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表面化学修飾法による核磁気共鳴画像用ガドリニウム担持ナノダイヤモンド粒子の作製

表面化学修飾法を用いた核磁気共鳴画像(MRI)用ガドリニウム錯体担持ナノダイヤモンド粒子の作製法を開発した。ナノダイヤモンド粒子表面上に存在する水酸基を利用してキレート機能を有する有機分子を固定し、さらに造影能を有するガドリニウムイオンを錯形成させることにより、簡便な操作で作製が可能となった。また、MRI撮像結果により、ガドリニウム錯体担持ナノダイヤモンド粒子が高信号を示すことが明らかとなり、新規MRI造影剤開発への更なる検討が期待される。生体親和性・化学安定性等の高機能を有するナノダイヤモンド(ND)粒子の特性を利用した、核磁気共鳴画像法(MRI)新規造影剤適用を目指したガドリニウム(Gd)担持ナノダイヤモンド粒子作製法の開発を目的とする。当該年度においては前年度に作製手法について検討を行ったGd担持ND粒子を用い、MRI撮像に充分な試料量を作製するためのスケールアップ実験を行うとともに、水系分散剤を用いた分散性評価および分散試料を用いたMRI撮像について検討した。前年度において手法を確立したGd担持ND粒子作製については、各プロセスにおけるスケールアップの検討を行い、最終的にMRI撮像実験用試料量を確保することに成功した。Gd担持ND粒子について、水分散液のゼータ電位pH依存性を測定することにより、各プロセスにおける表面化学修飾に関する確認を行った。基材であるND粒子はpH 2-11の範囲において+33-7 mVの電位が観測され、表面上に多数の水酸基が存在することが再度確認された。ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)修飾ND粒子については、ND粒子表面の水酸基とDTPA分子が化学結合されることにより、酸性pHにおいてゼータ電位低下の現象が確認された。さらにGd担持DTPA修飾ND粒子については、Gdイオン担持のためにゼータ電位が増加した。また、ICP-AES測定によりGdイオンの表面濃度が95 mg/gであることが確認された。表面化学修飾法を利用することにより、生体親和性・化学安定性等の高機能を有するナノダイヤモンド(ND)粒子の特性を利用した、核磁気共鳴画像法(MRI)新規造影剤適用を目指したガドリニウム(Gd)担持ナノダイヤモンド粒子作製法の開発を目的とする。当該年度においてはND粒子表面官能基に基づく有機化学反応を利用し、MRI造影能を有するGd担持ND粒子作製法について集中的に検討した。ND粒子表面上には水酸基が多数存在することから、各種金属イオンとの高いキレート機能を有するジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)のカルボン酸基と、塩化チオニル存在下において脱水縮合反応を行うことにより、エステル結合を介してND粒子表面上にDTPA分子を化学修飾した。化学修飾処理後にXPS、FTIR、質量分析を行ったところ、XPSにおいては新たにN1s(398.9 eV)ピークが観測され、FTIRにおいてはカルボニル基由来のピークが観測され、質量分析においてもDTPA由来のフラグメントが観測されたことから、ND粒子表面上へのDTPA分子の化学修飾が確認された。さらに、MRI造影能を有するGdイオンを錯形成させるため、DTPA修飾ND粒子に塩化ガドリニウム水溶液を作用させた。錯形成処理後に試料のXPS測定を行ったところ、新規にGd4d(141.3 eV)ピークが観測されたことから、Gd担持ND粒子が作製されたことが明らかとなった。特に、Gd4dピークについて市販MRI造影剤であるガドジアミドとの比較を行ったところ,ほぼ同位置にピークが観測されたことからもガドリニウムイオンの錯形成が示唆される。原料であるND粒子については、粒径5, 50, 100 nmの試料を用いて上記の化学修飾反応およびGdイオン錯形成を行い、いずれの粒径でもGd担持ND粒子作製が可能であることを明らかとした。当該年度においては前年度までに作製手法を確立したGd担持ND粒子について、各種粒径におけるMRI造影能発現について検討するとともに、新規造影剤としての将来的な体内動態について検討するため、正常肝細胞による細胞毒性試験を行った。前年度までに作製手法を確立したGd担持ND粒子(粒径5 nm)について、当該年度においてはさらに粒径10 nmND粒子を用いてGd担持ND粒子作製を検討したところ、粒径5 nm品と同様の手法により10 nm品においても作製が可能であることが明らかとなった。粒径2種類(5, 10 nm)のGd担持ND粒子を用いて前年度と同様に1.5 T MRI装置によるGd-DTPA-ND分散液(0.1 w/v %リン酸バッファー溶液および注射用水)のT

1強調画像を撮影したところ、未処理ND分散液と比較してGd-DTPA-ND分散液は同様の高い信号強度を示し、Gd-DTPA-ND粒子は粒径5, 10 nmともに高い造影剤能を有することが明らかとした。特に、粒径5 nm品については既存造影剤との信号強度比較を行ったところ、Gd濃度1/10においても同等の造影増強効果が観察され、低使用量を可能とする新規造影剤となることが期待される。さらに、Gd担持ND粒子(粒径5 nm)を用いた肝細胞による細胞毒性試験を行ったところ、既存造影剤と比較して同様の結果を示し、in vitroにおいては問題のないことが明らかとなった。炭素材料化学本研究課題は表面化学修飾法を利用することにより、MRI造影能を有するガドリニウム担持ナノダイヤモンド粒子の作製法を確立し、作製した金属含有ナノダイヤモンド粒子を利用した新規MRI造影剤開発を目的としている。当該年度については、上記「9.研究実績の概要」に記載した通り、前年度に作製手法について検討を行ったガドリニウム担持ナノダイヤモンド粒子を利用し、作製法に関するスケールアップを検討するとともに、水系分散剤を用いた分散性評価および分散試料を用いたMRI撮像を行った。ゼータ電位のpH依存性を測定することにより、各プロセスにおける表面化学修飾に関する確認を行うとともに、ICP-AES測定によりガドリニウムイオンの表面濃度を確認した。本ガドリニウム担持ナノダイヤモンド粒子について水系分散剤を用いたMRI装置によるT1強調画像を撮影した結果、未処理ナノダイヤモンド分散液と比較して、ガドリニウム担持ナノダイヤモンド分散液が高い信号強度を示したことから、ガドリニウム担持ナノダイヤモンド粒子は高い造影剤能を有することを明らかとした。この成果について、論文掲載、学会口頭発表、所属研究機関一般公開を行うことにより、成果普及にも努めた。本研究課題は表面化学修飾法を利用することにより、MRI造影能を有するガドリニウム担持ナノダイヤモンド粒子の作製法を確立し、作製した金属含有ナノダイヤモンド粒子を利用した新規MRI造影剤開発を目的としている。当該年度については、上記「9.研究実績の概要」に記載した通り、表面官能基に適した有機化学反応を利用し、ガドリニウム担持ナノダイヤモンド粒子作製法を確立した。本方法は既報と比較しても大型反応装置や多段階反応を必要とせず、原料ナノダイヤモンド粒子から2段階でガドリニウム担持ナノダイヤモンド粒子を作製することに成功した。また、将来的に適切なナノダイヤモンド粒子径を特定するために、3種類の粒径を有するガドリニウム担持ナノダイヤモンド粒子も作製することを可能とした。この成果について、国際誌論文掲載、国際学会口頭発表、国内学会口頭発表、所属研究機関一般公開を行うことにより、成果普及にも努めた。当該年度については上記「11.現在までの達成度」に記載の通りに順調に進捗し、ガドリニウム担持ナノダイヤモンド粒子は高い造影剤能を有することを明らかとした。本課題の最終年度である26年度については、当初の研究計画に従って研究を推進する予定である。具体的には、各種粒径ナノダイヤモンド粒子によるガドリニウム担持ナノダイヤモンド材料についてMRI撮像を行うことにより、粒径における造影能発現について検討する。
頭足類酸素運搬蛋白質ヘモシアニンの会合体形成過程における酸素結合協同性の変化

海洋軟体動物ヘモシアニンは血リンパ液に存在する細胞外酸素運搬タンパク質であり、その分子量および分子構造は節足動物ヘモシアニンとは大きく異なる。この分子は最大のタンパク質分子のひとつで、分子量3.514 MDaの超巨大会合体であり、頭足類の分子は10量体、腹足類の分子は20あるいは30量体であると報告されている(Markl,J.(2013))。ヘモシアニンはヘモグロビンの様にアロステリック効果を持つと考えられているが(Zhang,Q., et al.(2013))、巨大な会合体の生化学研究は進んでいない。そこで本研究では、軟体動物ヘモシアニンの会合体形成の生理的意義およびアロステリック制御機構の解明をめざし、会合体形成過程におけるアロステリックな会合中間体の同定を研究目的としている。初年度は、活イカから得たヘモシアニン試料について、10量体と会合体解離物の試料を調製し、超遠心分離による分画を行い、画分中の会合体および解離物の補正を電気泳動上で区別する測定系を構築した。さらに、基本的な酸素結合能測定法を構築した。2年目にあたる本年は、酸素/窒素混合ガスをヘモシアニン試料に曝露したときの、酸素結合型ヘモシアニン由来の紫外/吸光スペクトルを測定し、酸素濃度依存性から酸素結合曲線を作成した。温度やpHを変えて様々な条件での酸素結合曲線を得て、さらにそれら測定データに対してHill式によるコンピュータフィッティングにより、Hill係数と酸素とのKmを算出した。その結果、中性弱酸性域でのわずかなpHの低下がアロステリック効果の急激な低下を引き起こすことが示唆された。また、この時、会合体構造が変化していることを示すデータを得たため、このpH域でアロステリックな会合中間体が存在することを推察した。計画では二価カチオンを添加したin vitro条件下での会合中間体生成を考えていたが、本研究実施にあたり、温度およびpHを変えて酸素結合曲線を検討した結果、溶液条件を大きく変えることなく目的の会合中間体を捉えることができた。本研究に最適の測定方法およびデータ解析法の構築にも成功しており、最終年度へ向けて予想以上に親展している。酸素結合能測定した試料の会合体構造に関するデータを収集し、構造と生理機能の関係を明らかにする。初年度は、試料調製と酸素解離曲線の検討を計画していた。計画通り、活イカから得たヘモシアニン試料について、10量体と会合体解離物の試料を調製した。計画では、ゲルろ過カラムによる10量体と解離物の分離分画を予定していたが、カラムクロマト実施中に会合体の解離が起こることが判明した。そこで、当初の予定を変更し、超遠心分離による分画を行い、画分中の会合体および解離物の補正を電気泳動上で区別する測定系を構築した。さらに、酸素結合能測定のため、酸素と二酸化炭素を定量的に供給して吸光値測定を行い、酸素解離曲線を測定した。測定データはコンピュータフィッティングにより、Hill係数と酸素アフィニティの算出を実施した。当初の研究計画では、ゲルろ過カラムによる10量体と解離物の分離分画を予定していたが、カラムクロマト実施中に試料濃度が低下すると、会合体が解離することが判明した。これは、研究対象のタンパク質会合にはクラウディング効果が強く働いており、タンパク質濃度が高い場合には既知の会合体形成条件で10量体構造は保持できるが、タンパク質濃度が低い場合には会合体形成条件下でも解離が進行するためである。そこで、当初の予定を変更し、超遠心分離により会合体と解離物の分画を実施した。その結果、クロマトよりも迅速に試料調製することが可能となった。さらに、画分中の会合体に分子内架橋を施すことにより、SDS-PAGEで画分組成の確認ができるシステムを構築した。このため、一部研究計画を変更したものの、当初予定になかった画分組成確認法を構築するに至ったので、当初の計画以上に進展している。

ヘモシアニンはヘモグロビンの様にアロステリック効果を持つと考えられているが(Zhang,Q., et al.(2013))、巨大な会合体の生化学研究は進んでいない。そこで本研究では、軟体動物ヘモシアニンの会合体形成の生理的意義およびアロステリック制御機構の解明をめざし、会合体形成過程におけるアロステリックな会合中間体の同定を研究目的としている。初年度は、活イカから得たヘモシアニン試料について、10量体と会合体解離物の試料を調製し、超遠心分離による分画を行い、画分中の会合体および解離物の補正を電気泳動上で区別する測定系を構築した。さらに、基本的な酸素結合能測定法を構築した。2年目にあたる本年は、酸素/窒素混合ガスをヘモシアニン試料に曝露したときの、酸素結合型ヘモシアニン由来の紫外/吸光スペクトルを測定し、酸素濃度依存性から酸素結合曲線を作成した。温度やpHを変えて様々な条件での酸素結合曲線を得て、さらにそれら測定データに対してHill式によるコンピュータフィッティングにより、Hill係数と酸素とのKmを算出した。その結果、中性弱酸性域でのわずかなpHの低下がアロステリック効果の急激な低下を引き起こすことが示唆された。また、この時、会合体構造が変化していることを示すデータを得たため、このpH域でアロステリックな会合中間体が存在することを推察した。計画では二価カチオンを添加したin vitro条件下での会合中間体生成を考えていたが、本研究実施にあたり、温度およびpHを変えて酸素結合曲線を検討した結果、溶液条件を大きく変えることなく目的の会合中間体を捉えることができた。本研究に最適の測定方法およびデータ解析法の構築にも成功しており、最終年度へ向けて予想以上に親展している。今年度構築した実験方法と得られた知見を基にして、10量体と解離物、および会合中間体の酸素結合とアロステリック効果について検討を推し進める。今年度は酸素と二酸化炭素の混合ガスを用いて酸素解離曲線測定を実施したが、二酸化炭素によるpH低下の影響が危惧されたため、今後は二酸化炭素を窒素に置き換えて検討実施する予定である。酸素結合能測定した試料の会合体構造に関するデータを収集し、構造と生理機能の関係を明らかにする。サンプリングに関わる旅費、実験動物費が当初予定額より下回った。また、論文投稿料が不要となった。今年度はサンプリングに関わる旅費、実験動物費が当初予定額より下回った。これら今年度未使用額は次年度のサンプリングに関わる旅費、実験動物費、論文投稿料として使用する計画である。
包括的な金融・財政政策のリスクマネジメント：理論・実証・シミュレーション

前年度の理論分析の枠組みに、資産バブル・マネー・政府債務を明確に区別できる形で導入し、信用バブル・国債バブルを数学的に定義し、新たな変数として導入したモデル等の分析を進めた。実証分析においては、前年度開発した拡張版MCMCを用いた手法に基づき、モデルとデータから推定されるリスク指標と主要マクロ変数との構造的関係に関する実証分析を進めた。さらに、テキストマイニングに基づく分析、および多層的金融ネットワーク・モデルのシミュレーション分析を進め、危機・破綻発生後の危機管理の手法を検討した。研究組織は、研究代表者・研究分担者・連携研究者・研究協力者が、「理論」、「実証」、「金融ネットワーク」、「シミュレーション」の4グループを編成し、前年度からの、理論、実証、シミュレーション、金融ネットワークに関する個別プロジェクトを継続・拡張した。理論分析、実証分析、シミュレーション分析ともに大きな成果をあげており、国際ジャーナル等に多数の論文を掲載しているため。理論分析においては、資産バブル・マネー・政府債務等を明確に区別できるモデルを構築し、信用バブル・国債バブル等を内包したモデルの分析を進める。実証分析においては、拡張版MCMCを用いた手法に基づき、モデルとデータから推定されるリスク指標と主要マクロ変数との構造的関係に関する実証分析をさらに進める。また、テキストマイニングに基づく分析、および多層的金融ネットワーク・モデルのシミュレーション分析を進め、危機・破綻発生後の危機管理の手法の確立を目指す。本研究の理論分析は、浜田・堀井・上東・櫻川モデル、清滝・Moorモデル等を基本的枠組みに、資産バブル・マネー・政府債務を明確に区別できる形で導入する方向で進めている。本研究の実証分析は、資産・信用・国債の3種のバブルを、資産バブル崩壊・金融危機・財政破綻のそれぞれのリスク指標として用い、上東・渡辺モデルを拡張し、これらのリスク指標をMCMCを拡張した手法で推定し、推定されたリスク指標と主要マクロ変数との構造的関係を実証的に求める方向で進めている。さらに、多層的金融ネットワーク・モデルを構築し、危機・破綻発生後の危機管理の手法の確立を目指している。研究組織は、研究代表者・研究分担者・連携研究者・研究協力者が、「理論」、「実証」、「金融ネットワーク」、「シミュレーション」の4グループを編成し、平成27年度は、理論(T1)、(T2)、実証(E1)、(E2)、シミュレーション(S1)、金融ネットワーク(N1)に関するプロジェクトを着手し、分析を進めた。(*は研究協力者、@は連携研究者)(T1)資産バブル・マネー・政府債務を明確に区別した理論モデルの構築・分析(上東、西村、北野、敦賀、堀井、小林、*浜田、*清滝)(T2)信用バブル・国債バブルの経済学的定義の確立(上東、敦賀、小林、*清滝) (E1)金利可変の仮定下での資産バブルの実証モデルの構築(上東、*渡辺) (E2)テキストマイニングによるバブル崩壊・金融危機の兆候の抽出(高橋、柴本) (S1)スパコン・シミュレーション技術を用いた主要先進・新興国の資産バブルの推定(上東、貝原、堀井、小林、@小柳、@佐野、*Stachurski、*渡辺) (N1)多層的金融ネットワーク・モデルの構築・分析、シミュレーション(上東、貝原、小林、@齋藤、@佐野)理論分析に関しては、モデルの設定や均衡の分析等が進んでいるため、おおむね順調に進展していると考えられる。実証分析に関しては、MCMCの手法の開発や、テキストデータを用いた分析において一定以上の成果が得られているため、おおむね順調に進展していると考えられる。理論研究においては、前年度までに構築した枠組みに、資産バブル・マネー・政府債務等を導入し、信用バブル・国債バブルを検討した。実証分析においては、拡張版MCMCで推定する手法を開発するとともに、モデルとデータから推定されるリスク指標と主要マクロ変数との構造的関係に関する実証分析を進めた。さらに、多層的金融ネットワーク・モデルのシミュレーション分析を進め、危機・破綻発生後の危機管理の手法を検討した。研究組織は、研究代表者・研究分担者・連携研究者・研究協力者が、「理論」、「実証」、「金融ネットワーク」、「シミュレーション」の4グループを編成し、平成28年度は、平成27年度に引き続き、理論(T1)、(T2)、実証(E1)、(E2)、シミュレーション(S1)、金融ネットワーク(N1)に関する以下のプロジェクトを継続・拡張した。(@は連携研究者)(T1)資産バブル・マネー・政府債務を明確に区別した理論モデルの構築・分析(上東、西村、北野、敦賀、堀井、小林)(T2)信用バブル・国債バブルの経済学的定義の確立(上東、敦賀、小林) (E1)金利可変の仮定下での資産バブルの実証モデルの構築(上東) (E2)テキストマイニングによるバブル崩壊・金融危機の兆候の抽出(高橋、柴本) (S1)スパコン・シミュレーション技術を用いた主要先進・新興国の資産バブルの推定(上東、貝原、堀井、小林、@小柳、@佐野) (N1)多層的金融ネットワーク・モデルの構築・分析、シミュレーション(上東、貝原、小林、@齋藤、@佐野)理論分析、実証分析、シミュレーション分析ともに大きな成果をあげており、国際ジャーナル等に多数の論文を掲載しているため。

さらに、テキストマイニングに基づく分析、および多層的金融ネットワーク・モデルのシミュレーション分析を進め、危機・破綻発生後の危機管理の手法を検討した。研究組織は、研究代表者・研究分担者・連携研究者・研究協力者が、「理論」、「実証」、「金融ネットワーク」、「シミュレーション」の4グループを編成し、前年度からの、理論、実証、シミュレーション、金融ネットワークに関する個別プロジェクトを継続・拡張した。理論分析、実証分析、シミュレーション分析ともに大きな成果をあげており、国際ジャーナル等に多数の論文を掲載しているため。本年度の理論分析においては、浜田・堀井・上東・櫻川モデル、清滝・Moorモデル等を基本的枠組みとし、そこに資産バブル・マネー・政府債務を明確に区別できる形で導入し、さらに、信用バブル・国債バブルを数学的に定義し、新たな変数として導入したモデル等の分析を進める。実証分析においては、上東・渡辺モデルの拡張版MCMCを用いた手法に基づき、モデルとデータから推定されるリスク指標と主要マクロ変数との構造的関係に関する実証分析を進める。さらに、テキストマイニングに基づく分析、および多層的金融ネットワーク・モデルのシミュレーション分析を進め、危機・破綻発生後の危機管理の手法の確立を目指す。他に、研究会や一般向けシンポジウム等を開催する。理論分析においては、前年度に引き続き、資産バブル・マネー・政府債務等を明確に区別できるモデルを検討し、信用バブル・国債バブル等を内包したモデルの分析を進める。実証分析においては、拡張版MCMCを用いた手法に基づき、モデルとデータから推定されるリスク指標と主要マクロ変数との構造的関係に関する実証分析を進める。理論分析においては、資産バブル・マネー・政府債務等を明確に区別できるモデルを構築し、信用バブル・国債バブル等を内包したモデルの分析を進める。実証分析においては、拡張版MCMCを用いた手法に基づき、モデルとデータから推定されるリスク指標と主要マクロ変数との構造的関係に関する実証分析をさらに進める。また、テキストマイニングに基づく分析、および多層的金融ネットワーク・モデルのシミュレーション分析を進め、危機・破綻発生後の危機管理の手法の確立を目指す。
若者女性ムスリムの信仰と社会参加をめぐる質的調査に基づく国際比較研究

本研究は、女性ムスリムの信仰と社会参加の関係づけの様式を明らかにすることを目的とし、イギリス、マレーシア、日本をフィールドとした国際比較をおこなう。本年度は、マレーシアと日本の調査を予定していたが、調査許可の申請状況を鑑みマレーシアの調査は延期し、日本の調査に専念した。関西を中心とした22名の日本人ムスリム女性を対象にライフヒストリーに基づくインタビューをおこなった。詳細な分析は28年度以降となるが、暫定的な知見として下記のものが挙げられる。1改宗は必ずしも、結婚を契機としていない。2改宗には、家庭環境、海外への関心、インターネットを中心とする情報化、改宗前のムスリムとの交流などの複数の要因が存在している。3信仰をアッラーと自身との関係としてとらえる「個人主義的」観点を強調することで、イスラームが確立されていない日本のムスリム・コミュニティで自律性を保っている。4男性役割/女性役割の存在を認める一方で、実際には、経済的な自立や家計の主たる担い手となっている。5宗教と文化の区別を強調し、イスラームの否定的な表象に対して抵抗している。6結婚を契機として改宗した者は、イスラームへのコミットメントが弱い傾向にあるが、知識の習得やムスリムとの交流過程でそれは徐々に向上していく。7スカーフの着用の程度は個々別々であるが、それぞれが自身の決定を支持するイスラームに基づく理路を有している。8イスラームへの改宗要因として、精神的なものよりもその教えのもつ論理性がより重視されている。以上の知見は、イギリスにおけるこれまでの研究と連続性があり、情報化やグローバル化という、ムスリムを取り巻く共通の背景や環境が重要な意味をもっていることを示すものとなっている。また、改宗をめぐる知見は、結婚と改宗との関連を重視している旧来の日本のムスリム女性研究には見られなかった点が含まれている。27年度が最終年度であるため、記入しない。
ニュートリノで探る素粒子の起源と宇宙の構造

宇宙はインフレーションで始まり、現在にいたるまでに多様な姿の時期があったとされる。素粒子であるニュートリノはその間、様々な役割を果たしてきたことがわかっている。また、ニュートリノが他の物質粒子と比較して、質量が桁違いに軽いことは、標準模型の成り立ちに関する大きなヒントであろうとされている。本研究では、ニュートリノの宇宙論的、素粒子論的考察から、物質や宇宙の起源を探ることを目的としている。今年度は、IceCube実験により観測された超高エネルギーニュートリノが、重い暗黒物質の崩壊によるものである仮説を、ガンマ線観測の制限を考慮し、どのような理論的シナリオが可能であるかについての研究を行い、論文に発表した。また、宇宙のインフレーション直後に起こる、再加熱期にニュートリノ振動が起こり、それが宇宙のバリオン数生成を引き起こした可能性についての研究を行い、その説明が可能であることを示し、論文に発表した。その他にも、暗黒物質探索におけるミグダル効果の研究、ゲージ理論の基礎的研究など、素粒子論・宇宙論の多岐にわたる研究成果が得られた。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、ニュートリノ物理を足がかりに素粒子現象論・宇宙論・超弦理論の3つの方向から素粒子・宇宙・時空の背後にある究極理論に迫るものである。トピックを絞らずに様々な可能性を探ることが特色である。本年度は、高い視点から様々な可能性を議論した。ニュートリノの質量には電弱対称性の破れ、つまりヒッグス機構が必要である。ヒッグス場の真空期待値の起源の研究はニュートリノの理解には不可欠であり、また、逆にニュートリノの質量獲得機構はヒッグス場の物理へのヒントとなる。そこで、ヒッグス機構と関連の深い、超対称理論や強結合理論などについて、新しい可能性を多方向から議論した。超対称理論の研究では、強結合理論に現れる閉じ込め現象や、対称性の破れについて、超対称理論の厳密解からアプローチし、QCDやヒッグスの物理との関連性を見ることができた。また、超重力理論における超重力子が宇宙の暗黒物質である可能性についても議論し、これまでに知られていなかったシナリオにより、宇宙のバリオン数生成との整合性があることを示した。また暗黒物質の新たな提案として標準模型のハイパーチャージを持つ暗黒物質の可能性を提案した。そのような暗黒物質はこれまでの直接探索の実験の結果から100PeV以上の質量が要求されるが興味深いことに暗黒物質残存量と宇宙の再加熱温度の間の相関関係を通して直接検出から再加熱温度を絞り込むことが出来ることを示した。さらに、超弦理論のコンパクト化による標準模型の構成では、しばしば離散対称性が付随する。量子重力理論ではそうした離散対称性はゲージ化されている必要があり、それに付随した宇宙紐が生成される。今回コンパクト化に関する制限をアハロノフボーム効果を用いて行った。宇宙線研グループはICECUBE実験で得られたTeV-PeV領域の宇宙線ニュートリノスペクトルに見られる特徴的な欠損を説明可能な模型を考察に着手し、成果をあげている。また、ニュートリノがO(1)MeV程度の質量を持つ中性スカラー粒子と相互作用することで高エネルギー天体由来のO(100)TeVのニュートリノが宇宙背景ニュートリノと相互作用し冪即スペクトルに吸収線が現れることを示した。さらにニュートリノとMeV質量の新粒子の相互作用を標準模型に埋め込むとO(100)GeV程度の質量を持つ荷電粒子の存在も予言される。それらの荷電新粒子を探すことでLHC実験を通して検証されていくことも期待される。九州大学グループは弦理論の観点からニュートリノ物理を理解する為に、弦理論の枠組みで標準模型を実現する方法を調べ直した。こうした構成法には、離散的対称性が付随することに着目し、離散的対称性から生じる新たなモデルへの宇宙論的制限を考えた。特に宇宙紐から粒子がアハロノフボーム効果を通じて放出される現象が比較的強い制限を受けることを指摘した。KEKグループは、シーソー機構における右巻きニュートリノが暗黒物質である可能性や、複合ヒッグス模型でヒッグス場のポテンシャルが暗黒物質により生成される可能性を考察した。右巻きニュートリノ暗黒物質模型においては、最も軽いニュートリノの質量がゼロであることを予言し、また、ICECUBE実験によって発見された高エネルギーニュートリノが、暗黒物質である右巻きニュートリノの崩壊から生成された可能性もあり、今後のニュートリノ実験による検証が期待できる。A04班のIceCUBE実験の結果や、A01-03班のニュートリノ振動実験の結果を踏まえて、新しい宇宙論的シナリオや、その検証法の考察において、世界をリードする研究を発表できている。また、超弦理論における離散対称性に関して、新しい視点から素粒子物理へのインパクトを議論できていて、独自の興味深い発展をとげることができている。本年度は、新しいバリオン数生成のシナリオや余剰次元のコンパクト化による超対称性の破れのシナリオ、宇宙においてバリオンが触媒として働き相転移を起こす可能性など、多方面の研究で様々な研究結果が得られた。

宇宙線研グループはレントン数が自発的に破れてニュートリノの質量が生成されるシナリオには、マヨロンと呼ばれる南部ゴールドストーン粒子が存在する。宇宙初期において、このマヨロン場が振動をおこし、それを通じて自発的にレプトン数が生成される可能性を指摘し、数値的にそれが宇宙のバリオン数非対称性を説明しうることを示した。九州大学グループは、超弦理論におけるDブレーンの力学に基づく考察から、ゲージ理論におけるソリトンの生成によって相転移(真空の崩壊)が起りうることを示した。これにより、これまで考えられてきたトンネル効果による真空の崩壊率よりもずっとおおきな崩壊率になりうることを示した。KEKグループは、超対称性が余剰次元のコンパクトの際に破れるシナリオにおいて、ヒッグス質量がカルツァ=クラインモードの寄与によって大きく補正を受けることを指摘した。これにより、超対称粒子の現れる質量スケールがこれまでの評価よりも小さくなり、LHC実験で完全に検証できることを示した。他にも、ヒッグス粒子の非標準相互作用によるレプトンフレーバーの破れの効果、インフレーション模型の研究、格子QCDによるアクシオンの研究、LHC実験でヒントが得られている新粒子に関する研究など、様々な研究成果があがっている。素粒子理論の様々な可能性について多方面からの解析により、興味深い結果が得られている。ニュートリノの質量生成機構と宇宙論の関係や、それにとどまらないヒッグス粒子の物理、超弦理論などにおいて独自の結果を得て、順調に進展している。本研究は、ニュートリノ物理を足がかりに素粒子現象論・宇宙論・超弦理論の3つの方向から素粒子・宇宙・時空の背後に迫る究極理論に迫るものである。本年度は、超対称模型の新しい可能性、暗黒物質の新しい可能性、また超弦理論に基づく真空の安定性の研究など、多岐に渡る研究成果をあげることができた。宇宙線研グループは、超対称理論における超重力子に着目し、現在の宇宙の観測と照らし合わせ、どのような整合性のとれた可能性があるのか重点的に探った。特に、超重力子が軽いようなシナリオでは、ヒッグス粒子の質量を説明するために超重力子の質量に1eV程度の下限があり、将来の宇宙観測によりその整合性を確認することできることを指摘した。また、重い超重力子シナリオにおいては、超重力子が宇宙初期のバリオン数生成と整合性を保ちつつ暗黒物質となれる可能性についての研究を行い、ほとんどのパラメータ領域は棄却されていることを指摘した。九州大学グループは、宇宙の歴史においての真空の安定性についての研究を行った。特に、超弦理論を用いてゲージ理論の解析を行うことにより、幾何学的に有限温度における真空崩壊現象を理解することができた。KEKグループは、インフレーション直後の宇宙の再加熱期にバリオン数が生成された可能性について研究を行った。特に、インフレーション後に生成された高エネルギーニュートリノがエネルギーを失う過程でニュートリノ振動現象を起こすことにより、そのCPの破れからバリオン数が生成された新しい可能性を指摘した。他にも、新しいアクシオン模型や新しい暗黒物質の可能性など、様々な成果があがっている。
熱帯雨林における雨量・流出水量・水質の季節・長期変動と水質形成機構の解明

本研究は、東南アジア熱帯雨林地域のマレーシア・ボルネオ島サラワク州の低地林(ランビル国立公園)とサバ州の山地林(キナバル国立公園)の2サイトを対象に、(1)雨量・流出水量の季節変動を明らかにすること、(2)2サイト間で違いが生じる要因とそのメカニズムを解明することを目的としている。熱帯雨林における水文・水質2サイト同時観測を1年以上継続した例はほとんどなく、特に東南アジア熱帯雨林でほとんど行われていないため、本研究は東南アジア熱帯雨林の森林環境の実態を明らかにするものとしてその意義は大きい。また、森林を伐採した場合の影響を評価する研究にもつながるため、今後の熱帯雨林の取り扱いを考える際に、科学的知見を提供できる重要な研究である。本年度は、国際誌3誌への投稿、国外2回、国内1回の学会発表を行った。査読者の意見を踏まえて、本研究の内容を博士論文として取りまとめた。主な成果は下記のとおりである。(1)低地林・山地林における2006年から2008年の3年間の水収支・物質収支を明らかにした。→低地林は山地林の約2倍の損失量があり、物質収支で最も顕著な差が見られたのは硫酸態硫黄で低地林は山地林の約65倍年間の流出量があることが明らかになった。(2)低地林・山地林の渓流水質の特徴を他の熱帯雨林の研究成果と比較して考察した。→低地流域では高濃度で硫酸が流出しており、pHを下げる要因となっている。その要因を検討したところ、過剰な硫酸を緩衝する塩基性カチオンがないためと推察された。(3)(1)(2)の特徴について、そのメカニズムについて小流域を設定して観測結果から明らかにした。本研究は、東南アジア熱帯雨林地域のマレーシア、ボルネオ島サラワク州の低地林(ランビル国立公園)とサバ州の山地林(キナバル国立公園)の2サイトを対象に、(1)雨量、流出水量、水質の季節変動を明らかにすること、(2)2サイト間で違いが生じる要因とそのメカニズムを解明することを目的としている。熱帯雨林における水文、水質同時観測を1年以上継続した例はほとんどなく、特に東南アジア熱帯雨林ではほとんど行われていないため、本研究は東南アジアの森林環境を明らかにするものとしてその意義は大きい。また、森林を伐採した場合の影響を予測する研究にもつながると考えられ、熱帯雨林の取扱いガイドラインの策定等の議論に科学的知見を提供できる重要な研究である。本年度はランビル国立公園の渓流水の硫酸イオン濃度が著しく高い要因の特定に焦点を当てた下記のような観測を実施した。(1)雨、林内雨、渓流水の定期サンプリング体制の維持、雨量、水位、電気伝導度データの回収(キナバル・ランビル)。(2)小流域を設定し、降雨、土壌水、地下水、渓流水を集中採水、分析。出水時の降雨、林内雨、土壌水、地下水、渓流水を高頻度で採水、分析(ランビル)。→渓流水の高濃度硫酸の起源が基岩(硫化鉄)であることを特定。(3)渓流水を定期的に採水している流域内の上流の多地点で渓流水を採水、分析(ランビル)→高濃度硫酸の渓流は流域全体の現象ではなく、水の流出経路が起源となる硫化鉄を酸化させる環境にあるかどうかが関係しているものと推察された。(4)定期観測項目に林内雨を追加。林内雨の集中採水、分析(キナバル)→雨、林内雨、渓流水の順で溶存イオン濃度は低下することがわかり、山地林特有の養分吸収、吸着メカニズムが存在すると推察された。研究成果の発表2007年6月の国際会議で口頭発表、2007年12月の国際セミナーで研究成果を提示本研究は、東南アジア熱帯雨林地域のマレーシア・ボルネオ島サラワク州の低地林(ランビル国立公園)とサバ州の山地林(キナバル国立公園)の2サイトを対象に、(1)雨量・流出水量の季節変動を明らかにすること、(2)2サイト間で違いが生じる要因とそのメカニズムを解明することを目的としている。熱帯雨林における水文・水質2サイト同時観測を1年以上継続した例はほとんどなく、特に東南アジア熱帯雨林ではほとんど行われていないため、本研究は東南アジア熱帯雨林の森林環境を明らかにするものとしてその意義は大きい。また、森林を伐採した場合の影響を予測する研究にもつながると考えられ、熱帯雨林の取り扱いガイドラインの策定等の議論に、科学的知見を提供できる重要な研究である。本年度はキナバル国立公園に近いサバ大学に3ヶ月滞在し、現地研究者と綿密に情報交換しながら集中的観測を実施し、対象流域内で出水時の降雨・土壌水・渓流水の採水を行った。主な成果は次のとおりである。(1)本研究対象地の含まれるマレーシア・サラワク州のエルニーニョと降雨の関係を論じた論文受理→本研究対象地であるランビル国立公園は、サラワク州の他の地域と比べ、エルニーニョのような異常乾燥による降雨の減少が特に23月にかけて非常に顕著であることを見出した。(2)キナバル国立公園2流域の降雨・林内雨・土壌水(10,30,60cm)・渓流水の水質の鉛直分布を明らかにした。(3)ランビルにおける硫酸酸性渓流水の水質形成メカニズムの検討結果について学会発表本研究は、東南アジア熱帯雨林地域のマレーシア・ボルネオ島

サラワク州の低地林(ランビル国立公園)とサバ州の山地林(キナバル国立公園)の2サイトを対象に、(1)雨量・流出水量の季節変動を明らかにすること、(2)2サイト間で違いが生じる要因とそのメカニズムを解明することを目的としている。熱帯雨林における水文・水質2サイト同時観測を1年以上継続した例はほとんどなく、特に東南アジア熱帯雨林でほとんど行われていないため、本研究は東南アジア熱帯雨林の森林環境の実態を明らかにするものとしてその意義は大きい。また、森林を伐採した場合の影響を評価する研究にもつながるため、今後の熱帯雨林の取り扱いを考える際に、科学的知見を提供できる重要な研究である。本年度は、国際誌3誌への投稿、国外2回、国内1回の学会発表を行った。査読者の意見を踏まえて、本研究の内容を博士論文として取りまとめた。主な成果は下記のとおりである。(1)低地林・山地林における2006年から2008年の3年間の水収支・物質収支を明らかにした。→低地林は山地林の約2倍の損失量があり、物質収支で最も顕著な差が見られたのは硫酸態硫黄で低地林は山地林の約65倍年間の流出量があることが明らかになった。(2)低地林・山地林の渓流水質の特徴を他の熱帯雨林の研究成果と比較して考察した。→低地流域では高濃度で硫酸が流出しており、pHを下げる要因となっている。その要因を検討したところ、過剰な硫酸を緩衝する塩基性カチオンがないためと推察された。(3)(1)(2)の特徴について、そのメカニズムについて小流域を設定して観測結果から明らかにした。
半導体高指数面および埋もれた界面における金属1次元構造の研究

本研究では、X線回折実験については、高エネルギー加速器研究機構放射光施設(PF)を利用して行った。まず、Si(111)-6x1-Ag表面構造について、00ロッドに沿って得られたX線CTR散乱データから、Ag原子のSi基板に対する高さ、および、再構成したSi原子の高さを決定した。その結果は、Si(111)-√<3>×√<3>-AgにおけるAgおよび再構成したSi原子の高さにほぼ一致することを明らかにするものであった。次に、微小角入射X線回折法(GIXD)により2次元投影構造を解析した。その結果は、3x1と6x1の相転移ではAg原子は大きく変位することを示唆しており、相転移機構について新しい知見を得るものであった。これらの研究と並行してSi(113)面の清浄表面の再構成構造である3x1構造をGIXD法により決定した。得られた結果は、Rankeにより提案されたモデルを支持するものであった。次に、Si(111)-5x2-Auを研究の対象にした。GIXD法により5x2周期構造を形成している原子の配列を解析した。得られた結果は、これまでに提案されている構造モデルの中では、Erwinが第一原理計算により提案したモデルに最も近いものであった。しかし、原子座標については、Erwinが求めた座標を多少修正する必要があることが分かった。次に、その表面が埋もれた界面でも安定に存在するか否か、存在する場合には、表面の原子配列を保存しているのか否かについて、X線回折法により調べた。GIXD法による測定から界面でも長周期構造が確実に保存されていることが明らかになった。また、CTR散乱の測定結果は、これまで表面で提案されているモデルの中では、Erwinの提案しているモデルだけが矛盾しないことを示した。本年度は研究室においてSTM装置を整備した。試料は既存の超高真空槽で加熱・蒸着可能であり、作製試料表面の構造を電子回折装置で予備的に評価した後にSTM試料台に超高真空のまま移動できるように設計製作した。STM装置は低温まで測定可能な仕様にしてあるが、まず室温において原子像が高分解能で観測できるように調整中である。並行して高指数面試料の作製した。本研究では、Siの高指数面を系統的に研究するために、同じSi単結晶インゴットから(113),(335),(557)などの試料を表面の指数をX線回折で検査しながらスライシングマシーンにより切り出した。切り出した試料は機械研磨したのち無歪鏡面エッチング行った。他方、測定は高エネルギー加速器研究機構の放射光施設PFにおいて、超高真空中でSi(111)-6x1-Ag一次元構造を作製してその場観察X線回折により表面構造を調べた。CTR散乱法より00ロッドに沿っての回折強度を測定した。111,333ブラッグ反射のテールを測定した結果は、各ブラッグ点の前後でかなり非対称な強度変化を示した。この測定結果から6x1構造を形成している単位格子中のAgおよびSi原子の個数、さらにはそれらの原子の基板結晶に対する高さを決定した。さらに、微小角入射X線回折法により多数の回折斑点について積分回折強度を測定した。その測定結果からAg原子については表面投影2次元配列をほぼ決定できた。現在、さらに詳しい解析を行い、3次元的な原子配列を決定することを行っている。この表面を高温にすると6x1構造から3x1構造に相転移することが知られており、その高温相については微小角入射X線回折法により多数の回折斑点について積分回折強度を測定した。

本年度はSTMで原子像を安定的に観察できるように装置を整備し操作に習熟した。X線回折実験に先立ち、Si高指数面からのX線CTR散乱を計算できるように計算プログラムを開発した。まず、ミラー指数hklで指定される(hkl)高指数面の場合に、表面2次元単位格子がどのように定義されるか、さらに深さ方向を考慮した単位格子がどのように定義されるかを半自動的に求められるようにした。表面を考慮したときの(HK)ロッドの任意の点LにおけるX線CTR散乱振幅を計算できるようにし、さらに金属の鎖状構造からの散乱も取り入れられるようにした。実験は高エネルギー加速器研究機構の放射光施設(PF)を利用して、Si(111)-5x2-Auの埋もれた界面構造を微小角入射X線回折法により調べた。試料は以下の手順で作製した。超高真空装置内でSi(111)-7x7清浄表面をつくった後、Auを0.4ML程度蒸着して5x2構造を作製した。ほぼ単一ドメイン構造ができていることをSTMおよびLEEDで確認した。この表面に室温でSiを40A程度蒸着した。PF-15B2の6軸表面回折装置を用いてさまざまな指数の回折スポットを測定したところ、いくつかの指数のスポットで5x2-Au構造に一致する回折条件で観測された。さらに、特定のスポットについてロッドに沿って強度分布を測定したところなだらかな強度変化をしていることも分かった。これらのことから5x2-Au構造は埋もれている界面でも周期性を保っていることが明らかになった。表面のSi(111)-5x2-Au構造でこれまでに提案されているモデルと比較したところErwinが第一原理計算で提案しているモデルが回折強度分布をよく説明できることが分かった。Si(111)-5x2-Au構造については、これまでの我々のX線回折実験の研究により、その表面を数十オングストロームのSiでキャップした埋もれた界面では、その長周期構造が保たれていること、および、その構造は、Erwinが第一原理計算により提唱している構造モデルが最も確からしいことが分かった。本年度は、超高真空下においてSi(111)-5x2-Au表面構造そのものの構造をX線回折法により調べ、その構造が界面の場合と同じくErwinモデルで説明できるか否かに焦点を絞った研究を行った。測定には、高エネルギー研PF-15B2に設置されている6軸表面X線回折装置を用いた。まず、表面に平行な面に投影した面内2次元構造を求めるために微小角入射X線回折の実験を行った。34個の独立な回折スポットの積分回折強度が観測された。界面の場合と同様に、Marks-Plassモデル,Riikonenモデル,Erwinモデルの3つについて、最小自乗法によりモデルの最適化を行い、それぞれのモデルの妥当性を評価した。それぞれのモデルについて5x2単位格子当たり、Auは4原子、Siについては最大6原子までとりいれた。3つのモデルの中では、ErwinモデルだけがAu原子だけのモデルから順次Si原子を加えていくと信頼度因子が改善された。さらに、パターソン図を実験データから求めると、主なピークの位置は、Erwinモデルにおける原子間ベクトルでほぼ説明できることが分かった。次に、表面に垂直な方向の構造の情報を得るために、4つの分数次の逆格子ロッドに沿って積分回折強度を測定した。測定された範囲では顕著な振動的な振る舞い見られなかった。
iPS細胞から成熟オリゴデンドロサイトへの分化誘導法の確立と髄鞘再生治療への応用

我々はこれまでにマウス大脳皮質由来神経幹細胞のオリゴデンドロサイトへの分化能を指標とした既存薬のスクリーニングにより、アルツハイマー病治療薬として認可されているドネペジルを同定している。本年度はマウスiPS細胞からSFEBq法を用いて分化誘導した神経幹細胞(miPSC-NSC)を用いてオリゴデンドロサイト分化におけるドネペジルの新規作用メカニズムを明らかにすることを目的とした。ドネペジルが分化に影響を及ぼす細胞内シグナル伝達経路をルシフェラーゼアッセイにより検討した結果、ドネペジルはエストロゲン応答配列(ERE)を含んだレポーター遺伝子の転写活性を顕著に上昇させることが分かった。EREは核内に存在するエストロゲン受容体(ERα/ERβ)により制御されることが知られている。miPSC-NSCにおけるERsの発現を蛍光免疫染色で調べたところ、ERαおよびERβは主として核に局在していた。また、miPSC-NSCをドネペジル存在下に分化誘導すると、ERαおよびERβの発現亢進が認められ、これらの発現細胞の殆どがオリゴデンドロサイトであることを分化マーカー(Tuj1、GFAP、MBP)との多重染色にて明らかにした。さらに、ドネペジル添加で見られたオリゴデンドロサイトの分化促進およびミエリン関連遺伝子(MAG, MBP)の発現上昇はER特異的アンタゴニストであるICI 182,780の前処理により濃度依存的に阻害された。以上の結果より、ドネペジルによるmiPSC-NSCからオリゴデンドロサイトへの分化促進作用にはERを介するシグナル伝達経路が重要である可能性が示唆された。ドネペジルによる神経幹細胞のオリゴデンドロサイトへの分化誘導機序の一端としてERシグナル伝達経路の関与を明らかにすることができた。ERシグナル伝達経路はオリゴデンドロサイト分化において重要な役割を果たすとともに、再髄鞘化への関与が報告されているため、今後の研究計画を遂行する上で重要な基礎的知見が得られたと言える。一方で、ヒトiPS細胞に対するドネペジルの有効性については、ヒトiPS細胞から成熟オリゴデンドロサイトへ分化誘導させる条件設定に時間を要したため、現在検討中である。以上より、概ね順調に進捗していると判断した。ERαおよびERβ特異的なアンタゴニストやsiRNAによるノックダウンを用いてドネペジルによるオリゴデンドロサイト分化促進作用におけるERアイソフォームの役割を明らかにする。ドネペジルは神経幹細胞からニューロンへの分化促進作用およびアストロサイトへの分化抑制作用を有することから、次年度ではこれらの作用にERシグナル伝達経路が関与しているか検討する。また、マウスiPS細胞から得られた基礎的知見をヒトiPS細胞に適応し、ドネペジルおよびERアゴニスト・アンタゴニストがヒトiPS細胞由来神経幹細胞やオリゴデンドロサイト前駆細胞に与える影響について検討するとともに、ドネペジルを用いた効率的なオリゴデンドロサイト分化誘導系の確立を目指す。脱髄疾患の治療法として、神経幹細胞やオリゴデンドロサイト前駆細胞を用いた細胞移植が期待されているが、髄鞘形成能を有するオリゴデンドロサイトへの分化効率が低いことが問題となっている。我々はマウス大脳皮質由来神経幹細胞のオリゴデンドロサイトへの分化能を指標とした既存薬のスクリーニングにより、アルツハイマー病治療薬として認可されているドネペジル(DNP)を同定した。本研究はiPS細胞を用いてDNPのオリゴデンドロサイトへの分化機序の解明から、DNPを応用した効率的なオリゴデンドロサイト分化誘導法を開発し、脱髄再生治療に繋げることを目的としている。本年度はマウスiPS細胞からSFEBq法にて分化誘導した神経幹細胞を用いて、DNPが神経幹細胞の分化に与える影響について検討した。その結果、DNPはオリゴデンドロサイトへの分化・成熟を顕著に促進すると同時に、アストロサイトへの分化を抑制することが分かった。神経幹細胞の分化マーカーの発現を調べたところ、DNP処理によってオリゴデンドロサイトの分化決定因子やミエリン関連遺伝子の発現亢進とアストロサイトマーカーの発現低下を認めた。また、これらの発現変動が転写段階で調節されていることをレポーターアッセイにより明らかにした。一方、他のアセチルコリンエステラーゼ阻害剤(ガランタミン、フィゾスチグミン)では同様の効果が見られないことから、DNPに特異的な作用機序の存在が示唆された。オリゴデンドロサイト分化に関わるDNPの標的遺伝子を探索するために、マイクロアレイ解析を行ったところ、DNP処理した分化細胞では脂質代謝に関連する遺伝子群の発現亢進を認めた。また、同定した遺伝子群は主に核内受容体を介して発現することが知られていることから、DNPのオリゴデンドロサイト分化促進作用は核内受容体を介した標的遺伝子の転写制御により発揮される可能性が示唆された。オリゴデンドロサイト分化におけるDNPの標的遺伝子を網羅的遺伝子発現解析により同定し、作用機序の解明につながる知見を得ることができた。DNPを応用した効率的なオリゴデンドロサイト分化誘導法の開発については、PDGF-AAやT3などの分化誘導因子とDNPを組み合わせることで、マウスiPS細胞からオリゴデンドロサイト前駆細胞および成熟オリゴデンドロサイトを段階的により効率的に誘導できる条件を設定できたので、これらの細胞を用いてマウスへの移植実験を進めている。

一方で、ヒトiPS細胞を用いたオリゴデンドロサイト分化誘導法については、既報のプロトコールを参考にして試みたが、Olig2/Nkx2.2陽性オリゴデンドロサイト前駆細胞への分化誘導条件は確立できたものの、成熟オリゴデンドロサイトへの培養条件は現時点で最適化できていない。これらを総合して、概ね順調に進捗していると判断した。我々はこれまでにマウス大脳皮質由来神経幹細胞のオリゴデンドロサイトへの分化能を指標とした既存薬のスクリーニングにより、アルツハイマー病治療薬として認可されているドネペジルを同定している。本年度はマウスiPS細胞からSFEBq法を用いて分化誘導した神経幹細胞(miPSC-NSC)を用いてオリゴデンドロサイト分化におけるドネペジルの新規作用メカニズムを明らかにすることを目的とした。ドネペジルが分化に影響を及ぼす細胞内シグナル伝達経路をルシフェラーゼアッセイにより検討した結果、ドネペジルはエストロゲン応答配列(ERE)を含んだレポーター遺伝子の転写活性を顕著に上昇させることが分かった。EREは核内に存在するエストロゲン受容体(ERα/ERβ)により制御されることが知られている。miPSC-NSCにおけるERsの発現を蛍光免疫染色で調べたところ、ERαおよびERβは主として核に局在していた。また、miPSC-NSCをドネペジル存在下に分化誘導すると、ERαおよびERβの発現亢進が認められ、これらの発現細胞の殆どがオリゴデンドロサイトであることを分化マーカー(Tuj1、GFAP、MBP)との多重染色にて明らかにした。さらに、ドネペジル添加で見られたオリゴデンドロサイトの分化促進およびミエリン関連遺伝子(MAG, MBP)の発現上昇はER特異的アンタゴニストであるICI 182,780の前処理により濃度依存的に阻害された。以上の結果より、ドネペジルによるmiPSC-NSCからオリゴデンドロサイトへの分化促進作用にはERを介するシグナル伝達経路が重要である可能性が示唆された。ドネペジルによる神経幹細胞のオリゴデンドロサイトへの分化誘導機序の一端としてERシグナル伝達経路の関与を明らかにすることができた。ERシグナル伝達経路はオリゴデンドロサイト分化において重要な役割を果たすとともに、再髄鞘化への関与が報告されているため、今後の研究計画を遂行する上で重要な基礎的知見が得られたと言える。一方で、ヒトiPS細胞に対するドネペジルの有効性については、ヒトiPS細胞から成熟オリゴデンドロサイトへ分化誘導させる条件設定に時間を要したため、現在検討中である。以上より、概ね順調に進捗していると判断した。マウスiPS細胞から得られた基礎的知見をヒトiPS細胞に適応し、DNPがヒトiPS細胞由来神経幹細胞やオリゴデンドロサイト前駆細胞に与える影響について検討するとともに、DNPを用いた効率的なオリゴデンドロサイト分化誘導系の確立を目指す。また、この分化誘導法により作成された細胞をモデル動物に移植しDNPの髄鞘形成に対する効果を検証する。DNPによるオリゴデンドロサイトへの分化促進作用における核内受容体の機能的な役割を明らかにするために、核内受容体のアンタゴニストやsiRNAによるノックダウンを用いて影響を調べる。ERαおよびERβ特異的なアンタゴニストやsiRNAによるノックダウンを用いてドネペジルによるオリゴデンドロサイト分化促進作用におけるERアイソフォームの役割を明らかにする。