hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
時空間ボラティリティモデルの開発と不動産リスクの定量化

本年度は前年度提案した空間ボラティリティモデルであるSpatial ARCHモデル, Spatial GARCHモデルを時空間拡張したSpatial ARMA-GARCHモデルを提案した。Spatial ARMA-GARCHモデルの目的は高次元のファイナンスデータのボラティリティの時空間相関をモデル化することである。高次元のボラティリティモデルにおいては、次元の呪いと呼ばれる、データのクロスセクションの次元が増えるにつれて、推定すべきパラメータの数が爆発的に増加するという問題が存在する。そのため、データ間の相関になんらかの構造を仮定することで、推定すべきパラメータの数を減らす必要がある。ここでは、空間計量経済学で用いられる空間重み行列を用いて、データ間の相関を記述する。本分析ではSpatial ARMA-GARCHモデルを日経225とS&P500に含まれる株式に応用し、日本と米国の株式市場の分析を行った。分析を行うために空間重み行列を作成する必要がある。空間データに応用する際には空間データのもつ距離などの位置情報から空間重み行列が作成される。しかし、株式データは位置情報を持たないため、ファイナンス距離を計算する必要がある。本研究では変数減少法を用いながら、変数選択を行いつつ株式間の相関の推定を行い、その推定結果から空間重み行列を作成した。分析結果から日本市場と米国市場の両方において、株式間に空間相関があることが明らかになった。また、株式間の条件付き共分散が好況期と不況期に大きくなることがわかった。このことから、株式間の相互関係は常に一定ではなく、好況期や不況期などにはよりお互いに強く影響し合うことがわかる。さらに、本モデルの予測精度を既存のモデルと比較したところ、日本と米国の両方の市場において本モデルの予測精度が高いことが明らかになった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は2つの空間計量経済学モデルの開発を行った。それらは、空間一般化条件付き不均一分散(S-GARCH)モデルと時空間条件付き不均一分散(ST-ARCH)モデルである。S-GARCHモデルではSato and Matsuda(2017)で提案した空間条件付き不均一分散モデル(S-ARCH)モデルの一般化を実現した。S-GARCHモデルではモデルのボラティリティを周辺地域のリターンの2乗とボラティリティを用いて定義している。この拡張によって、S-GARCHモデルではS-ARCHモデルでは捉えることの出来ない周辺地域からの影響の大域的な空間相関を推定することが可能になった。モデルに含まれるパラメーターは擬似最尤法によって推定される。さらにその擬似最尤推定量の一致性と漸近正規性を証明した。その後、モンテカルロシミュレーションを用いて、擬似最尤推定量の小標本特性を明らかにした。最後に、関東地方の地価データを用いて、実データ解析を行い、地価のボラティリティの空間相関は大域的であり、ボラティリティクラスタリングが存在することを明らかにした。ST-ARCHモデルでは空間モデルであるS-ARCHモデルを時空間モデルへ拡張した。ST-ARCHモデルには2つの特徴があり、それらはボラティリティを、時空間相関を考慮して定義した点とモデル内の誤差項の相関も考慮した点である。モデルのパラメーターは擬似最尤法を用いて推定される。モンテカルロシミュレーションではモデルの小標本特性を調べた。次に、実データ解析としてTOPIX core 30内の企業の株式のリターンを用いて、実証分析を行った。推定結果から同時点の他企業からの影響は過去の自身や周辺企業からの影響よりも大きいことがわかった。また、ST-ARCHモデルの予測誤差はGARCHモデルよりも小さいことがわかった。研究実施計画の通り、時空間ボラティリティモデルの開発を行い、地価や株式へ応用することができた。また、その成果を学会、ワークショップ等で発表することで、フィードバックを得ることができ、モデルのさらなる発展の方向が明らかになった。

さらに、本モデルの予測精度を既存のモデルと比較したところ、日本と米国の両方の市場において本モデルの予測精度が高いことが明らかになった。来年度の課題は本年度提案したST-ARCHモデルのパラメーターを時変にすることである。実証分析の結果から、企業間の空間相関は時間を通して一定ではなく、時間に応じて変化しているのではないかという疑問が生じた。なぜならば、分析に用いるデータの期間が長くなると、ST-ARCHモデルよりもGARCHモデルのモデルフィットがよくなるからである。これは企業間の空間相関関係が時間を通して一定ではなく、時間を通して変化しているため、長期では空間相関構造を一定に定めたST-ARCHモデルの当てはまりが悪くなっているからだと考えられる。この問題を解決するために、空間相関関係が時間によって変化するモデルを提案する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
歯科用チタンインプラント材の骨接合における電気的影響に関する研究

近年インプラントの材料としては、チタンが最も多く用いられている。チタンインプラントの上部構造としては通常金合金などが用いられているが、チタンはイオン化傾向の大きな金属であり、上部構造との間に電位を生じる。そこで、例えばねじ止め構造のようにアバットメントと上部構造が電気的に接触している場合とセメントなどの絶縁体を介する場合とでは流れる電流の量に大きな差が予想される。そこで、我々は以下の実験を行った。まず、チタンと種々の金属との間の電位を測定した。用いた金属は歯科用パラジウム合金、18K金合金、医療用ステンレス合金などで、純チタンとこれらの合金をヒト血清中に浸透し、両者の電位をブリッジ回路により測定した。その結果、歯科用パラジウム合金とチタンとの間の電位差が最も大きく、0.52Vであった。また、両者間に流れる電流は、電極の面積に依存し、また時間とともに減少した。これは電極間に分極が起きるためと不導体膜が生ずるためと思われた。チタンおよび種々の歯科用金属板を用いて培養細胞の附着状態を観察した。用いた細胞はNA細胞で、チタンおよび他の金属を同一シャーレに入れ、一方は両金属を離しておき、もう一方は電気的に接触させた。その結果、電気的に接触させた方はチタン、および他の歯科用金属の両者とも培養細胞の附着が阻害された。以上の結果より、チタンインプラントと他の歯科用合金を電気的に接触させることは骨接合の障害になることが示唆された。近年歯科用インプラントの材料として、チタンが多く用いられているが、チタンはイオン化傾向の大きな金属であり、上部構造に使用される金属との間に電位を生ずる。われわれは、この電位がチタンインプラントの骨接合におよぼす影響について検討を行っている。チタンと他の金属を接合し、血清中に浸透すると定常的な電流が流れるという結果が得られた。流れる電流の強さはチタンの表面積や電極間距離などにより変化し一定ではないが、通常のインプラント上部構造に用いられる金合金、ステンレス、パラジウム合金などではチタンが陰極に帯電した。現在チタン板と他の金属を接合し、培養細胞の増殖におよぼす影響について検討中であるが、チタンに他の金属を接合すると細胞の増殖が抑制されるようである。現在種々の金属および培養細胞について検討中である。また、動物実験を計画中であり、実験動物の骨内にチタンおよび他の金属を埋入し、二種類の金属を接合した場合のチタン周囲の骨形成について検討を行う予定である。
埋没土壌の炭素貯留量と埋没作用が土壌の性状に与える影響の解明

土壌の炭素貯留量を評価する上で,地表下1 m以深における埋没土壌の炭素貯留量は評価されていない.本研究では,埋没土壌の炭素貯留量を評価するとともに,埋没作用が土壌の性状に与える影響を調べた.その結果,都城盆地の黒ボク土分布域には,ほぼ全域にわたって埋没腐植土層が存在する.都城盆地の代表的なテフラ-土壌シークエンスにおける地表下1 m以深の土壌の炭素貯留量は,地表部の約1.5倍あることを試算した.さらに,大隅半島南部錦江町の埋没土壌では,テフラによって埋没した厚さ10 cm以下の埋没土壌であっても,ときに最大40 g kg-1の炭素を貯留する.黒ボク土あるいはテフラの分布域では,地表下1 m以深の埋没土壌に,まだ評価されていない相当量の炭素を貯留する.土壌の炭素貯留量を評価する上で,地表下1 m以深における埋没土壌の炭素貯留量は評価されていない.本研究では,埋没土壌の炭素貯留量を評価するとともに,埋没作用が土壌の性状に与える影響を調べた.その結果,都城盆地の黒ボク土分布域には,ほぼ全域にわたって埋没腐植土層が存在する.都城盆地の代表的なテフラ-土壌シークエンスにおける地表下1 m以深の土壌の炭素貯留量は,地表部の約1.5倍あることを試算した.さらに,大隅半島南部錦江町の埋没土壌では,テフラによって埋没した厚さ10 cm以下の埋没土壌であっても,ときに最大40 g kg-1の炭素を貯留する.黒ボク土あるいはテフラの分布域では,地表下1 m以深の埋没土壌に,まだ評価されていない相当量の炭素を貯留する.火山周辺地域の地下部に広く分布し,テフラ(火山砕屑物)の堆積によって埋没した土壌,埋没土壌の炭素貯留量と埋没作用が土壌の性状に与える影響を解明するため,本年度は以下のように研究を進めた.まず九州南部の宮崎県都城市周辺,宮崎県田野町,大隅半島の鹿児島県錦江町において,主に野外調査とそれら試料の採取を行った.都城盆地では,約4,600年前に霧島火山群御池から噴火した御池テフラ直下と,約7,300年前に鬼界カルデラ(現薩摩硫黄島付近)から噴火した鬼界アカホヤテフラ直下で,特に高含量の炭素貯留層(埋没腐植層)の分布を改めて確認した.これらの埋没腐植層はシラス台地上の地表下1m以深に分布する.また,同地域では,霧島火山群新燃岳から2011年1月に噴火した新鮮なテフラ試料も得た.次年度に,都城盆地における1m以深の埋没腐植層のデータと既存のデータから,GIS(地理情報システム)によって,埋没土壌の炭素貯留量とその分布を評価する.これまでの土壌の炭素貯留量における評価は,深さ1mまでであり,新たな知見の提供が期待できる.宮崎県田野町の宮崎大学附属演習林では,植物試料として,広葉樹林下の落葉と,メダケ,ススキを地上部,地下部に区分して採取した.この植物試料と前述の新燃岳起源のテフラ試料を用い,室内実験から初期の土壌生成過程について検討する.大隅半島の鹿児島県錦江町では,前述の鬼界アカホヤテフラと約6,400年前に開聞火山群池田湖から噴火した池田湖テフラに挟在する約900年間の中で生成した炭素含量が高い埋没土壌試料を採取した.採取した埋没土壌の炭素・窒素含量,植物珪酸体分析,放射性炭素年代測定などの分析を実施予定である.初期の土壌生成過程や約900年間で埋没した土壌の解析から,埋没作用が土壌の性状に与える影響の解明が期待できる.本年度は,まず,これまでに実行した現地野外調査を含め,研究代表者の過去の調査データと既存データを用い,九州南部,宮崎県都城盆地(国土地理院発行5万分の1地形図「都城」)において,埋没腐植層の分布を調べるとともに,都城市大岩田町の約4mを超える代表的なテフラ-土壌シークエンスについて,地表から深さ1m以内と1m以深における土壌炭素貯留量を比較した.その結果,5万分の1地形図「都城」内において,約270km_2の範囲に黒ボク土が分布することや,低地や山地の一部を除き地表下1m以深に埋没腐植層が広く分布することが明らかになった.また,代表的なテフラ-土壌シークエンスにおける地表下1m以深の土壌の炭素貯留量は,地表部の約1.5倍あることを試算した.この結果は,黒ボク土の分布が卓越する地域において,地表下1m以深の土壌における炭素貯留量が看過し得ない量で存在することを示唆した.次に,九州南部の大隅半島,鹿児島県錦江町において,約7,300年前に鬼界カルデラ(現薩摩硫黄島付近)から噴火した鬼界アカホヤテフラと,約6,400年前に開聞火山群池田湖から噴火した池田湖テフラに挟在する約900年間で生成した埋没土壌について,炭素・窒素含量の測定,植物珪酸体分析を実行した.その結果,約900年間で黒色腐植層が発達し,その炭素含量は最大42.1gkg^<-1>,窒素含量は最大1.6gkg^<-1>を示すことが明らかになった.

さらに植物珪酸体分析では,土壌有機物の主な給源としてススキ属が優勢であることが示唆された.これらの成果は,テフラなどによる埋没作用によって,ススキなどの草本植生を主な給源にする土壌有機物が,約900年を経過しても厚さ10cm程度で,40gkg^<-1>以上の炭素を地中に貯留し続けることを示唆した.すなわち,土壌の炭素貯留を考える上での基礎的知見となる成果が得られた.併せて,研究代表者が,調査,解析済みの埋没土壌に関する知見を論文化した.本年度は,特に埋没作用が土壌の性状に与える影響の解明について検討し,併せて補足的に埋没土壌の分布調査を行った.これまでに明らかにした地表から1 m以深の埋没土壌の炭素貯留量が,深さ1 m以内の炭素貯留量の約1.5倍を有する宮崎県都城盆地の約4 mのテフラー土壌シークエンスから,約5 cmずつ連続して採取した69点の試料を用い,酸性シュウ酸塩可溶アルミニウム(Alox),ケイ素(Siox),鉄(Feox)含量およびピロリン酸塩可溶アルミニウム(Alpy),ケイ素(Sipy),鉄(Fepy)含量を調べた.その結果,Alpyが最も有機炭素含量との相関が高く,テフラの堆積などによる埋没後も数千年あるいは数万年間に渡って,土壌炭素の多くがAl-腐植複合体として,土壌中に貯留されていることが示唆された.さらに,主としてSiox含量から算出されるアロフェン含量は,必ずしも炭素貯留量が高い層で高いわけではなく,このことからも埋没後の炭素貯留が,主にAlとの複合体(Al-腐植複合体)の形成によって維持されることを示唆した.九州南部大隅半島において,完新世の7.3 cal ka BPに鬼界カルデラから噴出した鬼界アカホヤテフラ(K-Ah)と6.4 cal ka BPに開聞火山群池田湖から噴出した池田湖テフラ(Ik)間に,黒ボク土の生成時間スケールとしては,短期間の約900年間で生成した厚さ10 cm程度の埋没土壌層について,昨年度,採取した2地点の計8試料を用い,現在,加速器質量分析計による14C年代測定を行っている.まだ,結果は明らかでないものの,この結果から,ススキやチガヤなどの草本植生や,照葉樹も混じるような草本植生に由来する炭素が,埋没作用によって安定に貯留できるかが明らかになり,このような種類の炭素の貯留方法について示唆を与えることが期待される.この理由として,一点目は,地理情報システム(GIS)による図化が,まだ概略図にとどまる点で,これは,地理情報システム(GIS)についての技術習得が想定より時間を要したためである.二点目の理由としては,植物試料と新鮮火山灰による初期土壌生成過程検討のための予備実験の成果が思わしくなかったために,その室内実験による成果が得られていない点にある.一方で,埋没土壌に関する知見の論文化については,順調に進展している.24年度が最終年度であるため、記入しない。地理情報システムによる図化については,まだ概略図にとどまるので,さらに詳細に行う予定である.植物試料と新鮮火山灰による初期土壌生成過程検討のための室内実験では,予備実験において,想定より土壌化の進展が遅く,顕著な成果があげられなかったので,条件設定を再検討するとともに,なるべく早期に実験を進める.一方で,埋没土壌に関する新たな知見についての成果発表は,順調に遂行しているので,引き続き論文化を目指した研究についても進める.併せて,本年度は,本研究の最終年度にあたるので,報告書の取りまとめに向けた補足的な実験やデータ整理を進め,野外調査なども補足的に行う.24年度が最終年度であるため、記入しない。
マウス形質細胞腫の再編成cーmyc癌遺伝子の発現制御に関する細胞工学的研究

われわれはこれまでマウス形質細胞腫に線維芽細胞を融合すると、特異的染色体転座により免疫グロブリンCα遺伝子と組買換えを起した再編成cーmycの高い発現が抑制されることを報告してきた。平成元年度2年度では、この再編成cーmycの発現抑制が線維芽細胞以外の種々の組織由来の細胞との融合でも認められるか否かを検討し、さらにこれらの雑種細胞における再編成cーmycの発現抑制の分子機構を知ることを目的とした。マウス形質細胞腫にT細胞リンパ腫あるいは奇形腫を融合とた雑種細胞でも再編成cーmycは遺伝子の存在にも拘らずその発現が抑制されることが判明した。この抑制が遺伝子のメチル化による可能性を雑種細胞DNAのMspI/HpaII制限酵素消化バンドパタ-ンのSouthernによる比較、5ーAzacytidine処理後のRNAのNorthern法による分析で検討したが、メチル化の物与は否定的であった。雑種細胞における再編成cーmycの発現抑制が転写後レベルあるいは転写レベルによるものかをそれぞれcycloHeximide処理細胞のRNAによるNorthern法とrunーon assayで検索したところ、抑制は主に転写レベルで起こっていることが明らかとなった。マウス形質細胞腫では再編成cーmycのDNase I感受性は非再編成cーmycに比し高かったが、この高感受性は線維芽細胞あるいはT細胞リンパ腫を融合すると非再編成cーmycと同レベルまで低下した。この遺伝子のDNase Iの感受性の低下はこの遺伝子の転写レベルと平行していた。最近、Cα遺伝子の3^ ́側にはoctamer配列をもつ組織特異的enhancerの存在が報告され、これに結合するB細胞特異的転写因子Octー2蛋白は線維芽細胞の融合により消失することが明らかとなった。従って、マウス形質細胞腫にNonーB細胞を融合した時に起こる再編成cーmycの抑制はOctー2の抑制を介して起こること、NonーB細胞にはOctー2の発現を抑制する因子の存在することが推測された。マウス形質細胞腫と正常マウス線維芽細胞との雑種細胞ては再編成c-mycの発現が抑制される。この再編成c-mycの発現抑制の組織特異性を知るため、マウス形質細胞腫とマウスT細胞性リンパ腫との雑種細胞を作成し、再編成c-mycの発現を検索した。その結果、マウス形質細胞腫の再編成c-mycは線維芽細胞の融合のみならず、T細胞リンパ腫の融合でも抑制された。この抑制は転写レベルで起こっていた。再編成c-myc発現に関与する蛋白因子同定のシステムを作るため、赤血球ゴ-スト法による核蛋白の抽入を試みたが、マウス形質細胞腫に線維芽細胞由来の核蛋白、上記雑種細胞に形質細胞由来の核蛋白の移入でも、再編成c-mycの発現レベルを動かすまでには到らず、この方面からの再編成c-mycの発現にポジティブ、ネガティブに働く因子の同定は断念せざるをえなかった。そこで、雑種細胞における核蛋白の変化を調べるため、polyomaエンハンサ-、免疫グロブリンC_2領域に類似配列のあるoctamer配列を用い、gel shift assayを行った。その結果、polyomaエンハンサ-に対する結合パタ-ンは造血系と線維芽細胞で行なっていたが、雑種細胞では両親細胞の和にならず、線維芽細胞のパタ-ンになっていた。

また、octamer配列に対する結合パタ-ンは、雑種細胞ではOTF-1(Octl-1)は消えないが、OTF-2(Oct-2)が消失するという予備的結果を得た。従って、雑種細胞内では特定の組織特異的転写因子の発現が抑制されると推測され、雑種細胞はこれらの転写因子、DNA結合蛋白のトランスの制御機構を解析できる系としても有効と考えられた。予定より遅れたが、現在、EMBL-3に再編成c-mycをクロ-ニングしたので、この再編成c-myc(Cd領域)への核蛋白結合パタ-ンを両親細胞と雑種細胞とで比較検討している。平成2年度はマウス形質細胞腫の再編成cーmycがん遺伝子の発現が線維芽細胞あるいはT細胞リンパ腫,奇形腫などのNonーB細胞を融合すると抑制される現象の分子機構を解明することを中心に行った。これらの雑種細胞における再編成cーmycの発現にDNAメチル化の関与があるか否かを検討したが,再編成cーmycのメチル化パタ-ンは雑種細胞でも親細胞のマウス形質細胞腫と同じであった。また,メチル化を解除する薬品である5ーAzacytidineで雑種細胞を処理しても再編成cーmycの発現抑制は解除されなかった。従って,雑種細胞における再編成cーmycの抑制にはDNAメチル化の関与は少ないと考えられた。さらに、雑種細胞をTPAやforskolinで処理しても再編成cーmycは再発現せず、再編成cーmycの発現抑制はprotein kinase AあるいはCの活性化では解除されなかった。また,雑種細胞をcycloheximideで処理しても非再編成cーmycは24倍増強されたが、再編成cーmycは再発現せず、抑制は転写後レベルで起こっているのではないことが推定された。転写レベルを直接runーon assayで検索すると.マウス形質細胞腫で高かったcーmycの転写量は雑種細胞では低下していた。この転写レベルの低下は再編成cーmycのDNase I感受性の変化と平行していた。すなわち、マウス形質細胞腫でDNase I感受性であった再編成cーmycがん遺伝子は線維芽細胞,T細胞リンパ腫の融合によって非感受性になった。この再編成cーmycの抑制された雑種細胞にマウス形質細胞腫の核蛋白質を,形質細胞腫に線維芽細胞の核蛋白質を赤血球ゴ-スト法で注入したが再編成cーmycの発現は変化しなかった。最近免疫ブロブリンcα3'側にoctamer配列をもつエンハンサ-が報告されこれに結合するB細胞特異的転写因子Octー2の発現が線維芽細胞との融合で消失した。現在、再編成cーmycの抑制された雑種細胞にOctー2を発現させた時、その抑制が解除されるかを検討している。
光屈性の生態学的機能を支える分子機構

幼葉鞘や胚軸に発現する光屈性は多相的で複雑な光量-反応曲線を示すが、イネとシロイヌナズナを用いた研究により、全ての反応成分はphot1を光受容体とし、NPH3/CPT1を必須因子とするシグナル伝達によることが明確になった。本研究では多相的な光量-反応曲線が生じる原因を突然変異体を用いるなどして解析し、自然界で発現する光屈性の性質を探る。また、幼葉鞘の光屈性に関与する先端特異的な光応答を、この反応が欠損したイネcpt2突然変異体とその原因遺伝子の配列情報を用いて解析し、その分子基盤を探る。イネ科植物の幼葉鞘では一般に先端ほど光屈性の光感度/応答性が高く、先端部は光受容の中枢的な働きをしていることが示されてきた。代表者らは、幼葉鞘先端部の光屈性が特異的に欠損したイネ突然変異体(cpt2)を分離し、先端特異的な光受容の存在を遺伝学的に裏付けるとともに、その原因遺伝子(CPT2)を明らかにした。また、遺伝子配列から、その産物(CPT2)は葉緑体移行シグナルとキナーゼ様ドメインをもつことが示唆された。本年度はcpt2と同様の表現型を示す突然変異体の一つが同一遺伝子の突然変異であることを明らかにし、CPT2の生理機能解析に2つの突然変異アレルが利用できるようにした。これまで光量-反応曲線の解析は光屈性が増強されるlazy1背景の突然変異体を用いて進めてきたので、cpt2突然変異体とlazy1突然変異体を交配して、lazy1背景のcpt2ホモ突然変異体を分離した。この二重突然変異体を用いて、cpt2突然変異体の表現型の一つ(先端部は真っ直ぐで、基部のみが屈曲する性質)をより明確にし、光量-反応曲線の解析を進めた。また、CPT2は幼葉鞘の葉緑体(色素体)に局在するタンパク質であるかを明らかにするため、その検証に必要な形質転換体作出を進めた。26年度が最終年度であるため、記入しない。幼葉鞘や胚軸に発現する光屈性は多相的で複雑な光量反応曲線を示すが、イネとシロイヌナズナを用いた研究により、全ての反応成分はphot1を光受容体とし、NPH3/CPT1を必須因子とするシグナル伝達によることが明確になった。本研究では多相的な光量反応曲線が生じる原因を突然変異体を用いるなどして解析し、自然界で発現する光屈性の性質を探る。前年度までのシロイヌナズナ胚軸を用いた研究により、時間依存光屈性の発現にはRPT2が特異的に関与していることを明らかにした。本年度は、イネ幼葉鞘を用いて、青色光で誘発される時間依存光屈性とphot1レベルの関係をウェスタンブロット法で解析した。その結果、時間依存光屈性の発現に有効な照射時間帯において、phot1のリン酸化を反映するバンドシフトが観測された。この反応は時間依存光屈性の発現に有効な低強度の青色光では生じないことから、その機構とは直接的には関係しないと考えられた。一方、30分を越えて照射すると、phot1レベルは徐々に減少することが明らかになった。この反応は、高強度青色光による長時間照射で観測される反応増大(強光への遅延的順応)に寄与していると考えられた。また、phot1のリン酸化(バンドシフト)はphot1の分解に関係していると考えられた。イネの葉緑体運動を定量的に計測する方法を確立し、イネでもphot1が葉緑体集合反応に関与していることを明らかにし、PHOT2-RNAi形質転換体は葉緑体逃避反応を示さないことを明らかにした。幼葉鞘先端特異的な光屈性に関与するCPT2は葉緑体移行シグナルを持つことから葉緑体運動との関係が示唆されたが、葉緑体集合反応には関与しないことが判明した。

本年度はcpt2と同様の表現型を示す突然変異体の一つが同一遺伝子の突然変異であることを明らかにし、CPT2の生理機能解析に2つの突然変異アレルが利用できるようにした。これまで光量-反応曲線の解析は光屈性が増強されるlazy1背景の突然変異体を用いて進めてきたので、cpt2突然変異体とlazy1突然変異体を交配して、lazy1背景のcpt2ホモ突然変異体を分離した。この二重突然変異体を用いて、cpt2突然変異体の表現型の一つ(先端部は真っ直ぐで、基部のみが屈曲する性質)をより明確にし、光量-反応曲線の解析を進めた。また、CPT2は幼葉鞘の葉緑体(色素体)に局在するタンパク質であるかを明らかにするため、その検証に必要な形質転換体作出を進めた。26年度が最終年度であるため、記入しない。CPT2の細胞内発現分布を解析するための形質転換体の作出がうまくいかず、CPT2機能解析の研究が遅れている。その一方、青色光照射下におけるphot1の挙動をウェスタンブロット法で解析することにより、強光下での遅延順応にそのリン酸化と分解が関与しているという新たな知見も得られた。また、イネphot2遺伝子のRNAi形質転換体は正常な光屈性を示すため、phot2は光屈性に関与しないというphot1突然変異体を用いて得た我々の結論と一致したが、RNAiが働いていないという可能性も否定できなかった。今回、葉緑体逃避反応の解析から、作出したRNAiはphot2遺伝子の発現を顕著に抑えていることが明確になった。光屈性の光量反応曲線に見られる多相性をイネおよびシロイヌナズナの突然変異体・形質転換体を用いて解析した結果を総括し、論文にまとめる。光量反応曲線の多相性の解析でまだ明確になっていな課題をさらに追究する。特に、RPT2が関与する感覚順応の分子機構、光屈性の正・負の決定にも関与するPKSホモログの機能に着目した研究を行う。これまでの研究で多相性の一部に近紫外光が関与していることを明らかになった。phot1を光受容体とする反応に近紫外光がどのように関わっているかを突然変異体・形質転換体を活用して遺伝学的に解析する。さらに、CPT2の細胞内発現分布を解析するための形質転換体を完成させ、イネ幼葉鞘の先端特異的な光受容に関与するCPT2の機能解析を進める。この解析により、イネ科植物が獲得した幼葉鞘先端特異的な機能分化の分子機構の一端を明らかにする。
歯科全身麻酔時の吸入麻酔薬による心筋保護効果におけるアポトーシスの関与の解明

イソフルランによるプレコンディショニング(PC)の心筋保護効果においては再灌流後のアポトーシスの抑制が重要とされている。これにはアポトーシス蛋白の発現、PI3-kinaseを介したAkt(protein kinase B)の活性化を伴うReperfusion Injury Salvage Kinase(RISK)pathwayが主要な役割を果たしていると考えられている。しかし、セボフルランによるPC効果においてこの経路が活性化するかどうかは解明されていない。セボフルランによるPCにおける虚血前後のphospho Akt発現の経時的変化およびアポトーシス阻止タンパクであるBcl-2,誘導タンパクであるBaxの発現をWestern Blottingで検討した。モルモットを用い,Langendorff灌流心で30分間虚血,120分間再灌流を行った。これを対照群(CTL群)とし,sevoflurane PCとしてセボフルラン(1MAC)を虚血前に10分間投与後,10分間wash outした(SEV群)を作成した。左心室圧(LVDP),左室拡張終期圧(LVEDP),心筋梗塞サイズ(IS)ついて2群間で比較検討した。梗塞サイズはSEV群で有意に縮小した。また、虚血5分、20分、再灌流120分で左心室より心筋を採取しWestern Blottingを行った。Bcl-2,Baxとも2群間で発現に差は見られなかった。また、phospho-Aktの発現はCTL再灌流10分と比較すると有意に発現増強が抑制されていた。セボフルランによるPCではイソフルランによるPCと異なりPI3-Akt pathwayの関与は低いと考えられる。今後、Extra-cellular signal-regulated kinase(ERK)などの関与を検討する必要がある。Sevofluraneは心筋に対してIschemic Preconditioning(PC)様の虚血心筋保護効果を有する。近年,心筋虚血再灌流障害にアポトーシスの関与が報告されている。そこで,SevonuraneによりPCを誘発しアポトーシスの関与について検討した。【方法】モルモットを用い,Langendorff灌流心で30分間虚血,120分間再灌流を行った。また,再灌流終了後,左心室より心筋を採取しアポトーシス阻止タンパクであるBcl-2,誘導タンパクであるBaxの発現をWestern Blottingで検討した。【結果】再灌流後,SEV群ではCTL群に比べLVDPは有意に高値を示し,LVEDP, ISは低値でありSevofluraneによるPC効果が見られた。しかし、Western BlotではBcl-2,Baxとも2群間で発現に差は見られなかった。【考察】本プロトコールにてSevofluraneは十分にPC効果を発現した。しかし,アポトーシスに関与するタンパクは2群間で差が見られなかった。アポトーシスの発現には長時間の再灌流が必要とされており本プロトコールは2時間の再灌流のため短かすぎる可能性がある。今回の実験ではアポトーシスの関与を否定できず今後の実験で明らかにしたい。イソフルランによる虚血プレコンディショニング(PC)様の心筋保護効果においては再灌流後のアポトーシスの抑制が重要とされている。これにはPI3-kinaseを介したAkt(protein kinase B)の活性化がReperfusion Injury Salvage Kinase(RISK)pathwayの主要な役割を果たしていると考えられている。

しかし、セボフルラン(S)によるPC効果においてこの経路が活性化するかどうかは解明されていない。今年はセボフルランによるPCにおける虚血前後のphospho Akt発現の経時的変化を検討した。【方法】モルモット摘出灌流心で30分間全虚血,120分間再灌流を行なった(CTL)。S(1MAC)を虚血前10分投与してPCを誘発した(SEV)。左心室圧(LVDP)、左心室拡張期圧(LVEDP)、梗塞サイズ(IS)、Western blotによるtotal Aktとphospho Aktの発現を虚血5分、20分、再灌流120分で検討し、群間で比較した。【結果】再灌流後、SEVではCTLに比べ、LVDPは高値、LVEDPは低値であった。ISはSEVでCTLに比べ有意に縮小した。Western blotによるphospho-Aktの発現はCTLにおいて虚血前と比較して虚血5分、20分で有意に減少し、再灌流10分で有意に増加した。SEVでは虚血中はCTLと同様で再灌流10分では虚血前と比較して有意差はなく、CTL再灌流10分と比較すると有意に発現増強が抑制されていた。
一酸化炭素によるメチル化シグナルを介した新しい糖代謝リモデリング機構の解明

ストレス誘導性ガスシグナルである一酸化炭素(CO)は活性酸素種に対して抗アポトーシス効果を持つことが知られていたが、機序は長らく不明であった。本研究では安定同位体標識グルコースを用いたメタボローム解析によって、CO処理細胞では解糖系へのfluxが抑制され、ペントースリン酸回路へのfluxの増加が認められた。さらにCOの標的作用分子を精査したところ、PFKのアロステリック活性化因子であるF-2, 6-BP(Fructose-2, 6-bisphosphate)の合成酵素PFKFB3のメチル化修飾がCOによって変化することで活性が阻害されることが示され、ペントースリン酸回路の活性化によって産生されたNADPHは還元型グルタチオン量の維持に働き、抗ストレス作用として機能することが明らかになった。このようにCOはPFKFB3のメチル化を介して解糖系からペントースリン酸回路への糖代謝のリモデリングに作用し、還元力を維持されることで酸化ストレスに耐性をもつようにエネルギー代謝を制御する、新しい糖代謝制御系の存在を明らかにした。平成22年度は解糖系制御のCOによる作用点を明らかにするために、メタボローム解析を行なった。その結果、解糖系のアロステリック活性化因子として作用する細胞内のフルクトース2,6-ビスリン酸(F-2,6-BP)量に大きな変化が認められた。すなわち、CO添加によってF-2,6-BP量が減少することがわかった。よって、CO-CBS系を介したメチル化の標的分子はF-2,6-BPの合成または分解に関わる酵素であるPFKFB3、TIGARが候補であることが予想された。しかしながらCO処理においてこれら遺伝子のmRNA量に大きな変化は認められなかった。さらにCOによるF-2,6-BP量の減少はmRNA合成阻害剤のアクチノマイシンD存在下でもみられたことから、このような変化はPFKFB3またはTIGARの翻訳後修飾による酵素活性の変化に起因すると考えられた。そのうちPFKFB3の一次構造を調べてみるとArg-X-Argというアルギニンメチル化酵素PRMT1によるメチル化モチーフが認められたため、大腸菌リコンビナントタンパク質を用いたin vitro methylation assayを行なった。その結果、PFKFB3はPRMT1によって130番目と133番目のアルギニン残基がメチル化されることを明らかにした。さらにPRMT1をノックダウンした細胞ではF-2,6-BP量の減少が見られ、CO添加時と同じようにペントースリン酸回路への流量が増えて、細胞内の重要な還元当量であるNADPH量の増加が認められた。以上のように、CO-CBS系によるでメチル化反応はPRMT1を介してPFKFB3のメチル化を通じ解糖系を制御していると考えられた。申請者はストレス誘導性ガスシグナルである一酸化炭素(CO)がヘムタンパク質cystathionineβ-synthase(CBS)の酵素活性を阻害することで含硫アミノ酸代謝を調節し、メチル化基質となるs-adenosyl methionine(SAM)量を変化させることでタンパク質のアルギニン残基のメチル化を亢進させる作用があり、糖代謝制御がその作用下にある事を見出した。COには従来、アポトーシスから身を守る細胞保護作用、細胞増殖作用があることが報告されていたが、その機序は十分に明らかになっていない。昨年度の研究成果において、COの下流の糖代謝制御分子としてPFKFB3(6-Phosphofructo-2-kinase/tructose-2,6-bisphosphatase-3)のアルギニン残基がメチル化修飾を受けることを明らかにした。本年度は、PFKFB3の修飾動態と酵素活性との相関を明らかにするために、メチル化PFKFB3を認識するポリクローナル抗体を作成した。その結果、細胞内においてPFKFB3はメチル化状態にあるが、CO処理やCO合成酵素HO-1の過剰発現細胞ではPFKFB3が低メチル化状態にある事を見出した。また、メチル化部位に変異を導入した変異体(R131K/R134K)をHEK293細胞へ発現させたところ、野生型に比べ、反応産物であるF-2.6-BP産生能が低く、ペントースリン酸回路への流入が多くみられることから、脱メチル化型PFKFB3では酵素活性が低いことが考えられる。また、PFKFB3はK142がユビキチン化されることが報告されていたがこのK142は同定したアルギニン残基と近接する。

そこで野生株とHO-1過剰発現株でPFKFB3のユビキチン化動態を調べたところ、HO-1過剰発現株では高度にユビキチン化されていることから、PFKFB3のメチル化とユビキチン化は拮抗的に働くことが明らかになった。以上の結果より、COはCBSを介した含硫アミノ酸代謝調節により糖代謝酵素PFKFB3の脱メチル化を惹起し、解糖系を抑制することでペントースリン酸回路への流量を増加させる。この糖代謝のリモデリングで生じた還元当量NADPHにより細胞はアポトーシス耐性を獲得するという、新しいモデルを提唱するに至った。
弾性案内と電磁力駆動によるミリストローク超精密位置決め機構の構成と制御

本研究では,一体型複合ヒンジ機構による弾性案内と電磁力アクチュエータを用いて,最大1×1mm(X×Y)程度のストローク(ミリストローク)を持つ超精密位置決め機構を構成し,その制御システムを構築した.その結果,2nmのPTP位置決め分解能と,直径1mmの円運動(CP位置決め動作)における真円度誤差10.5nm,半径誤差のRMS値2nm以下を達成し,ミリストロークにわたってナノメートルレベルの位置決め分解能と精度を持つ超精密位置決めシステムを実現することができた本研究では,一体型複合ヒンジ機構による弾性案内と電磁力アクチュエータを用いて,最大1×1mm(X×Y)程度のストローク(ミリストローク)を持つ超精密位置決め機構を構成し,その制御システムを構築した.その結果,2nmのPTP位置決め分解能と,直径1mmの円運動(CP位置決め動作)における真円度誤差10.5nm,半径誤差のRMS値2nm以下を達成し,ミリストロークにわたってナノメートルレベルの位置決め分解能と精度を持つ超精密位置決めシステムを実現することができた本研究では,一体型複合ヒンジ機構による弾性案内と,電磁力アクチュエータとしてボイスコイルモータ(VCM)を用いた位置決め機構を研究対象とし,最大1×1mm(X×Y)程度のストローク(ミリストローク)にわたって1nmの分解能と10nmの動的運動精度を持つ平面位置決め機構を実現する.また,弾性案内の構造系における動的最適化と制御系の最適化の統合化設計の方法についてシミュレーションと実験により系統的に検討し,弾性案内-電磁力駆動によるミリストローク超精密位置決め機構の構成法を提示することを目的としている.本年度はその初年度として,位置決め機構本体の設計製作を行った.まず,設計製作する位置決め機構の仕様および全体の配置を決定した.各要素の配置は,位置決めテーブルに対して3対(6個)のVCMを配置し,X-Y方向の直動と,微小なヨーイング動作が可能な構成とした.次に,ストローク1nmを満たす弾性要素を設計した.構造は平行板ばね機構を基本とした一体型複合ヒンジ機構とする.板ばね部の静剛性について検討し,ヒンジ形状の概略を求め,機構全体の静的特性について検討した.さらに固有振動数の解析を行い,X方向とY方向およびヨーイング方向の固有振動数がほぼ同等となるように,ヒンジ形状と質量配分を最適に調整した.なお,一体型複合ヒンジ機構についてはワイヤカット放電加工により一体成型加工で製作する予定であったが,加工の難易度が予想外に高いことが判明したため,上下の2部品に分割して製作することとし,上部要素については加工を完了した.また空気圧式防振台を設置し,次年度に行う機構部および計測部の組立の準備を完了した.本研究では,一体型複合ヒンジ機構による弾性案内と,電磁力アクチュエータとしてボイスコイルモータ(VCM)を用いた位置決め機構を研究対象とし,最大1×1mm(X×Y)程度のストローク(ミリストローク)にわたって1nmの分解能と10nmの動的運動精度を持つ平面位置決め機構を実現する.また,弾性案内の構造系における動的最適化と制御系の最適化の統合化設計の方法についてシミュレーションと実験により系統的に検討し,弾性案内-電磁力駆動によるミリストローク超精密位置決め機構の構成法を提示することを目的としている.本年度は第2年度として,まず前年度に引続き位置決め機構の部品の加工を行い位置決め機構の製作を完了した.一体型複合ヒンジ機構については,加工の難易度が予想外に高いことが判明したため2部品に分割して製作した.次に,製作した機構の特性評価を行った.製作した弾性案内の静剛性を全軸(X-Y-θ)のについて測定し,アクチュエータ(VCM)の推力特性を測定した.その段階で,ミリストロークにわたってナノメートルレベルの分解能を達成するためには,VCMの駆動方法の改善が必要であることが判明したため,粗動用電源と微動用電源に分割し,両者を整合させるようなDA変換器の接続法と駆動アルゴリズムについて検討した.さらに単軸駆動による制御対象の同定と制御系設計を行った.ステップ応答および周波数応答の結果から制御対象の同定を行い,運動方程式から導出されるモデルと比較した.振動減衰のために充填するシリコーン油の最適な粘度を決定し,位置決め動作のシミュレーションおよび制御系設計のための動的モデルを作成した.位置決め制御アルゴリズムについてシミュレーションにより検討し,次年度に行う全軸駆動による位置決め制御性能の実験的評価の準備を完了した.本研究では,一体型複合ヒンジ機構による弾性案内と,電磁力アクチュエータとしてボイスコイルモータ(VCM)を用いた位置決め機構を研究対象とし,最大1×1mm(X×Y)程度のストローク(ミリストローク)にわたって1nmの分解能と10nmの動的運動精度を持つ平面位置決め機構を実現する.また,弾性案内の構造系における動的最適化と制御系の最適化の統合化設計の方法についてシミュレーションと実験により系統的に検討し,弾性案内一電磁力駆動によるミリストローク超精密位置決め機構の構成法を提示することを目的としている.本年度はまず,昨年度までに製作した位置決め機構のX-Y-θ各軸単独の駆動特性を,分解能0.6nmのレーザ測長システムを用いて評価した.その結果,階段状ステップ位置決め分解能は2nmを達成した,また余弦波状入力に対する追従偏差をCAS(累積振幅スペクトル)により評価したところ,偏差のRMSを1.0nm(X-Y)および3masec(θ)に抑えることができた.次に,MIMO入出力特性を評価するため,準静的ランプ応答実験および周波数応答実験を行った.その結果,各軸間には微小な静的干渉が存在することが明かとなった.

そこで,各軸間の干渉を除去するために,制御対象の逆モデルからなる非干渉化要素を導入したX-Y-θの全軸同時制御系を構成した.その結果,直径1mmの円運動における真円度誤差10.5nm,半径誤差のRMS値2nm以下を達成し,ミリストロークにわたってナノメートルレベルの位置決め分解能と精度を持っ超精密位置決めシステムを実現することができた.さらに,本機構の設計からモデル化および制御系設計までのプロセスを整理し,弾性案内と電磁力駆動によるミリストローク超精密位置決め機構の統合的設計手法を提示するための基礎的知見を得ることができた.
Apoptosis inhibitorによる静脈グラフト硬化予防-新規動脈硬化治療薬を目指した芽生え研究

我々はこれまでの研究結果から以下の仮説を想定した。『中膜弾性線維層は動脈硬化のリスクファクターから中膜平滑筋細胞を保護している。自家静脈グラフト硬化の発生機序として、移植された静脈グラフトには中膜平滑筋細胞を保護する中膜弾性線維層のバリアがないため中膜平滑筋細胞のアポトーシスが発生する。その結果、内皮細胞の再生を促進する内皮細胞-中膜平滑筋細胞間相互のクロストークが消失するため内皮細胞再生阻害、機能障害がもたらされ最終的にグラフト硬化へと進展する』本研究の目的は初代細胞培養系を用いて中膜平滑筋細胞のapoptosisを防止するapoptosis inhibitorをスクリーニングし、動物実験モデルを用い、静脈グラフト硬化をapoptosis inhibitorが抑制できるかどうかを明かにすることである。本年度の研究成果は、初代細胞培養系を用い、Prostaglandin E1が中膜平滑筋細胞から血管内皮細胞apoptosis inhibitorを分泌させることを明らかにした。しかしながら中膜平滑筋細胞のapoptosis inhibitorを見いだすことはできなかった。in vitroにてapoptosis inhibitorを見いだすことができなかったため、次の段階の動物実験に進むことはできなかった。
超高感度光干渉法による重金属汚染の植物成長動態への極短時間影響評価

本研究では,超高感度な光干渉法(SIT)に基づいて,新しい植物の環境(重金属)ストレスモニタリング技術の確立を目的とした。初めに、SITを用いて数秒単位での植物の極短時間の成長速度にナノメータスケールの成長速度のゆらぎ(NIF)が存在することを確認した.次に,NIF現象に基づいて短時間の重金属であるカドミウムと微量必須元素である亜鉛の影響を調べた結果、それぞれ0.001mMと50ppmの濃度に対してわずか1時間後にNIFの有意な低下および増加がそれぞれ確認された.このように、NIFに基づく重金属ストレスの評価法は数時間という短い時間で植物の重金属ストレスを高感度に評価可能であることが示された.本研究では超高感度な光干渉法である統計干渉法を発展応用して,重金属影響下の植物の成長動態を秒スケールで明らかにすることにより,植物の重金属ストレスを短時間に評価する手法を開発することを目的としている。H26年度は、植物成長の重金属影響下の極短時間形態応答の計測システムの改良として、プローブ光の照明システムの改良を試みた。これまでは、プローブ光として平行な2光速を照明することにより葉や茎なのどの2点間の伸縮を測定する光学系であった。面内変異や面外変異に対して感度を持たないという利点がある反面、長時間の植物の生長により茎などの対象位置から外れる欠点があった。そのため、プローブ光を一点で照明し面内変位を計測するシステムを試み両者の性能比較を行った。その結果従来と同程度の感度が得られることを明らかにした。次に、植物の極短時間成長動態の重金属ストレスおよび長期的生育状態予測の指標としての有効性の検証に関する実験を行った。植物試料として、発芽直後のエンドウ豆およびニラを用いて、重金属であるカドミウムに対する暴露の影響計測を行った。予備実験として高濃度のCdCl2水溶液(1g/L, 0.1g/L)を植物の根に暴露した。エンドウ豆の茎の伸びおよび先行研究により発見された植物生長の自発的ナノメートル揺らぎ(NIF)を観測した。その結果、1時間という極短時間の暴露に対しても明らかな成長速度の低下およびNIFの標準偏差の低下が認められた。この結果に基づき、他の植物試料であるニラに対してもより低濃度(0.1mM, 0.01mM)のCdの影響モニタを行った。その結果、同様な傾向が見られ、NIFに基づく重金属評価法は数時間と言った極短時間で複数の植物に対してその影響のモニタが可能であることを実験的に確認した。本研究の目的は,申請者が提案している超高感度な光干渉法(統計干渉法)に基づいて,植物の環境に対する形態的応答を知ることにより,新しい植物の環境(重金属)ストレスモニタリング技術を確立することである.本技術はファイトレメディエーションに用いられる植物に対して早期に生育や重金属吸収能力等への影響の予測を行う手法として応用可能である.植物サンプルとして,ニラの葉および発芽直後のカイワレダイコンの茎に対して計測をおこない,数秒単位での極短時間の成長速度にナノメータスケールの成長速度のゆらぎが存在することを確認した.これを植物成長の自発的ナノメータゆらぎ(NIF)と呼ぶこととした.次に,この現象に基づいて短時間の重金属のNIFへの影響を調べた.重金属としてカドミウム(濃度0, 0.001, 0.01, 0.1mM)を根に暴露した.結果として,0.001mMの濃度に対してもわずか1時間後にNIFの標準偏差に12%の有意な低下が確認された.本測定と平行して酵素活性(SOD, POD, CAT)およびH2O2濃度の測定もおこなった.しかしながら,濃度0.001mMにおいて4時間の暴露に対してもSOD, PODに有意な変化は認められなかった.また,いずれの濃度に対してもCAT, H2O2に有意な変化は認められなかった.次に,亜鉛(Zn)の暴露実験をおこなった.Znは重金属であるが低濃度であれば植物の微量必須元素であることが知られている.50ppmの濃度で暴露した際わずか1時間後からNIFの増加が見られ約13時間後で2倍になった.以上のように本研究で提案した植物成長の自発的ナノメータゆらぎに基づく重金属ストレスの評価法は数時間という短い時間で植物の重金属ストレスを非破壊・非接触・実時間で高感度に評価可能であることが示された.本研究では,超高感度な光干渉法(SIT)に基づいて,新しい植物の環境(重金属)ストレスモニタリング技術の確立を目的とした。初めに、SITを用いて数秒単位での植物の極短時間の成長速度にナノメータスケールの成長速度のゆらぎ(NIF)が存在することを確認した.次に,NIF現象に基づいて短時間の重金属であるカドミウムと微量必須元素である亜鉛の影響を調べた結果、それぞれ0.001mMと50ppmの濃度に対してわずか1時間後にNIFの有意な低下および増加がそれぞれ確認された.このように、NIFに基づく重金属ストレスの評価法は数時間という短い時間で植物の重金属ストレスを高感度に評価可能であることが示された.H26年度の研究計画では2つのサブテーマ、植物成長の重金属影響下の極短時間形態応答の計測システムの改良および植物の極短時間成長動態の重金属ストレスおよび長期的生育状態予測の指標としての有効性の検証を予定していた。

計測システムの改良については、プローブ光を一点で照明し面内変位を計測するシステムを試み両者の性能比較を行った。その結果従来の平行2光速プローブと同程度の感度が得られかつ安定した測定が可能となった。統計干渉法の利点は高精度化が容易であるという点である.すなわち統計解析に用いるデータ点数を増加することにより高精度化は容易に達成されるが反面計算時間が増大する.この問題を解決するために,6コアでクロック周波数の高いCPUを有する計算機を用いることにより十分な計算速度が実現された。植物の極短時間成長動態の重金属ストレス影響のモニタに関しては、重金属としてカドミウムに焦点を絞り、また、対象試料植物として,エンドウ豆とニラの複数の植物に対して重金属の植物生長への影響計測を行った。その結果、1時間という極短時間の暴露に対しても明らかな成長速度の低下および植物成長の自発的ナノメートル揺らぎ(NIF)の標準偏差の低下が認められた。すなわち提案する手法により極短時間で重金属の植物への影響モニタが行えることを実証した。重金属ストレスの生化学的な分析との相関に関して、光合成速度、クロロフィル蛍光反応の計測を並行して進めている。ただし、当初計画していた、植物細胞の活動電位計測に関しては、最近の論文より植物内の抗酸化酵素などの分析がより有効であると判断し次年度の計画に組み込むこととした。光計測本手法の有効性を最終的に検証するため,環境条件(温度・照度)とそれに対する植物の応答に関して多くのデータを収集し従来法との相関解析を行い重金属ストレス評価法としての確立に重点を置く。1ナノメータゆらぎの重金属ストレスの指標としての有効性の検証:前年度に引き続き温度・湿度の種々の条件下でCdを含む他の重金属の植物成長への影響計測をおこなう。前年度より本研究プロジェクトで観測されたデータに基づき,重金属ストレスとナノメータゆらぎ反応との相関関係を統計的に解析し,重金属ストレス指標としての有効性を検討する。2植物生理応答との比較検討:前年度に引き続き,既に確立されている植物の活性状態を評価する手法,すなわち,重金属暴露下の光合成速度やクロロフィル蛍光反応および抗酸化酵素などの生理状態の測定を平行しておこない相関分析をおこなうことにより,本新規手法の有効性を検討する。3ナノメータゆらぎの生理学的起源の解明:成長のナノメータ揺らぎに関してその起源として,細胞への水の出入りが重要な役割を果たしている可能性が示唆されている。これを検証するため細胞膜上に存在する水の出入りに関係するタンパク質を阻害する実験を行いこの現象の生理学的起源を明らかにする。提案する光学的手法と、生化学的な分析法である従来法との比較検討として、光合成速度,クロロフィル蛍光反応および植物細胞の活動電位計測を予定していた。しかしながら、最近の研究論文によると、重金属ストレスの生化学的な指標として、抗酸化酵素(SOD, POD, CAT etc.)の活性がよい指標となることが指摘された。一方、細胞の活動電位に関しては重金属ストレスとの明確な相関関係が確認されていないため、本研究では、生化学的な分析法として光合成速度,クロロフィル蛍光反応とともに抗酸化酵素の分析を次年度(H27年度)におこなうこととした。上記の理由により、H27年度は植物試料中の重金属による抗酸化酵素(SOD, POD, CAT etc.)の活性状態の分析を新たにおこなうこととした。そのために、分析のための植物試料の前処理、および分析設備の充実に研究費を用いる。