hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脂質性分子によるオルガネラ膜イオン輸送体の活性化機構の解析と高感度解析技術の構築

出芽酵母TRPチャネルTRPY1の活性調節機構の解明を行なった。TRPY1は高浸透圧ストレスによって活性化して液胞から細胞質にCa2+を放出し、PI(3,5)P2合成酵素欠損株ではこの高浸透圧応答が消失する。この知見から、TRPY1の高浸透圧応答にPI(3,5)P2が必要もしくはPI(3)Pの蓄積によってTRPY1が抑制される可能性が推察される。本課題を明らかにするためにPI(3)P処理した酵母液胞膜を用いて電気生理学的測定であるパッチクランプ法を用いた活性測定を行なったところ、TRPY1活性の低下を見出した。このことより、PI(3)PによってTRPY1が抑制されることを明らかにした。真核生物に広く保存されているTRP(Transient Receptor Potential)チャネルの原型である酵母TRPY1チャネルの脂質分子による活性調節機構の解明をめざす。酵母を高浸透圧に晒すと数秒以内に酵母液胞膜局在性TRPY1チャネルが活性化して液胞内から細胞質へCa2+が流入する。細胞質へのCa2+の流入にはPI(3,5)P2が必要であることを国外の研究グループが報告しているが、PI(3,5)P2が必須なのかPI(3)Pの蓄積によってCa2+流入が抑制されているのかは未解明である。PI(3)Pを脱リン酸化してPIを生合成するSac1の変異株ではPI(3)Pの蓄積が予想される。sac1変異株を用いてCa2+流入を観察したところCa2+の大幅な減少が見られた。本実験によってPI(3)Pの蓄積が高浸透圧ストレス応答性のCa2+流入を抑制することを見出した。酵母のCa2+輸送体研究を進めていくなかでCa2+の輸送活性が示唆される新規の輸送体候補を見出した。本輸送体のシロイヌナズナにおけるホモログタンパク質は高浸透圧応答性のCa2+輸送体であることが報告されている。酵母輸送体候補の遺伝子破壊株を小胞体ストレスを誘導するツニカマイシン含有培地で培養したところツニカマイシンに感受性を示した。酵母の幾つかのCa2+輸送体の変異株では、Ca2+輸送活性の欠損によってツニカマイシン感受性になることが報告されている。さらに、細胞壁合成阻害剤を含む培地で培養したところ細胞の形態異常と増殖抑制が見られたことから、本輸送体はCa2+輸送によって細胞壁合成を制御する役割をになっていることを明らかにした。目標としていたTRPY1を制御するホスファチジルイノシトール類の同定を達成することに成功した。また、新たに明らかになった分子メカニズムからTRPY1の高浸透圧応答に関わる可能性がある別のタンパク質分子の存在が推察された。このことから高浸透圧応答機構の全容の解明に前進することが可能となった。さらに、本研究を進めることで新規の酵母Ca2+輸送体候補を見出すことに成功し。Ca2+輸送体が酵母の生体活動の維持において多面的に関わっていることが明らかになった。真核生物に広く保存されているTRP(Transient receptor potential)チャネルの原型であり、酵母のゲノムDNAに保存されている酵母TRPチャネルの脂質分子による活性調節機構の全容の解明をめざす。これまでの研究により、酵母TRPチャネルは液胞膜に発現し、K+、Na+、Ca2+の透過活性を示し、また、細胞質のCa2+と還元剤によって活性化することを電気生理学的手法により見出している。さらに、酵母を高浸透圧ストレスに晒すと数十秒以内にTRPチャネルが活性化して液胞内から細胞質へCa2+を放出し、この高浸透圧応答がPI(3,5)P2合成能欠損株では見られないことを国外の研究グループが報告している。しかし、PI(3,5)P2が高浸透圧応答に必要であるか、PI(3)Pの蓄積によって高浸透圧応答が抑制されるのか未解明であった。そのため、ホスホイノシトールリン酸類のリン酸化酵素もしくは脱リン酸化酵素の遺伝子欠損株を用いて酵母の高浸透圧応答を検討したところ、PI(3)Pの脱リン酸化に関わりPI(3)Pの蓄積が推察されるsac1欠損株を用いた高浸透圧応答実験において液胞内から細胞質へのCa2+の流入は確認されなかった。また、PI(3)P処理した酵母TRPチャネルを電気生理学的手法を用いて活性測定したとことろ、陽イオン電流が大幅に減少した。以上より、酵母TRPチャネルはPI(3)Pによって活性が抑制されることを見出した。次に、高浸透圧ストレスに晒された酵母が液胞膜に発現する酵母TRPチャネルを活性化する分子機構を明らかにするために、細胞骨格阻害剤で処理したところ高浸透圧応答性の細胞質へのCa2+放出が消失した。以上より、高浸透圧ストレスは細胞骨格を介して酵母TRPチャネルを活性化していることが示唆された。酵母TRPチャネルの活性制御にPI(3)Pが関わっていることを明らかにした。さらに、高浸透圧応答機構に細胞骨格分子が関わっており、アクチン線維ではなく微小管が関わっていることが示された。さらに、本研究を進めるにあたって酵母の新規Ca2+輸送体の存在を見出だすことに成功し、本輸送体分子が酵母の高浸透圧ストレス、小胞体ストレス、酸化ストレス、熱ストレスなどの様々なストレス耐性に関わっていることが推察されている。さらに、酵母の細胞壁合成への関与も示唆されている。

真核生物に広く保存されているTRP(Transient Receptor Potential)チャネルの原型と考えられる出芽酵母TRPチャネルTRPY1の活性調節機構の解明を行なった。哺乳類TRPチャネルの多くはが温度、機械的刺激、Ca2+など様々な刺激に応答するセンサー機能を有することが知られているが、TRPY1の活性化機構は多くの点で未解明である。これまでの研究により、TRPY1は液胞膜に発現して細胞質のCa2+や還元剤によって活性化してK+、Na+、Ca2+を輸送することを見出している。また、高浸透圧ストレスによって活性化して液胞から細胞質にCa2+を放出し、ホスファチジルイノシトールリン酸(PI(3,5)P2)合成酵素Fab1欠損株ではこの高浸透圧応答が消失することを海外の研究グループが報告している。この知見から、TRPY1の高浸透圧応答にPI(3,5)P2が必要もしくはPI(3)Pの蓄積によってTRPY1が抑制される可能性が推察される。本課題を明らかにするためにPI(3)P処理した酵母液胞膜を用いて電気生理学的測定であるパッチクランプ法を用いた活性測定を行なったところ、TRPY1活性の低下を見出した。次に、高浸透圧ストレスによって生じるシグナルのTRPY1への伝達機構を明らかにするために、微小管重合阻害剤もしくはアクチン繊維重合阻害剤で処理した出芽酵母を用いて高浸透圧ストレス応答を観察したところ、微小管重合阻害剤で処理した出芽酵母では高浸透圧誘導性のCa2+の放出が減少した。このことより、高浸透圧ストレスは微小管によってTRPY1に伝達されることが示唆された。液胞内の活性調節因子の有無を検討したところ、TRPY1が液胞内のCa2+によって活性抑制されることとZn2+によって活性化されることを見出した。出芽酵母TRPチャネルTRPY1の活性調節機構の解明を行なった。TRPY1は高浸透圧ストレスによって活性化して液胞から細胞質にCa2+を放出し、PI(3,5)P2合成酵素欠損株ではこの高浸透圧応答が消失する。このことより、PI(3)PによってTRPY1が抑制されることを明らかにした。TRPY1の高浸透圧応答機構には細胞骨格が関わっていることが推察された。そのため、チューブリン脱重合剤やアクチン脱重合剤などを用いて細胞骨格の有無によって高浸透圧応答に変化が生じないか検討を行う。新規のCa2+輸送体候補遺伝子欠損株では細胞壁合成に異常をきたしている可能性があるため、細胞壁の成分を分析する。硫酸フェノール法を用いて細胞壁を単糖に分解し、生じた単糖の比率を求める。また、細胞壁を構成しているマンノプロテイン、グルカン、キチンを認識する抗体を使って免疫染色を行い、各構成成分の変化を野生型と比較する。新規輸送体候補の輸送基質は未同定なので電気生理学的手法やCa2+指示薬を用いて解析を行う。
3次元対流モデルによる大気境界層での雲と放射の相互作用に関する数値的研究

平均的な下降流のもとで、海洋上の大気混合層が、外部条件によってどのように変化するかを、混合層中のおもな熱・水蒸気輸送を担う大きな対流を直接表わせる細かなグリッドを用いた数値モデルによって調べることが本研究の目的である。これまでの2次元のモデルを3次元に拡張し、また、渦粘性・拡散係数を成層安定度やシアーから診断的に決まるものから、予報変数とするものへ改良した。外部条件としては、これまでと同じ、「海面水温、海面気圧、高さによらず一定の平均水平発散、上部境界から下降してくる空気の温位および相対湿度、高さに比例した放射冷却率」を考え、海面からのフラックスと鉛直下降流による加熱が放射冷却とバランスする状態での混合層の鉛直構造が外部条件にどのように依存しているかを調べた。今年度は3次元化などを行なったため、放射過程を雲水量などによって表わす方法の導入は行なえなかった。基本的な結果は、前のモデルと変わらず、1.上部境界で与える相対湿度が小さい方が、低い温度・湿度でバランスする、このとき、相対湿度が低い時ほど、逆転層上下の相当温位の差でみた対流不安定度が大きく不安定となり、雲量は小さくなる、2.全体の温度が高くなると、不安定度が増し、雲量は減り、積雲的になる傾向がある、3.放射冷却と鉛直下降流を大きくすると、混合層の高さが低く押さえられる一方、対流が活発になり、雲量は減って積雲的になる、という結果であった。雲量が大きな場合は、雲頂エントレインメント不安定の条件を満たす場合はなく、ランドールらの雲頂エントレインメント不安定の仮説は実験結果とよい一致を示した。なお、渦拡散係数の与え方が混合層上部での逆転層付近の水蒸気混合比の鉛直プロファイルに影響を与え、その結果が雲頂エントレインメント不安定に関係するので、拡散係数の与え方が重要であることがわかった。
欧米における知識科学研究の最新動向調査

本研究調査では、欧米における知識科学に関わる先進的な高等教育研究機関を訪問し、その考え方、方策、成果、実績、最新動向をできるだけ体系的かつ網羅的に調査し、資料を収集した。調査は自然科学系・情報科学系・社会科学系出身の教官各一名づつからなるチームを複数組編成し、各チームが欧米各地の研究機関を訪問した。訪問機関は多岐に渡っており、総数は39機関に及ぶ。うちアメリカ東海岸にて6機関、西海岸において6機関の計12機関、ヨーロッパ大陸では15機関、イギリスでは12機関を訪問した。調査の結果、知識に関する研究は分野を越えて関心を集めているが、組織的に研究を進めている研究機関はまだそれほど多くないことがわかった。しかし、個人あるいは小集団で分野横断的な研究プロジェクトをおこなっている機関もあり、興味深い成果を出している。今後、欧米に於いても、研究者相互の交流が盛んになるにつれて、知識を主要な研究対象とするグループが多数出現し、やがて「知識科学」が一つの研究分野として成立する可能性は高い。今回の調査のきっかけとして本学知識科学研究科との交流が始まった機関も多々あり、欧米の研究機関との交流を積極的に推進していく素地が整ったのは大きな成果であった。知識科学に関する学際的研究・教育に実績のある米欧の機関を訪問し,代表者との面談,研究者との討議,施設見学,資料調査等を行った。その結果,とくに次のような有益な知見を得た。1.最新の研究動向の把握:2.教育機関における教育実践:知識科学において養成すべき次のような人材が世界規模で必要とされ,養成されていることが知られた.(1)計算機の技能とともに,計算機を道具とした知識獲得の認知プロセスについて深い理解を持つ人材(Stanford Symbolic System Program,Oxford等)。(2)マクロな企業実践についての理解とともに,組織成員間のミクロな知識共有・創造の過程に通じた人材(Mercedes Benz,FX Palo Alto等).さらに,そうした人材育成のために設計された学際的な教育システムとカリキュラムについて詳細な情報が得られた。3.学際的研究・教育を行う上での経験:学際的協同を促進するために各機関で採っている具体的な方策について調査し,運営上の注意点,問題点についても,各機関の経験に基づいて明確にできた。
NIRウィンドウの活用に向けた機能性色素の開発

「生体の光学的窓」と呼ばれる近赤外(Near-Infrared: NIR)領域に発光特性を持つ機能性色素を創製してバイオセンシングに応用するとともに、長波長色素の特性を活用した有機系太陽電池の素材開発を目的として、光合成色素(バクテリオ)クロロフィル誘導体の合成的研究を行った。初年度の主要成果として、クロロフィル誘導体をミセルで包んだナノ粒子を作成し、がん細胞への導入を検討した。水溶性部位としてカルボン酸を持つ亜鉛クロリンをPluronic F127に内包させた粒子が良好な蛍光量子収率を示し、細胞のイメージング蛍光色素として利用できることを示した。2年目は、ウミシイタケの発光基質であるセレンテラジンと長波長発光を持つクロロフィル誘導体を連結させたエネルギー移動型ルシフェリンを設計した。合成した基質のバイオ・ケミカルセンサーとしての特性を検討したところ、酵素添加による生物発光は観測できなかったものの、化学発光スペクトルでは分子内エネルギー移動により発光ピークを長波長化させることに成功した。最終年度はクロロフィル類の特性を生かし、人工光合成に関わる分野での活用を検討した。有機薄膜太陽電池の主要部である電子ドナー層とアクセプター層をともにクロリン誘導体で作製し、植物の光合成系内で行われている2段階の励起エネルギー獲得機構「Zースキーム」を模倣したデバイスの開発に成功した。また、NIR領域までの光を幅広く吸収できる色素複合体を合成し、水素発生用の光触媒として有効であることを示した。さらにスピンコーティングで自己会合体を形成できる誘導体が、ペロブスカイト型電池のホール輸送膜として優れていることを見出した。650nmを超える波長域に強いQy吸収帯を持つクロロフィル類は、近赤外(NIR)ウィンドウの活用に向けた機能性色素の基本骨格として有用である。今年度は、天然色素のクロロフィル-aを出発原料とし、クロリン環の3位または8位に様々な置換基を導入した誘導体を新規合成してその物性を評価するとともに、ペロブスカイト型太陽電池への応用も検討した。3位にヒドロキシメチル基を持つ亜鉛クロリンの8位にパイ共役型置換基を導入した自己集積型色素を合成した。これらの機能性色素は界面活性剤(Triton X-100)を含む水溶液中で自己会合し、THF中におけるモノマー状態よりも長波長シフトした幅広い吸収スペクトルを示した。このミセル中での会合体の吸収は、緑色光合成細菌の光捕集アンテナのスペクトルと類似したものであり、近赤外光の吸収を可能とする。一方、3位にパイ共役系拡張型の置換基を導入した誘導体では隣接する置換基との立体障害から、溶液中でNMRにより回転異性体が観測された。3位が特に嵩高いPh(2,3,4,5-Ph4)にした誘導体では、室温でアトロプアイソマーをHPLCにより分離することもできた。3位にヒドロキシメチル基を持つ亜鉛クロリンは、特定の条件下でJ型会合体を形成しNIR領域へシフトした吸収スペクトルを示す。そこで、17位側鎖をかえた安定な自己会合型亜鉛クロリンを用いてスピンコーティングにより薄膜を形成させ、ペロブスカイト型太陽電池への応用を検討した。作製した薄膜はホール輸送材として良好な特性(光電変換効率11.4%)を示し、本太陽電池において従来の添加剤は不要であることを明らかにした。近赤外(NIR)領域に吸収を持つ新規なクロロフィル誘導体を設計し、その合成ルートを確立するとともに、光物性や自己会合能を詳細に検討して学術論文に報告することができた。また機能性色素の応用例として、スピンコーティングによるJ型会合体の薄膜形成法を確立し、ペロブスカイト型太陽電池への応用に成功した。ホール輸送材としての性能は、従来の有機高分子(P3HT)よりも優れており、添加剤が不要という点でもメリットがある。このように、天然色素を原料とする機能性素材が開発でき、今後の環境調和型素子への発展が期待できる。750nm付近に強いQy吸収帯を持つバクテリオクロロフィル-aは、近赤外(NIR)ウィンドウの活用に向けた機能性色素の基本骨格として有望である。今年度は、安定なフリーベース体のバクテリオクロロフィル-a誘導体が薄膜状態で秩序だったJ型会合体を形成することを見出し、有機薄膜太陽電池への応用を行った。電子ドナー層として利用するためフラーレンC70と組み合わせた有機薄膜型太陽電池を作製して評価したところ、スピンコーティングで形成した薄膜は860nmに吸収を示し、EQE測定の結果から900nm付近までの長波長領域の光を活用できることを示した。また、骨格の周辺置換基に応じて会合挙動が異なり、会合能と光電変換効率に関連が見られ、最高で1.43%の効率を達成した。一方、クロロフィル-aの活用に関しては、カルボン酸部位を有するクロリン誘導体を酸化チタン上に吸着させ、アスコルビン酸を共存させて光を照射することで、水素発生用の光触媒としての機能を評価した。最も効率のよい誘導体は0.79μmol h-1の水素発生を達成し、近赤外領域に吸収をもつクロリンカルボン酸が水分解の光触媒として有効であることを見出した。バイオセンシングへの応用として、クロロフィル誘導体をミセルで包んだナノ粒子を作成し、がん細胞への導入を検討した。水溶性部位としてカルボン酸を持つ亜鉛クロリンをPluronic F127に内包させた粒子が最も良好な蛍光量子収率を示し、細胞のイメージング蛍光色素として利用できることを示した。

近赤外(NIR)領域に吸収を持つバクテリオクロロフィル-aを原料として、有機薄膜太陽電池に適用できる安定なバクテリオクロリン誘導体を合成し、3位にアセチル基を有するフリーベース体が薄膜状態でJ型会合体形成できることを見出した。有機薄膜太陽電池のドナー層として利用することが可能で、その成果をまとめ論文発表できた。バイオイメージングへの応用例として、650nm以上のNIR領域に吸収を持つクロロフィル誘導体をミセル内包したナノ粒子を作製し、がん細胞の蛍光イメージングに使えることを示した。今後、がん治療における光線力学療法(PDT)用光増感剤としての応用研究に展開できる成果である。「生体の光学的窓」と呼ばれる近赤外(Near-Infrared: NIR)領域に発光特性を持つ機能性色素を創製してバイオセンシングに応用するとともに、長波長色素の特性を活用した有機系太陽電池の素材開発を目的として、光合成色素(バクテリオ)クロロフィル誘導体の合成的研究を行った。初年度の主要成果として、クロロフィル誘導体をミセルで包んだナノ粒子を作成し、がん細胞への導入を検討した。水溶性部位としてカルボン酸を持つ亜鉛クロリンをPluronic F127に内包させた粒子が良好な蛍光量子収率を示し、細胞のイメージング蛍光色素として利用できることを示した。2年目は、ウミシイタケの発光基質であるセレンテラジンと長波長発光を持つクロロフィル誘導体を連結させたエネルギー移動型ルシフェリンを設計した。合成した基質のバイオ・ケミカルセンサーとしての特性を検討したところ、酵素添加による生物発光は観測できなかったものの、化学発光スペクトルでは分子内エネルギー移動により発光ピークを長波長化させることに成功した。最終年度はクロロフィル類の特性を生かし、人工光合成に関わる分野での活用を検討した。有機薄膜太陽電池の主要部である電子ドナー層とアクセプター層をともにクロリン誘導体で作製し、植物の光合成系内で行われている2段階の励起エネルギー獲得機構「Zースキーム」を模倣したデバイスの開発に成功した。また、NIR領域までの光を幅広く吸収できる色素複合体を合成し、水素発生用の光触媒として有効であることを示した。さらにスピンコーティングで自己会合体を形成できる誘導体が、ペロブスカイト型電池のホール輸送膜として優れていることを見出した。・バクテリオクロロフィル-aを原料とした新規色素を合成し、より長波長領域に発光極大をもつ機能性素材を開発する。・バイオセンシングへの応用を目的として、新しいタイプの生物発光基質を開発する。ウミシイタケの発光基質であるセレンテラジンと長波長発光を持つ蛍光色素を連結させたエネルギー移動型ルシフェリンを合成し、化学発光や生物発光特性を検討する。がん治療における光線力学療法(PDT)用光増感剤としての応用を念頭に、バクテリオクロロフィル-aを原料として、天然色素が有する置換基を電子供与性または電子吸引性に変換した誘導体を合成し、長波長ピークの位置をコントロールした一連の近赤外吸収色素を開発する。一重項酸素発生効率の測定や細胞実験における光毒性の評価などを行い、FoscanやLaserphyrinなど認可されている第2世代光増感剤との性能の比較を行う。
液体ヘリウム温度下での素線配置計測に基づくＣＩＣ導体の交流損失の撚りピッチ依存性

核融合大型マグネット用の導体では、性能の評価指標として、超電導状態が一部壊れて電流が常電導金属に分流し始める温度Tcsがあり、運転温度との差が温度マージンとなる。これが大きい方が、より安全と判断されている。最近スイスで行われた導体試験において、磁場中で繰り返し通電を行ったところ、Tcsが連続的に減少、特性の劣化が確認された。これは、多数本の素線が複雑に絡み合った導体内部で、曲げ歪に敏感な素線が通電中に動いて曲げ変形を受ける事によって、個々の素線の超電導特性が劣化する事で導体全体の特性劣化を引き起こしている事が、導体を破壊して内部の状況を調べた結果判明した。この対策として、素線同士の撚りピッチを短くして撚り線の剛性を上げる事でTcsの減少を食い止めたが、素線同士の接触面圧が上がったため、素線間接触抵抗が増大し、交流損失の増大という問題が新たに発生した。そこで本研究では、導体内部の素線の配置を詳細に調べることができる装置を液体ヘリウム温度下において計測できるように改良し、マグネットの運転温度において素線の配置および素線間接触抵抗の局所値の分布を得ることによって、構造力学モデルと電気回路モデルを適用して導体の交流損失増大を定量的に解明する事にした。各計算モデルの適用には、ヘリウム温度下での素線配置および素線間接触抵抗値の測定が必須であるため、これまで用いてきた測定装置を断熱真空容器に収め、冷凍機冷却にて測定サンプルを冷却できるように装置開発を行った。導体は10mm厚のスライス状態に加工して測定し、導体全長に渡って測定を繰り返す必要がある。各部冷却条件の最適化を行った結果、世界で初めて1000本を超える大型導体の内部構造の一部が明らかになった。これは、連続運転による長尺導体内部構造解析が可能になった事を示しており、今後の大型導体開発の指針となる設計手法提案に大きく貢献できる。核融合においては、高温プラズマ状態の燃料を閉じ込めるために大型の超電導コイルが必須である。コイルに用いる導体は、直径1mm程度の超電導素線を多数段にわけて撚り合わせ、1000本程度の素線が複雑に絡み合った導体をステンレスのケース(コンジット)に圧縮して収められた、ケーブル・イン・コンジット導体(CIC導体)である。この導体は数1000回の励磁・減磁サイクルに耐える必要があ。従来の長い撚りピッチでは、超電導特性の目安となる分流開始温度(Tcs)がサイクルと共に劣化する現象が観測されていたが、1次撚りピッチを短く(45mmから25mmへ変更)すると、この現象は見られなくなった。これは、素線同士が密に結合して電磁力に対する剛性向上によって、素線の動きが抑制された事が要因と考えられている。一方で素線間の電気的結合が強くなった結果、交流損失は23倍になっており、発熱の増大によるマグネットの安全性の減少が問題である。CIC導体は、完成後に内部の素線配置や素線間の接触状況を詳細に知ることは不可能であった。そのため、導体の臨界電流は、上記の劣化を考慮し、安全性を最大限保証するために、内包する素線の本数倍の性能に対して、2030%を定格電流としている。過剰な安全尤度設定により、現状では健全な運転条件を保持しているが、今後さらに大型化する実証炉では、熱核融合エネルギーを電力に変換するブランケット装置の設置スペース確保ため、コイルサイズのスリム化および安全尤度の最適化が必須である。本研究では、撚りピッチの異なるCIC導体について、内部の空隙をエポキシで含浸して10mm間隔で切断、そのサンプルを冷凍機冷却して運転環境での素線配置、素線間接触抵抗分布を詳細に計測し、電流分布や交流損失を算出、その結果、次世代の実証炉用マグネットを見据えた導体の安全尤度の最適化に対する指針を示す事が目的である。まず、想定外に遅れが生じている点をまとめると、以下のようになる。1.導体内部をエポキシ含浸した際の素線配置・接触抵抗値に対する影響を測定する必要が生じたため、その実験を行った事。2.冷凍機は共同研究機関から借用する事で確保したが、既存の真空容器では断熱設計が不十分で、その再設計に時間がかかった事の以上2点である。1に関しては、当初熱収縮率から想定されるエポキシ含浸の影響がほとんどないと見積もっていた。しかし、研究協力者からの助言により、実験的に証明する事になった。導体エポキシ含浸を施した450mm長の導体とそのままの導体を調達し、片端の撚り線を解して電流導入端子に接続、さまざまな素線の組み合わせで、素線間接触抵抗の、450mm長の平均抵抗値を測定したところ、電流分布計算に用いる範囲では、エポキシ含浸の影響がないことを確認した。2に関しては、冷凍機が高価であるため、新規購入が不可能だった。そこで、研究協力者から借用する事になったが、真空容器の取り付け変更が必要になった。また、断熱設計が不十分だったこともあり、完全に新設計が必要になった事が大きい。さらに、1の実験の準備で予算が圧縮された結果、想定通りの真空容器が製作不可能になった事も要因のひとつである。

一方、導体サンプルは研究協力者の機関でしか扱っていない貴重なものであるにも関わらず、本研究で用いる範囲で自由に調達可能である事は、スムーズな研究遂行に大きく寄与している。容器の設計・製作に関しては、研究協力者の機関からの助成によって、平成28年度に実行に移すことが決まっており、今後の展開は順調に進むと考えられる。核融合マグネットに用いられる大型の超電導導体は、直径1mm程度のNb3Sn超電導素線を多数回撚り合わせ圧縮して金属のケースに収納されたケーブル・イン・コンジット導体(CIC導体)である。複雑に絡み合った素線は、マグネット運転時に電磁力によって変位する部位が多数存在するため、通電回数の増加に伴って、脆いNb3Snが繰り返し曲げ歪みによって劣化し、導体の臨界電流特性が低下する現象が観測された。撚りピッチを短くして素線変位を少なくする試みによって特性劣化は抑制されたが、安定性低下や冷却系への負担増となる交流損失は大きく増大してしまった。これは、素線同士の圧着力の増加によって、接触抵抗値が減少し、磁場変動の遮蔽電流ループの時定数L/Rが増加する、いわゆる結合損失の増大が原因と考えられている。これまで結合損失の定量的な評価を行うことを目的に、導体内部の素線配置の直接計測の準備を進めてきた。CIC導体はエポキシで含浸して素線の動きを抑制した後に10mm間隔で切断され、その両面から抵抗値を計測する事で素線の配置と素線間接触抵抗値を取得、構造力学モデルと電気回路モデルを適用して導体の電流分布を解析する。具体的には、二重断熱真空容器に素線配置3D計測装置を封入し、冷凍機冷却によってサンプルを冷却して運転時の素線間接触抵抗を直接計測し、かつ素線配置を計測する。得られた素線配置から電磁力による素線の変位を構造力学モデルで解析して結合電流ループを算出、電気回路モデルを用いて電流分布を推定する。平成28年度は、装置設計・製作が終了し、構造力学モデルと電気回路モデルの試作コード製作が完了している。当初の予定では、平成28年度に素線配置の計測を開始している予定であったが、装置設計・製作コストが重く、その削減のために研究協力者から冷凍機や現在使用していない真空容器を借用して製作コストを最小化した結果、装置の製作までは完了した。しかし、真空容器の選定や借用運搬の時間が予想以上にかかり、平成28年度は装置の試運転にも至っていない。しかし、平成29年度中に試運転・本運転の目処が立ったため、現在も鋭意準備を進めている。一方、数値解析の準備は試作コードが完成しているため、本試験後の解析コード運用には十分間に合うと考えられる。大型のCIC導体は、核融合炉で広範囲に強磁場を発生させるマグネット用の導体としては最も量産実績があり、今後大型化する次世代の原型炉マグネット導体としても、最も有力な候補となっている。短時間で13Tまで励磁を行うセンターソレノイド(CS)コイルでは、機械的に脆いNb3Sn素線が大きな電磁力に晒されるため、多数段にわけて撚り合わせる際のピッチが比較的長い従来の撚りピッチ(45mm程度)では、素線が通電中に動き、その結果曲げ歪みが加わって超電導特性の劣化を招いていた。解決策として撚りピッチを短くして素線同士を密着させ、撚り線導体としての剛性を向上させて対応してきた。これが功を奏して繰り返し励磁を行った際の劣化は免れたが、一方で交流損失は23倍に増大した。損失の増大は冷却系への負担増、さらにマグネット自体の安定性に影響する。損失の増大は、素線同士の密着度が上がり、素線間接触抵抗が小さくなった事が原因と考えられているが、定量的な解析は行われていない。
多重安定振動系の制御と数理

振動場反応拡散系の豊富な解構造と複雑なダイナミクスを大域フォードバックを利用して解きほぐし、多彩さの必然性を明らかにすることを目指している。また振動場化学反応系で、すなわち実験系でも、対応するフィードバックシステムを構築し、理論と実験の融合研究を行うのが本研究課題の目標である。振動場化学反応として知られるBZ反応を用いてフィードバック系を考察する上で、光感受性という性質が知られている。BZ反応は、ルテニウムという金属触媒を用いる事で、強い光刺激に反応する。光照射の結果、振動が抑えられたり、興奮場では化学進行波が消滅するといった現象が観察できる。この特性を用いてBZ反応の空間パターンに光によるフィードバック刺激を与えるという研究報告がいくつか報告されている。特にVanagらは、空間パターンに大域的な光フィードバック刺激を与えるという実験システムを構築した。そこで彼らは定在波が現れることを報告している。そこで、BZ化学反応の光制御付き3変数オレゴネーターモデルを用いて2つの振動子の拡散結合系を考える。2つの振動子の興奮因子の値の平均を光刺激としてフィードバックするという、大域結合を導入する。こうすると、フィードバック強度が強くなってゆくと、同位相振動解から倍周期分岐が生じることがわかる。この倍周期分岐が交互振動解に遷移していく。これを実現する実験系を構築し、同様の分岐らしきものを確認することができた。実際には2つの溶液の電位を測定し還元状態を測りその値の平均を光刺激でフィードバックするということを行った。数値的に分岐解析を行うことにより、同相同期と逆相同期の2つの分岐枝がお互いに繋ぎ変えを起こすリコネクションが拡散とフィードバックの競合により現れる事が分かった。光感受性のあるBZ反応においては光刺激が主に作用するのは抑制因子に該当する物質だと考えられているが、実験的に定在波が現れることが知られている。この定在波を説明するために、昨年度からBZ振動の結合振動子系モデルに単純化して、逆相同期の発生起源を明らかにしてきた。そこでは、同位相振動、反位相振動、交互振動などの特徴的な解が現れることがわかってきたが、今年度は、これらの詳細な分岐構造の数値的追跡を分岐計算パッケージのAUTOを用いて行った。同相同期と逆相同期の2つの分岐枝がお互いに繋ぎ変えを起こすリコネクションが拡散とフィードバックの競合により現れる事が分かった。このリコネクションによって、同相同期と逆相同期の双安定な領域がパラメータに依存して変化する事が確認された。また、BZ反応を用いた結合振動子系の実験システムはいくつか報告されているが、溶液同士が液交換により結合する系を用いて実験システムの構築を試みた。その結果、数理モデルで得られた結果を実験においても再現した。これらの結果は、研究分担者の末松氏と研究協力者の大野航太氏との共著論文にまとめた。次のような課題を検討していく。3変数オレゴネーターモデルに基づく大域的光制御拡散結合系に現れる同相同期と逆相同期の分岐構造がその他の大域抑制結合拡散振動子系にどの程度普遍的に現れるのかを検討する。特に、BZ反応の2変数縮約系やFHN系などでも同様の構造が見られるのかに注目する。また、拡散結合振動子系の結果を1次元や2次元の空間結合系に拡張して分岐解析を行う。実験的には、円周上に並べたいくつかのBZ振動子で同様の解析を行う。まず、BZ化学反応の3変数オレゴネーターモデルを用いて2つの振動子の結合系を考えよう。光制御BZ反応系で光による刺激がこのモデルのどこに効くかは既存のモデルがあるので、正確に言えば、光制御付き3変数オレゴネーターモデルを拡散結合させる。そこで、2つの振動子の興奮因子の値の平均を光刺激としてフィードバックするという、いわば大域結合を導入する。これはカメラで得られた値の平均を光刺激でフィードバックするということに相当する。また、実験ではむしろ大域結合だけで、拡散結合はない系の方が作りやすいので、数理モデルでも拡散結合なしのものも解析した。もちろん大域結合強度もゼロであれば、全く同期する必然性はないが、弱い大域結合下で、同位相振動が安定になることがわかった。これは一見直感に反する。なぜなら、光刺激による大域結合はこの系に抑制的に効くと考えられるからである。ところが、大域結合強度がある値で、やはり倍周期分岐を起こしているなど、数値的に分岐解析を行うことにより、大域抑制結合下での同期現象が少なくとも結合振動子のレベルでは明らかになってきた。これらの結果は、実験と数理モデルの解析を相互に行き来して得られたものである。また、これらの実験は大学院生の大野航太氏を研究協力者として進めている。

上述したように、光感受性のあるBZ反応の3変数オレゴネーターモデル振動子の大域抑制結合における結合強度による分岐解析を行い、同位相振動、反位相振動、交互振動などの特徴的な解がどのような分岐をへて得られるのかが、明らかになってきた。これらは、単に分岐を起こしているだけでなく、異なる状態の分岐枝のリコネクションも伴い、豊富な構造を生み出してきていることも特徴的である。またこのような現象は、実は2変数のオレゴネーターモデルでは観測されない。今後は、この違いが何に起因するのか、一般にどのような条件があれば大域抑制結合により、豊富な分岐構造が得られるのかなどを究明する予定である。振動場反応拡散系の豊富な解構造と複雑なダイナミクスを大域フォードバックを利用して解きほぐし、多彩さの必然性を明らかにすることを目指している。また振動場化学反応系で、すなわち実験系でも、対応するフィードバックシステムを構築し、理論と実験の融合研究を行うのが本研究課題の目標である。振動場化学反応として知られるBZ反応を用いてフィードバック系を考察する上で、光感受性という性質が知られている。BZ反応は、ルテニウムという金属触媒を用いる事で、強い光刺激に反応する。光照射の結果、振動が抑えられたり、興奮場では化学進行波が消滅するといった現象が観察できる。この特性を用いてBZ反応の空間パターンに光によるフィードバック刺激を与えるという研究報告がいくつか報告されている。特にVanagらは、空間パターンに大域的な光フィードバック刺激を与えるという実験システムを構築した。そこで彼らは定在波が現れることを報告している。そこで、BZ化学反応の光制御付き3変数オレゴネーターモデルを用いて2つの振動子の拡散結合系を考える。2つの振動子の興奮因子の値の平均を光刺激としてフィードバックするという、大域結合を導入する。こうすると、フィードバック強度が強くなってゆくと、同位相振動解から倍周期分岐が生じることがわかる。この倍周期分岐が交互振動解に遷移していく。これを実現する実験系を構築し、同様の分岐らしきものを確認することができた。実際には2つの溶液の電位を測定し還元状態を測りその値の平均を光刺激でフィードバックするということを行った。数値的に分岐解析を行うことにより、同相同期と逆相同期の2つの分岐枝がお互いに繋ぎ変えを起こすリコネクションが拡散とフィードバックの競合により現れる事が分かった。光感受性のあるBZ反応においては光刺激が主に作用するのは抑制因子に該当する物質だと考えられているが、実験的に定在波が現れることが知られている。この定在波を説明するために、昨年度からBZ振動の結合振動子系モデルに単純化して、逆相同期の発生起源を明らかにしてきた。そこでは、同位相振動、反位相振動、交互振動などの特徴的な解が現れることがわかってきたが、今年度は、これらの詳細な分岐構造の数値的追跡を分岐計算パッケージのAUTOを用いて行った。同相同期と逆相同期の2つの分岐枝がお互いに繋ぎ変えを起こすリコネクションが拡散とフィードバックの競合により現れる事が分かった。このリコネクションによって、同相同期と逆相同期の双安定な領域がパラメータに依存して変化する事が確認された。また、BZ反応を用いた結合振動子系の実験システムはいくつか報告されているが、溶液同士が液交換により結合する系を用いて実験システムの構築を試みた。
外来種がすみにくく在来種がすみやすい琵琶湖岸修復のための実験的研究

在来魚の繁殖場であるヨシ帯の形状を崖状から傾斜地形に変えたところ、4-5月の高水位時には、崖状の対照地より多くのコイ科卵、仔稚魚が採集されたが、水位が人為的に低下する6月以降、外来魚仔稚魚が増加した。またヨシ帯表土をすき取った場所では、ヨシの発芽時期以前に地面が干出した場所のみでヨシが再生した。在来魚の繁殖環境改善およびヨシ再生には、水際のヨシ帯の形状を緩やかな地形に修復するだけでなく、繁殖や生育に配慮した水位操作が必要である。本研究は、開発による地形変化とその後の水位操作が水辺の断面形状を変えたことが、外来種がすみやすく、在来種がすみにくい環境構造を作り出したとの仮説に基づき、水辺の地形修復実験を行い、その効果を検証することを目的としている。平成22年度は、航空写真を用いて地表高を取得して水際線を抽出し、その地表高分布を琵琶湖水位と関連させて地図化した。現地調査で、ヨシの群落形状から団塊ヨシと散生ヨシを区分し、ヨシの水際最前線を調べたところ、散生ヨシの平均水深はB.S.L.-45cmと浅い一方、団塊ヨシでは-104cmと深く、しかも幹根元の地表高が-11.4cmと水中で崖状断面を形成していた。そのため、団塊ヨシ群落は夏季には湛水せず、団塊ヨシは仔稚魚のハビタットとして機能していないことがわかった。仔稚魚の分布調査からも、このことが実証された。団塊ヨシの根株の異なる深さから土壌ブロックを切り出し、ヨシ茎の再生実験を行ったところ、根株断面からの茎発生密度は、水深が深い部位ほど密度が小さくなり、5060cmの部位からは茎の発生が無かった。また部位020cmの根株でも冠水状態では0.1本/100cm^2程度であった。実験結果から、団塊ヨシを切り下げる場合、水深60cmまでがヨシ再生の一つの目安となることがわかった。ヨシ帯および仔稚魚の分布調査をもとに、団塊ヨシが密生し、外来魚仔稚魚が多く生息する地点を選定し、ヨシ茎の再生実験結果をもとに野外実験のための工事計画を策定し、地権者の了解のもと、関係法令に基づき、在来魚の繁殖環境改善のための水際の土地の切り下げ工事、および希少植物の生育実験のための工事を実施した。本研究は、開発による地形変化とその後の水位操作が水辺の断面形状を変えたことが、外来種がすみやすく、在来種がすみにくい環境構造を作り出したとの仮説に基づき、魚類およびヨシをはじめとする水辺の植物群落を対象に水辺の地形修復実験を行い、その効果を検証することを目的としている。平成23年度は、前年度に実施した地形修復工事後の生物群集変化についての検証調査を行った。魚類の繁殖環境修復実験地では、コントロールとして設定した西の湖本湖の複数地点と比べて、多くの在来コイ科の産着卵や仔稚魚が採集された。ただ、その期間は水位が比較的高かった5月までで、人為的に水位が低下させられる6月以降は、外来種のブルーギル仔稚魚が卓越した。また工事の影響か、在来魚の産卵基質となるヨシの生育が遅れたため、在来魚の繁殖環境としての評価は、翌年度以降に再度行う必要があると考えられた。また、水際から離れたところで実施した水辺植物の地形切り下げ実験地で、ヨシ群落の再生を水位(びわ湖基準水位B.S.L)との関係で調査したところ、BSL+11cmより高いところではヨシ群落が再生したが、それ以下にまで切り下げたところでは、ヨシは再生しなかった。ヨシが再生しなかった地表高は、ヨシの発芽期である4-6月に常時冠水状態にあった地表高に相当する。これらのことから、水辺の在来動植物相の復元には、地形修復とともに水位操作のあり方が重要な役割を果たすことが示唆された。水域における在来魚類や水辺植物の生育・繁殖環境を改善するため、琵琶湖周辺の湿地帯である「西の湖」で、2010年度に野外実験のための2種の工事を行い、2011-2012年度に効果検証のための調査を行った。実験1では、コイ科等在来魚の繁殖環境改善のため、繁殖場である湖岸のヨシ帯をすき取り、緩やかな地形に修復する工事を行った。実験2では、実験1と同一場所および別の場所で土砂をすき取るとともに、別の場所では、すき取った土砂をさらに盛り土することで、すき取りや盛り土が、その後のヨシの生育に与える影響を明らかにするための工事を行った。実験1では、実験地とその近傍に設けた対照地で調査したところ、2012年は実験地・対照地とも、外来魚のオオクチバスとブルーギル仔稚魚が前年より多く採集された。一方、実験地のコイ科卵、仔稚魚数は、対照地に比べて実験地でより多く採集された。

実験地・対照地の両方に、人工産卵基質であるキンランを設置したところ、いずれもキンラン上でより多くのコイ科の卵・仔稚魚が採集された一方、外来魚仔稚魚はほとんど採集されなかった。これらの結果から、水際のヨシ帯の形状を緩やかな地形に修復することに加え、修復地に人工産卵基質を設置するなどの手段を併用することで、在来魚の繁殖環境をさらに改善できると考えられた。実験2では、盛り土地ではヨシがすべて再生したが、すき取り地では、ヨシの発芽時期以前に地面が干出した場所のみでヨシが再生した。盛り土地、すき取り地ともにヨシの地下茎が存在していたことから、ヨシの再生には水位との関係が重要だと考えられた。すなわち、ヨシの再生を目指して地形改変を行う場合、ヨシの発芽時期に相当する期間に、ヨシ生育地が少なくとも一度は干出することが必要であるといえる。これらの実験終了後、実験地の河川占有許可期間等が終了する2013年3月に現状復帰工事を行った。平成22年度に野外実験のための予備調査及び野外実験のための環境修復工事を行い、23年度は工事の検証調査を行ったところ、ほぼ予想通りの効果が検証されたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成23年度の調査では、ヨシの生育の遅れの影響が十分評価できなかったため、本年度は新たに人口産卵基質を設置して、人口産卵基質の有無による在来・外来魚の繁殖環境改善実験の効果を検証する。また野外実験においては、気候変動などたよる環境変化が大きいため、複数年にわたる評価が必要で、本年度も前年度と同様の調査を行うことで、地形修復実験の効果を検証する必要がある。
視覚情報が文章理解に及ぼす効果の検証―スマートボードを使った国語科授業の創造―

本研究の目的は、テキストデータそのものを電子化し視覚情報として「動かす」ことにより、学習意欲を喚起させたり、文章を理解する効率を向上させたりすることにある。その効果の検証のため、きるだけ多くの分野で試行することを意図し、(1)小説、(2)詩歌、(3)説明文、(4)文法等の言語事項、(5)漢字、語句理解のフラッシュカード的用法の5つの分野で実践を行った。最も効果があったのは、(4)文法学習等の、学習内容がはっきり決まっている題材に対してであった。「理解」させることが目的であるため、効果的なテキストの切り取りや、アニメーションの設定などを事前に十分吟味して行えるからである。次に効果的だったのは(2)詩歌である。使われている言葉が限定されているため、授業を焦点化できる。原文と、それを言い換えたテキストをアニメーションで見せ比較し、その言葉の用いられる必然性に気づかせたり、関連する視聴覚教材を効果的に配置したりできる。また、(5)フラッシュカード的用法も、画面が揺れず、切り替えがスピーディーなので、生徒の集中力や意欲を向上させるのに有効であった。一方、(1)小説(3)説明文等の長文テキストの題材では、事前にポイントを絞ると授業が非常に作為的になってしまうため、さらなる研究が必要である。ただ、授業の画像は大変有効で、複数の学級の討論の様子を見せることで、自らの学びをメタ認知させることができた。また本研究で重要なのは、「日常的に」電子化された教材を使用することである。この点で移動式のスマートボードは使い物にならなかった。毎回設置に最低5分はかかるため、授業が連続していると使用できない。研究の後半では、各教室の大画面テレビに直接コンピュータをつなぐ(準備は30秒で終わる)ことで、ほぼ全ての時間で画像を使用することが可能となった。中学校では必ず教室に固定された設備が必要である。
孤束核神経回路発達期におけるアストロサイトの役割

神経回路の発達において、不要なシナプスは除去される。本研究では、生後発達期ラットの孤束核において軸索細胞体型シナプスの数が減少する時期と、細胞体がグリア細胞の一種であるアストロサイトに被覆される時期の一致を明らかにした。さらに、アストロサイトの増殖を薬理的に阻害し、アストロサイトがシナプスの除去に積極的に関与することを示した。孤束核は呼吸循環の中枢であり、その神経回路発達過程の解明は重篤な神経疾患解明の端緒を開くことに繋がると期待される。近年、神経科学は、ニューロンのみならずグリア細胞との相互作用も視野に入れ、様々な研究が展開しつつある。グリア細胞の1種であるアストロサイトはシナプスや細胞体の近傍に存在し、その形態形成および情報処理に深く関与する。神経回路の発達過程において、必要なシナプスは強化、不要なシナプスは除去される。呼吸・循環中枢である延髄の孤束核では、胎内から外界への環境変化に対応して生後発達期にシナプスが改編されると考えられている。本年度は、軸索細胞体型シナプスの形態変化にアストロサイトが関与するか否かを解明することを目的とし、生後発達期のラット延髄孤束核において以下の知見を得た。1.背側部小型細胞の細胞体上の軸索細胞体型シナプスは生後直後では数多く見られるが、成体ではほとんど観察されない。2. 1の時期と同じくして、細胞体はアストロサイトの突起により被覆される。3.アストロサイトの発達を生体内で薬理的に阻害すると成体になっても生後直後の幼若な個体と同様に、小型細胞の軸索細胞体型シナプスが残存する。これらの結果はアストロサイトが軸索細胞体型シナプスを除去することを示唆している。この成果は論文発表・学会発表をとおして公表された。残存したシナプスはGABA作動性であり、軸索細胞体型の抑制性シナプスの改編は情報処理に大きな影響を与えていることが予測される。今後は、アストロサイトによるシナプス形態の改編が個体レベルでの生理的機能の成熟を促すことを示す直接的な知見が得られるよう、研究を継続する。前年度は呼吸・循環中枢である延髄の孤束核の背側部で、抑制性(GABA作動性)軸索細胞体型シナプスの数が減少する過程にアストロサイトが関与することを示した。この現象が孤束核の背側部、さらに、抑制性シナプスに限定的であるかは未解明であった。本年度は基礎的知見としで、腹側部さらに興奮性(グルタミン酸作動性)シナプスの数量を免疫電顕法を用いて発達段階毎に調べ、以下の知見を得た。(1) GABA作動性軸索細胞体型シナプスの割合は、背側部では生後直後では多いが成体ではほとんど観察されない、一方、腹側部ではその割合が維持される。(2)グルタミン酸作動性軸索細胞体型シナプスの割合は、背側部、腹側部ともに、生後直後では多いが成体ではほとんど観察されない。(3)大型細胞と小型細胞では、腹側の大型細胞では、GABA作動性の軸索細胞体型シナプスを有するものの割合、密度が増加した。これらの結果は、抑制性シナプスと興奮性シナプスの均衡が、生後発達段階が進むにつれて、相対的に背側部が興奮性優位、腹側部が抑制性優位に変化することを示している。この形態学的な知見はすでに論文発表・学会発表をとおして公表された。GABA作動性の軸索細胞体型の抑制性シナプスの改編は情報処理に大きな影響を与えていることが予測されるので。今後は個体レベルでの生理的機能の成熟を促すことを示す直接的な知見が得られるよう、研究を継続する。神経回路のシナプスの改編は生理機能の変化を生じる場合が多い。前年度以前はラットの呼吸・循環中枢である延髄の孤束核の背側部において、アストロサイトの発達が阻害されると、通常の発達過程で減少すべき抑制性シナプスが残存すること報告してきた。この現象は、血圧の上昇を感知し恒常性を保つべく心臓の拍動にフィードバックをかける「圧受容器反射」に影響を与える可能性を示唆している。本年度は、交付申請書の研究計画と同じく、余剰に抑制性シナプスを有するラットの圧受容器反射の生理機能を評価することを目的とした。コントロールのラットでは、phenylephrine投与で一過的な血圧上昇を引き起こすと速やかに(約80秒)基底状態に回復する。一方、余剰に抑制性シナプスを有するラットでは、血圧上昇から基底状態に回復するまでに、より長い時間(約200秒)を要することが計測された。これら結果は、孤束核に余剰なシナプスを有するラットでは圧受容器反射が成熟していないことを示唆する。しかし、孤束核以外の神経回路の異常による影響も寄与していることも含まれている。

そこで、本年度は、さらに、血圧上昇の情報を孤束核に伝達する舌咽神経、迷走神経の形態発達に関する知見も得ることにし、ラット胎仔の全胚をニューロフィラメントに対する2H3抗体での染色を開始した。これらの成果の一部はすでに、国内の学会発表で公表されており、討議の結果も踏まえ研究は発展的に継続している。本研究の遂行により、新生児突然死症候群などの病態解明の端緒開くものと思われる。
ポロキナーゼによるインテグリントラフィッキング制御とその破綻

初期エンドゾームの融合は、細胞外から取り込んだ積み荷を細胞内の目的地へ運ぶための出発点となる現象である。一方、細胞分裂期においてはエンドゾームの膜融合が阻害されることが知られている。この現象は、1989年にエンドゾーム膜融合のin vitro再構築系を用いて示されたが、その分子メカニズムはほとんど明らかとなっていない。本年度我々は、細胞分裂の進行に必須のキナーゼであるpolo-like kinase 1 (Plk1)が、分裂期の初期エンドゾームの融合を阻害する働きを持つことを見出した。Plk1を薬剤やsiRNAによるノックダウンで阻害すると、分裂期において後期エンドゾームやリソソームが正常であるのに対し、初期エンドゾームが顕著に肥大化した。この現象はS期やG2期の細胞では認められないため、分裂期特異的な分子機構であると考えられる。また、siRNA耐性のPlk1により正常に戻ることからその特異性も確認された。さらに、初期エンドゾームの融合に必須であるRab5が、分裂期には活性化状態であるGTP結合型で存在すること、またこの現象はPlk1に依存することを見出した。Plk1は分裂期において初期エンドゾームの融合を阻害する一方、GTP-Rab5の蓄積に寄与することから、Rab5の分裂期特異的な制御機構の存在が示唆された。インテグリンは、細胞外マトリックスに結合する膜貫通型タンパク質であり、細胞増殖、分化、細胞運動など様々な生命現象に必須の役割を果たす。インテグリンは、低分子量Gタンパク質のRabファミリー及びArfファミリー依存的に、エンドサイトーシスとエクソサイトーシスを介してリサイクルされ、このリサイクリング機構は、細胞運動やがんの浸潤に重要な役割を果たすことが知られている。最近、インテグリンは分裂期においても、方向性を持った細胞内トラフィッキング制御を受けており、この制御機構は細胞質分裂の遂行に必要であることが報告された。そこで我々は、細胞分裂の進行に必須のキナーゼであるPlk1が、分裂期におけるインテグリントラフィッキングを制御する可能性を検討した。その結果、Plk特異的阻害剤GW843682X処理や、RNA干渉法を用いたPlk1のノックダウンにより、インテグリンを含む小胞が分裂期の細胞の細胞質内に蓄積する現象を観察した。このことは、Plk1が分裂期のインテグリントラフィッキングを制御する可能性を示唆している。しかしながら、Plk特異的阻害剤で処理した細胞では、間期の細胞においてもインテグリン小胞の細胞質内での蓄積が認められた。Plk1のノックアウト細胞では、間期でのインテグリン小胞の蓄積は認められないことから、他のPlkファミリーが間期でのインテグリントラフィッキングを制御する可能性が示唆された。PlkファミリーのうちGW843682X感受性のPlk3をsiRNAでノックダウンしたところ、間期の細胞においてインテグリン小胞の蓄積が観察されたことから、Plk3が間期インテグリン輸送を制御する可能性が示唆された。