hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プラスチックに生ずる残留応力の光学的測定法の開発

1.プラスチックの成形過程を想定し、プラスチックの残留応力を残留する複屈折縞より簡便に求める光学的測定法の基礎式を線形光粘弾性理論に基づき誘導した。2.数値計算を行なうための粘弾性理論および光粘弾性理論に基づくプログラムを整備した。エポキシ樹脂のリングが側面からのみ急冷される場合に生ずる残留応力および残留する複屈折縞を線形粘弾性理論および線形光粘弾性理論を基盤とする数値計算で求めた。計算したこの複屈折縞を提案する光学的測定法の基礎式に代入し残留応力を求めた。この基礎式による残留応力と先に粘弾性理論から直接求めた残留応力を、比較することにより、光学的測定法の基礎式の妥当性を理論的に検証した。3.エポキシ樹脂のリングが試験片を製作後、上下表面を断熱し、側面のみを急冷した。試験片に残留する複屈折縞を測定し、光学的測定法の基礎式に代入することにより残留応力を求めた。一方、残留応力を機械的測定法により測定し、基礎式から求めた残留応力と比較し、光学的測定法の有効性を実験的に検証した。4.現在、プラスチックと金属を積層した積層リングについても実験と数値計算を終了している。この結果を学会で発表し、論文として投稿予定である。以上のことより透明なプラスチックの複屈折挙動を利用して2次元形状はもちろん3次元形状の不透明なプラスチックの成形品の残留応力を容易に実験的に推定する手法が開発できた。
表面プラズモンによるラマン光の増強を利用する高分子鎖の単一分子分光・イメージング

物質にレーザー光を照射することで放出されるラマン散乱光は、その構造に関する豊富な情報を含んでいるため、さまざまな薬品や材料の開発に不可欠な分析手段となっている。しかし、その強度が非常に弱いため微量での分析には適さない。本研究では、レーザー光の照射により金属の表面のごく狭い範囲に発生する表面プラズモンと呼ばれる電磁波により、ラマン散乱光の強度が数100万倍にも増強される効果を利用して、一つの分子からのラマン散乱光の測定をも可能にする方法の開発を行った。銀を探針として用いる走査型トンネル顕微鏡(STM)よる分子像の観察と、レーザー光(532nm)の照射によりこの探針の表面に励起される表面プラズモンを励起光として用いる単一分子のラマンスペクトルの測定について検討を行った。STMにおいてはPtIr探針によりHighly Orientated Pyrolytic Graphite (HOPG)の原子像の観察には成功したものの、その表面に吸着させたローダミンなどの分子像の観察には成功していない。次に、ラマン散乱の表面増強効果のあるAg探針を機械的あるいは電気化学的研磨により先鋭化し、HOPGの原子像およびローダミンの分子像観察を試みたが、いずれにも成功していない。また、ラマンスペクトルの測定においては、Ag探針の表面に直接ローダミンを吸着させる方法では表面増強効果により良好なラマンスペクトルが観察されることが確認できたが、HOPGの表面に吸着させたローダミンにAg探針を接近させる方法では、まだスペクトルの測定に成功していない。次に銀で表面をコートしたマグネタイト微粒子を用いる表面増強ラマンスペクトルの測定について検討し、ローダミンにおいて単一分子レベルの希釈度でラマンスペクトルの測定が行えることを示した。また、銀表面に西洋ワサビペルオキシダーゼを固定化して酵素反応を行い、生成物を表面増強ラマンで測定することで酵素反応の過程を追跡できることをしました。銀を探針として用いる走査型トンネル顕微鏡(STM)よる分子像の観察と、レーザー光の照射によりこの探針の表面に励起される表面プラズモンを励起光として用いる単一分子のラマンスペクトルの測定について検討を行った。Nanosurf社のSTMとArレーザー(513.5,488nm)、固体グルーンレーザー(532nm)、冷却CCD検出器を組み合わせて装置開発を行っている。また、ラマン散乱の表面増強効果のあるAg探針を機械的あるいは電気化学的研磨により先鋭化し探針を作成する方法について検討した。STM観察においては電解研磨したAg探針によりHighly Orientated Pyrolytic Graphite(HOPG)の原子像の観察には成功した。しかし、Ag等の基板表面に吸着させた分子の像の観察には成功していない。ラマンスペクトルの測定においては、Ag探針の表面に直接ローダミンを吸着させる方法では表面増強効果により良好なラマンスペクトルが観察されることが確認できたが、Ag基板の表面に吸着させたローダミンにAg探針を接近させる方法では、まだスペクトルの測定に成功していない。次に、銀コロイドで表面をコートしたポリスチレンやポリメタクリル酸メチルの微粒子を用いる表面増強ラマンスペクトルの測定について検討した。レーザートラップ法で粒子を捕捉しつつ、表面に吸着したローダミンの表面増強ラマンスペクトルを測定することに成功した。ラマンスペクトルの測定においては、Au基板の表面に吸着させたローダミンにAg探針を接近させる方法で表面増強効果により良好なラマンスペクトルの測定に成功した。レーザートラップ法で粒子を捕捉しつつ、表面に吸着した色素の表面増強ラマンスペクトルを測定することに成功した。さらに、電気化学反応の過程のラマンおよび赤外スペクトルの変化を測定するセルを試作し、ビオロゲン誘導体などにおいてサイクリックボルタモグラムとの同時測定に成功した。
放射線ホルミシスによる寿命延長効果に関わる抗酸化系遺伝子の発現経路の解明

この研究課題における最終年度である今回は、線虫Caenorhabditis elegans(以下C.elegans)における高濃度酸素暴露による適応応答反応としての寿命延長効果を示さないdaf-16変異体を用いて、その発現遺伝子の変化を野生株や長寿の表現型を示すage-1変異体と比較するためにマイクロアレイを行い、そのデータの解析と遺伝子ごとの生体における実際の発現量の違いを確認した。すなわち、短寿命であり酸素ストレスによる適応応答反応を示さないdaf-16変異体における数種のアリールを用いてage-1変異体における発現遺伝子のプロファイルと比較した結果、ESTクローンであるyk552c12やnpa-1,spp-14などの遺伝子の発現量に差が見られることが判った。そこでこれらの遺伝子が寿命延長に関与する生体内でのインシュリン様信号伝達経路の下流で作用している可能性を確認するために、この経路の上流で作用するインシュリン様受容体DAF-2をコードする遺伝子に異常をもつdaf-2変異体を用いてRT-PCRによる発現量の比較を行った。その結果、これらの遺伝子のうちyk552c12クローンとnpa-1遺伝子の発現量がdaf-16変異体において有意に減少していることが確認できた。このyk552c12とnpa-1遺伝子はともにその転写領域の上流にDAF-16結合配列(DBE)をもつため、転写因子DAF-16の標的遺伝子である可能性が高いと考えられた。そこで、daf-16変異体において発現量が低下しているこれらの遺伝子を外来遺伝子導入法により回復させることにより、適応応答反応の部分的な機能回復が見られた。これら遺伝子の詳細をみると、yk552c12はヒスチジン酸性ホスファターゼをコードし、npa-1はアレルゲン関与の線虫ポリプロテインをコードしていた。したがって、細胞内信号伝達系や抗酸化ストレスに関係している可能性があり、これらの遺伝子の正常な機能によって適応応答反応の働きが維持されている可能性が示唆される。今回は第一に、線虫Caenorhabditis elegans(以下C.elegans)における寿命突然変異体を用いて、酸化ストレスに対する適応応答反応としての寿命延長効果に差異がみられるかどうか検討した。その結果、age-1のような長寿命変異体では適応応答反応がみられたが、mev-1やdaf-16のような短寿命変異体では寿命の延長は観察されず、却って短縮する傾向もみられた。この違いは、変異体間で酸化ストレスに対する耐性が異なることに起因すると考えられた。そこで、それぞれの変異体における酸素およびパラコート耐性を測定してみたところ、野生株と比較してage-1は耐性が強まり、mev-1やdaf-16では感受性が増加していた。また、各変異体における酸化ストレスの程度を調べるために、体内のカルボニル化蛋白の蓄積量を測定した。この結果、age-1はカルボニル化蛋白の蓄積量が少なく、mev-1やdaf-16ではかなり蓄積していることが判明した。以上のことは、C.elegansにおける寿命突然変異体では、長寿の表現型をもつものは元来抗酸化系の働きが高いために酸化ストレスに対する適応応答反応も強化されており、mev-1やdaf-16のような短寿命の表現型をもつものはその逆であることを示唆している。そこで第二に、寿命変異体の抗酸化系の違いを明白にさせるために、代表的な抗酸化系酵素であるスーパーオキサイド・ディスムターゼ(SOD)とカタラーゼについて、その発現量と活性を測定した。その結果、age-1とdaf-16変異体間では有意な差が認められた。すなわち、age-1ではSODとカタラーゼの活性が増加しているが、これに比較してdaf-16では両方の酵素活性が低下していた。age-1とdaf-16遺伝子のコードする蛋白質は、C.elegansにおいて老化や寿命のシグナルを制御しているインシュリン様シグナル伝達経路を構成している。このうち、Daf-16蛋白はフォークヘッド型転写因子で、インシュリン様シグナル伝達経路の下流で作用することが知られている。したがって、Daf-16転写因子の標的遺伝子の候補として抗酸化系の存在が推測される。今年度は、線虫Caenorhabditis elegans(以下C. elegans)における高濃度酸素暴露による適応応答反応としての寿命延長効果を示さないdaf-16変異体を用いて、その発現遺伝子の変化を野生株や長寿の表現型を示すage-1変異体と比較するために、マイクロアレイを行った。すなわち、昨年度の研究結果より、適応応答を示すage-1変異体と示さないdaf-16変異体との間には元来の抗酸化能に差異が認められたことから、酸化ストレスによって惹起される適応応答には抗酸化系の活性化が関与しているものと推測された。したがって、age-1遺伝子のコードするPI3キナーゼの下流で作用するDAF-16転写因子の標的遺伝子の候補として、抗酸化系の存在が示唆された。故に、daf-16変異体において発現している遺伝子を野生株やage-1変異体のものと比較することにより、その発現量がage-1変異体において上昇していて、なおかつdaf-16変異体においては減少しているものを網羅的に調べることができれば、それらの中にDAF-16転写因子の標的遺伝子の候補が含まれているものとして実験を進めた。

その結果、代表的な抗酸化系酵素であるスーパーオキサイド・ディスムターゼ(以下SOD)とカタラーゼに着目してマイクロアレイにおける発現量の比較を行ったところ、daf-16変異体において銅・亜鉛型SODをコードする遺伝子であるsod-1遺伝子、マンガン型SODをコードするsod-2遺伝子、細胞質型カタラーゼをコードするctl-1遺伝子やミクロソーム型カタラーゼをコードするctl-2遺伝子の発現が減少していた。マイクロアレイは数回行って、その蛍光比の平均値をとった。さらに、マイクロアレイでの結果について、実際に生体内での遺伝子の発現量を確認するためにRT-PCRを行った結果、sod-1やctl-1、ctl-2の遺伝子発現が微量ながらも減少していた。RT-PCRの結果は、マイクロアレイのデータと部分的に一致しており、これらの遺伝子の発現量に関しては再現性が得られたものと考えている。以上のことから、高濃度酸素暴露のような酸化ストレスに対する適応応答反応には、DAF-16転写因子の正常な発現および活性化が必要とされ、そのDAF-16転写因子の標的遺伝子はsod-1、ctl-1やctl-2のような抗酸化系酵素である可能性が示唆されることより、適応応答反応にはこれら抗酸化系酵素の活性化が役立っているものと思われる。この研究課題における最終年度である今回は、線虫Caenorhabditis elegans(以下C.elegans)における高濃度酸素暴露による適応応答反応としての寿命延長効果を示さないdaf-16変異体を用いて、その発現遺伝子の変化を野生株や長寿の表現型を示すage-1変異体と比較するためにマイクロアレイを行い、そのデータの解析と遺伝子ごとの生体における実際の発現量の違いを確認した。すなわち、短寿命であり酸素ストレスによる適応応答反応を示さないdaf-16変異体における数種のアリールを用いてage-1変異体における発現遺伝子のプロファイルと比較した結果、ESTクローンであるyk552c12やnpa-1,spp-14などの遺伝子の発現量に差が見られることが判った。そこでこれらの遺伝子が寿命延長に関与する生体内でのインシュリン様信号伝達経路の下流で作用している可能性を確認するために、この経路の上流で作用するインシュリン様受容体DAF-2をコードする遺伝子に異常をもつdaf-2変異体を用いてRT-PCRによる発現量の比較を行った。その結果、これらの遺伝子のうちyk552c12クローンとnpa-1遺伝子の発現量がdaf-16変異体において有意に減少していることが確認できた。このyk552c12とnpa-1遺伝子はともにその転写領域の上流にDAF-16結合配列(DBE)をもつため、転写因子DAF-16の標的遺伝子である可能性が高いと考えられた。そこで、daf-16変異体において発現量が低下しているこれらの遺伝子を外来遺伝子導入法により回復させることにより、適応応答反応の部分的な機能回復が見られた。これら遺伝子の詳細をみると、yk552c12はヒスチジン酸性ホスファターゼをコードし、npa-1はアレルゲン関与の線虫ポリプロテインをコードしていた。
磁性半導体・半導体ハイブリッド構造におけるスピン三端子デバイス

半導体InGaAsチャネルを細線化することによりスピン緩和が抑制されることを見出した。さらにゲート電圧によりスピン軌道相互作用の強さを制御することにより、二次元電子ガスの場合と比べて大幅にスピン緩和長が増加することを実験的に成功した。磁性半導体GaMnAs細線構造を作製し、磁気異方性定数及び磁化反転過程を評価した結果、人工的に磁気異方性を導入できることを確認した。3層GaMnAsダブルバリアトンネルトランジスタ構造の作製条件を最適化し、電流増幅率=コレクタ電流/ベース電流が適当なバイアス条件化で1以上となり増幅機能を得ることに成功した。次世代半導体スピントロニクスデバイスの実現を目指して(1)スピン偏極キャリアの生成、(2)スピン制御、(3)スピン検出、以上の要素技術を統合しスピン機能化三端子デバイスの動作原理の検証とスピントランジスタ化技術の構築を目的として研究を行う。また、スピン軌道相互作用を用いた電気的スピン制御に着目し、半導体へテロ界面のスピン緩和、スピン伝導機構を解明しスピン物性物理における学術的貢献を行う。さらに希薄磁性半導体電極を用いたスピン注入と検出を実現し縦型スピン三端子構造におけるスピン機能デバイス化を図る。磁性半導体GaMnAsをスピン注入用の電極として用いるにはその磁区構造や反転磁場の大きさを調べる必要があり、デバイスに応用するにはミクロンサイズでの磁化反転機構の解明が重要となる。GaAs上にエピタキシャル成長した磁性半導体GaMnAsを幅1.0μm長さ5.0μmに微細加工し、磁気抵抗特性の角度依存性よりその磁化反転機構を調べた。GaMnAsは[110]方向にある一軸磁気異方性と比べて[100],[010]方向の結晶磁気異方性は10倍程度強いため、マクロな薄膜では90°磁壁による磁化反転が生じると考えられている。本実験は、微細加工を施すことにより形状磁気異方性による効果や一部の結晶方位領域では180°磁壁による磁化反転が起こりうるとの可能性を示している。縦型スピン注入三端子素子を構成するにはGaMnAsからGaAsへのスピン信号を電気的に検出する必要がある。しかしながら、下部電極をGaMnAsとするとGaMnAs上に高温でGaAsを結晶成長することは困難であり、高品質のGaAsを得ることができない。そこで、高温での成長が可能なMnAsクラスター粒子を下部電極として用いることによりGaMnAs/AlAs/MnAsクラスタ粒子構造を作製しスピン信号を電気的に検出できるかどうか調べた。作製したGaMnAs/AlAs/MnAs構造のトンネル磁気抵抗特性はヒステリシスを示すとともに、マイナーループも観測されることからスピンバルブ信号であることを確認した。この結果は、MnAsクラスターによりスピン信号を電気的に検出することができることを示している。しかしながら、磁気抵抗変化は1%以下(温度T=4K)であり大きなバイアス依存性を示すことがわかった。今後は、GaMnAs/AlAs/MnAs構造を形成する結晶成長条件の最適化により、トンネル磁気抵抗の向上を図るとともに三端子構造の素子作製条件の検討を行う。スピン軌道相互作用は電子スピンに対して有効磁場として作用しスピンの向きをゲート電界により変調することが可能となる。特にGaAsよりもエネルギーギャップの小さなInGaAsではその効果が顕著となることが期待される。InP/InGaAs/InAlAs非対称量子井戸構造のスピン軌道相互作用のゲート電圧依存性について弱反局在解析を用いて調べた結果、量子井戸InGaAsの井戸幅5nmと10nmでスピン軌道相互作用のゲート電圧依存性が逆になることを見出した。この結果を理解するため、ポアッソン・シュレディンガー方程式とk・p摂動理論を用いた詳細な解析を行った。その結果、5nmの量子井戸では電子波動関数がヘテロ界面に大きくなり、スピン軌道相互作用に及ぼすインターフェイス項の寄与が強く、量子井戸中の電界の寄与は弱くなる。一方、井戸幅10nmの場合には波動関数がヘテロ界面まで充分広がっていないため量子井戸内の電界によるスピン軌道相互作用への寄与が強くなっていることが確認された。この実験と解析結果は、スピン軌道相互作用を評価するのは量子井戸内の電界の効果だけでなくヘテロ界面からの寄与を含めて考慮する必要があることを示している。前年度は、GaMnAs/AlAs/MnAsナノクラスタ構造を用いることで縦型スピン注入三端子素子に必要な電気的スピン検出技術を確立した。本年度はスピン検出構造最適化を図るべくAlAsトンネルバリア膜厚依存性を評価した。GaMnAsおよびMnAsナノクラスタを同一条件で成長し、AlAs膜厚のみを2.2nm,3.2nm,4,2nmと変化させたGaMnAs/AlAs/MnAs

ナノクラスタ構造を作製しTMR比を測定したところ、AlAs2.2nm、3.2nmではTMR比は等しい値を示したにも関わらず、4.2nmではTMRが観測されなかった。よってAlAsトンネルバリアの薄膜化によりTMR比の更なる向上が望める構造設計指針を得た。さらに、スピン検出層となるMnAsナノクラスタの断面TEM観察によりAlAsトンネルバリア層の間に粒径が概ね5nmの均一なMnAsクラスタが一様分布していることが明らかとなり粒径制御が実現可能であることが確かめられた。形状異方性を利用した磁化反転制御はデバイス応用上重要な基盤技術となる。そこで理論計算によりGaMnAs細線構造で形成される磁区構造への形状異方性効果の検討を行った。100方向を細線長手方向にとった場合、細線幅を0.2μm程度まで細くすることでGaMnAsに特徴的な90°磁壁を介した磁化反転から180°磁壁による磁化反転へと遷移することが明らかとなり、磁区構造への形状異方性効果が確認された。今後は、実験的にGaMnAs磁区構造への形状異方性を検出すべく、微細加工によるGaMnAs細線構造の作製と異方性磁気抵抗効果による磁化反転検出を進める。半導体2次元電子ガス(2DEG)におけるRashbaスピン軌道相互作用はゲート電界制御可能であることから電気的スピン制御に有効な手段となる。しかし半導体へのスピン注入後、2DEGまで距離が遠ければその間にスピン緩和が生じスピン情報が失われるため、表面から浅い2DEGにおけるスピン軌道相互作用の評価が重要となる。そこで表面エッチングにより異なる深さの2DEGを用いてスピン軌道相互作用の評価を行った。その結果、表面からの深さが26.5nmから6.4nmの2DEGにおいてスピン軌道相互作用が1.47×10^<-12>eVmから2.41×10^<-12>eVmまで系統的に変化することが明らかとなり、表面に近い2DEGではより大きな有効磁場が得られることを示した。よって浅い2DEGを用いればスピン注入後の輸送中におけるスピン緩和が抑制され、さらに高速スピン制御が実現できることを明らかにした。希薄磁性半導体をスピン注入電極とするための磁気特性を評価するため微細加工したGaMnAsの磁化反転機構の解明を進めた。線幅の異なるGaMnAs細線構造を作製し、磁気異方性定数及び磁化反転過程を評価した。その結果、最線幅を1μm程度まで小さくすることにより磁気異方性エネルギーを評価し人工的に磁気異方性を導入できることを示した。また、微細加工により生じた弱い一軸磁気異方性が磁化反転に大きな影響を及ぼすことを解明した。3層GaMnAsダブルバリアトンネルトランジスタ構造(GaMnAs/AIAs/GaMnAs/GaAs/GaMnAs)の作製条件を最適化し、3層独立に電気的コンタクトをとり磁気輸送特性を調べた。各層問の磁気輸送特性からGaMnAsベース層が最も保磁力が小さいことが明らかになった。その結果、コレクタ電流Ic、ベース電流Ib、電流増幅率を各層間のバイアス電圧によって容易に制御できることを確認した。
CD40Ig遺伝子導入による同種臓器移植拒絶反応の制御

Allogenicな組み合わせであるラットの肝移植、心移植でAdCD40Ig(andAdCTLA4Ig)の免疫抑制効果を比較検討した。ACI(RT1^<av1>)からLEW(RT1^1)ラットへの異所性心移植および同所性肝移植モデルを作成し、移植直後にAdCD40Ig(andAdCTLA4Ig)を陰茎静脈よりを単回投与した。Survival、各分子の血中濃度、組織学的変化について検討した。1.肝移植:無治療群ではmedian survivalで9.5日で拒絶されるのに対し、AdCD40Igを1xlO^9pfu投与した群では300日以上の長期生着を見た。長期生着例に行った皮膚移植においてもドナー種であるACIラットの移植片は生着し、allo-specificな免疫寛容が得られたものと考えられた。また、survival、CD40Igの血中濃度ともAdCD40Igの用量依存性に延長及び上昇することが確認された。2.心移植:無治療群ではmedian survivalで6.5日で拒絶されるのに対し、AdCD40Igを1xlO^9pfu投与した群では28.5日まで延長した。これに対しAdCD40IgとAdCTLA4Igの併用群では250日以上の長期生着を得ることができた。しかし、引き続き行った皮膚移植においてドナー種の移植片は拒絶され、心移植においてはallo-specificな免疫寛容が得られなかった。また、併用群における長期生着例においても組織学的には慢性拒絶の像を呈しており、心移植においては慢性拒絶反応は克服し得ないものと考えられた。1.ラット肝移植2.ラット心移植1.肝移植:無治療群ではmedian survivalで9.5日で拒絶されるのに対し、AdCD40Igを1xlO^9pfu投与した群では300日以上の長期生着を見た。
葉緑体ATP合成酵素CF_0CF_1の異なった活性状態間における高次構造上の差異

葉緑体チラコイド膜上のATP合成酵素CF_0CF_1は光照射により活性化されATP合成的に、またATP加水分解的に活性な状態を示すようになる。CF_0CF_1が異なった活性化状態をとっている時、それぞれの高次構造も異なっていると予想される。CF_0CF_1のある構成アミノ酸残基のまわりの高次構造が大きく変化した場合そのアミノ酸残基の反応性が変化することが考えられる。従って構成アミノ酸残基の反応性の変化を調べることにより逆にそのアミノ酸残基のまわりの高次構造の変化を推定することができる。ここではリシン残基の反応性がCF_0CF_1の活性化状態を変えることでどのように変化するかを、リシン残基に特異的に反応するピリドキサ-ルリン酸(PLP)を用いて調べた。その結果CF_0CF_1の活性化状態の変化に対応して反応性の変化するリシン残基がεサブユニット上に1つ存在することがわかった。CF_0CF_1が不活性な状態にあるときこのリシン残基のPLPに対する反応性は大変低いが、CF_0CF_1が活性な状態にあるときこのリシン残基のPLPに対する反応性は大変高い。このことはCF_0CF_1が不活性な状態から高い活性化状態に変化する過程でCF_1のεサブユニット上の特定のリシン残基の反応性を著しく高めるような高次構造上の変化がおこっていることを示している。PLP修飾したεサブユニットを酵素的にペプチド断片化し、HPLCでペプチドを単離し、PLP修飾ペプチドをアミノ酸シ-クエンサ-にかけることにより、ペプチドのアミノ酸配列を決めるという方法によりその特定のリシン残基はεサブユニットの第109番目のリシン残基であることがわかった。以上の結果から、CF_0CF_1が不活性な状態から活性な状態に変化するときCF_1のεサブユニット上ではリシンー109の反応性を著しく促進させるような高次構造上の変化がおこっていることが明らかとなった。葉緑体チラコイド膜上のATP合成酵素CF_0CF_1は光照射により活性化されATP合成およびATP加水分解的に活性な状態を示す。CF_0CF_1が異なった活性化状態をとっている時それぞれの高次構造も異なっていると予想される。CF_0CF_1のある構成アミノ酸のまわりの高次構造が大きく変化した場合、そのアミノ酸残基の性質が変化する事が考えられる。従って構成アミノ酸残基の反応性の変化を調べる事によって逆にそのアミノ酸残基のまわりの高次構造の変化を推定することができると考えられる。ここではリシン残基の反応性がCF_0CF_1の活性化状態を変えることでどのように変化するのかをリシン残基に特異的に反応するピリドキサールリン酸(PLP)を用いて調べた。(PLPのリシン残基への結合は390nmの蛍光で容易に測定可能)方法:1.葉緑体チラコイド膜とPLPとの反応(暗所、光照射下あるいは消光後)2.NaBH_4による反応の停止3.CF_1の単離4.SDSーゲル電気泳動による各サブユニット(α、β、γ、δ、ε)の分離5.ゲルからの各サブユニットの抽出6.SDS除去7.S-aureus V_8プロテアーゼによるペプチド断片化8.逆相HPLCによるペプチドの分離、PLP結合ペプチドの解析

CF_0CF_1の活性化状態の変化に対応してγサブユニットに1つ、εサブユニットに1つのPLPに対する反応性の変化するペプチドが検出された。暗所でPLPと反応させた場合これらのペプチドはほとんどPLPと結合していないが光照射下で反応させた場合結合PLPの量が著しく増大している。この結果はCF_0CF_1が不活性な状態から高い活性化状態に変化する過程でγサブユニットとεサブユニット上の特定のリシン残基の反応性を著しく高めるような高次構造上の変化が起こっていることを示唆している。ごく最近εサブユニットのペプチドのアミノ酸配列がGK^^<109>RQK^^<112>IEであることがわかった。反応性の変化するアミノ酸残基が109番目と112番目どちらのリシン残基なのかは現在研究中である。葉緑体チラコイド膜上のATP合成酵素CF_0CF_1は光照射により活性化されATP合成的に、またATP加水分解的に活性な状態を示すようになる。CF_0CF_1が異なった活性化状態をとっている時、それぞれの高次構造も異なっていると予想される。CF_0CF_1のある構成アミノ酸残基のまわりの高次構造が大きく変化した場合そのアミノ酸残基の性質が変化することが考えられる。従って構成アミノ酸残基の反応性の変化を調べることによって逆にそのアミノ酸残基のまわりの高次構造の変化を推定することができる。昨年度はリシン残基の反応性がCF_0CF_1の活性化状態を変えることでどのようよに変化するのかをリミン残基に特異的に反応するピリドキガ-ルリン酸(PLP)を用いて調べた。その結果CF_0CF_1の活性化状態の変化に対応してεサブユニットに反応性の変化するリシン残基が存在することがわかった。暗所でPLPと反応させた場合このリシン残基はほとんどPLPと結合しないが、光照射下ではすみやかにPLPと結合する。この結果はCF_0CF_1が不活性な状態から高い活性化状態に変化する過程でεサブユニット上の特定のリシン残基の反応性を著しく高めるような高次構造上の変化が起こっていることを示している。本年度はこのリシン残基がεサブユニットの二次構造上どこに位置しているのかを調べた。方法としてはPLP修飾をほどこしたεサブユニットと、いくつかの酵素を併用してペプチド断片化し、HPLCをくり返すことにより、高純度の蛍光性ペプチド(PLP修飾されているペプチド)を単離し、アミノ酸シ-クエンサ-にかけてペプチドのアミノ酸配列を決定した。その結果CF_0CF_1の活性化の過程で反応性の変化するアミノ酸残基は第109番目のリシン残基であることがわかった。CF_0CF_1の活性化にともないCF_1のξサブユニット上では、リシン-109の反応性を大きくするような高次構造上の変化が起こっていると考えられる。
小型肝細胞の特異的表面抗原の同定と体外環境における肝組織ユニット構築

我々は、ラット小型肝細胞に特異的に発現している膜貫通型蛋白質をコードする3つの遺伝子CD44,BRI3,D6.1Aを特定した。3種の蛋白質に対する抗体を用いて、肝組織における小型肝細胞の局在を検討した。正常ラット肝臓小葉内には3種の抗体に反応する肝細胞は存在しなかったが、ガラクトサミンで劇症肝炎を起こしたラットでは陽性の小型肝細胞が門脈周囲に出現した。また抗体を用いてソーティングした細胞を培養すると小型肝細胞と同様なコロニーを形成し、PCRにより肝細胞マーカー遺伝子を発現していること、他細胞lineageを示す遺伝子は発現していないことを確認した。培養し細胞数を増やしたラット小型肝細胞の同種ラット脾臓・肝臓への移植を試みた。放射線照射と部分肝切除を組み合わせることにより、ドナー細胞のレシピエントへの生着と増殖を認めた。In vitroで肝組織を作るために、分離した小型肝細胞コロニーをコラーゲンスポンジ上に播種することにより、迅速に類肝組織構造を誘導することに成功した。約2週間で成熟肝細胞と胆管類似構造を持つ類肝組織を形成することができた。正常ヒト肝臓から分離細胞をコラーゲンスポンジ上に播種し、培養するとラットと同様に類肝組織を作ることを見出した。ラット小型肝細胞を多孔性膜上で培養し、コロニーを作らせた後、細胞同土が重なるように2枚の膜を重ねると、細胞同士が接着し、成熟化させることができた。積層させることにより小型肝細胞の成熟化が促進され、細胞間に毛細胆管がよく形成されるようになる。また低重力環境下での3次元回転培養を試みた。小型肝細胞のコロニーをコラゲナーゼで分離した後に残るグリソン鞘や線維成分を多く含む無細胞化した組織片と小型肝細胞コロニーを共培養した場合に大きな組織塊を形成することが分かった。我々は、成熟ラット肝臓より肝細胞の一種と考えられる小型肝細胞を分離培養し、活発に増殖している小型肝細胞をコロニーごと分離することによって、小型肝細胞が優位に増殖する培養系を作ることに成功した。この系にEHS gel(Matrigel)を加えることにより小型肝細胞の成熟化を誘導できることが分かった。単にアルブミンやトランスフェリンの分泌が増えるばかりではなく、薬物代謝酵素のcytochromeP450の発現を誘導することが可能になった。一ヶ月以上培養したラット肝細胞を用いて、CYP蛋白質の発現を誘導した報告は無い。加えて,これらの誘導された酵素は活性を持っていることも確認している。さらに以前報告した(基盤研究12670211)凍結保存した小型肝細胞においても同様にCYP蛋白質を誘導できることが分かった。これらの結果は、薬物の動物実験代替法として利用できることを意味している。ヒト小型肝細胞を同様に分離培養することにより、創薬に応用可能になることを示唆している研究果である。分離された小型肝細胞コロニーをコラーゲンスポンジ上に播種することにより、迅速に類肝組織構造を誘導することができた。約2週間で成熟肝細胞と胆管類似構造を持つ肝組織が形成される。現在、この構造ごと生体内に移植することが可能か実験を行っている。さらに3次元培養装置を用いてより大きな組織をin vitroで形成できないか検討中である。外科的に切除されたヒト肝組織から分離した肝細胞を長期間培養する実験系を確立した。この系で培養するとラット同様に小型肝細胞が増殖してくるのを認めた。又、分離したヒト肝由来細胞をスポンジ上に播種することにより、胆管上皮細胞と成熟肝細胞を有する組織を形成させることに成功した。現在効率よく組織形成させる方法の検討を行っている。

我々は、分離した小型肝細胞コロニーをコラーゲンスポンジ上に播種することにより、迅速に類肝組織構造を誘導することに成功した。約2週間で成熟肝細胞と胆管類似構造を持つ類肝組織を形成することができた。この組織は、肝細胞の分化機能であるアルブミン分泌能や尿素合成能、アンモニア代謝能を持っており、約一ヶ月間その機能を維持した。また、外科的に切除されたヒト正常肝組織から分離した肝細胞を長期間培養することができた。この系で培養するとラット小型肝細胞によく似た細胞が増殖し、一部は細胞が盛り上がり3次元的な構築をするようになった。さらにヒト肝臓から分離した細胞を直接コラーゲンスポンジ上に播種することにより、胆管上皮細胞と成熟肝細胞を有する組織を形成させることに成功した。胆管上皮細胞は、スポンジの表層を覆うように一層に配列するものとスポンジ内で管腔構造を構築するものとがみられた。表層の胆管上皮細胞の一部は、肝細胞マーカーを発現しており、肝細胞由来の可能性があった。培液中にはアルブミンがよく分泌されていた。半年以上凍結保存したラット小型肝細胞を培養し、成熟化させると薬剤に対応したCYP蛋白質を誘導できることが分かった。誘導されたCYPは酵素活性も有していた。ヒト小型肝細胞を同様に分離培養することにより、薬物代謝機能をin vitroで測定するなどの応用が期待される。ラット小型肝細胞を多孔性膜上で培養し、コロニーを作らせた後、細胞同士が重なるように2枚の膜を重ねると、細胞同士が接着し、成熟化させることができた。成熟肝細胞同士では不可能なので小型肝細胞に特異的な現象と考えられる。積層させることにより小型肝細胞の成熟化が促進され、細胞間に毛細胆管がよく形成されるようになる。類肝組織を組み込んだ人工肝臓のモデルになると考えている。今後は、ヒト小型肝細胞を組み込んだモデルを作りたいと考えている。ラット小型肝細胞に特異的に発現している膜貫通型蛋白質をコードする3つの遺伝子CD44,BRI3,D6.1Aを特定した。そのアミノ酸配列より細胞外ドメインに相当するペプチドに対する抗体を作製した。3種の蛋白質に対する抗体を用いて、肝組織における小型肝細胞の局在を検討した。正常ラット肝臓小葉内には3種の抗体に反応する肝細胞は存在しなかったが、ガラクトサミンで劇症肝炎を起こしたラットでは陽性の小型肝細胞が門脈周囲に出現した。また抗体を用いてソーティングした細胞を培養すると小型肝細胞のコロニーを形成し、PCRにより肝細胞マーカー遺伝子を発現していることを確認している(論文投稿中)。現在それぞれの遺伝子の発現機構の解析を行っている。培養し細胞数を増やしたラット小型肝細胞の同種ラット脾臓・肝臓への移植を試みた。放射線照射と部分肝切除を組み合わせることにより、ドナー細胞のレシピエントへの生着と増殖を促した。その結果、小型肝細胞は肝臓・脾臓共に生着したが、分離直後の成熟肝細胞の場合と比較すると肝臓での置換率は低かった。脾臓への生着率は小型肝細胞の方が良く、索状構造を作り生着した。
強磁場を用いた新規な微構造組織を実現するセラミックス創製プロセスに関する研究

セラミックスにおいて、結晶方位制御は特性向上に有効であり、その手法を精緻化することは重要となる。形状異方性粒子と強磁場配向制御を組み合わせたプロセスにおいて、棒状粒子の場合でもテープキャストを強磁場中で行うことにより3軸配向に成功した。また、AlNにおいては、熱処理での粒界相除去により透光性と熱伝導度への特性向上に成功し、配向の効果も確かめた。配向SiCでは、c面内での電気伝導がc軸方向よりも高く、熱伝導の異方性と同様の傾向を示すことを明らかにした。さらに、アルミナにおいて熱間静水圧プレスを用いずに透明化を達成し、配向の効果が各結晶での屈折率差の減少にあることを明らかにした。形状異方性粒子と強磁場を用いた2軸配向制御に関し、その組織および配向発達に関して、形状異方性粒子の影響を検討した。形状と磁場の両方の作用を効果的に受けるc軸の配向度が高く、板状粒子が10%程度で配向性は最大値となった。次いで磁場印加方向と平行となる方向へのa軸の配向が高くなった。次ぎに、Orthorhombicである擬ブルッカイト構造を有するMgTi2O5を用いて、3軸配向制御を試みた。MgTi2O5の形状異方性粒子は、固相反応法を用いて柱状となる粒子を作製した。磁場中鋳込み成形では、粒子が細かかったために形状効果による配向の付与が出来なかった。そこで、テープキャストでの成形を行い、磁場中配向を行った。これにより、磁場印可方法にb軸、塗布面垂直にa軸を揃えることが可能となり、残りのc軸も配向するために3軸制御を達成した。配向積層アルミナにおける残留応力計算のために、結晶方位制御した単層材を用いて、焼結収縮における異方性の測定を行った。c軸方向での焼結収縮がa軸方向よりも大きく、収縮量に異方性があり、その収縮量はa軸方向では昇温速度に依存しないが、c軸方向において昇温速度が遅いほど収縮量が大きくなることを見出した。強磁場中電気泳動堆積法により配向積層制御したアルミナ焼結体での蛍光分光計を用いた残留応力測定において、面分析を行った場合に層状構造を反映したピークシフトが得られる事を見出し、残留応力が配向方位を制御した各層において異なっていることが示唆される結果を得た。キャリブレーションなどを詳細に行うことにより、定量的な留応力分布が得られると期待できる。強磁場電気泳動堆積法において磁場と電場のなす角度の制御を平面的な変化だけでなく回転を加味した稼働が可能となる治具を作製した。この治具を用いて螺旋制御された微構造を示唆する結果を得ることに成功した。ゾルゲル法を用いて粉末表面にアルミナを修飾した炭化ケイ素粉末を作製し、この表面のアルミナが助剤としての機能と分散を安定させる機能との二つの効果を果たすことを期待して、磁場中配向と緻密化を可能にすることを試みた。しかしながらゾルゲル法での表面修飾過程で残存したイオンが電気泳動を妨げ、このままでの堆積が難しいことが判明した。プロセスの再検討を行い、電気泳動堆積が可能となるスラリー作製条件の改善指針を得た。窒化アルミニウムの配向性向上のためにジェットミルを用いた原料粒子のネックの解砕を試みたが、効率よくネックを破壊する条件を見出すことは出来なかった。しかし、助剤のミリング条件を検討することにより、助剤を試料内に均一分散させることが可能となり、透明性の向上が図られた。また、1800°C窒素中での10時間熱処理により、助剤により形成されたと考えられる粒界相の削減が可能であることを明らかにした。破壊モードは粒内破壊から粒界破壊に移行し、粒界相は強度が高く、それが無くなることにより粒界破壊に変化することを明らかにした。磁場中電気泳動堆積(EPD)法において、磁場と電場のなす角度の制御を平面的な変化だけでなく回転を加味した稼働が可能となる治具を用いて、アルミナにおいてc軸が回転しながら積層することを試みてきている。c軸が配向積層面に対して各層で徐々に回転する様に制御されている様子を電子線後方散乱回折法での解析により確かめた。また、c軸の回転は、磁場中での基板の角度を変化させることにより制御が可能であることも確かめた。また、ゾルゲル法を用いて表面をアルミナで修飾したSiC粉末において、磁場中EPDを用いた配向積層制御を試みてきていた。ゾルゲル法を用いたSiC表面修飾プロセスでは、スラリー中に大量のイオンが残留してしまい、そのイオンが粒子の泳動を妨げることによりEPDでの堆積が難しくなっていることが分かったため、残留イオンを除去することによりEPDでの厚膜化が可能であることを見出し、バルク体の作製を行った。3mm以上の厚みであっても堆積が可能であることを実証した。MgTi2O5の3軸配向制御において、従来の解析では、粒子形状を紡錘形や円柱形で近似して長軸と短軸の2軸異方性での議論であった為に、3軸全てに異方性がある場合とでは実験とに差異が出て、配向挙動を検討することが難しかった。そのために、3軸で磁気異方性がある場合の磁気トルクを計算し、3軸配向挙動について理論的な解析を行った。

窒化アルミニウムに(AlN)関しては、単結晶情報を用いた計算からc軸方向での熱伝導がa軸方向よりも高いことが報告されており、イットリア焼結助剤の場合に多結晶であってもc軸配向による熱伝導性向上が得られていた。本研究においては、ふっ化カルシウムを焼結助剤に用いて、強磁場によるc軸一軸配向と放電プラズマ焼結法による緻密化、さらに粒界相の除去により、熱伝導度及び、全透過の二つの優れた特性を同時に示すAlNの作製に成功した。窒化アルミニウムにおいて強磁場配向制御プロセスを用いることで、熱伝導性と透光性を両立した多機能性を付与することに成功し、予定より早い進捗状況であり、さらに3軸配向制御へと研究を進展させられている。また、アルミナの配向積層制御では、c軸を基板に対して回転するように堆積させることに成功し、機械特性評価が可能な段階に来ている。炭化ケイ素に関しても、粒子の表面修飾を行い、電気泳動堆積による積層化を行う課題では、厚膜化まで成功しており、今年度は機械特性の評価が可能な段階まできている。酸化亜鉛とMgTi2O5での3軸配向制御では、厚膜化において若干の遅れがあるが、今年度では、この課題を解決し、それぞれの配向方位での熱膨張係数の測定などを行える予定である。以上のことから概ね順調に研究を進展させている。磁場中スリップキャスト後に放電プラズマ焼結(SPS)による緻密化を行う事で、配向透光性アルミナの開発に成功した。従来は、アルミナの場合、スリップキャストした成形体にSPSを用いた緻密化を行う事が困難であったが、原料粉末の粒径を変化させ、また、物材機構で提唱された低速昇温SPSを用いることで従来よりも残留空孔が少ない緻密化に成功し、透光性を向上させた。強磁場配向によるc軸配向を付与することで、光軸とc軸を揃えることが可能となり、HIPを用いることなく、さらに直線透過性を向上させることに成功した。直線透過率と全透過率の測定および解析より、c軸配向による散乱係数の低減が直線透過率の向上原因であることを明らかにした。また、焼結条件の違いによる、僅少な残留空孔の違いが直線透過性の敏感に影響することを見出し、残留空孔での散乱がその原因であることを明らかにした。磁場中成形とSPSにより作製したc軸配向炭化ケイ素において、電気伝導の異方性を検討した。c面内(c軸と垂直方向)において、電気伝導度が高く、c軸平行方向と比較すると室温付近では、2桁以上の違いがあることを見出した。また、ランダム配向体では、c軸平行、垂直方向の値の間にその電気伝導度があることが分かった。c面内で伝導度が高いという傾向は熱伝導性に関しても同じであることを既に見出しており、c軸配向SiCにおいてフォノンと電子が同じ伝導パスであることが示唆される。Prof. Doganとの共同研究により、Atomic Layer Deposition (ALD)によりアルミナをSiCに表面修飾した粒子を用いて、磁場中EPDによる配向積層化を目指した。スラリー作製条件を検討し、EPDでの積層化には成功した。しかし、SPSを用いても緻密化するには至らなかった。ALDのコーティング条件などの再検討が必要となった。強磁場プロセスに電場、形状異方性粒子、表面修飾粒子などのプロセス因子を付加することで、螺旋構造、多軸配向などの微構造組織を造り込み、さらにSPSなどを用いた緻密化により機能の優れたセラミックスの創製を目指す本課題において、配向セラミックスの緻密化による透光性付与を実現し、透過率の高いアルミナの作製に成功し、また、炭化ケイ素においても配向と緻密化により電気伝導度と熱伝導の異方性を付与することが可能であることを見出している。
発生工学的手法によるエイズ制圧の試み

我々は、これまでに発生工学的手法を用いて遺伝子改変したマウスを作製することにより、個体レベルでの抗エイズ薬スクリーニング系の確立を試みてきた。これまでに、サイトカイン(TNF-α,IL-1α/β,IL-6,IFN-γ)遺伝子欠損HIVトランスジェニックマウス(サイトカインKO/HIVマウス)を作出し、LPS投与によるHIV遺伝子活性化機構を解析した結果、TNF-αおよびIL-1がLPSによるHIV遺伝子活性化の主要なメディエーターであることを明らかにし、サイトカインを標的とする治療法開発に対し示唆的な成績を得た。そこで、本年度はTNF-αおよびIL-1のシグナル伝達系、特にその中でもp38MAPKの役割に注目し、解析した。その結果、p38MAPKの阻害剤がHIV活性化抑制に有効であることを明らかにした。更に、一般的な遺伝子発現制御同様、サイトカインによる転写調節にもヒストンのアセチル化やCpGメチル化の関与が示唆されていることから、サイトカインシグナル、細胞周期、脱メチル化とHIV活性化の関連についても調べた。その結果、HIV LTRに存在するプロモーター領域の脱メチル化がHIV遺伝子発現を著しく増加させることを明らかにした。従って、感染細胞におけるHIVプロウイルスのメチル化状態を上手く制御することによりHIV活性化を制御できる可能性が示唆された。また、Cyclin T1/HIVマウスを作出し、LPS投与後の活性化を解析した結果、これまでHIVマウスでは活性化が確認されなかったリンパ節と胸腺でもCyclin T1発現によりHIV遺伝子の著しい活性化が見られた。リンパ節および胸腺におけるHIV遺伝子発現の活性化はエイズ発症との関連において注目されていることから、このマウスがHIV活性化機構の解析モデル及びHIV活性化阻害剤のスクリーニング系として有用であることが示唆された。
量子化学計算による星間分子の構造と化学反応の理論的予測

平成5年度に引き続き、星間分子の構造と化学反応に関して以下の研究を行った。1.我々が見い出したMgを含む星間分子としては最初の例であるMgNCに対して、さらに精度をあげたACPF/TZ2P+f法による電子状態の計算を行い、回転定数B_0の実測値5966.90MHzに対して、計算値5969.3MHzを得た。異性体のMgNCに対しても同様な計算を行い、実験値5094.80MHzに対して5089.3MHzの値を得た。また、星間分子候補として有力なFeCOの基底状態の分子構造をMRSDCI法で計算し、分光学定数を予測した。(平野)2.新たに見い出されたCOの赤外領域での発光スペクトルをリドベルグ状態間の遷移として同定した。(平野、長嶋)3.FeH,FeCOに関してf関数をも含む基底関数を用い、大規模なMRCIの計算を行った。また、MgC_2の構造と分光学定数をSDCIレベルで計算した。(田中)4.解離性再結合反応HCNH^++e^-→の反応機構を検討し、炭素星周辺でHNC/HCN比が1に近いことを量子化学的に説明した。(平野、長嶋)5.アセチレンシアニドHC_3Nの生成機構に関して、種々の中間体のエネルギーを計算して、C_2H_2またはC_2HとCNからの生成が可能であることを示した。(長村)実験および観測グループとの連携のもとに,重要と思われてる星間分子候補の構造や反応機構をab initio分子軌道法を用いた量子化学計算によって明らかにするのが本研究班の目的である。本年度の研究成果を列挙すると,1.星間分子候補として含Si,含Mg化合物の構造と電子状態の理論計算による予測を行った。特に,新化合物MgNC( ^2Σ)のBoが5939MHzであることを計算で予測し、7年越しの未同定ライン5966.9MHzがMgNCによるものと結論づけた川口ら(実験班)のマイクロ波実験を支援することが出来た。(平野,長嶋)2.c-C_3Hのポテンシャル曲面,CCPの平衡構造,MgSiの基底状態と第一励起状態などの計算を行った。また,電子相関の効率的な取り込み方法としてのMRCPA法を開発した。(田中)3.FCOラジカルの光吸収と光解離の理論計算,SiNNHおよびSiCOH,SiNOラジカルの異性体など未同定ラインの候補分子の電子構造,分子構造を理論的に予測した。(岩田)4.C_2S,C_3S,C_2S^+,C_3S^+の安定構造が直線形であること,C_3Sには環状構造は存在しないことを計算で予測した。また,S^+とCHの反応では途中で励起状態を生成するので何らかの電子遷移が必要なこと,CS^+とH_2,C_2S^+とH_2の反応ではエネルギー障壁が存在しないことを理論計算で明らかにした。(長村)5.C_2H_2や,C_3H^++H_2のイオン分子反応における反応径路と反応速度を量子化学計算と位相空間統計理論を用いて理論的に計算した。また,HCO^+の電子状態を計算し、レナーテラー効果を考慮したc^1Π状態への吸収スペクトルを予測した。(山下)平成5年度に引き続いて、星間分子として重要な分子や反応系に対してab initio分子軌道法による量子化学計算を行った。I未知星間分子の予測a)星間分子候補として有力なFeCOの基底状態、励起状態での分子構造をMCSCF法で計算し、分光学定数を予測した。また、新たに見いだされたCOの赤外領域での発光スペクトルをリドベルグ状態間の遷移として同定した。(平野、長嶋)b)C_4S,C_5S,H_2C_4,H_2C_5の種々の分子の異性体の回転定数の計算した。(村上)c)MgC_2,AlC_2,PC_2の構造と分光学定数をSDCIレベルで計算した。(田中)II素反応過程の検討d)解離性再結合反応HCNH^++e^-→の反応機構を検討し、炭素星周辺でHNC/HCN比が1に近いことを量子化学的に説明した。(平野、長嶋)e)HC+S^+→H+CS^+のポテンシャル曲面を計算し、星間環境下での反応を検討した。また、放射会合反応CH_3^++NH_3→,CH_3^++H_2O→の妥当性を量子化学的に検討した(岩田)f)硫黄を含んだ化合物の星間における生成ルートとして提案されているイオン分子反応を量子化学的に検討し、そのいくつかは、電子遷移を必要としたり、エネルギー的に不利な反応であることを明らかにした。(長村)g)C_3H^++H_2の会合反応とイオン分子反応について反応中間体H_2CCCH^+とc-C_3H_3^+を経る2種の反応経路と反応速度を量子化学的位相空間統計理論を用いて検討した。(山下)平成5年度に引き続き、星間分子の構造と化学反応に関して以下の研究を行った。

1.我々が見い出したMgを含む星間分子としては最初の例であるMgNCに対して、さらに精度をあげたACPF/TZ2P+f法による電子状態の計算を行い、回転定数B_0の実測値5966.90MHzに対して、計算値5969.3MHzを得た。異性体のMgNCに対しても同様な計算を行い、実験値5094.80MHzに対して5089.3MHzの値を得た。また、星間分子候補として有力なFeCOの基底状態の分子構造をMRSDCI法で計算し、分光学定数を予測した。(平野)2.新たに見い出されたCOの赤外領域での発光スペクトルをリドベルグ状態間の遷移として同定した。(平野、長嶋)3.FeH,FeCOに関してf関数をも含む基底関数を用い、大規模なMRCIの計算を行った。また、MgC_2の構造と分光学定数をSDCIレベルで計算した。(田中)4.解離性再結合反応HCNH^++e^-→の反応機構を検討し、炭素星周辺でHNC/HCN比が1に近いことを量子化学的に説明した。(平野、長嶋)5.アセチレンシアニドHC_3Nの生成機構に関して、種々の中間体のエネルギーを計算して、C_2H_2またはC_2HとCNからの生成が可能であることを示した。(長村)
植物の化学防御機構の進化を疑似体験させた昆虫の化学情報認知と適応行動

植物ー昆虫間の相互戦略の共進化は生物学の重要課題であるにも関わらず、植物学と動物学が緊密に連携してこれに取り組んだ例は少ない。本研究では、共進化を駆動する植物側の化学防御機構と防御物質を察知する昆虫側の化学情報認知機構の攻防に着目し、“植物の進化を模して昆虫に疑似体験させる実験"を通して、植物ー昆虫間の化学的相互戦略の進化についての理解を深めることが目的である。研究期間を通しての狙いは、遺伝子操作で植物側の化学防御機構を先祖返りさせ、新旧の化学防御機構に対する昆虫側の対応を神経行動学的な手法で比較検討する点にある。今年度は、イソチオシアネートを昆虫防除物質として生成する野生型のシロイヌナズナcolumbia系統と、液胞中に前駆体を持たないqKO系統、前駆体からイソチオシアネートを生成する酵素を持たないBglu系統、酵素を格納する細胞内小器官をもたないnai1系統を準備した。それぞれの実生の植物体が食害された時に出てくる「におい」をショ糖餌とともに与えて、ハエの食欲を調べたところ、野生型columbia系統の「におい」が存在すると、その「におい」がないときの50%25%まで食欲が減退すること、突然変異系統の「におい」が存在してもそのような食欲減退は起きないことを明らかにした。また、5日間、columbiaの「におい」のついたショ糖を与えて食餌経験をさせたハエは、columbiaの「におい」によって引き起こされる食欲の減退の度合いが有意に軽減されることも分かった。一方で、シアノグルコシドを生成する進化的に古い化学防除システムを有するミヤコグサの実生を代わりに使って同様な実験をした場合、「におい」による顕著な食欲減退はみられなかった。昆虫に対する化学防除システムに関するシロイヌナズナの突然変異系統の選定と準備がスムーズであったので、これを待つ時間を考慮せずに、昆虫を使った実験に入れたことは、大変良かった。現存するシロイヌナズナの防除化学物質であるイソチオシアネートを生成できる野生系統は、匂いだけで昆虫の食欲を半減させることが分かったことは、大きな成果であった。進化的に古い形の昆虫防除システムを持つ植物の防除物質がシアノグルコシドであることから、同じバックグラウンドを持ちながらイソチオシアネートに代えてシアノグルコシドをもつ植物サンプルをどのように準備すればよいかについて問題ではあったが、見通しが立ったために、研究が大きく停滞することはないと考える。今後の研究の推進方策も順当に立てることができる。これまで、シロイヌナズナの化学防除システムの「におい」に注目して、においづけをしたショ糖餌の食欲測定の実験を主に行ってきたが、ハエがその「におい」を忌避するか、化学走性を調べるとともに、columbiaの「におい」のついたショ糖を与えて食餌経験をさせたハエは学習によって化学走性が変化するかを調べる。また、この「におい」がどの嗅覚器を通して脳のどの領域を活性化するかを明らかにする。次に、シロイヌナズナの化学防除システムの「味」に注目した実験を展開する。嗅覚器を切除したハエを使い、シロイヌナズナの実生破砕液で味つけをしたショ糖で食欲比較を行う。シロイヌナズナの実生破砕液で刺激を行い、味受容神経レベルで毒や苦味を検出する神経の応答を定量的に測定する。一方、イソチオシアネートではなくシアノグルコシドを生成させるシロイヌナズナの実験系を作って、columbiaの破砕液とシアノグルコシド生成系の破砕液をそれぞれハエに経口摂取させて食欲だけでなく、致死率や寿命を比較する。また経口摂取ではなく注射投与した時の致死率や寿命も比較する。次年度は、本研究の最終年にあたるので、研究成果をまとめて論文を投稿する。