hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新しい非アルコール性脂肪性肝炎モデルを用いた異所性脂肪蓄積の分子機構の解明

1.NASH発症における肝臓マクロファージの意義に関する検討:我々が確立した新しいNASHモデル・MC4R-KOマウスの肝臓では、肥満の脂肪組織におけるcrown-like structure(CLS)に類似したマクロファージが肝細胞を取り囲む組織像が多数認められた(hepatic CLS: hCLS)。興味深いことに、hCLS数は線維化面積と正の相関を示すこと、hCLSの近傍にはαSMA陽性の筋線維芽細胞が認められ、コラーゲンが蓄積することが明らかになった。一方、野生型マウスに対する高脂肪食負荷や通常食飼育下のMC4R-KOマウスでは、hCLSを認めなかった。以上より、NASHの発症・進展に伴って肝臓におけるマクロファージの分布が変化することが明らかになり、hCLSがNASHにおける炎症慢性化や線維化発症に関与する可能性が示唆された。2.NASH発症におけるレプチンの意義に関する検討:四塩化炭素誘導性肝障害モデルなどを用いて、肝線維化におけるレプチンの意義が報告されている。MC4R-KOマウスは著しい高レプチン血症を呈するため、遺伝的にレプチンを欠損するob/obマウスとMC4R-KOマウスの比較を行った。高脂肪食負荷により、ob/obマウスにおいて体重や脂肪組織重量のより顕著な増加を認めたが、肝重量はMC4R-KOマウスでより増加した。ob/obマウスでは肝線維化は軽度に止まっており、MC4R-KOマウスで認められる高レプチン血症が肝線維化に関与する可能性が示唆された。24年度が最終年度であるため、記入しない。メラノコルチン4型受容体(MC4R)欠損マウスに高脂肪食を負荷し、経時的に観察した。MC4R欠損マウスは、既に知られている肥満や脂肪肝に加えて、負荷後20週までにbalooningやpericellular fibrosisなどNASHに特徴的な肝組織像を呈し、1年後には、ほぼ全個体において多発性肝腫瘍(高分化型肝細胞癌)を発症した。以上より、MC4R欠損マウスは、肥満を背景にして、脂肪肝、NASH、肝細胞癌を経時的に発症する新しいモデル動物と考えられた。MC4R欠損マウスは、野生型マウスと比較して、脂肪組織重量の増加が抑制され、肝臓への脂肪蓄積が増加していた。MC4R欠損マウスと野生型マウスの脂肪組織重量がほぼ等しい高脂肪食負荷8週後において、脂肪組織を解析した。MC4R欠損マウスでは、著しいマクロファージの浸潤とTNF-αなど炎症性サイトカインの発現上昇、間質の線維化が認められた。また、MC4R欠損マウスは、野生型マウスと比較して血中遊離脂肪酸濃度の有意な上昇を示した。以上より、MC4R欠損マウスにおける著しい脂肪組織炎症が脂肪組織の中性脂肪蓄積能の低下をもたらし、肝異所性脂肪の蓄積に繋がる可能性が示唆された。MC4R欠損マウスでは、脂肪組織と同様に、肝臓のマクロファージ浸潤が増加しており、脂肪組織と同様のcrown-like structureを認めた。これに対して、単純性脂肪肝に止まる野生型マウスでは同様の所見は認められなかった。MC4R欠損マウスに高脂肪食を負荷することにより新しいNASHモデル動物を確立し、経時変化を詳細に観察した。本モデルにおいて肝異所性脂肪蓄積が亢進することを確認し、肝および脂肪組織のマクロファージの関与が示唆された。中枢神経系を介する調節機構に関しても、MC4R拮抗薬の投与など順調に予備検討を進めている。今年度に引き続き、MC4R欠損マウスを用いて肝異所性脂肪蓄積の分子機構を検討する。

脂肪組織と月刊蔵におけるマクロファージの意義を検討するために、既に、マクロファージ機能に異常を有するマウス(CCR2欠損マウス、TLR4欠損マウス)とMC4R欠損マウスとの交配や骨髄移植を準備しており、来年度に解析する予定である。また、MC4R拮抗薬の脳室内投与に関する基礎検討も概ね終了しており、来年度、肝臓や脂肪組織の炎症性変化や脂質代謝に及ぼす影響を検討する予定である。
園芸福祉の効果を生かした農と福祉のふるさと創生プロジェクト

園芸福祉には、人が生きがいを持って生きることを実感できる魅力がある。今回の研究では、今まで生きがいとしていた農業から離れ、時間と体力をもてあます団塊の世代(地域住民)が高校生とともに、農業や植物を通したふるさと再生のきっかけが作れるのかを探ってきた。荒廃していた地元拠点、駅前花壇を整備し毎日の管理及び毎月1回の定例会を自分たちで計画し進めることに加え、変わりつつある駅前に励ましの声をいただき、活動が進むにつれて自信の持てる活動となった。活動期間中に小学生や高校生が加わる機会も得られ、世代を超えたふるさとづくりとなった。園芸療法の先進地であるイギリスでは生活の一部となっているガーデニングを年齢や障害の有無に関わらず楽しめるような工夫がさりげなくされており、暮らしてきた生活を崩すことなく自然に関われる環境づくりが必要であることを感じた。また、園芸療法・園芸福祉を地域づくりに上手く利用している施設では、活動に必要な園芸に関する知識や技術を学ぶこと、そして植物を介して人と関わることの大切さを実感することができた。地元に加え、県内2箇所で園芸福祉をふるさと作りに生かす講座を設けたところ、講座終了後に受講生を中心にふるさとづくりが始まっている。どの地域においても、園芸福祉を出発点として人と人とがつながり、地域のまとまりが生まれ始めた。これこそ園芸福祉の効果の1つ、生きがいづくり・地域づくりの実証である。今後ますます、地域住民によるふるさとづくりが必要となるであろう。その際に、花や野菜などを共に栽培して楽しむ園芸福祉を生かさない手はない。今回得たことを様々な方と共有していくため、更に研究を続けていきたい。
表面官能基化した単分散ナノ粒子の重合による細孔性固体の合成と多孔質膜への応用

2種の単分散シリカ微粒子の表面を、それぞれ異なる有機官能基を含む有機シランで修飾した。ただし有機官能基は相互に反応し、結合するように選択する。こうして調製した修飾シリカ粉末を室温で混合、固体反応を起こさせ、シリカ微粒子の交互重合を行った。20 nm-100 nmというシリカ微粒子の組合せでも均一に混合し、新しい細孔構造が出現した。未修飾粒子では同条件で得られた粉体は、それぞれのシリカの細孔構造の平均となった。これは新しいメソ細孔性物質の合成法という点からも、室温における固体反応という点からも新規性が高い。なお表面官能基に含まれるアミノ基は重金属イオンの吸着に活性であり、高い吸着容量を示した。本研究の核となる部分は、シリカ微粒子同士が表面の官能基間の反応を通じて重合、多孔性物質を調製するという新奇な無機固体の合成法の開発については、成功したと判断している。このための証拠は複数得られている。またこの官能基間反応の種類も複数で可能であることを示した。したがって研究の第一段階は超えたものと判断できる。一方で、得られる固体物質の構造規則性に関しては、不満を持っている。合成法が注目されるためには、この点の改良が必要である。直径が20 nmと100 nmの単分散シリカナノ粒子の表面を、分散状態のままn-(6-アミノへキシル)アミノプロピルトリメトキシシラン(silane A)または3-イソシアナートプロピルトリエトキシシラン(silane B)で修飾、溶媒除去後に乾燥して2種の表面修飾シリカを合成した。これらの修飾単分散シリカは、乳鉢で混合するという単純な方法で固体表面同士が反応することが明らかになった。ラマン分光法、赤外分光法により、混合前に観測されたグリシジル基および一級アミンのバンドが、混合時間と共に減少し、3分間で消失することが明らかになった。このことは固体どうしの反応が広範に起きていることを示唆し、シリカナノ粒子どうしの重合を可能にした初めての例となる。非修飾シリカでは30分乳鉢で混合しても、メソ領域の窒素吸着特性がそれぞれのナノ粒子を単独で計測した場合の平均になったが、修飾シリカでは新しい吸着特性が得られた。以上の証拠から計画していた反応、合成は、基本的には予想した通りに進行することが明らかになった。他の有機シランによる反応も検討したが、結局上記のsilane Aとsilane Bの組合せで、重合反応後のメソ細孔体積が最も大きくなった。20 nm粒子にsilane A、100 nm粒子にsilane Bを結合させて粒子重合させた場合より、20 nm粒子にsilane B、100 nm粒子にsilane Aを結合させて粒子重合させた場合の方が、均一に反応する。これはSEMの観察により、100 nm粒子の表面に20nmが単層で均一に結合している画像が得られていることから判断される。この理由はアミノ基同士の結合性がエポキシドより高いため、小さな粒子の表面にsilane Aがある場合、再分散が阻害されるためと考えられる。サブミクロン領域の異径単分散粒子の混合を可能にする方法を開発した。1サブミクロン領域で、機械的な粉体混合は困難であると考えられてきた。粒子が小さくなるに従い、固体中の原子の凝集エネルギーの総和に対して、表面エネルギーの総和が相対的に高くなるため、粒子間の接合が強くなり、再分散および他の粒子と均一な混合は困難になるためである。本研究では、一方の単分散シリカ粒子表面をグリシジルプロピル基、他方の単分散シリカ粒子表面をアミノへキシルアミノプロピル基で修飾、これら二つの官能基間反応を利用して、異種の単分散粒子を均一混合することに成功した。混合の均一性は、走査電子顕微鏡観察、ラマン分光分析、窒素吸着により確認した。粒径が100 nmと300 nmの非修飾シリカ粒子を機械混合した場合、新しい細孔構造は出現するものの、元の細孔構造が細孔径分布の上から明らかに確認できる。それ以下の粒径になると、混合後の細孔径分布は、混合前の細孔径分布の加重平均となる。一方、修飾シリカ粒子では20 nmと100 nmの混合でも、元の単分散粒子の細孔径分布のピークは消滅、新しい位置に細孔径のピークが出現した。ラマンスペクトルでは、三員環エーテルの振動が混合後、完全に消失し、それに代わってC-C-O対称伸縮が出現した。なお混合は乳鉢を用い、乳棒を用いて3分間人力で混和した。また細孔容積は拡大した。しかしながら、一方が10 nmのシリカ微粒子が関係する混合の場合、同様の修飾を行っても混合前の細孔径分布のピークが強く残る。これは表面エネルギーが大きすぎたためであると考えられる。本研究により、機械混合が可能なシリカの粒子径を一桁以上小さくできることが明らかになった。

これは新しいメソ細孔性物質の合成法という点からも、室温における固体反応という点からも新規性が高い。なお表面官能基に含まれるアミノ基は重金属イオンの吸着に活性であり、高い吸着容量を示した。シリカ粒子の表面被覆率、混合方法、反応方法を検討し、より構造規則性が多孔質物質が得られるよう合成方法を最適化する。一方で、物理化学的な分析方法により、シリカ微粒子同士が表面の官能基間の反応を通じて重合しているという実験的証拠をさらに得る。この後、単分散シリカの粒径を変化させ、様々な多孔性物質を調製する。常に考えるべきは、2種の官能基A, B間の反応を通じた重合であり、これにより2種の単分散シリカ粒子の交互重合を行うという点である。この方法は、表面反応による重合を確実にするものであり、構造多様性を求める上でも都合が良い。表面被覆するシランは、n-(6-aminohexyl)aminopropyltrimethoxysilane (AHP-TMS)に対して、3-isocyanatopropyltriethoxysilane (CP-TES)と(3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GP-TMS)を組み合わせるのが、やはり効率の上で有利だと考えているが、他のシランも試す必要がある。三年目は最終年度であるため、応用技術の端緒となるような方向へ研究を進める。具体的には物質、物体の選択フィルターとしての応用を探求する。本研究で開発が進められている多孔性固体合成法は、細孔径を原料シリカ微粒子の径により大きく変えることが可能であるため、分子ふるいよりさらに大きな領域(概ね数nmから数十nm)での物質や物体のふるいとして有効に働くと期待できる。ニトロセルロースメンブレイン等を支持体に薄膜を作り、生体分子などの選択透過に利用できるかどうかを検討する。次に細孔表面に高密度に存在するアミノ基を利用し、水溶液中に微量に存在するCu2+、Ni2+などの遷移金属やヒ酸、クロム酸などのオキシアニオンの除去への展開を試みる。これらの毒性イオンに関しては、汚染された地下水の浄化等を想定して実験を行うが、高速除去、高容量除去が期待される。吸着の結果は様々な表面修飾シリカと比較、細孔性物質として優位な点を明らかにしていく。物質化学980円は、通常の価格変動により物品費が予想から外れたため、予算執行の端数として生じた。980円は、本年度に生じる価格変動により予算執行の端数として処理される。
脊髄運動細胞興奮性評価のための新たな指標に関する研究

ヒトにおいて覚醒状態で脊髄alpha運動細胞(MN)興奮性を探る方法としてH反射法がある。この単シナプス性反射の振幅の変化をてがかりとして、随意運動と脊髄レベルの反射機構のかかわりに関する研究が幅広く行われている。この種の実験では多くの場合、試験H反射に対してある種の脊髄反射回路を賦活させる条件刺激効果を見たうえで、上位脳からの修飾効果を探るという実験設定が用いられている。しかしながら、実験条件を一定にしても得られる結果には大きな個人差があり、通常は明確な結果のみが例示され、その他の結果は統計計算のデータとしてのみ取り扱われることが多い。したがって、この種の実験では明確な結果をもたらす被験者の選定がその成否に大きくかかわっている。このような個人差をもたらす要因1つとして安静時におけるMNプール興奮性の高低の関与が考えられる。その指標としては従来、「最大H反射/最大M波」、「H反射閾値/M波閾値」、「H反射回復曲線」などが用いられて来たが、それぞれ方法上あるいは解釈上の問題を含んでいることが指摘されている。本研究では、これらのMNプール興奮性の指標に変わりうる新たな指標について、(1)MNプールの出力特性(Mslp)と同名筋la入力増加に伴うMNプールの出力効率を示すと考えられるM波閾値以下での刺激強度におけるH反射の刺激発達曲線の変化率(Hslp)との比率(Hslp/Mslp)がMNプール興奮性評価の新たな指標となりうること[Electromyogr Clin Neurophysiol(印刷中)]。(2)従来、MNプール興奮性の指標とされてきた「最大H反射/最大M波」と「H反射閾値/M波閾値」の挙動は、同一条件下において必ずしも一致しないこと[Eur J Appl Physiol(投稿中)]、などについて明らかにした。これらの結果を受けて、平成5年度科研費申請書並びに新たに申請した平成6年度科研費申請書の実験計画に基づいて研究を続行している。
抗酸化蛋白(AOP2)の水晶体での役割と白内障抑制効果

AOP2ノックアウトマウスの水晶体では、明らかな白内障は見られないが、組織学的に観察すると、弓状帯での上皮細胞核が後嚢側へと移動しており水晶体線維への正常な分化の異常が観察される。また、ノックアウトマウス水晶体の器官培養においては、200μM H_2O_2の培養液中への添加により、白内障がコントロールのマウス水晶体に比べ早期に誘導される。さらに、AOP2ノックアウトマウス水晶体より培養したLEC(AOP2-KO-LEC)は、コントロールのLEC(C-LEC)より、H_2O_2投与によるアポトーシスがより多く誘導されており、このことは、AOP2の発現が抑制されているLECでは細胞のアポトーシスが惹起されることを示唆している。また、AOP2-KO-LECはC-LECに比べて細胞が伸長し、分化した線維細胞様の形態変化を示す。コントロールも含めてこれらのLECに細胞分化を誘導するTGF-β1を添加すると、さらにLECの線維芽細胞様変化が促進され、分化した水晶体線維で観察されるレントイド小体も多く出現する。また、AOP2-KO-LECにおいてはTGF-β1の活性が、コントロールに比べ有意が高く、活性酸素種(ROS)の産生上昇も見られている。よって、加齢にともなうAOP2の発現の減少は、過度の酸化ストレスおよびTGF-βの活性化を導き、白内障発症の一因となりうると推測される。このAOP2-KO-LECにおけるTGF-β1の活性上昇は、AOP2の細胞へのトランスフェクションによる過剰発現またはROSインヒビターのMnTBAP投与により抑制される。つまり、減少したAOP2を細胞に補ってやることにより、ROS産生が抑制され、さらにTGF-βの活性化も抑制する。よって、AOP2は白内障抑制因子として有用である可能性が示唆される。AOP2の発現の加齢による変化を検討した。Balb-Cマウスの胎生14-20日、及び0-12ヶ月の水晶体におけるAOP2 mRNAレベル、及びタンパクレベルでの発現の変化を定量RT-PCR法およびウエスタンブロット法,in situhybridization法にて検討した。AOP2の発現は、加齢とともに6ヶ月目までは増加したが、それ以降減少した。AOP2は、Peroxiredoxin(Prdx)ファミリーの6に属するが、Prdx1-6の眼組織における発現を定量RT-PCR法にて検討した結果、ヒト水晶体およびラット網膜ではPrdx5と6の発現が有意に高かった。培養ヒトSV-40不死化LECまたはAOP2ノックアウトマウス(AOP2-/-)より分離したLECを用い、H_2O_2添加またはUV照射による酸化的ストレスを与え、HA-AOP2とHA-TAT-AOP2を投与し、細胞のアポプトーシスの程度をTUNELアッセイと細胞増殖能アッセイ(MTS)にて観察・定量し、AOP2添加によりH_2O_2およびUV照射により誘導されるアポプトーシスと細胞死の抑制効果を確認した。また、SCR遺伝性白内障ラットにHA-TAT-AOP2融合蛋白をテノン嚢下注射し、白内障発症の遅延効果を確認した。さらにラット水晶体の器官培養にてH_2O_2およびUV照射により誘導される白内障に対し、HA-TAT-AOP2融合蛋白含有培地において白内障抑制効果が明らかに観察された。これらの結果より、AOP2が水晶体においてPrdxファミリーの中でも優位に発現し、白内障抑制効果が期待できる抗酸化蛋白であることが確認された。
カキの甘渋性決定遺伝子の単離とその機能解析によるタンニン蓄積制御機構の解明

日本のカキの甘渋性を決定するAST遺伝子の単離を目的として、カキ(六倍体)の二倍体近縁野生種マメガキから作製したフォスミド・ライブラリーを用い、AST遺伝子マーカー領域をプローブとしてシードクローンを単離後、コンティグを構築した。さらに、マメガキのBACライブラリーを構築し、BACクローンを用いたコンティグも作製した。これらのコンティグ内にはAST遺伝子が存在している可能性が高く、AST遺伝子単離の実現性が大きく前進した。さらに、中国タイプの甘渋性を決定するPCNA遺伝子の単離においても、マメガキのBACクローンが有効である可能性が示され、CPCNA遺伝子単離のための方向性が示された。日本のカキの甘渋性を決定する遺伝子(AST遺伝子)の単離を目的として、六倍体のカキ(Diospyros kaki)の二倍体近縁野生種マメガキ(D.lotus)から作製したフォスミド・ライブラリーを用い、AST遺伝子に非常に強く連鎖しているマーカー領域をプローブとしてシードクローンを単離後、そのエンドシークエンスを利用して構築したコンティグ内の塩基配列からいくつかのプライマーを作製した。次に、それらのプライマーによるカキ交雑集団約300個体での甘渋性識別の有効性を確認するとともに、その組換え価を調査することで、マメガキのコンティグ上でのAST遺伝子座の同定を試み、その遺伝子座領域をファオスミドコンティグ内で大まかに特定することが出来た。さらに、AST遺伝子単離のために、ファオスミドクローンより有効であると考えられるBACクローンによるコンティグを作製することを目指し、マメガキのBACライブラリーを作製した。一方、これまで見出した中国の完全甘ガキ'羅田甜柿'の甘渋性を決定する遺伝子(CPCNA遺伝子)に強く連鎖するAFLPマーカー領域を利用して、二倍体の近縁野生種マメガキのゲノミックライブラリーからCPCNA遺伝子が座乗すると思われる領域と相同性をもつクローンを単離することが可能かどうかを検討した。その結果、AFLPマーカー領域のシークエンスがマメガキにも存在することをPCR分析とその増幅産物のシークエンス解析から確認でき、AFLP領域をプローブとして、フォスミドおよびBACライブラリーからクローンを単離することが可能であることが明らかとなった。今後、フォスミドおよびBACのゲノミックライブラリーをスクリーニングし、マメガキのコンティグを作製することで、'羅田甜柿'のCPCNA遺伝子が座乗すると思われる領域と相同性をもつ領域を同定していくこととした。昨年度、六倍体であるカキ(D.kaki)の近縁二倍体種であるマメガキ(D.lotus)を用いて作製したBACライブラリーを用い、日本のカキの甘渋性を決定するAST遺伝子の遺伝子座領域を同定するために構築していたフォスミドクローンによるD.lotusコンティグに関して、BACライブラリーから単離したクローンをこれまでのコンティグに加えることで、かなりこのコンティグを延長することができた。しかしながら、AST遺伝子座領域をそのコンティグ内で絞り込むため、この延長したD.lotusコンティグ内のシークエンスを用いてプライマーを作製し、甘渋性が分離したカキ育種集団約300個体での、このプライマー領域とカキの甘渋性形質の組換えを調査することで、D.lotusコンティグ内のAST遺伝子座領域をさらに絞り込む予定であったが、ファオスミドクローンとBACクローンが混同したコンティグでは、AST遺伝子座の同定とその遺伝子単離が困難である可能性が明らかとなった。このため、BACクローンのみによるAST遺伝子領域を含むことが期待されるコンティグを現在、構築中である。なお、このAST遺伝子の発現を制御する要因を検討したところ、温度および植物ホルモンであるABAがその発現に影響し、転写因子DkMybの発現調節を介してタンニンの蓄積をコントロールしている可能性が示された。一方、中国の完全甘ガキ形質発現に関与するCPCNA遺伝子の単離を目的とし、これまでに見出した中国の完全甘ガキ'羅田甜柿'の甘渋性を決定する遺伝子(CPCNA遺伝子)に強く連鎖するAFLPマーカー領域をプローブとして、いくつかのフォスミドおよびBACクローンをマメガキのゲノミックライブラリーから単離した。今後、これらクローンのシークエンス解析を実施し、'羅田甜柿'交雑個体での甘渋性との連鎖解析を実施するとともに、CPCNA遺伝子の単離の可能性を検討していく。六倍体である日本のカキの甘渋性を決定する遺伝子(AST遺伝子)単離のために、これまで構築した近縁二倍体種マメガキのFosmidライブラリーによるコンティグに加え、新たに作製したマメガキのBACライブラリーを用いたコンティグの構築を試みた。

まず、BACライブラリーからのシードクローン単離のためのプローブとして、これまでに構築したAST遺伝子に強く連鎖したマーカーを検出するためのE1/M1、E4/E5R、5RF/5RRの3つのプライマー組を用いて、それぞれの増幅領域からプローブを作製してスクリーニングを実施した。その結果、E1/M1およびE4/E5Rの領域から作製したプローブでのスクリーニングでは、それぞれ165および94と多数のクローンが検出された。これに対し、5RF/5RRの領域をプローブとした場合は6クローンのみが検出され、さらにこれらのクローンのE1/M1およびE4/E5RでのPCR分析により、この6クローンはすべてAST遺伝子と連鎖する領域を含んでいることが確認できた。次に、これらクローンのエンドシークエンスと既存のFosmidコンティグの塩基配列を利用して、AST遺伝子座に最も近づいていると考えられるクローン5R-BAC1をシードクローンとして決定した。また、このシードクローンのエンドシークエンスを利用して、BACクローン5R-BAC2を単離することでAST遺伝子存在領域をカバーしていると推定できるBACコンティグを構築することができた。なお、中国の完全甘ガキ`羅田甜柿'の甘渋性を決定する遺伝子(CPCNA遺伝子)の単離においても、今回構築したマメガキのBACクローンによる解析が有効であることを示すいくつかのデータを得ることが出来、今後のCPCNA遺伝子単離のための方向性を示すことができた。日本のカキの甘渋性を決足する遺伝子SAT遺伝子)の同定に関しては、マメガキから構築したフォスミドおよびBACライブラリーから単離したクローンのシークエンスがカキと高い相同性を持つことが確認され、マメガキを利用したカキの遺伝子単離が可能であることが明らかとなっており、現在、それらのライブラリーから順調にコンティグが延長されている。また、中国の完全甘ガキの発現を決定する遺伝子(CPCNA遺伝子)に関する情報も順調に得られており、この遺伝子単離にもマメガキのゲノムライブラリーが有効であることが本年度確認できたことは、予想以上の成果である。25年度が最終年度であるため、記入しない。カキの甘渋性を制御する遺伝子に関して、日本の完全甘ガキ形質は劣性形質であるのに対し、'羅田甜柿'タイプの完全甘ガキ形質は優性形質である。これらの異なる遺伝子が、甘ガキという同じ形質を発現させている。この異なる機構をそれぞれ解明することが本実験の最大の目的であり、このためにそれぞれの遺伝子単離を目指している。これまでこの目的のために実験を重ねてきたが、当初予想していたように、六倍体のカキから目的遺伝子を単離することは容易ではなく、特に中国のカキの甘渋性決定遺伝子(CPCNA遺伝子)に関してはこれまで得られている情報も限られている。今後は、少なくとも日本のカキの甘渋性を決定する遺伝子(AST遺伝子)を將来確実に単離できるコンティグの構築とその遺伝子領域の確定を目指したい。
恒常性維持機構の破綻としての精神疾患研究

健康な脳には、様々な外的撹乱に対する恒常性維持機構があるが、うつ病を始めとする精神疾患では、この機構が遺伝的脆弱性と環境的ストレスの相互作用により破綻した状態にあると考えられる。申請者らにより海馬歯状回の神経細胞の成熟度が様々な遺伝・環境要因によって双方向性に変化することが明らかになってきている。この成熟度変化は、海馬における恒常性維持機構の一つであり、個体レベルでの恒常性維持機構に重要な役割を果たしていると考えられる。本研究では、精神疾患を恒常性維持機構の破綻としてとらえ、精神疾患動物モデルおよび光遺伝学・薬理遺伝学の手法を活用し、精神疾患の中間表現型候補である非成熟歯状回の分子メカニズムの解明、さらにその治療法として成熟度を正常化させる手法の開発を行うことを目的とする。歯状回に特異的にチャネルロドプシンを発現させたマウスにおいて光遺伝学は一過性の過活動を引き起こした。さらに刺激を繰り返すことによりにベースレベルで活動性が亢進されていく傾向が見られた。これは海馬歯状回に異常をもつ精神疾患モデルマウスの行動異常と方向性が一致している。また、光依存的に活性化する酵素をアデノ随伴ウィルスの接種により海馬歯状回特異的に発現させたマウスについて、光刺激を繰り返してその行動特性を網羅的行動テストバッテリーを用いて解析したところ一部の学習課題において成績が向上していた。この酵素の活性化は記憶の固定化に促進的な役割を果たしていると示唆される。この酵素をターゲットとして認知症などの記憶障害の治療法の開発が期待される。本研究では、精神疾患を恒常性維持機構の破綻としてとらえ、精神疾患の動物モデルおよびバイオインフォマティクス的手法を活用し、精神疾患の中間表現型候補である非成熟歯状回の分子メカニズムの解明、さらにその治療法として成熟度を正常化させる手法の開発を行うことを目的として研究を実施した。本年度は非成熟歯状回の分子メカニズムの検討のためバイオインフォマティクス的な解析を主に行った。具体的には申請者らが同定したShn-2欠損マウスの脳サンプルによる遺伝子発現データおよび統合失調症の死後脳の遺伝子発現データを元としてそれらに類似している遺伝子発現データを探索した。特に何らかの遺伝子を機能不全にさせたときに起こる遺伝子発現変化がこれらのものと共通性が高くなるような遺伝子の探索を行った。この解析により、欠損させたときに精神疾患モデルマウスの海馬歯状回と類似した遺伝子発現変化をもたらしうる遺伝子の候補を選定した。候補として複数の遺伝子ファミリーが同定され、それらの遺伝子の欠損が引き起こす遺伝子変化がやはり統合失調症患者の死後脳の遺伝子発現変化と類似していることも確認した。また申請者らは本年度にゲノム編集技術による遺伝子改変マウスの作成のについても立ち上げており、ゲノム編集技術を用いてその遺伝子ファミリーのうち脳で発現しているサブタイプを欠損したマウスの作成を開始した。来年度はこれらのマウスで行動表現型および海馬歯状回の成熟度を検討する。本年度予定していたバイオインフォマティクス的解析は順調に進み、非成熟歯状回をもたらし、また統合失調症様の遺伝子発現を引き起こす鍵となりうる遺伝子ファミリーを同定した。また、これらのデータから脳で発現する遺伝子サブタイプを同定し、これらの遺伝子欠損マウスの作成に取りかかっている。これらのマウスの解析については来年度に成果が期待できる。本研究は現在のところおおむね順調に進展しているといえる。本年度は新たな精神疾患モデルマウスの開発に向けて、ゲノム編集技術による遺伝子欠損マウス系統の作出を行った。前年度にバイオインフォマティクス的な解析を行うことで、欠損させたときに精神疾患モデルマウスの海馬歯状回と類似した遺伝子発現変化をもたらしうるような遺伝子の候補をいくつか選定した。本年度はそれらの遺伝子のうちの複数の遺伝子について、ゲノム編集技術を用いて欠損マウスの作出を行った。マウス作出では、神経科学研究で最も一般的に使われているC57BL/6Jの受精卵を用いてゲノム編集による目的遺伝子の欠損を試み、産まれてきたマウスに対してゲノム配列を確認したところ、目的遺伝子に変異が導入された系統を複数ライン確立できたことが分かった。得られたマウスの配列情報から遺伝子欠損になっていそうな個体を選抜し、野生型のC57BL/6Jマウスと交配し、ヘテロ欠損マウスを得ている。来年度はこれらのマウスを用いてヘテロ欠損マウスを増やし、さらにヘテロ欠損同士の掛け合わせによりホモ欠損マウスと野生型リターメートを得て、行動表現型および海馬歯状回の成熟度を検討する。昨年度実施したバイオインフォマティクス的解析で、非成熟歯状回をもたらし、また統合失調症様の遺伝子発現を引き起こす鍵となりうる遺伝子を複数同定した。本年度は予定通りこれらのうち複数について遺伝子欠損マウスの作出を行った。これらのマウスの解析については来年度以降に成果が期待できる。

申請者らにより海馬歯状回の神経細胞の成熟度が様々な遺伝・環境要因によって双方向性に変化することが明らかになってきている。この成熟度変化は、海馬における恒常性維持機構の一つであり、個体レベルでの恒常性維持機構に重要な役割を果たしていると考えられる。本研究では、精神疾患を恒常性維持機構の破綻としてとらえ、精神疾患動物モデルおよび光遺伝学・薬理遺伝学の手法を活用し、精神疾患の中間表現型候補である非成熟歯状回の分子メカニズムの解明、さらにその治療法として成熟度を正常化させる手法の開発を行うことを目的とする。歯状回に特異的にチャネルロドプシンを発現させたマウスにおいて光遺伝学は一過性の過活動を引き起こした。さらに刺激を繰り返すことによりにベースレベルで活動性が亢進されていく傾向が見られた。これは海馬歯状回に異常をもつ精神疾患モデルマウスの行動異常と方向性が一致している。また、光依存的に活性化する酵素をアデノ随伴ウィルスの接種により海馬歯状回特異的に発現させたマウスについて、光刺激を繰り返してその行動特性を網羅的行動テストバッテリーを用いて解析したところ一部の学習課題において成績が向上していた。この酵素の活性化は記憶の固定化に促進的な役割を果たしていると示唆される。この酵素をターゲットとして認知症などの記憶障害の治療法の開発が期待される。本年度に実施したin silico解析に基づき、ゲノム編集技術により遺伝子欠損マウスを作成、そのモデルで行動や歯状回神経細胞の成熟度がどう変化するのかを解析する。これらの遺伝子改変マウスでも統合失調症の行動異常や遺伝子発現変化等が見られるのであればそれらの遺伝子は恒常性維持の要となりうる遺伝子であり、治療法のターゲットとなる可能性もある。本年度にゲノム編集技術によって遺伝子欠損マウス作成したが、今後はそのマウスについて行動や歯状回神経細胞の成熟度がどう変化するのかを解析する。本年度はin silicoでの解析が済み次第、ノックアウトマウスをゲノム編集技術によりマウスを作製し、すぐにノックアウトが確認できれば大規模な交配を行い、次年度に予定されていた実験の一部を行う可能性があった。そのためマウスの繁殖飼育にかかる費用について余裕を持って計上していた。研究の進展は当初の予定通り進んでおり、年度中に大規模な繁殖は行わないため、そのために計上していた予算は次年度に使用することとなった。(理由)本年度は遺伝子欠損マウスをゲノム編集技術により複数作製したが、ノックアウトの系統が多数確認できればそれぞれで大規模な交配を行い、次年度に予定されていた実験の一部を行う可能性があった。研究の進展は当初の予定通り進んでおり、年度中に大規模な繁殖は行わくなっため、そのために計上していた予算は次年度に使用することとなった。(使用計画)本年度予算の次年度使用額については、次年度の予算と合わせてマウスの大規模な繁殖にもちいる消耗品に用いる。
化学シナプスにおける神経伝達物質放出の調節機構

1.カエル神経筋シナプスについて、神経の断端からの軸索輸送によってシナプス前末端にCa^<2+>蛍光指示薬Indo-1を負荷することに成功した。UVレーザー共焦点顕微鏡を用いてmsオーターのCa^<2+>濃度変化の測定が初めて可能となった。100Hz、100回転程度の高頻度で刺激すると神経末端内のCa^<2+>濃度は細胞外が正常リンガー液の場合2μM程度に上昇し、刺激後は時定数400ms程度で急速に元に戻った。1020Hzの低頻度で刺激すると刺激中でもピークに達して減少することがあることがわかった。この結果、強力なCa^<2+>排出機構が存在すること、及び短期可塑性のうちの増進や増強は、単純な残存Ca^<2+>説では説明できないことが明らかになった。これは、今迄にザリガニや中枢シナプスで得られた結果と全くことなり、我々がCa^<2+>キレート剤BAPTAを負荷が短期可塑性に与える影響から推定したものに合致している。カエル神経筋シナプスで見られる短期可塑性の中で最も速く減衰する`速い促通'の減衰時定数は,刺激に同期した伝達物質放出であるEPPの場合と自発性の放出であるMEPPの場合とで大きく異なり前者は後者の約5倍であった。この結果は`速い促通'について古典的な残存Ca^<2+>説が成立することを示している。3.トリニトロベンゼン誘導体HEATNBは、神経刺激に同期した伝達物質放出のみを特異的に増加させ、自発性の放出は、ほとんど増加させないことが明らかになった。4.イセエビ神経筋接合部のシナプスボタンの高速Ca^<2+>イメージングに成功し、ボタン内で神経刺激によって急速にCa^<2+>濃度が増大し、刺激後急速に減衰するホットスポットが存在することが明らかになった。5.イセエビの促通の2成分`速い促通'と'遅い促通'は共にBAPTA負荷によって減少した。これはカエルとは異なる促通の機構の存在を示している。(1)シナプス前末端の電気的・光学的同時測定システムの確立イセエビの歩脚の神経筋接合部シナプスを用いて、シナプス前末端に近い神経軸索に微小電極を刺入し、電気的記録を行うと同時に、この電極から蛍光Ca^<2+>指示薬をシナプス前末端内に注入してレーザー走査蛍光顕微鏡による高速イメージングを行うシステムを確立した(2)促通の速い成分を起こす残存Ca^<2+>の解析我々は今までにカエルの神経筋接合部について、促通の速い成分はCaキレート剤BAPTAをシナプス前神経末端に負荷することによって完全に消失することから、これが残存Caによって起こることを示した。これは最近のcaged Caによる実験によっても支持されている。速い促通の減衰の時定数はBAPTA負荷の程度にほとんど依らないことが明らかになった。またこの時定数の温度依存性は拡散の温度依存性より大きい。残存Ca^<2+>は拡散によって減衰するのではなく、おそらく小胞体などに取り込まれることによって減衰するものと思われる。(3)促通の遅い成分の起源我々のこれまでの研究から促通の遅い成分、増進、増強の3成分は細胞内Ca^<2+>濃度の増加によって起こるのではないことがわかっている。

外液を高張にすると起こる放出の増大も細胞内Ca^<2+>濃度の増加によって起こるのではないことがわかっている。今回、高張条件で促通の遅い成分が殆んど消失することが明らかになった。これは両者が同じ原因よって起こることを示唆している。現在両者がシナプス前膜の張力の減少に起因するという仮説を調べている。アミノ酸修飾剤TNBSは細胞内Ca^<2+>濃度の増加によらない放出増大を起こすが、増強を著しく減少させることが明らかになった。これは増強の起源を明らかにする手がかりとなる。前年に引き続きカエルをイセエビの神経接合部シナプスを用いて神経伝達物質放出の調節機構を研究し次のような成果を挙げた。(1)昨年導入した高速UV共焦点レーザー顕微鏡の性能を向上させ、一画面を8分割して240イメージング/秒のイメージングを可能とした。またトリガー駆動装置を装着して神経刺激の開始をトリガーとして同一刺激パターンのイメージを多数回加算することによってシナプス前末端のCa^<2+>動態のmsオーダーのイメージングが可能となった。(2)イセエビについては歩脚長節中に存在する薄くて扁平な付属屈筋を取り出して単一神経内に刺入した電極から蛍光色素を注入してシナプス神経末端をメ-ジングすることが可能となった。カエルについては薄い皮膚胸筋(cutanius pectris muscle)の神経断端からデキストランに結合させた蛍光色素を軸索輪送によって神経末端に負荷することができた。現在高速イメージングを行っている。(3)カエル神経筋シナプスの短期可塑性の一つである速い促通は我々の研究によって残存Ca^<2+>によって起こることが確実となった。この残存Ca^<2+>の活性帯からの除去の機構を速い促通の減衰過程に対するBAPTA負荷、温度、Na^+/Ca^<2+>交換体の阻害剤、カフェイン等の効果を調べて推定した。一方、シナプス前末端に流入したCa^<2+>の拡散のコンピューターシミュレーションを行った。その結果残存Ca^<2+>は主として拡散によって活性帯から除かれることが明らかになった。(4)トリニトロベンゼン誘導体(HEATNB)は神経刺激に同期したトランスミッター放出(EPPの振巾)を著しく増加させるが、微小終板電位の頻度はほとんど増加しない。この増大はBAPTAの影響を受けないので、Ca^<2+>流入量の変化とは考えられない。従って同期した放出を特異的に増大させることが明らかになった。また、この放出が増大した状態では増進が著しく減少した。従って、増進はTNB誘導体の作用部位と共通の調節機構によって起こることと考えられる。1.カエル神経筋シナプスについて、神経の断端からの軸索輸送によってシナプス前末端にCa^<2+>蛍光指示薬Indo-1を負荷することに成功した。UVレーザー共焦点顕微鏡を用いてmsオーターのCa^<2+>濃度変化の測定が初めて可能となった。100Hz、100回程度の高頻度で刺激すると神経末端内のCa2+濃度は細胞外が正常リンガー液の場合2μM程度に上昇し、刺激後は時定数400ms程度で急速に元に戻った。1020Hzの低頻度で刺激すると刺激中でもピークに達して減少することがあることがわかった。この結果、強力なCa^<2+>
腎温存を目指した腎細胞癌に対する遺伝子治療

化学療法や放射線療法に耐性の癌に対して、遺伝子治療は、新しい治療法としての効果を期待されている。泌尿器腫瘍の中で、腎細胞癌もまた手術以外に画期的な治療が存在せず、遺伝子治療の効果が期待されるものである。自殺遺伝子と呼ばれる単純ヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼ(HSV-TK)遺伝子とガンシクロビル(GCV)を用いる遺伝子治療は、種々の癌に対して試みられ、一部臨床にも応用されているが、その効果は未だ十分なものではない。我々は、同治療に抵抗性を示す腎癌細胞株に対して、より高い薬剤感受性を持たせる目的でクローニングされたmutant HSV-TKを、アデノウィルスベクターを用いて腎癌細胞に導入し、有用性を検討した。(治療効果判定には、MTTアッセイ法を用いた。)腎癌細胞株ACHN、Cakl2、VMRC、A498、A704のうち、ACHNはHSV-TK/GCVに抵抗性を示した。ところが、ACHNにmutant HSV-TKを導入した治療実験は有効であり、さらにACHNを除く4つの細胞株においても、mutant HSV-TKを用いた場合、従来のHSV-TKに比べて、治療効果は増強され、GCV投与量はは1/3倍から1/2倍量で、同等の治療効果を示すことがわかった。従来の自殺遺伝子を用いた遺伝子治療が、ヒトの臨床治験において十分な効果をあげられない理由の一つとして、HSV-TK/GCVに抵抗性の腫瘍細胞の存在が推測され、本実験結果は今後の遺伝子治療に重要な意味を持つと考えられる。加えて、HSV-TKを用いる自殺遺伝子治療において、dose dependentに増加する肝毒性などの副作用が問題となるGCVの投与量を軽減でき、身体への安全性を高めることが可能になるという点においても、本実験の結果は大きな意義を持つであろう。6週齢Eker rat一群12匹に発癌物質を投与し、経時的にラットを屠殺、腎における腎細胞癌発癌についての検討を行っている。現在までに、発癌の最適条件、腫瘍の形態学的検討を主に行っている。また、化学発癌させた腎癌のin vitroの細胞株の樹立についても、現在実験を継続中である。、さらに一部継代数の浅いin vitroの細胞株を用い、同系Eker ratの腎被膜下の移植についても同様に実験を継続中である。また、ラット腎臓のisolated perfusionの可能性についての基礎実験を継続して行っており、潅流条件などの設定を検討中である。前年度に引き続き、6週齡Eker rat一群12匹に発癌物質を投与し、経時的にラットを屠殺、腎における腎細胞癌発癌についての検討を行っている。また、ラット腎臓のisolated perfusionの可能性についての基礎実験前年度の引き続きを継続して行っており、潅流条件などの設定を検討中である。
腺様嚢胞癌の血行性転移における時空間制御機構の解明

癌は原発巣から離れて転移巣を形成するまでの間に分子レベルで大きな変化があると考えられている。頭頸部領域で高率に血行性転移を生じる腺様嚢胞癌の分子機構の解明を目指した。本研究では、過去に扁平上皮癌で明らかにされた可逆的な上皮間葉移行の現象は確認できなかったが、いくつかのRNA群では原発巣、循環血中、転移巣のそれぞれの段階で発現に変動があった。腺癌は扁平上皮癌とは異なるメカニズムで転移巣を形成している可能性があると考えられた。研究開始当初、腺様嚢胞癌細胞株を用いて同所移植モデルを作成し、原発巣、循環血中、転移巣からそれぞれ腫瘍細胞をサンプリングすることを試みた。しかし同所移植モデルでは転移巣形成までにマウスが死に至るケースがほとんどであったため、尾静脈から腫瘍細胞を投与する人工移植モデルに切り替えた。こうして得た肺転移巣から腫瘍細胞を採取し、micro arrayで解析を行い、遺伝子発現を網羅的に解析した。その結果、元の腫瘍細胞株では発現が認められなかった転写因子郡の中で、転移形成後に著明に発現レベルが亢進している遺伝子を複数認め、これらを本研究の候補因子として同定した。(遺伝子名は非公表である。)また候補因子の分子動態についてはウェスタンブロッティング法や免疫組織染色でタンパク質レベルでも検討を行っている。次いで候補因子の強制発現株を作成した。まずin vitroの実験系で標的とする転写因子の発現が変動していることと、それに伴って細胞の増殖や浸潤に変化が認められること、上皮間葉移行の形質の有無などを確認した。この結果、候補因子の内2つの遺伝子で細胞の浸潤能が著明に亢進し、それに伴って細胞形態が紡錘型に変化する現象が見られた。この現症は強制発現を抑制することで制御可能であったことから、上皮間葉移行に関与する因子である可能性が示された。現在は細胞実験で得られた結果をin vivoの系で実証するために動物実験を開始している。当初は同所移植モデルで本研究を行うことを予定していたが、樹立が困難であった。しかし人工移植モデルに変更した後は概ね予定通り遂行されている。腺様嚢胞癌の同所移植モデルでは転移を形成する前段階で致死的経過を辿るため、尾静脈を介する人工転移モデルに切り替えて本研究を行った。肺転移巣から細胞を採取してmicro array解析を行い、移植前の細胞と比較した結果、Id-14、Twist-1などの転移調節因子に発現の変化は見られなかった。しかしながら、これらの因子をknock downした細胞では転移巣の形成を有意に低下させ、かつ過剰発現させることで転移巣の数を増加させるという結果を得た。これらの現象は免疫組織染色でも確認され、癌細胞の転移能獲得にIdやTwist-1などの転写調節因子が関与していることが示された。原発巣から血管内に流入するextravasationの解析は動物実験では行うことができなかったが、患者検体を用いて原発巣、血管内、転移巣の癌細胞をそれぞれ採取してRNA発現の解析を行った。全てのサンプルを採取できた被検者の数は3名にとどまったが、今回評価した転写調節因子の発現は全段階で一定であり、事前に想定していた癌細胞の形質変化は本研究では認められなかった。しかし一部変動が見られたRNA群も存在しており、今後さらに症例を集積してから再度検討する予定である。原発巣から転移を形成するまでに可逆的な上皮間葉移行が見られる現象(時空間制御機構)は、扁平上皮癌では一部確認されているが腺様嚢胞癌では未知である。一般的には扁平上皮癌より腺癌の方が血行性転移を生じる傾向が強く、背景には未知の分子機構が存在していると思われる。本研究では解明できなかったが、今後は次世代シーケンスの技術を用いて網羅的に解析することを視野に入れている。肺転移の過程において可逆的上皮間葉移行が存在するか否かマウスを用いて検討する。また動物実験で得られたデータを基に、患者検体を用いた検討を開始する。腺様嚢胞癌患者の原発腫瘍組織、循環血中からそれぞれ腫瘍細胞を採取し、細胞に含まれる転写因子の発現量を定量RT-PCR法で解析する。口腔腫瘍想定していたよりも消耗品費がかからなかったため。次年度に多くの実験が控えているため消耗品の購入費に充当する。
奇周波数電子対の物理　理論と実証

奇周波数電子対とは2電子の持つ時間の自由度を入れ替えることで符号変化をする電子対である。理論研究としては、(1)不純物散乱がある異方的超伝導体・常伝導金属接合における輸送現象(2)2重量子ドットと非局所コンダクタンス(3)トポロジカル超伝導体におけるエッジ状態を奇周波数電子対の観点から調べた。またバルクで奇周波数ギャップ関数が実現されうる2チャンネル近藤格子のトンネル効果・ジョセフソン効果の計算を行った。実験的には、スピン3重項超伝導体Sr2RuO4接合における表面インピーダンスの測定を行い新奇な温度依存性を見出した。また奇周波数ペアの特性を用いた冷凍機設計に関する研究も行った。(1)不純物散乱と奇周波数ペアp波d波f波の超伝導体・常伝導体接合において、超伝導体側に不純物散乱が存在する際のペア振幅の計算をEilenberger方程式をといて求めた。不純物散乱はボルン極限からユニタリ極限まで調べた。p波の場合は、零エネルギーアンドレーエフ束縛状態がs波の奇周波数ペアとして表されるため、不純物散乱によらず共鳴は強く残り、零電圧コンダクタンスピークの高さは不純物散乱の強さに依存しない。(2)2重量子ドットにおける奇周波数クーパー対2重量子ドットを用いて奇周波数クーパー対を制御する方法を提案した。従来型s波超伝導体と結合した2重量子ドットにおいては、共鳴準位を制御することでクーパー対が2つに分かれた状況を設定できる。さらにドットと超伝導体あるいはドットと常伝導金属との結合の強さを制御することで、奇周波数スピン1重項s波ドット1重項ペアを作り出せることを提案した。この状態は非局所コンダクタンスの測定をした際に電圧依存性に現れることを示した。(3)2チャンネル近藤格子におけるジョセフソン効果の理論2チャンネル近藤格子においてはバルクの状態として奇周波数クーパー対が存在することが星野氏(東大)により示されていた。今回星野氏との共同研究で、エッジに形成される奇周波数クーパー対と近藤格子のクーパー対との間のジョセフソン効果の理論研究によりジョセフソン電流に虚数は現れず従来の研究で明らかになった困難は回避されることが示された。不純物散乱効果をEilenberger方程式を用いて計算する研究は、本年度一定の成果をえることができて論文にまとめるにいたった。しかし、Usadel方程式を用いたTanaka Nazarov理論の拡張はまだできていない。一方で、近藤格子における奇周波数ペアの計算は進展があり、東京大学との共同研究で論文を投稿するにいたった。また2重量子ドット中に奇周波数ペアに関する研究も、進展をえることができて、論文投稿に至った。さらに、2重Rashbaワイヤー系のマヨラナフェルミオンも奇周波数ペアを用いて表されることが明らかになったので予想外の成果といえる。実験では、ロシアのグループとの共同研究が始まった。現在のところおおむね順調にスタートしているといえる。(1)超伝導・常伝導体接合と超伝導体の不純物散乱効果この問題は常伝導体・異方的超伝導体接合で超伝導体側に弱い不純物散乱が存在する際に微分コンダクタンスに与える影響を調べるものである。特にp波超伝導体がバルクにできている場合は奇周波数s波のペアが界面に形成されることが期待できる。この問題をより一般的に解析して、d波だけでなく、p波時間反転対称性を破るカイラルp波、カイラルd波、カイラルf波に対して調べた。その結果p波超伝導体の零電圧ピークはBorn散乱、Unitary散乱によらず、常に零電圧ピークは抑制されないという事実が確認された。またトポロジカル起源のエッジ状態が現れることも示された。(2)2チャンネル近藤格子におけるジョセフソン効果の理論2チャンネル近藤格子においてはバルクの状態として奇周波数クーパー対が存在することが示されていた。この対は重心運動量を持つために、奇周波数ギャップ関数だけでなく偶周波数ペア振幅をバルクの状態でさえ持つという特徴がある。2チャンネル近藤格子系のバルク奇周波数超伝導体におけるトンネル効果の計算を行った。ギャップレス状態の特徴を反映して、フルギャップのコンダクタンスは現れなかった。スピン3重項p波超伝導体とのジョセフソン接合でジョセフソン電流の計算を行った。(3)スピン3重項超伝導体Sr2RuO4におけるジョセフソン効果の理論Sr2RuO4は多軌道超伝導体である.この効果をとりいれてs波超伝導体とのジョセフソン電流の計算を行った。コーナージョセフソン接合、コーナーSQUIDに対して磁場依存性を調べた。カイラル状態では、磁場の関数として原点(零磁場)を中心に非対称であるのに対してヘリカル状態では対称であることが明らかになった。またスピン軌道相互作用、バンド間の混成効果がを理解するに際して、奇周波数クーパー対の概念は非常に有用であった。超伝導体側に不純物散乱がある場合、2チャンネル近藤格子におけるバルク奇周波数ギャップ関数、多軌道超伝導における奇周波数クーパー対、量子ドットにおける奇周波数クーパー対の研究など理論面の進展は順調である。実験においても光電子分光、表面インピーダンスの実験も始まっており、順調に進んでいるといえる。(1)異方的超伝導体接合における輸送現象と奇周波数クーパー対常伝導金属・超伝導体接合界面において零エネルギーアンドレーエフ束縛状態が存在する時には、界面で奇周波数ペアが顕著に表れることが知られている。

本年は、超伝導体に弱い不純物散乱が存在する時の接合系のコンダクタンス、電流揺らぎ(ノイズ)が超伝導体の対称性によってどのように異なるふるまいを示すのかを理論的に調べた。特ノイズと電流の比であるFano因子に着目した。d波超伝導体では、零エネルギーアンドレーエフ束縛状態が存在する場合は、零電圧コンダクタンスピークの高さは不純物散乱が強くなると低くなり、またFano因子の値は零からずれる。これに対してスピン3重項p波超伝導体の零エネルギーアンドレーエフ束縛状態が存在する場合は、零電圧コンダクタンスピークは不純物散乱の強さに依存せず、またFano因子の値は零のままである。この結果は、スピン3重項超伝導体固有の異常近接効果の性質を示したもので、その起源はスピン3重項s波であることも明らかになった。またSr2RuO4と金属の接合系における表面インピーダンスの実験を進めて、従来型のBCS超伝導体では見られない異常な温度依存性の存在を実験的に確認した。この起源として奇周波数クーパー対による異常近接効果の観点から解析した。(2)半導体Rashbaナノワイヤー・超伝導系の近接効果の理論最近話題になっているRashbaナノワイヤー系の近接効果の計算を行った。この系ではマヨラナフェルミオンがエッジ状態として現れるのが特徴である。ここではナノワイヤーに常伝導体と超伝導体の2つの領域がある場合を考えて、異常近接効果について研究した。超伝導体側にある不純物散乱が、零電圧コンダクタンスピークに与える影響を調べたが、不純物散乱の強さによらず零電圧コンダクタンスピークの高さが一定であることを明らかになった。奇周波数電子対とは2電子の持つ時間の自由度を入れ替えることで符号変化をする電子対である。理論研究としては、(1)不純物散乱がある異方的超伝導体・常伝導金属接合における輸送現象(2)2重量子ドットと非局所コンダクタンス(3)トポロジカル超伝導体におけるエッジ状態を奇周波数電子対の観点から調べた。またバルクで奇周波数ギャップ関数が実現されうる2チャンネル近藤格子のトンネル効果・ジョセフソン効果の計算を行った。実験的には、スピン3重項超伝導体Sr2RuO4接合における表面インピーダンスの測定を行い新奇な温度依存性を見出した。また奇周波数ペアの特性を用いた冷凍機設計に関する研究も行った。Eilenberger方程式による超伝導体側の不純物が存在する際の準古典理論の整備はおおむね完成したので、不純物散乱の強さ、あるいは不純物散乱の存在する領域の制御を取り入れたモデル計算を広範なパラメータ範囲で実行する。Usadel方程式による境界条件の再検討を行う。そのため10年前に開発した理論の詳細なチェックを行っている。実験研究は、表面インピーダンスの測定、dI/dVの測定をロシアMIPTのグループと協力して行う。また超伝導冷凍機の廃熱に奇周波数ペアが利用できないか検討を行う。1)拡散伝導領域・超伝導体接合の電気抵抗、Green関数の一般論をより広範な場合に使えるように現在拡張中である。