hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ビデオフレームレート可変焦点鏡を用いた三次元画像入力装置の研究

今後、本計測ソフトウエアを上記定倍率可変焦点画像入力装置に組込み、可変焦点鏡の高性能化と平行して、本三次元画像入力技術の実用性について評価を進めて行く予定である。ピエゾアクチュエータ駆動可変焦点鏡を用いて試作した定倍率可変焦点画像入力装置の性能評価と改良を進めた。まず合焦点三次元座標と可変焦点鏡制御電圧との正確な関係を求め計測精度の限界を極めるため、結像特性を詳細に測定し、精度に対して支配的な像面湾曲収差の補正方法を確立した。その結果、可変焦点鏡の制御電圧対焦点移動量特性(動作距離32mm)において標準偏差1.4μmの直線性(移動距離±0.65mm)を得ることができた。前年度開発した形状計測ソフトウエアについては、直径300μmの半田ボールを10mm角のパッケージ基板の周辺に0.5mm間隔で総計208個配列したCSP基板の平坦度測定において、合焦度差分法を適用して4μm(σ)の実用精度を達成した。検査速度については7.2秒/パッケージを達成したが、目標速度2秒/パッケージには至らなかった。しかしフィルタサイズの調整など合焦度演算の最適化と光学系の倍率調整による視野拡大について検討した結果、目標速度を達成できる見通しを得ることができた。また可変焦点鏡を撮像レンズの前側焦点に設置することにより全焦点の完全な透視投影システムを構築できることを見出し、アルミ合金板の切削加工により作製した直径35mmの半球面状凹面について、表面粗さを含め精度11μm(σ)の形状測定を実現し、これまで測定が困難であった深い凹部の内面形状の非接触測定に本システムが有用であることを示した。ビデオフレームレートの焦点移動を活かした高速三次元画像入力については、数百フレーム/秒以上の高速ビデオカメラの準備が整わず、今期は実現できなかった。可変焦点鏡についても一層の高速化と鏡面制御性の向上が望まれるが、シリコン鏡面に対向する電極群により鏡面の非球面制御が可能な可変焦点シリコンミラーを導入し、高速高機能の焦点調節実験システムの構築を開始した。これまでの2年間の研究において、可変焦点鏡を用いた三次元画像入力装置の基本的な構成法を明らかにし、所期の機能および性能を実証することができた。そこで計画の最終年度として、可変焦点鏡のビデオフレームレートの定倍率焦点移動特性を応用し、LSIチップサイズパッケージ(CSP)基板を対象として合焦点法による形状計測を行った。対象のCSP基板は、10mm角の基板上に回路配線と共に直径300μmの半田ボールをパッケージ基板周辺部に0.5mm間隔で合計208個配列したものである。可変焦点鏡にはピエゾアクチュエータ駆動方式を用いた。駆動周期は20Hzで、ほぼビデオフレームレートの三次元画像入力を実現した。半田ボールの形状を計測しほぼ半球面の計測を達成し、他の光学的非接触計測法に対する合焦点法の利点を確認することができた。またボール頂点の高さの計測精度については、標準的な光変位計で計測した値と比較し、その差は標準偏差(σ)で11μmであった。照明系の改良により半田ボール行列の平坦度計測に必要な精度(3σ<50μm)を獲得できる見通しを得た。
化学進化を促進する原始金属酵素の探求

本研究では、ペプチドが本質的に持っている凝集特性及びその金属配位能に着目し、触媒活性や反応場としての機能性解明から、ペプチドや簡単なタンパク質をベースとする初期段階生命の形状や機能にアプローチし、当該領域がめざす「冥王代生命学」に新たな切り口を提案する。特に申請者は冥王代において比較的簡単に合成される小さなペプチドと金属イオンの接合による錯体触媒の存在が科学進化を大きく前進させたと考える。そこで、原始的な金属タンパク質を用いて、CO2の水和反応やH2Oの光酸化反応など小分子の活性化反応にも挑戦し、立体選択性を比較しながら最小単位の古代金属酵素復元を目指してきた。具体的にはStage Iについては原始ACS (CO-methylating acetyl-CoA synthase)の設計と合成を行ってきた。いわゆるAクラスターとCクラスターを再現するため、トリペプチド錯体の合成を完了した。Aクラスターでは鉄硫黄クラスターに結合したホモ二核のニッケル中心、もしくはヘテロ二核銅、ニッケル中心が活性部位と提唱されている。この活性中心を模倣するため、鉄硫黄クラスター部位には黄鉄鉱を用い、ペプチド(Cys-Gly-Cys)を配位子としたニッケル二核錯体をハイブリッドする方法と黄銅鉱に対してペプチド(Cys-Gly-Cys)を配位子としたニッケル単核錯体を錯化手法の二通りを予定し合成した。トリペプチドとニッケルの錯体を合成し、質量分析で特製評価を行なったところ、期待した値と一致したため、それぞれの金属錯体のCO2, HCOOHの還元反応を硫化鉄存在下で行ったところ、ガスクロマトグラフィー上でホルムアルデヒドが検出された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。Stage Iについては原始ACS (CO-methylating acetyl-CoA synthase)の設計と合成を行ってきた。いわゆるAクラスターとCクラスターを再現するため、トリペプチド錯体の合成に着手した。この活性中心を模倣するため、鉄硫黄クラスター部位には黄鉄鉱を用い、ペプチド(Cys-Gly-Cys)を配位子としたニッケル二核錯体をハイブリッドする方法と黄銅鉱に対してペプチド(Cys-Gly-Cys)を配位子としたニッケル単核錯体を錯化手法の二通りを提案した。すでにトリペプチドとニッケルの錯体を合成し、質量分析で特製評価を行なったところ、期待した値と一致した。またCys-Gly-Hisのトリペプチド合成により、Cクラスターの鉄錯体合成に取り掛かった。Stage IIについては、βアミロイドタンパク質に見られるコア配列(KLVFFA)のN末端にHisを配置した8残基のペプチド(HKLVFFAV)を用いるとアミロイド形成が見られた。この形成は円二色性スペクトルや電子顕微鏡によって詳細に特性評価を行なった。さらにはマイケル付加反応等のC-C結合形成反応を加速することが明らかとなり、L-アミノ酸のみで合成したペプチド自己集積体は立体選択性を示した。一方で、N末端のみD-アミノ酸で合成したペプチド自己集積体はL-アミノ酸の場合と選択性が反転し、非常に短いペプチドでも選択性が現れることが明らかとなった。本年度、アミノ酸からタンパク質の化学進化をStage I(2-4aa), II(ca. 10aa), III(protein)に分け、特にStage IとIIに対して、それぞれ金属との相互作用、錯体の触媒作用を検討し、計画を進展させる。不溶性のオリゴペプチドの凝集体と可溶性の短いペプチドおよびβ-sheetタンパク質それぞれに対してさらに広範囲に検索を行う。不溶性のオリゴペプチドの凝集体と可溶性の短いペプチドおよびβ-sheetタンパク質を調整し、各種分光分析を行う。ペプチド合成に用いるアミノ酸についてD体とL体の両者から合成したペプチドを用いて、その立体選択性の発現機構にアプローチする。本年度の予定を記述したがこの計画通り、二つのステージについて成果が得られている状況である。

トリペプチドとニッケルの錯体を合成し、質量分析で特製評価を行なったところ、期待した値と一致したため、それぞれの金属錯体のCO2, HCOOHの還元反応を硫化鉄存在下で行ったところ、ガスクロマトグラフィー上でホルムアルデヒドが検出された。本研究では、ペプチドが本質的に持っている凝集特性及びその金属配位能に着目し、触媒活性や反応場としての機能性解明から、ペプチドや簡単なタンパク質をベースとする初期段階生命の形状や機能にアプローチし、当該領域がめざす「冥王代生命学」に新たな切り口を提案する。特に申請者は冥王代において比較的簡単に合成される小さなペプチドと金属イオンの接合による錯体触媒の存在が科学進化を大きく前進させたと考える。さらにはペプチド凝集の、集合界面において、いがた効果や集合したペプチド同士間での近接効果が現れるのではないかと仮定し、ペプチドの自己複製機能の証明に挑戦する。このように、本年度達成された結果をもとに次年度はさらに計画を進展させる。グランガイトなどの鉱物と合成した鉄及びニッケルペプチド錯体をコングし、様々な反応性を評価する。不溶性のオリゴペプチドの凝集体と可溶性の短いペプチドおよびβ-sheetタンパク質それぞれに対してさらに広範囲に検索を行う。それぞれの金属錯体のCO2, HCOOHの還元反応、CO2の水和反応やH2Oの光酸化反応など小分子の活性化反応にも挑戦し、立体選択性を比較しながら最小単位の古代金属酵素復元を目指す。鋳型効果(配列の再現性)を比較し、自己複製能の可否を判別する。これらに加えて、乳酸やアラニン(Ala)を例に取り、エステルおよびアミド結合形成能における立体選択性と鋳型効果に焦点を当て、ポリマー合成反応を検討する。ペプチド合成に用いるアミノ酸についてD体とL体の両者から合成したペプチドを用いて、その立体選択性の発現機構にアプローチする。さらにペプチド配列に含まれるアミノ酸(Gly, Ala, Asp, Val)を混合し、合成を行って配列の再現性を確認する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
公共工事の執行制度と政府調達に関する総合的研究

本年度は、工事入札契約制度と安全管理の調査研究に焦点を当て、公共工事執行過程の構造分析と問題点の抽出、コスト縮減のための手段としてVE制度の導入に関する研究、建設労働災害の構造的特性を探るとともに、施工の生産性についての研究を行った。公共事業の妥当性、納税者の不信感、高いと思われているコストが問題とされているが、必要と思われることは、事業決定のプロセスを透明にすること、市民社会と市場メカニズム双方に基づく開かれたシステムを構築していくこと、コストに関しては物価水準が違うことから単純にアメリカと比べて3割高いわけではないがコストダウンの余地はあるため、コストの総合的な解明、発注規模の大型化や平準化、生産性の向上などを行ってコスト縮減に取り組む必要があることが示唆された。コスト縮減の手段としてVEについては、費用・品質・技術開発の3つの視点から、発注者と元請企業の行動を目的・制約条件・手段・評価の4項目に分類した。評価結果をもとに公共工事執行過程の問題点を抽出し、契約後VEの導入について、「減額変更を伴わず工法責任は乙が取る方式」から契約後VE方式を実施させることが現実的であると考えられた。安全と生産性について研究を行った。建設業者の多様性と施工の生産性を考慮しながら、現場の安全管理と事故・災害との関連を表現できる概念モデルを構築した。ガス管の埋設工事を例に取り、施工の生産性に影響を与える要因を明らかにし、それらの影響要因と生産性との関係を定量的に表現することのできる統計モデルを構築した。本年度は日本の公共工事入札契約制度と安全管理体制の調査研究に焦点を当て、1)公共工事執行過程の構造分析、2)契約における片務性の定量化、3)建設労働災害の構造的特性を探ることを試みた。公共工事執行過程の構造分析の結果、工事費用縮減が不十分であること、独占禁止法と設計施工分離の原則が遵守されていないことが明らかとなった。大手元請企業間の受注調整に関する問題は、コンサルタント業界の成長に伴い解決されていく可能性もあるが、少なくとも現在は、設計施工分離の原則という制度と業態が整合していないことから生じる構造的問題として捉えるべきであることが明らかとなった。契約における片務性の定量化では、公共工事に関わる主体の契約に対する満足度を評価する指標を開発することを試みた。試算では、発注者の満足度が最も高く、以下コンサルタント、元請、下請と続く結果が得られた。建設労働災害の構造分析では、事故の被災者に対する1対1の聞き取り調査を重点とする事故の追跡調査および建設現場における安全管理体制に関する調査を行った。また、建設現場の重層下請構造、元請と下請相互間の請負契約における安全対策を実施する場合の費用・役割・責任の取り決め状況、元請業者・下請業者の安全管理能力、安全に関する指示・情報の流れを明らかにし、現場の安全管理体制と労働災害との関連を考察した。海外調査の結果は現在取りまとめ中であるが、欧州諸国の大規模な公共工事の入札契約では、欧州連合(EU)の規則が適用されていることが判明した。また建設の安全管理については、各国とも様々な施策が考えられており、独国では事故分析、災害保険、教育・指導などを一元的に取り扱う機関が存在すること、英国やスウェーデンでは、設計段階で施工の安全性を考慮することを求める法律が施行されていることなどが明らかとなった。

公共事業の妥当性、納税者の不信感、高いと思われているコストが問題とされているが、必要と思われることは、事業決定のプロセスを透明にすること、市民社会と市場メカニズム双方に基づく開かれたシステムを構築していくこと、コストに関しては物価水準が違うことから単純にアメリカと比べて3割高いわけではないがコストダウンの余地はあるため、コストの総合的な解明、発注規模の大型化や平準化、生産性の向上などを行ってコスト縮減に取り組む必要があることが示唆された。コスト縮減の手段としてVEについては、費用・品質・技術開発の3つの視点から、発注者と元請企業の行動を目的・制約条件・手段・評価の4項目に分類した。評価結果をもとに公共工事執行過程の問題点を抽出し、契約後VEの導入について、「減額変更を伴わず工法責任は乙が取る方式」から契約後VE方式を実施させることが現実的であると考えられた。安全と生産性について研究を行った。建設業者の多様性と施工の生産性を考慮しながら、現場の安全管理と事故・災害との関連を表現できる概念モデルを構築した。ガス管の埋設工事を例に取り、施工の生産性に影響を与える要因を明らかにし、それらの影響要因と生産性との関係を定量的に表現することのできる統計モデルを構築した。
ポリマーブレンド膜による重金属イオンの能動輸送

〔1〕ポリ(イソブチレンーalt・coー無水マレイン酸)(ISBN)及びポリ(スチレン)スルホン酸とポリビニルアルコール(PVA)の二種類のブレンド膜を合成し、イオン透過速度、膨潤度、イオン交換平衡に及ぼすブレンド比と膜厚さの影響を検討した。またISBN膜は膨潤度が大きいので、アセタール化による抑制を試みたが、交換容量の減少により透過速度が低下する。流束は膜厚さに逆比例しブレンド比とともに増大するが、対イオンの透過に伴い低下する特性がある。これらの結果に基づく膜内有効拡散係数DeはNa^+、Mg^<2+>、Ni^<2+>の順に低下し、また温度変化に対するDeから透過の活性化エネルギーを算出した。濃縮分離度は最大濃度比としてMg^<2+>/Na^+1.7、Ni^<2+>/Na^+2.0となり、擬定常条件下での初期流束比に対応することを見出した。濃縮の進展は濃度差を増大し、逆拡散を生じるため理論濃度より小さくなった。〔2〕陽イオン交換膜、Neosepta CM-1、によるアルカリ及び土類金属イオンの透過実験を行い、二つのモデルで検討した。膜表面でイオン交換平衡が成立すると仮定し、自己拡散係数を適用したモデルは1価イオンの透過速度だけが説明できた。2価イオンを含めた透過機構の解釈には、非平衡モデルが適しており、膜表面と膜内でのイオン交換速度を考慮する必要があり、膜・液界面での速度過程が重要になることを見出した。〔3〕バイオマス利用のアルコール生産を目的としたエタノール優先透過膜の合成を試みた。シリコーンオイルのキャスト膜とそのプラズマ処理膜、各種シロキサンを多孔質ポリプロピレン基質膜にグラフト化プラズマ重合させた膜について、エタノール水溶液の浸透気化実験を行い、合成膜の透過・選択性を検討した。エタノール選択性α、分離度s、透過流束に及ぼす液組成、温度、圧力差の影響を調べ、αとsはキャスト膜と表面処理膜に有意の差が認められず、プラズマ重合膜では小さいが流束の顕著な増大を認めた。ラクトン環が交互に連続する構造のポリ(イソブチレンーalt.co-無水マレイン酸)(ISBN)とポリスチレンスルホン酸(PSA)を固定キャリアとした各種ポリマーブレンド膜の合成を試み,アルカリ金属及び重金属イオンの膜透過機構を検討した.架橋剤としてポリビニルアルコール(PVA)を用いて, ISBN/PVA/(I)及びPSA/PVA(II)のブレンド比を変えて製膜した.膜特性としての水による膨潤性,イオン交換容量と交換平衡関係を調べた.I膜ではブレンド比とともに膨潤性が増大し,ゲル化する.その比が3/1のときで約2倍膨潤するが, pHと共存金属イオンの影響が大きいので,アセタール化を試みた.その結果,膨潤性は抑制できたが,交換容量が低下し,透過速度を低下するので,最適なアセタール化率の選定が重要になる.イオン交換容量はラクトン環から生じる全カルボキシル基の約15%, PSA中のスルホン酸基の約20%が官能基として作用する.アセタール化した場合は,その官能基数は3040%ほど減少する.イオン透過速度はこれらの膜をダイヤフラム型の装置に挟み,金属イオンのdownhill及びuphill輸送を行い,透過流束を求めた.膜厚さ

1001000μmの膜に対する流束は膜厚さに逆比例する関係が得られたことから,イオン透過は拡散機構に従うと解釈でき,有効拡散係数Deの概念が適用し得る. I膜ではNa^+のDeとして(24)×10^<-11>m^2/sが得られ,市販のイオン交換膜より大きい値を示した.これは膨潤性が大きいことに起因しており,カチオン透過に際して対イオンの移動が生じる欠点にもなる.輸送あるいは分離目的のカチオンと逆方向へのH^+移動に際して,対イオンがH^+と同方向に移動しており,本実験ではH^+とCl^-の流束の差に相当するカチオンの移動が生じることを見い出した.従って能動輸送には不利な膜と考えられることから,これらの膜のグラフト化により疎水基を導入し,膜改質を行う予定である.〔1〕ポリ(イソブチレン-alt・co-無水マレイン酸)とポリビニルアルコールのブレンド膜を合成し、Na^+、Mg^<2+>、Ni^<2+>の能動輸送と濃縮分離実験を行った。その結果はイオン交換平衡と膜内有効拡散係数に基づく理論濃度変化よりも濃縮の進展とともに低下する。これは濃度差に従った逆拡散に起因するが、二成分系での濃度最大値の比として与えられる選択分離度は初期流束の比と近似的に一致した。このことから、ポリマー膜の濃度分離度や選択性は、擬定常状態が成立する透過実験による初期流束の測定値から評価できることを見出した。〔2〕工業用イオン交換膜Neose-pta CM-1によるアルカリ及びアルカリ土類金属イオンの透過機構を検討した。透過速度は二つのモデル、すなわち膜に一液界面でイオン交換平衡が成立するモデルと、イオン交換反応速度を考慮した非平衡モデルに基づき解釈された。前者の平衡モデルでは1価イオンの膜内拡散係数と平衡定数から説明できたが、2価イオンの透過には膜表面と膜内での反応速度定数をモデルパラメータに含める必要がある。この事実から、陽イオン交換膜を通してのイオン透過過程においては膜と水溶液界面は非平衡状態にあり、速度過程が重要になることを示唆する。〔3〕ポリマー膜への機能性付与の一環として、エタノール優先透過膜の合成法をプラズマ重合法で検討した。シリコーンオイルキャスト膜とそのプラズマ表面処理膜、各種シロキサンをモノマーとしたArプラズマ重合によりポリプロピレン多孔質膜上にグラフト化させた膜、市販のポリジメチルシロキサン膜(Silastic膜)の各種の膜を用いて、エタノール水溶液の浸透気化実験を行った。エタノール選択性α及び分離度Sと透過流束に及ぼす液組成・温度・圧力差の影響に基づき、膜特性を評価した。αとSは表面処理膜とシリコーン膜では同じ値を得たが、プラズマ重合膜は小さい。一方、流束は重合膜の方が表面処理膜の約10倍大きい値を与えた。
インターエレメント化合物を用いる選択的・効率的gem-ビスメタル化反応の開発

本研究は、ジポロンやシリルボランなどのインターエレメント化合物を用いたカルベノイド型化合物の一般的かつ効率的なgem-ジメタル化反応を開発することを目的としている。本年度の主な成果は次の通りである。1-ハロメタン誘導体の水素引き抜き、あるいは1,1-ジハロメタン誘導体のハロゲン-リチウム交換により-98°Cまたは-110°Cで調製した1-リチオ-1-ハロメタン誘導体に、同温度でビス(ピナコラート)ジボロンや(ジメチルフェニルシリル)(ピナコラート)ボランなどのインターエレメント化合物を加え、そのまま室温まで昇温させることで、対応するgem-ジメタル化体が収率よく得られることをみつけた。これらのgemジメタル化体はシリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて単離精製することができる。この反応はボラート錯体形成ののち脱離基のS_N2型脱離、シリル基の1,2-転位により、基質のsp^3炭素をgem-ジメタル化が進行する。インターエレメント化合物として、(トリメチルシリル)(ピナコラート)ボランや(メチルジフェニルシリル)(ピナコラート)ボラン、(トリフェニルシリル)(ピナコラート)ボランなども用いることができる。さらに光学活性シリルボランである(ジメチルフェニルシリル)(ピネンジオラート)ボランを用いると、ジアステレオ選択的にgem-ジメタル化反応が進行した。このようにして得られたgem-ジメタル化合物の二つの炭素-金属結合を手がかりにすることで、立体および位置選択的な炭素骨格構築に使うことができ、天然物合成などにも応用することができるのではないかと考えている。本研究は,ジボロンやシリルボランなどのインターエレメント化合物を用いたカルベノイド型化合物の一般的かつ効率的なgem-ジメタル化反応を開発することを目的としている。(1)1-リチオ-1-ハロアルケンにジボロンやシリルボランなどのインターエレメント化合物を作用させると,sp^2炭素のgem-ジメタル化が収率よく進行することを見つけた。得られたgem-ジメタル化合物は二つの炭素-金属結合を手がかりに,立体および位置選択的な炭素骨格構築に使えることを示した。たとえば、gem-ジボリルアルケンを用いると抗乳癌薬であるタモキシフェンの立体選択的合成に成功した。これまでに立体選択的合成が達成されていない,種々の抗乳癌薬として活性なタモキシフェン誘導体が簡便に合成できると考えている。(2)3-クロロアルキニルリチウムにシリルボランを作用させると,ボラート錯体形成ののち脱離基のアンチS_N2'型脱離,シリル基の1,2-転位により,基質のsp炭素をgem-ジメタル化して1-ボリル-1-シリルアレンが収率よく得られることをみつけた。さらに基質に光学活性プロパルギルアルコール誘導体を用いると,光学活性1-ボリル-1-シリルアレンが生成した。(S)-プロパルギルメシレートの中心性不斉が(R)-1-ボリル-1-シリルアレンの軸性不斉に転写されていることから,アルキニルリチウムにシリルボランを作用させるとボラート錯体が生成し,次にアンチS_N2'型の脱離を伴ったシリル基の1,2-転位により,1-ボリル-1-シリルアレンが得られることを明らかにした。また,得られた光学活性gem-ジメタル化合物の二つの炭素-金属結合を手がかりにすることで,立体および位置選択的な炭素骨格構築に使うことができ,天然物合成等にも応用することができるのではないかと考えている。
金属疲労特性に及ぼす水素ガス圧依存性

「金属疲労特性に及ぼす水素ガス圧依存性」に関する研究を行った.水素エネルギー利用技術の安全性確保のために実際の製品の疲労強度に与える水素の影響を明らかにする必要があり,これに関する多い研究が行っている,しかし,水素圧力によって変わる疲労特性や疲労限度近傍に及ぼす水素の影響はまだ明らかになっていない.さらに、実際現場でいようされている実構造物には300ミクロン以下の微小き裂が入っている為、微小き裂に対して研究を行う必要がある.またこの構造物を設計するためには疲労限近傍での疲労特性が重要である.そこで,水素利用機器の安全性確保には微小き裂と長き裂に対して、疲労限近傍での疲労き裂進展特性を明らかにする必要がある.今年度は、疲労限度近傍で、低い圧力での微小き裂の進展特性と高い圧力(10MPa)での長き裂の進展特性に及ぼす水素の影響について研究を行った,また水素環境が与える疲労き裂進展への影響及びそのメカニズムを検討した.その結果,炭素鋼とCr-Mo鋼を用いた低圧及び高圧水素ガス環境で、疲労限度近傍での疲労き裂は止まり難いことが分った.その理由の一つとしては水素がひずみ時効に影響を与える為だということが分った.「金属疲労特性に及ぼす水素ガス圧依存性」に関する研究を行った.水素エネルギー利用技術の安全性確保のために実際の製品の疲労強度に与える水素の影響を明らかにする必要があり,これに関する多い研究が行っている.しかし,水素圧力によって変わる疲労特性や疲労限度近傍に及ぼす水素の影響はまだ明らかになっていない.現在水素関連圧力実構造物は約70MPaで使用されてある.またこの構造物を設計するためには疲労限近傍での疲労特性が重要である.そこで,水素利用機器の安全性確保には疲労特性に与える水素圧力依存性と疲労限近傍に与える水素の影響に関する研究が必要.今年度は,低炭素鋼S10Cを用いて低圧水素環境での疲労き裂進展特性と疲労限度近傍に及ぼす水素の影響について研究を行った.また水素環境が与える疲労き裂進展への影響及びそのメカニズムを検討した.その結果,低炭素鋼を用いた低圧水素ガス環境で、設計に使える応力(ひずみ)範囲とそのメカニズムについて明らかにした.また疲労限近傍で水素が与える影響とそのメカニズムを明らかにした.さらに、メカニズムについての原因も把握して、それについて検討している中である.「金属疲労特性に及ぼす水素ガス圧依存性」に関する研究を行った.水素エネルギー利用技術の安全性確保のために実際の製品の疲労強度に与える水素の影響を明らかにする必要があり,これに関する多い研究が行っている,しかし,水素圧力によって変わる疲労特性や疲労限度近傍に及ぼす水素の影響はまだ明らかになっていない.さらに、実際現場でいようされている実構造物には300ミクロン以下の微小き裂が入っている為、微小き裂に対して研究を行う必要がある.またこの構造物を設計するためには疲労限近傍での疲労特性が重要である.そこで,水素利用機器の安全性確保には微小き裂と長き裂に対して、疲労限近傍での疲労き裂進展特性を明らかにする必要がある.今年度は、疲労限度近傍で、低い圧力での微小き裂の進展特性と高い圧力(10MPa)での長き裂の進展特性に及ぼす水素の影響について研究を行った,また水素環境が与える疲労き裂進展への影響及びそのメカニズムを検討した.その結果,炭素鋼とCr-Mo鋼を用いた低圧及び高圧水素ガス環境で、疲労限度近傍での疲労き裂は止まり難いことが分った.その理由の一つとしては水素がひずみ時効に影響を与える為だということが分った.
ジャイナ教の造象美術の自立性に関する研究

中心にジナ像が置かれるジャイナ教の諸種の図象のなかで、最も一般的な五尊形態のsamavasaranaは、P.Palの述べるように、基本的は仏教のマンダラやヒンドゥーのヤントラとなんら異なるものではない。しかし円形であれ、方形であれ、そのダイアグラムには歴史的な発展の跡が認められる。おそらく古代マトゥラーの奉献板(a^^-)ya^^-gapata)に端を発し、四面像(caturmukha)の原理などを取り入れながら、次第に五尊の形態へと発展して行ったものと思われる。祖師像に見られる抑制された身体表現は、ジャイナ教の図像の最大の特徴である。坐像にはわずかながら地域差が認めれるが、ジナを瞑想形でのみ表すことは歴史的に一貫している。しかし、興味深いのは、瞑想するジナがときに「説法」も行うという点である。たとえば、ジナ像の台座に法論(dharmacakra)がが付される場合、法論の機能も併せ持たされていることは明らかであろう。またジナ像の安置式などの儀礼においては、ジナが瞑想しているのは単に表面上のことに過ぎないとさえいえる。この場合、ジナの小さなレプリカが用いられ、受胎、誕生、出家、悟り、入滅の五大慶事(pan^^ca maha^^-kalya^^-naka)が順次戯曲的に演じられる。もちろんジナの説法はこのうち悟りの慶事に際して示される。このようにジャイナ教徒は、ジナの身体を抑制的に表現するかわりに、文献や儀礼のなかでジナの一生を記述し、また再現してきた。すなわち、抑制的に表現された図像上のジナは、M.J.Banksの述べるように、「霊魂(ji^^-va)の物語」の到達点を示すことともに、さまざまな身体的状況を内包した「諸形態のスペクトル」なのである。Samavasaranaの最も発達した形態の中にさえ、神秘的なヤクシャの庇護を受ける古代の牟尼(muni)の姿がよく保持されている。理想の牟尼(=ジナ)は、ジャイナ教のパンテオンの中央に位置し、そのヒエラルキー頂点に君臨しているにもかかわらず、なお「救済主」たることを頑なに拒否する。ここで救う者と救われる者という関係の不成立を端的に示すのが、ほかならぬジナの瞑想する姿である。図像に見られる表現上の一貫性は、Banksも示唆するように、おそらくはジャイナ教の思想史的、教団史的な一貫性、持続性などとも関連しよう。今後、さまざまな印相や姿勢で表される仏教やヒンドゥーの像とも比較しながら、ジャイナ教における身体表現の抑制、図像の自立性の意味をさらに検討して行きたいと考える。

ジャイナ教の造像美術の自立性(autonomy)をめぐる問題を解明するため、初年度は先ず<聖なる集い>(samavasarana)の図像資料及び文献資料の収集に努めた。図像資料としては各種写本の細密画や奉献板(ayagapata)のレリーフなどの写真図版を集め、また文献資料としては裸行派の文献を含む貴重な諸資料を新たに入手した。図像資料を整理・検討すると、<聖なる集い>の五尊形態は、奉献板に見られる一尊形態とチャトルムカの四尊形態との複合化によって生み出されたものと推定できる。また一尊のみの奉献板のレリーフは、もともと<聖なる集い>を主題としていた可能性が高い。複合的な構造を持つ<聖なる集い>の図像が仏教のマンダラと歴史的にどう関わっているかは、今後究明されるべき図像学上の大きな問題である。文献資料の解読は、従来より進めて来た一連のAvasyaka文献のほか、新たに入手した裸行派の文献(Adipuranaなど)についても開始した。Avasyaka-Niryuktiについては(かねてW.Bollee教授からの勧めもあり)語彙索引を計画中であるが、本研究ではとりあえず同文献中の"Samavasarana-tract"についてデータ入力を行なった。ジャイナ教の祖師像の自立性は、「一切知者(sarvajna)の話者性」というインド思想史上の問題と密接に関係すると思われるので、本研究者はこの方面のテキストや研究論文なども可能な限り参照し、また機会をとらえて他大学の研究者との意見交換も行なってきた。問題を究明する過程で、図像上の自立性と古代インドの「牟尼」(muni)の伝統との関連性に着目し、牟尼の伝統と新たに生まれた沙門(sramana)との関係が問題を解く一つの鍵ではないかとも考えるに至った。現時点では次のような見通しを得ている。1)常に蓮華座で瞑想するジャイナ教の祖師像は、「黙して語らない」古代インドの牟尼(muni)の伝統を受け継いでいる。2)これに対して、「説法印」を結ぶブッダの像(例:サールナ-トの初転法輪像)は、そのような牟尼の伝統から見れば明らかな「逸脱」である。3)沙門道(sramanya)の出現は、開悟者にも説法という世俗的行為を容認する新たな宗教伝統の出現を意味し、これが必然的に一切知者あるいは離貧者(vitaraga)の話者性の問題を惹起させた。4)マハ-ヴィーラも、ブッタと同様、沙門であり、真理の説示者であったが、図像上は瞑想形でのみ示され、そのために文献上の祖師ジナ(説法するジナ)との不一致を生んだ。また、あくまでもジナの直接的な説法を否定し続けた保守的な裸行派と、人間的な言語によるジナの説法を認めようとした白衣派との間の対立をも生んだ。5)古代インドの牟尼道(mauna)は、新興の沙門(sramana)によって包摂されたが、ジャイナ教では造像のレベルでの表現の多様化を頑なに拒否し、それによって牟尼の超俗性を保持しようとしたと見られる。前年度に引き続いての研究の中で、とくにジャイナ教の祖師像にまつわる儀礼(rituals)の重要性に気づき、資料としてその方面の領域の論文等も加えて研究を行なった。とくに最近出版されたL.A.バブの研究書(Absent Lord,1996)は祖師像の表現上の「制約」の意味を考える上で有益である。一言でいえば、ジナの身体表現に与えられた制限は、一方では儀礼による象徴性の拡大に寄与し、豊かな意味世界を創出したといえる。そうした象徴性の拡大がジナ像をM.J.バンクスのいう「可変的な諸形態のスペクトル」たらしめたものであろう。
シマドジョウ種群の繁殖干渉：農環境の変化による稀少種間の同所的繁殖と絶滅リスク

2018年度の野外調査に先立って、ビワコガタスジシマドジョウ(コガタ)の現在知られる唯一の繁殖地に対し人為的な環境改修を行った。この環境改修は、コガタの個体群が健全であったと考えられる数十年前の繁殖状況、すなわち本種の主な繁殖場所は水田であり、主に水路で繁殖するオオガタとは異所的であったことに着想を得て実施したものである。これによりオオガタスジシマドジョウ(オオガタ)からの繁殖干渉(種間の求愛による繁殖成功度の低下)が緩和されることを期待した。具体的な環境改修の内容は、現在の繁殖地内に、水田環境と同じく水温が上昇しやすい環境として、浅く流速が小さい水域を新たに造成したものである。この環境改修の後に行った2018年度の野外調査の結果、新しく造成した水域を中心にコガタが繁殖を行い、繁殖地全体としてもコガタ稚魚の出現が近年の中では最も多くなったことを確認した。前年度まで、コガタのメス個体のほとんどは、繁殖地に遡上しながらも、産卵できないまま繁殖期の終りを迎えていたが、本年度は産卵に成功したメスが多かった。これらの結果はいずれも、繁殖地の改変によってオオガタからコガタに対する繁殖干渉が緩和されたことを支持している。本保全手法の効果については引き続き調査・検証が必要であるものの、本研究結果は、繁殖干渉に関する知見を絶滅危惧種の保全に応用し、野外個体群において成果を得た世界初の事例である。また、人工繁殖個体を2種ともにそれぞれ数十個体超を得た。これらの個体を育成し、2019年度には室内での行動観察や野外飼育施設での操作実験に用いる予定である。さらに、野外での種間交雑を検出するための分子マーカーの開発を行った。行動観察については、対象とする個体の入手が困難であったため、本年度は実施することはできなかったものの、人工繁殖個体が成長しつつあり2019年度には実施できる見込みである。野外調査については、これまでの研究で把握できた繁殖干渉のメカニズムをもとに、予定を早めて保全の実践を行い、近年の例にないほどビワコガタスジシマドジョウが再生産したことを確認した。分子マーカーの開発については、既に完成したRFLPマーカーだけでなく、新たな遺伝子座を標的としたマーカーの開発に着手している。成果の公表については、本年度に3報を発表するなど、順調である。本年度の繁殖期前に実施した繁殖地の改変によってビワコガタスジシマドジョウの繁殖成功度を高めることができたが、2019年度にも引き続いて繁殖状況をモニタリングし、環境改変の効果を検証する。また、人工繁殖個体の育成を続けて、年度内に行動観察を行うことを目指す。開発した分子マーカーを用いて、種間交雑の有無についての知見を得る。これまでの予備調査で示唆されていた通り、ビワコガタスジシマドジョウ(以下コガタ)とオオガタスジシマドジョウ(オオガタ)は、同時的かつ同所的に繁殖をしていることが野外調査から裏付けられた。2017年は繁殖地に遡上した成魚のうちオオガタが占める割合が大きかった。また、採集された全ての稚魚についてミトコンドリアDNAマーカーを用いて種判別を行った。その結果、2017年度にはコガタの再生産はごく僅かであったことが明らかになった。天敵・餌生物に関する調査も行った。繁殖地に優占する天敵はアメリカザリガニであり、2種の稚魚にとって好適な餌であるワムシ類は、繁殖期後半に増加した。これらの傾向は、特にコガタ稚魚の再生産を低下させる要因にはなりえず、コガタ減少の要因として天敵や餌の重要性が大きくないことを示唆するものであった。また、2種間の性的相互作用をより詳しく明らかにするために、核DNAのマーカーが必要とされていたが、核DNAを対象としたCAPSマーカーを新たに開発した。予備解析として、一部の稚魚について本マーカーを適用した分析を行ったところ、これまでのところ雑種個体は見つかっていない。まだ予備解析の段階ではあるものの、この結果はこの2種の性的相互作用が雑種形成ではなく、種間での性的ハラスメントなどの行動的な繁殖成功度の低下であることを示唆している。行動実験を行う準備として、ドジョウの種苗生産を専門的に行う業者に、コガタの種苗生産の試験を委託した。コガタは現状で極めて個体数が少なく、行動観察等のために野外個体を採集することは、本種の絶滅のリスクを直接的に高める懸念があるためである。本委託試験の結果、コガタの稚魚が得られたので、現在複数の施設で分散飼育を行っているところである。野外調査は、計画通りの内容・回数を実施することができ、予測範囲内の結果を得た。分子マーカーの開発についても、予定通り核DNAを標的とした新マーカーを開発することができた。当初予想以上にビワコガタスジシマドジョウ個体群の衰退が著しいため、個体群保護の観点から採集個体を用いた行動観察は控えることとした。代替策として人工繁殖個体を用いることにしたが、その採卵・孵化・生育は順調である。

この環境改修は、コガタの個体群が健全であったと考えられる数十年前の繁殖状況、すなわち本種の主な繁殖場所は水田であり、主に水路で繁殖するオオガタとは異所的であったことに着想を得て実施したものである。これによりオオガタスジシマドジョウ(オオガタ)からの繁殖干渉(種間の求愛による繁殖成功度の低下)が緩和されることを期待した。具体的な環境改修の内容は、現在の繁殖地内に、水田環境と同じく水温が上昇しやすい環境として、浅く流速が小さい水域を新たに造成したものである。この環境改修の後に行った2018年度の野外調査の結果、新しく造成した水域を中心にコガタが繁殖を行い、繁殖地全体としてもコガタ稚魚の出現が近年の中では最も多くなったことを確認した。前年度まで、コガタのメス個体のほとんどは、繁殖地に遡上しながらも、産卵できないまま繁殖期の終りを迎えていたが、本年度は産卵に成功したメスが多かった。これらの結果はいずれも、繁殖地の改変によってオオガタからコガタに対する繁殖干渉が緩和されたことを支持している。本保全手法の効果については引き続き調査・検証が必要であるものの、本研究結果は、繁殖干渉に関する知見を絶滅危惧種の保全に応用し、野外個体群において成果を得た世界初の事例である。また、人工繁殖個体を2種ともにそれぞれ数十個体超を得た。これらの個体を育成し、2019年度には室内での行動観察や野外飼育施設での操作実験に用いる予定である。さらに、野外での種間交雑を検出するための分子マーカーの開発を行った。行動観察については、対象とする個体の入手が困難であったため、本年度は実施することはできなかったものの、人工繁殖個体が成長しつつあり2019年度には実施できる見込みである。野外調査については、これまでの研究で把握できた繁殖干渉のメカニズムをもとに、予定を早めて保全の実践を行い、近年の例にないほどビワコガタスジシマドジョウが再生産したことを確認した。分子マーカーの開発については、既に完成したRFLPマーカーだけでなく、新たな遺伝子座を標的としたマーカーの開発に着手している。成果の公表については、本年度に3報を発表するなど、順調である。当初計画通りに研究を推進する。野外調査は今後も継続し、新しい分子マーカーも用いて、2種間の相互作用を明らかにする。行動観察は育成中のビワコガタスジシマドジョウ個体が性成熟するのを待って、実施する予定である。オオガタスジシマドジョウについては、現在、野外でも一定数は見られるので、野外での観察を試みる。過去に開発したミトコンドリア・マーカーと、2017年度に開発した核マーカーを用い、環境DNAの手法を応用して、琵琶湖流入河川におけるスジシマドジョウ種群の分布調査も行う予定である。本年度の繁殖期前に実施した繁殖地の改変によってビワコガタスジシマドジョウの繁殖成功度を高めることができたが、2019年度にも引き続いて繁殖状況をモニタリングし、環境改変の効果を検証する。また、人工繁殖個体の育成を続けて、年度内に行動観察を行うことを目指す。開発した分子マーカーを用いて、種間交雑の有無についての知見を得る。本年度は滋賀県内での調査を重点的に行い、当初予定していた中国地方における近縁種の分布状況調査については、文献調査のみを行った。次年度に野外調査を行うため、その旅費等に充当する予定である。保全を目的とした繁殖地環境の改変を前倒しして実施することができたため、本年度は分子マーカーの開発およびこのマーカーを用いた分析よりも、野外調査に注力した。そのため、室内実験に用いる試薬購入や実験補助者の賃金支払いが予定よりも少なかったためである。
RNAi複合体積み込み因子の同定と機能解析

siRNAやmicroRNAなどの小分子RNAは、Argonauteと呼ばれるタンパク質とRISCと呼ばれるエフェクター複合体を形成して機能する。本研究では、小分子RNA二本鎖をArgonauteに取り込まれる際に、Hsc70/Hsp90を中心とするシャペロンマシナリーの働きが必須であることを示し、さらに、シャペロンを含む7つの因子によってRISCの形成過程を試験管内で再構成することに成功した。siRNAやmicroRNAを含む小分子RNAは、単独で機能するわけではなく、Argonaute(Ago)タンパク質を核とするRISCと呼ばれるエフェクター複合体を形成することで、標的遺伝子の発現を抑制することが知られている。しかし、このエフェクター複合体形成過程において、最も重要な段階、すなわち、ATPを消費することで小分子RNAをAgoタンパク質に取り込ませる(=RISCに積み込む)因子は、大きな謎のまま残されていた。そこで、本研究では、既に樹立したago2;dicer-2のホモ二重欠失系統ハエ由来の胚抽出液あるいはショウジョウバエS2細胞の抽出液をカラムにより分画した後に、リコンビナントとして調整・精製したAgo2/Dicer-2/R2D2に加え戻すことで、RISC積み込み活性を触媒する因子を直接精製することを試みた。その結果、因子の単離には至らなかったものの、精製の過程においてHsc70、Hsp90およびそのコシャペロンが再現性良く観察され、Hsc70/Hsp90シャペロンマシナリーこそが「RISC積み込み因子」の本体であることが示唆された。そこで、Hsp70やHsp90の特異的阻害剤を用い、RISC形成に与える影響を解析したところ、ATP依存的なRISC積み込みにはシャペロンマシナリーの働きが必須であるのに対し、積み込みのあとの巻き戻し(小分子RNA二本鎖が一本鎖化する過程)には、ATPもシャペロンマシナリーも必要ではないということが明らかになった。また、この現象は、ショウジョウバエとヒトにおける、siRNA経路とmiRNA経路の両方において保存された普遍的なものであることも明らかとなった。昨年度までの研究から、探索していた「RISC積み込み因子」が、Hsc70/Hsp90を核とするシャペロンマシナリーであるということが明らかとなった。Hsc70/Hsp90シャペロンマシナリーは、ATPを消費することで、Argonauteタンパク質の構造をダイナミックに広げることにより、Argonaute内部に、小分子RNAを取り込むための空間を確保させているものと推測される。よって、リコンビナントタンパク質としてショウジョウバエHsc70-4とHsp90を発現・精製し、すでに調製済みであったDicer-2/R2D2ヘテロダイマーと共に、免疫沈降精製したArgonaute2に加えることで、RISCが形成されるかどうかを調べたところ、これらのタンパク質だけでは、小分子RNA二本鎖のArgonaute2への取り込みは起きないことが明らかとなり、不足している因子が存在することが示唆された。そこで、以前Argonaute2に結合するタンパク質を網羅的に探索した際に同定された、Hop(Hsp70/Hsp90 organizing protein)およびDnaJ2(Jドメインタンパク質の一種)という二つのHsc70/Hsp90のコシャペロンについても、リコンビナントタンパク質を調製し、反応系に加えたところ、わずかながらRISC形成活性が確認された。しかしその活性は、ショウジョウバエ胚あるいはS2細胞の粗抽出液のものに比べてかなり低く、さらに不足する因子が存在することが示唆された。しかし、Hsc70-4, Hsp90, Hop (Hsp70/Hsp90 organizing protein)およびDnaJ2 (Jドメインタンパク質の一種)の4種のリコンビナントタンパク質では、RISC形成活性は十分でなく、さらに不足する因子の存在が示唆されていた。そこで、RISC形成と同様にHsc70/Hsp90シャペロンマシナリーを必要とするステロイドホルモン受容体の成熟化の例を参考に、p23と呼ばれるHsp90のコシャペロンをリコンビナントタンパク質として作成し、上記のリコンビナントタンパク質に加えてRISC形成能を調べたところ、細胞粗抽出液と同等の活性を呈するということが明らかとなった。すなわち、ショウジョウバエAgo2のRISC形成は、Ago2, Dicer-2, R2D2という既知因子に加え、Hsc70-4, Hsp90, Hop, DnaJ2およびp23というシャペロン・コシャペロンを含む、合計7つの因子によって、試験管内で再構成されるということが分かった。これにより、本研究の大きな目的である「RISC積み込み因子」の同定は達成されたと考えられる。今後は、これら複数の因子のそれぞれが、RISC形成過程において果たす具体的な役割を詳細に解析する必要があると考えられる。当初の目的であった「RISC積み込み因子」の核となる部分については、すでに同定が完了しているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後は、過去に報告されているHsp70/Hsp90シャペロンマシナリーが関わる経路(例えばホルモンレセプターなど)についての知見を参考にしながら、網羅的アプローチと候補遺伝子アプローチを組み合わせることにより、「RISC積み込み因子」の全容を明らかにした上で、RISC形成過程の完全な再構成を目指す。24年度が最終年度であるため、記入しない。
ATP合成におけるタンパク質触媒機構の理論的研究

ATP合成酵素における化学反応を理解することは生物学全体として重要なことである。この反応を理解するためには第一原理分子シミュレーションを実行する必要がある。そのような系に使用することができる拡張アンサンブル法を開発し分子系に適用する研究を行った。はじめに,量子力学的な方法を用いた分子動力学シミュレーションを実行することができるプログラムを採用した。そのプログラムに,新たに開発した拡張アンサンブル法である焼き戻しアンブレラサンプリング法を実装し,効率的なサンプリングを可能とした第一原理分子動力学シミュレーションプログラムを作成した。次に,われわれが作成したプログラムを用いて実際に効率のよいシミュレーションが実現できることを示すため,水中のマロンアルデヒドのプロトン移動反応において計算を試みた。つまり,拡張アンサンブル法を用いた第一原理分子動力学シミュレーションを実行することにより,水中のマロンアルデヒドにおける分子内プロトン移動反応に関する正確な反応自由エネルギー曲面を計算できることを示した。この研究では,特定の反応座標を効率よくサンプルできる拡張アンサンブル法,焼き戻しアンブレラサンプリング法,を使用した。このシミュレーションの結果,エネルギー障壁が高い遷移状態に関しても十分なサンプリングができ,化学反応における自由エネルギー曲面を正確に計算できることが分かった。また,この研究では実際に水分子を含んだシミュレーションを行ったことから,溶媒に関する解析を行うことにも成功した。この研究成果は,学術論文誌「Physical Review E」より出版された。第一原理シミュレーションを使用した生体系の化学反応を理解するための効率的な方法を示すことができた。この方法により,ATP合成酵素内の化学反応を理解することができると期待される。つまりATPと水分子の加水分解反応を分子シミュレーションにより理解することが可能となるだろう。拡張アンサンブル法を使用した分子シミュレーションを実行することにより,ATP合成酵素における化学反応を理解することが可能となる。そのような系に拡張アンサンブル法を適用するために以下の事柄を実施した。まず,化学反応を取り扱うために,量子力学的な方法を用いた分子動力学シミュレーションを実行することができるプログラムを採用した。そのプログラムに拡張アンサンブル法を実装し,効率的なサンプリングを可能とした第一原理分子動力学シミュレーションプログラムを作成した。次に,われわれが作成したプログラムを用いて実際に効率のよいシミュレーションが実現できることを示すため,水中の分子のプロトン移動反応において計算を試みた。この研究では,特定の反応座標を効率よくサンプルできる拡張アンサンブル法を使用した。この研究成果は,近々学術論文誌に投稿予定である。これらのことから,第一原理シミュレーションに関しても拡張アンサンブル法は有用であり,生体系の化学反応を理解するための効率的な方法を示すことができた。23年度における計画では,計算プログラムの改良およびその予備シミュレーションを実行することが目標であった。上記の研究実績で述べたように,これらのことは達成され,学術論文を投稿する準備までの成果を出すことができたためおおむね順調に進展しているといえる。これまでの研究から新しい拡張アンサンブル法を用いた第一原理分子シミュレーションを実行することができるようになり,またそれらの有用性も分かった。24年度では,これらの方法および作成したプログラムを使用して,実際のATP合成酵素に対して第一原理分子シミュレーションを実行する。シミュレーションを実行した後,ATP合成の化学反応機構を分子論的に明らかにする。つまり,ATP分子の化学反応の様子をシミュレーションのデータから明らかにするとともに,その化学反応を可能にしている周囲のタンパク質環境の影響を考察する。
繊毛遊泳型幼生の頂毛は神経が発達する前段階の感覚器として機能しているのか?

動物極側神経外胚葉に形成される頂毛の機能解析を目的として、頂毛形成領域に発現するAnkAT-1の解析を進めるとともに、共同研究として頂毛に存在するGlutathione S-transferase theta (GSTT)の抑制胚の作成等に携わってきた。ツーハイブリッド法によりAnkAT-1と相互作用する因子の候補がみつかってきているが、その因子の胚における発現の確認がまだできておらず、現在解析中である。GSTTに関してはその抑制胚では頂毛の動勢が上昇し、障害物に接触した際の遊泳行動に差がみられた。それらの結果を2013年度に論文として報告した。また頂毛形成と神経の関連性を解明するべく、ウニ胚における神経形成過程に関わる因子の解析を進めていく中で、新たにHomeobrain (Hbn)がセロトニン神経形成に必要な因子であることを解明し、現在論文投稿準備を進めている。Hbnの発現は神経外胚葉以外で発現する分泌性因子であるTGF-βの影響を受け背側に偏る一方、AnkAT-1の上流因子であるFoxQ2の発現はTGF-βシグナルの影響により腹側に偏るという結果が得られており、神経外胚葉内における頂毛や神経形成のパターニング決定の解明に繋がる成果を得ている。また動物極側神経外胚葉の正常な形成と維持に欠かすことのできないウニ胚前後軸の形成に、転写因子Meisが関与していることを発見した。Meisを抑制すると神経外胚葉決定因子FoxQ2の発現が消失し、セロトニン神経も形成されなくなる。これまでのところMeisはmRNAにおいてもタンパク質においても目立った発現の偏りが胚の中で見られておらず、現在レーザー顕微鏡などでの詳細な解析を進めるとともに、Meisがどのような因子の転写に直接関与しているのかの候補を検討中である。(抄録なし)頂毛が形成される動物極側神経外胚葉やその近隣に関与すると考えられる因子のうち、Zinc finger homeobox(Zfhx)、Homeobrain(Hbn)の新たな機能を解明した。zfhxはセロトニン神経前駆細胞に発現する遺伝子で、その後のセロトニン神経形成に必須の遺伝子であることが解明された。zfhxは現在ウニ胚で報告されているセロトニン神経前駆細胞に発現する因子としては最も初期のものであり、その発現のタイミングが頂毛形成の盛んな時期とも一致することから、細胞単位で頂毛形成細胞と神経細胞との関連を解析する際のマーカーとしても重要な因子になると考えている。hbnは神経外胚葉及びその近隣の背側外胚葉領域に発現する遺伝子でありセロトニン神経形成に関与することを示すと共に、神経外胚葉と背側外胚葉の境界を決定するTGF-βファミリーとの関係についても明らかにした。頂毛の形成は、TGF-βファミリーの発現パターンの乱れによって影響を受けることがこれまでにわかっており、神経外胚葉領域、頂毛形成領域、背側神経外胚葉領域のそれぞれの領域決定にHbnがどのように関与しているのかを詳細に解析する予定である。また、AnkAT-1が頂毛の伸長に関与していることをこれまで報告してきているが、さらに免疫沈降法やツーハイブリッド法を用いてAnkAT-1と結合する新たな頂毛関連因子の探索を行いながら、頂毛の機能解明を目指し研究を進めている。現在それぞれの解析に必要なウニ胚遺伝子のライブラリーや抗AnkAT-1抗体の作成に取り組んでいる。動物極神経外胚葉において、頂毛形成やセロトニン神経形成に関与する様々な遺伝子が背側または腹側に偏った発現パターンを示すことをこれまでにも報告してきたが、腹側に偏って発現するfoxQ2と背側に偏って発現するhbnのそれぞれがTGF-βの影響を受けていることを実験的に示した。限られた細胞数のウニ動物極神経外胚葉内においても外部領域からのシグナルの影響を受けて複雑な遺伝子発現のパターニングを持つことがわかってきており、今後頂毛形成細胞が神経細胞と遺伝子発現レベルでどのように関わり合っているのかさらなる解析を進めていく。また自身が以前に発見した頂毛伸長因子AnkAT-1のタンパク質発現パターンを観察したところ、GFP結合ankAT-1 mRNA実験での予測通り繊毛の根元に強く存在していたが、細胞質にも弱い発現がみられた。ankAT-a 1mRNAは動物極側のみに強く発現するが、タンパク質は動物極側に強く発現するもののその他の外胚葉の繊毛の根元にも存在しており、その発現は植物極に近づくほど弱くなることが観察された。AnkAT-1と相互作用する因子の探索も進めているところであり、その成果は頂毛形成に関わる因子の新たな発見に繋がるとともに、繊毛の長さを調節する普遍的なメカニズムの解明にも繋がる可能性を持つ。頂毛や神経細胞形成に関与する因子の抑制実験等を通して、今後も発生過程におけるそれらの機能の全貌を明らかにしていく。