日焼けしても美白を保てる?

　

　東北大学は、メラニン合成酵素の輸送に必須の因子である「Varp」(VPS9-ankyrin-repeat protein)分子に「メラノサイトの樹状突起形成を促進」する新たな作用があることを明らかにしたと発表した。発見は東北大学大学院生命科学研究科の大林典彦助教、福田光則教授らの研究グループによるもので、成果は米科学雑誌「Molecular Biology of the Cell」電子版に間もなく掲載される予定。

　ヒトの肌や髪の毛に含まれるメラニン色素は、有害な紫外線から体を守るために重要な役割を果たしているが、一方ではしみやそばかすの原因ともなっている。メラニン色素は、皮膚の「基底層」に存在する特殊な細胞「メラノサイト」でのみ産生。そして、小胞の1種である「メラノソーム」に貯蔵されている。成熟したメラノソームはメラノサイトの細胞内を輸送され、細胞体から樹木の枝のように分岐した複数の突起である「樹状突起」の先端から隣接する皮膚を作る細胞・ケラチノサイトに受け渡されて(転移)、肌の暗色化、つまり日焼けが起こる仕組みだ(画像1)。

　画像1。メラノサイトの樹状突起形成とケラチノサイトへのメラノソームの受け渡し。メラニン色素を合成するメラノサイトは皮膚の基底層に存在する。メラノサイトで合成されたメラニン色素はメラノソームに貯蔵され、メラノサイトの樹状突起の先端から隣接するケラチノサイトに受け渡される形だ(転移)。メラノソームを受け取ったケラチノサイトはやがて角質化し、肌の暗色化が発生(左図)。メラノサイトの樹状突起が形成されないと、ケラチノサイトへのメラノソームの転移が効率よく行われず、結果的に肌に沈着するメラニン色素の量が減少するものと考えられている(右図)

　つまり、メラニン色素をケラチノサイトに受け渡し、正しく沈着させるためには、メラノサイトの樹状突起形成のプロセスが重要となる。しかし、これまでメラノサイトの樹状突起形成の仕組みは十分に解明されていなかった。

　今回の研究では、培養メラノサイト(マウスmelan-a細胞)の樹状突起形成に関与する候補分子として、以前、研究グループがメラニン合成酵素の輸送に関わる分子として同定したVarpに着目。まず、メラノサイトに内在性のVarp分子の発現を細胞レベルで特異的にノックダウンすることにより、樹状突起の形成に対する影響を検討した。

　Varpは、分子内に「VPS9ドメイン」と呼ばれる低分子量Gタンパク質「Rab」の活性化ドメイン「グアニンヌクレオチド交換因子」と「アンキリンリピートドメイン」(さまざまなタンパク質で見られる、33アミノ酸の繰り返し配列で、分子間・分子内の相互作用によって機能制御を行うとされる)を2個持つタンパク質だ。

　なおRabとは、メラノソームなどの小胞の輸送を適切に行うために必要不可欠な交通整理人(制御タンパク質)の1つで、酵母からヒトまで普遍的に存在している低分子量Gタンパク質のことだ。RabはGTPというヌクレオチドを結合した活性化型とGDPを結合した不活性化型の2つの状態をとり、活性化型のGTP-Rab(例えばGTP-Rab38)がエフェクターと呼ばれる特異的なタンパク質(Varp ANKR1)と結合することにより小胞(メラニン合成酵素)を輸送する。不活性化型のGDP-RabをGTP-Rabに変換し、活性化を行う酵素をグアニンヌクレオチド交換因子(GEF)と呼び、VarpのVPS9ドメインはRab21の活性化を行う。

　次に、Varp分子内に存在する2種類の「Rabシグナリングドメイン」のVPS9ドメインおよびメラニン合成酵素の輸送に関与するRab38エフェクタードメイン「ANKR1ドメイン」の樹状突起形成への関与を明らかにするため、各ドメインの機能のみを欠損させた変異体(VPS9変異体およびANKR1変異体)を作成。それらの役割を「ノックダウン-レスキューアプローチ」により評価した。

　なお、ノックダウン-レスキューアプローチとは、20塩基程度の2本鎖RNAを細胞内に発現させると、その配列と相補的なRNAのみが特異的に分解され、その結果、目的のタンパク質の発現を特異的に抑制することができる「RNA干渉法」を用いる手法だ。これを用いてメラノサイトに内在性のVarp分子をノックダウンするだけでなく、人為的な塩基の変異を施しRNA干渉に抵抗性のVarp分子をメラノサイトに戻すことにより、得られた表現型(樹状突起の形成不全)をレスキュー(回復)することが可能となる。

　ノックダウン-レスキューアプローチで判明したのは、以下の3点だ。

　1. Varp分子を欠損するメラノサイトでは、樹状突起の形成が顕著に阻害されることから(画像2A・右)、Varpはメラノサイトの樹状突起形成に必須の因子と考えられる。

　画像2。Varp欠損細胞における樹状突起形成不全。マウス培養メラノサイトをフォルスコリン(細胞内cAMP濃度を上昇させる薬剤)で刺激すると、複数の樹状突起を形成するが(A・左図)、Varpを欠損するメラノサイトでは樹状突起の形成が顕著に阻害されている(A右およびB)。スケールバーは20μm

　2. Varp分子を欠損(ノックダウン)するメラノサイトに野生型のVarp分子を再び戻してやると、樹状突起の形成がレスキューしたが(画像3中央左)、VPS9ドメインのRab21活性化作用を欠損させたVPS9変異体では樹状突起の形成は回復しなかった(画像3中央右)。

　3. 一方、Rab38の結合能を欠損するANKR1変異体では、メラニン合成酵素がメラノソーム上から消失しているにも関わらず、樹状突起の形成が促進された(画像3右)。

　画像3。樹状突起形成におけるVarpのRab21活性化(VPS9)ドメインの役割。Varpを欠損する細胞に野生型のVarpを戻すと樹状突起の形成が回復するが(上段、中央左)、Rab21活性化能を欠損したVPS9変異体(D310A)では樹状突起の形成は起こらない(上段、中央右)。一方、Rab38の結合能を欠損したANKR1変異体(Q509A/Y550A)では、樹状突起の形成が回復する(上段、右)。なお、ANKR1変異体の発現により樹状突起の形成は回復するが、Rab38結合能を欠損するため、メラニン合成酵素の輸送は正しく行われず、細胞内からメラニン合成酵素のシグナルが顕著に減少してしまう(下段、右:Varp欠損細胞を白線で示す)。スケールバーは20μm

　以上の結果から、Varpは分子内に存在する2つのRabシグナリングドメインの機能を使い分けることにより、「メラニン合成酵素の輸送」と「樹状突起の形成」という2つの異なる輸送プロセスを制御する多機能分子であることが明らかとなった次第だ(画像4)。

　画像4。Varpによる樹状突起形成とメラニン合成酵素輸送の制御。Varp分子にはRab21を活性化するVPS9ドメインとRab38を結合するANKR1ドメインが存在し、前者の機能を用いて樹状突起の形成を促進し、後者の機能を用いてメラニン合成酵素の輸送を促進する。このようにVarpは2つの異なる輸送プロセスを連携させることにより、効率的な肌の暗色化に貢献するものと推察された

　Varpのように分子内に複数のRabシグナリングドメインを持つ分子はほかにも報告されているが、これまでに報告された分子はいずれも異なるRabシグナリングドメインが協調して1つの輸送経路を制御するものである。今回のVarpによる2つの異なる輸送経路の制御に関する研究成果は、Rabによる小胞輸送制御を理解する上でも重要な発見だ。

　紫外線を浴びるとヒトの体内ではメラニン合成酵素が活性化され、合成されたメラニン色素が皮膚に沈着し日焼け、しみ、そばかすが発生します。肌の美白維持に関しては、メラニン色素(メラノソーム)の合成、輸送、転移(あるいは樹状突起の形成)のいずれかのプロセスをターゲットにした薬の開発が行われているが、これまで複数のプロセスを対象にした研究は行われていない。

　しかし今回の研究により、Varpを対象とすれば、メラニン合成酵素の輸送レベルとケラチノサイトへの転移のレベルを同時に制御することも可能という結果が出た。研究グループでは、今後、Varp分子の機能を阻害あるいは安定化するような薬の開発が進むことが期待されるとしている。

パナソニック、降圧型ヒステレティック制御方式のDC/DCコンバータLSIを開発

　

　パナソニック セミコンダクター社は、パソコンやタブレットPC、サーバなどの電源向けに高効率かつ高速応答で幅広い出力電圧に対応できる降圧型ヒステレティック制御方式高効率DC-DCコンバータ LSI「NN3019シリーズ」および「NN3031シリーズ」を開発したと発表した。同製品シリーズを使用することで、パソコンやタブレットPC、サーバなどに使用される10Aまでの大電流域に対応する電源の高効率化ができ、搭載機器の省電力化が実現できる。さらに、高性能な電源を小型で実現できるため、搭載機器も小型化が可能になるという。

　降圧型ヒステレティック制御方式高効率DC-DCコンバータLSI「NN3019シリーズ」および「NN3031シリーズ」の製品写真

　同製品は、低損失のトレンチMOS構造の電界効果トランジスタを内蔵することにより、電力変換効率95%を実現しているため、搭載機器の省エネ・低発熱を可能とする。またPWMの所定オン時間・オフ時間制御技術により、出力負荷急変時における高い高速応答性を実現し、出力電圧変動幅を抑制することができる。さらに、アンダーシュートは9mV、オーバーシュートで11mVを実現し、パソコンやタブレットPC、サーバなどのメモリ、DSP、FPGAの動作電源電圧範囲にマージンを確保することが可能となり、機器の安定動作を可能にするほか、マルチチップパッケージ技術により、2チップのトレンチMOSFETと1チップのコントローラICを小型QFNパッケージ(4mm□/6mm□)にすべて実装し、部品点数を削減している。

　なお、2製品ともに2012年1月よりサンプル出荷を開始する予定で、サンプル価格は100～200円となっている。

　「NN3019シリーズ」および「NN3031シリーズ」の暫定仕様

NIMS、パルスレーザー照射による機能性高分子ナノワイヤ作製技術を開発

　

　物質・材料研究機構(NIMS) 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点・ナノエレクトロニクス材料ユニットの佐々木道子 博士研究員、同 後藤真宏 主幹研究員らの研究チームは、パルスレーザーを照射するだけでその領域にのみ選択的に高分子ナノワイヤを成長させることに成功したほか、同ナノワイヤに各種ナノ材料をドーピングすることでさまざまな機能性を持たせることに成功したことを明らかにした。

　高分子ナノワイヤは、無機材料からなるナノワイヤ類と比べ、柔軟性が高く、かつ光学的にも透明であるため、こうした特長を生かしたセンサや発光素子、光スイッチ素子などのナノデバイスの新規分野への応用が期待されている。

　従来、典型的な高分子ナノワイヤの作製方法としてはサブミクロンレベルの多数の穴が空いたポーラスアルミナ基板をテンプレートとして、その穴の中に高分子材料を溶かし込んで固化させた後に、アルミナ材料を溶かして析出させるという手法が用いられていた。しかし、同手法では、作製されるナノワイヤの直径は細くても300nm程度が限界であり、量子サイズ効果などを期待したナノデバイスへの応用は困難であった。また、エッチングプロセスが必要なため、高分子ナノワイヤへのダメージも問題と考えられているほか、ドーピングも原料に分散させられるものだけが対象となってしまうため、限定的な応用にとどまっていたこともあり、高分子ナノワイヤのナノデバイスへの展開を進めることを目指し、直径数十nmレベルへの細線化や、機能性ナノ材料ドーピングによる新たな機能性の付与などの実現に向けた取り組みが求められていた。

　今回、研究チームでは、レーザー照射するだけで、その位置に高分子ナノワイヤを成長させることができる方法を新たに開発。これにより従来の鋳型を用いる方法とはまったく異なる方法で、かつ簡便に高分子ナノワイヤの作製が行えるようになったほか、多くの種類の材料をドーピングさせることも可能となり、機能性ナノ材料を含んだ高分子ナノワイヤを得ることができるようになったという。

　同技術は、これまでNIMSが培ってきたレーザーテクノロジーを基盤として、大気中でのシンプルなパルスレーザー照射プロセス、レーザー光強度、レーザー照射による光励起領域を高度に制御するほか、原料となる高分子フィルム中、あるいはフィルム表層部へ機能性ナノ材料を配置する方法などの生成プロセスの最適化条件を確立したことにより実現できたという。

　具体的には、ガラス基板上に必要とする高分子の薄膜を作製、その中に付加したい機能を有するナノ材料と光増感色素を分散させる。この時、分散が困難な材料であれば、高分子フィルムの表面にスプレーなどで担持するだけでも構わないという。そこに、パルスレーザー光(例えば波長440nm、900psパルス幅)、1パルスを、対物レンズを介して、光強度や集光位置を詳細に制御して照射すると、特定の実験条件を満足した場合(材料の組み合わせによって異なる)のみ、そのフィルムに垂直に機能性ナノ材料を含んだ高分子ナノワイヤが成長することとなる。

　図1は、同手法により作製された機能性高分子ナノワイヤー全体の走査型電子顕微鏡写真だが、この場合、高分子材料としてポリスチレン、機能性ナノ材料として酸化鉄ナノ粒子を、光増感色素としてクマリン6分子をそれぞれ用いて作られており、直径25nm、長さ約20μmの酸化鉄ナノ粒子分散ポリスチレンナノワイヤが作製できていることが見てとれる。

　図1 酸化鉄ナノ粒子を含んだポリスチレンナノワイヤの走査型電子顕微鏡写真

　図2は、この細部を拡大した走査型電子顕微鏡写真だが、ポリスチレンナノワイヤに直径約15nmの酸化鉄ナノ粒子(黄色矢印)が含有されている様子が分かる。

　図2 酸化鉄ナノ粒子を含んだポリスチレンナノワイヤの走査型電子顕微鏡写真(一部を拡大して撮影:粒上の酸化鉄ナノ粒子が観察される(黄色矢印))

　そして図3が、同高分子ナノワイヤの同じ位置を走査透過型電子顕微鏡により電子線を透過させて観察したものだが、高分子ナノワイヤの表層だけでなく内部にも酸化鉄ナノ粒子(赤色矢印)を含有していることも確認することができる。

　図3 酸化鉄ナノ粒子を含んだポリスチレンナノワイヤの走査透過電子顕微鏡像(走査型電子顕微鏡写真では観察されていない内部に含有された酸化鉄ナノ粒子が現れている(赤色矢印))

　この例では、典型的な磁性材料である酸化鉄を含有することに成功したため、高分子ナノワイヤに新たに磁気的な機能性の付加が行われている。そのため、同ナノワイヤは、磁場で運動する機能を有することが予想され、例えば生物の鞭毛のような運動を引き起こし、人体血管内を移動する生体用マイクロマシンの駆動源としての応用が期待されるという。

　なお、今回、開発された手法は、高分子材料種、含有するナノ材料種の選択肢が極めて大きいため、目指す応用分野を見据えて、高分子ナノワイヤの機能を付加することが可能となる。そのため、将来的には分子デバイス分野、マイクロマシン分野などへの波及効果が期待できるようになるほか、レーザーを用いた単純な生成プロセスであることから、レーザーの大面積スキャン方式や、フライアイレンズなどを用いて一度に広範囲を光照射可能にすることで、機能性高分子ナノワイヤの量産化や集積化も可能で、かつ産業応用も可能となることから、さまざまな分野での応用展開が期待できると研究チームでは説明している。

ルネサス、マイコンから直接駆動可能かつ高転流なパワー半導体を発売

　

　ルネサス エレクトロニクスは、白物家電のAC(交流)モータやソレノイド、ヒータ駆動用トライアック(パワー半導体)として、マイコンからの低電流で直接駆動(トリガ)が可能な電流8A、耐圧700V対応のトライアック「BCR8LM-14LK」を製品化し、2012年1月よりサンプル出荷を開始すると発表した。

　トライアックは交流回路の制御電源スイッチに用いられるが、駆動電流(ゲートトリガ電流:トライアックをオンさせるために必要な電流)(IGT)が大きいため、通常マイコンからの出力電流を増幅する回路が必要となっている。また、トライアックは通常30mA以上のゲートトリガ電流が必要であり、マイコンからの低電流出力に対応するべく12mA程度に低減すると、トライアックで重要な特性項目である転流特性や、誤動作防止のための臨界オフ電圧上昇率(dv/dt)が悪化してしまう問題があった。

　BCR8LM-14LKでは、ゲートトリガ電流を小さくするための基本構造の構築、デバイス構造およびプロセスの最適化し、従来からの特長である高い転流特性((dv/dt)c)10V/μsを維持しつつ、トレードオフの関係にあるゲートトリガ電流を12mA以下に低減。これによりマイコンからの直接トリガを実現する他、従来必要であったトライアック用の増幅回路が不要となり、電源の小型化および部品コスト低減、低消費電力化が可能となった。

　なお、同製品のサンプル価格は1個80円で、量産は2012年3月から開始し、2013年3月には月産300万個を計画している。

　加えて同社では同製品の8A対応のほか、12A、16A、20A対応品をシリーズ展開する計画。また、パッケージも今回の絶縁TO-220FL(UL認証取得)パッケージに加えて、非絶縁外形のラインアップを計画するなど、幅広いニーズに対応していく方針としている。

　ルネサスのトライアック「BCR8LM-14LK」

インフロー、ガイガーミュラー管搭載の日本製ガイガーカウンターを発売

　

　インフローは、同社が運営するプリント基板のインターネット通信販売サイト「P板.com」にて、ガイガーミュラー管を搭載した本格的なガイガーカウンター(製品名:放射線カウンター「ピピ(PiPi)」)を2011年12月15日より発売することを発表した。

　放射線カウンター「ピピ(PiPi)」の外観

　同製品は、放射線を検出するプローブにガイガーミュラー管を採用し、シリコンダイオードを利用した簡易線量計に比べ高感度かつ安定的に測定することが可能。また、β線とγ線の両方を検出することができるため、感度の高いβ線を検出する事で局所的に汚染が濃い場所の探索に用いたり、付属のアルミカバーを着けることでβ線を遮蔽して γ線のみを検出するようにし、簡易的な空間線量計として使うこともできる。

　さらに、測定結果は、単なるマイクロシーベルト毎時値だけでなく、カウント数、計数率(cpm)、計数時間(秒)、統計誤差(%)でも表示できるため、相対的な比較を高い信頼度で行う事ができるほか、GPS機能を装備しているため、時刻・位置情報と線量情報の記録が可能で、測定器をパソコンに繋ぐことでパソコンの専用ページでマップとして情報共有を図ることも可能だという。

　同社ではアクセルスペースと、このGPSを活用した「放射線情報共有マッププロジェクト」を実施する予定で、同製品に搭載されたGPS機能を活用することで、利用者が各地域で測定した放射線データをインターネット上の「放射線情報共有マップ」にアップロードし、情報データベースとして共有の推進を図っていく計画。同プロジェクトではインフローが製品の開発、製造を行い、インターネット上での情報共有サイトの運用をアクセルスペースが行う役割分担となっている。

　このほか、同製品の開発・販売は、インフローで進める震災復興支援活動の一環とし、利益を最小限に抑えた価格設定による販売と、初回生産台数1,000台の内の500台を被災地の必要とされる各所(地方公共団体、学校など公共機関などに限り、個人は受け付けない)へ無償配布することが予定されており、価格は26,250円で、公共機関などへの無償配布は500個の無料配布先が決定するまで募集を受け付ける。

　応募条件について同社は「ピピを使用してなるべく広範囲の線量を定期的に計測し、計測結果をプロジェクトサーバにアップロードし一般公開することに同意いただけること」としている。なお、応募方法は、必要な以下の情報を明記した上で、応募専用メールアドレス宛に送ることで完了となる(以下、原文をそのまま引用)。

応募機関名(正式名称)代表者氏名申込担当者氏名郵便番号、住所電話番号担当者のメールアドレス複数台必要な場合は、その理由と必要な台数(広く配布するため、必ずしもご希望に沿えるとは限りませんので予めご了承ください)応募者が公共機関ではない場合には、以下のA、Bいずれかの資料を添付してください。

　A. 本プロジェクト参加に対する公共機関からの推薦状、またはそれに相当するもの
　B. これまでの被災地域に対する支援実績と、本製品を利用した今後の支援計画

　ピピの概要