hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
トペックス・ポセイドン海面高度計による海洋と固体地球のダイナミクスの研究

人工衛星に搭載したマイクロ波海面高度計は,海面の高さを数センチの精度でグローバルに観測できる測器であり,そのデータは海洋と固体地球のカ学に関する研究において極めて有効であると考えられている.本研究では,海洋物理学研究者と固体地球物理学研究者が互いに緊密な連携を取りながら協力研究を行うことを目指した.昨年度l0月には英国で,今年度10月には仏国で開かれた衛星海面高度計トペックス・ポセイドンの科学検討チームの会合に,研究代表者と研究分担者延べ9名を派遺し,海面高度計に関連した本研究グループの研究成果を披露するとともに,国際的な最新の研究情報を得た.昨年度,今年度とも11月に東京においてグループ全体の研究集会を開催し,衛星海面高度計データの処理や解析法に関する情報交換を行った.この集会に合わせて,昨年度は豪州の,今年度は米国と仏国の研究分担者計4名を招請し国際的な共同研究の促進を図った.その成果を集会の報告書としてまとめた.また,両年度とも2月と3月には米国の研究分担者計3名を招請し,各地で打合せ会を開催して情報交換を行った.これらの活動を通じて以下の成果が得られた.(l)海面高度計データを,現場の海洋観測データと組み合わせることによって,日本南岸における黒潮の流量の長期にわたる連続記録が得られた.(2)同様に現場観測データを併用することによって,北太平洋全域にわたる表層循環とその変動の様子が明らかになった.(3)海面高度計データを海洋の数値モデルに同化する技術を向上させた.(4)海面高度計データから全球的な海洋潮汐の精密なモデルが得られた.(5)従来は機密扱いであったGEOSATの測地ミッション期間中のデータの解放にともない,全球的な高分解能の重力異常分布が得られた.(6)重力異常の現場観測データなどを併用することによって,特に日本近海に関して高精度のジオイド分布が得られた.人工衛星に搭載したマイクロ波海面高度計は,海面の高さを数センチの精度でグローバルに観測できる測器であり,そのデータは海洋と固体地球のカ学に関する研究において極めて有効であると考えられている.本研究では,海洋物理学研究者と固体地球物理学研究者が互いに緊密な連携を取りながら協力研究を行うことを目指した.昨年度l0月には英国で,今年度10月には仏国で開かれた衛星海面高度計トペックス・ポセイドンの科学検討チームの会合に,研究代表者と研究分担者延べ9名を派遺し,海面高度計に関連した本研究グループの研究成果を披露するとともに,国際的な最新の研究情報を得た.昨年度,今年度とも11月に東京においてグループ全体の研究集会を開催し,衛星海面高度計データの処理や解析法に関する情報交換を行った.この集会に合わせて,昨年度は豪州の,今年度は米国と仏国の研究分担者計4名を招請し国際的な共同研究の促進を図った.その成果を集会の報告書としてまとめた.また,両年度とも2月と3月には米国の研究分担者計3名を招請し,各地で打合せ会を開催して情報交換を行った.これらの活動を通じて以下の成果が得られた.(l)海面高度計データを,現場の海洋観測データと組み合わせることによって,日本南岸における黒潮の流量の長期にわたる連続記録が得られた.(2)同様に現場観測データを併用することによって,北太平洋全域にわたる表層循環とその変動の様子が明らかになった.(3)海面高度計データを海洋の数値モデルに同化する技術を向上させた.(4)海面高度計データから全球的な海洋潮汐の精密なモデルが得られた.(5)従来は機密扱いであったGEOSATの測地ミッション期間中のデータの解放にともない,全球的な高分解能の重力異常分布が得られた.(6)重力異常の現場観測データなどを併用することによって,特に日本近海に関して高精度のジオイド分布が得られた.人工衛星に搭載したマイクロ波レーダー海面高度計は,海面の高さを数センチの精度でグローバルに観測できる測器であり,そのデータは海洋と固体地球の力学に関する研究において極めて重要であると考えられている.本研究では,海洋物理学研究者と固体地球物理学研究者が互いに緊密な連携を取りながら協力研究を行うことを目指している.本年度は,9月に東京で開かれたIAGの重力とジオイドに関する国際シンポジウムの機会を利用して,米国の研究分担者2名を招請し,固体地球ダイナミクス関連の情報交換を図った.10月には英国で開かれた海洋潮汐に関するシンポジウムとトペックス・ポセイドン科学検討チームの会合に,研究代表者と研究分担者5名を派遣し,海面高度計に関連した本研究グループの研究成果を披露するとともに,国際的な最新の研究情報を得た.また,11月には東京においてグループ全体の研究集会を開催し,衛星海面高度計データの処理や解析法に関する情報交換を行った.この集会に合わせてオーストラリアの研究分担者を招請し共同研究の促進を図った.その成果を集会の報告書としてまとめた.また,3月には米国の研究分担者を招請し,各地で打合せ会を開催して情報交換を行った.これらの活動のなかで以下のことが明らかになった.トペックス・ポセイドン海面高度計データを,現場の海洋観測データと組み合わせることによって,日本南岸における黒潮の流量の長期にわたる連続記録を作成した.黒潮流量の季節変動が明瞭には存在しないなど,これまで知られていなかった興味ある事実が明らかになった.

また,従来は機密扱いであったGEOSATの測地ミッション中のデータの解放や,新たなERS-1/2のデータの登場で,複数の衛星のデータ利用が可能となり,高精度のトペックス・ポセイドンのデータを利用して,それらの精度の向上を図ることができるようになった.人工衛星に搭載したマイクロ波海面高度計は,海面の高さを数センチの精度でグローバルに観測できる測器であり,そのデータは海洋と固体地球の力学に関する研究において極めて有効であると考えられている.本研究では,海洋物理学研究者と固体地球物理学研究者が互いに緊密な連携を取りながら協力研究を行うことを目指した.昨年度10月には英国で,今年度10月には仏国で開かれた衛星海面高度計トペックス・ポセイドンの科学検討チームの会合に,研究代表者と研究分担者延べ9名を派遣し,海面高度計に関連した本研究グループの研究成果を披露するとともに,国際的な最新の研究情報を得た.昨年度,今年度とも11月に東京においてグループ全体の研究集会を開催し,衛星海面高度計のデータの処理や解析法に関する情報交換を行った.この集会に合わせて,昨年度は豪州の,今年度は米国と仏国の研究分担者計4名を招請し国際的な共同研究の促進を図った.その成果を集会の報告書としてまとめた.また,両年度とも2月と3月には米国の研究分担者計3名を招請し,各地で打合わせ会を開催して情報交換を行った.これらの活動を通じて以下の成果が得られた.(1)海面高度計データを,現場の海洋観測データと組み合わせることによって,日本南岸における黒潮の流量の長期にわたる連続記録が得られた.(2)同様に現場観測データを併用することによって,北太平洋全域にわたる表層循環とその変動の様子が明らかになった.(3)海面高度計データを海洋の数値モデルに同化する技術を向上させた.(4)海面高度計データから全球的な海洋潮汐の精密なモデルが得られた.(5)従来は機密扱いであったGEOSATの測地ミッション期間中のデータの解放にともない,全球的な高分解能の重力異常分布が得られた.(6)重力異常の現場観測データなどを併用することによって,特に日本近海に関しての高精度のジオイド分布が得られた.
材料の組織形成のシームレスモデル構築と材質予測

分子動力学,離散転位動力学,連続転位理論,フェーズフィールド法,結晶塑性理論,均質化法,有限要素法を駆使し,ナノからマクロに至る材料の複数の階層の組織形成と応答をシームレスに結合するモデルを構築し,変形,相変態等によって創生する微視組織の予測と対応する材料の力学特性の評価も可能とする。加えて、材料組織形成制御による所望の力学的特性を具備した材料の創生への途を開く。ナノからマクロに至る材料の各征階屑の組織形成と応答をシームレスに結合するモデルを構築するための基礎的な研究として得られた成果を以下に示す.(1)分子動力学を用いて,広範な応力状態下における転位の運動を検討し,伝位速度と応力状態の関係を明らかにするとともに,得られた関係を離散転位動力学シミュレーションに導入することによって,複雑な応力状態下のメゾスコピックスケールの現象を離放転位動力学シミュレーションによって解析を可能とする手がかりを得た.(2)場の理論に基づく転位集団挙動の支配方程式の解析によって評価した結果と離散転位動力学シミュレーションによって得た結果を比較・検討することによって,転位セル組織の力学応答および構造安定性を支配する因子を同定した.さらに,同組織に伴う長範囲内部応力場の観点から,両解析手法を統合するためのシミュレーション手法を提案した.(3)メゾスケールの転位組織の生成とそれを核とする再結晶過程,相変態による結品構造の変化等をシームレスに求め得るPhaseField法を構築するために,自由エネルギー密度関数に,結晶方位,化学的組成ならびに転位密度等に加えて,応力状態等を適切に導入することが不可欠であり,これまでに開発した応力場依存性結晶粒成長過程のシミュレーション法において用いた自由エネルギー密度汎関数の一般化を図った.(4)転位の拡散方程式を解析することによって,各種転位パターンならびにセルなどの微視組織の形成を追跡し,単結晶の夫々のすべり面における変形抵抗と関連付け,それを結晶塑性理論におけるすべり面におけるせん断応力の変化率とすべり速度関係を律則する構成式に反映させる手法を検討した.こうして得られた単結晶モデルを,適切な結晶粒数,結晶形態を設定した代表体積要素モデルの個々の結晶粒に適用し,それに均質化理論を用いて,多結晶体の応答評価にスケールアップする手法を検討した.ナノからマクロに至る材料の各種階層の組織形成と応答をシームレスに結合するモデルを構築するための基礎的な研究として得られた成果を以下に示す.(1)分子動力学を用いて,広範な応力状態下における転位の運動を検討し,転位速度と応力状態の関係を明らかにするとともに,得られた関係を離散転位動力学シミュレーションに導入することによって,複雑な応力状態下のメゾスコピックスケールの現象を離散転位動力学シミュレーションによって解析を可能とするモデルを構築した.(2)場の理論に基づく転位集団挙動の支配方程式の解析によって評価した結果と離散転位動力学シミュレーションによって得た結果を比較・検討することによって,転位セル組織の力学応答および構造安定性を支配する因子を同定した.さらに,同組織に伴う長範囲内部応力場の観点から,両解析手法を統合するためのシミュレーション手法を構築した.(3)メゾスケールの転位組織の生成とそれを核とする再結晶過程,相変態による結晶構造の変化等をシームレスに求め得るPhaseField法を構築するために,これまでに開発した応力場依存性結晶粒成長過程のシミュレーションにおいて用いた自由エネルギー密度汎関数に,結晶方位,化学的組成ならびに転位密度等に加えて,応力状態等を導入した形式に一般化し,それを用いたシミュレーションを行った.(4)転位の拡散方程式を解析することによって,各種転位パターンならびにセルなどの微視組織の形成を追跡し,単結晶の夫々のすべり面における変形抵抗と関連付け,それを結晶塑性理論におけるすべり面におけるせん断応力の変化率とすべり速度関係を律則する構成式に反映させる手法を提案した.こうして得られた単結晶モデルを,適切な結晶粒数,結晶形態を設定した代表体積要素モデルの個々の結晶粒に適用し,それに均質化理論を用いて,多結晶体の応答評価にスケールアップする手法を構築した.ナノからマクロに至る材料の各種階層の組織形成と応答をシームレスに結合するモデルを構築するための基礎的な研究として得られた成果を以下に示す.(1)転位と析出物の相互作用について,原子間ポテンシャルが明らかでない場合に,第一原理バンド計算コードVASPを用いてLJポテンシャルにフィッティングし,分子動力学シミュレーションを行う一連のプロセスを提案した.さらに,分子動力学シミュレーションで得られた転位と析出物の相互作用を,ローカルルールとして離散転位動力学シミュレーションに組み込むことでスケールアップする手法を構築した.(2)場の理論に基づき微分幾何学的相互作用場を定義・定式化し,複数階層における不均質変形場の相関を陽に取り扱える理論的枠組みを構築した、さらに,同枠組みを,3種の転位下部組織と表面性状への影響に関する問題に適用し,下位のスケールでのゆらぎ(不適合度場に基づいて記述)が上位スケールのそれに及ぼす影響に関する具体例を示すとともに,3スケールを考えた場合の系全体の応答に対する安定性・不安定性評価法の提案を行った.(3)均質化法および結晶塑性論とPhase

Field法をシームレスに結合するモデルを構築し,冷間加工後の静的一次再結晶時に形成される再結晶組織Fe-C合金のγ→α相変態により形成された組織を有する材料の強度評価をシミュレートし,その妥当性を確認した.また,Multi Phase Field法による動的再結晶過程のミクロ組織に依存するマクロな力学特性評価を可能とするマルチスケールモデルを構築した。(4)単結晶の夫々のすべり面における転位分布を,結晶塑性理論におけるすべり面におけるせん断応力の変化率とすべり速度関係を律則する構成式に反映させて得られた単結晶モデルを,適切な結晶粒数結晶形態を設定した代表体積要素モデルの個々の結晶粒に適用し,それに均質化理論を用いて,多結晶体の応答評価にスケールアップする手法を構築した.
量子ホール効果領域における単一電子波束の生成・制御及び相関測定に関する実験的研究

平成25年度は、単一電子の伝送路であるエッジチャネル間の相互作用を探るために、対向するエッジチャネル間におけるエネルギー輸送に注目し研究を行った。本研究対象である整数量子ホールエッジチャネルは一方向性一次元伝導チャネルであり、通常は朝永-ラッティンジャー液体とはみなされない。しかし、複数の逆向きのエッジチャネルを接近させ相互作用を導入することで、人工的な朝永-ラッティンジャー液体を形成することが可能となる。相互作用する一次元電子系は、朝永-ラッティンジャー液体として知られ、そこを伝搬する電子はプラズモンの集団励起モードとして理解することができる。現在までに、高周波測定により、電荷分断化現象やスピン電荷分離などの朝永-ラッティンジャー液体の励起素過程を実験的に検証できるようになった。このような現象が生じる系において量子ドットによって電子のスペクトルを観測した場合、フェルミ分布とは異なる特徴的なスペクトルが現れると期待される。本研究では、対向する複数のエッジチャネルにより構成された人工的朝永-ラッティンジャー液体におけるエネルギー輸送を調べた。我々はランダウ準位占有率n=2において、ゲート電極により隔てられたエッジチャネルの片側に電子を入力し、静電的に結合したもう片方のエッジチャネルに励起される電子のスペクトルを、量子ドットを用いて観測した。我々は、ベース温度に近い低温成分と励起エネルギーに匹敵する高温成分からなる二成分スペクトルを観測した。電子の入力地点と観測地点を変え測定を行った場合にも、チャネルの方向性に無関係に二成分スペクトルは観測される。これはプラズモンによる伝搬モードを示唆している。また二成分スペクトルは複数のプラズモンモードの励起として理解できる。この研究成果は、複数の伝送路を単一電子が伝搬の際に生じる伝搬モードの解明に繋がる重要な成果である。(抄録なし)本研究課題では、量子光学、及び量子電子輸送で培われてきた知見をもとに、量子電子波光学の基礎技術となるエッジチャネルへの単一電子波束の生成・制御・測定を目的としている。平成24年度は、量子ホール系における単一電子の緩和メカニズムを探るために、電子系のダイナミクスを測定可能な量子ドットによる時間分解トンネル分光法に関する研究を行った。時間分解トンネル分光とは、エネルギーフィルタの役割をする量子ドットのエネルギー準位を、量子ドットに高周波を印加することで高速に変調し時間分解能を実現した、時間分解能とエネルギー分解能を併せ持つ新しい測定手法である。平成24年度では、本測定手法のために最適化された素子構造を持つデバイスを新たに作製した。このデバイスを用い、希釈冷凍機温度(30mK)において、エッジチャネルを伝搬してくる電荷集団に対して、時間分解トンネル分光を行い本測定手法の実証を行った。本研究において、時間分解トンネル分光法によりエッジチャネル上に励起された電荷集団が伝搬してくるソース側とグランドされたドレイン側とで電子温度が異なることが確認された。この結果はエッジチャネル上に励起された電荷集団の電子温度を時間分解トンネル分光法によって測定可能であることを示している。また、本測定手法の妥当性を評価するために、時間分解トンネル分光法のモデル計算を行った。このモデル計算において、ドット内のエネルギー準位が離散的である量子トッドの場合とドット内のエネルギー準位が連続的である古典ドットの場合において数値計算を行い、どちらの場合においても分光測定が可能であることを示した。平成24年度の研究により、時間分解測定及びエネルギー分解測定といった単一電子のエネルギー緩和メカニズム解明のために必要な実験技術を確立できたといえる。平成24年度の研究において、時間分解トンネル分光法という新たな測定技術を確立した。この測定技術を用いることにより、単一電子のエネルギー緩和メカニズムの解明や単一電子波干渉実験といった量子電子波光学の研究が進展すると期待される。

平成24年度に確立した時間分解トンネル分光法を用いて、エッジチャネル上に射出されたホットな電子のエネルギー緩和メカニズムに関する実験的研究、及び電子の量子統計性に関する実験的研究を推進する予定である。本研究課題では、液体ヘリウムを利用した極低温実験環境が必要であるが、昨年末に発生した世界的なヘリウム不足により、研究の推進に支障をきたす恐れがある。この問題に関しては、測定の効率化や無冷媒希釈冷凍機の利用等により対応する予定である。(抄録なし)
細胞癌化の分子機構・癌表現形質発現に関与する遺伝子およびその産物の解析

癌表現形質発現におけるアクチンおよびその関連蛋白質の役割を追究し、以下の研究実績を得た。1.変異ヒトβ-アクチン遺伝子を3T3細胞に導入するとある頻度で形態が変化した細胞が出現した。変異β-アクチンの発現量と形態変化との相関関係を検討中である。2.血清増殖因子や腫瘍プロモーター処理によって細胞を【G_0】期から【G_1】期へ誘導すると15分以内にβ-アクチン遺伝子の転写が促進された。この転写誘導は新しいde hovo蛋白質合成を必要とせず、またマウス細胞のみならずヒトやサルの細胞でも起ることが判った。3.ヒトβ-アクチン遺伝子の5'上流域の種々の変異体を作り、CAT遺伝子に連結し細胞に導入してしらべた結果次の知見が得られた。(1)ヒトβ-アクチン遺伝子の発現には、TATAボックスを含むプロモーター領域、その上流にあるアクチベーター、および下流のイントロン内にある、エンハンサー配列の三つの要素が関与している。(2)腫瘍プロモーターによるβ-アクチン遺伝子転写の誘導にはエンハンサー配列の存在が必須である。(3)エンハンサー配列に特異的に結合する核蛋白質が存在する。4.ヒト心筋アクチン遺伝子は【G_0】期から【G_1】期への増殖誘導時に転写が促進されなかった。5.細胞の癌化と共に、アクチン結合蛋白質であるカルスペクチンの合成量が低下し、一方でそのリン酸化が促進された。リン酸化は主にセリン残基に起った。6.ヒト皮膚線維芽細胞を【SV_(40)】で株化した細胞は不死化しているにもかかわらず造腫瘍性がなかった。この細胞にc-Ha-ras遺伝子を導入すると造腫瘍性を示すようになった。
老化促進マウスを用いた難消化性オリゴ糖・食物繊維の新しい機能探索に関する研究

本研究は、2種類の老化促進モデルマウス(SAMP6、SAMP8)をコントロール(CON)飼料、難消化性オリゴ糖(FOS)飼料、食物繊維(GM)飼料で長期間飼育し、先天的に保有する疾病発症抑制とその要因について腸内細菌叢改善を介したNutrigenomicsの観点から解明するものである。SAMP6では、CON群に比較してFOS群とGM群の骨代謝関連マーカーが有意に良好で骨粗鬆症発症が遅延した。一方SAMP8では特にFOS群において記憶障害および情動障害発症が有意に遅延し、その要因として腸内細菌を介した抗酸化・抗炎症作用との関連性が示唆された。本研究目的は、2種類の老化促進モデルマウスをコントロール(CON)飼料、難消化性オリゴ糖(FOS)飼料ならびに食物繊維(GM)飼料を用いて長期間飼育し、先天的に保有する疾病の発症がどのような要因によって抑制されるかをNutrigenomicsの観点から解明することである。給餌飼料の違いは各腸内細菌種の消長となって現れ、結果として代謝活動に変化が生まれ、それによって腸内細菌代謝産物の質的量的変化が生じて宿主の生存が影響される。このため、FOSやGM摂取による腸内フローラの変化と腸内細菌を介した宿主の生命活動とその要因との関係を明らかにするために酸化ストレス、免疫機能、骨代謝などに関する生体指標の変動などを観察している。平成22年度には、老年性骨粗鬆症発症マウスSAMP6および記憶障害・行動異常マウスSAMP8をそれぞれ45匹(計90匹)をCON飼料、FOF飼料ならびにGM飼料を用いて各群15匹ずつに分けて32週間飼育し、各生体指標に及ぼす影響を観察した。SAMP6については、FOSおよびGMのいずれによっても腸内フローラが変化してCa代謝が改善した。特に、FOS群ではBifidobacterium属の占有率が高くなってβ-グルクロニダーゼおよびβ-ガラクトシダーゼ活性が低下した。GM群ではClostridium属が増加してこれらの有害酵素活性は増加した。しかし、FOS群とGM群ではCa代謝に関係するRANKLやI CTPなどに及ぼす影響に差異があることからその作用機序が異なること示唆された。SAMP8については、尿および血液の酸化ストレスマーカーであるBAPtest、d-ROMstest、8-OH d Gおよびlsopratanを測定し、FOS群およびGM群は対照群に比べて抗酸化作用が向上していることが観察された。また、パッシブアボイダンスを用いて行動観察しているが、現在の測定条件では群間に差異は観察されていない。このため、FOSやGM摂取による腸内フローラの変化と腸内細菌を介した宿主の生命活動とその要因との関係を明らかにするために酸化ストレス、免疫機能、骨代謝などに関する生体指標の変動などを観察した。平成22、23年度には、老年性骨粗鬆症発症マウスSAMP6および記憶・行動異常マウスSAMP8をそれぞれ45匹(計90匹)をCON飼料、FOF飼料ならびにGM飼料を用いて各群15匹ずつに分けて32または43週間飼育し、各生体指標に及ぼす影響を観察した。SAMP6については、FOS群およびGM群のいずれも腸内フローラが良好になりCa代謝が改善した。特に、FOS群ではBifido-bacterium属の占有率が高くなってβ-グルクロニダーゼおよびβ-ガラクトシダーゼ活性が低下した。しかし、FOS群とGM群ではCa代謝に関係するRANKLやI CTPなどに及ぼす影響に差異があることからその作用機序が異なることが示唆された。SAMP8については、パッシブアボイダンスを用いて記憶・行動異常と腸内フローラと尿および血液の酸化ストレスマーカーであるBAP test、d-ROMstest、8-OH d GおよびIsopratanとの関係を観察した。FOS群およびGM群は対照群に比べて腸内フローラが改善されて脳老化が抑制され、また抗酸化作用が向上していることが観察された。さらに、血液の炎症性サイトカインが抑制されていることが明らかになった。

本研究目的は、老化促進モデルマウス(骨粗鬆症発症マウスSAMP6、記憶・行動異常マウスSAMP8)をコントロール(CON)飼料、難消化性オリゴ糖(FOS)飼料ならびに食物繊維(GM)飼料を用いて長期間飼育し、先天的に保有する疾病発症がどのような要因によって抑制されるかを明らかにすることである。給餌飼料組成の違いは腸内フローラの変化となって現れ、それによって腸内細菌代謝産物の質的量的変化が生じて宿主の代謝活動に変化が生まれ、生存が影響される。平成22、23年度には、SAMP6およびSAMP8計90匹をCON飼料、FOF飼料ならびにGM飼料を用いて各群15匹ずつに分けて43週間飼育した。SAMP6は、FOS群およびGM群のいずれも腸内フローラが良好になりCa代謝が改善することが明らかになった。SAMP8は、パッシブアボイダンス装置を用いて記憶・行動異常を観察し、腸内フローラと尿および血液の酸化ストレスマーカーを測定した結果、FOS群およびGM群は対照群に比べて腸内フローラが改善されて脳老化が抑制され、抗酸化作用が向上していることを明らかにした。平成24年度は、この結果を受けて脳機能に焦点をあて、SAMP8をCON飼料およびFOF飼料、正常老化マウスSAMR1をCON飼料で約40週飼育し、記憶・行動異常と腸内細菌と脳機能指標との関連を観察した。FOS摂取によってβ-アミロイドタンパク質蓄積は抑制されたが、カレコラミン濃度は変化しなかった。また、炎症性サイトカインは減少し、抗炎症性サイトカインは増加した。酸化ストレスマーカーであるBAP、d-ROMs、8-OHdGおよびIsoprastaneはいずれもFOS摂取によって改善された。脳組織におけるβ-アミロイドタンパク質蓄積の形態学的観察は現在進行中である。腸内フローラは老化に関わると共に、脳機能にも関与していることが明らかになった。当初計画したスケジュールで2種類の老化促進マウスSAMP6およびSAMP8を難消化性オリゴ糖または食物繊維含有飼料で33周間または43週間飼育し、各マウスの腸内フローラの変化を観察すると共に、菌体酵素活性を測定した。SAMP6についてはCa出納、骨組成、デオキシピリジノリン、RANKLやI CTPなどの骨代謝関連の各種生体指標を測定した。骨組織の画像解析も実施した。S酬P8については、パッシブアボイダンスを用いて記憶・行動異常と腸内フローラと尿および血液の酸化ストレスマーカーであるBAP test、d-ROMstest、8-OH d GおよびIsopratanを測定した。さらに、血液の各種サイトカインも合わせて測定した。これらの測定した生体指標は当初予定した以上の内容である。反省すべき点を挙げると、各老化ステージをもっと細かく分けて実験を実施すれば、さらに腸内フローラの変化と老化との関連性が明らかになるものと考える。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成22年度および23年度において、当初計画した実験はすべて実施した。その研究成果は関係の学会の年次大会においてすでに発表した。現在、その研究成果を34報の学術論文にすべく作業を精力的に進めている。また、これまでの研究において、SAMP8の記憶・行動障害は、脳機能の老化と関係があるのではないかと考えて追加実験を計画中である。新たにSAMP8を難消化性オリゴ
遺伝子発現プロファイリングによる高効率抗がん剤生産バイオプロセスの開発

パクリタキセルは、イチイ植物細胞の中で10-デアセチルバカチンIII(10-DAB)やバカチンIII(BIII)などの前駆体を通して合成される代謝産物(何れもタキサン類)である。疎水性の大きいイオン液体N-Methyl-N-butylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl)imide(市販品名はP14)を細胞培養に利用したところ、コントロール培養と比べてP14の培養増殖速度は同等であったが、タキサン類生産量は顕著に増加することを見出していた。本年度は、タキサン類生合成を促進するエリシターとして有名なジャスモン酸メチル(MJ)をイオン液体-培地二相系培養に利用した。MJ添加によってタキサン類生産が増加し、10 μMのMJではコントロールに比べて数百倍になることが明らかとなった。二相系培養では、生産されたタキサン類がイオン液体に移動し、タキサン類の阻害作用が軽減されたため、タキサン類の生産量が向上したと考えられる。また、10-DABが多量に存在する一方で、BIIIの合成量は小さかったことから、イオン液体やMJによって10-DABまでの酵素活性が活性化するが、10-DABからBIIIの反応を触媒する酵素(DBAT)の酵素があまり活性化されなかったことから、10-DABが多量に残存したことが考えられる。パクリタキセルの効率的生産には、DBATの活性化が重要と考えられた。また、タキサン類生合成における酵素の遺伝子発現のプロファイルの文献調査をさらに進めながら、培養実験のサンプル中のmRNA分析を行った。mRNAを分析したが、ポリフェノールを多量に含んでいたため解析が不十分であった。実験サンプルの高度な分離精製と詳細な遺伝子発現解析などが今後の課題として残った。「タキサン類の生合成における代謝経路と遺伝子発現の調査」を検討した。パクリタキセルの合成には、前駆体である10-デアセチルバカチンIIIやバカチンIIIが重要である。タキサン類の生合成には酵素の遺伝子発現が重要なので、これらの発現プロファイルの文献調査を進めながら、実験サンプル中のmRNA量の分析を行ったが、mRNA量が少量であったため、解析することができなかった。実験サンプルの分析量を大きくすることによって遺伝子発現の解析が可能と考えている。「化学物質添加培養におけるカルスの増殖と遺伝子発現に関する実験的検討」を行った。これに関しては、疎水性のイオン液体を含むカルス培養を行って、カルス増殖やタキサン類生産に及ぼすイオン液体の影響を検討した。イオン液体としては、1-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphateを使った。イオン液体を含む培養でのカルス増殖は、イオン液体を含まないコントロール培養と比べて同等であった。タキサン類生産は、コントロール培養に比べてイオン液体を含む培養で顕著に増加することが見出された。生産されるタキサン類がカルス増殖を阻害するため、通常の培養ではカルスの増殖速度が低下する。疎水的なイオン液体のため、疎水的なタキサン類が疎水性相互作用によってイオン液体に移動してタキサン類の阻害作用が軽減され、カルス増殖の阻害が抑制されたと考えられる。さらに、イオン液体がタキサン類に移動したため、タキサン類の生産能力が向上してこれらの生産量が向上したと考えられる。さらに、エリシターであるジャスモン酸メチル(MJ)をイオン液体ー培地の二相系培養に利用したところ、タキサン類の顕著な合成が観察され、MJとイオン液体の併用がタキサン類の培養生産に有効であることが見出された。イオン液体1-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphateを含むカルス培養でのタキサン類の生産量は、イオン液体を含まないコントロール培養に比べて高いことが見出された。さらに、エリシターであるジャスモン酸メチル(MJ)をイオン液体ー培地の二相系培養に利用したところ、タキサン類の顕著な合成量が観察され、MJとイオン液体の併用がタキサン類の培養生産に有効であることが見出された。これを論文としてまとめ、専門雑誌に投稿したところ、受理され、「Production of taxanes in an ionic liquid-medium two phase culture system」のタイトルで掲載されている。このため進捗状況は良好と判断している。パクリタキセルには、10-デアセチルバカチンIIIやバカチンIIIなどの前駆体の代謝産物を通して合成される。「タキサン類の生合成における代謝経路と遺伝子発現の調査」の結果、タキサン類の生合成には酵素の遺伝子発現が重要なので、これらの発現プロファイルの文献調査をさらに進め、培養実験のサンプル中のmRNA分析を行ったが、mRNA量が少量であったため、解析することができなかった。今後は、実験サンプルの分析量をさらに大きくすることによって遺伝子発現を解析することを考えている。これに関しては、疎水性のイオン液体を含む培養を行って、細胞増殖やタキサン類生産に及ぼすイオン液体の影響を検討した。昨年度は1-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphateのイオン液体を使ったが、本年度はこれよりも疎水的で新規なイオン液体N-Methyl-N-butylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(この市販品名はP14)を利用して細胞培養を行った。イオン液体を含まないコントロール培養と比べてP14を含む培養は増殖速度は同等であり、P14に毒性がないことが認められた。タキサン類生産は、コントロール培養に比べてP14を含む培養で顕著に増加することが見出された。

P14は生産されたタキサン類を積極的に回収するため、タキサン類の阻害作用が軽減され、タキサン類の生産量が向上したと考えられる。さらに、エリシターであるジャスモン酸メチル(MJ)をイオン液体ー培地の二相系培養に利用したところ、タキサン類の顕著な合成が観察され、MJとイオン液体の併用がタキサン類の培養生産に効果的であることが見出された。1-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphateよりも疎水性の高いイオン液体N-Methyl-N-butylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(P14)を細胞培養に利用した結果、タキサン類の生産量は、P14を含まないコントロール培養に比べて高いことが見出された。さらに、エリシターであるジャスモン酸メチル(MJ)をイオン液体ー培地の二相系培養に利用したところ、タキサン類の顕著な合成量が観察され、MJとイオン液体の併用がタキサン類の培養生産に有効であることが見出された。これの研究を国際学会で発表した。さらに、論文として専門雑誌に掲載されているため、進捗状況は概ね良好と判断している。パクリタキセルは、イチイ植物細胞の中で10-デアセチルバカチンIII(10-DAB)やバカチンIII(BIII)などの前駆体を通して合成される代謝産物(何れもタキサン類)である。疎水性の大きいイオン液体N-Methyl-N-butylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl)imide(市販品名はP14)を細胞培養に利用したところ、コントロール培養と比べてP14の培養増殖速度は同等であったが、タキサン類生産量は顕著に増加することを見出していた。本年度は、タキサン類生合成を促進するエリシターとして有名なジャスモン酸メチル(MJ)をイオン液体-培地二相系培養に利用した。MJ添加によってタキサン類生産が増加し、10 μMのMJではコントロールに比べて数百倍になることが明らかとなった。二相系培養では、生産されたタキサン類がイオン液体に移動し、タキサン類の阻害作用が軽減されたため、タキサン類の生産量が向上したと考えられる。また、10-DABが多量に存在する一方で、BIIIの合成量は小さかったことから、イオン液体やMJによって10-DABまでの酵素活性が活性化するが、10-DABからBIIIの反応を触媒する酵素(DBAT)の酵素があまり活性化されなかったことから、10-DABが多量に残存したことが考えられる。パクリタキセルの効率的生産には、DBATの活性化が重要と考えられた。また、タキサン類生合成における酵素の遺伝子発現のプロファイルの文献調査をさらに進めながら、培養実験のサンプル中のmRNA分析を行った。mRNAを分析したが、ポリフェノールを多量に含んでいたため解析が不十分であった。
家系を用いた関連分析法による日本人IDDM発症遺伝子の解析

日本人インスリン依存型糖尿病(IDDM)の感受性遺伝子として、HLAクラスII遺伝子の詳細を我々は明らかにしてきたが、本研究ではインスリン遺伝子上流繰り返し配列、CTLA-4遺伝子多型性およびIL-1遺伝子座についての検討を行った。1.インスリン遺伝子上流繰り返し配列(IDDM2座位)インスリン遺伝子上流には1415bpの繰り返し配列が存在し、白人ではこの繰り返し回数が少ないものがIDDMになりやすいことが判明している。我々はこの部位の詳細な解析を行い、日本人でもIDDM感受性遺伝子としての意義を有することを認め、家系を用いた関連分析でも確認された。2.CTLA-4遺伝子多型性(IDDM12座位)CTLA-4はTリンパ球の活性化にCD28と共にかかわっており、自己免疫疾患との関連が注目されている。白人ではCTLA-4遺伝子多型とGraves病、IDDMとの関連が報告されている。我々はCTLA-4遺伝子多型と日本人IDDM、Graves病、橋本病との関連を検討したところ、Graves病、橋本病のみならず、急激発症(1ヶ月以内にインスリン開始)かつインスリン枯喝(s-CPR<0.1mg/ml)の“典型的"IDDMで有意な関連を認めた。現在、関連機序についての検討を行っている。3.IL-遺伝子座この座位には、IL-1β遺伝子、IL-1受容体タイプ1(IL1R1)遺伝子、IL-1受容体アンタゴニスト(IL1RN)などの遺伝子があり、それらの多型とIDDMとの関連が白人の一部で報告されている。我々は日本人において、IL-1βAvaI多型およびIL1R1 PstI多型とIDDM、AITDとの関連をcase-contolstudyにて検討したが、有意な関連は認めなかった。したがって、日本人においてはIL-1遺伝子座はIDDM・AITD感受性遺伝子として重要ではないものと考えられた。本年度はインスリン遺伝子上流繰り返し配列とCTLA-4遺伝子多型性について、IDDM感受性遺伝子としての意義を検討した。1.インスリン遺伝子上流繰り返し配列(IDDM2座位)インスリン遺伝子上流には1415bpの繰り返し配列が存在し、白人ではこの繰り返し回数が少ないものがIDDMになりやすいことが判明しているが、日本人ではこの部位は多型性に乏しくその意義は不明であった。我々はこの部位の詳細な解析を行い、日本人でもIDDM感受性遺伝子としての意義を有することを認め、家系を用いた関連分析でも確認された(Diabetes、投稿中)。CTLA-4遺伝子多型性(IDDM12座位)CTLA-4はTリンパ球の活性化にCD28と共にかかわっており、自己免疫疾患との関連が注目されつつある。白人ではCTLA-4遺伝子多型性とGraves病、IDDMとの関連が報告されている。我々はCTLA-4遺伝子多型性と日本人IDDM、Graves病、橋本病との関連を検討したところ、この多型はIDDMとは関連しないが、Graves病、橋本病とは関連していた。人種を越えて関連を認めたことから、CTLA-4遺伝子多型は自己免疫性甲状腺疾患(Graves病、橋本病)の感受性遺伝子であることは確からしいが、IDDMとの関連については更に検討を加える必要がある(投稿準備中)。今後、その他のIDDM感受性遺伝子についても検討を加える予定である。昨年度は、インスリン遺伝子上流繰り返し配列(IDDM2)が日本人でもIDDM感受性遺伝子としての意義を有することを認め、報告した(Diabetes46:1637-1642,1997)。

引き続き本年度は、CTLA-4遺伝子多型性(IDDM12座位)およびIL-1遺伝子座についての検討を行った。1.CTLA-4遺伝子多型性(IDDM12座位)CTLA-4はTリンパ球の活性化にCD28と共にかかわっており、自己免疫疾患との関連が注目されつつある。白人ではCTLA-4遺伝子多型性とGraves病、IDDMとの関連が報告されている。我々はCTLA-4遺伝子多型性と日本人IDDM、Graves病、橋本病との関連を検討したところ、Graves病、橋本病のみならず、急激発症(1ヶ月以内にインスリン開始)かつインスリン枯渇(s-CPR<0.1ng/ml)の“典型的"IDDMで有意な関連を認めた(Diabetes47:128-129,1998)。現在、関連機序についての検討を行っている。2.IL-1遺伝子座この座位には、IL-1β遺伝子、IL-1受容体タイプ(IL1R1)遺伝子、IL-1受容体アンタニゴスト(IL1RN)などの遺伝子があり、それらの多型とIDDMとの関連が白人の一部で報告されている。我々は、日本人においても十分な多型性を認めるIL-1βAval多型およびIL1R1 PstI多型とIDDM、AITDとの関連をcase-contolstudyにて検討したが、有意な関連は認めなかった。したがって、日本人においてはIL-1遺伝子座はIDDM・AITD感受性遺伝子として重要ではないものと考えられた(投稿準備中)。
免疫抑制マウスにおける実験的根尖病変の病理組織学的、免疫組織学的基礎研究

今回、免疫抑制剤(FK506)によって、T細胞の増殖抑制状態にあるマウスを用い、実験的に根尖病変を形成し、免疫組織化学的に検索した。根尖病変中のT細胞数は、対照群、実験群ともに経時的に増加し、2、4、6週においてT細胞数は対照群に比べ実験群の方が有意に少なかった。Tヘルパー細胞数は両群ともに1週から4週にかけ増加し、4週から6週では減少したが、2、4、6週において対照群に比べ実験群ではTヘルパー細胞数は有意に少なかった。また、IL-2R陽性細胞数は、両群ともに1週から4週にかけ増加し、4週から6週では減少したが、2、4、6週では、対照群に比べ実験群では陽性細胞数は有意に少なかった。上記の結果と、これまでの病理組織学的所見、組織形態計測学的所見から、露髄後1週つまり根尖病変の発症時点では、歯髄および根尖病変の組織所見は対照群とほとんど差はなかった。しかし、露髄後2週では対照群に比べ、歯髄壊死の進行が速く、根尖部歯根膜の炎症性細胞浸潤および歯槽骨の吸収像も急激に増加していた。また、露髄後2、4、6週では、病変中のT細胞、とりわけTh細胞、IL-2R陽性細胞の数は対照群に比べ有意に少ないことが免疫組織化学的観察より確認された。以上のことから免疫抑制剤FK-506を投与すると、その動物の実験的根尖病変は拡大傾向を示すことが示唆された。今後は、同試料を用いて、他の免疫担当細胞(B細胞・Ia抗原陽性細胞、およびマクロファージ等)の染色を行い、根尖病変の形成過程における病態を検索する予定である。今回、免疫抑制剤(FK506)によって、T細胞の増殖抑制状態にあるマウスを用い、実験的に根尖病変を形成し、病理組織学的、組織形態計測学的に検索した。1.病理組織学的所見1週では、対照群(賦形剤注射群)および実験群(FK506注射群)の間にほとんど差はみられず、根部歯髄の1/2程度が壊死に陥っており、根尖病変の炎症性細胞浸潤はごくわずかに認められた。2週では、対照群は根部歯髄の3/4程度が壊死に陥り、根尖病変に1週よりやや強い炎症性細胞浸潤が認められた。実験群では歯髄のほとんどが壊死に陥っており、根尖病変に対照群より強い炎症性細胞浸潤がみられ、根尖部の膿瘍形成や歯槽骨の活発な吸収像が認められた。4週では、対照群では歯髄の全てが壊死に陥っており、根尖病変には炎症性細胞浸潤が、2週のものに比べ非常に強く認められた。また、根尖部の膿瘍形成や活発な歯槽骨の吸収像および歯根吸収が著明に認められた。実験群では歯髄の全てが壊死に陥っており、根尖病変には対照群より強い炎症性細胞浸潤が認められ、根尖部の膿瘍形成も2週のものより拡大傾向にあった。また、活発な歯槽骨の吸収像および歯根吸収が顕著に認められた。6週では、対照群では、4週のものに比べ炎症性細胞浸潤がかなり減少し、その周囲の線維性結合組織の増生が認められ、歯槽骨の添加が認められた。実験群では4週のものと同程度の炎症性細胞浸潤が認められ、根尖部の膿瘍形成も4週のものと同程度に認められた。またその周囲の線維性結合組織は4週のものより増加し、歯槽骨の吸収像の減少が認められた。2.組織形態計測学的所見実験群の動物の根尖病変の面積は、対照群に比べ2、4、6週で大きかった。以上、本実験の結果から、実験動物に免疫抑制剤FK-506を投与すると、その動物の実験的根尖病変は拡大傾向を示した。今後は、凍結切片に免疫染色を施し、免疫組織化学的に検索する予定である。

今後は、同試料を用いて、他の免疫担当細胞(B細胞・Ia抗原陽性細胞、およびマクロファージ等)の染色を行い、根尖病変の形成過程における病態を検索する予定である。
次世代広帯域光倍数アクセス網のための新しいやり方の研究

この研究プロジェクトは次世代光多重接続網のための新しい多重化技術として、光符号分割多重(OCDM)の研究をしている。OCDMシステムのパフォーマンスを高度な変調と検波体系を利用して、論理的に分析、提案している。また、新たにモデルや方式についても提案している。これはノイズや干渉、ファイバー分散のほか、実用的なシステム設計のために、重要な幾種もの条件を含む光学非線形性を包括的に研究している。1.ヘテロダイン検出受信機を活用した2-D OCDM(光符号分割多重)システムのパフォーマンス分析:本報告書では、プライム系列符号及びヘテロダイン検出受信機を活用した2-D OCDM新しい方式を提案した。システムパフォーマンスの分析は、多元接続干渉(MAI)、光ビート干渉(OBI)、クロストーク、受信機ノイズ等、様々なノイズおよび干渉を考慮して理論的に行われた。本分析により、この方式には使用されていた直接検出方式のパフォーマンスを大幅に向上させることが確認された。実際には使用可能のユーザ数が10倍程拡大され、検出感度も結構改善される。したがって、30dBのリンクロスが予測されるPONベースのアクセス網環境においての次世代広帯域光倍数アクセス網にこの方式が良いソリューションだと考えられる。また数値結果により、提案したシステムが受信有効光パワー40dBmで10Gbit/sのユーザをサポートできることが判明した。その他、非同期ヘテロダイン検出方式が同期ヘテロダイン検出方式とはほとんど同じパフォーマンスで、光パワーがおよそ1dBだけの違いがあり、その違いはLO光パワーまたは波長数の増加で解決できる。その上、非同期ヘテロダイン検出方式の簡単な構造がある。これらの利点があるため、今度提案した2-D OCDMシステムに非同期ヘテロダイン検出方式を使用することをお勧めする。2.周波数領域符号化OCDMシステムにおけるパルス位置変調(PPM)を含む光変調技術の適用についての研究:本研究では、パルス位置変調(PPM)及びヘテロダイン検出受信機を用いる2b-OCDM新しい方式を提案した。このシステムパフォーマンスの分析も、MAI、OBI、クロストーク、受信機ノイズ等、様々なノイズおよび干渉を考慮して理論的に行われた。以前研究したOOK信号を用いたシステムと比べ、ユーザ数及び検出感度が結構改善された結果が出た。具体的に、M=4の場合、PPM信号を用いたシステムが最適なパフォーマンスになる。M>4の場合、システムのパフォーマンスがほとんど改善されず、PPM信号が長くなるにつれてシステムが複雑になるのが実状であるため、システムにM=4を使用するようお勧めする。二次元波長ホッピング/時間拡散光符号分割多重システム(2-D WH/TS OCDM)におけるオーバーラッピングパルス位置変調(OPPM)を含む光変調技術の適用につい1ての研究:二次元波長ホッピング/時間拡散光符号分割多重システム(2-D WH/TS OCDM)方式では,広帯域光源を使用するため,光検出器が波長の近い2つ以上の光波を同時に受信した場合に生じる光ピート干渉(OBI)が問題となる。光ビート干渉がシステムパフォーマンスに極めて大きな影響を及ぼすことはこれまでに証明されている。本研究では,ヘテロダイン検出受信機及びオーバーラッピングパルス位置変調(OPPM)を用いた2-D WH/TS OCDMシステム方式を提案した。受信機ノイズを含む主なノイズ,光ビート干渉を考慮してそのシステムのパフォーマンスの分析も論理的に行われた。パルス位置変調(PPM)を用いたシステムと比べ,コードセットが同じの場合,OPPM'sオーバーラッピングパラメタ(γ)が増えればユーザ数も結構増えた結果が出た。例えば,システムにおいてパルス位置の多様性パラメタM=4で,γ=1の代わりにγ=2(PPMを用いたシステム)を使用する場合,最大ユーザ数が2倍以上増え,17ユーザから45ユーザに達する。そのように,γが1から2に増加する場合,パルス位置の多様性パラメタM=4で,ユーザ数K=32のシステムにおいて受信機の感度は2dB増えた。1.二次元WH/TSOCDMAシステム上でのGVDの影響のモデリングと理論に基づいたパフォーマンス分析:この研究では、二次元波長ホッピング/時間拡散アクセス(2-DWH/TSOCDMA)システム上での群速度分散特性(GVD)の影響を包括的に分析するために、光ファイバー内のガウスパルス伝播を、今までにないモデルで提案している。加えて、多くのノイズや干渉、つまり多元接続干渉(MAI)や、光ビート干渉(OBI)、受信機ノイズも解析に含まれている。さらに、受信側の感度を上げるため、ヘテロダイン検出受信機を使うことを提案している。分析結果から、標準単一モードファイバー(ITU-T G.652)を使用した場合、GVDの影響下では維持できるユーザー数は激減し、最大伝送距離--すなわち、BERが10^<-9>以下の距離ならば維持できる--も著しく短くなる。システムのパフォーマンスが限界を迎える主因は時間の歪みである。加えて、分散シフトファイバー(ITU-T G.653)では、GVDの影響がどのように再現されるか、についても述べている。

例えば、32×1Gbpsのユーザーのシステムでは、1ビットあたりの光エネルギーが-5dBmで伝送されるとき、111kmの最大伝送距離を達成できる。2.多波長光CDMシステム上での四波混合の影響の論理的分析:この研究では、四波混合(FWM)の影響下での多波長非コヒーレント光符号分割多重(MW-OCDM)システムの性能分析を論理的に行う。他の干渉やノイズ、例えば、MAIやOBI、受信機ノイズも分析に含まれる。ビット誤り率(BER)や維持可能なユーザー数、エネルギー損失を含むMW-OCDMシステムの性能のさまざまな側面から見たFWMの影響に多くが割かれている。また、数種の光ファイバー、つまり単一モードファイバー(SMF)や分散シフトファイバー(DSF)、非ゼロDSFを用い、異なる周波数領域でのシステム性能についても研究している。計算結果から、FWMの影響下ではシステムの性能は低下した。特に1チップあたりのパワーが強いときや、周波数領域が狭いとき、DSFが使われているときに顕著である。相互相関値の記・符号がFWMの影響を減らすためにMW-OCDMに使われることもふれておく。