hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
融体凝固制御法による高Tc超伝導線材の研究

本研究では,酸化物超伝導体を半溶融あるいは融点直下の温度域で加工することにより線材の作製を行い,組織を制御して,緻密で高度に配向した組織を得るための条件を確立し,J_cの改善を試みることを目的としている。本年度は,Bi系の2212相を用いて,融点直下から溶融状態の温度である1143Kー1203Kでプレス加工を行い,組織と特性を明らかにし,配向組織を有する線材を得るための条件を調べた。プレスした試料は2212相と微細なSrーCaーCuーOおよびCuO相からなり,これらの第2相はプレス温度の上昇に伴い減少するが,プレス温度が1203Kになると溶融・凝固に伴う粗大なSrーCaーCuーO粒子が析出した。また,プレス面はどの温度でプレスした場合にもC軸配向した組織が得られ,その配向は0.95以上であった。しかしながら,走査電顕観察からは.1143Kでは表面のみ配向した組織を示し,内部では乱れた組織となっていた。一方,1173K以上では,表面および内部ともに配向した組織が得られることが分った。プレス材の密度は.プレス前では3.92Mg/m^3であるが,1143Kでのプレスにより6.20Mg/m^3に増加し,さらにプレス温度が上昇すると若干増加し,理論密度の98%が得られ,非常に緻密な組織を示した。零抵抗温度は,1143Kでは72Kであるが,プレス温度の上昇に伴い増大し,1173Kで85Kの最大値を示した後,さらにプレス温度が上昇すると減少した。70KでのJ_cは,零抵抗温度と同様な傾向を示し,1173Kで900Alcm^2の最も高い値が得られた。これは,1173Kでプレスした試料では.非常に緻密な組織を示すとともに,表面および内部とも配向し,第2相が最も少ないことり起因していると考えら,半溶融温度域での加工が組織と超伝導特性を改善するのに有効であることが分った。
磁気界面フラクタルにおけるスピン揺らぎの制御とその定量的評価

人工格子における巨大磁気抵抗効果(GMR)では,界面の乱れがその発現機構に本質的な役割を果たしていることが知られている.しかし,"界面の乱れ"がなにを表しているかについては,あいまいなまま使われることも少なくない.本研究では,(1)この"界面の乱れを"フラクタルで記述される界面であると明確に定義し,そのフラクタル界面における原子配置の乱れによって誘起される磁気的な界面の乱れ,すなわち,磁気フラクタルの作り出すスピン揺らぎが,巨大磁気抵抗効果に与える影響を明らかにすること,(2)そのために必要となる,中性子非鏡面反射を用いた磁気フラクタルの定量的な評価方法を確立することのふたつを大きな目的とし,研究を推進した.最初に非常に小さな中性子非鏡面反射の測定を可能にするために,高エネルギー加速器研究機構に設置されている偏極中性子反射率計,PORE,に偏極集光デバイスを新規に導入した.その結果,入射中性子強度の増強を波長入射偏極中性子強度を特に超波長側で2倍以上にすることが可能になった.磁気フラクタルの研究対象としては,GMR効果が最初に発見されたFe/Cr人工格子に熱処理を加えて,界面の乱れの状態を変化させた試料を中心に展開した.この試料に対して,偏極中性子反射率計,中性子小角散乱装置,放射光実験施設のX線分光器と,それぞれの特徴を活かした様々な測定を行った結果,これまでに,この人工格子で観測される巨大磁気抵抗効果を支配する界面での伝導電子のスピン依存散乱が,原子配置の乱れよりも,それに誘起された磁気的な乱れによって特徴づけられることを明らかにすることができた.人工格子における巨大磁気抵抗効果(GMR)では,界面の乱れがその発現機構に本質的な役割を果たしていることが知られている.しかし,"界面の乱れ"がなにを表しているかについては,あいまいなまま使われることも少なくない.本研究では,(1)この"界面の乱れを"フラクタルで記述される界面であると明確に定義し,そのフラクタル界面における原子配置の乱れによって誘起される磁気的な界面の乱れ,すなわち,磁気フラクタルの作り出すスピン揺らぎが,巨大磁気抵抗効果に与える影響を明らかにすること,(2)そのために必要となる,中性子非鏡面反射を用いた磁気フラクタルの定量的な評価方法を確立することのふたつを大きな目的とし,研究を推進した.最初に非常に小さな中性子非鏡面反射の測定を可能にするために,高エネルギー加速器研究機構に設置されている偏極中性子反射率計,PORE,に偏極集光デバイスを新規に導入した.その結果,入射中性子強度の増強を波長入射偏極中性子強度を特に超波長側で2倍以上にすることが可能になった.磁気フラクタルの研究対象としては,GMR効果が最初に発見されたFe/Cr人工格子に熱処理を加えて,界面の乱れの状態を変化させた試料を中心に展開した.この試料に対して,偏極中性子反射率計,中性子小角散乱装置,放射光実験施設のX線分光器と,それぞれの特徴を活かした様々な測定を行った結果,これまでに,この人工格子で観測される巨大磁気抵抗効果を支配する界面での伝導電子のスピン依存散乱が,原子配置の乱れよりも,それに誘起された磁気的な乱れによって特徴づけられることを明らかにすることができた.本年度は,熱処理によって界面の乱れを系統的に変化させたFe/Cr人工格子の巨大磁気抵抗効果と磁気的な界面の乱れに関する情報を含む,中性子非鏡面反射の実験を,日本原子力研究所のJRR-3Mに設置されている3軸型中性子分光器HERをつかって行った.試料はMBEで作成された50mm x 40mmのエピタキシャル膜を10mm x 10mmの大きさに切り出し,それぞれに異なる熱処理を行った(as-grown,623 K 1時間,723 K 1時間と7時間).この熱処理によって試料の磁気抵抗変化率,(R(H=0)-R(H>>1))/R(H>>1),は11.5,9.8,7.0,0.9%と減少した.Fe/Cr人工格子では,強磁性のFe層が非磁性であるCr層をはさんで反強磁性結合しており,Fe/Crのbilayer構造が作るBraggピークの他に,Fe層が反強磁性結合していることによるBraggピークが,通常の膜面に垂直なθ-2θスキャンで観測される.非鏡面反射プロファイルの測定はこれらのBraggピークを横切る,いわゆるTransverse Scanによって行われる.これら4つの試料の測定を行ったところ,反強磁性ピークでの非鏡面反射プロファイルは,熱処理によって大きく変化するが,Fe/Cr bilayerのピークでのプロファイルは,ほとんど変化しないことがわかった.前者は,磁気的な起源をもつ界面の乱れを,後者は,主に界面での原子配置の乱れを表していると考えられるから,この結果は,巨大磁気抵抗効果の起源である界面での伝導電子のスピン依存散乱が,原子配置の乱れよりも,それから発生する磁気的な乱れによって支配されることを強く示唆している.このような測定はこれまでに行われたことがなく,本研究によって巨大磁気抵抗効果の起源に迫る新しい知見を得ることができた.昨年度から今年度の前半にかけて,中性子分光器,偏極中性子反射率計,放射光実験施設のX線分光器を使い,それぞれの特徴を活かすことによって,熱処理によって界面の乱れを系統的に変化させたFe/Cr人工格子の非鏡面反射プロファイルを,様々な側面から調べてきた.

その結果,この人工格子では界面で原子配置が乱れることによって,界面に磁気的な乱れが誘起され,それらを定量的に評価するとともに,界面での伝導電子のスピン依存散乱が,原子配置の乱れよりも,それから発生する磁気釣な乱れによって支配されをことを明らかにすることができた.しかし,定量的な解析をする際に使った,表面・界面のフラクタルモデルは,磁性薄膜や人工格子の表面や界面に存在する磁気的な乱れを想定していないため,この手法を単純に磁気的な乱れに適応した場合,乱れのrmsや,面内方向の凹凸の度合い,また,面内方向の広がりを現す数値が実際にでてくるが,それらが実空間で具体的にどのような磁気的な乱れ(大きさの乱れなのか,方向の乱れなのかなど)を現しているかは明白でなかった.今年度はその点を明らかにするために,日本原子力研究所,JRRー3Mに設置されている中性子小角散乱装置,SANS-J2を使って,面内の磁区構造のサイズが非鏡面反射プロファイルに与える影響を調べるための測定を行った.面内の磁区構造にともなう磁壁も伝導電子のスピン依存散乱に影響を与えているはずで,この測定により,非鏡面反射に含まれるであろうそれら磁区構造からのシグナルを分離することができ,解析の見通しが非常に良くなった.最後に,本研究によって昨年度末にKEKのPORE反射率計に導入した,偏極中性子集光デバイスの設置とテストが完了し,8オングストローム以上の長波長での強度が少なくとも10倍以上になっていることを確認したことを報告したい.昨年度に引き続き偏極中性子反射率計,中性子小角散乱装置,放射光実験施設のX線分光器と,それぞれの特徴を活かすことによって,熱処理によって界面の乱れを系統的に変化させたFe/Cr人工格子の非鏡面反射プロファイルを中心として研究を進めてきた.その結果,これまでに,この人工格子で観測される巨大磁気抵抗効果を支配する界面での伝導電子のスピン依存散乱が,原子配置の乱れよりも,それに誘起された磁気的な乱れによって特徴づけられることを明らかにすることができた.今年度は,この研究をさらに発展させるために,日英中性子散乱協力事業による世界で最高の中性子強度を持つ英国RAL研究所・ISIS中性子研究施設の偏極中性子反射率計CRISPに課題申請を行い,4日間の実験が認められた.この実験の目的は,偏極中性子が試料で反射する際にスピンの方向が維持されるか反転するかを調べることで,この測定により界面の磁気的な乱れの面内での分布を知ることができる.また,実験そのものも2次元位置敏感検出器とスピンアナライザーを組みあわせた,非常にユニークなものである.そのため,実験装置の設定に時間が必要で,十分な測定時間が取れなかったものの,以下に示すような非常に興味深い結果を得ることができた.測定に使った試料では,界面の磁気的な乱れを示す明瞭な非鏡面反射が観測されるが,この非鏡面反射では,そのほとんどが反射の際に偏極中性子のスピンが反転する成分であり,このことは界面の乱れの成分が,面内で中性子スピンの方向を維持するために加えたわずかな磁場と垂直な方向に向いていることを現している.このような界面の磁気的な乱れの2次元的な分布が得られたのはこの系に限らず,これが最初である.しかし,巨大磁気抵抗効果との定量的な相関を明らかにするためには,さらなる測定が必要であり,今後ともこの研究を継続し,最終的な結論を得る予定である.
重度知的障がいを伴う全盲児が側面と平面を使って空間認知を養うワンタップ教材の開発

本研究では、知的障がいのある先天盲の児童が、高低や奥行の位置関係を学ぶことができる教材の開発とその有効性について検討した。対象児の理解を促すために、高低や奥行を「上・下」という言葉に置き換えた。そして、側面(壁面)と平面(机上面)における「上・下」の触る位置を確認させ、繰り返し学習を行った。具体的な手順は、以下のとおりである。1パワーポイントと電子黒板機能付きプロジェクターを2台準備した。22枚のコルクボード(縦90cm×横120cm)に碁盤の目状の枠を作成し、壁面と机上面に設置した。3対象児が教師の指示に基づいてコルクボード内の枠をタッチすると音が鳴り、正解か否かを知ることができるようにした。この教材をワンタップ教材と命名し、子どもの実態に応じた教材のカスタマイズを行い、その有効性について検討した。その結果、対象児は、壁面や机上面に設置したコルクボードの端を手がかりにすることで、それぞれの面の「上・下」の触る位置を理解することができた。この取組を行うなかで、対象児は、校舎の下駄箱から迷わずに自分の靴を取ることができるようになったり、点字用紙を触って読み取る時に起点を迷うことなくみつけ出したりすることができるようになった。方向や位置を伝える際に、日本語の表現は同じでも面によって触る位置は異なる。対象児は先天盲で見た経験がないため、空間を認知することは難しいことであったが、繰り返し自分で触って確かめるワンタップ教材を用いながら、教師が言葉がけをすることで、対象児のイメージの形成につなげることができた。ICT夢コンテスト2015にて、日本教育情報化振興会奨励賞を受賞した。
Ｅｘｃｈａｎｇｅ　Ｆｏｒ　ＩＴ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｊａｐａｎ

2012年に、CS2013のガイドライン、CSEE&T、およびISERN会議での活動に従事していました。これは、2013年から2014年まで続きました。主な結果として、教育学とソフトウェア工学に関する情報を収集し整理するためのウェブサイトの開発をしました。私はまた、この期間中にCSEE&Tのための運営委員会の議長に選出されました。また、ISERNの共同プログラム委員長にも選出されました。今年は、研究計画の基礎を築きました。今年、教育の方法およびIT教育に関する学術的な文献を研究し始めました。さらに、コンピュータ・サイエンス2013年学習指導要領の検閲に深く関わりました。さらに、プロトタイプ・ウェブサイトの立ち上げを始めました。2012年4月に、南京、中国でCSEE&T (ソフトウェア工学教育およびトレーニング国際会議)に関する会議の運営委員長に選ばれ、出席しました。そこで、草案のコンピュータ・サイエンス2013年学習指導要領に関するワークショップ、およびソフトウェア工学教育とトレーニング用の将来研究指示を見るパネル・セッションを導きました。6月にスイスのチューリッヒにおいて、ソフトウエア工学教育トラックに関する多くのセッションが行なわれたソフトウェア工学(ICSE)に関する国際会議に出席しました。9月に、ルンド、スウェーデンでインターナショナルのソフトウェア工学リサーチ・ネットワーク会に出席しました。そこで、私たちは、経験的なソフトウェア工学の未解決の問題を検討し、共同作業を促進する方法を検討し、推奨可能な核心的図書目録について話し合いました。そして更に、9月に、北京(ISCAS)において、中国における彼らの研究と教育プログラムについて議論をし、私は、研究と教育へのデジタル革命の影響に関するプレゼンテーションをしました。プロトタイプ・ウェブサイトは、容易に速くドキュメント、リンクおよび要約のような材料を加えるために、サイトが能力を必要とすることを実証しました。さらに、これらは、よい構成および材料へのアクセスを提供するに違いありません。現在、グーグルサイトのウェブサイトは、そのような能力を提供しているように見えますし、このグーグル検索機能はとてもよく知られています。教育学当初の予定通り、研究の次の過程の基礎を築くことができました。会議に出席します。ウェブサイトを組織します。系統的な文献レビューを行ないます。当初の計画通りに執行した結果、未使用額が生じました。計画案からの変更はなく、未使用額を含めて、多くを海外への出張費や学会参加費に使用します。
繊毛虫ブレファリズマにおける接合の分子機構

1.ブレファリズマの接合誘導物質ガモン1(ブレファルモン)の構造繊毛虫Blepharisma japonicumには接合型細胞I, IIが存在し、貧栄養状態になるとそれぞれの細胞が接合誘導物質ガモン1,2を放出し相補的細胞に作用することで、I型とII型細胞が接合し有性生殖過程に入る。接合型細胞Iが放出するガモン1(ブレファルモン)は糖タンパクであり272のアミノ酸からなる全アミノ酸配列を決定した。分子量が30kDaに変更になったことから、各種レクチンへの親和性の結果と糖鎖の生合成を考慮し、N-アセチルグルコサミン4、マンノース3からなるアスパラギンN-結合型糖鎖構造(GlcNAcβ1->2Manα1->3), (GlcNAcβ1->2Manα1->6)Manβ1->4GlcNAc-β1->4GlcNAcβ1->Asnを新しく推定している。ガモン1のアミノ酸配列から糖鎖の結合位置は4カ所まで可能であるが、糖鎖の質量比は分子量の5%と定量されていることを考慮すると、ガモン1には、この糖鎖構造が1つ結合していることになる。糖鎖の数と結合位置を確定するべく、MSスペクトルの解析及び推定糖鎖の合成を検討した。糖鎖合成に必要な単糖および二糖の合成を完了し、収斂的合成法で目的の七糖に導くことを検討した。2.ブレファリズマの接合誘導物質ガモン2(ブレファリズモン)の受容体探索繊毛虫Blepharisma japonicumの接合型細胞IIが分泌するガモン2の受容体を見いだすことを目的に光親和性標識体を分子設計しその合成を検討した。今回予備実験として、すでに開発した効率的なブレファリズモン合成法を基盤に、光親和性標識体のモデル化合物N-ベンゾイルブレファリズモンを新たに合成し、接合型細胞Iを用いその生物活性を検討した。予期したとおり接合誘導活性は全く認められなかったが、接合誘導阻害活性を確認した。繊毛虫の接合に関わる研究は,繊毛虫の接合機構を化学的,生物学的に明らかにするのを直接の目的としているが,同時にいくつかの未解明な生物学上の問題を明らかにしようとするもので,ブレファリズマの接合について次の5つの視点から研究を行っている。1.細胞の化学的シグナル受容機構の研究;2.細胞間結合の形成機構の研究;3.減数分裂開始機構の研究;4.生殖質から体質(soma)が分化する機構の研究;5.細胞分化機構の研究ブレファリズモン受容体探索プローブの合成研究我々は,リンゴ酸を利用しStille反応を鍵反応とする,光学活性ブレファリズモンの実用的な新規合成法を完成している。この合成中間体を利用して,ブレファリズモン受容体探索プローブとしての光親和標識体の合成について検討した。ブレファルモンの構造研究ブレファルモンは,3個のグルコサミンと3個のマンノースの糖組成を持つ糖タンパク質であることが明らかになっている。この組成から,糖鎖はアスパラギンN-結合型と想定し,レクチンクロマトグラフィによる親和性を検討した。

その結果,コンカナバリンA(Con A)にのみ親和性があること,およびN-結合型糖鎖の生合成過程を考慮し,糖鎖構造は(GlcNAcβ1->2Man α1->3),(Man α1->6)Man β1->4GlcNAcβ1->4GlcNAcβ1->Asnと推定した。現在,ブレファルモンのアミノ酸配列について検討している.接合におけるカルシウムイオンの必要性ブレファリズモンはヒドロキシカルボン酸のカルシウム塩として単離されている。接合におけるカルシウムイオンの必要性を検討した結果,カルシウムイオンのない条件下では4分の1の接合活性にとどまった。繊毛虫Blepharisma japonicumには接合型細胞I,IIが存在し、貧栄養状態になるとそれぞれの細胞が接合誘導物質ガモン1,2を放出し、相補的細胞に作用することでI型とII型細胞が接合し有性生殖過程に入る。接合型細胞Iが放出するガモン1(ブレファルモン)は糖タンパク質であることが分かっていたが、その詳細な構造に関しては未解明であった。今回新たにガモン1を単離し、その全アミノ酸配列を決定した。すなわち、接合型I細胞を飢餓状態にしてガモン1を培地に放出させて得たCFF(Cell-free fluid)から、コンカナバリンAへの親和性クロマトグラフィー、ついでnative-PAGE電気泳動を利用する新しい単離法を考案しガモン1を精製した。SDS-PAGE電気泳動で30kDaに相当するバンドに強い接合誘導活性がみられ、その活性分画を酵素処理して得たペプチド断片から部分アミノ酸配列を決定した。接合型I細胞を合成で得たガモン2(ブレファリズモン)で刺激した後、その細胞からmRNAを単離し、部分アミノ酸配列の情報をもとにRACE法を用いてガモン1のcDNAクローニングを行った。そのcDNA塩基配列からガモン1の全アミノ酸配列が決定でき、分子量が30kDaであることが明らかになった。以前、ガモン1の分子量はゲルクロマトグラフィーから20kDaと推定されたが、その時の電気泳動実験からは30kDaの分子量が示唆されていたこと、および今回決定されたアミノ酸配列のアミノ酸組成が以前に推定されたアミノ酸組成のちょうど1.5倍と一致することから、共に同じガモン1であると結論づけた。以前、糖組成はグルコサミン3、マンノース3と考えられていて、当初、糖鎖構造を(GlcNAc β1->2Man α1->3),(Manα1->6)Man β1->4GlcNAc β1->4GlcNAc β1->Asnと推定していたが、分子量を30kDaに変更したことから、各種レクチンへの親和性の結果と糖鎖の生合成を考慮し、N-アセチルグルコサミン4、マンノース3からなるアスパラギン結合型糖鎖構造(GlcNAc β1->2Man α1->3),(GlcNAc β1->2Man α1->6)Manβ1->4GlcNAc β1->4GlcNAc β1->Asnを新しく推定するに至った。ガモン1のアミノ酸配列から糖鎖の結合位置は4カ所まで可能であるが、糖鎖の質量比は分子量の5%であると定量されいることを考慮すると、ガモン1には、この糖鎖が1つ結合していることになる。1.ブレファリズマの接合誘導物質ガモン1(プレファルモン)のアミノ酸配列繊毛虫Blepharisma japonicumには接合型細胞I, IIが存在し、貧栄養状態になるとそれぞれの細胞が接合誘導物質ガモン1,2を放出し相補的細胞に作用することで、I型とII型細胞が接合し有性生殖過程に入る。接合型細胞Iが放出するガモン1(ブレファルモン)は糖タンパクであることが分かっていたが、その詳細な構造に関しては未解明であった。新たにガモン1を単離し、272のアミノ酸からなる全アミノ酸配列を研究分担者春本らが決定した。
量子スピン揺らぎと次元クロスオーバー

最近反強磁性スピン揺らぎに関わるスピンの量子効果やスピンの配位空間次元・対称性に大きな進歩があり、次々に新事実が提出されている。このような効果は従来は殆ど理論家が取り扱えるモデルとして取り扱って来た基本的な問題であらたのが、最近は物質開発や実験技術の進歩によって単なる理論家だけの問題では無くなってきた。特に我が国はこの方面での長年に亘る努力が実って、今や世界を先導する地位を誇っている。最近目立つのがこの分野での若手研究者の活躍であるが、未だ国際交流の経験が乏しいので、この国際学術で2つの目標を掲げ、ほぼその目的通りの成果を出すことが出来た。一つはこの間に開催された2つの中性子散乱の大きな国際会議に協調して、この共同研究の発表の場を兼ねて、多くの国内の若手研究者を集めてワークショップを開き、彼らの発表及び議論の場を提供した。これらのワークショップに自費で参加する外国人参加者も、日本人若手研究者の発表の質の高さを絶賛していたので、大きな成果を出したと言える。この間に米国と日本の原子炉が運転を停止したので最初の目標を達するための大きな障害となった。特に米国側のHFBR(ブルックヘブン)は長期の運転停止を余儀なくされたが幸いドイツのHMI(べルリン)及び米国のNIST(メリーランド)の原子炉を利用しその穴埋めが出来た。特に前者では2次元系のハイゼンベルグ反強磁性体の量子効果の実験を、後者ではドーブした銅酸化物のスピングラス状態の研究が進んで新しい成果を出した。平成9年8月、カナダのトロント市において、本国際学術研究(共同研究)とUS-Japan中性子散乱協力研究プロジェクト(文部省)との共催で“Quantum Effect and dimensional Cross Oover in Spin Fluctuations"という題でseminarを行った。参加者は共同研究者の他に特に若い研究者を数名日本、ドイツ、カナダから招待して実りある研究が開くことが出来た。この時、討議の最大の関心は量子臨界点の存在が実験的に確認されているか、また最近、主として我が国の研究者が発見した“Spin Peierls"系のスピンダイナミックスや、低次元(1,2次元)系のスピンダイナミックスに見られる量子効果などであった。最も印象深かったのは、我が国から出席した若い学生、特に大学院生の積極的な討論参加があり、我が国のこの分野での研究のレベルの高さと若手研究者の実力がここまで上がったかなどに感銘を受けた次第である。この様な機会を学生に与えることが出来るようになったことも感謝している。現在アメリカの中性子散乱研究センターである、ブルックヘブン国立研究所の原子炉が停止した状態にあるので、ドイツのハーンマイトナー研究所の中性子散乱施設に、加倉井教授(東大物性研究所)中島健次助手(東大物性研究所)を派遣して、ハーンマイトナー研究所のSteiner教授の研究グループと協力して2次元量子反強磁性体のスピンダイナミックスの実験を行い、予期した成果を出すことが出来たが、これらの研究は来年度も続けて学会報告が出来るまでの成果を纒めたい。このような効果は従来は殆ど理論家が取り扱えるモデルとして取り扱って来た基本的な問題であったのが、最近は物質開発や実験技術の進歩によって単なる理論家だけの問題では無くなってきた。

これらのワークショップに自費で参加する外国人参加者も、日本人若手研究者の発表の質の高さを絶賛していたので、大きな成果を出したと言える。この間に米国と日本の原子炉が運転を停止したので最初の目標を達するための大きな障害となった。特に米国側のHFBR(ブルックヘブン)は長期の運転停止を余儀なくされたが幸いドイツのHMI(ベルリン)及び米国のNIST(メリーランド)の原子炉を利用しその穴埋めが出来た。特に前者では2次元系のハイゼンベルグ反強磁性体の量子効果の実験を、後者ではドープした銅酸化物のスピングラス状態の研究が進んで新しい成果を出した。
Fーアクチンの浸透圧に対する弾性応答を基礎にした、細胞の体積調節機構の研究

本研究では、細胞質にみられるFーアクチンのゲル状構造に着目し、その構造をin vitroで再構成し、そのオスモティックな性質を明らかにすることにより、細胞が示す体積調節機構を明らかにする上で以下の成果を得た。1.半透膜を隔てて外液と接し、上端にキャピラリ-をもつオスモメ-タ-を「モデル細胞」として用いるシステムを開発した。このシステムでは、キャピラリ-内の気液界面の高さの変化を測定し、その体積変化を定量的に求めることができ、体積調節機構に関与する因子を同定することが可能となった。2.「モデル細胞」内のFーアクチンが、外部と内部の浸透圧の不均衡(オスモティック・ストレス)から生じる水の流れ(容積流)を部分的に抑制し、更にFーアクチン濃度が3mg/ml以上になると、20cm・H20以下のオスモティック・ストレスのもとでは、全く観測されなくなった。この濃度は、個々のFーアクチンが自由に動けなくなり、一種のゲル状態を形成する濃度とほぼ、一致する。しかし、オスモティック・ストレスが20cm・H_2O以上になると、急激な容積流が一時的に観測された後、定常的な容積流が観測された。これは、ゲル状態の崩壊に伴うものと考えられる。3.細胞質にみられるFーアクチンの等方ゲル構造を、Fーアクチンをactinーbinding protein(ABP)で架橋することにより再構成した。このようなアクチンゲルでは、65cm・H_2Oのオスモティック・ストレスを加えても容積流は全く観測されず、「モデル細胞」はその体積を一定に保ったままであった。4.上記アクチンゲルを、μMのカルシウムの存在下でゲルゾリンによってアクチンフィラメントを切断し、ゾル化するとオスモティック・ストレスに伴う水の流れが再び生じるようになった。細胞膜直下の細胞皮質にあるFーアクチンは、actinーbinding protein(ABP)によって、架橋されることにより等方的なゲル構造を取っている。また、μM濃度のカルシウムイオンが存在すると、ゲルゾリンがアクチンフィラメントを切断する結果、ゲル構造が壊れ、ゾル状態に転移する(ゲル・ゾル変換)。このような構造及び構造変化が細胞運動及び細胞の体積調節に果たす役割を明らかにする目的で、in vitroの再構成系を用いて今年度は以下の研究を行った。1.子宮(uterus)より、抽出・精製したABP、豚血清より抽出・精製したゲルゾリン及び兎骨格筋より抽出・精製したアクチンを用いて、細胞皮質にみられるアクチンゲルを再構成し、オスモメ-タ-を用いた「モデル細胞」系を用いて、そのゲルのオスモティック・ストレスによって引き起こされるFーアクチンの体積変化を測定し、以下の結果を得た。(1)Fーアクチンのある濃度以上(3mg/ml)では、オスモティック・ストレスによる溶液の体積変化が見られなくなる。(2)ABPは体積変化を起こさなくなるFーアクチンの濃度を減ずる(0.5mg/ml)とともに、再び体積変化を引き起こすようになるオスモティック・ストレスの閾値強度を著しく増大させる。(3)上記のABPの効果は、ABPによりFーアクチンのゲル形成と密接な関係がある。(4)μM濃度のカルシウムによって活性化されたゲルゾリンにより、アクチンフィラメントを切断すると上記のABPの効果は一部消失する。今年度の研究では、前年度に引き続き細胞内のアクチンフィラメント(Fーアクチン)からなる細胞骨格が、細胞の体積調節機構に果たす役割をin vitroで明らかにすることを目的とし、以下の成果を得た。1.半透膜を隔てて、外液と接し、上端にキャピラリ-をもつオスモメ-タ-を「モデル細胞」として用いるシステムを開発した。

このシステムでは、キャピラリ-内の気液界面の高さの変化を測定し、その体積変化を定量的に求めることができ、体積調節機構に関与する因子を同定することが可能になった。2.「モデル細胞」内のFーアクチンが、外部と内部との浸透圧の不均衡(オスモティックストレス)から生じる水の流れを部分的に抑制し、さらにFーアクチン濃度が3mg/ml以上になると水の流れは全く観測されなかった。3.FーアクチンをActinーBinding Protein(ABP)により架橋することにより、細胞質内にみられるようなFーアクチンの数10mOsm等方的ゲル構造を再構成した。このようなFーアクチンのゲルでは、全くオスモティックスによる水の流れは観測されず、「モデル細胞」はその体積を一定に保った。4.上記アクチンゲルをゲルゾリンによって、ゾル化されるとオスモティックストレスに伴う水の流れが再び生じるようになった。以上の結果は、細胞質にみられる、Fーアクチンの等方的ゲル構造が細胞外の浸透圧の数10mOsmの変化に対して、その体積を一定に保つのに重要な役割を果たしていることを示し、その水の流れがゲルゾリンを通じて、μMのカルシウムによって、調節されていることを示す。
ナノヘテロ構造高分子擬固体中における高速分子拡散と電荷伝搬の研究

二重らせんからなるナノヘテロ構造多糖類ネットワークを持つ含水擬固体を,高周波加熱を利用して多糖類水溶液を作製してから冷却し,固体化して作製した.この時,内部に種種のレドックス活性分子を共存させ,中に電極(作用電極,参照電極,対極)を挿入してから固体化した.このような固体中で電気化学測定を初めて可能にした.サイクリックボルタモグラム(CV),および交流インピーダンススペクトロメトリー法により,固体の電導性,電気化学的反応性,分子拡散係数などを算出し,解析を進めた.電気化学的反応や分子拡散は高分子の濃度やレドックス種の構造により異なることが分かったので,レドックス種を介する電荷伝播の機構と関連付けながら解析した.高分子材料としては,アガロース,カラジーナン,寒天などの材料を用いた.色々な電解質によるイオン伝導を測定した.レドックス分子としては,増感剤となりうる分子(Ru(bpy)_3^<2+>)や触媒分子機能を持つ色々な金属錯体(シアノ錯体,アンミン錯体,プルシアンブルーなどのシアノ金属多核錯体等),メチルビオロゲンの分子拡散などの他,色々な多糖類擬固体中における電解質による伝導性やイオン拡散の基礎的データを蓄積した.小さいイオンによる伝導性や分子拡散は,水溶液中と同じに起こることを明らかにした.交流インピーダンススペクトロメトリー法により,電極での電荷移動抵抗や電気二重層容量は水溶液中より大きいが,多糖類濃度が高いほど電荷移動抵抗が減少するという興味ある事実を明らかにし,議論した.これらを応用し,湿度の光センサを創製した.また,色素増感太陽電池への応用も行ない,有機媒体液体を多糖類により固体化した系で,有機媒体液体系と同等な変換効率を得ることができた.二重らせんからなるナノヘテロ構造多糖類ネットワークを持つ含水擬固体を,高周波加熱を利用して多糖類水溶液を作製してから冷却し,固体化して作製した.この時,内部に種種のレドックス活性分子を共存させ,中に電極(作用電極,参照電極,対極)を挿入してから固体化した.このような固体中で電気化学測定を初めて可能にした.サイクリックボルタモグラム(CV),および交流インピーダンススペクトロメトリー法により,固体の電導性,電気化学的反応性,分子拡散係数などを算出し,解析を進めた.電気化学的反応や分子拡散は高分子の濃度やレドックス種の構造により異なることが分かったので,レドックス種を介する電荷伝播の機構と関連付けながら解析した.高分子材料としては,アガロース,カラジーナン,寒天などの材料を用いた.色々な電解質によるイオン伝導を測定した.レドックス分子としては,増感剤となりうる分子(Ru(bpy)_3^<2+>)や触媒分子機能を持つ色々な金属錯体(シアノ錯体,アンミン錯体,プルシアンブルーなどのシアノ金属多核錯体等),メチルビオロゲンの分子拡散などの他,色々な多糖類擬固体中における電解質による伝導性やイオン拡散の基礎的データを蓄積した.小さいイオンによる伝導性や分子拡散は,水溶液中と同じに起こることを明らかにした.交流インピーダンススペクトロメトリー法により,電極での電荷移動抵抗や電気二重層容量は水溶液中より大きいが,多糖類濃度が高いほど電荷移動抵抗が減少するという興味ある事実を明らかにし,議論した.これらを応用し,湿度の光センサを創製した.また,色素増感太陽電池への応用も行ない,有機媒体液体を多糖類により固体化した系で,有機媒体液体系と同等な変換効率を得ることができた.二重らせんから成るナノヘテロ構造を持つ多糖類ネットワークを持ち,水を多量に含みながら硬く弾性のある固体を形成する材料に注目し,その固体中でイオンや分子が水溶液中と同様に高速で拡散することを見出した.多糖類として,アガロース,カラジーナンを主に用い,加熱して多量の水中に溶解し,冷却により固体化する前に,必要な電極(サイクリイクボルタモグラム,CVの場合には,作用極として透明電導性ガラス(ITO),対極Pt,参照極Ag-AgCl)を挿入し,室温まで冷却して固体化した.固体中の水中に共存させたFe(CN)_6^<3->は水溶液中と全く同様なCVを示した.多糖類2wt%の固体を用い,交流インピーダンス法により,等価回路から分子拡散係数Dapp,電極上における電荷移動抵抗Rct,電極上の電気二重層容量Cdlを算出した.Dappはアガロース,カラゲニン固体ともに水溶液中とほぼ同じ,Rctはアガロース固体中では大きかったが,カラゲニン中では水溶液中に近く,Cdlはどちらとも条件によっては水溶液中と同等となった.興味あることに,Dappは多糖類濃度を変化(2-4wt%)させてもあまり変わらず,また,Rctは多糖類濃度を大きくすると逆に減少し,カラゲニン固体中では水溶液中よりも小さくなった.このように,水を多量に含む多糖類固体中では分子が水溶液中と同じように高速拡散し,条件(多糖類の種類,濃度等)を設計すれば,水溶液と同様に色々な電気化学反応の媒体として使用できることを明らかにした.このほか,光化学反応も水溶液中と同様に起こることを明らかにした.

また,イオン電導度も水溶液中とほぼ同じであることを明らかにした.水を多量に含みながら硬く弾性のある固体を形成する多糖類を電気化学測定の固体媒体や色々なデバイスに応用することを目的として,ここではその固体中の高速分子拡散と電荷伝搬などの基礎的挙動の解明に焦点を絞り,研究した.水を多量に含むアガロースやカラゲニンの固体を電気化学測定の固体媒体として用い,ヘキサシアノルテニウムや鉄の錯体,メチルビオロゲン,Ru(bpy)_3^<2+>錯体などの多糖類固体中分子拡散係数を,サイクッリクボルタモグラムと交流インピーダンス法により測定した.Ru/Fe(CN)_6錯体やビオロゲンのような小さい分子は,固体中にもかかわらず水溶液中とほぼ同じ大きな拡散係数を示すという,極めて興味深い結果を得た(10^<-5>cm^2s^<-1>オーダー).一方,大きなRu(bpy)_3^<2+>などは水溶液中より拡散係数は小さく,分子の大きさにより拡散速度や(恐らく反応性なども)制御できるという今後の反応設計にとって重要な結果となった.これらは,本固体が特殊な固体リアクターとして用いることができることを示すものである.さらに特異な現象として,このような固体中では,ナノスケールでは液体の挙動を示すにも関わらず,液体中では重力の影響で必ず起こるバルクの自然対流が,起こらないという事実を見出した.多糖類固体中での分子の3次元的及び2次元的拡散は,対流に影響されず分子の自己拡散のみによることを実験で明らかにした.これは,地球上では重力のため,バルク自然対流は必ず起こるのに,本固体中では無重力化と同様に起こらないことを示したもので,このように液体と同じ性質を持つのに自然対流は起こらない固体を反応リアクターとして用いることにより,新しい化学反応,色々な反応制御,これまでとは異なる反応動力学が生まれると確信される.予備的な実験として,本固体中では通常の水溶液中よりはるかに大きな酒石酸ナトリウムの単結晶が得られた.二重らせんからなるナノヘテロ構造多糖類ネットワークを持つ含水擬固体を,高周波加熱を利用して多糖類水溶液を作製してから冷却し,固体化して作製した.この時,内部に種種のレドックス活性分子を共存させ,中に電極(作用電極、参照電極、対極)を挿入してから固体化した.サイクリックボルタモグラム(CV),および交流インピーダンススピクトロメトリー法により,固体の電導性,電気化学的反応性,分子拡散係数などを算出し,解析を進めた.電気化学的反応や分子拡散は高分子の濃度やレドックス種の構造により異なることが分かったので,レドックス種を介する電荷伝播の機構と関連付けながら解析した.高分子材料としては,アガロース,カラジーナン,寒天などの材料を用いた.色々な電解質によるイオン伝導を測定した.レドックス分子としては,増感剤となりうる分子(Ru(bpy)_3^<2+>)や触媒分子機能を持つ色々な金属錯体(シアノ錯体、アンミン錯体,プルシアンブルーなどのシアノ金属多核錯体等)、メチルビオロゲンの分子拡散などの他,色々な多糖類擬固体中における電解質による伝導性やイオン拡散の基礎的データを蓄積した.小さいイオンによる伝導性や分子拡散は,水溶液中と同じに起こることを明らかにした.交流インピーダンススペクトロメトリー法により電極での電荷移動抵抗や電気二重層容量は水溶液中より大きいが,レドックス分子濃度が高いほど電荷移動抵抗が減少するという興味ある事実を明らかにし,議論した.これらを応用し,湿度の光センサを創製した.また,色素増感太陽電池への応用も行ない,有機媒体液体を多糖類により固体化した系で,有機媒体液体系と同等な変換効率を得ることができた.
希土類によらないジャイロ磁気特性の実現とそのマイクロ波デバイスへの応用

マイクロ波非可逆素子に不可欠な希土類磁性体が示すジャイロ磁気特性を、磁性体を一切含まない進行波共振回路により人工的に創出し、これを各種マイクロ波素子に応用した。マイクロ波領域において、考案した構造が希土類磁性体と同一の特性を示すことを実験理論両面から確認し、これをマイクロ波ファラデー回転子、サーキュレータ、アイソレータに応用できることを明らかにし、その成果は雑誌論文(5件)、国際会議発表(11件)、特許出願(2件)として公表した。当初の計画ではマイクロ波非可逆素子に不可欠な希土類磁性体の代替手段として、(a)単向性デバイスを含む進行波共振構造により人工的にジャイロ磁気特性を作り出し、これをマイクロ波帯域において人工磁性体として用いる研究(b)コバルト・鉄・ホウ素により構成される磁性体ナノワイヤに関する研究を平行して進める予定であったが、(b)についてはマイクロ波・ミリ波デバイスで使用可能なレベルまで磁気損失を低減することが困難であると判断し、テーマ(a)に集中して研究を進めた。テーマ(a)は単に従来の希土類フェライト材料との置換であるのみならず、バイアス磁界生成磁石が不要であることから小型化、軽量化、低コスト化を同時に実現するものである。更に一般的に磁石は入射電磁波を反射あるいは減衰させるものであるが、これが不要になることより透過電磁界の偏波面にファラデー回転を与える電磁境界面が可能となり、従来技術では不可能な新規デバイスの実現も期待できる。具体的研究成果として、人工磁性体が従来の磁性体と同様に(1)人工磁性体が伝搬電磁界の偏波面に対してファラデー回転を与え、これにより磁気光学カー効果が得られる。(2)人工磁性体を含む導波構造において、電磁界が局在する。ことを理論・実験両面から明らかにした。これらの結果を踏まえた応用として(3)磁性体を全く含まない完全電気磁気導体(4)非可逆性を有するビーム走査可能なマイクロ波アンテナを実現し、全ての結果を論文発表した。(査読付学術論文2報、査読付国際会議4報、海外特許1件)更に現在新しい動作原理に基づくマイクロ波アイソレーターの開発と人工磁性体によるサーキューレーターの開登を進めている。昨年度すでに人工ジャイロ磁性の基本的物性を明らかにしており、この結果を踏まえて今年度は詳細な物性と更なる応用について研究を行った。進行波共振回路において波動の単向性をFET(電界効果トランジスタ)により実現しており、相互変調歪み(IMD),入出力における電力飽和等が顕在化することが予想された。これについて、三次相互変調歪みを試作したサーキュレータならびにアイソレータに対して評価し、電源電圧との関係を評価した。その結果、デバイスに対する入力電力は各進行波共振器に分散され、結果としてFET単体の場合と比較して非線形特性が改善されることを確認した。人工ジャイロ磁性の更なる応用として、サーキュレーターの研究をまとめた上で、新たに双方向スイッチングが可能な単向性要素をFETにより実現し、これにより非可逆性の制御が動的に可能な導波型マイクロ波デバイスならびに人工電磁非可逆境界に関する研究を行なった。具体的には(1)通過方向の切り替えが可能なアイソレータならびにサーキュレーター:素子の透過・遮断方向を制御信号により制御できる素子。従来のフェライトにおいては磁界の印加方向を逆転することに対応し、必然的に電磁石を必要とするが、これを人工ジャイロ磁性による実装で一切排除することができる。(2)ファラデー回転角の切り替えが可能な人工電磁非可逆境界:境界面に対する透過方向・遮断方向を制御信号により制御できる人工電磁境界面を作成する。従来のフェライトにおけるファラデー回転の磁場方向による制御に対応するが、伝搬方向に磁界を印加する必要があり従来技術では実現不可能なものである。以上の成果を学術論文3件、査読付き国際会議論文7件として発表した。当初計画では23年度後半に開始する予定であったデバイス応用を前期のうちに着手することができ、既に5種類以上のデバイスを作成している。当初は基礎特性の理論解析と定式化に時間を要すると計画していたが、この内容についても既に解決済みで、論文投稿中となっている。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題の進行波共振回路において波動の単向性をFET(電界効果トランジスタ)により実現している。FETは非線形素子であり、相互変調歪み(IMD),入出力における電力飽和等の問題が現れる。これらの問題は従来のフェライト材料では極めて小さい現象であるため、フェライトの代替を目指す以上は理論・実験で明らかにし、特性限界ならびに特性改善の方策を示す必要がある。現象を十分に把握できた場合、逆に非線形性を積極的に利用した新しいデバイスの開発もあり得る。基本特性の理論的裏付けはほぼ終了しているため今後は非線形特性を中心に研究を推進する。
授業による理科学力形成とその変化に関する縦断的研究-小学校理科における単元進行に伴う学力格差拡大の是正をめざして-

本研究では,小学校5・6年生の理科領域,特に植物単元を対象に,単元進行に伴う学習者の理解の様相の変化を縦断的に追跡調査した。小学校5年理科には,(1)「植物の発芽と生長」,(2)「植物の花と実」という2単元があり,タネの発芽条件や受粉のしくみを学習することになっている。また,小学校6年理科には,(3)「植物のからだと日光」という単元があり,光合成について学ぶことになっている。前研究では,これらの単元進行毎に追跡調査を行い,特に単元(2)の課題において,1)正答者率は事前調査時には低く,当該授業直後には高くなり,遅延調査時には低く落ち込み,6年次の授業で再び高くなるというN字型の推移を示すこと,2)その推移は,先行単元学習完成者と非完成者では異なり,後者は遅延時の落ち込みが大きく授業による回復も悪いこと,を見いだした。特に2)の結果は学習者間の学力格差の拡大を意味した。そこで,本研究1では,学力格差の是正を目的として,6年生単元(3)で5年次の単元(1),(2)の内容を総合的に意味づけ,関連性を高める教授プランを作成・実施し,前研究とは異なる児童を対象に,プランの効果に関する調査を行った。この結果,課題の半数以下しか正答し得なかった学習者が前研究より減少し(30%→14%),半数以上正答した学習者が増加した(70%→87%)。このことは,教授プランによる授業の有効性を示すものであり,単元進行に伴う理解の発展を確実にしたといえる。この結果を受けて,研究2では,小学校5年生理科の単元(2)において先行単元(1)の内容との相互関連づけと意味づけを可能にする教授プランを作成・実施し,教授プランによる授業の効果を検討した。これまでの結果との比較では,単元(2)の授業の前後では劇的な変化はないが,今回が一番高い正答率を得た。今回の授業は,花概念の内包的理解に効果があったといえる。また,5年進級時の花の役割に関する回答において,理解を示した者とそうでない者が見られ,この両者ではその後の単元における一部の課題の解決状況の変化に違いがあった。また関連づけ授業後も違いが存在し続けた。よって,概念の一般的理解を促す援助活動の必要性が示唆された。以上から,1)先行単元学習の成否が後続単元の理解に格差を産むケースが存在する,2)その格差の拡大は,概念相互の関連づけや意味づけを可能にする援助によって是正可能である,3)さらに一般的理解を促進する援助法の開発が必要である,といえる。
オルタナティブ・データを利用した資産運用の高度化に関する研究

本研究の目的は、投資判断におけるオルタナティブ・データの利用可能性を明らかにすることで、資産運用の高度化を図ることである。オルタナティブ・データとは、経済ニュースのテキストデータや販売時点情報管理データ、ウェブサイトへのアクセス情報、衛星画像等の従来投資判断に利用されてこなかった新しいタイプのデータの総称であり、金融業界では投資判断への利活用が試みられている。本研究では、オルタナティブ・データの種類と利用場面を体系化したうえで、実証分析を通じて金融資産価格の予測可能性の検証と金融資産のリスク計測への応用を進める。
モデルマウス呼吸鎖複合体の解析に基づく中間型CMT（CMTRID）発症機構の解明

遺伝性末梢神経障害であるCharcot-Marie-Tooth病(CMT)原因遺伝子COX6A1のノックアウトマウスが歩行障害を示し、神経伝導速度の低下、神経原性の筋萎縮、COX活性の低下を示した。一方で電子顕微鏡による神経繊維の観察では特別な所見がみられなかった。そこで、ミトコンドリアに存在する金属結合性タンパク質のミトコンドリアフェリチンに着目した。過酸化水素による酸化ストレスを与えたドパミン神経細胞において遺伝子発現量を調べたところ、ミトコンドリアフェリチンの発現量が増加し、神経細胞の保護機能をもつと考えられることがわかった。本研究は、遺伝性末梢神経障害であるCharcot-Marie-Tooth病(CMT)のうち、中間型CMTに分類されるCMTRIDについて、ミトコンドリア内膜にある呼吸鎖複合体のひとつ、シトクロムcオキシダーゼ(COX;呼吸鎖複合体IV)のサブユニット6A1(COX6A1)遺伝子配列上のスプライシング制御領域に観察された欠損がどのようにしてCOX活性の低下につながるのか明らかにすることを目的としている。そのために、COX6A1の欠損が、COX複合体形成や機能に与える影響、また、呼吸鎖複合体の機能、そしてミトコンドリアの機能全体へ与える影響について、呼吸鎖複合体の構造や組成の分析と、酵素活性を中心とした機能評価の面から解析している。これらの解析のためには、作出したCOX6A1ノックアウトマウスを使用し、組織別にミトコンドリアタンパク質の精製および構造解析、酵素活性の測定に加え、次世代シークエンサーを使用したDNA、RNA両面によるキャラクタライズを進めており、それらの解析パイプラインを構築した。また、COX6A1遺伝子上に突然変異をもつ個体が末梢神経障害のみを示すことについて、COX6A1が心臓および筋肉を除く幅広い組織で発現している一方で、筋組織特異的アイソフォームCOX6A2がCOX6A1の欠損を補償している可能性の有無を、その発現量を比較することにより検証を行っている。これらの実験により、最終的にCMTRIDにおける分子病態や発症機序について明らかにする。実験に必要となるノックアウトマウスは順調に維持され、検体として安定した供給を受けるkとが可能となっている。また、次世代シークエンサーをはじめ、今後の研究に必要な実験手順も確立できている。ミトコンドリア機能の障害に由来する疾患のうち、シトクロムcオキシダーゼ(COX;呼吸鎖複合体IV)欠損は、呼吸鎖の機能不全を伴う疾患のなかで最も多く観察される障害のひとつである。これは、COXの複合体形成やその安定化のために必要なアセンブリ因子が数多く存在する(酵母で30、ヒトでは6)ことや、いくつかのサブユニット(COX4, COX5, COX6A)には組織特異的アイソフォームが存在することから、アセンブリパスウェイが複雑なものとなっていることに起因するものと考えられる。本研究においては、COXのサブユニットであるCOX6A1が欠損したマウス組織の解析を行うことにより、サブユニットの有無がCOXの複合体の形成や安定性、さらには呼吸鎖にもたらす影響を調べている。本年度においては、COX6A1ノックアウトマウスとコントロール間で坐骨神経の電子顕微鏡による観察を行い、得られた画像から各構造の特徴を数値化し、比較して検証した。また、前年度に引き続き、筋組織特異的アイソフォームであるCOX6A2が、COX6A1の欠損を補償している可能性を調べるために、各アイソフォーム特異的な蛍光プローブを複数設計して、その発現量を種々の組織間で比較している。これは、COX6A1が心臓および筋肉を除く幅広い組織で発現しているにもかかわらず、COX6A1欠損個体が末梢神経特異的に障害を示すことの説明となりうるためである。これらにより、COXアセンブリプロセスの理解を深める新しい知見をもたらすことが期待される。また、組織間での系統的な比較からは、CMTRIDのみならず、組織特異性を示す他の疾患の分子病態や発症機構の解明につながりうる。COX6A1ノックアウトマウスとコントロール個体を使用した組織観察や、COX関連遺伝子のアイソフォームを含めた発現解析など、これらの進捗は当初の研究計画に沿って予定通り実施されている。遺伝性末梢神経障害であるCharcot-Marie-Tooth病(CMT)のうち、中間型CMTの日本人家系におけるゲノム解析の結果から、疾患に特異的な5塩基の欠失を見いだした。その欠失は、ミトコンドリア内膜にある呼吸鎖複合体のひとつ、シトクロムcオキシダーゼ(COX;呼吸鎖複合体IV)のサブユニットをコードする遺伝子COX6A1のスプライシング制御領域にあり、発症者の末梢血においてCOX6A1の発現量が低下していること、さらには発症者由来の不死化B細胞株における、COX活性の低下を見いだした。また、COX6A1ノックアウトマウスが歩行障害を示し、坐骨神経における神経伝導速度の低下や、神経原性の筋萎縮に加えて、肝組織ミトコンドリア画分におけるCOX活性の低下がみられることを報告した。これらの結果から、COX6A1の欠損がCOXの活性低下につながり、ミトコンドリア呼吸鎖の機能不全を引き起こしている可能性が考えられるが、CMTの表現型との関係については不明のままであった。一方、COX欠損を伴うミトコンドリア病について、これまでに複数の遺伝子における突然変異がその原因として報告されているが、そのほとんどはCOXのサブユニットではなく、SURF1やSCO2などのアセンブリ因子をコードする遺伝子上に同定されたものであった。

それらアセンブリ因子の異常は、Leigh脳症を典型例として広範な組織にわたる重篤な症状を示す場合が多い。このことは、COX6A1が心臓および筋肉を除く幅広い組織で発現しているにもかかわらず、その遺伝子上に突然変異をもつ個体が末梢神経障害のみを示すことと対照的であった。そこで、過酸化水素による酸化ストレスを与えたドパミン神経細胞において遺伝子発現量を調べたところ、ミトコンドリアフェリチンの発現量が増加し、神経細胞の保護機能をもつと考えられることがわかった。遺伝性末梢神経障害であるCharcot-Marie-Tooth病(CMT)原因遺伝子COX6A1のノックアウトマウスが歩行障害を示し、神経伝導速度の低下、神経原性の筋萎縮、COX活性の低下を示した。一方で電子顕微鏡による神経繊維の観察では特別な所見がみられなかった。そこで、ミトコンドリアに存在する金属結合性タンパク質のミトコンドリアフェリチンに着目した。過酸化水素による酸化ストレスを与えたドパミン神経細胞において遺伝子発現量を調べたところ、ミトコンドリアフェリチンの発現量が増加し、神経細胞の保護機能をもつと考えられることがわかった。本疾患のモデル生物であるCOX6A1ノックアウトにおけるゲノム解析、発現解析によるキャラクタライズを進める。また、ノックアウトおよびコントロールマウスより、神経、筋肉など種々の組織のミトコンドリアを抽出して、そのCOX複合体、呼吸鎖複合体のタンパク質について、高次構造や複合体組成を比較する。COXサブユニットまたは、呼吸鎖複合体のタンパク質を、アクリルアミドゲル電気泳動によって分離する。その際、タンパク質の高次構造や複合体構造を保持したまま、分子の大きさに従って分離するために、BN-PAGEを利用することに加えて、さらに二次元目の泳動を行う。なおこれらの二次元電気泳動は、分離する対象の複合体タンパク質にあわせた条件を選択する。また、ミトコンドリア検体において、呼吸鎖複合体IIVの各酵素活性を測定する。COX6A2の発現解析についても引き続き実施する。分子生物学ミトコンドリアの調製方法を工夫することにより、当初計画より経費の使用が節約できたことによる。新組織特異的アイソフォームCOX6A2がCOX6A1の欠損を補償している可能性について、より詳細に解析する目的で使用する。