hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳の性分化を規定する分子機構の解析

高次情報中枢である脳には雌雄で様々な差異が存在するが、この脳の性差における性ホルモン受容体の機能は明確ではない。ヒトにおいて空間認知能力等に性差が存在し、男性優位であることが知られており、男性ホルモンであるアンドロゲンが記憶・学習能の性差形成に関与するものと考えられる。このアンドロゲンの作用はリガンド依存性転写制御因子である核内受容体を介した、標的遺伝子群の発現調節により発揮される。主要アンドロゲンであるテストステロンは神経細胞において、直接アンドロゲンとしてアンドロゲン受容体(AR)を介しで作用する一方、芳香化酵素によりエストロゲンに転換されて後、二種のエストロゲン受容体(ERα、ERβ)を介しても作用する。すなわち、テストステロンの効果は男性ホルモンとしての効果と、女性ホルモンとしての効果の2面性をもち、これら両者のレセプターのいずれか,または2者または3者の協調的な機能により発揮されると考えられる。そこで本研究ではAR、ERα、ERβそれぞれのsingle KOマウス(ARKO、ERαKO、ERβKO)、両者の2重KOマウス(DKO)ならびに3重KOマウス(TKO)を作出し、記憶・学習における機能解析を行った。その結果、TKO雄マウスにおいてのみに恐怖条件付けテストの成績に低下が観察された。一方、モリス水迷路テストの成績には全ての群間で顕著な差異は観察されなかった。この結果はAR、ERα、ERβは3者の協調的な機能を介して記憶・学習を制御していること、3者の作用にはredundancyがある可能性を強く示唆している。このように、性ホルモン作用を完全に遮断したTKOマウスを作出することにより、記憶・学習といった高次神経機能における性ホルモン受容体の重要性が明らかとなった。男性ホルモンであるアンドロゲンは、多彩な生理作用を示すことが知られており、その作用はリガンド依存的転写制御因子であるARを介した標的遺伝子群の発現制御により発揮される。AR遺伝子座はX染色体にあり、雄(XY)個体におけるAR欠損は雄性生殖器等の形成不全を伴う雌性化(testicular feminization ; Tfm)を引き起こす。ヒトにおいても、AR遺伝子変異により生じるTfm疾患は古くから知られており、AR遺伝子ノックアウト(ARKO)マウスの作出は有用な疾患モデルになると予想された。しかしながら、AR欠損雄個体は生殖能力を欠くため、その変異は次世代に伝わらない。これらの事実から、ARKOマウスの作製は通常のジーンタゲティング法では不可能である。我々は第一にCre-loxP systemを用いることにより、生殖可能な潜在型ARKOマウス(AR floxedマウス)から雌雄ARKOマウスを作製する方法を確立し、雌雄ARKOマウスのライン化に初めて成功した.従来より、脳神経細胞内での一般的なアンドロゲン作用は、アンドロゲンより転換されたエストロゲンがエストロゲン受容体を介し作用すると考えられてきた。一方、脳の性差とその性分化にARが直接関与するか否かは未だ不明である。この点を明確にする目的で、ARKOマウスを用いて最も雌雄差が顕著な性行動、攻撃行動を指標として解析を行った。その結果、ARKO雄では雌性行動ばかりでなく、マウント、挿入、射精の全ての雄性行動の消失が観察された。さらに、ARKO雄では他の雄に対する雄性攻撃行動の著しい低下が確認された。次に、非芳香化アンドロゲンであるジヒドロテストステロン(DHT)を去勢雄ARKOに投与したところ、雄性行動の発現は消失していた。一方、雄性攻撃行動ではARKO雄における攻撃行動がDHT投与により一部回復した。これらの結果から、雄性特異的な行動の発現調節にARが必須であること、さらに雄性攻撃行動にはARを介さないアンドロゲンシグナルによっても一部制御を受けていることが明らかとなった.高次情報中枢である脳には雌雄で様々な差異が存在するが、この脳の性差における性ホルモン受容体の機能は明確ではない。そこで、Cre/loxP systemにより作出されたアンドロゲン受容体ノックアウト(ARKO)マウスを用いて、脳の性差とその性分化におけるAR機能を評価した。具体的には脳の性分化が起こる周生期に限局した時期特異的なAR機能を検討するため、周生期の非芳香化アンドロゲン(DHT)投与により誘導される雌脳の雄性化実験系をARKO雌マウスに応用した。また、最も雌雄差が顕著な性行動、攻撃行動を指標として脳の性分化を判定した。野生型雌マウスでは周生期DHT投与により脳の性転換が誘導され、性成熟後に強い雄型性行動・攻撃行動パターンの発現がみられた。一方、ARKO雌マウスでは周生期におけるDHT投与による脳の雄性化作用は消失していた。また、雌型性行動発現には周生期DHT及びAR破壊による影響は観察されなかった。さらに、ARKO雄マウスでは雄型性行動の消失と雄型攻撃行動の著しい低下が確認された。次に、性成熟後のARKO雄マウスにDHTを投与したところ、雄性行動の発現には回復がみられなかったが、雄性攻撃行動ではDHT投与により一部回復が観察された。これらの結果から、雄性特異的な行動の発現調節にARが必須であること、さらに雄性攻撃行動にはARを介さないアンドロゲンシグナルによっても一部制御を受けていることが明らかとなった。

従来より、脳の性分化におけるアンドロゲン作用は、神経細胞内でアンドロゲンより変換されたエストロゲンがエストロゲン受容体を介して発揮されると考えられてきた。今回の研究成果は自然界には存在しえないARKO雌マウスを用いることにより、周生期における脳の雄性化にリガンド結合したAR機能の必須性を証明した点にある。ヒトの遺伝病である完全型アンドロゲン不応症では46XYであるにもかかわらず、性的志向は女性型のケースが多いことから、ARKOマウスは疾患モデルマウスとしても有用であることが明らかとなった。また、成体期における雄型攻撃行動はARを介さないアンドロゲンシグナルによっても一部制御を受けていることが明らかとなった。このAR非依存的なアンドロゲン作用に関しては、膜レセプターや他のレセプターの関与が推測されるが、未検討の部分である。高次情報中枢である脳には雌雄で様々な差異が存在するが、この脳の性差における性ホルモン受容体の機能は明確ではない。ヒトにおいて空間認知能力等に性差が存在し、男性優位であることが知られており、男性ホルモンであるアンドロゲンが記憶・学習能の性差形成に関与するものと考えられる。このアンドロゲンの作用はリガンド依存性転写制御因子である核内受容体を介した、標的遺伝子群の発現調節により発揮される。主要アンドロゲンであるテストステロンは神経細胞において、直接アンドロゲンとしてアンドロゲン受容体(AR)を介しで作用する一方、芳香化酵素によりエストロゲンに転換されて後、二種のエストロゲン受容体(ERα、ERβ)を介しても作用する。すなわち、テストステロンの効果は男性ホルモンとしての効果と、女性ホルモンとしての効果の2面性をもち、これら両者のレセプターのいずれか,または2者または3者の協調的な機能により発揮されると考えられる。そこで本研究ではAR、ERα、ERβそれぞれのsingle KOマウス(ARKO、ERαKO、ERβKO)、両者の2重KOマウス(DKO)ならびに3重KOマウス(TKO)を作出し、記憶・学習における機能解析を行った。その結果、TKO雄マウスにおいてのみに恐怖条件付けテストの成績に低下が観察された。一方、モリス水迷路テストの成績には全ての群間で顕著な差異は観察されなかった。この結果はAR、ERα、ERβは3者の協調的な機能を介して記憶・学習を制御していること、3者の作用にはredundancyがある可能性を強く示唆している。このように、性ホルモン作用を完全に遮断したTKOマウスを作出することにより、記憶・学習といった高次神経機能における性ホルモン受容体の重要性が明らかとなった。
造血組織に於けるMDR1-mRNAの発現について-特に反応性病変に於ける組織内発現細胞の局在について-

【目的】薬剤耐性悪性腫瘍の一部には細胞膜にP-Glycoprotein(以下P-Gp)が出現する.これはMultidrug Resistance Gene1(以下MDR1)遺伝子産物である約170kDAの膜蛋白質で,これは遺伝子増幅ではなく転写の亢進によることが知られている.リンパ節病変とMDR1-mRNA量を比較検討することを目的とした.【対象と方法】-80°Cに凍結保存したリンパ節生検24例(瀰漫性大細胞型悪性リンパ腫12例,反応性リンパ節病変12例)から抽出したmRNAを用いた.MDR1-mRNAの有無はRT-PCR法によりMDR1cDNAの3060と3653塩基間を増幅し電気泳動後検索した.MDR1-mRNAのRT-PCR法による半定量はサンプルcDNAに種々の既知量の対照cDNAを加え同一試験管内で同一primerを用いPCRによりMDR1cDNAの3649と3750塩基間を増幅し電気泳動後バンドを比較した.対照cDNAとしてMDR1cDNAの3691番塩基のStyIサイトに10塩基対を挿入したものを用いた.【結果】1.悪性リンパ腫5例,反応性リンパ節病変9例にMDR1-mRNAを認めた.2.半定量的PCR法により悪性リンパ腫1例,リンパ濾胞過形成2例,sarcoidosis3例に対照副腎の1/6乃至1/1.3前後に相当する量のmRNA増加を認めた.3.抗P-Gp抗体染色では,リンパ節胚中心の間質,傍皮質の血管に微弱陽性所見を認めた.in situ hybridizationは有意義な結果がこれまでに得られなかった.【考察】MDR1-mRNAの半定量により未治療悪性リンパ腫や反応性リンパ節病変の一部の症例で発現しているMDR1-mRNAが決して微量ではないことが分かり,P-Gpが単に制がん剤に誘導される薬剤排出装置に留まらず,細胞の何らかの生理学的な機能と関連する物質である可能性が示唆された.【目的】薬剤耐性悪性腫瘍の一部には細胞膜にP-Glycoprotein(以下P-Gp)が出現する.これはMultidrug Resistance Gene1(以下MDR1)遺伝子産物である約170kDAの膜蛋白質で,これは遺伝子増幅ではなく転写の亢進によることが知られている.リンパ節病変とMDR1-mRNA量を比較検討することを目的とした.【対象と方法】-80°Cに凍結保存したリンパ節生検24例(瀰漫性大細胞型悪性リンパ腫12例,反応性リンパ節病変12例)から抽出したmRNAを用いた.MDR1-mRNAの有無はRT-PCR法によりMDR1cDNAの3060と3653塩基間を増幅し電気泳動後検索した.MDR1-mRNAのRT-PCR法による半定量はサンプルcDNAに種々の既知量の対照cDNAを加え同一試験管内で同一primerを用いPCRによりMDR1cDNAの3649と3750塩基間を増幅し電気泳動後バンドを比較した.対照cDNAとしてMDR1cDNAの3691番塩基のStyIサイトに10塩基対を挿入したものを用いた.【結果】1.悪性リンパ腫5例,反応性リンパ節病変9例にMDR1-mRNAを認めた.2.半定量的PCR法により悪性リンパ腫1例,リンパ濾胞過形成2例,sarcoidosis3例に対照副腎の1/6乃至1/1.3前後に相当する量のmRNA増加を認めた.3.抗P-Gp抗体染色では,リンパ節胚中心の間質,傍皮質の血管に微弱陽性所見を認めた.in situ hybridizationは有意義な結果がこれまでに得られなかった.【考察】MDR1-mRNAの半定量により未治療悪性リンパ腫や反応性リンパ節病変の一部の症例で発現しているMDR1-mRNAが決して微量ではないことが分かり,P-Gpが単に制がん剤に誘導される薬剤排出装置に留まらず,細胞の何らかの生理学的な機能と関連する物質である可能性が示唆された.
ホモロガスIn2O3‐ZnO薄膜の超格子形成機構とその熱電特性の解明

本研究は化学的に安定な高温酸化物熱電材料であるホモロガス構造In2O3(ZnO)m超格子薄膜に注目する。スパッタ法により合成する製造技術を確立し、薄膜合成技術に関した固相反応のメカニズムを解明した。さらに、パルス光加熱サーモリフレクタンス法を用いて、In2O3(ZnO)m超格子薄膜の熱物性を測定し、第一原理計算によりその熱伝導機構を解明した(論文投稿中)。また、高温in-situホール測定装置を用いて、In2O3(ZnO)m超格子薄膜の電気伝導機構を解明した。平成30年度には、研究計画に従って、アモルファスIn2O3-ZnOからホモルガスIn2O3(ZnO)mへの固相成長に関して、その場XRD測定及び広域X線吸収微細構造(EXAFS)の測定を用いて、Znの含有量が変化したアモルファスIn2O3-ZnO薄膜の結晶化過程を観察した。3元系In2O3-ZnOの結晶化過程において、カチオンであるZnとInの局所構造の時間変化や点欠陥の形成挙動を定性的に解明した。これらの手法に関して、九州シンクロトロン光研究センター2017年度の年報に掲載した。これらは、本研究が目指す層状構造を持つ高温酸化物熱電材料の作製にとって有益な基礎的知見である(現在論文をまとめて投稿中である)。また、結晶化過程を再建するため、分子動力学シミュレーションツールを構築した。現在、EXAFSで得られた結果と比較し、結晶化する際にZnとInの拡散挙動を理論的に解明することが進めている。さらに、平成30年度には、平成28年度と平成29年度に得られたホモロガスIn2O3(ZnO)m薄膜の電気特性・熱物性データを総合的に解析し、400°C以上の高温でZnフレンケル欠陥の形成によりできた格子間亜鉛が高温熱電特性への影響を解明し、In2O3層間のZnOの挿入層数が熱伝導率及び熱電特性への影響を明らかにした。これらは、本研究が目指す層状構造を持つ高温酸化物熱電材料の開発にとって有用な設計指針である。平成28年度にはホモロガスIn2O3(ZnO)m薄膜の超格子層状構造の形成機構とその熱伝導現象の解明に関する研究を主に進めた。ここでmは整数であり、m +1はIn2O3層間のZnOの挿入層数である。1)スパッタ法によりガラス基板上にアモルファスIn2O3とZnO複合酸化物薄膜を作製し、700°Cの大気焼成によるホモロガス構造In2O3(ZnO)m薄膜を合成した。トルコのSabanci UniversityのProf. Ow-Yangと共同研究し、STEMを用いてアモルファス構造からホモロガス構造への結晶化過程を解明した。具体的には、アモルファス薄膜の表面から先に結晶化し、膜厚方向に沿って結晶化していく現象が明らかになった。さらに、焼成温度、焼成時間及び焼成雰囲気が結晶化への影響を検討し、アニオン元素よりカチオンであるInとZnの拡散は結晶化過程において支配的な要因であることを解明した。2)ホモロガスIn2O3(ZnO)m薄膜における熱伝導機構の解明に関して、スパッタ法によりIn2O3とZnO複合酸化物ターゲットを用いて、サファイアC面基板上にエピタキシャルIn2O3(ZnO)m薄膜を作製した。産業技術総合研究所にあるパルス光加熱サーモリフレクタンス法装置を利用し、エピタキシャルIn2O3(ZnO)m薄膜の熱伝導率を評価した。ホモロガス構造を持つIn2O3(ZnO)m薄膜の熱伝導率は2W/mk以下で、非常に小さい。フォノンによる熱伝導率は同じ組成で作製したアモルファスIn2O3-ZnO薄膜の熱伝導率と同じ程度であった。また、In2O3(ZnO)m薄膜のInO2-層間のIn-Zn-O層数が増加するにつれ、熱伝導率は小さくなったことが明らかになった。これは第一原理計算を用いて計算したフォノンバンドおよびフォノンの状態密度により定性的に説明した。さらに、アモルファス構造からホモルガス構造への固相反応に関する理論を構築するために、九州シンクロトロン光センターに広域X線吸収微細構造(EXAFS)の測定を行い、焼成温度によってIn2O3(ZnO)n薄膜の局所構造の変化を把握した。これらのデータを基づいて、分子動力学法により固相反応のメカニズム解明へのシミュレーション手法を構築した。平成29年度には、高温領域(400°Cー600°C)においてホモロガスIn2O3(ZnO)m薄膜の導電性に関する欠陥形成メカニズムと電気伝導機構を解明した。スパッタ法によりエピタキシャルIn2O3(ZnO)m(m=2,3,5)薄膜を作製した。ドイツのダルムシュタット工科大学の高温in-situホール測定装置を用いて、様々な酸素分圧でIn2O3(ZnO)m薄膜のキャリア密度と移動度を調べ、高温でのキャリアの発生源を検討した。Brouwer Diagramを用いて、高温でのホモロガスIn2O3(ZnO)m薄膜のキャリア発生源は酸素空孔以外に、Znフレンケル欠陥の形成によりできた格子間亜鉛も寄与することを解明した。この研究成果はIUMRS-ICAM 2017国際会議でAward for Encouragement of Research賞を受賞した。

また、アモルファスIn2O3-ZnOからホモルガスIn2O3(ZnO)mへの固相反応に関する理論を構築するために、ガラス基板上に作製したアモルファスIn2O3-ZnO薄膜を様々な温度で焼成し、その場XRD測定を用いてアモルファスIn2O3-ZnO薄膜の結晶化に関した活性化エネルギーを求め、広域X線吸収微細構造(EXAFS)の測定を用いて結晶化する際の局所構造の変化を解明した。この研究は2017 MRS Fall Meetingで発表した。平成29年度は、ホモロガスIn2O3(ZnO)m薄膜の導電性に関する欠陥形成メカニズムと電気伝導機構を解明した。さらに、アモルファスIn2O3-ZnOからホモルガスIn2O3(ZnO)mへの固相反応に関して、その場XRD及びEXAFS測定を用いた実験調査を行った。現在、実験データに基づいて、理論的な解明を進めている。最後、アモルファスIn2O3-ZnOからホモルガスIn2O3(ZnO)mへの固相反応に関して開発した実験的な研究手法はアモルファスIn-Ga-Zn酸化物(IGZO)の結晶化に応用し、IGZO薄膜の電子物性と局所構造との関係性を解明し、PHYSICAL REVIEW APPLIED 9, (2018) 014018に掲載した。本研究は化学的に安定な高温酸化物熱電材料であるホモロガス構造In2O3(ZnO)m超格子薄膜に注目する。スパッタ法により合成する製造技術を確立し、薄膜合成技術に関した固相反応のメカニズムを解明した。さらに、パルス光加熱サーモリフレクタンス法を用いて、In2O3(ZnO)m超格子薄膜の熱物性を測定し、第一原理計算によりその熱伝導機構を解明した(論文投稿中)。また、高温in-situホール測定装置を用いて、In2O3(ZnO)m超格子薄膜の電気伝導機構を解明した。平成30年度には、研究計画に従って、アモルファスIn2O3-ZnOからホモルガスIn2O3(ZnO)mへの固相成長に関して、その場XRD測定及び広域X線吸収微細構造(EXAFS)の測定を用いて、Znの含有量が変化したアモルファスIn2O3-ZnO薄膜の結晶化過程を観察した。3元系In2O3-ZnOの結晶化過程において、カチオンであるZnとInの局所構造の時間変化や点欠陥の形成挙動を定性的に解明した。これらの手法に関して、九州シンクロトロン光研究センター2017年度の年報に掲載した。これらは、本研究が目指す層状構造を持つ高温酸化物熱電材料の作製にとって有益な基礎的知見である(現在論文をまとめて投稿中である)。また、結晶化過程を再建するため、分子動力学シミュレーションツールを構築した。現在、EXAFSで得られた結果と比較し、結晶化する際にZnとInの拡散挙動を理論的に解明することが進めている。さらに、平成30年度には、平成28年度と平成29年度に得られたホモロガスIn2O3(ZnO)m薄膜の電気特性・熱物性データを総合的に解析し、400°C以上の高温でZnフレンケル欠陥の形成によりできた格子間亜鉛が高温熱電特性への影響を解明し、In2O3層間のZnOの挿入層数が熱伝導率及び熱電特性への影響を明らかにした。これらは、本研究が目指す層状構造を持つ高温酸化物熱電材料の開発にとって有用な設計指針である。平成29年度には、高温領域(400°Cー600°C)において、ホモロガスIn2O3(ZnO)m薄膜の導電性に関する欠陥形成メカニズムと電気伝導機構の解明を目的とした。酸素空孔はIn2O3(ZnO)m薄膜のキャリアの発生源と考えられる。
観測・デコヒーレンスを利用した量子制御理論の構築

レーザー場によって量子系にもたらされるコヒーレントな動力学と、観測操作によってもたらされるデコヒーレンス効果を組み合わせることによって新たな量子制御の描像を構築した。この際、頻繁に施される観測操作間の時間発展演算子に対して2次の摂動論を用いた解析を行うことにより、系の有効リウビリアンを導出することに成功した。この有効リウビリアンに対して固有値解析を施すことによって、十分時間を経た後で得られる定常状態の準位分布の性質が運動方程式を直接解くことなしに求められることが明らかになった。レーザー場の強度や観測対象準位を変化させることによって、最終的に得られる定常状態準位分布が制御可能であることがわかった。実際に、A型3準位系、コブラック・ライス型5準位系などのモデル系において、上記の制御法を適用したところ、レーザー光強度と観測対象準位を変化させることにより様々な終状態準位分布を得ることが出来た。また、強レーザー場による準位間の結合が観測過程に対応することを利用し、一般多準位系に対して、(1)全系を見かけ上相互作用しない部分系に分割するような強レーザー場照射の条件を求め、(2)孤立化された部分系に対して従来の制御法を適用する、という手順に従って、緩和過程を見かけ上抑制することが出来る量子制御描像を構築した。この際、2次の摂動論を適用することにより孤立化された制御対象部分系の動力学を規定する有効ハミルトニアンを導出し、空間分割によって実現される中間状態からの緩和過程の抑制について詳細な議論を行った。デコヒーレンス(位相破壊)を能動的に起こさせる手段として量子観測操作に注目し、強レーザー場と観測操作を利用した新たな量子制御の描像を提案した。特に本年度は、頻繁に観測操作が施される場合に注目している系の運動を記述する実効リウビリアンを導き出すことに成功した。その際、前年度と同様に観測操作の物理過程には立ち入らずノイマン型の射影操作によって量子観測が表現されるとする立場を採用した。また、系を観測対象となる部分系とその補空間に分割し、部分系に対する観測操作を取り扱えるように理論を拡張している。さらに、頻繁に施される観測操作間の系の時間発展を記述する演算子に対して2次の摂動論を適用することにより、観測操作によって誘起されるインコヒーレントな準位分布の移動を記述する演算子が得ることに成功した。この演算子と観測対象外準位のコヒーレントな運動を記述する演算子を組み合わせて実効リウビリアンを定義している。実効リゥヴィリアンの表現行列の固有値0に対応する固有ベクトルが初期条件にどの程度含まれているかを解析することにより、運動方程式を直接解くことなく十分時間が経った時点における定常状態の準位分布を求めることが出来る。上記の理論を初期、中間、終状態からなるA型3準位系に対して適用した。中間状態を頻繁に観測した場合についての定常状態分布のレーザー強度比依存性を明らかにしたところ照射する二つのレーザー場の強度比を変化させることによって終状態の準位分布制御が可能であることがわかった。上述の解析を通してレーザー場強度及び観測対象準位の選択と定常状態として得られる終状態準位分布の相関が明らかとなり、観測操作と強レーザー場を組み合わせた新たな制御描像を提示することが出来た。強レーザー場によって量子系にもたらされるコヒーレントな動力学と、観測操作によってもたらされるデコヒーレンス効果を組み合わせることによって新たな量子制御の描像を構築することが出来た。この際、観測操作による波束の収縮を密度行列の運動方程式に理論的に組み込むために射影演算子の概念を導入し定式化を行った。この射影演算子は、密度行列の非対角成分の消去(デコヒーレンス)する働きをするため、同種の粒子からなる統計的集団に対して通常のノイマン型射影が施された結果を的確に表現することができる。さらに、頻繁に施される観測操作間の時間発展演算子に対して2次の摂動論を適用することにより、系の準位分布のみを基底とする有効リウビリアンを導出することに成功した。

この有効リウビリアンを用いて頻繁な観測と強レーザー場が存在する環境下における準位分布の運動を簡便に記述することが可能になった。この有効リウビリアンに対して固有値解析を施すことによって、十分時間を経た後で得られる定常状態の準位分布の性質が運動方程式を直接解くことなしに求められることが明らかになった。この解析を通してレーザー場の強度や観測対象準位を変化させることによって、最終的に得られる定常状態準位分布が制御可能であることがわかった。実際に、∧型3準位系、コブラック・ライス型5準位系などのモデル系において、上記の制御法を適用したところ、レーザー光強度と観測対象準位を変化させることにより様々な終状態準位分布を得ることが出来た。レーザー場によって量子系にもたらされるコヒーレントな動力学と、観測操作によってもたらされるデコヒーレンス効果を組み合わせることによって新たな量子制御の描像を構築した。この際、頻繁に施される観測操作間の時間発展演算子に対して2次の摂動論を用いた解析を行うことにより、系の有効リウビリアンを導出することに成功した。また、レーザー場の強度や観測対象準位を変化させることによって、最終的に得られる定常状態準位分布が制御可能であることがわかった。実際に、A型3準位系、コブラック・ライス型5準位系などのモデル系において、上記の制御法を適用したところ、レーザー光強度と観測対象準位を変化させることにより様々な終状態準位分布を得ることが出来た。一方で、強レーザー場による準位間の結合が観測過程に対応することを利用し、一般多準位系に対して(1)全系を見かけ上相互作用しない部分系に分割するような強レーザー場照射の条件を求め、(2)孤立化された部分系に対して従来の制御法を適用する、という手順に従って、緩和過程を見かけ上抑制することが出来る量子制御描像を構築した。この際、2次の摂動論を適用することにより孤立化された制御対象部分系の動力学を規定する有効ハミルトニアンを導出し、空間分割によって実現される中間状態からの緩和過程の抑制について詳細な議論を行った。
鼻粘膜における線溶因子の発現とその生理的・病的意義の解析

アレルギーの成立とその後の病態に、線溶因子が関与するのではないかという仮説に基づき、主に動物実験(マウス)を主体に実験を行った。線溶因子のPAI-1ノックアウトマウスの感作モデルにおいては、鼻症状・血清中特異的抗体価・組織変化・局所でのサイトカイン産生などの面で、コントロールに比べてアレルギー性炎症が抑制されるという結果が得られている。本年度は、この結果を治療法の開発に応用する基礎実験として、後天的にマウスの局所でPAI-1をノックダウンするRNAi実験を行った。使用するsiRNAはプラスミドベクターとして作製し、マウスへの局所投与により、そのノックダウン効率を検討して本実験に備えた。本実験ではこれまで確立されたアレルギー性鼻炎モデルの感作過程で、PAI-1のsiRNA発現プラスミドを投与し、in vivoでのRNAi実験を行った。その結果、siRNA発現プラスミド投与マウスは、コントロール(通常の感作モデルマウス)に比較して、鼻症状(鼻掻きおよびくしゃみ回数)・鼻粘膜の組織検査(好酸球浸潤や上皮の杯細胞化生)・鼻粘膜局所でのサイトカイン産生などが抑制され、PAI-1ノックアウトマウスの実験とほぼ同様の結果を得た。しかし血清中特異的抗体価(Ig-G1やIg-E)は一定の傾向がみられず、全身に対する効果としてははっきりと認められなかった。これらのことは、ある疾患にかかわると思われる特定の遺伝子を、後天的に局所のみで制御できる可能性があるという点で、非常に意義があることと考えられる。局所のアレルギー性炎症のように、できるだけ全身的には大きな影響を及ぼさず、症状の出る局所のみで病態をコントロールできることは非常に重要と思われる。本研究をさらに発展させることにより、今後のさらなる病態解明や治療法への応用も期待される。(1)ヒト鼻粘膜における線溶因子の発現とその局在RT-PCRでは、u-PAとPAI-1についてはアレルギー群が非アレルギー群に比べて有意に発現が増加していた。免疫組織化学染色では、アレルギー性鼻炎の鼻粘膜において、u-PAが腺組織粘液細胞に、そしてPAI-1は腺組織漿液細胞に特異的に認められた。(2)線溶因子のノックアウトマウスを用いた感作実験アレルギーの成立とその後の病態に、線溶因子が関与するのではないかという仮説に基づき、主に動物実験(マウス)を主体に実験を行った。
高次ミトコンドリア核様体の分子構築とDNA機能発現制御のメカニズム

生体内において、ミトコンドリアDNA(mtDNA)は高度に折りたたまれ、凝縮したミトコンドリア核様体として存在する。そして、ミトコンドリアゲノムの基本的な機能である複製や転写は、そのような高次構造をとったDNAのなかで効率よく、かつ正確に営まれている。これまでに、非常に凝縮した大型ミトコンドリア核様体を持っ真正粘菌(Physarum polycephalum)を用いて、ミトコンドリアヒストン様タンパク質であるGlomを同定し、ミトコンドリア核様体内におけるその機能を解析してきた。本研究では、ミトコンドリア核様体の分子構築とDNA機能制御機構を明らかにするために、Glomおよび他のDNA結合タンパク質について解析を行っている。本年度は、昨年度に行ったミトコンドリア核様体タンパク質のMS/MS解析により同定された、Lon protease、Topoisomrase、DNApolymerseの遺伝子の全長cDNAのクローニングをおこなった。その結果、真正粘菌のDNA polymerseは、5'-3'エキソヌクレアーゼ、3'-5'エキソヌクレアーゼ、DNAポリメラーゼドメインを含む新規のミトコンドリアDNAポリメラーゼであることがわかった。また、ミトコンドリアDNAポリメラーゼを精製し、DNA複製能のほかにリバーストランスクリプターゼ活性も保持していることを確かめた。さらに、それぞれのタンパク質の細胞内局在を明らかにするために、それぞれの抗体を作成した。ウエスタン解析の結果、すべてのタンパク質がミトコンドリア核様体フラクションに強く濃縮されていることが分かった。生体内において、ミトコンドリアDNA (mtDNA)は高度に折りたたまれ、凝縮したミトコンドリア核様体として存在する。これまでに、非常に凝縮した大型ミトコンドリア核様体を持つ真正粘菌(Physarum polycephalum)を用いて、ミトコンドリアヒストン様タンパク質であるGlomを同定し、ミトコンドリア核様体内におけるその機能を解析してきた。本年度は、3種類のDNA結合タンパク質(34kDa、38kDa、56kDa)についてゲルシフト、免疫染色などを用い、機能解析をおこなった。その結果、56kDaタンパク質はDNA結合能をもち、ミトコンドリア核様体全体に局在することがわかった。一方、38kDaはDNA結合能をもつが、ミトコンドリア全体に存在していた。さらに、34kDaタンパク質は、弱いDNA結合能をもち、ミトコンドリア核様体の周辺に局在していた。また、34kDaタンパク質は、DNaseと相同性があり、実際に精製した34kDaタンパク質を用いてDNase活性があることを確認した。さらに、ミトコンドリア核様体タンパク質をMas/Masを用いた解析を行い、Lon protease、Topoisomrase、DNA polymerseの一部の配列を同定した。現在、全長のクローニングを行っている。
金属ナノロッドのレーザー光励起原子挙動の高分解能その場解析

本研究では、金ナノロッドのパルスレーザー光照射に伴う原子レベルでの構造変化について、超高圧電子顕微鏡によるその場観察と収差補正走査透過電子顕微鏡による原子構造観察で解析を行った。波長が1064 nmの近赤外レーザー光パルスを金ナノロッドに照射したところ、比較的弱い強度では単結晶を維持して外形がロッド状から{001}と{111}面を表面とする樽状へと変化した。一方、比較的強い強度では外形が球状になるとともに内部は多重双晶構造に変化した。試料ドリフト補正を行ったHAADF-STEM像では±4 pmの精度で原子位置の決定でき、多重双晶点近傍での局所原子変位を定量解析することに成功した。棒状の金属ナノロッドはその形状異方性により特徴的な光学特性を有し、様々な光学機能素子としての応用が期待されている。本研究では、パルスレーザー光照射機能を有する超高圧電子顕微鏡(HVEM)を用いた原子レベルの高分解能その場観察・解析を進め、金属ナノロッドのレーザー光照射による励起過程とそれによって引き起こされる動的挙動を支配する因子を明らかにすることを目的としている。まず、レーザー光強度測定ホルダーを用いてHVEM内の試料位置でのレーザー光強度とその広がりを測定した。その後に、Quantifoil炭素膜をHVEM内に挿入してレーザー光照射を行い、支持膜の破損位置からレーザー光中心位置を決定して電子顕微鏡視野における局所的なレーザー光強度を見積った。このような準備の後に、長軸50 nm,短軸10 nmの金ナノロッドの波長λ=1064 nmの近赤外光に対する挙動について研究を進めた。HVEM内でレーザー光を試料に照射して、それぞれのナノロッドの外形と内部構造の変化をパルス照射ごとに観察した。外形については、最初の1パルス照射で球形に近づいてアスペクト比が大きく減少するが、その後の追加照射ではその変化は抑えられることが明らかになった。その原因は、近赤外光の吸収波長がナノロッドのアスペクト比(長軸の長さ/短軸の長さ)に依存しており、アスペクト比の減少とともに吸収バンドが短波長側にシフト(ブルーシフト)したためと結論した。ナノロッドの内部構造についてはHVEMでのその場高分解能観察とともに、収差補正高分解能走査透過電子顕微鏡によるSTEM-HAADF像観察によって解析を行った。照射前は単結晶状態であったナノロッドが、1パルスの照射によって完全に内部の原子構造を変化させ、双晶や積層欠陥を伴って再結晶する様子がとらえられた。今後、詳細な原子構造解析を進める予定である。棒状の金属ナノロッドはその形状異方性により特徴的な光学特性を有しており、様々な光学機能素子としての応用が期待されている。本研究では、パルスレーザー光照射機能を有する超高圧電子顕微鏡(HVEM)を用いた原子レベルの高分解能その場観察・解析を進め、金ナノロッドのレーザー光照射による励起過程とそれによって引き起こされる動的挙動を支配する因子を明らかにすることを目的としている。本年度は、まず昨年度に基本設計を進めた、HVEM用3軸傾斜試料ホルダーの開発を進めた。これはHVEM内の観察試料に対して任意の方向からレーザー光を照射することに使用する。試料室内での試料傾斜軸を一定にするために、ホルダー内部の試料台のみが傾斜する機構を新たに開発した。この機構に依って回転軸の変動を最小限に抑えることができ、試料傾斜と観察/照射位置の制度が大きく改善した。次に、前年度に引き続き、HVEM内でのレーザー光照射条件の調整を進め、波長λ=1064 nmの近赤外レーザーパルス光照射に伴う金ナノロッド(ロッド長50 nm、ロッド径10 nm)の変形挙動のその場観察を進めた。今年度は様々な照射強度での外形ならびに内部の原子配列の変化を特に高分解能電子顕微鏡法を駆使して解析を進めた。照射前は、長軸方向が[001]で胴体部は側面を{100}, {110}表面で囲まれた8角形であり、両端部は{111}面、{001}面を表面にもつキャップ状となっている。これに対して照射レーザー光が比較的弱い際には、単結晶状態を維持したまま、表面原子の移動に依って次第に形状が球状に向かっていく。一方、照射強度が強くなってくると、ロッド内部に双晶等の面欠陥が入りながら集団的に原子配列が変化し、内部は小さなドメインに分割され、先端部や側面の表面はより安定な{111}あるいは{100}が現れることが原子分解能観察で明らかになった。棒状の金属ナノロッドはその形状異方性により特徴的な光学特性を有しており、様々な光学機能素子として応用が期待されている。本研究では、パルスレーザー光照射機能を有する超高圧電子顕微鏡(HVEM)を用いた原子レベルでの高分解能その場観察・解析を進め、金ナノロッドのレーザー光照射による励起過程とそれによって引き起こされる動的挙動を明らかにすることを目的とした。本年度は、昨年度に開発したHVEM用3軸傾斜試料ホルダーについて、HVEMの操作デスクからPCを介してHVEM内に挿入した試料の方位を調整する機能を整備し、実験操作性を大幅に向上させた。さらに、収差補正高分解能電子顕微鏡による走査透過像取得において、高速度走査像を自己相関で重ね合わせて試料ドリフトを補正する機能を実現し、金ナノロッドの高角度散乱環状暗視野走査透過電子顕微鏡(HAADF-STEM)像において原子位置を±5 pmの精度で決定できた。

金ナノロッドは長軸が[001]方向の単結晶であり、その先端部では長軸方向には外向きに、それとは垂直の動径方向には内向きに原子が10 pmオーダー程度で変位していることが明らかになった。HVEM内でのレーザー光照射その場観察と収差補正電子顕微鏡でのHAADF-STEM像観察を組み合わせることにより、同一のナノロッドのレーザー照射にともなう原子構造変化を追跡した。平均強度が7. 3 kJ/m2の波長λ=1064 nmのパルスを照射すると、多くの金ナノロッドは球形に変形し、内部は多重双晶構造へと変化した。多重双晶交差点付近の原子は正規の格子点位置から数10 pm程度変位しており、変位量は交差点からの距離にほぼ比例して減少することが明らかとなった。本研究では、金ナノロッドのパルスレーザー光照射に伴う原子レベルでの構造変化について、超高圧電子顕微鏡によるその場観察と収差補正走査透過電子顕微鏡による原子構造観察で解析を行った。波長が1064 nmの近赤外レーザー光パルスを金ナノロッドに照射したところ、比較的弱い強度では単結晶を維持して外形がロッド状から{001}と{111}面を表面とする樽状へと変化した。一方、比較的強い強度では外形が球状になるとともに内部は多重双晶構造に変化した。試料ドリフト補正を行ったHAADF-STEM像では±4 pmの精度で原子位置の決定でき、多重双晶点近傍での局所原子変位を定量解析することに成功した。本年度は、予定通りHVEM用3軸傾斜試料ホルダーの開発を進めた。これは、試料ホルダー全体を電子顕微鏡のゴニオステージで傾斜させるのではなく、内部機構のみで試料台のみを傾斜/回転するものであり、これまでにない独創的な成果である。今後さらに制御機構の改善を進めて行く必要があるが、当初目標は十分に達成されている。その場観察実験は、特に原子分解能観察で大きな進展があり、今後の展開に期待される。27年度が最終年度であるため、記入しない。材料物性学上記の通り、HVEM内の観察試料に対して任意の方向からレーザー光を照射することに使用する独自の3軸傾斜試料ホルダーが完成した。今後、このホルダーの制御ならびに操作機構の改善を進めて行くとともに、これを活用して多様な照射条件でのその場観察を行う。電子顕微鏡その場観察の長所を生かすため、今後は原子分解能での内分並びに表面の原子配列の変化挙動に注目した解析を進めて行く予定である。HVEM内でのレーザー光照射条件がほぼ確定されており、順調に研究は進んでいる。特に、高分解能電子顕微鏡観察によって、ナノロッド内部の原子構造がわずか1パルスの照射でも全域にわたって完全に変化することが示されたことは、インパクトが大きい新たな知見である。一方、HVEM内試料位置での偏光条件の確定を試みたが、途中経路での乱反射の影響が入っている可能性が示唆された。早急に装置の更なる整備を行う予定である。ナノロッド内部の原子構造の解析には、超高圧電子顕微鏡でのその場高分解能透過像観察に加えて、収差補正走査透過電子顕微鏡によるSTEM-HAADF法が有効であることが示された。
ステント植え込みにおける血管内膜増殖に関する実験的研究

閉鎖性動脈硬化症の治療に用いられている自己拡張型ステント(modified Z-stent : Z型)及びバルーン拡張型ステントPalmaz stent : P型)を用いた動物実験から以下の知見を得た。(方法)Z型、P型共に12頭の雑種成犬を用い、バルーン障害を加えない群(N群,6頭)及びバルーン障害群(B群,6頭)に分類した。血管内エコー(IVUS)を用いた血管径の計測から、同一犬に血管内径に等しい径のmodified Z-stentを留意した場合(J側)と、内径の約1.4倍の径のステントを留置した場合(L側)のモデルを作製した。抗血小剤は投与せず、留置後4週間及び12週で宿主血管と共に摘出し、Z型では長軸方向に切開後、肉眼的及観察を行い、また両型においてII-E染色、抗α-actin抗体染色での組織学的検討を行った。(結果)Z型の留置後4週でN群、B群共に新生内膜による被覆は不完全で血栓付着を認めた。留置後12週ではステント全体が破壊されていた。組織学的には、抗α-actin抗体陽性の新生内膜であった。新生内膜はステント両端部では中央部より厚く、留置後12週では4週と比較して増す傾向にあり、血管内径に等しい径のステントを選択した場合に最大となった。P型IVUSによる計測では、血管内腔面積の減少は新生内膜によるものであった。N群における新生内膜面積は、バルーン傷害単独の場合より大きかった。L側の新生内膜面積はJ側よりも大きかったが、再狭窄率ではL側の方が低値であった。InjuryscoreはB群、L側で大きい値を示した。Inflammationscoreは全体にほぼ一定の値であった。ステント周囲の新生血管数は留置後12週では4週に比較して有意に増加していた。(考察)Z型の新生内膜の被覆はほぼ12週間で完成し、抗α-actin抗体陽性より血管平滑筋由来であることが示された。Z型、P型共にステント留置後の再狭窄予防には血管径よりやや大きいサイズの選択が有用であることが示唆された。雑種成犬6頭(平均体重14.2kgを用い、両側総腸骨動脈を血管内エコーにより観察し径6mmの部位を選択した後、一側には6mm径のZ-stentを、対側には8mmのZ-stentを植え込み、薬物非投与慢性実験を施行した。3頭を植え込み1ヶ月経過後屠殺、残る3頭を3ヶ月経過後屠殺した。屠殺前に血管内エコーにてstent部位の血管径計測と内膜肥厚、血栓形成の有無等の観察を行い、全層を摘出し、病理組織学的検討のための標本を作成した。結果:肉眼的所見;1ヶ月後屠殺群ではstent留置部位の血管内表面は白色調を呈し、薄く内膜の増生が始まり、ステントの両端に赤色血栓の付着を認めた。3ヶ月後屠殺群では、内膜増生は進展するも、血栓は消失していた。血管内エコー所見;stent植え込み後、1ヶ月後の時点で既に内膜の増生を示唆する低エコー領域がステントを覆っている所見が得られた。3ヶ月後では低エコー領域が1ヶ月後に比較して厚い傾向があった。

これらの所見は宿主血管径とstent径が1.0ないし1.3倍径のstentの留置にかかわらず、両群に認められた。現在、同様の条件で、Palmaz stentの留置慢性実験を開始した。また、stent留置前に、留置部位を血管形成用のバルーンを用いて、正常血管径の2倍に拡張することで血管傷害モデルを作製した後に、同様にstent留置を行う実験も始めた。雑種成犬6頭(平均体重16.5kg)に施行し、現在までに、植え込み後1ヶ月経過屠殺3頭がえられ、肉眼的所見および血管内エコー所見は非傷害実験と同様であり、バルーン傷害についての病理組織学的検討を行っている。閉塞性動脈硬化症に対するステント留置術に用いられている自己拡張型ステント(SE-S)の一つである、modified Z-stentを用いた動物実験により以下の結果及び知見を得た。(方法)12頭の雑種成犬(体重12kg15kg、平均13.3±2.5kg)を用い、バルーン障害を加えない群(N群,6頭)及びバルーン障害群(B群,6頭)に分類した。血管内エコーを用いた血管径の計測から、同一犬に血管内径に等しい径のmodified Z-stentを留置した場合(J)と、内径の約1.4倍の径のステントを留置した場合(L)のモデルを作製した。抗血小板剤は投与せず、留置後4週及び12週で宿主血管と共に摘出し、長袖方向に切開後、肉眼的及び、H-E染色、抗α-actin抗体染色での組織学的検討を行った。(結果)留置後4週でN群、B群共にステントサイズによる差異はなくステントの内膜による被覆は不完全で少量の血栓付着を認めた。留置後12週では、ステント全体が新生内膜で被覆され、B群では血栓を認めなかったが、N群では3頭中2頭で少量の血栓を認めた。組織学的には、ステントは抗α-actin抗体陽性の新生内膜で被覆されていた。新生内膜は、障害の有無、ステント径及び観察部位の相異で有意差は無かったが、内膜肥厚はステント両端部では中央部より厚く、留置後12週では4週と比較して増す傾向にあり、その程度は血管内径に等しい径のステントを選択した場合に最大となる傾向を示した。N群では留置後12週になってステント周囲の新生内膜内に小血管の形成を認めたが、B群では留置後4週で同様の所見を認めた。更に、12週では新生内膜内に、マクロファージ細胞の集簇を認めた。(考察)modified Z-stentによる内膜の被覆はほぼ12週で完成し、再狭窄予防にはやや大きいサイズの選択が有用であることが示唆された。しかし、病理学的に12週の新生内膜にマクロファージ細胞が認められることから、今後は更に長期の観察が必要と考えられた。閉塞性動脈硬化症の治療に用いるバルーン拡張型ステントであるPalmaz stentを用いた動物実験から以下の結果及び知見を得た。(方法)12頭の雑種成犬(体重11.5kg15.3kg、平均12.8±2.5kg)を用い、バルーン傷害を加えない群(N群,6頭)及びバルーン傷害群(B群,6頭)に分類した。血管内エコー(IVUS)による計測から、同一犬に血管内径に等しい径のPalmaz stentを留置したJ側と、内径の約1.35倍のステントを留置したL側のモデルを作製した。抗血小板剤は投与せず、留置後4週及び12週にIVUSにより生じた新生内膜を観察、計測後に宿主血管と共に摘出し、H-E染色、抗α-actin抗体染色での組織学的検討を行った。(結果)IVUSで全てのステント内腔側に新生内膜を認めた。
再帰型直交ウェーブレッド関数の導出とディジタル信号処理への応用

本研究では、1次元および2次元再帰形ウエーブレッド関数の導出法を提案し、ディジタル信号処理への応用を検討した。まず、直交条件を容易に満たすことのできる遅延器と全域通過回路の並列構造を用いて、W=πの点にゼロ点を付加することにより、レギュラリティ性を満たすIIR伝達関数が、単純な連立方程式を解くだけで得られた。これを枝状に無限に縦続接続することにより再帰形ウエーブレッド関数の導出した。この際、ウエーブレッド関数となるためのIIR伝達関数の条件を示し、本方法がこの条件を満足することを確認した。得られた再帰形ウエーブレッド関数は、非再帰形のものと非常に類似しており、同一次数ではより高いレギュラリティを持つウエーブレッド関数が得られた。更に再帰形2次元ウエーブレッド関数についても考察を行ない、従来非再帰形では低いレギュラリティのウエーブレッド関数しか得られなかったのに対して、再帰形の場合には任意のレギュラリティを持つ2次元ウエーブレッド関数が容易に導出できた。得られた再帰形ウエーブレッド変換を使って、信号の特異性検出やIFS(Iterated Function System)符号化を使った画像圧縮等のディジタル信号処理への応用を検討し、十分な成果が得られた。今後更にウエーブレッド変換の新しい応用を考え、その可能性を追求していく予定である。平成5年度は、1次元及び2次元再帰形ウエーブレット関数の導出を行なった。直交条件を容易に満たすことのできる遅延器と全域通過回路の並列構造を用いて、omega=piの点にゼロ点を付加することにより、レギュラリティ性を満たすIIR伝達関数が、単純な連立方程式を解くだけで得られた。これを枝状に無限に縦続接続することにより再帰形ウエーブレット関数を導出した。この際、ウエーブレット関数となるためのIIR伝達関数の条件を示し、本方法がこの条件を満足することを確認した。得られた再帰形ウエーブレット関数は、非再帰形のものと非常に類似しており、同一次数ではより高いレギュラリティを持つウエーブレット関数が得られた。更に再帰形2次元ウエーブレット関数についても考察を行ない、従来非再帰形では低いレギュラリティのウエーブレット関数しか得られなかったのに対して、再帰形の場合には任意のレギュラリティを持つ2次元ウエーブレット関数が容易に導出できた。(これらの研究については現在投稿中である。)当初計画したとおり、研究は順調に進展しており、平成5年度に予定していた研究は完結しつつある。再帰形ウエーブレット関数の場合、基本的には無限応答となりうるが、レギュラリティ性を付加することにより、ある時間では十分に減衰することが確かめられた。ただし非再帰形のウエーブレット関数と比べて、その応答時間はかなり長くなるという問題が生じるが、実際に信号をウエーブレット変換する場合はIIR形フィルタを縦続に接続して処理するため、基本的に問題のないことが判明した。また逆変換の場合には、非因果的な処理が必要となるが、画像のような有限な数列では問題はない。得られた再帰型直交ウエーブレットを用いて、様々なディジタル信号処理への応用を考えた。まず信号の特異点検出のために有効であると考えられる位相情報を得るために、再帰型複素直交ウエーブレット関数を導出する。すなわち、再帰形直交ウエーブレット関数を導出するために用いた再帰形低域通過フィルタを周波数軸上でπ/2シフトさせ、これを木構造で構成することにより、再帰型複素直交ウエーブレット関数が導出できる。これは基本的に信号の正周波領域の特徴を抽出することになり、信号の位相情報が顕著に表現できる。これによりウエーブレット変換の位相情報からの特異性検出及びスペクトル推定が容易に行えることをシミュレーションにより確認した。更に画像信号の符号化方式について検討した。まず、ウエーブレット変換を用いて画像を多重解像度空間に分割する。次に、各解像度空間毎にフラクタル符号化を行う。すなわち画像をウエーブレット変換を用いて特徴の類似した領域に分割し、各領域に適したIFSコードを生成する。
燃焼合成による高温用熱電素子の製造

本研究では鉄およびシリコン粉末を十分に混合した圧粉成型体を各種雰囲気で加熱することにより、燃焼合成反応(Fe+2Si=β-FeSi_2)を試みた。この固相発熱反応(ΔH=-81.2kJ/mole)により、反応熱を高密度に利用して熱電素子原料β-FeSi_2を安価に製造する省エネプロセスの可能性を検討した。実験では真空、アルゴンおよび水素雰囲気において試料を均一加熱後、生成物を分析した。特に粒子間の接触面積の増大,十分な分散性,酸化防止等に留意し試料を準備した。また反応速度や反応熱の測定は高感度走査型示差熱計(DSC)、反応形態は高温顕微鏡や高温ステージ付き走査型電子顕微鏡(SEM)を使用し研究を行った。その結果、目的生成物の合成に成功したことを確認したものの、他の生成物(Fe_3Si_5、FeSi)も混在すること、純度の向上のためには助燃剤の効果をさらに調査する必要性があることなど、有益な知見が得られた。
新しい酸化物イオン伝導体ファミリーの創製と伝導メカニズムの解明

酸化物イオン伝導体の研究は数多いが、研究対象は特定の結晶構造に限られていた。本課題では、六方ペロブスカイト関連酸化物の酸化物イオン伝導体を探索し、1高い伝導度を持つ新材料を発見し、2中性子・放射光X線回折と最大エントロピー法を駆使して高伝導度の起源を明らかにする。対象となる候補物質は数百種類にのぼるが、理論的手法を駆使して候補物質を効率的に選定・発見を目指す。
Ｕ２ＡＦ複合体によるイントロン認識機構の構造生物学的研究

高等生物のDNAは、タンパク質として翻訳される部分(エキソン)だけでなく翻訳されない部分(イントロン)を含んでいる。イントロンはRNA転写後に取り除かれ、その反応はスプライシングと呼ばれている。その取り除きに関しては厳密な正確さが要求され、取り除く部位が一塩基でもずれると、病気・疾患の原因となる。そのため、その機構の解明は、人を含む高等生物の基本的な生命現象を理解する上で非常に重要であるだけでなく、スプライシング異常による疾患である地中海性貧血や筋ジストロフィー、メンケス病に対する治療薬開発の足がかりになると期待される。この役割を担うのがスプライソソーム複合体であるが、中でも、イントロンの認識に重要な役割を果たすのが、SF1/BBP及びU2AFタンパク質である。このSF1/BBPとU2AFがどのようにイントロンを認識しているのか、また他のタンパク質と共同してどのようにイントロンの取り除きを制御しているのかを、その立体構造から明らかにしようというのが本研究の目的である。本研究では、SF1/BBPとU2AFを複合体として調製することに成功したが、その複合体は非常に不安定で凝集しやすく、種々の測定に用いるのが困難なことを確認した。そこでまず、イントロン認識に特に重要なU2AF小サブユニットの立体構造解析を行ない、イントロン認識に重要な部位の特定を行なうことにした。その結果、U2AF小サブユニットの結晶構造解析に成功した。現在は、U2AFがどの部位でRNAを認識・結合しているのかをNMR法により知ることを目指し、理化学研究所の武藤博士と共同研究を進めている。24年度が最終年度であるため、記入しない。その結果、U2AF小サブユニットの精製及び結晶化に成功した。今後は、この結晶を用いて構造解析を進めていく。本研究ではさらに、U2AFがどの部位でRNAを認識・結合しているのかをNMR法により知ることを目指し、理化学研究所の武藤博士と共同研究を進めている。現在、NMR用のタンパク質試料の最適化を進めている段階である。イントロン認識に特に重要なU2AF小サブユニットの精製・結晶化に成功し、その構造解析が今後迅速に行なわれることが期待される。

しかし、当初予定していたSF1-U2AF複合体とイントロンRNA結合型での構造解析にはまだ時間を要することが予想されるが、その面はNMRを用いた手法で補うことが期待できる。これらをふまえると、本研究の現在までの達成度は(2)が妥当であると考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究で得られたU2AF小サブユニットの結晶を用いて、その立体構造解析を行う。またNMR法を用いて、実際にイントロンRNAに結合する部位を同定する。NMRに用いるタンパク質試料及びRNA試料の最適化を進めたい。立体構造解明後は、構造を基にした機能解析を進めていく。具体的には、明らかになった構造中、重要と思われるアミノ酸残基を、分裂酵母の遺伝子中において部位特異的に置換して、スプライシング反応における影響を調べる。しかし、分裂酵母を用いてスプライシング反応を観察する手法は未だ確立されておらず、分裂酵母ではなくヒトの細胞を使うなど、様々な手法を試していきたい。さらに、実際にタンパク質変異体や配列置換したRNAを調製し、タンパク質間及びタンパク質-RNA間の結合能を調べていく予定である。