hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
配偶子形成過程および初期発生におけるUHRF1の役割の解明

またUhrf1は少ないながらも核に一部局在するので、卵子形成期及び初期発生におけるUhrf1がDNAメチル化に与える影響をPBAT法にて調べ、Uhrf1は卵子形成期に起こる新規DNAメチル化の1/4程度に寄与しており、その領域が転写が不活性な領域であることを明らかにした。またUhrf1が初期胚で起こるゲノムワイドなDNA脱メチル化に抗してメチル化を維持する領域は、H3K9me3が集積している領域であることを見出し、これらの成果を論文にまとめて投稿し、現在査読が終わり、リバイス中である(Maenohara et al.,リバイス中)。またプロテオミクス解析をbiological triplicateで行い、より信頼性の高いデータを得た。以前の解析でもチューブリンサブファミリータンパク質が減少していたが、今回の解析でもこの結果を再確認することができ、Uhrf1は卵子の細胞骨格形成に重要な役割を担っていることを明らかにすることができた。当初計画通り、これまでに私たちは連携研究者の小倉先生と共に、野生型受精卵とUhrf1母方KO胚の前核置換実験を行い、卵子形成期及び初期発生時に特異的に細胞質に存在するUhrf1が初期発生において重要な役割を果たしていることを明らかにし、連携研究者の山縣先生と共に、Uhrf1母方KO胚の発生過程の動画解析をおこない、Uhrf1は初期発生において正常な染色体分配と細胞分裂に重要であることを明らかにすることができた。また少ないながらも核に一部局在するUhrf1が卵子形成期に転写が不活発な領域の新規DNAメチル化に寄与すること、初期胚で起こるゲノムワイドなDNA脱メチル化に抗してH3K9me3が集積している領域のDNAメチル化を維持することを見いだすことができた。またmRNA-seq解析もプロテオミクス解析も計画通りおこない、有用な情報を得ることができている。しかしながら、Uhrf1母方KO胚が示す重篤な表現型が、Uhrf1のどのような機能に起因するのか、Uhrf1がなぜこの時期に細胞質に局在するのか明らかにできていない。そのため研究はおおむね順調に進んでいるが、完璧とは言えない。Uhrf1はDnmt1と共に細胞核内に存在し、DNAのメチル化維持に必須のタンパク質である。私たちは、一般的な細胞とは異なり、卵母細胞および初期胚ではUhrf1は主に細胞質に局在し、Uhrf1母方ノックアウト(KO)マウス胚が着床前後に致死となることを見出した。この表現型がDnmt1母方KOマウス胚よりも重篤なことから、Uhrf1はDNAメチル化維持以外にも役割があると考え研究を進め、連携研究者の小倉淳郎先生(理研)と共に、野生型胚とUhrf1母方KOマウス胚の前核置換実験にて、Uhrf1の存在下で形成された卵母細胞及び初期胚の細胞質が正常な発生に重要であることを見出した(Uhrf1母方KOマウス胚の細胞質に野生型マウス胚の核を入れても発生は進まなかったが、野生型マウス胚の細胞質にUhrf1母方KOマウス胚の核を入れたものでは発生が進み、妊孕性を持つ仔が生まれた)。また連携研究者の山縣一夫先生(近大)と共に、Uhrf1母方KOマウス胚の発生過程の動画解析をおこない、Uhrf1は初期発生において正常な染色体分配と細胞分裂に重要であることを見出した。
熱及び辛味の痛覚伝達システムを介した修飾効果の多様性に関する解析

これまでに、カプサイシン感受性、ホットプレートテスト及びテールフリックテストにおける痛覚感受性のQTLマッピングにより、染色体の2番、7番、8番、10番と18番上に痛覚調節遺伝子座が存在している事を明らかにしてきた。第2染色体上に存在する痛覚感受性領域内の遺伝子の中から、候補遺伝子の探索を進めた。自治医科大学の鈴木誠助教授との共同研究により、痛覚受容体TRPV1を膜上に輸送する働きを持つ遺伝子が候補として見出された。この遺伝子には、C57BL/6とKJRとの間で多型が見出された。この多型により、受容体の膜への輸送効率が異なっているため痛覚感受性に違いが生じると考えられた。現在、その遺伝子の機能を詳細に解析している。遺伝的マッピングで見出された遺伝子座に関しては、感受性の高いC57BL/6系統の遺伝的バックグランドに感受性の低いKJR由来の遺伝子座を導入しコンジェニックマウスを作製している。現在、いずれの染色体においてもバッククロス10世代まで達し、KJR由来の遺伝子型をホモに持つコンジェニック系統を完成させつつある。今後は、これらのコンジェニックマウス系統に対して痛覚テストを行い、カプサイシンや熱に対する感受性を測定する。これまでに、コンジェニック系統作成の途中段階において、試験的にKJR由来の遺伝子座のホモ化を行い、痛覚感受性の測定を行った。その結果、第8番染色体の遺伝子座を導入したコンジェニックマウス系統では、戻し交配N4世代においても有意にホットプレートテストに対する感受性が低く、この遺伝子座が熱痛覚に関わっている事を示している。また、遺伝学的解析から、第2番染色体と第18番染色体の遺伝子座は相互作用することで痛覚感受性を大きく変化させるエピスタシスの効果を有していることが分かった。現在さらに世代数を進めており、今後遺伝子座に存在する熱痛覚関連遺伝子を明らかにしてゆきたいと考えている。これまでに、カプサイシン感受性、ホットプレートテスト及びテールフリックテストにおける痛覚感受性の遺伝的マッピングで、染色体の2番、7番、8番、10番と18番上に痛覚調節遺伝子座が存在している事を明らかにしてきた。見いだした。これらの遺伝子座には、一つの遺伝子座が複数の痛覚テストで共通して関与しているもの、一つの遺伝子座が一つの痛覚テストのみに関与しているものなどがある。また、カプサイシン感受性やホットプレートテストでは複数の遺伝子座がC57BL/6とKJRとの感受性の違いに関与している。これらの遺伝子座に関しては、感受性の高いC57BL/6系統の遺伝的バックグランドに感受性の低いKJR由来の遺伝子座を導入しコンジェニックマウスを作製している。現在、いずれの染色体においてもバッククロス9世代まで進行しており、10世代まで達したところで、KJR由来の遺伝子型をホモに持つ個体を選抜し、コンジェニック系統を完成させる。今後は、コンジェニックマウス系統が完成した時点で、痛覚テストを行い、カプサイシンや熱に対する感受性を測定する。

これまでに、カプサイシン感受性、ホットプレートテスト及びテールフリックテストにおける痛覚感受性のQTLマッピングにより、染色体の2番、7番、8番、10番と18番上に痛覚調節遺伝子座が存在している事を明らかにしてきた。第2染色体上に存在する痛覚感受性領域内の遺伝子の中から、候補遺伝子の探索を進めた。自治医科大学の鈴木誠助教授との共同研究により、痛覚受容体TRPV1を膜上に輸送する働きを持つ遺伝子が候補として見出された。この遺伝子には、C57BL/6とKJRとの間で多型が見出された。この多型により、受容体の膜への輸送効率が異なっているため痛覚感受性に違いが生じると考えられた。現在、その遺伝子の機能を詳細に解析している。遺伝的マッピングで見出された遺伝子座に関しては、感受性の高いC57BL/6系統の遺伝的バックグランドに感受性の低いKJR由来の遺伝子座を導入しコンジェニックマウスを作製している。現在、いずれの染色体においてもバッククロス10世代まで達し、KJR由来の遺伝子型をホモに持つコンジェニック系統を完成させつつある。今後は、これらのコンジェニックマウス系統に対して痛覚テストを行い、カプサイシンや熱に対する感受性を測定する。これまでに、コンジェニック系統作成の途中段階において、試験的にKJR由来の遺伝子座のホモ化を行い、痛覚感受性の測定を行った。その結果、第8番染色体の遺伝子座を導入したコンジェニックマウス系統では、戻し交配N4世代においても有意にホットプレートテストに対する感受性が低く、この遺伝子座が熱痛覚に関わっている事を示している。現在さらに世代数を進めており、今後遺伝子座に存在する熱痛覚関連遺伝子を明らかにしてゆきたいと考えている。
遺伝性筋萎縮性側索硬化症の遺伝子異常と運動ニューロン死

筋萎縮性側索硬化症(ALS)は、今日までその原因が充分には明らかにされていない進行性難治性筋疾患で、主として運動ニューロンの選択的細胞死を惹起して筋萎縮をもたらし、その予後が極めて不良でありながら有効な治療法は未だ確立していない、ALS発症者の5-10%は遺伝性で(FALS)、1993年には細胞質内の活性酸素消去機構であるCu/ZnSOD (superoxide dismutase)遺伝子に点突然変異が見い出されてきて、これが一部のFALSの原因遺伝子であることが強く推定されるに至った。すでに以前の研究により日本人の家系を用いた予備的な研究によって2家系のCu/ZnSOD遺伝子に、これまで検討された150以上の白人家系でも見られていない症状の進行が極めて遅いなどの際立った臨床的特徴を持った新しい遺伝子変異(点突然変異)を見い出して報告している(H46R変異)。さらに本年度の本研究により、もう5家系においても、白人家系にはまだ報告のないCu/ZnSOD遺伝子の5つの異なった異常を見い出した。異なった遺伝子変異は、それぞれに特徴的な臨床所見を示しており遺伝子変異と臨床特徴の関連が注目される。さらにCu/ZnSOD遺伝子変異による蛋白チロシン残基のニトロ化が運動ニューロン死のメカニズムに深く関与していることを証明し本病の原因解明の足掛りとなり、本年度の当初目的は達成できたものと考えられる。
Ｇａｕｓｓ－Ｍａｎｉｎ系の代数解析学の深化

1.Euler-Laplace積分表示と交点理論:Euler型積分表示とLaplace型積分表示の補間に当たる積分表示として以前申請者が導入したEuler-Laplace型積分表示がある。この積分表示はとあるD加群の順像(Laplace-Gauss-Manin系)として記述されることが昨年度までにわかっていた。本年度はLaplace-Gauss-Manin系の生成元を記述し、この応用としてLaplace-Gauss-Manin系に付随する急減少ホモロジー群とGKZ系の解空間の同型対応を確立した。その際のコンパクト化にはA.Esterov, A.G.Khovanski,松井優、竹内潔らのtoric compact化をより一般化した構成を用いる。また、昨年度に構成したEuler型積分表示に付随した積分サイクルの基底は交点理論的に良い性質を持つことが確認された。積分サイクルの基底は正則三角形分割Tによって構成されるが、特にTが単模の場合には交点行列が完全に決定される。これをねじれ周期関係式に適用し、Aomoto-Gelfand超幾何函数の二次関係式の閉じた公式を得た。上述の成果はarXiv:1904.00565にまとめられている。2.Cohomology交点数を計算するアルゴリズム:神戸大学の高山信毅氏との共同研究により、1の研究に基づきcohomology交点数を計算するアルゴリズムを考案した。このアルゴリズムは、cohomology交点数をあるPfaff系の有理函数解として定数倍を除いて特徴付け、1の結果を応用して定数倍を決定するという手順を踏む。このアルゴリズムの応用として、志賀弘典氏、成宮氏らにより議論されたK3曲面の族の周期積分に付随した超幾何函数の二次関係式を得た。この成果はarXiv:1904.01253にまとめられている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。2017年度から引き続き行ってきた、振動積分(Gauss-Manin系)と呼ばれる特殊函数の積分サイクルの構成を本年度も引き続き発展させた。特に、本年度はGKZ超幾何函数の理論との関係がついて、研究に大きな進展があった。1.GKZ超幾何函数はSchulze-Waltherらの結果により振動積分としてとらえることができる。また、そのサイクルの空間はrapid decay homology群として捉えることができる。私はNewton図形に対するある仮定の下、rapid decay homologyの特別な基底を構成し、これが級数展開およびMellin-Barnes型積分表示に書き直せることを示した。さらに、Mellin-Barnes型積分表示の方はNewton図形に関する仮定なしに一般の正則三角形分割に対応して構成できることを示し、級数解の基底(GelfandおよびFern\'andez-Fern\'andezによるもの)との対応を示した。この対応には正則三角形分割の各単体に付随する有限Abel群の指標行列が現れる。2.さらに進んでGKZ超幾何函数の3つの積分表示、すなわちEuler型、Laplace型、Residue型積分表示を考察し、これらに対応するGauss-Manin系はGKZ系がregular holonomicである場合にはD加群として同型であることを証明した。また、正則三角形分割をとると、そこから適切なtorusの(被覆)座標変換が定まり、それぞれの積分表示に対応したサイクルの基底が、Pochhammer cycleとHankel contourの組み合わせで構成され、級数解による基底との変換公式はやはり正則三角形分割の各単体に付随する有限Abel群の指標行列たちで記述できることを示した。振動積分の理論とGKZ系の関係は知られていたが、積分サイクルの構成に組み合わせ的な方法を反映する手法はこれまで知られていなかったように思われる。具体的なサイクルの構成及び級数解との関係が明らかになったことで、確定特異点型D加群のRiemann-Hilbert対応を用いて確定特異点型GKZ系の解層とResidue型積分表示のサイクルのなす局所系との間の同型も示すことができた。これはBeukersによって予想されていた同型の証明である。

このアルゴリズムは、cohomology交点数をあるPfaff系の有理函数解として定数倍を除いて特徴付け、1の結果を応用して定数倍を決定するという手順を踏む。このアルゴリズムの応用として、志賀弘典氏、成宮氏らにより議論されたK3曲面の族の周期積分に付随した超幾何函数の二次関係式を得た。この成果はarXiv:1904.01253にまとめられている。1.GKZ超幾何函数の3つの積分表示、すなわちEuler型、Laplace型、Residue型積分表示に対するサイクルの構成方法は昨年度の研究によりほぼ記述が完成した。この構成方法の著しい点は級数解との対応が明確な点である。しかし、Laplace型積分表示については積分路が非有界なchainのレベルで構成されるのみであり、より精密なrapid decay homology群としての記述が確立していない。そこで本年度は昨年度までに完成したサイクルの構成方法をtoric compact化と結び付けて記述し、rapid decay homologyのレベルでの解の基底の構成を目指す。これによりrapid decay homologyと級数解との対応を確立したい。2.確定特異点型GKZ系の級数解と正則三角形分割の対応から、正則三角形分割の取り換え(flip)がGKZ超幾何函数の接続(flop)を与えるという思想がある。これをより数学的に接続問題としてとらえなおし、接続行列の計算を行う。接続行列の計算にはMellin-Barnes型積分表示が用いられるが、昨年度までに構成したEuler型、Laplace型、Residue型積分表示のサイクルのレベルでの接続が何を意味しているのかも興味深い。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
磁気プラズマセイルの推進性能評価と最適化

超伝導コイルによる磁場をプラズマ噴射により広く展開して太陽風を受け止める事で推進力を得る宇宙機を磁気プラズマセイル宇宙機と呼ぶ。磁気プラズマセイルは、太陽系内を移動するための新しい深宇宙推進システムとして注目されていたが、その推進原理が本当に成立するかどうかについては賛否両論があった。本研究では、磁気プラズマセイルによる推力生成を数値実験ならびに地上実験で模擬することに成功するなど、磁気プラズマセイルが物理的に可能であることを初めて示した。太陽風の運動エネルギーを利用した宇宙機推進(磁気プラズマセイル推進)実現可能製を追求するため、磁気プラズマセイル推進の推力特性を評価可能な「磁気プラズマセイル地上実験シミュレータ」を開発している。これは、直径約2mの大型真空チャンバ中に設置される大口径高速高密度プラズマ風洞と、従来型より高出力な磁気プラズマセイル模型、の2つを特徴としたスケールモデル実験システムである。平成21年度は、真空チャンバならびに大口径太陽風シミュレータを開発した。また、磁気プラズマセイル地上実験シミュレータの本格運用に備えて、磁気セイルを模擬するための定常作動型コイルの設計と試作、ならびに、推力スタンドの設計と試作を実施し、コイル設計の妥当性や推力測定精度等を評価した。このような地上実験シミュレータの開発と並行して、磁気プラズマセイルの推力モデルの構築、数値シミュレーションツールの整備を進めている。更には、磁気プラズマセイルによる外惑星探査ミッションの概念検討や、磁気セイルの発展形として期待されるMag-Tetherの検討を実施した。太陽風の運動エネルギーを利用した宇宙機推進(磁気プラズマセイル推進)の実現可能性を追求するため、磁気プラズマセイル推進の推力特性を評価可能な「磁気プラズマセイル地上実験シミュレータ」の整備ならびに同シミュレータによる実験を実施した。磁気プラズマセイル地上実験シミュレータは、直径2mの大型真空チャンバ中に設置される大口径太陽風模擬プラズマ風洞と、従来型より高出力な磁気プラズマセイル模型、の2つを特徴としたスケールモデル実験システムであり、平成22年度は、磁気プラズマセイル地上実験シミュレータを強化して運用することで、磁気プラズマセイルの原理検証を実施した。具体的には、コイルとプラズマ源とからなるパルス磁気プラズマセイルと太陽風模擬プラズマ流との干渉を実現した。実験研究と並行して進めている数値解析では、小型実証機から将来の太陽系脱出機まで幅広いクラスの磁気プラズマセイルの推力特性を評価し、その上で、磁気プラズマセイル宇宙機の概念設計を実施し、木星フライバイミッションの可能性と小型技術実証機の成立可能性を検討した。また、宇宙機搭載用超伝導コイルシステムの軽量化・高性能化が,磁気プラズマセイルミッションが成立するための鍵となることから、電源・コイル制御機器等を含めた宇宙機搭載超伝導コイルシステムの検討と、設計用物理モデルの構築を行い、サブスケールモデルのコイルの試験蓮用との比較にてモデルの妥当性を確認した。太陽風プラズマ流を宇宙機のつくる人工的な磁場で太陽風プラズマ流を受け止めることで宇宙機の推進エネルギーを得る「磁気プラズマセイル推進」は、太陽系内を高速に飛翔する新しい推進システムとして注目されている。平成23年度は磁気プラズマセイル宇宙機の推力増強を目指した理論的実験的研究を実施した。電磁流体ならびにプラズマ粒子シミュレーションによって磁気プラズマセイル推力生成プロセスを最適化することで、磁気プラズマセイル宇宙機(コイル)周囲のプラズマ電流(ring-current)を増大させることに成功し、推力増大率(推力ゲイン)は約10倍(実験では2倍相当)まで向上した。ここで、推力増大率とは、宇宙機に搭載されたコイルのみを動作させた時の推力(Fc)が、宇宙機からのプラズマ注入によってFへと増大した際の倍率(F/Fc)を示し、磁気プラズマセイル宇宙機(コイル)周囲のプラズマ電流(ring-current)を増大させる新方式によって大幅な推力増強が実現した。こうして得られた推力増大率を基に磁気プラズマセイル宇宙機(MPSS)の概念設計を実施し、10mNクラスMPSS小型技術実証機の成立可能性を示した。しかし、木星フライバイミッションミッションをMPSSで実現するには、300mNクラスの大推力が必要である事から、更なる推力増大率の向上と、宇宙機搭載用超伝導コイルシステムの格段の軽量化・高性能化が求められることが明らかとなった。地球磁場を逃れて惑星間軌道にでると、強い太陽風が吹いている事が知られている。もしこの太陽風プラズマを宇宙機のつくる人工的な磁場で受け止めることが出来れば、太陽風の運動エネルギーを利用した宇宙推進(磁気プラズマセイル推進)が可能になるが、このようなシステムが実現可能かどうかについては議論が分かれていた。本研究では、惑星間を航行する磁気プラズマセイル宇宙機の推力特性と電磁流体現象を実験的理論的手法により解明し、その上で、磁気プラズマセイルの推力特性を把握した。まず、磁気プラズマセイル地上実験シミュレータにて、磁気プラズマセイルのスケールモデル実験を実施した。

この実験では、太陽風プラズマを模擬した水素プラズマジェット中に電磁石と高密度プラズマ源を設置し、電磁石のみを設置した場合の磁気セイルの推力(F_mag)と、これら全てを動作させた磁気プラズマセイルの推力(F_MPS)とを評価し、最大1.9の推力増倍率(F_MPS/M_mag)が得られた。よって、磁気プラズマセイルの原理実証実験に初めて成功した。また、磁気プラズマセイルの宇宙空間での動作を想定した電磁流体、イオン粒子、ならびに全粒子の各数値シミュレーションを様々な仕様の電磁石について実施し、電磁流体モデルでは3程度、イオン粒子/全粒子モデルでは510程度の推力増倍率を得た。以上の実験ならびに理論研究は、人工的な磁気圏を膨らましながら深宇宙を航行する磁気プラズマセイルの原理を確立した初めての成果である。最後に、得られた推力特性に基づき木星以遠の深宇宙探査機の概念設計を実施したところ、磁気プラズマセイルの実用化に先立ち、宇宙機搭載用電磁石の軽量化や推力増倍率の向上が必要であることが解り、これらは今後の課題として残った。磁気プラズマセイルの推力増強に成功するなど、新しい成果が着実に得られているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。太陽系内を高速に飛翔する磁気プラズマセイルを実現するためには、磁気プラズマセイル推力の一層の増強が求められる。今後は、数値シミュレーションツールを、磁気プラズマセイル推進の推力特性を評価可能な「磁気プラズマセイル地上実験シミュレータ」と共に運用する事で、磁気プラズマセイル推力特性の一層の最適化を図る。
脳由来神経栄養因子による歯周組織再生における歯肉上皮侵入阻害メカニズムの解明

脳由来神経栄養因子(BDNF)は歯肉上皮細胞においては、歯周靭帯細胞とは異なり、増殖を促進しなかった。またBDNF高濃度において、歯肉上皮細胞のアポトーシスを誘導した。これはtrkB-ERKカスケードではなく、p75受容体を介したJNKシグナル伝達経路が優位に働き、カスパーゼ3を活性化させ、アポトーシスを促進させていることが明らかとなった。これらの結果はBDNFが歯周組織再生過程における歯肉上皮の深部増殖抑制の一因と考えられる。能由来神経栄養因子(BDNF)が歯周組織再生を促進することを報告してきた。BDNFを安全で確実性の高い歯周組織再生療法として臨床応用するためには、そのメカニズムを詳細に解明する必要がある。ビーグル犬の根分岐部III級モデルを用いた実験では、BDNFによる歯周組織再生過程には歯肉上皮の侵入は認められなかった。歯肉上皮の欠損部位への侵入は組織の再生構築の場を占有し、再生を阻害する。本研究ではBDNFの歯肉上皮の侵入抑制のメカニズムを詳細に解明することした。昨年度までに研究結果が得られた。BDNFはhuman periodontal ligament (HPL) cellsの増殖を促進したが、human gingival epithelial cells (HGECs)の増殖には影響を及ぼさなかった。またBDNFはHPL cellsの高親和性受容体のtrkBのリン酸化は促進したが、HGECsのtrkBのリン酸化には影響しなかった。これらの結果からより詳細なメカニズムの解明を歯肉上皮細胞のアポトーシスに注目して行った。BDNFは歯肉上皮細胞のアポトーシスを誘導した。アポトーシスの促進に関与している、カスパーゼ-3の発現を上昇させた。またHGECsのBDNFによるカスパーゼ-3の上昇は、JNK阻害剤で抑制された。またBDNFはHGECsのJNKのリン酸化を促進させた。またBDNFの低親和性受容体p75のsiRNAによる発現の減弱がBDNF刺激による、JNKのリン酸化の促進、カスパーゼ-3の活性が抑制された。以上の結果から、BDNFは歯肉上皮細胞において、p75受容体を介し、JNKシグナル伝達経路が優位に働き、カスパーゼ3を活性化させ、アポトーシスを促進する可能性が示唆された。このことが、BDNFが歯周組織再生過程において歯肉上皮の深部増殖が確認されない一因であると推察される。歯周組織再生はシャーピー繊維の埋入を伴った新生セメント質と歯槽骨、及び歯周靭帯を再構築することであるが、歯肉上皮の侵入はこれらの組織の再構築の場を占有し、歯周組織再生を阻害する。ビーグル犬の根分岐部病変III級モデルを用いた実験では、脳由来神経栄養因子(BDNF)による歯周組織再生過程で歯肉上皮の侵入は認められなかった。BDNFを安全で確実性の高い歯周組織再生療法として臨床応用するためには、この重要な知見をより詳細に分子レベルで理解し、再生のメカニズムを解明する必要がある。そこで、本研究ではBDNFの歯肉上皮細胞に対する影響を明らかにするため、歯肉上皮細胞の増殖抑制、またその抑制に関わるシグナル伝達経路を解明するため実験を行い、以下の結果が得られた。1 BDNF刺激は、human periodontal ligament (HPL) cellsの増殖を促進したが、human gingival epithelial cells (HGEC)の増殖には影響を与えなかった。2 HPL cellsおよびHGECは高親和性受容体trkB,低親和性受容体p75を発現していた。3 BDNF刺激は、HPL cellsのtrkBのリン酸化を促進したが、HGECのtrkBのリン酸化を促進には影響を与えなかった。以上の結果から、BDNFは歯肉上皮細胞において、歯根膜細胞とは異なり、trkB-ERKカスケードではなく、p75受容体を介したシグナル伝達経路が優位に働いている可能性が示唆された。このことが、BDNFが歯周組織再生過程において歯肉上皮の深部増殖が観察されない理由であると考えられる。BDNFによる歯周組織再生過程において、歯肉上皮の深部増殖が抑制されている像が確認されていたが、そのメカニズムは明らかでなかった。本実験の結果からBDNFが歯肉上皮細胞の増殖を促進しないことが明らかとなり、そのメカニズムにBDNFの低親和性受容体であるP75を介するシグナル伝達経路に注目した。歯肉上皮細胞がP75が発現していることを明らかにし、歯肉上皮細胞のTrkBのリン酸化をBDNFは変化させなかった。今までにBDNFがtrkBを介し、歯肉靭帯細胞や、血管内皮細胞の増殖をtrkBを介して促進させることが報告されているが、歯肉上皮細胞においてはtrkBを介したシグナル伝達は活性されなかった。このことはBDNFが歯肉上皮細胞の増殖を促進させないことが示唆される。

これらの知見は申請書に記載した24年度の研究目的を順調に進展させていると考えられる。BDNFによる歯肉上皮細胞の増殖抑制のメカニズムを解明するために、BDNFの歯肉上皮細胞のアポトーシスに及ぼす影響についての研究を行う。BDNFが歯肉上皮細胞及び他種の歯周組織を構成する細胞のアポトーシスに及ぼす影響について検討する。アポトーシスの検討はBDNFが歯肉上皮細胞及び他種歯周組織構成細胞のカスパーゼ-3、-8、-9、及び抗アポトーシス蛋白であるBcl-2、Bcl-w、Mcl-1、BclーxLさらにプロアポトーシス蛋白であるBax、Bak、Bad、Bcl-xsの発現に及ぼす影響についてreal-time PCR及びwestern blottingを用いて比較検討する。上記したBDNFによって誘導されるアポトーシスの分子メカニズムの解明はそのアポトーシスに関与するシグナル経路に注目し、ERK阻害剤、MAP kinase阻害剤、JNK阻害剤を用いて抗アポトーシス蛋白(Bcl-2等)、プロアポトーシス蛋白(Bax等)及びカスパーゼの発現に及ぼす影響について解析する。歯肉上皮細胞培養のための試薬、培地(ヒトリコンビナントBDNF、上皮細胞用培地)。タンパクの発現をwestern blotting、ELISA、及び蛍光免疫染色で解析を行う。そのための器具及び試薬を購入予定である。遺伝子の発現はreal-timePCRで解析を行い、そのための試薬を購入する。BDNFの歯肉上皮細胞増殖に及ぼす影響の細かい検討を細胞増殖BrdUアッセイkitを用いる。またBDNFの歯肉上皮細胞のアポトーシス誘導メカニズム解明のために、ERK,p38,JNKインヒビターを購入予定である。
地殻・マントル物質の精密解析による海洋プレート・オフィオライトの比較研究

本研究ではマントルから地殻最上部の溶岩層まで系統的な研究を行い,以下のような成果を得た.オマーンオフィオライトのマントルの広域的地球化学的・鉱物組成マッピングから,高枯渇帯の存在が明らかになり,海嶺下における初生的な溶融プロセスや二次的な改変プロセスが明らかとなってきた.マントル-地殻境界の空間的変化の実体を解明するために,海嶺セグメント中心から末端部へ岩石柱状図を作成・比較した結果,セグメント中心部ほど流動が強くかつメルトの抽出が効率的に生じていたことが明らかになってきた.海洋下部地殻の形成プロセスの問に関しては,ガブロ層の基底部から上部へ向かって分化が進んで行くが,セグメント中心部では組成変化が小さいのに対し,中間部から末端部ではその変化が大きくなる傾向が明らかとなった.この事実はセグメント中心部ではよりガブロ氷河モデルに近く,中心部から離れるにしたがってガブロシートモデルに近い状況となっている事を示唆している.溶岩層に関しては,セグメント中心部付近では溶岩層が薄くイベント回数が多いのに対し,セグメント末端部では個々の溶岩層が厚くイベント回数が少ないといった系統的な変化が明らかとなった.また,セグメント末端部ではそのほぼ中間にアンバーが介在している事が発見された.これは大規模な重複海嶺における特徴的な地質現象を表している可能性があり,現在詳細な解析を進めている.超高速拡大海嶺で形成された海洋地殻であるIODP Hole 1256Dにおける研究では,ホールの深い部分での変成作用が輝石ホルンフェルス相に達していることや,一部で部分溶融が生じていることが記載岩石学から推定され,全岩化学組成の検討でも部分溶融が生じている事が示された.また,Hole 1256Dの玄武岩組成の特徴は,高速拡大海嶺のEPR玄武岩よりもやや不適合元素に枯渇している特徴がある事も明らかとなった.本研究ではマントルから地殻最上部の溶岩層まで系統的な研究を行い,以下のような成果を得た.オマーンオフィオライトのマントルの広域的地球化学的・鉱物組成マッピングから,高枯渇帯の存在が明らかになり,海嶺下における初生的な溶融プロセスや二次的な改変プロセスが明らかとなってきた.マントル-地殻境界の空間的変化の実体を解明するために,海嶺セグメント中心から末端部へ岩石柱状図を作成・比較した結果,セグメント中心部ほど流動が強くかつメルトの抽出が効率的に生じていたことが明らかになってきた.海洋下部地殻の形成プロセスの問に関しては,ガブロ層の基底部から上部へ向かって分化が進んで行くが,セグメント中心部では組成変化が小さいのに対し,中間部から末端部ではその変化が大きくなる傾向が明らかとなった.この事実はセグメント中心部ではよりガブロ氷河モデルに近く,中心部から離れるにしたがってガブロシートモデルに近い状況となっている事を示唆している.溶岩層に関しては,セグメント中心部付近では溶岩層が薄くイベント回数が多いのに対し,セグメント末端部では個々の溶岩層が厚くイベント回数が少ないといった系統的な変化が明らかとなった.また,セグメント末端部ではそのほぼ中間にアンバーが介在している事が発見された.これは大規模な重複海嶺における特徴的な地質現象を表している可能性があり,現在詳細な解析を進めている.超高速拡大海嶺で形成された海洋地殻であるIODP Hole 1256Dにおける研究では,ホールの深い部分での変成作用が輝石ホルンフェルス相に達していることや,一部で部分溶融が生じていることが記載岩石学から推定され,全岩化学組成の検討でも部分溶融が生じている事が示された.また,Hole 1256Dの玄武岩組成の特徴は,高速拡大海嶺のEPR玄武岩よりもやや不適合元素に枯渇している特徴がある事も明らかとなった.本研究はオマーンオフィオライトおよび海洋プレートについて,1)溶け残りマントル,下部地殻物質の分化と上部地殻の関係について岩石学的成因関係の解明,2)それらが二次的に被った火成改変プロセスを解明することを目的とする.海嶺セグメント構造を考慮に入れて,下部地殻の形成プロセスを解明すること,また,マントル構成岩石の広域的な化学マッピングによって,広域的な部分溶融プロセスと局所的な変化の実体を解明し,それらと地殻構成プロセスとの関連を検討し,全体としての海洋地殻-上部マントルの形成プロセスとそのマグマシステムの特徴を解明する事を目的としている.初年度における主な成果は以下の様である.1)溶け残りマントルの広域的な精密分析(全岩化学組成・鉱物組成・希土類元素)が順調に進行し,上部マントル内における初生的プロセス(上部へ向かった枯渇度の減少)と2次的プロセスによる超枯渇帯の存在などが明らかとなった.2)下部地殻に関する詳細な分析が進行し,ガブロ層上部へ向かった系統的変化が明らかになってきた.例えは斜長石のFeO量が上部へ向かって増大する事が明瞭となってきた.全体的な組成変化の実体も明らかとなり,海嶺下のマグマプロセス解明の重要な制限条件が与えられた.この事により,海嶺下のマグマ溜まりはガブロ氷河モデルでは説明できず,シーテッドシルモデルが正しい事が明らかとなった.3)IODP Expediton 312などの太平洋や大西洋で行われた深海掘削に参加し,現在その系統的な検討が進行しつつある.宮下はオマーンオフィオライトにおいて,特異な組成を有する岩石(緑泥石岩)を発見した.

産状の詳しい解析と全岩化学分析から,この成因は大規摸な熱水変質作用によるもので,強度のシリカ,アルカリ成分の除去,鉄の付加が生じていることを明らかにした.この発見は,海嶺下における熱水循環に関して新たな問題を提起している.また,ガブロ層と上位の岩脈群との間に出現する斜長花崗岩体の基底部に,大規模なゼノブロックを発見した.これらは大量の斜方輝石の出現によって特徴づけられ,角閃石をほとんど含まず,石英が大量に出現する場合があるなど,部分溶融がその場で生じたことが考えられる。これらは極めて不均質で,精密な化学分析の結果,メルトが集積している部分と,メルトが抜け出たレスタイト組成のものとが混在しているらしいことが明らかとなった.一方,太平洋において世界で始めてガブロ層までの掘削に成功しI0DP Exp.309/312においても,ガブロの中には高度に変成された上記と全く同一の岩石学的特徴を有する変成ドレライトが存在することが明らかとなった.宮下はExp.312の共同首席研究者として宮下研究室の大学院生2名とともにこの掘削に参加した.高澤はオマーンオフィオライト北部のフィズ岩体マントルセクションの地質調査と試料採取を行い,広域的な構造と鉱物組成変化を検討した。その結果,マントルセクションのスピネルの化学組成に海嶺セグメント構造に対応する可能性のある系統的な変化が認められた。また,雁行状に配列する高温剪断帯に沿って枯渇度の高いかんらん岩が分布していることも明らかになった.前田はI0DP Exp.304/305において採取された大西洋や南西インド洋アトランティスバンクのガブロの系統的な分析を行い,.失われた集績岩の割合を推定するのに成功した.本研究ではマントルから地殻最上部の溶岩層まで系統的な研究を行い,以下のような成果を得た.オマーンオフィオライトのマントルの広域的地球化学的・鉱物組成マッピングから,高枯渇帯の存在が明らかになり,海嶺下における初生的な溶融プロセスや二次的な改変プロセスが明らかとなってきた.マントル-地殻境界の空間的変化の実体を解明するために,海嶺セグメント中心から末端部へ岩石柱状図を作成・比較した結果,セグメント中心部ほど流動が強くかつメルトの抽出が効率的に生じていたことが明らかになってきた.海洋下部地殻の形成プロセスの問題に関しては,ガブロ層の基底部から上部へ向かって分化が進んで行くが,セグメント中心部では組成変化が小さいのに対し,中間部から末端部ではその変化が大きくなる傾向が明らかとなった.この事実はセグメント中心部ではよりガブロ氷河モデルに近く,中心部から離れるにしたがってガブロシートモデルに近い状況となっている事を示唆している.溶岩層に関しては,セグメント中心部付近では溶岩層が薄くイベント回数が多いのに対し,セグメント末端部では個々の溶岩層が厚くイベント回数が少ないといった系統的な変化が明らかとなった.また,セグメント末端部ではそのほぼ中間にアンバーが介在している事が発見された.これは大規模な重複海嶺における特徴的な地質現象を表している可能性があり,現在詳細な解析を進めている.超高速拡大海嶺で形成された海洋地殻であるIODP Hole 1256Dにおける研究では,ホールの深い部分での変成作用が輝石ホルンフェルス相に達していることや,一部で部分溶融が生じていることが記載岩石学から推定され,全岩化学組成の検討でも部分溶融が生じている事が示された.
歯科医師養成に必要な臨床実習前後の臨床能力評価システムの開発

患者中心の医療に向けた歯科医師養成を目指し,臨床実習後に修得する歯科診療技術の中から,卒業認定に値する教育・評価すべき課題を,補綴系,保存系,小児歯科系,口腔外科系の各実習から抽出し,具体的診療技能・態度評価項目を選定した.また,実際に歯科医師資格試験として患者を対象とした技能評価試験を行っているアメリカのNorthEastRegionalBoard(NERB)を視察し実技試験を見聞した.これらの結果は第31回日本歯科医学教育学会学術大会にて発表し,日本歯科医学教育学会雑誌第29巻第1号に論文発表を行った.患者中心の医療に向けた歯科医師養成を目指し,臨床実習後に修得する歯科診療技術の中から,卒業認定に値する教育・評価すべき課題を抽出した.補綴系において,可撤性義歯では1設計に応じて支台歯のプレパレーションを適切に実施できる,2筋圧形成を適切に実施できる,3印象採得を行うことができる等,クラウンブリッジでは1支台歯の状態に応じて支台築造法を選択実施できる,2形成部位に応じて支台歯形成用のバーの選択ができる,3歯冠補綴装置に応じて適切な支台歯形成ができる等,保存系実習においては,保存修復では1形成部位に応じてう蝕除去用のバーの選択ができる,2コンポジットレジン充填のためのレジン窩洞形成ができる,3コンポジットレジン充填・研磨ができる等,歯内療法では1歯髄炎・根尖性歯周疾患の診査,検査,診断ができる,2適切なアクセスキャビティプレパレーションができる,3ラバーダム防湿ができる等,歯周治療では1歯周組織疾患の診査,検査,診断が正しくできる,2診断に基づいて治療計画を立案できる,3正しくプラークコントロールができる等,小児歯科実習においては,フッ化物塗布では1歯面清掃,歯面乾燥ができる,2指定された歯にフッ化物を塗布できる,3患児の不快感に配慮した操作,声かけができる等,口腔外科系実習では1清潔操作を実施できる,2抜歯の器材の準備ができる等に関して,具体的診療技能・態度評価項目を選定した.また,実際に歯科医師資格試験として患者を対象とした技能評価試験を行っているアメリカのNorth East Regional Board(NERB)を視察し実技試験を見聞した.これらの結果は第31回日本歯科医学教育学会学術大会にて発表し,日本歯科医学教育学会雑誌第29巻第1号に論文発表を行った.患者中心の医療に向けた歯科医師養成を目指し,臨床実習後に修得する歯科診療技術の中から,卒業認定に値する教育・評価すべき課題を,補綴系,保存系,小児歯科系,口腔外科系の各実習から抽出し,具体的診療技能・態度評価項目を選定した.また,実際に歯科医師資格試験として患者を対象とした技能評価試験を行っているアメリカのNorthEastRegionalBoard(NERB)を視察し実技試験を見聞した.これらの結果は第31回日本歯科医学教育学会学術大会にて発表し,日本歯科医学教育学会雑誌第29巻第1号に論文発表を行った.患者中心の医療に向けた歯科医師養成を目指し,臨床実習後に修得する歯科診療技術の中から,卒業認定に値する教育・評価すべき課題を抽出した.すなわち,補綴系においては,可撤性義歯では(1)設計に応じて支台歯のプレパレーションを適切に実施できる,(2)筋圧形成を適切に実施できる,(3)印象採得を適切に行うことができる等,クラウンブリッジでは(1)支台歯の状態に応じて適切な支台築造法を選択し,支台歯築造を実施できる,(2)形成部位に応じて適切な支台歯形成用のバーの選択できる,(3)装着予定の歯冠補綴装置に応じて適切な支台歯形成ができる等,保存系実習においては,保存修復では(1)形成部位に応じて適切なう蝕除去用のバーの選択ができる,(2)コンポジットレジン充填のための適切なレジン窩洞形成ができる,(3)コンポジットレジン充填・研磨が適切にできる等,歯内療法では(1)歯髄炎・根尖性歯周組織疾患の診査,検査,診断が正しくできる,(2)適切なアクセスキャビティプレパレーションができる,(3)ラバーダム防湿ができる等,歯周治療では(1)歯周組織疾患の診査,検査,診断が正しくできる,(2)診断に基づいて適切な治療計画を立案できる,(3)正しくプラークコントロールができる等,小児歯科実習においては,フッ化物塗布では(1)歯面清掃,歯面乾燥ができる,(2)指定された歯にフッ化物を塗布できる,(3)患児の不快感に配慮した操作,声かけができる等,口腔外科系実習では(1)清潔操作を実施できる,(2)抜歯の器材の準備ができる等に関して,具体的診療技能・態度評価項目を選定した.さらに評価に用いる単純な顎運動を具備し超小型カメラを装着したファントムの設計を行った.また,アメリカにおける歯科医師資格試験のひとつであるNorth East Regional Board(NERB)の実技試験を視察する準備を行った.現在,評価に用いる単純な顎運動を具備し超小型カメラを装着したファントムは設計段階にあり,完成を目指している.また,先進国における技能系OSCEの実施状況を調査するため,アメリカにおける実技試験を視察するため,NEBR関係者と打ち合わせを行い.デトロイトマーシー大学にて行われる実際の患者に対する実技試験を調査する予定である.

アメリカにおける歯科医師実技試験の視察を参考に,卒業レベルあるいは研修医レベルの臨床教育・評価に適した課題の開発と評価方法の検討を行い,抽出・選定された新課題と技術評価項目に関して問題点を列挙し,ブラッシュアップを行う.また,開発したファントムを用いて実際の技能試験を試みる.評価に用いるための単純な顎運動を具備し超小型カメラを装着したファントムの設計が遅れているために,研究費の未使用分が生じている.次年度はファントムの完成に向けて未使用分と次年度研究費を合わせて研究を遂行するとともに,アメリカデトロイトマーシー大学にて行われる実際の患者に対する実技試験を視察するため使用する.次年度は,ブラッシュアップされた新課題による摸擬OSCEを試行するワークショップを開催するため,開催経費に使用する予定である.その後,4校で評価の分析を行い,得られたデータをもとに新課題と技術評価項目の完成を目指し,再度ワークショップを開催する必要がある.また,精度の高い公平,公正な評価を目指して,単純な顎運動を具備し超小型カメラを装着したファントムを完成させるための経費として使用する予定である.また,摸擬OSCEを実施し,動作の流れや安全管理などに関して正常運動範囲からの逸脱状況を分析するため,OSCE受験生の帽子や上体,腕等に小型赤外線ダイオード(赤外線マーカ)を装着し,臨床操作に伴う運動を正確に追跡し,リアルタイムに3次元座標を計測するための,計測計器一式を購入する.
燃料を同時生成する光バイオ燃料電池開発の基礎研究

電気化学的酸化によるNADHのNAD+への円滑な変換は,代替エネルギー源として期待されている酵素バイオ燃料電池の電流密度の向上の鍵となる過程の一つであるが,NADHの電気化学的酸化は過電圧が極めて大きく生じにくい.そこで本研究では,その円滑な変換を,フラビン類をレドックスメディエーターとして用い光照射することによって行なうことを試みた.その結果,フラビン類にリボフラビンやフラビンモノヌクレオチドなどを用いることによって,NADHのNAD+への円滑な変換による光ガルバニ電池の構築に成功した.さらに,その電池性能,電池反応,酵素バイオ燃料電池への応用などについても有用な知見を得ることができた.色素を修飾した半導体電極(光アノード)と対抗電極(カソード)を,補酵素であるNADH,エタノールなどの燃料を酸化する酵素,メディエーター,水素イオンを含む電解水溶液中に浸し可視光線を陽極に照射することによって光バイオ燃料電池を構築することを目的として,NADHモデル化合物とフラビン補酵素類の電気化学的挙動を調べた。1NADHモデル化合物(1-ベンジル-1,4-ジヒドロニコチンアミド,BNAH)とフラビン補酵素類の電気化学的挙動:動作電極,参照電極,対抗電極からなる3電極系の電気化学セルを用いて,BNAHとフラビン補酵素類の電気化学的挙動をサイクリックボルタモグラムにより調べた。BNAHとフラビン補酵素類の酸化および還元され易さや,それらの電位を把握し,メディエーターとしての機能があるかどうかを予備的に調べた結果,メディエータとして有効なフラビン類はフラビンモノヌクレオチド(FMN),フラビンアデニンヌクレオチド(FAD),リボフラビン(FR)であることが分った。2光ガルバニ電池としての作動:FMN,FAD,RFをBNAHを含む電解質溶液に加えた後に、可視光線を電解質溶液全体に照射した。その結果光電流が観測され、光ガルバニ電池として機能することが分った。最大の光電流を与えるフラビン酵素はFMNであることを見出した。またFMNの添加量、溶存酸素の影響、アノード材料の影響などを検討し、光電流に与える影響も明らかにした。陽極に白金板電極,陰極に白金黒付き白金板電極を用いて,NADHのモデル化合物(1-ベンジル-1,4-ジヒドロニコチンアミド(BNAH))をフラビン類共存のもとで光照射を行なったところ,BNAHが酸化されることにより電池が形成され,電力を得ることに成功した。また光照射を停止すると光電流は低下した後に得られなくなったことから,光ガルバニ電池であることも分かった。電解質溶液中のBNAHの濃度([BNAH])が低い場合,光電流は[BNAH]に依存したが,[BNAH]が2 mM(1 M=mol/dm3)以上であれば,一定の光電流が得られることを確認した。他方,電子メディエータとして働くフラビン類が存在しないとまったく電池が形成されないこと,フラビン濃度が0.5 mM以上で光電流が得られることも分った。BNAHとRF濃度を最適条件にして,光電池の特性を調べた結果,開回路電圧が0.86 V,短絡電流が290 μA,最大出力は80 μWであることが分かった。なおこの出力は電極面積や照射光強度を増加することによって容易に増大させることができた。BNAHがBNA+に酸化されることによって光ガルバニ電池が形成されていることを定量的に確認するために,光電流による通電量と電解質溶液中に生成したBNA+の濃度の関係を測定した。その結果,電解質溶液中に生成したBNA+の濃度と光電流による通電量は原点を通る比例関係を示し,電流効率が100%である理論関係と一致した。このことによって,光ガルバニ電池はBNAHがBNA+に酸化されることによるものと結論できた。またより実用化に近い光ガルバニ電池の作製に必要である電池反応のメカニズムについて検討中であり,照射光が電池反応にどういった促進効果があるのか,どういった反応によって光ガルバニ電池が駆動しているのか,などについて調べている。NADHとフラビン補酵素類の電気化学的挙動を調べた結果,当初に期待していたとおりに,NADHモデル化合物(BNAH)の電気化学的酸化に対してフラビン補酵素類が電子メディエータとして機能し,その反応を促進させる可能性が極めて大きいことが分かった。また,BNAH→BNA+変換反応に有望であると認められたフラビン類の中から,電子メディエータとしてその効果が大きいものとしてリボフラビン(RF)などを容易に選別することができた。BNAHを含む電解質溶液にRFを加えた後に可視光線を電解質溶液に照射したときに流れる光電流の経時変化も容易に測定でき,光電流に与えるフラビン類の添加量,溶存酸素の影響,アノード材料の影響なども検討することができた。その結果,最大の電流が得られる最適条件を把握することもできた。得られた最適条件において,光照射のオン・オフ状態で光電流が応答するかどうか調べたところ,光ガルバニ電池として動作することも確認できた。陽極に白金板電極、陰極に白金黒付き白金板電極を用いて作製したBNAH(NADHモデル化合物)/フラビン類光ガルバに電池について、電池反応機構の検討を行った。まず、照射光のどの波長の光が有効なのかを調べるために、4種類のカットオフフィルターを装着した光源を用いて、光ガルバニ電池の電池電流を測定した。

その結果、445 nm以下の波長光をカットした光を照射しても明瞭な電池電流が観測されたが、545 nm以下の波長の光をカットした光を照射した場合には電池電流は観測されず、電池が作動しないことを見出した。BNAHの最大吸収波長が354 nm、フラビン類の最大吸収波長が450 nmであったことから、電池が作動するにはフラビン類の光励起が必要不可欠であることが分った。次に、電池を組まずにBNAHとフラビン類を共存させた溶液に光照射したときの、フラビン類の濃度変化を追跡した。その濃度は時間に対してS字形の依存となり、その依存は反応温度を変化させてもほとんど同じ依存となった。これらの結果から、電池反応は光励起されたフラビン類とBNAHの連鎖反応であり、そのメカニズムを把握できた。NADHモデル化合物とフラビン類を用いた光ガルバニ電池について得られた知見を基に、モデル化合物ではなくNADHそのものを用いた光ガルバニ結果の構築を試みた。電池電流を得るのに最も効果的なフラビン類が、フラビンモノヌクレオチド(FMN)であることも見出した。電池の配置も2室式ではなく単室セル中に素焼きの陰極室を配置し、電池電流をより大きく得ることにも成功した。電池作動時のNADHとFMNの濃度追跡から、FMNが効率良く電子メディエーターとして機能していることを確認できた。電気化学的酸化によるNADHのNAD+への円滑な変換は,代替エネルギー源として期待されている酵素バイオ燃料電池の電流密度の向上の鍵となる過程の一つであるが,NADHの電気化学的酸化は過電圧が極めて大きく生じにくい.そこで本研究では,その円滑な変換を,フラビン類をレドックスメディエーターとして用い光照射することによって行なうことを試みた.その結果,フラビン類にリボフラビンやフラビンモノヌクレオチドなどを用いることによって,NADHのNAD+への円滑な変換による光ガルバニ電池の構築に成功した.さらに,その電池性能,電池反応,酵素バイオ燃料電池への応用などについても有用な知見を得ることができた.NADHのモデル化合物の選別とフラビン類の選別に予想以上の時間を要したため、計画の予定よりも若干時間を要した。また半導体電極や色素増感の技術を用いなくても、溶液中のフラビン類に光照射することにより光ガルバニ電池として作動するという期待以上の成果が得られたために、その結果を再確認することなどにより予定以上の時間を要することとなった。しかしながら、半導体電極や色素増感の技術を用いなくても光ガルバニ電池が構築できたという期待以上の成果も得られた。NADHのモデル化合物(BNAH)とフラビン類を用いた光ガルバニ電池を駆動させることに成功したので,今後は以下のような段階を踏んで研究を進めていきたい。光ガルバニ電池の反応のメカニズムの解明:BNAHとRFを用いて駆動する光ガルバニ電池について,照射する光が電池反応の促進(触媒作用)にどう関与しているかどうかを検討する。実験方法は反応の照射光の波長依存性を検討し,どの物質の光励起が反応を引き起こしているかを突き止める。またRF濃度の時間依存を測定し,反応活性種が何であるかを調べる。さらに反応進行の温度依存性も調べる。そして得られた結果を総合的に考察して,反応のメカニズムを突き止める。反応のメカニズムが把握できれば,理論的な電池の高性能化が図れると期待される。
担子菌類における自律複製型ベクター系の開発-広宿主域プラスミドの宿主非依有性ブライミングシステムの応用

担子菌類におけるベクター系は、P.chrysosporiumにおける効率の低い、組込み型の例など少数が知られているのみである。1993年、Auburn大のPengらは、ヒラタケをハイグロマイシン耐性のDNAを用いて形質転換したところ、ゲノム由来の約1.1kbのDNA断片を含み、自律的に複製していると考えられるプラスミドを得たと報告した(Peng,M.,Lemke,P.A.and Singh,N.K. (1993) Curr.Genet.24 114-122)。このプラスミドに改良を与え、μgDNAあたり10^5以上の形質転換効率を実現できるならば、shotgun cloningが可能になると考えられる。これは、酵母で利用されているような分子遺伝学的手法が、担子菌類においても利用可能になることを意味するものである。◆Pengらの得た自律複製プラスミドを試料請求したが、返答はなかった。◆そこで、Pengらが形質転換に用いたベクターと同様のものを自ら構築して、ヒラタケに形質転換することとし、この目的に叶うベクターを準備した。◆ヒラタケ二核菌糸体からプロトプラストを調製し、準備されたベクターDNAの形質転換を行ったところ、マーカーとして用いたハイグロマイシン耐性を示すコロニーが得られた。現在これらの菌糸体内に含まれる外来DNAの挙動について解析中である。◆これとは別に、5FOAを用いた選抜法によりヒラタケのuracil要求株を単離すべく、単核菌糸体の単離、突然変異の誘発を試みている。