hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
中心体から得られた新奇ＤＮＡの真核生物における網羅的探索

本研究ではイトマキヒトデの精子中心体の分画から発見した新奇DNAが、ヒトデ以外の生物にも保存される中心体特有のDNAであり、中心体を有する多くの真核生物にも同様に相同な塩基配列のDNAが存在すると考えた。また、広く真核生物に共通の分子マーカーとしても貢献すると考えた。そこで、中心体を有する真核生物からの網羅的な探索を試みた。その結果、海綿動物から脊索動物まで、96%以上の相同性が検出された。また、アメーボゾアの粘菌からも96%以上の相同性のあるDNAが検出された。更にコケ植物など、植物からも95%以上の相同配列が確認されたことから、真核生物に広く保存されるDNAであることが示唆された。本研究の目的は中心体を有する真核生物に、イトマキヒトデの中心体画分より発見した新奇DNA配列が保存されるのではないかと予測し、真核生物における新奇DNAの塩基配列の網羅的探索を試み、得られた塩基配列の比較から系統進化の新たな分子マーカーとしての可能性を探ることを目指す。研究実施計画として、ヒトデの新奇DNA配列をもとに約500 bpが増幅可能なプライマー(CSプライマー)を設計した。CSプライマーはこれまでにヒトデ以外の動物からも相同な塩基配列が増幅されている。また、精子に中心体と相同な鞭毛基部体をもつコケ植物の精子やイチョウからもCSプライマーによる相同DNA配列が検出されたことから真核生物の植物にも保存されることが示唆された。当該年度は、線虫についてCSプライマーによる相同DNAの検出と塩基配列を決定し比較解析を行った。その結果、節足動物門のDrosophilaと線形動物門のC. elegansがDNAレベルで98%以上の極めて相同な塩基配列を有することが判明した。異なる動物門における相同性としては他に例のない保存性の高いDNA配列であることが異なる動物門で示唆された。当該年度の計画としては他に、典型的な中心小体を有する真正粘菌のフィザルムを培養しDNA抽出を試みた。粘菌はアメーバとしての状態の細胞塊を集めて動物細胞用のDNA抽出法でtotal DNAの抽出を試みたがDNA抽出できず、植物細胞用のDNA抽出法に改良したところDNAの抽出に成功した。当該年度はフィザルムのDNA抽出の他、植物ではソテツからDNAの抽出及びPCRによるDNAの増幅を試みたがDNAの配列決定には至らなかった。今後はこれらのPCR産物の塩基配列の決定を目指す。本研究は、イトマキヒトデ中心体画分より発見した新奇DNA配列が中心体を有する真核生物に広く保存されるのではないかと予測して、真核生物における網羅的探索を試み、得られた塩基配列の比較から系統進化の新たな分子マーカーとしての可能性を探ることを目指す。研究実施計画として、以下の方法により相同DNA配列を検出し、塩基配列を決定後、真核生物の異なる生物間で保存される配列及び塩基置換の保存性を比較、追跡することでこれまでにない、新たな分子マーカーとして真核生物の系統進化を議論できると考えた。イトマキヒトデの新奇DNA配列をもとに設計したプライマー(CSプライマー)を用いてPCRにより増幅されるDNAは約500 bpである。CSプライマーを用いたPCRによりヒトデ以外の動物からも相同なDNA配列が増幅され、増幅された塩基配列は95%以上の高い相同性が確認されている。本研究成果として、これまでに節足動物のDrosophilaと線形動物のC. elegans間の相同性は99%保存されており、異なる動物門の間において高い保存性があることが明らかと成っている。また、植物においても、精子に中心体を有するコケ植物の蘚類(ヒメツリガネゴケ)と苔類(ゼニゴケ)においても99%の保存性が確認され、コケ植物同様に精子に中心体を持つイチョウからも95%以上の相同性を有する類似配列が検出された。イチョウと同様種子植物のソテツからもCSプライマーによりDNAの増幅から確認され、動物のみならず、植物にも保存されることから、この新奇DNAは、動物、植物のみならず、中心体を有する真核生物に高い保存性を有する他に類を見ないDNAであることが予測される。真核生物において残す未解析のグループとしてはアメーボゾアに含まれる変形菌(粘菌)についてフィザルムのDNAからのPCRを試みたが、塩基配列の決定には至っていない。今後は、粘菌、酵母を含めて真核生物における体系的な議論へと発展させたい。イトマキヒトデの精子中心体の画分から得られた新奇DNAを発見した。この塩基配列をもとに設計したプライマー(CSprimer)を用いてPCRによるDNAの増幅が可能である。

増幅されるDNAは約500bpであり、ヒトデ以外の動物からも相同な塩基配列が増幅され、新奇DNAはイトマキヒトデに限らずCSprimerを用いて多種の生物から相同塩基の検出が可能と考えられる。本研究の目的は、中心体を有する真核生物に、ヒトデ中心体画分より発見した新奇DNA配列が保存されると予測して真核生物における網羅的探索を試み得られた塩基配列の比較から系統解析の新たな分子マーカーとしての可能性を探ることを目指す。これまで中心体をオルガネラに持たない種子植物のシロイヌナズナからはCSprimerを用いたPCRによる増幅は得られていない。当該年度の成果としては、真核生物の中で植物のうち蘚苔類についてCSprimerを用いて、PCRによるDNAの増幅と相同塩基配列を決定した。蘚類のヒメツリガネゴケと苔類のゼニゴケに加えツノゴケ類について約500bpの塩基配列を決定した。その結果、蘚苔類3綱(蘚類、苔類、ツノゴケ類)すべてイトマキヒトデの新奇DNA配列と95%以上の極めて高い相同性が検出された。また、ツノゴケとイトマキヒトデの塩基置換部位は19塩基であった。この19塩基は蘚苔類3綱で共通であり、動物と植物の比較において指標となることが示唆された。種子植物のイチョウについて同様のPCRによる相同塩基配列の探索を試みた。蘚苔類で保存されていた19塩基はイチョウにおいても保存されていた。従って、今回見いだされた新奇DNA相同配列における特定塩基配列が動物と植物の比較において新たな分子指標と成り得る可能性が示唆された。今後はさらに真核生物における網羅的解析の対象を広げることで期待する新たな解析方法の確立を目指す。本研究はイトマキヒトデ中心体分画より発見した新奇DNA配列が中心体を有する真核生物に広く保存されると予測して、真核生物における網羅的探索を試み、得られた塩基配列の比較から系統進化の新たな分子マーカーとしての可能性を探ることを目的とした。研究実施計画として以下の方法により、相同DNAを検出し塩基配列を決定し、保存される配列と塩基置換の有無から配列の保存性を明らかにして、真核生物に於ける保存性を比較、追跡することで、これまでにない新たな分子マーカーを用いた議論が展開できると考えそれを実証した。イトマキヒトデの精子から得られたDNA配列をもとに、約500bpを増幅するように設計したプライマーを用いたPCRにより、他の動物からも約500bpのPCR産物が増幅され、増幅された塩基配列は95%以上の高い相同性を確認している。しかし、これらの配列は、現在登録されるDDBJなど、DNAデータベースには登録されていない新規の配列にもかかわらず、既にゲノム解析が完了した、ショウジョウバエやウニからも検出され、さらに種子植物のイチョウからも95%以上の相同性が検出された。最終年度の成果として、真核生物の未解析グループであったアメーボゾアの変形菌の塩基配列を決定した。動物、植物と同様に変形菌からも高い相同配列が検出されたことから、新奇DNAは真核生物に広く保存される、他に類を見ないDNAであることから新たな分子マーカーとしての可能性が高まった。このような成果が得られたが、このDNAの新奇性は配列だけでなく中心体に局在していることが重要と考えている。その為、電子顕微鏡レベルでの解析を求められている。査読者が納得する電子顕微鏡像が得られていないので、投稿した論文がまだ受理されていないのが現状である。
電子授受の容易な金属原子間結合の構築とその応用

金属原子間結合電子系と配位子π電子系の間の共役を利用して、酸化還元電位の制御されたクラスター錯体を創製し、これを機能性材料としての応用する可能性を探ることを目的として本研究を進めた.1.ロジウム複核錯体カチオンラジカル塩の合成と物性解析.[Rh_2(mhp)_4](mhp=2-oxo-6-methylpyridinato)と[Rh_2(mmap)_4](mmap=2-methylamino-6-methylpyridinato)のCVは化学的に可逆な1電子酸化波をそれぞれ0.48,-0.49V vsFc^+/Fcに示した.この結果は,金属原子間結合と配位子間のσ-π共役が化学的意味をもつことを示している.カチオンラジカルの塩[Rh_2(mhp)_4]SbCl_6・o-C_6H_4Cl_2の結晶において隣接ラジカル分子のピリジン環が互いに重なりあった3次元的相互作用系が形成されていた.一方,[Rh_2(mmap)_4]SbF_6・2o-C_6H_4Cl_2の結晶構造においては,ラジカルの2次元配列が見いだされた.前者結晶のペレットの室温における電導度は8×10^<-8>S/cm^<-1>であって、セレンと同程度の電導度をもつ半導体であることが示された。2.第10族,11族元素複合錯体の構成,構造,分子物性.新規複合錯体[M(mnt)_2{Ag(PR_3)_2}_2],(M=Pt,Pd;R=Bu,Ph;mnt^<-2>=maleonitriledithiolate)の生成を見いだし,それらの構造と電気化学的挙動等を調べた.これらの錯体は,結晶内で平面状のM(mnt)_2の上下に2つのAg(PR_3)_2が結合した3核錯体構造をもつ.これら錯体のCVは,化学的に可逆な1電子酸化波を示したが,生成カチオンラジカルは単離できるほどには安定ではなかった.^<195>Pt-NMRはAg核による分裂を示さず,Pt-Ag結合距離が短いにも拘わらず,Pt-Ag間には化学結合の存在しないことが示された.金属原子間結合電子系と配位子π電子系の間の共役を利用して、酸化還元電位の制御されたクラスター錯体を創製し、これを機能性材料としての応用する可能性を探ることを目的として本研究を進めた.1.ロジウム複核錯体カチオンラジカル塩の合成と物性解析.[Rh_2(mhp)_4](mhp=2-oxo-6-methylpyridinato)と[Rh_2(mmap)_4](mmap=2-methylamino-6-methylpyridinato)のCVは化学的に可逆な1電子酸化波をそれぞれ0.48,-0.49V vsFc^+/Fcに示した.この結果は,金属原子間結合と配位子間のσ-π共役が化学的意味をもつことを示している.カチオンラジカルの塩[Rh_2(mhp)_4]SbCl_6・o-C_6H_4Cl_2の結晶において隣接ラジカル分子のピリジン環が互いに重なりあった3次元的相互作用系が形成されていた.一方,[Rh_2(mmap)_4]SbF_6・2o-C_6H_4Cl_2の結晶構造においては,ラジカルの2次元配列が見いだされた.前者結晶のペレットの室温における電導度は8×10^<-8>S/cm^<-1>であって、セレンと同程度の電導度をもつ半導体であることが示された。2.第10族,11族元素複合錯体の構成,構造,分子物性.新規複合錯体[M(mnt)_2{Ag(PR_3)_2}_2],(M=Pt,Pd;R=Bu,Ph;mnt^<-2>=maleonitriledithiolate)の生成を見いだし,それらの構造と電気化学的挙動等を調べた.これらの錯体は,結晶内で平面状のM(mnt)_2の上下に2つのAg(PR_3)_2が結合した3核錯体構造をもつ.これら錯体のCVは,化学的に可逆な1電子酸化波を示したが,生成カチオンラジカルは単離できるほどには安定ではなかった.^<195>Pt-NMRはAg核による分裂を示さず,Pt-Ag結合距離が短いにも拘わらず,Pt-Ag間には化学結合の存在しないことが示された.
子どもの体力と保健指導及び食育に関する学際的研究

小児肥満は発達に影響を及ぼすだけでなく、成人後の生活習慣病や心疾患の罹患率も上昇させる。北海道と東北地方は肥満傾向児の出現率が高い。本研究では積雪寒冷地域での児童・生徒の体格を検討しようとした。これらの結果、山形県の肥満児傾向児の出現率は全国平均を大きく上回った。また肥満傾向児は低年齢で増加した。居住地域では女とも山形県北部と南西部に多かった。これらの地域は山岳地に隣接し、寒冷・豪雪地にある。低体力児は都市部に多い。(1)児童の体力の実態調査新体力テストになってから今日までの新体力テストの測定結果を用いて経年的に分析を行なった。また、新体力テストにて聴取している生活習慣と体力測定値の関連、測定値間の関連について分析を行なった。さらに国内外で子どもの健康、体力に関する文献レビューを行い、子どもの健康、体力に関連する生活習慣について質問紙項目を検討した。(2)保健指導について小学校を中心に、子どもの肥満対策としての保健指導の実態を把握し、効果的な保健指導プログラムを提案する。(3)食育について山形県内の全小学校および中学校を対象に、給食の実施状況および食育の実施状況についてアンケート調査を行う。調査項目は、給食実施状況については、給食形態(完全・補食・ミルク、センター方式・自校方式)、職員(栄養士配置有無、未配置校への訪問回数、調理員数)、食育実施状況については、実施方法(TT、栄養士、外部講師による講演等)、実施回数、実施内容である。また、咀囑指導の実態調査を加えた。調査項目は、給食実施状況については、給食形態(完全・捕食・ミルク、センター方式、自校方式)、職員(栄養士配置有無、未配置校への訪問回数、調理員数)、食育実施状況については、実施方法(TT、栄養士、外部講師による講演等)、実施回数、実施内容である。これらの結果、咀爵指導では医療関係者が直接指導するだけでなく、小学校の教員が自主的に指導することの重要性が指摘された。また、児童生徒における体格と体力の検討を肥満児と低体力児についての地域差を調べた。肥満児は男女とも山形県北部と南西部に多かった。これらの地域は山岳地に隣接し、寒冷豪雪地にある。
Ｖ－ＡＴＰアーゼ回転子固定子サブユニット間相互作用に関する遺伝子工学的研究

腸球菌V-ATPアーゼは9つの種類のサブユニットから構成されているイオン輸送性回転酵素である。本酵素の分子メカニズムを明らかにするためには、各サブユニット間の相互作用の全体像を明らかにすることが必要不可欠である。触媒頭部及びイオン輸送性回転モーターの結晶構造を基盤として、各サブユニット遺伝子の変異株、大腸菌大量発現系などの利用を通じて、生化学的解析及び表面プラズモン解析などにより回転子固定子間のサブユニット間の相互作用を明らかにした。昨年、連鎖球菌VーATPアーゼの触媒頭部V1を構成するA3B3複合体及びA3B3DF複合体のX線結晶構造を報告した。これら複合体の立体構造情報より、A3B3と中心回転軸DFとの相互作用に120個ものアミノ酸残基が関与することが明らかになった。今回、A3B3複合体とDF二量体間の境界領域に存在し保存性の高い10個のアミノ酸残基に対して変異を導入し、ATPアーゼ活性及びA3B3とDFとの結合親和性に対する影響を調べた。その結果、いくつかの変異体はA3B3とDFとの結合親和性の低下を伴って、ATPアーゼ活性の促進が観察された。その一方で、境界面での結合性の低下が分子としての不安定さに繋がっているために、ATPアーゼ活性の不活化は野生株よりも早く観察された。V1部分におけるA3B3とDFとの相互作用の強さが、V1複合体の安定性及び活性の安定性に寄与していることが考えられた。さらにサブユニットAのC末端側に位置するアミノ酸残基に対する変異の影響を調べた。その結果サブユニットA(LV476-7AA)変異により、A3B3複合体と野生型DFあるいは変異DF二量体との結合親和性が、逆に上昇すること、その結果、野生型A3B3複合体に較べてATPaseの活性が低下することを見出した。この結果は、上記の結果と合わせて、回転中心軸DF二量体とA3B3複合体との接触面での結合性が、回転モーター分子としての活性及び分子の安定性に直結していることが明らかになった。腸球菌V-ATPアーゼNtpK回転リングのX線結晶構造によると、共役イオンであるNa+やLi+の結合には、アミノ酸残基T64、Q65、Q110、E139、およびL61の5個の酸素原子、ionocclusionに関わるE139残基により安定化されたQ110、Y68、およびT64の側鎖の水素結合が関与している(PDBアクセッション番号2BL2と2CYD)。E139以外の4つのアミノ酸残基に対してアラニン置換変異体を作成しV-ATPアーゼの活性を調べた。その結果、Q65AとY68A変異体のV-ATPaseの活性は多少保持されたが、T64AとQ110A変異体の活性はごくわずかであった。T64およびQ110は、E139に加え連鎖球菌V-ATPアーゼのイオンカップリングのために不可欠であることを示している。我々のグループはすでに腸球菌V-ATPアーゼ、主要サブユニットA3B3複合体と中心軸DFサブユニット複合体から構成される触媒頭部V1-ATPaseの再構成系を構築している。それぞれ基質であるヌクレオチドの有り無しの状態で、A3B3複合体及びA3B3DF複合体の2.2から3.4オングストロームレベルのX線結晶構造解析に成功した。基質ヌクレオチドの結合による複合体のコンフォメーション変化が、右回り回転に伴ってcooperativeに行われること、中心軸のDF複合体が結合することにより、より密なヌクレオチド結合部位が誘導されること、保存されているアルギニン残基によりATP触媒活性が促進されることなど、V-ATPアーゼの回転酵素としての本質的な分子反応メカニズムを示す構造解析に初めて成功した。V-ATPase回転モーターを構成する回転子複合体(NtpKリング、NtpC, NtpD, NtpGサブユニット)及び固定子複合体(NtpA, NtpB, NtpE, NtpG, NtpIサブユニット)の形成に関わるサブユニット間相互作用の中で、NtpKリングとNtpCとの相互作用を解析する上で重要なNtpK E139D変異体に対するNtpK分子内抑圧変異の単離に成功した。単離した変異体の中には、NtpKの1、2番目の膜貫通部位間ループに存在するE50残基、イオン結合部位であるE139に隣接するV138残基が含まれていた。E50K/E139D変異株ではNa+依存性ATP加水分解活性が野生型の70%程度に回復し、一方V138I/E139Dは野生型と比較して約1.3倍の高いATP加水分解活性を示した。いずれの抑圧変異株においてもNa+排出活性の回復は部分的であり、ATP加水分解活性とNa+排出活性とが一致せず、これらの残基は、イオン結合部位に対する構造変化を伴って、V1部分におけるATP加水分解とV0部分におけるイオン輸送とのエネルギー共役に作用することがわかった。

固定子としてイオン通路を形成するNtpIサブユニットの構造解明は、本酵素のメカニズムの解明に必須であり、そのX線結晶構造解析を進めるために、その結晶化条件を検討した。NtpIサブユニットのC末端にTEVプロテアーゼ部位、さらにRFP、His-tagを付加した融合タンパク質を作成し、出芽酵母で大量発現に成功した。Ni2+アフィニティークロマトグラフィー、ゲルろ過クロマトグラフィーによる精製過程の検討から、NtpIの安定性、すなわち結晶化の最適化に界面活性剤の種類が極めて重要であることがわかった。機能生物化学初年度に我々のグループが解明したV-ATPase触媒頭部のX線結晶構造情報に照らし合わせて、遺伝子工学的アプローチにより本酵素のメカニズムに関わるサブユニット間相互作用を解明するのが、本研究計画の目的である。変異体の作成、解析の進展に伴って、論文としての取りまとめも進められており、おおむね順調に進展していると判断した。V-ATPアーゼサブユニット間相互作用を、X線結晶構造に照らし合わせて、遺伝子工学的アプローチを進めるのが、本研究計画の骨子である。変異体を用いた解析結果が出つつあることと、X線結晶構造解析にも成功し、論文として取りまとめており、おおむね順調に進んでいると判断する。昨年度と同様に、今後の研究手法、方向性について基本的に変更はない。我々のグループが明らかにした腸球菌V-ATPアーゼの立体構造にもとづいて、V-ATPアーゼ触媒頭部における回転トルク発生に関わるサブユニット間相互作用、イオン輸送回転部分を構成するNtpKリングとのエネルギー共役に関わるメカニズムを検討する。V-ATPアーゼ回転モーターが作動するためには、V1触媒頭部が発生するトルク力を仲介する中心軸サブユニットDF及びCとNtpKリングの内面との相互作用が重要である。NtpCの結晶構造は現時点で解明されていないが、Thermus菌の類似V-ATPaseのサブユニットC(NtpCに相当する)の結晶構造を参考に、サブユニットCに対して部位特異的変異を導入し、回転エネルギーの共役に関わる重要なアミノ酸残基、その側鎖の役割を秋赤にする。NtpCとNtpKリングとの直接相互作用におけるNtpKリング側の役割について、NtpK側のサプレッサー変異の単離及びNtpK機能解析により検討する。NtpCの回転がNtpKリングの回転と連結せず、ATP加水分解がイオン輸送とuncoupleした変異株の単離が重要なステップになると期待している。引き続きA3B3複合体及びA3B3DF複合体のX線結晶構造情報をもとに、サブユニット間相互作用に関わるアミノ酸残基に部位特異的変異を導入し、変異複合体のATPアーゼ活性、分子としての安定性等を指標にメカニズムに関わる重要な分子構造に関する解析を進める。今後の研究の手法・方向性も前年度と基本的に変更はなく、解明された立体構造にもとづいて、V-ATPアーゼ触媒部分回転メカニズムの基盤となる構造解析、イオン輸送回転ローターのイオン結合・イオン輸送共役に関わるアミノ酸残基の役割について、遺伝子工学的手法を用いて分子・原子レベルよりアプローチする。V-ATPase回転モーターが作動するためには、NtpKリングはその内面でV1触媒頭部が発生するトルク(回転力)を仲介する中心軸
インバータ入力を用いた誘導電動機の速度センサレス制御システムの開発

本研究では,インバータ入力から誘導電動機の回転速度を推定し,速度制御を行う速度センサレス制御システムの開発を行っている。今年度の研究により,以下の成果が得られた。1.本システムでは,インバータ入力情報から誘導電動機の回転速度を演算し,制御を行っている。昨年度までのシステムでは,この演算のためにDSP (Digital Signal Processor)を用いていたが,今年度は,ワンチップ・マイコンを用いて構成し,システムの低コスト化をはかった。構築したシステムで実験を行い,ワンチップ・マイコンによる構成でも,昨年度と同等の制御性が得られることを確認した。2.インバータ入力情報に加え,誘導電動機の効率を用いることで,ある程度の精度で平均トルクを推定することが可能となった。本システムで,この推定トルクを制御するよう構成した結果,定格の40%以上のトルク指令に対し,誤差10%以下の精度で制御が行われ,v/f一定制御で不可能とされてきたトルク制御を実現した。3.昨年度までのシステムは,インバータ入力から推定した速度を制御する,速度フィードバックループのみで構成されていた。今年度は,インバータ入力からトルクを推定することが可能となったため,速度制御ループの内側にトルクのマイナーループを加えた。実験により800rpmから1200rpmまでの速度ステップ応答を観測した結果,速度制御ループのみで構成された従来法では,応答に0.44s要したのに対し,トルク制御ループを加えたシステムは0.31sで応答した。これにより,過渡応答特性が改善されたことを確認した。また,負荷変動に対しても,速度が指令値に回復するまでの時間が短縮され,良好な結果が得られた。1.本システムでは,インバータ入力から誘導電動機のトルクを演算し,このトルクとすべり角速度の関係を一次関数近似して,すべり角速度を推定する。これまでは,予備実験により一次関数を導出していたが,今年度,理論的にトルクとすべり角速度の関係式を導出した。誘導電動機の通常の動作領域では,すべりが小さいことから,誘導電動機の出力トルクの式を近似し,これを解くことで,すべり角速度を一次関数で表現することができた。実験で得られた一次係数が0.896であるのに対し,理論的に求めた係数は0.919となり,約2.5%の差はあるものの,理論式の妥当性が確認された。2.トルクとすべり角速度は,一次関数で近似できるがその係数は周波数に依存して変化している。これまでは,各周波数における実験データから,最小二乗法により平均的な係数を求め,これを用いてすべり角速度を推定していた。しかし,一定の係数で推定を行うと,係数の変化により,すべり角速度の過補償や補償不足が生じる。特に,低周波となる低速領域においては,係数が大きく変化するため,著しいトルク不足となり,大きな速度制御誤差が生じていた。そこで,様々な周波数でトルクとすべりの関係式(一次関数)を求め,それぞれの式の係数を周波数に対する一次関数で表し,これをテーブル化して,周波数に応じて速度推定式を変更するようにした。その結果,低速領域においてもトルク不足が解消され,最大41rpmの速度制御誤差を22rpmまで低減することができた。
精神神経免疫相関が関与する精神疾患病態のマイクロエンドフェノタイプの解明

A03喜田との共同研究から、心的外傷後ストレス障害モデルマウスにおいて、ミクログリアのサイトカイン産生プロファイルが恐怖記憶の形成・維持のマイクロエンドフェノタイプとして有益であることを特定し、治療薬開発のストラテジーを確立した。また、A02橋本との胎生期の母体免疫ストレス負荷による統合失調症モデルマウスを用いた共同研究から、胎生期の母体免疫負荷に伴うグリア細胞関連遺伝子領域のメチル化状態変化を同疾患のマイクロエンドフェノタイプの候補として特定した。更に、精神疾患に関与する免疫細胞サブポピュレーションの特定の技術開発、気分安定薬の薬効に関連する免疫関連マイクロエンドフェノタイプの特定を行った。精神疾患病態への精神神経免疫相関現象の関与の実態を解明し、疾患病態の解明や診断治療法の開発に有用なマイクロエンドフェノタイプを確立するため、昨年度から行っている心的外傷後ストレス反応と統合失調症の病態形成に関連する神経免疫相関に焦点をあてて下記の3つの研究を継続した。1)東日本大震災被災者の心的外傷後ストレス反応の程度に相関する唾液マーカー特定のために唾液から抽出した総RNAのマイクロアレイ遺伝子発現プロファイルの解析結果につき、マイクロアレイ研究とは独立したコホートで検証を行った。2)領域内喜田グループとの共同研究成果であるPTSDモデルマウスの恐怖記憶形成に伴う脳内マイクログリア・免疫系細胞内の遺伝子発現プロファイルの変化につき、独立した実験で再現性の確認を行い、更にマイクログリア機能に影響を及ぼすミノサイクリンを投与することでこれらの行動変化が抑制されることを確認した。3)領域内橋本グループとの共同で進めている胎生期の母体の免疫ストレスの統合失調症罹患感受性への関与メカニズムの解明研究において、胎生期に母体マウスへの免疫ストレス負荷を起こした際に特徴的な遺伝子発現プロファイルの変化に寄与するDNAメチル化異常部位を特定するため次世代シークエンサーによるメチル化異常部位の網羅的解析を行い相関するメチル化変化部位を特定した。また、臨床研究と基礎研究との有機的な統合による新たな精神疾患研究領域の創出を目指して、領域班会議、領域内若手育成シンポジウムに参画した他、2013年6月仙台と京都で海外から研究者を招き、国際セミナー、国際シンポジウムを開催した他、市民公開講座、学校などでの出張講座などのアウトリサーチ活動を行った。精神疾患病態への精神神経免疫相関現象の関与の実態を解明し、精神疾患の診断法や治療法の開発に有用なマイクロエンドフェノタイプを確立するため、下記の研究を遂行した。1)心身相関への関与が示唆されるヘルパーT細胞分画の分子発現プロファイル特定のための研究手技を確立して各分画に特異的な新規マーカーを特定し、更に心的外傷性ストレス反応のマイクロエンドフェノタイプを網羅的に探索するため、生理的指標と相関する血液、唾液中のバイオマーカーの探索研究を進めた。2)領域内喜田グループとの共同で行っているPTSDモデルマウスの遺伝子発現プロファイル研究に基づいて恐怖記憶の形成と消去に関与しているマイクログリアのサブタイプを特定し、再現実験で確認を行った。3)領域内橋本グループとの共同で行っている胎生期の母体の免疫ストレスによる統合失調症罹患感受性モデルマウス研究により、成長後の行動異常に関与する可能性のあるメチル化異常部位と対応する遺伝子発現異常を特定し、再現実験で検証を行った。4)双極性障害の治療薬により補体C3がミクログリアと末梢単球系細胞で共通に発現調節を受けることを特定し、治療奏功機序や副作用発現への関与を示唆した。5)精神疾患罹患感受性との相関が指摘されるドパミンD4受容体多型等の脳構造・機能への影響を特定する研究を行った。また、臨床研究と基礎研究との有機的な統合による新たな精神疾患研究領域の創出を目指して、領域班会議、領域内若手育成シンポジウムに参画した他、基礎若手研究者向けの精神科臨床検体を用いた研究推進のためのセミナー、領域内研究者を東北大学キャンパスに招いての学術講演会、市民向けの精神疾患研究のアウトリサーチ活動等を行った。精神疾患病態への精神神経免疫相関現象の関与の実態を解明し、精神疾患の診断法や治療法の開発に有用なマイクロエンドフェノタイプを確立するため、昨年度に引き続き下記の研究を進めた。1)心的外傷性ストレス反応の強度に相関する唾液中のバイオマーカーのスクリーニング結果を、独立した対象者で検証し、バイオマーカーの特定を行った。更に、心的外傷体験を想起させる視覚情報の暴露により変動する生理的指標と相関する血液、唾液中のバイオマーカーの検討を行った。2)領域内喜田グループとの共同で行っているPTSDモデルマウスの遺伝子発現プロファイル研究に基づいて恐怖記憶の形成と消去に関与しているミクログリアのサイトカイン産生パターンを特定、このミクログリアのサイトカイン産生を制御することで、恐怖記憶の消去を促進することを特定した。更に、この現象を指標とする治療薬開発に着手した。3)領域内橋本グループ、岩本グループとの共同で行っている胎生期の母体の免疫ストレスによる統合失調症罹患感受性モデルマウス研究により、成長後の行動異常に関与する可能性のあるメチル化異常部位と対応する遺伝子発現異常を特定し、統合失調症死後脳検体で検証を行った。4)精神疾患罹患感受性との相関が指摘されるドパミンD2受容体やBDNF、OLIG2、ミクログリア機能の要となるCX3CR1多型等の脳構造・機能への影響を特定する研究を行った。

また、臨床研究と基礎研究との有機的な統合による新たな精神疾患研究領域の創出を目指して、領域班内でストレスとドパミン信号伝達に関する共同研究を行った他、領域内研究者を東北大学キャンパスに招いての学術講演会、学生・市民向けの精神疾患研究のアウトリサーチ活動等を行った。心的外傷性ストレス反応の強度に相関する唾液中のバイオマーカーのスクリーニング結果を、独立した対象者で検証し、候補バイオマーカーの特定を行ったこと。PTSDモデルマウスの遺伝子発現プロファイル研究に基づいて恐怖記憶の形成と消去に関与しているミクログリアのサイトカイン産生パターンを特定、このミクログリアのサイトカイン産生を制御することで、恐怖記憶の消去を促進することを特定したこと。胎生期の母体の免疫ストレスによる統合失調症罹患感受性モデルマウス研究により、成長後の行動異常に関与する可能性のあるメチル化異常部位と対応する遺伝子発現異常を特定したこと。精神疾患罹患感受性との相関が指摘されるドパミンD2受容体やBDNF、OLIG2、ミクログリア機能の要となるCX3CR1多型等の脳構造・機能への影響を特定したこと。また、臨床研究と基礎研究との有機的な統合による新たな精神疾患研究領域の創出を目指して、領域班内で新たな共同研究を行った他、領域内研究者を東北大学キャンパスに招いての学術講演会、学生・市民向けの精神疾患研究のアウトリサーチ活動等を行ったこと等から、おおむね順調に進展していると評価される。精神疾患病態への精神神経免疫相関現象の関与の実態を解明し、精神疾患の診断法や治療法の開発に有用なマイクロエンドフェノタイプを確立するため、下記の研究を遂行した。1)心的外傷後ストレス障害(PTSD)病態におけるミクログリアの炎症性サイトカイン産生異常を介したメカニズムを検証するため、領域代表の喜田グループとの共同研究により、PTSDの中核症状である恐怖記憶の形成や持続の過程では、ミクログリアにおける腫瘍壊死因子α(TNFα)の産生が亢進しており、また、恐怖記憶の消去の過程でTNFα産生が減少していることを特定した。更に、ミノサイクリンの全身投与により、ミクログリアにおけるTNFα産生が顕著に抑制され、TNFα産生が抑制されることにより恐怖記憶消去が促進されることを見出した。2)胎生期の母体の免疫ストレスによる統合失調症罹患感受性への影響の基盤となる分子メカニズム解明のため領域内橋本グループとの共同でモデルマウス研究を行い、胎生期の母体免疫ストレス暴露が、成長後の行動異常に関与する可能性のあるメチル化異常、並びに、遺伝子発現異常を呈する遺伝子座位を特定し、更に、統合失調症死後脳組織においても同様の変化を確認した。3)炎症性サイトカインを産生するアストロサイトの細胞骨格形成に重要な働きを有するグリア線維性酸性タンパク質(GFAP)やミクログリア特異的に発現するケモカインレセプターCX3CR1の働きに影響を及ぼす機能多型が、脳構造や脳血流に及ぼす影響を特定した。また、臨床研究と基礎研究との有機的な統合による新たな精神疾患研究領域の創出を目指して、領域班会議、領域内若手育成シンポジウムに参画した他、市民向けの精神疾患研究のアウトリサーチ活動等を行った。
造雄腺ホルモンによる甲殻類の性転換誘導機構の解明

1.アメリカザリガニ造雄腺の移植実験前年度、雄のアメリカザリガニから顕微鏡下で造雄腺を摘出し、ファラクスの第5歩脚の底節に自作の柄つき針で穴を開け、そこに造雄腺を移植した。その結果、6%の個体で雄性化が観察された。今年度は、造雄腺を移植したファラクスを長期間飼育し、観察を続けた。その結果、造雄腺を移植したファラクスのうち2個体で、第一腹肢と第二腹肢が肥大化し、石灰化した。これは、アメリカザリガニ科のザリガニの雄で観察される外部形態に見られる特徴であった。しかし、外部形態が明確に雄性化したのはわずか2個体のみであったことから、解剖は行わずに、もう少し飼育を継続することにした。2.化学合成アメリカザリガニ造雄腺ホルモン(Prc-AGH-2)の投与実験化学合成Prc-AGH-2をファラクスの第1腹節と第2腹節の殻の間に注射した。化学合成Prc-AGH-2の注射量は、ファラクスの体重0.4 gあたり1マイクロgとした。対照群は生理食塩水を注射した。注射した個体は、雄性化を観察しやすくするために、全個体の右側の第1腹肢と第2腹肢を切除した。注射後、数ヶ月間の飼育を行った結果、化学合成Prc-AGH-2を投与した144尾中の7尾で第1腹肢の肥大化が観察された。一方、生理食塩水を投与した65個体には、第1腹肢、第2腹肢の外部形態に変化は観察されなかった。これらの結果より、本研究で化学合成したPrc-AGH-2は雄性化を誘導する活性を有すると考えられた。2018年度の主要な目的としていた活性型のアメリカザリガニAGH(Prc-AGH-2)を合成することに成功した。また、化学合成Prc-AGH-2を注射して雄性化したファラクスを長期間飼育しており、完全な性転換の誘導を試みている。これらのことから、本課題は概ね順調に進展していると思われる。性転換前のファラクスの卵巣と、性転換したファラクスの精巣からRNAを抽出して網羅的なトランスクリプトーム解析を行う。そして、性転換前と性転換後の発現遺伝子を比較し、性転換に関わる遺伝子群を抽出する。1.アメリカザリガニ造雄腺ホルモン(Prc-AGH)遺伝子の単離アメリカザリガニの造雄腺からRNAを抽出し、first strand cDNAを合成した。既知のAGHの配列を参考にしてプライマーを設計し、RT-PCRによりPrc-AGHのcDNA断片を増幅した。そして、RACE法により全長のPrc-AGHのcDNAを増幅して、全塩基配列を明らかにした。また、公的な遺伝子データベースの中に、先に述べたPrc-AGHとは別のAGH様遺伝子(Prc-AGH-2)を発見した。Prc-AGHとPrc-AGH-2の遺伝子発現を調べたところ、Prc-AGH-2に造雄腺特異的な遺伝子発現が観察されたことから、Prc-AGH-2がアメリカザリガニの造雄腺ホルモンと考えられた。2.Prc-AGH-2の化学合成と生物検定研究代表者は、活性型のクルマエビ造雄腺ホルモンを化学合成した経験を有している。その経験を参考にして、Prc-AGH-2を化学合成した。化学合成Prc-AGH-2が完成するまでの期間、アメリカザリガニの造雄腺抽出物を若いファラクスに注射し、1尾ずつ個別に飼育した。飼育中に脱皮した個体は、脱皮翌日に雄の外部形態が出現したかどうかを観察した。今後、同様の方法でPrc-AGH-2の活性を測定する予定である。2017年度の主要な目的としていたアメリカザリガニAGH(Prc-AGH-2)の遺伝子を単離することに成功した。また、その遺伝子からPrc-AGH-2のアミノ酸配列を演繹し、Prc-AGH-2を化学合成した。

注射後、数ヶ月間の飼育を行った結果、化学合成Prc-AGH-2を投与した144尾中の7尾で第1腹肢の肥大化が観察された。一方、生理食塩水を投与した65個体には、第1腹肢、第2腹肢の外部形態に変化は観察されなかった。これらの結果より、本研究で化学合成したPrc-AGH-2は雄性化を誘導する活性を有すると考えられた。2018年度の主要な目的としていた活性型のアメリカザリガニAGH(Prc-AGH-2)を合成することに成功した。また、化学合成Prc-AGH-2を注射して雄性化したファラクスを長期間飼育しており、完全な性転換の誘導を試みている。これらのことから、本課題は概ね順調に進展していると思われる。化学合成Prc-AGH-2をファラクスに注射し、性転換を誘導させる。そして、注射していないファラクスの卵巣、Prc-AGH-2を注射して雄の外部形態が観察された雄性化途中のファラクスの卵巣、Prc-AGH-2を注射して性転換したファラクスの精巣からRNAを抽出して網羅的なトランスクリプトーム解析を行う。そして、各群の発現遺伝子を比較し、性転換に関わる遺伝子群を抽出する。性転換前のファラクスの卵巣と、性転換したファラクスの精巣からRNAを抽出して網羅的なトランスクリプトーム解析を行う。そして、性転換前と性転換後の発現遺伝子を比較し、性転換に関わる遺伝子群を抽出する。Prc-AGHの遺伝子を単離する方法として、2017年度は網羅的なトランスクリプトーム解析を予定してた。しかし、実際にはPCRによる方法でPrc-AGHの遺伝子を単離した。そのため、トランスクリプトーム解析で必要な試薬代が残った。2018年度に大規模なトランスクリプトーム解析を予定しているので、残額は2018年度に使用する予定である。次年度使用額はごくわずかであり、次年度研究計画に変更はない。消耗品購入に使用する。
低酸素および各種肺血管作動物質の肺微小循環に反す影響

62年度までに十分な検討が行えなかった肺微小血管圧の測定がVenous Occlusion(VO)法およびMicropuncture(MP)の両方法とも可能となった。低酸素性肺血管い縮に関してはLTC4、D4の受容体阻害剤(ONO1078)を用いて肺血管系のresting toneを下げ、この間に肺微小静脈圧を僅かだが低下させることを明らかにした。しかしこの阻害剤では低酸素性肺血管い縮の明らかな抑制は認められなかった。すなわちLTC4、D4の低酸素性肺血管縮への関与は少ないものと結論した。同時に進めていた気道と肺微小循環の関連については、多くの知見が得られた。気道縮をAcetylcholine(Ach)、Histamin((Hist)およびPAFで誘発し気道内注入)、生命の気道内注入をコントロールとした。まず、このモデルは生食でも気道攣縮を惹起し、気道縮では肺微小静脈圧に変化はなく、一方Hist、PAFによる気道縮では上昇を認めた。気管支ぜん息にみられる気満ち粘膜ふしゅは、局所の血管透過性の行進によるものとされているがねこの結果により化学伝達物質の種類によっては静脈のtoneの上昇から気管支の微小血管圧の上昇を引き起こし、これが気道粘膜ふしゅの悪化要員となることが明らかとなった。これらの物質を血流内に投与すると気道内投与に比して強い肺血管系の反応が認められた。PAFは血管透過性を行進させることが知られているが、その微小血管圧の上昇とわずかな肺微小静脈圧の上昇かの需要の増加が認められた。重量増加の程度は微小静脈圧じょうしょう程度に比して著しいと考えられ、PAFによる肺水睡の主因はやはり血管透過性の行進によるものと考えた。この点は更に検討を要する。1、猫摘出肺環流標本における肺循環の同時評価モデルの作製:今後の実験に必要な、肺循環および気道の同時評価が可能となる実験モデルの作製および計測に成功した。今回のモデルは研究代表者が作製したオリジナル(NagasaKa,1984)に比し、回路の一部(熱交換器およびポンプ)の変更によってpriming volumeが若干増加した為、希釈度が高まり、ヘマトクリットが平均11→7%へと下降した以外、大きな差異はない。気道パラメターの測定回路も改良を重ねた結果、気道内圧、気流速、気流量の同時記録が可能となった。また後に述べる実験を通じて、当実験モデルが、肺循環系、気道系とも十分な反応性を有することも明らかとなった。肺表面の状態も、観察し得る限り良好で、今後のマイクロパンクチャーによる肺徴小血管圧の実測にも十分使用可能と考えられる。2、当モデルでの肺循環、気道パラメターに及ぼす薬剤の影響:当モデルが肺循環系の評価に適切であることは、既に研究代表者が報告しているので、気道に対する作用の強力な薬剤(メサコリン,アセチルコリン,ヒスタミン)の投与を行って、各パラメターの反応をみた。メサコリンの気道内注入では、肺(気道)抵抗の明らかな上昇を認める投与量でも循環に及ぼす影響は僅かだった。一方、メサコリンを血流内に投与すると肺(気道)、循環抵抗ともに上昇した。ヒスタミンの気管内注入では、肺(気道)、循環とも同程度の反応を認めた。アセチルコリンはメサコリンに比し約50倍の投与量で、類似の反応を認めた。以上より各種血管(気道)作動物質の種類によって、血管および気道の反応性は、夫々異なることを明らかにした。これらの結果のうち、メサコリン気管内投与によるものを第回日本胸部疾患学会総会で発表する。その他のデータも順次発表予定である。

猫摘出肺還流に関しては既に報告したように,ほぼ順調に進んでいる.技術上の問題,器機の問題で測定が遅れていた肺微小血管圧の測定も,静脈閉塞法(Venous Occlusion法),微小血管穿刺測定法(Servoーnull microーpinctrure法)ともに可能となった.静脈閉塞法ではDawsonらの記載した圧波型と全く同様の圧記録をカテーテルの先端圧トランスデューサーを採用することによって,得ることができた.測定した微小静脈圧も,ほぼ予測された通りである.本研究の主眼であった微小血管穿刺による圧測定も,ようやく実測値が得られるようになった.現在,研究代表者(長坂)がカリフォルニア大学で行ないCirculation Researchに発表したnormoxia,hypoxia時の肺微小血管圧測定のCopy,Studyを行ない,現在の還流および測定法との測定値の差異がないかを検討している.長坂らが報告した研究は再現性,バラつきとも大変良好であったので,この対比によって我々が現在行っている研究の信頼性を確認する.現在のところ,ほぼ期待通りの測定値が得られつつある.以上が本研究の最終目標である低酸素性肺血管痙攣縮に関する検討への最終的なアプローチの進行状況である.上述の最終目的に対する方法論の検討と別に本実験モデルを用いて,気道攣縮時の肺循環動態の検討を行っている.その肺循環全体に及ぼす影響を日本胸部疾患学会総会に,また静脈閉塞法による微小血管圧の測定を加えたものを日本気管支学会総会に発表予定である.低酸素性肺血管攣縮に関する研究ではLeerkotriene C_4, D_4と,その阻害剤の影響を松本国際高地医学シンポジウムで発表し,内容は近日中に単行本として発行される予定である.またこの研究に肺微小血管測定を加えて胸部疾患学会総会に発表予定で,これは会長推薦講演に選ばれている.62年度までに十分な検討が行えなかった肺微小血管圧の測定がVenous Occlusion(VO)法およびMicropuncture(MP)の両方法とも可能となった。低酸素性肺血管攣縮に関してはLTC_4、D_4の受容体阻害剤(ONO1078)を用いて肺血管系のresting toneを下げ、この間に肺微小静脈圧を僅かだが低下させることを明らかにした。しかしこの阻害剤では低酸素性肺血管攣縮の明らかな抑制は認められなかった。すなわちLTC_4、D_4の低酸素性肺血管攣縮への関与は少ないものと結論した。同時に進めていた気道と肺微小循環の関連については、多くの知見が得られた。気道攣縮をAcetylcholine(Ach)、Histaminl(Hist)およびPAFで誘発(気道内注入)、生食の気道内注入をコントロールとした。まず、このモデルは生食でも気道攣縮を惹起し、気道過敏性のモデルとしても用いられることを明らかにした。Achによる気道攣縮では肺微小静脈圧に変化はなく、一方Hist、PAFによる気道攣縮では上昇を認めた。気管支喘息にみられる気道粘膜浮腫は、局所の血管透過性の亢進によるものとされているが、この結果より化学伝達物質の種類によっては静脈のtoneの上昇から気管支の微小血管圧の上昇を引き起こし、これが気道粘膜浮腫の悪化要因となることが明らかとなった。これらの物質を血流内に投与すると気道内投与に比して強い肺血管系の反応が認められた。
トレーニングにより筋力が向上するメカニズムの解明

本年度は、研究実施計画に基づき以下を行なった。【レジスタンストレーニングが大脳運動野の活動に及ぼす影響】背景:レジスタンストレーニング(RT)は、大脳運動野を始めとする中枢神経系の活動に変化を生じさせると考えられている。大脳運動野の活動は、経頭蓋磁気刺激(TMS)で誘発される運動誘発電位(MEP)を筋電図で記録することにより定量することが可能である。本研究では、TMSによるMEPのマッピング(反応領域の定量)法を用い、RTが大脳運動野の活動に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。方法:肘関節屈曲筋群のRTを週2回・3年以上実施している鍛錬者15名(鍛錬者群)と運動習慣のない非鍛錬者15名(コントロール群)が、低強度(最大筋力の10%)の等尺性肘関節屈曲を実施している際、大脳運動野の複数位置(15mm間隔の7*7の格子:最大49点)にTMSを与え、MEP(200μV以上)が生じる領域を定量した。TMSの強度は、hotspotにおいてMEPの最大振幅値(MEPmax)の20%になるよう各被検者で調整した(i.e.刺激強度は位置間で統一、被検者間では異なる)。結果:HotspotにおけるMEP振幅値は、両群で差はなかった(19.8% vs 19.3% MEPmax,鍛練群vs非鍛練群, P > 0.05)。しかしながら、マッピングの反応領域(MEPが生じた刺激位置の数)は、鍛錬群が非鍛練群よりも有意に大きかった(17.5 ±7.5 vs 10.4 ±4.1, P < 0.05)。結論:RTにより、力発揮中の大脳運動野の活動領域が大きくなることが示唆された。当初の予定通り進展しており、研究成果は現在投稿準備中であるため。研究実施計画に基づき、今後は【トレーニングが筋線維の大きさおよび数に及ぼす影響】についての研究を進める。共同研究先(イギリス)で使用した物品費の支払いを、当初は平成30年度中に済ませる予定であったが、先方の事務手続きの遅れにより次年度の支払いに変更になったため。
カーボンナノチューブ2重量子ドットを用いた室温高感度テラヘルツ検出素子の開発

本研究課題は、従来困難であったTHz波の高温・高感度動作を実現するために、カーボンナノチューブ2重量子ドットを用い、そのトンネル障壁を精密制御することで高温・高感度動作を目指すものである。2重量子ドットのトンネル障壁は、ALD法を用いたHfO_2の単原子層制御によるソースドレイン障壁作成と、電子線照射ドーズ量制御を用いたドット間結合障壁作成により行い、THz照射下における低温伝導特性評価を行った。また、ALD被膜DWCNT-FETの両極性伝導についても詳しい特性を明らかにした。本研究課題は未探索周波数領域であるテラヘルツ波に対する、高感度かつ高温動作可能な検出素子を、カーボンナノチューブ(CNT)を用いた2重量子ドットを用いることで、その実現を目指す物である。研究初年度に当たる本年は、まずCNTを用いた2重量子ドットの試料作製プロセスの確立を主な目標として取り組んだ。CNTを用いた2重量子ドットは、何らかのポテンシャル障壁をCNT中へ導入する必要があるため、本研究では制御性がよくその導入量の調整が利く、電子線を用いた方法を試みた。一般にCNTは電子照射により、ノックオン損傷が導入されるよりも低エネルギーの電子線照射によっても、CNT中の電子励起により、構造および電子状態変化が起こることが知られている。本研究では、テラヘルツ用アンテナ電極をCNTへ作製し、室温および低温での電気伝導度測定から、CNTに対する電子線照射量の見積もりを行った。また、この素子においては、電極金属とCNT間にあるポテンシャル障壁についても、なるべく熱電子によるリーク電流を抑制しつつ、電極量子ドット間の共鳴トンネルによる電流を多くとる必要がある。通常、CNT量子ドットには、電極金属-CNT間に形成されるショットキー障壁を用いるのが一般的であるが、これは制御が困難であるため、本研究では原子層体積法(ALD)を用いて、高誘電率をもつHfO_2を電極-CNT間のポテンシャル障壁として用い、制御性の良いポテンシャル障壁形成を試みた。研究最終年度に当たる本年度は、前年度に引き続き、2重量子ドットの試料作製プロセスの確立を目標に研究を行った。本研究課題で必要となる、カーボンナノチューブ中に導入するポテンシャル障壁は、制御性の良い電子線を、カーボンナノチューブへと直接照射する事により行った。これは、ノックオン欠陥を導入するような、高エネルギー線だけではなく、電子線描画装置・SEM等に用いられる150kVの様な低エネルギー線によっても、CNT自体の結合を切断する事により、任意の抵抗値のポテンシャル障壁を導入する事ができる。単一の半導体的カーボンナノチューブ量子ドットを作製した後、電子線照射と電気伝導度測定を繰り返し行い、量子化抵抗値以上の抵抗上昇を確認した後に、2重量子ドットとしての伝導測定・テラヘルツ検出測定を行った。この研究では、カーボンナノチューブ・金属界面に自然形成されるショットキー障壁ではなく、制御性の良いALD被膜によるHfO_2膜によるポテンシャル障壁を、各々の量子ドットの電流入射・射出側として用いることを試みているが、近年SiO_2膜とHfO_2膜の間には、その層間に固定電荷が形成されることが知られてきている。本研究課題でも、HfO_2膜を堆積した、FET素子を作製し、その基本的動作特性を観測し、研究成果として発表を行った。