hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ゼータ函数論の構築

リーマン・ゼータ函数をマイクスナー・ポーラチック多項式で展開するというクズネコフの結果の整理、拡張の過程で管状領域、あるいはその有界対称領域上の正則函数のなすヒルベルト空間やシロフ境界上のハーディー空間等の函数空間と、それらの間のラプラス変換、フーリエ変換、ケイリー変換で与えられるユニタリ変換を用いて、多変数の特殊直交多項式の研究を行った。その結果として以下の二つの成果を得た。1.一変数の時の円環ヤコビ多項式に関するシェンの結果を、対称錐上の解析を用いて多変数化し多変数円環ヤコビ多項式の導入した。加えてその直交性,母函数,更にそのケイリー変換が満たす擬微分関係式も導出した。これは球多項式の2-パラメータ変形にあたる多変数直交多項式系だが、従来知られていた球多項式のパラメータ変形であるA型のジャック及びマクドナルド多項式とも、BC型ヤコビ多項式とも異なり、ランダム行列で知られる円環ヤコビアンサンブルを重み函数としてもつ。また構成の仕方から可換な擬微分作用素族の同時固有函数になることが期待され、量子可積分系の観点からもとても興味深い対象である。2.離散型の直交多項式系として良く知られているマイクスナー,シャリエ,クラウチェク多項式の一般二項係数による多変数化を行い,母函数,直交性,差分関係式等の基本的な性質を導出した。これは従来の青本・ゲルファント型の超幾何函数を用いた多変数化とは異なる拡張であるが、一変数の時と同様の基本的な諸性質を持つことから良い多変数化である。また諸性質の導出の際に鍵となる「マイクスナー多項式の母函数の母函数がラゲール多項式の母函数になる」という結果はこれまで一変数においてさえ知られていなかった事実であり、離散型と連続型の直交多項式系の対応を与えたという点でも重要であると考えられる。多重ゼータ函数、特に双ゼータ函数、を用いることにより、既に知られている多重ガンマ函数や多重三角函数等の特殊函数の理論を見通し良く整理することは当初の計画通り成功した。更にマイクスナー・ポーラチック多項式とゼータ函数の対応を研究する過程で多変数直交多項式系に関して、多変数円環ヤコビ多項式や多変数マイクスナー多項式他のような、際立った結果が得られた。これは当初の計画では想像だにできなかった成果であり、その意義は大きいと考えられる。ゼータ函数の研究から出発して、ユニタリ変換を組織的に用いる多変数直交多項式の研究を行ったことから、思いがけず大きな成果が得られた。ゆえに今後は報告者が得た手法や結果を出発点として、従来とは異なる観点からの多変数直交多項式の研究を重点的に行っていきたい。しかし報告者の結果の更なる拡張を行う際には、報告者が用いた調和解析の手法では不十分であり、可換な微分作用素の族の同時対角化という量子可積分系の理論、手法が不可欠と予想される。特に円環ヤコビ多項式に関しては、可換な擬微分作用素の族の同時対角化という従来の量子可積分系では扱われない対象であることが想定され、全く新しい沃野の突破口になることも期待されることから精力的に研究を行いたい。当該年度に実施した研究及びその成果は以下の通りである。1.双ゼータ函数を用いて、様々な特殊函数の研究を行った。具体的には双ゼータ函数を用いて、変形多重三角函数を導入し、これを用いて従来の黒川信重、小山信也らによるヘルダー型の多重三角函数論を非常に見通し良く整理することができた。更にこの手法を推し進め、ヘルダー型の多重三角函数の楕円化(多重シグマ函数)の導入し、その基本的な諸性質を並行して解明することにも成功した。2.1.の研究の過程で大きな問題となった、一般のフルヴィッツ型のゼータ函数(パラメータに関する)解析接続についての研究も併せて行った.これは複素数の複素数ベキの無限和というゼータ函数の定義によって生じる根源的な問題であり、この理論における大きな困難の一つでもある。報告者はこの困難を解決する為の「符合」を導入し、従来のゼータ函数に比べより(パラメータに関する)解析的性質が改良された「符号」付きのフルヴィッツ型のゼータ函数を定義して、その具体例をいくつか与えた。これにより従来のゼータ函数では得られなかったワイエルシュトラスの楕円函数の差分関係式をはじめ、そのhigher-depthに相当する(楕円)函数の差分関係式も得ることが出来た。3.小松尚夫と共同でコーシー多項式の研究をする過程で、これを特殊値に持つゼータ函数の構成が問題となりこれを研究した。その結果として、自然数でパラメータ付けされたバーンズの多重ゼータ函数を、複素数で補間したゼータ函数を得ることができた。4.リーマン・ゼータ函数をマイクスナー・ポーラチック多項式で展開するというクズネコフの公式の簡略化と実軸1/2以外の領域への拡張を行った。5.ワイル代数上の対称和に関する作用素順序問題の拡張と証明の簡略化に成功した。

1.一変数の時の円環ヤコビ多項式に関するシェンの結果を、対称錐上の解析を用いて多変数化し多変数円環ヤコビ多項式の導入した。加えてその直交性,母函数,更にそのケイリー変換が満たす擬微分関係式も導出した。これは球多項式の2-パラメータ変形にあたる多変数直交多項式系だが、従来知られていた球多項式のパラメータ変形であるA型のジャック及びマクドナルド多項式とも、BC型ヤコビ多項式とも異なり、ランダム行列で知られる円環ヤコビアンサンブルを重み函数としてもつ。また構成の仕方から可換な擬微分作用素族の同時固有函数になることが期待され、量子可積分系の観点からもとても興味深い対象である。2.離散型の直交多項式系として良く知られているマイクスナー,シャリエ,クラウチェク多項式の一般二項係数による多変数化を行い,母函数,直交性,差分関係式等の基本的な性質を導出した。これは従来の青本・ゲルファント型の超幾何函数を用いた多変数化とは異なる拡張であるが、一変数の時と同様の基本的な諸性質を持つことから良い多変数化である。また諸性質の導出の際に鍵となる「マイクスナー多項式の母函数の母函数がラゲール多項式の母函数になる」という結果はこれまで一変数においてさえ知られていなかった事実であり、離散型と連続型の直交多項式系の対応を与えたという点でも重要であると考えられる。多重ゼータ函数、特に双ゼータ函数、を用いることにより、既に知られている多重ガンマ函数や多重三角函数等の特殊函数の理論を見通し良く整理することは当初の計画通り成功した。この整理によってそれを更に一変数分拡張した「楕円化」を行うこともできた。またゼータ函数の「符合」の導入により、解析性の改良ができたことで特殊函数への応用範囲を広げることができたことは特に大きな成果である。更にこれらとは独立に、当初の計画では想定していなかったマイクスナー・ポーラチック多項式とゼータ函数の対応を明らかにできた。このように様々な特殊函数とゼータ函数との対応明らかにすることができたことから、「ゼータ函数論の構築」という当初の目的に適った成果を本年度達成することができたといえる。更にマイクスナー・ポーラチック多項式とゼータ函数の対応を研究する過程で多変数直交多項式系に関して、多変数円環ヤコビ多項式や多変数マイクスナー多項式他のような、際立った結果が得られた。これは当初の計画では想像だにできなかった成果であり、その意義は大きいと考えられる。1)ゼータ函数の「符合」の導入により、解析性の改良ができたことで特株函数への応用範囲を広けることに成功したが、肝心の「符合」の定義かかなり込み入っている。これをより簡明で扱いやすく改良を加えることが一つの大きな課題である。無論「符合」付き双ゼータ函数と特殊函数、特に何らかの対応があると思われるq-ゼータ函数、との対応の研究も引き続き行っていく。2)当初の目標の一つであった、双ゼータ函数の複素積分表示の研究については収束性や解析性において本質的な困難が生じることが判明してきた。これについても「符合」や何らかの変形を考察することで困難の打破を試みたい。3)「ゼータ函数はマイクスナー・ポーラチック多項式の母函数である」という全く思いがけない発見についても、その一般化や応用などの研究を、主に調和解析の観点から推し進める。
新しい黒色遮熱無機顔料の開発

本研究の最終目標は、高い遮熱性能を有する黒色無機顔料の開発である。研究代表者は、これまでに行ってきたCa2MnO4およびCa2Mn0.85Ti0.15O4複合酸化物の研究成果を踏まえ、以下の3つの課題に取り組む。[課題1]カルシウムとマンガンの複合酸化物からなる黒色無機顔料の合成と物性評価[課題2]組成の最適化[課題3]開発顔料の耐薬品性及び耐候性評価本研究の最終目標は、高い遮熱性能を有する黒色無機顔料の開発である。[課題1]カルシウムとマンガンの複合酸化物からなる黒色無機顔料の合成と物性評価[課題2]組成の最適化[課題3]開発顔料の耐薬品性及び耐候性評価
GAを利用したインテリジェント画像処理流速計に関する研究

流れの可視化動画像に画像処理を施すことにより速度分布を自動計測する画像処理流速場計測法は、一般に広範囲の流れ場を同時計測できる長所を有している。しかしながら、従来から種々提案されている計測法では比較的多くの過誤の速度ベクトルが生じやすいという問題がある。そこで、本研究では計測対象画像の既知情報が少なくてすみ、かつ可視化実験上の制約も少なく、流れ場の大部分の領域で速度検出ができる等の点で実用性に優れた画像処理流速場計測法であるパターン相関法に、遺伝的アルゴリズム(GA)を適用し、過誤ベクトルの発生を最小に抑制することのできる流速計を開発することを目的とする。すなわち、パターン相関法において流動場の粒子群パターンをマッチングさせる段階で単に相関の大きいもの同士を対応づけるのではなく、それを一つの遺伝子として、淘汰、選択、交叉、突然変異などの遺伝メカニズムによる世代交代を何世代にもわたって繰り返すことによって、流れ場に関する予備知識なしに、流れ場全体を考慮した最適なマッチングを行うインテリジェントな画像処理流速計を開発しようとするものである。これを実現するためには、第1に新たなソフトウェアの開発、次に流速計としてのシステムの構築が必要である。以上の点を踏まえて、GAを利用した画像処理流速場計測法のソフトウェア開発に取り組み、おおよそ企画したような機能を有するソフトウェアを作成することができた。これを円柱まわりの非定常流動場における流速計測に適用したところ、当初多く存在した過誤の速度ベクトルが世代を下るにつれて自動的に正常になっていくことが確認され、本年度の計画の主要な部分を達成することができた。ただ、時間的制約のため、画像取込カメラ、コンピュータおよび出力などの一連の計測システムを完成させるには至らなかった。
肺胞マクロファージ活性型/結核治療遺伝子製剤開発のための基礎研究

結核菌は代表的な細胞内寄生菌であり、体力や免疫力の低下に伴い発症する。主に肺胞マクロファージ内に潜伏感染することが知られており、この排除が結核の根治治療につながると考えられる。最近の報告からマクロファージ内においてオートファジーの誘導が結核菌の排除に有効であることが示されている1)。またマクロファージの再活性化も重要と考えられる。我々はマクロファージ内にオートファジーの誘導し、またマクロファージを活性化して結核菌を排除する遺伝子製剤の開発に向け研究を行って来た。まず始めに候補遺伝子製剤のクローニングを行い(IRF1, IRF3, IRF7, STAT1, TRAF6)、これを発現ベクター(CAT7neo)に組み込んだ。そのうちTraf6遺伝子が効果的なオートファジーの誘導とマクロファージの活性化を誘導することを発見した。Traf6遺伝子はコントロールと比べて約2.5倍のオートファジー誘導を示し(LC3-II発現量)、約2倍のマクロファージ活性を誘導した(NO産生能)。この結果よりTLR受容体下流のシグナル伝達分子をターゲットにした遺伝子製剤の可能性を示すことができた。また現在他の分子、遺伝子に関しても更なる検討を加えているところである。また我々はこの遺伝子製剤を効果的に投与するためのドラッグキャリアーに付いても研究を進めた。我々がスプレードライ法で作成した粒子径約2μmのPLGA粒子は効果的に肺胞マクロファージに取り込まれ、かつ封入物質を徐放的にマクロファージ内に放出することが示されたことから効果的なドラッグキャリアーとして用いることが可能であると考えられる2)。またリポソームをベースにしたドラッグキャリアーに付いても検討を進め、遺伝子を効果的にマクロファージ内に導入することを示すことができた。これらの結果から、遺伝子製剤を効果的に細胞内に投与する手段も整えられつつあると考えている。本年度は結核治療に用いる遺伝子製剤候補の設計及び作製を中心に行って来た。最近の研究からマクロファージ内における結核菌の処理にオートファジーという現象が利用されている可能性が示唆された。そのためまずIFN-γレセプター下流のシグナル伝達分子さらにはオートファジーに関与する分子をコードする遺伝子であるIRF1、STAT1、STAT6等の遺伝子製剤設計を行いクローニングした。またマクロファージはToll like receptor 2(TLR2)を介して結核菌を認識すると、IL-12、IL-18等のサイトカインを産生し周囲の免疫細胞(NK細胞等)に作用しIFN-γを産生させ、マクロファージ細胞を活性化するのでTLR2下流のシグナル伝達分子であるTRAF6をコードする遺伝子をPCR法により用いてクローニングし、発現ベクターCAT7-neoに組み込んだ。これにより候補製剤の準備ができた。次に遺伝子導入法の最適化を行った。マクロファージ細胞株を用いて検討を行ったところ通常の遺伝子導入法ではNucleofector system(amaxa社)以外ではほとんど導入されなかった。また我々の研究室で作製した遺伝子導入キャリアー(リポソーム、PLGA)はマクロファージに効率よく取り込まれたことから、これらを用いることが有用であることも示した。最終的には遺伝子製剤をこれらのキャリアーに封入し製剤化を試みる予定である。最後にマクロファージの活性化の指標となるオートファジーの検出、またiNOSの検出を遺伝子レベル、タンパク質レベルでの検出を試み、アッセイ法の最適化を完了した。以上から導入製剤、導入方法、アッセイ系が整い今後各遺伝子製剤の活性を調べる予定である。結核菌は代表的な細胞内寄生菌であり、体力や免役力の低下に伴い発症する。

主に肺胞マクロファージ内に潜伏感染することが知られており、この排除が結核の根治治療につながると考えられる。最近の報告からマクロファージ内においてオートファジーの誘導が結核菌の排除に有効であることが示されている1)。またマクロファージの再活性化も重要と考えられる。我々はマクロファージ内にオートファジーの誘導し、またマクロファージを活性化して結核菌を排除する遺伝子製剤の開発に向け研究を行って来た。まず始めに候補遺伝子製剤のクローニングを行い(IRF1, IRF3, IRF7, STAT1, TRAF6)、これを発現ベクター(CAT7neo)に組み込んだ。そのうちTraf6遺伝子が効果的なオートファジーの誘導とマクロファージの活性化を誘導することを発見した。Traf6遺伝子はコントロールと比べて約2.5倍のオートファジー誘導を示し(LC3-II発現量)、約2倍のマクロファージ活性を誘導した(NO産生能)。この結果よりTLR受容体下流のシグナル伝達分子をターゲットにした遺伝子製剤の可能性を示すことができた。また現在他の分子、遺伝子に関しても更なる検討を加えているところである。また我々はこの遺伝子製剤を効果的に投与するためのドラッグキャリアーに付いても研究を進めた。我々がスプレードライ法で作成した粒子径約2μmのPLGA粒子は効果的に肺胞マクロファージに取り込まれ、かっ封入物質を徐放的にマクロファージ内に放出することが示されたことから効果的なドラッグキャリアーとして用いることが可能であると考えられる2)。またリポソームをベースにしたドラッグキャリアーに付いても検討を進め、遺伝子を効果的にマクロファージ内に導入することを示すことができた。これらの結果から、遺伝子製剤を効果的に細胞内に投与する手段も整えられつつあると考えている。
災害被災地における文化支援のあり方に関する博物館的寄与

東日本大震災の被災地における大学博物館による「文化支援」のあり方について実践研究を行った。東京大学総合研究博物館は民間企業の協力を得て、平成25年9月に岩手県大槌町に「大槌文化ハウス」を整備し、さまざまな文化支援活動を行ってきた。平成24・25年度は、大槌文化ハウスの企画構想、仮設住宅の住民調査、中心市街地の復興立案を行った。平成25年10月以降は、大槌文化ハウスにおいて「東大教室@大槌」の活動を多分野にわたって展開した。一連の活動を通して、人間連携・資源共有・空間創出の視点を総合した地域再生の検討を行い、博物館がその分野横断性によって環境保全と環境創造に寄与できることを確認した。平成25年9月9日にオープンした岩手県大槌町の「大槌文化ハウス」を本研究の実践拠点として、被災地における文化支援の活動を実行し、町民の反応を通して成果を検証した。大槌文化ハウスは東京大学総合研究博物館(以下、総博)と民間企業の支援によって設営された文化施設であり、総博からの寄贈図書3500冊と学術標本4点が設置されている。総博が2006年から実践している「モバイルミュージアム」の事例として、総博本体の学術資源や人的資源を生かした文化支援を行っている。平成25年度は「東大教室@大槌」という町民のための教育支援活動を企画し、総博の研究者によって年度内に合計10回のレクチャやワークショップを実施した。東大教室の内容は各担当者の研究テーマによるが、大槌や三陸など地域のトピックを含めるように心がけた。毎回十数名の町民が参加し、熱心に聴講し、活発な質疑や議論が行われた。終了後に大槌町が実施する受講者アンケートをもとに、東大教室についての評価・感想・意見を収集し分析した。この教育支援活動によって次のような成果が得られた。人間連携に関わる成果として、町内各所から参加した受講者が新たなコミュニケーションをはかる契機になったこと。空間創造に関わる成果として、大槌町の将来像やまちづくりに関する多様な意見を交換し集約することができたこと。資源共有に関わる成果として、専門研究者の知見および住民自身の情報提供により地域の歴史文化や自然環境についての理解を深めることができたこと。受講者の多くから東大教室で学ぶことが楽しいという感想が寄せられ、知的活動を介した地域文化の興隆に多少なりとも貢献することができた。博物館という多様な研究分野を擁する研究教育組織は、このような分野横断的な活動を通して、被災地の文化支援に幅広く寄与できることを確認した。東日本大震災の被災地における中長期的な地域再生のための「文化支援」の研究調査を行った。本研究を進める前提として、東京大学総合研究博物館は被災した岩手県上閉伊郡大槌町に「大槌文化ハウス」(仮称)をつくるプロジェクトを民間企業の協力を得て進めている。当初は仮設住宅地の一角に一戸建ての小規模ハウスを建設予定であった。しかし、協力企業の一社が撤退したため予算規模が縮小し、既存の公共施設である大槌町中央公民館内の部屋の内装改修して文化ハウスを設けることになった。平成24年度の研究では、まず「空間創出系研究」としてこの文化ハウスの計画検討を行い、次に「人間連携系研究」として被災地仮設住宅における住民調査研究を行い、さらに「資源共有系研究」として中心市街地の再開発検討研究を行った。・空間創出系研究:被災住民が集い学ぶための空間のあり方を検討し、文化ハウスの計画検討を行った。途中、一戸建て案から内装改修案への変化があったが、基本的な目的は変化せず、図書収蔵機能、教育学習機能、集会交流機能を導入した空間検討を進めた。計画案を具体的に表現するために模型や図面を作成した。・人間連携系研究:被災住民に対するヒアリング調査を行った。学生グループの参加を得て、大槌町和野地区の仮設住宅地で聞き取り形式の調査を行い、大槌に関する記憶、魅力、将来像、復興、生活について調査し、その結果を調査者間で共有して資料をまとめた。・資源共有系研究:被災地の都市的な空間資源の再構築を検討するために、学生たちとともに大槌町の中心市街地の再開発検討を行った。町方地区の現地調査をベースとして、空間資源の活用に関する複数の可能性を検討して復興案の作成を進めた。その結果に対して、町職員や建築家を含む講評者による評価検討を行った。東京大学総合研究博物館は複数の民間企業の協力を得て、岩手県上閉伊郡大槌町に文化支援の拠点施設の整備を進めてきた。当初は平成24年春の完成が見込まれたが、場所変更や企業撤退などの諸事情から遅延が発生し、平成25年9月に大槌町中央公民館内に「大槌文化ハウス」として完成し一般公開された。

平成24年度および25年度の研究では、まず「空間創出系研究」としてこの大槌文化ハウスの計画検討を行い、次に「人間連携系研究」として被災地仮設住宅における住民調査研究を行い、さらに「資源共有系研究」として中心市街地の再開発検討研究を行った。平成26年度においては、大槌文化ハウスの「東大教室@大槌」で継続的に実践した「空間の教室」のワークショップ活動をもとに、空間・人間・資源系の視点を連携して、以下のような文化再生の構想支援研究を行った。・空間創出系研究:大槌の復興再生のまちづくりための研究を行った。ワークショップの参加者に対するヒアリングを通して地域住民の問題意識を把握し、まちづくりのさまざまなアイディアを出し合い、それらを地図の上にプロットして「まちづくりアイディアかさねマップ」を作成した。・人間連携系研究:地域の人間社会の再生について複数の視点から研究を行った。「持続可能性」では人間社会の存続とための具体的な方策を、「環境共生」では自然環境と人間社会の共存のための方法を、「コミュニティ再生」では震災後に分断された人間関係の再構築のあり方を検討した。・資源共有系研究:大槌の自然資源と文化資源の再評価の研究を行った。イトヨや湧水などの希少な自然資源、町方遺跡や城址や郷土芸能などの文化資源を次世代に伝えていく必要性が確認された。これらの地域資源を保存継承しつつ、今後のまちづくりに積極的に活用する方法を検討した。建築学大槌文化ハウスのオープン後、連続して教育支援活動を実施し、その成果を検証することができてた。研究自体は全体の達成目標の中ではおおむね順調に進行している。ただし研究と並行して進めている大槌文化ハウスの設営プロジェクトの実現が寄付者の事情によって遅れているため、現地における空間・人間・資源系の調査研究を先行し、それを文化ハウスを拠点とする文化支援活動にいかす予定である。大槌文化ハウスを拠点とする文化支援の活動を継続する。約1ヶ月半に1回(2講座)のペースで行われている東大教室@大槌を中核として、親子向けの体験イベントなどの新しい実行形式を導入して町民の参加意識を高める工夫をする。人間連携に関わる教育支援系研究では、町民同士のコミュニケーションを高め、相互連携による自律的な復興活動へのサポートに結びつける。空間創造に関わる文化創出系研究では、町民による新しいまちづくりのイメージを具現化し、生活文化の空間的構築のサポートを行う。資源共有に関わる情報共有系研究では、地域の歴史文化や自然環境に関する情報を蓄積記録し、文化情報アーカイブの基礎的生成に協力する。研究のまとめとしてこれまでの教育支援活動の内容を文書化し、その成果の検証と分析を行う。平成25年度においては、平成24年度に実施した空間創出系、人間連携系、資源共有系の研究を統合し、大槌文化ハウスにおける文化支援の諸活動として実践展開を行う。文化支援の活動は教育普及、集会交流、展示公開等の形式で現地で実施する。各系の研究は前年度の活動を継続しつつ、終盤に向けて活動の取りまとめと整理を行う。・人間連携系研究:人と人のつながりを再生する側面支援においては、連携の継続と拡張を目標とする。
手擦れ機構の解明に関する研究

ヒトの手指摩擦による固体材料の摩耗機構(手擦れ)を明らかにした。得られた研究成果の詳細は別紙の通りである。ビンズル像などの仏像のうち、金佛は銅及び銅合金製である。これらの長年にわたる手擦れを主として純銅を用いて手擦れ実験を行い、金属であっても指摩擦によって摩耗粉が発生することを確認した。その発生機構は指の角質層によるアブレッシブ摩耗であることが、その摩耗面や摩耗粉分析の結果から明になった。したがって、「なで仏」と呼ばれるビンズル像などの摩耗損傷は、明らかに長年にわたるヒトの指先による接触と摩擦によって生じたものであることが判明した。銀、ニッケル等純金属でも同様な機構で手擦れが生じることがわかった。手擦れによる摩擦係数は固体材料同士の摩擦係数に比較して倍ないし数倍高いことが再確認された。しかし、この値は固体材料のせん断強さや硬さ、木材であれば柔組織量に依存し、柔らかく、弱い材料ほど摩擦係数は低くなることも判明し、固体材料間の摩擦特性に類似する点もみいだした。軟質金属の手擦れ比摩耗量は10のマイナス7乗か8乗の値あることが判明し、潤滑下における個体材料同士の摩擦における比摩耗量に相当することがわかり、手指角質層の相手材料に対する攻撃性は予想以上に大きいことも明らかになった。これらの成果は、研究論文としてだけでなく、懇話会や市民講座等でも披露した。特に本年度の本学主催市民講座では、社会人からの反響と関心は深いものがあり、これまで誰も問題視しなかった身近な現象を科学的に実証したことに対して賞賛と高い評価をえた。「手擦れ機構の解明に関する研究」の本年度における実績の概要は以下のとおりである。1)銅及び銅合金と手指による摩擦試験をおこない、摩擦係数は銅及び銅合金の表面あらさや指剛性に依存し、平滑な材料表面を「引き」摩擦するときが摩擦係数は大きくなり、指先が適度の発汗状態のとき最大の摩擦係数となることがわかった。2)指との接触面積をS,押付け荷重をPとした場合,接触面積のうちのαの部分が面圧に関係なくせん断をうけ、残りの部分はクーロンの法則に従うとすれば、摩擦係数f=c_1αS/P+c_2(1-α)となり、実測結果とよく一致することを見出した。3)摩耗粉分析に関する研究で、軟質金属(インジウム、鉛、スズ、銀、アルミニウム)との指摩擦試験において、指で摩擦されたこれら軟質金属表面には筋状痕が発生することは従来研究でも明らかであった。今回、純銅表面の指摩擦によって発生した摩耗粉をX線分析したところ金属性の摩耗粉であることが判明し、これは指角質層によって除去された摩耗粉であることがわかった。4)微粒子(40ミクロン)を投射したステンレスや純銅試験材料について、指先接触による感性評価をおこなった。その結果、微粒子投射面は、鏡面仕上げ面よりも低摩擦係数を示し、油とのぬれ性もよく、接触感覚にすぐれていることがわかった。5)生体液粘度と摩擦特性との関連研究で、ヒアルロン酸水溶液(HA)やナガイモのような曳糸性液体の低摩擦係数を確認し、粘度シェアレイドが増すと急減することを見出した。ヒトの指先で固体材料を繰り返し摩擦した場合、固体材料であっても手擦れ摩耗が生じる。この現象は「手擦れ」と呼ばれてきた。従来、皮膚と固体材料間の摩擦係数は固体材料同士の摩擦係数よりも数倍高いことは知られていたが、その摩耗機構は明らかにされていなかった。しかし、本研究によって、手擦れ摩耗が指先角質層による掘り起こし摩耗によって生じることが判明した。以下はその要約である。

1)軟質金属の場合:インジウムや鉛など極軟質金属はもちろんのこと、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケルなどの軟質金属では、指先角質層によって数ミクロン幅の引掻き傷が発生し、摩耗粉が角質層の摩耗粉中に混在して排出される。その摩耗粉には数ミクロンの金属性摩耗粉が介在することをX線分析で確認した。この摩耗粉は母材(本研究では軟質金属)の表面を掘り起こし、筋状痕を形成させる。したがって、従来から知られていた手掌と固体材料間の高摩擦特性は、これら摩耗粉が指紋凹部に固定されてアブレージョンを誘発し、または脱落時に展動することによるラッピング作用によって生じることが判明した。その結果、軟質金属の摩耗量は材料硬さに逆比例し、比摩耗量にして、10のマイナス4乗のオーダーで推移した。2)木材の場合:実験に用いた木材は密度や柔組織の異なる乾燥材である。まず、摩擦係数はバルサなど柔組織割合の大きい木材、つまり軽い木材はど、摩擦係数は低く、密度(比重)の高いリグナムバイタの70%ほどであった。バルサ材の比摩耗量は、リグナムバイタ材に比べて10倍はど高い値であった。摩耗機構は金属と同じように指角質層による機械的摩耗によって生じることが判明した。以上の研究成果から、永年にわたるビンズル像(木像)やペテロ像(ブロンズ像)の手擦れ現象はおよそ解明された。これらの成果は別紙のとおり報告ないし報告予定である。
過去の大規模火山噴火にともなう気候変動の研究

火山噴火の大気循環場への影響を解析するためのデータセットを東京大学のPatrick Martineau博士と中国・精華大学のJonathon Wright博士とともに進め、このデータセットに関する論文を出版した(Martineau et al., 2018)。さらに、循環場の解析を開始した。地表気温データから火山噴火シグナルを取り出すにあたり、あらたな手法を開発する必要性が判明し、これに対応したため、循環場の解析の開始が遅れた。現在は、地表気温の解析は終了し、循環場の解析にとりかかっている。循環場データの解析を進め、学会発表、論文発表をおこなう。火山噴火の気候への影響解析については、まず9種の再解析データにより全球気温変化を調べたFujiwara et al. (2015, doi:10.5194/acp-15-13507-2015)の追加解析をおこなった。新たに利用可能となったもの等を含め、全17種のデータについて調べた。次に、地表気温解析を行うためのプログラムを作成し、13種のデータを収集し、まず新旧2種のデータについて調べた。地域的な特徴に差異が見られることが分かった。さらに、循環場への影響を調べる準備として、S-RIP活動の一環としての循環場データセットの整備・作成に関わった。全球大気再解析データの基本情報の整理、基本的な変数についての比較検証を進めた。関連する国際会議、セッションを主催し、さまざまな関連情報を収集した。火山噴火に伴う地表気温変化を抽出するプログラムを作成し、実際に2種の再解析データに適用した。循環場への影響を調べる準備として、循環場データセットの整備・作成に関わった。火山噴火の気候への影響解析については、地表気温データから火山噴火シグナルを取り出す手法について、詳細に検討した。特に、エルニーニョ南方振動の影響を取り除くにあたり、あらたな手法を開発する必要性が判明し、S-RIPで協力してきた東京大学のPatrick Martineau博士と中国・精華大学のJonathon Wright博士と共同で、複数の手法を開発し比較した。そのため予定よりも作業は遅れ気味であるが、見通しはついた。また、循環場のデータ整備をPatrick Martineau、Jonathon Wright両博士とともに進めた。地表気温データから火山噴火シグナルを取り出すにあたり、あらたな手法を開発する必要性が判明し、対応したため。火山噴火に伴う地表気温変化と循環場変化を、すべての再解析データについて調べ、比較検証し、その結果を学会発表し、論文出版する。地表気温データのあらたな解析手法はほぼ確立したので、データ解析を進め、学会発表、論文発表をおこなう。地表気温データから火山噴火シグナルを取り出すにあたり、あたらしい手法を開発する必要性が判明したため、学会発表、論文発表が当初計画よりも遅れたため。論文投稿料として使用する。
磁化プラズマにおける微細構造及びその動的挙動の観測

本研究では、磁化プラズマ中に細かな凸凹構造が形成され時間的に変動する事を実験的に実証することである。今年度は、周波数掃引型のマイクロ波コム反射計が九州大学の直線プラズマ実験装置(PANTA)にて本格的に稼働した。また、周波数固定型のマイクロ波コム反射計を用いて核融合科学研究所の大型ヘリカル装置(LHD)にて分担者と共同で磁化プラズマ乱流計測を行った。実験の進展に伴い、これら2種類のマイクロ波コム反射計を用いた乱流観測で以下のような大きな成果が得られた。(a)高速周波数掃引型マイクロ波コム反射計によりビート周波数の抽出から反射層までの距離が求められた。但し現在のヒルベルト変換を用いた瞬時周波数の決定ではビート周波数の揺らぎが大きくアンサンブル平均が必要で、この平均操作のため分布の位置精度と観測の時間分解能がトレードオフの関係になっており、最適値を探査している。(b)高速周波数掃引型マイクロ波コム反射計のデータ解析を通じて、ドップラーシフトを通じた反射層の径方向速度計測の可能性を見出した。(c)PANTAにおいて径方向に局所的に強い密度勾配の形成を観測した。この領域で準コヒーレントな揺動が励起されている。周波数固定型のマイクロ波コム反射計によって、この揺動に同期して、密度勾配の小さい周辺領域において、揺動が径方向に弾道的に伝搬する事が明らかになった。ハースト数等の解析からこの現象が雪崩的伝搬の特徴を有する事が明らかになった。(d) LHDにおいてTESPEL入射によってプラズマエッジに摂動を与えた際、ゾーナル流のような構造が1周期間過渡的に励起され径方向内向きに高速で弾道的に伝搬する事が明らかになった。これまで周波数掃引型マイクロ波コム反射計が十分には稼働していなかったが、実績で示したように、今年度は本格的に稼働している。これにより微細構造の観測が進展したと言える。乱流のダイナミクスの観測に関しては雪崩現象を示唆する計測データが得られた。最終年度はこれらの成果を統合する事で本プロジェクトの目的を達成する事が可能との目処を得る事ができたので、全体として順調に進展していると判断した。本研究における要素(1)マイクロ波周波数コム反射計による微細構造の観測法の開発、に関しては周波数掃引型コム反射計の分布の位置精度と観測の時間分解能の最適値を求め、微細構造を探求する。更に先進的な非定常スペクトル解析法を導入する事で、時空間分解能を最適値よりも更に高める事を目指す。(2)微細構造と巨視的構造とのスケール分離に関してはガス種を変えラーマ半径を小さくするとともに温度を上げ、衝突率を低くする。具体的にはこれまでの実験よりも更なる高パワー(8kW)によるヘリウム/水素放電を試みる。(3)微細構造と乱流のダイナミクスの同時観測に関しては、上記の成果で示した乱流の雪崩的伝搬の観測に関して、高速周波数掃引型及び周波数固定型のマイクロ波コム反射計を同時に稼働させ、現象の更なる同定を行う。そして最終年度である今年度はこれらの成果を統合する。本研究では、磁化プラズマ中に細かな凸凹構造が形成され時間的に変動する事を実験的に実証することで、乱流輸送モデルを検証する事を目指す。実験は九州大学の直線プラズマ実験装置(PANTA)を用いて行い、1)空間分解能1mm,時間分解能1マイクロ秒の微細構造観測法を開発し、2)微細構造形成に付随する乱流のダイナミクスも同時に観測することを目的とする。本研究目的を達成するため、本研究ではマイクロ波周波数コムを用いた反射計を開発する。本研究における重要な要素は(1)マイクロ波周波数コム反射計による微細構造の観測法の開発、(2)微細構造と巨視的構造とのスケール分離、(3)微細構造と乱流のダイナミクスの同時観測、である。平成27年度の実績として以下のような成果があげられる。(a)既存のマイクロ波周波数コム反射計に加え、高速周波数掃引型反射計を導入した。この掃引型反射計は、0.5GHz間隔で12-26GHz領域に形成されるマイクロ波コムのオフセット周波数を0.5マイクロ秒で0.5GHz高速スキャンし、プラズマ密度分布の連続計測を目指すものである。また、従来型のマイクロ波コム反射計による乱流構造計測が進展し、時間分解能1マイクロ秒で径方向位置26点の密度揺動を同時計測する事に成功した。(b)PANTAのプラズマ径は6cmであり、イオンラーマ半径は1cm程度なのでプラズマ径の増加、運転磁場の増加を行う事でスケール分離を試みた。磁場を強くしイオンラーマ半径を小さくする事でコヒーレントな密度揺動構造が広帯域の乱流揺動に変化し、揺動の相関長が短くなっている事が明らかになった。(c)空間26点の揺動計測に加え、シミュレーションとの比較を活用した密度分布再構築法の開発に着手した。今後掃引型反射計を本格的に運用する事で微細構造と乱流のダイナミクスの同時観測が期待される。本研究では、マイクロ波周波数コム反射計を開発し、プラズマ中に形成される微細構造を観測する事が鍵である。平成27年度では周波数掃引型コム反射計を制作し、PANTA実験に導入する事ができた。本反射計の本格的稼働の為には80Gs/sという超高速ストレージオシロスコープで取得する巨大なマイクロ波信号データの解析手法を確立しなければならない。このような巨大データの解析手法を既設の周波数固定型コム反射計にて確立した。

本手法を周波数掃引型コム反射計へ適用する事は比較的容易であるため、今後実験データを蓄積し、プラズマ中の凸凹構造の探求が格段に進展すると期待される。以上より、研究は順調に進展していると言える。本研究の重要な要素は、1)マイクロ波周波数コム反射計による微細空間構造の観測法の開発、2)微細空間構造とプラズマの巨視的空間長とのスケール分離、3)微細空間凸凹構造と乱流の時間的振る舞いの同時計測、である。1)に関しては昨年度に引き続き周波数掃引型マイクロ波周波数コム反射計の開発を行った。昨年度問題であった反射信号の信号雑音比の改善と周波数成分間での出力のばらつきを抑えるためエコライザーとアンプを導入し、入射マイクロ波の特性を改善した。初期的な結果を得たがミキサー内で局所信号の倍波によって不要成分が生じていることが明らかとなった。フィルター等の導入による更なる改善の方針を策定した。2)に関してはPANTAの運転磁場を増加させる事でイオンラーマ半径とプラズマ半径との比を減少させた。並せて、乱流の周方向と径方向の相関長を計測し、イオンラーマ半径の減少と共に相関長も短くなる傾向にある事を明らかにした。またレーザーを用いた平衡分布計測が進展し、イオンラーマ半径や勾配長がより高精度に評価可能となった。実際の実験に近い条件での乱流シミュレーションによるドリフト波乱流特性の定量的比較が可能となった。3)に関しては固定周波数型のマイクロ波周波数コム反射計による乱流時空間構造の同時計測を乱流の雪崩的伝搬の検出を試みている。高周波揺動のenvelopeに関する2時刻2点相関、離れた2点における非局所バイコヒーレンス解析を行い径方向にイオンラーマ半径の数倍引き伸ばされた構造が観測された。雪崩的伝搬かどうか今後の検証が期待される。本研究の開発要素には1)平衡分布の微細構造観測法の開発、2)乱流の動的構造の検出法の開発、があり、それぞれ具体的には周波数掃引型周波数コム反射計の開発、乱流時系列データ解析法の開発、を行っている。周波数掃引型周波数コム反射計の開発では不要周波数成分の混入等に悩まされているが、計測機器開発の常として計画としては織り込み済みであり、今年度中に具体的な解決策も得られているので研究の進捗に大きな遅れとなる事は無いと考えている。乱流時系列データ解析法に関しては幾つかの手法がテストされ乱流の雪崩的伝搬の同定が進展中である。このため研究は順調に進展していると言える。本研究では、磁化プラズマ中に細かな凸凹構造が形成され時間的に変動する事を実験的に実証することで、乱流輸送モデルを検証する事を目指す。1)空間分解能1mm,時間分解能1マイクロ秒の微細構造観測法を開発し、2)微細構造形成に付随する乱流のダイナミクスも同時に観測することを目的とする。今年度は、周波数固定型及び周波数掃引型の2種類のマイクロ波コム反射計を用いて九州大学の直線プラズマ実験装置(PANTA)あるいは核融合科学研究所の大型ヘリカル装置(LHD)にて分担者と共同で磁化プラズマ乱流計測を行った。実験の進展に伴い、これら乱流計測で以下のような大きな成果が得られた。(1) PANTAにおいてこれまでよりも強磁場(0.15T),高パワー(6kW)で実験を行った際に、径方向に局所的に強い密度勾配を持つ構造の形成が観測された。
SELHi校のタスク中心の英語授業は生徒の授業の「充実感」に寄与するか

本研究の目的は、スーパーイングリッシュランゲージハイスクール(Super English Language High School,以下セルハイ校)に特徴的なタスク中心の英語授業が、生徒にどのように受け止められているかを検証し、セルハイ校以外の他の多くの学校でも実行可能な具体的な授業の方法論を提示することにあった。対象は、筆者の勤務校(研究実施時)に在籍している全校生徒781名とした。勤務校は、平成18年度から平成20年度までの3ヵ年、文部科学省よりセルハイ校の指定を受けていた。研究の結果、インップト、インテイク、アウトプット(input-intake-output)の3段階に分けてタスクを配した共通授業手続きを実施している英語I、英語IIの授業に対しては、約8割の生徒が「充実感」を感じていることが示された。また、その要因としては教材や教え方、授業の進度に加えて、英語Iでは授業内のタスク(活動)が、英語IIでは教師の説明が寄与していることが示された。さらに、自由記述の質問紙調査から、英語Iのタスクについてはペアワークを利用した逐語通訳トレーニング(日→英)と、熟語や構文を利用した自己表現活動(自由英作文)が生徒の授業に対する「充実感」に寄与するタスクであることが示唆された。その一方で、撮影したビデオ分析から、逐語通訳トレーニング中の生徒の発音やイントネーションの誤り指導(error correction)、及び、適切なチャンク形成の指導に問題を残した。今後の課題としたい。また、授業の「充実感」に必ずしも寄与しなかった要因として、英語Iでは、教師の説明、英語IIを含めた2年次以降の科目ではタスク(活動)が抽出された。この結果は、夏年次までは「活動」(タスク)に重きを、2年次以降は「説明」に重きを置いて授業を組みたてることの有効性と、2年次以降のタスク中心の授業展開を再構築する必要性を示唆するものとなった。今後の課題としたい。
緑化活動を媒介としたコミュニティ形成に寄与する空間計画に関する研究

本研究では,緑化活動の原因になる集合住宅の空間特性を明らかにし,効果的なコミュニティ計画づくりの指針を得ることを目的とした。兵庫県の震災復興団地における,住民による主体的な緑化の発生状況を調べた結果,空間の共有度を高めるために,ふさわしい規模で住宅地全体の空間構成にまとまりをっけることや,そのまとまりの中にコミュニティ形成にとってふさわしい数の住棟を配置することが,住民による緑化の発生に効果的であることが推察された。さらに住戸周りでは住棟周りの様な個人的な空間と,出入り口や共用施設などの人目に付きやすい空間との間で,緑化内容に差が見られた。住棟周りの様な個人的な空間では,食用などの実用的な緑化が手間のかからない形でなされ,出入り口や共用施設などの人目に付きやすい空間では,観賞用の緑化が更新を伴う形でなされ,それぞれ空間の特性にあわせて楽しまれていた。一方で,植物の生育条件について,地被状況では「裸地」のみが緑化の発生に顕著な影響を与えているのみで,むしろ空間特性の方が緑化の発生に強い影響を与えていることが明らかとなった。特に,植物の生育に関する日当たりについても「悪い」ところで多くの緑化の発生が見られ,その環境を移動できる「鉢植え」の緑化形態で補っていると考えられる。これらは新しい集合住宅でのコミュニティ形成の大きなきっかけになりうる。コミュニティが古くからの居住および地域活動の蓄積から発生する既成市街地とは異なり,新規建設の集合住宅ではこのようなきっかけを礎にしたコミュニティ計画が強く望まれる。本研究の結果から,今後の集合住宅の建設においても,植物の生育条件や景観条件を用いつつ,住民による緑化が発現しやすいコミュニティ単位の設定や住棟規模の設定および住棟が求められる。阪神間の震災復興住宅において,住棟配置とゾーニングを整理した。住棟配置の整理には,敷地面積や建築面積,住棟数,供給戸数,階層など,多面的な指標を用いた。ゾーニングは,施設配置,動線配置に加え,地被状況や動線からの可視範囲,住棟からの眺望範囲,日照条件などの緑化活動の発生に関わる指標も加えて,緑化活動の発生要因を整理した。また,住棟配置およびゾーニング毎の緑化状況を調査した。調査は,平面図での面積把握,箇所数といった量的把握と,地植え・鉢植えといった植栽方法や植物種といった質的把握を行った。以上の空間条件と緑化活動の発生について,空間条件データを説明変数,住宅ごとの緑化面積および緑化箇所数を被説明変数としてパス解析を行い,両者の因果関係を推定した。結果として,敷地面積の広さは緑化面積および緑化箇所数の双方の増加に影響を与えるが,単にオープンスペースの面積を確保すれば緑化面積が増えるわけではないことが明らかとなった。住棟数を減らすことや住宅全体の規模を抑えることによって,小さなまとまりのコミュニテイの「空間の共有度」を高めることが,緑化活動の自然発生につながると考えられる。更に,外構部の空間を13種類に分類し,空間分類毎に緑化の発生要因を整理した。結果として,特に「裸地」であり「歩道」から視認できるという空間特性が,緑化の発生に大きく影響を与えていることが明らかとなった。緑の生育条件である「日当たり」については,集合住宅での緑化活動の発生には顕著な影響が見られなかった。
顎顔面領域の骨代謝機能に関わるグルタミン酸作動性三叉神経回路の解析

骨代謝に神経が関与することが明らかになりつつある。しかしながら、骨代謝関連神経回路の解剖学的な枠組みについては不明な点が多い。代表者は、その神経回路を明らかにする糸口として、グルタミン酸が末梢神経(三叉神経)から放出される可能性があることに着目し、顎顔面領域の骨内の分布を調べた。骨表面(骨膜)に、グルタミン酸を放出する可能性がある末梢神経の分布を確認した。骨代謝を担う細胞である骨芽細胞や破骨細胞には、グルタミン酸受容体が存在し、神経由来のグルタミン酸がこれらに働きかける可能性があるかもしれない。現在、どの神経細胞群が骨代謝に関連するのか、それを同定する実験を継続している。平成21年度は、下顎骨および頭蓋骨の骨膜周囲を中心に骨組織の神経分布を確認した。神経マーカーであるPGP9.5陽性の神経線維の走行が骨膜において観察され、PGP9.5陽性である神経終末様構造も同領域において確認された。さらに、骨膜以外の領域として、一部の下顎骨および頭蓋骨の骨髄領域においても、PGP9.5陽性である神経終末様構造と神経線維が観察された。これらの神経分布を確認した後、グルタミン酸トランスポーターの分布を調べた。一部の骨膜領域において、その分布が免疫染色により確認され、グルタミン酸の末梢神経分泌の可能性が示唆された。骨髄領域では、グルタミン酸トランスポーターの分布についての解析は、進んでおらず、次年度も解析を続行する予定である。次に、三叉神経節においてグルタミン酸トランスポーター陽性の神経節細胞を確認した。これらの結果により、本研究課題の頭頸部領域における、骨代謝に関連する末梢神経を神経回路レベルで解析する目的に必須な情報である、骨組織におけるグルタミン酸トランスポーターの分布と神経節細胞内での発現の結果が得られつつある。本年度予定していた、神経トレーサー実験については、十分なデータを得られなかったので、次年度に引き続き実験を進める予定である。また、副次的な結果として、グルタミン酸以外の骨代謝に関わる因子として知られる、カルシトニン遺伝子関連ペプチドが陽性である神経線維の分布を同頭頸部骨領域の骨膜および骨髄において確認した。これらの結果も合わせて、グルタミン酸作動性神経系の顎顔面領域骨代謝への役割について研究を継続する予定である。平成22年度は、頚椎骨を含めた広範な顎顔面骨組織を対象とした。顎顔面骨部において(マウスおよびラット)、グルタミン酸トランスポーター(VGluT-1)およびカルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)陽性神経線維の分布を詳細に調べた。免疫組織化学法による染色を行った結果(非脱灰組織を中心に)、ラット頭蓋冠の骨膜においてVGluT-1陽性の神経終末が観察された。この結果より、少なくとも骨膜においてVGluT-1陽性神経終末が存在し、グルタミン酸受容体を発現する破骨細胞や骨芽細胞に、末梢神経からのグルタミン酸が働きかけ、骨代謝に神経性由来の因子が関与する可能性を示唆している。VGluT-1陽性神経終末は、骨膜剥離試料を用いた標本では、骨膜の平面上にその分布を観察できたものの、骨そのものを含む標本では、神経線維の全体像を追跡することは困難であった。この課題を解決するためには、トレーサー標識した神経線維上にVGluT-1陽性神経終末を確認する必要があったが、本研究期間において、その段階までに到達しておらず、今後の継続すべき実験項目となった。CGRP陽性神経終末は、骨膜や骨髄を含めて広く分布していることが観察された。さらに、骨膜に存在する陽性神経線維が栄養孔を通り骨髄に至り、分枝を出したのちに神経終末構造が観察された。CGRPは、破骨細胞に直接作用して骨吸収に関連することから、同三叉神経系において、この結果とグルタミン酸トランスポーターの分布とを比較検討し、骨代謝機能に関連した神経回路を明らかにする糸口とする。三叉神経節細胞において、CGRPおよびVGluT-1陽性細胞を確認しているので、トレーサー実験によって起始細胞を同定し、VGluTのサブタイプを含めてどの細胞が骨領域のどこを支配しているのか実験を継続している。
造血幹細胞のホメオスターシスの維持と破綻

造血幹細胞ニッチと幹細胞動態の研究、ならびに幹細胞におけるDNA損傷反応に関する研究を展開し、しかるべき成果を得て論文発表すことができた。幹細胞ニッチに関する研究に関しては、Integrin avb3が周囲の環境に応じて、サイトカインシグナルを増強することを通して、造血幹細胞の維持・分化を制御することを示した(EMBO J, 2017)。造血幹細胞の代謝に関連した研究では、造血幹細胞が分裂する直前に、細胞内カルシウムの上昇を通して、ミトコンドリアの機能が活性化することを見出した。さらに、造血幹細胞分裂直前の細胞内カルシウムが上昇をカルシウムチャネル阻害によって抑制すると、1造血幹細胞の分裂が遅延すること、2分裂後の幹細胞性の維持(自己複製分裂)に寄与することを示した。また、in vivoにおいて、造血幹細胞周辺のMyeloid progenitor(lineage-Sca-1-c-kit+)細胞が細胞外アデノシンが造血幹細胞の細胞内カルシウムの上昇やミトコンドリア機能の制御に関与することも確認した。さらに興味深いことに、Myeloid progenitorは、上記の細胞外アデノシンによる造血幹細胞の与える影響を増強していることも見出している(JEM in Revision)。造血幹細胞におけるDNA損傷反応における研究では、Shelterinと呼ばれるタンパク複合体の構成因子Pot1aが、造血幹細胞のDNA損傷の防止に加えて、活性酸素(ROS)の産生を抑制し、造血幹細胞の機能維持に寄与することを新たに明らかにした(Nat Commun, 2017)。研究代表者の須田年生が、2014年から2015年にかけて、研究室を、慶應義塾大学から熊本大学に移動したのに伴い、当初は多少の立ち遅れがあった。しかしながら、慶應時代からの多くの共同研究者の支援、本大型研究費によって、熊本大学での研究も順調に進み、初期の目的は果たしていると考えている。本研究の前半の成果を基に、新たな課題が立ちあがっており、その解決にも努力したい。今年度も引き続き、先行研究に基づき、造血幹細胞におけるミトコンドリア代謝・オートファジーを、研究分担者梅本晃正らとともに進める。研究分担者馬場理也らとともに、FLCN KOマウスの造血細胞における代謝異常にに関しては、TFE3の関与を中心に検討する。また、オートファジー関連分子であるATG7欠損マウスの解析を通して、造血幹細胞におけるミトコンドリア量、並びに活性酸素の産生・蓄積・消去に関与するメカニズムに着目し、これらが造血幹細胞に及ぼす影響を検討する。これらの研究の成果を基に、ミトコンドリア代謝の制御による造血幹細胞のin vitroでの維持・増幅の技術開発を行い、幹細胞ex vivo増幅への新たな応用を目指す。幹細胞は、予め幹細胞として運命づけられているというより、周辺の細胞や環境分子(ニッチ)によって、その動態が影響されると考えられる。本来、ニッチは、生態学的適所を意味する概念的な語であったが、我々を含め近年の造血幹細胞のニッチ研究は、この数年間で飛躍的に進展し、その実体を明らかにしてきた。造血幹細胞は骨髄の中心部ではなく、内骨膜周辺(endosteal region)にある(Calvi et al 2003, Zhang et al 2003)。我々は、幹細胞は、骨芽細胞(osteoblastic niche)に接着して静止期にあること(Cell 2004)、その制御に、アンジオポエチン-1 (Ang-1) / Tie2 (Cell 2004)、トロンボポエチン(TPO) / Mpl (Cell Stem Cell 2008)などのシグナルが関与すること、細胞周期制御を行うATM遺伝子の破壊マウスにおいて、酸化ストレス(ROS)が蓄積し幹細胞機能が消失すること(Nature 2004)、これらの異常が抗酸化剤投与によって回復することなどを示してきた(Nat Med 2006)。しかしながら、幹細胞は血管周辺(vascular niche)に存在するという報告もあり(Kiel et al 2005, Sugiyama et al 2006)、造血幹細胞ニッチに関しては、いまだ論争中で決定的な見解が得られていないのでその検討を進めている。さらに、我々は幹細胞の代謝研究を世界に先駆けて展開し、低酸素下に発現したHIF1aが、幹細胞の糖代謝を亢進するという見解を発表した(Cell Stem Cell 2010 & 2013)。本研究は、ニッチ分子の同定とそのシグナル解析を行い、造血幹細胞の自己複製と静止状態を制御する系の確立を目指している。ニッチ細胞から産生される分子、接着分子を同定し、それらが幹細胞の維持・分裂にどのような作用を及ぼすかを解析する。現在、我々は、幹細胞は、ニッチに接着して静止期を維持し、ニッチから離れて活性型幹細胞になると考えているが、この仮説をより詳細に検証する。方法としては、FACSを用いて多様なニッチ細胞を分離し、遺伝子発現を検索し、その機能を、試験管内における幹細胞とニッチの再構成実験、遺伝子破壊マウスの移植実験などを用いる。今年度、我々は、巨核球Clec2欠損マウスの造血解析により、巨核球から産生されるTPO (トロンボポエチン)が、造血幹細胞の静止期性を制御していることを見出した。造血幹細胞のニッチとしては、間葉系細胞などの非造血細胞が考えられていたが、この「巨核球ニッチ」の場合、造血幹細胞の子孫細胞による制御で、フィードバックによる幹細胞の恒常性について検討することができるようになった。