hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
環状ＲＮＡ病原体ウイロイドの病原性－miＲＮＡ/遺伝子発現ネットワーク撹乱作用

ウイロイドの病原性と宿主遺伝子発現ネットワーク攪乱作用を分析し、ウイロイド由来small RNAによるカロース合成酵素遺伝子の発現阻害機構とウイロイドの弱毒化に関与する塩基を特定し、RNA干渉を利用した新規ウイロイド耐性植物を作出した。DCL2とDCL4をRNAiで抑制したトマトは、ウイロイド感受性になり、全身に壊疽を生じて枯死に至る新奇な現象を見出し、CCS1、SOD1、miR398の発現量が異常に上昇することを突き止めた。植物は基礎的自然免疫で活性酸素種を発生させてウイロイドの感染に対抗するが、RNAサイレンシングに異常をきたすと防御機構に乱れを生じ、病徴が激化することを明らかにした。ウイロイドの病原性発現とRNAサイレンシングの関係を明らかにするため、6種類の主要PSTVd-sRNAの逆向き反復配列をアグロバクテリウム法で遺伝子導入し、3種8系統(T3)の形質転換トマトを作出した。hpPSTVd-256P-P'系統は顕著な矮性形質を示し、全8系統がPSTVdに感染し糸葉や奇形症状を呈した。miR159とmiR319の標的配列の擬態RNAを発現する形質転換トマト3系統(T3)を作出・選抜した。RNAiでAGO2、DCL2/DCL4、RDR6、ジベレリンβ水酸化酵素遺伝子発現をノックダウンした形質転換トマトを作出し、順に5、3、3、3、5系統の形質転換体(T3)を選抜した。AGO2では81I、DCL2/DCL4では72E、RDR6では91B、ジベレリンでは1-1系統で高濃度のトランスジーン転写物とそのsiRNAが蓄積していた。hpDCL2/4i-72E系統はウイロイドに対する感受性が増大した。ウイロイド由来スモールRNAが宿主の相同遺伝子の発現制御を阻害する可能性を調査するため、PSTVd-sRNAと相同配列を有するトマト遺伝子を探索し、PSTVd+鎖の35-55番、39-59番、119-139番から生成するPSTVd-sRNAが順に機能未知の遺伝子、カロース合成酵素遺伝子、ジベレリンβ水酸化酵素遺伝子を標的とする可能性を見出した。amiRNA検定システムを構築し、PSTVd-sRNA39Pがカロース合成酵素遺伝子発現を阻害する可能性を示した。AFCVd感染トマトのAFCVd-sRNAのディープシークエンス解析を行ない、ジベレリンやフラボノイド生合成系遺伝子群中の標的候補配列を見出した。PSTVdの様々な配列由来のヘアピン-RNAを発現する形質転換N.benthaminaのPSTVd抵抗性を評価し、抵抗性系統で増殖したPSTVd変異率の解析結果に基づき、ウイロイドが標的部位に変異を起こしてRNAサイレンシングを回避するという仮説は支持されないことを示した。当初の計画通りにAGO2、DCL2/DCL4、RDR6遺伝子発現量をRNAiでノックダウンした形質転換トマト系統を選抜育成し、期待以上に高濃度のトランスジーンを発現し且つ高濃度のsiRNAを蓄積しているT3ホモ系統が各種で最低1系統作出できた。特に、DCL2/DCL4の2重ノックダウン系統は複数のウイロイド(PSTVd、AFCVd、HSVd)に対する感受性が顕著に増大し、非形質転換対照区にはほとんど病徴を現わさないHSVdとAFCVdでも明瞭な矮化・葉巻症状が観察された。この結果から、DCL2/DCL4がウイロイド感染・増殖に対する強力な防御力となっていることが判明し、ウイロイド抵抗性作物(トマトやジャガイモなど)の育種・創出戦略に関わる重要な知見が得られ、2年目以降の新たな進展が期待される状況になった。また、海外共同研究者との共同研究で、新たにPSTVd-sRNA39Pがトマトのカロース合成酵素遺伝子発現をRNAサイレンシングを介して阻害する可能性を実験的に証明し、研究の初年目で、ウイロイド由来のスモールRNAが宿主の相同遺伝子の発現を阻害して病原性を示す新しい実例を提案することができた。また、PSTVdに加えてAFCVd由来のスモールRNAのディープシークエンス解析が完了し、AFCVd-sRNAがAFCVd感染で生じる病徴の特徴と関わる植物ホルモン(ジベレリンなど)やフラボノイド生合成系の重要遺伝子と複数の相同配列を有することを明らかにすることができた。この結果を基に2年目以降の分析対象遺伝子をより明確に絞り込むことが可能になった。DCL2と4をRNAiでノックダウンしたトマトhpDCL2/4i-72E系統ではPSTVdの初期感染濃度が高く、激しい矮化・葉巻・全身壊疽が現れた。NGS解析の結果、72Eでは野生型に比べPSTVd-sRNAのサイズ分布が激変し、21-nt種は約30%、22-nt種は95%以上減少し、24-nt種は10倍以上増加した。MiRNA発現量も変動し、特にmiR398a-3pとmiR398は67倍に増加した。トマト5品種のDCL2と4遺伝子の発現量とPSTVd感受性を調査した結果、耐性品種のDCL2遺伝子に塩基の挿入と欠失が認められたが、各遺伝子の発現量と相関しなかった。PSTVdの標的候補ジベレリンβ水酸化酵素遺伝子をRNAiでノックダウンしたトマトhpGibHi1-1系統にPSTVdを接種した結果、野生型に比べ感染が約1週間遅れたが、病徴は激化し、激しい葉巻、黄化、脈壊疽症状が観察された。

分子系統解析の結果、本遺伝子はGA代謝関連及び2ODDs群酵素遺伝子の中でGA 7ox或いはF3H遺伝子と近縁で、最新のBLAST検索の結果、べと病菌抵抗性DLO2遺伝子と相同であった。また、本遺伝子にはPSTVd-sRNA-21-118Pの標的となりうる配列が存在することから、amiRNA法で分析したが、RNAiで切断される可能性は示唆されなかった。miR159とmiR319の疑似標的配列を発現する各3系統の形質転換トマト系統を分析した結果、全系統で導入遺伝子は確認されたが、発現は検出レベル以下であった。全系統にPSTVdを接種したが、対照区と比べて感受性と病徴の激しさに違いはなかった。4系統のPSTVd特異的small RNAのヘアピンRNAを発現する形質転換トマトを選抜した。hpPSTVd-113P系統はPSTVdに高感受性となり、野生型には見られない激しい矮化、葉巻症状が見られた。RNAサイレンシングのキー因子をRNAiでノックダウンした形質転換トマトからhpDCL2/4i-72E、hpRDR6i-91B、hpAGO2i-81Iの3系統、ジベレリンβ水酸化酵素遺伝子をRNAiでノックダウンした形質転換トマトからhpGibHi-1-1を選抜し、ウイロイド感受性、miRNA発現量、ジベレリンβ水酸化酵素遺伝子発現量に関する分析・評価が完了し、期待通りジベレリンβ水酸化酵素遺伝子の発現量低下とPSTVd病徴の激しさが相関することを確認した。また、miR159とmiR319の疑似標的配列を発現する形質転換トマトMIM159とMIM319の導入遺伝子発現解析とウイロイド感受性の分析・評価が完了した。さらに、6種類の主要なPSTVd-sRNA配列のヘアピンRNAを発現する形質転換トマトのうち、遺伝子導入が確認された5系統のPSTVd感受性試験が完了し、hpPSTVd-113P系統がPSTVdに高感受性になる現象を見出した。本来この実験はRNAiによるPSTVd耐性付与を目指すものであったが、全く逆の想定外の現象が観察された。ウイロイドの病原性に関する新たな機構の発見につながることが期待される。PSTVdに感染したDCL2/4ノックダウントマト系統中のスモールRNAのNGS解析が完了し、PSTVd-sRNAのサイズ分布が劇変すること、miRNAの中で特にmiR398とmiR398a-3pが病徴の激化と相関して劇的に増加するという新たな展開につながる新知見を得ることができた。初年度の結果に基づきPSTVd感受性の異なるトマト5品種のDCL2、4発現量の違いを分析した。RNAiでDCL2と4をノックダウンした形質トマトhpDCL2/4i-72EはPSTVd感染で黄化と全身壊死を現し、PSTVd-sRNAとマイクロRNAレベルに劇的な変化が生じており、特にmiR398a-3p発現量が67倍に増加した。miR398は銅/亜鉛スーパーオキシドジスムターゼ(Cu/Zn SODs)を制御するマイクロRNAで活性酸素種を分解する酵素である。hpDCL2/4i-72E系統にPSTVdを感染させ、miRNA398a-3p、SOD1及びSOD1に銅を供給して成熟を促すシャペロンCCS1遺伝子の発現量をノーザンハイブリダイゼーション法で分析した結果、miR398a-3pはPSTVd感染で強く誘導された。SOD1発現量はhpDCL2/4i-72E系統では野生型に比べて高くPSTVd感染でさらに上昇した。一方CCS1発現量は安定に検出できない低レベルであった。
セキュリティプロトコルの時間匿名性に対する形式検証法の研究

近年,ICT社会におけるプライバシ・匿名性保護の必要性が強く叫ばれている.とくに,スマートフォン,ロボット,車載ソフトウェア等の「実時間システム」がインターネットに接続され,個人情報を扱う時代が到来しつつあることから,実時間システムの匿名性(時間匿名性)をモデル化し効率的に検証できるようにする必要がある.しかし,時間を考慮しないシステムの匿名性にくらべ,実時間システムの匿名性には,モデル化などに特有の難しさがあった.本研究では,暗号プロトコルの時間匿名性を定式化し,さらに計算機で効率的に検証する技術を開発することで,この課題を解決した.従来,プログラム理論やソフトウェア工学の分野においては,ソフトウェアの正しさを論理的に検証する手法(形式手法,数理的技法,あるいはフォーマルメソッドなどと呼ばれる)が研究されており,当該研究分野の中心テーマのひとつとなっている.なかでも,暗号プロトコルを対象とした形式手法とした世界的な注目を集めており,秘匿性(盗聴した暗号文をどのように組み合わせても平文を取り出すことができないこと)などが研究されている.本研究では,スマートフォン,ロボット,車載ソフトウェア等のいわゆる実時間システムに対する匿名性(「誰がやったのかがわからない」ことを示す,プライバシの基本的な性質),すなわち時間匿名性を対象とし,そのモデル化と効率的な検証手法の開発を行うことで,安全・安心なICT社会の構築に貢献することを目指している.初年度である平成26年度では,どのような時間匿名性の定義を行えば妥当なものになるのかを検討するため,まずは例題ベースに実時間システムの具体的なモデル化を行った.例題としては,車載ソフトウェアの一種であるエンジン制御ユニットの動作をI/Oオートマトンモデルを用いて記述した.この記述は通常のI/Oオートマトンモデルに時間パラメータを導入する形で行われた.すなわち,従来の匿名性検証手法が直接適用可能な形となっている.一方で,災害救助ロボットの制御アルゴリズムを検討するロボカップレスキューの分野や,モデルカーAIの分野を対象とした,いくつかのモデル化実験を行った.これらは限られた時間内に目標(ロボカップレスキューであれば人命救助,あるいは,モデルカーAIであればモーター制御)を行わなければならず,実時間システムの典型例と言える.これらのモデル化を通して,今後の時間匿名性の自動検証技術の構築に向けての基礎実験を完了することができた.従来,プログラム理論やソフトウェア工学の分野においては,ソフトウェアの正しさを論理的に検証する手法(形式手法,数理的技法,あるいはフォーマルメソッドなどと呼ばれる)が研究されており,当該研究分野の中心テーマのひとつとなっている.なかでも,暗号プロトコルを対象とした形式手法は世界的な注目を集めており,秘匿性(盗聴した暗号文を度のように組み合わせても平文を取り出すことができないこと)などが研究されている.本研究では,スマートフォン,ロボット,車載ソフトウェア等のいわゆる実時間システムに対する匿名性(「誰がやったのかがわからない」ことを示す,プライバシの基本的な性質),すなわち時間匿名性を対象とし,そのモデル化と効率的な検証手法の開発を行うことで,安全・安心なICT社会の構築に貢献することを目指している.二年目にあたる平成27年度では,前年度にモデル化の事例研究として行った実時間システムを題材に,I/Oオートマトン理論で開発されているシミュレーション技法によるトレース包含の証明手法を適用することで,その正しさを検証した.この検証実験は直接匿名性を示すものではなかったものの,トレース集合で表される性質一般を対象としており,トレース集合の持つ性質として定義できる匿名性も同様に検証できると考えられる.これにより,時間匿名性を自動あるいは半自動で検証するための一定の目処が立ったと言える.一方で今年度には,時間匿名性検証技術の適用分野の探索として,複数のロボットを実時間制御するアルゴリズムの提案・評価を行った.具体的には,SCRAMと呼ばれるアルゴリズムを,ロボットの故障・交代を考慮するよう拡張(BARアルゴリズム)し,その有効性を確認している.今年度は,初年度にモデル化を行った実時間システム(エンジン制御ユニットのソフトウェア)を題材・対象として,時間パラメータを持つシステムに対するトレース包含に関する証明実験を行ったことになる.今回の実験結果は,トレース集合で表される性質一般についての仕様と実装の対応関係の検証に相当し,これは匿名性(トレース集合の性質として定義可能)にも直接的に拡張・適用できると考えられる.とくに,本研究で今年度に行った検証実験を通じ,我々は時間パラメータの扱いや時間パラメータを変更・更新するアクションの扱いについて,とくに定理証明ソフトウェアを用いる際にどのようにすればよいか,ノウハウを得ることができた.前年度では,実時間システムを従来型の(無限状態を許す)I/Oオートマトンとして記述して匿名性を示すという方向性をとっている.今年度は,この方向性に沿ってさらにすすめ,時間匿名性のモデル化と検証にあたり本質的にどのような項目を示すべきか,また今回得られたノウハウをどのように活用すればよいか,その方針を明らかにできたと言える.最終年度には,時間匿名性検証理論を完成させることで,この方針を具体的にまとめてゆく.一方で今年度には,実時間システムを対象とした匿名性検証の題材の探索として,災害救助ロボットなどを対象とするロボカップレスキューの分野から,自律分散ロボットの協調行動に関するアルゴリズムの検討を行っている.

このアルゴリズムは,実時間システムとして動作する全ロボットの行動終了時刻が最も早くなるように,各ロボットの移動先を割り当てるものである.時間匿名性検証の今後の有力な検証候補と言える.従来,プログラム理論やソフトウェア工学の分野においては,ソフトウェアの正しさを論理的に検証する手法(形式手法,数理的技法,あるいはフォーマルメソッドなどと呼ばれる)が研究されており,当該研究分野の中心テーマのひとつとなっている.なかでも,暗号プロトコルを対象とした形式手法は世界的な注目を集めており,秘匿性(盗聴した暗号文を度のように組み合わせても平文を取り出すことができないこと)などが研究されている.本研究では,スマートフォン,ロボット,車載ソフトウェア等のいわゆる実時間システムに対する匿名性(「誰がやったのかがわからない」ことを示す,プライバシの基本的な性質),すなわち時間匿名性を対象とし,そのモデル化と効率的な検証手法の開発を行うことで,安全・安心なICT社会の構築に貢献することを目指している.最終年度にあたる平成28年度では,時間匿名性のモデル化を行い,シミュレーション技法に基づく匿名性検証の適用を可能とした.具体的には,プロトコルの通信等の処理を行う部分(本体部と呼ぶ)に対して,時間経過・時間制約に関わる部分(時間部と呼ぶ)を記述・追加するモデル化手法を提案し,本体部の匿名性を示してから時間部まで含むシステムの時間匿名性にまで拡張する,段階的な検証手法を考案した.さらに,処理時間を考えない範囲では匿名性が成り立つが,処理時間に関する時間制約まで考慮すると匿名性が成り立たなくなるような例題を対象に,定理証明ソフトウェアLarch Proverを使った計算機による検証を行った.定理証明ソフトウェアを使った理由は,この例題の本体部は有限状態であるが,時間部まで加えたシステムは本質的に無限状態となるためである.対象としたシステムが時間匿名性を満たすには,時間制約の修正が必要である.この検証実験を通じて,時間制約に関する仕様の修正についてのノウハウを得ることもできた.近年,ICT社会におけるプライバシ・匿名性保護の必要性が強く叫ばれている.とくに,スマートフォン,ロボット,車載ソフトウェア等の「実時間システム」がインターネットに接続され,個人情報を扱う時代が到来しつつあることから,実時間システムの匿名性(時間匿名性)をモデル化し効率的に検証できるようにする必要がある.しかし,時間を考慮しないシステムの匿名性にくらべ,実時間システムの匿名性には,モデル化などに特有の難しさがあった.本研究では,暗号プロトコルの時間匿名性を定式化し,さらに計算機で効率的に検証する技術を開発することで,この課題を解決した.今年度は,比較的取り組みやすいと考えられるテーマとして,どのような時間匿名性の定義を行えば妥当なものになるのかを検討するため,具体的な例題をいくつか用意して,それらのモデル化実験を行ったことになる.その中で我々は,従来型のI/Oオートマトンモデルに時間パラメータを加えた形でのモデル化を行う形式化を試みた.当初計画では,時間I/Oオートマトンモデルによる定式化と検証手法を考案することを検討しているが,従来型のI/Oオートマトンモデルに基づく別の有力な方向性(時間匿名性の形式化と,従来から存在する検証ツールを利用した効率的な検証)もありうることが検討できたと考えている.
突発天体のフォローアップ観測のための小型分光撮像装置の開発

本研究の申請時の計画としてはオリジナルな機器を開発する予定であったが、決定した予算額で実現可能にするために、機能を限定し、かつ既製品の組み合わせを中心とした構成により、極力開発要素を減らすことでコストを抑えることにした。つまり、申請時の望遠鏡筒内に全装置を組み込むスタイルから装置が鏡筒外部に露出したものにし、撮像部の標準フィルターの組み込を止め、白色光で撮像するものに変更した。分光観測と撮像観測を装置内のミラーの切り替えにより迅速に行うという初期の最低限の機能は実現した。本装置により突発天体の同定観測を行うという目的については、試験観測に入った時期に、日本人により立て続けに3つの新星らしい天体が発見されるという幸運に恵まれ、これら未同定天体の分光観測を実施した。そしてこれら3つの天体がいずれも、水素のバルマー輝線を持ち、大きな膨張速度をもつ新星であるという同定を行った。これは、同時期に国際天文連合回報(IAUC)に発表された他の観測と同結果であり、今後同様な突発天体をスペクトルにより同定するという当初の目的を果たすために十分な機能を持つことを示した。これらの成果は、その直後に広島大学で開かれた連星変光星低温度星研究会において発表した。
水産発酵食品中の乳酸生成菌に関する研究

(1)飛島の魚醤油の熟成中の生菌数は熟成初期の10^6/gから中期には10^8/gに増加した。発酵後期の魚醤油はpH5.5、食塩濃度20.7%、VBN181mg/100g、乳酸1,620mg/100g、グルタミン酸1,322mg/100g、ヒスタミン163mg/100gであった。熟成中の優勢菌群はTetragenococcus halophilusで、初期にはヒスタミン生成能を有するT.muriaticusも検出された。(2)T.muriaticusのヒスタミン生成条件を検討した結果、対数増殖後期に多量のヒスタミンを生成した。また5-7%のNaCl 1%以上のグルコース、嫌気条件はヒスタミン生成を促進した。T.muriaticusのヒスチジン脱炭酸酵素は2種類のサブユニットから構成され、(αβ)_6の12量体を形成する約268kDaのタンパクであった。各サブユニットのN-末端付近のアミノ酸配列もOenococcus oeniのヒスチジン脱炭酸酵素と高い相同性を示した。pH4.5-7.0の幅広い範囲で高い活性を有し、80°C付近で失活した。T.muriaticusのヒスチジン脱炭酸酵素遺伝子は947塩基からなり、316残基のアミノ酸をコードしていた。また演繹アミノ酸配列を比較した結果、O.oeniのヒスチジン脱炭酸酵素と98%一致し、16S rDNAを比較した場合と大きく異なる結果が得られた。遺伝子の転写は定常期に嫌気条件で誘導されることが示されたことから酸性条件下で誘導される遺伝子であることが示された。(3)TSA、BP_5G、ABCM培地上で測定したくさや汁(3試料)の生菌数は1.2×10^81.5×10^9であった。各くさや汁より40菌株を分離しPCR-RFLP法を用いて群分けしたところ、それぞれ69群に分けられた。各群の代表株を16SrDNAの塩基配列より同定した結果はくさや汁より直接抽出、PCR増幅した16SrDNAのDGGE解析の結果(Bacteroides, Flavobacterium, Eggerthelalenta, Clostridium)とは大きく異なることが判明した。(4)ふなずし市販品のフローラはLactobacillus kefir, L.alimentariusが優勢であった。米飯漬け込み中の各時期の試料について調べた結果、漬け込みの前半にフローラの変動が大きく、初期に優勢であった好気性菌が淘汰され、乳酸菌が優占した。乳酸菌は漬け込み初期にはL.alimentariusが、後期にはL.keifirが優勢となった。

乳酸菌は漬け込み初期にはL.alimentariusが、後期にはL.keifirが優勢となった。水産発酵食品では農産発酵食品に比べて微生物の役割の不明なものが多く、特に乳酸生成菌についてはほとんど知見がない。そこで本年度は次の(1)および(2)について調べた。(1)魚醤油中乳酸菌の消長と成分変化:飛島の魚醤油の製造工程は複雑であるが、魚醤油の熟成工程の初期(11月)、中期(6月)、後期(11月)にサンプリングを行い、それらについて微生物学的分析(乳酸菌、好塩菌などの生菌数、フローラなど)および化学分析を行った。10%または20%食塩加培地での生菌数は初期の10^6/mlから中期には10^8/mlに増加した。発酵後期の魚醤油はpH5.5、食塩濃度20.7%、VBN181mg/100ml、乳酸1,620mg/100ml、グルタミン酸1,322mg/100ml、ヒスタミン163mg/100mlであった。熟成中の優勢菌群はTetragenococcus halophilusで、ほかにBacillusやMicrococcusがみられた。また初期にはヒスタミン生成能を有するT.muriaticusも検出された。(2)魚醤油中好塩性乳酸菌によるヒスタミン生成条件:魚醤油から分離された好塩性乳酸菌Tetragenococcus muriaticusについて、ヒスタミン生成に及ぼす各種条件(食塩濃度、pH、グルコース濃度、好気嫌気条件など)の影響を調べた。本菌の増殖細胞によるヒスタミン生成は酸性(pH5.8)、嫌気条件下で高く、至適食塩濃度は57%であったが、20%でも生成がみられた。またヒスタミン蓄積は増殖の定常期後期で大きかった。上記ヒスタミン生成の至適条件はcell suspensionの実験でも同様の傾向がみられた。1.好塩性乳酸菌Tetragenoccoccus muriaticusのヒスチジン脱炭酸酵素の性状解明:T.muriaticusのヒスチジン脱炭酸酵素を精製し、そのタンパク性状およびN-末端アミノ酸配列を調べた。精製酵素はpH4.57.0の幅広い範囲で高い活性を示し、pH4.5で最も安定であった。熱安定性試験の結果pH4.5で40°C20分間は安定であり、80°C以上では完全に失活した。反応最大速度(Vmax)は16.8μmolhistamine/min mg、ミカエリス定数(Km)は0.74mMであった。また本酵素は28.8kDa(α)および13.4kDa(β)の2つのサブユニットから形成され、未変性の状態では258kDaのタンパクであることが示されたことから、(αβ)_6の12量体の構造をとることが推察された。これらの性状は他のグラム陽性細菌のヒスチジン脱炭酸酵素の性状と類似していた。N-末端アミノ酸配列の結果Oenococcus oeniのヒスチジン脱炭酸酵素とαおよびβサブユニットともに完全に一致しLactobacillus buchneriとも非常によく類似していた。2.塩辛における主要菌群の再検討:Micrococcaceaeに該当する塩辛熟成中の優勢菌群(530株)は、従来法であるOFテストでは457株がMicrococcus、残りの73株がStaphylococcusに分類されるのに対し、SK agarおよびFP agarを用いた群別ではStaphylococcusが491株と圧倒的で、両方法でフローラは大きく異なった。しかしいずれの場合もこれら属レベルでの菌群の挙動と塩辛中での有機酸蓄積の間には明瞭な相関は見られなかった。(1)好塩性乳酸菌Tetragenococcus
積層構造基板における蛍光と背景光の偏光の違いを利用したタンパク質の超高感度検出

はじめに、偏光した励起光を用いた場合の積層構造での蛍光と背景光の偏光を詳しく調べた。この結果、背景光は偏光しているのに対して蛍光は無偏光であることがわかった。これより、TE偏光した光を励起光源とし、これと直交する成分の蛍光を検出する蛍光検出装置を作製した。この装置を用いることで、蛍光を100倍程度感度良く観察することができた。また、この方法を応用した装置を用いてCy3標識アビジンの検出を行ったところ、24倍感度良く検出することが可能であった。銀と酸化アルミニウムを積層させた積層構造基板を作製した。酸化アルミニウムの膜厚は過去の実験結果より90 nmとした。そこに100ng/mlの蛍光物質RhodamineBを滴下した。また、市販の蛍光顕微鏡を改造し、高コントラストな蛍光検出を可能にする顕微鏡を試作した。具体的には、励起光が積層構造基板表面に対し平行に振動するように偏光板を挿した。蛍光は、背景光となる反射した励起光の振動方向と直交する振動の光のみを検出できるように設計した。これらにより、背景光を抑制しつつ高い蛍光増強が得られる光学装置を試作した。この装置と基板を用いてRhodamineBの蛍光強度を測定した結果、蛍光が11倍増強しノイズシグナルが1/10倍まで減少することがわかった。すなわちこの結果より、本装置を用いることで、コントラストの指標となるS/N比が110倍向上できるとがわかった。また、タンパク質検出のモデル実験として、作製した積層構造基板にビオチンを固定化しCy3標識のアビジンを検出することを試みた。ビオチンは、積層構造基板表面をアミノ基で修飾し、その後に、NHSで活性化したビオチンを滴下することで固定化した。非特異的な吸着を抑制するために、BSAによるブロッキングを行った。この方法によりCy3標識のアビジンを測定したところ、蛍光シグナルが3倍増強し、ノイズシグナルが1/8倍に減少した。この結果より、アビジンの検出においてS/N比が24倍高くなることが示された。銀と酸化アルミニウムを積層させた薄膜干渉基板を用いると蛍光を強く観察することができる。このため、薄膜干渉基板はタンパク質の検出などへの応用が期待できる。しかし、薄膜干渉基板では励起光が強く反射するために背景光が高くなり、特に低濃度の蛍光検出では背景光が問題となる。そこで、本研究では薄膜干渉基板での蛍光と背景光の偏光に着目して、タンパク質の高感度検出を試みた。実験の結果、薄膜干渉基板での蛍光増強は励起光の偏光に強く依存しTE偏光の励起光によって蛍光は強く増強された。一方でこのとき増強された蛍光は無偏光であり、背景光となる基板で反射した励起光はTE偏光を維持していた。この結果より、TE偏光した光を励起光源として利用し、これと直交する偏光の蛍光を検出する光学装置を開発することとした。この装置を用いることで、背景光の弱い、高感度なタンパク質の検出が可能になると考えた。この装置を用いて蛍光検出を行ったところ、背景光は通常のガラス基板と蛍光検出装置を用いた場合に比較し1/8倍に減少した。一方で、薄膜干渉基板による蛍光増強効果により蛍光は13倍増強した。これらを合わせて考えると蛍光のS/N比は100倍向上したことがわかった。また、これらの結果を踏まえて、蛍光標識したタンパク質の検出を行った。具体的には、ビオチンを薄膜干渉基板に固定化し、Cy3標識のストレプトアビジンの検出を行った。この結果、ガラス基板の場合と比較しS/N比は約25倍向上した。誘電体として酸化アルミニウム、金属として銀を用いて積層構造基板を作製した。蛍光物質としてはローダミンBを用いた。また、積層構造基板での蛍光を測定するための蛍光検出装置を作製した。この装置を用いて、積層構造基板で観察される蛍光の偏光を測定した。すなわち、TE偏光の励起光を積層構造基板に入射し、このときに観察される蛍光の偏光を測定した。この結果、蛍光は偏光せず、ほぼ無偏光であることがわかった。一方で、積層構造基板で反射する励起光はTE偏光を維持していた。この結果を利用し、蛍光と励起光を偏光の違いを利用して両者を分離し、S/N比の高い蛍光検出装置の開発を行った。すなわち、光検出器の直前に通常のバンドパスフィルターに加え、偏光板を挿入した。これによって、TE偏光の励起光が検出器に入射することを防いだ。この装置を用いて、積層構造基板における蛍光増強とS/N比を測定した。この結果本方法では、通常の蛍光検出法に比較し、蛍光を30倍程度増強し、かつ、約100倍S/N比を向上できることがわかった。また、この方法の応用として蛍光標識DNAの検出を行った。

積層構造基板にプローブDNAを固定化し、Cy3で標識したターゲットDNAの検出を試みた。この結果、蛍光は3倍程度増強し、S/N比は5倍以上向上することがわかった。今後はDNAの固定化方法などを改良し、より蛍光シグナルを高くし、またS/N比の高い検出を試みる。市販の蛍光顕微鏡を改造し汎用性を高めた装置を用いた場合でも、S/N比が100倍程度向上することが示された。このため、おおむね順調に進展していると判断した。積層構造基板における蛍光の偏光について当初計画通りに知見を得ることができた。また、この知見を応用する装置を開発することもできたため、おおむね順調に進展していると判断した。蛍光検出装置の性能を向上させる試みを継続するとともに、抗原抗体反応を用いてタンパク質の検出を行う。蛍光と励起光の偏光の違いを利用した蛍光検出装置を改良し、さらに高いS/N比で強い蛍光シグナルを測定できる装置を開発する。また、開発した装置を用いて高感度に蛍光標識タンパク質の検出を行う。24年度は、励起光の入射角度などを再検討することで、より高いS/N比を実現できる蛍光検出装置を作製する。また、蛍光標識タンパク質を検出するため、積層構造基板へ抗体を固定化する方法について検討を行う。タンパク質の検出を行う実験が予定よりもやや遅れたため、タンパク質などを購入すための費用に繰越金が発生した。次年度は、装置に組み込む偏光板などについて改めて性能などを吟味するとともに、抗原や抗体などのタンパク質試薬の購入を行う。また研究成果の発表のたの旅費として使用する。今年度は、当初予想していたよりもタンパク質の使用量が少なかったことが主な原因で繰越金が発生した。繰越金については、24年度実施予定のタンパク質の検出において、抗体などのタンパク質の購入に使用する予定である。
Castleman病におけるアポトーシスと細胞増殖に関する研究

【材料】Castleman病15例(硝子血管型12例,形質細胞型3例)の切除標本から作成されたホルマリン固定パラフィン包埋ブロックを用いた.病例は10才から60才までの男性5例,女性8例である.いずれの症例もlocalized typeで,形質細胞型3例では全身症状を合併していなかった.コントロールとして外科的に摘出された扁桃,アデノイドをそれぞれ3例使用した.【結果】TUNEL陽性細胞及びMIB-1陽性細胞は濾胞内胚中心に多く存在しており,濾胞間にも認められた.bcl-2蛋白は萎縮性胚中心を取り囲む肥厚したmantle zoneの小リンパ球の核膜周囲並びに細胞質に陽性を認め,濾胞間の小リンパ球にも散見された.p53蛋白については検索した全例において明らかな陽性細胞は認められなかった.二重染色ではTUNEL陽性細胞はCD20,CD3,CD68陽性のものが認められ、濾胞内では少数のCD20^+細胞とCD68^+細胞が比較的多く存在しており、濾胞間ではCD3^+細胞がCD68^+細胞よりも多く存在していた.Ki-67(MIB-1)陽性細胞では濾胞内及び濾胞間でCD20^+やCD68^+のものが少数散見されたが,Ki-67(MIB-1)陽性を示す濾胞内の大部分の細胞は使用した抗体には反応していなかった.染色結果については硝子血管型と形質細胞型で著明な違いは見られなかった.bcl-2遺伝子のin situ hybridizationについては手技的な問題から解析できる結果が得られなかった.以上の結果から,Castleman病においてアポトーシスと細胞増殖の盛んな胚中心とそれを取り囲むbcl-2陽性のリンパ球が血管増生を含めた腫瘤形成に深く関与している可能性が示唆された.今後血管増殖因子の局在などの検索が更に必要であると考えられた.【材料】Castleman病15例(硝子血管型12例,形質細胞型3例)の切除標本から作成されたホルマリン固定パラフィン包埋ブロックを用いた.病例は10才から60才までの男性5例,女性8例である.いずれの症例もlocalized typeで,形質細胞型3例では全身症状を合併していなかった.コントロールとして外科的に摘出された扁桃,アデノイドをそれぞれ3例使用した.【結果】TUNEL陽性細胞及びMIB-1陽性細胞は濾胞内胚中心に多く存在しており,濾胞間にも認められた.bcl-2蛋白は萎縮性胚中心を取り囲む肥厚したmantle zoneの小リンパ球の核膜周囲並びに細胞質に陽性を認め,濾胞間の小リンパ球にも散見された.p53蛋白については検索した全例において明らかな陽性細胞は認められなかった.二重染色ではTUNEL陽性細胞はCD20,CD3,CD68陽性のものが認められ、濾胞内では少数のCD20^+細胞とCD68^+細胞が比較的多く存在しており、濾胞間ではCD3^+細胞がCD68^+細胞よりも多く存在していた.Ki-67(MIB-1)陽性細胞では濾胞内及び濾胞間でCD20^+やCD68^+のものが少数散見されたが,Ki-67(MIB-1)陽性を示す濾胞内の大部分の細胞は使用した抗体には反応していなかった.染色結果については硝子血管型と形質細胞型で著明な違いは見られなかった.bcl-2遺伝子のin situ hybridizationについては手技的な問題から解析できる結果が得られなかった.以上の結果から,Castleman病においてアポトーシスと細胞増殖の盛んな胚中心とそれを取り囲むbcl-2陽性のリンパ球が血管増生を含めた腫瘤形成に深く関与している可能性が示唆された.今後血管増殖因子の局在などの検索が更に必要であると考えられた.
強磁場によるエレクトロマイグレーションの抑制

現有の超電導マグネットを用いた強磁場発生装置内に、真空チェンバーを設置した。そのチェンバーには白金抵抗式の電気炉を取り付け、補助加熱用ヒーターを設置した。多くの薄膜のエレクトロマイグレーション実験では薄膜に直接通電を行なうために、局部的なジュール熱が発生し、急峻な温度勾配が薄膜に生じる。そのことによってエレクトロマイグレーションによる効果以外に、熱勾配が駆動力になる原子移動(熱拡散、サーマルマイグレーションと呼ばれる)や熱ひずみによるストレスマイグレーションも発生して現象を複雑化させている。そのために補助加熱用ヒーターを設置したが、残念ながらサーマルマイグレーションおよびストレスマイグレーションの影響を完全には排除できなかった。チェンバー内には薄膜を取り付ける試料ホルダーに電流接続端子、熱電対接続端子を取り付けた。試料には0.1μm厚さのアルミニウム薄膜を既存の蒸着薄膜作製装置を用いて作製した。基板にはパイレックスガラスを用いた。所定のサイズに切断した後、試料ホルダーに取り付け電流端子、熱電対を取り付けた。300°Cに保持しつつ5日間の通電を行い、エレクトロマイグレーションの実験を行った。10テスラの磁場を印加することによって無磁場の場合よりもエレクトロマイグレーションによる薄膜の劣化を抑制することができた。しかしながらエレクトロマイグレーション以外の効果であるサーマルマイグレーションおよびストレスマイグレーションの影響を完全には排除できなかった。今後、サーマルマイグレーションおよびストレスマイグレーションが強磁場下でどのように影響するかを明らかにした上で、エレクトロマイグレーションによる強磁場の効果に関する結論を出したい。集積回路デバイスの金属配線に大電流を流した場合、その金属配線が断線し素子が不良になってしまうことはよく知られている現象でエレクトロマイグレーションと呼ばれている。薄膜におけるエレクトロマイグレーションのメカニズムは次のように説明される。薄膜内に電流が流れると、電流は金属原子に散乱し運動量を与えてElectron wind forceを付与する。その結果、金属原子は電子の流れる方向((カソードからアノード方向)に移動していき、カソード側にボイド、アノード側にヒロックやウイスカーを形成する。これを抑制するために強磁場を負荷して異常Hall効果により電流に曲がりを生じさせ金属原子の移動を阻止することができればエレクトロマイグレーションによる故障を大幅に低減させることができるという着想の下に、強磁場によってアルミおよび銅薄膜のエレクトロマイグレーションを抑制させる手法を確立することが本研究の目的である。10テスラの強磁場を発生できる現有の超電導マグネットの中心ボアにエレクトロマイグレーションの試料ホルダーを組み入れた。エレクトロマイグレーションの試料ホルダーはガラス基板上にスパッタリング法によって作製されるアルミニウム薄膜(膜厚0.20.3μm)が磁界に平行あるいは垂直方向になるように配置された。薄膜の両端には直流が通電できるような電極を設けた。エレクトロマイグレーションを起こすためには1平方センチメートル当たり1,000,000アンペア程度の巨大電流密度を通電する必要があるが、それに伴って薄膜にはジュール熱が発生する。そのため、試料の中心部の3か所に熱電対を取り付けて温度分布を測定した。超電導マグネットを稼働し中心磁場中に試料ホルダーを設置した場合、磁場に平行および垂直方向ではそれぞれ磁場分布は±3%および±1%以内で均一であることを確認した。現有の強磁場を発生できる超電導マグネットは別の目的の実験に供されていたので、平成28年度には十分なマシンタイムが確保できなかった。そのため、まだ強磁場を用いたエレクトロマイグレーションの実験を遂行していないが、平成29年度にはその遅れを取り戻すことができるように超電導マグネットのマシンタイムを十分に確保した。集積回路デバイスの金属配線の長時間使用によってしばしば断線事故が起こる。これはエレクトロマイグレーションによるものであり、電界によって空孔の移動が一方向に生じ空孔が集積してボイドが形成されることに起因している。これを解決するための根本的な対策は未だ見出されていない。このエレクトロマイグレーションを抑制するために強磁場を印加して異常ホール効果により電流の曲がりを生じさせ空孔の一方向移動を阻止することができれば、エレクトロマイグレーションによる断線事故を大幅に低減させることができるはずである。本研究の目的は、強磁場下でアルミニウムなどの薄膜のエレクトロマイグレーション実験を行い、磁場のない下でのエレクトロマイグレーションの結果と比較することによって、薄膜エレクトロマイグレーションに対する強磁場の効果を調べることにある。本年度には、真空蒸着装置を用いてアルミニウム薄膜をガラス基板上に蒸着させた。そこに電流端子、熱電対端子を取り付けた。薄膜試料の断面積を変えることによってエレクトロマイグレーション中のジュール熱の発生の仕方が変わるので、薄膜試料中の温度勾配が異なることがわかった。この温度勾配による原子移動(熱拡散)をエレクトロマイグレーションの効果と分離する方法を検討した。また、磁場を印加した際の熱電対に生じる起電力のノイズ対策を検討した。実績の概要にも記載したように、1薄膜試料の断面積を変えることによってジュール熱の発生の仕方が変わるので、薄膜試料中の温度勾配が異なることが見出され、この温度勾配による原子移動(熱拡散)をエレクトロマイグレーションの効果と分離する方法を検討した。また、2磁場を印加した際の熱電対に生じる起電力のノイズ対策を検討した。これらの検討のために、多くの時間を費やした。そのために当初の計画が若干遅れ気味であるが、これらの問題は不可避であったので、止むを得ないと考えている。

そのチェンバーには白金抵抗式の電気炉を取り付け、補助加熱用ヒーターを設置した。多くの薄膜のエレクトロマイグレーション実験では薄膜に直接通電を行なうために、局部的なジュール熱が発生し、急峻な温度勾配が薄膜に生じる。そのことによってエレクトロマイグレーションによる効果以外に、熱勾配が駆動力になる原子移動(熱拡散、サーマルマイグレーションと呼ばれる)や熱ひずみによるストレスマイグレーションも発生して現象を複雑化させている。そのために補助加熱用ヒーターを設置したが、残念ながらサーマルマイグレーションおよびストレスマイグレーションの影響を完全には排除できなかった。チェンバー内には薄膜を取り付ける試料ホルダーに電流接続端子、熱電対接続端子を取り付けた。試料には0.1μm厚さのアルミニウム薄膜を既存の蒸着薄膜作製装置を用いて作製した。基板にはパイレックスガラスを用いた。所定のサイズに切断した後、試料ホルダーに取り付け電流端子、熱電対を取り付けた。300°Cに保持しつつ5日間の通電を行い、エレクトロマイグレーションの実験を行った。10テスラの磁場を印加することによって無磁場の場合よりもエレクトロマイグレーションによる薄膜の劣化を抑制することができた。しかしながらエレクトロマイグレーション以外の効果であるサーマルマイグレーションおよびストレスマイグレーションの影響を完全には排除できなかった。今後、サーマルマイグレーションおよびストレスマイグレーションが強磁場下でどのように影響するかを明らかにした上で、エレクトロマイグレーションによる強磁場の効果に関する結論を出したい。本研究はアルミニウムおよび銅のエレクトロマイグレーションに及ぼす強磁場の影響を調べるために今後、4つのプロセスを遂行する。(1) Ptをドーピングしたアルミニウムおよび銅薄膜の作製、(2)強磁場下でのエレクトロマイグレーション実験、(3)エレクトロマイグレーション後の薄膜試料の構造・形態観察および組成分析、(4)理論的考察である。当初の研究推進方策に大きな変更点はない。当初の研究目的を遂行するために、強磁場下でのアルミニウム薄膜のエレクトロマイグレーションを行い、エレクトロマイグレーション前後の薄膜のボイドおよびヒラックの形成過程を詳細に調べる。試料の熱処理のためにグラファイトチューブを複数本、購入したが、端数が出てしまった。次年度使用額の2098円は化学薬品の購入に充てる。
原子炉特性測定用の位置検出型中性子計数管の試作

〔研究の目的〕臨界実験設備あるいは原子炉内部における熱中性子束の空間的、時間的変動の情報は原子炉動特性の解析等において強く望まれている。このような情報を得るための位置検出型中性子計数管を作製し、その特性を検討する。〔研究の方法〕抵抗陽極線を有する長さ1.3m、直径2.5cmの^3He位置検出型中性子計数管および核分裂位置検出型中性子計数管を作製する。^3He型は封入ガスとして^3He30%,CF_470%とするが、核分裂型は計数ガス排気装置を用いて種々の封入ガスをとり変えて実験する。〔結果〕1)抵抗陽極線電荷分割方式の位置検出型比例計数管は一般的に計数管の両端に前置増幅器が存在するため、研究の目的の項で述べたような狭い空間への計数管の挿入が困難である。そこで陽極線の一端をコンデンサーで交流的に接地して、計数管の他端からのみ2個の前置増幅器で信号をとり出す新しい信号読み出し法を考案し、狭い空間への挿入が可能なようにした。2)上記の方法に基づく計数管を先づX線用として試作し、位置分解能1.3mm(半値幅)、積分非直線性0.2%以下の特性を得、新しい読出し法が原理的に可能であることが分った。3)次に^3He位置検出型比例計数管を試作し、約3mmの幅にコリメートされた熱中性子ビームに対して位置分解能7mm、積分非直線性0.5%以下を得た。検出効率は約9%であった。4)核分裂位置検出型比例計数管は^3He型よりもやや良好な位置分解能を得たが、現在なお検討中である。5)この型の計数管は保健物理の立場からみた中性子の空間線量率分布の測定、エネルギー分布の測定等への広い応用が期待できる。6)試作した計数管はまさに世界の第1号機であるが、種々改良すべき点が多い。従ってこの計数管の開発の研究と広い応用の研究は、今後継続して精力的に遂行されるべきものと考える。
地方の漁港底質に高濃度蓄積する有機スズ化合物および代替塗料の現状調査

九州北部、韓国南部、関東地域(千葉県および神奈川県)、東北東岸、沖縄本島、北海道南西部の6地域において、それぞれ4060カ所の地方漁港の底質を採取し、それに含まれる有機スズ化合物濃度を調査した。その結果、どの地域においても、漁船の船底塗料を塗り直す設備のある漁港の底質の濃度は、設備のない漁港のそれと比較して高いことを見出した。この濃度は、過去に報告のある中でもまれに見る非常に高濃度に分類される。一方、代替塗料については前処理および分析法を開発し、いくつかの環境試料から銅ピリチオンが検出された。これまでの研究で、九州地方の漁港底質中に高濃度に蓄積する有機スズ化合物の存在を明らかにしてきた。本研究では、国内およびアジアの他の地域においても同様の汚染が進行しているのかを研究することを目的とした。本年度の研究の結果、神奈川県および千葉県の漁港および韓国南部の漁港において採取した底質を分析した結果、漁港の構造が九州とは異なるため、船底塗料塗り直し設備の有無の分類にやや難があったものの、九州とほぼ同様に、船底塗料塗り直し設備が有機スズの高濃度汚染源となっていることを突き止めた。これらの内容は日本環境化学会で発表を行い、さらに共同通信社により全国の新聞で報道された。また、代替塗料の現状調査を行った結果、現場で得られた環境試料としては、これまでに報告のない高い汚染レベルのジンクピリチオンが検出される漁港が観察された。この内容も環境ホルモン学会(2008年12月)において発表を行った。九州北部の地方漁港で観察された高濃度有機スズ汚染の実態が全国および東アジア地域に共通であることを確認することを目的として本研究を継続中である。これまでの2年間で、九州以外でも、関東地域、東北、韓国において、九州と同様の高濃度汚染の実態を学会等で報告してきた。昨年度は、これらの結果の一部が共同通信社により全国の新聞で報道された。さらに、次年度には沖縄での高濃度汚染の実態を発表申し込み中である。また、今後、韓国および北海道についての調査を計画している。最終年度の終了後は、これらから得られた結果をもとに、地方漁港における高濃度有機スズ汚染の現状を把握し、地方の沿岸域における環境修復のための基礎的知見を得ることを目的とする。一方、有機スズ化合物にかわる代替防汚剤としての亜鉛ピリチオンおよび銅ピリチオンにおける環境汚染の調査も継続している。これらの化学物質は非常に不安定でこれまで環境試料からの検出例は我々の知る限りでは1例しか報告されていない。本年度の結果から、新たに地方漁港の古いペンキ屑から比較的濃度の高い銅ピリチオンを検出することができた。ただし、亜鉛ピリチオンが試料の分析直前に分解する原因が究明されておらず、この点が今後の重要な改良点となる。これまでの研究で、九州北部、韓国南部、千葉県東部、神奈川県三浦半島、東北東部の漁港底質を調査した結果、漁船の船底塗料を塗り直す設備のある漁港で高濃度の有機スズ化合物濃度が検出される頻度がとても高いことを見出している。この濃度は、従来報告のある造船所やドライドッグ近辺の底質濃度に匹敵する濃度である。本研究では、国内およびアジアの他の地域においても同様の汚染が進行しているのかを研究することを目的とする。本年度の研究の結果、沖縄本島の漁港にて採取した底質を分析した結果、これまでに分析した漁港の傾向とほぼ同様に、船底塗料塗り直し設備が有機スズの高濃度汚染源となっていることがわかり、全国的な傾向であることが分かった。この内容は日本環境化学会で発表を行った。また、九州の数力所における漁港における有機スズ濃度を追跡調査した結果、有機スズ化合物の規制の進行と共に濃度が単純な低下傾向の漁港ばかりではないことを明らかにした。また、北海道南西部のおよそ40カ所の漁港を5日間で採取し、現在、その一部の分析が終了している。これらの結果から、漁師が年間12回の頻度で漁船の船底塗料を塗り直す際に発生する少量の削り屑のその場投棄の行為が有機スズの高濃度汚染源であり、この実情を放置し続けると、有機スズに変わる代替塗料においても、同様の傾向で漁港が汚染されることを意味する。
食事制限による体重減少後にみられるリバウンド現象のメカニズムと効果的なダイエット法

ダイエット後にしばしばみられるリバウンド体重増加のメカニズムを検討するために、ヒト白色脂肪細胞をもちいて、培養液中の栄養濃度を変化させ培養細胞ダイエットモデルを作製し、培養細胞および培養上清中の血管新生誘導物質発現量の経時的な変化を検討した。まず、培養脂肪細胞を3群に分け、第1のグループ(コントロール・グループ)は10%牛胎仔血清(FCS)を含んだ培地で、第2のグループ(DR3%グループ)は3%のFCSを含んだ培地で、第3のグループ(DR6%グループ)は6%のFCSを含んだ培地で培養した。48時間培養後に、各々は12%のFCSを含んだ培地に変えられ、さらに48時間培養された。低栄養状態から高栄養状態に変化させると、脂肪細胞は脂肪滴を増大させた。同時に、培地中の血管新生因子(VEGF)は著しく増加した。免疫組織化学的検討では、VEGFの発現は脂肪細胞の細胞質の中で認められた。RT-PCR法により、VEGFmRNAも同様の傾向で変化していた。つまり、脂肪細胞培養時に低栄養から高栄養に変化させると、脂肪細胞より産生されるVEGFが増加することがわかった。このことから、リバウンド体重増加のメカニズムに脂肪細胞より産生されるVEGFが関与している可能性が示唆された。この成果は、第27回日本産科婦人科栄養・代謝研究会にて報告し、International Journal of Molecular Medicineに掲載された。ダイエット後にしばしばみられるリバウンド体重増加のメカニズムを検討するために、日本白色家兎をもちいて肥満モデルを作製し、これらを2群にわけて実験した。1群は60日間自由摂食としたコントロール群で、もう1群は40日間の食餌制限後に20日間の自由摂食としたダイエット群である。2群間の脂肪組織や筋組織がどのように変化するかを形態学的に検討した。筋組織は食餌制限により消耗し、自由摂食にした後やや回復はしたがコントロール群に比べ有意に低下したままであった。脂肪組織では、自由摂食後に脂肪細胞の肥大とともに間質では有意な微小血管密度の増加が認められ、自由摂食後20日目にはコントロール群と同等の体脂肪量に回復した。この微小血管密度の増加の原因を調べるために、VEGFやPD-ECGFなどの血管新生誘導因子の発現について免疫組織化学的に検討したところ、リバウンド体重増加モデルにおいて脂肪組織でVEGFが有意に強発現していた。以上の結果より、リバウンド体重増加は体脂肪量の増加に起因し、そのメカニズムにVEGFが関与している可能性が示唆された。この成果は、第26回日本産科婦人科栄養・代謝研究会にて報告し、その機関紙に掲載受理された。現在、ヒト脂肪細胞の培養細胞系を用いて、その細胞レベルでのメカニズムの解明を試みると同時に、抗血管新生阻害物質によるリバウンド体重増加の抑制を検討中である。
弦理論の定式化と非摂動論的な効果の解析

統一理論の候補となる弦理論から、実験で検証された標準模型を導出することは難しい。その理由は、弦理論の非摂動論的な効果に対する理解が不足しているからだと思われる。本研究では、弦理論の非摂動論的な効果の理解と真空構造の解析を目指して、弦理論の定式化に関する研究を行った。研究期間を通じて取り組んだテーマは、(1)光円錐型弦の場の理論と行列弦理論の対応、(2)超対称ヤン・ミルズ理論のインスタントン計算、(3)超対称ヤン・ミルズ理論の可積分性である。交付申請時の研究計画に基づいて、弦理論の定式化において重要な役割を果たす超対称ヤンミルズ理論の非摂動論的な効果の解析を行った。具体的な研究内容は、主に二つに分けられる。一つは、超対称ヤンミルズ理論におけるインスタントン計算の研究で、もう一つは、超対称ヤンミルズ理論における可積分性の研究である。N=2超対称性を持つヤンミルズ理論の有効作用は、対称性と半古典近似から厳密に決定されたが、同じ有効作用をインスタントン計算からでも再現できる方が望ましい。それは経路積分をあらわに実行するという第一原理による導出方法であり、より広い応用性を持つからである。実際、N=1超対称性を持つヤンミルズ理論の相関関数も同じ手法を用いて与えられた。この研究では、インスタントン計算によってヤング図の足し上げの形で与えられたN=1の相関関を、自由フェルミオンの方法で厳密に計算し、位相的弦理論との関係から決められた結果と一致することを示した。AdS時空上の弦理論と超対称ヤンミルズ理論の間に深い対応関係があることが知られ、それぞれ強結合領域と弱結合領域で有効な記述となっている。この両者も可積分の兆候が見られるため、この可積分性を糸口にしてすべての結合領域でこの理論が厳密に解かれた。この研究では、この可積分系の対称性を理解するために、古典r行列の解析を行ったところ、これまで知られた対称性以外に新しい対称性が見つかった。さらに、このヤンギアン対称性の起源を例外超代数に求めることで、退化したキリング形式による困難を避けた解析ができた。これらの研究によって、弦理論の定式化に重要な、超対称ヤンミルズ理論の非摂動論的な効果に対する理解が深まったといえる。科学研究費申請時の研究計画に基づいて、弦理論の非摂動論的な効果に関する研究を行った。今年度は特に超対称ヤンミルズ理論の可積分性に関する研究を行った。弦理論とゲージ理論の対応関係に関する研究の中で、双方に可積分性の構造があることがわかった。具体的には超対称ヤンミルズ理論を抽象化したスピンチェイン模型から散乱行列を構成すると、ヤンバクスター方程式を満たすことがこれまでの研究で示された。これは系に可積分性があることを示唆する。ところが、系の対称性が可積分性のヤンギアン代数を満たすことを示すには、さらにヤンギアン代数のセール関係式を調べる必要がある。これまでいくつかの困難になって、模型に対して仮定されていたevaluation表現がセール関係式と無矛盾であることが、具体的に示されていなかった。一つの困難は超リー代数のキリング形式の縮退によるもので、構造定数の添え字の上げ下げが事実上不可能だった。これに対して昨年度の研究で、縮退が解けている例外超リー代数から極限をとる手法が確立された。もう一つの困難は、構造定数の複雑さに由来する。これに対して、三次元ガンマ行列を導入して、必要な計算をフェルミオンの散乱振幅の計算に書き換えることに成功した。これによって、セール関係式との無矛盾性を具体的に示すことができた。また、セール関係式は高次の対象性生成子に対する制限を与える。セール関係式を示すことによって、高次の対称性生成子に対する知見が得られた。この研究成果は現在雑誌に投稿中である。