hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高次精度粒子法の開発

本年度は,一昨年度,及び昨年度において開発・改良したLeast Squares Moving Particle Semi-implicit法(以下,LSMPS法と記す.)の空間離散化スキームの更なる改良を行った.具体的には,Neumann境界条件を重み付き最小二乗法により拘束するLSMPS Constraintスキームの拡張版として,支配方程式とそれを微分したもの,そしてNeumann境界条件とそれを微分したものをそれぞれ重み付き最小二乗法を用いて空間の離散化の手順において多重に拘束することによりさらなる高精度かつ高計算効率を実現する,LSMPS Multiple-order Differential Constraint(MDC)スキームを開発した.また,既存のLSMPS法に関する文献ではScalar変数の離散化に適用される離散化スキームのみ定式化されていたが,応力テンソルに関するNeumann境界条件など,速度や変位などのVector変数の複数成分にまたがって微分値の拘束が必要な境界値問題に適用できる,LSMPS Vector Constraintスキームの開発も行った.さらに,Laplace作用素の近似を,最も低次精度(一次のConsistency)であるが最も局所的に行えるメッシュフリー空間離散化スキームや,有限差分法の分野において近年発展しているコンパクトスキームをメッシュフリー法に一般化した,メッシュフリーコンパクトスキームの開発も行った.これらのスキームの精度や収束性に関して,数学的な考察や数値実験などを行い,開発した離散化スキームを適用することにより高次精度のメッシュフリー数値解析が行えることを示した.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は、流体解析手法の一つとして、高次精度粒子法(メッシュフリー法)の開発を行った。その成果は、論文誌にて2本の論文として投稿し、公開されている。また、国内にて5件、海外にて7件の研究発表を行った。概要は、以下の通りである。1.任意次数の適合性(Consistency)条件を満たすメッシュフリー法のための空間離散化スキームを、重み付き最小二乗法を用いて定式化した。その適合性を、数値実験及び数学的な証明により示した。また、最小二乗法を用いた従来の空間離散化スキームと比べて、係数行列の条件数がより小さく、一様に有界となるように改良したため、既存のスキームより数値的に高精度な解が得られるようになった。2.非一様(Non-homogeneous)なNeumann境界条件とDirichlet境界条件を有する混合型境界値問題一般に対して適用可能な、強形式のメッシュフリー解析手法を定式化した。Poisson方程式の収束性を数値的に示すことにより、その妥当性を確認した。3.従来では構造格子上でのみ用いられてきたコンパクト差分スキームを、最小二乗法を用いて一般化することにより、非構造的な計算点の配置、すなわちメッシュフリーの枠組みの中においても用いることが可能なコンパクトスキームの定式化を行った。このスキームが、通常に用いられる空間離散化スキームより高次の適合性条件を満たすことを、数値実験及び数学的な証明により示した。4.自由境界を伴う非圧縮流れの支配方程式であるLagrange記述に基づくNavier-Stokes方程式に対して、数値的に安定なソルバとして、速度場と圧力場を陰解法により解くアルゴリズムを定式化した。具体的には、Navier-Stokes方程式の粘性項や、圧力Poisson方程式に現れる、Laplace作用素を離散化するための新たなスキームの開発を行った。新たに開発された離散化スキームでは、少なくとも一次の適合性(Consistency)を有するスキームの中では最も局所的な離散化が行えるため、離散化に必要な近傍粒子数が最も少くて済む。それによって、粒子配置が粗な部分においても適合性を保った離散化が可能となり、また従来のスキームと比べても精度・計算効率が向上した。この成果は既に、国際学会、及び論文誌において発表されている。また、メッシュフリーの枠組みの中で適用できるコンパクトスキームについても改良を行い、さらなる精度や計算効率の向上が実現された。この成果については、次年度、論文誌において発表する予定である。メッシュフリー空間離散化スキーム、及び時間積分スキームの開発・改良に関しては着々と進捗があり、その成果も学会発表、もしくは論文誌にて発表しているため。本年度は,一昨年度,及び昨年度において開発・改良したLeast Squares Moving Particle Semi-implicit法(以下,LSMPS法と記す.)の空間離散化スキームの更なる改良を行った.具体的には,Neumann境界条件を重み付き最小二乗法により拘束するLSMPS Constraintスキームの拡張版として,支配方程式とそれを微分したもの,そしてNeumann境界条件とそれを微分したものをそれぞれ重み付き最小二乗法を用いて空間の離散化の手順において多重に拘束することによりさらなる高精度かつ高計算効率を実現する,LSMPS Multiple-order Differential Constraint(MDC)スキームを開発した.また,既存のLSMPS法に関する文献ではScalar変数の離散化に適用される離散化スキームのみ定式化されていたが,応力テンソルに関するNeumann境界条件など,速度や変位などのVector変数の複数成分にまたがって微分値の拘束が必要な境界値問題に適用できる,LSMPS Vector Constraintスキームの開発も行った.さらに,Laplace作用素の近似を,最も低次精度(一次のConsistency)であるが最も局所的に行えるメッシュフリー空間離散化スキームや,有限差分法の分野において近年発展しているコンパクトスキームをメッシュフリー法に一般化した,メッシュフリーコンパクトスキームの開発も行った.

これらのスキームの精度や収束性に関して,数学的な考察や数値実験などを行い,開発した離散化スキームを適用することにより高次精度のメッシュフリー数値解析が行えることを示した.計画していた手法の開発を終え、その成果を論文誌に掲載しているため。差分法において用いられるコンパクトスキームをメッシュフリー法に適用できるように拡張したメッシュフリーコンパクトスキームをさらに改良し、高周波成分を除去して数値安定化を図るコンパクトフィルターの導入を検討する。また、従来の粒子法のような完全なLagrange的記述に基づく手法においては、流れ場の時間発展に伴い、空間離散化の観点から適切、あるいは望ましいとされる粒子配置が保てなくなるという問題があるため、その問題点を払拭するために、任意Lagrange-Euler法(Arbitrary Lagrangian Eulerian, ALE)の導入を検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。開発した流体解析手法の更なる高精度化と数値安定化の両立を図る。また、その手法の応用として、高次精度粒子法の構造力学への応用を試みる。
複合材料強化用p-アラミド繊維の超臨界流体を用いた新規表面処理法

本研究では、ポリパラフェニレンフタルアミド(PPTA)繊維(p-アラミド繊維)を取り上げ、その特異的な結晶性を利用して従来と全く異なる新規方法による複合材料の繊維-樹脂界面の強化を図るとともに、その界面強化機構を明らかにすることを目的にした。紡糸の改良によって得られる特異な結晶構造はアラミド繊維のプリーツ結晶構造に主に依存する。普通はプリーツ同士は詰まっているが、本研究で用いた繊維では結晶間の間隙が広がっている。この間隙は試薬の浸透を容易にすると見られた。そこで本研究ではこの繊維に界面強化を図る試薬を浸透させ、固着させるように工夫した。浸透をさらに促すために二酸化炭素超臨界流体を用いた。次に、熱処理によって繊維の結晶間間隙を狭めて、繊維に試薬を固定するように試みた。界面強化試薬としてはガラス繊維で界面強化用に用いられるシラン剤とフィルムフォーマを用いた。これらの試薬の間には加熱下で相互的に結合して網目構造を生成して、結晶間間隙内の固着を助長すると予想された。このような概念の元で実際に繊維を処理したところ、界面強度で最高60%程度の改善が得られた。種々のマトリックス樹脂に対応する界面強化試薬の選択では、ガラス繊維の表面処理で用いられている最適な処理剤組合せを適用すれば十分であった。試薬の処理量では最適量が有ることも分かった。以上の結果は現象論的観点から上述の処理機構を支持するものであった。界面強化機構を構造論的に知るために、試薬の繊維浸透、試薬の網目構造、繊維結晶の変化について、それぞれ、FTIR-ATR法による浸透量評価、Cup&Pin法及びFTIRによる網目構造の発現解析、及び、X線回折による微結晶サイズの評価を行った。その結果、上記の処理機構を裏付ける直接的な結果が得られた。とくに微結晶サイズの評価結果から、この処理が従来問題であった処理剤による繊維強度の低下を示さない画期的方法と判断された。アラミド繊維類は複合材料化においてマトリックス樹脂との界面接着性が乏しい。このために、高性能複合材料としての活用は未だに低い。本研究では、とくに、ポリパラフェニレンフタルアミド(PPTA)繊維を取り上げ、その特異的な結晶性を利用して従来と全く異なる新規方法による界面強化を図り、その界面強化機構を学術的に明らかにする。この結果を通じて、本法の優位性を示すとともに、処理工程の最適化に及ぼす要因について指針を与える。本研究では、先行研究の成果をもとに、次の2段階手順で繊維の処理を行った。第1に、PPTAの結晶間間隙を広げた状態で低分子を挿入させた(インターカレーション的技法)。この広がった結晶間間隙を加熱して狭くさせて、繊維からの低分子拡散を防いだ。より固着性を高めるために、加熱時に低分子間に結合あるいは架橋を生じさせて結晶間で高分子化させた(ネットワーク形成技術)。これらの技法を活かして、次のような結果を得た。処理剤組成の検討ではガラス繊維用処理剤として知られるシラン剤とフィルムフォーマの組合せが良好な樹脂/繊維界面強化を示した。フィルムフォーマとして具体的にはウレタン結合からなるエマルジョンを用いた。シラン剤はマトリックス樹脂がエポキシ樹脂であったのでアミノ系のシラン剤とした。このような組合せは前述のネットワーク形成技術達成に相応しいと見られた。処理剤浸透促進のために二酸化炭素超臨界処理を用いた。

浸透程度の検討には現在のところ赤外分光ATR法が相応しいと判断された。分光スペクトルの強度から相対的な浸透程度を評価することが出来た。処理した繊維は界面せん断強度をマイクロドロップレット法から評価した。複合材料形態としては一方向繊維エポキシ樹脂複合材料を作製した。その結果、本表面処理によって界面強度および曲げ強度を増加させることが明らかになった。アラミド繊維類は複合材料化においてマトリックス樹脂との界面接着性が乏しい。このために、高性能複合材料としての活用は未だに低い。本研究では、とくに、ポリパラフェニレンフタルアミド(PPTA)繊維を取り上げ、その特異的な結晶性を利用して従来と全く異なる新規方法による界面強化を図り、その界面強化機構を学術的に明らかにすることを目的にした。本研究では、先行研究並びに昨年度の成果をもとに、次の2段階手順で繊維の処理を行った。第1に、PPTAの結晶間間隙を広げた状態で低分子を挿入させる(インターカレーション的技法)。この広がった結晶間間隙を加熱によって狭くさせて、繊維からの低分子拡散を防いだ。より固着性を高めるために、加熱時に浸透した低分子同士が架橋によって結晶間隙内で高分子化させた(ネットワーク形成技術)。これらの技法を活かして、処理剤組成としてガラス繊維用処理剤として知られるシラン剤とフィルムフォーマの組合せを用いれば良好な界面強化を示すことが分かった。今年度ではこれらの処理剤の浸透及び加熱に伴う処理剤の高分子化に関する基礎的知見も得た。始めに、TMAによって最適な処理混合剤の加熱に伴う変化を分析した。その結果、シラン剤とフィルムフオーマの組み合わせでは粘弾性を向上させ、架橋による高分子化が確かめられた。浸透性についてはFTIR-ATR法によって繊維に浸透した処理剤の検討を行なった。その結果、シラン剤及びフィルムフォーマも処理後には繊維内部に存在することが分かった。処理剤の浸透は界面強度及び一方向繊維強化複合材料の曲げ強度を増加させた。繊維複合材料の引張試験から処理繊維では繊維のフィブリル化を著しく抑制することが分かった。以上の結果から、本処理方法は従前のPPTA複合材料特性を改善することが確かめられた。本研究における表面処理で想定される機構は次の通りである。まず、結晶間間隙を広げたp-アラミド繊維に低分子を浸透挿入させる。広がった結晶間間隙を特定の温度で狭くさせると同時に、挿入した低分子間で結合を生じさせ高分子化させる。加熱に伴うこの両者の作用によって繊維に処理剤が固着する。このような構想の可能性は当該処理繊維による複合材料の力学特性に関する昨年度までの研究から高く支持された。しかしながら、繊維構造や処理剤の分子論的観点からの実証はなかった。今年度は処理法として超臨界流体法あるいは浸漬法を用いて処理した繊維の結晶構造をX線回折から評価した。処理剤の加熱に伴う高分子化はTMAカップピン法及び赤外分光法から評価した。評価した結果、加熱に伴う微結晶サイズの拡大と結晶化率の保持から結晶間間隙の狭小化が認められた。処理剤では加熱による処理剤の粘度向上及び架橋促進が見出された。
コンピュータ・グラフィックスによる3次元体表面心臓電位図の研究

前年度に方法として開発されたコンピュータグラフィック心電図(CGECG)を用いた正常例から得られたデータを基礎として、今年度は各種病態、すなわち、右心室肥大、左心室肥大、虚血性心疾患(狭心症、心内膜梗塞、前壁心筋梗塞、下壁心筋梗塞)、伝導障害(不完全右脚ブロック、完全右脚ブロック、完全左脚ブロック、左前枝ブロック、WPW症候群)、不整脈(洞性不整脈、心室期外収縮、心房粗動、心房細動)、肥大性心筋症、ジギタリスなどについて調べた。この結果、それぞれの病態に病徴的ともいえる特異なカラーパターンと電位分布のあることが判明した。これにより従来のスカラー、あるいは、ベクトル心電図に比べ新たに開発されたCGECGには、(1)心臓の出来現象は、もともと、3次元空間に展開されている現象であるから、CGECGによる立体表示によりこれをさらに本来の姿に近づいた形で見ることができる。(2)トルソー表面に現れる心臓の電気現象は、大部分電気双極子の考えで理解できるので、立体表示により体表面心電図を正負の対応において見ることができる。(3)臨床的に重要な部分が中央で拡大表示されるので、視覚的に直ちに異常が発見される。(4)右脚系と左脚系、ならびに、右心と左心の興奮をそれぞれの半球にほぼ分離して表示できる。(5)T波の変化を図形としてわかりやすく表示できる。という利点があることが判明したので、今後の広い臨床応用が期待される。コンピュータ・グラフィックスを用いて,体表面で記録される心臓電位を3次元のカラー立体画像として表現し,任意の面から観察,解析し得る方法,装置を新しく開発した.まず従来に比べより安定した,より正確な基準(ゼロ)電位を作るために心電図記録装置の入力箱に32個のバッファアンプを設置し得られる電位を1点に結合して全平均電位を得た.そしてコンピュータ・ロジックに基づく体表面の32個所(体前面21個所,後面11個所,ならびに前後面それぞれ16個所)から心電図を記録し,これをA/D変換部分を経て16ビット・パソコンを中心とするマツビングシステムに入力した.次に4秒間取り込んだモニター上の心電図波形の中から任意の1波形(ターゲット心拍)を取り出し,この波形について既に全誘導で2msecごとにデジタル化された電位を用い左鎖骨中線と左第5助骨の交点レベルに赤道面を持ち,このレベルにおける左右中腋窩線間の胸壁に沿った長さを直径とする球形画像を作った.この際,その球形を経線方向に36等分,緯線方向に20等分し,球表面に720個の小区画を作り,実測,ならびに線形補間法により得られた計算値に応じたカラーをペイントしたが,カラーベースとして赤>紫>白>水色>青>黒の6色と単位>白>ゼロとするこの順序で電位の大きさを示すことにした.さらに,またこの球表面を8等分し,各1/8球面に18までの面番号をつけ,各1/8球面にある90個の小区画については190までの番号を付した.これにより何面何番に異常があることと色分布についての統計的処理が可能となった.そしてこのような方法,装置により2080歳代の正常55例について, Q波, R波, S波, J点, ST部分, T波などについて調べると,どの波でも基準となる正常のカラーパターンと統計的な色分布のあることが明らかとなった.前年度に方法として確立されたコンピュータグラフィック心電図(CGECG)を用い正常例から得られたデータを基礎として、今年度は各種病態、すなわち、右心室肥大、左心室肥大、虚血性心疾患(狭心症、心内膜下梗塞、前壁心筋梗塞、下壁心筋梗塞)、伝導障害(不完全右脚ブロック、完全右脚ブロック、完全左脚ブロック、左前枝ブロック、WPW症候群)、不整脈(洞性不整脈、心室期外収縮、心房粗動、心房細動)、肥大性心筋症、ジギタリスなどについて調べた。

この結果、それぞれの病態に病徴的ともいえる特異なカラーパターンと電位分布のあることが判明した。これにより従来のスカラー、あるいは、ベクトル心電図に比べ新たに開発されたCGECGには、(1)心臓の電気現象は、もともと、3次元空間に展開されている現象であるから、CGECGによる立体表示によりこれをさらに本来の姿に近づいた形で見ることができる。(2)トルソー表面に現れる心臓の電気現象は、大部分電気双極子の考えで理解できるので、立体表示により体表面心電図を正負の対応において見ることができる。(3)臨床的に重要な部分が中央で拡大表示されるので、視覚的に直ちに異常が発見される。(4)右脚系と左脚系、ならびに、右心と左心の興奮をそれぞれの半球にほぼ分離して表示できる。(5)T波の変化を図形としてわかりやすく表示できる。という利点があることが判明したので、今後の広い臨床応用が期待される。
遺伝子発現時系列データ解析技法の開発

・典型的なタンパク質の時系列トラジェクトリーは,生物学的知識を適用して幾つかの群に分類し,群ラベルを与えることができる場合が多い.このようなラベルが付けられたデータを学習データとして用いて,ラベルが付けられなかったタンパク質の(非典型的)時系列トラジェクトリーを判別するのに有用な関数ロジスティック判別分析法を開発した.この方法は,離散的ないくつかの時点において観測されたデータを,滑らかな関数を観測したときの誤差を伴う実現値と考え,この関数を基底関数展開で近似した上で,平滑化法によって推定するというアイディアで,まず潜在する真のタンパク質の質量変化トラジェクトリー曲線を推定する.次にロジスティックモデルを導入し,非典型的なデータの判別に適用する方法である.方法論として新しく,国際計量生物学会等で発表するとともに論文として公表した.・オクラホマ大学医学部松本博行教授のグループは,427個のスポットにおける生後1,3,5,7,9,14,21,28日目のマウス網膜のタンパク質を,2次元ゲルを用いて観測している.また, Haniu et al. (2006)はこのデータのうち134個のタンパク質の典型的トラジェクトリーをJuvenile, Adult, Transientの3群にラベリングしている.開発した方法を適用し,除外基準をみたす残りの231個について判別をおこない有意義な結果をえたこの結果を学術専門誌に投稿するための作業を行っている.◇柳川、荒木は,研究協力者である,松本博教授(オクラホマ大学、医学部)を訪問し,松本教授が行った研究「生後発達中のマウス網膜の蛋白質を時間的に追跡した発現データに基づいて,発達段階のどの時点でどの遺伝子が関わっているかの解明」のデータ及関連データを頂くとともに,関連する生物学的知識を教えていただき,このデータを中心に当該課題の研究を行った。◇荒木は,ロジスティック判別関数を「予測変数が関数である」場合の「関数ロジスティック判別解析法」に一般化した,一般化の過程で,観測地よりも未知パラメータの個数が多い,いわゆる"n<p"問題に対処するため正規化法を導入し,またモデルに含まれる未知パラメータを選択して最適なモデルを設定するためにベイズ情報量基準を導入した。◇開発した関数ロジスティック判別解析法を,松本教授からいただいた生後発達中のマウス網膜のたんぱく質時系列データに適用し,松本教授のグループが分類できなかった遺伝子を,松本教授が設定したクラスに分類することに成功した。◇国際会議を開催し,以上の成果を世界に向けて情報発信した。・典型的なタンパク質の時系列トラジェクトリーは,生物学的知識を適用して幾つかの群に分類し,群ラベルを与えることができる場合が多い.このようなラベルが付けられたデータを学習データとして用いて,ラベルが付けられなかったタンパク質の(非典型的)時系列トラジェクトリーを判別するのに有用な関数ロジスティック判別分析法を開発した.この方法は,離散的ないくつかの時点において観測されたデータを,滑らかな関数を観測したときの誤差を伴う実現値と考え,この関数を基底関数展開で近似した上で,平滑化法によって推定するというアイディアで,まず潜在する真のタンパク質の質量変化トラジェクトリー曲線を推定する.次にロジスティックモデルを導入し,非典型的なデータの判別に適用する方法である.方法論として新しく,国際計量生物学会等で発表するとともに論文として公表した.・オクラホマ大学医学部松本博行教授のグループは,427個のスポットにおける生後1,3,5,7,9,14,21,28日目のマウス網膜のタンパク質を,2次元ゲルを用いて観測している.また, Haniu et al. (2006)はこのデータのうち134個のタンパク質の典型的トラジェクトリーをJuvenile, Adult, Transientの3群にラベリングしている.開発した方法を適用し,除外基準をみたす残りの231個について判別をおこない有意義な結果をえたこの結果を学術専門誌に投稿するための作業を行っている.
湖沼・湿地生態系の制御機構を大きく変化させる要因の抽出と変化のプロセスの解明

コイ(Cyprinus carpio)とアメリカザリガニ(Procambarus clarkii)は,淡水生態系においてカタストロフィック・シフトを引き起こす侵略的外来種である.これらの動物は底泥の撹乱を通じて,堆積物の化学的・物理的性質を改変する,またキーストーン種である沈水植物の現存量を減らすなど,他の生物群集の利用する資源利用様式を改変する(エコシステム・エンジニア).本研究では,隔離水界を用いて,コイとザリガニの生態的影響が,密度に応じてどのように変化するかを定量的に調べた.霞ヶ浦に面する国土交通省の実験池に21基の隔離水界(2m×2m×水深80cm)を設置し,野外操作実験を行った.実験池には,あらかじめ沈水植物の土壌シードバンクを含むs浚渫土をまきだした.実験は,自然条件をふまえて,コイとザリガニの密度をそれぞれ3段階(0.25・0.5・0.75 individuals/m^2,3・6・9 individuals/m^2)に操作した処理区に対照区をくわえ,計7処理区を設け,40日間実施した.実験の結果,水質や生物群集構造に与える影響は,コイとザリガニ間で密度操作に対する応答が異なった.水質への影響は,概して,ザリガニよりもコイのほうが大きかった.例えば,ザリガニ区では密度の増加に伴って懸濁物(セストン)量とクロロフィル量が直線的に増加したのに対し,コイ区では低密度でも高密度に匹敵する高い値を示した.一方,沈水植物の発芽・定着へ与える負の影響は,コイよりもザリガニのほうが大きかった.コイの中・高密度区では沈水植物は認められなかったが,低密度区では対照区同様に,リュウノヒゲモとオオトリゲモが認められた.しかしザリガニ区では密度に関わりなく,沈水植物はまったく生育しなかった.またコイもザリガニも底生無脊椎動物群集を減少させた,一方でコイのみが小型の動物プランクトン群集を増加させた.以上の結果から,外来のエコシステム・エンジニアの生態的影響は,その密度や種の特性によって大きく変わることが示された.これらの研究は,外来種駆除や保全管理に重要な知見を提供すると考えられる.コイ(Cyprinus carpio)とアメリカザリガニ(Procambarus clarkii)は,淡水生態系においてカタストロフィック・シフトを引き起こす侵略的外来種である.これらの動物は底泥の撹乱を通じて,堆積物の化学的・物理的性質を改変する,またキーストーン種である沈水植物の現存量を減らすなど,他の生物群集の利用する資源利用様式を改変する(エコシステム・エンジニア).本研究では,隔離水界を用いて,コイとザリガニの生態的影響が,密度に応じてどのように変化するかを定量的に調べた.霞ヶ浦に面する国土交通省の実験池に21基の隔離水界(2m×2m×水深80cm)を設置し,野外操作実験を行った.実験池には,あらかじめ沈水植物の土壌シードバンクを含むs浚渫土をまきだした.実験は,自然条件をふまえて,コイとザリガニの密度をそれぞれ3段階(0.25・0.5・0.75 individuals/m^2,3・6・9 individuals/m^2)に操作した処理区に対照区をくわえ,計7処理区を設け,40日間実施した.実験の結果,水質や生物群集構造に与える影響は,コイとザリガニ間で密度操作に対する応答が異なった.水質への影響は,概して,ザリガニよりもコイのほうが大きかった.例えば,ザリガニ区では密度の増加に伴って懸濁物(セストン)量とクロロフィル量が直線的に増加したのに対し,コイ区では低密度でも高密度に匹敵する高い値を示した.一方,沈水植物の発芽・定着へ与える負の影響は,コイよりもザリガニのほうが大きかった.コイの中・高密度区では沈水植物は認められなかったが,低密度区では対照区同様に,リュウノヒゲモとオオトリゲモが認められた.しかしザリガニ区では密度に関わりなく,沈水植物はまったく生育しなかった.またコイもザリガニも底生無脊椎動物群集を減少させた,一方でコイのみが小型の動物プランクトン群集を増加させた.以上の結果から,外来のエコシステム・エンジニアの生態的影響は,その密度や種の特性によって大きく変わることが示された.これらの研究は,外来種駆除や保全管理に重要な知見を提供すると考えられる.本研究では、IUCN侵略的外来種100に記載されているコイ(飼育型)の生態的影響を明らかにすることを目的として、隔離水界(2m×2m)を用いて、コイによる底泥撹乱と栄養塩排出が栄養塩循環および生物群集に与える影響を評価した。霞ヶ浦湖岸にある国土交通省の実験池(木原水友園)に、隔離水界を設置して野外操作実験を行った。実験処理区はコイの有無、底泥へのアクセスの有無(「無」では水中に張ったネットでアクセスを遮断)の2要因からなる4処理区を設けた。また実験開始前に全ての処理区に沈水植物を植栽し、コイの導入区には20cm弱のコイを1尾投入した。2ヶ月の実験の結果、底泥へのアクセスの可否にかかわらず、コイがいるだけで沈水植物は著しく減少し、水中にはシアノバクテリアが優占し透明度が低下した。またコイの底泥撹乱による懸濁物の増加も観察されたが、その効果は弱かった。このことから底泥撹乱を介した効果よりも栄養塩排出(尿)を介した効果が大きいことが明らかになった。

一方、他の生物群集に与える影響として、ワムシ類(小型動物プランクトン)の増加やベントス(特に貧毛類)の減少がみられた。これらはコイの導入に伴う間接効果と考えられた。以上の実験結果から、コイはエコシステム・エンジニア(Ecosystem engineer)として栄養塩排出や摂食などの直接効果、間接効果を通して、生態系を大きく改変することが明らかになった。またコイの導入は、沈水植物の卓越する透明度の高い安定系から植物プランクトンが優占する濁度の高い安定系へのカタストロフィック・シフトを引き起こすことが示唆された。コイの生態的影響は強いと考えられ、今後不適切な放流を見直す必要があると考えられる。コイ(Cyprinus carpio)とアメリカザリガニ(Procambarus clarkii)は,淡水生態系においてカタストロフィック・シフトを引き起こす侵略的外来種である.これらの動物は底泥の撹乱を通じて,堆積物の化学的・物理的性質を改変する,またキーストーン種である沈水植物の現存量を減らすなど,他の生物群集の利用する資源利用様式を改変する(エコシステム・エンジニア).本研究では,隔離水界を用いて,コイとザリガニの生態的影響が,密度に応じてどのように変化するかを定量的に調べた.霞ヶ浦に面する国土交通省の実験池に21基の隔離水界(2m×2m×水深80cm)を設置し,野外操作実験を行った.実験池には,あらかじめ沈水植物の土壌シードバンクを含む浚渫土をまきだした.実験は,自然条件をふまえて,コイとザリガニの密度をそれぞれ3段階(0.25・0.5・0.75individuals/m^2,3・6・9individuals/m^2)に操作した処理区に対照区をくわえ,計7処理区を設け,40日間実施した.実験の結果,水質や生物群集構造に与える影響は,コイとザリガニ間で密度操作に対する応答が異なった.水質への影響は,概して,ザリガニよりもコイのほうが大きかった.例えば,ザリガニ区では密度の増加に伴って懸濁物(セストン)量とクロロフィル量が直線的に増加したのに対し,コイ区では低密度でも高密度に匹敵する高い値を示した.一方,沈水植物の発芽・定着へ与える負の影響は,コイよりもザリガニのほうが大きかった.コイの中・高密度区では沈水植物は認められなかったが,低密度区では対照区同様に,リュウノヒゲモとオオトリゲモが認められた.しかしザリガニ区では密度に関わりなく,沈水植物はまったく生育しなかった.またコイもザリガニも底生無脊椎動物群集を減少させた,一方でコイのみが小型の動物プランクトン群集を増加させた.以上の結果から,外来のエコシステム・エンジニアの生態的影響は,その密度や種の特性によって大きく変わることが示された.これらの研究は,外来種駆除や保全管理に重要な知見を提供すると考えられる.
関数空間上の作用関数によるFourier multiplierの研究

本研究ではFourier multiplierについての研究を行った。コンパクトabel群G上のp-q multiplierの極大イデアル空間を決定した。特にGの双対群がその中で稠密である事を示したが、このことはp-q multiplierのスペクトルが自然なものである事を示している。また、p-2 multplierの作用関数もすべて決定した。局所コンパクトabel群G上のL^P-multiplierでFourier変換が無限遠で0になっているもの全体からなる環C_0M_P (G)では、Apostol環と最大正則閉部分環RegC_0M_P (G)が一致し上の環の中で極大になっている事を示した。その際multiplierを例として含む抽象的な可換Banach環の問題として捉え、そのような環に対してApostol環と最大正則部分環の一致性を示した。特に極大イデアル空間が点列などのように希薄な集合の場合は、さらにそれらがWiener-Pitt現象を起こさないもの全体になっている事を示した。p=1あるいはGがコンパクトの場合はLaursen-Neumannの理論からRegC_0M_P (G)はC_0M_P (G)の極大イデアル空間でGの相対群の外側で0になるもの全体空なる閉イデアルC_<00>M_P (G)に一致する事が分かっていた。本研究代表者は1<p<∞, p≠2のときRegC_0M_P (R^n)はイデアルにならない事、C_<00>M_P (R^n)={0}等を示した。ある種の局所コンパクトabel群にはその上の有界正則Borel測度で、Wiener-Pitt現象を起こさずradicalにも入っていないものが存在することが知られていたが、任意の非離散局所コンパクトabel群でこの現象がおきる事を証明した。特に、非コンパクトの場合はFourier-Stieltjes変換が無限遠で0になるような測度の中にもこのようなものが存在する事を示した。また、BSE環についても研究も行った。BSE環理論はコンパクトabel群上の測度環に対するスペクトル写像定理の証明に用いられるなど本研究と密接な関係がある。本研究ではオリジナルノルムとBSEノルムが一致する可換Banach環について考察し、群環、半群環、可換H^*環がそのようになっている事を証明した。局所コンパクトHausdorff空間上Yで定義され無限遠点で0になる複素数値連続関数からなる可換Banach環Bについて、その最大正則部分環RegB、対応する積作用素がdecomposableであるような関数全体からなる部分環DecB、自然なスペクトルをもつ関数全体の集合Ns(B)の関係を考察した。特に、RegBがY上の複素数値連続関数全体C_0(Y)の中で稠密の場合には、RegB=DecBでこれらはNs(B)の中の和に関して閉じた集合族の中でで極大であることを示した。

一般にはNs(B)は和に関して閉じているとは限らないから、この結果はある意味で最良のものと見ることが出来る。さらに、Yがscatteredの場合はRegB=DecB=Ns(B)であることも示した。以上の結果をFourier multiplierの環の場合に応用することを考えた。Gを局所コンパクトabel群とし、1<p<∞とする。C_0M_pでL^pmultiplierでそのFouriere変換がGの双対群G^^<^>で連続で無限遠点で0になるもの全体を表す。C_0Mp_pのFourier変換がC_0(G^^<^>)の部分環で、その最大正則部分環がC_0(G^^<^>)で稠密であることから上の結果を適用することができ、RegC_0M_p=DecC_0M_pでこれらがNs(C_0M_p)で極大であることがわかった。また、Gがコンパクトの場合にはRegC_0M_p=DecC_0M_p=Ns(C_0M_p)であることもわかるが、これはすでに知られた結果である。また、最初の結果の別の応用として、Hardy空間のmultiplierのスペクトルについても2、3の結果が得られた。たとえばTを単位円周とし1<p<∞のときH^1-H_pmultiplierで無限遠点で0になるもの全体C_0M(H^1,H^p)についても、RegC_0M(H^1,H^p)=DecC_0M(H^1,H^p)=Ns(C_0M(H^1,H^p)が成立することがわかった。任意の局所コンパクトabel群Gに対するL^P-multiplier(1≦p<2)でFourier変換がGの双対群Gで連続で無限遠でOになるもの全体からなる可換Banach環CoMp(G)を考えるこのときその最大正則閉部分環RegCoMp(G)とApostol環DecCoMp(G)は一致することが本研究代表者により示された.p=1またはGがコンパクトの場合はLaursen-Neumannの理論から、RegCoMp(G)はさらにCoMp(G)の極大イデアル空間Φ_<CoMp(G)>のGの外側でOになるもの全体からなる閉イデアル(CooMp(G)に一致することがわかるp>1でGがコンパクトの場合が問題になるが、G=lR^nの場合はRegCoMp(lR^n)はイデアルにならないこと、CooMp(lR^n)={o}等が本研究代表者により示された.これはL^1(lR^n)によるΦCoMp(Φ^n)の分解とRegComP(Φ^n)によるそれとが一致すること、Jodeitによるmultiplier extension theorem等を用いてなされた.またL^1(lR^n)のCoMp(lR^n)における閉包とRegCoMp(lR^n)は異なることも本研究代表者により明らかにされた.本研究ではWiener-Pitt現象を起こすあるいは起こさないmultiplierについての研究を行なった。局所コンパクトabel群上のmultiplierでFourier変換が無限遠で0になっているもの全体からなる環では、Apostol環と最大正則閉部分環が一致し上の環の中で極大になっている事を示した。その際multiplierを例として含む抽象的な可換Banach環の問題として捉え、そのような環に対してApostol環と最大正則部分環の一致性を示した。
非小細胞肺癌における重粒子線と抗癌剤併用療法の開発

本研究では生物学的側面と物理的側面から重粒子線と化学療法の併用の有用性について検討を行った。生物学的には、X線と同様に重粒子線においても増感作用があることをin vitroで確認した。これにより、併用療法の基礎的な有効性が示された。また物理学的には、局所進行肺癌に対するX線と重粒子線の線量分布の違いについて研究をした。重粒子線治療はX線と比較して、腫瘍に対する線量の集中性が高い一方、周囲への臓器への線量が低いことを確認した。化学療法と放射線療法を併用することにより、正常組織の有害事象が増加することが予想されるが、正常組織への線量が少ない重粒子線治療ではその影響が少ないことが示唆された。肺癌の治療において放射線治療は重要な役割を果たしているが、未だに満足のいく治療成績とはいえない状況である。重粒子線(炭素イオン線)は集中性の良い線量分布と強い生物効果の両面を持ち、局所進行肺癌では炭素イオン線と化学療法の併用療法が期待されているが、その有用性は未知数である。本研究では肺癌細胞における化学療法併用炭素線治療の分子的メカニズムをin vitroで探索し、in vivoでの検証後に、最終的には局所進行肺癌患者に対する化学炭素線療法の第1相臨床試験を本学で行い、最適な化学療法と炭素イオン線治療の組合せを検討し局所進行肺癌の治療成績の改善を図る。遺伝子プロファイルが異なる複数の細胞に対する各抗癌剤の併用効果を明らかにする。これまでの研究実績として、非小細胞肺癌株であるA549とH460に対するシスプラチン、カルボプラチン、パクリタキセル、ドセタキセルの生存率をコロニーアッセイで測定した。さらにX線及び炭素イオン線における生残率をコロニーアッセイで測定した。放射線(X線と炭素イオン線と)併用する薬剤濃度はIC50となった濃度を用いて、その増感効果を測定した。現時点の結果では、H460細胞を用いた実験ではX線および炭素イオン線の両線質においてカルボプラチンは増感効果を示した。また、パクリタキセルにおいても増感効果を示した。その一方でA549細胞ではX線、炭素イオン線において有意な増感効果を認めなかった。タンパク質の発現濃度を調べるために、ウェスタンブロット法を行い、照射からの経過時間、照射線量との相関関係に関して解析を行っている。新しく使用した細胞の増殖速度が遅く、当初予定していたコロニーアッセイなどの実験結果が困難であるため。肺癌は本邦・海外ともに死因の原因の第1位を占める難治性、進行性疾患である。重粒子線(炭素線)は集中性の良い線量分布と強い生物効果の両面を持ち、すでに早期肺癌に対して良好な成績が報告されている。局所進行肺癌では炭素線と化学療法の併用療法が期待されているが、その有用性は未知数である。これまでの研究結果として、肺癌細胞であるH460において、カルボプラチンとシスプラチンがX線と同様に炭素線においても増感作用があることを報告している。併用する薬剤濃度はIC50をそれぞれの薬剤で求めて決定した。また、増感作用を認めた際にはセネッセンスによる細胞死が増加しているすることを認めている。その一方で、A549細胞においてはX線においても炭素線においても増感作用を認めていない。炭素線とX線では増感作用が同様に認められるのか、それとも線質による違いが出てくるのを検討することは、将来における化学療法と炭素線治療の組み合わせを検討するうえで極めて重要と考えられる。現在は細胞株を増やして(Ma24,H1650,H1299,H1703)、実験を継続している。また、局所進行肺癌に対するX線と炭素線治療の線量分布の違いを比較し、炭素線の特徴を特定した(1)。肺癌細胞のMa24の細胞の増殖速度が遅く、実験結果が出るのが遅れてしまったため。肺癌は本邦、海外ともに死因の第一位を占める難治性の疾患である。肺がんの治療における放射線治療の重要性は認識されているが、未だに良好な治療成績とは言えない。重粒子治療は通常の放射線治療に用いるX線と比較して、線量集中性が高く、X線に抵抗性な腫瘍にも効果があることが報告されている。局所進行性肺癌に対しての通常治療は化学療法とX線を併用するが、重粒子線治療と化学療法の併用の報告はまだない。この研究では、重粒子線治療と化学療法の併用を基礎的なアプローチと臨床的なアプローチの2つの側面から行っている。基礎的なアプローチとしては、肺癌の細胞株を用いて、重粒子線と抗癌剤の増感作用を調べている。具体的には細胞株と薬剤ごとにIC50を求め、このIC50を用いて、コロニーアッセイ法を施行した。これまでの結果としては、カルボプラチンとパクリタキセルにおいてはX線とほぼ同等か、やや低い程度の増感作用があることを確認している。臨床的なアプローチとしては、局所進行肺癌に対するX線と重粒子線の線量分布の違いについて研究をした。当院で実際にX線の治療を行った局所進行肺癌の症例の画像を用いて、仮想的に重粒子線治療のプランを作成し、線質による違いを比較検討した。重粒子線治療はX線と比較して、腫瘍に対する線量の集中性が高い一方、周囲への臓器への線量が低いことを確認することができ、論文として発表した。

また、化学療法と重粒子線治療を併用する前段階の試験として、重粒子線治療単独の局所進行肺癌に対する臨床試験を施行し、本学より論文としてまとめた。本研究では生物学的側面と物理的側面から重粒子線と化学療法の併用の有用性について検討を行った。生物学的には、X線と同様に重粒子線においても増感作用があることをin vitroで確認した。これにより、併用療法の基礎的な有効性が示された。また物理学的には、局所進行肺癌に対するX線と重粒子線の線量分布の違いについて研究をした。重粒子線治療はX線と比較して、腫瘍に対する線量の集中性が高い一方、周囲への臓器への線量が低いことを確認した。化学療法と放射線療法を併用することにより、正常組織の有害事象が増加することが予想されるが、正常組織への線量が少ない重粒子線治療ではその影響が少ないことが示唆された。基本的には当初の計画通りに研究を進めていく。細胞の実験では、新しい細胞にてこれまでの結果の妥当性を確認するとともに、Toulany Mらが近年報告したX線と抗癌剤の併用効果に関する分子生物的な結果などを炭素線においても検討する。基本的には当初の計画通りに実験を進めていく。我々のグループであるAmornwichetらが重粒子線単独と肺癌細胞の関係について発表しており、これに化学療法を併用するという実験を継続する。腫瘍放射線新しい細胞の購入を予定していたが、実験の遅れにより年度内での購入ができなかったため。新年度に購入予定。
結合軸の回転制御による軸不斉化合物の創製と創薬への応用

医薬品に潜在する軸不斉を表出させ、新たな医薬品候補化合物を分子設計・合成する研究を行っている。本研究課題では特にウレア構造に焦点をあて、これまで検討してきたアミド構造と比較した。ウレアに生じる軸不斉を利用して抗てんかん薬であるカルバマゼピン誘導体を分子設計・合成した。得られた軸不斉化合物(エナンチオマー)を単離し、パッチクランプ試験により薬理活性を検討した。合成したカルバマゼピン誘導体の活性はカルバマゼピンより高かったが、エナンチオマー間の活性には差が認められなかった。アミドの平面性に由来する軸不斉は、多くの医薬品に潜在しているが、ほとんど注意を払われていない。医薬品のキラリティーは、その薬理作用に大きな影響を与えるため、潜在する軸不斉を明らかにし、より良い医薬品の分子設計・合成に活用することを目的として本研究を遂行している。今年度は、これまで検討してきたアミドの軸不斉だけでなく、それに類似する構造に生じる軸不斉を表出させることに取り組んだ。まず、カルバマゼピンについて検討した。カルバマゼピンはたいへん古くから用いられている三環性骨格を有する中枢作用薬である。三環性骨格(イミノスチルベン骨格)は、多くの医薬品に含まれるが、中央の7員環部分がボート型のコンホメーションをとり、そのボートの反転にあわせて三つの環が蝶のように常に動いている。特に、カルバマゼピンの場合は、イミノスチルベンのN-カルバモイル化体(ウレア)であり、軸不斉が生じる可能性がある。これまで、ウレア構造に潜在する軸不斉について検討したことはなく、キラルHPLC、VT-NMR、及びX線結晶構造解析などを利用してその立体構造を追究した。その結果、ウレアに由来する軸不斉は、アミドのそれと比較して不安定であり、室温下で軸不斉異性体を単離することはできないとわかった。そこで、ペリ位に立体障害となる置換基を導入してイミノスチルベンのN-カルバモイル化を行い、得られた誘導体の立体構造を調べた。キラルHPLCにより、この化合物には軸不斉異性体が安定に存在し、単離できることがわかった。安定性は高く、室温で数日ほとんど異性化しない化合物も得られた。単離した異性体の立体構造の詳細を調べつつ、薬理作用についても今後検討していく予定である。当初予定していたアミド構造以外に由来する軸不斉異性体の存在を検討することができているため、おおむね順調と判断した。医薬品に存在する軸不斉については、これまでアミド化合物を用いて検討してきた。本研究課題は、アミド化合物について得られた知見を元にして、他の部分構造についても軸不斉が潜在するのではないか、という推定をし、妥当性の高い化合物について検討を始めている。今年度は初年度であるが、ウレア構造について、軸不斉の存在を明らかにし、アミド構造と比較して、軸不斉の安定性がやや低くなることもわかった。このようにウレアの特性を明らかにすることができた点は、着実な進展と考えている。また、ウレアだけでなく、チオウレアについても検討をしており、ウレアよりは若干安定性に優れた軸不斉異性体を与えるものの、アミドよりは劣ることも明らかになりつつある。今後も、アミドと類似する様々な部分構造について軸不斉異性体が潜在することを明らかにしていく。また、本研究課題は、軸不斉の存在を明らかにするための方法論の確立においても進展があった。これまでは、計算化学を用いたシミュレーションは行ってこなかったが、本課題研究では、計算化学にも取り組み、立体構造の予想と、それに基づくNMRのスペクトルデータの予想も行っている。まだ論文発表するには至っていないが、かなりの確率で実際の立体構造を具現化することができており、将来に役立つ新たな方法論が確立されつつあると言える。この点も鑑みて、順調な進展と判断した。本研究課題は、医薬品の立体構造と薬理活性との相関性を明らかにすることを目的として遂行するものである。これまで中心不斉がもたらす立体化学について注目された研究は多いが、動的キラリティである軸不斉についてはあまり研究が進んでいない。そこで、本研究課題では、特に軸不斉がもたらす三次元的な構造について解析し、構造活性相関研究を含めた検討を行い、より活性の高い新しい医薬品の創出を試みている。これまで私達のグループは、アミド構造のもたらす軸不斉については精査してきたが、本研究課題では特にアミド構造に加えてウレア構造について着目している。ウレア構造がアミド構造とどのような類似点や相違点をもつのか、それが薬理活性へ与える影響を詳細に解析した例はなく、医薬化学の観点から興味深い。昨年度には、抗てんかん薬などとして汎用されているカルバマゼピンについて、そのウレア構造と立体化学の関連性について精査を開始した。今年度は、特に、温度可変NMR(VT-NMR)を用いた解析を行うことにより、アミド構造とウレア構造の相違点を明らかにすることができた。様々な化合物を化学合成して比較した結果、アミド構造に比較してウレア構造はC-N結合軸の回転制御に必要なエネルギーが低めであることがわかった。つまり、ウレア構造における結合軸の回転制御はしづらく、アミド構造と比較すると、軸不斉も生じにくいと考えられる。そこで、カルバマゼピンの4位に立体障害の大きい置換基を導入することによってウレア構造の軸不斉を安定に生じさせることを試みた。

その結果、予想以上に安定性の高い軸不斉異性体を分離・単離することができた。これらの化合物の薬理活性を企業に委託して検討していただいた結果、カルバマゼピンよりも高い活性を示すことが確認された。また、Menkes病治療薬の開発では、新たな共同研究グループを組み、化合物の物性等を明らかにした。研究計画に記したように、ウレアについてその立体構造や軸不斉の安定性を明らかにしつつある。この点については当初の予定通り順調に進んでいる。また、今年度は、企業への薬理活性試験の委託が円滑に進んだことが研究の進捗を早める結果となった。具体的には、本研究課題に興味をもち、薬理活性測定を受けてくれる企業との間で共同研究契約の締結ができたことが良かったと考えている。当該企業との共同研究は来年度も継続して行える体制が構築され、今後の研究の進展のめどがたった。また、本研究課題では、温度可変NMRを用いた検討がたいへん大きな成果をもたらしたと考えている。VT-NMRの測定においては、大学院生のスキルアップがめざましく、それにより迅速な測定ができるようになった。さらに、計算化学についても研究協力者との連携が円滑に行われたため、成果につながりつつある。以上のように当初の計画通りほぼ順調な進展を為していると考えられる。本研究課題は、医薬品の立体構造と薬理活性との相関性を明らかにすることを目的として遂行するものである。これまで中心不斉を持つ医薬品については構造活性相関研究など、精査されてきているが、動的なキラリティである軸不斉を潜在する医薬品について立体構造と薬理活性の関連性を明確にした例は非常に少ない。私達は、軸不斉がもたらす三次元的な構造を明確な形で表出させ、これを解析して薬理活性向上のための情報として活用した新たな分子設計及び合成を行い、新たな医薬品候補化合物を創出することをめざしている。これまではアミド構造のもたらす軸不斉を中心に検討してきたが、本研究課題では特にアミド構造に加えてウレア構造について着目している。ウレア構造とアミド構造の類似点や相違点を明らかにした例はなく、医薬化学の観点から重要と考える。昨年度までに抗てんかん薬などとして汎用されるカルバマゼピンについてそのウレア構造とアミド構造との相違点をX線結晶解析や温度可変NMRなどを用いて解明した。今年度は同様な検討を4位置換カルバマゼピン誘導体について行い、4位の置換基はウレアのE-Zのコンホメーション制御には有効ではないが、7員環のコンホメーションの変化がもたらすキラリティ(軸不斉)の制御には大いに有効であることを明らかにした。これにより、大変安定な軸不斉異性体をキラルカラムを用いて分離・単離することができた。得られた4位置換体のラセミ体及び単離された各エナンチオマーの薬理活性を検討した結果、4位にクロロ基やメチル基が置換した誘導体はカルバマゼピンよりも高い活性を示すことがわかった。残念ながら、各エナンチオマーについての活性の向上は認められず、軸不斉が活性には寄与していないことが明らかになった。また、Menkes病治療薬の開発については、ねじれ構造が潜在する可能性を検討中である。医薬品に潜在する軸不斉を表出させ、新たな医薬品候補化合物を分子設計・合成する研究を行っている。本研究課題では特にウレア構造に焦点をあて、これまで検討してきたアミド構造と比較した。
オルガネラとAtg分子の動態解析によるペキソファジー高次機能発現機構の解明

ペルオキシソーム形成過程にもかかわらず、活性化が起きる新規のオートファジー経路であるMethanol-induced autophagy(MIA)を発見した。MIAは、細胞内において効率的にタンパク質合成ならびにペルオキシソーム形成を行わせるために必要であることを明らかにした。メタノール誘導はグルコース脱抑制とメタノール特異的誘導の2種類の制御を受けるが、メタノール特異的誘導に関わる転写活性化因子Trm1pの同定に成功した。このTrm1が、新規オートファジー経路MIAの進行に関与することを明らかにした。さらにMIAは、Atg26の支配下にあることを示した。Atg26が支配する選択的オートファジー経路であるペキソファジーには、新生する膜構造の全く異なる2つの経路、ミクロペキソファジーとマクロペキソファジーがあり、両経路のスイッチングに関する制御機構に細胞内ATPレベルの動態が強い関連を示すことを明らかにした。さらに、植物病原菌(ウリ類炭疽病菌)のATG26破壊株の詳細な解析より、侵入器官細胞においてATG26依存的なペキソファジーが起こり、この選択的オートファジーが、侵入器官細胞の機能発現に関与していることを初めて明らかにした。本菌におけるペルオキシソーム代謝機能が、侵入器官細胞の分化段階に必要である事実とあわせると、感染樹立プロセスにおけるペルオキシソームホメオスタシスの重要性が強く示唆された。ペキソファジーに必須のAtg26ステロールグルコシドを生産する酵素である。本年度は、Atg26のGRAMドメインがもつPI4P結合能により、Atg26が、新生膜合成前駆体に回収され、そこでSGを生産することがペキソファジー時に形成される膜構造体MIPAの伸長に必要であること、Atg26の本局在にはPI4Pを生成するPI4キナーゼのうち、ゴルジ体に局在するPik1が必要なことを明らかにした(J Cell BIol)。この結果は、ペキソファジー時に起こる新生膜合成のために必要な脂質ソースの一部がゴルジ体であることを示唆しており、またミクロペキソファジー時の液胞によるペルオキシソーム包み込みにはVac8が必要なことを明らかにした。またペキソファジー時の脂質滴の動態を、ペルオキシソーム・液胞とともに追跡し、ペルオキシソーム新生時における脂質滴の関与を示唆する結果をえた。さらに詳細な解析を次年度に行う予定である。一方、メタノール資化性酵母が植物と共生し、このとき、ペルオキシソーム代謝が行われることを見いだした。一方、植物病原菌を用いては、その感染のために様々な特異的細胞を分化する植物病原糸状菌の感染樹立過程におけるペキソファジー動態を詳細に把握するために、GFP-SKLに加えてGFP-ATG8融合遺伝子をマーカーを用いて解析を行うことにより、植物病原菌の感染樹立過程で選択的オートファジーであるペキソファジーと非選択的分解系であるマクロオートファジーが同時に起こっていることを明らかにした。