hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
量子物理学の数理解析

原子・分子の状態あるいは運動を記述する量子力学の基本方程式であるシュレーディンガー方程式を研究して以下の成果を得た。(1)初期値問題の基本解の無限遠での振る舞いに関する新たな知見を得た;(2)解の特異性の伝播問題の新たな研究手法を開発して分野の研究を進展させた;(3)散乱問題の波動作用素の性質について未解決問題を解決した;(4)ランダムシュレーディンガー作用素のスペクトルの性質についての未解決問題を解決した。量子力学に現れる線形・非線型偏微分方程式あるいは自己共役作用素についての数学的解析を研究する。特に(1)シュレーディンガー作用素の散乱理論における波動作用素のルベーグ空間における連続性あるいは不連続性の研究(2)シュレーディンガー方程式の解の特異性伝播問題の研究(3)シュレーディンガー方程式の基本解の性質の研究(4)時間に依存する不連続なポテンシャルを持つシュレーディンガー方程式の解作用素の存在と一意性の研究(5)ファインマン経路積分の数学的研究を行う。量子力学に現れる線形・非線形偏微分方程式あるいは自己共役作用素について様々な角度から広汎に研究をおこなった。今年度における研究業績は以下のようである。(1)研究代表者は量子力学の基本作用素であるシュレーディンガー作用素の散乱理論における波動作用素のルベーグ空間あるいはソボレフ空間における連続性を研究して、シュレーディンガ作用素が連続スペクトルの下端に特異性を持つ場合、波動作用素は空間の次元が2,4以外の場合には次元の半分とその双対指数を指数とするルベーグ空間あるいはソボレフ空間において連続となることを初めて証明した。これは研究代表者による従前の結果:連続スペクトルの下端にが正則点の場合、すべてのルベーグ指数に対して波動作用素が連続であるという結果の拡張で、シュレーディンガー方程式の解の分散型評価について新たな知見をあたえた。(2)研究分担者中村周はシュレーディンガー方程式の解の正則性伝播問題とシュレーディンガー作用素のスペクトル理論について研究し、(a)2階微分の係数が解析的であるシュレーディンガー方程式の解の、超局所的解析性の伝播問題を、係数が無限遠方で長距離型である場合に、斉次波面集合という新たな概念を導入することによって、既存の研究方法を著しく簡単化すると同時に、その結果を拡張した。また(b)シュレーディンガー作用素に対するスペクトル・シフト関数のルベーグ・ノルムによる評価の方法を開発して、ランダム・シュレーディンガー作用素に適用し、この作用素に対する密度関数の新しい評価を得ることに成功した。(3)研究分担者下村明洋は非線形シュレーディンガー方程式の解の長時間漸近挙動について研究し、(a)長距離型非線形項が消散型である場合に、解の新しい精密な長時間漸近形を発見した;(b)二次元空間において非線形項が解の絶対値の二次式で与えられるような非線形シュレーディンガー方程式は時間無限大で自由シュレーディンガー方程式の解に漸近するような解を持たないことを初めて証明した。また(c)右辺に4階微分を含むシュレーディンガー型の非線形方程式にたいして非線形項が消散型の場合に解の長時間漸近形を求めた。(4)研究分担者渡辺一雄はMaxwell-Stokes系の方程式に対するinterface vanishingの問題について研究した。(5)研究分担者藤原大輔はシュレーディンガー方程式に対する経路積分について引き続き研究を進展させ、大きな次元における停留位相法の誤差近似を精密化して経路積分の準古典近似の第二項を求めることに成功した。(6)研究分担者水谷明は4階非線形楕円型方程式の境界値問題の有限要素法による数値解の精度保証について研究した。一次元の場合には解決し、多次元への拡張を検討中である。量子物理学に現れる線形あるいは非線形偏微分方程式、ならびに自己共役作用素について広汎な角度から研究を行った。平成19年度における研究業績は以下のようである。1研究代表者は量子力学のシュレーディンガー作用素の散乱理論における波動作用素の連続性を引き続き研究し従来の研究において未解決であった4次元空間において作用素が連続スペクトルの下端に特異性を持つ揚合、特異性が0固有値によってのみ起こる場合の連続性を決定した。同時に未解決の2次元の対応する問題の研究を行ったが、これには十分な成果が得られていない。また現象論的なボルツマン方程式のより基本的なシュレーディンガー方程式からの導出の問題を研究してきたが、これについても現在まで十分な成果が得られていない。2研究分担者藤原大輔はファインマン経路積分の準古典近似の第二項を計算し、併せて相空間でのファインマン経路積分の研究を行った。3研究分担者中村周はシュレーディンガー方程式の解の特異性の伝播問題を引き続き研究し、準古典的特異性の伝播問題を摂動が長距離な場合に可決した。また散乱多様体上のシュレーディンガー方程式の特異性の伝播についての従来の手法を簡単化し、結果を著しく拡張した。4研究分担者

下村明洋は非線形シュレーディンガー型方程式,ブスネスク方程式および高階非線形シュレーディンガー方程式を研究し、解の存在と一意性を証明し、解の時間無限大での漸近挙動を明らかにし、散乱理論を展開した。5研究分担者水谷明は有眼要素法による偏微分方程式の数値解析について研究した。6研究分担者渡辺一雄は非線形微分方程式ヘの微分作用素のスペクトル理論の応用を研究した。量子力学の基本方程式であるシュレーディンガー方程式ならびに基本作用素であるシュレーディンガー作用素について広汎な研究を行った。今年度の研究成果は以下のようである。(1)研究代表者は以下の結果を得た。(a)調和振動子の無限遠方で二次関数より増大度が小さいポテンシャルによる摂動にともなう時間依存型方程式の初期値問題の基本解は,摂動の2階微分に対する適当な正値性の条件のもとで,調和振動子の場合と異なって,空間的になめらかな関数であることが研究代表者によって知られているが,この時,基本解は無限遠方において代数的に増大することを発見した。この増大度は摂動が大きくなると却って減少すると言う,一見矛盾する様に見えるが,これを準古典近似によって解釈し整合性を示した。(b)時間に依存したベクトル・ポテンシャルやスカラー・ポテンシャルをもつシュレーディンガー方程式の解作用素の存在と一意性を,ポテンシャルの不連続性と増大度の条件を従来より大幅に改善し,これらが時間に依存しない場合にハミルトニアンが本質的に自己共役となるための最良の条件を完全に含む形で証明した。(2)研究分担者藤原大輔は引き続きファインマン経路積分の研究を進展させた。(3)連携研究者中村周は,シュレーディンガー方程式の解の特異性の伝播,ランダム・シュレーディンガー作用素のスペクトル理論、散乱多様体上のシュレーディンガー作用素に対する散乱理論などについて従来の結果を大きく改善する多くの成果を得た.量子物理学に現れる線形・非線型偏微分方程式の解の性質、あるいはハミルトンなどの作用素のスペクトルあるいは散乱理論について研究を行った。(1)研究代表者は以下の研究を行った。(a)昨年度以来研究してきた、調和振動子の適当な符合条件をみたす優一次摂動の基本解のレゾナンス時間における特異性あるいは有界性の異常な振る舞いについての研究をデンマークAalborg大学Jensen教授との共同研究によって、21年のAalborg訪問中に完成させた。(b)劣一次の磁場のポテンシャルをもつシュレーディンガー方程式の基本解の任意時間における有界性と正則性について研究を進めたが,古典軌道の解析の困難さのため、未だ解決には至っていない。(c)非自己共役な1次元常微分作用素のスペクトル・擬スペクトルの解析を行い、既存の結果を拡張した。(d)昨年度の繰り越し補助金によって招聘したDell'Antonio教授と、時間に関して特異点が移動する一点相互作用をふくむ、時間に依存した強い不連続性をもつポテンシャルを持つ時間依存型シュレーディンガー方程式の初期値問題の解の存在と一意性の問題を研究した。
生物発光を利用した高感度抗体検出システムの開発と視神経脊髄炎関連自己抗体の解析

視神系脊髄炎(NMO)を罹患する患者血清中に含まれる自己抗体・抗AQP4抗体はNMOの分子病態を解明する上でKey分子であると考えられている.また、当該抗体の迅速検査はNMOの治療戦略策定上重要事項であり、高感度で高速な検査システムが必須である.従来法の中では蛍光顕微鏡システムを駆使したcell-based assay (CBA)の信頼度が最も高いが,検査の手技上の複雑さや定量性に関しての問題点が指摘されていた.本研究では,CBAが包含する問題点を全てクリアし,かつ,信頼度はも十分に担保された画期的な抗体検査システムの構築に成功した.本年度は視神経脊髄炎(NMO)およびNMO類縁疾患(NMOSD)のマーカーとされる抗AQP4抗体に加えて,多発性硬化症(MS)との関連が疑われる自己抗体・抗KIR4.1抗体についてもルシフェラーゼ免疫沈降法を利用した独自の抗体検査システムを確立した.ドイツの研究グループからMSの40%強の患者で当該抗体が陽性との報告が医学雑誌NEJMに発表されたのを受け,本邦における真偽を確かめる為に国内の複数の医療機関と共同研究を実施した.その結果,本邦のMSと確定診断された症例では当該抗体の陽性例は極めて稀であることが判明した.抗体検査の原理の相違から実験結果がドイツのグループと異なった可能性も考慮し,彼らの検査法(ELISA)を再現したが,やはり結果に大きな変化は認めなかった.以上の結果を踏まえて,少なくとも,我が国のMS患者の血清中には抗KIR4.1抗体が高率に認められないという結論に達した.現在,本研究成果をまとめた論文を作成中であり,近日中に学術雑誌への投稿を予定している.現在,本申請研究の成果をより充実させた内容にするべく,現在,NMO, NMOSD, MSを含めた中枢神経系免疫疾患における新規自己抗体の検査系確立を進めている.具体的には,最近上記疾患群との関連が疑われている抗MOG抗体に関する新規抗体検査法の確立に着手している.当該抗体検査法を確立した後は,上記の中枢神経系免疫疾患を対象とした抗体スクリーニング研究を実施し,関連する疾患の分子病態解明に役立てたい.視神系脊髄炎(NMO)を罹患する患者血清中に含まれる自己抗体・抗AQP4抗体はNMOの分子病態を解明する上でKey分子であると考えられている.また、当該抗体の迅速検査はNMOの治療戦略策定上重要事項であり、高感度で高速な検査システムが必須である.従来法の中では蛍光顕微鏡システムを駆使したcell-based assay (CBA)の信頼度が最も高いが,検査の手技上の複雑さや定量性に関しての問題点が指摘されていた.本研究では,CBAが包含する問題点を全てクリアし,かつ,信頼度はも十分に担保された画期的な抗体検査システムの構築に成功した.本邦における抗AQP4抗体検査に関しては,顕微鏡を利用した間接蛍光染色法とELISA法が一般的であった.前者は非常に高い感度を誇るが,検査結果の定量化が短所である.一方,ELISA法は定量性や多検体処理に適しているなどの長所を持つが,抗体検出感度という点で疑問符が付けられていた.以上の理由により,従来法とは抗体検出原理が異なり,簡便で安全な高感度抗AQP4抗体測定の開発が切望されていた。申請者らは,世界に先駆けて申請者が独自に開発した分泌型ルシフェラーゼが触媒する生物発光を利用した新しい抗体検出法・カイアシルシフェラーゼ免疫沈降法を採用し,平成24年度において,抗AQP4抗体の新しい検査法を確立した.従来法とのvaridationを実施した結果,従来法と比較しても全く遜色のない感度を有することが明らかになりつつある,本研究では,抗AQP4抗体検査に関する新しい技術としてルシフェラーゼ免疫沈降法(LIPS)を導入し,その有用性を確認した.しかし,AQP4のように複数膜貫通型の膜蛋白質を標的とする自己抗体を検出する場合,その膜上での立体構造を損なわないような工夫が必要であり,その点に関しては従来通りのLIPSの操作手順では問題が存在していた.そこで,最終年度においては,生細胞の膜上にAQP4が発現した状態にてヒト血清と反応させ,その後に細胞を可溶化し,抗体と抗原からなる免疫複合体をLIPS法で検出するというcell-based LIPS法へと改良した.これにより,従来のLIPSでは検出できなかったヒト血清中の抗AQP4抗体が検出可能となり,さらには,抗AQP4抗体検出法として現在最も信頼度が高いcell-based assay using immunostaining法と同等かそれを上回る検出感度が得られた.以上の結果をとりまとめた学術論文発表や学会発表を2015年に予定している.本研究のもう一つの狙いはLIPSでの多検体高速処理のシステム構築であるが,こちらに関しては,最大の難関がLIPSにおける磁性protein G-sepharoseの回収及び洗浄ステップであることが判明したが,最終的にはprotein Gをコーティングしている磁性ビーズの最適化を行うことでクリアすることができた.以上により,本研究は当初の目的を全て達成するだけにとどまらず,AQP4以外の様々な複数貫通型膜分子を標的とする抗体を高感度に検出する画期的な抗体検査システムの構築を可能にした.神経分子病態学申請時には抗AQP4抗体を検査対象として挙げていたが,現在は,NMOの鑑別疾患であるMSに関して抗KIR4.1抗体を検査できる状況になっている(加えて,インターフェロンβに対する自己抗体検査系も確立).

さらには,新たに抗MOG抗体の検査系の確立にも着手しており,関連疾患における自己抗体に関しては豊富なラインアップを揃えつつあると言える.全国的にみても,単独施設で上記の抗体群を一挙に検査できる例は殆ど存在しないだろう.その意味において,本研究課題の進展具合は順調と言える.当院では全国規模で抗AQP4抗体検査サービスを展開しており,各地から抗体検査の依頼を受け付けている.その結果を臨床現場に迅速に回答することで,おおむね好評を得ている.また,同時に,他方による抗AQP4抗体検査も同時に実施することで,varidationのデータを集積しつつあり,順調に研究計画は進行している.抗MOG抗体に関する新規抗体検査法の確立も含めて,NMO, NMOSD, MSを含めた中枢神経系免疫疾患における新規自己抗体の検査系確立を進め,関連する疾患の分子病態解明に役立てたい.一方,申請時に掲げた多検体高速検査体制の確立に関しては,当初のプランの変更が必要と考えている.申請時には磁性ビーズを利用した免疫沈降をセミオートマチック化することを予定していたが,ビーズの沈降速度が予想以上に早い点が想定外であったため,現在は免疫沈降のステップにバキューム式洗浄機の導入を検討している.この問題点をクリアすることで,予定通りの多検体高速検査体制が確立できると考えている.現行の申請者らの抗体検査技術でも従来法と比較して遜色はない抗体検出感度を誇るが,さらに抗体検査技術を改良し,検出感度の向上にも努めたい.そのために,カイアシルシフェラーゼの遺伝子変異体の作成に着手している.また,将来的に,多検体を高速に処理可能なシステムが必要となるので,その構築に着手する予定である.全国から送付される血清検体の保存管理を行うための設備の整備や臨床データ管理のシステム等を構築していきたい.
糖尿病治療薬をターゲットとした新しい血管病治療の探索研究

【目的】マウス下肢虚血モデルを用いて2型糖尿病治療薬であるメトフォルミン投与による血管新生効果を検討した。【方法】野生型マウスとeNOS遺伝子欠損マウスを、メトフォルミン投与群(M群)と非投与群(C群)に分類し下肢虚血モデルを作製【結果】野生型マウスM群で有意に虚血/健肢血流比が改善した。毛細血管密度とAMPK/eNOSリン酸化率もM群で有意に高かった。一方eNOS遺伝子欠損マウスでAMPKリン酸化率はM群で有意に高かったが、血流と毛細血管密度は両群で差はなかった【結論】メトフォルミンは下肢虚血状態で血流を改善した。その機序としてAMPK/eNOS活性血路による血管新生促進作用が考えられた。【研究の目的】本研究では、マウス下肢虚血モデルを用いて、メトフォルミン投与が虚血組織における血管新生作用に影響を及ぼすか否かを検討すること。【研究の方法】野生型マウス(N=20)とeNOS遺伝子欠損マウス(N=10)を、各々メトフォルミン投与群(強制経口投与,150 or 300mg/kg/day)と非投与群に分類した。メトフォルミン投与開始翌日に、マウス片側下肢虚血モデルを作製した。モデル作製後も引き続き、メトフォルミン投与を28日間連続して行った。【結果】メトフォルミン投与は、体重、血糖値、インスリン値のいずれも影響を与えなかった。野生型マウスのメトフォルミン投与群では、術後28日目に虚血肢/健肢血流比が非投与群と比較して有意に改善した。虚血肢の毛細血管密度と細動脈密度に関しても、メトフォルミン投与群の方が有意に高い結果であった。また、術後7日目のメトフォルミン投与群の虚血筋肉組織において、AMPKとeNOSのリン酸化の増強が確認された。一方eNOS遺伝子欠損マウスでは、虚血肢/健肢血流比は両群間で有意差を認めなかった。虚血肢の毛細血管密度)と細動脈密度に関しても、両群間で差は認めなかった。すなわち、eNOS遺伝子欠損マウスにおいては、メトフォルミン投与による下肢虚血後の血管新生促進作用は認めなかった。一方、AMPKのリン酸化に関しては、メトフォルミン投与群の方が非投与群と比べて有意に増強していた。【結論】メトフォルミン投与により、野生型マウス下肢虚血モデルにおける虚血肢の血流は改善した。その機序としては、AMPK/eNOS依存経路の活性化により、血管新生効果が増強されることが考えられた。本研究により、メトフォルミンはその血糖降下作用に加えて、虚血組織における血管新生促進作用を有しており、虚血性動脈疾患の病態を改善する効果が期待されることが示唆された。マウス下肢虚血モデルにおける2型糖尿病治療薬(メトフォルミン)のAMPK/eNOS活性経路を介した血管新生促進作用に関する研究。[背景と目的]2型糖尿病は、心筋梗塞や脳梗塞、下肢動脈硬化症といった重篤な大血管障害の罹患率を上昇させる危険因子である。メトフォルミンは2型糖尿病治療薬であり、心血管保護作用を有する事が知られている。本研究では、マウス下肢虚血モデルを用いて、メトフォルミン投与による血管新生効果について検討した。[方法]野生型マウス(N=20)とeNOS遺伝子欠損マウス(N=10)を、各々メトフォルミン投与群(強制経口投与,300mg/kg/day)と非投与群に分類し、マウス片側下肢虚血モデルを作製した。血管新生の効果判定として、1.レーザードプラ血流解析を用いて術後3,7,14,21,28日目に計測、2.CD31免疫組織染色を用いて毛細血管密度を測定、3.Western blot法を用いてAMPKとeNOSのリン酸化(活性化)率を測定。[結果]野生型マウスでは、術後28日目にメトフォルミン投与群で有意に虚血肢/健肢血流比が改善した。虚血肢の毛細血管密度は、投与群で有意に高かった。AMPKとeNOSのリン酸化率も投与群の虚血肢で有意に高かった。一方、eNOS遺伝子欠損マウスではAMPKのリン酸化率は投与群で有意に高かったが、下肢血流と毛細血管密度は両群で差はなかった。[結論]メトフォルミン投与により虚血肢の血流は改善した。その機序として、AMPK/eNOS依存経路の活性化により、血管新生が促進される事が考えられた。

本研究により、メトフォルミンは血糖降下作用に加えて、虚血状態における血管新生促進作用を有しており、虚血性動脈疾患の病態を改善する効果が期待できることが示唆された。本研究の目的は、経口糖尿病治療薬の血管保護作用に関して検討し、糖尿病治療薬を用いた、血管外科領域における新規治療戦略を提唱することにある。具体的には、以下の3つの実験を行うことを目標とした。1.下肢虚血モデルにおける血管新生能の比較検討上記に示した通り2型糖尿病治療薬(メトフォルミン)のAMPK/eNOS活性経路を介した血管新生促進作用に関する研究を行い、メトフォルミン投与により虚血肢の血流は改善した。その機序として、AMPK/eNOS依存経路の活性化により、血管新生が促進される事が考えられた。以上の結果を得て順調に経過している。今後は以下に示す研究目標を達成すべき研究を行う予定である。2.静脈グラフト内膜肥厚及びステント再狭窄抑制効果の比較検討3.動脈瘤モデルにおける瘤化抑制効果の比較検討1.静脈グラフト内膜肥厚及びステント再狭窄抑制効果の比較検討ウサギを用いて自家静脈グラフト(頚静脈を頚動脈へ移植)およびステント留置モデル(内頚動脈より外径3mmのバルーン拡張型ステントを留置)を作成する(JVascSurg.2005,2006,2007,2008,J Surg Res.2007)。さらに閉塞性動脈硬化症の臨床例に極めて類似したpoor run offモデルと高脂血症ウサギを組み合わせて、3種類の内膜肥厚モデルを実験に使用する。それぞれのモデルに対して、術前1週間前よりBG薬、TZD薬、DPP-IV阻害薬の経口投与を開始し、その内膜肥厚抑制効果を各薬剤投与群間で比較検討する。2.動脈瘤モデルにおける瘤化抑制効果の比較検討マウスの腹部大動脈を露出し、0.5MCaCl2溶液に15分間暴露させ動脈瘤モデルを作成する。術前1週間前よりBG薬、TZD薬、DPP-IV阻害薬の経口投与を開始し、動脈瘤化の抑制効果を各薬剤投与群間で比較検討する。今年度に引き続き、実験のための動物の購入、実験・動物手術に必要な試薬・薬剤の購入・施設使用料、さらに研究結果を学会発表のするための旅費や参加費などが必要である。物品費として750,000円、旅費として400,000円、その他として250,000円を直接経費として計画いたします。
系列パターンの過剰学習中に生起する「ゆらぎ」の変動性が適応過程に及ぼす効果

運動制御の階層レベルの特性には、フィードバック制御(エラーの検出とその修正機能)、適応制御(構造パラメータの変化に対する適応)、それに自己組織制御(構造変化による新しい機能の創発)などがある。[研究の目的]特にフィードバック制御から適応制御へ移行する過程に焦点をあて、フィードバック制御段階での系列パターンの過剰学習によって生じる、反応「ゆらぎ」の変動性から適応過程を評価するものである。[方法]大学生女子20名(年齢19歳22歳)の被験者に対して、6つの刺激提示ボックスとそれに対応する6つの反応キ-から構成された系列反応装置を用いて、フィードバック制御過程で251364の系列位置をもつ系列パターンを1系列1試行として、100試行追従させた。さらに、適応過程で系列の中間変更パターンである253146を50試行追従させた。[結果]1)フィードバック制御段階では、20名の被験者中17名がその後半段階を見越し反応で応答した。残りの3名は正反応で応答することが判明した。2)フィードバック制御過程での過剰学習で発現した見越しの反応時間のゆらぎの変動性から、変動性の大きい者と小さい者に分類した。その結果、変動性の大きい者がそうでない者よりも、系列位置の変化に対する適応制御が優れていた。3)これらの結果から、系列パターンの過剰学習はその系列を秩序づける見越しの反応のゆらぎを増幅させ、反応の冗長性が変化を処理するための余裕を生起させていることが明らかになった。
放射光薄膜X線回折法による次元制御配列金属錯体の配列構造決定

本研究の目的はSPring-8の高輝度なシンクロトロン放射光を使用し、界面に次元制御配列された金属錯体分子の構造を基板上に生成した状態のまま構造解析することにある.これにより、ポテンシャル制御空間を利用した分子素子、ナノ空間触媒等の開発の問題点を結晶構造の点から解明し、早期の問題解決に貢献することを目指した.本研究の特色は,これまで測定が困難であった基板上に次元制御配列された金属錯体分子の配列構造を基板上に形成した状態のまま構造解析することである.このような研究はSPring-8の高輝度なシンクロトロン放射光を使ってはじめて可能になるものである.この実現により、新機能の発現と配列構造との関係を明らかにできると考える.更に、この手法を発展させれば、様々な外場制御を行いながら構造解析することも可能となり、新機能素子開発に有効なデータを提供することが可能となる.上記目的のためにSPring-8 BL02B2に設置されている大型デバイ-シェラーカメラを薄膜測定ができるように改良した.具体的には、大型デバイ-シェラーカメラの試料位置に取り付け可能な薄膜アタッチメント1を新たに開発し、精密な試料センタリングが自動で行えるようにした.この開発により、薄膜の構造解析には不可欠な、微小角入射測定法、および、試料面内反射測定法による測定が高精度に行えるようになった.本装置を利用して本特定領域A04班、長谷川美貴研究グループと共同でステアリン酸-プラセオジム錯体膜に有機分子メレムを挿入した試料の構造決定に成功した.本年度の研究では、Au(111)単結晶の一次元錯体ワイヤーについて測定した。Au(111)単結晶(8×8mm^2)を配位子クロロホルム溶液とFe(II)溶液に交互浸積することによりフェニレン架橋ビステルピリジン配位子積層膜を作成した。測定は、SPring-8 BLO2B2において大型デバイシェラーカメラに薄膜回折用アタッチメント2を取り付け、波長1.0Å、入射角0.11°の微小角入射配置で行った。80回積層した膜について測定した回折データには、2θ=6.1°にピークが観測された。このピーク位置は20回積層膜でのデータとも一致することから、積層膜に対して再現性を有する。また、未積層の金単結晶表面ではこの回折は見られないことも確認した。この回折から求められる積層膜の周期構造は1.0nmと、配位子の分子モデルから求まる1.4mm程度の分子長より短くなっている。これについて、表面でのデータとの比較のため、溶液中で配位子とFe(BF_4)_2を混合し、数10nmサイズの微結晶塊からなる濃青色沈殿を得た。この粉末からの回折は、2θ=4.55.7°(λ=0.8Å)にブロードなピークを示し、Au(111)面上のワイヤの周期構造とほぼ同じ108nmの周期をもつことが分かった。また、電子線回折を用いた同じ配位子によるFe(II)錯体ポリマーの結晶構造が報告されており、ユニットセルのa,bの長さは隣接間ワイヤの鉄錯体同士の距離に対応する1.0nm程度となっている。これらのことから、錯体ワイヤは表面に対して40°傾くことで、隣接ワイヤとの距離を1nmとなるようにパッキングし、観測された周期を与えると推察された。本研究の目的はSPring-8の高輝度なシンクロトロン放射光を使用し、界面に次元制御配列された金属錯体分子の構造を基板上に生成した状態のまま構造解析することにある.これにより、ポテンシャル制御空間を利用した分子素子、ナノ空間触媒等の開発の問題点を結晶構造の点から解明し、早期の問題解決に貢献することを目指した.本研究の特色は,これまで測定が困難であった基板上に次元制御配列された金属錯体分子の配列構造を基板上に形成した状態のまま構造解析することである.このような研究はSPring-8の高輝度なシンクロトロン放射光を使ってはじめて可能になるものである.この実現により、新機能の発現と配列構造との関係を明らかにできると考える.更に、この手法を発展させれば、様々な外場制御を行いながら構造解析することも可能となり、新機能素子開発に有効なデータを提供することが可能となる.上記目的のためにSPring-8 BL02B2に設置されている大型デバイ-シェラーカメラを薄膜測定ができるように改良した.具体的には、大型デバイ-シェラーカメラの試料位置に取り付け可能な薄膜アタッチメント1を新たに開発し、精密な試料センタリングが自動で行えるようにした.この開発により、薄膜の構造解析には不可欠な、微小角入射測定法、および、試料面内反射測定法による測定が高精度に行えるようになった.本装置を利用して本特定領域A04班、長谷川美貴研究グループと共同でステアリン酸-プラセオジム錯体膜に有機分子メレムを挿入した試料の構造決定に成功した.
動物培養細胞リン脂質代謝変異株の分離と膜機能解析

1.被膜RNAウィルスの感染過程には宿主細胞の膜系が関与する。PS要求株(PSAー3株)を用いてシンドビスウィルスの感染における宿主膜リン脂質の役割を検討した。その結果、PSがシンビスウィル感染過程のうちウィルス膜とエンドソーム膜の膜融合に重要であることが強く示唆された。2.PS要求株のPS要求性を相補する遺伝子をCHO細胞ジエノミックおよびCDNAライブラリーから2種類単離することに成功した。これら遺伝子の詳細については現在さらに検討中である。3.PSの生合成調節機構が異常となった変異株(#29株)をポレエステル布レプリカ法を用いて分離することに成功した。親株に於けるPSの生合成は培地にPSを加えると特異的に抑制されるが、#29のPS合成はその抑制を受けないことが明らかとなった。更に、PSの生合成酵素の酵素学的解析から、#29株はPS生合成調節機構に異常を有する変異株であることが示された。今後、この変異株を用いることによりPSの生合成調節を分子レベルで明らかにしたいと考えている。4.イノシトールリン脂質の生合成に必須であるイノシトールの輸送系に関し、CHO-KI細胞にはNa^+ー依存性および非依存性の2つの輸送系が存在することを明らかにした。さらに、Na^+ー依存性輸送系に特異的な欠損を有する変異株を分離することに成功した。この変異株を用い、この細胞の変異を相補する遺伝子のクローニングを行い、輸送体の生化学同定へと研究を発展させたい。5.CHO-KI細胞からグルコース輸送欠損株を分離しその性状解析を行った。その結果、この変異株ではグルコース輸送体量が著しく減少していることを明らかにした。この変異株はグルコース輸体の機能を研究する上で非常に有用であると考えられる。1, CHO細胞ホスファチジルセリン(PS)要求株(PSA-3株)を用いた被膜RNAウイルスの感染機構の解析:PSA-3株をPS非存在下に2日間培養するとPS含量は親株の約1/3に減少し,この時水泡性口炎ウイルス(VSV)およびシドビスウイルス(SIN)の産生能は親株の1/100以下に減少した. ^<35>S-メチオニンで標識したSINを調整し, PS非存在下に2日間培養したPSA-3株とその親株におけるウイルスの結合および侵入を調べたところ両株において差は見られなかった.しかし,ウイルスRNAの生合成能はPSA-3株では,ウイルスが細胞内に侵入後,エンドソームでuncoatingするまでの過程のどこかが異常となっていることが示唆された.PSA-3株のジフテリア毒素に対する感受性は正常であることから, PSA-3株のエンドソーム内のacidificationは正常であると推定された.PSA-3株ではエンドソーム膜とウイルス膜が融合する過程が異常となっていることを示唆する結果が得られ,この可能性についてさらに検討中である.2,トリホスホイノシチド要求株の分離:種々の情報伝達系におけるトリホスホイノシチドなどのイノシトールリン脂質の重要性が指適されている.細胞増殖におけるトリホスホイノシチドの役割を明らかにする目的で,その生合成欠損株をトリホスホイノシチド要求株としてCHO-K1細胞から分離することを試みた.低濃度血清中での培養によりG1期同調し,通常濃度血清中で増殖を開始し, ^3H-チミジン自殺法でS期に導入しない細胞を集めた.この細胞群の中からトリホスホイノシチド要求株をポリエステル布レプリカ法を用いてスクリーニンする方法を確立した.現在,この方法を用いスクリーニングを実施中である.

1.イノシトールリン脂質の生合成に必須であるイノシトールの輸送系は不明な点が多い。動物培養細胞CHO-KIを用い、イノシトール輸送系の性状解析およびイノシトール輸送欠損株の分離を行った。(i)CHO-KI細胞のイノシトール輸送には、Na^+依存性および非依存性の2つの輸送系が存在することが判った。前者は、エネルギー阻害在ジニトロフェーノールにより阻害され、またイノシトールに対するKm値は約10μmであった。後者もジニトロフェノールにより阻害されたが、イノシトール濃度を10mMまで上げても飽和せず、Km値はそれ以上か、または不飽和な過程と考えられた。(ii)得られた変異株の一つ#648株は、Na^+依存性のイノシトール輸送活性を欠損していた。この変異株のイノシトールリン脂質生合成、Na^+依存性ロイシン輸送活性等は正常であり、変異株の変異部位はイノシトール輸送系にあることが示唆された。2.PS(ホスファチジルセリン)の生合成調節機構が異常となった変異株(#29株)をポリエステル布レプリカ法を用いて分離することに成功した。親株に於けるPSの生合成は培地にPSを加えると特異的に抑制されるが、#29のPS合成はその抑制を受けないことが明らかとなった。更に、PS生合成酵素それ自身がPSにより阻害されること、および変異株ではその阻害に対しても抵抗性を示すことが明らかとなった。3.PS要求株のPS要求性を相補する遺伝子をCHO細胞ジェノミックおよびCDNAライブラリーから2種類単離することに成功した。一つはPS合成酵素、他はサプレッサー遺伝子であることが判った。4.CHO-K1細胞からグルコース輸送欠損株を分離した。この変異株では、グルコース輸送体量が著しく減少していることをウェスタンブロット法により明らかにした。
ケーキのスポンジ組織形成に及ぼす糖類特に糖アルコール類の影響

5種の糖アルコール(Erythritol,Xylitol,Sorbitol,Maltitol,Lactitol)と3種の糖類(Glucose,Maltose,Lactose)を、単独或いは1対1に混合してスポンジケーキ中のスクロースに代替した場合に生じる諸現象を、バッターの性質、焼成工程における温度履歴、形成されたスポンジ組織の物性として捉え、バッターの性質やスポンジ組織形成における糖類の影響について追求した。また官能評価を行って、ケーキの機械的な物性と感覚との関連についても探求した。1.溶解度の低い糖を含むバッターは比重が大きくなる傾向にあり、気泡の安定性が劣ると判断される場合が多かった。また、バッター比重とケーキ比容積の間には、負の相関が認められた。2.バッターの示差走査熱量測定により得られた吸熱ピーク温度(以下バッターTp)は、糖の分子量にほぼ対応する高さを示し、ケーキ生地の硬化温度を表すと考えられた。ケーキ焼成中の昇温速度や最高到達温度とバッターTpとの間には正の相関が認められ、収縮開始時間とも関連していた。またケーキ比容積とバッターTpの関係は、Tpが88°C付近に最大値を持つような2次曲線で近似できた。バッターTpとケーキの温度履歴や比容積の間に見られた関係から、糖の代替はバッターTpを変化させ、ケーキの温度履歴に影響を与え、ケーキの硬化時期や蒸気圧の強さを左右し、その結果として膨化の程度、即ち比容積に影響すると推察できた。3.糖の組み合わせによって、多様な物性と触感を持つケーキが得られた。糖アルコールを含むケーキは概して砕けやすく凝集性が低くなったが、キシリトールは例外であった。還元糖と糖アルコールを混合した場合に、スクロースケーキ類似の物性を示すケーキが得られた。感覚的なやわらかさは、圧縮応力よりもケーキ比容積の大きさと関係することが分かった。5種の糖アルコール(エリスリトール,キシリトール,ソルビトール,マルチトール,ラクチトール)と3種の糖(グルコース,マルトース,ラクトース)を使用し,それぞれの糖を単独或いは2種を1:1混合してショ糖と置換したスポンジケーキを調製した.バッターの物理化学的性質,焼成過程の諸現象の観察と測定,ケーキの性質等を検討し,次のような結果を得た。1.バッター比重が大きく充分に抱気できない試料のケーキ比容積は小さく,バッター比重とケーキ比容積の間に負の相関があることを確認した。またバッター比重が大となる試料は糖の溶解率が低いことを実測により明らかにした。2.バッターの示差走査熱量測定結果は,含まれる糖の分子量に概ね対応した温度(7791°C)で,バッターの熱変性が生じることを示した。3.バッター焼成中の温度測定,ケーキ収縮開始時間の観察と測定,バッターの示差走査熱量測定,等の結果から,バッターの温度履歴,中心部バッターのスポンジ構造形成期間,収縮開始時期のそれぞれと,バッターの熱変性温度との間に密接な関係があることを明らかにした。4.ケーキ比容積とバッター熱変性温度との関係を2次曲線で表すことができ,バッター熱変性温度を変化させることによってケーキ比容積の改善が可能なことが分かった.5.糖アルコールを含むケーキは概してもろく砕けやすいこと,糖の組み合わせによって多様な物性を持つケーキの調製が可能であることが示された。

5種の糖アルコール(エリスリトール、キシリトール、ソルビトール、マルチトール、ラクチトール)と2種の糖(グルコース、マルトース)を使用し,それぞれの糖を単独或いは2種をl:1混合してショ糖と置換したスポンジケーキを調製し、乳化剤の有無による違いを検討した。またケーキの性質を機械的方法(定速圧縮による物性測定)と感覚的方法(評点法による官能検査)によって比較検討した。結果は次の通りである。1.使用した脂肪酸エステルを約23%含有する乳化剤は、バッターの熱変性温度やケーキ焼成中の温度履歴にほとんど影響を与えなかった。2.ケーキの圧縮かたさとケーキ比容積の間にはほとんど関連が見られなかった。これはスポンジ組織中の固形物部分の物理的性質が多様であることに依ると考えられた。3.ショ糖ケーキの持つ物性は、圧縮かたさが比較的小さく、一方で凝集性が高いという特徴を示した。これに類似した物性が、グルコースやマルトースと、エリスリトールやマルチトールの組み合わせ、及びマルチトールを含む場合に見られた。4.感覚的かたさと圧縮かたさとの間には関連が見られなかったが、感覚的かたさと比容積の間には負の相関が見いだされた。また好ましさとケーキ比容積の間にも正の相関が見られ、膨化の良いケーキが好まれる傾向にあった。5.「ケーキとしての好ましさ」に対して比較的高い評価を得たケーキは、ほとんどが還元糖と糖アルコールの組み合わせであった。これには、焼成中に生じたアミノ・カルボニル反応による褐変と香りの発生が関与していると考えられた。一方ラクチトールを含むケーキは甘味の低さとしっとり感に欠けることで、評価の低い場合が多かった。
神経突起伸展・成長円錐ガイダンスのFRETイメージングによる解析

cAMPにより誘導される神経突起伸展機構のうち、ほとんど明らかになっていなかったcAMPから細胞骨格を直接制御する経路について、PKA-STEF-Rac1が主要な因子として働いていることを見出した。また、NGFによる神経突起伸展制御の機構と、今回明らかになったcAMPによる機構を比較することにより、突起先端部での局所的なRac1とCdc42の活性化が神経突起伸展の最小基本要素であるという作業仮説を立てるに至った。また軸索極性形成におけるRap1Bのinstructiveな役割を明らかにするとともにその下流のシグナル経路を見出した。●ジブチリルcAMP刺激によるPC12細胞の神経突起伸展についての解析:膜透過性のcAMPアナログであるジブチリルcAMPの刺激は、PC12細胞の神経突起伸展を誘導できる。その時の初期突起形成には、NGFで刺激した時と同様にRac1/Cdc42が関与すると考えられるので、それらの活性化の様子をFRETイメージングで可視化した結果、ジブチリルcAMP刺激により、Rac1が持続的に活性化される一方でPIP3のレベルに変化がないことがわかった。Cdc42の活性はジブチリルcAMP添加により低下する。Rac1活性化は主にPKAを介していると推定しており、検証中である。次に、ジブチリルcAMPによる突起伸展をタイムラプス観察したところ、NGF刺激の場合に比べて突起先端部の出入りが少なく、比較的単調に伸びていくことがわかった。Rac1の単調な活性化と突起伸展の単調さの間に何らかの因果関係が想定される。平成21年度以降は、RNA干渉法を使うことで、これらの過程でRac1を活性化する因子を同定する。また、その因子とPKAの関係を明らかにすることを目指す。またもうひとつのポイントは、当初は広範に起こる活性化がジブチリルcAMP刺激1時間頃を境に突起先端部に局所化するメカニズムの解析である。ジブチリルcAMP処理では、NGF刺激と異なり、PIP3の局所的な集積は見られないので、NGF刺激の場合のようなポジティブフィードバック(Rac1→PI3キナーゼ→Rac1)による局所化のモデルでは説明できない。PKAのFRETバイオセンサーを使用するなどして、その局所化のメカニズムを解析することを目指す。●成長円錐ガイダンスのFRETイメージング系の構築:理化学研究所・上口裕之研究室より、ガイダンス因子の勾配による成長円錐の方向転換の系を導入した。●ジブチリルcAMP刺激によるPC12細胞の神経突起伸展についての解析:ジブチリルcAMPの刺激は、PC12細胞の突起伸展を誘導できる。昨年度の解析で、この突起伸展時にPKAの活性を介したRac1の持続的活性化が起きることがわかったので、そのRac1活性化を担う因子の同定を行った。その結果、Rac1特異的なGEFであるSTEFがジブチリルcAMP依存的なRac1活性化を担うことが明らかになった。また、STEFをRNAi法によりノックダウンしたPC12細胞では、cAMP依存的な突起伸展が大きく阻害された。In vitroリン酸化実験により、PKAがsTEFをリン酸化することがわかったので、PKA→STEF→Rac1→突起伸展という経路が想定される。平成22年度には、この経路の実証と、ジブチリルcAMP刺激によるRac1活性化が次第に突起先端部に限局していく機構の解析を目指す。●海馬神経細胞の軸索極性形成におけるRap1B活性化の役割についての解析:海馬神経細胞の軸索極性形成においてRap1Bの重要性が報告されているが、その役割については不明の点が多い。そこでFRETイメージングにより解析を進めたところ、極性形成時にRap1Bはfuture axonでのみ活性化されるのに対し、PI3キナーゼやCdc42は伸長しているfuture axon/dendritesで活性化されることがわかった。このことは軸索極性形成において、Rap1Bがinstructiveな役割を果たしていることを示唆している。また、Rap1Bの下流のシグナル経路について解析を進めた結果、活性化Rap1BはRa1A、Nore1A、PI3キナーゼにシグナルを流していることがわかった。これらの分子はそれぞれ、膜輸送、微小管制御、Rac1/Cdc42活性化を介して、軸索極性形成に寄与していると考えられる。●ジブチリルcAMP刺激によるPC12細胞の神経突起伸展についての解析:ジブチリルcAMPの刺激は、PC12D細胞の突起伸展を誘導できる。PC12D細胞をdbcAMPで刺激すると、Rac1の活性はゆるやかに上昇して高いレベルを保つ。この時に、神経突起伸展に一般的に必要と考えられているPIP_3のレベルは変化しない。

同様の系で5時間の観察を行なうと、5時間後には神経突起の先端部でRac1とCdc42の局所的な活性が認められるが、このときも突起先端部にはPIP_3の集積は見られない。cAMPシグナルの下流には、主にPKAを介する経路とEpac/Rap1を介する経路があるが、この系でのcAMPによるRac1活性化は、PKAとSTEFを介することがRNAi法とFRETイメージングを用いた解析で明らかになった。また、STEFのノックダウンによりdbcAMPによる神経突起伸展は顕著に減少する。in vitroでの解析から、PKAは主にSTEF上にある3か所のセリン/スレオニン(Thr749, Ser782, Ser1562)をリン酸化することがわかった。その中でも、Thr749のリン酸化がcAMPによるRac1活性化と突起伸展において特に重要である。また、cAMPによるRac1活性化が次第に突起先端部に限局していく時にPKA活性もほぼ同様の限局を示すことがわかった。脊髄損傷などの再生治療において、cAMP経路の増強が検討されている。この場合、転写因子であるCREB活性化の影響が広範囲に及びことを考えると、比較的低レベルのcAMPを投与した上で、突起伸展シグナルのみを特異的に活性化して相乗的な効果を上げることができれば有効な治療法となる可能性がある。本研究の結果はそうした方向に応用できる可能性を持っていると考えられる。●神経突起伸展に関与するRab分子のFRETセンサーの開発:膜輸送を介して神経突起伸展に関与すると考えられるRab分子数種のうちのひとつについて高効率なFRETセンサーを開発した。
熱帯樹木の生態木材解剖学

タイ熱帯季節林に生育するフタバガキ科樹木では,常緑樹種に比べて落葉樹種の方が小さい道管を持つ傾向にあった.特に乾燥落葉林のフタバガキ科では小道管の割合が高く,そのサイズ分布は2型性(vessel dimorphism)を示した.小道管は乾季における道管閉塞の危険を減らす意義があると考えられた.多くのフタバガキ科樹種では,樹幹部の地上高が大きくなるにつれて道管密度が大きくなり,道管の平均内腔面積は小さくなる傾向が見られた.タイ熱帯季節林のひとつである落葉フタバガキ林では,樹種によって乾季の水利用の仕方が異なることが,水素同位体の分析,樹液流量の測定,材の解剖学的解析から示唆された.各樹種は根の深さ,蒸散の抑制,小道管形成,順次落葉などのやりかたで効率的な水利用を行い,雨季の開始前から開葉・開花を行っているものと考えられた.ボルネオのキナバル山に広がる熱帯山地林において,水分条件には差がなく土壌条件の異なる2つの森林を比較したところ,蛇紋岩を基岩とする貧栄養の土壌に生育する7樹種では,堆積岩を基岩とするとする土壌に生育する6樹種に比べて,樹高が小さく厚い葉を持っていた.材密度,道管内腔面積,道管密度には土壌の違いによる差は全体としては見られなかったが,同属の樹種間で比較すると蛇紋岩の樹種では密度が大きく,道管内腔の小さいものが見られた.P-V法によって求めた水分生理の測定値でも,蛇紋岩の樹種が生理的乾燥に曝されている可能性が示唆された.山地林に生育する樹種は,その最大樹高に応じて材の密度や道管径に違いがあり,乾季により厳しい乾燥ストレスがかかる林冠樹種では細胞の浸透圧調整などによって乾燥を回避していることが示唆された.タイ熱帯季節林に生育するフタバガキ科樹木では,常緑樹種に比べて落葉樹種の方が小さい道管を持つ傾向にあった.特に乾燥落葉林のフタバガキ科では小道管の割合が高く,そのサイズ分布は2型性(vessel dimorphism)を示した.小道管は乾季における道管閉塞の危険を減らす意義があると考えられた.多くのフタバガキ科樹種では,樹幹部の地上高が大きくなるにつれて道管密度が大きくなり,道管の平均内腔面積は小さくなる傾向が見られた.タイ熱帯季節林のひとつである落葉フタバガキ林では,樹種によって乾季の水利用の仕方が異なることが,水素同位体の分析,樹液流量の測定,材の解剖学的解析から示唆された.各樹種は根の深さ,蒸散の抑制,小道管形成,順次落葉などのやりかたで効率的な水利用を行い,雨季の開始前から開葉・開花を行っているものと考えられた.ボルネオのキナバル山に広がる熱帯山地林において,水分条件には差がなく土壌条件の異なる2つの森林を比較したところ,蛇紋岩を基岩とする貧栄養の土壌に生育する7樹種では,堆積岩を基岩とするとする土壌に生育する6樹種に比べて,樹高が小さく厚い葉を持っていた.材密度,道管内腔面積,道管密度には土壌の違いによる差は全体としては見られなかったが,同属の樹種間で比較すると蛇紋岩の樹種では密度が大きく,道管内腔の小さいものが見られた.P-V法によって求めた水分生理の測定値でも,蛇紋岩の樹種が生理的乾燥に曝されている可能性が示唆された.山地林に生育する樹種は,その最大樹高に応じて材の密度や道管径に違いがあり,乾季により厳しい乾燥ストレスがかかる林冠樹種では細胞の浸透圧調整などによって乾燥を回避していることが示唆された.研究期間の初年度にあたる本年は,タイ熱帯季節林とボルネオ島キナバル山に調査地を設定し,樹木生理の調査と毎木調査を開始した.それとともに木部試料を採取して材の画像解析により道管の計量を行った.タイでは水分の環境傾度にそって水辺林,乾燥常緑林,乾燥落葉林からフタバガキ科の10樹種をえらび,水ポテンシャルを測定した.乾季の終わりにあたる3月の測定では,乾燥常緑林の樹種よりも乾燥落葉林(より乾燥が厳しい)の樹種の方が,予想に反して水ポテンシャルが高かった.木部道管の画像解析の結果では,水辺林から乾燥落葉林へと乾燥度合いが高まるにつれて,直径100μ以下の小道管の割合が顕著に増加した.これらの結果は,乾燥落葉林に生育するフタバガキ科樹種が乾燥に対する適応的な性質を獲得していることを示唆している.その意味を明らかにすることが次年度以降の課題となる.ボルネオ島キナバル山では現地視察を経て,本研究で材の解剖を行う供試樹種の決定,および樹高,胸高直径などを計測した.毎木調査を行った樹種について材の含水率を測定するとともに,光学顕微鏡・画像解析によって木部道管の面積を計測した。毎木調査は2サイトで行い,標高800mの低地フタバガキ林で12種144個体,標高1700mの熱帯山地林で14種477個体の樹高と胸高直径のデータを得た.これから相対成長計算式により樹種ごとの最大樹高を推定した.高木種,低木種の道管径の特徴については解析中である.今後も同所的な生育場所の様々な供試樹種の木部構造解析を継続し,最大樹高との関係を明らかにしていく.

タイ南部のTrangと東北部のSakaeratにおいて,フタバガキ科の水ポテンシャルの季節変化を測定するとともに,7月(雨季)と3月(乾季)において原形質分離時における浸透ポテンシャルを測定した.また,樹高方向に45mの間隔で胸高部位から3,4点の木部試料を採取し,道管径と分布数の垂直的な変化を調べた.葉の水ポテンシャルは土壌の水分状態に応じた季節変化をしめし,乾季の後半では-2-3Mpaというきわめて小さい値をとった.原形質分離時の浸透ポテンシャルの値は温帯の広葉樹に較べて低く,浸透圧を高くすることによって乾季の乾燥に対する耐性を獲得していることが示唆された.樹幹の上下で道管の内径と分布数に一定の傾向は見られなかった.タイに生育するフタバガキ科樹種Hopea odorataの胸高部から採取した木部試料を用いて,木理の計測を行った.同樹種では木理が周期的に変化する交錯木理が見られ,樹冠各部に分散して水分を輸送することに貢献しているものと考えられた.ボルネオ島キナバル山の山地林(標高約1600m)において,土壌中栄養塩の異なる2つの森林に生育する優占樹種の木部構造を比較した.堆積岩土壌に生育する樹種は貧栄養の蛇紋岩土壌に生育する樹種に較べて道管内腔の面積割合が高く,材の容積密度の値が広い範囲にわたっていた.原形質分離時の浸透ポテンシャルは蛇紋岩土壌の樹種の方が小さかった.蛇紋岩土壌に生育する樹種では小型でLMAが大きく窒素含量(重量濃度)が小さいという,乾燥条件に適応した葉の性質をもっていた.以上のことから,貧栄養の土壌に生育する樹種は生理的な乾燥にさらされていて,結果として樹高が低く,多様性の小さい森林を形成していると考えられた.東北タイのサケラートにある落葉フタバガキ林において,乾季と雨季のフェノロジーを観察するとともに,材の水素同位体比から根茎の深さを推定し,フタバガキを中心とする樹種の水利用について調べた.フェノロジーと根の深さ,樹液流特性に基づいて落葉フタバガキ林の樹種は以下の4つに分類できた:1)常緑・深根性タイプ,2)落葉・深根性タイプ,3)落葉・浅根性タイプ,4)低蒸散タイプ.深根性の樹種は乾季にも安定して水が供給でき,エンボリズムの危険性も低いと考えられ,水輸送効率の良い太い道管を持つことができると考えられる.一方,浅根性の樹種はエンボリズムの危険性が少ないと考えられる細い道管を密に持っていた.低蒸散タイプに分類されたフタバガキ科樹種はどれも比較的太い道管を持ち,その中でもやや根が浅いと考えられるD.intricatusとS.siamensisは落葉,開花ともに他の樹種より早く起こった.一方,フタバガキ科樹種で一番根が深いと推測されたS.roxburghiiは落葉期間が短かった.フェノロジーと樹木の根の深さ,樹液流,材,葉の特性など樹木の水分生理は密接に関係しており,乾燥に対する適応戦略は樹種により様々であった.キナバル山の堆積岩起源の低地林(標高約600m)と山地林(標高約1600m)の林冠構成種(低地林11種,山地林12種)を対象とし,材の容積密度,木部構造として,道管1個あたりの平均内腔面積,単位面積あたりの道管分布数,単位面積あたりの道管の占有率を測定した.その結果,低地林と山地林の標高間の比較では,材の容積密度は低地林で低く,山地林で高い傾向にあった.低地林では高い樹高にも関わらず,多様な材密度を持つ樹種で林冠が構成されていることが分かった.一方,山地林では材密度頻度分布が高い値に収斂した傾向がみられた.この関係は,これまでキナバル山で報告されている種多様性の変化と対応しており,種と材容積密度の多様性が結びついていることが分かった.東北タイのサケラートにある乾燥常緑林および落葉フタバガキ林において,常緑と落葉という葉の性質や木部の構造の違いが各樹種の光合成とどのような関係があるかを調べるために,主要樹種の最大光合成速度を測定した.
マウス精子形成関連遺伝子群の成立と特異的発現制御機構の解析

マウス精巣生殖細胞特異的遺伝子の構造と発現制御機構を解析した。(1)構造上の特徴:半数体特異的遺伝子の40%以上がイントロンレスで、レトロポゾンと考えられるが、多くは哺乳動物拡散以前に生じ、時間がたっているため、3'Poly(A)やダイレクトリピートを失っていた。これらの遺伝子はすべての染色体に散在しており、特定の領域に集中していなかった。さらにエクソン内にCpGアイランドを持つものも多く見られた。(2)発現制御機構:Tact1遺伝子はイントロンレスでエクソン内部にCpGアイランドを持ち、上流にCpGがほとんどない。精巣では全くメチル化されておらず、体細胞ではすべてのCpGがメチル化されていて、メチル化によりプロモーター活性が抑制されることを示した。また、精巣にメチル化したTact1遺伝子を導入すると、発現しないことから、精巣での脱メチル化が発現の必要条件であることが明らかとなった。遺伝子内部のメチル化による発現制御は珍しく、精巣生殖細胞の特徴の一端を示しているのかもしれない。また、半数体特異的遺伝子6種類(Tact1,Tact2,OAZt,Scot-t1,Scot-t2,Cpa3)について、プロモーター解析を行った。これらはいずれもTATA-box等、通常のプロモーターに見られるモチーフを持たないことから、特異的因子による制御が想像された。トランスジェニック解析により、上流100bpほどと、下流5'非翻訳領域で精巣半数体精子細胞特異的発現に必要充分であることを示した。詳細なモチーフを特定するために、欠失変異および塩基置換変異プロモーターコンストラクトをin vivo electroporation法を用いて精巣生殖細胞に導入して、ルシフェラーゼアッセイを行った。その結果、CRE様配列を持つ上流エレメント、イニシエーターさらに下流領域の組み合わせが重要であることがわかった。現在、それぞれに結合する因子の同定を行っている。