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格子QCDによる共鳴状態の研究

本研究では、格子QCDにより共鳴状態の性質を調べる方法の確立を目的とし、それに向けρ中間子崩壊の研究を行った。数値計算は二つのクォーク質量(π中間子質量=410MeVと300MeV)のもとで行った。現実のクォーク質量(π中間子質量=140Me)での崩壊幅は、おのおのの計算結果で求めたρππ有効結合定数から評価した。計算結果は、130(18)MeVと152(28)MeVであり、実験値146MeVをよく再現している。これは、本研究での研究手法が、共鳴状態を研究する上で、信頼性のある、実行可能な方法であることを意味する。今後、この方法をρ中間子以外の多くの共鳴状態研究に応用することが期待される。本研究の目的は「格子QCDにより共鳴状態の性質を調べる方法の確立」である。具体的な方法として、崩壊の終状態の散乱位相を計算し、その値から共鳴状態の崩壊幅と共鳴エネルギーを求める方法を採用する。この目的のために、平成20年度はρ中間子系の研究からはじめた。散乱位相を求めるには、系のエネルギーと散乱位相を結びつける関係式が必要である。これまで、全運動量がp=(0,0,0)と(0,0,1)の場合のみ関係式が知られており、数値計算もこの運動量でのみ行われていた。しかし、信頼できる崩壊幅と共鳴エネルギーを得るには、種々の運動量での計算が必要である。そのため本研究では5種類の運動量で数値計算を行う事にした。平成20年度前半は、このρ中間子系の研究に必要な関係式と、後に研究予定の他のハドロン系(Kπ,NN,Nπ)での関係式の導出を行った。これらの導出は12月まで完了し、ここで数値計算に必要な理論が全て出そろった。この関係式の導出、およびそこで得られた新たな理論的発見は、平成21年6月までに論文発表を行う予定である。本研究では、PACS-CSグループによって物理点に近い場所で生成された配位を用いる。この配位を使った数値計算のための、計算コードの開発を9月から開始した。現在、コードはほぼ完成し、その試験計算を16ノード以下の小さい計算機規模で行っている。試験計算の結果は順調であり、ほぼ満足できる計算速度が実現されている。また、2体π中間子系のハドロン間相互作用の研究を数年前から行っていた。この研究は本研究にひきつがれ、本年度この研究が完了した。この研究によって、ρ中間子系の研究で必要な体積は3fmである事がわかり、本研究で採用した体積が十分な大きさであることがわかった。研究成果は、論文発表した(11.研究発表[雑誌論文]に記載)。この目的のため、平成20年度からρ中間子崩壊の研究を開始し、平成21年度では前年度の基礎研究を受けて数値計算を行った。計算ではPACS-CSグループによって生成されたゲージ配位(π中間子質量=410MeV)を用いた、ρ中間子の研究に適した2種類の演算子を選び相関関数行列を作る。これを対角化し、基底状態と励起状態をとりだし、それぞれの状態のエネルギーを求めた。そのエネルギーから有限体積法により散乱位相を計算し、ρ中間子の崩壊幅を得た。得られた崩壊幅の値は、110(24)MeVである。数値計算はクォーク質量の大きい点で行われたが、得られた崩壊幅の値はほぼ実験値(150MeV)に等しい。これは、pππ有効結合定数のクォーク質量依存性が小さい事を意味する。この小さい質量依存性は、カイラル摂動論により予想されていたことであり、その予想が第一原理計算により示されたことになる。この研究成果は平成22年7月までに論文発表を行う予定である。21年度後半より、更に小さいクォーク質量での計算を行い、より信頼性の高い崩壊幅を求める研究を開始した。クォーク質量が小さい場合、大きい運動量を持ったπ中間子を扱う必要があり、これが大きい統計揺らぎを引き起こす。予備的に行った計算(π中間子質量=300MeV)により、基底状態の相関関数は小さい統計揺らぎで得る事ができるが、励起状態では揺らぎが非常大きく、演算子を改良する必要があることがわかった。現在は演算子の改良方法を研究している。

すでにいくつかの有効な演算子をみつけており、それらを使った数値計算を開始している。本研究の目的は「格子QCDにより共鳴状態の性質を調べる方法の確立」である。具体的な方法として、崩壊の終状態の散乱位相を計算し、その値から共鳴状態の崩壊幅と共鳴エネルギーを求める方法を採用する。この目的のため、平成20年度からρ中間子崩壊の研究を開始し、平成21年度では、π中間子質量=410MeVのもとでρ中間子崩壊幅の計算を行った。平成22年度はそれを更に現実のクォーク質量に近いπ中間子質量=300MeVでの計算を行い、崩壊幅のクォーク質量依存性を調査した。計算ではPACS-CSグループによって生成されたゲージ配位を用いた。ρ中間子の研究に適した2種類の演算子を選び相関関数行列を計算した。これを対角化し、基底状態と励起状態をとりだし、それぞれの状態のエネルギーを求めた。そのエネルギーから有限体積法により散乱位相を計算し、ρ中間子の崩壊幅を得た。崩壊幅の計算結果は152(28)MeVである。平成21年度行った重いクォーク質量(π中間子質量=410MeV)で得られた結果は、130(18)MeVである。よって、これによりρππ有効結合定数のクォーク質量依存性が小さい事が判明した。この小さい質量依存性は、カイラル摂動論により予想されていたことであり、その予想が第一原理計算により示されたことになる。また、これら格子計算で得られた崩壊幅の値は、実験値(150MeV)に等しい。これは、本研究で用いた計算手法の正当性を示すものであり、格子計算による共鳴状態の性質の研究の一つの手法として確立されたといってよい。今後、本研究の研究手法を種々の系に適用し、実験的に完全に明らかにはなっていない共鳴状態の存在や崩壊幅の予言等、本研究の成果には様々な発展が期待される。本研究の研究成果は平成23年7月までに論文発表を行う予定である。
Er:YAG並びにCO_2レーザー切削象牙質面に対するレジンの接着性と接着機構

Er : YAGおよびCO2レーザー装置を用い、レーザー処理象牙質面の性状変化とレジン系修復材料の接着性について検討を行った。走査電子顕微鏡観察および原子間力顕微鏡観察による形態学的検討の結果、レーザー処理象牙質表面においてはスメア層は認められず、亀裂や層状構造物等の構造欠陥が発生していた。また、熱画像解析装置によるレーザー照射表面温度の測定では、Er : YAGレーザーでは約200°C、CO2レーザーでは約750°Cの温度に相当する熱の発生が確認された。さらに、エネルギー分散型蛍光X線分析装置ならびに微小硬度計による分析化学的検討を行った結果、被照射象牙質表層20-40μmにおけるCa、P両元素の濃度が減少し、また象牙質自体の硬度の低下が認められた。このような象牙質表面や表層の構造変化や性状変化に伴い、象牙質コラーゲン線維の高次構造が破壊され変性した一層が、Masson's Trichrome染色切片における光学顕微鏡観察、脱灰超薄切片における透過電子顕微鏡観察およびX線光電子分光分析装置を用いた表面分析により確認された。このように、レーザー処理象牙質面は回転切削器具による切削面とは性状が全く異質なものであり、市販の接着システムをそのまま応用するには問題があるように考えられた。そこで、ダンベル型接着試片を用いた微小引張り試験法により、レーザー処理象牙質に対する市販のレジンの接着性の検討を行ったところ、初期接着性ならびに接着耐久性は低下し、象牙質に対してはいわゆるレーザーエッチングの効果は認められないことが判明した。その要因は、レーザー処理象牙質に形成された亀裂や層状構造物等の構造欠陥に引張り応力が集中したこと、象牙質コラーゲン線維の変性によるレジンの浸透性阻害やそれに伴うハイブリッド層の機械的強度の低下、ならびに被着体である象牙質自体の物性が低下したこと等であることが推察された。レーザー処理象牙質面に対するレジンの接着性と接着機構を検索する目的で,Er:YAGおよびCO2レーザー装置を用い,レーザー処理象牙質面の形態や性状の変化と市販の接着システムの接着性について検討した。走査電子顕微鏡(SEM)及び原子間力顕微鏡観察から、両レーザー処理象牙質表面には回転切削で形成されるようなスメア層は認められず、亀裂や層状構造物等の構造欠陥が発生していた。また,サーモグラフによる温度測定では,Er:YAGレーザーでは約200°C,CO2レーザーでは約750°Cの温度に相当する熱の発生がそれぞれ認められた。このような象牙質表面や表層の構造変化に伴い,象牙質コラーゲンの高次構造の破壊された一層や熱により変性した一層が,マッソントリクロム染色切片における光学顕微鏡観察,脱灰超薄切片における透過電子顕微鏡(TEM)観察により確認された。一方,このように回転切削面とは性状の異なるレーザー処理象牙質面に対する市販の接着システムの接着性を,ダンベル型接着試料による微小引張り試験法により検討したところ,レーザー処理面に対するレジンの初期接着強さは回転切削面のそれに比し有意に低く(P<0.01),温度負荷を与えるとさらに有意に半減した(P<0.01)。この原因として,レーザー処理により形成された構造欠陥部位への引張り応力集中,象牙質コラーゲンの変性によるレジンの浸透性阻害やそれに伴う樹脂含浸層の機械的強度の低下,ならびに被着体である象牙質自体の物性低下等が考えられた。

次年度は、接着界面の様相をSEM、TEM、あるいは超深度レーザー顕微鏡を用いて形態学的に検討すると共に、レーザー処理象牙質表層におけるアパタイトやコラーゲンの性状変化を、エネルギー分散型蛍光X線分析装置、超微小硬度計、あるいはX線光電子分光分析装置などを用いて遂行し、レジンの接着性との関連も検討する予定である。レーザー処理象牙質に対するレジンの接着機構を検索する目的で,Er : YAGレーザー処理された象牙質表面や表層の形態学的変化,およびレジンとの接着界面の様相を超微細構造学的に検討した。Er : YAGレーザー処理象牙質表面には,幅約1.0μm,深さ約1.5μmの亀裂や約1.3μmの高低差をなす層状構造物の発生がAFM観察により認められた。また,未脱灰試料をTEM観察したところ,レーザーエッチングによる表層の形態学的変化は認められず正常象牙質とほぼ同様で,酸エッチングされたような様相は確認されなかった。ところが,脱灰試料では表層約10-15μmに概形不明瞭でかつ横紋構造の消失したコラーゲン線維と思われる無定形の物質が認められ,その下層の正常象牙質部分との境界は比較的明瞭であった。さらに,レーザー処理象牙質表面におけるXPS分析の結果,ClsおよびNlsピークの明らかな減少が認められた。レジン-象牙質の接着界面のSEM所見においても,樹脂含浸層の下層には約10-12μmの幅でTEM所見の変性層に相当すると思われる層が認められた。一方,レジン-象牙質の接着界面のSEM所見によると,接合状態は比較的良好であるが樹脂含浸層は回転切削面に比し菲薄であり,さらにその下層には約10-12μmの幅でTEM所見の変性層に相当すると思われる層が認められた。従って,前述の構造欠陥やこの変性層と正常象牙質との界面に歪みが集中し,レジンの接着性が低下したものと考えられた。Er : YAGレーザー処理象牙質表面には,亀裂や層状構造物等の構造欠陥が形成され,また,表層には横紋構造が消失し概形不明瞭のコラーゲン線維を含む無構造な層が生成されていることが判明し,これらがレジンの接着性を阻害している可能性が示唆された。今後,CO2レーザーに関しても,同様に検討する予定である。
神経成長因子プライオトロピンの培養オリゴデンドロサイトに対する増殖分化誘導能

[平成8-9年度研究成果]目的:新しい神経栄養因子プライオトロピン(Pleiotrophin;PTN)は新生児ラット脳では髄鞘形成期と一致して発現するが、オリゴデンドロサイト(oligodendrocytes;OL)に対する細胞生物学的活性は明らかではない。本研究ではPTNの培養ラットOLに対する増殖・分化誘導能の解析を目的とする。[平成9年度研究成果]目的:新しい神経栄養因子プライオトロフィン(pleiotrophin;PTN)は新生児ラット脳では髄鞘形成期と一致して発現するが、オリゴデンドロサイト(oligodendrocytes;OL)に対する細胞生物学的活性は明らかではない。
近代日本における「家」と社会階層に関する歴史社会学的考察

本研究の目的は、「家」を近代社会における階層再編過程と関連づけて論じることであり、特に初年度の課題は、明治大正期に時期を限り、それ以前からの変化を射程に含みながら身分や地位に関する変化を中心にみていくことであった。階層移動や固定化の契機としての結婚に着目し、今年度は千葉の醤油醸造業家における姻戚関係が家業経営体の運営とどのようにかかわっているのか、あるいはいないのか、そこに「家」に関してどのような思いが見いだされるのかを具体的に考察した。昭和前期ごろまで醤油業の経営と連動した婚姻、特に同族内、ないし同業者内婚が特徴的であることが明らかになった。ここにみられるのは階層の上昇志向性よりもむしろ固定化であり、以前より研究対象としてきた財閥等の婚姻を通じた上昇戦略とは異なるものである。この差異は、家系の連続や婚姻関係の形成が各経営体に持ち得た意味の違いの現れと捉えることができ、特に経営規模や業種による差異が大きいと考えられる。とりあげた醤油醸造業家は、大手であっても醤油業に特化した形で経営を運営していた。また各同業者間の関係は競合関係というよりもむしろ共存共栄の協調が重んじられている。空間的、および事業的にも拡大戦略をとっていった財閥の「家」との違いが姻戚関係にもあらわれていたといえよう。
脂肪細胞分化に関与するウシWntファミリー分子の単離および解析

平成13年度に引き続きウシWnt分子のクローニングを行った。マウスやヒューマンのWnt10bと比較すると短かったため、翻訳開始位置周辺での高次構造形成のため逆転写がうまくいかないのではと考え、逆転写反応の温度を上げたり、複数の別のプライマーで5'-RACE(rapid amplification of cDNA ends)を行った。昨年度までと比べ5'側に伸びたクローンはいくつか得られたが、同じ読み枠では途中で終止コドンが入るため翻訳開始位置が上流に伸びることはなかった。結局得られたウシWnt10bの全長は267アミノ酸残基からなり、マウスとヒューマンの389残基と比較し非常に短いことが明らかとなった。それらとアミノ酸配列比較を行ったところ、マウスとは92.9%、またヒューマンとは94.8%と非常に高い相同性が見られた。他の生物種と比較し短いこのウシWnt10b分子が活性を有するかどうか調べるためウシ脂肪前駆細胞でのWnt10bの大量発現を試みた。ウシWnt10b全長cDNAをPCRにより増幅しクローニング後シークエンスチェックを行いPCRによる増幅の誤りがないことを確認した。こうして得られたウシWnt10b遺伝子を哺乳類細胞発現ベクターであるpcDNA3.1に導入した。このベクターDNAとコントロールであるpcDNA3.1をウシ脂肪前駆細胞にそれぞれリポフェクション法によりトランスフェクトし、分化誘導をかけた際の脂肪細胞分化に対するWnt10bの影響について調べた。キットのプロトコール通りに行うとトランスフェクトの際細胞が剥がれてしまったため、少し緩めの条件でトランスフェクトを行ったところ、今度はトランスフェクションの効率が悪かったのかコントロールと比較し脂肪蓄積は変わらず、また分化の指標であるグリセロール-3-リン酸デヒドロゲナーゼ(GPDH)活性においても変化は見られず、ウシWnt10bの脂肪細胞分化抑制活性は確認出来なかった。これについてはウシ脂肪前駆細胞へのトランスフェクションの条件についてさらなる検討が必要であると考えられた。これまでにデーターベースに登録されているマウス、ヒューマンなど哺乳動物のWntファミリー分子のアミノ酸配列を比較しそれらの間でよく保存されている領域からdegenerateプライマーを作成した。このプライマーを基に、Wntファミリー分子の発現していることが予想されるウシの筋肉内脂肪組織中の脂肪前駆細胞あるいは筋肉組織より抽出したRNAを鋳型にしてRT-PCRを行った。得られたフラグメントの中から、既知のWnt遺伝子より予想されるサイズに合致するものをサブクローニングした。得られたクローンの塩基配列を決定し、ホモロジー検索を行ったところWnt10bの部分配列であることが確認できた。その配列を基に5'-RACE(rapid amplification of cDNA ends)、3'-RACEを行い全長配列の単離を試みた。3'-RACEは成功しC末端の配列は明らかにしたが、GCリッチな配列による翻訳開始位置周辺での高次構造形成のため逆転写がN末端までうまくできず、現在のところ全長塩基配列の決定までには至っていない。これまでに明らかにした285アミノ酸残基においては、マウスのWnt10bと82.1%、ヒューマンのWnt10bとは84.2%の相同性が見られた。またウシの筋肉組織および脂肪組織よりRNAを抽出し、RT-PCRを行ったところWnt10bは脂肪組織に比べ筋肉組織での発現が高く、Wnt10bが筋衛星細胞から脂肪前駆細胞の分化を抑制するパラクリン因子として作用している可能性が示唆された。
虚弱高齢者に対する心身機能活性訓練の効果に関する介入研究

高齢者の健康の維持増進と疾病(障害)予防に身体運動が寄与することが期待されているが、これまで高齢者に対する身体運動訓練の効果を無作為割付け対照試験(RCT)により検証した研究は少ない。本研究の目的は、高齢者に対する6ヶ月間の運動訓練の効果と安全性をRCTにより検証することである。対象は、仙台市在住の60歳以上の高齢者65名であり、運動群と対照群とに無作為に振り分けた。仙台市の高齢者健康福祉施設である仙台市シルバーセンターにおいて、運動群に対して1回2時間、週2回3回の筋力訓練と持久的運動訓練を25週間行った。対照群には、月2回のレクリエーション活動を行った。その結果、最大酸素摂取量、肘関節屈曲筋力、免疫機能、家庭血圧、日常身体活動量、そして運動パフォーマンスの面で、有意な改善があった。最大酸素摂取量は2.1ml/kg/分増加し、これは通常の老化との関連で言うと5歳相当の改善に値した。肘関節屈曲筋力は2.4kg(16.6%)増加した。また血圧値は収縮期で7.7mmHg、拡張期で3.4mmHg低下した。これは、脳血管疾患発症リスクの20%減少に相当するものであった。運動機能の改善に伴って、日常生活での身体活動量も、介入前に比べて2.0kcal/kg(5%)増加した。運動訓練終了後6ヶ月が経過しても、最大酸素摂取量は維持(わずかに増加)しており、運動訓練に伴う日常生活での身体活動量の増大による影響と考えられた。地域に生活する虚弱高齢者を対象に運動訓練による無作為割り付け対照試験を実施し、その生活体力と心身の健康に及ぼす効果を科学的に評価することが本研究の目的である。3年計画の初年度においては、以下の2点に関する研究を行った。(1)虚弱高齢者の同定(スクリーニング)地域におけるニーズの把握とスクリーニング・テストの妥当性の検証のために、岩手県O町の住民約5000名を対象に、自記式調査票により身体運動機能や日常生活活動(ADL)能力、身体活動状況などを調査した。その結果、ADLには自立しているが社会生活には支障のある、「虚弱レベル」の者が65歳以上高齢者のうち15%程度を占めることが明らかになった。(2)運動訓練プログラムの開発高齢者のための健康・生きがい支援施設である仙台市シルバ-センターとの共同により、心肺機能・持久性改善のための自転車エルゴメーター、四肢の筋力増強のためのトレーニング、バランス機能・柔軟性の改善のためのリズム体操などの運動訓練プログラムを開発した。プログラム開発に当っては、数名の高齢者に対して実施し、その有効性と安全性を検証した。仙台市在住の高齢者60名に対して、無作為に割り付けた30名に運動訓練を週3回2時間ずつ半年間行い、残る30名(月2回のレクリエーション)との間で効果の評価を行うためのプロトコールを作成した。参加者の公募を平成10年2月に行い、250名の申し込みがあった。現在、対象者の選定に向けた検査測定(最大酸素摂取量・筋力・生活体力・身体運動量・血液検査など)を実施しており、運動訓練を本年4月より開始するための準備作業を行っている。60歳以上の仙台市民65名、平均年齢66.7±3.5(6081)歳に対して、平成10年3月にベースライン検査を実施し、無作為割り付けにより運動群32名と対照群33名に分けた。同年4月から9月まで介入を実施し、その直後に再検査を実施して効果を検討した。効果の指標は、推定最大酸素摂取量(VO_2max;220-年齢でのHRmaxにおける値)であった。測定は自転車エルゴメーターにより、エンドポイントを85%HRmaxとして、2分毎に漸増的に負荷を増加し、12分で検査を終了した。このときの心拍数と酸素摂取量の関係からVO_2maxを推定した。

運動群に対して、1回2時間、週23回の運動(ストレッチ、リズム体操、自転車エルゴメーターによる持久性訓練、セラバンドによる抵抗性訓練)を26週にわたって実施した。自転車は5060%HRmax(Karvonenの式により算出)で1回2025分、セラバンド訓練は20回を正確にできる負荷を目安に5種目(四肢の屈伸と体幹運動)を実施した。対照群に対して、月12回の講話、ストレッチやゲーム(2時間程度)を実施した。ベースライン時点で、性、年齢、BMI.VO_2maxに群間差はなかった。介入期間を通じて事故も脱落もなかった。介入後、運動群のVO_2maxでは15.5%の有意な増加を認めたが、対照群に有意な変化はなかった。運動群のVO_2maxは、ベースライン値の低い者ほど改善率が高かった。運動群の改善度と対照群の改善度との差で見ると、運動訓練によりVO_2maxは2.1ml/kg/分増加した。VO_2maxの加齢に伴う減少(1歳当り)は男性で0.42ml/kg/分、女性で0.39ml/kg/分と報告されているので、6ヶ月間の運動訓練で5歳相当、持久力が改善したことが示唆される。60歳以上の仙台市民65名、平均年齢66.7±3.5(6081)歳に対して、平成10年3月にベースライン検査を実施し、無作為割り付けにより運動群32名と対照群33名に分けた。同年4月から9月まで運動群に運動訓練(1週3回2時間ずつ)を実施した。その間、対照群には1ヶ月当り2回の健康講話とレクリエーション活動を行った。推定最大酸素摂取量は、運動群(前期訓練群)で23.7ml/kg/分(平成10年3月)から26.8ml/kg/分(平成10年9月)へ3.1ml/kg/分の増加があり、さらに平成11年3月では27.1ml/kg/分と0.3ml/kg/分の増加があった。運動訓練による体力の改善は、訓練終了後も持続した。その要因として、日常生活での自発的な身体運動量の増加が考えられる。6ヶ月間の運動訓練の前後で身体活動量を比較した結果、1日当り消費エネルギーが運動群では(正味の差として)2.0Kcal/kg増加し、その差は有意であった。被験者の家庭における自己測定血圧の推移を見ると、運動群の変化と対照群の変化との差(運動訓練による正味の変化程度)は、収縮期で-7.7mmHg、拡張期で-3.4mmHgであり、有意な低下があった。免疫調節機構のバランスを反映すると考えられている末梢血Th1/Th2比の推移を測定したところ、運動群ではTh2細胞の割合が有意に増加したが、対照群に有意な変化は見られなかった。また運動群のみでIgG4の有意な減少が見られた。その機序には不明な点も多いが、運動訓練により免疫機能が影響を受けることが示された。
マニピュレータを省エネルギー運転するための最適軌道と動作時間の研究

ロボット・マニピュレータも多くの電力を使用しているので,地球温暖化防止のためにマニピュレータの省エネルギー化は急務な課題である。PTP制御におけるマニピュレータの消費エネルギーは,軌道に強く依存して変わるから,消費エネルギーを最小にする空間経路や動作時間を求めることを研究した。マニピュレータの関節の可動範囲に制限を付けないで,最適軌道を大域的に探索した結果,リンクを重力方向へ始動し,かつ反重力方向へ制動停止する空間経路を選べば,大幅に消費エネルギーを節約できることが明らかになった。この空間経路を2点境界値問題の初期値として最適軌道を求め,いろいろな場所への物体搬送のシミュレーションをした結果,従来軌道に比べて消費エネルギーが1/301/14に低減できた。また,2点境界値問題は多くの計算時間を必要とする欠点があるので,PTP制御における準最適動作時間を簡便に求める方法を考案した。これによって,リンク数の多いマニピュレータでも簡単に準最適軌道が求められるようになった。シミュレーションで得られた提案最適軌道を実現するために,2自由度のダイレクト・ドライブ・マニピュレータの第1と第2リンクがそれぞれ360度以上自由に回転できるように改造した。そして,この実験マニピュレータのパラメータを同定した。同定結果を基づいて,最適軌道を実現させる最適電流関数と最適速度関数をオフラインで計算した。この最適電流関数でマニピュレータを動作させた場合,パラメータ同定誤差のために位置決め誤差が生じた。それに対して,最適速度関数でマニピュレータを動作させた場合,位置決め誤差は少なかった。つぎに,消費電力を実測して,シミュレーション結果と比較検討した。消費電力は,マニピュレータを駆動するサーボ増幅器の入力電力で調べた。その結果,実測消費電力は,シミュレーションの値より30%位大きくなった。この違いは,サーボ増幅器の損失に相当するものである。また,クーロン摩擦力が実験条件によって微妙に変わるためか,実測消費電力値のバラツキが比較的大きかった。最後に,今回求めた消費エネルギーを最小にする最適軌道における消費電力は,シミュレーション結果通りに従来軌道よりも低減できた。この場合,最適軌道に比べて消費エネルギーは少し増加するが,従来軌道に比べれば非常に省エネルギー効果があった。提案した最適軌道を実現するために,2自由度のダイレクト・ドライブ・マニピュレータの第1と第2リンクがそれぞれ360度以上自由に回転できるように改造した。

今後,DSP(Digital Signal Processor)システムを用いたコントローラでシミュレーションで得られた結果を実験機で確認する。ロボット・マニピュレータも多くの電力を使用しているので,地球温暖化防止のためにマニピュレータの省エネルギー化は急務な課題である。PTP制御におけるマニピュレータの消費エネルギーは,軌道に強く依存して変わるから,消費エネルギーを最小にする空間経路や動作時間を求めることを研究した。マニピュレータの関節の可動範囲に制限を付けないで,最適軌道を大域的に探索すれば,大幅に消費エネルギーを節約できることがシミュレーションで昨年度までに明らかにされた。本年度は,シミュレーションで得られた提案最適軌道を実現するために,2自由度のダイレクト・ドライブ・マニピュレータの第1と第2リンクがそれぞれ360度以上自由に回転できるように改造した。そして,この実験マニピュレータの有効慣性,相互慣性,遠心加速度係数,コリオリ加速度係数,クーロン摩擦力などパラメータを同定した。同定結果を基づいて,最適軌道を実現させる最適電流関数と最適速度関数をオフラインで計算した。最適電流関数でマニピュレータを動作させた場合,パラメータ同定誤差のために位置決め誤差が生じた。それに対して,最適速度関数でマニピュレータを動作させた場合,位置決め誤差は少なかった。つぎに,消費電力を実測して,シミュレーション結果と比較検討した。消費電力は,マニピュレータを駆動するサーボ増幅器の入力電力で調べた。その結果,実測消費電力は,シミュレーションの値より30%位大きくなった。この違いは,サーボ増幅器の損失に相当するものである。また,クーロン摩擦力が実験条件によって微妙に変わるためか,実測消費電力値のバラツキが比較的大きかった。最後に,今回求めた消費エネルギーを最小にする最適軌道における消費電力は,シミュレーション結果通りに従来軌道よりも低減できた。
Coupling factor 6の循環器疾患における病態生理学的役割に関する研究

Recombinant CF6を作製しCF6のプロスタサイクリン産生抑制機序について検討した。CF6はヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)におけるプロスタサイクリンの産生放出を濃度依存性に抑制した。HUVEC細胞膜からのアラキドン酸の放出に及ぼすCF6の影響について、あらかじめ^3Hアラキドン酸でラベルして検討すると、CF6はアラキドン酸放出をプロスタサイクリン産生の抑制と同程度に、濃度依存性に抑制した。また、外因性アラキドン酸並びにプロスタグランジンH_2投与によるHUVECのプロスタサイクリン産生はCF6投与により影響を受けなかった。さらに、Cytosolic phospholipase A_2(cPLA_2)阻害薬のAACOCF_3はアラキドン酸放出を抑制したが、CF6と同時に投与してもその抑制乍用は増強させなかった。以上より、CF6の作用はアラキドン酸放出の抑制であり、cPLA_2を阻害するものと考えられた。2.高血圧症患者における血中CF6:本態性高血圧症患者を対象に食塩負荷の血中CF6に及ぼす影響について検討した。食塩12g食摂取時の血中CF6濃度は本態性高血圧症患者で正常血圧者に比較して有意に高値であった。本態性高血圧症患者では血中CF6濃度は減塩により有意に低下し、食塩負荷により有意に上昇した。減塩と食塩負荷による血圧の変化率と血中CF6濃度の変化率との間には、有意の正の相関が認められた。ビタミンC 2gの経口投与により、血中CF6濃度は高塩食で有意に低下した。血中NOx濃度は、本態性高血圧症患者では減塩により有意に上昇し、食塩負荷により有意に低下した。また、減塩と食塩負荷による血圧NOx濃度の変化率と血中CF6濃度の変化率との間には、有意の負の相関が認められた。CF6は本態性高血圧症の食塩感受性に関与すると考えられた。Reactive oxygen speciesは血中CF6濃度の正の調節因子として、また、NOは負の調節因子として作用することが示唆された。CF6はラット血管内皮細胞の表面に存在することがimmunofluorescencestudyで明らかとなり、高速液体クロマトグラフィー法とアミノ酸解析からCF6はラットの流血中に存在することが示された。血中CF6濃度は正常血圧ラット(WKY)に比較して高血圧期の高血圧自然発症ラット(SHR)において高値を呈し、SHRの大動脈におけるCF6の遺伝子発現はWKYの約2倍であった。SHRにrecombinant CF6を注入すると動脈圧が用量依存性に上昇し、WKYに比較してその反応は有意に大であった。経静脈投与により肺循環を通過後も活性を有したことから、CF6はオータコイドではなく循環ホルモンとして作用することが明らかとなった。CF6の中和抗体の投与により動脈圧は用量依存性に低下することから、本ペプチドは新規の内因性昇圧物質であることが示された。Immunofluorescence studyよりCF6はヒト血管内皮細胞(ECV-304並びにヒト臍帯静脈内皮細胞)の表面に存在することが明らかとなった。Western blot analysis並びにradioimmunoassay法よりCF6はヒト血管内皮細胞からfull lenghtの形で細胞外に分泌されることが示された。

Cone plate法によりヒト血管内皮細胞にshear stressを負荷すると、15 dyneでは細胞内のCF6含量の増加と細胞外への分泌の亢進が認められ、25 dyneでは細胞内のCF6含量の増加を伴わずに著明な細胞外への分泌の亢進が認められた。また、25 dyneのshear stressによりヒト血管内皮細胞におけるCF6の遺伝子発現は約2倍亢進した。更に、ヒト血管内皮細胞の表面に存在するCF6は25 dyneのshear stressにより有意に増加することがflow cytometry法で明らかとなった。以上から、ヒトの流血中に存在するCF6のoriginの1つとして血管内皮細胞の可能性が示唆された。Recombinant CF6を作製しCF6のプロスタサイクリン産生抑制機序について検討した。CF6はヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)におけるプロスタサイクリンの産生放出を濃度依存性に抑制した。HUVEC細胞膜からのアラキドン酸の放出に及ぼすCF6の影響について、あらかじめ^3Hアラキドン酸でラベルして検討すると、CF6はアラキドン酸放出をプロスタサイクリン産生の抑制と同程度に、濃度依存性に抑制した。また、外因性アラキドン酸並びにプロスタグランジンH_2投与によるHUVECのプロスタサイクリン産生はCF6投与により影響を受けなかった。さらに、Cytosolic phospholipase A_2(cPLA_2)阻害薬のAACOCF_3はアラキドン酸放出を抑制したが、CF6と同時に投与してもその抑制作用は増強させなかった。以上より、CF6の作用はアラキドン酸放出の抑制であり、cPLA_2を阻害するものと考えられた。2.高血圧症患者における血中CF6:本態性高血圧症患者を対象に食塩負荷の血中CF6に及ぼす影響について検討した。食塩12g食摂取時の血中CF6濃度は本態性高血圧症患者で正常血圧者に比較して有意に高値であった。本態性高血圧症患者では血中CF6濃度は減塩により有意に低下し、食塩負荷により有意に上昇した。減塩と食塩負荷による血圧の変化率と血中CF6濃度の変化率との間には、有意の正の相関が認められた。ビタミンC2gの経口投与により、血中CF6濃度は高塩食で有意に低下した。血中NO_x濃度は、本態性高血圧症患者では減塩により有意に上昇し、食塩負荷により有意に低下した。また、減塩と食塩負荷による血圧NO_x濃度の変化率と血中CF6濃度の変化率との間には、有意の負の相関が認められた。CF6は本態性高血圧症の食塩感受性に関与すると考えられた。Reactive oxygen speciesは血中CF6濃度の正の調節因子として、また、NOは負の調節因子として作用することが示唆された。
共生細菌による宿主昆虫の体色変化：隠蔽色に関わる共生の分子基盤の解明

・Rickettsiella感染により増大する緑色色素の種別,構造,存在量を明らかにした。・RickettsiellaのゲノムDNA試料を感染虫体液より調製し,全ゲノム配列を決定した。・非感染の赤色の虫および感染した緑色の虫の発現遺伝子をRNAseqにより網羅的に同定し、感染により発現が変化する宿主遺伝子群を解明した。・Rickettsiellaの全ゲノム情報およびアブラムシの発現遺伝子情報からそれぞれ、色素合成酵素系等の体色関連遺伝子群の候補を同定し、それらの発現様式や生物機能を解析した。・その他の多様かつ新規な昆虫ー細菌共生系について、ゲノム解析、発現遺伝子解析、機能解析を推進した・Rickettsiella感染により増大する緑色色素の種別,構造,存在量を明らかにした。・その他の多様かつ新規な昆虫ー細菌共生系について、ゲノム解析、発現遺伝子解析、機能解析を推進したヨーロッパの野外集団由来のアブラムシ系統を収集したところ、緑色の母虫が赤色の幼虫を産む系統がいくつか得られた。これらの系統の幼虫は成長するにつれて体色が赤から緑に変化し、4令幼虫から成虫に至ると完全に緑色になった。これらのアブラムシ系統の共生細菌叢を調べたところ、必須共生細菌Buchnera以外に2種類の共生細菌が感染していることがわかった。1つは既知の共生細菌HamiltonellaもしくはSerratiaで、いずれかが感染していた。さらに、未知のRickettsiella属の共生細菌が共感染していた。ヨーロッパのアブラムシ集団由来の353個体について調べたところ、28個体(7.9%)がRickettsiellaに感染していた。Rickettsiellaに感染したアブラムシから体液を採取して、感染していない系統に微小注入し、遺伝的背景が同一でありながらRickettsiella感染/非感染のみが異なるアブラムシ系統を多数作成した。すると、Rickettsiellaに感染させた赤色系統のアブラムシは、すべて体色が緑色になった。一方、もともと緑色だった系統にRickettsiellaを感染させても特段の変化は見られなかった。3系統のアブラムシについてRickettsiella感染個体と非感染個体を作成して、体重、成長速度、産子数、寿命を比較したが、ほとんど有意な違いは見られなかった。すなわち、この共生細菌は特に宿主アブラムシに悪影響を与えずに赤色の体色を緑色に変えることが判明した。アブラムシの体色は主に、黄色から赤色のカロテノイド系色素と、緑色から青色などさまざまな色の多環性キノン系色素から構成される。リケッチエラに感染した緑色のアブラムシと非感染の赤色のアブラムシの色素分析を行ったところ、カロテノイド系色素の組成や量には大きな違いは見られなかった。一方、緑色系の色素については、感染状態による色素組成の変化はなかったが、その量が感染アブラムシでは非感染アブラムシの3倍以上に増加していた。Rickettsiella感染により、宿主アブラムシの緑色色素の生産が何らかの形で活性化されて体色変化が起こると推察された。Rickettsiellaのゲノム解析に関しては、アセンブル後の1000程度のcontig断片について、対となるリードの位置関係および近縁種のシンテニー情報から隣接contigsを推定してPCRによる確認を進め、これまでに3kb以上の33contigsに集約した。最長contigが260kb、N50が82kbである。ゲノム長は1.69Mbと推定され、GC含量は39.3%であった。ORF予測ソフトにより1622のタンパク質コード遺伝子が推定され、平均長は854塩基、それらのコード領域はゲノム全体の82%に相当し、うち1274 ORFsがデータベース上のタンパク質配列と相同性を示し、うち992は何らかの機能予測ができた。遺伝子レパートリは近縁なCoxiellaとよく似ており、細胞壁や細胞膜構造の合成に関わる酵素が多数存在した。一方、アミノ酸の合成に関わる酵素の多くは失われ、わずか2種類のアミノ酸しか合成できなかった。補酵素もビオチン、チアミン、あるいはヘム、ユビキノンの合成系の一部を保持するだけで、かなりの部分が失われていた。今後はより精度の高いゲノム配列の取得、遺伝子アノテーション、各遺伝子の由来推定など、ゲノム情報からの共生細菌の特徴づけを進める。共生細菌による体色変化にともなう宿主アブラムシの発現遺伝子解析については、人工感染法によって作出した遺伝的に全く同一でRickettsiella感染の有無のみが異なるアブラムシ系統を用い、体色の違いが最も大きくなる11日令の感染虫・非感染虫のそれぞれ5試料ずつについて、次世代シーケンサー5500 SOLiDシステムによるRNA-Seq法をおこなった。既にシークエンスランは終了し、リファレンスゲノムへのマッピング等の作業を進めている。隠蔽色形成に関与する遺伝子を効率的に検出するため、様々なRickettsiella系統ならびに別種の共生細菌Regiellaを人工導入したアブラムシ系統を作出した。これらを用いて、隠蔽色形成関連遺伝子群の絞り込みをおこなう予定である。・体色変化に関わる宿主遺伝子の解析:RNA-seq法によりRickettsiella感染で変動する多数の宿主アブラムシ遺伝子を検出し、うち2つのポリケチド/脂肪酸合成酵素遺伝子を色素関連候補と同定した。

アブラムシの成長に伴う発現を定量PCR法によって解析したところ、Rickettsiella感染虫では赤色の初令幼虫から緑色の成虫に至る過程で100倍以上に発現が上昇していたが、非感染虫ではそれらの遺伝子発現はわずかに減少した。さらに別種の共生細菌RegiellaおよびHamiltonellaに感染した系統について経時的発現解析を行い、それらの発現上昇がRickettsiella感染に特異的であることを確認した。・その他の共生細菌のゲノムおよび機能の解析:大豆等の害虫のホソヘリカメムシの適応度上昇や殺虫剤耐性に関与する腸内共生細菌Burkholderia sp. strainRPE64の6.96 Mbのゲノム配列を決定した(Shibata et al. 2013)。農業害虫コナカイガラムシ類の共生細菌のゲノム解析および宿主の発現遺伝子解析をおこない、キュウコンコナカイガラムシの細胞内共生細菌Tremblaya phenacolaの170,756bpの極小ゲノム配列を決定し、多様な共生細菌由来の水平転移遺伝子がコナカイガラムシ類の共生代謝系の構築に関わることを解明した(Husnik et al. 2013)。・共生細菌のゲノム解析:体色を変化させる共生細菌Rickettsiellaの全ゲノム塩基配列1,576,143 bpを決定し、論文執筆中である。・Rickettsiellaによって誘導される宿主体色色素の同定:LC-MSを用いて、体色変化に関与する主要な3種の緑色色素ViridaphinA1, Viridaphin A2, Viridaphin B1を同定した。本色素群はアブラムシ上科に属する様々な種に存在し、進化的にきわめて古い起源をもつことが示唆された。・宿主アブラムシの色素合成候補遺伝子の特定: RNA-Seq法および定量PCR法により、2種のポリケチド/脂肪酸合成酵素遺伝子を色素関連候補と同定した。・その他の共生細菌の解析:ホソヘリカメムシの腸内共生細菌BurkholderiaのRPE67系統の全ゲノム塩基配列8.69Mbを決定し、論文発表した(Takeshita et al. 2014)。日本産害虫ゾウムシ類の細胞内共生細菌Nardonellaの微生物学同定をおこなった(Hosokawa et al. 2015)。クヌギカメムシの卵塊ゼリーに含まれる縮小ゲノム腸内共生細菌`Candidatus Tachikawaeagelatinosa'の0.71 Mbの完全ゲノム配列を決定し、卵塊ゼリーの生物学的意義を解明して論文発表、プレス発表をおこなった(Kaiwa et al. 2014)。
温度感受性突然変異体を用いた苗条再分化機構の遺伝学的解析

シロイヌナズナの根あるいは胚軸断片をカルス誘導培地(CIM)で数日間前培養後、苗条誘導培地(SIM)に移植すると苗条が、発根誘導培地(RIM)に移植すると不定根が形成される。まず根外植片からの苗条再分化を指標としたスクリーニングにより、シロイヌナズナLandsberg erecta株のEMS処理後代において、7系統の温度感受性突然変異株を単離した。このうち3系統についての遺伝学的解析により、苗条再分化に関与する遺伝子座として、SRD1、SRD2、SRD3を見いだした。また同様の方法により、胚軸からの根再分化に関与する遺伝子座として、RRD1,RRD2、RRD3、RRD4、RRD5の5つを見いだした。srd突然変異体の生理的特性(胚軸および根外植片における苗条再分化、根再分化、カルス形成の温度感受性の有無とその時期)を詳しく解析し、その結果に基づき、シロイヌナズナの器官再分化の枠組みを説明するモデルを構築した。本モデルの要点は、組織の生理状態としてIC(InCompetent、再分化能なし)、CR(Competent for Root redifferentiation、根再分化能のみを有する)、CSR(Competent for Shoot and Root redifferentiation、根および苗条再分化能をもつ)の3つを想定するところにある。胚軸はICの状態にあり、CIMでの前培養によりCRさらにCSRの状態に至る。これに対し、根ははじめからCRの状態にあり、前培養期間中にCSRに移行する。CSRとなった組織はSIMに移植されるとこれに応答して苗条を再分化する。CRまたはCSRの組織は根再分化能と分裂能を有し、CIMで培養を続ければカルスを、RIMに移植すれば根を形成する。SRD1はCSRから苗条形成に至る段階に、SRD2はIC→CRの移行段階とCSRから苗条形成に至る段階の両方に、SRD3はCR→CSRの移行段階にそれぞれ関与する。
メカニズムデザインによる効率性と安定性を備えた金融システムの構築に関する研究

銀行の要求払い預金契約における次の問題を考えた:『銀行は、取付の可能性を防ぎつつ、効率的な預金契約を提供できるか』。本研究は、この問題に対して、肯定的な結論を導く理論モデルを提示した。従来、銀行の要求払い預金契約は取付行動に対して脆弱であると指摘されてきたが、本研究はその指摘は必ずしも正しいとは限らないことを示した。本研究課題の目的は,銀行の要求払い預金契約における次の問題の解決です:『銀行は,預金者による銀行取付を防ぎつつ,効率的な預金支払いをすることが可能か』。以下,簡略化のためこれを『問題P』と書きます。学術的には,問題Pの銀行取付は,「自己実現的予想に基づく取付」を指しています。私は,この問題Pを次の二つの場合にそれぞれ分けて考え,いずれも肯定的に解決できることを示しました。第一の研究では,銀行と預金者がともに短期的にしか市場に存在しない場合を考えます。この状況は,先行研究であるDiamond and Dybvig(1983,以下「DD」と表記)が記述しています。DDモデルでは,銀行取付が均衡のひとつとして発生しうることが知られています。この取付均衡の存在は,銀行制度の脆弱性としてこれまで特筆されてきました。取付の本質は,本来預金引き出しを必要としない「非需要者」たちまでが預金を引き出してしまうところにあります。私は,そうした非需要者の一部が『引き出し回避の社会的選好』をもっていれば,銀行は支払い方法を工夫することで,問題Pを解決できることを示しました。第二の研究では,預金者は短期的だが銀行は長期間存在する場合を考えます。具体的には,無限期間のOLG(Over Lapping Generation)モデルを想定しました。私は,問題PをOLGモデルによって適切に取り扱うべく,新たにモデルをつくることから始めました。本研究では社会的選好は仮定せず,繰り返しゲームと動的計画法の理論を用いて問題Pに取り組みました。結果,銀行間で時間を通じて預金を貸借しあうことで,ほぼ確率1で問題Pが解決されることを示しました。以上二つの結果は,銀行制度はそれほど脆弱ではないという主張を導いています。これは今までにない新たな結論であり,学術的に意義ある成果であると考えられます。
カルボニル炭素をNMRプローブとするセルロースおよび多糖誘導体の微細構造解析

多糖高分子は、モノマーユニット単糖の多様性に加え、単糖ユニット間の結合様式の膨大な自由度のため極めて広汎な高分子構造を形成することが可能である。近年、発酵・遺伝子工学の進歩によって、従来得ることのできなかった種々の多糖高分子が実用的スケールで入手することが可能になりつつあり、現在よく知られるセルロース誘導体に加え、多くの多糖誘導体が高機能高分子素材として提供されることが期待されている。しかしこの際、多糖誘導体の置換基の分布状態はその特性・機能に著しい影響を及ぼすことが知られ、これを正確かつ簡便に決定しうる分析手法の開発は、高機能高分子素材開発の基幹技術として極めて重要なものと考えられる。筆者らは既に、種々のセルロースエーテル誘導体の置換基分布を精度よく決定できる新しい分析法として、未置換水酸基をアセチル化処理し、^<13>C-NMR解析する方法を提案し、カルボニル炭素が置換位置に対して鋭敏なNMRプローブとなることを確認している。本研究では、これまでに得た知見を基にアミロース、イヌリン、カードラン等の多糖高分子およびシクロデキストリン等のオリゴ糖分子をアセチル化処理し、カルボニル炭素がどの様に置換位置を反映して分裂するかを明らかにし、併せてINAPT法によるシグナル帰属を行った。さらに、シクロデキストリンのメチルエーテル誘導体について未置換水酸基をアセチル化処理し、^<13>C-NMR解析を行ったところ、セルロース誘導体と同様に置換基分布を決定しうることを確かめた。また、セルロースおよびアミローストリアセテートについて2D-NOESY法を用いてアセチル置換基間の相互作用を検出し、溶液中での高次構造形態についても解析を試みた。その結果X線解析によって決定された固体構造と相似の構造が指示された。
ホッブズの学問論と近代政治哲学の成立

ホッブズは哲学と自然哲学と、社会哲学とに大きく2分する。本研究の主題である、国家(リヴァイアサン)についての理論としての彼の政治哲学は、もちろん、社会哲学に属する仕事であるが、この政治哲学は人間論を前提として展開される。ところで、ホッブズの人間論は、一部は自然哲学に属し、一部は社会哲学に属するという二層構造を示す。このことは、彼の人間の特徴づけが多様であることによって説明できる。つまり、人間は神によって創造された自然世界の一部であり、このように人間を神との関係において見れば、人間は自然哲学があつかう対象となる。一方、人間は国家の製作者であると同時にその素材でもあって、このように人間を国家との関係において見れば、人間は社会哲学があつかう対象となるのである。このようなホッブズの人間論の二層構造を明らかにしたことによって、ホッブズ政治哲学の性格について、つぎのような理解をえることができた。すなわち、政治哲学の主題となる人間が神の被造物であるかぎり、ホッブズ政治哲学は自然哲学を前提している。実際、彼の主著『リヴァイアサン』は、人間の諸機能についての自然科学的・唯物論的説明から始まる。しかし、政治哲学においてとくに問題となるのは社会哲学の主題としての人間であり、したがって、ホッブズ政治哲学は自然哲学にはない社会哲学独自の要素をも前提としている。
イノシトール3リン酸受容体のチャネル構成部位の構造と機能の解析

本研究は、細胞外刺激により産生されるイノシトール3リン酸(IP_3)の結合により開口するIP_3受容体(IP_3R)/Ca^<2+>放出チャネルの、チャネルポアを形成する領域、および四量体会合に関与する部位の同定を目的とし、以下の成果を得た。1 IP_3Rはほとんぼすべての細胞に発現していることから、これまで人為的に発現させたIP_3Rのみの性質を測定することは困難であった。本研究では、これまでに知られている3種類のIP_3Rサブタイプすべてについて遺伝子ノックアウトを施したDT-40細胞に、外来性のIP_3R遺伝子を導入し、安定にかつ大量の受容体タンパク質を発現する細胞株を得る方法を確立した。また、IP_3産生を引き起こすBCR刺激により、IP_3R遺伝子を導入したノックアウト細胞で細胞内Ca^<2+>濃度の上昇が見られ、この結果により外来性に発現させたIP_3Rが細胞内で正常にCa^<2+>放出チャネルとして機能していることが確認された(投稿準備中)。2 IP_3Rは細胞内小器官上に局在するチャネル分子であるために、パッチピペットを適用することが出来ず、通常のパッチクランプ法によるチャネル電流の測定が出来ない。本研究では、マイクロソーム画分を用いて、高頻度にIP_3Rチャネルを人工脂質二重膜に再構成する系を確立し、IP_3Rの電気生理学的測定を可能とした(Michikawa,T.,et al.,Neuron,1999)。以上本研究により、人為的に変異を加えたIP_3Rの性質を電気生理学的に測定する系が確立された。本研究は、細胞外刺激により産生されるイノシトール3リン酸(IP_3)の結合により開口するIP3受容体(IP_3R)/Ca^<2+>放出チャネルの、チャネルポアを形成する領域および四量体会合に関与する部位の同定を目的とし、本年度は以下の成果を得た。1、細胞膜上に存在するイオンチャネルとの構造上の類似点に基づき、マウスIP_3Rのイオンチャネルポアを形成と推定される部位、および推定膜貫通領域に点変異もしくは欠失変異を加えたIP_3Rを作成した。2、内在性のIP_3Rを遺伝子ターゲッティングにより欠失させたニワトリB細胞由来の細胞株R23-11に外来性に導入したIP_3Rタンパク質を発現させる系を確立し、野生型マウスIP_3Rを安定に発現する形質変換株を得た。3、IP_3R多量に発現しているマウス小脳の膜画分を用いてIP_3Rを人工脂質二重膜に再構成する系を確立し、マウス小脳IP_3Rのイオンチャネルとしての性質(リガンド依存性、イオン透過性、平均開口時間等)の電気生理学的測定を可能とした(投稿準備中)。以上の成果をふまえ、来年度は以下の項目について解析を行う。1、作成した変異IP_3Rを安定に発現するR23-11細胞を遺伝子導入法により作成する。2、R23-11細胞で発現させた変異受容体を人工脂質二重膜に再構成し、それぞれの受容体の電気生理学的な性質、特にイオン透過性を測定することにより、イオンチャネルのポアを形成する部分の同定を試みる。3、変異受容体の四量体形成能を、電気泳動やゲル濾過、密度勾配遠心などにより測定し、四量体形成に必要な部位の同定を試みる。
イオンドリフトチューブ法による異性体分離分光のクラスター内反応生成物への適用

本研究においては、異性体分離質量分析装置を開発し、質量選別された炭素クラスターイオンの分離を試みた。開発した異性体分離装置では、飛行時間質量分析計の内部にHeガスを導入できるドリフトチューブセルが設置されている。クラスター源で生成されたイオンは加速された後チューブ内に入射してHe原子と衝突を繰り返しながら電場に導かれて進行する。この進行速度はイオンの幾何学的断面積に依存した移動度によって決まり、その構造の違いによってセルを通過して出てくる時刻が異なる。もともとクラスターイオンは質量によって飛行速度が異なるので、結局質量と構造異性体の両方を空間的に分離することが可能となる。本年度は開発している装置の排気速度を改善した第二号機の開発を進めた。その結果、より構造異性体の分離性能が高いと期待できる装置を完成させることができた。今後はその性能をさらに高めていく予定である。この研究と並行して、金属錯体型および分子吸着イオン結晶クラスターをはじめとする幾つかのクラスターイオンにおける構造異性体に関連した観測を行った。具体的には、(1)マグネシウム一価イオンとハロゲン化メチルからなるクラスターMg^+-XCH_3の光解離分光と解離ダイナミクスの研究、(2)ヨウ化ナトリウムクラスターイオンNa_nI_<n-1>^+へのアルコール分子吸着とその光解離分光、(3)光イオン化および準安定解離の観測によるアルカリ金属-アクリロニトリル分子系における三分子重合環化反応生成物の同定、(4)窒化ホウ素クラスターイオンB_nN^+の光解離。これらの本研究を通して、あからさまな異性体分離をすることなくクラスターの複数の異性体の共存を確認する分光手法の確立にも寄与することができたと考えている。本研究ではまず、異性体分離質量分析装置を開発し、質量選別された炭素クラスターイオンの分離を試みた。実際にはサイズ10前後で直鎖型から環状への構造転移が知られている炭素原子クラスターイオンC_n^+に関して異性体分離を観測した。その結果、C_7^+のイオンピークが二つのGauss分布からなることが示された。これは、遅い飛行時間に現れる直鎖構造のイオンと早い飛行時間ピークの単環状イオンの二つの異性体が分離していることを意味している。このような飛行時間分析計内部での異性体分離は世界でも初めてであり、今後の分光研究への展開に道を開くことができたと考えている。この研究と並行して、金属-有機分子クラスターイオンにおける構造異性体の観測を行った。具体的には、マグネシウム一価イオンとヨウ化メチルからなるクラスターMgCH_3l^+について、光解離分光を適用した。そのスペクトルと理論計算の比較から、このイオンは有機化学におけるGrignard試薬の一価イオンの形をしているにもかかわらず、気相構造はMg^+に対してヨウ素が配位した錯体構造であることがわかった。この例のように本研究を通して、あからさまな異性体分離をすることなくクラスターの複数の異性体の共存を確認する分光手法の確立にも寄与することができたと考えている。