hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ミトコンドリアゲノムの維持と発がん防御

ミトコンドリアDNAの酸化障害と発がんDNA酸化障害の最も代表的な指標は酸化型グアニン塩基8-oxo-guanine(8-oxoG)である。現在、電気化学発光やマススペクトロメトリーを用いた方法が用いられているが、この方法では遺伝子特異的なDNA酸化障害を評価できない。大腸菌のMutMおよびMutYはそれぞれC:8-oxoGおよびA:8-oxoGを切断し、5′側に燐酸基を持つ断端を作りだす。そこで、目的の遺伝子に特異的なプライマーを設計し、このMutMおよびMutYで切断されたDNA鎖をLMPCR法で増幅することで遺伝子特異的なDNA酸化障害を評価を試みた。この方法により、ミトコンドリアDNAでは8-oxoGはC:8-oxoGではなく、A:8-oxoGの形で蓄積しているとの結果を得た。また、ミトコンドリアDNA酸化障害が関係することが知られているパーキンソン病患者においても、酸化型dGTPである8-oxo-dGTPを加水分解する8-oxo-dGTPaseである大腸菌MutTのヒトホモローグhMTH1が過剰発現していること、また、心不全モデルでも、ミトコンドリアおける活性酸素産生とミトコンドリアDNAの障害ならびにMTH1の過剰発現を見いだした。これらは、活性酸素による慢性的な酸化ストレスでは、ミトコンドリアDNAの障害が重要な病態であることとMTH1がDNA酸化障害防御における重要性を示唆している。ミトコンドリアDNAの酸化障害評価法とミトコンドリアDNA複製速度評価法の確立にほぼ成功した。本研究助成によって得られた知見と方法により、今後、ミトコンドリアDNA酸化障害やミトコンドリアDNA異常と発がん防御との関係をさらに明らかにすることが可能になると考えている。
状態監視保全におけるモニターの最適設計に関する研究

機器の経過時間のみに基づく従来の時間計画保全は、故障率が一定の場合には適用できない。この場合、近年の新しい保全方式として誕生したセンサーやモニター信号に基づく状態監視保全が有用となる。本研究では、システムの劣等状態がマルコフ過程に従い、その真の状態Sは、外部より観測不可能とする。この時、真の状態Sに対し、モニターの状態Mが確立的に与えられ、この情報に基づき対象とするシステムへのアクションを施す。この時、次の検討を行った。(1)警報を発する閾値を可変とする複数個のモニターにより、最適モニターを設計する。(2)3個以上のモニターが与えられた場合の、モニターの閾値の最適化を図る。以上を、統計的意思決定論の枠組みにて定式化し、その結果モニター数3および4個の場合につき各モニターの閾値は等しくすることにより、最適方策が与えられることが示された。
サブナショナル権威主義の一帰結―上院におけるキャリアパスと議員行動の比較分析―

地方政治における民主主義の程度の多様性や変化は、国政にどのような影響を与えるのであろうか。新興民主主義国の地方への権威主義の残存を扱う「サブナショナル権威主義」(subnational authoritarianism)研究はその測定方法や維持・変化のメカニズムを中心に展開されており、権威主義的な地方の存在が各国の民主制度に与える影響を明らかにしていない。そこで、連邦制を採るアルゼンチンとブラジルの上院議員の委員会と本会議での行動を分析し、彼らの選出された州の民主主義の程度が立法過程の各段階での議員行動に与える影響を明らかにする。制度的類似性が高いものの多様性のある両国の国家間比較と地域間比較を行い、他地域の事例にも含意のある地方レベルにおける民主主義の程度と国会議員の行動パターンの関係の一般化を目的とする。2018年度は、理論枠組みの洗練化作業とデータ収集作業を前年度に引き続き行うと同時に、最終成果となる論文草稿を執筆した(2019年度にアメリカ中西部政治学会(MPSA)をはじめとする国際学会で発表予定)。また、博士課程在籍時より継続してきたアルゼンチン上院研究に本研究プロジェクトの成果の一部も加える形で単著を公刊し、その概要をアルゼンチンのトルクアト・ディ・テラ大学で発表した。さらに、サブナショナル権威主義に関する考察も含めた新興国における民主主義の様相に関する論考も、本の一章として出版することができた。これらの研究活動を通じて本研究プロジェクトを深めることができたが、最終年度に向けて検討すべき課題として、州知事の前回選挙における得票率をマシーンの強さを測定する変数として利用することの妥当性、国政レベルにおける憲法改正・修正の影響を検討する必要性などが浮上した。最終年度はこれらの点に留意しつつ研究を進めていく必要があろう。上院議員のキャリアパスデータ・委員会データの収集作業とインタビューはまだ完了していないが、すでに最終成果となる論文草稿を執筆することができ、また、アルゼンチン上院研究に関する単著等も公刊することができた。よって、全体としては、おおむね順調に進展していると評価することができる。最終年度となる2019年度は、アルゼンチン・ブラジル両国の上院議員のキャリアパスデータと委員会データの収集作業とインタビューを終えると同時に、最終成果の執筆・修正・発表を行う。初年度である2016年度は、主にサブナショナル権威主義研究や議会研究に関する近年の研究動向を整理した。また、国政レベルもしくは地方政治レベルの何らかの要因が、他のレベルの選挙結果に影響する「便乗効果」に関する既存の研究についても検討し、その一環として2015年のアルゼンチンの各選挙のケーススタディを行った。その結果、ブエノスアイレス州知事選の結果が、大統領選における与党連合敗北の一因となった可能性が明らかになった。すなわち、GDP成長率の鈍化とインフレの進行、「農業レント」の減少などの他に、フェルナンデス官房長官が大票田であるブエノスアイレス州の知事選で敗れたことの国政選挙への「負の影響」を想定することができるのである。今後は、州政治から国政への「便乗効果」の存在を考慮しつつ、理論枠組みの洗練化や各種データ収集を進めていくことが課題となる。2016年度の研究実施計画のうち、理論的考察に関しては、サブナショナル権威主義研究や議会研究に関する既存の研究の整理については当初の計画案通りに実施し、さらに「便乗効果」に関する先行研究を検討することができた。しかしその一方で、予定していた現地調査を実施することができなかったため、データ収集を中心に当初の計画より進捗が遅れている部分がある。2017年度はなるべく早い時期に遅れを取り戻す予定である。2017年度は、前年度に行った研究動向整理に基づく理論枠組みの洗練化作業と、現地調査によるデータ収集作業を行った。また、収集したデータの一部を利用して、ブラジルのアジア系議員のキャリアパスに関する査読付き論文を発表した。

これらの研究活動を通じ、本研究課題で使用するアルゼンチン・ブラジル両国のキャリアパスデータをある程度整備することができたが、同時に国会議員と地方政治との関係の「多様性」を検討する必要性も浮き彫りとなった。例えば、アルゼンチンのブエノスアイレス州には、有力な国会議員と地方議員とが垂直的な関係にある地域と、国会議員によって構築されたマシーンが選挙の競争性の高まりによってほとんど崩壊してきている地域とがある。また、ブラジルのアジア系議員はヨーロッパ系議員と比べて自らの属するエスニック集団に依存した選挙キャンペーンを行い、マシーンの構築方法も異なると考えられている。今後は、以上のような各国内の「多様性」にも留意しつつ研究活動進めていくことが課題となる。2017年度の研究実施計画のうち、理論的考察に関しては、前年度のサブナショナル権威主義研究や議会研究に関する既存の研究の整理に基づく理論枠組みの洗練化作業を、当初の計画案通りに実施することができた。また、データ収集に関しては、ブラジルの上院議員のキャリアパスデータと委員会データの双方の収集作業を2017年度中に完了するという当初目標は達成されていないものの、アルゼンチンの上院議員のキャリアパスデータの収集に当初計画よりも早く従事することができたのと同時に、ブラジルのアジア系議員のキャリアパスに関する査読付き論文を発表することができた。よって、全体としては、おおむね順調に本研究課題に取り組むことができているものと思われる。地方政治における民主主義の程度の多様性や変化は、国政にどのような影響を与えるのであろうか。新興民主主義国の地方への権威主義の残存を扱う「サブナショナル権威主義」(subnational authoritarianism)研究はその測定方法や維持・変化のメカニズムを中心に展開されており、権威主義的な地方の存在が各国の民主制度に与える影響を明らかにしていない。そこで、連邦制を採るアルゼンチンとブラジルの上院議員の委員会と本会議での行動を分析し、彼らの選出された州の民主主義の程度が立法過程の各段階での議員行動に与える影響を明らかにする。制度的類似性が高いものの多様性のある両国の国家間比較と地域間比較を行い、他地域の事例にも含意のある地方レベルにおける民主主義の程度と国会議員の行動パターンの関係の一般化を目的とする。2018年度は、理論枠組みの洗練化作業とデータ収集作業を前年度に引き続き行うと同時に、最終成果となる論文草稿を執筆した(2019年度にアメリカ中西部政治学会(MPSA)をはじめとする国際学会で発表予定)。また、博士課程在籍時より継続してきたアルゼンチン上院研究に本研究プロジェクトの成果の一部も加える形で単著を公刊し、その概要をアルゼンチンのトルクアト・ディ・テラ大学で発表した。さらに、サブナショナル権威主義に関する考察も含めた新興国における民主主義の様相に関する論考も、本の一章として出版することができた。
第1番染色体に連鎖する新規遺伝性ニューロパチーの分子基盤解明

臨床的・遺伝的に新規の家族性ニューロパチー(通常のタイプと異なり、下肢近位筋優位の筋力低下、排尿障害、発作性乾性咳嗽を特徴とする)の責任遺伝子変異を同定するための遺伝解析を、1家系19人を対象として行った。連鎖解析の結果、責任遺伝子変異は第1番染色体の37.1 Mbの領域内に存在することがわかった。また、エクソーム解析により、IQGAP3遺伝子のイントロン27のスプライスサイトの点変異が候補として残った。この塩基の進化的保存性をみたところ、脊椎動物全般で保存されていた。さらに、患者ではIQGAP3のスプライス異常が生じていることが特異的PCRによって示され、責任遺伝子変異であると考えられた。1)罹患者におけるIQGAO3遺伝子の異常スプライス産物発現の検出まずIQGAP3がコントロールリンパ球cDNAに発現していることを確認後、さまざまなプライマーペアにて異常スプライス産物の検出を試みた。その結果、本来イントロンであると考えられていた部位がコントロールcDNAでも存在することが判明した。さらなる検索の結果、当該部位はnon coding RNA内にあることが判明した。このnon coding RNA内の一塩基変異がIQGAP3や他の遺伝子の発現の発現を変化させているという仮説が推測された。2)改良版のキットを用いたエクソーム解析改良版のキットを用い、新たに患者1名・家系内健常者1名エクソーム解析を行ったが、新たな結果は得られず、IQGAP3の当該変異が候補として残った。3)新たな家系メンバーのリクルートと連鎖解析新たに4名を加え、連鎖解析を行ったが、領域の更なるしぼりこみにはいたらなかった。4)フラグメント解析による異常伸張リピートをもつ遺伝子探索CAG/CTGが10リピート以上の部位は連鎖領域内に5箇所あったため、すべてにおいてフラグメント解析を行ったが、患者と健常者で違いは認められなかった。1)連鎖解析:平均0.1cM間隔のSNPマーカーを用いて連鎖解析を再計算したところ、責任遺伝子変異の連鎖領域がrs1341580からrs16837709の37.1 Mbの領域に狭められた。われわれが注目しているIQGAP3遺伝子はこの連鎖領域内に存在している。2)罹患者におけるIQGAP3遺伝子の異常スプライス産物発現の検出:前年度の段階で、責任候補遺伝子変異が存在するイントロン27にnon coding RNAが存在することが明らかになったため、エクソン26とエクソン29にプライマーペアを設定し、イントロン28がスプライスされた産物が健常者cDNAで存在することをPCRによりまずは確認できた。しかし、患者cDNAでは増幅産物が得られなかった。したがって、患者では異常スプライスが生じている可能性が残された。3)リアルタイムPCR法によるIQGAP3発現解析:新たなプローブを設定し、コントロールおよび家系内健常者と家系内罹患者で比較しようとしたが、罹患者特異的に安定した発現データが得られず、患者ではIQGAP3の発現に変化が生じている可能性はやはり否定できないと考えている。4)家系内患者および罹患者の候補遺伝子変異を含むnon codingRNA領域全長のシークエンスを決定した。#リンパ球における目的の遺伝子の発現量が極端に低いため、想定をはるかに超える検体量が必要であったため、患者検体が不足し、検体の再採取を行わなくてはならなくなり、再採取をおこなった。#末梢血リンパ球でのIQGAP3発現が健常者で極めて低いことにより、発現量の定量が不可能ではないが困難である。#当初は異常スプライス産物が病因に関与していると仮定していたが、これに加えて当該変異を含むnon coding RNAが病因に関与している可能性や、さらには比較的短い塩基配列のcopy number variantが真の原因である可能性もrule outする必要が生じた。1本家系の検体収集:家系内罹患者9検体、健常者10検体の合計19検体が集まった。2連鎖解析:責任遺伝子変異の連鎖領域がrs1341580からrs16837709の37.1 Mbの領域に絞られた。3fragment解析による異常伸長repeatをもつ遺伝子探索:患者と健常者で違いは認められなかった。4Array CGHによるコピー数変異解析:患者特異的なpathogenicなコピー数多型は認められなかった。5改良版キットを用いたエクソーム解析:IQGAP3遺伝子のintron27のsplice siteの点変異(c.3422+6T>A)のみが候補として残った。この塩基は脊椎動物全般で保存されていた。6罹患者におけるIQGAP3遺伝子の異常スプライス産物の検出:exon 27とexon 28にプライマーペアを設計しPCRを行ったところ、intron 27がスプライスされた産物が健常者cDNAでは存在することが確認されたが、患者cDNAでは増幅が得られなかった。このことは、患者でスプライス異常が生じていることを示唆している。7リアルタイムPCRによるIQGAP3発現解析:末梢血由来のcDNA作成に異常がないことをRT-PCRで確認した後リアルタイムPCRを行った。家系内健常者cDNAについては安定した発現が認められたが、罹患者cDNAについては過剰発現のようにもみえたが安定したdataが得られなかった。患者ではIQGAP3の発現に何らかの変化が生じているものと考えられた。●まとめ本疾患の責任遺伝子はIQGAP3と思われるが、患者におけるスプライス産物全長が検出できていないこと、また、リアルタイムPCRによるIQGAP

3発現が患者だけで安定した結果が得られないことから別の角度からの検証が必要と思われた。現在、zebrafishでの疾患モデルの作成にとりかかっているところである。臨床的・遺伝的に新規の家族性ニューロパチー(通常のタイプと異なり、下肢近位筋優位の筋力低下、排尿障害、発作性乾性咳嗽を特徴とする)の責任遺伝子変異を同定するための遺伝解析を、1家系19人を対象として行った。連鎖解析の結果、責任遺伝子変異は第1番染色体の37.1 Mbの領域内に存在することがわかった。また、エクソーム解析により、IQGAP3遺伝子のイントロン27のスプライスサイトの点変異が候補として残った。この塩基の進化的保存性をみたところ、脊椎動物全般で保存されていた。さらに、患者ではIQGAP3のスプライス異常が生じていることが特異的PCRによって示され、責任遺伝子変異であると考えられた。#抹消血リンパ球でのIQGAP3発現に罹患者と健常者で差があるかどうかをリアルタイムPCRで調べたところ、コントロールcDNAや家系内健常者由来cDNAでは安定した結果が得られているが、患者由来cDNAでは結果が家系内健常者由来cDNAと比較して02倍となり、安定した結果が得られていない。#異常スプライス配列検出のためのPCRの結果が安定しない。#当初は異常スプライス産物が病因に関与していると仮定していたが、当該変異を含むnon coding RNAが病因に関与している可能性が浮上した。1)多数のプライマーペアを新たに設計し、引き続き異常スプライス産物検出を行う。2)患者および健常者由来のcDNAから制限酵素サイトを付加したIQGAP3 non codingRNA領域のフラグメントをプラスミドに導入し、ベクターを用いて培養神経細胞にトランスフェクションする。ついで、RNAやタンパク質を抽出し、リアルタイムPCRやウエスタンブロッティングでIQGAP3の発現を比較することでnoncoding RNAの機能的意義を検討する。さらに可能であれば、マイクロアレイを用いて遺伝子発現変化を網羅的に調べる。神経内科1)2箇所にプローブを設定し、リアルタイムPCR法にてIQGAP3発現を家系内健常者と家系内罹患者で比較する。3)作成したフラグメント2種類をpGL4.10やpGL4.23といったプロモーター有無のベクターに挿入する(順方向・逆方向ともに作る)4)培養神経細胞を用いて作成したベクターをトランスフェクションし、RNA・たんぱく質を抽出し、リアルタイムPCRやウエスタンブロッティングにてIQGAP3の発現を調べる5)同時に平行してマイクロアレイで遺伝子発現変化を網羅的に調べる培養神経細胞を用いた実験を行う予定であったが、実験が遅れているため、培養神経細胞実験に必要な試薬購入費洋が未使用となりました。キャンペーン利用や業者選定等、なるべく安く物品購入しようとした結果、残額が生じてしまいました。大変申し訳ありません。
破骨細胞分化メカニズムの時空間的解明

本研究では、RacのGEFであるFARP2の破骨細胞における役割に注目し、破骨細胞融合というイベントにおけるFARP2の機能をRacの活性化を指標に"時空間的"に明らかにすることにより、破骨細胞の細胞融合を担う分子メカニズムの詳細を明らかにすることを目的とする。マクロファージ株化細胞であるRAW264.7細胞はRANKLの刺激によって容易に破骨細胞へと分化する。GEFドメインを欠損させたドミナントネガティブ型FARP2(ΔGEF-FARP2)をRAW24.7細胞に強制発現させたところ、RANKL刺激による多核破骨細胞への分化障害が認められた。しかしながらこの細胞では破骨細胞分化マーカーであるTRAPやNFATc1といった遺伝子の発現は認められ、破骨細胞分化後期に生じる多核化が障害されていることが明らかとなった。ΔGEF-FARP2発現細胞に認められる破骨細胞多核化障害を詳細に検討した。すると、(1)細胞骨格を形成するアクチン繊維構造が変化し、破骨細胞に認められるPodosome-beltの形成が障害されていた。(2)FRET法を用いて時空間的なRacの活性化を検討し、コントロール細胞で認められたpodosome-beltに特異的なRacの活性化がΔGEF-FARP2発現細胞では認められなかった。(3)ΔGEF-FARP2発現細胞はコントロール細胞に比べてインテグリンの活性が高く、細胞外基質に対する接着活性が顕著に高い、ということが明らかになった。FARP2の破骨細胞における機能をさらに確認するため、FARP2遺伝子欠損マウスを樹立し、in vitroにて破骨細胞分化誘導実験を行った。するとFARP2欠損細胞はRANKL刺激による破骨細胞分化マーカーの発現は正常であるにもかかわらず、多核破骨細胞の形成が障害され、FARP2が破骨細胞多核化に重要な分子であることが明らかとなった。
サフォードウイルス感染受容体の同定と機能解析

サフォードウイルス(SAFV)は、2007年に初めて分離・同定されたヒトに感染するピコルナウイルス科カルジオウイルス属のウイルスである。世界各地で気道炎、胃腸炎、手足口病様疾患、無菌性髄膜炎、脳炎、膵炎など様々な検体から検出されており、近縁のタイラー脳脊髄炎ウイルス(TMEV、マウスに脳脊髄炎や脱髄を引き起こす)やエンテロウイルスと同様に多様な疾患の原因になると考えられている。本研究では、SAFVの感染受容体を同定することによって、まだ特定されていないSAFVの標的細胞・臓器を明らかにし、SAFVの病原性と疾患の関連について詳細な解析を行うことを目的としている。平成30年度は、新たに非感染細胞としてCHO-K1細胞を用いたスクリーニングを開始した。平成29年度に作製したSAFV高感受性HeLa細胞由来cDNAライブラリーを100プールに分割し、それらをレトロウイルスベクターを用いてCHO-K1細胞に発現させた。このCHO-K1細胞に、感染すると蛍光タンパク質UnaGを細胞内で発現するSAFV (SAF/UnaG)を感染させ、蛍光顕微鏡下でUnaG発現細胞(SAF/UnaG感染細胞)の多寡を指標として、CHO-K1細胞をSAFVに対して感受性にしたcDNAを含むライブラリープールを選別した。選別したライブラリープールをさらに分割し選出していくことによって感染受容体あるいは感染を促進させるcDNAを同定する。現在このスクリーニングの過程が進行中である。これまでSAFV非感染細胞としてスクリーニングに用いてきたBHK-21細胞は、SAFVに非感受性ではあるが、UnaG発現SAFV (SAF/UnaG)の感染によって蛍光タンパク質UnaGの発現が低頻度ながら見られた。また、スクリーニング過程で、ネガティブコントロールとしてHeLa細胞由来のcDNAを挿入していない空ベクターを用いて調製したレトロウイルスを感染させたBHK-21細胞において、SAF/UnaG感染細胞(UnaG発現細胞)数が顕著に増加した。この感染細胞数の増加はマクロピノサイトーシス阻害剤であるethylisopropylamiloride (EIPA)存在下で抑制されたので、感染性受容体を介した感染ではないと思われる。しかし、SAFV感受性の有無の判定に支障をきたすことから、新たに非感染細胞の選定を行った。その結果、非感染細胞としてCHO-K1細胞を選定した。CHO-K1細胞を用いたスクリーニングの条件検討を行い、スクリーニングを再開した。CHO-K1細胞を用いたスクリーニングの条件検討が完了し、スクリーニングを再開することができたので、引き続き感染受容体の探索・同定を行う。また、これと平行して、別の方法としてCRISPR/Cas9法によるゲノムワイドなヒト遺伝子ノックアウトライブラリーを用いた感染受容体の探索を行う。これらの2つの方法による探索の結果、感染受容体およびウイルスの感染・増殖を促進する候補遺伝子群が得られる。さらに、それらの遺伝子についてSAFV感染における機能を解析する予定である。初年度である平成29年度は、SAFV高感受性HeLa細胞よりcDNAライブラリーを作製した。これらの高感受性HeLa細胞由来cDNAをレトロウイルスベクターを用いて、SAFV非感受性であるBHK-21細胞に発現させた。それらの細胞に、新たに作製した蛍光タンパク質発現組換えSAFV(感染細胞内でウイルスタンパク質の合成が始まると蛍光タンパク質を発現する組換えSAFV)を感染させ、蛍光顕微鏡下で蛍光タンパク質発現細胞の多寡を指標に、感染受容体あるいは感染を促進させるcDNAを含むライブラリープールを選別した。当初の計画では、感染細胞においてGFPを発現する組換えSAFVの使用を予定していた。しかし、新たに作製した別の蛍光タンパク質を発現する組換えSAFVの方が、ウイルスを継代しても蛍光タンパク質の発現が維持されやすいことがわかり、この組換えSAFVのストックウイルスの調製に時間を要した。また、BHK-21細胞は、SAFVに非感受性ではあるが、蛍光タンパク質発現SAFVの感染によって蛍光タンパク質の発現が低頻度ながら見られたことから、陰性対照の条件検討に時間を要した。

平成30年度は、新たに非感染細胞としてCHO-K1細胞を用いたスクリーニングを開始した。平成29年度に作製したSAFV高感受性HeLa細胞由来cDNAライブラリーを100プールに分割し、それらをレトロウイルスベクターを用いてCHO-K1細胞に発現させた。このCHO-K1細胞に、感染すると蛍光タンパク質UnaGを細胞内で発現するSAFV (SAF/UnaG)を感染させ、蛍光顕微鏡下でUnaG発現細胞(SAF/UnaG感染細胞)の多寡を指標として、CHO-K1細胞をSAFVに対して感受性にしたcDNAを含むライブラリープールを選別した。選別したライブラリープールをさらに分割し選出していくことによって感染受容体あるいは感染を促進させるcDNAを同定する。現在このスクリーニングの過程が進行中である。これまでSAFV非感染細胞としてスクリーニングに用いてきたBHK-21細胞は、SAFVに非感受性ではあるが、UnaG発現SAFV (SAF/UnaG)の感染によって蛍光タンパク質UnaGの発現が低頻度ながら見られた。また、スクリーニング過程で、ネガティブコントロールとしてHeLa細胞由来のcDNAを挿入していない空ベクターを用いて調製したレトロウイルスを感染させたBHK-21細胞において、SAF/UnaG感染細胞(UnaG発現細胞)数が顕著に増加した。この感染細胞数の増加はマクロピノサイトーシス阻害剤であるethylisopropylamiloride (EIPA)存在下で抑制されたので、感染性受容体を介した感染ではないと思われる。しかし、SAFV感受性の有無の判定に支障をきたすことから、新たに非感染細胞の選定を行った。その結果、非感染細胞としてCHO-K1細胞を選定した。CHO-K1細胞を用いたスクリーニングの条件検討を行い、スクリーニングを再開した。蛍光タンパク質発現組換えSAFVのストック調製方法の確立およびスクリーニングの条件検討が完了したので、引き続き感染受容体の探索・同定を行う。また、感染受容体だけでなく、ウイルスの感染・増殖を促進させる因子の同定も視野に入れて選定を行い、得られた候補遺伝子群から、SAFVの感染・増殖を促進する遺伝子を同定する。さらに、それらの遺伝子についてSAFV感染における機能を解析する予定である。CHO-K1細胞を用いたスクリーニングの条件検討が完了し、スクリーニングを再開することができたので、引き続き感染受容体の探索・同定を行う。また、これと平行して、別の方法としてCRISPR/Cas9法によるゲノムワイドなヒト遺伝子ノックアウトライブラリーを用いた感染受容体の探索を行う。これらの2つの方法による探索の結果、感染受容体およびウイルスの感染・増殖を促進する候補遺伝子群が得られる。平成29年度は、研究助成金の99.9%を使用した。30年度も引き続き感染受容体の探索を行い、感染受容体の同定を遂行する。
メリステム機能による側生器官分化の制御機構

メリステムに存在する幹細胞は,自己複製し幹細胞を再生産するとともに,葉や花などの側生器官が分化するための細胞を供給する,本研究は,単子葉類のモデル植物であるイネを研究材料とし,幹細胞の維持に関わる遺伝子の機能を解析しメリステム構築・維持の制御機構を解明するとともに,メリステムから分化する側生器官の発生機構を明らかにすることを目的として行った.ペプチド性のシグナル分子をコードするFCP1とFCP2を同時に誘導的機能抑制を行った結果,メリステムの形態に異常が認められ,未分化細胞のマーカーであるOSH1の発現が上昇していた.これらのことから,FCP1とFCP2が,茎頂分裂組織における幹細胞維持の負の制御因子であることが強く示唆された.rod-like lemma(rol)変異体は,小穂器官に多面的な表現型を示すこの変異の原因となる遺伝子を単離した結果,この変異の原因遺伝子は,ta-siRNAという低分子RNAの生合成に関わるRNA-dependent RNA polymeraseをコードし,SHOOTLESS2の弱いアレルであることが判明した.さらに,この変異体の表現型や向背軸極性に関わる遺伝子の発現パターンを解析し,雄ずいの向背軸極性の確立に関するユニークなメカニズムを明らかにした.すなわち,雄ずい発生の極初期には,一般の側生器官と同様にメリステムに対して向背軸が形成されるが,少し発生が進むとその向背軸極性の再編成が行われ,初期の軸とは90度回転した半葯単位の2つの向背軸が形成される.一方,花糸は発生中に完全に背軸化される.したがって,雄ずいの向背軸の極性制御は,葯と花糸において独立に制御されていると推定された.この雄ずいの向背軸極性の制御機構のモデルは,被子植物一般に普遍的に適用できると考えている.単子葉類のモデル植物であるイネを研究材料とし,多分化能(pluripotent)をもつメリステム(分裂組織)から葉や花などの側生器官が発生・分化する遺伝的制御機構を明らかにすることを目的とし,以下の研究を実施した.FCP1は,栄養成長期のメリステム(茎頂分裂組織)において,幹細胞アイデンティティーを負に制御する遺伝子として見出された.本年度は,その機能をさらに詳細に解析するために,DEX誘導系により,FCP1を過剰発現あるいは発現抑制する系の開発を行った.側生器官の発生・分化の遺伝子として,LONG STERILE LEMMA1 (G1)とROD-LIKE LEMMA1 (ROL1)遺伝子に着目して研究を進めた.G1遺伝子の変異により,護穎(sterile lemma)が外穎へとホメオティックに転換することを明らかにするとともに,その遺伝子を単離した.G1遺伝子は,機能未知のドメインを含むタンパク質をコードしていたため,細胞内局在性や転写活性能を調べ,その機能を推定した.さらに,進化学的な考察を加え,本遺伝子が,イネ属の小穂形態の進化において,重要な働きをしていることを示唆した.rol1変異体は,外穎が棒状になる変異体として単離されていた.rol1変異体の棒状外穎は,背腹性が喪失したことによることを明らかにするとともに,雄ずいの異常な形態も背腹性の極性制御が異常となったためであることを明らかにした.また,ROL1遺伝子を単離し,そのコードするタンパク質と表現型との関係について,考察を加えた.メリステムに存在する幹細胞は,自己複製し幹細胞を再生産するとともに,葉や花などの側生器官が分化するための細胞を供給する,本研究は,単子葉類のモデル植物であるイネを研究材料とし,幹細胞の維持に関わる遺伝子の機能を解析しメリステム構築・維持の制御機構を解明するとともに,メリステムから分化する側生器官の発生機構を明らかにすることを目的として行った.ペプチド性のシグナル分子をコードするFCP1とFCP2を同時に誘導的機能抑制を行った結果,メリステムの形態に異常が認められ,未分化細胞のマーカーであるOSH1の発現が上昇していた.これらのことから,FCP1とFCP2が,茎頂分裂組織における幹細胞維持の負の制御因子であることが強く示唆された.rod-like lemma(rol)変異体は,小穂器官に多面的な表現型を示すこの変異の原因となる遺伝子を単離した結果,この変異の原因遺伝子は,ta-siRNAという低分子RNAの生合成に関わるRNA-dependent RNA polymeraseをコードし,SHOOTLESS2の弱いアレルであることが判明した.さらに,この変異体の表現型や向背軸極性に関わる遺伝子の発現パターンを解析し,雄ずいの向背軸極性の確立に関するユニークなメカニズムを明らかにした.すなわち,雄ずい発生の極初期には,一般の側生器官と同様にメリステムに対して向背軸が形成されるが,少し発生が進むとその向背軸極性の再編成が行われ,初期の軸とは90度回転した半葯単位の2つの向背軸が形成される.一方,花糸は発生中に完全に背軸化される.したがって,雄ずいの向背軸の極性制御は,葯と花糸において独立に制御されていると推定された.この雄ずいの向背軸極性の制御機構のモデルは,被子植物一般に普遍的に適用できると考えている.
土壌微生物の遺伝子機能を用いたリグニン系芳香核の特異的開裂反応システムの開発

本研究は、リグニンの微生物による分解代謝過程が、数十億年にわたる生物進化の過程で、地球上の炭素循環過程の重要な役割を担うリグニン分解代謝に係わる機能として発展してきた生物機能であること、その多くが、現在の人類が取り扱う化学反応の特異性をはるかに凌ぐ反応系から構成され、しかもそれらの機能に関する情報がDNA構造に保持されていることに着目し、これらの生物機能を遺伝子工学的手法によって工業的レベルで利用することにより、極めて特異性の高い反応触媒システムを構築することを目指したものである。平成2年度に於いては、プロトカテク酸4、5ージオキシゲナ-ゼ遺伝子の下流域に、プロトカテク酸の酵素的環開裂によって生成するムコン酸セミアルデヒドを2ーピロンー4、6ージカルボン酸に変換する酵素(CHMSデヒドロゲナ-ゼ)をコ-ドする領域を見出だしその解析を進めた。平成3年度は、CHMSデヒドロゲナ-ゼ遺伝子のNー末端領域845塩基対の構造を決定した。本遺伝子は、既に我々が決定したプロトカテク酸4、5ージオキシゲナ-ゼ遺伝子より、293塩基対を隔てたATGより始まり、共通の転写制御を受けていることが明らかとなった。さらに本年度の研究成果は、プロトカテク酸4、5ージオキシゲナ-ゼ遺伝子の上流域に、2ーピロン4、6ージカルボン酸の加水分解酵素(PDCハイドラ-ゼ)遺伝子が存在する事を突き止めその機能解析を進めた。本研究成果により、プロトカテク酸のメタ開裂代謝系酵素遺伝子がクラスタ-として存在し、同一の制御を受けていることを世界に先駆けて明らかにすることが出来た。また、この遺伝子断片よりPDCハイドラ-ゼ遺伝子領域を欠損させ、大腸菌に導入させ機能させた所、プロトカテク酸から著量の2ーピロンー4、6ージカルボン酸を生成することに成功し、遺伝子機能を用いた芳香族化合物の変換プロセス構築の可能性が証明された。本研究は、自然界の芳香族化合物の主要部分を構成しているリグニンの、分解代謝過程に関与する土壌微生物の機能を遺伝子として単離し、その遺伝子機能を工業的化学反応プロセスとして利用し、従来の化学的手法では到達できない特異性の高い生物機能を利用した新しい変換システムの構築を目指したものである。本年度は、従来の化学的手法では困難なリグニンの芳香環開裂を速やかに行なう事が出来る環開裂酵素、プロトカテク酸4、5ージオキシゲナ-ゼの遺伝子及び、本酵素の開裂反応によって生成したムコン酸セミアルデヒド化合物の変換反応に関与する遺伝子を新たに単離して、その構造と機能について詳細に解析した。すでに土壌微生物の全DNAより、プロトカテク酸4、5ージオキシゲナ-ゼ遺伝子が存在するDNA断片として単離されている、10。5KbpーDNA断片上の遺伝子機能を解析した。その結果プロトカテク酸4、5ージオキシゲナ-ゼ遺伝子は、XbaIーXhoI断片上に存在し、その塩基配列を決定した。またこの遺伝子の下流域に、ムコン酸セミアルデヒドを2ーピロンー4、6ージカルボン酸に変換する酵素をコ-ドする遺伝子機能を新たに見いだした。現在この遺伝子機能をさらに詳細に解析している。
画像・動画像符号化のためのユニバーサルコードブックと低ビットレート通信の研究

災害時などにおいては通信ネットワークの負荷が急増し輻輳(通信ができなくなる状態)を引き起こすことにより被害状況や安否確認ができなくなる恐れがある。本研究では画像・動画像の通信をベクトル量子化に基づいて行い通信負荷の軽減によって輻輳を回避する技術について研究した。本研究では次の成果を挙げることができた。(1)ベクトル量子化のためのユニバーサルなコードブックの構築指針,(2)動作コードブックと局所コードブックを用いた適応ベクトル量子化の効果,(3)ベクトル量子化によって符号化した動画像のストリーミングのための技術の開発。27年度の研究においては,ベクトル量子化のためのユニバーサルなコードブックの開発を主眼に研究を進めた。画像データベース(CVG-UGR-Image Database)を用いて自然画像・人工物画像からコードブックを構築するための学習画像を選定した。選定においては,画像符号化研究において一般的に用いられている画像を中心に行った。画像をブロック分割(4 x 4 pixels)し学習ベクトルとした。多数の学習ベクトルからコードブックを構築するためにはクラスタリングアルゴリズムによってコードベクトルを抽出する必要がある。クリスプクラスタリングとしてk-means clustering (KMC), Ehhanced LBG (ELBG),ファジィクラスタリングとしてFuzzy k-means clustering (FKM), Fuzzylearning Vector Quantization (FLVQ)アルゴリズムを用いてコードベクトルを求めた。また,コードブックは画像を符号化したときの汎用性が重要であり,学習画像とは別のテスト画像を用意しベクトル量子化による符号化し,複合した画像の画質をPSNRによってコードブックの汎用性を評価した。また,コードブックを構築するコードベクトル数を64から1024まで変化させることによってPSNRの推移を4つのクラスタリングアルゴリズムで求めた。この結果,学習画像のサイズが一定以上になるとPSNRに変化は殆ど観られなかったため,コードブックはクラスタリングに依存しないことが分かった。さらに,27年度の研究では画像から顕著性領域を抽出することによってコードブックを構成するコードベクトルを最適化することを検討した。顕著性マップから顕著性の高い領域に多くのビットを割り当てることによって効果的な符号化するアルゴリズムについて指針を得た。27年度の研究の主眼はベクトル量子化のためのユニバーサルなコードブックの構築であり,代表的な4つのクラスタリングアルゴリズムによってコードブックを構築した。コードブック構築にはクラスタリング法は本質的でないことが分かった。学習画像のサイズも一定の大きさ以上になるコードブックの汎用性に影響しないことが分かった。このことからコードブック設計の基本指針が得られた。また,画像から顕著性マップを求めることによって画像を効果的に符号化の可能性について指針を得た。27年度に引き続きユニバーサルなコードブック構築に向けた研究を進めた。このときに顕著領域の抽出によって符号化のためのコードブックについても検討した。クリスプクラスタリングとファジィクラスタリングアルゴルムを適用することによって学習画像で構築したコードブックの汎用性をテスト画像を符号化することによって評価した。学習画像サイズが小さい範囲ではクラスタリングアルゴリズムによって複合テスト画像の画質に変化があるが学習画像が6枚以上では画質は実用的には問題にならない程度であった。アルゴリズムの中ではファジィc平均法が良好な結果を示した。また,画像からの顕著性領域の抽出はAchanta等によって提案されている方法を計算の複雑性の観点から検討した。顕著性領域が抽出できると送信側と受信側のコードブックを適応的に更新することによってベクトル量子化によって通信する情報量を抑えて画像・動画像の符号化ができる。このことから本研究では適応ベクトル量子化法について研究した。適応ベクトル量子化では動作コードブックと局所コードブックによって入力された画像ブロックを適応的に更新するアルゴリズムによって符号化を行うことを検討した。この研究によって顕著領域とその他の領域を分けて符号化することによって効果的なベクトル量子化による画像・動画像の符号化に関する示唆が得られた。さらに,動画像からオプテカルフローをブロックごとに求めることによって速度ベクトルを計算し方向が類似さたブロックからグローバルな動きを推定できないか検討した。これまでの実験データに基づいて背景に動きがなく注目している物体のみが動く動画像についてブロックマッチング法によって物体の動き補償について検討した。また,自己回帰モデルによって動き補償について検討したが自己回帰モデルよりモンテカルロサンプリングよる方法が有効であるとの指針を得た。27年度のコードブックの構築について研究をさらに進展させ学習画像とテスト画像のセットによってクラスタリングアルゴリズムによる汎用性について実験によって詳細に検討した。このことによって汎用コードブックの実用性についての設計指針を得ることができた。低ビットレート通信をベクトル量子化で行うには送信側と受信側でコードブックを保持する必要がありコードブックの汎用性は本質的である。次に,画像をベクトル量子化によって効果的に符号化するためには画像の顕著性領域を抽出する事が重要である。28年度の研究においてはAchanta等の方法で顕著領域抽出を検討した。顕著領域が高画質であれば全体として視覚的に高画質の知覚を得ることができる。顕著領域を背景と分けて符号化することによって受信側と送信側のコードブックを適応的に更新するアルゴリズムについての指針を得た。次年度以降にこのアルゴリズムを実装することによって効率的で高画質の符号化が行えることの示唆が得られた。さらに,物体のオプテカルフローを求めブロックマッチング法によってグローバルな動き補償についてこれまでの実験データに基づいて検討した。自己回帰モデルによる方法は線形モデルであるためフレームレイトが低い場合や不連続な動きについて物体の動きを追跡できないことが検討の結果明らかとなった。

しかし,物体追跡で用いられているモンテカルロサンプリングの方法を検討した結果,動き補償に有効であるとの指針を得ることができた。また,顕著性領域を抽出するときの顕著性マップを用いることによって物体が突然大きく動いたときの補償ができるとの指針を文献研究から得ることができた。29年度の研究では得られた指針・示唆を実装することによってベクトル量子化による低ビットレート通信の可能性が拓ける。以上のことから研究はおおむね順調に進捗していると判断される。29年度の研究においては,ベクトル量子化によって符号化した動画像のストリーミング技術について検討・実装を行った。送信側において24-bitカラー(R, G, B)動画像を予め用意したコードブックを用いてフレームごとにベクトル量子化によって符号化しインデックスマップを作成した。次にインデックスマップ・コードベクトルをハフマン符号化によってデータ圧縮を行った。また,それぞれの対応表と動画像を再構成するために必要な情報(フレームサイズ,コードベクトルサイズ,フレームレイト,フレーム数)によってバイナリーファイルを構成する。このバイナリーファイルは送信側からサーバにアップロードされる。サーバにアップロードされたファイルをMATLABツールを用いることによって動画像再生ソフトによって再生した。ベクトル量子化による圧縮に加え(1)最初のフレームのインデックスマップと続くインデックマップの比較による圧縮法,(2)連続する2つのフレームのインデックマップを比較する圧縮法について実験的に検討した。結果として(1),(2)とも良好な圧縮が得られた。29年度の研究によって画像・動画像のベクトル量子化による符号化・ストリーミングによる再生がサーバを通じて実現できた。29年度の研究においては画像の圧縮効率をさらに向上させるために顕著性マップの検討をさらに進めた。Ittiらが提案している顕著性マップの計算方法においてスケール変化による顕著性マップの効果について検討した。画像全体に占める顕著性領域の大きさがマップに与える影響について定量的に検討しベクトル量子化による圧縮効果について検討した。災害時などにおいては通信ネットワークの負荷が急増し輻輳(通信ができなくなる状態)を引き起こすことにより被害状況や安否確認ができなくなる恐れがある。本研究では画像・動画像の通信をベクトル量子化に基づいて行い通信負荷の軽減によって輻輳を回避する技術について研究した。
グリチルレチンの抗炎症・抗アレルギー機能の解析と機能性食品への分子設計

[I]グリチルレチン酸(GA)の抗炎症・抗アレルギー作用の解析:GAは11β-hydroxysteroid dehydrogenase(HSD)に結合し、酵素を非可逆的に阻害し、グルココルチコイド作用を増大することを見いだした。しかし、抗炎症作用がGAより強いグリチルレチン酸誘導体deoxyglycyrrhetol dihemiphtalate(DG-DP)の酵素阻害作用は弱かった。このことは、DG-DPが別の機構で働いている可能性を示唆する。その機構として、細胞内カルシウム([Ca^<2+>]i)の挙動に注目した。Fura-2を負荷した癌化肥満細胞にDG-DPを作用すると、濃度依存性に[Ca^<2+>]iが増大した。この増大Ca^<2+>は大部分細胞外Ca^<2+>プールからの流入によるが、一部は生成したIP_3による細胞内Ca^<2+>プールからの放出による。前者は、電位依存性カルシウムチャンネル、Na^+-Ca^<2+>交換チャンネルではなく、La^<3+>とカルモジュリン阻害剤で阻害される(Ca^<2+>-ATPase?)チャンネルによることがわかった。さらに、予めDG-DP処理した細胞は、トロンビンやATPなどの受容体-IP_3仲介による[Ca^<2+>]iの増大変化を強く阻害した。この阻害はGA誘導体に特異的であった。[III]高機能型GAの分子設計に関する研究:上記[I]のHSD阻害と[Ca^<2+>]i増大阻止活性を指標に高機能型GAの分子設計を行い、3位OHと30位COOHの誘導により両者の活性を分離できることを明らかにした。
有機EL媒質を含むナノキャビティにおける2次元光波の励起と制御

表面プラズモンポラリトンの導波路である2次元光波伝送路を利用すると、回折限界を超えるナノメートル領域へ光を閉じ込めることが可能となり、ナノ光回路への応用が期待される。しかし、光ファイバー中の光信号をナノ光回路中の2次元光波へ変換する場合に、波数の差が大きいために結合効率の低さが問題となる。これを解決するため、我々は有機EL素子を用いて2次元光波を電流励起することを目標に負誘電体ギャップについて研究を行ってきた。昨年度までに有機EL素子からの2次元光波の直接励振を実験的に確認したほか、有限差分時間領域(FDTD)法によるシミュレーションにより、2次元光波を誘電体コアに閉じ込めガイドする方法について理論的に研究を行ってきた。本年度の成果は以下のとおりである。1 (理論)全反射により高屈折率誘電体コアに光が閉じ込められガイドされることは、誘電体光導波路をはじめ良く知られている。今回、負誘電体光導波路において2次元光波の特殊な伝搬モードを用いることで、「低」屈折率誘電体コアで光をガイドできることをはじめて提案した。2 (理論)負誘電体ギャップのギャップ間距離がゆるやかに小さくなる楔形導波路において、2次元光波が伝播するにつれて波数が断熱的に大きくなることをシミュレーションにより見出した。これにより、ギャップ間距離が大きい場所で2次元光波を高効率で励起し、それをナノメートル領域まで断熱的に縮小することが原理的に可能であることがわかった。3 (実験)負誘電体ギャップ中のモードをATR法により詳しく調べた。負誘電体ギャップ中の2次元光波の結合モードを観測することに成功し、ギャップ距離により結合の強さを変えることに成功した。これにより、波長と励起角度を選べば、ナノ光回路応用にとって重要な隅結合モードを選択的に励起させることに成功した。これにより2次元光波の励起方法の基礎を確立できた。2次元光波は原理的にはナノ光ビームを形成可能であり、ナノ光回路を実現するものとして期待されている。しかし、2次元光波は外部光である3次元光波と波数が大きく異なるため、3次元光波とのコヒーレント結合が困難である。この問題を解決するため我々は2次元光波源を提案してきた。本研究では構造の類似した有機EL素子を用いて2次元光波源を実現することを目標に研究を行い、以下のような成果を得た。有機EL媒質を負誘電体ではさんだ負誘電体ギャップ導波路からの電流励起発光について実験を行った。有機EL媒質の膜厚は100nmと通常より非常にうすく、それぞれ電子輸送層Alq3、電子輸送性発光層DPQドープAlq3、正孔輸送層α-NPDの3層構造をとる。DPQドープを行ったのは、発光波長を長波長シフトさせるためである。電流励起による安定した端面発光に成功し、スペクトルと偏光を測定した。DPQドープAlq3は中心波長570nmの黄色発光を示し、偏光はTMモードの電場方向と同様の方向を示すことがわかった。同時に、従来の2界面モデルを拡張して3界面モデルの負誘電体ギャップ導波路のモード計算を行い、導波路中の2次元光波のモードを理論的に詳しく調べた。その結果、3界面モデルの負誘電体ギャップ導波路には2界面モデルで知られているギャップ厚を0にする極限で、波数をいくらでも大きくできる2次元光波に加えて、波数が誘電体中の波数になり誘電体中に拡がる2次元光波が伝搬することがわかった。このモードを抑制することがナノ光回路を実現するためには重要である。今回作製した負誘電体ギャップ導波路は、モード計算より2次元光波のみが伝搬できるので、偏光の原因は電流励起により2次元光波が励振されたためであると考えられる。これにより2次元光波源からの安定な2次元光波の発生に成功したといえる。2次元光波伝送路を利用して光を閉じ込めると、原理的には回折限界を超えるナノ光ビームの形成が可能である。これはナノ光回路への応用が期待される。しかし、光デバイス応用にあたり、2次元光波の励振効率の低さが問題となる。ファイバー中の光信号を担う3次元光波からナノ領域の情報処理を担う2次元光波へ変換する場合に、2次元光波と3次元光波とは波数の差が大きいため、コヒーレント結合が困難である。本研究ではこの励振問題を解決するため、2次元光波源を提案し、構造の類似する有機EL素子を用いて2次元光波源の実現を目標に研究を行っている。昨年度までに有機EL素子(電子輸送層Alq3、電子輸送性発光層DPQドープAlq3、正孔輸送層α-NPDの3層構造)からの横発光を観測しており、モード解析から2次元光波の励振を実験的に確認している。本年度はナノ光回路の伝送路のために、2次元光波をコアに閉じ込める方法について、シミュレーションと素子作製を中心に研究を行った。1 (理論)複素波数空間であるn-k空間とn-k空間上の波数面の概念を提案した。低次元光波ではn-k空間での波数面が閉曲面の球面から、一葉または二葉双曲面のような開曲面になることがナノ光ビームの形成に重要である。

2 (理論)誘電体コアを持つ負誘電体ギャップにそっての2次元光波の閉じ込めとガイドについて有限差分時間領域(FDTD)法を用いてシミュレーションを行った。その結果、10nmのギャップ厚までのコアによる閉じ込めとガイド効果を確認した。これは今まで我々が近似的解析手法である等価屈折率法を用いて、無損失系において示していたものであるが、数値実験でも確認されたといえる。また負誘電体中に異なる負誘電率の負誘電体コアを形成する閉じ込め方法を新しく提案した。この場合にも負誘電体コアにそって2次元光波がガイドされることをはじめて示した。3 (実験)電子ビーム蒸着を用いて、金とSiO2からなる負誘電体ギャップ素子を作製し、伝搬損失測定用にこれを楔形に加工することに成功した。今後は実験に使用する予定である。また、対物レンズを用いてナノフォトニクス実験用のプラットフォームを構築した。表面プラズモンポラリトンの導波路である2次元光波伝送路を利用すると、回折限界を超えるナノメートル領域へ光を閉じ込めることが可能となり、ナノ光回路への応用が期待される。しかし、光ファイバー中の光信号をナノ光回路中の2次元光波へ変換する場合に、波数の差が大きいために結合効率の低さが問題となる。これを解決するため、我々は有機EL素子を用いて2次元光波を電流励起することを目標に負誘電体ギャップについて研究を行ってきた。昨年度までに有機EL素子からの2次元光波の直接励振を実験的に確認したほか、有限差分時間領域(FDTD)法によるシミュレーションにより、2次元光波を誘電体コアに閉じ込めガイドする方法について理論的に研究を行ってきた。本年度の成果は以下のとおりである。1 (理論)全反射により高屈折率誘電体コアに光が閉じ込められガイドされることは、誘電体光導波路をはじめ良く知られている。今回、負誘電体光導波路において2次元光波の特殊な伝搬モードを用いることで、「低」屈折率誘電体コアで光をガイドできることをはじめて提案した。2 (理論)負誘電体ギャップのギャップ間距離がゆるやかに小さくなる楔形導波路において、2次元光波が伝播するにつれて波数が断熱的に大きくなることをシミュレーションにより見出した。これにより、ギャップ間距離が大きい場所で2次元光波を高効率で励起し、それをナノメートル領域まで断熱的に縮小することが原理的に可能であることがわかった。3 (実験)負誘電体ギャップ中のモードをATR法により詳しく調べた。負誘電体ギャップ中の2次元光波の結合モードを観測することに成功し、ギャップ距離により結合の強さを変えることに成功した。これにより、波長と励起角度を選べば、ナノ光回路応用にとって重要な隅結合モードを選択的に励起させることに成功した。これにより2次元光波の励起方法の基礎を確立できた。