hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
うつ症状を呈する精神疾患の脳機能基盤と経時的変化についての縦断的研究

光トポグラフィー(近赤外線スペクトロスコピー/NIRS)検査の技術的検討を行ったうえで、統合失調症・気分障害の診断、重症度・病態・薬効の評価、発症・予後・診断変更の予測などにNIRSデータが有用である可能性を示した。NIRS検査を診断や治療の補助に用いて臨床診察を補うことで、診断精度が高まり治療評価が容易になる。個々の治療の改善は社会全体としては国民のこころの健康の改善と医療費の削減につながる可能性がある。また、脳機能を可視化して示すことで、患者・家族にわかりやすい精神医療の実現に寄与できると考えられる。精神疾患のうちの統合失調症、気分障害、不安障害を中心に光トポグラフィー(NIRS)による前頭葉機能評価を行い、同時にリクルートしている健常者との比較や疾患間の比較、精神症状や日常機能評価との関連を検討した。方法として、横断Baseline計測だけでなく、11.5年後と3年後の縦断的フォローアップ計測を行った。特に統合失調症初期の患者に対しては、採血や他の脳画像モダリティと同時計測することがあり、縦断的マルチモダリティ計測の計画全容やその意義について英文論文にまとめ発表した(Koike et al, 2013)。その血液データのエピジェネティクス解析から初発統合失調症に特徴的な異常を報告した(Nishioka et al, 2013)。脳機能画像データからは、(1)健常者の不安状態や不安特性と前頭葉機能との関連、さらに課題成績との関連する脳部位との違いを報告(Takizawa et al, 2013)、(2)健常双生児における前頭葉機能において、遺伝的寄与の存在を明らかにした報告(Sakakibara et al, 2013)、(3)統合失調症の思考障害の症状が言語野のブローカ野付近の異常と関連していたことを報告(Marumo et al, 2013)、を英文雑誌に報告した。これらは、精神疾患の病状や治療効果を客観的に判断することで、より適切な治療を選び進めるための手助けとなることを目指すという、本研究の主旨に一致するものである。その他、Baseline計測の結果や1.5年後の縦断フォローアップ計測の予備的検討結果に関連する学会発表や論文作成・投稿を行った。現在、数本の論文がin revisionの状態である。精神医療分野で唯一の先進医療「光トポグラフィー検査を用いたうつ症状の鑑別診断補助」として2009年に承認され、簡便かつ非侵襲的な近赤外線スペクトロスコピー(NIRS;光トポグラフィー検査)は全国で有用性の評価が続けられてきた。その技術的な検討として、NIRS信号への皮膚血流の影響をfMRIとの同時測定で検討し、二者の高い相関からNIRS信号は脳血液量を反映していると考えた(Satoら, 2013)。NIRS信号を決定する要因を双生児について検討し、前頭部NIRS信号で遺伝寄与率が約70%あることを初めて示した(Sakakibaraら, 2014)。統合失調症のNIRS信号は、GAFで評価した社会生活機能との正の相関を前頭極で(Kinouら, 2013)、思考障害(Marumoら, 2014)や精神病未治療期間DUP(Chouら, 2014)との負の相関を腹外側前頭前野で認めた。初発精神病群の縦断計測では、初回NIRS信号と6ヶ月後と12か月後のGAFとの関連について学会発表した。大うつ病の縦断計測では、操作的診断基準により大うつ病との診断症例のうち、1.5年後に双極性障害への診断変更例では、初回のNIRS積分値が大きく重心値が遅れており双極性障害の典型パターンと類似していたことを学会発表した。精神疾患673名・健常者1,007名を対象とした7施設共同研究において、自動解析パラメータを用いて、うつ症状を呈する大うつ病性障害の74.6%、双極性障害・統合失調症の85.5%を正しく鑑別できた(Takizawaら, 2014)。この成果は読売新聞(2013.9.5.)等で報道された。NIRSの技術的検討を行ったうえで、1年を超える縦断的計測で統合失調症・気分障害の診断、重症度の評価、発症・予後・診断変更の予測などにNIRSデータが有用である可能性を論文等で公表することができた。統合失調症圏(F2)と気分障害圏(F3)における近赤外線スペクトロスコピー(NIRS)による前頭部信号パターンによる鑑別診断補助は、2009年4月から厚生労働省に先進医療として認められ、その実証が全国各地の指定機関において現在進められている。

その一環として、臨床診断とNIRS信号パターンとの一致について再検証し、一致する患者群と一致しない患者群の要因や特徴を明らかにすること、さらに、これらの疾患群の縦断的NIRS波形の変化や臨床指標(症状・機能評価)との関連について検討を行った。統合失調症圏(F2)では、臨床病期の進行に伴い脳部位に応じた変化を認め、前頭葉背外側における減衰が低い発症年齢と関連することを明らかにした(Koike et al, 2011a, 2011b)。気分障害圏(F3)の先進医療開始後の横断的データでは、DSMに即した診断とNIRS信号パターンとの一致率は、全被験者では約5割(大うつ病性障害(MDD))と6割(双極性障害(BP))となり、先行研究(滝沢ら,2009)の約7-8割だった結果に比べて低下した。ただし、今回のデータで、うつ症状を呈しメランコリー型の気分障害患者に絞ると約7割(MDD:65.0%, BP:69.4%)の一致率となった。また、健常者の就学前からの発達過程に伴うNIRSデータの変化を明らかにした(Kawakubo et al, 2011)。気分障害群342名、統合失調症初発群23名、ARMS群37名のうち、病初期の症例を中心に縦断計測を開始し、病初期のNIRSデータが数か月後の症状・機能の改善度と関連することが明らかとなってきている。光トポグラフィー(NIRS)検査は東京大学医学部附属病院精神神経科に設置されており、研究だけでなく、先進医療として施行する体制も整えているため、今後も年間で200250名程度のBaseline測定のリクルートが期待できる。そのため2年目の今年度で横断的Baseline計測サンプルは500名を超えた。昨年度同様、計画を上回るペースである。1年1.5年後の転帰調査も気分障害群で50名以上、統合失調症群で30名以上と、縦断的フォローアップ計測も計画通り進んでいる。3年後の転帰調査が開始され、すでに5名の計測が完了した。さらに、英文雑誌や邦文雑誌への投稿も順調にアクセプトされている。現在数本の論文がin revisionの状態である。2009年9月ー2012年の現時点(3月現在)で気分障害群342名、統合失調症初発群23名、ARMS群37名の横断的Baseline計測サンプルを計測した。特に初発期もしくは病初期にある患者に対しては、3カ月毎の短期的な転帰について、フォローアップ計測で縦断的検討を行い、これらの1年1.5年後までの転帰調査を気分障害11名、統合失調症初発群10名、ARMS群13名を測定した(2012年3月現在)。縦断的フォローアップ計測は計画通りだが、横断的フォローアップ計測は、計画以上に計測が行うことが出来た。さらには、英文や邦文雑誌への投稿も計画以上に早くアクセプトされた。継続して横断的Baseline測定と縦断的フォローアップ計測を継続する。Baseline計測についての論文化に加えて、1.5年後と3年後のフォローアップ計測についての解析と論文化を重点的に行う。最終年度のため、これまで通り学会発表とともに、英文雑誌や邦文雑誌へ報告を集中的に行う予定である。これまでの横断的検討だけはなく、今後の検討では、症状・機能の進行・回復過程とNIRSデータとの関連も、縦断的にフォローアップする過程で明らかにする。今後さらに症例数を増やし、診断や症状・機能の変化
マグネタイトを利用した二酸化炭素の分解除去技術に関する研究

マグネタイトを300°Cで水素処理することによって得られる酸素欠陥マグネタイトはCO_2をCにまで分解し、表面に炭素が析出する(炭素析出マグネタイト)。炭素の析出する条件を選ぶことにより、H_2ガスとの反応によるメタンへの転換が300°Cで容易に起こることが見い出された。炭素の析出量が1nm^2当たり1原子以下の時には、300°CでH_2ガスとの反応によるメタンへの転換率は30分でほぼ90%(選択率=98%)であった。析出炭素量が1nm^2当たり1原子以上では転換速度が1/10以下となり、転換速度は析出した炭素量に大きく依存することが分かった。転換率は酸素の欠損度にも依存し、酸素の欠損度(δ)が0.06以上であれば30分間で析出炭素のうち70%以上がメタンに転換された。また、150350°Cの範囲内でCO_2の等温吸着曲線を求めたところ解離型等温吸着式にほぼ従っており、CO_2の初期吸着熱は-40kJ mol^<-1>と推定された。これは二酸化炭素の解離エネルギ-より高いことからCO_2は直接炭素まで分解され、この解離吸着による活性の高い反応中間体が高効率メタネ-ションを誘起していると考えられる。解離吸着曲線は3点吸着モデルで近似できることからCO_2の2つの酸素が表面で酸素イオンとして解離すると同時に炭素が析出するという機構が推定された。また、炭素析出マグネタイトを400°CでH_2Oと反応させたときに水素が発生する反応では、化学分析、電子回析、熱重量分析などの結果から、表面がγFe_2O_3相に変化していることが確認された。活性化マグネタイトそのものもH_2Oとの反応によって水素を発生するが表面はFe_3O_4相であり、表面に炭素が析出している場合には、表面がFe_3O_4よりもさらに酸化さたγFe_2O_3となり、有効に水素を発生できることが明らかになった。
メタボローム解析による化学物質曝露の健康影響評価

本研究では残留性有機汚染物質(POPs)や、重金属類をはじめとする環境汚染物質の曝露によるヒトへの影響を、血清・尿中における低分子化合物を包括的に分析するメタボローム解析を用い、それらの組成の変化と化学物質の残留濃度の関係を解析することで解明を試みた。本研究の結果、POPsの1つであるPCBsがエネルギー代謝に関連する生体内パスウェイの変動に関わっている可能性があることおよび、鉛の曝露が腎臓や中枢神経系・ヘム合成系に関わる生体内パスウェイの変動に関わっている可能性が示唆された。ヒトにおける化学物質曝露影響調査において、さまざまな特定のバイオマーカーの変動をアウトカムとし、曝露影響を調査した研究が進められている。しかしながら、曝露からマーカー変動に至るメカニズムをコホート調査を用いて調査した研究は限られている。本研究「メタボローム解析による化学物質曝露の健康影響評価」の構想は、細胞内に数千種類存在する低分子代謝物(メタボローム)の解析を通して周辺環境の変化・化学物質の曝露を反映するバイオマーカーを特定し、環境疫学・環境毒性学の端緒開拓を目指すものである。また、複数のマーカー候補物質が得られた場合には、それらの生理学的機能を解析することで、毒性発現のメカニズムについて考察できると考えた。本年度は千葉大学において推進している出生コホート調査および、ベトナムヒ素汚染地域について血清・尿中メタボロームを分析し、化学物質曝露レベルとの関係解析を試みた。この結果、ポリ塩化ビフェニルの曝露を反映する生体内パスウェイとして、母体ではグルタチオン代謝が、胎児由来の臍帯血清からはエネルギー代謝がそれぞれ変動している可能性が示唆された。本研究結果は国際誌に投稿・受理された。ベトナムヒ素汚染地域については測定試料量が膨大であるため、来年度引き続き解析を進める予定である。また、来年度は鉛,臭素系難燃剤などの汚染を反映したと予想される地域より得た検体の測定を進め、さらなる曝露影響の探索を進める予定である。すでに国際誌に論文を投稿・受理されたほか、メタボローム解析を用いた共同研究についても結果が出始めていること、来年度測定予定であった試料についても前倒しで分析を進めることができているため、計画以上に進展があったと考えた。残留性有機汚染物質(POPs)や、重金属類をはじめとする環境汚染物質は、多様な遺伝子発現プロファイルの変化を通じて複合的に生体に影響することが知られている。このような、化学物質の曝露に由来する複雑な生体影響パスウェイの変化を解析する手法として、メタボローム解析が近年注目されている。しかし、化学物質の曝露影響評価をオミクス解析技術と組み合わせた研究はin vitro, in vivoの研究が主であり、ヒトを対象とした研究は限られている。本研究に置いて、申請者はコホート調査により採取した妊娠女性血清・胎児臍帯血清試料および、電気電子機器廃棄物リサイクル従事者・対象地域住民の尿試料を利用し、化学物質の曝露レベルと試料中メタボロームの組成について関係を解析し、曝露レベルを反映する要因について探索を試みた。この結果、いずれの研究においても高濃度群・低濃度群をメタボロームの組成から判別するための高精度なモデルを機械学習により確立できた。また、予測に寄与する因子について解析を試みたところ、妊娠女性においてはグルタチオン代謝に関連するパスウェイの変動が、臍帯血清においてはエネルギー代謝に関連するパスウェイの変動が示唆された。電気電子機器廃棄物リサイクル従事者においては、腎臓における低分子化合物の再吸収に関連するパスウェイや、神経系・ヘム合成に関わるパスウェイの変動が示唆される結果が得られた。これらの結果はいずれも国際誌に投稿し、受理あるいは査読対応中である。来年度は鉛,臭素系難燃剤などの汚染を反映したと予想される地域より得た検体の測定を進め、さらなる曝露影響の探索を進める予定である。また、検体測定が終わり次第、現在のメタボローム分析手法についても、定量性の向上や測定時間短縮のための検討を進める。環境分析化学試薬、資材をスムーズに運用し、予定よりもコストを抑えて測定を進めることができたため。本年度は測定用資材、学会旅費、論文投稿料に加え、データ解析用PCを購入する予定である。また、測定精度管理用の試薬購入に次年度使用額分を追加し、測定から得られた分析データの精度管理を高度化する予定である。
新しい機能性材料の設計・作製・物性制御

重点領域研究「機能性材料」の研究目標は、金属,セラミックス,高分子などの枠組を越え、原子・分子レベルに立ちかえって、基礎的立場から材料のもつ機能性の本質を解明することにあり、新しい材料が示す光・電気・磁気的特性や化学的・生物的機能を研究対象とし、各班員の独自の発想に基づいて設計・作製された材料について、構造と機能の相関性を基礎科学の立場から究明し、新しい機能性材料開発のための多くの知見を得た。本研究は重点領域研究「機能性材料」の総括班として、(1)小領域A化合物半導体の物性制御,小領域B生体機能材料の構造・設計,小領域C機能性材料の作製プロセスと制御の3小領域の研究推進を図るとともに、小領域間の連携・協力態勢を深めるための方策を検討・企画し、推進した。(2)本重点領域研究に関する研究成果の評価ならびに集積を行い、また研究班間および班外との情報交換,意見調整を行った(3)本年度は本重点領域研究前期(昭和62平成元年度)の最終年度にあたるので、前期3年間の研究成果のとりまとめを行うとともに、後期(平成24年度)研究計画の立案を進め、推進方法を審議した。以上の事項の遂行のために、平成元年7月6・7日神戸市において全体会議を主催し、また平成2年1月18日東京において機能性材料シンポジウムを開催した。この間10回の総括班会議のほか、数回にわたり幹事会、検討班会議を行った。また各小領域ごとに小領域全体会議および各班会議が開かれ、研究成果の発表を中心に熱心な討論が行われた。これらの会合の内容はそれぞれ報告書としてまとめられ、また研究班内外の情報交換のために機能性材料ニュースを作成し配布した。本年度の研究成果は全研究班員の報告を集め“第3年次研究成果報告書"としてまとめられ、また前期の研究成果を(英文)研究成果報告書としてまとめた。
CRISPRライブラリースクリーニングによるリンパ腫発症の遺伝子基盤の統合的理解

成人T細胞白血病リンパ腫や節外性NK/T細胞リンパ腫などの難治性リンパ腫における網羅的な遺伝子解析により多数の新規遺伝子異常が同定されてきたが、その多くで生物学的な役割は不明なままである。本研究では、CRISPRスクリーニングを用いて、難治性リンパ腫で認められる機能喪失型の異常がリンパ腫発症に果たす役割を高効率に解明することを目指す同時に、リンパ腫発症に寄与することが判明した遺伝子異常を個別に導入することで、様々な遺伝子異常を持つリンパ腫モデルを得ることを目指す。さらに、同モデルを用いて、遺伝子異常に応じた分子病態や薬剤感受性の違いを明らかにすることを試みる。具体的には、難治性リンパ腫で新規に同定された異常の中で、機能喪失を引き起こすと予想されるものを標的とするsgRNAを発現するカスタムライブラリーをGibson Assembly法を用いて構築した。標的とする遺伝子異常としては、遺伝子変異、コピー数異常、構造異常などのあらゆる遺伝子異常を対象とした。このsgRNAライブラリーをレンチウイルスによりCas9発現マウスから純化した造血幹前駆細胞分画に導入し、同系マウスに静注により移植した。造血器腫瘍が発症した場合には、表面マーカーや病理組織などを調べることにより表現型を明らかにすると同時に、腫瘍DNAを用いて、sgRNA毎に挿入されたバーコードのアンプリコンシーケンスを実施して、発症した腫瘍で濃縮されているsgRNA(移植時と比較)を同定した。その結果、野生型マウスを用いて本実験を実施した場合、ライブラリーの導入により悪性リンパ腫を含む様々な造血器腫瘍が23か月で発症することが明らかとなった。その造血器腫瘍には、特定の遺伝子を標的とするsgRNAが濃縮されており、これらの腫瘍のドライバーとして機能することが示唆された。当初の予定通り、CRISPRライブラリの作成、および、野生型マウスにおける移植実験を行うことが出来た。さらに、それらのマウスにおいて、一定期間後に悪性リンパ腫を含む造血器腫瘍が発症し、一部の遺伝子を標的とするsgRNAが濃縮されていることが明らかとなった。本研究計画を行う上で最も重要なポイントが初年度より達成されたことから、計画以上に進展していると判断した。次年度は、本実験を継続し、様々の異常を持つリンパ腫モデルを作成すると同時に、低中頻度にリンパ腫を発症すると予想される遺伝子改変マウス(HBZ発現マウスやPd-l1 3′-UTR条件的ノックアウトマウス)を用いて、腫瘍化を促進する遺伝子異常の同定も試みる。さらに、上記の実験により得られたリンパ腫モデルを用いて、遺伝子異常に応じた分子病態や薬剤感受性の違いを検証する。具体的には、各々の遺伝子異常を持つリンパ腫モデルから腫瘍細胞を採取し、RNAシーケンスによる遺伝子発現解析を行い、各々の遺伝子異常が引き起こす遺伝子発現パターンの特徴について明らかにする。同時に、それらを相互に比較することで、それぞれの共通点や相違点を明らかにする。また、表面マーカー解析により、リンパ腫の起源となった正常細胞を同定し、遺伝子発現パターンを比較する。

具体的には、各々の遺伝子異常を持つリンパ腫モデルから腫瘍細胞を採取し、RNAシーケンスによる遺伝子発現解析を行い、各々の遺伝子異常が引き起こす遺伝子発現パターンの特徴について明らかにする。同時に、それらを相互に比較することで、それぞれの共通点や相違点を明らかにする。また、表面マーカー解析により、リンパ腫の起源となった正常細胞を同定し、遺伝子発現パターンを比較する。
癌関連線維芽細胞(CAF)を標的とした新しい口腔癌治療戦略の開発

癌微小環境の主な構成成分である線維芽細胞は、癌関連線維芽細胞(Cancer-Associated Fibroblast: CAF)と称され、癌の進展を多面的に促進させる事が実証されている。また、口腔扁平上皮癌の生命予後とCAF発現との関連性については数多くの報告があるが、リンパ節転移との関連に着目して臨床病理学的に検討した報告は少ない。本研究では早期口腔扁平上皮癌におけるCAFの発現頻度を明らかにし、頸部リンパ節転移との関連性を臨床病理学的に解明する。本研究の成果は、口腔扁平上皮癌の治療戦略(予防的頸部郭清の適応基準の一助)の構築に寄与すると考える。
垂直磁化Ｃｏ／Ｎｉ細線中の磁壁電流駆動における外部磁場の影響と応用展開

本研究の目的は、磁壁の電流駆動現象を利用した外部環境に強い磁壁デバイスを実現することである。この目的を達成するために、外部磁場を印加した状態で、Co/Ni細線中の磁壁の電流駆動実験を行い、磁壁移動速度と外部磁場の関係について明らかにしてきた。しかし、デバイス応用のためには外部環境に対する安定性だけでなく、記録密度に関する知見も求められる。そこで、昨年度は隣接する磁壁間の対消滅を妨げる効果があり、記録密度の向上が期待されるジャロシンスキー・守谷相互作用(DMI)に着目し研究を行った。その結果、磁壁の磁場駆動において、DMIは磁壁移動速度を速める効果があることが分かった。今年度は、研究実施計画に記載したとおり、DMIのある場合に、磁壁移動速度が速くなる原因について調査した。シミュレーションと実験結果を比較検討することで、細線の二次元性が速度に影響を及ぼすことを突き止めた。さらに、磁壁内部の平均磁化角度をシミュレーションにより調査したところ、DMIがない場合は、平均磁化角度が時間とともに変化するのに対し、DMIがある場合は、平均磁化角度を一定に保ったまま磁壁が移動することが明らかになった。このことは、DMIが強い場合の二次元細線における磁壁が、ソリトン的な磁壁移動をすることを意味している。本研究により、二次元の磁壁構造にDMIが加わると、これまで知られていなかった新しい磁壁移動機構で磁壁が移動することが明らかになった。磁壁の磁場駆動に対するDMIの影響を明らかにした本研究成果は、基礎的にも応用的にも重要な知見といえる。特に、磁壁デバイスを設計する際に重要となる膜構造と次元性に対する指針を与えたという点でも特筆すべき成果である。研究代表者は本研究成果を国内の学会において発表した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、垂直磁化Co/Ni細線中の磁壁の電流駆動における外部磁場の影響を調べ、応用上重要である外部磁場耐久性を向上することである。この目的を達成するために、外部磁場を印加した状態で、Co/Ni細線中の磁壁の電流駆動実験を行い、磁壁移動速度と外部磁場の関係について調査してきた。その結果、磁壁移動速度の面内磁場依存性にあたかもオフセット磁場が存在しているかのような正負非対称性が存在することを発見した。この正負非対称性の原因が解明されれば、デバイスの動作速度に結びつく磁壁移動速度と外部磁場の関係を明らかにでき、応用上重要な知見を得ることができる。研究実施計画では、今年度は磁壁移動速度の垂直磁揚依存性に関する研究を行う予定をしていたが、内容を変更し、面内磁場依存性に関する研究を行った。磁壁のポラリティを変えて実験を行った結果、磁壁移動速度の面内磁場依存性が磁壁のポラリティに依存することが分かった。この結果を手がかりに、磁壁の歳差時間に対する面内磁場の影響に関してシミュレーションを行ったところ、歳差時間も磁壁のポラリティに依存することを見出した。これらの結果より、磁壁移動速度の面内磁場依存性に正負非対称性が存在する原因が、スピンホール効果に依るものであることが示された。磁壁電流駆動に対する面内磁場の影響を明らかにした本研究は、次世代磁気メモリへの応用に向けて少なからず貢献できたと考える。研究代表者は本研究成果を応用物理学会が発行するApplied Physics Express誌に論文発表し、国内外の学会において発表を行った。そこで、今年度は隣接する磁壁間の対消滅を妨げる効果があり、記録密度の向上が期待されるジャロシンスキー・守谷相互作用(DMI)に着目し研究を行った。研究実施計画に記載したとおり、DMIの存在する系としない系を比較する実験を行った。まずは、磁壁電流駆動よりも理解が簡単だと考えられる磁壁の磁場駆動実験を行った。その結果、DMIのある試料の磁壁移動速度は、DMIのない試料と比較して5倍も速くなることが分かった。この速度の違いを解明するために、二次元のマイクロマグネティクスシミュレーションを行った。シミュレーションの結果、DMIの強さを表すパラメータDが大きくなるにつれて、磁壁移動速度も速くなることが分かった。これらの結果から、DMIは磁壁移動速度を速くする効果があることが分かった。磁壁の磁場駆動実験と並行して、DMI存在下の磁壁電流駆動の実時間測定を試みた。その結果、オシロスコープを用いることで磁壁電流駆動の実時間測定に成功した。今後は、同様の実験装置を用いて、応用上重要である記録密度に関する知見を得るため、磁壁を細線中にどれだけ詰められるか調査していく予定である。磁壁の磁場駆動に対するDMIの影響を実験的に初めて明らかにし、さらに、磁壁電流駆動現象を実時間で測定した本研究は、磁壁駆動現象の研究の発展に少なからず貢献できたと考える。研究代表者は本研究成果を国内外の学会において発表した。

この目的を達成するために、外部磁場を印加した状態で、Co/Ni細線中の磁壁の電流駆動実験を行い、磁壁移動速度と外部磁場の関係について明らかにしてきた。しかし、デバイス応用のためには外部環境に対する安定性だけでなく、記録密度に関する知見も求められる。そこで、昨年度は隣接する磁壁間の対消滅を妨げる効果があり、記録密度の向上が期待されるジャロシンスキー・守谷相互作用(DMI)に着目し研究を行った。その結果、磁壁の磁場駆動において、DMIは磁壁移動速度を速める効果があることが分かった。今年度は、研究実施計画に記載したとおり、DMIのある場合に、磁壁移動速度が速くなる原因について調査した。シミュレーションと実験結果を比較検討することで、細線の二次元性が速度に影響を及ぼすことを突き止めた。さらに、磁壁内部の平均磁化角度をシミュレーションにより調査したところ、DMIがない場合は、平均磁化角度が時間とともに変化するのに対し、DMIがある場合は、平均磁化角度を一定に保ったまま磁壁が移動することが明らかになった。このことは、DMIが強い場合の二次元細線における磁壁が、ソリトン的な磁壁移動をすることを意味している。本研究により、二次元の磁壁構造にDMIが加わると、これまで知られていなかった新しい磁壁移動機構で磁壁が移動することが明らかになった。磁壁の磁場駆動に対するDMIの影響を明らかにした本研究成果は、基礎的にも応用的にも重要な知見といえる。特に、磁壁デバイスを設計する際に重要となる膜構造と次元性に対する指針を与えたという点でも特筆すべき成果である。研究代表者は本研究成果を国内の学会において発表した。本研究の目的は、磁壁の電流駆動現象を利用した外部環境に強い磁壁デバイスを実現させることである。研究代表者は、これまで垂直磁化Co/Ni細線における外部磁場の影響を調査し、外部環境に対する安定性について議論してきた。しかし、デバイス応用のためには記録密度に関する知見も求められる。そこで今年度は記録密度の向上が期待されるジャロシンスキー・守谷相互作用(DMI)存在下の磁壁ダイナミクスについて調査した。外部環境に対する安定性だけでなく、記録密度にも着目して実験を行った今年度の研究は、当初の計画以上に進展していると言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。磁壁デバイス実現のためには、外部環境に対する安定性だけでなく記録密度の向上も求められる。今年度は、記録密度の向上が期待されるジャロシンスキー・守谷相互作用(DMI)の存在する系に着目し実験を行った。その結果、磁壁の磁場駆動において、DMIは磁壁移動速度を速くする効果があることが分かった。来年度は、DMIのある場合に、磁壁移動速度が速くなる原因について調査していく予定である。また、今年度DMI存在下の磁壁電流駆動の実時間測定に成功した実験においては、同様の実験装置を用いて、応用上重要である記録密度に関する知見を得たい。そのために、磁壁を細線中に多く詰め、複数磁壁電流駆動の実時間測定を成功させ、細線中にどれだけ磁壁を詰められるか調査する予定である。本研究の最終目標は、磁壁の電流駆動現象を利用した外部環境に強い磁壁デバイスを実現させることである。研究代表者は、垂直磁化Co/Ni
直接観測に向けた重力波の理論的考察と予測波形のテンプレート作り

本年度研究においては、1)カオス力学系からの重力波の理論考察、2)平衡状態にある回転星強磁場星の性質、3)数値的相対論における定式化問題とその解決方法、の3項目について研究成果を挙げそれぞれ学術論文として発表した。まず1については具体的なカオス力学系として2つのモデルを構築し、そこからの重力波を考察することで系のカオス性と重力波の相関について議論した。重力波のパワースペクトルがカオス性を示す量として有効であることを示した。2については、マグネターと呼ばれる実際の強磁場中性子星を念頭に置き、その基本性質を探ることを目的とした。具体的には回転および磁場を伴った星の平衡形状を構築し、そこに現実的状態方程式を加味することで、星の質量、半径、最大磁場といった物理的諸量の定量的サーチを行った。結果として、磁場による効果で星の最大質量は約25%増加するという結論を得た。本項目において構築された平衡形状は、項目3における初期条件の提供という意味も含む。3については、アインシュタイン方程式を数値的に解くための優れた定式化を模索し、テスト問題において数値実験を行った。具体的には、Baumgarte-Shapiro-Shibata-Nakamura形式を拘束条件を用いて修正することで、拘束条件の破れを抑えることに成功した。我々の定式化を用いれば従来の計算方法より最大で計算時間が約10倍延びることがわかった。本年度の研究において、主な成果は次の3点である。(1)大質量星の重力崩壊から放出される重力波の理論的予想超新星爆発の際に放出される重力波を摂動論に基づく手法で評価することに取り組んでいる。重力崩壊の計算に物理的素過程を含むことによって、より現実的なモデルからの重力波を理論的に見積もることに成功した。軸性モードに関する結果は既に導出済みであり、現段階で論文を執筆中である。また、極性モードについては、現在計算中である。(2)相対論的回転星の振動の解析第一次段階として、球対称性を仮定した場合の定式化を行った。また、具体的に数値計算をした結果、先行研究と一致することが確認できた。現在この段階までの結果を論文にまとめている。(3)数値的相対論に向けた取り組みこの項目については、まだ具体的な研究に取り組んではいないが、数値シミュレーションを実行する際に必要とされる技術開発については一定の成果を挙げている。具体的に列挙すると以下の2点である。(a)数値的流体力学におけるコードの開発、(b)回転星の平衡形状を求める数値コードの開発上記の数値コードにおいては標準的なテスト問題をクリアしており、来年度以降、実用段階に入れると考えられる。本年度の研究実績は、以下の通りである。・ブラックホール-ディスク系におけるカオス的な運動より放出される重力波の理論的考察銀河中心に存在する巨大ブラックホールは一般に円盤を伴う。一方、この系をニュートン重力の下でモデル化するとその系を運動する試験粒子はカオス的になることが知られている。この様な状況の下で放出される重力波と粒子運動のカオス性の相関を調べた。その結果、粒子運動のスペクトル解析により白書雑音と1/f揺らぎの両相か混在する事が明らかにされた。また、重力波のスペクトルは、この様な粒子運動の特徴を含みうる事も分かった。以上の結果をまとめた学術論文を投稿中である。・強磁場回転星の平衡形状における状態方程式依存性通常の中性子星は10^<12>ガウス程度の磁場を伴う。その一方、近年の観測により10^<14>ガウス程度の磁場を伴うマグネターと呼ばれる天体が存在することが分かってきた。しかし、これら特異な天体の形状、安定性、形成機構などは不明である。そこで、強磁場を伴う回転星の平衡形状を議論する事で、マグネターの性質を探った。質量、磁場、半径、回転周期といった観測に重要な物理量の状態方定式依存性を議論した。この結果を下に論文を執筆中である。・一般相対論的シミュレーションにおける安定性の改良重力場をより一般的な形で考察するためには、一般相対論的シミュレーションが不可欠である。その一方、アインシュタイン方程式は拘束条件を含むため、これら拘束条件が数値的に破れ始めると計算が破綻してしまう。そこで、発展方程式自身に拘束条件項を付け加えてやる事で、拘束条件の破れを抑える事を試みた。その結果、適切な拘束条件コントロールの下では、数値計算の安定性が改善される事が明らかになった。

3については、アインシュタイン方程式を数値的に解くための優れた定式化を模索し、テスト問題において数値実験を行った。具体的には、Baumgarte-Shapiro-Shibata-Nakamura形式を拘束条件を用いて修正することで、拘束条件の破れを抑えることに成功した。我々の定式化を用いれば従来の計算方法より最大で計算時間が約10倍延びることがわかった。
火砕堆積物を用いた水蒸気爆発およびマグマ水蒸気爆発の特性に関する研究

平成15年度は,有珠山と三宅島で2000年に発生した水蒸気爆発およびマグマ水蒸気爆発を題材に,研究課題に取り組んだ.特に有珠山については,2000年3月31日のマグマ水蒸気爆発を事例に,昨年度検討できなかった噴出物質中の本質マグマの含有率の変化と,実際の噴火現象との関係を議論した.平成14年度の成果により,有珠山で2000年3月31日に発生したマグマ水蒸気爆発は,降下火砕堆積物だけでなく火砕サージも発生し,複雑な推移を辿ったことがわかっている.この推移は,大局的には地表に放出される本質マグマ物質の割合(マグマ物質の噴出率)に依存すると予想されるため,本年度は火口から約500m離れた地点において採取した火砕堆積物を用いて,本質マグマ物質の割合の時間変化を求めた.その結果,本質マグマ物質の割合は2050%の範囲にあるほか,噴火の初期に低く(<30%),噴火の後期にやや高く(40%<)なる傾向を持つ.またこの値は,実際に観測された噴煙高度と強い相関を示し,噴煙高度はマグマ物質の噴出率に依存することが確認された.これは,噴火の激しさを火砕堆積物の特徴から記述できただけでなく,噴煙柱のダイナミクスモデルの妥当性を,堆積物から検証することができた数少ない事例といえる.一方,三宅島2000年噴火については,火山ガスを放出する活動が継続しているため,上空から活動を観測するにとどまった.三宅島では,2003年3月にやや規模の大きなカルデラ壁の崩壊があったものの,活動自体は低調であった.観測の結果,島民の帰島の妨げとなっている火山ガスは,カルデラ南東にある主火口付近から直接放出されていること,そしてガスの1日あたりの放出量は,僅かながら減少傾向にあることがわかった.これと対応するかのように,噴煙高度も下降しており,長期的には三宅島の火山活動は終息に向かいつつあるといえる.平成14年度は,有珠山および三宅島で2000年に実際に発生した水蒸気爆発およびマグマ水蒸気爆発を題材に,研究課題に取り組んだ.有珠山2000年噴火については、3月31日に発生したマグマ水蒸気爆発と,4月1日から7日の期間の水蒸気爆発それぞれについて推移を構築し,これらと火砕堆積物の産状の特徴を対応させた.その結果,3月31日のマグマ水蒸気爆発では,噴煙から降下堆積する降下火砕堆積物だけでなく,上昇する噴煙の一部が崩壊することによって火砕サージが発生し,噴火当時の風向とは関係のない方向にも粗粒な火砕物を堆積させた.4月1日7日の噴火は,最初に泥水からなるコックステールジェットが噴出し,その後火砕物を大量に含む黒色プリュームが数分数10分継続して上昇するというパターンが認められた.コックステールジェットは火口近傍に大量の淘汰の悪い火砕物を堆積させ,火砕丘を形成するが,黒色プリュームは広い範囲に火砕物を飛散させる傾向があり,噴火様式の違いが火砕堆積物の分布様式に大きく影響を与えるという結論が得られた.三宅島2000年噴火については,2000年8月29日未明に発生した火砕流様の現象に着目し,映像記録と火砕堆積物の産状との対応を検討した.映像記録から,8月29日未明の噴火によって発生した火砕流様の現象は,噴煙の一部もしくは全体が崩壊し,その崩壊物がカルデラ壁の外側にあふれ出たことによって発生した.噴出源に近いカルデラの南麓には火砕流堆積物に特有の淘汰の悪い谷埋め性の火砕堆積物が分布するが,カルデラの北側では,カルデラ縁でも谷埋め性堆積物は認められない.これは,深くえぐれられたカルデラの中に粗粒な火砕物のほとんどが落ち込んでしまい,北麓に濃密な火砕物の流れが到達しなかったためと推定される.つまり,カルデラの存在が,結果的に火砕流の被害を小さくした可能性がある.平成15年度は,有珠山と三宅島で2000年に発生した水蒸気爆発およびマグマ水蒸気爆発を題材に,研究課題に取り組んだ.特に有珠山については,2000年3月31日のマグマ水蒸気爆発を事例に,昨年度検討できなかった噴出物質中の本質マグマの含有率の変化と,実際の噴火現象との関係を議論した.平成14年度の成果により,有珠山で2000年3月31日に発生したマグマ水蒸気爆発は,降下火砕堆積物だけでなく火砕サージも発生し,複雑な推移を辿ったことがわかっている.この推移は,大局的には地表に放出される本質マグマ物質の割合(マグマ物質の噴出率)に依存すると予想されるため,本年度は火口から約500m離れた地点において採取した火砕堆積物を用いて,本質マグマ物質の割合の時間変化を求めた.その結果,本質マグマ物質の割合は2050%の範囲にあるほか,噴火の初期に低く(<30%),噴火の後期にやや高く(40%<)なる傾向を持つ.またこの値は,実際に観測された噴煙高度と強い相関を示し,噴煙高度はマグマ物質の噴出率に依存することが確認された.

これは,噴火の激しさを火砕堆積物の特徴から記述できただけでなく,噴煙柱のダイナミクスモデルの妥当性を,堆積物から検証することができた数少ない事例といえる.一方,三宅島2000年噴火については,火山ガスを放出する活動が継続しているため,上空から活動を観測するにとどまった.三宅島では,2003年3月にやや規模の大きなカルデラ壁の崩壊があったものの,活動自体は低調であった.観測の結果,島民の帰島の妨げとなっている火山ガスは,カルデラ南東にある主火口付近から直接放出されていること,そしてガスの1日あたりの放出量は,僅かながら減少傾向にあることがわかった.これと対応するかのように,噴煙高度も下降しており,長期的には三宅島の火山活動は終息に向かいつつあるといえる.
多様体上の周期的作用素のスペクトル解析

本研究の課題は,コンパクトな商空間を持つ非コンパクト・リ-マン多様体上の関数に作用するラプラシアンあるいはシュレヂンガ-作用素のスペクトル問題,ないしは多様体の基本群(とその無限次元ユニタリ表現も含めた構造)と,作用素のスペクトルの解析的諸性質の間の関連を調べることである.論文"Closed orbits in homologyclasses"ではAnosov力学系の閉軌道の密度について,Dirichletの算術級数定理の類似が成立することを,力学的Lー関数の性質を使うことによりを示した.議論の中で,winding cycleの概念と中心極限定理が重要な役割を果たす.論文"A Periodic Schroedinger operator on an abel cover"では,abel被覆空間上で,Schroedinger作用素のスペクトルは帯構造を持つことに注意して,その詳細な構造について研究し,さらに固有値を持たないための条件を調べた.論文"Discrete Schroedinger operators ona graph"では,その離散モデルを研究した."Group C^*ーalgebras and the spectrum of a periodic Schroedinger"では,多様体上の周期的Schroedinger作用素のスペクトルが帯構造を持つための充分条件が,作用する群のC*ー群環の性質(Kadisonの性質)で書き表されることを示した.大部分の有限表示群が,Kadisonの性質を満たすことが予想される."Trace formulae in spectral geometry"では,スペクトル幾何学における数論的類似物を考察した.数論でよく知られている明示公式は,素イデアルと零点を結び付けるものであるが,この論文の中で扱われる跡公式は,この幾何学的類似である.Chazarainにより波動跡公式の精密化を目ろむことにより,より明解な公式を得ることに成功した.本研究の課題は,コンパクトな商空間を持つ非コンパクト・リ-マン多様体上の関数に作用するラプラシアンあるいはシュレヂンガ-作用素のスペクトル問題,ないしは多様体の基本群(とその無限次元ユニタリ表現も含めた構造)と,作用素のスペクトルの解析的諸性質の間の関連を調べることである.論文"Closed orbits in homologyclasses"ではAnosov力学系の閉軌道の密度について,Dirichletの算術級数定理の類似が成立することを,力学的Lー関数の性質を使うことによりを示した.議論の中で,winding cycleの概念と中心極限定理が重要な役割を果たす.論文"A Periodic Schroedinger operator on an abel cover"では,abel被覆空間上で,Schroedinger作用素のスペクトルは帯構造を持つことに注意して,その詳細な構造について研究し,さらに固有値を持たないための条件を調べた.論文"Discrete Schroedinger operators ona graph"では,その離散モデルを研究した."Group C^*ーalgebras and the spectrum of a periodic Schroedinger"では,多様体上の周期的Schroedinger作用素のスペクトルが帯構造を持つための充分条件が,作用する群のC*ー群環の性質(Kadisonの性質)で書き表されることを示した.大部分の有限表示群が,Kadisonの性質を満たすことが予想される."Trace formulae in spectral geometry"では,スペクトル幾何学における数論的類似物を考察した.数論でよく知られている明示公式は,素イデアルと零点を結び付けるものであるが,この論文の中で扱われる跡公式は,この幾何学的類似である.Chazarainにより波動跡公式の精密化を目ろむことにより,より明解な公式を得ることに成功した.
実現可能性を考慮したナチュラルコンピューティングにおける計算手法に関する研究

ナチュラルコンピューティングの一つとして,生態系を並列分散処理システムのハードウェアとみなし,このシステムを統合的に制御して問題の解を求める計算モデルとしての研究が注目を集めている.本研究では,従来の研究では考慮されることの少なかったナチュラルコンピューティングの実現可能性に焦点を当て,不確実性を考慮した計算モデルの計算能力の検証や,ロバストな計算手法の提案を行う.また,提案計算モデルのシミューレータの開発を行い,提案アルゴリズムの正当性,及び,実効性の検証を行う.平成30年度は,以下のような内容を中心に研究を行なった.1.提案アルゴリズムの改善,および,取りまとめ:今までに提案したアルゴリズムに対して,いくつかの更なる改善を行い,研究成果の取りまとめを行なった.この改善アルゴリズムについては,国際的な論文誌への掲載が行われた.2.実現可能性を考慮した膜計算モデルにおける実用的なアルゴリズムの提案:平成29年度に引き続き,現実的な膜数の制限を考慮した実現可能なアルゴリズムの提案を行なった.対象とした問題は,ハミルトン閉路問題,および,グラフ彩色問題と呼ばれる有名な計算困難問題であり,両者について提案アルゴリズムのシミュレーション評価も行うことにより,アルゴリズムの有効性を示した.これらの研究成果については,平成31年度において,国際会議等で発表予定である.3.膜計算シミュレータの改良:平成29年度に構築したプロトタイプシミュレータを,近年注目を集めているプログラミング言語であるpythonも用いることにより,シミュレーション精度の向上と,実行速度の改善を目指してシミュレータの開発を行なった.また,上記1,2にて提案したアルゴリズムを本シミュレータ上にて動作させることにより,提案アルゴリズムの正当性と有効性の検証を行った.実現可能性を考慮した計算モデル,及び,その計算モデルに対するアルゴリズムの提案に関しては,国際的学術雑誌における1本の論文として取りまとめることができた.また,本研究の内容について,台湾や韓国の研究者との先端的な取り組みに関するワークショップにおいて発表を行った.加えて,実現可能性を考慮したシミュレータの開発については,pythonを用いて新たに再構築を行なっており,提案アルゴリズムの正当性や有効性の検証を更に効率的に行うことができるようになった.平成31年度については,以下のような研究に取り組んでいきたいと考えている.1.提案アルゴリズムの改良,及び,計算困難問題に対するアルゴリズムの提案:平成30年度において計画していた実際の生化学オブジェクトの制約条件や使用する生化学反応物の個数等については,改良を行うことができなかった.これらの指標については,新たな方向性からアルゴリズムの改良を計画している.また,平成30年度までで取り組んだ問題以外にも数多く存在する計算困難問題に対して,実現可能性を考慮した計算モデルを用いてアルゴリズムの提案を行う予定である.2.ナチュラルコンピューティングにおけるその他の計算モデルにおける実現可能性の考察:ナチュラルコンピューティングにおいて膜計算以外に注目を集めている計算モデルとして,酵素を用いて実行を制御する計算モデル(EN Pシステム)や,神経細胞の活動をモデル化した計算モデル(SN Pシステム)が存在する.平成30年度ではこれらのモデルに対するアルゴリズムの提案を計画していたが,現段階ではまだ未着手である.平成31年度では,これらの計算モデルに対して,実際の生態系のシステムの制約条件を考慮した実現可能性の高い計算モデルの提案を行うとともに,計算困難問題や基本的な演算についてアルゴリズムの提案を行うことを目指している.3.並列膜計算シミュレータの開発:平成30年度にpythonを用いて構築したシミュレータを元に,並列処理環境において大きな入力に対しても対応可能な並列膜計算シミュレータの実装を行ない,さらなる実行時間の高速化を目指す予定である.ナチュラルコンピューティングの一つとして,生態系を並列分散処理システムのハードウェアとみなし,このシステムを統合的に制御して問題の解を求める計算モデルとしての研究が注目を集めている.本研究では,従来の研究では考慮されることの少なかったナチュラルコンピューティングの実現可能性に焦点を当て,不確実性を考慮した計算モデルの計算能力の検証や,ロバストな計算手法の提案を行う.また,並列処理を用いて提案計算モデルのシミューレータの開発を行い,提案アルゴリズムの正当性,及び,実効性の検証を行う.平成28年度は,以下のような内容を中心に研究を行った.1.ナチュラルコンピューティングにおける実現可能性を考慮した計算モデルの提案:ナチュラルコンピューティングに関する既存の研究においては,生化学活動の持つ制限を考慮した計算モデルは少なかった.本年度においては,ナチュラルコンピューティングにおけるいくつかの計算モデルにおいて,現実的な膜数の制限を考慮した実現可能な計算モデルの提案を行った.2.実現可能性を考慮した計算モデルにおけるアルゴリズムの提案:ナチュラルコンピューティング上の計算手法に関する既存研究の多くは,膨大な生化学オブジェクトを必要とするアルゴリズムが多く,現実的なアルゴリズムとは言い難かった.本研究では,1で提案の計算モデルを用いて,現実的な生化学オブジェクトの数で問題解決を行う効率の良いアルゴリズムの提案を行った.3.実現可能性を考慮したプロトタイプシミュレータの開発:1で提案の実現可能性を考慮した計算モデルに関して,アルゴリズムの実行をシミュレートするシミュレータの開発を行った.また,上記1,2にて提案したアルゴリズムを本シミュレータ上にて動作させ,データ構造とアルゴリズムの正当性の検証を行った.実現可能性を考慮した計算モデル,及び,その計算モデルに対するアルゴリズムの提案に関しては,2件の国際会議発表として研究内容を公表を行い,1本の論文を学術雑誌に投稿中である.また,本研究の内容について,1件の招待講演にて発表している.加えて,実現可能性を考慮したプロトタイプシミュレータの開発については,開発は終了しており,提案アルゴリズムの正当性の検証に用いられている.ナチュラルコンピューティングの一つとして,生態系を並列分散処理システムのハードウェアとみなし,このシステムを統合的に制御して問題の解を求める計算モデルとしての研究が注目を集めている.

本研究では,従来の研究では考慮されることの少なかったナチュラルコンピューティングの実現可能性に焦点を当て,不確実性を考慮した計算モデルの計算能力の検証や,ロバストな計算手法の提案を行う.また,提案計算モデルのシミューレータの開発を行い,提案アルゴリズムの正当性,及び,実効性の検証を行う.平成29年度は,以下のような内容を中心に研究を行なった.1.提案アルゴリズムの改良,および,計算困難問題に対するアルゴリズムの提案;平成28年度に提案したアルゴリズムに対して,実際の細胞の制約条件の一つである膜数に焦点をあてた改良を行なった.また改良アルゴリズムをシミュレーション環境にて評価を行い,アルゴリズムの有効性を示した.2.実現可能性を考慮した膜計算モデルにおける実用的なアルゴリズムの提案:平成28年度に引き続き,現実的な膜数の制限を考慮した実現可能なアルゴリズムの提案を行なった.対象とした問題は,充足可能性問題,および,MAX-SATと呼ばれる有名な計算困難問題であり,充足可能性問題については,提案アルゴリズムのシミュレーション評価も行うことにより,アルゴリズムの有効性を示した.3.膜計算シミュレータの改良:平成28年度に構築した実現可能性を考慮したプロトタイプシミュレータに対して,改良を行い,膜計算の正確な評価が可能なシミュレータの開発を行なった.また,上記1,2にて提案したアルゴリズムを本シミュレータ上にて動作させることにより,提案アルゴリズムの正当性と有効性の検証を行った.実現可能性を考慮した計算モデル,及び,その計算モデルに対するアルゴリズムの提案に関しては,1件の国際会議発表と1件の国内発表として研究内容の公表を行うとともに,1本の論文が学術雑誌にて印刷中である.また,本研究の内容について,台湾大学での先端的な取り組みに関するワークショップにおいて発表を行った.加えて,実現可能性を考慮したシミュレータの開発については,膜計算の正確な評価が可能となる改良を加えており,提案アルゴリズムの正当性や有効性の検証に用いられている.ナチュラルコンピューティングの一つとして,生態系を並列分散処理システムのハードウェアとみなし,このシステムを統合的に制御して問題の解を求める計算モデルとしての研究が注目を集めている.
一酸化窒素感受性塩素イオンチャネルの細胞防御機能と分子構造の相関

本研究では、胃酸分泌細胞の基底側膜に存在する細胞防御塩素イオンチャネル(Cl^-チャネル)の分子実体および調節機構を明らかにする目的で、電気生理学的、分子生物学的、生化学的研究を行い、以下のような興味深い新知見を得た。1.ウサギ胃酸分泌細胞における電気生理学的実験で、インターロイキン-1βが、胃酸分泌細胞基底側膜のIL-1受容体に結合し、細胞防御Cl^-チャネルを閉じることを発見した。この機構には、一酸化窒素と反応しその効果を消失させるスーパーオキシドアニオンの産生が介在しており、シトクロムP-450の関与が示唆された。2.精製したウサギ胃酸分泌細胞より調製したmRNAを用いて、各種Cl^-チャネルの遺伝子発現について検討した。ノーザンブロットにより、CLC-2、CLC-3、CLC-5mRNAの有意な発現が確認された。CFTR mRNAの発現は非常に弱く、CLCA1 mRNAは全く発現していなかった。CLC-2、CLC-3、CLC-5蛋白質に対する抗体を使用した生化学的実験で、CLC-2は細胞質画分に、CLC-3は細胞質および原形質膜画分に存在していた。胃粘膜の凍結切片を用いた免疫組織染色でCLC-5の分布が胃酸分泌細胞に特異的で、細胞質および原形質膜に存在していることがわかった。CLCチャネルが、一酸化窒素感受性Cl^-チャネルの分子実体である可能性について検討中である。3.ウサギ胃酸分泌細胞より調製したmRNAを、アフリカツメガエル卵母細胞にインジエクションし、一酸化窒素およびサイクリックGMP感受性の電流の出現について検討を行ったところ、Cl^-チャネル阻害剤のNPPBでブロックされるアニオン電流が観察された。本研究では、胃酸分泌細胞の基底側膜に存在する細胞防御塩素イオンチャネル(Cl^-チャネル)の電気生理学的および分子生物学的研究を行い、以下のような数々の興味深い新知見を得た。1.これまでにウサギ胃酸分泌細胞基底側膜の細胞防御Cl^-チャネルがプロスタグランジンE_2を介した一酸化窒素産生により活性化されることを発見しているが、このチャネルがウサギ以外の動物にも普遍的に存在するものなのかどうか不明であった。本研究で、ラット胃酸分泌細胞にも同様なCl^-チャネルが存在し、プロスタグランジンE_2により活性化されることを電気生理学実験により証明した。2.ウサギ胃酸分泌細胞を単離、精製し、mRNAを調製した。CLCファミリーに属する全Cl^-チャネルのcDNA配列をもとにdegeneratedプライマーを作製し、RT-PCRを行ったところ、CLC-2とCLC-5の部分配列が確認できた。ノーザンブロットによっても、CLC-2とCLC-5のmRNAの発現が明瞭に観察された。これまでにCLC-5遺伝子の主な発現は腎臓において確認されているが、胃において確認されておらず興味深い。これらのチャネルが、一酸化窒素感受性Cl^-チャネルの分子的実体であるのかどうかについて研究を進めている。3.ウサギ胃酸分泌細胞における電気生理学的実験で、一酸化窒素と反応しその効果を消失させるスーパーオキシドアニオンが、インターロイキン-1βにより産生されることがわかった。胃におけるインターロイキン-1β生成には、ヘリコバクターピロリ菌が密接に関与しており、細胞防御機能との関連性について検討を進めている。