hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代マイクロ波望遠鏡群で探るインフレーション起源重力波と宇宙の暗黒成分

次世代宇宙マイクロ波背景放射観測実験Simons Observatoryのscienceforecast paperを出版した。この際、Simons Observatoryで我々が目指すべき科学目標を設定し、それに必要な感度・周波数・観測ストラテジ・観測天域を決定した。具体的には6mの大口径のlarge aperture望遠鏡と0.5mの小口径small aperture望遠鏡を建設、wide surveyとsmall surveyを実施することを決定した。観測周波数は、前景放射であるダストとシンクロトロンを除去するために、27,39, 93, 145, 225, and 280 GHzの6周波数で実施することを決定した。これらの決定に基づき、現在は装置・解析パイプラインの開発を始めている。このような選択になったのは、今までの地上CMB観測実験の経験を生かして、真に現実的な実験装置・観測・解析のモデル化を行い、science forecastを行ったからである。私は今までの地上実験、QUIET, ACT, POLARBEAR, ABS, BICEP/Keck実験などのデータをもとに、より現実的な1/fノイズのモデル化を行った。その上で、南米チリでインフレーション起源の大角度スケールBモードを観測(tensor-to-scalar ratio, r)するためには、半波長板(HWP)の使用が必須であり、その際現実的にどの大角度まで観測できるかを検証した。ニュートリノ総質量測定等を目指している小角度スケール観測でも同様に、過去の実験(ACT, POLARBEAR)による実績をもとに、ノイズのパフォーマンスを検証した。その結果、Simons Observatoryではsigma(r)=3e-3,ニュートリノ総質量は30 meVまで測定可能であることを示した。これまでに大角度スケールBモードの観測を目指したsmall aperture望遠鏡のデータ解析パイプラインを開発を進めてきた。なお私は現在、系統誤差の監督者としてパイプラインの設計、現実的な系統誤差の推定のインターフェースを務めている。また、Simons Observatoryのパイプラインの一つである「フィルター・ビンマップメイキング」パイプラインのデザインをPipeline working groupとともに進めた。ローレンスバークレー国立研究所(LBNL)に併設されているNational Energy Research Scientific Computing Center(NERSC)の研究者とともに、高性能計算機(High Performance computing)での使用を前提としたパイプラインフレームワークの開発を進めた。特に今後のシミュレーションスタディを実施するのに必要な実験パラメータの決定、大気パラメータの検証を行った。出版したSimons Observatory Science Forecastを実現できるように、装置・データ解析パイプラインを開発していく。特に、小口径のsmall aperture望遠鏡による大角度スケール観測のデータ解析に使う予定の「フィルター・ビンマップメイキング」パイプラインの開発を更に進めていく。ローレンスバークレー国立研究所(LBNL)に併設されているNational Energy Research Scientific Computing Center(NERSC)や、Simons ObservatoryのPipeline working groupの各メンバーと連携し、時系列解析、マップ解析、パワースペクトル解析、ヌルテスト、系統誤差評価、そして最終的な科学解析に渡るパイプラインの設計を進め、開発を行う。実験に即したシミュレーションデータを活用しながら、データの性質、サイズ、High performance computing (HPC)の活用を念頭に置きながら、開発を進める。この際、並行して進んでいる最新のCMB偏光観測実験Simons Arrayとの開発・解析環境の共通化をすすめる。Simons Arrayで観測されたデータも活用しながら、開発した解析パイプラインの性能・拡張性などを評価し、フィードバックをかけていく。

出版したSimons Observatory Science Forecastを実現できるように、装置・データ解析パイプラインを開発していく。特に、小口径のsmall aperture望遠鏡による大角度スケール観測のデータ解析に使う予定の「フィルター・ビンマップメイキング」パイプラインの開発を更に進めていく。ローレンスバークレー国立研究所(LBNL)に併設されているNational Energy Research Scientific Computing Center(NERSC)や、Simons ObservatoryのPipeline working groupの各メンバーと連携し、時系列解析、マップ解析、パワースペクトル解析、ヌルテスト、系統誤差評価、そして最終的な科学解析に渡るパイプラインの設計を進め、開発を行う。実験に即したシミュレーションデータを活用しながら、データの性質、サイズ、High performance computing (HPC)の活用を念頭に置きながら、開発を進める。この際、並行して進んでいる最新のCMB偏光観測実験Simons Arrayとの開発・解析環境の共通化をすすめる。Simons Arrayで観測されたデータも活用しながら、開発した解析パイプラインの性能・拡張性などを評価し、フィードバックをかけていく。
熱輻射光の方位.偏光特性による黒色炭素粒子の形状推定法の開発

大気中の黒色炭素(BC)エアロゾル(微粒子)の形状の分析法の開発は、人為起源エアロゾルの気候影響や微粒子計測技術の分野では最先端かつ重要な研究課題である。本研究では微粒子から放出される熱輻射光の方位.偏光依存性を記述する一般理論(Rytov理論)を実験的に検証することにより、BCの形状分析が可能な新しい原理を提唱した。Rytov理論によって推定されるように、光波長よりも小さなサイズの微粒子についても放出される熱輻射光の方位依存性.偏光状態が粒子形状によって決定されることを実証した。リアルタイムでの単一粒子の形状分析法はエアロゾル計測技術開発の先端的トピックの一つである。従来のリアルタイムの単一粒子の形状分析技術は例外なく光散乱の原理に基づいたものである。実大気エアロゾルは様々な屈折率をもつ物質が複雑に外部・内部混合している粒子集団であり、光散乱のみから抽出できる粒子形状の情報は非常に限られている。したがって、現在の原理的な制約による限界を大幅に拡張するためには、従来の光散乱法と相補的に用いることが可能な、新規の独立な原理の開発が必要である。Rytov(1953)の一般化キルヒホッフの理論によれば、粒子形状と放出される熱輻射光の方位・偏光依存性には理論的に推定可能な関係がある。もし一般化キルヒホッフの理論が正しければ熱輻射光(白熱光)の方位依存性・偏光状態を観測することにより個々のエアロゾルの形状を分析することが可能である。しかし、この理論の実証を試みた研究は物理学・工学の分野を含めてこれまでにない。本年度は新たに考案・開発した実験装置と理論により、一般化キルヒホッフの理論の検証を行うことを試みた。粒子形状が既知のポリスチレンラテックスの2球クラスターを用いて、装置の応答と粒子形状の関係を記述する理論の妥当性を検証した。板状のグラファイト粒子について計測された散乱光・熱輻射光の方位・偏光依存性は、板状の回転楕円体粒子についての理論計算の結果と非常によく一致した。この結果は一般化キルヒホッフの法則を実証する初めての結果である(学会発表済み)。本年度の研究成果はAerosol Science and Technology誌に投稿し、2011年4月1日現在、査読中である。本研究では、これまで未検証だった微粒子からの熱輻射の一般理論を実験的に検証し、BCの形状分析が可な新しい原理を提唱した。本年度は、光波長よりも小さなサイズの微粒子について、放出される熱輻射光の方位依存性・偏光状態が粒子形状によって決定される物理現象を実証した。このために、レーザー照射により高温に加熱した形状既知の微粒子の熱輻射光の方位依存性・偏光状態を測定し、理論計算と照合した。単一粒子から放出される熱輻射光の強度の方位依存性・偏光状態を同時に測定できる「偏光分離型レーザー誘起白熱法」の実験装置を開発した。この実験装置で、薄い板状の形をしたグラファイト微粒子を計測した結果、測定結果は、板状粒子から放出される熱輻射光の方位依存性・偏光状態をロイトフの熱輻射理論を用いて計算した予測結果と非常によく一致した。これは、波長よりも小さい微粒子からの熱輻射現象を理論・実験の両面から整合的に解明した世界初の結果である。ロイトフの理論は、波長よりも小さな物体から放出される熱輻射光を定量的に予測できる現在唯一の物理理論であるので、本研究による検証の成功は、BCの形状分析への応用に限定されず科学技術全体においても普遍的意義のある成果だと考えられる(発表論文1)。
ラジカルイオン対の動的挙動に対するマイクロ波電磁場の効果

ラジカル対の反応過程は、個々のラジカルの電子スピン共鳴を起こす電磁波を照射すると、その磁場成分の寄与によりその後の反応が変化する。一方、電場と磁場の作用を比較すると、前者の効果が圧倒的に多いのが普通である。従って、ラジカルイオン対の反応に電磁波を照射した場合、両者の寄与が期待できる。これは社会的に注目されている、電磁波の化学作用に対する研究例でもある。そこで、反応試料に電磁波のうちの磁揚成分、電場成分を別々に作用させることが可能な共振器を開発し、同共振器を用いて観測を行った。中性ラジカル対を生成する2-メチル-1,4-ナフトキノン/ドデシル硫酸ナトリウムミセル系では、磁場成分の効果については従来通りの結果が得られることを確認した状況で、検出できるほどの電場成分の効果は見いだされなかった。ラジカルイオン対を生成する、10-メチルフェノチアジン/1,4-ジシアノベンゼン系の反応については、磁場とは関係なく、極めて強いマイクロ波照射下において2%ほど、散逸ラジカルの消失が遅くなるのが認められた。ラジカルイオン対の生成法として、初期スピン状態がランダムであるラジカルイオン対を生成する、有機EL素子の発光過程を検討した。その結果、発光強度に明確な磁場依存性があることが見いだされた。その磁揚依存性から、蛍光型EL材料では、高電圧駆動の状態では一重項からの直接発光より、三重項励起子の衝突による遅延蛍光の寄与の方が大きくなることが見いだされた。また、共鳴マイクロ波の照射により発光強度が減少し、この発光過程に電磁波の磁場成分が影響を与えることが確認された。X-バンド領域で金属を放電加工により矩形導波管形状にくりぬく形で磁場モード共振器を試作した。試作共振器の性能を調べたところ、Q値が非常に低いことが分かった。これは、くりぬき作業で作られた表面では、平滑度が不十分で共振器の性能を落としていると判断した。また、電場モードおよび磁場モード共振器を個別に作ると、電磁界強度のキャリブレーションが困難になることが予想された。そこで、くりぬきにより共振器を制作するのを中止し、最大表面積を持つ面を、別個に平滑化した板で閉じる形にし、試料位置により電場と磁場モードを切り替えられる様にデザインを変更した。現在、新デザインで共振器を制作中である。電場モード共振器の実用が遅れたので、測定対象となる、ラジカルイオン対の生成する反応と反応環境について先に検討を行った。いくつかの試料について測定を試みたところ、感度は低いものの、均一溶液中で、テトラフェニルポルフィリン-2-メチル-1,4-ナフトキノン系、キサントン-N,N-ジエチルアニリン系などの電子移動反応において、過渡光吸収検出磁気共鳴スペクトルの測定ができた。今後、感度向上を図り、電場モード共振器で測定を試みる予定である。共同研究により、有機エレクトロルミネセンス(EL)素子内での、拡散によるラジカル陽イオン-陰イオンの再結合発光に対する、発光検出磁気共鳴スペクトルの測定に成功した。今後、想定していた溶液反応だけでなく、固体内過程においてもマイクロ波電場の効果の測定を試みる予定である。X-バンド矩形共振器の最大面を平滑銀板で覆う、両モード共振器が完成し、性能試験を行った。マイクロ波吸収性のメチルナフトキノンのドデシル硫酸ナトリウムミセル水溶液を用いても共振が明確に観測され、磁場モードでの共振周波数は9.295GHz、電場モードでの共振周波数は8.960GHzであった。同試料に対し、磁場モードでマイクロ波を照射しつつ磁場掃引を行う収量検出磁気共鳴測定と、共鳴磁場でマイクロ波照射時刻を変化させるパルスシフト測定を行い、信号が得られることを確認した。

電場モードで、マイクロ波発信器の10mW級の出力を用い同様の測定を行ったところ、信号が変化しないことを確認した。次いで、TWT増幅器を用いてkW級まで増幅して測定を試みたが、共振器内での放電などの危険な現象は起きなかった。磁場掃引スペクトルと、パルスシフト測定を行ったが、この電場強度でもノイズレベルを超える明確な効果は見られなかった。一方、試料溶液はマイクロ波照射により発泡し易くなっており、最低限マイクロ波による加熱効果があることが認められるので、測定感度を向上すれば、差異が認められると考えている。電子移動反応をなるたけマイクロ波を吸収しにくい低誘電率の溶媒で行えるよう、ポリビニルカルバゾールと電子受容体による光誘起電子移動反応を検討し、最適な電子受容体、溶媒、濃度などを決定した。有機エレクトロルミネセンス(EL)素子の輝度の磁場依存性の測定を進め、イオン対生成時の一重項収率を決定したほか、磁場効果に試料に印加された静電場の効果があること、輝度に共鳴マイクロ波振動磁場の効果があることを確認した。
運動ニューロンの発生過程における細胞系統と膜特性の分化の解析

筋萎縮性側索硬化症(ALS)において、全身の骨格筋の萎縮とそれを支配する運動ニューロンの消失がみられるにもかかわらず、同じ横紋筋である外肛門及び外尿道括約筋機能は末期まで障害されない。昨年度の報告において、括約筋を支配するオヌーフ核運動ニューロンの膜特性を解析した結果、この運動ニューロンは骨格筋の運動ニューロンに比べて未分化であることを示唆した。本年度は、運動ニューロンの分化発生過程を研究している経過において、運動ニューロンによって支配されている筋線維にも種々の発達段階のものがあることが注目された。そこでオヌーフ核運動ニューロンによって支配される括約筋の組織化学的性質を精しく調べ、骨格筋のそれと比較検討した。その結果、外肛門括約筋には、骨格筋に通常見出される【I】型(slow)及び【II】型(fast)がみられたが、これとは異る型の筋線維(【III】型と呼ぶ)が見出された。この【III】型筋線維はアルカリ前処理あるいは酸性前処理後の両方においてATPase活性がみられ、外肛門括約筋に特徴的なものであった。この【III】型筋線維のATPase活性と同様の性質を示す筋線維は、ラットのヒラメ筋の分化過程の途中で出現するが、成長に伴って【I】型に移行すると考えられている。上記の結果は、オヌーフ核運動ニューロンの一部には、成熟した後においても分化の途中の型、すなわち未分化型のものがあることを示している。さらに、HRP細胞内注入法を用いて、オヌーフ核運動ニューロンの形態解析をおこなった結果、細胞体の直径、樹状突起起始部の直径、樹状突起の表面積及び体積は、後肢アルファ運動ニューロンのそれに比べて小さく、発達の程度がわるいことが示唆された。以上、昨年度報告した運動ニューロン膜の異常整流作用の他に、括約筋の組織化学的性質及びニューロンの形態のいずれについても、オヌーフ核運動ニューロンは骨格筋のそれに比べて未分化型のものであることが裏づけられた。
美術批評家ヴァルデマール・ジョルジュの批評における「伝統」概念形成に関する研究

本研究の主目的であるヴァルデマール・ジョルジュの批評に関して、また、同時代のフランスにおける美術批評の動向に関して、2018年8月末の約1週間、パリのフランス国立図書館および美術史・考古学図書館にて書籍および雑誌掲載論文の調査を行った。当初の研究実施計画には含まれていなかったが、フランス的な「伝統」を体現する画家として19世紀の画家カミーユ・コローに対する再評価が両大戦間期にフランスおよびイタリアにおいてなされていたことにも着目、ヴァルデマール・ジョルジュにとっての「伝統」概念の形成の時代背景として今後も調査を継続する予定である。また、ヴァルデマール・ジョルジュが高く評価し、両大戦間期の彼の批評にも大きな影響を与えたイタリア美術の動向に関しては、美術批評家マルゲリータ・サルファッティが率いる「ノヴェチェント」に関する資料調査を、2019年3月末の約一週間、ローマ国立図書館、美術史・考古学図書館、アンジェリカ図書館等で行った(当初予定していた視覚芸術資料センターよりも豊富な資料が所蔵されていることが現地調査にて判明したため、調査先を上記の諸機関に変更した)。また、現地の近代美術館等で、関連作品を実地に鑑賞した。以上の資料調査の実績を踏まえて、近現代美術における「古典」の問題を扱った論集に寄稿予定の論文を執筆中で、5月中には原稿を提出、今年度中には出版される予定である。2019年度も、上記同様パリとローマでの資料調査を行い、研究に必要な資料を補完する予定であるが、イタリア関連に関しては、調査先として「ノヴェチェント」の本拠地であったミラノの図書館も追加することを検討している。当初予定していた資料調査をパリ・ローマの両都市で概ね進めることができ、収集した資料に基づき、計画開始以前よりも、研究対象についてより明確な認識を得られたと考えている。ただ、日本では入手が不可能で、現地で(特にローマで)実物を閲覧して初めてその重要性を認識できた資料も数多く、2018年度の調査では十分に閲覧することが出来なかったものについては、2019年度に更に調査を継続することが必要であると考えている。上記の進捗状況での判断理由にも述べたように、資料調査を更に行い、不足分を補完することが必要である。また、研究計画で予定していたように、ヴァルデマール・ジョルジュの批評に、オーストリアの美術史家ヨゼフ・シュトルツィゴフスキー(シュトゴフスキー)の東方重視の美術史感がいかに影響を与えたかに関して、並行して資料調査を行い、諸成果を踏まえた論文執筆を目指す予定である。ローマでの調査計画が、本務先での業務の都合上、年度末の一週間弱という短い期間しか取れず、予定より支出が少なかったこと、また、限られた時間内で、図書館や美術館での調査を優先せざるを得なかったため、現地書店での図書購入(新刊および古書)を行えなかったことが理由である。
ＩＲサーモグラフィ／ＰＩＶを駆使した液滴内の熱的不安定性対流の物理解明

昨年度,本特別研究員が英国エジンバラ大学にて行った,濡れ性を制御した面での液滴挙動に関する実験に対する解析を行った.高速度カメラで撮影した液滴挙動を画像解析し,超撥水パターンを施した面上を液滴がどのように移動する過程を詳細に明らかにした.また,画像から液滴がもつ表面自由エネルギーの時間的変化を計算し,液滴は自由エネルギーが小さくなる方向へ移動することを示し,さらにそのエネルギーは指数関数的減衰に従うことが分かった.また,接触角ヒステリシスによる液滴移動に対するエネルギー障壁を有限要素解析により見積り,液滴が自発的に移動するための条件を熱力学的に示した.これらの結果を論文としてまとめ,当該分野の有力紙である王立化学協会のSoft matterに発表した.また,平成30年5月に札幌で開催された日本伝熱シンポジウムで本成果を発表し,優秀プレゼンテーション賞を受賞した.さらに本特別研究員は,共同研究先のエジンバラ大学が主導するEU Horizon 2020の国際プロジェクトの年次ワークショップ(平成30年12月,中国・天津)に基調講演として招待され,本研究の成果を発表した.ワークショップに参加した,欧州・北米・中国の研究者と有意義なディスカッションを行った.産業界からは欧州のマイクロ流体デバイス関連企業も参加し,ディスカッションを通して液滴移動やマランゴニ対流を利用したミキシングなどの応用へのポテンシャルを見出すことができた.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度は,赤外線(IR)サーモグラフィと粒子画像追跡を用いて微小液滴の内部対流の温度場・流れ場の測定・比較考察を行った.具体的には,レーザーを用いて撥水加工された銅基板上で10μLの水を局所加熱し,液滴表面および内部での渦対流の発生を発見した.液滴の温度分布および液滴形状を計測し,無次元マランゴニ数およびレイリー数を比較した.その結果,発生した渦対流は,局所加熱によって生じた液滴の表面張力勾配に由来するマランゴニ対流であったことが分かった.さらに加熱を継続すると渦および液滴温度が振動する不安定性現象も確認した.高速フーリエ変換による振動解析の結果,これは非平衡状態の表面張力による「熱キャピラリ不安定性」の一種であることが分かった.さらに加熱量・加熱位置を変化させることで流動様相を容易に制御できることを示した.これらの実験から熱的対流の発生条件を明らかにし,当該分野の有力誌であるアメリカ物理学会のLangmuirに本成果を発表した.水におけるマランゴニ対流の直接観察は世界的にもこれまでほとんど例がなく,本発見は当該分野における学術的寄与が期待される.本研究は英国エジンバラ大学および米国メリーランド大学との国際共同研究であり,本年度はさらに,本特別研究員がエジンバラ大学に半年間滞在し,本研究課題の発展的分野として濡れ性を制御した面での液滴挙動に関する実験を実施した.帰国後に同大で実施した実験データを解析し,論文としてまとめつつある.さらに平成30年3月には長崎で開催された第10回国際沸騰凝縮伝熱会議(ICBCHT2018)において,その成果を発表し,Best Poster Presentation Awardを受賞するに至った.本研究で得られた知見は,Lab-on-a-chipに代表されるマイクロ流体デバイスにおける液滴輸送・攪拌・混合プロセスの大幅な向上に寄与する.本年度は,当初の本研究課題の核である,水におけるマランゴニ対流の発生を実験的に初めて観察し,その発生条件を解明し制御方法を確立した.さらに当初の研究計画を拡張し,本特別研究員がエジンバラ大学にて,濡れ性制御による液滴操作について実験を行い,これも着実に解析を進めている.以上のことから,本研究課題の目的は着実に遂行されているとともに,さらなる発展課題への取り組みにも着手しており,当初の計画以上に進展していると評価する.昨年度,本特別研究員が英国エジンバラ大学にて行った,濡れ性を制御した面での液滴挙動に関する実験に対する解析を行った.高速度カメラで撮影した液滴挙動を画像解析し,超撥水パターンを施した面上を液滴がどのように移動する過程を詳細に明らかにした.また,画像から液滴がもつ表面自由エネルギーの時間的変化を計算し,液滴は自由エネルギーが小さくなる方向へ移動することを示し,さらにそのエネルギーは指数関数的減衰に従うことが分かった.また,接触角ヒステリシスによる液滴移動に対するエネルギー障壁を有限要素解析により見積り,液滴が自発的に移動するための条件を熱力学的に示した.これらの結果を論文としてまとめ,当該分野の有力紙である王立化学協会のSoft matterに発表した.また,平成30年5月に札幌で開催された日本伝熱シンポジウムで本成果を発表し,優秀プレゼンテーション賞を受賞した.さらに本特別研究員は,共同研究先のエジンバラ大学が主導するEU Horizon 2020の国際プロジェクトの年次ワークショップ(平成30年12月,中国・天津)に基調講演として招待され,本研究の成果を発表した.ワークショップに参加した,欧州・北米・中国の研究者と有意義なディスカッションを行った.産業界からは欧州のマイクロ流体デバイス関連企業も参加し,ディスカッションを通して液滴移動やマランゴニ対流を利用したミキシングなどの応用へのポテンシャルを見出すことができた.現在,エジンバラ大学で行った実験のデータ解析を進めており,論文としてまとめつつある.また,局所加熱された液滴の挙動についても,表面濡れ性(または接触角)による影響を調べるための実験を計画している.

さらに直接数値流体計算を用いた液滴内部対流のシミュレーションを含めた理論的検討への発展も視野に入れており,液滴の濡れおよび対流のモデル化を目指す.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
木星型惑星大気の雲対流構造～放射冷却率と凝結性成分存在度に対する依存性

NH4SH生成反応に伴う負の浮力が雲対流の発生を抑制する効果を調べることを目的として以下の2つを行なった.(1)化学平衡を仮定することで対流抑制の条件式の導出を行った.従来の議論(e.g. Guillot, 1995)では単成分の凝結に伴う対流抑制の可能性しか検討されておらず, NH4SHの生成反応については検討されていない.我々の導出した条件式より,NH3とH2Sの存在度が太陽組成のおよそ30倍よりも大きい場合には化学反応によっても対流抑制の可能性があることが示された.(2)系に与える凝結性成分気体の存在度をパラメタとした木星大気の雲対流の数値シミュレーションを行った.従来の実験では全ての凝結性成分(H2O, NH3, H2S)の存在度を太陽組成を基準に同じ割合で増減させていたが,本実験ではNH4SH生成反応にかかわる成分とそれ以外の成分の増減の割合を別々に与えることにする.H2Oの存在度が太陽組成の0.1倍以下のケースでは,NH3とH2Sの存在度が大きくなるに従って対流運動が間欠的になる.具体的には,NH3とH2Sの存在度を3, 10倍としたケースでは定常的に対流圏界面まで発達する雲が発生し,NH3とH2Sの存在度を30, 60, 100倍としたケースでは対流圏界面まで発達する雲が準周期的に発生する.活発な積雲の発生の発生する周期はNH3とH2Sの存在度に比例する.これらの特徴は対流構造のH2O存在度に対する依存性と整合的である.一方でH2Oの存在度が太陽組成の1倍以上の場合には,強い対流運動が発生する周期がNH3とH2Sの存在度に比例して若干長くなるといった変化が見られるが,H2O凝結高度から対流圏界面まで発達する雲が準周期的に発生するという定性的特徴には変化がなかった.大気中の凝結性成分の存在度をパラメタとして変化させた数値実験を進展することができ,従来検討されてこなかった化学反応に伴う負の浮力が雲対流の発生に与える影響について検討することができた.いくつかの数値実験については結果の解析が十分ではなく,また放射の代替として与える熱強制の大きさをパラメタとした数値実験の進展が弱いが,これらは次年度に十分挽回可能である.次年度以降も雲対流の数値シミュレーションを継続して行う.水平鉛直2次元のパラメタ実験を徹底して実行することで,凝結性成分存在度と放射冷却率という2つのパラメタ空間上に雲対流構造を位置づける.いくつかの代表的なケースを選んで3次元の数値シミュレーションを実行することで,木星型惑星において生じうる雲対流構造の定性的特徴に対する理解を深める.これらの数値シミュレーション結果を通して,(1)弱い放射冷却に起因する雲対流の間欠性と多量の凝結性成分に起因する飽和気塊に働く負の浮力の2つが雲対流の発生に与える影響を重点的に議論する.(2)木星型惑星で観測される特徴的現象を説明可能なパラメタ範囲の掌握に向けた議論を行う.土星において観測される雲対流の間欠性を説明可能なパラメタ範囲を探索し,天王星と海王星の対照的な赤外放射量を雲対流の間欠性に伴う温度変化によって説明可能か検討する.以上の2つの議論により,未だに観測の進んでいない木星型惑星の組成や大気構造に対する理解の基礎を得ることを目指す.飽和気塊に働く負の浮力が雲対流の発生に与える影響を調べるために,凝結性成分の存在度が多い条件下における木星型惑星大気の雲対流の数値実験を行った.熱平衡を仮定したGuillot (1995)の議論より,太陽組成の約10倍程度のH2Oが存在する場合には,飽和気塊に働く負の浮力によって対流運動が抑制される可能性が指摘されている.また,太陽系形成論より,土星・天王星・海王星ではGuillot (1995)の閾値よりも多くの凝結性成分の存在が予想されている.木星・土星ケースでは,凝結性成分の存在度をGuillot (1995)の閾値よりも大きい太陽組成の30倍にしたにもかかわらず,対流圏界面まで発達する積雲が準周期的に発生した.雲層内の温度は活発な積雲の発生に合わせて準周期的に変動するという特徴や,雲層内でNH3とH2Sの蒸気が濃集するという特徴も得られた.活発な対流が生じる時刻における対流構造の特徴は「3階建て」である.すなわち,(1) H2O持ち上げ凝結高度(H2O LCL)より下では凝結を伴わない熱対流が生じ, (2) H2O LCLの直上では強い鉛直流が見られず層状の雲が生じ, (3)さらに上空で積雲が発達を始める.これらの特徴は木星大気条件でH2Oの凝結のみ考慮した類似の数値実験(中島ら, 1998)の結果と整合的であり,木星ケースより土星ケースで顕著に見られた.天王星ケースでは,対流圏界面まで発達する活発な積雲がほとんど見られず, H2O LCL付近ではほぼ定常的に層状の雲が発生した.対流に関わる大気層の質量が大きいため,積分時間を伸ばす必要があるかもしれない.

平成29年度は大気中の凝結性成分の存在度をパラメタとして変化させた数値実験を予定通り実施し,飽和気塊に働く負の浮力が雲対流の発生に与える影響について考察することができた.いくつかの数値実験については積分時間が不足気味もしくは結果の解析が十分ではないが,平成30年度以降で十分挽回可能である.NH4SH生成反応に伴う負の浮力が雲対流の発生を抑制する効果を調べることを目的として以下の2つを行なった.(1)化学平衡を仮定することで対流抑制の条件式の導出を行った.従来の議論(e.g. Guillot, 1995)では単成分の凝結に伴う対流抑制の可能性しか検討されておらず, NH4SHの生成反応については検討されていない.我々の導出した条件式より,NH3とH2Sの存在度が太陽組成のおよそ30倍よりも大きい場合には化学反応によっても対流抑制の可能性があることが示された.(2)系に与える凝結性成分気体の存在度をパラメタとした木星大気の雲対流の数値シミュレーションを行った.従来の実験では全ての凝結性成分(H2O, NH3, H2S)の存在度を太陽組成を基準に同じ割合で増減させていたが,本実験ではNH4SH生成反応にかかわる成分とそれ以外の成分の増減の割合を別々に与えることにする.H2Oの存在度が太陽組成の0.1倍以下のケースでは,NH3とH2Sの存在度が大きくなるに従って対流運動が間欠的になる.具体的には,NH3とH2Sの存在度を3, 10倍としたケースでは定常的に対流圏界面まで発達する雲が発生し,NH3とH2Sの存在度を30, 60, 100倍としたケースでは対流圏界面まで発達する雲が準周期的に発生する.活発な積雲の発生の発生する周期はNH3とH2Sの存在度に比例する.これらの特徴は対流構造のH2O存在度に対する依存性と整合的である.一方でH2Oの存在度が太陽組成の1倍以上の場合には,強い対流運動が発生する周期がNH3とH2Sの存在度に比例して若干長くなるといった変化が見られるが,H2O凝結高度から対流圏界面まで発達する雲が準周期的に発生するという定性的特徴には変化がなかった.大気中の凝結性成分の存在度をパラメタとして変化させた数値実験を進展することができ,従来検討されてこなかった化学反応に伴う負の浮力が雲対流の発生に与える影響について検討することができた.いくつかの数値実験については結果の解析が十分ではなく,また放射の代替として与える熱強制の大きさをパラメタとした数値実験の進展が弱いが,これらは次年度に十分挽回可能である.今後の研究においても,木星型惑星において生じうる雲対流構造の定性的特徴を掌握することを目的として,凝結性成分存在度と放射冷却率という2つのパラメタ空間上に雲対流構造を位置づけることを目指す.平成30年度は前年度からの継続として水平鉛直2次元の数値シミュレーションを行う.凝結性成分の存在度だけでなく,放射の代替として与える熱強制の大きさもパラメタとして広く変化させる.得られた結果を元に,弱い放射冷却に起因する雲対流の間欠性と多量の凝結性成分に起因する飽和気塊に働く負の浮力の2つが雲対流の発生に与える影響を重点的に議論する.平成31, 32年度は,水平鉛直2次元の系において徹底したパラメタ実験を実行すると共に,いくつかのケースを代表的なケースを選んで3次元の数値シミュレーションを実行し,木星型惑星において生じうる雲対流構造の定性的特徴に対する理解を深める.さらに,木星型惑星で観測される特徴的現象を説明可能なパラメタ範囲の掌握に向けた議論を行う.得られた依存性を元に,土星において観測される雲対流の間欠性を説明可能なパラメタ範囲を探索し,天王星と海王星の対照的な赤外放射量を雲対流の間欠性に伴う温度変化によって説明可能か検討する.これにより,未だに観測の進んでいない木星型惑星の組成や大気構造に対する理解の基礎を得ることを目指す.次年度以降も雲対流の数値シミュレーションを継続して行う.水平鉛直
外部動力源不要の永久大動脈カウンターパルセーターの開発

外部動力源不要の永久大動脈カウンターパルセーターの開発を目的に研究を進めてきた。着目したのは臨床応用を妨げている骨格筋で作製したカウンタニパルセーター(骨格筋ポンプ)の破裂の克服と血液接触面の血栓形成である。ポンプのサイズは重要なファクターであり、これを従来のポンプに対して小型化することで壁の耐久性を上昇させる事で破裂を克服し、ポンプ内腔の血液のwash outを改善しようと試みた。動物実験では小型化した骨格筋ポンプは模擬回路を用いた実験で高い駆出率を持ち、出力に関してもより大型である従来型の骨格筋ポンプと比べて遜色が無い事がわかった。また実験動物の体循環中で心拍出量を増加させ、冠循環を改善し、外部動力源不要の永久大動脈カウンターパルセーターとしてふさわしいものである事がわかった。我々は過去9年間にわたる基礎研究を踏まえ、症例を選ばない、自己骨格筋を動力源として、外部動力源不要の補助循環装置である永久動脈カウンターパルセーターを新たに開発中である。我々は模擬回路を用いた動物実験を積み重ね、次の点を明らかにすることができた。1.我々の開発する補助循環装置は従来の骨格筋ポンプと呼ばれる補助循環装置に比して、エネルギーロスを認めなかった。2.従来の補助循環装置と比較し耐破裂性の向上を認め、臨床応用に一歩近づく事ができた。3.血液接触面に比較的伸縮性の低い素材を用いることが可能となり、抗血栓性材料の選択が自由になった。4.ポンプ内の血液の駆出率は従来型と比較し飛躍的に改善、これもポンプ内血栓形成を抑制し、臨床応用へ一歩近づけることができた。我々は以上の内容を1998年4月第98回外科学会総会で発表する予定である。
林業経営の信託化を実現させる諸条件の解明：日本の特殊性と一般性

今日のわが国林業は、立木価格の低迷により森林所有者は経営意欲を喪失し、施業放棄に加え、林地を売却する動きがある。他方、木材加工業などの原木を必要とする事業体の中には、林地を取得し、自ら経営を行なう例もみられるようになってきている。すなわち、今日、わが国林業を巡っては、林業経営の再編が進行しているようにみえる。こうした中、大手金融機関による森林信託商品化では、1林業のキャッシュフロー確保が不透明であること、2協同する専門家・機関の不足感があること、3不動産の物的状況、権利態様が不安定であることが信託化を阻んでいた。本研究は、こうした信託商品化に応え得る森林信託の条件を明らかにした。近年、我が国では長期にわたる立木価格の低迷や高齢化により森林所有者の経営からの撤退が顕在化し、森林の機能が発揮されにくい状況にある。本研究課題にかかわる先行研究をみると、外国資本による林地取得、森林・林業関連法制度の改正、海外における機関投資家による森林投資の活発化等を契機として、森林投資や森林信託研究が再燃しているものの、森林科学の専門領域においてもまだ充分にその性格の検証がなされていない。しかし、地球規模の環境問題への対応、我が国における縮小社会段階への移行や財政事情を前に、森林整備の担い手と費用負担のあり方は、森林経営に内在する公共的性格と私的性格を紐解く重要な課題である。これまでの我々の研究では、林業経営の信託では,第1に再造林投資が可能な内部収益率を達成していることが明らかになっている。だが,そのための制度的背景、初期投資割合が大きい育林コストの内実や経営収支等、まだ十分な実態把握と理論化が行われているとは言い難い。そこで、本研究では,我が国の林業経営の世代間信託の実現に向けて、東北地方をモデルとして、海外比較により、我が国の独自性と共通性を解明し信託化実現の条件を考えることを目的とした。課題を明らかにする上で、(1)関連文献収集整理、分析、(2)欧米日比較による日本の独自性の抽出、(3)海外における林業経営の信託化技術の類型化、(4)東北地方をモデルとする育林投資縮小メカニズムの解明と林業経営信託化技術の検討の4つの枠組みを設定した。初年度にあたる平成27年度は、これまでの研究蓄積に新たな動向を加えて整理・分析を行うとともに、信託化の基礎的条件となり得る事項に関する実務者との意見交換を実施した。現在のところ、1経営規模の拡大、2人工林育成林業を専門とする新たな林業経営組織,3林業経営を目的とする所有再編、以上が林業経営の世代間信託の条件として指摘できた。我々の研究チームは、既に、日本の森林信託は制度上は財産信託の性格を持つこと、一方で、アメリカを中心とする欧米の森林信託は、金融市場における投資の性格を持つ信託に展開していることを明らかにしている。また、これまでアメリカ・ニュージーランドで顕著に展開していた森林投資信託が世界で急速に拡大していること、わが国では素材生産業、原木市場、木材加工業などの原木を必要とする事業体の中には、事業規模を拡大するとともに、林地を積極的に購入し、林業経営までをも行う事例や、林地の購入まではしないまでも、規模のメリットを生かし、いわば信託的な管理受託も行う例もみられるようになっている。そこで、初年度にあたる本年度は、これまでの研究蓄積に以上の新たな動向を加えて整理・分析を行った。あわせて、「造林補助金」、「信託制度」等わが国における信託化の基礎的条件となり得る事項に関する実務者との意見交換を実施した。現在のところ、主に、1経営規模の拡大、2人工林育成林業を専門とする新たな林業経営組織,3林業経営を目的とする所有再編、以上が林業経営の世代間信託の条件として指摘できた。我々の研究では,既に,日本の森林信託は,制度面からみると財産信託の性格を持つこと、一方で,アメリカを中心とする欧米の森林信託は、金融市場における投資の性格を持つ信託に展開していることを明らかにしている。こうした中,これまで、アメリカ・ニュージーランドで顕著に展開していた森林投資信託が急速に世界で拡大していること,我が国では素材生産業,原木市場,木材加工業などの原木を必要とする事業体の中には,事業規模を拡大するとともに,林地を積極的に購入し林業経営までをも行う事例がみられる。また,林地の購入まではしないまでも,規模のメリットを生かし,いわば信託的な管理受託も行う例もみられるようになっている。初年度は,これまでの研究蓄積を整理・分析するとともに,本研究課題の基礎となる「造林補助金」,「信託制度」等に関して,実務者との意見交換ならびに関連事例において訪問調査を実施した。そこでは主に,1経営規模の拡大,2人工林育成林業を専門とする新たな林業経営組織の必要性,3林業経営を目的とする所有再編,以上が林業経営の世代間信託の与件として考えられた。本年度は、わが国でそうした事象が生起している要因分析を行った。現在のところ、信託的契約に基づく長期施業受委託(経営権付託)による林業経営と林地購入による所有者自らの林業経営といった2つの性格を持つ林地流動化が並行して進行している実態が明らかになった。そして、その要因として、1川下の規模拡大、2素材生産からはじまる資本蓄積、資金循環、3過疎山村における森林所有者にあっては家産保持以前に生計維持が前面に現れ、資源の再生産を不可能にしている実態が明らかになりつつある。

当該研究課題に係り、申請時の予想以上に国内外における展開が活発化し、文献、事例分析が潤沢に進んでいることから、上記の区分とした。本課題代表者らがこれまでに行った研究では、既に、日本の森林信託は財産信託の性格を持つこと、一方で、アメリカを中心とする欧米の森林信託は、投資の性格を持つ信託に展開していることを明らかにしている。1990年代から2000年代初頭、森林投資はアメリカ・ニュージーランドで顕著であったが、この数年で急速に世界に拡大し、我が国では素材生産業、木材加工業等の原木を必要とする事業体の中には、事業規模を拡大するとともに林地を積極的に購入し、林業経営までをも行う事例がみられるようになっている。本研究は、森林資源の経済的価値の世代間衡平を最終的な目標としている。本研究期間では、森林信託・投資に関する既往研究の整理・分析を踏まえ、信託制度に関して実務者らとの意見交換ならびに国内外事例への訪問調査を行った。結果、1経営規模、2人工林育成林業を専門とする新たな林業経営組織と林業生産技術の必要性、3所有権や経営権の権利態様の明確化、以上の3つを森林信託・投資を可能とする林業経営の主たる条件として指摘した。国内事例では、信託法を介在させ30年間、40年間といった経営権付託等による林業経営と、所有森林のポートフォリオを再検討しつつ所有者自ら林業経営を行うといった2つの性格を持つ林地再編が並行して進行している実態を明らかにした。その要因として、1川下の規模拡大、2素材生産からはじまる林業理解と資本蓄積、資金循環、3過疎山村における森林所有者にあっては家産保持以前に生計維持が前面に現れ、資源の再生産を困難にしていることが浮き彫りになった。海外との比較では、日本の林業の特殊性を検討した。本研究における比較対象国では、経済林が地位級や木の性質によって木材の用途別ゾーニングをともないながら再編されはじめている一方で、日本では立木1本の多様な利用によって経済的価値の向上に展開していることが明らかにされている。今日のわが国林業は、立木価格の低迷により森林所有者は経営意欲を喪失し、施業放棄に加え、林地を売却する動きがある。他方、木材加工業などの原木を必要とする事業体の中には、林地を取得し、自ら経営を行なう例もみられるようになってきている。すなわち、今日、わが国林業を巡っては、林業経営の再編が進行しているようにみえる。こうした中、大手金融機関による森林信託商品化では、1林業のキャッシュフロー確保が不透明であること、2協同する専門家・機関の不足感があること、3不動産の物的状況、権利態様が不安定であることが信託化を阻んでいた。本研究は、こうした信託商品化に応え得る森林信託の条件を明らかにした。これまで、機関投資家による森林投資は、アメリカ、ニュージーランドにおいて高い成果をあげているが、小規模森林所有や公有林を中心とした所有形態から成る欧州での展開は困難とされてきた。そうした中,最近のFAOのレポートでは、その困難とされてきた欧州においても機関投資家による森林投資が拡大傾向にあることが指摘され,さらに、新興国の今後の動きにも注目している。
不確定数学モデルの利用によるモデルベース診断のロバスト性向上に関する研究

機械・構造物の数学モデルに基づくモデルベース異常診断においては,数学モデルの精度が診断結果に大きな影響を与えるという問題がある.本研究では,正常状態での実測値と数学モデルの差異を積極的に診断プロセスに取り込むことで,モデルベース診断のロバスト性を向上させる手法を構築した.そしてはり構造物,回転機械を診断対象として,数値的および実験的に検証し,提案手法の有効性を示した.機械・構造物の数学モデルに基づくモデルベース異常診断においては,数学モデルの精度が診断結果に大きな影響を与えるという問題がある.本研究では,正常状態での実測値と数学モデルの差異を積極的に診断プロセスに取り込むことで,モデルベース診断のロバスト性を向上させる手法を構築した.そしてはり構造物,回転機械を診断対象として,数値的および実験的に検証し,提案手法の有効性を示した.外力同定を援用するモデルベース診断手法を提案しているが,これまでは線形特性を有する異常原因の推定が可能であった.本年度はその手法を,非線形特性を有する異常原因へ適用する手法を確立した.具体的には,発生する振動数毎に外力同定を行い,発生する応答との残差が最も小さい外力作用位置に異常が発生しているとした.非線形特性を有する異常原因の一例としてブリージングクラックを取り上げ,外力同期成分と二倍の高調波成分を利用して,異常発生位置の推定,異常原因の推定を行うことができた.これらの成果により,診断可能な異常原因の範囲が拡張された.また診断を行う際には作用している外力の性質を同定する必要があるが,センサーの数が限られている場合でも,広い範囲に分布する外力が同定できる手法を提案した.有限要素法を用いて多自由度振動系にモデル化された後で外力を同定する場合は,最大でもセンサーの数と同じ数の外力しか同定できないが,分布外力を近似することで,広い範囲に分布する外力の同定が可能になった.提案した手法を実験的に検証することができた.この成果によって,診断のための振動試験の精度向上を図ることができる.更に診断に用いる数学モデルの不確定性を評価する方法を考案した.具体的には,モデルアップデートが完了した数学モデルに対し,振動試験を行った外力の振動数毎に,不確定要素の特性を修正して再度最適な数学モデルを構築し,その平均値と標準偏差を用いて不確定数学モデルを定義する.そして実験で得られた振動データから不確定数学モデルが構築できることを確認した.静止構造物に対して数学モデルの不確定性を評価する新しい手法を考案した.その手法は正常状態の実験データと数学モデルに基づくシミュレーションデータの差異(比率)をデータとして保存し,異常状態においてもその特性が維持されると考えて数学モデルを修正するものである.数値例によって妥当性を検証するとともに,実験によって適用性を評価した.実験においては均質で一様なはりを自由支持し,中央を加振する実験装置を構築した.応答は四カ所の加速度ピックアップで測定した.異常状態の例として質量付加を仮定し,様々な位置,大きさのおもりをはりに付加して異常状態を実現した.異常時の応答の変化を利用して異常発生位置の推定および程度の同定を行った結果,十分な精度で異常位置と程度の同定が可能であることがわかった.研究を発展させるため,クラックを有するはりの異常診断,回転機械の異常診断を行った.はりのクラック診断においては,非線形振動が発生するので,これまでの手法を改良した診断手法を構築した.具体的には,振動試験の外力に同期した振動数成分と,その二倍の振動数成分で外力同定を行うものである.そして提案手法の妥当性を数値的に検証した.また実験を行うために,実際のクラックはりの製作を行った.回転機械においては,振動試験のための外力の考え方が異なるため,提案手法の改良を行った.具体的には,初期の残留不つり合い力と実際の異常に起因する力の方向が異なるため,異常に起因する力の方向を基準として正常状態の振動を削除する手法を考案した.そして妥当性を数値的に検証するとともに,実験の準備を行った.平成2122年度において,静止構造物に対して,数学モデルの不確定性を考慮する新しい診断手法を提案し,はり構造物に対して数値的および実験的に検証した.そして22年度には,研究を発展させるためクラックを有するはりの異常診断,回転機械の異常診断を行う準備を進めた.平成23年度は,初めにブリージングクラックを有するはりの異常診断を行った.オープンクラックと異なりブリージングクラックでは,応答に外力同期成分と二倍の高調波成分が現れるので両者を総合的に評価する手法の構築を行い,数値例で妥当性を検証した.その結果,提案手法で正しい異常診断が可能であることが示された.次に実験装置を制作した.クラック部分は,あらかじめ作成した切り欠さに別の部材を挿入することで実現した.正常状態と異常状態の応答の違いから,異常発生位置の同定,クラック深さの同定が可能であることを示した.次に回転機械の異常診断を行った.回転機械の場合は,許容範囲内の初期不つり合いと発生した異常の方向が必ずしも一致しないので,初期不つり合いあるいはキーを基準とした位相を考慮して異常診断を行う必要がある.数値例では提案手法の妥当性が示されているので,実験的な検証を行った.柔軟シャフトに円板が一枚あるいは二枚取り付けられている回転機械を構築し,異常の例として円板への不つり合いの付加とシャフトへの接触を実際に発生させ検証を行った.その結果,不つり合いの場合は,異常発生位置,不つり合いの位相と大きさが十分な精度で診断できることが示された.

また接触については,十分な精度で発生位置が同定できることがわかった.以上の結果を学術論文にまとめるとともに,国内学会,国際会議で成果発表した.また研究成果報告書を作成した.
CD271による下咽頭がん増殖胞制御機構の解明と標的治療への応用

申請者らは最近、神経成長因子受容体であるCD271が下咽頭がんにおける造腫瘍能マーカーであることを報告した。しかしながら、CD271のがんにおける働きは十分に解明されていなかった。申請者は予備的検討からCD271ノックダウン細胞の増殖が顕著に低下することを見出し、下咽頭がんの増殖(腫瘍形成能)はCD271依存性であるという仮説を立てた。この仮説を検証するため、本研究を実施した。本研究では、申請者は、独自に下咽頭がん細胞株HPCM2およびHPCM7を樹立し、siRNAを用いてCD271ノックダウン細胞を作成した。結果、CD271ノックダウン細胞において、1.細胞増殖が顕著に低下する、2.G0期の割合が上昇する、3.静止期(G0期)維持因子であるCDKN1Cの発現が上昇する、4.造腫瘍能が失われる、5.Erkのリン酸化が減少する、5.RhoAを介した細胞遊走能が低下する、ことを見出した。また、CD271はTrk受容体との共作用が知られているが、これらの現象はTrk受容体の発現に依存していなかったことから、CD271独自のシグナル経路に関連するものと考えられた。(2016年にScientific Reportsに報告)これらの結果から、CD271は下咽頭がんにおいて単なる造腫瘍能を規定するマーカー分子というだけではなく、それ自身が機能を持って細胞増殖を制御する因子であり、重要な治療標的となり得ることを見出した。現在、CD271陽性細胞を標的としたヒト化抗CD271抗体を作成し、CD271の実際の治療標的としての妥当性を検討している。本課題では、下咽頭がん幹細胞マーカーであるCD271が下咽頭がんに果たす機能の解明と、CD271を標的とした治療法の開発に取り組む。(1)増殖への影響を検討するため、下咽頭がん細胞株でCD271のノックダウンを行ったところ、増殖能・造腫瘍能が顕著に減少した。このことから、CD271は下咽頭癌において強く増殖の制御に関与していることが示唆された。(2)更に増殖の制御について詳細に調べるため、CD271ノックダウン細胞について細胞周期を解析した。結果、CD271ノックダウン細胞は静止期であるG0期の割合が顕著に増加していた。CD271はその下流に増殖シグナルであるErk,Akt,NfkBのシグナル経路を持つことが知られているが、変動は軽微であった。この結果から、CD271は下咽頭がんにおいて既知のシグナル以外にも増殖を制御する経路を有していることが示唆された。(3)新規の増殖制御経路を探索するため、CD271ノックダウン細胞をマイクロアレイ解析に供した。その結果、CD271ノックダウン細胞では静止期の維持に関与するCDKN1C分子の発現が上昇することが判明した。これら(1)-(3)の結果から、CD271は下咽頭癌の増殖を強く制御することが示唆された。(4)CD271は下咽頭がんにおいて浸潤部に強く発現する。このことから、CD271は下咽頭癌の浸潤にも関与すると考えられる。これを検証するため、CD271をノックダウンした細胞を移動能試験に供した。結果、CD271ノックダウン細胞では強く移動能が抑制されることが判明した。これらの結果から、CD271は下咽頭がんにおいて複数の下流経路により、がんの浸潤・造腫瘍能を制御することが示唆された。これらの結果をもとに、現在CD271リガンド及びシグナル阻害薬を用いた増殖試験、及びCD271阻害抗体の作成を進行中である。複数の細胞株でCD271下流増殖シグナル経路の解析を進めている。マウスを用いたCD271抗体産生のハイブリドーマ作成も順調である。

当初の計画通り進める。超免疫不全マウスを用いた解析に時間を要するため。また、抗体産生ハイブリドーマ作成のバリエーションを増やすため。抗体・試薬・消耗品及びマウス購入に充てる
Rhoファミリーによる細胞骨格と細胞接着の制御機構

低分子量G蛋白質のRhoファミリー(Rho、Rac、Cdc42)は細胞骨格や細胞接着を制御しているが、その作用機構は不明であった。私共は既に、Rhoの標的蛋白質としてRho-キナーゼとMBSを、RacとCdc42の標的蛋白質としてIQGAP1を同定している。本研究では、細胞骨格及び細胞接着制御機構を明らかにすることを目的とし、Rhoファミリー低分子量GTPase及びその標的蛋白質の機能解析を行った。私共は既に、Rho-キナーゼの基質としてMBSやMLC、ERMなどを報告しているが、本研究では、新たにRho-キナーゼの基質としてCRMP-2、adducin、MAP2、tau、calponin、EF-1αを同定した。そしてこれら基質蛋白質のRho-kinaseによるリン酸化部位の同定を行い、そのリン酸化を認識する抗体を作成し、さらに基質蛋白質の変異体を細胞内に導入することによりそのリン酸化の生理的意義を解析した。以上の解析から、Rho-キナーゼによるCRMP-2のリン酸化がLPAによる神経細胞の成長円錐の退縮に重要な役割を果たしていることを明らかにした。また、Rho-キナーゼによるadducinのリン酸化が細胞膜ラッフリングや細胞運動に重要な役割を果たしていることを明らかにした。一方、私共は既に、IQGAP1がβ-カテニンと直接結合し、カドヘリン・カテニン複合体からα-カテニンを解離させることにより細胞間接着を負に制御することを明らかにしている。また、活性型RacとCdc42がIQGAP1の機能を阻害し、細胞間接着を正に制御することも明らかにしている。本研究では、このRac/Cdc42/IQGAP1による細胞間接着の制御システムがhepatocyte growthfactor(HGF)により誘導されるcell scattering(細胞分散)時の細胞間接着の破壊に関与しているか否か検討した。その結果、Cdc42、Rac及びIQGAP1はα-カテニンの動態制御を介して、cell scattering時の細胞間接着の破壊に関与していることが明らかとなった。また、RacとCdc42の活性化動態を特異的にモニターするassay系の開発に成功し、細胞間接着の再構築時におけるRacとCdc42の活性動態を明らかにした。以上、本研究の研究目標はほぼ達成できたと考えられる。Rhoファミリー低分子量GTPase(Rho,Rac,Cdc42)は、ある種の細胞外シグナルの下流で主にアクチン系の細胞骨格と細胞接着を制御していると考えられている。私共は既に、Rhoのエフェクター分子としてRho-キナーゼとMBSを、またRac及びCdc42のエフェクター分子としてIQGAPを同定している。本研究では、細胞骨格及び細胞接着制御機構を明らかにすることを目的とし、Rhoファミリー低分子量GTPase及びそのエフェクター分子の機能解析を行った。