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脊索動物の起原と進化に関する比較ゲノム科学的・進化発生生物学的解析

脊索動物の起源と進化の問題は脊椎動物の起源とも関連してこの150年にわたり研究され議論されてきた。私達の研究グループはこの問題にチャレンジすべく、これまでに、尾索動物ホヤ(2002年)、頭索動物ナメクジウオ(2008年)、半索動物ギボシムシ(2015年)、さらにに棘皮動物オニヒトデ(2017年)のゲノム解読に成功した。すでに解読されている脊椎動物のゲノムを加え、これで新口動物5群全てのゲノム情報が揃ったことになる。私は初期発生様式の変化(幼生型の変化)、すなわち繊毛を使って遊泳する棘皮動物・半索動物の幼生型から、魚あるいはオタマジャクシのように尾の筋肉を使って遊泳する幼生への変化が脊索動物の起源の進化をもたらしたという仮説を提唱してきた。本研究の目的は、新口動物5群の比較ゲノム科学的解析および進化発生生物学的解析を通して、この仮説を実証することである。まず、これまでの脊索動物を門とし、脊椎動物、尾索動物、頭索動物を亜門とする分類体系を見直し、これら三亜門を門に格上げすることを提唱した。さらに、比較ゲノム科学的に尾索動物(ホヤなど)の進化を研究した。尾索動物は被嚢動物とも言われ、動物で唯一セルロースを合成する能力を持つ。セルロース合成酵素遺伝子(CesA)がユウレイボヤのゲノム中に存在することは分かっていた。最近になってORTHOSCOPEと名付けたweb toolを開発し、動物間でのオーソロガスな遺伝子比較を可能にした。このtoolを使って、CesAがホヤにだけ存在し、他の動物群に存在しないかどうかを解析したところ、これまでに公表されているホヤ全種のゲノム中にはCesA遺伝子が存在する一方で、尾索動物以外の動物には全く存在しないことを明らかにした。また、分子系統学的解析から、ホヤCesA遺伝子はバクテリアのCesA遺伝子の水平伝播によってもたらされたと結論づけた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。脊索動物の起源と進化の問題は、我々ヒトを含む脊椎動物の起源とも関連して、この150年に渡り研究され議論されてきた。私達はこの問題にチャレンジすべく、これまでに2002年に尾索動物ホヤ、2008年に頭索動物ナメクジウオ、また2015年に半索動物ギボシムシのゲノム解読に成功した。すでに脊椎動物および棘皮動物ウニのゲノムが解読されているので、これで新口動物5群の全てのゲノム情報が揃った。私は、幼生型の変化、すなわち繊毛を使って遊泳する棘皮および半索動物などの幼生型から、サカナあるいはオタマジャクのように尾の筋肉を使って遊泳する幼生の発達が脊椎動物の起源をもたらしたという仮説を提唱してきた。この時、脊索動物を特徴づける脊索、筋節、背側中空神経管が生まれた。本研究の目的は新口動物5群の比較ゲノム科学的解析および進化発生生物学的解析を通してこの仮説を実証することである。本年度はまず、これまでの脊索動物の起源と進化の問題に関する研究をレビューし、さらに上述の仮説をまとめて、"Chordate Origins and Evolution"と題する書籍を出版した。次に上記の仮説を検証するために(1)脊索形成の分子発生生物学的メカニズムの解明、(2)脊索動物に特異的な筋肉形成メカニズムの解明、(3)背側正中線の形成のメカニズムの解明、の3つ研究を提案したが、本年度は特に(1)について研究した。T-box遺伝子ファミリーのBrachyury遺伝子は脊索形成に中心的役割を担う。棘皮動物・半索動物のBrachyuryは1コピーで原腸陥入の機能を担う。ところが頭索動物ナメクジウオのゲノムには2コピー存在する。そこでこの遺伝子重複が脊索動物の進化の際に起こったのかを比較ゲノム科学的解析に解析した結果、この重複は脊索動物の祖先ではなく、頭索動物の祖先でのみ起こった現象であることを明らかにした。提案した3つの研究、すなわち(1)脊索形成の分子発生生物学的メカニズムの解明、(2)脊索動物に特異的な筋肉形成メカニズムの解明、(3)背側正中線の形成のメカニズムの解明のそれぞれに比較ゲノム科学研究と実験発生学的研究とが含まれている。本年はまず、(1)を比較ゲノム科学研究に解析し、それなりの成果を得た。現在、実験発生学的解析も進めつつあり、本申請研究は「おおむね順調に進展している」と判断した。脊索動物の起源と進化のメカニズムを比較ゲノム科学的にまた進化発生生物学的に理解するために、これまでに尾索動物ホヤ(2002年)、頭索動物ナメクジウオ(2008年)、半索動物ギボシムシ(2015)、棘皮動物オニヒトデ(2017)のゲノムを解読した。脊椎動物のゲノムは数多く解読されているので、これで新口動物5門(私は脊索動物を門とし尾索・頭索・脊椎動物をその亜門とするのではなく、これらをそれぞれ一つの門として扱うべきであるという主張をしており、その考えに従って5門とする)のゲノムが全て解読されたことになる。そこでこれらのゲノムを比較することによって、新口動物の進化と脊索動物の起源の問題にチャレンジしたいと考えた。本年度はこれら5門の筋肉構造遺伝子について比較ゲノム科学的に解析した。

私は、幼生型の進化、すなわち棘皮動物や半索動物など多くの海産無脊椎動物の幼生が繊毛を使って遊泳運動を行うのに対して、頭索動物や尾索動物はサカナ型あるいはオタマジャクシ型の幼生を発生させ、幼生の尾を駆使した遊泳運動を示す。この幼生型の発生あるいは変化が脊索動物の起源に深く関わっており、その際にこの幼生型の尾の重要な構成要素としての脊索、筋節などが生まれたという仮説を提唱し、それをもとに研究を進めてきた。そこで、筋節を構成するアクチン、ミオシン、トロポニンT、トロポマイオシンなど16の収縮関連タンパク質をコードする遺伝子について、5門の動物ゲノムのそれぞれから相同遺伝子を単離同定し、比較分子生物学的に解析した。その結果、新口動物の中では半索動物が最も祖先的と思われる遺伝子構造を維持しており、脊索動物においては全ての遺伝子が複雑に重複していることが分かった。さらに、この脊索動物群に特有なparaxial-type actinが出現しており、これらが脊索動物の幼生型の筋肉形成に関わったと考えられた。新口動物5門のゲノム解読情報をもとに、新口動物の進化、脊索動物の起源と進化の問題に比較ゲノム科学的また進化発生生物学的にチャレンジしたいと考えた。比較ゲノム科学的は研究室内の他の研究者との連携がうまくいき、前年度は脊索について、また本年度は筋肉について、望んでいただけの成果を得ることができた(上述)。しかし一方で、進化発生生物学的な研究については、国外の研究者と多くの点でコンピートしていることが分かり、その調整が進まなかったこと、またギボシムシやナメクジウオは産卵期が限られており、本年度の産卵期での胚の採集機会を失ったことなどにより、研究が進まなかった。脊索動物の起源と進化の問題は脊椎動物の起源とも関連してこの150年にわたり研究され議論されてきた。私達の研究グループはこの問題にチャレンジすべく、これまでに、尾索動物ホヤ(2002年)、頭索動物ナメクジウオ(2008年)、半索動物ギボシムシ(2015年)、さらにに棘皮動物オニヒトデ(2017年)のゲノム解読に成功した。すでに解読されている脊椎動物のゲノムを加え、これで新口動物5群全てのゲノム情報が揃ったことになる。私は初期発生様式の変化(幼生型の変化)、すなわち繊毛を使って遊泳する棘皮動物・半索動物の幼生型から、魚あるいはオタマジャクシのように尾の筋肉を使って遊泳する幼生への変化が脊索動物の起源の進化をもたらしたという仮説を提唱してきた。本研究の目的は、新口動物5群の比較ゲノム科学的解析および進化発生生物学的解析を通して、この仮説を実証することである。まず、これまでの脊索動物を門とし、脊椎動物、尾索動物、頭索動物を亜門とする分類体系を見直し、これら三亜門を門に格上げすることを提唱した。さらに、比較ゲノム科学的に尾索動物(ホヤなど)の進化を研究した。尾索動物は被嚢動物とも言われ、動物で唯一セルロースを合成する能力を持つ。セルロース合成酵素遺伝子(CesA)がユウレイボヤのゲノム中に存在することは分かっていた。最近になってORTHOSCOPEと名付けたweb toolを開発し、動物間でのオーソロガスな遺伝子比較を可能にした。このtoolを使って、CesAがホヤにだけ存在し、他の動物群に存在しないかどうかを解析したところ、これまでに公表されているホヤ全種のゲノム中にはCesA遺伝子が存在する一方で、尾索動物以外の動物には全く存在しないことを明らかにした。
結晶場制御とダウンコンバージョンによる希土類イオンの量子カッティング

本研究の目的は、結晶場制御による希土類イオンのダウンコンバージョン過程を利用した可視量子カッティングを発現する新規な蛍光結晶材料の作成と量子カッティング過程におけるエネルギー移動、緩和過程およびその動的挙動の解明である。本研究では、2種の希土類イオン対を考え、結晶場を変化させ真空紫外光子の励起エネルギーを交差緩和と副格子間共鳴エネルギー移動の2ステップエネルギー移動のダウンコンバージョン過程のよって二つの希土類イオンに移し、可視2光子発光の量子カッティングを実現させる。Gd^<3+>を副格子としてもつフッ化物にEu^<3+>を添加した新規な結晶を合成するとともに、Gd^<3+>-Eu^<3+>対による量子カッティングの発現の有無とその量子カッティング効率、エネルギー移動過程を調べ、以下の知見、成果を得た。(1)Gd^<3+>を格子の基本成分とする結晶場対称の異なるフッ化物KGd_3F_<10>、KGd_2F_7、CsGd_2F_7、KLiGdF_5にEu^<3+>添加をした新しい多結晶を合成した。Eu^<3+>:KGd_3F_<10>、Eu^<3+>:KGd_2F_7、Eu^<3+>:CsGd_2F_7、Eu^<3+>:KLiGdF_5において真空紫外(196,202nm)励起で2ステップエネルギー移動のダウンコンバージョンによる可視赤色域での量子カッティングが発現することを見い出した。量子カッティング過程における交差緩和効率、量子効率のEu^<3+>濃度依存を明らかにし、2at.%Eu^<3+>:KGd_3F_<10>で最大の交差緩和効率0.65、量子効率165%を得た。また交差緩和効率の違いを結晶構造、配位数、希土類イオン間距離の差に基づき考察し、量子カッティング効率の違いは、励起イオンの第1近接原子間距離と配位数の差に起因することおよびエネルギー移動は第23近接原子まで起こることを明らかにした。交差緩和効率の真空紫外励起エネルギー(202nm,196nm)依存は、Gd^<3+>の励起準位間とEu^<3+>の基底-発光始準位間のエネルギー差の一致の度合いで決まること、また交差緩和効率の要因となるイオン間相互作用は共鳴エネルギー移動によると明らかにした。(2)Eu^<3+>:KGd_3F_<10>、Eu^<3+>:KLiGdF_5の真空紫外レーザー励起による時間分解スペクトルの測定から求めた減衰プロファイルより量子カッティングが、Gd^<3+>-Eu^<3+>間の交差緩和およびGd副格子間の共鳴エネルギー移動のステップエネルギー移動のダウンコンバージョン過程を経ることを実証するとともに量子カッティング過程におけるエネルギー移動、緩和時間の動的挙動を明らかにした。(3)Eu^<2+>、Ce^<3+>添加の新規メリライト結晶で青/橙色の長残光を見出し、電子/正孔対の生成と熱誘起の正孔ホッピングによる再結合の輻射遷移と非輻射遷移による事を明らかにした本研究の目的は、結晶場制御による希土類イオンのダウンコンバージョン過程を利用した可視量子カッティングを発現する新規な蛍光結晶材料の作成と量子カッティング過程におけるエネルギー移動、緩和過程およびその動的挙動の解明である。

交差緩和効率の真空紫外励起エネルギー(202nm,196nm)依存は、Gd^<3+>の励起準位間とEu^<3+>の基底-発光始準位間のエネルギー差の一致の度合いで決まること、また交差緩和効率の要因となるイオン間相互作用は共鳴エネルギー移動によると明らかにした。(2)Eu^<3+>:KGd_3F_<10>、Eu^<3+>:KLiGdF_5の真空紫外レーザー励起による時間分解スペクトルの測定から求めた減衰プロファイルより量子カッティングが、Gd^<3+>-Eu^<3+>間の交差緩和およびGd副格子間の共鳴エネルギー移動のステップエネルギー移動のダウンコンバージョン過程を経ることを実証するとともに量子カッティング過程におけるエネルギー移動、緩和時間の動的挙動を明らかにした。(3)Eu^<2+>、Ce^<3+>添加の新規メリライト結晶で青/橙色の長残光を見出し、電子/正孔対の生成と熱誘起の正孔ホッピングによる再結合の輻射遷移と非輻射遷移による事を明らかにした本研究の目的は、結晶場制御による希土類イオンのダウンコンバージョン過程を利用した可視量子カッティングを発現する新規な蛍光結晶材料の作成と量子カッティング過程、メカニズムの解明である。本研究では、2種の希土類イオンの組み合わせを考え、結晶場を変化させて第1の希土類イオンの真空紫外光子の励起エネルギーを交差緩和と直接エネルギー移動の2ステップのエネルギー移動によって第2の希土類イオンに移し、可視2光子発光の量子カッティングを発現させることを試みる。本年度は、これまで得た結晶場対称と希土類イオンの4f^<n-1>5d^1、4f^n励起準位の分裂変化に関する知見を基に、希土類イオンの周囲の結晶場を考え、真空紫外光子を吸収し、量子カッターとなる構成成分としてGd^<3+>を、発光イオンとしてEu^<3+>を選択し、2種の希土類を含む新規な結晶を合成するとともに、Gd^<3+>-Eu^<3+>対による量子カッティングの発現の有無とその量子効率、メカニズムを調べ、以下の知見、成果を得た。1.Gd^<3+>を格子の基本成分とする結晶場対称の異なるフッ化物KGd_3F_<10>とKGd_2F_7にEu^<3+>をした新しい多結晶を合成した。Eu^<3+>:KGd_3F_<10>、Eu^<3+>:KGd_(2)F_7において、真空紫外(202nm)励起で2ステップエネルギー移動のダウンコンバージョンによる可視赤色域での量子カッティングが発現することを見い出した。量子カッティング過程における交差緩和効率、量子効率のEu^<3+>濃度依存を明らかにし、2at.%Eu^<3+>:KGd_3F_<10>で最大の交差緩和効率0.6、量子効率160%を得た。また交差緩和、量子効率の変化を結晶構造、希土類イオン間距離の変化に基づき考察し、量子カッテイング効率を支配する希土類イオン間相互作用が最大となるEu^<3+>濃度を蛍光寿命から見い出した。2.低対称結晶場で真空紫外域で透過率の高いGd^<3+>を基本格子とするKLiGdF_5にEu^<3+>を添加した新規な多結晶で、真空紫外光励起に対して、Gd^<3+>が量子カッターとなるダウンコンバージョンによる可視量子カッティングが発現することを見い出し、202nm励起により2at.%Eu3^<3+>:KliGdF_5で最大の量子効率140%を得た。量子カッテイングを支配する交差緩和効率の真空紫外励起光子エネルギー(202nm,196nm)の依存は、Gd^<3+>の励起準位間とEu^<3+>の基底-発光始準位間のエネルギ差の一致の度合いで決まることを明らかにした。また交差緩和効率、量子効率のEu^<3+>濃度依存を明らかにするとともに、蛍光寿命から評価されるイオン間相互作用の観点から考察した。
タンパク質超分子による「ナノ粒子とカーボンナノチューブ複合体」群の機能創発

カーボン系ナノマテリアルであるカーボンナノチューブ(CNT)と半導体ナノ粒子を組み合わせた複合材料の作製を、CNTを特異的に認識するペプチド(アプタマー)を遺伝子的に付加した球殻状タンパク質(mDps)を用いることで行った。まず遺伝子操作した球殻状タンパク質の内部空間でCo3O4のナノ粒子(NP)合成を行い、この球殻状タンパク質とCNTを水溶液中で超音波撹拌することで、CNT周囲にタンパク質殻厚(約1.5nm)だけ離れたCo3O4ナノ粒子を多数修飾したバイオ分子+CNT複合体(CNT+mDps:NP)を作製に成功した。さらに、この(CNT+mDps:NP)溶液を数十百nmの間隔を持つ電極間に滴下して配置した。この配置方法では、溶液の緩衝薬剤成分を除去することで良好な濃厚(CNT+mDps:N)配置が可能となった。また電極間に交流電界を印可することによりCNTが電極間方向に並行化する実験結果を得ることにも成功した。この(CNT+mDps:N)群の電気特性計測を行った結果2つの特徴的な電気特性を得た。一つは、NPを量子井戸とするクーロンブロッケード特性であり、予測されるものであった。もう一点は、電極間に配置された(CNT+mDps:NP)群において電圧の印可により電流経路が限定されて一経路だけが選択され、その結果選ばれた単一のナノ粒子よるRe-RAMと同様のメモリ効果と思われる特性が生じるものであった。このRe-RAM様特性は、電極間に配置されたCNTやNPの多数群の中から、自動的に一個量子NP選択がおおなわれることを示しており、複雑なナノ構造作製を行うことなく単一量子NP選択が実現できることが示されたと言える。24年度が最終年度であるため、記入しない。カーボン系ナノマテリアルCNTを特異的に認識するペプチド(アプタマー)と水溶液中での無機材料析出能力を組み合わせて、CNTと半導体ナノ粒子を組み合わせた複合材料の作製を行いそのネット構造を作製して新機電気特性の創発を行った。前年度までに作製したCoナノ粒子を内包するカーボンナノチューブ(CNT)に吸着するペプチド(アプタマー:MDYFSSPYYEQLFア)を外表面に提示した球殻状タンパク質(mDps:N、終濃度0.3mg/mL))とCNT(終濃度0.3mg/mL)を20mM HEPES (pH7.5)溶液中で混合し、超音波を印加して水溶液に可溶な複合材料(CNT+mDps:NP)を作製した。この複合材料の電子顕微鏡観察から、ナノ粒子とCNTが球殻状タンパク質の殻の厚みだけCNTと隔離されていることが示された。この複合体(CNT+mDps:NP)の溶液を対向するギャップ長3-5ミクロンの2つの電極間に滴下して、2次元ネットを作製した。電極間の複合体(CNT+mDps:NP)整列を促すため1Mhz,6Vppの電圧を印可した。さらに緩衝液などの影響を排除するため、作製されたネット構造は純水によりリンスし、緩衝薬剤の薄層による電気特性のノイズ成分を排除した。これにより多数のCNT電流経路とトンネル結合するナノドットから成る構造を作製した。この複合体(CNT+mDps:NP)2次元ネットや単体の電流-電圧の電気特性測定したところ、数10nAから数100nAオーダーの電流値でヒステリシスを形成するものが現れた。このヒステリシスの原因はまだ不明であるが、CNTネットだけでは生じないことから、タンパク質殻厚(約1.5-2mm)だけCNTと離れたCoナノ粒子が何らかの関与をしていると推測された。

当初の計画通りCNTとトンネルギャップ程度分離されたナノ粒子のネット構造の作製に成功し、その電気特性から新しい電流-電圧測定においてヒステリシス現象が見つかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。複合体ネットのトンネル接合の数がまだ少ないと判断されるため、今後は高周波電界配向を利用しつつ、高濃度の複合体の電極間配置を行い、電気特性の特徴抽出を行うことでヒステリシスの機構解明を進める。また電気特性の測定回数を増やして精度を高める。
強誘電体物質研究のパラダイム転換

BaTiO3やPb(Zr,Ti)O3などに代表されるペロブスカイト型酸化物強誘電体・圧電体の設計は2次ヤーンーテラー効果に基づく金属元素ー酸素間の共有結合の形成に立脚しており,結晶構造の反転対称性を破るために特定の元素に特有の性質(Ti4+のd0電子配置やPb2+の6s2孤立電子対)を必要する。近年、層状ペロブスカイト酸化物を対象に、酸素八面体回転によって結晶構造の反転対称性を破り、副次的なカチオン変位を誘起して自発分極を生み出す「間接型」の機構が提唱されている。酸素八面体回転はカチオンの電子配置とは無関係に起こり、ペロブスカイト関連化合物において最もありふれた構造歪みである。このため、間接型の機構を用いると。新規強誘電体の物質群が開拓される可能性がある。実際、対称性に関する考察と第一原理計算を組み合わせることで多くの新規強誘電体が提案されており、いくつかは実験的に確認されている。応用にあたって、自発分極値、抗電場およびキュリー温度などのパラメータを評価する必要があり、そのためには実験的な検証が不可欠である。平成30年度は、n = 2のルドルスデン・ポッパー型層状ペロブスカイト酸化物を対象に、特に二次ヤーン・テラー活性なイオンを含まない(Sr,Ca)3Sn2O7に焦点を当て、酸素八面体回転とキュリー温度の関係を調べた。具体的には、放射光X線回折、中性子回折、メスバウアー分光、光第二高調波発生により構造解析と物性評価を行った。得られた結果を既知のルドルスデン・ポッパー化合物に関する報告と合わせて整理したところ、キュリー温度とペロブスカイト許容因子(酸素八面体回転の大きさの尺度)の間に直線関係が成り立つことを見出した。平成30年度は、酸素八面体回転由来の間接型強誘電体をいくつか見出すことができた。一つの代表的な成果として、n = 2のルドルスデン・ポッパー型層状ペロブスカイト強誘電体の構造ー物性相関に関する論文が、J. Am. Chem. Soc. 140, 15690-125700 (2018)に掲載された。この成果は、新しい強誘電体の開拓に寄与するだけでなく、強誘電相転移機構の解明につながる重要な知見である。これまでの研究において、第一原理計算による物質探索・物質設計が非常に有効であることがわかり、研究の進展に大いに貢献している。また、国内および海外施設で測定した高精度な放射光X線/中性子回折データを使って、精密構造の決定に成功している。強誘電体の評価装置も整備されつつあり、評価手法も向上した。今後、第一原理計算ー構造解析ー物性評価の有機的な連携により間接型強誘電体の物質群が拡張され、このタイプの強誘電体に特有の物性・機能が見出される可能性は大いにある。従来のペロブスカイト酸化物強誘電体では、イオンの変位によって直接的に極性構造が形成され自発分極が発生する。このような、いわゆる直接型(あるいは変位型)強誘電体が、数十年間、強誘電体研究の主流を担ってきた。この流れを大きく変革するため、本研究では、従来の直接型とは異なり、「間接型」の機構に基づいて新奇強誘電体を開拓する。間接型強誘電体の物質設計では、元素選択の自由度が直接型の場合と比べて遥かに大きく、従来では実現困難であった機能を容易に付与することができる。この観点から、今後は磁性や可視光応答性の付与による高機能化の実現を目指す。たとえば、「巨大なスピンー格子結合をもつ室温強磁性強誘電体の創製」などは、学術的に大きなインパクトを与えることができる。既に、磁性イオンが導入された強誘電体を発見しており、構造解析と物性評価を開始している。この方向での研究を推進することにより、高機能な強誘電体が実現する可能性は十分あると予想している。

平成30年度は、n = 2のルドルスデン・ポッパー型層状ペロブスカイト酸化物を対象に、特に二次ヤーン・テラー活性なイオンを含まない(Sr,Ca)3Sn2O7に焦点を当て、酸素八面体回転とキュリー温度の関係を調べた。具体的には、放射光X線回折、中性子回折、メスバウアー分光、光第二高調波発生により構造解析と物性評価を行った。得られた結果を既知のルドルスデン・ポッパー化合物に関する報告と合わせて整理したところ、キュリー温度とペロブスカイト許容因子(酸素八面体回転の大きさの尺度)の間に直線関係が成り立つことを見出した。平成30年度は、酸素八面体回転由来の間接型強誘電体をいくつか見出すことができた。一つの代表的な成果として、n = 2のルドルスデン・ポッパー型層状ペロブスカイト強誘電体の構造ー物性相関に関する論文が、J. Am. Chem. Soc. 140, 15690-125700 (2018)に掲載された。この成果は、新しい強誘電体の開拓に寄与するだけでなく、強誘電相転移機構の解明につながる重要な知見である。これまでの研究において、第一原理計算による物質探索・物質設計が非常に有効であることがわかり、研究の進展に大いに貢献している。また、国内および海外施設で測定した高精度な放射光X線/中性子回折データを使って、精密構造の決定に成功している。強誘電体の評価装置も整備されつつあり、評価手法も向上した。今後、第一原理計算ー構造解析ー物性評価の有機的な連携により間接型強誘電体の物質群が拡張され、このタイプの強誘電体に特有の物性・機能が見出される可能性は大いにある。従来のペロブスカイト酸化物強誘電体では、イオンの変位によって直接的に極性構造が形成され自発分極が発生する。このような、いわゆる直接型(あるいは変位型)強誘電体が、数十年間、強誘電体研究の主流を担ってきた。この流れを大きく変革するため、本研究では、従来の直接型とは異なり、「間接型」の機構に基づいて新奇強誘電体を開拓する。間接型強誘電体の物質設計では、元素選択の自由度が直接型の場合と比べて遥かに大きく、従来では実現困難であった機能を容易に付与することができる。この観点から、今後は磁性や可視光応答性の付与による高機能化の実現を目指す。たとえば、「巨大なスピンー格子結合をもつ室温強磁性強誘電体の創製」などは、学術的に大きなインパクトを与えることができる。既に、磁性イオンが導入された強誘電体を発見しており、構造解析と物性評価を開始している。この方向での研究を推進することにより、高機能な強誘電体が実現する可能性は十分あると予想している。合成した粉末試料に対して放射光X線回折と分光実験を行い、その結果に基づいて構造解析を行ったところ、一部の粉末試料に不純物量が多いことがわかった。高い純度の粉末試料を合成したうえで放射光X線回折・分光再実験をしなければ、目的とする構造精密化を達成できないことが判明したため、次年度使用が生じた。
タバコ煙中傷害因子による細胞傷害の分子機構の解明と無害化方法の開発

喫煙は動脈硬化症の危険因子の一つである。申請者らはタバコ主流煙に含まれる細胞傷害成分として複数のカルボニル化合物を同定した。これらの化合物はグリオーマ細胞において、細胞内カルシウム依存的にPKCを活性化し、細胞膜傷害及びアポトーシスを誘導した。更にこれらの化合物は、血管壁構成細胞や血球系細胞においても細胞内カルシウム依存的に細胞傷害を惹起すること、また単球からマクロファージへの分化を促進することを見出した。昨年度までの研究成果により、ニコチン及びタール除去タバコ煙水抽出物(Cigarette Smoke Extract, CSE)中の細胞傷害因子が、カルボニル化合物であるアクロレイン(ACR)、メチルビニルケトン(MVK)、及び2-シクロペンテン-1-オン(CPO)であることが判明した。また、CSEによる細胞膜傷害には細胞内カルシウム依存的なプロテインキナーゼC(PKC)の活性化が関与していることを示した。そこで本年度は、同定した3種類のカルボニル化合物による細胞傷害の分子機構の解明、及び動脈硬化症の病態基盤となる単球/マクロファージ系細胞に対する作用の解析を行った。ラットC6グリオーマ細胞及びヒト単球U937細胞において、CSE、ACR及びMVKは細胞内カルシウム依存的にPKCを活性化し、細胞膜傷害を引き起こした。一方、CPOによるPKC活性化、及び細胞膜傷害は観察されなかったことから、CPOはACRやMVKとは異なる分子機構で細胞傷害を惹起する可能性が示唆された。一般にPKC活性化薬は単球からマクロファージへの分化を促進する。そのため、ACRあるいはMVKがPKC活性化による単球からマクロファージへの分化を惹起し、動脈硬化症発症及び進展の促進に寄与しているのではないかと考えた。そこでフォルボールエステルを用いて単球の分化を促すと、分化後の細胞は、CSE、ACRあるいはMVKによる細胞膜傷害に対する耐性を獲得した。加えて、ヒト単球培養細胞であるU937細胞をACRで処理したところ、マクロファージマーカーであるCD36の発現上昇が確認された。これらの結果から、ACRによるPKC活性化とそれに伴う単球のマクロファージへの分化及び細胞傷害活性に対する耐性獲得が、喫煙を原因とする動脈硬化症発症の新たな分子機構である可能性が示唆された。喫煙は,アテローム動脈硬化症をはじめとする虚血性循環器疾患の危険因子の一つである。タバコ煙には,およそ4,000種の化学物質が含まれており,半減期の長い細胞傷害性の物質としては,アクロレイン(ACR)がよく知られている。しかし,他の長寿命性傷害因子の実体及び傷害発生の分子メカニズムについては不明が多い。最近,我々は,細胞傷害活性を指標として,ニコチン及びタール除去タバコ煙水抽出液(CSE)中の傷害因子を高速液体クロマトグラフィーで分画した後,質量分析計(GC/MS,LS/MS)により分析し,細胞傷害活性を有するとして,既知のACRの他,新規にメチルビニルケトン(MVK)を同定することに成功した。さらに,これらの分子は,プロテインキナーゼC(PKC)の活性化を介してNADPHオキシダーゼを活性化する結果,細胞において活性酸素種の産生を増加させて細胞傷害を惹起することを明らかにした。本年度の研究では,CSE,ACR,MVKによるPKCの活性化機構について,詳細に解析した。ラットC6グリオーマ細胞において,CSE,ACR,MVKによる細胞膜傷害は,PKC阻害薬及び細胞内Ca2+キレート薬の前処理によって,ほぼ完全に抑制された。C6細胞におけるPKCアイソザイムのmRNA発現をRT-PCR法を用いて解析したところ,PKCα,PKCδ,PKCε,PKCιの発現が認められた。Ca2+依存性PKCαを強制発現させたC6細胞にCSE,ACR,MVKを処理したところ,PKCαの細胞膜局在が細胞質から細胞膜近傍へと変化した。これらの結果から,CSE,ACR,MVKによる細胞膜傷害にCa2+依存性PKCαの活性化機構が関与している可能性が示唆された。本研究の目的は,我々が同定することに成功したタバコ煙中の長寿命性傷害因子が心血管系に及ぼす作用の分子メカニズムを解明することにより,新しい原理に基づいた喫煙に起因する傷害予防法を開発することである。この目的のため,「1.タバコ煙中の長寿命性傷害因子の標的分子の同定」,「2.細胞傷害に至る細胞内シグナルの分子機構」,「1.および2.で同定した分子の遺伝子改変(欠損あるいは過剰発現)動物及び野生型動物の心血管系に対して長寿命性傷害因子が及ぼす影響の解析」,「4.タバコ煙中の長寿命性傷害因子の除去・無害化法の開発」について,三年度に亘って検討を行うことを予定していた。初年度である本年度は,1.および2.の項目について検討を行い,長寿命性傷害因子の標的分子として,Ca2+依存性PKCαを同定し,その活性化機構の一端を解明することに成功した。

従って,本研究計画は,概ね順調に推移していると判断した。本年度の研究において,我々は,CSE,ACR,MVKによる細胞傷害に,Ca2+依存性PKCαの活性化を介したNOXの活性化機構が重要な役割を演じている可能性を示唆した。また,最近,我々は,単球/マクロファージ系細胞が,CSE,ACR,MVKによる細胞傷害に強い抵抗性を示すことを見出している。一般に,単球におけるPKCの活性化は,マクロファージへの分化を促進することから,PKC活性化作用を有するCSE,ACR,MVKは,マクロファージの活性化を介して動脈硬化の発症・進展に深く関与していると考えられる。次年度は,動脈硬化症の病態基盤となる単球/マクロファージ系細胞及び血管壁構成細胞(血管内皮細胞ならびに血管平滑筋細胞)におけるCSE,ACR,MVKの作用に焦点を当てた解析を行う予定である。また,これと平行して,ACR及びMVKによるPKCの活性化機構,特にACRやMVKによるPKCのカルボニル化修飾に焦点を当てた検討を行う。さらに,CSE,ACR,MVKを動物(マウス)に長期投与し,これら物質の慢性投与が心血管系組織に及ぼす影響を解析する。
計算破壊力学に基づく鉄筋コンクリートのメゾスケール破壊進行メカニズムの解明

モルタルと粗骨材の界面やコンクリートと鉄筋の界面における摩擦接触挙動を再現するために,クーロンの摩擦法則に基づく摩擦接触のモデル化を損傷モデルに導入した.本研究のモデル化の特徴は,破壊力学に基づく連続体損傷モデルのなかに,摩擦接触のモデルを導入したことである.圧縮荷重を受ける二相材料の数値実験を行い,界面の角度によって物理的に妥当な結果が得られることを確認した.また,要素形状や要素数を変化させた数値実験を行い,解析結果が要素形状や要素数に大きく依存しないことも検証した.実際の挙動に対する再現性を検証するために,摩擦接触の定式化を3次元に拡張し,既往の実験結果に対して本手法を適用した結果,圧縮力の大きさに応じて実験結果と同様の挙動を再現できることを示した.コンクリートのメゾスケールにおける詳細な破壊挙動を実験的に調べるため,デジタル画像相関法を用いて,コンクリートのメゾスケールにおける破壊挙動を計測した.具体的には,コンクリート供試体を切断し,断面を露出させた状態でデジタル画像相関法を適用し,ひび割れ進展挙動を計測した.画像相関法によって得られる最大主ひずみの分布を可視化することで,ひび割れが粗骨材を迂回しながらモルタル中を進展していく過程を明瞭に示すことができた.また,最大主ひずみの主方向ベクトル分布を可視化することで,コンクリート断面におけるひび割れの開口を明瞭に示すことができた.独自に定式化した破壊力学に基づく損傷モデルを3次元破壊シミュレーション手法を構築した.このシミュレーション手法は,内部構造の幾何形状を忠実にモデル化することにより,内部構造の影響を考慮した詳細な破壊挙動を再現できる.ただし,メッシュ分割を行った際に,要素数が膨大になるため,大規模シミュレーションへの対応が必要になる.そこで,領域分割に基づくプロセス並列化を解析プログラムに適用し,大規模破壊シミュレーションが可能な手法に拡張した.まず,計算効率について検討を行ったところ,通常の並列有限要素解析と同様の並列化効率でることを示した.これにより,有限要素解析が適用可能な問題に対して,本手法も適用可能であることになる.次に,要素サイズを小さくしていき,要素サイズや要素数に関する解析結果の依存性について検討を行った.その結果,鉄筋コンクリートの破壊挙動の再現において,本手法は要素サイズにほとんど依存しないことを検証した.破壊シミュレーションの妥当性を検証する方法として,本研究ではデジタル画像相関法をひび割れ進展の計測・可視化に適用することを考えている.デジタル画像相関法を用いて,試験体のひずみとひび割れを計測するには,その条件設定と計測精度について検討する必要がある.本研究では,コンクリートの圧縮試験に対して,デジタル画像相関法の計測精度について検討を行った.ひずみの計測については,相関を評価する領域の大きさとその領域の重複有無が計測精度に与える影響を示した.ひび割れの計測と可視化については,相関を評価する領域を重複させて,計測点を増やす方法が有効であることを示した.また,3次元破壊シミュレーション結果の新しい立体可視化手法として,3Dプリンターによる造形化を試行し,基本的な検討を行った.本研究の課題のひとつに,鉄筋コンクリートの3次元破壊シミュレーションを効率化がある.これに対して,領域分割に基づくプロセス並列化を解析プログラムに適用し,大規模破壊シミュレーションが可能な手法に拡張し,通常の有限要素解析と同様の効率性が実現可能であることを示した.また,大規模な破壊シミュレーションに必要な要素サイズに関する検証も行い,解析結果は要素サイズにほとんど依存しないことを示した.破壊シミュレーションの妥当性を検証する方法として,デジタル画像相関法の計測精度について検討を行った.コンクリート試験体の圧縮試験に対して,ひずみの測定精度を検証し,さらにひび割れの計測と可視化も可能であること示した.今後,破壊シミュレーションの妥当性の検証において,デジタル画像相関法が有効であることを示した.3次元破壊シミュレーション結果の新しい立体可視化手法として,3Dプリンターによる造形化を試行し,基本的な検討を始めることもできた.鉄筋の座屈や座屈による鉄筋コンクリートの破壊挙動を再現できるように,形状変化を考慮可能な有限ひずみを用いて損傷モデルの定式化を行った.従来の微小ひずみを用いた定式化と同様に,コンクリートの破壊力学に基づく定式化を行うことで,破壊力学に基づくひび割れ進展挙動を有限ひずみを用いて再現できるようにした.基本的な検証例題により,提案手法は破壊力学に基づく損傷を再現でき,ひび割れ進展解析に応用可能であることを示した.さらに,有限ひずみ塑性モデルを鉄筋の塑性変形に適用し,提案モデルをせん断補強筋の異なる鉄筋コンクリートはりに応用した結果,材料パラメータを変えずに内部構造のモデル化を変えるだけで,破壊モードの異なる挙動を実験結果と同様に精度よく再現することもできた.コンクリートおよび鉄筋コンクリートに発生するひび割れ進展挙動を実験により計測するため,デジタル画像相関法を用いて,ひび割れ進展挙動の計測と可視化を行った.計測手法は汎用ソフトウェアではなく,独自に開発した方法である.コンクリート内の粗骨材周辺に生じるひび割れ進展挙動を計測するため,粗骨材を表面に露出させた試験体を作成し,デジタル画像相関法を用いてひび割れ進展挙動の計測を行った.その結果,粗骨材による応力集中により発生するひび割れとそれが粗骨材を迂回して進展する挙動を計測することができ,さらにひび割れの開口幅の大小を可視化することもできた.鉄筋コンクリートは破壊の進行にともない,鉄筋の座屈が発生するなど,形状変化が無視できない現象が起こる.数値解析において,形状変化を考慮できるように,有限ひずみを用いて損傷モデルを定式化し,実験結果と比較することで,その妥当性を検証することができ,数値解析に関する研究はおおむね順調に進展している.実験における破壊挙動を定量的に計測するために,デジタル画像相関法を用いて,粗骨材まわりに発生・進展するひび割れを計測することができた.

さらに,ひび割れの開口幅の大小をベクトル分布として可視化することもできたことから,実験計測に関する研究はおおむね順調に進展している.モルタルと粗骨材の界面やコンクリートと鉄筋の界面における摩擦接触挙動を再現するために,クーロンの摩擦法則に基づく摩擦接触のモデル化を損傷モデルに導入した.本研究のモデル化の特徴は,破壊力学に基づく連続体損傷モデルのなかに,摩擦接触のモデルを導入したことである.圧縮荷重を受ける二相材料の数値実験を行い,界面の角度によって物理的に妥当な結果が得られることを確認した.また,要素形状や要素数を変化させた数値実験を行い,解析結果が要素形状や要素数に大きく依存しないことも検証した.実際の挙動に対する再現性を検証するために,摩擦接触の定式化を3次元に拡張し,既往の実験結果に対して本手法を適用した結果,圧縮力の大きさに応じて実験結果と同様の挙動を再現できることを示した.コンクリートのメゾスケールにおける詳細な破壊挙動を実験的に調べるため,デジタル画像相関法を用いて,コンクリートのメゾスケールにおける破壊挙動を計測した.具体的には,コンクリート供試体を切断し,断面を露出させた状態でデジタル画像相関法を適用し,ひび割れ進展挙動を計測した.画像相関法によって得られる最大主ひずみの分布を可視化することで,ひび割れが粗骨材を迂回しながらモルタル中を進展していく過程を明瞭に示すことができた.また,最大主ひずみの主方向ベクトル分布を可視化することで,コンクリート断面におけるひび割れの開口を明瞭に示すことができた.鉄筋コンクリートの3次元破壊シミュレーションに関して,大規模化までの基本的な検討は終えた.より複雑な破壊挙動を再現するには,大きな変形までの解析できるよう,有限ひずみ問題に拡張する必要があり,現在その検討を行っている.また,破壊挙動が複雑になると,一度開口したひび割れが再度閉口する場合があり,このような挙動を再現するには,ひび割れの再接触が表現できるよう,損傷モデルを拡張する必要がある.今後は,損傷モデルの拡張も行っていく予定である.破壊シミュレーションの妥当性を検証するためのデジタル画像相関法に関して,計測条件などの基本的な検討を終えたので,部材レベルを対象に,デジタル画像相関法と破壊シミュレーションの結果を比較し,破壊シミュレーションの妥当性を検証するとともに,デジタル画像相関法の有用性についても検討を行っていく予定である.コンクリートとその他の材料における破壊挙動の違いは,ひび割れが多数発生したり,圧縮荷重が作用したりすることによって,ひび割れの閉口が発生し,ひび割れ面の接触・摩擦挙動を生じることである.コンクリートの破壊挙動の特徴である接触・摩擦挙動のモデル化がまだ十分ではないことから,損傷モデルの定式化において接触や摩擦を考慮できるようにする必要がある.
正弦波運動負荷に対する心拍数の動特性と身体活動量との関連

本研究は高齢者を対象にした、健康度の評価法に関する研究である。著者らは、運動を波状に変動させたときに脈拍数(心拍数)がどのような変動の仕方しているかによって、運動に対する心臓ポンプ機能の追従性について検討してみた。被験者は、20歳代から60歳代までの63名であり、すべての被験者には身体活動量の測定として7日間万歩計を装着し、7日間の平均歩行数を身体活動量とした。正弦波運動負荷は、最大値を60%HRreserve(最大心拍数の60%レベル)、最小値を20%HRreserve(最大心拍数の20%レベル)として、この範囲を正弦波状に変動させた。周波数特性を明らかにするために負荷の周期を1、3、6、9、および12分の5種類とした。心拍数の平均応答時間(HRMRT)は、一次遅れ系の伝達関数モデルによって数学的に処理し、心拍数の動特性をHRMRTによって評価した。得られた所見が以下の通りである。1.HRMRTは加齢とともに増加傾向にあり、老化と伴に心拍応答が遅延した。さらに、HRMRT、身体活動量、および年齢との間の相互の関連につて偏相関係数から、HRMRTと身体活動量との間のより密接な関連が認められ、心拍応答は日常の活動量の微妙な相違に対してデリケ-トに影響することが示唆された。2.これに対して、最大下運動で得られた最大酸素摂取量は年齢との関連がより強く、身体活動量との関連は明らかにみられなかた。以上のことから結論として、正弦波運動中の心拍数の動特性(HRMRT)は、年齢よりも日頃の身体活動状況との関連が強く、最大酸素摂取量よりも身体活動状況(あるいはトレーニング状況)を適切に評価できる指標であると考えられる。今後、身体トレーニングの効果を評価するには、心拍の応答性にフォーカスをあてることによって、健康度を幅広い年齢層で同じ尺度で評価出来ることが明らかとなった。
コンテンツビジネスのグローバル・シナジーに関する実証研究

本研究の目的は,コンテンツビジネスにおけるグローバル・シナジーを生み出すための事業システムを解明することである.研究期間の後半では,進出国市場の多様性に適応しながら,国際間の事業間調整を行う事業システムが生み出すグローバル・シナジーのメカニズムを明らかにする予定である.今年度は,アニメとキャラクター商品の調査を行った.海外を含む売上高のマクロデータによると,日本のアニメ産業は好調であり,アジア(特に韓国・台湾・中国)と米国,フランスにおける需要が高い.インタビュー調査においても,海外の売上高および利益は順調に推移していることが明らかになった.一方,キャラクター商品事業の海外進出では,日本国内で生産した製品を輸出するという形態と,現地の製造企業にライセンスを供与するという形態が存在する.後者の現地(香港)企業へのインタビュー調査では,消費者の著作権に対する意識が高まったことにより,海賊版による逸失利益は減少している反面,日本からの輸入品が自社のライセンス商品の売上を圧迫していることがわかった.昨年度に実施したコミック事業の調査においても,国内の複数の出版社によるアライアンス(一部,小売業も含む)をベースに国際展開を進めていることが明らかになっている.今年度の調査によるキャラクター商品事業の二重構造における問題点とあわせてみると,海外事業においては,国内事業以上に事業システムが複雑になっていると考えられる.この複雑性については,単にプレーヤーの数が増えた,あるいは1業種から複数の企業が参加することだけに留まらず,進出国によって事業システムが異なることも意味している.これらの複雑性を前提にグローバル・シナジーを生み出すには,国内事業における1業種1社で構成された事業システムでは機能していた相互依存関係とは異なる仕組みが構築されている,あるいは構築されなければならないと考える.海外調査先とのスケジュール調整がうまくいかず,予定よりやや遅れている状況である.第1に,平成30年度に予定していた海外調査の遅れを取り戻すこと,第2に,平成30年度の調査で明らかになった事業システムの複雑性を踏まえて,どのようにグローバル・シナジーを生み出しているのかについての分析を進めることが,平成31年度の課題である.本研究の目的は,グローバル・シナジーを生み出すコンテンツビジネスの事業システムを解明することである.具体的には,日本のコンテンツの中で国際競争力をもつマンガビジネス(作品を軸に連動するコミックとアニメ,キャラクター商品などの事業)を対象に,これらの事業間関係からどのようにグローバルなシナジーが生み出されるのかを明らかにすることである.研究期間の前半では(1)コンテンツの制作や流通のデジタル化に伴う事業システムの変革を解明し,後半では(2)進出国市場の多様性に適応しながら,国際間の事業間調整を行う事業システムが生み出すグローバル・シナジーのメカニズムを明らかにする予定である.平成28年度は,サバティカル研修を利用して,国内外でのインタビュー調査を行った.また,これまでの研究成果を単著にまとめる作業を進めた.国内外で行ったインタビュー調査の概要は,以下の通りである.国内では,コミックやアニメ,キャラクター商品を中心としたマンガビジネスについて,1事業領域の拡大,2電子書籍やアニメ制作におけるCG化など,制作の電子化に関する調査を行った.1では,遊興(パチンコやパチスロ)やアニメ関連の音楽(アニメソング)およびイベントなど,新しい事業領域で市場が拡大していること,アニメ事業を核とした「製作委員会」というビジネスシステムの機能に関する知見が得られた.2では,電子コミック市場が急速に成長している反面,アニメのCG制作は,作品の部分的な使用に留まっていることが明らかになった.この点については,引き続き調査を進めていきたい.海外では,香港における日本のマンガビジネスの現状や課題に関する調査を行った.香港市場では,正規版対海賊版という従来の構造から,現地生産の正規版対日本製の正規版の競争に変化していることが発見された.これまでの研究成果をまとめた単著は,平成29年5月に刊行される予定である.今年度に予定していなかった単著の執筆に時間を費やしたため,海外での調査が当初の予定より進まなかったが,国内での調査は順調に進展している.本研究の目的は,コンテンツビジネスにおけるグローバル・シナジーを生み出すための事業システムを解明することである.具体的には,日本のコンテンツの中で国際競争力をもつマンガビジネス(作品を軸に連動するコミックとアニメ,キャラクター商品などの事業)を対象に,これらの事業間関係からどのようにグローバルなシナジーが生み出されるのかを明らかにすることである.研究期間の前半では(1)コンテンツの制作や流通のデジタル化に伴う事業システムの変革を解明し,後半では(2)進出国市場の多様性に適応しながら,国際間の事業間調整を行う事業システムが生み出すグローバル・シナジーのメカニズムを明らかにする予定である.平成29年度は,コミックとアニメの国際展開に関する調査を行った.コミックやそこから派生するキャラクター商品事業を展開する日本の大手出版社は,欧米とタイに対して積極的な事業展開を行っており,各国での事業展開が複数の出版社(一部,小売業も含む)によるアライアンスであることが明らかになった.具体的には,資本関係のある出版社2社が子会社を設立している米国,この米国子会社が,日本のコンテンツを販売していた欧州企業を買収し子会社化して事業展開を行うフランスとドイツ,日本の大手出版社4社とコンテンツ関連の小売業が合弁会社を設立したタイというように,アライアンスによる事業展開のパターンも,国よって異なっている.このように,海外における日本のマンガ関連の事業が,作品を軸に1業種1社で構成されたチームで展開される国内事業とは異なり,複数企業のアライアンスで展開されていることは,シナジーを生み出す仕組みが国内外で異なっているという発見事実である.平成29年度に単著を刊行したため,予定していた海外調査の一部しか実施することができず,予定よりやや遅れている状況である.

本研究の目的は,コンテンツビジネスにおけるグローバル・シナジーを生み出すための事業システムを解明することである.研究期間の後半では,進出国市場の多様性に適応しながら,国際間の事業間調整を行う事業システムが生み出すグローバル・シナジーのメカニズムを明らかにする予定である.今年度は,アニメとキャラクター商品の調査を行った.海外を含む売上高のマクロデータによると,日本のアニメ産業は好調であり,アジア(特に韓国・台湾・中国)と米国,フランスにおける需要が高い.インタビュー調査においても,海外の売上高および利益は順調に推移していることが明らかになった.一方,キャラクター商品事業の海外進出では,日本国内で生産した製品を輸出するという形態と,現地の製造企業にライセンスを供与するという形態が存在する.後者の現地(香港)企業へのインタビュー調査では,消費者の著作権に対する意識が高まったことにより,海賊版による逸失利益は減少している反面,日本からの輸入品が自社のライセンス商品の売上を圧迫していることがわかった.昨年度に実施したコミック事業の調査においても,国内の複数の出版社によるアライアンス(一部,小売業も含む)をベースに国際展開を進めていることが明らかになっている.今年度の調査によるキャラクター商品事業の二重構造における問題点とあわせてみると,海外事業においては,国内事業以上に事業システムが複雑になっていると考えられる.この複雑性については,単にプレーヤーの数が増えた,あるいは1業種から複数の企業が参加することだけに留まらず,進出国によって事業システムが異なることも意味している.これらの複雑性を前提にグローバル・シナジーを生み出すには,国内事業における1業種1社で構成された事業システムでは機能していた相互依存関係とは異なる仕組みが構築されている,あるいは構築されなければならないと考える.海外調査先とのスケジュール調整がうまくいかず,予定よりやや遅れている状況である.単著の執筆に時間を割いたため,平成28年度に実施できなかった海外での調査を進めたい.海外調査以外については,当初の計画通りに推進していくつもりである.第1に,平成29年度に予定していた海外調査の遅れを取り戻すこと,第2に,平成29年度の調査で明らかになった,国内外での事業展開の違い,特に同業種に属す複数の企業あるいは異業種も含めた多数の企業による海外事業のアライアンスが,どのようにシナジーを生み出しているのかについての分析を進めることが,平成30年度の課題である.第1に,平成30年度に予定していた海外調査の遅れを取り戻すこと,第2に,平成30年度の調査で明らかになった事業システムの複雑性を踏まえて,どのようにグローバル・シナジーを生み出しているのかについての分析を進めることが,平成31年度の課題である.
ヒト琺瑯質蛋白アメロジェニンの遺伝子構造の解明

乳歯および永久歯の全歯牙に重度な琺瑯質の実質欠損をきたす遺伝性琺瑯質形成不全症の原因の一つに、アメロジェニン遺伝子の構造異常があるとの報告がある。本疾患の遺伝子診断を実施するにあたり、正常なアメロジェニン遺伝子の塩基配列を明らかにすることは、構造異常の有無を検索する上で必須である。そこで、塩基配列の判明していない領域を解明し、遺伝子診断法の確立、臨床応用を目的に本研究を企画した。1.ヒトアメロジェニン遺伝子の全塩基配列の決定申請者は、正常なヒトアメロジェニン遺伝子について解明されていないおよそ50%の領域の塩基配列を既に決定した。他の報告者の結果と本研究を合わせると全領域が決定されたことになる。解明した塩基配列の情報は、日本DNAデータバンクに登録済である。本研究の結果は、遺伝性琺瑯質形成不全症患者のDNA分析結果と比較する際に異常の有無を検出する上で極めて重要な情報となる。また、これまでの検査範囲に比べ、本調査結果を含めたより広い領域についての遺伝子診断を可能にする。2.遺伝子診断法の確立および臨床応用遺伝性琺瑯質形成不全症患者のゲノムDNAを用いて、アメロジェニン遺伝子の全塩基配列を決定した後、正常な塩基配列と比較することにより、アメロジェニン遺伝子の欠失、塩基置換等の異常の有無および遺伝子発現に関与するスプライシングのドナーアクセプターサイトの構造等について検索を行う。遺伝子増幅に必要なプライマーの設計と合成、遺伝子増幅の条件およびPCR法についての技術面での検討は終了し、分析可能な状態にある。現在、数名の患者およびその家族について解析を行っている。なお、試料は末梢血液から抽出したゲノムDNAが望ましいが、口腔粘膜の剥離細胞から抽出したゲノムDNAを用いても検査が可能である。申請者は、平成8年度の研究期間において、琺瑯質形成不全を伴わない成人男性のゲノムDNAを用いて、野生型(正常型)ヒトアメロジェニン遺伝子のプロモーター領域および第1、第2エクソンを含むおよそ40%の領域の塩基配列を決定した。他の報告者の結果と申請者の結果を合わせると全領域の約90%が決定されたことになる。申請者が解明した塩基配列の情報は日本DNAデータバンクに登録済である(登録番号:D83729、D83730)。申請者は、野生型(正常型)ヒトアメロジェニン遺伝子の塩基配列の決定に加えて、乳歯および永久歯の全歯牙に重度な琺瑯質の実質欠損をきたした遺伝性琺瑯質形成不全症患者およびその家族を対象に、本疾患の原因の一つに考えられている琺瑯質蛋白アメロジェニン遺伝子の構造異常の有無について調査を実施する予定である。DNA解析の実際面においては、申請者がこれまでの研究により決定した野生型(正常型)ヒトアメロジェニン遺伝子の配列情報に基づいて設計した遺伝子増幅に必要なプライマーの合成、遺伝子増幅の条件およびPCR法についての技術面での検討は終了し、いつでも分析可能な状態にある。現在、東京歯科大学千葉病院の小児歯科臨床に来院する遺伝性琺瑯質形成不全症の患児およびその家族を対象に試料収集を行っている。患児および保護者に対しては、本研究の主旨を十分に説明し、理解および同意を得た上で試料収集を実施している。最近、三重県の登志島において、新たに本遺伝性疾患の家系を見い出した。今後、この家系について調査し、研究を実施する予定である。乳歯および永久歯の全歯牙に重要な琺瑯質の実質欠損をきたす遺伝性琺瑯質形成不全症の鯨飲の1つに、アメロジェニン遺伝子の構造異常が有るとの報告がある。本疾患の遺伝子診断を実施するに当たり、正常なアメロジェニン遺伝子の塩基配列を明らかにすることは、構造異常の有無を検索する上で必須である。1.ヒトアメロジェニン遺伝子の全塩基配列の決定申請者は、正常なヒトアメロジェニン遺伝子について解明されていないおよそ40%の領域の塩基配列を既に決定した。他の報告者の結果と本研究をあわせると全領域の益90%が決定されたことになる。解明した塩基配列の情報は、日本DNAデータバンクに登録済みである。遺伝子増幅に必要なプライマーの設計と合成、遺伝子増幅の条件およびPCR法についての技術面での検討は終了し、いつでも分析可能な状態にある。