hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ダイヤモンド電子スピン多周波数量子制御による超高感度ベクトル磁場センサ

本研究の目的は、ダイヤモンド窒素ー空孔(NV)中心を対象として、多周波数マイクロ波(MW)によって複数の電子スピン量子状態を独立かつ同時に制御する、“多周波数制御ベクトル磁場センシング"技術を提案し、実験的に実証することである。本手法を用いることで、単一周波数MWを用いた従来手法の問題点を解決し、MWによって高感度方向が自在に制御可能な高感度ベクトル磁場センサの実現を目指す。本研究の目的達成のために、以下に示す2つの項目について研究を進めた。A)ランダム配向・高密度・長コヒーレンス時間を有するサンプル作製・評価本研究では提案手法の実現のために、窒素ドープCVD成長、イオン注入、アニーリングを組み合わせることで、ランダム配向かつ高密度・長コヒーレンス時間を有するNV集合体サンプルの作製を目指す。作製プロセスの検討を進め、ランダム配向を有するサンプル作製には、窒素ドープCVD成長・Heイオン注入後に高温アニーリング(1200°C)を施すことが有効であることを見出した。各作製条件の最適化を進め、配向率がほぼ25%に等分配されたNV集合体サンプルの作製に成功した。B)多周波数MW回路を組み込んだ光検出磁気共鳴顕微鏡の開発本手法では、4つの異なる周波数のMWを用いて、異なる配向を有する4種類のNV中心を独立かつ同時に制御する。そのために、MWの位相・パルス幅・強度を独立かつ精密に制御可能な多周波数MW回路を構築し、光検出磁気共鳴顕微鏡に組み込んだ。自作の装置・NV中心サンプルを用いて、多周波数数制御ベクトル磁場センシングのデモンストレーションを行ない、従来の単一周波数MWを用いたベクトル磁場センシングと比較して、磁場感度を2倍以上向上させることに成功した。この結果について、国際論文誌Appl. Phys. Lett.2編および国際会議4件(招待講演2件を含む)にて成果発表を行なった。サンプル作製および装置開発ともに順調に進み、初年度の目標であった“多周波数制御ベクトル磁場センシング"の原理実証を行なうことに成功した。当初の予定通り、我々の提案した“多周波数制御ベクトル磁場センシング"技術の原理実証実験を行なうことに成功した。しかし現在までに、特定方向の磁場に対してのみしか原理実証できていないため、今後はあらゆる方向の磁場に対して同手法による高感度化が可能であることを実証していく。また多点測定によりベクトル磁場の2次元分布測定を進め、その結果から磁場源となる電流分布を求める方法を検討していく。さらに配向率が25%に完全に一致しないNV中心サンプルを用いた場合でも、照射するMWのパルス面積を変えることで補正が可能であることを実験的に実証する。サンプル作製については、最初の原理実証で得られた磁場感度(350 nT/√Hz)がそれ程高くないため、さらに高い磁場感度を有するNV中心サンプルの作製を目指す。具体的には、窒素ドープCVD成長、イオン注入、アニーリングにおける各作製条件の最適化を進め、さらに高密度・長コヒーレンス時間・ランダム配向を有するNV中心集合体サンプルを作製していく。光検出磁気共鳴顕微鏡については、CCDカメラを導入することで、広視野のベクトル磁場イメージングを得られる装置の開発を進めていく。さらなる研究項目としては、様々な種類のMWパルスシークエンスに対する多周波数制御の有効性を検討していく。

さらに配向率が25%に完全に一致しないNV中心サンプルを用いた場合でも、照射するMWのパルス面積を変えることで補正が可能であることを実験的に実証する。サンプル作製については、最初の原理実証で得られた磁場感度(350 nT/√Hz)がそれ程高くないため、さらに高い磁場感度を有するNV中心サンプルの作製を目指す。具体的には、窒素ドープCVD成長、イオン注入、アニーリングにおける各作製条件の最適化を進め、さらに高密度・長コヒーレンス時間・ランダム配向を有するNV中心集合体サンプルを作製していく。光検出磁気共鳴顕微鏡については、CCDカメラを導入することで、広視野のベクトル磁場イメージングを得られる装置の開発を進めていく。さらなる研究項目としては、様々な種類のMWパルスシークエンスに対する多周波数制御の有効性を検討していく。
内分泌かく乱化学物質による男性生殖器機能への影響に関する疫学研究

1.人工授精精子提供者の精液所見に関する研究K病院で実施された人工授精精子ドナーの精液所見は,20000件以上蓄積されている.その中で,1990年以降に得られたデータについてその経年変化を検討することとした.これらのドナーは,年令20-25才の健常な男性であり、延べ10000余件の所見があった.年代と精子数との間の単回帰直線の傾きは負の値を取ったが,同一ドナーの複数回の所見が多く含まれている可能性があるため,今後,その点に考慮した解析を進める予定である.2.内分泌関連がんの集積に関する疫学研究日本における内分泌関連がんの地理的・時間的集積性に関する知見は知られていない.そこで,人口動態データを利用して,内分泌関連がん死亡の地理的集積性および時間的集積性を検討することとした.まず,前立腺がん,卵巣がんを対象とし,1972年1997年までの地域別の年間死亡数(全年齢)を算出した.標準化死亡比(SMR)は,死亡数が少ないため推定値として不安定になる可能性があるので,今後第一に,その算出方法を検討する.信頼しうるSMRが算出できたならば,これを視覚化するために地図上にマッピングし,日本における内分泌関連がん死亡のの地理的・時間的集積性を検討する.並行して,一般住民の内分泌攪乱物質摂取・曝露レベルの推定を,種々の既存公表データから試み,特定高曝露(あるいは低曝露)地域が特定できれば,その死亡状況との地域相関性を検討する.また,こうしたアプローチが有効であれば,乳がん,子宮体がん,甲状腺がん,大腸がんなどにも対象を拡げて検討する.1.人工授精精子提供者の精液所見に関する研究K病院で実施された人工授精精子ドナーの精液所見は,20000件以上蓄積されている.その中で,1990年以降に得られたデータについてその経年変化を検討することとした.これらのドナーは,年令20-25才の健常な男性であり、延べ10000余件の所見があった.年代と精子数との間の単回帰直線の傾きは負の値を取ったが,同一ドナーの複数回の所見が多く含まれている可能性があるため,今後,その点に考慮した解析を進める予定である.2.内分泌関連がんの集積に関する疫学研究日本における内分泌関連がんの地理的・時間的集積性に関する知見は知られていない.そこで,人口動態データを利用して,内分泌関連がん死亡の地理的集積性および時間的集積性を検討することとした.まず,前立腺がん,卵巣がんを対象とし,1972年1997年までの地域別の年間死亡数(全年齢)を算出した.標準化死亡比(SMR)は,死亡数が少ないため推定値として不安定になる可能性があるので,今後第一に,その算出方法を検討する.信頼しうるSMRが算出できたならば,これを視覚化するために地図上にマッピングし,日本における内分泌関連がん死亡のの地理的・時間的集積性を検討する.並行して,一般住民の内分泌攪乱物質摂取・曝露レベルの推定を,種々の既存公表データから試み,特定高曝露(あるいは低曝露)地域が特定できれば,その死亡状況との地域相関性を検討する.また,こうしたアプローチが有効であれば,乳がん,子宮体がん,甲状腺がん,大腸がんなどにも対象を拡げて検討する.1.人工授精精子提供者の精液所見に関する研究K病院で実施された人工授精精子ドナーの精液所見は,20000件以上蓄積されている.その中で,1990年以降に得られたデータについてその経年変化を検討することとした.これらのドナーは,年令20-25才の健常な男性であり、延べ10000余件の所見があった.年代と精子数との間の単回帰直線の傾きは負の値を取ったが,同一ドナーの複数回の所見が多く含まれている可能性があるため,今後,その点に考慮した解析を進める予定である.2.内分泌関連がんの集積に関する疫学研究日本における内分泌関連がんの地理的・時間的集積性に関する知見は知られていない.そこで,人口動態データを利用して,内分泌関連がん死亡の地理的集積性および時間的集積性を検討することとした.まず,前立腺がん,卵巣がんを対象とし,1972年1997年までの地域別の年間死亡数(全年齢)を算出した.標準化死亡比(SMR)は,死亡数が少ないため推定値として不安定になる可能性があるので,今後第一に,その算出方法を検討する.信頼しうるSMRが算出できたならば,これを視覚化するために地図上にマッピングし,日本における内分泌関連がん死亡のの地理的・時間的集積性を検討する.並行して,一般住民の内分泌撹乱物質摂取・曝露レベルの推定を,種々の既存公表データから試み,特定高曝露(あるいは低曝露)地域が特定できれば,その死亡状況との地域相関性を検討する.また,こうしたアプローチが有効であれば,乳がん,子宮体がん,甲状腺がん,大腸がんなどにも対象を拡げて検討する.男性生殖器機能への影響に関する疫学研究は古くから報告されているが,1992年にBMJに掲載されたCarlsen,Skakkebaekらによる論文によって,最近50年間でのsemen qualityの低下ならびにその低下に対する内分泌かく乱化学物質の関与の可能性が広く認識されるに至った.

しかし,必ずしもすべての報告がsemen qualityの低下を示しているわけではなく,変わっていないとする報告も少なくない.その理由として,疫学研究としてみた場合のデザイン上の問題をはじめとして,多くの要因が関与していると考えられる.そこで,本年は,上記のCarlsenの論文とそれ以降に公表・掲載された学術論文を広く収集し,疫学的視点からcritical reviewを行い,semen qualityの時間的変化に対するevidenceとしての評価を行った.ここでは,MEDLINE上でCarlsenらと同じキーワードを用いた文献検索を行い,ヒットした文献からsemen qualityの時間的変化を検討した文献約10編を選んで評価した.評価は,目的,対象集団,研究デザイン,結果の指標,曝露の指標,測定方法,Selection biasの可能性,Observation biasの可能性,Random errorの可能性,Confounding factorへのデザイン上の考慮と統計学的手法,主たる結果,著者による考察,結果に対するbias・交絡因子の寄与,外部妥当性あるいはその他のコメント,の各項目ごとに行った.その結果,semen qualityの変化には,時間的要因に加え,地理的要因,季節変動,測定のばらつき,が大きく影響することが明らかとなった.従って,一般集団としてのsemen qualityの変化については,未だに十分な疫学的なevidenceが蓄積されているとはいえないと考えられる.
大腸菌の機能ルールに学ぶ新しい複雑システム制御理論の構築に関する研究

大腸菌におけるリンの同化と代謝を例にパラメータの問題を含まない定性的なシミュレーションと、パラメータの問題を含む定量的なシミュレーションの比較を行った。定性的シミュレーションは、当研究室で開発しているVESTを用いて行った。VESTを用いれば、細胞内代謝の因果関係を整理し、機能ルールの妥当性や完成度をチェックすることも可能となった。定量的なシミュレーションは、アナログデジタル混載回路の設計手法を用いて行った。リン酸制限下のケモスタット連続培養実験により菌体外/菌体内リン酸濃度変化の測定を行い、リン酸取り込み速度パラメータとリン酸消費速度パラメータを決定した。このパラメータを用いてシミュレーションを行ったところ、全体として実験結果とシミュレーションの結果は良く合っており、このレベルでのモデルが正当であることが示された。また、細胞内リン酸濃度とポリリン酸蓄積に関するアルゴリズムについては、遺伝子レベルの実験により解明を行った。大腸菌変異株ライブラリーの中から、ポリリン酸を大量に蓄積する変異株を取得し、その染色体上の変異点を決定したところ、リン酸レギュロンを負に制御するphoU遺伝子の点変異であることがわかった。この変異株は構成的に発現したリン酸特異的輸送系(PST)によるリン酸の過剰な取り込みが起こり、ポリリン酸として蓄積していることがわかった。また、大腸菌の新規リン酸トランスポーターの探索を行ったところ、xasA遺伝子がリン酸トランスポーターとして機能している可能性が示唆された。xasA遺伝子の発現を誘導すると、リン酸の取り込み速度が向上し、アミノ酸飢餓によるポリリン酸蓄積量も向上することが明らかとなった。
出生前母胎グルココルチコイド投与が新生児慢性肺疾患に与える影響の解析

現在の主流となっている母胎へのベタメタゾン投与は,児の肺成熟や頭蓋内出血予防を目的としたもので妊娠24週から33週の早産児が1週間以内に娩出される際に推奨されている.しかし慢性肺疾患(以下CLD)の出生前危険因子である絨毛膜羊膜炎による子宮内炎症やびまん性絨毛膜羊膜ヘモジデローシス(以下DCH)による子宮内環境から出生される場合に出生前母胎グルココルチコイド(以下GC)投与が出生後の児の肺成長にどのような影響を与えるか未だ解明されていない現状がある.そこで本研究では,DCHラットモデルに子宮内炎症や出生前母胎GC投与を実施した場合の新生仔肺を経時的に観察することで出生後の肺の成長への影響を病理学的に解析し諸因子との関連を明らかにする.平成30年度には,妊娠ラットを用いた実験を19回計画した.出生数が少ない母仔が4回存在した.完遂できた19回の実験のうち,対照群は5回(33例), DCH群は5回(32例),GC群は4回(32例),DCH+GC群は5回(28例)であった(括弧内は出生した新生仔数).今年度は,十分な個体数から得られた肺組織変化から嚢胞期(日齢1)および肺胞期(日齢7-14)の肺胞数, mean linear intercept、肺胞壁厚を測定し,単一因子と肺胞成熟との関連性を評価した.また組織学的に肺胞内マクロファージが十分に存在する日齢とマクロファージが鉄貪食像を呈する日齢の確認を行った.妊娠ラットに子宮内炎症を負荷した場合には,エンドトキシンによるラットの死亡が予想されるため,採取できる個体が少ない可能性がある.少ない状況下でも評価に適した日齢を平成30年度で確認したのちに平成31年度以降に慎重に炎症群を行う方針とした。羊水腔内への薬剤注入や出生後の管理は向上しているため十分なデータ採取は可能と考えている.平成30年度は、DCH, GC投与例を評価するのに十分な個体数を採取することができた.今後に組織の解析とエンドトキシン負荷を行った肺組織の採取を行うため当初より遅れていると判定した.羊水腔内への薬剤注入手技,その後の娩出後の管理までプロトコールは確立したと考えている.平成30年度は十分な個体数を採取することで各負荷因子による肺の組織変化を確認することができた.その負荷により肺組織変化の得られやすい日齢を絞り込むことで、生存率の低いことが予想されるエンドトキシン負荷を平成31年度に行い,採取する個体数が少ない環境下でも十分に評価できるように慎重に行っていく予定である.今日の周産期医療において,児の肺成熟や頭蓋内出血予防を目的とした母体へのベタメタゾン投与は,妊娠24-33週の早産が1週以内に予想される場合に広く勧められている.しかし慢性肺疾患(以下CLD)の出生前危険因子である子宮内炎症やびまん性絨毛膜羊膜ヘモジデローシス(以下DCH)を病理的背景にもつ場合に,出生前母体グルココルチコイド(以下GC)投与が出生後の児の肺成長にどのような影響を与えるかについては未だ解明されていない.そこで本研究では,子宮内炎症やDCHを伴った妊娠ラットモデルにおいて,それぞれ出生前母体GC投与を実施した場合の新生仔肺を経時的に観察することにより,出生前母体GC投与による出生後の仔の肺成長への影響を病理学的に解析する.平成29年度には,妊娠ラットを用いた実験を13回計画した.そのうち1回は周術期麻酔管理の問題で術中に妊娠ラットが死亡した.また4回は手技的な問題により出生後早期に母仔が死亡した.完遂できた8回の実験のうち,対照群は4回(33例),DCH群は2回(19例),GC群は1回(12例),DCH+GC群は1回(12例)であった(括弧内は出生した新生仔数).それぞれの群において,日齢0, 7, 14, 60で肺を摘出し,組織切片から得られた病理組織学的変化(old or new BPD)を各群間で解析中である.妊娠ラットに子宮内炎症を負荷した場合,エンドトキシンによる子宮内胎児死亡や出生後の新生仔死亡のリスクが高いと予想された.そのため手技的に困難な炎症群は,平成30年度以降に行なう方針とした.今回の実験系では,母体への侵襲の少ない手術操作と羊水腔内への薬剤注入手技が重要である.我々は手技を向上させることで,後半4回の実験では新生仔早期死亡や母体死亡を起こさずにデータを収集することが可能となった.平成29年度は合計13回の実験を計画したが,手技的な問題により5回の実験は中止となった.そのため完遂した8回の実験から計76例の肺組織切片を採取した.これは当初の予定よりも少ない.現在の主流となっている母胎へのベタメタゾン投与は,児の肺成熟や頭蓋内出血予防を目的としたもので妊娠24週から33週の早産児が1週間以内に娩出される際に推奨されている.しかし慢性肺疾患(以下CLD)の出生前危険因子である絨毛膜羊膜炎による子宮内炎症やびまん性絨毛膜羊膜

ヘモジデローシス(以下DCH)による子宮内環境から出生される場合に出生前母胎グルココルチコイド(以下GC)投与が出生後の児の肺成長にどのような影響を与えるか未だ解明されていない現状がある.そこで本研究では,DCHラットモデルに子宮内炎症や出生前母胎GC投与を実施した場合の新生仔肺を経時的に観察することで出生後の肺の成長への影響を病理学的に解析し諸因子との関連を明らかにする.平成30年度には,妊娠ラットを用いた実験を19回計画した.出生数が少ない母仔が4回存在した.完遂できた19回の実験のうち,対照群は5回(33例), DCH群は5回(32例),GC群は4回(32例),DCH+GC群は5回(28例)であった(括弧内は出生した新生仔数).今年度は,十分な個体数から得られた肺組織変化から嚢胞期(日齢1)および肺胞期(日齢7-14)の肺胞数, mean linear intercept、肺胞壁厚を測定し,単一因子と肺胞成熟との関連性を評価した.また組織学的に肺胞内マクロファージが十分に存在する日齢とマクロファージが鉄貪食像を呈する日齢の確認を行った.妊娠ラットに子宮内炎症を負荷した場合には,エンドトキシンによるラットの死亡が予想されるため,採取できる個体が少ない可能性がある.少ない状況下でも評価に適した日齢を平成30年度で確認したのちに平成31年度以降に慎重に炎症群を行う方針とした。羊水腔内への薬剤注入や出生後の管理は向上しているため十分なデータ採取は可能と考えている.平成30年度は、DCH, GC投与例を評価するのに十分な個体数を採取することができた.今後に組織の解析とエンドトキシン負荷を行った肺組織の採取を行うため当初より遅れていると判定した.平成29年度に安全な周術期麻酔方法と母体への侵襲の少ない手術操作および羊水腔内への薬剤注入手技が確立した.そのため平成30年度からは安定したデータ採取が期待できる.また子宮内胎児死亡や出生後の新生仔死亡のリスクが高い炎症群のデータ採取にも力を入れる予定である.羊水腔内への薬剤注入手技,その後の娩出後の管理までプロトコールは確立したと考えている.平成30年度は十分な個体数を採取することで各負荷因子による肺の組織変化を確認することができた.その負荷により肺組織変化の得られやすい日齢を絞り込むことで、生存率の低いことが予想されるエンドトキシン負荷を平成31年度に行い,採取する個体数が少ない環境下でも十分に評価できるように慎重に行っていく予定である.平成29年度は合計13回の実験を計画したが,手技的な問題により5回の実験が中止となったため残額が生じた.次年度には当初予定していたよりも実験数を増やす必要があるため,その際に必要な薬品や消耗品の購入代金に残額を使用する.平成30年度は十分な個体数を採取することで各負荷因子による肺の組織変化を確認することができた.生存率の低いことが予想されるエンドトキシン負荷を平成31年度に行い,死亡する個体数が多い環境下でも十分に評価できるように予算をあえて多めに残し,不足とならないように対応したためである.
皮膚上皮内癌・癌前駆症における染色体異常の有無と細胞増殖能、p53との関係

今回申請した研究の目的は皮膚の上皮内癌・癌前駆症であるBowen病(B病)、日光角化症(AK)の染色体数的異常と細胞増殖能、異常p53蛋白発現について検討することである。まず初めに、AK細胞の染色体数的異常の有無を知るためにp53などの遺伝子が存在する17番染色体に特異的なDNAプローブを用いたIn situ hybridization(ISH)法によって、15例のAK、5例の有棘細胞癌(SCC)の染色体数的異常について検討を行った。その結果、正常表皮細胞、リンパ球ではほとんどの核が12個のシグナルを示したが、AK、SCCではすべての症例で核に3個以上のシグナルを示す数的異常を認め、染色体の数的異常はAKの段階ですでに存在していることが認められた(以上の結果は日本研究皮膚科学会第20回年次学術大会・総会にて発表した)。さらに、進行癌化に伴う染色体数の変化、また、病巣内での染色体数的異常細胞の分布と増殖細胞の分布、異常p53蛋白陽性細胞の分布との関連について検討するために、AK26例、B病9例、SCC12例に17番染色体特異的DNAプローブを用いたISH法、抗PCNA抗体、抗p53抗体を用いた免疫染色を行った。結果は1核あたり3個以上のシグナルを有する数的異常細胞の割合はAK16.1%、B病11.1%、SCC22.6%であり、腫瘍のプログレッションに伴い、染色体の数的異常がより増強していた。細胞増殖能を反映するPCNA陽性率はAK50.1%、B病60.2%、SCC49.4%で、AK、B病はSCCと同程度の高い増殖能をもっていた。また、異常p53蛋白はAK65.4%、B病66.7%、SCC33.3%にみられ、AK、B病ではp53遺伝子の変異が高頻度に存在することが示唆された(以上の結果は第36回日本組織細胞化学総会にて発表した)。しかし、染色体数的異常細胞とPCNA陽性細胞、p53蛋白陽性細胞の分布については、まだ十分に検討することができなかった。今後、個々の症例についてさらに細かく検討する必要があると思われた。
次世代原子炉ニュートリノ振動実験のための検出器キャリブレーションシステムの開発

本研究では次世代ニュートリノ検出器における系統誤差を削減し、ニュートリノ振動の測定精度を向上させるために、新しいアイデアに基づく検出器キャリブレーションシステムの研究開発を行った。本研究で開発を行ったキャリブレーションシステムではレーザー光源からの光を光ファイバーおよび検出器内部に設置した光拡散ボールを通して照射する。光拡散ボールはワイヤー操作により移動可能であるため通常のデータ収集と平行して検出器キャリブレーションシステムを行うことが可能である。本研究では研究期間内に小型の試作機を作成した。試作機による試験の結果、デザイン通りに動作することを確認し、将来的に実装するための道筋を示した。本研究では次世代ニュートリノ検出器(特に大型の液体シンチレータ検出器および水チェレンコフ型検出器)における系統誤差を削減し、ニュートリノ振動の測定精度を向上させるために、新しいアイデアに基づく検出器キャリブレーションシステムの研究開発を行った。本研究で開発したキャリブレーションシステムではレーザー光源からの光を光ファイバーおよび検出器内部に設置した光拡散ボールを通して照射する。光拡散ボールはワイヤー操作により移動可能であるため、通常のデータ収集と平行して検出器キャリブレーションを行うことが可能である。このキャリブレーションシステムの特徴として、あらかじめワイヤーを設置した範囲については検出器に垂直方向だけでなく、水平方向にも光源(光拡散ボール)を移動できる点があげられる。初年度には小型の試作機を作成し、光拡散ボールをワイヤーとステップモーターにより移動させるシステムの試験を行った。試験の結果、当初のデザイン通りに動作することが確認された。また、既存の原子炉ニュートリノ実験(Double Chooz実験)の位置再構成精度との比較から、開発したキャリブレーションシステムにより十分な位置決定精度が得られることが確認された。2年目(最終年度)には比較拡散ボールを作成した。光を拡散するため、素材として波長変換物質に加えて、酸化マグネシウムを配合した。また、拡散された光の一様性を測定するため、レーザー光源から光ファイバーを通して光を照射し、光電子増倍管により光の一様性を測定するためのセットアップを作成した。測定の結果、光が一様に散乱されていることが確認された。測定の系統誤差を見積もり、測定精度を向上させることが今後の課題である。本研究では次世代ニュートリノ検出器における系統誤差を削減し、ニュートリノ振動の測定精度を向上させるために、新しいアイデアに基づく検出器キャリブレーションシステムを開発する。本研究で開発するキャリブレーションシステムではレーザー光源と光ファイバーにより接続された光拡散ボールをあらかじめ検出器内に設置する。設置された光拡散ボールはワイヤー操作により移動可能であるので、検出器の状態を変えずに光源を任意の位置に設置し、検出器キャリブレーションを定期的に行う事が可能である。本年度(本研究の初年度)はワイヤー、チューブ、ワイヤーを操作するためのステップモーターなどを購入し、小型の試作機を作成した。作成した試作機は動作試験および性能評価に用いる。試作機を用いた動作試験の結果、コンピュータによりモーターを制御し任意の位置に光源を移動させることに成功した。さらに、光源の位置を測定し、設定値との比較により、位置決定精度を見積もった。測定された位置決定精度を既存の原子炉ニュートリノ実験(Double Chooz)による位置再構成の精度と比較した結果、小型の試作機についてはキャリブレーションに十分な位置決定精度を達成できるという結論を得た。本研究で開発した小型の試作機およびその性能評価については、東京工業大学4年生(当時)のシャランコヴァラリッツァさんによる卒業論文にまとめられている。本研究では現在計画中の次世代ニュートリノ振動実験の測定精度向上のため、新しいアイデアに基づくキャリブレーションシステムを開発し、その性能を評価することである。本研究で開発するキャリブレーションシステムの特徴として、コンピューターによる光源の遠隔操作が可能であり、結果として、定期的なキャリブレーションが可能であるという点があげられる。初年度の研究により、小型の試作機を作成した。この試作機は大きさは1メートル程度と実機(数十メートル規模)に比べて小さいが動作原理は実機に即したものである。試作機を用いた動作試験により、コンピューターによりモーターを制御し、光源を任意の位置に配置できることが実証された。さらに、光源の位置を測定した結果、その位置決定精度はキャリブレーションに用いるための要求を満たす事が検証された。小型の試作機の作成は、本研究の主要な目的として交付申請書にも明記されており、研究は順調に進展していると判断できる。次年度は光源に用いるレーザーシステムおよび光拡散ボールの開発を行う。実際のキャリブレーションではレーザーによる光をファイバーを通して検出器中に挿入し、光拡散ボールにより検出器中に照射する。本年度は小型の試作機を開発し、コンピュータによりモーターを制御し、光源を検出器内の任意の位置に移動させるためのシステムの検証を行った。次年度は光源および光拡散ボールの開発に取り組み、最終的には上記の試作機と組み合わせて、より実機に近い形で、最終的な性能評価を行う。

光源については、応答時間のキャリブレーション精度を上げるため、できるだけ発光時間の短いものを用いる。この要求を満たすものとして、次年度の研究費によりレーザー光源を購入する。ファイバーを通して検出器に挿入された光は光拡散ボールにより検出器中に照射するが、系統誤差を抑えるために、できるだけ一様に分布させることが重要である。光拡散ボールについてはDouble Chooz実験に用いられているものをベースにTiO2チップをシリカゲルで包み込む構造のものと市販のオプティカルセメントに微量のTiO2を混ぜたもの作成する。作成した光拡散ボールについては、光電子増倍管を用いて角度を変えて測定を行い、性能評価を行う。光源と光拡散ボールをつなぐファイバーについてもアクリルガラス(PMMA)製のものを中心に何種類か用意し、波長依存性、減衰長、曲げ伸ばしに対する耐性などを評価する。該当なし。
足尾銅山の科学技術史を示す写真のデータベース化と環境教育・社会科学への応用の研究

本研究では、かつての足尾銅山における世界屈指の採掘・精錬技術や、住民の生活、周辺環境に関する未整理の写真資料をデータベース化した。このデータベースを用いて、当時の足尾銅山に働く人々や住民の科学技術や公害事件に対する認識を考察し、小中高校の環境教育における、人間活動と自然環境との関わりを学ぶための教材を作成した。また、広く社会人を対象として「社会と共存する科学技術」の考えを深めるための写真展を開催した。本研究は、かつての足尾銅山における世界屈指の採掘・精錬技術や、住民の生活、周辺環境に関する写真資料をデータベース化し、科学技術史的に貴重な資料を保全し、国内外の研究者に対する研究資料として提供すること、さらに、当時の足尾銅山で働く人々や住民の科学技術や公害事件に対する認識を明らかにすることが目的である。また、多くの人々を対象として「社会と共存する科学技術」の考えを深めるための教材の研究・開発を目的とする。本年度は以下の内容で研究を行った。1.写真に撮影されている状況をヒアリングし、事実確認を行うこと。鉱業および足尾銅山に詳しく、写真の所有者でもある小野崎敏氏のほか、当時の状況をよく知る人々にヒアリングを実施した。2.写真をデジタル化して保管すること。プリントされた写真の劣化を防ぐため、高解像度で写真をスキャンし、汎用性の高い形式(JPEGなど)で電子的に保存する。この間、保存されていた数千点の写真が発見され、これらも合わせて記録している。3.上記を関連付け、データベース化すること。撮影年月、撮影場所、撮影者、撮影されている状況の解説、特徴的な機器や道具の説明を収録し、使用言語を日本語と英語とし、多方面の研究に活用できるよう考慮しながら、現在データベースの登録作業を行っている。4.明治大正期の労働者の視点から見た科学技術史の理解を深めること。作成したデータベースから労働者や住民の生活の様子を撮影したものを抽出、労働者や住民が当時の科学技術水準や、写真撮影技術を広く市民に知らせるため、写真展を開催した。4.「社会と共存する科学技術」の考えを深めるための教材の研究・開発を行うこと。作成したデータベースをもとに、社会と科学技術に関する高校生向け授業を行い、科学技術のあり方や市民の科学技術の方向性とのかかわり方を考える教材を開発・実施した。
新しい翻訳制御機構:TORとGIドメイン蛋白質によるGCN経路の制御

細胞の成長および増殖には、それを支える栄養状態の感知が必須であり、これに応じて蛋白質合成を開始するか否かの決定がなされる。出芽酵母を用いた分子遺伝学的研究はこの重要な決定に関わる経路を明らかにしてきた。ひとつはアミノ酸欠乏ストレスに応答して翻訳開始コドンに作用するeIF2alphaをリン酸化し翻訳を全般的に抑制するGCN経路であり、もう一方は一方で十分な栄養が存在下でキャップに作用するeIF4Fの分子集合を促進するTOR経路である。我々はTOR経路がGCN経路の中心に位置するGCN2を負に制御すること、以前に見い出したGIドメイン蛋白質であるImpactファミリーがGCN経路の負の入力系として機能し得ることを示してきた。これらの経緯を踏まえて本申請では、GCN経路とTOR経路のクロストークの分子機構の解明を目的に研究を展開した。その結果、1)TOR経路はGCN2のSer-577のリン酸化を起こすこと、2)Ser-577のリン酸化は、GCN2とその活性化因子であるtRNAとの親和性を低下させることによって、GCN2を負に制御すること、3)Ser-577のリン酸化は、炭素源飢餓刺激のGCN経路への伝達にも関与していること、を明らかにした。また比較ゲノム解析の結果から、Ser-577を含む領域が種によっては欠落していることを見出した。このいわばTORシグナル受容ドメインの有無によって両経路のクロストークに多様な方式があることが示唆された。一方で我々は、TORの下流にあるとされてきたeIF4E結合蛋白質EAP1が、TORの特異的阻害剤であるラパマイシンによるGCN経路の活性化が惹起するGCN4の翻訳を特異的に阻害する現象を見出し、これもTOR経路とGCN経路の別の接点として研究を進めた。その結果、この阻害にはEAP1の唯一の既知機能であるeIF4Eとの相互作用は必要とされず、それ以外のドメインがこれを担うことが分かった。現在、この新規機能を担うドメインのマッピングと詳細な分子機構の解明を進めている。アミノ酸欠乏ストレスに晒された出芽酵母では翻訳開始コドンに作用するeIF2αをリン酸化するプロテインキナーゼGCN2が活性化されて翻訳が全般的に抑制される(GCN経路)。一方で十分な栄養が存在するとPI3K関連キナーゼTORが活性化され、mRNAのキャップに作用するeIF4Eを介して翻訳開始が亢進し細胞の成長と増殖が起こる(TOR経路)。栄養状態を感知して翻訳を制御するこの二つの経路は細胞の生存にともに重要な経路であるが、両者の関連はこれまで明らかではなかった。我々は本研究で下記の諸点を明らかにした。1)TORの特異的阻害剤ラパマイシンが転写因子GCN4の翻訳を誘導する。2)ラパマイシンによるGCN4の翻訳誘導はリン酸化eIF2αの増加を伴う。3)ラパマイシンによるリン酸化eIF2αの増加は、脱リン酸化の抑制ではなくてリン酸化の亢進による。4)ラパマイシンによるeIF2αキナーゼGCN2の活性化には、アミノ酸がチャージされていない遊離tRNAとの相互作用が必要である。

5)ラパマイシンは、細胞内遊離tRNAの濃度に変化を与えない。6)遊離tRNAとの親和性に影響を与えるリン酸化部位Ser-577に変異を持つGCN2はラパマイシンによる活性化を受けない。以上の結果より、TORは直接或いは間接にGCN2のSer-577をリン酸化することで、遊離tRNAへの親和性を低下させ、通常濃度の遊離tRNAによるGCN2の活性化を防いでいることが示された。細胞の成長および増殖には、それを支える栄養状態の感知が必須であり、これに応じて蛋白質合成を開始するか否かの決定がなされる。出芽酵母を用いた分子遺伝学的研究はこの重要な決定に関わる経路を明らかにしてきた。ひとつはアミノ酸欠乏ストレスに応答して翻訳開始コドンに作用するeIF2alphaをリン酸化し翻訳を全般的に抑制するGCN経路であり、もう一方は一方で十分な栄養が存在下でキャップに作用するeIF4Fの分子集合を促進するTOR経路である。我々はTOR経路がGCN経路の中心に位置するGCN2を負に制御すること、以前に見い出したGIドメイン蛋白質であるImpactファミリーがGCN経路の負の入力系として機能し得ることを示してきた。これらの経緯を踏まえて本申請では、GCN経路とTOR経路のクロストークの分子機構の解明を目的に研究を展開した。その結果、1)TOR経路はGCN2のSer-577のリン酸化を起こすこと、2)Ser-577のリン酸化は、GCN2とその活性化因子であるtRNAとの親和性を低下させることによって、GCN2を負に制御すること、3)Ser-577のリン酸化は、炭素源飢餓刺激のGCN経路への伝達にも関与していること、を明らかにした。また比較ゲノム解析の結果から、Ser-577を含む領域が種によっては欠落していることを見出した。このいわばTORシグナル受容ドメインの有無によって両経路のクロストークに多様な方式があることが示唆された。一方で我々は、TORの下流にあるとされてきたeIF4E結合蛋白質EAP1が、TORの特異的阻害剤であるラパマイシンによるGCN経路の活性化が惹起するGCN4の翻訳を特異的に阻害する現象を見出し、これもTOR経路とGCN経路の別の接点として研究を進めた。その結果、この阻害にはEAP1の唯一の既知機能であるeIF4Eとの相互作用は必要とされず、EAP1のそれ以外のドメインがこれを担うことが分かった。現在、この新規の機能を担うドメインのマッピングと詳細な分子機構の解明を進めている。
ヒドラ属の比較ゲノミクスによる栄養獲得戦略の進化と種分化の解明

本研究では動物における適応と種分化の進化を明らかにするため、種によって異なる栄養獲得戦略を取る動物であるヒドラ属の近縁種間の比較ゲノム解析を行っている。これまでに藻類共生性のヒドラであるグリーンヒドラHydra viridissima A99系統を用いて、ホストのヒドラとその共生体であるクロレラのゲノム解析を行い、共生性に深く関与する特徴とその進化を明らかにしてきた。本研究ではそれをさらに拡大し、H.viridissimaの他系統や非共生性で大型のブラウンヒドラを比較することで、ヒドラ属をモデルとして種分化と生存戦略の進化について明らかにする。本年度は、H.viridissimaの4つの系統(A99, K10, Husum, M8, M10)それぞれに共生するクロレラを用いて分子系統解析、形態観察を行い、これらがクロレラクレードの中でも系統的に離れた2つのグループに分かれることから、グリーンヒドラへの共生は少なくとも2回独立に起こったと考えられる。さらに、グリーンヒドラH.viridissimaA99系統と、ブラウンヒドラH.magnipappilata、その他刺胞動物の比較ゲノム解析を行い、系統特異的に多く見られる遺伝子や、転写因子やシグナル分子をコードする遺伝子数の比較を行った。特にHomeobox遺伝子に関しては系統解析による詳細な分類を行ったところ、ヒドラ属の共通祖先で多くのHomeobox遺伝子の欠失が起こったことが明らかになった。また、ブラウンヒドラのゲノムサイズはグリーンヒドラの約3倍大きいが、そのゲノムサイズ増大の原因の可能性のあるトランスポゾンの挿入・重複やゲノム重複を調べるため、リピート配列やゲノムシンテニーを2種で比較し、これらの両方がH.magnipappilataのゲノムサイズの増加に寄与している可能性があることがわかった。本研究では、ヒドラ属の種間の比較とグリーンヒドラの共生クロレラの系統間の比較を行い、近縁種間での生存戦略の違いと共通点を明らかにすることを目指している。本年度は、藻類共生性であるHydra viridissimaA99と非共生性のH.magnipappilataの比較ゲノム解析を行い、リピート解析やゲノムシンテニー解析を行うことで、ゲノム構造の共通点と相違点を示すことができた。また、共生クロレラの系統関係やその形態の違いから、共生クロレラの多様性を明らかにすることができた。以上の解析からヒドラ属およびグリーンヒドラの共生クロレラのゲノム解析の手法が確立できたことに加え、さらに詳細に解析すべきポイントの目処をつけることができ、ヒドラ属のゲノム進化の道筋について仮説を立てることができたと言える。一方、ゲノム比較解析に使う予定であるブラウンヒドラの一種H. circumcinctaとグリーンヒドラの別系統であるHydra viridissimaM8系統の共生クロレラのゲノム解読を完了させることができなかったため、やや遅れているとした。これまでに、グリーンヒドラH. viridissimaとブラウンヒドラH.magnipappilataの比較ゲノム解析を行い、その解析方法を確立し、共通点と相違点がどこにあるのかの予備データを得ることができた。今後はさらにブラウンヒドラ系統の中でも初期に分岐したと考えられているH. circumcinctaを解析に加え、遺伝子構成やリピートやシンテニーなどのゲノム構造を比較することでヒドラ属のゲノム進化がより高解像度で理解できると考えている。特に、共生性もしくは非共生性で特異的に見られる特徴、例えばどちらかの系統で著しく増加している遺伝子や、失われている遺伝子などに着目し、それぞれの生存戦略への関与を明らかにする予定である。さらに、H. viridissimaA99の共生クロレラと系統的に離れているH.viridissimaM8の共生クロレラのゲノム解析を行い、A99系統で見られたような共生に深く関係する特徴が見られるかどうか、特に代謝や光合成に関係する遺伝子の構成を解析することで、同様の共生環境下における適応進化を観察することができると考えている。

また、ブラウンヒドラのゲノムサイズはグリーンヒドラの約3倍大きいが、そのゲノムサイズ増大の原因の可能性のあるトランスポゾンの挿入・重複やゲノム重複を調べるため、リピート配列やゲノムシンテニーを2種で比較し、これらの両方がH.magnipappilataのゲノムサイズの増加に寄与している可能性があることがわかった。本研究では、ヒドラ属の種間の比較とグリーンヒドラの共生クロレラの系統間の比較を行い、近縁種間での生存戦略の違いと共通点を明らかにすることを目指している。本年度は、藻類共生性であるHydra viridissimaA99と非共生性のH.magnipappilataの比較ゲノム解析を行い、リピート解析やゲノムシンテニー解析を行うことで、ゲノム構造の共通点と相違点を示すことができた。また、共生クロレラの系統関係やその形態の違いから、共生クロレラの多様性を明らかにすることができた。以上の解析からヒドラ属およびグリーンヒドラの共生クロレラのゲノム解析の手法が確立できたことに加え、さらに詳細に解析すべきポイントの目処をつけることができ、ヒドラ属のゲノム進化の道筋について仮説を立てることができたと言える。一方、ゲノム比較解析に使う予定であるブラウンヒドラの一種H. circumcinctaとグリーンヒドラの別系統であるHydra viridissimaM8系統の共生クロレラのゲノム解読を完了させることができなかったため、やや遅れているとした。これまでに、グリーンヒドラH. viridissimaとブラウンヒドラH.magnipappilataの比較ゲノム解析を行い、その解析方法を確立し、共通点と相違点がどこにあるのかの予備データを得ることができた。今後はさらにブラウンヒドラ系統の中でも初期に分岐したと考えられているH. circumcinctaを解析に加え、遺伝子構成やリピートやシンテニーなどのゲノム構造を比較することでヒドラ属のゲノム進化がより高解像度で理解できると考えている。特に、共生性もしくは非共生性で特異的に見られる特徴、例えばどちらかの系統で著しく増加している遺伝子や、失われている遺伝子などに着目し、それぞれの生存戦略への関与を明らかにする予定である。さらに、H. viridissimaA99の共生クロレラと系統的に離れているH.viridissimaM8の共生クロレラのゲノム解析を行い、A99系統で見られたような共生に深く関係する特徴が見られるかどうか、特に代謝や光合成に関係する遺伝子の構成を解析することで、同様の共生環境下における適応進化を観察することができると考えている。本年度はゲノム情報の既に存在するグリーンヒドラH.viridissimaA99とH.magnipappilataの2種間の比較を先に行い、遺伝子構成やゲノム構造の解析の指針を得ることができた一方、H. circumcinctaとHydra viridissimaM8系統の共生クロレラのゲノム解読は次年度に回すこととなった。これはH. circumcinctaとHydra viridissima
ウランを内含した多孔質金属有機骨格の創成と機能

多価金属であるアクチノイド元素(ウラン,ネプツニウム,プルトニウムなど4価以上の酸化数をとるもの)には,溶媒和したイオンが溶液中で一定濃度以上の場合,原子価に応じて鮮やかな色彩を帯びるものが多い.ウラニル錯体は発光性も有する.このことはこれらがクロミック物質であることやエレクトロルミネセンス材料として候補材料となりうることを暗に示唆するものであるが,そのような報告はこれまでなかった.3価ランタノイド錯体のチオシアン酸錯体が鮮やかに呈色するという報告に着想を得て, 1-アルキル-3メチルイミダゾリウムウラニルペンタキスイソチオシアナト塩([C_nmim]_3[UO_2(NCS)_5](n=2, 4))を合成しこの化合物群が変色現象(サーモクロミズム)を示すことを発見した.この錯体では,ウラニルの赤道面状に配位したイソチオシアナト基への結合に関して,結合距離の異方性と配位数変化がクロミズムに関係しているということを明らかにした.特徴的であるのは,この5配位錯体の中で,ウラニルが等価な4配位, 5配位, 6配位の時のU-N結合距離を全て有するという独特の構造である.この結合距離の異方性こそがクロミズムと関係しており,フレキシブルな構造変化を温度変化によって引き起こすことが示された.この異方性は,おそらくは,イミダゾリウムカチオンとチオシアン酸配位子の水素結合的相互作用によって配位子の配座環境が変化した結果もたらされると考えられる.ウラン化合物で予想されなかった現象が見出された点が意義深く,新たな概念の創出を狙ったアクチノイド研究はますます重要となるであろう.多価金属であるアクチノイド元素(ウラン,ネプツニウム,プルトニウムなど4価以上の酸化数をとるもの)には,溶媒和したイオンが溶液中で一定濃度以上の場合,原子価に応じて鮮やかな色彩を帯びるものが多い.ウラニル錯体は発光性も有する.このことはこれらがクロミック物質であることやエレクトロルミネセンス材料として候補材料となりうることを暗に示唆するものであるが,そのような報告はこれまでなかった.3価ランタノイド錯体のチオシアン酸錯体が鮮やかに呈色するという報告に着想を得て, 1-アルキル-3メチルイミダゾリウムウラニルペンタキスイソチオシアナト塩([C_nmim]_3[UO_2(NCS)_5](n=2, 4))を合成しこの化合物群が変色現象(サーモクロミズム)を示すことを発見した.この錯体では,ウラニルの赤道面状に配位したイソチオシアナト基への結合に関して,結合距離の異方性と配位数変化がクロミズムに関係しているということを明らかにした.特徴的であるのは,この5配位錯体の中で,ウラニルが等価な4配位, 5配位, 6配位の時のU-N結合距離を全て有するという独特の構造である.この結合距離の異方性こそがクロミズムと関係しており,フレキシブルな構造変化を温度変化によって引き起こすことが示された.この異方性は,おそらくは,イミダゾリウムカチオンとチオシアン酸配位子の水素結合的相互作用によって配位子の配座環境が変化した結果もたらされると考えられる.ウラン化合物で予想されなかった現象が見出された点が意義深く,新たな概念の創出を狙ったアクチノイド研究はますます重要となるであろう.本研究テーマでは,ウラニルイオン(UO_2^<2+>)をホスト分子に組み込んだ多孔性金属有機骨格(MOF)を構築することを目的とし,その前段階における予備実験として機能性ウラニル錯体の合成に取り組んだ.研究実施計画にも記載されているように,本年度はMOFの合成自体というよりもリンカーとなりうる配位子の検討・あるいは有機配位子の合成に力点をおいた.今年度はチオシアン酸イオンを有効なリンカーとして活用できるかどうかを検討した.この配位子はウラニルイオンのような「かたい」金属に対しては窒素原子をドナーとして配位することが知られているが,貴金属のような「やわらかい」金属に対しては硫黄原子をドナーとして配位結合するため両座配位子とよばれ,リンカーとして要求される結合形態をとりうると考えた.具体的には,ウラニル-ペンタキスイソチオシアナト錯体をMOFのようにカチオンをイミダゾリウム誘導体としたイオン対からなる液状錯体にすることに成功した.この物質はアクチノイド化合物には珍しいサーモクロミック特性を有することが発見された.カチオンのアルキル鎖長を短くすることでこの錯体は室温で固体となったため,単結晶X線で構造解析が可能となった.その結果ウラニル赤道面の構造に異方性があることが分かった.また,固液相転移に伴なって発色も変化することが分かった.結晶構造解析からは「配位空間」はMOFのそれと比べてゲスト分子を取り込むほど大きくなく,このアプローチは本来目的である「固体の」MOFの合成からは多少逸脱するように見えるが,リンカー配位子を無機イオンにすることで得られたセレンディピティとも言える.その結果がアクチノイド物質の新たな機能の発見につながったことから,一定の成果を収めつつあると言える.多価金属であるアクチノイド元素(ウラン,ネプツニウム,プルトニウムなど4価以上の酸化数をとるもの)には,溶媒和したイオンが溶液中で一定濃度以上の場合,原子価に応じて鮮やかな色彩を帯びるものが多い.

ウラニル錯体は発光性も有する.このことはこれらがクロミック物質であることやエレクトロルミネセンス材料として候補材料となりうることを暗に示唆するものであるが,そのような報告はこれまでなかった.3価ランタノイド錯体のチオシアン酸錯体が鮮やかに呈色するという報告に着想を得て,1-アルキル-3メチルイミダゾリウムウラニルペンタキスイソチオシアナト塩([C_nmin]_3[UO_2(NCS)_5](n=2,4))を合成しこの化合物群が変色現象(サーモクロミズム)を示すことを発見した.この錯体では,ウラニルの赤道面状に配位したイソチオシアナト基への結合に関して,結合距離の異方性と配位数変化がクロミズムに関係しているということを明らかにした.特徴的であるのは,この5配位錯体の中で,ウラニルが等価な4配位,5配位,6配位の時のU-N結合距離を全て有するという独特の構造である.この結合距離の異方性こそがクロミズムと関係しており,フレキシブルな構造変化を温度変化によって引き起こすことが示された.この異方性は,おそらくは,イミダゾリウムカチオンとチオシアン酸配位子の水素結合的相互作用によって配位子の配座環境が変化した結果もたらされると考えられる.ウラン化合物で予想されなかった現象が見出された点が意義深く,新たな概念の創出を狙ったアクチノイド研究はますます重要となるであろう.
明反応の産物を介した高CO2応答ネットワークの解明

シロイヌナズナ野生株およびpgr5変異株を高CO2濃度に馴化させ、大気CO2濃度に戻した後豆5分、30分、60分、120分に発現が変動する遺伝子を調べた。また大気CO2濃度に馴化した植物での遺伝子発現も調べた。独立のアレイ実験で変動が確認された遺伝子のうち、din2の発現は、大気CO2濃度に移した後120分で誘導された。また大気CO2濃度に馴化した植物でも高い発現が見られた。一方、pgr5では常にdin2の高発現が確認され、特に大気CO2濃度に移した後30分後に大きな発現誘導が見られた。din2はβ-glucronidaseをコードし、暗処理、糖欠乏で発現が誘導される。このことは、野生株では高CO2濃度において糖の蓄積が起きる一方で、pgr5では糖の蓄積は起こらないことを示唆している。このことは、サイクリック電子伝達が糖の蓄積を介して高CO2濃度の認識に関与している可能性を示している。また昨年度に引き続き、サイクリック電子伝達を特異的に阻害する薬剤の解析を行なった。AAL1と名付けた薬剤は、PGR5依存のサイクリック電子伝達を特異的に阻害し、またその作用機作はアンチマイシンAと同じであることが示唆された。一方、アンチマイシンAと異なる部位を阻害する可能性のあるAAL2を選抜した。野生株とpgr5変異株でCO2濃度の変化に異なるレスポンスを示す遺伝子を探索していたが、安定した結果を示す遺伝子を見いだすのに予想以上に時間を要した。最終的に複数のアレイの結果を比較することで候補遺伝子を得た。当初の計画外であったが、PGR5異存のサイクリック電子伝達を低濃度で特異的に阻害する薬剤を得ることに成功した。今後は、糖を介さない高CO2濃度の情報伝達に関わる遺伝子の特定が望まれる。またサイクリック電子伝達阻害剤は、作用機作の特定が、次の重要ステップになる。本研究では、サイクリック電子伝達の主経路を欠損するシロイヌナズナpgr5変異株を用いて、植物が代謝産物の変動(NADPHやATP)をモニターすることで、高CO2に応答する分子機構を解明することを目指す。今年度は、CO2濃度を厳密に制御しシロイヌナズナを栽培できる装置が導入できた。そこで、2週間大気CO2濃度下で栽培したシロイヌナズナ野生株とpgr5変異株を、2000ppmの高CO2濃度下で10日間栽培した。コントロールとして、大気CO2下で継続して栽培した植物を含めRNA抽出を行った。別の培養装置を用いたアレイデータをもとに、光合成関連でCO2濃度の変化に応答する遺伝子に焦点を絞り、RT-PCRを行った。3回の独立のRNAサンプリングを行ったが、安定に高CO2に応答する遺伝子は存在しなかった。光合成に関連しないが、より明瞭にCO2濃度変化に応答する遺伝子に焦点を絞る。計画外であるが、PGR5依存のサイクリック電子伝達経路を阻害する薬剤の選抜を並行して行った。アンチマイシンAは呼吸鎖の阻害剤であるが、サイクリック電子伝達を阻害する。我々はマツのPGR5遺伝子を発現するシロイヌナズナがアンチマイシンAに耐性を示すことを報告している。そこで、異なる作用機作あるいはより効率的にサイクリック電子伝達を阻害する薬剤を得る目的で、チラコイド膜を用いたスクリーニングを行った。その結果、作用機作は同一と考えられるが、アンチマイシンAより高効率でサイクリック電子伝達を阻害する薬剤を得ることに成功した。今後、この阻害剤を用いて、高CO2応答におけるサイクリック電子伝達の一過的阻害の影響を検討する。