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重症紫斑病性腎炎(HSPN)に対するシクロスポリンの有効性とその機序に関する検討

紫斑病性腎炎(HSPN)の多くは予後良好であるが、2-3%に末期腎不全に到る。重症例に対しては、ステロイドパルス療法、カクテル療法、血漿交換がおこなわれているが、これらの治療にも効果がない難治例が存在する。このような難治例にシクロスポリンA (CsA)の有効性が報告されているが、その機序は不明である。「HSPNに対するCsAの作用機序は、ポドサイトへの直接作用である」ことを証明するために検討を行った。ポドサイト関連分子であるシナプトポディンは、CsA投与後と有意に増加した(p=0.0163)。今回の結果からHSPNに対するCsAの作用機序としてポドサイトの修復に関与していることが示唆された。本研究の対象である20歳未満のHSPN症例のうち、ネフローゼ症候群を呈する患者、1か月以上尿蛋白/Crが0.5g/gCr以上持続する患児に対して腎生検を行い、ISKDC分類gradeIII以上かつ、文書による同意を得られた患児として、4歳の女児の紫斑病性腎炎(ISKDC分類gradeIIIa)症例を1例登録した。本症例に対し、シクロスポリン4mg/kgの投与を開始した。シクロスポリン開始後28日で尿蛋白が陰性化し寛解した。本患者からシクロスポリン投与前、投与開始後検尿を行い、尿蛋白陰性化、血尿陰性化までの期間を記録した。シクロスポリン投与前、開始後週1回、血液検査を行い、血清総蛋白、アルブミンを測定し、低蛋白血症の回復までの期間を記録した。対象患者から診断時、シクロスポリン投与開始後1週目、2週目、3週目、4週目、8週目、12週目および24週目に尿検定を採取し、10mlを尿中ポドサイト検査用に細胞保存液(ウリキープ)に保存、また10mlを1,500回転5分間遠心分離を行い、遠心分離後に上清を-80°Cのディープフリーザーで保存した。シクロスポリンの投与前後で、尿中落下ポドサイト数を測定した。その結果、投与開始前(尿蛋白陽性)に比べ、投与後は、尿中落下ポドサイト数が減少していた。尿蛋白の経過と相関しポドサイト数の減少を認めた。これは、シクロスポリンがポドサイトに対する影響を示唆する結果と思われた。一般に紫斑病性腎炎(HSPN)の予後は良好であるが、2ー3%は末期腎不全に到る。重症例にはステロイドパルス療法、カクテル療法などが行われるが、これらの治療にも反応しない難治例が存在する。近年、難治例にシクロスポリンA(CsA)の有効性が報告されている。HSPNに対するCsAの作用機序は不明であるが、最近、特発性ネフローゼ症候群において、「CsAはポドサイトのアクチン細胞骨格を直接の標的としており、その安定化により抗蛋白尿効果を示す」ことが示唆されている。「HSPNに対するCsAの作用機序はポドサイトへの直接作用である」という仮説を立て、その検証を行った。【対象】3歳11か月の女児。紫斑と腹痛を主訴としlgA血管炎の診断で近医に入院した。入院2週間後から血尿と蛋白尿が出現しHSPNと診断した。尿蛋白量は42病日に0.1g/kg/day以上となりネフローゼ症候群と診断した。当科に紹介後48病日に腎生検を施行しHSPNのISKDIIIaと診断した。53病日からCsA(4.5mg/kg/day)の内服を開始したところ尿蛋白は開始後6週間で消失した。【方法】CsAを投与する前後の尿中ポドサイト関連分子のmRNA発現量の変化を検討した。すなわちCsA投与前後1週間の早朝尿からmRNAを抽出し逆転写後、ポドシンとシナプトポディンのプライマーを用いてリアルタイムPCRを行った。投与前後の尿中ポドサイト関連分子のmRNA発現量の比較検討にした。【結果】ポドシンはCsA投与前[検体数n=5、中央値33.9(四分位値10.2ー129.4)mRNA/gCRE:以下同様]と比較してCsA投与後[n=5、1202.3(427.8ー1324.4)]に有意に増加した(p=0.0472)。シナプトポディンもCsA投与前[n=5、104.8(91.1ー142.2)]と比較してCsA投与後[n=5、739.8(704.7ー2859.6)]に有意に増加した(p=0.0163)。【考察】HSPNにおけるCsAの抗蛋白尿効果発現機序としてシナプトポディンへの直接作用が示唆された。【背景と目的】紫斑病性腎炎(HSPN)の多くは予後良好であるが、2-3%に末期腎不全に到る。重症例に対しては、シクロスポリンA (CsA)の有効性が報告されている。近年、CsAはpodocyteに存在するカルシニューリンを阻害してアクチン結合タンパク質synaptopodinを安定化させ、その結果として蛋白尿が抑制されるというpodocyteへの直接的な効果を有することが示されている。「難治性HSPNに対するCsAの作用機序は、podocyteへの直接作用である」ことを目的に検討を行った。【対象】

ステロイド治療を行われていないHSPNのISKDC IIIa以上の重症例を対象とた。2.尿中ポドカリキシンの検討【方法】CsA投与前から尿所見が改善するまでの間、継時的に尿検体を採取し、ELISA法で尿中ポドカリキシンを測定した。【結果】CsA投与開始前、尿中ポドカリキシ(3.5μg/gCr)であったが、開始1か月後に一旦低下(0.7μg/gCr)し、尿所見正常化した後は、再度増加した。【結論】今回の結果からHSPNに対するCsAの作用機序としてポドサイトの修復に関与していることが示唆された。紫斑病性腎炎(HSPN)の多くは予後良好であるが、2-3%に末期腎不全に到る。重症例に対しては、ステロイドパルス療法、カクテル療法、血漿交換がおこなわれているが、これらの治療にも効果がない難治例が存在する。このような難治例にシクロスポリンA (CsA)の有効性が報告されているが、その機序は不明である。「HSPNに対するCsAの作用機序は、ポドサイトへの直接作用である」ことを証明するために検討を行った。ポドサイト関連分子であるシナプトポディンは、CsA投与後と有意に増加した(p=0.0163)。今回の結果からHSPNに対するCsAの作用機序としてポドサイトの修復に関与していることが示唆された。本研究は、20歳未満のHSPN症例のうち、ネフローゼ症候群を呈する患者、1か月以上尿蛋白/Crが0.5g/gCr以上持続する患児に対して腎生検を行い、ISKDC分類gradeIII以上かつ、文書による同意を得られた患児を対象としているが、現在この基準を満たした症例は、3例であったため、3年間の目標症例数の20例を大きく下回っている。医歯薬学本研究は重症例を対象としているため症例が少なく、1症例ずつをより詳細に検討することとする。すなわち、ポドサイト数、ポドカリキシン、尿中8OHdGだけでなく、随時尿のsynaptopodinのmRNA、c-mip mRNA、Fractalkine (CX3CL1)なども検討項目に加え、シクロスポリン投与前後で各種マーカーの動きを検討する。少ない症例数であっても、同一症例でシクロスポリン投与前後の各種マーカーの動きを詳細に検討することで紫斑病性腎炎に対する抗尿蛋白作用の作用機序は、シクロスポリンのsynaptopodinに対する作用であることを証明する。本研究は、20歳未満のHSPN症例のうち、ネフローゼ症候群を呈する患者、1か月以上尿蛋白/Crが0.5g/gCr以上持続する患児に対して腎生検を行い、ISKDC分類gradeIII以上かつ、文書による同意を得られた患児を対象としているが、今年度この基準を満たした症例は、1例のみであったため、3年間の目標症例数の20例を大きく下回っているため。対象症例が少なく、予定検体数の検査が行えなかったため。本研究の対象症例が少ないため、今後、1症例ずつのより詳細に検討を行う。症例数が少なくとも、1例1例を詳細に検討することでシクロスポリンの紫斑病性腎炎に対する抗尿蛋白作用の作用機序は、シクロスポリンのsynaptopodinに対する作用であることを証明する。現在も引き続き、症例を増やしており、新規の2症例について、現在各種の検体を凍結保存しているため、測定を進める。
MRSA肺炎の早期改善に寄与する因子の探索的検討

[目的]MRSA肺炎の治療期間の短縮は、耐性菌のコロニゼーションの惹起や用量依存性の薬剤の副作用などの懸念を解消することにつながり、患者QOL向上および院内感染伝播の低下に寄与する。しかしながら、早期改善に影響を及ぼす因子についての報告はない。そこで、感染症の治療に影響を及ぼす因子を幅広く捉えて、治療期間の短縮および早期の臨床効果に影響を及ぼす因子を探索することを目的とする。[方法]MRSA肺炎と診断された症例のうち抗MRSA薬使用患者(選択基準、除外基準あり)を対象とした。背景因子として、治療薬、TDMの有無、併用薬、基礎疾患、合併症、感染症重症度、人工呼吸器装着有無、栄養状態、ステロイド使用有無など幅広く収集した。有効性評価法は、細菌培養検査、呼吸器症状、胸部X線写真像、臨床検査値などより総合的に評価した。安全性評価法は、厚生労働省の「医薬品等の副作用の重症度分類基準について」のグレード分類を用いて評価した。[結果]MRSA肺炎を対象としたリネゾリド(LZD)とバンコマイシン(VCM)の有効性・安全性の比較検討をレトロスペクティブに行った。有効率は、LZD群68%、VCM群55%と両群間に有意差は認められなかった。投与後60日以内の再発率・生存率に関しても有意差は認められなかった。有害事象発現率は、LZD群64%、VCM群59%と両群間に有意差は認められなかった。投与期間は、LZD群8.8±5.3日、VCM群14.7±9.6日であり、LZD群が有意に短期間であった。有害事象を分析すると、LZD群のうち、CV留置、総ビリルビン数高値、血小板数低値症例においては、骨髄抑制が発現しやすいことが明らかとなった。有害事象の発現リスクが高くない症例においては、LZDを早期から使用することで治療期間の短縮が期待できることが示唆された。今後、さらに調査を続け、早期臨床効果に影響を及ぼす因子を探索する。
生物情報科学的手法で同定したSEPT11の頭頸部癌における機能解析、治療への応用

Septinは細胞分裂、小胞体分泌、アクチン細胞骨格の制御などに関与することが知られ、多くの固形癌および造血器腫瘍で過剰発現し、腫瘍形成能、増殖能、細胞移動能の亢進に関与することから、近年、癌の治療標的として注目されている。今回、頭頸部癌組織222例、正常組織135例を対象としたweb-based bioinformaticsにより、SeptinのひとつであるSEPT11が頭頸部扁平上皮癌組織で高発現することを初めて同定し、新規治療標的およびバイオマーカーとなる可能性を探索した。初年度は、臨床検体における癌組織中のSEPT11発現量の比較およびSEPT11を高発現する頭頸部癌細胞株の同定から着手した。癌組織ならびに付属する正常組織におけるSEPT11の発現レベルを定量PCR法にて解析したところ、舌癌組織において正常組織の1.99倍の発現を認めた(n =4, paired t test: p < 0.05)。また、頭頸部扁平上皮癌細胞株3/5株におけるSEPT11のmRNA高発現を認めた。本年度中の次の段階として、免疫組織化学におけるSEPT11蛋白の発現確認、癌細胞株におけるsiRNAを用いたSept11ノックダウンによる増殖、生存、遊走、浸潤に与える影響の検討を開始したところであったが、研究代表者の海外研究機関転属に伴い、9月1日付で本補助事業を辞退させて頂き、補助事業廃止承認を受けた。
分子動力学法に基づくタンパク質反応場の理解とタンパク質デザイン

ナイロンオリゴマー分解酵素の基質であるナイロンオリゴマーは人工化合物であり、自然界に存在しなかった物質である。しかし、本酵素は自然進化によって比較的短期間の間に人工化合物に適応することに成功した珍しい系である。従って、自然進化つまり自然によるこの合理的なデザインがどのように発生したのか明らかにすることができれば、今後の酵素の分子工学およびデザインに対して新しい知見を与えることができると期待される。本年度の研究は、本酵素がどのようにして人工化合物であるナイロンオリゴマーを分解する機能を獲得し、自然に適用できたのかその理由を明確にするため、野生型とその変異体(Y170F)に関して、具体的な反応機構の解明や自由エネルギー地形の算出を行った。着目しているTyr170は、活性中心近傍にあり、基質のアミド結合と水素結合を形成していることが判明している。その一方で、Tyr170は類似タンパク質であるβラクタマーゼには存在しない特異的なアミノ酸残基である。本研究ではQM/MM CPMD法やPaCS-MD、FMO法など様々な計算手法を利用して、Tyr170の役割を検討した。その結果、得られた2つのデータを詳細に比較することによって、今回着目していたTyr170が直接触媒反応に関与していることが判明した。Tyr170が存在することにより人工化合物であるナイロンオリゴマーの分解を促進していることが明らかとなった。本研究によって自然による合理的なデザインによって生じたナイロンオリゴマー分解酵素の反応機構を明らかにした点は、今後様々な酵素のデザインを検討する上で重要な学術的概念を与えると期待される。26年度が最終年度であるため、記入しない。タンパク質をデザインするためには、その具体的な反応過程を明らかにすることが必要不可欠である。その反応過程とは(A)ループ部位や基質などの移動により生じるダイナミクス、(B)基質を認職する分子認織、(C)基質を分解する化学反応、(D)反応後のすみやかな脱離の4つである。本研究では、その過程を分子動力学法という手法を利用して、具体的に全体のダイナミクスを記述することを目的としている。特に本年度における研究では、(A)について大きな比重をおいて研究を行った。X線結晶構造解析などの実験から、一部の酵素は基質の結合に伴って大きな構造変化を引き起こすことが明らかにされており、その基質結合過程は誘導適合と呼ばれている。本研究で対象としているナイロンオリゴマー分解酵素もその1つであり、ループ領域(N166-V177)にあるY170が遠方にある基質と水素結合を形成する。一般的にループ部位や基質などの移動により生じるダイナミクスは、通常短い時間での古典分子動力学法では、検出することは非常に困難であることが知られている。この検出困難な問題を解消するために、レプリカ交換法やメタダイナミクス法などさまざま開発されているが、本研究では短時間で大規模な構造変化を抽出し、効率よく並列化計算を実行できる特徴を有したPaCS-MD (Parallel Cascade Selecton-MD)に着目し、ナイロンオリゴマー分解酵素の勝導適合の解明を行った。PaCS-MDでは、重要な要素として、selectionルールが設定されている。本研究ではこのselectionルールを再検討することで、本研究対象系に対する計算手法のさらなる高効率化に成功した。PaCS-MDはすべての蛋白質や核酸に適応することが可能であり、本研究成果を活かし、今後のさまざまな系に波及されていくことが期待される。本年度は、一般的な分子動力学シミュレーションでは検出が困難である大規模な構造変化を、短時間で誘起する手法を自身のプログラムに導入することを行った。このプログラムの導入によって、タンパク質自身の構造変化とタンパク質デザインの関係性を明らかにするための情報を整えることに成功した。

来年度は、今回導入したプログラムをタンパク質とその基質の動的変化にも拡張し、タンパク質と基質を含めたデザインを検討する予定である。これらの情報を基礎として、タンパク質デザインを検討する。
シロアリ類のカースト分化における分子機構

本研究では、幼若ホルモン類似体(JHA)を用いた兵隊誘導に関する先行研究をべ一スにして、兵隊分化に関する分子生物学的研究をオオシロアリを材料にして進めた。そして、成熟した兵隊で特異的に発現している遺伝子を、Differential Display法により同定を試みた。いくつかの兵隊特異的遺伝子候補のバンドを切り出し、配列を決定したところそのほとんどが新規の遺伝子であることが分かった。そのうち1つの候補では、northern hybridizationで兵隊で非常に強く発現されていることが明らかとなった。sらに、これらの遺伝子の発現部位の特定、クローニングによる全長の決定を行った。また、JHA処理を擬職蟻(ワーカー)に施すと、25°Cの条件下で2週間強で前兵蟻(プレソルジャー)に誘導されるが、その過程で発現されてくる遺伝子の解析も並行して行った。さらに、得られた遺伝子をマーカーにした応用的な技術の開発も試みた。また、同じ不完全変態昆虫で真社会性の種も有するアブラムシは、複雑な生活史を持ち、有翅・無翅型などの表現型多型を示す。中でも、単為生殖を行う世代では、雌雄が交尾した有性卵の胚発生とは非常に異り、発生学的に最も早い時期の表現型多型現象といえる。有性・無性胚発生の比較の手始めとして、エンドウヒゲナガアブラムシAcyrthosiphon pisumの単為生殖胚の初期発生を蛍光抗体法などによって、詳細に観察を行った。その結果、生殖細胞の分化や、細胞内共生バクテリアの初期胚への感染方法、菌細胞の発生学的起源など、いくつもの新しい知見を得た。
富山県沿岸域の海潮流の季節・場所的変動特性の実船観測と数値シミュレーション

まずは小型船舶によるADCP観測のシステム化を行った。そして、富山湾内の広域に定められた9定点に対する流向流速観測を実施し、湾内全体的な流れの傾向把握を行った。そして、特に河口近辺での流動メカニズムを探るために、小矢部河口付近での計測を重点的に行った。こうしたデータに対し、海流の循環、潮汐、河川水流入等の影響解析を行った。そして、数値シミュレーションでの実証を行う。これにより、富山湾全体の流れの把握と予測につなげる。富山商船高等専門学校の総トン数15トンの実習船艇「さざなみ」において、環日本海環境協力センター、富山大学等との共同研究により、毎月一回の海洋環境調査を行っている。ここでは、富山湾に定めた9定点により、気象、海象、水質等の現地調査を実施している。この定点は、おおよそ、魚津から氷見に引いた線から南方に定めている。そこで、この調査においては、神通川、富山新港、小矢部川等から、海へ流入した河川水が、海面にどのような広がりを行っているか把握するのが重要となる。そこで、海潮流の定性的な把握には、「さざなみ」にADCPを設置することが適当である。この小型船舶用ADCPは、航走中の船舶に搭載して海潮流の流向及び流速を測定することができる。ここで、センサー部を水面に挿入固定するために、船体の外舷にフィットする金属性の取り付け金具を作成する必要がる。この取り付け位置はセンサーから照射する超音波ビームが船体による影響を受けない位置にある必要がある。また、船舶の航走により生じる気泡の影響が極力小さい位置にある必要がある。そこで、今年度においては、まず、この観測に最適なADCPを調査し、RD Instruments社のワークホースADCPを選定した。そして、これを、「さざなみ」に仮設置し、実船での動作試験を行った。結果として、以下の事項が判明した。(1)仮設置の治具にて、船速が約4ノットまでの計測が可能である。(2)上記において、音響や振動による、測定への影響も無く、内臓の磁器コンパスも正常に動作している。(3)水深が約100mまでは、ボットムトラッキングモードによる高精度の測定が可能である(U字航行試験において、一定の流向流速が観測される。)。次の段階として、「さざなみ」装着用の正規の金属製治具の作成を行った。これにより、「さざなみ」におけるADCP計測のシステム化が完成した。2008年度においては、RD Instruments社のワークホースADCPを選定し、このシステム化を行った。2009年8月の観測航海より、全観測点におけるADCP計測を開始した。基本的には、全観測箇所の観測停船時にデータ収集を行っている。これにより、湾内全体の流れの状況を把握することができる。また、特に河口近辺での流動メカニズムを探るために、小矢部河口付近での計測を重点的に行った。このエリアは、小矢部川と庄川の河川水が多く流入し、また海底谷(あいがめ)が直近まで食い込む、複雑な海底地形となっている。これらの結果の流速の深度分布を見ると、全体的に流速が約0.10.2m/s以下と非常に弱いことが分かる。そして、流向の深度分布を見ると、場所と深度により、流向が大きく異なることが分かる。例えば、水深が急激に変化する部分では、低部に河を遡る反流が確認できる。こうしたデータに対して、数値シミュレーションでの実証を行う。これにより、富山湾全体の流れの把握につなげる。
タンパク質チロシンフォスファターゼShp2による炎症制御機構の解明

近年、高脂肪食や運動習慣の欠如を背景として、脂肪肝炎(NASH)が急増している。本研究の目的は、過栄養状態の肝臓において発現が亢進するSrc homology phosphatase 2 (Shp2)が肝臓の脂肪蓄積と炎症の誘導・維持をいかに制御しているかを明らかにすることである。本研究によって、1)肝臓特異的Shp2欠損マウスは、特殊飼料による肝臓への脂肪蓄積と炎症を著明に抑制した。2)Shp2阻害剤の投与は特殊飼料による脂肪肝炎を部分的にではあるが改善することが明らかとなった。従って、Shp2が脂肪肝炎の新しい治療標的分子となりうる所見が得られたと考える。近年,高脂肪食や運動不足によりもたらされる過栄養状態を背景として,脂肪肝炎(Non-alcholic steatohepatitis, NASH)が年々増加しており,近年では、原因不明の肝硬変・肝がんの主たる基盤病態であると考えられている。本研究では、申請者が作出した脂肪肝炎・肝がんモデル動物において、肝臓特異的Src homology phosphatase 2(Shp2)遺伝子欠損、およびShp2阻害剤の効果を検討する。肝臓の脂肪化から炎症の誘導・維持におけるShp2の役割を明らかにし、Shp2が脂肪肝炎の新規治療標的分子となる可能性を検討する。これまでに、Shp2(flox/flox)とAlbumin-Creトランスジェニックマウスを交配させ、少数の肝臓特異的Shp2欠損マウスを得ることができた。しかしながら、実験に必要な頭数を確保するまでには至っていない。今後は、早急にマウスコロニーを拡大し、実験計画に従い脂肪肝炎の誘導を開始する。また、市販されている数種のShp2阻害剤をマウスに投与し、それぞれの阻害剤の毒性や最適な投与量を検討している。阻害剤の選定後、脂肪肝炎モデルマウスへの投与実験を開始する。さらに本研究では、脱リン酸化活性をもたずに基質と結合し続けるShp2変異体(Shp2 D425A/C459S)を用いた共免疫沈降法により、Shp2の新規基質を探索する。既に正常型ヒトShp2 cDNAをクローニングし、点変異を導入しており、すぐに使用可能な状態である。近年、高脂肪食や運動習慣の欠如によってもたらされる過栄養状態を背景として、脂肪肝炎(Non-alcoholic steatohepatitis, NASH)が急増している。NASHは、原因不明の肝硬変や肝臓がんの主要因であると考えられている。本研究の目的は、過栄養状態によってその発現が亢進するSrc homology phosphatase 2 (Shp2)が脂肪肝炎の基盤病態である肝臓の脂肪蓄積と炎症の誘導・維持をいかに制御しているかを明らかにすることである。これまでに、1)肝臓特異的Shp2欠損マウス(Alb-cre:Shp2flox/flox)を作製し、コリン・メチオニン減量飼料(CDAA飼料)による脂肪肝炎に対する影響を検討した。2)同腹仔の対照マウス(Shp2flox/flox)と比較して、肝臓特異的Shp2欠損マウスはCDAA飼料によってもたらされる肝臓の脂肪蓄積と炎症細胞の浸潤が著明に減少し、コラーゲン線維の蓄積も軽減されていることを新たに見出した。また、この改善効果の背景には、Shp2遺伝子欠損による肝臓インスリンシグナル伝達の亢進が関与する可能性を見出した。さらに、3)Shp2阻害剤を4週間に渡り投与したころ、CDAA飼料による脂肪肝炎を一部ではあるものの改善することが出来た。従って、Shp2が脂肪肝炎の新規の治療標的分子となりうる所見が本研究によって得られたと考える。肝臓学実験に供する肝臓特的Shp2欠損マウスの繁殖状況が期待していたほど良好でなく、当初のスケジュールで進行していないため、実験の開始が遅れている。その他の実験は概ね当初の計画通りに進行している。マウスの交配効率を上げていくため、マウスのストレス軽減する床敷き等の環境を整える。その他に関しては、当初の計画通り研究を随行する。残額で購入できる必要な物品が見当たらず、次年度使用のため繰越とした。少額であるため、次年度の助成金と合わせて計画通りに有効に利用する。
東北沿岸を中心としたイカナゴの資源生態学的研究

単一種と扱われてきた我が国のイカナゴに2種(Ammodytes japonicusおよびA. heian)が含まれることが指摘された。これまでの生物・生態学的知見は両種を混同したものであり、イカナゴ資源の保全や利用を考える上で、それぞれの詳細な地理分布を含む従来の生態学的知見の見直しが急務となった。そこで本研究は、東北地方太平洋岸を中心にイカナゴ2種の分布、形態などの基礎知見を明らかにした。愛知から東北太平洋岸における両種の分布は北へ行くほどA. heianが増えるクラインを構成していること。また、遺伝的には明確に区分される2種の脊椎骨数が遺伝では無く環境によって決定していることが示唆された。我が国の重要な水産資源であるイカナゴには、太平洋側で仙台湾を境界とした形態的、遺伝的に異なる2型の存在が示唆されていた。2015年の分類学的再検討により、これらは別種(Ammodytes japonicusおよびA. heian)として記載され、両種を混同していた地理分布を含む従来の生態学的知見の見直しが急務となっている。そこで本年度は以下を目標に研究を進めた。(1)両種の遺伝的、形態的分化程度を明らかにし、これらを簡便に識別する手法を開発する。(2)東北沿岸を中心にサンプルを採集し、上記手法を用いて2種の分布の実態を明らかにする。(3)両種のマイクロサテライトマーカーを単離し、鋭敏な遺伝的集団解析マーカーを作製する。(4)各個体群について予備的な飼育実験を開始する。それぞれについて得られた成果は以下の通り。(1)全国各地より採集した標本を用いて2種の形態的差異を調べたところ、計28形質の比較によっても明瞭に識別できなかった。一方、ミトコンドリアDNAには大きな変異が認められたため、COI領域のRFLP解析による種判別法を作製した(論文投稿中)。(2)愛知、福島、宮城、大槌で採集したサンプルの種組成を比較したところ、いずれの場所にも2種が出現するものの、北へいくほどA. heianの割合が増えることが明らかになった。さらに、既報の形態学的差違(脊椎骨数)は遺伝的に決まるわけではなく、環境によって決定される「ジョルダンの法則」の一例であることが明らかになった(論文投稿中)。(3)広島大学のグループが同様の研究を進めていることが明らかになったため、共同研究としてより大規模に展開することとし標本の提供を行った。(4)飼育準備を整え、採集したサンプルを導入する予定だったが、荒天により調査を実施することができず、飼育試験を開始することができなかった。実績欄に記載した通り、本年度の研究は順調に進んでいる。マイクロサテライトマーカーによる集団遺伝解析については、同じ研究を進めている広島大学と協働することとした。また飼育の予備試験は、予定していたサンプリングが荒天により中止となったため、実際に魚を入れるまで至っていない。これについては2016年度の早い段階(5-6月)で漁業者の協力を得て実施する運びとなっている。我が国の重要な水産資源であるイカナゴには、形態的、遺伝的に異なる2型の存在が示唆されていた。そこで本研究は、これまで(1)両種の遺伝的、形態的分化程度の実態とこれらを簡便に識別する手法の開発。(2)東北沿岸を中心とした2種の分布様式の解明。(3)マイクロサテライトマーカーの開発による2種の遺伝的集団解析。(4)飼育実験による2種の成長、夏眠、繁殖特性の解明に取り組んでいる。この結果、本年度は以下の実績を得た。(1)ミトコンドリアDNAのCOI領域のRFLP解析による種判別法を作製し、学術論文として取りまとめFisheries Science誌に発表した。(2)愛知、福島、宮城、大槌における種組成を比較したところ、いずれも場所にも2種が出現するものの、北へいくほどA. heianの割合が増えること、また既報の形態学的差違(脊椎骨数)は環境によって決定される「ジョルダンの法則」の一例であることが明らかになった。この成果は学術論文として取りまとめJournal of Fish Biology誌に発表した。(3)同様の研究を進めていた広島大学のグループと共同研究を展開し、11のマイクロサテライトマーカーを用いて瀬戸内海5地点および日本沿岸6地点のA. japonicusの集団解析を行ったところ、西日本、北海道/青森、岩手の3つの異なる遺伝的クラスターの存在が示唆された。この成果は、「日本沿岸におけるイカナゴAmmodytes japonicusの遺伝的集団構造の解明」として平成28年度日本水産学会秋季大会(近畿大学農学部)にて発表した。(4)平成28年5月に大槌湾で採集したイカナゴ当歳魚を国際沿岸海洋研究センターの飼育施設に収容し、肥満度および成熟状態に関する継続的な観察を実施し、予備的な知見を得ている。実績欄に記載したように、本年度の研究は順調に進展している。特に、北里大学海洋生命科学部・吉永龍起准教授、阿見彌典子講師らのグループとの連携によりサンプルの解析や公表に向けた取りまとめを加速することができた。このため、本年度は国際学術誌に2報、国内学会における2報の報告を行うことができた。

また、仙台湾で採集した夏眠魚標本を解析したところ、イカナゴ属2種が同じ場所で夏眠すること、どちらの種にも当歳魚と1歳魚が混在し、大型の当歳魚(TL:92.2mm以上)と1歳魚すべての生殖腺に発達が認められることが明らかになっている。加えて、国際沿岸海洋研究センターで飼育中の個体の解析にも着手し、予備的な知見が得られつつある。一方、本年度は海底砂泥の環境DNAによる夏眠場所の特定を試みたが、水深40-50mと推定される夏眠場所の環境DNA解析用砂泥サンプルの採集方法およびイカナゴ専用プライマーの設計など解決すべき問題が明らかになった。2015年に行われた分類学的再検討により、我国の重要な水産資源であるイカナゴは2種(Ammodytes japonicusおよびA. heian)からなることが指摘された。これまで単一種と扱われてきたA. personatusは両種を混同していたものであり、詳細な地理分布を含む従来の生態学的知見の見直しが急務となっている。そこで本研究は、東北沿岸を中心とした2種の分布様式並びに特に脊椎骨数に着目した形態学的比較研究を行った。その結果、愛知、福島、宮城、大槌における種組成を比較したところ、いずれも場所にも2種が出現するものの、北へいくほどA. heianタイプの割合増えること、また既報の形態学的差違(脊椎骨数)は環境によって決定される「Jordanの法則」の一例であることが明らかになった。この成果は「Geographic distribution and environmental control of vertebral count in Ammodytes spp. along the northern Pacific coast of Japan」としてJournal of Fish Biology誌に公表した。また、北里大学と協働で実施した仙台湾における夏眠魚の分布および成熟状態の調査においてA. japonicusおよびA. heianに特筆すべき生理・生態学的差異は認められなかった。この成果は、「田中千香也,原知帆,白鳥史晃,阿見彌典子,稲田真一,青山潤,吉永龍起.仙台湾におけるイカナゴ属2種の夏眠と性成熟」として、平成29年度日本水産学会春季大会(東京海洋大学)にて発表した。現在は広島大学と共同で実施しているマイクロサテライトマーカーの開発による2種の遺伝的集団解析および北里大学との協働による飼育実験に基づく2種の成長、夏眠、繁殖特性の解明に取り組んでいる。単一種と扱われてきた我が国のイカナゴに2種(Ammodytes japonicusおよびA. heian)が含まれることが指摘された。これまでの生物・生態学的知見は両種を混同したものであり、イカナゴ資源の保全や利用を考える上で、それぞれの詳細な地理分布を含む従来の生態学的知見の見直しが急務となった。そこで本研究は、東北地方太平洋岸を中心にイカナゴ2種の分布、形態などの基礎知見を明らかにした。愛知から東北太平洋岸における両種の分布は北へ行くほどA. heianが増えるクラインを構成していること。また、遺伝的には明確に区分される2種の脊椎骨数が遺伝では無く環境によって決定していることが示唆された。マイクロサテライトマーカーの単離および集団解析を広島大学と協働としたこと。
回折超音波の干渉効果を利用した鋼構造部材界面クラックの定量的評価法に関する研究

本研究の目的・実施計画に沿って得られた成果を要約すると次のようになる.1.界面クラックによる遠方散乱振幅の評価手法の開発三段階から成る開発手順:1)自由場の決定,2)界面クラック近傍場の決定,3)遠方散乱場の評価手法の開発,に従い界面クラックによる遠方散乱振幅の評価手法の開発が完了した.2.回折波近似の導入と界面クラック長の推定式の導出上記1.の実行過程で得た遠方散乱振幅の積分表現に高周波(回折波)近似を導入し,界面クラック長の推定式を導出した.この推定式を利用すれば,送信側と受診側センサーの角度を決めて超音波を送信し,クラックにより散乱された波動の散乱振幅周期を計測すればクラック長が推定できる.3.回折波近似の有効周波数帯域の確認界面クラック長の推定式は高周波数域の近似を基に導出されたため,推定式の有効周波数帯域について先に開発した界面クラックによる遠方散乱場の評価技術を基に調べた.この結果,近似推定式はかなり低周波数域においても適用可能であることがわかった.もちろん,近似的にである.4.界面クラックを有する試験片による散乱振幅の周期性の計測とクラック長の推定部材界面に入ったクラックを有する鋼試験片を用いて,散乱振幅の周期性を計測し,推定式を利用してクラック長を推定した結果,実際のクラック長との良い一致をみた.本研究の目的・実施計画に沿って得られた成果を要約すると次のようになる.1.界面クラックによる遠方散乱振幅の評価手法の開発三段階から成る開発手順:1)自由場の決定,2)界面クラック近傍場の決定,3)遠方散乱場の評価手法の開発,に従い界面クラックによる遠方散乱振幅の評価手法の開発が完了した.2.回折波近似の導入と界面クラック長の推定式の導出上記1.の実行過程で得た遠方散乱振幅の積分表現に高周波(回折波)近似を導入し,界面クラック長の推定式を導出した.この推定式を利用すれば,送信側と受診側センサーの角度を決めて超音波を送信し,クラックにより散乱された波動の散乱振幅周期を計測すればクラック長が推定できる.3.回折波近似の有効周波数帯域の確認界面クラック長の推定式は高周波数域の近似を基に導出されたため,推定式の有効周波数帯域について先に開発した界面クラックによる遠方散乱場の評価技術を基に調べた.この結果,近似推定式はかなり低周波数域においても適用可能であることがわかった.もちろん,近似的にである.4.界面クラックを有する試験片による散乱振幅の周期性の計測とクラック長の推定部材界面に入ったクラックを有する鋼試験片を用いて,散乱振幅の周期性を計測し,推定式を利用してクラック長を推定した結果,実際のクラック長との良い一致をみた.本年度は理論解析を先行させ,弾性波動解析に基づいた界面クラック長の推定式の導出を基本計画とした.以下,本年度の研究計画に沿って実績を要約する.[1]界面クラックによる遠方散乱振幅の評価手法の開発この過程は,界面クラックの近似評価式の基となると同時に,近似評価式の適用限界を確認するための基礎となるものであり,次の手順により研究を遂行した.1)自由場の決定,2)界面クラック近傍場の決定,3)遠方散乱場の評価手法の開発上記手順において,自由場は解析的に,近傍場は境界要素法により,遠方散乱場はグリーン関数を利用することにより,界面クラックによる遠方散乱振幅の評価手法の開発が完了した.[2]回折波近似の導入と界面クラック長の推定式の導出上記[1]の3)の実行過程で得た遠方散乱振幅の積分表現を基に,本研究のポイントとなる回折波近似を導入し,界面クラック長の推定式を導出した.この推定式は,送信側と受信側のセンサーの角度と受信側センサーで得られた散乱振幅の周期が与えられればクラック長が推定できる構造となっており,散乱振幅の周期性を実験計測により確定しさえすればクラック長が推定可能となる.[3]周波数可変計測システムの構築と予備実験上記[2]で得た推定式により界面クラック長を実際に推定するには,散乱振幅の周期性を計測する必要があり,現有機器を活用して周波数軸上で散乱振幅を計測するシステムを構築し,予備実験を開始した.本年度の研究実施計画に沿って実績を要約する.1.回折波近似の有効周波数帯域の確認昨年度の研究で得た界面クラック長の推定敷設は高周波数域において成立する回折波近似を基に導出された.これを実験計測で利用するためには,適用周波数帯域を確認しておく必要がある。昨年度開発した界面クラックによる遠方散乱場の評価技術を利用して適用範囲を調べた結果,近似推定式は,工学上かなりの低周波域においても適用可能であることがわかった。2.界面クラックを有する試験片による散乱振幅の周期性の計測部材界面に沿って入ったクラックと界面から傾いて鋼材内部に向かって入ったクラックを有する鋼試験片を用いて,散乱振幅の周期性を計測した.計測上,極小値がシャープであり,散乱振幅の周期性を計測するには、極大値に着目するよりも極小値に着目するほうが精度が良いことが明かになった.3.計測による散乱振幅の周期性と解析による散乱振幅の周期性の対応関係の確認計測と散乱波動解析により得た散乱振幅の周期性を比較し,両者の良い一致を見た.

4.界面クラック評価式の計測システムへの導入とクラック長と傾きの推定法の提案クラック長と傾きの推定式を利用すれば,入射波動の入射角と散乱波動の観測角を決めて波動計測行い,散乱振幅の極小値間の周波数を算定すればクラック長と傾きが決定できる.この推定式は比較的単純であり,これを計測システム内のパソコンに組み込むことによりクラック長と傾きの推定法を提案した.
NiAs型遷移金属カルコゲン化合物の電子構造の研究

3d遷移金属化合物,とりわけVIb族(O, S, Se, Te)の元素と遷移元素から作られる金属間化合物の電子構造の研究が最近活発に行われている. Fe, Co, Ni等の3d遷移金属AとカルコゲンX(=S, Se, Te)とのAX型化合物はNiAs型構造をとる.この構造では各A原子は歪んだ八面体の頂点にある6個の隣接X原子により配位されているが, X原子の6個の隣接原子は三角柱の頂点に存在する.この三角柱配位はカルコゲンのd準位がそのp準位と混じってp^3d^3の混成軌道(三方柱的)を作り,遷移金属の八面体的軌道d^2sp^3と重なっていると考えられる.そこで本研究ではFeS, CoS, CoSe, NiS, NiSeのFe, Co, NiK吸収スペクトル(伝導帯のp状態を反映する)を精密測定した.同時に金属Fe, Co, Niとその酸化物CoD, NiO(Nacl型)のFe, Co, NiK吸収スペクトルも測定し, NiAs型化合物のスペクトルと比較した.得られた結果は次の通りである.1.CoOとCoSのスペクトルの形状は似ている.同様のことがNiOとNiSのスペクトルの間に見られる.2.CoSeはCoS(又はCoD)と異なったスペクトル形状を示し,金属Coのスペクトルと似ている.同様のことがNiの場合に見られる.3.金属FeとFeSのスペクトルは互いに似ている.以上のことからFeS, CoSe, NiSeのフェルミー準位の上の電子状態は金属のFe, Co, Niのそれと似ており,上記化合物のスペクトルはVIb族元素の電気陰性度に強く影響されることが分った.FeS, CoS, NiSのSK吸収スペクトルは結晶ポテンシャルを用いた多重散乱法で計算し,実験結果とよい一致を得た.3d遷移金属化合物,とりわけVIb族(O, S, Se, Te)の元素と遷移元素から作られる金属間化合物の電子構造の研究が最近活発に行われている. Fe, Co, Ni等の3d遷移金属AとカルコゲンX(=S, Se, Te)とのAX型化合物はNiAs型構造をとる.この構造では各A原子は歪んだ八面体の頂点にある6個の隣接X原子により配位されているが, X原子の6個の隣接原子は三角柱の頂点に存在する.この三角柱配位はカルコゲンのd準位がそのp準位と混じってp^3d^3の混成軌道(三方柱的)を作り,遷移金属の八面体的軌道d^2sp^3と重なっていると考えられる.そこで本研究ではFeS, CoS, CoSe, NiS, NiSeのFe, Co, NiK吸収スペクトル(伝導帯のp状態を反映する)を精密測定した.同時に金属Fe, Co, Niとその酸化物CoD, NiO(Nacl型)のFe, Co, NiK吸収スペクトルも測定し, NiAs型化合物のスペクトルと比較した.得られた結果は次の通りである.1.CoOとCoSのスペクトルの形状は似ている.同様のことがNiOとNiSのスペクトルの間に見られる.2.CoSeはCoS(又はCoD)と異なったスペクトル形状を示し,金属Coのスペクトルと似ている.同様のことがNiの場合に見られる.3.金属FeとFeSのスペクトルは互いに似ている.以上のことからFeS, CoSe, NiSeのフェルミー準位の上の電子状態は金属のFe, Co, Niのそれと似ており,上記化合物のスペクトルはVIb族元素の電気陰性度に強く影響されることが分った.FeS, CoS, NiSのSK吸収スペクトルは結晶ポテンシャルを用いた多重散乱法で計算し,実験結果とよい一致を得た.近年、3d遷移金属化合物,とりわけVb族,V1b族などの元素と遷移元素から作られる金族間化合物の電子構造の研究が活発に行われている。Fe,Co,Ni等の3d遷移金属とカルコゲン(S,Se,Te等)とのAX型化合物はNiAs型構造をとる。この構造では各A原子は歪んだ八面体の頂点にある6個の隣接X原子により配位されているが、X原子の6個の隣接A原子は三角柱の頂点にある。この三角柱配位はカルコゲンのd準位がP準位と混じって【P^3】【d^3】の混成軌道を作り、遷移金属の八面体的軌道【d^2】【SP^3】と重なっていると考えられる。そこで本年度はNiS,NiSe化合物のNiのX線に吸収スペクトル(伝導帯のP状態を反映する)を精密測定した。同時に金属Niと酸化物NiO(NaCl型)のNiのK吸収スペクトルも測定し、NiAs型化合物からのスペクトルと比較した。得られた結果は次の通りである。(1)NiOとNiSのスペクトルの形状は似ている。(2)NiSeはNiS(又はNiO)と異なったスペクトル形状を示し、金属Niのスペクトルといくらか似ている。以上のことからNiO,NiS,NiSeのNiのK吸収スペクトルは非金属元素(O,S,Se)電気陰性度に強く影響されることが分かった。又、金属Niと上記化合物のNiのK吸収スペクトルは短距離秩序多重散乱法で説明できることが分かった。(2)Pd【L_(III)】とClK吸収スペクトルの第1吸収ピークは【Pd2_(p3/2)】とCl1sレベルから【D_(4b)】対称をもった正方平面錯体の分子軌道【b_1】(【α^x】)への遷移によることが分かった。
メカニカルストレスによる破骨細胞抑制機構の解明

身体不活動の状況が長期間にわたり継続すると、骨組織に対するメカニカルストレスのため骨量は著しく減少し、不動性骨粗しょう症を発症する。この骨量減少では、これまで知られている骨細胞の影響に加えて、破骨細胞への直接的な作用があることを見出したことから、本研究では、1破骨細胞特異的なノックアウトマウスの作成と解析、2ノックアウトマウス由来の破骨細胞を用いたシアストレス負荷実験、3シアストレスによる活性化メカニズムの解析、を通じて仮説の真偽を検証し、身体活動による骨量低下抑制の分子メカニズムを明らかにする。
犬と猫の腎疾患におけるCOXとRA系を介した新規病態解明と診断治療法開発

犬と猫の腎疾患の病態解析、特に、シクロオキシゲナーゼ(COX)とレニン・アンジオテンシン(RA)系の関与を解析した。その結果、腎疾患の進行には腎臓内COXとRA系が複雑に関与しており、その機序は犬と猫で異なることが明らかになった。また、モデルマウスを用いた解析では、COX阻害剤であるピロキシカムには腎保護作用があり、その作用にはTGF-βの発現抑制が関与することが示唆された。1.犬および猫の腎疾患の病態におけるRA系/COXの関係:剖検により得た犬23頭,猫13頭の腎臓を病理組織学的および免疫組織化学的に検索した。免疫染色はレニン,アンジオテンシンII(Ang II),シクロオキシゲナーゼ(COX)-1および-2について行った。腎病変と各々の免疫反応は定量的に評価した。レニンの陽性スコア:犬,猫とも,如何なる病変パラメータとの間に有意な相関を認めなかった。Ang IIの陽性スコア:犬では間質の陽性スコアがすべての病変パラメータと有意な相関を示した。猫では尿細管の陽性スコアが糸球体硬化および細胞浸潤スコアと有意な相関を示した。COX-1の陽性スコア:犬,猫とも,如何なる病変パラメータとの間に有意な相関を認めなかった。COX-2の陽性スコア:犬では緻密斑の陽徃率と糸球体のサイズとの間に有意な相関が認められた。猫では陽性緻密斑を付随する糸球体は院生緻密斑を付随する糸球体に比べて硬化スコアが有意に高かった。以上の結果は,犬と猫の腎疾患の病態発現にはRA系とCOXが関与するが,そのメカニズムには種差があることを示唆している。2.健常犬の腎臓のレクチン結合パターン:新規診断治療マーカー探索のためのツールとしてレクチンについて検討を始めた。本年度は,健常犬の腎臓におけるレクチン結合パターンを解析し,病態解析に向けての基礎データを作成した。3.腎疾患モデルに対するCOX阻害剤の効果:片側尿管結紮マウスの尿細管間質傷害に対するCOX阻害剤の影響について検索を始めた。サンプリングが終了し,現在データの解析中である。平成23年度は以下の研究成果を得た。1.病理組織学的解析:腎生検により得られたイヌ4頭、猫1頭の腎臓を解析した。その結果、イヌでは膜性腎症と膜性増殖性糸球体腎炎が各々2例ずつであり、猫の1例は腎アミロイド症であった。特に、猫の腎アミロイド症はアミロイドが糸球体ではなく、間質に沈着するまれなタイプであった。2.分子病理学的解析:TGF-β、PAI-IおよびACEの発現を解析するための基礎実験を行った。使用可能な抗体のリストアップが難航したが、アンジオテンシン変換酵素(ACE)においてはイヌとネコの両方で使用可能な抗体を見出し、免疫染色による検出方も確立した。3.レクチンを用いた解析:平成22年度の検索ではRCA-Iレクチンが糸球体毛細血管にheterogeneousな染色性を示すことを明らかになったため、本年度はこのRCA-Iレクチンが犬と猫の腎疾患における組織化学的機能マーカーになり得るのか検討を行った。その結果、犬では,様々な程度で糸球体毛細血管内皮にRCA-I陽性反応が観察され、その反応強度には尿細管円柱との関連が認められた。一方,猫では,糸球体毛細血管にRCA-I陽性反応は認められなかった。以上の結果から,犬の腎疾患においてRCA-Iが糸球体毛細血管の透過性亢進を反映する組織化学的マーカーになり得ると考えられた。4.実験動物を用いた解析:片側尿管結紮モデルマウスを作製し、アスピリン、ピロキシカムおよびメロキシカム投与の影響を検索した。その結果、いずれの薬剤の投与も対照群に比べて腎病変を悪化させることはなかった。一方で、組織学的には明らかな改善も認められなかった。今後、更に詳細なメカニズムを解析する予定である。平成24年度は以下の研究成果を得た。1.病理組織学的解析:3頭犬の腎臓を新規に解析した(1頭は腎生検、2頭は死後直後のサンプリング)。2頭は膜性増殖性糸球体腎炎であり、1頭は腎異形性であった。腎異形性の犬種は家族性が疑われるため、現在、家系などを調査中である。2.分子病理学的解析:22頭の犬および13頭の猫の腎臓について、アンジオテンシン変換酵素(ACE)およびACEのホモログであるACE2について免疫組織化学的に解析した。まず、正常な腎臓におけるACEとACE2の局在について検索を行なった。ACEとACE2は、ともに近位尿細管上皮の刷子縁に存在しており、犬と猫で大きな動物種差は認められなかった。ACE2は、犬猫ともに、遠位尿細管や集合管にも存在していた。腎疾患(慢性腎臓病)についてみると、ACEに対する陽性反応は減弱するケースが多かった。この傾向は、特に犬で顕著であった。

ACE2では、近位尿細管よりも遠位尿細管や集合管で腎疾患による影響があり、染色性が強くなるケースが認められた。この傾向は、犬よりも猫で顕著であった。この結果から、犬と猫の腎疾患の発現・進行メカニズムにはACEとACE2の発現が関与しているが、それには動物種差が存在することが明らかになった。3.実験動物を用いた解析:平成23年度の検索から、片側尿管結紮(UUO)モデルマウスで起きる尿細管間質障害に対してピロキシカムが抑制効果を示すことが明らかになっている。平成24年度の解析では、そのメカニズムを明らかにするために、線維化に関与する因子として、レニン、アンジオテンシンII、ベータ型変異増殖因子(TGF-β)、プラスミノーゲン活性化抑制因子(PAI)-1について免疫組織化学的解析を行なった。その結果、ピロキシカムはTGF-βの発現を抑制することで尿細管間質障害を抑制することが示唆された。本研究は、1)犬と猫の臨床例から得られた腎臓組織の病理学的および分子病理学的解析、2)実験動物を用いた解析の2通りの研究を予定していた。これまでのところ、その双方から比較的順調に研究成果が得られている。24年度が最終年度であるため、記入しない。臨床例の腎生検あるいは病理解剖により得られた腎臓の病理組織学的検索を継続して行う。分子病理学的解析は、平成23年度の基礎実験により犬と猫での解析が可能と考えられたアンジオテンシン変換酵素(ACE)に関する検索を行う。実験動物を用いた検索では、COX阻害薬が腎臓のレニン・アンジオテンシン系に及ぼす影響を検索する。次年度は本研究計画の最終年度であり、本研究で得ちれた結果を総括する。
固体表面における電子励起誘起原子放出

本研究の目的は固体内部に自己捕獲励起子が生成されず電子励起による欠陥が生じない物質においても表面で価電子励起による原子放出が起ること,およびその機構を明らかにすることである.そこで光吸収による熱的効果を避けるため間接バンドギャップ半導体であるGaP結晶正試料に用いその清浄表面へのレーザー光照射による原子放出および表面構造変化の測定を行った.表面構造変化は照射前後の表面をLEEDにより測定し,原子放出はレーザー光による共鳴イオン化法を用いたGa原子放出の測定を行った.GaP(iii)表面について本研究で得た結論は以下の通りである.1.間接バンドギャップエネルギー近くのレーザー光の熱的効果を無視出来る照射強度で電子励起による原子放出および表面構造変化を起す.2.間接バンドギャップエネルギー近くに原子放出および構造変化を強く誘起する表面励起準位がある.3.Ga原子放出と表面構造変化は照射強度に対して強い非線形的依存性を示し,ともに同一の照射強度しきい値を持つ.このことはこれら二つの現象が高密度電子励起効果により誘起されることを示している.4.実測されたGa原子放出量は構造変化より推算された原子数より5桁あまり少ない.このことは照射により起る原子放出はP原子が主要でGa原子は殆んど表面にとどまることを示していると思われる.5.照射により構造変化した表面はしきい値以下の照射強度でGa原子を放出する.この現象は構造変化後に表面上に残存するGa金属が熱的に蒸発することによると思われ, 4.での推論を強く支持する.6.原子放出の詳細な機構を明らかにするためには,放出の主要元素であるP原子の高感度測定が必要である.本研究の目的は固体内部に自己捕獲励起子が生成されず電子励起による欠陥が生じない物質においても表面で価電子励起による原子放出が起ること,およびその機構を明らかにすることである.そこで光吸収による熱的効果を避けるため間接バンドギャップ半導体であるGaP結晶正試料に用いその清浄表面へのレーザー光照射による原子放出および表面構造変化の測定を行った.表面構造変化は照射前後の表面をLEEDにより測定し,原子放出はレーザー光による共鳴イオン化法を用いたGa原子放出の測定を行った.GaP(iii)表面について本研究で得た結論は以下の通りである.1.間接バンドギャップエネルギー近くのレーザー光の熱的効果を無視出来る照射強度で電子励起による原子放出および表面構造変化を起す.2.間接バンドギャップエネルギー近くに原子放出および構造変化を強く誘起する表面励起準位がある.3.Ga原子放出と表面構造変化は照射強度に対して強い非線形的依存性を示し,ともに同一の照射強度しきい値を持つ.このことはこれら二つの現象が高密度電子励起効果により誘起されることを示している.4.実測されたGa原子放出量は構造変化より推算された原子数より5桁あまり少ない.このことは照射により起る原子放出はP原子が主要でGa原子は殆んど表面にとどまることを示していると思われる.5.照射により構造変化した表面はしきい値以下の照射強度でGa原子を放出する.この現象は構造変化後に表面上に残存するGa金属が熱的に蒸発することによると思われ, 4.での推論を強く支持する.6.原子放出の詳細な機構を明らかにするためには,放出の主要元素であるP原子の高感度測定が必要である.レーザー光などによる化合物半導体および絶縁体表面の価電子励起が誘起する原子放出の機構を解明するためには、原子放出に到る励起状態の特定およびプリカーサー状態の構造を明らかにする必要がある。このためには脱離収量の光子エネルギー依存スペクトルおよび脱離の角度分布測定が非常に有効な手段と考えられる。一方、これらの測定は表面状態に敏感に依存すると思われるため、よく制御された表面を用いなければならず、原子放出の結果としての表面構造変化の測定はもう一つの重要な手段となる。このような立場から本年度は先ず化合物半導体GaP結晶のよく制御された(111)清浄表面へのレーザー照射による表面構造変化の光子エネルギー依存スペクトルの測定を行った。(111)清浄表面の(17×17)再構成構造がある照射強度閾値以上で(1×1)構造に変化する。この閾値の光子エネルギー依存性をGaP結晶の間接バンド間遷移エネルギーEin近傍(2.2eV)より直接バンド間遷移エネルギーEα近傍(2.8eV)の間で調べた。このエネルギー範囲内では閾値は同一オーダーにとどまるがEin近傍に強いデップが存在することを明らかにした。バルク結晶の光吸収係数はEin近傍にこのデップに対応するような構造を持たぬこと、大きさがEd近傍の二百分の一に近いこと、さらに測定された表面構造変化が表面第一層近傍であることから、測定結果はレーザー照射による表面電子励起スペクトルであると結論出来る。即ち、GaP(111)表面にはEin近傍に原子放出および表面構造変化にかゝわる表面基礎励起又は表面励起子準位が存在することを明らかにした。この種の励起スペクトルは他の手段での測定例が未だない。現在、表面構造変化測定にくらべ感度のより高い共鳴イオン化法によるレーザー誘起脱離の実験を行いつつあり、より詳細な励起スペクトルおよび脱離の角度分布の測定を進めている。