hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ラット腎芽腫抑制遺伝子の単離とその遺伝子構造の解析

最近、ヒト腎芽腫抑制遺伝子の候補として、ヒト正常11番染色体短腕上にコ-ドされるWTー1遺伝子がクロ-ニングされた。本遺伝子は4個のzincfinger領域を有するDNA結合蛋白をコ-ドしており、転写制御因子として機能していると考えられている。我々はこれまでに報告してきた、経胎盤的にNーethylnitrosourea(以下ENU)を妊娠ラットに投与する事により得られたラット腎芽腫におけるWTー1遺伝子の異常を検討し、本遺伝子の実験発癌における役割を明らかにするため、zincfinger領域の塩基配列をprimerとしてラット胎児腎cDNAを鋳型としたpolymerase chain reactionにより、ヒトWTー1に相当するラットcDNAをクロ-ニングし得た。このcDNAは1400塩基対より成り、N末端側にzinc finger領域を有するタンパク質をコ-ドしていた。ヒトWTー1遺伝子との相同性は97%と高く、ヒトWTー1と同様、脾、精巣、胎児腎などに高い発現をみた。ENUを用いて発生させたラット腎芽腫においては、本遺伝子の発現は正常胎児腎に比して亢進していた。一方、ラット腎芽腫においてはNーmyc,インシュリン様成長因子II(IGFーII)といったヒト腎芽腫において発現が亢進している遺伝子群の発現も上昇がみられ、ヒト腎芽腫と同様の発生機序が推定されるため、本腫瘍においてはラットWTー1の転写制御の対照となる遺伝子に異常が生じている可能性が考えられた。更に、ラット腎芽腫培養細胞株ENUーTー1においてはWTー1の発現は完全に消失していたが、この現象は細胞株樹立の過程で生じたものであり、腫瘍発生の直接の要因でないと考えられた。現在、ラットにおけるWTー1による転写調節を受ける遺伝子と腫瘍における異常を検索中である。
反強磁性体の電子・スピン状態の実空間・逆格子空間における直接観測とコントロール

本年度は前年度から引き続き、1磁気抵抗効果・ホール効果による電気的検出,および新たな反強磁性スピントロニクスへの展開として期待される2異常ホール効果を示す反強磁性体の薄膜作製に取り組んだ。1磁気抵抗効果に関しては,Ru2MnGe/Co2Fe(GaGe)積層膜における交換スプリング効果と異方性磁気抵抗効果の組み合わせによるRu2MnGeの磁気抵抗の観測に成功した。また反強磁性絶縁体SmFeO3と重金属Taの積層膜において、スピンホール磁気抵抗効果の測定に成功した。またSmFeO3/Ta積層膜におけるスピンホール磁気抵抗効果の観測に成功した事により、今後はスピントルクを用いたSmFeO3スピンの電気的制御と,スピンホール磁気抵抗効果による電気的検出を組み合わせた素子への応用への道ができた。一方で2異常ホール効果を示す反強磁性体の候補として、異常ホール効果を示す事が理論的に予測された逆ペロブスカイト型窒化物Mn3NiN系および既にバルクで異常ホール効果を示す事が報告されているMn3Snの作製をそれぞれ行った。双方とも、薄膜作製条件の検討を重ね、MgO(111)基板上にエピタキシャル成長した薄膜作製に成功し、異常ホール効果の観測に成功した。理論予測とは異なりMn3NiNでは異常ホール効果はほとんど得られなかったが、Niを一部Cuに置換することにより異常ホール効果が安定して得られる事を見いだした。Mn3Snにおいては、バルクの報告よりも小さい異常ホール効果のシグナルである事より、結晶性の向上など今後改善する事で、より大きいシグナルが得られると考えている。反強磁性体は強磁性体と比べて非常に優れた特性を持つことが明らかになりつつあり,その制御や電気的検出についての研究が盛んに行われ始めている。本年度は,反強磁性体の電子・スピン状態の実空間・逆格子空間における直接観測を目指して,1磁気抵抗効果・ホール効果による電気的検出に加え,2光電子分光を用いた逆格子空間の電子状態観測,3磁気直線二色性光電子顕微鏡を用いた実空間における磁気構造の直接観測の実験を行った。1に関して,これまでは強磁性体Fe2CrSi/反強磁性体Ru2MnGeで行ってきた(Phys. Rev. Bにて論文発表)が,強磁性体の結晶磁気異方性の影響を明らかにするために,面内で磁化容易軸がFe2CrSiと45°異なるCo2Fe(GaGe)の作製を行い, Fe2CrSiとは異なる有益な磁気抵抗を得た。2に関しては,まず初めにRu2MnGe単膜の角度分解光電子分光測定を行ったが,明瞭な分散は観測出来なかった。一方で基板からの歪み量を変えた薄膜の比較を行ったところ,角度積分スペクトルで価電子帯電子構造の変化を見いだした。3に関しては,Ru2MnGeを含む様々な反強磁性体で磁気直線二色性を用いたイメージングを行った。Ru2MnGeでは明瞭な反強磁性ドメインは得られなかったが,強誘電体SmFeO3で明瞭な反強磁性磁気ドメインの観測に成功した。反強磁性体の電子・スピン状態観測については電気的(磁気抵抗およびホール効果)効果測定と磁気直線二色性光電子顕微鏡によるイメージングで成功している。角度分解光電子分光測定に関しては,明瞭にバンド分散が観測出来ない原因と考えられる要因はいくつか考えられるが,角度積分測定でも有益な結果が得られているので,おおむね順調に計画が進んでいると思われる。1に関しては,Fe2CrSiとCo2Mn(GaGe)の比較実験を引き続き行うと共に,他の強磁性体/反強磁性体積層膜に関しても行い,さらには反強磁性体単膜や反強磁性体/重金属積層への展開を目指す。

2光電子分光に関しては,今後はバンド計算を行い,歪みと電子構造の対応を明らかにすると共に,成膜装置の真空度を改善して角度分解光電子分光測定の試みと,強磁性体/反強磁性体積層膜における電子構造の変化の測定を行っていく。
支点および振り子長の振幅制限を考慮した振り子系の非線形制御

(1)振子長の振幅制限を考慮した可変長振子系の振動制御則エネルギー法によって振子の振動を制振するための重りの速度に関する条件を求めた.すなわち,振子系の力学エネルギーに類似したエネルギー関数を導入し,この時間微分が非正となる厳密な条件(制振条件)を求めた.重り位置に対するサーボ系は振子の位相面軌道から生成されるバンバン状の目標入力と2次遅れ系から構成される.本制御則は,サーボ系の時定数を0に近づけると制御則が最適制御則に収束するという性質を持つ.サーボ系の時定数は重りの駆動力と制御性能とのトレードオフに利用される.本制御則の有効性はシミュレーションおよび実験によって検証された.(2)支点移動幅の制限を考慮した倒立振子の振り上げ安定化制御則並進型倒立振子系に対して,支点の移動幅を考慮できる振り上げ制御則と安定化制御則を提案した.振り上げ制御則はエネルギー法に基づいて設計される.すなわち,振子の力学エネルギーの増減が支点加速度の符号条件に依存することを考慮し,支点移動幅の制限下で支点加速度の制御を行う.制御器は,ローパスフィルタ特性を持つ台車のサーボ系と振子の位相面軌道から生成される正弦波状の目標入力により構成される.振子が倒立点に近づくと振り上げ制御から安定化制御に切り換え,系全体の安定化を行う.安定化制御則は,平衡点近傍で線形近似した系にブロック制御法を応用して設計される線形制御則で,支点移動幅を小さく抑えながら系全体を安定化できる.提案する制御則の有効性はシミュレーションおよび実験により検証された.(3)支点および振子長の振幅制限を考慮した振子系の振動制御則エネルギ法で得られた制振条件に基づいて,台車の位置および重りの位置に対するサーボ系設計法を提案した.これらのサーボ系は,それぞれの振幅制限および制振条件を満足すると同時に制御終了直前まで最大振幅を維持できるように工夫されており,高い制振効果を発揮する.また,シミュレーションおよび実験によって本制御則の有効性を確認した.(1)振子長の振幅制限を考慮した可変長振子系の振動制御則エネルギー法によって振子の振動を制振するための重りの速度に関する条件を求めた.すなわち,振子系の力学エネルギーに類似したエネルギー関数を導入し,この時間微分が非正となる厳密な条件(制振条件)を求めた.重り位置に対するサーボ系は振子の位相面軌道から生成されるバンバン状の目標入力と2次遅れ系から構成される.本制御則は,サーボ系の時定数を0に近づけると制御則が最適制御則に収束するという性質を持つ.サーボ系の時定数は重りの駆動力と制御性能とのトレードオフに利用される.本制御則の有効性はシミュレーションおよび実験によって検証された.(2)支点移動幅の制限を考慮した倒立振子の振り上げ安定化制御則並進型倒立振子系に対して,支点の移動幅を考慮できる振り上げ制御則と安定化制御則を提案した.振り上げ制御則はエネルギー法に基づいて設計される.すなわち,振子の力学エネルギーの増減が支点加速度の符号条件に依存することを考慮し,支点移動幅の制限下で支点加速度の制御を行う.制御器は,ローパスフィルタ特性を持つ台車のサーボ系と振子の位相面軌道から生成される正弦波状の目標入力により構成される.振子が倒立点に近づくと振り上げ制御から安定化制御に切り換え,系全体の安定化を行う.安定化制御則は,平衡点近傍で線形近似した系にブロック制御法を応用して設計される線形制御則で,支点移動幅を小さく抑えながら系全体を安定化できる.提案する制御則の有効性はシミュレーションおよび実験により検証された.(3)支点および振子長の振幅制限を考慮した振子系の振動制御則エネルギ法で得られた制振条件に基づいて,台車の位置および重りの位置に対するサーボ系設計法を提案した.これらのサーボ系は,それぞれの振幅制限および制振条件を満足すると同時に制御終了直前まで最大振幅を維持できるように工夫されており,高い制振効果を発揮する.また,シミュレーションおよび実験によって本制御則の有効性を確認した.ます,振り子長のみが変化する振り子系に対する非線形制御則を検討した。1.理論的検討(1)数学モデルモデルとしては,実際に振り子長を変えるものではなく,振り子に取り付けられた重りの位置を変えることにより振り子の等価長を変えるものとした.ラグランジュの方法により厳密な数学モデルを求めた.ただし,支点部の摩擦は無視した.(2)制振条件振り子系の力学的エネルギに類似した非負関数Vを導入し,Vを減少させれば振り子の振動を減衰させることができることを示した.そして,Vの時間微分を求め,それを非正にする条件を導出した.この条件を制振条件と呼ぶ.制振条件は,重りの速度に関する条件となり,振り子の角度,角速度にしたがって,その符号を変えることになる.(3)重り位置の制御則重りの可動範囲は限られているので,この点を考慮して重りの速度制御を行う制御則を考案した.すなわち,重りの位置を振り子の位相面軌道から得られるbang-bang関数を目標入力とするサーボ系により制御することによって,重りの位置と速度を制御する方法を求めた.本制御則はサーボ系の字定数Tを設計パラメータとして持つ.

(4)最適制御の性能評価式本制御則の制御性能を評価するために,減衰比を最大とする最適制御則を適用した場合の制御性能評価式を導出した.最適制御との比較により,本制御則は,Tを小さくしていくと最適制御に近づくことを示した.1.実験およびシミュレーションによる検討(1)実験装置を用いた制御実験振り子長が約1m,重りの可動範囲が支点から測定して0.111mから0.844mの振り子系装置に対して,得られた制御則を用いて重りの可動範囲を種々変えて制振制御実験を行った.その結果,最適制御に近い制御性能が得られた.(2)シミュレーションによる検討実験装置のパラメータを用いて,シミュレーションを行った.シミュレーション結果は実験結果とほぼ一致し,実験の妥当性が確認できた.(1)振子長の振幅制限を考慮した可変長振子系の振動制御則エネルギー法によって振子の振動を制振するための重りの速度に関する条件を求めた.すなわち,振子系の力学エネルギーに類似したエネルギー関数を導入し,この時間微分が非正となる厳密な条件(制振条件)を求めた.重り位置に対するサーボ系は振子の位相面軌道から生成されるバンバン状の目標入力と2次遅れ系から構成される.本制御則は,サーボ系の時定数を0に近づけると制御則が最適制御則に収束するという性質を持つ.サーボ系の時定数は重りの駆動力と制御性能とのトレードオフに利用される.本制御則の有効性はシミュレーションおよび実験によって検証された.(2)支点移動幅の制限を考慮した倒立振子の振り上げ安定化制御則並進型倒立振子系に対して,支点の移動幅を考慮できる振り上げ制御則と安定化制御則を提案した.振り上げ制御則はエネルギー法に基づいて設計される.すなわち,振子の力学エネルギーの増減が支点加速度の符号条件に依存することを考慮し,支点移動幅の制限下で支点加速度の制御を行う.制御器は,ローパスフィルタ特性を持つ台車のサーボ系と振子の位相面軌道から生成される正弦波状の目標入力により構成される.振子が倒立点に近づくと振り上げ制御から安定化制御に切り換え,系全体の安定化を行う.安定化制御則は,平衡点近傍で線形近似した系にブロック制御法を応用して設計される線形制御則で,支点移動幅を小さく抑えながら系全体を安定化できる.提案する制御則の有効性はシミュレーションおよび実験により検証された.(3)支点および振子長の振幅制限を考慮した振子系の振動制御則エネルギー法で得られた制振条件に基づいて,台車の位置および重りの位置に対するサーボ系設計法を提案した.これらのサーボ系は,それぞれの振幅制限および制振条件を満足すると同時に制御終了直前まで最大振幅を維持できるように工夫されており,高い制振効果を発揮する.また,シミュレーションおよび実験によって本制御則の有効性を確認した.
半構造データにおける型制約の推論に関する研究

1.従来のデータベースでは、あらかじめ設計されたデータベーススキーマのもとで決められたフォーマットのデータが格納されることを前提としてきた。最近研究され始めた半構造データは(共通した概念のものであっても)個々の構造が微妙に異なるデータのことで、厳密なデータベーススキーマをあらかじめ設計することは困難である。半構造データであっても満たすべき性質をあらかじめ分析・抽出することは可能であり、本研究では特に属性の型に着目し、半構造データ特有の曖昧さを含む型に関する情報が表現できる制約を導入し、その制約に関する基本的な問題を解くことを目的とし、以下の成果を得た。3.推論問題(あるSCσがSCの集合Σの論理的帰結であるかどうかを判定する問題)を解くための基礎となる健全かつ完全な公理系(推論規則の集合)を求めた。4.推論問題、及び、その補問題(σがΣの論理的帰結でないかどうかを判定する問題)に対して、それぞれ半判定可能であるための条件を求めた。5.上記の結果から、経路集合を文脈自由言語で表現すると、推論問題は決定不能であり、一方、経路集合が正規言語で表現されていれば、決定可能であることが結論できる。6.経路式の航行可能性問題(指定された経路に沿って航行可能な制約を満たすデータベースが存在するかどうかを判定する問題)についても、推論問題と同様の結果を得た。半構造データであっても満たすべき性質をあらかじめ分析・抽出することは可能であり、本研究では特に属性の型に着目し、半構造データ特有の曖昧さを含む型に関する情報が表現できる制約を導入し、その制約に関する基本的な問題を解くことを目的とする。4.推論問題、及び、その補問題(σがΣの論理的帰結ではないかどうかを判定する問題)に対して、それぞれ半判定可能であるための条件を求めた。今後、効率的に判定可能な十分条件を求めることが課題である。WWWの進展や文書データの電子化等で半構造データは急激に増加しており、そのような半構造データが処理できるデータベースシステムの設計は重要な課題になっている。2.半構造データであっても満たすべき性質をあらかじめ分析・抽出することは可能であり、本研究では特に属性の型に着目し、半構造データ特有の曖昧さを含む型に関する情報が表現できる制約を導入し、その制約に関する基本的な問題を解くことを目的とし、本年度は以下の成果を得た。3.経路式の航行可能性問題(指定された経路に沿って航行可能な制約を満たすデータベースが存在するかどうかを判定する問題)について、それを解くために有効な完全な公理系を求めた。4.一般に、経路式の集合をCFLに限定しても上記の問題は決定不能であるが、正規集合に限定すれば決定可能であることを示した。5.上記の問題が決定可能な場合でも、その時間計算量は指数時間以上になり、多項式時間で解ける実用的な部分クラスを求めることが今後の課題として残った。
小地域データを用いた上海市社会地図の作成と可変地区単位問題の検討

本研究は,2000年の上海市人口センサスの小地域データをもとに上海市の人口に関する社会地図を作成した.特に5歳ごとの年齢階級という細かな年齢階級区分で,人口分布の年齢間の差異を明らかにした.人口を戸籍人口と外来人口および両者の和である総人口に分けて分析した.2000年の上海市で人口ボリュームが多かったのは戸籍人口の40歳とその子ども世代の10歳代であり,彼らは都心地域に多く居住していた.しかしその下の20歳代から30歳代前半の世代と,その子ども世代に当たる10歳未満は,近郊地域で比率が高かった.ここに郊外化に関して世代間の差を見取ることができる.1)同済大学都市計画系の王徳教授の協力で、上海市の1物流産業、2クリエイティブ産業産業、3大型スーパー、4コンビニエンスストアチェーン、5マクドナルドハンバーガー店、6ケンターキーフライドチキン店、7その他のファーストフード店、8ホテル、9映画産業、10ホームセンター11電化製品小売業等、の立地を主としてインターネットを用いて調査し、それぞれ立地形態についての空間分析を行った。現在、そのほかの都市内施設についても、順次、立地状況を調査中である。2)上海市の都市計画の変遷について整理した。3)昨年度に小地域データの分析例として行った東日本大震災被災地域に関する国勢調査小地域統計を用いた研究については、桜美林大学での国際シンポジウムで発表した。その内容は、ケンタッキー大学出版会から出版される学術書に掲載予定である(発刊年未定)上海にある同済大学都市計画系の王徳教授、朱瑋講師、李仙徳研究員、および大学院生3名が来日したので、名古屋大学において8月2日に地理学セミナーを開催した。セミナーの中で本科研に密接に関係する研究発表として、「上海市における高齢者福祉施設の空間的分布」「上海市における情報コミュニケーション産業の立地分析」「上海市の商店街における歩行者の空間認知」があり、討論した。王徳教授は、名古屋大学客員教授として1ヶ月滞在したので、滞在期間中に彼とともに、人口普査、経済普査の各種データの上海社会地図への有効性について検討した。また、一部のデータについては上記大学院生・研究員とともに社会地図を作成し、各統計値の空間分布について検討した。その結果、街道別統計によれば、常住人口密度は、2010年においても相変わらず中心区において高いが、2000年に比べ、人口密集地は都心周辺に広がり、郊外の一部で人口増加が顕著であるなど、都心コアへの人口の集中は相対的に弱まっており、ドーナツ化(都心空洞化)現象の兆しが見えることが明らかとなった。研究成果としては、京都国際地理学会議で、次の発表を行った。本研究は,2000年の上海市人口センサスの小地域データをもとに上海市の人口に関する社会地図を作成した.特に5歳ごとの年齢階級という細かな年齢階級区分で,人口分布の年齢間の差異を明らかにした.人口を戸籍人口と外来人口および両者の和である総人口に分けて分析した.2000年の上海市で人口ボリュームが多かったのは戸籍人口の40歳とその子ども世代の10歳代であり,彼らは都心地域に多く居住していた.しかしその下の20歳代から30歳代前半の世代と,その子ども世代に当たる10歳未満は,近郊地域で比率が高かった.ここに郊外化に関して世代間の差を見取ることができる.1)同済大学都市計画系の王徳教授の協力で、上海市の施設立地に関する従来の研究・レポートを収集、整理した。また、上海市に関する人口等の小地域統計の入手可能性について検討した。2)日本の平成17年および平成22年度国勢調査データをもちいて、小地域集計データの地図表現上の特徴について検討した。具体的には、愛知県と東北3県(岩手県、宮城県、福島県)の外国人の分布図を小地域統計を含む様々なスケールで複数の集計方法、表現方法を用いて作成した。・2014年6月に上海市の同済大学を訪問し,研究協力者の王徳教授と,上海社会地図の編集方針について協議した.2015年1月には,同済大学の王徳教授および研究員・院生5名を名古屋大学に招へいし,最終的なデータの検討及び,地図の作成を行った.・本年度検討した地図の項目は,次のとおりである.1)総人口・人口密度,2)年齢階級別人口,3)就業別人口,4)教育歴別人口,5)出生省別人口,6)現在地居住年数,7)住居形態である.1)ー5)は,常住人口,戸籍人口,外来人口ごとに集計した.集計の空間単位は街道である.・2008年上海第2回経済センサス・データを用いて,従業地ベースの産業別人口分布図を作成した.・人口センサスについては,2010年データを用いた検討が可能な上記にあるが,小地域データに関しては使用上の制約があるので,とりあえず利用可能な2005年データを用いて,年齢構成の分布パターンの詳細な分析を行い,名古屋大学文学部研究論集にて発表した.人文地理学24年度は、上海市内の都市計画についての整理と、都市内諸施設の分布に関するデータの収集を行い、これらについてはおよそ達成した。「科学研究費助成事業補助事業期間延長承認申請書」に記した理由により、2013年度中に一部のデータが使用できなかったため。・上海の社会地図の作成する前に、上海でのミクロデータを用いた既存の地図を収集し、評価する必要があると考え、まずそれを行うことにした。

・上海市の人口普査データについては当初予定の2000年のものではなく2005年の抽出調査データを用いることにしたが、2010年の最新版の利用可能性についても調査中であり、データの入手が若干遅れている。25年度は最終年度であり、上海市の社会地図の作成を行う。土地利用、施設配置についてはデータの収集がおよそ完了しているが、人口データについては、上海市の人口普査2010年の最新版の利用可能性が明らかになっていない。2010年データが入手できない場合は、過去の人口普査データによって社会地図を作成する予定である。現時点では、一部のデータが2014年度にどの程度利用できるのか不明の点もあるため、カウンタパートの王徳教授と緊密な連絡をとって研究を遂行する。上記データの使用が使用できない場合も、他のデータ等を用いて上海市社会地図の完成をめざす。・今年度は、6月に同済大学の王徳教授を名古屋大学に招聘し、上海社会地図の内容を決定する。とりあえず2005年の抽出調査データを用いて社会地図作成を開始する。・可変地区単位問題については、昨年度に引き続き検討する。主として、次の事項に使用する1)データ収集のための旅費2)GISを用いた社会地図の作成3)中国語、日本語、双方向の翻訳「科学研究費助成事業補助事業期間延長承認申請書」に記した理由により、2013年度中に一部のデータが使用できず、研究期間を2014年度末までに延長することにした。研究打合せのための海外旅費、および分析結果の日本語・中国語双方向での翻訳費用に充てる予定である。1)中国からの研究者の招聘のための旅費2)上海での現地視察のための旅費3)地図作成補助のための謝金以上を計上する。
ベントス系を中心とした沿岸生態系の劣化と保全・再生戦略に関する研究企画調査

次年度での特定領域研究申請を視野におき,公開シンポジウム「危機にある沿岸生態系-その再生に向けての研究戦略」を,平成16年1月31日に東京工業大学において開催した.このシンポジウムは,今回の基盤研究C企画調査の申請にいたる議論の母体組織である沿岸環境関連学会連絡協議会(土木学会海岸工学委員会/日本水産学会水産環境保全委員会/日本海洋学会環境問題委員会/日本水産工学会物質循環研究会)としての第11回ジョイントシンポジウムに兼ねる形で開催された.同シンポは,沿岸浅海域における干潟,藻場,サンゴ礁生態系に関して,その劣化の状況を多角的な観点から概観し,危機感を共有するとともに,これらのベントス系を中心とした沿岸生態系の保全・再生に向けての今後の学際的な研究戦略のあり方を多角的に議論することを目的としたものである.具体的には,第1部:「干潟生態系の劣化の実態把握と保全・再生に向けて」,第2部:「藻場生態系の劣化の実態把握と保全・再生に向けて」,第3部:「サンゴ礁生態系の劣化の実態把握と保全・再生に向けて」,第4部:総合討論-「沿岸生態系保全・再生に向けての統合的調査・研究戦略のあり方」の4部構成で,様々な分野の専門家による講演および総合討論が行われ,約140名もの参加者を得て活発に議論がなされた.またシンポジウムの前日に研究分担者による研究企画会議を開催し,次年度の特定領域研究申請に向けての詳細な検討を行った.これらとは別に,現在ベントス系の異変が際立っておりその原因が不明な有明海の干潟生態系を対象として,予備的な合同現地調査を実施した.その結果,干潟上の特徴的な海水流動や物質輸送特性の存在が明らかになり,特に干潟上に広範に設置されているノリ網の影響などが解明された.次年度での特定領域研究申請を視野におき,公開シンポジウム「危機にある沿岸生態系-その再生に向けての研究戦略」を,平成16年1月31日に東京工業大学において開催した.このシンポジウムは,今回の基盤研究C企画調査の申請にいたる議論の母体組織である沿岸環境関連学会連絡協議会(土木学会海岸工学委員会/日本水産学会水産環境保全委員会/日本海洋学会環境問題委員会/日本水産工学会物質循環研究会)としての第11回ジョイントシンポジウムに兼ねる形で開催された.同シンポは,沿岸浅海域における干潟,藻場,サンゴ礁生態系に関して,その劣化の状況を多角的な観点から概観し,危機感を共有するとともに,これらのベントス系を中心とした沿岸生態系の保全・再生に向けての今後の学際的な研究戦略のあり方を多角的に議論することを目的としたものである.具体的には,第1部:「干潟生態系の劣化の実態把握と保全・再生に向けて」,第2部:「藻場生態系の劣化の実態把握と保全・再生に向けて」,第3部:「サンゴ礁生態系の劣化の実態把握と保全・再生に向けて」,第4部:総合討論-「沿岸生態系保全・再生に向けての統合的調査・研究戦略のあり方」の4部構成で,様々な分野の専門家による講演および総合討論が行われ,約140名もの参加者を得て活発に議論がなされた.またシンポジウムの前日に研究分担者による研究企画会議を開催し,次年度の特定領域研究申請に向けての詳細な検討を行った.これらとは別に,現在ベントス系の異変が際立っておりその原因が不明な有明海の干潟生態系を対象として,予備的な合同現地調査を実施した.その結果,干潟上の特徴的な海水流動や物質輸送特性の存在が明らかになり,特に干潟上に広範に設置されているノリ網の影響などが解明された.
DNAメチル化の下流で発現制御に関与する新規因子群の同定と解析

シロイヌナズナのサイレンシング因子MOM1は、その機能が欠失した突然変異体の表現型から、DNAメチル化の下流で遺伝子発現を制御すると予想されるタンパク質である。本研究課題では、MOM1による遺伝子発現制御に関わる新規因子の同定を、遺伝学および生化学アプローチから試み、複数の因子を得ることに成功した。これらの因子の中に、タンパク質の修飾であるSUMO化および脱SUMO化に関連する因子が見出されたことから、遺伝子発現制御においてタンパク質のSUMO化がDNAメチル化の下流で作用する仮説を提案した。DNAメチル化は遺伝子発現に深く関与することが知られているが、DNAメチル化がどのような分子機構で遺伝子発現に作用するのかは、ほとんど理解されていない。本研究課題では、DNAメチル化の下流作用因子の候補であるシロイヌナズナMOM1の機能解析を足がかりに、DNAメチル化が何に作用することで遺伝子発現を制御するかを明らかにすることを目指している。本年度はMOM1の機能欠失変異体の表現型を抑圧する変異体smom (suppressor of mom1)のうち、smom2、smom6、smom8変異体の連鎖解析による原因遺伝子座の同定を試みた。smom2の原因遺伝子座はMOM1遺伝子座と強く連鎖したため、smom2変異体でMOM1遺伝子の発現量を解析したところ、わずかであるが野生型より発現が上昇していた。このことからsmom2変異はmom1変異体でMOM1遺伝子内に挿入したT-DNA内に生じ、MOM1遺伝子の3'側の機能ドメインをコードする領域の発現を導いた結果、表現型を抑圧した可能性が考えられた。一方で、smom6とsmom8変異体においては、表現型を引き起こす原因となる塩基置換を、少数個まで絞り込むことができた。来年度はこれらの候補をそれぞれ検証することで、原因遺伝子が同定されると期待できる。また新たな抑圧変異体としてsmom12の解析を進めた結果、この変異は安定に次世代に遺伝し、劣性1遺伝子座に由来することが明らかになった。またMOM1タンパク質に物理的に相互作用するタンパク質として、SUMO E4リガーゼであるPIAL1とPIAL2を得ることに成功していたが、これらの機能欠失突然変異体を確立して解析した結果、mom1変異体と同様の表現型を示し、PIAL1とPIAL2はMOM1と同様にDNAメチル化の下流で作用する候補因子であることが示された。smom2変異体はMOM1遺伝子自体に生じた可能性が高くなったが、smom6とsmom8変異体は順調に連鎖解析が進み、次世代シーケンサーによるゲノム解析から得られた候補となる原因遺伝子変異も少数に絞られている。また新たに遺伝解析可能な抑圧変異体としてsmom12も得られ、MOM1相互作用因子であるPIAL1、PIAL2もDNAメチル化の下流で作用する候補因子であることが示されるなど、当初は計画に入ってはいなかったが、本研究課題の目的遂行に大きく貢献する制御因子が得られている。このことから、次年度以降、多方面から解析が進むことが期待できる。今年度は、MOM1の機能欠失変異体の表現型を抑圧する変異体smom (suppressor of mom1)のうち、smom6変異体に特に着目して、その原因遺伝子の同定を目指した。全ゲノム配列の決定と連鎖解析の結果から、核ー細胞質間輸送に関わるSAC3Bタンパク質をコードする遺伝子に変異が見出され、かつSAC3B遺伝子をsmom6変異体に導入したところ表現型が相補された。この結果から、smom6変異体の原因遺伝子がSAC3B遺伝子であることを明らかにした。SAC3Bタンパク質は核膜孔複合体関連因子NUAと相互作用することが知られており、NUAタンパク質は脱SUMO化酵素ESD4と相互作用することにより、脱SUMO化に関与することが報告されている。このことから、MOM1による遺伝子サイレンシングには、核ー細胞質間輸送やSUMO化が関与することが予想された。また前年度、MOM1に物理的に相互作用する因子として、SUMO E4リガーゼ酵素であるPIAL1とPIAL2タンパク質を同定し、その機能欠失変異体がmom1変異体と同様の表現型を示すことを明らかにしたが、この結果は他グループからも報告された。そこで本年度はMOM1タンパク質とPIAL1, PIAL2タンパク質が遺伝的に同経路で機能するかを明らかにするために、mom1 pial1 pial2三重変異体を作出し、表現型を観察した。その結果、この三重変異体はそれぞれの変異体と同等の表現型を示したため、MOM1タンパク質とPIAL1, PIAL2タンパク質は同経路で作用すると考えられた。さらにPIAL1とPIAL2タンパク質の遺伝子サイレンシングの機能を明らかにするため、PIAL1とPIAL2タンパク質の強制発現シロイヌナズナと細胞内局在を調べるためのGFP融合タンパク質を発現するシロイヌナズナを作出した。MOM1タンパク質と相互作用し遺伝子サイレンシングに機能する因子としてSUMO E4リガーゼが、一方mom1変異体の抑圧変異の原因遺伝子として、脱SUMO化に関与する因子と相互作用するタンパク質をコードする遺伝子が同定されたことから、MOM1による遺伝子サイレンシング機構には、タンパク質のSUMO化が何らか関与することが強く示唆された。これはこれまでに無い新しい仮説であり、DNAメチル化の関与する遺伝子サイレンシングにおける新しい分子レベルでの制御機構を明らかにするという本研究課題の目的に大きく近づいたと言える。

最終年度では、本年度作出した研究試料を活用することで、この仮説の検証を行い、DNAメチル化の下流におけるSUMO化の機能を明らかにすることが期待できる。前年度までに、脱SUMO化関連因子と相互作用するSAC3Bタンパク質がMOM1による遺伝子サイレンシング機構に関与することを明らかにした。今年度は、脱SUMO化関連因子であるNUAタンパク質における変異がmom1変異によるサイレンシングの解除を抑圧することを示し、SAC3Bタンパク質だけではなく、脱SUMO化に関わる因子もMOM1による遺伝子サイレンシングに関与することが明らかにした。一方で、SUMO E4リガーゼ酵素と予想されているPIAL1とPIAL2タンパク質がMOM1タンパク質と相互作用し、同様の経路で遺伝子サイレンシングに機能することを明らかにしてきたが、今年度は、前年度作出したPIAL1とPIAL2タンパク質の強制発現シロイヌナズナと細胞内局在を調べるためのGFP融合タンパク質を発現するシロイヌナズナを解析した。MOM1と同じ経路で作用することから、PIAL1とPIAL2タンパク質の強制発現によって、mom1変異の表現型が抑圧されることが期待されたが、どちらのタンパク質の強制発現によっても表現型は抑圧されなかった。しかしながらPIAL2-GFPタンパク質は野生型背景では核を含めた細胞内全体で蛍光が観察されたが、mom1変異体背景では核での蛍光が観察されなかった。これらの結果から、少なくともPIAL2タンパク質が核で機能するためにはMOM1タンパク質が必要であり、強制的に細胞内のPIAL2タンパク質の量を増やしても、MOM1タンパク質が存在しなければ、遺伝子サイレンシングが行われない可能性が示唆された。これらの結果から、核内における、特定のタンパク質(未同定)のSUMO化と脱SUMO化のバランスの調節が遺伝子サイレンシングには重要であり、MOM1はSUMO化に作用するという新しい機能モデルを提案することができた。シロイヌナズナのサイレンシング因子MOM1は、その機能が欠失した突然変異体の表現型から、DNAメチル化の下流で遺伝子発現を制御すると予想されるタンパク質である。本研究課題では、MOM1による遺伝子発現制御に関わる新規因子の同定を、遺伝学および生化学アプローチから試み、複数の因子を得ることに成功した。これらの因子の中に、タンパク質の修飾であるSUMO化および脱SUMO化に関連する因子が見出されたことから、遺伝子発現制御においてタンパク質のSUMO化がDNAメチル化の下流で作用する仮説を提案した。次年度は研究実施計画通り、smom6とsmom8変異体の原因遺伝子の同定と機能解析を進める。また新たに解析対象となったsmom12変異体の原因遺伝子の同定も行う。PIAL1とPIAL2の解析からDNAメチル化の下流でSUMOE4リガーゼ活性が重要な働きをする可能性が示唆されたが、具体的にどのように作用するかを明らかにする。次年度は、MOM1による遺伝子サイレンシングとSUMO化の関係を明らかにするため、今年度作出したPIAL1,PIAL
がんと共に生きる若年女性生殖器がん術後患者とパートナーへの看護支援モデルの開発

本研究の目的は、若年女性生殖器がん術後患者とパートナーの関係性を維持・向上させ、がんと共に生きることを支える看護支援を考案することである。診断時から、子宮摘出や妊孕性喪失によるパートナーとの関係悪化の不安を軽減する支援、パートナーに対し、患者のがん罹患・妊孕性喪失による悲嘆を克服し、患者を支援する基盤を整える支援など、入院中は、退院後に直面する可能性のある問題と問題への対処方法が理解できるようにする支援など、手術後は、がん罹患・妊孕性喪失の受容を促す支援、患者パートナー両者が、自分に対するパートナーの配慮や努力に気づき、かけがえのない存在であることを認識できるようにする支援などを導いた。本研究の目的は、がんの診断時から手術後までの若年患者とパートナー個々のニーズ及び両者の関係の変化の全容の解明と、若い男性パートナーが望む/受け入れやすい支援方法の解明を通して、若年女性生殖器がん術後患者とパートナーががんと共に生きることを支える看護支援モデルを考案することである。平成25年度は、1.「診断時から手術を受けるまでの若年女性生殖器がん患者とパートナーのニーズ及び関係の変化に関する調査」、2.「1.と先行研究との統合により、診断から手術後までの患者とパートナーのニーズと関係の変化の全容を明らかにする。」3.「若年男性である、若年女性生殖器がん患者のパートナーが望む/受け入れやすい支援の在り方を明らかにする」に取り組んだ。1.3.については40歳未満で子宮や卵巣摘出術を受けた患者およびパートナーへの質問紙調査を作成し、所属大学の倫理審査の承認を受けた。その後、全国のがん診療連携拠点病院34施設と患者団体4か所に協力依頼をし、3施設と3患者団体から協力を得た。19名の患者およびパートナーに質問紙を配布し、患者5名、パートナー2名から回答が得られた。平均年齢は患者41歳、パートナー43歳、手術当時の平均年齢は患者35.8歳、パートナー33歳であった。患者は、術前は夫や夫の両親への申し訳なさ、代理母出産が認められていないことへの失望感、子宮温存と胎児をあきらめる辛さを体験していた。パートナーは、妻への精神的サポートの仕方や治療法に関する情報収集の手段に困惑していることが明らかとなった。パートナーが望む/受け入れやすい支援の在り方については、具体的な回答は得られなかった。2.については、文献検討や学術集会への参加により、診断から手術後までの若年患者とパートナーのニーズや関係の変化に関するデータを収集した。平成24年度は、1.「診断時から手術を受けるまでの若年女性生殖器がん患者とパートナーのニーズ及び関係の変化に関する調査」、2.「1.と先行研究との統合により、診断から手術後までの患者とパートナーのニーズと関係の変化の全容を明らかにする。」に取り組んだ。1.については、面接調査の内容を精錬し、所属機関の倫理審査委員会へ申請して承認を得た。しかし、研究対象の条件を満たす若年患者とパートナーが存在する施設が数少なく、面接調査では十分な対象者数を確保出来ない可能性が示唆され、質問紙調査へ変更するとともに調査施設を全国の病院や患者団体に拡大してデータ収集することとした。現在、改めて倫理審査を受けている段階である。平成26年度は、研究目的「1.診断時から手術を受けるまでの若年女性生殖器がん患者及びパートナーのニーズと両者の関係の変化を明らかにする」「2.若年男性である、若年女性生殖器がん患者のパートナーが望む/受け入れやすい支援の在り方を明らかにする」に対する質問紙調査を、平成25年度に引き続き実施した。最終的に、19組の患者及びパートナーに質問紙を配布し、患者5名、パートナー2名から回答を得た。この結果と、先行研究を統合し、研究目的「3.診断時から手術後までの若年患者とパートナーのニーズと両者の関係の変化の全容を明らかにする」ことに取り組んだ。その結果、術前の若年患者は、子どもを産めないことの絶望感や夫や義父母への申し訳なさ、死の不安、パートナーは、妻の気持ちの理解や精神的支援に対する悩み、治療法に関する情報収集の手段への困惑を抱いていた。術後の若年患者は、妊孕性喪失や性生活上の困難、社会的孤立感、パートナーとの関係構築に対する不安、友人関係や仕事の継続の困難など、パートナーは、患者のがん罹患と妊孕性喪失への悲嘆、悩みを1人抱える辛さ、妻の精神的支援や術後後遺症への対応に困る、HPV感染への自責の念や手術後の妻の心身の変化によるセックスへの意欲消失などの困難を抱いていることが明らかとなった。また、上記研究目的3.の結果をもとに、研究目的「4.若年女性生殖器がん術後患者とパートナーへの看護支援モデルを考案する」に着手した。4.については、患者とパートナーの関係の維持・向上のための看護支援に焦点を当て、看護支援の根拠となるデータを先行研究等から収集した。

平成27年度は、前年度までに明らかにした「診断時から手術後までの若年患者とパートナーのニーズと両者の関係の変化の全容」をもとに、研究目的「4.若年生殖器がん術後患者とパートナーへの看護支援モデルを考案する」に着手した。診断時から術前の支援は、【患者パートナー共に、子宮摘出術に対する互いの思いを知り、両者が納得して治療を選択できるようにする】【パートナーが、患者のがんに罹患・子宮摘出術による悲嘆を克服し、患者を支援する基盤を整える】【患者の心理的状態と支援方法について理解でき、患者はパートナーの存在により手術まで安心して過ごせるようにする】【家事や育児などこれまでの患者の役割をパートナーに託し、入院中、安心して過ごすための準備ができる】【子宮摘出や妊孕性喪失を受け入れ、パートナーとの関係悪化の不安やパートナーへの申し訳なさが軽減されるようにする】ことなど、入院中の支援は、【面会に来ることや家事や育児など患者の役割を果たすことの負担感が軽減し、患者が安心して入院生活を送ることができるようにする】【患者パートナー共に、退院後に直面する可能性のある問題と問題への対処方法が理解できるようにする】、手術後(入院中および退院後)は、【妊孕性喪失の受容を促し、パートナーへの申し訳ない気持ちを軽減する】【パートナーとの関係の維持や新たな関係性を築くことへの不安を軽減する】【性機能の変化や性欲低下の中で性生活との向き合い方またはがわかる、または性生活が再開できるようにする】【性生活上の困難について互いに意思疎通が図れ、性生活を再開できるようにする】【パートナーが子どもをもてない辛さを克服し、患者を支援する基盤を整える。】【患者の精神的支援の方法についての理解を促す】【両者がお互いの相手への配慮や努力に気づき、互いにかけがえのない存在であることを認識できるようにする】などの支援を導いた。本研究の目的は、若年女性生殖器がん術後患者とパートナーの関係性を維持・向上させ、がんと共に生きることを支える看護支援を考案することである。診断時から、子宮摘出や妊孕性喪失によるパートナーとの関係悪化の不安を軽減する支援、パートナーに対し、患者のがん罹患・妊孕性喪失による悲嘆を克服し、患者を支援する基盤を整える支援など、入院中は、退院後に直面する可能性のある問題と問題への対処方法が理解できるようにする支援など、手術後は、がん罹患・妊孕性喪失の受容を促す支援、患者パートナー両者が、自分に対するパートナーの配慮や努力に気づき、かけがえのない存在であることを認識できるようにする支援などを導いた。質問紙調査で十分な研究対象者数を得ることができず、平成26年度までデータ収集を延長したため、次の段階の、若年女性生殖器がん術後患者とパートナーへの看護支援モデルの考案に着手する時期が遅れ、看護支援を考案するための文献検討の時間を十分に確保することができなかった。がん看護学若年女性生殖器がん術後患者とパートナーへの看護支援モデルの試案を完成させる。また、モデル試案をより洗練させるために、女性生殖器がん看護の専門家に試案に対するヒアリングを行う。対象者の確保が困難で、データ収集期間を延ばしたため、次の段階に進むことができなかった。
ゲノムワイド機能領域の新規統合解析手法の開発と細胞種特異的な転写制御機構の解明

ChIP-seqデータごとの異なる実験条件に基づく精度のバイアスを軽減し、各制御因子固有の結合領域分布の違いを考慮し転写因子の共局在を予測する新規計算アルゴリズムCoLoを開発した。タンパク間相互作用データと照らし合わせ、2つの統計学的な手法と比較したところ、確からしい転写制御間の共局在が5倍以上多く特定された。更にこちらのアルゴリズムを、転写因子GATA2のHUVEC及びK562における細胞特異的な共局在因子の特定に応用した。結果として、既知のGATA2補助因子に加え、新規の因子との共局在が特定された。その中で、K562特異的な共局在因子TAL1に注目し、si-TAL1処理を施したHUVEC及びK562おいてGATA2の結合強度の変化を実験的に評価した。(2)高解像度オープンクロマチン領域データより、ヘテロジニアスな転写因子の結合フットプリントを予測する新規計算アルゴリズム(Hetero-DGF)De novoでの転写因子結合モチーフの抽出と、PCAを用いたクロマチン構造変化パターンの分解を組み合わせ、単一の転写因子に対して複数の結合フットプリントを特定する新規の計算アルゴリズムHetero-DGFを開発した。本アルゴリズムを用いることで、認識配列とクロマチン構造変化の両面よりノイズを除去することが可能であり、実際に得られた転写因子フットプリントの精度は従来の手法に比べ1.5倍程高かった。応用として、HUVEC及びK562で得られたDNase-seqを用い、GATA2の細胞特異的なゲノム領域認識メカニズムを解析した。結果として、2つの細胞間で共通の結合フットプリントに加え、細胞特異的な認識配列に対応する局所的なクロマチン構造変化を特定した。27年度が最終年度であるため、記入しない。多数のChIP-seqデータより共局在因子を特定するための新規計算アルゴリズムの開発を目的とし、研究を実施した。開発された計算アルゴリズムに対し計算精度を評価するため、国際プロジェクトENCODE (Encyclopedia of DNA Elements)のデータベースにおいて公開されている複数のChIP-seqデータを用い、タンパク質間相互作用のデータを参照し、既存の統計モデルとの比較を行った。その結果として、既存の統計手法であるrandomモデルとbootstrapモデルに対し、1.5倍ほど高精度かつ4倍ほど多く共局在が特定された。更には、新規の共局在関係、細胞特異的・共通の共同制御機構が予測された。応用として、転写因子GATA2のヒト白血病細胞K562とヒト臍帯静脈内皮細胞HUVECにおける細胞特異的な共局在因子を予測し、GATA2の細胞特異的な遺伝子発現制御への寄与を明らかにした。K562特異的なGATA2の共局在因子の中で転写因子TAL1に注目し、GATA2との共同制御機構を実験的に検証した。今後とも、ChIP-seqデータ等のゲノムワイドなエピゲノムデータは増え続けることが予想され、本アルゴリズムによる多数データの同時比較が重要となってくる。当初の方針に従い計算アルゴリズムを構築することにより、既存の統計手法に比べ、共局在因子の予測精度が有意に向上することが確認され、大幅な方針の転換が必要なかった。また、共局在解析により予測された共同制御機構の結果が実験的にも実証され、計算アルゴリズムの生物学的な有用性が高いことが明らかとなった。現在、本研究成果を学術論文としてまとめており、当初の予定よりも早く研究計画が進んでいる。本研究成果を学術論文にまとめ、国際ジャーナルへ投稿する。その他、本アルゴリズムをインターネット上で簡単に利用できるプロットフォームの実装を進める。
細胞膜を拡散透過するポリマーシャトルの創製と分子輸送による細胞機能の強化

本研究では、両親媒性MPCポリマーが主として分子拡散にて細胞膜透過する機構に着目した。両親媒性MPCポリマーは、水中では、MPC部位が外側に位置し疎水性部位を内側に包み込んだ会合体を形成する。この会合体が細胞膜中へ侵入する際は、リン脂質二重膜の内部が疎水性空間となっているため、疎水部が外側、親水部が内側という会合体の構造変化が生じる。従って、ビニルフェロセンユニットを含むMPCポリマーの様に酸化還元活性ユニットが疎水性である場合、水中での会合体形成能を制御することにより、細胞膜中の脂溶性分子(キノン類など)のみと選択的に反応させることが出来ると期待される。本年度は、酸化還元活性を有するビオロゲン(Vi)ユニット、疎水性のn-butyl methacrylate (BMA)ユニット(細胞膜透過性を付与するため)により構成された細胞親和性のレドックスポリマーpMBVi( E = -0.28 V vs. SHE)を合成した。pMBViの細胞親和性を評価するため、pMBViとViモノマーを含む培地中でモデル生細胞大腸菌(E. coli)を嫌気培養したところ、無添加の系に比較してViモノマー共存下では菌体の生育が有意に抑制されたのに対し、pMBVi共存下ではこの抑制効果は見られなかった。これは、MPCとの共重合によりViユニットの細胞毒性が消失したことを示している。さらに、pMBViを介した電子注入の実現可否を検討するため、-0.4 Vの電位を印加したpMBViと硝酸塩(大腸菌電子受容体)を含む培地に、大腸菌を導入したところ、大きな還元電流の向上が確認された。この電流は、大腸菌、pMBVi、硝酸のどれか一つでも欠けた場合には観測されなかった。これらの結果は、pMBViを介して大腸菌細胞内へ電極から電子が注入されたことを明確に示している。リビングラジカル重合で分子構造を規制したポリマーを合成し、機能を有するモノマーユニットを分子内の位置を特定して導入する方法を確立した。具体的には、活性エステルなどの反応性官能基を有するモノマーを利用して、精密合成したユニバーサルデザインのポリマーを得た後、高分子反応を利用して機能性分子団を導入する方法を確定した。これにより、分子構造を揃えて、機能性分子団の効果を明確にできた。特に、機能性分子団として、酸化還元反応により電子の授受が可能なフェロセンを利用して、ポリマーシャトルに導入する。外部電極との電子の授受を、電子キャリアーとしてのポリマーシャトルにより行い、細胞内酸化還元状態、代謝経路・活性を制御できるようになった。この研究成果の発展により、遺伝子操作によらない新たな代謝制御技術として、エネルギー、医療を含む幅広い分野への貢献が期待できる。(1)好気条件下における電子注入:好気条件下における電子注入の実現可否を検討するため、抽出チラコイド膜]を用いたアッセイを行う。(2)細胞内酸化還元種に対する反応選択性の制御:キノン類を酸化還元ユニットとする電子伝達ポリマーの合成を行い反応選択性の評価を行う。現在までに、キノン類のモノマー合成に成功している。(3)細胞膜を物質が透過する際には細胞膜に微小な孔の生成が考えられる。その際には、細胞質内容物が漏出する。これを測定し、もしもイオンなどの漏出がないことが判明すれば、ポリマーシャトルの分子拡散機構がより明確になると判断する。そのために、細胞膜近辺のイオン濃度を正確に測定する必要がある。これには、FETイオンセンサーを応用する(4)蛍光標識したポリマーシャトルのFRET現象を利用して、二光子レーザー共焦点顕微鏡により細胞膜透過現象を時間分解連続観察する。予備的な検討では、両親媒性MPCポリマーは細胞内に、10-9cm2/secのオーダーの透過係数(P)で透過することが判明している。これを精密に測定し、また細胞膜への溶解性(分配係数K)を評価することで、拡散係数(D=P/K)を算出する。一方、均質媒体中の拡散係数と分子サイズの間にはストークス・アインシュタインの式(D=kT/6πμr)が成立するために、粒径(r)を求めることができる。これより細胞膜の親水性/疎水性界面での分子形態変化を判断する。pMBViの細胞親和性を評価するため、pMBViとViモノマーを含む培地中でモデル生細胞大腸菌(E. coli)を嫌気培養したところ、無添加の系に比較してViモノマー共存下では菌体の生育が有意に抑制されたのに対し、pMBVi

共存下ではこの抑制効果は見られなかった。これは、MPCとの共重合によりViユニットの細胞毒性が消失したことを示している。さらに、pMBViを介した電子注入の実現可否を検討するため、-0.4 Vの電位を印加したpMBViと硝酸塩(大腸菌電子受容体)を含む培地に、大腸菌を導入したところ、大きな還元電流の向上が確認された。この電流は、大腸菌、pMBVi、硝酸のどれか一つでも欠けた場合には観測されなかった。これらの結果は、pMBViを介して大腸菌細胞内へ電極から電子が注入されたことを明確に示している。リビングラジカル重合で分子構造を規制したポリマーを合成し、機能を有するモノマーユニットを分子内の位置を特定して導入する方法を確立した。具体的には、活性エステルなどの反応性官能基を有するモノマーを利用して、精密合成したユニバーサルデザインのポリマーを得た後、高分子反応を利用して機能性分子団を導入する方法を確定した。これにより、分子構造を揃えて、機能性分子団の効果を明確にできた。特に、機能性分子団として、酸化還元反応により電子の授受が可能なフェロセンを利用して、ポリマーシャトルに導入する。外部電極との電子の授受を、電子キャリアーとしてのポリマーシャトルにより行い、細胞内酸化還元状態、代謝経路・活性を制御できるようになった。この研究成果の発展により、遺伝子操作によらない新たな代謝制御技術として、エネルギー、医療を含む幅広い分野への貢献が期待できる。本研究では、前年度の成果を踏まえて両親媒性MPCポリマーの分子拡散による細胞膜透過する機構に着目した。両親媒性MPCポリマーは、水中では、MPC部位が外側に位置し疎水性部位を内側に包み込んだ会合体を形成する。この会合体が細胞膜中へ侵入する際は、リン脂質二重膜の内部が疎水性空間となっているため、疎水部が外側、親水部が内側という会合体の構造変化が生じる。そこで、側鎖の疎水基の構造に着目し、親水性・疎水性バランスの異なるMPCポリマー、および親水性ユニットと疎水性ユニットの組成を一定とし、ポリマー構造をランダム共重合体、ブロック型共重合体としたポリマーの合成および水中での会合体形成に関する知見を集積した。その結果、側鎖アルキル基の炭素数が大きくなるにつれて表面張力の低下し始める濃度が低くなり、両親媒性が高くなる傾向となった。さらに蛍光分光により会合体の疎水性ドメインの極性を測定すると、おおよそn-ブチルアルコールに匹敵することがわかった。一方、会合体を形成した後のポリマー分子の運動性は低下した。細胞膜の透過性は、蛍光ラベルしたMPCポリマーにより評価した。その結果、会合体が安定になる状況では透過量が減少すること、またMPCの単独重合体では透過が生じないことを見出した。このことは、ポリマーが細胞膜内の疎水性部分を透過する際には会合体の構造変化が生じ、疎水基が露出されていることを示唆する重要な実験的知見である。MPCポリマーの構造をブロック型とすると、疎水性基の会合が容易になるために、会合体がミセル様の安定な構造となる。したがって、この会合体の外側をPoly(MPC)鎖が覆うために、細胞に対する相互作用がなくなり、取り込みが起きなくなることが示された。この結果を利用して、細胞膜透過性MPCポリマーの機能化を図る.