hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳変性症におけるミトコンドリアの形成制御に関する分子生物学的研究

1,エネルギー産生低下以外のミトコンドリア機能と細胞死一般に酸化的リン酸化によるATP合成なしでは、ほ乳類細胞は生育できないと考えられてきた。ところが、ミトコンドリア脳筋症患者からは酸化的リン酸化なしに生育できる細胞が分離できた。さらに、ミトコンドリアの形態はあるがミトコンドリアDNA(mtDNA)を全く持たない細胞株(EB8)を分離できた(埼玉ガンセンターの林純一らとの共同研究)。この細胞は解糖系で合成されるATPを用いて生育しているはずである。呼吸鎖酵素の複合体I,II,IVとATP合成酵素のサブユニットの一部はmtDNAにコードされているが、複合体II(コハク酵ユビキノン酸化環元酵素)はすべてのサブユニットが核遺伝子産物である。EB8に複合IIの阻害剤であるTTFA(thenoylt rifluoroaceton)を作用させると8時間以内に死滅した。他の複合体の阻害剤では効果はなかった。分子機構は不明であるが、ATP産生と無関係にミトコンドリアの機能異常が細胞を死に至らしめる概念が必要であることを示している。2,アポトーシス(プログラム化された細胞死)におけるミトコンドリアの役割Fas抗体はFas抗原に結合してアポトーシスを引き起こす。上記のEB8細胞にFas抗体を作用させると10ng/mlの低濃度でもDNAの分画化が始まりアポトーシスによって細胞は死滅した。一方、対照としてEB8にミトコンドリアを導入した細胞にFas抗体1μg/mlを作用させてもアポトーシスは起こらなかった。しかし、対照群に種々の酸化的リン酸化阻害剤を作用させるとEB8ほど顕著ではないが、Fas抗体によるアポトーシスは開始された。分子機構は不明であるが、アポトーシスへミトコンドリア機能が関連していることが示された。
インスリン抵抗性症候群における血管内皮細胞インスリン転送異常の分子機序

耐糖能障害,高血圧,高脂血症などが,clusterとして存在するインスリン抵抗性症候群の成因にCaveolae機能異常が想定される.インスリン抵抗性症候群の血管内皮細胞におけるCaveolaeを介するインスリンtranscytosisを検索した.1.血管内皮細胞におけるインスリンTranscytosisの解析:ミニマルモデルでインスリン抵抗性(SI<3.0)が確認された非肥満症例が対象とした.腹腔鏡下胆嚢摘出術時に採取した脂肪組織から血管内皮細胞を調整,2室法で培養した.^<125>I-インスリンの上室から下室へのTranscytosisを定量した.インスリン抵抗性症候群患者の血管内皮細胞でのインスリンTranscytosisは正常者の血管内皮細胞に比べて遅延を認めた.インスリンTranscytosis遅延とSIとは有意の正の相関を示した.2.血管内皮細胞におけるCaveolae関連蛋白の解析:患者血管内皮細胞におけるCaveolae関連蛋白発現を検索した.血管内皮細胞をインスリン処理後,CaveolaeをTritonX100不活性を利用したAndersonらの方法に準じて単離した.細胞をTritonX114にて可容化した後,Caveolae蛋白を二次元電気泳動法で解析した.インスリン依存性に変動するCaveolae蛋白を4種類ほど同定・精製し,アミノ酸配列を解析中である.3.Caveolae蛋白遺伝子異常の検索:インスリン抵抗性症候群におけるCaveolae蛋白の遺伝子異常をPCR-SSCP法にて検索した.現在まで,9種類のCaveolae蛋白遺伝子の解析を終えたが,遺伝子変異はまだ同定されていない.インスリン抵抗性症候群の成因に血管内皮細胞Caveolae機能の異常の関与が示唆された.耐糖能障害,高血圧,高脂血症などが,clusterとして存在するインスリン抵抗性症候群の成因にCaveolae機能異常が想定される.インスリン抵抗性症候群の血管内皮細胞におけるCaveolaeを介するインスリンtranscytosisを検索した.1.血管内皮細胞におけるインスリンTranscytosisの解析:ミニマルモデルでインスリン抵抗性(SI<3.0)が確認された非肥満症例が対象とした.腹腔鏡下胆嚢摘出術時に採取した脂肪組織から血管内皮細胞を調整,2室法で培養した.^<125>I-インスリンの上室から下室へのTranscytosisを定量した.インスリン抵抗性症候群患者の血管内皮細胞でのインスリンTranscytosisは正常者の血管内皮細胞に比べて遅延を認めた.インスリンTranscytosis遅延とSIとは有意の正の相関を示した.2.血管内皮細胞におけるCaveolae関連蛋白の解析:患者血管内皮細胞におけるCaveolae関連蛋白発現を検索した.血管内皮細胞をインスリン処理後,CaveolaeをTritonX100不活性を利用したAndersonらの方法に準じて単離した.細胞をTritonX114にて可容化した後,Caveolae蛋白を二次元電気泳動法で解析した.インスリン依存性に変動するCaveolae蛋白を4種類ほど同定・精製し,アミノ酸配列を解析中である.3.Caveolae蛋白遺伝子異常の検索:インスリン抵抗性症候群におけるCaveolae蛋白の遺伝子異常をPCR-SSCP法にて検索した.現在まで,9種類のCaveolae蛋白遺伝子の解析を終えたが,遺伝子変異はまだ同定されていない.インスリン抵抗性症候群の成因に血管内皮細胞Caveolae機能の異常の関与が示唆された.
新たな組織工学足場材料としてのメカノ・ケミグラジエントゲルの開発

本年度は、1力学的傾斜構造を形成できるゲル前駆高分子「特異的相互作用ペプチド担持ポリマー」の作製、2細胞ー材料間の化学的・物理学的影響を評価できるポリマー表面の構築と「化学的組成と物理学的組成が細胞に及ぼす影響の統合的理解」に向けた検討の2点について研究を進めてきた。1に関しては、申請時に記載した設計指針を基にゲルを作製した結果、予想よりも極めて軟質なゲルが得られた。これは、ペプチドー高分子間の架橋密度の低さまたは相互作用の弱さが要因と考えられた。そこで、(A)超遠心法を利用して本当に傾斜構造ゲルが作製可能かを光架橋部位を導入した高分子を用いて調査すること、および(B)高分子と高い結合定数で相互作用するペプチドのファージディスプレイ法を利用した探索の2つの小テーマを並行して進めることとした。光架橋部位を導入したポリマーを超遠心し光照射により架橋させることで、硬度が傾斜的に変化するゲルを作製することができた。次年度は、引き続き高分子と相互作用する最適なペプチドの探索を進め、申請時のコンセプト通りの物理架橋型グラジエントゲルの構築を目指す。2については、思った以上の成果が挙げられつつある。表面をコーティングする高分子の化学的組成を統一し、物理学的組成、すなわち硬度のみを変更した表面上での細胞挙動を評価した結果、細胞の接着・伸展、および遺伝子発現のすべてにおいて顕著な違いが認められた。これまでにも、力学的影響により細胞挙動が変化するという見解は様々報告されているが、それらとの決定的な違いは「表面の化学的組成を変化させずに物理学的性質のみを変化させている点、すなわち、変化しているパラメーターが一点のみ」という点である。次年度も引き続き検討を進め、化学的・物理学的性質と細胞挙動の関係を精査し、バイオマテリアル開発に不可欠な情報の提供につながる知見を集積させる。研究実績概要にある1グラジエントゲルの構築は、若干予定よりも遅れている感が否めないが、2化学的組成と物理学的組成が及ぼす細胞挙動の評価においては、当初考えていた予定以上に興味深い成果を多数得ており、大きな進展といえる。これらの点を総合的に判断すると、おおむね順調に進んでいると考えている。高分子の分子量分布を利用したグラジエントゲルの創製については、最適な相互作用ペプチドの探索を最優先として研究を進め、ゲル前駆高分子の作製を目指す。一方、化学的組成と物理学的組成が及ぼす細胞挙動の評価については、引き続き検討を進めるとともに、化学的・物理学的に変化させた界面での細胞挙動について網羅的に調査していく。特に、本年度はマクロレベルでの細胞ー材料間の相関を追跡してきたが、2019年度は、1細胞の力覚に関する知見の集積も進めていき、ミクロレベルとマクロレベルでの細胞挙動の評価をそれぞれ行い、バイオマテリアルと細胞の関係について精査できる知見を集積していく。

特に、本年度はマクロレベルでの細胞ー材料間の相関を追跡してきたが、2019年度は、1細胞の力覚に関する知見の集積も進めていき、ミクロレベルとマクロレベルでの細胞挙動の評価をそれぞれ行い、バイオマテリアルと細胞の関係について精査できる知見を集積していく。高分子の分子量分布を利用したグラジエントゲルの構築に関する進捗が遅れているため、そのテーマで使用予定であった予算分、残額が生じた。未使用分は、2019年度引き続き進める、ゲル創製のために使用する。また、大きな成果が挙げられれば、本年度末に論文投稿をできればと考え、論文校閲費として計上していたが、論文投稿に至らなかったため、この予算に関しても次年度に使用する予定である。
混合導電体を用いた酸素透過型メンブレンリアクターに関する研究

酸化物イオン-電子(ホール)混合導電体は,空気からの酸素分離に加えて、NOx分解、メタン部分酸化用メンブレンリアクターなどへの応用が期待されている。これらの応用に対しては、高い酸素透過性能に耐還元性が要求されるが、現存の材料で両性能を同時に満足するものは少なく、新たな材料の開発が望まれている。そこで本年度は特に膜材料の開発に主眼を置き,耐還元性と高い酸素透過能を併せ持つBa-Sr-Fe-O系ペロブスカイト型酸化物をホストとし、BサイトをGaやAlで部分置換した系について検討を行った。まず,(Ba_xSr_<1-x>)0.98Fe_<1-v>M_vO_<3-δ>(M=Ga, Al)の合成および酸素透過能を評価した。その結果,膜厚約1mmの緻密焼結体膜を用いたAir/Heの酸素分圧勾配の下での酸素透過速度は、900°Cにおいて1.01.2cm^3(STP)min_<-1>cm^<-2>を示し、Ga、Alの置換とともに低下した。(Ba_λSr_<1-x>)0.98Fe_<1-y>M_yO_<3-δ>の酸素透過能は、既知材料と比較して必ずしも高いとは言えないものの、酸素透過性と耐還元性を併せ持ち、メンブレンリアクター用膜材料としてのポテンシャルを持つ材料であることを明らかにした。次に,(Ba_xSr_<1-x>)0.98Fe_<1-y>M_yO_<3-δ>(M=Ga, Al)のメタン部分酸化反応メンブレンリアクターとしての特性を評価した。その結果,CH濃度やNi系触媒の種類に依存したが、本条件下においてGaおよびAlを置換した酸素透過膜は安定に動作し、Al置換体よりGa置換体を膜としたほうが優れたメンブレンリアクター特性を示すことを確認した。膜表面に塗布したNi含有酸化物を還元して調製するNi。系触媒の特性は、Ni含有量より生成するNiOの粒子径や分散度に依存し、本研究ではハイドロタルサイト前駆体単独やNi系触媒と膜材料との混合触媒が最も優れた性能を示した。本研究では高い酸素透過能と耐還元性を併せ持つ新規酸素分離膜材料の開発をもとに,酸素分離と化学反応を同時に行なうメタン部分酸化を中心としたメンブレンリアクターへの展開を図ることを目的としている.本年度は特にメタン部分酸化反応に適した触媒の探索,物性評価も重点的に行い,以下のような知見を得た.2.メタン転化率は単位触媒量当たりのNi量に伴い増加すること,また混合導電体膜の膜厚を変化させ酸素供給量を調整することで,水素の選択率を向上でき,酸素供給量とメタン部分触媒活性のバランスが重要であることが確認された.酸化物イオン-電子(ホール)混合導電体は,空気からの酸素分離に加えて、NOx分解、メタン部分酸化用メンブレンリアクターなどへの応用が期待されている。
銅蛋白間の電子伝達機構に関する蛋白工学的研究

我々は脱窒菌Alcaligenes faecalisS-6株の亜硝酸還元酵素への電子伝達物質として同菌より青色同蛋白質シュードアズリンを発見し、銅蛋白間での電子伝達を世界で初めて示すと共に、これら銅蛋白間の電子伝達機構についての解析を行ってきた。本研究では、亜硝酸還元酵素が保持する2種類の銅原子の中で、タイプ1銅配位子の改変体Met150Glu、タイプ2銅配位子の改変体His135Lysに対して、シュードアズリンおよびメチルビオロジェンを電子供与体として速度論的解析を行った。メチルビオロジェンを用いた場合、Met150Gluでは酵素活性が検討されたが、His135Lysでは活性が全く検出されず、タイプ2銅が活性に関与することが明らかになった。さらに、シュードアズリンを用いた場合には、Met150Gluのシュードアズリンに対する見かけの親和性にはほとんど変化が観察されないものの、電子伝達活性は1/1000に大幅に低下していた。これらの事実から、亜硝酸還元酵素のタイプ1銅がシュードアズリンから電子を受け取り、タイプ1銅から電子を渡されたタイプ2銅が活性に関与することが明らかなった。シュードアズリンの銅原子の周囲の分子表面に多数のLys残基が存在しており、これらのアミノ酸残基が亜硝酸還元酵素との相互作用を担うことが示唆された。そこで、シュードアズリンの9個のLys残基を1つずつAlaまたはAsp残基に置換して、亜硝酸還元酵素との相互作用を調べたところ、との改変体も亜硝酸還元酵素への電子伝達活性には影響を与えなかったが、タイプ1銅に近い変異のみが親和性を大きく低下させることが明らかになった。これらの結果から、シュードアズリンは自身の銅原子を亜硝酸還元酵素に向けて、Lys残基を介した静電的相互作用により亜硝酸還元酵素と相互作用していることが示された。
近赤外ダイオードレーザー分光法によるラジカルにおける振電相互作用の研究

本研究では振電相互作用の影響が回転スペクトルの上に興味深い姿で現れることで知られるCCOラジカルを取り上げ、その電子遷移スペクトルを測定・解析することにより電子励起A^3Π_i状態のエネルギーレベル構造を詳しく調べている。昨年度(平成5年度)はA^3Π_i(010)-X^3Σ^-(000)バンドおよびA^3Π_i(010)-X^3Σ^-(010)バンドの測定と詳しい解析を行い、A^3Π_i(010)状態の精密な分子定数を決定し、また、A^3Π_i(010)状態での摂動の様子を明らかにした。本年度(平成6年度)は、外部共振器型の近赤外ダイオードレーザーシステムを新たに導入して、これを高分解能分光測定を効率よく行ってゆけるように整備したうえで、引き続きCCOラジカルの電子遷移スペクトルの研究に取り組んだ。CCOのA^3Π_i状態での振電相互作用に関するさらに詳しい情報を得ることを目指して、両者間に振電摂動が存在すると考えられる二つのバンド、A^3Π_i(020)-X^3Σ(000)バンドおよびA^3Π_i(001)-X^3Σ(000)バンドの測定・解析に取りかかり、現在、スペクトルの帰属・解析をすすめているところである。
次元圧縮のできる多変量解析手法を用いた強化学習エージェントの性能解析

高次元の連続状態空間を直接扱うことのできるモデル追加型の強化学習アルゴリズムを開発した。このアルゴリズムの最大の特徴は、関数近似器のパラメータをうまく設定することで、モデル数を小さく抑えつつも良好な学習性能を実現できる点にある。このため、まず、パラメータの挙動解析を行い、最良のパラメータを見出した。つぎに、10次元の連続状態空間をもつ移動ロボットの移動障害物回避問題に適用し、有効性を確認した。将来、人間と共存し、人間の代わりとなって働くようなロボットを実現するためには、固定された制御ルールを用いるだけでなく、動的に変化する環境の中で、ロボット自身が学習によって制御ルールを獲得することが要求される。そのような要求に応えるため、未知環境においてロボットに行動を獲得させる手法として注目を集めているのが強化学習である。本研究の目的は、実用化を図る上で重要となる多次元連続状態空間の問題に対して、次元圧縮可能な多変量回帰分析を用いることで、膨大な情報の中から報酬に結び付く重要な情報のみを自律的に抽出できる汎用性の高い強化学習システムを実現することにある。まず、多変量解析を行う上で必要なサンプルデータの効率的な取得方法について検討した。状態空間のサンプルデータを学習前に格子状に予め用意しておく方法では、多次元空間を扱う場合にメモリ不足によりプログラムを実行できないなどの問題が発生する。そこで、学習時にある条件を満たした場合にオンラインでサンプルデータを適宜追加していく方法について考案するとともに、このときのQ値の更新則についても検討した。つぎに、学習を成功する上で重要なパラメータはどれか、また、パラメータの値はどのように決めるべきかなどの指標を獲得することを目的として、学習システム内の各種パラメータを変更した場合の学習性能について調べた。その結果、パラメータの中には学習に大きく影響を及ぼすものがあることを確認するとともに、これらの値を適切に決めることが重要であるということが分かった。また、多変量解析における計算量を実用レベルまで下げ、実システム制御時のリアルタイム性を確保するため、Linuxベースの並列計算機を用いて実行環境を構築した。また、並列計算を行うためOpenMPに準拠したコンパイラを新たに導入し、提案システムを並列計算機上に実装した。その結果、実時間性能が向上することを確認した。本研究の目的は、実用化を図る上で重要となる多次元連続状態空間の問題に対して、次元圧縮可能な多変量回帰分析を用いることで汎用性の高い強化学習システムを実現することにある。平成20年度は以下の事項について検討を行った。1.提案システムの学習性能の向上を図るため、適格度トレースを利用したアルゴリズムを導入した。改良前のものと比較を行ったところ、収束性能および学習精度を大幅に改善できることを確認した。2.部分観測問題に対しては、現在のセンサ情報に加えて、過去のセンサ情報を利用する履歴を用いる方法に着目した。時系列情報を用いると高次の連続状態空間となるが、提案システムはある種の部分観測問題に対してうまく学習可能であることを検証した。3.移動ロボットのナビゲーション問題において、距離センサ7次元とロボット位置・姿勢3次元の合計10次元の高次元連続状態空間を構成し、学習実験を行った。提案システムを利用することで、これらの問題においてもうまく学習が行われることを確認した。
嗅覚受容体のナチュラルリガンドの同定とその生物学的機能の解明

マウスが自然界で感知する匂いと嗅覚受容体の対応付けは進んでいない。また、嗅覚受容体は、精巣、心臓、筋肉など、鼻以外の組織でも発現しているが内在性リガンドは同定されていない。本研究では、これら嗅覚受容体のナチュラルリガンドを同定することを目的とした。活性物質精製に適した効率のよい嗅覚受容体アッセイ系を確立した。嗅覚受容体のナチュラルリガンドとして、包皮腺から脂質関連物質の精製・構造決定に成功した。卵巣に発現する嗅覚受容体の内在性リガンドの同定及び機能解析に成功した。動物の社会性行動の理解、化学生態環境の制御、創薬フィールドの拡大という、脳科学、環境問題、医薬領域への波及効果が期待される。本研究では、生体内組織や外分泌腺で作られるマウス嗅覚受容体のナチュラルリガンドを同定し、その匂い物質が生物学的・生理学的にどのような機能をもつか解析を行う。本年度は、まず、嗅覚受容体のナチュラルリガンドのスクリーニングをおこなうために、組織抽出物に対するアッセイ系の確立をおこなった。アフリカツメカエル卵母細胞に、膜移行促進シャペロンRTP1、Gタンパク質Golf、CFTR(cAMP応答チャネル)を導入した卵母細胞で、最も効率のよい嗅覚受容体の機能発現条件を見出した。次に、外分泌腺抽出液を嗅覚受容体のナチュラルリガンドのソースとして応答アッセイを行ったところ、undecalactoneを合成リガンドとするOlfr288受容体が、包皮腺の抽出液に強く応答することがわかった。活性因子の実体を明らかにすべく、応答活性を測定しながら包皮腺に含まれている物質を分離精製していくと、応答を引き起こす画分はただ一つに絞られ、構造解析を行った結果、(Z)-5-tetradecen-1-ol (Z5-14:OH)が同定された。実際にZ5-14:OHはOlfr288を活性化することが示され、Olfr288のナチュラルリガンドであることが判明した。次に、マウスの尿の揮発性成分を固相抽出しGC-MSを用いて分析した。その結果、Z5-14:OHは性成熟した雄マウス特異的に包皮腺から分泌される尿の揮発性成分であること、その分泌はテストステロン依存性であることが明らかになった。Z5-14:OHが雄の尿がもつ雌を惹きつける活性に寄与している可能性について検証したところ、雌マウスはZ5-14:OHを含む去勢雄の尿に明確な嗜好性を示した。以上の結果から、Olfr288のナチュラルリガンドとして、雄の尿を介して発せられ、雌の誘引活性に関わるZ5-14:OHを同定することに成功した。昨年度は、アメリカツメガエル卵母細胞でのアッセイ系を確立して、鼻に発現するMOR-O1受容体のナチュラルリガンドの同定に成功した。本年度は、MOR-O1が鼻だけでなく卵巣にも発現していることがわかったので、メス生殖器官の抽出液を投与したところ、応答を引き起こすことを見出した。そこで、卵巣MOR-O1の内在性リガンドを、メス生殖器官の抽出液から単離・同定することを目指した。まず、メス生殖器官抽出液を、限外ろ過や溶媒分画に供することで、活性物質の化学的特性を見極めたところ、低分子有機化合物であることがわかった。次に、アメリカツメガエル卵母細胞での応答性を指標にして、ODSカラムおよびC30逆相カラムのHPLCによって活性物質を精製した。最終精製物をGC-MS分析に供したところ、候補物質Aが同定された。用いたメス生殖器官は卵巣、卵管、子宮が含まれるが、候補物質Aはそのうち卵巣抽出物に検出された。今後、候補物質Aがもつ生理的意義の解明を目指す。本研究は、生体内組織や外分泌腺で作られるマウス嗅覚受容体のナチュラルリガンドを同定し、その匂い物質が生物学的・生理学的にどのような機能をもつかを明らかにすることを目的として行っている。昨年度は、卵巣で発現する嗅覚受容体MOR-O1の内在性リガンドを、メス生殖器官の抽出液から精製したところ、物質Aが同定された。本年度は、物質Aの生理的機能の解明を目指した。まず、卵子の成熟過程に関与しているのではという仮説のもとに実験を行った。MOR-O1の転写産物は、成長期卵から受精後6hの胚にかけて検出された。この遅延は、減数分裂を制御する遺伝子に特徴的な発現プロファイルである。そこで、物質Aを卵細胞に投与したところ、第一減数分裂の再開に伴う卵核膜の消失のタイミングを遅らせることがわかった。この遅延がMOR-O1を介しておきていることを検証するために、MOR-O1のノックアウトマウスを作製した。現在、ノックアウトマウスにおいて、卵核膜消失への影響を調べている。また、精巣に発現する嗅覚受容体MOR-S1の内在性リガンドの同定に着手した。MOR-S1は外分泌腺、胃、精巣などの抽出物に応答を示した。本活性の化学的性質を調べたところ、低分子および高分子画分両者に活性が見られるという興味深い結果を得ており、現在精製をおこなっている。

また、バイオインフォマティクスの手法を用いて、哺乳類で高度に保存された嗅覚受容体MOR18-1, MOR18-1, MOR103-1の3つを発見した。これらの受容体は様々な組織に発現していることがわかった。そして、これらの受容体の合成香料リガンドを同定することに成功した。現在、ナチュラルリガンドの精製に着手している。本研究は、生体内組織や外分泌腺で作られるマウス嗅覚受容体のナチュラルリガンドを同定し、その匂い物質が生物学的・生理学的にどのような機能をもつかを明らかにすることを目的としている。昨年度、卵巣で発現する嗅覚受容体MOR-O1の内在性リガンド候補物質を卵細胞に投与するとcAMPの上昇が見られ、第一減数分裂の再開に伴う卵核膜の消失のタイミングを遅らせることがわかった。本年度は、この遅延がMOR-O1を介しておきていることを検証するために、MOR-O1のノックアウトマウスを作製し、卵核膜消失への影響を調べた。すると、ノックアウトマウスにおいて、第一減数分裂の再開に伴う卵核膜の消失が遅れることがわかった。当初予測した結果とは異なったが、この結果は、MOR-O1が卵巣で何らかの機能を果たしていることを示唆している。一方、MOR-O1のノックアウトマウスでは、鼻におけるナチュラルリガンドZ5-14:OHに対する嗜好性が消失していた。そこで、MOR-O1が嗜好性に必要十分かを検証する実験に着手した。また、精巣に発現するMOR-S1の内在性リガンドの同定、および昨年度見出した哺乳類で高度に保存された嗅覚受容体MOR18-1, MOR18-1, MOR103-1の内在性リガンドの同定に着手し、カラム精製を重ねて、候補物質を絞りこみつつある。さらに、MOR18-1, 18-2, 103-1の機能を解析するために、ノックアウトマウスを作製した。一方、新たに最近見つけたムスコン受容体MOR215-1について、詳細なリガンド構造活性相関をおこない、マウスの包皮腺に受容体活性物質があることがわかったので、内在性リガンドの同定に着手した。また、内在性リガンドを見つける際に役に立つ嗅球イメージングに関して、メントール両鏡像体を特異的に認識する嗅覚受容体を同定した際に、技術改良することに成功し、その結果を論文化した。本プロジェクトの大きな目的は二つあり、鼻に発現している嗅覚受容体のナチュラルリガンドの同定と、鼻以外の組織に発現している嗅覚受容体の内在性リガンドの同定である。前者に関しては、第一報をNature Chemical Biology誌に発表し、本年度、J. Neuroscienceにin pressとなっている論文がある。後者に関しては、昨年度、哺乳類で高度に保存されていて鼻以外の様々な組織に発現している嗅覚受容体の同定をGenome Researchに報告して、世界30国ほどのニュースに取り上げられた。しかし、卵巣に発現する嗅覚受容体MOR-O1に関しては、本年度、ノックアウトマウスの結果を待って投稿予定でいたが、表現型が明確でないため、論文化が遅れている。一方で、本年度、頸動脈小体に発現する嗅覚受容体に関しては、アメリカのグループがNatureに発表した。競争が激化しているなか、若干、我々のグループに遅れが感じられるのは否めないが、世間的にも注目されていて成功すればトップジャーナルレベルの成果となるので、残り1年でスパートをかけたいと思っている。マウスが自然界で感知する匂いと嗅覚受容体の対応付けは進んでいない。また、嗅覚受容体は、精巣、心臓、筋肉など、鼻以外の組織でも発現しているが内在性リガンドは同定されていない。
層状ぺロブスカイト化合物の自己組織性を用いた有機/無機超格子の創成

本研究では、層状ぺロブスカイト化合物の自己組織性を利用し、有機層により電子状態を制御した多様な有機/無機超格子作製法を確立し、さらにこの超格子を基本単位とし、その空間配列を制御した三次元超構造を構築することを目的としている。本年度の研究成果は以下の通りである。1,層状ぺロブスカイト超格子の新しい作製法である共蒸着法用いることにより、さまざまな金属ハライド系層状ぺロブスカイト超格子の配向薄膜を作製できることを明らかにした。さらに、蒸着原料であるアルキルアミンヨウ化物の分子構造により次元性を制御した層状ぺロブスカイト超格子薄膜を作製できる可能性を示した。2,共蒸着における層状ぺロブスカイト超格子薄膜の形成過程において、金属ハライドへの有機アミンヨウ化物のインターカレーションが重要な役割をはたしていることを示した。3,機能性発色団としてナフタレン環やアゾベンゼン発色団を有する有機アミンを有機層として導入した層状ぺロブスカイト超格子の作製に成功した。ナフタレン環を導入した系では、無機半導体層からのエネルギー移動により、ナフタレン環からの燐光が増強されるという新しい発光現象を見い出した。アゾベンゼン発色団を導入した系では、フォトクロミック反応により無機半導体層の電子状態や発光特性を制御できる可能性が示された。これらの結果より、機能性発色団を有する有機アミン層を導入することにより無機半導体層と有機層との相互作用を利用した新規機能を有する層状ぺロブスカイト超格子を構築するための端緒が得られた。
自己骨髄間葉系幹細胞を用いた顎骨再生療法の確立

GMP基準化で培養した骨髄間葉系幹細胞を歯槽骨再生療法に応用し,骨欠損に対する再生医療の標準システムを確立することを目的とする.骨髄液は後上腸骨棘部より採取し,培養3週間で1×107個のMSCを得ることができた.MSCは施設間の搬送により細胞増殖と細胞形質への影響はみられず,マイコプラズマや細菌汚染は認められなかった.このシステムは安全であり,頭頸部領域における再生医療に有効であることを示唆している.GMP基準化で培養した骨髄間葉系幹細胞を歯槽骨再生療法に応用し,骨欠損に対する再生医療の標準システムを確立することを目的とする.骨髄液は後上腸骨棘部より採取し,培養3週間で1×107個のMSCを得ることができた.MSCは施設間の搬送により細胞増殖と細胞形質への影響はみられず,マイコプラズマや細菌汚染は認められなかった.このシステムは安全であり,頭頸部領域における再生医療に有効であることを示唆している.GMP基準下で培養した骨髄間葉系幹細胞を歯槽骨再生療法に応用し、骨欠損に対する再生医療の標準システムを確立することを目的とし、以下の結果を得た。1.間葉系骨髄幹細胞の採取・搬送・細胞培養・品質管理・移植手術における手順書(SOP)の作成をした。2.骨髄幹細胞の培養は信州大学医学部附属病院先端細胞センター(以下CPC)において、15%自己血清添加α-MEMを用いて9mlの骨髄液から得た間葉系細胞を3週間培養して1×10^7個の細胞を得た。3.CPCからの搬送条件は、遮光、断熱とし、搬送装置の温度は20-25°C(22°Cが基本)とした。搬送時間は約2時間で、搬送後生細胞数および細胞生存率をトリパンブルー染色で算定し、培養生存率が90%以上であることを確認した。4.細胞増殖速度(細胞回収率)を検討し培養条件は約3週間が適正であった。5.細胞表面抗原の解析をFCMで検討した。骨髄由来間葉系幹細胞の同定には、CD14・34陰性、CD44・105・271陽性であることをFCMで行うことができた。6.多血小板血漿(PRP)の調整は、1600±10rpm、22±2度にて10分遠心分離後上清をクライオチューブに分注し、使用時までマイナス152度で保管した。7.本臨床研究は,「松本歯科大学研究等倫理審査委員会」(認可番号第0064号2008年1月31日)と「信州大学医学部医倫理委員会」(許可番号第1191号2008年11月11日)で承認された。8.骨再生療法の臨床応用として厚生労働省発医政0910第1号の承認を得た。今後は、これらの結果を臨床応用していく予定である。本研究は、GMP基準化で培養した骨髄間葉系幹細胞を歯槽骨再生療法に応用し、骨欠損に対する再生医療の標準システムの確立することを目的としている。平成22年度は、昨年度実施した骨髄液の採取および搬送条件に準拠し、高度顎堤吸収異常の3名の患者より骨髄液の採取し臨床応用を行った。採取施設にて後上腸骨棘部から骨髄液を採取し信州大学医学部附属病院cell processing center (CPC)へ搬送を行った。搬送には専用搬送容器を使用し、2025°CでCPCへ搬送を行った。CPCでは同日、患者より採取した抹消血より血清を調製し初代培養を開始するとともにPRPの調製を行った。PRPは1600±10rpm、22±2°C室温10分の遠心条件にて分離した。その後、1回の継代と3回の培地交換を行い、培養3週後に細胞を回収した後、採取施設に搬送し患者に対して上顎洞底挙上術,自己培養細胞移植術を施行した。3週間の細胞培養を行いMSCは約1×10^7個に増加した。採取した骨髄液と回収時の骨髄間葉系幹細胞の含有量をフローサイトメトリーで解析を行った。マーカーには骨髄間葉系幹細胞のマーカーであるCD271,CD105,CD44を用いた.その結果、骨髄液中には約0.2%のCD271陽性細胞が存在し,この中でCD105・CD44 double-positive細胞は約2%でした.一方,細胞回収時にはCD271陽性細胞は約4%に増加し,この中でCD105・CD44 double-positive細胞は100%となりました.ヒト骨髄液中には,CD271陽性のMSCが0.2%,CD44/CD105陽性のMSCは約2%存在した。上顎洞底挙上術に自己培養細胞移植術を用いた場合では,MRI IDEALによる水画像評価では、骨形成の促進が観察され,術後にみられる上顎洞底部骨容積の減少率は細胞移植側で低い傾向がみられた。MSCは施設間の搬送により、細胞増殖と細胞形質への影響はみられず、マイコプラズマや細菌汚染は認められなかった。これらの結果は、CPCと細胞採取施設が連携しMSCを用いた骨再生療法を適用し、さらにGMP基準下の骨造成治療の有用性が示唆された。
高流動コンクリートによる補修・補強の耐久性に関する研究

近年,コンクリート構造物の早期劣化事例が増加し,社会問題と化している.なかでも塩害は劣化が激しく,早急に対策が求められているのが現状である.一方,高流動コンクリートはその優れた変形,流動性能のために,狭窄部での打設が多くなる補修に対しての適用が極めて有効であると考えられる.そこで本研究では,塩害劣化構造物およびそれを高流動コンクリートで断面修復補修した場合を想定し,塩分を混入した普通コンクリートに,塩分を含まない普通コンクリートおよび2種類の高流動コンクリートを打ち継いだ供試体を作成した上で,供試体に塩分散布を行い,その鉄筋腐食性状について検討を行なった.その結果,以下のような結論が得られた.(1)塩分をコンクリート中に2.75kg/m3混入しても腐食減量はそれほど大きくないが,腐食面積率は大きくなる.(2)塩分含有コンクリートに高流動コンクリートを打ち継いだ場合,同一水結合材比の普通コンクリートを打ち継いだ場合と比較して,塩分を含まない部分の鉄筋のマクロセル腐食による劣化が遅延される.(3)塩分含有コンクリートに高流動コンクリートを打ち継いだ場合,同一水結合材比の普通コンクリートを打ち継いだ場合と比較して,塩分含有部の鉄筋のマクロセル腐食量が大きくなる.また今後の課題として,環境条件の影響を検討することがあげられる.さらに,本研究ではマクロセルのアノードとカソードの面積比と一定としたが,これも実際にはまちまちであり,また桁の湿潤状態等も環境条件によって異なるため,今後はそれらの影響も含めて検討を行なう必要があろう.高流動コンクリートは、その高い変形性能と材料分離抵抗性により、型枠の隅々にまでまた過密に配置された鉄筋群の内側にまでコンクリートを打ち込むことができるという利点によって、コンクリートを構造物の隅々にまで欠陥なく打ち込むことができることが期待されている。したがって、補修・補強のように、限られた施工空間、狭窄部への打設、あるいは既存部材と新設部材との確実な一体化が望まれる場合には、その使用は極めて有利であると考えられる。そこで本研究は、コンクリート構造物の耐久性を支配する大きな要因である鉄筋の腐食について、特に電気化学的手法を用いることにより、その発生、進展メカニズムを把握し、さらには打継ぎした場合の新旧両コンクリートの電気化学的不適合性から生ずるマクロセルの形成について検討を行い、特に高流動コンクリートによる補修・補強設計を行なう際の、適切な配合設計手法の確立を目指し、検討を行おうとするものである。現在までに、以下のような結論が得られている。(1)塩分をコンクリート中に2.75kg/m3混入しても腐食減量はそれほど大きくないが、腐食面積率は大きくなる。(2)塩分含有コンクリートに高流動コンクリートを打ち継いだ場合、同一水結合材比の普通コンクリートを打ち継いだ場合と比較して、塩分を含まない部分の鉄筋のマクロセル腐食による劣化が遅延される。(3)塩分含有コンクリートに高流動コンクリートを打ち継いだ場合、同一水結合材比の普通コンクリートを打ち継いだ場合と比較して、塩分含有部の鉄筋マクロセル腐食量が大きくなる。近年,コンクリート構造物の早期劣化事例が増加し,社会問題と化している.なかでも塩害は劣化が激しく,早急に対策が求められているのが現状である.一方,高流動コンクリートはその優れた変形,流動性能のために,狭窄部での打設が多くなる補修に対しての適用が極めて有効であると考えられる.そこで本研究では,塩害劣化構造物およびそれを高流動コンクリートで断面修復補修した場合を想定し,塩分を混入した普通コンクリートに,塩分を含まない普通コンクリートおよび2種類の高流動コンクリートを打ち継いだ供試体を作成した上で,供試体に塩分散布を行い,その鉄筋腐食性状について検討を行なった.その結果,以下のような結論が得られた.(1)塩分をコンクリート中に2.75kg/m3混入しても腐食減量はそれほど大きくないが,腐食面積率は大きくなる.(2)塩分含有コンクリートに高流動コンクリートを打ち継いだ場合,同一水結合材比の普通コンクリートを打ち継いだ場合と比較して,塩分を含まない部分の鉄筋のマクロセル腐食による劣化が遅延される.(3)塩分含有コンクリートに高流動コンクリートを打ち継いだ場合,同一水結合材比の普通コンクリートを打ち継いだ場合と比較して,塩分含有部の鉄筋のマクロセル腐食量が大きくなる.また今後の課題として,環境条件の影響を検討することがあげられる.さらに,本研究ではマクロセルのアノードとカソードの面積比と一定としたが,これも実際にはまちまちであり,また桁の湿潤状態等も環境条件によって異なるため,今後はそれらの影響も含めて検討を行なう必要があろう.
分子レベルでの微小破折発生機構の解明と新しい破折制御概念に基づく歯科治療法の確立

歯根破折の診断は難しく、もし破折の診断を下せたとしても予知性の高い治療法は存在せず、多くの場合抜歯を第一選択とする。今後歯内療法の向かうべきはその効率化のみではなく破折を起こさない治療体系を考えることが歯内療法学の本質の方向である。本研究ではレーザーを用いた切削と回転切削器具や超音波による切削と歯根破折へ与える影響を検討また根管形成を最小限に抑え、根管洗浄の比重を増やすことができれば、歯根破折の原因を最小限にできるとも考えられるため、レーザーを用いた根管洗浄についても検討を行った。永久歯の抜歯原因調査によると抜歯の原因として歯の破折が約11%を占めると報告された。歯根破折の診断は難しく、破折の診断を下せたとしても予知性の高い治療法は存在せず、多くの場合抜歯を第一選択とする。抜歯の原因の11%つまり歯根破折は医原的に発生した可能性が考えられる。本研究ではEr:YAGレーザーと超音波を用いた際の象牙質の歪とマイクロクラック発生の影響を検討した。40本の歯根象牙質を用い,歯冠部を除去した後歯根長を9mmに調整し、歯根端を3mm除去した。その後、根管形成をMAF25あるいは80として、Gates-Glidden drillsとKファイルを用いてステップバック法にて行った。その後側方加圧充填法にてガッタパーチャとシーラー(Sealapex, Sybron Endo, USA)を用いて根管充填を行った。歯根象牙質の歪はストレインゲージ(共和電業)を歯根3分の1の部位に固着した。逆根管窩洞形成はEr:YAGレーザー(Erwin AdvErL, 140 mJ 10 pps)または超音波(Piezon Master 400, EMS, Switzerland,最大設定値)を注水下にて行った。逆根管窩洞形成後、歯根象牙質表面の歯根破折の有無を顕微鏡下にて観察を行った。根管形成の根尖径を♯25としたとき、歯根象牙質に与える象牙質の歪はEr:YAGレーザー群は超音波群に比較して有意に小さい結果となった。またEr:YAGレーザー群は根管径のサイズによらず象牙質の歪に有意差は認められなかったものの、超音波群は♯25で形成した群は♯80で形成した群に比較して有意に大きな象牙質の歪を生じていた。顕微鏡観察では超音波群のみに微小亀裂を認めた。形成された最終的な根管径が小さい場合、Er:YAGレーザー群では超音波群と比較して有意に小さな象牙質の歪を生じていた。歯科治療において歯根の破折が注目されており、8020推進財団により平成17年に報告された永久歯の抜歯原因調査によると抜歯の原因として歯の破折が約11%(う蝕30%、歯周病40%)を占めると報告された1)。また歯根破折の診断は難しく、もし破折の診断を下せたとしても予知性の高い治療法は存在せず、多くの場合抜歯を第一選択とする。抜歯の原因の70%はう蝕および歯周疾患によるもので、ある程度患者側に責任がある。しかし抜歯の原因の11%つまり歯根破折は歯科治療による原因すなわち医原的に発生した可能性が考えられる。今後歯科治療の向かうべきは今までのように効率化の方向のみではなく破折を起こさない治療体系を考えることが歯科治療の本質の方向である。つまり現実の臨床では治療せざるを得ない歯牙に対し破折の発生を最小限にし、可能な限り治療器材を安全に使用する必要がある。また近年外科的歯内療法に応用可能な湾曲型チップが開発された。本研究ではEr:YAGレーザーおよび湾曲型チップと超音波を用いた際の象牙質に与える歪について検討した。30本のヒト単根抜去歯を歯根長11 mmに歯冠を切断,通法通り根管形成および根管充填後,根尖部3 mmを切断し,逆根管充填窩洞形成を注水下Er:YAGレーザー照射(出力: 140 mJ 10 pps,以下ERW)群,注水下超音波(出力:最大設定値,以下USW)群,非注水下超音波(同値,以下US)群にて行った(n=10)。またCCDカメラ(VH-8000,キーエンス、倍率80倍)およびマイクロフォーカスX線CT(SMX90CT、島津製作所)にて形成前後、破折試験後の試料表面および内部の破折線の有無、状態を確認した。根尖切除面の破折線と歯根象牙質内部の破折線を併せた,逆根管充填窩洞形成後の破折線数(破折線の重複を除く)は,USW群(14本)およびUS群(39本)がERW,CNT群(0本)に比較して統計学的に有意に多かった。今後歯内療法の向かうべきはその効率化のみではなく破折等を起こさない生体にやさしい治療体系を考えることが歯内療法学の本質の方向である。本研究ではレーザーを用いた切削と回転切削器具や超音波による切削と歯根破折等へ与える影響、生体への安全性を検討した。

今年度はレーザー照射装置の応用の可能性を探索するため、Er:YAGレーザーを外科的歯内療法に応用し感染除去を行い、治癒の得られた症例を国内学会にて報告を行った。またより安全な根管治療における洗浄方法としてLAIの安全性を物理学的見地から検討した。根尖孔外の圧力の測定について、シリンジを用いた根管洗浄、超音波根管洗浄、Er:YAGレーザーを用いた根管洗浄、半導体レーザーを用いた根管洗浄の4群に対し実験を行い、比較した。結果、超音波根管洗浄、Er:YAGレーザーを用いた根管洗浄、半導体レーザーを用いた根管洗浄における根尖孔外に生じる圧力は、従来のシリンジを用いた根管洗浄に比べ有意に低かった。LAIによる根尖孔外への根管洗浄液の溢出の可能性はあるものの、LAIは従来のシリンジを用いた根管洗浄と比較して相対的に安全性が高く、Er:YAGレーザーおよび半導体レーザーを応用した根管洗浄は将来的に有望であると考えられる。また波長810nm半導体レーザー、波長980nm半導体レーザーを用い、異なる条件下の4群に対し実験を行い、比較した。その結果、特定の条件下で波長980nm半導体レーザーを用いた照射において,波長810nm半導体レーザー照射よりも大きな蒸気泡が数多く観察された。また電子顕微鏡下レーザーによる根管壁のクラック等の発生は認めなかった。歯根破折の診断は難しく、もし破折の診断を下せたとしても予知性の高い治療法は存在せず、多くの場合抜歯を第一選択とする。今後歯内療法の向かうべきはその効率化のみではなく破折を起こさない治療体系を考えることが歯内療法学の本質の方向である。本研究ではレーザーを用いた切削と回転切削器具や超音波による切削と歯根破折へ与える影響を検討また根管形成を最小限に抑え、根管洗浄の比重を増やすことができれば、歯根破折の原因を最小限にできるとも考えられるため、レーザーを用いた根管洗浄についても検討を行った。すでに2回の国内発表および海外における5回の学会発表を行い、1本の国内紙および、2本の英文誌の原著論文が完成、発行されている。実験は再現性が高く、クリアーである。この基礎的な結果は臨床応用にあたって、従来の治療法に秘かっくして良好な結果を得られる可能性を有している。したがって当初の計画以上に進展していると言える。歯内療法先行研究における歪に関する実験はストレインゲージの大きさの都合上全て歯根表面の歪を測定していた。つまり根管に作用された歪が象牙質の粘弾性等によって緩和された結果の一部を測定していると考えられる。一部の測定においても大きな歪よりは小さな歪であるほうが歯根破折の影響は少ないと考えられるが、歯根内部の歪や分子レベルでのマイクロクラックについてもより詳細に測定するべきである。またハイスピードカメラを用いたマイクロクラック観察や歪を検討することは今までの材料学の研究では散見されるが、歯学においてはほとんど報告がない。今後ハイスピードカメラおよび顕微鏡レンズを用いてマイクロクラックが起こる瞬間を観察し、新しい知見が確認できるか検討する。すでに7回の国内発表および海外における5回の学会発表に後に論文を作成し、1本の英文誌の原著論文が完成、発行されている。実験結果は再現性が高く、クリアーである。この基礎的な結果は臨床応用にあたって、従来の治療法に比較して良好な結果を得られる可能性を有している。従って、当初の計画以上に進展しているといえる。予定よりも研究が進行し、2月5日からの米国パームスプリングにて講演を依頼され旅費が必要となり、前倒し請求を申請したが、宿泊費、渡航費を思いのほか節約できたため次年度使用額が生じることとなった。本研究課題では歯根破折を起こす原因となる象牙質の歪がEr:YAGレーザーでは超音波よりも小さい結果を示したという成果を上げた。しかしながら、この結果を臨床応用につなげるためにはよりその安全性に着眼をおいてin vivoでの実験が必要となる。
海洋フロント域における大気海洋相互作用のマルチ時間スケール

メキシコ湾流が,大気下層の境界層を超えて自由大気に与える一連の影響を発見し,この成果はNature2008年3月13日号の表紙を飾った.さらに,大気応答で夏に顕著な「深い加熱モード」と冬季に顕著な「浅い加熱モード」を発見し,圧力調整応答の観測的な証拠を得,夏季と冬季の大気の安定度の相違が大気応答の季節依存性に大きく影響していることを見出し,長期の大気海洋結合大循環モデル積分で衛星風観測と整合的な結果を得た.また,表面水温低下を引き起こす,潮汐による砕波の観測的な証拠を初めて得た.メキシコ湾流が,大気下層の境界層を超えて自由大気に与える一連の影響を発見し,この成果はNature2008年3月13日号の表紙を飾った.さらに,大気応答で夏に顕著な「深い加熱モード」と冬季に顕著な「浅い加熱モード」を発見し,圧力調整応答の観測的な証拠を得,夏季と冬季の大気の安定度の相違が大気応答の季節依存性に大きく影響していることを見出し,長期の大気海洋結合大循環モデル積分で衛星風観測と整合的な結果を得た.また,表面水温低下を引き起こす,潮汐による砕波の観測的な証拠を初めて得た.この繰越(H19年からH20年)を行ったのは,H20年3月にNature誌に掲載されその表紙に採用された,本研究の成果であるMinobe et al.(2008)の研究情報発信が,H19年度においては間に合わないためであった.そこで繰越制度を活用して,Natureの表紙付き別刷りを購入し,国内外の研究者に広く配布した.表紙付きの別刷り購入は比較的大きな予算を必要としたので,この繰越なしには不可能であった.この情報発信は大きな反響を呼んだ.特に表紙が付いていることは有効であった.最近は論文流通の主体は電子媒体となっているが,購読権を持っている研究者でも表紙については低解像度のサムネイルしか見ることができないのである.この情報発信が高い効果を上げたことは,H20年1月に米国で招待講演を行ったほか,H21年にも海外での基調講演1件と招待講演1件を予定していることにも表れていよう.前年度にNatureに論文発表を行ったメキシコ湾流の大気応答に関して,データ解析,領域大気モデル,大気大循環モデルを用いた複合的研究を行った.データ解析では,夏季と冬季に大きく異なる大気応答が生じることを示し,これを仮に夏季モード,冬季モードと名付けた.領域大気モデルでは,力学的なメカニズムを同定する手法を開発し,これを湾流に対する接地境界層応答に適用して,風の水平収束の大部分が圧力調整メカニズムによることを定量的に明らかにした.この風の収束は,降水や対流圏上空に及ぶ上昇気流と関連して興味深いものである.また,大気大循環モデルAFESでの実験から、SSTフロントに沿って現れる降水バンドが、SST勾配に伴う表面風の収束に伴う水蒸気収束とメキシコ湾流からの蒸発によってもたらされ、鉛直風の応答高度は季節変化する対流圏の安定度に伴って季節変動することを明らかにした。また、大気海洋結合モデルCFESを用いて20年以上の全球高解像度計算を実施し、人工衛星観測で捉えられている海洋フロント域での風応力場の構造や降水量の分布などが、計算結果において再現されていることを確認した。さらに,環オホーツク圏領域気候モデルを用いて1998年7月に発達したオホーツク海高気圧とそれに伴う下層雲について再現実験を行い、現場観測と比較した。定量的には改善の余地があるが、下層雲または霧の有無による境界層の構造の違いが概ね再現された。この繰越(H21年からH22年)を行ったのは,当初予見できなかった事態によって,米国気象学会の学術雑誌であるJournal of Climate誌に予定した、Minobe et al.(201O)の論文による成果のとりまとめがH21年中には間に合わなかったためである。同論文は、H22年7月に出版され、本研究の成果を広く公表することができた。この論文では、衛星データおよび高解像度衛星データの解析によって、西岸境界流に伴う海洋表面水温フロントに対する大気応答に2つの応答モードがあるという提案を行った。ひとつは浅い大気加熱モードで、他の一つは深い大気加熱モードである。浅い大気加熱モードは表面風の収束、対流圏中層の雲、対流圏下層で最大となる上昇風速で特徴づけられ、大気加熱は大気境界層内の顕熱加熱と境界層直上の対流性の潜熱加熱による。深い大気加熱モードは、表面風の収束は比較的弱く、対流圏上層の雲、対流圏中層で最大となり上層でも明瞭な上昇風速に特徴づけられ、大気加熱は対流圏中層に最大値を持つ対流性の潜熱加熱が支配的である。前者は海洋表面水温フロント域において広くみられることが期待されるが、後者が重要となるのは海洋表面水温が特に高い湾流などに限定されると予想した。この提案を受けて、その後海外の研究グループが論文を発表するなど、本研究の成果は国際的な大気海洋相互作用研究の発展に重要な役割を果たしているといえるであろう。
PDZドメインをもつZO-1ファミリーの細胞極性形成と接着制御における役割

本年度は、タイトジャンクションの分子構築について新たな知見を得た。これまでタイトジャンクションに存在する膜タンパク質として4回膜貫通型分子であるオクルディン、クローディンが同定されていた。これらの分子を線維芽細胞に発現させた結果ストランド構造が構築されることから、これらがタイトジャンクションストランドの主要な構成因子であることが明らかにされている。一方、新たに同定された膜タンパク質JAMはそれらと異なる構造をとる、イムノグロプリンスーパーファミリーに属する一回膜貫通型分子である。そこで、JAMのタイトジャンクション構造における位置付けおよび機能について解析することを目的として実験を行った。線維芽細胞にJAMを発現させると細胞間の接着部位にJAMは濃縮した。蛍光抗体レベルでは、JAMの染色は線状というよりむしろ面状であり、クローディンを発現させた場合に近いものであった。ついでfreeze fracture法による観察を行ったが、ストランド構造の形成は認められず、その代わり、膜内粒子が存在しないような領域が認められた。JAMに対する抗体で免疫標識して観察すると、これらの領域にJAMが局在していた。この結果は、JAMがlateralに結合し平面上に集合体を形成する性質を持つことを示唆するものである。さらに、JAMと膜裏打ちタンパク質との相互作用について蛍光抗体法による観察とin vitroの結合実験により解析を行った。クローディンの場合同様JAMもZO-1との相互作用が認められたが、クローディンと相互作用しないPAR-3相互作用することが明らかになった。PAR-3は線虫初期発生における非対称分裂に必須な因子として知られる分子あり、今回PAR-3を細胞膜につなぎ止める分子を同定できたことは重要な知見であると考えられる。本年度は、膜裏打ちタンパク質ZO-1および類似構造を有するZO-2,ZO-3がタイトジャンクションに局在する分子機構に関して新たな知見を得た。過去に、膜タンパク質オクルディンとの分子間相互作用の存在により、これらの細胞質タンパク質が特定の膜領域に局在可能となっているというモデルを立てた。実際、オクルディンとZO-1,-2,-3が直接結合すること、また、各々結合に必要な領域の同定も行った。しかしながら、オクルディン分子を欠損したマウスの上皮細胞においてもZO-1,-2,-3はタイトジャンクションに存在していた。この事実はオクルディン以外にZO-1,-2,-3が結合する膜タンパク質が存在することを予測させるものであった。そこで最近当研究室で同定された、新規4回膜貫通型タンパク質クローディンとZO-1,-2,-3の結合について解析を行った。最初に、線維芽細胞L細胞にクローディン-1を外来性に発現させたC1L細胞におけるZO-1の局在を観察した。その結果、wild typeのクローディン-1を発現させたC1L細胞においては、ZO-1はクローディン-1の濃縮する細胞間接着部位に局在した。しかし、カルボキシル末端の2アミノ酸を欠失したmutantクローディン-1を発現させたC1ΔLVL細胞においてはmutant分子がwild type分子と同様に細胞間接着部位に濃縮したのに対し、ZO-1の濃縮が認められなかった。そこで、fusion proteinを用いたin vitroの結合実験を行い、ZO-1のPDZ1ドメインがクローディン-1のカルボキシル末端付近に直接結合することを明らかにした。ZO-2,ZO-3についても同様の結果が得られ、これら3分子は独立にクローディンと結合することにより、タイトジャンクションにおいて異なる膜タンパク質同士をanchorする事に働いているということを実証できた。