hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
10GPa級高圧力下、超強磁場下の有機伝導体の新物性

本研究では数GPa-10 GPa級の圧力域に重点を置き、磁場と組み合わせて有機物における物性開拓と統一理解を研究目標とした。紙面の都合で4つの成果に限る。1)κ-(Me-DH-TTP)_2AsF_6縮小□電子系で電子相関を増大させ金属-絶縁体転移における量子臨界点の議論を行った。κ型は結晶構造から2量体化していると思われるが、2量体エネルギーが他のκ型に比べて1/10で電荷移動も3/4充填の系と思われることから、絶縁相は電荷秩序と思われ、現在(2009年)でも未解決の興味深い問題点を残した。2)(TTM-TTP)I_3は1次元1/2充填Mott-Hubbard系であり、圧力による金属化を試みた。Mott絶縁体における鎖間相互作用の重要さの問題として、理論家の興味を引いた。4)TTF-TCNQとTSeF-TCNQの温度圧力相図の作成と物性測定を行った。TTF-TCNQの電荷密度波の研究では30年前の3GPaまでの測定を再現した。今回、8GPaまでの研究をすすめ、電荷移動に伴うCDWが圧力とともに不整合=>整合=>不整合と変遷して低温までの金属化していく様子が明瞭に示された。さらに、類型のTSeF-TCNQについての研究を進め、TTF-TCNQより低い圧力で、金属化に成功した。電気抵抗の温度の冪の圧力変化から揺らぎ伝導の特異な性質が明らかになった。本年度では、今後の研究のための立ち上げとして、低温クライオスタットと組み合わせて、6方向から均等加圧して静水圧力を発生させることを目指した。第1段階として、クライオスタットなしで、加圧テストを行った。その結果、均等加圧が実現していることを確認した。第2段階として、クライオスタットと組み合わせての均等加圧の実験を開始し、現在調整に入っている。この間、平行して、加圧中心部のパイロフェライトのNC加工のプログラムの作成などを行い、実際の加工に成功している。一方、高圧装置完成後の測定すべき、有機伝導体の試料の探索も進めてきた。山田順一先生(姫工大)から提供を受けた(DOET)_2Ag(CN)_2では、加圧によりβ-(BEDT-TTF)_2I_3^*に迫る劇的な抵抗の減少を見出しており、新しい電子相の発見につながることを期待している。[報告]1.安塚周磨、村田恵三、横川敬一、宇治進也、加藤礼三他、「圧力下β"-(ET)(TCNQ)の輸送現象」、日本物理学会.九州大2004.3.28、29pWL16。2.横川敬一、吉野治一、谷垣勝己、村田恵三他、「Ba_<24>Si_<100>とBa_<24>Ge_<100>の圧力下輸送現象、」日本物理学会.2004.3.29、29pWL12。H15年度に本研究の中核となるキュービックアンビル装置が納入され、H16年度から装置の立ち上げを以下の順で行った:1)Biによる8GPaまでの圧力較正、2)外部負荷に対する発生圧力の再現性、3)ガスケット熱処理による圧力発生効率の改善、4)無機物質NbSe_3による動作テスト。現時点で2GPa<P<8GPa,2.5K<T<300Kにおける有機試料の精密測定が可能となった。質の高い圧力発生の実証を兼ね、擬1次元導体NbSe_3の電荷密度波(CDW)と超伝導の圧力効果を調べた。超伝導転移の観測から試料空間の圧力分布は0.35GPa以下であることが判った。さらにCDWと超伝導の共存、及び臨界圧力近傍におけるCDW転移の臨界指数から、CDW-SC相転移における量子揺らぎの重要性を示した。

(この成果はJPSJ6月号に掲載予定。)有機試料に関しては、1)(EDT-TTFVO)_2FeBr_4、2)(Me-DH-TTP)_2A_sF_6、3)[Cu(TANC)](F)_<0.5>、4)(TTM-TTP)I_3を測定した。これらは、1)π-d相互作用によりフェリ磁性が発現しているもの、2)電子相関を増大させたもの、3)新有機アクセプターを配位した遷移金属錯体、4)1/2充填1次元系であり、これらの系に対して高圧下での新規量子状態の探索を試みた。現在、解析中である。1)から4)までそれぞれ杉本豊成、西川浩之、田所誠、川本正と森健彦ら諸氏との共同研究である。これらの成果を得るに当り、本研究に配置頂いた博士研究員、安塚周磨氏の全面的な貢献を特記したい。H17年度は本研究課題で建設されたキュービックアンビル装置が本格的に稼働し、13のような成果を得た。一方、分担者の吉野治一がボストンカレッジのM.Naughton氏の研究室に滞在し、4の成果を得た。(1).1次元1/2充填Mott-Hubbard系としての有機伝導体(TTM-TTP)I_3の金属化(2).縮小π系(Me-DH-TTP)_2AsF_6の金属-絶縁体転移における量子臨界現象(3).擬二次元伝導体beta"-(EDO-TTFVO)_2FeCl_4の量子振動効果と磁場誘起相転移(4).(TMTSF)_2Cl0_4および(DMET)_2I_3の磁気抵抗の特異な磁場依存性である。下記に概要を述べる。キュービックアンビル超高圧装置では重い電子系や銅酸化物超伝導体など無機物の測定が主であった。この装置は最大圧力8GPa、最低温度2.5Kまでの電気抵抗測定が可能であるが、加圧によりガスケットが変形するために、その際試料に大きなストレスが生じ、脆い有機物は加圧時にしばしば破壊されてしまう。常圧下の測定精度と同程度のデータ(例えば抵抗率の4端子測定など)を得るための工夫が必要とされた。ガスケット変形に伴うストレスを減らす試料セッティング方法を開発した。その結果、金線の一部を薬包紙で固定する方法を開発し、実験成功率の飛躍的向上に成功した。また、これまで有機伝導体で困難とされてきた"試料の一定体積下での抵抗率の温度依存性"が2GPa以上の高圧下で詳細に調べることが出来るようになった。本質的な電気抵抗率の温度依存性の解析が可能になったことから、系の相互作用に関する詳細な議論が出来るようになった。このことは、有機伝導体における量子臨界点近傍で発現する非フェルミ液体の研究を切り開くとともに、反強磁性相や電荷秩序相に隣接する非BCS型の超伝導の機構解明に重要な役割を果たすものと期待される。H18年度は本研究課題で建設されたキュービックアンビル装置が本格的に稼働し、順調に成果が出ている。また、キュービックアンビルと組み合わせた電磁石も5Teslaの磁場の発生に成功した。また、下記のような成果を得た。(1)TTF-TCNQのCDW抑制による金属化。この研究は30年前のフランスのグループが3GPaまでの研究を行っており、過去の研究の再現の検証とより高い圧力での予想された金属化の様子を研究した。今回、キュービックアンビル装置で8GPaまでの研究をすすめ、電荷移動に伴うCDWが圧力とともに不整合=>整合=>不整合と変遷して低温までの金属化していく様子が明瞭に示された。この論文はJ.Phys.Soc.Jpn.の2007年3月号で発表され、Editor's Choiceに選ばれた。(3)一次元有機超伝導体として,TMTSF塩やDMET塩よりも高い次元性を有していると考えられる。
生体内石灰化におけるvital effectの物理化学的考察

貝殻やサンゴなどの生体鉱物には複雑で美しい組織を示すものが多く、生物活動に不可欠な機能が反映されている。近年、それらの生体内部で非晶質相を経由して鉱物形成が行われている可能性が注目され始めたが、その詳細は不明である。本研究は、生体内を模したゲル状物質内で炭酸カルシウムの合成実験を行い、蛍光試薬を用いてゲル内のpHおよびイオン濃度を可視化することで非晶質相の形成条件を明らかにするとともに、計算機シミュレーションを用いて有機物とイオンの相互作用を定量化することにより、従来vital effectとして現象論的に捉えられてきた生体鉱物形成プロセスを物理化学的に解明しようとするものである。
光化学系II酸素発生複合体の結晶化と構造解析

光化学系II複合体は、14種の膜貫通サブユニットと3種の膜表在性サブユニットを含む、分子量320kDaの超分子複合体である。系II複合体の結晶構造解析を行うため、約35種の重原子同型誘導体を作製し、SPring-8のBL41XU,BL45PXにて、100K,X線波長1.0Åにてデータ収集・分析を行った。その結果、Ta_6Br_<14>の誘導体と母結晶の差パターソン関数から有意な差が得られ、分解能6.0Åでの初期位相を得ることができ、それに基づき光化学系II複合体の初期電子密度図を得た。しかし、多くの誘導体については、母結晶との差パターソン関数において、ノイズレベルが高いため重原子位置を決定することができなかった。これは、重原子ソーキング操作による結晶の同型性の変化が原因と考え、同型性保持に適したソーキング条件(それぞれの重原子の濃度、ソーキング時間)を検討し、その確立を行った。一方、光化学系II複合体には、4原子マンガンからなるクラスターと、3原子以上の鉄が含まれているので、マンガンと鉄のMADデータを収集した。マンガンのMADデータから有意なピークが得られ、それを用いた位相改良を試みている。鉄については、解析可能なデータを得ることができなかった。構造解析と並行して、より分解能の高い結晶作成を試み、サンプルバッチ・結晶化条件の違いにより、最高3.1Åの回折点を与える結晶を得ることができた。好熱性らん藻、Synechococus vulcanusより光化学系II(PSII)複合体を精製し、結晶化した。得られた結晶について、SPring-8の放射光を用いて、低温(100K)でのデータ収集条件を確立し、分解能4.0Åでのネーティブデータセットを収集した。それによって決定した結晶の晶系はOrthorhombicで、空間群はP2_12_12_1、格子常数はa=130Å,b=227Å,c=308Åであった。X線波長1.0Å、振動角1度にて得られた測定反射数189881に対し、独立反射数67845であり、Rmerge7.3%(再外周4.13-4.0Å、24.1%)、Completeness87%(再外周、82%)であった。数種の重原子同型置換体を作製し、そのデータを収集し、計算した結果、同型性が保たれている置換体を2-3種得た。一方、結晶の生化学的性質を調べた結果、結晶はPSIIの主な構成成分である、9-10種の膜蛋白質と3種の膜表在性蛋白質を含んでおり、高い酸素発生活性を保持していた。ゲル濾過によって決定した結晶中のPSII複合体の分子量は580kDaであり、単量体PSIIの分子量が310kDaであることから考えると、結晶中のPSIIはダイマーであることが示された。従って単位格子中に含まれているPSII複合体は8個であり、結晶のV_Mは3.6Å^3/Daであることになる。
高速圧縮パターン照合に基づく組込み機器向けXMLデータベース基盤技術

組込み機器では,メモリやストレージ等の計算資源が乏しいため,従来型のDB技術では,ローカルなDBをもたせることが難しい.そこで本研究では,独自の高速圧縮パターン照合技術に基づき,組込み機器向けのXML-DB基盤技術を開発した.組込み機器では,メモリやストレージ等の計算資源が乏しいため,従来型のDB技術では,ローカルなDBをもたせることが難しい.そこで本研究では,独自の高速圧縮パターン照合技術に基づき,組込み機器向けのXML-DB基盤技術を開発した.A.超高速ストリーム走査に基づく省メモリ・省電力型XMLデータ検索技術.申請者らのストリーム走査技術を核に据え,高速かつ省メモリ型のXMLデータストリーム処理技術を開発した.特に,本年度は,問い合わせ言語であるXPathにおいて,従来のストリーム処理手法が効率よく扱うことのできなかった横方向の軸(axis)を扱う効率的手法を開発することに成功した.B.圧縮パターン照合による省ストレージ型XMLデータ格納技術.圧縮率および圧縮パターン照合速度の両方を向上させるため,以下の2つの方法を案出し,それぞれの性能を評価した:(1)BPE法の変数の個数の上限を緩和し,1バイトを符号単位とするハフマン符号と組み合わせる方法,(2)文脈依存文法変換による圧縮.その結果,従来技術では60%程度であった圧縮率および時間短縮度が40%程度にまで改善できることが判明した.C.軽量圧縮パターン照合によるセキュアなXMLIデータ保護技術.上述の(1)をデータ保護に用いることができるとの着想を得て,その観点から予備的な実験を行い,好感触を得た.現在はこの着想に基づいたセキュアなパターン照合技術の開発を進めているところである.今年度は以下の研究項目について研究を遂行したA.超高速ストリーム走査に基づく省メモリ・省電力型XMLデータ検索技術.申請者らのストリーム走査技術を核に据え,高速かつ省メモリ型のXMLデータストリーム処理技術を開発した.特に,問い合わせ言語であるXPathにおいて,従来アルゴリズムの計算量を維持したまま,扱うXPathのクラスを拡張することに成功した.B.圧縮パターン照合による省ストレージ型XMLデータ格納技術.圧縮率および圧縮パターン照合速度の両方を向上させるため,以下の2つの方法を案出し,それぞれの性能を評価した:(1)BPE法の変数の個数の上限を緩和し,1バイトを符号単位とするハフマン符号と組み合わせる方法,(2)文脈依存文法変換による圧縮.その結果,従来技術では60%程度であった圧縮率および時間短縮度が40%程度にまで改善できることが判明した.また,データ中の繰り返し構造に着目した圧縮法を検討するための理論的研究も併せて行った.C.軽量圧縮パターン照合によるセキュアなXMLデータ保護技術.上述の(1)(2)をデータ保護に用いる着想に基づき,セキュアなパターン照合技術の開発を進めるための予備的な実験を行い,問題点を明らかにした.最終年度である今年度は以下の研究を遂行した.A.超高速ストリーム走査に基づく省メモリ・省電力型XMLデータ検索技術.申請者らのストリーム走査技術を核に据え,高速かつ省メモリ型のXMLデータストリーム処理技術を開発した.特に,問い合わせ言語であるXPathにおいて,従来アルゴリズムの計算量を維持したまま,扱うXPathのクラスを拡張することに成功した.B.圧縮パターン照合による省ストレージ型XMLデータ格納技術.圧縮率および圧縮パターン照合速度の両方を向上させるため,前年度までに開発した,(1)BPE法の変数の個数の上限を緩和し,1バイトを符号単位とするハフマン符号と組み合わせる方法,(2)文脈依存文法変換による圧縮の2つについて,携帯端末上に実装し,性能評価を行った.また,圧縮率向上のため,データ中の繰り返し構造に着目した圧縮法を検討するための理論的研究も併せて行った.C.軽量圧縮パターン照合によるセキュアなXMLデータ保護技術.上記の圧縮手法により得られるバイト系列について暗号強度の観点から性能評価を行った.
睡眠・高次脳機能調節におけるアストロサイト脂質代謝の役割

本研究は、脳内脂質代謝と睡眠などの高次脳機能との関連について明らかにすることを目的とした。マウスに6時間断眠を行うと脂質代謝産物である末梢血のケトン体が増大するとともに、そこで脳内のケトン体代謝合成の促進が認められた。脳室内へケトン体を投与すると、睡眠を深くするとともに、体温を低下させた。脳ではアストロサイトがケトン体の産生組織であることから、本研究の結果は、アストロサイトにおける脂質代謝が、睡眠などの脳機能の調節に関与している可能性を示唆している。ケトン体は脂肪の分解により肝臓やグリア細胞で作られ、高脂肪食、絶食、過度の運動等のグルコースが枯渇した状況下において主要なエネルギー源となる。我々はこれまでに、ケトン体合成に重要な役割を果たすperoxisome proliferator-activatedreceptorsalpha (PPARα)の睡眠制御との関連性について検討を進めるうちに、ケトン体自体の関与に着目した。本研究ではアセト酢酸やβヒドロキシ酪酸等のケトン体が、睡眠ホメオスタシスにおいてどのような役割を果たすかについて検討した。始めに、8週齢の野生型雄マウスの脳室内にmorpholinoantisense oligoを投与することによって、中枢PPARαをノックダウンさせたところ、ノンレム睡眠時の脳波デルタパワーが減弱するとともに、血中ケトン体比(アセト酢酸/βヒドロキシ酪酸)の低下が認められた。次にマウスに6時間の断眠を行ったところ、血中ケトン体比の増大、ケトン体代謝酵素succinyl-CoA-3-oxoacid CoA transferase (Scot) mRNAの発現低下が大脳皮質において認められた。そこでケトン体の直接作用を調べるために、アセト酢酸およびβヒドロキシ酪酸をマウスの脳室内に投与し睡眠記録を行った。その結果、アセト酢酸の脳室内投与はノンレム睡眠中の脳波デルタパワーの顕著な増大を引き起こしたのに対し、βヒドロキシ酪酸やVehicle投与では変化が認められなかった。さらに、ケトン体の脳室内投与時のグルタミン酸放出量をマイクロダイアリシス法により調べたところ、アセト酢酸の脳室内投与後のみグルタミン酸放出量の低下が認められた。以上のことから、ケトン体を介した中枢脂質代謝が睡眠制御と深く関わっていることが示唆された。睡眠とエネルギー代謝は密接に関連していることが知られている。ケトン体(アセト酢酸、βヒドロキシ酪酸)は、絶食や高脂肪食摂取など、グルコースが枯渇した状態で脂肪酸が代謝される際、主に肝臓で産生され脳の主要なエネルギー源として利用される。最近の報告では、ケトン体は肝臓だけでなく、アストロサイトにおいても産生されることが明らかとなっている。我々は、絶食時におけるケトン体産生において重要な役割を果たすperoxisome proliferator-activatedreceptors (PPARs)のアゴニストの中枢投与が、ノンレム睡眠時の脳波デルタパワーを増大させることを見出した。また、これらのアゴニスト投与は、記憶、学習能といった高次脳機能にも影響を及ぼす傾向が示された。マウスに6時間にわたる断眠を行ったところ、末梢血中のケトン体濃度の顕著な増大が認められた。さらに、断眠は大脳皮質や視床下部において、ケトン体合成の律速酵素である3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase 2 (Hmgcs2)のmRNA発現増大を引き起こした。Hmgcs2はアストロサイトにおけるケトン体合成に重要な役割を果たす。そこでマウスの脳室内にHmgcs2のアンチセンスオリゴヌクレオチドを投与し、中枢Hmgcs2遺伝子をノックダウンしたところ、暗期の睡眠量の低下、明期のノンレム睡眠時の脳波デルタパワーの増大、断眠後の体温低下が認められた。ことから、脳内の脂質体代謝が睡眠のホメオスタシス制御に重要な役割を果たすことが示唆された。申請者は、脂質代謝に障害のあるPPARα-knockout (KO)マウスの睡眠を測定した。その結果、KOマウスは野生型(WT)マウスと比較して暗期後半の睡眠量が減少していたが、脳波デルタパワーは24時間にわたって増大していた。そこで、慢性的な不眠状態であるKOマウスを用い、記憶・学習能(8方向放射状迷路、Novel object recognitiontest、Passive avoidance等)および不安・うつなどの情動行動(Open field・高架式十字迷路、強制水泳テスト等)についてWTマウスとの比較を行った。Passive avoidanceでは、KOマウスはWTマウスに比べて電気刺激翌日に暗箱に入る潜時が有意に長く、これは情動記憶能がKOマウスで高まっていることを示す。Passive avoidanceのような情動変化を伴う学習には、扁桃体におけるカテコラミン系の影響が報告されているため、扁桃体のカテコラミンをHPLCにより定量した結果、ドーパミンおよびドーパミン代謝産物がKOマウスにおいて増大していた。さらに、ドーパミン分解酵素であるComt (カテコールO-メチル基転移酵素)のmRNA発現量を調べたところ、KOマウスで顕著な低下が認められた。

またTh (チロシン水酸化酵素)のmRNA発現量もKOマウスで高くなる傾向がみられた。以上のことから、KOマウスでは扁桃体におけるドーパミン量が多く、分解されにくい状態であり、シナプス間隙量も増加していると予想される。今回の実験により、中枢PPARαの高次脳機能における役割の一端が明らかとなった。現在までの達成度は、ケトン体と睡眠との関連性を明らかにした点で、概ね順調に進展しているといえる。しかし、グリア細胞と高次脳機能の直接的関係については、明らかになっていないため、「おおむね」とした。当該研究の現在の達成度は概ね順調であるが、マウスの大脳皮質アストロサイト内のin vivoカルシウム動態についてはまだ検討できていないので、「おおむね」とした。免疫組織学的手法等を用いて、アストロサイトで作られたケトン体と高次脳機能との関係について、計画書に従って進めていく。具体的には、AMPKやPPARsを始めとした代謝関連物質がどのように変化するかについて、GFAPなどとの多重染色を行うことで、慢性不眠および中枢代謝変化がアストロサイトの機能変化や形態変化に及ぼす影響を解明する。申請書に従い、マウスの脳のアストロサイトにおいて、AMPKやPPARsを始めとした代謝関連物質がどのように変化するかについて、免疫組織化学染色により解析を行うことで、慢性不眠および中枢代謝変化がアストロサイトの機能変化や形態変化に及ぼす影響を解明する。また、遺伝子改変動物を用いた実験についても、次年度以降はすすめていく予定である。実験動物、試薬、英文校正など、計画書に従って使用する。備品は購入しない予定である。次年度への繰越額は、国際学会旅費および免疫組織染色のための抗体購入に使用予定である。国際学会参加のための旅費について、外部の助成金で渡航費を獲得できたため、研究費の繰り越しが生じた。繰り越し分は、平成24年度の国際学会旅費に充当させ、その他については申請書に従い使用する。
整合性を有する離散化に基づく潤滑解法の粒子混相流への展開

2018年度はNavier-Stokes方程式の直接離散化および速度場・圧力場の整合性の概念を潤滑支配域へ拡張するために数値計算法の提案を行った。提案した手法は外力で維持されている三次元渦群中における球形粒子の自由運動問題において検証され、独立におこなわれた数値解析結果と良い一致を示した。さらに開発した直接離散化手法を、熱・物質輸送問題へ展開した。熱の問題については、体積充填率で4055%の高数密度中実固体粒子系において粒子の集団挙動が温度場から受ける影響、および粒子による熱輸送が流れ場に与える影響の解析を行った。特に粒子分散混相流中における渦の発達に関する直接数値計算とモデリングを通して、特徴的な渦構造の発現について解析を行った。とくに線形化されたモデルの時間発展の時定数がレイリー数とプラントル数からなるシンプルな式で表現できることを示した。物質輸送問題については、非圧縮速度場・圧力場の整合性の概念を透過性のある可変形膜を含む流れ場へ拡張することを目指し、2018年度は静止した膜に限定して透過流束を考慮した非圧縮圧力方程式の一般化を行った。得られた圧力方程式を解いて得られる解および透過流束はあらかじめ準備した解析モデルと良い一致を示し、離散化の正当性を確認した。粒子を含む流れ場において、粒子の擾乱を含む流れ場から(擾乱を含まない背景流れの予測を経由せずに)粒子表面における流体応力を算出するモデルの提案を行った。潤滑解法は想定したものと大幅に異なる形になったが、物理的意味が明確になる定式化を実施することができ、当該現象に対する理解が深まっただけでなく、新規な問題設定(特に境界条件)についても解の予想の見通しをよくした。直接離散化・整合性のとれた離散化の概念を透過壁を含む系に拡張する際にやや時間を要したが、おおむね予想どおりの時間内に実施することができている。任意形状物体間において、様々な条件下で提案した潤滑解法が機能するか確認する。検証には申請者が提案した整合性のとれた直接離散化に基づく境界埋め込み法を用いる。また、粒子混相流れに見られる特徴的な熱輸送モードの出現に対して、潤滑を考慮した解析へ発展させる。自然熱対流下における分散粒子流れの対流の反転現象が発生するパラメーター範囲についてモデルをつくり、直接数値計算を用いてシミュレーションをおこなう。透過膜表面をもつ粒子による物質輸送問題では、運動する可変形膜と流体との相互作用解析に着手し、透過流束を考慮した非圧縮圧力方程式のさらなる一般化を行う。数値解析結果を検証する解析解の準備を平行して行う。二つの物体が接近する際に、物体間の狭隘路の流れにいくつかの仮定を導入して支配方程式の空間次元を1つ下げることができる。このようにして得られた潤滑方程式によって得られる解を、狭隘路外部の支配方程式の解に埋め込む数値的手法を提案した。手法は、軸受・軸間の(負の曲率を有する)隙間や二粒子系の問題に適用可能である。それらの場において潤滑効果の有無が圧力分布や粒子の運動に与える影響の解析、および計算コストの比較をとおして、提案手法の有効性を確認した。独自の離散化によって直交格子上で非圧縮流を解く手法を、薄膜周りの流れおよび運動する物体に使える形式に拡張した。具体的には、固体界面近傍における支配方程式の直接離散化および速度・圧力場の整合性が取れた離散化に、厚みの無い膜の両側に適用する拡張、および運動する固体物体を考慮した差分ステンシルの動的更新などの変更点を加えた。現在は、壁面近傍に設置された薄膜の運動が流れによって不安定化される問題で、潤滑を取り込んだ提案手法による数値解析結果を線形安定解析の結果と比較して検証を行っている。乱れの最小長さスケールと同程度の直径を持つ粒子の受ける力のモデリングを発展させ、(複数の)粒子と流体の相互作用解析を実施した。三次元の渦中において渦と同程度の大きさの粒子運動の解析を既存のモデリングおよび直接数値計算法による数値計算結果と比較し、提案手法の有効性を確認した。また粒子サイズと同程度の格子を採用するため、直接数値計算よりも4万分の1程度の計算コストで実施できることを示した。これらの特性は、提案手法が粒子サイズと同程度の空間スケールでの体積平均を施した方程式に基づいており、粒子表面の応力を反映した(流体=固体相間)相互作用力の定式を行ったことによる効果があらわれた例と言える。直接離散化・整合性のとれた離散化の概念を三次元化する際にやや時間を要したが、おおむね予想どおりの時間内に実施することができている。潤滑解法は想定したものとやや異なる形になったが、それに対応して現象に対する理解が深まりつつある。

とくに線形化されたモデルの時間発展の時定数がレイリー数とプラントル数からなるシンプルな式で表現できることを示した。物質輸送問題については、非圧縮速度場・圧力場の整合性の概念を透過性のある可変形膜を含む流れ場へ拡張することを目指し、2018年度は静止した膜に限定して透過流束を考慮した非圧縮圧力方程式の一般化を行った。得られた圧力方程式を解いて得られる解および透過流束はあらかじめ準備した解析モデルと良い一致を示し、離散化の正当性を確認した。粒子を含む流れ場において、粒子の擾乱を含む流れ場から(擾乱を含まない背景流れの予測を経由せずに)粒子表面における流体応力を算出するモデルの提案を行った。潤滑解法は想定したものと大幅に異なる形になったが、物理的意味が明確になる定式化を実施することができ、当該現象に対する理解が深まっただけでなく、新規な問題設定(特に境界条件)についても解の予想の見通しをよくした。直接離散化・整合性のとれた離散化の概念を透過壁を含む系に拡張する際にやや時間を要したが、おおむね予想どおりの時間内に実施することができている。昨年度提案した数値解法を、解析解や安定解析との比較を通して検証を行う。さらに熱および物質の輸送を含む形式への拡張を行う。また潤滑方程式の導出には複数の条件があり、それが方程式の適用および周囲流れ場との接続を難しくしているが、独自の視点に基づいて適用範囲を広げる展開を計画している。任意形状物体間において、様々な条件下で提案した潤滑解法が機能するか確認する。検証には申請者が提案した整合性のとれた直接離散化に基づく境界埋め込み法を用いる。また、粒子混相流れに見られる特徴的な熱輸送モードの出現に対して、潤滑を考慮した解析へ発展させる。自然熱対流下における分散粒子流れの対流の反転現象が発生するパラメーター範囲についてモデルをつくり、直接数値計算を用いてシミュレーションをおこなう。透過膜表面をもつ粒子による物質輸送問題では、運動する可変形膜と流体との相互作用解析に着手し、透過流束を考慮した非圧縮圧力方程式のさらなる一般化を行う。数値解析結果を検証する解析解の準備を平行して行う。
細胞周期の進行と形態形成との関係に関する研究

本研究においては「細胞増殖(細胞周期進行の速度)」と「形態形成因子の発現」との関係に注目し、前者が後者を制御できるのではという仮説のもとに研究を遂行した。鶏肢の発生初期において、Aphidicolinで肢芽前方域で細胞増殖を局所的に遅らせた場合の過剰指の誘導と本来後方域で発現する遺伝子の発現誘導を以前に示したが、本研究ではこれが細胞死とは無関係であることを明らかにした。また、BrdU取り込みによる肢芽発生過程の詳細な細胞増殖速度の解析により、発生初期の肢芽の先端後部域には他の肢芽先端域に比べて細胞増殖速度が遅い特異的な領域があること明らかにした。この領域はShhやBMP-2の発現領域によく対応することから、ZPA(Zone of Polarizing Activity)域においては細胞増殖速度が遅いことを明らかにした。さらに、細胞周期進行を制御する方法として、Cyclin Dependent KinaseのInhibitor(CKI)であるpl6,p18,p19の各遺伝子をサイトメガロウイルスのプロモータを持つ発現ベクターに組み込み、GFP発現ベクターと共にエレクトロポレーション法により肢芽に導入し、肢芽で強制的に過剰発現させた。その結果pl6とp18遺伝子を導入した場合に、導入細胞域においてのみ、その一部の細胞域において異所的なBMP-2の発現が誘導されることが明らかとなった。導入されたCKIはCDK4/6に結合することで最終的に細胞周期のG1期からS期への進行を抑制する効果が期待されるので、この結果により、細胞周期進行速度が遅いとBMP-2発現が可能となることを直接的に示すことができた。これらにより、「ZPAで細胞増殖が遅いことがそこでの特異的な遺伝子発現を可能としている一要囚となっている」ことを示し、冒頭の仮説が成り立ち得ることを示した。動物の発生過程では細胞増殖と形態形成のバランスが重要である。本研究者らは、「細胞周期の長さが形態形成因子の発現を制御できるのでは」という仮説のもとに、発生中の肢芽に局所的にAphidicolinを投与し細胞周期進行を一時的に遅らせた結果、肢芽前方域に与えた時、過剰な指の誘導と、本来後方域で発現する遺伝子の前方での発現誘導を見い出していた。本年度はその現象が細胞死によりもたらされるのでは無いことを明らかにし、さらに、正常肢発生過程における領域による細胞周期進行の違いの有無を調べる為に、各発生段階の肢芽でのBrdUの取込みを、連続切片で核との二重染色により詳細に解析した。その結果発生初期の肢芽には、肢芽周辺領域の中胚葉の後部域に他と比較して細胞周期進行が遅い領域があることが明らかとなった。これは、各領域の総細胞数あたりのBrdU取り込み細胞数を計測することでさらに明確にできた。次に、この細胞周期進行が遅い領域と肢芽部で発現するShhやBMP-2遺伝子の発現域との関係を明確にする為、BrdUの取り込みとそれら遺伝子発現域を二重染色で比較した。その結果、それらの発現領域は、細胞周期の進行が遅い領域をその基部側に含むことが明らかになった。また、CDK Inhibitor遺伝子(p15,p16,マウス由来)をレトロウィルスベクター(RCASBP)に組み込みウィルスを作製し、鶏胚に感染させた結果、それら遺伝子の異所的発現が強く認められた。しかし細胞周期の進行には影響が無く、Shh,BMP-2発現も正常であった。この原因としては、ウィルス作製過程で宿主細胞の増殖が必要な為、それを有意に抑制する効果を持つウィルスは形成されにくい可能性も考えられるので、今後はエレクトロポレーションによる細胞周期抑制遺伝子の導入を行い、その効果を検討する。

また、鶏の細胞周期抑制遺伝子についても単離を進行中である。本研究においては「細胞増殖(細胞周期進行の速度)」と「形態形成因子の発現」との関係に注目して研究を遂行した。昨年度までのこの研究で、鶏肢の発生初期において、Aphidicolinで肢芽前方域で細胞増殖を局所的に遅らせた場合に、過剰指の誘導と本来後方域で発現する遺伝子の新たな発現誘導を明らかにし、また、BrdU取り込みによる肢芽発生過程の詳細な細胞増殖速度の解析により、発生初期の肢芽の先端後部域には他の肢芽先端域に比べて細胞増殖速度が遅い特異的な領域があること明らかにした。さらにこの領域はShhやBMP-2の発現領域によく対応することから、ZPA(Zone of Polarizing Activity)域においては細胞増殖速度が遅いことを明らかにした。本年度は細胞周期進行の速度と遺伝子発現との関係をさらに直接的に明らかにする為に、細胞周期進行を制御する方法として、Cyclin Dependent KinaseのInhibitor(CKI)であるp16,p18,p19の各遺伝子を肢芽で強制的に過剰発現させる方法を採用した。これらCKI遺伝子をサイトメガロウィルスのプロモータを持つ発現ベクターに組み込み、GFP発現ベクターと共にエレクトロポレーション法により肢芽に導入した。その結果pl6とp18遺伝子を導入した場合に、導入細胞域においてのみ、その一部の細胞域において異所的なBMP-2の発現が誘導されることが明らかとなった。導入されたCKIはCDK4/6に結合することで最終的に細胞周期のG1期からS期への進行を抑制する効果が期待されるので、この結果は、細胞周期進行速度が遅いとBMP-2発現が可能となることをより直接的に示すものである。これにより「ZPAで細胞増殖が遅いことがそこでの特異的な遺伝子発現を可能としている一要因となっている」ことをさらに強く示した。
胃癌における臓器特異性転移におけるエピゲノムのあらたな役割解明

胃癌は中国、日本、韓国などアジアや南米に患者が多い疾患であり、2015年度の日本における胃癌の死者数は49,129人(男32,206人、女16,923人)で、男性では肺癌に次いで第2位、女性では大腸癌,肺癌に次いで第3位の死亡者数の多い疾患である(厚生労働省人口動態統計より)。とりわけ腹膜播種は胃癌の転移再発形式として最も頻度の高く,播種が進行すると全身状態を著しく悪化させる。さらには近年のMulti-Detector row Computed Tomography(MDCT)やPositoron Emission tomography/ Computed Tomograpgy(PET/CT)などの画像診断の発達も著しいが、高度進行胃癌の腹膜播種や術後腹膜播種再発を正確に診断することは難渋することが多く、審査腹腔鏡も近年導入されているがその診断能と麻酔を含めた侵襲など、改善すべき点も多い。一方、その治療に関しては、近年、胃癌全体に対する全身化学療法の効果が期待できるようになったが、薬剤の腹膜移行性が不良であることから胃癌腹膜播種に対しては、近年の化学療法の進歩を鑑みても、いまだ「標準的治療」と言うべき治療法は存在しない。従って,腹膜播種診断と治療は胃癌治療の中でも非常に重要な位置を占め,その成績は胃癌の予後を大きく左右するといえる。癌転移メカニズムの解明と克服法の確立は生命予後改善に大きく貢献する。本研究では、腹膜播種診断や、予後再発予測を可能とする、CircRNAをはじめとしたあらたなエピゲノムマーカーを同定することを目的とした。本年度は、胃癌組織、正常胃粘膜組織、血清標本より、RNAやDNA抽出、薄切標本作成をおこない、一部のエピゲノムマーカーには測定を開始している。臨床検体からのRNAやDNA抽出、薄切に時間を要したため、やや研究計画に遅れが生じている本年度は、胃癌組織、正常胃粘膜組織、血清標本より、抽出したRNAやDNAをもちいて、Circular RNAなどのnon-coding RNA測定を継続する予定である。臨床検体からのRNAやDNA抽出、薄切に時間を要したため、やや研究計画に遅れが生じたため、次年度でのエピゲノムマーカー測定を予定している
ガス資源採掘のための海底地盤の力学的挙動の解明のための数値計算手法の開発

汎用FE解析ソフトMSC.Marcの非定常熱伝導解析機能を用いて、圧力を温度に、間隙間の流量を熱量に、透水係数を熱伝導率に、間隙水の圧縮率を比熱に読み替えることで地層の間隙水の移動について計算した。また、個別要素法を利用し、間隙間の水の移動と間隙内の水の圧力の変化について、透水係数を用いて計算する手法についても検討し、計算プログラムを作成した。両者の計算結果が一致することも確認済みである。また、透水試験結果とシミュレーション計算験結果と比較して、数値シミュレーションの精度確認を行った。得られた間隙の圧力分布の時間変化を、個別要素法における土壌を表す粒子に与えて、地層の変形挙動を追跡した地層の間隙水の移動に関しては、個別要素法を用いた解析において、粒子間の間隙面積(体積)を計算し、間隙に存在する水の重量から間隙圧を計算し、隣接する間隙の圧力差、浸透率、および水の透過面積などのパラメータから、間隙を移動する水量を計算する解析手法を考案し、解析プログラムを作成した。現在、数値シミュレーションの精度検証作業を実施中である。地層の変形シミュレーションに必要な物性値の取得に関しては、標準状態での浸透圧の試験計測などを行っている。開発した間隙水の移動シミュレーションプログラムの検証作業を実施中であり、おおむね研究は順調に進んでいる。シェールガスの採掘では、井戸の下端から地層(岩盤)内に高圧水を導入して割れ目を作り、その割れ目からメタンガスがしみ出すことを利用している。我が国近海に賦存するメタンハイドレートやCBM(コールベットメタン)の採取においても同様の手法が有望である。この状況を数値計算で再現できるようにするには、地層内の間隙水の変化を時刻歴で追跡し、得られた圧力分布を用いて地層内の割れを再現することが必要となる。まず、地層の間隙水の移動に関しては、汎用のFEM解析ソフトMSC.Marcの非定常熱伝導解析機能を用いて、圧力を温度に、間隙間を流れる流量を熱量に、また透水係数を熱伝導率に、間隙水の圧縮率を比熱に読み替えることで計算した。間隙が水で満たされた後の解析は通常の熱伝導解析機能で計算できるが、間隙が水で満たされるまではそのままでは計算できない。そこで、圧縮率(比熱)の圧力(温度)依存性を導入することによって計算できるようにした。また、個別要素法を利用し、土壌を粒子で表し、粒子間の間隙を考え、間隙間の水の移動と間隙内の水の圧力の変化について、透水係数を用いて計算する手法についても検討し、計算プログラムを作成した。また、地盤内での水の透過現象を調べるため透水試験を実施し、これに合わせたシミュレーション試験を実施し、数値シミュレーションの精度確認を実施し、本研究で考案した手法で地盤内の水の移動状況が追跡可能であることを確認した。得られた間隙の圧力分布の時間変化を、個別要素法における土壌を表す粒子に与えて、地層の変形挙動を追跡する計算を実施した。なお、本萌芽研究で解析ソフトの構築ができたので、今後は地層内の割れについて、小型試験を実施してそれに対する数値シミュレーションを実施して、計算精度の確認を行ってゆく予定である。得られた間隙の圧力分布の時間変化を、個別要素法における土壌を表す粒子に与えて、地層の変形挙動を追跡した1)地盤の水圧破壊試験の実施今年度開発する予定の地盤の水圧破壊シミュレーションプログラムの精度検証用のデータを取得するため、1m×1m×1m程度の大きさのタンク構造を製作し、その中に土壌を積載したうえで、その土壌の内部に高圧水を導入することにより、地盤の破壊をモデル化した試験を実施する。2)個別要素法プログラムの改良を進め、内部に高圧水を導入した際の地盤の破壊シミュレーションが可能なプログラムを開発する。船体構造強度地盤の破壊をモデル化した試験体の発注を予定していたが、構造案を検討したのみで発注に間に合わなかった。H28年度の早い時期に、地盤の破壊をモデル化できる試験体の発注を行う。
0Sの設計者を教育するシステムに関する研究

本研究は、独創的なOSの設計者を教育するための方法論を明らかにすることを目的とし、計算機科学/工学科の学生を対象としたカリキュラムと教育環境の開発を行った。内容は次のとおりである。(1)研究室内でOSの設計・開発を指導した知見をもとに、計算機科学の学部学生全般に対してOS設計を教授するカリキュラムを作成した。(2)申請者の設計・開発したOSであるOS/omicronを演習・実験の題材にし、設計の実際を示した。(3)学習者の作成したOSを実行するための、計算機環境の設計と実現を行った。本研究では、仮想機械を用いた環境とツールセットを提案し、仮想機械の実現を行った。(4)3年次・4年次対象のカリキュラムを、3年次学生と卒業研究の学生に対して適用した。本研究により、半年間の指導でリアルタイムカーネル程度の小規模0Sの設計実現能力を、1年間でOSの研究課題を解決する能力を養うことができた。これらの成果から、3年次に対してOS/omicronは大規模であるため、理解を妨げる点がある。この点に関しては、教育用の小規模カーネルの設計を進めている。学習者が実際にOSを設計・実現する実習を行うためには、理想的には一人1台という計算機環境が望ましい。という研究課題を見いだすことができた。
米国カリフォルニア州における学級規模縮小政策に関する研究

本研究の目的は、少人数教育の効果を最大限に引き出せるような学級規模縮小法の制度的条件を明らかにすることである。学級規模縮小法の制度的条件を明らかにするために、4つの側面(社会的、政治的、制度的、財政的側面)から分析した。平成23年度には、研究成果報告として4側面の分析結果をそれぞれ論文執筆し投稿した。(1)学級規模縮小プログラムが求められた社会的背景を探る社会的側面では、国際競争や移民対策を背景とした基礎学力向上政策の一環として、カリフォルニア州では学級規模縮小の必要認識を高めていったことを明らかにした【日本比較教育学会2012年1月投稿査読中】。(2)政治的側面では、同プログラムの審議過程において、議会で審議をしている議員はもとより、議会の外部からも学級規模縮小プログラムを実現させるために積極的な働きかけを行っていることを明らかにした【日本教育制度学会2012年3月投稿査読中】。(3)制度的側面では、単に学級規模縮小を実現するためだけの法制度ではなく、教員の職能開発を付随させて、教員の量の確保と質の向上をセットにしたプログラムであったことを明らかにした【関東教育学会紀要第38号掲載2011年10月】。(4)財政的側面では、学級規模縮小資金を確保するために、その財源となる州の総教育費そのものを確実に確保できるよう州憲法を修正して財源を確保したことを明らかにした【筑波大学教育学論集第8集掲載2012年2月】。2011年4月5日18日の期間には、渡米調査を実施し、学区教育委員会が実施した教員研修会を視察し、担当者へインタビュー調査を実施。学校現場では学級規模縮小クラスの視察調査、教員・校長へのインタビュー調査を行った。また研究者(大学教授)へのインタビュー調査も実施した。今日のカリフォルニア州の財政事情は厳しい状況だが、それでもなお学級規模縮小を継続的に実施している。カリフォルニア州では、なぜ多額の費用を要する同プログラムが法制化され今日に至るまで継続的に実施できているのか、その問いに答えるために本研究は上記のような成果を挙げることができた。本研究は、少人数教育の効果を最大限に引き出せるような学級規模縮小法の制度的条件を明らかにすることを目的としている。学級規模縮小法の制度的条件を明らかにするためには、学級規模縮小法の法制的分析に加え、学級規模縮小プログラムを運用するための財政基盤の分析を踏まえる必要があると考えている。平成22年度に実施した研究では、カリフォルニア州の学級規模縮小プログラムについて、中央と地方の関係性に着目しながら、学級規模縮小プログラムを運用していくための教育財政制度を明らかにした。この成果は2010年8月開催の日本教育学会、2011年3月開催の筑波大学教育学会で発表した。2010年11月30日から12月10日までの期間には、渡米調査を実施し、カリフォルニア州教育省と学区教育委員会では学級規模縮小の教育財政に関するインタビュー調査と資料収集を行い、学校現場では学級規模縮小クラスの視察調査、学区教育委員会では教員の職能開発の視察等を行った。この調査報告は、2011年発行の教育制度研究紀要第6号で発表している。今日のカリフォルニア州の財政事情は厳しい状況にあるが、それでもなお1996年制定法である学級規模縮小法を州の特定補助金を活用して継続的に実施している点に注目して、その実現要因や継続要因を明らかにすることを課題として取り組んだ。財政基盤の分析をふまえた本年度の研究は、申請者の研究の基礎的な部分に位置つく重要な分析軸である。

カリフォルニア州では、なぜ多額の費用を要する同プログラムが法制化され今日に至るまで継続的に実施できているのか、その問いに答えるために本研究は上記のような成果を挙げることができた。
波長多重通信用集積型光合分波器の試作研究

光波長多重通信を実現するためには光合分波器が必要不可欠であり、実用的な特性、特に合分波を行う際の不要波長成分の出力(クロストーク)の小さな集積形光合分波器の実現を目的に、マッハツェンダ干渉計形合分波器を試作した。マッハツェンダ干渉計形の合分波器は分波波長間隔を広い範囲で自由に設定できる特徴を有する。この合分波器で、クロストークの小さな良好な合波・分波特性を実現するためには、合分波器として動作する波長範囲で干渉計を構成する方向性結合器の分岐比が1:1となることが必要である。本研究では、光波の伝搬方向に導波路構造が変化するテ-パ状結合器がこの目的に適する結合器であることを明らかにし、テ-パ状結合器を用いることでクロストークを小さく抑えることができることを示した。実用的な合分波器の実現を目標に、製作誤差によって生ずる特性劣化を抑え、また素子の挿入損失や素子と光ファイバ間の結合損失を低減するために、コアとクラッド間の比屈析率差が小さい導波路構造を用いて光合分波素子を試作した。その結果、波長1.25μmから1.35μmにわたって波長間隔5nm、最小クロストーク-22dBの合分波特性を得ることができ、テ-パ状結合器を採用することの有効性を実証することができた。さらに、広い波長範囲で光合分波器のクロストークを低減するために、分配率の波長依存性が極めて小さいテ-パ状結合器の設計について検討した。その結果、1.26μmから1.35μmの波長範囲において、分配率0.5±0.02という平坦な結合特性を有するテ-パ状結合器が得られた。光波長多重通信において必要不可欠な合波・分波器を集積型で製作し、実用的な特性を実現することを目的に、導波路型の合波・分波器を試作した。導波路型マッハツェンダ干渉計形の合波・分波器は集積化に適し、分波波長間隔を広い範囲で自由に設定できる特徴を有する。このフィルタで良好な分波特性を実現するためには、フィルタ構成に用いる方向性結合器の分配率が、フィルタとして動作を期待する波長範囲にわたって0.5である必要があり、これを実現するためには従来の均一結合導波路を用いるのでなく、光波の伝搬方向に構造が変化するテーパ状結合器を用いる方が良いことを明らかにした。すなわち、分波・合波時の不要波長成分の出力(クロストーク)を小さく抑えることがフィルタにとって実用上重要な特性であり、方向性結合器の分配率とクロストークの関係を明らかにし、低クロストークを実現するために分配率の波長依存性が小さいテーパ状結合器を設計した。さらに、波長1.3μm帯において波長間隔16、10、8、5、4nmで分波・合波するフィルタの設計を行った。このうち、波長間隔10nmと5nmのフィルタを試作し、その動作を実証した。しかし、得られた特性は実用的にはまだ不十分であり、この原因が製作時に生ずる導波路構造の変動にあること、さらにこれを解決するために導波層の屈折率を下げることが有効であることを見い出した。今後、この検討結果をふまえて特性の改善を行い、さらに目標の分波波長間隔2nmを実現するために、分波・合波素子の集積化を行う予定である。

この合分波器で、クロストークの小さな良好な合波・分波特性を実現するためには、合分波器として動作する波長範囲で干渉計を構成する方向性結合器の分配率が0.5である必要がある。本研究では、光波の伝搬方向に構造が変化するテーパ状結合器がこの目的に適する結合器であることを明らかにし、テーパ状結合器を用いることでクロストークを小さく抑えることができることを示した。実用的な合分波器を実現するために、製材誤差によって生ずる特性劣化を抑え、素子の挿入損失や素子と光ファイバ間の結合損失を低減するために、コアとクラッド間の比屈析率差が小さい導波路構造を用いて光合分波素子を試作した。その結果、波長1.25μmから1.35μmにわたって波長間隔5nm、最小クロストーク22dBの合分波特性を得ることができ、テーパ状結合器を採用することの有効性を実証することができた。さらに、広い波長範囲で光合分波器のクロストークを低減するために、分配率の波長依存性が極めて小さいテーパ状結合器の設計について検討した。その結果、1.261.35μmの波長範囲において、分配率0.5±0.02という平坦な結合特性を有するテーパ状結合器が得られた。
栄養生理学的制御によるタンパク質分解関連遺伝子ＦＢＸＯ２２発現調節機構の解明

アトロジン-1(FBXO32)遺伝子は、様々な栄養・生理条件下における骨格筋タンパク質分解に重要な役割を果たしているが、FBXO22遺伝子の骨格筋における栄養生理学的制御については検討されていない。そこで、本研究では、鶏骨格筋におけるFBXO22の遺伝子発現をアトロジンー1遺伝子発現と比較し、栄養生理的制御学的発現について検討した。その結果、これらの遺伝子は、栄養状態ならびに各種ホルモンによる発現調節が異なることが明らかになった。特に、グルココルチコイドによるこれらの遺伝子の発現調節は、グルココルチコイドレセプターを直接介してしいるが、異なる調節がされていることが明らかになった。培養筋肉細胞を用い、骨格筋におけるFBXO22の遺伝子発現をアトロジン-1遺伝子発現と比較し、生理的制御について検討することを目的とした。まず、培養筋肉細胞を血清を含まない培地(血清飢餓)で培養する区、その後、血清を含む培地で培養する区ならびに血清を含むアミノ酸無添加培地で培養する区を設け、FBXO22およびアトロジン-1遺伝子発現と比較した。その結果、FBXO22の遺伝子発現は血清ならびにアミノ酸の有無の培養条件では影響が見られなかったが、アトロジン-1遺伝子発現は、血清飢餓で増加し、血清を含む培地に交換し培養すると減少した。しかしながら、アミノ酸の影響はみられなかった。次に、骨格筋に対してタンパク分解抑制作用を有するインスリン様成長因子-I(IGF-I)ならびにタンパク質分解促進作用有する合成グルココルチコイドのデキサメタゾン(Dex)を用いて、培養筋肉細胞のFBXO22およびアトロジン-1の遺伝子の発現量を調べた。その結果、培養筋肉細胞において、IGF-Iにより、FBXO22遺伝子発現には影響はみられなかったが、アトロジン-1遺伝子発現は有意に減少した。一方、Dexにより、FBXO22遺伝子発現を有意に減少し、アトロジン-1遺伝子発現は有意に増加した。最後に、培養筋肉細胞において、タンパク質分解促進作用が有するのFBXO22およびアトロジン-1の遺伝子発現に対する影響を調べた。その結果、FBXO22遺伝子発現は、甲状腺ホルモンの影響はみられなかった。また、アトロジン-1遺伝子発現も、甲状腺ホルモンの影響はみられなかった。以上の結果から、FBXO22およびアトロジンー1遺伝子は、培養筋肉細胞において、生理学的制御制御機構が異なる可能性が示唆された。また、両遺伝子ともグルココルチコイドで発現調節されているが、調節機構が異なる可能性が示唆された。ニワトリヒナを用い、骨格筋におけるFBXO22の遺伝子発現をアトロジンー1(FBXO32)遺伝子発現と比較し、栄養生理的制御について検討することを目的とした。まず、FBXO22およびアトロジンー1の遺伝子発現の組織特異性を明らかにするため、骨格筋、心臓、筋胃、脳ならびに肝臓を採取し、これらの遺伝子の発現量を調べた。その結果、FBXO22の遺伝子発現は、骨格筋に比べ、肝臓で低く、他の組織では差は見られなかった。一方、アトロジンー1遺伝子発現は、骨格筋に比べ、筋胃で10倍以上高く、心臓では差はなく、脳と肝臓では低かった。次に、骨格筋におけるFBXO22およびアトロジンー1の遺伝子発現に対する絶食(24時間)ならびに再給餌(2時間)の影響を調べた結果、FBXO22遺伝子発現は、絶食ならびに再給餌で影響は見られなかったが、アトロジンー1遺伝子発現は、絶食で増加し、再給餌により減少した。また、骨格筋におけるFBXO22およびアトロジンー1の遺伝子発現に対するタンパク質栄養の影響を調べるため、低タンパク質(CP7.5%)飼料を7日間給与した。その結果、骨格筋のFBXO22ならびにアトロジンー1の遺伝子発現は低タンパク質飼料給与により減少する傾向が見られた。以上の結果から、FBXO22およびアトロジンー1遺伝子は、同じF-boxタンパク質であるが、組織特異性ならびに栄養学的制御機構が異なる可能性が示唆された。前年度に、鶏骨格筋において、グルココルチコイドがFBXO22遺伝子の発現を制御していることが明らかになった。そこで、本年度は、グルココルチコイドによるFBXO22の発現機構を明らかにするため、グルココルチコイドレセプターをRNA干渉技術を用いてノックダウンし、FBOXO22発現による抑制作用に対する影響を調べ、グルココルチコイドで増加するアトロジン-1発現と比較することを目的とした。まず、グルココルチコイドレセプターのアンタゴニストであるRU486を用いて、FBOXO22ならびにアトロジン-1発現に対する作用の違いを明らかにするため、鶏培養筋肉細胞をグルココルチコイドのデキサメタゾン、RU486、またはデキサメタゾン+RU486を含む培地で培養した。その結果、デキサメタゾンによりFBXO22は減少し、アトロジンー1発現は増加した。