hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
染色体分配に必須なセントロメアの核内機能構築の分子基盤

特異的なヌクレアーゼEri1の不活性化は、siRNAのクロマチン制御効果に影響を与えず、主要反応経路の細胞核構造への限定を結論づけた。(4)DT40細胞を用いて、1)RNAi装置関連蛋白質のノックアウト細胞を樹立しその表現型を解析、Ago3と染色体凝縮の関連を示唆する結果を得た。2)キネトコア蛋白質CENP-H結合蛋白質群の解析を行い、それらがキネトコア形成に重要な働きを担うことを示した。またこれらの蛋白質がノックアウトされた細胞において微小管とセントロメアの結合性を解析、結合はするものの張力が弱いこと示唆する結果を得た。これらノックアウト細胞を用い、高等動物セントロメア構築に関する分子機構の詳細な解明を進めている。セントロメア複合体、染色体機能発現に重要なRNAi装置およびヘテロクロマチン、チェックポイント機構などについて以下の結果を得た。(1)分裂酵母CENP-A変異体解析から、そのG2期ローディングにはN末テイル領域が重要だがS期ローディングには必要ないことを明らかにした。(2)分裂酵母Bub1とDASH複合体を同時に破壊するとチェックポイント機構が消失すること、DASH複合体は微小管に未接続のキネトコアを捕獲する頻度を向上させる役割を持つことを示した。(3)ヒトキネトコアをCENP-AやMis12ノックダウンなどで破壊すると正常細胞は細胞分裂を停止し老化すること、老化細胞ではCENP-A蛋白量が減少することなどを見出した。(4)分裂酵母のセントロメア反復配列に由来する内在性のsiRNAの機能解析を推し進め、ヘテロクロマチンに欠損を示す変異株でのsiRNA機能を探った。特にヘテロクロマチンタンパク質Swi6の変異株において僅かに検出される内在性siRNAに着目してそのセントロメア反復配列に対するマッピングを行い、それらがsiRNA前駆体ノンコーディングRNAにおけるSIRE配列の上流部分に特徴的に限定されることを明らかにした。ヘテロクロマチンの初期的siRNAの増幅に対する寄与が示唆された。(5)ニワトリDT40細胞を用いたセントロメアおよびヘテロクロマチン構築の解析として、1)Dicer以外にRNAi装置に関わると予想されるArgonaute3および4のノックアウト細胞株を解析した結果、HP1の転写量の増大が観察できた。2)キネトコア構築に関わる蛋白質の解析において、CENP-H/I複合体のサブメンバーであるCENP-O複合体の詳細な機能とダイナミクスが明らかになった。染色体分配に必須なセントロメア複合体形成機構、染色体機能発現に重要なRNAi装置及びヘテロクロマチン、発癌防御に重要なチェックポイント機構等について、分裂酵母と高等動物細胞を用いて研究を進め、以下の結果を得た。(1)スピンドル・セントロメア間の結合と姉妹セントロメア間の張力の状態を、それぞれDASH複合体とBub1が監視、その情報をMad2局在に伝えることでチェックポイントの発動を制御するというモデルを、分裂酵母で検証した。(2)CENP-A局在化因子である分裂酵母Ams2のS期
神経系培養細胞の分化、機能発現の制御に関わるガングリオシドの役割

PC12細胞はnerve growthfactor(NGF)に応答してneuriteを形成し、ガングリオシド構成も変化する。我々は今までに特定のガングリオシド構成の変化は分化の方向に始動したprimed細胞の方が高く、またアセチルコリンエステラ-ゼ活性の変化と相関していることを見いだしている。本研究ではPC12細胞のNGFによる分化過程のガングリオシドの動態を検討するために、ガングリオシド合成シアル酸転酵素活性の変化を経時的に調べた。PC12をNGFで48時間処理して突起の出た細胞を分化細胞(5μm以上のneurite保持細胞、17%)とし、シアル酸転移酵素の反応産物は、TLCーラジオ-トグラフィ-で標準物質の移動度と比較して確認した。GD3合成酵素については特異的モノクロ-ナル抗体によるTLCー免疫染色で確認した。(1)分化PC12細胞のGD3合成酵素(CMPシアル酸:GM3ーα2→8シアル酸転移酵素)活性は未分化細胞の約2倍であった。primed細胞であるMR31細胞にNGFを48時間処理した場合(5μm以上のneurrite保持細胞、64.7%)では約3倍となった。(2)Lactosylceramideを基質とするGM3合成酵素(α2→3)、GM1を基質とするGDla合成酵素(α2→3)、GDlaを基質とするGTla合成酵素(α2→8)、GTlbを基質とするGQlb合成酵素(α2→8)の各シアル酸転移酸素活性について調べた。GM3合成酸素およびGDla合成酵素活性は分化により2.5ー3倍となったが、GTlaとGQlb合成酸素活性は分化で変化しなかった。PC12細胞の分化に際し、ある特定のガングリオシド合成酵素が選択的に活性化されることが示唆された。(3)PC12細胞にはフコ-ス含有ガングリオシドが含まれるので、分化に伴うガングリオシド合成のフコ-ス転移酸素活性の変化と、分化及び増殖に関係のある癌遺伝子の発現について検討を行なっている。
パラメトリックスピーカの新たな測定概念を応用した３次元音場再現システムの開発

建築材料の音響特性を高精度に計測し、3次元の音響シミュレーションシステムを開発するという最終目標に向けて、鋭い放射指向性をもつパラメトリックスピーカを音源として用いた計測手法の開発を行っている。その狭指向性により音波を材料に局所的に入射することで、不要な反射や回折の影響を回避した高精度な計測手法として期待される。パラメトリックスピーカを用いて可聴音を計測する際には、音源信号として用いる高音圧な超音波が擬音とよばれる局所歪を引き起こし、誤差要因となる。擬音による計測誤差を低減するためには、受音点付近で超音波を低減する必要がある。2017年度には、音源信号として位相反転信号を用いる信号処理的な制御、及びフォノニック結晶と呼ばれる物理フィルタを用いた構造的な制御によりこの課題を解決した。2018年度には、斜め入射吸音特性の計測に、提案手法を応用した。斜め入射吸音特性は、材料の端部回折や周壁からの反射等の影響を受けやすく、その計測の困難さから未だ一般化された計測手法が存在しない。しかし、パラメトリックスピーカの狭指向性はこの問題に有効であると期待された。2017年度の検討を踏まえて斜め入射吸音特性の計測を行ったところ、精度のよい計測ができた。また、位相反転駆動方式では、超音波の低減領域が非常に狭く、特に入射角が大きい場合で受音点をその領域内に設置することが困難であった。しかし、その駆動方式に更なる改良を加えた結果、どの角度においても精度よく測定を行うことができた。2017年度には、音源信号の駆動方式の工夫、およびフォノニック結晶と呼ばれるバンドギャップフィルタを用いた構造的な制御により、パラメトリックスピーカを用いる際に高音圧な超音波が引き起こす「擬音」の問題を解決した。2018年度は、前年度の知見をふまえて、斜め入射吸音特性の計測を行い、提案手法により精度よく測定ができることを示した。また、音源信号の駆動方式にさらなる改良を加えることによって、さらに測定精度を改善することができた。ここまでの計測をまとめて雑誌論文とした。2018年度の検討により、擬音に起因する誤差を低減する手法を用いて、斜め入射時の材料の吸音特性が精度よく計測できることがわかった。しかし、800Hz以下の帯域の精度の更なる改善が必要である。その原因として、材料と音源の幾何的関係、および音源の周波数特性に着目し、2019年度は差分法を用いた非線形数値解析及び実験による検討を進める予定である。それらの検討をふまえ、測定可能領域や暗騒音レベルなど、計測手法の適用範囲を整理する予定である。2016年度、パラメトリックスピーカを用いて材料の音響特性を精度よく現場測定する手法に関する実験的検討を進め、周壁からの不要な反射音を回避することによる測定精度の向上を確認し、結果を2017年9月、建築学会で口頭発表した。これまでの検討より、音源信号として用いる高音圧な超音波による非線形挙動が、音響特性の計測時に測定誤差の要因となることが示された。そこで、2017年度は超音波の非線形挙動を把握し、可聴帯域の計測に際してその影響を回避する方法を考案するため実験的検討を行った。パラメトリックスピーカを用いて可聴音を測定する際、同時に受音される高音圧な超音波がマイクロホンの振動面で非線形的な局所歪を引き起こす擬音という問題が生じる。可聴音の音圧を十分に確保するため伝搬経路上では超音波の音圧を十分確保し、かつ受音点付近では擬音に起因する測定誤差を回避するため超音波の音圧を低減するという状況を作り出すため、1フォノニック結晶(Ji他)、2音源信号の位相反転駆動(Kamakura他)の2つの手法を試みた。まず12の手法を用いて無響室でグラスウールの垂直吸音率の測定を行い、擬音の低減による測定精度の改善を確認し、その内容について、2017年8月に国際会議INTERNOISE2018で、9月には音響学会で口頭発表を行った。続いて、パラメトリックスピーカおよび擬音の低減手法を現場測定に応用するため、一般居室にグラスウールを持ち込み、垂直入射吸音率を測定した。12の手法を用いることで擬音が低減され、測定精度が向上したことを確認した。ここまでの内容について、騒音振動研究会にて口頭発表を行った。本年度の検討を通し、擬音の低減による測定精度の改善が確認されたが、低周波数帯域での測定精度が依然として悪く、2018年度には実験・数値解析を通してその原因を突き止め、改善手法を検討する予定である。本研究課題の申請時の研究計画どおり、2017年度はパラメトリックスピーカの音源信号として用いる超音波の非線形駆動による測定誤差を低減し、測定手法として確立するための検討として実験室および現場での測定を重ねた。可聴音の測定に際し同時に受音される超音波がマイクロホンの振動面で擬音と呼ばれる局所ひずみを起こし、測定誤差の要因となる。これを低減するための手法として、フォノニック結晶・音源信号の位相反転駆動を用いた。実験室・現場での測定を重ね、これらの2つの手法により擬音を低減し、測定精度を改善することができた。しかし、1 kHz以下の低周波数帯域では依然として精度が低いため、建築音響の分野で測定手法として用いるには測定可能な周波数帯域をさらに広げる必要がある。

建築材料の音響特性を高精度に計測し、3次元の音響シミュレーションシステムを開発するという最終目標に向けて、鋭い放射指向性をもつパラメトリックスピーカを音源として用いた計測手法の開発を行っている。その狭指向性により音波を材料に局所的に入射することで、不要な反射や回折の影響を回避した高精度な計測手法として期待される。パラメトリックスピーカを用いて可聴音を計測する際には、音源信号として用いる高音圧な超音波が擬音とよばれる局所歪を引き起こし、誤差要因となる。擬音による計測誤差を低減するためには、受音点付近で超音波を低減する必要がある。2017年度には、音源信号として位相反転信号を用いる信号処理的な制御、及びフォノニック結晶と呼ばれる物理フィルタを用いた構造的な制御によりこの課題を解決した。2018年度には、斜め入射吸音特性の計測に、提案手法を応用した。斜め入射吸音特性は、材料の端部回折や周壁からの反射等の影響を受けやすく、その計測の困難さから未だ一般化された計測手法が存在しない。しかし、パラメトリックスピーカの狭指向性はこの問題に有効であると期待された。2017年度の検討を踏まえて斜め入射吸音特性の計測を行ったところ、精度のよい計測ができた。また、位相反転駆動方式では、超音波の低減領域が非常に狭く、特に入射角が大きい場合で受音点をその領域内に設置することが困難であった。しかし、その駆動方式に更なる改良を加えた結果、どの角度においても精度よく測定を行うことができた。2017年度には、音源信号の駆動方式の工夫、およびフォノニック結晶と呼ばれるバンドギャップフィルタを用いた構造的な制御により、パラメトリックスピーカを用いる際に高音圧な超音波が引き起こす「擬音」の問題を解決した。2018年度は、前年度の知見をふまえて、斜め入射吸音特性の計測を行い、提案手法により精度よく測定ができることを示した。また、音源信号の駆動方式にさらなる改良を加えることによって、さらに測定精度を改善することができた。ここまでの計測をまとめて雑誌論文とした。昨年度の検討により、擬音に起因する誤差を2つの手法により低減することで1 kHz以上の帯域の測定の精度はある程度確保されることがわかった。しかし、1kHz以下の帯域の精度はさらに改善の必要があるため、本年度は低周波数帯域の精度の改善のため、実験だけでなく数値解析も利用して検討を進める。また、垂直入射吸音率だけでなく斜入射吸音率やインピーダンス・反射特性など他の音響特性の測定手法も考案する必要がある。それらの検討を通して、測定可能な周波数帯域・音源と測定領域の幾何的関係・暗騒音レベルなど、測定条件を整理し、測定の適用範囲を定める予定である。さらに、3次元の音響シミュレーションシステムを開発するという最終目標に向けて、測定した境界条件を数値シミュレーション等へと適用する方法等も検討する。2018年度の検討により、擬音に起因する誤差を低減する手法を用いて、斜め入射時の材料の吸音特性が精度よく計測できることがわかった。しかし、800Hz以下の帯域の精度の更なる改善が必要である。その原因として、材料と音源の幾何的関係、および音源の周波数特性に着目し、2019年度は差分法を用いた非線形数値解析及び実験による検討を進める予定である。それらの検討をふまえ、測定可能領域や暗騒音レベルなど、計測手法の適用範囲を整理する予定である。
非咬合状態がマウス咀嚼筋のアセチルコリン受容体クラスター形成に及ぼす影響

神経筋接合部においてアセチルコリン受容体(AChR)はクラスターを形成しており、このAChRのクラスターにAChが結合すると筋収縮が引き起こされる。本研究においては歯の欠損がAChRのクラスター形成に及ぼす影響について調べた。その結果、歯の欠損はAChRクラスターの成熟に大きな影響を与えることが示唆された。【緒言】mitf遺伝子に突然変異をもつ小眼球症マウス(mi/mi)は歯の萌出不全を伴うため、咬合することができない。我々は、この小眼球症マウスを歯の萌出不全モデルマウスとして用いて、成長発育過程における咬合の有無が咀嚼筋の筋形成に及ぼす影響を検討した。その結果、成長発育過程における咬合の有無が咬筋におけるシナプス形成に影響を与えていることを示した。本年度はαブンガロトキシン染色、共焦点レーザー顕微鏡により神経筋接合部のアセチルコリン受容体(ACh受容体)クラスター形成の三次元立体構築による解析法を確立することを目的として以下の実験を行った。【材料と方法】Wild type, mi/mi共に生後3週まで母乳で飼育し、その後、離乳させた。離乳後mi/miには粉末飼料を、Wild typeには固形飼料を与えた。生後8週目にWild type, mi/miを安楽死させ、咬筋と腓腹筋を摘出し、直ちに凍結した。摘出した咬筋と腓腹筋のほぼ中央付近の凍結切片を作成し、4%パラフォルムアルデヒドで固定した。Alexa488標識ブンガロトキシンによりアセチルコリン受容体の染色を行い、レーザー共焦点顕微鏡により観察を行った。【結果】mi/miの咬筋におけるアセチルコリン受容体クラスターの分布は、Wild typeの咬筋、mi/mi、Wild typeの腓腹筋と比較して分散していることが観察された。また、mi/miの咬筋には他と比較して、サイズの小さいクラスターがより多く分布していることが観察された。【結論】上記の結果から咬合の有無がラット咬筋におけるアセチルコリン受容体クラスター形成に影響を与えている可能性が示唆された。本研究の目的は、m/miマウスをモデル動物として用いて非咬合状態が咀嚼筋のアセチルコリン受容体(AChR)クラスター形成に及ぼす影響を明らかにすることである。本年度はAChRクラスターの3次元立体構築のための実験条件を確立し、AChRクラスターの成熟度の指標としてクラスター当たりの断片数の分布の変化を測定しmi/miマウスと野生型マウスを比較した。1、4、12週齢のmi/miおよび野生型マウスを安楽死させ、咬筋を摘出し迅速に凍結した。クリオスタソトをもちいて筋標本のほぼ中央部付近で厚さ25μmの凍結切片を作成した。cy2、FITCなどの蛍光色素で標識したブンガロトキシンでAC脈クラスターを染色した。共焦点レーザー顕微鏡を用いて0.5μmの厚さで断層組織染色像を採集し、三次元立体構築用ソフトウエアを用いてAChRクラスターの三次元画像を得た。この三次元画像を用いてクラスター当たり断片数の分布の変化を測定した。1週齢の咬筋の1つのクラスターに含まれる断片数は、野生型で最大2、mi/miで最大3であったが、断片化していないクラスターが多く観察された。両系統マウスで、断片数の分布に大きな差は認められなかった。4週齢の咬筋の1つのクラスターに含まれる断片数は、野生型で最大4、mi/miで最大8でクラスターの断片数の分布に大きな差が見られた。12週齢の咬筋の1つのクラスターに含まれる断片数は、野生型で最大5に対し、mi/miで最大12で、クラスターの断片数の分布に大きな差が見られた。コントロールとして用いた腓腹筋では、すべての週齢で両系統マウスの間で断片数の分布に大きな差は見られなかった。以上の結果から、咬合状態の変化はAChRクラスターの成熟に大きな影響を与えることが示唆された。mi/miマウスをモデル動物として用いて非咬合状態が咀嚼筋のアセチルコリン受容体クラスター形成に及ぼす影響を明らかにするため、以下の実験を行った。Wild type、mi/mi共に生後3週まで母乳で飼育し、その後、離乳させる。離乳後mi/miには粉末飼料を、Wild typeには固型飼料または粉末飼料を与えた。生後1、4、12週目にそれぞれ6匹ずつ安楽死させ、咬筋と腓腹筋を摘出し、直ちに凍結した。摘出した咬筋と腓腹筋のほぼ中央付近の凍結切片を作製し、4%パラフォルムアルデヒドで固定する。ローダミン標識ブンガロトキシンによりアセチルコリン受容体の染色を行い、共焦点レーザー顕微鏡を用いて0.5umの厚さで断層組織染色像を採集し、アセチルコリン受容体クラスターの断片数および体積を解析した。1週齢の咬筋ではアセチルコリン受容体クラスターの断片数はほぼ1で、断片化しているクラスターはほとんど観察されず、両系統間に有意差は認められなかった。

4週齢におけるWild typeのクラスター断片数は固形飼料を与えた群では1.17、粉末飼料を与えた群では1.20で2群間に有意な差は認められなかった。しかし、mi/miでは1.52でWild typeの2群よりも統計学的に有意に大きかった(p<0.050.01)。12週齢でも同様に、固形飼料を与えたWild typeでは1.47、粉末飼料を与えたWild typeでは1.50であるのに対して、mi/miは2.61でWild typeの2群よりも有意に大きかった。腓腹筋においては飼料性状および両系統マウス間で大きな差異は認められなかった。以上の結果から、飼料性状は咬筋のアセチルコリン受容体クラスター形成に大きな影響は与えなかったが、咬合状態の変化はクラスター形成に大きな影響を与える事が示唆された。本年度の交付申請書ではAChRクラスター形成および神経支配におよぼす非咬合状態の影響を明らかにする予定であった。しかし、AChRクラスター形成におよぼす非咬合状態の影響はほぼ明らかにできたと思われるが、神経支配に及ぼす影響は予備実験を開始しただけなので(3)やや遅れているという自己評価になった.24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度でAChRクラスター形成におよぼす非咬合状態の影響はほぼ明らかにできたと思われる.今後はクラスターの体積、表面積などの解析をさらにすすめ、AChRクラスター形成を調節しているメカニズムについて研究を進める予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。
高度屈曲可能な自己拡張型ニチノールステントの開発

平成12年度には素材、デザインの研究と、そのデザインのもとに試作品を作り、改良を加えた。出願特許関係のリサーチを行い、既存の特許に抵触しない方法、デザインを考えた。平成13年度は開発の方向性とデザインがほぼ決定し、試作品の拡張時の記憶法、表面処理法の改良を行った。平成14年度はステントを目的臓器へ挿入するためのdeliveryの開発と、デリバリーへのマウント法の確立、ステントの生物学的安全性の検討を行った。最終デザインのもとに特許を出願した。薄い均一なニチノールパイプを複雑な収縮した状態のデザインでカットし、目的の太さまで徐々に拡張後、ニチノールに記憶処理を行う。その後金属表面を研磨する。その金属表面が電子顕微鏡を用いて期待されているような表面に処理されてるかを確認する。記憶金属の拡張処理後にもとの小さな形状にもどして、小さな筒状のdeliveryに格納することは容易でなく、低温処理、マウント工具の開発に時間がかかった。この技術もようやく解決のめどがたち、ステントがマウントされた状態の試作品が完成した。自己拡張型である利点を生かすべき柔らかで、且つスムーズな挿入可能なdeliveryの試作を行った。総合的に我々の開発したステントの物理的特性を引っ張り試験、曲げ試験などを行いやわらかな特徴であることを確認した。さらに、生体安全性試験として、生犬の腸骨動脈にステントを留置して、既存のステントの比較実験を行った。Deliveryの開発が遅れたため、予備実験の短期成績で有意な内膜肥厚抑制効果を認め、良好な成績も期待されると思われる。本年度の研究実施計画に従い各研究者が以下の如く行った。1)ステントデザイン(梨原、石橋)すでに海外での発表されているステントの文献や学会等にて報告されているものをリサーチした。過去に開発されたステントの形状、特許出願情報から我々が開発中のステントが形状、デザインでの特許競合などがないことを検討した。東北工業大学工業意匠学教室(梨原)の指導のもとに購入したCADソフトを持ちてコンピューター上で三次元的に収縮した状態と拡張した状態とのステントをシュミレーションを繰り返した。ほぼそのデザインは決定したが、デザインは特許出願中であり詳細は報告できない。2)レーザーカット用画像の抽出(石橋、松本)デザインに見合う、金属材料の選定、ステント金属の厚み、カット後の金属特性について検討した。ほぼ現行のニチノールの材料と記憶形状付けで可能であろうとの方向性が決定された。3)アイデアモデルの試作(松本、石橋)購入した金属材料を用いて、決定したモデルをレーザーカット法にて試作品を作成した。まだ完成品でないので形状の改善、拡張力、屈曲性での改善の必要性があり試作品を繰り返し作成している。4)試作ステントの安全性と実用性の確認(石橋、間島、津田)試作品の拡張力試験、引っ張り試験を行い、不十分で改善が必要との判定で新たな試作品の完成をまっている。安全性確認のための動物実験開始に備え、FDA,厚生省の医用器具製造安全性のガイドラインに乗っ取った豚、犬での動物実験計画書を作成した。現時点でのステント治療問題点の現状と把握のためステント研究会で気道系ステントの発表ならびに調査研究も行った。昨年度に引き続いてデザインの見直し、試作品の作り変えを行い、ほぼ満足すべき製品に仕上がりつつあるので、このステントを用いて、成犬の大腿動脈留置での安全性の確認試験中である。1)ステントのデザイン(梨原、石橋)昨年度のデザインを基にした試作品を作成したが、屈曲性、拡張力の点で幾つかの間題点があることがわかった。そこで新たなデザインを考案し直し、コンピュータグラフィックス上(東北工業大学工業意匠学科担当)で収縮時、拡張時、屈曲時などのシュミレーションを繰り返した後、拡大モデルを試作し、デザインの変更点を確認した。このデザインは現在特許出願中である。

2)アイデアモデルの試作品の製作(梨原、松本、石橋)(1)にて試作品として決定したモデルをCADデータに変換し、2mm径のニチノールパイプにレーザーカットできるように変更を加える。カットされたチューブの温度メモリー処理を加えて試作品を作り、金属材料の表面処理を加えて、エッジ処理を行った。3)試作品の安全性と実用性の確認(石橋)現在の試作品は臨牀応用可能な形状、拡張力と考えられ、既存のステントとの物理特性を検討した結果、満足すべきものであった。平成14年度は試作したステントを目的臓器へ挿入するためのdeliveryの開発と、生物学的安全性の検討を行った。記憶金属の拡張処理後にもとの小さな形状にもどして、小さな筒状のdeliveryに格納することは容易でなく、低温処理、マウント工具の開発に時間がかかった。この技術もようやく解決のめどがたち、ステントがマウントされた状態の試作品が完成した。自己拡張型である利点を生かすべき柔らかで、且つスムーズな挿入可能なdeliveryの試作を行った。総合的に我々の開発したステントの物理的特性を引っ張り試験、曲げ試験などを行いやわらかな特徴であることを確認した。さらに、生体安全性試験として、生犬の腸骨動脈にステントを留置して、既存のステントの比較実験を行った。また、予備実験の短期成績で有意な内膜肥厚抑制効果を認め、長期の良好な成績も期待されると思われる。
Exosome分泌調節機構の解明

Exosomeは細胞内のエンドソームに含まれる微小な膜小胞で、分泌シグナルをもたない細胞内タンパク質を細胞外に放出する新たな経路として、近年注目されている。生体内で各種細胞から放出されたexosomeは、血液、脳脊髄液、腹水、尿などに分泌され、細胞間の情報伝達や免疫応答に関与するが、その分泌調節機構や機能はよくわかっていない。我々は機能未知の新規ユビキチン様タンパク質UBL4の解析を進めていく過程で、UBL4が核タンパク質BAT3と結合すること、さらにexosome中に分泌されていることを見い出した。現在までにBAT3の機能は、熱ショックタンパク質Hsp70のシャペロン機能の調節や、アポトーシスなど多岐に及ぶことが報告されている。我々の研究によってUBL4Bだけでなく、別のユビキチン様タンパク質であるUBL4A、ISG15、UBDもBAT3に結合することが明らかとなった。今回、これらユビキチン様タンパク質のC末端の変異ベクターを作製し、BAT3との結合を検討すると、UBL4A、UBL4BのC末端で免疫沈降を行った場合においてもBAT3が共沈してきた。このことからUBL4がBAT3と結合する際には、ユビキチン様タンパク質で一般的であるC末端の切断を介したイソペプチド結合を介さずに、C末端を保持した状態での非共有結合であることが明らかとなった。同様にISG15とUBDの場合も非共有結合を介してBAT3と結合することを明らかにした。さらに、これらのユビキチン様タンパク質は、BAT3と結合することによって高率にexosomeに分泌されることを明らかにした。両者の結合は細胞内のみならず、精製したexosome内においても確認され、ユビキチン様タンパク質による修飾がexosome分泌において重要な役割を担っている可能性が示唆された。
ウェルナーヘリケース遺伝子ファミリーのジーンターゲティングによる機能解析

ウェルナーヘリケース遺伝子ファミリーは、ヒト及びマウスにおいては少なくとも5種類以上のメンバーからなり、その内の3種類は、ウェルナー、ブルーム、ロスモンド・トムソン症候群(RTS)の原因遺伝子であるが、これらの疾患の臨床像を説明し得る作用機構についてはほとんど解明されていない。そこで、WRN、RecQ1、RecQ4,RecQ5の4種類のKO-Miceを作製し、高等生物の生体内における各ヘリケース遺伝子の機能・役割分担を解析している。各遺伝子のターゲティングベクターをマウスES細胞へ相同組換えにより変異を導入した結果、Wrn、mRecQ1、mRecQ4 KO-Miceは樹立でき、継続して解析している。mRecQ5はホモ変異体は胎生致死である可能性が高い。RTSの原因遺伝子であるRecQ4に関しては3種類のKO-Miceについて解析した。1)ほぼヌルタイプ(Nアレル)のホモ変異体は、胎生3.56.5日にアポトーシスが亢進し致死であった。胎生3.5日胚のブラストシストにおいて、ICMやトロフォブラスト数は減少し、in vitroにおける細胞増殖活性も有意に低下していた。2)Cre-loxPシステムにより欠失可能なコンディショナル変異アレル(S'とS)を持つマウスから得られた「S'/N」コンパウンドヘテロマウスは、成長遅延・白髪化が加齢に伴い顕著となり、また毛嚢の数は少なくメラニンの色素低下や分布異常といった皮膚病変も認められた。3)ヘリケースドメイン以降のC端を欠如する変異アレル(Tアレル)のホモ変異マウスも同様にRTS患者で報告されている病変が認められた。また、mRecQ4のN端及びC端に対する抗ペプチドポリクローナル抗体は、Western blot法により大腸菌でそれぞれ部分発現した蛋白との反応性を確認後、樹立した線維芽細胞株への反応特異性も確認できた。ウェルナー症候群の原因遺伝子として同定されたウェルナーヘリケース(WRN)を始めとするRecQタイプのDNAヘリカーゼ遺伝子ファミリーは、ヒト及びマウスにおいては、少なくとも5種類以上のメンバーからなることが知られている。そのうちWRN、BLM、RecQ4については、いずれも染色体不安定を伴うヒトの劣性遺伝病の原因遺伝子であると同定されてきたが、これらの疾患が示す臨床像を説明し得る十分な作用機構については未だほとんど不明である。そこで、WRN、RecQ1、RecQ4,RecQ5の4種類についてノックアウトマウス(KO-Mice)を作製し、老化の表現型、発癌、DNA組換え、修復異常、ゲノム不安定性などの観点から、高等生物の生体内における各RecQヘリケース遺伝子ファミリーの機能・役割分担を解析している。各KO-Miceは既に樹立され、現在継続して解析を行なっているが、今年度は、Rothmund-Thomson症候群の原因遺伝子と同定されたRecQ4に関する3種類のKO-Miceについて解析した結果を報告する。1.ほぼヌルタイプ(Nアレル)となるホモ変異体は、胎生3.56.5日にアポトーシスが亢進し致死であった。2.ヘリケースドメイン上流をCre-loxPシステムにより欠失可能なコンディショナル変異(S ́とSアレル)を導入したマウスは、ヘテロ、ホモマウスともほぼ正常に生まれ、成長し発育してくることが確認できた。また、NとS ́のヘテロマウス同士の交配により得られるS ́/Nコンパウンドヘテロマウスは、ほぼメンデル則に従って得られ、4週齢を過ぎた頃から、オス・メスともに成長遅延が次第に顕著に認められた。12週齢を経過した頃から、全身の毛の白髪化や尾の皮膚の病変が次第に顕著となった。

皮膚の病理標本をFontana-Masson染色した結果、変異マウスにおいて特異的にメラニン色素が低下していることが明らかとなった。3.ヘリケースドメインまでを完全に保持し、それ以降のC端のみを欠如するトランケーションタイプ(Tアレル)のKO-Miceは、ホモ変異体の存在が確認でき、経過観察している。ウェルナーヘリケース遺伝子ファミリーは、ヒト及びマウスにおいては少なくとも5種類以上のメンバーからなり、その内の3種類は、ウェルナー、ブルーム、ロスモンド・トムソン症候群(RTS)の原因遺伝子であるが、これらの疾患の臨床像を説明し得る作用機構についてはほとんど解明されていない。そこで、WRN、RecQ1、RecQ4,RecQ5の4種類のKO-Miceを作製し、高等生物の生体内における各ヘリケース遺伝子の機能・役割分担を解析している。各遺伝子のターゲティングベクターをマウスES細胞へ相同組換えにより変異を導入した結果、Wrn、mRecQ1、mRecQ4 KO-Miceは樹立でき、継続して解析している。mRecQ5はホモ変異体は胎生致死である可能性が高い。RTSの原因遺伝子であるRecQ4に関しては3種類のKO-Miceについて解析した。1)ほぼヌルタイプ(Nアレル)のホモ変異体は、胎生3.56.5日にアポトーシスが亢進し致死であった。胎生3.5日胚のブラストシストにおいて、ICMやトロフォブラスト数は減少し、in vitroにおける細胞増殖活性も有意に低下していた。2)Cre-loxPシステムにより欠失可能なコンディショナル変異アレル(S'とS)を持つマウスから得られた「S'/N」コンパウンドヘテロマウスは、成長遅延・白髪化が加齢に伴い顕著となり、また毛嚢の数は少なくメラニンの色素低下や分布異常といった皮膚病変も認められた。3)ヘリケースドメイン以降のC端を欠如する変異アレル(Tアレル)のホモ変異マウスも同様にRTS患者で報告されている病変が認められた。また、mRecQ4のN端及びC端に対する抗ペプチドポリクローナル抗体は、Western blot法により大腸菌でそれぞれ部分発現した蛋白との反応性を確認後、樹立した線維芽細胞株への反応特異性も確認できた。
新規な核酸誘導体およびスルフォン酸基を有する物質の抗HIV作用の検索解析

前年度までの研究において、我々は色素を用いたスクリ-ニングアッセイ法により,いくつかの新しい物質に選択的な抗HIV活性があることを見いだしてきた。その1つがHIVの1型にのみ有効で、その逆転写酵素をアロステリックに阻害するHEPT誘導体であり,もう一方の代表的なものはナフタレンスルフォン酸誘導体である。そこで今年度はそれらの物質をもとに、多くの誘導体を合成し,抗HIV活性の検索と作用機序の解明にとり組んだ。その結果,HEPT誘導体については,EーEPU,EーBPU,およびEーEBUーdMと名づけられた新しい物質が,どれも培養細胞におけるアッセイではそれらの50%有効値が数nMを示し,既存の抗HIV剤との比較でも最も活性の高いものの1つであることが分った。一方,毒性については,どの物質もきわめて低く,抗ウイルス活性濃度を1とした時の毒性濃度の値,すなわち治療係数は1方かそれ以上に達することが判明した。作用機序はHEPTと同じく,HIV1型の逆転写酵素に対するアロステリック阻害であり、現在はこれらの臨床応用の可能性をさぐるため,動物を用いた毒性試験,薬理学試験を実施中である。もう一方の物質であるスルフォン酸誘導体については,その基本骨格がナフタレンである物質にとどめず,種々の骨格を有するスルフォン酸化物質にその抗HIV活性検索の範囲を拡大し,アッセイを試みた。その結果、いくつかのスルフォン酸化ポリマ-,例えばポリビニルスルフォン酸,ポリスチレンスルフォン酸などに強力で選択的な抗HIV活性を有することが明らかになった。我々はまたこれらの作用機序についても検討を行ない,これらの物質がウィルスの細胞に吸着する段階を阻止することをつきとめた。
米国におけるアフリカ系アメリカ人ムスリムの日常的実践に関する文化人類学的研究

本研究は、アメリカ国内の複数の地域におけるムスリムたちに焦点を当て、個々の地域における彼らの語り、日常的実践、価値や制度の構築・変容のプロセスを比較し解明するという全体構想のもとに行われる文化人類学的研究である。イスラームの地域性やムスリムの多様性を明らかにするために、ハーレムとデトロイトにおけるアフリカ系アメリカ人ムスリムたちの活動と彼らの地域との関係についての資料や文献、フィールド・データの収集・整理を行った。またフィールドワークや資料・文献収集を進めるなかで、これまで出会った問題群を理論的に取りまとめる作業を行った。1.デトロイト市内、およびディアボーンを含むその近郊にある複数のモスクを訪問し、調査を行った。とりわけ、ネイション・オブ・イスラム(NOI)のモスクやNOIとは異なる方向で運動を展開したアフリカ系アメリカ人ムスリムによる組織のモスクにおいては、各モスクのリーダーやメンバーたちにインタビューをするだけでなく、今後も連絡を取り合い長期的な信頼関係を築いていくことができるよう配慮した。これは、デトロイトという地域で新たにフィールドワークを行っていくうえで不可欠であるだけでなく、今後ますます求められていくであろう、研究の双方向性の確保という点でも重要性が高い。また、デトロイト市内およびその近郊において、博物館や図書館を訪れ、デトロイトという地域の特殊性とそのなかでのアフリカ系アメリカ人、ムスリム移民の生活をより深く理解するために、資料を収集した。2.ニューヨークでは、これまで行ってきたフィールドワークで培ったネットワークを用い、さらなる調査を行った。これまでの成果のひとつである博士論文のコピーを、かつてフィールドワーク中に出会ったムスリムたちに手渡すと同時に、その後の変化について聞き取りを行った。これは、研究の双方向性の確保という意味で重要であると同時に、現在劇的な変化の波にさらされているハーレムという場所での生活の変化を知る上でも重要であった。また、ニューヨーク在住の社会学者、テリー・ウィリアムズやウィリアム・コーンブルムと複数回に渡って研究打ち合わせを持ち、これまでの成果を確認するとともに、今後の調査の方向性についても意見を交換した。1.ニューヨーク市内にある複数のモスクを訪問し、調査を行った。ネイション・オブ・イスラム(NOI)の元メンバーや、その後NOIとは異なる方向で運動を展開したアフリカ系アメリカ人ムスリムたちのなかで、とりわけ1960年代を経験してきた者に聞き取り調査を行った。インタビューにおいては、映像作家であるサリーム・アジズやシェリー・ウェルドンの協力を得て記録を残し、今後も被調査者との連絡を取り合い長期的な信頼関係を築いていくことができるよう配慮した。これは、ニューヨークという地域で新たにフィールドワークを行っていくうえで不可欠であるだけでなく、今後ますます求められていくであろう、研究の双方向性の確保という点でも重要性が高い。2.ニューヨークでこれまで行ってきたフィールドワークで培ったネットワークを用い、さらなる調査を行った。第一に、これまでのフィールドワーク中に出会ったムスリムたちのその後の変化について聞き取りを行った。これは、ハーレム自体が再開発やコロンビア大学によるキャンパス拡大等によって現在劇的な変化の波にさらされているなかで、その場所に生活する彼らがどのような対応をとっているのか(取らざるを得ないのか)を知る上でも重要であった。第二に、ニューヨーク在住の社会学者、テリー・ウィリアムズやウィリアム・コーンブルムと複数回に渡って研究打ち合わせを持ち、これまでの成果を確認するとともに、今後の調査の方向性についても意見を交換した。第三に、ニューヨークという都市の特殊性をさらに明らかにするために、コロンビア大学や公立図書館等で資料収集を行った。
グループ・ディスカッションを中心とした読むことの学習開発に関する基礎的研究

次の4点に集約することができる。(1)ディスカションをとりいれることによって、少なくとも学習者相互の「考え」を明るみに出すことができるということであり、また、各々が自らの「読み」の特徴を意識することができるようになるということである。このことは報告書に掲載した「空中ブランコ乗りのキキ」(別役実)を対象としたグループ・ディスカッションのなかにあらわれていた。(2)本研究のなかで分析・検討の対象とした『リテラチャー・サークルとともに前進する』と『教室におけるピア・トーク』それぞれの論述に共通してとらえることのできるのは、「読むこと」の学習にディスカッションをとりいれることによって、それをリテラシー育成の場にしていこうとする発想であった。ここで言うリテラシーは「読み書き」にかぎらないものである。ディスカッションであるから、当然のことながら聞き・話すという活動も少なからず営まれる。読んで考えたことや感じたことを通じ合わせる活動にとりくむことによって、リテラシーは育ちゆくのだということをこれらの論考は教える。(3)グループ・ディスカッションの工夫は「読むこと」の学習を活性化させていこうとする願いから生まれる。本研究においてめざしたのは巧みに話し合う力の育成ではない。むしろ、技術はつたなくてもよいのであって、むしろひとと会話する内容を書物の方に求めながら、一人ひとりの「ことばの力」を育てていくための方策の一つとしてグループ・ディスカッションがあるのだと言ってよい。(4)アメリカにおいてグループ・ディスカッションの実践研究をあらわしたジェニ・デイが提案し実践した<ストラテジー・レッスン>のような営みを継続していくことは、結果的に児童たちのコミュニケーション能力を育てることにつながるだろう。そこでは読書の方法そのものが扱われているわけではない。むしろ、ことばを通じてメッセージをやりとりするための方策や各自の思考と認識を深いものにしていくための方策が扱われていた。この意味で、グループ・ディスカッションを中心とする「読むこと」の学習は児童・生徒の「ことばの力」を伸ばしていく可能性をそなえていると言うことができる。平成16年度は、研究計画に従いながら基礎的な研究とグループ・ディスカッション記録の収集・分析を行った。基礎的な研究としては、内外における「読むこと」の学習におけるグループ・ディスカッションに関する文献を収集・分析し、原理的・実証的な考察を行い、その成果を二つの学会で発表した。一つは、第106回全国大学国語教育学会(2004年5月於:千葉大学)での「文学の読みが「対話的」になる条件-"point-driven reading"概念の検討を手がかりとして-」であり、いま一つは、中国四国教育学会第56回大会(2004年11月於:鳴門教育大学)での「読むことの学習における「ピア・トーク」の役割」である。前者は、グループ・ディスカッションで営まれる読みの深化を左右する"point-driven reading"(要点駆動の読み)が成り立つ諸条件を明らかにし、後者においては、主としてアメリカ合衆国における初等・中等国語教育での「ピア・トーク」実践の具体的展開を訳出し、分析・検討し、それが日本における「読むこと」の学習開発にどのような示唆をもたらすか論じた。並行したかたちで2004年11月から2005年2月にかけて、公立中学校の1年生の文学作品(別役実「空中ブランコ乗りのキキ」)の授業において「グループ・ディスカッション」を取り入れた授業実践を試みてもらい、その授業におけるディスカッション内容をICレコーダ及びデジタルビデオカメラを用いて録音・録画し、それをトランスクリプトしながら分析を進めている。授業実践記録については平成17年度に本格的な考察を行う予定である。

平成17年度は、研究計画に従いながら本研究全体の集約を行った。平成16年度から引き続いて行ってきたグループ・ディスカッションを取り入れた読むことの学習に関する研究文献に関する考察をまとめた。平成17年度末に刊行した報告書(私家版)のなかにその成果を集約している。また、別役実「空中ブランコ乗りのキキ」を素材として営まれたグループ・ディスカッションに関する実証的な研究の成果を、学会で発表した(「グループ・ディスカッションによる「読み」の構成」第108回全国大学国語教育学会2005年10月岐阜大学教育学部)。2年間にわたる研究の成果をA4版150頁余りの報告書にまとめた。「グループ・ディスカッション」を取り入れることが、「読むこと」の学習を一人ひとりのリテラシー育成の場にするということを明らかにすることができた。「読むこと」の授業におけるディスカッションや話し合いの役割をあらためて明確にし得たことが本研究の大きな成果だと言えるだろう。
液晶位相変調素子を用いた生物位相差顕微鏡の高精度定量化

位相差顕微鏡は、生物組織の観察などには欠かせない装置であるが、定量的観察には不向きとされてきた。本研究においては従来用いられてきた固定位相板の代わりに、液晶セル等による可変位相シフタ-を用いることにより位相差像の定量化が可能になる、との着想を実現するために次の順序で研究を行った。(1)ネマテイック液晶セルを位相シフタ-として用いた共通光路干渉計において、位相シフト法により2次元位相物体の位相を約λ/30の精度で定量化を行うことができた。(2)生物試料を生きた状態で観察するためには高速位相変調素子が必要になる。ネマテイック液晶に比べて応答性が2桁以上速い強誘電性液晶および反強誘電性液晶の位相変調特性を調べた結果必要な性質を備えていることが示された。(3)茶抽出液の光学的非線形性に着目し、位相変調特性を調べた。入射パワーを変化させることにより、0から2πの全域位相変調が可能であり、自己配置型位相フィルターとしての応用の可能性が示された。(4)位相差顕微鏡の瞳面をリレー光学系によって鏡筒外に導き、リングスリットに対応してリング状電極を持つ液晶位相シフタ-を挿入する装置を試作した。+π/2および-π/2位相シフト像の差画像からデコンボルーション法により弱位相物体に対して位相を定量化する方法を提案し、標準試料に対して定量観察を行うことができた。今後、本研究で提案された定量化法に関連して、吸収膜の影響、物物体が振幅分布を持つ場合の検討、さらにそれらを含めた精度上の検討等、多くの課題を残しているものの、従来の観察方法では得られない新しい顕微鏡観察が原理的にも実際の装置の上でも可能であることが示された。本研究の目的は、従来の位相差顕微鏡の位相板に替えて、自由に位相を制御できる液晶位相変調素子を設置することにより、生物細胞等の切片の観察において内部構造の分布を高精度に定量的に求めることができる特殊な顕微鏡を開発することで、次の3点に絞って研究を進めた。1.顕微鏡による実験の準備として二重回折光学系のフーリエ変換面に平行配向のネマティック液晶セルを設置した空間フィルタリング光学系により、2次元位相物体の位相分布の定量化実験を行った。試料の設置から最終的な位相分布の3次元表示法に至るアルゴリズムを確立した。また、周囲温度変化による位相変調量の変動を補正するためのフィードバック法を開発した。2.液晶位相変調素子の時間応答性を改善するために、応答特性がネマティック液晶に比べて2桁以上速い強誘電性液晶を挿入した位相変調素子を開発した。同時に温度特性をも調べた。その結果、10-25°Cで約90°の安定した位相変調特性が確認された。さらに単一電極で3ステップ位相シフトを行うために、3安定物質である反強誘電性液晶の利用を検討し、現在位相変調特性およびその温度依存性に関する実験を行っている。3.従来の位相差顕微鏡においては対物レンズの射出瞳面上に一体化した位相板を設置する。本研究における試作品においては、種々の位相変調素子を交換できることが必要で、そのために付属ユニットを改造し位相制御部を顕微鏡本体と別の鏡筒に設置する方式を設計し、現在改造品を製作中である。以上のように、位相変調素子、位相制御部の設計製作、システムの駆動アルゴリズムの検討がいずれも順調に進んでいる。次年度にはこれらの結果を踏まえたシステムとして完成に至る十分な見通しが得られた。前年度の研究に引き続き、次の順序で研究を進めた、

(1)位相シフターに関する研究位相シフターとしては外部電界によって0から2πの間で連続的に位相制御可能なネマティック液晶、2値または3値の高速位相変換が可能な強誘電性液晶および反強誘電性液晶について、位相変調特性を理論的実験的に詳細に検討した。外部電界を必要としない光誘起位相変調素子として、茶の抽出液のセルを作成し、その独特な位相変調特性について理論的実験的に調査し検討した。(2)液晶位相シフターを設置した位相差顕微鏡の試作従来の位相差顕微鏡においては、対物レンズの瞳面に位相板を設置しているが、試作の顕微鏡においてはリレー光学系によって対物レンズの外部に瞳面を作り、そこに液晶位相シフターを設置した。(3)位相定量化法の開発位相シフトした複数の位相差像から光学系のOTFを考慮して位相を決定する方法を新たに開発した。(4)位相物体の定量観察試作した位相差顕微鏡で実際の生物試料の観察を行い新たに開発したアルゴリズムで位相分布を定量的に求めた。その結果、弱位相物体に対しては定量的な位相解析を行うことができた。さらに大きな位相変化を持つ物体や透過率分布を持つ物体についても定量解析の可能性が示された。今後、精度の検討等残された課題はあるものの、本研究によって定量観察可能の新しい位相差顕微鏡の実用化の見通しが立てられた。
超高速・低消費電力面発光レーザフォトニクス

面発光レーザは,光インターコネクトなど,高速化が強く求められている.微小光共振器を横方向に集積してその光のフィードバック効果により,その変調帯域を大幅に拡大することを目指した.まずレート方程式モデルにより,小信号変調帯域として,50GHzが得られることを示し,結合共振器の数を増やすことで,小信号変調帯域として,100GHzを越える変調帯域の可能を示した.実際に850nm帯結合共振器デバイスを製作して,小信号変調帯域30GHz,大信号変調48Gbpsを実現した.また,低消費電力を進め,100fJ/bitの低エネルギー動作を実証するとともに外部変調器集積光源を製作し, 1mWを越える光出力を得た.本研究では,光インターコネクトの主要光源である面発光レーザに,垂直方向のレーザ共振器に加えて,微小光共振器を横方向に集積してその光のフィードバック効果により,その変調帯域を大幅に拡大する新しい高速変調技術の確立を目的としている.また,同一手法により,面発光レーザに光の群速度を制御した小型の吸収型光変調器をモノリシックに集積し,小型化による高速化と低電圧化による低消費電力化を目指している.両手法による理論的な変調速度限界を究明するとともに,デバイスの試作を通しての実証研究により100Gbps級の超高速半導体レーザ工学の確立を目指している.光帰還を用いた超高速面発光レーザ実現のため,横方向結合共振器面発光レーザの小信号変調特性を戻り光を含むレート方程式を用いて解析を行った.強結合の条件を議論するため,光帰還用の共振器での共振効果を含めた解析を行った.共振器間の結合効率を増大することで,変調帯域を大幅に増大させることができ,小信号変調帯域として,最大55GHzまで増大できることを明らかにした.実際に,光リンクの世界標準波長である850nmの結合共振器面発光レーザを製作した.高速化を実現するための設計指針に基づき,共振器間の光結合を強くするために新たにBattledore型結合共振器を導入した.小信号応答特性として,30GHzを越える(光検出器帯域で律速)世界最高の変調帯域を実現した.また,大信号での消光比4dB,40Gbps変調を実現した.同時に高速変調時の低チャープも理論・実験により初めて実証した.さらに,外部変調器の高効率横方向結合を実現するため,面発光レーザに結合共振器構造を導入することで,横方向結合効率の向上と1mWの光結合を実現した.光帰還を含むレート方程式を用いて動特性解析を行い,高速化のための結合共振器間の結合量,帰還のための遅延時間の最適化を図るとともに,3次元のマックスウェルソルバーを基に,電磁界解析を実施し,光帰還による面発光レーザの高速動作の限界を明らかにして,小信号変調帯域として50GHzを越える高速化の可能性をモデリングにより示した.さらに,高速化を実現するための設計指針に基づき,共振器間の光結合を強くするために新たにBattledore型結合共振器を提案して,小信号変調帯域として30GHzを越える(光検出器帯域で律速)世界最高の変調帯域を実現すなど,当初目的を達成した.これまで報告されている高速面発光レーザは多モード動作のものが大半であり,標準波長である850nm帯では光ファイバの波長分散が100ps/nm/kmと大きいため,長さ300m程度の伝送距離でも40Gbps超の高速伝送では,狭いスペクトル幅,すなわち単一モードで動作する面発光レーザが不可欠である.本研究により,現状の技術では到達困難な40Gbps相当かつスペクトル幅の狭い単一モード素子が可能になり,従来技術に対して大きな進展が期待できる.本研究成果は,4件の国際会議招待講演で発表されるなど,国際的にも高く評価されている.本研究では,光インターコネクトの主要光源である面発光レーザに,垂直方向のレーザ共振器に加えて,微小光共振器を横方向に集積してその光のフィードバック効果により,その変調帯域を大幅に拡大する新しい高速変調技術の確立を目指している.また,同一手法により,面発光レーザに光の群速度を制御した小型の吸収型光変調器をモノリシックに集積し,小型化による高速化と低電圧化による低消費電力化を目指している.両手法による理論的な変調速度限界を究明するとともに,デバイスの試作を通しての実証研究により100Gbps級の超高速半導体レーザ工学の確立を目的としている.平成28年度は,高速化を可能とする結合共振器面発光レーザを製作し,変調特性を評価した.新たに2重結合共振器構造を提案し,3dB変調帯域として,90GHz,大信号変調として100Gbpsの超高速変調が可能であることをレート方程式解析により明らかにした.平成27年度で得られた設計指針を踏まえ結合共振器面発光レーザを製作し,変調特性を明らかにし,光検出器の制限帯域である30GHzの変調帯域と,大信号でNRZフォーマットで48Gbps変調を実現した.また,4値の多値変調により20Gbps×2=40Gbpsを実現した.さらに,結合共振器により,直接変調時のチャーピングが,通常の構造に比べて,1/2から1/3に低減できることを理論・実験により示した.一方,変調器集積光源の最大の課題であった面発光レーザから光変調器への結合効率に関して,モードセレクタ構造を提案し,50%以上の結合効率と変調器出力として0.9mWを実現した.さらに,半導体中の不純物濃度分布・素子長の最適化,量子井戸層数の最適化により,変調器の変調