hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
三次元ナノ構造を用いた電子・フォノンコヒーレンス操作による電気・熱伝導の独立制御

本研究では、Si層をキャリア波動伝搬パス、ナノドットを波長フィルタとして機能させることで電気と熱の伝導率の独立制御を狙った。極薄Si酸化膜を用いた独自のナノドット形成技術を使用することで、結晶方位を揃えたGeナノドットを導入したSi薄膜構造の形成を行った。その結果、少ないGe含有量で、従来のSiGe混晶材料より、熱伝導率を低減することに成功した。また、その熱伝導率低減効果は、ナノドットのサイズに依存することを見出した。これは、電気伝導層のSi層に無関係で、Geナノドットが熱伝導率を支配的に決定していることを意味しており、電気と熱の独立制御につながるものである。本研究では、ナノツリー構造を作製し、ナノワイヤを波動伝搬パス、ナノドットを波長フィルタとして機能させることで、電気伝導率と熱伝導率を独立制御することを目的とする。具体的には、(1)ナノツリー構造の作製技術を開発する。次に、(2)本ナノ構造の電気伝導率、熱伝導率の測定し、高電気伝導率・低熱伝導率を実証することにある。初年度、ナノワイヤー+ナノドットの形成技術を開発する予定であったが、次年度への物性測定に最初からナノワイヤを用いるのは困難である。そこで、まず、波動伝導パスとしてナノ薄膜を用いることを考えた。Siのナノ薄膜に対してナノドットを形成するのであるが、ナノドットとナノ薄膜の区別をはっきりさせるため、ナノドットにはGeを用いた。そこで、初年度では、Siナノ薄膜にフォノン散乱体として、Geナノドットをコヒーレントに形成した構造を形成することを第一の目的とした。その結果、極薄Si酸化膜を用いることで、Siナノ薄膜にコヒーレント結合したGeナノドット形成に成功した。また、電気伝導測定を行うためにドーピングを行う必要がある。まずは、イオン注入法でこれを試みた。その結果、ナノ構造を破壊せずに注入する条件を見出し、電気伝導特性を得ることに成功した。次年度において、この技術を用いて、このナノ薄膜+ナノドット構造の電気特性・熱電特性を測定するが、本技術の開発により、本研究をスムーズに行えるものと予想できる。本研究では、ナノドットを用いたナノツリー構造を作製し、キャリア波動伝導パスとナノドットのフォノン波長フィルタを利用することで電気伝導率と熱伝導率の独立制御を行うことを目的とする。そのために、ナノ構造形成技術を開発し、その後、熱電特性を測定することを行う計画である。初年度には、計画通りフォノン波長フィルタとしてナノドットを用いるが、伝導パスとして、ナノ薄膜を用いるという計画変更を行った。その結果、Siナノ薄膜にコヒーレント結合したGeナノドット形成に成功し、電気伝導特性を得たことをすでに報告している。本年度は、このナノ構造形成技術を用いて様々な構造因子のナノ構造を形成した。そのナノ構造における熱伝導率・電気伝導率を詳細に調べ、その結果、これら熱電特性とナノ構造の関係の知見を得ることに成功した。それにもとづいて、そのナノ構造における伝導機構を明らかにした。ナノ構造当初は伝導パスとしてナノワイヤ、フォノン散乱体としてナノドットを用いた構造を作製する技術を開発する予定であった。しかし、いきなり、ナノワイヤを形成すると、次年度における物性評価を困難にする恐れがある。本研究の目的は、キャリア伝導とフォノン伝導の低次元化による独立制御することが本来の目的であるため、そこで、時間を失うのは本質的ではない。そこで、ナノワイヤの代わりにナノ薄膜という低次元構造を用いることにした。その結果、Siナノ薄膜にGeナノドットをコヒーレントに形成する技術の開発に成功し、電気伝導測定が可能なドーピング条件も見出した。これらのより、おおむね順調に進展していると判断した。初年度にナノ薄膜にGeナノドットをコヒーレント連結した構造の形成技術を開発した。次年度には、この技術を用いて形成したナノ構造の熱電特性と電気伝導率を測定する。具体的な計画として、ナノドットサイズを変化させたときの熱伝導率変化、および電気伝導率変化を調べる。その際、あるサイズ領域では、電気伝導率の変化に比べ、熱伝導率を大きく制御できると期待できる。そのサイズ領域を見出すために、構造形成および、物性評価を行う。当初、初年度では、ナノワイヤーを形成する予定であったが、ナノ薄膜に変更した。これは、次年度の電気特性評価を考えての上である。そのため若干の費用が浮いたが、次年度に、基板に垂直方向の電気特性の評価も行う。そのため、その浮いた若干の費用を用いて、試料の基板垂直方向の電気測定が可能な評価装置の立ち上げを行う予定である。初年度は、ナノ薄膜+Geナノドットの形成技術開発に成功した。次年度では、熱伝導率と電気伝導率の測定を主に行う。ただ、その際に基板に垂直方向の電気特性が可能な装置の立ち上げを行う予定である。

これは、コンダクティブAFMを用いることを考えており、それらの装置の立ち上げに、"次年度使用額"と当初請求していた次年度の研究費を合わせて使う予定である。
被虐待児の後遺症改善を目指した音楽による介入に関する研究

被虐待児に音楽の介入を行う。児童養護施設において1回40分程度、能動的活動を集団で実施する。子どもたちを介入群と統制群に分け、前半の音楽による10回の介入を行う。後半は、介入群と統制群を入れ替えて同様の介入方法により実施する。介入終了後1か月後、再度介入を行い、最終評価と1か月後の評価を比較する。前半と後半の介入によって得られた評価結果から、音楽による介入が被虐待児の後遺症の改善に効果があるかどうかについて検討し、介入後の評価を比較する。なお、介入群と統制群はセッション案、環境などできるだけ相違ない状態で実施する。評価項目は、社会的機能、精神的機能、MCL(音楽行動チェックリスト)とする。
教室内音環境と聴覚情報処理特性が子どものメンタルヘルスに及ぼす影響

自閉スペクトラム症など非定型的な聴覚情報処理特性(過敏・鈍麻など)を有する子どもでは、通常の教室の音環境でも精神不調を認める可能性が考えられ、近年、保育・教育現場での音環境の問題とその改善のための取り組みが注目されている。本研究課題の目的は、教室における音環境を測定し、子どもの発達特性・感覚特性および情緒・行動の問題との関連について評価した後、音環境保全対策を行い、子どもの感覚特性に応じて音環境がメンタルヘルスにどのような影響をもたらすか調べることで、学校メンタルヘルス改善につながる最適な音環境対策を提案することである。東京都大島町の保育園で音環境調査および感覚特性・行動動態の評価を実施した。都市部に比べて静かな音環境にある離島においても、児童が活動中の室内では一定レベル以上の音が発生しており、乳児の保育室でも同様であった。聴覚過敏を有する児童においては活動動態や午睡に影響が及んでいる可能性が示唆された。また、都立高等学校(特別支援学校・チャレンジ校)における教室内音環境に関する調査を実施し、特別支援学校においては音環境保全対策として吸音材を用いた小空間を設置することで、聴覚過敏傾向を有する自閉スペクトラム児の授業中の行動に改善がもたらされた。このような取組は、子どもから成人まで広く聴覚過敏・聴覚鈍麻を有する者に医療・教育・福祉の多領域において応用可能で、治療方法や環境調整法の開発に結び付けやすく、意義は大きい。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。近年、保育・教育現場での音環境の問題とその改善のための取り組みが注目されているが、音環境を改善することで、子どもの情緒や行動面にどのような影響をもたらすかについては、まだよく知られていない。自閉スペクトラム症など非定型的な聴覚情報処理特性(過敏・鈍麻など)を有する子どもでは、通常の教室の音環境でも精神不調を認める可能性が考えられる。本研究課題では、教室における音環境を測定し、子どもの発達特性・感覚特性および情緒・行動の問題との関連について評価した後、音環境調整を行い、子どもの感覚特性に応じて音環境がメンタルヘルスにどのような影響をもたらすか調べることで、学校メンタルヘルス改善につながる最適な音環境対策を提案することを目的とする。将来的には、子どもから成人まで広く聴覚過敏・聴覚鈍麻を有する者に医療・教育・福祉の多領域において応用可能で、治療方法や環境調整法の開発に結び付けやすく、意義は大きい。平成28年度は、東京都大島町の保育園で音環境調査および感覚特性・行動動態の評価を実施した。都市部に比べて静かな音環境にある離島においても、児童が活動中の室内では一定レベル以上の音が発生しており、聴覚過敏を有する児童において活動量や午睡に影響が及ず可能性について現在検討している。平成29年度以後は、大島町において平成28年度の参加児童の継時的な追跡評価を中心に保育園や小学校での調査を行い新規に研究協力者も募集予定である。さらに他の地域での実施についても検討している。平成29年度は、平成28年度に引き続き、東京都大島町の保育園で音環境調査および感覚特性・行動動態の評価を実施した。都市部に比べて静かな音環境にある離島においても、児童が活動中の室内では一定レベル以上の音が発生しており、聴覚過敏を有する児童においては活動動態や午睡に影響が及んでいる可能性が示唆される結果を得つつある。また、都立高等学校(特別支援学校・チャレンジ校)における教室内音環境に関する調査を実施し、音環境保全対策について検討した。平成30年度は、大島町において参加児童の継時的な追跡評価を中心に保育園や小学校での調査を行い新規に研究協力者も募集予定である。また、都立高等学校における音環境保全にむけた取り組みも継続し、さらに他の地域での実施についても検討する。

自閉スペクトラム症など非定型的な聴覚情報処理特性(過敏・鈍麻など)を有する子どもでは、通常の教室の音環境でも精神不調を認める可能性が考えられ、近年、保育・教育現場での音環境の問題とその改善のための取り組みが注目されている。本研究課題の目的は、教室における音環境を測定し、子どもの発達特性・感覚特性および情緒・行動の問題との関連について評価した後、音環境保全対策を行い、子どもの感覚特性に応じて音環境がメンタルヘルスにどのような影響をもたらすか調べることで、学校メンタルヘルス改善につながる最適な音環境対策を提案することである。東京都大島町の保育園で音環境調査および感覚特性・行動動態の評価を実施した。都市部に比べて静かな音環境にある離島においても、児童が活動中の室内では一定レベル以上の音が発生しており、乳児の保育室でも同様であった。聴覚過敏を有する児童においては活動動態や午睡に影響が及んでいる可能性が示唆された。また、都立高等学校(特別支援学校・チャレンジ校)における教室内音環境に関する調査を実施し、特別支援学校においては音環境保全対策として吸音材を用いた小空間を設置することで、聴覚過敏傾向を有する自閉スペクトラム児の授業中の行動に改善がもたらされた。このような取組は、子どもから成人まで広く聴覚過敏・聴覚鈍麻を有する者に医療・教育・福祉の多領域において応用可能で、治療方法や環境調整法の開発に結び付けやすく、意義は大きい。平成29年度以後は、大島町において平成28年度の参加児童の継時的な追跡評価を中心に保育園や小学校での調査を行い新規に研究協力者も募集予定である。さらに他の地域での実施についても検討している。平成30年度は、大島町において参加児童の継時的な追跡評価を中心に保育園や小学校での調査を行い新規に研究協力者も募集予定である。また、都立高等学校における音環境保全にむけた取り組みも継続し、さらに他の地域での実施についても検討する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ニワトリの盲腸を介する尿窒素循環系の存在

ニワトリで、尿中に排泄される窒素化合物が総排泄腔から結腸を経て盲腸に入り、ここで微生物による分解後吸収され、再度窒素代謝に利用されるとする尿窒素の循環系が、存在するかどうかについて検討した。1.盲腸内微生物による尿窒素化合物の分解と分解物の吸収ニワトリの尿窒素化合物である尿酸、尿素およびアミノ酸を基質とし、盲腸内混合細菌によるアンモニア産生をin vitroで調べたところ、これらの化合物からいずれも速やかにアンモニアを生ずることが明らかになった。また尿酸については、in situでニワトリ盲腸内でのアンモニア産生と吸収を調べたところ、このような生体条件でも尿酸が分解され発生したアンモニアは速やかに吸収されることが判明した。したがって、盲腸内に尿窒素化合物が流入する時アンモニアが産生され、これが肝で窒素代謝に利用されることは可能である。2.尿窒素化合物の盲腸内への流入阻止と飼料尿素の利用性ニワトリに人工肛門を装着することによって、尿管尿の盲腸への流入を阻止した。低蛋白飼料と共に尿素を給与すると、これらの窒素は通常鶏では蓄積されたが、人工肛門鶏では蓄積されず給与尿素の77%がそのまま尿中に排泄された。この時通常鶏では、人工肛門鶏でみられないアンモニアの排泄が認められた。このことは、飼料尿素の利用にとって尿管尿の盲腸への流入が必須であることを示しており、尿窒素の再循環系がニワトリの窒素栄養にとって有益であり、ニワトリの盲腸がこの利用に関与していることを示している。以上の結果から、蛋白質摂取量が制限されているようなニワトリでは、尿窒素の循環系が体内窒素の有効利用のために機能していると考えられ、その中で盲腸が中心的な役割を果たしているものと考えられる。
高度文明社会の持続へ向けてのグリーン化学

高度文明社会の持続にとって高機能を有する化学物質・材料を安全かつ安心して使いこなすために解決すべき化学の課題と対策を、化学プロセス、触媒、高分子材料を中心に調査し、適切な研究計画を策定する。そのため国内外の中核的な研究者、化学産業界の基幹的技術者を招いて国内、国際ワークショップを開催し意見交換を行う。また、研究分担者をそれぞれの領域において課題を整理する。調査項目として、グリーン化学を構築するため固体酸および固体酸化触媒の備えるべき機能とその合成法、新規反応場の特長とその応用法、さらに有機機能素材などの資源循環型技術のあり方を設定し、国内外の動向および現状を整理する。それらを総括として研究方針を打ち出すことを目標とした。その為に以下のような検討を行った。国内ワークショップ各研究分担者9名の調査結果を中心に報告、討論を行なった。国際ワークショップKaminsky(独),Jessop(米),Park(韓国)を海外から、和田(三菱化学)、永原(旭化成)、田中(産総研、当時)及び染宮、北島(化学技術戦略機構)を産業界から招いて、グリーン化学についての講演をして頂き、研究分担者とともに白熱した議論を行った。グリーン化学が緊急の化学の課題であること、その実現のために産業界、アカデミアの連携により研究を強力に推進すべきことが共通の認識であった。具体的課題として触媒の重要性(固体酸塩基、反応媒体、分子触媒、ナノ構造制御高分子)が指摘された。今後わが国が重点をおくべきとされる高付加価値化学製品、すなわち、ファインケミカル、医薬農薬、有機電子材料などの合成が、精緻な有機合成を駆使しているにもかかわらず、製品に対して100倍以上の廃棄物を出している現状は、従来の有機合成に高機能触媒の積極的導入が優先的な課題であることを教えているとの認識で一致した。更に研究代表者の御園生が英国、オランダ、ベルギーに海外視察を行い、国外におけるグリーン化学への取り組み状況を調査した。これらの成果は年度内にとりまとめ報告書(約200ページ)を作成する。
腸管マクロファージのCD14発現制御機構に関する研究

腸管マクロファージのLPS低応答メカニズムについて、CD14(LPS受容体)の発現制御機構に着目し解析を行った。本研究の結果、腸管マクロファージのCD14はコントロール細胞よりも高分子であること、また糖鎖修飾を受けていないことが示唆された。今回明らかになった結果は、組織マクロファージの異物に対する過剰応答を抑制する制御機構として、CD14の翻訳後修飾における新規な制御機構の存在を示唆していると考えられた。腸管マクロファージの機能解析は、機能性食品の効果発現解析やクローン病や潰瘍性大腸炎などの慢性炎症性腸疾患の発症機序解明・予防法開発に重要な鍵となると考えられるが、その機能はほとんど明らかになっていない。本研究では腸管マクロファージの機能解析として、研究代表者らが発見したIgA処理によるLPS応答性回復について、その分子機構をCD14の発現制御に着目して究明することを目的とした。CD14は40kDのタンパク質に糖鎖などが付加し、約55kDのタンパク質として検出される。そこで、腸管マクロファージに付加される糖鎖等が異なることが発現抑制の制御と関連している可能性を考え、今年度は、CD14タンパク質の分子量についてウェスタンブロッティングを用いて検討した。この結果、腸管マクロファージと腹腔マクロファージのCD14タンパク質の分子量では約510kD異なることが明らかとなった。また、マクロファージ培養細胞株であるRAW264.7をコントロールに用いた結果、RAW264.7では2本のCD14タンパク質のバンドが確認され、それぞれのバンドの位置が腸管マクロファージもしくは腹腔マクロファージのバンドとほぼ同様の位置にあることが確認された。これらの結果から、それぞれのCD14タンパク質のバンドは細胞内発現型または細胞膜発現型であることが考えられた。一方、CD14と共発現しているTLR4/MD2の発現調節に関与しているシャペロンタンパク質のgp96の発現に関しては、プライマーを作成し遺伝子の発現を調べる予定としていたが、抗gp96抗体を入手し、タンパク質の発現について解析を行った。この結果、腸管マクロファージでは腹腔マクロファージと同様にgp96が発現していることが明らかとなった。以上より、腸管マクロファージのCD14発現制御には、特にタンパク質の分子量の差異に関わる因子が重要であることが示唆された。腸管マクロファージ(IM)がLPSに応答しないメカニズムは、LPS受容体が細胞膜上に発現していないことによる。研究代表者は、これまでの研究から、IMのCD14(LPS受容体)は小胞体上に局在していることを確認した。小胞体ではタンパク質の品質管理機構が存在し、構造の異なるタンパク質は輸送されない。前年度、IMのCD14タンパク質の分子量が、培養細胞(RAW264.7)や腹腔マクロファージ(PM)とは異なり、数kD大きいことを明らかとした。この原因として、cDNA配列からは約40kDほどのタンパク質と予測されているCD14が実際には約55kDであることから、何らかの修飾を受けている事が考えられた。マウスのCD14では5つのN型糖鎖付加部位があるため、今年度はN型糖鎖の修飾がIMとPMでは異なる可能性を追求した。IMを酵素的に脱糖鎖処理し、抗CD14抗体を用いたウェスタンブロッティングにより、分子量の変化を観察した。この結果、コントロールのRAW264.7では、N型糖鎖切断処理によりCD14の分子量が小さくなったが、IMには変化が見られなかった。また、0型糖鎖切断処理では、共に分子量の変化は見られなかった。したがって、IMのCD14は、糖鎖付加の修飾により膜への輸送が抑制されているのではなく、別の修飾機構が働いている可能性が考えられた。CD14については、糖鎖修飾の報告はあるが、翻訳後修飾による発現制御に関する報告はまだない。また、CD14はGPIアンカー型タンパク質であるが、GPIアンカータンパク質の小胞体における修飾の過程についても、まだ詳細は明らかにされていない。以上のことから、今回明らかになった結果は、粘膜免疫装置における組織マクロファージの異物に対する過剰応答を抑制する制御機構,として、CD14の翻訳後修飾における新規な制御機構の存在を示唆していると考えられる。
パルス電磁場刺激によるラット骨粗鬆症モデルの骨欠損修復促進に関する研究

前年度までに2426週齢の雌性ラットを用い,卵巣摘出術を施し8週間の通常飼育の後,実験的骨粗鬆症を発症したラットの下顎骨下顎角部に直径3.5mm貫通性の実験的骨欠損を作成し,その修復過程における相違を観察し以下の結果を得た.1.卵巣摘出群は偽手術群に比べ有為にBMDが低く,実験的骨粗鬆症が引き起こされていることが確認された.2. PTFE膜を置かなかった群では卵巣摘出群,偽手術群共にほとんど骨の再生が認められず骨再生の観察にはGBR(骨誘導再生法)の応用が必須であることが確認された.3.卵巣摘出群,偽手術群の骨再生の比較では画像解析からは有意差は認められられなかったが,非脱灰標本の観察から再生骨の石灰化の程度が卵巣摘出群の方が未熟であることが示唆された.本年度の研究計画は以上の結果に基づいて,同様に実験的骨欠損を作成し,全ての骨欠損にGBR(骨誘導再生法)を応用しPTFE膜をおき,半数にパルス電磁場刺激を与え残り半数を対照として骨欠損修復の促進について検討した.パルス電磁場刺激は1日4時間,パルス幅25μsec,周波数100Hzで磁場強度を0.2mT,0.3mT,0.8mTとした.その結果磁場強度0.8mTでは骨形成促進効果は認められなかったが,磁場強度0.2mT,0.3mTでパルス電磁場刺激を与えた群の方が対照群より画像解析で骨再生率が高く,また非脱灰研磨標本の観察で旺盛な骨改造像を呈しており,パルス電磁場刺激が骨欠損の修復に有効であることが示唆された.本年度の研究実施計画として以下の実験を行った.2426週令の雌性ラットを用い,卵巣摘出術を施し8週間の通常飼育の後,実験的骨粗鬆症を発症したラットの下顎骨下顎角部に直径3.5mm貫通性の実験的骨欠損を作成し,その修復過程における相違を観察した.実験群として卵巣摘出群,対照群として偽手術群を設け,さらにその両群のうち半数をGBR(骨誘導再生法)を応用してPTFE膜で実験的骨欠損を覆った群とし,残り半数は膜をおかない群とした.観察期間は2,4,6週とし,観察期間終了後下顎骨を摘出し,肉眼的観察の後,軟エックス線撮影を行ったのちVillanueva bonestainを行い非脱灰標本を作製した.得られた軟エックス線写真を用いて画像解析を行い,実験的骨欠損作成直後の欠損の面積と観察期間終了後の残存欠損の面積を測定し骨再生率を算出した.脱灰標本に関しては現在進行中である.現在までの結果を以下に記す.1.卵巣摘出後8週間の通常飼育を行ったラットの大腿骨のDXAによるBMDの測定の結果,卵巣摘出群は偽手術群に比べ有為にBMDが低く,実験的骨粗鬆症が引き起こされていることが確認された.2.実験的骨欠損に対してGBR(骨誘導再生法)を応用しPTFE膜をおいた群と,置かなかった群の骨再生の比較ではPTFE膜を置かなかった群では卵巣摘出群,偽手術群共にほとんど骨の再生が認められず骨再生の観察にはGBR(骨誘導再生法)の応用が必須であることが確認された.3.卵巣摘出群,偽手術群の骨再生の比較では画像解析からは有意差は認められられなかったが,非脱灰標本の観察から再生骨の石灰化の程度が卵巣摘出群の方が未熟であることが示唆された.前年度までに2426週齢の雌性ラットを用い,卵巣摘出術を施し8週間の通常飼育の後,実験的骨粗鬆症を発症したラットの下顎骨下顎角部に直径3.5mm貫通性の実験的骨欠損を作成し,その修復過程における相違を観察し以下の結果を得た.1.卵巣摘出群は偽手術群に比べ有為にBMDが低く,実験的骨粗鬆症が引き起こされていることが確認された.2. PTFE膜を置かなかった群では卵巣摘出群,偽手術群共にほとんど骨の再生が認められず骨再生の観察にはGBR(骨誘導再生法)の応用が必須であることが確認された.3.卵巣摘出群,偽手術群の骨再生の比較では画像解析からは有意差は認められられなかったが,非脱灰標本の観察から再生骨の石灰化の程度が卵巣摘出群の方が未熟であることが示唆された.本年度の研究計画は以上の結果に基づいて,同様に実験的骨欠損を作成し,全ての骨欠損にGBR(骨誘導再生法)を応用しPTFE膜をおき,半数にパルス電磁場刺激を与え残り半数を対照として骨欠損修復の促進について検討した.パルス電磁場刺激は1日4時間,パルス幅25μsec,周波数100Hzで磁場強度を0.2mT,0.3mT,0.8mTとした.その結果磁場強度0.8mTでは骨形成促進効果は認められなかったが,磁場強度0.2mT,0.3mTでパルス電磁場刺激を与えた群の方が対照群より画像解析で骨再生率が高く,また非脱灰研磨標本の観察で旺盛な骨改造像を呈しており,パルス電磁場刺激が骨欠損の修復に有効であることが示唆された.
南極オゾンホールの力学

2003年に行った南極昭和基地でのオゾンゾンデ集中観測と同時期の衛星観測(ILAS-II)データを用いて、晩春期のオゾンホール消滅メカニズムに関する解析を行った。極渦崩壊以前にもオゾン層回復が始まることを明らかにすると共に、トレーサー相関法やトラジェクトリ解析により極渦周辺擾乱による極渦内外の物質混合の重要性を示唆する結果を得た。2002年に行った南極昭和基地でのラジオゾンデ集中観測データを用いて、重力波の季節特性を調べた結果、オゾンホールが存在する極渦が安定な時期、および崩壊期に、エネルギー下向きの重力波が多いことがわかった。局所ロスビー数の解析および、ホドグラフ解析による重力波パラメータの推定の結果、これは極渦周辺での自発的調節過程により発生した可能性が高いことが分かった。2003年南極オゾンホール回復期にオゾンホール内で観測された層状構造について、その特徴や成因を調べた。南極昭和基地、及びNeumayer基地におけるオゾンゾンデデータを用いた解析から、オゾン濃度の低いオゾンホール内の高度1419kmに鉛直幅0.41.4kmのオゾン極大層がしばしば現れることがわかった。後方粒跡線を用いた解析により、これらのオゾン極大層は極渦境界領域起源であることが示された。2003年8月に米国アラスカ州フェアバンクスにおけるゴム気球搭載オゾンゾンデ観測で得られた高度30km付近までのオゾン濃度、温度、水平風速のデータを解析した。まず、鉛直波数スペクトル解析により、オゾンの変動に卓越する鉛直スケールを特定した。次いで、観測された下部成層圏オゾン変動のうち大気重力波によるものの寄与を調べた。鉛直変位によるオゾン変動は観測されたオゾン変動分散の20%程度であり、水平変位の寄与が支配的であることが示された。過去最大規模のオゾンホールが現れた2003年に、南極昭和基地でオゾンゾンデによる93回のオゾン層観測を行った。これに加え、同時期のILAS-IIによる衛星観測データを用いて、オゾンの回復の力学過程を研究した。1.オゾン層の破壊と回復の季節進行まず、オゾン分圧の高度プロファイルの時間変化を調べた。オゾンホール極大期である10月上旬までは、オゾン層は全高度領域でほぼ同時に破壊されて行くが、オゾン回復は上層から始まり、オゾンホール消滅の12月上旬までオゾンピーク高度は徐々に下がることが分かった。このような上からの回復は、これまで、極渦崩壊が上から始まることと対応するとされてきた。しかし、客観解析データを用いて、温位渦位座標系での詳細な極渦の時間変化を調べたところ、この上からの回復は、極渦崩壊以前から進んでいたことがわかった。これは主に残差循環に伴う低緯度からのオゾン輸送によると考えられる。2.オゾン回復速度の経度依存性次に、オゾン混合比を用いて回復速度を定量的に調べた。ILAS-IIの最後の観測期間である9月下旬からの1ヶ月に注目した。昭和基地の経度域での見積りは、衛星およびオゾンゾンデ観測共によく一致したが、この回復速度は経度により大きく異なることが明らかとなった。客観解析データを用いて力学場を調べてみると、期間中、準停滞惑星波が南極上空に卓越していた。この惑星波の緩やかな時間変化に伴う物質面の変形を考慮すると、オゾン回復速度の経度依存性がうまく説明できることがわかった。さらに、残差循環の南極での下降速度をILAS-IIのN_2O観測データを用いて調べた。すると、オゾン回復は残差循環による輸送以上に速かった。これは、通常考慮されない重力波や乱流等の小規模擾乱による低緯度空気との混合が重要であることを示唆する。

来年度はこの視点で研究を進める。なお、以上の成果は、論文にまとめ、アメリカ地球物理学連合の論文誌JGRに投稿した。2003年に行った南極昭和基地でのオゾンゾンデ集中観測と同時期の衛星観測(ILAS-II)データを用いて、晩春期のオゾンホール消滅メカニズムに関する解析を行った。極渦崩壊以前にもオゾン層回復が始まることを明らかにすると共に、トレーサー相関法やトラジェクトリ解析により極渦周辺擾乱による極渦内外の物質混合の重要性を示唆する結果を得た(論文準備中)。2002年に行った南極昭和基地でのラジオゾンデ集中観測データを用いて、重力波の季節特性を調べ他結果、オゾンホールが存在する極渦が安定な時期、および崩壊期に、エネルギー下向きの重力波が多いことがわかった。局所ロスビー数の解析および、ホドグラフ解析による重力波パラメータの推定の結果、これは極渦周辺での自発的調節過程により発生した可能性が高いことが分かった。2003年南極オゾンホール回復期にオゾンホール内で観測された層状構造について、その特徴や成因を調べた。南極昭和基地、及びNeumayer基地におけるオゾンゾンデデータを用いた解析から、オゾン濃度の低いオゾンホール内の高度1419kmに鉛直幅0.41.4kmのオゾン極大層がしばしば現れることがわかった。後方粒跡線を用いた解析により、これらのオゾン極大層は極渦境界領域起源であることが示された。2003年8月に米国アラスカ州フェアバンクスにおけるゴム気球搭載オゾンゾンデ観測で得られた高度30km付近までのオゾン濃度、温度、水平風速のデータを解析した。まず、鉛直波数スペクトル解析により、オゾンの変動に卓越する鉛直スケールを特定した。次いで、観測された下部成層圏オゾン変動のうち大気重力波によるものの寄与を調べた。鉛直変位によるオゾン変動は観測されたオゾン変動分散の20%程度であり、水平変位の寄与が支配的であることが示された。
トランスジェニックマウスと細胞発現系を用いた母乳性黄疸の解明と管理法の作成

母乳性黄疸の安全な管理のため母乳性黄疸症例のビリルビンUDP-グルクロン酸転移酵素(UGT1A1)の解析を行いUGT1A1の変異を多数同定した。新規の変異を同定したため、母乳性黄疸の発症メカニズムの解明のため培養細胞を用いた発言実験を進めてゆく。症例解析の結果より母乳性黄疸を起こす主要な原因はp.G71R多型であった。このことより東アジアに特有の多型で、東アジアに新生児期の黄疸が多い原因であることを明らかにした。また、p.G71R多型はGilbert症候群の原因でもあった(Maruo Y. J Pediatr 2016)。低出生体重児でもp.G71Rは母乳性黄疸の原因であった(Yanagi T. J Pediatr 2017)。さらに超早産児においてはp.G71Rが核黄疸の危険因子であることがわかった(Yanagi T.投稿中)。特に、超早産児においては近年核黄疸が増加していることが新生児医療において問題となっている。p.G71Rを危険因子の指標として超早産児の黄疸(高ビリルビン血症)管理を行えば、核黄疸の発症を予防できると考えられた。この結果をもとにAMED奥村班において「早産児核黄疸の総括的診療ガイドラインの作成」(課題ID:17824886)に取り組んでいる。カリフォルニア大学サンディゴ校,Tukey教授との共同研究でp.G71Rヒト化UGT1Aマウスを作成した。このマウスは新生児期より黄疸をきたし、また終生軽度の高ビリルビン血症をきたすため新生児黄疸、母乳性黄疸およびGilbert症候群のモデルになることを確認できた。日本国内に導入し、母乳性黄疸の安全な管理法の確立に使用する。トランスジェニックマウスを用いた新生児期の黄疸の増悪要因の解明と効果的な予防・治療法の開発米国、カリフォルニア州立大学サンディエゴ校(UCSD)医学部のTukey教授との共同研究で、新生児黄疸を発症するモデルになるトランスジェニックマウスを開発している。現在マウスにトランスジーンを注入し作製している。肝臓特異的UGT1A1発現トランスジェニックマウスは野生型と変異型(UGT1A1*6)が得られた。後は、小腸特異的発現マウスの作成を待っている。作成後は滋賀医科大学小児科とUCSDでこれらのマウスを用いて、新生児期の黄疸の増悪要因の解明と、予防治療法を明らかにしてゆく。現在、肝臓にUGT1A1(UGT1A1*1とUGT1A1*6)を特異的に発現するマウスの作成は完了している。トランスジェニックマウスの作成が、半分の肝臓特異的発現についてはできた。また、臨床データとして、170例の新生児期にみられる母乳性黄疸のデータが集積でき、基礎的研究のための解析にとりかかれるようになった。トランスジェニックマウスを用いた新生児期の黄疸の増悪要因の解明と効果的な予防・治療法の開発。米国カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)のTukey教授との共同研究で、新生児黄疸を発症しヒトのモデルになるトランスジェニックマウスを作成している。ヒトとサル以外は新生児黄疸を起こさないため、モデルマウスの作成は病態の解明のためには必須である。現在、マウスにトランスジーンを注入し作成している。肝臓特異的UGT1A1発現とトランスジェニックマウス(Alb-UGT1A1)と小腸特異的UGT1A1発現トランスジェニックマウス(Vil-UGT1A1)を作成している。おのおの野生型(UGT1A1*1)と新生児高ビリルビン血症の危険因子であり、母乳性黄疸の乳児側の原因であるc.211G>A, p.G71R多型(UGT1A1*6)を作成してゆく。これまでのUGT1A1に関わるマウスの実験の基礎データと、新生児期の高ビリルビン血症(黄疸)の臨床での知見をまとめ、その結果をToxicol Apple Pharmacol誌に発表した(Fujiwara R, Maruo Y, Chen S, Tukey RH. Role of extrahepatic UDP-glucuronosyltransferase 1A1: Advancesinunderstandingbreast milk-induced neonatal hyperbilirubinemia. 2015;289:123-32.)。UGT1A1のプロモーター領域の遺伝子多型がヒト化UGT1A1のマウスには、新生児高ビリルビン血症に関わる事を明らかにしている。これらの結果をもとに次の段階としてコード領域のUGT1A1*6がどのように新生児期の黄疸、特に母乳性黄疸性黄疸に関わるのかの解明をしてゆく。今は、各マウスのUGT1A1の発現様式や発現量の検討を行っている。Alb-UGT1A1*6については肝臓でのUGT1A1の発現量が少なく、この事はヒトのGilbert症候群でみられるUGT1A1*6の発現量の低下している事実と合致する。(1)ヒト化UGT1A1

トランスジェニックマウスの作成:カリフォルニア大学サンディエゴ校、Robert Tukey教授との共同研究より3種類のヒトのビリルビンUDP-グルクロン酸転移酵素(UGT1A1)をもつトランスジェニックマウスを作成できた。肝臓のみにヒトUGT1A1を発現する野生型(Alb UGT1A1wt/Ugt1-/-)と母乳性黄疸の原因であるp.G71R変異(UGT1A1*6)をもつ変異型のマウス(Alb UGT1A1△71/Ugt1-/-)の作成を確認できた。また小腸のみにヒトUGT1A1を発現する野生型(Villin UGT1A1wt/Ugt1-/-)の作成を確認できた。Alb UGT1A1△71/Ugt1-/-においてはヒトのGilbert症候群のモデルになることを確認できた(未発表)。(3)安全な母乳栄養に関連する遷延性黄疸(母乳性黄疸)の管理法の提言:早産低出生体重児において、成熟時と同じくUGT1A1*6(p.G71R)が母乳栄養に関連する遷延性黄疸の危険因子であることを証明した(Yagagi T, Maruo Y, et al. J Pediatr 2017)。核黄疸のリスクの高い早産低出生体重児においてもUGT1A1*6が黄疸増悪の危険因子であることを証明できたことをもとに、低出生体重児の黄疸管理の指標を作ることにより、核黄疸の発症を予防できることが考えられ、2017年開始の難治性疾患実用化事業(AMED)奥村班「早産児核黄疸の包括的診療ガイドラインの作成」(課題ID 17824886)において、得られたデータをもとに研究を開始している。(1)ヒト化UGT1A1トランスジェニックマウスの作成:肝臓のみにヒトUGT1A1を発現する野生型トランスジェニックマウス(Alb UGT1A1wt/Ugt1-/-)と母乳性黄疸の原因であるp.G71R変異をもつ変異型のトランスジェニックマウス(Alb UGT1A1△71/Ugt1-/-)の作成を確認できた。また小腸のみにヒトUGT1A1を発現する野生型トランスジェニックマウス(Villin UGT1A1wt/Ugt1-/-)の作成を確認できた。しかし、小腸においてヒトUGT1A1*6を発現するトランスジェニックは作成できなかった。Villinプロモーターは大きくトランスジーンがマウスの卵細胞のゲノムに挿入しにくいことに起因すると考えられた。しかし、UGT1A1の発現の主たる場所は肝臓であり、Alb UGT1A1wt/Ugt1-/-とAlb UGT1A1△71/Ugt1-/-が得られ今後の研究を行うためには十分であり、当初の計画通りに進展していると考える。(2)母乳性黄疸を起こすUGT1A1の変異の検索:日本人の成熟児および早産低出生体重児についてUGT1A1*6が母乳性黄疸の原因として同定でき、当初の計画通りに進展していると考える。(3)早産低出生体重児においても成熟児と同じく新生児期の遷延性黄疸の乳児側の原因であることを明らかにできたこと、そしてこれまでのデータをもとにAMED「早産児核黄疸の包括的診療ガイドラインの作成」の研究に取りかかれたことは、当初の計画通りに進展していると考える。母乳性黄疸の安全な管理のため母乳性黄疸症例のビリルビンUDP-グルクロン酸転移酵素(UGT1A1)の解析を行いUGT1A1の変異を多数同定した。新規の変異を同定したため、母乳性黄疸の発症メカニズムの解明のため培養細胞を用いた発言実験を進めてゆく。症例解析の結果より母乳性黄疸を起こす主要な原因はp.G71R多型であった。このことより東アジアに特有の多型で、東アジアに新生児期の黄疸が多い原因であることを明らかにした。また、p.G71
低温動作型SOFCの開発を目指したセル薄膜化とその設計法に関する研究

固体酸化物燃料電池(SOFC)の機械的信頼性を向上させることを目的として,スプレー法を用いた電解質の簡易な薄膜化法を開発するとともに, SOFC機器要素の小型パンチ試験法を用いた弾性率や破壊強度などの機械的特性評価法,ならびにAE法を併用したSOFC単セルの信頼性評価法の開発を行い,これらの知見を総合することにより,比較的低温で高いイオン導電性を示すガドリニアを添加したセリア系セラミックスを電解質とするSOFCを対象として電解質薄膜の厚みを最適にする方法を提案した.固体酸化物燃料電池(SOFC)の機械的信頼性を向上させることを目的として,スプレー法を用いた電解質の簡易な薄膜化法を開発するとともに, SOFC機器要素の小型パンチ試験法を用いた弾性率や破壊強度などの機械的特性評価法,ならびにAE法を併用したSOFC単セルの信頼性評価法の開発を行い,これらの知見を総合することにより,比較的低温で高いイオン導電性を示すガドリニアを添加したセリア系セラミックスを電解質とするSOFCを対象として電解質薄膜の厚みを最適にする方法を提案した.平成18年度においては以下の研究(1)(4)に関して,研究推進のための基盤形成や装置開発を特に実施している.研究(1)SOFCの薄膜化のための合成法に関する検討:成膜法として,スクリーンプリント法ならびにスプレー法に着目した比較検討を行った.本知見を基礎とし,新たにゾルゲル法とスプレー法を組み合わせた方法を考案することにより,数ミクロンオーダーで緻密なセラミックス薄膜を作製することに成功している.特に,本法により,焼成温度を低温化出来る可能性のあることを明らかにしている.研究(2)構成要素の基礎特性評価:薄膜の機械的基礎特性を簡易に評価するためのナノパンチ試験法を新しく考案し,ジグ等を試作した.さらに,水素ならびに酸素等のSOFC作動環境下すなわち化学的環境条件において,力学的負荷作用の下で電気伝導度などの電気特性を測定できる評価装置を作製した.本評価装置を用いて,ジルコニアセラミックス単味を対象として機械的応力(ひずみ)が電気伝導度に及ぼす影響について調査し,比較的小さい応力範囲で電気伝導度が応力負荷とともに減少することをはじめて見出している.研究(3)模擬作動環境下における単セルの特性評価:既存設備であるSOFC特性評価装置(FHS-21)を活用して,AE法により破壊過程を追跡し,交流インピーダンス法により電気特性評価を行う方法を開発した.単セルとセル容器のシールはガラスリングを溶融する方法を採用し,さらにセル損傷とガラスシール材の破壊とを識別するための方法を考案している.研究(4)SOFCの設計手法に関する検討:SOFC設計法の基礎として,作動環境条件において単セル内に発生する応力状態を評価するための数値解析法に関する検討を行い,構成要素の熱膨張率の差に加えて水素環境下における還元膨張の温度依存性等を考慮できる計算コードを作成した.本年度は,研究(1)(4)を実施することにより以下に記載の成果を得た.研究(1)薄膜およびナノポア材料作製法に関する検討:イットリアならびにガドリア系酸化物を構成要素とする電解質の薄膜化を行い,スプレー法,ディップ法およびドライプレス法による作製方法により0.5μmから数10μmまでの範囲の電解質を多孔質基盤上に作成することに成功した.特に,前駆体材料のゾルを用いた新しいスプレー法を開発した.なお,上記の空気極あるいは燃料極である電極材料としての多孔質膜はスクリーンプリント法で作製し単セルを構成した.研究(2)構成要素の基礎特性評価:還元環境すなわち酸素ポテンシャルが弾性係数ならびに破壊強度などの機械的特性に及ぼす影響について,イットリアならびにガドリア系酸化物を対象とした検討を行い,酸素不定比性と機械的特性の変化によい対応関係があることをはじめて示した.すなわち,酸素イオン欠陥が増大するに従い機械的特性が低下する傾向が存在することを明らかにした.さらに,力学的応力が電解質材料の導電性に及ぼす影響を調べ,引張ならびに圧縮応力下において導電率の変化を定量的に把握するとともに分子動力学的方法により検証している.研究(3)模擬作動環境下における単セルの特性評価:研究(1)で作成した単セルを用いて,模擬作動環境下における性能を評価し,電解質の厚みが数10μm以上の場合には良好な発電特性が得られることに対して,電解質の厚みが数μmの範囲では特性が低下することを示した.加えて,空気極側の電解質において,空気極構成元素の拡散が認められ,電解質の破壊形態が粒界から粒内破壊に遷移することを示した.研究(4)SOFCの設計手法に関する検討:SOFCの設計において,機械・電気・化学的因子の相互作用効果は無視できるものではなく,拡散の加速現象も含めて考慮すべき現象であることを明らかにした.本年度は,研究(1)(4)を実施することにより以下に記載の成果を得た.研究(1)薄膜およびナノボア材料作製法に関する検討:中低温SOFC用電解質として期待されるガドリア系酸化物からなる電解質の薄膜化を行い,スプレー法とドライプレス法を組み合わせた方法により,電解質と電極を一体で同時に焼成させることに成功した.さらに,共沈法による混合原料を用いて作成した電極は,機械的に混合したものより粒径寸法が小さくかつ均一組織となることを示すとともに,セル性能試験を実施することにより共沈法による電極の方が優れた発電性能を発現できることを明らかにした.研究

(2)構成要素の基礎特性評価:イットリアならびにガドリア系酸化物を対象とし,弾性係数ならびに破壊強度の温度依存性をスモールパンチ試験法により評価し,希土類元素添加量に依らず温度が室温から増大するにつれ低下するものの,特定の温度域から増大する現象があることを明らかにした.同時に,この機械的特性の温度依存性は酸素ポテンシャル依存性と連成していることを示した.研究(3)模擬作動環境下における単セルの特性評価: 0.5μmから70μmの厚みの電解質からなる単セルを用いた性能評価試験を実施し, 5μmの厚みの時に最も高い発電性能を示すことを明らかにするとともに,それより小さい厚みでは電子伝導が支配的になり発電性能が低下している可能性があることを理論モデルにより指摘した.また, AE法により,燃料枯れに伴うアノードと電解質界面近傍における酸化による割れ損傷を検出できることを見出している.研究(4)SOFCの設計手法に関する検討:ガドリア系電解質の薄膜化による作動温度の低減を設計するための電解質厚みと発電特性の関係を与えることができ,かつ理論的モデル予測と実際の発電特性との整合性を示し,低温下のための指針を提案した.
オートファジーの生理機能の総合的理解

これまでに公表した論文数は多くはないが、いずれも基盤となる成果である。現在本研究課題の中核となる論文4報を投稿準備中である。共同研究に関しても、理研・岩崎、微化研・野田、北大・金城、秋田大・中西氏らなどと緊密な連携が進みつつある。オートファジーにおける膜動態、即ちオートファゴソーム形成の分子機構に関してはオートファジー不能変異株の分離、ATG遺伝子の同定に引き続く、各Atgタンパク質の構造と機能解析の進展により、ようやくその核心が解明される段階に至った。一方、オートファジーが細胞質成分のリサイクリング、品質管理などを通じて様々な生理機能に関わっていること、ガン、神経変性疾患を初め、成人病など様々な病態に関わっていることが報告され、多くの関心を集めている。しかしオートファジーがほぼ全ての細胞の持つ基本的かつ普遍的な機能であるため、その不全と報告されている表現型の間には多くのステップの存在が想定される。オートファジーにより、何時、何が、どのような機構で実際に分解されているかの実態である分解過程の系統的な解析を進めている。具体的には、様々な条件下でオートファジーの誘導した細胞から液胞、オートファジックボディが単離できるという酵母の型の特性を生かしてオートファジーによる分解基質を網羅的に解明している。また分解効率の解析から細胞質タンパク質の様々な環境下における存在様式の動態の解明を進める。液胞内RNase欠損株が、液胞内に蓄積するmRNA, tRNA, noncoding RNAの網羅的解析を通じてその選択性を明らかにしつつある。さらにオートファジーの残された謎の1つであるリソソーム/液胞内における膜分解の分子機構を生化学的、遺伝学的手法を駆使して明らかにしようと試みている。またオートファジー分解産物、とりわけアミノ酸の特異的役割について明らかにし、論文投稿中である。1.酵母のオートファジーによる液胞内の細胞質タンパク質の分解に伴い、亜鉛や鉄イオンが液胞から遊離することで、細胞質の実効濃度が制御されており、オートファジーのイオンホメオスタシスにおける重要性が明らかとなった。2.増殖過程におけるオートファジーの動態を明らかにした。グルコースによってオートファジーが抑制されること、グルコースの枯渇に伴うダイオキシックシフト時にオートファジーが誘導されることを明らかにした。培地を検討し炭素源の状態変化に対応した各増殖相における多様なオートファジーの誘導を解明した。エタノール増殖細胞は構成的オートファジーを起こすことを示した。3.発酵性炭素源から非発酵性炭素源への変換には、オートファジーによって生じるセリンが重要な役割を持つことが分かった。セリンはミトコンドリア内の1炭素代謝系を通じてミトコンドリア開始tRNAのホルミル基の供与体合成を通じて、ミトコンドリアの翻訳に関わる。分解産物の生理的意義が明らかになった例となった。(投稿準備中)4.オートファジーに伴って液胞に蓄積するRNAの網羅的解析により、mRNAに選択性があることを示すことに成功。そのメカニズムに迫りつつある。5.液胞内9種のアミノ、カルボキシペプチダーゼ欠損株を構築する過程で副産物としてペプチダーゼがプロテアーゼの活性化に必要であることを解明、この問題を回避し分解ペプチドからオートファジー基質の同定する方法が確立しつつある。6.PAS形成の初期過程の理解が飛躍的に進んだ。飢餓によるTorの不活性化に伴うAtg13の脱リン酸化によりAtg1, Atg13, Atg17-Atg29-Atg31からなる5者複合体が形成される。Atg13が2つのAtg17結合部位を持つことで、さらに高次の複合体が形成される。この形成によるAtg1キナーゼの活性化とAtg9小胞の結合が可能となる。以上の解析で得られた最も顕著な挙動を示すタンパク質、RNAに注目し、以下の解析を通じてその特異性の分子基盤を明らかにする。連携研究者と他大学の協力によって進める。タンパク質の発現量の変動、修飾の有無京大・石濱/細胞内局在性、細胞内集合体形成、液滴形成の可能性、in vitro assay系微化研・野田/運動性の解析・FRAP北大金城/ RNAに関して翻訳過程との関連、翻訳効率・理研岩埼/局在解析、酵母の様々な生理条件、ストレス誘導性のオートファジーに関しては、それぞれの独自の系を持っている以下の研究者と協力して解析を進める。DNA damageによるオートファジー(米国、J.Haber)/ Torの解析(浜松医大、前田)、ミクロオートファジー(静大、木村)/メタボローム(日本歯科大学、堀江)/液胞膜輸送(愛媛大、関藤)オートファジーの飢餓誘導に関わる5者のAtgタンパク質からなるAtg1複合体形成の理解が大きく進んだ。鍵分子であるAtg13はN-末のHORMAドメインに続く長いC-末領域でもち、その領域の脱リン酸化に伴い、Atg1, Atg17と結合し5者複合体を形成する。さらに、Atg13が2つのAtg17結合部位を持つことことで4-50分子集合する。この集合体に依存してAtg9小胞が結合する。PASは柔らかいタンパク質と膜小胞の集合体として始めて機能することが分かった。必須栄養のうち、亜鉛の極度の欠乏が非選択的なバルクオートファジーを誘導することを明らかにした。オートファジーによる亜鉛タンパク質の分解により、遊離亜鉛が供給され細胞の増殖が維持される。

飢餓条件下のタンパク質分解を総括的に理解することを目的として、液胞内ペプチダーゼの網羅的な破壊株を作成した。この株の表現型により液胞内タンパク質分解機構の一端が明らかになりつつある。飢餓下に出現する全ペプチド、ペプチダーゼ欠損株が蓄積するペプチドと液胞内に蓄積するタンパク質などを比較検討することにより、様々な細胞内タンパク質分解におけるオートファジーの寄与を総合的に理解する土台が確立しつつある。今後様々な変異株を用いて解析を進める。このために必要なペプチド分析の試料調製、解析条件を検討し最適化を計っている。飢餓条件下のオートファジーでタンパク質のみならずRNAが分解されることを明らかにした。RNAseqにより、mRNA, tRNA, non-coding RNAがそれぞれ選択性をもって液胞内に取り込まれることが分かった。その分子機構の解明と生理的意義の解明を進めている。目標としたオートファジーの誘導条件に関しては1.生存に必須な亜鉛の欠乏が強くオートファジーを誘導すること、その誘導にはTorの不活性化が必要であることが見いだされた。2.合成培地で増殖する過程でダイオキシックシフトに伴ってオートファジーが誘導され、それによって遊離鉄イオンが生じることが明らかとなった。亜鉛イオンも含めオートファジーによる細胞内イオンホメオスタシスに関する新たな視点が拓けた。3.培地交換による急激な飢餓ではなく、増殖に伴う様々なオートファジーの誘導に関して、知見が集積しつつあり、今後の展開が見込まれる。4.オートファジーによる細胞質タンパク質の分解を網羅的に解析するための条件検討が進み、そのために必要な質量分析の手法が確立し、また液胞、オートファジックボディの単離の目処が立ちつつあり。今後の具体的な成果が期待できる状況になった。5. RNA分解の責任酵素Rny1欠損株が飢餓時に液胞に蓄積するRNAの解析に必要な条件検討が終わり、分解基質の特異性、その分子機構の解析が開始できた。6.飢餓、ラパマイシンなどで誘導される細胞内タンパク質の分解を、生じるペプチドから、オートファジー、プロテアソーム系、MVB経路など多様な経路の寄与を整理する計画は、変異株などの分析などが必要であり、当初の予定よりやや遅れている。これまでに公表した論文数は多くはないが、いずれも基盤となる成果である。現在本研究課題の中核となる論文4報を投稿準備中である。共同研究に関しても、理研・岩崎、微化研・野田、北大・金城、秋田大・中西氏らなどと緊密な連携が進みつつある。オートファジーにおける膜動態、即ちオートファゴソーム形成の分子機構に関してはオートファジー不能変異株の分離、ATG遺伝子の同定に引き続く、各Atgタンパク質の構造と機能解析の進展により、ようやくその核心が解明される段階に至った。一方、オートファジーが細胞質成分のリサイクリング、品質管理などを通じて様々な生理機能に関わっていること、ガン、神経変性疾患を初め、成人病など様々な病態に関わっていることが報告され、多くの関心を集めている。しかしオートファジーがほぼ全ての細胞の持つ基本的かつ普遍的な機能であるため、その不全と報告されている表現型の間には多くのステップの存在が想定される。
配列ナノ空間物質の結晶構造

本特定領域で創製される新物質を対象に、SPring-8において最新の放射光X線散乱実験技術を駆使してその精密構造を決定し、構造的観点から新物質相の電子状態と量子物性の発現機構を明らかにすることを目的として、粉末同折法・単結晶を用いた電子密度解析を行った。特に、2007年度末に導入された単結品回折装置は期間中に立ち上げを行い、測定技術及び解析手法を確立した。領域内の共同研究積極的に進め、クラスレート、金属内包フラーレンなど配位空間物質の解析を行った。本特定領域で創製される配列ナノ空間を有する新物質を対象に、最新の放射光X線散乱実験技術を駆使してその精密構造を決定し、構造的観点から新物質相の電子状態と量子物性の発現機構を明らかにすることを目的として、(1)粉末回折法による構造研究、(2)単結晶を用いた精密測定を利用した電子密度解析を行っている。放射光X線回折実験はSPring-8において、粉末測定はBL02B2、単結晶測定はBL02B1において行っている。平成20年度末に導入されたBL02B1の単結晶専用X線回折装置を用いて、平成22年度までの間にSPring-8の放射光の質の検証と、測定技術の確立を行う立ち上げ作業を行った。領域内との共同研究を通して粉末試料、単結晶試料のどちらかを使ってクラスレート、金属内包フラーレンなど配位空間物質の解析を行っている。放射光X線回折実験はSPring-8において、粉末測定はBL02B2、単結晶測定はBL02B1において行った。まず、単結晶専用X線回折装置が新しく共用ビームラインのBL02B1に納入された。我々は、本特定領域での研究の展開を見据えて、本装置の立ち上げに積極的に関わり、標準的な試料により世界最高の分解能/統計精度を誇ることが可能であることを確認した。平成21年度から配列ナノ空間を有するクラスレートなどの熱伝導に関わるラトリングのモード特定などを行う予定である。一方、粉末回折測定では領域内との共同研究により、配列空間のゲスト分子の存在による骨格の再配列など興味深い現象を見出した。来年度から配列ナノ空間を有するクラスレートなどの熱伝導に関わるラトリングのモード特定などを行う予定である。立ち上げを行ってきたBL02B1の単結晶専用X線回折装置においては、十分な基本性能を有することが明らかとなった。我々は、ベンチャー企業/東北大学との共同研究により金属内包C60の内包証明を行い、各種学会などで新しいフラーレンサイエンスの可能性を提案した。この成果は現在論文投稿中である。一方、粉末回折測定では領域内との共同研究により、配列空間のゲスト分子の存在による骨格の再配列など興味深い現象を見出し、学会発表などを行った。特定領域で創製される配列ナノ空間を有する新物質を対象に、最新の放射光X線散乱実験技術を駆使してその精密構造を決定し、構造的観点から新物質相の電子状態と量子物性の発現機構を明らかにすることを目的として、精密測定を目指した電子密度解析を行ってきた。