているため、TiO_2薄膜をコートした水晶振動子電極を用いたQCMを内蔵する光化学反応装置を製作して、反応に伴う吸着量の経時変化を測定し、さらに、DMPOスピントラップ法を用い、TiO_2表面でOHラジカルの発生量のpH依存性について調べた。特にゼーター電位との関連と分解する有機化合物の吸着状態を検討した。分解プロセスをポストラベル法などの手法により行った。バルク水溶液中で生成した有機脂肪酸の知見をうることができた。内分泌かく乱物質は複雑な化学構造のものが多いので、その分解メカニズムを解明することは意義がある。除草剤や殺虫剤などの農薬、高分子用可塑剤、ノニルフェノールなど合成洗剤の原料などは内分泌かく乱物質で、動物などの生態系に深刻な影響を及ぼしている。一般に水に溶解せず、油溶性または脂溶性である。これらの化合物の化学構造に対する二酸化チタンによる光酸化速度や無機化過程などの無害化について明らかにした。半導体触媒による有機化合物の光酸化反応は、触媒表面への有機化合物の吸着や脱着の挙動が反応速度や分解効率を支配する。しかし、吸着を直接経時的に測定することは難しく、TiO_2薄膜表面の動的吸着挙動についての研究は行われていない。そこでピエゾ効果を持つ水晶振動子表面にTiO_2を固定化し、これをセンサーとして利用する実験を行った。光照射によりTiO_2薄膜表面に吸着された基質は、分解が進行すると水溶液バルクに移動するが、また分解中間体等がTiO_2薄膜に再度吸着する。このため、高触媒活性のTiO_2固定化薄膜を作成することが重要なキーポイントである。複雑な化学構造のものが多いので、その分解メカニズムを解明することは意義がある。
高変異率実験進化による進化工学的な微生物ゲノム縮小手法の開発

本研究では、ランダム変異に基づく進化工学的な細菌ゲノム縮小手法を開発することを目的とした。モデル生物として大腸菌を用い、変異原としては紫外線を用いた。そしてこれらで構築した高変異率条件下で長期の培養実験を行い、大腸菌ゲノム上に生じた変異を次世代シーケンサにより検出した。特に、遺伝子不活化性変異、およびゲノムDNAの一部の欠損、挿入を検出することで、あらかじめ不活化性変異が生じていた個所にDNA欠損が起こりやすい、という仮説を検証することを目指した。本年度の活動で、一部の試料についてシーケンシングを完了した。シーケンシングは外部委託を用い、その費用を主な経費とした。また複数の国内学会に参加して研究経過について発表を行った。本研究の意義は、進化工学的なゲノム単純化が、機能遺伝子数の減少だけでなくゲノムDNAサイズの縮小を伴うような、より総合的な細菌ゲノム縮小手法であることを示すためのデータを得ることである。結果、シーケンシングを行った3つの試料のすべてについて、ゲノム長が短くなる方向の変化があったことを示した。これは本手法の目的であるゲノム縮小効果の存在を部分的に支持するものであるといえる。今後は、得られたデータをさらに解析して、不活化性変異の発生とDNA欠損の発生の相関について検証することを試みる。本研究のこれまでの提案および結果は、既存のゲノム縮小手法である遺伝学的手法の問題点を回避する新たな手法を検討するという点で重要であると考える。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
免疫複合体を除去するキメラ蛋白の合成の関する研究

本研究は、補体レセプターCR1の免疫複合体を結合する細胞外部分と、細胞膜に結合する性質を持つDAF(decay accelerating factor)のフォスファチジルイノシトール(PI)アンカー部分とでキメラ蛋白を作成し、これをSLEやAIDS患者の赤血球に再結合させて生体に戻してやることにより、免疫複合体を排除しようとするものである。本研究は、研究代表者の福島県立医科大学への転任に伴い遅れていたが、平成3年4月から新たな研究分担者を加え、本格的研究を開始した。まず、キメラ遺伝子の作成に必要なcDNA断片をPCR法によりクローニングした。すなわち、CR1のシグナル配列を含むC4b結合部分(CR1-A)、CR1のC3b結合部分(CR1-B)およびDAFのPIアンカー部分(DAF-PI)をHL60細胞のcDNAと鋳型としてPCRを行いプラスミドにクローン化した。次に、キメラ遺伝子を作成するために、CR1-AとDAF-PI、またCR1-A、CR1-BとDAF-PIをフレームを合わせて直列にLigationし、発現ベクターにクローン化した。これらのベクターをCHO細胞(一部の検討ではCOS細胞)にトランスフェクトし、産生細胞のクローニングを行なった。この時点で、初めに用いた発現ベクターpMAMneoでは高産生のクローンが得られなかった。そこで、もう一つの発現ベクターSFFVneoにサブクローニングし直した。このベクターはCHO細胞の中でよく機能し、現在、高産生クローンのクローン化を急いでいる。とくに、発現されたタンパクについて、性状(PIアンカー型タンパクかどうか等)および機能(C4b/C3b結合能および免疫複合体結合能)を調べ、本研究により有用なクローンの選択を行なっている。本研究は、補体レセプタ-、CR1の免疫複合体を結合する細胞外部分と細胞膜に結合する性質を持つ(decayaccelerating factor(DAF)のフォスファチジルイノシト-ル(PI)部分とで、キメラ蛋白を作成し、SLEやエイズ患者の赤血球に戻してやることにより、生体を利用して、免疫複合体を排除しようとするものである。研究代表者が筑波大学より、福島県立医科大学に移り、しかも当医科大学では、新設講座であり、研究室、研究設備等も皆無であったため、研究の進展が大幅に遅れたことが反省される。しかし、平成3年3月には、研究室が完成し、設備備品も購入され、4月からは本格的に本研究を開始できる。本年度は、協同研究者の中内博士の研究室にて、CR1のcDNAをreverse PCR法で得るためにプライマ-の作製を開始した段階である。CR1遺伝子のcDNAの全長は、7kb以上にも及び、全体を増幅することは、不可能なので、N末端側のC4b結合ドメインをシグナル配列を含めてまずクロ-ニングを行う。5'側、3'側とも制限酵素の切断部位を含めて、プライマ-を作製する。CR1を発現しているHL60からmRNAを抽出し、常法にしたがって、増幅を行う。このようにしてC4b結合部位をクロ-ニング出来たならば、同様の方法でC3b結合部位をクロ-ニングする。制限酵素で両端を切断し、ligationする。同様にすでに入手しているDAFのcDNAのPIアンカ-部分をligationし、ベクタ-に連結し、Lーcellに発現させる。この細胞を用いて、CR1の活性を測定する。このように来年度は、新たな研究者を加え、キメラ蛋白の作成に全力をあげる。

本研究は、補体レセプタ-CR1の免疫複合体を結合する細胞外部分と、細胞膜に結合する性質を持つDAF(decay accelerating factor)のフォスファチジルイノシト-ル(PI)アンカ-部分とでキメラ蛋白を作成し、SLEやエイズ患者の赤血球に戻してやることにより、生体を利用して免疫複合体を排除しようとするものである。本研究は、研究代表者の福島県立医科大学への転任に伴い大幅に遅れていたが、平成3年4月から新たな研究分担者を加え本格的な研究を開始した。まず、キメラ遺伝子の作成に必要なcDNAの断片をPCR法によりクロ-ニングした。すなわち、CR1のN末側のシグナル配列を含むC4b結合ドメイン(CR1-A)、CR1のC3b結合ドメイン(CR1-B)およびDAFのPIアンカ-部分(DAF-PI)の3種類のcDNAについて、HL60細胞からのcDNAを鋳型としてPCRを行い、得られたPCR産物をプラスミドベクタ-に組み込みクロ-ニングした。一般的に、PCR法で得られたクロ-ンはその中に一定の確率で点変異を含むため、得られたクロ-ンについてはその塩基配列を調べた。この結果を基に、比較的長いCR1-AおよびCR1-Bについては、複数のクロ-ンから点変異のない部分を抜き出し、これをつなぎ合わせて最終的に点変異のないクロ-ンを作成した。次に、キメラ遺伝子を作るために、CR1-AとDAF-PIとをフレ-ムを合わせてLigationし、発現ベクタ-に組み込んだ。同様にして、CR1-A、CR1-BおよびDAF-PIを直列につないでベクタ-を作成した。現在、これらの発現ベクタ-をCOS細胞にトランスフェクトし、発現されたキメラ蛋白の性状について調べている。特に、インサ-トDNAを持たない発現ベクタ-や全長のDAFcDNAを組み込んだベクタ-等を対照として、COS細胞表面のキメラ蛋白の有無、発現されたキメラ蛋白の量・性状(PIアンカ-型蛋白かどうか等)およびCR1様機能について調べている。
逆転磁場配位を用いた第2安定・超高ベータ球状トカマクの生成実験

本研究により、1)中型のTS-3装置と大型のTS-4装置におけるスフェロマックの異極性合体によるFRC(逆転磁場配位)の生成、それを用いた超高ベータ球状トカマク(ST)の生成の成功とバルーニング不安定の発生条件の解明、2)BALLOO安定解析コードを用いた実験データのモデル安定解析による第2安定化の立証、3)2種類の合体によるSTの急速加熱と安定解析を用いた不安定領域の実験的同定とバルーニング不安定の検出、4)合体によるSTの急速加熱・立ち上げのスケーリング則の発見、5)球状トーラス研究調査専門委員会の設立等の多くの成果があがった。TS-3とTS-4装置におけるSTの熱圧力分布計測によれば、最終的に生成される超高ベータSTが第2安定領域に位置し、バルーニング不安定が回避されることが立証できた。STの合体加熱とFRCの平衡遷移によるSTの高ベータ化の過程をBALLOO安定解析コードによって解析したところ、STのバルーニング安定限界は電流分布がホローになるほど、圧力分布が平坦になるほど大きくなること、反面、限界を越えると、モード数が30を越える高次モードの磁場揺動が急増し、配位が崩壊することが明らかになった。また、合体を用いたSTの急速加熱のスケーリング則を検証し、その加熱エネルギーが磁場の2乗に比例して増加することを見出した。密度一定ならば1T程度の磁場で10keV程度が得られ、今後の大型化に向けた見通しを得た。この成果は米国物理学会における招待講演や2000年Physics of Plasmasの招待論文に選定された他、矢崎学術賞の受賞にもつながり、内外より高く評価されている。また、小野が中心となってプラズマ・核融合学会において球状トーラス研究調査専門委員会を立ち上げ、STの将来性を明らかにするべく、国内研究体制を整えるに至っている。本年度は、1)中型のTS-3装置(大半径0.2m)におけるFRC(逆転磁場配位配位)を用いた超高べ一夕球状トカマク(ST)の生成とバルーニング不安定の発生条件の解明、2)安定性解析コードを用いた同STの第2安定化の立証、3)大型のTS-4装置(大半径0.5m)を用いた低損失のFRCの生成、4)来年の実験に向けてTFコイル電流の高速立ち上げやオーム加熱コイルで準定常的な平衡を実現する電源整備の完了などの進展があった。特に、1)2)ではFRCに外部トロイダル磁場を印加するという新手法により、バルーニング不安定領域を回避し第2安定の超高ベータ(50-70%)STの生成が可能であることが実験と安定解析コードの両面から判明した。この手法で得られた高ベータSTは反磁性トロイダル磁場と絶対極小磁場を有し、その電流、圧力分布を安定解析すると、確かに高nバルーニング不安定に対する第2安定領域にあることが証明された。高ベータST生成に用いるFRCは互いに逆向きのトロイダル磁場を持つスフェロマックの合体によって生成するが、その圧力分布・電流分布が共にホローであることがバルーニング不安定回避につながったことが判明した。ST同士を合体させるという異なったST加熱法も開発して、STの圧力分布をピークしたものに変えると、バルーニング不安定と考えられる大きな磁場揺動が発生して配位が崩壊した。実験の安定限界と安定解析のそれが一致することが明らかになった。この成果は米国物理学会招待講演やIAEA核融合エネルギー会議の本会議講演に選ばれた他、合体による高ベータSTの生成をNSTX装置で試みる日米共同実験テーマに発展する等、内外より評価されている。また、大型装置TS-4でも合体によるFRC生成に成功し、来年に向けた準備ができた。

平成13年度は、1)TS-4装置におけるスフェロマックの異極性合体による逆転磁場配位(FRC)の生成およびそれを用いた超高ベータ球状トカマク(ST)生成の成功、2)BALL00安定解析コードを用いたモデル安定解析による実験の第2安定化の立証、3)2種類の合体によるSTの急速加熱と対応する安定解析を用いたバルーニング不安定の検出成功と不安定領域の実験的同定、4)上記合体によるSTの急速加熱・立ち上げのスケーリング則の発見、5)プラズマ・核融合学会への球状トーラス研究調査専門委員会の設立等の多くの成果があがった。昨年度購入したトロイダルコイル用高速立ち上げ電源を十分に活用し、合体で生成したFRCにトロイダル磁場を50マイクロ秒程度で印加して超高ベータ球状トカマクの平衡を形成した。TS-3とTS-4装置におけるSTの熱圧力計測によれば、最終的に生成される超高ベータSTが第2安定領域に位置し、バルーニング不安定が回避されることが立証できた。また、STの合体加熱とFRCの平衡遷移によるSTの高ベータ化の過程をBALL00安定解析コードによって解析したところ、STのバルーニング安定限界は電流分布がホローになるほど、圧力分布が平坦になるほど大きくなること、反面、限界を越えると、モード数が30を越える高n磁場揺動が急増し、配位が崩壊することが明らかになった。また、合体を用いたSTの急速加熱のスケーリング則を検証し、その加熱エネルギーが磁場の2乗に比例して増加することを見出した。密度一定ならば1T程度の磁場で10keV程度が得られ、今後の大型化に向けた見通しを得た。また、これらの成果を基に小野、長山、高瀬が中心となって球状トーラス研究調査専門委員会を立ち上げ、3年の内にSTの炉としての将来性をプラズマ物理と炉工学の両面から明らかにするべく、国内研究体制を整えるに至っている。
がん治療抵抗性のシステム的解析

本研究では、我々がこれまで明らかにしたストレス応答転写因子ATF3の下流標的遺伝子の網羅的探索に基づいて、システムズ・バイオロジーの統合的手法を用いてがん細胞と正常細胞のストレス制御ネットワークの特性を明らかにし新たながん治療戦略による難治がん医療の確立に貢献することを目標としている。マウス飼育の問題による経費の繰り越しを行ったが以下の成果を得た。1)ストレス応答転写因子ATF3のがん抑制機能が、細胞死関連遺伝子と細胞周期因子に対して相反する効果によることを明らかにした(PLosONE 6(10):e26848, 2011)。さらに、がん細胞選択的アポトーシスに関わる細胞死受容体Death receptor5 (DR5)がATF3の標的遺伝子であることを見出し、がん治療薬Camptothecinはp53-ATF3-DR5の転写カスケード経路によるがん細胞死に深く関わることを報告した。難治がんのTRAIL併用療法の分子基盤を明らかにした(Oncogene 2012 ;31(17):2210-21)。2)タイプI糖尿病のヒト及びモデル膵b細胞炎症性細胞死の網羅的発現解析より、JunB/ATF3が炎症から細胞を守ることを見出し、新たな治療標的となることを報告した(Oncogene 2012; 31(13):1723-32.)。3)p53, ATF3の単独あるいはダブルノックアウトマウス細胞のDNA傷害応答の網羅的解析を、東大宮野研と連携し共同研究により進めた(平成24年度がん学会発表、平成24年附置研究所ネットワーク国際シンポジウム発表、25年度分子生物学会発表)。さらに、microRNA応答のアレイ解析も進めた。以上より、抗がん治療におけるDNA傷害においては、ATF3は様々な標的遺伝子制御を介してがんの悪性化、治療抵抗性に関わっていることを明らかにした。25年度が最終年度であるため、記入しない。ストレス応答転写因子ATF3はp53の標的遺伝子でありp53の下流で「がん抑制遺伝子」として機能するが、ヒト前立腺がん、ホジキンリンパ腫、ATLなどで「発がん遺伝子」としても機能する。がん細胞のストレス応答が抗がん剤への抵抗性を決めていることから、種々の抗ガン剤に対するストレス応答の異常を知ることは極めて重要であり、システムズ解析による統合的アプローチは有効である。我々は、本研究において、ヒト大腸がん細胞株とポジキン細胞株を用いたシステムズ解析により、ATF3が多くのp53標的遺伝子の発現制御に関わり、「がん抑制」と「発がん」において、これら標的遺伝子を逆方向に制御することを明らかにした(PLoS One 2011)。さらに、Atf3、p53のノックアウトマウスを作製し、その初代培養系マウス繊維芽細胞(MEF)を用いて、抗がん剤Doxorubicin応答の網羅的発現アレイ解析によるデータベース作成と、自然発生腫瘍作成率など生物学的解析を行った。その結果、1)ATF3はp53の有無によって標的遺伝子の活性化と抑制と異なった制御を行うこと、2)標的遺伝子は、ATF3、p53の有無によって特徴ある4つのクラスターに分類できること、3)MEF培養系の解析から、ATF3、p53が協調的に細胞死を制御していること、4)Atf3/p53ダブルノックアウトマウスは、胸腺腫などの腫瘍が発生するものの、p53単独ノックアウトよりも寿命が低いことを見出した。目的を達成するための初年度実績としては順調である。正常細胞vsがん細胞のストレス応答の比較研究を進める目的で、適切な細胞の検索を進め、ヒト乳がん細胞を使うことを検討している。