hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
翻訳後修飾部位の変異体を用いたC型インフルエンザウイルスCM2蛋白の機能解析

我々は、ウイルス増殖におけるCM2の役割を明らかにするために、これまでに分離されたC型インフルエンザウイルス(C型ウイルス)すべてに保存されているCM2の翻訳後修飾部位を欠く組換えC型ウイルスを作製し,解析を行った。その結果、糖鎖付加部位あるいは量体形成に関わる3つのシステインをアラニンに置換したウイルスは、増殖能の低下が認められた。ウイルス様粒子を用いた解析から、CM2の糖鎖付加が、ゲノムのパッケージングとアンコーティングに関与することが明らかになった。C型インフルエンザウイルスの第二の膜蛋白CM2は、115個のアミノ酸からなり、以下の翻訳後修飾を受ける。(1)2量体/4量体の形成(1,6,20位のCys)、(2)N結合型糖鎖の付加(11位のAsn)、(3)リン酸化(78,103,108位のSerおよび104位のPro)、(4)パルミチン酸化(65位のCys)。これらの修飾がウイルス増殖に果たす役割を解明するために、修飾部位に変異を導入した種々の修飾部位欠損組換えC型ウイルスの作製を試みた。CM2の糖鎖付加部位である11位のAsnをAlaに置換したウイルス(rCM2-N11A)を作製するために、まず、CM2をコードするM遺伝子の833位と834位にA→Gの変異を導入したM遺伝子cDNAを合成した。これをPolI plasmidにクローニングし、pPolI/M-CM2-N11Aを得た。このplasmidとM遺伝子以外のvRNAを発現する6種類のPolI plasmidおよび9種類のウイルス蛋白発現plasmidを293T細胞にcotransfectionした。その後、培養上清を発育鶏卵羊膜腔に接種することによって、rCM2-N11Aを回収できた。rCM2-N11Aの作製が可能であることから、CM2の糖鎖はウイルスの増殖に必須ではないといえる。すなわち、糖鎖付加を受けなくても、CM2は正確にfoldingされ、また適切に輸送されると考えられる。このことは、C型ウイルスのHEF糖蛋白に付加される糖鎖が同蛋白の立体構造の形成や細胞内輸送に重要な役割を果たしていることと対照的である。CM2の翻訳後修飾がウイルス増殖に果たす役割を解明することを目的として、11位のAsnをAlaに置換したウイルス(rCM2-N11A)および1,6,20位のCysをAlaに置換したウイルス(rCM2-C1620A)を作製した。多段階増殖において、これらの変異組換えウイルスの増殖能は、野生型組換えウイルス(rWT)と此較して有意に低下した。しかし、感染細胞におけるウイルス蛋白質の合成に差はなからた。また、rCM2-N11A感染細胞で合成された糖鎖が付加していないCM2は、野生型と同じく2量体/4量体を形成し、細胞膜上に輸送された。一方、rCM2-C1620A感染細胞で合成されたCM2は量体を形成せず、細胞膜上への輸送が著しく低下していた。ことから、CM2の量体形成はCM2の細胞膜上への輸送に重要であることが明らかになった。さらに、増殖の過程におけるCM2の糖鎖付加の役割を解析するために、ウイルス様粒子(VLP)を用いて解析を行った。N11A-VLPは、野生型VLP(WT-VLP)と比較してVLP当たりのゲノム(vRNA)コピー数が低下していた。このことから、CM2の糖鎖付加がゲノムのパッケージングに関与することが明らかになった。また、WT-VLP感染細胞と比較して、N11A-VLP感染細胞において初期の蛋白発現が低下していること、N11A-VLP感染後の細胞の核内へ移行したゲノムコピー数が減少していることがわかった。これらの結果は、CM2の糖鎖付加が、アンコーティングに関与することを示唆する。これらの結果から、CM2の糖鎖付加および量体形成は、アンコーティングとゲノムのパッケージングの過程に関与し、C型ウイルスの増殖過程において感染性粒子の形成に重要な役割を果たしていることが明らかになった。
地域在住高齢者の身体機能低下から中長期の健康アウトカムを予測する研究

高齢者の身体機能の定義は様々(バランス能力・歩行能力・筋力・柔軟性)で、数多くの尺度・測定法が報告されている。しかし、どのような身体機能低下を測定・評価することが、より正確に・より効率的に健康長寿の達成・医療費削減に寄与できるかについては、未だ検討がなされていないのが現状である。本研究は、地域在住高齢者が何らかの疾患を呈する前の変化を簡便な身体機能測定や質問事項で汲み上げ、汲み上げた要因と疾患発症やその先にある要支援・要介護・医療費増加との関係性の検討・解析を行うことを目的としている。
神経節内における細胞間異常接合が引き起こす三叉神経痛発生メカニズムの研究

三叉神経痛に関与する可能性のある三叉神経節でのGABAsystemについて検討した。我々はGABABR1とGABABR2サブユニットと補助サブユニットKCTD12とKCTD16の異質な発現をラット三叉神経節(TG)で発見した。三叉脊髄核尾側(Sp5C)と三叉神経節において免疫共沈降分析とimmnohistohemistryを用いたSp5Cを含むTGと脳幹でのGABABR1、GABABR2、KCTD12とKCTD16の相互作用が明らかとなった。「研究の目的」GABAが中枢神経系でシグナル伝達において重要な役割を果たすことはよく知られているが、三叉神経節のような知覚性の神経節はシナプスが無いため、神経節における神経伝達制御の存在は知られて無かったが、これまでに我々はCl-チャネルであるGABAA受容体が三叉神経節の細胞体で発現しており、三叉神経の細胞体を取り巻くsatellite cellもしくは神経そのものからのGABAのリリースがあり、三叉神経節でGABAを介した神経伝達制御の可能性について報告してきた。本研究では神経節内における細胞間異常接合が引き起こす三叉神経痛発生メカニズムを明らかにすることを、電気生理、免疫組織化学、薬理学的に検討する。「今年度の研究実績」ラット三叉神経節におけるGABAB receptorの発現と補助タンパクKCTD12,16の発現と相互関係について検討した。GABAB receptorとKCTD12,16の発現をラット三叉神経節とラット脳幹における細胞膜分画と細胞質分画とでそれぞれ検討した。その結果、三叉神経節では細胞膜ではGABAB receptorとKCTD12が発現しておりKCTD16の発現が確認されなかった。しかし三叉神経節細胞体ではGABAB receptorとKCTD12,16のすべてが発現しているのが確認できた。一方ラット脳幹では細胞膜分画でも細胞質分画でもGABAB receptorとKCTD12,16のすべてが発現しているのが確認された。GABAが中枢神経系でシグナル伝達において重要な役割を果たすことはよく知られているが、三叉神経節のような知覚性の神経節はシナプスが無いため、神経節における神経伝達制御の存在は知られて無かったが、これまでに我々は三叉神経節でGABAA受容体を介した神経伝達制御の可能性について報告してきた。今回はGABAB受容体の三叉神経節での関与について検討した。GABAB受容体はGABAB1とGABAB2の2量体のヘテロダイマーを形成しているがGABABの薬理学的な作用の多様性や、生理学的な作用の多様性はヘテロダイマーだけでは説明しきれない部分が沢山ある。そこに注目したBettler BらはKCTDがGABAB受容体の特性をさらに修飾している可能性を指摘した。そこで今回我々は最近発見されたGABAB受容体補助サブユニットであるKCTD蛋白に着目し、三叉神経節で細胞内分布およびGABAB受容体蛋白との関連性を調べた。GABAB1/B2サブユニットに加え、KCTD12/16蛋白はそれぞれの神経細胞体において異なる発現量を示した。発現局在については、GABAB1/B2、KCTD16は主に細胞質にびまん性に発現が見られたのに対し、KCTD12は細胞膜上に強い発現を示した。脳幹もしくは三叉神経節の組織を、細胞膜分画とそれ以外の分画に画分し、WB方にて各タンパクの発現を検討した。GABAB1,2,KCTD12は脳幹、三叉神経節の細胞膜、細胞質の分画に置いて発現がみられたが、KCTD16は三叉神経節の細胞膜では発現がほとんど確認出来なかった。この事は、三叉神経節中の細胞体においては、GABAB1,2,KCTD12は細胞膜へ移行しているが、KCTD16は細胞膜へは移行していないことを示唆している。「研究の目的」:GABAが中枢神経系でシグナル伝達において重要な役割を果たすことはよく知られているが、知覚神経節を含む末梢神経系におけるGABAの生理的機能はまだよく解っていない。これまでに我々は近年発見されたGABAB受容体補助サブユニットであるKCTD蛋白に着目し、その三叉神経節で細胞内分布およびGABAB受容体蛋白との関連性を調べた。「今年度の研究業績」:三叉神経節細胞は知覚性の神経細胞体が集約するする部位として知られている。神経突起は顔面エリアの皮膚や顎関節や硬膜にいたりそれら周囲の体性感覚情報を受容している。また中枢側の神経終末は脳幹に位置するが、体性感覚の種類によってその中枢の核が異なることが知られている。これまでの研究結果において三叉神経節細胞におけるGABAB受容体蛋白とKCTD蛋白の発現と結合性について検討したが、今年度は中枢側の神経終末におけるそれらのタンパクの発現の詳細な検討を行った。

これまでの結果においてGABAB受容体蛋白とKCTD蛋白は痛みの制御に関連する可能性が高いため痛みの中枢としてしられるラットのspinal trigeminal nucleus(Sp5C)におけるこれらのタンパクの発現について検討した。GABAB1受容体、KCTD16においては神経細胞と周囲の神経網の部分に発現が見られる。GABAB2受容体、KCTD12においては神経網に発現が見られた。神経解剖学昨年度は研究施設の異動があり、研究設備の環境を整えるのに時間を費やしたため。細胞膜分画、細胞質分画の分画の主義がうまく行かず、方法を確定するのに時間が掛った。またBlue native方にて検討予定であるが、目的タンパクの検出がうまく行かず、実験条件を再検討する必要がある。blue native法によるGABAB receptorとKCTD12,16の複合体の確認と追加実験を実施する。研究成果のまとめを行う。新しい手技の実験を導入しているので、データーを得るのに時間が掛る傾向がある。経験者に指導を御教授してもらう必要がある。施設異動のため研究施設環境を整える計画に時間が掛かり、物品類の購入予定が遅れたため。異動先の設備を把握できたため、必要物品類を計画的に購入し、研究打ち合わせも実施していく予定である。前述のとおり、やや研究が遅れているため未使用額が生じたが、未使用額は上記の検討を行うためのGABABR1,2およびKCTD12,16の複合体の形成についての検討を計画している。また次年度は三叉神経節の中枢側ターミナルにおけるGABABR1,2およびKCTD12,16の発現について検討、また三叉神経節での水調整を担うAQP4について、超微細構造レベルでの発現局在について検討する予定である。
小中学生のネットワーク起業家精神と資質を育成する大学教師教育カリキュラムの高度化

諸外国や国内における諸研究や実践では、将来のネットワークを利用した起業家として基礎的な資質やスキルを養成するという視点の研究はほとんど皆無である。アメリカ、カナダ、イギリスなどにおける中学生レベルでのネットワーク構築と利用の実践は、多くはない。研究の初年度の前半では、諸外国や国内における諸研究や実践で明らかにされている生徒のネットワーク利用のプロジェクトの内容や条件を把握し、あわせて教師教育のカリキュラムにおける情報教育の内容を詳細に調査した。この調査は国内だけではなく、アメリカ、カナダ、イギリスの学校におけるネットワーク構築体制を生徒主導の学びの環境と教師の役割という観点から調べた。続いてネットワーク社会の仕組みやネットワークの果たす役割を学ぶために、兵庫教育大学附属中学校の生徒を数名選び、研究者のスーパービジョンの下でネットワークサーバーの管理と活用に関する知識を習得させ、試験的にメールとwwwサーバーを構築させた。こうした学習を通じて得られた知見をもとに、教師に要求される資質と力量を確定し、そうした資質を育むための教師教育カリキュラムと科目を特定した。本研究では、中学生による試験的ネットワークサーバーの構築と運用を通して、将来起業家としてのPlan(企画)、Do(実行)、See(理解)、Be Accountable(報告責任)などの資質の形成で必要な項目を抽出した。こうした項目は、学校内でのネットワーク上での多様な情報活用の仕掛けや工夫を支援する教師の力量養成の高度化に役立つ知見をもたらした。
菌血症由来臨床分離細菌株を用いた好中球機能傷害機構の解析

敗血症および全身性の細胞外細菌感染症は、外傷等の物理的侵襲のエピソードや基礎疾患を持たない健常人でも、種々の細菌の感染によって起こることが知られている。本研究は、敗血症または全身細菌感染症の臨床例より分離された菌株と、ヒト好中球とマウスモデルを用いたスクリーニングにより、好中球の防御機構修飾を分子レベルで解析し、新規好中球-細菌の相互作用と、防御修飾機構を明らかにすることを目的とした。その結果、劇症型レンサ球菌感染症分離株による接触性好中球傷害の分子機構、および類鼻疽の敗血症分離株が好中球細胞外トラップ(NETs)の放出を抑制する菌側病原因子を同定した。全身性細菌感染症の重症臨床例より分離された細菌の病原性に関する解析は、補体抵抗性などについて主として行われているが、急性細菌感染で主要な防御細胞である好中球機能をどのように回避するかに関しては不明な点が多い。先行研究において、劇症型レンサ球菌感染症分離株において高発現している分泌性の孔形成毒素であるストレプトリシンO(SLO)が、好中球ネクローシスを誘導して、生体防御を傷害することを明らかにしている。今年度は、この接触を介する好中球傷害作用に係る分子を菌と好中球の共培養系で検索した。その結果、劇症型感染分離株による好中球ネクローシスは、活性化型CD11b分子に対する抗体の添加によって、最も効果的に阻害された。また、EDTAの添加によっても好中球ネクローシスが抑制された。さらに、菌をコラゲナーゼもしくはトリプシンで処理すると好中球ネクローシスは起きなかった。劇症型感染分離株にGFPを発現させて接触と好中球障害の関係を解析したところ、菌と接触した好中球のみが障害されていることが判明した。以上より、劇症型感染分離株は、コラーゲン様タンパクとCD11bを介して、カルシウム依存的に好中球表面に結合し、接触面で分泌するSLOにより効果的に好中球傷害をもたらすことが示唆された。同様な孔形成毒素を持つ重症感染症由来ブドウ球菌や腸管外病原性大腸菌に関して、同様な機序が存在するか検討し、他の好中球機能を修飾するメカニズムに関しても、現在解析中である。今年度は、マウスにSLO高発現重症感染症由来分離株を感染させた際に、末梢血および骨髄中の好中球系細胞が著しく減少することを見いだし、in vitroでの知見がin vivo感染モデルにおいても実証された。さらに、宿主側の防御因子として、白血球減少を伴う劇症型感染マウスモデルの急性期において、顆粒球-単球コロニー刺激因子(GM-CSF)依存的に骨髄より血液中に放出され、感染部位に蓄積するリング状の核を持つ新規未熟骨髄系細胞群を同定した。この細胞群の特徴として、1)通常はTリンパ球やNK細胞から産生され、食細胞を活性化するサイトカインであるインターフェロンγ(IFN_Y)を産生するとともに、2)殺菌能をもつ一酸化窒素を産生するが、骨髄由来免疫抑制細胞(MDSC)のような3)獲得免疫抑制作用は認められない。この細胞群移入が重症レンサ球菌感染を劇的に改善することから、重症細菌感染症における白血球減少を補完する宿主防御因子であることが考えられた。同様な孔形成毒素を持つ重症感染症由来ブドウ球菌や腸管外病原性大腸菌に関して、同様に当該細胞誘導が認められるか否か、現在検討中である。敗血症および全身性の細胞外細菌感染症における、防御第一線細胞である好中球からの回避機構については、未だ不明な点が多い。本研究は、敗血症または全身細菌感染症の臨床例より分離された菌株と、ヒト好中球とマウスモデルを用いたスクリーニングにより、好中球の防御機構修飾を分子レベルで解析し、新規好中球ー細菌の相互作用と、防御修飾機構を明らかにすることを目的とした。劇症型溶血性レンサ球菌感染症は、一旦発病すると急速に進行し、ショック症状、多臓器不全などをともなう、致死率の高い重篤な感染症である。

本邦において、2000年以降劇症型感染起因菌として増加しているemm49型A群レンサ球菌に属する劇症感染分離株から作成した各病原因子欠損株、および非劇症感染分離株を、健常人の抹消血から分離精製した好中球に感染させたところ、劇症型分離株の感染により、好中球にアポトーシスではなく、ネクローシスが誘導されることが判明した。また、劇症型分離株は、カルシウム依存性に好中球に接着すると、貪食される前に、劇症型分離株で発現が増強する溶血性毒素ストレプトリジンOにより好中球細胞膜に孔を形成し、細胞毒であるNADグリコシダーゼを好中球細胞質内に送り込むことが明らかとなった。さらに、好中球表面への接着には、劇症型分離株において発現が増強する膜貫通型分子と、好中球細胞表面に発現する活性化型CD11bが必要であることが判明した。以上より、劇症型分離株は、細胞障害性キラーT細胞と類似した分子機構により、好中球ネクローシスを誘導し、宿主生体防御を傷害して結果的に好中球による殺菌を回避し、重篤な症状と劇症型感染に特徴的な病態を形成するということが考えられた。重症細菌感染症起因菌の好中球傷害をin vitro実験に加えて、in vivoマウスモデルでも証明でき、また、それを相補する宿主防御機構を見いだすことができた。一方、グラム陰性菌に関して、同様な好中球傷害機序は認められないが、好中球殺菌能から新規エスケープ機構の探索を継続している。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究で得られた知見の論文発表につとめるとともに、未知の因子による好中球機能の抑制が確認された菌株に関しては、抑制を起こさない菌との、好中球との共培養系における遺伝子発現を比較することにより、候補遺伝子を同定する。
転写因子 Dach1 による組織特異的な血管内皮細胞分化調節メカニズム

免疫応答の効率的な誘導には、適切な免疫細胞サブセットが免疫応答の「場」である免疫組織に動員されることが重要である。高内皮細静脈は特定の二次リンパ組織にのみ存在する特殊な血管であり、リンパ球のみを免疫組織実質へ選択的に動員する機能をもつ。この血管が形成されるメカニズムは不明であったが、提案者らは転写因子Dach1が関与する可能性を見出した。本研究では、免疫組織および癌組織血管内皮細胞におけるDach1の機能を明らかにする。本研究の成果により、組織内微小環境下において血管多様性が生まれるメカニズムの一端が明らかになると期待される。
短日植物イネの光周性の分子メカニズム

イネは典型的な短日植物である。極端な長日条件である連続明期中では、播種後、200日でも開花しない。我々は、これまでに、連続明期中でも、播種後約20日で、花芽形成を起こすse5変異体の解析から、イネの光周性反応に、植物光受容体フィトクロームが必須であることを明らかにしている(Izawa et al. 2000)。2)また、hd1変異体を用いた解析から、Hd1遺伝子が概日時計の出力系として開花を制御していること、イネにはFT様遺伝子が10個以上存在し、多くは、フィトクロームを介した光信号伝達系とHd1遺伝子を介した概日時計出力系の相互作用により、発現制御され、短日条件のみで発現することを見いだし、概日時計に発現制御され「夜」に存在するHd1タンパク質が、フィトクロームを介した修飾の結果、日長条件により転写促進型になったり、転写抑制型になることで、日長測定をしているというモデルを提唱している(井澤ら、投稿準備中)。3)さらに、イネFT相同性遺伝子の過剰発現により、茎の先端にたった一個の花(小穂)ができる植物体を作成することに成功した。このことは、FT相同性遺伝子の機能が花芽形成のスイッチとしてだけではなく、生殖期間の長さの決定にも関与していることを示している(井澤ら、投稿準備中)。
油糧微生物の分子育種と微生物の特異な代謝機能を活用した有用物質生産

カビMortierella alpina 1S-4は、生体内で有用なアラキドン酸などの脂肪酸を多く蓄積する。本研究では、より多くのこれら有用脂質を生産するために、このカビを用いた遺伝子技術の開発、有用脂質の生合成経路の解明を行った。また、このカビは、コレステロールと構造が似ているデスモステロールを多く蓄積する。デスモステロールは天然では珍しいステロールであるが、生体内での役割は不明な点が多い。そこで、このカビを用いてデスモステロールの安定供給を目指した。これらの研究成果は、微生物の脂質生産に直結するだけでなく、微生物の脂質代謝機構を解明する上でも重要だと考えられる。1.アラキドン酸の工業生産株M. alpina 1S-4を用いて、相同組み換えを利用した遺伝子破壊系の構築を目指した。糸状菌において非相同組み換えに関わるタンパク質(Ku70あるいはKu80)遺伝子を破壊した株では相同組み換え頻度が上昇することが報告されている。そこでまず、M. alpina 1S-4からKu80遺伝子をクローニングした。本Ku80遺伝子は2,508bpから成り、836個のアミノ酸をコードしていた。アミノ酸配列を他生物由来のKu80と比較すると、2530%の相同性を示すことがわかった。2.M. alpina 1S-4から2つのステロールメチル基転移酵素(ERG6-1とERG6-2)遺伝子を単離した。本菌株内でのこれら遺伝子転写量を測定したところ、ERG6-1遺伝子の転写量は極めて低いことがわかった。さらに、RNAiによる機能解析を行ったところERG6-2遺伝子の転写量が低下することでステロール組成が変化することを見出した。以上より、ERG6-2は本菌のステロール生合成で重要な役割を担っていることを示すことができた。3.Mortierella属糸状菌は天然では珍しいデスモステロールをつくることができ、M. alpina FA113株はその生産性が最も高いことを見出している。そこで、分子育種によるデスモステロール生産を可能とするためM. alpina FA113の形質転換系を構築した。すなわち、デスモステロール生産能を維持したウラシル要求性株を取得し、選択マーカーを含むプラスミドをパーティクルガン法により導入することで形質転換を可能とした。4.酵母様微細藻プロトテカは直鎖状長鎖アルカンの5位の位置を酸化し、アルコール体、さらにケトン体へと変換するサブターミナル酸化経路を持つことを見出した。他の未知物質を同定したところ、ケトン体はバイヤビリガー反応により酸化され、1級アルコールと脂肪酸になることを明らかにした。1.アラキドン酸(20 : 4n-6)生産性糸状菌Mortierella alpina IS-4から新たな脂肪酸鎖長延長酵素MALCEI遺伝子を単離した。酵母発現系を用いて、MALCE1遺伝子がコードする酵素の機能を解析したところ、本酵素はパルミトレイン酸(16 : ln-7)、リノール酸(18 : 2n-6)、あるいは、α-リノレン酸(18 : 3n-3)を効率よく鎖長延長することをみいだした。さらに、RNAi法によるgene silencingを行ったところ、パルミチン酸(16 : 0)が蓄積したことから、MALCE1はM.alpina IS-4内でパルミチン酸をステアリン酸(18 : 0)へ変換する役割を担っていることが明らかになった。2. M. alpina IS-4とその誘導変異株を用いた分子育種により高度不飽和脂肪酸の生産を向上させた。すなわち、MALCEI遺伝子をM.alpina IS-4で過剰発現させたところ、生合成経路の最終脂肪酸であるアラキドン酸の生産量が約1.3倍となった。また、2つのGLELO(γ-リノレン酸(18 : 3n-6)をジホモ-γ-リノレン酸(20 : 3n-6)へ変換する鎖長延長酵素)遺伝子を含む発現ベクターを用いてGLELO遺伝子を過剰発現させたところアラキドン酸生産量が約1.5倍となった。変異株JT-180はΔ12脂肪酸不飽和化酵素活性が欠損しているが、一方で、Δ5とΔ6脂肪酸不飽和化酵素活性がM. alpina IS-4より高くなっている。JT-180でΔ12脂肪酸不飽和化酵素選伝子を発現させ、その活性を回復させることで、アラキドン酸の生産量を野生株よりも約1.8にすることができた。以上の知見は分子育種株による高度不飽和脂肪酸の実用生産つながる革新的な成果である。

1.これまでにアラキドン酸(20:4n-6)生産性糸状菌Mortierella alpina 1S-4から3つの脂肪酸鎖長延長酵素遺伝子を単離し、酵素の機能を解明してきた。本年度は、これまでに取得した鎖長延長酵素MALCE1とアミノ酸レベルでの相同性が50%を示すMALCE2をコードする遺伝子を単離し、その機能を解析した。酵母での発現実験を行ったところ、MALCE2はペンタデセン酸(15:1n-6)、パルミトレイン酸(16:1n-7)、オレイン酸(18:1n-9)、α-リノレン酸(18:3n-3)を鎖長延長することが明らかになった。このうち、特にパルミトオレイン酸を効率よく鎖長延長し、シスバクセン酸(18:1n-7)へと変換することがわかった。これまでに存在が確認されたこれら4つの鎖長延長酵素が菌体内でどのように機能発現しているか調べることで、高度不飽和脂肪酸生産制御に応用できると考えられる。2.糸状菌の形質転換では、相同組換えの頻度は一般的に非常に低い。M.alpina 1S-4においても外来遺伝子は非相同組換えによりゲノム上へ挿入される。そこで、非相同組換えに関わると考えられるKu80タンパク質に注目し、コードする遺伝子を相同組換えにより破壊することを試みた。70株程度の形質転換体のゲノムにおいて遺伝子挿入パターンを確認したところ、1株だけベクターが相同組換えにより目的位置に挿入されているKu80破壊株であることがわかった。さらに、非相同組換えの頻度が低くなっていると予想されるku80破壊株でΔ5脂肪酸不飽和化酵素遺伝子破壊を試みた。Δ5脂肪酸不飽和化酵素活性が低下することでアラキドン酸生産性が低くなった株が得られたので、ゲノム挿入パターンを確認したが予想されるパターンと完全に一致しなかった。今後は、非相同組換えの鍵酵素であるリガーゼ(Lig4)遺伝子の破壊株を用いて同様の実験を進める必要がある。
塩害耐性植物創製のための耐塩性遺伝子の探索

本年度は,耐塩性植物のオヒルギ(マングローブ)と,海水では生育不可能な中性植物のイネ,シロイヌナズナの遺伝子発現を比較解析することで,塩害耐性植物の創製に必須な耐塩性因子の同定を試みた。塩ストレスにより発現が増大する遺伝子を見出すため,イネ,シロイヌナズナ,オヒルギの三種について栄養成長に適した低濃度塩養液で栽培した後,海水レベルの高濃度塩水(500 mM NaCl)に置換し,6時間と24時間の遺伝子発現プロファイルを,11,997個の遺伝子を搭載したマイクロアレイを用いて構築した。前年度は,オヒルギを対象とした遺伝子発現プロファイリングによって耐塩性候補遺伝子を取得したが(M.Miyama and N.Hanagata(2007)Plant science 172(5)948-957),今回の結果これらの中には耐塩性能の低いイネ,シロイヌナズナにおいても発現誘導されるものが含まれることが分かった。これらは,オヒルギの有する耐塩性機構には寄与しない擬陽性の発現誘導であると考えられ,耐塩性候補遺伝子の中からは除いて考えた。これにより,耐塩性植物の耐塩性機構に深く関与し,なおかつ中性植物では塩ストレスによって発現誘導が見受けられない耐塩性候補遺伝子を特定することが出来た。本来耐塩性のない中性植物に,耐塩性遺伝子を導入,もしくは強発現させることで耐塩性を付与することが出来れば,現在塩害により耕作不能な土地を利用出来,また砂漠化,地球温暖化による地球環境の変動にも対応出来る可能性がある。特にイネ等の有用穀物に耐塩性を付与する技術の開発は,強く望まれている重要な技術である。今回の研究によって,今後の耐塩性植物創製のための分子育種研究における貴重な基盤情報を取得出来た。今後,本研究の情報を元にした耐塩性植物の創製の取り組みが期待される。1.マングローブ植物オヒルギ(Bruguiera gyninorhiza)、イネ、シロイヌナズナの3種を対象として、植物サンプル採取、DNAマイクロアレイ解析用のサンプル調製を予定通り完了した。さらに2.オヒルギ単独で、DNAマイクロアレイ解析を実施した。1.オヒルギ、イネ、シロイヌナズナを水耕栽培し、栽培開始後それぞれ半年、6週間、3週間の生育ステージの揃えた植物サンプルを用意した。サンプル採取し、コントロールサンプルとした。その後栽培溶液を500 mMNaCl溶液に置換することで塩ストレス付与を行い、ストレス付与後経時的にサンプル採取し、ストレス処理サンプルとした。得られたサンプルを用いて、RNA抽出、逆転写反応、蛍光標識を行うことで、DNAマイクロアレイ解析用サンプルを調整した。2.14,842個のオヒルギEST(DDBJ accession nos. BP938635-BP953476)より重複のないように選抜した7029個のcDNAを搭載したマイクロアレイを用いて、オヒルギの遺伝子発現強度を解析した。(ストレス処理サンプルの発現強度/コントロールサンプルのシグナル発現強度)を遺伝子発現強度比として、塩ストレスによる遺伝子発現変動を解析した。解析の結果、塩処理後の遺伝子変動は、ストレス付与後数時間以内に迅速に発生することが分かった。また、遺伝子発現変動はストレス付与後の経過時間が違っても同一組織内では類似した傾向を示したが、葉と根の組織間では大きく違った。複数の条件下において塩処理によって5倍以上に発現が誘導される数十の遺伝子群を同定した。これらの遺伝子群はオヒルギの耐塩性に寄与すると考えられる。今後、イネ、シロイヌナズナとの遺伝子発現比較解析を行うことで、これらの遺伝子群の中で、塩生植物オヒルギで特異的に発現誘導される遺伝子群を絞り込む予定である。
緑色蛍光タンパク質の超精密構造解析

外殻電子の分布や電荷、水素原子位置、分極状態は、タンパク質分子の物性や反応性の理解のために重要な情報であるが、これまでに解析例はほとんどない。本研究では、緑色蛍光タンパク質(GFP)の基底状態および光反応中間体について、超高分解能X線電荷密度解析および中性子線結晶構造解析をおこない、外殻電子の分布や原子の電荷、水素原子位置、分極状態およびそれらの光反応による変化を測定して、実験的に決定した微細な構造情報から発光機構を解明するのが本研究の目的である。しかしながら、野生型GFPは発色団近傍に構造多型を持ち、A型とB型の構造を持つ分子が、3:1の割合で混在している。これらの発光機構の詳細は異なるため、それぞれについて研究を進めなければならない。そこで本研究では、A型構造の解析にはT203I変異体を、B型構造の解析にはS65TおよびE222Q変異体を使用して回折実験に使用する結晶を作製し、A型およびB型構造を持つ変異体について、高分解能(最高分解能<1.0 Å)X線結晶構造解析をおこなった。また、予備的な中性子線回折実験をおこなった。さらには、微結晶を磁場配向させた擬似単結晶を使用して構造解析をおこなうことができた。今後、プロトンを含む全水素原子を観察するために、中性子線解析を完成させる。また、蛍光発光の機構解明をおこなうために、さまざまな光強度下で励起状態の割合の異なる複数の回折データを収集し、励起状態の構造を解明する予定である。A型構造の解析にはT203I変異体を、B型構造の解析にはS65TおよびE222Q変異体を使用して回折実験に使用する結晶を作製し、A型およびB型構造を持つ変異体について、高分解能(最高分解能<1.0 Å)で水素原子を含めた構造決定をおこなった。また、0.8 Åより高い分解能のX線回折データを収集したE222Q変異体については、電荷密度解析とトポロジー解析をおこない、価電子の分布や電荷などを決定することができた。また、中性子線回折実験に向けて大型結晶(<1.0 mm3)を作成し、また、パルス中性子線を使用して、予備的な中性子線回折実験をおこない、1.8 Å分解能の回折反射を測定することに成功した。装置関数の補正方法などの検討を実施して適切な回折データ処理をおこなう方法を確立した。さらには、微結晶を磁場配向させた擬似単結晶を作製してX線結晶構造解析をおこない、回折データ収集と構造解析をおこなうことができた。プロトンを含む全水素原子を観察するために、中性子線解析を完成させる。蛍光発光の機構解明には光励起状態の構造情報は有用であるが、タンパク質の光励起状態の構造が解明された例はない。そこで、さまざまな光強度下で励起状態の割合の異なる複数の回折データを収集し、励起状態の構造を解明する。また、励起状態に近い構造を持つ変異体を作製して、そのX線構造解析もおこなう。

さらには、微結晶を磁場配向させた擬似単結晶を作製してX線結晶構造解析をおこない、回折データ収集と構造解析をおこなうことができた。プロトンを含む全水素原子を観察するために、中性子線解析を完成させる。蛍光発光の機構解明には光励起状態の構造情報は有用であるが、タンパク質の光励起状態の構造が解明された例はない。そこで、さまざまな光強度下で励起状態の割合の異なる複数の回折データを収集し、励起状態の構造を解明する。また、励起状態に近い構造を持つ変異体を作製して、そのX線構造解析もおこなう。
バナジウム濃縮関連遺伝子の機能破壊とバナジウム放出経路の研究

本研究では微量金属イオンの代謝経路と生理学的意義の解明のために、バナジウムを高度に濃縮するホヤ類をモデル系として、人工酵素によるノックアウトホヤの作成実験とバナジウム濃縮経路の逆経路による生理作用の検証実験を行った。また当初計画をさらに深く掘り下げるためにメタゲノム解析とトランスクリプトーム解析も並行して進めた。バナジウム濃度の異なる3種のホヤの器官ごとのメタゲノム解析を行い、金属濃縮度と相関する細菌群を見出した。また、バナジウム放出経路に関与する血球で高発現する新規バナジウム結合タンパク質およびバナジウムチャネル候補遺伝子を見出した。平成25年度は、カタユウレイボヤCiona intestinalisを研究材料として以下の3つの課題を並行して実施した。(1)カタユウレイボヤのゲノム中に存在するVanabin3をターゲットとするTALEN人工酵素を設計し、ベクター構築を行った。mRNAを合成し、ホヤ受精卵にマイクロインジェクションした。高頻度で導入できることを確認した。(2)カタユウレイボヤの5種類のVanabinを含むゲノム領域全体をターゲットとするTALEN人工酵素を設計し、ベクター構築を行った。(1)と同様に実験を行い、高頻度で導入できることを確認した。(3)Vanabinの9対のSS結合が、バナジウムの還元にどのように関与するか検証した。またチオレドキシンのSS結合との間で電子伝達反応が起こるか否か検証した。本研究では微量金属イオンの代謝経路と生理学的意義の解明のために、バナジウムを高度に濃縮するホヤ類をモデル系として、人工酵素によるノックアウトホヤの作成実験とバナジウム濃縮代謝の逆経路による生理作用の検証実験を行う。平成26年度は以下の項目を実施した。(1)カタユウレイボヤのVanabin3遺伝子をターゲットとした変異ホヤ個体を飼育し、G1世代を得た。(2)カタユウレイボヤの5つのVanabin遺伝子全体を大きく欠損させた変異ホヤを飼育し、G1世代を得た。(3)これら2系統について、主要各組織における遺伝子発現変動をマイクロアレイおよびRT-PCR、原子吸光分光光度計で表現型の変化を調べた。(4)バナジウム濃縮に関与する腸内細菌の細菌叢のメタゲノム解析を行った。(5)バナジウム濃縮細胞のトランスクリプトーム解析を行った。8520個のユニークな遺伝子産物を同定した。本研究では微量金属イオンの代謝経路と生理学的意義の解明のために、バナジウムを高度に濃縮するホヤ類をモデル系として、人工酵素によるノックアウトホヤの作成実験とバナジウム濃縮経路の逆経路による生理作用の検証実験を行う。平成27年度は以下の項目を実施した。(1)カタユウレイボヤの5つのVanabin遺伝子全体を大きく欠損させたホヤを作成し、その性質の解析を行った。(2)トランスクリプトーム解析の結果にもとづき、in vitro機能解析を組み直した。(3)バナジウム濃度の異なる3種のホヤの器官ごとのメタゲノム解析を行い、金属濃縮度と相関する細菌群を見出した。(4)腸内細菌に由来するバナジウム還元酵素を見出した。(5)トランスクリプトーム解析の結果を精査し、新規バナジウム結合タンパク質およびバナジウム膜輸送体候補遺伝子を見出した。2種類の方針に沿った変異体の作成が順調に進んでいる。in vitro解析は予想していた結果と異なる結果が得られたので、トランスクリプトーム解析を並行して行うことで解決しようとしている。分子生理学全体的には当初計画通り変更無く推進する。(1)5つのVanabin遺伝子全体を大きく欠損させた変異ホヤの解析を中心に進める。(2)トランスクリプトーム解析の結果を参考にしてin vitro機能解析を組み立て直す。TALEN人工酵素による遺伝子改変は、効率よく起こることが分かったが、変異体の長期飼育について技術的問題があり成功していない。カタユウレイボヤvanabinのin vitro機能解析に先立って、技術的問題を解決するために別種のホヤでの確認実験を優先的に進めた。研究は全体的に概ね順調に進行したが、in vitro機能解析実験の一部が次年度に持ち越したため消耗品費として使用する予定額の一部が次年度使用となった。全体的には当初計画通り変更なく推進する。(1)5種類のVanabinを含むゲノム領域全体をターゲットとするTALENが有効であるとわかったので、それを優先的に進める。(2)別種のホヤでの技術的問題の解決が済み次第、当初計画のカタユウレイボヤVanabinを用いたin vitro解析を進める。次年度に持ち越したin vitro機能解析実験において消耗品として使用する。ほぼ当初予定通り研究計画が遂行できたが、若干の端数が生じた。問題ない。概ね当初計画どおりに進める予定である。
網膜の領域特異化に機能する分子群の総合的解析

RLCS法により、ニワトリ網膜において領域特異的に発現する分子を多数同定した。これら領域特異的な発現を示す分子群の機能解析を進めることにより、網膜における領域特異化の分子機構の解明を行う。今年度はこれら分子群の中で、特に新規分泌性因子Ventroptinを中心に解析を進めた。Ventroptinはニワトリ網膜において、前後軸に沿って前側で高く、背腹軸に沿って腹側で高い発現勾配を示す新規分子である。本分子はBMP-4に結合し、その活性を阻害する中和分子であることが、アフリカツメガエルを用いた実験等により判明した。Ventroptinの網膜における機能を明らかにする目的で、網膜全体にVentroptinを強制発現させたところ、背腹軸方向と前後軸方向の両方軸において、正常な神経回路が視蓋に対して形成されないことがわかった。この時、背腹軸方向においては、本来背側において特異的に発現するBMP-4,Tbx5の発現が抑制されており、一方腹側で発現するcVaxの発現領域が背側に拡大していた。また前後軸方向においては鼻側で発現するephrin A2の耳側領域での発現誘導が見られた。Ventroptinは以上の分子の発現領域を制御することにより、背腹軸・前後軸両方向における領域特異性、並びに神経投射を制御していると考えられた。以上の結果は、これまで独立であると考えられていた前後軸と背腹軸、両軸方向の領域特異化について、Ventroptinが関与する巧妙な制御機構が存在することを示している。
癌細胞特異的に作用する微生物由来毒素による癌細胞認識機構の解明

Parasporin-2(PS2)は、Bacillus thuringiensisが封入体として産生し、特定のがん細胞に細胞障害性を示す微生物性タンパク質である。我々は、新規抗がん剤候補としてPS2の可能性を評価する為、PS2に蛍光標識を行いマウス生体への投与を試みた。PS2の挙動を評価する為、マウス肺癌由来細胞KLN205細胞を皮下移植した坦癌マウスに標識PS2を尾静脈から投与した。投与後24時間で標識PS2は、坦癌組織のみで観察された。このことは、PS2が癌組織のみに集積する可能性を示す。1. PS2の機能性ドメイン検索PS2と3次元構造が類似するε-toxinにおいて、PS2と大きく3次元構造が異なるαヘリックス部分が細胞認識に関わると示唆されている。そこで、PS2のαヘリックス部分を欠除あるいは一部配列を他のアミノ酸に置換した変異体を作成し、感受性細胞HepG2へ作用させた。αヘリックスに関連した変異型PS2は、細胞表面へ結合が維持されていた。このことは、この部分においては細胞の認識に関与せず、他の部分が、細胞認識を担っていると予測される。2. PS2細胞認識に関わる蛋白複合体の同定PS2立体構造上表面に露出するセリンを、それぞれシステインに置き換え、細胞認識あるいは細胞毒性発揮に影響を及ぼす部位を検索した。今回作成した変異体では、細胞認識および障害性は維持されていた。しかし、S209C、および、S191C変異体では細胞毒性が野生型に対し低下し、細胞障害性に影響を与えた。S209C変異体は、HepG2細胞膜表面上において作用後1時間で野生型では形成されるるOligomer化が起こらなかった。そのため、209番目のセリン周辺にOligomer化に関与する部位が存在すると考えられる。また、この変異体を用いた蛋白複合体検索により、Oligomer化に必要な他の因子の同定が期待される。3.マウス生体内におけるPS2の細胞認識性2で作成したS191C変異体を用いて、PS2の蛍光標識を行い、蛍光標識PS2を作成した。PS2感受性細胞であるKLN206細胞をマウス皮下移植した坦癌マウスに、標識PS2を尾静脈投与後、マウス全身での蛍光を実体蛍光顕微鏡にて観察した。その結果、標識PS2の蛍光は坦癌部分に観察されたが、坦癌部に比べて、他の臓器では蛍光が認められなかった。このことは、PS2の細胞認識は、生体内でも維持されると考えられる。1.PS2機能性ドメイン検索Parasporin-2と類似の立体構造をもつεToxinにおいて、細胞認識にαHelix関与することが示されている。Parasporin-2においても同様の部位に細胞認識ドメインがあると考えαHelixを欠除する変異体の作成および、大腸菌を用いて発現精製した。しかし、この変異体によるParasporin-2の細胞認識には変化が認められなかった。このことは、他の部位に認識に関わる部位が存在していることを示唆している。本年度、Parasporin-2全長におけるN末端およびC末端からの複数種類の欠失体の作成を試みた。Parasporin-2は、高い自己凝集性があるため、可溶化しやすいと考えられる。GST融合タンパク質として大腸菌に発現させ回収を行った。しかし、精製の過程での蛋白の損失が著しく必要な量の欠失体を得ることができなかった。この過程において、Parasperin-2のもつ低温条件下でみられる凝集性増加が欠失体でも観察されており複数のカラムを通過する際に、自己凝集を起こし、カラム内に残存したために回収できなかったと考えられる。そこで、標識タグを分子量の小さいHisに変更し、HisタグとのFusionProteinとして発現回収し、その機能性評価を行おうと試みている。現在、全ての欠失体のプラスミドへの組み込みが終了し大腸菌に発現させ欠失体の精製を行っている。2.マウス生体内におけるParasporin-2細胞認識性の確認前年度において、Alexa488をParasporin-2へ標識し癌細胞皮下移植マウスへの静脈内投与により高い癌細胞への集積性が維持されていることが確認された。今後、これらを、皮下移植による坦癌組織ではなくより病態に近い、肺癌組織の肺内投与あるいは、転移病巣への集積性を確認する為の準備を進めているところである。具体的には、移植細胞にRFPを安定に発現させ癌細胞の標識を行う。現在、これらの細胞株の樹立の準備を進めている。また、体内の深部組織にParasporin-2を作用させるため、マクロ観察時により深い位置での蛍光が観察できるAlexa680によるParasporin-2の標識を行っている。
腫瘍溶解アデノウイルスの効果増強のための試み

2019年度は、口腔がん細胞への効果検証を中心に解析する。口腔がん培養細胞をエタノール処理し、細胞質に存在するHuRが最も多いエタノールの条件を決定する。次に、その条件下で、Ad+AUの口腔がんに対する腫瘍溶解効果、即ち増殖ウイルス数を確定し、XTT assayにより細胞死を検討する。2020年度は、既存の腫瘍溶解ウイルスONYX-015との比較を行う。ONYX-015とAd+AU+エタノールでどちらがその効果が増強されるか、上述と同様に検討する。
隣接位にケイ素を有するオレフィンを利用した含ケイ素環状化合物の合成とその応用

ケイ素は炭素と同様、「結合の手」を4つ持っている。しかし、ケイ素は炭素と様々な点で異なっている。その最たる点として、ケイ素は地球上で2番目に多く存在する元素であるが、あらゆる生体内(細菌も含む)に含まれていないという点だ。その特性を活かし、耐性菌が問題になっている抗菌薬を母骨格とし、そこにケイ素を導入しようと考えている。細菌でさえ扱っていないケイ素を導入すれば耐性菌が生まれない夢の新薬ができると期待している。
使用済み脱硝触媒の粉砕物を利用する煙道ガス中気相水銀の分離回収プロセスの開発

本研究は,排ガス中水銀の分離回収のために,廃脱硝触媒を粉砕して得られる粒子を水銀捕捉剤として利用する省資源,安全,省エネルギー,低環境負荷の水銀分離回収プロセスを提案し,その具体的指針を得ることを目標とする.脱硝触媒はアンモニアの酸化反応によるNOx還元がその機能であり,強い酸化力を持っている.よって,高価な添加剤等を加えることなく,低コストで高機能の水銀酸化捕捉剤が得られる.また,固体粒子材料であるため,非腐食性であり,排ガス処理装置に対する負荷が小さい.さらに,捕捉剤粒子の回収は既存の集塵器で行われるため,外部からエネルギー投入する必要がない.本研究は,排ガス中水銀の分離回収のために,廃脱硝触媒を粉砕して得られる粒子を水銀捕捉剤として利用する省資源,安全,省エネルギー,低環境負荷の水銀分離回収プロセスを提案し,その具体的指針を得ることを目標とする.脱硝触媒はアンモニアの酸化反応によるNOx還元がその機能であり,強い酸化力を持っている.よって,高価な添加剤等を加えることなく,低コストで高機能の水銀酸化捕捉剤が得られる.また,固体粒子材料であるため,非腐食性であり,排ガス処理装置に対する負荷が小さい.さらに,捕捉剤粒子の回収は既存の集塵器で行われるため,外部からエネルギー投入する必要がない.
微粒子プラズマ中のクーロン格子形成

プロセスプラズマ,宇宙プラズマなどで微粒子の役割,ならびに構造形成等について調査を行い,シミュレーションモデリングを行った.シミュレーションは,最初に,微粒子の相互作用をYukawa型で扱うモデルによってシミュレーションコードを作成し,クーロン格子形成を確かめ,これまでの研究と比較した.この方法ではプラズマと微粒子の相互作用に関して大きな近似をしていることになるので,より微粒子プラズマのふるいを詳しく取り入れたモデルとして,微粒子,正イオン,電子のダイナミックス,微粒子への正イオン,電子の付着等の物理過程を取り入れた計算機シミュレーションモデリングをおこなった,このモデルに基づいて計算機シミュレーションコードを開発し,シミュレーションをおこなった.その結果,微粒子が時間とともに負に帯電し,微粒子の電荷量の増大に伴ってクーロン格子が形成されることを確かめた.この様子は実験的に観測されている微粒子プラズマの形成およびクーロン格子形成と対応していると考えられる.しかし,このモデルでは個々の粒子間の相互作用を直接解いているため非常に多くの計算時間がかかり,現在の段階では,イオンおよび電子それぞれを数千個,微粒子を数個しか取り扱えない.そこで,PPPM法による微粒子プラズマ解析コードを開発した.この方法では近傍の粒子の相互作用は直接取り入れるが,十分距離が離れている粒子間の相互作用は空間格子を用いて求める.このため多くの粒子を取り扱っても計算時間はそれほど増えず,長時間の解析が可能となる.一方,プラズマ中に径の小さい超微粒子を導入した場合のプラズマ構造形成について,PIC-CIC法によるプラズマ粒子シミュレーションを行った.その結果,無衝突プラズマ中にC_<60>分子を局所的に導入した場合,その領域に負の電位構造が形成され,その構造が間欠的にプラズマ流下流方向に負の孤立波として伝播していくことを明らかにした.プロセスプラズマ,宇宙プラズマなどで微粒子の役割,ならびに構造形成等について調査を行い,シミュレーションモデリングを行った.シミュレーションは,最初に,微粒子の相互作用をYukawa型で扱うモデルによってシミュレーションコードを作成し,クーロン格子形成を確かめ,これまでの研究と比較した.この方法ではプラズマと微粒子の相互作用に関して大きな近似をしていることになるので,より微粒子プラズマのふるいを詳しく取り入れたモデルとして,微粒子,正イオン,電子のダイナミックス,微粒子への正イオン,電子の付着等の物理過程を取り入れた計算機シミュレーションモデリングをおこなった,このモデルに基づいて計算機シミュレーションコードを開発し,シミュレーションをおこなった.その結果,微粒子が時間とともに負に帯電し,微粒子の電荷量の増大に伴ってクーロン格子が形成されることを確かめた.この様子は実験的に観測されている微粒子プラズマの形成およびクーロン格子形成と対応していると考えられる.しかし,このモデルでは個々の粒子間の相互作用を直接解いているため非常に多くの計算時間がかかり,現在の段階では,イオンおよび電子それぞれを数千個,微粒子を数個しか取り扱えない.そこで,PPPM法による微粒子プラズマ解析コードを開発した.この方法では近傍の粒子の相互作用は直接取り入れるが,十分距離が離れている粒子間の相互作用は空間格子を用いて求める.このため多くの粒子を取り扱っても計算時間はそれほど増えず,長時間の解析が可能となる.一方,プラズマ中に径の小さい超微粒子を導入した場合のプラズマ構造形成について,PIC-CIC法によるプラズマ粒子シミュレーションを行った.その結果,無衝突プラズマ中にC_<60>分子を局所的に導入した場合,その領域に負の電位構造が形成され,その構造が間欠的にプラズマ流下流方向に負の孤立波として伝播していくことを明らかにした.プロセスプラズマ,宇宙プラズマなどで微粒子の役割,ならびに構造形成について調査を行い,シミュレーションモデリングの方法について検討を行った.シミュレーションは,最初に,微粒子の相互作用をYukawa型で扱うモデルによってシミュレーションコードを作成し,クーロン格子形成を確かめ,これまでの研究と比較した.この方法ではプラズマと微粒子の相互作用に関して大きな近似をしていることになるので,より微粒子プラズマのふるまいを詳しく取り入れたモデルとして,微粒子,正イオン,電子のダイナミックス,微粒子への正イオン,電子の付着等の物理過程を取り入れた計算機シミュレーションモデリングをおこなった.このモデルに基づいて計算機シミュレーションコードを開発し,テスト的なシミュレーションをおこなった.その結果,微粒子が時間とともに負に帯電し,微粒子の電荷量の増大に伴ってクーロン格子が形成されることを確かめた.この様子は実験的に観測されている微粒子プラズマの形成およびクーロン格子形成と対応していると考えられる.しかし,このモデルでは個々の粒子間の相互作用を直接解いているため非常に多くの計算時間がかかり,現在の段階では,イオンおよび電子それぞれを数千個,微粒子を数個しか取り扱えない.そのため,実験等で指摘されているクーロン格子の詳細な構造に関しては議論できる段階にはない.現在,さらに多くの粒子を取り扱いうるようなモデルについて,これまで取り入れていなかった微粒子同士の結合,微粒子からの二次電子放出などをどう取り入れていくかなどについて検討している.プロセスプラズマ,宇宙プラズマなどで微粒子の役割,ならびに構造形成等について調査を行い,シミュレーションモデリングを行った.シミュレーションは,最初に,微粒子の相互作用をYukawa型で扱うモデルによってシミュレーションコードを作成し,クーロン格子形成を確かめ,これまでの研究と比較した.この方法ではプラズマと微粒子の相互作用に関して大きな近似をしていることになるので,より微粒子プラズマのふるまいを詳しく取り入れたモデルとして,微粒子,正イオン,電子のダイナミックス,微粒子への正イオン,電子の付着等の物理過程を取り入れた計算機シミュレーションモデリングをおこなった,このモデルに基づいて計算機シミュレーションコードを開発し,シミュレーションをおこなった.その結果,微粒子が時間とともに負に帯電し,微粒子の電荷量の増大に伴ってクーロン格子が形成されることを確かめた.

この様子は実験的に観測されている微粒子プラズマの形成およびクーロン格子形成と対応していると考えられる.しかし,このモデルでは個々の粒子間の相互作用を直接解いているため非常に多くの計算時間がかかり,現在の段階では,イオンおよび電子それぞれを数千個,微粒子を数個しか取り扱えない.そこで,PPPM法による微粒子プラズマ解析コードを開発した.この方法では近傍の粒子の相互作用は直接取り入れるが,十分距離が離れている粒子間の相互作用は空間格子を用いて求める.このため多くの粒子を取り扱っても計算時間はそれほど増えず,長時間の解析が可能となる.一方プラズマ中に系の小さい超微粒子導入した場合のプラズマ構造形成について,PIC-CIC法によるプラズマ粒子シミュレーションを行い,無衝突プラズマ中にC_<60>分子を局所的に導入した場合,その領域に負の電位構造が形成され,その構造が間欠的にプラズマ流下流方向に負の孤立波として伝播していくことを明らかにした.