hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞間の多様性に基づいた新しい細胞内モデリング手法－その発展と応用－

本研究では、細胞のシミュレーションを行うための新しい手法を数学的に発展させることで、この手法をより多くの生命現象に応用可能にしました。また、新たな近似法と高速シミュレーターを用いることで、実際のデータからシミュレーションモデルを自動的に構築するシステムを開発しました。また、この手法を応用して、免疫寛容と自己免疫応答のバランスを理解するための免疫細胞の抗原提示の数理モデルを構築しました。本研究の目的は、我々が提案している細胞応答の非一様性に基づいた新しい数理モデリング手法(Stochastic Binary Modeling、以後、SBMと略)をさらに発展させ、多様な生命現象に応用可能とすることである。今年度は以下の研究を実施した。1、細胞間相互作用、及び、複数細胞種の存在下におけるモデリング手法の拡張、及び、そのためのシミュレータの開発。この拡張により、例えば複数の免疫細胞種の協調に現れてくるダイナミクスを記述することが可能になる。今後、この拡張により扱えるようになったクラスのモデルを、シミュレータを用いて系統的に解析していく予定である。2、多くの場合、細胞の数理モデル研究は数値的なシミュレーションに頼る必要がある。SBMでは、その数学的な構造から、ある種の近似を行うことで解析的な計算に基づく解析が可能であることがわかっていたが、残念ながら時間の経過とともにこの近似が破綻してしまうため、実用的には使えなかった。今回、物理学等においてよく利用される繰り込みの手法を用いてこの問題を回避/緩和できないか、共同研究者とともに研究を行った。その結果、実際、繰り込みの手法を応用することが可能であることがわかった。一方で、近似の破綻の問題に対する緩和の程度はモデルに大きく依存してしまうことも明らかになったため、現時点では具体的な応用は難しい状況である。3、さらに、今年度は実験データから直接モデル推定を行うシステムの構築に着手した。このようなシステムがSBMを応用していく上で重要な役割を果たし得ることはわかっていたが、SBMと相性の良いモデル推定の手法が特定できていなかったため、研究計画では、このようなモデル推定の研究は想定していなかった。しかし、今年度の研究活動を通じてこのようなモデル推定で有望な手法が見つかり、一定のめどが立ったため、現在精力的に研究を進めている。1、時系列の実験データから直接SBMの構造/パラメータ推定を行うシステムの開発。このシステムは複数の機械学習手法を組み合わせることで実現を目指しており、データ同化手法に基づいた技術開発とそのコンピュータ上での実装を進めている。さらに、SBMのモデル推定を実現するために有望と考えている連続時間ベイズネットワーク推定の技術をもつ研究者と研究交流を行い、その技術を我々のシステムに組み入れることに成功した。2、免疫学における1細胞レベルの実験データの解析。我々は、長期的にSBMを免疫システムの数理モデル化に応用することを目指している。SBMでは1細胞レベルの記述をバイパスしつつ細胞応答の非一様性の効果を取り入れることに主眼が置かれているが、この考え方の妥当性を判断するには実際の1細胞レベルでの細胞の振る舞いと照らし合わせていく必要がある。そのため、実験研究者から提供された免疫細胞の1細胞レベルの遺伝子発現データを機械学習の手法も利用しながら解析している。また、時系列のデータを効率よく大量に取得するために、画像データから各細胞の境界を決定し、遺伝子発現レベルを自動的に計測するシステムの開発も行っている。本研究の目的は、細胞間の多様性に基づく新しいモデリング手法(Stochastic Binary Modering, SBM)をさらに発展させ、この手法を多様な生命現象に応用可能にすることである。本研究を通して、1これまで細胞内相互作用に限られていたSBMの枠組みを、細胞間相互作用がある場合や分裂、増殖がある場合に拡張した。2SBMを効率よく計算するための近似法や高速なシミュレータを開発した。SBMには、そのままではシステムが複雑になるにつれて力学変数の数が指数関数的増大してしまうという弱点がある。このため、SBMで直接扱えるシステムの大きさには大きな制限がかかってしまっていた。この弱点を回避する近似手法を新たに開発した。また、アルゴリズムの改良などを行い、高速なシミュレータを開発した。3免疫学における1細胞レベルの実験データの解析を行った。去年度に引き続き、SBMの仮定である一細胞レベルの細胞応答の非一様性を検証するため、実データの解析を行った。4また、当初の研究計画を拡張し、時系列の高次元実験データから、SBMのモデル推定を行うシステムを開発した。このシステムを用いると、ハイスループットの実験データから直接SBMのシミュレーションに必要なネットワーク構造とパラメータを自動的に推定し、そのダイナミクスについて予言することができる。5細胞間の多様性に基づくモデリングの具体的な応用先として免疫システムに対する数理モデルの構築した。このモデルではSBMで導入した各細胞の非一様性を、各抗原提示細胞と相互作用するT細胞の非一様性に拡張することで、免疫システムの階層的なモデリングを可能にしている。このモデルを用いることで、免疫学の主要なテーマである免疫抑制と自己免疫反応のバランスを定量的に議論できるようになった。

また、新たな近似法と高速シミュレーターを用いることで、実際のデータからシミュレーションモデルを自動的に構築するシステムを開発しました。また、この手法を応用して、免疫寛容と自己免疫応答のバランスを理解するための免疫細胞の抗原提示の数理モデルを構築しました。進捗状況はやや遅れている。大きな理由は当初の目標を拡張し、実験データからのシステム同定を研究の大きな目標に加えたことである。このため、当初予定になかった新たな技術開発を行う必要が生まれた。また、このプロジェクトの長期的な目標はSBMによる生命システムの数理モデル化であるが、今年度は、そのターゲットである免疫系での1細胞レベルの実験データを扱う機会に恵まれた。生命システムのモデル化に当たっては、理論的な解析だけでなく実際のデータから対象をよく理解しておくことが欠かせないため、この機会を活用し、データ解析にも携わることにした。このことも、当初の予定よりも進捗状況が遅れてしまっている一因である。システム生物学現在の方針通り、SBMのモデル同定を行うシステムの開発を進めていく予定だが、現実的に取得可能なデータ量からSBMに対し十分なモデル同定を行うことができるかどうか、未だ予断を許さない状況にある。モデル同定が現実的でないと判断される場合には、SBMのモデル同定をいったん諦め、申請時の計画に戻る、あるいは、開発したシステムを他のフレームワークにおけるモデル同定に利用するなど、柔軟に対応する予定である。現時点での進歩状況はやや遅れていると判断している。遅延理由は大きく二つ挙げられる。一つは、今年度より研究代表者が所属研究機関の所属研究ユニットの共同責任者に昇格したことによる。このことにより、本研究以外に、ユニット運営、及び、ユニット内の他の研究プロジェクトにも大きなエフォートを割く必要が生じ、もともとこの研究に割り当てると想定していただけの時間を確保することが難しくなってしまった。もう一つは研究実績に記述した通り、モデル推定を行うシステムの構築にまで本研究のプロジェクトのスコープを拡張したことによる。この結果、全体としてプロジェクトの進捗状況に遅れが生じることは避けられないが、当初の想定以上の成果につながる可能性が高まったと考えている。本研究は基本的に理論研究であるが、研究の進展次第で検証実験を行う可能性があるため、計算機器の再利用による物品費の抑制や、所属研究所で応募可能な旅費財源の利用など、研究費を節約して活動してきた。また、初年度の研究活動の結果、申請時には想定していなかったシステム同定まで研究計画を拡張することとなり、その時点で研究の長期化が見込まれた。このことも研究費を節約し、また、補助事業期間を延長する理由である。上にも述べた通り、現在、もともとの研究計画を拡張し、モデル推定を行うシステムの構築に関する基礎研究も行っていくことを計画している。
対数的p進解析による数論的多様体の相対的リジッドコホモロジー及びホモトピーの研究

標数p>0の完全体上の代数多様体の射の相対的リジッドコホモロジーの有限性、過収束性を適当な仮定の下で証明した。過収束アイソクリスタルの対数的延長理論を適当な仮定の下で証明した。また、標数p>0の正則優秀スキームの対数的ホッジ・ヴィットコホモロジーに対する純性定理およびガーステン型予想を証明した。更に相対的対数的クリスタルコホモロジーの重み篩の理論を構築した。本研究の目的は対数的P進解析を用いた相対的なP進解析的コホモロジーに関する研究である.標数p>0の体上の代数多様体間の射と過収束アイソクリスタル(係数)が与えられた時,その相対的リジッドコホモロジーが定義されるが,射が固有かつスムーズな時にそれが連接であり,かつ自然な過収束アイソクリスタルの構造を持つこと(連接性,過収束性)がBerthelotにより予想されている.今年度は,射が固有スムーズで,かつ対数的スムーズ整な良いコンパクト化を持つときにこの予想に関する研究を進めた.まず射が対数的スムーズ整な良いコンパクト化を持ちかつ係数もコンパクト化に対数的に伸びる時に,相対的リジッドコホモロジーと相対的対数的解析コホモロジー,相対的対数的収束コホモロジー,相対的対数的クリスタルコホモロジーとの比較を通じる手法により相対的リジッドコホモロジーの連接性,過収束性を証明した.また,射が対数的スムーズ整な良いコンパクト化を持つが係数がコンパクト化に対数的に伸びるとは限らないときを取り扱うために,半径付相対的対数的収束コホモロジー,半径付相対的対数的解析コホモロジーの理論を構築した.そして,これらを用いて相対的リジツドコホモロジーの連接性,過収束性よりも弱いがそれに近い結果が出ることを確認した.また,以前に得られていた標数p>0の正則優秀スキームの対数的ホッジ・ヴィットコホモロジーに関する純性定理および標数p>0の正則優秀スキームの加藤複体のp部分に関するガーステン型予想を示した論文を纏めた.本研究の目的は対数的p進解析を用いた相対的なp進解析的コホモロジーに関する研究である.標数p>0の完全体上の代数多様体間の射f:X→YとX上の過収束アイソクリスタル(係数)Eが与えられた時にその相対的リジッドコホモロジーが定義されるが,射fが固有かつスムーズな時にそれが連接となり,かつ自然なY上の過収束アイソクリスタルの構造を持つこと(連接性,過収束性)がBerthelotにより予想されている.今年度は,YがスムーズであるかまたはEがフロベニウス構造を持つという緩やかな仮定の下でBerthelot予想のあるヴァージョンを証明した.またfが固有でない場合,スムーズでない場合にも,Eがフロベニウス構造をもち,かつEに対する半安定還元予想を仮定した場合に,相対的リジッドコホモロジーがYのある稠密な開集合上で連接性,過収束性を満たすことを証明した.証明の要点は良い超被覆の構成,都築のコホモロジー的降下定理,基底変換定理,Kedlayaによる過収束アイソクリスタルの貼り合わせの定理および種々のp進コホモロジーの比較定理である.そのために半径付相対的対数的収束コホモロジー,半径付相対的対数的解析コホモロジー,半径付相対的対数的リジッドコホモロジー等のp進コホモロジー理論を新たに定義し,その基本的性質を調べた.また,東京電機大の中島幸喜氏との共同研究である開多様体のスムーズな族の相対的対数的クリスタルコホモロジーに対する重み篩,重みスペクトル系列に関する共著の改訂を行った.本研究の目的は対数的p進解析を用いた相対的なp進解析的コホモロジーおよびその係数である過収束アイソクリスタルの構造を調べることである.1.標数p>0の完全体上の代数多様体間の射f : X→YとX上の過収束アイソクリスタル(係数)Eが与えられろ時にその相対的リジッドコホモロジーが定義されるが, Eがフロベニウス構造をもつ場合に相対的リジッドコホモロジーがYのある稠密な開集合上で連接性,過収束性を満たすことを証明し,その論文の初稿をまとめた.種々の対数的p進コホモロジーの比較定理が証明の鍵となる.2.過収束アイソクリスタルの延長可能性について調べた.具体的には,標数p>0の平滑な良いコンパクト化をもつ代数多様体Xとp進整数環の部分集合Σに対してX上のΣ冪単モノドロミーを持つ過収束アイソクリスタルという概念を定義し, Σが適当なp進非リュービル性を満たすときにはそれがXのコンパクト化へと対数的でかつ指数がΣに入るように一意的に延長されることを証明した.これは冪単な場合のKedlayaによる結果の一般化であり,また確定特異点をもつ可積分接続の対数的延長の理論のp進版である.複雑なp進微分作用素の列の構成および様々なp進収束性の計算が証明の鍵である.

3.東京電機大の中島幸喜氏との共同研究である開多様体のスムーズな族の相対的対数的クリスタルコホモロジーに対する重み笛,重みスペクトル系列に関する共著の最終稿を仕上げ,出版にこぎつけた.
植物芽生えの光形態形成過程における浸透調節の分子機構

植物の茎細胞の伸長成長速度は、細胞壁の伸展性と細胞の浸透ポテンシャルによって主として規定されている。白色光は、細胞壁の伸展性を低下させることによって茎細胞の成長を抑制することは多くの実験的証拠によって確かめられている。一方、白色光が細胞の浸透ポテンシャルを上昇させることによって茎細胞の成長を抑制する可能性があることが報告されている(Parvez et al. 1996)。本研究では、光による浸透調節の仕組みを植物芽生えの成長と関連づけて解析を行った。白色光はトウモロコシの幼葉鞘の伸長成長を強く阻害したが、第一葉のそれは促進した。幼葉鞘の浸透ポテンシャルは白色光照射で上昇したが、第一葉では顕著に低下した。浸透ポテンシャルの変化と幼葉鞘および第一葉の成長速度の変化との間には高い相関が認められた。幼葉鞘および第一葉各部域の総浸透物質量は各部域の可溶性糖量と相関していた。白色光照射は、幼葉鞘細胞壁に結合している酸性インベルターゼ活性を低下させた。一方、第一葉のインベルターゼ活性は光によって著しく上昇した。インベルターゼの活性は幼葉鞘および第一葉における可溶性糖量と高い相関があった。白色光による浸透圧の増加は中胚軸においても観察された。このとき、光照射によってアポプラストのインベルターゼの活性が低下した。EDTA存在下での幼葉鞘切片と中胚軸切片の基部切り口よりの糖の遊離は、光もとで促進され、原形質膜結合性ATPaseの阻害剤であるバナジウムはこの光の影響を消去した。一方、頴果から約10mmの位置で中胚軸を切断し、その切り口からEDTA存在下で遊離する糖の分析を行ったところ、明暗条件で差はなかった。これらの実験結果から、白色光はインベルターゼ活性を調節することによって、発芽直後のトウモロコシ芽生えにおける糖の分配を調節し、それによって浸透調節を行って幼葉鞘および第一葉の成長を調節していることが示唆された。現在、トウモロコシインベルターゼ遺伝子のクローニングをおこない、その遺伝子発現の時空間的発現に対する白色光の影響を解析している。一方、白色光が細胞の浸透ポテンシャルを上昇させることによって茎細胞の成長を抑制する可能性があることが報告されている(Parvez et al.1996)。EDTA

存在下では幼葉鞘基部切断面からスクロースが遊離するが、EDTA非存在下ではそのようなスクロースの遊離は認められなかった。このことは幼葉鞘基部切断面から遊離するスクロースは、師管由来のものであることを示している。光は幼葉鞘基部切断面からのスクロースの遊離を促進したが、その遊離糖量は第一葉に蓄積される可溶性糖のわずか5%にすぎなかった。これらの実験結果から、光は幼葉鞘のソース活性を調節することによって、発芽直後のトウモロコシ芽生えにおける糖の分配を調節することによって浸透調節を行い、それによって幼葉鞘および第一葉の成長を調節していることが示唆された。植物の茎細胞の伸長成長速度は、細胞壁の伸展性と細胞の浸透ポテンシャルによって主として規定されている。白色光は、細胞壁の伸展性を低下させることによって茎細胞の成長を抑制することは多くの実験的証拠によって確かめられている。一方、白色光が細胞の浸透ポテンシャルを上昇させることによって茎細胞の成長を抑制する可能性があることが報告されている(Parvez et al.1996)。本研究では、光による浸透調節の仕組みを植物芽生えの成長と関連づけて解析を行った。白色光はトウモロコシの幼葉鞘の伸長成長を強く阻害したが、第一葉のそれは促進した。幼葉鞘の浸透ポテンシャルは白色光照射で上昇したが、第一葉では顕著に低下した。浸透ポテンシャルの変化と幼葉鞘および第一葉の成長速度の変化との間には高い相関が認められた。幼葉鞘および第一葉各部域の総浸透物質量は各部域の可溶性糖量と相関していた。白色光照射は、幼葉鞘細胞壁に結合している酸性インベルターゼ活性を低下させた。一方、第一葉のインベルターゼ活性は光によって著しく上昇した。インベルターゼの活性は幼葉鞘および第一葉における可溶性糖量と高い相関があった。これらの実験結果から、白色光はインベルターゼ活性を調節することによって、発芽直後のトウモロコシ芽生えにおける糖の分配を調節し、それによって浸透調節を行って幼葉鞘および第一葉の成長を調節していることが示唆された。現在、トウモロコシインベルターゼ遺伝子のクローニングをおこない、その遺伝子発現の時空間的発現に対する白色光の影響を解析しつつある。一方、白色光が細胞の浸透ポテンシャルを上昇させることによって茎細胞の成長を抑制する可能性があることが報告されている(Parvez et al. 1996)。
複雑液体におけるスローダイナミックス

1.ドイツのユーリッヒ研究センターとの共同研究により我が国での中性子スピンエコー法を用いた研究の普及・促進をはかるとともに双方の中性子スピンエコー分光器の性能の解析を行い、分光器の改良点を明らかにし、我が国の分光器の整備を進めた。2.両親媒子系複雑液体の構造の動的ゆらぎを測定し、これらのダイナミックスを支配する相互作用を明らかにするために上記の分光器およびフランスのレオン・ブリュアン研究所の分光器を用いて中性子スピンエコー実験を行った。(1)非イオン性両親媒子を含むn-オクタン-水-C_<12>E_5系での双連結型マイクロエマルションの低温相および高温相、ラメラ相について内部界面の波状ゆらぎに関するダイナミックスを調べた。中性子スピンエコー実験の解析に最近Zilmanらによって提唱された界面膜の波状ゆらぎのダイナミックスの理論を初めて適用し、この理論の有効性を実証し、界面膜の曲げ弾性率を求めた。(2)ラメラ構造での脂質膜の波状運動のメカニズムを明らかにするために、リン脂質DPPC-水系に塩化カルシウムを加えた系で脂質2重層膜の波状ゆらぎに関るダイナミックスを中性子スピンエコー法で調べ、Zilmanらの理論が成り立つことを示し、ラメラ相での脂質2重層膜の曲げ弾性率を求めた。(3)非イオン性両親媒子C_<16>E_7-水系の紐状ミセルを中性子スピンエコー法で調べ、Zilmanらの理論を適用し、紐状ミセルの集団運動が低濃度領域ではミセルの自由拡散、高濃度領域ではレプテーション運動に支配されていることを提唱した。(4)イオン性両親媒子AOT/水/n-デカン3元系で温度上昇でも圧力上昇でも同様の構造相転移を示す組成について中性子スピンエコー実験を行い、Zilmanらの理論を適用した。得られた界面膜の曲げ弾性率から温度と圧力による構造相転移は異なった機構を持っていることを提唱した。1)中性子スピンエコー分光器の整備フランスのラウエ・ランジュバン研究所との共同研究によるモノクロメータの開発の結果、中性子測定高率が3倍上昇した。フランスのレオン・ブリュアン研究所において分光器の性能比較を行った結果、ほぼ同様の性能を有することが分かった。ドイツのユ-リッヒ中央研究所およびスイスのポール・シェラ-研究所のグループにも分光器の建設整備のための助言と協力を得た。2)両親媒子系複雑液体のスローダイナミックス両親媒子系複雑液体の構造の動的ゆらぎを測定し、これらのダイナミックスを支配する相互作用を明らかにするために上記の分光器を用いて中性子スピンエコー実験を行った。(1)マイクロエマルション・ドロップレットの形状ゆらぎ油が多い油-水-ATO系のマイクロエマルション・ドロップレット相での相転移付近で中性子スピンエコー実験を行い、拡散係数の散乱ベクトル依存性およびドロップレットの半径依存性を求めた。これらの依存性からドロップレットの変形の復元力は主として曲げ弾性エネルギーによるものであることがわかる。(2)脂質膜の波状運動リン脂質DPPCは水の中でカメラ構造を形成する。この膜の波状運動のメカニズムをより明らかにするために、DPPC-水系に塩化カルシウムを加えた系で中性子スピンエコー実験を行い、拡散係数の散乱ベクトル依存性を求めた。

(3)双連結型マイクロエマルションのダイナミックス非イオン性両親媒子を含むn-オクタン-水-C_<12>E_5系で、バルクコントラストおよびフィルムコントラアストの資料の双連結型マイクロエマルション低温相、ラメラ相および双連結型マイクロエマルション高温相について中性子スピンエコー実験を行い、減衰定数の散乱ベクトル依存性を求めた。減衰定数の散乱ベクトル依存性はこれら系のダイナミックスの解明に重要な知見を与える1.中性子スピンエコー分光器の整備ドイツのユ-リッヒ研究センターとの共同研究で分光器の磁場解析行い、分光器の今後の改良点を明らかにした。フランスのレオン・ブリュアン研究所との共同研究で標準試料等の検討を行い、中性子スピンエコー測定方法を改善した。ドイツのハーンマイトナー研究所との共同研究による新しいモノクロメータの開発の結果、測定可能なフーリエ時間が2倍に増大した。2.両親媒子系複数液体のスローダイナミックス両親媒子系複雑液体の構造の動的ゆらぎを測定し、これらのダイナミックスを支配する相互作用を明らかにするために上記の分光器を用いて中性子スピンエコー実験を行った。(1)双連結型マイクロエマルションのダイナミックス非イオン性両親媒子を含むn-オクタン-水-C_<12>E_5系で、バルクコントラストおよびフィルムコントラストの試料の双連結型マイクロエマルションの低温相および高温相、ラメラ相について内部界面の波状ゆらぎ関するダイナミックスを調べ、最近Zilmanらによって提唱された界面膜の波状ゆらぎのダイナミックスの理論が成り立つことを中性子スピンエコー法で始めて実証し、界面の曲げの弾性率を求めた。さらに、レオン・ブリュアン研究所の分光器(MESS)を用いて、上記の分光器で測定できないより大きい散乱ベクトル領域について測定を行い、この領域でも上記理論が成り立つことを確かめた。(2)脂質膜の波状運動ラメラ構造での脂質膜の波状運動のメカニズムを明らかにするために、リン脂質DPPC-水系に塩化カルシウムを加えた系で脂質2重層膜の波状ゆらぎに関るダイナッミックスを上記の分光器およびMESSを用いて調べ、Zilmanらの理論からラメラ相での脂質2重層膜の曲げの弾性率を求めた。(3)紐状ミセルの集団運動非イオン性界面活性剤C_<16>E_7水溶液中で紐状ミセルの集団運動を中性子スピンエコー法を用いて調べた。紐状ミセルでZilmanらの理論が成り立つかどうかの判定には上記の分光器ではまだ測定強度およびフーリエ時間が足りなかったので、ユ-リッヒ研究センターの分光器を用いて実験を開始した。
特発性血小板減少性紫斑病妊婦から出生した新生児血小板減少症の予測因子に関する検討

1.対象;産婦人科で経過観察中の慢性特発性血小板減少性紫斑病の妊婦ならびに出生した新生児。母親の承諾の上で母体血,臍帯血、新生児の血液を採取し,血清を保存した。また、新生児の血小板数を経時的に測定した。2.抗血小板抗体の検討今後は各種方法でのデータの特異性を高め、より多くの検体で検討していきたい。また,新生児の血小板数を経時的に測定した。2.抗血小板抗体の検討(1). PAIgG,PBIgG;Borneらのplateletsuspension immunofluorescencetestを用い計測した。PAIgG,PBIgGともに既に測定法は確立されている。しかし、PBIgGにおいてはcontrol群においての非特異的反応が強く、そのbackgroundを考慮にいれた際に、患者検体での弱陽性所見が本当の移行抗体によるものなのか判断に迷う状況である。(2).血清中の特異抗体の検出;Antigen capture ELISA法ならびにavidn-biotin-peroxidase complexを使用したwestern blottingにより血小板膜糖蛋白(GP)IIb/IIIaに結合しうる血清中の抗GPIIb/IIIa抗体を検出した。これも方法は既に確立されているものの、antigen capture ELISAではcontrolのばらつきが大きく、western blottinggでも陽性所見が得られにくく、両者の十分な相関も得られていない。そのため患者検体での陽性所見が本当の移行抗体によるものなのか判断に迷う状況である。今後は各種方法でのデータの特異性を高め、より多くの検体で検討していきたい。
ユビキチン・コードの解明

蛋白質の翻訳後修飾は様々な生命現象において非常に重要である。ユビキチン化は生体機能に不可欠な翻訳後修飾の一つであるが、ユビキチン修飾の多様性には不明な点が多く残っている。本研究では、翻訳後修飾のソースとして解析されてきたユビキチン分子自身が翻訳後修飾の基質になる新規分子機構の提案を目的として、解析を行った。その結果、ユビキチン分子自身がリン酸化修飾を受けることを見出した。ユビキチン化は生体機能に不可欠な翻訳後修飾の一つであり、蛋白質分解やシグナル伝達をはじめとして、多彩な機能を有している。しかしながら、ユビキチン分子自身に対する翻訳後修飾についてはよくわかっていない。そこで本研究では、ユビキチン分子自身が翻訳後修飾の基質となる可能性の検討を進めた。本年度は、ユビキチン分子内の翻訳後修飾を探索するため、前年度に構築したユビキチン精製系を用いて、質量分析計(LC-MS/MS)による質量シフトを解析した。また、修飾の基質特異性を考慮して、基質において特定の修飾が濃縮される可能性を検討するため、基質候補因子などの免疫沈降産物を用いた翻訳後修飾の検討も行った。一方、リン酸化修飾について検討したところ、特異的残基でのリン酸化修飾を受ける可能性が示唆されていたため、詳細に解析した。抗体や点変異体を用いた解析から、in vitroアッセイ系においては、残基特異性をもってユビキチンがリン酸化されることが示唆された。培養細胞を用いて、内在性ユビキチンにおけるリン酸化の可能性についても検討を行った。より詳細かつ確実な情報を得るため、精製した細胞内在性ユビキチンを用いた質量分析では、微量修飾の精確な同定は困難を伴うことがわかってきた。そこで、理論質量と溶出範囲を設定することによる高感度化が期待できる標的プロテオミクス法による解析を目指すこととし、実験系の構築を進めている。ユビキチン化は生体機能に不可欠な翻訳後修飾の一つであるが、ユビキチン分子自身に対する翻訳後修飾についてはよくわかっていない。リン酸化修飾について検討したところ、ある種の酵素により残基特異性をもってユビキチンがリン酸化されることが示唆された。次に細胞内在性ユビキチンにおけるリン酸化修飾を検討した。幾つかの残基に関してリン酸化の可能性が示唆された。内部標準ペプチドを用いて共溶出とスペクトル形態の比較により、リン酸化修飾を同定した。以上より、ユビキチン分子自身に対する翻訳後修飾の一端を見出した。ユビキチン分子内の翻訳後修飾を、LC-MS/MSによって網羅的に同定を試みた。まず内在性ユビキチンの精製系を構築した。精製産物は高分子量画分を質量分析に供することで、既知のポリユビキチン化サイトであるK11、K48、K63の同定に成功した。さらにこれらの存在量を定量したところ、既存の論文に発表された数値と同様の傾向を示した。このことから、ユビキチン精製系の構築に成功したと判断した。次に、FLAGタグ融合ユビキチン発現細胞からの抗FLAGアフィニティー精製により、翻訳後修飾の同定を試みた。その結果、複数の新規翻訳後修飾の存在の可能性が示唆された。また、内在性ユビキチンを抗ユビキチン抗体で精製し、再現性の有無について検討した。観察された修飾については、細胞内での修飾・脱修飾の阻害剤を用いた比較検討により、細胞内で実際に起きる修飾であるかあるいは測定上の誤同定であるのかを検討を行った。さらに、ユビキチン化蛋白の精製方法の検討により、特徴的なユビキチン修飾の同定を検討した。ヒストンは古くより知られたユビキチン化蛋白であり、その多くがモノユビキチン化状態にあることが知られている。そこで、モノヌクレオソームを抽出し、ヒストンH2A、H2Bを精製し、モノユビキチン化H2A/H2Bにおける翻訳後修飾を同定を試みた。その結果、既知のヒストンユビキチン化サイトが同定され、系の確認を行った。さらに新規のユビキチン修飾を同定し、解析を遂行している。ユビキチン分子内の翻訳後修飾同定に向けて、方法的な知見が集積しつつあり、また先行して同定した修飾については解析も遂行できた。翻訳後修飾の同定において、測定上の誤同定が起きることが判明し、細胞内での修飾反応であるのか、アーティファクトであるのかを、阻害剤などを用いて比較検討する必要が生じた。これら検討によって問題は解決したが、網羅的な修飾同定に関してはやや遅れている現状である。引き続きユビキチン分子内の新規な翻訳後修飾の同定を遂行する。引き続き新規のユビキチン翻訳後修飾を同定する。この際質量分析法を用いるとともに、修飾・脱修飾阻害剤への依存性を検討することで細胞内での修飾反応であることを証明する。

さらに同定された新規修飾に関しては特異的抗体を作製することで細胞内での動態や局在などを検討していく予定である。質量分析技術による修飾の解析や、抗体を用いた解析を行っていく予定である。そのため、細胞培養や、関連する抗体、質量分析のための消耗品などに充てる予定である。研究費の多くは消耗品として使用予定である。同定された翻訳後修飾を証明するために、標識された標準ペプチドが必要である。また細胞内での動態や局在の検討のため、重要性の予想される新規修飾に関しては特異的抗体を作製する予定である。その他細胞培養に必要な試薬や、精製に必要な抗体などに研究費を充てる予定である。
ユビキチン－プロテアソームシステムを標的とする天然資源由来新規抗がん剤の創製

本研究代表者はこれまで、医薬シーズ探索のためユビキチン-プロテアソームシステムの各ステップを標的とする化合物を探索し、多くの新規化合物を発見した。プロテアソーム阻害剤として認可されたbortezomibをはじめとする薬剤の多くは、プロテアソームが有する3種の触媒活性の中で特にキモトリプシン様活性を強く阻害する。しかし、そのため強い副作用を示すことが報告されている。そこで、他の2種の活性(トリプシン様及びカスパーゼ様)を阻害する化合物を併用すると、bortezomibの副作用が軽減すると考えられている。そこで本研究では、新たにプロテアソームのトリプシン様あるいはカスパーゼ様活性を特異的に阻害することのできるような化合物を天然資源から探索している。また、脱ユビキチン化酵素USP7は、ユビキチンリガーゼ(E3)Mdm2の脱ユビキチン化に関与している。USP7を阻害することによりユビキチン化されたMdm2がプロテアソームにより分解されるのを促進し、その結果、がん抑制遺伝子産物p53の分解が抑制され、がん抑制作用を増強することができる。そこで、天然資源から新規骨格を有するUSP7阻害物質を探索している。さらに、免疫プロテアソームの作用を阻害する合成化合物PR-957は、自己免疫疾患や多発性骨髄腫に効果を示し、bortezomibの10分の1の量で有効であることから、bortezomibが示す副作用などが現れにくい点が高く評価されている。そこで、天然資源から新規骨格を有する阻害物質を探索している。これまでに確立した評価系を用いて、天然資源から新規物質の探索を進めている。引き続き、これまでに確立した評価系を用いて、天然資源から新規物質の探索を進める。本研究代表者はこれまで、ユビキチン-プロテアソームシステム全般を標的とする化合物を探索し、多くの新規化合物を発見した。プロテアソーム阻害剤bortezomibは、プロテアソームが有する3種の触媒活性の中で特にキモトリプシン様活性を強く阻害するが、最近、他の2種の活性(トリプシン様及びカスパーゼ様)を阻害する化合物を併用すると、bortezomibの副作用が軽減すると報告された。そこで本研究では、新たにプロテアソームのトリプシン様あるいはカスパーゼ様活性を標的とする特異的阻害剤を天然資源から探索した。また、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を活用した新規アッセイ系を開発して探索の迅速化を図り、新規化合物の発見を目指した。ユビキチン活性化酵素E1とユビキチンの相互作用を阻害する化合物を探索するために、時間分解FRET現象を用いるアッセイ系の構築を行った。まず、時間分解FRETのドナー分子としてテルビウム錯体、アクセプター分子としてフルオレセインを用いるアッセイ系を構築するために、ビオチン標識化ユビキチン、テルビウム錯体標識化アビジン、フルオレセイン標識化ユビキチンを調製した。しかし、ビオチン標識体ならびにフルオレセイン標識体の調製が困難であったので、ドナー分子としてユーロピウム錯体標識化ユビキチン、アクセプター分子としてmCardinalーユビキチン融合タンパクを用いるアッセイ系の構築を検討した。これまでにユーロピウム錯体標識ユビキチンならびにmCardinal融合ユビキチンの調製と、溶液中における両分子間のTR-FRET現象の検出に成功している。現在E1上での両分子間のTR-FRET現象を検出するための条件を検討しており、構築したアッセイ系を用いて384ウェルプレートフォーマットでのハイスループットスクリーニングを実施する予定である。新しいアッセイ系の構築に関しては、当初の計画で上手く進まない部分があったが、方法を改善することにより構築に成功した。今後、ハイスループットスクリーニングを実施する予定である。

本年度は、これまでに調製した蛍光標識ユビキチン分子を用いて、E1上でのユビキチン分子の相互作用を評価する試験系を構築する。また、ユビキチン結合酵素E2と蛍光標識ユビキチン分子、あるいはE1、E2およびユビキチンリガーゼE3と蛍光標識ユビキチン分子を用いて時間分解FRET現象を検出する実験条件を検討することで、E2上でのジユビキチン化阻害剤探索のアッセイ系やポリユビキチン化阻害剤探索のアッセイ系の構築が可能であると考えている。本年度は、構築した各種アッセイ系を用いて天然資源のスクリーニングを行い、ユビキチンープロテアソームシステムを標的とする天然物を探索する予定である。引き続き、これまでに確立した評価系を用いて、天然資源から新規物質の探索を進める。
平衡変態点以上の温度における鋼の動的相変態

低炭素鋼の加工熱処理物理シミュレーション実験を種々の温度・歪み速度で行い、動的フェライト変態挙動を調べた。6Ni-0.1C鋼および2Mn-0.1C鋼において、平衡変態点・Ae3温度以上で動的変態による変形応力の低下と、急冷材におけるフェライト相の形成が確認された。同じ温度で加工後静的保持すると、一旦生成したフェライトが消滅することも確認できた。これらより、平衡変態点以上の温度における動的フェライト変態の発現を証明することができた。同じ条件における変形中の中性子その場回折実験を、J-PARCのBL19において実施したが、時間分解能の限界から、中性子回折による確認は現時点では得られていない。動的フェライト変態とはオーステナイトの変形中にフェライト変態が生じる現象である.動的フェライト変態を含む加工熱処理によって粒径1μm以下の超微細粒フェライト組織を得ることが可能である。本研究の目的は、平衡変態点(Ae3点)以上の温度における動的フェライト変態の発現を、高温変形中のその場中性子回折実験により、世界で初めて直接的に証明することである。2Mn-0.1C (wt%)鋼の円柱状試験片に対して加工熱処理シミュレーターによる熱間圧縮実験を行った.高温変形時の応力ひずみ曲線の解析より、動的フェライト変態に対応する変形抵抗の減少(軟化)が確認された。また加工・急冷材の詳細な組織観察により、Ae3温度以上の高温においても動的フェライト変態が発現することが証明された。J- PARCで行った熱間加工その場中性子回折実験によっても,加工中に動的フェライト変態が生じていることを確認できた.これは、高温変形中の動的フェライト変態を直接証明した、世界で初めての成果である。一方、Ae3点以上の温度における動的フェライト変態の発現に関しては、中性子回折信号の時間分解能の限界から、今回の上記鋼種においては明確な結論を得ることができなかった。金属材料学、材料組織学、材料強度学
アレルギー性気管支喘息発症時に気管支平滑筋過敏性が惹起されるメカニズムの解明

1&2.気管支平滑筋のRhoA発現および収縮反応に及ぼすIL-13などのサイトカインの影響アレルギー性気管支喘息において気道炎症時に遊離されるIL-13が気管支平滑筋細胞に直接作用し、気管支平滑筋細胞内のSTAT6の活性化を介してRhoA upregulationを引き起して、これにより気管支平滑筋の過剰な収縮反応、すなわち気道過敏性が惹起されることが推察された。3.気管支平滑筋過敏性に関与するサイトカイン受容体の同定培養ヒト気管支平滑筋細胞においてIL-13Ralpha1、IL-13Ralpha2およびIL-4Ralphaが発現していることを確認した。この細胞にIL-13Ralpha1 siRNA発現ベクターを導入したところ、IL-13Ralpha1のdownregulationが観察され、細胞レベルでknockdownが可能であることを確認できた。また、摘出気管支平滑筋組織に適用してその効力測定を試みたが、組織中の気管支平滑筋細胞への導入効率が悪く、さらなる最適化が必要であることが判明した。一方、同組織の上皮細胞層にはある程度の導入が確認できた。さらに、経鼻的気管内投与することによりin vivo適用してその効力測定を試みたところ、気道上皮層にベクター導入できることを確認した。しかしながら、その導入効率はまだまだ低く、導入効率を高めるためのさらなる検討が必要である。4.気管支平滑筋におけるRhoA転写機構の解明レポーターアッセイによりSTAT6やNF-kBによりRhoA転写が制御されている可能性を示唆した。プロテインアレイを用いて抗原刺激により気管支平滑筋において活性化される転写因子の検討を行ったところ、STATsやNF-kBを含む多数の転写因子が活性化されることが明らかとなった。さらに、気管支平滑筋細胞におけるRhoA発現増加はSTAT6阻害薬により抑制され、RhoA発現を調節している転写因子の一つとしてSTAT6を同定した。(なお、上記14は交付申請書「研究実施計画」に対応する。)1&2.気管支平滑筋のRhoA発現および収縮反応に及ぼすIL-13などのサイトカインの影響アレルギー性気管支喘息において気道炎症時に遊離されるIL-13が気管支平滑筋細胞に直接作用し、気管支平滑筋細胞内のSTAT6の活性化を介してRhoA upregulationを引き起して、これにより気管支平滑筋の過剰な収縮反応、すなわち気道過敏性が惹起されることが推察された。)1&2.気管支平滑筋のRhoA発現および収縮反応に及ぼすIL-13などのサイトカインの影響(2)培養ヒト気管支平滑筋細胞にIL-13あるいはIL-4を直接処置したところ、各種STATs(1,3,5および6)が活性化され、特にSTAT6についてはその活性化の割合あるいは経時変化について処置するサイトカインによって明確な差があることを明らかにした。この時、IL-13処置した培養ヒト気管支平滑筋細胞ではRhoAのupregulationが認められたが、IL-4の処置によっては認められなかった。(3)正常マウスの摘出気管支平滑筋組織にin vitroにてIL-13を処置したところ、STAT6の活性化およびRhoA upregulationをともなうagonists誘発収縮反応の増強が認められた。(5)アレルギー性気管支暗息モデルマウスの気管支平滑筋組織において、RhoA upregulationをともなう気管支平滑筋過敏性が惹起されることを再確認し、また、抗原チャレンジ後にSTAT6が活性化されることを明らかにした。以上の結果より、アレルギー性気管支喘息において気道炎症時に遊離されるIL-13が気管支平滑筋細胞に直接作用し、気管支平滑筋細胞内のSTAT6の活性化を介してRhoA upregulationを引き起して、これにより気管支平滑筋の過剰な収縮反応、すなわち気道過敏性が惹起されることが推察された(投稿準備中)。3.気管支平滑筋過敏性に関与するサイトカイン受容体の同定(平成18年度内は一部実施)4.気管支平滑筋におけるRhoA転写機構の解明(平成18年度内は一部実施)

現在、RhoA転写開始点の同定を試みており、平成19年度中にpromoter領域および転写因子を同定する予定。(なお、上記14は平成18年度交付申請諸「研究実施計画」に対応する。)1.気管支平滑筋過敏性発症に関与するサイトカイン受容体の同定平成18年度までに構築したIL-13Ralphal siRNA発現ベクターを用いて,平成19年度交付申請時の研究計画書の通り,このsiRNA発現ベクターのIL-13Ralphal knockdown効力を確認して,in vivo適用の可能性について検討を行った。(1)培養ヒト気管支平滑筋細胞を用いたIL-13Ralphal siRNA発現ベクターの効力確認培養ヒト気管支平滑筋細胞においてIL-13Ralphal,IL-13Ralpha2およびIL-4Ralphaが発現していることをRT-PCR法を用いて確認した。この細胞にIL-13Ralphal siRNA発現ベクターを導入したところ,IL-13Ralphalのdownregulationが観察され,細胞レベルでknockdownが可能であることを確認することができた。(2)マウス摘出気管支平滑筋組織を用いたIL-13Ralphal siRNA発現ベクターの効力確認上記ベクターを摘出気管支平滑筋組織に適用してその効力測定を試みたが,組織中の気管支平滑筋細胞への導入効率が悪く,さらなる最適化が必要であることが判明した。一方,同組織の上皮細胞層にはある程度の導入が確認できた。(3)マウス個体を用いたIL-13Ralphal siRNA発現ベクターの効力確認上記ベクターをマウスに経鼻的気管内投与することによりin vivo適用してその効力測定を試みたところ,気道上皮層にベクター導入できることを確認した。しかしながら,その導入効率はまだまだ低く,導入効率を高めるためのさらなる検討が必要である。さらに,ベクター処置のみあるいはtransfection試薬の処置のみで,正常動物に気道炎症が惹起されてしまうことが判明し,実際の遺伝子治療への応用に向けて,発現プフスミドベクターではなくsiRNA自体を用いる,transfection試薬を改良するなど,さらなる検討が必要である。2.気管支平滑筋におけるRhoA転写機構の解明平成18年度までの検討により,STAT6がRhoA発現調節に深く関与している可能性を示唆してきた。さらに詳細に,気管支平滑筋におけるRhoA転写機構を解明するために,以下の検討を行った。(1)気管支平滑筋におけるRhoA転写開始点およびpromoter領域の同定気管支平滑筋組織より抽出したRNAサンプルを用いて,5'-RACE法によりRhoA mRNAの転写開始点を同定した。
広域で利用可能なコンテクストを理解する情報システムの構築

モバイルコンピューティングやユビキタスコンピューティングが一般化するにつれ、ユーザの行動をサポートするために、コンテクストを理解するシステムが求められている。本研究ではユーザが情報検索などのようにおなじような動作を行った場合にも、検索を行っている時間や場所などにより、その目的が変化することに着目し、これをユーザのコンテクストと定義した。ユーザのコンテクストを表現するために、位置情報および時刻を用いたシステムを開発した。過去の研究において、位置情報を用いたコンテクスト表現では、屋内を対象としたものが多く、広域性にかけている。本システムでは屋外での利用を想定したシステムとして、高精度なGPSを位置情報源として利用したシステムを構築した。GPSを用いることにより、屋外においてもLocation Awareあるいは、Context awareなシステムを構築することが出来る。本研究では、主に高精度な測位システムおよび、位置情報の取り扱いについての研究を行った。GPSにおける位置情報の精度はおよそ10m程度といわれており、人間サイズでのサービスを提供するためには、補正が欠かせない。そこで、情報検索やメッセージの交換のみならず、補正情報においても、インターネットを用いた伝達を行うことにより、高精度な位置情報を提供するシステムを構築した。システムは、位置情報を中心にした個人の情報を取り扱うバックエンドサーバおよび、無線LANおよびGPSを装備した端末から構成される。これらはそれぞれUNIXにより動作しており、Location Awareなアプリケーションを動作させ、ユーザの位置に応じたサービスを提供する。サンプルアプリケーションとしては、位置情報と結合したリマインダを構築したが、今後はさらなるアプリケーションの構築を行っていく予定である。広域での位置情報を把握するための基本システムとしてGPSを用いるが、このGPSの精度は単独での利用の場合には10m程度である。そこで、本年度はこのGPSの測位精度を向上させるための補正システムに関する研究に取り組んだ。GPSを補正することにより、10倍程度に精度を向上させることが可能であるが、そのためには、あらかじめ測量を行った基準局からのリアルタイム性をもった補正情報を伝送することが必要である。補正情報は、現在のところ放送電波を利用する方法が主であるが、専用の受信設備が必要であることなどにより、モバイルコンピューティング環境には適合していると言いがたい。そこで本研究では、インターネットを用いた補正情報の伝達を行うことにより、ネットワーク化されたモバイル端末に対して高精度な補正情報の配信を可能にすることを目的とし、研究を行った。本システムでは、TCPとUDPを統合的に利用することにより、高速な接続であるが、FireWallの存在を想定した基準局と、低速で不安定な無線リンクを想定した移動局との通信を行う。そのため、基準局と移動局の間に中継局をおき、データの分配や複製、プロトコルの変換などの処理を行うモデルを提案している。また、統合的な位置情報を管理する基盤としてのデータベース構築を行い、緯度経度を基本として情報を管理する手法を提案し、データベースの構築を行っている。次年度はこれらのシステムを統合的に用いて本研究の主題である位置情報を用いた情報システムの構築および、実証実験を予定している。
結晶金属における転位運動に及ぼす活性化体積制御に基づく力学的高機能化

これまで結晶金属における力学的性質は、金属組織によって制御されてきた。本研究では、金属組織における空間的サイズの階層を下げて、転位の熱活性化運動の素因子(活性化体積)の大きさ・分布を制御することで、金属組織に基づいた強化機構の階層を深化させる。本研究の目的は、以下の【問い1】,【問い2】に対する答えを明らかにし、金属の力学的性質(強さと変形)を担う根源的因子としての活性化体積制御の指針を示すことである。また、最終目標は、活性化体積制御に基づく新たな力学的高機能化のための指導原理の構築である。本研究の成果は、金属の力学的性質(強さと変形)における学術的深化とともに、我が国の構造材料分野の発展に大きく寄与する。【問い1】転位運動に及ぼす活性化体積の制御(分布,大きさ)を意図的に行なえるのか?【問い2】活性化体積によりマクロな力学的性質(強度,伸び)を制御できるのか?平成30年度(2018年度)は、現象の単純化を目的に純金属(純Fe)を供試材とした。【問い1】への取組みとして、高密度格子欠陥の導入(組織微細化)のためにHPT加工(高圧縮応力下で円板試料をねじる巨大ひずみ加工の一つ)と、回復・再結晶を利用した格子欠陥密度制御のために熱処理を行なった。活性化体積の大きさは、引張変形における応力緩和試験やひずみ速度急変試験によって定量的に求めた。また、【問い2】への取組みとして、活性化体積制御した試料を引張試験し、力学応答と活性化体積との関係を調査した。力学応答のみならず、破面形態(ディンプルの形状・大きさ),破断部近傍におけるボイド分布や表面の変形形態(変形帯の形状・大きさ・分布)にも注目して、破壊単位と活性化体積との関係を調査した。平成30年度(2018年度)は、現象の単純化を目的に純金属(純Fe)を供試材とした。【問い1】への取組みとして、高密度格子欠陥の導入(組織微細化)のためにHPT加工と、回復・再結晶を利用した格子欠陥(粒界,転位等)密度制御のために熱処理を行なった。活性化体積の大きさは、引張変形における応力緩和試験やひずみ速度急変試験により調査した。弾性域では応力緩和試験にて、塑性域ではひずみ速度急変試験にて、定量的に活性化体積の大きさを求めることができた。塑性域でのひずみ速度急変試験においては、特異な力学応答が観察された。また、【問い2】への取組みとして、異なる大きさの活性化体積を持つ試料について引張試験を行なった。弾性変形,降伏現象,塑性変形について、また、ひずみ速度急変試験における特異な力学応答について、それらの現象の起源を活性化体積の観点から調査している。破面形態(ディンプルの形状・大きさ),破断部近傍におけるボイド分布や表面の変形形態(変形帯の形状・大きさ・分布)についても、破壊単位と活性化体積との観点から調査を進めている。以上の通り、HPT加工とその後の熱処理により系統的に活性化体積の大きさを変化でき、また、それに伴う力学応答と活性化体積との関係を明らかにしつつあることから、当初の計画の通りおおむね順調に進展していると言える。本研究の目的は、【問い1】,【問い2】に対する答えを明らかにし、金属の力学的性質(強さと変形)を担う根源的因子としての活性化体積制御の指針を示すことである。そのために、以下の事項に今後取り組む。平成30年度(2018年度)に引き続いて現象の単純化を目的として純金属(純Fe)を供試材とし、加えて平成31年度・令和元年度(2019年度)は合金元素C(P, S)を添加したFeも供試材とする。また、さらに系統的に活性化体積を制御するため、平成30年度は熱処理温度のみを変化させたが、本年度はHPT加工における加工経路,ひずみ量,ひずみ速度をも変化させる。弾性域では応力緩和試験にて、塑性域ではひずみ速度急変試験にて、定量的に活性化体積の大きさを求める。活性化体積制御した試料について、主に引張試験を行ない、破面形態,破断部近傍におけるボイド分布や表面の変形形態を調査し、マクロな力学応答と活性化体積との関係を明らかにする。また、ナノインデンテーション法におけるPop-inの挙動と活性化体積とを関係づけることで、転位の熱活性化運動の素過程を理解すると共に、マクロな力学応答の理解へと展開する。【問い1】転位運動に及ぼす活性化体積の制御(分布,大きさ)を意図的に行なえるのか?【問い2】活性化体積によりマクロな力学的性質(強度,伸び)を制御できるのか?

平成30年度(2018年度)は、現象の単純化を目的に純金属(純Fe)を供試材とした。【問い1】への取組みとして、高密度格子欠陥の導入(組織微細化)のためにHPT加工(高圧縮応力下で円板試料をねじる巨大ひずみ加工の一つ)と、回復・再結晶を利用した格子欠陥密度制御のために熱処理を行なった。活性化体積の大きさは、引張変形における応力緩和試験やひずみ速度急変試験によって定量的に求めた。また、【問い2】への取組みとして、活性化体積制御した試料を引張試験し、力学応答と活性化体積との関係を調査した。力学応答のみならず、破面形態(ディンプルの形状・大きさ),破断部近傍におけるボイド分布や表面の変形形態(変形帯の形状・大きさ・分布)にも注目して、破壊単位と活性化体積との関係を調査した。【問い1】への取組みとして、高密度格子欠陥の導入(組織微細化)のためにHPT加工と、回復・再結晶を利用した格子欠陥(粒界,転位等)密度制御のために熱処理を行なった。活性化体積の大きさは、引張変形における応力緩和試験やひずみ速度急変試験により調査した。弾性域では応力緩和試験にて、塑性域ではひずみ速度急変試験にて、定量的に活性化体積の大きさを求めることができた。塑性域でのひずみ速度急変試験においては、特異な力学応答が観察された。また、【問い2】への取組みとして、異なる大きさの活性化体積を持つ試料について引張試験を行なった。弾性変形,降伏現象,塑性変形について、また、ひずみ速度急変試験における特異な力学応答について、それらの現象の起源を活性化体積の観点から調査している。破面形態(ディンプルの形状・大きさ),破断部近傍におけるボイド分布や表面の変形形態(変形帯の形状・大きさ・分布)についても、破壊単位と活性化体積との観点から調査を進めている。以上の通り、HPT加工とその後の熱処理により系統的に活性化体積の大きさを変化でき、また、それに伴う力学応答と活性化体積との関係を明らかにしつつあることから、当初の計画の通りおおむね順調に進展していると言える。本研究の目的は、【問い1】,【問い2】に対する答えを明らかにし、金属の力学的性質(強さと変形)を担う根源的因子としての活性化体積制御の指針を示すことである。そのために、以下の事項に今後取り組む。平成30年度(2018年度)に引き続いて現象の単純化を目的として純金属(純Fe)を供試材とし、加えて平成31年度・令和元年度(2019年度)は合金元素C(P, S)を添加したFeも供試材とする。また、さらに系統的に活性化体積を制御するため、平成30年度は熱処理温度のみを変化させたが、本年度はHPT加工における加工経路,ひずみ量,ひずみ速度をも変化させる。弾性域では応力緩和試験にて、塑性域ではひずみ速度急変試験にて、定量的に活性化体積の大きさを求める。活性化体積制御した試料について、主に引張試験を行ない、破面形態,破断部近傍におけるボイド分布や表面の変形形態を調査し、マクロな力学応答と活性化体積との関係を明らかにする。また、ナノインデンテーション法におけるPop-inの挙動と活性化体積とを関係づけることで、転位の熱活性化運動の素過程を理解すると共に、マクロな力学応答の理解へと展開する。