hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超音波による代掻き後の水田土壌硬度計測

平成18年度(実用オンラインリアルタイムシステムの開発実験)前年度までの実験では,超音波発生器からのインパルス波を,超音波トランスデューサに伝え,土壌中を伝播した超音波をもう一つのトランスデューサで受信し,増幅器によって信号の増幅を行った後,デジタルオシロスコープによってデータの記録を行った.受信した信号波形の振幅,位相から硬度の推定を行ってきた.硬度推定を行う際,これまでは,すべて,デジタルオシロスコープや,ファンクションジェネレータなど汎用の計測器によって行われていた.計測データは,一度,オシロスコープのZipドライブに保存され,それをパソコンで読み込み,表計算ソフトウェアや,数値解析ソフトウェア上で解析を行ってきた.平成18年度には,これまでの結果を用い,パーソナルコンピュータに,オシロスコープボード,ファンクションジェネレータボードを組み込み,オンラインで計測,解析が行えるシステムを開発した.このシステムでは,グラフィカルプログラミング言語LabVIEWによって,直接ボードの制御を行うことができる.また,解析用の関数を多数含んでいるため,フィルターや,統計処理などをプログラムすることが可能である.これまで,オフラインで行っていた解析をリアルタイムで行えるようにした.具体的には,アルゴリズムの中に,超音波発信部,振幅測定部,位相比較部,硬度推定部などを組み込んだ.これにより,アルゴリズムに柔軟性を持つリアルタイム硬度測定システムの実現の可能性が示された.東京,京都,栃木,鳥取,宮崎と日本各地の水田土壌と,市販の園芸用土壌である荒木田土について,土壌硬度の測定および,超音波による測定を行った.それぞれのサンプルを水飽和させ,代掻き後の状態を作製した.土壌硬度の測定には,市販の水田土壌硬度測定器,および応力測定器を用いた.応力測定器による計測は,円筒形のプランジャーを土壌に貫入させたときの変位と応力を測定した.超音波による測定は,共振周波数500KHzの超音波トランスデューサを対向させた状態で土壌中に沈め,250Vのスパイク波を用い,同一の土壌条件でトランスデューサ間の距離を変化させ音速の測定を行った.また,土壌を水飽和させ攪拌した後,日数の変化に伴う振幅の変化を測定した.その結果,縦波の音速については栃木の1437m/sから京都の1604m/sまで,大きな幅があることがわかった.また,貫入応力は最小のものと最大のもので約5倍の違いがあった.しかしながら,縦波伝達速度と土壌硬度の明確な関係を得ることはできなかった.攪拌後,日数を経るに従って貫入応力が大きくなる傾向がどのサンプルにおいても見られた.同一サンプルに於いても,音速,振幅,貫入応力それぞれの関係を見いだすことはできなかった.市販の土壌硬度測定器は軟弱なサンプルを測定できないことが確認された.本年度は,サンプルとした土壌の特性を把握するために,各サンプル土壌の粒径分布を測定した.その結果,京都で採取した水田土壌は粘土,宇都宮で採取したものはシルト質粘土質ローム,荒木田土は粘土であることがわかった.また,軟弱土壌の硬さを計測するために,アクリルの板とサンプル土壌の間の音響インピーダンスの違いを利用する実験を行った.具体的には,超音波トランスデューサとサンプル土壌の間にアクリルの板を挟み,250Vのスパイク波を与えた.アクリルとサンプル土壌の間で反射した波を再びトランスデューサで電圧に変換し,その強度を比較した.これによって、各サンプル間の反射率の違いが明らかになった。さらに,振り子式の粘度計を用いて土壌表面の粘度の計測を行った.この粘度計は金属製の薄板でできた振動子を30Hzで振動させ,その振幅が一定になるように電力を制御し,あらかじめ求めてある検量線と比較し粘度の計測を行うものである.しかしながら,水飽和した軟弱土壌は,振動子の振動によって固体部分と液体部分が分離するため,液体部分つまり水の粘度を計るにとどまった.来年度は,この結果をふまえよりよい硬度測定方法の開発を行っていく予定である.平成18年度(実用オンラインリアルタイムシステムの開発実験)前年度までの実験では,超音波発生器からのインパルス波を,超音波トランスデューサに伝え,土壌中を伝播した超音波をもう一つのトランスデューサで受信し,増幅器によって信号の増幅を行った後,デジタルオシロスコープによってデータの記録を行った.受信した信号波形の振幅,位相から硬度の推定を行ってきた.硬度推定を行う際,これまでは,すべて,デジタルオシロスコープや,ファンクションジェネレータなど汎用の計測器によって行われていた.計測データは,一度,オシロスコープのZipドライブに保存され,それをパソコンで読み込み,表計算ソフトウェアや,数値解析ソフトウェア上で解析を行ってきた.平成18年度には,これまでの結果を用い,パーソナルコンピュータに,オシロスコープボード,ファンクションジェネレータボードを組み込み,オンラインで計測,解析が行えるシステムを開発した.このシステムでは,グラフィカルプログラミング言語LabVIEWによって,直接ボードの制御を行うことができる.また,解析用の関数を多数含んでいるため,フィルターや,統計処理などをプログラムすることが可能である.これまで,オフラインで行っていた解析をリアルタイムで行えるようにした.具体的には,アルゴリズムの中に,超音波発信部,振幅測定部,位相比較部,硬度推定部などを組み込んだ.これにより,アルゴリズムに柔軟性を持つリアルタイム硬度測定システムの実現の可能性が示された.
局所空間反転対称性無きウラン化合物の超音波物性

ドレスデン強磁場研究所において、UNi4Bの極低温・強磁場における弾性定数C66の測定を継続して行った。昨年度まではH || [01-10]方向のみであった磁場-温度相図を、c面内で90度回転させたH || [2-1-10]方向についても完成させた。その結果、c面内磁場方向によって弾性応答が全く異なることを発見した。当初六方晶を仮定していた結晶場モデルを精密化し、零磁場でT*330 mK付近においてソフト化が抑制される振る舞いが、試料内の微小な直方晶歪みの存在を仮定することで説明がつくことが判った。この結果は最近行われた放射光実験、中性子回折実験から報告されている、本系の結晶構造が直方晶Cmcmもしくはそれよりも低対称であるという事実とも矛盾しない。カンタムデザイン社PPMSと超音波装置を組み合わせ、磁場中においても電流下超音波測定を行ったが、有意な電流による弾性応答の変化は観られなかった。非従来型超伝導を示す籠状化合物UBe13の弾性定数C11の測定をT ≧20 mK、H ≦16 Tの磁場・温度領域で行い、極低温に磁場に鈍感なソフト化が存在し、そのソフト化が対数的温度変化を示すことが解った。この結果は、本物質が示す非フェルミ液体的振る舞いが弾性定数にも顔を出しており、その起源として磁場に鈍感な四極子近藤効果が考えられる。また、本系のUサイトは反転対称性を持たないため、奇パリティ多極子の関与も示唆する。一方、本研究と並行して遂行していた「国際共同研究加速基金」による研究で海外研究施設に滞在中に、籠状化合物合成の過程でU-Pd-Biから成る未知の三元系立方晶化合物が偶然得られた。本年度はその磁化・電気抵抗測定をカリフォルニア大で行ったところ、150 K付近で反強磁性的転移を示すことが解り、新たな研究シーズとして期待できる。当初、平成31年度に実施予定であったドレスデン強磁場研究所におけるUNi4B, UBe13の極低温・強磁場における超音波測定を前倒しで遂行し、超音波の基礎データは着実に蓄積されている、特にc面内方向2方向の詳細な磁場ー温度相図が得られたことは、今後の研究につながる重要な成果である。一方、UNi4Bの電流下測定は当初の計画どおりに遂行し、PPMSを用いて試料温度の測定精度を高めて再現性を確認したものの、電流印加の有無による弾性応答の変化は精度内で確認されていない。その為、反転対称性無き結晶構造に起因する交差相関現象は議論できていない。また、北海道大学でLuBe13単結晶を育成する予定であったが、Beを切削する専用のダイヤモンドソーが故障し、日本でのBe化合物の試料育成が一時停滞した。一方、チェコカレル大学でのThBe13、LuBe13の育成はすでに完了し、ThBe13では超伝導が発見されたが、超音波測定に耐えるサイズの単結晶は未だ得られていない。令和元年度にチェコに滞在する予定の大学院生と協力して試料育成を継続する予定である。反転対称性無き結晶構造を持つU化合物の交差相関現象について、引き続き超音波をプローブとした傍証の探索を行う。これまでのところ、超音波測定の測定精度内において、電流印加の有無によるUNi4Bの弾性定数・超音波吸収係数の変化は確認されていないため、今後は異なる外場として一軸圧力を印加した状態でのURu2Si2、UNi4Bの超音波測定に挑戦し、弾性定数の一軸応力依存性を検証する。また、反転対称性を持たない他のU化合物の測定を行う、北海道大学ではPPMSを用いたU3Pd20Si6の電流下超音波測定を行う。東北大学金属材料研究所の清水氏との共同研究を始め、URhSnの試料提供を受ける予定である。本物質はUCoAlやURhAlと同じ六方晶ZrNiAl型の結晶構造を持ち、未だ起源が明らかになっていない54Kの相転移について、高次多極子の関与が指摘されている。まずはその物質について超音波による基礎データを測定する。また並行してU-Pd-Biから成る未知の三元系立方晶化合物の基礎物性評価を進め、SAW素子の開発も引き続き継続する。大局的な反転対称性を持たない「環状磁気構造」と,局所的な反転対称性を持たない「カゴ状結晶構造」にウランを内包する化合物について、超音波測定によって「奇パリティ多極子」の影響が現れるかどうかを検証するのが本研究の眼目である。UNi4Bの弾性定数C66, C44モードについて100 mAまでの電流下において電流下超音波測定を行ったが、発熱による影響以外の電流誘起現象は測定精度内で観測されなかった。発熱を抑えるために、超流動ヘリウムに測定プローブを浸けた状況においても検証を行ったが、10-5の精度で電流印加の有無による差は生じないことがわかった。一方、横波モードC66の,常磁性相および秩序相内の両方において現れるソフト化は,過去に提案されている結晶場模型に基づく四極子感受率では説明できず,その起源がそもそも判っていない。そこで、これまで測定されていなかった極低温領域(1 K40 mK)における弾性定数C66の測定を東北大学金属材料研究所とドレスデン強磁場研究所において行った。その結果,常磁性状態から続くソフト化はT*330 mK付近でゆるやかに停止し,一定値に収束する振る舞いを観測した.

これは,U4+ (5f 2: J = 4)の電子状態が存在しており,横波超音波モードC66が結晶内に誘起する格子歪みεxy(或いは回転ωxy)と結合する電気四極子の自由度を本系が有することを示している.本研究から新たな結晶場モデルを提案した。強磁場下での超音波測定にも成功し、極低温(T > 30 mK)・強磁場領域(H < 60 T)まで拡張した磁場-温度相図が完成した。超音波実験から、本系の複雑な磁気相図の背景に四極子が少なからず影響していることを示唆する結果が得られている.UNi4Bの電流下超音波測定を繰り返し、現状の電流値、および測定精度内では電流誘起現象は観測されないことが明らかとなった。一方、SQUID素子を用いた磁化測定では微弱ながらも明確な電流誘起磁化が検出されているため、今後は超音波測定の精度を高めていく必要がある。一方、本系の極低温・強磁場領域での超音波測定を行うことで、結晶場基底状態に対する新しいモデルを提案することができた。特に、本系の結晶対称性が直方晶であり、1/3のUが反強磁性相内でも常磁性を保っていることがマクロ測定の超音波測定の観点からも確認できたことは特筆すべき成果である。本研究と並行して遂行している「国際共同研究加速基金」による海外研究施設での滞在中に、Uを含むカゴ状化合物の育成にも着手している。現状では超音波測定に適したサイズの結晶は得られていないが、そのノウハウを国内に持ち帰り、北海道大学でU化合物の結晶育成に着手する。ドレスデン強磁場研究所において、UNi4Bの極低温・強磁場における弾性定数C66の測定を継続して行った。昨年度まではH || [01-10]方向のみであった磁場-温度相図を、c面内で90度回転させたH || [2-1-10]方向についても完成させた。その結果、c面内磁場方向によって弾性応答が全く異なることを発見した。当初六方晶を仮定していた結晶場モデルを精密化し、零磁場でT*330 mK付近においてソフト化が抑制される振る舞いが、試料内の微小な直方晶歪みの存在を仮定することで説明がつくことが判った。この結果は最近行われた放射光実験、中性子回折実験から報告されている、本系の結晶構造が直方晶Cmcmもしくはそれよりも低対称であるという事実とも矛盾しない。カンタムデザイン社PPMSと超音波装置を組み合わせ、磁場中においても電流下超音波測定を行ったが、有意な電流による弾性応答の変化は観られなかった。非従来型超伝導を示す籠状化合物UBe13の弾性定数C11の測定をT ≧20 mK、H ≦16 Tの磁場・温度領域で行い、極低温に磁場に鈍感なソフト化が存在し、そのソフト化が対数的温度変化を示すことが解った。この結果は、本物質が示す非フェルミ液体的振る舞いが弾性定数にも顔を出しており、その起源として磁場に鈍感な四極子近藤効果が考えられる。また、本系のUサイトは反転対称性を持たないため、奇パリティ多極子の関与も示唆する。一方、本研究と並行して遂行していた「国際共同研究加速基金」による研究で海外研究施設に滞在中に、籠状化合物合成の過程でU-Pd-Biから成る未知の三元系立方晶化合物が偶然得られた。本年度はその磁化・電気抵抗測定をカリフォルニア大で行ったところ、150 K付近で反強磁性的転移を示すことが解り、新たな研究シーズとして期待できる。
歯科映像情報の統合と没入空間における提示システムの開発

本研究では,三次元歯用画像の統合と歯列医療情報の可触化を行った.三次元歯用画像統合では,歯根の情報を持たない口腔模型のデータに対して,パノラマ画像が持つ歯根の情報を統合し,擬似的な三次元歯列形状情報を構成する手法を提案した.一軸回転方式のパノラマ断層撮影装置から取得したパノラマ画像と,口腔模型の三次元形状データを統合するパイプラインを確立することが出来た.歯列医療情報可触化では,歯牙模型の切削操作の訓練を触覚帰還によって支援するためのシステムの構築を目的とした.実際の歯列形状画像に対して提案手法を適用したところ,可触化情報の生成が可能であることが確認された.本研究では,三次元歯用画像の統合と歯列医療情報の可触化を行った.三次元歯用画像統合では,歯根の情報を持たない口腔模型のデータに対して,パノラマ画像が持つ歯根の情報を統合し,擬似的な三次元歯列形状情報を構成する手法を提案した.一軸回転方式のパノラマ断層撮影装置から取得したパノラマ画像と,口腔模型の三次元形状データを統合するパイプラインを確立することが出来た.歯列医療情報可触化では,歯牙模型の切削操作の訓練を触覚帰還によって支援するためのシステムの構築を目的とした.実際の歯列形状画像に対して提案手法を適用したところ,可触化情報の生成が可能であることが確認された.歯科診療では,直視できる歯列だけではなく,直視できない歯茎内における構造物の把握が必要である.X線CTを用いることにより両者の形態的情報を獲得することは容易であるが,X線被曝,特に,頭部近辺でのX線被曝等の問題があるため,他モダリティを用いた歯列と歯茎内における構造物の情報収集手法が求められている.ところで,歯科診療においては,様々な映像情報が有用とされている.しかしながら,顔面写真,頭部3次元形状は患部映像の解像度低い,X線写真は頭蓋骨により患部が遮蔽される,歯列写真は歯の片方しか提示できない等の問題がある,当該研究では,上述したモダリティ以外の装置を用いて異種映像情報を収集してそれらを統合し,インタラクティブな実時間表示や視覚・触覚提示を行うことで,より的確な口腔内診療のための歯科形態情報が提供可能なシステムの開発を行ったまず,印象(歯列模型)を3次元スキャナを用いてディジタル化したデータとパノラマX線写真という旧来から歯科診療で単独で用いられていた映像情報を統合することで,歯列と歯茎内における構造物の再構築を行った.さらに,ユーザの視覚だけでなく触覚にも訴える提示方法の開発を行うことで,歯科領域における診察や治療計画・シミュレーションに適したシステムの構築も行ったまず,ディジタル化した歯列3次元情報上に,2次元情報であるパノラマX線写真を,計算機内において投影した.歯型模型3次元計測データより,歯列や歯茎部位を抽出し,パノラマ撮影における回転軸をパラメータとして,パノラマX線写真との位置合わせを行うアルゴリズムを開発した.特に,歯茎内部を透明表示することで歯茎と歯茎内に存在する歯列を同時に表示することを試みた.歯列3次元情報,パノラマX線写真とも大容量データであるが,臨床応用を鑑みて,大容量データでも高速に行えるようにした,次に,歯列模型データは表面形状データであるためポリゴンを,パノラマX線写真は2次元画像データであるためテクスチャを描画することで3次元再構成を行った.ここでは,歯列や歯茎には透明度を与え,表面だけでなく内部表示への拡張をも施した.また,視点,視線,拡大率,さらには,透明度がインタラクティブに実時間表示できるようにした.3次元医用画像を表示するアプリケーションは存在するが,本研究ではポリゴンとテクスチャデータを重ね合わせるという特異性より,統合映像のビューワは自作した.また,ユーザに単なる3次元画像を提示するだけでなくあたかも口腔内に没入したかのような環境をも提示するため,3Dディスプレイと液晶モニタを組み合わせた没入空間提示装置を開発した.まず,ディジタル化した歯列3次元情報上に,2次元情報であるパノラマX線写真を,計算機内において統合した.歯型模型3次元計測データや口内写真より,歯列や歯茎部位を抽出し,パノラマX線における回転軸をパラメータとして,パノラマX線写真との位置合わせを行うアルゴリズムの高精度化を施した.また,歯茎内部を透明表示することで歯茎と歯茎内に存在する歯列を同時に,かつ,立体的に表示した.次に,歯列3次元情報,パノラマX線写真とも大容量データであるが,臨床応用を鑑みて大容量データを高速に処理できるようにした.歯列模型データは表面形状データであるためポリゴンを,パノラマX線写真は2次元画像データであるためテクスチャを描画することで,3次元映像提示を行った.ここでは,歯列や歯茎に独立な透明度を与え,表面だけでなく内部表示への拡張をも施した.また,視点,視線,拡大率,さらには,透明度をインタラクティブに変化させて実時間表示できるようにした.さらに,ユーザに単なる3次元画像を提示するだけでなく,あたかも口腔内に没入したかのような環境をも提示するため,3Dステレオ・ディスプレイも用いた没入空間提示装置を開発をした.最後に,統合した3次元データをディスプレイに表示する視覚提示だけでなく,ハプティックデバイスを介して触覚提示をも行った.この際,歯と歯茎には異なる硬さ(弾性率)を与え,実際に口腔内治療をするのと同じ感触をユーザに提示した.複数の歯科医療情報を統合するだけでなく,それらをインタラクティブ,かつ,立体的にも提示可能としたため.24年度が最終年度であるため、記入しない。
THz波高分解吸収スペクトラム測定による分子・格子の固有振動と分子構造の同定

電波と光の間に存在するテラヘルツ(THz)周波数帯は、分子間振動や高分子の運動など、分子科学において重要な周波数帯であるが、長年、「未踏の周波数帯」と呼ばれてきた。本研究では、量子エレクトロニクスと分子科学の研究者が有機的に連携することにより、THz波分光装置を開発し、THz帯に現れるバンドの同定を行なった。特に、高分解能測定により同位体シフトを精密に測定し、分子性結晶のバンドの同定に成功した。本年度はテラヘルツ波分光装置の開発・改良と既存の装置を用いて種々の有機分子のテラヘルツ波領域におけるスペクトル測定とその解釈を行った。装置開発)超高分解能テラヘルツ分光装置の開発に着手した。励起光源としてオプティカル・パラメトリック・オッシレ一タ・レーザを導入し、GaP結晶のフォノン振動を用いたテラヘルツ波発生装置を試作した。明瞭な微細構造を観測するために、測定試料は数Kの極低温まで連続的に可変できるクライオ冷凍機で冷却することができ、高S/N比の測定を実現するためにレーザ出力の揺らぎを相殺するダブルビーム法を採用した。現状ではテラヘルツ波の発振線幅は1.5GHz以下が得られており、また、GaP結晶の改良により従来の2倍以上の出力強度が確認された。今後の更なる高分解能化のための励起光源レーザの検討を行い、半導体レーザによる光注入の光学系設計を行った。また、フェムト秒レーザーを用いたテラヘルツ波の発生装置の作成に着手した。データベース作成)1.分子間水素結合系:種々のナフトール異性体について6THzまでの周波数帯で新たな吸収ピークを検出した。2.5-5.5THz付近に存在するものはナフタレンリングに起因するものであり、それ以外のものは、分子内振動モードによるものであると推測した。また、1,4ナフトールに関して、ab initio計算によるシミュレーションを行い、実験データと比較した結果、2THz以上の領域で比較的よい一致が見られた。2.大振幅振動系:アントラセンやナフタレンなどにメチル基やフェニル基を導入し、導入位置によるテラヘルツスペクトルの変化を分子軌道計算もあわせて検討した。3.生体分子系:カロテンやレチナールなどの生体関連分子のテラヘルツスペクトルの測定を行った。特に、機能的に重要かつ熱的に不安定な11シスレチナールの基底状態における低振動スペクトルの測定を準備した。4.溶液系:無極性溶媒中における極性分子の配向緩和や溶質-溶媒相互作用をテラヘルツスペクトルより調べた。5.界面・表面系:時間幅17fsの波長可変な光パルスを用いて二酸化チタン・大気界面と色素水溶液・ヘキサデカン界面のTHz振動を計測した。前者は、電子状態遷移に一光子共鳴させなくとも四次ラマン効果にもとづく振動スペクトルを得られることを示しており、測定対象物質の範囲を大きく広げる成果である。後者は、世界で初めて、液体中に埋没した界面のTHz振動スペクトルを計測したものである。1.装置開発)(1)有機化合物のテラヘルツ(THz)分光吸収スペクトルに現れる微細構造の解析を目的として、超高分解能THz分光装置の開発を進めている。具体的には、THz波励起光源であるOPO(オプティカル・パラメトリック・オッシレータ)へのCW半導体レーザによる光注入により、出力THz波を狭線化しつつ、広帯城にわたって周波数掃引・可変である(2)フェムト秒パルスレーザーを用いた時間領域測定によるTHz波分光装置の開発を進めている。特に、エミッターの結晶の対象性を反映した面内回転依存性が観測され光源の効率化に役に立つ知見が得られた。(3)チタンサファイヤ再生増幅器を光源として、THz-可視和周波分光によって表面振動を計測するための予備実験を進めている。データベース作成)(1)現在までに得られているGaP-THz分光装置を用いて、故意に分子欠陥を導入した有機化合物の測定を行った結果、分子欠陥の影響は少なくとも吸収周波数のシフトとして観測できることを確認した。この結果は、薬剤の工程検査や麻薬類の産地特定につながると考えられるなど、THz波の応用範囲を格段に広げるものである。(2)以下の分子について高分解THz分光測定を行い、データベース作成を行った;種々の異性体のナフトール(分子間水素結合性分子)、種々の異性体のジクロロアントラセン、レチナール(all-trans,9-cis-,11-cis-,13-cis-などの異性体)。(3)結晶における周期構造を取り入れた分子軌道計算によるTHzスペクトル計算を進めている。1,4ナフトールにおいて、分子内および分子間相互作用を取り込んだ計算モデルを作製し、分子軌道法を用いて吸収スペクトルの計算を行った。実際に測定したTHz吸収スペクトルとの比較から、この数値シミュレーションの結果が妥当なものであることがわかった。(4)界面選択性をもつラマン分光法(四次ラマン分光法)を用いて、表面界面に局在するTHz振動の計測を進展させた。

本年度は、固-液界面の四次ラマンスペクトルを世界で初めて計測した。本法は媒質に埋没した界面のTHz振動を計測する手段として注目を集めている。1.装置開発)半導体研究所で製作した超高分解能THz分光装置を神戸大学へ移設し、調整を行っている。連続波半導体レーザの種光注入によりテラヘルツ信号発生装置の超高分解能化が達成された。独自に開発した共振器長自動制御機構の導入によりレーザ共振器長による干渉を解決して連続可変的な周波数掃引を可能とし、減圧気体の超高分解能スペクトル測定を実現した。また、システムの簡易化を進めると共に、繰り返し周波数50HzのYAGレーザによって、測定の高速化を実現した。界面選択性をもつ四次ラマン分光法を用いて界面に局在するTHz振動を計測することに焦点を絞って研究をすすめた。本年度、固体表面に吸着した有機化合物の計測に世界で初めて成功した。THz帯パラメトリック素子を創成するため,その候補となるβ-BaB_2O_4結晶の透過特性を調べた。そのスペクトルからは特異な複屈折性が見られ、吸収中心は0.65THzであった。超短パルスレーザーをべースとした時間分解テラヘルツ測定装置の開発を行っている。2.データベース作成)固相における水素結合性分子および生体関連分子の常温と極低温におけるTHzスペクトル測定を行った。結晶の周期構造を取り入れた分子軌道法計算をいくつかの系について行った。いくつかのタンパク質についてTHzスペクトル測定を行い、低振動領域における振動状態密度について議論した。分子欠陥などによる有機化合物中のテラヘルツ波吸収周波数シフトは、市販薬剤中などでも頻繁に見られることを示した。ナフタレンの水酸基置換によるTHzスペクトル変化を詳しく調べ、個々のナフトール誘導体の吸収スペクトルに明らかな特性の違いを見出した。また水素結合作用の増大による吸収帯シフトが観測されたため,第一原理計算を用いたスペクトル解析を行った。さらにアントラセン誘導体についても、532nm連続光の励起下でも測定を行い、励起光強度に依存したスペクトル変化を明らかにした。装置作成)昨年度までに開発し、高分解能テラヘルツ分光測定に利用してきたOPO方式に加え、波長可変赤外線励起レーザにCr:Forsteriteレーザを利用する方式を採用し、周波数分解能1GHz以下の高分解能テラヘルツ分光測定装置を製作した。高強度のTHz源開発のため、b-BBO結晶およびGaAs/AlGaAs量子ドットのTHz領域における光学特性を調べた。その結果、b-BBO結晶については、複屈折性の高さからTHz領域におけるパラメトリック増幅・発振デバイスとなりうることを示した。一方、GaAs/AlGaAs量子ドットについては、P型InAsと比べ約70%まで出力を高めることに成功した。界面選択性をもつラマン分光法を用いて界面THz振動の計測をすすめた。入射光の偏光方向と方位角を変化させた実験を行い、TiO_2表面近傍THz振動を励起する光学過程を明らかにした。また、THz電磁波によって励起した格子振動コヒーレンスをプローブ光の反射波を用いて検出するTHz和周波分光器を製作し、第二高調波に現れる量子ビートの観測に成功した。
人工架橋構造と非天然アミノ酸による多様な分子形状形成と機能創出

cDNAディスプレイ法は無細胞翻訳系を試験管内でペプチドやタンパク質を進化させる技術で、非天然アミノ酸や架橋剤を用いた化学架橋が可能である。この特徴を生かして従来にはない複雑な形状のペプチドを作製できると考えた。本研究ではその基盤技術を確立すべく無細胞翻訳系を用いた1)非天然アミノ酸の導入技術2)架橋剤を用いた翻訳後の化学架橋技術の開発に成功した。1)では翻訳後、クリックケミストリーを用いて30%の効率で従来にない嵩高い非天然アミノ酸の導入に成功し特許出願した。2)では架橋剤の長さの違いにより機能が異なることを示し、論文7報にまとめた。これらより新規能ペプチドの創製が進展すると期待される。近年、バイオ医薬、特に抗体医薬が実用化されその有効性が実証されている。一方、既存の抗体はモノクローナル抗体であっても品質管理をはじめとする様々な課題も存在することから次世代抗体が注目されている。次世代抗体の一つとしてとしてペプチドアプタマーが注目されているが、特にジスルフィド結合により架橋されたペプチドは血中安定性や熱安定性といった安定化が大きな強みである。そして、従来にない多様な分子表面形状を形成させることができるため分子認識においても強みをもつと考えられる。そこで、ジスルフィド結合に架橋剤を導入することを試みた。これによりジスルフィド結合が形成できない還元的条件下でも安定した架橋構造を保つことが可能となる。当研究室で開発したcDNA display法は、無細胞翻訳系でペプチドやタンパク質を合成(display)した後に磁性体ビーズ上で固定化できるため、この段階で架橋剤を導入しジスルフィド結合を他の架橋に変換できることを実証した。また、この技術開発の中で未架橋のペプチドを除去する方法も確立した。一方、非天然アミノ酸の導入には、東京大学菅裕明教授の技術であるFlexizymeを利用して導入することに成功した。特に、上記のcDNA display法の利点を生かして、リボソームには取り込めない嵩だかい非天然アミノの導入を検討した。具体的には、クリックケミストリーを用いて翻訳後修飾の形でCy-5のような大きな蛍光団の導入に成功した。今後、さらに発展させて多様な分子形状の創出を行いたい。近年、既存の抗体はモノクローナル抗体であっても品質管理をはじめとする様々な課題も存在することから次世代抗体やペプチドアプタマーが注目されている。特にジスルフィド結合により架橋されたペプチドは血中安定性や熱安定性といった安定化が大きな強みである。従来にない多様な分子表面形状を形成させることができるため分子認識においても強みをもつと考えられる。2014年度は当研究室で開発したcDNA display法は、無細胞翻訳系でペプチドやタンパク質を合成(display)した後に磁性体ビーズ上で固定化できるため、この段階で架橋剤を導入しジスルフィド結合を他の架橋に変換できることを実証した。さらに、非天然アミノ酸の導入の検討を行い、東京大学菅裕明教授の技術であるFlexizymeを利用して試験管内で合成した。2015年度は前年度の成果を踏まえて、システインの位置をある程度の間隔で固定化したライブラリとランダムにしたライブラリによる同一のターゲットに対してin vitro selectionをcDNA display法により行った。その結果、あらかじめシステインの位置を固定化してその他の領域をランダムにするよりもN末端にシステインを1個固定化し、ジスルフィド結合するシステインの位置をランダムにした方が効率的にペプチドアプタマーを取得できることがわかった。本研究を遂行する上での基盤となる1)非天然アミノ酸技術の導入、2)cDNA display分子への架橋技術、の両技術は確立することができ、原理的にはこれらを組み合わせることで目標とした非天然アミノ酸含有の人工架橋ペプチドのスクリーニングが可能となった。ただ、架橋剤として二価架橋剤しか行っておらず、これを三価とした場合の分子多様性とその機能向上の関係を明らかにする必要があることがわかった。これには二価架橋剤と同じ効果を持つことがわかっており、すでに取得済みのIL-6Rを標的としたペプチドアプタマーを取得済みであることから、これと三価架橋剤によるペプチドアプタマーを比較することで表面形状分子多様性と機能性の問題を解明することが重要と考えている。

特にジスルフィド結合により架橋されたペプチドは血中安定性や熱安定性といった安定化が大きな強みである。そして、従来にない多様な分子表面形状を形成させることができるため分子認識においても強みをもつと考えられる。そこで、ジスルフィド結合に架橋剤を導入することを試みた。これによりジスルフィド結合が形成できない還元的条件下でも安定した架橋構造を保つことが可能となる。2014年度は当研究室で開発したcDNA display法は、無細胞翻訳系でペプチドやタンパク質を合成(display)した後に磁性体ビーズ上で固定化できるため、この段階で架橋剤を導入しジスルフィド結合を他の架橋に変換できることを実証した。また、この技術開発の中で未架橋のペプチドを除去する方法も確立した。さらに、クリックケミストリーを用いて翻訳後修飾の形でCy-5のような大きな蛍光団の導入に成功した。また、2015年度のシステインの位置をある程度のランダムにしたライブラリを用いてin vitro selectionをcDNA display法を行った結果を踏まえ、2016年度は複雑な架橋構造を取るコノトキシンのような人工ペプチドの取得を試みた。システインがランダムに出現するライブラリをcDNA displayにした後、有機溶媒中で架橋剤を投入し水溶液中ではとりえない架橋構造を形成させることで従来にない多様な表面構造を取らせることとした。そのためこれを水溶液中に移し、以前、スクリーニング結果がでているインターロイキン6レセプター(IL-6R)を標的にin vitroselectionを行った。この結果、従来とは明確に異なる配列が取得されてきた。現在、この機能解析を行っている。非天然アミノ酸の導入が予想以上に進展した。また、架橋剤の導入ペプチドも効率良く進み、新機能ペプチドのスクリーニングに向けて準備が整った。すでに上述したように、本研究を遂行する上での基盤となる1)非天然アミノ酸技術の導入、2)cDNA display分子への架橋技術、の両技術は確立することができ、原理的にはこれらを組み合わせることで目標とした非天然アミノ酸含有の人工架橋ペプチドのスクリーニングが可能となった。ただ、架橋剤として二価架橋剤しか行っておらず、これを三価とした場合の分子多様性とその機能向上の関係を明らかにする必要があることがわかった。これには二価架橋剤と同じ効果を持つことがわかっており、すでに取得済みのIL-6Rを標的としたペプチドアプタマーを取得済みであることから、これと三価架橋剤によるペプチドアプタマーを比較することで表面形状分子多様性と機能性の問題を解明する予定である。非天然アミノ酸を導入することでさらに分子表面形状の多様化を創出する予定であったが、非天然アミノ酸を導入するためには終始因子を除去した特別の無細胞翻訳系を購入する必要がある。この無細胞翻訳系は特注のため高価であるため、3年目の研究費だけでは購入が不可能である。
沿岸生態系における船底防汚塗料の環境動態および生物学的影響に関する研究

近年、人工化学物質による海洋汚染が世界的に問題となっている。特に、主に海洋環境で船舶や漁網等の防汚塗料として用いられてきた有機スズ化合物は、その強い水生生物への毒性影響から、国際的に使用が規制された。しかしながら、有機スズ化合物は、現在も沿岸海域に残留し、沿岸生態系への影響が懸念されている。最近では、有機スズ化合物の代替品である新規防汚物質による沿岸域の汚染が報告されているが、その生物影響や沿岸域での挙動については不明な点が多い。本研究では、これまでに確立した生物影響評価手法を有機スズ化合物の代替品である新規防汚物質に応用するとともに、野外調査により、有機スズ化合物および新規防汚物質の汚染状況を把握し、両化合物による沿岸生態系の攪乱機構を網羅的に解明することを目的とする。本年度は、海洋生物を用いた生物影響評価を行うとともに、沿岸海域で海水・底泥・生物を採取し、それらの試料における船底防汚塗料の濃度を測定した。その結果、化合物の種類により生物影響が異なること明らかになった。さらに、現在、沿岸生態系において海洋生物に影響を及ぼし得る濃度レベルの有機スズ化合物が存在し、その代替品である新規防汚物質による汚染も進行していることが明らかになり、両化合物による沿岸生態系への影響が懸念された。本研究から、船底防汚塗料による沿岸生態系攪乱の可能性と、その解明の必要性が示唆された。本成果は、現在国際誌に投稿中である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。最近では、有機スズ化合物の代替品による沿岸域の汚染が報告されているが、その生物影響や沿岸域での挙動については不明な点が多い。本研究では、これまでに確立した生物影響評価手法を有機スズ化合物の代替品に応用するとともに、野外調査により、有機スズ化合物およびその代替品の汚染状況を把握し、両化合物による沿岸生態系攪乱機構を網羅的に解明することを目的とする。本年度は、生物影響評価を行う際に用いる新規防汚物質溶液の作成および測定手法を検討し、生物影響評価の実験条件に関する基礎データを得た。さらに、沿岸海域で海水・底泥・生物を採取し、それらの試料における船底防汚塗料の濃度を測定した結果、使用が禁止された現在でも有機スズ化合物が海洋環境中に残留していることが明らかになった。また、有機スズ化合物のみならず、その代替品ついても様々な試料における蓄積が確認された。よって、現在、有機スズ化合物および新規防汚塗料の両化合物により海洋環境が汚染されていることが明らかになった。本研究で得られた成果については、現在国際誌に投稿中である。本研究では、これまでに確立した生物影響評価手法を有機スズ代替品に応用するとともに、野外調査により有機スズおよびその代替品の汚染状況を把握し、両化合物による沿岸生態系攪乱機構を網羅的に解明することを目的としており、本年度までに、生物影響評価における新規防汚塗料溶液の作成および測定手法の検討と野外調査における汚染実態について順調に研究が進展している。本年度は、生物影響評価を行う際に用いる指標生物を検討した。本研究では、これまでに確立した生物影響評価手法を有機スズ代替品に応用するとともに、野外調査により有機スズおよびその代替品の汚染状況を把握し、両化合物による沿岸生態系攪乱機構を網羅的に解明することを目的としており、本年度までに、生物影響評価における新規防汚塗料溶液の作成、測定手法の検討、指標生物の探索および野外調査における汚染実態について、順調に研究が進展している。

しかしながら、有機スズ化合物は、現在も沿岸海域に残留し、沿岸生態系への影響が懸念されている。最近では、有機スズ化合物の代替品による沿岸域の汚染が報告されているが、その生物影響や沿岸域での挙動については不明な点が多い。本研究では、これまでに確立した生物影響評価手法を有機スズ化合物の代替品に応用するとともに、野外調査により、有機スズ化合物およびその代替品の汚染状況を把握し、両化合物による沿岸生態系の攪乱機構を網羅的に解明することを目的とする。本年度は、生物影響評価を行う際に用いる指標生物の探索を行うとともに、海洋生物を用いて生物影響評価を行った。さらに、沿岸海域で海水・底泥・生物を採取し、それらの試料における船底防汚塗料の濃度を測定した。その結果、使用が禁止された現在でも、有機スズ化合物が海洋環境中に残留していることが明らかになった。また、有機スズ化合物のみならず、その代替品ついても様々な試料における蓄積が確認された。よって、現在、有機スズ化合物および新規防汚塗料の両化合物により、海洋環境が複合的に汚染されていることが明らかになった。本研究で得られた成果については、現在国際誌に投稿中である。本研究では、これまでに確立した生物影響評価手法を有機スズ代替品に応用するとともに、野外調査により有機スズおよびその代替品の汚染状況を把握し、両化合物による沿岸生態系攪乱機構を網羅的に解明することを目的としており、本年度までに、生物影響評価における指標生物の探索および海洋生物を対象とした生物影響評価の実施、および野外調査における汚染実態について、順調に研究が進展している。近年、人工化学物質による海洋汚染が世界的に問題となっている。特に、主に海洋環境で船舶や漁網等の防汚塗料として用いられてきた有機スズ化合物は、その強い水生生物への毒性影響から、国際的に使用が規制された。本年度は、沿岸生態系に生息する様々な海洋生物を用いて生物影響評価を行った。その結果、海洋生物における生物影響は、生物種により異なることが明らかになった。さらに、沿岸海域で海水・底泥・生物を採取し、それらの試料における船底防汚塗料の濃度を測定した結果、使用が禁止された現在でも、有機スズ化合物が海洋環境中に残留していることが明らかになった。本研究では、これまでに確立した生物影響評価手法を有機スズ代替品に応用するとともに、野外調査により有機スズおよびその代替品の汚染状況を把握し、両化合物による沿岸生態系攪乱機構を網羅的に解明することを目的としている。
新規レーザー技術を駆使した神経・分泌機能のｉｎ　ｖｉｖｏ超解像イメージングの開発

液晶デバイスを用いてベクトルビーム、光渦を発生させることに成功し、超解像顕微鏡である2光子STED顕微鏡を開発した。また新たに、多重染色画像に有用な励起アンミキシング法を開発した。また、補償光学によりマウス生体脳in vivo観察時の空間分解能の向上や神経線維の光破断に成功した。うつ病モデルマウス固定脳におけるスパイン形態においては、超解像顕微鏡法を用いることで初めて、共焦点顕微鏡では検出てきない微細な変化を検出できた。加えて、超解像特性の数理的な解析から従来の2光子顕微鏡と比較して、試料の微細な構造をより明瞭に観測できることがわかり、ベクトルビームの優位性を示すことができた。黄色CWレーザー光を液晶デバイスを用いてベクトルビーム化することにより、トポロジカルチャージの異なる(軌道角運動量m = -2, -1, +1, +2)ドーナッツ状のビーム(光渦)を発生することに成功した。そのベクトルビームの性状を解析し、さらにSTED用の光源として利用することで、既存の2光子励起顕微鏡システムを超解像顕微鏡(2光子励起STED顕微鏡)と発展させ、焦点面内の空間分解能をおよそ2倍向上させることに成功した。一方、2光子励起用レーザー光源の点では、旧来のチタンサファイアレーザーのパスル幅の圧縮による蛍光シグナルの増強に成功すると共に、高出力の新規超短波パルス光源を導入し、マルチビームスキャン式の2光子励起顕微鏡の視野を拡大することに成功した。さらに高い時間分解能を生かしてマウス皮下血管内の血流の高速イン・ビボ(in vivo)イメージングに応用した。加えて白色レーザー光源を用いた3次元ライブイメージングへの応用を検討し、励起光アンミキシングの多色イメージングにおける有用性を確認した。またベクトルビームの持つ「自己治癒効果」についても検証を行った。またうつ病モデルマウスの確立に着手した。また、連続波光を用いて光ファイバー増幅器による光出力の増大を試み、20Wを超える出力が得られ、パルス光増幅における光ファイバー増幅器の有効性を確認した。また、ベクトルビームによる超解像特性に関して、その点像分布関数およびそのフーリエ変換である光学伝達関数を数値計算によって求め、従来の顕微鏡法と比較検討した。その結果、高い空間周波数成分の著しい増強効果が認められ、ベクトルビームの優位性を明らかにした。これらの研究成果は原著論文や学術集会等で発表し、第23回日本バイオイメージング学会学術集会においてベストイメージング賞晝馬賞及び、ベストイメージング賞OLYMPUS賞を受賞した。光渦を用いた超解像顕微鏡については、昨年度までの成果を発展させ、原著論文として発表したところ、優秀論文賞を受賞した。また、マウス生体脳の深部での光学特性を定量的に測定するための方法論の開発を進めた結果、マウス生体脳の深部観察において生じる空間分解能、蛍光強度の低下は励起レーザー光が生体組織を通過する際の球面収差の発生が支配的であることが明らかになった。その結果、対物レンズとカバーガラスの浸液の屈折率の補正が分解脳の向上に効果的であることが判明した。これにより光操作への応用も検討することも可能となった。また液晶デバイスを用いたレーザー波面の操作による補償光学技術により球面収差補正を可能とし、光学ファントムや固定マウス脳サンプルの深部での蛍光シグナルと空間分解能の向上に成功し、原著論文として発表した。さらなる収差補正デバイスの検討にも着手した。一方、うつ病モデルマウスにおいて、薬物投与が樹状突起スパインの形態分布の変化について検討する系を確立した。超解像顕微鏡による観察方法を開発し、うつ病モデルマウス固定脳において、樹上突起スパインの形態変化について定量性の高い画像解析を実施した。その結果、スパイン形態の変化は、通常の共焦点顕微鏡の分解能以下のサイズの領域で発生しており、その差異は超解像顕微鏡法を用いることで初めて検出し得ることを明らかにすることに成功した。一方で、本モデルマウスを用いた長期的な生体脳イメージングに向けた技術的な要因も明らかにすることができているので、次年度は生体脳における慢性ストレス下神経回路の機能形態的な変化を追跡することが期待された。ベクトルビームの技術や光渦を用いた超解像顕微鏡法は、我々のグループが実施してきた日本のオリジナルな技術によるものあり、昨年度は原著論文として発表し、さらに優秀論文賞を受賞した。また透明化や超解像顕微鏡法によって、うつ病モデルマウスにおける微細な形態が変化することが示唆された。一方、液晶デバイスを用いたレーザー波面の操作による補償光学技術により球面収差補正を可能とし光学ファントムや固定マウス脳サンプルの深部での蛍光シグナルと空間分解能の向上に成功し、原著論文として発表するのと共に、特許の出願を行った。さらに高次の収差の補正に関する研究成果を推進し、査読付国際会議での発表等を実施した。当該技術はオリジナリティが高く知的財産の確保の検討を行っている。昨年度に引き続き、超解像顕微鏡については、多光子顕微鏡に安定してドーナツ状のSTED光を導光するように改善を行った。またSTED効果の高い有機系蛍光小分子および蛍光タンパク質をスクリーングし、各々3、2種類を有力な候補として同定した。最もSTED効果が高かった分子(消光率90%)では、空間分解能が約33%に向上し、超解像効果の実現に成功した。

また,マウス生体脳の深部観察において生じる球面収差を改善し,Ca2+センサーを発現するトランスジェニックマウスの生体脳深部において、アストロサイトの自発的なCa2+濃度上昇をビデオレイトで初めて取得することが出来た。また、生体脳深部での神経繊維の2光子破断を再現性良く実施可能とし、破断の影響をアストロサイトのCa2+濃度上昇から定量的に評価する方法論を確立した。またレーザー波面の操作を用いた補償光学によりコマ収差や非対称収差の補正を可能とする液晶デバイスの開発を実施した。傾けたゲル標本や円柱状ゲル標本における補償効果を確かめると共に、固定マウス全脳サンプルの太い血管直下での蛍光シグナルと空間分解能の向上に成功した。これらは原著論文として発表した。さらなる収差補正デバイスの検討にも着手した。また新規ガラスナノ厚シートを用い、生体脳観察のためのオープンスカル法の改善を試みた。またマウス皮膚の基底細胞のin vivoイメージングと分裂軸の3次元解析を実施し新たな知見を得た。また、新規レーザーによるin vivo多光子顕微鏡の深部達成性の向上を目指すには、光源の出力だけでなく、そのビーム品質も重要である。光増幅器によって劣化するビーム品質の回復のために、入射ビームの位相補償法の開発を進めた。増幅媒質である光ファイバーへの種光の位相を偏光板によって調整することにより、10Wを大きく超える出力でもビーム品質の大幅な改善を実現することができた。液晶デバイスを用いてベクトルビーム、光渦を発生させることに成功し、超解像顕微鏡である2光子STED顕微鏡を開発した。また新たに、多重染色画像に有用な励起アンミキシング法を開発した。また、補償光学によりマウス生体脳in vivo観察時の空間分解能の向上や神経線維の光破断に成功した。うつ病モデルマウス固定脳におけるスパイン形態においては、超解像顕微鏡法を用いることで初めて、共焦点顕微鏡では検出てきない微細な変化を検出できた。加えて、超解像特性の数理的な解析から従来の2光子顕微鏡と比較して、試料の微細な構造をより明瞭に観測できることがわかり、ベクトルビームの優位性を示すことができた。ベクトルビームの特性の詳細な解析から、ベクトルビームを実際に生物顕微鏡に適用し日本オリジナルの超解像顕微鏡法の開発に成功した。さらに新規レーザー光源を用いることで、当初予想していなかったマルチビーム式2光子顕微鏡による高速イン・ビボ(in vivo)イメージングや白色レーザー光源の有用性が明らかになった。また、ベクトルビームによる超解像特性を明らかにしたことにより、in vivoイメージングへ適用することの有用性を明確にすることができた。また、光ファイバー増幅器による高出力化によって、より深部を観察するための基盤技術を整備することができた。今後の研究では、新規レーザー、非線形光学、蛍光タンパク質などの技術を融合し、生きたマウス脳中での神経活動を統合的に機能可視化する方法論を展開させる。特に昨年度まで得られた研究成果に基づき、以下の点を推進する。1.昨年度までに、マウス生体脳の深部での光学特性を定量的に測定するための方法論の開発に着手した。
分裂酵母をモデル系とした真核生物のG1/S期制御機構の解析

1. sptl^+遺伝子の機能解析:sptl^+遺伝子産物はDNA複製前複合体と相互作用してS期を制御することが示されている。今年度は更に、G2/M期進行に欠損を示すcdc2ts、cdc13ts、cdc25ts変異がsptl^+遺伝子の過剰発現により抑圧されること、Δsptl cdc25ts二重変異株が合成致死となることを発見した。このことは、SptlはG2期におけるCdc2キナーゼの活性制御にも必要であり、より広範な細胞周期制御に関与することを示唆している。また、sptl破壊株はストレスによる増殖抑制を解除できない表現型を示すが、その際の増殖停止はG2期でおこる。Cdc2キナーゼを再活性化できないことが増殖停止の原因である可能性が高いが、野生型株とsptl破壊株との間でCdc2キナーゼのチロシン残基のリン酸化レベルに差がないこと、sptl破壊株の表現型がcdc2の活性化型変異によって抑圧されないことから、Sptlはリン酸化以外の制御機構でCdc2の活性を調節していると考えられる。GFP融合タンパクを用いて細胞内局在性を観察したところ、Sptlは核膜に存在した。現在、SptlがCdc2やCdc13の局在に影響を与えている可能性について検討中である。2. cdc24^+遺伝子の機能解析:sptl^+と強く遺伝学的な相互作用を示すcdc24^+遺伝子について解析を進め、S期の完了に必須の役割を担っていることを明らかにした。また、cdc24変異の多コピー抑圧遺伝子としてPCNAとRFCのlarge subunitをコードする遺伝子を単離した。免疫沈降の実験により、これら3種のタンパク質は細胞内で複合体を形成していることが示されたことから、Cdc24はDNA複製装置の一員として機能している可能性が示唆された。G1/S期の進行にはCdc2/Cdkキナーゼ+G1サイクリンによる蛋白質のリン酸化と、転写因子によるG1/S期に特異的な遺伝子発現という2つの調節機構が協調的に働いている。分裂酵母ではRes1/2-Cdc10転写因子複合体が遺伝子発現制御の要であるが,最近Res1/2-Cdc10の活性化に関わるG1サイクリン遺伝子(pas1^+)を単離した。Pas1サイクリンはG1/S期の進行を活性化する一方で性分化過程を抑制することが見出され、増殖と分化のスイッチ制御に深くかかわる因子であることが示唆された。またRes1/2-Cdc10周辺で機能する因子を探索した結果、S期の制御に重要な役割を果たすspt1^+遺伝子の単離に成功した。1Pas1サイクリンの機能解析:免疫沈降法を用いた解析より、Pas1サイクリンはCdc2キナーゼと細胞内で複合体を形成し得ることが判明した。しかし、B型サイクリン-Cdc2複合体とは明らかに基質特異性が異なっており、両者の間には明確な機能的差異が存在すると思われる。2spt1^+遺伝子の機能解析:spt1^+遺伝子の過剰発現はDNA複製開始に関わる遺伝子(cdc18^+、cdc19^+、orp1^+など)の変異を抑圧できる。免疫沈降法を用いた解析によりSpt1タンパクは細胞内でCdc18タンパクと複合体を形成することを見いだした。更にspt1破壊株は種々のストレス刺激(高温、高浸透圧、低pH、DNA damageなど)に対し超感受性を示した。その際生存率は保たれていることから、ストレスに対する応答ではなく、その後の増殖再開過程に異常があると考えられる。以上の結果を考え合わせると、外界ストレスにより細胞周期が停止した際、Spt1がDNA複製の開始・進行を活性化することが細胞周期を再開させるために重要であるという仮説が成り立つ。現在この仮説を検証する研究を進めている。