hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
強誘電性柱状液晶相の実現

分極反転を示す液晶性尿素化合物の構造を最適化することによって、応答速度が速く、電圧除去後も分極を保持するような柱状液晶相の実現を試みた。アルキル鎖長を長くすることによる自発分極の減少により、柱状分子集合体の分極構造を解明し、分子長をV字形状のまま伸長することにより、液晶温度の低温化と応答速度の向上を実現できた。また、尿素分子の両アームにある酸素原子がスイッチングに必要であることが判明した。本研究では,強誘電性柱状液晶相の実現を目的とし,先に当研究室で報告した強誘電的な性質を示すウレア誘導体N,N'-ビス(3,4,5-トリアルコキシフェニル)尿素を基本骨格とした新規尿素誘導体の合成,および,その評価を行った.まず,尿素に直結しているコアを長くしたビス(3,4,5-トリアルコキシベンジルオキシフェニル)尿素を合成したところ,安定な六方柱状液晶相を示した.電気測定を行ったところ,強誘電的な挙動を示した.性能は,先に報告した尿素誘導体よりも改善され,スイッチング速度は4倍から5倍程度になり,液晶温度域も50°C程度も低温化した.本化合物は,液晶状態において,各柱状構造体(カラム)で,直線的な分子問水素結合をした尿素分子集合体が,二重らせんを形成していることが判明した.また,コアの長さを変えずに,尿素誘導体の酸素原子を硫黄原子にしたチオ尿素誘導体,N,N'-ビス(3,4,5-トリアルコキシフェニル)チオ尿素を合成した.このチオ尿素は室温においても安定な六方柱状液晶相を示したが,電界をかけてもスイッチング挙動を示さなかった.10分程度電界をかけ続けると,電界に沿ってカラムが並ぶことが観察された.これは,チオ尿素分子が柱状構造体の中で,ジグザグの一次元水素結合を持ち,分極を柱状構造内で部分的に打ち消していることと関係しているものと思われる.また,2つの3,4,5-トリアルコキシフェニル尿素基をアルキルスペーサー(-(CH2)8-および-(CH2)9-)で結んだ化合物では,両化合物とも,キュービック相を示し,電解に対しては反応しなかった.その他にも,トリ(2-アミノエチル)アミンを出発原料とし,トリ尿素体の合成を試みたが,合成することはできなかった.このように,19年度の研究では,コア長を延ばした化合物において,スイッチングにおける応答速度の改善と液晶温度域の低温化に大きな進展があった.強誘電性柱状液晶の実現を目指し、分極構造の安定化を2つの方法で計画し実行した。一つの方法としては、N,N'-ビス(3,4,5-トリアルコキシフェニル)尿素分子のベンゼン環の数を増加させることによって、カラム内のコアーコアの分子間相互作用を増やし、分極状態を安定化させる方法である。もう一つは、水素結合の総数を増やし、分極カラム構造間の反転閾値を増加させる方法である。第一の方法では、ベンゼン環同士をオキシメチレン(-CH2O-)でつないで、尿素の2つの窒素のそれぞれに、2つずつ、と3つずつのベンゼン環を導入した。これらの化合物は、安定な六方柱状相のみを与えた。これは、両窒素に一つずつベンゼン環を有するこれまでの尿素化合物が、斜方相と六方相の両方を示したことと大きく異なっていた。他の化合物として、エステル結合(-COO-)でつないで、両窒素に2つずつのベンゼン環を持つ尿素化合物も同様に安定な六方柱状相のみを与えた。また、窒素上のコァが屈曲している尿素分子や、立体的に嵩張るコアは、液晶相を与えなかった。六方柱状相を示した液晶化合物は、三角波電圧を印加したところ、分極反転電流が観測され、分極反転が起こっていることが確認された。さらに、これまでの尿素化合物よりも応答速度が速いことが確認された。柱状構造を粉末X線回折で調査すると柱内に2重らせんが存在していると予想された。現在、二次元X線回折により、より詳細な調査を行っている。第二の方法では、窒素原子を中心にして、3つのコアをつけ、それぞれのコアに水素結合できるアミド基を導入した。いくつかの化合物を合成したところ、液晶相を示すものもあるが、三角波電圧を印加したところ、分極反転電流が観測されなかった。これは、3つのアミド基が分極状態を強く固定してしまうとともに、カラム間においても、分極を打ち消し合い安定化し、外部電場に応答できなくなったものと考えられる。本年度は、強誘電性柱状液晶の実現を目指し、尿素分子((RO)3C6H2- X-C6H4-NH) 2C=Oにおいて、構造の最適化を行った。

具体的には、X=-CH2O-、-COO-、-NHCH2-、-NHCO-、-N(CH3)CH2-、-SCH2-、-CH2CH2-、CH=CH-のリンカーをそれぞれ導入し、その液晶性を偏光顕微鏡観察により調査した。X=-CH2O-、-COO-においては、強誘電的なスイッチング挙動が観察された。-CH2O-よりも、-COO-の方が、カルボニルの分子間双極子-双極子相互作用により、液晶温度が上昇した。酸素以外のヘテロ原子の影響を調査するため、-NHCH2-や-NHCO-をリンカーに導入してみたところ、柱状液晶相の発現は観測されたが、分極反転は観測できなかった。分子内にNHを有する場合には分子間水素結合が強く作用し、分子が電界に対して動かなくなったものと考えられた。そこで、-NHCH2-を-N(CH3)CH2-として分極反転を調査したが、この柱状液晶相についても分極反転は同様に観測できなかった。この場合は、メチル基の立体障壁が分子の回転運動を阻害している可能性がある。次に、酸素と同族の元素ということで、リンカーとして、-SCH2-を導入した。この柱状液晶相のカラム径は、他の分子より大きく、分子がカラム軸に対して傾斜していることが考えられる。この柱状相では、等方相から柱状相に転移した直後では、分極反転ピークが観測されたが、電圧印加後1分程度で、分極反転ピークが消失した。電圧印加しても、テクスチャーが見えるため、電圧印加により、六方相から斜方相に転移している可能性が考えられる。ヘテロ原子の入っていない化合物(X=-CH2CH2-、-CH=CH-)についても合成したが、予想に反してこの場合には液晶相が発現しなかった。本年度の研究においては、液晶の発現に対して、リンカー部のヘテロ原子が重要な役割をしていること、および、水素結合する基や立体障壁が大きな基を導入すると、柱状相の分極反転が抑えられること、などの非常に重要な知見が得られた。
疫学手法とメタボローム解析技術の融合による一次予防への新たなアプローチ

本研究において、アミノ酸をはじめとする極性物質と脂質類をそれぞれメタボローム測定することとした。後者は、本研究を通じて前処理、測定条件の確立を進め、安定的な測定条件の確立によって血漿を用いて脂肪酸類、アシルカルニチン、酸化脂肪酸、胆汁酸類等が測定できる系をほぼ確立した。データ解析については、「健康の要因」として運動、飲酒、食事摂取を、「健康状態」と肝機能障害、高血圧、メタボリック症候群を取り上げ、CE-MS法で測定した血漿中代謝物との関連性を、交絡因子や多重比較性の調整を行いつつ検討した。その結果、飲酒、運動、蛋白質摂取のそれぞれに関連した血漿中のアミノ酸および関連代謝物質が同定された。本研究においては、「鶴岡市民を対象とした地域コホート研究」において調査参加に同意したものに対して、メタボローム解析を実施した。メタボローム解析は、キャピラリー電気泳動(CE)-MS法によりアミノ酸をはじめとする極性物質を、液体クロマトグラフィー(LC)-MS法により脂質類を測定することとした。LC-MS法については、本研究を通して疫学研究で用いるための前処理、測定条件の確立を進めた。その結果、前処理時にスピンカラムを用いるなどの新たな工夫を加え、サンプルの凍結安定性チェックや測定データのチェック体制を構築でき安定的な測定条件の確立が可能となり、最終的に血漿を用いて脂肪酸類、アシルカルニチン、酸化脂肪酸、リゾリン脂質、スフィンゴ脂質、胆汁酸類が測定できる系をほぼ確立した。また、データ解析については、コホート研究参加に同意し血漿を提供した者のうちメタボローム解析を終えたものを対象に、「健康の要因」として運動、飲酒、食事摂取を、「健康状態」として肝機能障害、高血圧、メタボリック症候群を取り上げ、CEーMS法で測定した血漿中代謝物との関連性を、交絡因子や多重比較性の調整を行いつつ検討した。また、飲酒による肝機能障害、メタボリック症候群に関連した代謝物も統計学的に明らかとなった。また食事からの栄養摂取と健康との関連性を評価するため、本研究では調査に用いる食事摂取調査票の精度、妥当性の検討も併せて行った。通常の食事摂取調査票に並行して秤量を用いる詳細食事記録調査を実施し、管理栄養士が両者の比較を行った。以上より、当初の目標であった「健康要因」の代謝物プロファイリングについて一定の成果を得るとともに、今後のコホート化へ向けた準備を進めることができた。
フラーレンC_<60>の二量体および高分子の合成と物性評価

本研究により新たに合成されたフラーレン二量体(C_<121>(異性体二種:C_s対称のものとD_<2d>対称のもの)、C_<122>、C_<122>H_4)について、二量体中の2個のフラーレンケージのπ共役系間に電子的な相互作用があるのかを研究するために分光測定および電気化学測定を行った。分光測定の結果、これらの二量体では光による励起は一方のフラーレンケージのみで起こり、他方のフラーレンケージから影響を受けたり分子全体にわたる励起を生じたりはしないことがわかった。また、C_<121>(C_s異性体)の励起状態の分光測定より、励起一重項状態および励起三重項状態は、ともに一方のフラーレンケージに局在化していることがわかった。一方、還元電位測定では二量体が還元されると電子は二量体全体ではなく一方のフラーレンケージに入り、次の還元では他方のフラーレンケージに入ることがわかった。このとき、2番目に入る電子と1番目には行った電子との相互作用により、第2還元電位は第1還元電位に比べて負の方向にシフトした。このような電子間相互作用によるシフトは2個のフラーレンが比較的長い分子鎖で結合された二量体では生じないものである。しかし、これらの二量体で見られた第1還元電位と第2還元電位の差はRh_6クラスターで架橋されたフラーレン二量体で報告されているものと比べ非常に小さく、フラーレンケージ間の相互作用が小さいものであることを示している。また、還元電位の差は第1・第2、第3・第4、第5・第6の3つの組で見られ、この順に大きくなっていることからクーロン斥力の寄与が大きく、電子が一方のフラーレンケージから他方に非局在化する寄与は小さいと考えられる。以上より、本研究で合成された二量体においてはフラーレン間の電子的相互作用が小さいため、一般的なフラーレン誘導体とあまり性質が変わらないと考えられる。
ネズミ糞線虫幼虫のラット体内移行の研究、特にケモタキシスの役割

ネズミ糞線虫感染型幼虫(L_3)がどのような機構でラットのターゲット臓器に到達するかを解明するためケモタキシスと移行経路を検討した。1)まずin vitroの実験ではアガロース寒天平板上で幼虫はラット、モルモット、牛、ブタ、ハムスターの血清(50%v/v)に顕著な集積を示し、牛血清では濃度に比例して幼虫集積性は低下した。次にCentricon10を用いて透析血清中蛋白と無機質分離を行いテストしたところ、10KDa retentateには顕著な集積性を示した。逆に10KDa filtrateでは著しい低下が認められた。この低下は0.85%NaCLを添加するとほぼ同じレベルまで回復した。更にL_3はアルブミンに対してラット血清と同等の集積性を示したが、集積性は濃度に比例した。3.5%の透析ペプトン、トリプトース、トリプトン、還元型グルタチオンの中ではペプチン類3種に対し集積性を示した。ネズミ糞線虫L_3は哺乳動物の血清蛋白に集積性を示すが、分子量が小さくなるに従って低下し、アミノ酸や小さなペプチドには全く反応しないことが明らかとなった。2)in vivoにおけるネズミ糞線虫L_3のラット頭部内移行とその経路を可視的に観察するため、オートラジオグラムを行った。L_1を糞便内のステージで^<35>S-methionineをもってラベルし、4日間培養して得たL_33,000個体をラットに皮下注射で投与した。24-26時間後に感染ラット頭蓋部を液体窒素で凍結して各方向の割断面にX-線フイルムを密着させ、10日間冷凍庫中に放置し、フイルムを現像した。その結果、ラベルされたL_3に対応するドット分布は以前私達が観察した区域(Tada et al、1979)に見られ、この寄生虫の頭部移行を確実に示した。
光天性代謝異常症の遺伝子診断法の研究ー遺伝子増幅と合成プロ-ブによる塩基配列決定

初年度にPCRを用いた直接クロ-ニング法、並びにビオチン標識オリゴヌクレオチド・プロ-ブを用いた簡単な塩基配列異常の同定法が開発された。その方法を用いて、2、3年度は日本人のβサラセミア39家系の遺伝子分析を行った(うち、一例は韓国人のβサラセミア)。その結果は以下の通りである。(1)ー31capA→G,3家系(2)開始コドンATG→ATG,3家系(3)開始コドンATG→AGG,1家系(韓国人)(4)コドン24 GGT→GGA,1家系(5)コドン26GAG→AAG(Hb E),1家系(6)IVSーIー130,G→C,1家系(7)コドン41ー42 TTCTTT→TT,7家系(8)コドン90GAG→TAG,8家系(9)IVSーIIー1 G→A,1家系(10)IVSーIIー654 C→T,2家系(11)IVSーIIー848,1家系,(12)コドン110CTG→CCG,2家系(13)コドン121 GAA→TAA,2家系(14)コドン127ー128 CAGGCT→CCT,4家系。合計14種類のβサラセミアが発見された。現在、全世界で70ー80種類の遺伝子異常の異なるβサラセミアが報告されており、その20%が日本人で発見されたことになる。βサラセミアが少ない日本人でこれほどの同定が可能であったのはPCRという新しい技術をもとに考案された直接クロ-ニング法、そしてビオチン標識オリゴ・プロ-ブの開発によりところが大きい。このようにして比較的短期間に日本人βサラセミアの遺伝子異常のスペクトラムが明らかになった。このうち、6種類が日本人のみにしか認められない型のβサラセミアであり、生じたサラセミア変異は選択も除外もされず“中性"であると考えられた。一方、中国人にも存在する型が5種類あり、日本人の人類遺伝学的意味で興味が持たれる。この他に直接クロ-ニング法の評価、他の先天代謝異常症としてのαサラセミア3家系の遺伝子異常(サザン・ブロット法による)、高度不安定血色素症であるHb Hirosakiの遺伝子異常を明らかにした。1.日本人βサラセミアが臨床的に疑われている6症例につき、そのゲノムDNA中よりβグロビン遺伝子をクローニングにより釣り上げ、その塩基配列を決定した。その結果、4種類のβサラセミアが明らかになった。このうち1種類は日本人にしかみられないタイプであった。2.DNA合成装置で、プライマーを合成し、それを使って人ゲノムDNA内のβグロビン遺伝子のみを10^6倍ほどに増幅する技術の検討を行い確立した。3.上記の4種の日本人βサラセミアのうち、まず2種について、正常及びサラセミア対立遺伝子に特異的に結合する2種のDNAプローブ(15mer)を合成し、^<32>Pで末端ラベルを行った。前項で増幅された患者

βグロビン遺伝子に対し、その合成プローブを作用させ、ドットハイブリダイゼーションの有無でそのタイプのβサラセミアである事を確定した。4.同様に他の種類及び当教室以外で見つかったβサラセミアのタイプについてもプローブを合成した。そして、日本人βサラセミア29家系についてスクリーニングを行った。但し、今回は5末端の塩基をビオチンでラベルしておき、ストレプトアビジン-ビオチン-アルカリフォスファターゼによる新しい方法で放射性同位元素を用いずに行えるようにデザインした。その結果、15家系7種類の日本人βサラセミアを同定することができた。日本人には稀とされてきたβサラセミアはその診断学の普及とともに次第に発見されるようになってきた。しかし、その確定診断たる遺伝子分析は煩雑であり、また、日本人βサラセミア遺伝子の詳細も明らかとはなっていない。我々はPCR法を応用した直後クロ-ニング法、並びにビオチン標識オリゴヌクレオチド・プロ-ブによるドット・ハイブリダイゼ-ションを開発し(昭和63年度)、臨床的にサラセミアと考えられている30家系につき遺伝子分析を行なった(平成元年度)。(1)先ず直後クロ-ニング法により11種類の日本人βサラセミア遺伝子を明らかにした。(2)さらに、そのうちの6種類につき、それぞれの変異に特異的なビオチン標識オリゴヌクレオチド・プロ-ブを作成し、未同定の家系も含めた30家系全てにつきドット・ハイブリダイゼ-ションを行なった。その結果、合計23家系につき遺伝子異常を決定することができた(表)。初年度にPCRを用いた直接クロ-ニング法、並びにビオチン標識オリゴヌクレオチド・プロ-ブを用いた簡単な塩基配列異常の同定法が開発された。その方法を用いて、2、3年度は日本人のβサラセミア39家系の遺伝子分析を行った(うち、一例は韓国人のβサラセミア)。その結果は以下の通りである。(1)ー31cap A→G,3家系(2)開始コドンATG→GTG,3家系(3)開始コドンATG→AGG,1家系(韓国人)(4)コドン24GGT→GGA,1家系(5)コドン26GAG→AAG(Hb E),1家系(6)IVSーIー130,G→C,1家系(7)コドン41ー42TTCTTT→TT,7家系(8)コドン90GAG→TAG,8家系(9)IVSーIIー1G→A,1家系(10)IVSーIIー654C→T,2家系(11)IVSーIIー848,1家系,(12)コドン110CTG→CCG,2家系(13)コドン121GAA→TAA,2家系(14)コドン127ー128CAGGCT→CCT,4家系。合計14種類のβサラセミアが発見させた。現在、全世界で70ー80種類の遺伝子異常の異なるβサラセミアが報告されており、その20%が日本人で発見されたことになる。βサラセミアが少ない日本人でこれほどの同定が可能であったことはPCRという新しい技術をもとに考案された直接クロ-ニング法、そしてビオチン標識オリゴ・プロ-ブの開発によりところが大きい。このようにして比較的短期間に日本人βサラセミアの遺伝子異常のスペクトラムが明らかになった。このうち、6種類が日本人のみにしか認められない型のβサラセミアであり、生じたサラセミア変異は選択も除外もされず“中性"であると考えられた。一方、中国人にも存在する型が5種類あり、日本人の人類遺伝子学的意味で興味が持たれる。この他に直接クロ-ニング法の評価、他の先天代謝異常症としてのαサラセミア3家系の遺伝子異常(サザン・ブロット法による)、高度不安定血色素症であるHb Hirosakiの遺伝子異常を明らかにした。
視交叉上核培養細胞の活動電位同期とペプチドリズム細胞内振動から生物時計機構へ

本研究は哺乳動物の生物時計である視交叉上核(SCN)における時計遺伝子の発現を調べ細胞内振動発現機序を検討すると共に、SCNの分散・スライスの2種の培養系を用い細胞間同調に関わる因子を検索し、細胞レベルから個体レベルのリズム発現に至る機序の検討を目的として行われた。1.時計遺伝子の発現リズム:in situ hybridization法によりラット脳内のClock,BMAL1発現リズムを調べ、主観的暗期に上昇する明瞭なBMAL1リズムと、主観的明期に上昇する低振幅のClockリズムを報告し、リズム発振におけるBMAL1の重要性を示唆した。光パルスに対し、BMAL1は全位相で僅かな上昇を、Clockは主観的暗期に有意な上昇を示し、それぞれパラメトリック、ノンパラメトリック同調に関わる可能性を示唆した。2.二振動体と時計機能の分担:多孔膜上に新生ラットSCNスライスを培養し、SCNの主要ペプチドであるバゾプレッシン(AVP)とVIPのサーカディアン変動を調べ、AVP細胞は出生時に母親に同調したリズムを示し培養下でフリーランすること、VIPリズムは別の振動体に駆動されること、個々の振動細胞間のカップリングが培養期間中に消失することが明らかとなった。3.細胞間カップリングとべプチドリズム:SCN細胞をマルチ電極ディシュ上(MED)に分散培養し、単一ニューロンからの発射頻度を数ヶ月渡り連続測定し、発火頻度のサーカディアンリズムと各ディッシュの培養液中に放出されるAVP,VIPのリズムを測定した。その結果、殆どのSCN神経細胞が固有のサーカディアン振動体を有すること、単一神経細胞レベルのフリーラン周期は広い範囲に分散し、in vivoでのSCN内の統合機能を示唆すること、ペプチドリズムの消失はリズム停止ではなく、多振動体巻脱同調によることが明らかとなった。4.シナプス形成と振動共役:MED上に分散培養した視交叉神経細胞のサーカディアンリズム同期と機能的シナプスの存在を示唆するスパイク間相互相関との関連を調べ、サーカディアン振動体をもつ個々の神経細胞は、シナプス潜時の短い興奮性結合で同期することを明らかにした。今年度は、新生ラット視交叉上核分散培養系をマルチ電極ディッシュ上に培養し、個々の神経活動リズムとバゾプレッシンとVIP放出リズムを指標に、視交叉上核内のリズムカップリングについて検討した。単一ニューロンからの発射頻度を数日から数ヶ月渡り連続測定し、連続4サイクル以上神経活動を記録したニューロン88個の発射頻度リズムを解析し、67個にサーカディアン周期のリズムが検出できた。その平均周期(±標準誤差)は24.2±1.2時間であり、生下時に盲目にした同じ系の雄ラット236匹における48週目での自発行動のフリーラン周期とほぼ一致していた。しかし、行動リズム周期が24.0時間から24.8時間の間に分布するのに対し、培養神経細胞活動リズムは、20.0から28.3時間の間と、広い範囲に分布していた。同一ディシュでペプチド放出にサーカディアンリズムが検出できる例では、個々の神経活動リズムの位相と周期がほぼ一致しているが、ペプチドリ有意のペプチドリズムがみられたディッシュでは、ペプチドリズムが神経活動リズムに比較し約5時間前進していた。以上の実験結果から以下の結論を得た。1.ほとんどの視交叉上核神経細胞が固有のサーカディアン振動体を有する。2.視交叉上核神経細胞のフリーラン周期は平均では個体のフリーラン周期と一致するが、分散培養では広い範囲に分散する。

3.ペプチドリズムの消失は、リズム停止ではなく多振動体の脱同調による。4.個々の振動細胞は培養下で同調、脱同調が可能である。5.同様状態で、ペプチドリズムと電気活動リズムの位相関係は、視交叉上核急性スライス実験結果とほぼ一致していた。本年度は哺乳動物の生物時計である視交叉上核における時計遺伝子ClockとBMALlの発現を調べ細胞内振動発現機序を検討すると共に、視交叉上核神経細胞の分散・スライスの2種の培養系を用い細胞間同調に関わる因子を検索し、細胞レベルのリズム発振から個体レベルのリズム発現に至る機序を検討することを目的として研究を行った。1.時計遺伝子の発現リズム:in situ hybridization法によりラット脳内のClock,BMAL1発現リズムを調べた結果BMALIには主観的暗期に上昇する明瞭なリズムが、Clockには主観的明期に上昇する低振幅のリズムが検出され、リズム発振におけるBMAL1の重要性が示唆された。光パルスに対し、BMAL1は全位相で僅かな上昇を、Clockは主観的暗期に有意な上昇を示し、前者がパラメトリック後者がノンパラメトリック同調に関わる可能性が示唆された。2.細胞内振動間の同期・脱同期と時計機能の分担(スライス培養) :多孔膜上に新生ラット視交叉上核スライスを培養し、視交叉上核の主要ペプチドであるバゾプレッシン(AVP)とVIPのサーカディアン変動を調べた。培養310日の間では、すべて例でほぼ同位相のAVPリズムとスライスにより位相の異なるVIPリズムが検出された。培養2週以降では、AVP,VIP共にリズムが消失したが、免疫組織学的に検索した両神経分布は維持されていた。以上の結果、AVP細胞は出生時に母親に同調したリズムを示し培養下でフリーランすること、VIPリズムは別の振動体に駆動されること、個々の振動細胞間のカップリングが培養期間中に消失することが確認された。3.シナプス形成と振動共役(分散培養):MED上に分散培養したラット視交叉神経細胞の自発発火リズムを長期間測定し、サーカディアンリズム同期と機能的シナプスの存在を示唆するスパイク間相互相関との関連を調べた。同一ディシュから記録した神経対の発火リズムを解析した結果、両神経ともサーカディアンリズムを示す78対のうち35対ではサーカディアンリズムが同期しており、うち32対の間には興奮性、残り3対には抑制性の結合がみられた。リズムが同期していない43対の間には機能的結合は一例もみられなかった。また殆どの興奮性結合は、シナプス潜時が2m秒以下であった。以上の結果、サーカディアン振動体をもつ個々の神経細胞は、シナプス潜時の短い興奮性結合で同期し、安定した単一周期のリズムを出力すると考えられる。
超伝導マグネットのクウェンチに及ぼす滑り摩擦の影響に関する基礎的研究

超伝導マグネットのクウェンチの原因となる滑り摩擦の挙動と、それに伴う温度上昇に関して実験的研究を行った。滑り形態を振幅100mmのフレッティングにモデル化して、液体ヘリウム中(4K)、液体窒素中(77K)、大気中(293K)で、主としてsus316Lステンレス鋼とポリイシドを用いて実験を行った。またsus316L鋼試験片に熱電対を挿入して、4Kでの滑り中の温度上昇を測定した。その結果、1.摩擦特性、特に滑り出しの特性を調べるために、摩擦力と変位のヒステリシスを、手動による滑りと連続フレッティング滑りの二つの状態のもとで調べた。その結果、(1)ヒステリシスの形は、材料の組合せと、温度、フレッティングの繰返し数の増加により変化し、4種類のタイプに分けられる。それは短形スティック・スリップ、楕円、すべり終了時が摩擦力最大、である。(2)ヒステリシスの形の、滑り状態による違いは、概して見られない。(3)静摩擦力が最大となる滑り挙動は、繰返し数の小さいときにのみ見られる。ヒステリシスの形状変化は、摩擦の速度依存性の変化を伴う。2.摩擦滑りに伴う温度上昇の測定の結果、(1)本実験での連続フレッティング滑り(荷重20N、振動数8.3Hz)では、最大9.3Kの温度上昇を得た。また温度の変化は摩擦力の変化に対応する。(2)1サイクルのフレッティング滑り中に、二つの温度ピークが現れ、それは最大速度を示す時点より約3050ms遅れる。(3)温度上昇の大きさは、摩擦力と最大速度の積に比例する。ただし材料の組合わせが異なると、その傾きは異なる。また駆動速度を増加させると、同様に傾きが大きくなる。これは発熱量と冷却速度のバランスで決まる。
光合成アンテナ複合体における集光機能の起源

真核光合成生物は、効率よく光を集めて光合成を行うために集光アンテナ複合体(LHC)進化させてきた。LHCは、これまで主に緑色植物でのみ機能解析が行われてきたため、祖先葉緑体おけるLHCの機能は謎のままであった。そこで、祖先的形質が多く残る紅藻でのLHC変異体の作成を試みたところ、全てのLHCを欠損した完全欠損変異体を作出することに成功した。また培養実験により、ある種の環境条件でのみ変異株の生育速度が野生株に比べ極端に低いことを示した。これらの結果は、葉緑体進化の過程で、生存に必須ではないが条件依存的に成長を促進する有利な形質として光合成アンテナが進化してきたことを示している。光合成は地球上のほぼ全ての生命を支える最も重要な化学反応と言っても過言ではない。光合成生物は、効率よく光を集めて光合成反応を行うために様々なアンテナタンパク質(集光装置)を進化させてきたが、中でも集光アンテナ複合体(Light harvesting complex, LHC)は、十数億年前に葉緑体が誕生した後で初めて獲得された真核生物特有のタンパク質であり、これまでは多数のLHC遺伝子を持つ緑色植物を中心に研究が行われてきた。しかし、遺伝子の重複性の壁に阻まれ、集光装置遺伝子それぞれの機能や遺伝子進化を詳細に解析することは困難を極めた。本研究では、このLHCをコードする遺伝子をゲノム中にたった3つ(うち偽遺伝子1つ)しか持たない始原的紅藻Cyanidioschyzon merolaeを用いて、LHC遺伝子の祖先的機能や進化の系譜を明らかにする目的で、遺伝子破壊株の作成を試みた。本年度中に全てのLHC遺伝子を破壊した株を得ることに成功し、ゲノム中の当該遺伝子座位が完全に破壊されていることがPCR反応を用いて確認された。生育速度の比較を行ったところ、株によって特徴的な生育パターンが見られたことから、光条件など生育環境を調整した詳細な解析を行っている。これまでの研究により、今年度の当初の目標であった遺伝子破壊株の作成まで行うことができたため、計画は順調に進展していると言って良い。光合成生物は、効率よく光を集めて光合成を行うために様々なアンテナタンパク質(=集光装置)を進化させてきた。中でも集光アンテナ複合体(LHC)は、十億年程前に葉緑体が誕生した後で初めて獲得された真核生物特異的タンパク質であるが、これまで主に多数の重複LHC遺伝子を持つ緑色植物でのみ機能解析が行われてきたため、祖先葉緑体おけるLHCが元々どのような機能を持っていたのか、集光機能がいつ誕生したのかについては謎のままであった。そこで、LHCを3つしか持たない原始紅藻の遺伝子破壊株を用いて、紅藻におけるLHCの真の機能を実験的に示し、全ての葉緑体に共通する集光機能の起源と進化を解明することを目的に研究を行った。まず、始原的紅藻Cyanidioschyzon merolaeのLHC変異体の作成を試みたところ、全てのLHCを欠損した完全変異体を作出することに成功した。このことは、通常培養条件ではLHCは紅藻の生育に必須ではないことを示しており、紅藻葉緑体にはシアノバクテリアと同様のフィコビリソームと呼ばれる原核生物型集光アンテナ装置が保存されているという事実とも合致する。また、様々な生育条件で変異株の表現型を解析したところ、ある種の環境条件では変異株が野生株に比べ極端に低い生育率を示すことが明らかになった。この結果は、緑色植物以外でのLHCの機能に関する初めての報告であり、葉緑体進化の過程で、原核生物型の光合成装置から真核生物型の新システムへの革新的変遷の鍵を握る集光システムの進化を考える上で重要な知見である。今後は得られた破壊株を用いて、様々な光環境下での生育条件の違いを比較解析し、それぞれのLHC遺伝子の機能を生育への影響という点から考察する。また、光合成装置全体としての機能の違いを検証するため、パルス変調による蛍光測定など、光合成化学反応の特性を物理化学的に解析する。これらの結果をもとに、葉緑体誕生から植物界多様化における集光戦略の進化を概括する。共生進化学遺伝子破壊株の作成と維持に当初必要と考えられていた大型の培養設備等購入や旅費に関しては、申請者の就職による異動や共同研究者らの協力と援助により既存の設備を融通し合うことができたことなどの理由で計画通りの物品購入を行わずに進める必要が生じたため、当該予算を次年度使用額として申請することとした。次年度における測定装置や培養装置、共同研究や成果報告のための旅費およびその他費用として使用する。
生体イメージングを駆使した破骨細胞の遊走・機能分化と骨吸収疾患の病態生理の解明

本研究では、研究代表者が世界に先駆けて立ち上げた骨組織内の多光子励起生体イメージング系を活用して、関節リウマチで骨破壊に関与する破骨細胞の遊走・分化・機能をライブで可視化することに成功し、破骨細胞の骨破壊動態を実体的かつ統合的に解明した。また生体骨イメージング系の改良により、高精度・高感度の可視化法を確立した。また、これらの研究成果を元に、新しい作用機序をもった次世代の骨破壊抑制薬の開発に取り組んだ。破骨細胞は硬質の骨組織を融解・吸収する特殊な能力をもつ生体内で唯一の細胞種である。破骨細胞の分化・成熟・機能についてはこれまでin vitro培養系を用いて解析されてきたが、培養系は骨組織内での特殊環境とは大きく異なるため、破骨細胞の生きた骨組織内での動態(骨表面への遊走や分化・機能の制御)については全く明らかにされてこなかった。本研究代表者は最近、多光子励起顕微鏡を駆使した生体イメージングを用いて、骨組織内を非侵襲的に観察する方法論を世界に先駆けて開発し、これを用いて破骨細胞前駆細胞の遊走が、血中脂質メディエーターであるスフィンゴシン1リン酸(S1P)によって動的に制御されていることを明らかにした(Ishii et al., Nature, 2009)。本研究ではこれらの技術と予備的成果を元に破骨細胞の生きた動態を解明し、これらの異常による骨吸収疾患の病態生理を実体的に解明することを目指す。初年度である平成22年度には、S1Pによる破骨前駆細胞の遊走制御が、正(S1PR1)と負(S1PR2)の作用が相反する2つの受容体によって巧妙に調節されていることを明らかにし、この受容体バランスを調節することにより、全く新しい作用機序をもった骨吸収抑制治療へと繋がることを解明した(Ishii et al., J Exp Med,2010)。さらにマウスの骨吸収性疾患モデルを用いた治療実験により、S1Pの制御が関節リウマチなどの疾患治療に有用であることを示した(Kikuta et al., Rheum Int)。さらには、イメージング技術を活用して、破骨細胞の骨表面での分化・成熟過程の可視化や、骨吸収機能のリアルタイムイメージングに成功しつつある(一部、論文投稿準備中)。平成23年度以降は、これらの研究を引き続き進めて、骨組織内での破骨細胞動態について統合的かつ実体的な解析を行う。破骨細胞は単球・マクロファージ系の前駆細胞からできる多核巨細胞で、「骨を食食することに特化したマクロファージ」である。骨組織では常に、破骨細胞によって古い骨が壊されて、間葉系の骨芽細胞によって新しい骨が作られている。このバランスが崩れて骨吸収が亢進すると、骨粗鬆症や関節リウマチ、がんの骨破壊などの、いわゆる「骨吸収性疾患」の発症につながる。このため、破骨細胞の働きを抑えるような、ビスホスフォネート製剤などが骨吸収抑制剤として現在臨床応用されている。生体内で最も硬質の組織である骨を破壊・吸収することのできる唯一の細胞種である破骨細胞はこれまで重要な基礎的研究が数多くなされてきたが、破骨細胞のin vivoでの動態・機能については依然として謎が多い。これはこれまで、骨の中は硬い壁に囲まれた金庫のようなもので、破壊せずに内部を観察することが極めて困難であったためである。演者は最近、多光子励起顕微鏡を駆使した特殊な観察系を立ち上げることにより、骨組織・骨髄腔の内部を生きたままの状態で「非破壊検査」することに世界に先駆けて成功した、本研究ではこの実験系をさらに改良・発展させ、(1)破骨前駆細胞の骨髄内への遊走・接着の制御機構の解明、(2)成熟破骨細胞が骨吸収を行う作動様式の実体的な解明、(3)関節リウマチでの炎症性骨破壊を解析するための、炎症関節の生体イメージング系の開発を行うが、平成23年度までに、破骨前駆細胞のSIPによる両方向性移動制御や、RAN肌によるその遊走制御(現在論文準備中)や、生きた成熟破骨細胞のin vivoでの可視化(論文投稿中)などの重要な進歩が得られた。また、(3)の関節炎のイメージング系についても原型がほぼ完成し、平成24年度にこれを活用して炎症関節での破骨細胞作動様式について解明を行う。破骨細胞は単球系の前駆細胞から分化する,骨組織を破壊・吸収する特殊なマクロファージである.

炎症や加齢に伴い,破骨細胞機能が相対的に亢進すると,骨粗鬆症や関節リウマチ,がんの骨破壊などの「骨吸収性疾患」の発症へとつながる.破骨細胞に関してはその分化誘導因子の同定や細胞内シグナルについて,これまで重要な基礎的研究が数多くなされてきたが,破骨細胞のin vivoでの動態・機能については依然として謎が多かった.本研究代表者は近年、多光子励起顕微鏡を用いた特殊な観察系を立ち上げることにより,骨組織・骨髄腔の内部を生きたままの状態で「非破壊検査」することに世界に先駆けて成功し,破骨細胞の生きた動態を解析することに成功した.本研究ではこれをさらに発展させ、破骨前駆細胞の骨髄内への遊走・接着の制御機構の解明・成熟破骨細胞が骨吸収を行う作動様式の実体的な解明・関節リウマチでの炎症性骨破壊を解析するための,炎症関節の生体イメージング系の開発を行ってきた.平成24年度には破骨前駆細胞のS1Pによる生体内遊走機構を特殊なイメージングツールを用いて実体的に証明した(Kotani et al, J Immunol, 2013)他,成熟破骨細胞の骨吸収機能をin vivoで解析することで,骨吸収機能をもった破骨細胞(破壊型:R型)と,そうでないもの(非破壊型:N型)に分類することに成功し,さらに炎症性Th17細胞がR型/N型の比率を変化させることで骨破壊を誘導することを生体骨内で証明した(Kikuta et al, J Clin Invest, 2013).さらには、骨吸収治療薬として臨床応用されている活性型ビタミンDが、S1Pによる制御点を調節することで薬効を発揮することを発見し(Kikuta et al, PNAS, 2013),本システムがヒトの骨疾患治療においても重要であることを示した.破骨前駆細胞の動態制御解明、成熟破骨細胞のin vivoでの可視化など、順調に進めることができている。関節炎のイメージング系については開発が遅れていたが、実験系の改良により原型がほぼ確立した。次年度にこれを活用することが可能である。24年度が最終年度であるため、記入しない。関節リウマチにおける破骨細胞動態、骨破壊のメカニズム解明とその制御が本研究の主眼であるため、次年度にはより炎症関節の可視化に注力し、これまで通常の骨髄イメージングで得られた知見を炎症性骨破壊の系において適用することを目指す。
LECラット(ウイルソン病モデル動物)の銅メタロチオネインによるDNA損傷と発癌

LECラットの肝臓中に,銅すなわち銅メタロチオネインが異常に蓄積すること,劇症肝炎での死亡をまぬがれたLECラットが肝癌を必発すること,ある種の銅メタロチオネインが,共同研究者,川西のDNA損傷(切断)実験で遺伝毒性が陽性と判断されたことより,LECラットの肝臓中に蓄積している銅メタロチオネインを分離・精製・純化し,その各成分についてDNA損傷(切断)実験を行い,その成分が癌を引き起こすのかを調べ,LECラットによける発癌機構の解明に役立てることを目的としている。研究実績として(1)銅メタロチオネインを,市販のカドミウム-,亜鉛-メタロチオネインより,金属置換法によって作成しDNA損傷実験を行った。銅メタロチオネインは,DNAを強く切断することが証明された。カドミウム-や亜鉛-メタロチオネインは,全くDNAを切断せず,銅メタロチオネインに特異的な性質であることが判明した。(2)LECラットの肝臓から、銅メタロチオネインを,イソ蛋白質まで,精製・分離・純化した。銅メタロチオネインは,従来の一般的な精製方法では,精製途中で,空気中の酸素により酸化され,銅が遊離し,充分な量の試料を集めることは不可能であることが判明した。そのため,精製方法を根本的に検討し直し,精製を酸素との接触を避け短時間で行える,HPLC(高速液体クロマトグラフイ-)を用いる方法を試みた。この方法が有効であり,新方法で充分な試料が得られることに成功した。現在,この試料を用いて,DNA切断実験を行っている。LECラットの肝臓中に,銅すなわち銅メタロチオネインが異常に蓄積すること,劇症肝炎での死亡をまぬがれたLEDラットが肝癌を必発すること,ある種の銅メタロチオネインが,共同研究者,川西のDNA損傷(切断)実験で遺伝毒性が陽性と判断されたことより,LECラットの肝臓中に蓄積している銅メタロチオネインを分離・精製・純化し,その各成分についてDNA損傷(切断)実験を行い,どの成分が癌を引き起こすのかを調べ,LECラットにおける発癌機構の解明に役立てることを目的としている。当該年度の研究計画として,(1)LECラットの肝臓から,銅メタロチオネインを,イソ蛋白質にまで,精製・分離・純化する。(2)得られた銅メタロチオネインのすべてのイソ蛋白質について,蛋白質化学的性質を決定する。ことがあげられた。そのため,ゲル濾過,イオン交換体による精製を試みた。しかし,銅メタロチオネインは,従来の一般的な精製方法では,精製途中で,空気中の酸素により酸化され,銅が遊離し,充分な量の試料を集めることは不可能であることが判明した。そのため,精製方法を根本的に検討し直し,精製を酸素との接触を避け短期間で行える,HPLC(高速液体クロマトグラフイ-)を用いる方法を試みた。現在,この方法が有効である事が判明し,その最適条件を詳細に調べている。計画は,少しおくれたが,近くこの新方法で充分な試料が得られるものと考えられ,その後平成8年度の計画--DNA切断実験を行う予定である。LECラットの肝臓中に、銅すなわち銅メタロチオネインなどが異常に蓄積すること,劇症肝炎での死亡をまねがれたLECラットが肝癌を必発すること,ある種の銅メタロチオネインが,共同研究者,川西のDNA損傷(切断)実験で遺伝毒性が陽性と判断されたことより,LECラットの肝臓中に蓄積している銅メタロチオネインを分離・精製・鈍化し,その各成分についてDNA損傷(切断)実験を行い,どの成分が癌を引き起こすのかを調べ,LECラットにおける発癌機構の解明に役立てることを目的としている。

銅メタロチオネインは,DNAを強く切断することが証明された。カドミウム-や亜鉛-メタロチオネインは,全くDNAを切断せず,銅メタロチオネインに特異的な性質であることが判明した。(2)LECラットの肝臓から,銅メタロチオネインを,イソ蛋白質にまで,精製・分離・純化した。銅メタロチオネインは,従来の一般的な精製方法では,精製途中で,空気中の酸素により酸化され,銅が遊離し,充分な量の試料を集めることは不可能であることを判明した。そのため,精製方法を根本的に検討し直し,精製を酸素との接触を避け短期間で行える,HPIC(高速液体クロマトグラフィー)を用いる方法を試みた。この方法が有効であり,新方法で充分な試料が得られることに成功した。現在,この試料を用いて,DNA切断実験を行っている。
神経因性疼痛における脊髄後角細胞のGABAA受容体介在性tonic電流の役割

機械刺激および熱刺激への過敏性を示す神経障害性疼痛モデル坐骨神経カフ絞扼マウスの脊髄後角において、神経の興奮性を決定するのに重要な役割を果たしているGABAA受容体介在性抑制性tonic電流が減少していることを本研究で明らかにした。さらに、減少したtonic電流はGABAA受容体のうちδサブユニットを介した電流であることも明らかになった。この抑制性の電流の減少により神経の興奮性が高まることが、坐骨神経カフ絞扼マウスの痛みを引き起こしている可能性が示唆され、神経障害性疼痛の治療薬の開発に役立つ可能性が示唆された。本研究は、GABAA受容体介在性Tonic電流の生理学的意義の解明を目的とする。ddyマウスの坐骨神経をPE20チューブで絞扼することにより、絞扼側の下肢の神経障害性疼痛を示す痛みモデルマウスの作成に成功した(坐骨神経カフモデル)。神経障害性疼痛の有無は、Hargreave testでカフ装着前の潜時が健肢で6.7±0.3秒、患肢で6.7±0.4秒と差がないのに対し、カフ装着3日目より患肢で4.9±0.3秒と有意に短くなり、熱刺激に対する疼痛閾値の低下が認められた。閾値の低下は術後15日目頃より回復傾向を示した。また、Von Frey testによる機械刺激の閾値も、カフ装着前では健肢9.4±0.6、患肢8.3±0.4と有意差がなかったが、カフ装着3日後では患肢で2.4±0.2と有意に閾値の低下が認められた。閾値の低下は熱刺激と異なり、術後15日以降も持続した。このモデルマウスの脊髄スライスを用い、電気生理学実験パッチクランプ法で、脊髄後角膠様質細胞のGABAA受容体介在性tonic電流について検討した。Tonic電流は、そのアンプリチュードはコントロールマウス、モデルマウスで有意な変化はなかったが、tonic電流陽性の膠様質の数がモデルマウスでは有意に減少していることが明らかになった。次にRT-PCR法で、マウスの患肢側脊髄後角におけるGABAA受容体サブユニットのmRNAの発言量の変化を検討した。これまでの様々な研究からtonic電流にはGABAA受容体サブユニットのうち、δ、α5、α4、α6が関与すると考えられるため、これらのmRNAの発現量を解析した結果、δサブユニットがカフモデルマウスの患肢側で有意に減少していることが明らかになった。現在、免疫染色法、ウエスタンブロッティング法などで、タンパク質レベルにおける脊髄後角での変化を検討中である。前年度の研究で坐骨神経カフ絞扼マウスは、熱および機械刺激に対する閾値の低下を認め、神経障害性疼痛モデルの作成を確立できた。そこで、このマウスを使用し、電気生理学実験を行った結果、痛みの伝達に重要な役割を果たす脊髄後角の神経細胞でGABAA受容体介在性抑制性電流が低下していることが明らかとなった。GABAA受容体介在性抑制性電流にはphasic電流とtonic電流の2種類が存在し、これらはGABAA受容体を構造するサブユニットの組み合わせによって決定され、薬剤への感受性が異なる。脊髄後角の膠様質細胞にはphasic電流とtonic電流がともに存在する。本年度の研究では、前年度、RTーPCRによりmRNAで変化が認められたGABAA受容体δサブユニットについて免疫組織学実験を行った。その結果、ウエスタンブロッド法にて、坐骨神経カフマウスの患側脊髄後角では正常マウスと比較し、δサブユニットの発現がタンパク質レベルでも低下していることが明らかとなった。これらの結果から、坐骨神経カフマウスの疼痛発症に脊髄後角の神経細胞でGABAA受容体δサブユニットを介したtonic電流の減少が重要な役割を果たしている可能性が示唆された。本研究の結果は、神経障害性疼痛の治療薬開発にあたり、新しい治療ターゲットとなる可能性がある。現在、δサブユニット特異的アゴニストが、坐骨神経カフモデルマウスの疼痛閾値に効果をもたらすかを検証中である。麻酔現在、マウスの神経障害性疼痛モデルとして坐骨神経カフモデルを作成し、行動実験で痛みの閾値の低下を認め、疼痛モデルを確立することができた。また、この疼痛モデルマウスの脊髄で、GABAA受容体介在性tonic電流が減少していることが明らかになった。これらの結果は、本研究計画の最も重要な部分であり、この変化の詳しいメカニズムをさらに解析することで、本研究を予定通り遂行できると考えられる。坐骨神経カフモデルマウスの脊髄で、GABAA受容体介在性tonic電流が減少していることが明らかになった。

さらに詳細に検討するために、免疫組織学実験を行い、電気生理学実験で明らかになったtonic電流の減少と、分子生物学実験で明らかになった、GABAA受容体サブユニットの低下に関連性があるのかを明らかにすることが、今後の研究の第一目的となる。具体的には、脊髄スライスを作成し、GABAA受容体δサブユニットの発現が脊髄後角膠様質細胞で低下しているかをタンパク質レベルで検討する。さらには、GABAA受容体サブユニットの発現低下が、坐骨神経カフモデルマウスの疼痛に関連していることを明らかにするために、サブユニット特異的アゴニストを投与し、疼痛閾値の低下の改善が認められるかを検討する。あるいは、siRNAなどの手法を用い、脊髄後角でのδサブユニットの発現を減少させると、疼痛閾値が低下するかどうかを検討する。これらの実験により、神経障害性疼痛発症のメカニズムを明らかにし、メカニズムに沿った治療法の確立に役立てることを最終目標とする。現在、本研究の根幹であった神経障害性疼痛モデルマウスの確立と、モデルマウスの脊髄後角細胞におけるGABAA受容体介在性tonic電流が減少しているということが実験により明らかになった。しかし、その詳細なメカニズムについては解明できておらず、この実験を単年度で達成するには期間があまりにも短く、当初の予定通りの計画が進んでいる状態ではあるが、研究計画を完遂するためには、さらなる実験を行う必要がある。実験に必要な、試薬・物品の購入、この研究の成果を発表するための学会参加旅費や、情報収集に必要な研究打合せ旅費、また雑誌へ投稿するための費用。
活動銀河の環境と質量降着過程の研究

活動銀河核のエネルギー源である、大質量ブラックホールへの降着物質の起源と角運動量輸送機構を調べる目的で、近傍の活動銀河を調査した。電波銀河Cen AでCO (J=2-1)輝線をALMA望遠鏡で観測した結果、銀河回転に沿う分子ガス円盤から中心20 pcへと落ち込むフィラメント状のガス流、および中心でブラックホールに束縛された恒星の運動に沿う特異な回転運動が見つかり、乱流粘性で中心へ流れたガスとそこで生成した恒星による力学的摩擦によって角運動量が輸送される機構が考えられる。その他に電波銀河でジェット放出に伴い変動する分子ガスメーザー輝線の発見、γ線放出するジェット成分の同定などの成果を挙げた。本研究の目的は活動銀河核(AGN)の環境と中心核への質量降着過程を解明することである。AGNのエネルギー源は中心の巨大ブラックホールへ落ち込む物質の重力エネルギーであり、降着物質の起源や物理状態・角運動量輸送の機構を調べるため、H24年度は以下の手法で研究を行なった。・ALMA望遠鏡によるミリ波帯でのガスの運動と分布の調査:Cycle 1への観測提案は不採択だったが、観測所が科学試験観測として公開しているデータのうち電波銀河Centaurus Aの観測結果を入手し、CO (J=2-1)輝線の電波像を得た。この結果、(1)4 kpcのスケールに広がる銀河回転に沿う分子ガス円盤, (2)中心20 - 100 pcの領域で銀河回転から切り離されブラックホールに束縛された運動を示すガス, (3)両者をつなぐS字型のフィラメント構造が明らかになった。特に(3)はALMAの高ダイナミックレンジ像で初めて明らかになったものであり、銀河回転からブラックホールへ落ち込むガス流を捉えたものと考え、論文を準備している。・ALMA望遠鏡の基線長を300 kmまで拡張して、AGNの中心構造を解明するALMA拡張アレイの提案を行なった。1ミリ秒角を切るVLBI並の高分解能と、数100 Kの温度まで検出する高感度を合せ持つことで、AGNへのガス供給が鮮明に解像できるほか、恒星の検出・撮像も可能にしてAGNへの恒星流も明らかにする狙いがある。国内・国際コミュニティで科学目標の検討を行なった上で、本計画は日本学術振会議の中期計画の候補の一つに挙がっている。・高エネルギーγ線を放射する電波銀河3C 84において、電波ジェット成分の発生と同期しないγ線フレアイベントを発見した。・低高度AGNであるNGC 4258のミリ波帯スペクトルの時間変動を用いて、中心核成分と微小ジェットによる放射成分とを分離した。AGNのエネルギー源である、銀河中心核の巨大ブラックホールへの降着物質を調べる目的で、以下の観測的研究成果を得た。1. ALMA科学検証データを用いて、近傍の電波銀河Centaurus AのCO分子ガスの分布と速度場を、2秒角というかつてない高解像度で得た。この結果、銀河回転とは異なる回転軸・回転速度で中心核近傍に集中するガス(CND: central nuclear disk)の分布が得られた。このCNDの回転軸は、赤外線で調べられたより内側の恒星集団の回転軸と一致することから、CND内の星形成によって角運動量を輸送するとともに生成された恒星が中心に落ち込む、という機構が考えられる。この成果は研究会(URSI AP-RASC2013)で発表した他、Radio Science誌に投稿中である。2.近傍の電波銀河NGC 1052において、歳差運動するジェットの放出に伴って時間変動するメーザー輝線を発見した。メーザー放射する高密度分子ガスが銀河系等速度に対して赤方偏移していることから、中心核へ向かう降着流を捉えたと考えられる。この成果に基づいてALMA Cycle2の観測時間を獲得し、観測実行を待っている。3. ALMA望遠鏡の基線長を300 kmにまで伸ばしてAGNを1 pc以下の分解能で解像するALMA拡張アレイを実現させるため、国内のさまざまなコミュニティに対して提案したほか、アルゼンチンとブラジルが推進するLLAMA計画との共同研究を開始した。4.その他電波銀河3C 84におけるγ線フレアとジェット放出のタイミングずれの発見,低高度AGNにおける中心核成分とジェットの分離,クェーサー3C 380におけるkpcスケールの衝撃波ノット発見などの成果を挙げた。本研究は、活動銀河核の環境と中心核への質量降着過程の解明を目的としている。活動銀河核の莫大なエネルギー源は、巨大ブラックホールへ落ち込む物質の重力エネルギーと考えられているが、降着物資の起源や物理状態や角運動量輸送機構は未解明の問題である。本研究では、電波・光赤外線・X線観測および理論シミュレーションを用いて、質量降着という複雑な過程を理解することがゴールである。

平成23年度は準備研究、観測計画立案およびALMA望遠鏡への観測提案を行なった。準備研究では活動銀河NGC 1052中心核を取り巻く濃いプラズマの分布と高密度分子ガスが放射するメーザーの分布が一致することを明らかにし、観測候補天体とした。NGC 1052, Circinus銀河, Centausu A銀河, NGC 1068銀河の4天体について観測計画を立て、ALMA望遠鏡Cycle 0公募に応募した。不採択となったが、Centaurus AについてはCSV観測データを入手して解析することにする。上記の検討に加えて、以下に挙げる成果を得た。・高エネルギーγ線を放射する電波銀河3C 84を電波観測によって高解像度に撮像し、γ線放射ジェット成分を特定した(出版済み)。・低光度活動銀河核のミリ波帯スペクトルを計測し、スペクトル指数によって降着円盤の放射成分を分離した(出版済み)。・電波単一鏡分光観測のOFF点スペクトル平滑化による観測時間の効率化手法を考案した(投稿済み)。ALMAの観測申請書は不採択だったためやや遅れが生じた。しかし公開データの入手により新しい結果を得て解析を行ない、成果報告ができたので、概ね予定通りに進んでいる。研究では、電波・光赤外線・X線観測および理論シミュレーションを用いて、質量降着という複雑な過程を理解することがゴールである。平成23年度の目標は観測を実施しデータ解析に着手することであったが、ALMA望遠鏡Cycle 0観測時間は不採択となったため、主要データの解析に着手できていないため、「やや遅れている」という達成度とした。Centaurus AについてはCSV観測データを入手して解析することにする。最終年度にあたり、成果をまとめて出版することに注力する。(1) Centaurus AのALMAによる観測結果の出版,(2)GBT望遠鏡で得たメーザー源AGNの観測結果の出版を進める。非常に高い競争率の中、ALMA望遠鏡のCycle 0観測時間獲得は難しかったが、Cycle 1の公募観測に再度応募する。一方、CSV観測で取得済みのデータを用いて、本研究の解析を進める。さらに、VLBA, VERA, KVNなどの望遠鏡でも観測データを得て、解析を進める。並行して、GBT望遠鏡で観測済みのデータについても解析を進め、遅れている電波観測の研究を進める。必要な物品の購入は初年度で概ね済んでいるため、最終年度は主に、研究会での成果発表(旅費・会議登録料)と論文出版費に研究費を使用する。研究に必要な物品購入は平成23年度に前倒しで執行を進めたので、今年度以降は解析・研究打合せ・研究会での成果発表・論文出版費に研究費を費やす。・データ解析プログラムの開発および解析作業に謝金を支出する。・研究打合せおよび研究会発表のために旅費を支出する。・論文出版費を支出する。