hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ショートスリーパの分子生物学的研究(睡眠時間を決定している遺伝子の同定)

H16年度において、睡眠の数学モデルによって、睡眠時間が昼間の行動と密接な関係にあることを推定した。H16年度17年度にかけて、15名の被験者に睡眠日誌と行動量計(アクチグラフ)を約2週間記録してもらい、彼らの自覚的な睡眠覚醒リズム(SWR)と活動休止リズムを測定した結果、睡眠時間が6時間以下のshort sleeper (SS)では、昼間の活動量が常に高かかった。これに反して9時間を超えるlong sleeper (LS)の昼間の活動量は変動が大きく、SSに比べて低かった。17年度18年度にかけて、企業の中高年(38才59才)の会社員に対して、睡眠時間が比較的短い6名を選び、彼らに睡眠ポリソムノグラフ(PSG)等を3夜連続で記録した。その結果、平均睡眠時間が5時間半以下の者はREM睡眠の持続が悪く、精神的なストレスが過多であった。また、性格傾向を質問法(YGテスト)で検討した結果、SS群とLS群の間には大きな差異は認められなかった。しかし、面談による被験者の性格傾向としてSS群は快活、多弁の被験者が多く、LS群は物静かな印象を強く受けた。性格傾向に関しては詳細な検討が必要と考えている。以上の3年間の結果から、short sleeperの行動上特徴として、昼間の活動量が常に高いこと、さらに中高年では精神的なストレス過多にある可能性が高いことが明らかになった。これは、昼間の活動を高める性格に関与する性格遺伝子が睡眠時間を決定している遺伝子の有力な候補の可能性が高いことを意味する。3年間の研究期間においてshort sleeperの精神生理的な特徴の同定に多くの時間を要したために、遺伝子の同定に着手できなった。今後、平均睡眠時間が5時間前後でしかも昼間の活動量が高く昼寝の習慣がない群を選び、昼間の活動が高い性格に関与する遺伝子の同定を試みる。睡眠時間が6時間以下の人々を短時間睡眠者(Short sleeper),9時間の以上の人々を長時間睡眠者(Long sleeper)と呼ぶ。従来から、Short sleeperとLong sleeperの性格傾向、行動様式には対照的な特徴があると言われてきた。このような特徴が先天的な要因によるものなのか、あるいは後天的な要因によるものかを精神生理学的に、分子生物学的に検討する。本年度は睡眠時間と性格傾向、行動様式の関係を検討するために,以下の2つを行った。(1)睡眠時間の長短が人間のどの様な行動特性に関与しているかを、睡眠の数学モデ(Two process model)を用いて推定を行った。この結果、睡眠時間の長短に大きく関与する要因として、昼間の疲労が蓄積されてゆく過程、疲労蓄積過程が重要であることが判明した。この過程で、短時間当たりの疲労(疲労度)が少ないと、入眠時刻が遅くなり、起床時刻がそれほど変化しないので、結果的には睡眠時間は短縮した。疲労度をさらに小さくすると、睡眠時間がさらに短縮し、睡眠相が遅延する傾向が認められた。このような事が、生活習慣のような後天的要因によるものなのかあるいは先天的なものなのかをヒトの実験で検証してゆく。(2)10名の健康な男子大学生を対象に、睡眠の特性、性格傾向、そして行動様式を精神生理学的に検討した。(1)で推定された昼間の疲労度に注目し、精神的な緊張度の高い人とそうでない人では昼間の精神機能や睡眠がどの様に異なるかを検討した。現時点で10名の実験が終了し、分析が終了したものが5名である。

この5名に関して推定すると、昼間の精神的緊張が高い被験者は夜間の睡眠の構造に大きな影響をもたらす可能性があることが推察された。今後、分析を進めて検討を行う予定である。H16年度において、睡眠の数学モデルによる理論的推論によって、昼間の行動と睡眠時間が密接に関係する可能性を導き出した。この仮説を検証するためにH17年度は、15名の被験者の睡眠を睡眠日誌(Sleep Log)とアクチグラフによる活動量を12週間連続記録し、このうち13名に対して3夜連続で睡眠ポリグラフを記録した。その結果、4名が短時間睡眠者(SS : Short Sleeper)で、3名が長時間睡眠者(LS : Long Sleeper)であった。残りの6名は8時間前後の者や、毎日の睡眠時間が不規則な者であった。睡眠時間が6時間半以下のSS群と9時間以上のLS群の昼間の活動量をアクチグラフで比較すると、SS群は昼間の活動量がLS群よりも極めて高かった。夜間睡眠中の体動は、SS群が明らかに少なく、LS群はかなり多く認められた。被験者の性格傾向を質問紙(YGテスト)と面接で推定を行った。SS群に共通した性格傾向として、外向的で、精神身体的にエネルギーが高い印象をうけた。これに反してLS群は、内向的でエネルギーが沈静化している印象が強い。両群の性格傾向には大きな相違があると考えられる。以上のことから、1日24時間の活動量の変動からSS群を観ると、昼間非常に高く、夜間は極めて低いことから、休止・活動リズム(RAC : Rest Activity Cycle)の振幅が高く、昼と夜のメリハリが大きい。これに反してLS群は、RACの振幅が低く、昼と夜のメリハリが低いといえる。両群間にはRACの振幅に大きな違いがあることが判明した。このようなRACの特徴が彼らの性格傾向と関連している可能性が極めて高いことが推察された。現在、両群の被験者数を増やして検討している。遺伝子の同定に関しては、両群の性格傾向の著しい差に注目し、このような性格傾向の遺伝子が睡眠行動に関与しているかという観点で分析を進めている。H16年度において、睡眠の数学モデルによって、睡眠時間が昼間の行動と密接な関係にあることを推定した。H16年度から17年度にかけて、15名の被験者に睡眠日誌と行動量計(アクチグラフ)を約2週間記録してもらい、彼らの自覚的な睡眠覚醒リズム(SWR)と活動休止リズムを測定した結果、睡眠時間が6時間以下のshort sleeperでは、昼間の活動量が常に高かかった。これに反して9時間を超えるlong sleeperの昼間の活動量は変動が大きく、short sleeperに比べて低かった。17年度から18年度にかけて、企業の中高年(38才59才)のビジネスマンに対して、睡眠時間が比較的短い6名を選び、彼らに睡眠日誌、アクチグラフ、そして睡眠ポリソムノグラフ(PSG)等を3夜連続で記録した。その結果、平均睡眠時間が5時間半以下のshort sleeperが2名、6時間前後が2名であった。5時間以下の者はPSGにおいて、REM睡眠の持続が悪く、REM睡眠中に睡眠紡錘波が混入していた。これは、精神的なストレスが過多であることを示す。また、性格傾向を質問法(YGテスト)で検討した結果、short sleeperとlong sleeperの間には大きな差異は認められなかった。
蛋白質のX線結晶構造解析

モノアミン酸化酵素(MAO)はアミノ酸残基数が520から527まででミトコンドリアの外膜に結合している膜蛋白質であり、補欠分子としてFADを1分子持っている。MAOはモノアミンをアルデヒドにまで酸化し、アンモニアと過酸化水素を遊離する。MAOは神経伝達物質のモノアミンを酸化して神経伝達を抑制する。これがパーキンソン病やうつ病の原因になる。MAOには類似の2種類の酵素が有り、MAOAは基質セロトニンに働くのに対して、MAOBは分子量のより小さい基質フェニルエチルアミンに特異的に働く。MAOBはその阻害剤結合型のX線結晶構造解析が報告されている。この酵素では、活性中心は補酵素FADの近傍で、ポリアミン酸化酵素と同様なFADに対する配置をしていた。活性中心は分子内部で閉じた空洞を形成していて、その壁面の大部分は芳香族アミノ酸によって占められている。MAOAとMAOBとの共通の基質であるパラ置換ベンジルアミンに対する活性では、MAOAでは置換基の電子吸引性の影響が生じるのに対して、MAOBではその影響があらわれないという違いがある。また、MAOはC末端側に膜に埋もれたαヘリックスを持っていることは、MAO-Bの結晶構造解析から明らかになっている。しかし、その長さは膜を貫通するには不十分であり、このC末端領域が膜を貫通しているかどうか不明である。この酵素によるアミン酸化反応の原子機構を明らかにする為に、MAO-AのX線結晶構造解析を行った。酵母の発現系でラットのMAOAを大量発現し、80gの菌体から20mgのMAO-Aを精製することができた。界面活性剤DIMETHYLDECYLPHOSPHINEOXIDEを用いて結晶化が成功し、SPring-8で3.0Å分解能のDataを収集ができた。分子置換法によるMAOAの構造解析した。MAOAとMAOBを較べた結果、MAOA3351とMAOB326Yが基質の特異性に重要な役割をしていることが分かった。ほかにMAOA208Fも特異な阻害剤のDesignに利用できると思われる。さらに、C末端はαヘリックスで膜貫通構造も分かった。この離れた一本αヘリックスで膜貫通構造は初めてだった。現在、MAOAの構造と機能関係について研究を行っている。モノアミン酸化酵素(MAO)はアミノ酸残基数が約500でミトコンドリアの外膜に結合している膜蛋白質であり、補欠分子としてFADを1分子持っている。MAOはモノアミンを酸化して神経伝達を抑制する。MAOには類似の2種類の酵素が有り、MAO-Aは基質セロトニンに働くのに対して、MAO-Bは分子量のより小さい基質フェニルエチルアミンに特異的に働く。MAO-Bはその阻害剤結合型のX線結晶構造解析が報告されている。MAO-AとMAO-Bとの共通の基質であるパラ置換ベンジルアミンに対する活性では、MAO-Aでは置換基の電子吸引性の影響が生じるのに対して、MAO-Bではその影響があらわれないという違いがある。この酵素によるアミン酸化反応の原子機構を明らかにする為に、MAO-AのX線結晶構造解析を行うことにした。酵母の発現系で大量発現に成功し、80gの菌体から20mgのMAO-Aを精製することができた。現在結晶化を行っている。

酵母の発現系でラットのMAOAを大量発現し、80gの菌体から20mgのMAO-Aを精製することができた。界面活性剤DIMETHYLDECYLPHOSPHINEOXIDEを用いて結晶化が成功し、SPring-8で3.0Å分解能のDataを収集ができた。分子置換法によるMAOAの構造解析した。MAOAとMAOBを較べた結果、MAOA3351とMAOB326Yが基質の特異性に重要な役割をしていることが分かった。ほかにMAOA208Fも特異な阻害剤のDesignに利用できると思われる。さらに、C末端はαヘリックスで膜貫通構造も分かった。この離れた一本αヘリックスで膜貫通構造は初めてだった。現在、MAOAの構造と機能関係について研究を行っている。
新技術レーザープロテオミクスにより同定された乳癌浸潤突起特異的分子の解析

癌は浸潤をすることで命への危険が生じる。従って癌の克服において癌の浸潤を制御することは非常に重要である。本研究では培養細胞における細胞の運動や浸潤に強く関与することが知られている浸潤突起・偽足突起の機構を解析することを目的として研究を行った。最新の精巧に浸潤突起・偽足突起のみを採取する方法を確立し、その方法により得たタンパク質を解析することにより、浸潤に強く関与することの示唆される分子を同定した。さらにその機能解析を行い英文論文や国際学会発表として報告した。こうした研究が進むことが癌克服へと繋がると考えられる。本年度の実績概要を以下に研究予定であった各項目に沿って報告する。1、乳癌細胞株の浸潤突起部、ヒト乳癌検体の浸潤部での再現性確認および臨床病理学的解析(1)浸潤突起特異的候補分子の乳癌細胞株における再現性確認:既に同定されている候補分子の突起への局在を浸潤性乳癌細胞株において調べる。この際には細胞蛍光免疫染色を行い、共焦点顕微鏡による観察を行う。これにより同定した候補分子が浸潤突起部に特異的であることを確認する。→既に確認済みのものの他にも再現性を確認出来る分子を同定可能であった。既に確認出来ていた分子に関する研究内容は、エキシマーレーザーと2D-DIGE法を用いた浸潤に関わると考えられる突起部分のプロテオミクス技術内容とともに平成24年度にその方法論を中心とした論文化に成功している(Laboratory Investigation)。(2)ヒト浸潤性乳管癌組織における浸潤部にての候補分子の発現を確認:上記の実験にて乳癌細胞株で再現性が確認された分子に関してヒト乳癌検体において免疫組織学的染色にて、浸潤部で高発現を認めるかに関して確認する。→新たに(1)で同定された分子に関して行ったが、乳癌の中でも特殊な組織型において浸潤部で有意な発現上昇が認められた。(3)浸潤突起特異的候補分子のタンパク発現パターンと臨床病理学的背景との関係を検討:浸潤突起特異的候補分子の発現パターンとERやHER2ステータスといった既知の生物学的特性を含めた臨床病理学的背景との関係を解析し、悪性度規定因子の同定を模索する。→現在この項目に関しては十分に行えていない。1、(1)と(2)は前年度に既に行った。→特定の分子に関して以上の解析を行い、論文として報告した。(Ito M, Hagiyama M, Mimae T, et al. Breast Cancer Res Treat. 2014Feb;144(1):59-69.)2、浸潤、悪性度を規定する候補分子の機能解析(1)有望な分子に関して浸潤・転移に関する機能解析:上記の結果から悪性度を規定する可能性が示唆された分子に関してその後の解析を進める。分子生物学・細胞生物学及び実験病理学の手法を駆使してその分子の機能を明らかにする。→特定の分子に関して解析を行い、論文として報告した。(同上)(2)個別化治療のターゲットになるか否かの検討:上記実験で浸潤に関わることが確認された分子に関しては抑制実験(例えば浸潤傾向の強いヒト乳癌細胞株MDA-MB-231などを用いて)などを追加し、ヒト乳癌において新規治療標的となるか否かの可能性を模索する。→抑制実験は施行し得たが、臨床応用への可能性の検討は不十分で終了している。今後の研究課題として継続させたい。予定をしていた以下の3項目のうち、2項目は一部で解析に成功しており、この点に関しては順調に進んでいると言える。一方で最後の(3)の項目に関しては十分と言えない進行程度であるため、おおむね順調という評価としている。1、乳癌細胞株の浸潤突起部、ヒト乳癌検体の浸潤部での再現性確認および臨床病理学的解析(1)浸潤突起特異的候補分子の乳癌細胞株における再現性確認(2)ヒト浸潤性乳管癌組織における浸潤部にての候補分子の発現を確認(3)浸潤突起特異的候補分子のタンパク発現パターンと臨床病理学的背景との関係を検討(悪性度規定因子の同定)25年度が最終年度であるため、記入しない。今後は現状で解析の進んでいる分子の更なる追加実験や、その他の候補分子の検索を進めていき、癌浸潤機構の解析をさらに深めていく予定である。具体的内容は以下にお示しする。

1、昨年度十分に行えなかった平成24年度予定であった(3)浸潤突起特異的候補分子のタンパク発現パターンと臨床病理学的背景との関係を検討:浸潤突起特異的候補分子の発現パターンとERやHER2ステータスといった既知の生物学的特性を含めた臨床病理学的背景との関係を解析し、悪性度規定因子の同定を模索する。以上に関する検討を行う。2、浸潤、悪性度を規定する候補分子の機能解析(1)有望な分子に関して浸潤・転移に関する機能解析:前年度の結果から悪性度を規定する可能性が示唆された分子に関してその後の解析を進める。この時、複数候補があれば特に(a)発現の変化が大きい、(b)機能性蛋白と推測される、(c)浸潤・悪性化と関連する機能が示唆される、(d)細胞の運動性への関与が示唆される、の観点から解析すべき分子をさらに絞り込む。分子生物学・細胞生物学及び実験病理学の手法を駆使してその分子の機能を明らかにする。(2)個別化治療のターゲットになるか否かの検討(新規治療標的の模索):上記実験で浸潤に関わることが確認された分子に関しては抑制実験(例えば浸潤傾向の強いヒト乳癌細胞株MDA-MB-231などを用いて)などを追加し、ヒト乳癌において新規治療標的となるか否かの可能性を模索する。以上を基本に研究を進めていく予定としている。25年度が最終年度であるため、記入しない。
代数関数体の内部構造の研究　－ガロア点の視点から－

代数関数体にどのような部分体が含まれているのかを,代数幾何を用いて調べたい.平面代数曲線の関数体を調べるためにガロア点が研究されてきた.より広いクラスの代数関数体をより詳しく調べるためには,ガロア点の概念をどのように一般化すべきだろうか.平面代数曲線に対する準ガロア点,代数曲線の弱ガロア・ワイエルシュトラス点,およびそれらの高次元化の研究を行う.具体的には,それらの個数と分布,付随する群を調べる.さらに,得られた結果を射影多様体の分類や自己同型群の研究などに応用する.ガロア点理論の研究者を訪問して共同研究を行う.また,ワークショップを開催して意見交換を行う.代数関数体にどのような部分体が含まれているのかを,代数幾何を用いて調べたい.平面代数曲線の関数体を調べるためにガロア点が研究されてきた.より広いクラスの代数関数体をより詳しく調べるためには,ガロア点の概念をどのように一般化すべきだろうか.平面代数曲線に対する準ガロア点,代数曲線の弱ガロア・ワイエルシュトラス点,およびそれらの高次元化の研究を行う.具体的には,それらの個数と分布,付随する群を調べる.さらに,得られた結果を射影多様体の分類や自己同型群の研究などに応用する.ガロア点理論の研究者を訪問して共同研究を行う.また,ワークショップを開催して意見交換を行う.
推論生成ユニットの言語間比較と心的表象が語彙記憶に及ぼす影響の解明

本研究は、言語情報から構築される概念の記憶の比較を通し、第一言語と第二言語の理解プロセスの相違点を明らかにしようとするものである。例えばI don't like that animal because it bit me when I wasa child.という文の場合、dogという表象が構築されると想定される。日本人EFL学習者を対象として、日本語と英語のマテリアルを使用した語彙性判断課題を実施した結果、英語読解では明示ターゲットと推論ターゲット間に有意差がなく、オンラインでの推論が起こっていたことを示す結果となっていたが、日本語読解は全てのターゲット間に有意差がないことが示された。本研究は「推論生成ユニットの言語間比較と心的表象が語彙記憶に及ぼす影響の解明」を最終目標においている。前年度には、母語(日本語)において情報処理が自動化し、推論の生成が行われていることから、再認課題の成績が第二言語(英語)に比べて高くなっていないという結果が示された。このことから、本年度は情報処理の自動化について文献研究を中心に進めた。特に、英文読解における情報処理の正確さとは何か、また、流暢さとは何かについて文献をまとめた。Grabe(2012)によると流暢な読みには流暢な読みには10のプロセスが関与するとまとめられている。中でもinteractive processでは、流暢な読解のためには,素早い単語処理と同時に文構造の理解やメインアイデアの把握といった複数のレベルの処理を並行して行う必要性を示している。つまり流暢な文章理解の前提として下位レベル処理の自動化が必要だという考えである。下位レベル処理には単語認知・統語解析・意味命題の符号化が含まれ(Grabe, 2009)、これらの処理が自動化することによって限られた認知資源を背景知識を活性化させたり、推論を行うなどの上位レベル処理に割り当てたりすることができる。逆に、下位レベル処理が自動化されていない場合には、個々の単語処理に認知資源の多くを割り当てなければならず、推論生成が困難になる。この文献研究結果については、雑誌に掲載されている。本年度は、前年度の研究結果について、これらの文献研究の結果から再度考察し、次の実験用マテリアルや、実験協力者について検討を行った。本研究課題は、文脈内で提示された単語の意味は、単語そのものの意味を示すとは限らないことに注目し、文脈から構築される心的表象と語彙記憶保持・検索過程の関連を明らかにすることを目的としている。例えばI don't like that fennec because it barked atme and bit me when I wasa child.という文の場合、fennecはキツネの一種であるにも関わらずfennec = dog (犬)という表象が構築され、望まれる意味の獲得や意味アクセスが生じないと想定される。本年度の研究では、日本語と英語によって、心的表象の構築に違いが生じるかどうかを検証するため、日本人EFL学習者を対象として、日本語と英語のマテリアルを使用したオンライン読解課題を実施した。日本語版:子どもの頃に吠えられ噛みつかれたので、私はそのXXXが好きではない。文中のXXXには、カテゴリー階層から上位語(動物・animal)・基本語(犬・dog)・下位語(柴犬・poodle)の3種類の目標語のいずれかが含まれており、自己ペースで読んだ後に反応語(明示ターゲット)としても提示する。これらの他に非単語を使用し、語彙性判断課題を実施した。その結果、英語の読解では明示ターゲットと推論ターゲット間に有意差がなく、オンラインでの推論が起こっていたことを示す結果となっていたが、日本語での読解は、全てのターゲット間に有意差がないことが示された。これらの結果はEuroSLA(2012)において報告されている。これまでの研究において、日本語と英語の文理解の違いに注目した調査を実施した。しかし、実験手順において、被験者間要因とした実施計画をたて、被験者によって異なるターゲットを提示した結果、日本語と英語でのマテリアルの性質の影響が大きくなる結果となった。母語における読解では、処理が自動化されるため一語一語の記憶が不鮮明になると予測していたのに対し、母語における提示語の再認成績が高い結果となっていた。これは、母語の場合には処理が自動化しているため、各単語の記憶を行うというストラテジーが関与していたとも考えられる。そこで本年度は、読解に関する文献研究を中心に行い、読解中に読み手がとりえる方略についてまとめた。読解方略とは、「テキストの心情報を獲得、貯蔵、検索する際に読み手が援用する意図的な知的手段」とされる。読解方略について、その分類やメタ認知プロセスに関する文献を収集し、これまでの研究成果についてまとめることにより、記憶方略がとられないようなマテリアル提示条件を検討することができた。今後の研究において、日本語母語話者と日本語学習者の違い、英語母語話者と英語学習者の違いにも注目し、単文処理における語彙記憶の変化について検証を行う予定である。本研究は、推論生成ユニットの言語間比較と心的表象が語彙記憶に及ぼす影響の解明を最終的な目標としている。本年度は、文章理解(学習目標とされる英単語が含まれる例文)と目標後の理解と記憶について、調査を行った。主な目的として(1)例文を英単語学習時に与えることの効果を検証すること、(2)学習者の英単語学習ストラテジーがテスト形式によって変化するかを検証することであった。

協力者は日本人EFL学習者(大学生)であった。協力者には、英単語と例文の載った学習リストを与え、それを覚えてくるよう指示した。半数のグループには、英単語の意味を日本語で答えるtranslation形式のテスト(例:transplant =移植)を実施、もう半数のグループには例文内の空所に適する英単語を書き入れる空所補充形式のテスト(例:The doctors did a heart〔〕to save the patient's life.答えtransplant)を実施することを事前に伝えていた。学習とテスト期間は8週間(合計8回)であった。この8週間の前後で前田他(2002)の質問紙を実施し、単語学習ストラテジーの使用に変化が生じるかを検証した。協力者は、クラスター分析によって、3つのグループに分類された。その結果から同じストラテジーを使用する傾向にあると判断された学習者が、文脈内空所補充形式のテストの影響を受けて、どのように学習ストラテジーを変化させたかに注目をした。結果として、学習ストラテジーに変化が生じたグループと、変化が生じなかったグループが存在していた。英単語を例文の中で学習するように変化したことを期待していたが、他の語彙とのかかわりの中で記憶するようになった学習者が増えるとは言えなかった。学習者の語彙記憶と文脈との関連について検証を続けているが、文脈の質と協力者の英語熟達度との関連から、一式のマテリアルで全ての協力者に同じ影響を及ぼすものを作成するのが困難を極めている。文構造的に簡潔で難しい語彙が含まれていない英文を準備するが、マテリアル間で英単語や表現の重複が生じることがあり、多くのマテリアルを作成するのが困難である。本研究は、推論生成ユニットの言語間比較と心的表象が語彙記憶に及ぼす影響の解明を目標としている。本年度は、文脈と語彙理解との関連について、(1)文章読解の際の背景知識の活性化の面から検証すること、(2)リスト提示の場合の背景知識の活性化の面から検証すること、の2点を中心に行った。(1)の検証においては、母語での読解経験があると考えられる物語の英語版(原文)を与え、読解語に自由筆記再生課題を実施した。その結果、母語での読解経験があり、なおかつ、その背景知識を活性化できたグループと、母語での読解経験の有無を問わず、背景知識を活性化できなかったグループとの間で、筆記再生量に有意差が見られた(活性化群の再生量が有意に多かった)。この結果は、難易度の高い単語が多く含まれていた先行研究ではみられなかった結果であり、背景知識の活性化にはそれを活性化させるための閾値があることが示された。(2)の検証については、リスト提示する英単語について、DRMパラダイムで使用されたリストを日本人に応用できるかを確認した(DRMパラダイムのリストの日本語訳を作成し、それらのリストからどのような単語が母語と英語のそれぞれで産出されるかを検証した)。
蛋白分解酵素阻導物質SLPIの肺癌発がんにおける機能解析

Secretory leukoprotease inhibitor(SLPI)は気管支分泌液中のセリンプロテアーゼインヒビターである。SLPIは本来の蛋白分解酵素阻害作用以外に、抗菌作用、自然免疫系作用、組織修復作用、さらには肺癌など固形腫瘍での関与が示唆されている。我々は従来、非小細胞肺癌でSLPIが約75%に発現する事実より、これを腫瘍選択的治療に応用して、SLPIプロモーター下複製可能アデノウイルスとNK4アデノウイルス二重感染系で高効率遺伝子治療系を確立した。一方、SLPI遺伝子欠損マウス(SLPI-/-)作成しLPS感受性におけるSLPIの自然免疫系関与を報告した。昨年度は本SLPI-/-マウスでのウレタン化学発癌が野生型に比べ抑制されることを見いだした。しかしSLPI-/-マウスにマウス肺癌細胞株(LLC)を皮下接種した場合には、野生型と差がなく、肺癌細胞株産生SLPIの局所効果と考察された。SLPIの肺癌における機能解析を目的に、野生型マウス肺、SLPI-/-マウス肺からtotal RNAを抽出し、DNAマイクロアレイ発現解析を施行したところhypoxia incucible factor-3やadenosine deaminaseなどがSLPI欠損と関連が疑われ、さらに解析中である。一方、SLPIと相互作用する分子の探索目的で(1)マウスSLPIをbaitとしてyeast two-hybrid法を行った結果、SLPI結合蛋白候補として18コロニーが検出され、この中には既知SLPI結合分子granulinも含まれ、その詳細なbioinformatics解析を行っている。また、(2)GST結合SLPIを作成し、affinity purification方法で新たな分子を同定中である。かかる結果は、SLPIが炎症制御を介し肺発癌に重要な役割を果たしていることが示唆される。
歯の移動と歯根吸収の生物学的制御

古くより歯科矯正学では歯の移動を矯正力という力の作用で行うことを唯一の治療基盤としてきたが,副作用として歯根吸収が発現すること,さらに,長期にわたる治療期間,審美性,疼痛,装置の複雑さ,口腔衛生管理の面からも,この方法だけでは限界がある。従って,力のみに頼らない生物学的,生理的な歯の移動,固定,保定方法の確立が期待される。1.歯の人為的移動後の後戻りについて。後戻り時圧迫側となる歯槽骨において対照群および後戻り量に抑制効果のなかった1,25(OH)_2D_3投与群では破骨細胞および吸収がみられ骨吸収様相を呈したが、後戻り量を抑制した24,25(OH)_2D_3,TGF-β1投与群では破骨細胞がほとんどみられず骨芽細胞による活発な骨形成様相を呈した。24,25(OH)_2D_3,TGF-β1投与群では、対照群に比べ後戻り時の圧迫側で単位骨量および分画活性形成面が増加し、分画活性吸収面および平均破骨細胞数が減少した。牽引側では単位骨量および分画活性形成面が増加し、平均破骨細胞数が減少した。一方、24,25(OH)_2D_3投与群では骨形態計測値には有意差が認められなかった。まず遺伝子導入の条件設定を行った.非ウイルス性のHVJ-リポソーム法がアデノウイルスベクター法に比較し,将来的に臨床応用が可能と考えられることから,HVJ-リポゾーム法を用いて遺伝子導入を検討することとし,ラットあるいはマウスの実験的歯の移動モデルにおけるHVJ-リポゾーム法の至適条件を検索した.(1)in vitroラット骨髄から採取した未分化間葉細胞に対して,ルシフェラーゼ遺伝子を導入し,ルミノメーターにて計測し,導入効率について検討した.(2)in vivoラットにおいて実験的歯の移動を行いβ-galactosidase遺伝子(LacZ)をHVJ-リポソーム法にて遺伝子導入した.この結果からHVJ-リポソーム法を用いた遺伝子導入が,実験的歯の移動モデルに応用可能であることが明確となった.古くより歯科矯正学では歯の移動を矯正力という力の作用で行うことを唯一の治療基盤としてきたが,副作用として歯根吸収が発現すること,さらに,長期にわたる治療期間,審美性,疼痛,装置の複雑さ,口腔衛生管理の面からも,この方法だけでは限界がある。まず遺伝子導入の条件設定を行った.非ウイルス性のHVJ-リポソーム法がアデノウイルスベクター法に比較し,将来的に臨床応用が可能と考えられることから,HVJ-リポゾーム法を用いて遺伝子導入を検討することとし,ラットあるいはマウスの実験的歯の移動モデルにおけるHVJ-リポゾーム法の至適条件を検索した.(1)in vitroラット骨髄から採取した未分化間葉細胞に対して,ルシフェラーゼ遺伝子を導入し,ルミノメーターにて計測し,導入効率について検討した.(2)in vivoラットにおいて実験的歯の移動を行いβ-galactosidase遺伝子(LacZ)をHVJ-リポソーム法にて遺伝子導入した.この結果からHVJ-リポソーム法を用いた遺伝子導入が,実験的歯の移動モデルに応用可能であることが明確となった.3.HVJ-リポソーム法を用いてCTGFの遺伝子導入を試みた.CTGF発現効果を検討するために,ラットの歯の移動群と対照群にCTGF遺伝子を導入した.1,3,5,7,15日後に上顎骨を取り出し,in situ hybridization,及び免疫組織化学的にCTGFの発現と局在を確認した。本年度は特に保定について検討した。1)歯の人為的移動後の後戻りにおける歯周組織について。後戻り時圧迫側となる歯槽骨において対照群および後戻り量に抑制効果のなかった1,25(OH)_2D_3投与群では破骨細胞および吸収がみられ骨吸収様相を呈したが、後戻り量を抑制した24,25(OH)_2D_3,TGF

-β1投与群では破骨細胞がほとんどみられず骨芽細胞による活発な骨形成様相を呈した。24,25(OH)_2D_3,TGF-β1投与群では、対照群に比べ後戻り時の圧迫側で単位骨量および分画活性形成面が増加し、分画活性吸収面および平均破骨細胞数が減少した。牽引側では単位骨量および分画活性形成面が増加し、平均破骨細胞数が減少した。一方、24,25(OH)_2D_3投与群では骨形態計測値には有意差が認められなかった。PTH,1,25(OH)_2D_3,ODF, OCIF/OPG新規因子をポリ乳酸基剤,コラーゲンペレット,ハイドロキシアパタイトセメント,アルギン酸ゲル,メチルセルロースあるいは溶解性マイクロカプセル等の合成基剤に混合する。薬剤等をこれらの基剤により剤形を付与された場合の各因子の活性の安定性および単位時間あたりの放出量を,培養軟骨細胞系,培養骨芽細胞系,破骨細胞系の各バイオアッセイ系を用いて検討中である。3)さらにDrug deliverysystemの開発を肝細胞増殖因子HGFで検討中である。本年度は遺伝子導入の条件設定を行った.非ウイルス性のHVJ-リポソーム法がアデノウイルスベクター法に比較し,将来的に臨床応用が可能と考えられることから,HVJ-リポゾーム法を用いて遺伝子導入を検討することとした.ラットあるいはマウスの実験的歯の移動モデルにおけるHVJ-リポゾーム法の至適条件を検索するため,以下の実験を行った。1)in vitroラット骨髄から採取した未分化間葉細胞に対して,ルシフェラーゼ遺伝子を導入し,ルミノメーターにて計測し,導入効率について検討した。2)in vivoラット下顎頭を骨折させβ-galactosidase遺伝子(LacZ)をHVJ-リポソーム法にて遺伝子導入した.導入3日後に灌流固定後,X-gal染色し導入効率を検討した.脱灰後,薄切切片を作製し,β-galactosidase抗体を用いて免疫染色を行い,遺伝子導入の検討した。これらの結果からHVJ-リポソーム法を用いた遺伝子導入が,実験的歯の移動モデルに応用可能であることが確認された。3)マウスの歯の移動モデルを確立し、オステオポンチンの発現を経日的に検討した。破歯細胞にオステオポンチンが発現することを初めて見出した。4)以上の遺伝子導入法を適用し,ODF,OCIF/OPG,PTH,1,25(OH)_2D_3,新規因子,それらの阻害剤,抗体をラットに投与して歯の移動に及ぼす影響について破骨細胞,骨芽細胞,破歯細胞活性を酒石酸抵抗性酸フォスファターゼ,in situハイブリダイゼーション,免疫組織化学等で検討した。3)のモデルマウスを応用して歯根吸収を抑制して歯の移動の制御を効率よく行う方法を検討中である。
強磁性半導体ＧａＭｎＡｓにおけるバンド構造と強磁性

電子は電荷の自由度を持つと同時にスピン自由度を持ち、これらは結合している。したがって、電荷の自由度を操作し電子構造を制御するバンドエンジニアリングは、スピンに由来する磁性をも制御可能であることが期待される。本研究では、強磁性半導体GaMnAsを電極にしたトンネル接合素子において、量子サイズ効果によって価電子帯の正孔の波動関数を変調しながら、トンネル輸送特性の磁化方向依存性を測定した。トンネル接合は、分子線エピタキシー法を用いて作製した。GaMnAsの膜厚に傾斜をつけることで、同一のウェーハー上に井戸幅の異なるトンネル接合素子の列を作製し、量子サイズ効果が素子ごとに異なるようにした。外部から磁場を印加し、印加する方向を変えることで磁化方向を制御した。トンネルコンダクタンスの磁化方向依存性を測定した結果、その対称性が井戸幅によって異なることが分かった。井戸幅が広く、量子サイズ効果が生じない場合におけるトンネルコンダクタンスの磁化方向依存性は、二回対称であった。井戸幅が狭く、量子サイズ効果が生じる場合は、四回対称であった。これらの結果が示していることは、量子サイズ効果を利用してバンド構造および波動関数という電子の電荷の性質をエンジニアリングすることで、トンネルコンダクタンスの磁化方向依存性という磁気的な性質を変化させることが出来るということである。磁性材料の組成を変える従来の方法とは異なり、組成を変えずに電子構造を変えることによって磁性を設計するという新しい方法の確立が期待される。この方法は、次世代機能性スピンデバイスの実現に繋がる。26年度が最終年度であるため、記入しない。強磁性半導体GaMnAsにおいては、強磁性相転移温度が室温より低いことが大きな課題ある。本研究では、強磁性の起源、及び、機構の解明することでこれを解決する手掛かりを得ることを目指している。GaMnAsにおける強磁性発現の起源、及び、機構は未知であり、論争になっている。広く合意のあることは,正孔が強磁性の発現において重要な役割を担っていることである。筆者らはこれまでの数年に渡る研究によって、価電子帯に正孔は存在せず、不純物帯に存在する正孔が強磁性の発現に強く関与することを明らかにした。従って、GaMnAsにおける不純物帯の物理を明らかにし、さらに、不純物帯と磁性の関係を明らかすることが本研究の課題である。そのために、本年度実施した研究課題は、以下である。GaMnAsにおいてMnを高濃度添加しているにもかかわらず、価電子帯はほとんど影響を受けていないように見えることが明らかになっている。この原因として不純物帯の形成の関与が予想されるため、その機構を解明することである。本研究において、GaMnAs量子井戸構造における共鳴トンネル分光法を用いて、GaMnAsの価電子帯の規則性のMn濃度依存性を測定した。その結果は、常磁性となるMn濃度においては、Mn濃度増大に伴って価電子帯は不規則になっていったが、Mn濃度をさらに増大させると、強磁性となるMn濃度を超えるとともに価電子帯の規則性が回復した。これらの現象は、p-d混成をともなった強いp-d交換相互作用が引き起こしていると考えられる。これらの結果は、強磁性相転移がバンド構造の再構成を巻き込んで発生することを示唆している。本研究で、不純物帯の形成が強磁性の発現において重要な役割を果たしていることが明らかにした0このことは、強磁性半導体の強磁性相転移温度の決定因子を明らかにすることに繋がる。本年度の研究計画は、GaMnAsの価電子帯の規則性を共鳴トンネル効果によって測定することであった。実際に、価電子帯の規則性のMn濃度依存性が得られた。申請時の研究計画の通り、進んでいる。

申請時の計画の通り、GaMnAsにおける不純物帯と磁性の関係を明らかにしていく方針である。それによって、強磁性半導体の強磁性相転移温度の決定機構・因子を知る手掛かりをつかみたい。
RADseq比較ゲノム解析による照葉樹林の生物間ネットワークの変遷過程の解明

現在の生物の地理的分布は,現在の環境条件だけでなく,過去の環境や地史の影響などの歴史的要因も強く受けている。今年度は,日本の照葉樹林の優占樹種であるスダジイ(ブナ科)について,ESTに由来するマイクロサテライトマーカー27対による遺伝子多型の解析から集団変遷の歴史を推定し,スダジイが氷期の寒冷期に日本のどの地域に生き残っていたのかを推定した。Approximate Bayesiancomputation (ABC)法を用い,スダジイ個体群の系統関係や個体数の変動を,約10万年前まで遡り複数のモデル(琉球と九州のみにレフュジア,琉球と太平洋岸に複数のレフュジア,琉球と本州東部にレフュジア等)を構築して比較検討した結果,琉球グループ(奄美群島以南)と西日本グループ(九州南部付近)が最も古くから存在し,その後,西日本グループから東日本と日本海のグループが分岐したことがわかった。成立時期を推定すると,これら4つのグループは最終氷期最寒冷期前には既に成立していたことが示唆された。また,種分布予測モデリング(SDM)により氷期の気候を推定しスダジイの当時の分布を予測すると,太平洋岸の南部に最終氷期最寒冷期中も生育可能な環境があったことが示された。このことからスダジイは,琉球,西日本,日本海,東日本の地域で独自に最終氷期を生きのび,氷期後に暖かくなるにつれて個体数を増やしたと考えられる。本成果についてとりまとめた論文を投稿し,受理された。サンプル採集・整理状況は概ね順調であり遺伝子解析も順調に進んでいる。収集したサンプルの遺伝子解析を進める。遺伝子解析に時間がかかり年度内に支出が間に合わなかったため。次年度の遺伝子解析費用に用いる。
ラット根管治療モデルを用いたラミニンγ2発現動態からみた根尖病巣治癒メカニズム

根尖性歯周炎(根尖周囲に骨吸収をきたす炎症性疾患)の治癒過程において遺伝子発現の亢進を報告した細胞外基質ラミニンおよび炎症性サイトカインIL-1αを中心に、骨再生を担う骨芽細胞に対するこれら分子の効果を検討した。IL-1αは骨芽細胞のインテグリンα3発現を亢進し、また、骨芽細胞のラミニンに対する細胞接着性を亢進させたという結果は、根尖病巣の治癒期に病巣部への骨芽細胞の誘導・定着を示唆するものである。根尖性歯周炎の病態は様々な視点から解明されてきたが,その治癒過程の分子メカニズムは未だ不明である。そこで,我々はラット根管治療モデルを用いて,根尖周囲組織の遺伝子動態を遺伝子マイクロアレイ法によって網羅的に解析し,炎症期のInterleukin(IL)-1βの発現上昇,および治癒期のIL-1α発現上昇という知見(Martinez et al, J Endod,2007)を基に,根尖性歯周炎病巣での治癒(骨再生)を制御し得るIL-1αおよびIL-1βの作用に着目してきた。今年度においては,根尖病巣の治癒過程における骨芽細胞の役割に焦点を絞り,IL-1α,-βのマウス骨芽細胞様細胞MC3T3-E1に対する影響を調べた。得られた結果を以下に示す。2.MC3T3-E1の細胞接着能がIL-1α刺激によって亢進する可能性を見出した(位相差顕微鏡にて確認)。3.Martinezらの報告の中で,根尖病巣治癒期にラミニンγ2遺伝子発現が著明に亢進するという結果が得られたことを勘案して,上記2項の接着能亢進メカニズムを検討した。すなわち,細胞をIL-1αで刺激した後のintegrin α3およびintegrin β1の発現動態をウエスタンブロット法で調べたところ,integrin α3の発現が亢進することが判明した。以上のことから,IL-1αによる骨芽細胞のintegrin α3発現の誘導がラミニン-インテグリン相互作用を導き,結果として骨組織再生が誘導されるメカニズムが示唆される。根尖性歯周炎によって生じる骨吸収は,インターロイキン1(IL-1)などが破骨細胞に作用して進行する。吸収窩表層の骨芽細胞は,増殖・定着した後,骨細胞へと分化し,次第に骨産生性が亢進するようになる。また細胞膜上の接着分子インテグリンは,細胞外基質と相互に作用した後,シグナルを細胞内に伝える機能を有する。一方,根尖性歯周炎の治癒過程に必須である骨添加機序において,骨芽細胞と細胞外基質との接着,相互作用が重要な役割を果たすものと予測されるが,詳細な機序は不明である。我々はラット根管治療モデルを用いて根尖性歯周炎の治癒期においてIL-1aの発現が亢進することを報告した(J.Endod., 2007)。そこで本研究では,根尖性歯周炎の治癒メカニズムの一端を解明することを目的に,骨芽細胞を標的細胞としIL-1aの骨芽細胞に対する生物学的作用を調べた。得られた結果は,以下のとおりである。骨芽細胞様細胞MC3T3-E1において,1.IL-1aは,細胞増殖活性を濃度依存的に亢進した(0-10ng/ml)。2.低濃度(0.1ng/ml)のIL-1aは,インテグリンa3の発現(mRNAおよびタンパク質レベル)を亢進した。3.低濃度(0.1ng/ml)のIL-1aは,ラミニンに対する細胞接着性を亢進した。4.IL-1aの前処理した際,ラミニン刺激によって細胞内シグナル伝達系の一つであるMAPK系のリン酸化を亢進した。根尖性歯周炎の治癒メカニズムを解明するために,根尖性歯周炎の治癒期を想定してIL-1aが骨芽細胞の細胞動態に与える影響を調べた結果,IL-1aは低濃度になると,マウス骨芽細胞様細胞MC3T3-E1のインテグリンa3発現を有意に亢進し,ラミニン基質との細胞接着性を増強する作用を有することが明らかになった。この新規所見は,IL-1aは骨吸収性サイトカインとして作用する一方,炎症消退に伴う組織中濃度の低下によって骨再生にも関与し得る可能性を示唆するものである。次年度は,IL-1aによるラミニン基質との細胞接着性の亢進の後,骨芽細胞の骨分化誘導能の変化を検討する予定である。根尖性歯周炎の病巣治癒過程に必須である骨添加機序において,骨芽細胞と細胞外基質との接着,相互作用が重要な役割を果たすものと予測されるが、詳細な機序は未だ不明である。

我々のグループは,根管治療の動物モデル(ラット)を作成し,根尖性歯周炎の治癒過程における分子病態を遺伝子マイクロアレイ法によって網羅的に解析し,根尖病巣治癒期においてIL-1αおよびラミニンγ2の発現が亢進する知見を報告した(Martinez et al., J Endod, 2007)。そこで本研究では,根尖性歯周炎の治癒メカニズムの一端を解明することを目的に,骨再生を担う主細胞である骨芽細胞を標的細胞とし,IL-1αおよびラミニンγ2の骨芽細胞に対する生物学的作用を調べた。マウス頭蓋骨由来の骨芽細胞様細胞MC3T3-E1を用いて,低濃度(0.1ng/ml)から高濃度(10ng/ml)のリコンビナントマウスIL-1αを作用させたところ,低濃度IL-1α刺激時にラミニンと特異的に結合する細胞接着因子の一つであるインテグリンα3の発現が亢進することをmRNAおよびタンパク質レベルで確認した。炎症状態を想定した高濃度IL-1α刺激では,インテグリンα3の発現が誘導されず,インテグリンβ1の発現には影響しなかった。また,低濃度IL-1α刺激によってインテグリンα3の発現を亢進させたMC3T3-E1を用いてラミニンに対する接着性を検討したところ,その接着性が対照コントロールであるフィプロネクチンと比較しても有意に亢進することを確認した。これらの結果は,根尖病巣治癒期における病巣部への骨芽細胞の誘導・定着を示唆するものであり,IL-1αおよびラミニンが根尖病巣治癒に関与する可能性を示唆するものと考えられる。
グリア産生因子からみたニューロン・グリア相関

グリオスタチンの分泌機構と遺伝子発現機構の解明(加藤、浅井)グリオスタチンの分泌機構:A431をはじめ数種の腫瘍細胞を用いて、LDHを生細胞の指標として生理的な分泌機構が存在するか否かを検討し、培養系では細胞傷害によりグリオスタチン細胞外に放出される結果であった。この結果は、脳損傷ににともないCNTF、FGF、GMFなどの神経栄養因子とともにアストロサイトから放出され、神経機構修復に機能していることがわかった。グリオスタチン遺伝子発現調節機構:A-キナーゼを介してグリオスタチンmRNAが著明に生合成誘導され、さらにC-キナーゼも一部関与することがわかった。しかしグリオスタチンDNA配列の上流(1.5Kbp)には反応性エレメントは今のところ見つかっていない。さらに興味あることに、グリオスタチン発現はサイトカインであるTNF-αやIL-6によっても著明な誘導がみられることもわかった。シナプス形式モデルでのグリオスタチン活性(浅井、加藤)予想どおり、皮質ニューロンと皮質アストロサイトの共培養系においては、グリオスタチン存在下で形態的には著明なシナプス形成促進が認められた。膜レセプターの同定とシグナル伝達機構(加藤)リガント標識法およびレセプター標識法を用いて現在も検討中である。グリオスタチンに関した一連の実験を進める過程で、グリオスタチンの発現が慢性関節リウマチの直接的な原因となることが、副次的にわかった。この点については現在本学整形外科学教室の全面的な協力のもとに、精神的な研究を進めている。交付申請書の研究計画に基いて、本年度は「グリオスタチンの分泌機構と遺伝子発現機構の解明」の重点をおき、まずa.グリオスタチンの分泌機構の研究では、グリオスタチンに対するモノクローナル抗体を用いて、別に調整したエンザイムイムノアッセイ系で各種ヒト培養細胞のグリオスタチン分泌能を観察したところ、数種の細胞がグリオスタチンを大量に細胞外に分泌していることが分かった。しかしLDH活性との相関を検討したところ、その多くは細胞死にともない培養液中に放出されることがわかった。ただヒト滑膜細胞は生理的にグリオスタチンを分泌する能力を備えていることがわかった。b.グリオスタチン遺伝子の発現調節機構の解明の研究では、クローニングされているヒトグリオスタチンcDNA配列をもとに、RT-PCR用にプライマーセットを用意し、ヒト培養細胞(A431、GOTO)内でのグリオスタチンmRNAを定量した。TPA、Bt2AMP、グルココルチコイドで刺激すると細胞内産生誘導がみられたが、ジェノミックDNA上流にはこれらに相当する反応エレメントはSP1部位以外は存在しなかった。また各種のサイトカイン(IL1、IL8、TNFα)で滑膜細胞を刺激するとグリオスタチンmRNAの発現は著しく増加した。さらにグリオスタチン自身で茂樹しても同様に著明な発現誘導が見られることより、グリオスタチン産生はオートクリンにより調節されていることがわかった。1.グリオスタチンの分泌機構と遺伝子発現機構の解明(加藤、浅井)a.グリオスタチンの分泌機構:A431をはじめ数種の腫瘍細胞を用いて、LDHを生細胞の指標として生理的な分泌機構が存在するか否かを検討し、培養系では細胞障害によりグリオスタチンが細胞外に放出される結果であった。この結果は、脳損傷ににともないCNTF、FGF、GMFなどの神経栄養因子とともにアストロサイトから放出され、神経機能修復に機能していることがわかった。b.グリオスタチン遺伝子発現調節機構:A-キナーゼを介してグリオスタチンmRNAが著明に生合成誘導され、さらにC-キナーゼも一部関与することがわかった。

2.シナプス形成モデルでのグリオスタチン活性(浅井、加藤)予想のとおり、皮質ニューロンと皮質アストロサイトの共培養系においては、グリオスタチン存在下で形態的には著名なシナプス形成促進が認められた。3.膜レセプターの同定とシグナル伝達機構(加藤)リガンド標識法およびレセプター標識法を用いて現在も検討中である。4.グリオスタチンに関した一連の実験を進める課程で、グリオスタチンの発現が慢性関節リウマチの直接的な原因となることが、副次的にわかった。この点については現在本学整形外科学教室の全面的な協力のもとに、精力的な研究を進めている。
超高Q値微小球による輻射・光パルス伝搬の制御

昨年度の研究では、テーパーファイバー・微小球系の透過光強度スペクトルと分散(群遅延)を果験的に測定し、ナノ秒オーダーの遅延時間で速い光・遅い光が単一の微小球において現れることを実験的に示し、この系の分散が方向性結合理論によって説明できることを明らかにした。本年度の研究では、昨年度の基礎的な研究成果を踏まえ、微小球系の機能化・高度化をめざして研究を行った。特に複数微小球による新たな分散の実現と微小球による光増幅の実現を主にした研究を行った。複数微小球における研究においては、単一微小球・テーパーファイバー系の微小球にもう一つ別の微小球を近づけ、この二重球系の透過スペクトルと分散を実験的に測定した。単一球系においては共鳴周波数で透過光強度スペクトルにディップが現れるが、二重球系においては二つの球の共鳴周波数が一致したとき、太い線幅の共鳴ディップの中に狭い線幅の透過光強度が強くなる透過窓が現れ電磁誘導透明化(EIT)型の透過スペクトルを示す事を実験的に示した。また、この透過窓においては、入射したパルスが顕著な減衰・増幅・変形を受けずに遅い光が出現すること実験的に示した。微小球光増幅器の研究においては、微小球の中に希土類のネオジウム(Nd^<3+>)をドープして1064nmの信号光を増幅する研究を行った。783nmのNd^<3+>を励起するためのレーザー光と信号の1064nmのレーザー光を重ね合わせてテーパーファイバーに入射し、このテーパーファイバーにNd^<3+>ドープ微小球を近づけて励起と増幅を調べる実験をした。この実験結果、励起光強度を上げてゆくに従って信号光の共鳴ディップが浅くなって行き、逆に共鳴ピークが現れることが分かった。今回の研究においては入射光強度の2.5倍まで増幅した光信号を得た。誘電体微小球は非常に高いQ値を有し、体積が小さいため新たな光デバイスの候補として注目されている。本研究課題では、超高Q値を有するマイクロメーター寸法の誘電体微小球における光パルスの伝搬現象の基礎物理を明らかにした。直径を1μm程度まで細めたテーパーファイバーにマイクロメーター寸法を有する誘電体微小球を近づけるとファイバーを伝搬する光が微小球にカップリングする。誘電体微小球はWhispering Gallery Mode(WGM)と呼ばれる非常に鋭い共鳴モードを有しており、共鳴周波数で球にカップリングした光は、このWGMを循環し、その循環した光の一部がファイバーに戻されることになる。この共鳴時に、この系の出力は急激な強度変化・位相変化を示す。本研究においては、球の共鳴時における強度変化、共鳴におけるパルス伝搬時間、をテーパーファイバーと球の光カップリング強度を変えて測定し、その実験結果を方向性結合理論により明らかにした。その結果、この系は二つの簡単なパラメーター、ロスパラメーター(x)とカップリングパラメーター(y)で系の振る舞いが決まることが分かった。特に、ロスがカップリングに比べて小さいアンダーカップリング領域(x>y)においては異常分散を、また逆に、ロスがカップリングに比べて大きいオーバーカップリング(x<y)の領域においては正常分散を示し、それぞれの領域における光パルスの伝搬が速い光、遅い光を示すことを明らかにした。さらに、この二つのカップリングの境界であるx=yのクリティカルカップリングにおけるパルス伝搬も明らかにし、この条件においてはパルスが2つに割れることを明らかにした。