hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ハゼ科魚類における通し回遊現象の起源と進化

琉球列島に生息する両側回遊魚の大規模回遊種と局地的回遊種のそれぞれ複数種をモデルとして,仔魚の行動特性,流下と加入の生態特性,海洋における分散過程について比較研究を行い,ハゼ科における両側回遊生態を明らかにし,その進化の過程を考察することを目的とした。2011年からの継続として,両側回遊魚のボウズハゼとヨシノボリ属仔魚の海から河川への加入生態を明らかにするため,毎月1,2回,沖縄島の有津川で潜水調査を行った。仔魚の加入は1月から観察され, 4月から6月がピークであった。ボウズハゼの加人期間は本州よりも長く,本種の回遊生態が緯度により変動することを明らかにした。ボウズハゼ仔魚について耳石による日齢査定を行ったところ,仔魚は聯化直後から約200日間を海で過ごすことが分かった。大規模回遊種ルリボウズハゼとナンヨウボウズハゼの産着卵から艀化仔魚を得て,超小型ワムシ(プロアレス), SS型ワムシを給餌し,飼育を行った。艀化後0,1,2,3,5,7日後の昼と夜の仔魚の比重を測定した結果,比重は,艀化直後には大きな値を示すものの,発育とともに急減し,さらに昼夜で変化することがわかった。沖縄島において,通し回遊性ハゼ亜目魚類のうち大規模回遊種ナンヨウボウズハゼと局所的回遊種ナガノゴリ,ゴクラクハゼを採集した。フランス国立自然史博物館において,レーザーアブレーションICP-MS(誘導結合プラズマ質量分析装置)を用いて,これらの耳石に含まれるSr, Ca, Mg, Baの各元素量を測定し,回遊履歴を分析した結果, 3種はいずれも両側回遊型の回遊パタンを示すものの,河川への加入生態を反映して,異なる移動形態を持つことが明らかとなった。以上の結果より,ハゼ亜目魚類の通し回遊は,回遊規模に加えて,海洋での生態,河川と海との回遊パタンなど様々な要因により形成,維持されてきたと推察された。(抄録なし)海と川を行き来する通し回遊魚のうち,サケに代表される遡河回遊やウナギを初めとする降河回遊は,これまで多くの研究が行われてきた。しかし,ハゼ科魚類の起源については明らかでなく,両側回遊を行うハゼ科魚類については,生活史に関する知見も不足している。熱帯島嶼域を中心に分布するボウズハゼ亜科魚類は,全種が両側回遊性の生活史を持つ。これまでの研究から,主に温帯に生息するボウズハゼは,温帯の四季に対応した季節性と,既知の温帯性の両側回遊魚とは異なる長い海洋生活期や高い海洋依存度を持つものと推測された。これらの両側回遊の特性は,発生初期の生態に深く関わると予想されるが,それらに関する知見は皆無に等しい。本研究では,琉球列島に生息する両側回遊魚の大規模回遊種と局地的回遊種のそれぞれ複数種をモデルとして,仔魚の行動特性,流下と加入の生態特性,海洋における分散過程,およびハゼ科魚類の分子系統関係について比較研究を行い,ハゼ科における両側回遊現象の進化の過程を解明することを目的とした。2011年6月から毎月13回,沖縄島北部の2河川の河口域に定点を設定して,両側回遊魚のボウズハゼとヨシノボリ属仔魚の海から河川への加入調査を行った。その結果,仔魚の加入の多くは6月から7月と2012年の3月に観察された。仔魚を採集し,耳石による日齢査定を行ったところ,仔魚は200日程度の期間を海で過ごすことが分かった。沖縄島北部の河川において,通し回遊性ハゼ科魚類のゴクラクハゼ,タネカワハゼ,チチブモドキ,ナガノゴリの産着卵を採集し,孵化仔魚を飼育した。孵化から着底まで昼と夜の仔魚の比重を継続的に測定した。その結果,局所的回遊種のゴクラクハゼは,昼夜で比重が変化しており,昼間はやや深い場所に留まり,夜間は浮上しているものと推察された。また,昼夜の変化は着底が近づくにつれ小さくなり,着底後は昼夜の比重が逆転した。このことは,底生性に移行する生態と一致した。同じく局所的回遊種のナガノゴリは30日間の飼育の後,着底した。一方,大規模回遊種であるタネカワハゼとチチブモドキは,孵化仔魚のサイズが極めて小さく,それぞれ孵化後から7日目まで飼育を行った。タネカワハゼの比重は,ゴクラクハゼよりも大きく,昼夜の変化も大きかった。以上より,回遊規模により比重が異なり,それらが生息場所を反映する可能性が示された。大規模回遊種のボウズハゼについて,海洋での分散規模を推定するため,分布域を網羅する11地点から採集した標本のミトコンドリアDNAのサイトクロームb領域の全塩基配列を決定した。今後解析を行い,集団構造を把握する。以上の結果より,両側回遊性ハゼの初期生態について,未知であった生態の知見を得ることができ,両側回遊現象の解明に向けて前進した。海と川を行き来する通し回遊魚のうち,サケマスの遡河回遊やウナギの降河回遊は,これまで多くの研究が行われてきた。しかし両側回遊を行うハゼ科魚類についての知見は乏しい。

本研究では,琉球列島に生息する両側回遊魚の大規模回遊種と局地的回遊種のそれぞれ複数種をモデルとして,仔魚の行動特性,流下と加入の生態特性,海洋における分散過程,およびハゼ科魚類の分子系統関係について比較研究を行い,ハゼ科における両側回遊現象の進化の過程を解明することを目的とした。2011年からの継続として,毎月1,2回,沖縄島の有津川で両側回遊魚のボウズハゼとヨシノボリ属仔魚の海から河川への加入調査を行っている。仔魚の加入は4月から6月に多数観察された。仔魚を採集し,耳石による日齢査定を行ったところ,仔魚は約200日間を海で過ごすことが分かった。今後観察個体を増やし,加入時期による浮遊期間の差異を検討する。八重山諸島で孵化した大規模回遊種ボウズハゼが沖縄島に加入する可能性を推定するため,西表島のゲーダ川・仲間川において,流下仔魚と生態の調査を行った。結果は現在解析中である。大規模回遊種チチブモドキの産着卵から孵化仔魚を得て,超小型ワムシ(プロアレス)を給餌し,飼育を行った。孵化後0,1,2,3,5,7,10日後の昼と夜の仔魚の比重を測定した結果,仔魚の比重は昼夜で変化することがわかった。ボウズハゼの海洋での分散規模を推定するため,分布域を網羅する10地点から採集した263個体のミトコンドリアDNAのサイトクロームb領域の全塩基配列により,集団構造解析を行った。その結果,本種は分布域全体で,巨大な単一の集団を形成していることが明らかとなった。現在,この結果を投稿論文としてまとめている。沖縄島において,通し回遊性ハゼ亜目魚類のうち大規模回遊種タネカワハゼと局所的回遊種ナガノゴリを採集した。フランス国立自然史博物館において,レーザーアブレーションICP-MS(誘導結合プラズマ質量分析装置)を用いて,耳石に含まれるSr,Ca,Mg,Baの各元素量を測定し,回遊履歴を解析した結果,タネカワハゼはナガノゴリと比較して,河川加入後に直ちに淡水域へと遡上すること,ナガノゴリは,産卵期に汽水域まで回遊する可能性のあることが分かった。これらの結果より,通し回遊性ハゼ亜目魚類の生態のうち,特に未知である海洋生活期について,一定の知見を得ることができた。今後継続的に研究を行うことで,本科魚類の回遊現象の起源と進化の解明につなげることができると考えている。琉球列島に生息する両側回遊魚の大規模回遊種と局地的回遊種のそれぞれ複数種をモデルとして,仔魚の行動特性,流下と加入の生態特性,海洋における分散過程について比較研究を行い,ハゼ科における両側回遊生態を明らかにし,その進化の過程を考察することを目的とした。2011年からの継続として,両側回遊魚のボウズハゼとヨシノボリ属仔魚の海から河川への加入生態を明らかにするため,毎月1,2回,沖縄島の有津川で潜水調査を行った。仔魚の加入は1月から観察され, 4月から6月がピークであった。ボウズハゼの加人期間は本州よりも長く,本種の回遊生態が緯度により変動することを明らかにした。ボウズハゼ仔魚について耳石による日齢査定を行ったところ,仔魚は聯化直後から約200日間を海で過ごすことが分かった。大規模回遊種ルリボウズハゼとナンヨウボウズハゼの産着卵から艀化仔魚を得て,超小型ワムシ(プロアレス), SS型ワムシを給餌し,飼育を行った。艀化後0,1,2,3,5,7日後の昼と夜の仔魚の比重を測定した結果,比重は,艀化直後には大きな値を示すものの,発育とともに急減し,さらに昼夜で変化することがわかった。沖縄島において,通し回遊性ハゼ亜目魚類のうち大規模回遊種ナンヨウボウズハゼと局所的回遊種ナガノゴリ,ゴクラクハゼを採集した。
排尿筋収縮における尿路上皮よりの調節因子の同定とRho kinaseの役割

分子生物学的研究:ヒトおよびブタ膀胱平滑筋および尿路上皮の組織切片を用いて、ムスカリン、アドレナリン受容体サブタイプ、低分子量G蛋白であるRho/Rho kinaseなどのmRNAと蛋白の発現を、放射線リガンド結合実験、real time定量的RT-PCR,Western Blotting,免疫組織染色法により検討した結果、ブタ上皮および平滑筋にはM2ムスカリン受容体が多く、ヒト上皮および平滑筋にはM3受容体の方がM2より多い事が判明した。また、ブタ、ヒトともにβ3-アドレナリン受容体サブタイプが多いことも発見した。RhoAおよびその活性は、筋層よりも上皮に多く発現した。排尿筋におけるin vitro収縮機能実験:ヒト、ブタともにCarbacholの濃度-反応曲線では、最大収縮(Emaz)は、粘膜の非付着切片ではY27632の3、10、30μM存在下でそれぞれ82%、64%、58%に、粘膜付着切片ではそれぞれ107%、56%、17%に減少した。次に80mM KClまたは100μM Carbacholで前収縮させた膀胱切片に、Y27632またはfasudil(0.1nM-100μM)を投与し濃度-反応曲線を作成した。その結果粘膜の存在下では、Y27632はKCI前収縮による張力を粘膜無しでは(52.0±4.6%)粘膜付き(28±6.8%)よりも有意に(p=0.0088)減少させ、またcarbachol前収縮による張力も粘膜無しでは(53.1±7.2%),粘膜付き(30.6±5.81%)よりも有意に(p=0.0035)減少させた。また、経壁電気刺激(20Hz)による膀胱収縮は、粘膜なしでは、Y-27632(3,10,and 30 μM)投与によりそれぞれ98.5%,88.4%,59.5%減少し、粘膜ありでは、それぞれ61.3%,48.0%,and 36.3%減少させた。1)膀胱(平滑筋および尿路上皮)におけるムスカリン受容体サブタイプの分布正常膀胱、前立腺肥大症(下部尿路閉塞)膀胱の患者より、膀胱平滑筋および尿路上皮切片を摘出した。その切片をもちいて、real-time RT-PCR, Western Blotting,免疫組織染色法などにより、膀胱(平滑筋および尿路上皮)におけるムスカリン受容体サブタイプの分布について研究した。その結果、正常膀胱、前立腺肥大症(下部尿路閉塞)膀胱ともに、M1,M2,M3ムスカリン受容体は発現したが、M4,M5ムスカリン受容体の発現はみられなかった。ムスカリン受容体サブタイプの発現は、個体差が大きく、M2ムスカリン受容体優位のものと、M3ムスカリン受容体優位のものがみられた。2)排尿筋におけるin vitro収縮機能実験:carbachol収縮抑制におけるムスカリンサブタイプとの関係正常膀胱、前立腺肥大症(下部尿路閉塞)膀胱の患者より、膀胱平滑筋と摘出し、carbachol収縮におけるムスカリン受容体サブタイプの親和性を比較した。

その結果、正常膀胱、前立腺肥大症(下部尿路閉塞)膀胱共に、M_1受容体阻害薬(pir-enzepine),M_2受容体阻害薬(methoctramine),M_3受容体阻害薬(4DAMP),尿失禁治療薬(抗コリン薬:tolterodine, propiverine, solifenacin, oxybutynin)の親和性から、排尿筋におけるcarbachol収縮は、M3受容体を介するものと考えられた。3)膀胱(平滑筋および尿路上皮)におけるRhoAの発現ブタおよびヒトの膀胱平滑筋および尿路上皮を用い、real-time RT-PCR, Western Blotting,免疫組織染色法により、RhoAの発現を検討した。その結果、ブタ、ヒトともにRhoAの発現は尿路上皮に多く、平滑筋では少なかった。ブタヒトの膀胱切片と尿路上皮を用いてRho/Rho kinaseなどのmRNAと蛋白の発現を、real time定量的RT-PCR、Western Blotting RhoA活性。免疫組織染色法により検討した。その結果、ブタ、ヒトともにRhoAの発現および活性は、膀胱上皮の方が平滑筋よりも多く発現していることがわかった。次にin vitroにおいて、ブタの膀胱切片を用い、筋切片標本(2×8mm)を作成し、Krebs液の入ったorgan bathに浸し、1gの張力で吊した。Carbacholの濃度-収縮曲線(CRC)を作成し、次いでRho Kinase inhibitor(Y27632またはfasudil)3-30μMを投与した後CRCを作成した。CarbacholのCRCでは、最大収縮(Emax)は、粘膜の非付着切片ではY27632の3、10、30μM存在下でそれぞれ82%、64%、58%に、粘膜付着切片ではそれぞれ107%、56%、17%に減少した。Fasudilも同様の結果であった。またヒトにても同様の実験を行ったが、やはり粘膜付着膀胱切片のほうが強く抑制された。次に80mMKC1または100μM Carbacholで前収縮させた膀胱切片に、Y27632またはfasudil(0.1nM-100μM)を投与し濃度-反応曲線を作成した。その結果粘膜の存在下では、Y27632はKC1前収縮による張力を粘膜無しでは(52.0±4.6%)粘膜付き(28±6.8%)よりも有意に(p=0.0088)減少させ、またcarbachol前収縮による張力も粘膜無しでは(53.1±7.2%)、粘膜付き(30.6%±5.81%)よりも有意に(p=0.0035)減少させた。また、経壁電気刺激(20Hz)による膀胱収縮は、粘膜なしでは、Y-27632(3、10、and30μM)投与によりそれぞれ98.5%、88.4%、59.5減少し、粘膜ありでは、それぞれ61.3%、48.0%、and36.3%減少させた。以上の結果から、RhoAの発現および活性は、膀胱上皮の方が平滑より多かった。Rho kinase inhibitorの膀胱の収縮を抑制作用は、膀胱の粘膜の存在下の方が大きかった。
遺伝情報システム異常と発がん

本総括班は、特定領域研究「遺伝情報システムと発がん」において、計画班と公募班からなる研究組織の立ち上げから、各研究班の研究成果の評価までを行い、さらに研究代表者会議の開催などを通じて情報交換の促進を図るなど、本領域の研究活動の効果的な推進のため、各種の支援活動を行った。その結果、がんの発生と進展の過程の分子機構に関し、がんの予防法の確立と治療法の開発に貢献する多くの新たな知見が得られた。本研究領域は、発がん過程を、環境中や生体内の発がん因子の作用によって遺伝情報システムに異常が蓄積する過程として捉え、近年、目覚ましい進展が見られる遺伝情報システムの分子論的理解を応用しながら、がんの発生と進展の過程を統合的に理解しようとするものであり、新たながんの予防法の確立と治療薬の開発に貢献することを目的とする。この「発がん」領域は、48の計画研究班と、新たに採択される公募班から構成されるが、本総括班は平成17年度からのこれらの研究班の速やかな研究活動の立ち上げ支援するために組織された。本年度、本総括班は、まず、広報活動の一環として、「統合がん」総括班と協力してホームページの立ち上げを行った。このホームページは高い研究推進能力をもつ公募班の応募を促すために極めて重要であると考えている。次に昨年度に提出した研究計画書に対して、審査委員会より頂いた審査結果を受けて総括班会議を開催し、計画班の構成および予算の見直しを行った。この結果は、平成17年度予算申請時の各計画研究班の研究計画調書の内容に反映されている。さらに、平成17年度からの領域運営の手法についての話し合いをおこなうため、平成16年度秋に第2回目の総括班会議を行った。特定研究領域「遺伝情報システム異常と発がん」は、「がん研究の総合的推進に関する研究」の一環として、「細胞のがん化とがんの進展の分子機構」を解明することによって、がんの予防・診断・治療に貢献することを目的として計画された。本総括班は、本研究領域の研究活動を統括・支援することを目的として組織されたが、本年度は下記の活動を行った。(1)研究代表者会議および項目別成果発表会の開催:本年度、本研究領域では、総括班が計画した5つの研究項目に、48の計画研究班と49の公募研究班、計97の研究班が組織され、研究推進を行ってきたが、本総括班では、研究班員相互の情報交換の促進を通じて本研究領域の研究推進を図るため、平成17年7月5日に研究代表者会議を開催し、さらに、研究項目ごとの成果発表会を開催した。具体的には、研究項目1および2が合同で平成18年2月23-25日の三日間にわたって、研究項目3および4が合同で平成18年2月17-18日の二日間、さらに研究項目5は平成18年1月13-14日の二日間、各々の成果発表会を開催した。(2)中間評価のための成果の取りまとめ:本研究領域は、本年度が研究推進の二年目にあたるが、中間評価の年にあたっており、本総括班では、これまでの研究成果を取りまとめ、それをもとに平成17年9月6日に中間評価のためのヒアリングを受けた。その結果、「本研究領域の研究は順調に進捗しており、このまま研究推進を行うように」という、評価を頂いた。(3)計画研究班の決定:本総括班では、上記の中間評価結果を受けて、平成18年度も、平成17年度と同様の計画研究班を組織し、研究推進を行うことを決定した。(4)広報活動の推進:本総括班は、「統合がん」の総括班に参画し、その広報活動の一環として、ホームページの維持運営や厚生労働省のがん研究組織と合同での研究成果発表会の主催を行った。本総括班は、本研究領域の研究活動を統括・支援することを目的として組織され、本年度は下記の活動を行った。(1)研究代表者会議および項目別成果発表会の開催:本年度、本研究領域では、平成17年度と同様に、5つの研究項目で、48の計画研究班と59の公募研究班、計107の研究班が研究推進を行ってきた。本総括班は、研究班員相互の情報交換の促進を通じて本研究領域の研究推進を図るため、平成18年7月4日に「がん特定研究」の他領域と合同で研究代表者会議を開催し、これに続いて本領域単独での研究成果発表会を行った。また、研究者に、より密度の高い情報交換の場を提供するため、各研究項目ごとの成果発表会を開催した。具体的には、研究項目1および2が合同で平成18年11月30目から三日間にわたって倉敷に於いて、研究項目

3および4が合同で平成18年12月22-23日の二日間、筑波において、研究項目5は平成18年10月27-28日の二日間、東京有明に於いて、各々の成果発表会を開催した。(2)広報活動の推進:本総括班は、「統合がん」の総括班に参画し、その広報活動の一環として、ホームページの維持運営や公開シンポジウムの主催(平成19年2月22-23日、経団連会館)を行った。本研究領域は、「細胞のがん化とがんの進展の分子機構」を解明することによって、がんの予防・診断・治療に貢献することを目的として計画され、本総括班は、(1)研究推進と支援、(2)研究成果の公開と情報収集、などの活動を通じて研究班を統括し、円滑な領域運営を進めた。領域運営と支援は、各総括班員が分担・協力して、領域全体および各項目の運営を行った。正副領域代表者の野田と石川は、領域全体の研究推進を統括すると同時に、「統合がん」総括班会議や、がん特定研究正副領域代表者会議に出席することにより、「がん特定」他領域との緊密な連携を進めた。研究項目長は、各項目の研究推進を統括し、そのための助言・指導や情報収集を行って来た。その他の、本研究分野で顕著な業績を持つ総括班員は、主として研究計画実施の方針に対する助言および研究成果の評価を担当した。特に、本年度は、本特定研究領域の第二回目の中間評価の年に当たっており、本総括班が中心となって、内部評価を行った。具体的には、全ての計画・公募班員より、評価用の成果報告書を提出して頂いた上で、平成19年7月26-27日の両日に成果発表会を開催し、これを総括班員4名、外部委員2名からなる評価委員に採点した。総括班では、その評価結果に基づいて、平成20年度からの本領域の更なる研究推進に向けて、新たな研究組織を構築した。この内部評価結果と新組織案は、平成19年9月21日に文部科学省において行われた中間評価ヒアリングで発表され、その結果、「(A)現行のまま推進すれば良い。」との評価結果を受けた。研究成果の公開と情報収集に関しては、本領域の研究成果をホームページを通じて公開すると同時に、「がん特定」他領域と連携して、厚生労働省との合同公開シンポジウムを開催した(平成20年2月28-29日)。その他の、本研究分野で顕著な業績を持つ総括班員は、主として研究計画実施の方針に対する助言を担当した。本年度は、本特定研究領域の第二回目の中間評価の翌年に当たっており、本総括班が中心となって成果の取りまとめを行い、これを基に「平成20年度成果状況報告書」を作成し、文部科学省に提出した。具体的には、全ての計画・公募班員より、成果報告書を提出して頂いた上で、各項目長が担当領域の成果状況の評価を行ない、この結果を領域代表が取りまとめて、報告書を作成した。本総括
肝線維化部位に集積する筋線維芽細胞による線維形成の分子機構に関する基礎的研究

肝臓病態で見られる筋線維芽細胞の存在に着目し、この細胞が線維形成に重要な細胞であると考えている。本研究では肝臓のオステオポンチン(OPN)陽性の筋線維芽細胞の存在を明らかにし、その細胞の単離および機能解析を目的として研究を進めた。正常肝からOPN陽性細胞の分離を試みたが、その細胞はほとんど存在しなかったため、OPNの発現が高い障害肝モデルを探索した。その結果、マウスの線維化モデルやNASHモデルでOPNの強発現を確認することができた。その局在は門脈域周辺を中心に限局して存在していることが明らかとなり、OPNが線維化の初期段階における筋線維芽細胞の有用なマーカーであることが示唆された。近年、食生活の欧米化に伴い、日本における患者数が増加している非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)や、C型肝炎やB型肝炎などのウイルス性肝炎は、肝線維化を経て肝硬変や肝癌を発症し、死亡するケースも少なくない。本研究は肝線維化のメカニズムを明らかにする目的で、オステオポンチン陽性細胞に着目した研究を行っている。近年、肝線維化をもたらす要因として、線維化部位に集積する細胞(オステオポンチン陽性筋線維芽細胞)の存在が非常に重要な役割を担っていることが報告された。そこで、我々は線維肝からオステオポンチン陽性筋線維芽細胞の分離および培養を試み、その細胞の特性を明らかにしたいと考えている。我々は、まず初めにオステオポンチンの作用機序を目的でヒト星細胞株LX-2細胞にヒト組み換えオステオポンチンを作用させた。この細胞はオステオポンチン受容体インテグリンα5, αV, β1, β3, β5およびCD44を発現していることを確認され、オステオポンチンの作用によりコラーゲン産生が抑制された。さらに、マウスにCCl4を投与した肝線維化モデルおよびメチオニン・コリン欠乏食を投与したNASHモデルにおいて、正常肝に比べオステオポンチンの発現が増加傾向にあり、肝線維化の進展や星細胞の活性化に伴い発現が上昇することが明らかとなった。今後、オステオポンチン陽性細胞を肝臓から分離・培養し、その作用機序を明らかにしたいと考えている。近年、食生活の欧米化に伴い、生活習慣病から重篤な病気に進展する症例が多く見られている。肝臓においては脂肪肝から進展した非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)が将来的に肝硬変や肝癌に進展するリスクがあるため、その治療法の確立が急務である。我々はNASHなどの肝臓病態で見られる筋線維芽細胞の存在に着目し、この細胞が線維形成に重要な役割を持っていると考え、研究を行っている。しかしながら、これまで有効な細胞マーカーが存在しなかったため、その機能解析が進んでいない。最近、肺の線維化を誘発する細胞としてオステオポンチン(OPN)陽性の筋線維芽細胞の存在が明らかとなった。本研究では肝臓内のOPN陽性の筋線維芽細胞の存在を明らかにし、その細胞の単離および機能解析を目的として研究を進めた。初年時に正常肝からOPN陽性細胞の分離を試みたが、OPN陽性細胞がほとんど存在せず、細胞を分離することができなかった。そこで、障害肝から分離できるOPN陽性細胞数が非常に少ないことが想定されたため、OPNの発現が高い障害肝モデルを探索した。その結果、四塩化炭素を投与した慢性肝障害モデルやメチオニン・コリン欠乏食を投与したNASHモデルでOPNの強発現を確認することができた。現在、四塩化炭素を投与した肝障害モデルを作製し、OPN陽性細胞の分離に着手している。それと同時に、OPNがクッパー細胞などのマクロファージでも発現していると言われているが、マクロファージのマーカーF4/80や活性化星細胞などのマーカーα-SMAを使用して病理学的に立証を行った。その結果、OPN陽性細胞の局在はF4/80陽性細胞と局在が異なり、門脈域周辺に限局して存在していることが明らかとなった。これらのことから、OPNが線維化の初期段階における筋線維芽細胞の有用なマーカーであることが示唆された。当初の計画では初年度にオステオポンチン陽性細胞の分離を確立する予定であったが、正常肝臓でオステオポンチンを発現している細胞が非常に少なかったため、当初の予定より研究手法の改善が必要であると思われた。そのため、障害肝からのオステオポンチン陽性細胞の分離または正常肝から分離・培養した細胞の中から、オステオポンチン細胞のみを分離するなどの工夫が必要であると考えられた。これらと並行して、ヒト由来の培養肝星細胞を使ってオステオポンチンの生理学的機能を明らかにしたいと考えている。オステオポンチンの肝臓での機能を明らかにすることが、肝線維化の進展や線維形成のメカニズムの解明に繋げたいと考えている。肝臓病学

現在、正常肝や障害肝から細胞を分離する技術の確立を目指している。オステオポンチン陽性細胞の割合は非常に少ないため、効率よく細胞を分離する技術が求められる。肝臓内でオステオポンチンを発現している細胞はマクロファージなどの炎症性細胞や星細胞、胆管細胞などが報告されている。これらの細胞の中から、線維化に関連すると思われるオステオポンチン陽性の筋線芽細胞を分離・培養し、その細胞特性を明らかにしたいと考えている。具体的にはこの細胞のコラーゲン産生や遊走性、増殖能を解析し、肝細胞や他の類洞壁細胞との相互作用をin vitroで解析する。この細胞の線維形成に関わる分子制御機構を明らかにすることで、肝線維化の治療法の開発および創薬研究につながることが期待される。次年度使用額が生じた理由として、現在、培養細胞を使ってオステオポンチンの生理学的機能を明らかにしようとしているが、現在使用中の大型機器の使用不良により機器修理または新規購入が必要とされたため、研究費の次年度への繰越を行っている。また、当初の研究計画より遅れているため、次年度の動物実験でのマウス購入、消耗品購入、学会発表及び論文発表投稿料で使用する。次年度使用予定額:1886367円(内訳ゲル撮影装置購入:160万円、マウス購入:10万円、消耗品購入:10万円、学会発表:8万円)
一般交換の成立及びそれが人々の心理過程を通じて社会の基盤形成に果たす機能

人間社会は、多数の人々が一対一の関係を超え助け合うこと-一般交換-により支えられている。近年、このような二者間を超えた利他行動を説明するモデル研究が、生物学を中心に急速に展開しつつある。しかし、その適応的基盤は未だ明らかにされておらず、またそうしたモデル研究のほとんどは、モデルの前提となるべき人間の認知・心理的特性に関する社会科学における実証的知見を無視した形で行われてきた。本研究の目的は、二者を超えた利他行動がなぜ、いかにして、どのような人間の認知・心理特性を基盤として成立するかを、生物学における適応論的アプローチと、心理学や社会科学における実証的アプローチを統合し、理論的・実証的に検討することにある。初年度には、一般交換の成立を可能とする適応的な戦略を理論的に明らかにすることを目的としたコンピュータ・シミュレーションと数理解析を行った。その結果、一般交換の成立を可能とする重要な理論的条件が、「利己主義者を排除する」「利他主義者に対して利他的に振る舞った者を助ける」のみならず、「利己主義者に対して利他的に振る舞った者を排除する」という厳しい選別的利他主義にあることを明らにした。平成17年度はこの結果を国際学会で発表するとともに、その結果を国際雑誌に論文として投稿した。平成18年度には、人々が実際に理論研究の結果示された戦略を採用することにより一般交換を成立せしめるのか、理論的結論を実証的に検討する実験室実験を実施した。具体的には、参加者に元手を与え、他者の過去の行動履歴にもとづいて、どのような他者に利益を与える行動をとるかの決定を繰り返し行う実験を実施し、参加者の選別的利他行動のパターンを測定した。その結果、参加者は実際に、「非協力者を排除し」「協力者を助けた者を助け」「非協力者を助けた者を助けない」という、理論研究の結果示された行動パターンを示すことが明らかにされた。本研究の目的は、一般交換成立の理論的仕組みを明らかにすること、及び一般交換が人間の認知・心理、他の社会的問題の解決に与える影響を解明し、一般交換の社会的機能を考察することにある。本年度はまず、これまで生物学を中心に行われてきた先行研究における問題点を解決し、一般交換を成立せしめる理論的仕組みを解明することを焦点とし、一般交換の成立を可能とする戦略を検討するシミュレーション、及び数理解析を行った。具体的には、一般交換成立の条件を数理的に明らかにする数的解析を行い、更に、これまでの研究で主として用いられてきたランダムマッチングという不自然な状況ではなく、より我々の直観にも、理論的妥当性にも合致する、選択的プレイ状況を用いたシミュレーションも行い、そこでの一般交換成立条件を検討した。その結果、一貫した結果として、「利己主義者を排除するのみならず、利己主義者を利する無条件利他主義者をも排除する」ことが、一般交換成立の重要な要件であることが明らかにされた。また、本年度は、この理論モデルにおける結論を実証的に検討するため、質問紙実験の結果を検討するとともに、実験室実験プログラムの作成を行った。実証的検討の第一段階として行われた質問紙実験の結果は、利己的な人に対して利他的に振舞った行為者(=無条件利他主義者)は、利他的な人に対して利他的に振舞った行為者(=選別的利他主義者)に比べ、多くの側面でネガティブに評価され、また利他行動の対象とされにくいことを示すものであった。そこで本年度はこの結果に基づき、一般交換状況において人々が実際にどのように行動するかを検討することを目的とし、実験室実験を行うためのコンピュータプログラムを作成し、予備的実験を行った。今後、予備実験において得られた結果をもとにデザインを精緻化し、一般交換状況における人々の行動傾向を調べる実験室実験を本格的に行う予定である。

その結果、参加者は実際に、「非協力者を排除し」「協力者を助けた者を助け」「非協力者を助けた者を助けない」という、理論研究の結果示された行動パターンを示すことが明らかにされた。
狂犬病ウイルスの複製過程における細胞骨格系の関わりについて

狂犬病ウイルスの複製における細胞骨格系,特に膜骨格系(actin-CD44系)成分の役割について,いろいろな角度から解析を行った.細胞骨格成分のうち,アクチン繊維を細胞膜成分(CD44,CD43,ICAM Iなど)とを結びつける役割を持つモエジンは,ウイルスの糖蛋白(G)と直接結合する性質を持ち,またGタンパクの膜貫通ドメインのすぐ内側にはモエジンの本来の結合相手となるCD44,CD43およびICAM Iの膜貫通ドメインの細胞質側の配列と類似性を示し,GタンパクはCD44等と共通の結合様式によりモエジンと結合することが示唆された.このことは競合的に作用する可能性をも示唆し,ウイルス感染過程が進むにつれて,microvili構造が消失してゆく仕組みとしても説明することができるかもしれない.さらに,成熟ウイルス粒子における各成分の局在部位を免疫電子顕微鏡的に観察して得られた所見から,ウイルス粒子形成過程における膜骨格系の役割を以下のように推測した.まず,出芽法によるウイルス粒子形成過程は3つの段階に分けられる;(1)まず出芽の始まりにおいて,ウイルスエンベロープ成分を含む小さいドームが膜上に形成され,(2)次に,ドーム形成の延長として伸長過程が進み,ヌクレオカプシドの端が収まるまで続き,(3)最後に粒子が細胞膜から切り離される過程である.ウイルスの出芽過程において,細胞骨格系がポジティブに果たす役割があるとして推測されることは,出芽の始まりにおける小さいドーム形成において,表面張力に打ち勝って膜を盛り上げる過程,引き続く粒子伸長過程(膜骨格系は粒子の伸長とともに移動すると思われる),出芽の最後の段階として粒子が細胞膜から切り離される終結段階,これら3つの段階において,細胞骨格系の力が大きく働く可能性がある.狂犬病ウイルスの複製における細胞骨格系,特に膜骨格系(actin-CD44系)成分の役割について,いろいろな角度から解析を行った.細胞骨格成分のうち,アクチン繊維を細胞膜成分(CD44,CD43,ICAM Iなど)とを結びつける役割を持つモエジンは,ウイルスの糖蛋白(G)と直接結合する性質を持ち,またGタンパクの膜貫通ドメインのすぐ内側にはモエジンの本来の結合相手となるCD44,CD43およびICAM Iの膜貫通ドメインの細胞質側の配列と類似性を示し,GタンパクはCD44等と共通の結合様式によりモエジンと結合することが示唆された.このことは競合的に作用する可能性をも示唆し,ウイルス感染過程が進むにつれて,microvili構造が消失してゆく仕組みとしても説明することができるかもしれない.さらに,成熟ウイルス粒子における各成分の局在部位を免疫電子顕微鏡的に観察して得られた所見から,ウイルス粒子形成過程における膜骨格系の役割を以下のように推測した.まず,出芽法によるウイルス粒子形成過程は3つの段階に分けられる;(1)まず出芽の始まりにおいて,ウイルスエンベロープ成分を含む小さいドームが膜上に形成され,(2)次に,ドーム形成の延長として伸長過程が進み,ヌクレオカプシドの端が収まるまで続き,(3)最後に粒子が細胞膜から切り離される過程である.ウイルスの出芽過程において,細胞骨格系がポジティブに果たす役割があるとして推測されることは,出芽の始まりにおける小さいドーム形成において,表面張力に打ち勝って膜を盛り上げる過程,引き続く粒子伸長過程(膜骨格系は粒子の伸長とともに移動すると思われる),出芽の最後の段階として粒子が細胞膜から切り離される終結段階,これら3つの段階において,細胞骨格系の力が大きく働く可能性がある.VAP100は我々が狂犬病ウイルス粒子内に見出した分子量約100-kDaのミオシン関連蛋白質であるが,本来宿主細胞由来のもので,狂犬病ウイルス粒子に選択的に(他の宿主細胞成分と較べて高い効率で)取り込まれる.感染細胞溶解液を用いた免疫沈降実験において,その選択性の基盤となる現象として,VAP100とウイルスエンベロープ蛋白質(特にウイルス糖蛋白質)との結合が示された.金コロイド結合抗体を用いたウイルス粒子の電子顕微鏡観察により,ウイルス粒子におけるVAP100の局在を見ると,主に棒状をしたウイルス粒子の平坦面をもつテール部位に抗原の集中像が見られ,一部は頭部周辺にも見られた.アクチン分子もVAP100と同様の分布が見られた.この分布の局在性および感染細胞の切片標本の電子顕微鏡観察から,出芽方式でのウイルス粒子形成過程は初期段階(芽形成),伸長過程,および終結過程(細胞表面からの粒子の切り放し)の3段階から成り,初期および終結過程に,アクチンあるいはアクトミオシンの位置エネルギーの変化を伴う何らかの物質的移動が関わりをもつことが示唆された.また,この二つのステップはウイルス粒子形成過程における律速段階とも考えられる.さらに,VAP100はウイルス糖蛋白の出芽部位への輸送にも関連している可能性もある.この点は免疫沈降実験において,アクチンを形質膜に結合させるのに関わるERM蛋白質とウイルス糖蛋白質との強い結合がみられたことから支持されるように思われる.さらにこの結合にはウィルス糖蛋白質のTMドメインの直下の特徴的な数個の塩基性アミノ酸の列びが関与しており,本来ERM蛋白質と結合するCD44やCD43と共通の構造をとっていることが強く示唆された.エンベロープを持つウイルスが宿主細胞の膜面から芽を出すようにして成熟粒子を形成する仕組みについて,分子レベルからの解析,特にこれまでに我々が明らかにしてきた狂犬病ウイルス粒子に取り込まれる細胞骨格成分との関連で解析を行った.

まず,アクチンと細胞膜を結びつけるERMファミリー蛋白質(特にモエジン)とウイルス成分との相互作用を免疫沈降法により調べた.その結果,モエジンとウイルスのエンベロープ成分とが共沈し,この共沈物の界面活製剤(DOC)処理実験から,エンベロープ成分のうち糖蛋白質と直接結合していることが強く示唆された.次に,狂犬病ウイルス糖蛋白質のCDNAおよびC末端部位に変異を持つように変異を導入したcDNAを発現させて,細胞骨格成分との相互作用を解析した.その結果,感染系と同様に,ウイルス糖蛋白質とモエジンとの強い結合が観察され,マトリックス蛋白質との結合はみられなかった.このようなモエジンとウイルス糖蛋白質との結合はそのC末端側のアミノ酸44個からなる細胞質側配列を35個まで欠如させても結合性は保持されたが,43個欠如させると結合性は失われた.このことから,ウイルス糖蛋白質の細胞質側の数個のアミノ酸からなる部位がモエジンとの結合に関与していることが強く示唆された.ウイルス糖蛋白質のこの部位のアミノ酸配列をみると,モエジンが本来結合するCD44,CD43やNCAMの細胞質側のアミノ酸配列と高い相同性を示すことが明らかになった.一方,RNP側から見ると,Hsc73がまず(-)鎖選択的にRNPに結合し,次いでこれにβ型のマトリックス蛋白質が結合し,後者がウイルス糖蛋自質と強く結合する(DOC抵抗性)性質を持つことを先に明らかにしていたので,以上の研究成果から,(-)RNPがHsc73やMβと結合した後,ウイルス糖蛋白質とモエジンの複合体との結合が起こり,さらにウイルス粒子として出芽する過程に進む可能性が強く示唆されるに至った.
単細胞緑藻クラミドモナスにおける光合成集光装置遺伝子の電子伝達系非依存的強光応答

植物は光エネルギーを利用して光合成を行うが、過剰な光エネルギーは細胞に有害な活性酸素の生成を促すため重大なストレス要因となる。光合成集光装置遺伝子の光の強さに応じた発現制御は光エネルギーの入力段階における光ストレス防御を担うが、その強光応答機構は明らかではない。昨年度に単細胞緑藻のクラミドモナスを用いて強光により非常に迅速に著しく誘導される新奇の集光装置類似遺伝子Lh14を同定し、このmRNAレベルの強光応答に光合成電子伝達系や活性酸素は関与しないことを示した。今年度はこの新奇遺伝子の強光応答についてさらに解析を進め、以下の成果が得られた。タンパク質レベルの知見を得るため、Lh14タンパク質に特異的な合成ペプチドに対する抗体を作製した。この抗体を用いたウエスタンブロットにより分子量27kDaのタンパク質に相当するメジャーなバンドが強光照射した細胞の葉緑体チラコイド画分から一本検出された。これはLh14の推定アミノ酸配列から予想される性質と一致する。このタンパク質は弱光下で培養した細胞からは検出されず、mRNAと同様に強光により著しく誘導された。これらの結果はLh14タンパク質が葉緑体チラコイド膜における光ストレス防御に関与する可能性を示唆する。この遺伝子の光応答機構についての知見を得るため、mRNAレベルの光応答における光強度と光質の影響を調べた。暗所で培養した細胞を30分光照射すると、1000μmol m^<-2>s^<-1>まで光強度に依存したmRNAの発現が見られた。また、この発現はDCMUとDBMIBにより光合成電子伝達系を完全に阻害しても見られ、青色光に対して強い依存性を示すことより、特異的な青色光受容体の関与が示唆された。光合成集光装置遺伝子の光の強さに応じた発現制御は光エネルギーの入力段階における光ストレス防御機構を担うが、その強光応答機構は明らかではない。単細胞緑藻のクラミドモナスを用いて集光装置遺伝子ファミリーの強光応答に関する研究を行い以下の成果が得られた。集光装置遺伝子と部分的に相同な遺伝子をクラミドモナスから新たに4個同定し、細胞を弱光から強光に移した後のmRNA量の経時変化を調べた。1個の遺伝子のmRNAは光化学系IIの集光装置遺伝子と同様に強光に移して2-4時間までに減少しその後増加する傾向がみられた。一方、残り3個の遺伝子のmRNAは弱光下では低いレベルにあり、強光に移した後1時間程度をピークとする一過的な増加を示した。このような正反対の強光応答を示す遺伝子は生理的役割が異なると思われるが、初期応答の早さや一過性などタイムコースに共通点がみられ、同じ情報伝達系が関与している可能性が高い。新たに同定した遺伝子のうちの一つは新しい種類の集光装置類似タンパク質をコードしており、その発現の強光応答性は調べた他の遺伝子に比べて著しく高いので、遺伝子発現の強光応答機構研究の良いマーカーとなる。この遺伝子のmRNA量は活性酸素処理によって大きく変化せず、その強光応答は光合成電子伝達系を阻害しても影響されなかった。したがって、電子伝達成分の酸化還元状態や活性酸素がこの遺伝子の強光応答の直接のシグナルとなっている可能性は低い。3種類の集光装置関連遺伝子のプロモーター領域のクローニングを行い、配列を比較したところCとGのくり返しオリゴマー配列が共通してみられるが、厳格なコンセンサスはなく、強光応答遺伝子に特異的な特徴かどうかさらに解析が必要である。
磁性金属におけるハイブリッド密度汎関数理論の新展開

一般化されたKoopmansの定理を活用する事により、一粒子準位の満たすべき厳密な条件を用いてハイブリッド密度汎関数における混合パラメーターを第一原理的に決定した。その結果、歪んだ岩塩構造を取るタイプII反強磁性状態のNiOでは、電荷移動型絶縁体の電子状態を再現し、各軌道キャラクターのエネルギー位置も実験と矛盾しない結果が得られた。しかしながら、Mott-Hubbard絶縁体であるFeOに対してはdバンドの各状態それぞれに対して、大きく異なる混合パラメーターが得られた。また、これらの物質群に対する混合パラメーターはより大きな局在性のため、窒素化合物中の遷移金属不純物に対するものより大きい事が分かった。本研究における混合パラメーターの最適化法はDFT+U法のUの値の最適化にも用いる事ができる事を指摘した。一方で、既存の理論も含めた様々な手法による磁性金属の第一原理計算を実行し、磁性金属材料の電子状態の理解も深化させた。具体的には、原子サイト毎に磁気異方性の寄与を分解する手法を開発し、Y2Fe14Bなどのバルク磁性体に適用する事によりその有効性を確認した。さらにY2Fe14Bにおける磁気異方性の歪みによる制御可能性を見出し、その磁気異方性変調のメカニズムを明らかにした。磁性材料微細構造組織界面に対しても本手法を適用し、界面等における局所的な磁気異方性の効果を定量的に評価した。本研究により開発された磁気異方性解析手法は簡便かつ適用範囲が広く今後の応用が期待される。26年度が最終年度であるため、記入しない。局在電子と遍歴電子を統一的に記述する事はより高精度な第一原理計算を目指す上で重要なポイントであるが、広く使われているDFT+U法は酸素の2p電子の様に局在の度合いが中程度の電子状態に対しては用いる射影状態の広がりに応じて占有数が変化する等問題がある。今年度は電子の高精度化のアプローチの一つとしてハイブリッド密度汎関数法を検討した。ハイブリッド密度汎関数理論は比較的低コストの計算負荷と精度向上の両立が期待されており、電子励起・光吸収の第一原理計算においてよく用いられている。まず、ハイブリッド密度汎関数理論の金属の適用可能性を検討した結果、Fermiエネルギーで状態密度がゼロとなる事実は電子の粒子としての離散性による要請であるものの、その特異性によりエネルギーがFermiエネルギーから少しでもずれると電子状態密度は通常のDFTと同じオーダーまで増加するため原則問題とならない事を確認した。また一般化されたKoopmansの定理を活用する事により、一粒子準位の満たすべき厳密な条件を用いてハイブリッド密度汎関数における混合パラメーターを第一原理的に決定した。その結果、歪んだ岩塩構造を取る電荷移動型絶縁体であるタイプII反強磁性状態のNiOでは、バンドギャップの値が通常のGGA-PBE汎関数およびHybrid-HSE汎関数と対照的に、非占有3d状態のエネルギーが実験値とコンシステントとなった。また、混合パラメーターと電子の局在性の度合いの関係について検討し、遍歴性の強いbcc Feでは混合パラメーターがほとんどゼロとなる事、イオン性の強い酸化物絶縁体中では半導体中の点欠陥状態よりも混合パラメーターが大きくなる事を見いだした。研究計画書に記載した通り、電子系の全エネルギーに対する電子数依存性を検討した。その結果、一般化されたKoopmansの定理を活用し、一粒子準位の満たすべき厳密な条件を用いてハイブリッド密度汎関数における混合パラメーターを第一原理的に決定する事を可能とした。これは課題の中間目標の達成と考えられる。また、混合パラメーターは状態毎に依存するものの、典型的な物質群に対しては単一のパラメーターの使用で差し支えない事を示した。また、スーパーコンピューターを用いた数値計算によりハイブリッド汎関数を用いた計算による計算結果のユニットセルサイズ依存性・k点サンプリング数依存性をbcc鉄に対して検討した。

この様な基礎的な数値収束性の検証は今後の課題遂行に対する基礎となり重要である。以上の事項を勘案すると、平成25年度の事業計画目標は本質的に達成されていると言える。同時に、研究計画策定当時には想定されていなかった問題も明らかになってきたので、平成26年度はその問題に柔軟に対処するべく別記の通りの方策に従い今後の研究を推進する。平成25年度の研究実施により、状態毎に混合パラメーターを第一原理的に見積もる事を可能とし、電荷異動型Mott絶縁体に対して電子状態計算の精度向上を達成したが、少なくともある物質群、具体的にはMott-Hubbard絶縁体、に対しては、状態毎に混合パラメーターが大きく異なる事が問題となる事が分かった。従って、Mott転移の記述も可能にする事は現状では不可能であり、元の研究計画の様にハイブリッド汎関数による応用計算を実行する前に、ハイブリッド汎関数の磁性金属への適用可能性・発展可能性をさらに検討する必要がある。この問題を克服するための一つの可能性として、DFT相関項とMP2相関項を混合する2重ハイブリッド法の応用が有効であると考えられるが、当該手法は計算コストが非常に高く単純に既存の2重ハイブリッド法を適用するのは現実的とは考えにくい。以上の理由により、今後の研究の推進方策としては、引き続きハイブリッド密度汎関数理論の発展の可能性を検討すると同時に、既存の理論も含めた様々な手法による磁性金属の第一原理計算を実行し、磁性金属材料の電子状態の理解を深化させる事を計画している。具体的には、昨年度原子サイト毎に磁気異方性の寄与を分解する方法を開発し、バルク磁性体に適用する事によりその有効性を確認したため、今年度は磁気異方性計算のターゲットとして磁性材料界面・ナノ構造を取り上げ本手法を適用し、界面等における局所的な磁気異方性の効果を定量的に明らかにする事を目指す。
第一原理計算による機能材料界面の原子構造と量子輸送特性の解明

本研究では、機能材料中の異種界面および双晶界面の原子構造と電子状態について、最先端の原子分解能走査透過型電子顕微鏡法(STEM)と密度汎関数法による第一原理計算により研究を行った。金属と酸化物により形成される異種界面では、界面の原子構造が機能特性に多大な影響を及ぼす。また、界面の原子構造と電子状態は、酸化物結晶の界面における極性に依存して大きく異なると考えられる。本研究では、分子線エピタキシー法によりZnO(0001)および(000-1)面にPd原子を成膜し、原子分解能STEMにより異種界面の観察を行った。STEM像の解析で得られた界面原子構造モデルをもとに約1000原子からなる超格子を作成し、第一原理計算により構造最適化を行い、界面の電子状態を計算した。Pd/ZnO界面の格子定数は18%と大きく異なるが、周期的に原子位置がずれることで不整合を緩和していることが分かった。さらに、界面の化学結合は共有結合とイオン結合の両方の性質を示し、その度合いと電子状態を定量的に明らかにした。また、磁性材料双晶界面の電子状態についても解析を行った。磁性材料の一つとして応用が期待される四酸化三鉄は、常温でフェリ磁性・半金属性を示し、スピントロニクス、触媒、医療材料など幅広い実用範囲を持つ。本研究では、まず三酸化二鉄結晶を真空中で1246°Cで加熱し、四酸化三鉄双晶試料を得た。その後、STEM観察を行い3種類の安定構造を発見した。第一原理計算により原子構造と電子状態を詳しく調べた結果、双晶近傍の強・反磁性は原子構造に依存することが分かり、それぞれ特徴的な電子状態を持つことが明らかになった。また、微分位相コントラストSTEM法により磁気結合を直接観察し、理論計算による予測と整合する結果を得た。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。マグネタイト(Fe3O4)双晶の電子状態と磁気特性について第一原理計算を行った.フェリ磁性・半金属の特性を持つマグネタイトは様々な特性を有し,スピントロニクス,磁性デバイス,触媒,薬品として多数の用途が認められている.マグネタイト双晶欠陥に関する研究は多数あるが,原子構造と物性の直接的な因果関係は現在のところよく分かっていない.本研究では,まずヘマタイト結晶(Fe2O3)を真空中1246°Cで加熱し,マグネタイト双晶試料を得た.次に走査透過電子顕微鏡(STEM)法により, (111)面上に成長した3種類の安定構造を発見した.そして第一原理計算(VASPコード)により,最安定原子構造とその物性を探索した.その結果,双晶近傍の強・反磁性は原子構造に依存することが分かり,それぞれ特徴的な電子状態を持つことが明らかになった.さらに,微分位相コントラストSTEM法により磁気結合を直接観察し,理論計算による予測と整合する結果を得た.また,金属/セラミックスの異種界面についても理論計算を行った.異種界面は工学材料に多く見られ,界面の原子構造は材料物性に多大な影響を及ぼすため,物性発現機構を系統的に解析することが重要である.パラジウム/酸化亜鉛の異種界面界面の格子定数は18%と大きく異なるが,周期的に原子位置がずれることで不整合を補填していることが分かった.1000原子弱の超格子モデルを作成し第一原理計算を行ったところ,界面の結合は共有結合とイオン結合の両方の性質を示し,原子配置のずれによってその度合いが異なることが明らかになった.本研究では,マグネタイト双晶および金属/セラミックス異種界面の最安定原子配置・電子状態・磁気特性を,第一原理計算を用いて理論的に解明した.必要な理論計算は既に終了しており,原子分解能走査透過電子顕微鏡法による実験の結果をよく再現することが分かった.前者は論文投稿段階にあり,後者も論文投稿準備中である.従って,本研究は概ね順調に進行していると判断する.本研究では、機能材料中の異種界面および双晶界面の原子構造と電子状態について、最先端の原子分解能走査透過型電子顕微鏡法(STEM)と密度汎関数法による第一原理計算により研究を行った。

その後、STEM観察を行い3種類の安定構造を発見した。第一原理計算により原子構造と電子状態を詳しく調べた結果、双晶近傍の強・反磁性は原子構造に依存することが分かり、それぞれ特徴的な電子状態を持つことが明らかになった。また、微分位相コントラストSTEM法により磁気結合を直接観察し、理論計算による予測と整合する結果を得た。本年度は,金属/セラミックス異種界面としてパラジウム/酸化亜鉛系を扱ったが,他の系の試料も既に得ており,原子分解能走査透過電子顕微鏡法により観察を行う.さらに第一原理計算を行うための原子モデルを作成し,詳細な原子構造と電子状態の解析を進める.これにより,金属/セラミックス界面の物性発現機構を系統的に明らかにする.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。