hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
腫瘍抗原の同定と宿主免疫応答の解析

われわれは、新たに3つのスプライスバリアントRFX4-C、RFX4-D、RFX4-Eを同定した。III、lV期の神経膠腫は、RFX4-Dおよび-E mRNAを高頻度に発現することを明らかにした。RFX4-D mRNAは、正常脳と神経膠腫に発現が認められ、分化抗原である。一方、RFX4-E mRNAは、正常組織では、精巣のみに発現が認められ、がん・精巣(CT)抗原である。さらに、新たに見出したCT抗原としてすでに報告したOY-TES-1抗原については、モノクローナル抗体を作製し、さらに、CD8 T細胞エピトープを明らかにした。ペプチドTES_<401-409>(KTPFVSPLL)のみが、ペプチド特異的CD8 T細胞を誘導し、CD8 T細胞株は、HLA-A2401拘束性にTES_<401-409>を認識することを明らかにした。一方、NY-ESO-1、SSX、XAGE抗原などの他のCT抗原についても、正常組織および各種癌組織での発現を検討した。さらに、それらの抗原の癌宿主における免疫原性について解析し、癌患者血清中のそれぞれの蛋白に対する抗体の産生を明らかにした。一方、T細胞の反応性を検討し、NY-ESO-1抗原についてCD4およびCD8 T細胞の反応を明らかにした。1.マウスモデル腫瘍を用いたDNAワクチン開発BALB/cマウスのRLaktプラスミドによる免疫効果は、in vivoエレクトロポレーションにより著名に増強することを明らかにした。免疫効果は、RLaktプラスミドとGM-CSFの共投与でさらに増強し、RL male1腫瘍に対する増殖抑制効果が認められた。2.マウスモデル腫瘍を用いた免疫モニタリング免疫モニタリングの方法として、IFNγELISPOTとテトラマーを用い、RL male 1腫瘍に対するCD8T細胞の反応を検討した。多価抗原(pRL1aMAP)免疫マウス脾細胞をin vitroで腫瘍細胞で刺激すると、テトラマー陽性細胞数はIFNγELISPOTの約10倍であった。テトラマー陽性細胞はCD62L^<low>と^<high>の2つの集団からなり、CD62^<high>のセントラルメモリー細胞を含むためIFNγELISPOT数との間に差がでることを明らかにした。Real-time PCRを用いてNY-ESO-1およびLAGE遺伝子の定量解析を行った。食道癌、肝臓癌では、NY-ESO-1単独の発現をほとんど認めないのに対し、前立腺癌ではLAGE-1a単独の発現がほとんどなく、各種のがんで2つの遺伝子発現が異なることが明らかになった。4.ヒトがん・精巣(CT)抗原XAGE-1の各種がんにおける発現と免疫原性Real-time PCRを用いて、XAGE-1 mRNAの発現を各種がんで検討した。XAGE-1b mRNAは、肺腺癌、前立腺癌に強発現することがわかった。また、肺腺癌患者の12%に抗体産生を認めた。一方、モノクローナル抗体を作製し、免疫染色の結果、正常組織ではspermatocyteが陽性であることを明らかにした。5.NY-ESO-1蛋白とコレステロール疎水性プルランの複合物を用いたがん免疫臨床試験を準備している。
確率モデルに基づいた結晶構造の学習および推定法の確立

融点や剛性,熱伝導度といった特定の物性に優れた材料開発を行うにあたって第一原理計算は非常に強力な道具であるが,この計算にあたっては事前にその材料の結晶構造を指定する必要がある.一方で結晶構造が明らかになっていない材料は無数にあり,それら全てを実験により合成し,その構造をX線解析等により調べることは現実的でない.したがって新規材料の開発には計算機によって効率的に結晶構造を推定することが不可欠である.このような結晶構造の推定は,与えられた原子組成に対してポテンシャルを最小化する配置を求める問題として定式化され,構造最適化とよばれる.構造最適化のような非凸最適化問題は機械学習においてもパラメータチューニング等の問題で多く現れるが,これは目的関数を確率モデルに基づいて定式化し,バンディットアルゴリズムとよばれる探索戦略を適用するベイズ最適化とよばれる枠組みで高速に最適解が発見できることが知られている.通常扱われるバンディット問題では単位時刻ごとに単一の実験候補を選択するのが一般的であるが,一方で現実的な場面では,実験環境が複数あり,複数候補の実験を同時に行うという場合も多い.このような場合に,環境の実験結果への影響を併せて推定しつつ最適候補を動的に探索するアルゴリズムを新たに構成し,環境の要素を無視する場合に比べて精度よく推定が可能であることを理論および実験の両面から示した.さらに,ベイズ最適化はrandom feature mapとよばれる手法により線形モデル上のバンディット問題へと帰着可能であるが,この設定では探索に適した特徴量を選択する議論が従来は十分になされていなかった.そこで,最適候補を識別するための特徴量を適切に絞り込み探索するアルゴリズムを構築し,これが従来法より大幅に探索回数が削減可能であることを示した.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。結晶構造の推定はポテンシャル最小となる格子および各原子の相対位置を発見する最適化問題として定式化される.このような非凸最適化問題は機械学習におけるハイパーパラメータの推定といった問題でも多く現れ,現時点で最適な点の近傍の目的関数値を観測をするか,あるいは観測数が多くない領域で観測を行うかというバランスの最適化が主な問題となる.このように知識探索と活用のトレードオフを考える問題は機械学習においてはバンディット問題とよばれる定式化により研究されており,UCB戦略とよばれるアルゴリズムが広く用いられている.ここでバンディット問題において観測がガウス分布にしたがう設定は非常に基本的な設定であるにもかかわらず,従来はその分散が既知という非現実的な設定においてのみUCB戦略の最適性が示されていた.これに対して,本研究では従来のUCB戦略が理論限界を達成不可能なことを示し,一方で戦略に軽微な修正を加えることにより理論限界を達成することを示した.さらに,結晶構造の推定においては原子に対する力,格子に対する応力として目的関数値の微分が容易に観測可能な場合が多い.微分の観測を局所最適解の計算だけでなくモデル自体に組み込む方法はガウス過程上のバンディット問題においていくつかの研究があり,それらの手法を組み込むことで従来知られていたバンディット問題におけるアルゴリズムに比べて大幅に高速な探索が可能となることを結晶構造計算ライブラリGULPを用いて確認した.構造探索に用いるバンディット問題のアルゴリズムの理論解析については従来手法が理論限界を達成不可能であるというインパクトの大きい結果が得られ,また実際の結晶構造計算への応用についても微分の観測を組み込むという手法の面では順調な結果が得られている.一方,これらの手法を適用するためには前提として結晶のポテンシャルを何らかのカーネル関数に基づくガウス過程として適切にモデリングする必要がある.ここで従来よく用いられるガウスカーネルに基づくガウス過程はポテンシャル関数には必ずしもよくフィットせず,モデル自体の悪さが原因で探索性能が落ちる場合があることが判明した.そのため,ポテンシャル関数を適切に表現するカーネル関数を構成する必要が新たに生じた.融点や剛性,熱伝導度といった特定の物性に優れた材料開発を行うにあたって第一原理計算は非常に強力な道具であるが,この計算にあたっては事前にその材料の結晶構造を指定する必要がある.一方で結晶構造が明らかになっていない材料は無数にあり,それら全てを実験により合成し,その構造をX線解析等により調べることは現実的でない.したがって新規材料の開発には計算機によって効率的に結晶構造を推定することが不可欠である.このような結晶構造の推定は,与えられた原子組成に対してポテンシャルを最小化する配置を求める問題として定式化され,構造最適化とよばれる.構造最適化のような非凸最適化問題は機械学習においてもパラメータチューニング等の問題で多く現れるが,これは目的関数を確率モデルに基づいて定式化し,バンディットアルゴリズムとよばれる探索戦略を適用するベイズ最適化とよばれる枠組みで高速に最適解が発見できることが知られている.通常扱われるバンディット問題では単位時刻ごとに単一の実験候補を選択するのが一般的であるが,一方で現実的な場面では,実験環境が複数あり,複数候補の実験を同時に行うという場合も多い.このような場合に,環境の実験結果への影響を併せて推定しつつ最適候補を動的に探索するアルゴリズムを新たに構成し,環境の要素を無視する場合に比べて精度よく推定が可能であることを理論および実験の両面から示した.さらに,ベイズ最適化はrandom feature mapとよばれる手法により線形モデル上のバンディット問題へと帰着可能であるが,この設定では探索に適した特徴量を選択する議論が従来は十分になされていなかった.

そこで,最適候補を識別するための特徴量を適切に絞り込み探索するアルゴリズムを構築し,これが従来法より大幅に探索回数が削減可能であることを示した.これまでの研究結果に基づき,今後の研究においてはまずポテンシャル関数を適切に表現するガウス過程のカーネル関数の構成を行う.ポテンシャル関数を表現するカーネル関数についてはクーロンカーネルといったいくつかの関数が知られているが,これらは目的関数値をブラックボックス的に観測することを前提としており,微分が観測可能である設定にはモデル精度・計算量の面で必ずしも適していない.そこで,微分観測をモデルの組み込む場合に適したカーネル関数の構成する.さらに,第一原理計算によるポテンシャルの計算においてはポテンシャルの近似度によって精度が悪いが高速なものから高精度だが計算が遅いものまでさまざまなものが存在する.そこで,いずれの精度のポテンシャルを計算するかのスケジューリングを含めた探索手法の開発を行う.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。
不動点問題におけるエラーバウンドの導入とその応用

本研究では,不動点問題に対する実用的な求解法を開発することを目的とする。特に、逐次近似法が有限回の繰返しで解に到達することを保証する概念について研究し,新たな条件の提案とその有効性を検証する研究を行った。まず凸計画問題における最適化手法の研究をもとに,集合値写像に対する条件を提案した。また,提案した条件を応用して、凸関数の最小化問題,変分不等式など関連する非線形問題に対するアルゴリズムの収束に関する成果を得る事ができた。本研究では不動点問題に対する実用的な近似解法を新たに導入しようとしている。平成20年度における本研究の研究目標として、次の三つを挙げていた。第一に「不動点問題の考察」、第二に「写像の性質の解明」、そして第三に「試験的なシミュレーションの実施」である。第一、第二の目標については、Banach空間で定義された集合値作用素が持つ零点周辺での正則性の条件に着目し、これまでに提案されていた方法よりもさらに一般的な条件のもとで近似列の存在性、及び近似列の収束性について考察することができた。特に、近似列の存在性については、集合値作用素に対する縮小写像の不動点定理を利用することでその存在が保証されている。この近似列は集合値作用素の単調性を仮定しない場合で結果が得られており、様々な解析対象について応用可能な命題について結果を得ることができたと言える。また、この結果は問題を再構成することにより、不動点問題に対する解の近似に関する結果として取り扱うことが可能で、ある種の不動点問題に対する解の近似定理を得たことになる。これは本研究の目標である不動点問題に対する実用的な近似列の構成について一定の成果が得られた。また、今後正則性の条件のもとでより汎用性を持った近似解法について研究を進めることにより、計算機への実装を実現することが期待できる。今年度の研究成果は、様々な解析対象に柔軟に対応でき、かつ数学的に保証された結果を提供するための有効なアプローチであり、エラーバウンドの概念を導入するための一定の研究成果を得ることができたと言える。現在、不動点問題に対する実用的な近似法に関する研究は、理論、応用の両面から発展が強く望まれている。しかしながら、従来の研究では近似法によって構成された点列と解が一致する条件については明らかにされていないのが現状であった。近似法によって得られた点列が有限回のステップ数で解と一致することが保証できれば、計算機を援用したシミュレーションなどによって効率的な解法の開発が期待できる。このような状況を鑑み、平成21年度においては次のことを行った。(1)アルゴリズムの有限回での収束性について、関連する研究が行われている線形計画問題および変分不等式問における条件について調査を行った。これらの条件を基にして、射影と非線形写像を組み合わせた不動点問題のモデルについて、解に収束する近似列が有限回で解と一致するための条件を考察した。(2)凸解析学における諸問題を解析するのに有効な接錘と法線錘の概念を用いることで、これまでの線形計画問題および変分不等式問題に対して得られていた条件を含む条件を導入した。新しく導入した条件を用いることで、不動点問題の解に収束する近似列が有限回のステップ数で解と一致する結果を導いた。(3)応用について考察した。結果はヒルベルト空間における不動点問題のモデルに対して得られたものであり、これまで扱うことのできなかった無限次元空間における問題に対して適用することが可能である。有限次元空間における問題に対して得られていた近接点法に関する有限収束の結果をヒルベルト空間の場合でも成り立つことを示した。関連する分野の文献収集および国際会議、研究集会に参加することで、多くの研究者から広く意見を聞くことにより研究を発展させることができた。近年、不動点問題の研究において様々な写像に対する求解法の解への収束に関する研究が活発におこなわれている。これまでの研究では、構成された点列が解に有限回で到達する事を保証する条件についてほとんど議論されておらず、未解決な部分が多いのが現状であった。本年度は以下について研究をおこなった。1.極大単調作用素に対する近接点法が、有限回のステップ数で解に到達するのを保証する条件について考察した。先行研究では、有限次元空間における凸計画問題に対して条件が提案されていたが、この条件を参考にして、有限次元空間よりも一般的なBanach空間上で定義された集合値写像に対しても適用できる新たな条件を提案した。さらに提案した条件のもとで近接点法が有限回のステップ数で解に到達することを保証した。また得られた結果を凸最小化問題に適用し、その有用性を検証した。本研究で扱った問題は,極大単調作用素のリゾルベントに対する不動点問題として定式化できるため、不動点問題の解の収束に関する研究において新たな知見を得ることに成功した。本研究の内容は論文として学術雑誌に投稿し、論文掲載が決定している。2.変分不等式に対する解への近似列が有限回で解に到達するための十分条件について考察した。

先行研究では点列が解に有限回で到達するのには点列が強収束するという条件が必要であったが、Hilbert空間の場合にその条件を仮定せずに有限回のステップ数で解に到達することを保証した。変分不等式は2種類の写像を合成した写像の不動点問題として定式化できる事が知られており、不動点問題と密接に関係している。本研究の内容は論文としてまとめており、現在論文を投稿中である。
がん細胞は自身の生存をかけ放射線域を逃れるべく上皮間葉移行をなしうるか

今年度の実験において我々は5'UTRおよび3'UTR依存性発現調節の候補遺伝子の機能解析を行った。5'UTR結合タンパク質に関してはSRSFファミリーが有望であると考えられた。これらタンパク質はHIF-laあるいはcMYCの5'UTRを挿入したルシフェラーゼリポーターからのタンパク質発現を数倍に活性化することができた。これら候補遺伝子の発現を、マイクロアレイにて比較したところ、予想通り高転移性株では発現が高い傾向が認められた。これらの発現が遺伝子プロモーター領域の配列の違いによるものか否かを判断するため、アレイ解析に用いた細胞のゲノムDNAを出発材料にしてプロモーター領域のシークエンスを行ったところ顕著な塩基置換は認められず、メチル化などのエピジェネティックな変化の解析が今後の課題として提起された。3'UTR依存性発現調節の候補遺伝子としてELAVLファミリータンパク質の1つであるELAVL2の機能解析を行った。ELAVL1はほぼ全ての細胞において多量に発現し主に核局在を示すが、ELAVL2は主に細胞質に局在する。ELAVL2導入細胞株ではELAVL1を導入した細胞よりも、ARE mRNA由来のタンパク質発現レベルが有意に上昇していた。蛍光タンパク質タグを付与したHuRを単独で強制発現させてもELAVL1は核局在を示したが、ELAVL1とELAVL2を同時に発現させた細胞では細胞質局在するELAVL1が認められた。two-hybrid法にて、ELAVL1どうしの結合よりELAVL1-ELAVL2間のほうがより強い結合であることが示された。この結合にはELAVL2のN末端、C末端領域が必要であった。ELAVL1の核から細胞質への局在変化にはELAVL2が大きく関わっていること、ELAVL2の発現量はがん細胞の悪性度と相関することが示唆された。これまで3'UTR依存性の翻訳抑制機構を担うと報告されてきたELAVL1はむしろHIF-1αの翻訳効率を低下させることが示され、従来考えられてきた調節機構はより複雑なものであることが示唆された。初めに:HIF-1alphaは癌の悪性化における重要な因子である.通常の酸素下においてはVHLとの結合により速やかに分解されるが放射線照射を生き延びた細胞においてはそのタンパク濃度が高いことが示されこの原因の解明に取り掛かった.結果:1)照射生存細胞において有為に細胞生存率が高かった.2)VHL amountは細胞間で程度の違いこそあれHIF-1alpha分解に影響を及ぼすものではなかった.3)5'UTR削除により考察1:1)HIF-1alphは放射線感受性に影響を及ぼす.2)UTRはHIF-1alpha核内濃度に影響を及ぼし、それにより放射線感受性を左右する.3)VHLはHIF-1alphaに大きな影響を与えない.考察2:放射線照射生存細胞の放射線感受性に影響を及ぼす因子としてUTR modification作用を有すことが示唆された.悪性腫瘍の放射線に対する効果を下げる因子として低酸素がある。低酸素状態においては腫瘍細胞は自身の酸素また栄養素をえるために血管増殖因子、またそのような低酸素環境からのがれるために転移を促すさまざまな物質を放出する。これらの因子、物質をコードするDNAの転写因子に低酸素誘導因子(HIF-1alpha)がある。今回の研究ではHIF-1alpha mRNAから同蛋白への翻訳がどのように調節されているか、を調べた。はじめにHIF-1alpha DNAの5'および3'側の非翻訳領域をルシフェラーゼ(レポーター遺伝子)の上下流に次のようにさまざまなパターンのconstructを作成した(HIF5C3(Cはルシフェラーゼの翻訳領域), HIF5C, HIFC, HIFC3)。これらを種種の細胞に導入しレポーターの発現の強さを見た。導入した細胞株は子宮頸がん由来HeLa,肺がん由来H1299,低悪性度乳がん由来MCF7,高悪性度乳がんMDA-MB453,非常に悪性度の高い脳神経こうU87MGである。それぞれの細胞でのレポーターの強度のパターンは似かよっていた。つまりHIF5C3と比べHIF5Cがもっとも強くHIFC3がもっとも弱い、ということである。別の言い方をするとHIF-1alphaの5'非翻訳領域はmRNAからのHIF-1alpha蛋白への翻訳の効率を上げ、一方3'領域は翻訳の効率を下げるということである。つぎに5'領域のどれだけの長さのヌクレオチドがこの現象に関与しているかを長いほうから順にconstructを作成しルシフェレースアッセイを行ったところ下位151塩基対で十分なことが判明した。また5'の翻訳への調節蛋白としてpyrimidine tract-binding protein (PTBP-1)が関与していることを明らかにした。

3'UTR依存性発現調節の候補遺伝子としてELAVLファミリータンパク質の1つであるELAVL2の機能解析を行った。ELAVL1はほぼ全ての細胞において多量に発現し主に核局在を示すが、ELAVL2は主に細胞質に局在する。ELAVL2導入細胞株ではELAVL1を導入した細胞よりも、ARE mRNA由来のタンパク質発現レベルが有意に上昇していた。蛍光タンパク質タグを付与したHuRを単独で強制発現させてもELAVL1は核局在を示したが、ELAVL1とELAVL2を同時に発現させた細胞では細胞質局在するELAVL1が認められた。two-hybrid法にて、ELAVL1どうしの結合よりELAVL1-ELAVL2間のほうがより強い結合であることが示された。この結合にはELAVL2のN末端、C末端領域が必要であった。ELAVL1の核から細胞質への局在変化にはELAVL2が大きく関わっていること、ELAVL2の発現量はがん細胞の悪性度と相関することが示唆された。これまで3'UTR依存性の翻訳抑制機構を担うと報告されてきたELAVL1はむしろHIF-1αの翻訳効率を低下させることが示され、従来考えられてきた調節機構はより複雑なものであることが示唆された。HIF-alphaの5'UTRに結合する蛋白の候補が予期した以上に早く発見できるデータが得られた。同じ遺伝子の中で、相反する機能を持ったUTRが存在することはこれまで報告されていない。HIF-alphaの5'UTRを核欠損しているが、細胞小器官が保存されているライセイトの中に入れ結合蛋白の同定を行う。5'領域にはPTBP-1以外にも翻訳調節を担った蛋白が存在するはずであり、その蛋白を同定する。各種DNA合成、照射実験、質量分析などに使用。次年度早期に予定していた実験に使用するためHIF-1alphaの5'UTR結合蛋白の同定
マウス胎仔生殖巣の性差構築に関する分子基盤の解明

申請者らは、様々な細胞系譜の前駆細胞集団の形成やその細胞数のプールサイズの調節に働くことが示唆されている転写因子(Sixファミリー)に着目し、生殖巣原基の前駆細胞の形成機構と性分化の制御機構の解明を進めた。Six1とSix4は、生殖腺の前駆細胞に特異的に発現するAd4BPの転写活性化を介してこの前駆細胞集団の形成を制御していた。また、Six1とSix4は、転写因子Fog2の発現制御を介して性決定遺伝子Sryの発現を制御しており、性染色体がXY型のSix1とSix4の欠損胚の生殖腺は、卵巣へと分化が進んでいた。このXY型のSix1とSix4の欠損胚に、Sryを外来性遺伝子として発現させると(Sryートランスジェニックマウス; Kidokoro et al., Dev. Biol., 2005)、精細管形成を伴う生殖腺の雄性分化が進行した。興味深い事に、XX型のSix1とSix4の欠損胚では、外来性Sry発現により精巣分化が誘導されなかった。一方、XX型のSix1とSix4のヘテロ胚は、外来性Sry発現により精巣分化が誘導される。この外来性Sry発現により、精巣へと分化が誘導されるXY型のSix1とSix4の欠損胚と誘導されないXX型のSix1とSix4の欠損胚の差は、おそらくY染色体上のSry以外の性染色体の構成の違いが原因と考えられる。一方、後者の同じXX型で、外来性Sry発現により精巣への分化が誘導されるSix1とSix4のヘテロ胚と誘導されないSix1とSix4の欠損胚の差は、Six1とSix4の発現量の違いが原因と考えられる。そこで、これらの違いに着目して新たな性決定の制御に関わる分子機構を解明するため、これらの間でのトランスクリプトームの比較解析を行い、性分化制御に関わると考えられる幾つかの新規候補遺伝子を得ることに成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。哺乳動物の性は、性染色体XとYの組合せ(雄はXY、雌はXX)により、受精した卵の段階から遺伝学的に決定される。しかし、雌と雄の性差が初めて生じるのは、妊娠中期頃の胎仔の生殖腺原基である。この生殖腺原基において、Y染色体上の性決定遺伝子Sryが発現することにより、雄では精巣へと分化し、一方、Sryの発現がない雌では卵巣へと分化することにより、体全体が雄又は雌へと形作られる。しかし、性分化の開始点となる器官である生殖腺原基の形成及び、Sryの発現を制御する分子機構については、十分には明らかにされていない。我々は、ホメオドメインを持つ転写因子Six1とSix4が、生殖腺原基の前駆細胞形成とSryの発現を誘導する転写因子カスケードの制御を行っていることを見いだした。Six1或はSix4を単独で欠損させたマウス胚では変化がないが、この両方を欠損させたマウス胚では、雄雌ともに、小さな生殖腺が形成された。これは、Six1/Six4が、生殖巣体細胞の前駆細胞形成に重要な遺伝子Ad4BP(別名: Nr5a1/Sf1)の転写を活性化に働いていることに起因することを明らかにした。この変異マウス胚では、遺伝学的には雄(XY)にもかかわらず、生殖巣原基は精巣でなく卵巣へと性転換していた。これは、Six1/Six4が、生殖巣原基でのSryの発現を制御している遺伝子Fog2(別名: Zfpm2)の発現を、さらにその上流でその転写を活性化していることに起因することを明らかにした。以上のことから、Six1/Six4が、2つの独立した経路によって、生殖巣原基を作り出すこと(生殖腺の大きさの決定)と、雄になる最初の仕組み(性の決定)を制御していることを発表した。

一方、後者の同じXX型で、外来性Sry発現により精巣への分化が誘導されるSix1とSix4のヘテロ胚と誘導されないSix1とSix4の欠損胚の差は、Six1とSix4の発現量の違いが原因と考えられる。そこで、これらの違いに着目して新たな性決定の制御に関わる分子機構を解明するため、これらの間でのトランスクリプトームの比較解析を行い、性分化制御に関わると考えられる幾つかの新規候補遺伝子を得ることに成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。Six1/Six4が、細胞種を越えて前駆細胞形成を制御していることが推察される興味深い結果を得られているため。具体的には、Six1とSix4が、生殖腺原基の前駆細胞形成においては、前駆細胞に発現するAd4BPの転写制御により、生殖腺原基形成の制御を行っていた。最近の解析から、Six1とSix4は、生殖細胞形成においても、前駆細胞に発現する遺伝子の発現調節を行うことにより、その形成を制御している可能性を見いだしている。しかしながら、年度末に予想外に育児に時間をとられ、研究遂行に若干の遅延が生じた。Six1とSix4は、生殖細胞形成においても、前駆細胞に発現する遺伝子の発現調節を行うことにより、その形成を制御している可能性を見いだしていることから、その作用機序について研究を進めて行く。
1細胞ダイナミクスと相空間モデルによる情報処理ネットワーク解析法の開発

単一細胞の反応ダイナミクスに基づいて細胞内情報処理反応ネットワークを逆行分析し、その動態を数理的に再現・理解・予測する方法を開発している。複数・並列の単一細胞反応動態の実測値が持つ豊富な情報から、反応要素間のネットワークを統計的に推定して、「実効的に最小・充分の数理モデル」を作ることが目標である。本年度は主として統計的な手法を用いたEGF-RAS-MAPK回路の解析を行った。ヒト上皮癌由来の3種の細胞(HeLa, A431, MCF7)を2種の成長因子(EGF, HRG)のいずれかで刺激し、単一細胞内で回路を構成する4種の受容体と3種の下流分子の応答を蛍光染色法で計測した。異なった5種の分子の組み合わせで同時計測を行い、得られた結果を統計解析して、入力・細胞種依存的な情報処理回路の反応を明らかにすることを目標とした。2種の分子応答の相関から相互情報量を計測し、また、5種の分子応答パターンを階層的クラスタリング手法で分類した。それぞれの成長因子に対する応答は3種の細胞で異なっていることが知られている。相互情報量から、各条件下で主要な情報伝達経路を同定したところ、細胞集団で顕著な応答が見られる条件では、そうでない条件に較べて、多数の情報伝達経路が同等に使用されていることが示された。また、分子の応答パターンのエントロピーは細胞応答の見られる条件でより大きいことが分かった。これらの結果は、成長因子が細胞毎に異なった様々な応答パターンを惹起し、その後、分化・増殖など特定の細胞応答が選択されてくることを示唆している。細胞応答の多様性は分子応答のノイズで決まっているのではなく、回路の性質で規定されていることも示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度はネットワーク推定のアルゴリズム開発と検証を行った。我々の方法では、反応ダイナミクスを連立常微分方程式で記述された反応ネットワークから、観測モデルに従って確率的に計測データが現れてくるとする、いわゆる相空間モデルで記述し、複数細胞から得られた時系列データに基づいて、粒子フィルターとEMアルゴリズムを用いて最尤ネット枠構造とパラメータ値の推定を同時に行う。3成分の振動的ダイナミクスを示す14パラメータのネットワークにノイズを加えたシミュレーションで、仮想的な10細胞の単一細胞計測データを作成し、我々の方法で推定を行った。制御関係はHill関数で与えた。3成分の間に可能な正・負全ての制御関係を含む冗長なネットワークから出発し、40回程度の繰り返し計算で、正確な制御構造と充分正確なパラメータ値に到達することができた。さらに、2成分の振動的ネットワークのシミュレーション結果を、3成分の冗長なネットワークから出発し、L1正則化の手法を用いて余分な反応要素を削除しつつ推定を行い、正確な2成分ネットワークと充分正確なパラメータ値を推定することにも成功した。本年度の研究計画は、単一細胞内反応の多成分・複数時系列データから、成分間を繋ぐ実効的反応ネットワークの構造と反応パラメータを推定する方法を開発することであった。計算アルゴリズム開発は終了し、上述のように計算機実験で3成分の非線形反応ネットワークを正しく推定することに成功した。小さなネットワークであれば、冗長なモデルから出発して、経験的な過程に依らず、正しい推定が可能であることも示された。以上の結果を論文として発表した(Shindo et al. 2018)。従って、研究計画の大部分は無事に達成できたと言える。人工的な遺伝子制御回路の実験データからネットワーク推定を行うことも計画していた。先人の作成した振動を示す大腸菌内遺伝子発現回路を改変し、2成分振動を安定に計測することにも成功したが、ダイナミクスを解析したところ、先行研究のモデルでは記述不可能な振動現象であり、当初予定した我々のアルゴリズム検証には原理的に使えないことが明らかになった。これは全く予想外の結果であり、本研究の目的からははずれるが、合成生物学的には興味深く、別のプロジェクトとして研究を継続している。

相互情報量から、各条件下で主要な情報伝達経路を同定したところ、細胞集団で顕著な応答が見られる条件では、そうでない条件に較べて、多数の情報伝達経路が同等に使用されていることが示された。また、分子の応答パターンのエントロピーは細胞応答の見られる条件でより大きいことが分かった。これらの結果は、成長因子が細胞毎に異なった様々な応答パターンを惹起し、その後、分化・増殖など特定の細胞応答が選択されてくることを示唆している。細胞応答の多様性は分子応答のノイズで決まっているのではなく、回路の性質で規定されていることも示唆された。アルゴリズム開発とシミュレーションによる検証は終了したので、次年度は当初計画の通り、ErbB-RAS-MAPK回路の解析に取り組む。単一細胞でMAPK回路の上・下流を同時計測することには成功しており、計測データを蓄積中である。その後、ネットワーク推定計算を開始する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
細胞増殖因子作用における41K,43K蛋白質チロシンリン酸化反応促進の役割ー41K,43K蛋白質のcDNAクロ-ニング

我々はすでに種々のペプチド増殖因子で刺激した細胞において、各条件下における細胞DNA合成促進の程度とよく一致して細胞質41K、43K蛋白質のチロシンリン酸化が急速に促進されることを明らかにしている。最近それらがSer/Thrキナ-ゼ活性をもつ可能性が示唆されてきたので今年度はその点について検討した。Microtubleーassociated protein 2(MAP2)やmyelinbasicprotein(MBP)などを試験管内で良い基質とする特異なSer/Thrキナ-ゼとして最初に精製、cDNAクロ-ニングされたERK1の一部ペプチド配列を合成し、これを利用してERK1に対する抗体を作製した。この抗体はPDGF刺激したSwiss 3T3細胞中の分子量41,000、43,000のリン酸化蛋白質を特異的に免疫沈降したが、これらの二次元電気泳動上での移動度は上記41K、43K蛋白質のそれらと同じであった。それらが互いに同一蛋白質であることはV8プロテア-ゼを用いてのペプチドマッピングによって確認した。41K、43Kリン酸化蛋白質にはそれぞれ等電点の異なる2つのスポットが存在したが、いずれもリン酸化チロシンを含み、より酸性のものはさらにリン酸化スレオニンも含んでいた。リン酸化セリン・スレオニンに特異的なホスファタ-ゼ2Aを用い、更にMBPを含むゲルを利用してのゲル内リン酸化反応による解析より、上記41K、43K蛋白質はいずれもチロシンおよびスレオニン残基のリン酸化によって活性化されるSer/Thrキナ-ゼ活性を持ち、それらはMAP2やMBPなどを良い基質とする、いわゆる「ERK/MAPキナ-ゼ」ファミリ-の一員であることを明らかにした。これらキナ-ゼの増殖シグナル伝達における具体的な役割を明らかにする目的で、41K、43K蛋白質をコ-ドする遺伝子のクロ-ニングをラット脳cDNAライブラリ-より行い、41K蛋白質については成功した。現在その過剰発現細胞株の樹立を試みている。
電子供与体/受容体ナノ相分離構造のデザインによる高効率有機薄膜太陽電池の創製

高効率有機薄膜太陽電池へ向けた材料設計では、電子およびホール輸送性を示す分子をそれぞれナノサイズの集団として区画化し、広い接触面積をもって接合させる手法の開拓が鍵となる。本研究では、一つの理想系として、構造明確なナノスケールの異種分子集合体を一次元で精密接合した物質を世界で初めて実現した。さらに本研究過程において、複数の液晶発現基を側鎖に導入した高分子が大面積集積化する現象を偶然見出し、その発見に基づき、新たな光エネルギー変換材料を開発した。本研究では、電子供与性・受容性機能団の集積構造を分子レベルでデザインし、高性能な光電変換機能材料の創製を目指している。その一環として、供与体であるヘキサベンゾコロネン誘導体と、受容体であるフラーレン誘導体が連結した分子の自己組織化により得られるナノチューブの電気的性質を詳細に検討した。その結果、このナノチューブが顕著な光起電力特性を示し、それは比類なき精度で作り込まれたホールおよび電子輸送層間の効率的電荷分離と、引き続く両極性電荷輸送により実現されていることを明らかにした。また、p/nヘテロ接合の新しいデザインとして、側鎖の非相容性を利用する独自のアプローチを提案し、その有用性をモデル系で実証した。さらに、室温双連続キュービック液晶を発現するディスク状パイ共役分子を初めて見出し、新しい有機半導体の構造モチーフを提示した。この液晶中では、ディスク状分子からなるカラムが三次元的にネットワーク化しており、それが電導パスとして機能する。この液晶相の発現には側鎖末端にイオン性部位を導入することが鍵であり、側鎖長とイオン性官能基の大きさのバランスも重要であった。以上の研究に加え、新奇な立体構造を有する電子供与体として、剛直なラセン骨格有する分子をデザインし、そのオリゴマーからポリマーに至る合成法を確立した。これらの分子は全てサイズが明確に規定された数ナノメートルの一次元構造体である。一方、高機能デバイス実現には機能団の高秩序集積化が極めて重要である。しかしナノからミクロスケールへと階層的かつ大規模集積化を実現する方法論は未だ確立されていない。その問題解決に向け本研究では、特異形態を有する高分子をデザインし、その大面積集積化法の開拓も行った。本研究は、電子供与性・受容性機能団の空間特異的集積化を実現し、高性能な光電変換機能材料の創製を目的としている。本年度は、前年度に引き続き、(1)電子供与体であるヘキサベンゾコロネン誘導体が形成する自己組織化ナノチューブを基盤とする光電導性ナノ材料の開発、(2)p/nヘテロ接合の精密デザインを可能にする、非相容性側鎖を利用するアプローチの一般性の検証、(3)共有結合と分子間相互作用の共同的利用による機能団の階層的かつ大面積集積化法の開拓、(4)一次元シリンダー構造を有する新奇な電子機能活性分子の開発、これら4つの課題を中心に研究を展開した。(1)に関しては、光により電子状態が変化する機能団をナノチューブ表面に組み込むことにより、光電導性が変調可能な物質の開発に成功した。(2)では、電子活性機能団の構造によらず、本研究のアプローチが有効であることを示した。(3)の研究では、メソゲンとして働く機能団を、ポリマーブラシ側鎖に導入するという新しい分子設計戦略を考案し、当にナノからマクロスケールで構造規制された薄膜材料を創製することに成功している。(4)で開発した分子においては、可逆な多電子酸化反応を実現し、さらに動的応答分子系の構築へと展開した。以上を通じて、本研究目的を達成する上での重要な知見を得るとともに、研究当初は予想もしなかった極めてインパクトの高い派生研究へと発展させることができた。次年度には、特に(3)、(4)の展開研究を精力的に進め、特異構造を有する光電変換機能材料のコンポーネントの開発とその薄膜化によるデバイス作製と物性評価を行う予定である。高効率な有機太陽電池を実現するためには、電子とホール輸送を担うそれぞれの分子層を、ナノスケールの精度で分離し、さらに広い接触面積で接合させなければならない。しかし、異なる電子的性質を持った分子集合体を区画化し、精度良く接合することに成功した例はなかった。本研究では、グラフェンの部分骨格からなる分子に、「フッ素原子を導入して電子輸送機能を付与した誘導体」と「金属を取り込む能力とホール輸送機能を併せ持つ誘導体」を設計した。これらの分子はいずれも、溶液中でチューブ構造へと自発的に集合化する。ホール輸送能を有するナノチューブを種とし、その断面のみから電子輸送チューブを成長させる条件を探索した結果、二つの異なるナノチューブセグメントが完壁な精度で直結した有機ヘテロ接合構造の構築に初めて成功した。さらに、得られたナノチューブに光を照射すると、発生する電子とホールが分離し、この電荷分離状態が長寿命化することも見出した。このヘテロ接合ナノチューブは、高効率な光電変換機能にとって理想的な構造と言え、有機ヘテロ接合界面で起こる物理化学過程を基礎科学的に理解する上でも格好のモチーフを提供するものと期待される。

関連研究として、特異な三次元構造を有する新たな有機半導体のモチーフの開発についても検討を行った。例えば、高密度のπ電子を有し、長さ数ナノメートルのシリンダー構造として特徴付けられるオルトフェニレンオリゴマーの合成に初めて成功し、その構造特性を明らかにした。さらに、その一次元の光伝導特性について検討を行ったところ、鎖長が長くなるにつれて分子内の光伝導度が向上し、高次オリゴマーにおいて、1.0cm^2/Vsを超える高いキャリア移動度を有することを見出した。
ナノ構造酸化チタン薄膜の作成と評価

本研究においては、TiO_2の電着および、Ti基板の陽極酸化によって溶液中から直接基板上へナノサイズの結晶性の薄膜を均一に成膜し、電気化学的特性は主にエレクトロルミネセンス(EL)より明らかとし、ブランクライト照射時のo-クレゾールの分解速度より触媒活性に関する知見を得ることを試みた。電着は前駆物質溶液(チタニール溶液)をエタノール、蒸留水で希釈した電着溶液中で、SCE、白金電極を用いた3電極法でカソード電位下で定電位電解を行いTi金属板上に成膜した。得られた膜を空気雰囲気中で400-800°Cで熱処理を行い結晶化を施した。また、陽極酸化はβ-GPと酢酸塩の水溶液中で2電極法で定電流電解を行い直接基板を酸化した。得られた膜はXRDによりその同定を行った。また、薄膜を電極とし様々な電気化学的特性の測定を行った。電着で得られた膜は熱処理400°Cではアナターゼリッチ、500-700°Cでは混在、800°Cではルチルであることが確認できた。また、SEM写真によりナノサイズの薄膜であることを確認した。陽極酸化で得られた膜は酢酸塩の濃度を変化させることによりアナターゼリッチからルチルリッチの膜まで変化することを確認した。エレクトロルミネセンスの測定結果より可視部の発光は表面準位が多い熱処理温度が500°Cの膜が発光強度が最大で、赤外部はルチル構造の熱処理800°Cの膜が最大であることが明かとなった。また、o-クレゾールの分解速度の測定では熱処理温度600°Cの膜つまり、アナターゼ型とルチル型が混在している膜が分解速度が最も大きく、触媒活性が高いことが明かとなった。また、陽極酸化で得られた膜はアナターゼリッチの膜が分解速度が最も大きいという結果が得られた。この違いについては今後の研究で明かにする予定である。ナノサイズ酸化チタン薄膜の作成現在2種類の方法を用いて酸化チタン(TiO_2)の作成を行っている。陽極酸化法による作成は、β-グリセロリン酸(β-GP)とアルカリ金属の酢酸塩(主に酢酸カルシウム)を含む電解液中で2電極法による定電流電解でTi基盤を直接酸化させ行っている。得られた試料のXRDによる解析により、以下のことが明らかとなった。電解液中の酢酸塩の濃度によって、アナターゼ/ルチルの組成比が変化した。具体的には酢酸塩の濃度が低い場合アナターゼリッチ、高い場合ルチルリッチとなった。組成比の違いによる薄膜の電気化学的特性の違いをこれから明らかにする予定である。カソード電着は以下のようなNO3-イオンの還元による局所的pHの増加によるTiO(0H)2の析出を利用したものである。このTiO(OH)_2は熱処理によってナノサイズTiO_2になる。ここで、成膜温度、電解電位、電解液濃度、pH熱処理温度の成膜条件を変化させ試料の作成を行っている。成膜パラメータが非常に多いこともあり、現在最適な条件を模索している段階である。以上の2種類の方法によりTiO_2薄膜を作成することが確認でき、陽極酸化法については最適な成膜条件をぼぼ特定することができた。得られた試料はXRD、XPS、SEM等によりその同定を行っている。また、インピーダンス測定、光電流一電位特性、エレクトロルミネセンス特性等により、その基本的な電気化学的特性の測定を行っている。
消化管苦味受容体からの求心性シグナルの脳内分子イメージングと消化管生理機能解析

苦味受容体の消化管粘膜での存在は、設計されたラット苦味受容体24種のPCR primerを用いると、24種の受容体中で22種のmRNAまで解析が可能となり、PCR解析の結果から食道粘膜から大腸にいたるまでの消化管において幅広く発現していることが判明した。しかし、種々の検出プローブなどの作成や種々条件設定にも関わらず、詳細なる細胞局在の同定には至らなかった。一部受容体リガンド投与の動物実験では、消化管の運動機能の低下をきたしたが、苦味受容体の詳細な消化管での生理学的意義については言及できなかった。1)消化管粘膜組織における苦味受容体発現解析(RT-PCR法)すでに、設計されたラット苦味受容体24種のPCR primerを用いて、食道粘膜から大腸にいたるまでの消化管において、その発現について解析した。結果、24種の受容体中で22種のmRNAまで解析が可能となり、その先行研究として、SD系雄性ラットの舌、および消化管組織でのmRNA発現について検討し、検討しえた24種の中で、16種が何らかの消化管粘膜において発現を示した。2)苦味受容体刺激における消化管機能解析すでに既知である苦味受容体リガンドを用いて、全身的な投与によるラット生体機能の変化として、胃運動機能についてフェノールレッド法を用いて解析した。ラット苦味受容体のサブタイプの中で、T2R16に対してdenatonium、T2R38に対してPTCが、すでにリガンドが知られており、苦味物質が消化管運動機能について影響について検討した。denatonium(10 mM)投与群では、コントロール群に比し約3倍の胃内残存を認め、PTC(10 mM)投与群では、約5倍の残存率を示した。以上のことから、ラット苦味受容体リガンドの投与は、胃の排出機能に対しては抑制的に作用することが判明した。denatonium(10mM)投与群では、コントロール群に比し約3倍の胃内残存を認め、PTC(10mM)投与群では、約5倍の残存率を示した。[連携研究者]大阪医科大学・医学部樋口和秀苦味受容体発現解析1)各消化管粘膜組織における苦味受容体発現解析(RT-PCR法)以前に設計したラット苦味受容体24種のPCR primerを用いて、食道粘膜から大腸にいたるまでの消化管において、苦味受容体のmRNA発現について解析した。結果、24種の受容体中で、22種のmRNA発現まで解析が可能となり、その先行研究として、SD系雄性ラットの舌、および消化管組織でのmRNA発現について検討し、検討しえた24種の中で、16種が何らかの消化管粘膜において発現することを示した。[連携研究者]大阪医科大学・医学部樋口和秀苦味受容体発現解析
酸化物ヘテロ構造における界面ハーフメタル性とスピン注入効果

1.超伝導接合法によるアンドレーエフ反射と光電子分光観察により、La_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3薄膜の界面構造、特に界面層として存在するSrOの厚さに依存して、界面スピン分極率が大きく変化することを明らかにした。また、アンドレーエフ反射測定用接合における上部電極超伝導体をNbNとした接合法が、各種強磁性体の界面スピン分極率測定に適用できる汎用性の高い手法であることを見出した2.ハーフメタルLa_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3(LSMO)多結晶薄膜を用いて、その結晶粒界の界面ハーフメタル性に由来する低磁場磁気抵抗効果の支配要因の解析を行った。Si基板上のYSZ/Ba_<0.4>Sr_<0.6>TiO_3バッファ層上に粒径制御して作製したLSMOの実験から、粒界MRが多結晶薄膜の粒界抵抗に強く依存することを見出した。また、スピン依存散乱とスピン依存トンネルの二つの伝導機構を考慮することにより、粒界MRと界面スピン分極率、粒界抵抗の相関関係を定量的に説明できる新しいモデルを構築した。3.ハーフメタルSr_2CrReO_6(SCRO)において長範囲規則度が0.98の高品質単結晶薄膜が得られた。このSCRO薄膜と各種絶縁体との界面構造を放射光光電子分光により調べ、Re多重ピーク構造と価電子帯スペクトルから、MgOとの界面ハーフメタル性を明らかにした。また、SCRO/MgO/Co接合の特性評価(4.2K、114%のTMR比)から、SCROの高い界面スピン分極率を初めて実証した。4.Si基板上に、NiTa膜とCr膜を積層することによって、ハーフメタルホイスラーCo_2MnGeの高配向性薄膜(擬似単結晶)とMgO絶縁層を用いた配向素子を作製することができた。また、(100)と(110)の結晶配向制御ができることが判明した。これは、MgO単結晶基板を用いることなく、実用性の高いSi基板でも高配向なハーフメタルホイスラー膜ができることを示した研究で工学的な意義は大きい。スピン注入効果の研究に必須な界面ハーフメタル性を有するヘテロ構造の実現に向けて、ハーフメタルと予測されている酸化物強磁性体と非磁性絶縁体(半導体)、非磁性金属、超伝導体との各種ヘテロ構造の作製とその界面制御に関する検討を進めている。ヘテロ構造におけるハーフメタル酸化物強磁性体としては、界面ハーフメタル性がほぼ実証されているペロブスカイト構造La_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3、並びに類似した構造である二重ペロブスカイト構造を持ち、よりキュリー温度T_cが高く応用上有利なSr_2FeMoO_6(T_c=420K)及びSr_2CrReO_6(T_c=620K)を用いた。作製した酸化物強磁性体ヘテロ構造に対して、二種類の手法を用いて界面スピン分極率の測定を行い界面スピン分極率Pの挙動を総合的に解析した。その第1は、強磁性接合におけるトンネル型磁気抵抗(TMR)効果であり、第2は、超伝導接合におけるアンドレーエフ反射測定である。La_<0.7>

Sr_<0.3>MnO_3に対してこの二種類の手法による解析を行い、さらに界面構造の光電子分光(XPS)観察を行った結果、La_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3薄膜の界面構造、特に界面層として存在するSrOの厚さに依存して、界面スピン分極率が大きく変化することが明らかになった。ここで得られた最大の界面スピン分極率は0.77であったが、界面層SrOの低減により、界面スピン分極率のさらなる向上が可能であることが示された。また、アンドレーエフ反射測定用接合における上部電極超伝導体として化学的に安定なNbNを用いたが、このようなNbN接合法が、各種強磁性体のスピン分極率測定に適用できる汎用性の高い手法であることを見出した。本手法は、ハーフメタルヘテロ構造の研究において有力な評価手法となると考えられる。一方、二重ペロブスカイトSr_2FeMoO_6、Sr_2CrReO_6(T_c=620K)については、XPSにより各種絶縁体物質との界面構造観察を行い、MgOとの界面においてのみ界面ハーフメタル性が維持されているという実験的証拠を得ており、ハーフメタルヘテロ構造の材料設計における重要な知見を明らかにした。スピン注入効果の研究に必須な界面ハーフメタル性を有するヘテロ構造の実現に向けて、ハーフメタルと予測されている酸化物強磁性体と非磁性絶縁体(半導体)、非磁性金属、超伝導体との各種ヘテロ構造の作製とその界面制御に関する検討を進めている。ヘテロ構造におけるハーフメタル酸化物強磁性体としては、バンド計算から理論的にハーフメタルと予測されている規則型二重ペロブスカイト構造を持ち、よりキュリー温度T_cが高く応用上有利なSr_2CrReO_6(T_c=620K)のエピタキシャル薄膜を用いた。作製した酸化物強磁性体ヘテロ構造に対して、二種類の手法を用いて界面スピン分極率の測定を行い界面スピン分極率Pの挙動を総合的に解析した。その第1は、強磁性接合におけるトンネル型磁気抵抗(TMR)効果であり、第2は、超伝導接合におけるアンドレーエフ反射測定である。Sr_2CrReO_6に対してこの二種類の手法による界面スピン分極率解析を行い、さらに界面構造の光電子分光(XPS)観察を行った。特に、各種の非磁性絶縁体とSr_2CrReO_6との界面状態をXPSにより系統的に調べた結果、Sr_2CrReO_6と熱力学的酸化・還元特性が類似した非磁性絶縁体MgOとの界面で、Sr_2CrReO_6の良好な電子状態が維持されることを見出した。この結果を基に、MgO/Sr_2CrReO_6構造の接合を作製しその特性評価から、Sr_2CrReO_6の界面スピン分極率として0.88という高い値が得られた。用いたSr_2CrReO_6薄膜のCr-Re規則度を向上させることにより、界面スピン分極率のさらなる向上が可能であることが明らかになっている。スピン注入効果については、超伝導NbNを用いたNbN/MgO/Sr_2CrReO_6構造の接合を作製し、注入効果の検証を進めている。1.ペロブスカイトハーフメタルLa_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3(LSMO,キュリー温度T_c=370K)多結晶薄膜を用いて、その結晶粒界の界面ハーフメタル性に由来する磁気抵抗効果(粒界MR)の支配要因の解析を行った。実用的に有用なSi基板上のYSZ/Ba_<0.4>Sr_<0.6>TiO_3バッファ層上に粒径制御して作製したLSMOに対する系統的な実験から、粒界MRの大きさが多結晶薄膜の粒界抵抗に強く依存することを見出した。
非線形システムの大域的な制御を目的としたマルチモデルの構築に関する基礎研究

本研究課題の目的は,制御系設計に適したマルチモデルの構造を明らかにすることと観測データからマルチモデルを同定する際に満たすべき条件を導くことである.本研究課題では,マルチモデルの構成要素であるローカルモデルに関し以下の内容を明らにした.(1)ローカルモデルに基づくカオス制御のロバスト性カオスを生成する非線形システムの不動点を安定化する遅延フィードバック制御のロバスト化を行った.この制御法は非線形システムの不動点近傍の線形化システムに基づいて設計されるため,そのモデル化誤差が安定性に与える影響を抑える手法を提案した.Model-on-Demandは,入出力観測データをデータベースに蓄え必要が生じたときにのみそのデータを利用してローカルモデルを同定する手法である.このModel-on-Demandを利用することにより,物理モデルの不確かさを減少できることを検証した.(3)ローカルモデルの切り替えが生ずる場合の過渡特性を補償するフィードフォワード制御動特性が大きく変化する対象を記述するマルチモデルでは,ローカルモデルの切り替えが伴う場合がある.この切り替えによって生ずる過渡応答を抑制するフィードフォワード制御則の導出を行った.本研究課題の目的は,制御系設計に適したマルチモデルの構造を明らかにすることと観測データからマルチモデルを同定する際に満たすべき条件を導くことである.本研究課題では,マルチモデルの構成要素であるローカルモデルに関し以下の内容を明らにした.(1)ローカルモデルに基づくカオス制御のロバスト性カオスを生成する非線形システムの不動点を安定化する遅延フィードバック制御のロバスト化を行った.この制御法は非線形システムの不動点近傍の線形化システムに基づいて設計されるため,そのモデル化誤差が安定性に与える影響を抑える手法を提案した.Model-on-Demandは,入出力観測データをデータベースに蓄え必要が生じたときにのみそのデータを利用してローカルモデルを同定する手法である.このModel-on-Demandを利用することにより,物理モデルの不確かさを減少できることを検証した.(3)ローカルモデルの切り替えが生ずる場合の過渡特性を補償するフィードフォワード制御動特性が大きく変化する対象を記述するマルチモデルでは,ローカルモデルの切り替えが伴う場合がある.この切り替えによって生ずる過渡応答を抑制するフィードフォワード制御則の導出を行った.本研究課題の目的は,制御系設計に適したマルチモデルの構造を明らかにすることと観測データからマルチモデルを同定する際に満たすべき条件を導くことである.本研究課題では,マルチモデルの構成要素であるローカルモデルに関し以下の内容を明らにした.(1)ローカルモデルに基づくカオス制御のロバスト性カオスを生成する非線形システムの不動点を安定化する遅延フィードバック制御のロバスト化を行った.この制御法は非線形システムの不動点近傍の線形化システムに基づいて設計されるため,そのモデル化誤差が安定性に与える影響を抑える手法を提案した.Model-on-Demandは,入出力観測データをデータベースに蓄え必要が生じたときにのみそのデータを利用してローカルモデルを同定する手法である.このModel-on-Demandを利用することにより,物理モデルの不確かさを減少できることを検証した.(3)ローカルモデルの切り替えが生ずる場合の過渡特性を補償するフィードフォワード制御動特性が大きく変化する対象を記述するマルチモデルでは,ローカルモデルの切り替えが伴う場合がある.この切り替えによって生ずる過渡応答を抑制するフィードフォワード制御則の導出を行った.