hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超巨大地震発生機構の解明－大規模地震サイクルシミュレーション

日本近傍で発生する巨大地震を時代順に並べると、各地震が異なるプレートで発生しているにもかかわらず似たような時期に発生しているように見える。これらの地震はお互いに影響を及ぼし合っている可能性があり、これらすべてを含むような大きな領域を対象とした列島規模の地震発生サイクルシミュレーション(ECS)を行う必要がある。それには異なる深さの海溝軸を考慮する必要があり、私は任意の地表面形状を考慮した均質弾性体中のすべり応答関数を用いて、試験的にフィリピン海プレート南海トラフ沿い及び太平洋プレート日本海溝沿いの両者を含むECSを行った。簡単のため、約150年、600年に一度南海・東南海・東海地震(地震N)、東北地方太平洋沖地震が発生する場合を考えると、これらは互いの地震の発生の仕方に影響を与えなかった。地震Tによる剪断応力の即時的な増加は、フィリピン海プレート上東海地域で約0.03MPaであった。今後さらに、粘弾性媒質の効果を導入し、どのような影響があるのかを考える必要がある。これまでに行った研究結果を、日本計算数理工学会誌で発表した。また、断層面形状に起因するすべりによる垂直応力変化が地震発生サイクルに及ぼす効果の検証を行った。ただしこのモデルはプレート境界面がするするすべるモデルであり、突起のひっかかりによる応力変化は考慮していない。沈み込む海山・東海地方に見られる沈み込む海嶺列を仮定して計算を行った。上に凸な突起物が存在すると、地震間に突起の深い/浅い側で垂直応力が増加/減少し、強度が増加/減少する。これにより突起浅い側で破壊が発生しやすく、海嶺列を仮定した場合には凹部分を中心に地震に至らない非地震性すべりが繰り返し発生する場合が得られた。浜名湖下で観測される長期的スロースリップは海嶺列の凹部分に位置し、形状がそのスロースリップの発生に影響を及ぼしている可能性を示している。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度においてはまず東北地方太平洋沖地震を対象に、その震源域(南側領域)の北側の領域との相互作用を調べた。我々はこれまでに東北地方太平洋沖地震の領域のみを考えて地震発生サイクルシミュレーションを行ってきたが、その北側には余効変動は大きいが過去に大きな地震が起こっていない領域(釜石沖)、さらに1968年十勝沖地震の震源域(北側領域)が存在する。なぜ破壊が北側まで達しなかったのかを考えるにはこれらの地域との相互作用を考える必要がある。そこで、南側・北側領域の地震サイクルをまず単独で再現し、次にこれら二つの領域の摩擦パラメタは固定して釜石沖の摩擦状態の変化がこれらの領域の相互作用にどのような変化を与えるかを検証した。その結果、釜石沖の摩擦状態によって北側と南側が同時に破壊する場合、しない場合の両方が生じることがわかった。今後、東北地震の余効すべりデータ等でこの摩擦状態を推定する等詳細な検証が必要である。また、いままでは考慮していなかった垂直応力の変化を考慮した地震サイクルシミュレーションコードの開発を行い、簡単な逆断層モデル(地震発生領域において摩擦バラメタが一様)でその効果を検証した。地表を考慮した半無限弾性体中平面断層の場合、垂直応力が一定の場合には、破壊の開始後まず浅い側に破壊が進展し全領域の破壊に至る。同じモデルで垂直応力の変化を考慮すると、破壊はまず深い側に進展しその後全領域の破壊に至った。すべりに伴って垂直応力がその浅い側で増加・深い側で減少し、破壊に必要な応力が増加・減少したことで破壊が深い側へ進展しやすくなったのだと説明できる。最終的に破壊する領域は設定する摩擦パラメタに大きく依存するが、破壊の進展方向等に影響が見られ、例えばスロースリップの進行方向等にも影響すると考えられる。今後実際のプレート形状で垂直応力変化を考慮した際にどれほどの効果が出るかを検証する必要がある。我々は沈み込み帯プレート境界における多様なすべり現象の相互作用の検証を。地震発生サイクルシミュレーションを用いて行っている。しかしながら、南海トラフと日本海プレートで発生する地震を同時に扱うような場合には、プレートが地表を切る深さが両者で異なっており、すでに存在する半無限弾性体を仮定した場合の解析解をすべり応答関数として用いることができない。そこで、本年度では主に、新たに地表面形状を考慮した準動的地震発生サイクルシミュレーション計算法の開発を行った。Hok and Fukayama (2011)は全無限弾性体中に、断層面に加えて地表を仮想的に断層面として設定し、自由表面の条件を課すことで、動的地震発生モデルに地表の効果を導入している。この方法では地表面として任意の形状を扱う事ができる。そこで、彼らの方法を導入して境界が非平面な場合のすべり応答関数を数値的に求めた。実際にこれを計算するには、地表面グリッドを設定する必要があり、大規模計算には効率的に精度良くすべり応答関数を計算することが重要となる。断層面に対して単一の地表面をとるのではなく、各小断層に対して、小断層の深さで規格化したサイズ・粗さが同一の地表グリッドをとると精度を保ちながら効率的にすべり応答を求められることが分かった。以上の方法で宮城県沖を仮定したすべり応答関数を作成し、準動的地震発生サイクルシミュレーションを行った。本方法で地表面を平面に設定したものと解析解を用いた場合はよく一致しており、精度よくすべり応答関数が作成できている。また、地表面形状の導入による断層面と地表との距離の変化がすべり応答関数に影響を及ぼしており、地震発生サイクルに影響を及ぼすことが分かった。

またこの新しいすべり応答関数は、今まで用いてきた高速化手法をそのまま適用することが可能であり、今後大規模計算への導入が期待される。日本近傍で発生する巨大地震を時代順に並べると、各地震が異なるプレートで発生しているにもかかわらず似たような時期に発生しているように見える。これらの地震はお互いに影響を及ぼし合っている可能性があり、これらすべてを含むような大きな領域を対象とした列島規模の地震発生サイクルシミュレーション(ECS)を行う必要がある。それには異なる深さの海溝軸を考慮する必要があり、私は任意の地表面形状を考慮した均質弾性体中のすべり応答関数を用いて、試験的にフィリピン海プレート南海トラフ沿い及び太平洋プレート日本海溝沿いの両者を含むECSを行った。簡単のため、約150年、600年に一度南海・東南海・東海地震(地震N)、東北地方太平洋沖地震が発生する場合を考えると、これらは互いの地震の発生の仕方に影響を与えなかった。地震Tによる剪断応力の即時的な増加は、フィリピン海プレート上東海地域で約0.03MPaであった。今後さらに、粘弾性媒質の効果を導入し、どのような影響があるのかを考える必要がある。これまでに行った研究結果を、日本計算数理工学会誌で発表した。また、断層面形状に起因するすべりによる垂直応力変化が地震発生サイクルに及ぼす効果の検証を行った。ただしこのモデルはプレート境界面がするするすべるモデルであり、突起のひっかかりによる応力変化は考慮していない。沈み込む海山・東海地方に見られる沈み込む海嶺列を仮定して計算を行った。上に凸な突起物が存在すると、地震間に突起の深い/浅い側で垂直応力が増加/減少し、強度が増加/減少する。これにより突起浅い側で破壊が発生しやすく、海嶺列を仮定した場合には凹部分を中心に地震に至らない非地震性すべりが繰り返し発生する場合が得られた。浜名湖下で観測される長期的スロースリップは海嶺列の凹部分に位置し、形状がそのスロースリップの発生に影響を及ぼしている可能性を示している。26年度が最終年度であるため、記入しない。超巨大地震とその隣接する領域との相互作用を考えたサイクル計算を行うことで、超巨大地震がどこまでの領域を破壊するかを考える際には発生する際には隣接地域の状態を考慮することが重要であることが分かった。また、これまで考えていなかった垂直応力の変化がどの程度の影響をサイクルに与えるかの検証も行うことができた。研究を進める上で交付申請書に記載した内容とは異なる内容を主に行うこととなったが、今後南海トラフ及び日本海プレートで発生する地震を同時にシミュレーションするためには、プレート境界が地表面を切る深さが異なる場合も扱えることが必要である。本研究により任意の地表面形状を導入することができるようになり、以上の問題点が解消された。本年度において垂直応力の変化を考慮した準動的サイクルシミュレーションコードの開発を行った。
シリコン/ゲルマニウム系半導体のサブ原子層単位成長ディジタルエピタキシ-

従来、研究が進められている単原子層エピタキシ-(Atomic Layer Epitaxy,ALE)法は、反応ガスが単原子(分子)層で飽和吸着すること(自己停止機能)を利用して、単原子層単位でディジタルにエピタキシ-を行う方法である。本研究では、不純物の影響のない水素化合物分子を用いてディジタルエピタキシ-の実現を目指した。水素化合物分子は飽和吸着量が常温で単分子層未満であるため、これまでALEの実現は難しかった。本研究では、従来の方法とは異なり、単原子層単位ではなく、単原子層未満であるサブ原子層を単位としてディジタル成長可能なサブ原子層エピタキシ-(SALE)法を提案した。具体的には、水素化合物分子の照射と表面励起による水素の離脱と吸着原子の表面泳動を1サイクルとして、サイクル当たり飽和吸着量であるサブ原子層を単位としたディジタル成長を実現した。この方法は、このように、これまでディジタルエピタキシ-で注目されていなかった表面泳動を組み入れることで実現した。Si_2H_6/Si(001)系を用いて、SALE法の成長条件と成長特性との関係を明らかにし、SiのSALE成長機構の定量的モデル化を達成した。これにより、成長原理から成長制御までのSALE技術の全体像を明らかにした。これらの結果は、吸着量が02分子層の水素化合物分子であれば、その飽和吸着量を単位としたIV族半導体のSALE成長が可能であることを示唆している。一方、水素化合物分子の熱分解種がALEを実現するための1分子層の飽和吸着量を示す新たな前駆体として機能することを初めて提示し、水素化合物分子であるSi_2H_6の熱分解種を用いてGe基板上のSiのALEに成功した。この結果からさらにSi/Ge界面が急峻であることが得られた。また、熱分解GeH_4がGeのALEに有用であると予測される結果を得た。本研究を通じ提案した水素化合物分子を用いたSALE法および熱分解ALE法はIV族半導体の原子スケールディジタルエピタキシ-法の広範な進展を促し、Si/Ge系量子井戸構造デバイスの新たな応用展開に寄与することが期待される。サブ原子層単位ディジタルエピタキシ-法は、成長ガスのパルス照射と、表面熱励起による吸着原子(Si、Ge)の表面泳動を1サイクルとして、1サイクル毎にサブ原子層を成長する研究代表者らが提唱したディジタルエピタキシ-技術である。この成長法をサブ原子層エピタキシ-(SALE,subatomic-layer-epitaxy)法と名付けている。本研究では、はじめに、表面励起に基板の自己抵抗加熱とAr+レーザー照射を組み合わせて用い、成長特性の把握を図った。その結果、表面励起時の表面温度により水素脱離律速成長、自己飽和吸着律速成長、過剰表面泳動を伴う成長、の3つの成長モードが得られることが判った。自己飽和吸着律速成長モードでは、100Åの成長膜厚当たり±2^3Åの平坦度が得られ、Siの表面泳動による原子レベルの平坦化機構が働くことがわかった。また、この自己飽和吸着律速成長モードでは、表面励起時の表面温度がある範囲に渡って、成長速度(1サイクル当たりの成長膜厚)が一定になる表面温度の窓(window)が得られた。

この窓の範囲は26±6°Cであった。表面励起時のレーザ照射パワーを変化させたときも、成長速度が一定になる照射パワーの窓(0.28±0.08W)が得られた。この窓の範囲は25±7°Cの表面温度の窓に相当すると解析され、レーザー照射が、熱励起効果として働いていることが確認できた。以上、SALE法の成長速度や成長モフォロジー等の成長特性、および成長モードについて定量的に把握できた。また、これらの結果、および既に報告しているRHEED(反射型高速電子線回折)解析による結果から、SALE法の原理、平坦化機構、成長モードのモデル化を行った。1サイクルのプロセスが、1.水素化合物分子(本研究ではSi_2H_6)のパルス照射と、2.表面励起によるHの離脱と吸着原子(本研究でSi)の表面泳動、からなることを特徴としたサブ原子層エピタキシ-(SALE)法に関し、平成8年度までに得た成長条件と成長特性との関係に関する知見を基に成長機構のモデル化を行った。この研究を通じ、SALE法の原理から成長制御に至る全体像が明らかとなり、SALE成長技術の基盤を確立した。また、この知見を基に、SALE法の特徴である1.単分子層未満の水素化合物前駆体の吸着と2.表面励起による吸着種の表面泳動の交互操作によってディジタルエピタキシ-を行うという新手法を一般化し、他の水素化合物分子/IV族半導体の系に展開する上での指針を得た。本研究では、さらに、単原子層単位で成長するSi、Geの原子層エピタキシ-(SALE)法についても検討を進めた。不純物のない水素化合物分子の熱分解種の利用を初めて提案し、単原子層単位成長の実現に必要な特性である単原子(分子)層の飽和吸着(自己停止機能)が得られる反応種を熱分解種から探索した。その結果、熱分解Si_2H_6を用いることで、1分子層の自己停止機能が得られることを見出し、SiのALEに成功した。同時に、Si_2H_6熱分解種の表面反応特性を明らかにした。また、熱分解GeH_4がGeのALEに有用であると予測される結果を得た。本研究を通じ提案した水素化合物分子を用いたSALE法および熱分解ALE法はIV族半導体の原子スケールディジタルエピタキシ-法の広範な進展に寄与することが期待できる。
マウスモデルを使った複数臍帯血移植における調節性T細胞の役割について

平成1516年度の成果と課題について本研究では近年造血細胞移植の新たな移植として臍帯血移植がすすめられているが、その欠点である細胞数不足を補う目的で複数臍帯血移植についての研究を行った。1.最初にBALB/cマウスをレシピエントとしてB6およびC3Hの2系統のH-2の違うマウスの骨髄を放射線照射後のマウスに移植を行ったところ、2系統とも生着が脾コロニー形成能で証明された。つづいて新生児マウスの肝細胞を使い同様な系で移植を施行したところ、同様に2系統とも生着がみられた。2.生着したマウスの移植後1ヶ月および2ヶ月の末梢血をフローサイトメーターを使用してキメリズムを解析したところ、2系統のドナーリンパ球のポピュレーションが認められた。その分画のうちT細胞を詳しく解析したところ、CD25/CD4 Tである調節性T細胞の存在が認められた。今後生着率との関連を調べることでその関与を解析可能と考えられた。3.2系統のドナーが生着した移植後4ヶ月のマウスの脾細胞を採取して、混合リンパ球培養を行ったところ、2系統のH-2に対する3H-thymidineの取り込み能がいずれも低下しており、トレランスが誘導されていた。今後例数を増やして検討を重ねる必要がある。4.更にトレランスの検証をすすめるとともに調節生T細胞の関連機序について研究をすすめる課題が残された。平成15年度の成果と課題・展望について本研究では近年造血細胞移植の新たな移植として膀帯血移植がすすめられているが、その欠点である細胞数不足を補う目的で複数膀帯血移植についての研究を行う。1.最初にBALB/cマウスをレシピエントとしてB6およびC3Hの2系統のH-2の違うマウスの骨髄を放射線照射後のマウスウに移植を行ったところ、2系統とも生着が脾コロニー形成能で証明された。今後はその分画のうちT細胞を詳しく解析していく。また、CD25/CD4 Tである調節性T細胞の割合と生着比率の関係を検討していく。3.2系統のドナーが生着した後のマウスの脾細胞を採取して、混合リンパ球培養を現在行っている。Preliminaryの結果として2系統のH-2に対する3H-thymidineの取り込み能が低下しており、トレランスが誘導されている可能性が示唆される。今後例数を増やして検討を重ねる予定である。4.更にトレランスの検証をすすめるとともに調節生T細胞の関連について研究をすすめる予定である。平成1516年度の成果と課題について本研究では近年造血細胞移植の新たな移植として膀帯血移植がすすめられているが、その欠点である細胞数不足を補う目的で複数臍帯血移植についての研究を行った。その分画のうちT細胞を詳しく解析したところ、CD25/CD4 Tである調節性T細胞の割合と生着比率に正の相関の傾向がみられた。解析数を増やして統計的有意さを示す必要がある。3.2系統のドナーが生着した後のマウスの脾細胞を採取して、混合リンパ球培養を行ったところ、2系統のH-2に対する3H-

thymidineの取り込み能がいずれも低下しており、トレランスが誘導されていることが示唆された。今後例数を増やして検討を重ねる必要がある。4.更にトレランスの検証をすすめるとともに調節生T細胞の関連機序について研究をすすめる課題が残された。
シュウ酸生成機構と原発性高シュウ酸尿症I型についての研究

蓚酸は哺乳動物では終末代謝産物であり専ら尿に排泄され,しかもそのCa塩は水に難溶であるため尿路結石の原因となる。最近,常染色体性劣性遺伝疾患である原発性高蓚酸尿症I型(PH1)の原因が肝臓ペルオキシゾ-ムのセリン:ピルビン酸アミノ転移酵素(SPT)の次損であることが明らかとされた。本研究は,1.末だ不明の蓚酸性機構を解明すること,2.ヒトSPTのcDNAおよび遺伝子をクロ-ン化し構造を明らかにすることによりPH1の早期診断等の道を拓くことを目的として開始した。たまたま研究期間中に一人のPH1患者が死亡したので,この患者のSPTーcDNAと遺伝子の解折も行った。蓚酸生成機構に関しては,グリコ-ル酸脱水素酵素が主役が演じているという報告がなされているが,そのような酵素は存在せずグリオキシル酸が直接の前駆体であることが改めて確認された。しかし,グリオキシル酸から蓚酸への酸化能を持つキサンチン酸化酵素,グリコ-ル酸酸化酵素,乳酸脱水素酵素のいずれについても生体内で実質的に蓚酸生成に関与しているという証拠は得られなかった。最近,グリオキシル酸とLーシステインの付加化合物であるチアゾリジン2.4ージカルボン酸から蓚酸が生成することが判明したので,現在この経路の関与の度合を検討中である。ヒトSPTのcDNAを単〓し塩基配列を決定すると共に生合成過程を解折した。ヒトSPTは成熟サイズの産物として翻訳され,且つ培養CDS細胞で発現させると特異的にペルオキシゾ-ムへ移行することから分子内ペルオキシゾ-ム標的シグナルを持つと推定された。調べたPH1患者ではSPT遺伝子翻訳領域にT→C点変異があり,アミノ酸配列にSer→Pro変換が推定された。この点変異の結果新しくSmaI部位が形成されたので,これは利用してこのタイプのPH1の遺伝子診断法を確立した。この患者ではSPTーmRNAレベルは正常の約3倍であるのにSPTはほとんど存在しないことからSPT分解の亢進が推定された。終末代謝産物であるシュウ酸のCa塩は水に難溶であるため尿路結石等の原因となる。本研究では、(1)原発性高シュウ酸尿症工型の欠損酵素であるセリン:ピルビン酸アミノ転移酵素(SPT)のcDNA、遺伝子のクロ-ニング、構造決定、発現調節機構と発現産物(ヒトSPT)のペルオキシゾ-ム(PS)局在性決定機構の解析、(2)シュウ酸の直接の前駆体とされているグリコ-ル酸、グリオキシル酸からのシュウ酸生成機構を明らかにすることを目的とした。平成元年度には、ヒトSPTのcDNAを得てその構造を明らかにし、目的(2)については酵素レベル、オルガネラレベルでの実験を行った。1.ヒトSPT cDNAクロ-ンの単離と構造決定--ヒト肝ポリ(A)^+RNAよりPhagemidベクタ-pT_7T_318Uを用いてcDNAライブラリ-を作成し、ラットSPTcDNAをプロ-ブとしてヒトSPTに対する全コ-ド領域を含む2個の陽性クロ-ンを単離した。塩基配列からヒトSPTはラットSPTと同じく392個のアミノ酸残基からなり、またラットSPTと79.3%の相同アミノ酸配列を持つことが明らかになった。

更にRNAブロット解析、in vitro翻訳実験でヒトSPTのmRNA、翻訳産物はそれぞれラットペルオキシゾ-ムSPTのmRNA、翻訳産物と同じく約1700nt、約43KDaであった。しかし、このヒトcRNAの5′末端部にラットミトコンドリアSPTのmRNAに見られるN末端延長ペプチド(ミトコンドリア標的シグナル)対応塩基配列が存在した。ヒトSPT遺伝子の発現ではこのN末端延長ペプチドに対応する部分を非コ-ド領域とするような転写開始点決定機構が働いているのではないかと推測される。2.シュウ酸生成に関与する酵素の同定--グリコ-ル酸からのシュウ酸生成は必ずグリオキシル酸を経由することが酵素レベル、オルガネラレベルの実験で確認された。この過程への関与が予想される個々の酵素の特異的な阻害剤、自殺基質を合成等で得た。現在初代培養肝細胞での実験を準備中である。蓚酸は哺乳動物では終未代謝産物であり専ら尿に排泄され,しかもそのCa塩は水に難溶であるため尿路結石の原因となる。最近,常染色体性劣性遺伝疾患である原発性高蓚酸尿症I型(PHl)の原因が肝臓ペルオキシゾ-ムのセリン:ピルビン酸アミノ転移酵素(SPT)の欠損であることが明らかにされた。本研究は,1.未だ不明の蓚酸生成機構を解明すること,2.ヒトSPTのcDNAおよび遺伝子をクロ-ン化し構造を明らかにすることによりPHlの早期診断等の道を拓くことを目的として開始し,目的2は昨年度中にほぼ達成した。単離cDNAを培養COS細胞で発現させると産物は特異的にペルオキシゾ-ムへ移行することから,ヒトSPTは分子内に同オルガネラ標的シグナルを持つと推定された。本年度はたまたま一人のPHl患者が死亡したので,この患者のSPTとその遺伝子についての解折を行った。患者肝臓からクロ-ン化したSPTーcDNAの塩基配列にT(613位)→C点変異が見出され,その結果アミノ酸配列にser→Pro変換が推定された。この点変異により新しくSmaI部位が形成されたので,これを利用してSPT遺伝子にも同変異が存在することを確認し且つこのタイプのPHlの遺伝子診断法を確立した。この患者ではSPTーmRNAレベルは正常の約3倍であるのにSPTはほとんど存在しないことからSPT分解の亢進が推定された。蓚酸生成機構に関しては,直接の前駆体であるグリオキシル酸から蓚酸への酸化触媒能を持つキサンチン酸化酵素,グリコ-ル酸酸化酵素,乳酸脱水素酵素のいずれについても生体内で実質的に蓚酸生成に関与しているという積極的な証拠は得られなかった。しかし,グリオキシル酸とLーシステインの付加化合物であるチアゾリジンー2,4ージカルボン酸をラットに経口投与すると僅かではあるが蓚酸が生成されたので,現在この付加化合物を経由する経路の蓚酸生成への関与の度合を検討中である。
ナイミーヘン症候群遺伝子欠損マウスの作成とその機能解析

Nijmegen(ナイミーヘン)症候群は、免疫不全と高発癌性、小頭症、発育遅滞を特徴とする染色体不安定症候群である。細胞レベルでは毛細血管拡張性運動失調症(AT)と同一の染色体不安定性と電離放射線高感受性、放射線抵抗性DNA合成の形質を示す。今回、マウスNbs1遺伝子内にpGKneo-pAを挿入した置換型Nbs1ターゲティングベクターを作成し、電気穿孔法でES細胞内へ導入して、G418耐性ES細胞コロニーを実体顕微鏡下で採取した。234個の細胞クローンのうち3つのクローンが遺伝子組換え体であった。細胞クローン2種類をブラストシスト内へそれぞれ注入し、偽妊娠マウスの子宮へ移植して、キメラマウスを誕生させた。これをC57BL/6と交配して、PCRスクリーニング法でNbs1遺伝子欠損ヘテロマウスを同定した。マウス個体から組織を採取して、RT-PCR法およびウエスタンブロット法で解析し、Nbs1がヘテロに欠失していることを確認した。Nbs1ヘテロマウスは正常に発育し繁殖可能であり、表現型で野生型マウスと差異を認めなかった。F1ヘテロマウス同士の交配を行い、Nbs1ホモ欠損マウスの作成を進めているが、これまでのところホモ欠損マウスの誕生は見られず、Nbs1が胎生期に必須の因子である可能性が示唆された。現在、胎生致死の可能性を考えて胎生期で胚発生異常の有無を検討している。さらに胎生期のホモ接合変異体から細胞株の分離を試みており、この細胞株について染色体不安定性、放射線感受性、放射線照射後のp53発現誘導などを解析して、Nbs1遺伝子の機能解明を進めていく予定である。Nijmegen(ナイミーヘン)症候群は、免疫不全と高発癌性、発育遅滞を特徴とする染色体不安定症候群である。今回、マウスNbs1遺伝子内にpGKneo-pAを挿入した置換型Nbs1ターゲッティングベクターを作成し、電気穿孔法でES細胞内へ導入して、G418耐性ES細胞コロニーを実体顕微鏡下で採取した。234個の細胞クローンのうち3つのクローンが遺伝子組み換え体であった。これをC57BL/6と交配して、PCRスクリーニング法でNbs1遺伝子欠損へテロマウスを同定した。さらに胎生期のホモ接合変異体から細胞株の分離を試みており、この細胞株について染色体不安定性、放射線感受性、放射線照射後のp53発現誘導などを解析して、Nbs1遺伝子の機能解析を進めている。
数理生態学に基づく群れの対話的アニメーションに関する研究

本研究では,数理生態学に基づき,群れの各個体が出産・成長・死亡を繰り返しながら個体数を変化させる対話的なアニメーションに関する研究を行った.魚や鳥などの群れの動きを表現する研究はCraig ReynoldsによるBoidアルゴリズムなどがあるが,異なる2種の魚(生物)が同じ餌を競い合うなどの互いに競争関係にある状況において,2種の魚(生物)の個体数をなんらかの法則に従わせて時間とともに変化させるような群れのシミュレーションを行う研究は見受けられない.本研究の主たる成果を次に示す.(1)生態系の時間的変化の可視化数理生態学におけるロトカ・ヴォルテラの式に基づき,群れの個体数が時間とともに変化し,また各個体はBoidアルゴリズムによって移動するアニメショーンシステムの作成を行った.群れの各個体数は,支配方程式(ロトカ・ヴォルテラの式)に基づき変化する.支配方程式には,競争関係にある2種および被食者一捕食者関係にある式を利用した.(2)対話的プログラムの作成(1)で述べた理論を実装する対話的なプログラムを作成した.個体数を,リアルタイムで変化させることができ,さまざまな状況の可視化をユーザは対話的に生成することができる.(3)フラクタルによる大規模な群れの表示大規模な群れの動作を効率的に行う手法として,フラクタルに基づく手法を考案した.通常の群れをリアルタイムで表示可能な個体数は2千匹程度であるが,フラクタルによって一万匹以上を表示可能なことを確認した.しかしながら,フラクタルによる群れの生成は,時として不自然な振舞いをすることがあり,今後さらに工夫・改善をしていくことが必要である.(4)GPUによる魚の尾ひれの動きの高速表示魚の尾ひれの動きをGPUによって効率的に動作させ表示する手法を構築した.これにより,約4倍の高速化を確認した.本研究では,数理生態学に基づき,群れの各個体が出産・成長・死亡を繰り返しながら個体数を変化させる対話的なアニメーションに関する研究を行った.魚や鳥などの群れの動きを表現する研究はCraig ReynoldsによるBoidアルゴリズムなどがあるが,異なる2種の魚(生物)が同じ餌を競い合うなどの互いに競争関係にある状況において,2種の魚(生物)の個体数をなんらかの法則に従わせて時間とともに変化させるような群れのシミュレーションを行う研究は見受けられない.本研究の主たる成果を次に示す.(1)生態系の時間的変化の可視化数理生態学におけるロトカ・ヴォルテラの式に基づき,群れの個体数が時間とともに変化し,また各個体はBoidアルゴリズムによって移動するアニメショーンシステムの作成を行った.群れの各個体数は,支配方程式(ロトカ・ヴォルテラの式)に基づき変化する.支配方程式には,競争関係にある2種および被食者一捕食者関係にある式を利用した.(2)対話的プログラムの作成(1)で述べた理論を実装する対話的なプログラムを作成した.個体数を,リアルタイムで変化させることができ,さまざまな状況の可視化をユーザは対話的に生成することができる.(3)フラクタルによる大規模な群れの表示大規模な群れの動作を効率的に行う手法として,フラクタルに基づく手法を考案した.通常の群れをリアルタイムで表示可能な個体数は2千匹程度であるが,フラクタルによって一万匹以上を表示可能なことを確認した.しかしながら,フラクタルによる群れの生成は,時として不自然な振舞いをすることがあり,今後さらに工夫・改善をしていくことが必要である.(4)GPUによる魚の尾ひれの動きの高速表示魚の尾ひれの動きをGPUによって効率的に動作させ表示する手法を構築した.これにより,約4倍の高速化を確認した.本研究の目的は、コンピュータゲームや教育用ソフトウェアを対象とし、数理生態学に基づきboidアルゴリズムによって移動する(魚の)群れの個体数を時間の経過とともに変化させ、ユーザの意図に応じて群れの振る舞いを制御することである。群れの個体数の時間的変化には、数理生態学におけるロトカ・ヴォルテラの式を利用し、個体数を変化させる。ロトカ・ヴォルテラの式は、捕食者-被食者生態系を対象としたものと、競争的2種を対象としたものがあり、2種の個体数の時間的変化を微分方程式によって記述したものがある。本年度は、上記2種のロトカ・ヴォルテラの方程式を利用した基礎的な対話的アプリケーションを作成した。魚の群れをBoidアルゴリズムによって移動させ、各個体はロトカ・ヴォルテラの式に基づき個体数を変化させる。各個体は、成長し、ある程度以上大きくなると出産し、死亡する。各個体の出産数は、ロトカ・ヴォルテラの式から求められた個体数と現在の個体数を比較し、コントロールさせる。捕食者-被食者のロトカ・ヴォルテラの式では、横軸と縦軸をそれぞれ2種の個体数としたグラフ上でループを描きながらある点に収束し2種が共存する、ループを描き続ける、1種のみが生き残るなどの種の運命をパラメータによって制御できる。競争的2種の場合は、どちらかが生存、共存などを制御できる。これらとともに、対話的なアプリケーションとして、魚を捕まえることによって個体数に変化させ、群れの個体数を変化させることができるアプリケーションを作成した。来年度は、シミュレーションモデルは2次元平面であるので3次元空間への拡張、また、多種のモデルのシミュレーションなどを行う予定である。本研究では,数理生態学におけるロトカ・ヴォルテラの式に基づき,群れの各個体が出産・成長・死亡を繰り返しながら個体数を変化させる対話的なアニメーションに関する研究を行った.

魚や鳥などの群れの動きを表現する研究はCraig ReynoldsによるBoidアルゴリズムを初めとして多くあるが,異なる2種の魚(生物)が同じ餌を競い合うなどの互いに競争関係にある状況において,2種の魚(生物)の個体数をなんらかの法則に従わせて時間とともに変化させるような群れのシミュレーションを行う研究は見受けられない.本研究の主たる成果を次に示す.(1)数理生態学におけるロトカ・ヴォルテラの式に基づき,群れの個体数が時間とともに変化する視覚的提示を伴う「生態系の時間的変化」の可視化を行った.群れの各個体数は,支配方程式(ロトカ・ヴォルテラの式)に基づき変化する.支配方程式には,競争関係にある2種および被食者-捕食者関係にある式を利用した.(2)(1)の理論を実装する対話的なプログラムを作成した.個体数を,リアルタイムで変化させることができ,さまざまな状況の可視化をユーザは対話的に生成することができる.(3)大規模な群れの動作を効率的に行う手法として,フラクタルに基づく手法を考案した.通常の群れをリアルタイムで表示可能な個体数は2千匹程度であるが,フラクタルによって一万匹以上を表示可能なことを確認した.しかしながら,フラクタルによる群れの生成は,時として不自然な振舞いをすることがあり,今後さらに工夫・改善をしていくことが必要である.(4)魚の尾ひれの動きをGPUによって効率的に動作させ表示する手法を構築した.これにより,約4倍の高速化を確認した.
資源豊富な元素を用いた次世代型CZTSSe薄膜太陽電池の作製に関する研究

資源豊富な元素(銅、亜鉛、錫、硫黄、セレン)で構成される次世代のCZTSSe薄膜太陽電池を作製するために、化合物からの連続成膜法を用いて作製条件を検討した。2段目の硫黄蒸着量を変化させることで、CZTSSe薄膜中の硫黄含有量を制御できた。CZTSSe及びCZTSe薄膜太陽電池を作製した結果、それぞれの変換効率1.55%と3.93%が得られ、研究開始時のデータを更新した。また、連続成膜後に熱処理を追加することで、開放電圧が向上した。再生可能エネルギーへの期待が一層高まり、安全・安心な太陽光発電が注目されている。本研究では、稀少元素のInやGaを含まず、資源上の制約が少なく、原材料費が安価であるという利点を持っている、次世代型のCu2ZnSn(S,Se)4薄膜太陽電池の高性能化を目指して、成膜技術を検討することを目的とする。まず、単体元素を石英ガラス管内に真空封入し、電気炉を用いて、Cu2ZnSnSe4化合物を自作した。実験Iでは、この化合物を用いて、Mo/ソーダライムガラス基板上に積層プリカーサを形成し、このプリカーサとS、Seをガラス管内に真空封入した後、熱処理してCu2ZnSn(S,Se)4薄膜を作製した。真空封入時のS/(S+Se)比の増加とともに薄膜中のS/(S+Se)比も増加した。太陽電池を作製した結果、封入条件S/(S+Se)=0.2の時に、変換効率0.38%で、開放電圧454mV、短絡電流3.0mA/cm2の特性を示した。プリカーサ中へNaFを添加して太陽電池を作製した結果、NaF/CZTSe=7%の時に、最も高い変換効率2.25%、開放電圧315mV、短絡電流22.0mA/cm2が得られ、NaF添加が短絡電流の向上に有効であることが分かった。実験IIでは、連続成膜法を用いてCu2ZnSn(S,Se)4薄膜の作製条件を検討した結果、Cu2ZnSnSe4化合物とSを基板温度300°Cで蒸着後、基板温度を570°Cに上げ、Sn、Zn、Seを、最後にNa化合物を連続的に蒸着するプロセスが、S組成制御に有効であった。太陽電池を作製した結果、S=0.1g供給した時に、変換効率0.66%で、開放電圧241mV、短絡電流9.06mA/cm2の特性を示した。S=0gでは、変換効率2.04%、開放電圧255mV、短絡電流25.5mA/cm2が得られ、短絡電流の向上が見られた。実験Iでは、Cu2ZnSnSe4化合物を用いて、Se/Sn/(CZTSe+Na2Se)/Znに積層したプリカーサをS+Se雰囲気中で熱処理してCu2ZnSn(S,Se)4薄膜を作製した。熱処理時のS/(S+Se)=0.4一定で、S+Sの総仕込み量を変化させた。その結果、薄膜中のS/(S+Se)比を0.430.87まで制御できた。総仕込み量比0.25のサンプルで、開放電圧494[mV]、短絡電流8.06[mA/cm2]、変換効率1.08[%]の太陽電池特性が得られた。実験IIでは、連続成膜法を用いてCu2ZnSn(S,Se)4薄膜を作製した。蒸着時のS量を増やすと、薄膜中のS量が増加し、薄膜中のS/(S+Se)比を制御できた。薄膜中のS/(S+Se)=0.45の時に、開放電圧244[mV]、短絡電流16.4[mA/cm2]、変換効率1.55[%]の太陽電池特性が得られ、昨年度の記録を更新した。実験IIIでは、連続成膜法を用いて、S量=0のCu2ZnSnSe4薄膜を作製した。NaF添加の影響について検討した結果、NaF添加により結晶性が改善され、NaF/CZTSe=6.7[%]のサンプルで開放電圧274[mV],短絡電流33.3[mA/cm2],変換効率3.93[%]の本研究における最高効率が得られた。本研究は、稀少元素のInやGaを含まず、資源上の制約が少なく、原材料費が安価であるという利点を持っている、次世代型のCu2ZnSn(S,Se)4薄膜太陽電池の高性能化を目指して、成膜技術を検討することを目的として実施している。3年計画の2年目である今年度の検討の結果、初年度より太陽電池の特性が向上し、より適正な成膜技術を見出しつつある。さらに、本研究で提案している連続成膜法という一工程で目的の薄膜を作製する技術の有用性が示されてきており、「おおむね順調に進展している」と判断した。

本研究では、稀少元素のInやGaを含まず、資源上の制約が少なく、原材料費が安価であるという利点を持っている、次世代型のCu2ZnSn(S,Se)4薄膜太陽電池の高性能化を目指して、成膜技術を検討することを目的とする。連続成膜法において結晶性向上を目指して基板温度を上昇させることを検討したが、膜中のSnの減少が問題となることが判明した。そのため、連続成膜法と熱処理法を組み合わせた新たな成膜法を考案した。Cu2ZnSnSe4化合物を用いて、CZTSe、Zn+Sn+Se、Se+NaFの順に連続成膜した薄膜を硫黄と錫の混合雰囲気中で熱処理することで、Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜中のSn量が化学量論組成比に近く、かつS/(S+Se)比が0.95付近に制御できた。このS/(S+Se)比は、太陽光スペクトルに整合する活性層のバンドギャップの理論最適値1.41.5eVに対応している。この薄膜を用いてCu2ZnSn(S,Se)4薄膜太陽電池を作製した結果、連続成膜法のみで作製した場合の開放電圧244[mV]より大きな460[mV]を得ることができた。さらに、連続成膜した薄膜をセレンと錫の混合雰囲気中で熱処理することで、S量=0のCu2ZnSnSe4薄膜の大粒径化を実現できた。太陽電池の効率では前年度の記録を更新できなかったが、新たな成膜法の作製条件を最適化することで更なる効率の向上が期待できる。資源豊富な元素(銅、亜鉛、錫、硫黄、セレン)で構成される次世代のCZTSSe薄膜太陽電池を作製するために、化合物からの連続成膜法を用いて作製条件を検討した。2段目の硫黄蒸着量を変化させることで、CZTSSe薄膜中の硫黄含有量を制御できた。CZTSSe及びCZTSe薄膜太陽電池を作製した結果、それぞれの変換効率1.55%と3.93%が得られ、研究開始時のデータを更新した。また、連続成膜後に熱処理を追加することで、開放電圧が向上した。本研究は、稀少元素のInやGaを含まず、資源上の制約が少なく、原材料費が安価であるという利点を持っている、次世代型のCu2ZnSn(S,Se)4薄膜太陽電池の高性能化を目指して、成膜技術を検討することを目的として実施している。申請時の課題として、太陽電池の短絡電流が小さいことによる変換効率の低さを挙げていた。今回、成膜技術として二つの方法によるアプローチを試みており、研究実績の概要に記載したとおり、両方法ともに短絡電流の向上に寄与するプロセスを見出していることは評価できる。しかしながら、Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜のバンドギャップから想定される短絡電流の値には達しておらず、更なる改善が必要である。また、変換効率の向上には開放電圧の改善も必要であることから、更なる検討を要する。以上の理由より、3年計画の初年度の実績としては「おおむね順調に進展している」と判断した。前年度に引き続き、本研究の独自技術である連続成膜法を用いて、Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜太陽電池の性能向上を目指して、作製条件を検討する。連続成膜法は一工程で目的の薄膜を作製できることから、工業生産に適した成膜技術である。今までの検討の結果、太陽電池の性能向上のためには、薄膜の結晶性及びヘテロ界面を改善することが重要であると考えられる。前者の改善のため、連続成膜時の基板と加熱ヒーターの配置を見直し、より効果的な加熱方式を検討する。後者の改善のためには、バッファ層/活性層のヘテロ界面のシャントパスを軽減することが重要であることから、薄膜の表面処理を検討する。さらに、上記の検討結果を踏まえ、問題点を分析し、太陽電池の更なる特性向上を図る。太陽電池前年度に引き続き、本研究の独自技術であるCu2ZnSnSe4化合物を出発材料として、真空蒸着したCu-Zn-Sn-Seプリカーサや連続成膜法を用いて、Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜や太陽電池の作製条件を検討する。IBMによるhydrazine溶液を用いたCu2ZnSn(S,Se)
GIP分泌抑制による抗肥満効果の検討

GIP欠損マウスを用いてGIP分泌減少およびGIP分泌欠損状態での高脂肪食負荷下の肥満やインスリン抵抗性について評価した。糖負荷後のGIP分泌量は、野生型(WT)マウスに比較してGIP欠損ヘテロマウス(GIPgfp/+)で50%低下し、ホモマウス(GIPgfp/gfp)のGIP分泌は認めなかった。60%高脂肪食負荷を行ったところ、GIP分泌量依存性に体重増加および体脂肪量の増加が抑制された。インスリン負荷試験の結果からGIP分泌の減少および欠損はインスリン感受性を増加させた。よって高脂肪食負荷状態下のGIP分泌の抑制は、高脂肪食肥満やインスリン抵抗性を軽減することが示唆された。インクレチンであるGIPは、高脂肪食負荷状態で血糖維持のための代償的インスリン分泌増加に関与していること、脂肪への直接的なエネルギー蓄積作用を有することが知られている。以上から高脂肪食負荷状態でGIPは、脂肪への直接作用とインスリンを介した間接作用によって肥満を誘導する。また骨組織でGIPは、カルシウムイオンの蓄積にも関与する。本研究ではGIP分泌減少(GIP+/-)及びGIP分泌欠損(GIP-/-)マウスを作製し、生体内でのGIPの分泌抑制が主要なGIP標的臓器である膵β細胞、骨及び脂肪組織にどのような影響を及ぼすかを評価し、特にGIP分泌抑制による抗肥満効果を検討した。通常食負荷下のGIP+/-とGIP-/-マウスでは、経口糖負荷早期のインスリン分泌が野生型(WT)マウスと比較して有意に低下し、糖負荷後の高血糖を認めた。骨形態を比較検討したところ、GIP-/-マウスはWT及びGIP+/-マウスに比較して有意な骨量と骨梁径の減少を認めた。10週間の高脂肪食負荷によってWTマウスは通常食負荷WTマウスと比較して有意な体重増加を認めた。高脂肪食負荷GIP+/-とGIP-/-マウスは、高脂肪食負荷WTマウスに比較して有意に体重が減少し、特にGIP-/-マウスは、3群間で最も低値を示した。10週間の食事負荷後に経口糖負荷試験を行った。高脂肪食負荷は、WTマウスにおいて経口糖負荷後のGIP分泌を2倍に増加させた。一方、高脂肪食負荷GIP+/-とGIP-/-マウスでは、高脂肪食負荷WTマウスに比較して、GIP分泌の50%減少と欠損を認めた。糖負荷後のインスリン分泌量や血糖値は、3群間で有意な差を認めなかった。以上から通常食負荷状態でGIP分泌の減少や欠損は、耐糖能低下や骨量減少させる可能性がある。一方で、高脂肪食負荷下では、GIP分泌量依存的に体重増加を抑制する可能性が示唆された。GIPは,食事摂取によって腸管K細胞から分泌されインスリン分泌を促進するインクレチンである。またGIP受容体は脂肪細胞に発現しエネルギー取り込みに関与する。しかしGIP分泌低下が耐糖能や肥満にどの程度影響するかは明らかでない。我々はGIP欠損マウスを作製し解析を行った。GIPヘテロ・ホモ欠損マウスでは野生型マウス(WT)に比較して糖負荷後のGIP分泌の50%低下、消失を認めた。通常食下の糖負荷後インスリン値はWTと比較してGIPヘテロ欠損, GIPホモ欠損で低下し,血糖値は上昇した。高脂肪食後の体重と脂肪量はGIPホモ欠損で最も低く, GIPヘテロ欠損マウスでWTと比較して有意に低下した。また糖負荷後血糖値は3群間で差を認めないが,インスリン値はWT, GIPヘテロ, GIPホモ欠損マウスの順で低下した。インスリン感受性はGIPホモ欠損マウスで最も高く, GIPヘテロ欠損マウスでWTと比較して有意に高かった。以上から高脂肪食肥満下のGIP分泌抑制は,耐糖能低下なしに肥満を抑制することが明らかとなった。エストロゲンは体組成や骨代謝に関与し、エストロゲン欠乏が肥満ならびに骨粗鬆症を促進することが知られている。我々は、エストロゲン欠損下のGIP分泌抑制が体重、耐糖能、骨量に及ぼす影響について検討した。6週齢雌の野生型マウス(WT)、GIP遺伝子ヘテロ欠損(GIP+/-)、GIP遺伝子ホモ欠損マウス(GIP-/-)に卵巣摘出を行った。WTにコントロール手術を行った(Sham)。通常食負荷下に8週間の体重の推移を評価した。経口ブドウ糖負荷試験(OGTT)を行い、血糖値、インスリン値を測定した。デキサにて骨密度を評価した。腹部CTにて内臓および皮下脂肪量と骨密度を測定した。血中オステオカルシンとCTxを測定した。WTはShamに比較して有意な体重増加を認めた。GIP+/-はWTに比較して体重の低下を認めないが、GIP-/-は有意な低下を認めた。皮下および内臓脂肪量はGIP-/-で有意な低下を認めた。OGTT時の血糖値はShamで低い傾向にあったが、摘出マウス3群間で有意な差を認めなかった。インスリン15分値はWTで高く、他の3群で有意な差を認めなかった。軟X線による頭尾長は4群間で有意な差を認めなかった。デキサおよびCTによる骨密度は、Shamに比較して卵巣摘出術マウス3群で有意に低下したが、3群間で有意な差を認めなかった。

海綿骨および皮質骨厚は、WTに比較してGIP-/-で有意な低下を認めた。オステオカルシンはWTに比較してGIP-/-で有意な低下を認めた。またCTxはGIP-/-で高い傾向を認めたが、4群間で有意な差を認めなかった。以上から野生型マウスにおいて卵巣摘出によるエストロゲン欠損は体重と脂肪量を増加させるが、GIP分泌欠損は体重と脂肪量増加を軽減した。一方でGIP分泌欠損は海綿骨および皮質骨厚の骨組成を低下させた。GIP欠損マウスを用いてGIP分泌減少およびGIP分泌欠損状態での高脂肪食負荷下の肥満やインスリン抵抗性について評価した。糖負荷後のGIP分泌量は、野生型(WT)マウスに比較してGIP欠損ヘテロマウス(GIPgfp/+)で50%低下し、ホモマウス(GIPgfp/gfp)のGIP分泌は認めなかった。60%高脂肪食負荷を行ったところ、GIP分泌量依存性に体重増加および体脂肪量の増加が抑制された。インスリン負荷試験の結果からGIP分泌の減少および欠損はインスリン感受性を増加させた。よって高脂肪食負荷状態下のGIP分泌の抑制は、高脂肪食肥満やインスリン抵抗性を軽減することが示唆された。GIPヘテロ,ホモ欠損マウスの耐糖能やインスリン分泌能についての評価と通高脂肪食負荷後の体重や耐糖能、インスリン感受性についての評価は順調に終了した。代謝学GIPヘテロ,ホモ欠損マウスを用いてGIPの骨代謝への影響を評価していく予定である。また高脂肪食肥満以外の他のモデルマウスにおけるGIPの作用についても検討する予定である。GIP分泌減少及び欠損モデルマウスでの解析が順調に進行している。すでに高脂肪食負荷GIP分泌減少及び欠損マウスのCTによる体組成解析や単離膵島を用いたインスリン分泌能の評価、インスリン負荷試験によるインスリン抵抗性の評価も終了している。現在、高脂肪食負荷肥満モデルマウスでの評価を行っているが、今後は、GIP分泌減少及び欠損ob/obマウスを作製し、過食肥満モデルマウス下でのGIP分泌抑制の効果も評価していく予定である。
病原性ミトコンドリアゲノムの臓器特異的維持・排除機構の解析

大規模欠失型(△)ミトコンドリアゲノム(mtDNA)を含有するマウスの病態表現型を精査した結果、新生児期には造血と鉄代謝異常を主体とした肝臓病態を、成体時期には全身性のエネルギー欠損による全身性の代謝異常病態がそれぞれ誘導され、また個体よってはこれら2つの病態を遷移発症することを見出した。さらに、このような複雑な病態発症は、臓器に導入されている△mtDNAの量的変化によって制御されていることを明らかにした。病原性突然変異型mtDNAの蓄積が様々な病気(ミトコンドリア病、神経変性疾患、がん、糖尿病、さらには老化)などに関与している可能性が示唆され大きな注目を集めている。しかし、このようなミトコンドリア関連疾患の病態発症研究では変異型mtDNAの病原性探索に終始し、それらの病型を特徴づける「臓器間における変異型mtDNAの蓄積の差異」については、その分子機構はおろか、存在すら証明されていない。本研究では、野生型ミトコンドリアゲノム(mtDNA)と病原性欠失型mtDNAを混在させたマウスにおいて、欠失型mtDNAの蓄積が臓器間で異なるという現象の発見を発端に、この「臓器間における欠失型mtDNAの蓄積の差異」を生み出す生体機構を解明し、多様なミトコンドリア関連疾患の病態発症研究に新たな視点の創成を目指している。今年度は、mtDNA動態とそれを変化させる要因に関して研究を行った。まず、胚期-出生-成長という時間軸における欠失型mtDNA動態をリアルタイムPCR法にて定量化し、臓器間マップを作成した。その結果、胚期では臓器間で欠失型mtDNAの含有に大きな差異はみられないものの、出生後早期に欠失型mtDNAの蓄積傾向が変化することが分かった。特に肝臓における蓄積は他の臓器のそれより極めて緩慢であり、逆に腎臓や心臓では明らかに欠失型mtDNAの蓄積が顕著であった。このような特的臓器における欠失型mtDNAの蓄積傾向は病態発症と相関しているため、このような蓄積を制御する生体機構の解明とその抑制は一定の治療効果につながると期待できる。さらに、欠失型mtDAの蓄積によるミトコンドリア呼吸機能不全状態にて必発する乳酸の過産生にミトコンドリアバイオジェネシスをさらに低下させる二次的な病原性があることを見出した。また、乳酸産生の抑制はmtDNAの複製・転写を増強することから、過産生された乳酸が欠失型mtDNAの動態変化にも関与することが明らかとなった。しかし、このようなミトコシドリア関連疾患の病態発症研究では変異型mtDNAの病原性探索に終始し、それらの病型を特徴づける「臓器間における変異型mtDNAの蓄積の差異」については、その分子機構はおろか、存在すら証明されていない。今年度は前年度の実験結果を受け、胚時期-出生-成長という時間軸における欠失型mtDNA動態と病態発症特性について検討した。その結果、病原性欠失型mtDNAを混在させたマウスにおいて、胚時期には造血系と肝臓における病態が発症し、このような個体は生後早期に死亡することが分かった。興味深いことに、このような新生児には致死を逃れる個体が少なからず存在し、これらでは造血系や肝臓における欠失型mtDNAの含有率は低下することが分かった。このような個体は成長とともに欠失型mtDNAが多臓器において蓄積し、結果として典型的なミトコンドリア病の病態を呈することが分かった。すなわち、本研究結果は、単一の欠失型mtDNAは胚時期-出生-成長という時間軸においてその蓄積動態を変化させ、異なる病型の原因になる可能性を示唆している。さらに、欠失型mtDNAの動態変化に影響を及ぼす要因の1つとして細胞内品質管理に着目し、オートファジー関連因子の破壊マウスにおけるミトコンドリアの形態機能変化に関する実験を行い、一定の成果を得た。病原性突然変異型ミトコンドリアゲノム(mtDNA)の蓄積が様々な病気(ミトコンドリア病、神経変性疾患、がん、糖尿病、老化など)などに関与している可能性が示唆され、突然変異型mtDNAの蓄積を起点とした病態発症機構の存在が広く注目を集めている。

本研究では、野生型mtDNAと病原性欠失型mtDNAを混在させたマウスにおいて、欠失型mtDNAの蓄積が臓器間で異なるというユニークな現象の発見を発端に、この「臓器間における欠失型mtDNAの蓄積の差異」を生み出す生体機構を解明し、多様なミトコンドリア関連疾患の病態発症研究に新たな視点の創成を目指した。最終年度はこれまでの成果を受け、胚時期ー出生ー成長という時間軸における欠失型mtDNA動態と病態発症特性について検討した。その結果、単一の病原性分子である欠失型mtDNAが、その増減動態によって少なくとも2つの病型をマウス個体に誘発できることを明らかにできた。すなわち、胚時期の血球系や肝臓では欠失型mtDNAの蓄積により貧血や鉄代謝の異常が誘導され、死に至る場合もあった。出生後、これらの臓器の欠失型mtDNAは減少(野生型mtDNAとの比が減少)し、貧血と鉄代謝異常が緩解した。これらの個体の心臓や腎臓をはじめとする主要な臓器では欠失型mtDNAが増加し、典型的なミトコンドリア病を発症するに至った。さらに、このような欠失型mtDNA動態機構を解明するため、細胞内品質管理、mtDNAの複製、細胞死に着目し、一定の成果を得た。本成果は現在、投稿中である。病原性欠失型mtDNAの臓器含有動態変化を病型形成の原因として考察できる実験成果を得ていることは本研究の目的達成のために極めて重要である。一方、病原性欠失型mtDNAの臓器含有動態変化を制御する分子機構の解明については、主要因の特的には至っていない。しかし、細胞内の品質管理/ミトコンドリアバイオジェネシスへの着想により大きな進展が見込まれる。このため、おおむね順調に進展しているとした。24年度が最終年度であるため、記入しない。細胞内の品質管理/ミトコンドリアバイオジェネシスに着目することで、病原性欠失型mtDNAの臓器含有動態変化を制御する分子機構を明らかにしたい。胚時期-出生-成長という時間軸における欠失型mtDNA動態と病態発症特性についても詳細は病理を追求したい。
原子炉ニュートリノを用いた共同研究に関する企画調査

原子炉ニュートリノを用いた国際的な連携を含めた共同研究の準備調査を早期に実現させるため,以下のような企画・調査が実施された。1.全員による企画会議及び部分による頻繁な打ち合わせ,視察等が実施された。2.KASKA検出器に関する問題点の分析し,その最適化を図るための検討をした。3.原子炉ニュートリノによる研究及びその周辺についての理論的な背景についての研究を行った。4.原子炉ニュートリノを用いるという特徴とその規模を考慮し,原子炉研究の側面での意義の調査を行うとともに,原子力学会へも働きかけた。5.世界の原子炉ニュートリノ研究者を集めた国際研究集会を開催した。D-Choozグループなどの原子炉ニュートリノ実験の関係者,及び原子炉ニュートリノスペクトルの計算を行っている理論家等を国内外から招聘し,世界第一線の原子炉ニュートリノ研究者達と最新の情報を交換し,今後の方向を議論した。6.原子炉ニュートリノ研究のホームページを充実させ,国内外の情報集約と研究者間の情報伝達を促進する。7.実験技術などの情報交換のため,海外の研究所の視察や国際会議での発表を行った。8.以上の調査等を元にして,原子炉ニュートリノ振動検出実験の計画を立てると共に,ニュートリノによる原子炉研究に関する研究項目を決める。本調査終了時には,報告書をまとめる。以上の企画調査活動を行うために,頻繁な企画会議と小規模な打ち合わせ、及び国際研究集会をもった。また、国際会議や原子力学会などでの講演などを積極的に行うとともに、中軸となる原子炉ニュートリノ実験の研究概要を示すパンフレットを作成した。