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高専における専門基礎・卒研・特別研究の実践的教育のためのシステム開発研究

工業高等専門学校の専門基礎科目「電磁気学」「電気回路」などの実践的教授,工学実験、卒業研究さらに専攻科における特別研究の新しい教育、研究システムの構築とその実施を目的とした実験装置の開発及びその実験を遂行した。そのシステムとして、グロー放電プラズマを用いた「電磁場総合実験装置」を設計し、既設装置との連結、計算機システムとの組み合わせにより、良好な教育効果、研究成果を得た。装置の構成はプラズマの生成、測定部およびデータ処理のための計算機システムより成る。プラズマは直流と高周波電力の併用により、平行平板電極と内部誘導コイルによって生成する。グロー放電プラズマの電圧・電流特性の測定を実施し、「電磁気学」「電気回路」に関する実践的理解の知見を得た。プラズマの空間構造を知るために、プラズマパラメータを静電プローグにより測定した。特に電子密度、電子温度、空間電位の空間分布測定を行い、ガス圧力、放電電流、電極条件、等との相関を追求した。これより、電離気体現象の体験的理解を求め、実践教育の効果が得られた。高周波電力とプラズマ柱のエネルギー整合条件の改善、結合回路における損失低減、プラズマインピーダンスの等価回路的扱い、高密度プラズマ生成条件を調べた。直流と高周波合成プラズマによるスパッタ実験を卒業研究課題として実施した。酸素との結合が顕著なボロン(硼素)のスパッタリング特性の測定、ターゲットに六ホウ化ランタンLaB6を用いたスパッタ放電の特性の解明。以上の成果をアメリカ物理学会発表、教育効果について中国科学技術大学、清華大学において講演、議論し、評価を得た。1.工業高専の電気系における専門基礎科目「電磁気学」「電気回路」などの実践的教授,工学実験、卒業研究さらに専攻科における特別研究の新しい教育、研究システムの構築とその実施を目的とした開発を始めた。2.実験装置として、グロー放電プラズマを用いた「電磁場総合実験装置」を設計し、既設装置との組み合わせにより本教育・研究システムを製作した。又計算機との連結によるデータ収集、処理の初期目的を達成している。3.プラズマの生成は、直流および高周波電力の併用により、平行平板電極と内部誘導コイルによって行う。4.プラズマパラメータを静電プローブにより測定した。これより、電離気体現象の体験的理解を深た。5.高周波電力とプラズマ柱のエネルギー整合条件の改善、結合回路における損失低減、プラズマインピーダンスの等価回路的扱い、高密度プラズマ生成条件を調べた。本研究は専攻科特別研究論文として纏めた。6.直流と高周波合成プラズマによるスパッタ実験を卒業研究課題として実施した。チタン電極と窒素ガスを用いたTiNコーティングの基礎実験では、複雑な形状の基板を一様に薄膜形成する方策開発を意図している。7.酸素との結合が顕著なボロン(硼素)のスパッタリング特性の測定。ターゲットに六ホウ化ランタンLaB6を用いたスパッタ放電の特性の解明。特に放電進行中におけるガスダイナミックス、分圧の変化と酸素ガスのポンピング作用、生成薄膜のXPS組成分析、真空容器壁付着酸素分子の低減、等の基礎実験を実施した。8.工学実験、卒業研究、特別研究における成果、国内学会、国際学会における発表、論文発表を行った。

グロー放電プラズマの電圧・電流特性の測定を実施し、「電磁気学」「電気回路」に関する実践的理解の知見を得た。プラズマの空間構造を知るために、プラズマパラメータを静電プローブにより測定した。特に電子密度、電子温度、空間電位の空間分布測定を行い、ガス圧力、放電電流、電極条件、等との相関を追求した。これより、電離気体現象の体験的理解を深め、実践教育の効果が得られた。高周波電力とプラズマ柱のエネルギー整合条件の改善、結合回路における損失低減、プラズマインピーダンスの等価回路的扱い、高密度プラズマ生成条件を調べた。直流と高周波合成プラズマによるスパッタ実験を卒業研究課題として実施した。酸素との結合が顕著なボロン(硼素)のスパッタリング特性の測定。ターゲットに六ホウ化ランタンLaB6を用いたスパッタ放電の特性の解明。以上の成果をアメリカ物理学会発表、教育効果について中国科学技術大学、清華大学において講演、議論し、評価を得た。
慢性血栓塞栓性肺高血圧症の発症・進展の分子メカニズムの解明

慢性肺血栓塞栓性肺高血圧症(CTEPH)は器質化した血栓により肺動脈の狭窄・閉塞をきたす疾患であるが、最近の研究で、CTEPHの病態は器質化血栓による物理的な閉塞だけでなく、血栓に存在する細胞群の過剰増殖が積極的に関わっていることが示されてきた。しかしながら、これら細胞群の性状や過剰増殖の分子メカニズムは未だ解明されていない。本研究課題では、肺動脈血栓内膜摘除術を施行したCTEPH患者の手術サンプルから細胞群を単離し、その性状を解析することにより、CTEPH発症・増悪の未知の分子メカニズムを明らかとし、年々増加傾向にあるCTEPH患者に対する新しい治療法の開発に繋げる事を目的とする。
食道知覚におけるTRPイオンチャンネルの機能解析

マウス食道上皮に、TRPイオンチャンネルの一つTRPV4が存在すること、および上皮基底層中間層に局在することを確認した。このTRPV4は、食道上皮細胞でのカルシウム流入、ATPの産生に関与し、食道の知覚そして粘膜防御にかかわる機能を有することが明らかになった。またTRPV4のこれらの機能は、酸の存在によって低下することも見いだされた。これらの結果より、食道のTRPV4が胃食道逆流症の病態に関与することが示唆され、胃食道逆流症の病態解明に結びつく重要な知見と考えられた。食道知覚において、陽イオンチャンネンルTransient receptor potential vanilloid (TRP)のはたす役割に着目し、その一つであるtype 4 (TRPV4)について研究をすすめた。これまでTRPV4の食道での発現については報告がないため、まずマウス食道におけるTRPV4の局在を検討した。対象としてC57BLワイルドタイプマウスを用い、食道を採取し、RT-PCR法、in situ hybridization法、免疫組織化学法を施行し、TRPV4のmRNA、タンパクの発現と局在を調べた。この結果、RT-PCR法ではマウス食道からTRPV4の発現認め、in situ hybridization法、免疫組織化学法では、食道上皮基底層にTRPV4の発現、局在を認めた。次にその機能としてマウス食道上皮初代培養細胞を用いて、ATP産生について検討を加えたATPアッセイにより、食道上皮初代培養細胞からATPの産生を認め、このATP産生は、TRPV4の選択的アゴニストである4α-phorbol 12, 13 didecanoateの投与により有意に亢進し、vanilloidレセプターアンタゴニストのRutherium redにより有意に抑制された。本研究により、TRPV4の食道での局在がはじめて証明された。また知覚神経の伝達物質であるATPを産生することも明らかになった。これらの結果は、TRPV4が食道知覚において主要な役割をはたしていることを示唆し、胃食道逆流症の病態解明につながる重要な知見であると考えられる。昨年度にひきつづき、食道での陽イオンチャンネルTransient receptor potential vanilloid(TRP)の一つであるtype4(TRPV4)の生理的機能について研究をすすめた。昨年度の結果に追加するものとして、in situ hybridization法では、食道上皮基底層から中間層にもTRPV4の発現、局在を認めた。今年度はその機能解析として、マウス食道上皮初代培養細胞を用いてカルシウムイメージング法を行った。細胞内へのカルシウム流入は、低浸透圧およびTRPV4の選択的アゴニストである4α-phorbol 12,13didecanoateの投与により有意に亢進し、vanilloidレセプターアンタゴニストのRutherium redにより有意に抑制された。また低浸透圧刺激、4α-PDDでみられた細胞内へのカルシウム流入の亢進は、PH5の酸性条件下では有意に抑制された。これらの結果は、TRPV4の生理的機能は酸性条件下で低下することを示している。今年度の検討でTRPV4と酸との関連性が明らかになったことは、現在注目をあびている胃食道逆流症の、病態解明にむすびつく重要な知見であると考えられた。21年度、22年度にひきつづき、陽イオンチャンネルTransient receptor potential vanilloid(TRP)の一つであるtype 4(TRPV4)の食道での生理的機能について研究をすすめた。対象としてC57BLワイルドタイプマウスを用い、食道を採取し、RT-PCR法、in situ hybridization法、免疫組織化学法を施行し、TRPV4のmRNA、タンパクの発現と局在を再度確認した。またその機能解析として、昨年度のカルシウムイメージング法に追加するものとして、今年度はATPアッセイを行った。マウス食道上皮初代培養細胞を用い、食道上皮細胞からのATP放出を確認した。この食道上皮でのATP産生は、低浸透圧およびTRPV4の選択的アゴニストである4α-phorbol 12,13 didecanoateの投与により有意に亢進し、vanilloidレセプターアンタゴニストのRutherium redにより有意に抑制された。これまでの結果および今年度のATPアッセイの結果をあわせ、食道上皮には機能を有するTRPV4の局在が証明され、またTRPV4の生理的機能は、酸性条件下で低下することが認められた。この3年間の検討から、TRPV4は食道上皮の防御機構に関与し、その機能は酸の存在下では低下するという両者の関連性が明らかになった。

これらの結果よりTRPV4は、現在注目をあびている胃食道逆流症の病態に関与する可能性が高いと考えられ、また胃食道逆流症の病態解明にむすびつく重要な知見であると思われた。
レタスDREB遺伝子内に存在するSNPとストレス耐性の関連解析

さまざまな植物種でストレス耐性に関わる遺伝子DREB1Aはレタスにも存在するが,一塩基多型(SNP)を持ち,変異型W70Xは70番目のトリプトファン(TGG)がストップコドン(TGA)に置き換わっている.本研究では,このSNPがレタスのストレス耐性に影響すると仮定し,形質転換体とF2集団の表現型の調査により検証した.その結果,LsDREB1A野生型(X70W)過剰発現体において耐凍性,耐乾性および耐塩性が向上することが明らかとなった.耐性との関わりは,LsDREB1Aが司る遺伝子群の推定機能により裏付けられた.野生型を持つ品種群は中国・韓国の品種に限定され,有用な育種素材になると考えられた.レタスは耐塩性・耐凍性が低い作物に分類されるので、環境ストレス耐性を高めた新品種を作出する意義は大きい。DREBがコードするタンパク質は、多くの植物種に保存されており、ストレス応答に関わる遺伝子群の転写を調節する。レタスにおいてもDREBのオルソログがあり、特にLsDREB1Aには、野生型と変異型に分かれる一塩基多型(Single Nucleotide Polimorphysm; SNP)が存在する。本研究では、LsDREBとストレス耐性、さらにはLsDREB1A内のSNPとストレス耐性との関連性を調査することを目的としている。平成25年度は次の5項目について研究を実施し、LsDREBに関する基礎的知見を得た。1タグ付きLsDREB1Aタンパク質および抗体の作成と解析:大腸菌内で6xHis融合タンパク質を作成するためのベクターコンストラクトを構築した。野生型の全長cDNA、変異型のナンセンスSNPで分断される2種類のORFを用いた。一部は可用性タンパク質として精製できたが、残りは不溶性であり、誘導・精製条件を検討する必要があると考えられた。2レタス品種群およびLactuca属内の種群におけるLsDREB1AのSNPの調査:国内および海外のレタス品種群を収集してSNPを調査したところ、主として中国・韓国の品種に野生型のSNPが存在していることが明らかとなった。3LsDREB1A(野生型および変異型)の形質転換体の作出と解析:過剰発現用ベクターを用い、形質転換用のコンストラクトを構築した。5その他:LsDREB2Aを解析し、耐塩性に関与することを確認した。レタスは耐塩性・耐凍性が低い作物に分類されるので、環境ストレス耐性を高めた新品種を作出する意義は大きい。レタスにおいてもDREBのオルソログがあり、特にDREB1Aには、野生型と変異型に分かれる一塩基多型(Single Nucleotide Polimorphysm; SNP)が存在する。平成26年度は次の4項目について研究を実施し、LsDREB1Aに関する知見を得た。1タグ付きLsDREB1Aタンパク質および抗体の作成と解析:前年度に引き続き、3種類の6xHis融合タンパク質のベクターコンストラクトを用い、誘導条件と精製条件の検討を詳細に行った。誘導のタイミング(大腸菌の濁度、培養時間)や温度について検討したが、タンパク質の不溶化が改善されなかった。以上から、ペプチド抗体を外注する結論を得た。2レタス品種群およびLactuca属内の種群におけるLsDREB1AのSNPの調査:国内および海外のレタス品種群を収集し、SNPを調査したところ、主として中国/韓国の品種に野生型のSNPが存在していることが明らかとなった。この結果は、前年度の内容を支持した。3LsDREB1A(野生型および変異型)の形質転換体の作出と解析:野生型および変異型の形質転換レタスを作出し、T1世代を採種した。4X70W型品種とW70X型品種の後代の作出と解析:F1を自殖させ、F2分離集団を獲得した。平成27年度は次の4項目について研究を実施し、LsDREB1Aに関する知見を得た。1タグ付きLsDREB1Aタンパク質および抗体の作成と解析:LsDREB1Aのペプチド抗体を外部委託により作成した。LsDERB1Aの過剰発現体から核タンパク質を抽出し、イムノブロットにより特異性を評価したが、シグナルを検出することはできなかった。大腸菌内では組換えタンパク質の発現が認められなかったので、ポジティブコントロールとして使用することができなかった。2レタス品種群およびLactuca属内の種群におけるLsDREB1AのSNPの調査:国内のレタス品種群を追加で収集し、SNPを調査したところ、すべて変異型であった。3LsDREB1A(野生型および変異型)の形質転換体の作出と解析:

野生型および変異型の形質転換レタスT1世代の形質転換レタスを自殖させ、T2種子を得た。そのうち一部についてストレス耐性の解析を行ったところ、耐性の向上が認められた系統があった。4LsDREB1A(野生型および変異型)品種の後代の作出と解析:F1を自殖させて得たF2分離集団のストレス耐性の解析を行ったところ、野生型のジェノタイプを有するF2に耐性の向上が一部認められた。研究実施項目の、2レタス品種群およびLactuca属内の種群におけるLsDREB1AのSNPの調査、3LsDREB1A(野生型および変異型)の形質転換体の作出と解析、4X70W型品種とW70X型品種の後代の作出と解析、については当初の計画通り進行している。1タグ付きLsDREB1Aタンパク質および抗体の作成と解析については、ペプチド抗体を外注した。しかしながら、核タンパク質を用いたイムノブロットで陽性のバンドが確認できず、明瞭な結論が出ていない。次年度も引き続き試す予定である。レタスは耐塩性・耐凍性が低い作物に分類されるので、環境ストレス耐性を高めた新品種を作出する意義は大きい。DREBタンパク質は、多くの植物種に保存されており、ストレス応答に関わる遺伝子群の転写を調節する。レタスのオルソログであるDREB1Aには、野生型と変異型に分かれる一塩基多型(SNP)が存在する。本研究では、LsDREBとストレス耐性、さらにはLsDREB1A内のSNPとストレス耐性との関連性を調査することを目的としている。平成28年度は次の3項目について研究を実施した。1LsDREB1Aの形質転換体の表現型解析:野生型LsDREB1Aおよび変異型の過剰発現体を作出した。通常生育環境下では、野生型過剰発現体は葉幅が狭く、葉長および根長が短く、生育が阻害されていた。ストレス環境下では、野生型過剰発現体の生存率は、発現量に比例して有意に高くなり、同遺伝子がレタスのストレス耐性を高めることが示唆された。2LsDREB1Aの形質転換体の網羅的発現解析: RNA-seq解析を行い、野生型LsDREB1A過剰発現体とコントロールで2倍以上の発現比を示した遺伝子を調査した。最も発現が上昇した遺伝子は、ストレスに応答し、酵素の失活保護などに関わるDehydrinをコードしていた。3LsDREB1A野生型および変異型品種の後代の解析:LsDREB1Aの野生型を持つ品種`セルタス'と変異型を持つ品種`岡山サラダ菜'のF2分離集団を用いて乾燥ストレス下における生存率を評価したところ、変異型と比較して、野生型およびヘテロ型が有意に高い値を示した。レタスの耐乾燥性においては、LsDREB1AのSNPがDNAマーカーとして利用できること、野生型(X70W)を持つ品種群が有用な育種素材になることが明らかとなった。さまざまな植物種でストレス耐性に関わる遺伝子DREB1Aはレタスにも存在するが,一塩基多型(SNP)を持ち,変異型W70Xは70番目のトリプトファン(TGG)がストップコドン(TGA)に置き換わっている.本研究では,このSNPがレタスのストレス耐性に影響すると仮定し,形質転換体とF2集団の表現型の調査により検証した.その結果,LsDREB1A
芳香族分子の繰り返し多光子吸収機構の解明

高分子中の芳香族分子は、ナノ秒紫外レーザーパルス幅内で、平均して1個あたり10個以上もの光子を吸収可能である(繰り返し多光子吸収)。その機構について、「繰り返し多光子吸収を行う振電状態は、振動励起された基底状態である」という申請者が提出した仮説を実証することを目的として、気相(分子線)、凝縮相で並行して実験を行った。(1)極低温の孤立状態ナフタレン・アントラセンを生成するパルス分子線源を作製し、色素レーザーおよび検出系(光電子増倍管、分光器、キセノンランプ、ボックスカー積分器より構成)を用いて、振動励起電子基底状態(S_<0,VE>)の生成・検出を試みた。具体的には、電子基底状態分子(S_0)を、1番目のレーザーパルスでS_1のゼロ振動準位に励起し、2番目のパルスによる誘導放出を利用してS_0の光学活性な振動準位に遷移させてS_<0,VE>を生成し、その吸収スペクトルの測定を試みた。しかし、S_<0,VE>の生成濃度が低いため、有意な吸収スペクトルは得られておらず、この点を改良すべく実験装置を再構成中である。将来的には、この実験で得られたスペクトルを参照し、高分子中の繰り返し多光子吸収中の芳香族分子について、S_<0,VE>の検出を試みる予定である。(2)芳香族分子としてビフェニルを含む高分子フィルムに対し、温度を変えてビフェニルのT_1状態の過渡吸収測定を行った。温度上昇と共にビフェニルのT_1吸収の減衰は速くなり、またこの減衰の速度定数(2次)と温度の関係を示す較正曲線を得た。この較正曲線を、繰り返し多光子吸収中の芳香族分子のT_1吸収の減衰に適用したところ、高分子フィルムの温度がナノ秒パルス幅のオーダーで急速に上昇していることが明らかとなった。この成果を、平成10年7月にスペインで開催されたIUPAC光化学会議で発表した。さらに、今後報文としてまとめて、学術雑誌に投稿する予定である。(1)極低温の孤立状態ナフタレン・アントラセンを生成するパルス分子線源を作製し、色素レーザーおよび検出系(光電子増倍管、分光器、ボックスカ-積分器より構成)を用いて、分光学的測定を行った。・発光スペクトルの励起波長依存性発光スペクトルの形状と発光収率に、明らかな励起波長依存性が見られた。この励起波長依存性を精密に測定・解析することにより、繰り返し多光子吸収機構で重要な電子励起状態における高速内部変換過程の存在を示唆する結果が得られつつある。・振動励起電子基底状態の生成電子基底状態分子(S_0)を、1番目のレーザーパルスでS_1のゼロ振動準位に励起し、2番目のパルスによる誘導放出を利用してS_0の光学活性な振動準位に遷移させ、目的の振動余剰エネルギーを有する基底状態S_<0,VE>を生成するための実験系を構成した。現在、このS_<0,VE>の吸収スペクトルを測定するためのキセノンランプ光源部を製作・改良中である。(2)1の分子線中での実験を進めると共に、高分子中の芳香族分子の繰り返し多光子吸収過程についてさらに詳細な知見を得るための実験を進めた。その結果、イオン化ポテンシャルが低いことで知られるN,N,N′,N′-tetramethyl-p-phenylenediamineについても多光子吸収過程を見いだした。得られた実験結果が、申請者が提唱してきた繰り返し多光子吸収機構で説明されることを明らかにし、学術雑誌にその成果を発表した(現在、印刷中)。

温度上昇と共にビフェニルのT_1吸収の減衰は速くなり、またこの減衰の速度定数(2次)と温度の関係を示す較正曲線を得た。この較正曲線を、繰り返し多光子吸収中の芳香族分子のT_1吸収の減衰に適用したところ、高分子フィルムの温度がナノ秒パルス幅のオーダーで急速に上昇していることが明らかとなった。この成果を、平成10年7月にスペインで開催されたIUPAC光化学会議で発表した。さらに、今後報文としてまとめて、学術雑誌に投稿する予定である。
ラン藻を利用したndh(NAPH脱水素酵素)遺伝子産物の遺伝生化学的解析

葉緑体DNAには、ミトコンドリア内膜のNADH:ユビキノン酸化還元酵素のサブユニットに相同性を示す11種のndh遺伝子群がコードされており,これらの遺伝子産物は、光化学系に連接する系(循環的電子伝達系?)でプラストキノンの酸化還元を担う超分子複合体を構成すると予想されている。私は、ndh遺伝子産物の関与する反応系とその生理的意義について明らかにすることを目的として、明暗所ともに生育できるラン藻Plectonemaを材料として研究を進めており、今回の一般研究(C)ではすでにクローン化したndh1-frxB(ndh8)-ndh6-ndh4Lオペロンを有効に利用することと共に、未知の関連遺伝子を探索することに研究の重点をおくことにした。研究計画のうち、NAD(P)H結合サブユニット遺伝子の単離を目的とした実験の進行状況は良好であり、新たなndh遺伝子を同定し、遺伝子産物が構成する複合体の機能を予想し生化学的解析を進める上での指針を与えるものと期待される。また、広い意味でのndh関連遺伝子の探索を目的として、タギングによる変異体の作製を試みており、明暗所での生育能の違いを指標にスクリーニングを行い、現在数十種類の変異体を得ている。一方、ndh遺伝子破壊実験と大腸菌における発現産物の調製については、現在なお試行錯誤の段階である。ndh遺伝子破壊実験においては、得られた変異体はいずれも変異遺伝子と野生型遺伝子とが共存するheteroplasmicな遺伝子型を示しており、現在種々の生育条件での選別を繰り返し、その都度数種の単一コロニーからDNAを調製しゲノム解析を行っている。また、大腸菌における発現実験では、ndh遺伝子産物はわずかに同定されるものの、量的に不十分であり精製に至っていない。この点については、ndh遺伝子産物が多くの疎水性(膜貫通)領域を含んでいるため、発現させる領域の縮小と融合蛋白質としての発現を計画している。葉緑体DNAには、ミトコンドリア内膜の呼吸鎖電子伝達複合体(NADH:ユビキノン酸化還元酵素)のサブユニットに相同性を示す11種のndh遺伝子群がコードされている。これらの遺伝子産物は、光化学系に連接する系(循環的電子伝達系?)でプラストキノンの酸化還元を担う超分子複合体を構成すると予想されており、その同定と生理機能の解明は、光合成によるエネルギー変換機構を理解する上で重要な研究課題であるが、現在まで単離精製はおろか活性測定の系すら確立していない。また、複合体Iのいくつかの重要な機能サブユニットに対応する遺伝子は葉緑体DNAから欠如していおり、複合体の機能を予想し生化学的解析を進める上での障害となっている。このような背景のもと、本研究では、明暗所ともに生育できかつ遺伝子操作の可能なラン藻Plectonema boryanumの特性を利用して、ndh遺伝子産物の関与する反応系とその分子構築、その生理的意義について明らかにすることを目的として以下の実験を進めつつある。本年度の研究計画のうち、NAD(P)H結合サブユニット遺伝子の単離を目的とした実験の進行状況は良好であり、新たなndh遺伝子を同定し、遺伝子産物が構成する複合体の機能を予想し生化学的解析を進める上での指針を与えるものと期待される。一方、ndh遺伝子の破壊実験とndh遺伝子の大腸菌における発現産物の調製については、現在なお試行錯誤の段階である。

また、大腸菌における発現実験では、ndh遺伝子産物はわずかに同定されるものの、量的に不十分であり精製に至っていない。この点については、ndh遺伝子産物が多くの疎水性(膜貫通)領域を含んでいるため、大腸菌細胞膜の安定性が損なわれているという可能性を考慮し、発現させる領域の縮小と融合蛋白質としての発現を計画している。葉緑体DNAには、ミトコンドリア内膜の呼吸鎖電子伝達複合体I(NADH:ユビキノン酸化還元酵素)のサブユニットに相同性を示す11種のndh遺伝子群がコードされており、これらの遺伝子産物は、光化学系に連接する系(循環的電子伝達系?)でプラストキノンの酸化還元を担う超分子複合体を構成すると予想されている。私は、ndh遺伝子産物の関与する反応系とその生理的意義について明らかにすることを目的として、明暗所ともに生育できるラン藻Plectonema boryanumを材料として研究を進めており、今回の一般研究(C)ではすでにクローン化したndh1-frxB (ndh8) -ndh6-ndh4Lオペロンを有効に利用することと共に、未知の関連遺伝子を探索することに研究の重点をおくことにした。研究計画のうち、NAD (P) H結合サブユニット遺伝子の単離を目的とした実験の進行状況は良好であり、新たなndh遺伝子を同定し、遺伝子産物が構成する複合体の機能を予想し生化学的解析を進める上での指針を与えるものと期待される。また、広い意味でのndh関連遺伝子の探索を目的として、タギングによる変異体の作製を試みており、明暗所での生育能の違いを指標にスクリーニングを行い、現在数十種類の変異体を得ている。一方、ndh遺伝子破壊実験と大腸菌における発現産物の調製については、現在なお試行錯誤の段階である。ndh遺伝子破壊実験においては、得られた変異体はいずれも変異遺伝子と野生型遺伝子とが共存するheteroplasmicな遺伝子型を示しており、現在種々の生育条件での選別を繰り返し、その都度数種の単一コロニーからDNAを調製しゲノム解析を行っている。
弦の場の理論による弦理論の非摂動論的構造の解析

本研究課題は、弦理論の定式化の一つである「弦の場の理論」を用いて、弦理論の様々な非摂動論的性質の解析を試みると共に、弦の場の理論の定式化自体の再考も目的とするものである。Cubic String FieldTheory(CSFT)とVacuum String FieldTheory(VSFT)の2種類の弦の場の理論に対して、以下のような研究を行った:(1)CSFTにおける時間依存古典解の解析CSFTは不安定D-braneの周りの弦の場の理論であるが、このD-braneが時間と共に崩壊して行く過程を表す時間依存古典解の振る舞いを調べた。弦の場の理論は時間について無限階微分を含むという点で通常の場の理論と大きく異なり、この解析は弦の場の理論に固有の性質を理解する上で重要である。(2)VSFTにおける時間依存古典解の構成と解析上の(1)と同様、不安定D-braneの崩壊過程を表す時間依存古典解を、このD-braneが消滅した配位周りの理論であるVSFTに基づいて構成/解析したものである。Honte Carloシミュレーション等を用いた解析により、望ましい時間依存性を示す解が存在し得ることを見た。(3)VSFTの古典解周りのゲージ構造等の諸性質の解析VSFTをD-braneを表す古典解の周りで展開して、果たして光子に関係したゲージ不変性等の構造が再現されるか、また、開弦の境界条件がどのように実現しうるか、等を調べた。(4)4次元N=4超対称Yang-Mills理論におけるループ方程式とAdS_5×S^5時空上の弦の場の理論の方程式の関係の研究4次元N=4超対称Yang-Mills理論は、AdS_5×S^5時空上の超弦理論と等価であると期待されているが(AdS/CFT対応)、(4)の研究はこの等価性の弦の場の理論を用いた証明への第一歩である。具体的には、超対称Yang-Mills理論におけるWilsonループ演算子を弦場と同定し、これが従うループ方程式を弦の場の理論の運動方程式と考えて、後者がAdS_5×S^5時空上の超弦の場の理論の運動方程式とみなせることを示そうという戦略である。この研究は本研究課題では当初予定していなかったものではあるが、その発展課題として今後重要であると期待している。(3)VSFTにおける時間依存古典解の構成と解析の三つのテーマについて研究を行った。弦理論には不安定なD-brane(ソリトン)が存在し、それらの崩壊の時間依存過程が様々な観点から興味を持たれている。この崩壊過程は従来共形場の理論を用いたtree levelの解析がなされてきたが、弦理論の非摂動論的定式化である『弦の場の理論』による本格的な解析が望まれている。このためには、まず、弦の場の理論において不安定D-braneの崩壊過程を表す古典解を構成する必要がある。上記の研究の内、(1)はこの時間依存古典解を、不安定D-brane周りの理論であるCubic String FieldTheoryにおいて構成することを試み、その解の振る舞いを調べた研究である。

なお、不安定D-braneが消滅した配位周りの理論であるVacuum String Field Theory(VSFT)に基づいた構成もおこなったが[(3)]、この論文は現在雑誌に投稿中である。また、(2)では、VSFTを出発点として、その不安定D-braneを表す静的な解の周りで果たして通常のphotonに関係したゲージ不変性等の構造が再現されるかどうかを詳細に解析した。我々の結果は、ゲージ変換の構造は正しく再現されるが、photonの物理的モードが横波だけであるという要求に関しては未だ問題がある、というものであった。今年度は、(2)VSFTにおける開弦境界条件のダイナミカルな変更の二つのテーマについて研究を行った。この内(1)の課題は、不安定D-braneの崩壊過程を表す時間依存古典解を、このD-braneが消滅した配位周りの理論であるVacuum String Field Theory (VSFT)に基づいて構成/解析しようとするものであり、前年度からの継続の課題であった。Monte Carloシミュレーション等を用いた解析を行い、望ましい振る舞いを示す解が存在し得ることを見たが、その結果は藤田麻沙子氏(大学院生)との共著論文として発表した。また、(2)の課題は次のようなものである。VSFTは開弦の場を力学変数とするが、その開弦座標は端点でNeumann境界条件を満たすように構成されている。ところでVSFTの古典解としてD-braneを表すものが存在するが、この古典解周りでVSFTを再展開した理論における開弦座標の内D-braneに垂直な成分は何らかの意味でDirichlet境界条件を満たさなければならない。この境界条件の変更がVSFTにおいてどのように起っているのか、が(2)の課題であり、様々なVSFTの古典解に対して解析を行った。その結果、以前から知られていたD-brane古典解のパラメータをある特殊な値に取った場合にはDrichlet境界条件が(部分的に)実現していることを見た。また、弦の中点では、全てのD-brane古典解においてDirichlet条件が完全に成立していることを示したが、この物理的意味は未だ不明である。これらの結果は、共同研究者の森山翔文氏(米国Caltech研究員)との共著論文として発表予定である。今年度は、の二つのテーマについて研究を行った。まず、(1)の研究は、VSFTを不安定D-braneを表すと期待されている古典解の周りに展開して得られる理論の構造を調べたものである。特に、a)この展開で得られる理論の弦場は開弦を表す場であると考えられるが、開弦の境界条件がどのように実現しているのか、また、b)この古典解の弦の中点における振る舞いに関係した様々な数学的構造、の二点を解析した。これらの成果は、共同研究者の森山翔文氏(名古屋大学多元数理科学研究科)との二編の共著論文として発表された。次に、4次元N=4超対称Yang-Mills理論は、AdS_5×S^5時空上の超弦理論と等価であると期待されているが(AdS/CFT対応)、(2)の研究は、この等価性の弦の場の理論を用いた証明への第一歩である。具体的には、超対称Yang-Mills理論におけるWilsonループ演算子を弦場と同定し、これが従うループ方程式を弦の場の理論の運動方程式と考えて、後者がAdS_5×S^5時空上の超弦の場の理論の運動方程式とみなせることを示そうという戦略である。
トランスフェリン受容体発現を介した尿細管間質障害の検討

腎機能障害の進行と尿細管・間質障害の関連性について報告されているがその機序は不明である。特に蛋白尿の出現は腎機能低下と関連することが報告されているが、大量のトランスフェリンも尿中に排泄され一部は尿細管から再吸収されている。トランスフェリンに結合した3価鉄が近位尿細管で再吸収されることになるが、その尿細管への影響は酸化ストレスの増大を惹起することが想定される。平成15年度は腎機能障害と鉄代謝の関係についての予備調査として、ヒト由来でかつ比較的容易に採取できる多核白血球における鉄代謝を血液透析患者において測定した。血液透析患者などのサイトカインレベルが高い状態では、健常者に比し細胞への鉄取り込み蛋白であるtransferrin receptorは、遺伝子レベルおよび蛋白レベルともにその発現は増加しており、細胞からの鉄汲み出し蛋白であるferroportin 1の発現は低下していた。これらの結果より鉄輸送蛋白の制御異常が細胞内の鉄過剰の原因となっている可能性を明らかにした。平成16年度では、cysteine(Cys)およびhomocysteine(Hcy)は自己酸化により活性酸素を産生するが、遷移元素である銅(Cu)を追加することにより酸化ストレスを介して近位尿細管由来培養細胞に与える影響を検討した。Cys+Cuの条件下においては、control,Cys,Hcy,Hcy+Cuに比して高度の細胞障害性とTBARS増加が認められ、またこれらの増加はhydroxyl radicalおよび過酸化水素の産生増加と一致していた。CysとHcyではその尿細管細胞への障害性が異なり、特にCuの存在が酸化ストレスを介して細胞障害性に強く関与していることを明らかにした。今後は、ヒト近位尿細管上皮細胞(RPTEC)におけるtumor necrosis factor-α、interleukin-6、Angiotensin IIの鉄輸送蛋白および酸化ストレスと尿細管・間質障害の進展への影響について検討していく。鉄代謝と尿細管機能障害の関係についての予備調査として、ヒト由来でかつ比較的容易に採取できる多核白血球における鉄代謝を血液透析患者において測定し、多核白血球機能低下との関係を検討した。血液透析患者17名および年齢を一致させた健常者17名を対象とした。高ferritin血症などの明らかな鉄過剰徴候を認めない血液透析患者においても多核白血球中に鉄が過剰に存在することを明らかにした。次に遺伝子および蛋白レベルにおける鉄輸送蛋白の発現および多核白血球機能について検討した。遺伝子レベルの発現はTaq-Man Real time PCR法を用いGAPDHに対する相対値として半定量を行った。蛋白レベルの発現については、免疫蛍光染色法およびWestern blot法を用い検討した。多核白血球機能として、貧食能、殺菌能およびf-MLP刺激によるlactoferrin(Lf)、myeloperoxidase、elastaseの細胞外への分泌能を測定した。血液透析患者では、健常者に比し細胞への鉄取り込み蛋白であるtransferrin receptorは、遺伝子レベルおよび蛋白レベルともにその発現は増加しており、細胞からの鉄汲み出し蛋白であるferroportin 1の発現は遺伝子レベルおよび蛋白レベルともに低下していた。血液透析患者においても顆粒分泌能の一つであるLf分泌は低下しており、Lf分泌が多核白血球中のferritin濃度と負の相関を示すことを明らかにし、細胞内の鉄過剰がLf分泌低下を引き起こす可能性を示唆した。

本検討は、血液透析患者などのサイトカインレベルが高い状態では、細胞レベルにおいて鉄輸送蛋白の制御異常があり、鉄の蓄積を惹起する可能性があることを示唆する報告である。腎機能障害の進行と尿細管・間質障害の関連性について報告されているがその機序は不明である。特に蛋白尿の出現は間質障害を介して腎機能低下と関連することが報告されており、アルブミンに結合した脂質の関与などが提唱されてきた。蛋白尿の存在する場合には大量のトランスフェリンも尿中に排泄され一部は尿細管から再吸収されている。トランスフェリンに結合した3価鉄が近位尿細管で再吸収されることになるが、その尿細管への影響は酸化ストレスの増大を介することが想定される。また、多くの含硫アミノ酸は蛋白に結合しており、cysteine(Cys)およびhomocysteine(Hcy)などが遊離すると酸化ストレスを増大させ尿細管障害を惹き起こすことが考えられる。本年度の研究では、CysおよびHcyが遷移元素である銅を追加することにより酸化ストレスを介して近位尿細管由来培養細胞に与える影響を検討した。LLC-PK1細胞において、培養液中にCysおよびHcyとさらに銅(Cu)を添加した条件で、細胞からのLDH release、TBARS(thiobarbituric acid reactive substance)を測定するとともに、hydroxylradical(HR)および過酸化水素の産生、細胞内GSH濃度測定を行なった。Cys+Cuの条件下においてcontrol, Cys, Hcy, Hcy+Cuに比して高度の細胞障害性とTBARS増加が認められ、これらの増加はHRおよび過酸化水素の産生増加と一致していた。このことから、CysとHcyではその尿細管細胞への障害性が異なり、特にCuの存在が酸化ストレスを介して細胞障害性に強く関与していることを明らかにした。また、同時に行なった鉄輸送の予備的検討では、ヒト近位尿細管上皮細胞(RPTEC)における鉄取り込み蛋白であるtransferrin receptor(TfR)やdivalent metal transporter 1(DMT1)および鉄汲み出し蛋白であるferroporrin1(FP1)発現を証明し、ferroportin1(FP1)発現がtumor necrosis factor-α(TNF-α)、interleukin-6(IL-6)、Angiotensin IIにより抑制されることを見いだしており、今後さらにトランスフェリンに結合した3価鉄とその鉄の囲い込みによる酸化ストレスの亢進により尿細管・間質障害が進展する可能性について検討していく。
ナメクジウオの内分泌機構の解明と脊椎動物との比較内分泌研究

脊椎動物への内分泌機構の進化を考えるため脊椎動物と同じ脊索動物門に属するナメクジウオの内分泌機構を調べた.共通する性ステロイド代謝系があり, 5α還元型ステロイドが主要であることがわかった.さらに糖タンパク質ホルモンに相同なホルモンがあり,神経索で合成され,神経葉ホルモンやステロイド受容体の遺伝子発現も神経索でみられた.これらのことから,ナメクジウオは脊椎動物と同様な内分泌物質をもっているが,内分泌器官は無脊椎動物で一般的な神経内分泌機構を利用していることが示唆された.脊椎動物への内分泌機構の進化を考えるため脊椎動物と同じ脊索動物門に属するナメクジウオの内分泌機構を調べた.共通する性ステロイド代謝系があり, 5α還元型ステロイドが主要であることがわかった.さらに糖タンパク質ホルモンに相同なホルモンがあり,神経索で合成され,神経葉ホルモンやステロイド受容体の遺伝子発現も神経索でみられた.これらのことから,ナメクジウオは脊椎動物と同様な内分泌物質をもっているが,内分泌器官は無脊椎動物で一般的な神経内分泌機構を利用していることが示唆された.無脊椎動物から脊椎動物への進化の過程において、脊椎動物に特有な内分泌機構の進化を明らかにすることを目的とする。実験材料には、脊椎動物の祖先に近縁で2008年にゲノム解読が終了したナメクジウオを用いた。ナメクジウオには、甲状腺や下垂体の祖先型と推測される内柱やハチェック小窩が存在し、生殖腺には脊椎動物と同様な性ステロイド生合成経路がある。これらからナメクジウオは脊椎動物の生殖内分泌機構の祖先型モデルであると考えられる。本年の成果は次であった。1)ナメクジウオのゲノム配列が公開されたので、内分泌関連物質の遺伝子を再度検索した。その結果、下垂体ホルモンはなく、広く組織に存在する糖タンパク質ホルモンのみあることを示した(Tando & Kubokawa,2009)。2)レーザーマイクロダイセクション法で集めたハチェック小窩のEST解析を行い、解析中である。3)性ステロイド代謝経路で5α還元型ステロイドが重要であることを明らかにした。5α還元酵素とその遺伝子をHPLCとクローニングでそれぞれ単離し、卵巣と神経索で発現していること、卵細胞に分布することを明らかにした(Roy,et aL, in preparation)。4)糖タンパク質ホルモン、神経ペプチド、性ステロイド代謝酵素の遺伝子の発現をin situハイブリダイゼーション法で明らかにした。生殖腺および神経索の神経細胞に局在していることがわかった(Tando & Kubokawa, in reviewing th erevisedMS)。5)免疫組織化学の手法で、性ステロイド代謝酵素と糖タンパク質ホルモンの局在を調べた。以上の本年度の成果から、ナメクジウオの神経索は、内分泌器官として重要な役割をもつことがわかり、次年度には神経索の神経細胞の役割を重点的に調べることにした。無脊椎動物から脊椎動物への進化の過程において、脊椎動物に特有な内分泌機構の進化を明らかにすることを目的とする。材料とするナメクジウオは、本研究グループの今までの成果から、脊椎動物の生殖内分泌機構の祖先型モデルであるということができる。本年の成果は大きく4項目になる。(1)昨年クローニングしたナメクジウオの唯一の糖タンパク質ホルモンであるサイロスティムリンのリコンビナントをカイコの系を用いて作成し、ヘテロダイマー形成を確認した。これにより、下垂体ホルモンの唯一の候補であり、脊椎動物の糖タンパク質ホルモン4種類の祖先型であることが強く示された。(2)性ステロイド代謝経路で5α還元型ステロイドが重要であることを昨年明らかにしたので、その作用を調べるため、ナメクジウオの5α-レダクターゼ遺伝子の発現の極微量定量系を確立し,性ステロイドホルモン処理をしたナメクジウオにおける5α-レダクターゼ遺伝子の発現の変化を解析した。発現量は,各種の性ステロイドによって大きく変化し,5α-レダクターゼ遺伝子の発現が性ステロイドホルモンによって調節されることが示唆された。(3)神経葉ホルモンであるバソプレシンの遺伝子発現を神経索で調べた。脳胞前部腹側部に強く発現していた。糖タンパク質ホルモンの遺伝子発現と合わせて、ナメクジウオの神経索は、内分泌器官に相当する部位特異的な内分泌部域があることが明らかとなった。このことは、神経内分泌系が脊椎動物への進化の直前まで重要であり、脊椎動物になってから神経系と内分泌系の分化があったことを示唆する。(4)様々な生物のゲノム配列を用いて、ペプチドホルモンおよびペプチドホルモン受容体遺伝子の網羅的解析を行った。また、ナメクジウオを含む様々な脊索動物のゲノム配列から、ペプチドホルモン受容体と相同性のある嗅覚受容体遺伝子を網羅的に解析した。脊椎動物に特有な内分泌機構の進化を,脊椎動物に近縁で同じ脊索動物門に属するナメクジウオを材料として研究する.本研究の成果を含む今までの報告で,ナメクジウオは脊椎動物の内分泌機構の祖先型をもつことが明らかとなっている.

本研究の目的は,ナメクジウオの新しい性ステロイドの同定,代謝経路の完成,受容体分子の局在とリガンド結合様式、成熟・性分化への性ステロイドの機能の解明を行ない,脊椎動物の生殖内分泌機構の起源を明らかにすることである,本年度は,性ステロイドのうち5α還元ステロイド代謝経路の存在部位の証拠を得るために,in situハイブリダイゼーション法で神経索と卵巣での遺伝子発現を調べた.神経索での発現は得られず,若い卵母細胞でのみ発現していた.神経索での発現遺伝子を調べるため,頭部で発現している遺伝子について次世代シーケンサーを使って網羅的に解析し,遺伝子探索を行っている.また,このデータからは日本産ナメクジウオとフロリダ産ナメクジウオのcDNA配列の比較ができたので,今後の遺伝子を使った研究に役立つと考えられる.一方,ナメクジウオの産卵様式はフェロモン分泌が関係する可能性があり,フェロモン物質の同定は出来ていないが,まず嗅覚受容体(OR)について研究を進めた,その結果,ナメクジウオは明確な嗅覚器をもたないにもかかわらず、そのゲノム配列から30種以上の脊椎動物型のOR遺伝子配列が見出され,そのいくつかについて遺伝子発現を調べたところ,皮膚の特定部位に見られるとともに,神経系に見られた.本年は最終年度のため,本研究の成果を整理し,ナメクジウオの神経索が脊椎動物の内分泌器官の多くの機能をもち,生殖の調節にも関連していることを明らかにしたいと考えている.
真正細菌に存在する新機能を有する低分子RNAの同定と機能解析

真核生物および原核生物において、多種類の低分子RNAが存在し、重要な機能を有していることが明らかとなっている。特に、原核生物では、これらの低分子RNAが、転写、翻訳レベルで、遺伝子の発現制御に関わっている。ゲノム上の全遺伝子情報を解析し、機能面でのネットワークを解明する上で、低分子RNAの機能解析は重要である。本研究では、枯草菌において、全ての細胞内低分子RNAを網羅的に同定し、構造解析を行うことを目的とする。枯草菌の対数増殖期の菌体の全RNA中に10種類程度の低分子RNAの存在を確認した。ノーザン解析から、このうち、4種類は5S RNA、scRNA、tmRNA、M1 RNAであった。長さが200塩基付近の2本のバンドについて(BS190RNA、および、BS200RNA)、ゲル抽出後、3'末端へpoly(A)付加して作成したcDNAの塩基配列を決定した。aspS-yrvM遺伝子間のギャップ領域にコードされていた。両末端の解析から、BS200RNAから、5'末端の10塩基が切断され、BS190RNAとなることが示唆された。BS190RNA遺伝子の欠損変異株では、増殖能の低下が見られ、タンパク質合成も一部阻害されていた。一方、X6 Hisタグを付加したRNAポリメラーゼβサブユニットを発現する枯草菌から調製した菌体抽出液に対してNi-NTAカラムを用いたプルダウン実験により、BS190RNAは、特異的に、RNAポリメラーゼホロ酵素と結合する事が示唆された。今年度解析を重点的に行ったBS190RNA(前駆体は、BS200RNA)は、数種類のタンパク質の合成に転写レベルで関与すると予想された。BS190RNAに相同なRNAは他生物になかった。一方、ゲノム上の500塩基以上の100カ所のギャップ配列のノーザン解析の結果から、調べた50箇所のうち、20箇所について転写物の存在が確認できた。
国際リニアコライダーでの実験のため革新的測定器システムの開発研究

この研究計画による活動はILC測定器研究開発の国際環境のなかで欠く事の出来ない存在となった。アジアベースのGLD測定器概念とヨーロッパベースのLDC測定器概念の合併においても対等の立場でリーダシップを発揮し、その存在感は国際的に認知されるに至った。測定器要素の研究開発においても、クォークの種類とエネルギーの測定に必須の反応点検出器、飛跡検出器、およびカロリメータに焦点をおいて、ILCでの物理を実現するための基本性能を実証した。国際リニアコライダーの検出器には、その物理的成果を実現するために、既存及びLHCの測定器を遥かに超える分解能が要求される。研究期間内には、バーテックス検出器、飛跡検出器、カロリメータの基本的要素として、高精細ピクセルCCD、TPCによる飛跡検出器、そして新しい光検出素子MPPCを用いたカロリメータを、実機に近いプロトタイプを試作試験して実証するとともに、ILC測定器システムの全体としての最適化を行う。また、国際協力を緊密に進めるために超高速ネットワーク環境GRIDを整備する。以上を踏まえて、国際共同研究による国際リニアコライダーの測定器開発荷おいて、日本のリダーシップを確立するとともに、国際舞台で活躍する若手研究者を養成する。測定器最適化に関しては、本研究費で採用した東京大学の任期付助手を中心としてクォークの再構成のシミュレーションによる研究を行い、目的のエネルギー分解能を達成した。反応点測定器では、ILCバーテックス検出器に用いるための全空乏型高精細画素CCDの開発の第一段階として、標準的な画素サイズの全空乏型CCDの信号電荷の広がり等の特性の研究、高精細画素CCDをILCのバーテックス検出器として用いた場合に期待される性能のシミュレーションによる研究、およびCCDを薄くした場合の力学的強度の研究を行った。浜松ホトニクス(株)によるCCDシリコン検出器の試作は予定より半年遅れではあるが完成し試作品が3月末に我々に届けられた。その間、シリコン検出器の試験のための読み出し回路チップの設計をおこない、製作をおこない、その集積回路のレイアウトをシリコンソーシアムに外注し、読み出し回路チップの製作を米国のMOSISに依頼した。回路は昨年秋に届けられ、現在その基本的機能が確認された。CCD検出器の本格的試験の準備が整った段階であり、当初の目的は十分に達成した。飛跡検出器では、国際TPC研究グループとして、LC実験に向けたTPCの開発にたずさわってきた。特に昨年度は、プロトタイプ製作に向けたGEM検出器モジュールの開発研究として、作業モデルとして試験的に検出器を製作し、その実現性を示した。また、回避すべき重要な問題である、イオン遮断用ゲート機構開発に向けたシミュレーション研究を進め、その可能性についての具体的な検討を進めてきた。カロリメータに関しては、主として測定器部品の研究開発を行った。シンチレータについてはモールドシンチレーターから切り出し、機械加工する方法を確立した。光センサーMPPCの一応の性能を有する光半導体を開発し、1000個のサンプルを製造し性能を確認した。少量の部品から小型測定器へのくみ上げを行いとテストを実行した。また、GRIDの原理実証のためのシステムを高エネルギー加速器研究機構と東北大学に設置し実際にGRIDとして実用化出来る直前の段階にまで至った。アジアを中心に進められて来たILCの測定器概念GLDと欧州を中心として進められて来たLDC測定器概念は昨年夏頃に合流し、ILDと呼ばれる新しい測定器概念ないしは研究グループとなった。この学術創成研究費で進めて来た測定器最適化およびハードウェアの研究開発のおかげで、資金とマンパワーではるかに優位な欧州勢に圧倒される事なく合流過程においてリーダーシップを発揮し共同研究を行った。ILD測定器の基本パラメータを今年度秋に決める為に測定器最適化グループを主に欧州の研究者と共に組織し、活発なシミュレーション解析を行った。バーテックス検出器(VTX)は、浜松ホトニクスとの共同開発によって製作全空乏型高精細CCDのプロトタイプを設計し、また、読み出し集積回路を設計製作して、基本的機能を確認した。飛跡器検出器(TPC)はLCTPC共同研究組織との今日研究でその大型プロトタイプの検出器部分の2種類のうち1種類であるGEM検出器を担当し設計製作を行い、基本的試験をし、その性能が要求を満たしている事を実証した。光センサーMPPCの開発を浜松ホトニクスと共同で行い、そのゲイン、ダイナミックレンジ、ノイズの温度依存性、クロストーク、光子検出効率、放射線耐性などの測定を行い、MPPCは商品化されるに至った。また、超小型ストリップ型シンチレータの開発も平行して行い、実用性が証明されるに至った。昨年度はまた、小型の電磁かロリメータ試験moduleのビームテストを行った。KEKの計算センターと協力して、小規模のGRIDシステムによってDESYとデータの交換が出来る事を確認した。以上の成果は東北大学で3月に行われた国際リニアコライダー会議において報告された。2007年の夏に、アジアを中心に進められて来たILCの測定器概念

GLDと欧州を中心として進められて来たLDC測定器概念が合体して新しい測定器グループILDが誕生したが、2009年3月31日に約170ページのILD測定器のLOI(Letter of Intent)をILCSC(国際リニアコライダー運営委員会)のもとにある国際リニアコライダーの実験プログラム統括組織(ディレクター:山田作衛)に提出した。これは、主として日本とヨーロッパの共同研究によるものであるが、日本の貢献はほとんどがこの研究計画によるものである。即ち、測定器最適化のためのシミュレーション研究と測定器要素の研究開発をLOI作成に十分なまでに推進した。具体的には、(1)測定器最適化(OPT)に関しては、LDCとGLD統合のための測定器の分解能評価及び物理解析を行った。2008年9月にケンブリッジにおいて行われたILDグループの会議では、LDCとGLDの基本的パラメータ、特にソレノイドの磁場の強さとECALの内径を決定したが、我々の科学的主張は国際的に評価され、統合された測定器ILDはそれらを十分に反映したものとなった。(2)反応点測定器(VTX)は、高精細CCDプロトタイプの試験を行い、基本的な機能を実証し、レーザーによる試験も成功した。また、読み出し集積回路に関しては、前置増幅器、ADC、時間スライス、保存、そしてピクセルレジスターの読み出しの全ての機能が確認された。(3)飛跡検出器(TPC)は、2重GEM電子検出器をKEKの超伝導磁石と欧州で製作されている大型TPCプロトタイプ(LP1)を使って、DESY(ドイツ電子シンクロトロン研究所)においてビーム試験を行った。検出器の一部が漏電し、全チャンネルの1/3を失ったが基本的機能が確認された。(4)カロリメータ(CAL)に関しては、光センサーMPPCの基本的測定と開発を終えた。戦略をHCALからECALに移し、ほぼ商品化されたMPPCを使ってECALの試作機を米国のフェルミ国立研究所に輸送し、ビーム試験を行い、予想通りの分解能を実証した。(5)GRIDネットワークは、ヨーロッパとのシミュレーションデータの交換が実用化された。2009年夏、SiD測定器と我々が推進するILD測定器が国際測定器諮問委員会(IDAG)によって承認された。その後、測定器要素の研究開発を実用化に向けて進めるとともに現実的なシミュレーションを用いた測定器設計を進めた。(1)測定器最適化(OPT)と物理解析に関しては、国際リニアコライダーのコストパーフォーマンスの最適化が行われた。加速器設計グループからバンチ数を半分に減らし、陽電子生成をライナックの最終点近くに持ってくる事が提案されたが、物理と測定器のグループによって、250GeV付近での国際リニアコライダーの性能が大きく損なわれる事がはっきりと示され、その提案は再考されることとなった。我々はこの活動において中心的な役割を果たした。(2)反応点測定器(VTX)は、超高精細を目指して、12マイクロン角から6マイクロン角までの様々なピクセルサイズのセンサーを試作し、8マイクロン角まで機能することが実証されたが、6マイクロン角には問題があった。