hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁場中の二電子局在

平成8年度においては、当初意図した計画に沿って、以下の研究成果がえられた。磁場中の二電子局在問題を議論するため、ランチョス法による大規模行列対角化のプログラムを作成した。磁場の効果を取り入れるため、純粋な一次元鎖ではなく、鎖を二本用意するいわゆる梯子模型の解析が必要となる。またたとえ二つといえども電子は相互作用しているので大規模行列の対角化のプログラムの開発はこの研究をおこなう際、必須条件となる。これにより2×50の系の対角化を中性能のワークステーションでも高速で行えるようになり、様々なパラメータ、即ち不規則ポテンシャルの強さ、相互作用の強さ、磁場の大きさなどのもとで準位統計を調べられるようになった。詳しい解析を現在おこなっている。またこうした系で、アンダーソン転移で見られた準位統計のユニバーサルな性質や波動関数のフラクタル性がみられるかは大変興味深い。本研究ではこのアンダーソン転移付近での準位統計を厳密対角化で調べ、準位統計のユニバーサリティを示し、また最近接準位間隔sの分布関数P(s)の形を議論した。また波動関数のフラクタル性については運動方程式の方法で調べ、3次元では転移点での波動関数が、orthogonal、unitary、symplecticとも1.6程度のフラクタル次元を示すことを明らかにした。後者の方法は今後、二電子局在問題に応用する予定である。
タウ蛋白の過剰リン酸化、凝集と神経細胞死の解明

1.タウ蛋白の凝集と神経細胞死のメカニズムを解明するために、FTDP-17に見られるP301L、R406W変異タウを発現するモデル動物を作製し、解析した。(1)プリオンプロモーター制御下にP301L変異型タウを発現するトランスジェニックマウスを確立した。3、6ヶ月齢マウスの脳、脊髄、筋肉の生化学的な解析、12、20、24ヶ月齢の脳の組織化学的およびタウ抗体を用いた免疫学的解析を行ったが、トランスジーンによる神経細胞の変化やタウの沈着は見られなかった。(2)ヒト野生型、P301L、R406W変異型タウを線虫のmechanosensory neuron特異的に発現させ、変異型タウの発現により、神経細胞の機能異常(touch sensitivityの低下)を生じるモデルを作製した。形態学的観察により、機能障害を生じる時期には神経突起の異常形態が見られるが、神経細胞の消失は遅れて起こること、また、一部の変性神経細胞内で異常なタウの蓄積と微小管の消失が観察されることが分かった。従って、細胞死に至る以前の突起変性を生じた段階で、すでに神経細胞の機能障害が起こることが明らかになった。神経機能障害に関係する因子を探索するために種々の変異株との交配を行い、GSK3βにより障害が亢進され、hsp70により軽減されることを見出した。このことから、コンフォーメーション変化およびタウの過剰リン酸化が機能障害に関与している可能性が示唆された。アポトーシスはこの経路には関与していなかった。(3)全神経細胞にタウを発現させた線虫モデルにおいても、変異型タウの発現に依存して行動異常(uncoordinated locomotion)が認められた。現在、この線虫を用いてgene chipによる網羅的解析を行い、神経細胞の機能異常と変性に関与する因子を探索している。2.微小管の重合促進・安定化能以外の新しいタウの機能の検索タウの変化によって誘導される遺伝子を捕まえるために、タウノックアウトマウスの脳からmRNAを調製しDNA microarray法で検索した結果、Gem GTPaseの発現が増加していることが分かった。培養細胞発現系を用いて、Gem GTPaseが細胞の形態に影響を及ぼすこと、またその効果がタウの微小管結合部位により制御されていることを示した。アルツハイマー病の病理学的特徴は神経原線維変化と老人斑の出現である。このうち神経原線維変化は異常にリン酸化したタウ蛋白が脳細胞内に凝集して線維構造を形成したものであり、その出現頻度は痴呆の程度や神経細胞の脱落の程度と良く相関する。このことはタウ蛋白の異常がアルツハイマー病の病態形成に大きな役割を果たしていることを示唆している。そこで我々はタウ蛋白の異常リン酸化の意味と神経細胞死の発生メカニズムを解明する目的で、以下のような実験を行なった。(1)タウ遺伝子の異常によって病変が形成されるFTDP-17にみられるタウ遺伝子異常を組み込んだ培養細胞をもちい、タウ蛋白のリン酸化条件と細胞分裂時にみられるリン酸化平衡状態が類似していることを見出した。(2)FTDP-17の患者脳の解析を行い、野生型タウと変異タウとの神経原線維変化形成への関与を明らかとした。(3)変異タウを発現する動物モデル(マウス)を開発(一部は開発途中)した。(4)神経原線維変化を生じることが知られるNiemann-Pick type C病では、老人斑アミロイドの主要構成成分であるアミロイドβ蛋白の細胞内異常凝集が生じていることを、培養細胞・モデル動物・患者脳を用いて明らかとした。(5)微小官の重合促進・安定化能以外の新しいタウ蛋白の機能を検索する目的で、yeast two-hybrid法でタウ蛋白に結合する蛋白を複数個同定した。(6)タウ蛋白の核内への移行の可能性を考えて、培養細胞を中心に核内のタウを検索した。

(3)全神経細胞にタウを発現させた線虫モデルにおいても、変異型タウの発現に依存して行動異常(uncoordinated locomotion)が認められた。現在、この線虫を用いてgene chipによる網羅的解析を行い、神経細胞の機能異常と変性に関与する因子を探索している。2.微小管の重合促進・安定化能以外の新しいタウの機能の検索タウの変化によって誘導される遺伝子を捕まえるために、タウノックアウトマウスの脳からmRNAを調製しDNA microarray法で検索した結果、Gem GTPaseの発現が増加していることが分かった。培養細胞発現系を用いて、Gem GTPaseが細胞の形態に影響を及ぼすこと、またその効果がタウの微小管結合部位により制御されていることを示した。我々はタウ蛋白の異常リン酸化のメカニズムを解明するために下記の4つのプロジェクトを施行した。(1)原因遺伝子の判明しているタウオパチーを足がかりとした研究(1)野生型ヒトタウ及びFTDP-17において見いだされた異常タウを発現するトランスジェニックマウス、タウノックインマウスの作製:導入タウを脳で発現するラインを得ることに成功し、交配・飼育を開始した。ノックインマウスについては12ヶ月齢を試験的に検索したが、変化は見られなかった。(2)Niemann-Pick typeC(NPC)細胞を用いた研究:NPCは原因遺伝子が特定されているタウオパチーであり、薬剤処理によってモデル細胞を再現する事も容易である。そこで、このモデル細胞を用いてタウとAβの変化を検討し、Aβが遊離コレステロールとともに後期エンドソームに蓄積する事を見出した。(2)微小管の重合促進・安定化能以外の新しいタウ機能の検索(1)タウの核局在:タウの局在を免疫細胞化学、及び生化学的に確認した。(3)タウがgain of abnormal functionを獲得する可能性の検索(1)断片化タウ並びに全長型タウの誘導発現系を確立した。(4)ヒト型アポEを発現するノックインマウスの解析アルツハイマー病の危険因子であるアポE4とタウの継時的変化を観察する目的で、アポE3及びアポE4ノックインマウスの交配・飼育中を開始した。我々はタウ蛋白の凝集と神経細胞死のメカニズムを解明するために下記のプロジェクトを施行した。1.原因遺伝子の判明しているタウオパチーを足がかりとした研究(1)FTDP-17において見出されたP301L型変異タウをプリオンプロモーターの制御下に発現するトランスジェニックマウスを確立した。24ヶ月齢まで経時的にサンプルを採取して免疫組織および生化学的解析に供する予定で、現在、大規模に繁殖し長期飼育を行っている。これまでに、3ヶ月齢と6ヶ月齢のサンプル(脳、脊髄、筋肉など)を採取した。これらの脳を可溶性画分と不溶性画分に分離してWestern blot法で解析した結果、6ヶ月齢においてもタウの不溶性画分への沈着は起こっていないことが分かった。また、脊髄、筋肉においても変化は見られなかった。(2)マウスよりも生活環の短い線虫を用いて、タウを発現し神経細胞の変性を生じるようなモデル系の作成を行った。野生型およびP301L変異型タウをmechanosensory neuron
高次体制の形成・再生の制御とその因子

竹市は、アフリカツメガエル胚にニワトリN型カドヘリンmRNAを注入し、その発現の発生に及ぼす影響をみた。その結果、各種の形態形成異常を観察しカドヘリンの組織形成における重要性を明らかにした。村松は、マウス胚から検出された2種類の免疫グロブリンスーパーファミリーに属する分子の特性をcDNAトランスフェクション法によって調べ、細胞の基質接着性に関与することを示唆した。北村は、肥満細胞の分化がBa1B3T3細胞から遊離される因子によって引き起こされることを明らかにした。藤沢は、網膜A5分子のcDNAをL細胞にトランスフェクションし、この上で網膜片を培養して、視神経の遊走が促進されることを観察した。黒岩は、ホメオボックス遺伝子CHOX1.0およびmshー1のニワトリ胚肢芽における発現をin situハイブリダイゼイション法により観察し、前者が中胚葉で、後者が外胚葉で高く発現されることを見つけた。岡田は、シロイヌナズナの形態形成突然変異について2重突然変異の効果を調べることにより、遺伝子間の関係を解析した。江口は、色素上皮細胞の水晶体細胞への転換機構を解析し、この現象がヒトでも起きることを確認した。また、色素上皮細胞に温度感受性RSVを感染させ増殖させた後、温度を変化させると水晶体の分化誘導が起きることを見つけた。渡辺は、培養松果体がDMSOとbFGFにより水晶体に分化することを見いだした。井出は、肢芽の発生におけるレチノイン酸の役割を解析し、新たに誘導されるタンパク質を発見した。川村は、ホヤの出芽におけるレクチンの役割を解析した。
脳波事象関連電位による無意識的知覚と運動反応の情報処理過程の解明

本研究では、顕在的・潜在的知覚と運動反応に関して、逆向マスキング下の反応時間と事象関連電位、偏側性運動準備電位から検討した。逆向マスキング下の反応時間課題では、感覚閾値付近の弱い刺激(prime)とその数十ミリ秒後に提示される強い刺激(mask)の2つの連続刺激を用い、それらに対してできるだけ早く反応するという単純反応時間課題を用いた。またprime刺激の検出率及び脳波事象関連電位を測定し、単純反応時間と脳内情報処理の時間関係を検討した。その結果、単純反応時間は逆向マスキング下ではprime刺激が顕在的には知覚されないにもかかわらず、prime刺激があるときの方がないとき(つまりmask刺激のみ)よりも反応が早く起こることが示された。またその短縮した単純反応時間は、刺激呈示から偏側性運動準備電位(S-LRP)立ち上がりまでの時間(対側性運動準備過程が始まるまでの時間)と相関性が高く、LRP立ち上がりから反応動作までの時間(運動準備過程に要する時間)とは関連性がなかった。この結果から、逆向マスキング下の反応時間短縮効果は、顕在化されないprime刺激によって知覚過程の活性化が生じ知覚情報処理時間が短縮したか、あるいはprime刺激の感覚入力が直接運動準備過程の情報処理を賦活させたか、これらのいずれかによって運動準備過程の早期化が起こったものと考えられた。事象関連電位からは、逆向マスキング下のprime刺激によりP100(1次視覚野付近の活動)は明確に生じたがP300(刺激の認知)にはprime刺激の影響は生じなかった。したがって、prime刺激は初期視覚過程の処理はなされているが認知処理は行われていないことが示された。本研究ではprimeの潜在知覚による反応時間短縮効果について、行動的指標に加え脳波事象関連電位からそれらの背景にある脳内情報処理過程を明らかにした。本研究計画では、無意識的(潜在的)な知覚過程の脳内情報処理を、脳波事象関連電位から詳細に検討しようとするものである。特に、誘発電位(SEP、VEP)、注意関連電位(P1-N1-P2、N140、Nd)、刺激評価系電位(P300)などを用いて検討するとともに、運動準備過程の情報処理を、運動準備電位(BP、RP)及びその左右差である側方化運動準備電位(LRP)から検討する。逆向マスキング下の知覚過程と運動準備過程については、刺激の種類(マスキング刺激=先行刺激+後続刺激;先行刺激のみ;後続刺激のみ)、知覚マスキングの有無(刺激の種類が弁別できたかどうか)、運動反応の有無を実験的に操作し、行動学的な現象と脳波・事象関連電位の両面から詳細に検討し、無自覚的な感覚入力が知覚過程を促進することによって運動反応が結果的に促進されるのか、それとも無自覚的な感覚入力が運動準備過程を直接駆動するのか、の両者の可能性から知覚一運動連関を解明する。今年度実施している実験は体性感覚刺激に関するもので、マスキング刺激の知覚過程とキー押し反応による反応時間課題を用いた実験を実施しているところである。刺激は、マスキング刺激と後続刺激のみの2種類とし、2つの刺激の呈示順序を毎回ランダムに入れ替え、反応時間を計測するとともにマスキング刺激が先だったか後だったかを答えさせている。先行刺激の強度の調節には、マスキング刺激検出正答率が50%となるように、最初の10試行程度で上下法を用いて操作している。脳波はNeuroScan128チャンネル脳波計で計測し、体性感覚誘発電位SEP及び事象関連電位N140、P300等を測定する予定である。現在、研究支援者とともに実験を実施中であるが、各被験者のデータ分析にかなりの時間を要するため、各被験者のデータ分析と実験を並行して行っているところである。

本研究は、無意識的(潜在的)な知覚過程の脳内情報処理を行動指標と脳波事象関連電位から検討し、無自覚的な感覚入力は、知覚過程を促進するのかあるいは運動準備過程を直接駆動するのか、という観点から、知覚-運動連関のしくみを明らかにすることを目的としている。特に、行動指標としてマスキング条件下の反応時間を用い、その反応時間課題実施時の知覚・認知情報処理の特性を事象関連電位P100、P300などから、また運動準備過程の情報処理については側方化運動準備電位(LRP)を用いて検討している。今年度は、視覚マスキング刺激による反応時間課題の実験を実施した。刺激は、プライム刺激+マスク刺激、マスク刺激のみの2種類とし、前者をマスキング条件、後者を比較条件とした。マスキング条件では、プライム刺激の輝度コントラストを操作することにより、プライムの検出率を50%(プライムはまったく見えない)と80%(プライムはやや見える)になるように設定した。実験の結果、反応時間はマスクのみ条件が最も長く、次いで50%条件、80%条件の順で短縮した。この結果から、50%マスキング条件下では見えないはずのプライム刺激が反応を促進していることが確認された。事象関連電位については、一次視覚野の活動を反映するP100では、50%、80%いずれの条件でもプライムによる応答がみられ、50%条件下ではプライム刺激が知覚できなかったにもかかわらず、80%条件とほぼ同等のP100(一次視覚野)応答がみられた。刺激評価を反映するP300については、50%条件とマスク条件における頂点潜時が80%条件に比べて延長し、振幅も80%条件よりも高い傾向を示した。この結果、P300には、50%条件の場合はマスク刺激に対する刺激評価が反映され、80%条件ではプライム刺激の評価がP300に反映されたものと考えられた。さらに、LRPの立ち上がり潜時をみると、50%及び80%条件のLRPがマスク条件よりも早期に立ち上がっており、50%、80%条件下のLRPはプライム刺激により生起したものと考えられた。すなわち、LRPに反映されている運動準備過程は、プライムが知覚できなかったはずの50%条件でも、80%条件と同様、プライム刺激によって早期に活性化されたものと推察された。本研究では、顕在的・潜在的知覚の運動反応における特性を反応時間、刺激検出率、誘発電位、事象関連電位、運動準備電位から総合的に検討した。昨年度の実験では事象関連電位特性に統計的有意性が得られず、論文として掲載には至らなかったことから、今年度はさらに被験者を増やしてデータ収集を行った。また今年度からの試みとして、経頭骸磁気刺激(TMS)により運動関連領野の興奮性の変化(運動誘発電位、MEP)も検討することとした。しかしTMS実験の経験不足から十分なデータ収集には至らず、さらに効率的なデータ収集のために新たに8字局在型コイルを用いて実験を継続している。事象関連電位の実験は昨年と同様、プライム刺激の検出率を50%、80%とする条件を設定し、そのときの反応時間と脳波を測定した。その結果、条件間に統計的な有意差が得られた。P100
ヘム酵素P450を規範とする基質酸素化機能発現の構造特性の解析と合成化への応用

薬物代謝酵素チトクロ-ムP-450の酸素分子活性化と基質酸化機能の発現を種々の構造・環境要因の複合効果という視点から捉え、その分子機構を詳細に解析するとともに、それらを規範として、生体内酸化反応種の生成と制御を意図した分子系の構築と、薬物の開発および合成化学に応用することを目的として研究を行った。1.ポリフィリン金属錯体による酸素分子活性化と基質酸化反応に及ぼすS基軸配位子効果を検討する目的で、P-450説有のチオレ-ト軸配位子を分子内に有するモデル錯体を合成し、その反応性から、0-0結合のホモリティック開裂をS基が著しく活性化することを明らかにした。本成果はP-450の構造と機能に関して、従来生化学分野で未解決であった問題に化学的側面から解決を与えた初めての例となった。2.P-450活性発現に及ぼすアポタンパク効果を検討する目的の一環として、チトクロ-ムCからペプシンで切り出したMicroperoxidase-11(MP-11)を用い、S酸化、アミン類の酸化的脱アルキル化、オレフィンのエポキシ化などをモデル反応として、イミダゾ-ルを軸配位子とするヘム酵素の構造と反応性について検討し、イミダゾ-ル基の反応加速性を明らかにした。3.Superoxide Dismutase機能を有する種々の優れた“人工SOD":TPEN,TPAA鉄錯体の開発に成功し、生体内活性酸素制御機能を明らかにした。現在酵素SODそのものを薬物に用いる試みがなされているが、細胞透過性など種々の困難な問題があり、同様の機能をもった低分子化合物の開発が期待されているが、本研究によって得られた上記錯体は、極めて有望な化合物として注目された。"薬物代謝酵素チトクロ-ムP-450の酸素分子活性化と基質酸化機能の発現を種々の構造・環境要因の複合効果という視点から捉え、その分子機構を詳細に解析するとともに、それらを規範として、生体内酸化反応種の生成と制御を意図した分子系の構築と、薬物の開発および合成化学に応用することを目的として研究を行った。"
コンドリュール形成メカニズムの理論的解明:衝撃波加熱シナリオ

今年度は,前年度から開発を進めていた,融解ダストの力学的挙動を調べるための三次元数値流体計算コードを完成させ,実際の衝撃波中(希薄な高速ガス流中)における液滴の挙動解析を行なった.行なった解析は,大きく以下の3つのテーマに分類される:(1)液滴がガス動圧にさらされている場合,(2)液滴が回転している場合(ガス動庄は無視),(3)回転している液滴がガス動圧にさらされている場合.(1)に関しては,液滴の変形が小さいと近似した場合の解が知られていた.しかし,よりガス動圧が大きくなった場合に生じると予測される大変形や液滴の分裂といった非線形的な現象に関する解析に対しては,我々の計算コードが有力である.我々の数値計算により,液滴が大きく変形したあと定常形状に落ち着くことや,液滴が大きなガス動圧によって小さな飛沫に分裂する様子が再現された.(2)に関しては,回転する液滴の形状において,我々の数値計算の結果が解析解とよく一致することを確認した.また,液滴が高速回転によって不安定化し,その形状が円盤型からラグビーボール型へと変形した結果,最終的により小さな複数の液滴に分裂することが分かった.(3)のように,ふたつの効果を同時に考慮した場合のコンドリュールの形状に関する研究は,今回我々が開発した計算コードによって初めて可能となった.数値計算の結果,液滴は回転速度に応じて様々な形状(円盤型,ラグビーボール型,三軸不等の楕円体)をとることが示された.また,その形状変化は,実際に測定されたコンドリュールの形状の傾向をよく再現した.これは,衝撃波加熱モデルが,ダストを適切に融解できるのみならず,その形状の多様性をも説明できる可能性を示している.以上の結果は博士論文としてまとめた.今後,この結果を論文雑誌に投稿し,研究成果を世界的に公表する予定である.本年度は、衝撃波加熱中に生じるダストサイズ変化過程に特に注目して研究を行なった。衝撃波加熱においては、(a)蒸発による収縮、(b)融解したダストに大きなガス圧が働くことによる破壊、によってダストサイズが変化する。このため、形成されるコンドリュールのサイズは、前駆体であるダストよりも小さくなる。コンドリュールのサイズ分布は実際に測定されており、コンドリュール形成モデルがこれを矛盾なく説明できることは必要不可欠である。そのため、ダストの熱史とともに、上記の過程によるサイズ変化を定量的に調べることは重要である。まずは、様々な衝撃波条件に対する蛍光を見るため、計算量が少ない輻射輸送なしの数値計算を行なった。その結果、衝撃波加熱は測定されたコンドリュールのサイズ分布を再現しうることが分かった。ただし、そのためには前駆体ダストのサイズ分布が星間空間に見られるような単純なベキ分布ではなく、約300-900ミクロンのダスト空間的に濃縮したサイズ分布になっている必要があることも分かった。以上の結果は、コンドリュールのサイズ分布が原始惑星系内部でダストのサイズ選択的分離が生じていたことを示す直接的な証拠となることを意味している。来年度は、コンドリュール分析の分野からの制約の強い加熱速度(揮発性元素の保持)、冷却速度(内部構造の再現)等のダスト熱史について、定量的に調べていく予定である。熱史の定量的評価のためには、輻射によるダスト同士のエネルギー交換(輻射輸送過程)が重要であり、上記の数値計算に輻射輸送を加える必要がある。現在、その計算コードはほぼ完成している。今年度は、前年度の研究成果である「輻射流体数値計算を用いた衝撃波加熱コンドリュール形成シミュレーションコード」をさらに発展させ、他の研究グループらがこれまで考慮していたダスト熱輻射に加えて、ガス輝線放射の効果を取り込んだ。これにより、他の研究グループらのモデルの不備を発見し、それらの統一見解を示すにいたった。この成果は、国内及び海外の研究会において発表し、精力的な研究グループとして認識されているとの実感を得た。なお、研究成果は論文にまとめている最中であり、現在は投稿前の最終チェックの段階である。さらに、原始惑星系星雲内部に発生した衝撃波が、観測的にどのように見えるのかについての考察も進行中である。上記で開発した計算コードを用いて、衝撃波が発生した際に生じる原子輝線に注目し、その強度を評価した。このアイデアはすでに国内の研究会において発表を行なっており、そこでの有益な議論をもとに考察を発展中である。また、上記の計算コードと平行し、融解ダストの力学的挙動を調べるための三次元数値流体計算コードの開発も進行中である。非圧縮性流体(融解ダスト)と圧縮性流体(ガス)を同時に解くために、CIP法(Constrained Interpolation Profile Method)によるコード開発を行なった。現在は、表面張力波の周期等の基本的なチェックを終えて、実際の衝撃波中における液滴の挙動解析へと進んでいる。研究成果は、来年度(2005年5月)行なわれる研究会において発表予定である(発表登録済み)。今年度は,前年度から開発を進めていた,融解ダストの力学的挙動を調べるための三次元数値流体計算コードを完成させ,実際の衝撃波中(希薄な高速ガス流中)における液滴の挙動解析を行なった.行なった解析は,大きく以下の3つのテーマに分類される:(1)液滴がガス動圧にさらされている場合,

(2)液滴が回転している場合(ガス動庄は無視),(3)回転している液滴がガス動圧にさらされている場合.(1)に関しては,液滴の変形が小さいと近似した場合の解が知られていた.しかし,よりガス動圧が大きくなった場合に生じると予測される大変形や液滴の分裂といった非線形的な現象に関する解析に対しては,我々の計算コードが有力である.我々の数値計算により,液滴が大きく変形したあと定常形状に落ち着くことや,液滴が大きなガス動圧によって小さな飛沫に分裂する様子が再現された.(2)に関しては,回転する液滴の形状において,我々の数値計算の結果が解析解とよく一致することを確認した.また,液滴が高速回転によって不安定化し,その形状が円盤型からラグビーボール型へと変形した結果,最終的により小さな複数の液滴に分裂することが分かった.(3)のように,ふたつの効果を同時に考慮した場合のコンドリュールの形状に関する研究は,今回我々が開発した計算コードによって初めて可能となった.数値計算の結果,液滴は回転速度に応じて様々な形状(円盤型,ラグビーボール型,三軸不等の楕円体)をとることが示された.また,その形状変化は,実際に測定されたコンドリュールの形状の傾向をよく再現した.これは,衝撃波加熱モデルが,ダストを適切に融解できるのみならず,その形状の多様性をも説明できる可能性を示している.以上の結果は博士論文としてまとめた.今後,この結果を論文雑誌に投稿し,研究成果を世界的に公表する予定である.
光CVD法によるAl_2O_3絶縁膜の低温作製

酸素を含む有機金属化合物アルミニウム・トリイソプロポキシド(ATI)を原料として、光CVD法によりAl_2O_3膜を堆積させ、その特性を評価した。1.紫外光を照射せずに、N_2雰囲気にO_2あるいはH_2を加えると、,堆積速度が増加し、反応の活性化エネルギ-は、N_2中の1820Kcal/molから4.5Kcal/mol(O_2雰囲気)、あるいは3.5Kcal/mol(H_2雰囲気)へと小さくなった。このことは、O_2あるいはH_2との反応によって、N_2中の熱分解によるよりも、Al_2O_3膜が生成され易くなったことを意味している。堆積速度のO_2流量依存性から、O_2雰囲気下では、ATIの熱分解による堆積と、ATIとO_2分子の基板表面でのLangmuir-Hinshelwood機構による堆積とが重畳していることが判明した。O_2雰囲気で、低圧水銀ランプからの紫外光を照射して光CVDを行うと、300°C以下の低基板温度での堆積速度が大巾に増加し、堆積反応の活性化エネルギ-は、1.5Kcal/molと非常に小さくなった。O_2流量60300SCOMでは堆積速度は殆んど一定であった。堆積速度の増加には、水銀ランプからの紫外線の内、185nm光が強く関与していることがわかった。2.Al_2O_3膜の特性は、主として誘電損失tanδ(100Hz)によって評価した。低い基板温度でも、光CVD法で作製した試流ではtanδが大巾に減少し、特性が改善された。O_2流量20300SCCM(基板温度260°C)あるいは基板温度280340°C(O_2流量200SCCM)の条件ではtanδはあまり変化しなかった。1例として、280°Cでtanδ2.5%の良質のAl_2O_3膜が得られた。結局、光CVD法により、速い堆積速度で、良質のAl_2O_3膜を、低い温度で作製することができた。1.まず基礎データとして、有機金属化合物アルミニウムトリイソプロポキシド(Al(OC_3H_7)_3、以下ではATI)を原料とし、N_2、N_2+H_2、N_2+O_2雰囲気でAl_2O_3の堆積速度を調べた。N_2+H_2及びN_2+O_2中の堆積速度は、低温域で、N_2中よりも増加し、250°Cで50〓/min程度の堆積速度が得られた。活性化エネルギーは、N_2中の19.1kcal/malに比べ、N_2+H_2中で3.5kcal/mal、N_2+O_2中で4.5kcal/malと約1/4に小さくなり、原料のATIとH_2、O_2の間に反応があることが明らかになった。なお、200250°Cという低温では、原料N_2ガス中の微量の不純物ガスに堆積速度が影響され、再現性のある結果を得るには、非常に高純度のガスを使用することが必要であった。2.いずれの雰囲気でも、基板温度の低下とともに、tanδは大きくなり、屈折率は小さくなった。

しかし、N_2+H_2あるいはN_2+O_2中で作製されたAl_2O_3膜では、N_2中のものに比べ、堆積速度が増加しているにもかかわらず、tanδは同程度で、一方屈折率が大きくなり、膜特性の改善が見られた。3.N_2雰囲気中、基板温度250°Cで、低圧水銀灯からの紫外光照射により、堆積速度が20〓/min程度増加した。これらの膜ではtanδの減少、屈折率の増加が観測された。また堆積速度やtanδ、屈折率には、光強度依存性があることが確かめられた。4.四重核質量分析装置による膜堆積時のガス分析の結果、分解生成物としてC_2H_5OHが検出された。他の化学種は、バックグラウンド中にうずもれている可能性があり、反応過程の追求には一層の工夫が必要である。今後、紫外光強度の増加により、堆積速度の向上と膜質の改善を図る計画である。有機金属化合物アルミニウム・トリイソプロポキシド(ATI)を原料に用いたAl_2O_3膜のCVDに於て、まず、酸素流量が堆積速度に及ぼす効果を調べた。その結果、基板温度260°Cでは、酸素流量40SCCM付近で堆積速度が最大となることがわかった。このことは、ATIの熱分解による堆積と、ATIと酸素のLangmuir-Hinshclwood機構による堆積が重畳していることを示している。酸素流量200SCCM付近では、酸素を雰囲気に加えた効果は堆積速度には殆んどあらわれない。合成石英窓を通じて、低圧水銀ランプからの紫外光を基板に照射すると、酸素流量2030OSCCMの広い範囲で、堆積速度が大巾に増加した。合成石英窓を用いた実験と溶融石英窓を用いた実験を比較すると、この堆積速度の増加には、水銀ランプの185nm光と254nm光の内、少なくとも185nm光が強く関与していることが判明した。4重極質量分析装置による測定でも、酸素の化学的活性が紫外光により向上していることが確かめられた。電気的特性として、主に誘電損失tanδに注目してAl_2O_3膜を評価した。酸素流量200SCCMでは、紫外光照射によってtanδは減少し、260°C程度の低温でtanδは3%程度となった。これは、窒素雰囲気での熱CVDの試料の数十%のtanδに比べ、大巾な特性向上である。光CVD試料のtanδは260300°Cの基板温度ではあまり変化しなかった。結局、光CVDによって、低温での堆積速度の増加と特性の改善が実現されたことになる。
小胞性グルタミン酸トランスポーター活性制御物質の開発

グルタミン酸は哺乳動物の中枢系での代表的な神経伝達物質として記憶や学習など高次の脳機能を司っている。グルタミン酸作動性神経終末にはグルタミン酸を貯蔵したシナプス小胞が集まっている。細胞内でのグルタミン酸の輸送・濃縮を担うのが小胞性グルタミン酸トランスポーター(Vesicular Glutamate Transporter; VGLUT)である。従来の阻害剤はグルタミン酸受容体やシナプス性グルタミン酸トランスポーター(EAAT)にも活性を持つ。また、細胞内で作用するためには、細胞膜を透過する必要がある。我々はVGLUT選択性の向上・活性強度の向上・細胞膜透過性の向上の三点を目標として、trans-ACPD誘導体を合成することを試みた。置換基の位置と立体配置を知るために合成したメチル置換体のうち、5R体が活性を維持していたので、次いで置換基の種類を検討するために、この位置に水酸基を導入し、エーテル置換基の種類を調べることとした。メチル体と同様に、ケトンから調製したアルキリデンカルベンの環化によるルートをベンジルオキシ体に適用したところ、目的の五員環構造が得られなかったので、保護基の検討を行い、現在合成を進めているところである。また、細胞膜透過性向上のために、trans-ACPDのγ一カルボン酸をメチルエステル化したところ、エステル体(ACPD-OMe)は単離した小胞では取り込み阻害を示さなかったが、シナプトゾームを用いたアッセイでは、小胞への取込を減少させた。一方trans-ACPDはシナプトゾームでは効果がなかった。これらの結果は、ACPD-OMeがシナプス膜を透過した後に酵素によりシナプトゾーム内でtrans-APCDを再生し、小胞への取込を阻害しているためと考えられ、カルボン酸の修飾による透過性向上という方法論の有効性を示すことができた。細胞内でのグルタミン酸の輸送・濃縮を担うのが小胞性グルタミン酸トランスポーター(Vesicular Glutamate Transpoeter : VGLUT)であり、2000年にクローニングにより実体が明らかにされた。これまでに4-methylglutamic acidやtrans-ACPDがVGLUT阻害活性を持つことが明らかになっている。しかしこれらの化合物はグルタミン酸受容体やシナプス性グルタミン酸トランスポーター(EAAT)にも活性を持つ。まず細胞膜透過性を向上させるために、カルボン酸部分をエステルに変換した。代謝調節型受容体への作用も軽減できる。エステル体には取り込み阻害活性はないが、細胞内ではエステラーゼによって切断され活性を回復するものと考えられる。ジメチルエステル、モノメチルエステルについて、シナプトゾームでのグルタミン酸取込阻害と小胞への取込阻害を比較したところ、5mMでは共に小胞性トランスポーターを58%阻害した。しかしモノメチルエステルの方がシナプトゾームでのグルタミン酸やGABA取込への影響が少なかったので、モノエステル体について更に検討することにした。現在エチル、プロピルなどのエステル体を合成して検討している。

グルタミン酸作動性神経終末にはグルタミン酸を貯蔵したシナプス小胞が集まっている。細胞内でのグルタミン酸の輸送・濃縮を担うのが小胞性グルタミン酸トランスポーター(Vesicular Glutamate Transporter ; VGLUT)であり、2000年にクローニングにより実体が明らかにされた。これまでに4-methylglutamic acidやtrans-ACPDがVGLUT阻害活性を持つことが明らかになっている。しかしこれらの化合物はグルタミン酸受容体やシナプス性グルタミン酸トランスポーター(EAAT)にも活性を持つ。また、細胞内で作用するためには、細胞膜を透過する必要がある。我々はVGLUT選択性の向上・活性強度の向上・細胞膜透過性の向上の三点を目標として、traps-ACPD誘導体を合成することを試みた。今年度はtrans-ACPDの五員環上に置換基を導入することで活性の向上を目指すこととした。まず置換基の位置と立体配置を知るために、5S体、5R体、4S体、4R体の4種のメチル誘導体を合成することとした。合成経路はL-セリンを出発物質とし、Hornar-Emons反応で必要な炭素鎖を延長し、カルベンの分子内挿入反応を鍵として五員環を構築した。得られた誘導体のうち5R体が単離したシナプス小胞へのグルタミン酸取り込み阻害活性を維持していた。活性はtrans-ACPDよりやや弱いものの、この位置の置換基は容認されていると判断した。われわれはEAAT阻害剤において、かさ高い置換基が活性を向上させることを経験しているので、次に水酸基をこの位置に導入しエーテル化により様々な置換基を導入することとした。現在ベンジルエーテル体を合成し活性を測定中である。グルタミン酸は哺乳動物の中枢系での代表的な神経伝達物質として記憶や学習など高次の脳機能を司っている。細胞内でのグルタミン酸の輸送・濃縮を担うのが小胞性グルタミン酸トランスポーター(Vesicular Glutamate Transporter;VGLUT)であり、2000年にクローニングにより実体が明らかにされた。我々はVGLUT選択性の向上・活性強度の向上・細胞膜透過性の向上の三点を目標として、trans-ACPD誘導体を合成することを試みた。置換基の位置と立体配置を知るために合成したメチル置換体のうち、5R体が活性を維持していたので、次いで置換基の種類を検討するために、この位置に水酸基を導入し、エーテル置換基の種類を調べることとした。メチル体と同様に、ケトンから調製したアルキリデンカルベンの環化によるルートをベンジルオキシ体に適用したところ、目的の五員環構造が得られず、ベンジル位で反応した六員環環化物ができていることがわかった。
生物燃料電池を利用したインスリン放出システムの開発

2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル(TEMPO)を含有する交互累積膜を作製した。作製した交互累積膜は+0.7Vの電位を印加によって膜が崩壊することがわかった。これは、TEMPOが酸化されることで正の電荷を持つため電気的な反発によって膜の崩壊が起きたと推察される。また、TEMPO含有交互累積膜にインスリンを利用することで電気応答によってインスリンが放出できることを示した。ジメチルホルムアミド溶液中で4-アミノーTEMPOとポリアクリル酸をDCCを用いて反応を行いTEMPO修飾ポリアクリル酸(TEMPO-PAcA)を合成した。合成したTEMPO-PAcAの修飾率は元素分析を用いて決定してところ、37%であった。作製したTEMPO-PAcAとポリアリルアミン(PAA)の交互累積膜は水晶振動子ミクロバランス法を用いて評価した。その結果、積層操作数とともに共振周波数の減少が観察され、TEMPO-PAcA/PAA交互累積幕が作製可能であることがわかった。また、作製した交互累積膜のTEMPO固定化量は、サイクリックボルタモグラム(CV)の電荷量から決定したところ9.7nmol cm^<-2>であった。一方、QCM法から決定したところ31nmol cm^<-2>であった。+0.7Vの電位を印加したとき(PAcA/PAA)_<10>交互累積膜の崩壊は観察されなかった。一方、TEMPO-PAcA/PAA交互累積膜では崩壊が観察された。これはTEMPOが酸化されて正電荷を持つことで、PAAの正電荷と反発をして交互累積膜の崩壊が起きたためと推察される。EQCMの測定では、PAcA/PAA交互累積膜ではCVおよびQCMで変化が観察されなかった。一方、TEMPO-PAA/PAcA交互累積膜ではCVから一掃引目と二掃引目を比較すると反応に関した電荷量が減少していることがわかった。これらの結果から、電位印加によって崩壊する電気応答薄膜の作製ができることがわかった。この薄膜を利用することで新しいドラッグデリバリーシステムへの応用が期待できる。昨年度、電位の印加によって崩壊する電気応答薄膜の作製を達成した。本年度はインスリンを含有する電気応答薄膜を作製して電気によってインスリンを放出する方法を検討した。作製したTEMPO修飾ポリアクリル酸(TEMPO-PAcA)およびインスリンを含有する溶液とポリアリルアミン(PAA)もしくはポリエチレンイミン(PEI)溶液に交互に浸すことによってTEMPO-PAcA+Insulin/PAAもしくはTEMPO-PAcA+Insulin/PEI交互累積膜を作製した。これらの膜に+0.7Vの電位を印加したところTEMPO-PAcA+Insulin/PAA交互累積膜では崩壊が見られなかったがTEMPO-PAcA+Insulin/PEI交互累積膜では崩壊が確認できた。しかし、水晶振動子ミクロバランス(QCM)法を用いて積層量を決定したところ、(TEMPO-PAcA+Insulin/PEI)_9/TEMPO-PAcA交互累積膜でおよそ300ng程度であったため、十分な量のインスリンの固定化ができなかった。そこで、TEMPOを修飾するポリアクリル酸の分子量を1500から45000に変えてTEMPO-PAcAを合成して同様の検討を行った。ポリカチオンとしてPAA、PEIおよびポリジアリルジメチルアンモニウム塩酸塩(PDDA)を用いた。その結果、TEMPO-PAcA/PEI交互累積膜がもっとも固定化量が多く崩壊に適していることがわかった。現在、再びインスリンの放出制御について検討しており、この研究によって新規薬物放出制御法への応用が期待できる。
厚生芸術の基礎研究

厚生芸術の基礎研究は,少子高齢化が進行する日本社会において芸術の社会的有用性を再確認し、人々の生まれながらにしてもつ「創造性」を資源として社会において開花させることを目的とする。具体的には「医療」と「芸術」の融合への要請とアール・ブリュット研究の世界的隆盛が同根であることを確認し、「アーティストのサバイバル第一回実態調査2014」を実施し、アーティストの仕事と社会からの要請がミスマッチしている現状を数量的に明らかにし、その原因を芸術系大学のカリキュラム上の需要に対する過少供給に見出した。厚生芸術研究は少資源国の日本においては、創造的資本論という新たな社会的要請に応えるものとなる。「厚生芸術」は21世紀の少子高齢化する社会において社会に実益をもたらす芸術の可能性を研究し、「ソーシャル・アーティスト」というまったく新たな概念としての創造的資源を社会に提起し、拡張された芸術概念をとおして還流させることを目的とする。平成25年度は、前年度に芸術家の労働市場がミクロ経済学的観点からはけっして「例外的経済ではない」ことを明らかにした研究(平成26年度春に『東北芸術工科大学紀要no.21』)と対極にあるヨーゼフ・ボイスの経済理論が造形化された作品《資本空間1970-77》の研究をともに促進させた。社会の危機を覚醒するアクションと社会を経済的に矯正する討論の両輪を視覚化した作品は、ボイスから私たちにボールが投げかけられた状態であることを明らかにし、「私たちは何をなすべきか」を問う作品が、私たちの次の行動を要請していることを示している。現実に即したミクロ経済学における芸術経済環境をボイス的ユートピアへと向かわせる現実的方向性を抽出した。それでもなお、現地調査から現実のアートワールドは、UAEのシャルジャ、ベニス・ビエンナーレなどにみられるように、ミクロ経済学的金融資本がリードする方向性を確認せざるを得ない状況である。また、有用性のない芸術という非難に対するひとつのソリューションとして従来の光学偏重の芸術から21世紀的な熱学芸術への拡張の可能性を栃木県立美術館での企画展「マンハッタンの太陽」において社会に広く提起することによって、新聞・雑誌などでの議論を誘発することができた。さらに、世界でも例をみない画期的アンケート調査となる「アーティストのサバイバル実態調査」の準備をすすめ、平成26年度に実施し、報告をまとめる。このアンケート調査は19世紀以降に芸術が神話化し、科学的な研究のアウトサイダーとして君臨してきた実相を解明し、合理的な創造性再考の契機とする。「厚生芸術」は21世紀の少子高齢化する社会において社会に実益をもたらす芸術の可能性を研究し、「ソーシャル・アーティスト」という新たな概念としての創造的資源を社会に提起することを目的とする。H24年度は芸術家の労働市場をミクロ経済学の観点から研究を進め、従来「例外的経済」といわれてきた芸術の経済がけっして例外的なものではない、という現実を明らかにした。そこでは19世紀以降に高揚した芸術の神話性が社会全般に作用し、芸術を非社会的な特殊性の相のもとで見るハビトゥスが芸術関与者のみならず、芸術非関与者にも広がった実態を精査した。しかし芸術家の生産行動と労働選好を通常の経済学に照らすとそこで浮かびあがるのは、芸術の特殊性ではなく、経済的未熟性である。よって、この未熟性をミクロ経済学的合理性に当てはめることによって、芸術家の生産効率性と労働市場の拡大は21世紀の社会にとってのフロンティアとしての大きな可能性を秘めていることがあきらかとなった。狭義の芸術家がいまだこのような状況にあるため、広義の芸術家、すなわち一般の人々の創造性は当然のことながら開拓されず冷温保存されているという芸術家ヨーゼフ・ボイスの警鐘が妥当する。一方、21世紀の経済的フロンティアである医療・福祉は芸術との相互作用によって大きな市場と創造性開花の場をつくることが予想されるが、アーティスト・ドクター(医者アーティスト)は歴史的にもきわめて少なく、富裕層の代表としての医療関係者がコレクターとして芸術とかかわるという20世紀的状況は変わっていない。創造性を開拓するドクターとしてのアーティストは今後重要な社会的資源となるが事例があまりにも少なく、より広範な調査を行わなければならない。この個別研究は創造性が経済的・社会的資源になることを最終的に社会に向けて提案する「ソーシャル・アーティスト」研究の前哨である。本年度は少子高齢社会からの大きな要請を踏まえ、「芸術家の労働市場」という大テーマを、1)芸術と医療の融合による需要創出の具体的調査、2)現代美術以降の芸術としてのアール・ブリュットの研究、3)芸術家の雇用と搾取の経済学的分析を集中的に調査・検討した。

1)芸術と医療の融合による需要創出は、歴史的には未開の新たな分野であり、アーティスト・ドクターの事例は数件しか確認できないが、アール・ブリュット研究の高まりとともに芸術の有用性が発揮される隣接領域としての意義を確認した。現代美術の後にきたるべきものは多摩美術大学教授の椹木野衣が「後美術論」研究と仮定したが、同「アウトサイダー・アート入門」の出版によって1)「芸術と医療」の融合と2)アール・ブリュットの流行が同根であることが証明された.そのことによって眠っている私たちの創造性を21世紀の社会において狭義の美術を超えた、より社会化された創造性となることが証明され、私たち誰もがもつ創造性の発揮を促進する厚生芸術の意義も確認した。3)芸術家の雇用と搾取の経済学的分析は「アーティストのサバイバル第一回実態調査2014」で明らかにした。【調査概要調査概要】:調査対象;日本在住アーティスト、一部海外在住/調査時期;2014.5,22-6.30/回収サンプル数;727/調査方法;インターネットによる調査の配布と回収。この調査結果より厚生芸術の初動舞台である芸術系大学のでの教育内容と学生が求める教育内容のギャップを数量データで明らかにした。二世紀前の芸術アカデミーの残滓のような教育を行い若い豊かな創造性を無為に硬冷化(高齢化でもある)している現在の芸術教育の原因をも明らかにし、また社会に益する芸術とアーティストを生み出す具体的提言を獲得した。。以上より、厚生芸術の基礎研究はすべての人々の厚生を向上させる創造的資本論と同義であることが確認された。厚生芸術「厚生芸術」=芸術(教育+医療・福祉+環境)という等式に即してみると、本研究の方向性はまさに時代が要請することが明らかになるが、現状は以下のように旧態依然としたものである。1)芸術×教育:現時点では芸術教育は芸術神話を盲信する従来型であり、芸術神話そのものを脱呪術化する本研究が解明して「厚生芸術」=芸術(教育+医療・福祉+環境)、社会に提言すべき課題が明確化された。脱呪術化の具体的方法として、アーティストのサバイバル実態調査を経済学的手法で行う。この調査は国勢調査を補うだけではなく、神話を形成する構造を統計学によって解明する。2)芸術×医療・福祉:歴史的にみれば21世紀に需要が多く見込まれるアーティスト・ドクターは非常に少なく、医師は芸術の受容者として富裕層の一角を占めるにすぎない存在にとどまることまでは解明できた。この分裂は科学史の解明研究を援用して原因を究明し、アーティスト・ドクターが多く生まれる素地を探求する必要性がみえてきている。芸術と福祉の密接な関係の研究は世界的にいま目覚ましい進展をみせている。ただし実践的にはアール・ブリュットを従来型芸術制度に組み込む動きとなってしまい、芸術という制度がなぜ部外者を排除してきたかの根本的解明には至っていない。芸術の21世紀的有用性の提起はこの問題の学的方法によって解明されなければならない。3)芸術×環境:風景画の延長線上にある環境芸術ではなく、不可視光線と熱学による芸術の可能性が本来あるべき芸術と環境の掛け算としての21世紀の環境芸術であることを具体的な展覧会として社会に提起したことは本年度研究の最大の成果となった。展覧会から発展して、熱学アーティストの代表者であるロバート・スミッソンとヨーゼフ・ボイスの接点が改めて明確に浮上。この二人の掛け算が熱学的アーティストが21世の厚生芸術により大きな指針を示すことが期待される。
生体膜リン脂質の非対称性が細胞の極性形成に果たす役割の解析

すべての細胞は極性化しており、細胞の極性形成は必須な細胞機能である。また、がん細胞では細胞極性が異常となることが知られており、極性形成は発がんの観点からも重要である。一方、細胞膜リン脂質の分子種が脂質2重層の細胞外側と細胞質側で分布濃度を異にすることが知られており、膜脂質の非対称性と呼ばれている。私達は、出芽酵母をモデル系に用いて、細胞極性形成を制御する新しい遺伝子Cdc50を見出し、このCdc50が、膜リン脂質を細胞膜外側から細胞質側へ輸送するアミノリン脂質トランスロケース型ATPase(Drs2)と膜上で複合体を形成していることを明らかにしてきた。私達は今年度、リン脂質非対称性と膜内エルゴステロールが共同してアクチン細胞骨格の極性化を制御していることを明らかにし、論文発表した。さらに本年度は以下の研究成果も得ることができた。(1)DCdc50-Drs2複合体とその類似複合体がエンドサイトーシスのリサイクリング過程を制御していることを明らかにした。さらに、Cdc50-Drs2は細胞内小胞輸送を制御するRab型small GTPaseであるYpt31/32とそのエフェクターであるRcy1の制御を受けている可能性が高いことも明らかにした。(田中、鎌田担当)(2)上述したエンドサイトーシスリサイクリング過程の制御において、Cdc50-Drs2が細胞内小胞の出芽を制御するArf1 small GTPaseと機能的に相互作用していることを明らかにした。また、この際のArf1のエフェクターとして、GGA蛋白質が重要な働きを担っていることも明らかにした。(田中、山本担当)以上の結果から、リン脂質非対称性は、エンドソームからの小胞の出芽過程に関与している可能性が高いと考えられた。このように、本研究において今年度も着実な成果をあげることができた。また、がん細胞では細胞の極性形成が異常となることが知られており、極性形成は発癌の観点からも重要である。一方、細胞膜リン脂質の分子種が脂質2重膜の細胞外側と細胞質側で分布濃度を異にすることが知られており、膜脂質の非対称性と呼ばれている。私達は、出芽酵母をモデル系に用いて、細胞極性形成を制御する新しい遺伝子Cdc50を見い出した(Misu et al.,Mol Biol.Cell,14:730-747,2003)。Cdc50はエンドソームに局在する膜貫通蛋白質であり、高等動物にまでよく保存されているが、その機能は不明であった。最近、Cdc50と類似したLem3が膜リン脂質の非対称性を制御している可能性が指摘されており、Cdc50が膜脂質の非対称性の制御を介して細胞極性形成を制御している可能性が出てきている。本年度は、以下の研究成果を得ることができた。1)Cdc50の細胞内機能を解析する過程で、Cdc50が、膜リン脂質を細胞膜外側から細胞質側へ輸送するアミノリン脂質トランスロケース型ATPase(Drs2)と、エンドソームあるいはゴルジ体膜上で複合体を形成していることを明らかにした。Cdc50はDrs2のベータサブユニットとして機能している可能性が高いと考えられた(田中、鎌田担当)

2)Cdc50遺伝子の変異体を作成し、cdc50変異と遺伝学的に相互作用する、つまり機能的に関連した遺伝子をスクリーニングし、多数の遺伝子を単離した。これらの中にはエンドサイトーシス等の細胞内小胞輸送を制御すると考えられる遺伝子が含まれており、Cdc50が細胞内小胞輸送を制御することで細胞の極性形成を制御している可能性が示唆された。(田中、山本担当)上述したように、本研究は順調に進行しており、着実な成果をあげることができた。すべての細胞は極性化しており、細胞の極性形成は必須な細胞機能である。また、がん細胞では細胞の極性形成が異常となることが知られており、極性形成は発癌の観点からも重要である。一方、細胞膜リン脂質の分子種が脂質2重層の細胞外側と細胞質側で分布濃度を異にすることが知られており、膜脂質の非対称性と呼ばれている。私達は、出芽酵母をモデル系に用いて、細胞極性形成を制御する新しい遺伝子Cdc50を見出した(Misu et al., Mol Biol.Cell,14:730-747,2003)。最近、このcdc50が、膜リン脂質を細胞膜外側から細胞質側へ輸送するアミノリン脂質トランスロケース型ATPase (Drs2)と、エンドソームあるいはゴルジ体膜上で複合体を形成していることを明らかにした(Saito et al., Mol Biol Cell,15:3418-3432,2004)。これらの蛋白質は高等動物にまでよく保存されており、その機能の解明は細胞極性形成機構を知る上で重要である。本年度は、以下の研究成果を得ることができた。(1)Cdc50と類似したLem3とDnf1アミノリン脂質トランスロケースの複合体が、細胞の極性成長の方向性を制御していることを明らかにした。すなわち、Lem3を欠いた変異株では、一方向性から等方向性への極性成長の変換が行われず、細胞は細長い形態を示す。また、Cdc50とLem3がエンドサイトーシスのリサイクリング過程を制御していることも明らかにした。(田中、鎌田担当)(2)Cdc50-Drs2複合体はリン脂質の非対称性を制御するが、この機能の発現には、コレステロール(酵母ではエルゴステロール)の存在が必要であることを明らかにした。脂質二重層内での脂質間相互作用の意味は多くが未解明であるが、本研究でリン脂質-コレステロール間相互作用の重要性が明らかとなった。一方、Cdc50は、細胞内小胞の出芽を制御するArf1低分子量GTP結合蛋白質とも機能的に相互作用することを明らかにした。従って、Cdc50は細胞内小胞の出芽過程を制御しているものと考えられる。また、がん細胞では細胞極性が異常となることが知られており、極性形成は発がんの観点からも重要である。私達は、出芽酵母をモデル系に用いて、細胞極性形成を制御する新しい遺伝子Cdc50を見出し、このCdc50が、膜リン脂質を細胞膜外側から細胞質側へ輸送するアミノリン脂質トランスロケース型ATPase(Drs2)と膜上で複合体を形成していることを明らかにしてきた。私達は今年度、リン脂質非対称性と膜内エルゴステロールが共同してアクチン細胞骨格の極性化を制御していることを明らかにし、論文発表した。