hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
心不全発症における転写・エピゲノム調節経路の解明とそれに基づく新規治療法の探索

心筋特異的NRSFコンディショナルノックアウトマウス(NRSF cKO)を作製したところ、NRSF cKOは生後徐々に心拡大、心機能低下を示し、その全個体が突然死した。このことから生後の正常な心機能維持にNRSFが不可欠であることが初めて示された(投稿準備中)。また心筋特異的NRSF,HDAC1,HDAC2ヘテロノックアウトを作製し解析を開始した。加えて、タモキシフェン誘導性心筋特異的NRSFノックストマウスも作製し、その解析を行った。2、Rho依存性転写活性化因子MRTF-Aの病的心筋リモデリングにおける役割の解析とそれに基づく新規心不全予防・治療薬開発。MRTF-Aノックアウトでは心肥大反応が減弱していたことから、心筋におけるRho-MRTF-A-SRF転写経路の標的遺伝子の解析をDNA microarrayにておこない、いくつかの標的遺伝子の候補を見出した。3、病的心筋リモデリングにおけるTRPC6/3イオンチャネル-calcineurin-NFAT転写調節経路を介したシグナルクロストークとその新規治療標的としての意義の解明。TRPC6/3阻害薬が複数の心不全モデル動物の心機能を改善する可能性を見出した。4、心不全発症におけるTRPM2チャネルの治療標的としての意義の解明。アンジオテンシンII投与による心肥大モデルで、TRPM2ノックアウトマウスでは肥大反応が低下していることを見出した。当初予定の研究を進めており、一部は発表に向けてデータを取りまとめ中であり、全体的にはおおむね順調に進展していると考えている。25年度が最終年度であるため、記入しない。当初予定した計画の内、以下のように予定以上の成果を上げている計画がある一方で、一部さらなる進行の余地を残す計画も存在しているが、全体としてはおおむね順調に進行している。1、転写抑制HDAC-NRSF複合体による心筋遺伝子発現のエピゲノム制御機構の解明とその下流標的の同定に基づく新規心不全・突然死治療法の開発、に関してはほぼ予定通り進展しており、興味深い結果を得ている。2、Rho依存性転写活性化因子MRTF-Aの病的心筋リモデリングにおける役割の解析とそれに基づく新規心不全予防・治療薬開発、に関してはMRTF-Aの病的心筋リモデリング予防・治療標的としての意義の確立に関してはほぼ予定通り進行し、さらに血管病の予防治療標的としての意義をも明らかにし、その標的遺伝子の同定、MRTF-Aの発現制御機構に関しての新しい知見も得ることができた。今後、そのエピゲノム制御に関わる分子機序の解析を行う。3、病的心筋リモデリングにおけるTRPC6/3イオンチャネル
ドナー型BioLeTによる生物発光プローブ群の開発とインビボイメージングへの応用

本研究では、ホタルの発光現象を利用して生体分子を可視化する基盤技術の確立とそのイメージングへの応用を目指して研究を行った。具体的には、励起状態における電子移動を制御することで標的の生体分子が存在する時だけ発光を示す性質をもつ発光基質を開発する。その実現のために様々なテスト化合物を合成する中で、当初発光が消光すると考えられた発光基質から想定以上の発光強度が観測された。このような報告は知られておらず、発光反応を高効率化するための知見が得られたと言える。蛍光法に比べ高感度な測定ができる生物発光法を用いたプローブ開発において、その分子設計法は限られており、多様な標的分子を検出できるようにするために新しいメカニズムの分子設計法を確立する必要がある。そこで、励起した基質分子からの電子移動(ドナー型BioLeT、以下d-BioLeT)を生物発光プローブの分子設計に適用できないか検証を行った。まず、d-BioLeTによる発光の消光現象が起こるかどうかを確認した。ドナー型の電子移動はLUMOエネルギーの低い構造へと起こることが分かっているので、LUMOエネルギーの低い構造を有する基質を設計することとした。一般的にニトロ基を有する構造はLUMOエネルギーが低く、様々な蛍光色素の蛍光を消光することが知られているのでテスト化合物としてニトロベンゼンをもつ基質の合成を行った。合成に成功し、luciferaseと酵素反応を行い発光測定をしたところ、強い発光が観測された。このことからニトロベンゼンではまだ消光させるのに十分低いLUMOエネルギーレベルではないことが示唆されたので、更にLUMOエネルギーの低い構造の設計を行い、合成を進めている。励起した基質分子への電子移動(アクセプター型BioLeT、以下a-BioLeT)による生物発光プローブの創製にも取り組んだ。標的分子として様々な疾患や病態に関与が示唆されている過酸化脂質や活性酸素種を考えた。これらの分子を検出する生物発光プローブを開発するために、標的分子と反応する前は発光が観測されないが、反応後に発光が観測されるような分子設計を行い、合成に着手した。d-BioLeTによる消光現象を確認するために計画に沿ってLUMOエネルギーの低い構造としてニトロベンゼンを選択し、基質に結合させた化合物を合成し発光特性の精査を行ったが、消光させるのに十分なLUMOエネルギーではなかった。更にLUMOエネルギーの低い構造をもつ基質を合成し、消光現象が見られるか確認する予定だが、どこに閾値が存在するのか予測が難しい。そこで、これまでに申請者が確立したa-BioLeTに基づく分子設計を利用したプローブ開発に着手した。これらの検討を通じ、新規の生物発光プローブの開発とその応用を行っていく。本研究は申請者らが見出した、電子移動を利用した生物発光プローブの分子設計法の拡張を行い幅広い標的分子へ適用できるような基盤を確立することが目的である。従来はHOMOエネルギーの高い構造から基質分子への電子移動(アクセプター型BioLeT、以下a-BioLeT)を利用していたが、本研究では基質分子からLUMOエネルギーの低い構造への電子移動(ドナー型BioLeT、以下d-BioLeT)を分子設計に適用できないか検討を行った。そうすることで、これまで適用できなかった標的分子のプローブ開発が行えるようになる。昨年度までに合成、機能評価した基質ではd-BioLeTによる消光現象が観測されなかったので、本年度では新たに分子をデザインして更なる検証を行った。電子移動の起こる効率は電子移動を起こす2つの構造の距離に依存し、距離が短いほど効率よく電子移動が起こることが知られている。昨年度までに合成したものではリンカーの炭素数が3であったため、炭素数1のリンカー構造をもつ基質を合成した。LUMOの低い構造としてニトロベンゼンを選択し、ニトロベンゼン、ジニトロベンゼンをもつ基質を合成し、発光測定を行った。その結果、ジニトロベンゼンであっても強い発光が観測され、電子移動による消光現象は観測されず、ニトロ基のないベンジル基をもつ基質よりも発光強度が大きかった。この結果は、非常にLUMOエネルギーの低い構造が励起基質分子の近傍にあったとしても電子移動が起こらないことを示しており、そのことがむしろ発光量子収率の改善に寄与した可能性が考えられる。このような現象はこれまで知られておらず、本研究を通して合成した基質によって、高効率の発光基質の開発につながる知見を得ることができた。引き続きd-BioLeTによる消光現象が観測されるかを検証する実験を行う。ニトロベンゼンよりもLUMOエネルギーの低い構造を結合させた基質を設計、合成し、その発光特性を精査する。その上で、どの程度のLUMOエネルギーレベルで消光がみられるかの閾値を推定する。そのデータに基き閾値をまたぐようなLUMOエネルギーの変化が起こる化学反応を利用して、生体分子を検出する生物発光プローブが行えないかを検討していく。

また、a-BioLeTによる生物発光プローブの開発も引き続き行う。合成に成功したら、標的分子に対する選択性や定量性などの機能評価を行い、プローブの性質を精査する。その後、生物学的な実験系への応用を行っていく。ケミカルバイオロジー、イメージング、分析化学試薬や実験器具の購入に際に様々な会社に見積りを依頼して、最も安く購入できるところを常に選んできたことや、キャンペーンを利用して通常価格よりも安価に購入してきたことにより、当初の計画から差額が生じた。生じた差額分に関しては試薬の購入や消耗品の購入に充てることとし、特に迅速に実験が進められるように効率的に配分して使用していく予定である。
麻薬性鎮痛薬および鎮痛補助薬が側坐核カテコラミン神経活動に及ぼす効果

オピオイド系薬物の報酬効果はその発現機構の詳細は不明だが,側坐核へ投射する中枢ドパミン神経の機能亢進が関与することがラットを用いた行動学的研究から示唆されている。そこで申請者らは側坐核のドパミン遊離亢進機構について,無麻酔非拘束ラットを用いin vivo脳微小透析法により検討した。また,ノルアドレナリンとドパミンの側坐核における相互作用と,線条体において細胞外へ遊離したドパミンの細胞内由来についても検討を加えた。中脳辺縁系ドパミン(DA)神経の主たる投射領域の側坐核は,麻薬性鎮痛薬の中枢作用部位のひとつと想定されている。内因性μ受容体アゴニスト候補物質のendomorphin(EM)-1とEM-2のラットの側坐核への灌流投与は,いずれも同部位のDA遊離を増加する。μ受容体アゴニストの示す中枢DA神経亢進は,μ受容体刺激を介したGABA神経の脱抑制によることが示唆されているが,EM類が惹起した側坐核DA遊離における同部位のGABA_A受容体の関与の詳細は明らかでない。そこで本研究では,EM-1またはEM-2が誘発した側坐核DA遊離における同部位のGABA_A受容体の役割を明らかにする目的で,EM類誘発DA遊離へGABA_A受容体のアゴニストのmuscimol(MUC)とアンタゴニストのbicuculline(BIC)が及ぼす効果についてin vivo脳微小透析法にて検討した。無麻酔非拘束ラットの側坐核より透析プローブで回収したDAは,HPLC-ECD法で分離定量した。各薬物は灌流液中に溶解し,透析プローブを介し逆透析で側坐核に灌流投与した。その結果,EM-1誘発DA遊離はMUC(250pmol)で促進されたが,BIC(50,500pmol)では影響は受けなかった。また,MUC(250pmol)によるEM-1誘発DA遊離の促進は,BIC(50pmol)の併用で拮抗された。一方,EM-1とは異なりMUCとBICはEM-2(25nmol)誘発DA遊離へは目立った影響を与えなかった。GABA_A受容体のアゴニストはEM-1の効果を促進したがアンタゴニストではそのような効果を示さなかったことから,DA神経終末に局在するGABA_A受容体に対するEM-1の効果は限度近くに達していわゆる床効果を誘発した可能性が示された。また,EM-2はEM-1とは異なるメカニズムで側坐核のDA遊離を増加することが示された。青斑核などからのノルアドレナリン(NA)神経は,麻薬性鎮痛薬の作用部位として想定されている中脳辺縁系ドパミン(DA)神経の投射する側坐核へ入力している。側坐核のNA神経とDA神経との間には密接な機能的相互関係があり,この領域に分布するβ受容体の作動薬による活性化は同部位のDA遊離を増加する。一方,鎮痛補助薬として用いるNA取り込み阻害薬は細胞外間隙においてNAのみならずDAも増加するが,その発現機構としてNA取り込み機構を介したDAの細胞内移行の阻害の関与が示唆されている。しかし, NA取り込み阻害薬の示すDA遊離促進作用へ細胞外NA量の増加によるβ受容体の刺激が関わるか否かについては明らかでない。そこで本研究では,選択的β受容体遮断薬のpropranololを用いて,この薬物が選択的NA取り込み阻害薬のreboxetineの示す側坐核のDA遊離促進効果を抑制するか否かについて検討した。実験にはSD系雄性ラット(体重約200g)を用いた。実験は無麻酔非拘束の条件下で行い,ラットの側坐核から脳微小透析プローブを介して回収した細胞外液中のNAおよびDAは, HPLC-ECD法で分離定量した。薬物はいずれも灌流液中に溶解し,脳微小透析プローブを介した逆透析で側坐核に局所灌流投与した。その結果,側坐核の基礎NAおよびDA遊離はいずれも, reboxetine (1.2,12pmol)の灌流投与により増大した。基礎NAおよびDA遊離へ目立った影響を与えない用量のpropranolol (300,1200pmol)の灌流投与は, reboxetine誘発NA遊離には著明な影響を与えなかったが, reboxetine誘発DA遊離を強く抑制した。以上の結果からreboxetineが誘発した側坐核のDA遊離亢進には,同部位において増加した細胞外NAによるβ受容体の活性化が関わる可能性が示された。シナプス小胞内ドパミン(DA)枯渇薬のreserpineとDA合成律速酵素阻害薬のα-methyl-p-tyrosine (α-MPT)を用いた研究から,覚醒アミンのdexamphetamineは,線条体のDA神経終末のシナプス小胞のみならず細胞質を由来とするDAを細胞外へ放出することを我々は報告している。

D_1受容体作動薬のSKF38393は,ラットの線条体背側部に局所投与するとdexamphetamineと類似した神経活動非依存性の機構により同部位のDAの細胞外放出を促進するが,このDAはシナプス小胞と細胞質のいずれを由来とするかは明らかでない。そこで,無麻酔非拘束ラットの線条体背側部へのSKF38393の局所投与が誘発したDA放出におけるシナプス小胞と細胞質のDAプールの役割について,reserpineとα-MPTを用いてin vivo脳微小透析法により検討を行った。その結果,1.Reserpine(5mg/kg,24時間前)またはα-MPT(250mg/kg,2時間前)の全身投与の結果,線条体背側部へのSKF38393の局所注入(1.5μg/0.5.μl)が誘発した同部位のDA放出は,reserpineにより約82%が,α-MPTにより約62%がそれぞれ抑制され,これら両薬物による抑制効果の合計は100%を超えて約144%に達した。2.細胞内DAを枯渇させるためreserpineとα-MPTを併用投与して,SKF38393誘発DA放出は約86%までしか抑制できなかった。以上の結果から,SKF38393のラットの線条体背側部への局所投与は,同部位のシナプス小胞と細胞質の両方からDAを放出することが示された。また,このSKF38393処置は,細胞内におけるDAのシナプス小胞と細胞質の間の移動を誘発すること,さらにDAトランスポーター機能を抑制することがそれぞれ示唆された。
分子シャペロンHSP65による原虫感染宿主細胞のアポトーシスの抑制と感染防御

マウスマラリア原虫Plasmodium falciparumを用いた感染モデルで、以下について検討した。(1)感染抵抗性における宿主HSP65の関与マウスにP.yoeliiの強毒株(L株)を感染させると、全てが速やかに死亡する。弱毒株(NL株)を感染させた場合には一過性に感染は憎悪するが全てのマウスで治癒する。これらのマウスの脾臓のマクロファージにおけるHSP65の発現は、強毒株感染マウスでは見られなかったが、弱毒株感染マウスでは強く見られた。さらに、弱毒株に対しても抵抗性を獲得することができない免疫不全マウスでは弱毒株感染時にさえ、マクロファージにはHSP65の発現が見られなかった。また、マクロファージを除去したマウスに弱毒株を感染させると、抵抗性が無くなった。以上のことから、マラリアに対する感染抵抗性にはHSP65を発現したマクロファージが重要な役割をしていることが明らかとなった。(2)原虫の病原性におけるマラリアHSP90の関与上記の強毒、弱毒株を用いて各種HSPの発現を観察したところ、HSP65、70は両株で発現に差はなかったが、HSP90の発現は強毒株で強く、弱毒株で弱く見られた。HSP90を発現するはずの強毒株を免疫不全マウスに感染させると、原虫内にHSP90は発現されなくなった。これらの結果から、強毒株原虫は宿主の排除機構に応答してHSP90を発現し、病原性を発揮していることが示唆された。また、この発現は免疫電顕法によっても確認されており、強毒株の分裂体にHSP90が多く見られた。
不全心筋に対する増悪因子の解明と制御に関する臨床的研究

慢性の機能不全に陥った心筋は徐々に増悪、進行し循環不全をきたし最終的に個体死にいたる。この不全心筋の進展、増悪機構は未だ解明されていない。身体活動が不全心の機能を悪化させ、逆に安静により改善すること、さらに近年、交感神経β受容体遮断薬の長期投与による心不全患者の予後の改善が報告されていることなどから、運動などのストレス時の交感神経興奮と心筋β受容体刺激が不全心筋に対する増悪・攻撃因子として働いていることが強く示唆される。本研究の目的は運動時の交感神経興奮が如何にして不全心を進展、増悪させるのかを左室拡張特性に対する運動およびβ遮断薬の効果から検討することである。対象は慢性心不全患者(拡張型心筋症)12例であり、心不全のない大動脈弁と逆流症5例を対照群とした。方法はカテ先マノメ-タによる左室圧(P)とdigital subtraction cineangiographyによる左室容積(V)を安静時および自転車負荷による運動時に同時に計測し、左室P-V関係に及ぼす運動の効果をプロプラノロ-ル投与前後で解析した。その結果、1)拡張型心筋症患者では運動時の拡張期P-V曲線は上方へ偏位し、この偏位はプロプラノロ-ルにより抑制された。これらの変化は右房圧で補正した左室圧での検討でも同様に認められた。2)対照群では運動時の拡張期P-V曲線は上方へ偏位せず、安静時の曲線上を推移し、プロプラノロ-ル投与後も変化を認めなかった。以上の結果は運動が交感神経興奮を介して不全心筋のスティフネスを増加させることを示すものである。急性の心筋スティフネスの増加は心筋細胞内のカルシウム濃度の増加によるミオシン-アクチン架橋の残存に起因すると考えられていることから、運動時の交感神経興奮が心筋内カルシウム過負荷を惹起し、不全心筋の増悪・進行に関与していることが示唆された。この不全心筋の進展、増悪機構は未だ解明されていないが、経験的に身体活動が不全心の機能を悪化させ、逆に安静により改善すること、さらに近年、交感神経β受容体遮断剤の長期投与により心不全患者の予後が改善することが報告されている。以上のことは、運動などのストレス時の交感神経興奮と心筋β受容体刺激による心筋のカルシウムトランジェントおよび心筋仕事量(酸素需要)の増加が、細胞内代謝が障害され冠予備能が減少している不全心筋では虚血性あるいは非虚血性のカルシウム過負荷などを惹起し、心筋に対する増悪・攻撃因子として働いていることを強く示唆している。本研究の目的は不全心の増悪因子としてのストレス時の交感神経興奮の意義と機序を明らかすることである。本年度は運動により交感神経活動を亢進させた場合慢性心不全患者において心筋のカルシウム過負荷が生じるのか否か、β遮断剤はこれらの異常を改善するのか否かを検討した。慢性心不全患者(拡張型心筋症)および左室機能が良好な左室疾患患患者(対照群)を対象に運動負荷試験を行ない、カテ光マノメータによる左室圧(P)とdigitalsubtractionによる左室容積(V)を求め、安静時および運動時のP-V関係を解析した。さらに一回目の負荷試験終了後、propranolol 0.1mg/kgを静注し二回目の運動負荷試験を行ない、propranololのP-V関係におよぼす効果を検討した。その結果、1).拡張型心筋症患者では運動時の拡張期P-V曲線は上方へ偏位し、この偏位しはpropranololにより抑制された。2)対照群では運動時の拡張期P-V曲線は上方へ偏位せず、安静時の曲線上を推移し、propranolol投与後も変化を認めなかった。以上より慢性心不全患者では運動時の交感神経興奮によるβ受容体刺激が心筋カルシウム過負荷を生じることが明らかになった。

2)対照群では運動時の拡張期P-V曲線は上方へ偏位せず、安静時の曲線上を推移し、プロプラノロ-ル投与後も変化を認めなかった。以上の結果は運動が交感神経興奮を介して不全心筋のスティフネスを増加させることを示すものである。急性の心筋スティフネスの増加は心筋細胞内のカルシウム濃度の増加によるミオシン-アクチン架橋の残存に起因すると考えられていることから、運動時の交感神経興奮が心筋内カルシウム過負荷を惹起し、不全心筋の増悪・進行に関与していることが示唆された。本研究の目的は不全心の進展、増悪因子として運動などのストレス時の交感神経興奮の意義と機序を明らかにすることである。昨年度は運動により交感神経活動を亢進させた場合、慢性心不全患者(拡張型心筋症)では運動時の拡張期圧ー容積曲線が上方へ偏位し、この偏位はpropranololにより抑制されたのに対し、対照群では運動時の拡張期圧ー容積曲線は上方へ偏位せず、安静時の曲線上を推移し、propranolol投与後も変化を認めないことを明らかにした。このことは慢性心不全患者では運動時の交感神経興奮によるβ受容体刺激が不全心筋の増悪因子として働いていることを強く示唆する結果であった。不全心において交感神経興奮が拡張期圧ー容積曲線の上方への偏位をもたらす機序として、虚血性あるいは非虚血性のカルシウム過負荷が考えられる。そこで本年度は運動時の交感神経興奮が不全心においてカルシウム過負荷を生じる機序を明らかにする目的で、正常冠動脈を有する慢性心不全患者を対象に安静時および運動時の心電図ST変化と拡張期左室圧ー容積関係を解析し、運動時のカルシウム過負荷が心筋虚血に起因するのか否かを検討した。その結果、1)全例において運動時に拡張期圧ー容積曲線が上方へ偏位し、その結果、左室拡張末期圧が上昇した。2)安静時から運動時へのST低下分(ΔST)と拡張末期圧の増加分(ΔEDP)の間には有意な相関関係を認めなかった(r=0.44)。以上の結果より、慢性心不全患者において認められた運動時の拡張期圧ー容積曲線の上方への偏位、すなわちカルシウム過負荷を生じる機序として、心筋虚血は重要な役割を果たしていないことが明らかになった。したがって運動時の交感神経興奮が心拍数を増加し、拡張期が短縮するために増加したカルシウムトランジェントを処理できず、その結果、カルシウム過負荷が生じるという細胞内代謝異常が不全心の増悪因子として重要であることが示唆された。
細胞増殖分化に関与する色素体機能の解明

葉緑体は光合成を行うだけではなく、様々な物質の合成を通じで植物の細胞増殖や細胞分化を支えている。私たちはシロイヌナズナにおいて、主に葉緑体に存在する機能未知のタンパク質が植物の細胞の増殖や分化に関与することを明らかにしてきた。この研究ではこのタンパク質を解析することによって、葉緑体のどのようなはたらきが植物の細胞増殖、分化に関与するのかを解析した。その結果、この機能未知のタンパク質が葉緑体とミトコンドリアにおける一酸化窒素の生成に関与しており、それを通して根の成長に関与することが示唆された。また、このタンパク質は葉緑体へのタンパク質輸送を介して、種子の形成に関与する事が示唆された。本研究の目的はシロイヌナズナのCRLタンパク質の機能解明を通じて、細胞分化・増殖に関与する色素体機能の解明を目指すことである。このためにcrl変異体のエンハンサー、サプレッサー変異のスクリーニング、CRLタンパク質と相互作用するタンパク質の同定、色素体を持たない細胞の細胞周期の解析をおこなった。その結果、crlのエンハンサー変異候補遺伝子を数個得た。さらに、候補遺伝子を得るためにスクリーニングを継続している。また、すでに得られた候補遺伝子については、原因遺伝子のマッピングを進めている。タグを付加したCRLタンパク質を発現しているシロイヌナズナより、タグに対する抗体を用いて、CRLタンパク質を含むタンパク質複合体を精製した。質量分析によって、CRLと相互作用しているタンパク質候補を数種類同定した。これらの候補タンパク質のうち、1種類についてはそのタンパク質にタグを付加した組み換えタンパク質遺伝子をシロイヌナズナに導入し、タグに対する抗体をもちいてCRLと相互作用する候補タンパク質を精製した。その結果、CRLタンパク質がそのタンパク質と相互作用するタンパク質として同定された。以上の結果から、少なくとも1つはCRLと相互作用するタンパク質を同定できたと考えられる。このタンパク質はオルガネラにおいて、植物の成長に関係するある物質の生成に関与することが他のグループより報告されていた。その物質をcrl変異体の根に投与したところ、crl変異体の根の成長が部分的に回復した。この結果は我々が同定したタンパク質がCRLと相互作用するということと矛盾しないものである。また、crl変異体の根を用いた解析によって、色素体を持たない細胞が色素体を持つ細胞と同程度にS期に入れることが明らかとなった。このためにcrl変異体のエンハンサー、サプレッサー変異のスクリーニング、CRLタンパク質と相互作用するタンパク質の同定、色素体を持たない細胞の細胞周期の解析を昨年度に引き続きおこなった。その結果、crlのサプレッサー変異体を数個得ることができた。得られたサプレッサー変異体の一部について個体成長,葉緑体分裂などの表現型を調べた結果、これらの変異体ではcrl変異体が多面的な表現型がすべて回復していた。現在さらにサプレッサー変異、エンハンサー変異の候補遺伝子を得るためにスクリーニングを継続するとともに、サプレッサー変異については原因遺伝子の同定を進めている。昨年度までに同定したCRLと相互作用しているタンパク質候補の内、2種類については試験管内において転写、翻訳したタンパク質を用いて、CRLタンパク質との相互作用を確認した。また、一方のタンパク質については過剰発現する事によって、crl変異体の表現型が部分的に回復する事を明らかとした。もう一方のタンパク質の過剰発現するcrl変異体の作成を行い、表現型の解析を始めている。ヒメツリガゴケのCRL相同遺伝子PpCRL破壊株を用いて、葉緑体分裂過程を継時的に観察できる実験系を確立した。ヒメツリガゴケで確立した系などを用いて、葉緑体を持たない細胞が生じる過程および、PpCRL破壊株における葉緑体増殖過程を解析している。平成27年度の研究計画では、crl変異体のエンハンサー、サプレッサー変異の同定まで至る予定であったが、変異の原因遺伝子の同定には至らなかった。その理由は予想よりも多数のサプレッサー変異系統を単離し、それらの戻し交配に時間をとられたことが計画通りに進行しなかった主な原因である。しかし、戻し交配は順調に進んでおり、平成28年度の始めには原因遺伝子を絞り込む事ができると考えている。CRLと相互作用するタンパク質を2種類同定することができ、それらのタンパク質の機能を通じて、CRLタンパク質がどのようにして植物の成長と葉緑体分裂とに関与するのかという作業仮説を立てる事ができた。今後は作業仮説にそった解析を進めることによって、細胞分化、増殖に関与する色素体機能を解明できるのではないかと期待される。色素体を持たない細胞の細胞周期の解析は、ヒメツリガゴケのPpCRL破壊系統を用いる事に計画を一部変更したが、解析に用いる実験系を立ち上げる事ができた。このためにcrl変異体のサプレッサー変異のスクリーニング、CRLタンパク質と相互作用するタンパク質の解析をおこなった。9系統のサプレッサー変異体が得られたが、すべて優性もしくは半優性の一遺伝子座変異であった。また、すべてのサプレッサー系統において個体の成長と葉緑体分裂の両方がほぼ野生型同様に回復した。crl変異体は多面的な異常を示すが、得られたサプレッサー変異がほぼすべての異常を回復させたことから、単離したサプレッサーはCRLの機能に密接に関係した遺伝子の変異であると考えられた。CRLと相互作用するタンパク質の1つは一酸化窒素(NO)の生成に関与することが知られていた。

crl変異体の根においては内在NO量、酸化ストレスによって生成されるNO量いずれも低下しており、さらに、低濃度のNO投与によってcrlの根の成長が有意に促進された。この結果から、crlで見られる根の伸長阻害の原因の一つが内在NO量の低下であることが示唆された。NO生成にはミトコンドリアと葉緑体が独立に関与することが知られていたが、NO生成関連遺伝子の変異体を用いた遺伝学的な解析から、CRLはいずれのNO生成にも関与することが示唆された。CRLと相互作用するもう1つのタンパク質は葉緑体へのタンパク質輸送に関係するものであった。葉緑体に輸送されるGFPタンパク質を発現しているシロイヌナズナを用いた実験から、crlでは葉緑体へのタンパク質輸送能が低下していることが示唆された。また、CRLと相互作用するタンパク質の過剰発現によって、crlが示す不稔性が部分的に回復した。これらの結果から、crlが示す稔性低下の原因の一つが葉緑体へのタンパク質輸送と関連する可能性が考えられた。葉緑体は光合成を行うだけではなく、様々な物質の合成を通じで植物の細胞増殖や細胞分化を支えている。私たちはシロイヌナズナにおいて、主に葉緑体に存在する機能未知のタンパク質が植物の細胞の増殖や分化に関与することを明らかにしてきた。この研究ではこのタンパク質を解析することによって、葉緑体のどのようなはたらきが植物の細胞増殖、分化に関与するのかを解析した。その結果、この機能未知のタンパク質が葉緑体とミトコンドリアにおける一酸化窒素の生成に関与しており、それを通して根の成長に関与することが示唆された。また、このタンパク質は葉緑体へのタンパク質輸送を介して、種子の形成に関与する事が示唆された。平成26年度の研究計画では、crl変異体のエンハンサー、サプレッサー変異のスクリーニング、CRLタンパク質と相互作用するタンパク質の同定、色素体を持たない細胞の細胞周期の解析をおこなう予定であった。CRLタンパク質と相互作用するタンパク質の同定が進んだため、エンハンサー、サプレッサー変異のスクリーニングの進行がやや遅れ気味であったが、すくなくとも数個の候補を得ることができた。そのため平成27年度中にエンハンサー、サプレッサー変異の同定に至ると予想している。また、CRLと相互作用するタンパク質と考えられるタンパク質の同定することができ、そのタンパク質の機能を通じてCRLタンパク質が植物の成長に関与するらしいという手がかりを得ることができた。今後はこの遺伝子とCRLとの関連の解析を進めることによって、細胞増殖に関与する色素体機能を解明できるのではないかと期待される。色素体を持たない細胞の細胞周期の解析は、根端分裂組織において色素体を持たない細胞を同定することが難しいため、シロイヌナズナの根端を用いた解析は容易でないことが明らかとなった。
COPDにみられる動的肺過膨張に対する呼吸リハビリテーションの効果

呼吸数増加に依存して肺が過膨張となる動的肺過膨張(DLH)は慢性閉塞性肺疾患に特徴的な病態で、労作時息切れ、運動耐容能低下の重要な要因である。本研究は呼吸リハビリテーション(PR)がDLHを改善させ得るのかを検証する。安定期にある中等症以上のCOPD患者を対象に、6ヶ月間PR施行し、PRをおこなわない対照群と比較して、PR前後で呼吸機能検査、DLH、運動持続時間、呼吸困難感、QOLを評価し、対照群と比較する。DLHは運動負荷時における最大吸気量(IC)の減少で評価する従来法と運動負荷を行わず段階的に呼吸数を増加させ、ICの減少量で定量的に評価する過呼吸法の両者を用いて検討をおこなう。
水中での固体表面の濡れ性変化に基づく気液界面の挙動ダイナミクス

"微小領域におけるエレクトロ・ウェッティング現象を用いた濡れ性制御方法の確立"と"効果的に「ゆらぎ」を発生させる条件の取得"から、サイズ制御が容易なマイクロバブルの作製方法を確立するための基礎的知見を取得した。その際、断続的に均一なサイズのマイクロバブルの作製のために、接触角可逆性を有する表面設計の最適化を行った。加えて、高誘電率と各種細孔径を有する多孔体の作製方法や金属電極の設置方法を確立した。エレクトロウエッティング現象(EW現象)を用いて、マイクロバブルを形成するにあたり、以下の4点の課題(1:気体供給の部位の構造と素材の検討、2:印加電圧と気体流量の最適化、3:マイクロバブルの評価方法、4:多孔質ポリマーを用いた、複数のマイクロバブル作製方法の検討)を2年の研究期間で検討した。EW現象を用いた際のマイクロバブルの作製において、一つのマイクロバブルを形成することを通して最適条件を探索した。まず、EW現象による微細なマイクロバブルの形成に最適な気体供給部位(ノズル)の条件探索のため、各種撥水性表面に水滴を設置し、電圧印加による濡れ性変化(ラプラス圧変化)の連続応答性から検討をした。その際、誘電率と表面エネルギーが低いPTFE表面では電界による接触角変化が大きくなり、表面粗さが付与された超撥水性表面(接触角:150°以上)は変化の幅がさらに大きい。しかしながら、超撥水性表面は、一定以上の電圧が付与されるとCassieモードからWenzelモードへの転換が見られ、電圧印加前後の接触角の連続応答性が乏しい。一方、表面粗さが付与されないPTFE表面(接触角:115°)では、電圧印加時の接触角変化自体は20°未満であるが、EW現象の連続応答性を有する。この知見に従い、PTFEコートされたSUS針(内径:数百μm)と水槽内の水の間に高圧電源装置を用いて数百数千Vの電圧を印加し、気泡形成のための最適な電界強度と気体流量の最適化を行い、より微少な気泡を形成することが可能になりつつある。さらに、マイクロスケールの貫通孔を有する多孔体を用いた場合は、誘電率が高いPTFE粒子を含有させたモノリス構造体を用いたほうが制御性がよい。ただし、バブルのサイズをより均一化にするには、気泡が生成される細孔のサイズ分布も重要であり、これらのことは今後の課題である。エレクトロウエッティング現象(EW現象)を用いて、マイクロバブルを形成するにあたり、以下の4点の課題(1:気体供給の部位の構造と素材の検討、2:印加電圧と気体流量の最適化、3:マイクロバブルの評価方法、4:多孔質ポリマーを用いた、複数のマイクロバブル作製方法の検討)を2年の研究期間で検討している。平成23年度は、EW現象を用いた際のマイクロバブルの作製において、一つのマイクロバブルを形成することを通して最適条件を探索した。まず、EW現象による微細なマイクロバブルの形成に最適な気体供給部位(ノズル)の条件探索のため、各種撥水性表面に水滴を設置し、電圧印加による濡れ性変化(ラプラス圧変化)の連続応答性から検討を開始した。従って、気体供給部位の製作方針は、EW現象の繰り返し可逆性が大きいPTFE表面を、電極の役割も果たす金属ノズルの上面に設置することとした。PTFEコートされたSUS針(内径:数100μm)と水槽内の水の間に高圧電源装置を用いて数百数千Vの電圧を印加し、気泡形成のための最適な電界強度と気体流量の検討を行った。各流量における「適当な電位を印加した場合の気泡の直径」は、「水の表面張力とノズル径で決定される気泡の直径」と比較すると、より微少な気泡を形成することが可能になりつつある。平成23年度は、EW現象を用いた際のマイクロバブルの作製において、一つのマイクロバブルを形成することを通して最適条件を検討することにあった。まず、研究計画書にあるようにPTFEを用いること自体は想定していたが、EW現象を用いたマイクロバブル形成に対して、表面微細構造の有無が優位性を有するかどうかについては不透明であった。PTFEを用いた各種撥水性表面を用いた基礎的実験の積み重ねにより、微細構造を有さない表面(超撥水性表面ではない)が望ましく、最も重要な気体供給部位の設計指針が得られた。

この知見に基づき、PTFEコートされたSUS針に高圧電源装置から電圧印加を行い、気泡の最小化に最適な電界強度(EW現象によるラプラス圧変化の強度)と気体流量の検討まで、順調に到達した。各気泡サイズに対して、「設定電位までの到達時間」「パルスの周期」「電圧印加のタイミング」など、電界の付与方法も最適化されつつあり、全般的におおむね順調に進展している。平成23年に行った基礎的知見の成果をもとに、複数のマイクロバブルを発生させるデバイス設計・試作を行い、性能評価を行う。まず、多孔質ポリマー(気孔の直径:数100nm数100μm程度の範囲で制御可能)を用いたマイクロバブル作製方法の検討に取り組む。気体を送り込む多孔質ポリマーを絶縁体として用い、適宜電極を設置し、複数のマイクロバブルを形成させるデバイスの試作を試みる。研究計画書上では、多孔体ポリマーは市販品を使用する予定であったが、研究室内で作製することを可能にした。それ故、多孔体の素材とサイズ・表面改質法・電極の配置等の気体供給部位構造の設計方針に生じた"研究上の柔軟性"を最大限に活用し、さらに研究を加速させていく。多孔質ポリマーを絶縁性単体や導電/絶縁性を付与するレイヤー構造にすることで、電圧印加によるマイクロバブル形成時の制御性の向上を図る。最終目標であるマイクロバブルのサイズ分布の制御には、各種の多孔体ポリマー(気孔サイズ、電極の配置、導電性)・気体の流量・電圧・電圧パルスを条件最適化することから、複数のマイクロバブルの発生させる際の制御方法を確立する。同時に、多孔体ポリマーの物性と機能(気孔サイズ・低誘電率・導電性レイヤーの設置・EW現象の連続応答性)に関する基礎的知見の取得も行う。マイクロバブルのサイズ分布は、液中に形成されたマイクロバブルを撮像して画像解析することで、"気泡サイズ分布"を取得し、デバイスの性能を評価する。また、本研究申請のマイクロバブル形成方法はEW現象(電気的に気液界面に圧力変動を供給する方法)を用いることから、マイクロバブルのサイズ制御が容易になり、その発生機構もコンパクトになる特徴を有する。それ故、液体の流路を有するマイクロデバイス等に実装させるために、現状の気体供給部位をマイクロ流路に配置することも試みる。電材や配管・電極類は、研究期間を通してチューニングしており、22年度に引き続き、研究経費を計上している。当初予定では、多孔質モノリスポリマーは市販品の購入を想定していたが、研究室内での製作が可能になった。それ故、多孔質モノリス構造体を作製する際の試薬等の消耗品に使用する。
歯原性顎嚢胞の病態解析およびマイクロカプセルを用いた治療法の開発

顎骨内における発育増大速度の著しい歯原性角化嚢胞(KC)の裏装上皮細胞は、含歯性嚢胞(DC)の上皮細胞と比較して高い増殖活性を示す。その一方で、KCでは開窓術後において、その増殖活性が低下するとともに上皮層の肥厚がみられる。そこで本研究では、陽圧刺激がKCに与える影響やKCにおける増殖誘導因子の関与を調べた。その結果、陽圧刺激がKCの上皮細胞におけるIL-1αmRNAや蛋白の発現を増加させ、培養上皮細胞や培養線維芽細胞からのMMP-1,-2,-3およびPGE_2の分泌を増加させることが解った。また、KGFやEGFおよびそれぞれのレセプターであるKGFR、EGFRについてその蛋白の発現を調べたところ、(1)KGFはKC、DCともに上皮細胞、線維芽細胞、血管内皮細胞に発現していたが、線維芽細胞でのKGFの発現はKCの方が高い傾向にあった。(2)上皮細胞でのKGFRの発現頻度にはKCとDCにおいて差はなかった。また発現部位はKC、DCともにKGFと異なり、上皮層の上層に認められた。(3)EGFの発現部位はKGFと異なり、KC、DCともに上皮層の上層に認められた。また、線維芽細胞、血管内皮細胞には発現をほとんど認めなかった。(4)上皮細胞でのEGFRの発現頻度には、KCとDCにおいて差はなかった。また、発現部位はKC、DCともに上皮層の上層に認められた。(5)EGFRはKCの開窓時および開窓後の摘出時との間に有意差を認めた。これらの結果よりKGFやEGFはKCの上皮細胞の増殖活性には直接関与せず、細胞の分化やアポトーシスに関与していることが示唆された。以上のことから、歯原性角化嚢胞の発育増大には陽圧刺激やIL-1αが深く関与しており、これを応用した開窓療法と併せて行うIL-1αの抗体を組み込んだマイクロカプセルによる治療法は有効であると思われた。申請者らは歯原性角化嚢胞の裏装上皮細胞がinterleukin-1_α(IL-1_α)を強く発現しており、このIL-1_αがマトリックスメタロプロテアーゼ(MMPs)の発現、活性化に強く関与している可能性を報告した。さらに嚢胞裏装上皮細胞でのIL-1_αの発現調節には嚢胞腔内の陽圧刺激が関与しており、嚢胞腔内圧、IL-1_αの発現、嚢胞の発育増大の三者間には強い関係の存在が示唆された。そこで陽圧刺激と角化細胞におけるIL-1_αの発現、並びに陽圧刺激と骨吸収機構との関係を培養細胞を用いて解析した。結果、陽圧刺激は角化細胞においてIL-1_αmRNA発現と蛋白分泌を増加させた。さらにIL-1_αが線維芽細胞において骨吸収因子であるMMP-1、MMP-2、MMP-3、PGE_2の発現を増強させることを示すとともに、破骨細胞分化誘導因子であるRANKL mRNAの発現も増強させることを示した。角化細胞と線維芽細胞の共存培養実験から陽圧刺激によって角化細胞からのIL-1_αの分泌が増加され、そのIL-1_αが線維芽細胞にparacrine的に作用することによってMMP-1、MMP-2、MMP-3、PGE_2の分泌増加が生じると考えられた。また現在、歯原性顎嚢胞の発育に強く関与していると思われるkeratinocytegrowthfactor(KGF)蛋白およびKGF mRNAの発現を調べている。パラフィン切片に有効なKGFおよびKGFレセプターの抗体(長崎大学大学院医歯薬総合研究科医療科学専攻発生分化機能再健学講座動的形態分子解析学分野より供与)を用いて歯原性角化嚢胞・含歯性嚢胞・歯根嚢胞におけるKGF蛋白の発現を調べている。またオリゴデオキシリボヌクレオチドプロープを用いたin situ hybridizationを行い、KGF mRNA産生細胞の同定を行う予定である。申請者らは歯原性角化嚢胞の裏装上皮細胞がinterleukin-1α(IL-1α)を強く発現しており、このIL-1αがマトリックスメタロプロテアーゼ(MMPs)の発現、活性化に強く関与している可能性を報告した。さらに嚢胞裏装上皮細胞でのIL-1αの発現調節には嚢胞腔内の陽圧刺激が関与しており、嚢胞腔内圧、IL-1αの発現、嚢胞の発育増大の三者間には強い関係の存在が示唆された。そこで陽圧刺激と角化細胞におけるIL-1αの発現、並びに陽圧刺激と骨吸収機構との関係について培養細胞を用いて解析した。結果、陽圧刺激は角化細胞においてIL-1αmRNA発現と蛋白分泌を増加させた。さらにIL-1αが線維芽細胞において骨吸収因子であるMMP-1、MMP-2、MMP-3、PGE_2の発現を増強させることを示すとともに、破骨細胞分化誘導因子であるRANKL mRNAの発現も増強させることを示した。角化細胞と線維芽細胞の共存培養実験から陽圧刺激によって角化細胞からのIL-1αの分泌が増加され、そのIL-1αが線維芽細胞にparacrine的に作用することによってMMP-1、MMP-2、MMP-3、PGE_2の分泌増加が生じると考えられた。現在、歯原性顎嚢胞の発育に強く関与していると思われるkeratinocytegrowthfactor(KGF)蛋白およびKGF mRNAの発現を調べている。

パラフィン切片に有効なKGFおよびKGFレセプターの抗体(長崎大学大学院医歯薬総合研究科医療科学専攻発生分化機能再建学講座動的形態分子解析学分野より供与)を用いて歯原性角化嚢胞・含歯性嚢胞・歯根嚢胞におけるKGF蛋白の発現を調べ、おおまかな傾向を掴んだ。今後は合成オリゴデオキシリボヌクレオチドプローブを用いたin situ hybridizationを行い、KGF mRNA産生細胞の同定を行い、マイクロカプセルが標的とする細胞を特定する予定である。顎骨内における発育増大速度の著しい歯原性角化嚢胞(KC)の裏装上皮細胞は、含歯性嚢胞(DC)の上皮細胞と比較して高い増殖活性を示す。その一方で、KCでは開窓術後において、その増殖活性が低下するとともに上皮層の肥厚がみられる。そこで本研究では、陽圧刺激がKCに与える影響やKCにおける増殖誘導因子の関与を調べた。その結果、陽圧刺激がKCの上皮細胞におけるIL-1αmRNAや蛋白の発現を増加させ、培養上皮細胞や培養線維芽細胞からのMMP-1,-2,-3およびPGE_2の分泌を増加させることが解った。また、KGFやEGFおよびそれぞれのレセプターであるKGFR、EGFRについてその蛋白の発現を調べたところ、(1)KGFはKC、DCともに上皮細胞、線維芽細胞、血管内皮細胞に発現していたが、線維芽細胞でのKGFの発現はKCの方が高い傾向にあった。(2)上皮細胞でのKGFRの発現頻度にはKCとDCにおいて差はなかった。また発現部位はKC、DCともにKGFと異なり、上皮層の上層に認められた。(3)EGFの発現部位はKGFと異なり、KC、DCともに上皮層の上層に認められた。また、線維芽細胞、血管内皮細胞には発現をほとんど認めなかった。(4)上皮細胞でのEGFRの発現頻度には、KCとDCにおいて差はなかった。また、発現部位はKC、DCともに上皮層の上層に認められた。(5)EGFRはKCの開窓時および開窓後の摘出時との間に有意差を認めた。これらの結果よりKGFやEGFはKCの上皮細胞の増殖活性には直接関与せず、細胞の分化やアポトーシスに関与していることが示唆された。以上のことから、歯原性角化嚢胞の発育増大には陽圧刺激やIL-1αが深く関与しており、これを応用した開窓療法と併せて行うIL-1αの抗体を組み込んだマイクロカプセルによる治療法は有効であると思われた。
結晶表面のメゾスコビック・バターン形成

表面拡散場中での原子ステップの運動について系統的に研究し、次のような具体的成果を得た。1.不安定化した界面やステップがカオス的な運動をするか安定構造をとるかは系の対称性に依存する。スティフネスやカイネティクスの異方性が及ぼす効果を一般的な形で考察した。とくに吸着原子のドリフトによるステップの蛇行について、流れの方向を制御してカオス的運動を周期構造に変えられることを示した。2.Siの通電実験で見られるバンチングに対応して、1次元モデルのシミュレーションと理論的解析からステップ束の大きさが時間の1/2乗に比例して大きくなることを見出した。だがドリフトが小さい場合にはこの冪の値は減少し、すぐに連続体モデルで予想した周期的に並んだステップ束が現れ、定常に達する。3.2次元に拡張した連続体モデルの非線形発展方程式を導き、その数値積分によって微斜面のパターン形成を解明した。とくに蛇行とバンチングの二つの不安定化が同時に起こると、対称軸に対して傾いた畝状構造を持った二つのドメインが発達することを見出した。4.吸着原子がステップを投下していく課程も考慮して、ドリフトによる蛇行とバンチングを、線形安定性解析と格子モデルのモンテカルロシミュレーションによって総合的に調べた。その結果、ステップの透過性の導入によって、最近発見されたSi(111)面での蛇行と我々の理論の予測との矛盾が解消できることがわかった。5.ファセット上の3次元的な島の崩壊過程を同心円状ステップのモデルで理論的に解析し、頂点部分にできるファセットの成長則を導いた。またSiのナノメーター程度の大きさの島の崩壊の実験を解析し、ステップの巨視的なパラメタによる記述が驚くべきことにこの大きさまで有効であることが分かった。微斜面上のステップのパターン形成の問題,とくに結晶の成長や昇華にともなうステップの蛇行(ステップに沿ったゆらぎに対する不安定化)や,バンチング(等間隔ステップ列での疎密の形成による不安定化)の問題を中心に研究した.また直線的なステップ(=2次元結晶の表面)が成長とともに荒れてくる様子やその成長速度への結晶の格子構造の影響をみるためのモンテカルロ・シミュレーションを行った.そして以下の知見が得られた.1.ステップの蛇行については,ステップに沿った方向の反転に対し系が対称な場合,非線形効果によって蔵本-Sivashinsky方程式で記述される時空カオス的パターンが出現する.しかしステップに沿ったドリフトがあって反転対称性が破れるとステップの運動は奇数階の微分を含むBenney方程式で記述できるようになり,この対称性の破れが大きいときにはカオスが抑制されて安定な周期構造が期待できる.このことは,モンテカルロ・シミュレーションでも確認した.2.Si(111)面などでの表面吸着原子のドリフトによるバンチングでは,不安定点の近くでの時間発展はBenney方程式で記述され,密度ゆらぎは安定なソリトン列となることが期待される.これに対し,非平衡度の高い保存系での1次元モデルのシミュレーションによって,ステップの束の大きさが時間の平方根に比例して大きくなることを見出した.また,これを理論的に説明することに成功した.3.面の成長速度は,結晶格子構造を反映して,結晶の方位よって異なる過飽和度依存性をもつ.2次元正方結晶では,成長の遅いときは(11)方向に伸びていた成長形が,成長が速くなると(10)方向にわずかに伸びた形に変化する.また結晶の異方性に反映して界面のゆらぎ幅の時間発展の冪が複雑な変化をする.微斜面上のステップのパターン形成の問題,およびファセット状の島状構造の平衡への緩和過程を研究した.前者では結晶の成長や昇華にともなうステップの蛇行(ステップに沿ったゆらぎに対する不安定化)や,パンチング(等間隔ステップ列での疎密の形成による不安定化)の問題を97年度にひきつづき研究した.

関連した拡散場中でのパターン形成の例として2次元での電析の実験も行っている.その結果,以下の知見が得られた.1.ステップの蛇行については,ステップに沿った方向の反転に対し系が対称でない場合,臨界点付近の運動は奇数階の微分をふくむ微分方程式で記述できる.対称性を破るものとして,スティフネスの異方性ではカオス的な運動を押さえ切れないが,ステップ・カイネテイクスに異方性があればBenney方程式で記述できるようになり,カオスが抑制されて安定な周期構造が期待できる。2. Si(111)面での実験で見られる表面吸着原子のドリフトによるバンチングに対応して,保存系での1次元モデルのシミュレーションと理論的解析からステップの束の大きさが時間の1/2乗に比例して大きくなることを見出した.高温の実験で蒸発の効果の無視できないときも同じ幕が見られているが,シミュレーションでもドリフトが大きければこの幕はあまり変わらない.ドリフトが小さい場合には幕の値は減少し,束の成長は長く続かずに周期的に並んだステップ束が現れる.この様子は,以前調べた不安定点の近くでのBenney方程式で記述される系の振る舞いに対応してる:3.ファセット上の同心円状のステップからなる島が,表面拡散による原子の流出によって消滅していく過程を調べた.理論的に予想していた頂点部分にできるファセットの成長則をシミュレーションで確認した.またステップ間斥力を導入することによって台地状の構造が安定に存在することを発見し,その理論的な解釈を与えた.これは最近の実験結果とも符合する.微斜面上のステップのパターン形成の問題,ファセット状の島状構造の緩和過程,弾性相互作用における離散格子の効果を研究し,以下の知見が得られた.1吸着原子のドリフトによるステップの蛇行とバンチングを例に,不安定化した微斜面の2次元的パターン形成を研究した.離散的なステップのモデルから界面の運動を支配する非線形発展方程式を導き,その時間発展を数値積分によって調べた.とくに2種の不安定化が同時に起こる場合には,対象軸に対して傾いた二つの方向に畝状の表面を持ったドメイン構造が形成されることを見出した.2微斜面の不安定化に対するステップの透過性の効果を線形安定性解析とモンテカルロシミュレーションによって調べた.吸着原子に対する透過性が増すと,バンチングに対する不安定化が起きるためのドリフトの方向が反転することを解析的に導いた.いろいろな場合について,理論とシミュレーションの定性的な一致が得られた.3 Si(111)ファセット上のナノメーター程度の大きさの島が崩壊していく過程の実験を解析し,理論的に予想していた頂点部分にできるファセットの成長則を確認した.理論のモデルは同心円状のステップからなる島をステップのスティフネスなどの巨視的なパラメタで記述するもので,こうした記述がメゾスコピックサイズまで有効であることが分かった.4連続体弾性理論の有効性の限界を調べるため,離散格子のモデルを用いて吸着原子,ステップ,不純物等の相互作用エネルギーを計算し、表面が平らでない場合には連続体理論がかなり遠距離で破綻することを見出した.