hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
記録等化を含むPRML方式に関する研究

本研究は,高密度ディジタル磁気記録に適した信号処理方式として,パ-シャルレスポンス(PR)方式と最尤復号法の一つであるViterbi復号法を組み合わせたPRML方式の検討を行ったものである.但し,従来のPR方式の検討では,記録ヘッドから等化器出力までの伝達特性が所望のPR特性となるように等化器の伝達特性を定めていたが,本研究では,記録波形のDCフリー化のために記録側に記録等化器を挿入し,記録等化器入力から再生等化器出力までの伝達特性をPR方式と見なして,ワークステーションを用いた計算機シミュレーションにより誤り率特性を求め,比較検討を行った.1.高SN比を得ることのできるPR方式を見いだす.高密度記録においては,高域抑圧型のPR方式が優れた特性を示し,ビット間隔T_bの遅延演算子をDとしたとき,1+D,(1+D)^2,(1+D)^2(1-D),(1+D)(1-D^3)の伝達特性を持つPR方式が良好な特性となることが明らかとなった.2.Viterbi復号(ML)による改善が大きなPR方式を求める.再生時のレベル変動の影響などを考慮し,識別点の信号レベル数を5以下として検討したところ,PR(1,1,-1,-1),PR(1,0,-1,1,0,-1),PR(1,-1,-1,1),PR(1,0,-2,0,-1),PR(1,0,-1,-1,0,1)PR(1,0,0,-2,0,0,1)方式などが約6dBの改善が可能なPR方式であることが明らかとなった.3.2.で優れた特性を有すことが明らかとなったPR方式を,1.のPR特性を持つ再生等化器と記録側に挿入する記録等化器によって実現する.DCフリーで,かつ2値の記録波形を得ることができる(1-D^<l->1/2)/(1+D1/2)(l=1,2,3,...)の伝達特性を持つ記録等化器を1.のPR方式と組み合わせて2.のPR方式を実現した.その結果,PR(1,0,-1,-1,0,1),PR(1,0,-2,0,-1),PR(1,1,-1,-1),PR(1,-1,-1,1)が良好な特性を示すPRML方式であることが明らかとなった.また,Viterbi復号による改善は約3dBと小さいものの,PR(1,0,-1)方式も良好な特性を示すことが明らかとなった.上記のように,計算機シミュレーションを行うことによって,高密度記録に適した方式を明らかにした.今後は,実際の記録再生系を用いた解析を行う予定である.本研究は,高密度ディジタル磁気記録に適した信号処理方式として,パ-シャルレスポンス(PR)方式と最尤復号法の一つであるViterbi復号法を組み合わせたPRML方式の検討を行ったものである.但し,従来のPR方式の検討では,記録ヘッドから等化器出力までの伝達特性が所望のPR特性となるように等化器の伝達特性を定めていたが,本研究では,記録波形のDCフリー化のために記録側に記録等化器を挿入し,記録等化器入力から再生等化器出力までの伝達特性をPR方式と見なして,ワークステーションを用いた計算機シミュレーションにより誤り率特性を求め,比較検討を行った.1.高SN比を得ることのできるPR方式を見いだす.高密度記録においては,高域抑圧型のPR方式が優れた特性を示し,ビット間隔T_bの遅延演算子をDとしたとき,1+D,(1+D)^2,(1+D)^2(1-D),(1+D)(1-D^3)の伝達特性を持つPR方式が良好な特性となることが明らかとなった.2.Viterbi復号(ML)による改善が大きなPR方式を求める.再生時のレベル変動の影響などを考慮し,識別点の信号レベル数を5以下として検討したところ,PR(1,1,-1,-1),PR(1,0,-1,1,0,-1),PR(1,-1,-1,1),PR(1,0,-2,0,-1),PR(1,0,-1,-1,0,1)PR(1,0,0,-2,0,0,1)方式などが約6dBの改善が可能なPR方式であることが明らかとなった.3.2.で優れた特性を有すことが明らかとなったPR方式を,1.のPR特性を持つ再生等化器と記録側に挿入する記録等化器によって実現する.DCフリーで,かつ2値の記録波形を得ることができる(1-D^<l->1/2)/(1+D1/2)(l=1,2,3,...)の伝達特性を持つ記録等化器を1.のPR方式と組み合わせて2.のPR方式を実現した.その結果,PR(1,0,-1,-1,0,1),PR(1,0,-2,0,-1),PR(1,1,-1,-1),PR(1,-1,-1,1)が良好な特性を示すPRML方式であることが明らかとなった.

また,Viterbi復号による改善は約3dBと小さいものの,PR(1,0,-1)方式も良好な特性を示すことが明らかとなった.上記のように,計算機シミュレーションを行うことによって,高密度記録に適した方式を明らかにした.今後は,実際の記録再生系を用いた解析を行う予定である.
顕微メスバウアー分光器の製作と地球科学への応用

鉱物中の鉄イオンの価数比(2価3価比)は地球科学的に重要な意味を持つ。岩石薄片中の単一鉱物中の鉄の2価3価比を精度よく見積もるため、京都大学原子炉実験所共同利用を通じて、マルチキャピラリーX線レンズ(MCX)を用いた顕微メスバウアー分光器を製作した。製作した顕微メスバウアー分光器のガンマ線焦点を評価した結果、焦点の半値幅は400μmでピーク形状は等方的であることがわかった。顕微メスバウアー分光器で単結晶の鉱物試料を測定する基礎データとして、黒雲母と磁鉄鉱の定方位薄片のメスバウアースペクトルを測定し、ピーク強度比を粉末試料と比較した。前年度(平成24年度)製作したマルチキャピラリーX線レンズ(MCX)を用いて顕微メスバウアー分光器に自動マッピングステージ(最小ステップ幅1μm)を追加し、以下のような改良を加えた。本顕微メスバウアー分光器を用いて鉱物のメスバウアースペクトルを測定する際にはMCXによるガンマ線集光位置を正確に確定しその焦点位置に測定試料を持ちきたす必要がある。ガンマ線集光位置を確定させるには直径500μmのピンホールをMCX焦点距離において二次元走査しガンマ線強度最大となるピンホール位置を求める必要がある。前年度はこの二次元走査を手動微動ステージを用いて行っていたが、手動による走査測定には、測定時間と測定点数に労力の点から限界がある。本分光器製作の過程でこの作業はビーム評価とスペクトル測定において重要な作業であることがわかったので、今年度(25年度)は自動マッピングステージを導入してパソコンと連動させることで、手動では出来なかった長時間、多測定点測定を可能にした。今年度導入した自動マッピングステージを用いて、ピンホール(530,350、290μmφ)とタングステンエッジを用いてビーム形状と半値幅を測定したところ、14.4keVのガンマ線半値幅は約400μm、ビーム形状は同心円状の強度分布を持つ等方的な良質な焦点であることがわかった。しかしエッジ走査により得た半値幅400μmと前年度測定した二次元検出器による半値幅150μmの間にはい大きな差があり、最終的な半値幅確定には至っていない。この差の原因としてエッジ走査で用いた検出器がエネルギー分解のあまり良くない比例計数管であったため、ピークのバックグラウンドがピーク強度評価に影響して半値幅が大きく見積もられた可能性と、二次元検出器測定では17keVのエックス線を用いたため、エネルギー差により半値幅が小さく出た可能性がある。焦点距離102mmのマルチキャピラリーX線レンズ(MCX)を用いて顕微メスバウアー分光器を作成し、ビーム評価を行った。顕微メスバウアー分光器は、機械中心設定のためのレーザー光源部、トランスデューサーおよびガンマ線源部、XYZ微動および2軸傾斜機能付きMCX部、XYZ微動ピンホール部、検出器からなる。機械的中心合わせのために、ガンマ線源とMCXを光学系から除いた状態で、レーザー光源を用いて、トランスデューサー、MCX、ピンホールが一直線上に並ぶように各微動機構を用いて調整する。調整後ガンマ線源とMCXを光学系に装着し、ピンホールをガンマ線に対して垂直な平面内で2次元走査し、透過ガンマ線の強度分布からガンマ線集光位置とガンマ線焦点径を測定した。その結果ガンマ線のスポット径を約500μmと見積もった。ガンマ線集光部に置くピンホールは線源から放出される122keVのガンマ線による影響を避けるために必要となる。500μmピンホールを用いて、MCXを用いた場合と用いない場合とで測定したガンマ線強度スペクトルはほぼ一致した。これら二つの設定でともに鉄薄膜のメスバウアースペクトルを測定できた。一方二次元検出器を用いたスポット径測定では、スポット径は150μmと見積もった。ピンホール走査により見積もられるスポット径と二次元検出器により見積もられるスポット径が一致しない原因は今のところ不明である。有効なスポット径は確定していないが、ガンマ線の集光は確認できたので今後,平板試料上の微小部分析、鉱物中の包有物など試料表面にない微小部のメスバウアースペクトル測定に有効であると考えられる。最終年度:前年度自動ステージを用いてマルチキャピラリーX線レンズ(MCX)により集光したガンマ線の焦点サイズと形状を測定した。この時ガンマ線検出器としてエネルギー分解能の低い比例計数管を用いたためエネルギースペクトルにおけるバックグラウンドの影響のためガンマ線焦点サイズを最終的に確定させるには至らなかった。

今年度はエネルギー分解能の高い半導体検出器を用いてガンマ線焦点サイズを確定することを試みた。半導体検出器の動作確認までは行えた。しかし、京都大学原子炉実験所は今年度原子力規制委員会による試験研究用原子炉の適合確認の審査期間にあたり、原子炉の運転停止及び顕微メスバウアー分光器が設置してあるトレーサー棟での密封線源を用いた実験停止となっており、この措置は現在も続いており再開の目処はたっていない。その影響で十分な測定時間ができず、半導体検出器を用いたガンマ線焦点サイズ確定は中断せざるを得なかった。研究期間全体:MCXを用いて、鉄含有鉱物中の鉄の価数定量分析のための顕微メスバウアー分光器を作成し、ビーム評価を行った。ビーム形状と半値幅を測定したところ、14.4keVのガンマ線半値幅は約400μm、ビーム形状は同心円状の強度分布を持つ等方的な良質な焦点であることがわかった。しかしエッジ走査により得た半値幅400μmと二次元検出器による半値幅150μmの間には大きな差があったため、半導体検出器を用いた焦点サイズ測定を目指したが上記の理由のため最終的な焦点サイズ確定と、多数の鉄含有鉱物の顕微メスバウアースペクトル測定には至らなかった。しかし、今後の顕微メスバウアースペクトル測定に向け、黒雲母、磁鉄鉱、赤鉄鉱、普通輝石などの主要な鉄含有鉱物の定方位薄片の顕微でないメスバウアースペクトル測定を行うことにより、単結晶薄片を用いた顕微メスバウアースペクトル測定の基礎データを確認している。鉱物科学ビーム径評価のために自動マッピングステージを導入し、エッジ走査によるビーム半値幅評価の確定法は確立できたが、検出器のエネルギー分解不足と考えられる要因からビーム径半値幅の確定までは至らなかった。しかし、本顕微メスバウアー分光器を用いて黒雲母のメスバウアースペクトル測定が可能であることは確認した。本器を用いて多数の黒雲母の測定を予定していたが、本器設置場所で測定実験室のある、京都大学原子炉実験所トレーサー棟の改修工事(2013年12月から2014年6月予定)のため測定が出来ず、多くのデータ収集は出来なかった。昨年度(平成24年度)の研究計画は、顕微メスバウアー分光器の製作とビーム評価を終えることであったので、現在おおむね研究計画に沿って順調に進んでいる。現時点での問題点は、(1)スポット径を500-150μm間で確定できていないことと、(2)MCXを用いた場合のガンマ線強度とMCXを用いない場合のガンマ線強度がほぼ等しく、MCXを用いた場合の優位性がたいへん大きいとはいいがたい点である。エネルギー分解能の高いSi-PIN半導体検出器を購入し、本分光計に組み入れスペクトル測定を試みる予定である。半導体検出器で測定したビーム径半値幅(スポット径)と比例検出器で測定したそれと比較しスポット径を検討する。また、前年度終了時点では、MCXを用いたときの集光ビーム強度と、MCXをもちいない場合の同等程度のピンホール使用時のガンマ線強度を比較した場合、MCXを用いた方がビーム強度は数倍上がるものの(いわゆるゲインが数倍である)、MCXを用いることによる大きな利得はなかった。半導体検出器は受光面が小さいため従来のメスバウアー分光に用いられてこなかったが、顕微メスバウアー分光の場合はガンマ線が1ミリφ弱にしぼられるため、受光面の小さい半導体検出器が有効な検出器として働くことが考えられる。メスバウアースペクトル測定の際の検出器として、比例計数管と半導体検出器を比較する。現時点での問題点(1)は、ガンマ線集光位置で200μm程度の大きさの試料のメスバウアースペクトルを二次元走査して測定することで確定できると考えている。問題点
ビスマス系銅酸化物高温超伝導体の擬ギャップおよび長周期構造と超伝導

(A)長周期構造を持たないPb置換Bi2201における隠れた秩序状態浮遊帯域溶融法で育成した最適ドープPb置換Bi2201単結晶のSTM測定を、様々なバイアス電圧下で行った結果、数100mVの高バイアス下では、Bi原子とPb原子で構成される明瞭な2次元原子面(Bi(Pb)-O面)が観測され、一方、低バイアス下では、電子相関によって生じる隠れた秩序状態が観測されることわかった。バイアス電圧を下げていくと、まず、50mV以下で2次元的なパッチ状明暗構造が出現し、さらに、10mV以下で短距離の一次元原子列構造が出現する。パッチ状構造は過剰ドープ試料でも観測されていたが[昨年度報告書]、かなり乱れていた。それに対し、今回は、より秩序だっているように見える。したがって、観測されたパッチ状構造は本来2次元的な秩序であり、その秩序化がドープされたホールによって邪魔されている可能性が高いと言える。また、ホール量の減少とともにパッチのサイズが小さくなることがわかった。明確な理由はわかっていないが、フェルミ面のホール量依存性に関係した変化と予想される。一方、一次元原子列構造については、原子列が数本集まって束になり、2つの直交するCu-O-Cu方向に沿ってランダムに配列していることがわかった。この結果は、CuO_2面の本質的な電子相関が、2次元的ではなく1次元的であることを示している。(B)Pb置換Bi2201における長周期構造のPb濃度依存性Pbを0.32置換したBi2201を浮遊帯域溶融法で育成し、Bi(Pb)-O面のSTM測定を行った結果、長周期構造領域と非長周期構造領域へと空間的に相分離していることがわかった。Pbを0.38置換したBi2201では長周期構造が完全に抑制されるが[昨年度報告書]、今回の結果から、周期が伸びた極限として長周期構造が消失するのではなく、相分離を経て消失することがわかった。[1]Pb置換Bi2201単結晶の育成浮遊帯域溶融法により、BiサイトにPb原子を部分置換したBi2201単結晶を育成し、粉末x線回折、ICP、EPMAで評価した。その後、窒素ガス雰囲気中、種々の温度で熱処理して室温に急冷した結果、超伝導転移幅が小さい、種々のホール濃度を持つ単結晶試料の合成に成功した。[2]強磁場中c軸抵抗擬ギャップの磁場中抑制の始まる温度T^<**>を精密に求めるため、広くホール濃度を変化させたPb置換Bi2201単結晶のc軸抵抗を、最大50Tのパルス磁場中で測定した。その結果、T^<**>が擬ギャップの開く温度T^<*>よりも低温に位置することがわかった。アンダードープの高温超伝導体で観測された4a×4a秩序状態の起源を明らかにするため、オーバードープPb置換Bi2201の低温STM/STSを行った。その結果、300mV以上の高バイアス電圧下では明瞭なBi(Pb)-O2次元面が観測され、置換されたPb原子の位置を同定することができた。また、BiサイトにPb原子を0.38だけ置換したBi2201において、b軸方向の長周期構造が抑制されていることを確認した。一方、バイアス電圧を下げていくと、150mVで10-30Å程度の領域のパッチ状あるいは帯状の明暗が部分的に出現し、50mVでほぼ全領域を占めることが分かった。今のところパッチ状構造の起源は明らかではないが、出現位置とPb原子位置に相関がないことから、少なくとも構造の乱れではなく電子相関が起源であると推察された。パッチ状構造には4a×4a秩序状態のような周期性が見られないが、測定した試料がオーバードープであるため、過剰なホールによって乱された秩序状態である可能性も考えられる。4a×4a秩序状態および超伝導との関係については、次年度に明らかにする予定である。

この結果は、CuO_2面の本質的な電子相関が、2次元的ではなく1次元的であることを示している。(B)Pb置換Bi2201における長周期構造のPb濃度依存性Pbを0.32置換したBi2201を浮遊帯域溶融法で育成し、Bi(Pb)-O面のSTM測定を行った結果、長周期構造領域と非長周期構造領域へと空間的に相分離していることがわかった。Pbを0.38置換したBi2201では長周期構造が完全に抑制されるが[昨年度報告書]、今回の結果から、周期が伸びた極限として長周期構造が消失するのではなく、相分離を経て消失することがわかった。
電算機補助による南アジア諸語の研究

1.研究目的とそれを達成するための計画方法南アジア地域で話される主要言語のうち,インド・アーリア系のアッサム語・グジャラート語・スィンディー語・ウルドゥー語,ドラヴィダ系のマラヤーラム語,チベット・ビルマ系のケザ・ナガの6言語について調査研究を行い,母語使用者との面接を通して収録する口語資料と現地語で書かれた教科書より採集する文語資料の両方を電算機に入力し,それらを電算処理することによって頻度数と文脈提示の単語リストを作成する。また本研究所発行の「アジア・アフリカ諸語言語調査票」を基に作成した「南アジア諸語基本語彙調査票」を使い,上記6対象言語の各々約2,000にのぼる基本単語につき,発音(国際音声字母による表記)と文法事項(品詞,曲用・活用の種類など)を記述し,さらに当該単語を含む文例を添付する。これら頻度数・文脈付単語リストと基本語彙集をデータベースとして活用し,将来対象言語それぞれの辞書・文法書・言語研修書等の作成が可能になるような検索・編集・印刷用電算プログラムを開発する。なお本研究が,東京外国語大学アジア・アフリカ言語文化研究所とインド国人的資源省直轄・インド諸語中央研究所との日印両国にまたがる国際的共同研究である事を考え,データの補正・交換・電算処理が今後両国間で支障なく行われるよう,共通の入力フォーマットを設定し,異種ウェア間のコード転換プログラムの導入により入力データの互換性を確立する。2.研究の成果と達成度対象6言語それぞれの口語資料と文語資料を収集し,それらのデータを基本語彙集とともにすべて電算機に入力した。また基本語彙集のすべての単語の発音を録音テープに収録した。さらにアッサム語・グジャラート語・マラヤーラム語それぞれの文字フォントと原字による単語の辞書順配立を可能にするパラメータを作成した。このことは,それぞれの言語の固有文字で書かれた全ての言語資料が,ローマに転写することなくそのままの形で電算処理できるようになったことを意味し,当該言語の研究史上正に画期的な出来事といえよう。なお,文字フォントの印刷用ソフトウェアの開発により,インド系文字・ローマ字・国際音声字母・日本語漢字仮名混じり文字等をすべて電算機の同一画面に表示したり,そのまま紙に印刷したりするDTP方式が可能になった。初年(平成3年)度には,インドの民間会社が開発したワープロ用ソフトウェアを使って入力したデータを,コード転換することによって本研究所の大型電算機が処理できる形に変えていたが,今年度に入り,インド政府の定めた統一規格に基づくGISTという入力ソフトが開発されたため,それによる入力データもコード転換する必要が生じた。しかし最大の問題は,インドの民間会社の入力ソフトもGISTも,共にパソコンないしワープロを使ってデータを入力させることはできても入力データを電算処理できないところにある。従って,このままの状態でいけば,インドにおける電算機利用の言語研究は本研究所の大型電算機に永久に依存せざるを得ないということになる。またもう一つの深刻な問題は,GISTで入力したデータとそれ以外のソフトで入力したデータの間には全く互換性が無いと言うことである。そこでこの2つの重大な問題を解決するために,町田共同研究員の開発したパソコン用の電算処理ソフトCATUR(インド系文字・ローマ字相互転換処理方式)を導入し,今までに大型電算機でやってきたデータ処理をすべてパソコンでできるようにしたし,またインド国内のいかなるソフトを使った入力データもCATURのコードに転換することで他のいかなる入力データとも互換性を持ちうるようなシステムを開発した。これはインド側に対する日本側の目ざましい貢献の一つと言っていいであろう。しかし,本研究の当初計画した目的がすべて達成されたわけではなく,スィンディー語・ウルドゥー語の文字フオントや電算処理に必要なパラメーターはまだ未完成であり,かつ対象6言語相互間の比較・対照研究も国内で開発された2回のワークショップで試みられたものの,充分に議論し尽くされておらず継続研究が望まれる。

また基本語彙集のすべての単語の発音を録音テープに収録した。さらにアッサム語・グジャラート語・マラヤーラム語それぞれの文字フォントと原字による単語の辞書順配立を可能にするパラメータを作成した。このことは,それぞれの言語の固有文字で書かれた全ての言語資料が,ローマに転写することなくそのままの形で電算処理できるようになったことを意味し,当該言語の研究史上正に画期的な出来事といえよう。なお,文字フォントの印刷用ソフトウェアの開発により,インド系文字・ローマ字・国際音声字母・日本語漢字仮名混じり文字等をすべて電算機の同一画面に表示したり,そのまま紙に印刷したりするDTP方式が可能になった。初年(平成3年)度には,インドの民間会社が開発したワープロ用ソフトウェアを使って入力したデータを,コード転換することによって本研究所の大型電算機が処理できる形に変えていたが,今年度に入り,インド政府の定めた統一規格に基づくGISTという入力ソフトが開発されたため,それによる入力データもコード転換する必要が生じた。しかし最大の問題は,インドの民間会社の入力ソフトもGISTも,共にパソコンないしワープロを使ってデータを入力させることはできても入力データを電算処理できないところにある。従って,このままの状態でいけば,インドにおける電算機利用の言語研究は本研究所の大型電算機に永久に依存せざるを得ないということになる。またもう一つの深刻な問題は,GISTで入力したデータとそれ以外のソフトで入力したデータの間には全く互換性が無いと言うことである。そこでこの2つの重大な問題を解決するために,町田共同研究員の開発したパソコン用の電算処理ソフトCATUR(インド系文字・ローマ字相互転換処理方式)を導入し,今までに大型電算機でやってきたデータ処理をすべてパソコンでできるようにしたし,またインド国内のいかなるソフトを使った入力データもCATURのコードに転換することで他のいかなる入力データとも互換性を持ちうるようなシステムを開発した。これはインド側に対する日本側の目ざましい貢献の一つと言っていいであろう。しかし,本研究の当初計画した目的がすべて達成されたわけではなく,スィンディー語・ウルドゥー語の文字フオントや電算処理に必要なパラメーターはまだ未完成であり,かつ対象6言語相互間の比較・対照研究も国内で開発された2回のワークショップで試みられたものの,充分に議論し尽くされておらず継続研究が望まれる。1.言語調査本年度は、南アジア諸言語のうち、アッサム語、グジャラ-ト語、スィンディ-語、ウルドゥ-語(以上インド・ア-リア系言語)、マラヤ-ラム語(ドラヴィダ系言語)、ケザニナガ語(チベット・ビルマ系言語)の6言語を対象にし、母語使用者(インフォ-マント)との面接を通じて、本学研究所の基礎語彙調査表と服部四郎博士の基礎語彙調査表に基づき、約2,0003,000語の基礎語彙口語形を採録した。さらにこれら諸言語によって書かれた学校教科書(1年生から11年生まで)の中の全教育語彙文語形を採録し、口語資料・文語資料の両者をすべてパソコンとLANのタ-ミナルを使って電算機に入力、フロッピ-ディスクに収録した。
ノックアウトマウスを用いたDNAポリメラーゼβの生体機能の解析

1、DNAポリメラーゼ(ポル)β欠損マウスにおける神経発生異常の解析ポルβ欠損マウスで得た興味深い視察は、神経細胞の発生時に起こる異常な細胞死である。この観察はDNAの2重鎖切断修復に関与するXRCC4やDNAリガーゼIV欠損マウスの性状と類似しており、発生期の神経細胞に内在的なDNA損傷が生じるが、これは何らかの修復機構よって修復されると予想される。そこで、ポルβ欠損マウス脳において発生する神経細胞内でどんなDNA損傷が起こるのか、どのように細胞死へ誘導されるのか、を解析した。そのため、ポルβ欠損マウスとDNA-PK変異をもつScidマウスと交配し、2重変異マウスを作成した。この2重変異マウスは、ポルβ欠損マウスに比べて早期に致死となり、ポルβ欠損マウスより多くの細胞死が認められた。一方ゲノム安定化に関与するp53遺伝子欠損マウスと交配を行って得た2重変異マウスは脳の細胞死が明らかに減少したが、生存の延長は認められなかった。このことから、ポルβが脳におけるDNA切断の修復に重要な役割を果たしていると考えられる。2、ポルβ欠損マウスのゲノム安定性の解析ポルβはDNA修復酵素なので、欠損は遺伝子変異やゲノムの不安定性に導くと予想される。また、ヒト癌組織でポルβ遺伝子の変異がみられ、ポルβの発ガンへの関与も示唆されている。個体におけるこれらの問題点を明らかにするため、ポルβ欠損マウスと遺伝毒性の検出用に作製されたHITECマウスと交配を行い、得られた交配マウスの突然変異に及ぼすポルβ欠損の効果を調べた。ポルβ欠損マウスとのHITEC交配マウスの各組織における染色体DNAの突然変異を調べた結果、脳においてポルβ欠損マウスは野生型マウスに比べ、低頻度で突然変異を生じることが明らかになった。さらに、得られた突然変異体の塩基配列の決定を行い、ポルβ欠損に関わらず欠失が多く認められた。この結果は、Polβが突然変異の生成に関与していることを示唆している。1、DNAポリメラーゼ(ポル)β欠損マウスにおける神経発生異常の解析ポルβ欠損マウスで得た興味深い観察は、神経細胞の発生時に起こる異常な細胞死である。また、修復関連遺伝子のPARP、ゲノム安定化に関与するp53遺伝子の欠損マウスと交配を行い、交配マウスの性状を解析している。

個体におけるこれらの問題点を明らかにするため、ポルβ欠損マウスと遺伝毒性の検出用に作製されたHITECマウスと交配を行い、得られた交配マウスの突然変異に及ぼすポルβ欠損の効果を調べた。ポルβ欠損マウスとのHITEC交配マウスの各組織における染色体DNAの突然変異を調べた結果、脳においてポルβ欠損マウスは野生型マウスに比べ、低頻度で突然変異を生じることが明らかになった。この結果は、Polβが突然変異の生成に関与していることを示唆している。さらに、得られた突然変異体の塩基配列の決定を行って、ポルβ欠損による変異の特徴を解析している。1、DNAポリメラーゼ(ポル)β欠損マウスにおける神経発生異常の解析ポルβ欠損マウスで得た興味深い観察は、神経細胞の発生時に起こる異常な細胞死である。この観察はDNAの2重鎖切断修復に関与するXRCC4やDNAリガーゼIV欠損マウスの性状と類似しており、発生期の神経細胞に内在的なDNA損傷が生じるが、これは何らかの修復機構よって修復されると予想される。そこで、ポルβ欠損マウス脳において発生する神経細胞内でどんなDNA損傷が起こるのか、どのように細胞死へ誘導されるのか、を解析した。そのため、ポルβ欠損マウスとDNA-PK変異をもつScidマウスと交配し、2重変異マウスを作成した。この2重変異マウスは、ポルβ欠損マウスに比べて早期に致死となり、ポルβ欠損マウスより多くの細胞死が認められた。一方ゲノム安定化に関与するp53遺伝子欠損マウスと交配を行って得た2重変異マウスは脳の細胞死が明らかに減少したが、生存の延長は認められなかった。このことから、ポルβが脳におけるDNA切断の修復に重要な役割を果たしていると考えられる。2、ポルβ欠損マウスのゲノム安定性の解析ポルβはDNA修復酵素なので、欠損は遺伝子変異やゲノムの不安定性に導くと予想される。また、ヒト癌組織でポルβ遺伝子の変異がみられ、ポルβの発ガンへの関与も示唆されている。さらに、得られた突然変異体の塩基配列の決定を行い、ポルβ欠損に関わらず欠失が多く認められた。
異学年合同による数学的モデリングの実践研究

本研究では、異学年合同による数学的モデリングの授業を実践し、その成果を検証した。具体的には、中学2, 3年生合同で「海に面する地域にある本校をPRするために、学校から海岸の写真を撮影したい」という現実的な課題意識のもと、ドローンを利用すれば学校から海を撮影することが可能か、可能であれば地上から何mの高さで撮影する必要があるのかを地図やPCを用いて検討させた。その結果、生徒は地図から距離や標高などの情報を収集し、側面図を作って撮影高度を算出した。さらに算出した答えに対し「砂防林の木の高さ」「学校の標高」「ドローンの飛行性能」「ドローンに関する法令」といった観点から再検討を行い、現実的に考えることの難しさやその意義を感得していた。特に法令に対して検討する経験は強く印象に残った様子だった。また、本課題を2年生のみで実践したところ、ほとんどの生徒が側面図の作成と比を用いての算出で困難が生じ課題解決できなかった。一方2, 3年生合同で行った場合、2, 3年生ともに着想を出し合い、相互に補填することで課題解決する様子が見られた。そして3年生が解決過程の説明、支援を行うことで2年生も自力解決できるようになった。さらに, 3年生が課題解決後に自発的に再検討していると、それを見ていた2年生もその活動を共有する様子が見られた。学習後の感想では2年生が3年生の学習姿勢を尊敬する記述が多く見られた。本実践が身近な問題を数学化し解決する経験を与えることはもちろん、様々な観点から再検討しより精緻な解を求める活動を発生させること、そしてその意義を感得させることが分かった。また異学年合同で実践することで、生徒により多様なモデルを提供するだけでなく、上学年生徒の優れた学習活動を共有することでその学習姿勢を今後の参考として獲得させることにつながっており、少なからず価値を有するものと考えられる。
Acoustic rhinometry の鼻副鼻腔腫瘍治療への応用

1.単純鼻副鼻腔モデルによる実験(1)鼻腔モデルとしての単純な管に副鼻腔モデルとしての同様な管を種々の角度で連結した鼻副鼻腔モデル実験ではAR(Acoustic rhinometry)により連結角度に関係なく副鼻腔容積も正確な測定が可能であった。(2)(1)同様のモデルにおいて鼻腔と副鼻腔の連結部分の断面積の大きさと副鼻腔容積測定値の関係を検討したが、断面積が直径4mm以上であれば副鼻腔部分の容積測定は正確になされることが判明した。(3)以上より単純モデルにおいては現在のAR機種でも副鼻腔容積変化測定に十分応用可能であることが示された。2.人体鼻腔鋳型より作成したモデルによる実験(1)鼻腔側方に上顎洞に担当する腔を作成し、中鼻道と下鼻道の2か所で鼻腔と交通路させた。中鼻甲介または下鼻甲介を内側あるいは外側へ偏位させ、AR測定施行し、上顎洞容積を測定した。(2)中鼻甲介または下鼻甲介を外側へ偏位させて鼻道を広く開放した場合には、上顎洞容積がかなり正確に測定できたが、鼻道を狭くした場合は上顎洞容積は過少に測定される傾向を認めた。3.上顎洞腫瘍症例への応用(1)上顎洞腫瘍(乳頭腫3症例)の術前術後にAR測定し、比較検討した。(2)術前術後のCTから予測される摘出腫瘍容積と術前術後のAR測定値変化には高い相関を認め、実際の副鼻腔腫瘍症例に対しても現在のARで応用可能であることが示された。
NSAIDs内服で惹起される好酸球性炎症とPGE2/EP3遺伝子多型に関する検討

研究目的1として、稀少難病であるSJS/TEN慢性期における、難治性咳嗽を主とする呼吸器合併症の病態解明にむけて症例蓄積を行っている。患者集約はSJS患者会を通じて全国的に呼びかけ、現在までにSJS関連閉塞性細気管支炎(BO)症例は3例の病歴・臨床経過・画像情報が集約された。SJS関連BOは、発症早期増悪型と慢性期型の少なくとも2表現型があることが示唆されている。症例集約を通じて、SJS慢性期呼吸器併存症の背景には、SJSが薬剤アレルギーを起因としていることから、発症以後、感染増悪時にも適切な抗生剤加療が十分になされず、慢性気道感染を繰り返し生じそれによる病態の修飾が示唆された。現時点では、本年度も全国から複数例のSJS後呼吸器症状を持つ症例の診察を予定している。併せて前述の3例については、CT画像解析ソフト(3次元画像解析Synapse Vincent)を用いて気道病変の形態学的検討を進めている。本件について2019年度日本呼吸器学会総会で発表した。2019/6月日本アレルギー学会総会シンポジウム発表を予定している。研究目的2NSAIDS関連アスピリン誘発喘息との共通遺伝子検索については、NSAIDs及び感冒薬内服により発症した眼合併症を伴うSJS/TENにおいて、PGE2 / EP3受容体の遺伝子多型PTGER3 rs1327464 GA/AAと強い関連がある報告を踏まえて、同遺伝子多型と周辺遺伝子多型についてのリプリケイトを予定している。現在共同研究施設でのアスピリン喘息患者集約を進めているが、まずは気管支喘息集団との関連を検討している。研究課題1について概ね順調に進んでいる。稀少難病であるため患者集約が困難であるが、患者会との連携により症例集約と臨床データ蓄積、画像解析が進行している。研究課題2についてまずは気管支喘息集団での解析に着手した。アスピリン喘息集団での患者集約は引き続き継続している。稀少疾患であるSJSの呼吸器併存症集約については、皮膚科眼科を主体とした重症薬疹研究班が予定している全国実態調査に連携して呼吸器障害の有無についても調査できる見通しになり、更に症例集約が可能となる見通しである。これまでSJS関連呼吸器疾患の症例集約の既報はなく、同疾患は何らかの免疫学的異常を背景として生じていることが予想されるが、SJS実症例を用いた炎症性機構の解明にむけた検討が可能になる見通しである。喘息集団及びアスピリン喘息集団を対象としたPTGER3遺伝子多型解析も順次進める方針である。本年はSJS関連呼吸器併存症を持つ患者の集約に時間を要した。現在4名のSJS関連閉塞性細気管支炎患者の症例集約、および呼吸器症状を持つ患者の血液検査・喀痰好酸球検査等を合わせて実施しているが、次年度以降も引き続き行う予定である。併せてアスピリン喘息患者集約に時間を要しており、遺伝子解析に用いる試薬・輸送費・解析費用は次年度に繰り越すこととなった。
血友病A患者からモノクローナルインヒビターと抗イディオタイプ抗体の作製と抗原解析

【目的】ヒト末梢単核球をSPYMEG細胞とPEG法で融合しヒト抗体産生ハイブリドーマを作製する方法によりヒトインフルエンザウイルスに対する抗体作製が可能であることを示してきた(BBRC387(2009)180-185)。本法を用いて、血友病A患者に発生したインヒビター抗体の作製を目的とした。【結果】細胞融合には化学的なPEG法を用いた。コロニー形成率は1030%と低かった。ハイブリドーマ培養上清の抗体をELISA法によりスクリーニングしたがインヒビター陽性ウェルは確認できなかった。感染症患者から抗インフルエンザウイルス抗体を作製したようにはインヒビター抗体が得られなかったことから、改善が必要と考え、(1)血中抗体の力価の差、(2)融合効率の改善、(3)抗体産生細胞の濃縮に関し検討した。(1)は高力価の患者を利用することで対応可能とした。(2)の対応は、電気的融合法を検討した。電気的手法は細胞への傷害が少なく、PEG法より高効率で抗体作製ができるとされる。SPYMEGでは電圧を400V以上にすることにより融合効率をPEGと同程度(100%融合率)に高めることに成功した。しかし本条件下では抗体産生率がPEG法に比べ約1/2と著しく低くPEG法を踏襲した。次に(3)であるが、血友病A患者からの融合成績では、融合初期に陽性クローンが確認できたが、培養途中で産生能を失うことが主な原因であった。そこで、抗原をコーティングした磁気ビーズを用い、抗体産生細胞を選択する方法を検討し、細胞を特異的に好成績であった。【考察】電気融合法はPEG法を超えなかったので、PEG法にて血友病A患者からのインヒビターの作製を試みたが、最終的に陽性クローンは得られなかった。今後、さらなる改善策として、磁気ビーズによる細胞の濃縮と、ウアバインなどによる遺伝子の脱落を抑えるなどの処理を行い、抗体産生を安定化させ、高力価のインヒビター陽性患者からの末梢単核球を調製し例数を多く試みる必要がある。【目的】ヒト末梢単核球と融合パートナー細胞SPYMEGとをポリエチレングリコール(PEG)法で融合し、ヒト抗体産生ハイブリドーマを作製することができる(BBRC 387 (2009) 180-185)。PEG法はハイブリドーマ作製に汎用される方法であるが、血友病では末梢血中の抗体産生B細胞が感染症に比して少ないことが予想されるため、細胞融合効率を上げる事が有用な抗体を選択する鍵となる。血友病A患者由来PBMCとSPYMEGの融合によるインヒビターを作製と並行して効率の向上を目指し電気融合法の検討も行った。【方法】ヒト末梢血より採取したPBMCを電気融合及びPEG法にてSPYMEGと融合し、コロニー形成率及びヒト抗体産生率を比較した。電気融合の電圧を300から600Vに変化させ検討した。【結果】(1)融合条件の検討:予めマウスで最適化した電気融合条件ではコロニー形成率がPEG方法に比べ低かったが、電圧を400V以上にすることにより融合効率をPEGと同程度(100%融合率)に高めることに成功した。しかし、この条件下では抗体産生率がPEG法に比べ約1/2と顕著に低かった。この成績は、抗体産生B細胞がPBMC中の10%程度であるため、電気的融合ではB細胞以外の非抗体産生細胞が高い効率で融合した可能性が考えられた。(2)血友病A患者検体を用いた細胞融合:PEG方にて行った結果、コロニー形成率は約12%であった。【考察】電気融合法はPEG法を超えなかったので、PEG法にて血友病A患者からのインヒビターの作製を試みた。しかし陽性クローンは得られなかった。高力価のインヒビター陽性患者で例数を多く試みる必要がある。また電気的融合効率の改善には緩衝液など抗体産生に影響する因子の再検討が必要である。

しかし本条件下では抗体産生率がPEG法に比べ約1/2と著しく低くPEG法を踏襲した。次に(3)であるが、血友病A患者からの融合成績では、融合初期に陽性クローンが確認できたが、培養途中で産生能を失うことが主な原因であった。そこで、抗原をコーティングした磁気ビーズを用い、抗体産生細胞を選択する方法を検討し、細胞を特異的に好成績であった。【考察】電気融合法はPEG法を超えなかったので、PEG法にて血友病A患者からのインヒビターの作製を試みたが、最終的に陽性クローンは得られなかった。今後、さらなる改善策として、磁気ビーズによる細胞の濃縮と、ウアバインなどによる遺伝子の脱落を抑えるなどの処理を行い、抗体産生を安定化させ、高力価のインヒビター陽性患者からの末梢単核球を調製し例数を多く試みる必要がある。
脊髄後根神経節細胞における電位依存性ナトリウムチャネルの麻酔機序に果たす機能解析

麻酔・鎮痛薬の薬理機序は未だに解決されていない。中枢神経系には多くのモルヒネの作用するオピオイド受容体が数多く存在し、疼痛、麻酔、鎮痛機序に関係している。一方、電位依存性Naチャネルへ(Nav)の麻酔薬、鎮痛薬の影響は十分に知られていない。最近、Nav1.7が欠損すると生涯にわたる内因性の痛覚消失が引き起こされるという報告がなされ、Navとオピオイドの疼痛機序における関係性が注目されている。本研究ではNavとμオピドイド受容体への麻酔薬・鎮痛薬の作用を培養脊椎後根神経節細胞とアフリカツメガエル卵母細胞発現系で明らかにする。
磁気圏尾部・プラズマシートへのプラズマ供給過程の観測的・理論的研究

1.プラズマシート境界層の最外部の沿磁力線電流の解析Geotail衛星の観測データを用いて,プラズマシート境界層の最外部の沿磁力線電流を調べた.Geotail衛星の軌道とプラズマのデータは,かつてISEE1,2衛星で行われた研究と比べてより包括的かつ組織的な調査を可能とする.沿磁力線電流の同定には磁気圏尾に垂直な磁場成分の変動を用いて,電流が平面状であるという仮定のもとで電流強度を計算した.事例研究から,この沿磁力線電流は磁力線再結合領域の地球側では地球向きに流れ,遠尾部側ではさらに遠尾部向きに流れることがわかった.さらに,Geotail衛星がプラズマシート境界層を横断したすべての場合について沿磁力線電流の極性を調べることで,この傾向は一般的なものであることを確認した.2.巨大データベースに基づく沿磁力線電流系構造の組織的研究人工衛星などのデータ解析の課題として,観測された時系列データを高速かつ自動で処理することが挙げられる.この視点から,樋口・大谷[2000]の方法をDMSP-F12,13,14,15衛星の磁場データに適用した.これらの衛星はほぼ同時期に観測を行っており,さらに極軌道の地方時が異なるため,同じイベントの多点観測が可能なデータセットを与えている.得られた沿磁力線電流のリストに対し,電流面の境界上にある磁力線沿いの電離層高度での太陽天頂角を計算するとともに,IMP-8衛星により観測された太陽風データを付加し,太陽風との関係を定量的かつ丹念に調べるための準備を整えた.1.プラズマシート境界層の最外部の沿磁力線電流の解析Geotail衛星の観測データを用いて,プラズマシート境界層の最外部の沿磁力線電流を調べた.Geotail衛星の軌道とプラズマのデータは,かつてISEE1,2衛星で行われた研究と比べてより包括的かつ組織的な調査を可能とする.沿磁力線電流の同定には磁気圏尾に垂直な磁場成分の変動を用いて,電流が平面状であるという仮定のもとで電流強度を計算した.事例研究から,この沿磁力線電流は磁力線再結合領域の地球側では地球向きに流れ,遠尾部側ではさらに遠尾部向きに流れることがわかった.さらに,Geotail衛星がプラズマシート境界層を横断したすべての場合について沿磁力線電流の極性を調べることで,この傾向は一般的なものであることを確認した.2.巨大データベースに基づく沿磁力線電流系構造の組織的研究人工衛星などのデータ解析の課題として,観測された時系列データを高速かつ自動で処理することが挙げられる.この視点から,樋口・大谷[2000]の方法をDMSP-F12,13,14,15衛星の磁場データに適用した.これらの衛星はほぼ同時期に観測を行っており,さらに極軌道の地方時が異なるため,同じイベントの多点観測が可能なデータセットを与えている.得られた沿磁力線電流のリストに対し,電流面の境界上にある磁力線沿いの電離層高度での太陽天頂角を計算するとともに,IMP-8衛星により観測された太陽風データを付加し,太陽風との関係を定量的かつ丹念に調べるための準備を整えた.
人工細胞運動系の創製と3次元運動解析

単頭キネシンKIF1Aは微小管上をプラス端方向にバイアスのかかったブラウン運動をおこない,全体としてプラス端方向に運動することが1分子蛍光像の解析により明らかにされた(岡田,広川Science 1999).今回レーザートラップを用いたナノ計測を行い,この運動を詳細に検討した.KIF1Aはプラス端方向だけでなく,マイナス方向にもステップ状の変位を行ない,最大力は1pNに達した.ステップの頻度とATP分解速度が等しいことから,1分子ATP分解当り平均1ステップが対応している.ステップサイズは8nmの倍数にピークを持つガウス分布(中心+3nm,分布幅15nm)を示したことから,KIF1Aの運動は方向性のある運動(+3nm)とブラウン運動(分布幅15nm),そしてtubulinの特定位置への結合(8nmの倍数)によると考えられる.KIF1Aの運動方向をきめる過程を捉えるために,微小管から解離していたKIF1A(おそらくADP結合状態)が微小管に結合する時の位置を測定したところ,平均プラス端方向に3nmの変位を示した.これらのことから,ADP結合状態のKIF1Aは微小管への方向性のある結合によって前進を行うのであろう.蛍光性のCdSeナノ粒子は有機蛍光分子よりも蛍光を発する時間が長くかつ蛍光光度が強いことから、生命科学や医療分野への利用が注目されている。本研究では蛍光性ナノ粒子に対する細胞の反応を調べた.抗体を架橋した10mmのCdSe粒子を白血球細胞が貪食する鮮明な像を長時間観察できた。この方法は単一分子の細胞内挙動の探索に威力を発揮するものと期待される単頭キネシンKIF1Aは微小管上をプラス端方向にバイアスのかかったブラウン運動をおこない,全体としてプラス端方向に運動することが1分子蛍光像の解析により明らかにされた(岡田,広川Science 1999).今回レーザートラップを用いたナノ計測を行い,この運動を詳細に検討した.KIF1Aはプラス端方向だけでなく,マイナス方向にもステップ状の変位を行ない,最大力は1pNに達した.ステップの頻度とATP分解速度が等しいことから,1分子ATP分解当り平均1ステップが対応している.ステップサイズは8nmの倍数にピークを持つガウス分布(中心+3nm,分布幅15nm)を示したことから,KIF1Aの運動は方向性のある運動(+3nm)とブラウン運動(分布幅15nm),そしてtubulinの特定位置への結合(8nmの倍数)によると考えられる.KIF1Aの運動方向をきめる過程を捉えるために,微小管から解離していたKIF1A(おそらくADP結合状態)が微小管に結合する時の位置を測定したところ,平均プラス端方向に3nmの変位を示した.これらのことから,ADP結合状態のKIF1Aは微小管への方向性のある結合によって前進を行うのであろう.蛍光性のCdSeナノ粒子は有機蛍光分子よりも蛍光を発する時間が長くかつ蛍光光度が強いことから、生命科学や医療分野への利用が注目されている。この方法は単一分子の細胞内挙動の探索に威力を発揮するものと期待される緒言:細胞のしなやかで巧妙な運動はモータータンパク質の滑走運動や細胞骨格の重合脱重合により引き起こされると考えられている.この運動を人工的に作ることができれば,細胞運動の基本原理を抽出できるかも知れない.そこで我々は,微小管上を滑走運動を行うキネシンを動く部品として,これに人工的な物質を組み合わせて,生体内で起こっているような動きを再現できる"ナノマシン"の開発を試みた.実験:実験では,411残基からなる双頭キネシンの末端にビオチン^-(BCCP)を付けた組み替え分子を発現精製し,これをアピジンをコートした直径0.2μmの蛍光ポリスチレンビーズに結合させた.ATP非存在下で,このキネシンビーズに蛍光標識された微小管をまぜ,ビーズ-キネシン-微小管の複合体を作った.これにcaged-ATPを加え落射蛍光顕微鏡下で形態を観察した.結果考察:落射蛍光顕微鏡で観察したところ,複合体は十個程度のキネシンビーズに数本ないし数十本の微小管が結合した固まりを形成し,全体の直径が10μm程で微小管は細胞骨格を思わせるような網目状の構造をしていた.これに紫外線を照射してATPを光遊離させた後の複合体の運動を観察を行った結果,運動の基本は3種類に大別された.それらは,1.全体が広がる進展運動,2.縮む収縮運動,3.微小管が曲がる屈曲運動(図),であった.ここで,進展運動と収縮運動は様々な方向を向いた微小管間を挟んでいるビーズ上のキネシンが微小管を滑らせるために生じ,屈曲運動は微小管の滑り速度の異なる間でずれが起こり,微小管が曲げられたため生じたと考察できる。キネシンの微小管上を並進運動するだけの単純な運動機能で様々な運動を発現できる可能性が示された.「nm計測装置を用いた遊走中の好中球の局所粘弾性の測定」白血球の一種の好中球は、細菌感染に対する防御に重要なだけでなく、炎症の成立にも関与している細胞である.

好中球は細菌や細胞の出す好中球遊走因子の濃度勾配に応じて炎症部位に向かう遊走運動を行い、その細胞質には顆粒(直径0.5μm以下)が多数存在する。我々は好中球遊走機構を解明するために、この顆粒を光トラップで捕捉しその動きを計測することによって、遊走中の好中球の仮足進展部、体部、尾部における局所粘弾性の動的測定を行った。光トラップで好中球内顆粒を捕捉したのち、トラップの中心を矩形波状に100mm変位させた時の顆粒の変位を、nm計測装置を用いて計測した。データはsimple linear viscoelastic modelとstructural dampingmodel(顆粒の動きが羃関数に従うというモデル)の2つの方法で解析したが、後者の解析法が有意にfittingに優っていた。両方の解析法において、遊走中の好中球では、仮足進展部の細胞質で体部、尾部の細胞質に比べて軟らかくて液体状という結果を得た。Fアクチン阻害薬のcytochalasin Dと微小管阻害薬のnocodazoleは体部、尾部の細胞質の粘性および弾性を、均等に約半分に減少させた。【結論】(1)細胞質粘弾性はstructural dampingmodelでよくfittingされる.(2)解析法に拘らず、遊走中の好中球では、仮足進展部の細胞質は体部、尾部の細胞質に比べて軟らかくて液体状であることより、細胞遊走の原動力として細胞内圧の関与が示唆される。単頭キネシンKIF1Aは微小管上をプラス端方向にバイアスのかかったブラウン運動をおこない,全体としてプラス端方向に運動することが1分子蛍光像の解析により明らかにされた(岡田,広川Science 1999).今回レーザートラップを用いたナノ計測を行い,この運動を詳細に検討した.KIF1Aはプラス端方向だけでなく,マイナス方向にもステップ状の変位を行ない,最大力は1pNに達した.ステップの頻度とATP分解速度が等しいことから,1分子ATP分解当り平均1ステップが対応している.ステップサイズは8nmの倍数にピークを持つガウス分布(中心+3nm,分布幅15nm)を示したことから,KIF1Aの運動は方向性のある運動(+3nm)とブラウン運動(分布幅15nm),そしてtubulinの特定位置への結合(8nmの倍数)によると考えられる.KIF1Aの運動方向をきめる過程を捉えるために,微小管から解離していたKIF1A(おそらくADP結合状態)が微小管に結合する時の位置を測定したところ,平均プラス端方向に3nmの変位を示した.これらのことから,ADP結合状態のKIF1Aは微小管への方向性のある結合によって前進を行うのであろう.蛍光性のCdSeナノ粒子は有機蛍光分子よりも蛍光を発する時間が長くかつ蛍光光度が強いことから、生命科学や医療分野への利用が注目されている。本研究では蛍光性ナノ粒子に対する細胞の反応を調べた.抗体を架橋した10nmのCdSe粒子を白血球細胞が貧食する鮮明な像を長時間観察できた。この方法は単一分子の細胞内挙動の探索に威力を発揮するものと期待される
若年型慢性骨髄性白血病における異常細胞増殖の原因癌遺伝子の同定

若年性慢性骨髄性白血病(JCML)は、幼小児期発症、顆粒球系細胞の異常増殖、貧血および血小板減少を特徴とする。最近クローニングされたthrombopoietin(TPO)は、巨核球造血、血小板産生を特異的に刺激するサイトカインで、本症でみられる血小板減少に対して臨床応用が期待される。しかし、急性骨髄性白血病細胞の増殖を刺激することも報告されていることから、本研究では、JCML造血前駆細胞に対するTPOの作用を検討した。さらにTPOに対するシグナル伝達異常の解析を糸口として原因癌遺伝子の同定を試みた。SCFとGM-CSFの共存下では、正常の骨髄CD34+CD38+細胞から少数のGM colonyが形成された。そこにTPOを添加すると、有意にcolony数およびサイズが増加した。一方、JCMLでは、colony数の増加はみられなかったが、サイズの増大は正常対照に比べより明らかであった。正常およびJCMLで誘導されたGMcolony構成細胞は、TPOの添加により、影響を受けなかった。正常対照では、CD41b陽性細胞が少数誘導されたが、JCMLでは、全く誘導されなかった。3-color解析の結果、JCMLではCD13陽性細胞上にc-Mplが強発現したのに対して、正常対照ではC-Mplの発現は検出できなかった。この結果から、JCMLにおける異常増殖は、TPOによっても誘導されることが明らかとなった。そこでSCF+GM-CSF存在下で9日間培養した細胞を用いて、TPO刺激で経時的にリン酸化される蛋白をWesternblotting法を用いて検討した。その結果、数種類の蛋白が特異的にリン酸化された。JCMLにおいて、TPOは巨核球造血、血小板産生刺激効果よりも、むしろ骨髄系細胞の増殖を促進する可能性が示唆された。さらに、本研究によって、この異常増殖に関与すると考えられる数種類の蛋白をスクリーニングすることができた。本研究の研究目的は、若年型慢性骨髄性白血病の原因癌遺伝子の同定を試み、造血幹細胞の異常増殖のメカニズムを解明することにある。
メタボローム解析によるピロリン酸カルシウム結晶沈着症の診断バイオマーカーの同定

ピロリン酸カルシウム(CPPD)結晶沈着症は関節炎を引き起こすが、病態の機序は不明な点が多い。診断には偏光顕微鏡下での関節液中のCPPD結晶の証明が必要とされ、血清バイオマーカーの開発が課題となっている。ピロリン酸が代謝の副産物であること、CPPD結晶沈着症がリウマチ性疾患であることから、その研究にメタボローム解析が有用ではないかと考えた。本研究では関節液のメタボローム解析を行い、局所での代謝経路の特徴を解明し病態の機序に迫る。また血清のメタボローム解析の結果とも照合し、血清バイオマーカーを作成することを目的とする。本研究により新たな足がかりを作ると共に、世界初のバイオマーカーの開発に挑む。