hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
制御性樹状細胞の大量培養を用いた新たな造血幹細胞移植の開発

マウス骨髄細胞からGM-CSFを添加し未熟樹状細胞を大量に培養した後、psolarenと紫外線を併用し(いわゆるPUVA療法の応用)制御性樹状細胞を大量に作製することに成功した。その細胞は、混合リンパ球反応(MLR)においてMHC非拘束性に抑制性の機能を有していた。メカニズムは、抗炎症性サイトカイン(IL-10やTGF-β)によるものではなく、細胞間の接触によって引き起こされていた。トリプトファン代謝による細胞増殖の抑制をみるため、indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO)の発現を定量PCR法にて測定したところ、骨髄由来の樹状細胞に比べて5倍以上発現していた。IDOを発現し、MHC非拘束性に抑制機能を有するPUVA処理した樹状細胞による細胞療法は、致死的なGVHDに対して有用な治療法と成りうる可能性がある。造血幹細胞移植は、難治性の白血病や悪性リンパ腫や先天性免疫不全に対する根治的治療法である。しかし、その合併症である移植片対宿主病(GVHD)が移植成績を左右する。GVHDは、移植された造血細胞中に含まれるドナーのナイーブT細胞がレシピエント患者の体にある樹状細胞と反応しあい、活性化し爆発的に増殖、その後、標的臓器である肝臓、皮膚、腸管に浸潤し組織が傷害されることにより発症する。GVHDの治療法は、各種免疫抑制剤の投与がなされているが、いずれも対処療法にとどまり、十分な治療効果は認めていない。我々は、骨髄細胞にGM-CSFを添加し培養を行い大量の未熟樹状細胞を培養した後、psoralenと紫外線を併用し(いわゆるPUVA療法の応用)、制御性樹状細胞へと簡易に形質転換させることに成功した。制御性樹状細胞は、制御性T細胞を誘導し、免疫応答を抑制させる働きが知られている。よって我々が開発した方法による制御性樹状細胞を大量輸注することで、造血幹細胞移植のGVHD予防ならびに治療効果が得られる可能性があり造血幹細胞移植の移植成績向上に繋がる可能性がある。これを実証するため、マウス骨髄移植モデル(GVHD発症モデル)を利用し、この我々が作成した方法による制御性樹状細胞を輸注し、GVHDの発症の抑制および治療効果が得られるかどうか検討をおこなう。また、人からでも同様な方法で制御性樹状細胞が作成できるか検討を行い、将来的には、造血幹細胞移植においてこの細胞がGVHD治療法ならびに予防法として臨床応用できるかどうか検討を行う。GVHDの治療法は、各種免疫抑制剤の投与がなされているが、十分な治療効果は認めていない。このPUVA処理した樹状細胞(以下PUVA-DCと略す)がどのようなメカニズムで抑制性の作用を示すのか検討した。抗炎症性サイトカイン(IL-10およびTGF-β)が関与するか、PUVA-DCを加えた混合リンパ球反応(以下MLRと略す)に対し、抗IL-10抗体および抗TGF-β抗体を加えて反応をみた。各々の抗体を加えてもMLRは抑制を示し、抑制性の機序は抗炎症性サイトカインの働きによるものではなかった。Transwellを用いて、PUVA-DC接触群および非接触群にわけMLRを施行した。接触群においてのみ抑制したため、機序は細胞間接触によるものと考えた。トリプトファン代謝によって細胞増殖を抑えるidoleamin 2,3-dioxygenaseの発現を定量PCR法にて比較した。PUVA-DCは、骨髄由来樹状細胞に比べ、5倍以上発現し、抑制作用の重要な機序と考えた。In vitroでは、PUVA-DC(ドナータイプ、ホストタイプ、サードパーティー由来)をMLRに加えたところ、全てに抑制作用を示した。これまでの報告にあった制御性樹状細胞にはMHC拘束性が存在していたが、PUVA-DCにおいては、MHC非拘束性に抑制性機能を有することが判明した。本研究から、この細胞群を用いたヒトへの臨床応用はMHC非拘束性に抑制性の作用を示し、GVHDのみならず多種の自己免疫疾患にも応用が可能であることが示唆された。
都市農業の「持続可能性」と社会的ネットワークの再編に関する比較研究

本研究の目的は、東京都日野市と町田市における「援農ボランティア」をとりあげ、その取り組みによる都市農業の持続可能性について考察することである。昨今、首都圏では市民(非農家)の間で高まりつつある農作業への参加意欲を高齢化や担い手不足の都市農家への労働力補充へつなげる援農ボランティアへの取り組みが見られる。日野市では2006年に「日野人(ひのびと)・援農の会」という援農ボランティアが組織され、地元農家の農作業を無償で手伝っている。一方、町田市では2002年にNPO法人「たがやす」を設立され、有償で地元農家の農作業を手伝っている。以上の事例を踏まえ、市民協働による都市農業の持続可能性を明らかにした。当該年度では、都市、とりわけ東京における「援農ボランティア」ー市民(非農家)が農家の農作業を補助支援する活動ーの事例から都市農業における市民協働・市民参画の現況と課題を明らかにした。昨今、東京では、都市農業者の高齢化に伴う人手不足の支援として「援農ボランティア」の活動が盛んである。そこで当該年度では、東京都日野市と町田市の「援農ボランティア」をとりあげ、これに参加している農家と市民に聞き取り調査を実施した。その結果、規模の大きい販売農家は援農ボランティアを有効な労働力として活用していることが分かった。一方、規模の小さい販売農家では後継者もおらず、自分の代で農業をやめてしまう農家もおり、必ずしも援農活動が地元農家の経営安定に寄与していないことも分かった。しかし、農作業を通した市民交流が農家側の農業への生きがいになり、日々農作業へ励む動機につながっていることも明らかになった。また援農ボランティア側も趣味的な農業体験から本格的な農業労働を望む人がいるなど、その参加動機は多様であることも分かった。確かに、都市農業における市民協働・市民参画は農家にとって労働力の補充になり得る。しかし、必ずしもそれが都市農家の経営的安定までには至っていないことも事実である。また農家側も援農ボランティア側も、この活動に対する目的や期待は様々である。よって、今後は両者のニーズを有効につなげるマッチング方法が必要である。さらに市民協働・市民参画による都市農業の振興・活性化を企図するならば、援農活動の領域を「農作業=生産」に限定するのではなく、受け入れ農家の農産物の「流通」や「販売」まで拡大して考えることも求められる。そもそも首都圏の農業は、高度経済成長期から人口増加に伴う宅地造成によって縮小を余儀なくされた。こうして新住民が流入し、さらに農業を離れる都市農家も増え始めた結果、非農家と農家による混住化が現出する。そして、その農家たちは不動産業を営むなど農外所得を確保しつつ、都市農業を営む兼業農家になっている。こうして今や都市では、純粋に農業を専業とする農家はほとんどおらず、非農家によって占められている。その一方で、都市では非農家である市民が「援農ボランティア」や「市民農園」という形で農業と積極的にかかわっている。そうすると、今後は非農家である都市住民がどのように「農業・農村」を捉えるのかを考察することは、都市農業についての研究にとって有意義であると思われる。そこで当該年度では、NHKの農事番組である『明るい農村(村の記録)』(19711980年)をとりあげ、その中に記録された都市農業だけでなく、日本農業についての映像内容を分析した。こうしてメディア(テレビ)における「農業・農村」の描かれ方や捉え方を明らかにし、農業・農村が縮小しつつある中で都市や非農家(消費者)にとっての「農」の意味を考察した。当該年度の業績は、以下の二点に集約される。一つ目は、都市(首都圏)における農業用水路を維持管理する主体である用水組合員の意識調査である。そもそも用水組合は水稲農家である組合員によって構成されていた。しかし「都市化(宅地化)」や「土地区画整理事業」に伴う農地減少によって離農する組合員が増えていった。また農業を続ける組合員もいるなかで、水田を畑に転換し、水稲作を放棄する組合員も現れた。こうした都市農業をめぐる状況が激変するなか、農業用水路としての機能を喪失していったのである。しかし一方で、離農あるいは野菜栽培にシフトしても組合員をやめることなく、現在も用水路の維持活動に積極的に参加している組合員が数多くいる。そこで現在の農業用水路に対する意識や関わりについて非農家も含む組合員への聞き取り調査を行った。この調査の結果から都市における土地(農地)利用状況、農業者の営農環境や経営状況ならびに土地(農地)利用に対する意識や行動が明らかになった。二つ目は、都市(首都圏)において学校給食に食材を供出する都市農家の意識調査である。昨今、都市では「地場産学校給食」の取り組みが展開されている。学校給食への地元農産物の出荷は都市農家にとって確実な販路になるため、地場産学校給食は都市農業の振興あるいは活性化の有効な方策として位置づけられている。しかし東京都日野市では学校給食に農産物を供出する農家は減少する一方である。そこで地場産学校給食に参加する都市農家への聞き取り調査を行った。この調査の結果から、確かに学校給食へ農産物を出荷することは農家経営にプラスになっているが、出荷に手間や時間がかかるため、かえって負担になっている現実が明らかになった。戦後、首都圏における農業は、高度経済成長期から人口増加に伴う宅地造成によって縮小を余儀なくされた。

さらに「都市計画法」によって「市街化区域」に指定された都市農家は農地を手放さざるを得ず、離農していった。こうして首都圏では農業従事者が大幅に減少し、「非農家」が占めるようになったのである。しかし、都市農業が縮小する一方で、非農家である市民の間では農業へ憧れや関心が高まっている。とりわけ東京都では、農業現場における市民協働の取り組みとして「援農ボランティア」や「市民農園」が盛んになりつつある。このように非農家にとって「農業・農村」の価値が高まるならば、都市住民がどのように「農業・農村」を捉えるのかを考察することは、今後の都市農業についての研究にとって有意義であると思われる。そこで当該年度は、前年度に引き続き、NHKの農事番組である『明るい農村(村の記録)』(1971年1980年の放送分)をとりあげ、それを制作したNHKの元・ディレクターへの聞き取り調査を行った。そもそも戦後の農業・農村が近代化していく様子を伝える農事番組が1970年代から農政の矛盾を指摘する内容に変質し、さらに1980年前後からは都市の消費者や非農家に関心のある「食」の番組になるなど、戦後日本の農業・農村をめぐる状況変化とともに、農事番組自体も変質せざるを得なかったことを明らかにした。以上のようにメディア(テレビ)における「農業・農村」の描かれ方を明らかにし、都市住民や非農家にとっての「農業・農村」の意味を考察した。戦後の高度経済成長のもと、首都圏における農業は、人口増加に伴う宅地造成によって縮小を余儀なくされた。さらに、1968年に制定された「都市計画法」によって「市街化区域」に指定された都市農家は宅地並み課税のため農地を手放さざるを得ず、離農していった。こうして首都圏では、農業従事者では農業従事者が大幅に減少し、「非農家」が占めるようになったのである。しかし、現在、都市農業が縮小する一方で、非農家である市民の間では農業への憧れや関心が高まっている。そこで、今年度は、東京都における市民農園の利用者に対してアンケート調査を実施するため、質問票を作成した。その内容は、1市民農園を利用し始めた時期、2市民農園までの交通手段や移動時間、3利用している区画の広さ、4市民農園を利用するのに支払っている料金、5一緒に農作業をする人の有無、6市民農園の利用頻度、7市民農園の滞在時間、8市民農園に対する満足度、9今後の市民農園利用意志の有無、10市民農園の設備やサービスに対する満足度、11市民農園の他の利用者との関係、12市民農園を使う目的、13市民農園を使い始めたときの考え、14市民農園を利用する上での不満、15農地利用以外で希望する市民農園のサービス、である。このアンケートは、今年、東京都内の主な市民農園利用者に配布する予定である。本研究の目的は、東京都日野市と町田市における「援農ボランティア」をとりあげ、その取り組みによる都市農業の持続可能性について考察することである。昨今、首都圏では市民(非農家)の間で高まりつつある農作業への参加意欲を高齢化や担い手不足の都市農家への労働力補充へつなげる援農ボランティアへの取り組みが見られる。
細胞接着に関与する糖鎖合成酵素活性の消化管における解析

細胞接着分子リガンドであり,癌の転移機構との関連が注目されている糖鎖Sialy Le^a,Sialy Le^xを合成する糖転移酵素,フコース転移酵素の活性を正常胃粘膜,正常大腸粘膜,胃癌,大腸癌で測定した.基質としてはピリジルアミノ化したオリゴ糖を用いた.また同時に組織におけるSialy Le^a,Sialy Le^xの発現をそれぞれに対するモノクローナル抗体で検出した.この結果,胃癌では正常胃粘膜に比べてSialy Le^xの発現が亢進するとともにSialy Le^xを合成するalpha1,3フコース転移酵素の活性が上昇していた.Sialy Le^aを合成するalpha1,4フコース転移酵素の活性については明らかな癌性変化は認められなかった.大腸癌でもSialy Le^x発現の亢進が高頻度に見られるが,alpha1,3フコース転移酵素活性は正常大腸粘膜でも高い値を示しており,酵素活性の癌性変化は明らかでなかった.大腸癌ではSialy Le^aの発現が亢進している組織もあるが,alpha1,4フコース転移酵素の活性とは必ずしも一致していなかった.癌の浸潤や,転位との関係を見るために,癌の漿膜浸潤,壁内浸潤,リンパ節転移巣での比較検討を行ったが,明らかな傾向は認められなかった.また,大腸癌については糖脂質を基質としたフコース転移酵素活性の測定も行ったが,やはりSialy Le^x発現との関連は見い出せなかった.これらの結果から胃癌においてはSialy Le^x発現のためにalpha1,3フコース転移酵素が重要であるが,大腸癌においてはSialy Le^x発現を制御するkey enzymeはalpha1,3フコース転移酵素ではないことを意味し,今後はその前段階にある合成経路の酵素活性を系統的に解析する必要がある.細胞接着分子リガンドであり,癌の転移機構との関連が注目されている糖鎖Sialy Le^a,Sialy Le^xを合成する糖転移酵素,フコース転移酵素の活性を正常胃粘膜,正常大腸粘膜,胃癌,大腸癌で測定した.基質としてはピリジルアミノ化したオリゴ糖を用いた.また同時に組織におけるSialy Le^a,Sialy Le^xの発現をそれぞれに対するモノクローナル抗体で検出した.この結果,胃癌では正常胃粘膜に比べてSialy Le^xの発現が亢進するとともにSialy Le^xを合成するalpha1,3フコース転移酵素の活性が上昇していた.Sialy Le^aを合成するalpha1,4フコース転移酵素の活性については明らかな癌性変化は認められなかった.大腸癌でもSialy Le^x発現の亢進が高頻度に見られるが,alpha1,3フコース転移酵素活性は正常大腸粘膜でも高い値を示しており,酵素活性の癌性変化は明らかでなかった.大腸癌ではSialy Le^aの発現が亢進している組織もあるが,alpha1,4フコース転移酵素の活性とは必ずしも一致していなかった.癌の浸潤や,転位との関係を見るために,癌の漿膜浸潤,壁内浸潤,リンパ節転移巣での比較検討を行ったが,明らかな傾向は認められなかった.また,大腸癌については糖脂質を基質としたフコース転移酵素活性の測定も行ったが,やはりSialy Le^x発現との関連は見い出せなかった.これらの結果から胃癌においてはSialy Le^x発現のためにalpha1,3フコース転移酵素が重要であるが,大腸癌においてはSialy Le^x発現を制御するkey enzymeはalpha1,3フコース転移酵素ではないことを意味し,今後はその前段階にある合成経路の酵素活性を系統的に解析する必要がある.
画像解析からみた女性の乳腺発育の評価および母乳分泌の予測指標の開発

本研究では携帯型超音波画像診断装置(ポケットエコー)の活用を試みた。高性能エコーとの比較によりポケットエコーでも乳腺の観察が可能であることを実証した後、妊婦を対象に妊娠経過に伴う乳腺の変化を妊娠初期から妊娠後期まで縦断調査した。その結果、妊娠経過に伴い乳腺組織部位の厚みが増す様子が観察でき、ポケットエコーは、乳腺の厚さの変化から乳腺の発育評価に有用であることが示唆された。残念ながら、対象者不足により乳汁分泌の予測指標を開発するまでには至らなかったが、乳腺の発育が進む時期などによって産後の乳汁分泌が異なる示唆を得ることができた。本研究は、WHO/UNICEFが世界的に推奨している母乳育児支援の促進および女性のライフサイクル全般を通した健康管理を目指して、妊娠・分娩に伴う乳腺の発育と母乳分泌への影響要因を検証し母乳分泌の予測指標の開発を目指すことである。母乳分泌には乳腺の発育が関係していることが示唆されているも、乳腺は従来の視診や触診では観察が難しいとされている。そこで、本研究では超音波診断装置を用いた乳腺の発育の評価を試み、さらに超音波診断装置は、将来的にアセスメントツールのひとつとして看護師による活用が期待されている携帯型超音波診断装置を用いている。平成27年度は、非妊娠時の成人女性を対象に、携帯型超音波診断装置と高性能の超音波診断装置それぞれで同一部位の乳腺を撮像し、乳腺組織が占める部位の厚さの比較により、携帯型超音波でも乳腺の同定および観察が可能であることを実証した。乳腺の観察に携帯型超音波診断装置が活用できる可能性を見出し、現在は妊婦を対象とした、妊娠初期から産後までの縦断調査に取り組んでおり調査中である。当初の予定では、平成27年度中に妊娠初期から産後までの縦断的調査は終えている予定であったが現在縦断調査中である。低侵襲な調査であるが、妊娠初期の心身共に不安定な時期に乳房の露出を伴う調査の依頼は倫理面から慎重に行う必要があり、対象者のリクルートにいたるまでに時間を要したためである。本研究は、WHO/UNICEFが世界的に推奨している母乳育児の推進と女性のライフサイクル全般を通した健康管理を目指して、妊娠・分娩に伴う乳腺の発育評価および乳腺の発育状況からの母乳分泌の予測指標の開発を行うことを目的に取り組んだ。従来の視診や触診のみでは乳腺の発育の評価は難しく、超音波画像診断装置の活用が望まれながらも、周産期領域で日常的に使用されている据え置き型の超音波画像診断装置は、看護者が日々のアセスメントに活用するには簡便性に欠けることから普及していない。そこで、近年、看護師の活用が期待されている携帯型超音波画像診断装置(ポケットエコー)の活用を試みた。高性能の超音波画像診断装置との比較によりポケットエコーでも乳腺の観察が可能であることを実証した後、妊婦を対象に妊娠経過に伴う乳腺の変化を妊娠初期から妊娠後期まで縦断調査した。一般的に、妊娠経過に伴い乳腺はホルモンの作用をうけて発育し、画像所見上乳腺組織が占める部位は厚みを増すとされているが、ポケットエコーでも乳腺の厚さが増す様子が観察できた。乳腺の厚さは個人差が大きく母乳分泌が良好と予測できる厚さを見出すことはできなかったが、個人内の変化から乳腺の発育評価は可能であることが示唆された。本研究期間中に十分な対象者数が得られず、乳腺の発育状況から母乳分泌の予測指標を開発するまでには至らなかった。しかし、乳腺の発育の進み方は一様ではなく発育が進む時期などによって産後の母乳分泌が異なる示唆を得ることができた。本研究は、今後の研究の基礎資料となることが期待できる。平成27年度から行っている妊娠初期から産後までの縦断調査を行い、妊娠・分娩に伴う乳腺の変化と乳汁分泌との関係を検証する。さらに乳腺の変化の要因を個人の特性から探り、乳汁分泌の予測指標を検証し、得られた知見を成果発表する。2016年11月30日、University of Londonにて「周産期ケアに関する最近の動向」をテーマに集会が開かれ、ディスカッションの中で英国の母乳育児支援状況や超音波の活用状況および研究などに関してヒアリングした。母乳育児支援当初購入を予定していた携帯型超音波診断装置が、レンタルという形で月額料金を支払うこととなった。一括購入ではなく分割で予算を使用することとなった分平成27年度の支出が計画より少なくなった。また、研究の進捗がやや遅れていることに伴い、学会等での成果発表も遅れているためそれにかかる費用が繰り越されることとなった。携帯型超音波診断装置の月額レンタルによる使用を継続し調査、分析に用いる。また、成果発表のための旅費や論文校正費等に使用する。
酸分泌細胞内小胞輸送における細胞骨格の役割の解明

本研究は本質的には予試験であって,その目的は,胃酸分泌細胞である壁細胞をモデル系として用い,小胞輸送機構解明のための新たな実験系を立ちあげることにあった.そのために,計画は次の2点について行われた.1.ホールセルクランプ法による小胞融合評価系の確立細胞の膜容量を微小電極法で測定するには,単離した細胞を生理機能を保ったままマトリックス上に固定して培養する必要がある.これまでの方法では,単離操作により細胞の極性が失われ,培養後に酸分泌機能が失われて、細胞内小胞輸送を観察することが困難であった.そこで今回我々は,ウサギ胃粘膜から単離胃底腺を調製し,これをマトリゲルコートしたカバーグラスに播くことによってこの問題を克服した.この方法によれば,培養中に壁細胞を胃底腺から自然に遊走脱離し、マトリゲル上に極性を保った状態で付着した.蛍光色素アクリジンオレンジの集積で見ると,ヒスタミン刺激により培養壁細胞内に酸性の小胞が形成されるのが観察され,生理機能が保持されていることが確認された.また,標識アミノピリンの集積率を指標にした酸分泌能の検定,更にカルシウム蛍光指示薬を用いた細胞内カルシウム濃度測定によっても,培養壁細胞は種々の酸分泌刺激薬に反応することが確認され,モデル系として使用可能であると考えられた.また,壁細胞内の細胞骨格系は培養細胞とすると乱れることが知られているが,細胞内FアクチンをFITCファロイジンで標識して共焦点レーザー顕微鏡で観察することにより,我々の培養壁細胞においては,胃底腺内におけるものと同様の細胞内分泌小管が形成されており,細胞骨格系の形状が保たれていることも明らかとなった.現在この系を用いて,微小電極法による膜容量測定の基礎検討を行っている.2.細胞膜透過性細胞を用いた評価系の確立ジギトニン透過性単離胃底腺標本は,透過性を与える前の刺激状態に応じて,細胞内膜系の変化を検討できるモデルである.しかし,細胞膜透過性を与えた後に刺激しても細胞の応答性が失われているためにその使用には制限があった.そこで,αトキシンで透過性を与える基礎検討を行ったところ,透過後にH2受容体,M3受容体刺激を行っても酸分泌の活性化が生じるような条件を見いだすことができた.現在このモデルを用いて,小胞輸送をモニターする実験を行っている.本研究は本質的には予試験であって,その目的は,胃酸分泌細胞である壁細胞をモデル系として用い,小胞輸送機構解明のための新たな実験系を立ちあげることにあった.そのために,計画は次の2点について行われた.1.ホールセルクランプ法による小胞融合評価系の確立細胞の膜容量を微小電極法で測定するには,単離した細胞を生理機能を保ったままマトリックス上に固定して培養する必要がある.これまでの方法では,単離操作により細胞の極性が失われ,培養後に酸分泌機能が失われて、細胞内小胞輸送を観察することが困難であった.そこで今回我々は,ウサギ胃粘膜から単離胃底腺を調製し,これをマトリゲルコートしたカバーグラスに播くことによってこの問題を克服した.この方法によれば,培養中に壁細胞を胃底腺から自然に遊走脱離し、マトリゲル上に極性を保った状態で付着した.蛍光色素アクリジンオレンジの集積で見ると,ヒスタミン刺激により培養壁細胞内に酸性の小胞が形成されるのが観察され,生理機能が保持されていることが確認された.また,標識アミノピリンの集積率を指標にした酸分泌能の検定,更にカルシウム蛍光指示薬を用いた細胞内カルシウム濃度測定によっても,培養壁細胞は種々の酸分泌刺激薬に反応することが確認され,モデル系として使用可能であると考えられた.また,壁細胞内の細胞骨格系は培養細胞とすると乱れることが知られているが,細胞内FアクチンをFITCファロイジンで標識して共焦点レーザー顕微鏡で観察することにより,我々の培養壁細胞においては,胃底腺内におけるものと同様の細胞内分泌小管が形成されており,細胞骨格系の形状が保たれていることも明らかとなった.現在この系を用いて,微小電極法による膜容量測定の基礎検討を行っている.2.細胞膜透過性細胞を用いた評価系の確立ジギトニン透過性単離胃底腺標本は,透過性を与える前の刺激状態に応じて,細胞内膜系の変化を検討できるモデルである.しかし,細胞膜透過性を与えた後に刺激しても細胞の応答性が失われているためにその使用には制限があった.そこで,αトキシンで透過性を与える基礎検討を行ったところ,透過後にH2受容体,M3受容体刺激を行っても酸分泌の活性化が生じるような条件を見いだすことができた.現在このモデルを用いて,小胞輸送をモニターする実験を行っている.
有限温度・有限密度クォーク物質の物性と相構造

本研究は、有限温度・有限密度QCD相構造とクォーク物質の熱力学的諸性質を、ウイルソン型クォークを用いた格子QCDシミュレーションにより導くことを目的としている。2018年度は、2016-2017年度に行った研究を発展させ、現実のクォーク質量での研究と格子間隔を変えたシミュレーションを推進した。2016-2017年度の研究では、グラジエントフローに基づく鈴木法による状態方程式計算をフルQCDで初めて実行する研究として、計算時間を抑えるために、sクォーク質量は現実の値に近いがu,dクォークは現実より重い場合を扱い、格子間隔が1つだけの固定格子間隔法による計算を実行した。格子化誤差の小さいNt>8で従来の方法による状態方程式を再現することを示し、カイラル感受率がクロスオーバー温度でピークを示すことをウイルソン型クォークとして初めて示した。また、位相感受率を評価し、アクシオン質量がインスタントン模型の予想と一致する温度依存性を持つことを示した。これらは、グラジエントフロー法が、QCDの熱力学的性質を研究する上で極めて強力であることを示唆している。これを受け、2018年度には、次の段階として、現実のクォーク質量での研究と格子間隔を変えたシミュレーションを推進した。現実のクォーク質量での試験研究により、相転移温度がスタガード型クォークを用いた先行研究に近い140MeV近傍を示唆する中間結果を得た。ただし、相転移温度近傍の統計がまだ十分ではなく、信頼できる結果を得るためには、さらなるシミュレーションが必要であり、現在、配位生成と解析を進めている。並行して、グラジエントフロー法のマッチング係数における高次項の効果や、エネルギー運動量テンソルの相関関数の研究なども推進した。本プロジェクトは、有限温度・有限密度QCD相構造とクォーク物質の熱力学的性質を、ウイルソン型格子クォークを用いた格子QCDシミュレーションにより導くことを目的としている。初年度は、特に、グラジエントフロー法を用いた、フルQCD初の状態方程式計算を目指して、プログラム開発と試験研究を進めた。プログラム開発は基本部分を全て完了し、正常な動作を確認した。最終的には、現実のクォーク質量における状態方程式計算を目指しているが、初年度には、最初の準備研究として、計算時間を抑えるためにクォークが現実より重い場合を扱い、固定格子間隔法により温度軸方向の格子サイズNtで温度を系統的に変えた計算を実行した。その結果、Ntがある程度大きければ、有意なシグナルが得られることを確認し、我々が以前同じ配位で固定格子間隔法とT-積分法を用いて評価した状態方程式の結果に近い値を再現した。これと並行して、固定格子間隔法とヒストグラム法を用いた現実のクォーク質量におけるクォーク物質の研究のために、有限温度の配位生成も進めた。従来の方法による状態方程式評価に加え、グラジエントフロー法による評価も実行し、信頼性の高い結果を引き出すことを目指している。また、状態方程式の評価のための手法開発も進めた。そのひとつとして、クエンチ近似QCDで再重み付け法を用いた非等方系数の非摂動的評価を行い、微分法に基づく状態方程式と潜熱を評価し、連続極限への外挿を実行した。現在、論文の準備を進めている。初年度予定していたグラジエント・フロー法を用いたフルQCD状態方程式評価のプログラム開発は、ほぼ完了した。それを用いた試験研究でも、期待した動作を確認し、我々が以前同じ配位で固定格子間隔法とT-積分法を用いて評価した状態方程式の結果に近い値を再現した。また、クエンチ近似QCDで再重み付け法を用いた非等方系数の非摂動的評価を行い、微分法に基づく状態方程式と潜熱を評価した。状態方程式の評価のための手法開発も順調に進んでいる。現実のクォーク質量における有限温度配位生成は、やや遅れ気味だが、おおむね順調に進んでいる。2016年度は、初年度に開発したプログラムを用いて、グラジエントフロー法に基づく鈴木法による状態方程式計算を、フルQCDで初めて実行した。最終的には現実のクォーク質量を目指しているが、第一段階の研究として、計算時間を抑えるために、sクォーク質量は現実の値に近いがu,dクォークは現実より重い場合を扱い、格子間隔が1つだけの固定格子間隔法による計算を実行した。格子化誤差の小さいNt>8で、従来の方法による結果を再現することを示した。さらに、同じ配位を用いて、グラジエントフロー法を用いたカイラル凝集と位相感受率の評価も行った。格子ではこれらの物理量に複雑なくりこみが要求されるが、鈴木法によりくりこまれた量を直接評価可能となる。我々は、カイラル感受率がクロスオーバー温度でピークを示すことをウイルソン型クォークとして初めて示した。位相感受率を評価し、アクシオン質量がインスタントン模型の予想と一致する温度依存性を持つことを示した。これはアクシオンが暗黒物質の候補となるかを判定する上で重要な情報となる。これらの結果は国際会議Lattice 2016等で発表し、論文を投稿した。並行して、現実のクォーク質量での有限温度配位生成も進め、格子間隔を変えたシミュレーションに向けた試験研究を開始した。また、SU(3)ゲージ理論の潜熱を、1次相転移点直上における2相分離と再重み付け法を用いて評価した。非摂動的非等方係数による評価と鈴木法による評価を実行し、結果を比較した。

また、Nf=2 QCDの臨界スケーリングとグラジエントフロー法によるベータ関数を組み合わせ、有限密度での臨界線の曲率を求めた。中間結果をLattice 2016等で報告した。グラジエント・フロー法を用いたフルQCD状態方程式評価の第一段階を完了し、状態方程式の評価が動的クォークを含む場合でも精度良く遂行可能であることを示した上で、別の評価と一致する結果を得、さらに、カイラル対称性を陽に壊すウイルソン型格子クォークを使ってもカイラル凝集と位相感受率について有意な計算が可能であることを実証し、第1段階としては期待以上の成果を得た。次の段階に向けてのプログラム開発と準備研究も順調に進んでいる。並行して進めているスケーリングの研究がやや遅れ気味だが、潜熱の研究は概ね順調に進んでいる。本研究は、有限温度・有限密度QCD相構造とクォーク物質の熱力学的諸性質を、ウイルソン型クォークを用いた格子QCDシミュレーションにより導くことを目的としている。2017年度は、グラジエントフロー法に基づく鈴木法による状態方程式計算をフルQCDで初めて実行した2016年度の研究の解析を完成させ、一連の論文を発表した。これは、フルQCDにおける最初の研究として、計算時間を抑えるために、sクォーク質量は現実の値に近いがu,dクォークは現実より重い場合を扱い、格子間隔が1つだけの固定格子間隔法による計算を実行したものである。格子化誤差の小さいNt>8で、従来の方法による結果を再現することを示した。さらに、グラジエントフロー法を用いたカイラル凝集と位相感受率の評価も行い、カイラル感受率がクロスオーバー温度でピークを示すことをウイルソン型クォークとして初めて示した。また、位相感受率を評価し、アクシオン質量がインスタントン模型の予想と一致する温度依存性を持つことを示した。これはアクシオンが暗黒物質の候補となるかを判定する上で重要な情報となる。これを受け、次の段階として、現実のクォーク質量での研究と格子間隔を変えたシミュレーションを開始した。現実のクォーク質量での試験研究を行い、状態方程式やカイラル凝集について、クォークが重い場合とほぼ同様に有意な計算が可能であるという中間結果を得た。ただし、格子化誤差が大きい傾向があり、高統計と精密な系統誤差評価が必要である。クォーク質量が小さい効果に加え、格子間隔がやや粗いことが作用しているものと思われる。現在、配位生成と解析を進めている。並行して、クォークが重い場合に、エネルギー運動量テンソルの相関関数の研究を開始した。また、グラジエントフロー法を用いたSU(3)ゲージ理論の潜熱の研究も行い、中間結果を国際会議Lattice 2017等で報告した。グラジエント・フロー法を用いたフルQCD熱力学の最初の段階として、udクォークが重い場合の格子間隔1点での一連の研究成果を論文発表し、次の段階に向けた配位生成といくつかの試験研究を行なった。次の段階に向けての配位生成とプログラム開発も順調に進んでいる。
強磁場・超高密度ヘリコンプラズマを用いた外部電磁場制御による超音速流形成の研究

従来全くない方法による軸方向「超音速流形成」を行う為に、強磁場・高密度ヘリコンプラズマを生成し、それを用いた外部電磁場制御によるプラズマ流の総合的研究を目指し、2年度目は短期(4ケ月)ながら以下の成果を得た。1.アルガンガスでのヘリコン放電で、本年度も高磁場(3kG)から低磁場(0.1kG以下)までのサーベイ(圧力、磁場配位、高周波パワーも変化)を複数の装置で行い、3kW程度で10^<13>cm^<-3>以上の高密度プラズマが得られる事を実証した。プラズマ生成効率(全プラズマ粒子数を入射パワーで割ったもの)は古典拡散でほぼ説明できた。これは理論的上限に近い高い生成効率が得られたと言える。2.本研究のプラズマ源として低アスペクト比A(A:軸長と直径の比)も重要である。そこで終端板でプラズマ軸長を制限し直径74(40)cmで軸長が5.5(9.5)cmまで下げても、10^<12>(10^<13>)cm^<-3>の高密度プラズマが得られる事を昨年度実証した。本年度はその達成条件を外部パラメータを変えて求めると共に終端板の素材による効果も調べた。ここで上記Aはそれぞれ0.24(0.075:世界最小)である。また短軸長の場合、軸方向の境界条件で決まる離散的な軸方向波長が得られる興味ある結果が得られた。これはヘリコン波の分散関係から理解でき、数値解析結果とも比較を行い良い一致を示した。3.軸方向高速流形成のために、完成した径方向磁場存在下での回転磁場生成(周方向電流の誘起)システム(コイル、高周波電源、整合器、真空部品など)で予備テストを行った。4.外部周方向電流による円柱磁化プラズマの線形応答解析により電磁推力の計算を行い、本方法によるプラズマ流制御が有望である事を示した。また別方法として回転磁場型周方向誘起電流の初期解析も行った。従来全くない方法による軸方向「超音速流形成」を行うために、強磁場・高密度ヘリコンプラズマを生成し、それを用いた外部電磁場制御による総合的研究を目指し、初年度は以下の成果を得た。1.アルガンガスを用いたヘリコン放電で、高磁場(3kG)から低磁場(0.1kG以下)まで(磁場配位も変化)のサーベイを複数の装置で行い、3kW程度で10^<13>cm^<-3>以上の高密度プラズマが得られる事を実証した。その際重要な径方向密度分布も、磁場配位とアンテナ放射分布の制御で変化させた。またアンテナ近傍の磁場に関して、強磁場程密度ジャンプを起こす高周波パワーが高く、ジャンプ前は高磁場程密度が高いのがわかった。2.このプラズマ源として低アスペクト比A(A:軸長と直径の比)も重要であるため、終端板でプラズマ軸長を制限し、容器内径74(40)cmで軸長が5.5(95)cmまで下げても、10^<13>(10^<12>)cm^<-3>の高密度ヘリコンプラズマを達成できた。この結果においてアスペクト比Aがそれぞれ0.24(0.075)であり、0.075は世界最小となった。また短軸長の場合、軸方向の境界条件で決まる離散的な軸方向波長が得られ、ヘリコン波の分散関係から理解できた。3.高速流形成のために径方向磁場存在下での回転磁場生成(周方向電流の誘起)のシステム(コイル、高周波電源、整合器、真空部品など)を構築した。4.簡単な1次元モデル解析により電磁推力の計算を行い、電磁場制御によるプラズマ流制御が有望である事を示した。

4.外部周方向電流による円柱磁化プラズマの線形応答解析により電磁推力の計算を行い、本方法によるプラズマ流制御が有望である事を示した。また別方法として回転磁場型周方向誘起電流の初期解析も行った。
話者性と音韻性の音声分離モデルに基づく発話機能回復支援システムの構築

ホルマント復元関数をベースとした音韻性・個人性分離モデルにおいて、ホルマント空間(音響的特徴)と話者の声道長(生理学的特徴)の関連を多数話者音声(日本語話し言葉コーパス購入)の観点から厳密に検証を行い、国際会議において成果を発表した。また、ホルマント復元関数の持つ個人性(話者性)に焦点をあてて詳細な検証を行った結果、関数形状と話者性の間に対応関係を見出すことができ、国内学会講演会及び研究会において発表した。音声変換合成方式として、従来の縦続型ホルマント合成方式に代えて、並列型合成方式についての検討を行った。並列型とすることで、復元音声におけるホルマントレベル制御が可能となる。これは、口蓋裂患者など構音障害音声の特徴である音声の高域特徴成分の劣化による“こもり声"の明瞭化に寄与できると考えられる。ホルマントレベルについてはホルマント周波数抽出と同時にその推定方式は既に開発しているのでそれを利用することができる。成果については、国内学会講演会において発表した。発話機能回復(リハビリ)手段として位置づける正規化ホルマント周波数の可視化方式については、前年度成果として発表した声道形状マッピング方式のリアルタイム可視化処理について検討し、WindowsベースでのPC処理・表示に成功した。これらの成果に基づき、母音発話における異常性を話者正規化した標準的な声道形状の異常性としてある程度とらえることができ、同時に異常音声の目標としての健常発話を音と形状で確認する機能への拡張が期待できる。本年度に目標として挙げている発話機能回復のためのプロトタイプシステム構築については、システムの要素技術である音声特徴量の健常化変換と再合成方式については確立しつつあるが、具体的なリアルタイムシステム構築までは至っていない。研究期間最終年度である本年度は、発話機能回復のためのプロトタイプシステムの具体的構築と提案まで持っていくために、これまでの特徴抽出⇒変換・健常化⇒再合成・可視化の各ステップにおける要素技術の統合化を図り、その評価実験を通して研究成果の確認及び公表を進めていく予定である。話者別ホルマント空間を構成するための単語音声群・朗読音声群についてのホルマント分析を行った。話者群は、成人男性・成人女性各12名および6歳未満の幼児8名である。抽出ホルマント(F1F3)に基づいて、構音空間(h,v)で定義される話者毎のホルマント復元関数を算出し、この関数の特徴変数から話者の「個人性」を分離できる。即ち、音響特徴量としてのホルマント周波数(F1F3)の復元空間により特徴づけられる声道形状であり、さらには話者の声道長を特徴づける声道長比である。「音韻性」に関しては、構音空間(h,v)そのものが話者の声道長の違いを正規化する効果があることから、hv座標として「音韻性」を特徴づけることができる。年度後半からは、これらの話者性に関する特徴関数である復元関数の違いと生理学的・解剖学的な話者特徴の違いとの相関性について検証を行っており、年度末の段階では結論は得られていない。一方、hv構音空間に基づく母音音声の変換方式として規格化空間を介して母音音韻性を保持しながら、異話者音声に変換する原理について検討し、学会講演会にて発表した。この音声変換原理は、今後、発話機能回復支援において、自らの異常音声を健常化し、発話規範となり得る目標音声を提示するのに必要な技術である。さらに、hv構音空間(座標)から、当該母音を発声しているときの声道形状にマッピングする方式を提案し、学会講演会にて発表した。この技術は、発話機能回復支援において、発声母音のリアルタイム可視化フィードバックにおいて必要な技術となる。本年度に目標として掲げた「ホルマント空間の分離モデルの構築と検証」について、モデル構築のための手法は整備でき、十数例の話者群への適用によりその話者モデル・音韻モデルの可能性は確認できたが、その検証については、現在進めている段階のため最終確認ができていない。さらに、これらの実績に関しては、講演論文2編にとどまっており、成果発表の計画において「やや遅れている」との状況である。

本年度に目標として挙げている発話機能回復のためのプロトタイプシステム構築については、システムの要素技術である音声特徴量の健常化変換と再合成方式については確立しつつあるが、具体的なリアルタイムシステム構築までは至っていない。30年度は、29年度の研究計画の遅れ(分離モデルの生理学的・聴覚心理学的検証とそれらの成果発表)を取り戻すとともに、当初の30年度計画である分離モデルの実用的展開(変換音声合成および可視化方式一部は29年度に開始している)としての支援システムのプロトタイプを構築していく予定である。研究期間最終年度である本年度は、発話機能回復のためのプロトタイプシステムの具体的構築と提案まで持っていくために、これまでの特徴抽出⇒変換・健常化⇒再合成・可視化の各ステップにおける要素技術の統合化を図り、その評価実験を通して研究成果の確認及び公表を進めていく予定である。当初、購入を予定していたデータ解析用PCの年度内利用が不要であったための設備備品残と成果発表の機会が当初計画より少なかったための旅費残の結果、45万弱の次年度使用額が生じた。この残額については、次年度(30年度)において、当初計画通りの費目にて使用する予定にしている。成果発表において、国際会議・国内会議・打合せはほぼ予定通りであったが、論文投稿が果たせなかったことと、当初予定していた音響/音声分析ソフトウエアについて、その機能が保有ソフトで一部利用可能であることが判明したために購入を見合わせた。次年度は機能に必要性について詳細に検討した上で購入可否を決定する。なお、購入不要の場合は、次年度助成金分と合わせて、当初予定の評価実験用PC・ディスプレイ購入及び論文投稿・国際学会旅費などに充てる予定である。
マイクロスリットチャネル内でのサブクール沸騰熱伝達促進に関する研究

電子機器の発達により高発熱電子機器の冷却が問題になっている。例えば、レーザダイオードを使った業務用プロジェクターの冷却には、省スペース・静音性を考慮して水冷方式が採用されている。最近、プロジェクションマッピングなどの新しい使い方により高輝度なプロジェクターの需要が高まり、さらに性能の良い冷却装置が求められている。そこで、本研究では、水冷式よりもさらに冷却能力の高い沸騰熱伝達を利用した強制対流式マイクロ熱交換器に関する研究を行った。沸騰熱伝達を促進するために、沸騰面上の蒸気泡を強制的に排除できるマイクロスリット電極を提案した。マイクロスリット電極は、縦25mm、横24mmで厚みが1.4mmであり、幅1mmのスリットが10本設けてある。この電極を、直径15mmあるいは一辺が17mmの正方形の沸騰面から600μmの高さに電極を設置した。平成28年度は、沸騰面を銅平滑面にした場合と、ダイヤモンド微粒子を電着して表面処理を施した場合の沸騰熱伝達の違いについて調べた。次に、沸騰面とマイクロスリット電極間に電界を印加した場合の熱伝達促進について調べた。平成29年度は、マイクロスリットチャネルに流入させる流量と液温を変化させた場合の熱伝達の変化を調べた。また、モデル式と実験結果を比較し、流量変化と流入液温の変化が及ぼす熱伝達性能について詳細に考察した。平成30年度は、姿勢変化による冷却性能の違いについて調べた。以上の結果、電界印加と表面処理により、電界を印加しない場合に比べて、熱伝達性能が8倍を示した。モデル式では、流量の増加及び流入温度低下による沸騰発現の抑制効果が考慮されておらず、実験式との差がみられた。姿勢変化においては、蒸気が浮力の影響を受け、性能が大きく変化することを明らかにした。最近、プロジェクションマッピングなどの新しい使い方により、高輝度なプロジェクターの需要が高まっており、さらに性能の良い冷却装置が求められている。そこで、本研究では水冷式よりもさらに冷却能力の高い沸騰熱伝達を利用した強制対流式マイクロ熱交換器に関する研究を行った。マイクロスリット電極は、沸騰面から600μmの高さに設置した。初めに、電極に設けたスリット幅を700μm1300μmの間で変化させ、スリット幅の変化が及ぼす熱伝達性能の影響を調べた。次に、電界印加(0-5kV/mm)による沸騰熱伝達促進について調べた。最後に、マイクロスリットチャネルに流入させる液温(30°C50°C)と流量(40ml/min80ml/min)を変化させた場合の限界熱流束について調べた。その結果、以下の結果が得られた。1電界を印加しない場合で、流入液温を30°C、流量を40ml/minとしてスリット幅を変化させる実験を行った。スリット幅が1000μm以上であれば熱伝達性能が低下しないことを明らかにした。2次に、スリット幅を1000μmに固定し、電界-5kV/mmを印加することにより、熱伝達率が大きく向上し、電界を印加しない場合より3倍高い値を示した。3さらに、流入液温を高くすると、熱伝達率が高くなることを明らかにした。4最後に、流入液温が30°Cのとき、流量を変化した場合の影響を調べた。流量が多くなると熱伝達率が高くなることを明らかにした。以上の結果は、国内会議1件、査読付き国際会議1件、査読付き論文1編で報告された。実験装置の構築及び実験が順調に進み、研究実績の概要で報告した熱伝達促進に及ぼすスリット幅、電界、流入液温及び流量の影響を調べることに加え、伝熱面上にダイヤモンド電着を設けた場合の影響についても計画を前倒して予備実験を行った。ダイヤモンド電着による熱伝達促進効果が期待でき、これから詳細に実験を行う予定である。マイクロスリット電極は、スリット幅1000μm、電極幅800μmで厚みが1400μmである。沸騰面は直径15mmの円形とし、無酸素銅である。沸騰面から600μmの高さに電極を設置した。初めに、沸騰面を銅平滑面にした場合と、ダイヤモンド微粒子を電着して表面処理を施した場合の沸騰熱伝達の違いについて調べた。さらに、マイクロスリットチャネルに流入させる流量と液温を変化させた場合の熱伝達の変化を調べた。最後に、昨年度構築したモデル式と実験結果を比較し、流量変化と流入液温の変化が及ぼす熱伝達性能について詳細に考察した。

以上の結果、電界印加と表面処理により、電界を印加しない場合に比べて、熱伝達性能が8倍を示した。モデル式では、流量の増加及び流入温度低下による沸騰発現の抑制効果が考慮されておらず、実験式との差がみられた。今後、詳細な観察と実験により、沸騰発現抑制効果について調べていく予定である。以上の結果は、査読付き論文1件、国内会議2件、査読付き国際会議1件で報告された。交付申請書(様式D-2-1)に記載した「研究の目的」に対する当該年度の進捗は、問題なく計画通りに進んでいる。昨年度(平成28年度)に新たな課題が2点浮上していた。一点目は熱伝達率の更なる向上、二点目は伝熱面温度の低下である。電子機器部品を冷却する場合、部品内部の最大温度は85°C以下にする必要があるため、部品表面冷却温度を60°C以下にしなければならない。現状の冷却面温度は75°C付近であり、さらに冷却面温度を低くする必要があることが分った。熱伝達率の向上は、従来の計画(マイクロスリット電極による電界印加、ダイヤモンド電着による沸騰熱伝達促進)で解決できることが分ったが、伝熱面温度の低下は冷媒の沸点に依存するため、新たに冷媒の選定が必要になった。冷媒の選定は、既に平成29年度に実験を行い、冷媒の再選定を行った。従って、特に計画が遅れることはなかった。電子機器の発達により高発熱電子機器の冷却が問題になっている。例えば、レーザダイオードを使った業務用プロジェクターの冷却には、省スペース・静音性を考慮して水冷方式が採用されている。最近、プロジェクションマッピングなどの新しい使い方により高輝度なプロジェクターの需要が高まり、さらに性能の良い冷却装置が求められている。そこで、本研究では、水冷式よりもさらに冷却能力の高い沸騰熱伝達を利用した強制対流式マイクロ熱交換器に関する研究を行った。沸騰熱伝達を促進するために、沸騰面上の蒸気泡を強制的に排除できるマイクロスリット電極を提案した。マイクロスリット電極は、縦25mm、横24mmで厚みが1.4mmであり、幅1mmのスリットが10本設けてある。この電極を、直径15mmあるいは一辺が17mmの正方形の沸騰面から600μmの高さに電極を設置した。平成28年度は、沸騰面を銅平滑面にした場合と、ダイヤモンド微粒子を電着して表面処理を施した場合の沸騰熱伝達の違いについて調べた。次に、沸騰面とマイクロスリット電極間に電界を印加した場合の熱伝達促進について調べた。平成29年度は、マイクロスリットチャネルに流入させる流量と液温を変化させた場合の熱伝達の変化を調べた。また、モデル式と実験結果を比較し、流量変化と流入液温の変化が及ぼす熱伝達性能について詳細に考察した。平成30年度は、姿勢変化による冷却性能の違いについて調べた。姿勢変化においては、蒸気が浮力の影響を受け、性能が大きく変化することを明らかにした。平成28年度の研究結果から新たな課題が2点浮上した。1点目は、さらに熱伝達性能を向上させる構造を提案すること。
混晶の評価法と欠陥構造に関する研究

本研究では、【III】-【V】族混晶半導体における混晶特有の原子配列に起因する広義の結晶欠陥についての新しい評価法を開発し、混晶の欠陥物性を解明する事を目的としている。本年度の成果は以下の通りである。1)欠陥の形態、構造および動的機構に関する結晶学的評価:InGaAsおよびA1GaAsにおける転位の発生と運動過程をX線トボグラフィー法により明らかにした(角野)。InAsP引き上げ結晶の成長欠陥の構造をシンクロトロン放射による白色ラウエ回折法を用いて明らかにした(橋爪)。混晶中の欠陥に基づく密度ゆらぎを側定するための赤外線トモグラフィー装置を作製しバルク結晶における欠陥の発生機構に関する知見を得た(小川)。InGaAs中の欠陥を陽電子消滅法で調べた(堂山)。2)混晶中の原子配列と原子間結合に関する評価:混晶中に存在するクラスターの熱や応力に対する安定性に関する知見を得るためInAs/GaAs超格子について理論的、実験的検討を行った(河東田)。高圧下でのラマン散乱測定によりInGaPおよびInGaAsPにおけるフォノンモードの振舞いを明らかにした(箕村)。3)点欠陥の電子状態をプローブとする混晶の評価:二元化合物および混晶中の点欠陥の静水圧下での過渡容量分光測定によって、欠陥の電子状態と欠陥のまわりの原子配列に関する知見を得た(柊元)。InGaPおよびInAsP中のCoの作る局在準位からの発光を捉えることにより混晶格子の局所的ゆらぎに関する情報の得られる事を示した(西野)。4)混晶場中での欠陥準位間およびキヤリア・欠陥準位間の相互作用の評価:InGaAs/InPヘテロ構造における非線形光伝導現象を捉えバンドおよび局在準位に関する知見を得た(神谷)。
胚乳における種の障壁：エピゲノム制御の鍵分子機構

植物の生殖過程では、「他の植物種と交雑することなく自らのゲノムの維持するシステム」が生殖障壁として機能している。このシステムは、受精に至る多段階に配置される「鍵と鍵穴」の分子認証の総体として捉えることができる。興味深いことに、受精前の分子認証を突破した場合でも、受精後の胚乳において、極めて鋭敏な異種ゲノムを感知する分子認証システムが配置されている。ここでは、両親ゲノムの塩基配列レベルの違いのみならず、可塑性の高いエピジェネティックな制御機構が重要な位置をしめていることを、我々は科研費を中心とした研究費支援により一連の分子機構を明らかにしてきた。本研究計画では、植物新種誕生原理の解明のため、(1)受精後の胚乳の生殖障壁をエピジェネティックに誘導するDNA脱メチル化の役割と(2)受精後の胚乳が自らを崩壊させることにより異種ゲノムを排除する機構を明らかにすることを目的とする。研究計画は概ね順調に進捗している本課題では、主にイネの倍数体間交雑、種間交雑の系を用いて検証を進める。今年度は、種間交雑などのバイオインフォマティクス解析によりデータマイニングに取り組む。特に以下の3つの点に関して掘り下げる。a)胚乳におけるトランスポゾンの挙動に着目する。オス・メスゲノムに着目したせめぎ合いの観点から、DNA脱メチル化、ヒストン修飾の変化とトランスポゾンの発現に関連があるのかを検証する。b)種間、倍数体間、倍数性を操作することで種の障壁を打破する交雑時におけるインプリント遺伝子の挙動。これまでに、種間や倍数体間交雑において胚乳の発生の進捗が生殖隔離障壁に重要であることを示してきた。さらには、種の生殖隔離は倍数性を変えることにより打破できることも示してきた。これらの現象において、胚乳発生の亢進、または遅延によって胚乳が崩壊する際には、多くのインプリント遺伝子の発現が乱れることを明らかにしている。種間、倍数体間、種の障壁を倍数性により打破できる組み合わせ、それぞれのインプリント遺伝子のオミクス解析から、何が中心的な経路であるかを明らかにする。インプリント遺伝子の制御には、DNAメチル化、小分子RNA、ポリコーム複合体の経路が知られているが、それぞれの交雑における挙動を比較することにより、どの経路が生殖隔離に主要な経路であるか検証する。c)胚乳発生に関与するポリコーム変異体の解析これまでにイネでは、ポリコーム複合体の関与はあまり明確ではなかったが、emf2aのノックアウト変異体の解析がその突破口になり得る。emf2a変異体では、胚乳発生異常が観察されているが、その表現型は種間交雑における細胞化の遅延の表現型に酷似している。表現型解析をはじめ、標的となり得るH3K27me3修飾された遺伝子の挙動などを解析する。植物の生殖過程では、「他の植物種と交雑することなく自らのゲノムを維持するシステム」が生殖障壁として機能している。ここでは、両親ゲノムの塩基配列レベルの違いのみならず、可塑性の高いエピジェネティックな制御機構が重要な位置を占めている。本研究計画では、植物の新種誕生原理の解明のため、(1)受精後の胚乳の生殖障壁をエピジェネティックに誘導するDNA脱メチル化の役割と、(2)受精後の胚乳が自らを崩壊させることにより異種ゲノムを排除する機構を明らかにすることを目的とする。これまでの我々の研究により、FACTヒストンシャペロンSSRP1が関与するDNAの脱メチル化により、低分子RNAが産出されることが明らかになりつつある。こうした低分子RNAは、細胞や組織間を移行し、胚での標的ゲノムを制御することを示唆するデータが得られている。また、受精後の胚乳では、ポリコーム複合体構成因子による発生進行プログラムと、細胞周期の二つの要因により、自身を崩壊させる異種ゲノムの認証機構が浮かび上がってきている。これらは「低分子RNA群と標的ゲノム」や「複数の転写因子複合体とその標的遺伝子」の領域キーワードに集約され、異分野融合ブレークスルーテクノロジーを活用した新種誕生原理の解明に必要不可欠である研究計画に照らし合わせ、概ね順調に進捗している。