hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メンテナンスフリーRC構造物を実現する自己修復FRCCの開発と適用

これらの結果は、平成28年度に予定している数値解析と実験の相互トライアル、および、試験体サイズの拡張のための基礎データとでき、この点については計画通りの実施ができたと考えている。これらの検討を総合的に判断すれば、概ね計画通りに進められているものと判断している。平成28年度には、以下に示す3項目についての検討を行い、メンテナンスフリーRC構造物の実現に当たっての基礎的な知見を得た。1.FRCCおよびUHP-FRCCの調合設計については、PVA繊維とUHP-FRCCの組み合わせについて検討を行い、屋外暴露試験(一部継続中)における継続的な透気係数の計測などによって、自己修復性能の改善効果を確認することができた。また、産業廃棄物であるフライアッシュ(FA)の大量使用について検討を行い、環境負荷低減と力学性能の両立について評価指標(Eco-Mechanical Index、EMI)を提案した。構造部材として用いた場合において、部材としての力学性能の変化とFA混入による環境負荷低減効果の双方を定量的に評価するための指標を提案することができた。2.複合劣化環境における自己修復効果に関する検討については、初期ひび割れを与えた状態で、上述の屋外暴露条件に秋田県沿岸部を設定して実施したほか、凍結融解作用による性能変化を確認する実験を行った。その結果、厳しい劣化環境下においてもひび割れの自己修復と考えられる性能回復が確認できた。3.構造部材への適用に関しては、前年度に実施したUHP-FRCCを埋設型枠パネルとした縮小サイズの梁供試体に関する実験結果をベースに、ひび割れを考慮したRBSM解析を行い、部材としての力学性状を概ね良好に記述できることを確認した。また、形状が異なるUHP-FRCCパネルを押し出し成型によって得た。このことにより、軸方向へのリブの設置など、設計の自由度が格段に向上したものと考えている。前年度までの成果と併せて、自己修復機能を付与したFRCCを適切に適用することにより、厳しい環境下にある場合であっても、RC構造物がのひび割れ補修などの作業を省略できる可能性を示せたものと考えている。自己修復機能を有するUHP-FRCC(超高強度・高靭性繊維補強セメント系複合材料)に関する材料設計と、この材料の劣化環境下における耐久性および自己修復性能の評価、また、構造部材への適用を検討した。その結果、PVA繊維の併用によって力学性能と自己修復性を両立可能であること、劣化環境下においても自己修復性能機能の発現を期待できることを確認した。また、パネル形状としてRC部材の表面に用いることを提案し、力学性能の確保と、特にFAを大量使用したUHP-FRCCとすることで、環境負荷低減効果を得られることを確認した。これらの結果から、RC構造物のメンテナンスフリー化への基礎的な知見を得ることができた。
光音響分光法による溶射皮膜の非破壊試験に関する研究

溶射却は今日最も注目されている成膜技術の一つであるが,その非破壊試験法は確立されておらず,国際的にも緊急な課題になっている。本研究で溶射皮膜の特性試験に応用しようとする光音響分光法(PAS)は,物貭に取り込まれた光エネルギ-が無放射遷移により熱を放出して元の状態に戻る過程を測定する分光法であり,理論的には光学的に厚く不透明な物貭及び散乱性の強い物貭に対してもその吸収特性を測定できるという特微がある。本研究は溶射皮膜の非破壊試験法にPASを適用することを目的とした基礎研究であり,研究計画に従い以下の成果を得た。1.検出感度の高い試料セルを開発するとともに,キセノンランプを光源に用いた場合の基準化をダブルビ-ム法の採用によってほぼ完全なものにした。さらにアルゴンレ-ザを光源に使用できるよう装置の改良を行った。2.固体試料についての光音響スペクトルは,固体表面の光の反射特性に依存することから,従来のRG理論式を一部補正する必要があることを明らかにした。3.光音響スペクトル及び任意の波長に着目した光音響強度を測定することによって,溶射皮膜の材貭,厚さ,粗さ,気孔,接合界面の状態などに関する情報が得られる。これら事実から,これまで困難とされていた溶射皮膜の非破壊試験にPASの応用が期待できることを明らかにした。光音響分光法は、物質に取込まれた光エネルギ-が無放射遷移により熱を放出して元の状態に戻る過程を測定する分光法であり、高い検出感度とリアルタイムの応答性を有し、光学的に厚く不透明な物質及び散乱性の強い物質に対してもその吸収特性を測定できるという特徴がある。本研究は、これらの特徴を有する光音響分光法を現在、その非破壊試験法が国際的にも確立されていない溶射皮膜の試験に適用することを目的にした基礎的研究である。本年度の研究において得た成果並びに新知見の概要は次の通りである。1)研究に使用の光音響分光装置は、信号の基準化をダブルビ-ム法により行っているが、光ビ-ムを2系統に分割するビ-ムスプリッタ-に、アルミニウム蒸着ミラ-を用いることによってほぼ完全な基準化を可能にした。また、測定用プログラムの拡張と改良によって測定能率を向上させた。2)固体の光音響効果に関するRG理論によれば、光学的に不透明で熱的に薄い試料では光音響スペクトルは得られず、信号は単に光源の強度に比例することになる。しかし、実験的には例えば銅皮膜については約525600nmの波長域で急激に変化するスペクトルが測定され、RG理論には一致しない。この原因はRG理論では試料表面での光の反射の影響を考慮していないことに起因することを明らかにし、RG理論を一部修正する必要があることを示した。3)光音響スペクトル及び任意の波長に着目した光音響強度を測定することによって、溶射皮膜の材質、厚さ、粗さ、気孔率、接合部の状態などに関する情報が得られることを示し、従来困難とされていた溶射皮膜の非破壊試験に光音響分光法の適用が期待できることを明らかにした。光音響分光法(PAS)は,高い検出感度とリアルタイムの応答性を有し,しかも光学的に厚く不透明な物質,散乱性の強い物質に対してもその吸収特性を測定できるという特徴があり,一分光法にとどまらず新しい分析法,非破壊試験法などへの展開が期待される。本研究ではこれらの特徴を有するPASを従来困難とされていた溶射皮膜の特性試験に応用する立場から研究計画に従い検討を行い,以下に示すような成果を得た。1.固体の光音響効果に関するRG理論によれば,光音響信号強度は試料の熱的性質に依存する。このことは溶射皮膜内部に存在する気孔あるいは皮膜と基材との密着が不十分な場合に両者の界面に存在することになると考えられる空気層をPASによって検出できることを示唆するが,本研究において気孔の量が多い皮膜及び密着性の悪い皮膜の場合,光音響強度が大きくなることを実験的に確認した。

2.PASの特徴の一つはリアルタイムでの信号検出が可能なことであるが,光音響スペクトルの測定においては波長選別を行う分光器の機構上,かなりの時間を要する。そこで本研究では,情報量は制限されるが,測定時間を大幅に短縮できる特定波長についての光音響強度を測定する方法について検討を行い,その有効性を明らかにした。
数値解析の併用によってチャンネル内限界熱流束の予測を一般的に拡張する手段の研究

本研究では管径d=8mm、管長・管径比l/d=50800の条件下、試験流体としてR-12(圧力1.47MPa、気液密度比0.0735)を使用し、入口サブクール条件(ΔHi>0)ならびに二相混合入口条件(ΔHi<0)の両条件についての実験をおこなった。ここで用いる試験管は純測定部の長さだけでも6.4m(垂直管)となるので、試験部はすべて屋外に設置し、しかも芳流加熱ならびにその電極位置の移動作業などがあって困難も伴ったが、それを克服することによって貴重な実験データを得た。上記の実験データを、ΔHi>0のデータ群およびΔHi<0のデータ群に分け、それぞれに対し限界熱流束qcと管出口クオリティXexの関係を求めた、その結果、ΔHi<0の実験は、l/dの値ごとに分離傾向などを示し問題があって避けるべきこと、一方ΔHi>0の実験は問題がないことが判明した。しかしΔHi>0のデータ群といえども、qc-Xex関係はかなり複雑な様相を呈し、経験的な無次元整理にせよ、数値解析による予測法にせよ、共に取扱い難い状況にあることがわかった。そこで試みにqc-Xex形式のデータ表示について検討した結果、これは複雑な様相を呈し易い性質を内包すること、しかもそれは限界熱流束の物理的本質からではなく、qc-Xex表示の外面的特性としてあらわれるにすぎないことが判明した。そこでqc-Xex形式の代りにqc-(l/d)形式のデータ表示を試みた所、これは非常に素直な変化特性を示した。しかもそれは、本研究の代表者らが先に提出した無次元整理式の予測値に非常に近いこと、また数値解析による予測値とも傾向が比較的に一致することが明らかになった。そして、これらの結果、l/d>500の特別領域の限界熱流束の一般的整理手段について明るい可能性がひらかれることになった。
長期総合的資源エネルギ-分析手法の開発

複雑多岐にわたる資源・エネルギ-情報を統一的かつ柔軟に扱うデ-タベ-スシステムを構築することは、現在の多量の情報に的確に対応する上で非常に有効である。このようなデ-タベ-ス構築のひとつの手段として、Object Oriented Paradigm(OOP)と呼ばれる方法を利用した。OOPは、従来のプログラミングパラダイム、特に手続き型と呼ばれ、広く普及しているC、Pascal等の言語によるプログラミングの際に利用されるパラダイムと比較すると、デ-タ構造とその処理手続きが分離され、デ-タ構造に依存しないデ-タ処理が可能となる特徴がある。このようなことからOOP指向型のC++を用いてデ-タベ-スを作成し、デ-タソ-スの異なる二種類のデ-タに対して、主成分分析、回帰分析、主成分分析を伴う回帰分析を行った。その過程を従来のデ-タベ-スおよび市販の統計処理ソフトと比較した結果、次のような優位性が認められた。1。異種デ-タの混在が容易である。2。デ-タの再帰利用が、すなわち、複雑に絡み合った処理プロセスの実現が容易である3。デ-タの部分的加工、さらに、仮想的なデ-タの利用が可能である。1。2。AI指向言語等を含む各種のソフトウエア開発支援システム、開発環境を利用し、個別的に発生し、必ずしも整合性のない多種多様な資源・エネルギ-情報の整理体系化、整合性のチェック、並びにデ-タの基本的解析手法を検討した。基本的な情報表示に関する個別手法の検討と上記目的のシステムに必要な入力、表示手段の開発を行った。具体的にはワ-クステ-ションのマルチウンドウ等を生かした表示により、デ-タの存在、定義、内容などの理解をより容易に把握できる表示方法と、その実現性を検討した。具体的には、経済統計(日経NEEDS)など他分野の多様な情報を複合使用し、金属鉱業事業団の資源情報デ-タベ-スをもとに、日本の基本的な資源・エネルギ-状況を把握するためのデ-タ解析手法の開発を試みた。特に外国にほとんど資源の依存する日本の経済的、物理的な安定性、ロバスト性、資源ブロックの形成状況等を分析し、資源枯渇、価格変動などの異常時の供給変動可能性を分析した。この分析のひとつとして、LNGと原油の輸入量と輸入価格の最適化分析を行い、各供給国の供給安定性(リスク)を評価した。この結果、アラブ諸国のわが国に対する供給国としてのリスクが大きいという、一般的な認識と一致する結果を定量的に示すことができた。AI指向言語等を含む各種のソフトウエア開発支援システム、開発環境を利用し、個別的に発生し、必ずしも整合性のない多種多様な資源・エネルギ-情報の整理体系化、整合性のチェック並びにデ-タの基本的解析手法を検討した。具体的にはワ-クステ-ションのマルチウインドウ等を生かした表示により、デ-タの存在、定義、内容などの理解をより容易にできる表示方法と、その実現性を検討した。具体的には、経済統計(日経NEEDS)など他分野野多様な情報を複合使用し、金属鉱業事業団の資源情報デ-タベ-スをもとに、日本の基本的な資源・エネルギ-状況を把握するためのデ-タ解析手法の開発を試みた。特に、外国に殆どの資源を依存する日本の経済的、物理的な安定性、資源ブロックの形成状況等を分析し、資源枯渇、価格変動などの異常時の供給変動可能性を分析した。具体的には、Object Oriented Paradigm(OOP)指向言語を用いてデ-タベ-スシステムを構築し、実際にデ-タを分析することによりその有用性を検証した。分析に際しては、デ-タソ-スの異なる二種類のデ-タに対して、主成分分析、回帰分析、主成分分析を伴う回帰分析を行った。その過程を従来のデ-タベ-ス、及び、市販の統計処理パッケ-ジソフトと比較した場合、多くの優位性が認められた。
教育政策形成への市民参加に関する方法論的研究

本研究の成果は次の3つである。第1に、1主体性、2公共性⇔創造性、3実効性という市民参加の分析枠組みを構築した。これを用いるとその教育政策形成への市民参加の特徴や限界が明らかとなる。第2に、学校と地域の協働システムの生成及び定着プロセスには、1形式的・実体的な推進力(制度化、事業実施等)とそれ以外の推進力(熱意、議論等)があり、2安定状態を維持するにも常に推進の努力が必要であることを明らかにした。第3に市民参加の話し合いの質を高めるには、制度や地域の歴史による制限を考慮しながら、場をデザインし、信頼関係や当事者意識を生み出すことが重要であることを指摘した。本研究は、現代日本における教育政策形成への市民参加を方法論的観点から検討し、市民参加の質を向上させる方途を明らかにすることを目的としている。今年度は、理論的検討による話し合いの分析枠組みの析出、地方における教育政策形成に焦点を絞った事例の調査と分析を行った。まず、理論的検討では、事例における話し合いの分析枠組みとして、「人的要因(人間関係、話し合いの人数など)」、「環境的要因(会議室のレイアウト、時間帯など)」、「プロセス要因(話し合いの進行プロセスや話合いの手法の導入の有無など)」の3つの側面を設定した。また、次の2つの事例について情報収集を行った。1つ目は、A市の基本構想・基本計画(H25H34年度)の素案策定のための市民会議のうちの「教育・学習分科会」における話し合いを対象とし、分科会のメンバーへのヒアリングを行った。2つ目は、B市C中学校学校運営協議会を対象とし、運営協議会の傍聴、協議会委員及びB市他校校長経験者へのヒアリングを行った。この事例調査から得た情報を上述の分析枠組みにより分析したところ、次のような知見を得た。まず、市民参加の枠組みの運営には、「制度・仕組みそのものの条件(権限、目標、期限など)」、「地域の歴史や状況」、「運営の方法」が影響している。また、事例の参加のレベルは、市民参加のはしごにあてはめると第4段階の「相談」レベルから、第5段階の「慰み」のレベル、第6段階の「パートナーシップ」の段階まで幅があり、その幅は会議体のどの機能に注目するかによって異なることが明らかとなった。また、参加を意味のあるものにするためには、目的の認識の共有や当事者意識の醸成など話し合いの場のデザインを意識的に行うことが有効であることが明らかとなった。これは調査から得られた知見の1つであると同時に、方法論的に市民参加を検討することの有効性を示している。平成27年度は国内事例の調査と、市民参加の質を捉える枠組みの構築を行った。分析枠組みの構築では、福祉分野などにおける市民参加の枠組みを参照しつつ、熟議に関する理論である熟議民主主義論やホールシステムアプローチの理論を援用し、大きく、1)主体性(誰が、何の主体なのか)、2)公共性⇔創造性(どちらを、どのように取り入れ実現するか)、3)実効性(市民参加活動が何に、どのような影響を持つか)という3つの軸を設定した。そして、それぞれ、下位項目として、主体性については、1運営、2活動、2)公共性⇔創造性については1代表性⇔多様性、2非参加者へのアプローチ、3)実効性については1決定事項の影響力、2参加者への影響力を設定した。平成27年度には、新たに社会教育に関わる市民参加の事例として、図書館、公民館が入る建物の改修計画案策定に市民が参加している事例を調査した。この事例では、市行政が主催の改修検討委員会と、市民主体の活動とがあり、この2つを、上記の市民参加の分析枠組みを用いて比較検討を行った。ここから、この2つの参加では、議論の結果による変容が、計画案のみに起こるのか、参加者自体に起こるのかという点に顕著な違いがあった。これは熟議民主主義が射程とするアクターの変容が、市民参加の場の設定の仕方によって発生するかどうかが変わってくることを示していると言える。さらに、本研究は市民参加の話し合いの場の分析・検討を目的としていることから、話合いを促進する技術であるファシリテーションを普及・啓発する団体である特定非営利活動法人日本ファシリテーション協会の有志と研究会を立ち上げた。ここにおいては、本研究の研究成果を元に、話し合いの場に影響する要因の分析や、それを踏まえた方策の検討を行っていく。国内の事例として、教育政策全般、学校教育、社会教育という3つの領域の市民参加の事例を調査し、分析枠組みも構築できた。また、ファシリテーションという視点から話し合いをより専門的かつ実践的に分析するための研究会も立ち上げ動き出しており、計画におおむね沿っている。2016年度は主に3つの取り組みを行った。第1に、2015年度末から2016年度にかけて、長期間継続している学校と地域の協働の取り組みとして、滋賀県草津市の地域協働学校及び福岡県春日市の学校運営協議会の事例調査を行った。この2つの事例は、10年近く継続しており、学校の教育活動やそれにかかわる意思決定などに地域や保護者などが関わり、責任を担っている。第2に、これらの事例を、「意思決定への参加」及び「学校支援への参加」という2つの軸から、時間的なプロセス及び推進力及び抑止力という観点から分析を行った。

その結果、教育政策形成に市民が主体性や実効性を持って参加するためには、1形式的・実体的な推進力(事業化・制度化、事業実施等)とそれ以外の推進力(熱意、議論、地域基盤の形成等)が必要であること、2定着・安定状態というのは抑止力と推進力の均衡状態であり、常に推進の努力やそのための支援が必要であるということが明らかとなった。この分析結果を、日本教育行政学会において報告した。第3に、これらの研究成果をいかに現場に発信するかを、日本ファシリテーション協会の有志との勉強会で検討し、学校運営協議会に関するリーフレット作成を行った。教育政策形成への市民参加のうち、学校運営協議会に限定したのは、発信する対象及び目的を焦点化し、実効性を高めることを意図したためである。対象となる方たちに手に取ってもらうこと、そして地域との協働をやってみようという気持ちになってもらうことを目指し、春日市の調査をベースに、どのように考え、実施していくのかについてのポイントを記載した。本研究の成果は次の3つである。第1に、1主体性、2公共性⇔創造性、3実効性という市民参加の分析枠組みを構築した。これを用いるとその教育政策形成への市民参加の特徴や限界が明らかとなる。第2に、学校と地域の協働システムの生成及び定着プロセスには、1形式的・実体的な推進力(制度化、事業実施等)とそれ以外の推進力(熱意、議論等)があり、2安定状態を維持するにも常に推進の努力が必要であることを明らかにした。第3に市民参加の話し合いの質を高めるには、制度や地域の歴史による制限を考慮しながら、場をデザインし、信頼関係や当事者意識を生み出すことが重要であることを指摘した。今後は、これまでの調査事例への分析枠組みを適用し、事例のさらなる分析を行うと同時に、分析枠組みの再検討を行う。事例調査としては、平成27年度から調査を行っている社会教育分野の市民参加の調査、及び福祉分野を含めた幅広い地域の団体による学校支援の取り組みにおける会議体の運営の調査を引き続き行う。また新たに、小学校の学校運営協議会に焦点を当て、事例の収集を行う。これらと並行して、平成27年度に立ち上げた研究会を通して、ファシリテーションという観点からの市民参加の事例の分析、質向上のための方との検討、及び研究の成果の現場へ向けた発信の方法の検討を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。教育行政学国内で新しい手法を用いて教育関連の話し合いを行っているところはあっても、教育政策形成を行っている事例がなかなか見当たらず、事例調査の着手が遅れたため。同時に、妊娠による体調不良により、出張等の業務に支障があり、事例調査の回数やインタビュー先が当初の予定より少なくなり、また、国外調査の実施も困難であったため、研究に遅れが生じた。育児休業等の取得により中断を行うが、研究再開後には、まず、これまでの研究成果を踏まえた分析枠組みの修正及び理論枠組みの検討を行う。また、国内の調査事例の数を広げ、情報を収集する。ただし事例調査については、研究を中断している間に、今年度調査を行った事例の状況が変わる可能性があること、育児の都合により国外調査が困難になる可能性がある。この場合、国外調査の代わりに、国内調査において、当初検討の対象としていなかった社会教育関連施設の運営への市民参加の事例を増やすことを検討する。社会教育では、公民館運営協議会、図書館運営協議会など運営に関する市民参加が制度上に導入されている歴史も長い。また、学校教育よりもワークショップや参加型学習などの手法への注目も盛んである。
転位形成の抑制による歪みSi/SiGe/Si(110)ヘテロ構造の超高移動度化

半導体集積回路の消費電力を抑えつつ更なる高性能化を実現するためには、高移動度材料の開発が必須である。低コストで高正孔移動度を実現できる材料系として、(110)面を表面に有するシリコン(Si)が注目され、高い実効正孔移動度が報告されてきた。更に移動度を向上させるためには格子歪みの導入が有効である。格子定数を変化させるためには何らかの形で結晶欠陥を導入する必要がある。本研究では、歪みSi/SiGe/Si(110)構造の結晶欠陥形成過程に関して研究を行い、室温で480 cm2/Vsという極めて高い実効正孔移動度を実現した。集積回路の消費電力を抑えつつ更なる高集積化・高性能化を実現するためには、高移動度材料の開発が必須である。同時に、低価格で安定した供給量が得られる材料系であることも求められる。低コストで高正孔移動度を実現できる材料系として、(110)面を表面に有する歪みシリコン(Si)が注目されており、これまでに、370 cm2/Vsという、Siデバイスとしては極めて高い正孔移動度が達成されている。歪み技術はSiの移動度を向上させる上で有効であるが、格子定数を変化させるために何らかの形で結晶欠陥を導入する必要があり、それによる特性劣化を上回る特性向上を実現する必要がある。我々は、結晶欠陥の形態を制御することにより、上記の370 cm2/Vsを上回る高正孔移動度を実現してきた。これまではマイクロ双晶の形成プロセスについて研究を行い、その電気伝導特性への影響を調べてきた。また研究の過程で、マイクロ双晶とは形態が異なる結晶欠陥を確認している。本課題では、これらの結晶欠陥の構造や発生メカニズムを明らかにし、それらを制御する方法を開発することにより、更なる電気伝導特性の向上を目指している。平成27年度の研究においては、結晶成長中に膜表面に形成される微細構造(Feather状構造と呼ぶことにする)の形成条件を調べた。Feather状構造の発生箇所がマイクロ双晶起因の凹凸と相関を持つこと、成長速度とFeather状構造の発現に関連性があることが分かった。また、基板表面を(110)面から傾斜させるとFeather状構造が発生しないことを突き止めた。また、電気伝導特性評価を行い、Feather状構造が移動度の低下要因となっていることを確認した。以上の状況であるが、Feather状構造の形成メカニズムを明らかにするために、更に実験を進める予定である。平成27年度の研究においては、Feather状構造の形成条件を調べ、現在も実験を継続しているところである。その形成メカニズムについては解明には至っていない。傾斜基板を用いることにより、表面形状が大きく変化することが分かったため、傾斜角度を変える等の研究を行い、またこれまでに行った実験の再現性も確認しながら、Feather状構造の形成メカニズムについて研究を進める予定である。電気伝導特性評価用のMOS型トランジスタの作製において、一部のプロセスに問題があり、評価できた試料は一部に留まっている。このため計画に対して遅れを生じているが、既に結晶成長のやり直しを行い、現在トランジスタの作製を進めている。低コストで高正孔移動度を実現できる材料系として、(110)面を表面に有する歪みシリコン(Si)が注目されている。平成28年度の研究においては、本研究を通じて得られた試料の電気伝導特性・正孔移動度の評価を進めた。これらの試料は、結晶成長中の基板温度、ゲルマニウム組成、膜厚、基板の傾斜角度等が異なっている。現在、以下のような問題点が明らかとなり、原因の解明に取り組んでいる。正孔移動度を評価するためには、電気伝導率への正孔密度の寄与を評価する必要がある。キャリア密度は容量ー電圧測定より求めるが、その際、MOSFETがOFF状態の時の容量を基準として、ゲート電圧の増大に伴う容量の変化量から正孔密度を評価する。ところが、多くの試料でOFF時の容量が設計値から大きく外れていることが明らかとなった。原因として、OFF状態でゲート電圧を変化させた際に、チャネル部と測定回路の間の絶縁性が不完全であるために、測定回路から電子がチャネル部に供給されていることが考えられる。今後はこの問題を解決し、結晶成長条件と正孔移動度との関係を明らかにする。平成28年度の研究においては、p型トランジスタの作製と電気伝導特性・正孔移動度の評価を行った。p型トランジスタの作製自体には成功し、トランジスタとして概ね正常に動作していることが確認された。ただし、上記のようにOFF状態での容量特性に原因が未解明の現象が生じている。今年度はこの現象の原因解明と解決を図る。原因の解明に向けては、電子顕微鏡を用いた構造解析を進めているところである。また、解決策として、チャネル部と測定回路の間の絶縁性の向上を目指す。

これまでは歪み緩和SiGe層や歪みSi層にドーピングを行っていなかったが、今年度はチャネルーソース・ドレイン間のポテンシャルバリアを大きくするためにn型ドーピングを行うことを計画している。n型ドーピングは結晶成長中にSbを供給することで行う。現在、順調に実験の準備が進んでいる。本研究では、低コストで高正孔移動度を実現できる材料系として(110)面を表面に有する歪みシリコン(Si)の欠陥形成に関して知見を得、これを制御する方法を見出すことが主要な目標となっている。平成29年度の研究では、(i)結晶成長の進行過程における結晶モフォロジーの変化、(ii)熱処理による結晶モフォロジーの変化について研究を行った。(i)に関しては、これまでは実際のデバイス構造を想定して組成傾斜構造での結晶欠陥の形成過程について調べて来たが、基礎的な知見を得るため、様々な膜厚をもつ均一組成薄膜を形成し、観察を行った。従来の試料では、表面に[-112]方向に平行な凹凸が形成されていた。この凹凸はマイクロ双晶の間の空間に形成されていることが観察されているため、マイクロ双晶の形成後に発達すると考えられてきた。しかし、本研究の結果、マイクロ双晶の形成以前に既に類似の表面モフォロジーが形成されることが分かった。また、この構造は始めのうちは[-112]方向に平行ではなく、やや[-110]に近い方位に沿って形成されることも明らかとなった。(ii)に関しては、900°C以上の熱処理がSiGe層の歪み緩和率や結晶欠陥の形成に及ぼす影響を調べた。この結果、[001]方向の歪み緩和率は熱処理に対して安定で、歪み緩和を促進することは難しいことが分かった。一方[-110]方向の歪み緩和は結晶成長中には低く保たれるが、成膜後の熱処理によって歪み緩和が促進され易いことが分かった。また、結晶成長時の原料フラックスレートにより、その後の熱処理時の構造安定性が異なること、また、1000°Cでの長時間の熱処理を行うと、これまで見られなかった[001]方向に平行な転位が形成されることを見出した。今回得られた知見は、結晶成長条件やその後の熱処理で結晶欠陥の形成を制御しデバイス特性の向上を目指す上で極めて重要である。半導体集積回路の消費電力を抑えつつ更なる高性能化を実現するためには、高移動度材料の開発が必須である。低コストで高正孔移動度を実現できる材料系として、(110)面を表面に有するシリコン(Si)が注目され、高い実効正孔移動度が報告されてきた。更に移動度を向上させるためには格子歪みの導入が有効である。格子定数を変化させるためには何らかの形で結晶欠陥を導入する必要がある。本研究では、歪みSi/SiGe/Si(110)構造の結晶欠陥形成過程に関して研究を行い、室温で480 cm2/Vsという極めて高い実効正孔移動度を実現した。基板表面を(110)からずらすことで表面形状が大きく変わることが分かったため、傾斜角度を変化させて結晶成長を行うなど、昨年度の成果をベースに表面形状の最適化を図る。そのための基板を購入し、結晶成長の準備を進めているところである。
視床下部ー報酬系ー大脳辺縁系神経回路による摂食調節の解明と過食病態へのアプローチ

摂食は、主に視床下部で調節されているが、中脳辺縁系ドーパミン神経系の報酬系が関わっていることが示唆されている。そこで、マウスを用いて、正常食と高脂肪食群とで、絶食-再摂食による視床下部および報酬系での摂食調節因子および報酬系関連因子の遺伝子の発現変化を検討した。さらに、再摂食に及ぼすオピエート受容体アンタゴニストの作用を検討した。その結果、正常食群と比較して、高脂肪食群のマウスの視床下部での摂食調節神経ペプチドの遺伝子発現および側坐核と海馬での報酬系調節因子の遺伝子発現に変化が認められた。また、正常食群と比較して、高脂肪食摂取群ではオピエート受容体アンタゴニストに対する反応も異なっていた。摂食は、視床下部と、薬物依存による快楽刺激と共通した報酬系(中脳辺縁系ドーパミン神経系)によっても調節されていると予想されているが、その調節機構は明らかにされていない。そこで、肥満モデルマウスを用いて、その調節系の解析を行っている。さらに、中脳辺縁系ドーパミン神経系の活性化が報告されている絶食ー再摂食の実験系を用いて、視床下部と中脳辺縁系ドーパミン神経系の神経系の活動について検討を行っている。60%高脂肪食あるいは正常食を2週間摂取させたマウスを用いて、48時間絶食後に4時間の再摂食をさせ、絶食前、48時間絶食後、再摂食4時間後の視床下部と側坐核での炎症に関わる遺伝子発現を検討した。その結果、正常食マウスの48時間絶食後の視床下部では絶食前の視床下部と比較して、有意な炎症反応関連遺伝子の発現増加が認められ、その変化は4時間再摂食後まで持続していた。しかし、高脂肪食摂取マウスの視床下部では、炎症関連遺伝子の発現は48時間絶食後および再摂食4時間後に変化は認められなかった。また、側坐核での炎症関連遺伝子の発現は、正常食群マウスで48時間後に有意な上昇が認められ、再摂食4時間後には絶食前のレベルにまで減少した。しかし、高脂肪食摂取マウスの側坐核での炎症反応関連遺伝子の発現に変化は認められなかった。これらの事から、正常食摂取マウスと比較して、高脂肪食摂取マウスでは、視床下部および中脳辺縁系ドーパミン神経系の炎症反応が異なることが示唆された。摂食は薬物依存による快楽刺激と共通した報酬系(中脳辺縁系ドーパミン神経系)によっても調節されていると予測されるが、その調節機構は明らかにされていない。そこで、肥満モデルマウスを用いて、この調節系の解析を行っている。さらに、レプチンによる報酬系への作用についても、レプチン過剰発現(LepTg)マウスを用いて解析を行っている。高嗜好性食物である60%高脂肪食を2週間摂食させた食事性肥満モデルマウス(HFDマウス)を用いて解析を行った。現在までの結果は以下のとおりである。自由摂食時では、HFDマウスとコントロール食(CD)マウスとで差が認められなかったが、48時間絶食後の4時間再摂食量はCDマウスに比べ有意に増加していた。そこで、このマウスの過食メカニズムを解析する目的で、ホメオスタティックな調節を行う視床下部および報酬系を主に調節する側坐核のメラノコルチン、オピオイド、ドーパミンおよびグルタミン酸神経系関連因子のmRNA発現を検討した。その結果、自由摂食時では、CDマウスとHFDマウスの各mRNA発現パターンに明らかな差は認められなかったが、48時間絶食後および48時間絶食後4時間再摂食後では、CDマウスとHFDマウス間で、いずれの検討部位においてもこれらの遺伝子発現に有意な差が認められた。さらに、扁桃体、海馬、大脳皮質におけるグルタミン酸関連のmRNA発現を検討した。また、CDマウスとHFDマウスで、オピオイド受容体アンタゴニストの側脳室内投与による摂食抑制作用の反応の程度が有意に異なっていた。これらの結果から、正常食と比較して、2週間の高脂肪食摂取により脳内の報酬系に大きな変化が生じることが明らかになった。また、LepTgマウスの側座核では、報酬系に関連した転写活性因子の有意な発現減少が認められ、レプチンは報酬系を抑制する可能性を示唆している。摂食は、ホメオスタティック調節系である視床下部と、中脳辺縁系ドーパミン神経系の報酬系とで調節されていると考えられる。特に、高カロリー食およびスクロースはnatural rewardであり、報酬系に影響を及ぼして、その結果、高次中枢神経系からの摂食調節に影響を及ぼしていると考えられる。

そこで、正常オスマウスを用いて、スクロースと水を同時に与えるtwo-bottle sucrose preferencetestを行った。実験方法は、水と同時に、スクロースの濃度を0.125%、0.25%、0.5%、1%、2%、5%、10%、20%、30%、40%および50%と2日間おきに上昇させて、その後、6日間2本とも水に置き換えて、さらに、再度、水とスクロース(0.125%、0.25%:それぞれ2日間)を与えた。その結果、最初のスクロースを与えた時に、スクロースを識別できた濃度は0.25%で、その後、水の摂取は減少し、スクロースの摂取量が著明に増加し、スクロースの最大摂取濃度は10%であった。そして、6日間の水だけの摂取後、再度、水とスクロース0.125%を与えると、最初認識出来なかったこの濃度を有意に識別できた。また、0.25%のスクロース摂取も、初回時と比較して、有意に増加した。そこで、この反応に重要であると考えられている側坐核でのニコチン受容体サブユニットのα7 mRNAの発現変化を経時的に検討したところ、withdraw後のスクロースを再摂取させた時に、減少傾向が認められた。次に、ghrelin-KOマウスを用いて、同様の実験を行ったが、wild-typeマウスと比較して、著明な差は認められなかった。さらに、高脂肪食を摂取させたマウスの側坐核でのマイクログリアの活性化が認められた。以上の事から、神経とマイクログリアのクロストークが報酬系の調節にかかわっていると考えられる。神経薬理平成25年度より、代表研究者ならびに分担研究者が、それぞれ新しい大学に異動になり、新しいところで、再度、実験系を立ち上げる必要が出てきたため。申請者は、肥満で認められる過食は中脳辺縁系ドーパミン神経系(報酬系)の破綻によって生じるのではないか、さらに、その異常病態は、神経可塑性によって減量後も継続するため、容易にリバウンドするのではないかと考えている。これまでの検討により、12週間の高脂肪食負荷により、脳内の報酬系を含む摂食調節系に変化が生じていること、2絶食により、その変化が顕在化すること、が明らかになり、2週間という比較的短期間の高脂肪食摂取が、脳内の報酬系に大きな変化をもたらす可能性が示された。さらに、48時間絶食後の再摂食に及ぼすメラノコルチン受容体拮抗薬、オピオイド受容体拮抗薬およびグルタミン酸神経系受容体拮抗薬の脳室内投与を行い、再摂食量に対する作用を検討したところ、CDマウスとHFDマウスの反応に違いが認められた。また、レプチンが報酬系の抑制、つまりanti-reward systemとして中枢神経系に作用している可能性も示された。これまでの結果から、2週間の高脂肪食摂取で視床下部および側坐核での神経系の反応が異なることが示唆されたので、行動解析と関連脳部位の生化学的な解析とを行う予定である。(1)絶食-再摂食モデル、2-bottle sucrose preferencetest、conditionedplace preferencetestを用いて、行動解析を行う。(2)神経ペプチドおよび古典的神経伝達物質による調節機構を明らかにする。(3)学会発表および論文投稿費用。これまでの検討で得られた結果をもとに、機能解析、分子生物学的解析および代謝パラメーター解析などを加え、より包括的に解析し、肥満における報酬系の生理的意義を明らかにする。最終的に、これらの解析から、過食につながる報酬系の病態生理学的意義を明らかにし、新規抗肥満薬の創薬に繋がる基盤的情報を見出す。
アレロパシーの理解に向けた植物間コミュニケーションツール分子の開発

ユキヤナギのアレロケミカルの活性本体であるシス桂皮酸に弱い重力屈性阻害作用が見られたことから、シス桂皮酸誘導体合成化合物ライブラリーからいくつか幼根伸長阻害活性が低いものを選び出し、レタス幼根に対する重力屈性阻害試験に付したところ、(2Z,4E)フェニルプロパジエン酸で選択的な重力屈性阻害効果が見られた。本化合物はベンズアルデヒドに対してホーナーエモンズ反応の安藤変法を適用することで容易に合成することができた。この化合物に対して、2位および4位の立体異性体を各種合成し、さらにアルキルおよびアルキニル誘導体、カルボン酸部位にエステル、アミド、アルコールなどを置換した誘導体、またフェニル基に代えてアルキル基を導入した誘導体を有機合成し、レタス幼根の重力屈性阻害試験による構造活性相関研究を行い、2Z,4Eの立体化学が重要であること、カルボン酸とフェニル基が必須であることを明らかにした。なお、一部のエステルでも活性を保持した。これさらに活性を強める構造要素を有機合成により探索したところ、3位にアルキニル基を導入すると劇的に活性が向上することを見出した。一方、シス桂皮酸のメタ位に置換基を導入した化合物に化成が強まる傾向が見られたので、いくつかの誘導体を合成し重力屈性阻害試験に付したところ、3ーフェニルシス桂皮酸も極めて強いレタス幼根に対する重力屈性阻害効果を示すことを見出した。この化合物のベンゼン環上の置換誘導体を様々合成し、その結果、末端フェニル基のメタ位及びパラ位に置換基を導入しても活性が損なわれないことを見出した。以上の成果により化合物の作用機序解明のための分子プローブの合成指針が定まった。レタス幼根に対する強力な重力屈性阻害剤を見出し、構造活性相関を明らかにし、順調に研究は推移している。ただし他植物に対する試験研究はやや遅れている。合成した重力屈性阻害剤の分子プローブを分子設計し合成する。分子イメージングや標的生体分子の探索を目指す。なお、生物試験や生体分子の探索は研究協力者との共同研究で行う。
教員養成学部における数学、理科(物理、化学、生物、地学)教育内容の研究

社会問題化している"理科離れ"は小、中学校教師の"理科離れ"そして"理科実験指導上の不安"によるものである。昔から言われていたことではあるが、特に今回、平成4-6年度に改訂された新学習指導要領での理科教育は観察・実験を重視するよう要請されている。しかし、教師となるべき学生が小学校教師、中学校理科教師としての実験指導に大いに不安を感じていて、ほぼ半数の者が実験上における危険防止の知識を持ち合わせていないという(埼玉大学紀要、45、17-32(1997))。そこで、我々は既に止むに止まれず観察・実験重視の講義、授業を行ってきたが、改めてここに「教員養成学部における数学・理科(物理、化学、生物、地学)教育内容の研究」を実施することにした。平成7-9年度に行こなった本研究の概要(主に化学分野の成果)を以下に記す。(1)非理科専修生向けの「安全(化学系実験)教育」(日本科学教育学会研究会、平成10年4月4日、埼玉大学開催で発表予定)(2)理科専修生向けの「化学実験教育;化学実験I」、1、無機系統性分析(日本科学教育学会第21回年会で発表、茨城大学)、2、定量分析(容量分析Simulation, pH変化のCAIプログラムをN88BASICからVisual BASICへと改訂した)、3、コンピュータ支援実験(ノートパソコン方式/温度センサー、圧力センサーなどを用いた多様な実験;化学ソフトウェア学会1996研究討論会で発表、立教大学)(3)理科専修生、上級者向けの「化学実験教育;化学実験II」(化学実験IIは物理化学、無機化学、有機化学分野の実験を扱う)、を報告する。(1)非理科専修生向けの「安全(化学系実験)教育」を講義(理科概説)で代替するが、次の(2)の1、無機系統分析についての教育資料も使うことができる。(2)理科専修生向けの「化学実験I」の内容については少ないとはいえ、確実に実験を実体験してもらえる。それゆえ、可能なかぎり多くの実験の機会を与えるように努めている。(3)理科専修生向けの「化学実験II」の内容については、(2)よりも進んだ内容の実験体験を与える事が出来るようになっている。以上の詳細は改めて別添の冊子に報告する。新学習指導要領での理科(物理、化学、生物、地学)教育は観察、実験の重視が強調されているが、教師となるべき学生は小学校教師としての実験指導に大いに不安を感じ、はぼ半数の者が実験における危険防止の知識を持ち合わせていない(埼玉大学紀要、第45巻、(1996)印刷中)。我々は必然的に観察、実験重視の講義としての授業をすでに一部で開講しているが、これらを発展させる予定であり、さらに少人数向け(学科内)ではあるが、化学実験などでもノート型パソコンを用いて多様な実験を提供することも予定している。日本全国の教員養成学部での数学、理科教育の教育内容を明確にし検討し、これの完成を目的としてきた。化学は実験教科であるから、まず実験教育を進めることにした。本年度は、化学実験教育についてノート型パソコンを実験支援具に利用した実験教育の準備を開始した。プログラム、インターフェース、センサーの開発が必要であるが、まず各種センサーの開発に着手した。すでに、本研究代表者などが家庭用コンピュータ(ファミコン)を化学系実験支援具にするときに開発したものを、容易に本研究に活用できたのでそれらを改良できた。高頻度に使える(1)温度センサー、気体の状態方程式が検証できる(2)圧力センサー、電気分解実験に必要な(3)電流センサー、(4) pHセンサー、(5)電圧センサー、(6)湿度センサーなどが開発できた。次いで、実験の事前教育、あるいは簡単な実験はCAI(練習実験を中心に)で行う予定。その実験内容は主に無機イオン反応として定性系統分析と定量分析がある。さらに小中学校教育を考慮してノート型パソコンによる実験の導入も考えている。数学分野、生物分野、地学分野については、次年度以降に報告する。(1)非理科専修生向けの「安全(化学系実験)教育」(日本科学教育学会研究会、平成10年4月4日、埼玉大学開催で発表予定)(2)理科専修生向けの「化学実験教育;化学実験I」、1、無機系統性分析(日本科学教育学会第21回年会で発表、茨城大学)、2、定量分析(容量分析Simulation, pH変化のCAIプログラムをN88BASICからVisual BASICへと改訂した)、3、コンピュータ支援実験(ノートパソコン方式/温度センサー、圧力センサーなどを用いた多様な実験;

化学ソフトウェア学会1996研究討論会で発表、立教大学)(3)理科専修生、上級者向けの「化学実験教育;化学実験II」(化学実験IIは物理化学、無機化学、有機化学分野の実験を扱う)、を報告する。(1)非理科専修生向けの「安全(化学系実験)教育」を講義(理科概説)で代替するが、次の(2)の1、無機系統分析についての教育資料も使うことができる。(2)理科専修生向けの「化学実験I」の内容については少ないとはいえ、確実に実験を実体験してもらえる。それゆえ、可能なかぎり多くの実験の機会を与えるように努めている。(3)理科専修生向けの「化学実験II」の内容については、(2)よりも進んだ内容の実験体験を与える事が出来るようになっている。以上の詳細は改めて別添の冊子に報告する。“理科離れ"は小・中学校教師の“理科実験指導離れ"でもある。新学習指導要領での理科教育は観察・実験の重視が強調されている。しかし、教師となるべき学生が小学校教師、中学校理科教師としての実験指導に大いに不安を感じていて、ほぼ半数の者が実験における危険防止の知識を持ち合わせていない(埼玉大学紀要、45(1),1732(1997))という。そこで、我々は必然的に観察・実験重視の講義、授業を行ってきた。この研究の第2年目(平成8年度)の成果を以下に記す。(I)簡便なカラーチップの作成、すなわち無機陽イオンの系統定性分析(実験実施)における各種無機イオン(水溶液)や沈でんの色のカラーチップ(東洋インク、大日本インク、河出書房新社)による確定。これを補助教材として印刷配布する。(II)(I)のカラーチップをコンピュータ画像に取り込むためにRGB値を確定。これは(1)無機系統定性分析(コンピュータ上のシミュレーション、CAI)の改訂版(Windows95)に使う。(2)さらに定量分析、滴定実験など(pH変化の描画)にも使える。(III)ノート型パソコン(実験支援具)、10台による理科実験授業の試行(日本ソフトウェア学会'96研究討論会発表済み、立教大Oct.,26,1996)。(1)筑波大学坂戸高校における試行の評価、(2)埼玉大学教育学部中学校課程における試行の評価、(3)埼玉大学教育学部小学校課程における試行の評価、のいずれについてもアンケート調査の実施、などを挙げることができる。(I)についてはまだ印刷化はできていないが、早急に行う。(II)については(1)ほとんど終了の段階である。(III)については(1)、(2)は実施済みであり、(3)は平成9年度に試行予定である。以上の研究は実験の事前教育、練習実験あるいは補講実験についても有効である。平成9年度には小学校理科B区分、中学校理科第一分野以外の成果も報告できる予定である。最近の学習指導要領の改訂で理科教育は観察・実験を重視するように要請されている。しかし、教師となるべき学生が小学校教師、中学校理科教師としての実験指導に大いに不安を感じていて、ほぼ半数の者が実験における危険防止の知識を持ち合わせていないという(埼玉大学紀要、45,17-32(1997))。
植物毛状根培養における酸素物質移動の解析と新規バイオリアクターの構築

本研究では,毛状根増殖に適した新規バイオリアクターの開発を目的とし,培地循環型バイオリアクターを用い,種々の液流速下でレッドビ-ト毛状根を培養し,以下の知見を得た.1.培地循環型バイオリアクターは,培養液中に酸素を溶存させる酸素富化槽と毛状根が培養液から酸素を摂取し増殖する増殖カラムから成り,増殖カラムへ培養液をポンプで循環させることで酸素供給を行う.本リアクターを用いカラム内のバルク流速を種々変化させ培養を行ったところ,流速の増加に伴い細胞増殖速度が向上し,しかし,ある一定流速以上では逆に低下し,極大値を持つことがわかった.また,増殖カラム内ので入口での酸素収支式より,液流速が低い範囲では,培養液(液)-毛状根(固)間に存在する境膜抵抗が律速となり,酸素移動を支配していることがわかった.一方,カラム出入口のおける圧力損失を測定したところ,液流速の増加に伴い細胞にかかる圧力損失が上昇することがわかり,液流速が高いところでは,液流れによる細胞表面での剪断応力等のストレスの増加により増殖が阻害されると考えられた.2.培地循環型バイオリアクターを用い,上記実験から求められた最適な流速で高密度培養を行った際,増殖カラム内において毛状根の酸素摂取により溶存酸素(DO)の濃度勾配が生じ,培養液出口付近では溶存酸素が低くなり,細胞増殖の低下がみられた.そこで,液流れに垂直方向の断面積を大きくし,毛状根との接触する流路距離を短くしたラジアルフロー型バイオリアクターが,適当であると考えられた.増殖カラムとしてこのリアクターを用い毛状根の培養を行ったところ,従来の単通型カラムと比べ,1.3倍の増殖量の向上がみられた.また,高密度培養時においても出口DO濃度を常に高い値で維持することができ,本リアクターの有効性を示すことができた.本研究では,毛状根増殖に適した新規バイオリアクターの開発を目的とし,培地循環型バイオリアクターを用い,種々の液流速下でレッドビ-ト毛状根を培養し,以下の知見を得た.1.培地循環型バイオリアクターは,培養液中に酸素を溶存させる酸素富化槽と毛状根が培養液から酸素を摂取し増殖する増殖カラムから成り,増殖カラムへ培養液をポンプで循環させることで酸素供給を行う.本リアクターを用いカラム内のバルク流速を種々変化させ培養を行ったところ,流速の増加に伴い細胞増殖速度が向上し,しかし,ある一定流速以上では逆に低下し,極大値を持つことがわかった.また,増殖カラム内ので入口での酸素収支式より,液流速が低い範囲では,培養液(液)-毛状根(固)間に存在する境膜抵抗が律速となり,酸素移動を支配していることがわかった.一方,カラム出入口のおける圧力損失を測定したところ,液流速の増加に伴い細胞にかかる圧力損失が上昇することがわかり,液流速が高いところでは,液流れによる細胞表面での剪断応力等のストレスの増加により増殖が阻害されると考えられた.2.培地循環型バイオリアクターを用い,上記実験から求められた最適な流速で高密度培養を行った際,増殖カラム内において毛状根の酸素摂取により溶存酸素(DO)の濃度勾配が生じ,培養液出口付近では溶存酸素が低くなり,細胞増殖の低下がみられた.そこで,液流れに垂直方向の断面積を大きくし,毛状根との接触する流路距離を短くしたラジアルフロー型バイオリアクターが,適当であると考えられた.増殖カラムとしてこのリアクターを用い毛状根の培養を行ったところ,従来の単通型カラムと比べ,1.3倍の増殖量の向上がみられた.また,高密度培養時においても出口DO濃度を常に高い値で維持することができ,本リアクターの有効性を示すことができた.
翻訳後修飾因子の翻訳後修飾：リン酸化ユビキチンの細胞内機能の解析

助成対象者(松田憲之)は、平27年から平28年に「翻訳後修飾因子の翻訳後修飾:リン酸化ユビキチンの細胞内機能の解析」という課題名で、PINK1とParkinが協調して異常ミトコンドリアをユビキチン化し、細胞内から除去する仕組みを解析した。助成期間(平2728年)中に、Sランク論文を1報(JCB (2015))、Aランク論文を3報(JCS (2015)、JBC (2015), JBC (2016))、Aランク総説を1報(EMBO Reports (2016))発表した。まず助成期間中に、損傷ミトコンドリアにParkinを移行させる“受容体"の実体解明を行なった。PINK1キナーゼの基質がユビキチンであることを手がかりとして、リン酸化ユビキチンとリン酸化Parkinの相互作用を検討したが、両者の結合は非常に弱かった。そこで、リン酸化ユビキチン鎖がParkinと結合する可能性を検証した。ミトコンドリア局在シグナルとタンデムユビキチンを融合(Mt-4Ub)し、PINK1欠損細胞内でParkinと共発現を行なった。Mt-4UbとParkinの両者がリン酸化模倣変異を有する時に限り、PINK1やミトコンドリア膜電位の低下と無関係に、Parkinはミトコンドリアに局在化した。さらに試験管内でリン酸化ユビキチン鎖とリン酸化Parkinの直接的な結合を示した。一連の結果から、助成対象者(松田憲之)はリン酸化ユビキチン鎖が“Parkin受容体"であると結論した。さらに、立教大学の岡教授との共同研究として「PINK1/Parkin系の発動が細胞死を引き起こすメカニズム」を解析するとともに、共著者として「PINK1とParkinが異常ミトコンドリアをユビキチン化して細胞内から除去する仕組み」を俯瞰する総説の記載をサポートした。28年度が最終年度であるため、記入しない。助成対象者(松田憲之)は、PINK1とParkinが異常ミトコンドリアをユビキチン化し、細胞内から除去する仕組みを解析してきた。本年度に助成対象者が研究対象にしたのが、損傷ミトコンドリアにParkinを移行させる“受容体"の実体解明である。これまでにも「Parkin受容体を同定した」とする複数の論文が報告されていたが、いずれも実験結果との矛盾があり、助成対象者はその結論に懐疑的であった。細胞内でユビキチンは単体(モノユビキチン)だけでなく、複数の分子が連なったユビキチン鎖としても存在する。リン酸化ユビキチンがリン酸化Parkinを活性化するという事実から両者の相互作用が示唆されるが、単体のリン酸化ユビキチンとParkinの結合は非常に弱かった。まず、細胞内や試験管内でユビキチン鎖もPINK1によってリン酸化されることを示した。次に、このリン酸化ユビキチン鎖がParkinの局在変化に関与するかどうかを検証するために、ミトコンドリア局在シグナルとタンデムユビキチンを融合(Mt-4Ub)し、PINK1欠損細胞内でParkinと共発現を行なった。より生理的なリン酸化ユビキチン鎖(K63 linkageリン酸化ユビキチン鎖)をリソソーム上に形成させた場合にも、Parkinをリソソームに局在化できることが明らかとなった。一連の結果から、助成対象者(松田憲之)は、リン酸化ユビキチン鎖が“Parkin受容体"であると結論した。ParkinとPINK1とユビキチンの3者が協調して、どのようにしてミトコンドリアの品質を管理・維持しているのかについて、その仕組みが「翻訳後修飾因子(ユビキチン)の翻訳後修飾(リン酸化)」という、研究課題通りの文脈で明らかになりつつある。リン酸化されたユビキチンの鎖がParkin受容体であることを見出すことにも成功し、研究はおおむね順調に推移している。

ミトコンドリア局在シグナルとタンデムユビキチンを融合(Mt-4Ub)し、PINK1欠損細胞内でParkinと共発現を行なった。Mt-4UbとParkinの両者がリン酸化模倣変異を有する時に限り、PINK1やミトコンドリア膜電位の低下と無関係に、Parkinはミトコンドリアに局在化した。さらに試験管内でリン酸化ユビキチン鎖とリン酸化Parkinの直接的な結合を示した。一連の結果から、助成対象者(松田憲之)はリン酸化ユビキチン鎖が“Parkin受容体"であると結論した。さらに、立教大学の岡教授との共同研究として「PINK1/Parkin系の発動が細胞死を引き起こすメカニズム」を解析するとともに、共著者として「PINK1とParkinが異常ミトコンドリアをユビキチン化して細胞内から除去する仕組み」を俯瞰する総説の記載をサポートした。翻訳後修飾因子(ユビキチン)の翻訳後修飾(リン酸化)の意味に関して、Parkinとの結合に対して果たす役割を中心に、引き続き未解明点の解明を進める。また、リン酸化ユビキチンとParkinに加えて、E2あるいはリン酸化ユビキチンとチオエステル結合したE2も役者として検討に加えることで、生理的な意味でのさらなる機能解明を目指す。28年度が最終年度であるため、記入しない。