hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メタボリックシンドロームにおける破骨細胞の機能解析

破骨細胞の骨吸収能に異常があり大理石骨病を発症する破骨細胞特異的ノックアウトマウスを用いて、破骨細胞による肥満や2型糖尿病発症制御機構の存在を示し、その分子メカニズム解明を試みた。破骨細胞特異的ノックアウトマウスは加齢に伴う体重増加や高脂肪食負荷に伴う体重増加に抵抗性を示した。また、高脂肪食負荷時において正常な血糖値を示すほか、耐糖能に異常をきたすことはなかったことから、破骨細胞が肥満や糖代謝異常に関与していることを明らかにした。本申請では、大理石骨病を発症する破骨細胞特異的なノックアウトマウスを用いて破骨細胞による脂肪組織および筋組織の形成制御メカニズムの解明に焦点を絞り、メタボリックシンドロームにおける破骨細胞の機能解析を目的とした。破骨細胞特異的ノックアウトマウスは、破骨細胞による骨吸収に異常をきたすため重度の大理石骨病を発症する。8週齢のマウスでは野生型とノックアウトマウスの体重に差はほとんど認められないが、40週齢のマウスではノックアウトマウスの体重が野生型と比較して約50%の体重であることを見出した。様々な組織・臓器の重量を測定したところ、ノックアウトマウスでは肝臓および生殖器周囲、皮下、内蔵の脂肪重量が野生型と比較して低下していた。また、ノックアウトマウスに高脂肪食負荷をかけた場合、野生型マウスは体重が増加し、体脂肪率が上昇するのに対して、ノックアウトマウスでは体重増加ならびに体脂肪率の増加は認められなかった。この結果は、破骨細胞の機能不全が脂肪蓄積と関連していることを示唆している。破骨細胞と脂肪蓄積とを連関させる分子の同定を試みるため、ノックアウトマウス由来の破骨細胞と野生型マウス由来の破骨細胞を用いて網羅的な遺伝子発現解析を実施中であり、破骨細胞による脂肪蓄積メカニズムの解明に向けた基盤を構築した。本研究により、破骨細胞は肥満形成に対して正に働くことが明らかとなり、骨吸収の抑制は肥満発症の抑制につながりうることを示した。本研究成果は、将来的なメタボリックシンドロームの新たな治療戦略につながることが期待される。本申請では、大理石骨病を発症する破骨細胞特異的なノックアウトマウスを用いて破骨細胞による脂肪組織および筋組織の形成制御メカニズムに焦点を絞り、メタボリックシンドロームにおける破骨細胞の機能解析を実施する目的で、破骨細胞特異的PI3Kノックアウトマウスの表現型解析を実施した。破骨細胞特異的に発現するカテプシンK遺伝子のプロモーターによりCreリコンビナーゼを発現するCreマウスを用い、クラスIA型PI3Kの制御サブユニットp85αとp85βを破骨細胞特異的にノックアウトしたマウスであり、破骨細胞の吸収活性に異常があるため重度の大理石骨病を発症する。生後40週齢のマウスの体重を測定したところ、野生型マウスでは加齢性の肥満を発症するのに対して、ノックアウトマウスでは有意に体重の増加および肥満の抑制が認められた。野生型マウスと比較して、ノックアウトマウスの体脂肪量・体脂肪率は著しく低下している一方で、筋量の増加が認められた。通常時の血糖値に有意な差は認められなかった。しかし、糖負荷試験を行ったところ、40週齢の野生型マウスでは8週齢のマウスと比較して経時的な減少が抑制されるのに対して、ノックアウトマウスでは8週齢のマウスと同様な経時的な減少が認められた。この結果は、加齢に伴って変化する血糖値制御が、ノックアウトマウスでは若齢の時と同様に保たれていることを示している。ノックアウトマウスの所見から、破骨細胞で発現しているPI3Kは脂肪細胞分化の抑制・筋細胞分化の亢進を担っていることが予想されたため、in vitro破骨細胞培養上清を脂肪細胞および筋細胞分化系に添加した際の影響について解析を行った。この結果、ノックアウト破骨細胞の培養上清を添加した際に、筋細胞分化が促進されることを見出した。現在、脂肪細胞に対する影響および筋細胞促進因子の精製・同定を行っている。本年度の計画では、ノックアウトマウスにおけるメタボリックシンドロームに関連した表現型を解析することを予定していた。本年度の研究成果により破骨細胞が脂肪組織・筋組織の形成制御を介して、加齢に伴う糖代謝異常に関与していることを示すことができたほか、ノックアウト破骨細胞の培養上清に筋細胞分化促進因子が含まれている知見が得られたため、おおむね順調に研究が進展していると考えられる。次年度は、ノックアウト破骨細胞が産生する筋細胞分化促進因子の精製・同定を実施する。また、脂肪細胞分化に対する培養上清の影響を解析し、何らかの影響が認められた場合、その因子の同定を試みる。また、同定された因子をマウスに投与した際の、糖代謝へ及ぼす影響について確認を行う。破骨細胞分泌因子の同定に必要な細胞培養用試薬、因子の精製・同定・機能解析に必要な試薬類を購入する予定である。また、実験用マウスの購入やノックアウトマウスの管理維持費も必要となる。
金属薄膜・微細ボール表面の最適被覆に着目したマイグレーションの抑制と活用

本研究では材料表面の被覆に注目して電子流による原子移動であるエレクトロマイグレーション(EM)の抑制と活用,そして静水圧勾配によるストレスマイグレーション(SM)の活用を扱った。抑制では,保護膜被覆金属薄膜配線やアンダーフィルで拘束/被覆されたはんだボールにおけるEM損傷を扱い,被覆により形成される材料内の原子濃度分布に注目して,損傷が生じる電流密度の限界値であるしきい電流密度の特徴づけを推進した。活用では,保護膜の制御を踏まえたEM,SMによる金属マイクロ材料創製の展開を推進した。平成26年度は、保護膜被覆金属薄膜配線におけるエレクトロマイグレーション(EM)抑制と導電性保護膜を導入したEM活用による金属マイクロ材料創製の基盤構築を軸として研究を遂行し、以下の研究実績を得た。1.EM抑制基盤の提案TEOS膜を保護膜としたAl直線状配線サンプルを作製して、通電実験に供し、しきい電流密度と配線長の積を評価量として採用し、同評価量と保護膜厚さおよび基板温度の関係を調べた。その結果、配線側面部を覆う厚さに保護膜が堆積すると、同評価量は大幅に増加し、EM損傷が顕著に抑制されるようになること、また基板温度がある値以下で温度の少しの低下で同評価量は大きく増加することを見出した。また数値解析手法により、保護膜厚さの増加によるしきい電流密度の増加をシミュレートすることに成功した。2.大量創製のための最適な創製手法およびサンプル構造の開発申請者らの考案による櫛状パターンを用い、TiNを保護膜としたAlサンプルのEM試験によって従来実現できていなかった50個の微細材料の同時創製に初めて成功した。またAlサンプルを重ねた積層構造の新規導入も試行しその有用性を確認した。3.ストレスマイグレーション(SM)による導電性多層薄膜構造における銀微細材料の創製電子デバイスへ応用を拡張するため導電性多層薄膜構造を提案して、熱処理によるSMを用いた銀微細材料の創製に挑戦し、表面保護膜の種類(延性のPtと脆性のTiN)と厚さ(2nmと20nm)がもたらす影響を解明した。4.異種金属接合角部でのEM評価基礎として保護膜なしの異種金属接合角部近傍におけるEMを扱い、接合界面における原子流束の理論解析により損傷を評価した。これを踏まえEM損傷抑制指針を抽出した。その他、電流を用いてCuマイクロ細線を高速に熱処理することに成功した。平成27年度は前年度の実績のさらなる充実を目指した上で、以下の項目の研究を実施した。1.しきい電流密度の存否についての検討ビア接続配線およびパッド付きの配線を対象とした原子濃度分布形成の数値シミュレーションを実施した。これによりパッド付き配線の場合にはビア接続配線と異なり、原子濃度分布が定常状態に達することはなく、保護膜被覆下あるいはパッド露出下のエレクトロマイグレーション(EM)損傷の臨界原子濃度に達し、損傷の発生に至ることが確かめられた。また温度と保護膜厚さに着目したしきい電流密度評価に関する数値シミュレーションならびに実験を踏まえEM抑制の指針を提案した。その他、異種金属細線系の通電溶融現象を支配する因子の特定に成功した。2.はんだボールにおけるEMの抑制アンダーフィル材で被覆されたはんだボールにおけるEM抑制効果の評価指針を検討し、アンダーフィル材をはんだの保護膜とした試験片作製法およびEM評価手法を整備した。3.EMによる創製材料への高機能性および規則性の付与マイクロ構造体の生産性向上を試み導電性保護膜を有したAl配線をSiウェハへ埋め込み、アレイ構造に適用することで、マイクロ構造体創製に必要な電流量の大幅な削減に成功した。またこれまでに創製したマイクロ構造体は基板に対して垂直であったが、新たにマイクロ構造体を基板に対して水平方向に創製することに成功した。4.ストレスマイグレーション(SM)による金属マイクロ材料創製の展開と特性評価脆性人工保護膜TiNが薄い場合(2nm)、SMにより銀微細粒子が創製された一方、TiN膜が厚い場合(600nm)、直径1-2μm、長さが約680μmの長い銀微細ワイヤを創製することに成功した。なお銀微細ワイヤの電気特性についてその評価を試みたが、確信を伴ったデータの取得にはさらなる検討を要する状況にある。研究実績の概要に記載の通り、申請時に計画した研究を遂行し、ビア接続配線とパッド付き配線におけるEM損傷発生の違い、ならびにしきい電流密度に対する保護膜厚さおよび動作温度の影響を深く追求した。またEMによるマイクロ構造体創製を発展させると共に、アンダーフィルとはんだボールの組合せをシステムとして扱ったEM抑制の基盤構築ができた。さらに脆性人工保護膜厚さの違いにより、SMにより創製されるマイクロ材料の形態が変化することを見出すなど、順調に実績を得ている。平成28年度は以下の研究実績を得た。1.アンダーフィルで拘束されたはんだボールにおけるエレクトロマイグレーション(EM)の抑制酸化膜の場合と比較して、アンダーフィル材をはんだの保護膜とすることによるEM抑制効果を実証した。またアンダーフィル材がヒートシンクとして機能し、はんだの溶断耐性を向上させることを見出した。さらに理論的考察と数値シミュレーションにより、保護膜付き直線型サンプルの場合に比べ、はんだボールを模擬した保護膜付きたる型サンプルではEM損傷が生じる臨界の電流密度であるしきい電流密度が向上するという推測を得た。2.ストレスマイグレーション(SM)による金属マイクロ材料創製の高度化の試み従来のSMによるアルミニウム微細ワイヤの創製を補助する排出原子引き上げ技術を考案し試行した。3.配線におけるEM抑制のための指針作成

EMによる原子蓄積に起因して保護膜に生じる応力について理論モデルを構築することで、しきい電流密度と保護膜厚さの関係を説明することに成功し、効果的なEM損傷抑制に資する実績を得た。また異種金属接合角部を有する保護膜付き配線構造において、電流密度集中を引き起こす角部に着目し、原子濃度分布に対する解析解を得ることに成功した。これを踏まえ、角部におけるEM損傷抑制のための材料組合せ指針を提案した。さらにEM損傷の重要な要因である温度分布に関して、金属細線の導電率の温度依存性と、通電下において細線表面上の2点間で測定した電位差より、細線内部の温度分布を予測することにも成功した。加えて、EMによる配線内原子濃度分布の数値シミュレーションにより、保護膜厚さ、配線形状、動作温度の設計条件を考慮したしきい電流密度の評価を行った。これに基づき、設計条件のパラメータ値を数式に代入するという簡易評価法を提案した。本研究では材料表面の被覆に注目して電子流による原子移動であるエレクトロマイグレーション(EM)の抑制と活用,そして静水圧勾配によるストレスマイグレーション(SM)の活用を扱った。抑制では,保護膜被覆金属薄膜配線やアンダーフィルで拘束/被覆されたはんだボールにおけるEM損傷を扱い,被覆により形成される材料内の原子濃度分布に注目して,損傷が生じる電流密度の限界値であるしきい電流密度の特徴づけを推進した。活用では,保護膜の制御を踏まえたEM,SMによる金属マイクロ材料創製の展開を推進した。研究実績の概要に記載の通り、申請時に計画した研究を遂行し、しきい電流密度と配線長の積を評価量として実験を実施し、保護膜厚さと基板温度なる主要パラメータによるEM抑制の方向付けに成功した。また導電性保護膜の導入に基づくEM活用による金属マイクロ材料創製についても同時大量創製の基盤構築ができた。さらにSMによるマイクロ材料創製ほか、についても順調に実績を得ている。申請書に記載の計画の通り、研究を推進する。平成28年度は、はんだボールを対象とした研究実績の概要の2.に記載の内容の研究を発展させると共に、研究実績の概要の4.を発展させSMによるマイクロ材料創製の高度化基盤を構築する。そしてマイグレーションの抑制/活用のための最適被覆の指針を得ることを目指す。28年度が最終年度であるため、記入しない。材料力学申請書に記載の計画の通り、研究を推進する。平成27年度は、研究実績の概要の1.に記載の内容の把握を発展させると共に、パッド付き配線の場合と直線状配線の場合の現象の違いを探究する。またEMによる創製材料への高機能性および規則性付与に取組む。SMによるマイクロ材料創製の展開については、研究実績の概要の3.に記載の内容を発展させる。次年度使用額は、今年度実施のEM・SMによる材料創製の研究を、主として物品費について効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である。
周波数変化型高感度2軸加速度センサに関する研究

本研究は,新しい周波数変化型高感度2軸加速度センサを提案し,有限要素法による設計を行い,実験的にその妥当性を検証したものである。加速度を周波数の変化として検出することを特徴とする本センサは,加速度と周波数変化の関係が直線となり好ましい。また,加速度の印加方向の吟味及び折り曲げ支持棒の適用により高感度化を図り,重力場を利用して感度測定を行い,有限要素法による解析値とも良く一致することが検証された。本年度は、周波数変化型高感度2軸加速度センサの実験的検証を行う目的から、特に実験用の大型金属センサ試料の有限要素法解析による設計とその試作を主に実施した。1.センサの高感度化のための支持棒形状の設計(1)プロトタイプセンサに使用されるπ型および逆T型支持棒の有限要素法解析により、xおよびyの2軸方向への支持スチフネスがほぼ等しくなる寸法値を設計した。(2)次に、センサの高感度化を図る一手法として、支持棒を折り曲げて2軸方向の支持スチフネスの値が小さくてほぼ等しくなる各種の支持棒形状を比較検討した。(3)その結果、プロトタイプセンサの全支持スチフネス値約1.11×10^6N/mに対して、折り曲げ支持棒では約2.3×10^5N/mなる値が得られ、全スチフネス値が約1/5に低減されることが分かった。2.2軸加速度センサの設計と試作(1)プロトタイプセンサの外形寸法にほぼ等しい折り曲げ支持棒を用いた金属2軸センサの設計を行い、約90.0×95.8×10.2mm^3の外形寸法で、共振周波数f_0が約1.688kHz、印加する加速度1G(=9.8m/sec^2)当たりの共振周波数変化率Δf/f_0が約27,600ppmなる値が実現された。(2)2軸センサの設計結果に基づき、プロトタイプと外形寸法のほぼ等しい折り曲げ支持棒を用いたセンサを、金属(SUS304)を使用して放電加工により試作した。また、センサ固定用の真鍮製の支持固定台も製作した。実験的検証については、次年度実施することにした。(3)センサの変化率Δf/f_0の値は、プロトタイプセンサと比較してわずか13%増と理論的に推定された。この理由は、単結晶シリコンセンサの設計でも明らかにしたが、センサの外形寸法を等しく設計したために、折り曲げ支持棒の適用によってセンサの質量部が減少し、折り曲げ支持棒使用による高感度化の効果が大きく現れなかったことに起因している。今後、質量を等しく設計した場合との比較を実施したい。1.金属2軸加速度センサの特性解析とその実験的検証昨年度試作した折り曲げ支持棒を用いた金属2軸加速度センサの有限要素法による特性解析と実験的検証を実施した。(1)センサの2軸方向の加速度を±1G(G:重力加速度)範囲内で変化させ、その共振周波数変化率△f/f_0を有限要素法解析し、2軸方向共35,556ppm/Gなる感度を持つ直線特性が実現できることを示した。(2)センサの横振動子部分に圧電セラミックスを接着させて圧電型センサを構成して、重力場を利用して回転台により傾斜角を変化させ,±1Gの範囲内で加速度を印加させた場合の周波数変化率△f/f_0を測定し、17,953ppm/Gなる感度を有する直線特性が得られた。感度は解析値と比較して約50%小さい。2.センサに使用される高感度横振動子の検討加速度センサに使用可能な各種金属横振動子を提案子し、両端での振動変位及び軸力による共振周波数変化率について有限要素法解析を行った。(1)申請者らの加速度センサに使用しているカセンサとなる横振動子は、最も高感度になる。(2)一部実験的検証も実施し、横振動子の感度の実験値はこの場合も解析値より約34%低下する。以上の結果から、加速度センサの感度の実験値が解析値より低下するのは、カセンサとして使用する横振動子の感度が低下することが原因の一つになっており、次年度はこの原因も定量的に明らかにしたい。1.加速度センサ用高感度力センサの検討昨年度の金属センサ試料では感度の実験値が解析値より約34%低下し、今年度はこの原因解明が必要であった。(1)試作金属力センサの電気的駆動のために接着した微小圧電セラミックスによる影響を考慮した有限要素法による感度解析を行ったところ、実験値と解析値は良く一致対応することが明らかになった。(2)提案した新構造力センサを、面内モードおよび面外モードで利用する場合の感度比較を行ったところ、後者の場合が著しく高感度構成となり、好ましい構造であることが実験的にも確認された。2. 2軸加速度センサ特性の検討昨年度実施した2軸センサ試料を用いた実験的検証では感度が解析値より約50%低下し、前同様にその原因解明が残された課題であった。今年度は、この検討とさらなる特性改善を行った。

(1) 2軸センサにおける感度の50%低下の原因は、前同様に圧電セラミックスの影響であることが確認された。(2) 2軸センサをセンサ面に垂直なz軸回りに-45°回転して使用すると感度が約1.4倍増加し好ましいが、本来検出されるべき軸方向の加速度以外に約6.1%の他軸方向の加速度の影響が現れることが明らかになった。(3)この原因はセンサの質量が2軸方向の加速度に対して何れもわずか回転し完全な並進運動していないことに起因しており、センサの重心を移動させて質量の回転を可能な限り無くした構成ではその影響は約0,54%に低減でき、良好な2軸センサ特性の実現できることが明らかにされた。
3D・X線・修復調査から見る古典木彫像の制作プロセス―平安～鎌倉期―

本研究では、視覚的に明快な木造彫刻の3DCG構造図を作成するため、平安鎌倉期における彫刻文化財の3Dデータや透過X線画像を用い、木造彫刻の構造解析に繋がる資料作成を試みた。その過程で、X線画像と3DデータをGIFアニメーション化して組み合わせることで、より直感的な構造理解の助けとなる資料が得られた。この資料を基に、今回新たにX線及び3Dデータを取得した当該期作例の3DCG構造図を作成した。可搬性の高い調査機材による資料作成方法は、移動の制限からCTスキャンによる調査が難しい塑像作品などの構造解析の助けとなるほか、実査の難しい秘仏でも、過去のX線資料を再活用できる可能性を示すものとなった。初年度における彫刻文化財調査は、鎌倉時代中期の作とも目される奈良県室生寺金堂木造十二神将のうち未神立像および辰神立像のX線撮影調査を実施した。3D計測調査では、平安時代初期の作例とされる宮城県栗原市双林寺木造薬師如来坐像のほか、「弘安七年三月」(1183)の銘があり平安時代末期の作例として知られる岐阜県横蔵寺木造大日如来坐像を対象に実施した。そのほか写真撮影調査では、前述の横蔵寺木造大日如来坐像や双林寺木造薬師如来坐像のほか、京都府知恩寺木造阿弥陀如来立像(大津市歴史博物館)、静岡県函南町実慶作木造阿弥陀三尊のうち観音菩薩立像(かんなみ仏の里美術館)、高知県雪蹊寺善膩師童子立像などを対象として実施した。これらの調査の中でもX撮影調査では、未神立像の遊脚部材が体幹部材に段を設けてかきこむように接合されていることが明らかとなった。また写真撮影調査では、高精細デジタル中判カメラ(Phase One)による岐阜県横蔵寺木造大日如来坐像の8面写真が得られたことや、知恩寺阿弥陀如来立像の構造を想定するうえで有用な画像情報を収集することができた。前述のように時代判定のできる基準作例を含めた重要作例の調査を実施することができている。研究分担者であった仲裕次郎が同人の非常勤講師退職に伴い本研究から離れたが、それを補うに十分な美術史的知見を備える人物が研究分担者に複数いるため、現状の研究体制でフォローする予定である。平成28年度における彫刻文化財調査は、下記の像を対象に行うことができた。東京都世田谷山観音寺木造阿耨達童子騎龍像(康円作、文永7年〈1272〉)、奈良県岡寺塑造伝如意輪観音菩薩坐像、唐招提寺木造伝薬師如来立像、静岡県摩訶耶寺木造千手観音菩薩立像、熊本県明導寺阿弥陀三尊像(寛喜元年〈1229〉)。世田谷山観音寺阿耨達童子騎龍像の調査では、透過X線調査を行った結果、龍の指が全て別材矧ぎとなっており、頭部も顎位置で水平に割矧ぐなど鎌倉時代後期特有の複雑な木寄せを明らかにすることができた。また、これまでヒノキ材とされてきた摩訶耶寺千手観音菩薩立像(平安時代)が、カヤ材である可能性が高く、近年増えつつあるカヤ材作例の1つに加えうるものであることも判明した。このほか、従来使用してきたレーザー光による3次元計測に加え、デジタルスチル写真から立体データを生成する写真測量調査の手法を確立しつつあり、調査の自由度が飛躍的に上がったことも28年度における大きな収穫の1つである。現在のところ順調に文化財調査を行うことができており、なかでも東京都世田谷山観音寺木造阿耨達童子騎龍像(康円作、文永7年〈1272〉)、熊本県明導寺阿弥陀三尊像(寛喜元年〈1229〉)は銘記から時代判定の基準となる貴重な作例である。また、新たに確立しつつあるデジタルスチル写真を用いた写真測量調査の手法により、これまで計測が難しかった背面側などの狭隘部、高所などの計測が可能となった。平成29年度における彫刻文化財調査は、下記の像を対象に実施した。・熊本県明導寺阿弥陀三尊像(寛喜元年〈1229〉)・京都府平等院雲中供養菩薩像北7号(天喜元年〈1053〉)熊本県明導寺阿弥陀三尊像調査では、特に両脇侍像(観音・勢至)について写真測量および透過X線撮影を行うことができた。透過X線撮影には、現場で画像確認が可能かつ可搬性のある機材を用い、高精細な画像を取得することができた(東芝メディカルシステムズ社製ポータブルX線撮影装置DyRO-X petiteおよびゼネラル・エレクトリック社製CRxFlexを使用。第1回調査では現地のAC電圧が安定せず撮影に失敗したものの、第2回調査で変圧器を使用するなどの対策をとることで撮影することができた)。この調査において、これまで手がかりが少なかった明導寺両脇侍像の構造を推定することができた。透過X線画像によると、観音菩薩像は腰布と裙の境目、および足まわりに多数の釘(ただしほとんどは後補)や水平に走る矧ぎ目が認められた。これらは別材矧ぎもしくは割矧ぎによるものと考えられるが、一方の勢至菩薩像には腰布・裙付近に特別な工作の跡は認められなかった。また内刳りに関しても、観音菩薩像は極めて薄い箇所が多く一部に貫通したかともみられる部分がある一方、勢至菩薩像の内刳りは整然とし肉厚なものであった。

これらの違いは、担当した仏師の気質による部分も大きいであろうが、阿弥陀如来を取り巻く一具の像として制作されたであろう造像事情を考えると、制作工程上の何らかの意味があった可能性が考えられた。これらの知見を総括するため、X線による像内部の構造情報と3Dデータによる情報などをもとに、立体的に構造・技法を把握できる3DCG構造図作成を試みた。本研究では、視覚的に明快な木造彫刻の3DCG構造図を作成するため、平安鎌倉期における彫刻文化財の3Dデータや透過X線画像を用い、木造彫刻の構造解析に繋がる資料作成を試みた。その過程で、X線画像と3DデータをGIFアニメーション化して組み合わせることで、より直感的な構造理解の助けとなる資料が得られた。この資料を基に、今回新たにX線及び3Dデータを取得した当該期作例の3DCG構造図を作成した。可搬性の高い調査機材による資料作成方法は、移動の制限からCTスキャンによる調査が難しい塑像作品などの構造解析の助けとなるほか、実査の難しい秘仏でも、過去のX線資料を再活用できる可能性を示すものとなった。28年度は、鎌倉時代の中でも中期から後期にかけての作例を中心に3D計測調査及びX線撮影調査を行う予定である。具体的には、以下の作例の調査実施を予定している。東京都世田谷山観音寺木造阿耨達童子騎龍像(康円作文永7年1272)なおこのほか当該期の周辺作例である奈良末期の木彫像(奈良県唐招提寺木造伝薬師如来立像)の3D計測調査も、平安鎌倉期の3D比較対象資料として実施する予定。最終年度となる29年度は、鎌倉時代作例のうち造像銘記のある作例を中心に調査を行う予定である。現時点では、肥後定慶作・京都府大報恩寺六観音像(貞応3年〈1224〉)の3次元計測調査、また熊本県明導寺阿弥陀三尊像(寛喜元年〈1229〉)の透過X線調査を改めて行う計画である。29年度が最終年度であるため、記入しない。保存修復29年度が最終年度であるため、記入しない。
脳波（ＥＥＧ）を用いたパワーアシストを行う人間・機械システムの構築

本研究では、4つの異なるタスクを設計し、脳波により運動有無の自動判別手法を提案・確認した。訓練を受けている被験者と受けていない被験者の判別率がそれぞれ85%と平均70%以上の高い判別率に成功した。また、Mirror Neuron Systemの概念に基づき、運動を想起したときの脳波から、人が持っている負荷に関する情報を抽出し、その成功率は80%以上になった。さらに、脳波を用いてパワーアシストシステムを構築するため、脳波から表面筋電を推定し、推定された筋電と実測した筋電との相関係数が、平均0.70、最大0.88と高い推定ができた。これらの結果によって、パワーアシストが可能であることが分かった。今年度は、人間の脳活動の情報を用いて、障害者の日常生活をサポートするパワーアシストシステムを構築するため、主に下記の研究を行った。(2)閉眼時、開眼時、運動直前および運動の3つの異なるタスクを設計し、Short-time FFTにより、それぞれのタスクとα波、β波、γ波を調べ、Mahalanobis distanceを用いて、運動有無の自動判別手法を提案・確認した。(3)近年、我々は筋電を用いた拡張アドミッタンス制御によるパワーアシストシステムを提案し、その有効性を実機検証により確認した。その技術に基づき、人間の脳活動の情報を用いてパワーアシストシステムを構築することを目的とし、脳波(EEG)から表面筋電(sEMG)を推定することに成功した。肘が運動を行った際に得られた脳波から、主成分分析手法を用い、脳波と筋電の間の線形モデルを作成し、逐次最小二乗法により、脳波から表面筋電の推定モデルのパラメータを逐次的に更新を行った。さらに、装着型外骨格パワーアシスト装置を利用し、かつ筋電信号を生成できない障害者を想定したうえで、拡張アドミッタンス制御を用いて、外骨格装置の関節角度から表面筋電の推定を行い、この推定された表面筋電を教師信号とし、逐次最小二乗法によりモデルの更新を行う手法を提案した。被験者3名で脳波から推定された表面筋電と実測した表面筋電との相関係数が、平均0.70、最大0.88と高い推定が出来ていることが確認された。この基礎研究の結果から、脳波からの筋電図の推定が可能であることを確認し、さらにパワーアシストが可能であることが示唆された。今年度は、運動または運動想起時の人の脳波を認識・抽出し、Short-time FFTやWavelet変換によって、脳波のα波とβ波を抽出し、これらの脳波により人間の運動の有無の判別、脳波から人間の負荷(筋電で表す)の推定、また脳波と人間の負荷との関係の調査などを行った。具体的には、1.脳波のα波とβ波の取得をしやすいため、閉眼時、開眼時、運動直前および運動の3つのタスクを設計し、それぞれのタスクとα波とβ波を調べ、Mahalanobis distanceを用いて、運動有無の判別手法を提案し、その手法を確認した。現在は、この手法を用い、実際のロボットアームの制御を行っている。2.また、パワーアシストを行うため、人間の関節の負荷情報が必要である。本研究室では人間の筋電を負荷情報として用いてパワーアシスト技術を開発している。これらの結果を踏まえ、脳波を用いてパワーアシストを行うため、まず、人間の関節の負荷と脳波の関係を調べる必要がある。そのため、主成分解析手法(PCA, Principal Component Analysis)を用いて脳波から人間の筋電を推定する手法を開発した。脳波から運動時の筋電の推定が可能であることを確認した。3.更に、筋電を経由せずに、直接的に人間が異なる重み(負荷)を持っている時の脳波のα波とβ波をWavelet変換によって抽出し、それらの変化と重み(負荷)との関係を調べた。結果として、α波は負荷の増加によって減衰されることが分かった。β波は被験者によってその変化がそれぞれ違うが、特定の被験者に対してその変化が大体一致することも分かった。今年度は、人間の脳活動の情報を用いて、障害者や健常者の日常生活をサポートするパワーアシストシステムを構築するため、引き続き主に以下の研究を行った。(1)我々は筋電を用いた拡張アドミッタンス制御によるパワーアシストシステムを提案し、その有効性を実機検証により確認した。その技術を踏まえ、人間の脳活動の情報を用いてパワーアシストシステムを構築することを目的とし、昨年度は、主成分分析手法を用い、第一主成分により脳波(EEG)から肘関節の運動に関する上腕2頭筋の表面筋電(sEMG)を推定することに成功した。

今年度は、脳波から肩関節の表面筋電を推定しようとする際に、寄与率から、第一主成分のみで肩関節の表面筋電の情報量は低すぎ、第三主成分まで99%の肩の筋電情報が含まれていることを解明した。この研究結果から、主成分分析手法により、第一主成分から第三主成分までを用いれば脳波から筋電を安定的に推定することが可能であることが示唆された。現在はこの結果に基づき、逐次最小二乗法によりモデルの更新を行う手法を用い、リアルタイムで肩関節の筋電信号を推定する研究が進んでいる。(2)上記の研究と同時に、脳波から筋電の推定を行わず、脳波より直接パワーアシストができるかを試した。運動をイメージしたときの脳波から運動強度に関する情報を直接抽出するために、Mirror Neuron Systemの概念に基づき、重りを持っている時と持っていない時の映像を見た後に、脳波のα波(8-12Hz)による、自分が重りを持っているかどうかの運動想起の判別の成功率は80%以上になった。この結果により、運動想起時の脳波から負荷情報の差を識別可能であり、脳波から筋電の推定を行わず、脳波より直接パワーアシストができることが示唆された。ロボット工学これまで上記のように、脳波によるパワーアシスト技術の確立に向け、3つの方向におおむね順調に進んでいる。人間の負荷(運動強度)と脳波の変化の関係を調べ、脳波のα波、β波、γ波による運動有無の自動判別などは、計画のとおりに進んでいる。また、脳波からの人間の筋電の推定に成功したことは、計画以上に進んでいる脳波によるパワーアシスト技術の確立のために、これまで上記のように3つの方向におおむね順調に進んでいる。脳波のα波とβ波により運動の有無の判別や、人間の負荷と脳波の変化の関係の調べなどは、計画のとおりに進んでいる。また、脳波から人間の筋電の推定が可能であることを確認したことは、計画の以上に進んでいる。今後、実際の重りを見た時の脳波変化を調べ、脳波と運動強度の関係をモデル化し、ロボット制御を行う予定である。また、脳波から人の1次元の力またはトルクの推定を多次元の力・トルクの推定に拡張し、その実験設計や推定手法を改善し、実機試験で確認する。1.運動有無の判別手法を用い、1自由度のロボットアームの制御を行う。2.人の1次元の力またはトルクを推定するためのタスクの設計を多次元の力・トルク情報を推定できるタスクを検討した上で、再設計する。3.運動または運動想起で起こる脳波を測定・解析すると同時に、それらの脳波に含まれる筋電信号を認識・区別する手法を検討して開発し、運動または運動想起で起こる脳波と合わせて、多次元の力・トルク情報の推定手法を改善する。4.2関節のパワーアシスト装置により肘と肩関節の評価試験を行う。実機試験中に、色々な不具合な点が出てくると予想される。出てきた不具合な点に関して、原因を調べ、解析手法や制御手法を改善する。基金化になったので、完全に0になる必要がないため。H26年度に使う予定。該当なし
量子ドット－ナノ共振器結合系の動的制御に関する研究

発光体の発光現象は、発光体の特性のみで決定されるものではなく、発光体を取り巻く環境によっても左右される。特に、発光体が光共振器の内部におかれた場合、その発光過程は著しく変化することが知られている。発光体と光共振器の融合した系における発光現象を研究する研究分野は共振器量子電磁力学(Cavity quantum electrodynamics : Cavity-QED)と呼ばれている。発光体と光共振器の融合した系のなかで単一共振器モードと単一の二準位電子系でモデル化される発光体の組み合わせはもっとも単純なものであり、Cavity-QEDは単一共振器モード、単一二準位電子結合系における非常に興味深い物理現象を予言する。これらの現象は物理的に興味深いのみならず、高効率単一光子光源、無閾値レーザなどのまったく新しい光デバイスの応用が期待されている。近年、半導体微細加工技術が著しく発達し、固体の発光体と共振器を用いた光領域におけるCavity-QEDの研究が盛んに進められている。固体中においてもCavity-QEDの予言する発光現象の変調が多数報告されている。しかし、申請者の研究開始時点においては、発光体と共振器の結合状態を変化させることは難しく、それぞれの特性や位置関係などで決まる静的な結合状態を観察しているに過ぎず、固体Cavity-QEDを現実的な応用へと高めるために、Cavity-QEDに基づく物理現象を制御する方法が必要であった。申請者は、キャリアプラズマ効果による共振器状態の動的な制御手法を導入し、発光現象そのものを制御することに成功した。動的制御により初期状態の発光が抑制される状態から発光が促進される状態へと変化させた。この変化により、発光レートが一時的に増大し、タイミングを制御した単一光子の取り出しが可能であることが明らかになった。単一光子レベルでの発光制御の柔軟な制御や、量子状態の制御による、量子情報処理デバイスなどの応用が期待できる。(抄録なし)申請者は、量子ドットからの発光を、周囲環境を変化させることで制御し、CQEDの動的制御の概念・手法を確立し、さまざまな量子デバイスへの応用を目標として研究を進めてきた。具体的な目標として(1)動的制御可能なQD-共振器結合系の電磁解シミュレーションをもちいたデバイスの設計(2)理論解析による物理現象の予測および応用の提案、(3)光学測定による(1)(2)の理論の実証およびデバイスの実用性の検討の3つを掲げて研究を推進してきた。本年は、これらの目標に即して、(A)、量子ドット-共振器結合系の量子論に基づく定式化を行い、数値計算によるシミュレートを行うことで、最適なパラメータを算出すること、(B)、電磁界解析により(A)で算出したパラメータを実現可能なデバイス構造の設計、(B)時間分解測定系の構築と、デバイス動作の実証の3つの小目標を設定して研究を進めてきた。(A)に関しては、量子ドット-共振器結合系の量子論による定式化はほぼ完了し、デバイスパラメータを算出可能であることを明らかにした。本研究で用いている、共振器-導波路-反射鏡の集積構造は、共振器の特性を変調可能とするが、その一方でその振る舞いが複雑化することが知られている。申請者は、古典論による定式化を量子論による定式化へと発展させることで、系の振る舞いを正確に再現し、測定時における入力に対する出力を正確にシミュレートする手法を確立した。今後の課題としては、申請者が定式化した方法は、系のエネルギーの散逸を無視しており、現実を正確に反映しきれていない点が挙げられる。今後の改善すべき点である。(B)については、さまざまなフォトニック結晶構造についてシミュレーションを行い、結果をデータベース化することで、望まれるパラメータに最も近いパラメータを持つフォトニック結晶構造を逆引きできるように環境を整備した。具体的には、共振器の形状によるモード体積・Q値の変化、共振器-導波路間距離による共振器のQ値の変化、共振器と反射鏡の距離の変化にともなうモード体積・Q値の変化の3点について、パラメータを振りながら計算を行った。これらの結果から、量子ドットと共振器の結合を大きくするために、モード体積の小さな共振器を選ぶことが重要であること、共振器と反射鏡間の距離を大きくするとモード体積が大きくなるため距離を出来る限り小さくすることでモード体積の増大を抑制可能であることを明らかにした。(C)については高精度な時間分解測定を行うため、手動ディレイラインおよび自動精密ディレイラインを導入し、非常に高い時間分解能をもつホモダイン測定系を構築した。本実験で観測される物理現象の時間スケールはおおよそ20ps程度であるが、今回構築した系は、時間分解能2ps程度であり物理現象に対して十分な精度での実験を行うことが出来る。構築した測定系を用いて、新たな量子デバイスの実証に挑戦しているが、量子ドットからの発光状態をわずかではあるが変調できることがあきらかになり、発光現象を外界から積極的に制御可能であることの端緒が得られた。

発光体と光共振器の融合した系のなかで単一共振器モードと単一の二準位電子系でモデル化される発光体の組み合わせはもっとも単純なものであり、Cavity-QEDは単一共振器モード、単一二準位電子結合系における非常に興味深い物理現象を予言する。これらの現象は物理的に興味深いのみならず、高効率単一光子光源、無閾値レーザなどのまったく新しい光デバイスの応用が期待されている。近年、半導体微細加工技術が著しく発達し、固体の発光体と共振器を用いた光領域におけるCavity-QEDの研究が盛んに進められている。固体中においてもCavity-QEDの予言する発光現象の変調が多数報告されている。しかし、申請者の研究開始時点においては、発光体と共振器の結合状態を変化させることは難しく、それぞれの特性や位置関係などで決まる静的な結合状態を観察しているに過ぎず、固体Cavity-QEDを現実的な応用へと高めるために、Cavity-QEDに基づく物理現象を制御する方法が必要であった。申請者は、キャリアプラズマ効果による共振器状態の動的な制御手法を導入し、発光現象そのものを制御することに成功した。動的制御により初期状態の発光が抑制される状態から発光が促進される状態へと変化させた。この変化により、発光レートが一時的に増大し、タイミングを制御した単一光子の取り出しが可能であることが明らかになった。単一光子レベルでの発光制御の柔軟な制御や、量子状態の制御による、量子情報処理デバイスなどの応用が期待できる。申請者は(1)動的制御可能なQD-共振器結合系の電磁解シミュレーションをもちいたデバイスの設計(2)理論解析による物理現象の予測および応用の提案、(3)光学測定による(1)(2)の理論の実証およびデバイスの実用性の検討の3つを掲げて研究を推進してきた。これらそれぞれの研究課題に対する進捗状況は次のとおりである。(1)100%:デバイスにおいて重要となるパラメータを自由に制御できるよう、シミュレーション結果を蓄積し、データベース化を行った。(2)50%:量子論による定式化を行い、理想的な状況におけるシミュレーションを可能とした。(3)50%:高速測定系の構築を完了し、実験結果が徐々に出始めている。今後の方針としては、(A)量子論による定式化の深化、(B)高速測定系の改善、(C)デバイス動作のより顕著な実証、の3つを目標とする。(A)に関しては、シミュレーションに量子マスター方程式による定式化を取り入れ、系のエネルギー散逸をシミュレートすることにより、より現実に即したシミュレーションを可能とする。(B)に関しては、現状において、測定系のSN比が低く、測定効率を下げている現状がある。これを改善するために、測定対象や入射レーザの偏光を適切に調整して、十分高いSN比を得られるようにする。同時に、光子相関測定系を立ち上げて、単一光子デバイス動作が実証できるようにする。(C)に関しては、本年度において行ったシミュレーション結果から、より高速に、かつ顕著に発光現象を変調できる構造が明らかとなったので、この構造を有する試料を実際に作製し、測定による実証を目指す。(抄録なし)
和牛における遺伝性出血性疾患の保図牛スクリーニングに関する研究

南九州で黒毛和種牛に発症する出血性疾患について、1982年から1994年までの13年間にわたり225頭を収集し、調査研究を行った結果、本疾患は単一の疾患ではく、Chediak-Higashi症候群(C-HS)、第VIII因子低下症及び第VIII因子欠乏症の3疾患から成ることが明らかとなった。そこで、主として血統調査をもとに、それぞれの疾患の遺伝様式を調べるとともに、保因牛摘発の可能性について検討した。1)C-HSは種雄牛及び母牛の血統調査、子牛の発症状況から常染色体性劣性遺伝と考えられるが、発症が比較的広範囲、長時間に及ぶため、確定にはさらに詳細な家系調査が必要である。本疾患は毛、眼底のメラニン異常、白血球顆粒異常、血小板機能異常が認められるが、いずれも保因牛摘発の指標とはならない。2)第VIII因子低下症は種雄牛は単一であり、同一の母牛からの複数牛の発症、雌雄同数の発症から常染色体性劣性遺伝と考えられ、人間や他の動物の第VIII因子異常症(血友病A)と遺伝様式が異なる。父、母牛とも第VIII因子活性は正常であり、現在のところ保因牛の遺伝スクリーニングはできない。3)第VIII因子欠乏症は種雄牛、母牛の調査から常染色体性劣性遺伝と考えられるが、まだ血統調査は十分でない。発症に関与している種雄牛の第VIII因子活性は検出限界まで低下し、母牛でも低下が認められる。3疾患とも発症牛の診断が可能であることから、試験交配により保因種雄牛を摘発することはできるが、今後、血液、遺伝子によるスクリーニング法につして検討する必要がある。平成3年度に宮崎県内でわれわれが収集した出血牛は38頭に達し、現在までに集養した症例は140頭を越えた。これらは概ね、ChediakーHigashi症候群(CーHS)、第VIII因子欠乏症、臍帯出血を主徴とする原因不明の疾患の3疾患に分類出来るが、本年はこの中で従来比較的発生頭数が少なかった臍帯出血を主徴とする疾患が多発した。1986年から1991年までの本疾患の発生頭数は36頭(雄20、雌16頭)で、宮崎県中部から南部にかけて発生が見られた。発症牛の父は種雄牛Aとその子Bが9割を占めた。また、無事に成長した患牛に同一の種牛(A)を交配して生まれた子牛は生後間もなく、臍帯出血を示した。患牛は出生後、臍帯からの持続出血、臍帯の腫脹、羊膜鞘内あるいは腹腔内出血に伴う腹部膨満、急激な元気消失などを示し、その後臍帯の化膿、腹膜炎に進行するものもある。これを耐過したのちも皮下出血を呈し、7割以上が半年以内に死亡した。検査では血小板数は正常で、機能的には血小板コラ-ゲン凝集は正常であるが、ADP凝集は低下している。凝固検査ではAPTTは正常で,PTにわずかな延長傾向が認められた。フィブリノゲン量は正常である。また、出血時間も正常範囲内であった。以上のような所見から本疾患はCーHS、第VIII因子欠乏症とは異なる遺伝性疾患と考えられ、その出血は複数の軽度の出血性素因が重なったか、検査上発見の難しい要因によるものと考えられる。1982年から1992年までの11年間に、南九州でわれわれが収集した出血牛は192頭に達し、特に本年は60頭を越える発生があった。生存例に対しては母牛も含め、原則として一般血液検査とともに止血スクリーニング検査を行ない、死亡例に対しては病理検査を行った。

また、出来る限り血統書の入手に努めた。止血スクリーニング検査の項目は血小板数、血小板凝集能(ADP、コラーゲン、5-HT)、プロトロンビン時間(PT)、活性化部分トロンボプラスチン時間(APTT)、フィブリノゲン量とし、一部の例については出血時間、血小板成分分析、凝固因子(II、V、VII、VIII、IX、X、XI、XII、XIII)活性の測定を追加した。また、止血検査以外に被毛、眼底の検査も行った。この中で本年は、凝固因子の検索を中心に研究を進め、中でも昨年度から発生頭数が急増した臍帯出血を主徴とし、これまで診断が確定したChediak-Higashi症候群(C-HS)、第VIII因子異常症とは症状、検査所見とも異なる疾患の究明に努めた。その結果、本疾患が動物では末だ報告されていない第XIII因子欠乏症であることが判明した。現在、母牛、種雄牛の第XIII因子を定量するとともに、血統調査を行い遺伝様式の解明を行っている。本疾患の解明により、南九州の黒毛和種牛に発生する出血性疾患は血小板減少症など発生数の少ないものを除けば、C-HS、第VIII因子異常症、第XIII因子異常症の3疾患にほぼ分類出来るものと考えられ、今後、保因牛の遺伝スクリーニングを行える段階になった。南九州で黒毛和種牛に発症する出血性疾患について、1982年から1994年までの13年間にわたり225頭を収集し、調査研究を行った結果、本疾患は単一の疾患ではなく、Chediak-Higashi症候群(C-HS)、第VIII因子異常症及び第〓因子異常症の3疾患から成ることが明らかとなった。そこで、主として血統調査をもとに、それぞれの疾患の遺伝様式を調べるとともに、保因牛摘発の可能性について検討した。1)C-HSは種雄牛及び母牛の血統調査、子牛の発症状況から常染色体劣性遺伝と考えられるが、発症が比較的広範囲、長時間に及ぶため、確定にはさらに詳細な家計調査が必要である。本疾患は毛、眼底のメラニン異常、白血球顆粒異常、血小板機能異常が認められるが、いずれも保因牛摘発の指標とはならない。2)第VIII因子異常症は種雄牛は単一であり、同一の母牛からの複数牛の発症、雌雄同数の発症から常染色体性劣性遺伝と考えられ、人間や他の動物の第VIII因子異常症と遺伝様式が異なる。父、母牛とも第VIII因子活性は正常であり、現在のところ保因牛の遺伝スクリーニングはできない。3)第〓因子異常症は種雄牛、母牛の調査から常染色体性劣性遺伝と考えられるが、まだ血統調査は十分でない。発症に関与している種雄牛の第〓因子活性は低下しているが、母牛では低下は認められない。3疾患とも発症牛の診断が可能であることから、試験交配により保因種雄牛を摘発することはできるが、今後、血液、遺伝子によるスクリーニング法について検討する必要がある。
保育者、子ども、動物の関係性の違いによる教育効果、動物福祉への影響について

本研究では、保育施設の飼育活動の方法や計画、経歴を調査すると共に、在籍する保育者全員の動物に対する態度を調査し、飼育活動や動物への意識を明らかにする。また、保育者、子ども、動物三者の関係性とその変化を、それぞれの行動及び発話を記録し、解析に用いる。動物に関しては、観察日に糞を採取し、ストレスホルモンを測定することで、生理面からのアプローチも行う。保育者、子ども、動物の三観点から調査を行うことで、教育効果と動物福祉を両立させることができる三者の関係性を明らかにし、保育施設の現状にあった「動物を介在させた教育の手引き」の作成へ貢献することを目的とする。
細胞接着因子CARが婦人科悪性腫瘍の浸潤・転移能に及ぼす影響について

(1)ヒト末梢血リンパ球よりメッセンジャーRNAを抽出しcDNAライブラリーを作成した。CAR(cell adhesion regulator)遺伝子の5'端と3'端にそれぞれプライマーとして合成オリゴヌクレオチドを作成し、上述のcDNAをテンプレートとしてPCR(polymerase chain reaction)を施行した。増幅されたDNA分子を蛋白発現ベクターにクローニングし、大腸菌に移入し、CAR蛋白を発現させることに成功した。得られた発現蛋白をラットに免疫することにより抗CAR抗体を得た。これを用いて子宮頚癌、子宮体癌、卵巣癌などの手術標本の免疫組織染色を施行し、CAR蛋白の発現と局所について検討したいと考えている。(2)子宮体癌細胞株10種より上記と同様にしてcDNAを作成し、PCRを施行したところいずれの細胞株でもCAR遺伝子が発現されているのが確認された。さらにこの遺伝子の塩基配列を決定したところ、報告されているものと完全に一致していた。今後、婦人科癌手術標本におけるCAR遺伝子のRNA発現レベル、DNA遺伝子異変などについて検討する予定である。(3)クローニングしたCAR遺伝子をプローブとして用いることにより、婦人科癌の手術標本でのCAR遺伝子の発現を、in situ hybridization法で検出し、(1)や(2)の結果と比較したいと考えている。
金属イオン-非イオン界面活性剤によるRNAの位置特異的切断反応

pre-tRNAの自己切断活性が見い出され、pre-tRNAのイントロン切除が起こっていることが明らかにされている。特にイントロンをもつArabidopsis tRNA^<Tyr>では非イオン界面活性剤の系でもスプライシングエンドヌクレース依存性切断が起こると考えられることから、RNA酵素とともに生命の進化に大きな関係があるものと考え、これら切断反応の作用機序を詳細にすることも目的とする。イントロンを含むpre-tRNA^<Tyr>に対するイントロン切除を確認するために、まずモデル反応としてピリミジン-A間で切断が起こるようなRNA13mer(GUUUCGUACAAAC)を用いてスプライシング反応に必須であるMg^<++>の存在下、切断反応に要求される最適条件を検討した。そしてMg^<++>濃度、5μM、pH7.8、反応温度37°Cの条件下で最高の切断活性を示した。そこで実際にArabidopsis thaliana tRNA^<Tyr>をT7転写により構築し、上記で述べた条件下でイントロンの切除を試みたところ、主にtRNA^<Tyr>のU_<49>-A_<50>、U_<38>-A_<39>間で切断が起り、5'-_<39>AGACGCAGAUU_<49>-3'のイントロン部位が切除されることがわかった。しかし、スプライシング反応にはMg^<++>が必須であることから、Mg^<++>の存在下で反応を進行させているために、逆にtRNA^<Tyr>の構造を安定化させ、切断活性が低下するといった結果が得られた。この切断反応をMg^<++>のかわりにNH_4^+の存在下で行った場合にはその切断活性も向上した。特にtRNA^<Phe>の結晶構造中には4個のMg^<++>が配位し、その安定性に寄与していることからも、Mg^<++>が切断活性に強く影響を与えているものと思われる。現在Mg^<++>-Briji58の濃度を変化させることでその切断活性の向上にもつとめている。また、通常スプライシング反応は低温で進行しやすいとの説もあり、この点についても検討中である。しかし、Mg^<++>-非イオン界面活性剤の系でtRNA^<Tyr>のイントロン切除が起こるといった事実は初めての例となる。
微量金属元素同位体を用いた北極圏の陸域および縁海の環境変動解析の試み

本研究では、ベーリング海、オホーツク海などの沿岸海洋に流入する陸源物質の起源・流入量の指標として微量金属元素Sr、Ndの同位体、Feの安定同位体に着目した。ベーリング海堆積物中の鉄マンガン酸化物および炭酸塩の分析から、この海水起源(溶存態起源)のSrやNdの同位体組成が周辺大陸の地殻(ユーコン川流域、など)や火山島(アリューシャン列島、など)からの流入の影響を強く反映していることを確認した。また、オホーツク海堆積物中の溶存態起源成分のFe同位体分析から、アムール川からの供給を示唆する"軽い"Fe安定同位体組成を示すものを見出した。さらに、現世ベーリング海堆積物中の珪酸塩砕屑物のSr、Nd同位体のマッピング(地域分布)と過去100年間の同位体変動解析から、北極圏陸域の気温変化と沿岸海洋への土砂流出量の相関性を新たに見出した。河川から海洋に流入する陸源物質は沿岸海洋の生態系をコントロールする重要な要因の1つである。本研究では、生物生産の高いベーリング海をモデルフィールドとし、アラスカを流れる大河川ユーコン川などからの陸源物質の流入の時系列変化とその変動要因を探るため、海洋堆積物中の微量金属元素同位体の利用を試みる。特に、沿岸海洋に流入する陸源物質の起源・流入量の指標としてSr、Nd同位体の利用を、また大陸氷河や永久凍土の融解による地表の風化・浸食の変化を念頭に置き、陸域の環境変化の指標としてHf同位体の利用を試みる。平成20年度は、(a)堆積物中の鉄マンガン酸化物および炭酸塩(溶存態起源)と、(b)堆積物中の珪酸塩砕屑物の、それぞれのSr、Nd、Hf同位体を分析し、(a)、(b)のデータの対比から、ベーリング海における陸源物質のトレーサとしての有用性を確認した。また、マルチプルコア試料21地点の最表層部(みらい航海MR06-04 Leg.2で採取)を使用して現世ベーリング海堆積物中の珪酸塩砕屑物のSr、Ndのマッピング(地域分布解析)を行い、これらの砕屑物は基本的にユーコン川起源の物質とアリューシャン弧の火山起源物質の2つの混合物であることを明らかにした。以上の結果は、ベーリング海堆積物の微量金属元素同位体が、アラスカを流域とするユーコン川からの陸源物質流入量の時系列変化の解析に非常に有用であることを示している。平成21年度以降は、海水起源の鉄マンガン酸化物の同位体マッピングと、過去100年間の同位体変動解析から、近年の温暖化にともなう北極圏の陸域の大陸氷河や永久凍土の融解による表土流出との関連について検討する予定である。特に、沿岸海洋に流入する陸源物質の起源・流入量の指標としてSr、Nd同位体の利用をし、北極圏の陸域の環境変化が沿岸海洋に与える影響を探る。平成21年度までに、(a)堆積物中の鉄マンガン酸化物および炭酸塩(溶存態起源)と、(b)堆積物中の珪酸塩砕屑物の、それぞれのSr、Nd同位体を分析し、(a)、(b)のデータの対比から、海水起源(溶存態起源)のSrやNdの同位体組成が示す地球化学的な意味を検討した。この海水起源成分に関する研究成果の一部は国際誌Geologyに投稿、受理され、今年度に掲載される予定である。また、現世ベーリング海表層堆積物中の珪酸塩砕屑物のSr、Nd同位体のマッピング(地域分布解析)、さらに、北極圏陸域の大陸氷河や永久凍土の融解による表土流出と沿岸海洋への流入・堆積の関連について検討するため過去100200年間のベーリング海堆積物の同位体変動(経年変化)解析も進めた結果、ベーリング海への陸源物質の起源、供給量の変化の詳細が明らかとなった。特に、北極圏の年平均気温の変化と、ベーリング海に流れ込む陸源物質の間に関係が見られたことは新たな発見である。これらの研究成果について、国際誌への投稿準備を進めている。