hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
iPS細胞作製技術を応用したヒト人工膵幹細胞、人工肝幹細胞の樹立

本研究では、iPS細胞作製技術を応用して、ヒト人工組織特異的幹細胞(induced tissue-specific stem cells: iTS細胞)を樹立することを目的としている。われわれの研究室では、山中因子をそれぞれの組織に一過性発現させ、組織特異的幹細胞のマーカーで細胞を選択することにより、マウス膵幹細胞および、マウス肝幹細胞を人工的に作製することに成功している。この細胞の利点は1)樹立効率がiPS細胞よりも高い、2)分化誘導効率がES/iPS細胞より高い、3)奇形腫形成がなくES/iPS細胞で懸念された未分化細胞残存による腫瘍形成の心配がない、の3点である。この技術は膵・肝のみならず、さまざまな組織に関して応用可能であると考えられるため、画期的な技術であるといえる。本研究期間において、ヒト膵幹細胞およびヒト肝肝細胞の人工的作製を6因子(OCT3/4, SOX2, KLF4, p53shRNA, L-MYC, LIN28)の一過性発現で試み、樹立することに成功した。ヒト膵幹細胞、ヒト肝幹細胞ともに組織特異的マーカーの発現を確認した。また、免疫不全マウスへの移植にて、奇形腫形成がないことも確認した。さらに分化誘導効率の検討を行い、iPS細胞よりも分化誘導効率が高いことが証明された。本研究により、ヒト組織特異的幹細胞を人工的に作製する技術が確立した。今後、臨床応用化へ向けてiTS細胞の有効性・安全性試験を行っていきたい。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。われわれの研究室では、山中因子をそれぞれの組織に一過性発現させ、組織特異的幹細胞のマーカーで細胞を選択することにより、マウス膵幹細胞および、マウス肝幹細胞を人工的に作製することに成功している(Cell Death Differ (IF 8.184)に報告)。平成28年度は申請書通りに実験を実施し、予想された結果を得ている。平成28-29年度において、ヒト膵幹細胞およびヒト肝肝細胞の人工的作製を6因子(OCT3/4, SOX2, KLF4, p53shRNA, L-MYC, LIN28)の一過性発現で試み、それと思われるコロニーを樹立した。現在、分化誘導効率の検討を行っている。平成29年度は申請書通りに実験を実施し、予想された結果を得ている。<平成29年度計画:ヒト人工肝幹細胞の樹立>われわれの研究室では、山中因子の発現するプラスミドを用いて、マウス肝組織からiPS細胞とともにiTS-L細胞の樹立にも成功した。

この細胞群は樹立効率がiPS細胞より高く、奇形腫形成が認められなかった。さらに肝細胞への分化誘導を行ったところ、ES細胞から分化誘導を行った場合の6倍高いアルブミンの遺伝子発現が認められた。これらのデータを背景に、本研究で、ヒトiTS-L細胞が安定して樹立できる手技を確立することを目的とする。ヒト肝細胞の入手方法であるが、いくつかの企業からヒト肝細胞が販売されているため(例:タカラバイオ、製品コードC-12850)、販売されている細胞を購入し使用する予定である。<平成30年度計画:膵ベータ細胞、肝細胞への分化誘導、およびモデルマウスへの移植>iTS-P細胞からインスリン分泌細胞への分化誘導は2014年にハーバード大学のMelton研究室から報告された方法を用いる(Cell 2014, 159, 428-439)。iTS-L細胞から肝細胞への分化誘導は研究代表者の共著論文(Nat Biotech 2006, 24, 1412-1419)に報告されている方法を用いる予定である。分化誘導を行った細胞は、糖尿病モデルマウスの腎被膜下、および90%肝切除を行った急性肝不全モデルマウスの脾臓への移植により評価を行う。研究代表者は、これらの分化誘導法および移植実験を数多く経験しており、手技的な問題はない。a.膵ベータ細胞への分化誘導、糖尿病マウスへの移植ES/iPS細胞からインスリン分泌細胞への分化誘導はNat Biotech 2006, 24, 1392-1401に報告されている方法が多くの施設で使用されている。生体では受精卵から、1. Definitive endoderm、2. Primitive gut tube、3. Posterior foregut、4. Pancreatic endodermを経てインスリン分泌細胞へと分化していくが、このプロトコールはこの過程をin vitroで模倣した形になっており(5ステッププロトコール(Stage 1-5))理にかなった方法である。また、2014年10月にハーバード大学のMelton研究室から、移植に使用可能なレベルのインスリン分泌細胞を作製したとの報告がなされ、その分化誘導法が公開された(Cell 2014, 159, 428-439)。この2つの分化誘導法を比較検討し、より有効な分化誘導法を選択し、使用する予定である。分化誘導を行った細胞は糖尿病マウスへの移植により評価を行う。研究代表者は、Nat Biotechの分化誘導法および糖尿病マウスへの移植を数多く経験しており、手技的な問題はない。b.肝細胞への分化誘導、および急性肝不全モデルマウスへの移植ES/iPS細胞から肝細胞への分化誘導は研究代表者の共著論文(Nat Biotech 2006, 24,1412-1419)に報告されている方法を用いる予定である。分化誘導を行った細胞は、90%肝切除を行った急性肝不全モデルマウスの脾臓への移植により評価を行う。研究代表者は、Nat Biotechの分化誘導法および肝不全モデルマウスへの移植を数多く経験しており、手技的な問題はない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
天然物合成のための高選択的炭素-炭素結合生反応の開発

本研究は、テルル-金属交換反応を用いることにより、ビニル亜鉛およびビニルアルミニウム化合物の効率的な生成法を開発し、高選択的な炭素-炭素結合生成反応に応用することを目的として行った。種々のビニルテルリドとジエチル亜鉛との反応を検討した結果、THF等の配位性溶媒を用いることにより、テルル-亜鉛交換反応が室温で効率よく進行することを見いだした。本反応では二重結合の異性化がほとんど起こらないため、シス体およびトランス体のビニルテルリドから、対応するビニル亜鉛化合物が選択的に生成する。本反応は、ハライド塩の存在しない条件下でビニル亜鉛化合物を効率よく生成させる方法として有用であると考えられる。また同様の手法により、ビニルテルリドとトリエチルアルミニウムから、対応するビニルアルミニウム化合物を効率よく生成させることに成功した。この反応は、上記の反応とは異なり、配位性の溶媒中ではほとんど進行せず、クロロホルム等の非配位性極性溶媒中で効率よく進行する。また、本反応では、二重結合の立体が完全に保持される。これらの反応の合成化学的利用として、パラジウム錯体およびヨウ化銅を用い、上記の反応により生成されたビニル金属種とアリールハライドおよびアリルハライド類とのカップリング反応を検討した。その結果、炭素-炭素結合生成反応が効率よく進行し、対応するオレフィン類が良い收率で生成した。これらの反応では、ビニル金属種を単離することなく一連の反応を同一の反応容器中で行えること、およびビニルテルリドの二重結合の立体化学が生成物に完全に反映されることから、これらの反応は立体選択的にオレフィン類を生成する簡便な手段として、合成化学上有用であると考えられる。
モンゴル植生変遷域におけるレーダー降水量分布と植生指標分布の年々変動に関する研究

これまでに2003-2005年の3年間にわたり,モンゴル国際空港レーダーで観測されたレーダー降水分布データとSPOT_NDVIデータが蓄積された.このデータを用いてモンゴル植生変遷域におけるNDVI(植生活動度)の時空間変動とレーダー降水量分布の関係についての解析を進めた.その結果,降水量の少ない乾燥ステップでは,多量の降水が6-7月にもたらされると,その領域のNDVI偏差は,10-40日後に正になる(植生活動度が活発)ことが分かった.逆に,6-7月の降水が少ないと負のNDVI偏差になる.そして,6-7月の降水が多い年には,NDVIが最大値を示す時期が早まることが分かった.つまり,6-7月の降水は,乾燥ステップの草本の生育時期を早め,かつ,植物生産量も増加させていることが示された.一方,比較的降水量が多い森林ステップでは,6-7月の降水量が大きく変動しても,NDVI偏差の正負やNDVIが最大に達する時期との関係は不明瞭であった.非常に降水量が少ない2005年であっても,正のNDVI偏差が観測された領域もあることから,森林ステップ。における草木の降水量に対する応答は,乾燥ステップと大きく異なることが示された.このように,レーダー降水量分布データを利用することで,半乾燥域の植生が降水に対して,どの様に応答するのかを,明瞭に示すことができた.1.モンゴルの地上気象データと衛星データから計算された植生指標(NDVI)を使って,気象要素の変動が植生活動度に与える影響について調べた.NDVI急増期(植物成長期:5-7月)の植生活動度と11-12月の気温とは有意な負の相関(99%有意水準),1-3月とは有意な正の相関が見られ,季節により気温の影響の仕方が異なる点が興味深い.NDVI極大期(植物繁茂期:7-8月)の植生活動度は1-2ヶ月前の降水量と正の相関が非常に高く,極大期の気温と負の相関が認められた.また,NDVI急増期とNDVI最大期の植生指標は1-数ヶ月前の気象要素と相関があるため,1ヶ月前までの月平均気温・月降水量を説明変数に用いたNDVI急増期・NDVI最大期のNDVIを予測する実験式を各地上観測毎に作成した.2.7-8月の植物繁茂期の植生指標に大きな影響を与える降水の季節進行の特徴を調べた.モンゴルでは6-8月に降水の約80%がもたらされるが,7月中旬には降水量が減少する「雨期の中休み」が存在することを明らかにした.この中休みの原因は次のように考えられた.6-8月にユーラシア大陸で亜熱帯ジェット気流に補足された定在Rossby波が顕著になり,7月中旬に最も発達する.この定在Rossby波は順圧的な鉛直構造を持ち,かつ,Rossby波の位相はモンゴル域で気圧の峰になっている.そのため,モンゴルでは7月中旬に背の高い気圧の峰が発達し,降水が減少する.また,定在Rossby波の年々変動と7月の降水量変動がよく対応していた.3.2002年11月-2004年8月のモンゴル空港レーダーデータを入手し,降水量分布データに変換した.同期間のSPOT_NDVIデータも入手した.2002年は少雨であり,2003年は平年並みの降水がもたらされていた.それに対応して,植生活動度の絶対値や季節進行にも違いがあることを予備解析で明らかにした.今年度の研究成果は,次の二つに大別される.1.1960年2003年までのモンゴル全域に亘る日雨量データを作成して,植生指標の変動に大きな影響を与える6-8月の降水の年々変動の特徴とその変動を決めている要因について調べた.モンゴルの暖候期降水量の季節変化には,7月中旬に降水量が増加するA型(計13年)と,逆に,7月中旬に降水量が減少するB型(計12年)が見られた.A型は1960年代に,B型は1980年代に頻繁に出現し,1990年以降はA型とB型とが出現していた.A型年には,7月中旬頃に定在ロスビー波に伴う気圧の谷がモンゴルを覆い,降水がもたらされやすい循環場が作られていた.一方,B型年には,7月中旬頃に定在ロスビー波に伴う気圧の峰がモンゴルを覆い,降水が起き難い循環場が作られていた.つまり,ユーラシア大陸規模の定在ロスビー波の年々変動が,モンゴルの降水の季節変化を決める一つの要因であることが分かった.2.これまでに2003-2005年の3年間のレーダー降水分布データとSPOT-NDVIデータが蓄積された.このデータを用いて植生変遷域の時空間変動とレーダー降水量分布の関係について解析を行い,次の知見を得た.2003年7月には,ウランバートルの西の平原において,数10kmスケールの範囲に多量の降水がもたらされた.この雨域に対応して,8-9月には植生指標(NDVI)の正の偏差域が出現していた.レーダー降水量を用いて,植生活動度の2次元的な季節予報の可能性が示された.これまでに2003-2005年の3年間にわたり,モンゴル国際空港レーダーで観測されたレーダー降水分布データとSPOT_NDVIデータが蓄積された.このデータを用いてモンゴル植生変遷域におけるNDVI(植生活動度)の時空間変動とレーダー降水量分布の関係についての解析を進めた.

その結果,降水量の少ない乾燥ステップでは,多量の降水が6-7月にもたらされると,その領域のNDVI偏差は,10-40日後に正になる(植生活動度が活発)ことが分かった.逆に,6-7月の降水が少ないと負のNDVI偏差になる.そして,6-7月の降水が多い年には,NDVIが最大値を示す時期が早まることが分かった.つまり,6-7月の降水は,乾燥ステップの草本の生育時期を早め,かつ,植物生産量も増加させていることが示された.一方,比較的降水量が多い森林ステップでは,6-7月の降水量が大きく変動しても,NDVI偏差の正負やNDVIが最大に達する時期との関係は不明瞭であった.非常に降水量が少ない2005年であっても,正のNDVI偏差が観測された領域もあることから,森林ステップ。における草木の降水量に対する応答は,乾燥ステップと大きく異なることが示された.このように,レーダー降水量分布データを利用することで,半乾燥域の植生が降水に対して,どの様に応答するのかを,明瞭に示すことができた.
多世代共生コミュニティの持続可能性と課題の解明―コレクティブハウジングを事例に―

高齢化が進展する日本社会において、いかにして持続可能な多世代共生コミュニティが可能になるのかは、多世代共生社会のモデル構築において喫緊の課題である。本研究では「コレクティブハウジング」と呼ばれる住まい方を事例に、多世代共生コミュニティの持続可能性とその課題に対して社会学的アプローチを用いて明らかにする。研究では、1多世代共生コミュニティのコンセンサス形成過程とその持続可能性の解明、2多世代共生コミュニティにおける成員の高齢化の課題とその克服手法の解明、の2つの研究課題に取り組む。
遺跡地層データの集約的活用による先史大阪平野の古地形復元と遺跡立地に関する研究

この研究は遺跡の地質や環境データを総合的に活用することによって精密な古地形や古環境を復元し、大阪平野に分布する先史時代遺跡群の特徴を明らかにすることを目的とする。まず、旧石器時代から縄文時代にかけて遺跡の基本情報や地層データ、周辺地域の地質調査によるボーリング・データ等の収集を行い、古地形や古環境を復元するために必要な作業を行った。これらのデータをもとに総合的な分析を行った結果、以下のことが明らかとなった。旧石器時代において、大阪平野における遺跡群の形成は、二上山のサヌカイト原産地遺跡を中心として、そこから放射状に広がった台地や丘陵の縁辺に沿って展開した。しかし、遺跡の大半は小規模であり、ベースキャンプと考えられる大規模な遺跡は原産地周辺に集中している。例外は、大河川の淀川北岸に位置する郡家今城遺跡である。この遺跡を中心に富田台地には様々な遺跡が認められる。こうした遺跡群分布の偏在は、いくつかの地形的かつ環境的な条件が作用していた可能性がある。つまり、淀川南側の大阪平野東北部では、旧石器時代にも沼沢地や低湿地が存在していたため、この地域を囲むようなかたちで遺跡群が形成され、その結果、集団領域が原産地周辺と淀川北岸の大きく2地域に分かれた可能性がでてきた。縄文時代には、地形がめまぐるしく変化したため、旧河川を復元することは難しい。したがって、広域な古地形の正確な復元はできなかった。しかし、最近の調査によると枚方丘陵の先端で形成された扇状地では、縄文時代の長期間を通して居住が続いたことが分かった。さらに、縄文時代前期に最も広がる河内湾の汀線が大阪平野南部の長原遺跡付近にあったことも確認された。これらはそれまでの考え方に変更を促す新たな成果である。河内湾が発達した縄文時代前期・中期までは、遺跡群は沿岸部にそって形成され、その数は多くはなかったが、後期になると遺跡数が大幅に増大する。この段階には遺跡は河内湖周辺の扇状地や微高地といった以前には居住しなかった場所に形成されるようになった。この時期には自然地形の変化は大きくなかったので、こうした遺跡の急増は、生業や領域の安定化や交易システムの整備といった社会的な変化も少なからず影響を与えたものと思われる。本年度は、課題研究に係わり以下の作業等を実施した。本研究は先史大阪平野の古地形復元とそれが遺跡立地に与える影響を明らかにすることを目的としている。対象とする時代は旧石器時代から縄文時代にかけてであるが、今年度はこれら時期に関係する地層データの収集作業に重点を置いた。収集の対象としたのは市内各所で行われた自治体等による既往のボーリング調査などであり、これらの地層データの積極的な活用・利用ができるよう収集・整理作業を進めた。なお、関西圏の地盤情報については、関係研究団体により多量のデータが集約・整理されており、こうしたデータも積極的に活用して古地形復元に供することとした。遺跡情報の収集作業については、今年度は旧石器時代を先行して進めた。さらに、検討の結果、縄文時代については、旧河川系の復元が広域になると予想以上に複雑になることがわかった。

したがって、大河川の水系復元に重点を置くとともに、発掘調査が密に行われている地域をスポット的に取り上げて微細地形の復元を並行して実施することとし、その準備作業とデータの収集作業を行った。発掘調査報告をもとにした地層データの収集作業は、ボーリング調査資料や自治体が有している関係各地域の地盤データなどの基本情報の集約と整理を優先したため、当初、目標とした作業量を下回ることとなったが、基本データの収集がほぼ完了したことにより、次年度は詳細な遺跡データの情報収集と分析作業に重点を置く体制が整った。本年度は、課題研究に係わり以下の作業等を実施した。本研究では、地形環境が遺跡立地に与える影響を具体的に明らかにすることを目的としている。昨年度はこれらの基本的なデータの収集に努めたが、遺跡データの遺漏や誤記、座標位置の決定ための追加作業が必要となった。そのため、本年度も大阪平野部で行われたボーリングデータの収集と入力作業を継続して実施した。こうした基礎的な作業を今年度も重点的に実施することとなった。また、昨年度の段階で、旧河川系の詳細な復元については、ボーリングデータのみでは推定復元が難しいことが明らかとなり、沖積層深部にわたる発掘調査の事例も多くはないため、縄文海進後の河内湾から河内湖への変遷過程については、大縮尺での推定図の作成を進めることとした。その他、代替案として、遺跡が密集するいくつかの小地域において、発掘調査に基づく所見をもとに詳細な古地形復元を進めることにした。研究分担者および研究協力者と検討した結果、小地域の設定は、淀川流域・枚方四条畷地域・生駒西麓・長原瓜破地域とし、遺跡立地研究として縄文時代の生業圏と居住圏の関係、淀川右岸遺跡立地と淀川渡河の関係、旧石器遺跡立地の比較検討(大阪平野と備讃瀬戸地域)などの項目で個別研究をあわせて進めることとした。基礎作業が中心となったため、それを活用して研究を進める段階が遅れているが、次年度に向けてこうしたデータの拡充と公開方法について検討を進めている。本年度は、課題研究に係わり以下の作業を実施した。1.本研究では、地形環境が遺跡立地に与える影響を具体的に明らかにすることを目的としている。17年度までは、基本的なデータの収集に努め、本年度は成果の取りまとめ作業を中心に行った。特に、これまでに集成した資料の検討を行い、大阪平野における地形上の特色と先史時代の遺跡立地について遺跡形成論的な観点でその構造的な関係を検討した。ただし、基礎作業のうち、大阪平野部における地質調査用ボーリング資料の座標位置の入力作業が遅れていたため、その部分は併行して作業を進めた。2.研究協力者を中心に、(1)淀川北岸域における旧石器遺跡の立地構造、(2)河内湾・河内湖・河内潟等の地形変遷、(3)枚方丘陵部の縄文遺跡の変遷等の研究について取りまとめの作業を行った。また、大阪層群をはじめとする近畿地方の地質学研究の概要について文献を収集し、研究現状と課題について取りまとめをおこなった。3.大阪平野南部の瓜破遺跡・長原遺跡の旧石器資料を観察し、石器遺物集中部の形状や組成について検討を行った。特に、有舌尖頭器の製作跡である長原遺跡89-19次調査地の石器群については、ほとんどの資料が半成品に近い状態で搬入されたことがほぼ確認できた。こうした成果をもとに旧石器人の移動形態についても検討を加えた。
肺サーファクタント蛋白質による感染・炎症・障害防御機構と肺病態克服への臨床応用

肺サーファクタントは気道・肺胞の全表面を覆う組織リポ蛋白質で、肺胞虚脱を防ぐとともに、呼吸器の生体防御を担っている。本研究課題では、肺胞II型細胞にしか発現しないSP-C特異的抗体を作製し、臨床への応用を可能とした。さらに、コレクチンに属するSP-AとSP-Dが、レジオネラ菌や非定型抗抗酸菌に結合し、その増殖を抑制し、宿主細胞に対する傷害活性を阻止することを明らかにした。また、SP-Dが肺胞マクロファージのマトリックスメタロプロテアーゼ活性を抑制することを見いだした。これらの結果は、肺サーファクタント蛋白質を用いた呼吸器障害防御への応用の基盤としてきわめて重要である。本研究の目的は、肺サーファクタント蛋白質(SP-A、SP-C、SP-D)による呼吸器感染症、炎症、障害防御機能の分子機構を解明し、これらの特異蛋白質を利用した病態肺の診断治療への応用のための分子基盤を確立することである。以下に、今年度の研究成果を要約する。本邦においては初めての抗体であり、肺胞II型細胞特異的なSP-Cの局在、SP-C遺伝子異常に伴う間質性肺疾患の診断に応用可能であることが示唆される。2.肺胞マクロファージをSP-D存在下で培養すると、マクロファージのマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)9活性が著明に現弱し、MMP9蛋白の発現量が低下していた。このことは、SP-DがMMP9活性を制御していることを示すとともに、SP-DによるMMP9活性制御がSP-D KOマウスでみられる肺気腫様病態に関わっている可能性を示唆している。3.SP-AとSP-Dの肺コレクチンは、レジオネラ菌にカルシウム依存性に結合し、レジオネラ菌の増殖を抑制した。また、肺コレクチン存在下でレジオネラ菌をマクロファージに感染させると、IV型分泌機構によるマクロファージ傷害活性が抑制され、貪食されたレジオネラ菌の細胞内増殖が抑制された。このことは、肺コレクチンがマクロファージをレジオネラ感染から防御し、菌の細胞内増殖を抑制することを示している。本研究の目的は、肺サーファクタント蛋白質(SP-A、SP-B、SP-D)による呼吸器感染症・炎症に対する防御機構の分子機序を解明し、これらの特異蛋白質を利用した病態肺の診断治療への応用のための分子基盤を確立することである。以下に、平成21年度の研究成果を要約する。1.肺コレクチンのSP-AとSP-Dは、レジオネラ菌に結合し、培養液中での細菌増殖を抑制するとともに、マクロファージに感染、貧食された後の細胞内増殖が肺コレクチン存在下での感染で有意に抑制された。マクロファージ内に取り込まれたレジオネラ菌とリソソームのマーカーであるLAMP-1を免疫染色後、共焦点顕微鏡で観察したところ、肺コレクチン存在下での感染では両者の多くが共局在していた。また、酸性化画分に有意に多くの菌が存在した。このことは、肺コレクチンが細胞内でレジオネラ菌のリソソームへの移動を促進していると考えられた。2. SP-Aは非定型抗酸菌に結合し、培養液中での菌の増殖を有意に抑制した。3.肺胞マクロファージをSP-D存在下で培養するとMMP活性が有意に低下するが、real time PCRによるMMP9 mRNA発現に有意差はなかった。MMP9の蛋白質発現は低下していたので、MMP9生合成後の蛋白の分泌過程にSP-Dが影響を与えている可能性が示唆された。本研究の目的は、肺サーファクタントタンパク質(SP-A,SP-C,SP-D)による呼吸器感染症・炎症に対する防御機構の分子機序を解明し、これらの特異蛋白質を利用した病態肺の診断治療への応用のための分子基盤を確立することである。以下に平成23年度の研究成果を要約する。1.肺コレクチンのSP-AとSP-D存在下でA549細胞ヘレジオネラ菌を感染させると、LC3-IからLC3-IIへの変換が抑制され、抗LC3抗体による免疫染色でLC3の増加が認められなかった。このことはSP-AとSP-Dがレジオネラ菌による細胞のオートファジーを抑制することを示している。3.新生児肺胞蛋白症、および、間質性肺炎患者のBALF中のSP-Cを今回作成した特異的抗SP-CIgY抗体で検出できた。今回の症例ではSP-C欠損を示唆する結果はなかった。4.異所性SP-Dの機能について検討した。

SP-Dは膀胱上皮に発現しており、膀胱上皮に発現しているUroplakin Iaに対するFimH(尿路病原性大腸菌UPEC上の受容体)の結合を阻止することによって、UPECの上皮への接着を阻止していることを示した。さらに、SP-Dは、UPECの凝集、を惹起することによって膀胱上皮へのUPEC接着と上皮傷害を防いでいることを示した。
一本の単層カーボンナノチューブに金属／半導体接合を作り込む革命的作製手法の確立

極超短パルス光である自由電子レーザー(FEL)をCVD成長中に照射し、共鳴吸収させることにより、半導体的単層カーボンナノチューブ(SWNTs)のカイラリティと直径を制御する手法の確立を目指した。結果として、照射したFELのエネルギーに相当する均一なバンドギャップを有するSWNTsを選択的に成長させる新規手法の開発に成功した。さらに、FEL照射をスイッチすることによって、SWNTs成長中にカイラリティを変化させ、任意のタイミングでナノスケールの金属/半導体接合(MSJ)を創り出すことを目指した。その結果、部分的ではあるが、SWNTs内にMSJを作製することに成功した。申請者はアルコール触媒気相成長(ACCVD)過程において、超短パルス光(自由電子レーザー:FEL)を共鳴吸収させ、単層カーボンナノチューブ(SWNTs)のカイラリティをその場成長制御させる全く新しい独創的な手法を開発し、1本のSWNTの中にナノスケール金属/半導体接合を形成することを目指す。さらに、そのナノ接合系を組み込んだ新規のナノ電子デバイスモデルを提案・試作し、期待される超低消費電力・超高速スイッチング特性を確認することも目的としている。平成28年度の成果として、ホットウォール型ACCVD法により、800nmのFEL照射を行いながら面内配向SWNTs成長を試みた。成長密度は約1本/2μmであった。用いた基板はST-cut人工水晶基板である。多波長励起ラマン測定結果により、FEL未照射においては、直径1.07nmおよび1.59nmの金属SWNTsの成長を確認した。FEL照射して成長させた場合、直径約1.1nmの半導体SWNTsの成長を確認した。しかしながら、同時に、1.59nmの金属SWNTsはFEL未照射時と同様に成長した。一連の面内配向した特定のカイラリティ(電気特性)を持つ半導体性SWNTsが成長していることを、mmオーダーの電極間で直接的電気伝導測定によって確認することに成功した。面内配向SWNTsは、単結晶基板の原子配列に沿って成長するため、成長しやすい金属性のカイラリティがある場合、SWNTsの直径制御を見直すために、触媒作製、CVD成長条件を見直す必要があることが分かった。本申請研究の最も注目すべき特色は、以下の三つの新規性、斬新性に要約される。第一に、SWNTsの物性を決定するカイラリティをCVD成長中にその場制御する新規技術を提案し、その手法を確立しようとするところが挑戦的である。第二は、上記の手法を直接的に適用し、FEL照射条件を変えることによって、1本のSWNT成長時に、金属/半導体接合(Metal-Semiconductor Junction:MSJ)を形成することを目指す点は革命的なプロセスである。第三に、一本のSWNTの中に、任意の場所に所望の長さ、異なる伝導性を示す領域を作り込むことを目指す点は斬新である。平成28年度はホットウォール型ACCVD法により、ST-cut人工水晶基板上において、所望の半導体的SWNTsの選択的配向成長に成功しており、第一の目標をほぼ達成したと考えている。また、その結果に基づき、第二段階であるMSJ形成へ向けた実験に移行するにあたり、実験研究を展開する上での指針がえられ、引き続き計画に沿って研究が遂行されるものと判断できるため。本研究の第1の目的は、照射波長を選択して、極超短パルス光である自由電子レーザー(FEL)を共鳴吸収させ、単層カーボンナノチューブ(SWNTs)の直径と共鳴波長で決定されるカイラリティをCVD成長中に制御し、エネルギーギャップEgが均一な半導体SWNTsを様々に作り分ける手法を確立することである。この目的に関して、波長800 nmのFEL照射により、SiO2/Si基板上でSWNTsのカイラリティ制御を試みた。成長したSWNTsのラマン分光結果において、RBMモードはラマン励起波長785 nmにおいてのみ確認でき、この結果より、照射FELのエネルギーに相当するバンドギャップを有するSWNTsのみ成長させる手法の開発に成功したことが確認された。また、この試料のシート抵抗温度変化測定の結果、半導体的伝導特性が観測された。第2の目的として、FEL照射のオン・オフによって、SWNTs成長中に任意のタイミングでカイラリティを変化させ、ナノスケールでの金属/半導体接合を作製することを目指した。これを実現する前段階として、成長方向のそろったSWNTsの作製条件を明らかにすることを試みた。r面単結晶サファイヤ基板を用いて、ホットウォール型CVD法により高品質面内配向SWNTsの成長条件を探索した。炭素源としてアセチレン、蒸着Fe微粒子を触媒とし、雰囲気圧力1 kPaで基板を850°Cまで昇温した時、ステップーテラス溝に沿ってSWNTsを配向成長させることに成功した。併せて、SWNTs成長中に、FEL照射をオフからオンに切り替えて、金属/半導体SWNTs構造を一部実現した。しかし、1本のSWNT内での成長モード変化を直接確認することは出来なかった。そのため、最終的な目標とした、ナノスケールの接合に挟まれた構造を形成し、非線形伝導応答性や量子効果に基づく新規デバイスを作製するには至らなかった。

さらに、FEL照射をスイッチすることによって、SWNTs成長中にカイラリティを変化させ、任意のタイミングでナノスケールの金属/半導体接合(MSJ)を創り出すことを目指した。その結果、部分的ではあるが、SWNTs内にMSJを作製することに成功した。第一の研究目標である、自由電子レーザー(FEL)照射によるカイラリティ(電気特性)の制御を行うという課題についてはほぼ達成された。しかし、今回の電気伝導測定は測定領域がmmオーダーであったので、今後、より精密な電気伝導特性の評価を行うためにはμmオーダーまで微小化して測定する。また、FEL照射して成長させた面内配向SWNTsは、金属的電気特性を示しており、ラマン散乱でも金属SWNTsの成長を確認していることから、一部金属SWNTsの特性が現れたと考えている。面内配向SWNTsは、単結晶基板の原子配列に沿って成長するため、成長しやすい金属性のカイラリティがある場合、SWNTsの直径制御を見直すために、触媒作製、CVD成長条件を見直す必要がある。今後、より詳細なSWNTs成長最適条件の探索を進める。一方、本研究の第二の目的である、1本のSWNTの中にナノスケール金属/半導体接合を形成するため、まず、カリラリティ制御の効率的実現を行うためのSWNTs作製条件の最適化も図る必要がある。その上で、SWNTsの成長途中においてFEL照射を変える(オンオフ動作)ことによって、カイラリティを変化させる実験的検討に取り掛かる。作製した試料のカイラリティ評価については、従前行ってきた、ラマン分光測定を踏襲する予定であるが、加えて、走査型原子間力顕微鏡(AFM)を用いた、表面構造の微細な組織観察も行う。えられた結果をもとにして、最終的な段階では、一本のSWNTの中に、任意の場所に所望の長さ、異なる伝導性を示す領域を作り込むことを実現させる。電子電気材料
高赤方偏移銀河団の統計的研究

銀河の形成と進化は銀河を取り巻く環境に大きく依存する。その起源を遠方銀河団の統計的研究から明らかにすることが本研究の目標である。X線と可視・近赤外データを用いた手法で遠方銀河団探査を行ったところ、約95億年前の小質量銀河団を発見した。この銀河団は現在の宇宙における典型的な質量の銀河団の祖先であるが、95億年前にもかかわらず、すでに星形成をやめた早期型銀河で支配されていたことは非常に興味深い。また、105億年前の原始銀河団の研究も進め、早期の銀河形成を示唆する結果が得られた。これらから、非常に初期の段階から銀河は環境の影響を受けていたことが示唆される。今年度の主な実績は、前年度に発見したz=1.61の銀河群を詳細に調べた論文を出版したこと、ならびにz=2.16にある原始銀河群の解析を大きく進めたことである。前者については、Tanaka et al. PASJ, 2013,65,18として出版され、国際研究会でこの内容に基づいた口頭講演を行い評価を得ている。また、この論文も含めた私の近年の遠方銀河団研究が評価され、2012年度の天文学会研究奨励賞を受賞した。後者に関しては、z=2.16に非常に卓越した銀河の密度超過領域を確認し、その領域を深く近赤外分光観測した。その結果、現在の銀河団の祖先であると思われるこの領域には、すでに星形成を止めた巨大銀河が存在することがわかった。これらの銀河のスペクトルを詳細に調べると、非常に短いタイムスケールで形成されていることが示唆された。これは最新の巨大銀河形成のモデルから予測されるタイムスケールよりも短いようで、将来のシミュレーションに影響を与えるような観測結果である。現在、論文の執筆は最終段階へ来ていて、来年度中には受理されるものと見越している。平成25年度の最も大きな成果は、赤方偏移2.16にある形成途中の銀河団を詳細に調べ、論文として発表したことである(Tanaka et al. 2013, ApJ, 772, 113)。すばる望遠鏡を用いて8時間積分という長時間の近赤外スペクトルを取得し、こういった形成途中の銀河団にすでに星形成活動を止めた、赤い銀河が存在することを初めて分光的に確認した。さらに、そういった銀河のスペクトルを足し合わせることで、CaII H+Kという古い銀河にとりわけ強い吸収線をわずかながら見ることができた。これが本物の検出ならば初めての検出であるが、まだ確証を得るには至っていない。より深いデータを取得すべく観測を続けているが、残念ながら今のところ天気に恵まれずデータが取れていないのが現状である。関連して、以前に発見した赤方偏移1.62の銀河団をHerschel宇宙望遠鏡を用いて観測し、銀河の星形成活動を詳細に調べ、銀河団中心ではやはり星形成を止めた銀河が多いことを確認した(Santos, Altieri, Tanaka et al. 2014, MNRAS, 438, 2565)。以前、他の研究で銀河団中心で星形成活動がとりわけ活発になっていると指摘されたが、そういう傾向はみられなかった。近傍から赤方偏移1.6までにわたって、銀河団の星形成活動をより系統的に調べた研究代表者らの研究からも、そのような活発な星形成は確認されていない(Ziparo, ...Tanaka, et al. 2013, MNRAS, 434, 3089と2014, MNRAS, 437, 458)。以前の研究は銀河団一つに基づいたもので、研究代表者らの行ったような統計的な研究がやはり重要であることを改めて確認した。23年度の主な研究成果としては以下があげられる。最も重要な研究成果は、人類が今までに取得した最も深い、X線・可視・赤外データのある、Chandra Deep Field Southでz=1.61の銀河群を発見したことである。これはこのような高赤方偏移で発見された銀河群・団の中で、最も質量の小さいもので、現在の宇宙における典型的な銀河団の祖先であると期待される。そのような形成初期にあると思われる天体を詳細に調べると、銀河群銀河は驚くほど進化の進んだ段階にあることがわかった。銀河群銀河のほとんどは星形成をしていない早期型銀河で、近傍宇宙の銀河群・銀河団と非常に似た性質を持っていた。これは銀河進化の環境依存性が、このような初期においてすでに成り立っていたことを意味する。この内容は論文として投稿中である(Tanaka et al. PASJ submitted)。本研究の目標であった高赤方偏移銀河団の重要性を再確認させられる結果であった。

そこで、より遠方のz=2.16にある原始銀河団PKS1138の非常に深い近赤外分光をすばる望遠鏡を用いて行った。データはすでに整整済みで、現在、解析途中である。また、測光データから銀河の物理サイズが、同じ赤方偏移のフィールド銀河と比べて大きいという示唆も得られ論文として出版した(Zirm, Toft, Tanaka 2012, ApJ, 744, 181)。その他、密接に関連した論文として、大規模分光サーベイのzCOSMOSデータから活動銀河核(AGN)の割合が遠方の銀河群ほど高いことを明らかにしたこと、また高赤方偏移においても、AGNを分光データから効率よく選択する全く新しい方法を開発したことがあげられる。これらは3本の論文となっていて23年度の9-11月に受理されたが、出版が24年度になるので今回の論文リストには入っていないことを付記しておく。平成26年度の最も大きな成果は、人類の持つ最も深いX線銀河団カタログを論文化できたことである(Finoguenov, Tanaka et al. A&A in press)。この中にはいくつかの遠方銀河団が含まれ(すでに論文化したz=1.61の銀河群も含まれる)、今後の多くの研究の基礎的なデータとなるであろう。遠方銀河団のみでなく中間赤方偏移の研究にも有用で、実際にこのカタログを用いて0.5<z<1の銀河群で活動銀河核を持つ銀河の割合を調べたところ、質量の大きい銀河団と比べ、より低質量の銀河群で活動的な銀河の割合が大きいことがわかった(Oh, Mulchaey, Woo, Finoguenov, Tanaka et al. 2014)。残念ながら、目標としていたz=1.61より遠方の銀河団は見つからなかったが、現在さらなるX線観測が進められていて、今後も我々の確立した手法で遠方銀河団探査を継続する予定である。またこの研究の一環で、測光的赤方偏移の技術を伸ばすことができたことは大きな収穫であった。測光的赤方偏移は銀河の見た目の色から距離を推定する手法で、多くの銀河研究の核となる技術である。ここに新しいアイディアを取り入れた手法を開発し、論文として出版した(Tanaka, 2015, ApJ, 801, 20)。これは日本が一丸となって推進しているHyper Suprime-Cam Surveyでも中心的に使われるコードとなっている。さらにこれを利用した銀河団探査をする技術を開発し、このサーベイデータに適用したところ、実際に銀河団候補が見つかりつつある。最遠方銀河団を発見するには、より多くのデータを取得する必要があるが、本研究の今後の発展が(本科学研究費補助金終了後も)大いに期待できる。銀河形成・進化今年度はz=1.61の遠方銀河群の論文が出版され、さらにそのフォローアップ観測をすばるの近赤外多天体分光器を用いて行った。これは銀河種族をさらに調べる上で非常に有用で、この銀河群に関してはフォローアップ観測は順調と言える。現在のところ最遠方銀河団候補は見つかっていないが、今後も探査を進めるつもりである。「今後の研究の推進方策」で述べるように、次の一手も考えてある。一方で、現在の銀河団の祖先と考えられている原始銀河団の研究も推進している。これは遠方銀河団探査と非常に相補的であり、遠方銀河団研究の延長として自然である。現在、論文が投稿直前の段階で、さらなるフォローアップ観測を申請中である。こういった全体像から、本研究はおおむね順調であると言える。
アドホックネットワークモビリティのための間欠的通信プロトコルの研究

本研究は、移動コンピュータのみから構成されるアドホックネットワークおよびセンサネットワーク実現プロトコルにおいて、(1)コンピュータの移動速度が低速、(2)コンピュータの分布は均一、(3)コンピュータは他のいずれかのコンピュータと常時通信可能、(4)各コンピュータは自律的に移動、という従来のアドホックネットワークプロトコルにおける仮定の一部あるいは全部が成立しない環境への適用を可能とする基盤技術の確立を目指し、以下の成果をあげることができた。疎に分布するアドホックネットワーク間の間欠的通信のスループット向上を目指して、移動コンピュータ群間間欠的通信プロトコルを設計、実装した。ここではアドホックネットワーク間ルーティングとアドホックネットワーク内ルーティングとを切り分けることによって、ルーティングテーブルの更新頻度を低減させ、制御メッセージの交換を減らしている。シミュレーション実験評価により、従来のアドホックルーティングプロトコルであるDSDVに比べてルーティングオーバヘッドを大幅に削減し、データメッセージのスループット向上を実現した。高速道路上を移動する自動車群は本研究のモデルと合致することから、ITSシステムにおける広帯域通信への応用が可能である。センサネットワーク等の無線通信ノードが高密度分布するシステムにおけるルーティングコストを削減する手法として、通信ノードをグループ分けし、同一グループのみによる経路探索を初期動作とし、他グループの消極的な仲介によって短縮経路を見い出すルーティング手法を提案し、AODVルーティングプロトコルに基づいたG-AODVルーティングプロトコルを設計した。本プロトコルにより、特に移動コンピュータが高密度に分布する環境においてはネットワークの接続性を低下させることなく、フラッディングのオーバーヘッドを低下させている。本手法は、上記の高密度環境への適用のみならず、各ノードポリシーをルーティングに反映させることによりるselfish node問題解決への可能性も考えられ、今後発展させる予定である。無線通信機能を備えた移動コンピュータのみから構成されるアドホックネットワークを実現するための諸技術がこれまでにも検討されてきたが、ここでは、以下の仮定に基づいている。(1)コンピュータの移動速度は低速である(2)移動コンピュータは均一に分布する(3)移動コンピュータは他の移動コンピュータと常時通信可能である(4)すべてのコンピュータは自律的に移動するしかし、現実のネットワークシステムでは、上記の仮定は必ずしも満足されない。本研究では、平成17年度には、以下の問題について検討を行った。(1)移動するアドホックネットワーク間の間欠的通信を支援する基盤技術の確立各コンピュータの移動は完全に独立ではなく、ネットワークアプリケーションを実行するコンピュータの移動は相互に関係がある。その関係のひとつとして、複数のコンピュータが相互にマルチホップ通信可能なグループ(移動コンピュータ群)を構成して移動するものがある。ここで異なる群に属する移動コンピュータ間の通信は、それぞれの群のいずれかの移動コンピュータが通信可能であれば、マルチホップ配送によって可能となるが、均一に分布し、自律的に移動するコンピュータを対象としたアドホックルーティングプロトコル、データ配送プロトコルでは、通信オーバヘッドが大きく、エンドエンド帯域幅を十分に得ることはできない。本研究では、群を構成して移動することを考慮したルーティングプロトコルCC-WSCP(Cluster-to-Cluster Wireless Sporadic Communication Protocol)を設計した。また、シミュレーション実験により、従来のアドホックルーティングプロトコルであるDSDVと比較し、十分に高い性能が得られていることを確認した。(2)間欠的通信技術に基づく通信サービスの実現移動コンピュータが他のコンピュータと常時接続できるとは限らず、近隣のコンピュータや基地局と限られた時間にのみ通信可能となる間欠的通信サービスのひとつとして、基地局から移動コンピュータに対する放送型サービスについて検討した。移動コンピュータと基地局との限られた通信時間により移動コンピュータのユーザに対して効果的な放送を行なうためには、ユーザにとってより価値の高い情報を提供することが必要となる。この放送コンテンツを決定するファクターとして、情報を得たコンピュータが将来の時刻、位置によって得られる価値を考え、これにコンピュータの分布特性と移動特性(位置変化の条件付確率分布)を加味することによって、現在、各コンテンツを放送することによって、移動コンピュータ群が獲得する利得の期待値を評価することによって、放送スケジュールを作成する手法を確立した。スケジュール作成には、数種類のヒューリスティックを用い、その有効性を実験によって検証した。
歯周組織再生過程における歯根膜細胞分化に対する増殖因子-ECM複合体の影響

歯周組織再生療法の改良に向けて、歯根膜組織における増殖因子と細胞外基質(ECM)の役割を解析した。その結果以下の知見を得た。1、ヒト塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)に対する単クローン抗体BF-24を得た。2、BF-24によりヒト歯周組織を免疫組織染色したところ、多くの細胞がbFGF陽性であり、なかでも歯根膜組織が強陽性を示した。そこで、歯周組織再生・創傷治癒過程おけるbFGFの関与を探るためにビ-グル犬歯槽骨に3壁性骨欠損を作製した。免疫組織染色を行ったところ術後1週間後に強いbFGFの発現が認められた。3、マウス歯根膜細胞クローンMPDL-22を樹立した。本細胞はbFGF存在下に未分化な状態を維持して増殖を続けるが、bFGF非存在下ではコンフルエント後分化が進み石灰化物を合成した。又、セメント質中に含有されるタイプIIIコラーゲン、靭帯にみられるタイプXIIコラーゲンmRNAを多量に発現していた。そこで硬組織内に見いだされる非コラーゲン蛋白のmRNA発現を検討したところ、オステオカルシン、オステオポンチンといった骨内蛋白質の発現が上昇し、これらの蛋白質の発現が分化と関連する可能性が示唆された。4、ヒト歯根膜由来細胞によるECMmRNAの発現を検討したところ、無刺激に比較してbFGF存在下にはラミニンmRNA量は増加したがタイプIコラーゲン産生は減少した。フィブロンネクチン、タイプIIIコラーゲンmRNA量には有意な変化は認められなかった。一方、FGFレセプター-1,2mRNAを発現していた。5、セメント質由来細胞増殖因子を探る目的で、セメント質の酢酸抽出画分から生化学的手法により歯根膜細胞の増殖誘導能を指標に精製を進めた。その結果分子量1020kDaの画分に強い増殖誘導蛋白が存在し部分アミノ酸配列よりIGF-I類似蛋白であることが明らかとなった。本研究は歯周組織再生療法の改良に向けて、増殖因子と細胞外基質(ECM)との関係を中心に解析する事を目的として立案された。平成8年度の研究では歯根膜細胞の増殖、分化過程における増殖因子の関与、それに伴い歯根膜細胞に誘導される変化の検出法の確立を主眼として行い、以下の結果を得た。(1)増殖因子に対する単クローン抗体、BF-2,BF-15,BF-24の樹立ECM結合性増殖因子であるヒト塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)に対する3種類の単クローン性抗bFGF抗体産生細胞を樹立した。bFGFに対する特異性はWestern blot法にて確認され、BF-15,BF-24はbFGF上の同一のエピトープを、BF-2は他の単クローン抗体と異なるエピトープを認識していることが合成ペプチドを阻害因子として用いた競合的ELISA法により明らかとなった。また、これらの抗ヒトbFGF抗体がイヌbFGFに交差反応性を示す可能性が示唆されており、ヒトbFGFの検出のみならず、ビ-グル犬を用いた実験系での増殖因子の検出にも有用であると考えられる。(2)歯根膜細胞の硬組織形成細胞への分化マーカー遺伝子の検索マウス歯根膜細胞クローンMPDL-22はbFGF存在下に未分化な状態を維持してコンフルエント後も増殖を続けるが、bFGF非存在下ではコンフルエントに達すると分化が進み石灰化物の合成を始める。

そこで硬組織内に見いだされるタンパク質のmRNAの発現をNorthern blot法及びコンピューター画像解析により検討したところ、オステオカルシン、オステオネクチンといったECMタンパク質の発現が上昇し、これらの蛋白質の発現が分化と関連する可能性が示唆された。これらの因子は、歯根膜細胞の分化に於けるECM-増殖因子複合体の影響を検討するための指標となると考えられる。歯周組織再生療法の改良に向けて、歯根膜組織における増殖因子と細胞外基質(ECM)の役割を解析した。その結果以下の知見を得た。1、ヒト塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)に対する単クローン抗体BF-24を得た。2、BF-24によりヒト歯周組織を免疫組織染色したところ、多くの細胞がbFGF陽性であり、なかでも歯根膜組織が強陽性を示した。そこで、歯周組織再生・創傷治癒過程おけるbFGFの関与を探るためにビ-グル犬歯槽骨に3壁性骨欠損を作製した。免疫組織染色を行ったところ術後1週間後に強いbFGFの発現が認められた。3、マウス歯根膜細胞クローンMPDL-22を樹立した。本細胞はbFGF存在下に未分化な状態を維持して増殖を続けるが、bFGF非存在下ではコンフルエント後分化が進み石灰化物を合成した。又、セメント質中に含有されるタイプIIIコラーゲン、靱帯にみられるタイプXIIコラーゲンmRNAを多量に発現していた。そこで硬組織内に見いだされる非コラーゲン蛋白のmRNA発現を検討したところ、オステオカルシン、オステオポンチンといった骨内蛋白質の発現が上昇し、これらの蛋白質の発現が分化と関連する可能性が示唆された。4、ヒト歯根膜由来細胞によるECMmRNAの発現を検討したところ、無刺激に比較してbFGF存在下にはラミニンmRNA量は増加したがタイプIコラーゲン産生は減少した。フィブロンネクチン、タイプIIIコラーゲンmRNA量には有意な変化は認められなかった。一方、FGFレセプター-1,2mRNAを発現していた。5、セメント質由来細胞増殖因子を探る目的で、セメント質の酢酸抽出画分から生化学的手法により歯根膜細胞の増殖誘導能を指標に精製を進めた。その結果分子量1020kDaの画分に強い増殖誘導蛋白が存在し部分アミノ酸配列よりIGF-I類似蛋白であることが明らかとなった。
神経伝達物質放出部位における開口放出関連タンパク質の動態の解明

開口放出機構に関連するタンパク質の動態の解明を目的とし、ラットの聴覚系カリックス型シナプスを標本として実験を行った。シナプスにおける情報伝達を確実に行うためには、シナプス前終末からの開口放出機構が機能していることが重要である。開口放出されたシナプス小胞は再利用する必要があるため、細胞内に再び取り込まれる(エンドサイトーシス)。これまでの研究によってエンドサイトーシスは細胞内へのCa流入によって制御されていることが明らかになっているが、Ca流入部位であるCaチャネルには複数のサブタイプが存在する。そこで、幼若期のラットの聴覚系カリックス型シナプスに存在する3種類のCaチャネル(P/Q型、N型、R型)がそれぞれエンドサイトーシスにどのように寄与しているのかを、電気生理学的手法(膜容量測定法)を用いて調べた。その結果、R型Caチャネルがエンドサイトーシスを制御していること、R型Caチャネルとエンドサイトーシスの制御機構が距離的に近接して存在していること、R型Caチャネルを阻害することによってエンドサイトーシスを阻害すると連続刺激に対する開口放出の追随性が悪くなること、が明らかになった。また、開口放出機構を光学的手法によって解明するための手法として、シナプス小胞や開口放出関連タンパク質を蛍光標識して可視化することを試みており、細胞が生きた状態でこれらを可視化し、これらの蛍光強度が活動依存的に変化することを検出することに成功した。ラット聴覚系のカリックス型シナプスにおいてシナプス小胞や開口放出関連タンパク質を可視化し、その活動依存的な変化を測定した研究は現時点においては希少であるため、この手法をさらに洗練させることによって、生体内に近い状態でのシナプス小胞や開口放出関連タンパク質の動態を明らかにすることが期待される。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
アルコール脱水素酵素を用いた不斉還元法の新展開:超臨界流体を反応場とすると?

本研究は、環境にやさしい高選択的な物質変換法を開発することを目的として行っている。具体的には、チチカビ(IF04597,IF05767等)による不斉還元反応の媒体として超臨界二酸化炭素を用い、光学活性アルコールの高効率的合成法の開発をめざす。平成12年度にはに吸水性ポリマー上に固定化したチチカビを用い、o-Fluoroacetophenoneの還元を行うと、超臨界二酸化炭素中において反応が進行することを見い出している。基質特異性を調べるために、様々な位置にハロゲン置換されているアセトフェノン誘導体を用い反応を行ったところ、置換基は不斉収率には、ほとんど影響しなかったが、収率は、o>m>pの順番に減少した。また、保存性が悪い生菌体ではなく、乾燥菌体を用いた反応の検討を行った。水中の反応では、生菌体を用いるよりも効率が良いことが知られているが、超臨界流体中では、生菌体を用いた方が効率が良かった。さらに、生菌体を用いると高価な補酵素(NAD^+もしくはNADP^+)を加える必要がないが、乾燥菌体においては補酵素添加の必要があり、乾燥菌体よりも生菌体の方が超臨界二酸化炭素中の反応には適していることを見い出した。また、本研究により開発された、菌体そのものを超臨界流体中で用いた反応を行う技術は、アルコール脱水素酵素以外の酵素にも応用可能であることを見い出した。っまり、加水分解酵素のような安定性が高い酵素のみでなく、安定性が低い酵素でも超臨界二酸化炭素中で使用できることが判明し、環境に優しく、高効率的、実用的な超臨界流体中での生体触媒反応の可能性を大いに高めたと考えられる。超臨界二酸化炭素中(臨界温度(31.0°C)および臨界圧力(72.8気圧)以上の状態の二酸化炭素中)での酵素反応は、溶媒および触媒の両方が自然界由来のものであるので、環境調和型な反応として注目を浴びている。しかし、ほとんどの報告が、加水分解酵素を用いた反応である。本研究ではアルコール脱水素酵素を用いた反応の検討を行った。超臨界二酸化炭素中でのo-Fluoroacetophenoneの固定化チチカビによる還元の経時変化を調べたところ、反応時間とともに収率は増加し、明らかに反応は超臨界二酸化炭素中で起こっている。本研究が、アルコール脱水素酵素による反応を超臨界二酸化炭素中で行った初めての例である。また、様々な基質の還元を行ったところ、反応は進行し、高い不斉収率で対応するアルコールが得られた。