hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タンパク質シェル構造体エンカプスリンの構造形成原理の解明

Rhodococcus erythropolis N771由来エンカプスリンを対象に、ナノ構造体の構造形成、および、構造体内部へのタンパク質取込機構に関して基礎的知見を得ることを目的に研究を行った。エンカプスリン遺伝子の上流にコードされているペルオキシダーゼのC末端部の37アミノ酸残基を緑色蛍光タンパク質やルシフェラーゼのC末端に付加することにより、これら外来タンパク質をエンカプスリンに内包させることに成功した。また、立体構造解析に適したエンカプスリン単結晶を得ることに成功し、放射光を用いて分解能3.3Åの回折データを収集した。データ解析により、60量体構造の形成を示唆する結果を得た。エンカプスリンは,分子量30-40 kDaの単一のタンパク質サブユニットが自己集合することにより形成される直径20-55 nmの中空の球状ナノ構造体である.特定の酵素を内包することにより,効率的な反応場や細胞にとって毒性のある基質や生産物を隔離する場を提供する細胞内微小区画であると考えられており,構造体のサイズ,安定性,内包する酵素を制御することが可能となれば,マイクロリアクターやドラッグデリバリーキャリアーとしての活用が期待される.本研究では,エンカプスリンへの変異導入による構造体の形状,安定性,及び内包酵素の選択性などに与える影響について検討を行い,構造形成や酵素取込機構を明らかにすることを目的として研究を進めている.当初,Rhodococcus. erythropolis N771由来エンカプスリンサブユニットをC末端にHisタグ配列を付加した組換え体として発現させ,アフィニティークロマトグラフィーによる精製を行っていた.しかし,再構成したエンカプスリンの分子量測定の結果,主要成分である分子量1.8MDaの構造体に加え,存在比は少ないがその2倍程度の分子量を持つ構造体の形成を示唆する結果が得られた.そこで,結晶化にあたり単一のシェル構造体のみを得るために,タグを付加しない組換え体の発現系を作製し,精製方法を確立した.透過電子顕微鏡観察,分子量測定によりナノ構造体の形成を確認後,精製したエンカプスリンを用いて結晶化実験を開始し,複数の結晶化条件を得ることに成功した.次に,結晶化条件の最適化を行うため,異なる条件で得た単結晶について放射光での回折実験を行った.その結果,分解能4 - 8 Åの回折像を収集し,予備的な単位格子を得ることに成功した.エンカプスリンは,分子量30-40 kDaの単一のタンパク質サブユニットが自己集合することにより形成される直径20-55 nmの中空の球状ナノ構造体である.特定の酵素を内包することにより,効率的な反応場や細胞にとって毒性のある基質や生産物を隔離する場を提供する細胞内微小区画であると考えられており,構造体のサイズ,安定性,内包する酵素を制御することが可能となれば,マイクロリアクターやドラッグデリバリーキャリアーとしての活用が期待される.本研究では,エンカプスリンへの変異導入による構造体の形状,安定性,及び内包酵素の選択性などに与える影響について検討を行い,構造形成や酵素取込機構を明らかにすることを目的として研究を進めている.平成25年度の研究結果をもとに結晶化条件の探索を進めた結果,X線回折測定に適した外形と大きさの結晶が成長する2種類の条件を得ることに成功した.得られた2種の結晶について,高エネルギー加速器研究機構(茨城県つくば市)の放射光施設フォトンファクトリーに設置されたタンパク結晶用のビームラインPF BL-1A, BL-17A, PF-AR NW12Aを用いてX線回折実験を実施したところ,一方の結晶から分解能3.7Åの回折データを収集することができた.得られたデータをもとに,これまでに構造解析が行われている唯一のエンカプスリンであるThermotoga maritima由来エンカプスリンのサブユニット構造をプローブに用いて分子置換法による構造解析を行った結果,ナノサイズの球状構造体の初期構造モデルを得ることに成功した.初期構造のR因子は0.40程度であり,Thermotogamaritima由来エンカプスリンのサブユニットとはポリペプチド鎖のフォールディングが異なる部分も見つかったことから,現在,モデルの改良を進めている.エンカプスリンは、分子量30-40 kDaの単一のタンパク質サブユニットが自己集合することにより形成される直径20-55 nmの中空の球状ナノ構造体である。特定の酵素を内包することにより、効率的な反応場や細胞にとって毒性のある基質や生産物を隔離する場を提供する細胞内微小区画であると考えられており、構造体のサイズ、安定性、内包する酵素を制御することが可能となれば、マイクロリアクターやドラッグデリバリーキャリアーとしての活用が期待される。本研究では、Rhodococcus. erythropolis N771由来エンカプスリンを対象に、エンカプスリンの構造形成や酵素取込機構を明らかにすることを目的として、構造体の立体構造や内包酵素の選択性などに与える影響について検討した。エンカプスリンの立体構造情報を得るために、組換え体の発現・精製条件の最適化と結晶化条件の探索を行った。その結果、X線回折測定に適した外形と大きさの結晶が成長する2種類の条件を得ることに成功し、高エネルギー加速器研究機構の放射光施設フォトンファクトリーにおいて、分解能3.7Åの回折データを収集することができた。現在、構造精密化を進めており、解析が終了次第論文発表を行う予定である。また、エンカプスリンに内包されるタンパク質の取り込み機構を明らかにするために、内包タンパクに付加される認識配列の探索を行った。

その結果、Rhodococcus. erythropolis N771由来エンカプスリンの遺伝子の上流にコードされているペルオキシダーゼのC末端部の40残基程度配列が認識配列であることが推定された。さらに、推定された配列を緑色蛍光タンパク質やルシフェラーゼのC末端に付加することにより、これら外来タンパク質をエンカプスリンに内包させることに成功した。Rhodococcus erythropolis N771由来エンカプスリンを対象に、ナノ構造体の構造形成、および、構造体内部へのタンパク質取込機構に関して基礎的知見を得ることを目的に研究を行った。エンカプスリン遺伝子の上流にコードされているペルオキシダーゼのC末端部の37アミノ酸残基を緑色蛍光タンパク質やルシフェラーゼのC末端に付加することにより、これら外来タンパク質をエンカプスリンに内包させることに成功した。また、立体構造解析に適したエンカプスリン単結晶を得ることに成功し、放射光を用いて分解能3.3Åの回折データを収集した。データ解析により、60量体構造の形成を示唆する結果を得た。平成25年度の段階の結晶化条件により得た結晶を用いて収集したX線回折データの分解能はX線結晶構造解析に十分なものではなかったが,結晶成長条件の最適化を進めることで,当初の予定通り平成26年度中に構造解析可能なデータの収集を達成できた.さらに,分子置換法による位相決定により初期構造も得られたことから,X線回折法による構造解析はほぼ予定通りに進行していると考えられる.認識配列と予想された部位の付加によるエンカプスリンへのタンパク質の内包の可否を検証するために,平成26年度はタンパク質分解酵素を用いた消化実験を行った.推定認識配列を付加した緑色蛍光タンパク質やルシフェラーゼをHisタグを付加したエンカプスリンと共発現後,Hisタグを用いたアフィニティー精製物に対してトリプシン消化を行ったところ,緑色蛍光タンパク質やルシフェラーゼはほとんど分解されていなかった.他方,エンカプスリンと共発現させなかった緑色蛍光タンパク質やルシフェラーゼはトリプシン消化されたことから,緑色蛍光タンパク質やルシフェラーゼはエンカプスリンの内部空洞に内包されていることを裏付けすることができた.したがって,内包タンパク取り込み機構解析に関しても研究は順調に進んでいると考えられる.さらに,エンカプスリンの熱安定性を動的光散乱法により評価したところ,常温菌由来のタンパク質であるが,35°C50°Cの温度範囲で粒径2729 nm程度のナノ構造体を安定に形成可能なことが明らかとなった.また,電子顕微鏡観察により,pH変化に対する粒子の安定性についても検討を進めていることから,エンカプスリンの応用に必要な基礎物性データ収集も順調に進行している.以上より,研究全体として,概ね計画通りに進行していると判断した.構造生物学X線回折データについては,より高分解能なデータ収集を目標に平成27年度も高エネルギー加速器研究機構フォトンファクトリーにて回折実験を継続する.ビームサイズの細いマイクロビームラインでの測定時間を確保するために,平成26年度に新たな実験課題の申請を行い採択された.
ヒト乳癌における放射線感受性マーカーとしての各種癌遺伝子の有用性

1乳癌細胞株における放射線感受性とbcl-2遺伝子の発現と相関放射線感受性は50mmのデイッシュに単細胞状態とした細胞株をそれぞれ10^210^3個を植え付け、48時間後に0,1,2,4,8,10GyのX線を照射した.効果は照射14日後にコロニー形成法により求めた.各細胞株間には放射線感受性について有為な差は認められなかったが、感受性についてはMDA-MB-361,SK-BR-3,R27,MCF-7,MDA-MB-231の順に放射線耐性であった.放射線照射回数(実験実施回数)が少ないためさらに施行し、結果を検討中である.有為差こそないものの感受性の異なる2株についてその原因、細胞特性を検討中である.bcl-2遺伝子の発現についてはbcl-2抗体を用いて免疫染色法により検討した.結果はMCF-7のみが陽性であり、他の細胞株ではその発現は認められなかった.発現の認められたMCF-7では放射線感受性は中等度であり、ヒト乳癌細胞株におけるbcl-2遺伝子と放射線感受性との相関は今のところ認められないと思われる.他の癌遺伝子、たとえばp53、erbB-2についても検討する予定である.2乳癌患者におけるbcl-2遺伝子の発現手術ないし生検により得られた組織を用いて、前述の如く免疫染色法によりbcl-2遺伝子の発現を検討した.結果は52例に行い、40例(77%)が陽性であった.組織型ごとの発現には有為差は認められなかったが、solid-tubular ca.においてやや低い傾向がみられた.さらに多くの症例において施行し、他の予後因子との相関を検討する予定である.細胞株において放射線感受性とbcl-2遺伝子との発現に相関が認められたなら、臨床検体においても行うはずであったが今のところは予定していない.1乳癌細胞株における放射線感受性とbcl-2遺伝子の発現と相関放射線感受性は50mmのデイッシュに単細胞状態とした細胞株をそれぞれ10^210^3個を植え付け、48時間後に0,1,2,4,8,10GyのX線を照射した.効果は照射14日後にコロニー形成法により求めた.各細胞株間には放射線感受性について有為な差は認められなかったが、感受性についてはMDA-MB-361,SK-BR-3,R27,MCF-7,MDA-MB-231の順に放射線耐性であった.放射線照射回数(実験実施回数)が少ないためさらに施行し、結果を検討中である.有為差こそないものの感受性の異なる2株についてその原因、細胞特性を検討中である.bcl-2遺伝子の発現についてはbcl-2抗体を用いて免疫染色法により検討した.結果はMCF-7のみが陽性であり、他の細胞株ではその発現は認められなかった.発現の認められたMCF-7では放射線感受性は中等度であり、ヒト乳癌細胞株におけるbcl-2遺伝子と放射線感受性との相関は今のところ認められないと思われる.他の癌遺伝子、たとえばp53、erbB-2についても検討する予定である.2乳癌患者におけるbcl-2遺伝子の発現手術ないし生検により得られた組織を用いて、前述の如く免疫染色法によりbcl-2遺伝子の発現を検討した.結果は52例に行い、40例(77%)が陽性であった.組織型ごとの発現には有為差は認められなかったが、solid-tubular ca.においてやや低い傾向がみられた.さらに多くの症例において施行し、他の予後因子との相関を検討する予定である.細胞株において放射線感受性とbcl-2遺伝子との発現に相関が認められたなら、臨床検体においても行うはずであったが今のところは予定していない.
国際シンポジウム「第2回 環境におけるプルトニウム」の日本開催準備

平成11年11月9日-11月12日に開催する国際シンポジウム「環境におけるプルトニウム」の国際組織委員および国内委員の決定、プログラムの企画を行うとともに、国際シンポジウムに日本より参加する発表者の組織と情報交換を行った。国際組織委員は、工藤章(日本)、D.C.サントリー(カナダ)、M.S.バクスター(イギリス)、E.ホルム(スウェーデン)、P.J.カーショー(イギリス)、馬原保典(日本)、H.D.リビングストン(モナコ)の7名を選任した。国内組織委員としては、工藤章(京大炉)、佐々木憲明(サイクル機構)、馬原保典(電中研)、村松康行(放医研)、山本政儀(金沢大)、森山裕丈(京大炉)、山名元(京大炉)、藤川陽子(京大炉)を選任した。国際シンポジウムのプログラムについては、以下のように設定した。a.環境プルトニウムの研究の歴史(基調講演)b.プルトニウムの発生源(核爆発・原子力発電・燃料再処理)c.大気圏におけるプルトニウムの挙動(フィールド調査・室内実験)d.地-水圏環境におけるプルトニウムの挙動e.岩石圏環境におけるプルトニウムの挙動f.生態圏環境におけるプルトニウムの挙動g.環境プルトニウムの分析(極微量分析技術の新展開、環境プルトニウム標準試料開発)h.環境プルトニウム研究の今後の展開(基調講演)平成11年11月9日-11月12日に開催する国際シンポジウム「環境におけるプルトニウム」の国際組織委員および国内委員の決定、プログラムの企画を行うとともに、国際シンポジウムに日本より参加する発表者の組織と情報交換を行った。a.環境プルトニウムの研究の歴史(基調講演)b.プルトニウムの発生源(核爆発・原子力発電・燃料再処理)c.大気圏におけるプルトニウムの挙動(フィールド調査・室内実験)d.地-水圏環境におけるプルトニウムの挙動e.岩石圏環境におけるプルトニウムの挙動f.生態圏環境におけるプルトニウムの挙動g.環境プルトニウムの分析(極微量分析技術の新展開、環境プルトニウム標準試料開発)h.環境プルトニウム研究の今後の展開(基調講演)
経路選択的な神経回路の操作・制御技術

我々の研究グループは、遺伝子操作を利用して神経回路を操作・改変する新規技術の開発を進めてきた。本研究では、我々の遺伝子改変技術をさらに発展させ、第一に、神経回路の経路選択的な活動制御を目的に、光や化学物質に応答する膜タンパク質を目的の神経路に導入し、任意の時期に活動を調節する新しい技術(光遺伝学および化学遺伝学)の開発に取り組み、第二に、学習のプロセスに伴って回路が機能シフトをおこす神経機構について、大脳皮質ー基底核ループを介するメカニズムの解明に取り組むことを目的にしている。本年度は、ラット自由行動下での聴覚弁別学習課題の獲得、実行および逆転学習課題の条件を確立した。さらに、課題中の直接路・間接路ニューロンの活動を記録のために、内視鏡を用いたカルシウムイメージングの実験系を確立した。今後、このシステムを利用して、弁別課題中の線条体ニューロンタイプの活動パターンを明らかにする計画である。また、細胞種特異的な化学遺伝学による経路選択的な活動制御のため、ウィルスベクターとレポーターラットを利用して、線条体の直接路・間接路細胞において昆虫イオン透過型受容体あるいは線虫イオンチャネル遺伝子を発現させる実験系を確立し、外来リガンドの投与によって行動を制御することに成功した。また、PET解析によって、聴覚弁別学習の獲得過程において活動の変化する前部および後部の線条体領域の機能抑制により、それぞれの領域が学習の異なるフェーズに必須の役割を持つことを証明し、学習プロセスにおいてこれまで知られていなかった線条体内の機能シフトのメカニズムの存在することを見出した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。特に、高頻度逆行性遺伝子導入ベクターを応用した経路選択的な回路制御技術は、選択的プロモーターが特定されていない細胞種においても機能操作が可能であるため、脳科学分野の研究に広く資する可能性が期待されている。本年度は、光遺伝学による経路選択的な神経活動制御のために、部位特異的組換え反応を応用した二重遺伝子導入法を用いて特定の神経路において光感受性タンパク質の効率的な発現の誘導を行った。Cre組換え酵素をコードする高頻度逆行性遺伝子導入ベクターをマウスの線条体に注入し、大脳皮質にCre-loxP組み換えに依存してチャネルロドプシン-2-Venusを発現するAAVベクターうぇお注入した。皮質線条体路において導入遺伝子の高いレベルの発現が誘導され、光照射により標的神経路の活動の促進の誘導されることを確認した。また、学習プロセスにおける回路の遷移に関わる神経機構を解明するために、刺激弁別課題の獲得過程において、初期に背外側線条体(DLS)を必要とし、後期に背内側線条体(DMS)を必要とすることが示唆された。また、代表的な2種類の視床線条体路(中心外側核と束傍核に由来する)において学習の獲得と実行の時期において役割の異なることが示唆された。本年度は、光遺伝学による経路選択的な神経活動制御のために、部位特異的組換え反応を応用した二重遺伝子導入法を用いて特定の神経路において抑制性の光感受性タンパク質を効率よく発現させるシステムを構築した。また、化学遺伝学による経路選択的な活動制御のために、二重遺伝子導入法を用いて特定の神経路においてDREADDのhMD3およびhMD4受容体の遺伝子を発現させる実験系を構築した。学習プロセスにおける回路の遷移に関わる神経機構を解明するために、大脳皮質ー基底核ループ回路に着目し、刺激弁別課題の獲得と実行に背内側線条体(DMS)、背外側線条体(DLS)、側坐核(NAc)がどのように関与するかを脳領域破壊実験により解析し、学習を媒介する脳領域のシフトのプロセスを解析する。本年度は、特に、刺激弁別学習の獲得と実行におけるNacシェルとコアの役割を解析した。光遺伝学については、抑制性光受容体の発現を実現し、化学遺伝学についてはDREADD系の受容体の発現を実現した。また、刺激弁別学習の獲得と実行プロセスの解析についてぇあ、DLS, DMSの役割に加えて、Nacシェル、コアがどのようにこれらの過程に関与するかに取り組んだ。

本研究では、我々の遺伝子改変技術をさらに発展させ、第一に、神経回路の経路選択的な活動制御を目的に、光や化学物質に応答する膜タンパク質を目的の神経路に導入し、任意の時期に活動を調節する新しい技術(光遺伝学および化学遺伝学)の開発に取り組み、第二に、学習のプロセスに伴って回路が機能シフトをおこす神経機構について、大脳皮質ー基底核ループを介するメカニズムの解明に取り組むことを目的にしている。本年度は、細胞種特異的な遺伝子発現システムを利用して、遺伝子改変ラットにおいて線条体の直接路・間接路細胞を同定し、刺激弁別課題中の特定神経細胞の活動を記録する実験系をセットアップした。Cre発現ラットに、ウィルスベクターを注入し、組み換え反応を介して細胞タイプ特異的にチャネルロドプシン遺伝子の発現を誘導し、レーザー刺激により活性化する神経細胞を同定した。化学遺伝学による経路選択的な活動制御のために、昆虫イオン塔型受容体と線虫抑制性イオンチャネルを用いて、線条体直接路・間接路細胞の選択的制御技術を構築した。これらの導入遺伝子を発現するレポーターラット系統およびウィルスベクター系を開発し、細胞タイプ特異的な受容体遺伝子の発現を確認し、活動変化に基づく行動への影響を解析する実験系を確立した。学習プロセスにおける回路の遷移に関わる神経機構を解明するために、大脳皮質ー基底核ループ回路に着目し、背内側線条体(DMS)、背外側線条体(DLS)、側坐核(NAc)の寄与を明らかにした。また、学習プロセスの過程で起こる脳内の機能シフトの動態を把握するために、陽電子放射断層撮影法(positron emission tomography; PET)を用いて脳活動の時間依存的な変化を解析した。光遺伝学および化学遺伝学の技術を、線条体直接路、間接路の機能解析に応用するまでの技術を確立し、刺激弁別行動の解析のセットアップを行った。また、刺激弁別学習の獲得と実行プロセスの解析について、DLS, DMS、NAcの役割を明らかにするともに、PETを導入し、学習過程での脳活動の時間依存的変化を解析した。我々の研究グループは、遺伝子操作を利用して神経回路を操作・改変する新規技術の開発を進めてきた。本年度は、細胞特異的な光遺伝学技術を応用し、遺伝子改変ラットの線条体における直接路・間接路細胞を同定し、行動課題中の特定神経細胞の活動を記録する実験系を確立した。一方、脳固定下でのラットにおいて、刺激(聴覚)弁別学習の獲得は、困難であることが判明したため、来年度以降は自由行動下での弁別学習課題に切り替え、この課題中の直接路・間接路ニューロンの活動を記録することに取り組むこととする。
ｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｅｓｉｓ関連酵素の産業利用微生物への応用

本研究では、メタン生成アーキアのメタン合成遺伝子を産業利用が容易な微生物の染色体にインテグレートすることで、難培養性であるメタン生成アーキアよりも容易にメタンガスを生合成する事を意図した。メタン生合成系のうち、宿主であるS.cerevisiaeで安定発現が確認されたCoenzymeF420合成関連遺伝子5つを、プロモーターと共に宿主の染色体のトランスポゾン領域にインテグレートしてタンパク質が発現されるかを検討した結果、発現が確認出来なかった。今後、S.cerevisiaeの欠損可能な遺伝子座に遺伝子置換する方法で、発現が可能か検討を続行する予定である。現在判明しているメタン生合成関連遺伝子約200種類のうち、KEGG pathwayからメタン生合成に直接関連する遺伝子104種類を選別した。各遺伝子はM.jannaschiiの染色体からPCRで増幅し、S.cerevisiaeのアルコール脱水素酵素遺伝子ADH1プロモーターの下流に遺伝子工学的に接続し、単コピー型プラスミドYCpURAに挿入して宿主内での発現が可能か否かを確認した。確認には各遺伝子のC末端に付加したFLAG-tagを用いたウエスタンブロッドで行った。結果、59遺伝子が可溶性に発現し、37遺伝子が不溶性に発現、11遺伝子は発現が認められなかった。プラスミドによって安定発現が確認された遺伝子のうち、全ての関連遺伝子が揃っているメタン合成系のステップはCoenzymeF420のみであった為、この関連遺伝子5つをプロモーターと共に宿主の染色体のトランスポゾン領域にインテグレートしてタンパク質が発現されるかを検討した結果、発現が確認出来なかった。平成24年度当初の研究実施計画では、次の3つの事が予定されていた。1メタン生成アーキアからの、メタン生成遺伝子群のクローニング2Saccharomyces cerevisiaeへのインテグレーション3インテグレーションした遺伝子群の発現および機能チェック。このうち、平成24年度末段階で1と2が進行中であり、3に関しては研究期間を1年延長して実施する予定である。メタン生合成に関係する遺伝子はおよそ200余りが特定されているが、そのうちで生合成に直接関わる遺伝子、補酵素の合成に関わる遺伝子、モリブデンやタングステンの特殊な重金属トランスポーター関連遺伝子を、Methanothermobacter thermautotrophicusのゲノムから91個クローニングした。このうち6個はクローニングが出来ず、KEGG PATHWAY(http://www.genome.jp/kegg/keg g2.html)の遺伝子情報を元に全合成を行った。この作業は当該研究の基礎であり、非常に重要である。これらの遺伝子は順次Saccharomyces cerevisiaeの染色体に5-FOA法を用いて導入を行っている。染色体へのインテグレーションは各メタン合成機能を司る遺伝子群で並行して行っている。インテグレーションの位置はSaccharomyces GENOME DATABASE (http://www.yeastgenome.org/)の情報を元に、検討されている。研究全体の遅延に関する主な要因は、当該研究課題申請時には想定されていなかった研究代表者の移籍によって(平成24年5月)研究環境が変化し、当該研究の為の環境整備に時間がかかった事が原因である。この事態は既に収束に向かっている。現在までに実施された研究で、遂行に想定外の遅延をもたらした問題点は2つある。一つ目は、メタン生合成関連遺伝子のクローニングが想定外に困難であったという点である。データベースを元にプライマーを作成し、現在販売されている中でも高正確性と評判のDNAポリメラーゼを用いてメタン生合成関連遺伝子のクローニングを行っているのだが、クローニングされた遺伝子全体の約60%にアミノ酸変異を伴った遺伝子変異が存在し、約5%はクローニング自体不能であった。変異遺伝子は修正にさらなる時間を費やす為、全体の実験が遅れる要因の一つになっている。限られた予算の中で、データベースを元に全ての遺伝子を全合成する事は現実的でなく、クローニング出来ない遺伝子をどう扱うかが課題になっている。2つ目は、Saccharomyces cerevisiaeへのインテグレーションが、予想以上に時間がかかる点である。現在採用している形質転換法である5-FOA法は、出芽酵母の染色体に外来遺伝子を導入する際の一般的な方法である。その過程は、エレクトロポレーションによる外来遺伝の形質転換とウラシル合成遺伝子の除去及びそれぞれのステップでの遺伝子確認で、1サイクル3週間ほどの時間がかかってしまう。

これは外来遺伝子の毒性や、置換した遺伝子の重要性などで生育時間が変化する事が原因で、時間短縮が可能か見極めが困難である。平成25年度は、当初予定していた研究実施計画のうちの、2Saccharomyces cerevisiaeへのインテグレーション3インテグレーションした遺伝子群の発現および機能チェックを行う予定である。Saccharomyces cerevisiaeへのインテグレーションに想定外の時間がかかっているため、Saccharomyces GENOME DATABASEの情報を再度検討し、独立した16本ある染色体別々に、メタン生合成の各ステップを行う遺伝子群を並行して導入し、機能チェックを行った上で出芽酵母の2倍体作成を行い、時間を短縮する予定である。クローニング不能な遺伝子に関しては、Saccharomyces cerevisiaeへのインテグレーションを限界まで後回しにして、PCR法でのクローニングが可能かを検討し、予算の圧縮を行う予定である。発現機能チェックはウエスタンブロッド法で行う事を基本としているが、もし発現が確認出来なければRT-PCR法を用いて、mRNAの発現量チェックを行う予定である。メタン生合成反応の個別反応の過程が正常に機能しているかの確認は、薄層クロマトグラフィーでの生成物質の同定で行う予定であるが、場合によっては低分子の質量分析及びメタボローム解析を行う可能性も考慮している。平成25年度の研究費は、遺伝子のクローニング及び全合成に、平成24年度と同額の70万円、嫌気培養と発現機能解析用の試薬購入費に50万円、旅費に10万円、論文校閲料30万円、投稿費用20万円と予定している。嫌気培養と発現機能解析用の試薬購入費は、当該研究申請時と同額を確保している。現在の研究経過過程で増減を再考する新しい知見は無い。旅費、論文校閲料、論文投稿料も、当該研究申請時と同額を確保している。発表する学会も当該研究申請時と同様に日本農芸化学会年会、及び酵母遺伝学フォーラムを予定しているが、研究経過によっては酵母遺伝学フォーラムに関して変更の可能性がある。
環境負荷の少ない新エネルギーと溶液中のエネルギー伝搬－微視的視点からの研究－

本研究では、まず安全なバイオ電池の電解質として用いられる乳酸、グリコール酸等の水溶液についてMDによる研究を行った。これらは生分解性ポリマーを形成することでも知られているが、生分解性ポリマーが生体内や皮膚の表面で分解する際に生成される乳酸やグリコール酸が燃料となって動作するバイオ電池が提案され、実用への応用が期待されている。最初に乳酸と酸化物であるピルビン酸、及びグリコール酸と酸化物であるシュウ酸の、それぞれの陰イオンの形状と電荷を量子化学計算ソフトGaussianを用いて決定した。次に、バイオ電池の電解質のモデルとして、これらの有機分子のイオンを塩化ナトリウム水溶液に溶解した溶液においてMDを実行し、二体分布関数を求めて水分子とイオンの位置関係を推定した。さらに、溶液の輸送係数や動的性質についても考察した。特筆すべき事項として、溶液の誘電率について、有機分子の低濃度側でこれまで知られていない異常が見出された。これまで有機物の水溶液の誘電率に関する考察は多くはなく、この誘電率の異常についてはさらに継続して詳細に考察していく必要がある。一方、溶融塩の研究についは、燃料電池の電解質やセンサーへの応用が期待される硫酸塩混合系であるLi2SO4-Na2SO4系について実施した。先行研究では、固相でLiイオンとNaイオンの分布と拡散の仕方が、ほぼ同様であるというMDの結果と、分布が異なるというRMCによる相反する結果が示されている。また、陽イオンの拡散のメカニズムについても幾つかの説がある。今回の研究では、MDによって構造や輸送現象について考察し、LiとNaイオンの差異について考察した。さらに、系に熱勾配を加えることによって熱拡散係数について考察した。特筆すべき事項として、LiとNaの濃度比率の変化によって、イオンのソレー係数が正から負に変化する結果が得られた。環境負荷の少ないクリーンエネルギーの一つとして、河川水と海水の相互注入から発生する電力の創生であるMixing Entropy Battery (MEB)が提案されている。この電池から抽出する電力は、本質的に水と電解質との混合のエントロピーに関連している。従ってこの電力は河川水と海水における誘電率と直接の関係がある。電解質水溶液における誘電率の理論的な研究は何例かの報告があるが、それらはパラメータを導入する必要がある。本研究では、物理的考察に基づく分子論的手法を用いて誘電率の検討を行っている。電解質のイオンの周囲の水分子の配向を考慮することによって、誘電率が電解質の濃度の増加とともに減少することが説明できた。さらに、電解質のイオンの周囲の誘電関数を設定し、誘電率の電解質の濃度依存を定量的に考察し、概ね実験値と一致する結果を得た。一方、近年の気候温暖化との関連で、大気中の温室効果ガスの増加が注目を浴びている。これらの温室効果ガス、特に二酸化炭素は気温の上昇と相まって海水へも溶解し、海水の種々の物性変化を引き起こすと考えられる。本研究では海水のモデルとしての塩化ナトリウム水溶液に二酸化炭素及びメタン等が飽和するまで溶解した場合の海水の物性変化について、海面直下から深さ10000mに相当する100MPまでの圧力を加えた場合について、分子動力学シミュレーションによって考察した。二酸化炭素に関しては、電離して炭酸水素イオンになった場合についてもシミュレーションを行った。特筆すべき現象として、80MP以上の圧力を加えた場合に顕著な熱伝導度の低下が見られた。また、二体分布関数から二酸化炭素やメタンの周囲の配位数の減少が推定された。炭酸水素イオンの回転相関から、水分子との錯体のlifetimeを求めた。さらに海水に硝酸イオンが混入した場合の輸送現象の変化についても考察した。エントロピー電池の研究に関しては、電力創出と密接に関連する電解質水溶液中の誘電率について分子論的手法によって考察し、電解質イオンの周囲の水分子の配向を考慮することによって、電解質溶液中の誘電率の濃度依存について検討した。さらに電解質イオンの周囲の誘電率を表す関数を仮定し、実験データを概ね再現できる結果を得た。海水に温室効果ガス等が混入した系については、構造、輸送係数、熱物性について考察した。特筆すべき現象として高圧下で顕著な熱伝導度の低下が見られた。物性異常の原因として、海水中での構造や配異数の変化から海水中に錯体が形成されることが予想された。回転相関関数から形成が予想される錯体のlifetimeについて考察した。硝酸イオンが海水に混入した系についても、錯体形成の観点から構造と輸送現象の変化について考察した。研究報告としては、これまでに査読論文3報(単著)掲載、学会発表9回(うち国際会議での発表2回)を行ってきた。他に数本の論文を投稿中である。近年、化石燃料中の硫黄の燃焼によって形成される硫黄酸化物の汚染に多くの注意が払われている。大気に放出された硫黄酸化物は酸性雨として落下し、様々な被害をもたらしてきた。溶液中の硫酸イオンSO4-の研究は溶液化学ばかりではなく環境保全の視点からも重要である。本研究では、電解質水溶液の分子動力学法(MD)による研究の一環として、海水のモデルとしての塩化ナトリウム水溶液に硫酸ナトリウムが溶解した場合の構造、輸送現象、熱物性に及ぼす影響、および錯体形成等について考察した。また、有機物の水溶液による二酸化炭素の吸収についても、構造、輸送係数、粘性の変化や、分子の振動モードについて考察した。

電解質水溶液における静的な誘電率については、正負イオンまわりに配向する水分子モデルを用いて、分子論的な立場から検討を行ってきた。具体的な適用例として、海水濃度を含む種々の濃度のNaCl水溶液に対して、誘電率がNaCl濃度と共に減少することを示し、また実測値ともよく一致することを報告してきた。今回は、電解質水溶液における誘電率の周波数依存性について検討を行い、NaCl水溶液に適用して数値計算を行なった。一方、近年AgIを添加した超イオン電導ガラスは、燃料電池等への応用において注目を集めてきた。取り分け(AgI)x(AgPO3)1-x系は、ガラス転移温度が低く、室温におけるイオン電導度は液体電解質と同程度である。また、中性子散乱実験によってガラス転移の前後で構造が大きく変化し、ガラス状態でPO4のネットワーク構造が形成されることが示唆されている。AgイオンはPO4とAg-Oボンドを作りながら、移動していくと考えられる。今回我々は(AgI)x(AgPO3)1-x系に関して、イオンの分極と遮蔽効果を考慮したポテンシャルを用いて、融体とガラス状態における構造や輸送係数等の変化について考察した。電解質水溶液の研究については、温室効果ガス、および硝酸イオンが海水に溶解した場合について考察した我々の論文が、昨年度すでに出版されている。今年度は主に硫酸イオンが海水に混入した場合について考察した。硫酸イオンの形状と電荷を量子化学計算ソフトGaussianを用いて決定し、分子動力学法(MD)を用いて溶液中の水分子とイオンの位置関係を推定した。さらに輸送係数、粘性係数等の硝酸イオンの濃度による変化を求めた。特筆すべき事項として、実験的に得られているイオン電導度は、シミュレーションによってNernst-Einsteinの関係から予想されるイオン電導度の約1/3程度であった。これは溶液中に錯体[Na2]2+[SO4(H2O)n]2-が形成され、イオン伝導が阻害されているためであると考えられ、回転相関関数を用いて錯体のlife timeを推定した。有機物の水溶液に関しては、グリシンの水溶液による二酸化炭素の吸収について、吸収される二酸化炭素濃度の違いによる構造と輸送現象の変化について、MDによって考察した。第一原理計算によってグリシンと二酸化炭素の結合を再現し、結合エネルギーを見積もった。電解質水溶液における誘電率に関しては、今回は周波数依存性について検討を行った。溶融塩混合系に関しては、当初予定していた炭酸溶融塩混合系についてはすでに多くの先行研究が行なわれているため、MDによる研究が行なわれていない系を先に実施することにして、今回は室温近傍でガラス転移して超イオン伝導ガラスとなるAgI-AgPO3系についてMDによる研究を行なった。転移温度以下での構造はガラス状態の性質を示していることが確かめられた。平成27年以降これまでに査読論文4報(単著)掲載、学会発表19回(うち国際会議での発表6回)を行ってきた。他に数本の論文を投稿中である。本研究では、分子動力学法(MD)によって、海水のモデルとしての塩化ナトリウム水溶液に、温室効果ガスである二酸化炭素やメタンが溶解した場合の構造や熱物性の変化を考察した。
RHAによる多段階遺伝子発現調節機構の解析

RHAはDEAXファミリーに属するATPase/helicaseであり、その機能は転写仲介因子CBPや乳癌原因遺伝子産物BACA1とRNA polymerase IIとの間の仲介による転写活性化のほか、核と細胞質間を行き来することや、ウイルスの転写および転写後修飾に関わることなどから、多段階で遺伝子発現に関与すると考えられている。1.RHAの細胞内局在変化と転写調節機構との関わり以前に行った研究からRHAの核移行には、2つの核移行受容体(importin-αおよび-β)のヘテロ二量体形成がRHAの核移行シグナルへの結合に必要であり、そのメカニズムとしてはimportin-αがRHAの核移行シグナルへ結合するが、importin-αのN末端部位がその結合を阻害し、importin-βが-αに結合することによって阻害が解除されることを解明したが、さらに解析を進めた結果、以下のようなことが明らかとなった。哺乳類のimportin-αは3つのサブファミリー(Rch1,NPI-1,Qip1)に分類されることが知られていたが、この3つのサブファミリーのRHAの核移行シグナルへの作用を検討した結果、Rch1とQip1がRHAの核移行を促進するのに対し、NPI-1は効果がなく、RHAの核移行シグナルに対してimportin-αのサブファミリーが選択性を持つことが明らかとなった。2.クロマチン化された鋳型DNAからの転写に対するRHAの関与の解析核内受容体を介してRHA/CBP複合体の標的遺伝子と考えられるヒトアンギオテンシノーゲン遺伝子(ANG)のin vivoにおけるクロマチン構造の解析を進めたところ、ANGを発現しているHepG2細胞と発現していないHeLa細胞とではANGのプロモーター領域に対するDNA分解酵素に対する感受性が異なることを見いだした。
強誘電体双結晶を用いた新奇高機能ドメイン界面の開発

強誘電体は,FeRAM,光学フィルター,ピエゾ素子,などとして広く実用に供されている機能性材料である.強誘電体にとって物性を支配する重要な構成要素となるのが,ドメイン分極間の境界いわゆるドメインウォールである.ドメインの制御や解析は困難であるため,これまで系統的な研究はなされてこなかった.本研究では,分極方向制御を施した強誘電体単結晶基板2枚を接合により双結晶化することで,任意の分極関係を持つ強誘電ドメインウォールの作製法を確立した.作製した双結晶試料の物性評価の結果,本来絶縁体であるべき強誘電体結晶中において,極性を有するドメインウォールが高い電気伝導性を有することが明らかとなった.強誘電体は,FeRAM,光学フィルター,ピエゾ素子,などとして広く実用に供されている機能性材料である.強誘電体にとって物性を支配する重要な構成要素となるのが,ドメイン分極間の境界いわゆるドメインウォールである.ドメインの制御や解析は困難であるため,これまで系統的な研究はなされてこなかった.本研究では,分極方向制御を施した強誘電体単結晶基板2枚を接合により双結晶化することで,任意の分極関係を持つ強誘電ドメインウォールの作製法を確立した.作製した双結晶試料の物性評価の結果,本来絶縁体であるべき強誘電体結晶中において,極性を有するドメインウォールが高い電気伝導性を有することが明らかとなった.強誘電体は,FeRAM(強誘電体メモリ),非線形光学効果による光学フィルター,ピエゾ(圧電)素子,などとして広く実用に供されている次世代材料である.強誘電体にとって物性を支配する重要な構成要素となるのが,ドメイン分極間の境界いわゆるドメインウォールである.ドメインの制御や解析は困難であるため,これまでドメインウォールに関する系統的な研究はほとんどなされていない.本研究では,分極方向制御を施した強誘電体単結晶基板を直接接合により双結晶化することで,特定の分極関係を持つドメインウォールの作製をおこなった.そして,顕微鏡によりその分極構造の解析を行うとともに,人工的に作製したドメインウォールの電気伝導性の評価を試みた.今年度行った内容は以下の通りである.1.強誘電体双結晶の作製3種類の強誘電体双結晶の作製を行った.この際,市販の分極処理済LN単結晶を利用して,分極方向が互いに反転するように炉内にセットして行った.これにより接合界面は所定のドメインウォールとなる.接合前には,基板表面に丁寧に研磨および洗浄を施した.2.双結晶界面の微構造解析界面近傍のドメイン構造の顕微鏡観察を行った.800°C接合において,ドメイン界面が所定の通り形成されていることが分かった.3.界面の電気伝導性評価強誘電体ドメインウォールの電気伝導性を調べるため,半導体パラメータアナライザーを用いた電気伝導性評価を行った.その結果,チャージを有する極性ドメイン界面においてのみ特異な電気伝導性が発現することが明らかとなった.極性ドメイン界面の作製は双結晶実験を用いることにより世界で初めて達成されたものである.【緒言】強誘電体は,FeRAM(強誘電体メモリ),非線形光学効果による光学フィルター,ピエゾ(圧電)素子,などとして広く実用に供されている次世代材料である.強誘電体にとって物性を支配する重要な構成要素となるのが,ドメイン分極間の境界いわゆるドメインウォールである.本研究では,所定の分極方位関係を持つ単一ドメインウォールを作製し,その物性を評価する.作製されたドメインウォールの構造を電子顕微鏡を用いて解析を行うとともに,半導体パラメータアナライザによりドメインウォールに沿った二次元的な電気伝導性の発現を試みる.【手法】分極方向が制御された強誘電体単結晶基板2枚から,それぞれの分極方向が互いに反転するように重ね合わせ熱処理を行うことにより,強誘電体双結晶を作製する.これにより,所定の分極関係を有するドメインウォールを結晶内部に導入できる.接合前には,基板表面に丁寧に研磨および洗浄を施す.接合の際には,なるべく低い温度と低い荷重で接合を達成できるように配慮し,結晶界面以外における拡散現象を抑制する.その後,双結晶から電子顕微鏡観察および物性評価用試料を切り出す.【結果】(1)所定のドメインウォールを有する強誘電体双結晶の作製に成功した.ビルトアップ的手法で単一のドメインウォールを有する結晶の作製に成功したことは顕著な結果である.(2)単一のドメインウォールについて,走査型透過電子顕微鏡法による構造解析を行うことに成功した.(3)局所にチャージを有するドメインウォール(Tail-to-tail型)において,透明かつ絶縁体である強誘電体結晶中であるにも関わらず,顕著な電気伝導性を示すことを発見した.強誘電体結晶を用いた新奇デバイス開発の可能性を開拓したと考えている.本研究で目的としていた,双結晶を用いた強誘電体ドメイン界面の作製に成功した.さらに,透明かつ絶縁の強誘電体材料であるにもかかわらず,そのドメイン界面で特異な二次元電気伝導性の発現を見出した.見出された特異な電気物性は極性界面における新奇な物性と言える.今後,電気物性の発現メカニズムの解析が重要な課題となると考えられる.25年度が最終年度であるため、記入しない。極性ドメイン界面での新奇な物性の発現メカニズムの解明を進めるとともに,新奇デバイスのシーズとして期待できるのでそのデバイス化のための基礎的研究を行っていく.25年度が最終年度であるため、記入しない。実験が順調に進み,試料の原材料費が節約できたため残額が生じた.
構成的免疫学の方法論に基づく免疫記憶形成の分子メカニズムの解明

免疫応答の際、B細胞は増殖して胚中心を形成した後、記憶B細胞か形質細胞へと分化する。これを再現するiGB細胞培養系では、IL-4で一次培養したiGB細胞は記憶B細胞に、その後IL-21で二次培養したiGB細胞は形質細胞へとin vivoでそれぞれ分化する。この系と遺伝子改変マウスを組み合わせて用い、転写因子Bach2が胚中心の形成だけでなく記憶B細胞の分化に必要であることを示した。他にも記憶B細胞分化に必要な遺伝子を同定した。今後、iGB細胞にこれらを段階的に再構成することにより、記憶B細胞に至る構成的分化誘導を実現する。それによりB細胞の後期分化誘導機構を包括的に理解する。本研究はB細胞のT細胞依存性免疫応答をin vitroで再現し包括的に理解することを目標とした。これまでに、in vitroでナイーブB細胞から大量の胚中心B細胞様の細胞(iGB細胞)を作製するiGB細胞培養法を確立した。この系では、IL4による1次培養では記憶B細胞に、IL21による2次培養では長期生存プラズマ細胞に、さらに、IL4もIL21も入れない3次培養では記憶B細胞に、それぞれin vivoで分化する前駆細胞が誘導される。本研究では、記憶B細胞と長期生存プラズマ細胞への分化誘導に必要な細胞内因子を同定し、未分化iGB細胞にそれらを段階的に再構成することにより、in vitroにおいてそれぞれの細胞に至る構成的分化誘導を実現する。平成25年度は以下のことが達成された。1.Bach2/Blimp1二重欠損マウスの免疫応答実験よりBach2が記憶B細胞分化に必要であることが明らかとなった。これを受けて、Blimp1欠損およびBach2/Blimp1二重欠損のB細胞からそれぞれ作製した1次iGB細胞における遺伝子発現をマイクロアレイにより比較し、Bach2が制御する遺伝子の同定を試みた。その結果、いくつかの遺伝子が見出されたが、その中でCdkインヒビターp16をコードするCdkn2aがBach2/Blimp1二重欠損細胞で顕著な上昇を示した。事実、Bach2欠損iGB細胞の細胞回転は低下し、増殖は培養4日目以降強く抑制された。また、Bach2/Blimp1二重欠損細胞においてCdkn2a遺伝子をノックダウンした場合は、培養4日目以降の増殖がある程度回復した。また、Bach2/Blimp1二重欠損細胞ではIg-J鎖の発現上昇とPax5の発現低下が見られた。よって、Bach2欠損によりBlimp1非依存的にプラズマ細胞への分化が進んでいると考えられた。すなわち、プラズマ細胞への分化抑制において、Bach2はBlimp1以外の遺伝子も制御していると考えられた。平成24年度は以下のことが達成された。1.Bach2はB細胞特異的に発現する転写抑制因子で、胚中心形成・クラススイッチ・体細胞超変異に必要であるが、記憶B細胞分化に必要かどうかは知られていない。そこで、Bach2欠損マウス由来の1次iGB細胞をマウスに移入したところ、記憶B細胞への分化は起こらなかった。また、Bach2欠損マウスをT依存性抗原で免疫したところ、抗原特異的記憶B細胞は形成されなかった。さらに、交配によりB細胞でBlimp1を欠損するBach2欠損マウスを作製し同様に免疫応答を解析したところ、胚中心形成とクラススイッチは回復したが、記憶B細胞は形成されなかった。以上より、Bach2は記憶B細胞分化に必要であることが明らかになった。2.網羅的発現解析により、1次および3次iGB細胞に発現し、2次iGB細胞には発現しない遺伝子の中から蛋白修飾因子や転写因子を選び、記憶B細胞誘導への関与を解析している。その中には1次iGB細胞に導入するとin vivoでの記憶B細胞の形成が促進されるものと、抑制されるものが含まれていた。胚中心

B細胞から長期生存プラズマ細胞への分化過程に関わる遺伝子については、IRF4, Blimp1, Xbp1等の転写因子が以前より知られていて、今回の解析ではそれら以外にこれといった転写因子の候補が見いだせなかった。よって、記憶B細胞への分化経路に注力することに決め、長期生存プラズマ細胞への分化経路の研究計画は達成できなかった。一方、記憶B細胞への分化経路にBach2が必要であることが分かり、また、iGB細胞からin vivoにおいて記憶B細胞への分化を促進する因子も見つかったので、こちらは当初の計画以上に進展しているといえる。平成24年度の結果をもとに、以下のように研究を進める。Bach2が記憶B細胞分化に必要であることが明らかとなったので、Blimp1欠損およびBach2/Blimp1二重欠損のB細胞からそれぞれ作製した1次iGB細胞における遺伝子発現をマイクロアレイにより比較し、Bach2が制御する遺伝子を同定する。それらの機能について、iGB細胞系を用いて解析する。それらに加えて、iGB細胞における網羅的発現解析から同定され、iGB細胞の記憶B細胞分化を促進した遺伝子についても、その遺伝子のノックアウトマウスを入手し、免疫応答における記憶B細胞形成について解析する。同定された記憶B細胞分化に必要と考えられる因子について、Bach2とともに様々な順序で2次iGB細胞に導入し、gp49陽性化を指標として発現させる因子とその発現のタイミングを最適化する。また、このgp49陽性となったiGB細胞をマウスに移入し、記憶細胞形成能を確認する。さらにこのgp49陽性iGB細胞が短期間の培養でCD38+, CD62L+, GL7-かつ増殖停止した記憶B細胞にまで分化するのか、そうでなければさらに何が必要かを調べる。最後に、得られたin vitro再構成の結果をもとに、生体分子相互作用ネットワークの各種データベースも利用して、胚中心B細胞から記憶B細胞あるいはLP細胞へと分化を誘導する分子制御ネットワークを描き出し、包括的な理解を試みる。上記の研究を遂行するために必要な消耗品を購入する。具体的には、試薬類、抗体、サイトカイン、マウス、ディスポーザブル・プラスティック器具類を購入する。
電磁気的バンドギャップ反射板を使用した超低姿勢化線状アンテナの研究

研究成果:アンテナ素子を電磁気的バンドギャップ(EBG)反射板上に極超低姿勢状態で配置し,この場合のアンテナ放射特性を明らかにした.(1)スパイラル素子2線式スパイラルアンテナをEBG板表面上から0.07波長以下の高さに配置.EBG表面とスパイラルとの間を誘電体で満たし,アンテナを75%以上に小形化することに成功.(2)カール素子カールアンテナをEBG板表面上から0.06波長の高さに配置.給電部付近のストリップ幅を変化させることにより,50Ω給電線とのインピーダンス整合に成功している.(3)逆Fアンテナ素子2素子逆F素子をEBG板表面上から0.03波長の高さに配置.これらの素子が,同相及び逆位相で給電された場合の放射特性を明らかにしている.電圧定在波比帯域は,同相給電で約10%,逆位相給電で約21%である,との結論を得ている.(4)折り返し線状素子折り返し線状アンテナをEBG板上から0.06波長の高さに配置.完全導体板上の折り返し線状アンテナと比べ,放射抵抗が増加することを明らかにしている.(5)パッチ素子円偏波パッチをEBGパッチで囲んだ場合の放射特性を検討.EBGパッチの効果により,直交偏波成分を低く抑えることに成功している.さらに,EBG板の短絡ピンの有無について,利得の観点から考察を加えている.意義:アンテナ素子と金属反射板との距離(アンテナ高)は,従来、1/4波長が標準となっていた.アンテナ高を極超低姿勢化すると、アンテナ特性は劣化する.本研究では,EBG反射板を用いて,アンテナ特性を劣化させることなく,極超低姿勢を実現した点に意義がある.重要性等:アンテナの超低姿勢を実現したことにより,アンテナ構造体の体積を極端に小さくすることが可能となった.小形化は搭載スペースが限られている移動体へのアンテンナ設置を容易にしている.研究成果:アンテナ素子を電磁気的バンドギャップ(EBG)反射板上に極超低姿勢状態で配置し,この場合のアンテナ放射特性を明らかにした.(1)スパイラル素子2線式スパイラルアンテナをEBG板表面上から0.07波長以下の高さに配置.EBG表面とスパイラルとの間を誘電体で満たし,アンテナを75%以上に小形化することに成功.(2)カール素子カールアンテナをEBG板表面上から0.06波長の高さに配置.給電部付近のストリップ幅を変化させることにより,50Ω給電線とのインピーダンス整合に成功している.(3)逆Fアンテナ素子2素子逆F素子をEBG板表面上から0.03波長の高さに配置.これらの素子が,同相及び逆位相で給電された場合の放射特性を明らかにしている.電圧定在波比帯域は,同相給電で約10%,逆位相給電で約21%である,との結論を得ている.(4)折り返し線状素子折り返し線状アンテナをEBG板上から0.06波長の高さに配置.完全導体板上の折り返し線状アンテナと比べ,放射抵抗が増加することを明らかにしている.(5)パッチ素子円偏波パッチをEBGパッチで囲んだ場合の放射特性を検討.EBGパッチの効果により,直交偏波成分を低く抑えることに成功している.さらに,EBG板の短絡ピンの有無について,利得の観点から考察を加えている.意義:アンテナ素子と金属反射板との距離(アンテナ高)は,従来、1/4波長が標準となっていた.アンテナ高を極超低姿勢化すると、アンテナ特性は劣化する.本研究では,EBG反射板を用いて,アンテナ特性を劣化させることなく,極超低姿勢を実現した点に意義がある.重要性等:アンテナの超低姿勢を実現したことにより,アンテナ構造体の体積を極端に小さくすることが可能となった.小形化は搭載スペースが限られている移動体へのアンテンナ設置を容易にしている.今年度は、アンテナ素子(スパイラル素子、カール素子、逆F素子、折り返し線状素子)を電磁気的バンドギャップ(EBG)反射板上に配置し、アンテナ複合体としての放射特性を明らかにした。(1)スパイラル素子2線式ストリップスパイラルアンテナが、EBG反射板表面上、高さ0.05波長の状態で、極端に低く配置されている。EBG表面とスパイラル間を誘電体で満たし、2線式ストリッブスパイラルアンテナの小型化を図っている。誘電体の挿入により、アンテナを83.3%小型化できる。(2)カール素子カールアンテナが、EBG反射板表面上、高さ0.06波長の状態で、極端に低く配置されている。給電部付近のストリップ幅を変化させることにより、50Ω給電線との入力インピーダンス整合を図っている。その結果、低姿勢であっても50%程度の定インピーダンスが得られる。さらに、カール素子上に周期構造上板を設置.周期構造上板を設置することにより、設置しない場合に比べ約4.5dBの利得増加が得られた。(3)逆Fアンテナ素子EBG反射板上に逆F素子を2素子配列した場合を検討。逆F素子はEBG反射板表面上から0.03波長の高さにあり、超低姿勢となっている。