코마바 리서치 캠퍼스 공개 2012 (생산기술연구소 연구실소개)

오픈캠퍼스 홈페이지 http://komaba-oh.jp/labo/lab.html

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6월중의 일본학회 및 학술이벤트 정보

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시냅스 성질을 변화시키는 물질에 의한 새로운 신경조절 메커니즘 발견

이하 JST press자료 인용 (원문은 여기)

JST 과제달성형기초연구의 일환으로, 도쿄대학 대학원의학계연구과의 비토 하루히코 준교수와 오쿠노 히로유키조교팀은 생쥐나 쥐를 이용한 실험을 통해, 신경세포가 외부로부터의 자극에 반응하여 정보전달효율을 조절하는 새로운 분자메커니즘을 밝혀냈다.

기억은 신경세포인 시냅스에서의 정보전달효율의 변화에 영향을 받는다. 시냅스에서의 이변화는 통상, 수분에서 수시간안에 손실되어버린다. (이를 단기기억이라함.) 그러나, 강렬한 경험이나 같은경험을 반복함으로써 정보전달효율의 변화는 수일이상 장기간동안 유지되어, 장기기억이 형성된다. 이것은 신경세포가 외부로부터의 자극에 반응하여 시냅스의 성질을 장기적으로 변화시키기때문으로, 이러한 현상은 뇌의 유연성이나 기억의 형성 및 보존에 필요할것으로 사료되고있다. 이제까지의 연구에의해 시냅스의 장기변화를 위해서는 신경세포의 세포체에서 신규유전자의 발현이 필요한것으로 알려졌다. 그러나 신경활동에의해 발현된 유전자의 산물이 세포의 어느위치에서, 어떠한 방법으로 신경세포의 성질을 조절하고 변화시키는지는 거의 알려지지않았었다. 

장기증강(増強)자극에의해 합성된 Arc는
증강되어진 시냅스이외의 시냅스에 다량축적된다.

본연구팀은 신경활동에서 발현되는 유전자의 산물을 일종인 Arc라고하는 단백질에 주목하였다. Arc단백질은 시냅스부위에 운반되어 집적되나, 활동성이 높은 시냅스가 아닌 역으로 활동성이 낮은 시냅스에 운반되어 집적되는 것으로 밝혀졌다. 또한 이 집적도는 신경전달을 맡고있는 글루타민산수용체의 양과 역상관관계인것을 알게되었다. 이 발견으로부터 장기적인 기억이 형성됨에있어 Arc단백질은 불필요한 시냅스의 기능을 억제하는 역할을 하고 있는것으로 사료되었다.

Arc의 시냅스집적과 글루타민산수용체의 제거 모식도

인간에있어서도, 이러한 유전자의 발현에의한 신경기능조절 메커니즘은 뇌의 발달이나 학습 및 기억형성등에 필수적인 메커니즘으로 여겨진다. 본연구에 의한 발견은 정신질환이나 학습 및 기억장해등의 병태해명 및 치료법의 개발에 기여를 할것으로 기대되어진다.

본 연구는 2012년 5월 11일 미국의 과학잡지 Cell에 게재되었다.

제목: Inverse synaptic tagging of inactive synapses via dynamic interaction of Arc/Arg3.1 with CaMKIIβ (원문여기)

일본과학기술의 미래, 'FIRST program'

최선단연구개발지원프로그램 (FIRST Program)은 새로운 '지식'을 창조하는 기초연구로부터 실용화를 바라보는 연구까지, 다양한 분야와 연구단계를 대상으로 약 5년이내 세계 최고 수준에 도달하도록 지원하는 연구개발지원프로그램이다. 총합과학기술의회 (CSTP)에서 일본 각지로부터 응모된 연구자들 가운데 TOP30 (중심연구자)를 선출하여 중심연구자 1인당 약 15억으로부터 60억엔 상당의 프로젝트를 담당하게하는 매우 참신한 제도이다.   











2009년 4월21일 CSTP에서, 과학기술담당대신은 연구자를 최우선으로한 종래에는 없었던 새로운 제도를 창설할 것을 지시, 또한 동년 5월 29일에 보정예산이 성립, 본 프로그램이 정식으로 발족되었다. CSTP에서의 검토를 통해 9월4일에 30건의 중심연구자 및 연구과제를 결정하였다. 이어 10월 16일에 예산액을 1000억으로 결정, CSTP에서 운용방침을 책정함과 동시에 2010년 3월9일에 연구계획등이 결정, 연구가 실시되었다.



다음 소개하는 30인이 일본과학기술미래를 짊어진 중심연구자이다. (클릭하면 각 중심연구자들의 소개와 연구주제 열람가능)

                            

홈페이지: http://first-pg.jp/

주사형터널현미경으로 고체전기화학반응식에서 볼수없었던 전기화학반응현상의 발견에 성공

이하 JST press 자료인용 (원문은 여기)

독립행정법인 물질재료연구기구 (NIMS) 국제Nanoarchitectonics 연구거점의 아오노 마사카즈 거점장, 하세가와 츠요시 주임연구원,  츠루오카 토오루 MANA (International center for Materials Nanoarchitectonics) 연구원등의 연구팀은, 독일 Aachen 공과대학의 Rainer Waser 교수, 유리히연구소의 llia Valov 박사등의 연구팀과 공동으로, 고체전기화학반응에서 전자의 주고받음에 동반한 금속이온의 환원-석출반응을 원자수준으로 관측하는데 세계최초로 성공하였다.


고체전기화학반응은 페러데이(Faraday)의 시대에서부터 알려진 현상으로, 전지나 센서등의 매우 넓은분야에서 이용되고 있다. 그 반응과정은, 전자의 주고받음에 동반되는 이온의 산화-환원반응으로서 화학반응식으로 기술되어왔다. 하지만 이 반응이 원자수준에서 어떤형태로 진행되는지는 알려지지 않았었다. 
연료전지등의 고체전기화학반응을 이용한 Ionics device는, 저탄소-저에너지사회를 실현할 소자로서 기대를 받고있다. 이 소자의 고효율화를 실현시키기위해 원자수준에서 반응과정을 밝혀내는것이 요구되어왔다. 


본연구에서는, 기판재료인 이온전도체에 불순물을 미량첨가시키는것으로 고체전기화학반응에필요한 이온전도체의 특성은 유지시키고 전자전도성을 발현시키는데 성공하였다. 그 결과, 미약한전류를 필요로하는 주사형터널현미경 (Scanning Tunneling Microscope)에의한 관측이 가능하게되어, 고체전기화학반응에 필요한 전자의 주고받음과 이에 동반한 금속이온의 환원-석출반응의 관찰을 동시에 실현시켰다.



관측결과, 고체전기화학반응에서는 전압인가( 印加 )후 금속이온의 환원-석출반응이 시작되기까지 일정시간이 필요한것과, 일정수치이상의 전압을 인가하는것으로, 그시간이 무시될정도로 짧아지는것등, 화학반응식에서는 볼 수없었던 여러 현상이 밝혀졌다. 관측으로 얻어진 정보를, Ionics device의 하나인 원자스위치 (Atomic Switch)에 응용한 결과, 일정이상의 작동전압을 사용하는것으로 스위칭속도가 현격하게 빨라진것을 확인하였다.


고체전기화학반응의 효율은 전극의 미세구조나 조성등에의해 매우크게 변화한다. 이번에 개발된 관측방법은 고체전기화학반응 전반에 적용가능하며, 센서나 연료전지, 촉매등, 고체전기화학반응을 이용한 제품의 고효율화에 기여할것으로 기대된다. 

이 연구의 결과는 2012년 4월29일 영국의 과학잡지 Nature Materials 온라인상에 속보판으로 공개되었다.

 Title: Atomically controlled electrochemical nucleation at superionic solid electrolyte surfaces (논문은 여기)

고체화학반응에의해 형성된 클러스터 (주사형터널현미경에의한 관찰)
(a) 형성전표면 (b)형성후표면 (c)관측된 이온전도체 (RbAg4l5)의 표면구조 

고체전기화학반응의 과정

      （ａ）모식도로 반응과정을 다음 5단계로 구분할수 있다.

• ①고체전기화학반응이 일어나지 않는 조건에서표면을  STM관찰
• ②부전압을 인가하여 이온전도체에 전자를 주입
• ③일정시간이 경과, 석출반응이 일어남
• ④석출된 원자가 대향전극과의 사이에 가교를 형성 
• ⑤원자가 더욱 석출되어 가교가 두꺼워짐 
• （ｂ）전극간에 인가한 전압(녹색)과 이에 동반된 전류(검은색)의 시간변화
• 전류변화로부터 원자의 석출량을 어림잡을수 있다. 전압을 인가하고부터 원자의 석출이 시작될때까지 시간( ② 로 나타나있는) 의 존재가 처음으로 밝혀졌다.

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