hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高出力レーザー蓄積リングの開発

周回毎に損失などで数%ずつ減衰するが、リング内に配置した増幅器によって減衰分を補うことによって、「高出力レーザー蓄積リング」となる。平成29年度は、前年度に設計した蓄積リングの構築に向け、レーザー調整・制御、レーザー共振器の組立を実施した。レーザー光源本体(Nd:YAGレーザー)の故障による修理のため、共振器の性能確認などを行う事ができなかったが、ガイドレーザー(He-Neレーザー)によるアライメントは完了した。修理が完了したレーザー光源を用いて、今後レーザー蓄積リングの性能実証を行う。さらに、増幅器を導入し、リング内における増幅度の計測を行い、「高出力レーザー蓄積リング」を実証する。また、学会や研究会での発表により多くの研究者の方の興味を引くことができ、他の2大学との共同研究を締結した。平成29年度で開発完了予定であったが、レーザー光源の故障とそれに伴う修理に9か月を要したため、大幅な遅れとなった。加速器を用いた科学実験の一つとして実施されている、大強度陽子ビームの標的照射後に生成された2次粒子を用いた最先端実験のために、MW級の大強度陽子加速器が世界中で建設・稼働中である。さらなる大強度出力に向けた障害克服に向けて、円形加速器への革新的な入射手法である「レーザー荷電変換入射」の実現を目指し、高出力でかつ高繰返しが可能な「高出力レーザー蓄積リング」の開発が本研究の目的である。レーザー蓄積リングとは、対角線上に収束レンズと反射を兼ねたトロイダルミラー2枚と、反対の対角線上にレーザー入射用のビームスプリッターミラー(透過率1%)と反射平面ミラーを配置する4ミラーのレーザー共振器である。レーザー光源より出力されたレーザーの1%程度がビームスプリッターミラーによってリング内に入射される。平成30年度は、前年度修理が完了したレーザー光源(Nd:YAGレーザー)を用いたレーザー蓄積リングによる多周回レーザー蓄積を観測し、計測出力が120倍になる等、その性能を実証した。さらに、リング内への増幅器の導入を試みた。その結果、増幅器で発生する光が光源への戻ることで、光源ならびに光学系に故障や影響がでることが判明した。また、学会や研究会での発表により多くの研究者の方の興味を引くことができ、前年度国内の2大学との共同研究を締結したが、さらに国外(米国)の研究所との共同研究も開始した。計画期間内では目標を達成できなかったが、期間内に締結した共同研究をさらに発展させ、偏光子や波長板等の配置による影響の排除や増幅器の新たな開発により、今後も継続して「高出力レーザー蓄積リング」の実証ならびに開発を目指す。平成29年度の研究の基本方針として、納期のかかる製作物や購入品は早期契約を完了し、製作中に並行して、開発や試験を行うことで効率的に研究を推進する。平成28年度に故障したレーザー本体の修理が完了し、開発環境は十分整っている。平成29年度では、平成28年度に行う予定であった1レーザー蓄積リングの構築、2レーザー蓄積リングの実証を早期に完了させる。並行して、3増幅器システムの製作、4短パルスレーザー観測装置の購入を行い、製作後5増幅器単独試験を行う。増幅器の性能確認後、6レーザー蓄積リング内へ増幅器の配置、7高出力レーザー蓄積リングの実証試験を行う。
高等植物の偏差成長分子機構の分子遺伝学的研究

屈地性や屈光性で見られるオーキシン依存性偏差成長反応欠損突然変異体nph4とmsg2の研究をおこなった。本年度は、前者の原因遺伝子がオーキシン応答性転写因子遺伝子ARF7であることを明らかにした。既に後者の原因遺伝子はオーキシン初期応答性遺伝子族遺伝子IAA19であることを明らかにしているので、両者がC末端側のタンパク質間相互作用ドメイン(CTD)を通して相互作用するかどうか、酵母のtwo-hybrid系を用いて調べた。その結果、(1)一般にARF-CTD間のホモダイマー形成相互作用は、IAAタンパク質間のホモダイマー形成相互作用よりも弱い、(2)ARF-CTDとIAAタンパク質間のヘテロダイマー形成相互作用はそれぞれのタンパク質のホモダイマー形成相互作用よりも強い、(3)IAA19の優性突然変異はタンパク質間相互作用に影響しない、(4)ARFのメンバーとIAAのメンバー間で特異的なヘテロダイマー形成相互作用は存在しないということが分かった。細胞内IAAタンパク質レベルが生理的に重要である可能性があるので、抗体による測定を試みた。大腸菌で発現させたIAA19組換えタンパク質を抗原にしてウサギ抗体を調製した。この抗体は数ngの組換えタンパク質を検出する能力があるが、今のところ、野生型でもmsg2でもIAA19タンパク質を検出することに成功していない。IAA19プロモーターGUS融合遺伝子を野生型に導入して、偏差成長反応時のIAA19の遺伝子発現を調べたが、同反応に対応した発現の変化は観察されなかった。また、比較研究としてARF8遺伝子破壊株を単離してその表現型を調べたが、偏差成長反応は正常であった。
Flugschriften(16世紀ドイツ)の原典研究

当該年度における本研究の実行内容は以下の諸点に要約される。2.フルークシュリフテン及び近世ドイツ言語文化史、経済・社会史関係文献研究。3.論文「近世ドイツ文学に関する12箇条」及び研究ノート「ハンス・フォン・フッテンの殺害」発表。4.ドイツ農民戦争関係史料研究。5.近世ドイツ文人関係データベース作成の試み、万年暦(ユリウス暦+グレゴリオ暦)プログラム入力、史料批判における統計学的方法適用可能性の予備的研究。上記1,2は前年よりの継続であり、データベースについては既に入力したタイトル中"gemein","(leib)eigen"に特に関連すると思われるものについて、マイクロフィッシュのテキストを解読し、内容メモ及びキーワード項目の充実に努めている。3は本研究課題にとってやゝ副次的成果ではあるが、上記論文は2によって得た知見をふまえ日本独文学会誌の近世特集に総論として執筆、なお同特集には不完全ながら近世ドイツ文学研究の為の「基本文献解題」も掲載されたが、その編集にも補助金により購入したパーソナルコンピュータが活用された。4は『登張教授古稀記念論文集』(1987刊行予定)に寄稿予定の「ゲッツ・フォン・ベルリヒンゲン自伝考」に関連したフルークシュリフテン及びG.Franz編その他の史料集の重点的研究である。5は以上のような研究の過程で絶えず必要性を痛感するデータの一部を簡単に参照できるようにしたもの、及び著者不明の文献などを統計的推測ないし仮説検定の方法により研究する可能性を探るものである。
低エネルギー光子による化学反応駆動とその利用

分子の励起状態とプラズモン電場が強く相互作用する強結合系を創出し、可視ー近赤外領域の低い光エネルギーにて光化学反応を誘起する系を構築する。強結合系を用いて、通常の光照射の場合と比して低いエネルギーの光によって所望の電気化学ポテンシャルを有する電子・正孔を系の局在分子軌道に形成し、多電子移動反応を高効率に誘起する反応系を開拓する。近年、光エネルギー変換、デバイス応用、高感度分析といった分野にて物質の光励起過程の制御に関する研究が盛んに行われている。しかし、光と物質間の相互作用は、物質固有の電子状態によって規定されるため、その構造最適化による限界はすでに明らかとなっている。一方、光を金属の自由電子の集団振動である局在表面プラズモンに変換することによって、高度に局在化した異方的な光電場が金属表面に形成され、近傍の物質系に対して選択的に作用させることが可能となる。しかしこれまでこのようなプラズンを利用した光励起については、電場局在による電場強度の増大のみが議論され、金属構造と分子の相互作用による影響を加味した検討は非常に限られていた。本研究では、このような現況にあるプラズンを利用した光励起過程について、表面増強ラマン散乱(SERS)計測をプローブとして局在電場内にある物質特有の光励起プロセスを探索し、制御因子を明らかとすることを目的に検討を行った。その結果、プラズモンによる物質の光励起過程に関してその増強偏光方位や、励起エネルギーについてこれまで見出されていなかった新しい特徴を明らかとするとともに、光と物質が強く相互作用している状態で励起エネルギーが自在に制御可能となる新しい手法を確立した。これらの成果は、物理化学分野における新領域を拓くものである。
風味の向上を目指す香辛野菜の香りの発現・分解制御に対する多面的解析

香辛野菜の香辛特性を制御する因子の解明を目的とし、ショウガとサンショウについて次のことを明らかにした。(1)ショウガの成熟の違いによる成分組成の違いをメタボローム解析で調べ、ショウガの黄色色素がcurcumin、demethoxyurcumin、6-dehydrogingerdioneであることを明らかにした。(2)ショウガ根茎の香気に寄与するgeranialの生成について、鍵となるgeraniol dehydrogenaseのcDNAの単離、機能同定、発現パターンを明らかにした。(3)サンショウ香気組成は種類によって異なり、食用種ではcitronellalが鍵であることを明らかにした。今年度の研究実績は以下の通りである。1.サンショウは、ミカン科Zanthoxylum属(サンショウ属)に分類されるが、Zanthoxylumの香気特性についてよくわかっていない。そこで、6種の異なるZanthoxylum属を入手し、その若葉を用いてメタボローム分析により組成を比較した。その結果、種によってモノテルペン類の組成が大きく異なることが分かった。我々が食材とするサンショウはZanthoxylum piperitumであるが、特徴香気であるcitronellalは、ほぼ特異的に存在することが分かった。2.サンショウにおけるcitronellal生成について、粗酵素系で生成経路を推測したところ、citralを基質とし、二重結合還元酵素によるものであることが示唆された。そこで、サンショウ果実を用いてESTデータベースを作成し、他の植物種の二重結合還元酵素遺伝子と相同性の高い候補遺伝子をスクリーニングし完全長cDNAを得た。現在、大腸菌による組み換えタンパク質を作成し、酵素活性を確認しているところである。3.ショウガについては、昨年取得した3種の酵素遺伝子(エステラーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、アセチルトランスフェラーゼ)について、大腸菌などによる組み換えタンパク質を作成し、酵素活性を確認している。4.ショウガは調理加工(加熱調理・すりおろしチューブなど)をしてから食されることも多い。市販のすりおろしチューブと生鮮ショウガの香気プロファイルを比較し、まず、どのような香気成分が変動するのかを確認した。今後は、モデル系において成分変動をみていく予定である。5.またショウガについては、研究を進める過程で香気のみならず黄色色素も品質に影響を及ぼすことが推測された。この黄色色素成分についてはこれまでに報告がなかったことから、成分の同定を行い、品種間の差を確認した。香辛野菜において、その香りの質や強さは嗜好の上で重要である。本研究では、香辛野菜の香気成分の生成蓄積や調理加工による消長に着目し、食する立場からの香辛機能を制御する因子を解明することを目的とした。1.メタボローム解析によるショウガ収穫時期による香気成分および香辛成分に関与する成分群の組成変化ショウガの根茎について、栽培地の異なる条件で新ショウガとひねショウガをサンプルとし、一次代謝物、フェノール化合物群、香気成分の計273成分を対象にメタボローム分析を行い組成比較を行った。多変量解析により、いずれの成分群も新ショウガとひねショウガでの分類が可能であった。特に香気成分では、、新ショウガにおいて、geranyl acetate、citronellyl acetate、bornyl acetateなどのアセチル化物が存在し、新ショウガとひねショウガの香気特性を判別していることが示唆された。2.ショウガ・サンショウにおける香気成分生合成酵素をコードする候補遺伝子のスクリーニング粗酵素系における酵素活性を確認後、ESTデータベースを用いてこれらの酵素に関与する遺伝子群のスクリーニングを行った。ショウガについては、主要香気成分の生成に関与する3種の酵素(エステラーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、アセチルトランスフェラーゼ)に関与する候補遺伝子情報を取得し、完全長cDNAを取得した。サンショウについては、モノテルペン合成酵素などについて候補遺伝子情報を取得し、完全長cDNAを取得した。最終年度の研究実績は以下の通りである。(1)サンショウの種類による香気組成比較を昨年度に行い、citronellalの量的差が大きいことを示した。そこで各サンショウのcitronellalの光学異性体比についてキラルGC-MS分析により比較した結果、R/S比はサンショウ種によって大きく異なることが分かった。(2)ショウガの香気組成に対する加熱の影響をGC-MSにより調べた。密封の状態では30分60分煮熟しても有意な差は見いだされなかった。一方開放状態で加熱すると、いくつかの香気成分のロスが見出され、実際の調理過程における香気の変化は、一部の香気成分が揮発しロスすることで起こる組成変化によるものであることを示唆した。(3)サンショウの香気成分に重要なモノテルペン類に関する二種のモノテルペン合成酵素遺伝子をクローニングし、完全長cDNAを得た。現在その機能について確認している。

本研究は、香辛料野菜である風味成分の生成蓄積機構、調理加工による消長を調べることである。ショウガとサンショウに着目し、その機構を調べた。全期間の成果は以下の通りである。(1)ショウガ根茎の成熟による香気の違いに寄与するgeranialの生成について、その鍵となる生成酵素geraniol dehydrogenaseのcDNAの単離、機能同定、発現パターンを明らかにした。(2)ショウガの成熟の違い(新ショウガとひねショウガ)による成分組成の違いをメタボローム解析により精査した結果、ひねショウガの黄色色素がdehydrogingerdioneであることを明らかにした。(3)サンショウ香気組成は種類によって異なり、citronellalの生成が鍵であること、その生成機構の一部を明らかにした。これらの基礎的成果は香辛料の風味に基づく品質向上、有効な加工保存法の開発に役立つと考えている。食品化学本研究の目的は、香辛野菜であるショウガとサンショウを対象に、1特徴香気成分の生成機構を調べることと、2メタボローム解析による香気成分プロファイルや香気成分の調理加工における消長を調べることの二つを課題としている。現在までに、平行して進行させている。1については、候補遺伝子は取得できたものの、組み換え酵素の可溶化がうまくいかず、現在ベクターを変えて進めているところであり、若干遅れている。2については、特にショウガについて、香気捕集法やモデル系の構築を行い、ほぼ順調に進めることができている。今後は、変動のある成分に着目し、構造決定などを行う予定である。また、本研究を進めるにあたり、ショウガについては香気特性のみならず色素特性も品質に関与することが推測され、色素特性に関与する成分の構造を明らかにすることができた(現在論文投稿中)。当初の交付申請書では、平成24年度は、1ショウガ・サンショウの収穫時期による香気成分組成の相違についての検証、2ショウガ・サンショウの成分組成における食品加工の影響の検証、であった。1については、香気成分のみならず、辛味成分や糖・アミノ酸など他の成分群について、比較分析を行うことができ、その結果、興味深い結果を得ることができた。2については、現在検証中であり、24年度では終えることができなかった。しかし、当初、平成25年度に行う予定であった、「ショウガ・サンショウにおける香気成分の生合成酵素系の検証とそれに関わる候補遺伝子のスクリーニング」について、前倒しで行うことができた。現在ではほぼ予定どおり研究を進めているが、香気生合成に関与する遺伝子のスクリーニング・機能同定に時間がかかっている。今回、サンショウについては香気成分組成が異なる種があることが分かったので、リアルタイムPCRなどを用いて、候補遺伝子の発現の有無により候補遺伝子のスクリーニングの効率を高める予定である。
高機能化ナノカーボン創成と革新的エネルギーデバイス開発

グラフェンやMoS2,h-BNなどの原子層物質のCVD合成技術を発展させ,積層または平面内に接合した様々なハイブリッド構造を実現した.さらに,これらの合成技術を応用し,SWCNT表面への原子層物質の積層化を実現した.具体的にはSWCNTの外層にhBNナノチューブ,さらにMoS2ナノチューブを合成することに成功した.とくに,架橋SWCNTの外層にh-BNナノチューブを合成したヘテロナノチューブにラマン散乱分光法を用いることで,その物性の詳細な分析が可能になった.合成温度(約1000度)と室温との温度差に由来した熱膨張差がヘテロナノチューブ物性に大きな影響を与えることを明らかにすることに成功した.また,同位体炭素13Cを用いたラベリング技術によって,鉄およびコバルト触媒によるSWCNT成長速度やインキュベーションタイムの差異などを明らかとするとともに一定時間の成長停止後の再成長の実験も実現した.一方,分子動力学法によるモデル計算と実験との比較により,カイラリティ決定のメカニズムに迫った.太陽電池応用においては,透明・フレキシブル電極としてのSWNT薄膜の電気伝導特性,光透過特性などの物性制御を進めると同時に,ペロブスカイト型太陽電池へ応用しその変換効率の向上を実現した.またフラーレンやその誘導体(PCBMなど)を用いた電子・正孔の分離性能をさらに高めながら,耐久性の向上も実現した.カーボンナノチューブを独自に設計した有機半導体などでドープすることにより高機能化し,有機薄膜太陽電池やペロブスカイト太陽電池の高効率化や長寿命化に貢献するカーボンナノチューブ薄膜透明電極の開発に成功した.また,ペロブスカイト太陽電池のホール輸送層をリチウムイオン内包フラーレンでドープすることにより,耐久性が10倍上がるペロブスカイト太陽電池を得た.積層または平面内に接合した様々なハイブリッド構造を実現するとともに,SWCNT表面への原子層物質の積層化を実現できたことで,様々な一次元ハイブリッドナノチューブのCVD合成の可能性を示した.SWCNTの外層にhBNナノチューブ,さらにMoS2ナノチューブを合成したハイブリッド構造は,それぞれのらせん構造が透過型電子顕微鏡で決定できるほどに原子レベルでの完全性を有し,様々なデバイスへの応用展開の道が開けた.また,同位体ラベリング法を用いたSWCNT成長メカニズム解析において,異なる合成温度における個々のSWCNT成長速度を分析することに成功し,その温度依存性からSWCNT成長メカニズムにおいて非常に大きな活性化エネルギーが現れることを明らかにした.これは,成長メカニズムへの新たな知見であると同時に,SWCNTの配向性や長さ制御においても重要な情報を与えるものである.これまで太陽電池の光電変換活性層の外側にある電荷輸送層や電極において,本研究で見出されたカーボンナノチューブを積極的に活用してきた.例えば光電変換活性層からホールのみを捕集するカーボンナノチューブ電極や電子のみを選択的に捕集するカーボンナノチューブ電極を開発してきており,高効率な有機薄膜太陽電池とペロブスカイト型太陽電池を実現した.また,光電変換活性層に半導体カーボンナノチューブを用いることで,極めて優れたペロブスカイト型太陽電池の開発に成功している.さらに,ペロブスカイト太陽電池の長寿命化へ向けた,パッケージングなど含めたデバイス設計と評価も実現している.SWCNTの構造制御技術においては,SWCNTの成長機構をさらに明確とし,その知見を基礎として新たな構造制御技術の開発を進める.とくに,同位体炭素(13C)をラベルとして用いた成長観察を応用して直径等の制御に加えて長尺なSWCNTの合成を実現する.また,直接透過型電子顕微鏡による観察の可能なTEMグリッドへの直接合成によって,構造の詳細な検討を進める.1次元ファンデルワールス構造については,SWCNTとhBNナノチューブの外側に様々な遷移金属カルコゲナイドナノチューブを合成して,機能性カーボンナノチューブとしての基礎物性を検討するとともに,太陽電池への応用を検討する.エネルギーデバイス設計についは,光電変換活性層に機能化カーボンナノチューブや半導体カーボンナノチューブを積極的に使っていき,全体としてナノカーボン材料を豊富に用いた有機系太陽電池の開発を目指す.単層カーボンナノチューブやグラフェン,フラーレンなどナノカーボン材料の構造制御およびそれらのエネルギーデバイスへの応用を行った.ナノカーボン材料はその構造によって物性が大きく変化するため,その応用には構造制御によって求められる物性を実現することが重要となる.単層カーボンナノチューブは特殊なCo-W合金微粒子を触媒としたカイラリティ制御CVD合成を行った.化学的に合成したCo-W触媒やスパッタリング法によるC-W合金などを用い,合成条件とその時に得られる単層カーボンナノチューブのカイラリティとの相関をラマン散乱分光法や透過型電子顕微鏡などを用いて詳細な分析を行った.グラフェンについては,CVD合成における大面積化の条件を吟味し,サイズだけでなく成長速度や品質と合成条件との関係を明らかにした.エネルギーデバイス応用については,単層カーボンナノチューブ薄膜とシリコンとで作製したヘテロ接合型太陽電池を作製した.単層カーボンナノチューブ薄膜へドーピングによる太陽電池性能への影響を分析・評価した.また単層カーボンナノチューブを電極とするペロブスカイト太陽電池を作製し,高い変換効率の実現にも成功した.さらに,単層カーボンナノチューブ薄膜を透明電極とする有機薄膜太陽電池の作製法を確立した.酸化モリブデンによるカーボンナノチューブの電子の引き抜きが鍵であり,硝酸による電子の引き抜きを用いた従来法と比べ,エネルギー変換効率が格段に向上した.

また,リチウムイオン内包フラーレンについて,ジフェニルメタノ付加体などの誘導体を合成し,その高い電子親和性を明らかにした.単層カーボンナノチューブ薄膜を用いた有機薄膜太陽電池に関しては,カーボンナノチューブ薄膜の上に有機半導体薄膜を積層する目的に合致した最適なホールドープ法を見いだし,従来のエネルギー変換効率が2%程度だったところ6%以上にまで高め,3倍のエネルギー変換効率を得ることに成功した(J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7982.).得られた研究成果について東京大学からプレスリリースを行い(http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2015/30.html),日経産業新聞(2015年6月19日)および日刊工業新聞(2015年6月22日)に取りあげられた.また,カーボンナノチューブ薄膜を透明電極とするペロブスカイト太陽電池を作製し,世界に先駆けて報告した(Nano Lett. 2015, 15, 6665.).世界で初めてとなった本論文では,疎水性を上げたPEDOT:PSSを用いて疎水性のカーボンナノチューブ薄膜と親水性の有機金属ペロブスカイト層を接合する方法を示し,道を拓いた.よって,当初の研究計画以上の高い研究成果が得られたと考えている.ナノカーボン材料である単層カーボンナノチューブ(SWNT)およびグラフェンのCVD法による合成技術の開発を進めた.SWNTについては,特殊な二元系合金であるCo-W触媒に着目し,スパッタリングで作製したCo-W触媒微粒子から成長したSWNTの詳細な構造(カイラリティ)の分析を行ったところ,特定のカイラリティのSWNTが選択的に成長することが明らかになった.また同時にCo-W触媒微粒子の原子レベルでの分析も行った.さらに合成後の半導体および金属SWNTが混在しているSWNTサンプルに対し,金属SWNTのみを選択的に除去する技術や合成した垂直配向SWNTの機械的特性の計測も行った.さらにグラフェン合成においては,2層構造を有するグラフェンを効率よく成長させる条件を見出すことに成功している.これらのナノカーボン材料作製技術の向上を踏まえ,SWNTを電極材料や透明電気伝導膜に用いることでペロブスカイト型太陽電池といった太陽電池への応用研究を進めた.同時に,ペロブスカイト太陽電池にZnOを電極として用いることでペロブスカイト型太陽電池自身の性能向上も実現している.また,リチウムイオン内包フラーレンを正孔輸送層内に用いたペロブスカイト太陽電池の開発に成功した.リチウムイオン内包フラーレンは還元電位が低く,正孔を発生させることができる(Chem. Sci. 2016, 7, 5770.).この効果により,これまでspiro-MeOTADと呼ばれる有機半導体層に対する正孔ドーパントとして働き,さらにその素子の耐久性が向上することが分かった.ナノカーボン材料(SWNTやグラフェン,フラーレン)の合成技術が予想以上に発展し,すでに太陽電池などへの応用研究においても成果を得ることに成功した.
角膜上皮に特異的に発現する未知遺伝子の単離に関する研究

我々はこれまでに角膜上皮におけるmRNAの分子構成(種類と発現量)の解析を行ってきた。その中から角膜上皮に特異的で未知な遺伝子を選択し、全長配列を決定し、染色体上のマッピング、機能解析を行った。外科的処置の際に採取したヒト角膜上皮からpoly A+RNAを抽出しファージの全長cDNAライブラリーを作成した。3'末端の塩基配列を含むプローブを用いてこのcDNAライブラリーからスクリーニングを行い、陽性プラークを単離し、インサートの塩基配列を決定した。その結果、角膜上皮に特異的な3つの遺伝子を同定した。1つは498アミノ酸をコードする角膜上皮特異的ヒトケラチン12遺伝子であった。本遺伝子は17q12にマッピングされ、8個のエクソンと7個のイントロンから構成されており、ミ-スマン角膜上皮変性症の原因遺伝子であることを証明した。2つ目はヒトカテプシンLとアミノ酸レベルで77%の高い相同性を示す新規のカテプシンで、バキュロウイルス発現系を用いて組み換え蛋白を作成したところ、システインプロテアーゼの酵素活性を有していた。これらのことから発生学的にカテプシンLと近縁のものであると考えら、カテプシンVと命名した。RT-PCR法で各組織におけるカテプシンLとの発現量を比較すると角膜上皮のみでカテプシンVが優位であり、角膜上皮において重要な機能を果たしていると推測された。3つ目はホモロジー検索から4回膜貫通型の膜蛋白であった。我々はこれまでに,角膜上皮におけるcDNA解析プロジェクトを実施し,角膜上皮に特異的に発現している数種の未知の遺伝子の3'末端部分の塩基配列を決定した。本研究では,これらの遺伝子の全塩基配列の決定を行い,機能を類推した。外科的処置の際に採取したヒト角膜上皮がpoly A+RNAを抽出し,cDNAを合成した。このcDNAにEcoRI linkerを接合し,λZAPIIベクターのアームに組み込んだ後,パッケージングを行い,cDNAライブラリーを作成した。つぎに,3'末端の塩基配列を含むクローンから作成したプローブを用いてcDNAライブラリーのスクリーニングを行い,陽性プラークを単離した。これらのプラークのインサート部分の塩基配列を決定し,コンピューターで連結させて,全塩基配列を決定した。上記の角膜上皮に特異的な遺伝子のうち,これまでに3つの全塩基配列の決定に成功した。ひとつは498アミノ酸をコードしており,コピュータ-によるホモロジー検索では,マウスのケラチン12と79%,ウサギのケラチン12と85%の相同性を示していたことから,ヒトのケラチン12遺伝子であると考えられた。ケラチン12は角膜上皮に特異的な中間系線維であるとされており,今回初めてヒトのケラチン12遺伝子の塩基配列の決定に成功した。他の2つの遺伝子は,モチーフ検索により,ライソゾーム蛋白,膜蛋白と考えられた。前者においては,種々の組織でRT-PCR法でmRNAの発現の検討を再度行ったが,角膜上皮にのみ強いシグナルが得られた。前年度に角膜上皮の全長cDNAライブラリーを作成しクローニングした3つの角膜上皮特異的な遺伝子について解析した。ライソゾーム蛋白は334アミノ酸をコードし、ヒトカテプシンLと77%の高い相同性を示す新規のカテプシンと考えられた。RT-PCR法では角膜上皮、結膜上皮、皮膚に発現を認めたが、ヒトカテプシンLの発現と比較して有意に高い発現を示したのは角膜上皮のみであり、角膜上皮の生理機能に重要な役割を果たすものであると考えられた。さらにバキュロウイルス発現系を用いて組み換え蛋白を作成し、その酵素活性を検討した。その結果、この新規カテプシンはシグナル配列を持ち、プロ酵素の形で細胞上清中に分泌され、弱酸性下で自己分解し活性を有する成熟型に変化することが判明した。

ウシ血清アルブニンに対する酵素活性はシステインプロテアーゼの性質を示し、我々はこの遺伝子をカテプシンVと命名した。膜蛋白は261アミノ酸をコードし、4回膜貫通型の膜蛋白であることが判明した。ケラチン12遺伝子については、ケラチンに関する過去の知見から常染色体優性遺伝で角膜上皮細胞内の微小胞を特徴とするミ-スマン角膜上皮変性症の原因遺伝子と考え、ゲノム構造解析と変異解析を行った。その結果、ケラチン12遺伝子はFISH法で17q12にマッピングされ、8個のエクソンと7個のイントロンから構成され、検討したミ-スマン角膜上皮変性症の4家系すべてにおいてa-helix rodドメインに変異が認められ、同疾患の原因遺伝子であることを証明した。
英語の談話機能的側面の研究

研究課題である「英語の談話機能的側面の研究」については平成5年度以前から研究にとりかかっており、すでに研究成果の一部は英語の文理解について発表している。平成5年度科学研究費補助金交付後は、文献と資料を収集、追加しながら、さらに構文の機能的分析を進めている。研究の中間発表として「伝達機能の重要性」の題で受動文や一定の動詞及び副詞的表現についてまとめ、『佐賀大学研究論文集』第41集第1号(I)p.39-53(平成5年)に掲載した。平成6年度も引き続き同じ課題で研究を進める計画であり、現在関係詞の伝達機能について研究成果をまとめており、近く発表の予定である。これまで多くの機能的概念とその分析を考察し、構文分析として挿入表現や絶対構文の分詞節などの従属節について整理しているが、今後は関係詞表現とその類似構文にまで考察を拡げていく予定である。これらの構文には前景と背景や前提と断定等の機能的な要素が大きくかかわっていることがこれまでの研究でわかっている。談話上の機能には「旧情報から新情報へ」等の原則のほか、主題(theme)と題述(rheme)、トピックといったものがある。また共感(エンパシー)、前提、話し手の意図、語用論的側面など多くの機能的要因がある。こうして機能的要因が相互に関連した形で英語表現にかかわっているところを今後解明していく予定である。また、これと平行して、平成5年度分の補助金でノルウェーコンピューターセンターから販売されている英語の言語データベースソフトを購入、その資料のBROWNコーパスの分析を始めている。膨大なデータではあるが、ハードウェアの整備を進めて活用する予定である。同時にネイティブスピーカー(母語話者)による判断資料も収集している。こうした研究成果を英語の指導に活かすことも考えている。また文献と資料の整理とデータのまとめも行っている。
顕微イメージングシステムによるバナジウム合金中のプロチウム分布の定量的視覚化

本研究では,V_<95>Fe_5合金およびBCC相単相のV_<35>Cr_<40>Ti_<25>合金を試料として,これらの合金中のプロチウム濃度分布を調べ,添加元素の影響や存在する相の役割を調べた.V_<95>Fe_5合金では,水素の拡散方向に沿った断面方向における水素のマッピング像と合金元素である鉄のマッピング像を比較することにより,水素濃度の高い領域では鉄の濃度は低く,水素濃度の低い領域では鉄の濃度は高いことから,局所的な平衡水素濃度は鉄の偏析と相関のあることが示された.水素濃度分布のラインプロファイルの解析から,水素濃度と鉄濃度の関係を定量的に得ることができた.局所的な領域における水素濃度と合金組成との関係が得られることから,傾斜組成とした合金試料に対して本手法を応用することにより,水素吸蔵合金組成の最適化が可能になると考えられる.V_<35>Cr_<40>Ti_<25>合金では,水素分布と試料構成元素であるバナジウム,クロム,チタンの分布および微細組織との関係を調べた.試料作成時に水冷銅鋳型に接していた領域において,水素濃度分布はチタンの分布と相関があり,水素濃度はチタン濃度の高い領域において高かった.しかしながら,徐冷凝固部および急冷凝固部では,水素分布とチタン分布には明瞭な相関は見られなかった.これらの領域では水素分布はデンドライトの形態に依存して変化することがわかった.本研究では,V_<95>Fe_5合金およびBCC相単相のV_<35>Cr_<40>Ti_<25>合金を試料として,これらの合金中のプロチウム濃度分布を調べ,添加元素の影響や存在する相の役割を調べた.V_<95>Fe_5合金では,水素の拡散方向に沿った断面方向における水素のマッピング像と合金元素である鉄のマッピング像を比較することにより,水素濃度の高い領域では鉄の濃度は低く,水素濃度の低い領域では鉄の濃度は高いことから,局所的な平衡水素濃度は鉄の偏析と相関のあることが示された.水素濃度分布のラインプロファイルの解析から,水素濃度と鉄濃度の関係を定量的に得ることができた.局所的な領域における水素濃度と合金組成との関係が得られることから,傾斜組成とした合金試料に対して本手法を応用することにより,水素吸蔵合金組成の最適化が可能になると考えられる.V_<35>Cr_<40>Ti_<25>合金では,水素分布と試料構成元素であるバナジウム,クロム,チタンの分布および微細組織との関係を調べた.試料作成時に水冷銅鋳型に接していた領域において,水素濃度分布はチタンの分布と相関があり,水素濃度はチタン濃度の高い領域において高かった.しかしながら,徐冷凝固部および急冷凝固部では,水素分布とチタン分布には明瞭な相関は見られなかった.これらの領域では水素分布はデンドライトの形態に依存して変化することがわかった.
フリーズドライ（凍結乾燥）技術を用いた希少動物精子バンクの構築

本研究では、研究代表者が開発した冷蔵庫(4°C)で長期保存可能なフリーズドライ精子保存法を用いて希少動物の精子バンク構築のための検討を行った。動物園等から複数の動物種の精巣組織を提供いただき、精子を回収した。精子は、トリスーEDTA保存液に懸濁し、フリーズドライした後、冷蔵庫で保存した。本研究に用いた全ての動物種において、フリーズドライ後の精子は正常な形態を示し、さらに卵子導入後の異常受精は認められなかった。本研究結果から、フリーズドライ精子保存法は希少動物精子の保存に利用できる可能性が高いことが明らかとなった。本研究は、フリーズドライ(凍結乾燥)技術を用いて希少動物の精子を保存し、種の保存に向けた新規かつ安全な精子バンクの構築を目指すものである。研究代表者は、フリーズドライ精子保存法の開発について実験動物を用いて先駆的に行い、その技術は既に冷蔵庫(4°C)での安定した長期保存が可能な実用レベルにまで到達している。フリーズドライ精子保存法は、同一条件で異なる動物種の精子を保存できる可能性が高いため、本研究では希少動物の精子のフリーズドライ後の受精能力を評価することで、フリーズドライ精子保存法の汎用性について検討した。具体的には、国内外の研究機関・動物園等と連携してチンパンジー、キリン、ジャガー等の精巣組織を提供いただき、射出精子あるいは精巣上体尾部精子を回収した。精子は、トリスーEDTA保存液に懸濁し、フリーズドライした後、冷蔵庫で一定期間保存した。その後、純水を用いて復水した精子は、マウスの卵子内に顕微授精法を用いて導入した。精子導入後の卵子は、体外培養し前核の出現を確認することで、精子受精能の評価を行った。その結果、本研究に用いた全ての動物種において、復水後のフリーズドライ精子は正常な形態を示していた。さらに、これら精子をマウス卵子に導入した結果、異常受精は認められなかった。研究代表者は、冷蔵庫(4°C)で長期保存が可能なフリーズドライ精子保存法の開発に成功しており、同一条件で異なる動物種の精子が保存できることを明らかにしている。本研究では、研究代表者の開発したフリーズドライ精子保存法を用いて野生動物精子のフリーズドライ後の受精能力を評価することで、フリーズドライ精子保存法の汎用性について検討した。国内外の研究機関・動物園等と連携してムフロン、シロオリックス等のウシ科動物の精巣組織を提供いただき、精巣上体尾部精子を回収した。本年度の研究成果より、野生のウシ科動物から採取した精子においてもフリーズドライ後も正常な受精能を保持していることを確認することができた。このことから、達成度は「おおむね順調に進展している」と評価できる。希少動物精子のフリーズドライ保存についての報告数は少なく、本研究で検討する動物種を増やし比較検討ができたことは極めて大きな成果である。多くの動物種の精子でフリーズドライ後の正常な受精能を確認することができたため、代表者の開発した保存法は希少動物精子の保存に適用できる可能性が極めて高い。研究代表者は、冷蔵庫(4°C)で長期保存可能なフリーズドライ精子保存法の開発に成功しており、同一条件で異なる動物種の精子が保存できることを明らかにしている。本研究では、研究代表者の開発したフリーズドライ精子保存法を用いて野生動物精子をフリーズドライし、その後の受精能力を評価することで、フリーズドライ精子保存法の汎用性について検討した。これまで国内外の研究機関および動物園と連携しており、本年度はフタコブラクダ等の精巣組織を提供いただいた。精巣組織は、輸送後に精巣上体尾部より精子を回収した。回収した精子は、形態学的な正常性を観察した後、トリス-EDTA保存液に懸濁した。懸濁後の精子は、研究代表者が開発した方法を用いてフリーズドライした後、冷蔵庫で一定期間保存した。その後、純水を用いて復水した精子は、形態学的な正常性を観察した後、マウスの卵子内に顕微授精法を用いて導入した。精子導入後の卵子は体外培養を行い、その後の前核の出現を確認することで、導入した精子に正常な受精能があると判断し、その評価を行った。本研究の結果から、フリーズドライ精子は冷蔵庫での一定期間保存後においても正常な形態を示していた。更に、これら精子をマウス卵子に導入した結果、異常受精は認められなかった。

精子は、トリスーEDTA保存液に懸濁し、フリーズドライした後、冷蔵庫で保存した。本研究に用いた全ての動物種において、フリーズドライ後の精子は正常な形態を示し、さらに卵子導入後の異常受精は認められなかった。本研究結果から、フリーズドライ精子保存法は希少動物精子の保存に利用できる可能性が高いことが明らかとなった。本年度の研究成果より、希少動物から採取した精子はフリーズドライ後も正常な受精能を保持していることを確認することができた。このことから、達成度は「おおむね順調に進展している」と評価できる。これまで、希少動物精子のフリーズドライ保存については報告がないため、本研究成果は極めて有用である。また、精子のフリーズドライ後の正常な受精能を確認することができたため、代表者の開発した保存法は希少動物精子の保存に適用できる可能性が極めて高い。本年度は、動物種を増やして精子を採取し、フリーズドライ保存および受精能評価をすることできた。次年度も引き続き、国内外の研究機関・動物園等と連携し、精巣組織を提供いただき順次フリーズドライ保存および受精能の評価を行っていく。実験動物学本年度は、実際に希少動物から精子を採取し、フリーズドライ保存および受精能評価をすることできた。本研究で用いている研究用試料の精巣組織は、連携している研究機関や動物園から提供されるものであり、その量、頻度については一定ではないため。本研究で用いている研究用試料の精巣組織は、連携している研究機関や動物園から提供されるものであり、その量、頻度については一定ではなく、予想していた提供サンプル数が実際よりも下回ったため。連携している研究機関や動物園からサンプル収集を積極的に行うことで、実施回数を増やし研究成果の充実を図る。次年度では、サンプル収集を積極的に行うことで、実施回数を増やし研究成果の充実を図る。
質量分析を用いたトビイカ発光タンパクの動的変化に関する研究

発光タンパク質シンプレクチンをアジド化デヒドロセレンテラジンで光標識しても、標識ペプチドの質量分析による特定は困難であった。これはシンプレクチンの全ペプチド断片を一度に解析していたためと考えられる。そこで、光標識した後、遊離のシステイン残基をすべてアルキル化し、次いでブロモシアンをもちいて大きなフラグメント(数千ダルトン以上)と分解して、電気泳動により蛍光性のフラグメントを特定することとした。アジド基のみならず、ジアゾアセチル基をもつデヒドロセレンテラジンも合成した。これらの光親和性標識化合物について、エクオリンを用いて標識したところ効率よく標識できたことが判明した。光標識されたペプチドのみを簡便に精製できる官能基をもつデヒドロセレンテラジン誘導体も新規に合成することとした。ストレッカー反応を鍵反応として数段階にて効率よく様々な誘導体を合成できる新規ルートの確立に成功した。つぎに、シンプレクチンの活性部位における、デヒドロセレテラジン類の構造活性相関についての研究を行った。その結果、疎水性の置換基がデヒドロセレンテラジンの6位に導入されると、発光活性が著しく低下することが分かった。ジアゾアセチル-デヒドロセレンテラジンにより、電気泳動とゲル濾過カラムの操作を省くことが可能となり、標識条件を種々検討できるようになった。標識した後、デヒドロセレンテラジン部分をビオチン基に置き換え、光標識されたペプチド断片のみがアビジンカラムに吸着されるので、溶出させるときにオンラインで蛍光検出ナノ-HPLCに接続し、Q-TOF-MSおよびMS/MS測定し光標識部位を解析する手法が確立できた。1)発光タンパク質シンプレクチンをトビイカ発光器より抽出し、あらかじめ発光させて天然存在クロモフォアを消費してアポタンパクを調製した。アポタンパクへ既に化学合成した光親和性アジド化デヒドロセレンテラジンを加えて再構成シンプレクチンとした後、光照射によりニトレンを生成させてシンプレクチンを光標識した。この光標識シンプレクチンをトリプシンで消化しペプチド断片へと分解し、ナノ-LC-Q-TOF型質量分析装置で直接分析した。現在、光標識していないペプチド断片と比較しながら、標識部位について質量分析データの解析をしている。2)アジド基の置換位置を変えたデヒドロセレンテラジンも平行して合成するために、デヒドロセレンテラジンの新規合成法も開発した。安価な出発原料を用いて、数工程で様々な置換様式のデヒドロセレンテラジン誘導体を合成できる汎用性のある合成ルートを確立した。本合成ルートにより、光標識した後に、光標識ペプチド断片のみを選択的に単離できる置換基をもつデヒドロセレンテラジン誘導体が合成可能となり、質量分析データの解析を容易とすることが可能になった。3)発光タンパク質(シンプレクチン)溶液に、過酸化水素水を加えると発光が増加することが分かり、これを基にしてシンプレクチンの発光機構における定量的解析が可能になった。過酸化水素濃度を基に種々検討した結果、シンプレクチンのKm値を求めることができた。過酸化水素水は加えすぎるとタンパクを破壊するので、過酸化水素の至適濃度におけるデヒドロセレンテラジンの至適濃度を求め、発光機構の総合的な定量的解析を継続中である。
ポストゲノム解析によるオルガネラ分裂・分化の統御機械の解明

オルガネラの分裂機構をポストゲノム解析するシゾンの特性を再検討した。(1)総遺伝子数は4個増えて4775個となったが、ほとんど大腸菌と同じ遺伝子数であり、真核生物として最少であること、また遺伝子にパラログやイントロンがほとんどないこと、(2)真核生物として基本的な複膜系(ミトコンドリアなど)及び単膜系オルガネラ(マイクロボディなど)を全て含み、最少数であること、更にこれら複膜系と単膜系オルガネラの分裂を光の明暗でほぼ100%同調化できること、更に各オルガネラの単離が可能であること、そして(3)シゾンが42-45°Cと高温に棲息する真核生物であり、タンパク質の結晶化が容易である可能性が高いこと、これらの特性の他に、シゾンのミトコンドリアの分裂装置の全長が1μm、色素体の分裂装置が3μmであり、他の真核生物の10倍は長いことが分かったことなどである。そこで色素体の分裂装置の単離から開始した。先ず5リットルの同調培養系の分裂期細胞から分裂中色素体の単離を行った。次に様々な界面活性剤処理や遠心など諸条件を検討し、分裂中色素体から分裂装置(PDリング、Dynaminリング、FtsZリングを主に含むことから、PDFマシーンと命名)の単離に成功した。この高純度の単離の検定には従来の形態学的な確認やマーカー抗体を用いたイムノブロット解析だけでは困難で、新たにゲノム情報とMALDITOF-MS解析が必須だったので、この単離法をオルガネラMALDITOF-MS分画法と呼んだ。この方法で純化したPDFマシーンの構造と機能を解明した。画期的な成果としてPDFマシーンが20余りのタンパク質からなり複雑な装置であること、ダイナミン顆粒が細胞質からPDFマシーンへ移行、融合後、ダイナミンがPDFマシーンの滑り込みと分裂面膜の分断に重要な役割を担っていることがあきらかとなったこと(Yoshida et al.,Science,2006)、更にこの過程でミトコンドリアの分裂装置(MDFマシーン)の単離も可能となったことである。細胞核はオルガネラ(ミトコンドリアと色素体)の分裂・分化を同じような機構で制御しているのか、あるいは異なった方法で制御しているのかを明らかにするために、シゾン(Cyanidioschyzon merolae)を主な材料として研究を進めた。オルガネラの分裂・分化に関わる細胞質遺伝の過程はA)性を伴う有性細胞質遺伝とB)性を伴わない無性細胞質遺伝、即ちオルガネラの分裂分配がある。Aに関しては、分裂を繰り返し増殖していたオルガネラが有性生殖過程に入ると、増殖を止め、形を変形させ、所謂、分化する。クラミドモナスの色素体の場合には、受精すると交配型+の遺伝子は残り、交配型-の遺伝子は一連の生化学的機構(能動的消化機構)により分解した。この片親遺伝に関る遺伝様式は高等植物動物にまで維持されていた。しかしながら色素体とミトコンドリアでは逆であった。つまりミトコンドリアも色素体もオルガネラDNAの選択的消化は類似のシステムで進行するが、配偶子形成過程のどこかにスイッチがあり、進行を逆の性に入れ替える機構があることが判明した。Bに関しては、これまでの研究により、ミトコンドリアと色素体の分裂は類似のダイナミックトリオ(FtsZ、PD/MD、ダイナミンリングの3リング)を使っておこることが明らかとなっている。しかしながら、シゾンを細胞核のDNA合成阻害剤(カンプトテシリン、5FU)で処理すると、細胞核、ミトコンドリアの分裂は阻害され、色素体の分裂は進行した。その結果、細胞内には細胞核とミトコンドリアは各1個そして色素体は10個以上となった。ミトコンドリアには大きなMDリングが1個、色素体にはそれぞれの分裂に関わる小PDリングが1個であった。ミトコンドリアの分裂にも色素体の分裂にもダイナミックトリオが関与しているのに何故、ミトコンドリアでは分裂が進まないのであろうか。そこで、更に詳しく解析した結果、色素体のダイナミンは色素体の分裂面に移動するが、ミトコンドリアのダイナミンは移動せず細胞質に存在することが明らかとなった。つまり細胞核はダイナミンの移動と機能をミトコンドリアの分裂と色素体の分裂で使い分けていた。ダイナミンの機能に関しては、PDリング複合体を単離してTOF-MS解析した結果、PDリング複合体を構成するタンパク質とそれらの機能の全貌を明らかにすることができた。この方法はミトコンドリアの分裂装置にも適応できることが分かった。

そこで色素体の分裂装置の単離から開始した。先ず5リットルの同調培養系の分裂期細胞から分裂中色素体の単離を行った。次に様々な界面活性剤処理や遠心など諸条件を検討し、分裂中色素体から分裂装置(PDリング、Dynaminリング、FtsZリングを主に含むことから、PDFマシーンと命名)の単離に成功した。この高純度の単離の検定には従来の形態学的な確認やマーカー抗体を用いたイムノブロット解析だけでは困難で、新たにゲノム情報とMALDITOF-MS解析が必須だったので、この単離法をオルガネラMALDITOF-MS分画法と呼んだ。この方法で純化したPDFマシーンの構造と機能を解明した。画期的な成果としてPDFマシーンが20余りのタンパク質からなり複雑な装置であること、ダイナミン顆粒が細胞質からPDFマシーンへ移行、融合後、ダイナミンがPDFマシーンの滑り込みと分裂面膜の分断に重要な役割を担っていることがあきらかとなったこと(Yoshida et al.,Science,2006)、更にこの過程でミトコンドリアの分裂装置(MDFマシーン)の単離も可能となったことである。
セラミックスの界面における物質輸送現象

本研究は,各分野の有力な研究者を移集して組成および構造面で十分に制御されたセラミックスの界面における物質輸送,すなわち電子やイオンの輸送およびクラックの伝搬現象を反応論,平衡論,物性論および破壊力学などを用いて総含的に解明,整理し,信頼性のある高度な機能を持つセラミックスを開発する手法を体系化することにより,セラミックスに関する研究を飛躍的に前進させることを目的として行った.研究の効率化を図るため,研究グループを1)界面制御のためのプロセシング, 2)界面構造の複合・ハイブリッド化, 3)界面の電子輸送現象,4)界面のイオン輸送現象, 5)界面の応力・クラック伝搬現象の5つに分けて行った.1では, SCウィスカーTSZ分帯の界面反応の制御, ANセラミックスの粒界制御と熱伝導性,有機金属化合物からのトポタクティック反応による超伝導酸化物の調整などに関する研究を行い,プロセシング手法の開発と検討を行った. 2)では,レーザCVD法によるSC薄膜と基板界面の問題,イオン注入による表面改質,気相反応法によるSC中空状微粒子の合成等に関する研究から,界面の複合化,改質が物性に及ぼす影響を検討した. 3)では,セラミックヘテロコンタクトにおける導電現象と界面輸送現象の概念の体系化,高キュリー点PTCR材料の粒界挙動と導電性,超伝導セラミックスの微細構造と臨界電流密度の相関等に関する研究を行い,新機能発現の可能性と性能効上が界面に依存することを提案した. 4)では, βーガレートのイオン伝導,多孔質水酸アパタイトの表面伝導とセンサ特性,ガラス融液と導電性固体の界面反応の研究を行い,イオン輸送を基礎科学的に検討した, 5)では,セラミックス中のガラス層の組成変化と破壊, MgOの界面エネルギー,界面の破壊機構に関するシミュレーションおよびモデル実験を行い,界面破壊の基本的挙動を明らかにした.本研究は,各分野の有力な研究者を移集して組成および構造面で十分に制御されたセラミックスの界面における物質輸送,すなわち電子やイオンの輸送およびクラックの伝搬現象を反応論,平衡論,物性論および破壊力学などを用いて総含的に解明,整理し,信頼性のある高度な機能を持つセラミックスを開発する手法を体系化することにより,セラミックスに関する研究を飛躍的に前進させることを目的として行った.研究の効率化を図るため,研究グループを1)界面制御のためのプロセシング, 2)界面構造の複合・ハイブリッド化, 3)界面の電子輸送現象,4)界面のイオン輸送現象, 5)界面の応力・クラック伝搬現象の5つに分けて行った.1では, SCウィスカーTSZ分帯の界面反応の制御, ANセラミックスの粒界制御と熱伝導性,有機金属化合物からのトポタクティック反応による超伝導酸化物の調整などに関する研究を行い,プロセシング手法の開発と検討を行った. 2)では,レーザCVD法によるSC薄膜と基板界面の問題,イオン注入による表面改質,気相反応法によるSC中空状微粒子の合成等に関する研究から,界面の複合化,改質が物性に及ぼす影響を検討した. 3)では,セラミックヘテロコンタクトにおける導電現象と界面輸送現象の概念の体系化,高キュリー点PTCR材料の粒界挙動と導電性,超伝導セラミックスの微細構造と臨界電流密度の相関等に関する研究を行い,新機能発現の可能性と性能効上が界面に依存することを提案した. 4)では, βーガレートのイオン伝導,多孔質水酸アパタイトの表面伝導とセンサ特性,ガラス融液と導電性固体の界面反応の研究を行い,イオン輸送を基礎科学的に検討した, 5)では,セラミックス中のガラス層の組成変化と破壊, MgOの界面エネルギー,界面の破壊機構に関するシミュレーションおよびモデル実験を行い,界面破壊の基本的挙動を明らかにした.
機能性核酸による恒常性制御機構の解析

オステオポンチン(OPN)は、細胞外マトリックスとしての細胞接着や細胞遊走能のみならず、T細胞活性化やTh1/Th2polarization制御等のサイトカイン様機能をも有し、欠損マウスや中和抗体を用いた解析から、OPN機能抑制により癌転移およびリウマチや多発性硬化症等の慢性炎症性疾患に対する治療効果を得られることが示されている。そこで、近年、新規分子特異的ノックダウン法として注目されてきているsiRNA法を用いて、OPNノックダウンによる疾患治療効果を検討した。OPN siRNAはそれぞれ数種合成し、RNAi効果はOPN発現細胞株を用いて検討した。疾患モデルは癌転移と肝炎モデルを採用した。癌転移モデルは、マトリゲルチャンバーを用いた癌転移in vitroassayにて行い、siRNA導入癌細胞にて浸潤能の低下を確認することができた。肝炎モデルは、Concanavalin A(ConA)の静脈内投与により作製するConA肝炎モデルを使用し、OPN siRNAをConA投与の24時間前、16時間前、同時の計3回静脈内投与による治療効果を検討した。肝炎悪性度は血清中ALT値、組織学的検討により評価を行った結果、OPN発現抑制と肝炎治療効果の相関を認めることができ、OPN siRNAの遺伝子治療薬としての可能性を示すことができた。このとき、用いるsiRNAの細胞内における作用の持続性を目指し、siRNAに化学修飾を導入した新規siRNAも構築し、その抑制効果の評価を行った。その結果、多くの化学修飾siRNAは作用効果の向上が確認できなかったが、ある修飾体については、未修飾siRNAと匹敵する作用効果が見られた。さらにsiRNA処理することによる網羅的な遺伝子発現のプロファイル変化をDNAチップによって調べた。その結果、幾つかの遺伝子がsiRNA処理に呼応して変動していることが確認できた。オステオポンチン(OPN)は、骨組織のマトリックスを構成する主要な非コラーゲン性タンパク質として同定された分子量約41kDaの分泌型酸性リン酸化糖タンパク質である。OPNは細胞接着、細胞遊走、NO産生の制御、免疫系への関与など多彩な機能が報告されており、癌転移、炎症疾患など多くの難治疾患病態と関与することが示されている。OPN欠損マウスでは、腫瘍、リウマチ関節炎、多発性硬化症(EAE)、動脈硬化等に対し抵抗性を示し、また、OPNに対する中和抗体を用いて、リウマチ関節炎が緩解した報告もある。そこでOPN機能阻害により、治療効果が期待できると考え、OPNの発現抑制による効果を調べた。mRNAを切断することによって発現を制御するRNA干渉(RNAi)法をOPNの発現抑制に用いることとし、OPNのmRNAを標的とした数種の短鎖2本鎖RNA(siRNA)を化学合成した。高純度に精製したsiRNAを用い、OPN発現細胞に添加したところ、OPNに対するRNAi効果をmRNAレベルで確認し、さらにタンパク質レベルの抑制も見出すことができた。次にRNAi効果持続期間を検討したところ、約7日間OPNノックダウン効果が持続することも確認された。これらの結果を受け、ガン転移のモデルアッセイ系における転移抑制効果などを調べており、転移の抑制が期待できる効果を得つつある。さらに現在、マウス個体にsiRNAを投与して上述OPN関連疾患における治癒効果を検討している。近年、新規分子特異的ノックダウン法としてRNAi法が注目されてきている。