hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロサテライト不安定性はミスマッチ修復異常のみによってもたらされているか?

マイクロサテライト不安定性(microsatellite instability, MSI)とDNAミスマッチ修復(DNA mismatch repair, MMR)異常との正確な関係を明らかにするために、まず、腫瘍組織標品において、詳細な観察をおこなった。その結果、大腸癌においては、これまで主たるマイクロサテライト配列変化とみられていたMSI-Hを呈する集団には、MMR遺伝子変異をもつものと、そうでないものとの間に特徴的な分子背景の違いがみられた。興味深いことに、前者はこれまで先天的変異(すなわち非ポリポーシス遺伝性大腸癌(HNPCC))と考えられたていたが、後天的変異やHNPCCでないものも見出され、MMR異常とMSIの関係がこれまで考えられてきた以上に複雑であることが明らかとなった。また、MSIが生じる生物学的条件についてもさらなる検討をおこなった。MSIは一般に、MMR異常をもつ細胞でみとめられるとされるが、その生成機序から、実際に変化が固定され、可視化するには、独立した且つ十分に長い複製の歴史を必要とする。このことを、MMR遺伝子に既知の欠損をもつヒト大腸癌由来株化培養細胞を用いて明かにした。本研究では、ヒト癌でみられるリピート不安定性の分子機序について、ミスマッチ修復(DNA mismatchrepair, MMR)異常以外の機序、とくに2重鎖切断修復異常等の可能性を検討し、そのようなカテゴリーのリピート不安定性の存在の有無を明らかにし、ひいては、このようなリピート不安定性の発がんにおける意義を明らかにすることを目的とした。初年度はまず、マイクロサテライト不安定性(microsatellite instability, MSI)とMMR異常との正確な関係を明らかにするために、腫瘍組織標品について、高精度解析系を用いたMSI解析を行い、同時に免疫染色などによるMMR遺伝子のepigeneticsilencingの有無、シーケンシングによる構造遺伝子変異の有無について解析し、MSIを呈する集団の中で、MMR異常をもつフラクションがどのように存在するかを明らかにすることを目的にした。その結果、大腸癌において、これまで主たるマイクロサテライト配列変化とみられていたMSI-H(Type B MSI)を呈する集団では、MMR遺伝子変異をもつものと、そうでないものとの間に特徴的な分子背景の違いがみられた。興味深いことに、前者はこれまで先天的変異(すなわち非ポリポーシス遺伝性大腸癌(HNPCC))と考えられたていたが、後天的変異やHNPCCでないものもみつかった。また後者には、MMR遺伝子構造(プロモーターのメチル化も含む)やタンパク質発現にまったく異常のみられないものも見出され、MMR異常とMSIの関係がこれまで考えられてきた以上に複雑であることが明らかとなった。本研究では、ヒト癌でみられるリピート不安定性の分子機序について、ミスマッチ修復(DNA mismatch repair,MMR)異常以外の機序、とくに2重鎖切断修復異常等の可能性を検討し、そのようなカテゴリーのリピート不安定性の存在の有無を明らかにし、ひいては、このようなリピート不安定性の発がんにおける意義を明らかにすることを目的とした。本年度は、マイクロサテライト不安定性(microsatellite instability,MSI)とMMR異常との正確な関係を明らかにする目的で、MSIが生じる生物学的条件についてさらなる検討をおこなった。MSIは一般に、MMR異常をもつ細胞でみとめられるとされるが、リピート上で滑りにより合成を誤るDNAポリメラーゼの性質から、マイクロサテライト配列変化が長短二方向性に生じるため、実際に変化が固定され、可視化するには、独立した且つ十分に長い複製の歴史を必要とする。このことを、MMR遺伝子に既知の欠損をもつヒト大腸癌細胞株HCT116を用いた人口組織において、少数の細胞塊をレーザーマイクロディセクションにより回収することで明かにした(Fujii K,Cancer Genet Cytogenet 2009)。現在、実際には潜在的に変化しにくいこのマイクロサテライトの性質を、2塩基繰り返しのものから1塩基繰り返しのマイクロサテライトにまで拡張して、検証をおこなっている。MMR異常以外の機序としては、DNAポリメラーゼの校正機能の異常を考慮し、現在、ヒト大腸がん症例パネルにおいて、POLD1遺伝子およびPOLE遺伝子の変異解析を行っている。
DNA低メチル化突然変異で誘導される発生異常の分子機構

植物や脊椎動物のゲノムDNAではシトシン残基の一部がメチル化されている。DNAメチル化の役割を知るため私達は、DNA低メチル化突然変異ddm1(decrease in DNA methylation)で誘発される発生異常を遺伝解析してきた。本課題の素材である矮性表現型bonsaiは、不安定な劣性形質として遺伝する(Cold Spring Harb Symp Quant Biol 69,139-143)。この原因遺伝子を連鎖解析で同定し、分子機構を明らかにすることを目的とした。連鎖解析によって遺伝子座をせばめた後、発現を調べることにより、bns表現型の原因遺伝子を同定した。bns系統では、この遺伝子の塩基配列は変わっていなかった。一方、発現抑制に伴い、この遺伝子の全体にわたりメチル化レベルの上昇が見られた。また、small RNAの蓄積が観察された。遺伝子発現抑制が世代を超えて継承されるという、新たなタイプの機能喪失型のエピジェネティック突然変異と考えられる。興味深いことに、BNS遺伝子の3'側には、野生型Col系統でもレトロトランスポゾンLINEの挿入があり、これは野生型でメチル化されており、ddm1ではこのメチル化がBNS遺伝子にまで広がっていた。別の野生系統CviにはこのLINEがないことを利用し、LINEのないBNS遺伝子がddm1下でメチル化されるかどうかを検証した。その結果、LINEのないBNS遺伝子はddm1下でもメチル化されないことがわかった。世代を超えて継承されるエピジェネティックな多様性の誘発因子としてトランスポゾンが働きうることは興味深い。DNAメチル化の役割を知るため、DNA低メチル化突然変異ddml (decrease in DNA methylation)で誘発される発生異常を遺伝解析している。このような発生異常のうちの一つである矮性表現型bonsaiは、不安定な劣性形質として遺伝する(Cold Spring Harb Symp Quant Biol 69,139-143)。約1000の染色体を調べることにより、bonsai表現型の原因遺伝子の連鎖解析を精密化し、約200kbの領域にしぼりこんだ。この領域の約40の遺伝子で発現を調べた結果、bonsai系統で特異的に発現が抑制されている遺伝子を一つ見いだした。このbonsai候補遺伝子の2本鎖RNAを発現する形質転換体を作ることにより、候補遺伝子の発現抑制と、それに伴うbonsai類似の表現型が再現された。また、この遺伝子の第一エクソンにT-DNAの入った系統でも、類似の表現型が見られた。これらのことから、この遺伝子の発現抑制が、bonsai表現型誘発の原因と結論した。ddmlで誘発されたbonsai系統では、この遺伝子の塩基配列は変わっていなかった。一方、遺伝子全体にわたり、メチル化レベルの上昇が見られた。遺伝子発現抑制が世代を超えて継承される、新たなエピジェネティック突然変異と考えられる。現在、ゲノム全体の低メチル化に伴う局所的な高メチル化のおこる機構を、エピジェネティックな制御にトランスに影響する突然変異体を用いて調べている。
キラル結晶形成に関わる前駆物質の役割

キラリティをもつ塩素酸ナトリウム結晶が核形成する前に、準安定な非立方晶系の結晶が現れることが初めて確認された。この結晶をクライオX線装置で構造解析した結果、キラリティを持たない単斜晶系の結晶であることが分かった。この準安定相は次の二つのメカニズムにキラリティをもつ結晶に相転移する。(1)固体相転移、(2)液相経由の相転移。前者の相転移速度は後者に比べて飛躍的に大きい。FM-AFMで成長している立方晶系の(100)面の原子解像度での観察にも成功した。塩素酸ナトリウムが結晶化のさせかたにより、右手系と左手系のキラリティに分かれることは知られているが、なぜ、物性的に等しい両キラルが、そのような方法で選別されるかは理解されていない。塩素酸ナトリウムは分子はキラリティを持たないが結晶はキラリティをもつ特殊な結晶である。従来の実験方法は非常に簡単である。ビーカーに飽和溶液を入れ、撹拌操作により結晶の析出をさせるのが主な方法であった。これまでの研究では、その操作の方法により、どちらのキラリティが優先的に析出するかを、析出してきた結晶を統計的に調べることで研究をおこなうという間接的な研究方法であった。それに対して、本研究でのアプローチでは、結晶化過程を直接“その場"観察する手法をとった。方法は、高倍率偏光顕微鏡による光学観察と原子解像度をもつFM-AFMを利用した。その結果を以下にまとめる。1.従来から知られているキラリティをもつ結晶が核形成する前に、準安定な非立方晶系の結晶が現れることが初めて確認された。2.この準安定相は次の二つのメカニズムにキラリティをもつ結晶に相転移する。(1)固体相転移。(2)液相経由の相転移。3.FM-AFMで成長している立方晶系の(100)面の原子解像度での観察に成功した。これらの全く新しい結果は、今後のキラリティ発生の原子レベルの研究が可能なことを閉めすることができた。また、キラリティ発生に新しい速度論的な挑戦ができることを示すことができた。こららの結果は国際誌に投稿中であり、国際学会でも発表している。塩素酸ナトリウム結晶はキラルな性質を示すが分子自身はキラルな性質を示さない。この結晶のキラル発生のメカニズム研究は、溶液の攪拌方法を変えるなどの単純な実験的な方法を繰り返すことで行われていた。しかし、出来上がった結晶のキラリティを統計的に計測するだけではメカニズムの解明にはほど遠い。これを解決するために、キラルな結晶ができる課程を偏光を利用して光学的に"その場"観察した。まず新しい事実として、キラルな結晶(立方晶系)が形成される前に対称性が低い準安定相が形成されること、これらが成長中に相転移してキラルな結晶になることがわかった。この相転移には二通りのメカニズムがあり、固体相転と溶解を経た再結晶による相転移メカニズムがあることがわかった。前者の相転移は後者に比べて急速である。この準安定な結晶の結晶学的な性質をX線で構造解析した。ただ、準安定相は少しの衝撃でも固体相転移をおこすので冷却ガスを吹き付けながら4軸回折カメラで構造解析した。その準安定相は単斜晶系でありキラルな性質を示さないことが分かった。この準安定相の溶解度の温度依存性も測定した。それによると、この準安定相は非常に高過飽和度条件でのみ形成されることが分かった。したがって、準安定相経由でキラルな安定相ができるには、核形成段階で高過飽和になる必要がある。しかし、この準安定相経由のキラルな発生は、その過程を直接観察しながら行っているので、これまでにない新しい研究成果として成果をとりまとめている。従来のキラル発生メカニズムは容器内の溶液を攪拌してできたキラル結晶の数を統計的に調べるなど間接的な方法で調べられてきた。これを、直接"その場"で観察できるようになったことは大きな進歩であり、かつ、キラル結晶の析出の前駆体として、新たに見つけた準安定相が形成されるという観察結果を導くことになった。これらの研究は萌芽的研究として相応しい成果となっている。これまで行えなかった結晶表面の原子配列からのキラリティの判別を行うため、原子解像度をもつFM-AFMの活用を計画している。研究成果を国際学会やシンポジウムで可能な限り発表を行うだけでなく、海外の同種の研究を実施している研究者との交流を図り国際共同研究テーマとしたい。
TGF-βの経口摂取によるアレルギー性疾患の予防

本研究で我々は、経口TGF-β作用の生体内における主たる標的臓器は小腸であること、経口免疫寛容を増強する作用があること、マウスアトピー性皮膚炎モデルにおいて病変局所のアレルギー関連サイトカインの発現量を減少させることを明らかにした。また現在、山梨県内の健康な母親の母乳サンプルを用いて母乳中TGF-β濃度と環境因子との相関関係について解析中である。我々は、生理活性タンパク質分子(サイトカイン)の1つ「トランスフォーミング増殖因子べータ(TGF-β)」を経口投与した際、腸管内でその活性は維持されかつ食物アレルギー反応が抗原特異的に抑制できることを見出した。この知見から、TGF-βを含有する既存の食品はアレルギー性疾患の予防効果を持つことが示唆された。そこで本研究で我々は、TGF-βを多く含むとされる牛乳に着目しそのTGF-β活性をインビトロおよびインビボの実験系において解析した。特に今回は容易に入手可能な市販の牛乳を用いて検討した。市販の牛乳のいくつかはTGF-βを有意に含有しかつin vitroで十分な生物活性を持つことが明らかになった。さらにそれらTGF-βを含有する市販の牛乳をマウスに投与した際、腸管内でTGF-βシグナルが活性化すること、血清中TGF-β濃度が上昇すること、TGF-βが抑制的に作用することが知られているDextran sodium sulfate(DSS)による腸炎やLPSによるエンドトキシンショックを予防できることを見出した。これらの作用は、TGF-βシグナル阻害剤を牛乳と同時投与することによって抑制され、かつTGF-βを含有しない市販の牛乳では見られなかった。以上の結果から、市販の牛乳中に含まれるTGF-βはその経口投与後も十分な活性を保っていることが証明された。現在、花粉症モデルに対する効果について検討中である。我々は経口摂取されたTGF-βが生体内でも機能すること、経口免疫寛容あ増強効果があり食物抗原への感作を抑制できることをこれまでの研究によって明らかにしてきた(科学研究費補助金ほか)。この知見によって、将来、飲食物にTGF-βを加えるといった非常に簡便な方法によって食物アレルギーなどのアレルギー性疾患の発症が予防できる可能性が示唆された。本年度は、TGF-βを含有するとされている牛乳が、殺菌や加工などの工程を経たあとにおいても、TGF-β濃度及び活性を保持しているか否かについてin vitroとin vivoの実験系を用いて検討した。その結果、市販の牛乳の多くはng/mlオーダーのTGF-β濃度を保持し、in vitro及びin vivoでその活性を維持していることがわかった。興味深いことに、市販の牛乳中のTGF-βは大部分が活性型に既に変換されていた。殺菌等の過程で高温にさらされることが関係している可能性がある。また市販の牛乳をマウスに摂取させることによって炎症性腸疾患や敗血症の発症を予防することができることも明らかになった。いずれにせよ市販の牛乳を摂取することによってもある程度の量のTGF-βを経口摂取でき、かつ生体内でもそのTGF-βは活性を保ち機能を発揮することができることが明らかになった。したがって、TGF-βそのものの投与ではなく、牛乳のような乳製品の積極的な摂取もアレルギー性疾患の発症予防に影響を与える因子となる可能性が示唆された。本研究の目的は経口的TGF-β投与によるアレルギー反応抑制のメカニズムを解明し、かつヒトへの応用に向けての疫学的検討を行うことである。本年は、研究実施計画通りTGF-β経口投与によるアレルギー疾患の治療効果について主に解析した。NC/Ngaマウス皮膚にダニ抗原塗布を繰り返しアトピー性皮膚炎モデルマウスを作成した。約2週間後の皮膚炎形成後から、経口的にTGF-βを摂取させ、マウス皮膚炎に対する治療効果、免疫系への影響(T細胞反応、抗体/サイトカイン産生への影響)等について検討した。その結果、すでに完成されたマウス皮膚炎病変については、TGF-βの経口投与(5μg/マウス、週に3回投与、2週間継続)は、肉眼的及び病理学的な皮膚炎の評価、血中IgE抗体値、病変部サイトカイン産生量において変化を認めず、今回採用した経口TGF-βの摂取方法では、その効果がないことが明らかになった。今後は、量や投与回数を増やす、アレルゲンと一緒に投与するなどの工夫を加えて、TGF-β経口投与によるアレルギー疾患の治療効果について検討したい。また山梨県甲州市の母親達のご協力をいただき、約40人分の健常人母乳サンプルを収集し、母乳中に含まれるTGF-βの濃度についてELISA法で測定した。現在、このデータを、母親の身体的プロフィール(身長、体重等)、家族構成、生活および食習慣など、母親へのアンケート調査から得られたさまざまなパラメーターと照合し、母乳中に含まれるTGF-β濃度に影響を与える身体的あるいは環境因子についての解析する(現在進行中)。
光子対へ崩壊するヒッグスボゾンのアトラス検出器による早期発見

平成18年度に行ったヒッグス粒子の二光子状態への崩壊過程を用いた発見に関する基本的な研究に基づき、平成19年度はさらにその過程を利用し、LHC・ATLAS実験により見いだされた粒子が、実際にヒッグス粒子であるかどうかを確認するための研究を主に行った。LHC加速器での実験では新しい物理の発見が期待されるが、実際に新しい物理現象が発見された場合、その現象が、実際にどのような物理に依るものなのか、確かに予想されたヒッグス粒子が発見されたのかどうかを観測を通じて確認できなければならない。今年度の研究ではトップクォーク随伴反応によるヒッグス粒子の生成と、その二光子状態への崩壊過程をもちい、二光子状態で発見された新粒子が、どのようなスピン・パリティの状態であるのか、CPの固有状態がevenであるのかoddであるのが、生成されたヒッグス粒子の横方向運動量、および擬ラピディティの観測から識別できることが分かった。この様にその性質を決定するには発見からさらに3年ほどのデータの蓄積が必要であるが、新しい物理現象がどのような物理で解釈できるかを決定するためには必要不可欠な課題である。重いヒッグス粒子がベクターボゾン対に崩壊し、さらに4個のフェルミオンに崩壊する過程についてはいくつか研究があるが、二光子状態で発見される質量領域のヒッグス粒子に関してはこの研究は初めての研究であり、他に類を見ない新しい研究である。当科研費による研究支援により実験開始前のCERN(欧州原子核研究機構)にてヒッグス粒子発見に関する研究を続けている。ATLAS実験による軽いヒッグス粒子の発見をめざしてヒッグス粒子の二光子への崩壊プロセスを中心に、その他の崩壊モードも含めて研究を進めている。平成18年度においてはVBFによるHiggs粒子生成とその二光子への崩壊プロセスに対する重要なバックグランドプロセスであるElectroweak反応によるγγjet jetプロセスの断面積の評価をMadGraph/MadEventを用いて行った。Pythia等の他のeventgeneratorとの断面積の比較はこのプロセスが主要なバックグラウンドであるため重要である。、・ヒッグスの他の崩壊モードの検討ヒッグス粒子がさらに大きい場合の検討も行った。WWから両Wボゾンがそれぞれレプトンとハドロンに崩壊する場合を中心にfast simulationによりそのヒッグス粒子の発見に対する貢献度と、また発見後に終状態を再構成しヒッグス粒子のスピンおよびCP固有状態の決定の可能性について研究を行った。またfull simulationのサンプルを用いてfast simulationの解析の妥当性の検討を行った。などの点を中心に検討作業を行った。またATLAS実験における発見過程にとって重要なパートン分布関数(pdf)の実験初期における標準理論の仮定を用いての決定についての準備的な研究も行った。
ポリアミド低圧逆浸透過膜のフッ素選択透過性を応用した新しい排水処理システムの開発

本研究では、カルシウム添加によるフッ素の沈澱除去プロセスからの上澄水を対象に低圧逆浸透膜ろ過を行う。一般に、フッ化カルシウムCaF2は逆浸透膜の表面に強因に付着し、膜ファウリングの原因となる。通常の逆浸透膜ろ過プロセスでは、フッ素は循環水側に保持されるためろ過とともに循環水中て濃縮し、これと同時にカルシウムも循環水側で濃縮されるために、ろ過の進行とともにフッ化カルシウムCaF2が過飽和となり、膜表面に析出してファウリングを起こす。さらに、カルシウムを添加してフッ素の沈澱を行うプロセスでは、CaCO3が析出して膜汚染を起こす可能性がある。また、半導体などの排水中には高濃度のシリカが含まれている可能性か高い。そこで本研究では、人工的に調整した排水を用いて、逆浸透膜の汚染とフッ素の阻止性との関係について調査を行った。逆浸透膜によるフッ素の阻止性は、膜汚染の進行とともに変化するが、阻止性が上昇する場合と低下する場合がある。このため、ろ過実験修了後の膜を取り出して、膜表面に付着したフッ化カルシウムの量をろ過実験条件ことに測定する他、膜表面の官能基の存在状態について、ART-FTIRを用いて観察することで、膜表面に付着した汚染物質は主に、シリカとCaCO3であることを明らかにした。さらに、フッ素の膜面透過をモデル解析することにより、膜面に形成されたゲル層の透過性の違いが、フッ素除去率の変化に影響していることを示した。本研究は、低圧逆浸透膜を用いたフッ素の除去方法について検討するものであるが、今年度はフッ素による膜汚染について検討した。逆浸透膜の汚染を引き起こす物質としては、シリカ、炭酸カルシウムなどのほかに、本研究では膜供給水中にフッ素が高濃度で存在するために、フッ化カルシウムが膜汚染を引き起こす可能性がある。一般に、フッ化カルシウムCaF2は逆浸透膜の表面に強固に付着し、膜ファウリングの原因となる。通常の逆浸透膜ろ過プロセスでは、フッ素は循環水側に保持されるためろ過とともに循環水中で濃縮し、これと同時にカルシウムも循環水側で濃縮されるために、ろ過の進行とともにフッ化カルシウムCaF2が過飽和となり、膜表面に析出してファウリングを起こす。そこで本研究では、膜供給水中にシリカやフッ素、カルシウムを含む場合の幕ファウリングについて、実験とモデルによる解析を行った。その結果、膜供給水の水質条件により、フッ素の除去性能にも違いが生じることがわかった。異なったファウリング現象が起こり、低圧逆浸透膜の表面に形成されるファウリング層(ゲル層)の違いにより、水やフッ素を含む各種イオンの膜透過性に違いが生じることがわかった。そのため、ファウリングの進行とともに、フッ素の除去率にも変化が生じる。この現象をさらに細かく見るため、膜ろ過実験の結果をモデル解析した。モデルは、膜透過モデルと膜表面の濃度分極モデルとを組み合わせたものであり、モデル解析の結果、膜表面にできるゲル層には密度の高いゲルと、低いゲルがあり、前者はゲル層内部での拡散が物質移動を支配しているが、後者は移流に支配されていることが、フッソ除去率の違いを生み出していることを解明した。
多様な環境下における疎水効果の理論的研究

多様な環境下における疎水性溶質の溶媒和自由エネルギーおよび疎水性相互作用に関する理論研究を行った.小さな疎水性分子については溶媒和自由エネルギーμおよび疎水性相互作用に対して平均場近似が極めて有効であることがわかった.それにより,温度・圧力・塩に対する溶解度および疎水性相互作用の依存性を説明することができた.さらに,メタン水溶液の温度・圧力・塩濃度変化について,μと疎水性相互作用の強さとの間に線形相関が存在することを見出した.平均場近似を不均一系に拡張し,気液界面における疎水性分子のμの温度および局所密度依存性が統一的に理解できることを示した.モデル疎水性高分子の高温収縮機構を明らかにした.A.水の気液界面付近における疎水性分子の溶媒和について次の成果を上げた。分子動力学シミュレーションにより水の気液界面の構造を生成し,テスト粒子挿入法によりメタン分子の局所溶解度を計算する方法を確立し,様々な温度における局所溶解度を計算した。同様に,Lennard-Jones (LJ)液体の気液界面におけるLJ溶質の局所溶解度も様々な温度において計算した。これらの結果を解析し,以下の結論が導かれた。(1)界面からの距離をzとすると,zを固定した局所溶解度の温度依存性はzにより質的に異なり,また溶媒によっても異なる。(2)溶媒の局所密度が各温度で一定になるように各温度でzを選んだ場合,局所溶解度は常に温度とともに減少する。このことは溶媒が水であれ単純液体であれ成立する。(3)溶媒が水の場合,局所溶解度プロファイルに極小が存在し,それは等モル面の液相側に位置する。温度の低下とともに,その極小はより顕著になる。(4)温度の低下とともに水の界面に層状構造が現れる。局所溶解度の極小はこの層状構造を反映したものであると考えられる。B.水溶液中のメタンの浸透第二ビリアル係数についての研究では,圧力および塩濃度依存性を新たに計算し,以下のことを明らかにした。(1) 298 Kにおいては圧力の上昇とともに浸透第二ビリアル係数は単調に減少し,より大きな負の値をとる。すなわち圧力上昇でメタン分子間の引力相互作用は強まる。(2) 298 KにおいてはNaCl塩濃度増加とともに浸透第二ビリアル係数は単調に減少し,より大きな負の値をとる。すなわち,疎水性分子間の引力相互作用は強まる。またメタン分子間の動径分布関数第一ピークも塩濃度増加とともに高くなる。(3)温度・圧力・塩濃度変化のいずれについても,浸透第二ビリアル係数はメタンの過剰化学ポテンシャルの増加とともにほぼ線形に減少する。(1)バルク液体における平均場近似理論を拡張し,不均一系である気液界面における疎水性分子の溶媒和自由エネルギーの温度および局所密度依存性が統一的に理解できることを示した。(2)カーボンナノチューブ内部の水が示す固液相転移に一次転移と連続転移の両方の可能性があるか、それに関連して臨界点が存在するかどうか、を明確に示すため、大規模分子シミュレーションおよび有限サイズスケーリング解析を行った。結果は、臨界点の存在を支持するものであった。すべての計算結果をまとめ、温度-圧力面における相図を提示した。(3)上と同様の計算をナノチューブ内部のアルゴン液体・固体についても行い、水に限らず、単純液体においても固液臨界点が存在することを明確に示した。(4)浸透第2ビリアル係数Bは浸透圧または溶質活動度を溶質濃度で展開することから求めることができる。温度を固定し、溶媒化学ポテンシャルを固定すると、2次の項の係数として直接Bが得られる。われわれは溶媒化学ポテンシャルの代わりに、圧力を固定する場合、溶媒密度を固定する場合、および気液平衡を指定する場合についての展開を行い、その展開係数をそれぞれB',B'', Bcoexとし、これらtBとの関係を示した。実験および状態方程式からBを決定する方法について議論した。研究時間は必ずしも十分ではなかったが、効率よく研究を行うことをこころがけ、さらに、他の業務に支障のない範囲で国内外の研究者の所属機関へ出張し、集中的に研究を行い、おおむね順調に進展させることができた。(1)PNIPAM水溶液における圧力誘起凝集機構の解明に取り組んだ.圧力上昇に伴い,NiPPA分子間の有効引力が強まり,その主要因は無極性相互作用の寄与であることを指摘した.またクーロン力の寄与は圧力増加とともに弱まる.水溶液中における圧力依存性と同様の現象は,無極性溶媒中のNiPPA分子間においても観測された.(2)下部臨界点上の温度におけるNiPPA水溶液の液液相分離のMDシミュレーションを行い,温度上昇に伴い強化されるNiPPA分子間の有効引力が相分離の主要因であることを指摘した.さらに,NiPPA分子間の有効相互作用が強まる主要因は,無極性相互作用(疎水性相互作用)の増強によることを明らかにした.(3)水+エタノール混合溶液における疎水性分子の共貧溶媒性を調べるためMDシミュレーションを行い,その微視的起源を明らかにすることを試みた.

モデル溶質は,メタン型モノマー,二量体,三量体,四量体である.一般に過剰化学ポテンシャル(μ*)はエタノール濃度の増加とともに減少する.しかし,メタン2分子間の平均力ポテンシャル(=2量体のμ*-モノマーのμ*x2)はメタノール分率が0.4付近で極小となる.その挙動は対応するcavity(溶質-溶媒相互作用が斥力のみの場合)の平均力ポテンシャルにおいても見いだされる.すなわち,このモデル系で観測される共貧溶媒性の起源は,溶質-溶媒間相互作用によらず,溶液内の空孔形成能の濃度依存性にあることが明らかになった.(4)高分子水溶液中におけるコイル-グロビュール転移を再現する,モデル高分子を開発し,そのMDシミュレーションを行った.特に,水の役割について検討した.それによると,モノマーの溶解度の温度依存性には水と無極性溶媒の差は見られず,モノマー間の平均力ポテンシャルの温度依存性において初めて水と無極性溶媒の差が現れることを明らかにした.研究時間を必ずしも十分確保できたとは言えないが,集中的に研究を行うことを心がけ,さらに他業務に支障のない範囲で国内外の研究機関を訪問し,その場で研究交流を行い,研究を推進することができた.温度・圧力・塩濃度ともに変化する疎水性水和と疎水性相互作用のメカニズムの解明に取り組み,以下の点を明らかにした.まず,メタンのような小さな疎水性溶質の溶解度(あるいは溶媒和自由エネルギー)の温度依存性,圧力依存性,および塩濃度依存性(NaCl水溶液)は我々が採用した平均場近似法によって正確に記述されることがわかった.さらに,溶質分子間に働く有効相互作用(メタン分子同士の接触距離における平均力ポテンシャル値)も平均場近似によりほぼ正確に与えられることが明らかになった.このような平均場近似の妥当性を踏まえ,溶解度および疎水性相互作用に対する温度,圧力,塩濃度それぞれの効果の物理的起源を明らかにした.第二に,水溶液中のメタン分子間有効相互作用と溶媒和自由エネルギーとの相関について検討した.広範な熱力学条件について,温度・圧力・塩濃度のいずれの変化に対しても,有効相互作用W*と溶媒和自由エネルギーμ*との間にほぼ線形相関が得られることが明らかになった.ただし,線形相関の傾きdW*/dμ*は,熱力学的変化のモードに依存する.メタン水溶液については,1 atmにおける温度変化および1 atm, 298 Kでの塩(NaCl)濃度変化について傾きdW*/dμ*の値はほぼ同じである.しかし,298 Kにおける圧力変化についての傾きdW*/dμ*は他の二つの場合に比べ顕著に小さい.溶媒和過程の熱力学および統計力学的考察から,それぞれの熱力学的変化のモードに対する傾きdW*/dμ*を溶媒和熱力学量および相関関数積分によって表すことができることを示した.多様な環境下における疎水性溶質の溶媒和自由エネルギーおよび疎水性相互作用に関する理論研究を行った.小さな疎水性分子については溶媒和自由エネルギーμおよび疎水性相互作用に対して平均場近似が極めて有効であることがわかった.それにより,温度・圧力・塩に対する溶解度および疎水性相互作用の依存性を説明することができた.さらに,メタン水溶液の温度・圧力・塩濃度変化について,μと疎水性相互作用の強さとの間に線形相関が存在することを見出した.平均場近似を不均一系に拡張し,気液界面における疎水性分子のμの温度および局所密度依存性が統一的に理解できることを示した.モデル疎水性高分子の高温収縮機構を明らかにした.
高密度正孔ガスを利用したダイヤモンド高出力ミリ波トランジスタ

ダイヤモンドは降伏電界が半導体中最も高く、物質中最高の熱伝導率をもち、従来の半導体で不可能であった高出力高周波デバイスや低損失電力素子が期待される。本研究では、ダイヤモンド電界効果トランジスタ(FET)の性能を表面やバルクでの異種原子制御より向上させ、ミリ波帯で動作する高周波デバイスや超伝導ダイヤモンドを利用した新機能デバイスの開発を行った。この結果、現在の半導体でのFETの最大級の電流密度1A/mmを達成し、ミリ波帯に入る50GHz近くでの動作およびSiおよびGaAs等の従来の半導体を越えるGHz帯での高い電力制御を可能とした。400°Cでの高温動作も可能とした。また、ダイヤモンド超伝導を利用したジョセフソン接合でテラヘルツ帯の特性振動数を得た。代表者が先駆的に開発した2次元正孔ガスによる表面p型蓄積層を利用したダイヤモンドpチャネルFETを基礎に、以下の目的で研究を実施する。(1)新たなヘテロ界面創出による2次元正孔ガスのキャリア密度と移動度を向上させる。(2)FET構造最適化により高電圧、高周波、耐環境での性能向上を行い、実用に耐えうる高出力・高周波動作を検討する。(3)高濃度ボロンドープp型層での超伝導を利用したゼロ抵抗ソース・ドレインのFETやチャネルの開閉に超伝導-常伝導を利用する超伝導FET等の斬新なデバイス開発を行う。本年度はアンドープ水素終端ダイヤモンド表面の2次元正孔ガス層の形成機構と高濃度ボロンドープ層の高密度正孔による超伝導機構を調査した。ダイヤモンドでは従来、Siと同様に(001)基板でデバイス形成するが、他の面方位での高密度正孔ガス層の伝導性とデバイス特性を初めて総合的に調査した。(110)、(111)基板では、(001)基板の約1/2のシート抵抗5kohm/sqが得られた。この理由は、(110)、(111)基板で移動度が(001)基板より20%程度向上し、同時に(110)、(111)基板では平均シートキャリア密度が2.5×10^13[/cm^2]と、(001基板(1.5×10^13[/cm^2])と比べ1.4倍上昇したことにある。キャリア密度増加は、(110)および(111)面の水素-炭素双極子密度が(001)面よりも1.5倍高く、その分多くのキャリア(正孔)が誘起する。さらに、(110)面上に形成した電界効果トランジスタ(FET)の遮断周波数は45GHzとダイヤモンドでは最高値で、(001)面のそれは30GHzと1.5倍の差があり、両者の正孔密度の差がFET特性に反映される。これらを電子デバイスの最高権威の学会IEDM 2007で発表し、多くの半導体デバイス研究者から注目され、ダイヤモンド高周波FETの将来性を世界にアピール出来た。高密度の正孔は高濃度ボロンドープダイヤモンドからも得られ、8K付近で超伝導を発現する。超伝導と半導体性の共存で、クライオトランジスタ等の新素子が期待される。本年度は、価電子帯増評価、フォノンの分散関係、超伝導ギャップ等の基礎物性を調査した。価電子中のフェルミ準位の位置(0.5eVの進入)、「点フォノンの低周波数化(10meV)、0.85meV超伝導ギャップの測定等、超伝導機構解明上重要な基礎データの蓄積が順調に進行している。ダイヤモンドは物質中最高の熱伝導率や高い絶縁破壊電圧を有しているため、次世代の高周波高出カデバイス材料として期待されている。本年度は実用に耐えうる高出力・高周波ダイヤモンドMOSFETの作製を目的としてきた。そこで主に、1)面方向を選定した基板への微細化技術の適用による高出力・高周波ダイヤモンドMOSFETの作製、2)ダイヤモンドMOSFETの熱的安定性向上と低温での動作確認、3)超伝導FETへの応用に向けて超伝導ダイヤモンドの薄膜化を行った。1)面方位の選定((111)面利用)により、シート抵抗:3kΩ/□以下、キャリア密度:5×1013/cm2の2次元正孔ガスの生成に成功した。また、作製したMOSFETは、0.3μmという比較的長いゲート長であるにもかかわらず、ダイヤモンドMOSFETとしては世界最高のドレイン電流値(850mA/mm)を記録した。この値は最先端のSiCMOSとほぼ同様のドレイン電流密度である。2)PTFEを利用して、約4Kの極低温真空環境下でのダイヤモンドMOSFETのデバイス特性を評価した。結果、PTFEパッシベーション無しの場合では真空中においてシート抵抗が増加するのに対して、パッシベーションをした場合では、真空中においても大気中と同程度のシート抵抗を保持している。

また、PTFEパッシベーションによって電極近傍のキャリア密度が増加し、低温真空下でもホール蓄積層と電極間の良好なオーミック接触が維持されているため、本研究で作製したデバイスでは低温真空下でも接触抵抗の低減が維持されている。3)(111)面での高効率ドーピングを利用し、20nmという薄膜で超伝導転移する低抵抗の高濃度ボロンドープ薄膜の合成に成功した。2)の結果である低温真空下での動作と薄膜での超伝導転移により、超伝導FETへの応用に期待が高まった。1(110)及び(111)面での高性能FET水素終端(110)面および(111)面での高キャリア密度をソース・ドレイン・チャネルに利用したMOSFETでは800mA/mmと高いドレイン電流密度が得られた。(111)面では最大ドレイン電流密度1.2A/mm(目標値1A/mm)、最大相互コンダクタンス40mS/mm(目標値20mS/mm)とダイヤモンドでは最高、シリコンや化合物半導体の先端FETに匹敵する値を記録した。(110)での高いドレイン電流密度、相互コンダクタンスより、最高30GHzで止まりであった遮断周波数が、(110)面で45GHzまで上昇した。ダイヤモンドMOSFETでは最高値である。2TiC極浅オーミック接合の形成熱的に安定なオーミック接合形成に浅い(3nm)TiC形成を行い、10-7Ωcm2台の低コンタクト抵抗を実現した。この浅い接合は半導体技術ロードマップ(ITRS2012-16)を満たすナノデバイス技術である。3水素終端表面のショットキー障壁形成機構の解明各種金属でショットキー障壁の精密測定を初めて実施した。この結果を基に界面双極子、負性電子親和力、界面電荷の影響を定量的考慮した金属誘起準位モデルにて、金属/水素終端ダイヤモンド界面の障壁が説明された。金属半導体FETやMOSFETの性能向上に重要な指針となる。4高濃度ボロンドープ層での超伝導を利用したSNS型ジョセフソン接合超伝導層/非超伝導層/超伝導層(SNS)を縦型あるいはプレーナ構造で形成し、ダイヤモンドジョセフソン接合に世界で初めて成功した。3層全て同一物質のホモ接合で形成したジョセフソン接合は例がなく、プレーナ構造では臨界電流ICと常伝導接合抵抗RNの積(ICRN積,16mV@2K)が高く、特性振動数(2eICRN/h)に反映され、テラヘルツ帯での応答が期待される。1.ダイヤモンドFET構造最適化による高耐圧、高周波、耐環境性能向上水素終端(111)面での高キャリア密度をソース・ドレイン・チャネルに利用したMOSFETでは800MA/mmと高いドレイン電流密度が得られた(論文1)。さらにソース・ゲート、ゲート・ドレイン間の抵抗減少にて最大ドレイン電流密度1.2A/mm、最大相互コンダクタンス400mS/mmとダイヤモンドでは最高で、シリコンや化合物半導体の先端FETに匹敵する値を記録した(学会8)。この電流駆動能力の上昇を、高電界下での軽い正孔から重い正孔への遷移が(111)面では抑制され、移動度低下が起こりにくいことで説明した(論文1)。2.高濃度ボロンドープ超伝導層を利用したダイヤモンド超伝導デバイス開発2.1 SNSジョセフソン接合超伝導層/非超伝導層/超伝導層(SNS)を縦型(論文5)あるいはプレーナ構造で形成し、ダイヤモンドジョセブソン接合形成に世界で初めて成功した(論文5)。
運動と食事が動脈血管内皮機能に与える相互作用の解明

一過性に血管内皮機能の改善を惹起する運動効果(運動誘発性血管内皮機能改善)は,食事前に実施するタイミングによって,食事摂取後の一過性の血管内皮機能低下(食事誘発性血管内皮機能低下)にどのような影響を与えるかを検討した。健康な若年男性8名が,以下の3つのプロトコールにランダムな順序で参加した。対照(non-Ex)条件は,食事としてグルコース75gを含有した飲料を摂取し,その後120分の安静を保った。運動条件は,脚自転車エルゴメータによる低強度一定負荷運動を30分間行った。運動実施のタイミングは,non-Ex条件と同様な飲料摂取の355分前に行うPost-Ex5条件,あるいは6030分前に行うPost-Ex30条件の2つとした。血管内皮機能は糖質飲料摂取の直前,摂取後70分目,120分目に,血流依存性血管拡張反応(FMD)測定により最大血管拡張率(%FMD)を算出して評価した。また,FMD測定と同じタイミングで血中グルコース濃度を測定した。糖質飲料摂取(non-Ex条件)によって,その後70分目に%FMDの有意な低下が認められた。一方,Post-Ex5条件およびPost-Ex30条件では変化はみられなかった。食後高血糖が血管内皮機能へ一時的な障害を生じさせるが,食事前の運動実施により,そのタイミングにかかわらず,食事摂取後の一過性の血管内皮機能低下を抑制する可能性が示唆された。今年度は,食事誘発性血管内皮機能低下に対して,食事前に実施する運動のタイミング(食事の直前,あるいは一定時間前に実施)による効果の違いを検討した。予定通りの実験を遂行し,次年度以降に行う実験を計画する上で有益な結果を得ることができた。したがって,おおむね計画通りであり,順調に進展していると考えられる。2019年度は,前年度の実験結果をふまえ,食事前と食事後の運動実施が食事誘発性血管内皮機能低下に与える効果の違いについて検討する。被験者は健康な若年者10名程度とする。運動様式は血管内皮機能への効果が低強度一定負荷運動よりも高いとされる高強度間欠的運動(HIIT)を採用する予定である。基本的な測定項目などは前年度とほぼ同様で,血管内皮機能の評価にはFMD測定を行い,食事摂取の直前,摂取後60分目,120分目に測定する。2018年度に購入予定であった測定機器の一部を購入する必要がなくなったので,必要経費が抑えられ,残金が生じた。2018年度の残額と,当初予定の2019年度の配分額をあわせて,計画している実験の遂行に必要な被験者および実験補助者への謝金やその他諸経費に使用する予定である。
植物オルガネラDNAの複製開始機構

タバコ培養細胞BY2を用い、プロブラスチドDNAの複製開始領域を決定した。この培養細胞の定常期細胞を新鮮培地に移植すると、核DNA合成に先行してプロブラスチドDNA合成が始まる。この時期の細胞から、プロプラスチドDNAを単離し、DNA複製中間体に富む画分を調製した。この画分をプローブとしてハイブリダイゼーションを行なったところ、プロプラスチドDNA中の約30KbのInverted Repeat由来の断片に強くハイブクダイズした。この結果から、Inverted Repeat内の領域で複製が開始されることが示唆された。更に、複製中間体の電子顕微鏡観察を行ない、D-ループの位置から複製開始領域がInverted Repeatの末端近くにあること、複製は両方向に進むこと、2ケ所存在する同一の塩基配列を有する領域がin ofvoで共に複製を開始させることが明らかになった。現在、この領域を含むプラスミドをパーティクルガンを用いて、プロプラスチド中に導入することを試みている。薬剤耐性をマーカーとして用いることができないため、プロプラスチドDNAを回収後、大腸菌に形質転換してアッセイしている。各種プラスミドDNAを用いた実験において、回収されたプラスミドDNAは最初のプラスミドとは全く異なっていた。これは、プロプラスチド中でDNAの組換が高頻度で起きたことが原因であると考えられる。この組換プラスミドは最初に用いたプラスミドの10分の1の大きさのインサートした持っていない。この組換プラスミドがプロプラスチド中で複製できるかどうか検討中である。
光トポグラフィーを用いた高齢者の運転能力と作動記憶の評価

本研究では、近赤外線スペクトロスコピー(NIRS)と運転シミュレータを用いて、健常群および患者群の運転能力に関する脳基盤を検討する3つの実験を行った。【AC110・二重課題】NIRS装置Hitachi ETG 4000と運転操作器AC110を用いて、ハンドル操作のみの単純課題と比較した、ハンドル操作+アクセル/ブレーキ操作の二重課題における前頭葉活動を比較検討した。その結果、高齢健常群では、二重課題において、両側の前頭葉外側領域を中心にoxy-Hbの上昇を認めた。高齢健常群と若年健常群では、NIRSにおけるoxy-Hbの上昇は差がなかった。【Teddy・運転操作課題】運転シミュレータTeddyを用いて、安全場面の走行中と危険場面の走行中とを比較する実験を行った。若年・高齢健常群では、安全な場面を走行中と比較して、危険な場面を走行中にアクセル→ブレーキへの明らかな反応ピークが観察された。さらに、若年・高齢健常群では、危険場面走行中に左右前頭葉前方部、外側領域を中心に光トポグラフィにおける広汎なoxy-Hbの上昇を認めた。患者群全体では、アクセル→ブレーキ反応のピークが鈍で、運転行動にメリハリがなかった。危険場面走行中では、高齢健常群と比較して、患者群全体では、右前頭葉最前部の外側領域のoxy-Hb上昇が不良であった。【Teddy・運転操作課題】画面を黙視しているときと比較して、ハンドルとアクセル/ブレーキ操作を実際に行って安全な場面を運転操作する際は、健常群、ことに高齢健常群で両側前頭葉背外側部のoxy-Hbの上昇がみられた。一方、若年健常群では、画面を黙視しているときと比較して、安全な場面を走行中には、むしろ前頭葉正中領域のoxy-Hbが下降していた。このことは安全場面の走行という自動的な課題に際して、前頭葉正中領域はむしろデフォルトモードを呈するのではないかと推測された。本年度はまず、平成16年6月に近赤外線スペクトロスコピー(NIRS)装置を従来使用してきた24チャンネルのHitachi ETG 100から52チャンネルのETG 4000にバージョンアップした。6月から8月にかけてETG 4000を用いて、従来から使用している語流暢性課題・作動記憶課題を用いてうつ病患者の前頭葉の血液量測定を行い、NIRSの測定信頼性を確認した。さらに同時期に豊田中央研究所製の新たな運転シミュレータであるTeddyを導入し、昭和大学東病院・精神神経科外来の神経生理検査室内に既に設置してあるETG4000および従来の運転操作機であるAC110と連動できる形にした。8月から10月にかけてはAC110とTeddyのパラメータを設定した。いずれもETG4000のプローブを頭部に装着した状態で、画面を見ながら課題に従って操作し、脳活動の差をリアルタイムに計測できるようにした。ことにTeddyに関しては、通常の市街地を走行中のベースライン条件に対して、危険なシーンを走行している賦活条件の脳活動を比較できるようにした。さらに、Teddy課題遂行中の心電モニターとビデオ撮影ができるようにした。11月からは研究協力者である臨床心理士により実際の被験者に実験を行った。対象は当面65歳以上の普通自動車免許を有する健常高齢者および軽症痴呆患者とした。

健常高齢者については、シルバー人材センターでリクルートした被験者を対象に12月から平成17年2月まで計30名の患者についてAC110およびTeddy遂行中のNIRSを撮像した。また、患者群については、軽度認知障害患者3名と前頭側頭型痴呆患者3名の計6名に実験を施行した。患者群については臨床評価・神経心理学的検査とともに、神経画像検査として頭部MRIと脳血流SPECTを撮像した。平成17年度も引き続き痴呆症例を増やしていく予定である。本年度は、52チャンネルの近赤外線スペクトロスコピー(NIRS)装置Hitachi ETG 4000を使用して、運転操作機であるAC110および昨年度から導入した豊田中央研究所製の運転シミュレータTeddyを用いて、昭和大学東病院・精神神経科外来の神経生理検査室内で運転能力に関するNIRS実験を継続した。研究協力者の臨床心理士により、平成17年12月の段階で、高齢健常者30名、若年健常者26名、軽度認知症患者8名、局在性脳損傷患者4名、うつ病患者4例にNIRSの撮像を終了し、得られた中間結果を解析した。主な結果を以下に示す。【AC110】高齢健常群では、ハンドル操作のみの単純課題と比較した、ハンドル操作+アクセル/ブレーキ操作の二重課題において、両側の前頭葉外側領域を中心に酸化Hbの上昇を認めた。高齢健常群と若年健常群では、課題成績の行動指標には差がみられたが、NIRSにおける酸化Hbの上昇は差がなかった。課題成績の行動指標と酸化Hbの上昇とは一部のチャンネルで相関を認めた。患者群の個々の症例では、二重課題遂行中の酸化Hbの上昇が比較的保たれている症例と、不良な症例とが存在し、ばらつきが大きいと考えられた。【Teddy】若年・高齢健常群では、安全な場面を走行中と比較して、危険な場面を走行中にアクセル→ブレーキへの明らかな反応ピークが観察された。さらに、若年・高齢健常者では、危険場面走行中に左右前頭葉前方部、外側領域を中心にNIRSにおける広汎な酸化Hbの上昇を認めた。課題成績(操作量のずれ)と酸化Hbの上昇とは一部のチャンネルで相関を認めた。患者群全体では、アクセル→ブレーキ反応のピークが鈍で、運転行動にメリハリがなかった。危険場面走行中では、高齢健常群と比較して、患者群全体では、右前頭葉最前部の外側領域の酸化Hb上昇が不良であった。個々の症例では、危険場面走行中の酸化Hbの上昇が比較的保たれている症例と、不良な症例とが存在した。研究の最終年度にあたる本年度はまず、前年度に引き続き、近赤外線スペクトロスコピー(NIRS)装置Hitachi ETG 4000と運転シミュレータTeddyを用いて、昭和大学東病院・精神神経科外来の神経生理検査室内で運転能力に関するNIRS実験を継続した。研究協力者の協力を得て、研究終了段階での最終的な被験者数は、高齢健常者53名、若年健常者32名、軽度認知症患者14名、局在性脳損傷患者13名、うつ病患者17名であった。課題としては、昨年度と同様に、安全場面の走行中と危険場面の走行中とを比較する実験を継続したが、本年はさらに、若年・高齢健常群を対象として、安全場面を実際に運転している条件と、画面を黙視している条件との比較を行った。得られた結果は平成19年1月より最終的な解析を行った。黙視している条件と比較して、実際に運転している条件では、左右前頭前野外側領域の酸化Hbの上昇とともに、正中・内側領域においてはむしろ減少がみられ、この点は運転遂行に伴うdefaultmode状況を反映していると推測された。
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

研究代表者らは、一般的な細胞では核に局在するUHRF1が、卵母細胞および着床前胚では、大部分が細胞質に局在することを見出した。これらの細胞で一部核内に局在するUHRF1は卵母細胞成長期の新規DNAメチル化に関与し、着床前胚ではゲノムワイドに基底レベルのメチル化を維持することを見出した(前之原ら, 2017)。またUHRF1母方ノックアウトマウス胚は着床前後に致死となること、UHRF1は卵母細胞の細胞骨格形成に重要な役割を担っていること、UHRF1存在下で形成された細胞質が正常な発生に重要であること、UHRF1は着床前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などを見出した。Uhrf1はDnmt1と共にDNAメチル化の維持に必須のタンパク質である。以前私たちは、「着床前胚におけるゲノムインプリンティング領域のDNAメチル化維持機構にUhrf1が果たす役割」を調べるために作製した「Uhrf1母方ノックアウトマウス胚」が着床前後に致死となることを見出した。これはDnmt1母方ノックアウトマウス胚よりも重篤な表現型であったため、本研究ではUhrf1のDnmt1補助因子として以外の役割を明らかにすることを目的に、連携研究者の小倉淳朗先生との共同研究でUhrf1母方ノックアウト受精卵と野生型受精卵の核置換実験をおこない、Uhrf1は「卵子形成過程において正常な細胞質形成に重要な役割を果たす」もしくは「受精後の細胞質において重要な役割を果たす」ことを明らかにした。また連携研究者の植田幸嗣先生との共同研究で、Uhrf1ノックアウト卵子から抽出したタンパク質の質量分析をおこない、Uhrf1ノックアウト卵子では細胞骨格を形成するチューブリンタンパク質の量が減少していることを明らかにした。mRNA-seq解析の結果からは、Uhrf1はmRNAの転写には大きく関与しないことがわかった。よってUhrf1はなんらかの形でタンパク質の翻訳もしくは翻訳後のタンパク質の安定性に関与しているようである。またメチローム解析により、Uhrf1は卵子成長期に起こるゲノムワイドなde novoDNAメチル化の1/4程度に寄与していること(インプリンティング領域のde novo DNAメチル化には寄与していない)、初期発生におけるゲノムワイドな脱メチル化に抗してインプリンティング領域のみならず、一部のトランスポゾン領域のDNAメチル化維持に関与していることを明らかにした(論文投稿準備中)。卵子及び着床前胚では、Uhrf1は細胞質に主に局在することから、Uhrf1はこれらの時期に細胞質で重要な役割を果たしている可能性を考え、連携研究者の小倉淳朗先生との共同研究でUhrf1母方ノックアウト受精卵と野生型受精卵の核置換実験をおこなった。その結果、Uhrf1ノックアウト細胞質に野生型核を移植した胚は胚盤胞期前に発生が停止したのに対し、野生型細胞質に母方ノックアウト核を移植した胚は正常に発生し、産仔が得られた。このことよりUhrf1は「卵子形成過程において正常な細胞質形成に重要な役割を果たす」もしくは「受精後の細胞質において重要な役割を果たす」ことが示された。また連携研究者の植田幸嗣先生との共同研究で、Uhrf1ノックアウト卵子から抽出したタンパク質の質量分析を行ったところ、細胞骨格を形成するチューブリンの多くのサブタイプのタンパク質量が減少していることがわかった。この質量分析で得られた結果は、抗チューブリン抗体を用いた免疫染色で裏付けられた。すなわち、Uhrf1ノックアウト卵子では、野生型卵子で見られるチューブリンからなる格子状の細胞骨格が消失していた。Uhrf1ノックアウト卵子のmRNA-seq解析の結果から、Uhrf1は転写レベルで遺伝子の発現量に大きくは影響を与えないことが明らかとなり、チューブリンタンパク質量の減少は翻訳低下、もしくは翻訳後のタンパク質の分解/不安定化によるものである可能性が示唆された。Uhrf1ノックアウト卵子のメチローム解析の結果から、Uhrf1ノックアウト卵子では、インプリンティング領域のDNAメチル化は影響を受けないものの、ゲノム全体ではDNAメチル化が野生型と比較して1/4程度低下することがわかり、Uhrf1がde novoDNAメチル化の一部に関与していることを明らかにすることができた。これらの実験は当初計画通りに順調に進んでいる。これまでに私たちはUhrf1は卵子および初期胚では主に細胞質に存在し、Uhrf1母方ノックアウトマウス胚が着床前後に致死となることを見出し、この表現型がDnmt1母方KO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てきた。昨年度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た。今年度は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見出した。