hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
数理計画法のアルゴリズムとその工学上の諸問題への応用に関する研究

1.線形計画法と2次計画法における内点法の研究は、小島、水野らによって活発に進められ、89年度に合計5編の論文が完成した。これらの結果は、この種の解法の中で理論上最も効率の良いものであるが、現在その実用性について検討中である。2.理財工学における最適化法に関しては、今野が区分的に線形なリスク関数を用いたポ-トフォリオ・モデルの実用化を図った。この結果、区分的線形モデルが、主として計算量の面でマ-コビッツ・モデルの大幅な改良になっていることが確認された。3.非凸型問題の大域的最適解を求める研究については、2次計画問題を中心に予想を遙かに上廻る大きな成果が得られた。すなわち線形乗法計画問題やその延長線上にある様々な非凸型問題に対して、パラメトリック単体法が極めて有効に働くことを発見したのがそれである。これらの結果は89年度中に3編の論文としてまとめられ、それぞれ専門誌に投稿済みである。さらに最近このパラメトリック解法は双線形計画問題にも適用可能であることが示された。これらの問題はいずれも広い応用を持ちながらも、これまで現実的な意味では解けないとされてきたものであり、これらが、“容易に"解けるようになったことの意義は極めて大きいものと考えられる。4.確率的最適制御問題に関しては、白川が中心となって、価格がポアッソン・ディフュ-ジョン・プロセスに従う資産の組合わせによる最適ポ-トフォリオ・配当問題の解を求めることに成功した。またオプション評価理論においてもいくつかの新しい成果が得られている。(1)線形計画法と2次計画法における内点法の研究(小島、水野)主・双対内点法の収束特性に関する吟味を行ったほか、非線形相補性問題に対する内点法の研究を行なった。(2)理財工学における最適化法の研究(今野、白川)マ-コビッツのMVモデルを改良版であるMADモデルをより一般化したMADSモデルを開発し、その特性を検討した。このモデルの新しいところは、収益率分布の3次のモ-メント(歪度)の定量的取扱いを可能にしたことである。歪度最大化問題は長らく“解けない"問題とされてきたが、我々は下半歪度とMADリスクの概念を用いることにより問題を線形計画問題として定式化し、これによって大規模問題が現実的な意味で“解ける"ことを実証した。また、多期間ポ-トフォリオ・配当最適化問題を分析する一般的枠組みの構成を行うとともに、これらを解くためのアルゴリズムの開発を行った。これによって従来よりも複雑かつ大規模な問題を解くことが可能となった。(3)非凸型最適化問題の大域的最適解を求めるアルゴリズムの研究(今野、久野)昨年に引き続き、数種類の非凸型最小化問題の効率的解法の開発に成功した。具体的には、ランク2およびランク3の双線形計画問題、凸乗法計画問題、2つの分数問題の積の最小化問題、p個の凸関数の積の最小化問題、非凸型のコスト関数をもつロット・サイズ問題、凸乗法制約式の下での凸関数最小化問題などに対する効率的な解法を提案した。これらの問題はポ-トフォリオ最適化、LSI設計、計算幾何学等の分野に広い応用をもつ非凸型問題であり、これらの問題が実用的に解けることは、工学上大きな意味をもつものと思われる。
エネルギー集中による微小液柱形成を利用した三次元ナノアセンブリング

本研究では、ナノ粒子を含む分散液表面に超音波エネルギーを集中させることにより、液表面に微小液柱を形成させて、その先端を「ペン先」として基板表面に走査することで、ナノ粒子集合体から構成される構造体を創製することを目的とする。ナノ粒子の有する融点降下を利用して、これを低温で加熱することにより、所望のナノ構造体を作製することを試みる。この方法を用いると、ノズルを用いずに液柱という「ペン」を用いて基板表面の二次元方向に任意のナノ構造体を作製できる。さらに、多数の容器を準備し、それぞれに異なるナノ粒子分散液を調製するとともに、超音波を各容器に照射することにより、構造体の組成を二次元、あるいは三次元方向へ自由に変えることが可能になる。その結果、従来にない様々な複合構造の微細パターンが実現できるものと期待される。以上の研究目的を達成するための基礎実験として、平成19年度は、平成18年度に試作した実験装置「三次元ナノアセンブリ装置」を用いて、超音波照射が液表面の微小液柱形成に及ぼす影響について検討を行った。その結果、超音波照射の強度を上げると、液表面に液柱を形成できずに表面から微小液滴が発生し、それが基板表面に向けて飛翔することにより、基板上に構造体が形成された。一方、超音波の強度を適度に調整することにより、液表面に微小液滴を形成することができた。さらに、この微小液柱を基板表面に走査することで構造体の形成を試みたところ、基板表面の濡れ性が微小液柱による構造体の形成に大きく影響することが分かった。なお、本研究の実施においては、研究代表者として内藤牧男が、微小液柱による基板表面への構造体形成に関する基礎実験と解析を行った。また、研究分担者として野城清が、基板の界面特性に関する評価を行った。本研究では、ナノ粒子を含む分散液表面に超音波エネルギを集中させることにより、液表面に微小液柱を形成させて、その先端をペン先として基板表面を走査することにより、ナノ粒子集合体から形成される構造体を創製するとともに、ナノ粒子の有する融点降下を利用して、これを低温で加熱することにより、所望のナノ構造体を創製することを目的としている。そこで平成18年度は、ナノ粒子を含む分散液容器、超音波発振部、波形発生器からなる液柱形成装置と、基板固定部、観察用のCCDカメラからなるシステムの設計を行なうとともに、その試作を行った。分散液容器は、ナノ粒子を分散させた溶媒が使用可能なものとした。また、超音波の波形と出力を検出できるようにすることで、これらの因子が液柱形成に及ぼす影響を検討できるようにした。さらに、液体容器と超音波振動子との間の伝達媒体、分散液容器の材質による超音波インピーダンスミスマッチングなどが液柱形成に及ぼす影響についても実験可能な装置構造とした。この装置を用いて、分散液として汎用されているシリカナノ粒子の水系分散液を用い、粒子サイズ、固体濃度、ゼータ電位などの特性が形成される液柱構造に及ぼす影響を検討することにより、液中の先端が微細で安定して存在する条件の探索を試みた。その結果、それぞれの因子が、液柱の形状と安定性に及ぼす影響を定性的に明らかにした。なお、本研究の実施に当たっては、研究代表者の内藤牧男が装置の設計、試作を行うとともに、基礎的な液柱形成に関する実験を行った。また、野城清が研究分担者として、基板の表面特性に関する評価を行なった。
遺伝性網膜変性疾患の分子遺伝学的研究

我々は、遺伝性網膜変性疾患の患者に対して既報告の原因遺伝子を用いてスクリーニングを行い、遺伝子異常と臨床像との関連について研究してきた。遺伝子異常を確認した症例については、発症年齢、病気の進行速度、眼科的検査所見を詳細に検討し、日本人患者における臨床的特徴を把握するよう研究を行い、その結果を学会発表及び論文報告として患者に還元出来るよう努めてきた。今回の1年間では、日本人常染色体優性網膜色素変性おけるCA4遺伝子変異解析の結果を検討した。その結果、常染色体優性網膜色素変性144家系中、1家系にAsn177Lys変異、1家系にArg279His変異をヘテロ接合体で認めた。今回変異を確認したコドン177、279のいずれもhomology検索にて保存されており、病気の原因となる遺伝子異常と考えられた。また臨床像は1症例は重症であるのに対し、もう一方の症例は非常に軽症であり、臨床像の多様性を認めた。今回我々の検索によりCA4遺伝子変異を日本人ADRPの1.4%に認め日本人ADRPの原因にはなりうるが頻度はかなり低いと考えられた。次に、東北大学における遺伝性網膜変性疾患の遺伝子解析結果のまとめを行った。その結果、網膜色素変性は遺伝的異質性に富むため、遺伝子変異から臨床像を、臨床像から遺伝子変異を決定する事は困難であった。逆にコロイデレミア、眼底白点症、網膜分離症、クリスタリン網膜症、小口病は遺伝子解析により遺伝子変異をほぼ100%に確認できるため、遺伝子診断の有用性が確認された。我々は、継続して遺伝性網膜変性疾患患者に対する原因遺伝子変異スクリーニングを行っており、それに加えて外来診療においては患者の臨床像の検討を行っている。その結果を学会発表し、かつ論文として報告している。今回の1年間では、網膜電位図において陰性b波を示す常染色体優性錐体桿体ジストロフィ患者にCRX遺伝子異常を確認し、13年間の臨床経過について検討を行った。その結果、網膜電位図で陰性b波を示す錐体桿体ジストロフィの症例は、CRX遺伝子変異をもつ確立が高い事が分かった。また、今回の症例を含め、当科においてCRX遺伝子変異が確認された4家系を検討した結果、40台で発症して50台で急速な進行を示す傾向が認められた。さらに、コロイデレミアの2家系に対してCHM遺伝子変異のスクリーニングを施行し、それぞれに402delT変異と555-556delAG変異を確認した。この疾患はX染色体劣性遺伝形式を示し、80%以上の確立でCHM遺伝子異常が確認されるものであり、遺伝子診断の有用性が再確認された。それにより臨床面では患者に対して遺伝形式や今後の進行について等の遺伝カウンセリングが可能であった。
ニューラルネットツリーに基づく学習と理解

機械学習において、記号的モデルと非(サブ)記号的モデルがある。記号的モデルは理解しやすい利点がある反面、環境の変化に適応しにくい欠点がある。一方で、非記号的モデルは、学習によって上手く環境に適応できるが、ブラックボックスであるため、理解しにくい欠点がある。本研究では、ニューラルネット(NN)と決定木(DT)を結合することによって、学習と理解を同時に行えるかについて検討する。本研究に利用されるモデルはニューラルネットツリー(NNTree)である。このモデルを利用する際に、構築コストは高く、学習結果はそのまま理解しにくいなどの問題点がある。17年度では、まず、構築コストを低減するために、各中間ノードにあるNNの学習方法をいままでに使われてきた進化的学習から教師あり学習に変えた。ここでポイントとなるのは、教師信号を与えるHeuristicな方法である。この方法を基に、NNTree構築の高速化に成功した。次に、NNTreeの理解しやすさを高めるために、中間ノードに使われているテスト関数をNNから最近傍識別器(NNC)に変えた。この変更によって得られた多変数決定木のことをNNC-Treeという。NNCのプロトタイプを「前例」として考えれば、NNCはそのままわかりやすいルールとなる。NNC-Treeを構築するために、本研究者が以前提案したR^4-ruleを使う。この方法は、精度が高く、コンパクトで理解しやすいNNC-Treeが構築できる。18年度の主な貢献としては、NNC-Treeの構築をより効率的に行うための「注意学習法」と「次元圧縮法」を提案した。注意学習法は、各中間ノードにおいて、NNCの学習に使われる訓練データの中で、学習しにくいものに注意を払い、学習しやすいものをできるだけスキップする方法である。これにより、性能を保ちつつ、構築時間を8割以上減らすことが出来た。この方法は、データが多いときに有効である。次元圧縮法は、主成分分析法(PCA)などを利用して、問題空間を高い次元から低い次元に圧縮してから木を構築する方法である。この方法は、もとの問題空間が非常に大きい場合(例えば、画像認識など)に有効である。今後の課題としては、不完全データが与えられたとき、また特徴の重要性とコストを考慮するとき、NNC-Treeの効率的構築法を検討したい。構築結果の解釈と可視化についても検討していきたい。本研究においては以下の3つの目標を挙げている:・変わる環境において、実時間で与えられるデータを基に、システムの性能を安定的に向上させ、効果的且つ効率的学習アルゴリズムを提案したい。・NNTreeの構造を生かし、学習で得られた知識を、人間にも理解しやすい形で提供したい。・以上の意味での学習と理解を同時に行う方法を提案したい。今年度は、以下のことについて検討し、ある程度成果を収めた:以上の研究でわかったことは次の通りである。(1)NNTreeを利用して実時間で学習することは可能であるが、安定的且つ効率的に学習するためにはさらなる研究が必要である。(2)中間ノードには、通常の階層型ニューラルネット(MLP)を利用すると、学習はできるが、学習結果を実時間で解釈することは難しい。

MLPの代わりに、最近傍識別器(NNC)を利用することを提案した。実際、NNC-Treeは、通常の決定木より遥かに小さく、対応するIf-Thenルールがわかりやすいなどの特長がある。また、学習ベクトル量子化(LVQ)を利用すれば、NNCの実時間学習もできるので、NNC-Treeは学習と理解が同時にできるのではないかと考えられる。3)サポートベクトルマシン(SVM)をツリー構造にすると、従来one-against-oneという手法がある。これで構築したSVM-Treeは、NNTreeよりも性能がよい。しかし、SVM-Treeの規模が大きく、NNTreeよりも解釈しにくい欠点がある。次年度では、NNC-Treeの実時間学習について重点的に検討したい。機械学習において、記号的モデルと非(サブ)記号的モデルがある。記号的モデルは理解しやすい利点がある反面、環境の変化に適応しにくい欠点がある。一方で、非記号的モデルは、学習によって上手く環境に適応できるが、ブラックボックスであるため、理解しにくい欠点がある。本研究では、ニューラルネット(NN)と決定木(DT)を結合することによって、学習と理解を同時に行えるかについて検討する。本研究に利用されるモデルはニューラルネットツリー(NNTree)である。このモデルを利用する際に、構築コストは高く、学習結果はそのまま理解しにくいなどの問題点がある。17年度では、まず、構築コストを低減するために、各中間ノードにあるNNの学習方法をいままでに使われてきた進化的学習から教師あり学習に変えた。ここでポイントとなるのは、教師信号を与えるHeuristicな方法である。この方法を基に、NNTree構築の高速化に成功した。次に、NNTreeの理解しやすさを高めるために、中間ノードに使われているテスト関数をNNから最近傍識別器(NNC)に変えた。この変更によって得られた多変数決定木のことをNNC-Treeという。NNCのプロトタイプを「前例」として考えれば、NNCはそのままわかりやすいルールとなる。NNC-Treeを構築するために、本研究者が以前提案したR^4-ruleを使う。この方法は、精度が高く、コンパクトで理解しやすいNNC-Treeが構築できる。18年度の主な貢献としては、NNC-Treeの構築をより効率的に行うための「注意学習法」と「次元圧縮法」を提案した。注意学習法は、各中間ノードにおいて、NNCの学習に使われる訓練データの中で、学習しにくいものに注意を払い、学習しやすいものをできるだけスキップする方法である。これにより、性能を保ちつつ、構築時間を8割以上減らすことが出来た。この方法は、データが多いときに有効である。次元圧縮法は、主成分分析法(PCA)などを利用して、問題空間を高い次元から低い次元に圧縮してから木を構築する方法である。この方法は、もとの問題空間が非常に大きい場合(例えば、画像認識など)に有効である。
東南アジア大陸部におけるモン族の生業活動の歴史的動態

本研究は、東南アジア大陸部の山地農村に生活するモンの人々を対象にして、彼らの生業活動の歴史的動態とその要因を、具体的な現地調査に基づいた事例から検討することを目的としている。今年度は3年間の研究期間の3年目にあたるため、補足の現地調査(2012年12月)のほかは、成果のとりまとめを中心に研究を実施した。本研究では特に、1)現在の生業活動の多様性の程度の評価、2)現在進行中の生業活動のミクロな動態の評価、の2つに焦点をおいて、以下のように研究成果をとりまとめた。2点目は、これまでの研究蓄積を生かしつつ、モンの家畜飼育の継続性について検討した。この研究成果は、日本文化人類学会第46回研究大会(2012年6月)で報告したほか、関連する成果を雑誌論文として発表した。本研究における、生業活動の域内多様度と継続性を明らかにする上記2点の試みは、研究目的とするモンの生業活動の歴史的動態を検討するために必要な基礎的知見を提供するものである。また、集団内あるいは集団間にみられる生業の時空間差異の評価に拠る「生業の環境史」研究を、今後進める手がかりを提供する作業と位置づけられる。本研究は、東南アジア大陸部におけるモンの人々を対象にして、彼らの生業活動の時間的変化とその要因を分析することを目的としている。本年度は、3年間の研究期間の初年度にあたり、研究実施計画に沿って、フィールドでの現地調査を中心とした次のような活動を実施した。まず、現地調査および資料収集を、2010年89月(タイ北部・ラオス北部)と2011年13月(タイ北部)の2度実施した。調査期間中は、とくに、タイ北部ナーン県において集中的な村落調査を実施した。ナーン県内にはモンの村落が29ヶ村あるとされるが、本年度はこのうち13ヶ村を訪問し調査を行った。これにより、ナーン県内における村落レベルでのモンの生業活動の差異、および各村落における氏族集団別の移住履歴の概要を把握しつつある。この調査方法によるデータの収集は、本研究の目的を達成し、モンの生業活動の村落レベルでの域内多様度、またその多様度を形成した時間的変化を検討するうえで欠かせない。この点については、次年度においても継続調査を行い、最終年度に成果をとりまとめる。また、このようなタイ北部の事例を相対化させる目的で、ラオス北部における広域調査を、研究従事機関の受入れ教員である高井教授と共に2010年8月に行った。上記のような本年度の現地調査に基づく研究成果の一部は、「生業活動の継続度に関する一考察タイ北部の山村における豚飼養の事例」と題して、日本地理学会2011年春季学術大会において報告した。この研究成果の詳細は、次年度に雑誌論文として投稿する予定である。本研究は、東南アジア大陸部におけるモンの人々を対象にして、彼らの生業活動の歴史的動態とその要因を分析・考察することを目的としている。本年度は、3年間の研究期間の2年目にあたり、研究実施計画に沿ってフィールドでの現地調査を中心に、次のような研究活動を実施した。まず、現地調査および資料収集をタイにおいて、2011年9月と2012年2月にそれぞれ1ヶ月間実施した。2度の調査期間中は、とくに、タイ北部のナーン県において集中的な村落調査を実施した。タイ政府の報告書によると、ナーン県内にはモンの村落が29ケ村あるとされる(Government of Thailand and UNICEF 2002)。前年度に調査を行った13ケ村に加えて、本年度はさらに13ケ村を訪問し、合計で26ケ村の調査を完了した。この調査では、モンの生業活動についての村落レベルの差異、および各村落における移住履歴などを主に把握した。そして、同時にナーン県にあるモン村落は全部で26ケ村であり、タイ政府報告書の記載の不備を確認した(他民族の村落がモン村落として記載されていた)。以上のようなフィールドでの現地調査に基づいて、帰国後、データの整理を行い、研究成果の中間報告を2012年3月に日本地理学会春季学術大会で行った。この中間報告では、一定地域内における多様性の程度を示す概念として「域内多様度」を用いて、モンの生業活動の実態を村落レベルで検討した。この作業は、本研究の目的である、モンの生業活動の歴史的動態を考察するために欠かせない、現在の生業活動の多様性の程度を知るための基礎的な作業と位置づけられる。

本研究における、生業活動の域内多様度と継続性を明らかにする上記2点の試みは、研究目的とするモンの生業活動の歴史的動態を検討するために必要な基礎的知見を提供するものである。また、集団内あるいは集団間にみられる生業の時空間差異の評価に拠る「生業の環境史」研究を、今後進める手がかりを提供する作業と位置づけられる。研究の目的を達成するために必要なフィールドでの現地調査をおおよそ完了させており、次年度にデータ整理をさらに進め、補足調査を行うことにより研究の目的が達成可能と考えられる為。次年度は最終年度として、研究の成果をとりまとめる。とくに、域内村落悉皆調査に基づいた、モンの生業活動の「域内多様度」について、その時間変化を含めて検討し、雑誌投稿論文として仕上げる。また論文執筆とあわせて、2012年6月に日本文化人類学会第46回研究大会で成果報告をする。
成長速度の異なるニワトリにおけるインシュリン様増殖因子Iの遺伝子発現

ニワトリの成長速度は、鶏種の違いにより大きく異なり、その原因に血漿中IGF-I濃度の違いが関与していると考えられる。しかしながら、成長速度の異なるニワトリにおいて、血漿中IGF-I濃度を直接制御している要因の一つと考えられるIGF-I遺伝子発現について調査した研究は見当たらない。本研究では、孵化前のニワトリ胚における各組織中のIGF-I遺伝子発現と組織の成長速度との関係を肉用鶏と卵用鶏の間、ならびに正常鶏と矮性鶏との間で比較することを目的とした。肉用鶏、卵用鶏ならびに矮性鶏の卵を用いて、孵卵開始7、14および20日目に胚から眼、脳、心臓、肝臓および筋肉を採取し、Ribonuclease protectionassayによりIGF-I mRNAを定量した。眼におけるIGF-I mRNA量は孵卵7日から14日にかけて増加し、その後20日目にかけて減少した。脳におけるIGF-I mRNA量は孵卵7日から14日にかけて増加し、その後20日目にかけて変化しなかった。孵卵20日間にわたって心臓ではIGF-I mRNAは検出されなかった。肝臓におけるIGF-I mRNAは孵卵7日目では検出されず、孵卵14日目から20日目にかめて増加した。眼、脳、心臓および肝臓におけるIGF-I mRNA量の変化に鶏種の違いによる影響は認められなかった。筋肉におけるIGF-I mRNA量は、孵卵14日目から20日目にかけて減少した。肉用鶏の筋肉におけるIGF-I mRNA量は、他の鶏種の筋肉におけるIGF-I量より少なかった。ニワトリ胚の眼、脳および肝臓におけるIGF-I mRNAレベルと重量の間に有意な正の相関が認められ、これら組織の発達にIGF-Iが関与している可能性が示唆された。
超高感度テラヘルツバイオチップの開発

本研究では、テラヘルツ(THz)波による超高感度・微量検査のためのTHzバイオチップの提案と開発を行った。チップ材料として非線形光学結晶を利用し、フェムト秒光パルスの集光によって生じる局所THz波光源とマイクロ流路内溶液を直接相互作用させることでTHz波による微量分析を行うチップで、流路構造やメタアトム(メタマテリアルの基本素子)構造の最適化を行いながらその性能を評価した。その結果、このような局所THz波光源でメタアトムを励起すると、数個のメタアトムからでも十分な共振応答を得ることができることからコンパクトな構成にできる上、メタアトムの構造非対称性を利用することで実量100ピコリットル中の溶液の濃度を最大フェムトモルオーダーの感度で検出できていることが確認できた。これは、本システムがコンパクトかつディスポーザルなTHzチップとして利用できる可能性を示すものであり、将来的に極微量の血液検査などの医療応用に道を開くものである。また、THz波は水の吸収が強いことで知られているが、これによるTHz波信号強度減衰を低減させた反射THzシステムの開発も行った。この反射型THzシステムとチップと組み合わせることで溶液のみならずパラフィンに内包された生体組織の観察にも成功した。本結果から、生体組織片などの高分解能THz分光・イメージングによる評価にも応用でき、癌診断等に展開することが買うであると考えている。これらの成果は、これまで難しかったTHz波による生体関連試料の微量分析やコンパクトなチップ開発を可能とするものであり、THz新産業へのブレークスルーに繋がることが期待される。テラヘルツバイオチップ構造の最適化と反射型THz分光イメージングシステムの構築を行った。テラヘルツバイオチップでは、THzメタアトムアレイ構造を局所THz光源で励起し、直接溶液と相互作用させることで、ピコリットルオーダーの溶液中の溶質(イオン、グルコースなど)を最大でサブフェムトモルの感度で微量・濃度検出ができることが分かった。特に非対称メタアトムアレイ構造の採用によりアトモルオーダーのセンシングを行える可能性を示唆することができた。反射型THz分光イメージングシステムの開発では、上述のバイオチップにおいてサンプルと相互作用した後の反射THz波をセンシングに利用しており、最大9マイクロメートルの空間分解能でのサンプル観察・分析が可能である。非線形光学結晶へのサンプルセッティングとTDSをベースとした近接場プローブレスの構成であり、従来報告されている反射型THzシステムと比較してもトップクラスの空間分解能で分光・イメージングを達成している。特に、ミドリムシなどの微小微生物やがん組織などのバイオ・生体関連試料をTHz領域において鮮明に観察・分析することが可能である。本年度はこれら得られてきた成果を利用して、流路内の微量溶液中で生じる様々な生化学反応(酸化還元反応、抗原抗体反応、酵素反応、イオン濃度・血糖値変化など)の高感度かつラベルフリー測定を行い、チップの有用性と産業応用展開に向けた計測基盤技術の構築を行う。これと並行して、反射型システムを利用した生体組織のオンサイト評価・迅速検査の可能性についても検討していく。組織片をつけたチップを本システムに装着することで、例えば正常組織と腫瘍組織(がん組織)の識別から正確な腫瘍境界位置の特定までをも行える可能性がある。これを発展させて、プローブ顕微鏡のチップに開口穴を設け、レーザーを照射した開口穴から発生する近接場光により試料表面を励起し発生したTHz波を観測する「表面照射型の近接場レーザーTHz放射顕微鏡」の開発も並行して進めていき、上述のチップおよび測定技術を組み合わせることで、例えば、1細胞・1分子レベルでのTHz分光分析のほか、体液中に含まれるCTCなどの病原因子の検出可能性についても検討していく。

テラヘルツバイオチップでは、THzメタアトムアレイ構造を局所THz光源で励起し、直接溶液と相互作用させることで、ピコリットルオーダーの溶液中の溶質(イオン、グルコースなど)を最大でサブフェムトモルの感度で微量・濃度検出ができることが分かった。特に非対称メタアトムアレイ構造の採用によりアトモルオーダーのセンシングを行える可能性を示唆することができた。反射型THz分光イメージングシステムの開発では、上述のバイオチップにおいてサンプルと相互作用した後の反射THz波をセンシングに利用しており、最大9マイクロメートルの空間分解能でのサンプル観察・分析が可能である。非線形光学結晶へのサンプルセッティングとTDSをベースとした近接場プローブレスの構成であり、従来報告されている反射型THzシステムと比較してもトップクラスの空間分解能で分光・イメージングを達成している。特に、ミドリムシなどの微小微生物やがん組織などのバイオ・生体関連試料をTHz領域において鮮明に観察・分析することが可能である。主にFDTD電磁界解析モデルの最適化とチップ構造最適化を行い、微量溶液の高感度測定を可能とするマイクロ流路タイプのTHzチップの開発を行った。電磁界解析モデルの最適化では、商用のFDTDソフトをベースとして、非線形光学結晶中における微小THz光源の設計、配置、伝搬特性などを網羅的に検討し、実測値とも比較しながら最適条件を見出した。特にメタマテリアルの局所場THz励起では、GaAs基板上にメタアトムの個数とアレイ配列が異なるチップを作製し、メタマテリアル構造の最適化を行った。実験および計算ともに、メタマテリアルアレイの個数を増やすQ値が増加するし5×5個以上の配列のアレイにすべきことが確認できた。このように、共振器アレイの構造が共振応答に密接に関わっているが、これをシミュレーションでも再現性良く評価することができた。このモデルをベースに、マイクロ流路とTHz光源、メタアトムが効率よく相互作用を起こす構造条件を決定し、プロトタイプのTHzマイクロ流路チップの開発を行った。また、マイクロ流路は、バイオ・生体分析において広く用いられているPDMSを非線形光学結晶であるGaAsに貼り付けることによって実現した。PDMSは生体適合性が高いだけでなく、THz帯域でほぼ一定の誘電率を持ち、損失が少なくいためTHzイメージングに適している。このチップを利用して、微量溶液センシングの感度評価を行ったところ、実量約300pLの溶液中の溶質濃度を最大31.8フェムトモルの感度で検出できていることを確認した。当初の目標であったFDTD電磁界解析モデルの最適化が完了し、実測データをおおよそ再現できる環境を整えることができた。また、開発を行ったTHzマイクロ流路チップはプロトタイプながらピコリットル-フェムトモルオーダーの感度を示すチップに仕上がっており、微量センシングに利用可能であることを証明するとともに、今後シミュレータでさらなる条件出しを行うことで感度向上に期待が持てる結果となった。このことは、今後本チップを利用して実際の化学反応や生体関連試料を測定していく上での重要な基礎知識であると考えている。
c-MycとG1/Sチェックポイントタンパク質との相互作用による細胞周期調節作用

p21Cip1/Waf1/Sdi1は、そのN末側領域で種々のCDKに結合する一方、C末側領域ではPCNAやC-MYC, TOK-1,SET/TAF1,calmodulin, HPV E7 protein, GADD45,C/EBPαと結合することが知られ、p21が多様な機能をもつ可能性が示唆されている。TOK-1は我々が新たに単離した蛋白質であり、二つのアイソフォームα,βが存在し、TOK-1αはp21のCDK2抑制活性を増強する。また、乳癌原因遺伝子BRCA2とも相互作用し、種々の癌細胞の増殖を抑制することが報告されている。このようにTOK-1αは、C-MYCとは相反した癌抑制的な機能を持つにもかかわらず、TOK-1αとC-MYCはともにp21に直接結合する。このことから私たちは、p21との蛋白質相互作用や細胞機能制御において、TOK-1αとC-MYCは競合関係にあるのか、あるいは三者複合体として機能しうるのかについて興味を持ち解析を進めた。in vitroプルダウン法により、TOK-1αとC-MYCはp21上で互いに競合的に結合することが示された。そこでE boxレポーターを用い一過性発現系にて転写アッセイを行ったところ、p21によるC-MYC転写活性の抑制をTOK-1αが解除することはなく、逆に転写抑制を増強することが判明した。この抑制はp21依存的ではなく、TOK-1α単独でC-MYCの転写活性化の抑制を行っていた。この際、TOK-1αとC-MYCのみで細胞内複合体を形成していることが免疫沈降法により確認されたことから、TOK-1αとC-MYCはp21を介さずに直接相互作用していることが示唆された。現在、TOK-1αとC-MYCの各々の結合領域の決定と、細胞増殖におけるTOK-1とC-MYCの作用解析を進めている。p21のPCNA, c-Myc結合領域に結合するタンパク質TOK-1とその結合タンパク質PLZF, BRCA2の解析を行なった.c-Myc→p21→TOK-1→PLZFによるc-Myc機能抑制経路の存在が明らかとなったが、その詳細は不明である.そこで,TOK-1がPlZF C末のZinc finger motifにin vitro, in vivoで結合する事、両者が核内で共局在することを確認した.PLZFはレチノイン酸受容体と融合することでレチノイン酸受容体活性制御を逸脱することでリンパ腫を発生させる癌抑制遺伝子産物として知られ、PLZF-レチノイン酸受容体ターゲット遺伝子としてサイクリンAが知られている。そこで,サイクリンA遺伝子プロモーターにルシフェラーゼ遺伝子を接続したレポーター遺伝子を使って、TOK-1の転写活性への影響をPLZF存在、非存在下で検討したところ,TOK-1単独でもサイクリンA遺伝子プロモーター活性を低下させ,PLZF存在下では相加的に働く傾向をしめした.現在,更に複数の細胞を用いて検討している.p21Cip1/Waf1/Sdi1は、そのN末側領域で種々のCDKに結合する一方、C末側領域ではPCNAやC-MYC, TOK-1,SET/TAF1,calmodulin, HPV E7 protein, GADD45,C/EBPαと結合することが知られ、p21が多様な機能をもつ可能性が示唆されている。
肺がんの転移・血管新生分子を標的とした生物学的制御法開発

肺癌の転移・血管新生分子を標的とした治療開発に向けた検討を行い、以下の成果を得た。2、VEGFを過剰発現する高転移性ヒト肺腺癌株PC14PE6をヌードマウスに静注し肺転移と癌性胸水を形成するモデルにおいて、VEGF受容体(VEGFR)阻害薬ZD6474が肺転移巣の増大を抑制し、さらに癌性胸水形成をほぼ完全に阻害することを明らかにした。その機序はZD6474が腫瘍血管内皮細胞のVEGFR2リン酸化阻害により肺転移巣で血管新生を阻害することに加え、ZD6474がVEGFにより誘導される血管透過性を抑制した可能性も考えられた。3、チュブリン阻害薬であるZD6126が、PC14PE6の肺転移巣において、投与24時間以内に腫瘍血管内皮細胞選択的にアポトーシスを誘導すること、抗癌剤(CDDP)を併用することによりZD6126のアポトーシス誘導が増強されること、ZD6126とCDDPの併用療法がPC14PE6の肺転移形成を抑制することを明らかにした。難治癌とされる肺癌の転移・血管新生因子を分子標的とした制御法の開発を目的に検討を行い、以下の成果を得た。1)臨床上問題となる脳転移と骨転移について、マウスを用い、臨床に近いヒト肺癌細胞の脳転移および骨転移モデルを確立した。2)がん性胸水形成には胸膜浸潤とVEGF高発現の2つのステップが必要であることを明らかにし、さらにVEGF受容体阻害剤の投与で、癌性胸水形成が有意に抑制され、分子標的治療の一つとして臨床応用できる可能性を示した。3)肺腺癌の脳転移モデルを用い、VEGFが拡張血管形成を誘導し脳転移を促進していることを明らかにした。4)腫瘍との相互反応に関与する宿主側細胞としてNK細胞に着目し、NK細胞intactのSCIDマウスを用いてMCP-1遺伝子導入肺癌細胞の転移形成能を検討し、MCP-1により活性化されたNK細胞が転移形成の抑制に重要な役割を果たすことを明らかにした。5)肺癌細胞に比較的選択的に発現しているgangliosideGM2を腫瘍抗原としてとらえ、in vitroにおいてヒト化抗GM2抗体が肺癌患者の単核球の抗体依存性細胞障害反応を介し小細胞肺癌を障害すること、ヒト肺癌転移モデルにおいて抗癌剤耐性小細胞肺癌の遠隔転移を抑制することを明らかにし、抗GM2の臨床応用の可能性を示唆した。6)シアロ糖脂質分子群生合成系のキーエンザイムで、ヒト白血病細胞の分化誘導能を持つgangliosideGM3を合成する糖転移酵素(Sialyltransferase-1/ST3GalV)のゲノム構造を明らかにした。この酵素遺伝子をヒト大腸癌HCT116細胞に導入して、GM3を過剰に発現させると癌細胞のアポトーシスが誘導された。今後、転移・血管新生機構についてさらに詳細な分子生物学的解析を進めるとともに、新規分子標的治療の開発に向けた検討を行う予定である。肺癌克服には多臓器転移の分子機構解明と臓器微小環境条件を考慮した新たな分子標的の探索、さらに生物学的制御法の開発に関する基礎研究が必要である。QOLを阻害する骨転移の病態解明および新規治療法開発を目的に、ヒト肺癌細胞の骨転移を含む多臓器転移モデルを確立した。また、P糖蛋白質を発現した多剤耐性小細胞肺癌の多臓器転移形成に対し、多剤耐性克服薬MS-209が抗癌剤との併用にて転移抑制効果を増強することを明らかにした。一方、ganglioside GM2は小細胞癌をはじめとした肺癌細胞株に高発現しており、抗体治療の格好の標的となる。in vitroにおいてヒト化抗ganglioside GM2抗体が肺癌患者の単核球の抗体依存性細胞障害反応を介し小細胞肺癌を障害することを明らかにした。また、転移抑制遺伝子として同定されたKAI1/CD82をヒト肺癌細胞に遺伝子導入する接着分子として原発巣からの腫瘍細胞の遊離を抑制する反面、血中からの腫瘍細胞の排除が不十分な場合には遠隔臓器での転移形成を促進することを明らかにした。宿主側細胞の機能を利用した生物学的療法として、樹状細胞に着目しTリンパ球に対する抗原提示細胞である樹状細胞が、NK活性を増強することを明らかにした。また、遺伝子導入樹状細胞を用いた癌免疫遺伝子療法の確立も試みており、ex vivoでのアデノウイルスヴェクターを使った樹状細胞への遺伝子導入に際し、遠心力を併用することにより細胞毒性もなく遺伝子導入効率を格段に上昇させることに成功した。本法の利用によりIL-12遺伝子を樹状細胞へ効率よく導入し抗原提示能が増強することを明らかにし、他のサイトカイン遺伝子導入効果の検討も含めて効果的な遺伝子修飾樹状細胞の調整方法を検討していく予定である。臨床を反映した肺癌の多臓器転移モデルを用い、肺癌の転移・血管新生分子を標的とした生物学的治療法開発に向けた検討を行い、以下の成果を得た。FIZ法を用いてマウス正常臓器のMMP(gelatinase)活性を検討し、MMP活性は、肺では全く検出されなかったが、肝では高く、腎で低かったことから、MMP活性の発現には臓器間格差があることを明らかとなった。また、その由来に関わらず腫瘍病巣でMMPが発現されている場合には、MMP阻害薬は転移形成を阻害しうることを明らかにした。さらに、抗癌剤との併用により、MMP阻害薬の肺微小転移巣に対する増大阻害効果を増強できることを示した。

Tubulin阻害薬であるZD6126が、投与24時間以内に腫瘍血管内皮細胞特異的にアポトーシスを誘導すること、連日投与により非小細胞肺癌株の肺転移形成を阻害することを明らかにした。ZD6126は、血管新生阻害薬とは異なり既存の腫瘍血管に作用するため血管標的薬に分類されるが、その効果を増強するためには既存の抗癌剤や血管新生阻害薬、非小細胞肺癌に対し腫瘍縮小効果が期待できる上皮成長因子(EGF)受容体阻害薬などとの併用が必要であり、現在併用療法の効果を検討中である。骨転移は肺癌において高頻度にみられ、患者のQOLを阻害する重大な問題である。ヒト小細胞肺癌株を用いた骨転移を含む多臓器転移モデルにおいて、第三世代ビスフォスフォネート(Minodronate)が破骨細胞数を減少させ骨転移形成を選択的に抑制することを示した。今後は、既存の抗癌剤との併用や新規分子標的治療同士の併用のみならず、分子標的治療と癌免疫遺伝子療法の併用療法の可能性も検討していく予定である。肺癌の転移・血管新生分子を標的とした生物学的治療法開発に向けた検討を行い、転移臓器特異的な新規標的分子の探索とその作用機構の解析を進め、以下の成果を得た。QOL阻害要因として重要な骨転移については、ヒト小細胞肺癌株の転移モデルにおいて第三世代のビスフォスフォネートYM529が骨転移を特異的に抑制すること、さらに抗癌剤を併用することによりマウスの生存期間を有意に延長することを明らかにした。また、宿主から産生される転移関連因子としてMatrix metalloproteinase(MMP)とInterleukin-1(IL-1)に着目し、第三世代MMP阻害薬ONO-4817がMMP-2,9を高発現しているヒト肺腺癌細胞株の肺転移形成を抑制し、抗癌剤との併用にてマウスの生存期間を有意に延長すること、遺伝子導入実験にてIL-Iが細胞増殖、浸潤、血管新生を促進することにより転移形成を促進することを明らかにした。さらに、NK細胞除去SCIDマウスにヒト小細胞肺癌株SBC-5を静注し形成された肝、肺、腎、骨の転移巣かちマイクロダイセクション法で癌細胞を回収し、その遺伝子発現をcDNAマイクロアレイで解析し、臓器毎に比較した結果、臓器特異的に発現が亢進している約400遺伝子を同定した。今後は、それぞれの遺伝子を過剰発現またはノックアウトした実験系にて真の臓器特異的転移関連因子を同定し、新たな治療の分子標的となりうるか否かを検討する予定である。臨床研究としても、非小細胞肺癌患者の癌組織のEGF受容体関連因子発現および活性化状態を検討し、EGF受容体蛋白の過剰発現ではなくリン酸化EGF受容体(活性型)と予後が逆相関することを報告した。肺癌の転移・血管新生分子を標的とした治療開発に向けた検討を行い、以下の成果を得た。2、VEGFを過剰発現する高転移性ヒト肺腺癌株PC14PE6をヌードマウスに静注し肺転移と癌性胸水を形成するモデルにおいて、VEGF受容体(VEGFR)阻害薬ZD6474が肺転移巣の増大を抑制し、さらに癌性胸水形成をほぼ完全に阻害することを明らかにした。その機序はZD6474が腫瘍血管内皮細胞のVEGFR2リン酸化阻害により肺転移巣で血管新生を阻害することに加え、ZD6474がVEGFにより誘導される血管透過性を抑制した可能性も考えられた。
腫瘍壊死因子の誘導する肺障害における上皮成長因子受容体トランス活性化機構の検討

EGFRは上皮性悪性腫瘍のみではなく正常肺組織でも発現しており、細胞・組織の恒常性維持という役割を担っている。肺がん治療薬として用いられるEGFR阻害剤の急性肺障害が大きな問題となっているが、EGFR阻害剤の正常肺組織に及ぼす影響や肺障害におけるTNF-EGFRシグナルの関与については、これまで明らかにされていない。本研究では、TNFにより誘導されるErbB受容体のトランス活性化シグナルに焦点を当て、EGFR阻害剤の正常肺組織に及ぼす影響と肺障害を誘導する分子機構の一端を解明した。さらに、特発性間質性肺炎、肺線維症といった難治性慢性炎症性肺疾患の治療指針に重要な示唆を与えるものと期待される。特発性間質性肺炎、肺線維症といった非特異的慢性炎症性肺疾患は罹患率が高く、その急性増悪は致命率が高い。しかしながら、この疾患の成因、増悪の機序は今だ解明されておらず、確たる治療法も存在しない。炎症性サイトカインである腫瘍壊死因子(TNF)は、これらの疾患の成因や増悪に中心的な役割を果たしていると推測されている。また、上皮成長因子受容体(EGFR)を含むErbB受容体はTNFによりトランス活性化を受け、細胞をアポトーシスから回避し細胞障害を抑制する事が報告されている。しかし、この分子機構は不明な部分が多い。そこで、本研究では、以下の研究課題を解明することとした。1,TNFによるErbB受容体トランス活性化の分子機構を明らかにする。2,TNFを肺組織特異的に高発現させたトランスジェニックマウスが肺線維症に移行する過程において、TNFによるErbB受容体トランス活性化シグナルの果たす役割について検討する。平成21年度の研究実績として、ヒト気道上皮細胞(BEAS-2B)とヒト肺癌細胞株(NCI-H292)を用いて以下の知見を得た。BEAS-2BとNCI-H292細胞は、それぞれがTNFによるEGFRのトランス活性化を、1分後から受け始め15分後をピークとし4時間後でもその活性化は持続する。また、TNFの濃度依存的(0.01100ng/ml)に活性化が強まる。このEGFRのトランス活性化をEGFRチロシンキナーゼ阻害剤で抑制することにより、TNFによるアポトーシス誘導能が促進される。EGFRのトランス活性化はTACE阻害剤の存在下で抑制されることから、TACEによるEGFRのリガンド切断による自己リン酸化が関与していることが推察された。EGFRリガンドに対する各種中和抗体を用いてEGFRのリン酸化を検討した。その結果、HB-EGF,TGF-aとEGFが関与していることが明らかになった。今後、TNFがTACEを活性化する機序について検討する予定である。(1)TNFによるErbB受容体トランス活性化の分子機構を明らかにする。(2)TNFを肺組織特異的に高発現させたトランスジェニックマウスが肺線維症に移行する過程において、TNFによるErbB受容体トランス活性化シグナルの果たす役割について検討する。平成22年度の研究実績として、ヒト気道上皮細胞(BEAS-2B)とヒト肺癌細胞株(NCI-H292)を用いて以下の知見を得た。BEAS-2BとNCI-H292細胞は、TNF接触により細胞表面に表出するEGFRのリガンドであるHB-EGF,TGF-αを遊離させることによりEGFRをトランス活性化するが、この機構はTACE阻害剤とSrc阻害剤で抑制される。また、EGFRのチロシンキナーゼに対する各種自己抗体でリン酸化部位を確認すると、Y1068のリン酸化が主要な部位になっていることを確認した。更に、EGFR受容体ファミリーであるErbB2,3,4のsiRNAを遺伝子導入したところ、このトランス活性化機能に影響を与えなかった。以上よりEGFRを中心としたトランス活性化機構であることを確認した。今後は、TNF-alphaトランスジェニックマウスを使用した実験系にこの機構を応用する予定である。

特発性間質性肺炎、肺線維症といった非特異的慢性炎症性肺疾患は罹患率が高く、その急性増悪は致命率が高い。しかしながら、この疾患の成因、増悪の機序は今だ解明されておらず、確たる治療法も存在しない。炎症性サイトカインである腫瘍壊死因子(TNF)は、これらの疾患の成因や増悪に中心的な役割を果たしていると推測されている。また、上皮成長因子受容体(EGFR)を含むErbB受容体はTNFによりトランス活性化を受け、細胞をアポトーシスから回避し細胞障害を抑制する事が報告されている。しかし、この分子機構は不明な部分が多い。本研究では、TNFによるErbB受容体トランス活性化の分子機構を明らかにする。さらに、TNFを肺組織特異的に高発現させたトランスジェニックマウスが肺線維症に移行する過程において、TNFによるErbB受容体トランス活性化シグナルの果たす役割について検討する。EGFRは上皮性悪性腫瘍のみではなく正常肺組織でも発現しており、細胞・組織の恒常性維持という役割を担っている。肺がん治療薬として用いられるEGFR阻害剤Gefitinibの急性肺障害が大きな問題となっているが、Gefitinibの正常肺組織に及ぼす影響や肺障害におけるTNF-EGFRシグナルの関与については、これまで明らかにされていない。本研究では、TNFにより誘導されるErbB受容体のトランス活性化シグナルに焦点を当て、炎症性肺疾患の病態や急性増悪に及ぼす影響を明らかにすることを特色とする。本研究により、EGFR阻害剤の正常肺組織に及ぼす影響と肺障害を誘導する分子機構が明らかになると考える。さらに、特発性間質性肺炎、肺線維症といった難治性慢性炎症性肺疾患の治療指針に重要な示唆を与える結果が得られるものと考えられる。しかしながら、この疾患の成因、増悪の機序は十分に解明されておらず、確たる治療法も存在しない。炎症性サイトカインである腫瘍壊死因子(TNF)は、これらの疾患の成因や増悪に中心的な役割を果たしていると推測される。また、上皮成長因子受容体(EGFR)はTNFによりトランス活性化を受け、細胞をアポトーシスから回避し細胞障害を抑制する事が報告されている。肺がん治療薬として用いられるEGFR阻害剤の急性肺障害が大きな問題となっているが、EGFR阻害剤の正常肺組織に及ぼす影響や肺障害におけるTNF-EGFRシグナルの関与については、これまで明らかにされていない。本研究では、TNFを肺組織特異的に高発現させたトランスジェニックマウス(SPC-TNF tgマウス)を用いて、TNFがEGFRをトランス活性化するシグナルの果たす役割について検討した。SPC-TNF tgマウスは、肺組織でTNFを高発現し肺胞壁の破壊を伴う肺障害もたらす、このマウスに、EGFR阻害剤であるゲフィチニブやエルロチニブを経口的に投与する事により、肺組織の間質に著しい好中球性炎症をもたらした。肺組織のタンパク質を抽出し解析した所、EGFR阻害剤投与群では、肺組織のEGFR活性が抑制されていた。さらに、肺組織で有意にアポトーシスが誘導されている事をTUNEL法で明らかにした。アポトーシス誘導シグナルであるp38
乾燥ストレスに応答した光合成電子伝達機構の解明

強光乾燥ストレス条件下での光合成電子伝達制御機構の解明するために、カラハリ砂漠に自生し優れた乾燥強光耐性を持つ野生種スイカを材料に、タンパク質の網羅的解析および生理解析を行った。その結果、乾燥/強光ストレスに応答して光合成電子伝達を担うシトクロムb_6f複合体のRieskeサブユニットのpIが変動することを明らかにした。また乾燥ストレス下で循環的電子伝達活性が上昇することを明らかにした。本研究では、強光乾燥ストレス条件下での光合成電子伝達制御機構の解明するために、カラハリ砂漠に自生し優れた乾燥強光耐性を持つ野生種スイカを材料に、タンパク質の網羅的解析および生理解析を行っている。野生種スイカは冠水停止2日後に土壌水分含量が20%に低下すると気孔を閉鎖し光合成が停止するが冠水停止6日後に再潅水を行うと再び光合成を開始し成長を始める。乾燥ストレス条件下でも電子伝達活性を保ち続けるが、光化学系IIの光障害はほとんど見られず、余剰光エネルギーは安全に除去されていることが示唆される。プロテオミクスを用いたタンパク質の網羅的解析によりATP合成酵素の構成因子であるイプシロンサブユニットが乾燥ストレス下で選択的に減少していることが明らかになった。チラコイド膜を単離して電子伝達活性を測定したところストレス条件下では膜の脱共役が起こりΔpH形成能が低下していることが明らかになった。イプシロンの解離によりATP合成酵素が脱共役を引き起こしプロトンを放出してΔpHを解消していると考えられる。この機能は乾燥強光ストレス条件下でチラコイドルーメンが過度に酸性化するのを防ぐと考えられる。これらの結果は現在国際誌に投稿中である。また乾燥ストレス条件下でシトクロムb6fのリスケサブユニットのPI変動が起こることも明らかになっている。この現象は強光照射15分後にもみられることから、短時間で誘導されるリン酸化修飾によるものではないかと推測される。現在タンパク質修飾とその生理機能について解析中である。本研究では、強光乾燥ストレス条件下での光合成電子伝達制御機構の解明するために、カラハリ砂漠に自生し優れた乾燥強光耐性を持つ野生種スイカを材料に、タンパク質の網羅的解析および生理解析を行った。特に、葉緑体チラコイド膜のプロトン輸送効率に関わる2つの因子1)シトクロムbf複合体、2)循環的電子伝達系に着目し、単離チラコイド膜や生薬を用いて、分光学的に電子伝達活性を測定し、電子伝達に関わるタンパク質の解析を行った。またストレス前後の葉の切片を作成しストレスによる形態変化がないことを確認した。1)乾燥・強光ストレス後にpIが酸性側にシフトしたシトクロムb6f複合体のRieskeサブユニットが出現することが明らかになった。強光ストレス後の電子伝達活性を単離チラコイドにおいて解析した結果、光化学系II、光化学系Iの活性は共に低下していないが、シトクロムb6f複合体で電子伝達が律速されていることを示す結果を得た。このときのシトクロムb6f複合体量はストレス後でも低下しておらず、pI変動を引き起こす修飾によって電子伝達抑制が起こることが示唆された。2)Electrochromic shift(ECS)システムを用いた分光学的解析により、直線的電子伝達に対し、プロトン濃度勾配を測定した結果、比較的長い期間の乾燥ストレス下において循環的電子伝達活性が上昇することが明らかになった。またこの条件下での野生種スイカの葉緑体ではATP合成酵素やシトクロムb6f複合体の量が低下していることが明らかになった。これらの結果から、長期的な乾燥ストレスに馴化できる植物では循環的電子伝達の上昇やATP合成酵素量の下方制御が起こり、電子伝達活性とプロトン濃度勾配の制御を行っていると考えられた。これらの結果を国際雑誌に投稿し受理された。特に、葉緑体チラコイド膜のプロトン輸送効率に関わる2つの因子1)シトクロムb6f複合体、2)循環的電子伝達系に着目し、単離チラコイド膜や生葉を用いて、分光学的に電子伝達活性を測定し、電子伝達に関わるタンパク質の解析を行った。1)乾燥ストレス、強光ストレス後の電子伝達活性を単離チラコイドにおいて解析した結果、光化学系II、光化学系Iの活性は共に低下していないが、シトクロムb6f複合体で電子伝達が律速されていることを示す結果を得た。2) Electrochromic shift(ECS)システムを用いた分光学的解析により、直線的電子伝達に対し、プロトン濃度勾配を測定した結果、比較的長い期間の乾燥ストレス下において循環的電子伝達活性が上昇することが明らかになった。

この条件下での野生種スイカの葉緑体ではATP合成酵素やシトクロムb6f複合体の量が低下していることが明らかになった。これらの結果から、長期的な乾燥ストレスに馴化できる植物では循環的電子伝達の上昇やATP合成酵素量の下方制御が起こり、電子伝達活性とプロトン濃度勾配の制御を行っていると考えられた。これらの結果を国際雑誌に投稿し受理された。