hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
成体組織における幹細胞移動の意義と制御機構の解明

生体内では組織幹細胞は特別な微小環境(ニッチ)内に存在し、それにより幹細胞の機能が維持されている。腸上皮では、パネート細胞が幹細胞と隣接して存在し、幹細胞の維持に必要な因子を分泌している。この際、幹細胞はこれらの因子を十分に受容できるように、活発に移動し、パネート細胞とモザイクパターンを形成する。本研究では、この幹細胞移動を制御する機構の一端を解明し、特にYAP-TEAD複合体が重要な働きをすることを示した。この成果は、幹細胞がニッチ内に静的に存在するという従来のイメージを覆すものであり、幹細胞移動の制御が組織恒常性に重要であることを示唆するものである。腸上皮幹細胞はクリプト底部において、幹細胞ニッチを供給するパネート細胞とモザイク状のパターンを形成する。これにより、幹細胞が生存と増殖に必要なシグナルを十分に受容することが可能となる。このモザイクパターンの形成と維持には幹細胞の移動が必要であり、本研究課題ではこの移動の制御機構を解明することを目標としている。平成25年度においては、実施計画に基づき、パネート細胞が供給する幹細胞移動の制御因子の同定を試みた。そのために、幹細胞特異的にEGFPを発現するLgr5-EGFPマウスからクリプトを単離し、in vitroクリプト培養法を用いて、幹細胞とパネート細胞のモザイクパターンに影響を与えるシグナル伝達因子を探索した。その結果、nogginやEGF量が過剰に存在すると、モザイクパターンの形成が抑制され、幹細胞同士が隣り合った領域が広くなることが分かった。また、notch経路の阻害剤の投与もモザイクパターンの形成を阻害した。nogginやEGF、notch経路のリガンドであるDll4はパネート細胞で特異的に発現し、幹細胞の維持に必要なニッチを形成している。上記の結果は、これらのニッチを形成する因子が幹細胞移動の制御にも重要な役割を果たしていることを示唆する。これと並行して、幹細胞移動の制御機構をin vivoで解析するために必要な腸上皮への遺伝子導入法の開発を試みた。この方法では精製されたセンダイウイルスエンベロープにプラスミドやsiRNAを封入し、それを腸内腔へ投与することで、腸上皮特異的に封入された内容物を導入する。我々は、この方法によりクリプト底部に存在する幹細胞にも遺伝子を導入することが可能であることを見出している。今後は、クリプトのin vitro培養系とともに、この方法を用いて本研究課題を遂行していく予定である。本研究課題では、腸上皮幹細胞が活発に移動し、ニッチ細胞であるパネート細胞とモザイクパターンを形成する機構の解明を目指している。今年度は先ず、FRETバイオセンサーによるRhoファミリータンパク質活性の測定を試みた。しかしながら、十分な量のバイオセンサーを発現させることや同一細胞の追跡に困難があり、年度内に解析が終了しなかった。これについては、来年度も引き続き実験を行い、条件を改善していく予定である。一方、in vivoで幹細胞移動を研究する手法の開発も同時に行い、この点については予想以上の進展があった。初めに、センダイウイルスエンベロープを用いることで、生きたマウスの腸上皮に効率的に遺伝子を導入する手法を開発した(Imajo et al., 2014, Protocol. Exchange)。この手法は、腸上皮において多数の遺伝子の機能解析を短期間に行うことを可能とし、実験計画で予定していた腸上皮オルガノイド移植法よりも有用であると考えられる。実際に、この方法を用いて申請者らはHippoシグナル伝達経路が幹細胞機能の制御に重要な役割を果たすことを解明した(Imajo et al., 2015, Nature Cell Biology)。興味深いことに、Hippo経路のエフェクターであるYAP-TEAD複合体の阻害は、パネート細胞と幹細胞のモザイクパターンを損なった。また申請者らは、細胞によるパターン形成に重要な役割を果たすEphrin-Ephファミリー遺伝子(EphA4, ephrin-A3)が幹細胞特異的に発現すること、YAP-TEAD複合体がこれらの遺伝子の発現を正に制御することを見出しており、YAP-TEADはこれらの遺伝子の発現制御を介してモザイクパターン形成を制御するのではないかと考えている(2014年6月、第66回日本細胞生物学会大会において発表)。本研究では、腸上皮幹細胞が活発に移動し、ニッチ細胞であるパネート細胞とモザイクパターンを形成する機構の解明を目指した。まず、オルガノイド培養法を用いた実験から、パネート細胞から分泌されるEGF, noggin, notchなどの因子が幹細胞の移動を制御する因子として重要であることが分かった。これらの因子の下流で様々なシグナル伝達経路の活性が変化し、それにより幹細胞特異的な遺伝子発現パターンが確立されることで、幹細胞移動が制御されていると考えられる。候補となる種々のシグナル伝達経路のうち、申請者らは特にHippo経路が重要な役割を果たすことを見出した。具体的には、Hippo経路のエフェクターであるYAP-TEAD複合体の阻害により、幹細胞移動が異常となり、幹細胞とパネート細胞のモザイクパターンが乱れることが分かった(2014年6月、第66回日本細胞生物学会大会において発表)。最終年度の研究から、YAP-TEAD複合体の活性が幹細胞内で高く、幹細胞の維持に必要であること、YAP-TEAD複合体の阻害は幹細胞数を減少させることを明らかにした(Imajo et al., Nature Cell Biol., 2015)。

従って、YAP-TEADの機能は多岐にわたるものの、幹細胞移動の制御もYAP-TEADによる幹細胞の維持に重要な働きをする可能性がある。また、YAP-TEAD複合体は、幹細胞内で細胞移動の制御に重要な役割を果たすことが知られているEphrin-Ephファミリー遺伝子(EphA4, ephrin-A3)の発現を誘導することを明らかにした。これらのことから、幹細胞内ではパネート細胞由来の分泌因子の下流でYAP-TEAD複合体の活性が上昇し、EphA4とephrin-A3の発現が誘導され、その結果Eph-ephrinを介した幹細胞同士の反発作用により幹細胞とパネート細胞のモザイクパターンが確立されると考えられる。以上のように、本研究により腸上皮における幹細胞移動を制御する機構の一端が明らかになった。生体内では組織幹細胞は特別な微小環境(ニッチ)内に存在し、それにより幹細胞の機能が維持されている。腸上皮では、パネート細胞が幹細胞と隣接して存在し、幹細胞の維持に必要な因子を分泌している。この際、幹細胞はこれらの因子を十分に受容できるように、活発に移動し、パネート細胞とモザイクパターンを形成する。本研究では、この幹細胞移動を制御する機構の一端を解明し、特にYAP-TEAD複合体が重要な働きをすることを示した。この成果は、幹細胞がニッチ内に静的に存在するという従来のイメージを覆すものであり、幹細胞移動の制御が組織恒常性に重要であることを示唆するものである。平成25、26年度に行った研究により、パネート細胞から分泌されるシグナル因子がモザイクパターン形成を制御すること、Hippoシグナル伝達経路のエフェクターであるYAP-TEAD複合体の機能がモザイクパターン形成に重要であること、YAP-TEAD複合体はEphrin-Ephファミリーの発現を制御すること等が明らかになった。また、生きたマウスの腸上皮に特異的に遺伝子を導入する方法の開発にも成功しており、この手法を用いてさらに研究が進展することが十分に期待できる。これらの点については予定よりも研究が進展しており、平成26年度に論文(Imajo et al., 2014, Protocol Exchange; Imajo et al., 2015, Nature Cell Biology)および国内学会の招待講演(第66回日本細胞生物学会大会)において成果を発表した。Rhoファミリータンパク質のFRETイメージングによる活性測定は予想よりも時間を要しているが、本研究課題は既に一定の成果を挙げており、順調に研究が進展していると判断した。細胞生物学平成25、26年度に得られた成果をもとに、腸上皮幹細胞の移動とモザイクパターン形成を制御するシグナル伝達の流れを明らかにすることを目指す。先ず、25年度に同定したパネート細胞に由来するシグナル因子(Notchリガンド、EGF等)と、26年度にモザイクパターン形成を制御する因子として同定したYAP-TEAD複合体の関係について検討する。例えば、EGFは他の組織においてはYAP-TEAD複合体の活性を促進するという報告もあり、これらの機構が腸上皮においても働いているか調べる。
チューブリンポリグルタミン酸化修飾による鞭毛繊毛構築メカニズムの解明

真核生物の微小管細胞骨格を構成するチューブリンはポリグルタミン酸化修飾という翻訳後修飾を受ける。本研究では、この修飾が鞭毛の構築に果たす役割を解明することを目的として開始された。昨年度および本年度の研究実績は大まかに以下の二点である。1)ポリグルタミン酸化修飾に異常を持つ新規クラミドモナス変異株ssa11の解析ポリグルタミン酸化修飾はTubulin tyrosine ligase-like (TTLL)protein familyに属する複数の蛋白質が担う。本研究では、マウスTTLL6(もしくはTTLL13)に相同な蛋白質を欠失したクラミドモナス変異株ssa11の解析を行った。ssa11は正常な表現型を示すが、既存のtpg1変異株(TTLL9を欠失、修飾が低下)と二重変異株にすると修飾がtpg1よりさらに低下する。また、tpg1は野生株の6-7割の運動性であるが、二重変異株は野生株の約4割まで低下する。このことは修飾の度合いと鞭毛の運動性が相関することを意味する。一方、二重変異株の鞭毛再生過程を観察したところ、再生速度が有意に遅いことが判明した。これは、この修飾が微小管の安定性に影響を及ぼすことを示唆する。(2)αチューブリンポリグルタミン酸化修飾サイトの決定クラミドモナスは10種類のTTLL遺伝子を持つが、それぞれの遺伝子が機能重複しているため、各TTLL変異株の解析が進展しなかった。そこでαチューブリンの修飾サイトを決定しようと考えた。長期的展望として、修飾サイトのアミノ酸を置換したチューブリンだけを発現する株を樹立し、この修飾の意義を解明することを想定している。その前準備として修飾サイトを決定することを目標とした。外来の変異αチューブリンを発現した株を解析したところ、E449とE450の両方、あるいはいずれかがポリグルタミン酸化されていることが明らかになった。真核生物の鞭毛軸糸を構成するチューブリンはポリグルタミン酸化修飾を受ける。本研究ではこの修飾が鞭毛構築に果たす役割を解明するため、単細胞緑藻類クラミドモナスを解析に用い、以下の(1)-(3)を実施することを計画した。(1)鞭毛構築異常を伴う新規ポリグルタミン酸化修飾欠損株ttll6の解析、(2) TTLL6によるB小管特異的修飾メカニズムの解明、(3)ポリグルタミン酸化修飾が生じる周辺微小管B小管のプロトフィラメントの決定。(1)、(2)について研究を始めて二か月ほど経った時点で、ttll6株の表現型がTTLL6変異とは関連付けられないことが発覚した。そのため、TTLL6の解析は中止し、ポリグルタミン酸化修飾に異常を持つ別の新規株(ssa11)の解析を行うことに方向転換した。ssa11は既存のポリグルタミン酸化修飾異常株tpg1と二重変異株にすると運動性と鞭毛構築速度に異常を持つ。また、ポリグルタミン酸化チューブリンを認識する新規の抗体を作製し、軸糸の修飾を調べたところ、tpg1株とは異なる修飾異常を持つことが明らかになった。(3)について抗体を用い、軸糸中の修飾の部位をクライオ電子顕微鏡で決定することを計画した。その目的のために、ポリグルタミン酸の側鎖に特異的なポリクローナル抗体を作製した。得られた抗体の特異性が予想を上回るほど高かったこともあり、クライオ電子顕微鏡を用いた解析の結果、ポリグルタミン酸化修飾の位置を正確に決定することに成功した。この結果を日本解剖学会、日本顕微鏡学会等の年会で発表し好評を得た。また、この内容をMolecular Biology of the Cell誌に発表した際には、注目すべき論文としてHighlighted Articleとして取り上げられた。本研究ではチューブリンポリグルタミン酸化修飾が鞭毛構築に果たす役割を解明することを目的の一つとしたが、解析の過程で当初の予想とは反対にTTLL6の変異が鞭毛構築異常と関連付けられないことが発覚した。そのために、変異株の解析については方向転換し、新規の変異株ssa11を解析することにした。ssa11自体は顕著な表現型を持たないが、ポリグルタミン酸化修飾に異常を持つtpg1株と二重変異株にするとポリグルミン酸化修飾が大きく低下し、鞭毛の運動性と鞭毛の再生に影響を与えることが分かった。一方、SSA11遺伝子をssa11に導入することによって、ssa11のレスキューを行うことを目指しているが、まだ成功していない。おそらく、SSA11蛋白質の発現量の低さが原因と考えられる。また、本研究では軸糸中のポリグルタミン酸化修飾の位置を三次元的に決定することを次の目標とした。そのために、ポリグルタミン酸の側鎖を抗原とした新規のポリクローナル抗体を作製した。多くの論文で使われているpolyE抗体という既存の抗体と同じ作製方法によるが、予想を上回る良質な抗体が出来た。Fab化処理済み抗体を化学固定していない軸糸に処理した後、シグナルを増強させ、その軸糸をクライオ電子顕微鏡によって観察した。その結果、特定のプロトフィラメントの微小管がポリグルタミン酸化修飾を受けていることが判明した。ポリグルタミン酸化の位置を三次元的に示したのは先例がなかったため、論文発表した際には注目すべき論文として取り上げられた。以上、変異株の解析はやや遅れているという評価の一方で、修飾の位置決めに関しては予想を上回る進展があった。

そのため総合的に考えて、「おおむね順調に進展している。」という評価とした。真核生物の微小管細胞骨格を構成するチューブリンはポリグルタミン酸化修飾という翻訳後修飾を受ける。本研究では、この修飾が鞭毛の構築に果たす役割を解明することを目的として開始された。昨年度および本年度の研究実績は大まかに以下の二点である。1)ポリグルタミン酸化修飾に異常を持つ新規クラミドモナス変異株ssa11の解析ポリグルタミン酸化修飾はTubulin tyrosine ligase-like (TTLL)protein familyに属する複数の蛋白質が担う。本研究では、マウスTTLL6(もしくはTTLL13)に相同な蛋白質を欠失したクラミドモナス変異株ssa11の解析を行った。ssa11は正常な表現型を示すが、既存のtpg1変異株(TTLL9を欠失、修飾が低下)と二重変異株にすると修飾がtpg1よりさらに低下する。また、tpg1は野生株の6-7割の運動性であるが、二重変異株は野生株の約4割まで低下する。このことは修飾の度合いと鞭毛の運動性が相関することを意味する。一方、二重変異株の鞭毛再生過程を観察したところ、再生速度が有意に遅いことが判明した。これは、この修飾が微小管の安定性に影響を及ぼすことを示唆する。(2)αチューブリンポリグルタミン酸化修飾サイトの決定クラミドモナスは10種類のTTLL遺伝子を持つが、それぞれの遺伝子が機能重複しているため、各TTLL変異株の解析が進展しなかった。そこでαチューブリンの修飾サイトを決定しようと考えた。長期的展望として、修飾サイトのアミノ酸を置換したチューブリンだけを発現する株を樹立し、この修飾の意義を解明することを想定している。その前準備として修飾サイトを決定することを目標とした。外来の変異αチューブリンを発現した株を解析したところ、E449とE450の両方、あるいはいずれかがポリグルタミン酸化されていることが明らかになった。チューブリンポリグルタミン酸化修飾はTubulin tyrosine ligase-like (TTLL)protein familyに属する複数の酵素によって行われる。ポリグルタミン酸の側鎖を形成するために基質特異性および反応特異性が異なる酵素が協調して働いているが、機能が重複することも多い。また、相対的に存在量が多くないと考えられ、それぞれのTTLL遺伝子の発現が複雑な制御を受けている可能性もある。おそらくこのようなことが原因でSSA11遺伝子導入によるssa11変異株のレスキュー実験に難航しているが、今後の推進方策としては、これを解決することを最優先課題とする。具体的にはクラミドモナスで外来の遺伝子を発現するのに使われている強力なプロモーターを数種類比較検討する。こうした対策の結果、タグを付けたSSA11遺伝子の発現の確認に成功した場合、SSA11の相互作用相手の決定、SSA11の局在決定を行う。一方で、表現型解析として鞭毛運動性、鞭毛再生速度を調べ、これら異常となる原因を考察する。
細胞融合の分子制御機構と組織の再生・修復および発癌機構における役割

胎盤形成時の細胞融合を制御する遺伝子GCM1、SynAおよびSynBの発現を調べ、SynAは脳、肺、肝臓、腸管、皮膚など様々な組織で発現していることや、GCM1が腎臓で多く発現していることを見出した。胎盤以外の組織でみられる細胞融合に広く関与していることが示唆された。さらに、傷害を受けた組織の修復・再生におけるGCM1、SynA、SynBの関与を調べた。腎傷害後2-5日で全ての発現上昇が見られ、大腸においてもSynAの発現上昇を見出した。この結果は組織傷害後の修復・再生過程で細胞融合を誘導している可能性を示している。これらの知見は、臓器移植において移植臓器の保護に応用できる可能性がある。細胞融合は筋線維、破骨細胞、胎盤のシンシチウムなど様々な細胞・組織の形態形成において必須の役割を果たしており、更に近年の研究により、組織の再生・修復なども含めより広範に生体内で起こり得る現象であることが判明した。また転移・浸潤など腫瘍の悪性化への関与も疑われている。しかし細胞融合の制御機構および具体的な役割ははっきりしていない。私たちはこれまでに独自の成果として、癌化や組織の修復において重要なWntシグナルが細胞融合を制御する事を初めて明らかにしている。組織の修復、あるいは腫瘍の悪性化の機構は未解明の部分が大きく、本研究では細胞融合がその中で果たしている役割とその制御機構の解明に迫ることを目的にした。最初に我々はin situ hybridizationやRT-PCR法を用い、マウスの組織における融合関連遺伝子Gcm1、SynA、SynBの発現を網羅的に検証した。その結果、一般的な認識と異なり、SynAは脳、肺、肝臓、腸管、皮膚など様々な組織で発現している事、Gcm1は腎臓でのみ、SynBはほとんど発現していない事を明らかにした。さらに傷害修復・再生モデルのdextransodium sulfate投与モデル(潰瘍性大腸炎モデル)では、大腸での特異的な融合関連遺伝子の発現変化は観察されなかったが、マイルドな傷害が起きるとされる回腸ではSynAの発現上昇が見られた。しかしこれはWntシグナル活性との相関はなかった。さらに腎臓の虚血再灌流傷害モデルでは、傷害を受け強く炎症を起こしている領域で、融合関連遺伝子群が発現上昇する事を明らかにした。今後はさらにこれらの因子が組織の修復・再生の際にどのような働きをしているか検証していく予定である。1)マウス正常組織におけるGCM1、SyncytinおよびWnt活性の発現解析Wntシグナルがドライブした組織をX-Gal染色やβ-galactosidaseに対する免疫染色で検出できるリポーターマウス(TOPGALマウス)を用いて、全身を42の組織・器官に分けてGCM1、Syncytin-A(Syna)、Syncytin-B(Synb)の発現を調べ、Wnt活性との相関を検討した。その結果、胎盤形成時の細胞融合を制御するGCM1が、胎盤以外の組織でも発現していることを見出した。特に腎臓では顕著であった。2)組織傷害修復・再生モデルにおけるGCM1、SyncytinおよびWnt活性の発現解析腎臓におけるGcm1の顕著な発現に着目し、Wntリポーターマウス腎臓の組織障害の系(虚血再灌流傷害モデル)で検証を開始した。修復・再生組織におけるGCM1、SyncytinおよびWnt活性の発現を解析した。その結果、qRT-PCRで傷害2-5日後にWnt標的遺伝子Axin2、BambiなどとともにGCM1、Syna、Synbの発現上昇が見られた。特にGCM1とSynbの発現量の間には高い相関が確認された。これは私たちが胎盤で確認し報告した内容(Nat Commun 2, 548, 2011)と一致している。すなわち、腎臓の虚血再灌流傷害後にWntシグルの活性化が起こりGCM1およびSyncytinの発現が誘導されることを明らかにした。平成24年度は、正常マウス組織および種々の組織傷害モデルおよび浸潤・転移モデルを用いて、Wnt活性・GCM1・Syncytinの発現プロファイルを詳細に明らかにすることを目標とした。上述のように、腎臓の虚血再灌流傷害モデルおよび潰瘍性大腸炎モデルでは、正常組織が傷害を受けた際に、Wntシグナル制御下でSyncytin依存的な細胞融合が誘導される可能性を示唆する新規性の高い知見を得ることができた。一方で、放射線による腸管傷害モデルおよび毛包・筋肉の傷害モデルや、癌の浸潤・転移モデルにおけるGCM1、SyncytinおよびWnt活性の発現解析の実施が時間的にできなかった。これは、腎臓の虚血再灌流傷害モデルおよび潰瘍性大腸炎モデルの系を再現性良く確立するのに当初の予想以上に時間を要したことによる。

腎臓の虚血再灌流傷害モデルおよび潰瘍性大腸炎モデルで一定の知見が得られたことから、24年度未施行の放射線による腸管傷害モデルを用いた解析を進めつつ、当初の計画通り、Syncytinの組織特異的KOマウスの作製および解析に着手する。24年度の結果で構成的あるいは傷害依存的にSyna・Synbの発現がみられた腎臓もしくは腸管クリプトに対応するCreマウスと、SynaもしくはSynb Floxed/Frtマウスを交配し、コンディショナルKOマウスを作製し、解析を行う。平成25年度に配分された研究経費の多くは消耗品費(試薬・実験器具・実験動物など)に充当する。その他、共同研究および成果公表に必要な諸費用や、マウス維持に伴う謝金に充当する。
環境中における安定性の解明に向けた腐植物質の平均化学構造モデルの構築

日本の典型的な各種土壌(黒ボク土、褐色森林土、灰色低地土)から抽出・精製した腐植酸6点を透過型電子顕微鏡観察に供試し、撮影した写真について画像解析をおこない、縮合環サイズや積層数などで評価される炭素晶質構造の発達程度と、土壌の種類や腐植酸の腐植化度(黒色度)との関係を調べた。(1)低倍率(11万倍率)で観察した腐植酸の形態的特徴と、土壌の種類や腐植酸の黒色度との間に関係はみられなかった。(2)高倍率(35万倍率)で撮影した各試料5視野ずつから、試料の厚さが比較的薄い一定領域(15×15nm^2)を選択して画像解析をおこない、炭素晶質構造に対応する縞(以下、フリンジ)を抽出した。同一試料あるいは同一視聾であってもフリンジの太さは様々であり、フリンジの形状は直鎖状のものだけでなく分枝状のものも観察されたため、フリンジの長さ(即ち縮合環サイズ)を計測するのは困難であった。また、いずれの試料においても、フリンジが平行に並んでいる(即ち積層している)ような部位はほとんどみられなかった。フリンジの分布の仕方に試料間で差異が見られなかったことや、黒色度が最も低い試料でもフリンジが一様に分布していたことから、試料調製時における試料分子の分散方法が観察結果に影響を与えたことが推測された。引き続き、試料の分散状態が改善されるような試料調製法を検討し、炭素晶質構造の定量的な評価を目指す。(3)電子線回折像を試料間で比較した結果、黒色度が最も低い試料を含む3点からグラファイトに特徴的な回折像が得られたことから、グラファイト自身の黒色度への寄与は低いことが示唆された。1.日本の典型的な各種土壌(黒ボク土、褐色森林土、黄色土、灰色低地土等)から腐植酸12点を抽出・精製した。2.腐植酸をルテニウム四酸化物酸化(RTO)に供試し、生成したベンゼンポリカルボン酸(BPCA)および脂肪族カルボン酸から元の縮合芳香族および脂肪族構造を推定し、それらの量および組成と腐植化度(黒色度)および^<13>C CPMAS NMRから求めたC官能基組成との関係を解析した。(1)RTOによって得られた水溶性およびジクロロメタン可溶生成物のメチル化後の収量はそれぞれ210430mg g^<-1>および1040mg g^<-1>であり、黒色度との間に正および負の相関をそれぞれ示した。(2)GC/MS測定により水溶性生成物から26のカルボキシル基をもつ8種のBPCAおよびカルボキシル基以外の側鎖をもつ7種のBPCAがそれらのメチル化誘導体として検出された。試料間で検出されるBPCA数に顕著な差はなかった。個々のBPCAの収量(<16mg g^<-1>)およびそれらの総量(1285mg g^<-1>)は黒色度および芳香族C含有率との間に有意な正の相関を示し、黒色度および芳香族性の高い腐植酸ほどナフタレンからコロネンにいたる縮合芳香環をより多く含み、その縮合度もより高いことが推定された。(3)脂肪族化合物の総収量は0.16.5mg g^<-1>であり、黒色度との間に負の相関を、アルキルC含有率との間に正の相関をそれぞれ示した。腐植酸分子中で主に末端アルキル基として芳香環に結合していたと考えられるC_<12>C_<30>脂肪族モノカルボン酸誘導体が、同定された全脂肪族化合物の>56%を占め、芳香環を架橋するポリメチレン鎖に由来すると考えられるC_<14>C_<24>脂肪族ジカルボン酸誘導体が<44%であった。これら脂肪族成分は黒色度の高い腐植酸ほど平均分子サイズがより小さいことに寄与していると推察した。

(3)電子線回折像を試料間で比較した結果、黒色度が最も低い試料を含む3点からグラファイトに特徴的な回折像が得られたことから、グラファイト自身の黒色度への寄与は低いことが示唆された。
中大員ヘテロ環の効率的環化法

天然からは中大員ヘテロ環構造を持つ化合物が多数単離されており,顕著な生物活性を示す化合物も多い。二ヨウ化サマリウムによるBarbier型カップリング反応を利用することで,79員環エーテルが効率良く環化できることを見出した。この中員環エーテルの構築法ではケトンないしアルデヒドとアリルクロリドとの間で分子内Barbier型カップリング反応がほぼ定量的に進む。さらに,高希釈条件が必要ないという驚くべき特長がある。まず,7員環エーテルの閉環を行った。THF中で二ヨウ化サマリウムと反応させると,ケトンとアリルクロリドとの間で環化反応が進み,7員環エーテルが定量的な収率で生成した。同様の環化法を用いて8員環エーテル構造を定量的に形成できた。次に,アルデヒドとアリルクロリドとの間でのBarbier型カップリング反応による中員環エーテルの閉環を検討した。この場合、HMPAを共存させることが必須で、8および9員環エーテルを定量的に閉環できた。アルデヒドから閉環反応が進むと、2級アルコールを生成する。この二級アルコールを手掛かりとして炭素鎖を延長できるため、アルデヒドから中員環が構築できることは合成化学の面から重要である。天然からは中大員ヘテロ環構造を持つ化合物が多数単離されており,顕著な生物活性を示す化含物も多い。当研究室ではニヨウ化サマリウムによる還元環化反応を利用することで,炭素中員環が効率良く環化できることを見出している。この中員環構築法ではアリルクロリドとケトンとの間で分子内還元カップリング反応がほぼ定量的に進む。今回,6員環,7員環エーテルが同様の条件下で収率良く形成できることを見出した。まず,6員環エーテルの閉環を行った。THF中,HMPA共存下,ニヨウ化サマリウムと反応させると,目的とした分子内カップリング反応が進み,6員環エーテルがほぼ定量的な収率で生成した。立体選択性も高く,95:5以上の選択性で水酸基どビニル基がトランス配置の立体異性体が主生成物として得られた。次に,7員環エーテルの閉環を検討した。同様に,THF中,HMPA共存下でニヨウ化サマリウムと反応させたところ,7員環エーテルが高収率で得られた。さらに,7員環エーテルの環化反応がHMPA非共存下でも進行することが分かった。この場合、HMPAZを共存させることが必須で、8および9員環エーテルを定量的に閉環できた。
細胞内シグナル伝達経路を標的とした難治性骨髄腫に対する治療構築のための基盤研究

ボルテゾミブやレナリドミドなどの分子標的薬の登場によって多発性骨髄腫の治療成績は向上しているが依然根治は不可能であり、再発を繰り返していずれ難治性となる。ボルテゾミブ耐性になると難治性であり予後は非常に不良であるため新規治療の開発が急務である。我々は、細胞内シグナル伝達経路蛋白に注目して難治性多発性骨髄腫の克服を目指してきた。そのなかで、DNA修復に重要なはたらきを担っている細胞周期チェックポイント蛋白であるWEE1に注目した。細胞がDNA損傷をきたすと細胞周期チェックポイント機構が働き、細胞周期を停止させて細胞修復を行う。細胞周期チェックポイント機構に重要な蛋白としてG1/Sチェックポイントで働くp53とG2/Mチェックポイントで働くWEE1がある。DNA損傷時にチェックポイント機構が働かないと細胞修復機能が阻害されることよって未熟な細胞分裂が行われ最終的にアポトーシスに至る。我々は、難治性多発性骨髄腫におけるWEE1注目し、その特異的阻害剤による難治性多発性骨髄腫の克服を目指し研究を行っている。WEE1阻害剤は骨髄腫細胞株に対して濃度と時間依存的に細胞の増殖を抑制しアポトーシスを誘導することを見出した。WEE1阻害薬の抗骨髄腫効果はP53の変異の有無に関わらなく認められ、さらに難治性のボルテゾミブ耐性細胞株に対しても認められた。WEE1阻害薬の効果を高める目的で、骨髄腫治療で使用されるアルキル化薬、アントラサイクリン、ビンクリスチン、HDAC阻害薬を用いてWEE1阻害剤との併用の効果を検証したところいずれも相乗的に抗腫瘍効果を示したこれらの抗腫瘍治療薬の中でもHDAC阻害薬は二重鎖DNA損傷を誘導することが報告されていることからWEE1との相乗効果がもっとも期待できると考えHDAC阻害薬との併用に注目しWEE1阻害薬との併用効果を解析した。HDAC阻害薬のうち多発性骨髄腫に対してとしてパノビノスタットが臨床で使用されており効果が報告されている。HDACには主にクラスI、II、IVがあるがパノビノスタットはそのすべてを阻害する。HDAC阻害薬として他にクラスI、IIを阻害するボリノスタット、クラスIを阻害するエンチノスタット、クラスIIを阻害するリコリノスタットがあり、これらのHDAC阻害薬とWEE1阻害薬の併用効果を調べた。すべてのHDAC阻害薬はWEE1阻害薬と相乗的に抗骨髄腫効果を認めたがパノビノスタットがもっとも低濃度で抗骨髄腫効果を示した。HDAC阻害薬とWEE1阻害薬蛋白の併用ではDNA損傷のマーカーであるγH2AXの発現増加が認められておりHDAC阻害薬によるDNA損傷の増加とWEE1阻害薬によるDNA修復阻害が示唆された。今後は、WEE1阻害剤とHDAC阻害薬併用による相乗的な抗腫瘍効果のメカニズムを解析する目的で、細胞内シグナル伝達経路蛋白の発現や細胞周期関連蛋白のリン酸化、HDACで発現を制御される蛋白や細胞表面蛋白などの発現量の変化などを調べるとともに、HDAC以外の抗腫瘍治療薬との併用の効果を調べる予定である。多発性骨髄腫では種々の分子標的薬が開発されているが根治は不可能であり、とくにボルテゾミブ耐性は難治性であり予後不良である。細胞がDNA損傷をきたすと核内シグナル伝達系が活性化し、p53, WEE1, cdc2などの細胞周期を制御する蛋白がリン酸化することによって細胞周期チェックポイント機構が働き、細胞周期を停止させて細胞修復を行う。腫瘍細胞ではp53遺伝子異常を有することが多いためp53が重要な役割を果たしているG1/Sチェックポイント機構が機能せず、WEE1やcdc2などによって制御されるG2/Mチェックポイント機構に依存する。また近年、固形腫瘍において細胞周期チェックポイント機構を阻害すると、細胞修復機能が阻害されることよって未熟な細胞分裂が行われ、最終的にアポトーシスに至ることが明らかになってきた。難治性多発性骨髄腫においてp53遺伝子の変異がおおく認められることとDNA損傷が認められることから、我々は、難治性多発性骨髄腫におけるDNA損傷時の核内シグナル伝達系、とくにG2/M細胞周期チェックポイント機構において重役な役割を担うWEE1注目し、その阻害剤による難治性多発性骨髄腫の克服を目指し研究を行っている。WEE1阻害剤を用いてボルテゾミブ感受性細胞株と耐性細胞株に対する作用を調べたところ、WEE1阻害剤は、濃度依存的、時間依存的目に両方の細胞の増殖を抑制した。作用機序を調べるためにセルサイクル解析とアポトーシス解析を行ったところ、WEE1阻害剤が細胞をS期とG2/M期に誘導し、アポトーシスを誘導することが明らかになった。WEE1阻害剤単剤でボルテゾミブ感受性と耐性のいずれの多発性骨髄腫細胞に対してもアポトーシスを誘導し増殖を抑制することが明らかになった。また、その作用は、他の抗腫瘍薬である、アルキル化薬、アントラサイクリン、HDAC阻害薬と相乗的に抗腫瘍効果を示した。このことから、WEE1阻害剤と抗腫瘍効果薬の併用が、ボルテゾミブ耐性のような難治性多発性骨髄腫細胞に対して有効である可能性が示唆された。この結果は米国シカゴで開催されたAACR AnnualMeeting 2018において発表を行った。

ボルテゾミブやレナリドミドなどの分子標的薬の登場によって多発性骨髄腫の治療成績は向上しているが依然根治は不可能であり、再発を繰り返していずれ難治性となる。ボルテゾミブ耐性になると難治性であり予後は非常に不良であるため新規治療の開発が急務である。我々は、細胞内シグナル伝達経路蛋白に注目して難治性多発性骨髄腫の克服を目指してきた。そのなかで、DNA修復に重要なはたらきを担っている細胞周期チェックポイント蛋白であるWEE1に注目した。細胞がDNA損傷をきたすと細胞周期チェックポイント機構が働き、細胞周期を停止させて細胞修復を行う。細胞周期チェックポイント機構に重要な蛋白としてG1/Sチェックポイントで働くp53とG2/Mチェックポイントで働くWEE1がある。DNA損傷時にチェックポイント機構が働かないと細胞修復機能が阻害されることよって未熟な細胞分裂が行われ最終的にアポトーシスに至る。我々は、難治性多発性骨髄腫におけるWEE1注目し、その特異的阻害剤による難治性多発性骨髄腫の克服を目指し研究を行っている。WEE1阻害剤は骨髄腫細胞株に対して濃度と時間依存的に細胞の増殖を抑制しアポトーシスを誘導することを見出した。WEE1阻害薬の抗骨髄腫効果はP53の変異の有無に関わらなく認められ、さらに難治性のボルテゾミブ耐性細胞株に対しても認められた。WEE1阻害薬の効果を高める目的で、骨髄腫治療で使用されるアルキル化薬、アントラサイクリン、ビンクリスチン、HDAC阻害薬を用いてWEE1阻害剤との併用の効果を検証したところいずれも相乗的に抗腫瘍効果を示したこれらの抗腫瘍治療薬の中でもHDAC阻害薬は二重鎖DNA損傷を誘導することが報告されていることからWEE1との相乗効果がもっとも期待できると考えHDAC阻害薬との併用に注目しWEE1阻害薬との併用効果を解析した。HDAC阻害薬のうち多発性骨髄腫に対してとしてパノビノスタットが臨床で使用されており効果が報告されている。HDACには主にクラスI、II、IVがあるがパノビノスタットはそのすべてを阻害する。HDAC阻害薬として他にクラスI、IIを阻害するボリノスタット、クラスIを阻害するエンチノスタット、クラスIIを阻害するリコリノスタットがあり、これらのHDAC阻害薬とWEE1阻害薬の併用効果を調べた。すべてのHDAC阻害薬はWEE1阻害薬と相乗的に抗骨髄腫効果を認めたがパノビノスタットがもっとも低濃度で抗骨髄腫効果を示した。HDAC阻害薬とWEE1阻害薬蛋白の併用ではDNA損傷のマーカーであるγH2AXの発現増加が認められておりHDAC阻害薬によるDNA損傷の増加とWEE1阻害薬によるDNA修復阻害が示唆された。我々の研究では、WEE1阻害薬はp53の変異の有無に関係なく多発性骨髄腫に対してアポトーシスを誘導した。さらに、p53欠失細胞に対しても同様にアポトーシスを誘導した。このことからp53の変異や欠失に関係なく抗腫瘍効果を示す可能性が示唆された。また、アントラサイクリンのように直接DNA損傷をきたす抗腫瘍薬だけではなくHDAC阻害薬との併用においても相乗的な抗腫瘍効果が認められた。今後は、WEE1阻害剤と抗腫瘍効果薬併用による相乗的な抗腫瘍効果のメカニズム解析を、アレイ解析やウェスタンブロットによる核内シグナル伝達経路蛋白のリン酸化の解析などを用いて行うとともに、抗腫瘍効果が最大となるような、抗腫瘍薬のスクリーニングを行う。
ナノコンポジット複合機能膜の形成機構解明とそれを応用した金属加工の新しい展開

1.TiAINの溶融AIに対する濡れ性:800°C以下では濡れ角は120度程度となり,比較的濡れ性が悪いが,基板と溶融AIと基板との相互拡散が濡れを促進することがわかった.2.TiAIN/BNナノコンポジット膜:TiAIN/BN膜中のBNの混合比を変化させ,膜の塑性硬さH_<pl>を評価したところ,約14vol%程度のBNの混合により,42GPa以上の高い塑性硬さを得た.得られた膜は,1020nm程度の微細なTiAIN粒子で構成され,結晶粒界に非晶質のBN相が存在することがわかった.3.TiAIN/a-Cナノコンポジット膜:体積比でa-C相を約9%混合した膜では,塑性硬さにおいてTiAIN単相膜に比べ35%増43GPaの高硬度を得た.他方,ヤング率は単相膜よりも10%以上低い値を示し,ナノコンポジット膜特有の性質を有することが分かった.a-C膜およびTiAIN/17vol%a-C膜を大気中400°C700°Cで1時間加熱後の機械的性質を調べた結果,a-C膜では400°C×1時間の加熱で硬度はほとんど測定不能な程度まで低下したが,TiAIN/17vol%a-C膜では700°C×1時間の加熱後でも約10%程度低下したにすぎず,耐酸化性に優れることが判明した.TiAIN/50vol%a-C膜の微細構造を詳細に調べた結果,この膜は粒径数nm程度のTiAIN微結晶とそれを取り巻く非晶質炭素からなる,ナノコンポジット構造を有することが判明した.4.CrAIN膜の特性:Cr/A1=(30/70)ターゲットを用いて最適条件で作製した膜では最高35GPaの硬度を得た.5.実用可能性の検討:TiAIN/50vol%a-C膜をマグネシウム用中子ピンに成膜し,実装テストを実施したところ,マグネシウムの溶着が起こりにくく.皮膜処理なし材の約4倍.TiAIN単相膜処理材の約2倍となる27万ショットまで使用できた.1.TiAINの溶融AIに対する濡れ性:800°C以下では濡れ角は120度程度となり,比較的濡れ性が悪いが,基板と溶融AIと基板との相互拡散が濡れを促進することがわかった.2.TiAIN/BNナノコンポジット膜:TiAIN/BN膜中のBNの混合比を変化させ,膜の塑性硬さH_<pl>を評価したところ,約14vol%程度のBNの混合により,42GPa以上の高い塑性硬さを得た.得られた膜は,1020nm程度の微細なTiAIN粒子で構成され,結晶粒界に非晶質のBN相が存在することがわかった.3.TiAIN/a-Cナノコンポジット膜:体積比でa-C相を約9%混合した膜では,塑性硬さにおいてTiAIN単相膜に比べ35%増43GPaの高硬度を得た.他方,ヤング率は単相膜よりも10%以上低い値を示し,ナノコンポジット膜特有の性質を有することが分かった.a-C膜およびTiAIN/17vol%a-C膜を大気中400°C700°Cで1時間加熱後の機械的性質を調べた結果,a-C膜では400°C×1時間の加熱で硬度はほとんど測定不能な程度まで低下したが,TiAIN/17vol%a-C膜では700°C×1時間の加熱後でも約10%程度低下したにすぎず,耐酸化性に優れることが判明した.TiAIN/50vol%a-C膜の微細構造を詳細に調べた結果,この膜は粒径数nm程度のTiAIN微結晶とそれを取り巻く非晶質炭素からなる,ナノコンポジット構造を有することが判明した.4.CrAIN膜の特性:Cr/A1=(30/70)ターゲットを用いて最適条件で作製した膜では最高35GPaの硬度を得た.5.実用可能性の検討:TiAIN/50vol%a-C膜をマグネシウム用中子ピンに成膜し,実装テストを実施したところ,マグネシウムの溶着が起こりにくく.皮膜処理なし材の約4倍.TiAIN単相膜処理材の約2倍となる27万ショットまで使用できた.二元同時反応スパッタ法を採用し,BNはターゲットからBNクラスター粒子を基板上に蒸着し,積層型および混合型の2種類のTiAlN/BN複合化膜の作製を試みた.TiAlN相の形成にパルスDC電源を導入し,製膜条件の許容範囲を拡げた.この製膜条件と膜の微細構造などとの関係を調べた.膜の微細構造をXRD, XPS, HRTEMなどで調べ,製膜条件と微細構造及び諸特性との関係を検討した.1 TiAlN反応スパッタ条件に及ぼすパルスDC電源の効果Ar+N2混合ガスによる反応スパッタでTiAlNを作製する場合に,通常のDC電源では異常放電を防ぐため11.5kW程度以下の投入電力しか使えず,製膜速度に大きな制限があった,パルスDC(100kHz)を用いると,3kW以上の電力も使用可能であり,製膜速度が2倍以上に向上するので,混合比率などの許容範囲が拡がる.(1)積層膜の場合,TiAlN層の結晶成長を遮断するためには,BN層の厚さは1nm以上必要であった.(2)BN層の厚さを1nmに固定し,TiAlN層の厚さを変化させると塑性硬さHplが向上するが,TiAlN層の厚さ810nm以上になると塑性硬さは減少する傾向を示した.

(1)TiAlN/BN膜中のBNの混合比(体積比)を028%まで変化させ,膜の塑性硬さHplを評価したところ,約14vol%程度のBNの混合により,43GPa以上の高い塑性硬さを得た.(2)得られた膜の微細構造を高分解能TEMなどで観察したところ,1020nm程度の微細なTiAlN粒子で構成され,粒界が不明瞭であることがわかった.(3)XPS分析の結果,この膜中にはBN結合相が存在することもわかった.以上二元同時反応スパッタ法を採用し,TiAlN/a-Cナノコンポジット膜の作製を試み、膜の特性と微細構造との関係を調べた.1.膜の機械的性質(1)安定した放電が得られ、かつTiAlN相の機械的性質が最も優れるガス流量条件として、Ar=15sccm,N_2=20sccmを選び、その条件下でTiAlN相とa-C相との混合比を変えて複合膜を作製した。(2)体積比でa-C相を約9%混合した膜では、塑性硬さにおいてTiAlN単相膜に比べ35%増の43GPaの高硬度を得た。他方、ヤング率は単相膜よりも10%以上低い値を示し、ナノコンポジット膜特有の性質を有することが分かった。2.耐酸化性および溶融金属との界面反応(1)a-C膜およびTiAlN/17vol%a-C膜を大気中400°C700°Cで1時間加熱した後、室温にてナノインデンテーションを実施した。その結果、a-C膜では400°C×1時間の加熱で硬度はほとんど測定不能な程度まで低下したが、TiAlN/17vo1%a-C膜では700°C×1時間の加熱後でも約10%程度低下したにすぎなかった。(2)TiAlN/50vol%a-C膜をマグネシウム用中子ピンに成膜し、実装テストを実施したところ、マグネシウムの溶着が起こりにくく、皮膜処理なし材の約4倍、TiAlN単相膜処理材の約2倍となる27万ショットまで使用できた。3.膜の微細構造と複合機能膜の形成機構(1)TiAlN/50vol%a-C膜をEELS,HR-TEM,XPSなどで微細構造を詳細に調べた結果、この膜は粒径数nm程度のTiAlN微結晶とそれを取り巻くように存在する非晶質炭素からなる、ナノコンポジット構造を有することが判明した。(2)XRD,HR-TEM,XPSの何れの分析結果においても、炭素は非晶質相が主体であり、炭化物相はほとんど存在しないことが分かった。1.CrAlN膜の微細構造と機械的性質Cr/Al=(50/50)ターゲットを用いて、反応スパた方によりCrAlN膜を作製するための最適条件を検討した。その結果、Arガス流量=15sccm,N_2ガス流量=30sccm,パルスDC周波数=160kHz,デューティ比=86%,基板温度150°Cで塑性硬さHpl=3035GPaの値を得た。この条件で膜を作製すると電源機器の負荷も少なく安定してこの特性が得られることがわかり、これを標準条件として研究を進めた。2.CrAlN系ナノコンポジット膜の作製と微細構造上記標準条件のCrAlNと非晶質炭素(a-C)との複合化を図り、ナノコンポジット膜を作製した。a-C膜はDCスパッタ法,CrAIN膜はパルスDCスパッタ法を用いた。a-Cの混合比を変えてナノコンポジット膜を作製したところ、約10vol%の混合比でHpl=43GPaの高い値を得た。XRDおよびTEM等による構造解析の結果、TiAlN/a-C膜と同様に、遷移金属窒化物の微結晶と非晶質炭素によるナノコンポジット膜特有の構造を有していることがわかった。3.製膜メカニズムの検討本年度新たに導入したOptical Emission Spectroscopyを使用して、作製条件によるプラズマ中のイオン種の差異について検討した結果、デューティ比を86%から78%に減じた場合に、ArおよびN2のイオン化率が上昇することがわかった。
経年による木材物性の変化に寄与する細胞壁微細構造のキャラクタリゼーション

木材の材料寿命と経年による物性変化の詳細を把握することを目的として、日本国内の歴史的建造物由来の履歴の明らかな古材を実験試料として各種物性評価を行った。その結果、木材の経年による物性変化には異方性があること、すなわち、繊維方向強度は1000年経過後も大きく低減しないが、繊維直角方向の強度は経年によつて著しく低減する傾向を示した。この物性試験の結果について、木材の組織的構造的特徴との関係を明らかにするため、力学試験終了後の破断面についてSEMによる観察を行ったところ、新材では細胞壁そのものが破壊されていることに対し、古材では、細胞間層で破断されることが認められた。これは、木材構成成分(セルロース、ヘミセルロース、リグニン)の経年によるそれぞれの変化傾向の違いを示していると考えられ、X線回折で得られたセルロースミクロフィブリル傾角、ならびにFTIRによる成分分析の結果も含めて総合的に考察すると、経年によりセルロースそのものは大きく変化しないが、ヘミセルロース量は著しく減少し、リグニンは質的に変化することが示唆された。またこれらの経年変化に寄与する木材中の水分について、現在更なる検討を続けている。木材の経年による材質変化を明らかにするため、履歴詳細の明らかな文化財指定建物由来古材について、強度をはじめとした物性評価を行った。具体的には、飛鳥期から現代までの文化財指定建物由来個材について、人文科学的(文書・建築年代)にも自然科学的(年輪年代・放射性炭素年代)にも矛盾の無い古材試料10点を選定し、物理的特性(密度・強度・ヤング率)、科学成分分析、X線回折測定、FTIR、分光測色により物性評価を行った。また、これらの建造物由来古材の経年変化のキャラクタリゼーションを今後、モデル化するため、コントロール材料として、人為的促進劣化材(熱処理財)を調整し、これらについても同様の物性評価を行った。この一連の検討により、木材の経年変化の主要な要因が酸化反応であるとする仮定について、温度-時間換算側の摘要が可能であることを根拠として理論構築を行いつつある。このことから、次年度以降、経年変化が木材細胞壁におよぼす材質変化について、より詳細な検討を行うための基盤が得られたと考えている。以上の成果は、今年度、国内学会8件、国際学会1件、共著論文一件として報告を行った。また、一連の実験に供する古材は、文化財指定建物由来のものであり、文化庁をはじめとする文化財行政ならびに文化財の保存文化・調査を行う関連研究機関との連携、そして社会的コンセンサスが必要であるという観点から、文化庁主催文化財建造物主任技師研修会における講師、生存圏研究所シンポジウム"木の文化と科学VII"の主催・運営、"木の文化と科学"(伊東隆夫編・海青社刊)の執筆(11章担当)、さらには文化財建造物に関するNHKのTV番組や新聞取材等を受け、社会的認知を得ながら研究活動を展開するための努力を行っている。本研究では、木材の経年による材質変化を明らかにすることを目的として、履歴詳細の明らかな文化財指定建造物由来古材について、強度をはじめとした物性評価を行ってきた。具体的には、飛鳥期から現代までの文化財指定建造物由来古材について人文科学的根拠(文書や加工痕跡)および自然科学的根拠(年輪年代や放射性炭素年代)に基づき、覆歴の明らかな古材を実験試料として10点選定し、各々について、物理的特性(密度・強度・ヤング率)、化学成分分析、X線回折、FTIR、分光測色による物性評価を行った。この成果によって、従来、宮大工ら等によって経験的にしか評価されなかった、木材の経年による色や強度の変化について科学的に客観的指標によって示すことができた。加えて、化学成分の変化から、木材の経年変化のメカニズムについての知見を得ることに繋がった。今年度は、これらの結果に基づく知見からさらに微細な構造、特たセルロースの結晶領域と非結晶領域についての情報を得るため、NMR測定を行うための基礎的実験を行い、実験条件を確定した。また、さらにVOC測定を行い、木材に含まれる匂い成分の経年による変化についての知見を得るための実験条件の確定を行った。今後はこれらの結果に基づき、詳細な検討を行いたいと考えている。また、古材収集の過程で行った文化財指定建造物のひとつ、京都府宇治市にある社寺建築に用いられた樹種について、中国考古学会議SEAAにおいてポスター発表を行った。
光によるスルホキシドの立体化学の制御とその医薬品候補化合創製への応用

本研究では市販の医薬品やその代謝物に含まれるスルホキシドの光エネルギーに対する立体化学の安定性を検討し、ラセミ化の起こる要因を明らかにする。さらに、これに基づき、光を利用した生物活性物質の不斉反応を開発する。本研究は、光に対する医薬品の安定性を確保するための基礎的な知見を得て、これを生物活性物質の不斉合成に応用することで、医療薬学及び医薬化学分野に貢献する。
情動を反映する大脳基底核の情報処理の解明と強化学習の発展

3年間にわたる第3年度の研究として、本年度の研究の主体は、大きく分けて三つあった。一つは、大脳基底核の情報処理の解明/モデル化のための研究を発展させたこと、次に、情動・感情・動機・報酬獲得などの機能との関係を明確にするための実験研究と数理研究の共同研究を進展させたことにある。そして、これらに基づき、現在基底核の強化学習を発展させた数理モデルの構築を進めた。具体的には、大脳基底核における並行回路がどのようにその機能を分化させるかということについて、各知覚情報の潜時の違いに着目した。モデル構築そしてシミュレーション研究を通じて、その潜時の違いが自動的に機能分化にいたることを実証した。また、情動のような複雑な機能が行動選択・運動制御に与える影響を調べるには、行動が選択される時点を的確につかまえることが必要である。そのためにそれ以前に行われた行動を観察することで次に起きる行動がどれくらい予測できるかを調べる研究を行った。この研究はさらに多電極同時記録された脳活動との対応をつけるための予備的研究である。幸いこれらの研究は既に論文発表できている。また多電極同時記録の脳活動を行動と対応づけるためのデータ解析の手法の研究も学会発表を既に終えている。今後の展開としては、基底核の数理モデルの研究を進め、その成果につき発表を行うこととなる。なお一般社会に研究をフィードバックする試みとして一般図書への執筆も行い、幸い好評を得ている。最後に、本研究は、申請者一人が推進する研究であり、本研究費によって、諸処の数理計算用のハード/ソフトの諸費用、マンパワーとしての研究補助などが得られていて、非常に有効に機能していることを述べておきたい。3年間にわたる第一年度の研究として、本年度の研究においては、大脳基底核が、情動(具体的には報酬獲得の期待)をどのようにして意思決定・運動制御へと反映させるかについて、我々の提案をまとめた。簡潔にはその提案は、報酬方向へのバイアス(情動における快を得られる判断・運動を選好する方向へバイアス)を大脳基底核が予め作りだすというものである。広範な実験結果を統一して解釈できるので、我々はこの提案に自信をもっている。また、「異なる時間定数」を考察する重要性を本研究の提案時に訴えたが、その方向における研究として、異なる潜時をもつ大脳皮質-大脳基底核回路の機能に関する計算モデルを提案し、検証した。さらにこれらの基底核の機能を実験データから解明していくための数理手法に関する研究を進めた。中でも、単一神経細胞の時系列の高次相関、及び細胞集団活動の情報の復号化の最適性、の各研究で一定の結果を得た。以上述べた研究は、既に出版論文などの成果物としてまとめられた。現在、情動・感情・動機・報酬獲得などの互いの機能の関係を数理モデルとしてまとめるために、異なる時間定数や異なる報酬系が存在するような場合の強化学習の数理理論を開発中である。来年度以降、この数理研究を発展させる理論研究、基底核などの実験データを具体的に解析しながら進める計算論的研究、データ解析そのものを発展させるための数理手法の開発などの研究を鋭意進めていきたい。最後に、本研究は、申請者一人が推進する研究であり、本研究費によって、諸処の数理計算用のハード/ソフトの諸費用、マンパワーとしての研究補助、共同研究者と会うための旅費などが得られていて、非常に有効に機能していることを述べておきたい。3年間にわたる第二年度の研究として、(A)大脳基底核の情報処理の解明/モデル化の基礎となる強化学習という数理理論の枠組の発展、そして(B)大脳基底核の機能と、情動・感情・動機・報酬獲得などの機能との関係の明確化、を目指して研究を進めた。(A)では数理的枠組の整理が主となる一方、(B)では神経生理学者と多岐にわたる議論を通じて問題の明確化が進められた。簡潔には、(A)の数理理論を発展させつつ、辺縁系を含んだ大脳基底核回路という生物の脳での実際の情報処理との対応を探るという作業を進めた。本年度は、実は、本研究者が自らの研究室を独立して運営を始めた初年度と重なり、それにまつわる諸業務に忙殺されることが多い中での研究推進と相成った。その中でも、特に(A)において、基底核などの実験データの解析に直接役立てることができる計算論的モデルの研究、--このモデルによって眼球運動潜時と大脳基底核や大脳皮質の神経細胞活動を関連づけることができる--、を論文発表することができた。また、基底核の主要な出力先である上丘における神経活動ダイナミクスに関する研究--この研究によって大脳基底核や大脳皮質の主要な出力先の神経細胞の活動を実際の眼球運動との関連付け行う基礎が得られる--を推進し、これも論文発表することができた。これらの研究をもとにして、上述した議論を深めつつ、来年度への成果につなげていきたいと考えている。