hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多色細胞系譜マウスを用いた膵島形成機構の解明および膵島作製に関する研究

代表的な膵臓疾患である糖尿病の患者数が日本で700万人を超えているものの、膵臓の形成機構については未だ不明な点が多い。本研究では、どのようにして細胞が分化・集合して膵島(ランゲルハンス島)が作られるのか解明するため、新たに遺伝子組換えマウス(Ngn3-Venus-CreERT2ノックインマウス)の作製を試みた。本マウスの利用によって、膵臓の内分泌前駆細胞を特異的に蛍光標識し、その後の遷移様式を観察する実験(多色細胞系譜追跡実験)が可能となる。その他、生体外にて膵島を再現するための3次元培養システムの構築を行った。将来的に創薬および再生医療分野への貢献が期待できる有用な結果を得つつある。膵臓の発生過程において、膵管より内分泌前駆細胞が離層し、膵島が形成される分子機構が次第に明らかになりつつある。しかしながら、個々の細胞がどのような仕組みで集合・分化・増殖し、膵島が完成するのか、未だ不明な点も多い。そこで、本研究では膵臓の内分泌前駆細胞を可視化し、個々の細胞動態を詳細に追跡することを目的として、Neurogenin3(Ngn3)プロモーターの下流領域にVenus(黄色蛍光タンパク質)およびCre-ERT2(Creリコンビナーゼと変異型エストロゲンレセプターの融合タンパク質)をコードする遺伝子を挿入したNgn3-Venus-CreERT2ノックインマウスの作製を試みた。本マウスとRosa26-rainbowマウス(loxP配列を含むレポーターマウス)を交配したNgn-Venus-CreERT2; Rosa-rainbowマウスでは、タモキシフェン投与によって誘導的にNgn3陽性内分泌前駆細胞が標識され、詳細な多色細胞系譜追跡実験が可能となる。一方、タモキシフェン投与が胚発生に対して悪影響を及ぼす可能性が示唆されるため、ドキシサイクリン投与による誘導的な細胞標識が可能なTet-On-Creシステムを利用したNgn3-IRES-rtTAノックインマウスの作製を同時に行った。上記のNgn3-Venus-CreERT2およびNgn3-IRES-rtTAノックインマウスを作製するため、ターゲティングベクターを調製した後、材料となるES細胞に遺伝子を導入し、相同組換えを起こした細胞株を複数樹立した。PCRおよびサザンブロッティング法を用いて、相同組換えの確認を行った。また、染色体標本を作製し、核型解析を行った。現在、胚盤胞へのES細胞のインジェクションを進めており、キメラマウスを作製中である。これまでに膵臓の発生過程においてマウス胎生14日目頃に形成される原始膵管より複数のNgn3+内分泌前駆細胞が離層した後、それらが移動・集合・分化・増殖することによって膵島が構築されることが明らかとなっている。しかしながら、個々の細胞の動態および膵島形成に関わる分子制御機構は未だ不明な点が多い。そこで、本研究ではNgn3+内分泌前駆細胞の詳細な細胞系譜追跡実験を行うため、独自にNgn3-Venus-CreERT2ノックインマウスの新規作製を試みた。本マウスの特徴として、Ngn3+内分泌前駆細胞が黄色蛍光タンパク質Venusを発現する他、loxP配列を含む各種レポーターマウスとの交配およびタモキシフェン投与によりNgn3+内分泌前駆細胞を特異的に標識し、膵島形成へ寄与する仕組みを解析することが可能である。昨年度、ターゲティングベクターと相同組換えを起こした複数のES細胞クローンの樹立に成功していたことから、最終年度はキメラマウスの作出を行った。その結果、複数のキメラマウスが誕生し、現在それらの解析を進めている。上記のNgn3-Venus-CreERT2ノックインマウスの新規作出実験と並行して、実験系構築のための予備実験として、Sox9-CreERT2ノックインマウスを用いて、Rosa26-rainbow多色細胞系譜マウスとの交配により、膵臓の各発生段階におけるSox9+膵前駆細胞の細胞系譜追跡実験を実施した。その他、in vitroにおいて効率的に膵島を作製するため、3T3-J2細胞をフィーダー細胞として利用する培養方法の検討を行った。今後、Ngn3-Venus-CreERT2ノックインマウスが完成すれば、Ngn3+内分泌前駆細胞の細胞系譜追跡実験、タイムラプスイメージング、シングルセル解析(RNA-seq)などによる膵島形成機構の解明といった基礎学問的側面だけでなく、in vitroでの膵島再現実験、in vivoでの膵島誘導実験、糖尿病や膵臓癌などに対する新たな治療法の開発といった臨床応用面への貢献が期待できる。Ngn3-Venus-CreERT2およびNgn3-IRES-rtTAノックインマウスの新規作製に際し、ターゲティングベクターの構築に当初の予定よりも時間を要した。その間、サザンブロッティング用のプローブを複数作製し、条件検討を行った。

また、in vitroにおいて機能的膵島を効率的に作製するための培養条件の検討について、材料となるマウスを現在準備中であるため、予定よりもやや遅れている。発生生物学(1)多色細胞系譜追跡実験Ngn3-Venus-CreERT2およびNgn3-IRES-rtTAノックインマウス作製を急ぐ共に、並行して既存のマウスを用いた予備実験を実施する。具体的には、胎生期マウスより膵臓組織を摘出した後、ビブラトームを用いて新鮮切片を作製し、in vitroで膵島発生を再現するための最適な培養条件を検討する。これにより、Ngn3-Venus-CreERT2; Rosa-rainbowないしNgn3-IRES-rtTA; Tet-On-Cre; Rosa-rainbowマウスから調製した膵臓を用いた多色細胞系譜追跡実験が、固定標本だけでなく、3次元タイムラプスイメージングを用いた解析が可能となる。(2)膵島作製実験Ngn3-Venus-CreERT2マウスより、FACSAriaセルソーターを用いてNgn3-Venus陽性内分泌前駆細胞を分取し、in vitroで細胞塊としてβ細胞を誘導するための最適な培養条件を模索する。このとき、実験(1)で得られた知見を有効に活用する。
カウンターストレス装置としてのRNA顆粒による相反mRNA抑制の解析

植物が高温などのストレスを受けた際、細胞内に現れるRNA顆粒ーPボディーとストレス顆粒ーについて、ストレス耐性を付与する機能との関連を解析した。ストレス高温処理直後から、分単位で見られる非常に早い変化であった。DCP1によるPボディーは平常時から存在し、DCP2がそこに集結、ストレス顆粒はそれとは独立に形成されるが、P-ボディーと離合集散する構造として観察された。ストレス耐性の際増加するmRNA、不安定化するmRNA種類はそれぞれ7-8,000種。Pボディーを構築するタンパク質や含まれるRNA種を解析した。mRNAプロファイルの変化に関連している顆粒としてP-ボディーを捉えることができた。平成27年度はDCP1-GFP植物をもちいて高温処理を与えた際の細胞内の変化と、トランスクリプトーム変化を解析した。DCP1ーGFP植物に加えて,DCP1-RFP, DCP2-GFP植物も構築して複数のマーカータンパク質の解析を可能とした。高温処理を施すと、DCP1が構成していた初期の顆粒構造に、DCP2の凝集が起こってくる様子が観察された。これまで40°C90分(高温処理とする)という時間処理を与えてprocessing body (P-body)の形成を観察していたが,15分ほどの短時間でも十分に形成が起こることを見いだした。翻訳の伸長段階の阻害剤シクロヘキシミドを添加すると、平温時でのDCP1顆粒形成と高温時のDCP2の顆粒形成が阻害された。翻訳伸長が起こらないとP-body顆粒形成が阻害され、双方が関連していることを示唆する。さらに植物の飼育方法によって,反応する温度に微妙な差があり,異なる環境、研究室のデータ間の解釈には注意が必要なことが明らかとなった。いったん40°Cで顆粒が形成されたあと、通常温度(22°C)に戻す(高温解除とする)と顆粒は分散していく。顆粒の形成は可逆性をもっている様子が観察された。この事実はこの構造が環境応答に応じて形成されていることを示唆する。高温処理の前後、高温解除の前後において、RNA-seqによるトランスクリプトーム解析をおこない、その変化の挙動の傾向が同類のもので、Gene Ontologyによる機能の共通性を探索した。高温処理前後でRNA量が上昇するものにストレスタンパク質遺伝子が多く含まれていた。逆に減少するもの発生、形態形成に関わるような遺伝子がふくまれ、ストレス時には発現および蓄積が抑制を受けていることが示唆された。次に高温解除の前後でRNA量が減少するものにも特徴がみられ、高温処理で作られた遺伝子RNAが積極的に分解を受けていることが示唆された。ストレス顆粒とは、植物においても翻訳の開始因子eIF4E等をマーカーにして観察されてきたが、同じ我々の系でも捉えられること、高温処理に対する反応がP-bodyの場合と類似していることを見いだした。P-bodyとストレス顆粒は,従来別の構造として扱われてきたが,初めて同質のものである可能性が示唆された。蛍光顕微鏡による、P-body、ストレス顆粒のマーカー同士の重なり合いを計測し、双方のマーカー分子同士、若干の挙動の違いはあるが、同一の下流に重なる数の割合は非常に高い。現在、高温処理の前後の条件ごとにサンプルを作製し固定し、免疫電子顕微鏡による観察を行い、高温処理で顆粒の大きさが本法でも統計学的にも大きくなることが示された。DCP1で観察される顆粒にさまざまなマーカー分子が集結することをうけて、細胞抽出液から抗DCP1抗体で免疫沈降し、共沈するタンパク質を解析できるように、抽出液の組成、条件検討を行った。いくつかのバンドが明確に出る条件が整ったので、タンパク質をゲルで電気泳動にかけ、タンパク質候補を精製し、質量分析にかける準備がととのった。RNA-seq解析のなかで、高温処理前後でRNA量が上昇するものに、熱ショックタンパク質などのストレスタンパク質遺伝子、強光応答性遺伝子などが多く含まれた。逆に減少するものには細胞外領域タンパク質と特徴付けられる遺伝子が多く含まれていて、ストレス緊急時には発生、形態形成に関わるような遺伝子の発現および蓄積が抑制を受けていることが示唆された。次に高温解除の際には前後でRNA量が減少するものに特徴がみられ、高温処理で作られたと思われる遺伝子RNAが積極的に分解を受けていることが示唆される結果が得られた。ストレス顆粒をeIF4A-GFP、P-ボディーをDCP1-RFPをそれぞれマーカーとして、生きた細胞内での局在、動態を観察した。両者が互いに隣り合っている様子を電子顕微鏡観察によって確認した。同じ植物細胞内で両者が隣り合っていることが明確となった。eIF4A-GFPをストレス顆粒のマーカーとした際に、赤外レーザーを照射し細胞内に局所的な温度上昇を起こした際に、その領域特異的にストレス顆粒と思われる構造体が現れた。このことは細胞の中、その場で温度変化が甘受され、局所的にストレス応答が引き起こされることが明らかとなった。様々な手法で温度変化を与えた際、その方法によって顆粒形成が起こる限界温度が変わることも観察され、研究者ごとの実験環境の違いによって、論文間での温度感受性の違いが起こっていることが示唆された。DCP1-GFPタンパク質が相互作用しているタンパク質候補を、免疫沈降ののちに質量分析にかけて探索した。その結果、DCP2とvaricoseが相互作用するタンパク質として有意に検出された。このことは従来の遺伝学的な解析結果などと合致するものであった。

蛍光顕微鏡観察では高温ストレス下でP-ボディー構造が大きくなる。こうした高温ストレスにさらした上で、免疫沈降させたサンプルではこれらのタンパク質が有意な相互作用因子としては検出できなくなった。構成因子が平温時とは異なる可能性が示唆された。またDCP1-GFP植物の粗抽出液から、抗DCP1タンパク質抗体を用いて、Pーボディーを免疫沈降にかけて、得られた画分に含まれるRNAに関して、RNA-seq解析にかけることに成功した。ストレス顆粒をeIF4A-GFP、P-ボディーをDCP1-RFPをそれぞれマーカーとして、生きた細胞内で両者が互いに隣り合っている様子が電子顕微鏡観察によって確認された。同じ植物細胞内で両者が隣り合っていることが明確となった。eIF4A-GFPをストレス顆粒のマーカーとした際に、赤外レーザーを照射し細胞内に局所的な温度上昇を起こした際に、その領域特異的にストレス顆粒と思われる構造体が現れた。このことは細胞の中、その場で温度変化が甘受され、局所的にストレス応答が引き起こされることが明らかとなった。様々な手法で温度変化を与えた際、その方法によって顆粒形成が起こる限界温度が変わることも観察され、研究者ごとの実験環境の違いによって、論文間での温度感受性の違いが起こっていることが示唆された。以上、ストレス顆粒、およびP-ボディ研究において、新規な事実、そして先行研究の内容を補完する内容について、平成29年度中には論文公表につながる内容となったと判断され、概ね順調に進展していると考える。DCP1-GFPで、dcp1変異を相補した植物体は、表現型は正常である。この個体を材料に、DCP1-GFPタンパク質が相互作用しているタンパク質候補を、免疫沈降ののちに質量分析にかけることで探索した。その結果、DCP2とvaricoseが相互作用するタンパク質として有意に検出された。このことは従来の遺伝学的な解析結果などと合致するものであった。なお、この植物を、38°C、いわゆる高温ストレスにさらした上で、免疫沈降させたサンプルではこれらのタンパク質が有意な相互作用因子としては検出できなくなった。このことは、蛍光顕微鏡観察などから高温ストレス下ではP-ボディー構造が大きくなると想定されていたが、構成因子として通常温度時のものとは異なっている可能性が示唆された。GFP融合型脱キャップ酵素DCP1を発現する相補形質転換シロイヌナズナに高温処理条件を与え、その前後の細胞破砕液から抗GFP抗体でPボディーを沈降させた。沈降物を電気泳動で分離し、Pボディー構成タンパク質候補についての解析を継続した。その結果、varicose (VCS)とその類似タンパク質が局在すること、高温時ではDCP1がDCP2と直接相互作用するのが見られなくなるのに対してeIF4A2(ストレス顆粒のマーカー)との相互作用が認められた。このことは並行しておこなった電子顕微鏡観察で、P-ボディーと隣接してストレス顆粒が観察することと一致した。他にも高温時DCP1と相互作用するものとして小胞輸送に関連する因子などが見いだされた。P-
アルキル化ピロールイミダゾールポリアミドによるホルモン抵抗性前立腺癌治療法の開発

男性ホルモン受容体はそのト流遺伝子のプロモーターにある特異的結合配列AREに結合してその作用を発揮する。AREを標的としたピロールイミダゾールポリアミドを設計、合成し、男性ホルモン受容体を遺伝子導入したヒト前立腺癌細胞においてPSAの転写が抑制されるかどうかを検討した。レポーターアッセイでの評価でPSAの転写は濃度依存的に抑制が得られたが、特異性の面で問題があることが判明した。AREの配列は標的遺伝子ごとのバリエーションがあり、それをカバーするためにはある程度特異性を犠牲にせざるを得ない。そこで抑制效果を担保しつつ特異性の問題を克服するため既存の抗男性ホルモン剤の併用を視野にいれた基礎的検討を行った。正常型および変異型の男性ホルモン受容体遺伝子を作製し、ヒト前立腺癌細胞PC3に導入し、最も效率の良い抗男性ホルモン剤の選択法を探った。その結果ビカルタミド耐性に関係するW741C変異にはヒドロキシfルタミドとニルタミドとニルタミドが、ヒドロキシフルタミド耐性に関係するT877A変異ではビカルタミドが、W741CとT877A変異の組み合わせに対してはニルタミド、サイプロテロンが抑制効果を示すことが判明し、国際学会および国際誌に報告した。1)男性ホルモンによるPSA遺伝子の転写を利用したポリアミド評価システムの構築。(ア)男性ホルモン受容体遺伝子を組み込んだプラスミド2種を大量調製。(1)pSG5AR:男性ホルモン受容体遺伝子の翻訳領域全長を組み込んだプラスミド。(2)pAR-IRES-EGFP:男性ホルモン受容体遺伝子の翻訳領域全長およびその周辺領域を組み込み、GFP蛋白遺伝子を付加したプラスミド。(イ)PSA遺伝子のプロモーター領域をルシフェラーゼ遺伝子の上流に組み込んだレポーター遺伝子を大量調製。(1)pGL3-PSA:ルシフェラーゼ遺伝子プラスミドpGL3にPSA遺伝子のプロモーターを組み込んだもの。(ウ)上記遺伝子をヒト前立腺癌細胞3種類:PC3,DU145,LNCaPに導入、合成男性ホルモンR1881に暴露し、転写活性の増加を観察した。結果PC3に遺伝子導入した場合に転写活性が最も亢進することが判明、以後の実験ではPC3を使用することとした。2)ポリアミドの合成(ア)PSA遺伝子のプロモーター配列を解析。(1)既に報告されている3箇所の男性ホルモン受容体結合部位の配列を同定。(2)報告されている男性ホルモン受容体結合部位の標準配列を調査。(イ)上記の配列を対象としたヘアピンポリアミドを合成(1)ARE1,ARE3,ARE5:3箇所の男性ホルモン受容体結合部位の配列を認識(2)ARE7:男性ホルモン受容体結合部位の標準配列を認識3)リポーターアッセイによる評価。(ア)1)で構築した評価系を用いて2)で合成したポリアミドの転写抑制能をした。(2)ARE7は200nM以上の濃度でPSA遺伝子の転写を濃度依存性に抑制。(3)VEGFプロモーターを組み込んだレポーター遺伝子を用いて比較実験を行い、特異性の点でARE7が最も優れていることが判明。前立腺特抗原(PSA)のプロモーターを組み込んだレポーター遣伝子を作製した。また男性ホルモン受容体に点突然変異を導入しビカルタミド耐性のW741C変異体、フルタミド耐性のT877A変異体、そしてW741CとT877Aの二つの変異をもった男性ホルモン受容体変異体を作製した。別に男性ホルモン受容体の下流遺伝子配列部位(ARE)を標的としたポリアミドを数種類合成し、以上の実験系を用いて男性ホルモンによる転写の抑制効果を検討した。レポーター遺伝子を用いた実験では作製したポリアミドの一部が転写を抑制した。この結果を受けて前立腺癌細胞LNCaPを用い、in vivoでのPSA賛成抑制効果を確認したが、蛋白レベルでは有意な抑制はみられなかった。現在別の配列を検討中である。別に臨床で使用されている抗男性ホルモン剤により男性ホルモン受容体抑制効果を上記実験系で検討した。遺伝子変異の状況により、抗男性ホルモン剤の効果が異なることが判明し、またステロイド性の抗男性ホルモン剤はむしろ転写を促進することが明らかとなった。これらの結果は分子モデルを用いたドッキングスタディーと矛盾しない結果であった。

上記成果は国際誌(The Prostate)に発表予定である。さらに男性ホルモン受容体を抑制可能な数種類に別の化合物についても検討を進めており、興味深い知見が得られている。今後は抗男性ホルモン剤の効果を高めるポリアミド配列を確立すべく検討を進める予定である。男性ホルモン受容体はその下流遺伝子のプロモーターにある特異的結合配列AREに結合してその作用を発揮する。AREを標的としたピロールイミダゾールポリアミドを設計、合成し、男性ホルモン受容体を遺伝子導入したヒト前立腺癌細胞においてPSAの転写が抑制されるかどうかを検討した。レポーターアッセイでの評価でPSAの転写は濃度依存的に抑制が得られたが、特異性の面で問題があることが判明した。AREの配列は標的遺伝子ごとのバリエーションがあり、それをカバーするためにはある程度特異性を犠牲にせざるを得ない。そこで抑制効果を担保しつつ特異性の問題を克服するため既存の抗男性ホルモン剤の併用を視野にいれた基礎的検討を行った。正常型および変異型の男性ホテルモン受容体遺伝子を作製し、ヒト前立腺癌細胞PC3に導入し、最も効率の良い抗男性ホルモン剤の選択法を探った。その結果ビカルタミド耐性に関係するW741C変異にはヒドロキシfルタミドとニルタミドとニルタミドが、ヒドロキシフルタミド耐性に関係するT877A変異ではビカルタミドが、W741CとT877A変異の組み合わせに対してはニルタミド、サイプロテロンが抑制効果を示すことが判明し、国際学会および国際誌に報告した。
岡山孤児院におけるネットワーク形成と自立支援に関する総合的研究

これまでの石井十次資料館所蔵資料の調査・整理の成果として、「図書の部」と「写真の部」の目録を刊行できた。さらに『岡山孤児院関係資料集成』全3巻(1,200頁)を刊行できた。また、これまでの研究の集大成として細井勇著『石井十次と岡山孤児院-近代日本と慈善事業-』(531頁)を上梓した。共同研究の成果は、毎年『石井十次資料館研究紀要』第710号に発表、最終年には研究成果報告書『岡山孤児院におけるネットワーク形成と自立支援に関する総合的研究』(339頁)を纏めた。石井十次によって創設された岡山孤児院は近代日本を代表する慈善事業である。本研究では、「石井十次と岡山孤児院に関する基礎的研究」(20012004年度)を土台として、岡山孤児院事業の支援者のネットワークや、入院児の自立支援、という観点を重視しながら、従来の研究を発展させ、より多角的で複合的な研究を総合的に展開することを目指す。並行して、これまでの石井十次資料館(宮崎県児湯郡木城町)の所蔵資料を整理し、目録化を図る。1.本研究の目的は、石井十次資料館所蔵資料の整理作業を継続しつつ、より多角的かつ多面的に岡山孤児院事業を検討することにある。今年度は、現地(宮崎県高鍋町)にて研究会を開催した。石井十次とつながりの深い大原孫三郎の経営思想や大原社会問題研究所の設立経過について明らかにされた。又明治40年代の大阪・東京事務所の動向が示された。さらに岡山孤児院の養護実践史として、「岡山孤児院十二則」の形成過程が明らかにされた。2.平成18年8月25日9月3日、宮崎県児湯郡木城町の石井記念友愛社石井十次資料館に滞在、共同で資料調査を行った。又以下の作業を4年間の到達目標とすることを確認した。(1)写真の資料目録の完成、(2)手紙資料の追加整理と目録化、(3)一枚物資料の整理と目録化、(4)未整理の文献資料の整理と目録化、(5)岡山孤児院日誌の判読と刊行の継続、(6)高鍋町立図書館所蔵の関係資料の目録化3.平成18年8月29日、高鍋にて研究会を開催した。報告者とテーマは以下の通りである。(1)佐藤繁美「大原孫三郎の経営思想」(2)田中和男「大原社会問題研究所について」(3)小野修三「明治40年代の大阪・東京事務所の日誌を比較して」(4)菊池義昭「岡山孤児院における養護実践理論の形成過程について」4.共同作業として、2-(4)、未整理の文献資料の整理作業に着手するとともに、一枚物資料の整理、写真の整理を行った。5.各自研究成果を『石井十次資料館研究紀要』等に発表した。1.本研究の目的は、石井十次資料館所蔵資料の整理作業を継続し、写真、書籍等の資科についてその目録化を達成すると同時に、これまでの基礎研究を発展させ、「ネットワーク形成」や「自立支援」という観点から、より多角的かつ複合的な研究を行い、総合的研究としてまとめることである。2本年度は、平成19年8月27日9月3日の日程で、宮崎県児湯郡木城町644の石井記念友愛社の石井十次資料館で、所蔵資料とくに、書籍資料と写真資料の目録化に向けての作業を共同で実施した。これまで、簿冊資料と書簡資料の目録化を達成したが、今回、書籍資料と写真資料の目録化に向けての基礎作業をほぼ終えることができた。3.前記共同作業と並行して、平成19年8月29日研究会を開催、研究成果を報告しあうことが出来た。安東邦昭「石井十次と朝鮮半島慈善会の担い手たち」杉山博昭「明治期のカトリック慈善事業について」滝澤民夫[増野悦興と石井十次-バーナード・ホームに触れて-」安形静男「更生保護事業について」片岡優子「岡山孤児院東京地方委員としての原胤昭」関儀久「晩翠学舎の研究」4.平成19年7月『石井十次資料館研究紀要』第8号を発行。この中で以下の論文等を発表した。菊池義昭・田谷幸子「岡山孤児院の里預制の成立と急増急減期の内容」関儀久「晩翠学舎の研究」菊池義昭「岡山孤児院主婦朝山黙に関する資料調査」1.本研究の目的は、石井十次資料館(宮崎県児湯郡木城町石井記念友愛社)に所蔵された資料の整理・目録化、より具体的には、写真と書籍についての目録化を進めるとともに、従来からの基礎研究を土台として、関係者の「ネットワーク」や入院児の「自立支援」という観点から、より多角的かつ複合的な研究を総合的に展開することにある。

2.本年度は、平成20年8月25日9月2日、連携研究者と研究協力者等15名が参加して、石井十次資料館で共同作業を実施するとともに、第3回研究会を以下報告実施した。1)菊池義昭「岡山孤児院の里預児事業の展開」2)池本美和子「慈善事業の公共性」3)室田保夫「岡山孤児院新報について」4)安東邦昭「石井十次と朝鮮半島(2)」5)高松誠「石井十次の信仰形成」6)藤原正範「武田塾と感化教育実践」3.共同作業として、石井十次資料館所蔵の写真と書籍についての目録化作業を行った。4.『石井十次資料館研究紀要』9号を2008年8月刊行した。以下は主な掲載論文細井勇「石井十次を支えた人々-高鍋の同行者達-」滝澤民夫「石井十次と増野悦興」菊池義昭・田谷幸子「岡山孤児院の里預制と安定期の運用内容」5.平成20年10月11日、岡山盛徳学校(児童自立支援施設)にて石井十次に関するシンポジウムを開催し、約100人参加。司会藤原、シンポジストは細井、菊池、横井、叶原の4氏。6.平成21年2月13日15日まで、細井勇と元村智明は、目録の再確認のため、石井十次資料館を再訪問して作業を行った。1.本研究の目的は、石井十次資料館(宮崎県児湯郡木城町石井記念友愛社)に所蔵きれた史資料の整理・目録化、より具体的には、写真と書籍について目録化を達成するとともに、従来からの基礎研究を土台として、関係者の「ネツトワーク」や入院児の「自立支援」という観点から、より多角的かつ複合的な研究を総合的に展開することである。2.本年度は完成年度であり、『石井十次資料館蒐・所蔵仮目録図書の部』及び『石井十次資料館蒐・所蔵仮目録写真の部』を刊行した。3.完成した上記目録を基に石井十次資料館所蔵の史資料を再整理すべく2009年8月25日から同9月1日にかけ、連携研究者等13名が現地にて共同作業を実施した。同時に8月29日高鍋中央公民館にて第4回の石井十次研究会を開催した。本研究会では,本年刊行された細井勇著『石井十次と岡山孤児院-近代日本と慈善事業-』(ミネルヴァ書房、2009年)め合評会を兼ねることとした。4.これまでの石井十次資料館所蔵史資料の整理・目録化の成果として細井勇・菊池義昭編・解説『岡山孤児院関係資料集成』全3巻を不二出版から刊行することができた。5.本年度も、石井記念友愛社発行、菊池義昭編集で『石井十次資料館研究紀要』第10号を刊行し、研究成果を発表した。6.これまでの4年間の共同研究の成果を科研費成果報告書『岡山孤児院におけるネツトワーク形成と自立支援に関する総合的研究』(B5版全330頁)に纒め刊行した。
オーキシンの極性輸送系に特異的なケミカルツールの開発

植物ホルモンであるオーキシンは,植物体内で極性をもって輸送される.植物の胚形成や光・重力屈性などの重要な成長分化は,オーキシンの極性輸送により調節されるため,オーキシンの極性輸送に関する分子機構の解明は重要な研究課題である.オーキシンの極性輸送システムの研究を加速するためには,それらに特異的に作用するケミカルツールを用いたアプローチが有効である.本研究では,第一に細胞のオーキシン輸送のライブイメージング,第二に細胞レベルでのオーキシン濃度の人工制御を可能とする新しいケミカルツールの開発を目的に研究を遂行し,所定の機能を有する化学ツールの開発に成功した.植物ホルモンであるオーキシンは胚形成や光・重力屈性などの植物の重要な分化・成長過程を調節する.そのホルモン活性の調節は,オーキシンの極性輸送による体内分布の制御が大きく関与している。このことからオーキシン極性輸送が調節するオーキシンの分布については,オーキシン濃度勾配の動的変化を解析することが極めて重要であり,本年度はその解析のため,ケミカルバイオロジーによるアプローチで,オーキシン濃度分布に関する研究に着手した.本年度は,細胞のオーキシン分布のライブイメージングを可能とする新しいケミカルツールの開発を目的として研究を展開した.すなわち,蛍光オーキシンアナログを分子設計し,オーキシンであるIAAとNAAにリンカーを介して蛍光基を導入した.50種の蛍光オーキシンアナログを合成し,蛍光顕微鏡で蛍光オーキシンアナログの動的な蛍光像を評価・解析した.また,同時に陰性コントロールとして必須である蛍光安息香酸や蛍光インドールなどの分子も合成した.シロイヌナズナの根や胚軸を,蛍光オーキシンアナログで処理するとそれらのうちいくつかが,オーキシンの分布を反映すると考えられる蛍光像を与えた.また,一方,陰性コントロールの蛍光分子では,有意な蛍光像を示さなかった.今後は,これら蛍光オーキシンアナログの詳細な輸送機構や分布プロファイルを詳細に解析し,オーキシン分布の動的な変化を解析する.環境変化に対応するオーキシン濃度勾配のダイナミックな変化はオーキシンの輸送により制御されており、そのオーキシン濃度変化を観察することは極めて重要と考えられてきた。オーキシンの極性輸送については、オーキシン排出タンパクであるPINやPGPとともに、オーキシン取り込みタンパクであるAUX1が関与しており、細胞内のオーキシン濃度は、それら輸送タンパクが協調して調節する。また、輸送とともに、オーキシンの細胞濃度はオーキシンの代謝不活性化や生合成、前駆体からの代謝活性化などの調節をうける。本研究では、植物のオーキシン濃度勾配の解析のために、ケミカルバイオロジーによるアプローチで研究に取り組んだ。すなわち、(1)細胞のオーキシン輸送のライブイメージング(2)細胞レベルでのオーキシン濃度の人工制御の2つ目標を可能とする新しいケミカルツールを開発した。蛍光オーキシンアナログについては、IAAやNAAに蛍光基を導入した蛍光オーキシンアナログが、オーキシン輸送阻害活性を示すことを見出した。これら蛍光オーキシンアナログはオーキシン受容体には認識されないが、オーキシン輸送担体には基質として認識されて輸送される。そのため、オーキシンアナログは、細胞内オーキシンの輸送を拮抗的に抑制する。すなわち、擬似的ではあるが、蛍光オーキシンアナログを用いて、細胞内オーキシン分布の可視化できることを示すことができた。また、細胞内オーキシン濃度を光照射で3次元制御するため、2光子励起が適応可能なケージドオーキシンを分子設計し、ニトロインダリン(MNI)をケージド基としたケージドオーキシン(MNI-IAA)を合成した。このMNI-caged auxinの光分解能の評価し、光照射によりIAAが遊離することを確認できた。植物ホルモンであるオーキシンは,植物体内で極性をもって輸送される.植物の胚形成や光・重力屈性などの重要な成長分化は,オーキシンの極性輸送により調節されるため,オーキシンの極性輸送に関する分子機構の解明は重要な研究課題である.オーキシンの極性輸送システムの研究を加速するためには,それらに特異的に作用するケミカルツールを用いたアプローチが有効である.本研究では,第一に細胞のオーキシン輸送のライブイメージング,第二に細胞レベルでのオーキシン濃度の人工制御を可能とする新しいケミカルツールの開発を目的に研究を遂行し,所定の機能を有する化学ツールの開発に成功した.植物ホルモンであるオーキシンは極性をもって輸送され,胚形成や光・重力屈性などの重要な成長分化を調節する.オーキシンの極性輸送の詳細な分子機構は,依然として不明である.オーキシンの輸送については,環境変化に対応するオーキシン濃度勾配のダイナミックな変化を観察することは極めて重要であり,その解析のために,ケミカルバイオロジーによるアプローチで,オーキシン輸送に関する研究に取り組んだ.すなわち,本年度は,1.細胞のオーキシン輸送のライブイメージング,2.細胞レベルでのオーキシン濃度の人工制御を可能とする新しいケミカルツールの開発を目的として研究を展開した.1.については,蛍光オーキシンアナログを分子設計し,IAAとNAAにリンカーを介して蛍光基を導入した.15種の蛍光オーキシンアナログを合成し,蛍光顕微鏡で蛍光オーキシンアナログの動的な蛍光像を評価・解析した.それらのうちいくつかが,オーキシンの分布を反映すると考えられる蛍光像を与えた.2.については,細胞内オーキシン濃度を,光照射で3次元制御するために,2光子励起が適応可能なケージドオーキシンを分子設計した.そのため,2光子励起が可能なニトロインダリン(MNI)をケージド基としたケージドオーキシン(MNI-IAA)を合成した.

このMNI-caged auxinの光分解能の評価も検討した.その結果、光照射によりIAAが遊離することを確認できた。今後は,光解離離反応の詳細を検討し量子効率などを求める。本年度は、細胞のオーキシン輸送のライブイメージングを目指して、研究を推進してきた。その結果、目標とする機能を発揮する蛍光オーキシンアナログを分子設計し、合成・評価することができ、その構造最適化を行った結果、満足する分子機構を有する蛍光アナログを創出できた。蛍光オーキシン分子に関する研究成果ついては、植物生理学会・国際オーキシン学会などで、招待講演で発表することができ,当該研究分野での国際的に高い評価を受けた。以上のことから、本年度までの研究の進展状況は計画通りであり、順調に進展しており、ほぼ満足な結果であるといえる。1.オーキシン輸送タンパクの分子機構の解明,2.細胞のオーキシン輸送のライブイメージング,3.細胞レベルでのオーキシン濃度の人工制御を可能とする新しいケミカルツールの開発を達成することを研究課題としている.初年度では,ケミカルツールとなる化合物のリード構造の探索と化学合成に重点を置いて,研究課題を推進した.その結果,1.については,まだ,満足するケミカルツールの分子設計は達成できていないが,2.と3.に関するケミカルツールについては,それぞれ蛍光オーキシンアナログとケージドオーキシンを分子設計でき,それらは,ほぼ満足できる性能を示した.また,蛍光オーキシンアナログについては,2回の学会発表を行うことができ,ほぼ計画通りに研究目的は達成しつつあると言える.これまで,ほほ計画通りに研究成果は達成されており,今後とも,計画調書に基づいて研究を推進していく予定である.一部、蛍光オーキシンの研究については,期待以上に研究計画が進展した。しかしながら,光反応性プローブを用いたオーキシン輸送タンパクの分子機構の解明については,輸送タンパクの発現系の構築が問題となっており、共同研究などにより、今後より一層の研究推進が必要と思われる.今後,研究成果を発表していくために,学術論文としてまとめて、発表を目指していく。これまで,ほほ計画通りに研究成果は達成されており,今後とも,計画調書に基づいて研究を推進していく予定である.ただし,オーキシン輸送タンパクの分子機構の解明については,より一層の研究推進が必要と思われる.今後,研究成果を発表していくために,論文発表とともに国際学会でも研究成果を発表する.本年度予定していた消耗品の予算額70万円程度を当初の計画より減額して使用した。これは蛍光オーキシンの研究が期待以上に進展したことから、この減額分を次年度で蛍光オーキシンの解析に必要な顕微鏡の購入を計画しているためである.予定していた消耗品の使用額が3万円程度,平成23年度の当初の計画より少なかった.このため次年度に計画調書の記載の消耗品と合わせて使用する計画である.
染色体末端テロメアの複製制御

生物種が維持されるためには、線状である真核生物のゲノムDNAは完全に複製されることが必要である。しかし、通常のDNA複製酵素複合体は、そのDNA合成の開始にあたってRNAプライマーを用いるために、染色体末端テロメアDNAは完全には複製されない。テロメレースはテロメア末端に新たにテロメア繰り返し配列を付加して、このような一方的な染色体の短小化に拮抗する種を超えてみられる普遍的な酵素である。平成8年度本研究において、我々は、世界ではじめて哺乳類テロメレースの構造蛋白質のひとつTEP1の遺伝子クローニングに成功した。さらに、本年度の本研究により、テロメレースの触媒サブユニットTERTの単離とその生化学的特徴付けを行った。TERT遺伝子は全長1132アミノ酸のORFをもつ新規遺伝子であり、予想されるアミノ酸配列には逆転写酸素で保存されているモチーフが存在する。細胞がもつテロメレース活性の有無とTERT遺伝子の発現の有無とはよく相関した。テロメレース活性をもたない有限寿命ヒト正常線維芽細胞は、TERT遺伝子の発現を示さないが、これにTERT遺伝子をトランスフェクションして強制発現すると、テロメレース活性が誘導されることが明らかとなった。以上のことから、TERT遺伝子の発現の有無がテロメレース活性の有無を規定する第一義的な役割を果たしていることが明らかとなった。
チタン結晶における活動すべり系の同定

本研究では、まず、圧延純Ti板を変態歪燒鈍を行うことにより粗大結晶化させ、X線背面反射ラウエカメラを用いてそれらの方位を決定した.その結晶粒より、引張軸が〔0001〕,〔1120〕および〔1010〕となるような単結晶引張試験片を切り出した.ここで、不純物、特に侵入型元素である酸素の影響を調べるために、酸素濃度の異なる2種類のTi板(0.15wt%および0.11wt%)を用いた.これらの試料を温度77293K、歪速度2-5×10^<-5>/sで引張試験を行い、すべり線観察および透過電子顕微鏡(TEM)観察によりすべり系の同定を行った.その結果は以下のようになった.(1)〔0001〕引張を行った試料はすべり変形により降伏し、TEM観察において(c+a)転位が観察された.またすべり線観察結果より、〔0001〕引張では{1011}<1123>すべりが活動することがわかった.このすべりにおいて、酸素濃度の違いにより、らせん転位と105°混合転位の活動し易さが異なっていた.また、試料板面の方位が異なる試料においては双晶変形が生じた.〔1120〕引張を行った場合、試料表面に引張軸に垂直なすべり線、および約57°のすべり線が形成され、TEMによりa転位が確認されることから、柱面すべりおよび{1011}<1120>すべりが活動することがわかった.〔1010〕引張をおこなった場合、酸素濃度の高い試料では(c+a)転位が観察され、すべり線観察結果より{1011}<1123>すべりが活動していることが確認された.しかし酸素濃度の低い試料では、aらせん転位が頻繁に観察され、柱面すべりが活動することがわかった.またこの場合の降伏応力は77Kでは急激に上昇し、負の温度依存性を示した.以上の観察結果や、柱面すべりおよび{1011}<1123>すべりの臨界分解せん断応力CRSSを比較するといずれも80-110MPaであまり差がないということから、従来のTiの容易すべり系が柱面すべりであるということは、一概には断定できないといえる.また、わずかな酸素濃度の違いや試料形状の違いによって優先すべり系が変化し、柱面すべりに対し独立すべり系が多い{1011}<1123>すべりも容易に活動するようになることが確認された.したがって、Tiのすべり変形機構を解明するためには、不純物濃度や結晶方位と試料形状に関するさらに詳細な研究が必要である.本研究では、まず、圧延純Ti板を変態歪燒鈍を行うことにより粗大結晶化させ、X線背面反射ラウエカメラを用いてそれらの方位を決定した.その結晶粒より、引張軸が〔0001〕,〔1120〕および〔1010〕となるような単結晶引張試験片を切り出した.ここで、不純物、特に侵入型元素である酸素の影響を調べるために、酸素濃度の異なる2種類のTi板(0.15wt%および0.11wt%)を用いた.これらの試料を温度77293K、歪速度2-5×10^<-5>/sで引張試験を行い、すべり線観察および透過電子顕微鏡(TEM)観察によりすべり系の同定を行った.その結果は以下のようになった.(1)〔0001〕引張を行った試料はすべり変形により降伏し、TEM観察において(c+a)転位が観察された.またすべり線観察結果より、〔0001〕引張では{1011}<1123>すべりが活動することがわかった.このすべりにおいて、酸素濃度の違いにより、らせん転位と105°混合転位の活動し易さが異なっていた.また、試料板面の方位が異なる試料においては双晶変形が生じた.〔1120〕引張を行った場合、試料表面に引張軸に垂直なすべり線、および約57°のすべり線が形成され、TEMによりa転位が確認されることから、柱面すべりおよび{1011}<1120>すべりが活動することがわかった.〔1010〕引張をおこなった場合、酸素濃度の高い試料では(c+a)転位が観察され、すべり線観察結果より{1011}<1123>すべりが活動していることが確認された.しかし酸素濃度の低い試料では、aらせん転位が頻繁に観察され、柱面すべりが活動することがわかった.またこの場合の降伏応力は77Kでは急激に上昇し、負の温度依存性を示した.以上の観察結果や、柱面すべりおよび{1011}<1123>すべりの臨界分解せん断応力CRSSを比較するといずれも80-110MPaであまり差がないということから、従来のTiの容易すべり系が柱面すべりであるということは、一概には断定できないといえる.また、わずかな酸素濃度の違いや試料形状の違いによって優先すべり系が変化し、柱面すべりに対し独立すべり系が多い{1011}<1123>すべりも容易に活動するようになることが確認された.したがって、Tiのすべり変形機構を解明するためには、不純物濃度や結晶方位と試料形状に関するさらに詳細な研究が必要である.
強相関少数キャリア系の多重極限物性

1.UCu_2Snの強的4極子秩序温度における磁場依存性これまで,我々はUCu_2Snが強的4極子秩序することを初めて見出し,その秩序の起源が5f電子基底状態非磁性2重項Γ_5に有ることを明らかにしている。本年度の研究においては,秩序温度の磁場依存性を様々な磁場方向から測定し,温度・磁場平面における4極子秩序相図を完成した。完成した相図を説明するため,4極子・歪み相互作用,4極子間相互作用およびゼーマン相互作用を考慮して詳細な解析を行った結果,これまで測定した,弾性率,比熱,磁化率および相図のすべてを説明する結晶場モデルを得ることに成功した(このモデルについては現在投稿準備中)。2.UNiAlにおける磁場誘起不可逆過程14Tまでの強磁場下において,UNiAlの磁化,磁気抵抗,ホール抵抗,磁歪および弾性率を測定した。7Kにおいて磁場を上昇していくと,11.35Tにおいて反強磁性秩序相から強磁性相へ1次のメタ磁性相転移することを見出した。特に注目される結果は,最初の励磁過程と以後の励磁過程において明らかな差が生じることである。このメモリー効果の原因は,中性子回折の実験から,六方晶c面内の磁気構造プロパゲーションベクトルのメタ磁性転移における不可逆的変化と直接関係することが分かった。3.エキゾチック超伝導体Sr_2RuO_4における超伝導転移温度の歪み依存性本研究では,高純度単結晶を用いることにより,初めてこの物質の超伝導転移温度における縦波弾性率に飛びを観測した。エーレンフェストの関係から超伝導転移温度の異方的歪み依存性を見積もった。この結果などから本物質における超伝導性の圧力依存性は,高温超伝導体とは異なり,異方的圧力によって誘起されるキャリアのバンド間遷移に起源を発することを明らかにした。また,横波弾性率に関する研究においては,驚くべき事に超伝導転移温度において横波弾性率が飛びを示す兆候を見出した。これは,時間反転非対称2次元秩序変数の存在を直接示唆する。(1) YbB_<12>)の近藤半導体状態の発現機構解明に向けて,その参照物質であるLuB_<12>の詳細なフェルミ面情報を得ることは興味ある問題である。われわれは,フェルミ面情報と同時に歪ポテンシャルの情報まで得られる音響的de Haas van Alphen効果の測定を純良単結晶LuB_<12>に対して温度0.4K,磁場16Tまでの範囲で行った。本研究により,次の結果を得た。まず,弾性率量子振動数よりLuB_<12>のフェルミ面形状を決定するとともにサイクロトロン有効質量数を主要な結晶軸方向に対して決定した。この結果は,LAPW法バンド計算により既に得られていた結果とよい一致を示す事かわかった。これから,LuB_<12>のフェルミ面が,ホウ素の2p電子とルテチウムの5d電子との混成バンドに形成されていることか判明した。さらに,歪ポテンシャルの角度依存性の決定にも成功した。(2)温度16Kにおける相転移により電気抵抗率の温度依存性が金属的なものから半導体的なものに変化するUCu_2Snにおいて,その相転移の起源および相転移機構を解明するため弾性率,比熱,磁化率の測定を行った。

その結果横波弾性率C_<66>において56%におよぶ巨大なソフト化を見出した。他の弾性率には,結晶場効果に特徴的な弾性異常を観測した。歪感受率による解析を行った結果,UCu_2Snの相転移について次の結論を得た。まず,相転移の起源は,ウラン化合物には珍しく局在的な5f^2電子状態が六方晶の結晶場により分裂したことにより四重極子の縮退を持つT_5基底状態か形成され,この基底状態がもつ不安定性によるものと判明した。また,相転移機構については,歪感受率による解析の結果正の四重極子間結合定数が得られたことから強四重極子秩序である可能性が高い。1.YbInCu_4の価数転移に伴う比熱異常の圧力依存性YbInCu_4は,C15b型立方晶構造を持ち,常圧下では温度T_v40Kにおいて1次の価数転移を起こす。LIII吸収や光電子分光実験等どちらかというと表面状態に敏感な測定法から,価数転移に伴う価数の変化はほぼ0.3程度であると報告されている。一方,Reinertらが行った結晶のバルクの性質を見る体積弾性率の測定結果からは,転移に伴う4f殻のホール占有率の変化量Δn_fが0.9程度あるという報告がある。本研究は,転移に伴うエントロピーの圧力(P)依存性を測定し,Δn_fの情報をバルクな性質を見る比熱測定から得ることを目的に行った。その結果,転移温度は-16.2K/GPaで昇圧とともに減少することを見出した。転移エントロピーも昇圧とともにわずかながら減少する傾向がある。Ramirez&Falicovの方法で解析したところ,Δn_fは,体積弾性率の結果に近い0.6程度の大きな値をなり,昇圧とともに増大する傾向がある。解析から同時に得られるf電子のエネルギー順位,局在f電子とワーニエ軌道の相互作用定数,伝導帯のバンド幅は,昇圧とともに単調減少した。2.極低温高圧中電気抵抗測定装置の開発2GPa付近でYbInCu_4のT_vは消失する。この量子臨界点付近で超伝導の発現を期待して,希釈冷凍機とクランプ式高圧電気抵抗測定用試料セルを組み合わせた,極低温高圧中電気抵抗測定装置を開発した。本装置では,現在150mK,1.9GPaまでの測定が可能であるが,今のところ超伝導の発現は観測されていない。今後,セル材質を変え限界圧力を増大し,再度超伝導の可能性について検討する。3.昨年度から継続して行っている研究の実績UCu2Snでは,4極子秩序の秩序変数の情報を得ることと相図を作成する目的で磁場中弾性率の測定を行った。この結果,秩序変数は0_2^2である可能性が高いことが分かった。相図については,磁場をc軸に平行に印可すると転移温度TQは,磁場増大とともに減少し,a軸と45度の方向に磁場を印可した場合は増大することを見出した。1.UCu_2Snの強的4極子秩序温度における磁場依存性これまで,我々はUCu_2Snが強的4極子秩序することを初めて見出し,その秩序の起源が5f電子基底状態非磁性2重項Γ_5に有ることを明らかにしている。本年度の研究においては,秩序温度の磁場依存性を様々な磁場方向から測定し,温度・磁場平面における4極子秩序相図を完成した。完成した相図を説明するため,4極子・歪み相互作用,4極子間相互作用およびゼーマン相互作用を考慮して詳細な解析を行った結果,これまで測定した,弾性率,比熱,磁化率および相図のすべてを説明する結晶場モデルを得ることに成功した(このモデルについては現在投稿準備中)。
確率密度関数/モーメント組み合わせ法による乱流非予混合燃焼のモデリング

乱流非予混合(拡散)燃焼のモデリング手法の一つである確率密度関数(PDF)法の解析精度の向上が可能となる確率密度関数/モーメント組み合わせ法の開発および本手法を用いた噴流拡散火炎の解析を行った。また本手法の利用拡大を検討するために、炉内燃焼の実験的検討を行った。また、浮き上がり拡散火炎の基部構造の検討を行った。得られた成果は以下の通りである。1.PDF法の解析精度を改善するために、混合分率の平均値と分散値のモーメント式とPDF法を同時に解析し、モーメント式から得られた平均値と分散値を参照値とし、PDFを輸送するPDF/モーメント法を提案した。また本手法をコンサーブド・スカラー・アプローチに基づき、噴流拡散火炎に適用し、その有効性を確認した。さらに本手法を詳細反応機構に拡張し解析を行った。その結果、噴流拡散火炎における局所消炎と再着火現象が本手法により再現できることを確認した。2.環境汚染物質の低減を念頭に、円筒形燃焼炉内の噴流拡散火炎を対象に、燃焼器と燃焼室の組み合わせに基づく火炎特性について検討した。特に、燃焼室内径、総括当量比、火炎境界乱れの影響について検討した。その結果、これらのパラメータの増加によって、NOx排出量が低減することを明らかにした。また、高温空気燃焼の実験を行い、その燃焼特性を調査した。ガス燃焼では燃料ノズルと空気ノズルのノズル問距離を広げるとNOx排出量は低減することが明らかとなった。これは燃料と酸化剤の混合特性時間が増大し、希釈の効果が促進されるためであると考えられる。本結果はPDF/モーメント組み合わせ法の目標火炎となることを示した。3.PDF/モーメント組み合わせ法の利用拡大を目指し、対向流拡散火炎と浮き上がり拡散火炎のedge火炎構造を検討した。火炎端の消炎は一様火炎伸長下における対向流拡散火炎よりも低い火炎伸長で消炎することを明らかにした。また、浮き上がり拡散火炎の火炎基部の統計的特性が従来のフレームレットモデルとスカラー場変数(G)との組み合わせで表現できる可能性を示した。本研究は,乱流燃焼のモデル解析の一つである確率密度関数法の高度化とその応用を目的としている。確率密度関数法は反応を厳密に解析できるという利点があるが,解法としてモンテカルロ法を使用するため解析負荷が高くなる欠点がある。また,解析精度が有限差分法に比べ,劣る欠点があり,この問題を解決する必要がある。乱流燃焼場はモデル確率密度関数輸送方程式で表現することができるが,この方程式の1次および2次モーメント式はモデルモーメント式を再現するようにモデル化されている。すなわち,両者は一体のものであり,モデル確率密度関数輸送方程式で解析される1次モーメントと2次モーメントは1次および2次モデルモーメント式で解析されたモーメントと一致しなければならない。そこで,本研究ではモデル確率密度関数輸送方程式とモデルモーメント式を同時に解き,解析精度に優れるモデルモーメント式から求まる1次モーメントと2次モーメントに合致するように,モデル確率密度関数輸送方程式の確率密度関数を輸送する確率密度関数/モーメント法の確立を行った。本手法の解析精度を評価する上で,反応を直接扱うことは誤差評価を複雑にする。

そこで本研究の第一段階として,コンサーブドスカラーコンセプト(フレームレットモデル)に基づく確率密度関数法/モーメント組み合わせ法による解析を行い,従来のモーメント法(フレームレットモデル)の解析結果と比較検討し,本手法の精度評価を行った。解析対象は乱流非予混合燃焼の計測と解析の国際ワークショップでターゲット火炎として公開されているH3火炎(水素1:窒素1体積)である。本手法とフレームレットモデルモーメント法の解析結果は同程度の解析結果が得られることを確認し,本手法の有効性を示した。第二段階として,本手法に9化学種,20段詳細反応機構を導入し,H3火炎を対象に解析を行った。本解析結果と実験結果を比較し,本手法の評価を行った。ただし,本解析は放物型方程式の解析を行っており,着火の必要が生じた。実際の火炎はノズル保炎火炎であり,両者の比較において,実験では確認されないノズルリムすぐ下流で局所消炎が解析結果に現れた。これは着火に基づく解析誤差と思われる。この点については今後改良する予定である。これらの成果は学会で発表するとともに,日本機械学会論文集に投稿した。本研究は,乱流燃焼のモデル解析の一つである確率密度関数法の高度化とその応用を目的としている。確率密度関数法は反応を厳密に解析できるという利点があるが,解法としてモンテカルロ法を使用するため解析負荷が高くなる。また,解析精度が有限差分法に比べ,劣る欠点があり,この問題を解決する必要がある。乱流燃焼場はスカラー確率密度関数輸送方程式で表現することができるが,この方程式の1次および2次モーメント式はモデルモーメント式を再現するようにモデル化されている。すなわち,モデル確率密度関数輸送方程式で解析される1次モーメントと2次モーメントはモーメント法で解析される1次および2次モデルモーメント式の解析結果と一致しなければならない。初年度において,モデル確率密度関数輸送方程式とモデルモーメント式を同時に解き,解析精度に優れるモデルモーメント式から求まる1次モーメントと2次モーメントに合致するように,モデル確率密度関数輸送方程式の確率密度関数を輸送する確率密度関数/モーメント法の確立を行った。また,本手法の有効性を確認するために,コンサーブドスカラーコンセプト(フレームレットモデル)に基づく確率密度関数法/モーメント組み合わせ法による噴流拡散火炎の解析を行い,従来のモーメント法(フレームレットモデル)の解析結果と比較検討し,本手法によって大幅な解析精度の改善が得られることを確認した。しかし,噴流火炎の下流において,解析精度の低下が依然として存在することを確認した.この問題は流れ場の解析に起因している可能性がある.これまで流れ場の解析で使用してきたk-ε2方程式は一様等方性乱流場を基にモデル化された手法であり,乱流燃焼場のような強非等方性乱流場の解析には不向きの可能性がある.そこで,流れ場の解析にレイノルズ応力モデルを導入することを試みた.この手法を導入したフレームレットモデル法と確率密度関数/モーメント法の解析を行った.また,本解析結果と実験結果を比較し,本手法の評価を行った。この結果,噴流火炎全体において解析精度の向上が確認できた.