hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
免疫担当細胞のアスベスト曝露と腫瘍進展メカニズムの解析

アスベストの低濃度長期曝露が免疫担当細胞に,腫瘍免疫の減弱を惹起して,アスベスト曝露症例における腫瘍発生の下地を形成することを想定して実験モデルの構築と症例による検討を行った。細胞株モデルでは,抑制性サイトカインIL-10の産生亢進と,免疫反応活性化サイトカインのIFNγの低下が観察されたが,症例でのサイトカイン産生ではおそらく腫瘍細胞が産生するIL-6の高値が悪性中皮腫症例で認められたのみであった。アスベスト(石綿)曝露を原因とする石綿肺には合併する肺癌や悪性中皮腫の発症が知られている。アスベストは珪酸塩であり,珪酸曝露により自己免疫疾患が引き起こされることから,アスベスト曝露においても腫瘍免疫の減衰を含む免疫系への影響が考えられる。研究代表者の研究室において,(1)ヒトポリクローナルリンパ球MT-2株(MT-2 Org)は,アスベストの一種であるchrysotile-Bによりアポトーシスが誘導されること,(2)しかしながらMT-2 Orgを低濃度のアスベスト存在下で長期間培養することによりアポトーシスに耐性を示すこと,(3)このようにして樹立したアスベスト誘導アポトーシス抵抗性亜株(MT-2 Rst)は,アスベスト繊維による刺激を受けた後,Src family kinaseを介してIL-10産生が促進され,さらにIL-10のオートクリン的なシグナリングによりSSTAT3のリン酸化,Bcl-2発現の亢進を介してアポトーシス抵抗性を獲得することを明らかにしている。本研究では,MT-2 Rstのアスベスト誘導アポトーシス耐性メカニズムをさらに解析することを目的として,その細胞増殖能および転写制御について検討した。その結果,MT-2 RstはMT-2 Orgと比較して細胞増殖および細胞周期に軽度の遅延が起こることが示された。また,MT-2 Rstにおける核内のNF-KB発現は有意に低くなった。IL-10およびSTAT-3はNF-KB発現を抑制することが報告されていることから,MT-2 RstにおけるNF-kB発現はIL-10の産生亢進ならびにSTAT3のリン酸化によって抑制された可能性が考えられる。研究代表者の研究室において,(1)ヒトポリクローナルリンパ球MT-2株(MT-2 Org)は,アスベストの一種であるchrysotile-Bによりアポトーシスが誘導されること,(2)しかしながら低濃度での長期培養によりアポトーシスに耐性を示すこと,(3)このようにして樹立したアスベスト誘導アポトーシス抵抗性亜株(MT-2 Rst)は,アスベスト繊維による刺激を受けた後,Src family kinaseを介してIL-10産生が促進され,IL-10のオートクリン的なシグナリングによりSTAT3のリン酸化,Bcl-2発現の亢進を介してアポトーシス抵抗性を獲得することを明らかにしている。本研究では,MT-2 Rstの細胞特性をさらに解析することを目的として行った。その結果,MT-2 RstはMT-2 Orgと比較して細胞増殖および細胞周期に軽度の遅延が生じること,各細胞株の培養上清中のサイトカイン(IL-10,IFN-γ,TNFα,IL-4,IL-6)産生は,IL-10を除きMT-2 Rstでは低下することを示した。IL-10およびSTAT-3はNF-κB発現を抑制することが報告されており,MT-2 RstにおけるNF-κB発現はIL-10の産生亢進ならびにSTAT3のリン酸化によって抑制される可能性が考えられる。そしてMT-2 Rstにおいて低下したサイトカイン産生にはIL-10の過剰産生とNF-κBの抑制が関わることが想定される。NF-κBは,c-Junおよびc-Fos等による細胞増殖の調節にも関与しており,本研究においてもMT-2 RstはNF-κB発現低下により細胞の増殖が抑えられ,分化能や機能が亢進する可能性が考えられた。
消化器癌におけるタイリングアレイを用いた高解像度エピゲノム解析

タイリングアレイを用いたDNAメチル化網羅的解析および質量分析機MassARRAYを用いたメチル化定量解析により、大腸癌では3つの異なるエピジェノタイプを同定し、肝癌ではC型肝炎ウィルス陽性肝癌に特異的にメチル化される遺伝子を同定した。平成19年度は消化器癌細胞株のDNAメチル化マッピングのうち、大腸癌細胞株、肝癌細胞株が先行して終了している。DNA塩基配列そのものではなくその修飾要素として細胞分裂の際に娘細胞に維持・伝達される情報をエピジェネティクスと呼ぶが、DNAメチル化は最も重要なエピジェネティック変化の一つであり、DNAメチル化異常を詳細にゲノム上にマッピングし癌のエピゲノム異常を解明することは、癌の複雑な遺伝子制御異常を明らかにするために必須である。オリゴをプローブに用いたゲノムタイリングアレイによる我々のDIP-chip技術を用い、DNAメチル化を詳細にマッピングした。これらの癌細胞株に対し、脱メチル化剤5-aza-2-deoxycitine処理、ヒストン脱アセチル化阻害剤Trichostatin A処理を行う前後で発現アレイ解析も行い、遺伝子プロモーター領域メチル化の有無と、遺伝子発現消失、薬剤処理による発現回復の有無を解析した。その結果同定された783個のサイレンジンク候補遺伝子から62遺伝子を抽出。62遺伝子プロモーター領域のDNAメチル化状態を定量的に解析するため、Bisulfite処理したDNAを鋳型に用いてPCRを行い、その産物を質量分析機MassArrayにかけることにより、定量解析した。平成19年度は大腸癌細胞株、肝癌細胞株、および大腸癌症例79例について定量解析を終了している。今後、大腸癌症例30例、肝癌症例60例について解析を加え、臨床病理学的因子と合わせて検討し、予後マーカーなど臨床応用可能なマーカーの同定、及び癌関連遺伝子候補の同定を行う。また、胃癌細胞株のメチル化ゲノム解析を同様に行い、抽出されるメチル化候補部位について胃癌症例を用いてメチル化定量解析していく予定である。オリゴをプローブに用いたゲノムタイリングアレイによる我々のDIP-chip技術を用い、消化器癌細胞株のDNAメチル化を詳細にマッピングする。平成19年度に終了した大腸癌細胞株、肝癌細胞株に加え、平成20年度は胃癌細胞株および臨床肝癌検体を用いてマッピングした。また、研究施設に新たに導入した高速シーケンサーを用いてDIP産物を大量シーケンスすることによりメチル化部位をマップするDIP-seq技術も確立した。同定されたメチル化部位から、平成19年度までに大腸癌メチル化マーカーを62か所作成し、臨床大腸癌症例79例におけるメチル化状態を質量分析機MassArrayにかけることにより定量解析したが、平成20年度はさらに43症例解析した。その結果大腸癌はDNAメチル化により3つのエピジェノタイプにクラスターされた。臨床病理学的因子と合わせて検討すると、高メチル化群はBRAF遺伝子突然変異と相関し、中メチル化群はKRAS遺伝子突然変異と相関し予後が悪く、低メチル化群はp53遺伝子突然変異と相関した。肝癌はDIP-chipの結果からHBV(+)肝癌、HCV(+)肝癌にそれぞれ特異的なメチル化候補部位を抽出、肝癌症例60例についてMassARRAYによる定量的メチル化解析を終えた。今後臨床病理学的因子と合わせて検討し、予後マーカーなど臨床応用可能なマーカーの同定、及び癌関連遺伝子候補の同定を行う。平成20年度までに、大腸癌メチル化マーカーを樹立し、臨床大腸癌121症例の定量的メチル化解析を終了していたが、平成21年度はさらに28症例の解析を追加。階層的クラスター解析により、大腸癌はDNAメチル化により3つのエピジェノタイプに分類されることが判明した。簡便に高メチル化群、中メチル化群、地メチル化群に分類するマーカーを樹立した。高メチル化群はBRAF遺伝子突然変異と相関し、中メチル化群はKRAS遺伝子突然変異と相関した。KRAS変異(+)中メチル化群の大腸癌は有意に予後が悪かった。これらの結果は、大腸癌は発癌体系が異なる3つの群が存在することを示唆し、また同定したメチル化マーカーは予後マーカーとして有用と思われる(Clin Cancer Res 2010)。

肝癌は平成20年度までにHBV(+)肝癌、HCV(+)肝癌にそれぞれ特異的なメチル化候補部位を抽出し、肝癌症例60例について定量的メチル化解析を終えたが、平成21年度はメチル化解析症例を追加し、発現解析を加え、肝癌細胞株5個についてもメチル化定量解析、脱メチル化処理による再発現解析を行った。最終的に、年齢に依存せずHCV(+)肝癌特異的にメチル化される15個の遺伝子を同定し、そのいくつかは無再発生存との有意な相関を認めた。
音響非線形性を利用した高精度異常診断技術の開発

不明瞭な亀裂やわずかな剥離など,これまでの技術では捉えることが困難であった異常性を検出する方法として,音響非線形性あるいは非線形超音波と呼ばれる性質が近年報告されている.ただし,特殊な高電圧の連続パルス超音波が必要であり,検出される分数調波成分などの非線形性は,超音波の時間波形から判別できる程度のものである.本研究では,超音波診断における音響非線形性の汎用化と高精度化を目標に,汎用的な低電圧の単一パルス超音波を対象として,ウェーブレット変換を利用した音響非線形性の精度の高い検出手法を提案した.まず,信号平面を改良したハーモニックウェーブレット変換を超音波波形へ適用した.実験対象として接着条件の異なるアクリル板を用いたが,接着条件の違いの判別は困難であった.その原因は超音波の電圧不足にあり,低電圧の超音波では,分数調波成分などとして捉えられる通常の音響非線形性の発生には不十分であった.これに対し,低電圧の超音波では,接着面の違いを示唆する情報は超音波の基本振動数付近の微妙な変化であると推測し,これを捉える方法として,新たに区分ハーモニックウェーブレットによる連続ウェーブレット変換を提案した.これにより,アクリル間の接着層を通過する超音波の振動数の変化が接着条件によって異なることを見出し,この現象を便宜的に超音波変調と呼んだ.超音波変調の程度の相違によって接着条件の違いを捉えることができた.超音波変調も音響非線形性の一種の形態であると考えられる.すなわち,広く用いられる低電圧の単一パルスの超音波においても,分数調波成分などの非線形性でなく,超音波変調を検出することによって,物体内部の微小な異常を検出できることを示した.不明瞭な亀裂やわずかな剥離など,これまでの技術では捉えることが困難であった異常性を検出する方法として,音響非線形性あるいは非線形超音波と呼ばれる性質が近年報告されている.ただし,特殊な高電圧の連続パルス超音波が必要であり,検出される分数調波成分などの非線形性は,超音波の時間波形から判別できる程度のものである.本研究では,超音波診断における音響非線形性の汎用化と高精度化を目標に,汎用的な低電圧の単一パルス超音波を対象として,ウェーブレット変換を利用した音響非線形性の精度の高い検出手法を提案した.まず,信号平面を改良したハーモニックウェーブレット変換を超音波波形へ適用した.実験対象として接着条件の異なるアクリル板を用いたが,接着条件の違いの判別は困難であった.その原因は超音波の電圧不足にあり,低電圧の超音波では,分数調波成分などとして捉えられる通常の音響非線形性の発生には不十分であった.これに対し,低電圧の超音波では,接着面の違いを示唆する情報は超音波の基本振動数付近の微妙な変化であると推測し,これを捉える方法として,新たに区分ハーモニックウェーブレットによる連続ウェーブレット変換を提案した.これにより,アクリル間の接着層を通過する超音波の振動数の変化が接着条件によって異なることを見出し,この現象を便宜的に超音波変調と呼んだ.超音波変調の程度の相違によって接着条件の違いを捉えることができた.超音波変調も音響非線形性の一種の形態であると考えられる.すなわち,広く用いられる低電圧の単一パルスの超音波においても,分数調波成分などの非線形性でなく,超音波変調を検出することによって,物体内部の微小な異常を検出できることを示した.近年報告されている音響非線形性と呼ばれる性質を用い,物体内部の微小な亀裂や剥離の推定を行うための基礎的実験とデータ解析を行った.1.実験実験対象は,2枚のアクリル板をエポキシ系樹脂で貼り合わせたものを用いた.ただし,エポキシ系樹脂を塗布した後,貼り合わせるまでの乾燥時間を変化させた.貼り合わせるまでの乾燥時間は,およそ5,10,15,20分の4種類とした.乾燥後,2枚のアクリル板を貼り合わせ,乾燥させた側のアクリル板に超音波探触子をあて,超音波の発振ならびに反射波の受信を行った.超音波の振動数は,5,10,20Hzの3種類を用いた.また,5,10Hzの探触子は,パルス的な波形(該当周波数付近の周波数帯域が広い)を発振するものと,振動的な波形(該当周波数付近の周波数帯域が狭い)を発振するものの2種類を用いた.発振波および反射波のデータを測定した.2.データ解析測定データにウェーブレット変換等を実行してデータ解析を行った.乾燥時間が長いほど接着部分が強固でない(剥離に近い状態)ので,反射波が強いエネルギーを持っ傾向にあることがわかった.また,接着部分が一様でない(接着の強弱部分が混在する)と,高調波成分が検出される傾向にあることがわかった.これにより,接着状態の定性的な評価が可能であることがわかった.高振動数の超音波ほど,また,パルス的な波形ほど,発振波と反射波の分離が容易であるため,解析の対象を絞りやすいが,時間分解能に劣るためデータ解析の精度に問題があることがわかった.一方,振動的な波形では,一部発振波と反射波干渉する部分があるが,データ解析の精度としては高く,高調波成分(非線形性)をより確認しやすいことがわかった.不明瞭な亀裂やわずかな剥離など、これまでの技術では捉えることが困難であった異常性を検出する方法として、音響非線形性あるいは非線形超音波と呼ばれる性質が近年報告されている。ただし、特殊な高電圧の連続パルス超音波が必要であり、検出される分数調波成分などの非線形性は、超音波の時間波形から判別できる程度のものである。

本研究では、超音波診断における音響非線形性の汎用化と高精度化を目標に、汎用的な低電圧の単一パルス超音波を対象として、ウェーブレット変換を利用した音響非線形性の精度の高い検出手法を提案した。まず、信号平面を改良したハーモニックウェーブレット変換を超音波波形へ適用した。実験対象として接着条件の異なるアクリル板を用いたが、接着条件の違いの判別は困難であった。その原因は超音波の電圧不足にあり、低電圧の超音波では、分数調波成分などとして捉えられる通常の音響非線形性の発生には不十分であった。これに対し、低電圧の超音波では、接着面の違いを示唆する情報は超音波の基本振動数付近の微妙な変化であると推測し、これを捉える方法として、新たに区分ハーモニックウェーブレットによる連続ウェーブレット変換を提案した。これにより、アクリル間の接着層を通過する超音波の振動数の変化が接着条件によって異なることを見出し、この現象を便宜的に超音波変調と呼んだ。超音波変調の程度の相違によって接着条件の違いを捉えることができた。超音波変調も音響非線形性の一種の形態であると考えられる。すなわち、広く用いられる低電圧の単一パルスの超音波においても、分数調波成分などの非線形性でなく、超音波変調を検出することによって、物体内部の微小な異常を検出できることを示した。
肝細胞外マトリックス制御による新しい肝不全治療戦略

1.【肝不全時の血中および肝組織IV型コラーゲン】肝不全患者では、肝細胞外マトリックスの一つである血中IV型コラーゲン値が異常に上昇し、肝組織検査においてもDisse腔にIV型コラーゲンが大量に沈着していた。また、血中IV型コラーゲン値は肝硬変患者で高値を示し、肝切除の危険性予知の新たな指標になり得る。これらの知見は、血中IV型コラーゲン値が従来の肝機能指標では捉えられない「手術による影響-悪化の度合い」をより正確に反映するすることを示す。2.【肝細胞・星細胞供培養】解剖学的に肝細胞に最も近接している細胞であり、細胞外マトリックス産生の中心を担う星細胞と肝細胞の供培養系を確立した(in vitro実験系の確立)。これは、肝細胞・星細胞間の相互作用の解明に有用である。3.【肝細胞・星細胞相互作用】星細胞と供培養した肝細胞では、DNA合成および細胞増殖が促進することが判明した。この機構として、細胞接触より星細胞から産生される液性増殖因子の関与が示唆された。この増殖因子は、HGF、EGF、IGFなどの既知の増殖因子とは異なるものと考えられた。4.【星細胞活性化制御法としてのNACの効果】細胞外マトリックスの生成をコントロールする方法として、酸化ストレスに対して有効とされるNAC(N-acetyl cysteine)に着目し、慢性肝障害モデルとしてのTAA肝硬変ラットおよび胆管結紮による黄疸ラットにおいてその効果を見た。TAAラットでは、NACは肝硬変進展を阻止するばかりでなく、完成した肝硬変をも正常化せしめる効果が見られた。黄疸ラットにおいても同様に線維化抑制効果をみた。5.【NAC効果の機序】in vitro星細胞培養系によって、この効果はNACのradical scavengerとしての作用ではなく、PDGFレセプターの分解により星細胞の増殖が抑制されるという新たな機序であることが判明した。今回の研究では、細胞外マトリックス増加モデルとして既に確立しているTAA肝硬変ラットおよび閉塞性黄疸ラットを用いたが、肝切除、虚血再潅流障害、エンドトキシン血症などにおいても同様に、細胞外マトリックスが異常に増加し肝不全に繋がることが示唆される。1.星細胞高収量分離法の確立:肝細胞外マトリックスの生成に中心的な役割を果たす星細胞の高収量分離法をラットで検討した結果、エルトリエーション法よりはNycodennzを用いた濃度勾配遠心法が優れており、最終収量は2-3x10^7/ラット(体重250-300g)を得る事ができた。2.肝細胞と星細胞の共培養系での検討:肝細胞単独培養、肝細胞+星細胞共培養、星細胞単独培養の3群で、細胞間相互作用を検討した。細胞増殖能を単位面積における細胞数の変動とBr-dUの取込で見ると、共培養群で培養2日目には肝細胞密度が増加していた。また、Br-dUの取込みは共培養群で高かった。その後、肝細胞数は減少する傾向にあった。

星細胞は分離培養後2-3日で活性化するが、肝細胞数の増加とBr-dUの取込み亢進の時期は星細胞の活性化するまでの時期と一致していた。一方、既に活性化した星細胞と肝細胞との共培養ではこのような減少は認めなかった。また、星細胞、共培養の培養上清を培養肝細胞に添加するとBr-dUの取込みは著しく亢進した。星細胞の培養においても、星細胞単独よりは共培養の方が細胞密度が増加し、Br-dUの取込みも亢進していた。すなわち、初代培養直後の星細胞は、肝細胞の増殖因子を放出し、また肝細胞自身も星細胞の増殖を促す因子を放出し、活性化星細胞は肝細胞増殖を抑制することが示唆された。今後、星細胞活性化と細胞外マトリックスの産生量を検討の予定である。3.臨床肝切除による検討:肝硬変合併肝癌の肝切除で血中4型コラーゲン値が異常に高値を示し、術後肝機能低下と一致して著しく上昇することが確認された。これらの症例ではDisse腔に4型コラーゲンの沈着が著しいことが免疫染色で確認された。肝細胞と星細胞の増殖における細胞間相互作用の解明ラット肝により分離した肝細胞と星細胞を混合培養し、それぞれの細胞の増殖動態について検討した。細胞増殖動態について単位面積あたりの細胞数の変動を調べた。BrdU(0.1mM)を添加し、その取り込みを抗BrdU抗体を用いて調べた。また培養上清中に存在する増殖因子活性について検討した。また、Culture insertを用いて肝細胞・星細胞の接触を伴わない共培養も作成し、DNA合成能について比較検討した。結果:肝細胞を単独で培養すると、接着細胞数は経時的に減少したが、星細胞と混合培養すると有意な増加は認めないものの、培養後2,3,4日目において単独培養に比べ細胞数が有意に維持された。また、2日目の肝細胞のBrdUの取り込みに関しても両群で有意差を認めた(5.7%VS17.3%)。また、肝細胞に星細胞の培養上清(ScM)を添加した2日目のBrdU取り込み率も14%と有意に増加した。次ぎに2日目の細胞接触を伴う共培養と細胞接触を伴わない共培養のDNA合成能を比較したところ、細胞接触を伴わない共培養群の方が亢進していた(45%)。一方、星細胞のBrdU取り込み率は、単独培養2日目では5%前後であるのに対して、肝細胞と混合培養すると41%にまで著明に増加した。また、星細胞に肝細胞培養上清(PCcM)を添加しても、BrdU取り込み率は、15%と有意に増加した。PCcM中の星細胞増殖活性に関して50kDa以上のフラクションに活性があることが判明した。また、IGF中和抗体によって有意に抑制された。以上、肝細胞は星細胞と混合培養することによって単独培養よりも細胞数が維持された。その原因として星細胞から肝細胞の増殖因子が放出されている事があげられるが、一方で両細胞の接触を伴う時にはその肝細胞増殖を抑制する何らかのmechanismも働いている可能性がある事がわかった。また、培養肝細胞は星細胞の増殖因子を産生し、50kDa以上のフラクションに強い活性が認められ、その活性はIGF-1中和抗体で抑制された。
生体組織での一酸化窒素(NO)連続測定用NO電極の開発

NO電極法の原理はNOの電解酸化のNO+2H_2O→NO_3^-+4H^++3e^-に基づく。陽極に3層構造のNO選択膜で覆った0.2mmφPt/Ir合金を、陰極(対極)に炭素繊維を用いた。疎水性膜の被覆により水溶性物質の電極への接触を阻止し、ガス状小分子が選択的に陽極に到達できるようにし、作用電極に+0.4+0.8Vの正の電圧を加えることによりO_2分子などの他のガス分子と区別した。電極電流信号の入力インピーダンスは非常に高く外来ノイズを拾うため、電極対の出来るだけ近傍にヘッドアンプを配置した。NOを定常時に発生するS-nitroso-N-acethyl-d1-penicillamine (SNAP)を感度測定のために標準溶液とした。作成したNO電極でNOの10nMレベルまでを安定して測定できる感度が得られた。SNAPに紫外光を照射してNOをバーストで発生させた後の電流の減衰曲線から電極反応の時定数を測定することが出来た。時定数は、1.14±0.09秒であった。輪状大動脈切片からのNO生成の動的状態を測定できた。感度は、S/N=1に対応するNO濃度が6.5nMとなる所まで上げることが出来た。又、時定数も1秒付近まで短くさせることが出来た。ノイズに関しては、不感電極を弱アルカリ性の薄い電解質溶液を含むガラスに封入することにより、飛躍的にノイズを除去することが出来た。安定性に対しては、物理的、機械的変化によるドリフトの除去は困難であった。このため、生体系での計測は、NO電極の操作に習熟した実験者でないと安定した成績を得ることが出来ない欠点がある。この点に関してはプレート型の電極を用いた検討がまだ不充分で、プレート型の改良により安定させることが出来ると考えている。平成8年度は、これを踏まえた上で生体系からのrealtime測定を試みる。NO電極の原理は、NOの電解酸化のNO+2H_2O→NO_<3->+4H_+3e_-に基づく。陽極に3層構造のNO選択膜で覆った0.2mmφPT/Ir合金を、陰極(対極)に炭素繊維を用いた。疎水性膜の被覆により水溶性物質の電極への接触を阻止し、ガス状小分子が選択的に陽極に到達出来るようにし、作用電極に0.4+0.8Vの正の電圧を加えることによりO_2分子などの他のガス分子と区別した。また、NOを定常的に発生するS-nitroso-N-acethyl-d1-penicillamine(SNAP)を感度測定のために標準溶液とした。作成したNO電極でNOの10nMレベルまでを安定して測定出来る感度が得られた。SNAPに紫外光照射してNOをバーストで発生させた後の電流の減衰曲線から電極反応の時定数を測定することが出来た。また、時定数も1秒付近まで短くさせることが出来た。ノイズに関しては、不感電極を弱アルカリ性の薄い電解質溶液を含むガラスに封入する事により、飛躍的にノイズを除去する事が出来た。安定性に対しては、物理的、機械的変化によるドリフトの除去はまだ困難であった。このため、生体系では計測はNO電極の操作に習熟した実験者でないと安定した成績を得ることが出来ない欠点がある。この点に関しては、プレート型の電極を用いた検討がまだ不充分であった。今回はプレート型の改良により安定することを試みた。これにより多少の改善はあったが生体系からのreal-time測定においてはまだ感度が不充分であった。実際はラット摘出大動脈、ラット肝臓、ラット摘出灌流心で試みみたがNOの検証レベルに比してノイズが大であった。
モニターペプチドによるCCK放出において結合分子グランザイムAが果たす役割の解明

モニターペプチド(ラットの膵分泌性トリプシン阻害物質のひとつ)は小腸のホルモン産生細胞の菅腔表面に作用してコレシストキニンの放出を促す。研究代表者らはコラゲナーゼ処理によって分散させた小腸粘膜細胞の表面にモニターペプチドと特異的に結合する蛋白質があることをみいだし、このものがコレシストキニンの放出を仲介する受容体として機能していると仮定してきた。近年研究代表者らはこの結合蛋白質が細胞傷害性リンパ球の産生するプロテアーゼ、グランザイムA(GrA)であることを明らかにした。本課題において研究代表者らはGrAの腸管における局在について検討したところ、上皮層に散在する上皮細胞間リンパ球に存在していることを明らかにした。このことからGrAがモニターペプチドによるコレシストキニン放出を仲介する受容体の本体ではないことが示唆された。一方、モニターペプチドがGrAのプロテアーゼ活性(トリプシン様活性)を強く阻害することをみいだし、生体内においてGrAの触媒する反応をコントロールしていることが予想された。GrAは単球などに作用し炎症性サイトカインあるいはケモカインの放出を促進させる作用が報告されていることから、腸管GrAについても同様の意義があることが予想された。研究代表者らはデキストラン硫酸ナトリウム(DSS)投与によって人為的に潰瘍性大腸炎モデルラットを作製したところ、大腸粘膜中のGrA活性の著しい上昇がみられることをみいだした。DSSと同時にモニターペプチドを腹腔に投与したところ、炎症の低減が認められた。これらのことからGrAは炎症の増悪因子として働くこと、モニターペプチドはGrAが仲介する炎症をコントロールしていることが示唆された。モニターペプチド(ラットの膵分泌性トリプシンインヒビターのひとつ)は小腸管腔表面に作用してコレシストキニン(CCK)の放出を促す。申請者らはコラゲナーゼ処理によって分散させた小腸粘膜の細胞の表面にモニターペプチドと特異的に結合する蛋白質があることをみいだし、このものがCCKの放出を仲介する受容体として機能していると仮定してきた。ところが最近、結合蛋白質の本体が細胞障害性リンパ球が産生するセリンプロテアーゼ、グランザイムA(GrA)であることがわかった。本研究では小腸におけるGrAの局在について検討するとともに、この結合の生理的意義について明らかにすることを目的としている。ラット小腸cDNAライブラリーからGrAのcDNAを単離し塩基配列の決定を行った。この配列をもとにオリゴヌクレオチドを調製し、これをプローブとしたin situhybridization法を行ったところ、シグナルはラット小腸の上皮層に散在するという結果を得た。また、市販の抗GrA抗体を用いてラット小陽の免疫染色を行ったところ、免疫活性は上皮細胞間Tリンパ球に得られた。これらのことからGrAは末梢血から輸送されたものではなく、小腸組織内で産生されたものであることがわかった。しかしながら、小腸一般上皮細胞やホルモン産生細胞の管腔表面にGrAの免疫活性をみいだすことはできなかった。すなわちモニターペプチドとGrAが小腸管腔内で接触する可能性は低いと考えられた。一方、申請者らはGrAの蛋白質分解活性がモゴターペプチドによって強く阻害されることを明らかにした。モニターペプチドは血中にも存在しており、ここではGrAの活性をコントロールしていることが考えられた。モニターペプチド(ラットの膵分泌性トリプシンインヒビターのひとつ)は小腸菅腔表面に作用してコレシストキニン(CCK)の放出を促す。申請者らはコラゲナーゼ処理によって分散させた小腸粘膜の表面にモニターペプチドと特異的に結合する蛋白質があることをみいだし、このものがCCKの放出を仲介する受容体として機能していると仮定してきた。近年この結合蛋白質を精製、N末端アミノ酸配列を決定したところ、細胞障害性リンパ球が産生するプロテアーゼ、グランザイムA(GrA)のそれと一致した。

GrAは腸管においては上皮層に散在する上皮細胞間Tリンパ球に存在していることを本研究(平成15年度)にて明らかにしたが、このことからGrAがモニターペプチドによるCCK放出を仲介する受容体の本体ではないことが示唆された。本年度は腸管におけるGrAの生理的意義と、モニターペプチドとGrAの結合の生理的意義について検討した。GrAは正常組織の腸管において構成的に発現していること、膵炎や大腸炎時、血中に多量のモニターペプチド見いだされることが知られているが、それらの生理的意義は不明であった。ラットなどの実験動物にデキストラン硫酸ナトリウム(DSS)を摂取させると潰瘍性大腸炎様の症状を起こすが、この際大腸粘膜組織のGrA活性が著しく上昇していることを明らかにした。以前我々は試験管内でモニターペプチドがGrAの蛋白質分解活性を特異的に阻害することを見いだしていたが、今回DSS誘発大腸炎ラットにモニターペプチドを腹腔投与したところ炎症が低減した。これらの結果を総合すると、腸管におけるGrAは炎症反応の惹起に関わることで生体防御に寄与していること、GrA活性の異常亢進は過剰な炎症を引き起こすこと、血中に存在するモニターペプチドはGrAを阻害することによって過剰な炎症をコントロールしている、ことが示唆された。モニターペプチド(ラットの膵分泌性トリプシンインヒビターのひとつ)は小腸菅腔表面に作用してコレシストキニン(CCK)の放出を促す。申請者らはコラゲナーゼ処理によって分散させた小腸粘膜の表面にモニターペプチドと特異的に結合する蛋白質があることをみいだし、このものがCCKの放出を仲介する受容体として機能していると仮定してきた。近年この結合蛋白質が細胞障害性リンパ球が産生するプロテアーゼ、グランザイムA(GrA)であることを明らかにした。平成15年度、GrAは腸管においては上皮層に散在する上皮細胞間Tリンパ球に存在していることを明らかにしたが、このことからGrAがモニターペプチドによるCCK放出を仲介する受容体の本体ではないことが示唆された。一方、平成16年度の実験から、腸管におけるGrAは炎症反応の惹起に関わることで生体防御(腸管免疫)に関与していること、GrA活性の異常亢進は過剰な炎症を引き起こすこと、血中に存在するモニターペプチドはGrAを阻害することによって過剰な炎症をコントロールしている、ことが示唆された。本年度はラット小腸由来の培養細胞であるIEC-6を用いて、GrA刺激によりインターロイキン8様の活性をもつgro/cinc-1の細胞外放出が上昇すること、この応答がモニターペプチドによって完全に抑制されることを明らかにした。またトロンビン受容体であるproteinaseactivated receptor-1(PAR-1)のアンタゴニストによってもGrAの作用が消失したが、このことからGrAはPAR-1を活性化することで生体防御に関わっていることが示唆された。潰瘍性大腸炎モデルラットにおいてモニターペプチドを直腸に投与したが、有意な抗炎症作用はみられなかった。この結果からモニターペプチドのGrA阻害は血中にて起こることが示唆された。
有髄軸索の発達と異常におけるミトコンドリア動態変化の分子基盤とその役割

マウス中枢神経系の発達と髄鞘形成に伴う軸索ミトコンドリアの分布と動態の変化を明らかにした。また髄鞘異形成モデルでは脱髄の進行に伴って、ミトコンドリアの動態変化が脱髄部に特異的に惹起されることを示した。走査型電子顕微鏡による3次元超微形態観察において試料作製過程の改良と新規樹脂開発を行い、関連技術を特許として出願した。またカーボンを主体とした導電性付与剤を応用した導電性樹脂を開発した。この導電性樹脂に脳組織の観察に応用することで、3次元解析におけるチャージングの低減と画質の向上を実現した。成果の一部を複数の論文として発表し、学会においても発表を行った。マウス脳組織の3次元超微形態解析においては、正常な髄鞘の形成と軸索径の増大に伴って個々の軸索ミトコンドリア(Mito)の径と長さの増加によるMito総体積の有意な増加が認められた。一方、PLPtgマウスでは、無髄軸索においては個々のMitoの体積は野生型と相違はないものの、その密度と総体積が野生型に比較して大きく増加していた。1ヵ月齢における髄鞘の形成に伴って、PLPtgマウスのMitoの体積、密度は野生型とほぼ同様に変化したが、3ヵ月齢での脱髄に伴って、脱髄軸索においては、Mitoの密度と総体積の増加が認められた。これらの結果から、正常な髄鞘の形成・軸索径の増加と、Mitoの融合・総体積増加に強い相関があることが示唆された。またPLP-tgでは無髄軸索において既にMitoの分布変化が引き起こされること、また脱髄に伴ってMitoの断片化と腫大、もしくは局在変化が関連する可能性が示唆された。正常マウス脳組織における生化学的解析においては、発達に伴うMito動態関連蛋白の発現の明らかな変化は認められなかった。一方、PLPtgマウス脳組織では、1カ月齢において分裂や呼吸機能に関わる分子については明らかな変化を認めなかったが、5ヵ月齢において分裂関連分子の発現の減少が認められた。スライス培養系を用いた解析では、既に報告されているように顕著な髄鞘の形成が正常マウスで認められるが、PLPtgマウスより作製したスライスでは、一過性に髄鞘の形成が認められた後、脱髄が進行し、生体内と同様の変化が観察されることがわかった。現在、レンチウイルスベクターによる遺伝子導入を行ってMito動態を観察し、野生型との比較を進めている。本研究ではマウス脳の発達時の髄鞘の形成と軸索径の増大に伴って個々の軸索におけるミトコンドリア(Mito)の径と長さの増大を明らかにした。またPLPtgマウスでは、1か月齢における無髄軸索においても既にMitoの密度と総体積の変化が認められた。またPLP-tgでは髄鞘形成前の無髄軸索において既にMitoの分布変化が引き起こされること、また発達後の脱髄に伴ってMitoの断片化と腫大、もしくは局在変化が関連する可能性が示唆された。生化学的解析においては、発達やPLPtgマウスにおける脱髄ではミトコンドリア動態や呼吸機能に関わる分子の明らかな変化を認めなかった。また電子顕微鏡観察を行う中で、試料作製過程の改良と新規樹脂開発も行った。その結果、試料作製過程に必要な人的・物的リソースの大幅な低減を実現した。この導電性樹脂に脳組織を包埋することで、3次元解析におけるチャージングの低減と画質の向上を実現した。これらの成果の一部は既に複数の論文として発表し、また学会においても発表を行った。3次元超微形態観察の技術を用いた詳細な解析により、ミトコンドリア融合が髄鞘の形成および異常において認められ、生化学的解析によりその背景に動態制御蛋白の変化が認められることがわかった。スライス培養系の確立と、レンチウイルスベクターを用いた観察も進んでおり、予定通りに進展していると考える。解剖学現在得られている知見をもとに、髄鞘形成不全における軸索ミトコンドリアの動態に、細胞骨格とミトコンドリアの相互作用が関与する可能性を検討する。またスライス培養の観察を進め、ミトコンドリアの機能維持、および融合・分裂の亢進もしくは抑制が病態の改善につながる可能性の検討を行う。
複合培養系における黄色ブドウ球菌バイオフィルムの形成抑制機構解明

Yersiniaintermedia培養上清中のStaphylococcus aureusバイオフィルム形成抑制因子は、分子量3,000以下の耐熱性物質であることを明らかにすることができ、また、同時に当該物質は両親媒性物質であることを示唆する結果が得られた。そこで、数十種類の食品添加物について、S. aureusのBF形成抑制に関してスクリーニングを行ったところ、界面活性剤として使用されているショ糖脂肪酸エステルが極めて高い活性を有していることを発見することが出来た。次に、Y. intermedia同様、Escherichia coliの培養上清もS. aureusのBF形成抑制活性を有するので、E. coliのランダムトランスポゾン変異株ライブラリーを構築し、16,704株のスクリーニングを行ったものの、残念ながら、現在までに当該活性を有さない株は得られていない。このことから、当該物質の生産に関わる遺伝子が成育にとって必須である可能性が示唆された。Yersinia intermedia培養上清中のStaphylococcus aureusバイオフィルム形成抑制因子は、分子量3,000以下の耐熱性物質であることを明らかにすることができ、また、同時に当該物質は両親媒性物質であることを示唆する結果が得られた。Yersinia IntermediaによるStaphylococcus aureusのバイオフィルム形成抑制機構の解明を目的に研究を行った。検討の結果、Escherichia coli K-12株の培養上清もY.Intermedia培養上清と同様にS. aureusのバイオフィルム形成抑制活性を有することが明らかになったことから、最も遺伝学的解析が進んでいるE. coli K-12株を用いて検討を行うことが望ましいと考えた。しかしながら、Dose responsを詳細に検討したところ、Y. Intermedia培養上清の方が高い活性を有していたことから、Y. Intermedia培養上清中の活性物質を単離・精製することを目的として検討を行うこととした。まず、以前の検討から、Y. Intermedia培養上清中の活性物質は分子量10,000以下であることが明らかになっていたことから、さらに限外ろ過を行い検討したところ、活性物質は分子量5,000以下の物質であることが強く推定された。そこで、限外ろ過サンプルをLC/MS/MS解析を行ったところ、幾つか特徴的なピークを観察することができ、また、それらの分子量を推定することが出来た。今後は、さらに詳細な検討を行いたい。次に、E. coli K-12株のランダムトランスポゾン変異株ライブラリーのスクリーニングを行った。こちらの検討には、E. coli K-12株を用いることとした。トランスポゾンTn5を用い、約2万株のランダムトランスポゾン変異株ライブラリーを作製し、共培養時におけるS. aureusのバイオフィルム形成を抑制しない変異株のスクリーニングを行った。現在までに10,272株のスクリーニングを行ったものの、当該活性を有する株は得られていない。今後、更にスクリーニングを継続したいと考えている。Yersinia intermedia培養上清中の耐熱性Staphylococcus aureusバイオフィルム(BF)形成抑制因子は、限外ろ過を行うことにより、分子量3,000以下の物質であることを明らかにすることができた。次に、限外ろ過サンプルをLC/MS/MS解析を行ったところ、幾つか小さいながらも特徴的なピークを観察することが出来た。そのため、さらに精製を進めることを目的とし、活性物質を強く吸着可能な逆相カラムを見つけることを目指して検討を行ったが、残念ながら、現在までに同定には到っていない。ただ、多くの腸内細菌群の微生物がS. aureusのBF形成を抑制するので、それらの微生物が一般に産生する物質ではないかと考え、インドールの効果について検討した。その結果、2,000μMの濃度では、インドールはS. aureusのBF形成抑制活性を有することを明らかにすることはできたが、それはE. coliやγY. intermediaの生産量よりも高かった。次に、Y. intermedia同様、E. coliの培養上清もS. aureusのBF形成抑制活性を有するので、E. coliのランダムトランスポゾン変異株ライブラリ-を構築し、16,704株のスクリーニングを行ったものの、残念ながら、現在までに当該活性を有する株は得られていない。加えて、S. aureusを単独及びY. intermediaの培養上清中にて培養を行い、それぞれからタンパク質を抽出して二次元電気泳動を行った後、特徴的な発現をしているタンパクについてLC/MS/MS解析を行った結果、グルコースの取り込みやストレス応答に関与するタンパクなどが、培養上清中で培養した際に強く発現していることが明らかになった。さらに、数十種類の食品添加物について、S. aureusのBF形成抑制に関してスクリーニングを行ったところ、特に、界面活性剤として使用されているショ糖脂肪酸エステルが極めて高い活性を有していることを発見した。
ヒトの身長を支配する遺伝的要因の探索

モンゴルのハルハ集団を利用した身長形質に関する遺伝学的解析を行うに当たり、実験にかかる費用と労力の節約のためにpooled DNAを用いた解析を行うことに加え、量的形質の分布において両極に位置する集団間を比較することで検出力の向上を目的にした。高身長500人と低身長500人の合計1000人分のPooled DNAを用いた二回のゲノムワイドな関連解析により陽性となった114のマイクロサテライトマーカーに関して、個別タイピングにより陽性マーカーの確認を行った。個別タイピングのDNAには、混ぜる前のpooled DNAサンプルを用いた。個別タイピングの後も陽性であった23マーカーのうち、上位8マーカーに関して両脇に新しいマイクロサテライトマーカーを設計し更なる解析を行った。その結果、5つの領域で新しいマクロサテライトマーカーも陽性を示した。SNPマーカーは一般的にマイクロサテライトマーカーよりも連鎖不平衡の範囲が短いことが期待されるので、これらの領域に関してpooled DNAに用いたサンプルとは独立な異なるサンプルを用いてSNPマーカーによる解析を行った。SNPマーカーによる解析は、高身長282人および低身長282人に加え、中間身長の282人分のサンプルを用いて関連解析を行った。これらの解析の結果、15番染色体と6番染色体に候補領域を検出できた。15番染色体の候補領域は低身長群と高身長群間および低身長群と中間身長郡間の比較において統計的に有意な値が得られた。このことからこの領域は大人の低身長に関わる領域だと考えている。また、6番染色体の候補領域は高身長群と低身長郡間の比較でのみ統計的に有意な値が得られた。このことは我々目的とした、両極の形質問での比較が関連解析の検出力を高められるということを証明した。15番および6番染色体の候補領域を167kbと55kbにまで絞り込んだ。身長を支配する遺伝子の決定には至っていないものの、この結果はこれまでに遺伝学的解析で報告された候補領域と比べると100分の1以下の範囲にまで絞り込んだことになる。
貝紫の発色性に関する研究

平成11年度は,西日本の各地でアクキガイ科の貝類を収集して色素の調整と分析を行い,以下の成果を得た。1.貝の収集貝類は西日本の8県で採集あるいは購入することができた。島根県から福岡県にかけての磯ではイボニシの生息が確認できたが,個体数は少なかった。九州を南下するほどに,貝の種類と個体数が増えた。沖縄県ではイボニシとアカニシは採集できず,本土には生息しない種類が多かった。長崎県ではイボニシは年間を通じて採集できたが,アカニシは激減してきた。2.色素分析収集した貝類の鯉下腺は固有の比率で種々の色素を含有していたが,7割の貝類が主成分は貝紫(ジブロムインジゴ)であった。また,同種の貝でも生息地によって色素成分や比率が異なっていた。平成12年度は,貝類の鯉下腺に含まれる色素を用いて直接染色と還元染色を行い,発色性の違いを検討した結果,新たに以下の知見を得た。1.直接染色生貝色素捺染(摺染)において,貝の種類の違いが発色性に及ぼす顕著な影響が認められたが,産地(生息地)や雌雄および季節の違いが発色性に及ぼす影響は認められなかった。アカニシを用いた生貝色素浸染において,雌雄の違いが発色性に及ぼす明瞭な影響が認められ,発色性は雌雄混合浴>雄浴>雌浴の順に強く現れ,これは絹,毛,ナイロンに顕著に観察された。また,貝の産地(生息地)の違いが発色性に及ぼす明瞭な影響は認められなかった。2.還元染色アカニシを用いた化学建てにおいて,雌雄の違いが発色性に及ぼす明瞭な影響が認められたが,直接染色の結果とは異なり,発色性の強さは雌雄混合浴>雌浴>雄浴の順に観察された。本方法においても,産地(生息地)の違いが発色性に及ぼす明瞭な影響は認められなかった。今年度は,西日本の各地で貝を収集して色素の調整と分析を行い,以下の成果を得た。1.貝の収集(1)アクキガイ科の貝は,島根,鳥取,山口,福岡,佐賀,長崎,熊本,沖縄の8県で,採集あるいは購入することができた。(2)島根県から福岡県にかけての磯にはイボニシの生息が確認できたが,個体数は少なかった。九州を南下するほどにアクキガイ科の貝の種類と個体数が増えた。沖縄県ではイボニシとアカニシは採集できず,また,本土には生息しない種類が多かった。長崎県ではイボニシは年間を通じて入手できたが,アカニシは激減してきた。2.色素の調整と分析(1)貝を割って鰓下腺をピンセットで摘み出し,一個体づつ直射日光下で発色した。発色後は貝の種類や産地,雌雄の別等で分類し,乾燥して密閉容器に保管した。(2)アクキガイ科の貝には貝紫を呈するジブロムインジゴの他に青色のインジゴ,赤色のインジルビンなどの色素が含有されていたが,色素の種類は貝の種類によって,また色素の含有量や比率は貝の産地(棲息場所)によって大きく異なっていた。現在,種々の貝から得た色相の分析を行っている。次年度は,貝の種類や染色方法の違いが発色性に及ぼす影響を検討する予定で,これらの成果とこれまでの知見に基づいて,貝紫の発色性をより明確にする計画である。

本年度は,国産のアクキガイ科の種々の貝類について,その鰓下腺に含まれる色素を用いて直接染色と還元染色を行い,発色性の違いを検討した。その結果,新たに以下の知見を得ることができた。1.直接染色による貝紫の発色性(1)アクキガイ科の種々の貝の生貝色素捺染(摺染)において,貝の種類の違いが発色性に及ぼす顕著な影響が認められたが,産地(生息地)や雌雄および季節の違いが発色性に及ぼす明瞭な影響は認められなかった。(2)アカニシを用いた生貝色素浸染において,特に,雌雄の違いが発色性に及ぼす明瞭な影響が認められた。すなわち,発色性は雌雄混合浴>雄浴>雌浴の順に強く現れ,これは絹と毛及びナイロンに顕著に観察された。また,本染色方法では貝の産地(生息地)の違いが発色性に及ぼ天明瞭な影響は認められなかった。2.還元染色による貝紫の発色性(1)アカニシを用いた化学建てにおいて,雌雄の違いが発色性に及ぼす明瞭な影響が認められたが,上記の生貝色素浸染法とは異なり,雌雄の違いが発色性に及ぼす影響が逆転していた。すなわち,発色性の強さは雌雄混合浴>雌浴>雄浴の順に観察された。また,本方法においても,産地(生息地)の違いが発色性に及ぼす明瞭な影響は認められなかった。3.今後の研究計画貝紫は古代より各地で染色に利用されてきたが,科学的な研究報告は西洋の限られた数種の貝類について行われており,また,我が国の貝紫に関する研究報告は極めて少ない。今後も,種々の貝類に含有される色素の発色性を中心に検討し,貝紫染めに関する基礎的な研究を進めていく。
スピン軌道相互作用と擬スピンのゆらぎがもたらす新たな超伝導の理論的研究

本研究では、スピン軌道相互作用の強い5d電子系物質Sr2IrO4で見られる特異な絶縁体状態の発現機構を解明し、その周辺で期待される新奇な超伝導の提案を行った。この成果により、未解明な点が多かった5d電子系に対する理解が深まり、さらなる発展に寄与することが出来た。また、変分モンテカルロ法を用いてスピン軌道相互作用を取り扱う計算方法を構築し、多軌道強相関電子系一般に適用出来るプログラムを開発した。当初の計画では平成25年度にイリジウム酸化物における超伝導の実現可能性の議論を行う予定だったが、平成24年度の研究が計画以上に進展したため、同年度中に行うことが出来た。そのため、平成25年度はイリジウム酸化物に対する理解をさらに深めるための新たな課題を設定した。具体的には、強いスピン軌道相互作用下で実現する新奇な絶縁体Sr_{2}IrO_{4}が強相関的なモット絶縁体であるか、あるいは弱相関的なスレーター絶縁体であるかを明らかにすることを目標に研究を始めた。この問題については実験・理論ともに意見が分かれており、一致した見解は未だに得られていない。私はエネルギー利得機構によって両者を区別出来ると考え、常磁性相と反強磁性相におけるバンドエネルギー(運動エネルギーとスピン軌道相互作用エネルギー)と相互作用エネルギーの変化を詳細に調べた。その結果、弱相関側では相互作用エネルギーの利得、強相関側ではバンドエネルギーの利得によって反強磁性絶縁体相が安定化することを示した。また、両者がクロスオーバーする領域において、いずれのエネルギー利得も生じる中間的な絶縁体相が存在することを明らかにした。さらにこの領域ではスピン軌道相互作用とフント結合の働きによって強く繰り込まれた常磁性金属相が出現することを示した。以上の結果から、Sr_{2}IrO_{4}がこのクロスオーバー付近に位置する「中相関」物質であることを提案した。この描像は複数の実験結果とよく整合し、Sr_{2}IrO_{4}の特異な性質をよく再現出来たと考えている。計算手法に関しては、MPI並列を用いた大規模な変分モンテカルロ法を用いることによって金属絶縁体転移付近のフェルミ面の変化を詳細に解析することが可能になり、上記の結果を得ることが出来た。本研究の目的は、スピン軌道相互作用によって引き起こされる超伝導のメカニズムを理論的に明らかにし、いかにして実験的に実現するかを提案することである。そのためにまずスピン軌道相互作用の強い絶縁体であるSr_{2}IrO_{4}とBa_{2}IrO_{4}の電子状態を詳細に調べた。その結果、いずれの物質も強いスピン軌道相互作用下で期待されるJ_{eff}=1/2という特異な量子状態でよく記述されることが分かった。また、Sr_{2}IrO_{4}はIrO_{6}の正八面体構造が回転することでd_{xy}軌道が押し下げられているのに対し、Ba_{2}IrO_{4}にはそれが無く、両者のバンド構造が異なる原因となっていることが分かった。この違いが、両者の反強磁性の強さの違いに反映されていると考えられる。以上の結果を出発点として、上記の二つの物質に電子・ホールをドープした際の電子状態の変化を調べ、超伝導発現の可能性を議論した。その結果、Sr_{2}IrO_{4}では電子を約20%ドープした付近で、擬スピンが秩序化したd_{x2-y2}波超伝導が発現する可能性を示すことが出来た。これは当初の研究計画の予想通りであったが、数値計算を用いて定量的に評価出来たことは、いかにしてこの超伝導を実験的に実現するかの指針ともなり、大きな意義がある。また、Ba_{2}IrO_{4}に関してもほぼ同様の条件下で超伝導が期待されることが分かった。計算手法に関しては、並列化変分モンテカルロ法の開発により、20×20サイト正方格子という大きなサイズでの計算が可能になった。これにより計算の信頼性は大幅に上がったと考えられる。平成24、25年度の研究で、イリジウム酸化物における超伝導実現の可能性、さらには絶縁体状態の詳細な性質を議論し、当初予定していた以上の成果を挙げることが出来た。最終年度となった平成26年度は、共同研究者と共にこれまでとは異なる理論手法によるアプローチを試みた。具体的には弱相関領域で有効である乱雑位相近似(RPA)を用い、Sr_{2}IrO_{4}に電子・ホールをドープした際の磁性と超伝導について詳細な議論を行った。RPAではモット絶縁体を扱えないという困難があるものの、ドープした金属状態に対してはフェルミ面の詳細な情報を取り入れることが出来るという利点がある。まずはRPAを用いてドープ量とスピン軌道相互作用をパラメータとした相図を得た。

その結果、フェルミ面が一枚になる領域では、前年度までに得られたのと同様のd_{x2-y2}-波擬スピン一重項超伝導が安定化する一方、二枚になる領域では新たにs_{+-}-波擬スピン一重項超伝導が安定化することが分かった。後者は異なるバンド間の散乱を用いた超伝導であり、近年注目を集めている鉄系超伝導との関連も深いと考えられる。また、両者を実験的に区別する方法の一つとして、核磁気共鳴(NMR)の実験で得られるナイトシフトを計算した。強いスピン軌道相互作用の影響で軌道成分の寄与が大きくなるため、従来の3d電子系のナイトシフトとは大きく異なる振る舞いを示すことが分かった。この成果はイリジウム酸化物に限らず多くの多軌道強相関電子系に対して有効であると考えられる。また、これまでに得られた成果を広く普及させるための活動にも積極的に取り組んだ。国内外での学会や研究会での発表に加え、非専門家にも分かりやすい内容の和文記事を日本物理学会誌に掲載し、多くの反響を頂いた。強相関電子系の理論研究実績の概要でも述べた通り、予定よりも研究が進んだため、平成25年度は新たに設定した課題を遂行した。計画ではSr_{2}IrO_{4}がモット絶縁体かスレーター絶縁体かを区別することが目的だったが、新たに両者の性質を併せ持つ中間的な絶縁体が存在することを見出し、Sr_{2}IrO_{4}がその一例であることを提案した。さらに常磁性状態での金属絶縁体転移におけるスピン軌道相互作用とフント結合の役割を明らかにし、多軌道系の金属絶縁体転移に対する理解を深めることが出来た。以上の点より、本研究は当初の計画以上に進展していると考えられる。当初の計画ではIr系物質における超伝導の実現可能性の議論は平成25年度に行う予定だったが、平成24年度の研究が計画以上に進展したため、同年度中に行うことが出来た。さらにこの結果を論文にまとめて実験グループに提案したところ、実験の指針が決まり、実現に向けて大きく前進したとの報告を受けている。これらの点より、本研究は当初の計画以上に進展していると考えられる。本研究では強いスピン軌道相互作用下での絶縁体の性質を詳しく調べ、Sr_{2}IrO_{4}がモット絶縁体とスレーター絶縁体のちょうど中間に位置する特異な絶縁体であることを明らかにし、電子をドープすることで擬スピンの描像に基づいた新たな超伝導が発現する可能性を提案した。Sr_{2}IrO_{4}一つを取っても実に多くの物理を内包していることが分かり、イリジウム酸化物の今後の可能性が期待される。そこで、イリジウムと同様にスピン軌道相互作用が強い5d電子系を中心に、新奇な超伝導・磁性・電荷密度波を探索する理論研究を行う予定である。特に電荷密度波など、電荷の自由度が重要となる量子現象とその近傍で起こる超伝導の発現機構については一致した見解が得られていないため、その解明を目指す。本研究では強いスピン軌道相互作用下での絶縁体を出発点に、新たな超伝導の可能性を議論してきた。一方、出発点となる絶縁体自体も従来とは異なる機構によるものであり、さらなる研究が進んでいる。