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量子集合論の確率解釈の研究

量子論理に基づく集合論である量子集合論の研究は,論理学的方法で量子論を再構築し,量子論の確率解釈を拡張することを目指している。量子論理には含意結合子の選択に任意性があり,その標準化や個別化が長年の問題とされてきた。本研究では,含意結合子の選択による量子集合論の差異に着目し,量子集合論の移行原理が成立する多項式定義可能な2項演算がちょうど6種類あることを証明し,そのうち実質含意と呼ばれる3種に対して,量子集合論で定義される量子物理量の順序関係の確率解釈の差異を明らかにし,実験的検証可能な特徴付けを与えた。この研究により数学基礎論と物理学の新しい境界領域の展開と量子情報技術への応用が期待できる。量子論理では,論理的含意の選択に任意性があり,佐々木含意,対偶的佐々木含意,相関論理的含意の3種の結合子が適切な候補とされている.基本的問題は,量子論の操作的な概念の分析からどのようにして適切な含意結合子を選ぶかという問題である.本研究では,このような分析を量子集合論を用いて行った.量子集合論では,これまで,佐々木含意が採用されてきたが,本研究では,他の2種の含意に基づく量子集合論を展開して,集合論の論理式に対する量子真理値の相違を調べた.これまで,ZFCの定理の量子真理値を決定するための移行原理が導かれたが,本研究では,これらの3種の量子集合論で同じ形の移行原理が成立することが示された.また,量子集合論における実数の全体ともとのvon Neumann代数にアフィリエイトする自己共役作用素の全体の間に1対1対応が存在することが示されたが,これら3種の量子集合論でも,同等の1対1対応が成立することが示され,また,量子実数の間の等号関係の真理値は,これら3種の量子集合論でも同じ値が与えられることが示された.ここまでは,異なる含意結合子を用いてもそれらの量子集合論は基本的な部分で同等の構造をもつことが示されたが,大変興味深いことに,量子集合論における実数の順序関係については,操作的解釈に明らかな相違が示された.順序関係の操作論的意味を明らかにするために,任意の2つの物理量の継続的射影測定の測定値の結合確率によって順序関係の量子論的真理値を特徴付けた.この特徴付けによって,それぞれの含意結合子の意味の相違を,物理量の測定によって得られる確率の相違と言う操作的な方法で,世界で初めて明らかにすることができた.本研究成果は,量子物理学と論理に関する国際会議QPL2016において採択率36%の口頭発表に選ばれた.量子論理では,論理的含意の選択に任意性があり,佐々木含意,対偶的佐々木含意,相関論理的含意の3種類が有力な候補とされてきたが,なかでも佐々木含意が多数派を占めてきた.量子集合論の研究では,1981年の竹内の研究以来,専ら佐々木含意にもとづく研究がなされてきた.しかし,佐々木含意のみを特権的に扱う根拠は明らかではなく,量子論理の含意の他の選択についても様々な研究がなされてきた.にもかかわらず,量子力学の操作的な概念の分析からどのようにして適切な含意結合子を選ぶかという問題に明確な指針が得られたとは言い難い状況であった.この状況は,これまでの量子論理の研究が,命題論理の分析に終始して,量子力学と十分な関わりを持てなかったことに起因している.一方,量子集合論の研究では,量子集合論内の実数と量子物理量の間に1対1の対応が存在することが示され,量子力学の観測命題を量子集合論の命題に埋め込むことができることが示される等,量子力学と密接な関係が明らかにされてきた.本研究では,量子集合論における含意結合子を他の2種類の論理結合子に拡張して,それぞれの量子集合論における実数の構造を調べることにより,量子的含意結合子の物理学的意義を明らかにするという構想を得,今年度の研究では,このような分析の結果,3種類の含意結合子に関して,これまでまったく予想されなかった新しい意味が見出された.つまり,佐々木含意は,過去に行われた測定値から未来の測定値の論理的推測に対応し,対偶的佐々木含意は,未来の測定値から過去の測定に関する論理的推測に対応し,相関的論理含意は,その両者の推測を同時に行うことに対応することが示された.このように,永年の課題に対して全く新しい地平を切り開くことができ,当初の計画以上の成果を上げた.この成果は,当分野で評価の高い国際会議QPL2016において採択率36%の口頭発表に選ばれた.量子論理では,含意結合子の選択に任意性があることが知られている。本研究では,以下の性質を持つ2項演算を一般化含意結合子と呼んで研究した。(i)結合子の値が結合される2元から生成される部分論理に属する。(ii)可換元に対して分配的である。(iii)ブール代数上では古典的含意と一致する。直相補束の多項式で定義可能な一般化含意は,ちょうど6種類あることが知られている。本研究では,フォン・ノイマン代数の射影束で定義可能な一般化含意結合子の研究を行なった。竹内によって1981年に導入された2項演算と多項式的定義可能な一般化含意を利用して,連続パラメータを持つ一般化含意含意接続子の族を定義し,そのうちに実際に多項式定義可能ではないもののパラメータの範囲を決定した。

これらを含む一般化含意による量子集合論の解釈で,ZFCの定理がすべて成立する論理はブール代数論理に限ることを証明した。次に,量子集合論において任意の2項演算を含意とする解釈を定義し,その解釈でZFC集合論の定理がすべて成立するためには,上記(iii)の性質が必要であることを証明し,特に,多項式含意による解釈でZFC集合論の定理がすべて成立するものは,ちょうど上記の6種類の論理結合子に限られることを証明した。従来の量子集合論では,含意接続子として佐々木アローが選ばれていたが,研究期間全体を通じて実施した研究の成果により,それを,佐々木アロー,対偶的佐々木アロー,相関論理的含意などの一般化含意に拡張することが可能であることが示され,また,それらの含意による量子物理量の順序関係の解釈の差異が明らかにされるなど,量子場理論を含む量子論への量子集合論の応用に関して,より柔軟なとり扱いが可能になった。量子論理に基づく集合論である量子集合論の研究は,論理学的方法で量子論を再構築し,量子論の確率解釈を拡張することを目指している。量子論理には含意結合子の選択に任意性があり,その標準化や個別化が長年の問題とされてきた。本研究では,含意結合子の選択による量子集合論の差異に着目し,量子集合論の移行原理が成立する多項式定義可能な2項演算がちょうど6種類あることを証明し,そのうち実質含意と呼ばれる3種に対して,量子集合論で定義される量子物理量の順序関係の確率解釈の差異を明らかにし,実験的検証可能な特徴付けを与えた。この研究により数学基礎論と物理学の新しい境界領域の展開と量子情報技術への応用が期待できる。今後は,今年度の研究で得られた3種の含意結合子に関する成果に基づいて,当初の計画を拡大して推進していく計画である.また,研究成果の取りまとめのために来年度に延期した国際会議の発表を行う等,広く研究成果発表のための活動を推進する.数物系科学今年度の研究において当初の計画で想定した以上の研究の進展があったため,予定していた国際会議等研究発表を延期したため.
ナノ結晶粒超塑性を利用した金属間化合物の変形能の改善

高温構造材料として期待される金属間化合物の短所となっている脆性を改善するため、この材料における極微細粒超塑性現象の発現に関する基礎研究を行った。本年度は試料の作製装置の開発とそれを用いた試料作製に重点をおいた実験をした。試料作製装置は超高真空雰囲気対応のフランジをもちいて組み上げたステンレス容器にターボ分子回転排気装置をとりつけて作製した。作製した容器は100万分の1気圧まで排気することが可能であり、この試料作製条件を十分に満足するものであった。このなかで蒸着源を独自に開発した真空蒸着法をもちいて岩塩基板上に試料となるニッケル-アルミニウム系金属間化合物を作製した。作製した試料を高分解能電子顕微鏡で観察し観察像を写真フィルムに撮影した。観察像を電子計算機(パーソナルコンピュータ)によって解析した。結晶粒径が110nm程度の結晶粒からなる組成比1:1、3:1、1:3および2:3のニッケル-アルミニウム金属間化合物相を本法によって作製できることが本研究より初めて明らかとなった。これらのうち組成比1:1、3:1および2:3の相についてはそれぞれ単相の試料が得られることがわかった。各試料作製時における基板温度、蒸着量比率、蒸着速度などの各種の試料作製条件を把握することができた。電子顕微鏡内で観察中に試料加熱ができる装置をもちいてこれらの昇温を行った。組成比3:1のニッケル-アルミニウム金属間化合物の安定構造であるL12型規則構造は400°C以下であるならば結晶粒径が5nmまで安定であることがこの実験より示された。組成比が1:1のB2型構造についても同様な実験結果を得ることができた。高温構造材料としての金属間化合物の組織微細化が広く進められようとしている現在、本研究で得られたこれらの結果はこの種の材料設計の基礎となる重要なものとなった。
低温プラズマ滅菌装置の開発

本研究は,高周波プラズマ状態のガス雰囲気中で,有機物を迅速に分解除去して滅菌効果を得ることを目的としており,研究した結果,以下の成果を得た.1)フォトレジストをウエハに塗布して酸素ガスにてプラズマ処理(アッシング装置:PACK-1,ワイエイシイ社)した.レジストの膜厚(膜厚計にて測定)は,ウエハを石英ラックに水平でなく垂直に設置した方が,また出力が大きいほど,放電方式が同軸電極より対向電極の方が,減少量が大きかった.2)細菌芽胞を塗布した試料を,対向電極方式でプラズマ処理した.試料をトリプトケース培地にて培養すると,ヒータ温度が高いほど,処理時間が長いほど,出力が大きいほど,芽胞の死滅効果は大となった.ヒーター温度60°C,10分間のプラズマ処理により,芽胞B.Stearothemophilus10^4を塗布した試料10例すべてが培養陰性を示した.非プラズマ処理群(ヒーター温度60°C,100°C,140°C)では,試料は全て陽性培養であった.これより,プラズマ処理時の殺菌効果は,熱効果でなくプラズマ本来の物理的効果に依存することが明らかとなった.3)過酸化水素・低温プラズマ滅菌装置(STERRAD^*100R,ジョンソン&ジョンソン,ST装置)の滅菌機序を検討した.チャンバ内にバイオロジカルインディケータ(BI,ジョンソン&ジョンソン)を置いて電源を投入し,表示パネルの処理完了時刻の25分前に故意に電源を切ってプラズマ行程をスキップした.培養されたBIは10検体すべて陰性であった.この結果は,ST装置では,プラズマ行程前に,滅菌処理が既に完了しており,滅菌の主体はプラズマではなく過酸化水素ガスの薬理作用に依存していることを示唆するものである以上より,本研究で開発した装置は,過酸化水素などの薬剤を併用しないで,プラズマのみで滅菌効果を得ることのできる新しい画期的な滅菌方法である.本研究は,高周波プラズマ状態のガス雰囲気中で,有機物を迅速に分解除去して滅菌効果を得ることを目的としており,研究した結果,以下の成果を得た.1)フォトレジストをウエハに塗布して酸素ガスにてプラズマ処理(アッシング装置:PACK-1,ワイエイシイ社)した.レジストの膜厚(膜厚計にて測定)は,ウエハを石英ラックに水平でなく垂直に設置した方が,また出力が大きいほど,放電方式が同軸電極より対向電極の方が,減少量が大きかった.2)細菌芽胞を塗布した試料を,対向電極方式でプラズマ処理した.試料をトリプトケース培地にて培養すると,ヒータ温度が高いほど,処理時間が長いほど,出力が大きいほど,芽胞の死滅効果は大となった.ヒーター温度60°C,10分間のプラズマ処理により,芽胞B.Stearothemophilus10^4を塗布した試料10例すべてが培養陰性を示した.非プラズマ処理群(ヒーター温度60°C,100°C,140°C)では,試料は全て陽性培養であった.これより,プラズマ処理時の殺菌効果は,熱効果でなくプラズマ本来の物理的効果に依存することが明らかとなった.3)過酸化水素・低温プラズマ滅菌装置(STERRAD^*100R,ジョンソン&ジョンソン,ST装置)の滅菌機序を検討した.チャンバ内にバイオロジカルインディケータ(BI,ジョンソン&ジョンソン)を置いて電源を投入し,表示パネルの処理完了時刻の25分前に故意に電源を切ってプラズマ行程をスキップした.培養されたBIは10検体すべて陰性であった.この結果は,ST装置では,プラズマ行程前に,滅菌処理が既に完了しており,滅菌の主体はプラズマではなく過酸化水素ガスの薬理作用に依存していることを示唆するものである以上より,本研究で開発した装置は,過酸化水素などの薬剤を併用しないで,プラズマのみで滅菌効果を得ることのできる新しい画期的な滅菌方法である.プラズマ放電を用いた滅菌装置の開発を目的として,装置の特性について検討し,以下の結果を得た.1.RF出力測定:真空度100200Pa,酸素硫量500 SCCMのレシピにおいて,印加出力を100W500Wにした時のRF進行波は,設定値の5%以内であり,RF反射波はすべてOWであった.ガス流量を100500SCCMに変化させ,CCVの角度を20゚,30゚,50゚,70゚,90゚と変化させた場合の真空度を測定した.ガス流量の増加とともに真空度は低くなったが,CCVの角度を大きくすると真空度は増大し,CCVの角度調節によりほぼ任意の真空度を得ることが可能であった.3.試料の温度:チャンバ内の後壁より熱電対を挿入できるように設計を特注し,熱電対をウエハの表面にカプコンテープで貼り付けて,ウエハ面の温度を直接測定した.プラズマ放電すると,ウエハの温度はチャンバ内の温度より高くなり,ウエハの枚数が増加するほど温度の上昇は大となった.4.有機物のアッシング効果:ウエハに有機物(レジスト)をスピンクオターで均一に塗布し,プラズマ処理(酸素流量:200SCCM,出力:150W,CCV:30度,ヒーター60度,印可時間10分)し,処理前後のレジスト膜厚を膜厚計にて測定した.ウエハをラックに垂直に設置した群では,水平に設置した群に比較して,処理後のレジスト膜厚の減少率が大きく,アッシング効果が有意に高かった.5.消毒効果:細菌

芽胞液で汚染した試料をプラズマ処理すると,RF出力が高いほど放電時間が長いほど消毒効果が高かった.次年度は,本装置のRF印可条件や滅菌特性を詳細に検討するとともに,本研究に関連する過酸化水素プラズマ滅菌装置(市販装置)の滅菌機序についても合わせて検討していく予定である本年度の目的は、プラズマアッシング装置のチャンバー内を高度の真空に維持して、低温で安定したプラズマを発生できる反応条件とモニタリング系を確立すること,およびプラズマの殺菌効果と過酸化水素プラズマ滅菌装置(STERRAD*100^R,ジョンソン&ジョンソン,ST装置)の滅菌機序について検討を加えることであり,以下の成果を得た.1)出力,真空度,ガス流量,チャンバ内の温度の経時変化をモニタリングし,ストアできる測定系を確立した.2)バイオロジカルインジケータ(BI)を対向電極方式でプラズマ処理した.市販のBI(ジョンソン&ジョンソン)ではすべて陽性培養であった.市販のBIは芽胞が濾紙内に浸透あるいはアンプルで覆われているため,プラズマの効果が及びにくいものと推察される.自家製のBI(金属板や石英ガラス板に一定量の芽胞を塗布して作製)では,トリプトケース培地にて培養すると,ヒーター温度が高いほど,処理時間が長いほど,また出力が大きいほど培養陰性率が高くなった.ヒーター温度60°C,10分間のプラズマ処理により,芽胞B.Stearothemophilus10^4を塗布した試料10例すべてが陰性培養を示した.非プラズマ処理群(ヒーター温度60°C,100°C,140°C)では,試料は全て陽性培養であった.これより,プラズマ処理時の殺菌効果は,熱効果でなくプラズマ本来の物理的効果に依存することが明らかとなった.3)ST装置の滅菌機序を検討した.チャンバ内にBI(ジョンソン&ジョンソン)を置いて電源を投入し,表示パネルの処理完了時刻の25分前に故意に電源を切ってプラズマ行程をスキップした.培養したBIは10検体すべて陰性を示した.これより,ST装置では,プラズマ行程前に,滅菌処理が既に完了し,滅菌効果がプラズマではなく過酸化水素ガスの薬理効果に依存していることが示唆された.
ことばの多様性を考慮した語彙化文法によるWeb文書からの常識的推論規則の獲得

申請者は研究計画に従い,前年度の研究成果である具対物の属性/値の発見手法を応用して,Webから動的に文章のトピックの情報を獲得・提示する文章作成支援システムを構築した.提案システムは,まず,単純な語彙統語パタンを利用して,ユーザの書きかけの文章草稿から,その文章のトピックとなる(ユーザが潜在的に情報を必要とする)対象物を認識する.その後,昨年度提案した手法を用いて,Webのレイアウトから対象物に関する知識を属性/値の形で獲得し,ユーザに提示する。実際に,大手プログサイトのプログから語彙統語パタンにより認識できた対象物とその属性のうち,特に頻繁に現れていた20クラズ(例:女優)の対象物/属性(計611対象物/属性)について属性/値を獲得したところ,その約46.5%について属性/値を獲得することができた.また,獲得に要した時間は1対象物/属性当たり,平均20.7秒であった.提案システムは,知識獲得に利用するWebページ数を加減することで柔軟に知識の獲得率/速度をコントロールすることが可能であり,ブログ記事の作成支援など幅広い応用が考えられる.今後は,提案システムを公開し,その利用者が作成・公開した文書から常識的推論規則の獲得を試みる.提案システムを利用して作成した文章は,必然的にトピックの属性/値を多く含むため,異なるユーザが作成した文章であってもトピックが同じであれば,共通して含まれる属性/値を手がかりにすることで,対応する文を容易に同定することができる.このようにして得られた文の対は,それ自身が常識的推論規則の知識源となるだけでなく,Webに存在する文書から,常識的推論規則を獲得する際にも有用な手がかりとなる.外国旅費を利用して,本年度の成果を米国シリコンバレー及び、韓国釜山で行われた国際会議で発表した.申請者は、研究計画に従い、以下の手法の研究を行った.1.Webからの語彙化文法との統合を目的とした語彙知識の獲得知識獲得に用いる語彙化文法を整備することを目的として,文法に含まれていない情報の中で推論知識獲得の際に有用であると思われる事物のクラスの属性情報を、大量のWeb文書から効率よく獲得する手法を提案した.提案手法では,与えられた事物のクラス(例えば映画,野球選手,遊園地など)を含む大量のWebページを知識源とし,HTMLタグと文字修飾に基づく単純なパターンを用いた教師なし学習により,クラスの包括的な属性情報(例(映画):出演,監督,脚本など)を獲得する.本手法は既存手法と比べ,非常に高速に動作し,速度的には現実に存在するあらゆるカテゴリの属性知識を獲得することが可能である.実験では,第三者によって選ばれた10のクラスについて,各30個程度の属性を獲得した場合、得られた属性の8割程度が適切であることが確認できた.また,得られたクラスの属性知識の有用性を、各クラスに属する事物の属性情報を記述したWebページを発見するというタスクを通して評価した.実験では,クラスの属性知識を用いることで,事物に関する属性-属性値の情報を多く含むページを発見できることを確認した.この過程で得られた事物の属性情報を記述したページは,事物を話題とする常識的知識を多く含み,今後常識的推論知識を獲得する際にも有用な知識源となることが期待される.国内旅費を利用して,この研究の成果を国内学会で発表した.また,国外の研究状況を把握するために外国旅費を利用して国際学会に参加した.科研費で使用したノート型コンピュータは1のプログラムの開発に使用した.申請者は,研究計画に従い,前年度の研究成果であるクラスに対する属性/値の発見手法を利用して,様々なクラスに属するモノ(具対物)の属性/値の情報を獲得する手法を提案した.提案手法では,入力の具対物と属するクラス(例えばローマの休日-映画)に対し,予め獲得しておいたクラスの属性語(映画であれば監督、脚本、出演など)を用いて,オンデマンドで具対物の属性/値の情報を獲得する.具体的には,具対物と属するクラス,及びクラスの属性語をクエリとしてWebから具対物の属性/値の知識源の文書を収集し,ページ中でクラスの属性語が現れている箇所を手がかりに,実際に具対物の属性情報を記述したレイアウトを同定する.次にレイアウト中でクラスの属性語が現れている文脈からオンザフライで属性/値の記述パターンを推定し,そのパターンを利用して属性/値を抽出する.提案手法の有効性を確かめるために,50の具対物-クラスペアについて,実際にWebから属性/値の獲得を試みたところ,その74%について適切な属性/値を獲得することに成功した.属性/値は具対物に関して記述された事実であり,同一の具対物に対して(複数のWeb制作者により)記述された事実の間の意味的包含関係を大局的に考慮することで、(局所的な文脈から取れないという意味で)自明でない常識的推論知識を含む意味的等価あるいは包含関係にある表現対を多数導出できると期待される.外国旅費を利用して,昨年度の成果を英国エジンバラで行われたWWW国際会議で発表した.また,本年度の成果を国内学会で発表した.また,本年度の成果を国内学会で発表した.申請者は研究計画に従い,前年度の研究成果である具対物の属性/値の発見手法を応用して,Webから動的に文章のトピックの情報を獲得・提示する文章作成支援システムを構築した.提案システムは,まず,単純な語彙統語パタンを利用して,ユーザの書きかけの文章草稿から,その文章のトピックとなる(ユーザが潜在的に情報を必要とする)対象物を認識する.

その後,昨年度提案した手法を用いて,Webのレイアウトから対象物に関する知識を属性/値の形で獲得し,ユーザに提示する。実際に,大手プログサイトのプログから語彙統語パタンにより認識できた対象物とその属性のうち,特に頻繁に現れていた20クラズ(例:女優)の対象物/属性(計611対象物/属性)について属性/値を獲得したところ,その約46.5%について属性/値を獲得することができた.また,獲得に要した時間は1対象物/属性当たり,平均20.7秒であった.提案システムは,知識獲得に利用するWebページ数を加減することで柔軟に知識の獲得率/速度をコントロールすることが可能であり,ブログ記事の作成支援など幅広い応用が考えられる.今後は,提案システムを公開し,その利用者が作成・公開した文書から常識的推論規則の獲得を試みる.提案システムを利用して作成した文章は,必然的にトピックの属性/値を多く含むため,異なるユーザが作成した文章であってもトピックが同じであれば,共通して含まれる属性/値を手がかりにすることで,対応する文を容易に同定することができる.このようにして得られた文の対は,それ自身が常識的推論規則の知識源となるだけでなく,Webに存在する文書から,常識的推論規則を獲得する際にも有用な手がかりとなる.外国旅費を利用して,本年度の成果を米国シリコンバレー及び、韓国釜山で行われた国際会議で発表した.
ダイニン・微小管・DNA折り紙複合体の構築による軸糸ダイニンの力発生機構の研究

軸糸外腕ダイニン分子は、微小管上に規則的に結合し、鞭毛・繊毛の周期的屈曲運動に働くが、その制御のしくみは明らかでない。本研究では外腕ダイニン分子と微小管の複合体を作成し、微小管同士を架橋する構造を付加することにより運動中の複合体の解離を防ぎ、力発生中のダイニンを急速凍結して電子顕微鏡観察できるような系を構築する。まず、クラミドモナス鞭毛から抽出した軸糸外腕ダイニンをin vitroで重合した微小管に結合させ、二本の微小管の間にダイニンが規則的に並んだ複合体を作成した。二本の微小管を架橋するダイニンには、ストーク先端の微小管結合部位がどちらの微小管に結合するかにより二種類の向きがあるが、これらは逆向きに力を発生することが予想される。電子顕微鏡観察では、二種類の向きのダイニンがパッチをつくって結合していた。複合体にcaged ATPの光分解によってATPを加え、微小管同士の滑り運動が起こることを、蛍光顕微鏡を用いて観察した。次に、力発生時に微小管が滑り合って複合体が解離するのを防ぐため、微小管同士を架橋する構造として長さ約80 nmの棒状のDNA折り紙構造体を作成し、複合体に結合させた。DNA折り紙架橋の結合角度を電子顕微鏡観察で調べたところ、ATP非存在下では微小管に対して垂直な角度を中心とした分布を示したが、ATP添加後は角度のバラツキが大きくなった。この結果は、ATP添加によって微小管同士が滑り合い、DNA架橋が傾いたことを示す。さらに、DNA折り紙で架橋したダイニン・微小管複合体の運動を、光ピンセット法で調べた結果、多くの複合体が自律振動的な往復運動を示すことがわかった。軸糸ダイニン・微小管複合体を作成し、DNA折り紙構造を用いて架橋することにより、運動機能をもつとともに、電子顕微鏡構造解析に使用できる系を作成することができた。この過程で、運動機能をもつ複合体の作成や、架橋に適したDNA折り紙の作成、複合体への結合、架橋した軸糸ダイニン・微小管・DNA折り紙複合体の光ピンセット法による運動機能測定などにおける条件検討に予想以上の時間を要し、構造解析の進捗が遅れた。一方で、運動解析において非常に興味深い結果を得ることができた。光ピンセット法による運動計測でこれまでに得られた結果についての解析を進める。また、軸糸ダイニン・微小管・DNA折り紙複合体の構造を急速凍結してクライオ電子顕微鏡観察し、ATP非存在下とATP存在下での構造を比較する。軸糸外腕ダイニン分子は、2ー3個の異なるモータードメインをもち、負荷に応じて力発生機能を調節することによって鞭毛・繊毛の周期的屈曲運動に働くが、分子を構成する複数個のモータードメイン間の協調や負荷に対する応答の仕組みはわかっていない。本研究では、二本の微小管の間に外腕ダイニン分子が規則的に並んだ複合体を作成し、ここに微小管同士を架橋する構造を付加することにより運動中の複合体の解離を防ぎ、力発生中のダイニンを電子顕微鏡観察できるような系を構築する。構造を急速凍結固定して低温電子顕微鏡法で解析し、負荷のかかった状態で運動する軸糸外腕ダイニンの構造変化を高分解能で明らかにすることを目指している。本年度はまず、クラミドモナス鞭毛およびウニ精子鞭毛から抽出した軸糸外腕ダイニンを、in vitroで重合した微小管に結合させて複合体を作成し、二本の微小管の間にダイニンが一列に規則的に並ぶような条件を検討した。さらに、力発生時に微小管が滑り合って複合体が解離するのを防ぐため、複合体を構成する微小管同士を架橋する構造体を、DNA折り紙法を用いて作成した。長さ80 nm程度の棒状のDNA折り紙構造体をデザインし、これを複合体の微小管に結合させることにより、架橋構造の位置を電子顕微鏡で明確に観察できるような系を作成することができた。このような架橋構造を加えることにより、ATPを加えた時に起こる複合体の解離を防ぐことができることを確認した。追加採択され、研究期間が短かったため、申請時に予定していたほどの進展はなかった。それでも、継続してきた予備実験もあり、ATP添加時に複合体が解離せずダイニンが観察できるような複合体を作成し、次年度以降の研究につながる成果が得られた。軸糸外腕ダイニン分子は、微小管上に規則的に結合し、負荷に応じて力発生機能を調節することによって鞭毛・繊毛の周期的屈曲運動に働く。本研究では、二本の微小管の間に外腕ダイニン分子が規則的に並んだ複合体を作成し、ここに微小管同士を架橋する構造を付加することにより運動中の複合体の解離を防ぎ、力発生中のダイニンを急速凍結して電子顕微鏡観察できるような系の構築を目指している。まず、クラミドモナス鞭毛から抽出した軸糸外腕ダイニンを、in vitroで重合した微小管に結合させて複合体を作成し、二本の微小管の間にダイニンが一列に規則的に並ぶような条件を検討した。このような複合体にATPを加えたときに、実際に微小管同士の滑り運動が起こることを、蛍光顕微鏡を用いて観察した。ATP添加後、瞬時に微小管の滑り出しが起こるため、Caged ATPを用いることにより、運動を観察することができた。

長さ80 nm程度の棒状のDNA折り紙構造体をデザインし、これを複合体の微小管に結合させることにより、架橋構造の位置を電子顕微鏡で明確に観察できるような系を作成することができた。このような架橋構造により、ATPを加えた時に起こる複合体の解離を防ぐことができるかを蛍光顕微鏡および電子顕微鏡で確認した。微小管とダイニンの割合を変えて条件検討し、複合体中のダイニン分子の数が少ない時には複合体構造が保たれることがわかった。作成したダイニン・微小管複合体が微小管滑り運動を起こすことを確認するため、in vitro運動アッセイを行ったが、安定した滑り運動の観察が予想以上に困難だったため、進捗がやや遅れている。しかし、ダイニンの精製方法や運動アッセイの方法に工夫を重ねることにより、運動が観察できるようになった。軸糸外腕ダイニン分子は、微小管上に規則的に結合し、鞭毛・繊毛の周期的屈曲運動に働くが、その制御のしくみは明らかでない。本研究では外腕ダイニン分子と微小管の複合体を作成し、微小管同士を架橋する構造を付加することにより運動中の複合体の解離を防ぎ、力発生中のダイニンを急速凍結して電子顕微鏡観察できるような系を構築する。まず、クラミドモナス鞭毛から抽出した軸糸外腕ダイニンをin vitroで重合した微小管に結合させ、二本の微小管の間にダイニンが規則的に並んだ複合体を作成した。二本の微小管を架橋するダイニンには、ストーク先端の微小管結合部位がどちらの微小管に結合するかにより二種類の向きがあるが、これらは逆向きに力を発生することが予想される。電子顕微鏡観察では、二種類の向きのダイニンがパッチをつくって結合していた。複合体にcaged ATPの光分解によってATPを加え、微小管同士の滑り運動が起こることを、蛍光顕微鏡を用いて観察した。次に、力発生時に微小管が滑り合って複合体が解離するのを防ぐため、微小管同士を架橋する構造として長さ約80 nmの棒状のDNA折り紙構造体を作成し、複合体に結合させた。DNA折り紙架橋の結合角度を電子顕微鏡観察で調べたところ、ATP非存在下では微小管に対して垂直な角度を中心とした分布を示したが、ATP添加後は角度のバラツキが大きくなった。この結果は、ATP添加によって微小管同士が滑り合い、DNA架橋が傾いたことを示す。さらに、DNA折り紙で架橋したダイニン・微小管複合体の運動を、光ピンセット法で調べた結果、多くの複合体が自律振動的な往復運動を示すことがわかった。軸糸ダイニン・微小管複合体を作成し、DNA折り紙構造を用いて架橋することにより、運動機能をもつとともに、電子顕微鏡構造解析に使用できる系を作成することができた。この過程で、運動機能をもつ複合体の作成や、架橋に適したDNA折り紙の作成、複合体への結合、架橋した軸糸ダイニン・微小管・DNA折り紙複合体の光ピンセット法による運動機能測定などにおける条件検討に予想以上の時間を要し、構造解析の進捗が遅れた。一方で、運動解析において非常に興味深い結果を得ることができた。本研究で作成している複合体では、ダイニンが運動して微小管同士が滑り合ったとき、架橋構造が傾くことにより、運動の方向を検出できることを期待している。架橋構造の傾きは、最初に結合する時の角度や、架橋構造と微小管の間のリンカーの長さに依存するので、ATPの有無で傾きの差が観察できるように、ネガティブ染色電顕法で確認しながら、架橋構造のデザインを改良していく。架橋の効率もリンカーのデザインに依存するので、高効率で架橋が起こるよう、条件検討する。
糖鎖合成におけるドリコールリン酸マンノース供給メカニズムの解析

細胞膜上のタンパク質に存在するO-マンノース型糖鎖は細胞外基質と結合することで、筋肉などの形成に重要な役割を担っていることが考えられているが、その詳細なメカニズムは解明されていない。O-マンノース型糖鎖の形成に重要な糖転移酵素POMGnT1はマンノースにGlcNAcを修飾する酵素であり、変異があると先天的に筋肉や眼、脳に異常がみられる筋-眼-脳病(MEB)が発症することが知られている。これまでにこのPOMGnT1の変異のタイプにより、MEBだけではなく、網膜色素変性症を引き起こすことも明らかにしてきた。POMGnT1はCore M1構造を作る酵素であることが知られているが、一方でPOMGnT1は細胞外基質と結合するCore M3構造の合成にも関与していると推測されてきた。今回、このPOMGnT1が糖鎖を修飾する以外の機能によりCore M3の合成に関与していることを示した。点変異を入れたPOMGnT1を発現させた細胞のCore M3の合成量を調べた結果、POMGnT1の触媒ドメインに変異をもつ変異体だけでなく、ステムドメインに変異を持つ変異体でもCore M3の量を減少させることが明らかになった。また、POMGnT1のステムドメインが特定の糖鎖との結合能が高いことも明らかになった。さらに、POMGnT1は他のCore M3の合成に必要な糖修飾酵素と結合することが報告されている。以上より、Core M1を合成したPOMGnT1は、近傍で合成中のCore M3と結合し、Core M3の合成に必要な酵素の足場となることで、細胞外基質との結合に重要なCore M3 O-マンノース型糖鎖の合成に関与していると考えられる。この発見はMEBなど糖鎖異常が原因である先天性筋ジストロフィー症の病態解明や、治療法の開発に活用されることが期待される。
核膜選択的な蛍光ラベル化技術を活用した細胞核の動態解析

本研究では、ビオチンリガーゼがビオチン化された基質タンパク質と非常に安定な複合体を形成するという性質を有する特異なビオチン化酵素反応を利用して、核膜を選択的に蛍光ラベル化することできる技術を開発し、細胞分裂過程における核膜の動態解析を行うことを目的としている。今年度はまずこのラベル化技術を利用して、核膜を正常にラベル化できるかどうかを検証するために、核内膜を裏打ちするラミナを構成するラミンタンパク質との同時蛍光イメージングを行った。その結果、細胞の静止期(間期)においては、ラミンタンパク質と核膜の分布が完全に一致しており、また、核膜の形状に異常は見られなかったことから、本ラベル化技術を利用して、核膜を正常な状態で選択的にラベル化できることが実証できた。一方、本ラベル化技術では、2種類の融合タンパク質を細胞内で発現させる必要があるが、これまではそれら2種類の融合タンパク質について別々に発現プラスミドを作成し、それらを同時に細胞に導入することによりラベル化を行ってきた。しかしこの場合、2種類の発現プラスミドが適切な量、細胞に導入されて初めて核膜のラベル化がなされるため、ラベル化された細胞を観察できる確率が限定的なものとなっていた。そこで今年度は両融合タンパク質の遺伝子を単一の発現プラスミドに挿入にして、1種類のプラスミドを導入するだけでラベル化が可能な系を構築した。具体的にはInternal Ribosomal Entry Siteを介して両タンパク質を一本のmRNAとして発現させるプラスミドを作成した。さらに検出感度の向上させることを目的として、発光特性のすぐれた蛍光タンパク質をプローブとして利用したラベル化系も構築した。本研究で活用する核膜の蛍光ラベル化技術の性能を評価し、当初の予定どおり、2種類の融合タンパク質を同時に発現させる系の構築に成功し、また蛍光検出感度を向上させることが可能な蛍光プローブの作成にも成功したため。最適な条件下で核膜の蛍光ラベル化を行い、そのラベル化された細胞についてタイムラプスイメージングを行い、細胞分裂過程における核膜の動きを追跡する。ここでは、小胞体などの他の膜組織全体をラベル化するために、小胞体のマーカータンパク質と蛍光タンパク質の融合体を共発現させる。そして、細胞分裂過程において、核膜を構成していた脂質膜がどのように小胞体などの脂質膜と融合し、さらに分裂した細胞にどのように再分配されるかについて詳細に解析を行う。また、細胞分裂過程の各段階(前期、中期、後期、終期など)を識別するために、染色体の蛍光ラベル化も試みる。ここでは、ヒストンと蛍光タンパク質の融合体を共発現させることにより、染色体の動きも同時に追跡する。また、現在一般に受け入れられている核膜の崩壊・再構成のメカニズムでは、核膜は崩壊後、小胞体に吸収され、その独自性を失うものと考えられている。しかし我々のこれまでの検討からは、このメカニズムに反する結果が得られている。そこで、このような核膜の動態に関する新たなメカニズムを提唱するのに必要なデータを取得することに重点をおいて研究を進める。

ここでは、ヒストンと蛍光タンパク質の融合体を共発現させることにより、染色体の動きも同時に追跡する。また、現在一般に受け入れられている核膜の崩壊・再構成のメカニズムでは、核膜は崩壊後、小胞体に吸収され、その独自性を失うものと考えられている。しかし我々のこれまでの検討からは、このメカニズムに反する結果が得られている。そこで、このような核膜の動態に関する新たなメカニズムを提唱するのに必要なデータを取得することに重点をおいて研究を進める。今年度の助成金については物品の購入のみに充てたため、次年度使用額が生じた。その未使用分と併せて次年度の助成金については、物品費と旅費に充てる予定である。
微生物が生産する新しい氷核剤の高生産と応用

Xanthomonas compestris pv.translucensIFO13599により,低いβ-ガラクトシダーゼにもかかわらず,ラクトース100mgから18.5mgのキサンタンガムが生産された。この値はグルコースを基質とした場合の1/15の生産性であった。また,この菌体はキサンタンガムと共に氷核物質の生産も行い,その時の氷核形成温度は(T_<50>)は2.8°Cであった。次に,不溶物を除去したホエーを原料として,氷核剤とキサンタンガムの生産を試みた結果,最適条件下で168時間の培養することにより,最大値に達することがわかった。得られたキサンタンガムは市販の物と比較して粘性率が低く,加水分解してTLCとHPLC分析した結果,ピルビン酸が含まれていないことがわかった。また,氷核活性細菌,Pseudomonas fluorescens KUIN-1が生産する菌体外氷核活性物質(EIM)を精製した。このEIMの形は直径10-100nmの球状であった。このEIMの氷核活性ならびに氷核安定性は菌体内のものと同様であり,Erwinia uredovora KUIN-3のEIMのような異なる構成成分を有するクラスA(-5.0°C),クラスB(-6.7°C)とクラスC(-7.5°C)が存在することが明らかとなった。EIMの組成はタンパク質が56%,脂質が15%,糖が10%と,ポリアミンが19%であった。ウエスタンブロッティングによるSDS-PAGE分析により,氷核タンパク質(INP)の分子質量は110,000Daであった。脂質の脂肪酸組成は細胞内外膜のものと同様であり,糖はグルコース,ガラクトサミン,ラムノースなどで構成されていた。さらに,EIMの組成として,カダベリン,スペルミジンとプトレッシンが存在した。このEIMはワインや酢の凍結濃縮に非常に有用であった。氷核活性細菌は,一般によく知られているヨウ化銀よりもはるかに高い温度で小滴を凍結させる物質を作ることを報告してきた。従来,物理的現象として考えられていた水の凍結という現象に細菌が深くかかわっていることは非常に興味深く,こうした細菌の生活の知恵を学びたいと思い,上記の課題名の研究を進めてきた。食品工業利用微生物の1種であるXanthomonas compestris pv.translucens(X.c.t.)が氷核活性を有する細菌であることがわかった。そこで,当研究室では衛生面で安全であると考えられるX.c.t.菌株を用いて,氷核剤とキサンタンガムの生産を試みた結果,炭素源としてショ糖を用いた場合には,ショ糖100mgから76.6mgのキサンタンガムが生産されることがわかった。その時の細胞の氷核形成温度(T_<50>)は-2.9°Cであった。次に経済的な原料を使用して,氷核剤(細胞)とキサンタンガムの生産を試みた結果,ホエーの濃度が約6%付近がキサンタンガムの生産が多く,氷核剤のT_<50>も高いことがわかった。初発pHは7付近で培養温度は20°C付近が良好であった。市販のキサンタンガムの構成成分と比較するために,菌体外のキサンタンガムを加水分解して,TLC分析した結果,グルコース,マンノース,グルクロン酸と酢酸から構成されていることがわかり,ピルビン酸は含まれていないことがわかった。

以上の結果から,X.c.t.菌株を使用して,キサンタンガムを生産するとともに,菌体は氷核剤として,人工降雪剤,凍結濃縮剤,蓄冷材や食品素材改良材などへの応用が期待される。氷核活性細菌,Pseudomonas fluorescens KUIN-1が生産する菌体外氷核活性物質(EIM;Extracellular Ice-nucleating Matter)を精製した。このEIMの形は直径10-100nmの球状であった。このEIMの氷核活性ならびに氷核安定性は菌体内のものと同様であり,Ernwiniauredovora KUIN-3のEIMのような異なる構成成分を有するクラスA(-5.0°C),クラスB(-6-7°C)とクラスC(-7.5°C)が存在することが明らかとなった。EIMの組成はタンパク質が56%,脂質が15%,糖が10%とポリアミンが19%であった。ウエスタンブロッティングによるSDS-PAGE分析により,氷核タンパク質(INP;Ice-Nucleating Protein)の分子質量は110,000Daであった。脂質の脂肪酸組成は細胞内外膜のものと同様であり,糖はグルコース,ガラクトサミン,ラムノースなどで構成されていた。さらに,EIMの組成として,カダベリン,スペルミジンとプトレッシンが存在した。このEIMはワインや酢の凍結濃縮に非常に有用であった。氷核活性細菌であるPseudomonas属からの初めてEIMの精製を行うことができ,さらにEIMの食品の凍結濃縮への応用の可能性を示した。
氷床コアの含有空気量解析による氷床変動の復元に関する基礎研究

南極地域観測隊により採取された氷床コア(H231、みずほ、AC)から薄片試料(厚さ11.5mm)を作成し、これに含まれている気泡を顕微鏡を使い写真に撮影した。この写真をコンピューターに入力し、気泡の形状と数密度を調べた。これは、過去の氷床変動を復元する有力な方法である“含有空気量"の変動メカニズムを明らかにするための基礎研究として行なわれた。以下に解析結果と考察をまとめる。1.解析結果(1)気泡形状気泡の平均体積(V)との氷が形成された地点の年間平均気温との間に正の相関があった。すなわち、年間平均気温が最も低い(-43°C)ACコアではVが最も小さく、年間平均気温が最も高い(-25°C)H231コアではVが最も大きかった。(2)気泡の数密度単位体積当たりの気泡の数を気泡の“数密度"と定義するが、この数程度(rho)は氷が形成された年間平均気温との間に負の相関があった。すなわち、年間平均が最も低い(-43°C)ACコアではrhoが最も大きく、年間平均気温が最も高い(-25°C)H231コアではrhoが最も小さかった。考察含有空気量は、雪の氷化完了密度の変動に敏感である。これまでの研究により、この氷化完了密度が地点によらずほぼ一定であることが示されていたが、この原因として上記の気泡形状が年間平均気温に対して、それぞれ逆センサで変化し、結果として雪の氷化完了密度をほぼ一定にしていると考えられる事がわかった。また、この事実は氷化の初期段階においては年間平均気温が高い地点の雪のほうが低い地点の雪よりも、気泡体積(単位質量当たりの気泡の体積の総和)が大きいという実験結果を説明できる可能性がある。これらの知見は、含有空気量の地域変動メカニズムを明らかにする上で貴重なデータとなると考えられる。これらの気泡形状・密度の年間平均気温依存性の原因としては、降雪粒子径の温度依存性(堆積直後の初期効果)と堆積後の雪の変態過程(しもざらめ雪形成過程)が考えられるが、これは今後の課題である。
統合失調症における幻聴発生の神経活動基盤の多角的脳画像研究

幻聴は統合失調症者の主症状の1つであり、社会生活機能障害と強い関連が示されている。また、幻聴を持つ統合失調症者の研究では、幻聴症状の程度と種々の聴覚刺激誘発成分とに相関を認める一方で、間欠的な幻聴をもつ統合失調症者の幻聴の開始、終了に関わる即時的な神経活動の変化について未だ明らかになっていない。本研究では、幻聴体験による自発脳活動およびγ帯域聴性定常反応(ASSR)の即時的な変化について検討を行い、ASSRの早期成分が幻聴体験の有無によって変化する可能性を見出した。今後はさらに大サンプルでの検討を行う事で、幻聴体験の発生に関わる病態解明に繋がると考えられる。本研究の目的は、統合失調症者を対象に、幻聴発生に関わる神経基盤、および幻聴による外部音声処理機構の変化について多角的に明らかにし、幻聴発生に関わる脳部位を全脳的に解明することにある。本年度は、まず被験者のリクルート及び各検査が滞りなく遂行できるように、具体的な研究のセットアップを行った。セットアップ完了後、脳磁図において幻聴を持つ統合失調症者の記録を行い、予定通りのサンプル数のデータの集積を行った。また、機能的MRIについてはセッティングが難航しており、現在他施設でデータ収集を行うことも含めて、調整を行っている。脳磁図での幻聴を持つ統合失調症者の記録については当初の予定どおりの記録を行っている。一方、機能的MRIの撮影については課題のセッティングが難航しており、現在、他施設での機能的MRIの撮影を調整している。幻聴は統合失調症者の50-80%に出現する主症状の1つであり、社会生活機能障害と強い関連を示す事が報告されている。さらに、幻聴に焦点を当てた治療により社会機能と生活の質(QOL)の改善が得られるとの報告もあり、幻聴発生のメカニズムの解明と幻聴に対する客観的指標の開発は、統合失調症者の社会機能とQOLの改善に大きく貢献すると考えられる。本研究の目的は、幻聴の開始、終了に伴う神経活動の即時的変化を全頭型脳磁計とfMRIを用いることで、高い空間および時間分解能をもって脳構造・機能を評価することにある。具体的には、健常者25名、幻聴を伴わない統合失調症者25名、幻聴を伴う統合失調症者13名について脳磁図の記録を行った。脳磁図記録は3群共に音刺激(40Hzクリック音)に対する反応を記録し、さらに幻聴を伴う統合失調症者については幻聴中の自発脳活動の記録を行った。機能的MRIについては、予定していた1.5T MRIから他施設での更に高解像度の3.0テスラMRIへと変更を行った為、セッティングに時間を要し、現時点では健常者5名の記録が終了している。現時点での解析では、幻聴を伴う統合失調症者での幻聴オンオフに関わる脳活動について、幻聴オン-オフのセクションが解析可能な割合で出現した8名について解析を行い、40Hz帯域の聴性定常反応(ASSR)の200ミリ前後で幻聴の有無による変化を認めた。このことから、幻聴を伴う統合失調症者では幻聴中の音声処理に関わるガンマ帯域活動の変化が現れ、ASSRがその指標となり得る可能性が示唆された。今後は更に対象者を増やし、fMRIを伴った詳細な解析を行うことで、幻聴の神経学的基盤の解明につながることが期待できる。被験者のリクルート及び各検査が滞りなく遂行できるように、研究分担者と連携研究者の協力のもと、効率よく研究を推し進めていく。機能的MRIについては、連携研究機関と連携し、早急に記録ができる体制を整える。すでに記録を終えたデータについては、各解析の専門家(上野、平野)との連携のもとで順次解析を行ない、必要に応じて国内外の連携研究先に赴き、解析したデータの妥当性についての検討も行う。臨床神経生理
新しい脂肪細胞株を用いた脂肪細胞由来サイトカイン産生の制御物質の探索と解析

C3H/Heマウス皮下組織由来の新規前駆脂肪細胞株のAP-18細胞は脂肪細胞特異的遺伝子や脂肪細胞関連遺伝子を発現しており、インスリン添加のみで容易に白色脂肪細胞に分化する細胞であることを明らかにした。次に、AP-18細胞を用いインスリン抵抗性改善作用が示唆されている臨床薬剤や対照薬のadiponectinおよびGLUT-4の遺伝子発現とadiponectin蛋白産生に及ぼす影響を解析した。SU薬のGliclazideとglibenclamide、チアゾリジン薬のpioglitazone、ACE阻害薬のdelaprilはadiponectinとGLUT4の遺伝子発現、及び培養上清中adiponectin濃度を増強したが、ビグアナイド薬のmetformin、ACE阻害薬のtemocaprilとcaptopril、ARBのcandesartane、α1遮断薬のdoxazosine、β1遮断薬のmetprololとselectol、システイン化合物のmethylcysteineなどにはこれらの作用はなかった。最後に、SU薬のgliclazideとglibenclamideのヒト血中adiponectin濃度に及ぼす影響を解析するために、薬剤単独投与中の2型糖尿病患者(n=1416)の血中TNF-α、IL-1β、IL-6、adiponectin、レプチンの濃度を測定した。少数例であり、測定値のバラツキが大きいが、血中TNF-α濃度はglibenclamide投与群よりもgliclazide投与群で低く、逆にadiponectin濃度はglibenclamide投与群よりもgliclazide投与群で高い傾向にあった。SU薬に脂肪細胞のadiponectin・GLUT4遺伝子発現増強およびadiponectin蛋白産生増強作用のあることがAP-18細胞を用いて明らかになった。C3H/Heマウス皮下組織由来の新規前駆脂肪細胞株のAP-18細胞は脂肪細胞特異的遺伝子や脂肪細胞関連遺伝子を発現し、インスリン添加のみで容易に白色脂肪細胞に分化する、in vitroの実験に使用しやすい細胞であることを、我々は明らかにした。本研究では、AP-18細胞を用い、インスリン抵抗性改善作用が示唆されている臨床薬剤のadiponectinとGLUT4の遺伝子発現に及ぼす影響を解析した。少数例であり、測定値のバラツキが大きいが、GCZとGBCの比較では、我々の従来のin vitroやマウスの実験結果と矛盾なく、血中TNF-α濃度はGBC群よりもGCZ群で低く、逆にAdipo濃度はGBC群よりもGCZ群で高い傾向にあった。
スギ花粉アレルギーをモデルとした減感作治療の作用機序の解析

平成9年度において12名のスギ花粉症患者より、スギ花粉アレルゲン特異的T細胞株を樹立し、この全例に減感作治療を施行した。平成10年度は、上記12名に加え、対照群として3名のスギ花粉症患者より特異的T細胞株を樹立し、これらが認識する。T細胞エピトープを同定し、さらにこの際産生されるサイトカインを定量した。治療群12名に由来するT細胞株が認識するT細胞エピトープは、治療の前後において大きく変化を認め、なかには、インターロイキン4が減少し、インターフェロンγが増加する変化を示すものもあったが、未治療群(対照群)においても、T細胞エピトープに変化を認めたため、前述の変化が減感作治療に由来するものとは、確定できないと考えられた。しかし、海外のグループから我々と同様の観点にたった報告がなされており、さらに研究を進めることによって、減感作治療の作用機序を解明する手がかりが得られるものと考えられた。12名のスギ花粉症患者の末梢血リンパ球より、スギ花粉主要抗原(Cryjl)特異的T細胞株を樹立した。このうち9名は減感作治療施行群、3名は非施行群である。Cryjlのアミノ酸配列に従って合成したオーバーラッピングペプチドと、Cryjl特異的T細胞株との反応性を検討することによって、Cryjlには少なくとも17ヶ所のT細胞エピトープが存在すること、さらに、このうち4ヶ所に対しては複数のT細胞株が反応性を示し主要なT細胞エピトープが存在する可能性があることが示された。また、各T細胞株が産生するサイトカインを定量することによって、インターロイキン4(IL-4)優位の株、インターフェロンγ(IFN-γ)優位の株、IL-4,IFN-γを同等に産生する株が存在し、これらのパターンはT細胞が由来する患者の羅病期間、治療歴、抗原特異的抗体価とは関係を認めないことを明らかとした。さらに、各T細胞株と全ての合成ペプチドとの反応性を増殖反応及び、サイトカインについて検討して、抗原ペプチド(T細胞エピトープ)によってサイトカインの産生パターンは規定されないこと、また、増殖反応が低値でありながら、IL-4あるいはIFN-γを産生するT細胞は認められないことを明らかとした。次年度では、これらの反応パターンが減感作治療によっていかに変化するかという点について検討する予定である。
LESによる都市の安定境界層内における汚染物拡散の抑制機構の解明

研究は順調に終了した。最終年度は、都市気候モデルの完成を図るとともに、都市の空気環境のケーススタディを中心に研究を行った。温度成層が沿道市街地の汚染物拡散に及ぼす影響について風洞実験を行い、市街地における汚染物拡散の物理的構造をを把握するとともに、数値解析検証のためのデータベースを収集した。これにより本研究で用いた数値解析手法の有効性を確認した。更に、東京首都圏の都市の土地利用状況が変化した数種類ケースの解析を行い、都市化が都市気候に及ぼす影響並びに、汚染物質の拡散状況の変化について検討を行った。特に東京湾から足尾山地にいたるまでの海陸風が、市街地で発生した汚染物質をどのように輸送するかについて検討を行った。即ち、上記の都市化の発展による都市域の風系の変化が、汚染物輸送にもたらす効果について検討した。これらの実験と数値計算による検討結果は、汚染物拡散を合理的に制御する都市計画のための設計資料として利用されることが期待できる。(1)風洞模型実験による浮力影響下の流れ場、拡散場の測定風洞内に浮力のあるガスを排出することにより建物模型、或いは街区模型周辺に形成される安定領域の乱流性状の特徴をタンデム型熱線風速計、レーザードップラー流速計を用いて詳細に測定した。これとともに高応答性FIDによるガス濃度計測システムにより、安定領域内の拡散性状に関して、平均濃度分布のみならず濃度変動の分散およびスペクトル形状、瞬間最大濃度分布等を求め、検討した。(2)浮力の影響を組み込んだ新しいDynamic型のLESの開発気象学の分野では、モデル係数を定数とする従来の静的なLESに浮力の効果を組み込んだモデルが幾つか提案されている。本研究では、気象分野で開発された浮力効果を含むLESのモデル係数を空間・時間の関数として動的に同定する新しいDynamic LESの開発を行った。またこの新しいDynamic LESは(1)の風洞模型実験結果と比較することによってその予測精度の検証も行った。(3)新しいDynamic LESによる安定成層化した都市境界層の解析上記新しく開発された浮力の効果を含むDynamic型のLESを用いて安定成層化した都市境界層を詳細に解析するための予備シミュレーションを行った。