hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
液状化時流出水の特性解析と液状化センサーの開発

本研究成果は下記の4点に分類して考えることができる.第1には液状化発生をもたらす地震動自体に対する研究である.亀田らは確率場の理論を用いて既知地震動から任意点の地震動を推定する手法を提案している.また,佐藤らは地震動のもつ位相スペクトルに注目して,活断層の幾何的形状が与えられた際の地震動の合成手法を提案して,兵庫県南部地震の際の地震動分布の推定を行っている.これらの地震動の推定によっていち早く地震動の強度レベル・特性などを知ることによって液状化発生の有無を予測することができる.第2は得られた強震記録を解析し,特性値を評価することによって,その地点の液状化発生の有無を予測する手法で,強震計を液状化センサーとして利用する可能性を追求したものである.これらの研究は高田・宮島らによって実施され,その可能性が充分にあることが示された.第3は実験(高田・李)あるいは有限要素法による有効応力解析(高田・李・宮島・北浦・上野)によって,液状化時に排出される水量を予測して,液状化程度(過剰間隙水圧比)と排出水量とを関連づける研究である.新たな実験装置の開発が行われ,また,理論的に実験値を検証することによって,排出水量を液状化センサーの指標とすることが可能であることが知られた.第4には地盤や地形の特性に応じて液状化可能性地域を事前に推定する研究である.地盤や地形特性が液状化発生に敏感であるならば,それらが液状化センサーとして利用し得うるとの発想に基づいた研究であると言える.小川は地盤や地形によって微動特性が異なることに着目し,常時微動周期特性から液状化発生の可能性が判断できるとしている.また,北浦らは実データを用いて液状化発生の領域を3次元的に表示し,工学的な観点から,液状化発生の有無のみでなく発生領域の推定が重要であることを指摘している.主な研究成果は以下のように要約される.(1)実験および解析によって液状化時に流出する水量を予測することができた(2)強震記録を分析することによって,強震計を液状化センサーとして応用できる可能性が高いことが明らかにされた(3)地質や地形の特性によって,液状化する可能性の高い地点を特定することができることを実資料にもとづいて明らかにした(4)地中で液状化している場合には地表面震動にも振幅増大など顕著な特性が見られることが知られた(5)液状化による側方振動や沈下などを計測できるセンサーの開発が期待される本研究成果は下記の4点に分類して考えることができる.第1には液状化発生をもたらす地震動自体に対する研究である.亀田らは確率場の理論を用いて既知地震動から任意点の地震動を推定する手法を提案している.また,佐藤らは地震動のもつ位相スペクトルに注目して,活断層の幾何的形状が与えられた際の地震動の合成手法を提案して,兵庫県南部地震の際の地震動分布の推定を行っている.これらの地震動の推定によっていち早く地震動の強度レベル・特性などを知ることによって液状化発生の有無を予測することができる.第2は得られた強震記録を解析し,特性値を評価することによって,その地点の液状化発生の有無を予測する手法で,強震計を液状化センサーとして利用する可能性を追求したものである.これらの研究は高田・宮島らによって実施され,その可能性が充分にあることが示された.第3は実験(高田・李)あるいは有限要素法による有効応力解析(高田・李・宮島・北浦・上野)によって,液状化時に排出される水量を予測して,液状化程度(過剰間隙水圧比)と排出水量とを関連づける研究である.新たな実験装置の開発が行われ,また,理論的に実験値を検証することによって,排出水量を液状化センサーの指標とすることが可能であることが知られた.第4には地盤や地形の特性に応じて液状化可能性地域を事前に推定する研究である.地盤や地形特性が液状化発生に敏感であるならば,それらが液状化センサーとして利用し得うるとの発想に基づいた研究であると言える.小川は地盤や地形によって微動特性が異なることに着目し,常時微動周期特性から液状化発生の可能性が判断できるとしている.また,北浦らは実データを用いて液状化発生の領域を3次元的に表示し,工学的な観点から,液状化発生の有無のみでなく発生領域の推定が重要であることを指摘している.主な研究成果は以下のように要約される.(1)実験および解析によって液状化時に流出する水量を予測することができた(2)強震記録を分析することによって,強震計を液状化センサーとして応用できる可能性が高いことが明らかにされた(3)地質や地形の特性によって,液状化する可能性の高い地点を特定することができることを実資料にもとづいて明らかにした(4)地中で液状化している場合には地表面震動にも振幅増大など顕著な特性が見られることが知られた(5)液状化による側方振動や沈下などを計測できるセンサーの開発が期待される地震後の緊急対応への耐震工学の貢献は都市防災の重要な課題となりつつある.液状化センサーの開発は都市防災の観点からリアルタイム耐震工学という新たな分野における具体的な研究成果として期待されているものである.本年度の研究実績は以下のようである.1,ニューラルネットワークを用いた地盤液状化の推測手法を開発し,実際に兵庫県南部地震に適用することによって,推測手法の精度を確認した.

また,センサー地点の水圧から広域地盤水圧発生状況を推定する広域地盤液状化モニタリング手法を提案した.2,活断層を考慮した地震危険度解析と確率論的想定地震による評価を行った.解析の結果によれば活断層を考慮したとしても,今回神戸で経験した地震動強さの再現機関は1,000年以上と評価される.また,確率論的想定地震によるハザードマップの作成に関する提案を行った.3,液状化センサーの最適配置を決定するために,地震動特性を推定する必要があることから,本年度は,震源断層パラメータなどが既知として,断層の破壊過程や地盤構造を考慮した,加速度応答スペクトルの推定手法を提案した.4,液状化による過剰間隙水圧の生成・消散と地盤中に設置された試作センサーの水位上昇量との関連について,振動台を用いた液状化実験と数値シミュレーションにより検討した.5,振動台を用いた側方流動再現実験を行い,想定した条件のもとでは側方流動が起こり得ること,入力により沈下を伴う場合のあること,下層が完全液状化状態に達してから移動を始めることなどが明らかとなった.6,液状化センサーの仕様を検討するために,兵庫県南部地震における液状化時の噴砂現象の事例について調査・検討した.地震後の緊急対応への耐震工学の貢献は都市防災の重要な課題となりつつある.液状化センサーの開発は都市防災の観点からリアルタイム耐震工学という新たな分野における具体的な研究成果として期待されているものである.本年度の研究実績は以下のようである.1,ニューラルネットワークを用いた地盤液状化の推測手法を開発し,実際に兵庫県南部地震に適用することによって,推測手法の精度を確認した.また,センサー地点の水圧から広域地盤水圧発生状況を推定する広域地盤液状化モニタリング手法を提案した.2,本研究では,2次元液状化解析プログラムを開発し,ウォーターフロント地区地盤とウォーターフロント地区以外をそれぞれ解析することによって,解析手法の妥当性を検討するとともに,両地盤が液状化発生に与える影響を調べた。3,液状化センサーの最適配置を決定するために,地震動特性を推定する必要があることから,本年度は,震源断層パラメータなどが既知として,断層の破壊過程や地盤構造を考慮した,加速度応答スペクトルの推定手法を提案した.4,液状化センサーの最適配置を考えるための基礎研究として,液状化領域の空間分布推定を行った。これは,限られたボーリング資料をもとに,ボーリング資料のない地点を含めた液状化予測を空間的に行うものである。ボーリング資料を液状化センサーに置き換え考えることにより,液状化センサーの最適配置問題に適用することができると考えられる。5,液状化センサーの仕様を検討するために,兵庫県南部地震における液状化時の噴砂現象の事例についてさらに調査・検討を行った。本研究成果は下記の4点に分類して考えることができる.第1には液状化発生をもたらす地振動自体に対する研究である.亀田らは確率場の理論を用いて既知地振動から任意点の地振動を推定する手法を提案している.また,佐藤らは地振動のもつ位相スペクトルに注目して,活断層の幾何的形状が与えられた際の地振動の合成手法を提案して,兵庫県南部地震の際の地振動分布の推定を行っている.これら地振動の推定によっていち早く地振動の強度レベル・特性などを知ることによって液状化発生の有無を予測することができる.第2は得られた強震記録を解析し,特性値を評価することによって,その地点の液状化発生の有無を予測する手法で,強震計を液状化センサーとして利用する可能性を追求したものである.これらの研究は高田・宮島らによって実施され,その可能性が充分にあることが示された.
コグニティブ無線を用いたボディーエリアネットワークのための優先制御に関する研究

超広帯域無線(Ultra Wideband : UWB)を用いる際,他システムへの干渉を防ぐためにUWBに干渉軽減技術を具備することが義務づけられている.干渉軽減技術にはいくつかの手法があり,アプリケーションにより用いる干渉軽減技術が異なる.Body Area Network (BAN)にUWBを用いる際は,消費電力等の制限により,Low Duty-Cycle (LDC)のような低データレート向けの干渉軽減技術を用いることが検討されている.BANにおいてUWBを用いる際,LDCのDuty-Cycleをどの程度に設定すれば既存システムへの干渉が軽減できるのか,また,そのときの消費電力はどの程度なのか,スループットはどの程度なのかを評価することにより,LDCの干渉軽減性能を示した.また,BANにおける干渉軽減技術の設計方法を示した.また,高速UWBにおける通信や生体内・生体外などのBANにおいて実際にLDCを用いた場合,どの程度の干渉軽減性能が得られるのか,また,LDCのduty-cycleを任意に可変させることによるアダプティブレートコントロール技術の提案を行った.さらに,このレートコントロール技術を用いて生体情報をQuality of Service (QoS)制御のような優先制御を行うことで同一BANにおける通信の制御を行った.更に医療機器間の通信を想定し,高速UWBにおける通信品質の評価及び提案,それに関する干渉低減手法の提案・評価を行った.超広帯域無線(Ultra Wideband:UWB)を用いる際,他システムへの干渉を防ぐためにUWBに干渉軽減技術を具備することが義務づけられている.干渉軽減技術にはいくつかの手法があるが,Body Area Network(BAN)にUWBを用いる際は,消費電力等の制限により,Low Duty-Cycle(LDC)のような低データレート向けの干渉軽減技術を用いることが検討されている.LDCを干渉軽減技術として用いた際,Duty-Cycleをどの程度に設定すれば既存システムへの干渉が軽減できるのか,また,そのときの消費電力はどの程度なのか,スループットはどの程度なのかを評価することにより,LDCの干渉軽減性能を示した.これらの結果を踏まえ,次年度では,生体内・生体外などのBANにおいて実際にLDCを用いた場合,どの程度の干渉軽減性能が得られるのか,また,LDCのduty-cycleを任意に可変させることによるアダプティブレートコントロール技術の提案を行う.また,このレートコントロール技術を用いて生体情報をQuality of Service(QoS)制御のような優先制御を行うことで同一BANにおける通信の制御を行う.超広帯域無線(Ultra Wideband:UWB)を用いる際,他システムへの干渉を防ぐためにUWBに干渉軽減技術を具備することが義務づけられている.干渉軽減技術にはいくつかの手法があり,アプリケーションにより用いる干渉軽減技術が異なる.Body Area Network(BAN)にUWBを用いる際は,消費電力等の制限により,Low Duty-Cycle(LDC)のような低データレート向けの干渉軽減技術を用いることが検討されている.BANにおいてUWBを用いる際,LDCのDuty-Cycleをどの程度に設定すれば既存システムへの干渉が軽減できるのか,また,そのときの消費電力はどの程度なのか,スループットはどの程度なのかを評価することにより,LDCの干渉軽減性能を示した.また,BANにおける干渉軽減技術の設計方法を示した.これらの結果を踏まえ,次年度では,高速UWBにおける通信や生体内・生体外などのBANにおいて実際にLDCを用いた場合,どの程度の干渉軽減性能が得られるのか,また,LDCのduty-cycleを任意に可変させることによるアダプティブレートコントロール技術の提案を行う.また,このレートコントロール技術を用いて生体情報をQuality of Service(QoS)制御のような優先制御を行うことで同一BANにおける通信の制御を行う.超広帯域無線(Ultra Wideband : UWB)を用いる際,他システムへの干渉を防ぐためにUWBに干渉軽減技術を具備することが義務づけられている.干渉軽減技術にはいくつかの手法があり,アプリケーションにより用いる干渉軽減技術が異なる.Body Area Network (BAN)にUWBを用いる際は,消費電力等の制限により,Low Duty-Cycle (LDC)のような低データレート向けの干渉軽減技術を用いることが検討されている.BANにおいてUWBを用いる際,LDCのDuty-Cycleをどの程度に設定すれば既存システムへの干渉が軽減できるのか,また,そのときの消費電力はどの程度なのか,スループットはどの程度なのかを評価することにより,LDCの干渉軽減性能を示した.また,BANにおける干渉軽減技術の設計方法を示した.また,高速UWBにおける通信や生体内・生体外などのBANにおいて実際にLDCを用いた場合,どの程度の干渉軽減性能が得られるのか,また,LDCのduty-cycleを任意に可変させることによるアダプティブレートコントロール技術の提案を行った.さらに,このレートコントロール技術を用いて生体情報をQuality of Service (QoS)制御のような優先制御を行うことで同一BANにおける通信の制御を行った.更に医療機器間の通信を想定し,高速UWBにおける通信品質の評価及び提案,それに関する干渉低減手法の提案・評価を行った.
生活素材と水との相互作用

1.各種タンパク質の収着等温線食品添加用に用いられているグルテンや大豆タンパクなどのタンパク質粉末を塩類の飽和溶液で相対湿度を制御した小型デシケータ内で30°Cに保存し、乾燥前後の質量の変化量から、タンパク質粉末の水分含量と水分活性の関係を示す収着等温線を作成した。その結果、タンパク質粉末の収着等温線の形状は、すべてシグモイド曲線を示し、Brunauer(1938)のタイプII型に相当していた。したがって、タンパク質粉末の水分収着等温線の形状には特別な挙動は認められず、さらに収着等温線を解析する必要性が示された。2.収着等温線の解析Brunauer Emmet and Teller(BET)の式など収着等温線を解析する式から算出されたパラメータおよび単分子層吸着水量をもとに、タンパク質粉末の水分収着等温線の解析を行った。タンパク質粉末の各解析式のパラメータの値を既存の食品の中で詳細なデータがある食物繊維のそれらと比較したところ、両者の値はよく一致していた。また、タンパク質粉末の単分子層吸着水量は、510g/100g-乾燥物(BET式)、710(Caurie式)、68(GAB式)で、食物繊維粉末など他の食物のそれらとほとんど変わらなかった。このことから、タンパク質粉末に特徴的な水分収着特性は認められず、タンパク質の結合水量や不凍水量として報告されている文献値(1832g/100g-乾燥物)は、単分子層吸着水量の26倍に相当していた。したがって、タンパク質の結合水量などに関する文献値は多重層吸着水に由来する水の量を含んでいる可能性が高いため、タンパク質と相互作用する水の用語を整理する必要があると考えられた。
異物代謝酵素に着眼した化学物質の暴露経路依存的なリスク評価法の構築

本研究は、化学物質の暴露経路を考慮した包括的in vitroリスク評価法の開発を目的とした。1)ヒトiPS細胞由来の腸管上皮細胞様細胞分化誘導を行い、その細胞は生体小腸に近いUGT mRNA発現プロファイルを示した。2)ヒト肝臓におけるCYPおよびUGT mRNAの発現量には3.7136倍の個人差があることを認めた。3)フタル酸ジ-2-エチルへキシルの加水分解代謝物のモノ-2-エチルへキシル(MEHP)グルクロン酸抱合反応には大きな種差があること、ならびにヒトにおいてはUGT1A3、UGT1A7、UGT1A9およびUGT2B7が重要な役割を担っていることを明らかにした。本研究は、化学物質の暴露経路(標的臓器・組織:肝臓、小腸、肺及び皮膚)を考慮した包括的in vitroリスク評価法の開発を目指す。本年度は、「リコンビナント異物代謝酵素の発現」及び「異物代謝酵素遺伝子の発現解析」の課題を企画していた。「異物代謝酵素遺伝子の発現解析」は、上述したように概ね順調進展している。しかし、「リコンビナント異物代謝酵素の発現」は、平成26年9月、作製した人リコンビナント異物代謝酵素の活性を測定したところ、予想外に細胞培養条件の設定が複雑であり、高い活性を有する酵素を得ることが困難であると判明した。現在この問題を解決すべく、発現用の細胞の種類探索及び培養時間や添加補因子等の詳細な検討を行っている。本年度は、「ヒトiPS細胞由来の腸管上皮細胞様細胞の作製」、及び「フタル酸ジエステル類の代謝に関与する加水分解酵素の種差」の2課題について重点的に研究を遂行し、以下の成果が得られた。1)ヒトiPS細胞由来の腸管上皮細胞様細胞の作製:まず、ヒトiPS細胞Dotcom株を用い、activin A処置による胚体内胚葉誘導、FGF2処置による腸管幹細胞誘導及びEGF処置による腸管上皮細胞の成熟化を行った。得られた分化誘導細胞は腸管上皮細胞様の形態を持つことを確認した。次に、iPS細胞由来腸管上皮細胞様細胞においてUDP-グルクロン酸転移酵素(UGT)を中心とするmRNA発現及び酵素機能解析を行った。腸管上皮細胞様細胞において生体小腸に近いUGT mRNA発現プロファイルが確認された。また、OME処置によるCYP1A1のmRNA発現誘導が確認された。2)フタル酸ジエステル類の代謝に関与する加水分解酵素の種差:フタル酸ブチルベンジル(BBP)に焦点を当て、ヒト、ラット、マウス、イヌ及びサルの肝ミクロゾームによる加水分解反応の種差を検討した。BBPはいずれの動物種の肝ミクロゾームでもフタル酸モノブチル(MBP)とフタル酸モノベンジル(MBzP)に加水分解された。ヒトのBBPからのモノエステル体の生成は、MBzP>MBPであり、速度論的挙動は、MBP生成反応では二相性、MBzP生成反応ではHill式に従う挙動を示した。イヌでは、いずれのモノエステル体の生成活性もヒトと同程度であった(MBzP>MBP)。一方、ラット、マウス及びカニクイザルのBBPの加水分解反応の挙動は、ヒトとは逆の挙動であった(MBP>MBzP)。申請者は、これまでにヒトiPS細胞を肝細胞様細胞に分化誘導することに成功し、UGT及び転写制御因子のmRNA発現を解析した。また一方で、フタル酸ジエステル類のヒトにおける加水分解反応に関与する酵素の特性を解明した。これらの成果を踏まえて、本年度は、「ヒトiPS細胞由来の腸管上皮細胞様細胞の作製」、及び「フタル酸ジエステル類の代謝に関与する加水分解酵素の種差」について検討した。ヒトiPS細胞Dotcom株から腸管上皮細胞様の形態を細胞に分化誘導することに成功し、生体小腸に近いUGT mRNA発現プロファイルを示すことを確認した。また、OME処置によってCYP1A1 mRNAが誘導されたことも観察した。BBPは、BBPはいずれの動物種の肝ミクロゾームでもMBPとMBzPに加水分解され、その代謝挙動に大きな種差があることを明らかにした。従って、本年度の検討及びそれらの成果は、本課題の当初の計画を概ね達成したものと考える。本研究は、化学物質の暴露経路(標的臓器・組織:肝臓、小腸、肺および皮膚)を考慮した包括的in vitroリスク評価法の開発を目指す。本年度は、フタル酸ジ-2-エチルへキシルの加水分解代謝物(活性代謝物)のフタル酸モノ-2-エチルへキシル(MEHP)のグルクロン酸抱合反応について研究を遂行した。まず、ヒト、イヌ、ラットおよびマウスの肝および小腸ミクロゾームによるMEHPのグルクロン酸抱合反応の速度論的解析を行った。肝ミクロゾームによるMEHPグルクロン酸抱合反応は、ヒトおよびイヌではMichaelis-Menten、ラットおよびマウスではIsoenzymeの速度論的挙動を示した。一方、小腸ミクロゾームによるMEHPグルクロン酸抱合反応の速度論的挙動は、ヒト、イヌおよびマウスではIsoenzyme、ラットではMichaelis-Mentenのモデルに従った。Eadie-Hofsteeプロットに基づいて算出したVmax値は、肝ミクロゾームでは、イヌ>マウス>ラット≒ヒトであり、小腸ミクロゾームでは、マウス>イヌ>ラット>ヒトであった。

次に、MEHPのグルクロン酸抱合反応に関与するUGTについて検討を加えた。酵素源には、昆虫細胞発現リコンビナントUGT(13種類)を用いた。1A3、1A7、1A8、1A10、2B4および2B7がMEHPに対してグルクロン酸抱合能を有した。また、これらUGT分子種の速度論的解析を行ったところ、Vmax値は、1A3>2B7>1A8>2B4≒1A9>1A7であった。これらの結果より、MEHPのグルクロン酸抱合反応に関与するUGTの分子種の機能および臓器・組織分布性は、動物種間で大きく異なり、ヒトにおけるMEHPの解毒反応には、肝臓では1A3、2B4および2B7が、小腸では、1A7、1A8および1A10が重要な役割を担っていることが示唆された。本研究は、化学物質の暴露経路を考慮した包括的in vitroリスク評価法の開発を目的とした。1)ヒトiPS細胞由来の腸管上皮細胞様細胞分化誘導を行い、その細胞は生体小腸に近いUGT mRNA発現プロファイルを示した。2)ヒト肝臓におけるCYPおよびUGT mRNAの発現量には3.7136倍の個人差があることを認めた。3)フタル酸ジ-2-エチルへキシルの加水分解代謝物のモノ-2-エチルへキシル(MEHP)グルクロン酸抱合反応には大きな種差があること、ならびにヒトにおいてはUGT1A3、UGT1A7、UGT1A9およびUGT2B7が重要な役割を担っていることを明らかにした。【今後の研究計画】1)リコンビナント異物代謝酵素の発現:平成26年度に引き続き、異物代謝酵素(カルボシキルエステラーゼ、シトクロムP450、UDP-グルクロン酸転移酵素)を作製する。また、化学物質の包括的代謝のプロファイル(個人差)を解析するために、種々のリコンビナント異物代謝酵素のカクテルを作製する。2)ヒトiPS細胞の腸管様細胞への分化誘導:分化誘導(予備検討も含む)は、既報(Spence et al. Nature 2011;470:105&#8211;109)に準じて行う。分化誘導の成否は、細胞の形態及び腸管のマーカー遺伝子の発現により判断する。3)フタル酸ジエステル類の代謝に関与する加水分解酵素の種差:フタル酸ジエステル類(BBP及びDEHP)のヒト及び実験動物の肝ミクロゾームによる加水分解反応の種差を検討する。【次年度の研究費の使用計画】リコンビナント酵素の発現の成否を確認するために、ウエスタンブロッティンブを行い画像解析する必要であり、そのための装置を備品として計上する予定である。リコンビナント酵素の発現及びヒトiPS細胞の分化誘導には細胞培養用の作試薬やディスポーザブルの器具を十分量必要し、画像解析装置以外の物品費は消耗品に充てる。研究成果は学会や国際誌に発表する予定であり、旅費(学会参加のための旅費)やその他(英文校正料)にもそれぞれ1525万円を充てる予定である。【今後の研究計画】1)化学物質の個人差の解明:単一酵素系(リコンビナント酵素(CES, CYP, UGT))及び複合酵素系(カクテルリコンビナント酵素及びミクロゾーム画分)によるフタル酸ジ-2-エチルへキシル(DEHP)のin vitro代謝反応を包括的に解析する。
神経発達に伴う細胞サイズ制御機構の解明と病態モデルの確立

1神経幹細胞と神経細胞におけるmTORシグナルの違いとそれを誘起する因子を解明する。1)シグナルの違い:ラットおよびヒトiPS由来、ヒト胎児由来のneurosphereを用い、分化誘導後のmTORシグナルを検討した。増殖期のneurosphereにおいてはmTORC1シグナルが亢進しており、増殖停止した未成熟な神経細胞では低下し、分化/成熟と共に再び活性が上昇することがわかった。mTORC1の活性化状態と神経細胞の機能的形態的分化の関係を示すことができた。2)細胞外因子の作用:mTORシグナルを活性化する因子としては、従来明らかにしてきたBDNFをはじめとする成長因子の他、基質接着因子にも活性を認めた。興味深い点としてはsphere時のHippo経路は細胞接着因子によって調節されており、細胞間/細胞基質接着因子が増殖/分化と細胞サイズを制御している可能性の手掛かりを得た。mTORC1/2の経路をそれぞれ特異的に阻害するツールとして、TOS(mTORC1), CRIM(mTORC2)デコイを作成し、それぞれ特異的に下流シグナルを抑制することに成功した。現在mTOR活性型変異体に対する生理活性を検討中である。3)細胞サイズの比較:ラットおよびヒト由来の神経幹細胞にmTOR活性型変異体の発現を行い、安定株を得た。細胞サイズ及び形態の変化を計測中である。2ゲノム編集:ゲノム編集に関しては、相変わらず難航しているが継続中である。今年度の成果で特記すべきことはmTORC1,mTORC2のシグナルをそれぞれ特異的に阻害することが可能な分子デコイを開発したことである。mTORC1はraptorとの結合に基質側のTOSモチーフと呼ばれる5アミノ酸からなる配列を利用している。これをGFPにつなぎ、“デコイ(おとり)"として基質への結合を競合阻害することができた。同様にmTORC2はmSin1のCRIMドメインが基質と結合するため、このドメインをデコイとして用いる事によって阻害が可能となった。現在ウイルスベクターを作成したので、神経細胞/神経幹細胞への生理的作用を明らかにしたい。1細胞サイズ制御の基盤:蛋白合成及び脂質合成の亢進と細胞サイズの増大に関してはmTOR活性型変異体の導入細胞を用いてさらに詳細に検討する。さらにmTORC1,2のどちらの経路が関与しているかを分子デコイを用いた実験によって明らかにする。同時にメタボローム解析を行う(予備実験済)。2病態モデル:ゲノム編集によるmTOR活性型変異細胞の作成に引き続き取り組む。同時にラット及びヒト由来神経幹細胞から樹立したmTOR活性型変異発現細胞の培養下の解析を進め、ラット胎仔への移植も検討する。実績の概要を研究計画のサブテーマごとに記載する。1神経幹細胞と神経細胞におけるm TO Rシグナルの違いとそれを誘起する因子を解明する。1)シグナルの違い:ラットからneurosphereを調整し、定法に従って維持及び分化誘導を行なった。神経幹細胞(neurosphere状態)、神経前駆細胞(単層培養)、分化誘導神経細胞と初代培養神経細胞を各種マーカー蛋白の発現で同定した後、それぞれのmTORシグナル系の活性化状態を調べた。mTORのキナーゼ活性測定、およびリン酸化特異抗体を用いた基質(p70S6Kと4EBP)のリン酸化レベルの変動を明らかにした(結果に関しては未発表の為、非公表)。さらに分化状態によってS6Kのp70とp85の比率が変化することも見いだした。このことの生理的意義は不明だが、S6Kの活性測定を計画している。2)細胞外因子の作用:基質接着因子(ラミニンなど)によってmTOR活性が変化することを見いだしたが、詳細については現在検討中である。3)細胞サイズの比較:細胞の発達の各段階でそれぞれのマーカーの抗体と、細胞膜染色試薬の二重染色像を行って、画像を取得していおり、順次3次元再構成をおこなってデータを解析している。Sphere形成時の細胞に比較して分化後では数倍10倍の細胞容量の増大が確認されている。2ゲノム編集:ゲノム編集に関しては、神経幹細胞への遺伝子導入効率の悪さもあって難航している。並行してエレクトロポレーションによる通常のmTOR活性型変異体の過剰発現を行い、一過性の発現に関しては(効率は悪いが)安定している。しかし一過性発現では細胞サイズの変動にまで至らないことが多く、現在株化を行っている。H28年度の研究はおおむね当初の計画通りに進展している。ゲノム編集に関しては当初の危惧通り難航しているが、代替策としてのmTOR活性型変異体の過剰発現によって細胞サイズ途の関連や分化との関連は解明できると考えられる。しかしながら病態モデルとしてはゲノム編集が望ましいので、引き続き専門家の助言をもらいながら試行し、成功させたい。その他、mTORシグナルに関して末梢組織や癌細胞、さらには冬眠動物脳における知見が得られたのは、新たな研究の展開につながるseedsといえる。1)シグナルの違い:昨年度はラットのneurosphereを用い、分化誘導後のmTORシグナルを検討したが、本年度はそれに加え、ヒトiPS由来神経幹細胞を用い、同様の検討を行った。iPS由来細胞では神経分化により時間がかかるが、mTORシグナルの変動が、ラットの細胞と(ほぼ)同様に確認できた。iPS由来神経幹細胞の分化状態に関しては、機能的分化の度合いを測る指標の探索が続いているが、細胞内シグナルの変化を確立できれば、新たな知見となる。2)細胞外因子の作用:mTOR

シグナルを活性化する因子としては、従来明らかにしてきたBDNFをはじめとする成長因子の他、基質接着因子にも活性を認めた。阻害因子に関しては、mTOR阻害剤であるrapamycinをコントロールとしてスクリーニングを行い、AMPKに作用する分子などいくつかの低分子化合物の効果を確認できた。詳細については現在検討中である。3)細胞サイズの比較:ラットの細胞で行った実験と同様の実験をヒトiPS由来神経細胞で行っている。パッチクランプ法による膜容量(capacitance)の測定では分化の状態による変化に注目している。4)蛋白合成、脂質合成:mTORシグナルの活性化により、蛋白合成の亢進し、その結果細胞サイズが増大することがCap-依存性蛋白合成阻害剤(4E-GI)を用いた実験により明らかとなった。2ゲノム編集:ゲノム編集に関しては、相変わらず難航しているため、通常のmTOR活性型変異体の過剰発現を行い、安定発現株を複数系統作成した。今後、この細胞を用いて細胞サイズの変化を調べるとともに、ゲノム編集に関しても引き続きトライしてゆく。H29年度の研究はおおむね当初の計画通りに進展している。当初の危惧どうり、ゲノム編集実験が難航している一方で、ヒトiPS由来神経幹細胞、分化神経細胞の解析が進んだことが特記される。1神経幹細胞と神経細胞におけるmTORシグナルの違いとそれを誘起する因子を解明する。1)シグナルの違い:ラットおよびヒトiPS由来、ヒト胎児由来のneurosphereを用い、分化誘導後のmTORシグナルを検討した。増殖期のneurosphereにおいてはmTORC1シグナルが亢進しており、増殖停止した未成熟な神経細胞では低下し、分化/成熟と共に再び活性が上昇することがわかった。mTORC1の活性化状態と神経細胞の機能的形態的分化の関係を示すことができた。2)細胞外因子の作用:mTORシグナルを活性化する因子としては、従来明らかにしてきたBDNFをはじめとする成長因子の他、基質接着因子にも活性を認めた。興味深い点としてはsphere時のHippo経路は細胞接着因子によって調節されており、細胞間/細胞基質接着因子が増殖/分化と細胞サイズを制御している可能性の手掛かりを得た。mTORC1/2の経路をそれぞれ特異的に阻害するツールとして、TOS(mTORC1), CRIM(mTORC2)デコイを作成し、それぞれ特異的に下流シグナルを抑制することに成功した。現在mTOR活性型変異体に対する生理活性を検討中である。3)細胞サイズの比較:ラットおよびヒト由来の神経幹細胞にmTOR活性型変異体の発現を行い、安定株を得た。細胞サイズ及び形態の変化を計測中である。2ゲノム編集:ゲノム編集に関しては、相変わらず難航しているが継続中である。今年度の成果で特記すべきことはmTORC1,mTORC2のシグナルをそれぞれ特異的に阻害することが可能な分子デコイを開発したことである。
異種間共生によるヒトの健康促進ーヒト-イヌ共生細菌叢によるこどもの心身の健康発育

イヌと生活することでのヒトの心身における恩恵に関しては枚挙に暇がない。うつ病、自閉症児のケア、疼痛抑制や消化器疾患において、イヌとの生活が効果をもつことが報告されている。そのメカニズムとして、共有細菌叢に着目した。本研究では、イヌとの生活によってもたらさせる心身の健康に寄与する、イヌとの生活によって変化するヒト細菌叢(共生細菌叢)の機能を解明する。1)イヌとの生活によるヒトの細菌叢変化の解析、2)マウスを用いた共生細菌叢のもつオキシトシン神経系ならびに免疫系賦活化効果の解明により、イヌとの生活によって変化するヒト細菌叢(共生細菌叢)の機能を解明する。これらの研究によって、ヒトとイヌの4万年にもおよぶ共進化の過程に介在してきた細菌叢の役割を明らかにする。イヌとの生活によるヒトの細菌叢変化、共生細菌叢のもつオキシトシン神経系ならびに免疫系賦活化効果が明らかになる。その結果、ヒトとイヌの共進化の過程に介在してきた細菌叢の役割が明確になる。ヒトと犬の心身の健康に関する関係性が理解できることにより、ヒトと犬の福祉の向上が期待できる。
神経変性疾患における病因蛋白質の選択的分解の促進による治療法の開発

本研究では、オートファジーと分子シャペロンーユビキチン・プロテアソーム系(UPS)などの細胞内の蛋白質分解処理機構において、TFEB(転写因子EB)やHIKESHI等の調節因子の発現を増強してオートファジーと分子シャペロンーUPSの両者を活性化することにより、ターゲットの病因蛋白質に対して特異性が高く、強力な病因蛋白質の除去効果のある治療法を探索した。本研究により、TFEBの高発現によって変異した病因蛋白質の分解が選択的に促進されることを見い出した。TFEBは既存のオートファジーのアダプター分子とは関係しないことが判明し、TFEBは別な機構で変異蛋白質特異的な分解を行っていると考えられた。TFEBの高発現によって変異したARやataxin-1などのポリグルタミン病の病因蛋白質の分解が強力に促進されることを明らかにした。また、神経変性疾患の治療法として実現可能な治療法となるためには、変異のある病因蛋白質を選択的に分解する治療法が必要になってくるが、TFEBの誘導により、変異蛋白質選択的に分解が行われることも明らかになった。さらに、それぞれの病因蛋白質の減少効果のメカニズムを探るために、各分子の分解課程におけるオートファジーのアダプター蛋白などとの相互作用について調べ、病因蛋白質の選択的分解に関わる分子機構を探索し、副作用の少ない治療法の開発へつなげられるデータも取得した。私たちは、芍薬の抽出物であるペオニフロリンを用いて、TFEBの発現量が増加してオートファジーが活性化されている現象を見い出しており、TFEB高発現は神経変性疾患の治療法として実現可能な治療法となる可能性があると考えられる。さらに、各分子の分解課程におけるオートファジーのアダプター蛋白などとの相互作用についてより詳細に調べ、病因蛋白質の選択的分解に関わる分子機構を探索し、副作用の少ない治療法の開発へつなげる。次には、オートファジーのアダプター蛋白質以外の蛋白質分解に関わる修飾因子も同定しており、この解析を進めていく。転写因子であるTFEBは、LC3-IIの発現を上昇させてautophagosomeの形成を促進させ、リソソーム内の多くのproteaseの発現も上昇させて、オートファジー機能を全体的に活性化させるマスターレギュレーターである。ヒト神経培養細胞モデルでは、TFEBの高発現によって変異したアンドロゲン受容体(AR)、ataxin-1、ataxin-3及びHuntingtin蛋白質の発現量の減少効果を見いだし、減少効果のメカニズムを探るために、それらの分子の分解課程におけるオートファジーのアダプター蛋白質であるp62、optineurinとの相互作用について検討したところ、これらのアダプター蛋白質とは相互作用のないことが判明した。さらに、別なアダプター蛋白質との相互作用を、それぞれの病因蛋白質について探索して、より有効で副作用の少ない治療法を探索する。一方、驚いたことにTFEBとHIKESHIの間に相互作用があることを見い出し、両者の共発現によって、変異ARや変異ataxin-1の減少効果が増強されることを見い出した。ヒト神経培養細胞モデルでHIKESHIを単独で様々な量で高発現させると、変異したAR、ataxin-1蛋白の発現量が減少することも判明している。逆に、CRISPR-Cas9システムを用いてHIKESHIのノックアウト細胞を作成したところ、このノックアウト細胞では、変異ARや変異ataxin-1の発現量が上昇することを見いだしており、HIKESHIの変異した病因蛋白質に対する治療的な作用を明らかにしている。既に作製しているprionプロモーターの調節下でTFEBを高発現するマウスでは、神経系や一般臓器でTFEBが高発現してオートファジーが活性化していることを確認している。また、HIKISHIを高発現するマウスモデルを作成した。転写因子であるTFEBは、LC3-IIの発現を上昇させてautophagosomeの形成を促進させ、リソソーム内の多くのproteaseの発現も上昇させて、オートファジー機能を全体的に活性化させるマスターレギュレーターであるが、発現量が過度になると却って毒性を発揮することを見いだし、当初予定していたchicken β-actinプロモーターを使用するとマウスでは致死的な発現量や発現分布となることが判明した。そこで、プロモーターをprionプロモーターに変更したところ、交配可能なTFEB高発現マウスを作製することに成功した。TFEB高発現マウスの作製の試みは世界各地で検討されているが、なかなか成功していなかった。ヒト神経培養細胞モデルでの、TFEBの高発現による各種変異蛋白質の発現量の減少効果とオートファジーの各種アダプター蛋白質との相互作用についても次第に明らかになっている。一方、TFEBとHIKESHIの間に相互作用があることも見い出し、新たな知見と考えられる。HIKESHIの発現量の変化によって、変異したAR、ataxin-1蛋白の発現量が変化することも明らかにしている。さらに、HIKISHI高発現の治療効果を検討するために、chicken β-actinプロモーターの調節下でHIKISHIを高発現するマウスモデルも作成した。転写因子TFEB(転写因子EB)は、オートファゴソームの形成を促進したり、リソソーム内の多くのプロテアーゼの発現を上昇させてオートファジーを活性化するマスターレギュレーターである。Heat shock protein(Hsp)あるいは分子シャペロンは、生体(細胞)が熱ショックに曝されると活性化され、変性して凝集しやすくなった蛋白質をrefold、あるいは分解する。

HIKESHIは、分子シャペロンを核内へ運搬する役割を果たし、熱ストレスに対する細胞の防御機構を増強して細胞死を抑制するため、分子シャペロンの細胞内での局在変化も細胞の機能改善に重要と考えられている。私たちはTFEBの高発現によって変異した病因蛋白質の分解が選択的に促進されることを見い出した。そこで、TFEBとp62, neighbor of BRCA1 gene 1(NBR1)、optineurinなどのオートファジーのアダプター分子との相互関係を見て、ユビキチン化蛋白質、ユビキチン化蛋白質凝集体をオートファゴソームに選択的に輸送するメカニズムを見いだす実験を行うと、TFEBは既存のオートファジーのアダプター分子との特異的な関係を神経変性疾患の病因蛋白質の特異的な分解に関連しては関係しないことが判明し、TFEBは別な機構で変異蛋白質特異的な分解を行っていることが考えられた。そこで、球脊髄性筋萎縮症(SBMA)の病因蛋白質である変異アンドロゲン受容体(AR)を分子標的とし、TFEB誘導による治療法の開発を視野に入れて、SBMAマウスモデルに対してTFEB高発現による治療的介入実験を行っている。今後は、オートファジーと分子シャペロンの重要な調節因子をマウスモデルでも探索して、これらの調節因子の誘導による蛋白質分解経路を利用した、病因蛋白質を選択的に強力に分解する治療法を開発する予定である。本研究では、オートファジーと分子シャペロンーユビキチン・プロテアソーム系(UPS)などの細胞内の蛋白質分解処理機構において、TFEB(転写因子EB)やHIKESHI等の調節因子の発現を増強してオートファジーと分子シャペロンーUPSの両者を活性化することにより、ターゲットの病因蛋白質に対して特異性が高く、強力な病因蛋白質の除去効果のある治療法を探索した。本研究により、TFEBの高発現によって変異した病因蛋白質の分解が選択的に促進されることを見い出した。TFEBは既存のオートファジーのアダプター分子とは関係しないことが判明し、TFEBは別な機構で変異蛋白質特異的な分解を行っていると考えられた。この研究の最大の目的であるTFEB高発現の治療効果について、TFEBの高発現によって変異した神経変性疾患の病因蛋白質の選択的な分解が強力に促進されることを明らかにした。さらに、それぞれの病因蛋白質の減少効果のメカニズムを探るために、各分子の分解課程におけるオートファジーのアダプター蛋白などとの相互作用について調べ、病因蛋白質の選択的分解に関わる分子機構を探索し、副作用の少ない治療法の開発へつなげられる可能性のあるデータも取得している。私たちは、既に芍薬の抽出物であるペオニフロリンを用いて、TFEBの発現量が増加してオートファジーが活性化されている現象を見い出しており、TFEB高発現は神経変性疾患の治療法として実現可能な治療法となる可能性があると考えられる。さらに、オートファジーのアダプター蛋白質以外の、蛋白質分解に関わる修飾因子も同定しており、研究がさらに発展する状況になっている。
鉄系超伝導体における軌道・スピン揺らぎと超伝導の理論研究

鉄系超伝導体のひとつであるLiFeAsについて研究を行った。LiFeAsは超伝導転移温度がTc=18Kと比較的高い温度を示すが、磁気秩序も軌道秩序も示さず、典型的鉄系超伝導体であるBa122などとは異なっている。またスピン揺らぎが非常に弱いことが中性子散乱や核磁気共鳴実験からわかっており、スピン揺らぎ機構では高いTcが説明できないと考えられる。La1111でも同様に弱いスピン揺らぎと高いTcが観測されており、LiFeAsの高いTcの起源を解明することは鉄系超伝導体の超伝導発現機構解明の鍵になると考えられる。Feイオンの振動に由来する弱い軌道間相互作用(フォノン)を考慮した軌道揺らぎ機構の先行研究ではフルギャップs++波が得られるが、かなり強い軌道揺らぎを仮定する必要があり現実的ではない。また超伝導ギャップ方程式の固有値λが小さく、高いTcを説明することができない。そこで我々は軌道間相互作用により弱い軌道揺らぎが誘起され、電子相関の高次項であるバーテックス補正により引力相互作用が増強されると考えた。まずスピン、軌道感受率を計算したところ、反強的スピン揺らぎと軌道間相互作用による反強的な軌道揺らぎが発達した。LiFeAsでは強的な軌道揺らぎの発達は観測されていないため、反強的軌道揺らぎはこれに整合する。次に超伝導ギャップ方程式を解いたところ弱い軌道揺らぎとスピン揺らぎのもと、フルギャップs++波が得られた。ギャップ構造も角度分解光電子分光により観測されたものと精度よく整合した。また固有値λも上昇し、高いTcを説明することができた。本研究からLiFeAsでは軌道間相互作用(フォノン)と電子相関効果であるバーテックス補正の相乗効果により高いTcの超伝導が実現しているという結論を得た。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。鉄系超伝導体においてネマティック秩序と超伝導は多大な注目を集めている。多くの鉄系超伝導体は磁気転移とともにネマティック転移を示し、超伝導相はその秩序相に隣接して現れるため、その関係が精力的に研究されている。これまでの研究により鉄系超伝導体におけるネマティック転移は高次の電子相関相互作用であるバーテックス補正に起因する軌道秩序機構で説明できることがわかった。そこで本研究ではBaFe2(As,P)2注目し、バーテックス補正を考慮したMigdal-Eliashberg近似を超えた超伝導ギャップ方程式を解き、ARPESによる観測結果と比較することで超伝導発現機構を解明した。BaFe2(As,P)2はZ点近傍のdz2軌道で構成されたホール面(dz2ホール面)上のギャップ構造が注目されている。RPAによるスピン揺らぎ機構の先行研究ではdz2ホール面上に水平ノードを予想している。一方、現象論的な軌道揺らぎ機構の先行研究は水平ノードは現れないと予想している。このように水平ノードの有無は超伝導発現機構に直接的に関係しているが実験的には双方の報告があり、決着には至っていない。第一原理計算による有効2次元5軌道強束縛模型を作成し、バーテックス補正を考慮した軌道・スピン感受率の計算を行ったところ、実験的相図と整合する強的な軌道揺らぎと反強的なスピン揺らぎが発達した。次に得られた揺らぎを用いて、バーテックス補正を考慮した超伝導ギャップ方程式を解いたところ水平ノードを伴わないノーダルs+-波を得た。水平ノードが消失するのはバーテックス補正により軌道揺らぎが発達することで、軌道間引力相互作用が誘起されるためである。本研究では、ネマティック秩序と超伝導発現機構について統一的な微視的理論で解析し、軌道揺らぎの発達によりdz2ホール面上に水平ノードが現れないことを示した。本研究の目的は軌道・スピン揺らぎと超伝導発現機構の関係について明らかにすることである。そのためには鉄系超伝導体の示す、ネマティック秩序と超伝導発現機構、さらにはその物質依存性について、統一的な理論で理解することが重要である。これまでに解析を行ったBaFe2(As,P)2とLiFeAsは同じ鉄系超伝導体のグループに属しているがその物性は大きく異なっている。BaFe2(As,P)2は軌道秩序、磁気秩序を示すのに対して、LiFeAsは軌道秩序も磁気秩序も示さない物質である。本研究ではこの2つの鉄系超伝導体を同じ理論手法で解析し、それぞれの異なった軌道・スピン揺らぎ、超伝導ギャップ構造を統一的に説明することに成功した。鉄系超伝導体の物質依存性はフェルミ面の形状、軌道成分の違いに起因しており、同じ理論手法で解析することで物質依存性の違いを生み出す要素も明らかにすることができた。そのため本研究の目指す鉄系超伝導体の統一的な理解に向かって順調に進展しているといえる。

Feイオンの振動に由来する弱い軌道間相互作用(フォノン)を考慮した軌道揺らぎ機構の先行研究ではフルギャップs++波が得られるが、かなり強い軌道揺らぎを仮定する必要があり現実的ではない。また超伝導ギャップ方程式の固有値λが小さく、高いTcを説明することができない。そこで我々は軌道間相互作用により弱い軌道揺らぎが誘起され、電子相関の高次項であるバーテックス補正により引力相互作用が増強されると考えた。まずスピン、軌道感受率を計算したところ、反強的スピン揺らぎと軌道間相互作用による反強的な軌道揺らぎが発達した。LiFeAsでは強的な軌道揺らぎの発達は観測されていないため、反強的軌道揺らぎはこれに整合する。次に超伝導ギャップ方程式を解いたところ弱い軌道揺らぎとスピン揺らぎのもと、フルギャップs++波が得られた。ギャップ構造も角度分解光電子分光により観測されたものと精度よく整合した。また固有値λも上昇し、高いTcを説明することができた。本研究からLiFeAsでは軌道間相互作用(フォノン)と電子相関効果であるバーテックス補正の相乗効果により高いTcの超伝導が実現しているという結論を得た。今後はBa122系のドープ依存について注目したいと考えている。これまでに研究したBaFe2(As,P)2の母物質であるBaFe2As2は電子ドープ、ホールドープによっても超伝導が発現する。ホールドープでは超伝導転移温度がTc=38Kまで達し、これはBaFe2As2系では最高の転移温度である。超伝導はTcは低くなるものの、BaをKに置換しきったKFe2As2においても発現している。軌道揺らぎとスピン揺らぎの強さ、超伝導ギャップのドープ依存性も観測されおり、超伝導発現機構がドープ量によって変化していることが予想される。これはホールドープによってX,Y点のフェルミ面が電子面からプロペラ上のホール面に変化することに起因していると考えられる。またごく最近に同じ過剰ホールドープ系であるCsFe2As2,RbFe2As2においてBaFe2As2で観測されるものとは異なった対称性を持ったネマティック揺らぎが観測された。これらの超伝導ギャップ構造への影響についても調べたいと考えている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
炎症沈静・慢性化の根幹機構の解明：システムメカノバイオロジーの創成へ

炎症自体は免疫反応によるものであるが、原細胞における炎症「促進」反応の沈静化と慢性化には、力学的な力が関与することを実証するのが本研究の目的である。力は細胞-基質間接着(焦点接着斑)へと物理的に作用するため、本研究では焦点接着斑を構成するタンパク質の一つpaxillin(および炎症促進に関わるそのチロシン残基pY118のリン酸化)に特に注目して力が及ぼす影響を調べた。その結果、力(細胞収縮力)が弱い条件ではpY118のリン酸化レベルが有意に高く、rac1の活性化を導いて炎症を促進する反応を起こすことがわかった。本研究の目的は、炎症誘発反応が沈静化する分子機構を、我々がこれまでに見出した「張力ホメオスタシス」の分子機構に基づいて説明することである。さらに、その沈静機構に関わるシグナル分子群が機能しない場合には炎症誘発反応の持続的活性化につながることを証明することである。本年度は細胞ライブイメージングにより、まず張力ホメオスタシスの実現には、非筋II型ミオシンに結合するミオシン調節軽鎖のリン酸化、および、適度な長さの細胞内F-actinが必要であることを示した。これは細胞内F-actinの長さを変えるjasplakinolideやlatrunculinを投与すると、GFP-alpha-actininの局在によって定量化できる細胞内張力が基準値に戻らないことから確認した。このように張力ホメオスタシスが実現されないとき、炎症反応を誘発するシグナルの発生源である焦点接着斑に対して、過大あるいは過小な張力が負荷され続けることがわかった。つまり、免疫応答が関わる以前の炎症誘発反応そのものの沈静化には、細胞内張力ホメオスタシスが正常に機能することが必須であることが示唆された。別途、幾つかの方法によりミオシン調節軽鎖のリン酸化を抑制すると、焦点接着斑に存在するタンパク質FAK、Cas、Paxillinなどのリン酸化レベルが変化することを免疫染色やウエスタンブロッティングにより確認した。現在さらに詳細な解析を進めているが、これまでのところ十分な大きさの細胞内張力が焦点接着斑に作用しないときには、Paxillinの118番目チロシンリン酸化が上昇することを確認している。このように、非筋アクトミオシンが正常に動作することにより張力ホメオスタシスが維持され、その結果焦点接着斑には基準レベルの張力が作用して焦点接着斑タンパク質の基準レベルのリン酸化が生じる、という相互関係が明らかになってきた。ヒト骨肉腫U2OS細胞と胚性血管平滑筋A7r5細胞を用いて張力ホメオスタシス機構と炎症促進シグナルの持続化の関係について調べた。まず細胞接着斑タンパク質の一つpaxillinのpY118における脱リン酸化状態が、細胞の張力と高い相関があることがわかった。この相関はマイクロパターニング技術を用いて内因性のmyosin II依存の張力を調節することによって確認された。ここで、マイクロパターン化された細胞の辺縁部分に沿った張力の勾配は有限要素解析を用いて調べ、paxillinのリン酸化は抗体を用いた染色強度から調べた。そこでpaxillinのリン酸化レベルを指標として細胞の張力を評価しながら、炎症を促進する因子であるNF-κBのリン酸化を観察した。細胞が張力ホメオスタシスを行うことができない状態をマイクロパターンによって人工的に作り、NF-κBを観察したが優位なリン酸化レベルの変化は認められなかった。一方、張力ホメオスタシスが達成できない場合には異常なラメリポディアの発生が見られたために、炎症シグナルに関連のあるRac1の特異的阻害を与えたところ、この異常なラメリポディアが抑えられた。つまり細胞が張力を一定値に保つことができない場合には、おそらくRhoAの活性化が抑えられるためにそれに相反する役割を果たすRac1が持続的に活性化されたと考えられる。張力ホメオスタシスを起こすことができない細胞におけるRac1の持続的な活性化は、最終的には炎症を促進するシグナル群の活性化につながると考え、現在さらなる検討を行っている。細胞接着斑タンパク質の一つPaxillinのチロシンpY118におけるリン酸化は炎症促進と密接な関係があることが知られている。本研究ではこのPaxillinのリン酸化が細胞張力の喪失と関係があることをを示した。まず、シリコーン膜に力学的予ひずみを負荷して、数百nmの振幅を有する正弦波状の微細突起を作製し、それを細胞培養基板として用いた。この微細突起の方向に従って、細胞の張力の発生要素であるstress fiberが配向するために、張力の大きさや方向を制御することができる。まず、この微細突起に沿ったstress fiberの配向はintegrinを介した細胞接着により達成されることを確認した。さらに、ミオシン活性の抑制によりこの配向が行われなくなったことから、stress fiberの配向には、細胞張力が必要であることを確かめた。