hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノ構造磁性フォトニック結晶を用いたコリニア体積磁気ホログラムメモリに関する研究

リライタビリティを有する高効率磁気ホログラム媒体の形成を目的として、計算機シミュレーションと実験により研究を行った。二光束干渉方式を用いて記録媒体構造と書き込み条件について検討した結果、パルス幅の短いピコ秒レーザを用いることで、従来のナノ秒レーザより明瞭なフリンジが形成でき、またより深いフリンジを得るため、熱拡散層を導入した多層膜構造とすることで、高い回折効率が得られることがわかった。一方、磁性フォトニック結晶と組み合わせたハイブリッドメディアについて検討した結果、磁性膜内で光が定在波となるため効果的に深い干渉縞が形成でき、単層膜に比べ2倍以上明るい再生像が得られることがわかった。本研究では参照光と物体光を同軸としたコリニア方式を用いた磁気ホログラムの記録ノイズの低減と3次元方向のシフト多重記録による高記録密度化を目的とし,記録品質の改善及びメディアの解像度について検討を行った.記録画像サイズの検討:コリニア方式の磁気ホログラムでは,信号光と参照光の相対的間隔によって干渉縞の電界分布が変化し,高電界部で干渉縞を記録する.シミュレーションおよび実験により,信号光直径を小さくすることで高電界部の強度分布が一様となり,干渉縞の高周波成分まで正確に記録できるようになることを明らかにした.熱拡散による影響:熱磁気記録方式を用いる磁気ホログラムでは,メディアの温度上昇で記録するが,それに伴う熱拡散により正確な干渉縞の記録が妨げられる.シミュレーションにより記録レーザのパルス時間(加熱時間)の影響を調べた結果,熱拡散を抑えるためには10^-9秒オーダ以下のパルス時間が望ましいことが分かった。実験的にも,熱拡散の影響が大きい高い空間周波数領域でパルス時間25ナノ秒より50ピコ秒で記録した方が高い回折効率を示し,短パルスレーザの有効性を確認した.メディア解像度の検討:ホログラムを記録するガーネットメディアは粒径40nm程度の多結晶膜であり,個々の結晶粒が磁化反転することで情報を記録している.粒径が異なるメディアを作製してホログラム記録を行い,回折効率の評価を行った結果,0.1%以上の回折効率を得るには干渉縞1 line中に結晶粒子が1020個必要であることがわかった.これよりコリニア方式磁気ホログラム記録品質を改善するには,ガーネット粒径を25nm以下にするのが有効であることがわかった.記録密度の向上:面内2方向おシフト多重記録を行い,重なって記録した部分から再生像を確認することができた.さらに膜厚方向への多重記録が可能であることを実験で示した.これにより3次元方向での多重記録によるさらなる高記録密度化が期待できる.リライタピリティを有する高回折効率磁気媒体の形成を目的として、以下の研究を行った。記録媒体に関する研究として、解析が容易な二光束干渉方式に対し、マルチフィジックス有限要素解析ツールのコムソルを用いた数値解析と多結晶ガーネット薄膜を用いた書き込み実験により、記録媒体の構造の検討を行った。前年度の結果より、回折効率向上のために大きなエネルギー密度で書き込んでも、膜表面付近の温度上昇が大きく、明瞭な磁気フリンジが形成できないことが明らかになった。そこで過剰の熱を逃がすための構造について検討した結果、光吸収の小さなアルミナ薄膜をガーネット膜内に挿入し多層膜構造とすることで、ガーネット単層膜に比べ、深く明瞭な磁気フリンジを形成することができ、2倍以上大きな回折効率が期待できることが計算により明らかになった。そこで実際に2層のアルミナを導入した多層膜構造を作製し、回折効率を実験で評価した結果、計算と同様、単層膜に比べ約2倍の回折効率が得られ、熱拡散の影響を低減する多層膜構造の有効性を示せた。一方、薄膜試料と磁性フォトニック結晶(MPC)の組み合わせについても、同様に検討を進めた。その結果、入射角度の依存性を考慮することで、2ペアの誘電体ミラーで磁性ガーネット薄膜を挟んだMPCで、単層膜よりも約2倍大きな回折効率が得られることが計算および実験により明らかになった。このときMPCの磁性薄膜内で光が定在波となり、また熱吸収による膜厚方向の平均温度差も単層膜より小さくなるため、効果的に深い干渉縞が形成できることも計算結果よりわかった。そこで上述の2ペアのMPCにコリニア方式で像を書き込んだ結果、単層膜に比べ約2.5倍明るい明瞭な再生像が得られMPCの有効性が示された。今後、MPCにアルミナ多層膜構造を組み合わせることで、さらに回折効率の大きなリライタブル磁気媒体の実現が期待できる。リライタビリティを有する磁気媒体の形成目的として、以下の研究を行った。記録媒体に関する研究として、まず解析が容易な二光束干渉方式に対し、マルチフィジックス有限要素法解析ツールのコムソルを用いた数値解析と多結晶磁性ガーネット膜への書き込み実験により、高い回折効率を有する書き込み条件について検討した。

前年度導入したピコ秒パルスレーザを用いた書き込み条件と多結晶薄膜ガーネットを用いた記録媒体の構造の検討を行った結果、3μm厚の多結晶イットリウム鉄ガーネット(YIG)膜にピコ秒レーザを用いることにより、従来のナノ秒レーザに比べ回折効率が0.01%から0.03%に改善できることが分かった。一方、YIG膜ではフリンジを書き込める厚さが約2μmであり、膜厚を厚くしても回折向上は困難であることが実験と数値解析から分かった。そこで吸収係数が小さくファラデー回転角の大きな磁性膜を使用することで、更に回折効率を改善しノイズを低減できる可能性があることを数値解析により示した。そうした特性を持つ材料としてガドリウム鉄ガーネット(GIG)を選択し、実際に多結晶膜を作製し評価したが、回折効率の向上は認められず、磁化の角形比が小さいことが原因であり、角形比の改善が必要であることが分かった。そのため角形比の良いYIG膜とGIG膜との多層構造について検討した結果、回折効率を0.05%まで向上させることができた。更にコリニア方式についても、計算機シミュレーションで干渉縞の形成ができるようになってきており、数値解析による効率向上条件の検討を進めている。一方、薄膜試料と磁性フォトニック結晶の組み合わせについて、数値計算により検討した結果、入射光の角度の変化が大きいため、入射角によって光の閉じ込め効果が大きく異なり、干渉縞の形成に悪影響を与える可能性があることが課題として明らかになった。今年度目標としていたホログラムメモリ記録の際のノイズ低減方法の理論予測と実験による実証,ガーネットメディアの粒径の微細化と記録像への影響を実証済みである。25年度が最終年度であるため、記入しない。記録再生系の検討については、短パルスレーザによる熱拡散の影響を低減することで、高回折効率な記録ができるようになった。記録媒体の研究Iについては、光磁気メディアに適した体積記録できる材料および構造について検討し、従来よりも5倍大きな回折効率が得られるようになっている。またコリニア磁気ホログラムについても、計算機シミュレーションにより干渉縞の形成ができるようになった。一方、薄膜試料と磁性フォトニック結晶を組み合わせた光エンハンスドメディアの実現に関しても、基本的な課題を明らかにすることができた。以上より、計画にあげた光磁気エンハンストメディアの形成については、おおむね順調に進んでいると考える。それに対しコリニアホログラムの多重性の検討とストレージとしての評価については、ピコ秒レーザを組み込んだ記録再生系の構築は出来たものの、再生信号のエラーレートなどのストレージとしての評価については、まだできておらず、今年度実施の予定である。今年度でホログラムメモリ記録のノイズ低減方法の基礎検討は確立できた。来年度は,当初の予定通り,光磁気エンハンストメディアの形成と特性解明,コリニア磁気ホログラムの多重性,磁気ホログラム記録再生データのストレージとレての評価を行い,最終的にコリニア磁気ホログラムメモリプロトタイプシステムを構築する。
エストロゲン合成酵素遺伝子の発現制御

本研究は女性ステロイドホルモンであるエストロゲンの生合成の最終段階を触媒するエストロゲン合成酵素(P450aromとも呼ばれている)の遺伝子の発現制御機構の詳細を分子レベルで明らかにしようとするものである。研究代表者は今までに、ヒト絨毛性腫瘍細胞において本酵素遺伝子の転写活性が代表的な発がんプロモーターである12-O-tetradecanoyl-phorbol 13-acetateで著しく上昇することを明かにしてきた。さらに、このTPAによる転写の活性化には転写開始点の上流-2141と-2115の位置にある26塩基対の配列の存在が重要な役割を担っていることを明らかにしていた。本年度はこの転写制御配列に結合することによって、その制御を実際におこなっている核内因子を同定し、その性質を明らかにすることを目的として研究を進行した。ヒト胎盤由来のcDNAライブラリーを上述の26塩基対をプローブにして検索した結果、この塩基配列を特異的に認識し、結合する蛋白質をコードするクローンを得た。そのcDNAの塩基配列より推測した、タンパク質は、免疫系細胞の増殖時あるいは肝臓での急性期反応時に転写因子として働くNF-IL6と同一の因子であることが明かとなった。この因子に特異的な抗体を用いた解析によってヒト絨毛性腫瘍細胞では構成的に発現していることが判明した。また本転写因子の結合配列を破壊する変異体を用いた実験によって、NF-IL6がヒトエストロゲン合成酵素遺伝子の転写制御に実際に関わっていることを証明した。今後はこの因子と相互作用する核内因子群を同定し、本酵素遺伝子の転写制御機構の詳細をさらに解析していく計画である。
光ファイバ無線のための広帯域フェーズド・アレーアンテナの研究

無線通信における周波数資源の枯渇や、アンテナ送信電力増大に伴う環境電磁波問題を軽減するため、光ファイバ無線をベースとした光ネットワークのための光制御型フェーズドアレーアンテナシステムの実現を行った。独自の光アナログ信号の広帯域光信号処理回路を構成し、無線LAN規格に準拠した信号による実証実験に成功した。このシステムは、広帯域性にも優れ、将来の超高速無線アクセスシステムにも有効な技術であると考える。本研究では、将来の無線通信システムにおける周波数資源の枯渇や送信電力増大に伴う、環境電磁波問題を軽減するため、独自方式の全光波長変換技術を応用した光ファイバ無線のための光制御型広帯域フェーズド・アレーアンテナの実現を目的としている。今年度は、本研究テーマの基準盤技術となる光ファイバ無線システムや全光信号処理技術に関する基礎研究に焦点を当て、研究を実施した。光ファイバ無線システムでは、アンテナ基地局にヘテロダイン技術を用いた実験系を組み上げ、無線LAN規格に準拠した無線信号を用いた光ファイバ無線伝送システムによる伝送特性評価を実施した。これにより、高い伝送品質を実現することに成功し、光ファイバ無線システムの性能評価を行うための実験環境を立ち上げに成功した。全光信号処理技術では、光波長変換動作の広帯域化に関する検討を実施し、光スイッチング素子として利用した半導体光増幅器の利得波長特性に着目することで、単一の光波長変換素子において、動作波長範囲150nmでの波長変換動作実証実験に成功した。また、光波長変換素子内の半導体光増幅器で発生する周波数チャープによって出力信号が光ファイバ中で伝搬する際に受ける影響を調査するため、汎用性の高い光フィルタのみで、高精度な周波数チャープを測定できる手法を新たに提案し、半導体光増幅器で生じる様々な周波数チャープ特性を高精度に測定することに成功した。これらの研究成果で得られた知見や技術をもとに、本研究の主題である光制御型フェーズド・アレーアンテナの実験系も既に完成段階に入っている。最終年度である2009年度では、これらの詳細な特性評価を実施し、実用的な無線通信に適用可能なフェーズド・アレーアンテナの実証実験を目指す。無線通信システムの大容量化を実現する上で、光ファイバ無線を活用した光ネットワークの実現が望まれる。また、無線アンテナ基地局においては、無線周波数資源の枯渇や、アンテナ送信電力増大に伴う環境電磁波問題を軽減するため、無線通信システムにおけるフェーズド・アレーアンテナの導入が期待されている。本研究では、光ファイバ無線をベースとした光ネットワークと親和性の高い光制御型フェーズドアレーアンテナシステムの実現を目指す。本研究のキー技術となるのが、光アナログ信号の多波長変換を行う全光マルチキャスティング技術である。これまで、光デジタル信号でのマルチキャスティングは報告されているが、本研究では、独自技術を発展し、光アナログ信号による広帯域マルチキャスティングの実証実験に初めて成功した。これにより、光ファイバ無線ネットワークを伝搬する光信号からマルチキャストされた多波長光信号を用いた実時間遅延方式の光制御型フェーズド・アレーアンテナを構成した。実証実験では、無線通信として汎用されているIEEE 802.11の無線LAN規格に準拠した64 QAM OFDM信号で変調された光アナログ信号を利用した4チャネル全光マルチキャスティングでの符号誤り率評価を行い、元信号に対し、無エラー動作時で2 dB以下のパワー・ペナルティを得られることを明らかにした。実際のアレーアンテナ構成では、4アレー型のアンテナで、数GHz帯の無線信号においても、実用レベルの指向性を有する広帯域フェーズド・アレーアンテナを実現することが可能であることを明らかにした。本研究で提案・実証したアレーアンテナシステムは、広帯域性にも優れ、光ファイバ無線システムとの整合性にも優れていることから、将来の超高速無線アクセスシステムにも有効な技術であると考える。
動作系列集合による通信プロトコルの代数的仕様から状態遷移機械への変換

[1]研究の順序を一部変更し,通信プロトコルの検証法についての検討を先に行った.[2]通信ソフトウェアの信頼性を高めるためには,通信プロトコルの正しさを形式的に検証することが望ましい.本研究では互いにデ-タ単位を送受信する二つのプロトコル機械と通信路からなる通信系を検証の対象とし,プロトコル機械を有限状態の順序機械で,プロトコル機械間の通信路を長さに制限のないFIFOキュ-でモデル化した.このようなモデルでは,通信路の有界性が保証されているならば多くの検証の問題は判定可能となる.しかし,この有界性は一般に判定不能であり,実用的プロトコルでは有界性が成り立たない場合も多い.また,仮に有界性が保証されていても,検証時に生成される通信系の合成状態の個数が膨大となり,検証が困難となる.[3]本検証法では与えられたプロトコルПにおける検証すべき性質を,(a)プロトコル機械の指定された状態成分が指定された値をもつことを表す式と,(b)通信路上のデ-タ単位の系列が指定された正規集合に属することを表す式とを原子式とする命題論理式として簡潔に記述した.また,П上の論理式F,Gと正整数kに対して,(F,G,k)ーeventuality(Fを満たす任意の合成状態からどのような遷移を行っても高々k回の遷移でGを満たす合成状態に必ず到達するという性質)が判定可能であることを示した.さらに,Пにおいて,次の(1)ー(3)がそれぞれ成り立つための判定可能な十分条件を与えた.(1)与えられた論理式Fが不変式であること,(2)デッドロック状態に到達不能であること,(3)与えられたデ-タ単位の部分集合Σcについて,通信路上に存在するΣcに属するデ-タ単位の総個数が有界であること.[4]検証の効率を向上させるため,プロトコル機械の分解と縮退という二つの技法を導入した.[5]本検証法をOSIセションプロトコルへ適用し,その有効性を確かめた.[1]研究の順序を一部変更し,通信プロトコルの検証法についての検討を先に行った.[2]通信ソフトウェアの信頼性を高めるためには,通信プロトコルの正しさを形式的に検証することが望ましい.本研究では互いにデ-タ単位を送受信する二つのプロトコル機械と通信路からなる通信系を検証の対象とし,プロトコル機械を有限状態の順序機械で,プロトコル機械間の通信路を長さに制限のないFIFOキュ-でモデル化した.このようなモデルでは,通信路の有界性が保証されているならば多くの検証の問題は判定可能となる.しかし,この有界性は一般に判定不能であり,実用的プロトコルでは有界性が成り立たない場合も多い.また,仮に有界性が保証されていても,検証時に生成される通信系の合成状態の個数が膨大となり,検証が困難となる.[3]本検証法では与えられたプロトコルПにおける検証すべき性質を,(a)プロトコル機械の指定された状態成分が指定された値をもつことを表す式と,(b)通信路上のデ-タ単位の系列が指定された正規集合に属することを表す式とを原子式とする命題論理式として簡潔に記述した.また,П上の論理式F,Gと正整数kに対して,(F,G,k)ーeventuality(Fを満たす任意の合成状態からどのような遷移を行っても高々k回の遷移でGを満たす合成状態に必ず到達するという性質)が判定可能であることを示した.さらに,Пにおいて,次の(1)ー(3)がそれぞれ成り立つための判定可能な十分条件を与えた.(1)与えられた論理式Fが不変式であること,(2)デッドロック状態に到達不能であること,(3)与えられたデ-タ単位の部分集合Σcについて,通信路上に存在するΣcに属するデ-タ単位の総個数が有界であること.[4]検証の効率を向上させるため,プロトコル機械の分解と縮退という二つの技法を導入した.[5]本検証法をOSIセションプロトコルへ適用し,その有効性を確かめた.
甲殻類にめずらしい雌性先熟型性転換種チョウセンコツブムシの生活史の解明

1.北日本を中心とした分布調査により、日本海側ではチョウセンコツブムシが淡水にまで生育地を広げているが、太平洋側では別の種(キスイコツブムシ)が淡水域に侵入している可能性が指摘された。2.汽水域(阿賀野川)でのチョウセンコツブムシの生活史の特徴は、年2回の繁殖期があり、夏世代と秋世代の間の繁殖が行われた。3.淡水域(越口の池)では、秋世代の存在が明らかではなく、異なった年次の春世代の間で繁殖が起こり、一年目は雌として2年めは雄として繁殖を行うことが明かとなった。4.性転換にともなうステージの違いをタイプとして明らかにし、生活史の経過を詳細に解明することが出来た。5.チョウセンコツブムシの成熟期におけるサイズの比較を汽水産、淡水産で行ったが、傾向は明らかではなかった。また交尾前ガードの雄と雌にはサイズ同類交配の傾向がある地域もあった。6.チョウセンコツブムシのサイズ同類交配の成立に関する実験では、雄の大型雌の選択、乗っ取り、雌の取り換えなどが関係することが明らかとなった。7.淡水および汽水に生息するチョウセンコツブムシの繁殖形質の比較を行い、淡水では卵の小産化の傾向が明かとなった。8.淡水産と汽水産との遺伝的分化の程度を検討するため、アイソザイム分析を行っているが、変異酵素の探索中で、淡水適応における遺伝的分化が今後の大きな課題となる。1、新潟県阿賀野川河口(汽水域)、青森県西津軽郡越口の池(淡水域)よりチョウセンコツブムシを採集し、高温では死亡率が高いため、15°C低温下、12L-12D光条件下で飼育を行い、性転換にともなう雌の雄性化を生殖器官の外部形態に着目して観察したところ、生殖器官の未発達な幼若体を含め覆卵葉、ペニスの発達により、9ステージの段階にわけることが出来、淡水産についても雌から雄への性転換が起こることを確証した。2、上記阿賀野川及び越口の池(過去に依頼した標本をもちいた)に設けた定点において、チョウセンコツブムシのサンプリングと環境調査を行い、野外における性転換過程を1において明らかとなったステージごとに分け、生活史の解析を行ったところ、特に淡水(越口の池)において、従来知られていなかった10月にも繁殖が行われていることが明らかとなった。卵数、卵サイズなどの繁殖形質については淡水産が大卵小産の傾向を示す予備的な結果を得た。3、汽水、淡水産チョウセンコツブムシの遺伝的変異を明らかにするため、今年度は、東北地方を中心に、分布の確認と採集を行なった。汽水:山田川河口(青森)、明神沼(青森)、田面木沼(青森)、小川原湖(内沼)(青森)、淡水:鷹架沼(青森)、市柳沼(青森)浅内沼(秋田)で分布が確認できた。これらのアイソザイム分析を行うため、阿賀野川産(汽水)、湧水産(淡水)について遺伝的変異の予備的な実験を開始している。1昨年に引き続いて東北地区及び静岡県柿田川湧水までの関東地区各地でイソコツブムシ類の採集を行い、分布を日本海側及び太平洋側で比較したところ、日本海側では淡水域にも進出しているチョウセンコツブムシ種群は太平洋側ではキスイコツブムシに置き換わっている例が多く見られた。これは潮汐の大きさの差によるものと推定され、日本海側と太平洋側での沿岸沿いの河川・湖沼の動物相の成立要因に示唆を与える結果である2チョウセンコツブムシの繁殖期に、各地で採集した成熟個体の体サイズを比較したところ、明らかな性的二型を示し、交尾前ガードにサイズ同類交配の傾向が汽水産・淡水産においても明らかとなった。しかし、成熟サイズの大きさには汽水・淡水産で一定の傾向は認められなかった。

3淡水産チョウセンコツブムシを用いて、交尾前ガードにおける同類交配の成立要因を明らかにする実験を行い、雄が選択的に大型の雌をガードすること、ガードの途中においても雌を放棄し、より大型の雌をガードすること、大型の雄が小型のガードと入れ替わることなどが明らかとなった。4淡水産と汽水産のチョウセンコツブムシでは、確定的ではないが、汽水で卵サイズは小型化し、卵数が多くなる傾向が認められた。5淡水産・汽水産チョウセンコツブムシの遺伝的変異を明らかにするための試料採集を昨年に引き続いて東北各地で行った。アイソザイム分析を行い、活性のある酵素の探索を行いつつある。
イノシトール脂質シグナル関与キナーゼの分子・細胞生物学的研究

イノシトールリン脂質シグナル関与キナーゼの機能は、リピドホスファターゼにより精密に制御されている。よってその代表の一つのイノシトール環5位を脱リン酸化するSHIP2(SH2 domain含有5-ホスファターゼ)のmRNAの脳内遺伝子発現局在を精査して関連キナーゼの局在と比較検討した。先ずラットのcDNA塩基配列を初めて明らかにしてジーンバンクに登録し、それを基にこの遺伝子発現は遺伝子組織化学的に解析したところ、胎生期脳の脳室胚芽層に最初に明瞭に検出された。生後発達が進むにつれてこの発現は白質に明瞭となり、灰白質には有意の発現を示さなかった。白質での発現パターンからオリゴデンドロサイトがその責任細胞であると示唆された。一方、脂質性セカンドメッセンジャーのホスファチジン酸産生に与かるphospholipase D(PLD)の既知2アイソフォームの脳内遺伝子発現局在も精査した。その結果、PLD1とPLD2いずれも胎生期脳室胚芽層に有意の発現を示すが、脳灰白質には生後早期に一過性にPLD2だけが弱く発現するだけで、生後成獣まで主要発現部位は白質であった。その発現パターンから、PLD1についてはオリゴデンドロサイトが、PLD2ではアストロサイトが発現責任細胞であると示唆された。白質即ちグリア細胞にこれだけ有意な発現を示すシグナル分子が3種も見出されたのは、これまでに無く異例である。グリアでのシグナル機構の解析に有用な一歩を示した。脂質シグナル関連キナーゼの代表であるProtei kinase C(PKC)の既知アイソフォーム全10種の発達期と成熟期での脳内遺伝子発現局在をも詳細に解明した。その結果、胎生期脳ではPKCε,μ,λ,ζの4種だけが有意発現をしめし、そのうちで脳室胚芽層にはμ,λだけが発現された。もう一つの胚芽層である小脳外顆粒層でμ,λに加えてβの発現も認められた。生後発達過程では、δ,μθが脳の各々限られた領域にだけ発現されるがその他のアイソフォームは灰白質に広く多様に発現されていた(J.Mol.Neurosc印刷中)。II型PI4キナーゼの一次構造を解明すべく、骨髄からのcDNAライブラリーを作製して、既知のリピドキナーゼの触媒領域での保存性の高い分子構造にたいするdegenerate primerを作製してPCRクローニングをおこなった。得られたcDNA断片15個の一つ一つについてそれらの塩基配列を目下解析中である。また、既に我々が世界に先駆けて得たIII型PI4キナーゼαとβ双方のcDNAをDBHプロモーターの下流に組み込みトランスジェニックマウスの作製を完了した。得られたマウスを用いて、免疫ないし遺伝子組織化学的解析、細胞ゴルジ分画を用いた生化学的解析等を駆使してこのキナーゼの過剰発現の意義を目下解析中である。

一方、リピドキナーゼと同等にリピドホスファターゼの機能のシグナル伝達における重要性に鑑み、SH2ドメイン含有イノシトールポリリン酸5ーホスファターゼ(SHIPとSHIP2)、Gerb2-結合蛋白のsynaptojanin-1と-2、およびphosphatidate phosphatase2bの脳内遺伝子発現を解析し、SHIPは脳に有意の発現を示さないがSHIP2はグリア細胞、おそらくオリゴデンドロサイトに特異的に発現局在すること、synaptojanin-1は多くのニューロンに発現するがsynaptojanin-2は限られたニューロンに発現する他にグリア細胞おそらくオリゴデンドロサイトに優位に発現すること、およびphosphatidate phosphatase2bは胎児脳の胚芽層に強く発現するほかに小脳のBergmann gliaに明瞭に発現することを見出した。つまりリピドホスファターゼの分子特異的な時間・空間的多様性機能分化が示唆された。その他に、3-phosphoinositide依存性プロテインキナーゼ(PDK1,同時にprotein kinaseB(PKB)のキナーゼでもある)の脳内で幅広い発現分布をも明らかにした。イノシトールリン脂質シグナル関与キナーゼの機能は、リピドホスファターゼにより精密に制御されている。よってその代表の一つのイノシトール環5位を脱リン酸化するSHIP2(SH2 domain含有5-ホスファターゼ)のmRNAの脳内遺伝子発現局在を精査して関連キナーゼの局在と比較検討した。先ずラットのcDNA塩基配列を初めて明らかにしてジーンバンクに登録し、それを基にこの遺伝子発現は遺伝子組織化学的に解析したところ、胎生期脳の脳室胚芽層に最初に明瞭に検出された。生後発達が進むにつれてこの発現は白質に明瞭となり、灰白質には有意の発現を示さなかった。白質での発現パターンからオリゴデンドロサイトがその責任細胞であると示唆された。一方、脂質性セカンドメッセンジャーのホスファチジン酸産生に与かるphospholipase D(PLD)の既知2アイソフォームの脳内遺伝子発現局在も精査した。その結果、PLD1とPLD2いずれも胎生期脳室胚芽層に有意の発現を示すが、脳灰白質には生後早期に一過性にPLD2だけが弱く発現するだけで、生後成獣まで主要発現部位は白質であった。その発現パターンから、PLD1についてはオリゴデンドロサイトが、PLD2ではアストロサイトが発現責任細胞であると示唆された。白質即ちグリア細胞にこれだけ有意な発現を示すシグナル分子が3種も見出されたのは、とれまでに無く異例である。グリアでのシグナル機構の解析に有用な一歩を示した。脂質シグナル関連キナーゼの代表であるProtei kinase C(PKC)の既知アイソフォーム全10種の発達期と成熟期での脳内遺伝子発現局在をも詳細に解明した。その結果、胎生期脳ではPKCε,μ,λ,ζの4種だけが有意発現をしめし、そのうちで脳室胚芽層にはμ,λだけが発現された。もう一つの胚芽層である小脳外顆粒層でμ,λに加えてβの発現も認められた。生後発達過程では、δ,μθが脳の各々限られた領域にだけ発現されるがその他のアイソフォームは灰白質に広く多様に発現されていた(J.Mol.Neurosc印刷中)。
膜電位センサーを持たないATP受容体チャネルの膜電位依存性ゲーティングの分子基盤

我々は、P2X2チャネルが、明確な膜電位センサー部位を持たないにも関わらず、ATP濃度と膜電位の両方に依存するゲーティングを示すことを見いだした。昨年度までの野生型と、ATP結合部位を構成している部位の変異体K308R等の定量的な機能解析と、ATP結合ステップと膜電位依存性ゲートスデップからなる3ステートモデルを用いたシミュレーション解析の結果から、ATPが結合した結合部位の構造変化が膜電位依存性を示す可能性が示唆された。今年度、さらに、系統的な変異体解析を行い、一つ目の膜貫通部位の細胞外側よりにあるF43およびF47の変異体、さらに、二つ目の膜貫通部位の細胞外側よりにあるI328の変異体が、ATP依存的なゲートは示すが膜電位依存性を失い、どの電位でも恒常的に開いた状態であることを見出した。この結果から、ATPと細胞外のATP結合部位の複合体が膜貫通部位に働きかけるステップが、膜電位依存性の源であると考えられた。さらに、膜電位に依存する動的構造変化が確かに起きていることを明らかにするために、種々の部域にCys残基を導入して、そのCys残基のCd2+による修飾を電流の変化として解析した。その結果、Cd2+修飾のスピード、すなわちCys残基へのaccessibilityに膜電位依存性があることが明らかになった。このことから、P2X2チャネルが膜電位依存的な構造変化を示すということが実証された。その由来として、C-C(ATP)-O(ATP)という3ステートモデルを用いて表現すると「前半のATPの結合ステップが膜電位依存性を有する。」、「後半のATPの結合以降の開口に至るステップが膜電位依存性を有する。」という2つの可能性が考えられる。この二つの可能性を検証するために、以下の実験を行った。(1)シミュレーション解析。観察された膜電位依存的ゲーティングが、同時にATP濃度にも依存するため、3ステートモデルにおいては、前半の速度定数に膜電位依存性があると直観的には予想される。しかし、リガンド結合の速度定数は相対的に非常に大きく、結合以降のステップが律速段階となっているためか、シミュレーションの結果からは、むしろ、後半の速度定数に膜電位依存性を導入した方が、現象によく合致することが明らかになった。(2)ATP結合部位を構成している部位の変異体K69RおよびK308Rの機能解析。K69Rの膜電位-コンダクタンス関係はATP濃度依存性を示したが、活性化時定数は、ATP濃度依存性を示さなかった。K308R変異体の膜電位-コンダクタンス関係、および活性化時定数は、共にATP濃度依存性を示さなかった。この結果からは、膜電位依存性のゲート機構にATP結合部位が関与していることが示唆された。(1)(2)より、ATPが結合した結合部位の構造変化が膜電位依存性の源である可能性が示唆された。
担持金属と細孔構造の同時制御に向けた超臨界ゾルゲル担持法の開発

本研究では,超臨界法ゾルゲル法における細孔構造および金属構造の同時制御を可能にするとともに,触媒構造と触媒能の関係を明らかにし,対象反応に応じた触媒調製を達成することを目的としている.この目的を達成する上で, 1本研究では,超臨界ゾルゲル法を用いたメソポーラスシリカ担持Pt触媒調製における操作条件検討,および2水素化反応を対象反応とした触媒活性評価による触媒構造と触媒能の関係の解明という2つの課題に取り組んだ.触媒調製時の温度,圧力依存性を検討した結果,白金の担持量と分散性はCO2圧上昇とともに向上し,細孔構造に関しても同様に圧力に伴って細孔構造が変化した.これは,圧力が上昇することで超臨界CO2の密度が増加し,ミセル内部に侵入する超臨界CO2と白金前駆体が増加するためであると考えられる.しかし,白金の単分散性が20MPaで最もよくなるということを見出しており,単分散性を向上させる最適な圧力条件が存在する可能性がある.以上のことから圧力の制御により触媒構造の制御可能性が示唆された.次に,調製した白金担持メソポーラスシリカについて,触媒活性試験を行い,従来の含浸法,および水溶媒を用いたゾルゲル法にて調製した触媒との活性比較,および,操作圧力を変化させて調製した触媒について触媒活性試験を行った.担持手法の比較では,超臨界ゾルゲル法は含浸法と水溶媒のゾルゲル法で調製した試料と比べ,白金触媒の分散性の向上が向上し,反応選択率が大幅に向上した.また3つの圧力条件で調製した試料について,反応場となる細孔容積が最も大きくなった30MPaで調製した触媒で,反応転化率が僅かに向上し,白金の粒子径が小さく,単分散性が良い20MPaで調製した触媒で,反応選択率が大幅に向上した.このことから,圧力を制御し触媒構造を制御することで,反応転化率と反応選択率の更なる向上が期待できる.本研究課題は平成26年度が最終年度のため,記入しない.本研究課題は平成26年度が最終年度のため,記入しない.本研究では,超臨界法ゾルゲル法における細孔構造および金属構造の同時制御を可能にするとともに,触媒構造と触媒能の関係を明らかにし,対象反応に応じた触媒調製を達成することを目的としている.この目的を達成する上で, 1本研究では,超臨界ゾルゲル法を用いたメソポーラスシリカ担持Pt触媒調製における操作条件検討,および2水素化反応を対象反応とした触媒活性評価による触媒構造と触媒能の関係の解明という2つの課題に取り組んだ.触媒調製時の温度,圧力依存性を検討した結果,白金の担持量と分散性はCO2圧上昇とともに向上し,細孔構造に関しても同様に圧力に伴って細孔構造が変化した.これは,圧力が上昇することで超臨界CO2の密度が増加し,ミセル内部に侵入する超臨界CO2と白金前駆体が増加するためであると考えられる.しかし,白金の単分散性が20MPaで最もよくなるということを見出しており,単分散性を向上させる最適な圧力条件が存在する可能性がある.以上のことから圧力の制御により触媒構造の制御可能性が示唆された.次に,調製した白金担持メソポーラスシリカについて,触媒活性試験を行い,従来の含浸法,および水溶媒を用いたゾルゲル法にて調製した触媒との活性比較,および,操作圧力を変化させて調製した触媒について触媒活性試験を行った.担持手法の比較では,超臨界ゾルゲル法は含浸法と水溶媒のゾルゲル法で調製した試料と比べ,白金触媒の分散性の向上が向上し,反応選択率が大幅に向上した.また3つの圧力条件で調製した試料について,反応場となる細孔容積が最も大きくなった30MPaで調製した触媒で,反応転化率が僅かに向上し,白金の粒子径が小さく,単分散性が良い20MPaで調製した触媒で,反応選択率が大幅に向上した.このことから,圧力を制御し触媒構造を制御することで,反応転化率と反応選択率の更なる向上が期待できる.本研究課題は平成26年度が最終年度のため,記入しない.本研究課題は平成26年度が最終年度のため,記入しない.
細胞シート工学による培養人工尿細管の開発

我々は、温度に応じて水との親和性を大きく変化させる温度応答性高分子であるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)を培養皿表面に共有結合的に固定化することにより温度応答性培養皿を開発した。この表面は、37°Cでは市販の培養皿と同程度の弱い疎水性を示し様々な細胞が接着・伸展するが、温度を32°C以下に下げると高度の親水性を示し、トリプシンなどのタンパク質分解酵素を必要とすることなく細胞を脱着させることができる。コンフレントな細胞層を形成させた後に低温処理すると、全細胞を細胞?細胞間接着により連結した一枚の細胞シートとして脱着を・回収することができる。本研究は新しいハイブリッド型人工尿細管の開発をめざして、温度応答性培養皿を用いて作製した腎尿細管上皮細胞シートを多孔膜上に再接着させ、再吸収能・物質産生能の機能評価をおこなう。本年度に以下の成果を得た。(1)ヒト尿細管上皮細胞シートの作製:昨年度に用いていたイヌ近位尿細管上皮細胞由来株細胞に代えて、正常ヒト尿細管上皮細胞を温度応答性培養皿上で培養し、細胞シートとして回収する条件を確立した。臨床を考慮すると正常ヒト細胞の利用は必須であるが、株化(無限寿命化していない正常)していない正常ヒト尿細管上皮細胞を用いても、培養条件を工夫することにより、細胞シートとして回収し、平膜型透析デバイスに組み込むことができた。(2)物質輸送能に必要な分子群の発現、局在化:人工尿細管デバイスとしての機能に要求される種々の物質輸送関連分子の発現と局在を確認するために、免疫染色後に、共焦点レーザー走査顕微鏡により細胞シート縦断面像作製した。トリプシンで回収し、透析膜上に播種したコントロール群に比べ、有意に良好な局在が認められた。以上により、腎尿細管上皮細胞シートを利用したハイブリッド型人工尿細管の開発の可能性が示された。コンフレントな細胞層を形成させた後に低温処理すると、全細胞を細胞-細胞間接着により連結した一枚の細胞シートとして脱着を・回収することができる。(1)再吸収能の非侵襲的定量化法の開発。二槽型の灌流チェンバーの槽間のインタフェースに腎上皮細胞シートを設置し、二槽間の物質移動を定量するシステムを構築した。予備的な電気伝導性の計測を終了し、現在各種生理分子の移動速度を定量中である。(2)多孔性膜の最適化:腎尿細管上皮細胞シートを再接着させる平膜型透析膜を最適化した。透析膜は電荷の有無により再接着性に多きな差があることを見い出した。(3)温度応答性培養皿から回収した腎尿細管上皮細胞シートの多孔性膜への再接着技術の最適化:

将来の機械化へ向け、再接着技術の向上を目指した。キャリヤーは移動の手技に若干の違いがあるもの、キャリヤー内の孔径の違いはあまり影響が出ないことが分かった。キャリヤーに要求されるのは、手技に大きく要求される柔軟性と適度な親水性であった。以上により、次年度に作製したデバイスの定量的評価を完成させる。我々は、温度に応じて水との親和性を大きく変化させる温度応答性高分子であるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)を培養皿表面に共有結合的に固定化することにより温度応答性培養皿を開発した。この表面は、37°Cでは市販の培養皿と同程度の弱い疎水性を示し様々な細胞が接着・伸展するが、温度を32°C以下に下げると高度の親水性を示し、トリプシンなどのタンパク質分解酵素を必要とすることなく細胞を脱着させることができる。コンフレントな細胞層を形成させた後に低温処理すると、全細胞を細胞-細胞間接着により連結した一枚の細胞シートとして脱着を・回収することができる。本研究は新しいハイブリッド型人工尿細管の開発をめざして、温度応答性培養皿を用いて作製した腎尿細管上皮細胞シートを多孔膜上に再接着させ、再吸収能・物質産生能の機能評価をおこなう。本年度に以下の成果を得た。(1)ヒト尿細管上皮細胞シートの作製:昨年度に用いていたイヌ近位尿細管上皮細胞由来株細胞に代えて、正常ヒト尿細管上皮細胞を温度応答性培養皿上で培養し、細胞シートとして回収する条件を確立した。臨床を考慮すると正常ヒト細胞の利用は必須であるが、株化(無限寿命化していない正常)していない正常ヒト尿細管上皮細胞を用いても、培養条件を工夫することにより、細胞シートとして回収し、平膜型透析デバイスに組み込むことができた。(2)物質輸送能に必要な分子群の発現、局在化:人工尿細管デバイスとしての機能に要求される種々の物質輸送関連分子の発現と局在を確認するために、免疫染色後に、共焦点レーザー走査顕微鏡により細胞シート縦断面像作製した。トリプシンで回収し、透析膜上に播種したコントロール群に比べ、有意に良好な局在が認められた。以上により、腎尿細管上皮細胞シートを利用したハイブリッド型人工尿細管の開発の可能性が示された。
XMEAの治療法開発に向けた分子病態の解明

自己貪食空胞性ミオパチーの1種であるXMEAは、VMA21遺伝子の変異が有力な原因であると考えられているが、その変異と病態の関連は明らかになっていない。VMA21は、細胞内小器官を酸性に保つため重要なV-ATPaseという分子が複合体を形成するために重要な分子である。本研究では、XMEA患者由来細胞及び生検筋を用い解析を行った。その結果、XMEAでは、VMA21の変異により、V-ATPaseの活性低下がおこり、細胞内小器官のpHが上昇することで細胞内小胞輸送系が乱れることが病態に関与しているものと考えられた。本研究の目的は、自己貪食空胞性ミオパチーの1種であるXMEAの治療法開発に向けた病態解明のため、XMEA患者由来培養細胞及び生検筋を用い、リソソームの機能・筋繊維内に蓄積した空胞の性質・空胞輸送機構について解析することである。今年度は、XMEA患者由来筋細胞及び生検筋を用いて、リソソームの機能、オートファジー、及びエンドサイトーシス系細胞内輸送の解析を行った。細胞内のpHを測定したところ、コントロール細胞と比較してXMEA細胞において優位な上昇が確認された。細胞内小器官の間での小胞輸送は、細胞内小器官のpH勾配を利用している。そのため、XMEAではpHの上昇により小胞輸送系に影響が出ていると考えられる。また、XMEA細胞においてリソソームの酵素活性に有意な低下は認められなかったが、オートファゴソームマーカーであるLC-3IIが高発現していること、生検筋においてLC-3IIとリソソームマーカーが共局在していないことが明らかになった。このことから、XMEAにおいて、オートファゴソームとリソソームの融合が阻害されていることが考えられる。さらに、XMEA細胞に蛍光ラベルしたEGFまたはTransferrinを投与することで、エンドサイトーシス後のタンパク質分子の挙動を経時的に解析した。その結果、コントロール細胞と比較してXMEA細胞では、エンドサイトーシス系細胞内輸送に遅延があることが明らかになった。これらの結果は、XMEAの病態解明という点からだけではなく、これまで十分に解明されていない筋細胞内の小胞輸送を解明するという点からも非常に重要であると考えられる。今後は他の小胞輸送経路の解析も行い、より詳細に病態との関連を明らかにする。また、オートファジー誘導後のXMEA細胞の電子顕微鏡観察においても、XMEAに特異的な電子密度の高い円い顆粒状の内容物をもつ空胞が観察された。今後はこれら空胞の内容物の解析を行うと共に、空胞がどのようにして形成されていくのかを解析する。本研究は、XMEAの治療法開発に向けた分子病態解明のため、患者由来細胞および患者生検筋を用い、リソソームの機能・筋繊維内に蓄積した空胞の性質・空胞輸送機構について解析することを目的とする。昨年度はXMEA患者由来細胞において細胞内酸性オルガネラのpHの上昇、およびエンドサイトーシス系細胞内輸送の遅延があることを報告した。本年度は、培養細胞を用いリソソームによるタンパク質分解能の解析、及び生検筋を用い組織染色、電子顕微鏡観察による解析を行った。培養細胞を用いた解析から、XMEA患者由来細胞において、リソソーム酵素活性、およびタンパク質の分解効率はコントロール細胞と比較して有意な差は確認されなかった。生検筋を用いた観察から、筋細胞内にグリコーゲンの顕著な蓄積を確認し、電子顕微鏡による観察からXMEAに特有の電子密度の高い顆粒がグリコーゲンであることが示唆された。そこでグルコースのトランスポーターであるGLUT4の発現解析を行ったところ、XMEA筋では、コントロール筋と比較してGLUT4の発現量が増加しており、その発現は筋細胞膜および筋細胞内に強く観察された。さらにLC3陽性の自己貪食空胞やLamp1陽性のリソソームだけでなく、細胞内小胞輸送の制御分子であるRab7・Rab5も筋繊維内に蓄積していることが確認された。これまでの研究から、細胞内小胞輸送は小胞間のpHの濃度勾配に依存していることが知られている。本研究結果から、XMEAでは、VMA21の変異によりV-ATPaseの活性低下がおこり、細胞内pHが上昇することで細胞内小胞輸送系が乱れることが病態に関与しているものと考えられる。
日本における都市機能アクセシビリティの地理的格差の分析

モータリゼーションの進展により多くの個人のモビリティは向上したが、高齢化、人口減少時代を迎え、生活に必要な施設などへのアクセスをさらに公正に保障する必要性が増大している。これは過疎地だけの問題ではなく、日本の都市政策の中でも目標とされており(例えば立地適正化計画制度)、郊外化や都心回帰、少子化や高齢化といった人口動態上のトレンドのもと、公正な生活環境の保障のために望ましい都市構造が模索されている。翻って地理学での近年の交通研究では、交通手段の維持にかかわる政策の実行や、その関係者の意思決定の過程の解明に重点が置かれてきた。このような政策的アプローチには、政策の実効性を明らかにできないという問題点がある。また、交通条件などの居住環境の側面から、生活の質の評価を試みた都市地理学などの研究の多くは、住民個人の主観的評価を分析対象として重視しており、対象地域以外での妥当性や、個人属性と客観的な生活環境の特性の関連性は明らかでない。そして、政策の実行や人口動態などを加味し、生活の質やアクセシビリティを通じて将来の都市環境の様相を推計するような研究は、日本の地理学分野ではほとんど見られない。こうした問題点の解決のため、政策を含めた都市・交通環境と、多様な性質を持つ個人のモビリティ・アクセシビリティを結び付けた将来推計を進めている。具体的には、大幅な人口減少と高齢化が予測される大阪都市圏全体における、高齢者・子育て世代にとって重要な施設へのアクセシビリティの将来推計を行った。特に、高齢者の増加によって需要が増大している病床・介護施設や、待機児童問題が叫ばれる保育施設に関して、問題解消のための諸施策の効果と限界の地域差を明らかにするシミュレーション分析を行っている。このような多様な指標に基づく地域の将来予測は、人口減少国日本の多くの自治体の要請にも応えうるものであると考える。代表者は、GIS(地理情報システム)の普及により海外で開発が進められている、施設に到達可能な人口に対する相対的な施設容量を組み込んだアクセシビリティ分析の手法である二段階需給圏浮動分析法(Two-Step Floating Catchment Area Method)を応用・改良し、小地域将来人口推計の技術・データ、および施設や交通網の状況とそれに関わる政策的動向といったデータを投入することで、アクセシビリティの側面からみた精緻な将来の地域予測を行ってきた。これまで検討例がわずかだった多様な指標に基づく地域の将来予測というテーマに対し、医療・介護や保育の側面から、ミクロスケールでのアクセシビリティ分析を用いて具体的に政策の効果を評価した成果を学術誌や学術会議において発表し、一定の評価を受けている。さらに、高齢者・子育て世代向けの施設や買い物関連施設などの複数の種類の施設・サービスへのアクセシビリティを、都市圏スケールで把握・予測する研究についても、一定の分析結果と知見を得ている。当初の計画では、より早期に個人レベルでのアクセシビリティの規定要因についての分析や、それをもとにしたアクセシビリティの都市間比較を実施する予定であったが、諸事情により、現実に発生しているアクセシビリティ上の諸問題(病床不足や待機児童問題など)に直結する課題に対する施策のシミュレーションを先行させた。しかし、最終的な研究課題である「日本における都市機能アクセシビリティの地理的格差の分析」という目的に対しては、これまでの研究成果の中で、当初に予察していたよりもミクロなスケールでのアクセシビリティの地理的格差を明らかにしており、そのような格差やそれに対する政策効果を見出す手法の面での学術的・政策的貢献が既に一定程度達成されている。このことから、本課題はおおむね順調に遂行されていると考えている。現在のところ、最終的な研究課題である「日本における都市機能アクセシビリティの地理的格差の分析」という目的に対しては、現在一定の成果を挙げてきていると考える。今後はこれまでの分析で得られた知見をもとに、移動・交通手段の新機軸とアクセシビリティの関連性に関する検討や、空間的アクセシビリティが個人の生活の質に対して有する含意の検証などを実施する予定である。具体的な実証的研究としては、上記の検討成果の知見をもとに、社会的・政策的な問題意識の強い生活関連施設に対するアクセシビリティを中心的な対象とし、都市圏内部における交通政策や新たな公共交通・新規移動サービスの導入が進む地域でのアクセシビリティの将来的変容を明らかにし、地域間比較を行うことで、「都市機能アクセシビリティの地理的格差」の将来の姿の考察に取り組む。加えて、精神的な豊かさや身体的機能の維持・向上を図ることができる場(娯楽や公園、快適な歩行環境など)を含めた、より多様な活動機会に対するアクセシビリティを含めて、生活の質を規定するアクセシビリティと人々の属性の間の関係、あるいは生活の質という概念に対するアクセシビリティの寄与度などに踏み込んだ議論を展開することを目指す。そのために、地域の社会経済的属性(ジオデモグラフィクス)や、個人の意識・行動・属性に関する地理的なデータなどの新たな応用法や開発法を考案する必要がある。これについては、関係する問題意識を有する他の研究者との協働のもと、インターネット調査などの新たな調査手法を用いた打開策の可能性を検討する。さらに、絶えざる技術革新により、活動機会にアクセスするための手段は、情報技術を活用した、公共的ながら個人化された手段(超小型モビリティやライドシェアなど)へと、変質・多様化しつつある。これらの、生活環境の構築に密接に関連する新技術に対応できる考察の手法も、検討課題としたい。

これは過疎地だけの問題ではなく、日本の都市政策の中でも目標とされており(例えば立地適正化計画制度)、郊外化や都心回帰、少子化や高齢化といった人口動態上のトレンドのもと、公正な生活環境の保障のために望ましい都市構造が模索されている。翻って地理学での近年の交通研究では、交通手段の維持にかかわる政策の実行や、その関係者の意思決定の過程の解明に重点が置かれてきた。このような政策的アプローチには、政策の実効性を明らかにできないという問題点がある。また、交通条件などの居住環境の側面から、生活の質の評価を試みた都市地理学などの研究の多くは、住民個人の主観的評価を分析対象として重視しており、対象地域以外での妥当性や、個人属性と客観的な生活環境の特性の関連性は明らかでない。そして、政策の実行や人口動態などを加味し、生活の質やアクセシビリティを通じて将来の都市環境の様相を推計するような研究は、日本の地理学分野ではほとんど見られない。こうした問題点の解決のため、政策を含めた都市・交通環境と、多様な性質を持つ個人のモビリティ・アクセシビリティを結び付けた将来推計を進めている。具体的には、上記の都市・交通問題に加え、医療サービス需給の不均衡が都市部でも顕在化していることを踏まえた、大阪府北部における医療・交通政策が医療施設のアクセシビリティに与える影響の将来推計や、大幅な人口減少と高齢化が予測される大阪都市圏全体における、高齢者・子育て世代にとって重要な施設へのアクセシビリティの将来推計を行った。このような多様な指標に基づく地域の将来予測は、人口減少国日本の多くの自治体の要請にも応えうるものであると考える。採用第1年度は、当初は移動・交通手段の新機軸(障害者向けサービス、カーシェアリング、レンタサイクルなど)と、現在および将来の都市機能へのアクセシビリティの関連性を分析し、その検討の成果を学会誌上で公表することを計画していた。しかし、日本国内でのアクセシビリティの検討は未だ乏しく、特に都市圏における将来推計の試みは見当たらない状況であった。そのため、上記のような分析の前に、まずは近年の人口問題との関連で注目される高齢者や子育て世代の日常生活圏において、彼らにとって特に重要な施設(病院、介護施設、保育施設、食料品店など)への現在と将来のアクセシビリティ上のリスクを推計し、今後の議論の基礎としての、日本の都市圏におけるアクセシビリティの将来的動向をとらえる必要があると考えた。そこで採用第1年度では、大阪大都市圏を対象に上記のような推計を試み、将来的なリスクが予見される地域や、地域の社会経済的属性との関連性を明らかにすることを試み、主に以下の知見が見出された。(A)近郊地域での病床・介護施設・保育施設の不足や,都心部周辺でのコンビニ・スーパーの撤退可能性など,都市圏の広い範囲で様々な施設に関する問題が今後数十年で悪化する可能性がある。(B)推計結果や居住者属性の地域差を踏まえると,問題の解決策には,官民の適切な連携,将来的な問題の変化への対応,住民特性の考慮,自治体の柔軟な施策を支援する政策的枠組みの,4つの要件が指摘できる。
ヒト神経膠腫の発癌機構へのloss of imprinting (LOI)の関与

本研究によりヒト神経膠腫において増殖因子遺伝子であるIGF2が高頻度にL0Iを呈することが明らかになった。これはGIの異常が、神経膠腫の発生・進展にも関与している可能性を示唆する最初の発見である。今後、DNA methylationを含めgenomic imprintingを正常に維持する機構を解析することが重要である。
新規の蛋白発現制御法を用いたL1CAM遺伝子異常に伴う水頭症発生メカニズムの解明

先天性水頭症の原因遺伝子の一つであるL1cam遺伝子は、脳形成期において神経芽細胞の遊走と分化、神経細胞の軸索伸長とガイダンス、シナプスの可塑性、神経線維束形成などに重要な役割を担っている。我々は、L1cam遺伝子異常による水頭症発症のメカニズムを解明するために、胎生早期のマウス大脳において、L1camタンパクを脳局所的にshRNAによりノックダウンし細胞単位での動態を解析することを企図した。まず、in vitroの系でマウス初代培養大脳皮質神経細胞培養細胞に対し、shRNAによるL1cam遺伝子の制御を試み、L1camが抑制されたときの神経細胞に出現する表現型について解析した。L1camを抑制するshRNA発現プラスミド(L1-shRNA)をマウス神経芽腫細胞株であるNeuro2aに導入すると、48時間後でL1cam mRNAの発現が20-50%に抑制され、96時間後でL1camタンパク発現が抑制されることを確認した。そこで、胎齢13.5日の胎仔から作製した初代培養大脳皮質神経細胞に対し当該L1-shRNAを導入すると、コントロールプラスミド(NC-shRNA)導入細胞に比較して、96時間後の時点で細胞形態に変化が生じた。L1-shRNA導入細胞では、より短い突起を細胞体から派生し、突起の全長が短くかつ末梢側で複雑な分枝を有するという特徴を示した。全長のL1camの抑制によって、L1camの細胞表面での分布や他の細胞内分子との相互作用が干渉されている可能性が示唆された。さらに、L1cam mRNA抑制効果の良好であったL1-shRNAをin utero electroporationにより、胎齢13.5日の胎仔脳側脳室脳室層に導入し、導入細胞の神経細胞分化、放射状移動への影響を解析した。L1-shRNA導入細胞では、コントロールに比して、神経細胞分化、放射状細胞移動に時空間的差異は認められなかった。今後、視床皮質路の形成と水頭症発症との関連に着目した研究の続行を企図している。1.膜透過性アンチセンスPNA作成とin vitroでのL1ノックダウンの条件設定PNAは1990年代に発明された比較的新しい人工機能核酸である。L1のメッセンジャー配列の581-700塩基位置で、3箇所の配列を選択し、膜透過性PNAオリゴマー中に導入することにより、L1-mRNAの細胞外ドメインに相補的に結合するL1-アンチセンスPNA(以後L1-PNA)を設計、FITC標識を付加したL1-PNAを合成した。胎生13日のマウス(C57BL/6系統)から分離培養した前脳神経細胞、また生後5日のマウス小脳から分離培養した小脳顆粒細胞に対し、FITC標識L1-PNAを0.5μm、0.75μm、1.0μmの濃度、インキュベーター内で作用させた。48時間後、96時間後で、細胞膜透過効率(以後導入)、L1のノックダウン効率に関し、抗L1抗体を用いた免疫組織化学、western blotで判定した。その結果、導入効率30-40%、細胞毒性を殆ど示さず、L1のノックダウン効率が極めて高いFITC標識L1-PNAを選択した。2.マウス胎児脳へのL1-PNA導入条件設定胎齢12日、13日、14日のマウス胎仔(C57BL/6系統)に対し、経子宮的に側脳室にFITC標識L1-PNAを微量注入し、L1のノックダウンを行う。