hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カルバペネム系薬非感性腸内細菌科の推移と耐性機構の解析

【研究目的】2009年4月から2012年3月に臨床分離された腸内細菌科を用いて、カルバペネム系薬非感性株の推移とその耐性に関わる分子機構の解析を行うことを目的とする。【研究方法】カルバペネマーゼ産生および各種薬剤耐性に関わる遺伝子の保有状況の解析は、ディスク法およびPCR法を用いて行った。カルバペネマーゼ産生株では、保有する薬剤耐性遺伝子の伝達性を接合により確認した。検出数の多かった菌種に関しては、Rep-PCR法を用いて遺伝子型別を行った。【研究結果】対象期間中に検出されたカルバペネマーゼ陽性株は34株であり、そのうち解析可能であった29株を対象とした。対象菌種の内訳は、Enterobacter cloacae 22株、C. freundii 6株およびSerratia marcescens 1株であった。29株はすべてメタロβ-ラクタマーゼ(MBL)を産生しており、28株はMBL遺伝子のbla_<IMP-1>を保有していた。キノロン耐性遺伝子の保有率は93%、アミノグリコシド耐性遺伝子の保有率は100%であり、他の薬剤耐性遺伝子も同時に高頻度に保有していた。接合伝達試験により、現在4株のトランスコンジュガントが得られており、bla_<IMP-1>を含むプラスミドの伝達を確認した。E. cloacae 22株は、遺伝子型別により大きく4群に分類され、いくつかのクローンが伝播していた可能性が示唆された。世界中でカルバペネマーゼ産生菌の広まりが問題となっているが、当院における2007年から2012年まで5年間のカルバペネマーゼ産生株の推移をみると、2009年をピークに検出数は激減していた。いくつかのクローンが伝播していた可能性を考えると、積極的な感染制御活動による成果だと推測され、現在詳細な解析を行っている。
B細胞制御機構と自己免疫疾患発症におけるヒストン脱メチル化酵素UTXの役割

ヒストン脱メチル化酵素UTXは、メチル化されたヒストンH3の27番目のリジン残基を脱メチル化するエピジェネティック因子である。UTXに先天的な機能欠失型変異を有する歌舞伎症候群の患者は、高頻度に自己免疫疾患を発症するが、その発症機構は明らかでない。申請者らの作製したB細胞特異的UTXコンディショナルノックアウトマウスの予備的な解析から、B細胞でのUTX欠失が自己免疫疾患発症に重要な役割を担う可能性が示された。本研究は、このマウスを用いて、B細胞でのUTX機能不全による自己免疫疾患発症の分子基盤の一端を明らかにし、病態解明や新規治療法開発につながると期待される。
グリオブラストーマ幹細胞におけるテロメア長維持機構の解明

神経膠芽腫(glioblastoma multiforme: GBM)は、神経膠細胞から発生する脳腫瘍の一種であり、最も悪性度の高いグレードIVである。GBMは、神経膠腫幹細胞(glioma stem cells: GSCs)と非がん幹細胞(non-stem glioma cells: NSGCs)を含む不均一な細胞集団で構築されている。GSCsがGBMの悪性化に寄与している報告がなされている中、腫瘍形成能を有してないNSGCsは、GBMの嵩としか考えられていない。しかし、未だにNGCSsの性質はよくわかっていない。申請者は、本研究で、NSGCsが、細胞老化を誘導し、血管新生関連液性因子を細胞外に放出することで、GSCsの腫瘍形成を促進することを見いだした。まず、2名のGBM患者由来GSCsを血清により分化誘導した。分化したNSGCsは、細胞の分裂寿命を司るテロメアの再生酵素テロメラーゼの活性消失とテロメア短縮に伴い細胞老化を誘発した。また、老化したNSGCsは、血管新生を促す液性因子を豊富に分泌し、ヒト脳由来血管内皮細胞の増殖を促進させた。老化NSGCsとGSCsをマウスに同時移植した異種移植片では、GSCsの単独移植片に比べ、血管内皮細胞の数が増加した。さらに、老化NSGCsとGSCsの同時移植片では、GSCs単独移植もしくは分化NSGCs(老化前)とGSCsの同時移植片に比べ、腫瘍形成率が向上し腫瘍が増大した。以上の結果から、NSGCsが、細胞老化を引き起こし、血管新生を促進させることで、GBMの悪性化を促進する働きがあることが明らかとなった。27年度が最終年度であるため、記入しない。難治がんであるグリオブラストーマ(glioblastoma: GBM)の悪性化および治療抵抗性の原因のひとつとして、いわゆる「がん幹細胞」の性質を有する、グリオブラストーマ幹細胞(GBM stem cells: GSCs)の存在が挙げられる。一方、染色体末端を安定に保護するテロメアはがん細胞の悪性度や分化に関与することが、我々を含む複数のグループから報告されている。そこで本研究では、テロメア動態がGSCsにおける幹細胞性の維持あるいは分化誘導にどのような影響を与えるかを明らかにすることを目的とし、以下の検討を行った。まず、同意を得たGBM患者由来のGSCsが、血清添加により幹細胞性・未分化性を消失し、非幹細胞性の細胞(non-stem GBM cells: NSGCs)に分化することを確認した。この分化細胞は、テロメア再生酵素であるテロメラーゼの活性を消失しており、増殖に伴って徐々にテロメアを短縮して最終的に細胞老化を起こした。老化したNSGCsは、炎症反応などに関わるいわゆるsenescence-associated secretory phenotype(SASP)因子や、血管新生に関わる血管内皮増殖因子を放出していることがわかった。さらに、血清存在下でこれらの老化細胞を継続的に培養すると、その一部が脱老化して再増殖する現象が観察された。興味深いことに、これらの再増殖細胞はSox2などのGSCsマーカーの発現を復帰させる一方、テロメア短縮を抑えるテロメラーゼの活性を有していなかった。以上より、末端複製問題によるテロメアの機能不全が、NSGCsの細胞老化を誘導したとわかった。また、細胞老化したNSGCsは、がんの悪性化に寄与する液性因子を放出した。さらに、老化したNSGCsの一部が、再増殖する事が見いだされた。本成果は、神経膠腫幹細胞由来の老化細胞が、腫瘍全体に対して細胞非自立的な影響を与える可能性をも示唆するものである。我々は、この一年間で下記を明らかにした。1.GSCsからNSGCsへの分化過程でテロメラーゼ活性が消失し、それに伴うDNAの末端複製問題が細胞老化を引き起こす。

2.老化したNSGCsは、SASP因子や血管内皮増殖因子を豊富に放出する。3.老化したNSGCsの一部は、老化状態から脱却してテロメラーゼ非依存的に再増殖する。このように、当初計画していたGSCsにおけるテロメアおよびテロメラーゼの機能的意義の解明に加え、老化した細胞がGBMの病態進展に積極的に関与する可能性を見出した。これは、所期の構想では想定していなかった新たな成果であり、GBMの難治性を説明する新たなメカニズムの解明に繋がるという点において、本研究はおおむね順調に進展していると判断する。27年度が最終年度であるため、記入しない。テロメラーゼの活性およびテロメア長が、GSCsにおける幹細胞性の維持ならびに分化誘導を直接制御するかについて、以下の2つのアプローチで検証する。(1)人工的なテロメラーゼ活性の増強によるNSGCsの幹細胞性・未分化性再獲得の検証(2)人工的なテロメラーゼ活性の抑制によるGSCsのNSGCsへの分化誘導の検証また、がんの不均一性という観点から、GBMにおける老化NSGCsの役割、老化NSGCsから発生した再増殖細胞の性質とその増殖機構について以下の検討を行う。(1)老化NSGCsが分泌するSASP因子および血管内皮増殖因子などの液性因子がGSCsの増殖や血管新生を促進する可能性について検討する。(2)老化細胞から出現した再増殖細胞が、テロメア同士の相同組換えを介して増殖するalternative lengtheningof telomere(ALT)機構を介して増殖する可能性について検討する。
新たなPCRクローニングストラテジーに基づく真正粘菌・単細胞藻類の光受容体の解析

単細胞の藻類や原生生物の光感覚受容体は高等生物の細胞外情報の受容体の原形として興味深いが、アミノ酸配列上の相同性が乏しく既存の方法では遺伝子レベルでの探索は困難である。本研究では、高度に縮重したデジェネレートプライマーと温度非対称PCRを組み合わせた方法により、真性粘菌のフィトクロム遺伝子、単細胞緑藻クラミドモナスの古細菌型ロドプシンをコードする遺伝子、ユーグレナ藻類のミドリムシの光受容タンパクのホモログをコードする遺伝子を探索した。真性粘菌の変形体および胞子から得られたDNAを鋳型とした実験では、新規フィトクローム遺伝子の断片が増幅されるなど、開発した方法が頗る有効であることがわかったが、真性粘菌に混在するバクテリアのため、目的とした真性粘菌ゲノムにコードされる新規フィトクローム遺伝子の発見には至らなかった。かずさDNA研究所が平成12年3月にリリースしたクラミドモナスESTデータベースには、古細菌型ロドプシンのF-ヘリックスに類似性のある配列が登録されていたため、クラミドモナス遺伝子ライブラリを鋳型として上述の方法により上流側のDNA塩基配列を決定し、これがクラミドモナスに存在が予想されながら、遺伝子およびタンパク質レペルでは見つかっていなかった古細菌型ロドプシンであることを初めて明らかにした。平成12年10月には、さらにもう1種類の古細菌型ロドプシンの存在が明らかになり、それぞれをAcop-1,Acop-2と命名した(GenBank登録番号:AB058890,AB058891)。クラミドモナスの走光性のための光感覚器である眼点付近の細胞膜にこれらが局在することを、間接蛍光抗体法により示すとともに、ホモロジーモデリングにより古細菌型の立体構造を取ることを確認した。単細胞緑藻の光感覚受容体に関し、今年度は劇的な展開が見られた。独のHegemannらがクラミドモナスの走光性受容体の候補としたクラミオプシンはロドプシン類との相同性に乏しい。ところが、我々は既に生理学的解析から発色団の立体構造は古細菌型ロドプシンのものと等しく、また同様な光異性化を行なうことを示している。クラミオプシン以外の候補分子が存在するか否かは、これまで謎であった。今年度、古細菌型ロドプシンのへリックスC、F、Gとの相同性を指標にかずさDNA研のクラミドモナスESTデータベースを検索すると、該当するアミノ酸配列をコードする塩基配列を見い出すことができた。昨年10月には別の相同なタンパクをコードするESTクローンも登録されたので、それぞれの全長の塩基配列を決定し、それぞれをAcop-1(Archaeal-type Chlamydomonas Opsin-1)、Acop-2と名付けた。Acop-1、Acop-2はML法、NJ法による系統解析では古細菌の光センサー分子sR-1、pRの近傍にクラスタを作り、昨年報告された海洋細菌のプロテオロドプシンとも近縁で、アカパンカビのNop-1とは比較的遠い。また、両者はともに、古細菌型ロドプシンと相同な膜貫通領域の更にC末側に、約400残基の大きな(細胞質側?)ドメインを含み、ヘリックスBが酸性残基に富む、という既知のロドプシンにない特徴をもつ。今後の課題はAcop-1、Acop-2が走光性と関わりをもつことの確証である。蛍光抗体法で局在を、antisenseDNAの導入で走光性感度の減少を確かめることを計画している。前年度に引き続き、主にクラミドモナスの光感覚受容体Acop-1についての研究を推進した。Acop-1の推定アミノ酸配列からエピトープとなる部分を予測しペプチド抗体を作成した。出来上がった抗体を用いて、(1)異種細胞での発現実験

(2)間接蛍光抗体法による細胞内局在の確認を試みた。(1)では酵母細胞(Pichia pastris)を用いたウェスタンブロットで、全長とみられる約62kDaのタンパク質の発現を確認したが、発現量はわずかであり、大腸菌細胞を用いた実験では確認できなかった。(2)については、富山大学理学部中村省吾博士の協力のもとにクラミドモナス細胞の眼点付近に局在することを確認できた。また、生物分子工学研究所の藤博士との共同研究により、Acop-1の立体構造ホモロジーモデリングを行い、2番目の膜貫通ヘリックス(Bヘリックス)に多く存在する酸性残基が発色団を囲むポケットの外側すなわち膜脂質側を向いていることを明らかにした。このことはAcop-1単独では膜内に安定に存在できないことを示唆する。すなわちAcop-1のC末端側のペプチドが膜内に存在し(疎水性指標から推測すると考えにくいことだが)Bヘリックスの安定化に寄与しているか、あるいはAcop-1ペプチドは他の何らかのペプチドと複合体を作ることで膜内での存在を安定化していることが予想された。Acop-1をコードするDNA塩基配列はドイツのHegemannらも公表したが、我々は彼等より一ヶ月近く早く、しかもAcop-1のみならず、80%以上の相同性を示す別の光受容体Acop-2のDNA塩基配列も国際データベースへ登録している。以上の成果は本年5月にイタリアで開催されるゴードン会議「Photosensry Receptors & Signal Transduction」で発表の予定である。基礎生物学研究所グループとの共同研究の大きな成果、ユーグレナ藻の光感覚受容体である光活性化アデニリルシクラーゼの仕事がまとめられてNature誌上に公表された。前年度に引き続き、主に単細胞緑藻クラミドモナスの光感覚受容体Acop-1およびAcop-2についての研究を推進した。前年度までに得られた配列情報を元に、既に知られている28種あまりの古細菌型ロドプシン類すべてとのアミノ酸配列アラインメントを行ない、進化系統樹を作製した。この結果を昨年度までにAcop-1について得られた成果と合わせ、5月に行なわれたゴードン会議「Photosensory Receptors & Signal Transduction」で発表するとともに雑誌に公表した。前年度、Acop-1に対する抗ペプチド抗体の設計に成功したことを基礎に、Acpo-2についても相同な領域を選んで抗ペプチド抗体を作製した。この抗体を用いた実験の結果、(1)クラミドモナス細胞破砕液を用いたウエスタンブロットではシグナルが見られたが、異種細胞での発現実験では全く抗体による検出がでないことから、Acop-2はAcop-1に比べC末側の発現が難かしいことが推測され、また、(2)この抗体を用いて間接蛍光抗体法により、Acop-2の細胞内局在についての情報を得ることができた。さらに、Acop-1およびAcop-2のmRNAを培養細胞、アフリカツメガエル卵母細胞に導入し、電気生理学的実験を行なうための基礎として、アフリカツメガエル卵母細胞に種々のイオンチャネルをコードするmRNAを注入し、電気生理的特性を調べた。
メタ動機づけ

本年度は,人が外的な報酬がないような状態において,自分の内発的動機付けを正確に予測できるかどうかを検討した。申請者が近年提唱した内発的動機付けのモデルに基づくと,人は基本的に,自分の内発的動機付けを過小評価するはずである。この仮説を検討するため,被験者に課題を実施してもらう前に,課題終了後の動機づけ状態を予測してもらう「動機づけ予測パラダイム」を開発し,予測された動機づけと実際の動機づけがどのように違ってくるかを検討した。さまざまな課題を用いて,いくつもの行動実験を行った結果,人は一貫して,自分の内発的動機付けを過小予測することが明らかになった。つまり,人はそれらの課題を持続的に楽しめないと予測するが,思っていたよりも持続的に楽しめることが明らかになった。またさらに,同じ課題に課題遂行成績に随伴する外的報酬を与えると,人は逆に外的報酬の効果を過大評価することも示された。つまり,人はこれらの課題に報酬が与えられると持続的に楽しめると予測するが,実際には思ったほど楽しめないことが示された。これは,内発的動機付けと外発的動機付けに関するメタ動機づけのコントラストを示すものであり,これまでにない新しい知見である。こうした結果は,自己報告の動機づけでなく,行動指標で動機づけを測定した場合にも一貫した結果が得られた。以上の結果をもとに,メタ動機づけという新たな概念の重要性に関するレビュー論文を海外の共同研究者と共同執筆を行った。メタ動機づけに関する予備的ともいえるデータを予定通り収集することができかつ,ある程度理論的な仮説に合致する結果が得られたということで,おおむね順調に進展しているといえる。次年度は,ふたたび内発的な動機づけに焦点をあて,このような過小評価が生じるメカニズムを明らかにするための実験を実施する予定である。本年度は本プロジェクトの概要を示すレビュー論文を出版することに焦点を置くことにしたため,当初の予定よりも行動実験を多く行う必要がなくなり,予定よりも出費が少なくなった。次年度は今年度に予定していた実験を含めて多くの実験を行う予定であり,今年使わなかった分の助成金も使用する予定である。
好酸球性中耳炎における好酸球浸潤機序の解明

好酸球性副鼻腔炎における好酸球がどのような機序で浸潤するかを検討する。好酸球は骨髄で産生され骨髄から血中へ、血中から炎症局所に遊走する。その遊走には好酸球遊走因子が重要であり、代表的なものにIL-5,eotaxin,RANTES,MCP-4がある。これら好酸球遊走因子が演奏局所で産生され増加していれば炎症局所への好酸球遊走に深く関わっている可能性がある。炎症局所でなく血中に増加していれば骨髄から血中への好酸球遊走に働いていると示唆される。もう1つの好酸球浸潤解明に繋がる重要なものはTh2typeのリンパ球の存在と遊走の解明だと思われる。その理由は、気管支喘息をはじめとする種種の好酸球炎症にはTh2typeのリンパ球が増加しこのリンパ球から産生されるTh2typeのサイトカインが好酸球遊走を誘導するからである。従って好酸球性副鼻腔炎の副鼻腔粘膜や鼻茸にTh2typeのリンパ球が増加しているか、Th2typeのリンパ球の遊走因子であるTARCが産生、増加しているかを検討する。気管支喘息に伴った滲出性中耳炎(好酸球性中耳炎)患者と全身疾患を伴わない滲出性中耳炎(コントロール)患者から鼓膜切開を施行する時に、中耳貯留液と血清を採取した。中耳貯留液からスメアを作製し、全細胞中における好酸球の比率を計算した。血中における好酸球比率も計算した。それぞれの滲出性中耳炎患者の中耳貯留液と血清における好酸球遊走因子(IL-5,eotaxin)をELISA法にて計測した。ELISA法の結果を中耳貯留液中や血中の好酸球及と比較した。好酸球性中耳炎患者の中耳貯留液中には、血清中やコントロールの中耳貯留液中と比較して有意に高いIL-5が検出された。さらに好酸球性中耳炎患者の中耳貯留液中のIL-5は好酸球比率と有意に相関した。一方、好酸球性中耳炎患者の血清中には、中耳貯留液中やコントロールの血清中と比較して有意に高いeotaxinが検出された。さらに好酸球性中耳炎患者の血清中のeotaxinは、血清中の好酸球比率と有意に相関したeこのことから中耳貯留液中への好酸球浸潤にIL-5は重要な因子であることが示唆された。また、血中のeotaxinは血中の好酸球増多に関与していることが示唆された。好酸球性中耳炎における好酸球がどのような機序で浸潤するかを検討している。好酸球は骨髄で産生され骨髄から血中へ炎症局所(中耳粘膜、中耳貯留液)に遊走する。その郵送には好酸球遊走因子が重要である。代表的な遊走因子にIL-5,eotaxin,RANTES,MCP-4などがある。これら好酸球遊走因子が、炎症局所で産生され増加していれば炎症局所への好酸球遊走に深く関わっている可能性がある。炎症局所でなく血中に増加していれば骨髄から血中への好酸球遊走に働いていることが示唆される。もう一つの好酸球浸潤に解明に繋がる重要なものはTh2typeのリンパ球の存在と遊走の解明だと考えられる。つまり気管支喘息を始めとする種々の好酸球炎症にはTh2typeのリンパ球が増加し、このリンパ球から産生されるTh2typeのサイトカインが好酸球遊走を誘導するからである。従って、好酸球性中耳炎の中耳粘膜や中耳貯留液中にTh2typeのリンパ球の遊走因子であるTARCが産生、増加しているか検討した。線維芽細胞から、CC chemokineを産生することが解り、好酸球性炎症発症に重要な役割を果たしていると考えられている。好酸球性中耳炎の中耳粘膜由来線維芽細胞を単離しTh2サイトカイン(IL-4,IL-13)及Polyinosine-polycytidylic acid(以下Poly(I:C))で刺激し、TARC産生を検討した。結果は、それぞれ単一による刺激と比較しTh2サイトカイン+Poly(I:C)による刺激においてTARC産生が著名であった。

従って好酸球性副鼻腔炎の副鼻腔粘膜や鼻茸にTh2typeのリンパ球が増加しているか、Th2typeのリンパ球の遊走因子であるTARCが産生、増加しているかを検討する。
眼内薬物送達法の開発と眼内増殖性疾患に対する実験的治療の研究

まず、電気パルスによる薬物送達効果向上が、培養細胞で可能かを調べるために培養家兎線維芽細胞をもちいて、各種薬物(MMC、Bleomycin(BM)、5-FU、100nM)を培養液内に添加して細胞増殖能を調べ、電気パルス(2000V/cm、8pulses,200mS)を併用して同実験を行った。また、細胞DNAの変化をflow cytometryにより検討した。その結果、それぞれは線維芽細胞増殖能を抑制した。一方、電気パルスのみでは、細胞増殖能に影響を及ぼさなかったが、MMC、BM、5-FUと電気パルスを併用すると、細胞増殖抑制作用は著しく亢進した。flow cytometry解析では、電気パルス処置のみではDNA fragmentationを促進しなかったが、薬物と電気パルス処置を併用すると著しいDNA fragmentationが見られた。次に実際の生体下における影響を調べるために有色家兎を用いた。結膜切開を行い、角膜輪部に強膜弁を作成した。手術時に濾過部にMMC、BMを塗布した。本実験では、電気パルスと薬物併用による薬物作用増強効果を見るために、以上の手術に電気パルスを加えた。電気パルスは、濾過形成部に薬物を含むスポンジを用いて留置し、その上にeyecup型電極(特許申請中)をおいて電気パルスを加えた。これらの実験眼に対して眼圧の変化を、経時的に測定した。その結果、いずれの群においても、電気パルスと薬物投与を併用した群では28日後まで、長期に眼圧下降作用が見られた。本実験では、特殊電極を使用して薬物の局所効果を高めることができた。これは、臓器をターゲットにしたものではなく、小組織や細胞を対象とした新しい局所薬物送達法である。今後は、カテーテルや内視鏡に組み合わせることで、眼科領域以外の疾患の治療に応用可能であり、将来の幅広い応用が期待できる薬物送達法である。
インスリン抵抗性の変化と脂肪におけるレジスチン蛋白の発現に関する研究

ごく最近クローニングされた脂肪細胞由来の蛋白レジスチンが,肥満状態下でのインスリン抵抗性の主要因となりうるのかどうかについて解明するため,著明な高インスリン血症をきたす2型糖尿病肥満モデルdb/dbマウスを用いて本研究を遂行した.10週齢オスdb/dbマウスをメトホルミン(インスリン感受性改善薬)投与,インスリン投与,水投与(コントロール)の3群に分類し,4週間の薬剤投与後,脂肪を摘出した.予想通りメトホルミン投与群では高インスリン血症が改善し,インスリン抵抗性の改善が認められた.一方,インスリン投与群はメトホルミン投与群と同様に高血糖状態は改善したが,コントロール群と同様な高インスリン血症を呈していた.我々が作成に成功した抗マウスレジスチン抗体を用いて,摘出した脂肪でのレジスチン蛋白発現についてウェスタンブロッティングで解析したところ,驚くべきことにインスリン抵抗性が改善したメトホルミン投与群での発現増加がみられた.一方,インスリン投与群はコントロール群と同程度の低い発現であった.これらの結果から,インスリン抵抗性を惹起する脂肪由来の蛋白として発見されたレジスチンは,インスリン抵抗性を誘引するというよりもむしろそれを改善するように働いているように思われた.このことを裏づけるために,耐糖能正常で非肥満の10週齢オスC57BL/6Jマウスと10週齢オスdb/dbマウスにおいて脂肪中のレジスチン蛋白発現を比較したところ,予想通り,強いインスリン抵抗性の状態下にあるdb/dbマウスにおいて,発現減少がみられた.以上より,レジスチンは肥満状態下でのインスリン抵抗性の主要因とはなりえないと結論づけた.本研究により,レジスチンは肥満状態下での高インスリン血症により脂肪での発現が抑制され,高インスリン血症の改善により発現が増加する蛋白である可能性を明らかにした.ごく最近クローニングされた脂肪細胞由来の蛋白レジスチンが,肥満状態下でのインスリン抵抗性の主要因となりうるのかどうかについて解明するため,著明な高インスリン血症をきたす2型糖尿病肥満モデルdb/dbマウスを用いて本研究を遂行した.10週齢オスdb/dbマウスをメトホルミン(インスリン感受性改善薬)投与,インスリン投与,水投与(コントロール)の3群に分類し,4週間の薬剤投与後,脂肪を摘出した.予想通りメトホルミン投与群では高インスリン血症が改善し,インスリン抵抗性の改善が認められた.一方,インスリン投与群はメトホルミン投与群と同様に高血糖状態は改善したが,コントロール群と同様な高インスリン血症を呈していた.我々が作成に成功した抗マウスレジスチン抗体を用いて,摘出した脂肪でのレジスチン蛋白発現についてウェスタンブロッティングで解析したところ,驚くべきことにインスリン抵抗性が改善したメトホルミン投与群での発現増加がみられた.一方,インスリン投与群はコントロール群と同程度の低い発現であった.これらの結果から,インスリン抵抗性を惹起する脂肪由来の蛋白として発見されたレジスチンは,インスリン抵抗性を誘引するというよりもむしろそれを改善するように働いているように思われた.このことを裏づけるために,耐糖能正常で非肥満の10週齢オスC57BL/6Jマウスと10週齢オスdb/dbマウスにおいて脂肪中のレジスチン蛋白発現を比較したところ,予想通り,強いインスリン抵抗性の状態下にあるdb/dbマウスにおいて,発現減少がみられた.以上より,レジスチンは肥満状態下でのインスリン抵抗性の主要因とはなりえないと結論づけた.本研究により,レジスチンは肥満状態下での高インスリン血症により脂肪での発現が抑制され,高インスリン血症の改善により発現が増加する蛋白である可能性を明らかにした.
高地環境下の無酸素性運動が筋内酸素動態に及ぼす影響

本研究は高地環境下での無酸素性運動の可能性について研究を行ったものである。高地のトレーニングは、有酸素運動が中心となるが、近年では、無酸素性の運動に関する研究に注目されている。研究目的を達成するために、常酸素環境と低酸素環境下の両環境下で無酸素性の運動について近赤外線分光法(NIRS)を利用し、活動筋など局部内の酸素動態の違い、その他の生理的指標について検討を行った。被験者16名(運動習慣者9名、運動非習慣者7名)を対象に最大酸素摂取量の測定、無酸素運動(30秒間のWingate Test)を運動条件を変えて実施し、血中乳酸濃度、心拍数、動脈血酸素飽和度、主観的運動強度の測定を行い、生理応答について比較検討を行った。パワーに関しても平均パワー、最高パワーの測定を行い、比較検討を行った。また、NIRSによる外側広筋内酸素動態、ハムストリングにおける酸素動態について測定を行い、運動習慣者と非運動習慣者の酸素動態の違いを検討した。現在体力科学、教育医学に投稿中である。通常高地トレーニングの運動内容は、有酸素運動が中心となる。しかし近年では、高地環境が無酸素性運動時の生理応答に及ぼす影響に関する研究が注目されている。McLellan(1990)らは、通常酸素濃度下と10.8%酸素濃度下で、30秒および45秒の超最大ergometer運動を行い、発揮されるパワーにはほとんど差がないものの、10.8%酸素濃度下では全身酸素摂取量が低下し、血中乳酸濃度が増大することを示している。高地における無酸素性運動時には、低酸素ストレスが負荷され、生体内の脱酸素化が亢進することが推察されるが、先行研究では、全身酸素摂取量や動脈血酸素飽和度など全身的な生理学的指標による研究が多く、活動筋など局部内の酸素動態について検討されたことは少ない。筋赤外線分光法(NIRS)は、局部筋内におけるヘモグロビンの脱酸素化状態を非侵襲的に評価することが可能であり、我々はこの方法を用い、短時間の動的運動に活動筋内の低酸素化が大きく亢進することを明らかにした。比較的低い国内高地において頻繁に行われる有酸素性運動や無酸素性運動(筋力トレーニング含む)を行った場合、生体内、特に活動筋内の低酸素化か大きく亢進することが予想される。平成17年度は運動の条件を変えた無酸素運動(4560秒間のWingate Test)および有酸素運動(120150W・30分間ergometer運動)を実施し、NIRSによる外側広筋内酸素動態、全身酸素摂取量、血中乳酸濃度、心拍数、動脈血酸素飽和度、血圧等の生理応答について比較検討を行っている。本研究は高地環境下での無酸素性運動が生理機能に及ぼす影響について研究を行ったものである。通常、高地で行うトレーニングの運動内容は、有酸素運動が中心となるが、近年では、高地環境において無酸素性の運動が生理応答に及ぼす影響に関する研究に注目されている。研究目的を達成するために、常圧常酸素状態と低酸素環境下の両環境下で無酸素性の運動と有酸素性の運動について近赤外線分光法(NIRS)を利用し、活動筋など局部内の酸素動態の違い、その他の生理的指標について検討を行った。平成17年度、平成18年度に被験者16名(運動習慣者9名、運動非習慣者7名)を対象に最大酸素摂取量の測定、無酸素運動(30秒間のWingate Test)および有酸素運動(120150W・自転車ergometerにより連続30分間運動)と運動条件を変えて実施し、それぞれの運動時の血中乳酸濃度、心拍数、動脈血酸素飽和度、主観的運動強度の測定を行い、生理応答について比較検討を行った。また、NIRSによる外側広筋内酸素動態、ハムストリングにおける酸素動態について測定を行い、運動習慣者と非運動習慣者の酸素動態の違いを検討している。これらの実験を常圧常酸素状態と低酸素環境下で同様の実験を行い、低酸素環境下での無酸素性運動の効果を検証するのが目的である。これらのデータを現在まとめており、論文作成中である。出来上がり次第(5月中)体力科学、教育医学に投稿する予定である。
高温超伝導発現機構のゲージ現論による研究

酸化物高温超伝導体の電子状態の特徴は電子間の相関が非常に強いことであり、これを反映して超伝導状態の対称性も従来型のものとは異なる異方的な超伝導状態が実現している。このような異方的超伝導体ではバルクの性質のみならず、界面が存在する時の表面状態にも特異な性質が現れることが予測される。この観点からギンズブルク・ランダウ(GL)理論を用いてこの系の表面状態を調べた。我々は既に、適当な条件の下手は界面近傍で新しい超伝導オーダーパラメタが誘導されることにより時間反転対称性を破る新しい状態が局所的に実現しうることを示しているが、この議論は対称性のみを用いた現象論であった。ここでは酸化物高温超伝導体の低エネルギー電子状態を記述するモデルである2次元t-Jモデルからスレーブボソン平均場近似を用いてGL自由エネルギーを微視的に導き、得られたGL方程式を数値的に解くことによってバルクおよび界面での超伝導の対称性を調べた。その結果バルクでの対称性はd_<x^2-y^<2->>波が安定であり、界面では適当な条件下では確かに時間反転対称性が破れうることがわかった。これらの結果は高温超伝導体でのジョセフソン効果その他の実験を良く説明する。またこの理論の妥当性を確認しうる実験の提案も行った。以上の結果はJ. Phys. Soc. Jpn.に発表済み、および投稿準備中である。
自由再生において単純および複合環境情報が引き起こす文脈依存効果の実証的比較研究

研究成果の概要(和文):本研究はさまざまな環境情報(場所,コンピュータディスプレイの背景色,BGM,匂い)が,自由再生にどのように影響するかを,実験研究によって調べた。さらに,単独の環境情報の効果ばかりでなく,環境情報を組み合わせた複合環境的文脈の効果も調べた。その結果,(1)場所・実験者・副課題を組み合わせた複合場所文脈と場所単独操作による単純場所文脈とでは,機能が異なること,(2)偶発的環境的文脈に,グローバル文脈(場所,BGM,匂い)と局所的文脈(背景色)の区分があることを見いだした。さらに,匂い文脈の新しい研究法を開発し,体系性がなかった匂い文脈研究に体系性をもたらした。今年度は,匂い文脈,背景色文脈を用いて自由再生実験を行った。またBGM文脈の効果を調べるために音楽による気分誘導実験も行った。匂い文脈については,4秒の提示速度では生じるが,8秒の提示速度では生じないことが報告されている(2009)。そこで,今回は,8秒の提示速度で,文脈(SC vs.DC)の1要因実験参加者間計画を用い,40名の大学生を対象として保持期間中に匂いに対する脱慣習化操作を行った。連想価90以上のカタカナ清音二音節綴り20個を,ターゲットとして1個ずつコンピュータディスプレイ上に提示し,自由な方略で学習させた。その際,学習時と同じ匂いのもとでテストする条件をSC条件,異なる匂いのもとでテストする条件をDC条件とした。その結果,8秒/項目でも有意な匂い文脈依存効果が生じた。背景色文脈については,Isarida & Isarida (2007) exp.1に背景色が単純に交替する条件を加え,2要因(背景色変化×文脈)混合計画で,46名の大学生を対象として実験を行った。2要因の分散分析の結果,背景色変化の主効果と交互作用は有意ではなく,文脈の主効果が有意であった。音楽による気分誘導実験では,音楽聴取をする場合としない場合とで,色の見方に変化があるかどうか調べるために,60名の大学生を対象として,色見本の評定実験,およびその評定の前後に気分評定を行わせた。その結果音楽聴取による気分誘導は見られなかったが,色彩の情動反応では,一部色の見方に変化が見られた。以上の実験結果は,学会で発表するとともに,さらにデータを追加して,国際誌に投稿する予定である。また,昨年度行った複合場所文脈の実験結果をまとめて,国際誌に投稿した。その結果,修正と追加実験の要請があった。これに対応すべく準備している。自由再生における環境的文脈依存効果については未解決の問題点が多数存在する。本研究代表者らは様々な環境情報(場所,コンピュータディスプレイの背景色,BGM,匂い)が,自由再生にどのように影響するかを実験研究によって調べてきた。そして,それらの環境情報の機能の相互類似点,相違点を明らかにしてきた。さらに,単独の環境情報の効果ばかりでなく,環境情報を組み合わせた複合環境的文脈の効果や,文脈依存効果の成否を調べるため,学習時と自由再生テスト時の文脈が同じ条件(same context,SC条件)と異なる条件(different context,DC条件)の再生成績を比較してきた。この場合,SC条件の方がDC条件よりも好成績を示すと,文脈依存効果が生じたとする。さらに,文脈間の比較を行う際に,文脈依存効果が生じるか否かだけではなく,項目強度の規定因(学習時間,反復回数など)によって,文脈依存効果サイズがどのように変化するかを調べてきた。また,項目を時系列ではなく,空間配置した時に,それぞれの文脈で,文脈依存効果が生じるか否かを調べてきた。本年度は視覚情報と聴覚情報の複合文脈を操作して自由再生の文脈依存効果の実験を行った。これまで,文脈は,視覚情報,聴覚情報,嗅覚情報等が単独に操作されるのが一般的であった。ところが,ビデオ文脈では視覚情報,聴覚情報を一緒に操作することができる。Smith & Manzano(2010)は,世界で初めてビデオ文脈を操作することによって自由再生実験を行い,文脈依存記憶の検出に成功した。ただし,彼らの手続き(特に,教示)にはいくつかの問題点が含まれている。そこで,本研究では,Smith & Manzano(2010)とは異なる教示による実験を2つ行い,ビデオ文脈依存効果を調べた。また,この環境的文脈(ビデオ文脈)をこれまで行ってきた複合場所文脈,BGM文脈,背景色文脈,匂い文脈等との相互の相違点を比較した。この成果は,学会発表を経て,論文化の準備に入っている。自由再生における環境的文脈依存効果については未解決の問題が多数存在する。本研究代表者らは様々な環境情報(場所,BGM,匂い,ビデオ)が自由再生にどのように影響するかを実験によって調べてきた。平成25年度は,1BGM文脈,2ビデオ文脈を用いて自由再生への効果を検証した。

1BGM文脈について,これまで,漁田らは文脈依存効果が生じることを報告している。これらの研究は未知楽曲と既知楽曲の単純比較を行ったものである。しかし,未知楽曲は未知という点で一様であるが,既知楽曲の既知の度合いは多様と想定される。そこで,本研究は既知楽曲の中に2水準の熟知性を設定し,それぞれが文脈依存効果に与える影響を調べた。その結果,既知楽曲であっても,熟知性によって文脈依存効果が異なることを見いだした。2ビデオ文脈については2つの実験を行った。1つ目は,ビデオ文脈のどのような構成要素がビデオ文脈依存効果の大きさの原因になっているかについて調べた。ビデオ文脈を,聴覚情報と動きを伴った視覚情報との複合文脈という観点から捉え,これら2つの要素の効果について検討した。即ち,ビデオ文脈を音なし動画ビデオ文脈,音なし静止画像文脈と比較した。その結果,文脈の構成要素の違いに関わらず文脈依存効果が得られた。構成要素と文脈の異同との交互作用はなかった。2つ目は,マルチ文脈パライダムにおけるビデオ文脈の効果を対連合学習を使って調べた。漁田らは,これまで,単純場所文脈では異文脈反復優位,場所以外の要素を複合させると同文脈反復優位の結果が生じることを見いだしている。本実験では,ビデオ文脈は動く視覚情報と聴覚環境の複合文脈である。また,本実験では手がかり負荷の効果も調べた。実験の結果,同文脈反復優位となり,手掛かり負荷による差は見られなかった。以上の実験結果は学会で発表した。今後さらにデータを追加して,国際誌に投稿する。自由再生における環境的文脈依存効果については未解決の問題が多数存在する。本研究代表者らは様々な環境情報(場所,コンピュータディスプレイの背景色,BGM,匂い,ビデオ)が自由再生にどのように影響するかを実験研究によって調べてきた。平成24年度は,1ビデオ文脈,2BGM文脈, 3場所文脈を用いて自由再生への効果を検証した。1「自由再生におけるビデオ文脈依存効果が学習時間効果におよぼす影響」:ビデオ文脈依存効果が学習時間効果に影響をおよぼすかどうか実験を行った。その結果,ビデオ文脈依存効果が学習時間効果を規定しないことを見いだした。2「楽曲のテンポがBGM文脈依存再生におよぼす影響」:Balchら(1992)がテンポ変化が気分変化を引き起こし,その気分が記憶を規定すると述べたが,Balchらは楽曲を1種類しか用いなかった。そこで本研究代表者らは楽曲を複数用い,テンポ変化を含まない楽曲変化とテンポ変化を含む楽曲変化を比較することでテンポがBGM文脈依存再生に影響を及ぼすかどうか調べた。結果は,テンポ変化の有無に関わらず楽曲の異同でBGM文脈依存効果が生じることを見いだした。3「自由再生における場所文脈依存効果におよぼす学習時間の影響」:Isarida(2005)の実験に追加データを加え,メタ分析を行って,ワンショット仮説(Shiffrinら)を検証した。その結果,ワンショット仮説はコンピュータディスプレイ環境に限定するなら成立するが環境的文脈全般について一般化することには無理があることを見いだした。
東アジアにおける人間活動に基づく生態系の劣化と修復

黄河・海河・淮河の氾濫原からなる中国・三河平原は年間降水量が400500mmの半乾燥地帯にあって,古来から中国の重要な畑作農業地帯を形成し多くの人口を扶養してきた。しかし、増大し続ける人口圧と頻発する干ばつのために,過度の農地の開発と不適切な灌漑・水管理が強行されており、次第にこの地帯の生態系が崩壊し始めており、随所に土壌塩類化・荒廃が顕在化と始めている事実を確認した。とくに,本地域の水利用には困難で大きな問題があった。即ち、年間降水量の7580%は7月上旬9月上旬の2か月間に集中し、そのため、この期間の時間降雨強度は強く,60mm/時間を記録した。この強い時間降雨は平坦で海抜10mにも満たない本地域では降雨後も45日にわたって、停滞水が地表に生じ、ゴマ,トウモロコシを中心に多くの作物に湿害をもたらした。一方、降雨が期待できない期間はもっぱら地下水の汲み上げによる灌漑が行なわれるが,強度の汲み上げは地下水位面を下げ、土壌の過乾を促進し、干ばつを誘起するほかに,地下水位が15m以下になると,塩分濃度が急激に高まることが井戸水の水質分析から明らかになった。このように,本地域は降雨期に集中する降水量を有効に貯水し、灌漑期にそれを分配する水管理方法が早急に確立されなければならないと考えられた。この他に,本年度は本地域の塩類土壌の分布を把握し、地下水位と土壌塩類濃度との関係を定量的に把握した。また,作物の生育量に影響する因子と因子ごとに検討し、因子の影響を数値化し、多因子解析ができる新しい解析法の開発を進めた。さらに,土壌中における塩類の挙動解析をシミュレ-トできるライシメ-タ-の建設,塩害と湿害を軽減するための新しい栽培技術の開発を行うための圃場の設営を行った。耐塩性作物を中心に品種の導入を行い,その評価を行うための圃場設営の準備を進める一方、新しい水資源開発のための太陽熱利用による蒸留水製造装置ならびに雨水ハ-ベスティングの貯水槽の建設などを行った。一方、酸性雨・大気汚染のグル-プは,重慶市南山地区を中心に酸性雨の化学成分,大気汚染物質の実態,酸性雨の湖沼生態系への影響、酸性雨の森林生態系への影響,酸性雨の土壌生態系への影響についての各調査研究を開始した。また同時に,重慶市の電力の90%以上を供給している重慶発電所で使用している石炭(硫黄分4%,灰分20%)から硫黄分を除去すめための大気汚染物質の発生源対策に関し、具体的検討を行うためのモデル試験に入った。石炭を燃焼させることにより大気汚染物質は森林樹木,とくにマツ,スギ、落葉樹に対して影響が強く現われており、その原因物質が主として石炭燃焼に由来するSO_2にあることが明らかになった。本年度は以上の他に塩性土壌ならびに酸性雨に関する国際シンポジウムを1991年9月26日28日にわたって、東京府中市の府中の森芸術劇場で行われた。外国人参加者21名(国内留学または研修生含まず),日本人123名(外国人留学生・研修生含む)計144名を得て、21課題(キ-ノ-ト報告含む)の報告があり、きわめて盛会であった。

一方、酸性雨・大気汚染のグル-プは,重慶市南山地区を中心に酸性雨の化学成分,大気汚染物質の実態,酸性雨の湖沼生態系への影響、酸性雨の森林生態系への影響,酸性雨の土壌生態系への影響についての各調査研究を開始した。また同時に,重慶市の電力の90%以上を供給している重慶発電所で使用している石炭(硫黄分4%,灰分20%)から硫黄分を除去すめための大気汚染物質の発生源対策に関し、具体的検討を行うためのモデル試験に入った。石炭を燃焼させることにより大気汚染物質は森林樹木,とくにマツ,スギ、落葉樹に対して影響が強く現われており、その原因物質が主として石炭燃焼に由来するSO_2にあることが明らかになった。本年度は以上の他に塩性土壌ならびに酸性雨に関する国際シンポジウムを1991年9月26日28日にわたって、東京府中市の府中の森芸術劇場で行われた。外国人参加者21名(国内留学または研修生含まず),日本人123名(外国人留学生・研修生含む)計144名を得て、21課題(キ-ノ-ト報告含む)の報告があり、きわめて盛会であった。
膜タンパク質構造形成におけるダイナミクスの解明

●アミノ末端側をオルガネラ内腔に配置する膜貫通配列(I型シグナルアンカー(SA-I)配列)の小胞体膜組み込みにおいて、アミノ末端側ドメインは合成完了後に膜透過する。我々は以前に、このドメインにストレプトアビジン(SAv)との親和性の高い配列(SBPタグ)を融合することで、細胞質側に添加したSAvによって膜透過を一時停止できることを報告した。この膜透過はSAvの濃度依存的に阻害されるが、膜透過のSAv感受性から透過駆動力を見積もる実験系を立ち上げ、膜透過におけるSA-I配列の作用を調べた。●リボソームのポリペプチド鎖伸長に伴った膜透過の途中に疎水性配列が現れると、トランスロコンにおいて膜透過が停止するとともに膜に組み込まれる。膜透過停止には疎水性配列とともに、疎水性配列直後の塩基性アミノ酸残基も停止促進に働くことが分かっている。この塩基性残基が作用できる範囲を調べたところ、疎水性配列の60残基後方に配置させた場合も膜透過停止に機能できることが明らかとなった。またその際、疎水性配列は一旦小胞体内腔に露出することも観察され、最終的な膜内配置に落ち着くまでには予想以上の揺らぎが伴う可能性が示された。(Fujita,ら、投稿準備中)1.小胞体における膜タンパク質の膜への組み込みは,トランスロコンと呼ばれるタンパク質膜透過チャネルを介して行われる。ポリペプチド鎖がトランスロコンを通過する際の挙動解析を目的として,粗面小胞体を添加した無細胞タンパク質合成系において膜透過を任意に停止・再開できる新規制御系を構築した。またこの膜透過制御系を利用して,膜貫通配列2本および膜透過途中の親水性配列2本が膜を貫通したままの複雑な膜組み込み中間状態を形成できた。この2本の親水性配列が共にトランスロコン本体であるSec61複合体と近接していることも,分子間架橋実験より明らかとなった。以上の結果は,トランスロコンが単一のSec61チャネルのみでは説明できないほどフレキシブルであり,多くのポリペプチド鎖を許容できることを示唆している。(Kida, et. al.,J.Cell Biol.179, 1441-1452, 2007)2.膜タンパク質は,各膜貫通配列が順次トランスロコンから脂質環境へと横方向に送出されることで膜に組み込まれていく。膜貫通配列の膜脂質すなわち疎水環境への配置を,部位特異的に導入したシステイン残基に対するマレイミド試薬の反応性から検定する実験系を立ち上げた。この系を用いて,アミノ末端を透過させる膜貫通配列の膜脂質への移行とアミノ末端側ドメイン膜透過との同期性について解析を行っている。3.小胞体内腔の可溶性タンパク質,カルレティキュリン分子内の2箇所に糖鎖付加サイトを導入し,無細胞タンパク質合成・膜透過系にて糖鎖付加のタイミングの差より膜透過速度を測定する実験系を構築した。また,この2点間に正電荷配列を導入することで明らかな膜透過速度の低下が観察できており,正電荷配列が透過中一過的に細胞質側でトラップされる可能性が示された。(Fujita,ら、投稿準備中)
トポロジカル絶縁体のスピンロックを支配する非弾性散乱時間のＮＭＲによる実験的決定

スピンロック現象を,NMRでミクロスコピックに検証することが我々のグループの当初の目的であった。これを遂行するために、3次元トポロジカル絶縁体薄膜の合成並びに輸送現象の観測に関する研究を行った。研究では、物理気相成長を用いることで、理想的な3次元トポロジカル絶縁体として知られているBi2-xSbxTe3-ySeyの薄膜合成法を確立し、これらを用いることで、スイッチング可能なPN接合の作製に成功した。本年度は、トポロジカル絶縁体薄膜の表面スピン構造についての研究をミクロプローブであるNMR及び磁化率測定を用いて行った。トポロジカル絶縁体試料は、東北大との共同研究により作製した、テトラジマイト構造Bi1.5Sb0.5TeSe2単結晶を用いた。これについて、磁化率・磁化曲線の測定を行った。この実験は、別のプロジェクトにおいてトポロジカル絶縁体表面内で完全偏極しているスピン構造を捉えるための準備として、ミュオンサイトの超微細結合定数を求めるためものである。ミュオン実験では、薄膜に平行に横磁場(TF)を印加し、TFに平行・反平行に向いたスピン流の時間反転対称性を破り、面に垂直なキャントを引き出し、これをミュオンの時間スペクトルの変化で検出する。しかしながら、ミュオンのエネルギーを表面トポロジカル層に停止させるほど小さく(1keV程度)に下げると、さまざまなアーチファクトが発生し、緩和率や内部磁場が変化してしまう。そこで、トポロジカル絶縁体に面平行磁場印加によってどの程度のキャント超微細場がミュオンサイトに発生するかを推定することが肝要となる。このため、ミュオンサイトの超微細結合定数を磁化率と横磁場ミュオン回転周波数の温度依存性をスケール、すなわち、いわゆるKーχプロットをすることで、超微細結合定数(T/μB)を求められる。磁化率は、キュリー成分とBiの半金属的バンド構造を反映した強い反磁性の和として観測され、現在、解析中である。さらに、スピン構造を検出する実験はNMR(NQR)によっても行うことが出来るため、Bi核、Te核のNMR信号の検出についても現在、進行中である。ミュオンサイトの超微細結合定数を求めるためには、試料のマクロ磁化とミクロ測定によるシフトの両方の温度依存性を測定する必要がある。このうち、前者については既に8Tまでの磁場域、2ー300Kまでの温度域で測定済であり、解析を行っている。後者については、横磁場μSRの温度変化測定を、数kOe以上の強磁場で行う必要があり、この実験は、日本・英国のパルスミュオン施設では不可能で、スイスかカナダのCWミュオンを用いて行う必要がある。この申請を現在行っているところである。また、NMR測定についても現在、準備中であり、予備実験として、ターゲットと同じBiを含んだ銅酸化物高温超伝導体の単結晶試料の測定を行い、信号が観察されることを確認した。今後、ターゲット試料について測定する。本研究の主題は、トポロジカル絶縁体表面内で完全偏極しているスピン構造を超低速μSRによって捉えることである。薄膜に平行に横磁場(TF)を印加し、TFに平行・反平行に向いたスピン流の時間反転対称性を破り、試料表面に垂直なキャントを引き出し、これをミュオンの時間スペクトルの変化(内部磁場、緩和率)で検出する。しかしながら、ミュオンのエネルギーを表面トポロジカル層に停止させるほど小さく(1keV程度)に下げると、現状で稼働しているμSR施設では、さまざまなアーチファクトが発生し、緩和率や内部磁場の測定値が変化してしまう。そこで、どの程度の測定確度が要求されるか、ミュオンサイトの超微細結合定数を磁化率と横磁場ミュオン回転周波数の温度依存性をスケール、すなわち、いわゆるKーχプロットをすることで、超微細結合定数(T/μB)を求めることが期待される。本年度は、トポロジカル絶縁体薄膜(テトラジマイト構造Bi1.5Sb0.5TeSe2)の磁化率測定及びバルクμSRの測定も行った。現在、解析を行っている。また、分担者(田邉)は、トポロジカル試料表面に有機アニオンを被せることで、pnジャンクションを形成することに成功し、さらに表面に配置したゲート電圧で電子状態の制御も行えることを見出した。これは新たな展開を生むと期待される。Kーχプロットを行うためのNMRのナイトシフトの温度依存性測定が当初の見込みより遅れている。これは試料分量が少なく、期待した信号強度が得られないためである。今後、試料を追加で合成するとともに、測定系のノイズ低減の方策を検討する。三次元トポロジカル絶縁体の試料表面伝導層に現れるディラック電子は,強いスピン軌道相互作用による,s,p軌道のバンド反転によるものである。このディラック電子は,並進運動量と垂直方向に完全スピン偏極していると言われている。このスピンロック現象を,NMRでミクロスコピックに検証することが我々のグループの当初の目的であった。着目した材料は、3次元トポロジカル絶縁体研究において広く用いられているテトラジマイト型カルコゲナイド物質である。この物質では、1つのディラックコーンから成るシンプルな表面状態が角度分解光電子分光などから観測され、ディラック電子に特徴的な物性の観測と応用に適した材料として注目されている。

一方で、Se欠陥やSe, TeのBiへのアンチサイト欠陥などによってバルクバンドへのキャリアドープが起るために、バルク絶縁性が悪いという問題点があった。そこで、元素置換を組み合わせることによってバルクバンドへのキャリアドープを抑制し、バルク絶縁性の高い理想的な電子状態を実現した系の薄膜試料の作製法を確立することは、本研究の主題であるトポロジカル表面状態の検出に加えて、低散逸なスピン偏極流やマヨラナ粒子などトポロジカル表面状態に期待される物性の観測と応用に向けて重要なステップとなる。本研究の主要な成果は、物理気相成長を用いることで、理想的な3次元トポロジカル絶縁体として知られているBi2-xSbxTe3-ySeyの薄膜合成法を確立し、これらを用いることで、スイッチング可能なPN接合の作製に成功したことである。スピンロック現象を,NMRでミクロスコピックに検証することが我々のグループの当初の目的であった。これを遂行するために、3次元トポロジカル絶縁体薄膜の合成並びに輸送現象の観測に関する研究を行った。研究では、物理気相成長を用いることで、理想的な3次元トポロジカル絶縁体として知られているBi2-xSbxTe3-ySeyの薄膜合成法を確立し、これらを用いることで、スイッチング可能なPN接合の作製に成功した。今年度、PSI施設へのビームタイム申請を行い、強磁場下での横磁場μSR実験を行う。横磁場ミュオン回転周波数の温度依存性を測定し、磁化率の温度依存性とスケールさせることによって、ミュオンサイトの超微細結合定数を決定する。これにより、表面スピンがどの程度の角度でキャントすれば検出可能になるかが評価できるので、その結果を理論にフィードバックし、検出可能性を吟味する。同時に、Bi/Te核のNMRスペクトル測定を行い、ナイトシフトの温度依存性から、両核の超微細結合定数を求める。これにより、零磁場NQRにわずかに面平行磁場を印加した際のスピンキャントを用いて、μSRと同様な実験が行えるかどうかを吟味する。最終年度であるため、論文のとりまとめに向けて研究を進める。具体的には、1)ナイトシフトの温度依存性を測定し、Kーχプロットを行う。2)JPARCでの超低速μSRの測定を検討する(現在、未だ、施設のテスト段階であるが、そのテストに参加させて貰えるよう依頼中)の二点である。低温物性実験仙台(東北学院大)で行われた、日本物理学会への参加旅費(5名)に関して、現地での地下鉄利用の申請が年度内に間に合わず、自費支払となったためである。学会発表旅費が見込み額よりも少なかったため残余が生じた。次年度は、国際会議へ二回参加予定であり、うち一回は大学院生も参加するため、当初の見通しより、支出額が多くなることが予想される。その分へ充当する予定。最終年度であるため、論文投稿料及び学会発表のための旅費に使用する予定。