hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
樹木の水分生理特性と萎凋病の枯死機構の統合的理解

また同時に、それらの特性は、材密度とそれぞれ正・負の相関関係にあり、材密度による制約下においてキャビテーション抵抗性と木部の回復性に機能的なトレードオフがある可能性も提示した。上記の結果を受けて、再充填の際に道管を満たす水の有無が常に重要非常に重要であり、材密度が低いほどこの水が多く存在し、その結果回復性が高いのではないかと考え、木部の貯水性と回復性の関係を解析した。その結果、貯水性が高い種ほどキャビテーション抵抗性が低く、回復性が高いという結果が得られ、仮説の一部を支持する結果を得た。また、乾燥ストレスを受けた樹木木部における組織内水分布の評価に向けた低温サンプリング手法を検討し、アーティファクトによるエンボリズムのない方法を確立した。マツノザイセンチュウ接種後の抵抗性マツの通水阻害進展と線虫分布との関係を抵抗性クローン苗を用いてにおいて明らかにした。また接種後の木部におけるテルペン濃度の木部内の分布を検討するための新たなサンプリング・測定手法を確立した。菌害による通水阻害のメカニズム解明のため、Phellinus noxius(シマサルノコシカケ)の接種方法を検討し,鋸屑-米糠培地で培養した菌糸体をポプラの挿し木苗に接種することにより,約1ヶ月で宿主をを萎凋・枯死させる実験系を確立することができた。今後,この実験系を用いることにより,本菌の感染過程および樹体内動態を詳細に観察することが可能である。従来、水ストレスによる通水阻害の進展を評価するために切枝を用いた通水コンダクタンス測定が行われてきたが、切枝作成時にアーティファクトとしての空洞化が生じることが問題となっている。そこで、ヤマブドウの茎に水切り処理を行った際の道管内の水分布の変化をMRIを用いて評価した結果、水切りによる空洞化と再充填がともに生じることが明らかになった(Ogasa et al. submitted)。シラカンバとカツラの鉢植え苗を用いて、MRIによる非破壊観察により通水阻害の進展過程を検討した結果、MRIでみた通水阻害面積の増加は通水コンダクタンスから求めた通水阻害率と一致し、年輪によりストレスへの感受性が異なった(Fukuda et al. Plant Cell and Environment)。通水特性が異なる落葉広葉樹6種について、木部の貯水性を測定し、木部の構造的特性と比較した。乾燥の各段階でcryo-SEMにより木部内の水分布を観察した。軽度の乾燥では、一部の道管の水が張力緩和のための貯水機能を果たしていた。強度の乾燥では、水を保持した細胞(一部の道管、種によっては木部繊維)が空洞化した道管の再充填に関与している可能性が考えられた(粟飯原ら生態学会発表)。道管の再充填においては、壁孔による隣接する負圧下の道管との隔離が0.1MPaの陽圧に耐えることを、キャピラリー法により明らかにした(大條ら生態学会発表)。病害による萎凋枯死過程については、ナラタケモドキおよびコフキタケによる枯死木を解剖して菌糸分布を明らかにした(中逵ら:樹木医学研究、古川ら:樹木医学研究)。ナラ枯れの菌糸のジェネット分布を明らかにするとともに(Takahashi et al. ForestPathology)、木部内の菌糸分布と道管の通水阻害およびチロース形成との位置関係を明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。樹木生理学・樹病学26年度が最終年度であるため、記入しない。通水阻害メカニズムを明らかにするための仮道管の気体通過性の測定手法に関しては、新たに独自の実験系を確立するため時間がかかり、予算を繰越して問題解決を行った。それ以外の実験は予定通りに行われ、順調に成果を得て、学会発表、論文執筆も行っている。
新しい概念に基づくオージェスパッタ技術の開発基礎的アプローチ

昭和62年度における研究実施計画(1.質量分析計の装着及び調整, 2.実際測定, 3.不純物源の特定)は全て終了した.参考までに,図1に本補助金で購入の四重極質量分析計を,また図2には,本装置によって記録された二次イオン質量スペクトル(ターゲット:Al)を示す. Alによるシグナルに加えて,極微量ながらFe^+, Cr^+がスペクトル中にみられ,スパッタ時に,イオン銃の引き出し電極からFe, Crが放出されたことが示唆される. 63年度においては,この結果を踏まえて,不純物の発生を極力抑えることのできる,新型イオン銃の設計,制作を試みる計画である.昭和62年度における研究実施計画(1.質量分析計の装着及び調整, 2.実際測定, 3.不純物源の特定)は全て終了した.参考までに,図1に本補助金で購入の四重極質量分析計を,また図2には,本装置によって記録された二次イオン質量スペクトル(ターゲット:Al)を示す. Alによるシグナルに加えて,極微量ながらFe^+, Cr^+がスペクトル中にみられ,スパッタ時に,イオン銃の引き出し電極からFe, Crが放出されたことが示唆される. 63年度においては,この結果を踏まえて,不純物の発生を極力抑えることのできる,新型イオン銃の設計,制作を試みる計画である.
落葉リターを基盤とする渓流植物網における栄養塩フローの生態学的化学量論による解明

本研究は,渓流食物網における窒素(N),リン(P)フローを生態学的化学量論の観点から解明するため,様々な底生動物種について,1.食物資源の元素比とその変異,2.栄養素要求(NとPのどちらにより生存,成長,発育が影響されやすいか),3.発育段階及び食物条件による体組織元素比の可塑性,4.回帰する栄養塩の特性(NとPの回帰速度),さらに5.栄養塩添加に対する,落葉リター,微細有機物,藻類のN:P比変化,6.渓流における各発育段階の底生動物種についてのバイオマスの季節変化を明らかにすることを目的とする。渓流における底生動物(シュレッダー)について,食物資源である落葉リターの元素比が,樹種や分解過程によって異なり(目的1),体組織の元素比との比較から,シュレッダーはPよりもNに対する要求度が高いことが示唆された(目的2)。またN:P比の異なる落葉リターを用いた飼育実験から,シュレッダーの元素比可塑性は食物条件よりも発育段階によるところが大きく(目的3),Pの回帰速度はその要求度が規定している可能性が示された(目的4)。さらに,栄養塩の添加によって落葉リターのN:P比,特にP含有率は変化した(目的5)。渓流食物網のエネルギー源として落葉リターが支配的であることから,シュレッダーから他の摂食機能群へのPフローの重要性が示唆されたため,本年度は目的6の達成とともに,シュレッダーについての追加実験を行うことでサンプル数を増やすこと,他の底生動物(コレクター,グレイザー)のそれぞれ数種についてもシュレッダーと同様に栄養素要求の特性について明らかにすることを目的とした。しかしながら,記録的な豪雨による調査地河川の大出水などにより底生動物群集が大きな攪乱を受けた影響で,これらの目的は十分に達成できなかった。本研究は,渓流食物網における窒素(N),リン(P)フローを生態学的化学量論の観点から解明するため,様々な底生動物種や魚類種について(1)食物資源の元素比とその変異(2)栄養素要求(NとPのどちらにより生存,成長,発育が影響されやすいか)(3)発育段階及び食物条件による体組織元素比の可塑性(4)回帰する栄養塩の特性(NとPの回帰速度)さらに(5)栄養塩添加に対する,落葉リター,微細有機物,藻類のN:P比変化(6)渓流における各発育段階の底生動物種,魚類種についてのバイオマスの季節変化を明らかにすることを目的とする。そこで本年度は,渓流における底生動物種についてバイオマス変化の季節変化を明らかにするため、毎月一回,底生動物(シュレッダー)をサンプリングし,研究室へ持ち帰り,同定と齢の判別を行った。また,春季と秋季にシュレッダー若齢個体の集中採集を行い、これらの食物資源である数種の樹種の落葉リターと,渓流水も同時に採取し、以下の室内実験を行った。[1]渓流水中の硝酸態N,アンモニア態N,リン酸態P濃度の測定:薬品で目的物質を発色し,分光光度計により定量した。[2]落葉リターにおけるC,N,P含有率の測定:C,NはNCSアナライザーを用いて定量。Pは薬品で目的物質を発色し,分光光度計により定量した。[3]シュレッダーの飼育実験および体組織のC,N,P含有率の測定:エアーポンプによる送気がなされた水槽をインキュベーター内に置き,恒温条件で飼育した。元素分析については[2]と同様に行った。また、数種の底生動物(コレクター)について体組織のC,N,P含有率の測定を行った。今後は,底生動物(コレクター,グレイザー,プレデター)や魚類についてもシュレッダーと同様の実験を行い,栄養塩回帰によるファシリテーションが実際に生じうる消費者の組み合わせを特定し,現実の渓流食物網のN,Pフローにおけるそれらの重要性を評価する。本研究は,渓流食物網における窒素(N),リン(P)フローを生態学的化学量論の観点から解明するため,様々な底生動物種について(1)食物資源の元素比とその変異(2)栄養素要求(NとPのどちらにより生存,成長,発育が影響されやすいか)(3)発育段階及び食物条件による体組織元素比の可塑性(4)回帰する栄養塩の特性(NとPの回帰速度)さらに(5)栄養塩添加に対する,落葉リター,微細有機物,藻類のN:P比変化(6)渓流における各発育段階の底生動物種についてのバイオマスの季節変化を明らかにすることを目的とする。そこで本年度は,渓流における底生動物種(シュレッダー)について、栄養素要求の特性を明らかにするため,春季と秋季にシュレッダーの集中採集を行い,これらの食物資源である落葉リターと渓流水も同時に採取し,以下の室内実験を行った。Pの定量は[1]と向様。[3]シュレッダーの飼育実験および体組織のC,N,P含有率の測定:エアーポンプにより送気した水槽をインキュベーター内に置き,恒温条件で飼育した。元素分析は[2]と同様。[4]シュレッダーの栄養塩

回帰速度の測定:絶食条件下で単位時間内に水中へ排出されるアンモニア態N,リン酸態Pについて,[1]と同様に定量した。また,栄養塩添加に対する食物条件の変化を明らかにするため,様々な栄養塩(硝酸態N,アンモニア態N,リン酸態P)濃度のもと数種の樹種の落葉リターを水中で恒温培養し,そのC,N,P含有率を測定した。今後は,底生動物(コレクター,グレイザー,プレデター)とその食物についてもシュレッダーと同様の実験を行い,栄養塩回帰によるファシリテーションが生じうる消費者の組み合わせを特定し,現実の渓流食物網のN,Pフローにおけるそれらの重要性を評価する。本研究は,渓流食物網における窒素(N),リン(P)フローを生態学的化学量論の観点から解明するため,様々な底生動物種について,1.食物資源の元素比とその変異,2.栄養素要求(NとPのどちらにより生存,成長,発育が影響されやすいか),3.発育段階及び食物条件による体組織元素比の可塑性,4.回帰する栄養塩の特性(NとPの回帰速度),さらに5.栄養塩添加に対する,落葉リター,微細有機物,藻類のN:P比変化,6.渓流における各発育段階の底生動物種についてのバイオマスの季節変化を明らかにすることを目的とする。渓流における底生動物(シュレッダー)について,食物資源である落葉リターの元素比が,樹種や分解過程によって異なり(目的1),体組織の元素比との比較から,シュレッダーはPよりもNに対する要求度が高いことが示唆された(目的2)。またN:P比の異なる落葉リターを用いた飼育実験から,シュレッダーの元素比可塑性は食物条件よりも発育段階によるところが大きく(目的3),Pの回帰速度はその要求度が規定している可能性が示された(目的4)。さらに,栄養塩の添加によって落葉リターのN:P比,特にP含有率は変化した(目的5)。渓流食物網のエネルギー源として落葉リターが支配的であることから,シュレッダーから他の摂食機能群へのPフローの重要性が示唆されたため,本年度は目的6の達成とともに,シュレッダーについての追加実験を行うことでサンプル数を増やすこと,他の底生動物(コレクター,グレイザー)のそれぞれ数種についてもシュレッダーと同様に栄養素要求の特性について明らかにすることを目的とした。しかしながら,記録的な豪雨による調査地河川の大出水などにより底生動物群集が大きな攪乱を受けた影響で,これらの目的は十分に達成できなかった。
ノーベル賞受賞作品「雪国」の文体解析―数量的分析による成立に関する疑惑の解明―

川端康成のノーベル賞受賞作品「雪国」の代筆疑惑を解明するため、同作品と他の複数の川端作品との比較及び三島由紀夫の作品との比較を試みた。そのため川端と三島の作品の文章を単語分割し、品詞コードをつけたデータベースの構築を行い、品詞や読点などの情報を手がかりに同作品の文体特徴を明らかにする作業を行った。川端作品としては「雪国」、「みづうみ」、「山の音」、「伊豆の踊り子」、「虹」、「母の初恋」、「女の夢」、「ほくろの手紙」、「夜のさいころ」、「燕の童女」、「夫唱婦和」、「子供一人」、「ゆく人」、「年の暮」の14作品を,三島の作品としては「潮騒」、「金閣寺」、「眞夏の死」、「愛の渇き」の4作品の全文をまず入力した。この内,川端の「雪国」、「みづうみ」、「山の音」、「伊豆の踊り子」、「虹」の5作品と,三島作品の「潮騒」、「金閣寺」の2作品に関しては,文章を単語に分割し,品詞情報を付加したデータベースを構築した。このデータベースを用いて計量分析を試み以下のような結果を得た。これまでの研究から現代作家の文章において、読点のつけ方に作家の特徴が出やすいことを明らかにしていたので,読点のつけ方を中心に行った。川端の作品は,戦後の作品「みづうみ」から作風が変わったというのが従来の通説であるが,読点のつけ方の数量的分析からは,戦後の作品であっても著述年代がもっと遡る「山の音」から変わったと考えた方が妥当であるという結論を得た。また三島と川端との関係をみるため「潮騒」と川端作品を一緒に分析した結果、川端作品と「潮騒」では読点のつけ方に違いがあることも明らかとなった。現状では、一部の情報にとどまっており、明確な結論を出すまでには至っていないが、川端の文体の数量的研究に基盤はできたように思われる。川端康成のノーベル賞受賞作品『雪国』に対する三島由紀夫の晩年の批判を検証するという動機付けがあったので,同作品と他の複数作品との比較を行った。とりあえずは,品詞コードをつけ,品詞や読点などの情報にもとづき,それを手がかりに同作品の文体特徴を明らかにする作業を行った。データベース化した作品は,『雪国』をはじめ,『伊豆の踊子』,『虹』,『母の初恋』,『女の夢』,『ほくろの手紙』,『山の音』,『みづうみ』の九編である。『雪国』にかぎっては,執筆年ごとに四期に区切って分析しているが,今のところその差異性は現われていない。現状では,一部の情報にとどまっているので,未だ明確な結論を出すに至っていないが,品詞の種類や他の情報によって,作品差や編年差が見えそうな気配である。昨年度,計量分析に必要な『雪国』を初めとする『伊豆の踊り子』,『虹』,『母の初恋』,『女の夢』,『ほくろの手紙』,『夜のさいころ』,『燕の童女』,『夫唱婦和』,『子供一人』,『ゆく人』,『年の暮』,『山の音』,『みづうみ』の全文データベースを作成したので,今年度は入力した文章を単語に分割し,品詞情報を付加したデータベースを作成し,これらを用いて計量分析を試みた。単語分割では,できるだけ詳細な情報を得るため,学校文法で品詞として立てない形態素の接頭詞と接尾語,ならびに補助動詞等を加え,次の17種類1.普通名詞,2.固有名詞,3.形式名詞,4.代名詞,5.連体詞,6.数詞,7.副詞,8.接続詞,9.感動詞,10.動詞,11.形容詞,12.形容動詞,13.助詞,14.助動詞,15.接頭語,16.接尾語,17.補助動詞に分割した。名詞も普通名詞と固有名詞,形式名詞とに細分割した。当然のことながら,句読点を含む諸記号をも対象化している。読点の付け方に関する数量分析では,戦前と戦後の作品では,読点の付け方が多少異なることが判明した。しかし,現状では,一部の情報にとどまっているので,未だ明確な結論を出すに至っていない。

この内,川端の「雪国」、「みづうみ」、「山の音」、「伊豆の踊り子」、「虹」の5作品と,三島作品の「潮騒」、「金閣寺」の2作品に関しては,文章を単語に分割し,品詞情報を付加したデータベースを構築した。このデータベースを用いて計量分析を試み以下のような結果を得た。これまでの研究から現代作家の文章において、読点のつけ方に作家の特徴が出やすいことを明らかにしていたので,読点のつけ方を中心に行った。川端の作品は,戦後の作品「みづうみ」から作風が変わったというのが従来の通説であるが,読点のつけ方の数量的分析からは,戦後の作品であっても著述年代がもっと遡る「山の音」から変わったと考えた方が妥当であるという結論を得た。また三島と川端との関係をみるため「潮騒」と川端作品を一緒に分析した結果、川端作品と「潮騒」では読点のつけ方に違いがあることも明らかとなった。現状では、一部の情報にとどまっており、明確な結論を出すまでには至っていないが、川端の文体の数量的研究に基盤はできたように思われる。
固体表面における単分散ナノ金属粒子の単層配列制御と光物性に関する研究

1.Si(111)基板上の銀コロイド粒子(直径:30nm)にオクタデカンチオール(ODT)のエタノール・水混合液を滴下し、粒子の質量膜厚とODT濃度の関数としてODTの赤外吸収測定を行なった。その結果、ODTの赤外吸収強度がコロイド粒子の存在により増大することがわかった。また、ODT濃度に関わらず、各バンドの強度がコロイド粒子のある質量膜厚のときに最大となることもわかった。この事実は赤外吸収強度とコロイド粒子の凝集状態の間に密接な関係があることを示唆する。コロイド粒子の形態がその質量膜厚保によって変化することをFE-SEM観察により確認した。2.紫外-可視透過および赤外減衰反射(ATR)測定によって、水溶液中銀コロイド粒子のODT吸着による凝集について明らかにした。作成したままの銀コロイド水溶液は395nmにコロイド粒子のプラズマ共鳴に基づくピークを示した。ODTを溶かしたエタノールを銀コロイド水溶液に加えると、そのピークはブロードになり高波長側にシフトした。このことから、溶液中のコロイド粒子がODTの吸着によって凝集したことが示唆される。赤外ATR分光測定から、ODTのエタノール溶液をコロイド水溶液に加えると、ゲルマニウムATRプリズムの底面にコロイド粒子が凝集することがわかった。適度のODT濃度ではODT吸着によって強い凝集が起り、ODTの吸収バンドを観測することができた。3.銀コロイド溶液を作成する際に発生するイオン種が銀コロイド溶液をシリコン基板に滴下したときの銀コロイド粒子の凝集にどのような影響を及ぼすかを明らかにするために、He-Neレーザー(632.8nm)を励起源としてイオン種のラマン散乱を測定した。その結果、硝酸イオンに帰属できるラマンバンドが観測された。このバンドは銀コロイドを堆積させたシリコン基板を水中に1時間浸漬すると、ほとんど消失した。しかし、5時間の水浸漬によって、その硝酸イオンのバンドは水浸漬前よりも強くなった。このラマン散乱強度の増大は銀コロイドの近くに存在する硝酸イオンが水により希釈されたか、あるいは吸着していた硝酸イオンが水によりある程度脱離したことにより、銀コロイド粒子の凝集が進行し、これによりいわゆるSERS活性サイトが増加したためと考えられる。実際に、このような銀コロイド粒子をODTのエタノール溶液に浸漬しても、ODTに基づくラマンバンドは検出できなかった。これは、SERS活性サイトが硝酸イオンによって占有されていると考えれば説明できる。硝酸銀をNaBH_4で還元して作製した球形銀コロイド(粒径30nm)の水溶液について紫外・可視吸収スペクトルの測定を行い、銀コロイド粒子のプラズマ共鳴による吸収バンドが390nmに出現することを確認した。銀コロイド水溶液にオクタデカンチオール(ODT)のエタノール溶液を添加し、紫外・可視吸収スペクトルの経時変化をODT濃度の関数として測定した。

その結果、ODT濃度に依存してプラズマ吸収バンドが時間とともに低波長側にシフトするとともにバンド幅が増大することがわかった。特に高濃度のODTエタノールを添加した場合には、プラズマ吸収バンドの変化は急速に飽和に達した。それゆえ、プラズマ吸収バンドの変化はODTの吸着によって銀コロイドの分散状態が変化したためであると解釈した。そこで、ODTのコロイド粒子表面への吸着を実証するために、減衰全反射法(ATR)を用いて赤外吸収スペクトルの測定を行った。上記の紫外・可視吸収測定とは異なり、赤外ATR測定では全反射プリズム(Ge製)のごく近傍に存在するコロイド粒子のみが対象となる。最初に0.66-5.00mM濃度のODTエタノール溶液と水との混合液についてAIRスペクトル測定を試みたが、エタノールとは異なりODTのCH_3およびCH_2伸縮振動によるバンドはほとんど検出できなかった。他方、コロイド溶液にODTエタノールを添加した場合には、ODT濃度が0.66mMでも上記のバンドが明確に観測でき、そのバンド強度が時間経過とともに増大する一方、エタノールのバンド強度は減少することが明らかとなった。この事実から、Geプリズムの全反射表面において、ODTの吸着を媒介としてコロイド粒子の集合化が進行したことが示唆された。実際にプリズム表面を観察したところ、表面が鏡面となっていることがわかった。また、このようなコロイド集合体の形成には最適なチオール濃度が存在し、ODTの場合には0.66mMが最適であることが実証された。最適濃度はチオールのCH_2直鎖の長さにより異なり、オクタンチオールの場合には0.33mMあるいはそれ以下が最適であることを示唆する結果が得られた。コロイド水溶液からコロイド粒子の単層膜を作成するためには、水溶液中のコロイド粒子表面に存在する化学種がコロイド粒子の安定化あるいはその凝集にどのように影響するかを先ず明らかにすることが必要である。本年度においては、水中の硝酸銀を水素化ホウ素ナトリウムで還元することにより銀コロイドを作成し、その反応副生成物イオンの銀コロイド粒子への吸着とその後の水浸漬処理の凝集に及ぼす影響を明らかにするために、シリコン基板に滴下した銀コロイドについて赤外吸収およびラマン散乱スペクトルの測定を行なった。銀コロイド溶液の滴下直後に測定した赤外吸収およびラマン測定ではいずれも硝酸イオンに基づくバンドが観測できたが、純水に1時間以上浸漬すると、そのバンドはほとんど消失した。しかし、ラマンスペクトルでは水に5時間以上浸漬すると、逆にバンド強度が著しく増大することがわかった。これは、水浸漬によって銀コロイド粒子が適度に凝集し、いわゆるSERS活性サイトが増加したためと考えられる。オクタデカンチオール(ODT)のエチルアルコール溶液に銀コロイド凝集体を浸漬した後のラマン測定ではODTによるバンドは検出できなかった。この理由は硝酸イオンによって既にSERS活性サイトが占有されているためと解釈した。一方、赤外吸収スペクトルにおいては、それ以前の水浸漬処理の有無を問わず、ODTのバンドが出現した。これは、赤外吸収強度の増大に関わる表面電場がSERSにおける場合よりも長距離に及ぶことを示唆する。
マラリア原虫の寄生胞膜シグナル配列の同定と寄生胞膜動態の解析

マラリア原虫は赤血球侵入時に寄生胞膜と呼ばれる膜を形成する。この寄生胞膜は、原虫-宿主間の物質輸送に深く関わるなど、原虫の寄生戦略において重要な役割を担っている。本研究では、寄生胞膜への移行シグナル配列の同定と寄生胞膜動態の解析を試みた。その結果、寄生胞膜の可視化に成功し、寄生胞膜の伸張および感染赤血球細胞質内の膜系(管小胞膜ネットワーク、サーキュラークレフト)の形成時期を特定した。マラリア原虫の寄生を考える上で、寄生胞膜の機能を明らかにすることは非常に重要である。なぜなら、マラリア原虫は寄生胞膜に包まれることにより赤血球内でその生命を維持しており、寄生胞膜はそのライフラインとして機能しているからである。本申請では、遺伝子工学的手法を駆使し、まず寄生胞膜への移行シグナルを同定し、それを手がかりにして寄生胞膜の分子基盤の解明を試みる。本年度は、ネズミマラリア原虫の人工染色体(PAC)を用いた遺伝子導入法を用いて、寄生胞膜移行シグナル配列と推定した領域と緑色蛍光タンパク質(GFP)の融合タンパク質を発現する遺伝子組換え原虫を作成した。現在、感染赤血球内でのGFP融合タンパク質の挙動を解析を行っている。さらに、詳細な解析を行うために、人工染色体のGFPを改変GFP(Venus,理化学研究所・宮脇敦史先生より分与)に組換え、追加実験を行う予定である。マラリア原虫は赤血球侵入時に寄生胞膜を形成し、その中で生命を維持している。(1)寄生胞膜分子のアミノ酸配列の比較から、分泌シグナル配列の直下にリジンに富む領域が種を超えて保存されていることを見出し、この領域が寄生胞膜への移行に関わっていると予想した。そこで、寄生胞膜分子(EXP1,EXP2)の全長配列、推定領域を含む部分配列、分泌シグナル配列のC末端にGFPを融合した組換え蛋白質発現原虫を作成した。実験には、遺伝子組換えが容易なネズミマラリア原虫モデルを使用した。蛍光顕微鏡による解析を行った結果、寄生胞膜分子のリジンに富む領域は、寄生胞膜への移行には必須ではないことが明らかになった。現在、寄生胞膜への移行に関わる部位を検索している。(2)寄生胞膜動態の解析を行うために、熱帯熱マラリア原虫の寄生胞膜分子(EXP1,EXP2)の特異抗体を作成した。間接蛍光抗体法による解析により、寄生胞膜は赤血球侵入後16時間後から急速に伸長し、24時間以降では赤血球細胞質側に寄生胞膜から派生した膜系が形成されることが明らかになった。さらに、免疫電顕法により、これらの特異抗体は寄生胞膜、管小胞膜ネットワーク、サーキュラークレフトに反応することを確認した。(3)本研究により、熱帯熱マラリア原虫の寄生胞膜の可視化に成功した。さらに、蛍光抗体法(光学顕微鏡レベル)と免疫電顕法(電子顕微鏡レベル)の解析を組み合わせることで、寄生胞膜の形成と分子の輸送を電子顕微鏡レベルで経時的に解析することが可能であることを確認した。
骨様ハイドロキシアパタイト超薄膜コーティングチタン板の生体適合性

本年度は放電を利用したチタンの表面改質について一連の研究を行った.その結果,陽極グロー放電プラズマ処理により,チタン表面のマイナス荷電が上昇し,ナトリウムを核としたリン酸カルシウムの析出が促進されることが確認された.これらのメカニズムの解明から,チタン板表面に約1μmの骨様ハイドロキシアパタイトコーティング処理が可能となった.本コーティング処理は,ハンクス擬似体液に浸漬したチタン板を陰極,対極に白金箔を設定し,液中放電によりチタン板表面に液中の成分を吸着させ,骨様ハイドロキシアパタイトを析出させる方法である.本コーティング膜は,放電により析出したイオン活性の高いTiO酸化膜の中にコーティング膜の成分が傾斜的に存在しており,母材との密着性も非常に高いことが,X線光電子分光分析によって判明した.また,本コーティング膜の成分は,擬似体液から析出させることから,リン酸基が一部炭酸基に置換された骨のアパタイトときわめて類似しており,そのCa/P比も1.71と骨とまったく同一であることが本研究より明らかになった.ラットを用いた動物実験では,本コーティングはCa/P比1.67の化学量論的ハイドロキシアパタイトよりも優れた骨誘導能を示した.一方歯科用インプラントは,口腔内に一部露出する経皮デバイスであることから,優れた骨伝導性と抗菌性を有することが望ましい.本研究では,電解液中での放電陽極酸化処理により,チタン表面に高い抗菌性と細胞適合性を両立させることに成功し,さらにその詳細なメカニズムを解明した.本年度は放電を利用したチタンの表面改質について一連の研究を行った.その結果,陽極グロー放電プラズマ処理により,チタン表面のマイナス荷電が上昇し,ナトリウムを核としたリン酸カルシウムの析出が促進されることが確認された.これらのメカニズムの解明から,チタン板表面に約1μmの骨様ハイドロキシアパタイトコーティング処理が可能となった.本コーティング処理は,ハンクス擬似体液に浸漬したチタン板を陰極,対極に白金箔を設定し,液中放電によりチタン板表面に液中の成分を吸着させ,骨様ハイドロキシアパタイトを析出させる方法である.本コーティング膜は,放電により析出したイオン活性の高いTiO酸化膜の中にコーティング膜の成分が傾斜的に存在しており,母材との密着性も非常に高いことが,X線光電子分光分析によって判明した.また,本コーティング膜の成分は,擬似体液から析出させることから,リン酸基が一部炭酸基に置換された骨のアパタイトときわめて類似しており,そのCa/P比も1.71と骨とまったく同一であることが本研究より明らかになった.ラットを用いた動物実験では,本コーティングはCa/P比1.67の化学量論的ハイドロキシアパタイトよりも優れた骨誘導能を示した.一方歯科用インプラントは,口腔内に一部露出する経皮デバイスであることから,優れた骨伝導性と抗菌性を有することが望ましい.本研究では,電解液中での放電陽極酸化処理により,チタン表面に高い抗菌性と細胞適合性を両立させることに成功し,さらにその詳細なメカニズムを解明した.本年度は放電を利用したチタンの表面改質について一連の研究を行った.その結果,陽極グロー放電プラズマ処理により,チタン表面のマイナス荷電が上昇し,ナトリウムを核としたリン酸カルシウムの析出が促進されることが確認された.これらのメカニズムの解明から,チタン板表面に約1μmの骨様ハイドロキシアパタイトコーティング処理が可能となった.本コーティング処理は,ハンクス擬似体液に浸漬したチタン板を陰極,対極に白金箔を設定し,液中放電によりチタン板表面に液中の成分を吸着させ,骨様ハイドロキシアパタイトを析出させる方法である.本コーティング膜は,放電により析出したイオン活性の高いTiO酸化膜の中にコーティング膜の成分が傾斜的に存在しており,母材との密着性も非常に高いことが,X線光電子分光分析によって判明した.また,本コーティング膜の成分は,擬似体液から析出させることから,リン酸基が一部炭酸基に置換された骨のアパタイトときわめて類似しており,そのCa/P比も1.71と骨とまったく同一であることが本研究より明らかになった.ラットを用いた動物実験では,本コーティングはCa/P比1.67の化学量論的ハイドロキシアパタイトよりも優れた骨誘導能を示した.一方歯科用インプラントは,口腔内に一部露出する経皮デバイスであることから,優れた骨伝導性と抗菌性を有することが望ましい.本研究では,電解液中での放電陽極酸化処理により,チタン表面に高い抗菌性と細胞適合性を両立させることに成功し,さらにその詳細なメカニズムを解明した.
オルタナティブな食料生産システムからみた農業地域の発展機構に関する地理学的研究

本研究は知識経済下における農業地域の発展メカニズムを連続的な技術革新,すなわち知識創造とその伝播の仕組み(学習する地域)から明らかにしようとした。具体的には,消費者の健康・安心安全などの志向やそれを受けた脱生産力主義への政策変化に鑑み,環境保全型農業の技術的柱の一つである総合的病害虫管理(Integrated Pest Management,以下IPMと略す)を指標に,その普及の先進県である高知県を対象としてIPM普及の地域的仕組みを究明した。その結果,(1)IPMは施設園芸諸県,とりわけ高知・福岡・茨城などで普及していること,(2)高知県では安芸地方で集団的普及に成功していること,(3)その普及はIPM技術の情報を共有し,流動する仕組みによるところが大きく,農家間の協働的競争と共生がそれに作用していたこと,(4)このような仕組みの構築が弱い茶業地区では普及が進展していないこと,(5)日本のIPM技術の導入先であるオランダではIPMが当たり前となり,消費者への情報伝達の手段として新たな認証制度も立ち上げられていること,の5点が明らかとなった。本研究は,「農業地域の自立的発展に結びつく,イノベーションの連続的生起メカニズム」をIPMを指標に実証的に解明するものであり,研究初年度の本年は,主に以下の2点から研究を進めた。日本におけるIPM普及の地域的差異の解明日本におけるIPM普及に関しては,まず農林水産省での聞きとり、資料収集によって,西南暖地の諸県での取組の早いことが確認された。それを受けて,IPMに早期から取り組む,西南暖地の諸県と茨城県、愛知県についての調査を県庁等での聞きとり、資料収集,普及現場での観察、聞きとりから行った。また,個人で早期にIPMを導入した,神奈川県の篤農家での聞きとりも行った。これらから,日本におけるIPM普及の大筋,さらに普及センター等の役割も明らかになりつつあるが,その一般化が課題として残された。そのため,次年度は,全県を対象としたアンケート調査を行う予定である。高知県における普及の地域的差異の実証的研究IPM普及の先進県として,高知県を選択して,その普及過程について農家を単位として調査を芸西村で行った。初年度の調査であるため,次年度への予備調査的視点も含むものの,IPM導入における地区内キーパーソン,および革新農家,初期導入農家,追随農家に分類することができた。また,導入と採用に関わる技術習得過程(技術の学習の場や情報ネットワークに関する項目も含む)についても調査農家の結果から,普及センターと農協の戦略,研究会組織の役割等について明らかにすることができた。これらの点は,他の諸県での聞きとりや現地での調査からの結果(例えば,茨城県のピーマン産地)とも整合性があり,次年度はこの点を発展させるため,他地域での調査とともに,高知県内でも調査域を拡大する予定である。本研究は、「農業地域の自立的発展に結びつく、イノベーションの連続的生起メカニズム」をIPMを指標に実証的に解明するものであり、昨年度を受けて本年は、主に以下の2点から研究を進めた。日本におけるIPM普及の地域的差異の解明昨年度までの研究成果とともに、本年度の資料収集とデータ整理、主産県での聞きとり等から日本におけるIPM普及とその地域差に関して、11月の人文地理学会(於、筑波大学)で「日本における病害虫管理(IPM)の地域的普及に関する予察的研究」と題して発表した。そこでは、日本におけるIPMは西南暖地諸県、とりわけ集団的導入は高知県・福岡県などの施設園芸諸県で早く、各県での導入過程をみると地域内に「学ぶあう仕組み」が有るかどうかが普及の鍵であることを指摘した。また、日本のIPM普及に大きな影響を与えているオランダ農業についてその概略を『地理教育講座』で報告するとともに、近年の変化を景観的視点から報告した。同時に、日本へのMPS普及の状況を示した。高知県における普及の地域的差異の実証的研究昨年度に続き、IPM普及の先進県として、高知県を選択して、その普及過程について農家を単位として調査を芸西村で行った。昨年度は、IPM導入に適したピーマン栽培の農家での調査を行ったが、本年度はピーマン農家とともにナス農家での聞きとりを実施した。その結果、同地区のIPM普及には地域リーダーによる社会的ネットワークに伴う情報の伝達が重要であり、それらリーダーに産地発展をオーガナイズするリーダーと技術革新をもたらすリーダーが有ることが明らかになった。

これらの研究成果は2009年3月の日本地理学会(於、帝京大学)で発表した。本研究は、「農業地域の発展に結びつく、技術革新が連続的に生起するメカニズム」をIPMという暗黙知の技術体系の獲得を指標に実証的に解明するものであり、具体的には、「地域構成主体による連続的知識創造とその普及が農業地域の発展をもたらし、その連続的知識創造と普及に構成主体間の競争と共生が関わっている」という仮説を検証するものである。平成21年度は19・20年度に行った高知県を事例とした施設野菜園芸地域と比較するため、静岡県茶業地域におけるIPM普及の状況をその技術開発と普及過程という観点から調査を進め、比較分析を行った。その結果、(1)茶業のIPM技術はアグリビジネスとの協同によって農業試験場(国と県)での創造を主とすること、(2)しかしながら、その普及は施設野菜園芸地域の場合と比べて進展していないこと、(3)それはイノベーションの普及における学びの仕組みが施設野菜園芸地域と異なってみられなかったり、みられてもその機能が弱く、情報の共通と流動がはかられていないためであったこと、の3点が明らかになった。以上から、本研究では、農業地域の発展が「地域構成主体による連続的知識創造とその普及によってもたらされ、その連続的知識創造と普及に構成主体間の協働的競争が関わっている」ことが明らかになった。日本と異なり、オランダ・ドイツではIPM農産物がスーパー等で一般的に見られる。これは日本の生産者の既存意識(害虫は化学農薬で防除)のほか、消費者や小売業等の認識不足とそれに伴う経済的インセンティブの無さによるところが大きい。しかし、各地の農産物直売所で販売額が増えていることをみれば、消費者がオルタナティブな農産物やオルタナティブな供給ネットワークを求めていることは理解できる。このことは、現代のアグロフードシステム下で農業地域の発展を理解するには本研究のような産地構成主体の関係性や地域的諸条件の解明だけでなく、産地外の消費者、さらに生産者と消費者をつなぐ企業等が農産物の品質をめぐっていかなる関係性を構築しているのかをさらに明らかにする必要があるといえよう。
マグネシウムの新規表面処理法・CWDプロセスの開発

マグネシウム合金の高耐食化を実現するための新規表面処理プロセスとして,乾湿繰り返し(Cyclic Wet-Dry ; CWD)プロセスを開発することを目的として,処理溶液の探索, CWD条件の最適化,耐食性を検討した。その結果, NaCl+ AlCl_3あるいはNa_2SO_4+ Al_2(SO_4)_3溶液から出発し,高速,多サイクルのCWD処理するとハイドロタルサイト(Mg_6Al_2(OH)_<16> CO_3・4H_2O)あるいはその硫酸イオン置換体が生成し,この皮膜は防食機能を発現することが分かった。本研究では,マグネシウムの高耐食化を実現するための新規表面処理プロセスとして,乾湿繰り返し(Cyclic Wet-Dry;CWD)プロセスを開発することを目的とする。本年度は処理溶液の探索,CWD条件の最適化,実現可能な耐食性のレベルを検討し,以下の成果を得た。(1)CWD処理装置の作製:槽内の温度(-20150°C)と湿度(3095%RH)を独立にコンピュータ制御できる小型環境試験装置(エスペック製SH221)を用いてCWD処理装置を作製した。(2)CWD処理の乾湿繰り返し条件の探索:処理時間を1時間に固定し,その時間内のサイクル数N,湿潤時の最低温度T_<min>,乾燥時の最高温度T_<max>,湿潤時の最高湿度RH_<max>,乾燥時の最低湿度RH_<min>を種々変えた乾湿繰り返し条件を設定し,塩化物(人工海水使用)付着量100mg/m^2および1g/m^2の条件でCWD処理を行い,試料の外観観察により,全面を表面皮膜が均質に覆う条件を検討し,N=18,T_<min>=20°C,T_<max>=65°C,RH_<max>=85%,RH_<min>=35%が最適であることが分かった。(3)CWD処理溶液の検討(1):ハイドロタルサイト(Mg_6Al_2(OH)_16CO_3・4H_2O)皮膜のCWD処理による形成を試みた。処理液には試料の活性化のためにNaClを使用し,炭酸イオン源としてNaHCO_3を使用し,その他に硝酸イオンおよび硫酸イオンを添加した溶液を用いた。処理液にAlCl_3を添加するとハイドロタルサイトの形成が促進されることが分かった。(4)皮膜の組成および構造解析(1):光学顕微鏡FT-IR,レーザーラマン分光法,蛍光X線分析,SEM-EDS,X線回折などを用いて皮膜の組成および構造を解析した結果,皮膜は結晶化の程度が低いハイドロタルサイトであり,処理溶液によってCO_3^<2->イオン種のNO_3^-あるいはSO_4^<2->イオン種への置換が起こることが分かった。本研究では,マグネシウムの高耐食化を実現するための新規表面処理プロセスとして,乾湿繰り返し(Cyclic Wet-Dry; CWD)プロセスを開発することを目的とする。本年度は昨年度に引き続き処理溶液の検討を行うと共に,CWD処理皮膜の耐食性の評価を行い,以下の成果を得た。1.CWD処理溶液の検討(2)2.CWD処理皮膜の化学組成と構造解析(2)上記の溶液によりCWD処理することで生成した表面皮膜の厚さを光学顕微鏡およびSEM断面観察により測定した。組成はFT-IR,レーザーラマン分光法,蛍光X線分析,SEM-EDS分析により分析し,結晶構造はX線回折で同定した。また,表面および断面構造をSEMにより観察した。その結果,3価イオン(Cr^<3+>,Mn^<3+>,Co^<3+>)によってAl^<3+>を置換できることが分かった。4価金属イオン(Ti^<4+>,Zr^<4+>)はAl^<3+>の一部のみ置換できることが分かった。3.CWD処理皮膜の耐食性の評価ハイドロタルサイト皮膜を被覆したAZ31BおよびAZ91D合金の耐食性を水溶液中および大気腐食環境で評価し,耐食性を調べた。その結果Cr^<3+>,Ti^<4+>,Zr^<4+>によってAl^<3+>を置換することにより,ハイドロタルサイトの耐食性は改善されることが分かった。
ビーム伝搬法を活用した光導波路素子のためのトポロジー最適設計手法の汎用化

近年、世界的な通信トラヒック量の増大により、光通信システムのさらなる高速・大容量化が要請されている。これに伴い、光通信システムの基本要素である光回路素子の極限までの小型化・低損失化が要求されており、殊に開発の現場においては計算効率の高い設計手法が望まれている。本研究は、計算効率が非常に高い光回路の数値解析技法であるビーム伝搬法を活用した構造最適化法を、従来の適用範囲を越えて、より汎用的な光回路素子に利用可能とすることを目的としている。具体的には、双方向ビーム伝搬法を活用した構造最適化法、および通常のビーム伝搬法をより汎用的な素子に活用可能とする設計方法論の新たな実現を目指す。
有機触媒を利用した生体外タンパク質合成系

タンパク質合成はリボソーム上で進行し、リボソームはリボソームタンパク質とrRNAから構成されている。タンパク質合成の活性中心はリボソームタンパク質上に存在していると歴史的には考えられてきたが、現在ではタンパク質合成の活性中心はrRNA上に存在しているのではないかとの考えが支持されつつある。我々が開発したタンパク質合成系は、ピリジンをはじめとする芳香族三級アミンから構成される極めて単純化されたものであり、タンパク質合成活性中心を探査する場合、従来の複雑なタンパク質合成系を研究対象とするより、我々の系を用いるほうが得策である。そこで本研究では、リボソームをrRNAに置き換えたタンパク質合成系を、芳香族三級アミン存在下で構築することにより、タンパク質合成の活性中心はrRNA上に存在していることの証明を目的とした。まず、試験管内転写によるrRNAの大量調製法を以下の手順により確立した。まず、rRNAをコードしている鋳型DNAを、大腸菌ゲノムDNAよりPCR法により増幅した。その際、プライマーにT7RNAポリメラ-セのプロモーターを連結しておいた。次に、鋳型DNAをpUCペクターに導入し、JM109株に形質転換して大量調製後、この鋳型DNAを用いて、T7RNAポリメラーゼによりrRNAを試験管内で大量に合成した。次に、試験管内合成されたrRNAを用いて、ピリジン存在下生体外タンパク質合成系を構築した。この際、特に検討を要したのが、rRNAを活性な高次構造に折りたたむ条件の確立であった。このことは、適当な塩濃度溶液に対して、クル-ドなrRNAを透析することにより達成された。さらに、23SrRNAは重合度2904の巨大な生体高分子であるが、活性に関与しているのはその一部であるとの仮説の基に、以下の手順でrRNAの機能部位を検討する実験的方法を確立した。(a)クロラムフェニコールなどの抗生物質を利用してrRNA上での活性部位を絞り込みを行っている。(b)翻訳因子等が存在しなくとも、tRNAをリボソームに直接結合することが可能である。この手法を用いて、rRNA上のtRNA結合位置を検討している。
前立腺癌に対する外部照射併用I-125永久挿入治療の外部照射治療計画の高精度化

義歯などの高密度物質の周辺では後方散乱により20%-40%の過線量(擾乱)が誘発されることが報告されており、その影響は予期せぬ傷害に寄与することが懸念されている。I-125永久挿入治療は中リスク群前立腺癌に対しては外部照射併用で行われるが、小線源治療とのタイミングや照射法についてのコンセンサスはない。しかし、小線源治療後に外部照射を行う場合、市販の治療計画装置ではすでに刺入された高密度の線源による線量増加が反映されないため、その線量を評価する必要がある。本研究では高精度線量計算(モンテカルロ法)システムを構築することにより、高密度物質の線量分布、あるいはリスク臓器への寄与を明らかにし、また最適な照射法やタイミングの物理学的なエビデンスについて検討した。まず、モンテカルロ計算精度に影響するシード刺入後のCT画像のメタルアーチファクトの除去法を考案し、そのCT画像でGEANT4 codeを用いて線量計算を行った。また、模擬線源を80個刺入できる前立腺ファントムを独自に作成し、ガラス線量計およびフィルムを用いた実測を行った。その結果、1門照射では線源近傍で最大10%の過大線量になることがモンテカルロ計算により明らかになった。これは尿道や直腸線量の増加に寄与しうると考えられた。そこで、実臨床に近い、多数の線源が存在する前立腺ファントムに多門照射を行った場合の線量の増加を調べるために、モンテカルロ計算アルゴリズムを組み込んだ線量計算ソフトを開発した。ファントム多門照射にすることによって、この影響は散乱による線量増加と吸収による線量減少により相殺される傾向があることが判明した。この結果からI-125線源挿入後の前立腺への外部照射でも、多門照射を行うことで線量増加による直腸や膀胱の障害が起きる可能性は少ないことが示唆された。I-125永久挿入治療(シード治療)は低リスク前立腺癌に対しては単独で行われるが、中リスク群前立腺癌に対しては外部照射が併用される。しかし、シード治療とのタイミングや照射法についてのコンセンサスはない。シード治療後に外部照射を行う場合、市販の治療計画装置では刺入後の高密度のシードによる線量分布の変化が反映されず、時に過大または過少線量につながりうる。これらを考慮した高精度線量計算法であるモンテカルロ法による線量分布計算を、CT画像を用いた人体モデルで行い、標的またはリスク臓器への寄与を明らかにし、最適照射法の物理的立案をすることを目的に研究を進めてきた。本年度はモンテカルロ計算を行うために必要な基本的なデータ作成を行った。(1)CTデータの取得CT値-電子密度ファントームを用い、空気から緻密骨までのCT値-電子密度テーブルを癌研有明病院のCTを用いて取得した。また、人体ファントームおよび患者CTを撮影し、市販治療計画装置に転送し、前立腺およびリスク臓器を放射線腫瘍医によりcontouringした後、DICOMファイルを出力し、人体モデルモンテカルロ計算エンジンへの読み込みに成功した。(2)メタルアーチファクト軽減多数のシードを含むCT画像は強いメタルアーチファクトを生じる。これはモンテカルロ計算に大きな誤差を生じさせることが知られている。そこで、CT画像のメタルアーチファクトの軽減を試みた。再構成画像を逆ラドン変換することによってサイノグラムを取得し、それを用いて補正する方法を採用した。この方法はモンテカルロ計算で使用する画像として有用であるだけでなく、I-125永久挿入治療の術後線量評価時の線源同定にも有用であることが判明した。これらの基礎研究の成果をもとに、2006年度で本研究課題の目的を達成できると考えられる。
折りたたみの細胞シートから構築される昆虫外骨格の３Ｄ形態

幼虫期の組織であるショウジョウバエ成虫原基は、折り畳まれた上皮層(Disc Proper; DP)と、それを覆う上皮層(Peripodial Membrane; PM)から構成される袋状の構造を示す。興味深いことに、変態ホルモンであるエクダイソンが成虫原基に作用すると、折り畳まれたDisc Properが3次元的に展開するとともに、PMが脱離し、最終的にはDisc Properのみから構成される特定の外部形態が形作られる。我々は前年度までに、成虫原基から外部形態へと変形する仕組みを明らかにするため、その変形過程を制御する遺伝子群を同定するRNAiスクリーニングを、翅原基をモデル系として行った。その結果、(1)エクダイソンの初期応答遺伝子である核内受容体E75がPMの脱離を制御すること、(2)PMの脱離には、Matrix Metallopriteinase (Mmp)が重要な役割を果たしていること、さらには(3)E75を成虫原基のPMで強制発現させると、Mmpの発現が誘導されることを見いだした。E75がPMで機能することでType IVコラーゲンが分解されることから、細胞外マトリックスの分解がPMの脱離に重要な役割を果たしていると考えられた。本年度は、DPの折り畳み構造を構築するメカニズムの解析にも着手した。まず、遺伝学的操作が容易な翅原基をモデルとし、翅原基の進展過程を詳細に観察した結果、興味深いことにPMと同様にType IVコラーゲンが進展の過程で分解されることを見いだした。また、器官培養において翅原基をコラゲナーゼで処理する、あるいは、Type IVコラーゲンの発現を遺伝学的に抑制する翅形態への変形を開始することが分かってきた。これらの結果は、DPを折り畳んだ状態に維持する上でType IVコラーゲンが重要な役割を果たし、その分解により翅形態への展開が引き起こされることを示唆している。本年度は、Type IVコラーゲンの発現を遺伝学的に抑制する系を構築し、翅原基への影響を解析した。その結果、器官培養において翅原基をコラゲナーゼで処理したときと同様に、翅原基のDPが展開を開始することが明らかとなった。このことは、翅原基が幼虫期に成長していく過程において、Type IVコラーゲンが折り畳んだ状態で維持していること、およびこのType IVコラーゲンによる折り畳みを解除することで、翅形態へと展開することを示唆している。本研究結果は、細胞外マトリックスが上皮の折り畳み構造を規定するという新しい概念を提示し得る。折り畳み構造から特定形態へと展開する過程においてType IVコラーゲンの分解を制御する機構を、RNAiスクリーニングをはじめとした遺伝学的解析により明らかにする。また、Tyepe IVコラーゲンと力学制御の関係を明らかにするために、展開前後におけるミオシンの活性化パターンを詳細に観察する。一方で、共同研究者である井上康博博士と共同で、成虫原基を特定パターンに折り畳むロジックについて、数理モデルの構築と遺伝学的手法により解析を進める。これらの結果を統合することで、折りたたみ構造から特定形態へと変形するメカニズムの理解に迫る。昆虫が示す様々な外部形態は、「上皮シートの折り畳み構造」である成虫原基が3次元的に伸展して作られる。原基の伸展は非常に速く、その間、細胞の増殖・移動がほとんど起らないことから、成虫の外部構造は折り畳まれた状態でほぼ完成していると推察される。しかし、その場合、「外部構造を折り畳んだ状態で作る」という驚異的な現象が起こっていることになるが、折りたたんだ状態から特定の外部形態を作るロジックは分かっていない。本年度は、肢原基から肢への過程を器官培養にて誘導する系をまず確立し、そのメカニズムの解析を開始した。その結果、基底膜の主要構成成分であるType IV Collagenに対する分解酵素コラゲナーゼで肢原基を処理すると、折り畳み構造が進展して肢形成が開始されることを見出した。また、肢原基から肢へと進展する過程において、Type IV Collagenの発現レベルが低下していることを見出した。これらの事実は、肢原基の折り畳み構造から肢へと進展には、Type IV Collagenの分解が関わる可能性を示唆するものである。本年度は、肢原基の折り畳み構造から肢へと進展する過程に、Type IV Collagenの分解が関わる可能性を見出した。このことは、肢原基を特定の折り畳み構造として維持する上でType IV Collagenが重要な役割を果たす可能性を示唆するものであり、細胞外マトリックスが上皮の形を制御するという新しい概念を提唱し得る可能性を秘めていると考えられる。本年度は、ショウジョウバエ肢原基の折り畳みの形成パターンを詳細に観察した。その過程で興味深いことに、肢原基のうち、折り畳みを形成する上皮層(Disc Proper)は、まだ折り畳みを形成しない発生の初期段階においては、それと対面する上皮層(Peripodial Membrane)の細胞と突起様構造で接着していること、また、この接着が折り畳みを形成していく過程で失われていくことが分かってきた。

この観察結果は、成虫原基の折り畳みは、Peripodial Membraneによるスペース上の制約を受けた状況下で、上皮組織が陥入する形で形成される可能性を示唆している。一方で本年度から、肢原基の折り畳み構造を形成する細胞のダイナミクスを明らかにするため、imarisソフトウェアを用いた細胞の3D構築構築によって細胞の高さ・体積の計測を開始した。また、細胞の分裂方向の解析を、中心体のマーカーであるg-tubulinおよび細胞周期のM期マーカーであるリン酸化ヒストンH3に対する抗体を用いた免疫染色により開始した。本年度は、成虫原基の折り畳みが、上皮組織が陥入する形で形成される可能性を見いだした。また昨年度までに、成虫原基を特定の折り畳み構造として維持する上で、Type IV Collagenが重要な役割を果たす可能性を見いだしている。これらの事実は、細胞外マトリックスが陥入構造を制御するという新しい概念を提唱し得る可能性を秘めていると考えられる。幼虫期の組織であるショウジョウバエ成虫原基は、折り畳まれた上皮層(Disc Proper; DP)と、それを覆う上皮層(Peripodial Membrane; PM)から構成される袋状の構造を示す。興味深いことに、変態ホルモンであるエクダイソンが成虫原基に作用すると、折り畳まれたDisc Properが3次元的に展開するとともに、PMが脱離し、最終的にはDisc Properのみから構成される特定の外部形態が形作られる。我々は、成虫原基から外部形態へと変形する仕組みを明らかにするため、その変形過程を制御する遺伝子群を同定するRNAiスクリーニングを、翅原基をモデル系として行った。その結果、エクダイソンの初期応答遺伝子である核内受容体E75がPMの脱離を制御することが分かった。そこで、このE75によるPM脱離のメカニズムについて解析を進めた結果、(1)PMの脱離には、Matrix Metallopriteinase (Mmp)が重要な役割を果たしていること、(2)E75を成虫原基のPMで強制発現させると、Mmpの発現が誘導されることを見いだした。一方で、肢原基をモデル系として、DPの折り畳み構造を構築するメカニズムの解析にも着手した。共同研究者である井上康博博士(京都大学)の3Dシミュレーションにより、折り畳みの形成を担う細胞ダイナミクスの候補として挙げられた「細胞の分裂方向」を明らかにするために、中心体のマーカーであるg-tubulinおよび細胞周期のM期マーカーであるリン酸化ヒストンH3に対する抗体を用いた免疫染色により調べた。その免疫染色画像をもとに、細胞の分裂方向を3D構築するプログラムを井上康博博士が作成し、現在、細胞分裂方向と折り畳み構造構築の因果関係について解析を進めているところである。本年度は、Peripodial Membrane脱離の分子機構について解析を進めた。井上康博博士により、Disc Properの折り畳みを構築する細胞ダイナミクスの候補として、「細胞の分裂方向」に加え、「Peripodial Membraneによる物理的制約」であることが一昨年度までに示されている。