hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マスク蒸着法による自己組織化単分子層トランジスタに関する研究

平成16年度はSAMとしてニトロオリゴフェニレンエチニレン(ニトロOPE)を使用した金/ニトロOPE SAM/金構造を有する素子を作製し、素子の電気的特性を半導体パラメータアナライザ(現有設備)を用いて電流-電圧特性および電流の時間依存性を測定した。電流-電圧特性においては負性微分コンダクタンス(Negative Differential Conductance, NDC)特性および電流の時間依存性においてはコンダクタンススイッチング現象をそれぞれ観察することに成功した。電流の時間依存性を解析することによりNDC特性とコンダクタンススイッチング現象が同時に起こることを発見した。コンダクタンススイッチング現象は時間に依存し、NDCは印加電圧に依存していることより、それぞれのスイッチングメカニズムはニトロOPE分子に起因した異なる機構によって起こっていることを見出した。本研究では、自己組織化単分子層(Self-assembled monolayer, SAM)を用いた横型電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor, FET)の作製プロセスを確立することを第1の目的とする。さらに、再現性のあるSAM-FETのトランジスタ特性を測定することにより、単一分子層をチャンネルとして有するFETの基本動作原理とトランジスタ性能を実験的に明らかにすることを第2の目的とする。そのため、まず電子線露光装置(現有設備)を用いて作製したエアブリッジ構造を作製し、これをシャドウマスクとして利用した斜め蒸着手法および自己組織化膜形成技術を用い自己組織化単分子層トランジスタを作製した。平成17年度はSAMとしてニトロオリゴフェニレンエチニレン(ニトロOPE)を使用した金/ニトロOPE SAM/金構造を有する素子を作製し、素子の電気的特性を半導体パラメータアナライザ(現有設備)を用いて測定したところ、電流-電圧特性から負性微分コンダクタンス(Negative Differential Conductance, NDC)特性、電流の時間依存性からコンダクタンススイッチング現象といったニトロOPE分子に起因した機能を観察した。また、電流の時間依存性を解析することによりNDC特性とコンダクタンススイッチング現象が同時に起こることを発見し、加えてコンダクタンススイッチングが時間に依存し、NDCが印加電圧に依存していることからもそれぞれのスイッチングメカニズムが異なる機構によって起こっていることを見出した。さらに、ニトロOPE分子とアルカンチオールの混合自己組織化単分子膜におけるニトロOPE分子のスイッチング現象を走査型トンネル顕微鏡により観察したところ、素子におけるスイッチング現象が配向変化に起因している可能性が高いことを明らかにした。
二分子膜ハイドロゲルの創成に基づく蛋白質機能の時空間制御

我々は"分子組織性ハイドロゲル"を開発し、その基本特性を解明することを目的として、複数のアミド基を含み、かつグルタミン酸骨格を有するカチオン型脂質を合成した。その結果、従来の二分子膜形成化合物に比べて短いアルキル鎖(C_8:短鎖型脂質)ならびにイソプロピル基を疎水部側に導入した分岐型脂質に過塩素酸アニオン、ナフタレンスルホン酸などの疎水性アニオンを添加すると、ハイドロゲルが得られることが判った。これらの分散水溶液(1^2mM)について電子顕微鏡観察を行ったところ、幅8-10nm、長さ3μm以上のファイバー状会合体を基本とする網目状構造が観測された。これらの会合形態は二分子膜に特徴的なものであり、疎水性アニオンの添加によって、これらの短鎖型脂質や分岐型脂質が発達したファイバー状架橋構造を与えたことが判る。従来型の二分子膜形成化合物においては、このようなハイドロゲル形成が認められないことから、(i)結晶性を低めた疎水部構造、(ii)疎水性のイオンペアから成る親水部、かつ(iii)発達した水素結合ネットワークの形成が分子組織性ハイドロゲルを得るための条件であることが判った。ゲルを加熱すると、60-75°Cの領域で溶解してゾルとなり、その後さらに加熱すると急激に白濁した。この変化は可逆的であり、冷却すると白濁が消失して元の均一なハイドロゲルが得られた。このように、分子組織性ハイドロゲルは、分子構造に依存して多様な物性・構造特性を示すことが明らかとなった。低分子化合物による有機溶媒のゲル化とは対照的に、分子集合体によるハイドロゲルの形成例は極めて限られ、その一般的な分子設計指針は得られていない。我々は合成二分子膜をベースに、"分子組織性ハイドロゲル"を開発し、その基本特性を解明することを目的として、複数のアミド基を含み、かつグルタミン酸骨格を有するカチオン型脂質を新たに合成した。これらの分散水溶液(12mM)について電子顕微鏡観察を行ったところ、幅810nm、長さμm以上のファイバー状会合体を基本とする網目状構造が観測された。従来型の二分子膜形成化合物において、このようなハイドロゲル形成が認められないことから、(i)結晶性を低めた疎水部構造、(ii)疎水性のイオンペアから成る親水部、かつ(iii)発達した水素結合ネットワークの形成が分子組織性ハイドロゲルを得るための条件といえる。このように、分子組織性ハイドロゲルにおいては、構成成分の分子構造に依存して多用な物性・構造特性が観測されることが明らかとなった。
重症虚血肢患者の背景疾患に着目した幹細胞プレコンディショニング法の開発

我々は、これまでにマウス下肢虚血モデルを用いて、低酸素プレコンディショニング法により機能賦活化した末梢血単核球の血管新生能を報告している。これまでの末梢血単核球移植による血管新生を誘導する機序としては、末梢血単核球が分泌する成長因子、特に、PDGF-BB、TGF-beta1が作用することを見出しており、低酸素プレコンディショニング法は、末梢血単核球が分泌するこれらの成長因子の分泌量を亢進する。これまでの細胞移植による血管新生を誘導する治療効果は、移植細胞が分泌する成長因子が、生体に存在する血管内皮細胞の細胞増殖等を誘導することによりもたらされるパラクライン効果であることが多くの研究から報告されている。また、近年、パラクライン効果の一つとして、移植細胞が分泌するエクソソームと呼ばれる、脂質二重膜の直径20120nmの膜小胞が報告されている。このエクソソームは、核酸、および、成長因子などのタンパクが内包されている。そこで、本年度は、健常者ヒト末梢血単核球が分泌する成長因子および、エクソソームに内包されている成長因子の濃度を解析した。ヒト末梢血単核球の解析方法を確立したため。患者由来の末梢血単核球を用いて、低酸素プレコンディショニング法の効果を解析していく予定である。重症虚血肢患者に対する末梢血単核球移植による血管再生治療は有望な治療法である。当科では血管再生治療の効果を向上させる方法として、細胞を予め低酸素環境に慣らし虚血組織へ移植する“低酸素プレコンディショニング(HPC)法"を考案し報告してきた。しかし本法で最大の治療効果を得る為には、細胞移植療法でしばしば問題となる患者の背景疾患による患者由来の細胞の特性にバラツキがあることである。本研究では、患者毎の細胞のバラツキによる血管新生能を評価するために、動脈硬化を発症すると言われている高脂血症マウスを用いた下肢虚血モデルに対して患者由来の細胞を移植することから、本年度は高脂血症マウスを用いた下肢虚血モデルの特性について解析を行うことにした。雄の5週齢のアポE欠損高脂血症マウスを購入し、25週齢になるまでに飼育した。アポE欠損高脂血症マウスと同じ遺伝背景を有する正常なアポEを有するマウスを正常群とし、25週齢になるまでに飼育した。30週齢のアポE欠損高脂血症マウス群および正常群の左大腿部の動脈を外科的手法で結紮し(虚血下)、ドップラーにより健側肢と比べて血流が落ちていることを確認した。そして2週間後に、左右の大腿部から直径約5mm程度の皮膚を外科的手法で採取した(Day1)。そして、その3日後に採取した皮膚の周囲の皮膚を採取した(Day4)。Day1およびDay4の皮膚組織からRNAを抽出し、成長因子等の発現解析を行ったところ、正常群と比べてアポE欠損高脂血症マウス群においてHGF、FGF、コラーゲン等のmRNAの発現レベルが低い結果となった。重症下肢虚血患者由来の末梢血単核球を使用するための書類の準備に時間を要しているため。重症下肢虚血患者由来の末梢血単核球の特性と健常者由来の末梢血単核球の特性を解析する。患者由来の末梢血単核球を使用する書類準備が遅れた為、次年度に患者由来の末梢血単核球が分泌するタンパクの解析を実施する。ELISAキット1つを購入しなかったために、次年度使用額が生じた。この次年度使用額はELISAキットの購入費に使用する予定である。
強い電子求引性配位子を利用する含フッ素官能基の触媒的クロスカップリング反応の開発

遷移金属触媒を用いた芳香環への含フッ素官能基の導入反応の検討を行った。この反応を最も阻害している部分は触媒からの芳香環と含フッ素官能基の還元的脱離反応であるため、まず、還元的脱離反応における配位子の電子的効果を調査した所、電子不足なリン配位子が還元的脱離反応を著しく加速する事を見出し、その本質的な役割も明らかにできた。しかしながら、この電子不足な配位子は芳香環と含フッ素官能基の還元的脱離条件では安定性に問題を生じた。本研究では、触媒量の金属触媒を用い、実用に耐える効率的なクロスカップリング反応による含フッ素官能基の芳香環への導入法の開発を行う事を目的とし、トリフルオロメチル基(CF_3基)と芳香環の触媒的クロスカップリング反応の開発を第一目標としている。しかし本研究では、単に触媒候補化合物のランダムスクリーニングを行うのではなく、触媒サイクルの各段階におけるメカニズムの詳細な調査を行い、支持配位子の電子的・立体的効果を明らかにしながら検討を行う事を研究指針としているため、まず、CF_3基と芳香環の触媒的クロスカップリング反応で最も進行しにくいと考えられる還元的脱離の触媒過程に関する一般的な知見を得る事にした。還元的脱離反応では、支持配位子の立体効果や電子的効果により加速されている事が知られている。特に支持配位子の立体効果は10^3以上の加速効果が認められているが、配位子の電子的効果は比較的影響が少ないとされており系統的研究はなされていない。そこで、配位子の電子的効果による還元的脱離反応の知見を得る事にした。ジホスフィン配位子DPPE(Ph_2PCH_2CH_2PPh_2)のリン上の芳香環部分にフッ素置換基を導入しフッ素の数を変化させる事で、さまざまな電子状態のジホスフィン配位子群を合成した。これらジホスフィン配位子(P-P)を白金錯体の支持配位子として用い[(P-P)PtPh2]錯体からのビフェニルの還元的脱離反応を行い各ジホスフィン配位子に対する反応速度定数を求めた。その結果、(C_6F_5基を有する)DFPPEを用いた反応では、最も遅いDPPEを用いた場合よりも約1200倍もの反応加速効果がみられ、支持配位子の電子的効果によっても立体効果に匹敵しうる反応加速が可能である事を見出した。本成果は、次に検討を予定している困難なCF_3基の還元的脱離反応に対して極めて有効な知見であると考えられる。本研究では、金属触媒による効率的なクロスカップリング反応による含フッ素官能基の芳香環への導入法の開発を行う事を目的とし、トリフルオロメチル基(CF_3基)と芳香環の触媒的クロスカップリング反応の開発を第一目標としている。本研究では、触媒サイクルの各段階におけるメカニズムの詳細な調査を行い、支持配位子の電子的・立体的効果を明らかにしながら検討を行う事を研究指針としているため、昨年に引き続き、CF_3基と芳香環の触媒的クロスカップリング反応で最も進行しにくいと考えられる還元的脱離の触媒過程に関する一般的な知見を得る事にした。本年度は主に還元的脱離の実験および理論計算による電子求引性配位子の効果の解明に関する研究を行い、結論を得た。ジホスフィン配位子DPPE(Ph_2PCH_2CH_2PPh_2)のリン上の芳香環部分にフッ素置換基を有する、電子不足な電子求引性ジホスフィン配位子の還元的脱離反応における配位子加速効果を解釈するため、いくつかの含フッ素ジホスフィン配位子(P-P)類縁体を白金錯体の支持配位子として用い[(P-P)PtPh_2]錯体からのビフェニルの還元的脱離反応を行った。各ジホスフィン配位子を用いた場合の反応速度定数を80-100°Cの範囲で求め、そこから活性化エントロピー・エンタルピーを算出した。その結果、ジホスフィン上の芳香環の2,6位にフッ素のあるものと無いものの場合ではそれぞれ活性化エントロピーの傾向が異なることから、これらの系列間で構造上の違いがあると考えられた。そこで分子軌道計算によりこれら化合物および遷移状態の最安定配座・エネルギーを求め、実験により求めた活性化エンタルピーとの相関をとってみたところ、(1)ジホスフィン上の芳香環の2,6位にフッ素のあるものと無いものの場合ではコンフォメーションが異なり反応速度に影響を与えること、(2)電子不足配位子による還元的脱離反応加速効果は、電子不足配位子が遷移状態においてP-Pt反結合性軌道の不安定化を和らげるためとわかった。本研究では、金属触媒による効率的なクロスカップリンブ反心による含フッ素官能基の芳香環への導入法の開発を行う事を目的とし、トリフルオロメチル基(CF_3基)と芳香環の触媒的クロスカップリング反応の開発を第一目標としている。本研究では、触媒サイクルの各段階におけるメカニズムの詳細な調査を行い、支持配位子の電子的・立体的効果を明らかにしながら検討を行う事を研究指針としている。

昨年度までにフッ素を有する電子不足なジボスフィン配位子により還元的脱離反応が著しく加速される事を示し、その配位子効果に関して理論計算による検証を行った。そこで本年は、電子不足なジボスフィン配位子を有するパラジウム錯体にCF_3基とフェニル基を導入し、そこからの還元的脱離反応を試す事にした。まず[Pd(diphosphine)(CF_3)Ph]錯体の合成検討を行った所、電子不足なジボスフィン配位子を有する錯体でも合成が可能である事がわかった。次に[Pd(diphosphine)(CF_3)Ph]錯体からPh-CF_3の還元的脱離反応を加熱条件で行ってみた所、還元的脱離反応が起こらないだけでなく、[Pd(diphosphine)(CF_3)Ph]錯体も分解してしまった。原理上、電子不足なジボスフィン配位子は間違いなく還元的脱離を促進させるが、反応の進行しにくいCF_3とPh基の還元的脱離では還元的脱離が起こる前に、比較的弱いリン-パラジウム結合が開裂してしまったと考えられる。従って本還元的脱離反応においては、配位子の電子的効果に頼るよりも、配位不飽和になるような嵩高い電子供与性配位子を用いるか、より進行しやすい銅触媒を用いた方が良い、という結論を得た。
学習時の生体反応データ計測による知的活動と生理的・心理的変動の関連に関する研究

人体には、心電図、脳波、筋電図など、様々な種類の生体電気が発生しており、これらは生体反応データとして計測でき、心理的・精神的事柄を反映していると言われている。本研究では、知的活動としての学習時における心電図に関する生体反応データを計測し、その解析によって学習者の生理的・心理的・精神的変動を観察する手法を開発研究した。これによって、インターネットなどを介したCAIによる個別遠隔学習支援において、学習者の心理的状況を教授者側で把握することを可能にすることを狙いとした。学習時における精神性の生体電気のみを引き出すために、センサー取り付け位置を手首として四肢誘導型計測法を用い、四肢誘導型計測による生体反応データの計測方法を確立した。この方法は、身体の自由な動き確保する点でもよい方法である。さらに、センサー取り付け位置やセンサーの感度を様々に組み合わせることで、ノイズの除去や特徴量の効果的抽出を容易にした。計測データの解析では、異なる取り付け位置のセンサー間の差の計算や、フィルターを掛けることなどの方法でノイズの除去を試み、心電図RR波間隔の変動高周波成分から緩和度を、低周波成分から緊張度を取り出した。成人数名の被験者を対象に、本研究で開発した手法でテトリスゲームのプレイ状況での生体電気計測を実施し、ゲームの状況から見た推定した緊張と緩和の状況を、心電図の解析結果と比較して緊張と緩和の状況と推定を試みた。その結果は、被験者の心電図と心理的・精神的緊張と緩和の変動状況がよい対応を示した。精神的変動内訳については未だ不明の点も多いが、緊張と緩和に限定するならば、実践的活用の可能性を確認できた。生体情報データとして計測されている心電図、脈波、発汗、筋電図は、生理的な事柄だけでなく、心理的・精神的事柄をも反映している。本研究では、知的活動としての学習時における心電図と発汗に関する生体反応データを計測し、その解析によって学習者の生理的・心理的・精神的変動を観察する手法を開発研究している。これによって、インターネットなどを介したCAIによる個別学習や遠隔授業において、学習者の状況を教授者側で把握することを可能にすることを狙いとしている。学習時における身体の動きに制約を加えないために、センサー取り付け位置を手首として四肢誘導型計測法を用いた。平成13年度は、手首にセンサー付けた四肢誘導型計測法で、生体情報データの計測方法を確立した。センサー取り付け位置やセンサーの感度を様々に組み合わせることで、ノイズの除去や特徴量の効果的抽出を容易にした。計測データの解析では、心電図や低周波成分波(発汗の影響)を分離する手法を、異なる取り付け位置のセンサー間の差の計算や、フィルターを掛けることなどで、高周波成分から心電図を取り出し、低周波成分から発汗などによる皮膚電気反応を取り出した。成人数名の被験者を対象に、本研究で開発した手法で加算計算時の生体電気計測を実施し、加算計算時における被験者の心理的・精神的変動を確認した。精神的変動の内訳については未だ不明の点も多く、次年度以降の研究課題として残っている。電気信号として計測される心電図・脈派・発汗・筋電図などの生体情報データは、身体的・生理的な事柄だけでなく、心理的・精神的事柄をも反映している。本研究では、知的活動である学習行動に注目して、心電図と発汗の生体反応データを計測し、その解析から学習者の生理的・心理的・精神的変動を手法を解明する。この成果によって、インターネットなどを介したCAIによる個別学習や遠隔学習支援に対して、学習者の心理的・精神的状況を教授者側で把握する有力な手段を与えることが可能になる。学習時の緊張と緩和に関する情報は、学習振興状況の管理にとって非常に重要である。

たとえば「緊張しているにも拘われず成績がよくない」場合、「成績が悪いにも拘わらず緊張感もない」場合、「成績はよく緊張感はない」場合、など様々な状態に対して、成績のみからでは出来ないきめ細かい学習指導が可能になる。平成14年度では、学習の障害にならない手首にセンサー取り付ける四肢誘導型計測法を用い、センサー取り付け位置やセンサーの感度調整で、ノイズの除去や特徴量の効果的抽出を容易にした。データ解析によって交感神経と副交感神経の活性度を算出し、被験者の緊張と緩和を推察する手法を開発し、ゲームに挑戦している被験者の緊張と緩和の状況判別に成功した。本研究は、パソコンなど情報機器を利用した学習時の人間の心理的・精神的変化を電気信号として捉えることを目指して着手した。e-Learningなど、遠隔学習指導の機会が多くなることに合わせ、この研究成果を学習指導に使うことを狙いとした。電気信号として計測される心電図、脈波、発汗、筋電図などの生体情報データは、身体的・生理的な事柄だけでなく、心理的・精神的事柄をも反映している。本研究では学習行動に注目して、心電図生体反応データを計測し、その解析から学習者の生理的・心理的・精神的変動状況を解明する。この成果は、インターネットなどを介したCAIによる個別学習や遠隔学習支援において、学習者の心理的・精神的状況の情報を教授者側に提供する有力な手段を与える。学習時の緊張と緩和に関する情報は、学習進行状況の管理にとって非常に重要である。たとえば「緊張しているにも拘われず成績がよくない」場合、「成績が悪いにも拘わらず緊張感もない」場合、「成績はよく緊張感はない」場合のなど様々な状態に対して、成績だけでは不可能なきめ細かい学習指導を可能にする。平成14年度では、学習の障害にならない手首にセンサーを取り付ける四肢誘導型計測法を用い、センサー取り付け位置やセンサーの感度調整で、ノイズの除去や特徴量の効果的抽出を容易にした。データ解析によって交感神経と副交感神経の活性度を算出し、被験者の緊張と緩和を推察する手法を開発し、ゲーム/に挑戦している被験者の緊張と緩和の状況判別に成功した。実験の結果は、緊張と緩和の状態を電気信号で捉えうることを確認し、別冊の報告書にその詳細を示した。
ウェーブレット変換の偏微分方程式、関数空間への応用と補間空間論

函数空間論,補間空間論,ウェーブレットそして偏微分方程式への応用が研究テーマであるが,その概要は以下の通りである。1.当初定義された((Littlewood-Paley分野(1の分解)の超局所版としての)ウェーブレット変換を再考することにより変換そのものの評価を得ることができた。前年度考察されたF.B.I.変換(ウェーブレット変換にパラメータがひとつ附加された変換)に対しても同様の評価を得た。これらにより従来の函数空間論,超局所解析を見通しのよいものに仕上げることができると思われる。2.補間空間論における問題(重みつきLorentz空間の補間定理を与えよ)に対して,前年度のものとは異なる観点から(例えばblock-Lorentz空間を用いて)アプローチした。いくつかは共同研究である。3.2-microlocal Besov空間とウェーブレットについて共同研究を行った。これは函数空間の「局所理論」の動機付けとなる。4.具体的実績は4つの論文を現在投稿中であり,ドイツ(イェナ)でも講演を行った。(さらに,投稿準備中の論文もある。)函数空間論,補間空間論,ウェーブレット,そして偏微分方程式への応用が研究テーマであるが,その概要は以下の通りである。2.補間空間論における問題(重みつきLorentz空間の補間定理を与えよ)に対して,以前の部分的解決に加えて本年度は函数の再配列,K-Functionalを精密に計算することによって完全解決への礎石がおかれたと思われる。久保美由紀との共同研究も中にはある。3.申請時当初は予想していなかったSobuletの不等式との出会い,これがNashやMoserの不等式と同値であるという注意に促されて1,2に関連する研究につなげようとしている。発表は論文(現時点ではPreprints),講演(日本・ドイツ)でなされている。)
精密地上観測と衛星観測から明らかにする大気波動による超高層大気へのインパクト

最近の超高層大気研究で、電離圏電子密度擾乱を下層起源の大気重力波(Atmospheric Gravity Wave:AGW)が励起している可能性が指摘され、両者の時空間スケール等の具体的な対応関係が注目されている。しかし、中間圏界面付近の風速や温度等の立体的な測定が極めて困難であるため、下層起源のAGWの超高層大気中への浸入機構と電離大気へのインパクトの詳細は未だ不明瞭である。この解明のために本研究では、まず、AGWの中間圏界面付近での鉛直伝搬(特にクリティカルレベルでの振舞い)を過去のデータの中に見られたケースについて詳細に調べ、その結果を国内・国際学会にて発表し、学術論文としてまとめた。キャンペーン観測として、京都大学生存圏研究所の大気光イメージャーを信楽から約80km離れた多賀町(滋賀県)に設置し、信楽OMTI(名古屋大学太陽地球環境研究所)のイメージャーと中間圏AGWの二地点同時観測を行った。その際に、Na温度ライダーによる温度の鉛直分布観測、MUレーダーの最新観測モードによる風速の立体観測との同時観測、さらに人工衛星(れいめい)からの大気光観測との同時観測にも成功し、現在、共同研究者とこれらのデータを解析しつつ、議論を進めた。Na温度ライダーについては、昨年度軌道に乗せた中間圏温度の準定常観測を機器の調整、修理等を随時行いながら継続し、約1年半分のデータを取得すると共に、システムの新しい較正方法を開発し、データ質の向上を図った。現在、この観測結果および校正手法についての学術論文を執筆中である。得られた多量の観測データは世界的にも貴重なデータベースとなると期待され、昨夏のCOSPAR国際会議等での口頭発表以来種々の問い合わせが来ており、このデータを用いて中間圏の大気波動が組成や大気光に与える影響の研究を国際共同研究として進めている。最近の超高層大気研究で、電離圏電子密度擾乱を下層起源の大気重力波(Atmospheric Gravity Wave: AGW)が励起している可能性か指摘され、両者の時空間スケール等の具体的な対応関係が注目されている。この解明のために本研究では、まず、AGWの中間圏界面付近での鉛直伝搬(特にクリティカルレベルでの振舞い)を過去のデータの中に見られたケースについて詳細に調べ、その結果を国内・国際研究集会にて発表し、現在、学術論文として投稿準備中である。また、多点・多波長大気光イメージング観測、Naライダーによる温度観測をMUレーダーの最新観測モードによる風速の立体観測および人工衛星(SABER)からの大気光観測の同時観測のために、中間圏大気光イメージング観測のためのイメージャーの整備とテスト観測を行い、観測体制を整えた。Na温度ライダーについては、稼動時間やデータの質が極めて限定されていたものを調整、改良し、これによる中間圏温度の準定常観測を軌道に乗せた。観測の初期結果については、国内シンポジウムにて報告し、国際学会の査読付収録に投稿した。観測データは随時解析・可視化して整理し、データベース化を図っている。ユタ州立大学との協力研究としては、19年度は主にAGWのクリティカルレベルでの振舞いについての議論に力を入れたため、中間圏大気光の高度決定法の改良と検証は十分に出来なかったが、これのために、既存の解析手法による解析結果の確認作業を行っており、20年度以降に検証を行う予定である。
磁場と分子組織体を用いる光誘起電子移動反応の関する研究

分子組織体は均一媒体と異なったミクロ環境を提供できると共に、ドナー(D)とアクセプター(A)の距離や配向を制御できる。そこで、本研究ではD-A対を分子組織体に担持させ、生成するラジカル対の減衰速度に及ぼす磁場効果を検討した。ポルフィリンとビオローゲンをメチレン鎖でつないだ連結化合物を分子組織体(二分子膜、AOT逆ミセル)に担持した。このD-A連結化合物をレーザー光励起するとラジカル対の吸収が得られた。ラジカル対の減衰速度は磁場の増加によって著しく減少し、約0.3T以上で一定値になった。また、ゼロ磁場ではラジカル対の減衰速度はメチレン鎖の増加に伴って増加するという興味深い結果が得られた。フェノチアジン-ビオローゲン連結化合物のメチレン鎖にシクロデキストリンを錯化させ、D-A間の距離を制御した貫入型CD錯体系でも同様の磁場効果が観測された。さらに、ラジカル対の動力学を時間分解ESRによって測定した。得られた結果は過渡吸収スペクトルの結果より導かれた反応機構と良く一致した。以上の結果より、高磁場時(H>0.3T)のラジカル対の寿命はD-A間の距離に関係なく、D-A対が置かれている分子組織体のミクロ環境に強く依存していることがわかった。そして、時間分解ESRの結果と併せて考えると、ラジカル対の寿命は分子組織体によって制御できるスピン-格子緩和過程によって支配されていることがわかった。時間分解ESRの結果より、分子組織体のラジカル対は1重項と3重項が混成されたスピン相関ラジカル対であることがわかった。さらに、ゼロ磁場時でのラジカル対の寿命はD-A間の距離で変化する交換相互作用で支配されるという新しい事実も見出された。
放電およびレーザー照射による超臨界流体プラズマを利用した反応および材料調製

超臨界流体中あるいは常圧から超臨界領域の圧力でのガス・超臨界流体と液体界面での放電プラズマを利用した物質変換プロセスとして各種色素の反応、アラニン等のアミノ酸などの反応を検討したところ、プラズマにより重合反応を中心に化学反応が誘起されることを見出した。プラズマの発光強度の測定から、発光強度と反応の関係および反応機構を明らかにした。金属への超臨界流体中でのレーザーアブレーションにより生成するナノ粒子やクレーターの圧力依存性が極めて大きく、臨界圧力近傍で粒子生成が促進されることが分かり、プラズマの発光強度との関係を明らかにした。また、水熱電解による物質変換プロセスが構築できた。亜臨界水中、超臨界二酸化炭素中、および超臨界アルゴン中での放電プラズマを生成し、化学反応への応用を検討した。各種放電方式での高圧流体中でのプラズマの生成挙動を測定した。一方、亜臨界水中でのプラズマによるフェノールの反応においてはフェノールの7量体程度までの重合生成物の生成が確認できた。また、アニリンを原料とした場合も、2量体の生成が確認できた。超臨界アルゴン中でのプラズマによるフェノールの反応では、フェノールが超臨界アルゴンに溶解しにくいが、ヒドロキノンの生成が確認でき、フェノールからヒドロキシル基の引き抜きが生じている可能性が示唆された。また、放電電極上に生成した粒子状および膜状生成物はアモルファスカーボンであることが各種の測定から明らかになった。超臨界二酸化炭素中でのパルスレーザー照射によるアブレーションおよびそれによる微粒子・薄膜の形成を検討した。金プレートをターゲットとしてレーザー照射し、二酸化炭素の密度とレーザー照射時間の金プレートへの影響ならびに生成された金ナノ粒子への影響を検討した。金プレートに生成したクレーターは高圧ほど深くなり、8-10MPaにその最大値が観察された。これは臨界点近傍であり、二酸化炭素の熱容量が最大となるあたりに相当する。生成した金微粒子は50nm以下のナノ粒子であることが確認できた。一方、亜臨界水中でのプラズマによるアニリンを原料とした場合も、2量体の生成が確認できた。超臨界二酸化炭素あるいは超臨界アルゴンと水との界面での放電プラズマを生成させ、化学反応への応用を検討した。金および銀プレートをターゲットとしてレーザー照射し、二酸化炭素の密度とレーザー照射時間の金属プレートへの影響ならびに生成された金属ナノ粒子への影響を検討した。金属プレートに生成したクレーターは高圧ほど深くなり、8-10MPaにその最大値が観察された。生成した微粒子は条件により異なり50nm以下のナノ粒子からサブミクロン粒子であることが確認できた。超臨界流体/液体界面および超臨界流体中でプラズマを発生させ、材料プロセシングおよび物質変換手法の開発を目的とした。同軸円筒状電極を有するナノパルス放電形成・化学反応装置を新たに設計・製作した。反応に関与する放電プラズマ領域を拡大した。高電圧パルス放電対応装置としては世界初である。同軸円筒対ワイヤー電極とすることにより,放電エリアが大幅に拡大し,反応効率の大幅向上が期待できる。また、コロナ状放電が確認できた。超臨界二酸化炭素中や超臨界アルゴン中におけるパルス放電プラズマによるアラニンの重合化(オリゴペプチド合成)を目指した実験を通じて,超臨界流体中で形成されるナノパルス放電プラズマがアミノ酸と作用し、重合反応を生起する世界に前例のない新規な反応場の確立を目指した.MALDI-TOF-MSのピロール処理後から、高分子量化合物(ピロールのオリゴマー:130440AMU)が形成された。水面システム中パルス放電プラズマは排水の有機汚染物質や染料(オレンジG、オレンジII、コンゴレッド、ナプトールブルー)を分解するのに有効であった。脱色率が増加し、電界エネルギーの増加によりピークパルス電圧およびパルス数とともに増加した。金属プレートに生成したクレーターは圧力8-10MPaにその最大値が観察された。

これは臨界点近傍であり、流体の熱容量が最大となるあたりに相当する。生成した微粒子は条件により異なり50nm以下のナノ粒子からサブミクロン粒子であり、条件により粒子の周りに更に微小な粒子が付着している様子が観察された。亜臨界流体中でマイクロ波を照射するシステムの構築が終わり、各種化学反応を行なった。超臨界流体/液体界面および超臨界流体中でプラズマを発生させ、材料プロセシングおよび物質変換手法の開発を目的とした。常圧から超臨界領域の圧力でのガス・超臨界流体と液体界面での放電プラズマを利用した物質変換プロセスについて、研究を行った。メチルオレンジ等の色素の反応、アミノ酸の反応について反応機構を解明することを目的に詳細に検討した。生成物の分析の他に、プラズマの発光強度の測定を実施し、化学反応へのプラズマの関与を考察した。プラズマによる反応率への操作条件の関係、ならびに反応率と消費エネルギーの関係を示した。酢酸アンモニウムからグリシンが生成すること、グリシン等のアミノ酸がペプチド化することを明らかにした。また、高圧条件下で高濃度グリシン溶液からアミノ酸修飾カーボンナノ粒子が生成することがわかった。超臨界二酸化炭素中でのパルスレーザー照射によるアブレーションおよびそれによる微粒子・薄膜の形成を検討した。金、銀、銅およびニッケルプレートをターゲットとしてレーザー照射し、二酸化炭素の密度とレーザー照射時間の金属プレートへの影響ならびに生成された金属ナノ粒子への影響を考察しメカニズムを示した。超臨界流体中でのアブレーションにより生成するナノ粒子やクレーターの流体圧力依存性が極めて大きく、臨界点近傍で顕著な違いがみられることがわかった。その機構を解明するためにレーザーによるプラズマ発光強度の測定を行い、その圧力依存性を明らかにした。メチルオレンジの反応、アラニンの反応について反応機構を解明することを目的に詳細に検討した。メチルオレンジの反応については反応率への操作条件の関係、ならびに反応率と消費エネルギーの関係を示した。反応が電極材料と流体圧力の影響を受けること、また、反応の進行に伴い、結晶状固体が生成することが明らかになった。アラニンについてはアルカリ条件下でオリゴマー化が進行し、分解反応とオリゴマー化反応の関係、反応機構が明らかになってきた。
歯周病原細菌の口臭原因物質の遺伝学的背景の解析と口臭治療法の開発

口臭原因物質として最も有力視されているメチルメルカプタンの発生において重要な役割を果たすメチオニン分解酵素が、歯周病原細菌であるPorphyromonas gingivalisの病原因子の一つとして働いていることが明らかになっている。そこで、この物質が宿主の自然免疫系に影響を与えるかを調べることとした。これまでの研究により、P.gingivalis感染により末梢血由来単球がマクロファージ様の分化マーカーの発現を示す細胞に分化することが明らかになっている。そこで、この細胞が実際にマクロファージとしての機能を有するかを明らかにするために、P.gingivalis感染細胞を4日間培養したのち蛍光ビーズを貪食させ、ビーズを取り込んだ細胞数を比較したところ、P.gingivalis感染細胞は無刺激細胞と比較して貪食能の亢進がみられた。また、この分化誘導には感染させるP.gingivalisのメチオニン分解酵素活性の強度の差による変化は認められなかった。一方、これまでの研究で高メチルメルカプタン産生株であるW83株が、低メチルメルカプタン産生株であるATCC 33277と比較して抗原提示細胞とCD4+ T細胞との共培養系においてT細胞の増殖が有意に低下していることがわかったため、それぞれの菌株の細胞による貪食されやすさを比較したところ、W83株は貪食されにくいことがわかった。また、それぞれの菌株を樹状細胞に貪食させ、その後のサイトカインの産生を調べたところ、ATCC 33277株を抗原として与えたときに顕著なIL-10およびIL-12の産生がみられたが、W83株を与えた際にはIL-12の産生が認められなかった。口臭物質として最も有力視されているメチルメルカプタンの発生において、口腔内の偏性嫌気性菌の有するメチオニン分解酵素が重要な役割を果たし、また、同物質が歯周病原細菌Porphyromonas gingivalisの病原因子の一つとして働いていることがこれまでの研究により明らかになっている。そこで、この菌が実際に宿主に感染した際に、菌体内でのメチオニン分解酵素の発現に変化があるかをしらべるために、以下のような実験を行った。まず、生後8週齢のBALB/cマウスの背部皮下に直径8mm、長さ2Ommのステンレスコイルを埋入する手術を行った。手術の1週間後、埋入したコイルの周囲は結合組織で覆われ、コイル内部は一部滲出液に満たされた中空状態になった。次に、1昼夜嫌気状態で培養したP.gingivalisW83株の培養液30mlを遠心し、菌体を回収して0.5mlの新鮮な培地で懸濁した。こうして得られた菌液を1個体につき0.5mlコイル内に注入し、3時間後内溶液を再びシリンジにて回収した。この菌体および通常通りに培養した菌体を2次元電気泳動で展開し、メチオニン分解酵素およびそれに関連する代謝酵素について、スポットの増減を比較した。現在それぞれの泳動パターンを比較した際差のあるスポットも含めて、宿主内での発現に変化のあるタンパクについて解析中である。また、メチオニン分解酵素をターゲットとした口臭治療薬の開発については、同酵素の非括抗阻害剤であり、高メチルメルカプタン産生菌に対して高い抗菌作用を示す薬物であるトリフルオロメチオニンを用い、含嗽により呼気中のメチルメルカプタン量に変化があるかをしらべたところ、対照群と比較して有意に抑制されることが明らかになった。口臭原因物質として最も有力視されているメチルメルカプタンの発生において重要な役割を果たすメチオニン分解酵素が歯周病原細菌であるPorphyromonas gingivalisの病原因子の一つとして働いていることがこれまでに明らかになっている。また、この菌が実際に宿主に感染した際に発現が上昇する蛋白にっいては、BALB/cマウスに接種後回収した菌体について2次元電気泳動で展開し、蛋白の同定を行った。ところで、微生物感染時に迅速に機能する免疫応答機構としてマクロファージ・樹状細胞などが担う自然免疫が重要であるが、高メチルメルカプタン産生株であり、いわゆる強毒株として知られるP.gingivalis W83株と、低メチルメルカプタン産生株であり、いわゆる弱毒株として知られるATCC 33277株では、宿主による自然免疫応答に違いがあるかを調べた。まず、マクロファージの前駆細胞であるヒト末梢血由来単球にこの2株をそれぞれ感染させ、分化の方向に変化があるかを調べた。フローサイトメーターを用いてマクロファージの分化マーカーであるCD14、CD11b、HLA-DR、FcRγについて発現の変化を比較したところ、P.gingivalis感染単球はM-CSF分化誘導型マクロファージ様の表面マーカーの発現を示した。ところが、株間でのその発現傾向の差は認められなかった。次に、抗原提示細胞である樹状細胞にこの2株を抗原として感染させ、その後CD4+T細胞と共培養したところ、弱毒株であるATCC33277株を抗原として与えた群ではT細胞の増殖が有意に促進された。このことから、これら2株について貧食細胞による貧食されやすさに差があるのではないかと推察し,菌を貧食させた細胞内での生菌数を調べたところ、W83株はATCC 33277株と比較してマクロファージに貧食されにくいことが明らかになった。

口臭原因物質として最も有力視されているメチルメルカプタンの発生において重要な役割を果たすメチオニン分解酵素が、歯周病原細菌であるPorphyromonas gingivalisの病原因子の一つとして働いていることが明らかになっている。そこで、この物質が宿主の自然免疫系に影響を与えるかを調べることとした。これまでの研究により、P.gingivalis感染により末梢血由来単球がマクロファージ様の分化マーカーの発現を示す細胞に分化することが明らかになっている。そこで、この細胞が実際にマクロファージとしての機能を有するかを明らかにするために、P.gingivalis感染細胞を4日間培養したのち蛍光ビーズを貪食させ、ビーズを取り込んだ細胞数を比較したところ、P.gingivalis感染細胞は無刺激細胞と比較して貪食能の亢進がみられた。また、この分化誘導には感染させるP.gingivalisのメチオニン分解酵素活性の強度の差による変化は認められなかった。一方、これまでの研究で高メチルメルカプタン産生株であるW83株が、低メチルメルカプタン産生株であるATCC 33277と比較して抗原提示細胞とCD4+ T細胞との共培養系においてT細胞の増殖が有意に低下していることがわかったため、それぞれの菌株の細胞による貪食されやすさを比較したところ、W83株は貪食されにくいことがわかった。また、それぞれの菌株を樹状細胞に貪食させ、その後のサイトカインの産生を調べたところ、ATCC 33277株を抗原として与えたときに顕著なIL-10およびIL-12の産生がみられたが、W83株を与えた際にはIL-12の産生が認められなかった。
Exploring Crowdfunding Potential for Promoting Regional Small Businesses in Japan

ミュージック・セキュリティズというクラウドファンディング・プラットフォームと、そこから支援を受けた企業であるSABARに着目しながら、西欧諸国とは若干異なる日本のクラウドファンディングのアプローチを考察した。さらに、バングラデシュを事例として、発展途上国の中小企業の資金ニーズに対する日本のクラウドファンディングアプローチの適合性を検討した。クラウドファンディングの概念等を広範囲に見直し、今後の研究の方向性や教訓を提示した。学会や学術論文で研究成果を発信し、2018年6月には書籍をSpringer社より出版する。本研究は、クラウドファンディングの手法に関心のある方々にとって参考になるであろう。29年度が最終年度であるため、記入しない。
超薄膜形成過程の走査型トンネル顕微鏡による研究

表面粗さの小さくて均一な金属薄膜を作成するための最適な薄膜作成方法を確立するため、成長核密度、核及び微粒子のコアレッセンス、表面原子の拡散、基板と蒸着金属との相互作用など、薄膜形成の初期過程に関する解析を、走査型トンネル顕微鏡(Scanning Tunneling Microscope:STM)を用いて行った。膜成長過程は、基板と粒子の相互作用、粒子間の相互作用に依存するのみならず、基板に入射する粒子自身の性質にも大きく依存すると考えられるので、本研究では、以下の三種類の薄膜作成方法を用いた。第一は通常の真空熱蒸着法であり、第二はレ-ザ-照射による蒸発法である。第三の方法は、電気化学反応による電析である。真空熱蒸着による黒鉛上の金薄膜成長の過程の観察では次のことが明かとなった。最初ランダムに分布した直径約2nmの帽子状の成長核が形成され、そこを核として直径約5nm以上の球形の微粒子が成長する。その微粒子がコアレッセンスしながらアイランドを形成し、時間とともにそのアイランドが成長し膜が形成される。レ-ザ-蒸着では、成長核生成確率は熱蒸着に比べて約4桁程高いことが示された。レ-ザ-蒸発粒子からの発光を時間及び空間分解して測定した結果、レ-ザ-蒸発粒子は1eV以上のエネルギ-をもって放出されることがわかった。このことが高い蒸着確率を与えていると考えられる。電気化学反応による電析過程を良く制御された薄膜成長に応用することを目指し、電析過程を液体中でその場観察し、微粒子の成長及び微粒子間のコアレッセンスの時間変化を観察できた。本研究により、平坦な金属薄膜を作成するためには、二次元単層膜成長様式に近い条件を選択すること、即ち、基板と薄膜原子間相互作用がある程度強いこと、成長核の数密度が高いこと、成長粒子間のコアレッセンスが容易に起こることが重要であることが明らかになった。
近世邦楽正本及び稽古本における異版識別の為のデジタル画像処理に関する研究

当初テキスト・データベースにOLE(Object Linking & Embedding)を利用した「リンク」あるいは「貼り込み」を用いて、関連付ける方策を考えていたのだが、これでは完成した「画像データベース」が巨大なものになってしまう。既成のソフトでは膨大な画像情報を処理することが、ほぼ不可能とみなされた。そこで、むしろ版面情報を分離して、HTML言語を用いたらと考えてみた。先の「テキストデータベース」を元に画像を織り込んだデータベースをHTML言語で作成していくのである。この場合、もとになる「テキスト・データベース」は既成のデータベース・ソフトで加工することができる。そして、それらのソフトの「マクロ機能」を使えば、極めて簡単に「HTML」に置き換えることが可能である。また、この方法であれば、画像は画像としてストックして行くことになる。本研究は、正本の版面の比較検討がパーソナル・コンピュータのCRT上で可能かという別の検討課題も持っていた。まったくの別版なのか、あるいは被せ彫りなのか、または売板されて別の版元から出されたたものなのか。これを言葉で説明するのが形態書誌学というのだが、コンピュータ上では版面画像を拡大したり、ある部分を切り取ったり、あるいは重ねあわせたりして、より具体的に板面の比較を提示することが可能となる。また、画像の記憶容量にこだわらなければ、BMPファイルとして保存し、その数値の差異を演算ソフトで計算比較して、著しく異なる点を確かめるということが、いずれはできるかもしれない。
体内時計の同調・発振・出力機構を制御・統合する蛋白質修飾システム

時計モデル細胞を同調/リセットシグナル(Dexamethazone;Dex)でパルス処理する際、リン酸化をERK,CKI等のキナーゼ、ユビキチン化蛋白質分解の阻害剤(MG132)で処理した。その影響をBMAL1時計蛋白質の時間変化/阻害剤無しのコントロールとの比較として解析した。核細胞質局在について、コントロールでは、同調処理15分で、BMAL1は同調した核局在を示した(BMAL1同調反応)のに対して、MG132添加した細胞群では、核細胞質局在パターンが同調しておらず、単一細胞レベルでの時計の位相がずれていた。また同調処理によってBMAL1の迅速なユビキチン化が認められたが、ERK/CKIの可逆的キナーゼ阻害剤を添加するとユビキチン化が顕著に阻害された。さらに、BMAL1が制御する時計遺伝子であるPer2-プロモータ下流のルシフェラーゼ活性を指標として、時計発振リズム(Per2/Luc-reportingリズム)をリアルタイムモニタリングした。すると、コントロールでは正常なリズムがみられるが、可逆的阻害剤であるMG132処理した細胞は、リズムの振幅が著し減少し、速やかな減衰が認められた。また、BMAL1の核細胞質局在パターンは同調処理後(たとえば24時間後)においても同調していなかった。これらの結果から、MG132が阻害するユビキチンプロテアソーム系を介した蛋白質(おそらくBMAL1等)の分解が、細胞間で同調した体内時計のリズムの発振/継続に重要な寄与をしていることが示唆された。(投稿準備中)また、米国UCIとの共同研究によって、BMAL1のAcetyl化の概日変動と転写抑制因子CRYとの結合、核内でのクロマチンリモデリングにおける時計システム重要な役割を示した(Nature2007)。時計モデル細胞を同調/リセットシグナル(Dexamethazone ; Dex)でパルス(15分-2時間)処理する際、リン酸化をERK, CKI等の可逆的キナーゼ阻害剤、ユビキチン化蛋白質分解の可逆的阻害剤(MG132)で、各々あるいは様々な組み合わせで同時に処理した。その影響をBMAL1時計蛋白質の時間変化を阻害剤無しのコントロールと比較解析した。核細胞質局在について、コントロールでは同調処理15分でBMAL1は同調した核局在を示した(BMAL1同調反応)のに対して、MG132添加した細胞群では同調処理しなかったのと同様に核細胞質局在パターンが同調しておらず、単一細胞レベルでの時計の位相がずれていた。イムノプロットによる解析の結果、細胞質のBMAL1がBMAL1同調反応では減少することが明らかとなった。したがって、BMAL1同調反応はERK/CKIのリン酸化に依存したユビキチンプロテアソーム系を介する細胞質BMAL1の分解によって起こっていることが強く示唆された。さらに、BMAL1が制御する時計遺伝子であるPer2のプロモーター下流のルシフェラーゼ活性を指標として、時計発振リズム(Per2/Luc-reportingリズム)をリアルタイムモニタリングした。コントロールでは正常なリズムがみられるが、可逆的阻害剤であるMG132処理した細胞はリズムの振幅が著しく減少し、速やかな減衰が認められた。この結果から、MG132が阻害するユビキチンプロテアソーム系を介した蛋白質(おそらくBMAL1等)の分解が、細胞間で同調した体内時計のリズムの発振/継続に重要な寄与をしていることが示唆された。

時計モデル細胞を同調/リセットシグナル(Dexamethazone;Dex)でパルス処理する際、リン酸化をERK,CKI等のキナーゼ、ユビキチン化蛋白質分解の阻害剤(MG132)で処理した。その影響をBMAL1時計蛋白質の時間変化/阻害剤無しのコントロールとの比較として解析した。核細胞質局在について、コントロールでは、同調処理15分で、BMAL1は同調した核局在を示した(BMAL1同調反応)のに対して、MG132添加した細胞群では、核細胞質局在パターンが同調しておらず、単一細胞レベルでの時計の位相がずれていた。また同調処理によってBMAL1の迅速なユビキチン化が認められたが、ERK/CKIの可逆的キナーゼ阻害剤を添加するとユビキチン化が顕著に阻害された。さらに、BMAL1が制御する時計遺伝子であるPer2-プロモータ下流のルシフェラーゼ活性を指標として、時計発振リズム(Per2/Luc-reportingリズム)をリアルタイムモニタリングした。すると、コントロールでは正常なリズムがみられるが、可逆的阻害剤であるMG132処理した細胞は、リズムの振幅が著し減少し、速やかな減衰が認められた。また、BMAL1の核細胞質局在パターンは同調処理後(たとえば24時間後)においても同調していなかった。これらの結果から、MG132が阻害するユビキチンプロテアソーム系を介した蛋白質(おそらくBMAL1等)の分解が、細胞間で同調した体内時計のリズムの発振/継続に重要な寄与をしていることが示唆された。(投稿準備中)また、米国UCIとの共同研究によって、BMAL1のAcety1化の概日変動と軽写抑制因子CRYとの結合、核内でのクロマチンリモデリングにおける時計システム重要な役割を示した(Nature2007)。
新規赤血球因子を介したマラリア原虫増殖抑制機構の解明

マウス9番染色体にはChar1/Pymrという強力なマラリア抵抗性遺伝子座が存在しているが、その原因遺伝子は同定されていない。代表者の解析により、骨髄や赤芽球で特異的に発現するRnf123遺伝子が有力な候補遺伝子と考えられたため、ゲノム編集技術でこの遺伝子の欠失マウスを作製し、マラリア原虫の増殖抑制機構を解明することを目的として解析を実施した。NC系統等のマラリア感受性系統はRnf123遺伝子が高発現しているため、CRISPR/Cas9システムによりNC系統のRnf123遺伝子を欠損した系統を作製・樹立した。赤血球の性状解析を実施した結果、欠失系統ではMCV(平均赤血球容積)の低下とMCHC(平均赤血球ヘモグロビン濃度)の上昇を示し、Rnf123遺伝子が赤血球の形成に何らかの機能を有していることが判明した。次に、ネズミマラリア原虫の感染実験を行い、Rnf123遺伝子欠失系統のマラリア感染感受性を解析したところ、原虫の増殖抑制とそれに伴う生存率の上昇が認められた。しかし、9番染色体に存在するマラリア抵抗性遺伝子座の絶大な効果と比較すると、Rnf123遺伝子欠失によるマラリア抵抗性への効果は限定的であり、Char1/Pymr領域にはRnf123遺伝子以外にマラリア抵抗性を規定する遺伝子が存在する可能性が高いと考えられた。そこで、Char1/Pymr領域内に存在する遺伝子のうち、その産物が赤血球内に存在しその機能が明らかにされていないApeh遺伝子に着目し、ゲノム編集技術による欠損マウスの作製に着手した。Apeh遺伝子内には感受性系統特異的なアミノ酸置換がエクソン3に存在するため、NC系統のApeh遺伝子を欠損したKO系統と同時にそのアミノ酸置換部位を正常型に変換したKI系統(p.89P>R)の両方の作出を試み、両系統(KO, KI)ともにファウンダー個体を得ることに成功した。マラリア抵抗性の原因遺伝子として極めて有力と考えられたRnf123遺伝子について、CRISPR/Cas9システムによりマラリア感受性のNC系統を遺伝的背景とした欠損マウス系統の作製に成功し、この欠損マウスが赤血球異常とマラリア抵抗性を示す事を明らかにした。しかし、その効果はChar1/Pymr遺伝子座の効果と比較するとかなり小さいため、本遺伝子座の原因としてはRnf123以外の遺伝子が関与しているという当初の想定とは異なる結果となった。そのため、Rnf123遺伝子以外にApeh遺伝子のKO系統とKI系統の作製が必要となったため、全体的に研究の進展が少し遅れている。(1)30年度に作製したApeh遺伝子のKOとKIのファウンダー個体からApeh遺伝子KO系統とKI系統を樹立して、血球計数装置で赤血球数、ヘマトクリット値、平均赤血球容積、平均赤血球ヘモグロビン量、平均赤血球ヘモグロビン濃度、赤血球粒度分布幅等を測定する。更に、2種のネズミマラリア原虫(P. yoelii 17XLとP. chabaudi AS)の感染実験を行い、感染後の血虫率(感染赤血球数/全赤血球数)と生存率を測定し、Apeh遺伝子のマラリア抵抗性への関与を検証する。(2)マラリア感染感受性系統(A/J, C3H, NC)と抵抗性系統(C57BL/6J, CBA, 129X1)間では、赤血球形成に関与すると考えられる複数の遺伝子の発現パターンが異なっていることを見出している。そこで、Apeh遺伝子KOとKI系統についてこれら遺伝子の発現を解析し、Apeh遺伝子のマラリア抵抗性に関わる遺伝子群の特定を行う。(3)Rnf123遺伝子に加えApeh遺伝子でもマラリア原虫の増殖抑制が説明できない場合は、Char1/Pymr領域内に存在する約70個の遺伝子のうち、その産物が赤血球内に存在し機能が明らかにされていない他の2遺伝子(Actl11, Gmppb)についても同様にゲノム編集技術で欠損マウスを作製して解析を行う。マウス系統間にはマラリア原虫の増殖性に大きな違いが存在するが、その主要な原因遺伝子は未だ同定されていない。なかでも9番染色体に存在するマラリア抵抗性遺伝子座(Char1/Pymr)は他の遺伝子座と比較してその効果が極端に大きい最重要遺伝子座である。申請者のこれまでの研究によって、Char1/Pymr領域内に存在し骨髄や赤芽球で特異的に発現するRnf123遺伝子が極めて有力な候補遺伝子と考えられた。そこで、機能が解明されていないこの赤血球分子(Rnf123)に着目し、ゲノム編集技術で欠失マウスを作製し、この遺伝子によるマラリア原虫の増殖抑制機構を解明することを目的として解析に着手した。Rnf123遺伝子の2番目と3番目のエクソン内の塩基配列に対して作製したgRNAとCas9蛋白をNC系統の受精卵にインジェクションしてゲノム編集技術(CRISPR/Cas9システム)によるRnf123遺伝子欠損マウスの作製を行った。その結果、異なる欠失アレルを有する2匹のファウンダー個体を得ることに成功した。これらの個体のゲノムを抽出してgRNAに対するオフターゲット配列の塩基配列を解析したが、いずれにもオフターゲット変異は確認されなかった。そこで、これら2個体を起源としてRnf123遺伝子欠損系統の樹立を行った。当初の想定に反して両系統ともホモ欠損個体は致死とはならず正常な発育を示したため、両系統ともホモ欠損系統として確立し、ネズミマラリア原虫感染感受性と赤血球の性状解析に着手した。