hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体多光子励起イメージングによる関節炎・関節破壊の機序解明

関節リウマチは、日本の人口の約0.5%の患者を有する最も頻度の高い自己免疫疾患の一つであり、滑膜の炎症に伴う進行性の骨破壊を生じるため、患者の運動機能が著しく制限される。そのため、骨破壊による関節機能障害の制御が、リウマチ治療の最大の課題である。関節リウマチにおける関節破壊は、関節を包む滑膜の炎症から始まり、滑膜の増殖、パンヌスの形成、骨・軟骨破壊へと進行していく。その病態形成には、破骨細胞、マクロファージ、T細胞が複雑に関与すると考えられている。しかしながら、「それぞれの細胞が、いつどのようにして関節内に遊走してきて、関節炎が発症するのか」という関節破壊に関わる細胞の遊走制御や動態については、これまでほとんど解明されていない。そこで、本研究初年度では、関節炎・関節破壊の現場をin vivoで可視化するべく技術開発を行い、生体多光子励起イメージング系を独自に改良することで、動物の生きた関節内における生きた破骨細胞やマクロファージの遊走を経時的に観察することができる実験系を確立した。さらに、関節リウマチ治療薬の薬効評価を単一細胞レベルでリアルタイムに行うことも可能となった。本研究で確立した関節内ライブイメージング系は、今後、関節リウマチの関節炎・関節破壊における「細胞遊走」のメカニズムの解明や、「細胞遊走」を標的とした新たな関節リウマチ治療法の開発において強力な手段となり得ると考えられる。本研究の成果により、従来の研究手法では困難であった生体関節内での生きた細胞の動態の可視化に成功し、平成24年度の研究計画を達成できたため。関節リウマチの治療は、IL-6やTNFaといった炎症性サイトカインを標的とした治療薬が主流となり、「関節リウマチを早期に発見し、早期に治療を開始して関節破壊の進行を抑制する」というのが主な治療指針となっている。しかしながら、「関節破壊の進行過程において、どのタイミングで抗サイトカイン治療薬を使えばいいのか」、「抗サイトカイン治療薬が、関節炎発症過程のどの時期のどの細胞遊走に影響を及ぼしているのか」ということについては明確に分かっていない。今後、本研究で確立したイメージング系を用いて、抗サイトカイン治療が関節炎発症時の「細胞遊走」にどのような影響を及ぼすのか検討を行う。
微量元素高速時間分解X線吸収分光の開発と機能性材料への展開

これまで報告のなかった多成分・微量成分に対するポンププローブ高速時間分解X線吸収分光計測を世界に先駆けて実現した。従来のポンププローブ高速時間分解X線吸収分光法では、放射光とレーザーの同期の問題からエネルギー分解能に乏しく時間分解能の高いX線検出器の利用が余儀なくされており、研究対象が高濃度金属錯体溶液などに限定されていたが、我が国の世界唯一のシングルバンチ放射光X線源PF-ARを活用することで、高エネルギー分解能を有する蛍光X線検出器が利用でき、迅速かつ容易に高速時間分解(約100ps)微量成分X線吸収スペクトルを計測することが可能となった。今後極めて広い科学技術分野への応用が期待できる。本研究は、これまで報告のなかった多成分・微量成分に対するポンププローブ高速時間分解X線吸収分光計測を世界に先駆けて実現し、新規光電極材料や熱記録素子などの励起状態局所構造の解析を行うものである。従来のポンププローブ高速時間分解X線吸収分光法では、放射光とレーザーの同期の問題からエネルギー分解能に乏しく時間分解能の高いX線検出器の利用が余儀なくされており、研究対象が高濃度金属錯体溶液などに限定されていたが、我が国の世界唯一のシングルバンチ放射光X線源PF-ARを活用することで、高エネルギー分解能を有する蛍光X線検出器が利用可能となり、迅速かつ容易に高速時間分解(約100 ps)微量成分X線吸収分光計測が実現でき、極めて広い科学技術分野への応用が期待できる分光法となる。平成27年度は、高繰り返しレーザーとエネルギー分解能を持つシリコンドリフト検出器(SDD)を使ったポンプ-プローブXAFS測定システムの立ち上げを行った。SDDとレーザーの同期にテクノエーピー社製のデジタルパルスプロセッサ(DSP)を用いて、レーザーに同期した信号のみのX線の検出に成功した。また、測定システムの立ち上げと並行して、1FeRhnの反強磁性-強磁性過程のEXAFS測定実験・解析と2XFELでのWO3の光励起過程のXAFS測定を行った。1では、相転移前の反強磁性相の構造揺らぎが増加して、前駆状態を形成していることを見出した。2ではWO3の光励起状態が構造変化を含む多段階過程を経て、基底状態に戻る様子を捉えることに成功した。1はPhys. Rev. Bに2はAngew. Chem. Int. Edにそれぞれ掲載された。平成27年度は、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所の放射光施設PF-ARを利用し、高繰り返し時間分解XAFSシステムの立ち上げと測定システムの検証実験を行った。分子科学研究所所有のピコ秒レーザーをPF-ARのビームラインNW14Aに持ち込み、レーザーの発振周波数を400 kHzにして測定を行った。エネルギー分解能をもつシリコンドリフト検出器(SDD)を検出器に用いて、酸化タングステン(VI)WO3のL3吸収端とL1吸収端XAFSの測定を行った。外部信号と同期して信号を取り込むことのできるデジタルパルスプロセッサ(DSP)を2台用い、SDDからの信号をDSPに分岐入力した。片方のDSPにはレーザーONと同期した外部信号を導入し、もう片方にはレーザーOFFと同期した信号を導入して、X線の検出を行った。その結果、レーザーON/OFFに同期した信号がそれぞれのDSPから得られ、励起状態のXAFSスペクトルを得ることができるようになった。本研究は、これまで報告のなかった多成分・微量成分に対するポンプ-プローブ高速時間分解X線吸収分光計測を、世界位先駆けて実現し、新規光電極材料や熱記録素子などの励起状態局所構造の解析を行うものである。従来のポンプ-プローブ高速時間分解X線吸収分光法では、放射光とレーザーの同期の問題からエネルギー分解能に乏しく時間分解能の高いX線検出器の利用を余儀なくされており、研究対象が高濃度金属錯体などに限定されていたが、我が国の世界唯一のシングルバンチ放射光X線源PF-ARを活用することで、時間分解能に乏しく高エネルギー分解能を有する蛍光X線検出器が利用可能となり、迅速かつ用意に高速時間分解(約100ps)微量成分X線吸収分光計測が実現できる。極めて広い科学技術分野への応用が期待できる分光法となりえる。平成28年度は、高エネルギー分解能を有するシリコンドリフト検出器(SDD)からの信号計測に用いるデジタルパルスプロセッサを改良し、レーザーのON/OFFに同期した蛍光X線の検出を試みた。この改良により、多素子SDDからの同時信号入力が可能となり、S/N比の高い良好なスペクトルを取得できるようになった。本課題の当初目的は十分達成できたといえる。一方、上記の装置開発に並行して、光触媒BiVO4の光励起後の500fs, 100psの時間分解Bi-L3吸収端X線吸収測定を、それぞれX線自由電子レーザーSACLAとシングルバンチ放射光施設PF-ARにおいて行った。この試料は高濃度のためエネルギー分解能のないフォトダイオードや光電子増倍管の利用が可能であった。系統的な測定の結果、励起状態におけるBi周りの構造変化を捉えることに成功し、現在詳細解析を進めているところである。平成28年度は、シリコンドリフト検出器(SDD)に使用するデジタルプロセッサ(DSP)の改良を行った。これまでは、レーザーON/OFFに同期した信号を取得するのにそれぞれ1つずつDSP基板を使用していたが、この改良により1つの基板でレーザーのON/OFFに同期した信号を得ることができるようになった。

これまでよりもより多くの素子を有する多素子SDDを用いることが可能となり、短時間で質の高いスペクトルを取得できるようになった。当初予定通りではあるが、本課題の当初目的は既に十分達成できたといえる。しかしながら、平成28年度後半(2016年10月-2017年3月)は放射光施設PF-ARの運転が長期停止され、これ以上の実験を進展させることができなかった。X線自由電子レーザーSACLAを用いた実験は行えたので、本装置の応用ではないが、光触媒BiVO4の光励起後の500fsの時間分解Bi-L3吸収端X線吸収測定(高濃度のためエネルギー分解能のないフォトダイオードや光電子増倍管を利用)が行え、現在詳細解析を進めているところである。以上から、おおむね順調に進展している、と判断した。本研究は、これまで報告のなかった多成分・微量成分に対するポンプ-プローブ高速時間分解X線吸収分光計測を、世界に先駆けて実現し、新規光電極材料や熱記録素子などの励起状態局所構造の解析を行なうものである。従来のポンプ-プローブ高速時間分解X線吸収分光法では、放射光とレーザーの同期の問題からエネルギー分解能に乏しく時間分解能の高いX線検出器の利用を余儀なくされており、研究対象が高濃度金属錯体などに限定されていたが、我が国の世界唯一のシングルバンチ放射光X線源PF-ARを活用することで、高エネルギー分解能を有するものの時間分解能の低い半導体検出器などの蛍光X線検出器が、時間分解能を損なうことなく利用可能となり、迅速かつ容易に高速時間分解(約100 ps)微量成分X線吸収分光計測が実現できる。本手法は極めて広い科学技術分野への応用が期待される分光法となりえる。本課題は平成28年度において既に当初目的を達成し開発が完了したが、最終年度である平成29年度は、レーザーのON/OFFに同期した蛍光X線をエラーなく検出し、高効率化と信頼性が向上するようデジタルパルスプロセッサの改良をメーカーに発注し、システムとしては完成した。しかしながら、利用する予定であったPF-ARリングの運転時間が想定より短く、残念ながら高精度の実験を実施するまでには至らなかった。一方、上記の開発研究と並行して、光触媒WO3の500fs, 100psの時間分解能でのW-L3吸収端近傍構造、W-L3吸収端EXAFS、W-L1吸収端近傍構造スペクトルの測定並びに解析を行い、また、光触媒BiVO4の500fs, 100psの時間分解能でのBi-L3吸収端近傍構造スペクトル測定・解析を行った。励起状態におけるWあるいはBi周りの構造変化を捉えることに成功した。これまで報告のなかった多成分・微量成分に対するポンププローブ高速時間分解X線吸収分光計測を世界に先駆けて実現した。従来のポンププローブ高速時間分解X線吸収分光法では、放射光とレーザーの同期の問題からエネルギー分解能に乏しく時間分解能の高いX線検出器の利用が余儀なくされており、研究対象が高濃度金属錯体溶液などに限定されていたが、我が国の世界唯一のシングルバンチ放射光X線源PF-ARを活用することで、高エネルギー分解能を有する蛍光X線検出器が利用でき、迅速かつ容易に高速時間分解(約100ps)微量成分X線吸収スペクトルを計測することが可能となった。今後極めて広い科学技術分野への応用が期待できる。
戦前期日本の精神医療における病院と家庭の役割の研究-王子脳病院を中心に

戦前の日本において最も先進的な精神病院であった王子脳病院(小峯病院を含む)のアーカイヴに保存されている患者記録を組織的にデータベース化したうえで、患者動態の研究を行った。そもそも堅固な実証に基づく日本の精神病院の歴史研究は数少ないが、患者名簿の全て(大正15年から昭和20年)までと、入院日誌の相当数(約4000件、全体の2/3)のデータ処理に基づいた研究は日本では始めてであるし、国際的なコンテクストでも、特に後者まで含めた点は、先駆的な研究であると自負している。この研究から明らかになった日本の精神病院の姿は、これまでの多くの思い込みを訂正した。その中でもっとも重要なものは、在院期間、すなわち患者はどのくらいの期間にわたって病院に滞在したのかという問題である。王子脳病院の私費患者については中央値でいうと40-45日という、諸外国の対応する数字よりもはるかに短い数字が得られる一方、公費患者については、同じく中央値で計ると700-900日という、諸外国よりも長い数字が得られた。公費患者については、治療を目的とした医療というより療養と監禁が目的になっていたことが伺われる。一方、私費患者に対しては、当時の最先端の医療も活発に行われており、先端医療をインテンシヴに実施して退院させるという、治療を中心にしたパターンが現れていたことが伺える。その一方で、必ずしも厳密な意味で精神病患者とはいえない家庭の中で問題的な行動を取るものを懲罰的に短期間入院させる例も少なからず存在したことも付言されなければならない。在院期間を疾病分類別に見ると、予後が悪く慢性化しやすい精神分裂病は在院期間が長く、急性的な経過を辿るものについては在院期間が短いという、予想される結果がでた。それよりも興味深いのは、男女による在院期間の違いである。同じ疾病分類の中では、男性は在院期間が長く、女性は短い傾向が観察される。このことと、男性の入院患者は女性の2倍近い、ということなどを合わせて考えると、女性の精神病患者は、家庭でケアされる可能性がより高かったと考えられる。今年度は、研究のコアになる資料を確保・運搬し、複写を取って整理し、基本的なデータを入力する作業を行った。まず、資料が保存されている東京都北区の小峰研究所から、段ボール130箱ほどの資料を慶応大学まで運搬した。そのうち、もっともヴォリュームが大きい王子脳病院・小峰病院の「病状日誌」、約4000件については、患者情報の部分をすべてコピーするという基本的な作業を終えた。また、すでに入力を進めていた「患者名簿」については、入力したエクセルデータをデータベースに移行するという作業を終えることができた。さらに、さまざまな病院・患者関係の雑多な資料についても、閲覧と分類を終了した。これで、研究の基礎になるデータについては、およそ半分ほどの作業を終えたことになる。この基礎的な作業と平行して、すでに入力されたデータをもとに分析にも着手した。分析のひとつの大きな成果は、入院患者の性比に関する現象である。年によって若干のばらつきはあるが、患者の男女比はだいたい2:1で、圧倒的に男性が多い。

それぱかりでなく、おのおのの年齢構成を見たときに、男性患者では20歳から45歳までにあいだに高い丘があるのに対し、女性患者は15歳から20歳という若年層にピークがあり、それ以降は急速に患者数が減少する、というパターンを示す。現在、この数量的なデータに、「病状日誌」の質的なデータを加味して分析し、家庭における精神病患者のケアと、精神病院への入院の「閾値」の問題を検討している。15年度は、二つの方向で研究を進展させた。前年度から収集・複写・入力した王子脳病院の患者の量的なデータをもとに、本格的な分析を開始したことが一つ、これまでの質的なデータと連結させ、量的なデータの入力を開始したことがもう一つである。後者については、方法論的な新しい試みとして、カルテの記載を質的情報としてそのまま分析する「質的データベース」構築の準備のために、カルテの情報の入力を開始した。前者については、本年度注目した重要な指標は、治療法の患者入院パターンへのインパクトと、入院患者における男女比である。研究対象である王子脳病院は、当時の私立精神病院の中では最も先端的な治療を行っており、昭和初期から、マラリア療法・インシュリンショック療法、電気痙攣療法などを大々的に患者に行っていた。これらの治療法の導入に伴って、定員の拡大を伴わない入院患者の増加があったこと、「治癒退院」の比率は向上させなかったが、「軽快退院」の比率を向上させたこと、平均入院日数は短縮しなかったが、入院日数の標準偏差が小さくなったことが主たる発見である。男女比については、男性患者が女性患者の約2倍であること、男女の患者の年齢階層別の構成が全く異なっており、女性患者は20歳代にピークを持つ分布だが、男性は20歳代と40歳代に二つのピークをもつツイン・ピークスであること、そして、この患者数と年齢構成の違いはどちらも、男性患者における梅毒の第三期症状として起きる進行麻痺の患者の多さが主たる原因となって作り出されていることが明らかになった。一方で、男性のほうが梅毒の罹患率が必ずしも高くないのに、王子脳病院の進行麻痺患者は男性のほうが圧倒的に多いのはなぜか、また、19世紀から20世紀の各国の精神病統計において男女比はほぼ1:1なのに、進行麻痺を除外してもなぜ王子脳病院では男性のほうが多いのかは、今後の分析課題である。戦前の日本において最も先進的な精神病院であった王子脳病院(小峯病院を含む)のアーカイヴに保存されている患者記録を組織的にデータベース化したうえで、患者動態の研究を行った。そもそも堅固な実証に基づく日本の精神病院の歴史研究は数少ないが、患者名簿の全て(大正15年から昭和20年)までと、入院日誌の相当数(約4000件、全体の2/3)のデータ処理に基づいた研究は日本では始めてであるし、国際的なコンテクストでも、特に後者まで含めた点は、先駆的な研究であると自負している。この研究から明らかになった日本の精神病院の姿は、これまでの多くの思い込みを訂正した。その中でもっとも重要なものは、在院期間、すなわち患者はどのくらいの期間にわたって病院に滞在したのかという問題である。王子脳病院の私費患者については中央値でいうと40-45日という、諸外国の対応する数字よりもはるかに短い数字が得られる一方、公費患者については、同じく中央値で計ると700-900日という、諸外国よりも長い数字が得られた。公費患者については、治療を目的とした医療というより療養と監禁が目的になっていたことが伺われる。一方、私費患者に対しては、当時の最先端の医療も活発に行われており、先端医療をインテンシヴに実施して退院させるという、治療を中心にしたパターンが現れていたことが伺える。
軸索伸長に力点を置いた骨髄間質細胞を用いた神経再生医療研究

マウス脳梗塞モデル、および、ラット脊髄損傷モデルに骨髄間質細胞(bone marrow stromal cell ; BMSC)を定位的に移植すると、BMSCが病変周囲に遊走して神経細胞特有の表現型を獲得するのみならず、神経細胞にのみ存在する受容体の機能を獲得して、脳梗塞や脊髄損傷周囲における受容体機能を改善させることを明らかとした。これらの結果は、それぞれJ Nucl Med誌(2006)、J Neurotrauma誌(2006)に掲載された。BMSCが神経細胞に分化する際の分子生物学的背景を明らかにする目的で、培養BMSCのマイクロアレイ解析を実施した。その結果、BMSCは神経細胞への分化誘導によって、その遺伝子表現型を変化させることが判明した。この結果はBrain Res誌(2006)に掲載された。BMSCが病変周囲に遊走するためには病変周囲で産生されるSDF-1、および、BMSCの膜表面に存在する3DF-1に特異的受容体であるCXCR4が必須の役割を果たしていることを、CXCR4ノックアウトマウスを用いた実験を実施することで明らかとした。現在、J Cereb Blood Flow Metab誌に投稿中である。BMSCと神経細胞の共培養実験系を確立した。この実験系を活用することにより、BMSCの一部が神経細胞そのものへ分化すること、一部は神経細胞と細胞融合することを初めて証明した。また、BMSCはBDNFやNGFの産生を増加させることで、glutamateに暴露された神経細胞を保護することも明らかとした。現在、Brain Res誌に投稿中である。びまん性脳損傷をシミュレートするラット脳損傷モデルを確立した。このモデルでは、脳MRIや免疫染色上、脳梁や側脳室に微小出血をきたし神経細胞の軸策が特異的に傷害される。水迷路試験を行なうと短期記憶障害が発生していることが判明した。現在、BMSCを定位的に移植してその治療効果を検討中である。ラット脊髄損傷モデルにおける軸策の損傷をMRIや免疫染色で正確にトレースする技術を確立した。GFPトランスジェニック・マウスから骨髄間質細胞(BMSC)を採取してマウス脳梗塞あるいはラット脊髄損傷モデルに移植した。移植した細胞が脳や脊髄の中を病変部に向かって遊走する様子を動物が生きたままの状態で観察する実験系を確立した。J Neurotrauma誌(2005)に掲載された。移植されたBMSCが神経細胞に特異的に存在する受容体を保護するかどうかを、マウス脳梗塞モデル、ラット脊髄損傷モデルを用いてautoradiographyにより解析した。細胞移植が病変周囲における神経受容体を保持する役割を有していることが判明した。J Nucl Med誌(2006)に掲載された。さらにJ Neurotrauma誌に投稿中である。移植されたBMSCが神経回路網を再構築する様子を生体内で観察する目的で、MRIによるマウス脳梗塞モデル、ラット脊髄損傷モデルの画像化システムを確立した。移植されたBMSCが中枢神経内部で活発な細胞分裂を繰り返しながら生着することを明らかとした。Brain Res誌(2005)に掲載された。仔ラット脊髄スライスにBMSCを移植して長期間観察する実験系を確立した。BMSCが軸策伸長に寄与することを明らかとした。J Neurosurg誌に投稿中である。

BMSCの神経細胞への分化メカニズムをDNAマイクロアレイにより解明した。Brain Res誌に受理されている。ラット脳凍結損傷モデル、脊髄半切モデルを用いて、細胞移植を促進するためのバイオ・マテリアルの開発を行なった。その結果フィブリンが有用な素材となり得ることを明らかとした。現在、2編の論文を作成中である。中枢神経に移植されたBMSCが病変部に遊走するメカニズムをマウス脳梗塞モデルを用いて解明した。現在、Stroke誌に投稿中である。マウス脳梗塞モデル、および、ラット脊髄損傷モデルに骨髄間質細胞(bone marrow stromal cell ; BMSC)を定位的に移植すると、BMSCが病変周囲に遊走して神経細胞特有の表現型を獲得するのみならず、神経細胞にのみ存在する受容体の機能を獲得して、脳梗塞や脊髄損傷周囲における受容体機能を改善させることを明らかとした。これらの結果は、それぞれJ Nucl Med誌(2006)、J Neurotrauma誌(2006)に掲載された。BMSCが神経細胞に分化する際の分子生物学的背景を明らかにする目的で、培養BMSCのマイクロアレイ解析を実施した。その結果、BMSCは神経細胞への分化誘導によって、その遺伝子表現型を変化させることが判明した。この結果はBrain Res誌(2006)に掲載された。BMSCが病変周囲に遊走するためには病変周囲で産生されるSDF-1、および、BMSCの膜表面に存在するSDF-1に特異的受容体であるCXCR4が必須の役割を果たしていることを、CXCR4ノックアウトマウスを用いた実験を実施することで明らかとした。現在、J Cereb Blood Flow Metab誌に投稿中である。BMSCと神経細胞の共培養実験系を確立した。この実験系を活用することにより、BMSCの一部が神経細胞そのものへ分化すること、一部は神経細胞と細胞融合することを初めて証明した。また、BMSCはBDNFやNGFの産生を増加させることで、glutamateに暴露された神経細胞を保護することも明らかとした。現在、Brain Res誌に投稿中である。びまん性脳損傷をシミュレートするラット脳損傷モデルを確立した。このモデルでは、脳MRIや免疫染色上、脳梁や側脳室に微小出血をきたし神経細胞の軸策が特異的に傷害される。水迷路試験を行なうと短期記憶障害が発生していることが判明した。現在、BMSCを定位的に移植してその治療効果を検討中である。ラット脊髄損傷モデルにおける軸索の損傷をMRIや免疫染色で正確にトレースする技術を確立した。現在、現在、BMSCを定位的に移植してその治療効果を検討中である。
内在性硫化水素の生理機能

硫化水素は生体内において酵素によって生産され、シグナル分子として働いている。また、硫化水素よりもイオウ原子数の多いポリサルファイドも3MSTによって酵素的に生産されるシグナル分子に加わった。ポリサルファイドは疼痛伝達を行うTRPA1チャネルのアミノ末端に存在する2つのシステイン残基を加硫化することによって活性化することが明らかとなった。本研究では、ポリサルファイドの生合成経路と、TRPA1チャネル活性化メカニズムを明らかにした。また、3MST特異的阻害剤およびポリサルファイド特異的蛍光プローブを完成した。申請者らは、D-cysを基質としてH2Sを生産する経路を発見した。DAOがD-cysを3ーメルカプトピルビン酸(3MP)に代謝し、これから3MSTがH2Sを合成する。DAO/3MST経路は小脳と腎臓で機能しており、in vivoでのD-cys経口投与により、H2Sの貯蔵型である結合イオウが腎臓で顕著に増加する(Shibuya et al., Nature Commun, 2013)。DAO/3MST経路によりH2Sが合成され、結合型イオウが増加することを、3MSTノックアウトマウスを使って示した。このマウスにおいては、H2Sは合成されず、結合イオウも増加しないことが予想された。3MSTノックアウトマウスはEmory大学からLSU HealthScience Centerに移動したDavid Lefer教授から受領し、飼育している。D-cysは腎臓で小脳の約7倍の効率でH2Sを合成し、腎臓では、D-cysはL-cysに比べ、80倍の効率でH2Sを合成する。D-cys経口投与により、H2Sの貯蔵型である結合イオウが腎臓で顕著に増加し、虚血再還流障害から腎臓を保護する(Shibuya et al., 2013)。3MSTノックアウトマウスでは、結合型イオウの合成が著しく弱いことを確認した。これから、クレアチニンレベル、特にワイルドタイプマウスで顕著な差が観察された糸球体の構造について検討を進める。予定にはなかったが、H2Sが酸化されてできるポリサルファイドH2Snが神経細胞への分化を促し、神経突起伸長を誘導し、このとき、Ca2+の流入が重要な役割を担うことを明治薬科大学、小笠原教授との共同研究で発見した(Biochem. Biophys. Res. Commun. 459, 488-492, 2015)。平成26年6月4-6日に、京都大学芝蘭会館およびメルパルクにおいて3rd International Conference on Hydrogen Sulfide in Biology and Medicineの大会長を務めた。その他、サンディエゴ、ナポリ、クリーブランド、ケープタウン、ロシアのカザンで開催された5つの国際学会において招待講演を行った。毒ガスとしてしか認識されていなかった硫化水素(H2S)が生理活性物質として認知され、その生理機能の研究と医療への応用が進んでいる。申請者らは、H2Sが酸化されてできるポリサルファイドH2Sn (n=37)がH2Sよりも300倍以上強力にアストロサイトのtransient receptor potential ankyrin 1(TRPA1) channelを活性化し、細胞内カルシウム濃度を上昇させることを発見した(Kimura et al., FASEB J. 27, 2451-2457, 2013)。これに続いて、phosphoinositide-3-kinase (PI3K)-Aktパスウェイ抑制剤として働くlipid phosphatase and tensin homolog (PTEN)は、腫瘍抑制活性をもち、ポリサルファイドがこのPTENの働きを制御していることが報告された(Greiner et al., Antioxid. Redox Signal. in press 2013)。ポリサルファイドによるこれらの制御は、TRPA1やPTENのシステイン残基のチオール基にイオウを加え、結合型イオウ生成(sulfhydrationあるいはsulfurationと呼ばれている;Ishigami et al., Antioxid. Redox Signal. 11, 205-214, 2009; Sen et al., Mol. Cell 45,13-24, 2012)によりタンパクのコンフォメーション変化を起こし、活性が変わることによる。本年度は、ポリサルファイド感受性分子TRPA1チャネルの活性化機構を解明した。H2S生産酵素CBS, CSE, 3MSTに対する特異性の高い阻害剤がなく開発が待たれている。これら阻害剤の開発を東京大学薬学部の花岡健二郎准教授との共同研究により進めた。本年度は、ポリサルファイドによるTRPA1活性化メカニズムを解明した。TRPA1のアミノ末端のシステイン残基はポリサルファイドの良い標的で、このシステインをセリンなどの他のアミノ酸に置換した変異体を作成し、感受性の違いを検討した。これら2つのシステイン残基が標的であることを明らかにした(Hatakeyama et al. Mol. Pain 11:24, 2015)。HPLCによる検討で、脳内に内在性のポリサルファイドが存在していることを発見した(Kimura et al., FASEB J. 2013)。

さらに、これをLC/MS-MSを使って検討し、脳内には、ポリサルファイドH2S2, H2S3, H2S5,がH2Sとともに内在し、3-mercaptopyruvate sulfurtransferase (3MST)が生産酵素であることを明らかにした(Kimura et al., Sci. Rep. 5:14774, 2015)。ポリサルファイドが神経への分化誘導を行うことを示した(Koike et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 459, 488-492, 2015)。H2Sの生理機能を解析するためにはその生産酵素の特異的阻害剤が不可欠である。東大薬学部の化合物ライブラリーから、H2S生産酵素阻害剤として可能性のある化合物を構造活性相関により絞り込み、すでに確立している酵素反応系の測定法にこれらの候補化合物を添加することにより、酵素反応の阻害効果を測定し、特異的阻害剤を選定した。現在論文投稿準備中。1.ポリサルファイドによるTRPA1活性化申請者らは、H2Sが酸化されてできるポリサルファイドがアストロサイトのTRPA1チャネルを活性化し、細胞内Ca2+濃度上昇を誘起することを発見した(Kimura et al., FASEB J. 2013)。ポリサルファイドによるTRPA1活性化メカニズムを解明する。この研究の途上、H2SとNOが化学的反応を起こすことで、ポリサルファイドができることを発見した。第2項に示した東大薬学部との共同研究により開発したポリサルファイド特異的蛍光プローブとCa2+特異的蛍光プローブおよび、LC-MS/MSを駆使して、証明した。この成果を2つの論文にまとめ発表し(Sci. Rep. 7:45995, 2017; Chem. Commun. 53, 1064-1067, 2017)、プレスリリースを行った。東大薬学部には化合物ライブラリーがあり、H2S生産酵素阻害剤として可能性のある化合物を先ず、構造活性相関により絞り込む。CBS、CSE、3MSTがH2Sを生産する酵素反応系の測定法はすでに本研究部で確立しており、この反応系にこれらの候補化合物を添加することにより、酵素反応の阻害効果を測定し、特異的阻害剤を選定する。3MST活性阻害剤を開発し、論文発表を行った( Sci. Rep. 7:40227, 2017)。研究実績の概要に示したように、当初計画は計画以上に進展し、3論文を一流誌に掲載することができた。しかし、研究途上に2種類のノックアウトラットを使用すれば、さらに良い研究に進展できることがわかり、大阪大学との共同研究で、ノックアウトラットを作成した。1系統は当初予定より、3か月遅れで、作成完了したが、2系統目が半年以上の遅れをとっており、この6月に完了予定である。そのため補助期間延長申請を行い、承認されている。1.ポリサルファイドによるTRPA1活性化(木村由佳研究助手担当)申請者らは、H2Sが酸化されてできるポリサルファイドがアストロサイトのTRPA1チャネルを活性化し、細胞内Ca2+濃度上昇を誘起することを発見した(Kimura et al., FASEB J. 2013)。ポリサルファイドによるTRPA
希薄気体中における粘性摩擦の解析学および確率論を用いた研究

今年度はKashidan-Pareschi(2006)やToscani(2010)で提唱された、微生物中の突然変異体の増大に関する運動論的モデルの微分方程式の数理解析を行った。Luria-Delbr\"{u}ck(1943)やLea-Coulson(1949)などはそれまで動植物など目に見える個体で確認されてきた自然選択が微生物中でも起きているということを提唱し、実験とモデルの比較によって正しさを示した。この発展はZheng(1999)にまとめられているが、個体数は離散な値をとるため、用いられている手法は離散な確率の値の漸化式の計算である。これに対し、Kashidan-PareschiやToscaniで用いられているモデルは、個体値があたかも連続に正の値をとるよう設定され、モーメントなどの量の時間変化が適当なテスト関数の差分の積分によって記述されるモデルである。このように、希薄な気体の状態を記述するボルツマン方程式などのように、方程式の弱形式に自然にテスト関数の差が表れることをもって運動論的モデルと呼ばれている。KPでは数値解析による解の近似、Tではモデルに対する解の存在、LCモデルの適当な意味での極限がLDモデルであることを証明した。ただし解空間が定義されておらず厳密な意味で解が構成されたとは言い難かった。一方、同様に運動論的であり確率測度解を考えることができる空間一様マクスウェル型のボルツマン方程式において、Cannone-Karch(2012)やMorimoto-Wang-Yang(2014)はモーメントを持つ確率測度に対応する特性関数の空間を新たに定義し、そこで解を構成した。方程式の構造の類似から、この新たな空間を用いてTで提唱された方程式の厳密な解を求めることに成功した。上記実績で記述した研究内容はやや元の研究方針と異なっている。ここで扱った方程式が記述するモデルは生物学からのモデルであり、粘性摩擦における剛体の運動と直接の関係があるわけではない。しかし、確率論的に立てられたモデルに対して解析学の手法を用いて考察するという点において、このモデルは適切であったため研究を行った。この研究は、確率測度に関する微分方程式を確率論を用いて直接解くのではなく、特性関数という扱いやすいクラスの関数で表現しなおし、偏微分方程式論を用いて問題を解いており、研究課題にあるような運動論における確率論と解析学の利用の橋渡しを行っている。本来は並行して進行させようとした研究の一部であり、全体の研究そのものの進捗としては十分ではあるが、元の研究課題の対比から上記の区分とした。前年度に引き続き、希薄気体の流れる向きと平行に設置された円筒の希薄気体中における運動を考える。特に円筒の運動方程式に解が存在するかどうか、終末速度への漸近挙動はどのようになるかを証明する。先行研究との違いは剛体の境界条件で、ここでは底面・側面両方で拡散反射を仮定する。先行研究では鏡面反射という、入射角から反射角が一意に特徴づけられる仮定の下であったため粒子の軌道が比較的考えやすいものであったが、拡散反射はあらゆる方向への粒子の反射を許すため粒子の軌道を追跡するのが困難となる。これを解消するために、粒子の挙動を偏微分方程式の解ではなく確率密度関数の級数として扱う。(n+1)番目の衝突に関する条件はn番目のそれのみによって定まるため、n番目の項と(n+1)番目の項に関して漸化式を立て、それらの輪を考えると任意の衝突回数を考えることができる。このように粒子の挙動を分解し、どのような衝突が剛体の漸近挙動に影響を与えやすい(またはほとんど関与しない)かを調べ、具体的な漸近オーダーを導出することを目標とする。可能であれば、剛体の速度に関する微分方程式の解の一意性についても考察する。先行研究によれば解の存在のみで一意性は判明していないが、存在する解の漸近挙動はすべて同じということは判明している。このため方程式の解の一意性を予想するのは自然と考えられる。具体的には、上述の粒子の衝突回数を追跡するテクニックを用い、先行研究では2回で打ち切っていた粒子の衝突回数による剛体の運動への影響をいくらでも大きい回数まで調べることによって行われる。本年度は上記研究概要欄にあるような方程式の構造または物理的背景を共にするようなモデルの考察も並行して行う。

KPでは数値解析による解の近似、Tではモデルに対する解の存在、LCモデルの適当な意味での極限がLDモデルであることを証明した。ただし解空間が定義されておらず厳密な意味で解が構成されたとは言い難かった。一方、同様に運動論的であり確率測度解を考えることができる空間一様マクスウェル型のボルツマン方程式において、Cannone-Karch(2012)やMorimoto-Wang-Yang(2014)はモーメントを持つ確率測度に対応する特性関数の空間を新たに定義し、そこで解を構成した。方程式の構造の類似から、この新たな空間を用いてTで提唱された方程式の厳密な解を求めることに成功した。上記実績で記述した研究内容はやや元の研究方針と異なっている。ここで扱った方程式が記述するモデルは生物学からのモデルであり、粘性摩擦における剛体の運動と直接の関係があるわけではない。しかし、確率論的に立てられたモデルに対して解析学の手法を用いて考察するという点において、このモデルは適切であったため研究を行った。この研究は、確率測度に関する微分方程式を確率論を用いて直接解くのではなく、特性関数という扱いやすいクラスの関数で表現しなおし、偏微分方程式論を用いて問題を解いており、研究課題にあるような運動論における確率論と解析学の利用の橋渡しを行っている。本来は並行して進行させようとした研究の一部であり、全体の研究そのものの進捗としては十分ではあるが、元の研究課題の対比から上記の区分とした。前年度に引き続き、希薄気体の流れる向きと平行に設置された円筒の希薄気体中における運動を考える。特に円筒の運動方程式に解が存在するかどうか、終末速度への漸近挙動はどのようになるかを証明する。先行研究との違いは剛体の境界条件で、ここでは底面・側面両方で拡散反射を仮定する。先行研究では鏡面反射という、入射角から反射角が一意に特徴づけられる仮定の下であったため粒子の軌道が比較的考えやすいものであったが、拡散反射はあらゆる方向への粒子の反射を許すため粒子の軌道を追跡するのが困難となる。これを解消するために、粒子の挙動を偏微分方程式の解ではなく確率密度関数の級数として扱う。(n+1)番目の衝突に関する条件はn番目のそれのみによって定まるため、n番目の項と(n+1)番目の項に関して漸化式を立て、それらの輪を考えると任意の衝突回数を考えることができる。このように粒子の挙動を分解し、どのような衝突が剛体の漸近挙動に影響を与えやすい(またはほとんど関与しない)かを調べ、具体的な漸近オーダーを導出することを目標とする。可能であれば、剛体の速度に関する微分方程式の解の一意性についても考察する。先行研究によれば解の存在のみで一意性は判明していないが、存在する解の漸近挙動はすべて同じということは判明している。このため方程式の解の一意性を予想するのは自然と考えられる。具体的には、上述の粒子の衝突回数を追跡するテクニックを用い、先行研究では2回で打ち切っていた粒子の衝突回数による剛体の運動への影響をいくらでも大きい回数まで調べることによって行われる。本年度は上記研究概要欄にあるような方程式の構造または物理的背景を共にするようなモデルの考察も並行して行う。
酸化膜で囲まれたシリセン －酸化反応自己停止と酸化誘起歪みを用いた作製法の開発

ケイ素(Si)原子1層の層状物質であるシリセンはトポロジカル絶縁体であることが予想されており、次世代の高速・省エネデバイスへの活用が期待される。熱酸化プロセスにおける酸化反応自己停止を用いることで、酸化膜で囲まれたシリセン(シリセンインオキサイド:SIO)を作製することを目的として研究を進めてきた。本年度は以下の知見を明らかにした。1)これまでに得られた成果を活用し、デバイス作製用のSiウェハの酸化プロセスに対応するため、旧昇温・降温が可能な赤外線加熱システムを開発した。専用の試料ホルダおよび熱電対を用いた温度測定システムを光電子分光装置に導入し、(1) 20×20mm2のSiウェハを均一に加熱できること、(2)加熱中でも磁場や電場を発生せず、光電子のエネルギーや強度を変調することなく光電子分光測定が可能であることを確認した。2)昨年度明らかになったSi酸化過程における光照射効果についてさらに検証実験を行った。光照射効果によって酸化反応の自己停止が阻害されるのであれば、完全な暗条件では自己停止を実現できるのではないかと考えた。これを確かめるため、可視光や真空ゲージから発生する赤外線も一切排除した暗室条件を作り出し、この条件下では酸化反応速度の著しい低下が観測された。この結果を活用することで、Si酸化反応の精密なコントロールが可能になると期待される。3)光照射による酸化促進機構を半導体であるSiと比較するため、Ni基板での酸化を行った。一般的に金属基板では光照射により酸化物の還元が進行すると言われているが、Niでは逆に酸化の進行が確認された。この詳細なメカニズムについては今後の課題としたい。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。Si熱酸化プロセスにおける酸化反応自己停止を用いることで、酸化膜で囲まれたシリセン(シリセンインオキサイド:SIO)を作製することを目的として研究を進めてきた。1) SiO2/Si界面酸化反応の律速反応およびその活性化エネルギーを求めるため、温度上昇による界面酸化促進過程を時間分解オージェ電子分光法で調べた。温度増加による界面酸化の活性化エネルギーは約0.27 eVで、表面酸化温度に依存しなかった。その一方で頻度因子は表面酸化温度が増加するにつれて減少し、温度が高いほど酸化速度が遅くなるという一見矛盾した現象が観察された。この結果は界面酸化で生じる酸化誘起歪みによって発生した点欠陥が反応サイトになるというモデルで説明できることを示した。実際に放射光を用いた歪みの測定では表面酸化温度が低下するほど歪みの発生が大きくなることが示された。すなわち、酸化反応自己停止には酸化誘起歪みを制御することの重要性が明らかとなった。2) SIOでCMOSを構成する際にはp型およびn型両方のウェハを用いる必要がある。酸化反応は電子の授受のため、キャリアが電子であるn型とホールであるp型ではその酸化反応速度に違いがでることが予想される。不純物濃度を大きくし高温まで外因性領域となるウェハを用いてp型n型Si表面酸化の温度依存を調べた。その結果、p型とn型基板で吸着したO原子の挙動に違いが見られた。具体的にはn型基板では吸着O原子の顕著な内部拡散が観測された。その結果、n型の方が酸化誘起歪みの発生が大きいと考えられ、顕著な点欠陥発生が予測される。これによりp型とn型基板で酸化速度に差がでると考えられ、両者の基板で酸化反応自己停止する条件も異なると予測できる。SIOを用いたCMOS作製のためには新たに克服すべき課題と考えられる。本年度ではSi基板における酸化反応自己停止条件の探索を目的として、界面酸化の活性化エネルギーを求めることができた。得られた結果に基づき、酸化誘起歪みによる点欠陥発生が律速であることを明らかにできた。またそれに加えて、当初予定になかったp型n型Si基板での反応速度の違いも明らかにすることができた。それに加え、シリセン生成確認用のラマン分光装置も順調に立ちがあり、測定が行える状況になっている。そのため、研究計画にしたがって順調に研究が進展していると言える。1)前年度の研究において温度増加による酸化促進効果を明らかにしたが、デバイス微細化を見据え、プロセス温度の低温化が必要である。そのため、本年度ではO2圧力急増による酸化速度変化を系統的に調べた。その結果、酸化速度はO2圧力の1/2乗に比例するという結果が得られた。この結果は熱酸化プロセスが酸素供給律速ではないことを示しており、原子1層分のシリセンを残すためには好都合であることがわかった。2)その一方で、酸化反応自己停止となる条件でSi基板を酸化させたにも関わらず、酸化反応が停止しない場合があることが明らかとなった。これは、光照射効果が原因ではないかと予測している。

酸化反応はO2分子との電子授受であるため、p型かn型伝導かによって酸化反応速度が異なることは昨年度明らかにしたが、それに加え本年度では光電子分光のための高輝度放射光を当て続けた時と、光を当てないで作製した試料の酸化膜厚に大きな乖離があることがわかった。特に光照射時では歪みの大きさが小さくなっているにも関わらず、厚い酸化膜が形成されており、酸化反応における光照射効果を十分考慮しなければならないことを明らかにした。3)酸化反応自己停止は酸化誘起歪みによって制御されるというモデルを実験的に実証するために、酸化誘起歪みを実際に計測する手法開発を進めた。本年度はトライアルとしてcontour法による歪み分析を試行した。i酸化反応自己停止条件の定量的指標の構築を目的としていたが、自己停止するはずの条件で酸化が進行してしまうという事態が生じた。この原因を考察し、光照射による寄与があることを実験的に突き止めることができ、対策も講じることができたが、酸化反応自己停止条件の定量的指標の構築という目的には若干遅れている。その一方で、酸化誘起歪みを実験的に検証するために、アメリカおよびドイツの研究グループと共同研究を開始した。以上のことを総合的に考えると研究計画全体はおおむね順調に進展していると考えられる。ケイ素(Si)原子1層の層状物質であるシリセンはトポロジカル絶縁体であることが予想されており、次世代の高速・省エネデバイスへの活用が期待される。熱酸化プロセスにおける酸化反応自己停止を用いることで、酸化膜で囲まれたシリセン(シリセンインオキサイド:SIO)を作製することを目的として研究を進めてきた。本年度は以下の知見を明らかにした。1)これまでに得られた成果を活用し、デバイス作製用のSiウェハの酸化プロセスに対応するため、旧昇温・降温が可能な赤外線加熱システムを開発した。専用の試料ホルダおよび熱電対を用いた温度測定システムを光電子分光装置に導入し、(1) 20×20mm2のSiウェハを均一に加熱できること、(2)加熱中でも磁場や電場を発生せず、光電子のエネルギーや強度を変調することなく光電子分光測定が可能であることを確認した。2)昨年度明らかになったSi酸化過程における光照射効果についてさらに検証実験を行った。光照射効果によって酸化反応の自己停止が阻害されるのであれば、完全な暗条件では自己停止を実現できるのではないかと考えた。これを確かめるため、可視光や真空ゲージから発生する赤外線も一切排除した暗室条件を作り出し、この条件下では酸化反応速度の著しい低下が観測された。この結果を活用することで、Si酸化反応の精密なコントロールが可能になると期待される。3)光照射による酸化促進機構を半導体であるSiと比較するため、Ni基板での酸化を行った。一般的に金属基板では光照射により酸化物の還元が進行すると言われているが、Niでは逆に酸化の進行が確認された。この詳細なメカニズムについては今後の課題としたい。平成29年度は28年度に得られた酸化反応自己停止に関する知見をもとに、任意の酸化膜厚で酸化反応を自己停止させる条件について探索する。具体的な目標は以下の通りである。(1)Si酸化反応自己停止条件の定量的指標の構築:平成28年度で緒に就いた酸化反応自己停止条件の探索をさらに進め、プロセスの違いによる酸化誘起歪み発生量を比較する。
哺乳類脳で多様化した遺伝子の探索

哺乳類の新皮質は哺乳類独自の脳の構造であり、進化の過程で拡大し、複雑化した領域である。また、この脳領域は種々の構能と分かれており、脳の機能の階層化と関与していることが明らかとなっている。本研究ではこの大脳皮質の形成と機能に関わる遺伝子群に注目して新たな分子メカニズムを明らかにすることを目的とする。我々は現在までに、Fyn欠損マウスの作製と解析により、Fynが新皮質の形成に関わっていることを明らかにしてきた。本研究では、このFynを新皮質形成分子と位置付けて、Fynと関連する遺伝子の解析を行い、新たなカドヘリンファミリー(CNRファミリー)との結合を明らかにした。その結果、興味深いことにこのCNRファミリーが、哺乳類の大脳皮質の層構造形成に関わるReelinタンパク質の多重受容体であめることが明らかとなった。また、CNRフアミリーは、ゲノムDNAにおいてB細胞受容体やT細胞受容体に類似した遺伝子クラスターを形成しており、各CNRファミリー間で第一カドベリン領域のアミノ酸配列が高く保存されていた。この第一カドヘリン領域とReelinタンパク質とが結合することが明らかとなり、このReelin結合領域に対する抗CNR抗体によりReelin依存的なDab1のチロシンキン酸化が阻害されることが明らかになった。また更に興味深いことに、この第一カドヘリン領域は動物種の違いにより異なり、魚類では相同な遺伝子の存在が確認できなかったが、両生類では2種類、爬虫類では4種類、鳥類では8種類の相同な遺伝子の存在が想定されており、分子進化が急激におこっている遺伝子である可能性が考えられる。また、ヒトとマウスの遺伝子クラスターの解析より、協調進化がおこっていることが明らかとなっている。脊椎動物の進化の過程で、脳の拡大、複雑化、高次化がおこったことを考えた時、このCNRフアミリーの分子進化は極めて興味深いものであると思われる。今後は、各脊椎動物の遺伝子クラスターの解析を行い、分子進化と脳の進化との関わりあいを明らかにする予定である。ヒトや動物の脳に存在する神経回路は複雑であるが高度に組織化されている。また、脳は構造や機能が動物種により多様化している。しかし、神経細胞及び回路の多様化、組織化を理解するための分子メカニズムは明らかになっていない。本研究で我々は昨年度、シナプス機能制御分子であるFynチロシンリン酸化酵素をもとに新たなカドヘリンであるCNRファミリーの単離に成功した。このCNRファミリーはシナプスに存在し、単一神経細胞ごとに異なった組み合わせで発現していた。本年度我々は、このCNRファミリーがゲノム上で、イムノグロブリンやT細胞受容体と類似した可変領域と不変領域からなる遺伝子クラスター構造を持つことを明らかにした。また、CNRファミリーにはclass switch型の発現産物が存在すること、CNRファミリーが胎生マウス大脳皮質の神経細胞分化過程でReelinの多重受容体として機能していることを明らかにするとともに、CNRファミリーが動物種により数やアミノ酸配列が大きく異なり、脳の進化の過程にともなって分子進化してきていることを明らかにした。この様な結果より、CNRファミリーは神経細胞及び回路の多様化、組織化に関わる分子群であると同時に、脳の進化との関わりあいにおいて興味深い分子であることが予想される。我々は、現在までに哺乳類脳で多様化した遺伝子群としてCNRファミリーの単離に成功した。興味深いことに、このCNRファミリーは免疫系のT細胞受容体や免疫グロブリンと類似した遺伝子クラスターを形成していた。このCNRファミリーの発現制御機構を明らかにする目的で、可変領域と定常領域の連結機構の解析を行った。その結果、興味深いことに異なった染色体上の可変領域と定常領域が連結するトランスの遺伝子産物が成体マウス脳で約10%存在すること、またこのトランスの産物がマウス脳の発達にともなって増加することが明らかとなった。またさらに驚いたことに、CNR3についてのmRNAの配列を解析した結果、成体マウス脳において突然変異が蓄積されていることが明らかとなった。この突然変異率はEカドヘリンとの間で統計的に有意であり、また突然変異率ごとのクローンの分布が、CNR3については正規分布とならないことより、体細胞レベルでの突然変異の蓄積が示唆された。この突然変異は脳の発達に伴い増加すること、トランスの遺伝子産物において突然変異率が統計的有意に高いことが明かとなった。この体細胞レベルでの突然変異のアミノ酸配列変換への影響を調べたところ、興味深いことに、CNRの特異的認識に重要であると考えられる第一カドヘリン領域のみで、アミノ酸配列変換が高いことが明らかとなり、突然変異の蓄積とシナプス結合の特異性変化との関連性が示唆された。

また、CNRフアミリーは、ゲノムDNAにおいてB細胞受容体やT細胞受容体に類似した遺伝子クラスターを形成しており、各CNRファミリー間で第一カドベリン領域のアミノ酸配列が高く保存されていた。この第一カドヘリン領域とReelinタンパク質とが結合することが明らかとなり、このReelin結合領域に対する抗CNR抗体によりReelin依存的なDab1のチロシンキン酸化が阻害されることが明らかになった。また更に興味深いことに、この第一カドヘリン領域は動物種の違いにより異なり、魚類では相同な遺伝子の存在が確認できなかったが、両生類では2種類、爬虫類では4種類、鳥類では8種類の相同な遺伝子の存在が想定されており、分子進化が急激におこっている遺伝子である可能性が考えられる。また、ヒトとマウスの遺伝子クラスターの解析より、協調進化がおこっていることが明らかとなっている。脊椎動物の進化の過程で、脳の拡大、複雑化、高次化がおこったことを考えた時、このCNRフアミリーの分子進化は極めて興味深いものであると思われる。今後は、各脊椎動物の遺伝子クラスターの解析を行い、分子進化と脳の進化との関わりあいを明らかにする予定である。