hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マラリア原虫メロゾイト赤血球結合蛋白質の赤血球側レセプターの同定

RhopH複合体は、申請者らが遺伝子を同定し、原虫側リガンドであることを明らかにした赤血球侵入型マラリア原虫の先端部小器官分子であるが、本研究は、その赤血球側レセプターの同定を目的として実施した。昨年度までに、連鎖解析の手法により、レセプター候補分子がマウスの第11染色体に局在することを見出したが、今年度は、さらに領域を狭め、候補分子について生化学的なレベルでの解析を試みた。第11染色体のみが組み変わったコンソミック・マウスからバッククロス群を作成し、個々のマウスについて赤血球結合アッセイを行った。結合形質と遺伝子型とを比較しQTL解析を行ったところ、第11染色体上の15cMのサイズまで標的遺伝子領域が絞られた。この領域に存在する282の読み枠中には、赤血球表面に局在する主要な蛋白質が存在した。この蛋白質はマラリア原虫の他のリガンドのレセプターとして報告されているが、RhopH複合体がCo-Ligandとして作用している可能性もある。一方、生化学的にレセプターを同定するため、大量のRhopH複合体を特異モノクローナル抗体を用いて精製し、ホルミルセルロファインを担体としたアフィニティーカラムを作成した。低張溶液にてヘモグロビンを除去した赤血球膜から、界面活性剤を用いて膜蛋白質を抽出し、RhopH複合体カラムにて精製を行い、コントロール・カラムを用いた精製物と比較したが、RhopH複合体カラムでのみ精製される特異的なバンドは見出すことができなかった。熱帯熱マラリア原虫の赤血球結合蛋白質の網羅的同定を行うため、Hisタグ付き組換えタンパク質をコムギ胚芽無細胞蛋白質合成系で少量スケールで発現した。赤血球結合アッセイを行ったところ、全ての赤血球が凝集し、使用したコムギ胚芽抽出液中には赤血球を凝集するレクチン成分が含まれることが分かった。この問題点を回避する方法論を構築した。
ライディッヒ細胞の分化メカニズムの解明

核内受容体型転写因子Ad4BP/SF-1の胎仔型ライディッヒ細胞特異的エンハンサーを同定し、胎仔型ライディッヒ細胞特異的EGFP発現マウス及びCre発現マウスを作出した。EGFPマウスからソーティングにより細胞を分取し、各発生段階における遺伝子発現プロファイルを明らかにした。さらに、Cre発現マウスとAd4BP/SF-1 floxマウスとの交配により、胎仔型ライディッヒ細胞特異的Ad4BP/SF-1遺伝子ノックアウトマウスを作出し解析した。この結果から、Ad4BP/SF-1が胎仔型ライディッヒ細胞の分化と機能発現、ひいては胎仔期の全身のオス化に必須であることが証明された。申請者らは本年度に核内受容体Ad4BP/SF-1の胎仔型ライディッヒ細胞特異的エンハンサー領域を同定し、このエンハンサーを用いてEGFP発現マウスを樹立した。さらにこのマウス系統の精巣からセルソーティングによって胎仔型ライディッヒ細胞を回収し、同時にPercoll密度勾配遠心によって調製した成獣型ライディッヒ細胞とともにマイクロアレイ解析を行うことで、発生時期特異的な胎仔型ライディッヒ細胞の遺伝子発現プロファイルと、胎仔型ライディッヒ細胞と成獣型ライディッヒ細胞の差異を明らかにした。マイクロアレイ解析の結果から、これまでによく知られている胎仔型ライディッヒ細胞特異的遺伝子はもちろんのこと、これまでほとんど知られていなかった胎仔型ライディッヒ細胞特異的な遺伝子を同定した(未発表)。これは胎仔型ライディッヒ細胞の未知の機能に関連している可能性が高く、平成23年度にこのような遺伝子の機能解析を予定している。また、細胞系譜の追跡実験により、胎仔型ライディッヒ細胞と成獣型ライディッヒ細胞が異なる細胞系譜であることを明らかにした(未発表)。これは、マイクロアレイにおける胎仔型ライディッヒ細胞と成獣型ライディッヒ細胞の差異とあわせて、胎仔型ライディッヒ細胞が進化の過程で独自の機能・独自の遺伝子発現パターンを獲得したことを推測させる結果であり、今後の解析により胎仔型ライディッヒ細胞の独自の機能が世界で初めて明らかになると期待される。申請者は本年度、胎仔型ライディッヒ細胞の機能を解明するために、細胞特異的Cre発現マウスを作成し、コンディショナルノックアウトマウスの作成・解析を行った。まず、申請者自身が同定したAd4BP/SF-1 (Nr5a1)遺伝子の胎仔型ライディッヒ細胞特異的エンハンサーを用いて、胎仔型ライディッヒ細胞特異的Cre発現マウスを作出し、このCre発現マウスをAd4BP/SF-1floxマウスと交配することにより、胎仔型ライディッヒ細胞特異的Ad4BP/SF-1遺伝子ノックアウトマウスを作出した。このマウスの胎仔期の表現型を解析した結果、1.精巣下降が生じず停留精巣となっていること、2.アンドロゲンを産生する成熟した胎仔型ライディッヒ細胞が消失し精巣組織中のテストステロン濃度も著しく減少していること、そしてその結果として、3.外生殖器の形態がほぼ完全にメス化していることが明らかになった。以上の結果から、胎仔型ライディッヒ細胞が胎仔期のテストステロン合成を介して外生殖器のオス化に寄与していること、また精巣下降に必須であることが、遺伝子工学的手法によって初めて証明された。また同時に、Ad4BP/SF-1が胎仔型ライディッヒ細胞の分化と機能発現に必須であることが証明された。興味深いことに、胎仔型ライディッヒ細胞の機能がほぼ完全に消失したにもかかわらず、精巣のその他の細胞であるセルトリ細胞や生殖細胞の分化には影響が認められなかった。また、テストステロン依存性に発達すると考えられていた精巣上体はノックアウトマウスにおいても正常であり、過去の報告と矛盾する結果であった。現在、このマウスの成獣期における表現型を解析中であり、胎仔型ライディッヒ細胞の生後の機能を明らかにしたうえで報告したいと考えている。
半乾燥地帯における作物保険の制度設計―カメルーンのコメを対象に―

本研究は、カメルーンの稲作地帯を対象にどのようなインデックスを用いると、最適な半乾燥地帯における貧困農民向け作物保険を設計することができるかについて研究したものである。暫定的な研究成果は以下のとおりである。1)仮想的な降雨量インデクス・データを作成し、一方で稲作収量についてのデータを収集した。2)調査地域における稲作農家の家計調査および稲作の投入産出データの収集、稲作農家の行動モデルの特定化を行った。3)植生に関する衛星データと降雨量インデックスデータのもとでの農家の最適化条件を計算し最適化された状態で厚生水準を計測し、後者の方が厚生水準が高くなるという暫定的な結果を得た。平成26年度は、予備調査を実施する予定であったが、調査予定地であるカメルーンにおいて、イスラム過激派による誘拐事件が発生したため、安全確保が確認されるまで、予備調査を延期することとした。また、調査日程の変更に関して、研究分担者との打ち合わせ会議を開催した。さらに、コメの生育と気象条件の関係を分析するために必要な、FAOデータ、IRD,NOAAのオンライン・データの所在を確認し、これらを入手した。本研究は、気候変動による農業への影響が懸念され(Molua and Labi[2007])、食用穀物の増産と貧困削減が緊急の政策課題となっている(Kenyi[2012])、中央アフリカ・カメルーン国を対象とし、"Basis Risk"を最小にし、農民の厚生を最大にするようなインデックス・ベースの作物保険の制度設計を行うことを目的としている。そのために、本研究では、まず、各種気象インデックスと陸稲の生育との間の関数関係式を推計する必要がある。昨年度は、このために必要な、カメルーンにおける月別の降水量、気温、米国国防省の衛星データ、および、IRD,NOAAのonline dataなどを、入手した。次に、時間選好の指標を計測し、稲の収量と気象インデックスの間の関数関係を推計すると同時に、目的関数の型を特定化した後、カリブレーションの手法を用いて、農家の厚生水準を最大化する、保険料、補償金、気象インデックスとの間の関数関係を推計し、最適な作物保険制度を明らかにする。最後の作業のためには、農家家計調査データ(農地面積、家族労働力、資産、就業形態、所得水準等)が必要であるが、これについては、昨年度の現地訪問で、IRADのKenyi氏が実施した稲作農家の家計調査の結果が利用できることが確認された。初年度に、エボラ出血熱の流行やイスラム過激派によるテロが、隣国で起こったため、調査の実施を一年遅らせた。また、共同研究者であるKenyi氏と日本側研究者の日程調整に手間取り、初年度の遅れを取り戻せなかった。福井と高篠は、カメルーンにおけるコメの産地である西部高地で、伝統的な品種を生産するトンガ地区と改良品種を生産するドップ地区を訪問し、稲作農家、コメの小売、卸売業者、および、精米業者にインタビューを行い、国内米の生産・流通に関する情報を収集した。稲作農家からは、農地経営規模、農用機械・役畜の使用、作付け方法、品種、労働力、生産量、販売量、収量、収益性、稲作所得、脱穀・乾燥・調整などポスト・ハーベスト技術について、流通業者からは、仕入価格、販売価格、マージン、コメの品種、販売量、貯蔵施設、輸送手段などについて、精米業者からは、精米機の性能・価格、砕け米混入率、精米料金、コメ糠の扱いなどについて、それぞれ情報を入手した。また、IRAD(農業開発研究所)の西部高地支部において、この地域における稲作の概要についてブリーフィングを受けた。さらに、カメルーン全国の主要米産地において、IRADが収集した、稲作農家の家計調査に関する個票データ、精米業者、流通業者からの聞き取り調査の結果に関するデータを入手した。これらのデータは、次年度に整理し分析する予定である。伊藤は、カメルーンにおける気象データと、GPSを用いた植生の情報から推測される米の作柄との関係について解析を試みた。カメルーンの作物保険の分析に必要なデータ、および、情報は、おおよそ収集したが、分析するまでには至っておらず、学会発表、論文等による成果の公表は、今年度以降になる見込みである。関連する稲作に関する研究は、カメルーンでの研究を基礎として、別途、インドネシアを対象に実施し、これについては、すでに研究成果を公表した。初年度(H26年)に、イスラム過激派による襲撃やエボラ出血熱の流行が懸念されたことにより、当初予定していた調査を実施できなかった。一昨年度(H27年)に後れを取り戻すべく、調査を実施し、分析に必要な資料を入手しようとしたが、カウンターパートとの連携がうまくゆかなかったこともあり、資料の入手が遅れ、ようやく、昨年度(H28)に入手することができた。したがって、データの分析までには至っていない。本研究は、半乾燥地帯における貧困農民向け作物保険を普及させるため、農民が受容し易い内容にするためには、どのように設計すべきかについて、種々の気象インデックスのもとで、農家行動モデルを用いた最適化モデルを解き、最大化された農家の厚生水準を比較することによって考察しようとしたものである。対象とした地域は、コメの輸入増加により食料の安全保障が脅かされているカメルーンの稲作地帯である。

本研究を遂行するためには、1)種々の気象インデクス・データと稲作収量についてのデータを収集し、気象条件とコメの収量との関係を分析すること、2)調査地域における稲作農家の家計調査および稲作の投入産出データを収集し、稲作農家の行動モデルを推計すること、および、3)1)、2)で行った分析にもとづき、各種気象インデックスのもとでの農家の最適化条件を計算し最適化された状態で厚生水準を計測する必要がある。本研究では、1)を伊藤が、2)および3)を福井、高篠が主として担当した。1)については、調査地域における降水量データの時系列データ、および、稲作の収量に関する時系列データが十分に得られなかったため、気象インデックスではなく、稲作の収量とより直接的に関係する植生に関する衛星データを入手し、このデータと収量との関係を分析することとした。2)3)については、共同研究者であるカメルーン農業開発研究所のDorothy Keni Malaa氏より、調査地の稲作農家の農家経済、稲作の投入・産出データを入手し、現在、これを用いて農家行動モデルを推計し、衛星データと収量との関係に関する分析結果とリンクさせるべく分析を行っているところである。なお、研究代表者、分担者による当課題研究に関連した業績は、研究業績欄に記載されたとおりである。本研究は、カメルーンの稲作地帯を対象にどのようなインデックスを用いると、最適な半乾燥地帯における貧困農民向け作物保険を設計することができるかについて研究したものである。暫定的な研究成果は以下のとおりである。1)仮想的な降雨量インデクス・データを作成し、一方で稲作収量についてのデータを収集した。2)調査地域における稲作農家の家計調査および稲作の投入産出データの収集、稲作農家の行動モデルの特定化を行った。3)植生に関する衛星データと降雨量インデックスデータのもとでの農家の最適化条件を計算し最適化された状態で厚生水準を計測し、後者の方が厚生水準が高くなるという暫定的な結果を得た。先に、説明したように、平成26年度は、予備調査を実施する予定であったが、調査予定地であるカメルーンにおいて、イスラム過激派による誘拐事件が発生したため、安全確保が確認されるまで、予備調査を延期することとした、ためである。今年度は、最終年度で、上記の農家経済調査のデータ・ベースから、分析に必要なデータを整理し、農家行動モデルを構築する一方で、リスク選好、時間選好の数量的指標を計測するための実験を行う。以上のようにして得られたデータにもとづき得られた農家行動モデルに関する分析結果にもとづき、最適なインデックス・ベイスの作物保険を、カリブレーションの手法を用いて推計する。このようにして得られた分析結果にもとづき、カメルーンにおけるコメの作物保険制度に関する英語論文を作成する予定である。今年度は、まず、入手した農家経済調査の個票データを用いて、不確実性下の農家行動モデルを構築する。次に、別途入手する予定のカメルーンの稲作地帯の一つである西部高地における気象データと収量を用い、農家が直面するであろう不確実性と収量、収益の関係を推計する。そして、この推計結果にもとづき、気象インデックスを基礎とした代替的なコメの作物保険スキームを考え、それぞれのスキームごとに農家の効用最大モデルを解き、最適解の下での効用水準を比較することにより、最適な作物保険のデザインを行う。開発経済学平成27年度は、11月に予備調査、平成28年2月に本調査を実施する予定である。
アルツハイマー病治療を目指した光酸素化反応によるＡβ代謝促進機構の解明

アルツハイマー病(AD)の原因としてアミロイドβペプチド(Aβ)の凝集・蓄積が挙げられる。このことから、Aβの凝集抑制または代謝の促進がADの根本的治療に繋がることが示唆されるが、未だ有効な治療法は存在しない。そこで我々はAβが酸素付加を受けると凝集性が低下することに着目し、光酸素化触媒の開発を行ってきた。この光酸素化触媒は光によって活性化され凝集Aβを特異的に酸素化する低分子化合物である。我々はこれまで、実際に光酸素化によってAβの凝集性を低下させることに加え、脳内では代謝を促進させる可能性を見出した。光酸素化Aβの詳細な解析を通して、光酸素化触媒によるAD治療への可能性を探る。
エストロゲン受容体の蛋白質脱アセチル化を介した新規核外作用の解明と治療への応用

本研究は、乳癌や骨粗鬆症といったエストロゲンとの関連が知られた疾患におけるエストロゲン受容体のnongenomic actionの役割について解析することを目的とした。Nongenomic actionは、従来知られていた核内における転写因子としての作用では説明のできないエストロゲン受容体の作用であり、核内ではなく細胞膜近傍に存在するエストロゲン受容体が作用していることが示されている。本研究では、膜移行性のエストロゲン受容体を恒常的に発現した乳癌細胞を用いて、膜移行性エストロゲン受容体依存的に発現が制御される遺伝子を見出した。また、膜移行性エストロゲン受容体の転移能に及ぼす影響を評価するためのツールとして使用可能である、ルシフェラーゼと膜移行性エストロゲン受容体を共発現する乳癌細胞株の樹立に成功した。本研究では、骨粗鬆症におけるnongenomic actionに対しても解析を目標としており、同様の膜移行性エストロゲン受容体を恒常的に発現する骨芽細胞株を樹立中である。エストロゲン受容体α(ERα)は、核内における転写因子としてだけでなく、細胞質においてシグナル伝達分子としても機能していることが明らかとなった。このようなエストロゲンの作用はnongenomic actionと呼ばれる。申請者はtubulinの即時型脱アセチル化を介した新規nongenomic actionを見出した。また、乳癌細胞におけるこの新規nongenomic actionの生物学的意義として細胞の運動能の亢進、造腫瘍能の亢進を示した。本研究では、これらの成果を発展させ、乳癌の転移やホルモン療法耐性との関係を、動物モデルを用いて検討すること、およびtubulinのアセチル化の関与がごく最近になり報告されてきた骨粗鬆症や認知症において、申請者らが解明した新規nongenomic actionの骨粗鬆症や認知症に対するかかわりを検討することを目的としている。平成22年度には、新規nongenomic actionの転移に対する影響をin vivoにて評価するために、乳癌細胞株MDA-MB-231細胞にluciferaseを恒常的に発現させ、in vivo imagingにより転移を評価できるモデルを確立した。さらに、luciferaseを恒常的に発現したMDA-MB-231細胞株に、膜移行性のエストロゲン受容体を恒常的に発現した細胞株も樹立し、migration assayにより運動能の亢進を確認した。また、骨組織に対する新規nongenomic actionの影響を評価するために、マウスの骨髄ストローマ細胞株ST2をBMP9により刺激することにより骨芽細胞へ分化させる系を平成22年度に確立した。平成23年度には、平成22年度に樹立した乳癌細胞株MDA-MB-231細胞にluciferaseおよび膜移行性のエストロゲン受容体を恒常的に発現させた株をヌードマウスの尾静脈より注射し、細胞膜からのエストロゲンシグナルの転移形成に対する影響を評価した。しかし尾静脈からの注射では、転移巣形成が乏しく、現在、心腔内注射により転移巣の評価を行っている。また、骨組織に対する新規nongenomic actionの影響を評価するために、マウスの骨芽細胞株MC-3T3-E1をBMP9により刺激することにより骨芽細胞へ分化させる系を確立した。現在は、膜移行性エストロゲン受容体を恒常的に発現したMC-3T3-E1株を樹立中である。
リン脂質輸送因子を介したミトコンドリア機能制御

前年度に、PS脱炭酸酵素Psd1依存的はPE合成経路に関与する小胞体膜タンパク質としてIce2を同定していた。本年度は、Ice2のさらなる機能解析を行った結果、1)Ice2は、ミトコンドリア内膜に局在するPsd1ではなく、小胞体に局在するPsd1によるPE合成に影響すること、2)加えてIce2は非発酵性環境下にある酵母において、ミトコンドリア局在性Psd1由来のPEの小胞体におけるPCへの変換と、酵母の非発酵性環境下における正常な生育に必要であること、を見出した。これらのことより、Ice2は、細胞内リン脂質の代謝・輸送やミトコンドリア機能維持に多面的に関与していることが明らかとなった。また、非常に興味深いことに、Ice2欠損酵母におけるリン脂質代謝異常や生育損傷は、ある転写因子の欠損により救済されることを見出した。また、酵母において、ミトコンドリア膜間部に局在するUps1-Mdm35複合体はPAのミトコンドリア外膜-内膜間輸送を媒介し、CLの合成に大きく寄与している。前年度までに我々は、Ups1非依存的な新規CL合成経路を見出している。このCL合成経路は、ホスファチジルエタノールアミン量低下時に活性化し、Ups1依存的経路に替わり主要CL合成経路となる。また、このUps1非依存的CL合成経路に必須の因子として、Mdm31、Mdm32、Fmp30を見出している。さらに前年度、我々は、Porinタンパク質Por1が、Mdm35およびMdm31と結合することを見出した。Porinの発現抑制は、Ups1依存的経路、Ups1非依存的経路によるCL合成の著しい低下を引き起こすことを見出した。このことより、Porinは、Mdm35、Mdm35との結合を介してCL合成の制御に中心的な役割を果たしていると考えられる。近年、出芽酵母においてPS脱炭酸酵素Psd1が、ミトコンドリア内膜だけでなく、小胞体にも局在しており、これが細胞内PE量維持に重要な役割を持っていることが示唆されていたが、小胞体局在Psd1によるPE合成制御機構は不明なままであった。これに関し我々は、小胞体膜タンパク質Ice2が、小胞体Psd1によるPE合成に必要であることを見出した。これは、小胞体局在Psd1によるPE合成制御機構とその生理的意義を解明する上で非常に重要な知見である。また、Ice2欠損酵母では、ミトコンドリアにおいて合成されたPEの小胞体におけるPCへの変換が著しく低下することも見出している。現在、Ice2がミトコンドリアから小胞体へのPE輸送に関与しているのではないかと予想しており、今後、この仮説を検証する予定である。また、ある転写因子の欠損がIce2の欠損による障害を救済することを見出している。この知見はIce2のリン脂質代謝における機能を明らかにする上で非常に重要である。今後、この転写因子の、リン脂質代謝調節に関する機能と、Ice2との関連を、トランスクリプトーム解析を含めて詳細に解析していく予定である。さらに、ミトコンドリアにおけるCL合成に関与する因子であるMdm35、Mdm31が、ミトコンドリア外膜Porinと結合し、これがCL量維持に非常に重要であることを明らかにし、この成果を論文として発表した。我々は近年、ミトコンドリアにおけるCL合成は、Ups1-Mdm35複合体に依存する経路と、Mdm31、Mdm32、Fmp30に依存する経路が存在することを明らかにしてきたが、Por1は、これら両経路の調節に関与し、CL量維持に重要な役割を果たしている可能性が考えられる。今後、Por1、Mdm35、Mdm31を介したCL合成制御機構とその生理的意義について、詳細な解析を行う予定である。Ice2の小胞体型Psd1によるPE合成に関する機能および、PEのミトコンドリア-小胞体間輸送に関する機能を解析、検証する。Ice2は、小胞体-細胞膜接触部位形成に関与していることが知られている。そこで、Ice2のリン脂質代謝に関する機能も、小胞体-細胞膜もしくは小胞体-ミトコンドリアのようなオルガネラ間膜接触部位を介したものであると想定し、小胞体-細胞膜人工繋留タンパク質Stapleや、小胞体-ミトコンドリア人工繋留タンパク質Chimeraなど人工オルガネラ間繋留タンパク質を用いた解析を行う。StapleやChimeraをIce2欠損酵母に導入し、リン脂質代謝障害が救済されるかを検証する。また、Ice2の欠損によるリン脂質代謝の障害は、ある転写因子の欠損によって救済された。よってIce2の機能は、この転写因子自身もしくは、この転写因子によって発現が制御される因子の機能と関連している可能性がある。そこで、Ice2欠損酵母において、この転写因子の活性をレポーターアッセイによって解析するとともに、トランスクリプトーム解析を行い、発現が変動する遺伝子群を同定する。Por1は、Mdm35、Mdm31との結合を介して、Ups1依存的、Ups1非依存的CL合成に重要な役割を担っている。酵母は、通常、主にUps1依存的経路に依存してCLを合成しているが、Psd1の欠損などによりPE量が低下した際には、Ups1非依存的CL合成経路に切り替える。このようなCL合成経路の切り替えを、Por1とMdm35、Mdm31との結合が制御している可能性がある。そこで、PE量の変化に応じてこれら因子の結合に変化がないかを検証する。

また、Por1とMdm35、Mdm31の結合が増加するPor1変異体を見出しており、このようなPor1変異体を発現する酵母において、CL合成の制御が影響を受けるかを観察する。前年度に、PS脱炭酸酵素Psd1依存的はPE合成経路に関与する小胞体膜タンパク質としてIce2を同定していた。本年度は、Ice2のさらなる機能解析を行った結果、1)Ice2は、ミトコンドリア内膜に局在するPsd1ではなく、小胞体に局在するPsd1によるPE合成に影響すること、2)加えてIce2は非発酵性環境下にある酵母において、ミトコンドリア局在性Psd1由来のPEの小胞体におけるPCへの変換と、酵母の非発酵性環境下における正常な生育に必要であること、を見出した。これらのことより、Ice2は、細胞内リン脂質の代謝・輸送やミトコンドリア機能維持に多面的に関与していることが明らかとなった。また、非常に興味深いことに、Ice2欠損酵母におけるリン脂質代謝異常や生育損傷は、ある転写因子の欠損により救済されることを見出した。また、酵母において、ミトコンドリア膜間部に局在するUps1-Mdm35複合体はPAのミトコンドリア外膜-内膜間輸送を媒介し、CLの合成に大きく寄与している。前年度までに我々は、Ups1非依存的な新規CL合成経路を見出している。このCL合成経路は、ホスファチジルエタノールアミン量低下時に活性化し、Ups1依存的経路に替わり主要CL合成経路となる。また、このUps1非依存的CL合成経路に必須の因子として、Mdm31、Mdm32、Fmp30を見出している。さらに前年度、我々は、Porinタンパク質Por1が、Mdm35およびMdm31と結合することを見出した。Porinの発現抑制は、Ups1依存的経路、Ups1非依存的経路によるCL合成の著しい低下を引き起こすことを見出した。このことより、Porinは、Mdm35、Mdm35との結合を介してCL合成の制御に中心的な役割を果たしていると考えられる。近年、出芽酵母においてPS脱炭酸酵素Psd1が、ミトコンドリア内膜だけでなく、小胞体にも局在しており、これが細胞内PE量維持に重要な役割を持っていることが示唆されていたが、小胞体局在Psd1によるPE合成制御機構は不明なままであった。これに関し我々は、小胞体膜タンパク質Ice2が、小胞体Psd1によるPE合成に必要であることを見出した。これは、小胞体局在Psd1によるPE合成制御機構とその生理的意義を解明する上で非常に重要な知見である。また、Ice2欠損酵母では、ミトコンドリアにおいて合成されたPEの小胞体におけるPCへの変換が著しく低下することも見出している。現在、Ice2がミトコンドリアから小胞体へのPE輸送に関与しているのではないかと予想しており、今後、この仮説を検証する予定である。また、ある転写因子の欠損がIce2の欠損による障害を救済することを見出している。この知見はIce2のリン脂質代謝における機能を明らかにする上で非常に重要である。今後、この転写因子の、リン脂質代謝調節に関する機能と、Ice2との関連を、トランスクリプトーム解析を含めて詳細に解析していく予定である。さらに、ミトコンドリアにおけるCL合成に関与する因子であるMdm35、Mdm31が、ミトコンドリア外膜Porinと結合し、これがCL量維持に非常に重要であることを明らかにし、この成果を論文として発表した。
酵母細胞の老化に伴う酸化的ストレス適応応答の変動機構の解析

Saccharomyces cerevisiaeの酸化的ストレス応答における主要な転写因子であるYap1について研究を行った。Yap1は細胞が酸化的ストレス下で、抗酸化酵素の遺伝子群の転写を活性化する酸化的ストレス応答性の転写因子であり、その活性制御にシステイン残基が重要な役割を担うことが知られている。そこでチオレドキシン(TRX)欠損株(trx1Δ, trx2Δ, trx1Δ/trx2Δ)、グルタレドキシン(GRX)欠損株(grxlΔ, grx2Δ,grx1Δ/grx2Δ)を構築し、これらによるYap1活性のredox-regulationの可能性を検討した。TRX二重欠損株(trx1Δ/trx2Δ)は、非ストレス条件下でも恒常的にYap1の活性化が観察され、標的遺伝子の転写の増大やYap1自身の核への局在化が観察された。このような恒常的なYap1の活性化はGRX欠損株やTRX単独欠損株では観察されず、Yap1活性に対しTRXが抑制的に働くことが示唆された。TRX二重欠損株での恒席的なYap1の活性化は嫌気条件下では観察されないことや、細胞内酸化度が野性株に比べ顕著に高いことなどから細胞内の酸化還元状態に起因してYap1が活性化されているものと考えられた。Yap1の細胞内局在はC末端領域のシステインリッチなドメインに存在するnuclear loca1ization sequence(NES)を介して制御されていることから、Cys残基を介した結合によりNESがmaskingされることで常にYap1が核に局在し活性化されるのではないかと作業仮説をたて検討を行っている。さらに、yap1Δ/trx1Δ/trx2Δの三重破壊株が合成致死性を示すことを明らかにした。yap1Δ/grx1Δ/grx2Δの三重破壊株が生育可能であることから酵母細胞内におけるTRXとGRXの機能の差異が示唆された。酵母Saccharomyces cerevisiae酸化的ストレス(過酸化水素ストレス)適応機構におけるグルタチオン再還元系の役割について検討を行った。グルタチオン再還元に関与する、glutathione reductase(GR)およびNADPH合成系酵素であるglucose-6-phosphate dehydrogenase(G6PDH)と6-phosphate dehydrogenase(6PGDH)の遺伝子破壊株を構築し、その解析を行った。全ての欠損株について、グルタチオン再還元の不全が観察された。全グルタチオン含量に対する酸化型グルタチオンの比率は、野生株が約3%なのに対し、GR欠損株では10%、G6PDH/6PGDH欠損株では6%と酸化型の比率の上昇が観察された。しかしながら還元型グルタチオンの含量は各株とも充分量保持していた。GR欠損株は酸化型グルタチオンの量、比率ともにもっとも高い値を示すにもかかわらず、野生株と同等の感受性を示し、adaptationの誘導も観察された。いっぽう、G6PDH/6PDGH欠損株はGR欠損株に比べ酸化型の比率が低いにもかかわらず、過酸化水素に対しもっとも感受性が高く、adaptationの誘導も観察されなかった。これまでヒト赤血球等のG6PDH欠損症の酸化的ストレス高感受性の原因は再還元系の不全による還元型グルタチオンの減少に由来すると考えられてきた。しかし、少なくとも酵母細胞については、今回得られた研究成果からは、G6PDH欠損による酸化的ストレス高感受性の原因は還元型グルタチオンの減少や再還元系の不全のみに由来するのではなく、そのほかの要因が大きく影響し得ることを示した。また、酸化的ストレスへの適応機構のなかでG6PDH等のNADPH合成系が重要な役割を担うことを明らかにした(Biochem.J.,330,811-817,1998)。更に、老化細胞と若い細胞間でのグルタチオン再還元能の違いを検討した。Yap1の細胞内局在はC末端領域のシステインリッチなドメインに存在するnuclear loca

1ization sequence(NES)を介して制御されていることから、Cys残基を介した結合によりNESがmaskingされることで常にYap1が核に局在し活性化されるのではないかと作業仮説をたて検討を行っている。さらに、yap1Δ/trx1Δ/trx2Δの三重破壊株が合成致死性を示すことを明らかにした。yap1Δ/grx1Δ/grx2Δの三重破壊株が生育可能であることから酵母細胞内におけるTRXとGRXの機能の差異が示唆された。
生体機能解明のための化学合成に関する総合的研究

研究目的:生命現象の理解・解明は自然科学の最重要目標といってよい。「合成」は化学の代表的活動の一つであるが、本研究は、生体機能を解明するための化学合成の研究を推進することを目的とする。そのために有機合成化学者を中心とし、医学,生化学等の分野から協力を得る学際的体制を作った。研究計画・方法:計画研究として、重要な5課題に対して(1)生体機能物質の合成,(2)神経伝達物質の化学,(3)受容体の化学,(4)外因性機能調節物質の合成,(5)生物活性物質の化学変換,の5班を設定し、公募研究課題を合せて、総括班ががこれら全体の研究を有機的に推進するようにつとめた。研究成果:計画研究27名とし、13名の公募研究を網羅し、総括班評価員を含めて45名の研究者が参加した。それらの個々の研究成果はそれぞれの実績報告書によって報告される。総括班は1)3回の総括班会議、1回の班長会議および1回の全体会議(9月,東大)を主催し、かつ各班班会議開催の便を計った。2)第1回公開シンポジウム(12月,大阪)を開催し、9名が講演し、一般参加120人余を集めて盛会であった。3)3回の総括班公報(化学合成ニュース)により全班員間の連結をはかった。7月に、総括班,計画研究ならびに公募研究参加者全員の研究略歴,研究課題の説明等をまとめた班員名簿を刊行、全員に配布して相互理解の資料とした。4)3月には61年度成果報告書を出版し全員に配布、さらに関連研究機関、学会や主な研究者の一部にも配布して化学界の発展に寄与すべくつとめた。
斜め入射偏光電場変調分光法によるアモルファスシリコンの光誘起構造変化の研究

本研究では、(1)斜め入射偏光電場変調分光(EA)法の開発、(2)光誘起構造乱れの評価、および(3)光誘起内部歪み・密度変化の評価、の三項目について研究を行った。(1)においては、デバイス級a-Si:Hからなるp-i-n接合構造を対象とした"光透過配置"ならびに"光反射配置"について計測系ならびに解析手法を確立し、研究計画項目(2)に則して、光照射に伴うa-Si:Hの偏光EA特性の変化を詳細に調べた。その結果、光照射によって偏光EAの二成分である等方性と異方性信号の強度比が変化すること、すなわち、ネットワーク構造乱れが増大することが確認され、従来のコプラナー電極配置を用いた観測結果の正当性を証明することができた。また、研究計画項目(3)では、光学的変位計測と浮遊法を導入して、光照射により、巨視的な歪みが増大し、体積膨張(密度減少)が生じることを見いだした。上記の光誘起現象はすべて熱処理によって回復する可逆過程であることが明かになり、さらに、光照射過程では、非熱平衡欠陥生成に先駆けて生じることから、a-Si:Hの光劣化におけるプリカーサー的物理現象であることが示唆された。観測された光誘起構造変化現象の光照射時ダイナミックスを詳細に検討することによって、構造乱れの増大→構造歪み蓄積(体積膨張)→欠陥生成、なる光誘起プロセスの定量的モデルを構築することができた。本年度は、(1)斜め入射偏光電場変調分光(EA)法の開発、(2)光誘起構造乱れの評価、および(3)光誘起内部歪み・密度変化の評価、の三項目について研究を行った。(1)においては、デバイス級a-Si:Hからなるp-i-n接合構造を対象とした"光透過配置"ならびに"光反射配置"について計測系ならびに解析手法を確立した。測定の容易な光透過配置を採用して、研究計画項目(2)に即して、光照射に伴うa-Si:Hの偏光EA特性の変化を詳細に調べた。その結果、光照射によって偏光EAのニ成分である等方性と異方性信号の強度比が変化すること、すなわち、ネットワ-ク構造乱れが増大することが確認され、従来のコプラナー電極配置を用いた観測結果の正当性を証明することができた。上記の光誘起現象はすべて熱処理によって回復する可逆過程であることが明らかになり、さらに、光照射過程では、非熱平衡欠陥生成に先駆けて生じることから、a-Si:Hの光劣化におけるプリカーサー的物理現象であることが示唆された。

上記の光誘起現象はすべて熱処理によって回復する可逆過程であることが明かになり、さらに、光照射過程では、非熱平衡欠陥生成に先駆けて生じることから、a-Si:Hの光劣化におけるプリカーサー的物理現象であることが示唆された。観測された光誘起構造変化現象の光照射時ダイナミックスを詳細に検討することによって、構造乱れの増大→構造歪み蓄積(体積膨張)→欠陥生成、なる光誘起プロセスの定量的モデルを構築することができた。
アポトーシス抵抗性に起因する変異型選択的EGFR-TKI耐性克服治療の開発

本研究では、本邦でも承認されたOsimertinibを含む変異型選択的EGFR-TKIに対するアポトーシス抵抗性に着目し、末梢血を用いたBIM遺伝子多型測定に基づくEGFR変異陽性肺癌における新たな個別化治療開発を目的として、これまでに以下の成果をあげた。1) Zinc-finger nucleaseを用いてホモ接合型でBIM遺伝子多型を導入したPC-9 BIMi2-/-細胞をマウス皮下に移植し、OsimertinibとVorinostatの効果を検討したところ、各単剤の治療では腫瘍は縮小しなかったが、併用治療によって著明な縮小効果を認めた。3) Vorinostatの併用効果について、いずれのHDAC阻害活性が重要であるかを明らかにするためsiRNAを用いて検討したところ、HDAC3の発現抑制によりOsimertinibによるアポトーシス誘導性が回復したことから、HDAC3阻害が標的として重要であることが明らかになった。4)検査企業との共同研究により、末梢血を用いたBIM遺伝子多型の測定系を確立した。5) 2017年度までの成果を発展させるため、Vorinostatより強い効果が期待できる新規HDAC阻害薬を用いてPC-9 BIMi2-/-細胞に対するEGFR-TKIとの併用効果をin vitro、in vivoで明らかにした。Osimertinibが第3相臨床試験(FLAURA試験)の結果により、EGFR変異陽性(T790M陰性)の非小細胞肺癌の一次治療として適応拡大されたため、T790M陽性例に使用されるケースが限定的となった。よって、一次治療における変異型選択的EGFR-TKIのアポトーシス抵抗性を克服することを主な目的とし、新規化合物の有効性を検証した。新規HDAC阻害薬のアポトーシス誘導におけるEGFR-TKIとの併用効果について、製薬企業と連携してさらに検討を加え、非臨床における有効性、安全性に関するデータを固め、臨床開発につなげる。本研究では、最近本邦で承認されたOsimertinibを含む変異型選択的EGFR-TKIに対するアポトーシス抵抗性に着目し、末梢血を用いたBIM遺伝子多型及びEGFR-T790M測定に基づくEGFR変異陽性肺癌における新たな個別化治療開発を目的として、これまでに以下の成果をあげた。また、マウスの体重減少等の毒性を認めず、in vivoにおける有効性とともに忍容性も確認された。4)検査企業との共同研究により、末梢血を用いたBIM遺伝子多型測定系を確立した。また、血漿中のcell freeDNAを用いたEGFR T790Mの高感度検査法を構築することを目的に新たな共同研究に着手し、研究計画書案を作成した。研究計画で予定していた解析は、ほぼ当初予定通り進捗している。Vorinostat以外のHDAC阻害薬の有効性について、HDAC3阻害活性を中心に探索する。患者末梢血を用いたEGFR-T790

M変異測定系については、企業との共同研究として新たに研究計画を作成中であるが、Osimertinibが第3相臨床試験の結果により、EGFR変異陽性(T790M陰性)の非小細胞肺癌にも適応拡大される見込みであり、T790Mに限定しないEGFR変異全般について、cell free DNAを用いて高感度に検出できる測定系を構築するべく協議中である。新規HDAC阻害薬のアポトーシス誘導におけるEGFR-TKIとの併用効果について、製薬企業と連携してさらに検討を加え、非臨床における有効性、安全性に関するデータを固め、臨床開発につなげる。新規化合物について製薬企業から提供を受けることができたことにより、2018年度に係る経費が節減された。次年度にこの経費を用いて動物実験及び細胞を用いた実験を追加し、論文発表を予定している。
オンデマンド液滴から合成した単一粒子触媒の反応性計測

本研究の目的は,気相中に合成した粉末触媒1粒の反応性を評価することによるハイスループット触媒評価の実現である。そのために液滴のトラップ反応装置を開発し,触媒の単一粒子合成を行う。反応熱による触媒粒子の温度上昇を利用して,その反応性を単一粒子のまま評価する方法を作り出す。その端緒として本研究では,装置開発と要素技術の確立を行った。要素技術として,液滴への電荷付与,荷電液滴と生成粒子の気相トラップ,CO2レーザーによる粒子の加熱と放射強度測定を実現し,それらを組み合わせた装置を設計・制作した。一方,触媒粒子の合成には,光泳動効果による粒子位置ドリフトの抑制が必要であることがわかった。安価で入手の容易な物質を組み合わせ,希少元素を用いた現行の触媒と同等以上の性能を持つ触媒を作り出すことが本研究の目的である。このため,金属と担体の組成による触媒反応性の差異をハイスループットで測定する方法を提案する。具体的には,位置,速度を完全に制御した液滴(オンデマンド液滴)のトラップ反応装置を開発し,多成分の金属を含む酸化物担持触媒の単一粒子合成を行う。その触媒の反応性を単一粒子のまま評価する手法を開発し,触媒金属組成と反応性の関係を網羅的に測定する。反応性の評価には,反応熱による触媒粒子の温度上昇を利用した手法を新たに作り出す。平成23年度までの研究においては,オンデマンド液滴を四重極イオントラップを用いてトラップし,溶媒を蒸発させることによって,液滴中の溶質成分をトラップする技術を確立した。平成24年度は,(1)液滴に電荷を付与する技術の確立,(2)トラップ触媒反応装置の設計・製作,(3)反応観測のための放射温度測定の光学系製作を行った。電荷付与技術においては,ノズル直下に電極を配置し,電圧を印可しながら液滴を生成させることによって,その反対極性の電荷を液滴に付与できることを見出した。この知見を踏まえてトラップ触媒反応装置を設計・製作した。反応気体を導入するため,装置は気密設計とした。合成した触媒の加熱,反応温度観測を行うため,それぞれCO2レーザー入射・出射口と放射温度測定のための窓を配置した。一方,放射温度測定のための光学系にはノッチフィルターを配置して,CO2レーザー光の侵入を防いだ。前年度購入したサーモグラフィーカメラを用いて,微小領域の観測が可能であることを確認した。平成24年度の研究により,液滴への電荷付与技術を確立した。また,液滴から調製した触媒の反応性を評価する装置の設計・製作が完了した。次年度は,この装置を用いた反応性の実際の観測へ進む。本提案では,位置,速度を完全に制御した液滴(オンデマンド液滴)のトラップ反応装置を開発し,多成分の金属を含む酸化物担持触媒の単一粒子合成を行う。その触媒の反応性を単一粒子のまま評価し,触媒金属組成と反応性の関係を網羅的に測定する。反応性評価には,反応熱による触媒粒子の温度上昇を利用した手法を新たに作り出す。平成24年度までの研究によって,オンデマンド液滴を四重極イオントラップを用いてトラップし,さらに溶媒を蒸発させて液滴中の溶質成分をトラップする技術を確立した。また,液滴に電荷を付与する技術を確立し,トラップ触媒反応装置を設計・製作した。作成した装置には加熱用CO2レーザーの入射・出射口と放射温度測定のための窓を設置しした。研究の最終年度である平成25年度は,この装置を用いて気相トラップした微粒子のCO2レーザー加熱とその温度測定を行った。試料としてKCl微粒子を用いた場合,微粒子の加熱,冷却過程をサーモグラフィーカメラによって観測できることを見出した。一方,CO2レーザー波長の光を吸収しやすい一般の物質については,レーザー照射によるトラップ位置のドリフトが起こることがわかった。解析・考察の結果,この現象は光泳動効果によるものであることがわかった。触媒微粒子の焼成・合成を効率よく行うためには,この光泳動効果による妨害を除くという課題が残った。本研究により,液滴から生成する微粒子の気相トラップとレーザ照射による温度変化の観測ができるようになった。一般の物質への展開には,レーザー照射方法を工夫して光泳動効果を抑える工夫が必要であることがわかった。昨年度は,液滴の蒸発に関する予測のずれがあったために,トラップ技術の開発に当初予定よりも時間がかかってしまった。一方,平成24年度は,主に装置の設計・製作を行った。このうち特に装置製作には一定の時間がかかるため,遅れを取り戻すには至らなかった。

今後の研究は,(1)触媒微粒子のトラップ下における調製,および(2)反応性の観測,を中心に行う。平成24年度までの研究では,試料としてNaCl水溶液を用いていた。今後は,これを実際の触媒の原料にして実験を進める。一方,本研究では,反応性の観測に,微粒子の放射による温度測定を利用する計画である。この放射量を高精度で観測するために,現状よりも大きな粒子をトラップする必要があると考えられる。平成24年度の研究によって液滴の荷電状態の制御が可能となったので,これを利用してトラップ内の微粒子と反対極性の電荷を液滴に与え,微粒子に融合させ,大きな粒子を生成する。この液滴と触媒微粒子の融合を行うためには,現在よりも高い効率で液滴のトラップを行う必要がある。その実現のため,液滴の減速によるトラップ効率向上技術も併せて開発する。触媒微粒子のトラップを行った上で,トラップに反応性気体を導入し,反応を誘起する。反応は,CO2レーザー照射による加熱によって誘起する。反応性の高い触媒微粒子の場合は外部加熱以上に発熱を伴うと考えられる。これを放射温度計により観測する。温度測定には,平成24年度に開発したサーモグラフィカメラを中心とする観察系を用いる。トラップ,レーザー加熱,放射量測定をコンピュータ制御することにより,加熱用のCO2レーザーの変調と同期した放射量変化を観測する技術開発を行う。次年度研究費は,トラップする触媒の原料などの試薬や,装置改良に伴う物品の購入に充てる予定である。液滴のトラップ効率を高めるための装置改良として,液滴の減速を考えている。液滴減速には液滴を長距離飛翔させる必要がある。装置全体の高さ調整を行うために部品の購入が必要となった場合には本研究費により賄う。
シンクロトロン放射光励起気相成長法によるAlInN単結晶の作製

AlInN混晶半導体は、高効率高輝度の短波長光デバイスへの応用が期待されている工業価値の高い材料である。また,Al0.83In0.17NがGaNの格子定数と一致し,現在盛んに研究されているGaNをベースとしたレーザダイオードのクラッド層としては最適であると報告されている。しかし,従来の有機金属気相成長方法ではInNとAlNとのエピタキシャル温度の差があまりにも大きいため、AlInNの単結晶を作製するのは困難である。我々の研究グループは,数年前からシンクロトロン放射光に注目し,放射光励起がZnTeの低温エピタキシャル成長に有効であることを実証した。そこで,本研究では、シンクロトロン放射光励起によるAlInNのヘテロエピタキシャル成長を行い、成長層の結晶学的、光学的及び電気的性質を評価し、AlInN混晶半導体の成長技術を確立することを主たる目的とした。本研究を実施した結果、成長温度を低くすることによりサファイア及びガリウム砒素(111)基板上にAlInNの混晶を作成できることが明らかになった。作成されたAlInN混晶膜のインジウムの組成比は1から0.6まで幅広い領域においてコントロールすることが可能である。また、アルミニウムの成分の増加に伴いAlInNのバンドギャップが高エネルギー側にシフトし、大きくなることが確認できた。さらに、シンクロトロン光を用い、ナイトライド系化合物半導体の光学スペクトルの温度依存性を測定し、幾つかの知見を得た。そこで,本研究では、シンクロトロン放射光励起によるAlInNのへテロエピタキシャル成長を行い、成長層の結晶学的、光学的及び電気的性質を評価し、AlInN混晶半導体の成長技術を確立することを主たる目的とした。光源としては,岡崎分子科学研究所の極端紫外光施設にあるシンクロトロン放射光を用いた。予備実験として、低温成長が可能である反応性スパッタリング法を用いた成長実験を行い、ターゲットのAlとInの面積比及びマイクロ波パワー等を変化させることにより、AlInNの組成制御ができることを明らかにした。シンクロトロン放射光ビームライン等の制約により、今回原料ガスを流しての成長実験はできなかったが、ナイトライド系化合物半導体の光学スペクトルの温度依存性を測定し、幾つかの知見を得た。
電気化学的界面を用いたナノ構造制御による新規熱電材料の探索

本研究は、「イオン液体と半導体界面で発生する超強電界や電気化学反応を制御することで二次元電子系を人工的に作り出す手法を確立すること」、そして「本手法を様々な半導体材料に適用し、低次元物質・ナノマテリアルの熱電効果の研究を推進すること」を目的とする。近年、ナノ材料またはナノ構造を有する物質に潜む優れた熱電特性が注目されており、基礎・応用の両面から、それらの物質における熱電応答の研究の重要性が一層強く認識されるようになってきている。平成30年度は、高い熱電性能の実現を目指し、厚さ100ナノメートルから1ナノメートルの半導体極薄膜における熱電応答の探索および評価を行なった。具体的には以下の研究を行った。(1)イオン液体と半導体薄膜表面で電気化学反応を引き起こすことで、薄膜試料の電気化学エッチングを行うことができる。この電気化学エッチングの進行を、反応温度、印加電圧、用いるイオンの形状・大きさ、さらに半導体材料の種類を変えて観測した。それぞれの条件を変えるとエッチングの進行具合が大きく変わることがわかった。(2)電気化学反応で半導体試料の試料厚みを制御しながら、熱電効果測定を測定した。特にセレン化鉄薄膜を用いた実験では、試料厚みが120ナノメートル、温度が10300ケルビンの領域において、膜厚ー温度空間での熱電効果のマッピングに初めて成功した。このようなマッピングを単一の試料で実現した例はこれまでに無かった。また、ナノスケール領域(厚さ15ナノメートル)において、広い温度範囲で高い出力因子を観測した。今年度に行った研究成果は、国内学会・国際学会等様々な場所で発表した。また、上記の結果は学術論文として報告した。本研究は、「イオン液体と半導体界面で発生する超強電界や電気化学反応を制御することで二次元電子系を人工的に作り出す手法を確立すること」、そして「本手法を様々な半導体材料に適用し、低次元物質・ナノマテリアルの熱電効果の研究を飛躍的に推進すること」を目的とする。平成29年度は、申請書に記載した研究計画に従い、「電気化学的界面を用いた、膜厚・キャリア密度の同時制御と熱電効果測定の確立」を中心とした研究を行った。具体的には、以下の研究を行った。1電気二重層トランジスタでは、イオン液体の電気化学窓より小さいゲート電圧を印加した場合、静電的にキャリアが蓄積される。一方、それより大きな電圧を印加すると、固液界面における電気化学反応により固体最表面の原子が溶解し、試料の厚さを減少させることができる(Shiogai et al., Nature Phys. 12, 42 (2016).)。この電化学反応下における、薄膜試料の熱電効果のその場測定を行うシステムを構築した。化学反応を低温(室温以下)で進めることで、反応のスピードを制御し、さらに薄膜試料とイオン液体の積層構造に対して積層方向と垂直に温度勾配を与えて熱起電力を測定した。実際にこの方法をFeSe薄膜に適用し、熱電効果の膜厚依存性、キャリア数依存性の測定を行った。2イオンの種類による電気化学反応の進行するスピードや、反応(溶解)の均一性の検討を行った。イオン分子の構造を変えて電気化学反応を観察したところ、分子の大きさが大きく粘性が高くなるほど、反応の進行が抑えられることが分かった。さらに、イオン液体の分子の構造を変えると、反応速度のみならず、エッチングされる材料の電子物性を変調・制御できることを発見した。今年度に行った研究成果は、国内学会・国際学会等様々な場所で報告した。また、上記1は論文雑誌に投稿中、2は論文として出版することができた平成29年度の研究計画は、「電気化学的界面を用いた、膜厚・キャリア密度の同時制御と熱電効果測定の確立」であった。申請者は上記「研究実績の概要」に報告したように、申請書に記載した研究計画に従って研究を遂行した。予定していたスケジュールで研究を進めることができたので、平成30年度の研究にスムーズに移行しているところである。このように、平成29年度の研究計画に従った研究を無事に完成させることが出来たことから、「当初の計画どおりに進展している。」と考えている。平成29年度の実験結果のいくつかはすでに論文として発表することが出来ており、また国内外の学会・研究会・ワークショップにて報告してきた。さらに、本研究成果を利用した共同研究が申請者と他の研究グループとの間で開始された。平成30年度への研究進捗状況・準備状況は申請書の計画通りとなっている。最終年度であるので、この研究課題で得られた結果を、出来る限り論文および学会で報告する予定である。本研究課題を十分に達成できるよう、本年度も申請書に従った計画的な研究を行う。

この電気化学エッチングの進行を、反応温度、印加電圧、用いるイオンの形状・大きさ、さらに半導体材料の種類を変えて観測した。それぞれの条件を変えるとエッチングの進行具合が大きく変わることがわかった。(2)電気化学反応で半導体試料の試料厚みを制御しながら、熱電効果測定を測定した。特にセレン化鉄薄膜を用いた実験では、試料厚みが120ナノメートル、温度が10300ケルビンの領域において、膜厚ー温度空間での熱電効果のマッピングに初めて成功した。このようなマッピングを単一の試料で実現した例はこれまでに無かった。また、ナノスケール領域(厚さ15ナノメートル)において、広い温度範囲で高い出力因子を観測した。今年度に行った研究成果は、国内学会・国際学会等様々な場所で発表した。また、上記の結果は学術論文として報告した。上記「研究実績の概要」および「現在までの達成度」で報告したように、平成29年度は順調に研究を進めることができ、これまでのところ、計画は予定通りに進めることが出来ている。当初の研究計画を簡単に述べると、平成29年度(初年度)は「電気化学的界面を用いた、膜厚・キャリア密度の同時制御と熱電効果測定の確立」、平成30年度(最終年度)は「超薄膜領域で観測される異常な熱電特性の研究」である。平成29年度の研究は、30年度の土台となるものであるが、29年度は研究が順調に進行したため、30年度の研究進捗状況・準備状況は計画通りとなっている。具体的には、29年度は測定系・実験系の構築であったが、30年度はさまざまな半導体材料に対して、電気化学反応中における熱電効果のその場測定を展開する。最終年度であるので、この研究課題で得られた結果を、出来る限り論文および学会で報告したいと考えている。(理由)平成29年度の物品費として消耗品費が含まれているが、価格が安いものでも購入消耗品物品の詳細な比較検討(いくつかの業者間での見積もり金額の比較など)を行い、経費を削減した結果、差額が生じた。(使用計画)経費削減の結果、差額が生じたが、これは平成30年度の実験に必要な消耗品費として有効活用する。具体的には、熱電効果測定用ステージの作製に必要な金属材料、熱電対、温度計の購入を検討している。