hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
GFP融合タンパク質によるIP_3受容体の可視化とその分布変化の解析

イノシトール1,4,5-三リン酸受容体(IP_3R)は細胞内Ca^<2+>ストアからのCa^<2+>放出の重要な担い手であり、その細胞内分布は主に免疫組織化学法を用いて解析されてきた。本研究は、Green Fluorescent Protein (GFP)とラットIP_3Rとの融合タンパクを作製し、これを生きた細胞に発現させてその細胞内局在を可視化し、Ca^<2+>シグナルとの関係を解析することを試みた。GFP-IP_3R3融合タンパクを発現させるプラスミドベクターをヒト唾液腺培養細胞に導入し、この融合タンパクを恒常的に発現する細胞を作製した。この細胞においても、GFP蛍光は核を除く細胞質内にほぼ均一に発現していた。ウェスタンブロット解析の結果、内在性のIP_3R-3より分子量の大きなGFP-IP_3R3融合タンパクが検出された。これらのことから、この細胞は完全長のGFP-IP_3R3融合タンパクを発現していることが示唆された。GFP-IP_3R3融合タンパクが機能的IP_3Rとして働くかを確かめるために、3種類のIP_3Rをすべて発現していない変異細胞(DT40-IP_3RKO)にこの融合ベクターを導入し、融合タンパクを発現させた。これらの細胞をアゴニストで刺激し、Ca^<2+>応答を解析した。GFP-IP_3R3融合タンパクを発現した細胞でのみ細胞内Ca^<2+>上昇が観察され、この上昇は外液Ca^<2+>非存在下で起こることから、細胞内ストアからのCa^<2+>放出が起こることが示唆された。これらの結果から、GFP-IP_3R3融合タンパクが機能的なIP_3Rとして働くことが示唆され、IP_3Rの局在とシグナル応答との関係をリアルタイムで解明するのに有用な道具になる。また、GFP-IP_3R3融合タンパクを発現させた細胞をアゴニストで刺激したところ、細胞内Ca^<2+>上昇は起こったが、GFP蛍光の局在に大きな変化は見られなかった。本研究は、クラゲの発光タンパクであるGreen Fluorescent Protein(GFP)とラットIP_3Rとの融合タンパクを作製し、これを生きた細胞に発現させて、その細胞内局在を可視化することを試みた。GFP cDNAをラットtype3 IP_3R(IP_3R3)cDNAのN末側に挿入し、GFP-IP_3R3融合タンパクを発現させるプラスミドベクターを作製した。このベクターをヒト唾液腺培養細胞およびヒト神経芽細胞腫に導入し、融合タンパクを発現させた。ウェスタンブロット解析により、この融合タンパクは完全長のGFPおよびIP_3R3タンパクを含んでいることがわかった。次に、共焦点レーザー顕微鏡でGFP蛍光を観察することによりその細胞内局在を調べた。この融合タンパクは、核を除く細胞質内に、網目状にほぼ均一な強さで発現していた。さらに、小胞体マーカーであるDiOC_6の蛍光パターンと比べたところ、これらの分布はよく似ていた。また、この融合タンパクが細胞内膜構造に発現することを確かめるために、サポニンで細胞膜に穴をあけ、細胞質の可溶性成分を除去した。その結果、網目状の蛍光はほとんど消えずに残っていた。対照的にGFPのみを発現させた細胞では、核を含む細胞全体にGFPの蛍光が観察され、サポニン処理によりその蛍光はほとんど消失した。これらの結果から、GFP-IP_3R3融合タンパクが細胞内膜上に発現していることが示された。このことは、GFP-IP_3R3融合タンパクが機能的なIP_3Rとして働く可能性を示唆しており、IP_3Rの局在とシグナル応答との関係をリアルタイムで解明するのに、有利な道具になると期待される。GFP-IP_3R3融合タンパクを発現した細胞でのみ細胞内Ca^<2+>

上昇が観察され、この上昇は外液Ca^<2+>非存在下で起こることから、細胞内ストアからのCa^<2+>放出が起こることが示唆された。これらの結果から、GFP-IP_3R3融合タンパクが機能的なIP_3Rとして働くことが示唆され、IP_3Rの局在とシグナル応答との関係をリアルタイムで解明するのに有用な道具になる。また、GFP-IP_3R3融合タンパクを発現させた細胞をアゴニストで刺激したところ、細胞内Ca^<2+>上昇は起こったが、GFP蛍光の局在に大きな変化は見られなかった。
近世日本における楽律学の展開に関する基礎的研究

本研究は、近世日本で行われた楽律研究に関わる書物を幅広く調査収集し、それらの分析を通じて近世の楽律学の問題意識の展開を跡づけたものである。近世の楽律学は中村惕斎が『律呂新書』を講じたことに始まり、中村惕斎、中根元圭、荻生徂徠等の研究が基礎をなしつつ、儒学者、算術家、楽家、声明家、医者などの間で展開したこと、その課題は基準音としての黄鐘の正しいピッチの探究に端を発するが、黄鐘のピッチの変遷、十二平均律の算出法、古楽としての催馬楽の復興、俗楽の音律など多岐のテーマにわたって展開したこと等が明らかになった。本年度は各地に散在している楽律学関係書の伝本調査と収集を中心に研究を進めた。近世の楽律学関係書は大名家が保持していた場合が多いため、調査は仙台藩伊達家伝来資料(宮城県図書館、2013年9月)、紅葉山文庫伝来資料(国立公文書館内閣文庫、2013年12月)、尾張徳川家伝来資料(名古屋市蓬左文庫、2014年1月)および東京国立博物館(2013年9月)などで行い、中島高雲『十二律正義』、蟹養斎『制律捷法』、『楽律全書』(荻生徂徠校閲)、太秦兼陳『万楽和漢考』などの複写、撮影を行った。また近世の楽律学の展開の背景をなすとともに、相互の影響が注目される近世における雅楽の伝承の実態について、箏の下壹越調、和琴の唐楽曲への適用の問題を中心に、紀州徳川家伝来楽譜(国立歴史民俗博物館蔵)から分析を試みた。前者は現行にはない壹越調の別の調絃法で通常の調絃より低音域を用いるもの、後者も和琴は元来国風歌舞等に用いるものであるため現行伝承にはないものである。いずれも十二律の基本をなす壹越の意義について、五行などの伝統的な解釈をふまえた上で、調絃が工夫されているものと考えられた。基準音(古代中国では黄鐘、日本では壹越)の意義は近世楽律学の中心をなす問題でもあるので、相互の関係が今後の課題となる。その他、楽律に通じた人物に関する逸話を近世の随筆類から拾い上げる作業を行った。東寺宝蔵の唐製の十二律及び平調板の律を言い当てた浅利検校の逸話(「秦山集」)など、当時は楽律書を著さないまでも律に通じたとされる人物は多数存したことがうかがえ、こうした側面も楽律学の展開を考える上で見落とせないものと考えるに至った。前年度に引き続き、各地の楽律学関係書の調査と収集を行うとともに、前年度までに収集した文献を順次解読し、近世の楽律学の展開の概略を整理した。調査は彦根城博物館、京都大学附属図書館、東北大学附属図書館狩野文庫などで行い、その他、国立国会図書館、宮内庁書陵部などに伝来する関連資料の複写もあわせて行った。収集した主要な資料は安倍季良『山鳥秘要抄』、橘南谿『薬量邇言』、平岩元珍『はらつゝみ』、亀田鵬斎『風声図説』などである。近世の楽律学の展開については、儒学者の中村惕斎およびその弟子の斎藤元成の『律呂新書』研究に端を発する近世の楽律研究が、江戸では荻生徂徠を経て独自の展開をみせること、京都では『律呂新書』研究が医家の鈴木蘭園等に受け継がれる一方で、和算家の中根元圭が俗楽音階の記述や十二平均律の計算を行い、医家の橘南谿が律管や鐘の音律の調査を行うなどの展開があったこと、大坂では富永仲基が徂徠批判を行いつつ独自の楽律学の研究書を著したこと、尾張では蟹養斎、中村習斎等を経て、平岩元珍、永田泰山などの異色の研究が生まれたことなどを確認した。これらの中で本年度はとくに中根元圭を集中的に考察し、元圭が儒学者とは異なり古医方との関係から度量衡に関心をもち、明の張介賓著『類経附翼律原』に基づいて音律の研究を行ったこと、元圭の度量衡研究は張介賓の不足分を自身の計算で補い、当時の日本に通行する尺度や秤に換算する作業が基調をなし、そのことが俗楽音階を記述するに至った重要な背景となっていること、十二平均律の算出は、三分損益法の問題点を数理的に理解したことと、和算の冪根の計算法の発達が重なったところで生まれたと解せることなどを明らかにした。これらについては日本音楽学会第65回全国大会パネル「東西の十二平均律」、一般社団法人東洋音楽学会第65回大会パネル「近世前中期の儒学と楽思想」で報告した。前年度に引き続き近世日本の楽律学の史的展開の全体像を展望しつつも、平岩元珍、橘南谿、毛利壺邱について補足調査を行い、三者の楽律学上の位置についてより詳細な考察を行った。平岩元珍は多くの著書を残しているが、『移易新書』『はらつゝみ』において尾張国水野村の代官の水野漆園等とともに行った日本の古楽に関する研究が特異な位置を占めることを確認した。とりわけ当時の呂調に関する言及は、注目に値するものといえる。

医師で紀行文や随筆も多く残した橘南谿は、東寺に伝存していた中世の律管の音律や各地の鐘の音律に関する調査でも興味深い記述を残しているが、『国語律呂解』『薬量邇言』等に楽律に関する独自の見解が見られることを確認した。ただし橘南谿の楽律学の中心をなすと目される『古律攷』は伝本の所在を確認することができなかった。佐伯藩主毛利高慶の子で楽律についての研究書も残したと伝えられている毛利壺邱については、従来はその内容を『琵琶調考』や『蘭園先生答毛利図書君楽律之問書』によって断片的に知るに止まっていたが、今回佐伯市歴史資料館に毛利壺邱著と見られる『楽律筆記』全3冊が伝存することを現地調査によって確認することができた。同書の内容は多岐に渡るが、取り分け注目に値するのは独自の催馬楽の復興譜を収めていることである。中村惕斎に端を発する近世日本の楽律学は当初より古楽の復興を目指したものであったが、展開する過程で、催馬楽の旋律が漢土の古楽に由来することに注目し、宮中で進められていた催馬楽の復興とは別に独自に催馬楽の復興を試みる者が現れるようになる。『楽律筆記』に収められた復興催馬楽譜は、浦上玉堂の『玉堂琴譜』との関係を含め、その辺の事情を探る上で貴重な資料といえる。本研究は、近世日本で行われた楽律研究に関わる書物を幅広く調査収集し、それらの分析を通じて近世の楽律学の問題意識の展開を跡づけたものである。近世の楽律学は中村惕斎が『律呂新書』を講じたことに始まり、中村惕斎、中根元圭、荻生徂徠等の研究が基礎をなしつつ、儒学者、算術家、楽家、声明家、医者などの間で展開したこと、その課題は基準音としての黄鐘の正しいピッチの探究に端を発するが、黄鐘のピッチの変遷、十二平均律の算出法、古楽としての催馬楽の復興、俗楽の音律など多岐のテーマにわたって展開したこと等が明らかになった。音楽学近世の楽律学の展開に重要な役割を果たした人物やその主要な著書の概要は把握されてきたので、それらを位置づける作業を行っていく。なお伝来品としての律管は現在の所在地が確認できるものが少なく、試作も素材入手の観点から困難な面がでてきたので、笙の竹管および図竹で代替することを考えている。笙の竹管および図竹は実際の基準音を示すものであり、律管の不足を補う情報が得られると思われるからである。本年度に予定していた楽律学関係の資料調査は、ほぼ実施することができ、必要な資料の複写・撮影もほぼ行うことができた。箏の下壹越調調絃、和琴の唐楽曲への適用の問題は、当初の計画にあったものではないが、儒学者などで楽律学に携わった者の多くは、当時の雅楽の伝承を学んでおり、一方、楽家もそうした儒学者等の影響を受けて中世までとは異なる楽理の説明を行う傾向が認められるので、楽律学関係書を読んでいく中で必然的に浮上してきた課題である。収集した資料については予定通り精読を進めるとともに連携研究者等と定期的に検討会を行っているが、今年度は学会などで発表するには至らなかった。研究の順序を一部入れ替え、当初予定していた律管の調査、試奏、試作を次年度に持ち越すことにし、予算を多くとっていたこれに関連する謝金が持ち越しになったため。初年度に引き続き楽律学関係書の調査収集を行う。その際、儒学者、和算家にとどまらず俗楽関係者にも目を広げるとともに、楽家や声明家の近世的な動向にも注目する。声明家では天台宗で魚山叢書を編纂した宗淵、楽家では『楽家録』を著した安倍季尚から5代後の安倍季良等が注目に値する楽律研究を行っており、両者の関連資料を中心に調査収集を行う予定である。収集した資料については前年度と同様に精読を進めるとともに連携研究者等と定期的に検討会を行い、研究会や学会などで発表する機会を設けたい。律管の調査は笙の竹管および図竹に変更する可能性もあるが、いずれにしても演奏家等の助力をあおぐことになり、持ち越し分は当初の予定通り謝金で使用する。学会発表は前年度に繰り上げて行ったが今年度も進捗状況に応じて新たに行う。資料整理支援の雇用を春休みに行い、年度をまたいだため一部が次年度に持ち越されることになった。資料整理支援の謝金で使用する。
脳腫瘍がん幹細胞モデル細胞による放射線抵抗性獲得機構の解明

【緒言】本研究では正常神経幹細胞を実験的にがん化させることを目的として、マウス神経幹細胞を含むニューロスフェア形成細胞を長期間培養し、不死化させることを試みた。【結果】ニューロスフェア形成細胞を3日毎に継代した場合も徐々に増殖能力が低下し、1730回(平均22.9回)分裂した後に増殖が停止した。一方、10日毎に継代した場合、8継代を超えたあたりから、一定以上の増殖率を保つようになった。現在、分裂回数は100回を越えており不死化したものと思われる。この不死化細胞の染色体解析の結果、多くの細胞で核型の不安定化が見られたが一部の細胞では正常2倍体を保っていた。また、コロニーアッセイ法によって放射線感受性を求めたところ、ニューロスフェア形成細胞は繊維芽細胞に比べて、僅かに感受性であった。しかしながら、これまで報告にあったCD133陽性ニューロスフェア形成細胞における放射線抵抗性の亢進は認められなかった。また、これらの放射線修復動態を調べた結果、ニューロスフェアー形成細胞で早期の修復応答が確認された。これらの結果から、ニューロスフェアー形成細胞に含まれる神経幹細胞の放射線応答は分化した細胞とは異なることが示唆された。このことは放射線発がん過程を理解する過程での幹細胞の役割を知る上で、重要な知見である。【緒言】悪性腫瘍である神経膠芽腫は高い放射線抵抗性を示すため、放射線治療後の再発率が高いことが知られている。最近、神経膠芽腫の再発率が高いのは、がん幹細胞が存在するからであるという「がん幹細胞説」が唱えられるようになってきた。そこで、本研究では正常神経幹細胞を実験的にがん化させることを目的として、マウス神経幹細胞を含むニューロスフェア形成細胞を長期間培養し、不死化させることを試みた。【【結果と考察】マウス胎児線維芽細胞を3日毎に継代した場合は、約13回分裂した後に増殖が停止し、老化マーカーである酸性β-ガラクトシダーゼの発現が見られた。一方、ニューロスフェア形成細胞を3日毎に継代した場合も徐々に増殖能力が低下し、1730回(平均22.9回)分裂した後に増殖が停止した。また、マウス胎児線維芽細胞と同様に、増殖が停止した細胞では酸性β-ガラクトシダーゼの発現がみられた。これに対して、マウス胎児線維芽細胞を10日毎に継代した場合は、6継代を超えたあたりから長期に渡って高い増殖能力を保つようになった。また、ニューロスフェア形成細胞では、10日毎に継代した場合、8継代を超えたあたりから、一定以上の増殖率を保つようになった。本研究では正常神経幹細胞を実験的にがん化させることを目的として、マウス神経幹細胞を含むニューロスフェア形成細胞を長期間培養し、不死化させることを試みた。【結果】マウス胎児線維芽細胞を3日毎に継代した場合は、約13回分裂した後に増殖が停止し、老化マーカーである酸性β-ガラクトシダーゼの発現が見られた。ニューロスフェア形成細胞を3日毎に継代した場合も徐々に増殖能力が低下し、1730回(平均22.9回)分裂した後に増殖が停止した。
双方向性画像支援機能を持つ胆道・膵再建シミュレーターおよび遠隔指導システムの開発

腹腔鏡下胆道・膵消化管再建術専用の画像支援機構内蔵型指導・訓練用シミュレーターを開発した。基本構造は、独自開発の透明アクリル製多孔式天蓋と、内部に人工素材による疑似臓器を用いた膵胃吻合モデル、胆管空腸吻合モデル等を実装し、CCDカメラとディスプレーを装備。2台の訓練用シミュレーター映像が独自作成した画像合成ユニットを介して、双方向性に同時画像を重層表示させるシステムを開発した。各吻合操作に対する手順を設定し、トレーニング用のプログラムを作成した。このプロトコルを用いて、双方向性画像支援システムの実用性について検証を行い、画像合成装置を介した内視鏡外科手術指導の有用性に対する可能性が示唆された。研究の目的は腹腔鏡技術を用いた胆道・膵切除後の安全で汎用性の高い臓器再建術を実現するために、胆道・膵に対する独自の腹腔鏡下消化管再建術専用の画像支援機構内蔵型訓練用シミュレーターを開発し、同技術を利用した双方向性遠隔指導システムの構築と、本技術を用いた訓練システムの体系化を構築することである。本年度は訓練システムの基盤となる、腹腔鏡下胆道・膵消化管再建術専用の画像支援機構内蔵型指導・訓練用シミュレーターの開発に取り組んだ。体腔を想定したシミュレター用ボックスは、これまで当科にて独自開発した構造である透明アクリル製の多孔処理を施した天蓋で覆い、高感度CCDカメラと15インチモニターディスプレーを取り付けた。臓器のセットは膵胃吻合術を想定した膵および胃のセット、胆管空腸吻合術を想定した胆管および小腸の2パターンを設定し、各々の臓器セットをシミュレータ内に装着した。同様の構造を持つシミュレーターを2機作成しし、両者のCCDカメラから送られた画像信号を画像合成ユニット装置(AVF-1002M)へ入力した。各々のカメラ映像は同装置を介して一つの画面に合成したうえで、それぞれのシミュレーターモニターへ出力した。両シミュレータのカメラより送られた映像は画像合成ユニット内で合成され、一つのモニター内に重複した映像として描出される。どちらの映像をより強く描出するかは、画像合成装置で任意に合成の比率を調整することが可能であり、操作内容によって最適な条件設定を検索した。これまでに作成された、双方向性の合成画像を有するトレーニング用シミュレータのプラットフォームは、手術操作の指導や学習の効率化を検証するのみ極めて有用なシステムになりうると考えられる。本装置をさらに改良し、合成画像の最適な条件などを検討することでシステム自体の完成度を高めていく予定である。シミュレーターには透明アクリル製天蓋と画像システムに高感度CCDカメラを使用し、これによりあらゆる方向からの鉗子挿入および、カメラの設定が可能となった。シミュレータ内に装着する臓器モデルは、3Dプリンタを用いたオリジナルの臓器モデル作成を検討したが、細い管腔などの再現が困難であり、操作に耐えうる適した素材を確保できなかったため、市販製品として入手可能なBIOTEKTURE臓器モデル(ファソテック社製)を流用した。これにより、再建モデルの基盤となる構造は確保できた。臓器モデルは、より生体に近似した形状が望まれることから、引き続き有用な素材を用いたモデルの作成を進める予定である。画像合成ユニットは映像信号技術関連機器を設計・開発する企業に依頼し、本システムに必要な画像合成装置を作成することができた。処理画像の質は良好であり、解像度も問題ないと考えられた。一方で、同様の臓器モデルを使用しているため双方のシミュレーターの臓器を判別しにくいという問題もみられ、臓器モデルや使用する鉗子の配色を双方で変更するなどの工夫が必要であると思われた。独自の双方向トレーニングシミュレーターのプラットフォーム作りは順調に進捗しているが、臓器モデルの精度や画像処理の設定方法などにさらなる工夫が必要であると思われた。これまでの研究・開発により腹腔鏡下胆道・膵消化管再建術専用の画像支援機構内蔵型指導・訓練用シミュレーターのプロトタイプ2機を用いて、両者のカメラ映像を双方向性に配信し、ライン接続された装置から同時にカメラ映像の送信と受信が可能なシステムを構築した。本年度は本装置を用いた仮想胆道・膵消化管再建モデルおよびトレーニングプログラムの作成・開発に取り組んだ。本装置の特色である画像合成ユニット装置(AVF-1002M)を用いた双方向性の腹腔鏡シミュレーターカメラ映像に対する最適な合成条件の探索では、双方向に良好な映像を配信し、相同性の高い視認環境の構築を試みた。一方で、実践的な動作における双方向の映像の視認性を検証すると、合成映像下での腹腔鏡操作においては、動作内容により視認性が著しく低下したり、送信映像と受診映像の判別が困難になることが明らかになったため、その対策について検証した。また、モニター映像だけでの動作追跡は容易ではなく、単純なプロトコルであっても映像だけでの追従では、腹腔鏡下操作の指導が困難であることも判明した。遠隔トレーニングを想定した実技指導プログラムを構築するためには、同時音声による動作状況の確認作業が必須であることが確認された。

我々が開発を進めている双方向性の合成画像を有するトレーニング用シミュレーターは、モニター映像の配信と受診を同一映像で視認しながら腹腔鏡操作が可能であり、内視鏡技術の指導とトレーニングを効率化できる可能性が示唆された。開発した2機のシミュレーターのモニター映像を、画像合成ユニット装置を介して接続し、様々な条件での双方向性での視認状況の検証と最適条件について探索した。静止状態でのモニター映像は良好な視認性が確認された。実際にシミュレーター内で複数の鉗子操作を行い、画像の視認性と術者判別の確認について検証した。静止時の映像に比べ、動作中の映像は画像合成における配信映像と受診映像の最適な重層割合が変化することが判明し、視認性に大きな差が生じることがわかった。これらの結果より、シミュレーター内での動作環境においては、各操作について独自の条件設定が必要であると考えられた。BIOTEKTURE臓器モデルを用いた臓器再建再現用の疑似モデルの作成を試み、腸管腸管吻合モデル、胆管空腸吻合モデル、膵腸間吻合モデル、膵胃吻合モデルを構築した。可能な限り実際の腹腔鏡手術に近似させるため、吻合法ごとにシミュレーター内の臓器モデルの配置とモニターカメラの位置設定を様々な条件で検証し、同時に操作毎の鉗子挿入位置の設定条件も検証した。本システムを用いた腹腔鏡手技指導教育プログラム試作版を考案し、実効性の検証を行った。現段階では訓練シミュレータの動作映像による視認性の問題が解決されていないため、単純化されたプロトコルでのプログラム開発に限定した。当初の計画ではインターネット回線を用いた画像情報の双方向性伝達を計画していたが、回線仕様のためのプロトコル作成に着手できていない。今後さらに音声を含めた双方向の情報共有が必要となることが考えられるため、ネット接続のソフトウェア選択やシステム構築のための手法について検討を行っている。研究の目的は腹腔鏡技術を用いた胆道・膵切除後の安全で汎用性の高い臓器再建術を実現するために、胆道・膵に対する独自の腹腔鏡下消化管再建術専用の画像支援機構内蔵型訓練用シミュレーターを開発し、同技術を利用した双方向性遠隔指導システムの構築と、本技術を用いた訓練システムの体系化を構築することである。新規に開発・改良した腹腔鏡下胆道・膵消化管再建術専用の画像支援機構内蔵型指導・訓練用シミュレーターを用い、胆道再建用の訓練プロトコルを考案した。訓練プログラムを実行するに先立って、シミュレーター同士の画像配信システムを用いた、映像の重層表示の精度を検証したが、視認性の向上については十分な操作性の獲得には至っていないと判断した。また、BIOTEKTURE臓器モデルによる疑似臓器再建訓練モデルは、実際の手術に近い操作感を再現することができたが、一方で臓器の解剖学的位置の再現性に限界があり、臓器モデル自体の作成方法の改良が必要であると考えられた。本プロトコルには2機の訓練用シミュレーターのライン接続による遠隔訓練指導をマニュアル化したものを組み込んだ。定型化したマニュアルを用いた訓練システムの構築に取り組んだ。我々の開発したシミュレーターの機能をさらに有効に活用することを目的に、ホログラム表示が可能な頭部装着型コンピューター(HOLOLENS、Microソフト社)を導入した。
植物細胞中における遊離N-グリカンの生理機能解明とN-グリカン遊離酵素の発現制御

本研究の目的は,植物細胞の分化・成長に係わる可能性があるN-グリカン遊離酵素(N-glycan releasing enzymes:NRE)の生理機能を明らかにすることにある。これまでに2種の植物NREについては,種々の植物から精製後,詳細な基質特性を明かにし,糖鎖工学における有用なツールと成りうることを示してきた。今年度はこれらNREの遺伝子クローニングに向け,酵素蛋白質の精製効率を高めるための新規アフィニティークロマトグラフィーを確立するとともに,植物細胞の分化・成長段階でNREにより誘導されたと考えられる遊離N-グリカンの構造特性を明らかにした。トマト果実あるいは銀杏種子抽出物から部分精製した2種のendo-β-GlcNAc-ase(endo-LE,endo-GB)をcm-YI-Sepharoseカラム(20mM MES,pH6.5)に供与したところ,両エンドグリコシダーゼはともにcm-YI上のハイマンノース型N-グリカンに結合し,酵素活性は緩衝液のNaCl濃度を上昇させることによりカラムから回収された。今回開発したcm-YI-Sepharoseアフィニティークロマトとイオン交換クロマトを併用することにより,endo-LEを1700倍に,またendo-GB(63kDa)を電気泳動的に均一に精製することができた。我々の既報の精製法に比べ,エンドグリコシダーゼを比較的安定にかつ効率よく精製することが可能になった。現在,アフィニティークロマトのみによる酵素精製法の確立を目指し,より効率的な溶出条件の検討を行っている。次に,植物細胞の分化・成長に係わるNREの生理機能解明の一環として,大豆実生胚軸,登熟期銀杏種子,タケノコ等に存在する遊離N-グリカンの構造解析を行った。その結果,いずれの供試植物からも2種NREにより誘導されたと考えられる遊離N-グリカンがμM濃度検出され,ハイマンノース型糖鎖はエンドグリコシダーゼにより,植物複合型糖鎖はPNGaseにより誘導されていることが明らかとなった。しかしながら,構造カテゴリー別に存在量を比較すると,分化・成長中の植物細胞中にはハイマンノース型構造が植物複合型構造の2050倍量程度多く存在していることから,遊離ハイマンノース型糖鎖が植物細胞の分化・成長において重要な生理機能を担う可能性が示唆された。一方,構造別に存在量を比較すると,大豆実生胚軸中にはMan5GlcNAc1構造が,タケノコあるいは登熟銀杏種子中にはMan8GlcNAc1構造の糖鎖が比較的高い割合を占めていた。これら遊離ハイマンノース型糖鎖の構造はいずれもゴルジ装置内での糖鎖プロセシング経路中で見られる構造であり,Manα1→6(Manα1→3)Manα1→6(Manα1→3)Manβ1→4GlcNAcを母核構造としていた。

これら遊離ハイマンノース型糖鎖の構造はいずれもゴルジ装置内での糖鎖プロセシング経路中で見られる構造であり,Manα1→6(Manα1→3)Manα1→6(Manα1→3)Manβ1→4GlcNAcを母核構造としていた。今回精製に成功したダイズ種子PNGase(PNGase-GM)は,均一精製されたPNGaseとしては4番目の酵素であり,植物細胞由来の酵素としては2番目のものであった。PNGase-GMの分子量は,SDS-PAGEでは93kDa(還元剤存在下では94kDa),ゲルろ過では90kDaと算出され,PNGase-GMはア-モンド種子PNGase(PNGase-A;M.W.=68kDa)とは分子量的に異なる。PNGase-GMはpH5.0付近に至適pHが存在し,PNGase-Aと同様に酸性領域で強いアミダーゼ活性を示した。その他現在までに部分精製されている植物PNGaseの至適pHはいずれも酸性領域にあり,微生物(PNGase-F)及び動物細胞由来(L-929PNGase)の酵素が中性微アルカリ性領域に至適pHを有するのと対照的である。また,ダイズ種子エンド-b-N-アセチルグルコサミニダーゼ(Endo-GM)の至適pH(pH6.5)と比べると,PNGase-GMの至適pHがより酸性領域側にあることから,これら2種N-グリカン遊離酵素は細胞内局在性を異にする可能性がある。即ち,この2種のN-グリカン遊離酵素は植物細胞内での糖蛋白質代謝において,それぞれ特異的な機能を担っていることが考えられる。次に,PNGase-GMの基質特性を解析したところ,PNGase-A同様,ハイマンノース型,ハイブリッド型,シアル酸含有複合型,植物複合型糖鎖を有する糖ペプチドいずれにも作用し,アミダーゼ活性により連鎖を遊離させた。しかしながら,PNGase-Aがシアル酸含有複合型糖ペプチドに対して最も効率良く作用することが知られているのに対して、PNGase-GMはハイマンノース型糖ペプチドに対して最も高い活性を示し,シアル酸含有糖ペプチドに対しては5%以下の相対活性しか示さなかった。この事実は,PNGase-GMがPNGase-Aとは基質特性を異にする新規PNGaseであることを示唆するものであり,本酵素が「糖鎖工学」,「糖鎖生物学」研究における有用な制限酵素と成りうることが期待できる。本研究の目的は,植物細胞の分化・成長に係わる可能性があるN-グリカン遊離酵素(N-glycan releasing enzymes:NRE)の生理機能を明らかにすることにある。これまでに2種の植物MREについては,種々の植物から精製後,詳細な基質特性を明かにし,糖鎖工学における有用なツールと成りうることを示してきた。今年度はこれらMREの遺伝子クローニングに向け,酵素蛋白質の精製効率を高めるための新規アフィニティークロマトグラフィーを確立するとともに,植物細胞の分化・成長段階でNREにより誘導されたと考えられる遊離N-グリカンの構造特性を明らかにした。トマト果実あるいは銀杏種子抽出物から部分精製した2種のendo-β-GlcNAc-ase.(endo-LE,endo-GB)をcm-YI-Sepharoseカラム(20mM MES,pH6.5)に供与したところ,両エンドグリコシダーゼはともにcm-YI上のハイマンノース型N-グリカンに結合し,酵素活性は緩衝液のNaCl濃度を上昇させることによりカラムから回収された。
阿哲石灰岩地の蘚類フロラ

研究目的:本研究は,「阿哲植物群」と総称される興味深い植物群が生育する阿哲石灰岩地において,その蘚類フロラを明らかにすることを目的として行った.方法と材料:「羅生門」など主な産地数カ所で野外調査を行い,標本を採取するとともに,今までに当該地域から採集された標本を収集した.集めた総計約5000点の標本を,産地ごとに整理し,光学顕微鏡を用いて種名同定を行った.実体が曖昧なために,種名同定が難しかったアオギヌゴケ科蘚類数種に関しては,京都大学理学部植物学教室の植物標本庫に保管されているフォーリ-・コレクションの中のタイプ標本と比較検討して,種名同定を行った.また,種名同定できた種類のそれぞれに関して,分布と生態に関する文献探査を行った.結果:本研究の結果,当該地域の32カ所の産地から,蘚類の37科,111属,196種を確認することができた.この中の,27種は,岡山県新産になるもので,その中の,Didymodon leskeoides Saito(センボンゴケ科)と,スギバシノブゴケ(Thuidium vestitissimum Besch.シノグゴケ科)の2種は,西日本からは初の報告になるものであった.また,当該地域には,多くの稀少種が生育しているが,それらの生育状態を確認した.確認できた196種の分布・生態を検討したところ,約3分の1の種類は,岡山県では,当該地域だけから報告されていることが分かった.また、その中の20数種のみが,厳密な意味での「好石灰性」蘚類と考えられ,その他の種類は,石灰岩地形によって形成された特殊な環境に遺存的に生育しているものと推察された.本研究の成果は,平成8年度の植物学会中四支部大会で報告し,また,「自然環境科学」vol.9に投稿予定である.さらに,現在新見市教育委員会が取り組んでいる「羅生門」の保護・復元活動に活用される予定である.研究目的:本研究は,「阿哲植物群」と総称される興味深い植物群が生育する阿哲石灰岩地において,その蘚類フロラを明らかにすることを目的として行った.方法と材料:「羅生門」など主な産地数カ所で野外調査を行い,標本を採取するとともに,今までに当該地域から採集された標本を収集した.集めた総計約5000点の標本を,産地ごとに整理し,光学顕微鏡を用いて種名同定を行った.実体が曖昧なために,種名同定が難しかったアオギヌゴケ科蘚類数種に関しては,京都大学理学部植物学教室の植物標本庫に保管されているフォーリ-・コレクションの中のタイプ標本と比較検討して,種名同定を行った.また,種名同定できた種類のそれぞれに関して,分布と生態に関する文献探査を行った.結果:本研究の結果,当該地域の32カ所の産地から,蘚類の37科,111属,196種を確認することができた.この中の,27種は,岡山県新産になるもので,その中の,Didymodon leskeoides Saito(センボンゴケ科)と,スギバシノブゴケ(Thuidium vestitissimum Besch.シノグゴケ科)の2種は,西日本からは初の報告になるものであった.また,当該地域には,多くの稀少種が生育しているが,それらの生育状態を確認した.確認できた196種の分布・生態を検討したところ,約3分の1の種類は,岡山県では,当該地域だけから報告されていることが分かった.また、その中の20数種のみが,厳密な意味での「好石灰性」蘚類と考えられ,その他の種類は,石灰岩地形によって形成された特殊な環境に遺存的に生育しているものと推察された.本研究の成果は,平成8年度の植物学会中四支部大会で報告し,また,「自然環境科学」vol.9に投稿予定である.さらに,現在新見市教育委員会が取り組んでいる「羅生門」の保護・復元活動に活用される予定である.
郊外住宅地開発を導いた学術・芸術・芸能に関わる人々の居住動向に関する歴史的研究

2年間の調査・研究により明らかになったことの概要は、以下のとおりである。1)芸術にかかわる人々の中で、郊外居住地の開発を最も促したのは、画家である。ただし、明治前半期までは、彼らの居住地は、近世までの居住地と変わらなかった。明治後半期になり、画家の地位向上にともない、画業の環境を求めて画家の郊外移住が始まった。2)京都市周辺部での郊外住宅地の開発は、昭和初期から盛んになるが、この開発行為の多くの事例で、画家、映画関係者、大学教員などの文化人の郊外居住の需要が前提になっていることがうかがえる。3)東山地域では、数寄者といわれる、茶の湯に親しんだ文化人たちが、独自の居住環境を作り上げていた。4)等持院かいわいの住宅地には、日本画家を中心とした「絵描き村」と呼ばれる地区がある。この地域では、関西のモダニズムをリードした建築家・本野精吾なども居住しており、画家と建築家とのサロン的交流があった。5)下鴨地域では、昭和のはじめから洋画家が集住し、その後、官吏やサラリーマンも住む住宅地になっていった。北白川地域では、昭和初期から土地会社により宅地開発が進み、京大教授を中心とした学者や医者などが住む宅地が形成された。6)大学教員が郊外地に住む場合には、同じ大学の教員である建築家に設計を依頼するケースが多く見られ、大学内で郊外居住をめぐるサロン的交流があったと考えられる。本研究の目的は、近代生活の前衛として郊外に着目した人々として、学術・芸術・芸能に関わる人々に着目し、京都における彼らの住宅地選択の動向を明らかにすることである。本年は、以下のような成果をあげることができた。(1)京都市北区等持院かいわいの住宅地には画家を中心とした「絵描き村」と呼ばれる地区があることが史料などから明らかになった。そこには日本画家・木島桜谷邸(1913)や南画家・大橋廉堂邸(1937)などが残されており、こららの住宅遺構の実測調査・聞き取り調査を行った結果、木島邸の建設を契機として、さまざまな日本画流派の画家たちが、流派を超えて、大正から昭和初期にかけてこの地区に移住をしていったようすが明らかになった。また、彼らと建築家・本野精吾(大橋邸の設計も行っている)との交流も明らかになった。(2)京都市左京区吉田および北白川地区には、京大教授を中心とした「学者村」とも言うべき地区が広がっていることが知られていたが、岩根友愛邸(あめりか屋設計・1926年)、汐見邸(藤井厚二設計・1932年)、小川邸(武田五一・1922年)、石崎邸(藤井厚二設計・1926年)など、これまで知られていなかった住宅遺構の調査を行い、その結果として、京大の中での学者と建築学科教授=建築家とのサロン的交流が明らかになってきた。(3)戦前の京都で最も読まれていた新聞である『日出新聞』について、大正から昭和初期にかけての記事データベースを構築しつつあるが、その内容から、とりわけ芸術・芸能にかかわる人々の動向が明らかになりつつある。ただし、この分析は来年度以降に本格的に行う。2年間の調査・研究により以下のことが明らかになった。1.京都市北区の等持院かいわいの住宅地には、画家を中心とした「絵描き村」と呼ばれる地区がある。日本画家・木島桜谷邸(1913)が転居してきたことを契機に形成された地域である。2.この地域では、関西のモダニズムをリードした建築家・本野精吾や、「鎮ブロック」で知られる中村鎮なども居住しており、画家と建築家とのサロン的交流があった。

3.京都市左京区吉田および北白川地区には、京大教授を中心とした「学者村」とも言うべき地区が広がっている。そこでは、京都帝国大学建築学科の藤井厚二および武田五一の設計した住宅遺構が数多く残されており、京大の中での学者と建築学科教授=建築家とのサロン的交流があった。4.京都市右京区の鳴滝かいわいには、企業・財界人の別荘が数多く建てられて「お屋敷町」とされていた。ここでは、これまでに明らかになってこなかった建築家や工務店の活躍が明らかになった。5.そのほか、左京区の下鴨地区にも画家(特に洋画家)が集住し、「日本のバルビゾン」と呼ばれていたこと、同じ左京区の洛北土地が区画整理事業で開発した地域などにも、画家や医者などが数多く住まいしていたことなどが明らかになった。
感染症に対するインターフェロンラムダ３の応答性とその特異的な機能の解明

申請者らは,IL-28Bの機能と生物学的意義の解明のために,シークエンス技術と分子進化学的な解析を進めることでIFN-λ遺伝子ファミリーの進化の過程での変化とその機能を解明することを目的とした.また,これまで確立されていなかったIL-28B特異的な検出系を樹立することも並行して実施した.進化学的な解析については,本年度に12匹分チンパンジーゲノムのIFN-λ遺伝子ファミリーを含む周囲の約90kbのシーケンスを完了した.この他に,チンパンジー亜種の検体や近縁種であるゴリラ、オランウータン、ボノボ、テナガザルのゲノムを収集することに成功したため,これらを来年度で高速シーケンサーによるシークエンスを実施することで,より確度の高い分子進化学解析を可能とする.本年度で得られたデータで一時的な解析をしたところ,チンパンジーとヒトの間で正の選択が強く働いたコドンや遺伝子変換が生じた形跡を確認した.他種の正確なシークエンスデータを追加することで明確な結果を得られると期待される.IL-28B特異的な検出系としては,各IFN-λ遺伝子のmRNAを個別に定量するリアルタイムPCR系(感度:10コピー,特異度:10^7コピー)と,分泌されたIL-28B蛋白質の定量用にELISAとCLEIA(感度:0.1pg/mL)の開発を完了させた.市販の抗体では,IL-28A/Bを分離して定量することが出来ないことを確認しており,本検出系がこの研究分野で有用なツールとなると考えられる.来年度では引き続き,IFN-λ1とλ2に対する特異的モノクローナル抗体の取得を進め,順次ELISAへと応用していく.C型慢性肝炎に対するペグインターフェロン/リバビリン併用療法(Peg-IFN/RBV)の治療効果予測としてIL28B遺伝子多型は非常に重要な宿主因子である。IL28B遺伝子がコードする蛋白IFN-lambda3の定量系を独自開発し、患者末梢血単核球刺激後の上清中IFN-lambda3を測定したところ、IFN-lambda3誘導能によって治療効果予測が可能であり、それはIL28B遺伝子多型による予測よりも高い予測率を示した。さらに患者治療前血清中のIFN-lambda3にても治療効果予測は可能であった。C型肝炎の治療はウイルスそのものを標的としたdirect acting antiviralsに移行しつつあるが、経済的な問題からアジアを中心とした地域では依然、Peg-IFN/RBVが使用される。遺伝子診断は高度技術が必要で、かつ高価であるため、実行困難であるが、我々の開発した手法は容易かつ安価であり臨床応用に有用と考えられた。IL28B近傍の遺伝子、IFN-lambda4、は日本人においてはIL28Bと強い連鎖不平衡を認めるため、Peg-IFN/RBV治療効果予測におけるIFN-lambda4の追加効果はない。そこで我々はウズベキスタンにおける治療効果とIFN-lambda4の関係を調べたところ、IL28B遺伝子多型にIFN-lambda4遺伝子多型を追加することによって治療効果予測は著明に高率となり、遺伝子解析における人種差の重要性を指摘した.申請者らは,計画していたボノボ,オランウータン,ゴリラ,テナガザルのインターフェロンラムダ(IFN-λ)領域のゲノムシークエンスを完了させた.部分的に解析結果では,今まで正確に解読されておらず不明となっていたこれらのサルのIFN-λ遺伝子を同定することが出来た.現在はその詳細な遺伝子多型解析と種間の比較ゲノム解析を進めている.前年度でIFN-λ3蛋白特異的な抗体を用いたCLEIAを開発したため,それを臨床検体に応用してその有用性を検証した.C型慢性肝炎患者のIFN-α治療の効果を予測する因子として,IFN-λ3の発現量を指標として検討を行った.患者の末梢血単核球を分離し,TLR7刺激を加えたのちにCLEIAでの定量を実施した.その結果,ウイルス排除に至る治療成功群では,末梢血単核球が発現するIFN-λ3量が治療不良群に比べて有意に高値であった.また,先に報告した遺伝子多型(rs8099917)の遺伝子型で判定するよりも高確率に予後の予測が可能であった.このことから,遺伝子の最終産物である蛋白をモニターすることでより良い判定が可能であると考えられた.IFN-λ3の発現量を規定する多型としてTAの繰り返し配列(rs72258881)を報告した。この効果を臨床的に検証するために,全国の共同研究施設からデータを集めてTAの多型を解析した.現在,日本人1000例,アメリカコホート検体300例,エジプト検体100例のデータを得て人種差とC型慢性肝炎での治療と病態への関連を解析している.マイクロアレイ解析により,IFN-λの発現誘導をかけてからの2時間おきの経時的な遺伝子変動データを取得した.その中で,誘導に関わると考えられる時期に発現する遺伝子と発現抑制に関連すると考えられる時期に変動する遺伝子を同定した.現在,その機能について細胞レベルでの解析を進めている.チンパンジーのゲノム解析においては,繰り返し配列の影響でシークエンス作業に時間を要したが,プライマー配列等の最適化でほぼ全例での良好なシークエンスを可能とした,また,その結果を他の霊長類に反映することもできたため,アウトグループとするためのオランウータン等のシークエンスも順調に進めている.IL-28B

定量系に関しても,論文化し共同研究先に技術を提供できている.25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度で計画した内容を順調に達成していると考えている.来年度では,今年得られたデータの解析を本格化させ,最終年での論文化を進める.チンパンジーと近縁種についてもIL-28A,28B,29周囲のシークエンスを完成させることで,今まで正確に読まれていなかったこれらの配列を保管する.それを元に分子系統解析することで進化の過程で相同性が高いこれらの3遺伝子がどのように分岐したか明らかとする.また,各生物種の遺伝子をクローニングし,in vitroによる機能比較することで実際の機能についても解析をすすめる.25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度では,今後の解析に用いる実験データや臨床データを多数取得することができたため,来年度では,その解析を進めてデータのまとめを行う.その中で,IFN-λ3とC型慢性肝炎の関連についてさらに明らかにできると期待できる.
脂肪蓄積を制御する新規エピゲノム制御機構の解明

エピゲノム制御因子の一つであるFBXL10は高脂肪食負荷マウスの白色脂肪で高発現をきたすほかに、白色脂肪細胞分化過程における2回のクローナルエクスパンジョン期において高発現をきたす。今回FBXL10が白色脂肪細胞分化を制御する分子機構を解明するための検討を行った。Fbxl10を強制発現した3T3-L1脂肪前駆細胞においては、3T3-L1脂肪前駆細胞の分化過程における2回目のクローナルエクスパンジョン期の細胞増殖が起こらず、脂肪細胞分化が抑制されていた。この脂肪細胞分化抑制機構は、FBXL10のF-boxドメインとLRRドメインに依存しており、FBXL10はこれらのドメイン依存性にRING1B、SKP1、BCOR、PCGF1からなるポリコーム抑制複合体(PRC1複合体)に結合していた。そのため、野生型のFbxl10を強制発現した3T3-L1脂肪前駆細胞のほかに、Fーboxドメインを欠損したFbxl10を強制発現した3T3-L1脂肪前駆細胞、通常の3T3-L1脂肪前駆細胞の3種の細胞を準備し、分化誘導後の2回目のクローナルエクスパンジョン期におけるRING1BのChIPシークエンス法を行うことでFBXL10依存性のPRC1複合体のリクルートメントを検討した。その結果、遺伝子発現がFbxl10の発現によって1.5倍以上変化している遺伝子のうち、野生型のFbxl10のみに依存してRING1Bが遺伝子領域にリクルートされてくる遺伝子としてCdk1やUhrf1、Pparg1やPparg2等が見出された。これらの遺伝子はそれぞれ細胞周期制御遺伝子や脂肪細胞分化のマスター制御因子であることから、FBXL10がPRC1複合体を形成することで遺伝子発現調節を抑制し、脂肪細胞分化を制御しているという新規の機構が明らかになった。本研究の成果を論文にまとめ、JBC誌において発表した。26年度が最終年度であるため、記入しない。エピゲノム制御因子の一つであるFbxl10はヒストン脱メチル化酵素として知られているが、我々はJmjCドメインをもたないアイソフォームであるFbxl10-2が脂肪細胞分化の過程で過剰発現し、脂肪細胞分化に影響を及ぼすことを発見した。この基礎データをもとに、Fbxl10がヒストン脱メチル化能を介さずに制御する遺伝子発現と代謝、脂肪細胞分化について、マウスと細胞系を用いて検討することとして、本年度はおもにマウスを用いた検討を行った。実験開始に当たり、新規に樹立したFbxl10-2ノックアウトマウスをBL6バックグラウンドマウスと交配したところ、メンデルの法則に比してノックアウトマウスの得られる率が低かったため、人工授精を行ってヘテロマウスを得たのちに、さらに人工授精を繰り返して必要なマウス数(オス、N=5)を得ることができた。この生残率に関しては129/svバックグラウンドマウスに戻し交配した場合の繁殖ではほぼメンデルの法則に従っていたため、バックグラウンドの寄与が大きいと考えられた。得られたオスのノックアウトマウスは小型で、血中のグルコース濃度、コレステロール濃度、中性脂肪濃度が低値であったことから、Fbxl10がin vivoにおける代謝調節に関与していることが示された。また、マウスにおけるFbxl10-2の発現様式について検討したところ、長期に脂肪食負荷した野生型マウスやOb/Ob肥満マウスモデルの白色脂肪組織において対照群と比較して発現増強を認めた一方、短期間の絶食や脂肪食の再摂食では発現が増強しなかった。これらの結果から、Fbxl10-2が長期の高脂肪食暴露による発現調節を受けて糖脂質代謝を制御するエピゲノム因子であることが示唆された。

26年度が最終年度であるため、記入しない。当初予定していた野生型マウスを用いたFbxl10-2の発現様式の検討をおこない、さらに新規のFbxl10-2ノックアウトマウスについて産仔を得ることに成功した。産仔を得るに当たっては想定以上の苦労を要したが、人工授精を繰り返して実験に十分な産仔を得た。これらのマウスを用いた成長曲線や血清プロファイリングの結果が得られており、概ね予定通りに進行していると評価する。本年度の結果、ヒストン脱メチル化を介さないFbxl10によるエピゲノム制御がin vivoにおいて糖脂質代謝に関与することが明らかになったため、今後はin vitroの系(3T3-L1脂肪細)をもちいて詳細な遺伝子制御機構と脂肪細胞分化への影響を検討することとする。標的遺伝子の解析と転写制御機構についてマイクロアレイ法、RT-qPCR法、ChIPシークエンス法などを駆使して行うこととする。ChIPシークエンス法に関しては使用抗体によっては免疫沈降が困難な場合が想定される。その為、クロスリンクや免疫沈降法(抗体やビーズ、標的の断片化の方法など)について詳細な条件の検討を行う。
現実的非一様宇宙と重力レンズ効果

観測的宇宙論の議論の多くは,一様等方な宇宙モデルに立脚しているが,現実の宇宙の物質分布は,超銀河団のスケールにいたるまで非線形・非一様である。これまで我々は、重力レンズの統計的解析によって宇宙モデルを決定する研究を行ってきたが,レンズ物体による光の曲がり以外には,光の伝播に対する非一様物質分布の影響を十分に考慮していなかった。その理由の一つは,非線形・非一様物質分布を持つ現実的非一様宇宙を記述する有用な方法がなかったことにある。そこで,今回はまずこのような非一様宇宙を記述する「一般相対論的ゼルドビッチ近似」を開発・発展させた。この方法は以下のような特徴を持つ。1.密度ゆらぎが1より小さいという仮定に依存しない。2.この手法によって得られた近似解は,一様等方バックグラウンドからのずれが局所的に1次元的であるときには、厳密解を含む。3.密度ゆらぎが1より十分小さいときには線形摂動論の結果を再現する。この近似法がどの程度精度よく非一様宇宙を記述できるかを明らかにするために,ルメートル・トールマンモデルという厳密解を用いて,密度分布の比較を行った。その結果,同じ球対称な初期条件からはじめても,他の近似法と比較して,我々の方法は密度ゆらぎが0.5より大きい場合でも,ゆらぎの成長をよく表していることがわかった。
スピン注入素子の研究

IrMn/CoFe/Ru/CoFeB/MgO/NiFe構造を持つ磁気抵抗膜を直径100nm程度のナノピラーを微細加工により切り出し、高周波測定が可能な電極を取り付けたものを素子として用いた。この素子は、産業技術総合研究所が作製した。この素子に、直流電流と外部磁場を加えたときに発生する高周波出力を高周波プローブおよびスペクトラムアナライザーを用いて詳細に測定した。測定に当たっては、バイアス電圧の極性およひ大きさ、外部磁場の極性、大きさおよび方向を変えることにより詳細な測定をした。このことにより、高周波高出力発生のメカニズムを解明を試みた。その結果、電流と磁場がともに磁化を平行(反平行)に向けようとする場合の高周波出力は小さいこと、および、電流が磁化を平行(反平行)に向けようとするが、磁場が磁化を反平行(平行)に向けようとする場合は大きな高周波出力が得られることを見出した。また、その強度は電流の増加に伴い非常に急速に増大することを見出した。この結果を詳細に解析することにより電流による歳差運動の開き角を印加電流の関数として求めた。この結果、歳差運動の開き角は電流のオーバーライド(閾値電流を超えた電流の大きさ)にほぼ比例することを見出した。また、発振の周波数は電流の増大に伴い減少し、GMR発振素子と同様な結果となった。一方、電流と磁場がともに磁化を平行(反平行)に向けようとする場合には電流の増加に伴い線幅の増加が見られた。このことからスピントランスラァートルクのバイアス依存性の見積もりを行った。また、電流と磁場がともに磁化を平行(反平行)に向けようとする場合にも共鳴周波数は電流の増加に伴い変化した。この変化よりフィールドライクトルクのバイアス依存性を議論することを試みた。研究目標:スピン注入によるダイオード効果の実現と信号検波の実証MgOバリヤを有するトンネル接合からなるナノピラーを作製しスピン注入を行った。外部磁場と直流電流の関数として電気抵抗を測定し相図を作製した。また、その時に発生する高周波信号の強度を同様に直流電流と外部磁場の関数として測定した。以上の結果から、トンネル接合素子においても巨大磁気抵抗効果素子と同様な相図が描けること、したがってそのダイナミクスも類似していることがわかってきた。また、変調信号の測定について検討した。当該外国人特別研究員は、トンネル磁気抵抗素子の高周波特性についての実験を行っている。そのために、茨城県つくば市にある産業技術総合研究所に行き、MgOバリヤを有するトンネル接合からなるナノピラーをエレクトロニクス研究部門スピントロニクス研究室の研究員の協力のもとに作製した。この結果、これまでにない低抵抗で耐久性のある磁気トンネルナノピラーの作製に成功した。これまでは、スピン注入磁化反転に必要な電流を超えて電流を印加するとすぐに素子が壊れてしまったが、当該外国人特別研究員らが作製した新素子では、スピン注入磁化反転に必要な電流の約3倍の電流の印加が可能となった。この素子を用いて、高周波電流の注入に対する、ダイオード効果等の確認を行った。さらに、素子が高耐久性であることを利用して、これまでにない大きな電流の注入を試みた。その結果、これまで金属接合でした実現していなかった高周波発振に世界で初めて成功した。その発振出力はこれまでの10,000倍程度であり、学会から特に高い評価を得た。さらに、当該研究者は長時間におよぶ非常丹念な測定から、その発振特性を明らかにし、発振出力の印加電圧極性に対する非対称性などこれまでに知られていなかった現象をいくつか発見した。これらの内容には特許性があるため、現在、論文の投稿を一時的に遅らせて、特許申請を準備している。申請が済み次第論文を投稿する(既に書きあがっている)。また、H19.2に開かれる国際ワークショップ(The 2nd RIEC International Workshop on Spintronics, (Sendai), (15-16, Feb., 2007))で招待講演を行った。

このことからスピントランスラァートルクのバイアス依存性の見積もりを行った。また、電流と磁場がともに磁化を平行(反平行)に向けようとする場合にも共鳴周波数は電流の増加に伴い変化した。この変化よりフィールドライクトルクのバイアス依存性を議論することを試みた。