hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
表面融液エピタキシャル結晶成長の機構解明とナノ構造形成への応用

シリコン(Si)表面を通電加熱すると深さ数マイクロメータ程度の融液を形成できる(準溶融状態)。本研究では、Si準融液状態がエピタキシャル成長して形成する表面微細結晶の形状と内部構造、組成の決定要因を解明する。特に表面融液が応力や垂直高電界の印加、微量金属の蒸着、エレクトロマイグレーション(表面融液が電界あるいは電子流の方向へ移送される現象)やSi表面結晶異方性の影響を受けて形成する表面微細結晶に注目する。従来、不安定で活用されなかった表面融液であるが申請者の研究成果を基に結晶成長の機構を明らかにし、Siやシリサイドの表面微細結晶形成へ応用する。本年度は表面融液へ垂直高電界の印加と微量金属蒸着ができるように本研究室で保有する超高真空装置の改造を行った。この装置は昨年度までに超高真空下でSiウェハへの応力印加と通電加熱が可能な機構となっていた。そこへ高電界印加電極と高電界印加電気回路を設置した。さらに微量金属蒸着を行うために新たに上記チャンバへゲートバルブを介して蒸着用チャンバを設置した。また金属蒸着用の100 A電源の開発も行った。この装置を用いて金属ドープ量を変化させた場合に表面Si融液の液相エピタキシャル成長により形成される表面結晶構造の変化を調べた。初めに集積回路の配線材料として広く利用されている銅(Cu)をSi表面へドープした。その結果、表面温度1300度程度でSi表面を準溶融状態にしてエピ成長すると銅シリサイドの形成は確認できなかった。これは銅の蒸気圧が高いため表面より蒸発したためだと推測される。そこで銅より蒸気圧の低い鉄(Fe)をドープしてエピ成長を試みた。その結果、鉄シリサイド結晶を先端に担持した単結晶Si突起構造が形成した。Fe蒸着量を増加させると鉄シリサイド結晶の形状も大きくなった。また、その表面は縞状の構造をしていた。研究ではSi表面融液のエピ成長過程の解明を目指しているが、これまでの実験系では金属ドープ量を正確に制御できず加熱電極からの拡散により行ってきた。このため金属ドープ量が安定せず定量的な議論が難しかった。そこで精密な実験を展開するために金属ドープ量を制御する必要がある。初年度は金属蒸着チャンバの増設を行い銅(Cu)と鉄(Fe)をドープして研究を行った。蒸着チャンバはベースプレッシャーが超高真空であり蒸着はルツボ抵抗加熱による方式とした。Siウェハを加熱加圧する超高真空チャンバはゲートバルブを介して接続しているので金属蒸着とSi表面溶融の一連の実験を超高真空下で行える。始めに集積回路配線材料として広く用いられているCuをSi表面へ数Åの厚さ蒸着し、その後Siウェハ表面を1300度程度で溶融し液相エピ成長を行った。その結果、形成した結晶表面にはCuが存在しなかった。これは蒸気圧の高いCuなどの金属は本実験系ではドープが難しいことを示し、これ以降は低蒸気圧金属のFeをドープする実験を進めた。Feの蒸着量を増加させるとSi表面が溶融する温度が低下し、シリサイド結晶が大きくなりその表面では縞状の結晶が成長することが分かった。Fe低蒸着量でのシリサイド結晶表面は粒子状の構造を持っていた。Fe蒸着量の増加による表面溶融温度の低下はSi-Fe相図より理解できる。この結果により準溶融状態液相エピ成長の微量金属ドープに対する初めての定量的な知見を得ることができた。以上の金属蒸着した準溶融状態液相エピ成長は金属蒸着量を正確に制御しているので再現性が良い。このエピ成長に対して高電圧印加の影響を明らかにするために超高真空下で5 kV程度印加できる機構の開発を行った。高電界印加機構として短絡電流保護回路、高電界電極の稼働機構の開発を完了して超高真空装置へ設置した。Siウェハ表面融液の液相エピ成長に関して基本的な学理を明らかにするために、これまで明らかにしたFeドープ(蒸着)Si表面融液の結晶成長をSiウェハ面方位を変えてさらに詳しく調べるとともに、表面融液に対する高電界印加特性も明らかにし、さらにリソグラフィーで製作した表面エッジ構造に対して表面溶融エピ成長を行いエッジの規則性を利用した微小結晶の規則的配列を試みる。これまでFe蒸着Si表面融液のエピ成長に関してSi(111)基板における特性を調べてきた。そこで次にSi(100)基板における特性を調べ、さらに二つの基板で形成した結晶構造の断面観察を行い結晶内部の構造も明らかにする。Si(100)のSi原子面密度はSi(111)よりも少なく蒸着金属が結晶内に拡散しシリサイドを形成し易いと推測される。そのためSi(100)面でエピ成長した結晶内部はシリサイド結晶が内包した構造となる可能性がある。面方位の違いが結晶内部構造へ与える影響を明らかにしたい。その後、Fe蒸着Si表面融液のエピ成長過程において高電界場を印加してその影響を調べる。通電加熱電流により正に電離しているSi融液は正の高電界場に対して斥力を受け、負の高電界場に対しては引力を受けると推測される。このため正電場印加により表面融液が斥力により広がり、また負電場印加により融液が引き上げられ鋭い構造となる可能性がある。この電界場への応答はFe蒸着量により変化する可能性もある。

電界場が表面融液液相エピ成長に対して作用し微小結晶の構造や組成を制御できることを期待している。また、表面エッジ構造部では表面エネルギーが大きく融液の流れが塞き止められる作用が報告されている。この特性を利用して規則配列したエッジ構造部でSi表面融液を堆積させ微小結晶の規則配列化を試みる。すでに表面エッジ構造は名古屋大学で形成した。シリコン(Si)表面を通電加熱すると深さ数マイクロメータ程度の融液を形成できる(準溶融状態)。本研究では、Si準融液状態がエピタキシャル成長して形成する表面微細結晶の形状と内部構造、組成の決定要因を解明する。特に表面融液が応力や垂直高電界の印加、微量金属の蒸着、エレクトロマイグレーション(表面融液が電界あるいは電子流の方向へ移送される現象)やSi表面結晶異方性の影響を受けて形成する表面微細結晶に注目する。従来、不安定で活用されなかった表面融液であるが申請者の研究成果を基に結晶成長の機構を明らかにし、Siやシリサイドの表面微細結晶形成へ応用する。本年度は表面融液へ垂直高電界の印加と微量金属蒸着ができるように本研究室で保有する超高真空装置の改造を行った。この装置は昨年度までに超高真空下でSiウェハへの応力印加と通電加熱が可能な機構となっていた。そこへ高電界印加電極と高電界印加電気回路を設置した。さらに微量金属蒸着を行うために新たに上記チャンバへゲートバルブを介して蒸着用チャンバを設置した。また金属蒸着用の100 A電源の開発も行った。この装置を用いて金属ドープ量を変化させた場合に表面Si融液の液相エピタキシャル成長により形成される表面結晶構造の変化を調べた。初めに集積回路の配線材料として広く利用されている銅(Cu)をSi表面へドープした。その結果、表面温度1300度程度でSi表面を準溶融状態にしてエピ成長すると銅シリサイドの形成は確認できなかった。これは銅の蒸気圧が高いため表面より蒸発したためだと推測される。そこで銅より蒸気圧の低い鉄(Fe)をドープしてエピ成長を試みた。その結果、鉄シリサイド結晶を先端に担持した単結晶Si突起構造が形成した。Fe蒸着量を増加させると鉄シリサイド結晶の形状も大きくなった。また、その表面は縞状の構造をしていた。研究ではSi表面融液のエピ成長過程の解明を目指しているが、これまでの実験系では金属ドープ量を正確に制御できず加熱電極からの拡散により行ってきた。このため金属ドープ量が安定せず定量的な議論が難しかった。そこで精密な実験を展開するために金属ドープ量を制御する必要がある。初年度は金属蒸着チャンバの増設を行い銅(Cu)と鉄(Fe)をドープして研究を行った。蒸着チャンバはベースプレッシャーが超高真空であり蒸着はルツボ抵抗加熱による方式とした。Siウェハを加熱加圧する超高真空チャンバはゲートバルブを介して接続しているので金属蒸着とSi表面溶融の一連の実験を超高真空下で行える。始めに集積回路配線材料として広く用いられているCuをSi表面へ数Åの厚さ蒸着し、その後Siウェハ表面を1300度程度で溶融し液相エピ成長を行った。その結果、形成した結晶表面にはCuが存在しなかった。これは蒸気圧の高いCuなどの金属は本実験系ではドープが難しいことを示し、これ以降は低蒸気圧金属のFeをドープする実験を進めた。
低温用反射高速電子回析・成長表面原子層物性測定装置

平成56年度において、低温用反射高速電子回析(RHEED)・表面原子層物性測定のための試料ホルダーと各種の測定装置を作製し、これを既設の超高真空RHEED装置に取り付けた。これを用いて、エピタクシー過程における、RHEED強度振動、表面元素の深さ分布、表面電気伝導などの測定を行った。エピタクシャル成長を支配する重要な因子は、下地表面の温度、蒸着の速度、原子の供給方法などである。そこでSi(lll)上にAgやCuを蒸着する際に、下地の表面温度や蒸着速度を系統的に変えて実験を行なった。その結果、(1)表面温度が160Kの低温にすると、意外な事には、室温の場合よりも多くのRHEED強度振動のピーク(2046ピーク)が出現した。(2)毎分20ML以上の大きな成長速度にすると、多数の振動ピークが現れることを初めて見い出した。(3)以上の実験結果は、表面の温度や蒸着速度の変化が原子の拡散長に変化を生ずるものと考えられ、これを考慮した新しい成長模型を提唱した。Si(lll)-√<3>×√<3>-Ag構造上にAuを蒸着したときに見出された「置換原子成長」や「浮遊原子成長」などの奇妙な現象についてその温度効果を研究した。その結果、この様な成長モードで形成された構造は約300°C以下では安定であった。しかし、400°C以上では不安定であり、AuとAgは合金化することが判明し、従来のAu-Ag合金の状態図とも矛盾しなかった。このような結果は、Au-Ag合金の安定性について再検討を迫る新しい実験結果であり、興味深い新しい問題提起であると考えられる。またSi(lll)上のAg成長過程においては、√<21>×√<21>-Agおよび6×6-Ag構造が現れることを発見し、これらの構造と表面電気伝導が密接に関連していることを初めて実証した。本年度は、低温用反射高速電子回折(RHEED)・表面原子層物性測定のための試料ホルダーと各種の測定装置を作製し、これを既設の超高真空RHEED装置に取り付けた。この試料ホルダーは、Siの試料を清浄化する場合には、ヘリウム溜から切り放し1200°Cに加熱することができる。Siの清浄化後Siの温度が室温になってからヘリウム溜に再び接触させてヘリウム温度近くまで冷却できる構造とした。また、RHEEDパターンの詳しい観察をするために、試料が電子線に直角な軸の周りに容易に回転できる構造とした。さらに、この試料ホルダーにより、表面の電気伝導の測定等も可能な構造とした。この装置により、Si(111)表面上に金属を蒸着し種々の表面構造を形成させ、更にその上に種々の金属を蒸着した場合のエピタクシャル成長モードの研究を行った。Cu/Si(111)-7×7の場合には、室温の下地上ではRHEEDの強度振動は2つのピークしか現れなかったが、130Kの下地上では46個のピークが測定された。最初の5つのピークは不規則な周期である、6番目以後のピークは完全に周期的で、徐々に減衰した。Ag/Si(111)-7×7の場合もCu/Si(111)-7×7と同様な振舞いを示したが、最初の2つのピークは不規則で、3番目以後のピークは規則的であった。Ag/Si(111)-√<3>×√<3>-Agの場合には、下地の温度が室温及び160Kのいずれの場合にもRHEED強度振動は全く観察されなかった。

この様な実験結果から、Si(111)-7×7上のCuやAgは120K程度の低温になると、拡散距離が減少し、2次元的な核形成が起こることが実証された。またSi(111)-√<3>×√<3>-Ag構造上のAgは160Kにおいても拡散長がステップ幅よりも大きく2次元核形成が起こらないことが実証された。また、Si(111)-√<3>×√<3>-Ag構造上にAgやAuを吸着させたときの表面電気伝導の測定や解析も行った。平成6年度には電子銃を回転させる機構を作製した。これと昨年度に作製した低温用のRHEED試料ホルダーを組み合わせた。更に電気伝導の測定もできるようにした。これを現有するRHEED-TRAXS装置に結合させ、低温用反射高速電子回折・成長表面原子層物性測定装置として完成させた。これを用いて、エピタクシー過程における、表面元素の深さ分布、RHEED強度振動、表面電気伝導などの測定を行った。Si(111)-√3×√3-Ag構造上にAuを蒸着したときに見出された「置換原子成長」や「浮遊原子成長」などの奇妙な現象についてその温度効果を研究した。その結果、この様な成長モードで形成された構造は約300°C以下では安定であった。しかし、400°C以上では不安定であり、AuとAgは合金化することが判明した。400°C以上での結果は従来のAu-Ag合金の状態図とも矛盾しない。このような結果は、Au-Ag合金の性質の安定性について再検討を迫る新しい実験結果であり、興味深い新しい問題提起であると考えられる。エピタクシャル成長を支配する重要な因子は、下地表面の温度、蒸着の速度、原子の供給方法などである。そこでSi(111)上のAgやCuの場合に、これらの条件を系統的に変えて実験を行なった。その結果、(1)表面温度が160Kの低温にすると、意外な事には、室温の場合よりも多くの(2046)RHEED強度振動のピークが出現した。(2)毎分20ML以上の大きな成長速度にすると、多数の振動ピークが現れることを初めて見い出した。(3)以上の結果を考慮し、低温の下地上における新しい成長模型を提唱した。またSi(111)上のAg成長について、下地の温度依存性を詳しく研究し、表面の超格子構造と電気伝導が非常に密接に関連していることを初めて実証した。
新規癌抑制分子の細胞分裂制御能の解析による癌抑制能の解明と癌治療法の開発

家族性乳がん原因遺伝子BRCA1は、変異により乳がん、卵巣がんを引き起こすがん抑制遺伝子である。我々は、BRCA1に結合する新規分子Obg-like ATPase 1 (OLA1)を同定し、その機能を解析したところ、OLA1がBRCA1や中心体の主要な構成因子と直接結合し、中心体の複製を制御することを明らかにした。また、OLA1の乳がん細胞株由来の変異体ではBRCA1との結合能が消失して中心体の制御能が障害され、BRCA1の家族性乳がん由来の点突然変異で、OLA1との直接結合能が著しく低下し、中心体制御能に異常を来すことが明らかになった。家族性乳癌原因遺伝子BRCAlは、変異により乳癌、卵巣癌を引き起こす癌抑制遺伝子で、近年は難治性乳癌のTriple negative乳癌やBasal-like乳癌との関わりが注目されている。BRCA1はBARD1とヘテロダイマーを形成し、DNA修復や中心体制御に関与する。我々は、プロテオミクス解析によりBARD1に結合する新規分子BARD1-interacting protein(BIP)を同定し、その機能を解析し、BIPがBRCA1、BARD1とともに中心体制御や細胞質分裂で重要な機能を担うことを明らかにした。本研究では、BIPとその関連分子の中心体や細胞質分裂制御機構と癌抑制機構を解析し、さらに線虫での発現抑制やノックアウトマウスの作製により、個体レベルでの機能と発癌メカニズムへの関わりも解析する。また、BIPの癌抑制効果を癌細胞株や臨床検体で解析し、癌の診断や治療効果予測のバイオマーカーや治療の分子標的としての可能性を探索する。BIPはBARD1のC末端と直接結合することが分かっていたが、BRCA1のN末端とも直接結合することが明らかになった。また、BIPは、乳癌細胞株で既に点突然変異が同定されているが、この変異体ではBRCA1との結合能が消失し、中心体の制御能が障害されることが明らかになった。さらに、BRCA1の家族性乳癌由来の点突然変異で、中心体制御能が障害される変異体では、BIPとの直接結合能が著しく低下することも明らかになった。よって、BIPの機能の破綻が発癌メカニズムに大きく関与することが示唆された。また、BIP遺伝子コンディショナルノックアウトマウスを作製した。全身でCreリコンビナーゼが発現するCAG-Creマウスと交配し、BIP遺伝子欠損マウスを作製したところ、BRCA1やBARD1の欠損マウスと同様に、胎生期に発育障害を起こすことが明らかになった。家族性乳癌原因遺伝子BRCA1は、変異により乳癌、卵巣癌を引き起こす癌抑制遺伝子で、近年は難治性乳癌のTriple negative乳癌との関わりが注目されている。我々は、プロテオミクス解析によりBARD1に結合する新規分子Obg-like ATPase 1 (OLA1)を同定し、その機能を解析し、OLA1が中心体制御や細胞質分裂で重要な機能を担うことを明らかにした。本研究では、OLA1とその関連分子の中心体や細胞質分裂制御機構と癌抑制機構を解析し、さらにノックアウトマウスの作製により、個体レベルでの機能と発癌メカニズムへの関わりも解析する。また、臨床検体でも解析し、癌の診断や治療効果予測のバイオマーカーや治療の分子標的としての可能性を探索する。OLA1はBARD1のC末端、BRCA1のN末端、中心体の主要な構成因子であるg-tubulinと直接結合することが明らかになった。また、OLA1の乳癌細胞株由来の変異体ではBRCA1との結合能が消失し、中心体の制御能が障害されることが明らかになった。さらに、BRCA1の家族性乳癌由来の点突然変異で、OLA1との直接結合能が著しく低下することも明らかになった。また、OLA1との発現抑制による中心体の増加が中心体の断片化と過剰複製によることも明らかになり、OLA1の機能の破綻が発癌メカニズムに大きく関与することが示唆された。また、ホモOLA1遺伝子欠損マウスは、胎生期に発育障害を起こすことが明らかになった。また、ヘテロOLA1遺伝子欠損マウスでは、脾臓に腫瘍を形成することが明らかになった。さらに、BRCA1、BRCA2に遺伝子変異のない、家族性乳がん家系についてOLA1遺伝子の有無を解析したが、変異は認めなかった。我々は、プロテオミクス解析によりBARD1に結合する新規分子Obg-like ATPase 1 (OLA1)を同定し、その機能を解析し、OLA1が細胞分裂で重要な機能を担うことを明らかにした。本研究では、OLA1とその関連分子の中心体や細胞質分裂制御機構と癌抑制機構を解析し、さらにノックアウトマウスの作製により、個体レベルでの機能と発癌メカニズムへの関わりも解析し、また、臨床検体でも解析し、癌の診断や治療効果予測のバイオマーカーや治療の分子標的としての可能性も探索している。OLA1が、BARD1、BRCA1、中心体の主要な構成因子であるg-

tubulinと直接結合することが明らかになり、OLA1の乳癌細胞株由来の変異体ではBRCA1との結合能が消失し、中心体の制御能が障害されることが明らかになった。さらに、BRCA1の家族性乳癌由来の点突然変異で、OLA1との直接結合能が著しく低下することも明らかになった。また、OLA1が。細胞質分裂でも重要な機能を果たすことが明らかになり、その異常が多核細胞を引き起こすことも明らかになった。OLA1のノックマウスが腫瘍を発症することも明らかになった。また、OLA1の新規結合分子がOLA1と同様に中心体や細胞質分裂の制御に関わることも明らかになった。さらに、BRCA1、BRCA2に遺伝子変異のない、家族性乳がん家系についてOLA1遺伝子の有無について検体数を増やして解析したが、変異は認めなかった。家族性乳癌原因遺伝子BRCA1は、変異により乳癌、卵巣癌を引き起こす癌抑制遺伝子で、近年は難治性乳癌のTriple negative乳癌との関わりが注目されている。BRCA1はBARD1とヘテロダイマーを形成し、DNA修復や中心体制御に関与する。我々は、プロテオミクス解析によりBARD1に結合する新規分子Obg-like ATPase 1 (OLA1)を同定し、その機能を解析し、OLA1が細胞分裂で重要な機能を担うことを明らかにした。本研究では、OLA1とその関連分子の中心体や細胞質分裂制御機構と癌抑制機構を解析し、さらにノックアウトマウスの作製により、個体レベルでの機能と発癌メカニズムへの関わりも解析し、また、臨床検体でも解析した。その結果、OLA1が、BARD1、BRCA1、中心体の主要な構成因子である&#61543;-tubulinと直接結合し、中心体の複製を制御することが明らかになり、OLA1の乳癌細胞株由来の変異体ではBRCA1との結合能が消失し、中心体の制御能が障害されることが明らかになった。さらに、BRCA1の家族性乳癌由来の点突然変異で、OLA1との直接結合能が著しく低下した。また、OLA1が細胞質分裂でも重要な機能を果たすことが明らかになり、その異常が多核細胞を引き起こすことも明らかになった。BRCA1、BRCA2に遺伝子変異のない家族性乳がん家系についてOLA1遺伝子の有無を解析しところ、変異は認めなかった。家族性乳がん原因遺伝子BRCA1は、変異により乳がん、卵巣がんを引き起こすがん抑制遺伝子である。我々は、BRCA1に結合する新規分子Obg-like ATPase 1 (OLA1)を同定し、その機能を解析したところ、OLA1がBRCA1や中心体の主要な構成因子と直接結合し、中心体の複製を制御することを明らかにした。また、OLA1の乳がん細胞株由来の変異体ではBRCA1との結合能が消失して中心体の制御能が障害され、BRCA1の家族性乳がん由来の点突然変異で、OLA1との直接結合能が著しく低下し、中心体制御能に異常を来すことが明らかになった。これまでのOLA1の中心体制御能と発癌との関わりについて明らかにし、前年度、Molecular Cell誌に発表した内容について、日本癌学会などで招待講演で発表した。
EGFP遺伝子を指標とした牛の核移植による乳汁からの人血液凝固因子の作出

-20Cで3ヶ月間凍結保存後、融解した牛胎児細胞からドナー核を作り出した。セルラインの7回から12回継代培養したものを本研究のドナー核として用いた。これらのドナー核にオワンクラゲ蛍光遺伝子、EGFPジーンフラグメントをリポゾームの媒介により牛胎児細胞内へ取り込んだ。牛胎児細胞は遺伝子導入前に45日間飢餓状態に置くため、牛血清添加量を抑えた0.5%血清加DMEM培地内で順化させた。一方、除核卵子を準備するため、食肉処理場で得られた卵丘付き卵母細胞を修正卵管液で成熟培養し、2022時間後に5ug/mlサイトカラシンB+0.3%BSA加修正SOF液内で除核し、ドナー核を挿入して電気融合装置BTX2001によりDCパルス1kv/cm, 50マイクロ秒にてチマーマン液内で融合した。その後修正SOF液内で8日間培養し、発生した胚盤胞、拡張・脱出した胚盤胞への遺伝子導入成果を確認した。その結果、胚全体に遺伝子が導入されたものは11例(3.5%)で、このうち胚盤胞は1例(1.0%)に過ぎなかった。遺伝子導入例の大部分がモザイク状で26例(8.4%)にみられた。遺伝子導入核構築胚の一部は開発した陰圧式炭酸ガス培養器で培養しながら、日本(福岡)から中国(チンタオ)空港を経て、中国莱陽農業大学で準備した5頭の受胚牛へ移植実験を試みた。その結果、3頭が妊娠し、1頭は移植後60日後に流産、2頭が分娩した。これらの分娩牛からの遺伝子導入成功の有無については未だ確認されていない。オワンクラゲ蛍光遺伝子(EGFP)を牛初期胚の前核に導入した研究では、注入した2.9%が遺伝子導入に成功したが、その大部分がモザイク状の蛍光発現であった。そして胚全体に遺伝子の発現がみられたのは僅か1%にしかすぎなかった。次の研究としてEGFP遺伝子の1.6、4.8、8.0ng/μlを牛初期胚の前核に注入して遺伝子の発現率を調べた。その結果4.8、と8.0ng/μlを注入した胚では1.6ng/μlを注入した胚に比べてEGFP遺伝子の発現率は向上したが、胚盤胞への発育率が有意(P<0.05)に低下した。そこで4.8ng/μlのEGFP遺伝子を導入した初期胚のうち、1632細胞期に到達し蛍光発現に成功した胚のブラストメアーを核として、除核したレシピエント卵子と電気的に融合してクローン胚を構築した。その結果13/25(54%)が総てのブラストメアーに蛍光発現を示す桑実胚へ発育したが、胚盤胞への発育が得られなかった。この成果は国際誌Reprod.Fertil.Dev.へ投稿中である。その後牛胎子の皮膚細胞や猫の皮膚細胞へリポゾームを用いてEGFP遺伝子の導入に成功した。そして、これを核としたクローン胚の構築を行っている。これらの成果については第3回世界ヤク学会並びに第28回世界牛病学会の招待講演で紹介した。遺伝子の初期胚への導入効率を高めるために、二つの実験を試みた。一つはEGFP遺伝子を導入し、ブラストメアー全体に蛍光を発した1632細胞期胚の割球をバラバラにし、その一つずつを21時間成熟培養した除核卵子の透明帯下に挿入した。挿入後、チマーマン液内へ移し、800v/cm,50マイクロセカンドで2回通電し、融合処置した。

約20分後、核の融合が確認できた核構築胚を5μMのイオノホアを含むmSOF内で5分間活性化処置し、5μg/mlのシクロヘキシミド加mSOF液内で4時間培養後、発生培養液のmSOF液内で7日間培養してEGFP遺伝子の発現を観察した。その結果、クローン構築胚では遺伝子発現率がマイクロインジェクション法の18.1%に比べて66.3%となり、3倍以上向上した。また、マィクロインジェクション法では胚盤胞において細胞全体またはモザイク状にEGFP遺伝子の発現がみられた割合が4.4%でたったのに対し、クローン構築胚では15.7%となり、約4倍向上した。ただ、クローン構築胚においても何故モザイク状胚の発現が多く見られるのか興味深い。二番目め実験は精子をリポフェクション法によりEGFP遺伝子を乗せて成熟卵子と受精させて、遺伝子を導入する手法を試みた。本実験では4細胞期胚において、弱い蛍光発現を確認ができたが、胚盤胞では消失した。現在、簡易な方法として精子へのEGFP遺伝子導入を目的にエレクトロポーレーションについても実験を進めている。10mg/ml polybrene液またはリポゾーム媒介トランスフェクション法により牛の体細胞へEGFP遺伝子を導入し、これを核としてクローン胚を構築した。また、EGFP遺伝子を同法により牛精子核へ導入し、精子をベクターとして牛成熟卵子への遺伝子導入試験を行った。EGFPcDNA導入細胞を核として構築したクローン胚への遺伝子導入率は50%と向上したが、本実験においてもモザイク状の蛍光発現が多数を占めた。また、リポフェクション法による精子をベクターとした卵子への遺伝子導入では30%の胚でEGFPcDNAの発現が確認されたが、大部分がモザイク状で胚盤胞での蛍光発現はいずれも弱かった。一方体細胞を核としたクローン胚を当研究室で開発した陰圧式炭酸ガス培養器で培養しながら日本(福岡空港)から中国(青島空港)まで運び、中国菜陽農業大学で準備した5頭のレシピエントへ移植して2頭のクローン牛の作出に成功した。本牛への遺伝子導入について確認中である。
BACH2遺伝子によるB細胞性リンパ腫進展の解明

BACH2発現レベルがMYC遺伝子再構成陽性びまん性大細胞型B細胞リンパ腫(MYC+DLBCL)における予後因子となることを見出し、これは既知のBCL2やBCL6とは独立した因子であることを明らかにした。MYC+DLBCLの中でもBCL2遺伝子再構成を伴うdouble hit lymphomaは最も予後不良であり、その一部は濾胞性リンパ腫(FL)からの形質転換と考えられる。FLにおけるBACH2発現とBCL2・MYC遺伝子異常の検討では、BACH2発現はFL grade分類およびBCL2遺伝子再構成と相関し、MYC遺伝子異常の半数はgrade1-2の段階で生じていることが明らかとなった。MYC転座陽性びまん性大細胞型B細胞リンパ腫(DLBCL)を対象に臨床病理学的解析を行い、MYC陽性19例のサブグループ解析にて高率(79%)にBACH2陽性を認められ、MYC陽性DLBCL群においてBACH2陰性群では陽性群に比して予後良好であることが明らかにした(Ichikawa et al. Cancer Science 2014)。この結果からBACH2発現がMYC転座陽性DLBCLの病態に関与していると考え、既知のB細胞リンパ腫進展に関与する各遺伝子のゲノム異常と蛋白発現について検討した。蛋白発現では、BACH2、BCL2、BCL6の相関は認められなかった。BACH2陽性群では、MYC陽性例にBCL2・BCL6遺伝子再構成は認められず、MYC陰性例ではBCL2(27%, 9/33例)・BCL6 (8%, 2/26例)遺伝子再構成を認められた。BACH2陰性群では、MYC陰性例においてBCL2遺伝子増幅が多く認められた(17% vs 6%)。さらに、MYC陽性DLBCLの一部は濾胞性リンパ腫からの形質転換例が含まれることから、濾胞性リンパ腫(n=70)におけるBACH2発現を検討したところ、BACH2発現と病理学的grade分類が相関し(grade1(47%), grade2(57%), grade3A(37%), grade3B(13%))、BCL2転座陰性例ではBACH2発現が高いことが明らかとなった(BCL2陽性群56% vs陰性群28%)。以上より、MYC陽性DLBCLにおけるBACH2発現においてBCL2遺伝子との関連を更に検討していくこととした。MYC転座陽性びまん性大細胞型B細胞リンパ腫(DLBCL)では高率(79%)にBACH2陽性を認められ、MYC陽性DLBCL群においてBACH2陰性群では陽性群に比して予後良好であることが明らかにした。BACH2陽性群をさらにMYC転座の有無によりサブグループ解析すると、MYC陽性例ではBCL2・BCL6遺伝子再構成は認められず、MYC陰性例ではBCL2(27%, 9/33例)・BCL6 (8%, 2/26例)遺伝子再構成を認められた。BACH2陰性群でもMYC陰性例においてBCL2遺伝子増幅が多く認められ(17% vs 6%)、予後不良群であるMYC陽性DLBCL群においてBACH2発現は予後や病態の違いを示すマーカーとなり得ることが示唆された。濾胞性リンパ腫(FL)(n=70)におけるBACH2発現は病理学的grade分類と相関し(grade1(47%), grade2(57%), grade3A(37%), grade3B(13%))、BCL2転座陽性例ではBACH2発現が高いことが明らかとなった(BCL2陽性群56%vs陰性群28%)。さらに濾胞性リンパ腫(979例)の2%にG分染法やFISH検査にてMYC遺伝子異常を認められ、そのうち50%はgrade1-2に留まっていることが明らかとなり、MYC異常は臨床的に形質転換が生じる前段階にて既に生じていることを示唆するものである。最も予後不良であるDouble hit lymphomaの一部は濾胞性リンパ腫からの進展(17-21%)が推察されており、MYC陽性FLの病態についてさらに解析を進める予定である。MYC転座陽性B細胞性リンパ腫におけるBACH2発現にはBCL2遺伝子との関連が明らかとなり、DLBCLの中でも最も予後不良とされるMYC転座及びBCL2転座陽性DLBCL(double hit lymphoma)を含む解析を進めている。MYC陽性DLBCLは稀少疾患であり、その中でもBACH2発現例は2割程度とごく少数例であり、症例追加も必要である。造血器腫瘍H26年度に引き続きMYC陽性DLBCL追加症例のBACH

2遺伝子及び周辺遺伝子のゲノム異常及び蛋白発現の解析を進めるとともに、H27年度はMYC転座及びBCL2転座陽性DLBCL(double hit lymphoma)にも着目し、濾胞性リンパ腫の形質転換例やMYC陽性例を含む希少疾患群のゲノム異常を検討していく。上記の疾患群の中で生検検体が入手可能な例において、全エクソンシークエンスによる網羅的なゲノム異常解析を行う。当初予定していたMYC陽性DLBCL症例に占めるBACH2陽性例が2割程度と少数であったため、追加症例分を次年度に解析を行うこととした。MYC陽性DLBCL追加症例、double hit lymphoma例、濾胞性リンパ腫形質転換例のBACH2遺伝子及び周辺遺伝子のゲノム異常及び蛋白発現の解析のために免疫染色及び染色体分析やFISH解析を継続して行う。
有機非線形光学材料・半導体レーザ系の複合設計によるSHG高出力化

将来の高速・高密度光記録用の光源として500nm以下の波長領域で十分な強度を発することのできる素子の模索が行われている。この方法には主として二つの流れがある。一方は禁制帯幅の大きな半導体材料を半導体レーザ構造に用いる方法で、他方は比較的短波長・高出力の半導体レーザと非線形光学結晶とを組み合わせた2次高調波発生(SHG)による方法である。前者はコンパクトで実装等には従来技術との整合性が良いが、半導体材料そのものによって到達可能な波長領域が制限される。後者は系がやや複雑になるものの、半導体よりは困難さの少ない非線形結晶さえあれば、前者の方法で到達した波長の少なくとも2分の1の波長領域まで到達できる。このような観点から、半導体レーザと非線形光学結晶の組み合わせは究極の短波長光源と成り得る。この考え方に対して、従来は非線形結晶の高性能化に重きが置かれた研究が主流であったが、筆者等は半導体レーザの駆動方法に改善の余地があることを見い出しその改善により「半導体レーザ+非線形結晶」からなる複合系の最適化を検討した。本年度は、SHG効率が基本波のパワーに比例することに着目し、励起光源である半導体レーザをパルス駆動させ、光パワーの2乗の平均値が最大となる動作モードを模索した。実験的には、(1)市販の690nmInAlGaP系半導体レーザを利得スイッチ法により駆動し約50psのパルス発生が500MHz繰り返し周波数で可能であることを見い出し、(2)それによって生ずるスペクトル広がりがSHG効率の劣化を招くことを指摘し、(3)その問題点に対して、レーザからの出力光の一部を回折格子により波長を選択しそれをレーザ自体に戻すことにより次のパルスの種としてスペクトルの狭窄化を図るセルフシ-ディング法を適用することによって、スペクトル半値幅を0.12nm以下とすることに成功した。このスペクトル幅は高効率のSHG素子または材料の波長幅と比較しても十分に狭く、簡単な理論的な予測によれば従来のCW光源に対して20培の効率向上が期待できる。
アルキル化合物の生体膜機能修飾機構に関する生物物理化学的研究

アルコールや脂肪酸を初めとする両親媒性アルキル化合物の細胞機能修飾機構について皮膚ならびに小腸刷子縁膜を対象として検討を行った。皮膚角質層脂質成分より調整したリポソームのゲル液晶相転移温度のpH依存性を観察したところ、pH6.2から4.0の間で相転移温度が顕著に低下することがわかった。また、この低下は脂質層中の遊離脂肪酸パルミチン酸が非解離型へ変化することに伴い運動性が増加することによって生じることがわかった。in vitroにおいてフェノールのモルモット背部摘出皮膚における透過性を観察したところ、弱酸性条件下で透過がより速やかであることがわかった。このことは、実際の皮膚においても弱酸性条件下では脂質層の流動性増加により薬物の透過が亢進していることが示唆された。リポソームにおける実験結果は、さらにシス型長鎖不飽和脂肪酸と同様に薬物経皮吸収に対する促進効果が知られている飽和脂肪酸ラウリン酸が、弱酸性条件ではシス型長鎖不飽和脂肪酸と同様な脂質層流動性増加作用を生じることを示し、これが生理的条件では弱酸性状態にある皮膚における薬物吸収に対する促進効果の原因となっている可能性が示唆された。一方、ウサギ小腸刷子縁膜Mg^<2+>-ATPase活性に及ぼすアルコールの影響と膜流動性に及ぼす影響との関係についての9種のアルコールについての検討を行った。炭素数411の直鎖アルキルアルコールとイソアミルアルコール及びベンジルアルコールについての実験結果は、Mg^<2+>-ATPase活性の阻害率と膜流動性深索蛍光プローブ、ジフェニルヘキサトリエンの小腸刷子縁膜における蛍光異方性の減少率とが、検討したアルコール全てに共通に相関することを示した。このことにより、これらのアルコールが共通して刷子縁膜の流動性を増大することによってMg^<2+>-ATPase活性を阻害することが強く示唆された。アルコールや脂肪酸を初めとする両親媒性アルキル化合物の細胞機能修飾機構を明らかにすることを目的として、皮膚ならびに小腸刷子縁膜を対象とし、これらの化合物による皮膚角質層脂質及び小腸刷子縁膜脂質二重層の細部における流動性変化を蛍光プローブ法によって観察するとともに、薬物の膜輸送ならびに膜酵素系に対する影響との関係について検討を行った。まず、親水性の異なる薬物の経皮吸収に対する種々のアルキル化合物の促進作用をin vitroにおいて検討し、これまでにすでにアルキルアルコールが、その炭素数に依存して、5-フルオロウラシル等の親水性薬物の経皮吸収を顕著に亢進することを明らかにした。また、同じ濃度域で、アルキルアルコールが角質層脂質よりなるリポソームの流動性を増加させること、増加は、脂質二重層の中央部付近で生じることより、アルコールの作用機構として角質層脂質二重層の中央部付近の流動性の増大が考えられることを明らかにした。一方、ウサギ小腸刷子縁膜の膜脂質二重層の流動性に及ぼす両親媒性アルキル化合物の影響について観察を行うとともに、膜酵素系に及ぼす影響についても観察を行い、両者の関係について定量的な考察を行った。そのため、小腸刷子縁膜の膜酵素系としてMg^<2+>-ATPaseとアルカリホスファターゼをとりあげ、検討を行った。その結果、アルキルアルコールや脂肪酸が小腸刷子縁膜のMg^<2+>-ATPase活性を阻害することを明らかにするとともに、このうちアルコールについては、酵素活性の阻害率と脂質二重層の中央部付近の流動性の上昇との間に定量的な相関性があることを明らかにした。

すなわち、炭素数47のアルキルアルコール及びベンジルアルコールによって生じた脂質二重層の中央部付近の流動性の増加率とMg^<2+>-ATPase活性の減少率との間には、アルコールの種類にかかわらず、共通の相関関係が存在することが明らかとなった。一方、アルコールは表在蛋白質であるアルカリ性ホスファターゼの活性には影響を及ぼさず、このようなアルコールの膜酵素系による作用の違いは膜酵素の膜脂質二重層中での存在部位の違いによって説明できることがわかった。アルコールや脂肪酸を初めとする両親媒性アルキル化合物の細胞機能修飾機構について前年度に引き続き皮膚ならびに小腸刷子縁膜を対象として検討を行った。皮膚角質層脂質成分より調製したリポソームのゲル液晶相転移温度のpH依存性を観察したところ、pH6.2から4.0の間で相転移温度が顕著に低下することがわかった。また、この低下は脂質層中の遊離脂肪酸パルミチン酸の非解離型への変化に伴う運動性の増加によって生じていることがわかった。in vitroにおいてフェノールのモルモット背部摘出皮膚における透過性を観察したところ、弱酸性条件下で透過がより速やかであることがわかった。このことは実際の皮膚においても弱酸性条件下では脂質層の流動性増加により薬物の透過が亢進している可能性を示している。また、リポソームにおける実験結果より、シス型長鎖不飽和脂肪酸と同様に薬物経皮吸収に対する促進効果が知られている飽和脂肪酸ラウリン酸について、弱酸性条件ではシス型長鎖不飽和脂肪酸と同様な脂質層流動性増加作用を示すことが明らかとなり、これが生理的条件では弱酸性状態にある皮膚における薬物吸収に対する促進効果の原因となっている可能性が示唆された。一方、前年度に引き続き、ウサギ小腸刷子縁膜Mg^<2+>-ATPase活性に及ぼすアルコールの影響と膜流動性に及ぼす影響との関係についてさらに多数のアルコールについて検討を行った。炭素数411の直鎖アルキルアルコールとイソアミルアルコール及びペンジルアルコールについての実験結果は、Mg^<2+>-ATPase活性の阻害率の膜流動性探索蛍光プローブ、ジフェニルヘキサトリエンの小腸刷子縁膜における蛍光異方性の減少率とが、検討したアルコール全てに共通に相関することを示した。このことはこれらのアルコールが共通して刷子縁膜の流動性を増大することによってMg^<2+>-ATPase活性を阻害することを強く示唆するものである。
ぜんどう運動型光応答性フレキシブルナノアクチュエーターの開発

アゾベンゼンの光異性化反応を利用し高分子ゲルの網目構造を直接的に変化させることで、高分子ゲルの物性を制御することができる。アゾベンゼンは400nm付近の光を照射することでtrans体からcis体へと変化し、可視光照射または熱的にもとのtrans体へと戻る。このtrans-cis光異性化に伴い、アゾベンゼンの長軸方向の距離は0.90nmから0.55nmへと変化する。ピロメリト酸二無水物pyrromellitic dianhydride(PMDA)とアゾベンゼンを含むジアミン4,4'-diaminoazobenzene(DAA)をそれぞれ5wt%,7wt%,9wt%,10wt%で重合させて得たポリアミド酸オリゴマーを三官能性アミンの架橋剤1,3,5-tris(4-aminopbenyl)benzene(TAPB)を用いて末端架橋し、光応答性ポリアミド酸ゲル(PMDA/DAAゲル)を合成した。このポリアミド酸ゲルは、400nm付近の光を照射することで収縮し、可視光または熱で元に戻った。また、7wt%で合成されたゲルにおいて光異性化に伴いゲルの網目サイズが0.65nmから0.43nmへ変化することが動的光散乱によって観測された。このゲルを直径2mmのロッド状に加工し、青色レーザーを照射すると、ロッドの表面付近のみが光を吸収し、網目が収縮するので、約5秒で光照射方向にロッドが90°折れ曲がった。この状態で緑色レーザーを照射すると、網目は膨潤し、ロッドは真直ぐになった。このポリアミド酸ゲルをチューブ状に重合し、チューブを回転させながら青色レーザーを照射すると、レーザー照射部にくびれができた。次に青色レーザーを走査しながら、その直後に緑色レーザーを照射すると、レーザーの走査に伴い、くびれが移動するぜんどう運動するアクチュエーターとなることを確認した。アゾベンゼンを含むジアミンDAAと酸無水物(6FDA or ODPA or PMDA)により末端が酸無水物となるアミド酸オリゴマーを合成し、これを三官能性アミンTAPBと反応させて透明なポリアミド酸ゲルを得た。これを化学イミド化によりポリイミドゲルとした。ポリアミド酸オリゴマー及びポリアミド酸ゲル、ポリイミドゲルについて、光異性化をUV測定により確認した。棒状ポリアミド酸ゲルへのHe-Cdレーザー照射により、光応答が観察された。酸無水物としてPMDAを用いたものは、6FDAもしくはODPAを用いたものより、速い応答が得られた。これはPMDAを用いたゲルの構造がより堅いため、アゾベンゼンの光異性化による構造変化がより伝わりやすいことによるものと考えられる。棒状ポリイミドゲルへのHe-Cdレーザー照射により、6FDA及びODPAを用いたゲルでは光応答が得られなかったが、PMDAを用いたゲルでは光応答が得られた。これは、6FDA及びODPAを用いたゲルではイミド化により溶解性か低くなることでそれぞれのフレキシブル部位で収縮が起こりやすくなり、分子鎖の絡まりあいにより、変形が得られなかったと考えられる。しかしPMDAを用いたゲルはより堅い構造であるためイミド化による溶解性の低下で収縮が起こりにくく、そのため分子鎖の絡まりあいも起こりにくい。さらに、ポリポリアミド酸ゲルを二重構造のチューブ内で合成し、押し出し、チューブ状のゲルを作製した。チューブ状ゲルの周囲からHe-Cdレーザー光および500nmの光を照射しながら、このチューブに沿って、光源を移動させると、チューブがぜん動運動することが定性的に確認できた。

剛直な主鎖骨格に光応答性部位である、アゾベンゼンを導入したポリアミド酸ゲルあるいはポリイミドゲルを合成した。ジメチルフォルムアミド(DMF)中で膨潤している直径200ミクロンのロッド状ゲルに440nmのブルーレーザーを照射すると、光異性化が起きて、光を吸収した表面のみがアゾベンゼンの光異性化により体積収縮を起こすため、ゲルは光照射方向へ直角に曲がった。このような走光性は5秒以内に完了した。この時、ゲルの網目サイズは2.3nmから0.8nmへ変化することが走査型顕微動的光散乱測定により明らかになった。また、レオメーターによる拈弾性測定により、光照射前のゲルの弾性率は37kPaであるが、光照射後は80kPaになることが明らかになった。これはゲル中に存在する潜在的なエンタングルメントが、光照射による主鎖の屈曲により顕在化したためであることが、ゴム弾性理論より明らかになった。このゲルの光照射時に発生する力をガラスキャピラリーで測定した所、nN程度の値であることが明らかになった。また、このゲルをマイクロシリンジ中で合成した所、チューブ状のゲルが合成できた。440nmの光をチューブの周囲から照射し、チューブに沿ってスキャンし、その後500nmの光で同様な操作を行うことによりぜん動運動を行う新奇アクチュエーターを作製した。このアクチュエーターはDMFなどの極性溶媒中でのみしか作動しなかった。アクチュエーターを溶媒から取り出すと、溶媒が蒸発し、ゲルが収縮してしまうために大気中では利用できなかった。この問題点を克服するために、不揮発性の溶媒であるイオン性液体でDMF溶媒を置換したゲルを作製した。その結果、大気中でも光化学反応を示す光応答性アクチューターが開発できた。
疑似制約による上肢機能の変容・適応過程の解明

本研究では,健常者の手指関節の動きを人工的に制約して疾患状態を再現し計測を行うことで,身体的な制約に応じて人がどのように環境に適応し把持を行うかを解明することを目指した.前年度,母指の手根中手関節にテーピングによる可動域制約を施すことで手根管症候群患者を模した状態の把持姿勢を接触領域に着目して観察する実験を行い,健常時とは異なる接触領域を使った把持を行うケースが発生することが確認された.H30年度はまず,制約の前後での力学的特徴を明らかにするため筋骨格モデルを用いて前年度の実験結果で得られた姿勢の比較を行ったが,筋発揮力の観点では明確な傾向がみられなかった.次に,接触領域に関して同様の傾向が他の被験者でも観察されるかを確かめるため,4名に対して実験を実施した.タスクとしては前年度同様,代表的な把持形態(握力把持と精密把持)の発現を見込んだ“ハンマーのように振り下ろす"“向きを変えながら移動させる"の2種類を課した.振り下ろしタスクでは円柱物体を,移動タスクでは角柱を把持させ,物体の大きさの影響を見るため大小2種類のサイズを準備した.十分慣れるまで練習させたのち計測を行ったところ,半数の被験者では前年度観測されたように全く異なる接触領域を用いた比較的楽な姿勢での把持が観察されたが,残り半数では,多少困難を伴う姿勢であっても健常時と同様の接触領域を使った把持を行う様子が観察された.これをうけ,研究代表者がこれまでに開発してきた健常者の把持姿勢データベースを利用し,制約された関節可動域情報を与えることで,デジタルハンドモデルによる物体把持姿勢を一部生成することができた.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,健常者の手指関節の動きを人工的に制約して疾患状態を再現し計測を行うことで,身体的な制約に応じて人がどのように環境に適応し把持を行うかを解明することを目指す.H29年度はまず,健常な手の母指可動域の人工的な制約を安全かつ確実に実現する方法として,理学療法に用いられる非伸縮性のテープを用いた手法を検討した.把持で重要な役割を果たす母指に着目し,手根管症候群患者での中手手根(CM)関節の掌側外転動作の制約と,手に対して大きな物体を把持する際に他の関節よりも大きく伸展しサイズへの適応に寄与する中手指節間(MP)関節に制約を施すこととした.ここで,母指CM関節は鞍関節とよばれ三次元的に動く二自由度関節であるため,その姿勢表現方法を提案し計測することで,制約前と比較し,狙い通りに可動域が制約されていることが定量的に確認できた.また,テーピングによる制約を施した1名の被験者による大小二つの角柱について,代表的な把持形態である握力把持と精密把持の発現を見込み“ハンマーのように振り下ろす"“向きを変えながら移動させる"の2種類のタスクをそれぞれ10回ずつ繰り返させ,接触領域およびタスク実行に要した時間を計測した.4条件のうち3条件については,10回の繰り返しに伴い所要時間が減少し,接触領域も一つのパターンに収束した.タスク実行時間が収束したケースでは,タスクにより把持形態(接触領域パターン)は異なるものの,健常手で母指の腹を使っていたような把持形態が,母指側面を使う形態に移行する傾向があることが分かった.人工的制約方法の基本的な手法については構築でき,制約による物体把持姿勢の変容を接触領域の変化を確認することができたが,まだ1名分の観察にとどまっており複数名でも変化があることを示す必要がある.また,力学的な質の変化についての解析もまだまだ進める必要がある.本研究では,健常者の手指関節の動きを人工的に制約して疾患状態を再現し計測を行うことで,身体的な制約に応じて人がどのように環境に適応し把持を行うかを解明することを目指した.前年度,母指の手根中手関節にテーピングによる可動域制約を施すことで手根管症候群患者を模した状態の把持姿勢を接触領域に着目して観察する実験を行い,健常時とは異なる接触領域を使った把持を行うケースが発生することが確認された.H30年度はまず,制約の前後での力学的特徴を明らかにするため筋骨格モデルを用いて前年度の実験結果で得られた姿勢の比較を行ったが,筋発揮力の観点では明確な傾向がみられなかった.次に,接触領域に関して同様の傾向が他の被験者でも観察されるかを確かめるため,4名に対して実験を実施した.タスクとしては前年度同様,代表的な把持形態(握力把持と精密把持)の発現を見込んだ“ハンマーのように振り下ろす"“向きを変えながら移動させる"の2種類を課した.振り下ろしタスクでは円柱物体を,移動タスクでは角柱を把持させ,物体の大きさの影響を見るため大小2種類のサイズを準備した.十分慣れるまで練習させたのち計測を行ったところ,半数の被験者では前年度観測されたように全く異なる接触領域を用いた比較的楽な姿勢での把持が観察されたが,残り半数では,多少困難を伴う姿勢であっても健常時と同様の接触領域を使った把持を行う様子が観察された.これをうけ,研究代表者がこれまでに開発してきた健常者の把持姿勢データベースを利用し,制約された関節可動域情報を与えることで,デジタルハンドモデルによる物体把持姿勢を一部生成することができた.

平成30年度は,疑似的な可動域制約による健常者の戦略変容の観測と分析が可能な環境を改良するとともに,可動域制約に対応した把持姿勢推定に向け,模擬する特定疾患(制約する部位)のバリエーションと,力学的な解析項目を拡充し,姿勢生成を目指す.(1)簡易的な関節可動域制約下での把持戦略変容計測の拡充:テーピングにより可動域制約を施す対象関節として,前年度と同様の母指について被験者を増やして実験を行うとともに,対象関節を変更して計測し,健常者の把持姿勢の変化の典型的な傾向を明らかにする.(2)戦略変容理解のための把持姿勢の力学的評価手法の拡充:(1)で計測された身体モデル変容前後での把持戦略の違いを,手が物体に与える力学的効果の観点で捉え,姿勢推定時に満足すべき条件に変換することを目指す.前年度解析の準備を行った筋骨格モデルでの評価に加え,外乱に対する把持の頑健性などについて評価を試みる.(3)戦略変容後の姿勢の推定手法の構築:(2)による力学的評価結果を踏まえ,戦略変容後に重視される力学的評価項目を使って姿勢を推定する手法を構築する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
卵子形成過程におけるエピジェネティック制御の分子基盤

最近になって、低分子RNAを含め生殖細胞形成過程におけるエピジェネティック制御の重要性を示唆する貴重な知見が蓄積されつつある。一方で、エピジェネティック制御の減数分裂における役割など、生物学的意義については不明な点が数多く残されている。本研究課題の目的は、ゲノムインプリンティングに着目し、生殖細胞形成過程におけるエピジェネティック制御の分子基盤解明を進めることにある。現在まで、DNAメチル化酵素群が生殖細胞におけるゲノムインプリンティングの確立に必須であることが明らかにされているが、本研究課題においては、生殖細胞特異的にDNAメチル化酵素を欠失させたコンディショナルノックアウトマウスを用い、新規に同定した遺伝子を含む20を超える遺伝子座について、胎盤などの胎仔外成分に着目した解析を進め、DNAメチル化に依存しないゲノムインプリンティング確立機構の解明に取り組んできた。これにより、生殖細胞におけるエピジェネティック制御、とりわけヒストンテール修飾の生物学的意義を明らかにすることができると大きく期待している。種々の遺伝子欠損マウスを活用し、とりわけDNAに新規にメチル基を付加することのできるDmnt3aやDmnt3b、あるいは双方を同時に欠損させたマウスモデルにおいても、ゲノムインプリンティングが確立される遺伝子群が存在することを明らかにした。これらの結果は、DNAメチル化非依存的な発現制御を受ける遺伝子群が存在することを見出している。したがって、DNAメチル化とヒストンテール修飾が協調的に機能することによって調和のとれた個体発生が可能であることを強く示唆する貴重な知見となることが期待される。さらに、RNA結合タンパク質を欠失した細胞においては、本来、高度にメチル化されるべき遺伝子座が脱メチル化を受けるとともに、大規模なヒストン修飾異常を誘発することが明らかとなりつつある。ごく最近になって、低分子RNAを含め生殖細胞形成過程におけるエピジェネティック制御の重要性を示唆する貴重な知見が蓄積されつつある。さらに、ある種のRNA結合タンパク質を欠失した細胞においては、本来、高度にメチル化されるべき遺伝子座が脱メチル化を受けるとともに、大規模なピストン修飾異常を誘発することが明らかとなりつつある。
メラノ-マ好発系トランスジェニックマウスにおけるがん発生初期段階の免疫反応の解析

1.研究成果、:(1)retがん遺伝子cDNAをMMTV LTR、免疫グロブリンH鎖エンハンサ-、メタロチオネインプロモ-タ-/エンハンサ-と接合したハイブリッド遺伝子をCDF_1、マウス受精卵に移植、結果、乳がん好発系2系統、プレBリンパ腫系1系統、メラノ-マ好発系3系統を樹立し、各系統の子孫をC57BL/6系、BCF_1系、BALB/c系と交配させることによってサブラインとして増殖維持することに成功した。(2)各系統、特にメラノ-マ好発系トランスジェニックマウスについて前がん変化とがん発生の動態を各時期に調べ、移植がん遺伝子の発現との関係を細胞単位で明らかにした。(3)上記トランスジェニックマウスの前がん、発がん各時期における免疫系の基礎的機能ことにNK活性の動態を明らかにした。(4)トランスジェニックマウスに発生するメラノ-マをヌ-ドマウス接種と試験管内培養により株化することに成功した。(5)株化腫瘍細胞を用いて免疫によるがん発生の初期段階における制御を試みる実験モデルを樹立しつつある。(6)一方、このトランスジェニックマウスに発生する腫瘍は従来の化学発がん腫瘍と違って一般的な方法では腫瘍特異免疫を誘導し難いこと、したがって自然発がんにより近い実験モデルとなることが明らかになりつつある。2.今後の計画:より高度の新しい方法を駆使してトランスジェニックマウスに発生した腫瘍に対する特異免疫の誘導を試みる。同時に現在までの成果をもとにNK活性、LAK活性、同種免疫活性を利用したがん発生初期制御の第一段階の研究に着手する。