hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スローライト伝搬を用いた超小型光スイッチの研究

InAs/GaAs 3QWを含む半導体コアを半導体DBRと上部半導体DBRおよびAu/SiO_2ミラーで挟んだブラッグ反射鏡導波路を用いてスローライト光スイッチを作製した.コアの直上には選択的キャリア注入のために酸化狭窄によるアパチャーが設けられている.Au/SiO_2ミラーは入射角15度を想定した六角形をしている.酸化領域の等価屈折率はアパチャー部分よりも数%程度低いため,アパチャー側から酸化境界に対して光を入射するとOFF時には入射光は全反射する.ON時には電流注入によりアパチャー内の等価屈折率が減少し,酸化領域との等価屈折率差が解消されて光は透過する.このデバイスに電流パルスを流して動特性測定を行った.先球ファイバを用いて斜めに光を入射してスローライトを励振し,シングルモードファイバに結合させた出射光を電気信号に変換して,スイッチング時間を測定した.その結果,信号の立ち上がり立下り時間には2.4ns程度かかっており,キャリアプラズマ効果による屈折率変化によりスイッチが動作していることが確認できた.また,このスイッチには横方向光閉じ込めがなく,ビーム広がりが問題となっている.将来カスケードに接続して動作させることを考え,同様の層構造で酸化による等価屈折率の低下を利用した幅4μm程度の単一モード導波路を作製し,その損失を評価した.伝搬損失は0.1dB/μmオーダーとまだ大きいが,上部ミラーをAu/SiO_2から高反射率である誘電体DBRに置き換えることで数dB/mmオーダーとフォトニック結晶におけるスローライトと同程度まで低減できることを計算により確認した.さらに入射光の反射と出射光による干渉縞の特性からカットオフ波長近傍では4050程度の群屈折率が得られていることが分かった.これにより,スローライトを利用した光の曲げ角30度の高速スイッチング動作を実証し,光スイッチ小型化及び集積化の可能性を見出した.空気コアをサブ波長回折格子(HCG)二層で挟んだ中空導波路における低分散スローライトの検討を行った.光がHCGにより反射すると位相シフト-Φ_<HCG>が生じるが,この場合のスローライトの生成要因は主にHCGでの反射時における遅延量τ(=∂Φ_<HCG>/∂ω)によるものである.この遅延量τの時間依存性を小さくするようにHCGを設計すると低分散スローライトが実現可能である.計算結果では損失10dB/cm以下では群屈折率7-8,15nmの波長帯域をもつ低分散スローライトが得られた.今回は単純化のために中空導波路を考えたが,コアを半導体やポリマーとすると屈折率制御が可能になるため,低分散スローライト光スイッチへの応用も可能である.また,三次元導波路のない全反射型光スイッチを作製し,電流注入時の特性を測定した.電流を注入していない場合(OFF)では光はそのまま直進し,電流注入を行った場合(ON)はアパチャー部分の等価屈折率が減少し,入射光は全反射を起こす仕組みになっている.今回はカットオフ波長を1550nm,反射境界面に対する入射角度を20度とした,測定では電流注入量が増加するにつれて反射光強度は増大し,透過光強度は減衰した.また,カットオフに近い波長ほど反射光強度の増減は大きく,波長1530nmから1535nmになっただけで10dB以上もの変化が得られた.通常の電流注入による1%程度の材料屈折率変化だけではこのような大きな角度での全反射が起きることはなく,また5nmの波長シフトで反射率が大きく変わることもない.これより,カットオフ波長近傍においてスローライトによる等価屈折率変化の増大が確認できた.この原理は全反射型だけでなく,MMI型やマッハツェンダー型など様々な光スイッチの小型化が可能にするものである.InAs/GaAs 3QWを含む半導体コアを半導体DBRと上部半導体DBRおよびAu/siO_2ミラーで挟んだブラッグ反射鏡導波路を用いてスローライト光スイッチを作製した.コアの直上には選択的キャリア注入のために酸化狭窄によるアパチャーが設けられている.Au/SiO_2ミラーは入射角15度を想定した六角形をしている.酸化領域の等価屈折率はアパチャー部分よりも数%程度低いため,アパチャー側から酸化境界に対して光を入射するとOFF時には入射光は全反射する.ON時には電流注入によりアパチャー内の等価屈折率が減少し,酸化領域との等価屈折率差が解消されて光は透過する.このデバイスのスイッチング特性の測定を行った.先球ファイバを用いて斜めに光を入射してスローライトを励振し,斜めに出射した光をビジコンカメラにより測定した.波長1524nmにおいてOFF時には反射光のみが見えているが,注入電流量の増加と共に反射光強度の減少,透過光強度の増加および屈折角補角の拡大が確認できる.これより,アパチャー内の等価屈折率が減少していることが分かる.また電流値35mAのときには透過光、反射光ともに消光比は15dB以上である。

次に等価屈折率変化量を見積もるために反射率および透過率の測定値と理論曲線のフィッティングを行うと,波長1524nmにおいて電流値35mAのときのコアの材料屈折率変化は0.5%,等価屈折率変化は4.7%程度と見積もることができる.以上からスローライトの利用により、光の曲げ角30度のスイッチング動作を達成し,等価屈折率変化増大による光スイッチ小型化及び集積化の可能性を見出した.InAs/GaAs 3QWを含む半導体コアを半導体DBRと上部半導体DBRおよびAu/SiO_2ミラーで挟んだブラッグ反射鏡導波路を用いてスローライト光スイッチを作製した.コアの直上には選択的キャリア注入のために酸化狭窄によるアパチャーが設けられている.Au/SiO_2ミラーは入射角15度を想定した六角形をしている.酸化領域の等価屈折率はアパチャー部分よりも数%程度低いため,アパチャー側から酸化境界に対して光を入射するとOFF時には入射光は全反射する.ON時には電流注入によりアパチャー内の等価屈折率が減少し,酸化領域との等価屈折率差が解消されて光は透過する.このデバイスに電流パルスを流して動特性測定を行った.先球ファイバを用いて斜めに光を入射してスローライトを励振し,シングルモードファイバに結合させた出射光を電気信号に変換して,スイッチング時間を測定した.その結果,信号の立ち上がり立下り時間には2.4ns程度かかっており,キャリアプラズマ効果による屈折率変化によりスイッチが動作していることが確認できた.また,このスイッチには横方向光閉じ込めがなく,ビーム広がりが問題となっている.将来カスケードに接続して動作させることを考え,同様の層構造で酸化による等価屈折率の低下を利用した幅4μm程度の単一モード導波路を作製し,その損失を評価した.伝搬損失は0.1dB/μmオーダーとまだ大きいが,上部ミラーをAu/SiO_2から高反射率である誘電体DBRに置き換えることで数dB/mmオーダーとフォトニック結晶におけるスローライトと同程度まで低減できることを計算により確認した.さらに入射光の反射と出射光による干渉縞の特性からカットオフ波長近傍では4050程度の群屈折率が得られていることが分かった.これにより,スローライトを利用した光の曲げ角30度の高速スイッチング動作を実証し,光スイッチ小型化及び集積化の可能性を見出した.
液体・ガラス転移におけるモード結合理論の実験的検証

最近になって弱い液体を中心として液体ガラス転移のダイナミクスの研究が理論、実験ともに盛んに行われるようになってきた。その理論のなかで最も有効とされているモード結合理論から導かれる結果について、広帯域スペクトロスコピーの詳しい実験を行って、その検証を行うのが本研究の目的であった。本研究は単年度研究であるが、これまでの測定技術の蓄積を十分に活かして、以下のような成果をあげられた。広帯域誘電測定では、時間領域反射法装置の導入により、より高い周波数まで測れるようになり、これまで用いてきたインピーダンスアナライザーと組み合わせることにより、1ミリルツから20ギガヘルツに至る極めて広い範囲の誘電測定が可能となった。その結果、プロパノール等の低級アルコールについてアルファ緩和の温度依存性を調べ、拡張指数型緩和関数のパラメータの温度依存性を詳しく調べることができ、臨界温度Tc以上ではほとんど温度に依存しないというモード結合理論に合う結果が得られた。また、緩和時間の温度依存性もTc付近でVTF則からずれ始めることもわかったが、モード結合理論の予想する様な急激な変化は見られなかった。さらに高温側の感受率スペクトルは広帯域の光散乱実験により調べられ、アルファ緩和がギガヘルツにくる高温の液体状態において、アルファ緩和からベータ緩和に至る領域のモード結合理論のべき乗則からの明らかなずれが観測された。以上のことから、モード結合理論は、非常に広い帯域の感受率スペクトルの温度依存性を定性的には十分に説明できるが、定量的な解析に用いるためには、Tc以下でのホッピング過程と、ボソンピークに対応する局在振動を取り込む必要があることがわかった。
DNAチップのプローブ核酸として優れた特性を持つ新規人工核酸の理論設計

DNA2重鎖は、導電性ナノワイヤーの構成要素として注目され、電気伝導特性に優れた人工DNA2重鎖を開発するため、様々な人工核酸塩基が合成されている。しかし、DNA2重鎖中の電荷移動機構は未解明であり、より伝導特性に優れたDNA2重鎖を開発する際のボトルネックになっている。本研究では、密度汎関数法に基づく電気伝導特性解析手法を開発し、金電極に挟まれたDNA2重鎖の電気伝導特性を高精度に解析することを可能にした。さらに、様々な人工DNA2重鎖の伝導特性を解析し、電気伝導特性に優れた新規人工DNA2重鎖を、実験に先駆けて提案した。1.DNA2重鎖の水中での結合特性、電流電圧特性を解析する計算手法の開発と検証密度汎関数(DFT)法に基づく高精度分子軌道法と非平衡Green関数法を組み合わせ、DNA2重鎖のような鎖状分子の電流電圧特性を、周囲に存在する水分子を考慮して高精度に解析できる分子シミュレーション手法を開発した。DFT計算には、汎用プログラムSIESTAを用い、金電極のモデルとしてAu原子44個から成るクラスターを採用し、DNA2重鎖の両端に付加し、DNA2重鎖の電子状態を電極を含めて計算した。その手法を用い、5'-CGCG-3'及び5'-CATG-3'の塩基配列を持つ2種類のDNA2重鎖の電流電圧特性を解析し、実験結果と定性的に一致する結果を得た。2.DNA2重鎖の周囲の水分子が電流電圧特性に与える影響の解析DNA2重鎖の周囲に存在する水分子を考慮し、DNAの電流電圧特性を解析し、水和の影響でDNAの伝導度が増大する原因を電子レベルで明らかにした。3.人工核酸塩基を含む2重鎖の安定構造及び電流電圧特性の解析酸化分解され難く、且つ高い電荷移動効率を持つ人工核酸が実験で開発され、それらの人工核酸を含むDNA2重鎖の電流電圧特性が解析された。そこで、実験で開発された3種類の人工核酸を含むDNA2重鎖の電流電圧特性を解析し、実験結果と定性的に一致する結果を得た。また、人工DNA2重鎖の電気伝導度の向上には、イオン化ポテンシャルの小さい人工核酸塩基が有効であることを明らかにした。この結果を基に、新規の人工核酸塩基を提案し、それらを含むDNA2重鎖の安定構造、電流電圧特性を解析し、既存の人工核酸塩基から成るDNA2重鎖よりも電気伝導度に優れる人工核酸塩基を提案した。1.金電極とDNA2重鎖間の接続構造を変化させた場合め電流電圧特性への影響の解析密度汎関数(DFT)法に基づく高精度分子軌道法と非平衡Green関数法を組み合わせ、分子の電流電圧特性を、周囲に存在する水分子を考慮して高精度に解析できる分子シミュレーション手法を開発した。金電極のモデルとしてAu原子44個から成るクラスターを採用し、この電極をDNA2重鎖の両端に付加し、様々な接続構造に対し、DNA2重鎖の電気伝導度を計算した。その結果、DNA塩基にスタックするように金電極を接続させた場合に、より伝導度が高くなることを明らかにした。また、スタッキングの距離の僅かな変化により、伝導度が大きく変化することも明らかになった。2.人工核酸塩基を含む人工DNA2重鎖の安定構造及び電流電圧特性の解析高い電荷移動効率を持つ人工核酸が実験で合成され、それらの人工核酸を含む人工DNA2重鎖が高い電気伝導度を持つことが明らかにされている。本研究では、まず、既存の人工核酸塩基を含むDNA2重鎖の伝導度を解析し、実験結果を定性的に説明できる結果を得た。さらに、新規の人工核酸塩基を実験に先駆けて提案し、それらを含む人工DNA2重鎖の構造と伝導特性を解析し、従来よりも伝導特性に優れた新規の人工DNA2重鎖を提案した。3.様々な低分子の電気伝導特性の高精度解析本研究で開発した高精度な伝導度計算プログラムを用い、様々な構造の低分子の電気伝導度を解析し、実験で得られた伝導特性を定性的に説明できる結果を得た。特に、低分子と電極間の接続構造、及び低分子周囲の水和水が、伝導度に大きな影響を与えることを明らかにした。1.金電極間の電場を考慮した鎖状分子の電流電圧特性の解析手法の開発本研究では、これまでに、密度汎関数法に基づく高精度分子軌道法と非平衡Green関数法を組み合わせ、金電極間に挟まれた分子の電流電圧特性を、周囲に存在する水分子を考慮して高精度に解析できる分子シミュレーション手法を開発した。今年度は、電極間に働く電場の効果を取り入れ、電流電圧特性をより高精度に解析できる計算手法を開発した。その結果、より実験条件に近い環境下での電流電圧特性の解析が可能になった。2.電流電圧特性に優れた新規人工核酸塩基、低分子の提案

導電性ナノワイヤーとしての応用を目指し、高い電荷移動効率を持つ人工核酸が合成され、それらを含む人工DNA2重鎖が高い電気伝導度を持つことが実験で明らかにされている。本研究では、まず、既存の人工核酸塩基を含むDNA2重鎖の伝導度を解析し、実験結果を定性的に説明できる結果を得た。さらに、新規の人工核酸塩基を実験に先駆けて提案し、それらを含む人工DNA2重鎖の構造と伝導特性を解析し、従来よりも伝導特性に優れた新規の人工DNA2重鎖を提案した。その結果、DNA2重鎖を構成する人工核酸塩基のイオン化ポテンシャルが小さい程、2重鎖の伝導度は向上することを明らかにした。さらに、本研究で開発した高精度な伝導度計算プログラムを用い、様々な構造の低分子の電気伝導度を解析し、実験で得られた伝導特性を定性的に説明できる結果を得た。ダイオード特性を持つ低分子に関しても、その特性を定性的に再現できる計算結果を得た。また、低分子と電極間の接続構造、及び低分子周囲の水和水が、伝導度に大きな影響を与えることを明らかにした。予定していた研究が順調に進み、3編の論文を、査読付きの国際学術誌に発表することができ、研究が予定通りに順調に進んでいると評価できる。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在、DNA2重鎖の長さを拡張した2重鎖の伝導特性を解析しようとしているが、計算にはかなりの計算機資源と時間が必要であり、今後、より計算速度に優れた計算手法を導入し、より効率的な解析を行いたいと考える。
特性遠赤外線照射による癌細胞増殖抑制効果の解析

特性遠赤外線照射が癌細胞の増殖抑制効果をもたらすか否か検討を行った。その結果、口腔癌、肺癌細胞での増殖を抑制する効果が認められたが、乳癌細胞での増殖の抑制効果は認められなかった。さらに、特性遠赤外線照射下における癌細胞の熱ショック蛋白質の発現について検討を行った結果、癌細胞内に恒常的に発現するHSP70蛋白質の発現量が低いほど特性遠赤外線照射による癌細胞増殖抑制効果が増強することが示唆された。これまで波長域に712μmのピークを有する特性遠赤外線照射が、口腔癌細胞の増殖を抑制することを報告してきた。今回特性遠赤外線照射が肺、乳癌などの癌細胞に増殖抑制効果をもたらすか否か検討を行った。その結果、肺癌細胞での増殖を抑制する効果が認められたが、乳癌細胞での増殖の抑制効果は認められなかった。さらに、特性遠赤外線照射下における癌細胞の熱ショック蛋白質の発現について検討を行った結果、熱ショックタンパク質であるHSP70の発現が、遺伝子解析の結果、口腔癌細胞のみならず肺、乳癌においても癌細胞内に恒常的に発現するHSP70蛋白質の発現量が低いほど特性遠赤外線照射による癌細胞増殖抑制効果が増強することが分かった。つまりHSP70発現レベルの低い肺癌細胞で増殖抑制効果が、発現レベルの高い乳癌細胞では増殖抑制効果は認められなかった。このことから本研究を臨床応用する場合、事前に癌組織より癌細胞を採取し、HSP70タンパク質の発現レベルを定量することで特性遠赤外線照射が癌細胞の増殖抑制に効果を発揮するか否かを判断することができると考える。また、恒常的にHSP70タンパク質レベルの高い癌細胞においてもHSP70タンパク質を阻害する薬剤等を開発することで特性遠赤外線照射による癌細胞増殖抑制に有意に働く可能性について検討する必要がある。しかしながら、現状では本研究で用いた特性遠赤外線照射は正常な上皮細胞の増殖を抑制されてしまうことから、癌細胞と正常上皮細胞の感受性の差を見出すことが今後の研究課題とされる。これまで波長域に712μmのピークを有する特性遠赤外線照射が、熱ショック蛋白質であるHSP70蛋白質の発現量に依存して口腔癌細胞の増殖を抑制することを報告してきた。一方で、HSP70蛋白質の発現が他の癌細胞に比べ高い発現を示す乳癌細胞では特性遠赤外線照射による増殖の抑制効果は認められなかった。そこで実際にHSP70蛋白質の発現を遺伝子および蛋白質レベルで検討した結果、HSP70蛋白質の発現レベルの高い外陰部癌細胞では特性遠赤外線照射による増殖抑制効果は認められず、HSP70蛋白質の発現レベルの低い歯肉および舌癌では増殖抑制効果が認められた。またHSP70蛋白質の発現レベルを遺伝子操作によって抑制した場合には、特性遠赤外線照射による癌細胞の増殖を抑制する効果が示唆された。
慢性好酸球性肺炎における好酸球特異的自己抗体の検索

慢性好酸球性肺炎は原因不明の好酸球性肺疾患である。好酸球は白血球の一種で、好酸性の顆粒を有しており、アレルギー疾患の病態に重要な役割を果たすとされている。慢性好酸球性肺炎には副腎皮質ステロイドが有効だが半数で再発を認め、終生ステロイドの内服が必要となる患者が存在し、病態の解明が望まれている。近年気管支喘息などアレルギー疾患においては好酸球に対する自己抗体の関与が示唆されており、今回われわれは慢性好酸球性肺炎患者の血清中の好酸球に対する自己抗体を検索して慢性好酸球性肺炎の疾患マーカーとなるような自己抗体の検索を試みる。自己抗体の検索法として、免疫沈降法、酵素抗体法、間接蛍光抗体法を用いる。
炭素－水素結合の直接的変換を経る炭素－リン結合形成反応の開発

近年、炭素-水素結合の直接的変換反応が注目されており、これを経由する様々な結合形成反応が報告されている。現在では様々な官能基を導入する反応が報告されているが、炭素-リン結合形成反応に関しては極めて数が少ない。もし簡便でかつ汎用性の高い反応を実現できれば、遷移金属の配位子や合成中間体、有機電子材料、医薬品などとして期待される有機リン化合物を直戴的に合成する有用な手法を提供できる。このような背景のもと、我々は昨年度、パラジウム触媒を用いて2-フェニルピリジンにリン酸エステルを導入する反応を開発した。本年度はその反応中間体と考えられるパラジウム上にリン酸エステル基を有するパラダサイクルの単離に成功し、この錯体の反応性を明らかにした。2-フェニルピリジンと酢酸パラジウムの反応によって生成するパラダサイクルにホスホン酸ジブチルとリン酸カリウムを作用させたところ、酢酸配位子がリン酸エステルで置換されたパラダサイクルが生成した。X線結晶構造解析の結果、この錯体は固体状態でリン酸工ステルの酸素原子とリン原子で橋掛けされた二量体構造であり、リン原子はピリジン窒素のトランス位に、酸素原子は炭素のトランス位に位置していた。続いてこの錯体の反応性を調査した。アセトニトリル中、加熱還流してもまったく反応しなかったが、N-メチルマレイミドを添加すると、速やかに還元的脱離が進行してアリールボスホン酸エステルを定量的に与えた。また、この錯体を触媒として用いたところ、酢酸パラジウムと同等の活性を有していることがわかった。もし簡便でかつ汎用性の高い反応を実現できれば、遷移金属の配位子や合成中間体、有機電子材料、医薬品などとして期待される有機リン化合物を直截的に合成する有用な手法を提供できる。そこで本研究では遷移金属触媒を用いることで芳香族化合物の炭素-水素結合を位置選択的に活性化し、炭素-リン結合を形成する反応の開発検討を行った。2-フェニルピリジンと1-ヒドロキシ-1-メチルエチルリン酸ジエチルのt-BuOH溶液を、10mol%の酢酸パラジウム(II)および40mol%のN-メチルマレイミドを触媒とし、酢酸銀(I)を酸化剤、リン酸水素ジカリウムを塩基として用いて120°Cで加熱撹拌したところ、2-(2-ピリジル)フェニルリン酸ジエチルが生成した。この反応はまず始めに2-フェニルピリジンのシクロパラデーションによってパラダサイクルが生成する。続いてリン酸エステルからアセトンが脱離してパラジウム上の酢酸アニオンと配位子交換し、パラジウムホスホン酸エステル錯体が生成する。ここから還元的脱離して生成物に至ったものと考えられる。この反応は置換2-アリールピリジンのみならず、2-アルケニルピリジンや2-アリールピリミジンなどにも適用可能であり、様々なリン酸エステルを合成することができた。本年度は、当初の計画で第一の懸案事項であった2-フェニルピリジンの触媒的な直接ホスホニル化を実現した。この課題は大変難しく、当初の計画よりも多くの時間を要したが、α-ヒドロキシアルキルリン酸のジエステルをマスクされたリン反応剤として用いることで解決できた。この知見は本反応系のみならず、様々な反応系への応用が期待されるものであり、この点では大きな進捗があったものと考えられる。しかし、一方で次の課題である不斉反応への展開にはまだ至っていない。以上より「(3)やや遅れている」とした。次の課題は不斉反応の実現である。P,Nキレート型軸不斉配位子QUINAPは様々な不斉触媒反応に用いられる重要な配位子として知られている。

この化合物は従来、キラルなパラジウム錯体を用いた光学分割など、煩雑な操作を経て合成されている。このため、非常に高価であり、かつ多様な誘導体を得ることは困難であった。そこで、我々の開発した直接ホスホニル化反応を不斉反応に展開することで、これらの新規合成法開発に着手する。1-(1-ナフチル)イソキノリンのナフチル基とピリジンの間の単結合は自由回転可能であるため、この化合物はアキラルであるが、ナフチル基の2位に置換基を導入すると、その回転が阻害されて軸不斉が生じる。そこで今後はキラルな遷移金属触媒を用いて1-(1-ナフチル)イソキノリンの直截的不斉ホスホニル化反応の検討を行う。
神経細胞突起刺激ガングリオシド(GQ1b)の合成研究

ガングリオシドは、シアル酸を含むスフィンゴ糖脂質であり、分化、増殖、免疫、癌化、神経伝達作用などの細胞のシグナル受容・分子識別の機能に密接に関与している。永井らによって見い出だされたガングリオシドGQ1bは、10^<ー9>モルで神経細胞突起刺激作用活性を持つ超微量活性物質である。本研究の目的は分子構造と活性機能の関係を解明するために、ガングリオシドGQ1bとその類緑体の合成方法論の開発である。この合成は現在話題の糖鎖科学からも注目されている。研究の最大課題は、この分子の活性中心であるシアル酸ーシアル酸結合の構築である。前年度の研究成果からシアル酸を選択的にαーグリコシル化するには、隣接基関与能を持つフェニルチオ基をNーアセチルノイラミン酸の3β位へ導入のが極めて有効であることが分かった。創製したシアル酸の2βークロロー3βーフェニルチオ誘導体(1)を用いてチオラクトシドと結合し、生成した3糖をさらに、新しく開発した硫黄原子活性化法でセラミドとグリコシル化することで短段階でガングリオシドGM3の合成に成功した。また、シアル酸の2ーフッ素化糖の化学的な安定性と糖供与能に着目し、GQ1bの合成鍵化合物となる2βーフロロー3βーフェニルチオーNeuAc(2αー3)NeuAc(2)を創製した。実際に、この糖、2とチオラクトシドとを塩化第1錫ー銀トリフラ-ト存在下に縮合することによって35%と他の方法では達しえない高収量で4糖のオリゴ糖を合成することができた。現在、セラミドの誘導体と縮合することで第1目標のDT3の合成中である。研究の目的とした効率的、柔軟性を持った多シアル化ガングリオシド合成の方法論が開発できた。さらに、本研究を推進し近い将来,GQ1bの合成に到達できるものと考える。現在研究を論文にまとめている。ガングリオシドは、シアル酸を含むスフィンゴ糖脂質である、動物組織にあって、分化・増殖・免疫・癌化・神経伝達などのシグナル受容分子識別に深く関与している。その中でGQ1bは神経細胞突起に対して10^<-9>M濃度で特異的に伸張・造成作用を持つ超高活性物質である。本研究の目的を、この思考・記憶と密接に関係する神経突起刺激物質の構造と活性の相関の解明と、老人痴呆症に対する治療薬の開発のために、GQ1bとその関連化合物の化学合成に於いた。合成の最大の課題は、高収率で、柔軟性のある2α-シアル化反応(シアル酸のグリコシル化反応)と効率的なセラミドのグリコシル化反応である。第一の課題は、我々の従来の研究成果をもとに、3位に隣接機関与基を持つきわめて有望なシアル酸供与体、2β-クロロ-3β-フェニルチオ体を創製し、多くの糖受容体に適用した結果、期待通りα-体を高収率で得た、即ち、汎用性の高いシアル化法の開発に成功したこと、第二の課題は、チオ糖の2位水酸基をかさ高いアシル基で保護することで一段階で目的とするセラミド糖脂質の合成に成功したことで解決することができた。以上成果を基に次年度の平成2年度では活性の中心であるNeuAc(α2-8)NeuAcを合成し、さらに供与体に変換して、この二糖で根幹オリゴ糖鎖をグリコシル化して最終段階でセラミドと結合させることで目的のガングリオシドを合成する計画である。
レトロウイルス発現ライブラリーを用いた本態性血小板血症の原因遺伝子のクローニング

本態性血小板血症(essential thrombocythemia:ET)は、真性多血症や骨髄線維症と同様に造血幹細胞のクローナルな骨髄増殖性疾患であるがその原因は不明である。ETでは、造血幹(前駆)細胞は刺激因子無添加でもコロニーを形成し易い傾向があり、血小板自体も量的異常の他にも様々な質的異常を伴っている。血小板産生には、トロンボポエチン(TPO)とその受容体-mplが最も重要な役割を果たしていると考えられる。我々はET患者の血清や血小板を用いて、トロンボポエチン(TPO)とその受容体c-mplの異常の有無を検討した結果、ET患者の血小板では血小板膜蛋白GPIIb/IIIaの発現には全く差が認められなにもかかわらず、c-mplの発現がmRNAならびに蛋白レベルともに著明に減少していた。そこで、ET患者よりcDNA発現ライブラリーを作成し、c-mplの発現を低下させることを指標に遺伝子単離を試みている。また、血小板産生機序を解明するため、TPO依存性に増殖分化するヒトインターロイキン3(IL-3)依存性細胞株F-36P-mplを用いて巨核球の増殖分化に必要なc-mpl下流のシグナル伝達系を解析した。その結果、巨核球前駆細胞の増殖にはRasとSTAT5の両者が関与しているこが、巨核球への分化にはRasが長期間(24時間以上)活性化されることが重要であることが明かとなった。
映像エソグラム作成によるチンパンジー属の行動の比較研究

チンパンジー属(チンパンジーとボノボ)の行動単位の包括的なリスト(種エソグラム)を、映像エソグラム(行動単位をビデオ画像の一覧としてまとめる)として作成することは、チンパンジー属の文化の研究と、両種の行動比較、ひいてはヒトとチンパンジー属の最後の共通祖先の行動パターンを知る上に欠かせない。今回のエソグラム作成過程によって次の点があきらかになった。(1)ギニアとタンザニアのチンパンジーの間では、道具使用行動のレパートリーに少なくとも6つの相違があった。(2)チンパンジーとボノボの間では毛づくろい、性行動、と安心付与行動に顕著な相違が発見された。毛づくろいには、ボノボには3頭以上の同時社会的毛づくろいも同時相互毛づくろいもほとんどない、ボノボでは互恵的毛づくろいの役割交代は非常にスムーズに起こる、ボノボは太股を毛づくろいされるときチンパンジーのように仰向けにならず座ったまま脚を挙げることが多い、ボノボは場所を替えて毛づくろいを続けるために、頭あるいは頭髪を片手で引っ張って移動する、ボノボは相手の腕を垂直に挙げて毛づくろいすることが多い、など。性行動では、ボノボの赤ん坊は母親の交尾の邪魔をしない、ボノボの大人オスは大人メスに対し性器検査をしない、チンパンジーのスラストはボノボよりゆっくりである、ボノボには交尾後のダ-トはない、ボノボの交尾時の金切り声はきわめて耳障りである、などがある。安心付与行動では、安心付与のマウンテイングはボノボになし、ボノボでは大人のオス・メスが他のオスの陰嚢を握ることはない、ボノボはなま咬みをしない、ボノボの大人オス同士はオープンマウスキスをしない、などがあった。以上は、いまだ意味づけは十分にはできていないが、すべて新発見であり、映像エソグラムによる種間・個体群間比較がいかに有用であるかを証明したといえる。チンパンジー属の映像エソグラム(種の構造パターンの一覧)作成のための第一段階として、研究代表者が、たたき台として、まずタンザニアのマハレ山塊のチンパンジーの行動パターンのグロッサリーを作った。これは231の行動・姿勢・ロコモーション・身振り・表情を定義し、命名したものである。J.グドール、ヴァン・ホーフ、ドワールなどによる適切な定義・命名があるものは、それに従った。これを、各分担者に配付し、現在各亜種とボノボについても、検討を加えている。1997年1月16日、17日の2日にわたって、霊長類研究所において、「類人猿の行動基盤:ビデオを用いたフィールド研究の展望」と題して研究会を開き、威嚇攻撃和解行動、道具使用制作行動、毛づくろい行動、性行動などについて、各フィールドより持ち寄ったビデオを長時間観察して比較の材料とした。大きな収穫は、マハレのチンパンジーとワンバのボノボの威嚇攻撃行動や毛づくろい行動が、行動パターン・文脈・行動の継続時間・行動の意味において大きく異なっていることがわかったことである。一方、ゴリラとチンパンジーの威嚇行動のパターンと文脈はよく似ていた。マハレのチンパンジーは、毛づくろいの要求のさい、多くの身振りパターンを示すが、ワンバのボノボと微妙に違うところがあり、この点については、来年度より詳細な比較をおこなうことにした。8月までには、チンパンジーのグロッサリーを完成させ、年度後半に、それをもとに映像エソグラムを作成した。

チンパンジー属(チンパンジーとボノボ)の行動単位の包括的なリスト(種エソグラム)を、映像エソグラム(行動単位をビデオ画像の一覧としてまとめる)として作成することは、チンパンジー属の文化の研究と、両種の行動比較、ひいてはヒトとチンパンジー属の最後の共通祖先の行動パターンを知る上に欠かせない。今回のエソグラム作成過程によって次の点があきらかになった。(1)ギニアとタンザニアのチンパンジーの間では、道具使用行動のレパートリーに少なくとも6つの相違があった。(2)チンパンジーとボノボの間では毛づくろい、性行動、と安心付与行動に顕著な相違が発見された。毛づくろいには、ボノボには3頭以上の同時社会的毛づくろいも同時相互毛づくろいもほとんどない、ボノボでは互恵的毛づくろいの役割交代は非常にスムーズに起こる、ボノボは太股を毛づくろいされるときチンパンジーのように仰向けにならず座ったまま脚を挙げることが多い、ボノボは場所を替えて毛づくろいを続けるために、頭あるいは頭髪を片手で引っ張って移動する、ボノボは相手の腕を垂直に挙げて毛づくろいすることが多い、など。性行動では、ボノボの赤ん坊は母親の交尾の邪魔をしない、ボノボの大人オスは大人メスに対し性器検査をしない、チンパンジーのスラストはボノボよりゆっくりである、ボノボには交尾後のダ-トはない、ボノボの交尾時の金切り声はきわめて耳障りである、などがある。安心付与行動では、安心付与のマウンテイングはボノボになし、ボノボでは大人のオス・メスが他のオスの陰嚢を握ることはない、ボノボはなま咬みをしない、ボノボの大人オス同士はオープンマウスキスをしない、などがあった。以上は、いまだ意味づけは十分にはできていないが、すべて新発見であり、映像エソグラムによる種間、個体群間比較がいかに有用であるかを証明したといえる。
大規模都市再開発期における社会周縁層の空間的滞留と社会的排除に関する国際比較研究

本研究は、現代都市再開発期における社会周縁層の空間的滞留と社会的排除との<社会ー空間の動態的連関>を国際比較分析によって明らかにすることを目的とした。分析対象である社会周縁層について、本研究では、(1)国内都市部の非正規雇用ならびに失業者へのインテンシブなフィールドワーク調査、(2)米国非正規滞在移民への現地労働追跡調査、(3)社会周縁層を対象にしている国際的な社会学者との比較分析を計画的に実施した。具体的には、1社会政策過程分析ー新自由主義国家の社会福祉政策と空間隔離の施策、2都市空間分析ー「ジェントリフィケーション」、3労働・生活世界分析ーリフレクシブフィールドワークの分析を行った。本研究は、現代都市再開発期における社会周縁層の空間的滞留と社会的排除との<社会ー空間の動態的連関>を国際比較分析によって明らかにすることを目的とする。分析対象である社会周縁層について、本研究では、1国内都市部の非正規雇用ならびに失業者へのインテンシブなフィールドワーク調査、2米国非正規滞在移民への現地労働追跡調査、3社会周縁層を対象にしている国際的な社会学者(現在では、11カ国)との比較分析を3年間で計画的に行っていく。本研究では、これまで申請者が13年間にわたり継続的に行ってきた『都市周縁層の国際比較社会学』の成果をまとめる集大成の3年間として位置づけている。その上で第一に、現代都市再開発期に顕著案な空間的隔離の今日的手法である「ジェントリフィケーション」・「ゲイティッド・コミュニティ」の余波で都市の周縁へと追いやられ「単身低賃仮宿、路上生活」をする者たちの<社会層>の生活世界の分析を行った。第二に、都市周縁層の社会的排除に関する社会ー政策過程分析を展開した。そして、第三に、本研究で取り組む日米比較分析とともに申請者を含む「都市周縁層に関する国際ネットワーク」に所属する英国・スペイン・中南米諸国の研究者との国際比較分析を展開していく。本年度は、米国西海岸とアジア諸国での現地調査を重点的に実施した。そのフィールド成果は、次年度以降、論文・著作物として刊行に向けて準備していく。なお、国内の不安定労働者層への労働現場のフィールドワークも実施してきた。分析対象である社会周縁層について、本研究では、1国内都市部の非正規雇用ならびに失業者へのインテンシブなフィールドワーク調査、2米国非正規滞在移民への現地労働追跡調査、3社会周縁層の比較分析を実施してきた。本研究では、13年間にわたり継続的に行ってきた『都市周縁層の国際比較社会学』の成果をまとめる集大成となる。具体的には第一に、現代都市再開発期に顕著案な空間的隔離の今日的手法である「ジェントリフィケーション」・「ゲイティッド・コミュニティ」の余波で都市の周縁へと追いやられ「単身低賃仮宿、路上生活」をする者たちの<社会層>の生活世界の分析を行った。まとめると、現代都市再開発期における社会周縁層の空間的滞留と、社会的排除の施策を強化する社会動向について、フィールドデータと最新の理論的視座とを対話させ、国際比較の視点を導入して緻密な社会学的実証分析を展開していく。本研究は、ピエール・ブルデューが警鐘を鳴らしている新自由主義国家がもたらす「生活の破壊」の内在的分析かつ国際比較分析の流れをうけている。分析手順として、1)社会政策過程分析ー新自由主義国家の社会福祉政策と刑罰政策、2)都市空間分析ー「ジェントリフィケーション」「ゲイティッド・コミュニティ」、3)労働・生活世界分析ーリフレクシブ・フィールドワークを段階的に進めてきた。本研究計画では、現代都市再開発期における社会周縁層の空間的滞留と社会的排除に関する国際比較研究を進めていくために、1)社会政策過程分析ー新自由主義国家の社会福祉政策と空間隔離の施策(平成26年度重点課題)、2)都市空間分析ー「ジェントリフィケーション」「ゲイティッド・コミュニティ」(平成26年度と平成27年度の継続重点課題)、3)労働・生活世界分析ーリフレクシブ・フィールドワーク(平成26年度平成28年度以降の継続調査)の三つの分析を段階的に進めていくことを予定していた。1政策過程と国家論に関する国家・社会政策分析、2(都市)社会ー空間分析、3都市周縁層の労働生活世界を抽出する質的調査メソッド(本研究では、リフレクシブ・フィールドワーク)を相互に連関させるなかで総合的な分析を行っていく。計画より、分析から執筆にかけてのアウトプットのプロセスに時間を要している。だが、国内外での調査は計画的に実施できており、おおむね順調な進捗であるといえよう。本研究は、研究代表としてこれまで取り組んできた、

1「現代都市再開発期における公的空間の公共性と文化的実践による空間形成の都市間比較」(2004-2006年、一橋大学)、2現代都市再開発期の空間的隔離と社会的排除に関する研究ー都市生活と諸制度の関係性ー」(2007-2008年、東京大学)、3「新自由主義体制下における都市周縁層の空間的隔離と社会的排除に関する日米比較研究」(2009-2010年、法政大学)、4「ポスト新自由主義体制下における都市周縁層の社会的排除と処罰に関する国際比較研究」(2011-2014年、法政大学)の研究成果を基礎におき、現代都市再開発期における社会周縁層の空間的滞留と社会的排除との<社会ー空間の動態的連関>を国際比較分析によって明らかにすることを試みた。具体的に本研究では、1)国内都市部の非正規雇用ならびに失業者へのインテンシブなフィールドワーク調査、2)米国非正規滞在移民への現地労働追跡調査、3)社会周縁層を対象にしている国際的な社会学者との比較分析を計画的に実施した。その結果、13年間にわたり継続的に行ってきた『都市周縁層の国際比較社会学』の成果をまとめる集大成の土台を構築した。とくに、空間的隔離の今日的手法である「ジェントリフィケーション」・「ゲイティッド・コミュニティ」の余波で都市の周縁へと追いやられ「単身低賃仮宿、路上生活」をする者たちの<社会層>の生活世界の分析と、第二に、都市周縁層の社会的排除に関する社会ー政策過程分析を行った。本研究は、現代都市再開発期における社会周縁層の空間的滞留と社会的排除との<社会ー空間の動態的連関>を国際比較分析によって明らかにすることを目的とした。分析対象である社会周縁層について、本研究では、(1)国内都市部の非正規雇用ならびに失業者へのインテンシブなフィールドワーク調査、(2)米国非正規滞在移民への現地労働追跡調査、(3)社会周縁層を対象にしている国際的な社会学者との比較分析を計画的に実施した。具体的には、1社会政策過程分析ー新自由主義国家の社会福祉政策と空間隔離の施策、2都市空間分析ー「ジェントリフィケーション」、3労働・生活世界分析ーリフレクシブフィールドワークの分析を行った。本研究の前提として、次の三点の歴史的・社会的変化をおさえておかねばならない。第一に、都市滞留層の激増である。とくに、1970年中期以降に米国でみられるのは、フォード主義の衰退にともなう安定的賃金労働者の減少とそれと反比例して激増した不安定賃金労働者が増加した。不安定層の増加は、第二に、社会的精神的不安の上昇+蔓延である。そして、第三に、グローバルな資本と労働の流動化である。これらの問題は、生起時期や程度の差はあれ、先進諸国において共通にみられる歴史的変化であり、近年、わが国でも議論されている問題群である。これらの社会歴史的変化の生産・再生産の駆動要因となっているのが、新自由主義政策下の国家の経済的義務の縮小であり、空間的滞留層への強行施策である。こうした刑罰体制の有効性は、(1)インフォーマル経済への労働力流入の抑止、(2)見捨てられ人の強制収容、(3)刑罰部門に関する日常生活領野での国家的役割の再強化にある。現代都市再開発期における社会周縁層の空間的滞留と社会的排除に関する国際比較研究を進めていくために、本研究では、1)社会政策過程分析ー新自由主義国家の社会福祉政策と空間隔離の施策(平成26年度重点課題)、2)都市空間分析ー「ジェントリフィケーション」「ゲイティッド・コミュニティ」(平成26年度と平成27年度の継続重点課題)、3)労働・生活世界分析ーリフレクシブ・フィールドワーク(平成26年度平成28年度以降の継続調査)の三つの分析を計画的に進めている。今後は、1国家・社会政策分析に関して、新自由主義体制下の社会周縁層への諸施策の分析を加えていく。
核－マントル物質の動的挙動

熱・物質輸送過程の観点から地球深部物質の物性測定の研究を推進し、今年度は以下のような成果が得られた。外核の熱伝導率を検証するために、マルチアンビル装置を用いて溶融状態の鉄の電気伝導度測定の開発を行ない、15GPaまでの測定が可能となった。DACを用いた研究では、内核の熱伝導率と熱流の異方性の有無を検証するために、内核の主要構成相であるhcp鉄の熱伝導率異方性の測定を行った。その結果、hcp鉄には45 GPaで約3倍程度の熱伝導率異方性が存在することがわかった。また、外核に含まれる軽元素候補の一つである水素が鉄の電気伝導度に与える影響を高温高圧実験により初めて明らかにした。(Mg,Fe)Oは下部マントル中で様々な組成で存在していると考えられている。本研究では組成の異なる(Mg,Fe)Oの格子熱伝導率の測定を高圧下で行い、(Mg,Fe)Oの格子熱伝導率の組成依存性を明らかにした。KEK, NE7Aに導入したD111型ガイドブロックを用いた高圧変形実験では、hcp鉄の高温高圧変形その場観察を行なった。圧力17-23GPa、温度423-873Kで行なった歪速度ステップ、温度ステップ、圧力ステップ実験により、この条件でのhcp鉄の流動則を決定した。約700K以上の高温では、純金属のべき乗則クリープで一般的な5に近い応力指数の値が得られた。これは地球内核の粘性率を解明するための足掛かりとなる。また、せん断変形場でMg2SiO4のオリビンースピネル相転移実験、NaNiF3のペロフスカイトのポストペロフスカイト相への相転移機構を明らかにする研究を開始した。パイロライト物質に加えMORBについても下部マントルにおける粒径進化を検討し、MORBはパイロライトよりも細粒になることから、粘性に違いが出る可能性が示唆された。これまでに下部マントル、核それぞれの構成物質の電気・熱伝導特性を高温高圧実験によって調査してきた。特に地球深部物質の電気・熱物性の圧力、組成依存性に関しては昨年度までに多くの業績を得ている。残された課題であった溶融状態における鉄の電気伝導度度測定手法の開発に成功し、実際の溶融している外核の熱伝導率を見積もりが可能となりつつある。また、ダイヤモンドアンビルセルを用いた研究においても、さらに高圧かつ高温条件下での電気・熱伝導率測定手法の開発により、実際の地球深部条件での測定が可能となったことが2018年度の最大の成果として挙げられる。核ーマントル境界における相互作用の研究では、境界部における外核の溶融物質が下部マントル岩石中への浸透実験から大規模な親鉄元素の付加が起こらないことを実験的に検証し、マントルの強親鉄元素の存在度が高くするためにはレイトビニアが重要であることが示唆された。本課題の2年度目に高エネ研に導入したD111型ガイドブロックを用いて高温高圧変形実験が進められてきている。ビームタイムに制限があるものの、当初の計画どおり、研究は順調に推移しており、これを用いた実験によりhcp鉄のレオロジーが明らかになりつつある。この装置を用いて高圧下での変形場における相転移カイネティクスおよび軟化現象を捉える実験でも予察的な結果が出始めている。全体の研究の進展を考慮すると研究はおおむね順調に推移している。最終年度である今年度は、核-マントルを通じた熱輸送過程を総合的に解釈する。溶融鉄の電気伝導度測定に加えて軽元素の溶融鉄合金への効果も調査し、外核の熱伝導率を電気伝導度測定に基づいて制約する。また、ダイヤモンドアンビルセルを用いて高温高圧下における下部マントル鉱物の熱伝導率測定に注力する。下部マントル主要構成鉱物のブリッジマナイト、ポストペロブスカイト、フェロペリクレース、CaSiO3ペロフスカイトの熱伝導率測定を下部マントル全域の温度圧力条件で行い、新たな下部マントル熱伝導率モデルを提案する。これにより、地球内部の統合的な熱進化モデルを構築する。D111型ガイドブロックによる高圧下での変形実験を推進し、hcp鉄のレオロジーの温度効果、圧力効果を解明することを目指す。D-111型の高圧変形装置を用いて相転移誘起の軟化現象に関する実験を進め、上下マントル境界付近のスラブの変形について検討する。NaNiF3のポストペロフスカイト相転移実験を進め、温度圧力差応力条件によるトポタキシーの有無を明らかにし、D"層の地震波異方性と流れ場の関係について検討する。また下部マントル物質を用いた多相粒成長カイネティクスに基づき、下部マントルにおけるかんらん岩と玄武岩の粘性コントラストを検討する。これらの研究結果を統合して、下部マントルにおけるペリドタイトとMORBの分離過程を考察し、下部マントルに予想されている地球化学的なリザーバーが保持されている理由を含めてマントルダイナミクスを考察する。本研究は、核ーマントルの相互作用と共進化の動的過程を高圧実験に基づいて解明することを目的としている。本年度は核・マントル物質中の熱の移動、拡散による元素移動の実験を開始した。熱伝導度測定はDACを使用してFe20 mol%, Al 6 mol%入のブリッジマナイトとFe 19 mol%のフェロペリクレースの熱伝導率を室温で40ー50 GPaまで測定した。

ブリッジマナイトは鉄、アルミの固溶効果はあまりなく、フェロペリクレースはMgOと比べると伝導度が大きく下がることが分かった。核ーマントル境界における親鉄元素の移動度を決定するために、ポストピネル、ブリッジマナイト多結晶体の粒界拡散実験を1600ー1900°Cの温度範囲、圧力26GPaで行った。拡散種にはタングステンとレニウムを用いた。予察的な実験からタングステンがポストスピネル試料との接合部で酸化が起きている場合は、大量にタングステンが拡散していることが認められた。一方で、酸化されていないレニウムは電子マイクロアナライザーの解析では拡散は確認できなかった。このことは、核ーマントル境界が酸化的な状況であるとき、粒界拡散によって広範囲にわたってタングステンがマントル中に移動することが示唆された。本年度は、本科研費で次年度に高エネルギー研究所PF-AR, NE7Aビームラインに導入する予定のD111型ガイドブロックのデザインについて議論し、下部マントル条件での変形実験が可能なデザインを構築するために、すでに同型のプレスが導入されているDobson博士の研究室を来年度に訪問し、試験テストを行う方針が決まった。本研究では、核ーマントル物質の動的過程を高圧実験を手段として決定することを目的としている。本科研費で新しく開発から着手した下部マントル条件下での変形実験の研究は、初年度にD111ガイドブロックの開発、2年度目に高エネルギー研究所のPF-AR, NE7AビームラインD-DIA型プレスに設置、3年度目以降にこのシステムのテスト運用と有効性の確認、4年度目に系統的なデータの取得を計画してお理、今年度は初年度に当たって当該研究分担者と会合を重ねてD111型ガイドブロックの基本仕様をまとめている段階であり、研究計画通りに研究は進展していると言える。熱伝導度測定は、DACセル内の試料をポンプレーザーで熱の擾乱を起こし、反対側のプローブレーザーで温度変化を観察する熱レフレクタンス法を開発し、いくつかの試料を高圧下で常温の測定に成功している。この方法を用いてより高温でのデータ取得の素地をすでに構築している。全体の研究の進展を考慮すると研究はおおむね順調に推移している。本研究は、核ーマントルの相互作用と共進化の動的過程を高圧実験に基づいて解明することを目的としている。本年度は核・マントル物質中の熱の移動、拡散による元素移動の実験を推進し、本科研費で高エネルギー研究所PF-AR, NE7Aビームラインに下部マントル条件での変形実験を遂行するために必要なD111型ガイドブロックの導入を本年度末に行った。今年度は本研究に関連した研究から、今後の研究の進展において鍵となる2本の論文がNature誌に掲載された。1つはコア条件下での六方最密充填構造の純鉄の電気抵抗率を測定したもので、得られた抵抗率からコアの熱伝導率の推定した結果、高いコアの熱伝導率を示唆し、内核の形成年代は非常に若いという結果が得られた。もう1つは下部マントル条件下での変形実験をKAT-D方式で行ったもので、下部マントルの主要鉱物であるブリッジマナイトの転移クリープによる選択配向の決定を行い、沈み込んだスラブの流動パターンの解明に成功した。本年度末に高エネルギー研究所PF-AR, NE7AビームラインにD111型ガイドブロックを導入した。それに先立ち、同型のプレスが導入されているDobson博士の研究室を訪問し、新しく開発された超硬アンビルを用いて下部マントル条件下での変形実験が可能で有るかの試験テストを行った。
筋特異的選択的RNAスプライシングの分子メカニズムの研究

真核生物ではミトコンドリアのATP合成酵素がほとんどのATPを供給している。本酵素ではγサブユニットの筋特異的なアイソフォームが選択的スプライシングにて生成される。本研究ではヒトATP合成酵素γサブユニットの筋特異的スプライシング調節のシス領域およびトランス因子を同定し、筋特異的な選択的スプライシングの分子メカニズムを解明することを目的とした。申請者は培養細胞を用いて筋特異的なスプライシングの誘導系を確立し、これを用いてin vitro系で筋特異的なスプライシング反応を構築した。この系を用いて、本遺伝子のカセット型エキソン上に構成的なスプライシングの条件で働くスプライシングエンハンサー配列(Exonic Splicing Enhancer, ESE)、筋特異的に働くエキソン上のスプライシングサイレンサー(Muscle-Specific Exonic Splicing Silencer, MS-ESS)配列を明らかにした。これらの各配列に結合するトランス因子をノースウエスタン法やUVクロスリンク法にて検討したところ、各々約48kDaと42kDaのRNA結合蛋白が検出された。現在精製中である。次に、in vivoの筋分化過程におけるスプライシング調節過程を検討した。ESEやMS-ESSのシス配列に変異を導入したミニ遺伝子を用いてトランスジェニックマウスを作成し、各臓器におけるスプライシングパターンを検討したところ、筋管細胞と成熟筋繊維ではスプライシング調節メカニズムが異なることが示された。今後、筋特異的なスプライシング調節因子を同定することが、これらの分子メカニズムを詳細に解明できると思われる。申請者は本研究においてATP合成酵素γサブユニットの筋特異的スプライシングをモデルとして、筋分化過程における選択的スプライシングの分化誘導のメカニズムを明らかにすることを目的とした。本年度の結果として、1.in vitroスプライシング系を用いて本遺伝子の筋特異的選択的スプライシングを調節するスプライシング因子を部分精製し、UVクロスリンク法などを用いて陽性調節因子及び陰性調節因子の候補を同定した(Biochem.Biophys.Res.Commun.251,603-608,1998)。2.選択的スプライシングの陽性調節および陰性調節に関わるシスエレメントを同定した。これらのシス配列は新しいエクソン上のスプライシングエンハンサーとスプライシングサイレンサー配列であった(投稿準備中)。3.変異ミニ遺伝子を導入したトランスジェニックマウスを作製して、生体における筋分化の各段階におけるスプライシングの調節機構を解析した結果、筋管細胞と成熟筋線維では選択的的スプライシングの調節機構が異なることを示した(J.Biol.Chem.273,8492-8501,1998,J.Biol.Chem.275,in press,2000)。今後は、スプライシング因子の精製をさらに進めクローニングすることと、筋分化過程に於ける選択的スプライシング調節の機構をさらに解明することを目的とする。現在精製中である。ミトコンドリアに存在するATP合成酵素は、高いエネルギー供給が要求される心・骨格筋に必須な酵素である。本酵素の筋特異的なアイソフォームはγサブユニットで存在し、選択的スプライシングにて生成される。本研究ではヒトATP合成酵素γサブユニットの筋特異的スプライシング調節の分子メカニズムを明らかにすることで、筋分化に必須な転写後調節による分子変換の誘導メカニズムを明らかにすることを目的とした。本年度の結果として、1.in vitroおよびin vivoスプライシング系を用いて本遺伝子の筋特異的選択的スプライシングを調節するシスエレメントをエキソン上の配列6塩基内に同定した。本エレメントは陰性調節配列であり、筋特異的に発現する調節因子に依存して調節されると予想される。また本配列はエキソン上のスプライシングエンハンサー配列の直後に局在することを明らかにした。2.選択的スプライシングを受けるエキソン(37塩基)をリボプローブとして、核抽出液に対しUVクロスリンク法およびノースウエスタン法にてRNA結合蛋白の同定を行った。その結果、筋特異的なエキソン除外に働くと予想される約42kDaの蛋白を検出した。

現在、この蛋白が今回同定した陰性調節エレメントに特異的に結合するかを検討中である。この蛋白が本エレメントに特異的に結合すれば、cDNAを単離して機能解析を行う予定である。今後、本蛋白が他の遺伝子の筋特異的選択的RNAスプライシングを協調的に調節する機構が存在するかを検討することが、筋分化過程に於ける選択的スプライシング調節の機構をさらに解明するために重要と思われる。真核生物ではミトコンドリアのATP合成酵素がほとんどのATPを供給している。本酵素ではγサブユニットの筋特異的なアイソフォームが選択的スプライシングにて生成される。本研究ではヒトATP合成酵素γサブユニットの筋特異的スプライシング調節のシス領域およびトランス因子を同定することを目的とした。前年度までに、筋特異的に働くエキソン上のスプライシングサイレンサー(Muscle-Specific Exonic Splicing Silencer ; MS-ESS)配列を明らかにした(J.Biol.Chem.2002,in press)。また本配列の上流にエンハンサー配列が存在することも同定した。本年度はトランス因子の精製を目的とした。まず、本遺伝子のMS-ESS配列を含む領域からリボプローブを作製し、選択的スプライシングの誘導前後の細胞から各々抽出した核抽出液を用いてノースウエスタン法を行いその条件を検討した。次に、各々抽出した核抽出液を硫安沈殿などによる部分精製を行った。これらの標品を用いて二次元電気泳動によるプロテオーム解析を行った。ノースウエスタン法の結果から、スプライシングエンハンサー領域に特異的に結合するスポットを少なくとも3スポット、MS-ESS配列に結合するスポットを2スポット検出した。MS-ESS配列に結合するタンパク量は微量であったため、現在、MS-ESS配列RNAを架橋したアフィニティクロマトグラフィーを作製して多量のタンパクの精製を試みている。またエンハンサー領域に結合するタンパクについては、二次元電気泳動によって得られたスポットを解析したところすべてアミノ酸末端がブロックされていたため、今後さらにタンパクを蓄積してタンパク分解酵素処理後、高速液体クロマトグラフィーにて内部のペプチドを分取しエドマン分解法にて一次配列決定を試みる予定である。