hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
mRNAの品質管理機構(Quality Control)

酸化RNAに特異的に、且つ強固に結合する蛋白を大腸菌およびマウス細胞抽出液中に検出し、大腸菌についてはこれがPNP蛋白(pnp遺伝子)であることを報告した(Biochemistry 2001)、この成果をもとに、以下に述べる2つのアプローチでヒト酸化RNA結合蛋白・遺伝子のクローニングを試みた。それぞれのアプローチについて研究実績を記す。1)構造的ホモログの検索大腸菌PNP蛋白のアミノ酸配列情報を元にESTデータベースから構造的ホモログを同定しこれをクローニングした。現在クローニングしたcDNAを大腸菌で発現させ、その遺伝子産物について生化学的解析を〓めつつある。2)機能的ホモログの検索酸化RNA結合蛋白を生化学的に検索し、ヒトYB-1蛋白にそのような活性があることを明らかにした。さらに様々なdeletion変異蛋白を合成し、結合ドメインを明らかにした。また、このヒト蛋白を大腸菌で過剰発現させると酸化ストレスを引き起こすパラコートに対して耐性になることが明らかとなった。これらの結果は既に下記の論文として報告した。(Biochemistry 2002)。3)上記の1)2)のRNAの酸化に関する研究と並行して、ヌクレオチドの酸化に対する生体防御機構について解析を行い、酸化型dGTPを分解するヒト酵素(MTH1)について新たな生化学的知見を報告した(J.M.B.2002)。酸化RNA(8oxoguanine-RNA)に特異的に、且つ強固に結合する蛋白を大腸菌およびマウス脳抽出液中に検出し、大腸菌についてはそのうちの1つがPolynucleotide phosphorylase(PNP蛋白)であることを同定、報告した。(Biochemistry 40,9977-9982 22001)。この遺伝子を欠損した変異株は、酸化ストレスを引き起こすパラコートに対して耐性となるが、遺伝子を導入すると感受性は元のレベルに回復した。このpnp遺伝子にホモロジーをもつ配列が、ESTデーターベース上に多数登録されていることが判ったので、pnp遺伝子情報を元に仮想配列を想定し、目的とするcDNAを決定し、そのDNAを入手した。入手したものについて実際にDNA配列を決定したところ、ほぼ予想した配列に該当した。このcDNAからコードされると期待される蛋白の一次配列は大腸菌PNP蛋白と全域にわたってホモロジーがありた。これとは別に、直接結合活性を指標にヒト蛋白を生化学的に検索したところ、1ヶの蛋白を同定することができた。これは既知蛋白であるが、新たな結合活性を有することが明らかになった。酸化RNAに特異的に、且つ強固に結合する蛋白を大腸菌およびマウス細胞抽出液中に検出し、大腸菌についてはこれがPNP蛋白(pnp遺伝子)であることを既に報告した(Biochemistry 2001)、この成果を基盤として、以下に述べる2つのアプローチでヒトの酸化RNA結合蛋白・遺伝子のクローニングを試みた。1)構造的ホモログの検索大腸菌PNP蛋白のアミノ酸配列情報を元にESTデーターベースから構造的ホモログを同定しこれをクローニングした。現在クローニングしたcDNAを大腸菌で発現させ、その遺伝子産物について生化学的解析を進めつつある。3)上記の1)2)のRNAの酸化に関する研究と並行して、ヌクレオチドの酸化に対する生体防御横構について解析を行い、酸化型dGTPを分解するヒト酵素(MTH1)について新たな生化学的知見を報告した(J. M. B. 2002)。
熱ショック蛋白APG−1の標的基質となる精巣蛋白質の同定

原核生物から真核生物にいたるすべての生物は高温にさらされると一群の熱ショック蛋白(HSP)を合成する。HSPの一部は分子シャペロンとして機能し、蛋白質の高次構造決定や細胞内輸送に関与することが判明している。我々は精巣の特異な熱感受性を解析する過程で新たにHSP遺伝子apg-1及びapg-2を単離し、これらがHSP105/110と共に独立の群を形成することを明らかにした。そこでAPG-1蛋白質の精巣内標的物質の検索を試みた。1)GSTとAPG-1との融合蛋白質を大腸菌に発現させ、精製した。この蛋白と結合するポリペプチドを、ファージ表面に発現させたランダムペプチドライブラリーを用いてスクリーニングしたが、特異的なものは得られなかった。さらに技術を開発する必要がある。2)マウス生殖細胞では、体細胞と異なり、恒常的にAPG-1が発現しており、32度から39度Cへの温度変化での発現亢進は見られないことが明らかになった。3)抗APG-1抗体により、精巣でAPG-1とともに免疫沈降する蛋白の同定を試みたが、明確な結果は得られなかった。4)APG-1遺伝子ノックアウトマウスの形質から、APG-1蛋白質の精巣内標的物質を類推するために、APG-1遺伝子ノックアウトマウス作製を開始した。
遺伝性大腸癌の層別化に基づく発癌分子機構の解明

家族性腺腫性ポリープ症(FAP)は、結腸直腸癌(CRC)の発症素因を伴う多数の結腸直腸腺腫性ポリープを特徴とする遺伝性疾患である。今回我々はInfinium 450K BeadArrayを使用して、7個の癌と16個の腺腫を含むFAP腫瘍23検体に対し、ゲノムワイドなDNAメチル化解析を行った。比較対象として、The Cancer Genome Atlasおよび公共のデータベースより、297個のCRC、45個の腺腫、および37個の正常粘膜のInfinium 450kデータを使用した。FAPおよび散発性CRC /腺腫のメチル化情報を二方向性階層的クラスタリング分析を用い解析した結果、散発性CRCが4つのDNAメチル化エピジェノタイプ(ME)に分類されることが明らかになった(高ME(HME)、中ME(IME)、低ME(LME)、正常粘膜に近いME(NME))。また、5つのFAP腫瘍(2個の癌と3個の腺腫)がIMEでクラスタ化されていたのに対し、18個のFAP腫瘍(5個の癌と13個の腺腫)がNMEでクラスタ化されていた。IMEに属すFAP腫瘍は散発性CRCと同様にKRAS変異と有意に相関していた。しかし、IME症例において、DNAメチル化頻度は散発性CRCおよび腺腫よりもFAP腫瘍において有意に少なく、そしてこれらの非メチル化遺伝子はWNTファミリー遺伝子およびいくつかのタイプの癌遺伝子を含んでいた。以上のことより、散発性CRCおよび腺腫は4つのME(HME、IME、LME、およびNME)に分類されたが、FAP腫瘍は少なくとも2つのサブタイプ(IMEおよびNME)に分類されることが示された。また、散発的IME CRC /腺腫と比較し、FAPのIME腫瘍は有意に低いメチル化頻度であり、DNAメチル化が散発的CRCの腫瘍形成とは異なることを示唆した。当初の検体数より少ない数での解析となった。しかしながら、公共データベースと合わせて解析を行うことで、網羅的な解析が可能となった。そのため、FAP特異的遺伝子の探索にたいしても、WNT関連因子等が上がってきており、以降の実験には支障ないと考えられる。さらなる検体の増加のため、関連施設を含め採取していく予定である。増加した検体に対し、InfiniumBeadArrayを行うが、今後は450Kではなく850Kの使用も視野にいれて解析を行う。また、今回見つかった遺伝子群に対して機能解析を行っていく予定である。大腸癌全体の約10%には遺伝性大腸癌が存在し、若年発症傾向や多発性および他臓器への発癌を高頻度で合併する高リスク悪性腫瘍群であるが、散発性大腸癌との相違点が解明されておらず、散発性大腸癌と同様に扱うべきか、個別に扱うべきか、対応に因循する問題点がある。特徴的なポリープ像から家族性大腸腺腫症(FAP)は比較的診断されやすいが、臨床的特徴に乏しいLynch症候群には多くが見逃されがちである。遺伝子診断的には、FAPの原因はAPC変異が主である一方で、Lynch症候群には、ミスマッチ修復遺伝子(MLH1、MSH2、PMS2など)の欠損だけでなく、増殖因子受容体(TGFBR2およびIGF2R)やアポトーシスに関連する遺伝子(BAX)、DNA修復遺伝子(MSH3およびMSH6)等の体細胞変異の既報が見られるが、診断決定性が乏しい上、両癌種には例外的な症例も少なくない。遺伝性大腸癌はリスク対策だけでなく、最適な治療提供、新規治療開発の大前提となる症例の層別化と各群の発癌分子基盤の解明がいまだに非常に不十分であるといえる。本研究は遺伝性大腸癌を網羅的解析により層別化、発癌分子機序を解明することを目的とし以下の研究を進める。遺伝性大腸腫瘍の臨床検体350-400検体を用い、複数の医療施設と連携の下研究を進める。正常粘膜、腫瘍病変の凍結標本およびホルマリン固定標本より核酸を抽出し、パイロシークエンス、Infinium450Kビーズアレイ法を行い、階層的クラスタリングによりメチル化網羅的解析を行う。さらにエクソン変異解析によって胚細胞性変異遺伝子の有無を中心に、抽出された遺伝子群の中から機能解析によりドライバー遺伝子候補を絞り込む。それら候補遺伝子に対してはノックダウン、強制発現を行い、癌進展の原因と関連する新たな治療標的となるドライバー遺伝子を同定する。協力機関との連携のもと、検体採取は滞りなく進んでいる。家族性大腸腺腫症の腫瘍、正常粘膜、前がん病変に対し、レーザーマイクロダイセクションを施行し、正確に検体を収集した。収集した検体よりゲノムDNAを回収し、バイサルファイトC-T変換を施す。それらサンプルの中で、DNAのクオリティが高く、特徴的な変異遺伝子や環境因子の存在するものについて、Infinium450Kビーズアレイ法を用いて網羅的DNAメチル化解析を進めた。その結果、家族性大腸腺腫症について、少なくとも2つのサブクラスが存在し、そのうちの1つは正常粘膜に限りなく近いメチル化レベルを持つことが判明した。

比較対象として、The Cancer Genome Atlasおよび公共のデータベースより、297個のCRC、45個の腺腫、および37個の正常粘膜のInfinium 450kデータを使用した。FAPおよび散発性CRC /腺腫のメチル化情報を二方向性階層的クラスタリング分析を用い解析した結果、散発性CRCが4つのDNAメチル化エピジェノタイプ(ME)に分類されることが明らかになった(高ME(HME)、中ME(IME)、低ME(LME)、正常粘膜に近いME(NME))。また、5つのFAP腫瘍(2個の癌と3個の腺腫)がIMEでクラスタ化されていたのに対し、18個のFAP腫瘍(5個の癌と13個の腺腫)がNMEでクラスタ化されていた。IMEに属すFAP腫瘍は散発性CRCと同様にKRAS変異と有意に相関していた。しかし、IME症例において、DNAメチル化頻度は散発性CRCおよび腺腫よりもFAP腫瘍において有意に少なく、そしてこれらの非メチル化遺伝子はWNTファミリー遺伝子およびいくつかのタイプの癌遺伝子を含んでいた。以上のことより、散発性CRCおよび腺腫は4つのME(HME、IME、LME、およびNME)に分類されたが、FAP腫瘍は少なくとも2つのサブタイプ(IMEおよびNME)に分類されることが示された。また、散発的IME CRC /腺腫と比較し、FAPのIME腫瘍は有意に低いメチル化頻度であり、DNAメチル化が散発的CRCの腫瘍形成とは異なることを示唆した。当初の検体数より少ない数での解析となった。しかしながら、公共データベースと合わせて解析を行うことで、網羅的な解析が可能となった。そのため、FAP特異的遺伝子の探索にたいしても、WNT関連因子等が上がってきており、以降の実験には支障ないと考えられる。引き続き、検体収集、特異的なメチル化マーカーの検索、ゲノム変異解析等を行う。A)臨床検体準備:家族性大腸腺腫症に関して曖昧なサブタイプを明瞭にするため、さらに10症例以上100検体以上の検体を準備する。C)ゲノム変異解析:ゲノム変異解析においては、FAP検体に対して胚細胞性変異遺伝子だけでなく、体細胞変異として、APC・MYHなどドライバー遺伝子候補のエクソン変異解析を行う。抽出された遺伝子群に対しては、GSEA解析やpathway解析を進め、ドライバー遺伝子候補を絞り込む。D)機能解析:ゲノム変異解析を通して絞り込んだドライバー候補遺伝子に対し、近似したサブタイプに属する大腸癌細胞株を用いてshRNAによるノックダウンを行う。一方、異なったサブタイプの大腸癌細胞株および正常細胞株に対しては遺伝子強制発現を行い、遺伝性大腸癌の特徴を取捨するかを検討する。遺伝性大腸癌の特徴を得た系に対しては、有効なカウンター薬剤の探索も進める。さらなる検体の増加のため、関連施設を含め採取していく予定である。増加した検体に対し、InfiniumBeadArrayを行うが、今後は450Kではなく850Kの使用も視野にいれて解析を行う。また、今回見つかった遺伝子群に対して機能解析を行っていく予定である。平成30年2月1日に千葉大学から東京大学へ異動となったため。
立体視を利用した超近距離条件におけるLEDの放射照度測定に関する研究

本研究は、光源表面の微細輝度分布とその3次元座標を、ステレオカメラ方式を適用した2台のCCDカメラにより決定し、光源サイズ以下の測定距離における放射照度測定を目指す研究である。本年度は、主に1.ステレオカメラ式受光部の設計・開発、2.校正用積分球光源の開発、3.その他等を行い、以下の成果を得た。1.光学計算に基づき、対物レンズ、CCDカメラおよび自動回転ステージ等から構成される高精度なステレオカメラ式受光部の設計・試作開発を行った。光学設計・レンズ選択等では、最小撮像画素精度や焦点深度等に注意を払い、設計を行った。設計上のスペックでは、座標測定誤差(奥行も含めて)0.5 mm程度を達成している予定である。2.本研究で用いるステレオカメラ式受光部は、3次元座標測定だけでなく、輝度分布の絶対測定にも利用するのが大きな特徴である。このため均一輝度光源を用いて、その感度校正を行う必要があるため、校正用積分球光源の開発を行った。開発した積分球光源は、モノクロ光源・LED等を利用することにより、積分球ポート面上に放射輝度差0.5%以下の均一な放射輝度面の形成が可能であり、これを校正用光源として用いることで、正確に放射輝度校正・および分光放射輝度校正を行うことが可能となった。3.その他として、ステレオカメラ受光部で取得した画像のPCへの取り込みを含む計測プログラムの検討、ステレオカメラ受光部の座標系校正方法の検討、更には関連する物品の設計・調達を行った。検討においては、既存のLED測定装置にステレオカメラ受光部を実装し測定を行うため、できるだけプログラム改修も含めた装置改修が少なくなるように検討を行った。今年度は、主に"ステレオカメラ受光部の設計・構築"に注力を行い、その設計と開発を終了させた。当初の予定では、それに加えて、積分球光源を利用し、ステレオカメラの感度校正(輝度応答度校正)を行う予定であったが、積分球光源の開発・整備しか行うことができなかった。これはステレオカメラの座標系の校正方法の検討等に当初予定した以上に時間を割いたためであるが、結果として問題点の洗い出しや既存のLED測定装置へのステレオカメラ受光部を実装するにあたり、効率よい改修方法・プログラム構築方法等が検討できた。今後は、今年度達成できなかったステレオカメラの感度校正と座標系校正を行う。ステレオカメラの感度校正では、開発した積分球光源により均一な輝度面を作成し、感度校正を行う。校正においては、実際の測定対象であるLEDの輝度値にできるだけ近い輝度値を用いるようにする。座標系の校正では、Z.Zhangの校正方法を用いる予定であり、校正用ターゲットと解析用プログラムなどを適切に開発し行う。そして、ステレオカメラ受光部をLED用配光測定装置に取付け、LEDを回転させることにより、各角度におけるLED発光部の微細輝度分布の測定を試みる予定である。

そして、ステレオカメラ受光部をLED用配光測定装置に取付け、LEDを回転させることにより、各角度におけるLED発光部の微細輝度分布の測定を試みる予定である。初年度は、当初の予定通りステレオカメラ受光部の設計・構築を行い、必要となるレンズや冶具等の設計・調達を行った。また、効率よく座標校正・計測プログラムを構築するための画像入力処理用ソフトの調達も行った。使用用途は概ね計画通りであるが、一部既存物品を利用したため、使用額と差異が生じた。今年度は、ステレオカメラ座標系の校正のためのターゲット購入・作成等を行う予定であり、次年度使用額も含めて、試作に加算充当することで研究計画を推進することを目指すこととする。
紫外線によるサイトカイン産生誘導における活性酸素及びシグナル伝達機構の役割解析

1.中波長紫外線ultraviolet B (UVB)照射により、培養ケラチノサイト(KC)及びメラノサイト(MC)において、Proopiomelanocortin (POMC)由来ペプチドα-MSH及びACTHの産生・分泌の亢進がみられた。特にKCにおいて分泌の亢進が強く誘導された。UVB照射直前にN-acetylcysteine (NAC)を加えると、このUVB効果は抑制を受けたが、チロシンキナーゼ抑制剤では抑制されなかったことより、この系にはチロシンキナーゼではなく活性酸素が関与していることが証明された。3.1と2よりUVBはリガンド(α-MSH及びACTH)とその受容体MSH受容体を共に活性化して、MCの活性化を相乗的に導くことを明らかにした。また、リガンド(α-MSH及びACTH)の誘導が抗酸化剤NACにより抑制を受けること、MSH受容体誘導は抗酸化作用をもつADFにより強く誘導されることよりUVBによる色素沈着誘導には活性酸素及び抗酸化ペプチドが重要な役割を担っていることを明らかにした。
自己組織化カーボンナノチューブハニカム構造体の創成

本研究では、「溶媒可溶化カーボンナノチューブを素材とする、フレキシブルポリマーフィルムおよびシリコンウエハー上での導電性のハニカム構造体の構造と特性解明」に関し研究を行い次の成果を得た。まずナノチューブを強酸で切断し、長鎖アルキルアンモニウムとのポリイオンコンプレックスを合成した。これを原料として、ナノチューブハニカムフィルム形成実験を行った。ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上でのナノチューブハニカムフィルムの形成には、PETフィルムの親水性基の導入が極めて重要であることがわかった。相対湿度70%以上の雰囲気では、良好なハニカムフィルムが形成出来た。相対湿度や溶媒の極性を変化させることで、ハニカムフィルムのボアサイズがコントロール出来ることがわかった。これらのフィルムをパラトルエンスルホン酸処理をすることにより、絶縁性のナノチューブハニカムフィルムは導電性に変化した。条件を変えることで表面抵抗1,000100,000Ω程度の導電性フィルムの作成が可能であった。PETフィルム上での電導性ハニカムフィルムのフレキシビリティについて評価したところ、繰り返しのベンディング試験により、導電性の低下が認められた。次に基板をPETから、シリコンウエハーに変えて同様の実験を行なった。この場合も、基板の親水性が重要であった。PETフィルムと同様の操作で導電性ハニカムの形成が可能であった。以上、簡単な手法により、導電性のハニカムフィルムのPETやシリコンウエハー上で作成条件の探索と、形成されたフィルムの特性を評価した。本申請者は、2007年に、自己組織化によりガラス基板上にカーボンナノチューブハニカム構造が形成出来ることを世界で初めて見いだし、本研究では、この新しい独自の成果をもとに、「溶媒可溶化単層(および多層)カーボンナノチューブを素材とする、フレキシブルポリマーフィルムおよびシリコンウエハー上での導電性のハニカム構造体の構築と特性解明」に関する萌芽研究を遂行している。平成20年度の成果は以下の通りである。まず、酸処理単層CNT(SWNT)とカチオン脂質とのイオンコンプレックス化により、溶媒可溶化な、Complex1を合成した。これを、ベンゼン、クロロフォルム、塩化メチレンンに可溶化し、透明PETフィルム上にハニカム構造を作成する条件を探索した。PETの前処理がハニカム構造形成に重要であることがわかった。すなわち、PETフィルムをアルカリ処理して、過水分化して、表面の親水性を向上させる必要があることがわかった。親水化PETフィルムに相対湿度60%以上でキャスト法によりハニカム構造を作成することが出来ることがわかった。溶媒およびComplex1の濃度により、ハニカムの口径の制御が可能であった。形成されたPETフィルム上のハニカムフィルムは、絶縁性であったが、p-トルエンスルホン酸によるイオン交換により、カチオン脂質を除去したところ、1000-10000Ω/面積程度の導電性ハニカムフィルムが得られることがわかった。
光化学系Ⅱ超複合体のダイナミクスに関わる新規因子の同定と機能解析

チラコイドは、脂質によって構成された膜構造であり、光合成タンパク質複合体が光依存的な光合成を行う場として機能している。陸上植物の葉緑体では、グラナと呼ばれるチラコイドの層状構造が観察され、光化学系II(PSII)と集光アンテナ(LHCII)からなる巨大複合体が局在している。PSII複合体は光合成のため光エネルギーを集めるだけではなく、吸収しすぎてしまった光エネルギーを熱として安全に散逸する光防御機能を有しており、この過程はクロロフィルの非光化学的消光(NPQ)として観測される。植物における光防御機構の制御機構は近年理解が進んでいるが、光防御機構とチラコイド構造との間にどのような機能的関係性があるのかについては理解が進んでいない。本研究では、NPQ誘導が低下したシロイヌナズナ変異体riq1、riq2の同定と解析を行った。この変異体では、陸上植物によく保存された相同な遺伝子が欠損しており、RIQ1、RIQ2タンパク質はグラナに局在して、特にRIQ2はPSII-LHCII超複合体と相互作用していることが示唆された。riq変異体では、集光アンテナサイズの縮小やLHCIIの流動によって引き起こされるステート遷移が阻害されていたのに加えて、グラナにおける重層の程度が増加していた。これらLHCIIの動態異常とグラナ構造の表現型は、既に報告されているもう一つのグラナ構造の制御因子であるCURT1タンパク質の機能とは独立にもたらされたものである。これらの結果から、NPQ誘導におけるLHCIIの動態制御に必須なグラナの環境をRIQタンパク質は最適化していることを提唱する。本研究は、陸上植物特異的なチラコイド構造と光防御機構の機能的関係性における初めての遺伝学的証拠である。28年度が最終年度であるため、記入しない。光合成を行う葉緑体内部にはチラコイドと呼ばれる膜構造が存在し、陸上植物ではそれらチラコイドが一部層状に重なりグラナを形成している。グラナでは光合成のために光を集めるのと同時に、過剰な光エネルギーを熱として捨てることで光合成装置を強光から護っている(NPQ)。我々は逆遺伝学手法をもちいてNPQが低下している新規シロイヌナズナ変異体riq1, riq2を同定した。riq変異体ではこの他にも、グラナを構成するチラコイド膜数が増加している表現型が確認された。本研究ではriq変異体の表現型解析を通して、葉緑体の内部構造の変化とNPQの関係性、およびその背後に潜む分子機構の解明を目的としている。本年度は主にriq変異体と似たNPQの誘導パターンを示し、グラナが正常に形成されないcurt1a変異体に着目して研究を進めた。その結果、RIQタンパク質はNPQ誘導とグラナ形成にそれぞれ独立に寄与していることが示唆された。この結果をもとに現在投稿論文を執筆中である。また本成果の一部を第56回日本植物生理学会年会において発表した。本年度はRIQ1およびRIQ2タンパク質の機能について解析をおこなった。両RIQタンパク質は相同な遺伝子によってコードされた、非常によく似たタンパク質であるにも関わらず、両riq一重変異体はNPQの低下、およびチラコイド膜の増加を示した。すなわち両RIQタンパク質には機能的冗長性がないことが示された。一方で、RIQタンパク質がNPQやチラコイド構造の制御に機能を果たすためには、それぞれ単独ではなく、両RIQ1, RIQ2タンパク質の蓄積が必須であることを示した。これら以外にも、グラナの構築に関与しているLHCIIタンパク質のリン酸化程度や各isoformの蓄積量がriq変異体では異常がなかったことから、RIQタンパク質はLHCIIの動態やグラナ構造の構築に関与することで、NPQを制御していることを示した。以上の結果は、国際植物科学雑誌に投稿し、4月19日現在改訂中である。

本研究では、NPQ誘導が低下したシロイヌナズナ変異体riq1、riq2の同定と解析を行った。この変異体では、陸上植物によく保存された相同な遺伝子が欠損しており、RIQ1、RIQ2タンパク質はグラナに局在して、特にRIQ2はPSII-LHCII超複合体と相互作用していることが示唆された。riq変異体では、集光アンテナサイズの縮小やLHCIIの流動によって引き起こされるステート遷移が阻害されていたのに加えて、グラナにおける重層の程度が増加していた。これらLHCIIの動態異常とグラナ構造の表現型は、既に報告されているもう一つのグラナ構造の制御因子であるCURT1タンパク質の機能とは独立にもたらされたものである。これらの結果から、NPQ誘導におけるLHCIIの動態制御に必須なグラナの環境をRIQタンパク質は最適化していることを提唱する。本研究は、陸上植物特異的なチラコイド構造と光防御機構の機能的関係性における初めての遺伝学的証拠である。curt1a変異体はグラナを構成するチラコイドが平たくなり、かつ極端に構成チラコイドの枚数が少なくなるという表現型を示す(Armbruster et al., 2013)。一方で我々が同定したriq1, riq2変異体はグラナに含まれるチラコイドが多くなるという表現型を示す。さらに我々はriq1curt1a, riq2curt1a二重変異体を作成し、NPQが相加的により減少していることを発見した。葉緑体内部構造を観察したところ、riq変異体とcurt1a変異体両方の特徴が観察された。特にriq2curt1aはさらに表現型が強くなり、チラコイドが異常に重なり凝集している構造が頻繁に観察された。riq2curt1aの表現型は予想外の結果であり、RIQタンパク質の機能を考察する上で重要な発見となった。今後はRIQタンパク質がどのようにしてNPQを制御しているのかに焦点を当てて研究を続ける。具体的にはNPQが行われているアンテナタンパク質の動態をriq変異体で詳細に解析することで、詳細なRIQタンパク質の分子機能に迫っていきたい。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究からRIQタンパク質がNPQ誘導時にアンテナタンパク質の動きを制御している可能性が示唆された。今後は、この挙動をより直接的に評価することでどのようにRIQタンパク質が関与しているのかを明らかにしていきたい。また、葉緑体分化過程においてRIQタンパク質がどのような役割を果たすのか、野生型と変異体の葉緑体分化過程における表現型解析から迫っていきたい。
Protein Folding Codonによるタンパク質機能調節機構の解明

本研究では、翻訳の伸長反応に焦点をあて、反応の進行を継時的に解析できる手法を確立した。その手法を適用した結果、mRNA中に存在するレアコドン(存在比率が低いコドン)や安定なRNA構造が、翻訳伸長反応を停滞させることを見出した。また、核酸結合タンパク質による核酸の熱安定性への寄与を定量的に解析した。これらの結果は、mRNAの構造安定性や、タンパク質の結合に伴うRNA構造の安定性変化が、翻訳伸長反応への影響を介してタンパク質の構造にまで影響を及ぼす可能性を示している。さらに、転写により産生されるmRNAの熱安定性と転写反応産物量との相関についても明らかにした。1.翻訳速度の定量解析に向けた翻訳反応条件の検討mRNA中の安定な構造が翻訳の伸長速度にどの程度影響を与えるのかを検討するため、モデルmRNAの経時的な翻訳過程を評価した。その結果、翻訳過程の律速段階が翻訳開始段階に存在し、一般的な翻訳反応条件では、翻訳伸長反応に焦点を当てた解析を行うことができないことが明らかとなった。そこで、翻訳反応の途中でリボソームを一時的に停止させ、律速段階である翻訳開始過程を省いた評価法を検討した。これまで翻訳反応を一旦停止させる試みは他に例がないが、我々は翻訳に必須となるアミノアシルtRNA合成酵素の一部を反応系中から取り除くことにより、翻訳途中のリボソームをmRNA上の特定の位置で一旦停止させることに成功した。また、一旦停止させた後、翻訳再開反応溶液を加えることで、同調させた形で翻訳伸長反応を再開させることができた。これにより、今後、mRNA中に安定な高次構造を人為的に挿入し、翻訳伸長反応速度との相関を評価できると考えられる。2.タンパク質の結合が及ぼす核酸の熱安定性変化の寄与の評価高次構造を形成してタンパク質と結合することが知られている1本鎖核酸を対象に、タンパク質結合による熱安定性の変化を評価した。その結果、タンパク質結合による核酸構造の安定化への寄与は、一般的なカチオンによる核酸安定化とは異なる機構で関与していることが明らかとなった。このことから、mRNAの構造安定性に対してもタンパク質結合が特異な影響を及ぼしていると推察され、mRNA高次構造へのタンパク質の結合もProtein FoldingCodonの一端として関与していることが考えられる。1.mRNA中に存在するレアコドンによる翻訳伸長反応速度の減衰翻訳反応を開始したリボソームをmRNA上の特定の位置で一時的に停止させ、その後、同調したリボソームによる経時的な翻訳伸長反応過程の評価を可能にした。この評価法を用いて、モデル遺伝子のmRNAにおける翻訳伸長反応の経時変化を評価した。その結果、mRNA中での使用頻度が低いコドン(レアコドン)の位置で翻訳反応速度が減衰することを、従来の評価法よりも短い時間分解能で明らかにした(Endoh et al, Anal. Chem., 84,857)。2.mRNA中に存在するRNA高次構造による翻訳伸長反応速度の減衰核酸の非標準構造の一つである四重鎖構造に着目し、mRNA中に存在するRNA高次構造が翻訳伸長反応にどの程度影響するのかを解析した。大腸菌のゲノム配列からRNA四重鎖構造を形成し得る配列を網羅的に検索し、5つの遺伝子の翻訳領域中に四重鎖構造を形成し得る配列が存在することを明らかにした。これらの配列について、翻訳伸長反応の経時変化を評価した。その結果、四重鎖構造を形成するmRNA領域の6塩基から8塩基手前の位置で翻訳反応が停滞することを見出した。また、塩基変異により四重鎖構造を不安定にした配列では、翻訳反応の停滞が起こらないことも確認した。レアコドンと比較して、四重鎖構造は、長時間(10分以上)の翻訳伸長反応の停滞を起こしていたことから、翻訳反応に付随するタンパク質の構造形成過程にも影響を与えうると予測される。3.転写反応に伴い形成されるRNA構造による転写反応効率への影響
魚肉タンパク質と魚油の混合利用に関する研究

本研究では、魚油と魚肉の混合利用における魚油の安定性等について定量的な指標により評価検討し産業へ応用拡大を図るための基礎的情報を得ることを目的とした取り組みを行い、以下の成果を得た。1すり身に乳化混合した魚油の凍結解凍時の分離をポリオールが抑制する効果について油球分散を指標として評価し、その有用性を示した。2乳化すり身ゲルにおいて、添加する脂質の融点がすり身中の脂質粒子の分布状態や加熱ゲル形成性に影響することを示した。3乳化魚油の酸化安定性について、魚油の微粒化が有効であること、真空下で乳化後に空気を混合しても酸化安定性が保持されることを示した。これまでに、担当者は、EPAやDHAなどの健康機能性に富む食品開発を目的として、魚油を豊富に含む魚肉すり身素材(乳化すり身)の製造と利用に関する研究を行ってきた。その過程で、1魚肉すり身に魚油(トリグリセリドタイプ)を高速攪拌、すなわち強い物理的な力で混合すると魚油は微粒化し、すり身の加熱ゲル形成性に寄与すること、また2高度な乳化はすり身の加熱ゲル形成性や保水性を阻害せず、むしろ高める効果があること、等を明らかにしてきた。しかし、すり身に添加する油脂の性状の影響の詳細は不明であった。そこで、25年度の研究においては、とくに添加する油脂の性状が乳化すり身加熱ゲルの性状に及ぼす影響について検討した。まず、試料として魚油、豚脂、大豆レシチンをそれぞれ用いた乳化すり身の性状を比較したところ、すり身中への油脂の分散状態が非常に異なっており、魚油では10μm以下の微小な油球となるのに対し、豚脂では油球サイズが非常に大きくなること、レシチンでは不定型な形状となることが確認された。また、それぞれの乳化すり身から得た加熱ゲルの性状を比較したところ、魚油を用いた場合に最も加熱ゲル形成性が高かったことから、脂質組成や融点がその性状に影響することが示唆された。このことから、次に融点の異なる2種の魚油、ならびに3種のパーム油をモデル的に用いて調製した乳化すり身の性状を比較したところ、油脂の融点によってすり身中に分散する脂質粒子の分布状態が大きく異なり、融点が低いほど油球サイズが微小になること、ならびに加熱ゲル形成性が高まる傾向のあることが確認された。以上のように、乳化すり身調製に用いる油脂の性状はすり身中への油脂の分散状態ならびに乳化すり身加熱ゲルの性状に影響することが示された。これまでに、担当者は、EPAやDHAなどの健康機能性に富む食品開発を目的として,魚油を豊富に含む魚肉すり身素材(乳化すり身)の製造と利用に関する研究を行ってきたが、その過程で,魚肉すり身に魚油(トリグリセリドタイプ)を乳化混合すると,凍結解凍により魚油が分離するが,ポリオール類を添加すると乳化状態が安定化し,魚油分離を防止した凍結保管が可能であること,またその効果は乳化混合する魚油量や,添加する糖類の濃度ならびに分子量に依存することを明らかにしてきた。今年度は、本研究の目的の一つである「高濃度タンパク質系の乳化能、乳化安定性の評価方法構築の一環」として、水晒ししたすり身に精製魚油を25%添加混合した乳化すり身を調製し、これを凍結・解凍した際の乳化安定性に及ぼすポリオールの添加効果を目視による魚油分離の有無、濾紙吸着による離油量測定、光学顕微鏡による油球の分散状態の観察、油球サイズの粒度分布測定等の方法によって評価し、それぞれの乳化安定化効果評価指標としての有用性を検討した。その結果、今回の方法で調製した乳化すり身を凍結解凍すると、ポリオール添加量が一定濃度以下では魚油分離が認められることが目視で観察されたが、魚油分離の認められたポリオール濃度においては離油量、油球の分散状態、油球サイズの粒度分布測定のいずれの評価方法によっても、乳化状態が不安定になっていることが確認できた。すなわち、すり身乳化物に対するポリオール類の添加が,魚油分離のみならず微細化した油球サイズの安定化にも寄与することが確認されるとともに、今回用いた指標の、乳化すり身の安定性評価指標としての有用性が裏付けられた。担当者は本研究に先立ち、魚油を含む魚肉すり身型食品中間素材の開発研究に取り組む過程で、魚肉水溶性タンパク質や糖類が魚肉すり身の乳化能や乳化安定性を高めることや、魚油の微粒化がすり身の加熱ゲル形成性能を高めること等、これまでに想定されていなかった各種現象を見出したが、目標とするEPA・DHA機能性食品中間素材の製造技術確立のため、更なる現象解明やメカニズム解明が必要であった。

そこで、本研究においては、これまでに見出された各種現象を定量的な指標により裏づけるとともに、産業へ応用拡大を図るための取り組みを行った。24年度においては、魚肉すり身に乳化混合した魚油(トリグリセリドタイプ)の凍結解凍時の分離をポリオールが抑制する効果について各種指標を用いて評価し、それぞれの乳化安定化効果評価指標としての有用性を明らかにした。25年度においては、高速攪拌によって微粒化した魚油がすり身の加熱ゲル形成性や保水性を高める現象について、とくに添加する油脂の性状に着目した検討を行った。融点の異なる油脂類をモデル的に用いて得られた乳化すり身の性状を比較し、油脂の融点がすり身中の脂質粒子の分布状態に大きく影響することや、融点が低いほど加熱ゲル形成性を高める傾向のあることを示した。26年度においては、乳化魚油がバルクオイルよりも高い酸化安定性を示す現象について、これまで確認されていなかった高濃度タンパク質系であるすり身中における安定性を検討した。ソーセージタイプのモデル系を構築することにより、魚油の微粒化が酸化安定性を高めることが示された。また、真空処理は乳化魚油の酸化安定性を高めるが、安定な乳化状態を調整後に空気を混合しても酸化安定性が保持されることが示された。以上のように、本技術の実用化に向けた種々の取り組みにより、乳化すり身の有用性を裏付ける成果が得られた。水産利用本年度は、本研究の目的の一つである「魚肉と魚油の混合利用において、これまで未解明の各種現象を定量的に評価するための研究の一環」として、乳化魚油の性状の影響について実施したものであり、一定の成果が得られた。今後、より詳細に検討していく予定である。本年度は、本研究の目的の一つである「高濃度タンパク質系の乳化能、乳化安定性の評価方法構築の一環」として、乳化すり身を凍結・解凍した際の乳化安定性に及ぼすポリオールの添加効果を数種の指標を用いて評価し、それぞれの乳化安定化効果評価指標としての有用性を検討することで、一定の成果が得られた。今後、より簡便に評価できる指標を検討していく予定である。26年度は、魚油の微粒化が高い加熱ゲル形成能をもたらすメカニズムの解明にむけた検討を行う。これまでの予備実験結果から、加熱ゲル化温度帯によって、得られるゲル形成能向上効果が異なっていることが明らかになっている。そこで、微粒化魚油を含むすり身を塩ずりし、これを種々の温度で加熱して得られたゲルについて、それぞれ尿素、SDS、2-メルカプトエタノールなどを含む各種の溶媒に対するタンパク質の溶解性と溶解画分のSDS-PAGE分析などから、すり身中に含まれるタンパク質が脂質との混合系における加熱ゲル化においてどのような結合力を介して凝集しているのかを調べ、共有結合、SS結合、疎水性相互作用、水素結合等に対して介在する脂質の存在による影響があるか否かについて明らかにする。また、魚油の乳化による魚肉の加熱ゲル形成能増強効果は、脂質のすり身中での物理的分散状態や、油系と水系の界面におけるタンパク質膜の強度や状態によっても影響されることが想定されるため、これを裏づけるための顕微鏡観察による組織学的研究も併せて行う。25年度は、本研究の申請時に設定した研究推進計画に従い、「魚油の微粒化が高い加熱ゲル形成能をもたらすメカニズムの解明に向けた検討」に取り組む。すなわち、魚油の微粒化が高い加熱ゲル形成能をもたらす効果についてはまだ明らかにされていないが、加熱ゲル化温度帯によって、得られるゲル形成能向上効果が異なっていることがこれまでの予備実験結果から明らかになっている。
東南アジア天水田稲作における産米林の機能解明と活用

中部ラオス及び東北タイに多い天水田中の樹木は,農村生活上の多様な用途を目的として保護育成されている.樹木下の日射量,落葉量,土壌の特徴,生息動物種類数などには樹種間の大きな違いがあるものの,日射制限によるイネの減収は一部の樹種に限られ,多くの樹種の下のイネは通常と変わらないか,いくつかの樹種の下ではかえって多収となっていた.このような機能を巧みに活用すれば低収不安定な稲作の改善も可能と思われる.中部ラオス及び東北タイに多い天水田中の樹木は,農村生活上の多様な用途を目的として保護育成されている.樹木下の日射量,落葉量,土壌の特徴,生息動物種類数などには樹種間の大きな違いがあるものの,日射制限によるイネの減収は一部の樹種に限られ,多くの樹種の下のイネは通常と変わらないか,いくつかの樹種の下ではかえって多収となっていた.このような機能を巧みに活用すれば低収不安定な稲作の改善も可能と思われる.本研究の目的は,東南アジア大陸部の天水田に樹木が混在する「産米林」について,水稲生育に及ぼす効果を定量的に明らかにすると共に,水田および水稲と樹木の相互作用を解明するとともに,産米林が天水田においてどのように維持されてきているのかを植物生態学と農村社会学の立場から明らかにすることである.平成19年度では6月3月の間に研究代表者及び分担者が,天水田稲作農村において,実地調査を行った.対象村の水田約400ヘクタールの中に,およそ1000本の樹木を確認し,学名,現地名,樹高,胸高周囲長,用途,イネへの影響,微気象,土壌水の化学性,動植物相,所有世帯,相続を記録した.これらは現在データベース化作業を行っており,一部についてGISによる分布図作成が可能となっている.農家へのインタビュー結果によれば,水田の樹木には開田時に有用性(建材,薬用,油糧用など)が認められて保護され残存している種類と,人為的に移植されて生育している果樹などの両者があることが確認された.前者の中にはイネの生育にとって好影響を及ぼすものと悪影響を及ぼすものがあり,悪影響のある樹種もその有用価値が高いためにあえて水田中に残されていることがわかった.農家による評価を基に主要な樹種について測定した樹冠下の日射量と温度には,樹種間の大きな差があることがわかった.樹木周辺のイネの収量を測定したところ,ほぼ農民の評価と同じような収量への影響を確認することができた.両者の結果から,イネの生育と収量にとって,樹冠による日陰が必ずしも制限とはなっていないことが示唆された.乾季に採集した落葉落枝の量と各種成分量にも,樹種間の大きな違いがあり,全炭素以外の成分量の少ない樹種はイネの生育に悪影響といわれる樹種に該当した.イネの生育に好影響と評価される樹種では昆虫を主とする生息小動物の種類数が豊富であることがわかった.本ラオス国内の継続調査対象農村において,19年度に引き続き,水田内の観測対象樹木について,周囲の環境要因,イネの生育及び収量,ならびに棲息動物調査を行った.土壌中の各種成分,ならびに田面水のイオン濃度には樹木からの距離や樹木間による違いが認められた.実測ならびに模型飛行機による空中撮影によって,樹木の周りのイネの生育は,樹木によって,近いほど良好な場合,劣る場合,ほとんど無関係の3種類が認められ,前年度とほぼ同様の傾向が確認された.棲息動物種数には樹種間の大きな差があった.種数は,農民が稲にとって良いと認識している樹種ほど多かった.この差は樹高や生枝下高よりも日射量の多少との関係が強いと見られた.イネの生育と収量への影響は樹木に付随する蟻塚との関係が強いことが観察から推定されたため,対象水田域の蟻塚の分布及び大きさを調査し,GISによって特徴を検討した.また水田内樹木の分布そのものにも,樹種によって様式の差があることがわかった.これには植物の特性以外に,人間活動が強く効いていると考えられる.村人による樹木利用に関する調査から,樹種別に詳細な利用価値を認めていることが明らかになった.樹木の利用価値と稲への影響を,東北タイで調査したところ,ラオスとほぼ同様の傾向が認められた.ただし,化学肥料を多用しているタイの稲作においては,樹木の存在が収量を阻害する傾向も強いと考えられる.さらにカンボジアにおいて実態調査を行ったところ(費用別途),産米林的景観の組成はラオスや東北タイと異なることが観察された.研究成果の中間評価ならびに成果還元を目指して,ラオス国立農林業研究所,ラオス国立大学ならびにタイ,コンケン大学農学部の研究者,および調査村の村民,地区行政担当者と共にシンポジウムを催した.発表した成果に対し高い評価と研究進展への期待を受けた.ラオスの定着調査地において,前年度に引き続き,調査対象木の形成する環境,周囲のイネの生育状況,ならびに対象木に棲息する小動物の生態に関する調査を行った.樹木の種類によるイネの生育・収量への影響については過去2年間の傾向と類似しており,促進する樹種と抑制する樹種の存在が確実となった.樹木周辺では全調査期間を通じて6657標本,2442種類の生息動物が確認された.動物の種類数が多かった樹種では,様々な食性を持つ動物から構成されていた.

樹木からの落下物の乾物重,全炭素量ならびに全窒素量には樹種間で違いがみられ,イネの生育について農民の評価の高い樹種のほうが,低い樹種よりも多い傾向があった.水田の空中撮影によって算出した植生指数によれば集落からの距離が近いほど生育が良好で、距離が離れるほど悪くなる傾向が見られ,林縁部分における生育促進効果は明瞭ではなかった.栽培実験によってイネの収量に対する施肥量と遮光程度の効果を検討したところ,施肥量が多い場合には日射制限によって収量が低下したことから,稲作の近代化が進むと,水田の樹木がイネの生産に対する障害となってくることが予想された.水田の樹木にはシロアリ塚が形成されることが多く,この養分がイネの生育を促進する一要因であることが推測される一方,農民による多様な利用が認められた.塚の体積の変化を調査したところ,崩壊や水田肥料用等の採掘があったにもかかわらず,総体積では増加が認められた.塚の分布量から村の水田域全体の年間増加量を推定した結果,資源として持続的な利用が可能であるとみられた.東北タイ東部及びラオス南部において,水田内及び畑地内の樹木の存在状況を観察したところ,地域によって分布密度にきわめて大きな差異があることが確認され,特にラオス南部では水田内に著しい高密度の分布がみられた.
一次元スピン系の動的構造因子における量子効果の検出

一次元磁性は固体物理学の中でも最も成熟した研究分野のひとつであるが、未解決の問題もある。中性子非弾性散乱実験はエネルギー・運動量の四次元空間で動的構造因子を測定する実験手法であるが、四次元空間での分解能関数を考慮して、これを補正することにより、一次元反強磁性体CsVCl3の連続帯励起という量子効果を明瞭に検出することができた。開発した分解能補正を三次元スピン系にも適用した。その結果、測定した粉末試料の金属強磁性体SrRuO3の磁気励起スペクトルから、スピン波の温度変化を導出することができた。本研究は、一次元量子スピン系の動的構造因子をパルス中性子源に設置された中性子非弾性散乱装置で測定し、装置分解能を考慮して解析することにより、連続帯励起や量子相転移等の量子効果を検出するものである。J-PARC/MLFに設置された高分解能チョッパー分光器(HRC)のデータ解析系において、装置分解能の補正技術を開発し、これを用いてHRCで測定する一次元量子スピン系の動的構造因子を解析することにより、連続帯励起や量子相転移等の量子効果を検出するものである。中性子非弾性散乱実験は、エネルギー(1次元)と運動量(3次元)の4次元空間で動的構造因子を測定する実験方法であり、4次元空間における分解能関数の解析的表現はすでに知られている。昨年度までに、このすでに知られている解析表現をもとに分解能関数をコーディングし、その動作確認を行なった。今年度は、このコードを用いて、古典論的一次元反強磁性スピン波の動的構造因子(エネルギー幅をデルタ関数で表現)が分解能関数でたたみこまれた散乱強度の計算を行い、単結晶試料の一次元反強磁性体CsVCl3の磁気励起の測定データと比較することに成功した。その結果、実験データは、古典論的計算に比べて明らかに広いエネルギー幅を持つことがわかった。このネルギーの広がりは理論的に提唱されている、量子スピンが3/2の系での量子効果による連続帯励起とコンシステントであることがわかった。本研究は、一次元量子スピン系等の動的構造因子をパルス中性子源に設置された中性子非弾性散乱装置で測定し、装置分解能を考慮して解析することにより、連続帯励起や量子相転移等の量子効果を検出するものである。J-PARC/MLFに設置された高分解能チョッパー分光器(HRC)のデータ解析系において、装置分解能の補正技術を開発し、これを用いてHRCで測定する一次元量子スピン系等の動的構造因子を解析する。中性子非弾性散乱実験はエネルギー(1次元)と運動量(3次元)の4次元空間で動的構造因子を測定する実験方法であり、4次元空間における分解能関数、及び、運動量は大きさだけを扱った2次元の分解能関数の解析的表現はすでに知られている。これらの分解能関数をコーディングし、その動作確認を行なった。単結晶試料の一次元反強磁性体CsVCl3及び(Nd,Ca)2BaNiO5の磁気励起をHRCで測定した。CsVCl3の磁気励起において、そのエネルギー幅が分解能よりも広く、低エネルギー領域では連続帯の存在を示唆する結果を得た。(Nd,Ca)2BaNiO5ではスピンギャップを観測した。今後、これらの励起スペクトルを今年度開発した分解能関数と比較することにより、量子効果について議論する。また、強磁性体La0.9Sr0.2MnO3及びSrRuO3の磁気励起を粉末試料を用いてHRCで観測した。粉末強磁性体のスピン波は、その動的構造因子の粉末平均により、(000)の近傍でしか中性子非弾性散乱強度を持たないが、HRCを用いると中性子非弾性散乱の運動力学的限界に迫ることができて、これらの物質のスピン波の検出に成功した。いずれの物質でも低温でのスピン波は、そのエネルギー幅が分解能関数で計算される値に一致することが示すことができた。さらに、粉末試料反強磁性体TiOBrの非弾性散乱実験も行なった。J-PARC/MLFに設置された高分解能チョッパー分光器(HRC)のデータ解析系において、装置分解能の補正技術を開発し、これを用いてHRCで測定する一次元系のみならず高次元量子スピン系の動的構造因子を解析することにより、これらの系における量子効果の検出をめざす。金属強磁性体SrRuO3の磁気励起を粉末試料を用いてHRCで観測し、低温でのスピン波のエネルギー幅が分解能関数で計算される値に一致することを示すことができたことはすでに報告した。

SrRuO3は、異常ホール効果を示す物質であり、その異常ホール伝導度は、温度に対して非単調に変化することが知られている。平成26年度は、SrRuO3の試料を増量し、そのために中性子散乱実験用試料容器を新たに製作し、また中性子非弾性散乱実験の実験条件を最適化して、磁気励起の温度変化の測定を行った。HRCで観測した各温度の磁気励起スペクトルは、強磁性転移温度以下ではスピン波を表わすものであり、スピン波励起のエネルギー幅は分解能幅の計算値に一致した。観測したスピン波の分散関係から、スピンギャップを持つことが明らかになり、スピンギャップの温度変化は温度に対して非単調に変化することを明らかにした。この結果は、スピンギャップと異常ホール伝導度の温度依存性との関係が示唆される結果であり、系のベリー位相に起因する量子効果を検出した可能性がある。また、ランダム一次元反強磁性体CsV(Cl0.38I0.62)3の磁気励起を測定し、低温で非整合の磁気励起スペクトルを観測した。強相関電子系・中性子散乱4次元空間での分解能関数と動的構造因子の一例との畳み込みの計算と実際の測定データの比較ができるところまですすんだ。昨年度まで実施してきた、粉末試料を念頭に置いた2次元空間での分解能関数の実験的評価に基づく研究も進展し、国内外の学・国際会議での発表を行った。従って、研究はおおむね順調にすすんでいる。多くの磁性体試料からの磁気励起を測定することにより、中性子非弾性散乱実験は順調にすすんだ。そのため、試料容器を製作した。単結晶試料を念頭に置いた4次元空間での分解能関数の計算動作の確認ができたのみならず、粉末試料を念頭に置いた2次元空間での分解能関数の実験的評価も成功した。これらの成果は、国際磁気学会で発表するとともに、論文発表を行なった。古典論的一次元スピン波の動的構造因子(エネルギー幅をデルタ関数で表現)が分解能関数でたたみこまれた散乱強度の計算と実際の測定データの比較を完成させるとともに、ランダム一次元系の中性子非弾性散乱実験データも同様に解析する。これらをとおして、研究のまとめを行う。HRCで単結晶試料及び粉末試料を用いて測定した磁気励起のスペクトルを、開発した分解能関数を用いて計算される磁気励起スペクトルと比較し、量子効果の検出をすすめる。また、ランダム一次元系の中性子非弾性散乱実験を開始し、データを集積する。試料容器を製作し、中性子非弾性散乱実験をすすめる。解析およびデータ整理をすすめるためソフトウェアを導入する。これまでの研究成果を、中性子散乱国際会議、J-PARCシンポジム等で発表する。また、論文発表を行なう。
凝固XIII因子A,Bサブユニットノックアウトマウスを用いた遺伝子治療の試み

生体内で生理的、病理的に重要な役割を果たしているXIII因子が欠損すると生涯にわたる出血、創傷治癒異常が見られ、特に頭蓋内出血や腹腔内出血は致命的である。本疾患は典型的な単一遺伝子病であり、その根本的な治療法として遺伝子治療が挙げられ重要な選択肢の一つである。今年度は、以下の知見を得た。1.ノックアウト動物の外観、皮下や各種の内臓結合織の組織学的所見、その生化学的組成などの解析を行なったところ、野生型との明確な相違は認められなかった。2.ノックアウト動物の切創・擦過傷などに対する止血反応、創傷治癒過程を観察し、野生型のそれと比較したところ、シンプレートを用いた浅い傷の出血時間に違いはなく、創の治癒も正常に経過した。一方、マウスの背部を悌毛し、メスで真皮層まで1×1cmの範囲で切除し、創は開放のままSpecific Pathogen Free (SPF)室で飼育を継続して施術7日後に比較したところ、ヘテロ接合体、野生型マウスの背部の傷痕は全体が乾燥した褐色の痂皮に覆われていた。一方、ホモ接合体マウスの傷痕は潰瘍化して深く、その表面は湿潤で赤橙色、不規則、軟弱であった。3.特に、LPSなど炎症惹起物質投与による各種臓器の結合織の病理学的変化を観察したが、大きな違いは認められなかった。4.ノックアウトマウスの骨髄、末梢血などを検体として、巨核球/血小板、単球/マクロファージの増殖・分化やXIII因子欠損の所見を詳細に検討したところ、巨核球のサイズがやや小さく、幼若である可能性が高いことが判明した。これについては、個体数を増やして確認する必要がある。5.XIII因子のcDNAをアデノ随伴ウイルスベクターに挿入し、遺伝子導入ベクターを作製した。
レーザー植物工場用高出力半導体レーザーアレイ光源に関する研究

1.研究の背景現在までの植物工場では、人工光源として高圧ナトリウムランプ等高輝度放電ランプを用いたものが実用化されてきた。最近半導体発光デバイスとして、発光ダイオード(LED)を用いたLED植物工場が稼働している。そこで、LEDよりも高出力で高効率光励起の観点から、民生用半導体レーザー(LD)を多数個バー状に一次元に配列した。さらに必要な照射面積に対応するため、並列接続して二次元化を図った半導体レーザー二次元アレイ光源を設計製作して実験的研究を行う必要があった。2.研究目的(1)近紫外光から、遠赤色光に至る半導体発光素子による単色光光源を試作し、植物栽培に使用する。(2)単色光照射により、どのような波長構成で、照射強度があれば良好な成長をなすのか、定量的に把握する必要がある。(3) LD励起固体レーザー用二次元LDアレイ光源のような構造をもち、一次元アレイの二波長スタック構造をもつ植物栽培用二次元アレイ光源の新たな提案を行う。3.研究方法`(1)一次元バー構造をもち、コネクタ接続により二次元化への拡張性ある半導体発光デバイスの設計製作を行った。(2)植物栽培実験を通して、この二次元アレイ光源の有用性と問題点を抽出した。(3)プレゼンテーション教材案を作成した。4.研究成果(1)定格動作させながら、冷却方法や温湿度対策などが、素子の安定動作に欠かせない。また実用に際して出力低下により光源ユニットの容易な交換性も必要である。照射波長により生育状況が異なるため、光源構成の任意性も重要であることがわかった。(2)単一一次元バーアレイのスタック構造をもつ多波長の二次元アレイ光源の提案を行った。(3)工業科、理科および農業科用教材の一つとしてプレゼンテーション教材とホームページ制作ができた。