hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
母音の無声化とプロソディーの相互作用に関する基礎的研究

本研究は日本語らしさを特徴づける音声現象の一つである母音無声化について、研究があまり進んでいない韻律構造との関わりに注目して研究を進め、特に以下2点の研究成果があがった。無声化母音にアクセントがあるとき聞き手はアクセント対立を聞き取れるかを知覚実験にて調べたところ、全体的に正答率は高いものの、聞き取りの容易なアクセント対立とそうでない対立があり、発音と聞き取りには若干のずれが見られた。形態論的情報(語の内部構造)が母音の無声化に影響を与えるとする先行研究の論を、辞書と音声実験を通して再検証したところ、そうではなくて、受けるとすれば韻律構造の影響である、という説をサポートする結果を得た。本研究の目的は、日本語らしさを特徴づける音声現象の一つである母音の無声化現象について、まだ本格的な研究が非常に少ない韻律構造に注目しメカニズムを解明することである。4つの課題を立て、24年度はそのうち以下の2点について研究および成果報告が進んだ。(1)母音が無声化したときに聞き手が音韻構造、特にアクセント構造、を再構築できるかについて。(2)形態論的な情報が音声的な現象に影響を及ぼさないのか、フットという韻律構造に着目して調べる。(1)は23年度からの継続課題であったが、24年度は国際学会で発表するとともに、論文を執筆し、国際的な学術雑誌へ投稿した。雑誌投稿に関して、現在審査の結果待ちである。(2)については、当初計画していた、音声データを使って調べることについては今年度は準備段階にとどめ、それより緊急性の高いと思われる、辞書データを使っての調査を先に行った(昨年度の実施報告書を参照)。手法の差に若干違いこそあれ、研究課題に変更はない。データを分析した結果、母音の無声化に関して重要なのは、形態論的な情報ではなくて音韻的な情報(具体的には韻律構造)である、とする仮説にサポートを与えることとなった。この成果を国際学会で発表し、そこで得られたフォードバックを活かしてその後国内シンポジウムで発表した。25年度中に分析結果報告を執筆予定である。また、音声データを使う手法による課題の解明も準備を進め、準備段階を研究会にて発表した。25年度早々にデータ収集を行い、その後速やかに分析、発表する予定である。「研究実施計画」では、24年度中に(2)に加えて残りの2つの課題(子音連続に関する研究、きしみ声の記述)に着手する予定であった。(2)に関しては上述のように非常に研究が進んだが、残りの二課題については、残念ながら24年度末現在準備が遅れている。本研究は日本語の母音無声化について、韻律構造に注目し、実験および記述を通して、また他言語・他方言との比較を通して、そのメカニズムを解明することを目的とている。4つの課題に3年間で取り組む計画をたて、概ね良い実績をあげられた。1母音が無声化した時、聞き手が語のアクセント構造を再構築できるかどうかを知覚実験にて調べる課題。初年度に計画通り実験を行い、聞き取りの容易な対立とそうでない対立があることがわかった。また、語境界の影響や、発音と知覚の間のずれが示唆されるなどの知見も得られた。結果は国際学会で発表した後、論文にまとめて投稿し、現在リバイズの最中である。2形態論的な情報が母音の無声化に影響を及ぼすという先行研究の主張を受け、本当にそうなのかを明らかにする課題。当初の計画では音声実験のみであったが、辞書データを用いた研究の重要性、緊急性が浮上したためそちらにも取組み、実際には二つの研究を行った。辞書を用いた研究は主に24年度に行い、形態論的な情報より音韻論的な情報が母音の無声化には影響を及ぼすという、従来とは異なる仮説を支持する結果を得た。音声実験の研究は25年度に行い、この仮説に更なるサポートを与える結果となった。二つの研究はどちらも国際学会で発表し、後者は既に論文にまとめ現在査読結果を待っている。前者も早急に論文にまとめ学会誌へ投稿する予定である。残りの課題(母音の無声化現象が子音連鎖を生んでいるか、きしみ声の使われ方を母音の無声化を通して記述・考察する)に関しては、残念ながらほとんど着手できずに研究期間終了を迎えた。自身の研究環境が変わり、計画通りの時間配分が難しくなったことが主な原因である。しかしながら、前述の研究成果はどれも予定より深い成果が得られたことから、本研究の課題「母音の無声化とプロソディーの相互作用」に対し、質的に重要な成果を上げられたものと考える。

4つの課題を立て、23年度はそのうち以下の2点に取り組むことを計画した。(1)母音が無声化したときに聞き手が音韻構造、特にアクセント構造、を再構築できるかを、知覚実験で明らかにする。(2)形態論的な情報が音声的な現象に影響を及ぼさないのか、フットという韻律構造に着目して調べる。(1)はほぼ計画通り進んでいる。(2)は年度内にはほとんど着手できなかったが、2012年4月に早速着手する(詳細な計画は、「今後の研究の推進方策」欄を参照)。以下(1)の成果を報告する。知覚実験では、無声化母音が関わってアクセントの位置のみが違う同音異義語の対立ペア(例えば「騎士」と「岸」)の発音の違いを、聞き手がきちんと聴き取っているのかを検証した。11名の実験協力者から得たデータ分析の結果、対立の種類によって知覚の容易い対立とそうでない対立があることがわかった。また細かく見ると語境界の影響が示唆されるなど、新たな知見が得られた。また無意味語を使った先行研究とは一部違う結果が出たことから、実在語を使ったことにより現実の言語現象の解明につながった。更にこの結果は、母音無声化固有の問題を超えて、音声産出(発音)と知覚の間にはずれがあることを裏付ける。3月に発表し貴重なフィードバックを得たので、これを活かして現在論文を執筆中である。研究実施計画では、平成24年度中に、形態論との関わりについて音声データを取り、その分析、結果報告をするとともに、子音連続に関する音声プロセスの研究ときしみ声の記述に関しても着手する予定であった。形態論との関わりについては、辞書データによる分析で結果報告ができ、この意味で、研究の目的の一課題を解明するという成果を予定通り上げることができた。しかし残りの2点には着手できなかった。このことから、研究実施計画に照らすと、全体的な進歩状況としては、遅れている、と判断した。また、研究環境の変化による原因もある。研究実施計画は、研究職についていた前職時、その職を想定して作成した応募書類に基づいており、その後「研究及び教育」職に就いたため、研究に割くことの出来る時間が当初予定より短くなっている。このことが計画実施の遅れの一因となっていると分析できる。研究実施計画では、平成23年度中に知覚実験、その分析及び成果発表に加え、二番目の課題である形態論、韻律構造と母音の無声化との関わりについて、データ収集及び分析までを終える予定であった。知覚実験については、分析は終わり、口頭発表での成果発表をしたが、論文投稿がまだ完遂していない。また、二番目の課題は着手に遅れが出た。しかしながら、次年度の研究計画を大幅に変更する必要はないと思われる。なぜなら、二番目の課題について、研究環境を既にかなり整えているからである。これを考えると1ー2ヶ月の遅れにとどまっていると言える。これらの理由から、「やや遅れている」と判断した。本年度全体的に研究進度が幾分遅くなった理由として、研究環境の変化を挙げたい。研究所から大学機関に赴任し、初めて専任職に就いたことも手伝って(想定を超える委員会活動等)、思うように研究に時間を割くことが難しかった。25年度は引き続き形態論と母音の無声化の関係について、音声データを用いて解明することから始める。
遷移金属を含む金属人工格子の電子状態の計算

本研究は、原子レベルまで制御された金属人工格子の電子状態を第一原理から計算し、個々の人工格子の電子構造を明らかにするとともに、その物性を電子レベルから理解しようとするものである。具体的には、局所電子密度近似法に基づき、ス-パ-セルの方法により、効率の良いLMTO法、必要に応じて精度の高いFLAPW法で計算する。前年度はIBMのパワ-ステ-ションの最小システムを購入し、LMTO法のプログラムを移植し、セル中に50原子程度の計算が可能なシステムを開発した。今年度得られた結果は以下の通りである。Co/Pd、Co/Pt、Co/Au金属人工格子は大きな垂直磁気異方性を示すことが知られており、高密度の磁気記録媒体として期待されているが、その物理的起源についてはまだ理解されていない。そこで、仮想的な人工格子CoX_2(X=Pd、Pt、Au、Ag、Cu)の垂直磁気異方性エネルギ-を第一原理から計算した。局所スピン密度近似を用い、LMTOーASA法により計算した。人工格子の構造モデルとしては、CoX_2が最密面がABCABCと積層しているものを仮定した。Co/Pd、Co/Pt、Co/Auは垂直磁気異方性を示し、実験と一致する結果が得られた。その異方性エネルギ-はバルクのCoに対して一桁以上も大きな値となった。また、この三つの系では膜垂直方向に磁化しているときの方がCoの軌道磁気モ-メントが大きくなっている。一方、Co/Ag、Co/Cuは面内磁気異方性を示し、膜面内方向に磁化しているときの方がCoの軌道磁気モ-メントが大きい。したがって、Co/Au、Co/Cuでは、フェルミレベル近傍のバンド構造の微妙な変化が重要であると考えられる。今後はこれらの結果を詳しく解析して、垂直磁気異方性の起源について考察する予定である。
糖尿病における遺伝子相互作用解明のためのコンジュニックマウス系統の解析

I型糖尿病(インシュリン依存糖尿病IDDM))は遺伝的要因と環境要因が複雑に絡んだ多因子疾患であり、その原因遺伝子についての解明が進行している。ヒト多因子疾患では個々の疾患感受性遺伝子と発症との対応は困難であり、単一遺伝子疾患で用いられてきた連鎖解析法で遺伝子を同定することは不可能である。本研究ではI型糖尿病モデルマウスNOD/Shi系統において個々の疾患感受性遺伝子についてコンジェニックマウス系統を作製して、遺伝子間の相互作用、さらに個々の遺伝子機能を詳細に解析し、強いては遺伝子同定を行うことを目的とした。まずNOD/Shiにおいて糖尿病感受性遺伝子Idd3およびIdd4について、日本産野生マウスMSM由来のIdd染色体領域を導入したコンジェニックマウスNOD/Shi.-Idd3^<nod/msm>およびNOD/Shi.-Idd4^<nod/msm>を作製した。さらにこれらの両コンジェニックマウスを交配したダブルコンジェニックマウスを作製してIdd3およびIdd4の遺伝子相互作用を解析した。その結果、NOD/Shi.-Idd4^<nod/msm>コンジェニックマウスでは明らかにできなかったIdd4の遺伝子機能を明確にすることがでした。すなわち、Idd4は発症時期をコントロールする遺伝子でありMSM系統由来のアレルはNODに比して早期に糖尿病発症させるrecccesivcなアレルであることを明らかにした。そこでIdd4を詳細にマッピングするためにコンジェニックマウスNOD/Shi.-1dd3^<msms/msm>とIdd4領域(Acrb-Mpo間)にリコンビナント個体を得てコンジェニックマッピングを行ったところ、Idd4を第11染色体上の1.1cM以内のマップした。さらにこの領域にあるマイクロサテライトマーカーからYACおよびBACの単離を行いIdd4を含む約800kbの、Contigを作成することができた。本研究においてマウスにおける多因子疾患の解析では個々の疾患遺伝子についてコンジェニックマウス系統を作製して、機能を明らかにしてさらにそれらを組み合わせたダブルコンジェニックマウスの解析による遺伝子間の相互作用を利用して遺伝子同定の可能性を得ることができた。多因子疾患であるI型糖尿病のモデルマウスNOD/Shiは、各種系統との交配実験の結果からIdd-1からIdd-16までの糖尿病感受性遺伝子がマウスのゲノム上にマップされている。このうち分子レベルで解析されたのはMHCに連鎖しているIdd1のみである。我々はMHCに連鎖しない糖尿病感受性遺伝子の解析を詳細に進めるため、第3染色体上にあるIdd3および第11染色体上のIdd4について、この領域に日本産野生マウスMSM由来の染色体領域を導入したコンジェニックマウスNOD/Shi.-Idd3^<nod/msm>およびNOD/Shi.-Idd4^<nod/msm>を作出した(N18)。その結果、コンジェニックマウスNOD/Shi.-Idd4^<nod/msm>はNOD/Shiに比べ尿糖およびInsulitisは抑制されなかった。そこでIdd4のMSM由来の遺伝子座をホモにもつNOD/Shi.-Idd4^</msm/msm>を作出し解析したところ、NOD/Shiに比べ早期(15Wks20Wks)に糖尿病を発症した。すなわちMSM系統にはNODに比して早期に糖尿病を発症させるreccesiveなIdd4遺伝子座のアレルを持つことが明らかになった。現在、この領域におけるrecombinant個体を得てIdd4を詳細にマッピング中である。一方、コンジェニックマウスNOD/Shi.-Idd3^<nod/msm>はNOD/Shiに比べ糖尿病発症が顕著に抑制され、Idd3遺伝子座のMSMアレルはNODに対してIDDMを抑制することが明らかになった。さらにNOD/Shiを背景にMSM由来のIdd3およびIdd4の両遺伝子をもつダブルコンジェニックマウスを用いてIdd3を詳細にマッピングしたところ、IL-2を含む1.1cM以内に位置することが明らかになった。そこでNOD/Shi.およびNOD/Shi.-Idd3^<msm/msm>のIL-2の機能解析をするため両系統からリンパ球を採取し、CD^<3+>刺激後IL-2依存性マウス細胞株HT-2に対する取り込み指標に、上清をELIZA法で測定した。その結果、コンジェニックマウスNOD/Shi.-Idd3^<msm/msm>のIL-2の産生能はNOD/Shiより高いことが明らかになった。現在、IL-2とI型糖尿病発症との関係を検討中である。I型糖尿病(インシュリン依存糖尿病(IDDM))は遺伝的要因と環境要因が複雑に絡んだ多因子疾患でありその原因遺伝子についての解析は十分解明されていない。このモデル動物であるNOD系統においては糖尿病感受性遺伝子の研究が進んでおり、Major geneであるMHCについては分子レベルで構造が明らかにされている。しかし、糖尿病の様々な病態を解明して行くには、minor geneいわゆるmodifier geneを同定し、さらにそれらの遺伝子間の相互作用を明らかにしていくことが重要であり、このためには個々の遺伝子についてコンジェニックマウス系統を作製して解析して行く方法が有効である。本研究ではマウス第3染色体上にマップされたIdd3および第11染色体上のIdd4について糖尿病発症における他の遺伝子の影響を除くためこの領域に日本産野生マウスMSM

由来の染色体領域を導入したコンジェニックマウスNOD/Shi.Idd3^<msm>およびNOD/Shi.Idd4^<msm>を作出した(N18)。その結果、コンジェニックマウスNOD/Shi.Idd3^<msm>はNOD/Shiに比べ糖尿病発症が顕著に抑制された。一方、コンジェニックマウスNOD/Shi.Idd4^<msm>はNOD/Shiに比べ尿糖およびInsulitisは抑制されなかった。次にNOD/ShiにMSM由来のIdd3およびIdd4の両遺伝子座をもつダブルコンジェニックマウスを作出しこれらの遺伝子の糖尿病発症における相互作用を解析したところ、このマウスではIdd3のみにMSM由来の遺伝子座をもつマウスよりも有意にInsulitisの発症頻度が高くなおかつ、Insulitisの程度も烈しかった。この結果、MSM由来のIdd4遺伝子座はNOD/Shi由来のものよりも糖尿病発症において高い感受性を示し、早期に発症する働きをもつ遺伝子であることが明らかになった。すなわちI型糖尿病モデルNOD系統においてはMSM系統と比較すると遺伝子座によっては糖尿病発症を抑制することがあり、さらに遺伝子間の相互作用による糖尿病発症への解明が重要なことが示された。今後更にダブルコンジェニックマウスを解析により各遺伝子の座位間による糖尿病発症への役割を明らかにしていきたい。I型糖尿病(インシュリン依存糖尿病IDDM))は遺伝的要因と環境要因が複雑に絡んだ多因子疾患であり、その原因遺伝子についての解明が進行している。ヒト多因子疾患では個々の疾患感受性遺伝子と発症との対応は困難であり、単一遺伝子疾患で用いられてきた連鎖解析法で遺伝子を同定することは不可能である。本研究ではI型糖尿病モデルマウスNOD/Shi系統において個々の疾患感受性遺伝子についてコンジェニックマウス系統を作製して、遺伝子間の相互作用、さらに個々の遺伝子機能を詳細に解析し、強いては遺伝子同定を行うことを目的とした。まずNOD/Shiにおいて糖尿病感受性遺伝子Idd3およびIdd4について、日本産野生マウスMSM由来のIdd染色体領域を導入したコンジェニックマウスNOD/Shi.-Idd3^<nod/msm>およびNOD/Shi.-Idd4^<nod/msm>を作製した。さらにこれらの両コンジェニックマウスを交配したダブルコンジェニックマウスを作製してIdd3およびIdd4の遺伝子相互作用を解析した。その結果、NOD/Shi.-Idd4^<nod/msm>コンジェニックマウスでは明らかにできなかったIdd4の遺伝子機能を明確にすることがでした。すなわち、Idd4は発症時期をコントロールする遺伝子でありMSM系統由来のアレルはNODに比して早期に糖尿病発症させるrecccesivcなアレルであることを明らかにした。そこでIdd4を詳細にマッピングするためにコンジェニックマウスNOD/Shi.-1dd3^<msms/msm>とIdd4領域(Acrb-Mpo間)にリコンビナント個体を得てコンジェニックマッピングを行ったところ、Idd4を第11染色体上の1.1cM以内のマップした。
光合成細菌の嫌気的芳香族炭化水素分解における役割

光照射のみで芳香族炭化水素を分解できる光合成細菌の多様性を解明し、新規集積培養株を得ることができれば、将来的な光合成細菌のバイオレメディエーションへの利用の幅が広がる。トルエン、エチルベンゼン、シクロヘキサン等の芳香族炭化水素はガソリン中に多く含まれる成分であり、生物毒性があることから油汚染の指標としてよく用いられる。本研究の目的は、芳香族炭化水素を分解する酸素非発生型の光合成細菌に着目し、その多様性を明らかにすることと、環境中における芳香族炭化水素の分解への貢献度を解明することである。本年度は、昨年度までに得られた海洋堆積物を接種源とした光合成細菌を含む嫌気集積培養系に着目して更なる解析を行った。この集積培養系にはトルエンを基質として添加している。この培養から分離した、海洋性の酸素非発生型光合成細菌のゲノムを解読した。その結果、フェノール分解に必須の酵素の遺伝子を保持していることが明らかになった。また芳香族アゾ化合物の分解に関わる酵素の遺伝子も検出され、芳香族化合物の分解に関与する可能性がでてきた。今後さらにゲノム解析を進めるとともに、芳香族炭化水素の実際の利用能力の有無を培養実験で明らかにする。またその他の光合成細菌も分離を進め、他種微生物との相互作用を介した芳香族炭化水素分解の可能性についても解析したい。芳香族炭化水素を用いた嫌気条件での集積培養系から得た光合成細菌のゲノムを解読し、芳香族化合物を分解できる可能性が見えてきたが、得られた分離株が実際に炭化水素を分解しているのかどうか確認するための化学分析が遅れている。得られた分離株が実際に炭化水素を分解しているのかどうか確認するための化学分析を行う。さらに集積培養内に共存する微生物間の相互作用によって炭化水素が利用されている可能性もあるので、さらに分離培養を進める。光照射のみで芳香族炭化水素を分解できる光合成細菌の多様性を解明し、新規集積培養株を得ることは、将来的な光合成細菌のバイオレメディエーションへの利用の幅を広げる。本年度は、河口堆積物、海洋堆積物および原油にさらされた土壌を用いて、芳香族化合物分解に関わる光合成細菌の集積培養を行った。生物毒性があることから油汚染の指標としてよく用いられるトルエン、エチルベンゼン、シクロヘキサン等を集積培養の基質として培養を行った。また芳香族炭化水素分解の中間体として知られる安息香酸も基質とした。安息香酸以外の基質はガソリン中に多く含まれる環状の炭化水素で、鎖状飽和炭化水素に次いで多く含まれる成分である。当初想定していた河口堆積物や原油にさらされた土壌を接種源とした場合、上記の基質のみを炭素源とする培地では、光合成細菌とみられる微生物の顕著な増殖は認められなかった。海洋堆積物を接種源とし、トルエンを基質とした培養系において、バクテリオクロロフィルを持つ微生物の増殖が認められた。培養液からDNAを抽出し、クローニング解析を行ったところ、海洋性の酸素非発生型光合成細菌に加えて種々の嫌気性細菌が検出された。今後培養を経代し、安定した集積培養系を確立したい。また芳香族炭化水素を実際に分解しているのかどうかを分析により確認する。芳香族炭化水素を用いた嫌気条件での培養で、光合成細菌の増殖が認められたため。培養を継代して16S rRNA遺伝子に基づいたクローンライブラリーを作成したところ、検出された微生物は属レベルで約10種類に限られており、酸素非発生型の光合成細菌も含まれていた。今回検出された光合成細菌の近縁種の、芳香族炭化水素分解への関与については知られていない。次に、このトルエンを基質とした集積培養系に含まれる微生物の分離を試みた。その結果、海洋性の酸素非発生型光合成細菌を分離することができた。今後その他の構成種も分離を進め、それぞれに芳香族炭化水素の利用能力があるのかどうかを培養実験で明らかにする。また光合成細菌と他種微生物との相互作用についても解析したい。芳香族炭化水素を用いた嫌気条件での集積培養系から、光合成細菌が検出・分離できたため。

本研究の目的は、芳香族炭化水素を分解する酸素非発生型の光合成細菌に着目し、その多様性を明らかにすることと、環境中における芳香族炭化水素の分解への貢献度を解明することである。本年度は、昨年度までに得られた海洋堆積物を接種源とした光合成細菌を含む嫌気集積培養系に着目して更なる解析を行った。この集積培養系にはトルエンを基質として添加している。この培養から分離した、海洋性の酸素非発生型光合成細菌のゲノムを解読した。その結果、フェノール分解に必須の酵素の遺伝子を保持していることが明らかになった。また芳香族アゾ化合物の分解に関わる酵素の遺伝子も検出され、芳香族化合物の分解に関与する可能性がでてきた。今後さらにゲノム解析を進めるとともに、芳香族炭化水素の実際の利用能力の有無を培養実験で明らかにする。またその他の光合成細菌も分離を進め、他種微生物との相互作用を介した芳香族炭化水素分解の可能性についても解析したい。芳香族炭化水素を用いた嫌気条件での集積培養系から得た光合成細菌のゲノムを解読し、芳香族化合物を分解できる可能性が見えてきたが、得られた分離株が実際に炭化水素を分解しているのかどうか確認するための化学分析が遅れている。得られた集積培養中に生息する微生物が実際に炭化水素を分解しているかどうか化学分析によって確認する。加えて芳香族炭化水素の嫌気的分解過程の鍵となる遺伝子のクローニング解析を行い、どの微生物が炭化水素を利用しているか推定する。得られた集積培養中に生息する微生物および分離株が実際に炭化水素を分解しているかどうか化学分析によって確認する。また微生物間の相互作用によって芳香族炭化水素が利用されている可能性もあるので、光合成細菌だけでなくその他の共存している微生物についても解析を進める。得られた分離株が実際に炭化水素を分解しているのかどうか確認するための化学分析を行う。さらに集積培養内に共存する微生物間の相互作用によって炭化水素が利用されている可能性もあるので、さらに分離培養を進める。
高エネルギ-不安定核のビ-ム・フォイル相互作用と核スピン偏極生成

1.高エネルギ-入射核破砕片過程で生成される短寿命ベ-タ放射性核の核スピン偏極生成技術に適した新しい技術として、今までは低エネルギ-軽イオンに適用されて成功してきた傾斜膜法に注目し、これを高エネルギ-重イオンにまて応用して適用する表発研究を行った。その第1段階として、傾斜膜法での有効に適用可能で極く薄い斜膜の素材として、新しい高分子膜素材であるPETの0.25ミクロン厚の薄膜が準備した。2.この高分子薄膜が原子の単位で表面が平滑で、傾斜膜法での核偏極生成の有効性を検討するために、このPET薄膜を用いた傾斜膜によって生成される短寿命ベ-タ放射性核の核偏極度を、ベ-タNMR法によって測定した。3.これには阪大理学部に既存のバンデグラフ加速器を用いて、短寿命ベ-タ放射性核^<12>Bを生成し、既設のベ-タNMR法の装置を用いて、生成された核偏極度を測定した。4.次の段階では、高速重イオンの重金属内での電子捕獲断面積が大きい事実を利用する有効性を検証するため、高分子の傾斜薄膜の表面上に重金属の金の蒸着層を形成し、核偏極生成にどの様な有効性を持つかを上記3と同じ手法を用いて追求した。5.この蒸着表面を持つ傾斜膜による核偏極生成が、金蒸着膜の厚さや蒸着方法、蒸着真空度、熱処理効果、高分子膜材質との適合性等に、どの様な依存性を持つか追求した。
離散的対象のランダム生成アルゴリズムの研究

離散的対象のランダム生成アルゴリズムの設計について,特に理論的側面から,多項式時間アルゴリズムの存在性/不可能性の問題に取り組んだ.具体的な対象として,コーダルグラフサンドイッチ,待ち行列ネットワーク,半順序集合のイデアル,Tutte多項式などを扱った.各々の対象について,階層半順序や対数優/劣モジュラなどの離散構造に着目し,ランダム生成,数え上げ,列挙に関する多項式時間アルゴリズムを設計した.一方,対象をより一般化した場合について,ランダム生成と数え上げ,列挙の関係に着目することで,多項式時間アルゴリズムの不可能性を示した.離散的対象のランダム生成アルゴリズムの設計について,特に理論的側面から,多項式時間アルゴリズムの存在性/不可能性の問題に取り組んだ.具体的な対象として,コーダルグラフサンドイッチ,待ち行列ネットワーク,半順序集合のイデアル,Tutte多項式などを扱った.各々の対象について,階層半順序や対数優/劣モジュラなどの離散構造に着目し,ランダム生成,数え上げ,列挙に関する多項式時間アルゴリズムを設計した.一方,対象をより一般化した場合について,ランダム生成と数え上げ,列挙の関係に着目することで,多項式時間アルゴリズムの不可能性を示した.離散的対象のランダム生成アルゴリズムの設計に取り組んだ。1.コーダルグラフサンドイッチは、すべての2頂点間の制約として、使用しなければならない枝、使用して良い枝、使用してはならない枝、の3種類のいずれかが与えられ、制約を満たすコーダルグラフを対象とする。与えられる制約に制限がない場合、制約を満たすコーダルグラフの存在判定はNP完全であることが知られている。本研究では、下限グラフ(使用しなければならない枝からなるグラフ)もしくは、上限グラフ(使用しなければならない枝+使用して良い枝からなるグラフ)がコーダルの場合に対象集合が、枝の包含関係の意味で階層半順序構造を持つことに着目し、以下の事実を明らかにした。(1)効率的な列挙アルゴリズムを構築した。(2)マルコフ連鎖を利用したランダム生成アルゴリズムを設計した.このマルコフ連鎖に対して、最悪の場合、収束時間が指数的になる問題例があることを突き止めた。(3)コーダルグラフサンドイッチの近似一様ランダム生成が、下限グラフを連結コーダルグラフに制限した場合でさえ、グラフ中の森の乱択近似数え上げと同等以上に困難であることを明らかにした。2.閉ジャクソンネットワークの積形式解に対して、多項式時間で収束する単調マルコフ連鎖を設計することで、多項式時間の完壁ランダム生成法を実現した。3.一般化メデイアン安定結婚問題に対して、多項式時間の乱択近似計算が、有限分配束要素の近似一様ランダム生成と同等の困難性であることを明らかにした。有限分配束要素の近似一様ランダム生成の多項式性は重要な未解決問題である。離散的対象のランダム生成アルゴリズムの設計について,特に理論的側面から,多項式時間アルゴリズムの存在性/不可能性の問題に取り組んだ.具体的には下記の対象を扱った.1.グレースケール画像の画像修復を応用に持つQ-Isingモデルに対して,完壁サンプリング法を設計した.詳細には,新しいマルコフ連鎖を設計し,単調性を示し,単調CFTPアルゴリズムの適用を図った.また,マルコフ連鎖が多項式時間収束するための十分条件を与え,条件の下でのアルゴリズムの多項式時間性を示した.2.一般化メディアン安定結婚問題の多項式時間乱択近似計算可能性について取り組んだ.この問題が,半順序イデアルの一様ランダム生成の多項式時間性と等価であることを明らかにした.3.対数劣モジュラ分布からのサンプリングについて,近似サンプリングの困難性について明らかにした.この問題は,重要な未解決問題であるグラフ中の森の一様ランダム生成の一般化にあたる,また,対数劣モジュラ分布の応用例として,Tutte多項式の乱択近似計算法の多項式性について議論し,多項式時間乱択近似計算可能な領域の一部を明らかにした.4.グラフ中の支配集合数え上げ問題の多項式時間計算可能性について議論を行った.数え上げ問題は一様ランダム生成と密接な関係を持つ.コーダルグラフ,ATフリーグラフなどのクラスに対して,問題の#P困難性を示すと共に,インターバルグラフ,順列グラフなどのクラスに対して,多項式時間求解性を示した.この議論により,問題の難しさの境界が明らかとなった.離散的対象のランダム生成アルゴリズムの設計について,特に理論的側面から,多項式時間アルゴリズムの存在性/不可能性の問題に取り組んだ.具体的には下記の対象を扱った.1.コーダルグラフサンドイッチの特性について,階層半順序構造に着目し,ランダム生成・列挙・数え上げの計算量について議論した.2.グラフ中の支配集合のランダム生成・数え上げの計算量の解明に取り組んだ.区間グラフ等のグラフクラスについて,多項式時間の数え上げアルゴリズム,ならびにそれを利用したランダム生成法を開発する一方で,コーダルグラフ等のクラスについては,数え上げの困難性を示した.3.グラフ同型性を考慮したランダム生成,列挙,数え上げの計算量の解明に取り組んだ.その過程で,Catalan数と深い関係をもつ,真区間グラフのサンドイッチについて,部分グラフ同型性判定の困難性を明らかにした.4.束上のHasse walkが単調な更新関数を持つための必要十分条件が,定常分布が対数優モジュラであることを示した.また,対数優/劣モジュラ分布を基軸に,様々な組合せ的対象のランダム生成の計算量の関係性を解明した.特にTutte多項式の一部の領域に対する,多項式時間乱択計算法を開発した.5.3行以上の2元分割表について,自身が以前に開発した2行分割表の完壁サンプリング法をサブルーチンとして利用する棄却サンプリング法を設計し,棄却率を最小にする方法を考案した.
高齢者の体幹筋機能不全の病態と治療法開発に関する研究

高齢者の体幹筋機能の維持、強化のための治療プロトコールをたてる上、筋疲労を評価することは重要である。体幹筋表面筋電図周波数分析は指標となりうるが、これの評価基準を策定するために、まず安全性を考慮し、青年期のスポーツ選手で呼吸ガス分析と同時に計測を行った。この結果、呼吸ガス分析との高い相関が見られ、より煩雑な呼吸ガス分析を行わずに、表面筋電図のみで筋疲労の評価ができることが明らかとなった。また、発育期の腰部疾患に対して、体幹筋力を指標としたリハビリテーションプログラムを作成し、その治療成績について評価を行った。その結果、簡便に計測できる体幹筋力指数(TMI)が、リハビリテーション段階の評価及び目標として適切であることが明らかとなった。しかしながら、高齢者において、同様の方法が使用できるか否かについては、高齢者の心肺機能から充分な安全性が確認できなかったため、応用するに至らなかった。また、高齢者の腰痛を考える際、特に女性においては骨粗鬆との関連は重要である。二重エネルギーX線吸収法により、腰椎の骨密度と他の部位のそれを比較すると、非荷重部である上肢、肋骨との相関が見られた。このことは、体幹筋の強化のみならず全身の運動負荷が腰痛の予防には重要であり、また、先の表面筋電図分析を利用したトレーニングプロトコールの策定により、最大酸素摂取量の減少を防止することが重要であると考えられた。さらに、実験的には、脱神経からの骨格筋に回復過程では、エネルギー状態の改善に先立って循環状態の改善が先行することが明らかになった。今後さらに、青年期スポーツ選手で体幹筋内pH測定を加え、これらの結果を元に、高齢者の体幹筋強化のプロトコールの素案を策定する。

二重エネルギーX線吸収法により、腰椎の骨密度と他の部位のそれを比較すると、非荷重部である上肢、肋骨との相関が見られた。このことは、体幹筋の強化のみならず全身の運動負荷が腰痛の予防には重要であり、また、先の表面筋電図分析を利用したトレーニングプロトコールの策定により、最大酸素摂取量の減少を防止することが重要であると考えられた。さらに、実験的には、脱神経からの骨格筋に回復過程では、エネルギー状態の改善に先立って循環状態の改善が先行することが明らかになった。
昆虫の変態期にホルモンによって誘導される転写因子の制御ネットワークの解析

FIZ-F1(BmFTZ-F1)による転写活性化に働く転写mediatorであるMBF1とMBF2の作用機作を探るため、MBF1とMBF2のドメイン解析をおこなった。MBF2のC未満の23アミノ酸を欠くと、TFIIAとの結合能は保持されたが、MBF2との結合能は消失した。このMBF2を用いて、iv vitroでの転写活性能を調べたところ、FTZ-F1依存性の選択的な転写活性化は観察されなかったが、非選択的な転写活性化は観察され、MBF2のMBF1への結合が選択的転写活性化に必要であるという従来のモデルを支持した。MBF1についても部分欠失蛋白を作成し、MBF2、FTZ-F1、TBPとの相互作用を調べたところ、これらすべての因子との相互作用に中央部が大きく貢献しているが、N末端領域とC末端領域も相互作用に関与することを示唆する結果を得た。MBF1は、FTZ-F1 boxを介してFTZ-F1と相互作用することから、FTZ-F1 boxとbasic領域でホモロジーのある酵母のGCN4にMBF1が相互作用し、GCN4による転写活性化にMBF1がかかわることが、予想された。そこで、酵母MBF1をクローニングし、大腸菌で発現させ、GCN4との相互作用を調べたところ、FTZ-F1と同様の相互作用が観察された。また、GCN4の塩基性領域にアミノ酸置換を生じた変異蛋白を作成したところ、MBF1との相互作用が消失し、MBF1は、GCN4のbasic領域を介して相互作用すると考えられた。次に、MBF1の欠失株を作成したところ、aminotriazoleに感受性を示し、酵母生体内でのGCN4による転写活性化にMBF1が重要な役割をになっていることが示唆された。
酸化グラフェンを基礎としたナノグラフェンの作成とその特異な電子・磁気特性

酸化活性炭素繊維(ACFs)の磁化率、磁化を測定し、磁性の評価、NEXAFSの実験から磁性の起源となるFermi準位付近に存在する非結合電子状態の解析を行った。NEXAFSのスペクトルでは、ACFsを酸化して行くと次第にがバンドとエッジ状態の寄与は減少し、代わって、新たな非結合電子状態が発生し、この酸素誘起の状態は酸化の進行により強度を増して行く。π*バンドの酸化による減少は、酸化によりπ共役系がナノグラフェン内部まで破壊されて行くことを示唆しており、エッジ状態の減少もこのことによってもたらされている。代わって形成される酸素誘起の非結合電子状態は、グラフェン面の共役系が破壊され、酸素誘起の欠陥がグラフェン面に形成された結果、酸素誘起の欠陥領域に生じる非結合状態と理解される。未酸化ACFsでは、測定された磁化過程はS=1/2の挙動で基本的には記述され、スピン間相互作用は小さく、エッジ状態スピンは互いに独立に振舞う挙動を示している。酸化が進行すると磁化過程はS=1/2の挙動からずれだし、次第にS=3/2の挙動の近くなって行く。酸化ACFsにおいては前述のように磁性を担うスピンは酸素誘起の非結合状態に存在するスピンであり、S=3/2に近い磁化過程の挙動は酸素誘起の局在スピンが互いに強磁性相互作用により結合をしていること理解される。内部磁場がACFs試料中でGauss分布をするものと仮定してフィッティングを行った結果、最も酸化の進んだACFs(0/C=0.6)では、内部磁場は反強磁性(負領域)から強磁性(正領域)に渡って分布していることが見出された。また、内部磁場の平均値は強磁性α=2830 Oe.emu^<-1>.g.と見積もられた。酸化グラフェンを3種類の出発物質を用いて作成した;高配向熱処理グラファイト(HOPG)、粉末グファイト、活性炭素繊維。グラフェンの酸化はグラフェンを硫酸+過マンガン酸カリウムの溶液を用いて行った。ナノグラフェンの乱雑ネットワーク構造を有する活性炭素繊維では、酸化剤を増加させると、完全に溶け、固体物質として、酸化グラフェンを取り出すことが出来なかった。酸化剤の量を系統的に減少させ、最適な参加条件を見出した。この結果得られた試料をESRを用いて調べたところ、酸化剤の還元により生じたMn^<2+>のスピンが観測され、多量に磁性不純物としてMn^<2+>イオンが残留していることが明らかとなった。そのため、水での洗浄を繰り返し、Mn^<2+>イオンの観測にかからない程度の試料を得ることが出来た。予言からは、酸化サイト近傍では、グラフェンのエッジ状態に帰属される局在スピンの存在とスピン間の強い強磁性相互作用が期待される。現在、室温から液体ヘリウム温度まで、磁場7Tまでの条件で、磁化率・磁化測定を行っており、その温度、磁場依存性から、スピンの起源とスピン間相互作用の解明を行っている。また、酸化ナノグラフェンをヒドラジンで還元し、ナノグラフェンを作成すること、及び、還元されたナノグラフェンを1000-1200°Cで真空加熱して官能基を除去し、端の化学環境を変化させ、そのときのエッジ状態のスピンの挙動の変化を調べる準備を行っている。フェノール起源の活性炭素繊維を強酸化剤KMnO4を用いて、ACF/KMnO_44までの組成の条件下で酸化した。酸化処理前のACF試料は、軌道反磁性磁化率χ_<orb>〓-7×10^<-7>emu/g、局在スピン濃度N_<spin〓3.7x10^<19>/g、Weiss温度Θ〓-5Kと見積もられ、エッジ状態スピンが反強磁性的に互いに相互作用しており、大きな軌道反磁性からπ電子構造はナノグラフェン全体に広がっていることが示唆される。酸化をおこなうと、酸化剤濃度の増加に従い軌道磁性磁化率の絶対値は単調に減少し、最高酸化条件ACF/KMnO_44では、ほぼ0となり(χ_<orb>〓-1.2×10^<-7>emu/g)、π電子構造がグラフェンの酸化により失われることが明らかとなった。局在スピン濃度は酸化に従って大きく増加し、最高酸化条件ではN_<spin>〓4.8×10^<20>/gと未酸化試料の10倍以上となった。また、Weiss温度はΘ〓v-2Kに低下した。NEXAFSスペクトルは未酸化試料では、伝導π*バンド(285.7eV)とフェルミ準位付近に存在する非結合エッジ状態(284.5eV)の2つの寄与で記述される。酸化を進めると、伝導π*バンドとエッジ状態の強度は次第に減少し、π電子構造の酸化による破壊がおこっていることが示唆された。一方、酸化により、新たにもう一つのNEXAFSピークが285.1eVに生じることが見出された。このピークの強度は酸化により次第に増加し、酸化条件ACF/KMnO_42において、エッジ状態強度を上回ることが明らかとなった。このような新たなピークは弱い負の化学シフト(-0.6eV)を持ち、スクリーニング効果が小さいことから、局所状態密度の小さい非結合性の電子状態に起因するものと思われ、フェルミ準位付近に存在する酸化により誘起された非結合状態に同定されるものと思われる。

このことを踏まえると、酸化過程において、単調に減少するグラフェン固有のエッジ状態の減少を上回る急激な酸化誘起の非結合状態の増加がおこり、酸化過程においては、磁気挙動に後者の局在スピンが支配的となるものと思われる。酸化活性炭素繊維(ACFs)の磁化率、磁化を測定し、磁性の評価、NEXAFSの実験から磁性の起源となるFermi準位付近に存在する非結合電子状態の解析を行った。NEXAFSのスペクトルでは、ACFsを酸化して行くと次第にがバンドとエッジ状態の寄与は減少し、代わって、新たな非結合電子状態が発生し、この酸素誘起の状態は酸化の進行により強度を増して行く。π*バンドの酸化による減少は、酸化によりπ共役系がナノグラフェン内部まで破壊されて行くことを示唆しており、エッジ状態の減少もこのことによってもたらされている。代わって形成される酸素誘起の非結合電子状態は、グラフェン面の共役系が破壊され、酸素誘起の欠陥がグラフェン面に形成された結果、酸素誘起の欠陥領域に生じる非結合状態と理解される。未酸化ACFsでは、測定された磁化過程はS=1/2の挙動で基本的には記述され、スピン間相互作用は小さく、エッジ状態スピンは互いに独立に振舞う挙動を示している。酸化が進行すると磁化過程はS=1/2の挙動からずれだし、次第にS=3/2の挙動の近くなって行く。酸化ACFsにおいては前述のように磁性を担うスピンは酸素誘起の非結合状態に存在するスピンであり、S=3/2に近い磁化過程の挙動は酸素誘起の局在スピンが互いに強磁性相互作用により結合をしていること理解される。内部磁場がACFs試料中でGauss分布をするものと仮定してフィッティングを行った結果、最も酸化の進んだACFs(0/C=0.6)では、内部磁場は反強磁性(負領域)から強磁性(正領域)に渡って分布していることが見出された。また、内部磁場の平均値は強磁性α=2830 Oe.emu^<-1>.g.と見積もられた。酸化グラフェンの磁性の研究を行い、電子構造に磁性の起源を調べた。今まで考えられていた磁性の様子と異なり、酸化により誘起されたスピンが交換相互作用により強磁性的揺らぎを持つことが明らかとなった。この結果は大変興味あることであり、春の化学会年会に発表予定であり、現在、論文の作製も並行して行っている。NEXAFSの結果からは、酸化により新たな局在スピンが発生し、磁気測定からそのスピンが強磁性的用語作用下にあることが示唆される。内部磁場の分布、古典的な磁気モーメントの挙動を考慮に入れ、磁性の解析を行うこととともに、酸化の度合いの違う試料を種々作成し、詳細な磁性と酸化構造との相関を明らかにすることを計画している。
超原子価ヨードニウム塩素抗・真菌剤の開発研究

超原子価アルキニルヨードニウム塩やアルケニルヨードニウム塩の抗菌活性を調べ、化学構造と活性の相関を基盤とする、新しい抗真菌剤の分子設計を実施して、抗真菌化学療法剤を開発することが目的である。平成5、6年度には、著者等の開発した反応を活用して、アルキニルシランからアルキル側鎖の長さの異なるアルキニルヨードニウム塩を合成し、その抗真菌活性を調べてアルキル側鎖の最適化を検討したところ、アルキル側鎖の炭素数が68のアルキニルヨードニウム塩がカンジダ菌やクリプトコッカス菌等の酵母状真菌に対して最も強い抗菌力を示すことを既に明かにしている。本年度はマウス実験的カンジダ感染モデルを用いて、アルキニル(フェニル)ヨードニウム塩のin vivo抗菌活性を調べた。サブロ-寒天平板にて37°Cで約48時間培養したCandida albicansを、3日間反復投与試験では2.2x10^6cfu/マウス、単回投与試験では1.8x10^6cfu/マウスを、ICR系雄性マウスに静脈内注射した。被検化合物は50mg/kgを単回、あるいは20mg/kg/dayを3日間腹腔内投与した。菌感染後12日間のマウスの生存率を観察して、その生存率の推移で効果を判定した。統計はMann & WhitncyのU検定を用いた。腹腔内50mg/kg単回投与試験試験において、アルキニル(フェニル)ヨードニウム塩(1)、(2)、(3)の投与群では、いずれも未治療対照群と比較し、その生存率は低かった。この投与用量では毒性が現れていると考えられる。腹腔内20mg/kg/day3日間反復投与試験試験において、アルキニル(フェニル)ヨードニウム塩の投与群では、いずれも未治療対照群と比較し、その生存率に差はみられなかった。また、比較薬剤のイミダゾール系抗菌剤ketoconazole (KCZ)投与群との生存率の比較では、いずれの化合物もKCZより劣っていた。著者等の開発した反応を活用して、アルキニルシランからアルキル側鎖の長さの異なるアルキニルヨードニウム塩を合成し、その抗真菌活性を調べてアルキル側鎖の最適化を検討した。寒天希釈法を用いて最小発育阻止濃度(MIC)を測定したところ、アルキル側鎖の炭素数が8のアルキニルヨードニウム塩がカンジダ菌やクリプトコッカス菌等の酵母状真菌に対して最も強い抗菌力(MIC:3.13-12.5μg/ml)を示した。白癬菌(紙状菌)に対しては、炭素数が6,7,8,9のアルキニルヨードニウム塩が強い抗菌活性(MIC:6.25-12.5μg/ml)を示した。アルキル側鎖が環状のアルキニルヨードニウム塩も同様に広い抗菌スペクトルを示した。ヨードニウム塩の対アニオンの効果についても種々検討したところ、合成の容易さ、塩の安定性等からBF_4が最も優れていた。以上のように、アルキニルヨードニウム塩におけるアルキル側鎖の最適化を検討して、カンジダ菌、クリプトコッカス菌、白癬菌等に対してketoconazoleに勝るとも劣らない活性を示すアルキニルヨードニウム塩(n=8)を見出すことができたので、今後の研究計画を以下のように設定した。

1.アゾール系抗真菌剤の多くは塩素置換ペンゼン環を有することから、2-クロロフェニル基や2,4-ジクロロフェニル基を配位子とするヨードニウム塩を合成し、抗菌活性を調べる。2.ペルフルオロアルキル基やペルフルオロアリール基を導入したヨードニウム塩の合成法を開発し、その抗真菌活性を比較検討する。3.著者等の開発した反応を活用して、β位に各種ヘテロ原子置換基を有するアルケニルヨードニウム塩を立体選択的に合成し、その抗真菌活性を上記アルキニルヨードニウム塩と比較検討する。超原子価アルキニルヨードニウム塩やアルケニルヨードニウム塩の抗菌活性を調べ、化学構造と活性の相関を基盤とする、新しい抗真菌剤の分子設計を実施して、抗真菌化学療法剤を開発することが目的である。平成5年度には、著者等の開発した反応を活用して、アルキニルシランからアルキル側鎖の長さの異なるアルキニルヨードニウム塩を合成し、その抗真菌活性を調べてアルキル側鎖の最適化を検討したところ、アルキル側鎖の炭素数が8のアルキニルヨードニウム塩がカンジダ菌やクリプトコッカス菌等の酵母状真菌に対して最も強い抗菌力(MIC:3.13-12.5ug/ml)を示すことを既に明らかにしている。本年度は、分子内に炭素-炭素2重結合を有する超原子価アルケニルヨードニウム塩を合成して、その抗菌活性を調べた。種々のアルケニルヨードニウム塩の中で、直鎖のオクチル基を有するアルケニルヨードニウム塩が白癬菌やMicrosporumに対してアゾール系抗真菌剤であるketoconazoleに勝るとも劣らない活性を示すことを見出した。ただし、酵母およびAspergillusに対する抗菌活性は弱かった。β位に酸素置換基を有するエノールラクトン系アルケニルヨードニウム塩の抗菌力は、糸状菌のTrichophytonとMicrosporumに対してそのMICが100μg/mlと弱いものであり、酵母に対しては抗菌力は認められなかった。β位にベンゼンスルホニル基を有するアルケニルヨードニウム塩は、糸状菌のTrichophytonとMicrosporumに対して中程度の抗菌力を示した。超原子価ヨウ素原子上の配位子の効果についても種々検討したところ、パラトルエンスルホニルオキシ基がBF_4と比較して、同等の抗菌活性を示すことも明かとなつた。以上のように、強い抗菌活性を示すアルキニルヨードニウム塩やアルケニルヨードニウム塩を見出すことができたので、マウス実験的カンジダ感染モデルを用いて実施する7年度のin vivo抗菌力試験が大いに期待される。平成5、6年度には、著者等の開発した反応を活用して、アルキニルシランからアルキル側鎖の長さの異なるアルキニルヨードニウム塩を合成し、その抗真菌活性を調べてアルキル側鎖の最適化を検討したところ、アルキル側鎖の炭素数が68のアルキニルヨードニウム塩がカンジダ菌やクリプトコッカス菌等の酵母状真菌に対して最も強い抗菌力(MIC : 3.13-12.5μg/ml)を示すことを既に明かにしている。本年度は、マウス実験的カンジダ感染モデルを用いて、アルキニル(フェニル)ヨードニウム塩のin vivo抗菌活性を調べた。サブロ-寒天平板にて37°Cで約48時間培養したCandida albicans TIMM0239を、3日間反復投与試験では2.2×10^6cfu/マウス、単回投与試験では1.8×10^6cfu/マウスを、ICR系雄性マウスに静脈内注射した。被検化合物は50mg/kgを単回、あるいは20mg/kg/dayを3日間腹腔内投与した。
発泡と結晶化のカイネテックスを考慮したマグマ分化の数値シミュレーション

結晶の数密度は、核形成速度の時間変化によって決定される。その核形成速度は、結晶化成分の濃度と温度の関数である過飽和度によって決まる。ここで重要なことは、濃度と温度は、核形成した結晶の成長によって決まってくることだ。すなわち、結晶成長の進行は、メルト中の濃度を減少させ、潜熱の解放によって温度を上昇させる。このことは、核形成の進行中にも作用し、過飽和度と核形成速度の時間変化を支配する。この成長と核形成の関係について、定量的に考察した結果、結晶数密度と成長則との間の定量的関係を得た。例えば、今仮に、成長則が時間のp乗に比例すると仮定しよう。ここで、指数pは成長の機構によって決まり、例えば、p=1/2なら拡散成長になる。このとき、結晶数密度は冷却速度の3p乗に比例することになる。また、完全に固結した岩石中で観察せれる結晶の平均粒径は、冷却速度の-p乗に比例する。岩脈やシルなどのように熱伝導で冷却が進行する場合には、冷却速度は、母岩との接触面からの距離の-2乗に比例して小さくなるので、結晶数密度は距離の-6p乗に比例して、また平均粒径は距離の2p乗に比例して変化する。このことを利用して、逆に、天然での結晶数密度の距離依存性から、成長側の指数pの値を求め、天然での結晶成長の機構について情報を得ることができる。Gray(1978)が岩脈について行った結晶数密度の測定結果によると、単斜輝石や酸化物はp=1/2となり拡散成長に従うように見える。一方、斜長石はp=1/6となり拡散成長以外の何か他の機構で成長するように見える。この様な、斜長石と他の鉱物の成長則の違いは、距離とともに、岩石の組織がintergranularからophiticさらにはpoikiliticへと遷移する原因と考えられる。
セロトニンの褐色脂肪細胞における活性化機構の解明と脂肪蓄積制御技術への応用戦略

褐色脂肪細胞のセロトニン受容体は5-HT1から5-HT7の7種類のサブファミリーからなり、14個のサブタイプの存在が報告されているが、3A、5A、5Bを除いた11種類の受容体が発現していることが明らかとなった。セロトニン投与30分前に4種のセロトニンレセプターアンタゴニストをそれぞれ投与し、120分後に褐色脂肪組織を採材して遺伝子発現を解析した。結果、セロトニン投与によるPGC-1α-b,cおよびUCP1の発現上昇は、アンタゴニストの前投与によって有意に抑制され、セロトニンレセプター2Aおよび7を介してPGC-1α-b,cおよびUCP1の発現を上昇させることが判明した。セロトニン生合成律速酵素(THP)は中枢と末梢で異なる染色体にコードされ、末梢のセロトニンは血液脳関門を通過できず、生体内のセロトニンは中枢と末梢で独立に制御されて機能も異なる。我々は、腹腔内へのセロトニン投与が高脂肪食摂取マウスの脂肪蓄積量を制御して体重増加を抑制する抗肥満作用を有することを発見した。しかしながら、セロトニン投与による抗肥満誘導機構は未だ解明されていないのが現状である。褐色脂肪細胞のセロトニン受容体は5-HT1から5-HT7の7種類のサブファミリーからなり、14個のサブタイプの存在が報告されているが、樹立した褐色脂肪前駆細胞株(MBP細胞)では3A、5A、5Bを除いた11種類の受容体が発現していることが明らかとなった。8週齢マウスを用いて、セロトニン投与30分前に4種のセロトニンレセプターアンタゴニストをそれぞれ投与し、単回投与において有意にPGC-1α-bとPGC-1α-cの発現上昇が確認されているセロトニン投与120分後に褐色脂肪組織を採材し、PGC-1α-bとPGC-1α-cの遺伝子発現を解析した。使用したアンタゴニストは、Methysergide(セロトニンレセプター1、2、7)、SB-269970(セロトニンレセプター7)、Ketanserin(セロトニンレセプター2A)、SB-204741(セロトニンレセプター2B)の4種である。結果、セロトニン投与によるPGC-1α-bとPGC-1α-cの発現上昇は、MetysergideとSB-269970の前投与によって有意に抑制された。以上より、褐色脂肪組織においてセロトニンは、セロトニンレセプター7を介してPGC-1α-bおよびPGC-1α-cの発現を上昇させることが判明した。褐色脂肪細胞のセロトニン受容体は5-HT1から5-HT7の7種類のサブファミリーからなり、14個のサブタイプの存在が報告されているが、褐色脂肪細胞にはセロトニン受容体はでは3A、5A、5Bを除いた11種類の受容体が発現していることが明らかとなった。褐色脂肪組織の活性化において、セロトニンはセロトニンレセプター7を介してPGC-1α-bおよびPGC-1α-cの発現を上昇させることが判明した。これらの実験結果によって、複雑なセロトニンシグナルをレセプター7を中心に解析する事が可能となり、研究を今度推進していく上で有用で有る。申請者は、セロトニンの末梢投与が高脂肪食摂取マウスの体重増加抑制(抗肥満作用)を誘導し、褐色脂肪組織で脂肪代謝活性を亢進することを世界で初めて発見した。本研究は、樹立に成功した褐色脂肪細胞株(MBP細胞)を用いて、エネルギー代謝で重要な脱共役タンパク質(UCP1)のセロトニンによる活性化機構を解明することを目的とする。セロトニン処理褐色脂肪細胞ではUCP1蛋白の著しい増加が誘導されるが、セロトニン合成酵素(THP1)発現は減少し、THP1KOマウスの褐色脂肪組織ではUCP1活性化が誘導されることより、セロトニンのUCP1活性化機構解明には、THP1活性減少によって作動する遺伝子群の特定が重要である。そこで、CRISPR-Cas9法を用いてTHP1ノックアウト褐色脂肪細胞株の樹立を試みた。CRISPR-Cas9法では、標的配列の3`末端にあるPAM(NGG )配列の上流に存在する3塩基対においてDNA二本鎖の切断が予想される3箇所のターゲット配列を決定し、Neonを用いて1400v, 20width, 1pulseの条件でトランスフェクションし、無血清培地で48時間培養後に細胞を回収して切断効率を解析した。Target1およびTarget2を用いたトランスフェクションでは切断片は確認できなかったが、Target3では34.7%の切断が確認された。Target3をトランスフェクションした細胞を増殖させ、96穴プレートで限界希釈法によってクローニングを行い、単細胞培養が確認されたwellの細胞を96穴プレートの2枚にそれぞれの細胞のレプリカを作成した。7日間の培養後に片方の細胞を用いて、ゲノムDNAを抽出してGCD kitプライマーを用いてPCRを行い、DNAシークエンスを行ったところ、2株の切断部位が異なるTHP1ノックアウト褐色脂肪細胞株の樹立に世界で始めて成功した。