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ポーラス結晶を用いた新しい誘電体の開発

一次元チャネル構造を持つポーラス結晶[Co3(2,4-pydc)2(μ3-OH)2]9(H2O)では、200 Kと300 K近傍でチャネル内の水分子の熱運動の凍結に伴った構造相転移をし、大きな誘電異常を見出した。また、[Co3(2,4-pydc)2(μ3-OH)2]9(H2O)は反強磁性秩序と反強誘電秩序が共存する物質であることが示唆される。更に、二次元ハニカム格子構造を持つポーラス結晶[La(OX)1.5(H2O)3]2.5(H2O)では、層間内の水分子の熱運動の凍結に伴った構造相転移があり、120 Kと250 K近傍に大きな誘電異常が観測された。本年度は、ポーラス結晶[Co3(2,4-pydc)2(μ3-OH)2].9H2O (2,4-pydc = pyridine-2,4-dicarboxylate)を水熱合成法で作成し、一次元チャネルにとり込まれた水分子クラスターの誘電特性を調べた。その結果、[Co3(2,4-pydc)2(μ3-OH)2].9H2Oの誘電率が高い異方性を示すことが判った。電場がチャンネル方向に垂直な時には、誘電率が小さく、温度依存性を示さない。それに対して電場がチャンネル方向に平行な時には、200 Kと330 K近傍に大きな誘電異常を見出した。また、誘電率の温度変化に対応する、格子体積の温度変化を調べたところ、200 Kと330 K近傍に水分子の熱運動の凍結、融解に伴った構造相転移が観測された。高温領域で、誘電率の振る舞いは[Cu3Ln2(IDA)6].9H2O系(Ln = La, Nd, Sm Gd, Ho, Er; IDA = iminodiacetate)と類似しており、事実、340 K付近で反強誘電的な履歴曲線を観測し、ゲスト水分子は反強誘電的に“秩序状態"になっていることが推定される。また、[Co3(2,4-pydc)2(μ3-OH)2].9H2Oの複素誘電率の周波数依存性を調べると、230 - 280 K温度範囲でCole-Coleプロットが半円周であり、典型的なDebye型誘電緩和であることが分かった。一方、290 K以上温度で、Cole-Coleプロットが半円からはずれてゆき、誘電緩和機構も複雑になっていることが推定される。また、MDによるチャネル内の水分子の熱運動のシミュレーションの結果より、水分子は200 K以上で一次元ブラウン運動のような動きをし、200 Kで見られる誘電率の急激な減少は、水分子の位置自由度が完全に凍結したと考えられる。本研究ではポーラス構造を持つ遷移金属錯体結晶を合成し、取り込まれたゲスト分子の熱運動の凍結、融解に伴う構造相転移と誘電異常を調べることが目的である。また、[La{(COO)2}1.5(H2O)3].2.5H2OはLa-シュウ酸のホスト格子によって蜂の巣状のポーラス空間を形成し、室温ではそのポーラス空間内disorderした二次元的な水分子層が存在している。低温では水分子がorderになり、ポーラス空間内の水分子の位置が確定し、格子体積が約三倍になったことがわかった。格子定数の温度変化を測定した結果、約250 K近傍で構造相転移があることが明らかになった。ポーラス空間内の水分子の相転移が誘電異常として現れている事が推定され、来年度はこれらの物質の構造相転移の詳細な検討や、誘電特性の研究を進めたいと思っている。本研究ではポーラス構造を持つ金属錯体結晶を合成し、ポーラス空間内に取り込まれたゲスト分子の熱運動の凍結、融解に伴う構造相転移と誘電異常を調べることが目的である。集積型ポーラス結晶[La{(COO)2}1.5(H2O)3].2.5H2Oは、Laイオンがシュウ酸イオン配位子を介して2次元ハニカム格子を形成し、それらの二次元層間に乱れた水分子が存在している構造をしている。本年度は、[La{(COO)2}1.5(H2O)3].2.5H2O単結晶の誘電特性および温度変化に伴う構造変化を調べた。その結果、[La{(COO)2}1.5(H2O)3].2.5H2Oの誘電率が高い異方性を示すことが判った。電場が層状方向に垂直な時には、誘電率が小さく、あまり大きな温度依存性を示さなかった。それに対して電場が層状方向に平行な時には、120 Kと250 K近傍に大きな誘電異常を見出した。誘電率は室温から250 K付近までは大きな変化は見られなかったが、250 Kより以下の温度で温度下降と共に徐々に増加した。誘電率は120 K付近でピークとなり、そこから急激に減少した。格子定数の温度変化を測定した結果、250 K近傍で格子が三倍周期構造となり、これは層間内の水分子の熱運動の凍結、融解に伴った一次構造相転移があることが明らかになった。

室温から250 Kまでディスオーダーで位置の決まっていなかった水分子が多いが、構造相転移後オーダーになっている水分子が徐々に増えたことにより誘電率が増加していったと考えられる。また、120 K付近で水分子の熱運動の完全凍結に伴って、誘電率が急激に減少していったと推定される。一次元チャネル構造を持つポーラス結晶[Co3(2,4-pydc)2(μ3-OH)2]9(H2O)では、200 Kと300 K近傍でチャネル内の水分子の熱運動の凍結に伴った構造相転移をし、大きな誘電異常を見出した。また、[Co3(2,4-pydc)2(μ3-OH)2]9(H2O)は反強磁性秩序と反強誘電秩序が共存する物質であることが示唆される。更に、二次元ハニカム格子構造を持つポーラス結晶[La(OX)1.5(H2O)3]2.5(H2O)では、層間内の水分子の熱運動の凍結に伴った構造相転移があり、120 Kと250 K近傍に大きな誘電異常が観測された。当初の計画では、ポーラス構造を持つ遷移金属錯体結晶を合成し、取り込まれたゲスト分子の熱運動の凍結、融解に伴う構造相転移と誘電異常を調べることが目的である。今年度は、溶媒に水やDMFを用いてソルボサーマル法により、いくつかの金属錯体ポーラス結晶の合成ができた。また、[La{(COO)2}1.5(H2O)3].2.5H2Oに取り込まれたゲスト水分子の凍結、融解に伴った構造相転移が観測された。機能物質化学来年度は、得られたポーラス結晶について、磁気特性や誘電特性などを通して、ゲスト分子の「状態変化」についても研究を行う予定である。また、この3年間の結果をまとめるように努める。当初の計画では、ポーラス構造を持つ遷移金属錯体結晶を合成し、ゲスト分子として、取り込まれた水分子の熱運動の凍結、融解に伴う構造相転移と誘電異常を調べることが目的である。本年度、1D水分子クラスターが取り込まれたポーラス結晶[Co3(2,4-pydc)2(μ3-OH)2].9H2Oでは、200Kと330K近傍に大きな誘電異常を見出したところ、水分子の熱運動の凍結、融解に伴った構造相転移も観測された。この結果は分子動力学(MD)によるチャネル内の水分子の熱運動のシミュレーションの結果と良く対応している。本研究ではポーラス構造を持つ遷移金属錯体結晶を合成し、ゲスト分子として、取り込まれた水分子の熱運動の凍結、融解に伴う構造相転移と誘電異常を調べることが目的である。同様Co2+と配位子2,4-pydcによって形成されたカプセル(0D)構造を持つ金属錯体結晶、[Co3(2,4-pydc)2(μ3-OH)2(H2O)].6H2O)の合成もなされているが、来年度は、誘電特性などを通してカプセル内の0D分クラスターの「状態変化」についても研究を行う予定である。
保存力学系における標準形近似理論の逆問題とその応用

或るクラスの摂動調和振動子の積分可能性について:斉δ(奇数)次多項式ポテンシャルを印加された摂動調和振動子(以下δ-PHOと略す)が或る(2δ-2)-PHOと2δ-2次までBirkhoff-Gustavson(BG)標準形を共有するための必要十分条件としてδ-PHOが直交座標系の回転変換の範囲で変数分離となること(したがって可積分)を示した.また,上記の摂動版として変数分離でない3-PHO(δ=3)が線形磁場を印加された4-PHOとBG標準形を共有するための必要十分条件を求めた.条件を満たす3-PHOの半数については,非可積分であることを証明した.これらの成果では,BG標準化の逆問題を解くために代表者が開発した数式処理プログラムANFERが有効活用された.BG標準化逆問題への数式処理アプローチ:表記目的のために,研究代表者の開発したANFERと代表者が海外研究協力者S.Vinitskyと共同開発したGITA^<-1>とをGITANと名づけた統合プログラムにした.また,逆問題のより高速な処理を目指して,Hori-Deprit変換に基づくアルゴリズムを開発しLINAというプログラムとして実装した.或るクラスの摂動調和振動子の積分可能性について:斉δ(奇数)次多項式ポテンシャルを印加された摂動調和振動子(以下δ-PHOと略す)が或る(2δ-2)-PHOと2δ-2次までBirkhoff-Gustavson(BG)標準形を共有するための必要十分条件としてδ-PHOが直交座標系の回転変換の範囲で変数分離となること(したがって可積分)を示した.また,上記の摂動版として変数分離でない3-PHO(δ=3)が線形磁場を印加された4-PHOとBG標準形を共有するための必要十分条件を求めた.条件を満たす3-PHOの半数については,非可積分であることを証明した.これらの成果では,BG標準化の逆問題を解くために代表者が開発した数式処理プログラムANFERが有効活用された.BG標準化逆問題への数式処理アプローチ:表記目的のために,研究代表者の開発したANFERと代表者が海外研究協力者S.Vinitskyと共同開発したGITA^<-1>とをGITANと名づけた統合プログラムにした.また,逆問題のより高速な処理を目指して,Hori-Deprit変換に基づくアルゴリズムを開発しLINAというプログラムとして実装した.本課題の前段階としての萌芽的研究(l1875022)で得られた知見からの進展として,奇数(=r)次同次多項式ポテンシャルによる摂動調和振動子と2(r-1)次同次多項式ポテンシャルによる摂動調和振動子の変数分離可能性が,標準形近似の視点から新たに特徴づけられた.すなわち,これらの摂動調和振動子が2(r-1)次まで同じ標準形を共有するための必要十分条件は,奇数(=r)次同次多項式ポテンシャルによる摂動調和振動子が直交座標系の適当な回転で変数分離可能であること.このとき対応する2(r-1)次同次多項式ポテンシャルによる摂動調和振動子も同じ座標の回転により変数分離可能となることを一般の奇数rに関して証明した.また,変数分離可能性と等価な代数的な条件式も見出されそれは今後の発展においても重要な役割を荷うと期待される.証明には,2項係数を多数含む複雑な代数式が出現するが,r=3,5,7,9の場合にまず数式処理プログラムが正しいことを支持した.この数式処理による結果は,平成13年6月アルバカーキ(米国)で開催された国際会議「Applications of Computer Algebra」にて速報され,同会議の電子プロシーディングスに収録されている.また,本成果の数理物理的な観点を平成13年9月コンスタンツ(ドイツ)で開催された国際会議「Computer Algebra for Scientific Computing」にて発表した.現在,数学的な証明を記した論文を準備中である.分担者の山口は,微分方程式に対する繰り込み群の方法においてある種の統一的な処方箋を提案した.この処方箋は万能ではないし,また必要な計算が反って増える可能性もあるが,いわゆる「職人技」的な色彩すらある研究対象に対するシステマティックなアプローチという点で面白い結果である.繰り込みと標準形近似とは極めて密接に関連した知見を生み出しているという経緯(山口-南部(1998),上野(2000))から上野と山口とがそれぞれ今回得た結果からさらなる進展が期待できる.岩井は山口と共同で,非線型(非可積分)ハミルトン系におけるリアプノフ数の幾何学的な取り扱いを定式化した.また,少数多体系に関して「特異配位」を幾何学と力学の関連を明快に論じた.これらは,今後標準形近似を実際的な力学系に応用する際に有用と期待している.標準形近似逆問題を解くために申請者が試作した数式処理プログラムANFERを用いて前年度に高い確度で正しいと思われていた以下の予想を肯定的に解決できた.すなわち,斉r(>=3)次多項式ポテンシャルが印加された摂動調和振動子系(r-PHO)が斉(2r-2)次多項式ポテンシャルが印加された摂動調和振動子と標準形を2r-2次まで共有するための必要十分条件は,直交座標の回転によるr-PHOの変数分離可能性であることが証明できた.これは,2002年9月にモントリオール(カナダ)で開催された「超可積分系の古典力学と量子力学ワークショップ」にて発表され,同ワークショップのプロシーディングス(査読有)に掲載予定である.

また,ロシアのVinitsky教授(本課題の海外研究協力者)のグループと共同でANFERを多項式ハミルトニアンの量子化などを扱うより大きなプログラムパッケージGITANに組み込んだ.その応用はヤルタ(ウクライナ)で開催された「科学計算における数式処理ワークショップ」にて発表されプロシーデイングス(査読有)に採録されている.分担者の岩井は,多体系の幾何学,特に特異配置,の知見を深めており,本課題の興味深い応用例となることが期待される.代表者が開発した標準化逆問題solverのANFERを用いて、斉3次ポテンシャルの印加された摂動調和振動子のBirkhoff-Gustavson (BG)標準形の逆問題を前年度から継続して研究した。その結果、上記振動子が、斉4次ポテンシャルと線形磁場とが印加された摂動調和振動子とBG標準形を共有するための必要十分条件を得た。この結果は、非可積分系がBG標準形を共有する具体例として興味深い。また、海外共同研究者のS.Vintskyらと共同で、逆問題solverとしてLie変項に基づく、LINAを開発した。代表者らによる、ANFER,LINA,GITA^<-1>の性能評価も行った。研究分担者の岩井は、特に"特異配位"にある少数多体系の幾何と力学に対する知見を深めた。"特異配位"は数学的には"特異"だが力学的には"平衡状態"とみなせる配位であるので、特異配位周りでの摂動計算に今後、ANFERなどの応用が見込まれる。
非接触走査型非線形誘電率顕微鏡による有機・生体分子の高分解能測定

平成20年度は非線形誘電率顕微鏡で測定可能な有機・生体材料の探索、および非接触走査型非線形誘電率顕微鏡の開発を行った。前年度に引き続き音さ型水晶振動子を用いた非接触走査型非線形誘電率顕微鏡の開発を行ったが、非接触状態では材料からの静電容量変化を検出することができなかった。これは音さ型水晶振動子の振動によって静電容量を検出できるほど試料の近くに探針を近づけることができなかったためであると考えられる。水晶振動子を用いた非接触走査型非線形誘電率顕微鏡は正常に動作できなかったので、非接触原子間力顕微鏡の追跡走査機能を用いた非接触走査型非線形誘電率顕微鏡の開発を行った。追跡走査機能は試料の同一の場所を2回走査する機能で、1回目の走査は非接触原子間力顕微鏡の機能で試料表面の形状を計測し、2回目の走査は1回目で計測した形状を追跡する。この2回目の走査のときに、探針の振動を止め、静電容量変化の測定を行う装置を開発した。結果として装置の開発に成功したが、探針・試料間の接触・非接触の制御が甘く、非接触走査型非線形誘電率顕微鏡として動作しなかった。以上の結果から、間欠接触型非線形誘電率顕微鏡をもちいて有機生体分子の計測を行い、自己ドープ型ポリアニリンの計測を行った。プローブ用探針を試料に対して非接触状態に保つ方法として、音さ型水晶振動子を変位センサーとして応用する方法を用いた。プローブ用探針の振動振幅が十分小さくないと非接触制御できないため、音さ型水晶振動子を非接触原子間力顕微鏡に応用するためには、音さ型水晶振動子の振動振幅が十分小さいことを確認する必要がある。音さ型水晶振動子の振動振幅が小さくても大きい出力電流を得るため、いくつかの市販製品を分解して振動振幅測定を評価し音さ型水晶振動子の選定を行った。音さ型水晶振動子の出力電流を高感度に検出するために、オペアンプを選定し、理論雑音と同程度の低ノイズ電流・電圧変換器の作製を行った。また音さ型水晶振動子の2つの電極の片方を非線形誘電率顕微鏡の高周波用の電極と共有する回路を着想し、これを作製した。音さ型水晶振動子の片側の先端に市販のカンチレバーのてこの部分を切断して導電性接着剤で固定し、市販の走査型プローブ顕微鏡に組み込み動作確認を行った。その結果、作製した装置は非接触原子間力顕微鏡として動作することを確認し、また探針を振らさずに試料に接触させたときには非線形誘電率顕微鏡として動作すること確認。今後は音さ型水晶振動子の探針を振らして非接触状態で非線形誘電率顕微鏡として動作することを確認する。また、いくつかの有機・生体試料を接触走査型非線形誘電率顕微鏡の探針を試料に接触されることによって、試料から静電容量の応答が出力されているかどうかの確認を行った。結果として、高分子系有機半導体である自己ドープ型ポリアニリンでは非線形誘電率顕微鏡の信号が出力されることを確認した。また、これらの材料は探針を走査させると試料が破壊されるということを確認した。
大脳皮質の性分化に対する性ステロイドホルモンと受容体の役割

本研究課題では、視覚領をはじめとする大脳皮質において性ホルモンとレセプターの細胞死・生存による脳組織構築への役割を明らかにするため、レセプター蛋白の各ドメイン別のプローブと抗体を作成し、脳の発達過程において、さまざまなレセプター蛋白のアイソフォームの発現を追求した。また脳組織を培養し、培養環境を変化させてレセプター蛋白の発現や細胞死などの様相を検索することにより、生物個体が持つ内因性プログラムに対する外因子の影響の検討を行った。エストロゲン、グルココルチコイド、ミネラルコルチコイドレセプターのcDNAを制限酵素によってホルモン結合ドメイン、DNA結合ドメイン、全長の異なる組み合わせのDNAフラグメントに分け、グルタチオンSトランスフェラーゼとの融合蛋白を発現するpGEX-3Xプラスミッド内に、平滑末端結合により挿入した組換えベクターを用意した。できたプラスミッドを大腸菌にトランスフォームさせ、増殖させたのち融合蛋白を可溶化し、精製した。ファクターXによって目的とする蛋白を単離、精製ののちアジュバントを作り、ウサギを免疫した。抗体の力価検定にはウエスターンブロットやELISAで行い、アフィニティカラムで抗体の精製を行った。その結果、特異性と感受性のきわめて高い抗体が得られた。脳組織をこれらの抗体を用いる免疫組織化学法により染色すると、脳のさまざまな領域に陽性細胞が分布していた。免疫電子顕微鏡を用いると免疫陽性反応は核に限局していた。エストロゲンの突起伸長作用を直接確かめるために、視束前野神経細胞を分散培養し、培養液中にエストロゲンを投与する実験を行った。エストロゲンを投与された培養神経細胞は細胞骨格蛋白の免疫陽性の突起を顕著に伸ばし、エストロゲン受容体を有していることが明らかとなった。同時にバリコシティーの数も増加していた。突起の性状については、軸索、樹状突起の明確な区別は困難であった。このことは、はっきりした細胞突起極性を有する皮質ニューロンと大きく異なる点であった。
トカマクプラズマにおけるディスラプション時の電流減衰モデルの検証

1.国際熱核融合実験炉(ITER)の装置設計の際に使用されているディスラプションシミュレーションコード(DINA)を使用し、大型トカマク装置JT-60Uで実際に観測されている電流クエンチ初期での電流減衰時間に大きく関与している電流密度分布の時間変化の決定機構について調査を行った。電流密度分布の決定には多くのプラズマパラメータの分布が関与しており、決定機構の解明には各種パラメータ分布の評価が必要となるが、ディスラプションは非常に速い現象であるため計測が難しいという問題がある。そこで、分布などが予測できるDINAコードを用いたネオンがスパフディスラプション実験の解析を行ったところ,実験時とは明らかに違うパラメータ条件で放電を再現することが出来たが、電流密度分布の変化は見られず、シミュレーションコードの仮定では実際の物理と明らかな差異があることが判明した。現在は計測できているパラメータを入力値として取り扱えるようにシミュレーションコードの改造を行っている。2.電流クエンチ中の電流密度分布の決定機構を実験的に解明するために、小型トカマク装置HYBTOK-IIにおいて局所ヘリカルコイルを用いたディスラプション時の電流密度分布変調実験を実施した。局所ヘリカルコイルはトカマクでの最外殻磁気面近傍に統計的磁場領域を形成するため、プラズマ周辺部の電流密度分布を変化させることが可能である。局所ヘリカルコイルの電流値・結線を変更することにより統計的磁場領域の拡大を実施したところ、電流クエンチ時の電流減衰時間が速まる傾向にあることが判明した。また、HYBTOK-IIでの通常のディスラプション時においては電流クエンチが発生する直前に電流密度分布が平坦化し、その後先端化していくが、統計的磁場領域が増えるにつれて電流クエンチ中の電流密度分布の回復(先端化)が悪くなることも判明した。さらに、リチウムビームプローブ計測より、HYBTOK-IIでのディスラプション時の高時間分解能の密度分布計測を行った。HYBTOK-IIではディスラプション発生の為にプラズマ電流を増加させているが、ディスラプション発生前ではプラズマ周辺部の有意な密度上昇は見られず、プラズマ中心部の変化がディスラプション発生に大きく関与していることがわかった。1.大型トカマク装置JT-60Uで発生した大きな電流減衰率を有するディスラプション放電において、電子サイクロトロン計測等の電子温度分布計測とプラズマ平衡計算コードを用いて電流減衰モデルの検証を行った。正磁気シア配位では定性的・定量的にもモデル予測は実験値を良く説明できるが、負磁気シア配位(高ポロイダルベータβ_p放電)では、モデル予測は観測値の数分の一の値に留まる結果が得られた。負磁気シア配位(高β_p放電)では、急激にベータ値が変化する時間帯でのβ_pの評価精度が悪く、電子密度・温度分布より評価したβ_pの時間変化を使用した場合、インダクタンスの時間変化を組み込んだ電流減衰モデルでも定性的にモデル予測は実験値を良く説明できることが判明した。2.大型ヘリカル装置LHDで発生したNBI駆動のプラズマ電流において、電流減衰中の電子温度計測よりプラズマインダクタンスL_p、プラズマ抵抗R_pを評価した。電流減衰中でL_pは変化せず、R_pが変化し、LHDのように閉じ込め磁場が存在している場合の電流減衰においてはR_pの時間変化がプラズマ電流の振舞いを決定していることが判明した。3.サーマルリチウムビームプローブにおいては、高密度な中性リチウムビームの入射が可能なビーム源を開発し、直線型ダイバータ模擬試験装置NAGDIS-I、及び小型トカマク装置HYBTOK-IIにおいて計測の妥当性を検証した。プローブ計測との比較により、サーマルリチウムビームプローブで再構成された電子密度はファクター2程度の違いしかなく、時間分解能良く正確に電子密度の2次元計測ができることが分かった。

さらに、リチウムビームプローブ計測より、HYBTOK-IIでのディスラプション時の高時間分解能の密度分布計測を行った。HYBTOK-IIではディスラプション発生の為にプラズマ電流を増加させているが、ディスラプション発生前ではプラズマ周辺部の有意な密度上昇は見られず、プラズマ中心部の変化がディスラプション発生に大きく関与していることがわかった。
粒子線治療に関する基礎的研究

速中性子線と陽子線の名目的標準線量(NSD)の評価に重点を置いて研究を進め、さらに腫瘍の放射線抵抗性を解明し、重イオンの生物学的効果比(RBE)を明確にする研究を行なった。1.名目的標準線量と組織の耐容線量に関する研究:動物種をICRマウスに統一して研究を進め、その成果と臨床試行の成績を総合比較することにより、速中性子線と陽子線の耐容線量が明らかになり、NSD算定公式が定まった。(1)速中性子線のNSD:TD:総線量,N:分割照射回数,T:照射期間Nの定数は速中性子線のエネルギー賦与が大きいと小さくなる。速中性子線照射による肺組織の耐容線量は皮膚よりも少ない。(4)式により40Gy/4分割照射/4週のNSDの値は1761retである。陽子線照射によって現れる組織線維症の程度は低く、治療効果改善比(TGF)はX線照射よりも改善することが分った。2.粒子線の腫瘍に対する効果:腫瘍容積が大きくなるにつれて速中性子線のRBE値が大きくなる原因は低酸素細胞が増加するためと分り、重イオンのRBEはネオン,シリコン,アルゴンイオンの順で大きな値になった。以上の研究成果により、荷電粒子線を用いることによりTGFは改善し、エネルギー賦与の高い粒子線の生物効果をがん治療に有効に活用できることが明らかになった。
高水準ハイブリッド制約モデリング言語とその高信頼実装

連続変化と離散変化の両方を有するハイブリッドシステムの高信頼シミュレーションと検証のための高水準モデリング言語HydLaを設計し,その宣言的意味論と実行方式を確立させた.HydLaは数学および論理学の記法を利用した宣言的記述,制約概念を活用した不確定情報の扱い,簡潔な記述のための制約階層化機能などを特徴とする.また,不確定情報の存在下でのシミュレーションや検証の正当性を確保するために離散変化の区間求解アルゴリズムを確立するとともに,HydLaの主要機能を備えた統合試作処理系を構築した.連続変化と離散変化の両方を有するハイブリッドシステムの高信頼シミュレーションと検証のための高水準モデリング言語HydLaを設計し,その宣言的意味論と実行方式を確立させた.HydLaは数学および論理学の記法を利用した宣言的記述,制約概念を活用した不確定情報の扱い,簡潔な記述のための制約階層化機能などを特徴とする.また,不確定情報の存在下でのシミュレーションや検証の正当性を確保するために離散変化の区間求解アルゴリズムを確立するとともに,HydLaの主要機能を備えた統合試作処理系を構築した.連続変化と離散変化の両方を有するハイブリッドシステムのシミュレーション・検証・設計のための高水準モデリング言語の確立に向けて,本年度は以下の項目について研究開発を行った.1.ハイブリッドオートマトンと比べて格段に高い記述能力を持つ高水準モデリング言語が備えるべき要件を詳細に検討し,それに基づいてハイブリッド制約モデリング言語HydLaの基本設計を行った.HydLaは以下の点を特徴とする.(a)微分方程式をはじめとする制約式を用いて「時刻の関数」を定義してその初期値問題を解くことを,言語および計算の基本としている.(b)数学と論理学の周知の記法を最大限利用した宣言型記述を可能にしている.(c)制約概念を基本に据えることで,シミュレーションや検証における不確定情報を的確に扱うことができる.(d)制約の階層化機能を備えることで,システムの挙動に関する制約条件を過不足なくかつ簡潔に与えることができる.(e)複雑な系の記述に必要な部品化やパラメタ化の機能を備えている.本年度は上記の特徴をもつHydLaの構文および宜言的意味論を設計し,記述実験を通じて言語の記述能力および意味論の妥当性を確認した.2. HydLaの仕様の妥当性確認および実装方式の基礎検討のために, HydLaの基本機能の試験実装を行った.実装はMathematicaで行い,制限されたクラスのHydLaモデルに対して,制約階層の求解が記号的に実装できることを確かめた.3.観測誤差や計算誤差などに起因する不確定情報の存在下でのシミュレーションや検証の正当性を確保するために,離散変化の発生時刻やそのときの状態を区間求解するための体系とアルゴリズムを開発した.またその実装に利用する既存の求解系(VNODE-LPおよびElisa)の機能や構造の解析および改良を行った.連続変化と離散変化の両方を有するハイブリッドシステムのシミュレーション・検証・設計のための高水準モデリング言語とその実装技術の確立に向けて,以下の研究開発を行った.1.前年度に基本設計を行ったハイブリッド制約モデリング言語HydLaについて,意味論と記述能力の検討を引き続き行った。HydLaは,数学および論理学の記法を利用した宣言的記述,制約概念を活用した不確定情報の扱い,制約の階層化機能などを特徴とする.制約の階層化は簡潔なモデリングに不可欠な機能であるが,制約発行と無矛盾極大な制約集合の求解タイミングとの関係をはじめとする言語設計上の要検討点がいくつか見つかり,制約階層の意味論の再検討を詳細に行った.2.HydLaの主要機能を備えた統合試作処理系を構築した.構文解析,制約階層ソルバ,前向きシミュレータをそれぞれ再利用可能な形でモジュール化し,仮想制約ソルバをインタフェースとして数式処理による制約ソルバと区間演算による制約ソルバの双方が利用できるようにした.3.観測や計算の誤差に起因する不確定情報の存在下でのシミュレーションや検証の正当性を確保するために,離散変化の発生時刻やそのときの状態を区間求解する体系とアルゴリズムの改良拡張を行った.離散変化条件をみたす時点と状態を求める問題をHCS(ハイブリッド制約システム)として定式化し,区間解析に基づく実装を整備するとともに,区間解中に理論解が唯一含まれることを保証する機能を実装した.4.HydLaの検証機能の構築に向けて,HCSの求解機能を利用してハイブリッドオートマトンの到達性検証を行う手法を開発した.到達性問題を一階述語論理式の充足可能性問題に変換し,3.の実装とSATソルバとを接続したSMTソルバによって求解する有界モデル検査法を開発し,既存のソルバで解けなかった問題の解を存在保証付きで求めることに成功した.連続変化と離散変化を有するハイブリッドシステムの高信頼シミュレーション・検証・設計のための高水準モデリング言語とその実装技術の確立に向けて,以下の研究開発を行った.1.前年度までに設計を行ったハイブリッド制約モデリング言語HydLaの基本機能を抽出した基本HydLaを定義し,その宣言的意味論を確立させた.基本HydLaは,HydLaの特徴である制約階層を,制約モジュール集合間の半順序構造の形で明示的に与えたものである.これによって,軌道の動的生成を可能にする局所変数生成機能が導入可能になり,あるイベントを検知してから新たな挙動を開始するまでの遅延の表現が可能になった.

2.HydLaは制約概念に基づく定式化を特徴としており,変数値が区間制約として与えられる系やパラメタを有する系の表現が可能であるが,そのような系に対応するシミュレーションアルゴリズムが求められていた.本年度はこれを定式化して,多数の例題の検討を通じてその妥当性を確認した.非決定アルゴリズムとして定式化することで到達可能性の探索を可能にした点や,開区間と閉区間の違いを注意深く扱う点などを特徴とする.3.前年度開発したHydLa処理系に対して,上記アルゴリズムの機能を順次追加実装した.これによって不確定性をもつ多くの系のシミュレーションが可能になった.また制約処理エンジンとしてのREDUCEの活用可能性の検討と試作を行った.4.HydLaの現処理系は数式処理に基づく高信頼実行に特化しているが,区間制約技術との今後の統合を目指して,非線形ハイブリッドシステムの到達可能性検証を行う有界モデル検査ツールhydlogicを試作した.hydlogicは常微分方程式の区間求解系をエンジンとするSMTソルバを要素技術としており,区間ニュートン法によって,求まった解がちょうど一つの真解を包囲することを保証している.
手術侵襲の組織修復と創傷治癒に及ぼす影響に関する分子生物学的解明

1、基礎的研究雄性ICRマウスを用い、LPS群;LPSを0.5mg/kg腹腔内投与後に大腸を切離吻合、control群;生食投与後に同様の処置、の2群を作成し、anastomotic bursting pressure(ABP)、Hydroxyproline量(Hyp)を測定した。また術後1、6、24時間後に腸管吻合部、肺、肝、腎を摘出し抗INF-α抗体、抗IL-6抗体を用いてABC法にて免疫組織染色を行い発現状況を観察した。ABP、HypはLPS群において有意に低値であった(p<0.05)。TNF-α、IL-6産生は腸管吻合部局所では、術後1時間目、6時間目ではLPS群において強く発現していた(p<0.01)。しかしIL-6は24時間目にはcontrol群で強く発現しておりLPS群ではほとんど発現していなかった(p<0.01)。また肺、肝、腎でのIL-6産生はLPS群にのみ認められ、特に24時間目の肺において強い発現が認められた(p<0.01)。2、臨床的研究消化器手術症例を対象に開腹時および閉腹時に肝生検し、抗INF-α抗体、抗IL-6抗体を用いて免疫組織染色を行いサイトカイン発現細胞数と術後のCRP、GOT、GPTの推移との相関について検討した。TNF-α、IL-6ともに閉腹時には開腹時と比較して有意に強い発現が認められた(p<0.01)。サイトカインの発現程度と手術時間、術中出血量は相関する傾向が認められた。閉腹時のTNF-αおよびIL-6の発現と術後1日目のGOT、GPT、術後3日目のCRPとの間に有意に正の相関を認めた(p<0.05)。術前にステロイドを投与した症例でも同様にサイトカインの発現を検討したところ、これらの症例ではサイトカインの発現が抑制されていた。3、総括生体に感染、拡大手術などの過大侵襲が付加された状況下では、手術局所よりむしろ重要臓器にサイトカインの発現をはじめとする生体防御反応が惹起され、逆に腸管吻合部においてはIL-6の発現および炎症細胞の浸潤が抑制されていた。すなわち高サイトカイン血症下では、創傷治癒において必須である早期の炎症反応が抑制され、創傷治癒過程が遅延する結果、縫合不全に代表される合併症が好発し、容易に多臓器不全へと進展する一連の臨床的経過を今回の研究結果から説明し得るものと考えられた。<研究実績>1.実験的研究:ICR雄性マウスにエンドトキシン0.5mg/Kgを腹腔内投与後,大腸切離・吻合術モデルを作成した(LPS群)。【結果】(1)LPS群では対照群に比し大腸吻合部の炎症性細胞(多核白血球)浸潤像が術後24時間目において有意に少ない。(2)LPS群の大腸吻合部に発現するIL-

6陽性細胞数は、対照群に比して術後6時間目までは有意に多いが術後24時間では逆に有意に少ない。TNF-α発現陽性細胞は、対照群に比し術後24時間まで有意に過剰な発現を認める。(3)対照群では肺・肝・腎に発現するIL-6陽性細胞は術後いずれの時間でも認められなかったが、LPS群では術後6時間目以降に発現陽性細胞を多く認め、とくに24時間目の肺において顕著に認められた。TNF-α発現陽性細胞も同様であった。(4)LPS群の大腸吻合部のhydroxyproline濃度は、対照群に比し術後7日目に有意に低値を示し、同時に大腸吻合部破綻圧も同様に有意に低圧であった。【結論-1】手術が生体に過大な侵襲を与えた場合、サイトカインの過剰反応によりまず重要臓器(肝・肺・腎)に白血球集積が惹起され、その結果、腸管吻合部を代表とする創傷部には治癒機転のtriggerとなるべき白血球遊走が抑制され、創傷部(大腸吻合部など)の治癒障害が発生する。2.臨床的研究:手術で得られた生検/標本(肝・肺)に発現するIL-6・TNF-α細胞を検討した。【結果】(1)開腹直後の肝にすでにIL-6とTNF-α発現細胞が認められた。(2)閉腹時の肝では、開腹直後に比し有意に多数のIL-6とTNF-α発現細胞が認められた。(3)開腹時の肝IL-6およびTNF-α発現細胞数と手術時間・術中出血量との間には有意の逆相関が認められた。【結論-2】生体では手術のきわめて早期(あるいは麻酔操作)からサイトカイン反応が惹起され、手術侵襲の程度によって重要臓器(肝)へのサイトカイン発現状況が異なるものと考えられた。1.基礎的研究雄性ICRマウスを用い、LPS群;LPSを0.5mg/kg腹腔内投与後に大腸を切離吻合、control群;生食投与後に同様の処置、の2群を作成し、anastomotic bursting pressure(ABP),Hydroxyproline量(Hyp)を測定した。また術後1、6、24時間後に腸管吻合部、肺、肝、腎を摘出し抗TNF-α抗体、抗IL-6抗体を用いABC法にて免疫組織染色を行い発現状況を観察した。ABP,HypはLPS群において有意に低値であった(P<0.05)。TNF-α、IL-6産生は腸管吻合部局所では、術後1時間目、6時間目ではLPS群において強く発現していた(P<0.01)。しかしIL-6は24時間目にはcontrol群で強く発現し、LPS群ではほとんど発現していなかった(P<0.01)。また肺、肝、腎でのIL-6産生はLPS群にのみ認められ、特に24時間目の肺において強い発現が認められた(P<0.01)。2.臨床的研究消化器手術症例を対象に開腹時および閉腹時に肝生検し、抗TNF-α抗体、抗IL-6抗体を用い免疫組織染色を行いサイトカイン発現細胞数と術後CRP,GOT,GPT推移との相関について検討した。TNF-α、IL-6ともに閉腹時には開腹時と比較して有意に強い発現が認められた(P<0.01)。サイトカインの発現程度と手術時間、術中出血量は相関する傾向が認められた。閉腹時のTNF-αおよびIL-6の発現と術後1日目のGOT,GPT、術後3日目のCRPとの間に有意に正の相関を認めた(P<0.05)。術前のステロイド投与症例でも同様にサイトカイン発現を検討したが、これらはサイトカインの発現が抑制されていた。3.総括生体に感染、拡大手術などの過大侵襲が負荷された状況下では、まず重要臓器にサイトカインの発現をはじめとする生体防御反応が惹起され、逆に腸管吻合部(手術局所)においてはIL-6の発現および炎症細胞の浸潤が抑制されていた。
癌細胞動態にもとづく乳癌の複合療法の効果増強に関する研究

前年度はホルモン依存性のあるMCF7、SC115をもちいてFMCによる細胞動態から内分泌および5Fuによる腫瘍増殖抑制の機序について解析した。MCF7に対するTAMの増殖抑制効果はGからS期への移行をおさえるものであり、SC115に対する除睾術も同じ結果であった。DDSマウスにSC115を移植して、5Fu投与後経時的に腫瘍細胞の動態をみると24時間後のS期の割合対照郡の33%に比べて11.5%と減少しているが、48時間後には32.6%と回復し、72時間には37.4%と増加していた。そこでDDSマウスにSC115を移植して、除睾術と5Fu投与を行って複合療法による最も効果的な投与法を細胞動態の面から検討した。結果1)SC115移植後1.5cm径の腫瘍となった次期に除睾術を行った群と除睾術施行24時間前に5Fu40mg/kgを投与した群、除睾術後1週と2週目に同量の5Fuを投与した4群で腫瘍の増殖率をみた。除睾術施行前に5Fuを投与した群では除睾術単独群に比べて明らかに増殖が抑制されたが、除睾術1週後2週後に5Fuを投与した群では抑制効果はみられるもの有意の差ではなく、時期が遅いほど抑制効果はみられなかった。5Fu投与時のSC115のS期の割合は除睾術前が31.2%、1週間後が20.8%、週間後が18.0%であり5Fuの抗腫瘍効果はS期の割合の高いものほど高いという結果が得られた。この場合の内分泌治療と化学療法の併用には、5Fuの投与を選考させ、その後内分泌治療を行うのが最も治療効果の得られることがわかった。この結果に基づいて乳癌治療の臨床応用を計画したいと思っているが期間内に成績を出すことはできないのが残念である。2)乳癌患者の癌細胞の核DNA量をFCMにて測定した。Ploidyパターン別に生存率に有意の差はみることができなかったが、S期の割合で生存率をみると、S期の高いものの予後が低いものに比し明らかに悪かった。基礎的実験としてホルモン依存性のある実験癌を用いて,内分泌治療による腫瘍細胞の動態をフローサイトメータによって検索した.材料および方法:エストロゲン依存性のあるMCFー7はin vitroで,アンドロゲン依存性のSC115はin vivoで実験を行った.

MCF7はファルコンシャーレにて継代培養し,SC115はDDSマウスに移植して実験した.内分泌治療としてMCF7ではタモキシフェン(TAM)を用い,SC115では除睾術を行った.制癌剤としては5FUを用いた.実験開始後は経時的に,MCF7ではシャーレにトリプシンを加え,SC115では腫瘍摘出後に細切してトリプシンにて処理して,單離細胞浮遊液とした.單離細胞浮遊液はエタノールで固定後にPropidium lodiceにてDNA染色をした. DNA染色液はフローサイトメータにてDNAヒストグラムを得,マイクロコンピューターを用いて,G_0G_1期,S期,G_2M期の割合を解析した.結果:(1)MCF7に対するTAMの効果,TAM投与群は対照群に比して48時間後から増殖抑制がみられた.各時期で2群の細胞月期の割合をみると,TAM群では対照群に比し,G_0G_1期の割合が増加し,S期の低下がみられ,これは時間の経過とともに大きくなり,TAMの効果〓特続性であった. TAMの増殖抑制の効果はG_1からS期への細胞の移行を押えるためであった.(2)SC115に対する除睾術の効果,SC115移植液,除睾術施行群は対照群に比して明かな増殖抑制がみられた.2群の各時期での細胞周期の割合をみると,除睾群でG_0G_1期の増加とS期の割合の低下がみられた.増殖抑制効果にTAMと同様にG_1期からS期への細胞の移行を抑制するためであった. (3)5FUの効果,MCF7もSC115もS期の著明な低下があったが,24時間後には回復していた.これら個々の結果を基にして次年度は組合せによる効果の増強について検索したい.前年度はホルモン依存性のあるMCFT、SC115を用いてFMCによる細胞動態から内分泌および5FUによる腫瘍増殖抑制の機序について解析した。MCFTに対するTAMの増殖抑制効果はG_1からS期への移行をおさえるものであり、SC115に対する除睾術も同じ結果であった。DDSマウスにSC115を移植して、5FU投与後経時的に腫瘍細胞の動態をみると24時間後のS期の割合は対照群の33.0%に比べて11.5%と減少しているが、48時間後には32.6%と回復し、72時間には37.4%と増加していた。そこでDDSマウスにSC115を移植して、除睾術と5FU投与を行って複合療法による最も効果的な投与法を細胞動態の面から検討した。結果1)SC115移植後1.5cm径の腫瘍となった時期に除睾術を行った群と徐睾術施行24時間前に5FU40mg/kgを投与した群、除睾術後1週と2週目に同量の5FUを投与した4群で腫瘍の増殖率をみた、徐睾術施行前に5FUを投与した群では除睾術軍独群に比べて明かに増殖が抑制されたが、除睾術1週後、2週後に5FUを投与した群では抑制効果はみられるもの有意の差ではなく、時期が遅いほど抑制効果はみられなかった。5FU投与時のSC115のS期の割合は除睾術前が31.2%、1週間後が20.8%、1週間後が18.0%であり、5FUの抗腫瘍効果はS期の割合の高いものほど高いという結果が得られた。この場合の内分泌治療と化学療法の併用には、5FUの投与を先行させ、その後内分泌治療を行うのが最も治療効果の得られることがわかった。この結果に基いて乳癌治療の臨床応用を計画したいと思っているが、期間内に成績を出すことはできないのが残念である。2)乳癌患者の癌細胞の核DNA量をFCMにて測定した、Ploidyパターン別に生存率に有意の差はみることができなかったが、S期の割合で生存率をみると、S期の高いものの予後が低いものに比し明かに悪かった。
DNA二重鎖切断修復遺伝子欠損細胞を用いた細胞周期感受性/障害修復機構の検討

本研究の3年間に、4種のニワトリBリンパ細胞株{親株(DT40)、DNA二重鎖切断修復の相同組替修復系に関与するRad54遺伝子をノックアウトした細胞株(RAD54^<-/->)、非相同的末端連結修復系のKu70遺伝子をノックアウトした細胞株(KU70^<-/->)、両遺伝子をダブルノックアウトした細胞株(RAD54^<-/->/KU70^<-/->)}を用いて細胞周期感受性の変動(Gl-early-S期の高感受性やlate-S期の抵抗性)(EMBO J.,17,5497-5508,1998)や分割照射回復(Radiation Res.,155 680-686 2001)及び潜在致死障害の回復現象における2種類のDSB修復形の関与を明らかにした。本研究を通じて、高線量域でKuノックアウト細胞のほうが親株より放射線抵抗性になる不思議な現象が見つけた。しかしながらNHEJ修復系のKuの代わりにDNAPKcsをノックアウト細胞は高線量域でも親株より感受性になった。DNAPKcsノックアウト細胞では、Kuタンパクが存在するのでDNA二重鎖切断端にKuが結合するがNHEJ系は働けないので、その細胞は死ぬであろう。逆にKuが無いと、DNAに重鎖切断端は全てHR系によって処理されると修復効率が良いだけに、NHEJ系で処理するより生存率が良くなると推定された。この考えを推し進めると、DNAPKcsとKu70遺伝子の二重欠損させた細胞株の表現型は、KU70^<-/->細胞と同じになると期待された。実験してみると、この二重欠損細胞は、KU70^<-/->細胞と全く同じ生存率を示した。以上の結果は、親株のS期/G2期には、HR系とNHEJ系のどちらを使ってDSBを修復するか、NHEJ系のKuタンパクとHR系のRadタンパクが競合していることを示唆した。ニワトリBリンパ細胞株、つまり親株(DT40)、DNA二重鎖切断(DSB)修復の相同組換(HR)修復系に関与するRad54遺伝子をノックアウトした細胞株(RAD54^<-/->)、非相同的末端連結(NHEJ)修復系のKu70遺伝子をノックアウトした細胞株(KU70^<-/->)と、この両遺伝子をダブルノックアウトした細胞株(RAD54^<-/->/KU70^<-/->)の4種の細胞を用いて、分割照射回復あるいは発見者の名前を冠したElkind回復とも呼ばれている亜致死障害(SLD)回復について検討した。この回復現象は、分割照射法としてがん治療には欠かせない重要な現象であるが、未だ分子レベルのアプローチを拒んできた。特に、別名が「生存率の肩の再出現回復」とも呼ばれているように、生存曲線に肩を持つ細胞系においてのみ見いだされている。このニワトリ細胞系では、親株のDT40細胞は肩を示したが、NHEJ修復系のKu70遺伝子をノックアウトしたKU70^<-/->細胞は、低線量域では非常に感受性だが、高線量域で親株のDT40細胞より抵抗性になり、大きな肩を持つ曲線を示した。線源は、X-線(150kVp)発生装置を用いた。そして、分割照射回復現象は、HR系が存在する親株とKU70^<-/->細胞株だけに見出された。更に、Elkind回復の特徴である次の3点を検討した。

そして、1)分割照射したときに生存率曲線の肩が再出現した、2)分割照射回復は室温(25°C)でも現れた、3)この回復現象は、抗生物質のアクチノマイシンD(Actinomycin D)によって阻害を受けた。以上のことからこのニワトリ細胞で見られた分割照射回復は、エルカインド博士が見出した現象と同じものであることを確認し、Elkind回復がDSBのHR修復系によって修復された結果が細胞死に反映した現象であることを明らかにした。また、このことにより亜致死障害(SLD)とは、相同DNA上のDSBであること、また、HR修復系が無い場合には生存率の肩が見られないことから、生存率の肩とはHR修復系の反映であることが明らかになった。ニワトリBリンパ細胞株、つまり親株(DT40)、DNA二重鎖切断(DSB)修復の相同組換(HR)修復系に関与するRad54遺伝子をノックアウトした細胞株(RAD54^<-/->)、非相同的末端連結(NHEJ)修復系のKu70遺伝子をノックアウトした細胞株(KU70^<-/->)と、この両遺伝子をダブルノックアウトした細胞株(RAD54^<-/->/KU70^<-/->)の4種の細胞を用いて、本年は、潜在致死損傷(PLD)の回復について検討した。この回復現象も、がん治療には欠かせない重要な現象であるが、未だ分子レベルのアプローチを拒んできた。昨年は、分割照射回復、あるいはElkind回復について検討して、Elkind回復がDSBのHR修復系によって修復された結果が細胞死に反映した現象であることを明らかにした。潜在致死損傷の回復現象には、細胞が増殖しないプラトー状態で観察される遅い回復と、増殖期の細胞で観察される塩濃度に依存した早い回復の2種類あることが知られている。しかし、このニワトリ細胞は浮遊細胞であることから、プラトー状態を作ることができず、塩濃度に依存した早いPLD回復現象を検討した。HR系が存在する親株とKU70^<-/->細胞株だけに早いPLD回復が見出された。このことは早いPLD回復とはエルカインド博士が見出した現象を阻害する反応であることが判明した。また、プラトー期にはHR修復系はないがNHEJ系だけのことを考えると、遅いPLD修復系とはNHEJ系であると推定された。現在得られたデータは定性的な物なので、定量的なデータとして、蓄積して論文にする努力をしている。本研究には、ニワトリBリンパ細胞株、つまり親株(DT40)、DNA二重鎖切断修復の相同組換修復系に関与するRad54遺伝子をノックアウトした細胞株(RAD54^<-/->)、非相同的末端連結修復系のKu70遺伝子をノックアウトした細胞株(KU70^<-/->)、この両遺伝子をダブルノックアウトした細胞株(RAD54^<-/->/KU70^<-/->)の4種の細胞を用いて、一つ一つの修復系が欠損するごとに放射線感受性になることや、細胞周期感受性の変動や分割照射回復における2種類のDSB修復系の関与を明らかにしてきた。高線量域ではKuノックアウト細胞の方が親株より放射線抵抗性になった。修復酵素が欠損する方が抵抗性になる不思議な現象である。親株のS期やG2期のように2つの二重鎖切断修復系が同時に働く場合にはむしろ、NHEJ系のKuタンパクとHR系のRadタンパクが、二重鎖切断端をめぐって、競合して効率が落ちている可能性が推定された。
コムギおよびトウモロコシ幼植物におけるベンゾキサジノン類の非誘導発現機構

コムギおよびトウモロコシの自己防御物質として知られているベンゾキサジノンは、成体植物ではグルコシドとして存在し、感染あるいは昆虫による咬害による細胞破壊によりグルコシダーゼと接触、加水分解されて発現する。本研究においては、通常遊離の状態では存在しないと考えられているベンゾキサジノンが幼児期(従属栄養期)に発現していることを見いだし、それが感染、咬害の有無にかかわらずプログラムされたものとして発現していることを見いだした。さらにこのプログラム発現のメカニズムを明らかにすべく、発現最終段階に働くグルコシダーゼおよびその前段階に関与するグルコシルトランスフェラーゼに関して研究を行った。その結果、従属栄養期にあるコムギおよびトウモロコシ芽生え中にベンゾキサジノングルコシド加水分解活性がベンゾキサジノン類の発現と同調的に発現していることを見いだした。各種クロマトグラフィーで精製、単離し、性状を調べた結果このグルコシダーゼはベンゾキサジノングルコシドにきわめて特異性が高いものであることが明らかになった。さらにベンゾキサジノントランスグルコシダーゼもベンゾキサジノンの発現と同調的に発現していることがわかった。これらのことより、ベンゾキサジノンの幼児期特異的発現は前駆体のグルコシドおよびそれを生合成する酵素段階からプログラムされていることが明らかになった。本年度は、研究計画に従い以下のような成果を得た。(1)抗菌性ベンゾキサジノン類の非誘導発現とグルコシダーゼ活性との相関コムギおよびトウモロコシの芽生えを磨砕、遠心分離し、その上清を限外ろ過したものについて、ベンゾキサジノンキグルコシドを基質としてグルコシダーゼ活性の有無と経時的は発現の動態を調べた。その結果、ベンゾキサジノングルコシドを基質とする加水分解活性は、芽生えにおけるベンゾキサジノンの発現と同調的に発現していることがわかり、そのが感染防御のためのスケジュール的発現であることが示唆された。このグルコシダーゼ活性の最適pHは5.5であった。(2)グルコシダーゼ活性の基質特異性粗抽出液についてグルコシダーゼ活性の基質特異性を調べた。その結果、粗酵素液中のグルコシダーゼ活性はベンゾキサジノングルコシドに特異性が高く、市販グルコシドのサリシン、p-ニトロフェニルグルコシドに対する活性の4-5倍を示した。またエスクリンに対しては活性を示さなかった。7-メトキシベンゾキサジノンに対する活性は、対応する7-無置換体に対する活性の約5倍であり、これはそれぞれに対応するアグリコンの発現量に対応していた。以上より、芽生え期にはベンゾキサジノン発現のための特異的グルコシダーゼが働いていることが明らかになった。コムギおよびトウモロコシの自己防御物質として知られるベンゾキサジノンは、成体植物ではグルコシドとして存在し、感染あるいは昆虫による咬害による細胞破壊によりグルコシダーゼと接触、加水分解されて発現する。本研究においては、通常遊離の状態では存在しないと考えられているベンゾキサジノンが幼時期(従属栄養期)には発現していることを見いだし、それが感染、咬害の有無にかかわらずプログラムされたものとして発現していることを見いだした。平成9年度では、このプログラム発現のメカニズムを明らかにすべく、発現最終段階に働くグルコシダーゼおよびその前段階に関与するグルコシルトランスフェラーゼに関して研究を行った。その結果、従属栄養期にあるコムギおよびトウモロコシ芽生え中にベンゾキサジノングルコシド加水分解活性がベンゾキサジノン絵の発現と同調的に発現していることを見いだした。これらのことより、ベンゾキサジノンの幼時期特異的発現は前駆体のグルコシドおよびそれを生合成する酵素段階からプログラムされていることが明らかになった。