hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
経済地理モデルに基づく地域政策の評価分析

2.従来の労働・資本の2要素モデルを拡張し,自然資源を加えた3要素モデルを構築し,以下の結果を得た.(1)工業財の輸送費用が高い場合は,自然資源に恵まれた国に多くの企業が立地し,他国より高い厚生が得られる.しかし,工業財の輸送費用が低くなると,企業は他国に多く立地するようになり,いわゆる'資源の呪縛'が生じる.(2)その'資源の呪縛'は,資源財が最終財としてのみ利用される場合により深刻になる.(3)自然資源に乏しい国は貿易自由化政策を進める傾向が強く,これは現実と整合的な結果である.3.実証研究としては,都市の空間構造と商業・サービス業生産額分布の関係を示す構造方程式を導出し,その推定を行い,理論の妥当性を示すことができた.また地域政策評価への応用研究としては,これまで構築してきたモデルに温暖化ガス排出権取引を導入したモデルを構築し,排出権取引やカーボン・オフセット・プログラムといった環境政策を評価するフレーム作りを行った.以上の内容は,これまでの新経済地理・空間経済学の研究において,明らかにされていなかった,あるいは取り組まれてこなかったものであり,都市・地域政策において重要な意義を持つと考えることができる.本研究は,地域政策の評価分析のための経済地理モデルの構築を目的としているが,最終年度である平成23年度は地域経済と国際経済の統合モデルの構築,実証分析と地域政策の検討を中心に行い,以下を明らかにした.1.賃金格差を内生化した二国一部門二要素モデルを構築し,保護貿易の価格指数・厚生への影響を分析した.その結果,(1)差別化財の代替の弾力性が十分小さい場合には,Venalbes (1987, Economic Journal)と同様の「価格低下効果」が生じうること,(2)代替の弾力性が実証研究で得られているレベルの値の場合には,保護貿易は価格指数を上昇させ,厚生を低下させることが分かった.2.地域政策評価への応用研究の第一としては,これまでのモデルに企業に対する従量税・従価税を導入し,それがもたらす地域経済への影響を分析した.その結果,(1)同質財が交易される場合には,税収の分配方式に関わらず,従価税は企業立地シェアを変化させないが,従量税は大地域への集積を加速させること,(2)同質財が交易されない場合には,課税方式に関わらず,地域内均等分配は企業立地シェアを変化させないが,地域間均等分配は大地域への集積を加速させることが分かった.3.応用研究の第二としては,温暖化ガス排出権取引を導入したモデルを構築し,排出権取引やカーボン・オフセット・プログラムといった環境政策がもたらす地域への厚生効果について分析した.その結果,吸収源が豊富な地方地域は,クレジット収入による所得増大効果が働く一方で,都市部より生産がより不利になることで企業退出効果が働き,場合によっては地域間格差が拡大する場合があることが明らかになった.以上の内容は,これまでの新経済地理・空間経済学の研究において,明らかにされていなかった,あるいは取り組まれてこなかったものであり,都市・地域政策において重要な意義を持つと考えることができる.
防災林の流体力に対する機能向上に関する研究

防災林が防災機能を発揮するには、流体力に対して高い抵抗性を保持していることが重要である。本研究では、津波や強風などによる流体力と立木の抵抗性との関係を調べ、抵抗性の高い森林の構造を明らかにした。その結果、丈夫な防災林を形成するためには、本数密度を低くすることが重要である事が示された。ただし、津波に対しては、浸水深が樹高を超える高さになると本数密度を低くしても、抵抗性が向上しない事が示唆された。津波における立木の抵抗性を評価するため,昨年度構築した限界流速(幹折れまたは根返りが発生するときの流速)計算モデルを改良し,実際に津波により被害を受けたクロマツ海岸林において,シミュレーションをおこなった。その結果,モデルにより限界流速の値が小さな立木において,実際に津波の際に根返り・幹折れなどの被害が発生しており,本モデルにより計算された限界流速が立木の津波抵抗性の指標となりうることが示された。シミュレーションの結果では,立木の被害形態は根返りが約75%,幹折れが17%,根返りおよび幹折れの両方が発生する可能性のあるケース9%となったが,実際の被害においても被害立木の86%が根返りであり,定性的な一致を得た。限界流速と浸水高(津波の高さから,地盤高を差し引いた値)の関係では,浸水高が増すと限界流速は低下し,枝下高を浸水高が超えると,さらに限界流速の減少率が高くなることが示された。現地の津波高8.5mに対するシミュレーションでは,樹冠に津波が達した(浸水高が枝下高よりも高くなったケース)立木は,限界流速が相対的に低かったことが示され,枝下高の高さが限界流速に対して影響する結果となった。立木の強風被害等においては,(形状比樹高/胸高直径)の値が小さい立木が強風に対する抵抗性が高い立木とされているが,津波に対しては,形状比(樹高/胸高直径)と限界流速の関係においては,明確な関係性がみられず,単純に形状比によって,立木の津波抵抗性を評価できないことが示唆された。津波における立木の根返り抵抗性を評価するため,クロマツ林において立木の引き倒し試験を実施し,根返り抵抗モーメントと立木の各要素(胸高直径D,樹高H,材積指標D2H,形状比H/D)との相関を分析した。その結果,立木はDおよびD2Hとの相関が高いことがわかった。また,津波における立木の幹の強さを評価するため,クロマツのヤング係数を測定したところ,その値は8.7GPaであった。これらの値を用いて,幹折れまたは根返りが発生するときの流速(限界流速)を計算する基礎モデルを構築した。雪崩に対する森林の抵抗性を評価するため,雪崩に対して,立木がどの程度のひずみエネルギーを蓄積するかを評価した。その結果,直径の増加に伴って幹に蓄積されるひずみエネルギーも増加するが,同じ直径ならば雪煙層密度が高い方が幹に蓄積されるひずみエネルギーは高くなることが示唆された。また,雪煙層密度を一定にした場合は,流れ層の密度が低いほうが,蓄積されるひずみエネルギーはわずかながら高くなった。実際に津波により被害を受けたクロマツ海岸林において,シミュレーションをおこなった結果,モデルにより限界流速の値が小さな立木において,実際に津波の際に根返り・幹折れなどの被害が発生しており,本モデルにより計算された限界流速が立木の津波抵抗性の指標となりうることが示された。森林の成長段階毎に流体力に対する抵抗性をシミュレーションにより評価し,津波の流体力に対する抵抗性を高めるための森林管理手法を検討した結果,本数密度を低くして管理することが重要であることが示された。しかし,津波に関しては、浸水深の値が大きくなると,施業による差異はみられないことが示唆され,密度管理による津波抵抗性の有効範囲が存在する事が示された。雪氷学、森林気象学、森林科学計画的に研究が進展し,当該年度に実施した研究についての投稿論文が掲載予定である。また,学会発表を行い,他の研究者との情報交換も実施した。

計画的に研究が進展し,当該年度の実施した研究について,総括の意味合いを含めて,学会発表をおこなった。今年度も引き続き計画通りに実施するが,研究全体の総括を視野に入れ,論文等の作成にも力を入れる。今年度も引き続き計画通りに研究調査を実施しする。年度末の学会発表について,悪天候等による出張計画の変更に備えるため。今年度は,悪天候などの不確定要素を含む出張は回避して,計画通りに実施する。本研究成果を発表するため,年度末に学術会議(森林学会)に出席した。北海道では,たびたび悪天候による交通網の乱れが発生するため,出張計画の変更をしなければならないことが時折発生する。そのため,このような不測の事態に備えて,次年度使用額が生じた。今後は,翌年度以降に請求する研究費と合わせて,物品費,旅費論文投稿に関する英文校閲などに計画的に使用する。
トーリックトポロジー

トーラス作用をもつ性質のよいトーラス多様体とGKMグラフと呼ばれるグラフとの関係を調べた.この関係の研究は,Guillemin-Zaraによって始められた研究で,トポロジーとグラフ理論との間に大いなる類似があることを示している.我々の対象は,Guillemin-Zaraが取り扱っているものと少し異なるが,非常によい性質をもつもので,トーラス多様体のコホモロジーという幾何学的な量が,GKMグラフから定まる代数的な量と一致し,その代数的な構造を完全に記述した.この代数的な量は,単体的セル複体のface ringと呼ばれるものと一致しており,可換環論の立場からも興味ある対象であると思われ,今後の発展を期待している.なおこの研究は,前田裕氏との共同研究で,論文として纏め,Advances in Mathematicsから出版された.服部予想に関連して,Bott towerがいつsemifree S^1部分群をもつか調べた.また,これに関連して,Bott towerの位相的な分類を考察した.Bott towerはトーリック多様体の良い例であるか,我々の考察は,Bott tower,もっと一般に,トーリック多様体はコホモロジー環で位相的に分類できるのではないかと予感させる.我々の研究テーマである「トーリックトポロジー」の国際会議を平成18年5月29日から6月3日の期間,Panov,枡田,原田芽ぐみ氏,Yael Karshonが組織委員となって大阪市立大学で開催した.外国から70名,国内からも70名の参加者があり,多くの研究者が,この生まれつつある分野に関心があることが伺えた.非常に盛況で,意義深い会議であったと思っている.研究費の大半を,この会議のために充てた.なお,この会議の報告集を,アメリカ数学会のContemporary Mathematicsから出版する予定である.トポロジーと組合せ論との関係に関する研究を行った.特に,トーラス作用をもつ性質のよいトーラス多様体とGKMグラフと呼ばれるグラフとの関係を調べた.この関係の研究は,Guillemin-Zaraによって始められた研究で,トポロジーとグラフ理論との間に大いなる類似があることを示している.我々の対象では,Guillemin-Zaraが取り扱っているものと少し異なるが,非常によい性質をもつもので,トーラス多様体のコホモロジーという幾何学的な量が,GKMグラフから定まる代数的な量と一致し,その代数的な構造を完全に記述した.この代数的な量は,単位的セル複体のface ringと呼ばれるものと一致しており,可換環論の立場からも興味ある対象であると思われ,今後の発展を期待している.なおこの研究は,前田裕氏との共同研究で,論文として纏め,現在投稿中である.我々の研究テーマである「トーリックトポロジー」の国際会議を平成18年5月29日から6月3日の期間,Panov,枡田,原田芽ぐみ氏,Yael Karshonが組織委員となって大阪市立大学で開催する予定である.この会議の準備の意味も込めて,原田氏を招聘し,その後も頻繁に研究連絡をとっている.また,トーリックトポロジーの研究者であるGrbic氏を招聘し,座標平面配置に関して研究連絡を行った.Grbic氏は,座標平面配置の補空間のホモトピー型を決定した.これは,Panov氏がコホモロジー環の計算から予想していた結果で,ホモトピー論の道具を有効に用い,非常に興味ある結果である.トーラス作用をもつ性質のよいトーラス多様体とGKMグラフと呼ばれるグラフとの関係を調べた.この関係の研究は,Guillemin-Zaraによって始められた研究で,トポロジーとグラフ理論との間に大いなる類似があることを示している.我々の対象は,Guillemin-Zaraが取り扱っているものと少し異なるが,非常によい性質をもつもので,トーラス多様体のコホモロジーという幾何学的な量が,GKMグラフから定まる代数的な量と一致し,その代数的な構造を完全に記述した.この代数的な量は,単体的セル複体のface ringと呼ばれるものと一致しており,可換環論の立場からも興味ある対象であると思われ,今後の発展を期待している.なおこの研究は,前田裕氏との共同研究で,論文として纏め,Advances in Mathematicsから出版された.服部予想に関連して,Bott towerがいつsemifree S^1部分群をもつか調べた.また,これに関連して,Bott towerの位相的な分類を考察した.Bott towerはトーリック多様体の良い例であるか,我々の考察は,Bott tower,もっと一般に,トーリック多様体はコホモロジー環で位相的に分類できるのではないかと予感させる.我々の研究テーマである「トーリックトポロジー」の国際会議を平成18年5月29日から6月3日の期間,Panov,枡田,原田芽ぐみ氏,Yael Karshonが組織委員となって大阪市立大学で開催した.外国から70名,国内からも70名の参加者があり,多くの研究者が,この生まれつつある分野に関心があることが伺えた.非常に盛況で,意義深い会議であったと思っている.研究費の大半を,この会議のために充てた.なお,この会議の報告集を,アメリカ数学会のContemporary Mathematicsから出版する予定である.
ヘテロナノワイヤを用いた分子素子

本提案研究では、微細加工技術に依存せずに分子素子の形成を可能とする“単結晶ヘテロナノワイヤ分子素子"とその機能を実証することを目的とする。分子素子を形成する従来法は、走査プローブ顕微鏡法、機械的破断法、微細加工技術に立脚したナノギャップ法に大別することが出来るが、本新学術領域が目指す分子素子の組織化を実現するためには、従来法の枠組みを超えて分子素子が電極と共に内部に既に設計されているナノ構造が理想の形態といえる。ヘテロナノワイヤ構造は、1分子の大きさに対応したナノギャップを原子堆積法によりナノワイヤ構造内部に実現することを可能とし、加えてナノワイヤ構造自身が引き出し電極の役割をも果たす極めて魅力的なナノ構造である。このナノ構造の実現により、有機合成化学研究者が合成プロセスの延長上で電極と結合した分子素子を形成する事が可能となる。27年度が最終年度であるため、記入しない。ヘテロ構造を単結晶ナノワイヤ構造内に形成させる為に、金属触媒を介したVapor-Liquid-Solid(VLS)反応法を用いる。VLS反応法では、供給した原料が固液界面のみに絶対選択的に結晶成長することが可能となり、所望の原料をシーケンシャルに供給することで狙いのヘテロ構造をナノワイヤ構造内部に実現する。これまでにVLS反応法を用いて機能性酸化物材料をナノワイヤ構造化する技術を蓄積しており、これらの科学技術を駆使することによって分子素子を実現する新しいナノワイヤ構造を実証した。“分子サイズのナノギャップと電極構造が内包されたナノワイヤ構造体"を用いて、単一分子素子と電流検知型の分子認識機能を実証する。本目標を達成するために、1機能性分子をナノワイヤとハイブリッド化し、2形成された単一分子素子の電気伝導度を検証し、3雰囲気中の微量ターゲット(各種ガスや金属イオン)を電流変化として検出する分子認識機能を実証する。
不完全な付随情報とCox計数過程に基づく統計モデルの推測の研究

平成18年度では,本研究の柱となる有意義な具体的な現象として「2重(区間)中途打ち切りデータの推測」と「順位検定の背後に現れるあるセミパラメトリック・モデル」に関して,主に以下のような研究を行った.第1の研究開発では,2重中途打ち切りデータから得られる不完全観測を伴う計数過程に対して,前進マルチンゲール接近法と後退マルチンゲール接近法を定式化し,このタイプの不完全データに対するノンパラメトリック最尤推定量(NPMLE)の性質を調べるために有用な理論を与えた.この双子のマルチンゲール理論を用いて,従来の方法(無限行列,もしくはFredholm積分方程式の表現)よりも統計的性質を理解しやすい形式において,NPMLEや自己一致推定量の漸近性質を定式化する研究を行った.また,この理論に基づいて新しい推定値の提案も行い,最も良いと知られるNPMLEと比べても,その推定力が遜色のない結果を与えることをシミュレーション調査し,さらなる改良(例えば,逆分散法など)によりほとんど一致できる可能性をもつことを与えた.第2の研究開発では,繰り返し測定値における古典的なランク検定(Friedman検定,Pageトレンド検定など)の背後にあるモデルを,層化型Cox計数過程モデル(各個体ごとに異なる潜在基礎ハザードを用いた時変型Coxモデル)により,有意義にモデリングする(共変量調整などへの応用)という提案を行った.このモデルの追加のメリットとしては,古典的なランク検定のように固いバランス型データに限られることなく,広範囲に適用可能であり,不完全データへの対処も優れていることである.この層化型Cox計数過程モデルに対して,有限標本ではシミュレーションにより,大標本では漸近理論によって,回帰係数の推定量の性質を研究した.さらに,ランダム効果であることを表現する各個体ごとに異なる潜在基礎ハザードに対する,推定関数(すなわち,ある確率過程)の統計的分布の性質の大標本理論を研究した.平成16年度の研究では,本研究の柱となる有意義な具体的な現象「治癒混合モデル」と「順位検定の背後に現れるあるセミパラメトリックモデル」をトピックとして,主に次のような三つの研究開発を行った.第1の研究では,「治癒混合モデル」の擬似部分尤度からの推測法を提案し,擬似部分尤度から得られる推定量の性質を纏めた.また,擬似部分尤度法から得られるマルティンゲール性質も定式化した.今後に,マルティンゲール性質を利用することにより,推定量の漸近的性質を見通しよく構築でき,さらに診断法の確立も期待できる.第2の研究では,「治癒混合モデル」から得られる二つの推定法「擬似部分尤度法」と「EM型プロフィール尤度接近法」の違いを明らかにするために,この二つの推定法から得られる局外関数の性質を研究調査した.この研究によって,「擬似部分尤度法」からの局外関数は,前進型Volterra積分方程式により導かれ,「EM型プロフィール尤度接近法」からの局外関数は,後退型Volterra積分方程式もしくは本質的にFredholm積分方程式から導かれるという違いを明らかにできた.そして,双方の局外関数に対する漸近的表現を求め,互いに,それが漸近一致性と漸近正規性を得るための条件を導出した.また,この漸近的な結果を確認する目的と有限標本での局外関数の挙動を調査する目的のため,いくつかのシミュレーション研究も行った.ここでの研究は,今後にかけて,「EM型プロフィール尤度接近法」からのマルティンゲール性質を定式化することが可能か否かを追求するための鍵となる研究で,また「擬似部分尤度法」からの大標本理論を補う研究にもなると考えている.第3の研究では,「順位検定の背後に現れるあるセミパラメトリックモデル」の研究に関して,Legendre直交展開により得られるハザード・モデルを研究した.とくに,この直交展開モデルは,様々な対立族に対して,非常に強力な検出力をもたらす順位検定の方法:データ駆動型順位検定法を提供する.このとき,最初に重み付け対数順位検定のLegendre直交展開の方法を開発し,理論的妥当性とシミュレーション結果を纏めた.この研究の中で,データ駆動型順位検定の方法には,さらに「治癒混合モデル」からの接近も可能であり,今後にかけて両者の融合が2標本問題の有用な展開を与えることもわかった.平成17年度の研究では,本研究の柱となる有意義な具体的な現象「治癒混合モデル」と「順位検定の背後に現れるあるセミパラメトリックモデル」をトピックに,新たに「区間中途打ち切りデータの推測」を加えて,主に次のような三つの研究開発を行った.第1の研究は,「治癒混合モデル」における主要な推測法の一つである「EM型プロフィール尤度接近法」に基づく推定量の漸近性質の研究である.この尤度の凹性を研究し,また,以前よりの懸案であった「EM型プロフィール尤度接近法」からの後退マルティンゲール性質の定式化が可能でないことを明らかにした.その副産物として,時間逆向きのハザード・モデルに基づく「擬似部分尤度法」がマルティンゲール性質を回復することを発見した.このことは,時間順序方向と時間反転方向とのハザード・モデルの特徴が顕著に現れる区間中途打ち切りデータの推測に応用する動機づけを与えた.第2の研究は,このような区間中途打ち切りデータにおける(従来のNPMLEに代わる)新しい推測法として,時間順序方向と時間反転方向とのハザード・モデルに基づくマルティンゲール接近法を定式化することである.現在までに,区間中途打ち切りデータに対する理論的な背景を整理し,時間順序方向と時間反転方向のマルチィンゲール性質を証明した.

このエレガントな双子の理論が実際の推定力として,従来のNPMLEと比べてどの程度の性能をもつかの評価の途中である.第3の研究は,「順位検定の背後に現れるあるセミパラメトリックモデル」から自然に導かれるLegendre直交展開に基づくデータ適応型ランク検定法である.とくに,この直交展開において,第0成分を治癒率に,第1成分以上を,例えば,非治癒個体集合に対してWilcoxon型検定を導くようなハザード・モデルを導入することで,自然な「治癒混合モデル」のパラメトリゼイションが可能であることを解明した.とくに,本研究の柱となっている二つのトピックの融合を生み,より有用な2標本検定や多変量解析法を開発するための研究を行っている.平成18年度では,本研究の柱となる有意義な具体的な現象として「2重(区間)中途打ち切りデータの推測」と「順位検定の背後に現れるあるセミパラメトリック・モデル」に関して,主に以下のような研究を行った.第1の研究開発では,2重中途打ち切りデータから得られる不完全観測を伴う計数過程に対して,前進マルチンゲール接近法と後退マルチンゲール接近法を定式化し,このタイプの不完全データに対するノンパラメトリック最尤推定量(NPMLE)の性質を調べるために有用な理論を与えた.この双子のマルチンゲール理論を用いて,従来の方法(無限行列,もしくはFredholm積分方程式の表現)よりも統計的性質を理解しやすい形式において,NPMLEや自己一致推定量の漸近性質を定式化する研究を行った.また,この理論に基づいて新しい推定値の提案も行い,最も良いと知られるNPMLEと比べても,その推定力が遜色のない結果を与えることをシミュレーション調査し,さらなる改良(例えば,逆分散法など)によりほとんど一致できる可能性をもつことを与えた.第2の研究開発では,繰り返し測定値における古典的なランク検定(Friedman検定,Pageトレンド検定など)の背後にあるモデルを,層化型Cox計数過程モデル(各個体ごとに異なる潜在基礎ハザードを用いた時変型Coxモデル)により,有意義にモデリングする(共変量調整などへの応用)という提案を行った.このモデルの追加のメリットとしては,古典的なランク検定のように固いバランス型データに限られることなく,広範囲に適用可能であり,不完全データへの対処も優れていることである.この層化型Cox計数過程モデルに対して,有限標本ではシミュレーションにより,大標本では漸近理論によって,回帰係数の推定量の性質を研究した.さらに,ランダム効果であることを表現する各個体ごとに異なる潜在基礎ハザードに対する,推定関数(すなわち,ある確率過程)の統計的分布の性質の大標本理論を研究した.
「鍾乳石同位体温度計」を作る!ー陸域炭酸塩に基づく気候変動解明のためにー

本研究では,陸域炭酸塩の代表である鍾乳石の炭素・酸素同位体比に基づさ陸域環境変動を解読するために,日本各地に点在する鍾乳洞の滴下水と鍾乳石の同位体比分析を基に,1)鍾乳洞滴下水の炭素・酸素同位体比について,広範な水温範囲で明らかにすると共に,各地点における滴下水の同位体比の季節変化を明らかにする,2)滴下水分析を実施した鍾乳洞より鍾乳石を採取し,その炭素・酸素同位体比を分析する.あわせて鍾乳石試料の成長速度を明らかにする,ならびに3)上述の研究成果を総合して,鍾乳石の非平衡沈澱を考慮し,滴下水の水温と鍾乳石の同位体比の関係を表す「鍾乳石同位体温度計」を作成する,ことを目的としている.平成20年度は,上記目的を達成するために,平成18・19年度の調査結果を踏まえ,日本列島に点在する鍾乳洞の中から,鹿児島県沖永良部島の水蓮洞・クリンジョフキ,ならびに山口県美東市の長登銅山跡を重点検討対象の鍾乳洞として,鍾乳石の産状の観察,四季を通じての滴下水の水温・pHなどの現地測定,ならびに滴下水試料の採取を実施した.また各鍾乳洞においては,滴下水と対応した地点から鍾乳石試料の採取を実施した.また得られた滴下水試料について,水質イオン分析と炭素・酸素同位体比分析を行った.その結果,長登銅山跡から得られた鍾乳石には,銅山開発に伴う近隣地域での植生変化が記録されていることが明らかになり,銅製錬による酸性雨が,森林植生から草原植生へと変化させた重要な要因である可能性が指摘された.これらの成果の一部は,平成20年9月の日本地質学会において公表された.現在これらの成果をまとめ,公表論文の準備中である.本研究では,陸域炭酸塩の代表である鍾乳石の炭素・酸素同位体比に基づき陸域環境変動を解読するために,日本各地に点在する鍾乳洞の滴下水と鍾乳石の同位体比分析を基に,1)鍾乳洞滴下水の炭素・酸素同位体比について,広範な水温範囲で明らかにすると共に,各地点における滴下水の同位体比の季節変化を明らかにする,2)滴下水分析を実施した鍾乳洞より鍾乳石を採取し,その炭素・酸素同位体比を分析する.あわせて鍾乳石試料の成長速度を明らかにする,ならびに3)上述の研究成果を総合して,鍾乳石の非平衡沈澱を考慮し,滴下水の水温と鍾乳石の同位体比の関係を表す「鍾乳石同位体温度計」を作成する,ことを目的としている.平成18年度は,上記目的を達成するために,まず基礎的データを入手するために,日本列島に点在する鍾乳洞を対象に,まず滴下水と鍾乳石の採取の可能性の検討,鍾乳石の産状の観察,滴下水の水温・pHなどの現地測定ならびに滴下水試料の採取を実施した.検討を実施した鍾乳洞は,前原洞(宮古島),玉泉洞(沖縄本島),星野洞(南大東島),水連洞(沖永良部島),龍河洞(高知県),出流洞(栃木県)であり,これらのうち,玉泉洞・星野洞・水連洞において滴下水の採取を行った.また水連洞においては,滴下水と対応した地点から鍾乳石試料の採取を実施した.また得られた滴下水試料について,水質イオン分析と炭素・酸素同位体比分析を行った.本研究では、陸域炭酸塩の代表である鍾乳石の炭素・酸素同位体比に基づき陸域環境変動を解読するために、日本各地に点在する鍾乳洞の滴下水と鍾乳石の同位体比分析を基に、1)鍾乳洞滴下水の炭素・酸素同位体比について、広範な水温範囲で明らかにすると共に、各地点における滴下水の同位体比の季節変化を明らかにする、2)滴下水分析を実施した鍾乳洞より鍾乳石を採取し、その炭素・酸素同位体比を分析する。あわせて鍾乳石試料の成長速度を明らかにする、ならびに3)上述の研究成果を総合して、鍾乳石の非平衡沈澱を考慮し、滴下水の水温と鍾乳石の同位体比の関係を表す「鍾乳石同位体温度計」を作成する、ことを目的としている。平成19年度は、上記目的を達成するために、平成18年度の調査結果を踏まえ、日本列島に点在する鍾乳洞の中から、鹿児島県沖永良部島の水蓮洞・クリンジョフキ、ならびに高知県香美市の龍河洞を重点検討対象の鍾乳洞として、鍾乳石の産状の観察、四季を通じての滴下水の水温・pHなどの現地測定,ならびに滴下水試料の採取を実施した。また水蓮洞・クリンジョフキにおいては、滴下水と対応した地点から鍾乳石試料の採取を実施した。また得られた滴下水試料について、水質イオン分析と炭素・酸素同位体比分析を行った。これらの成果の一部は、平成19年9月の日本地質学会において公表された。さらに比較検討のために、これまで多くの研究がなされている秋吉台の鍾乳洞群についても、産状の観察などを実施した。

本研究では,陸域炭酸塩の代表である鍾乳石の炭素・酸素同位体比に基づさ陸域環境変動を解読するために,日本各地に点在する鍾乳洞の滴下水と鍾乳石の同位体比分析を基に,1)鍾乳洞滴下水の炭素・酸素同位体比について,広範な水温範囲で明らかにすると共に,各地点における滴下水の同位体比の季節変化を明らかにする,2)滴下水分析を実施した鍾乳洞より鍾乳石を採取し,その炭素・酸素同位体比を分析する.あわせて鍾乳石試料の成長速度を明らかにする,ならびに3)上述の研究成果を総合して,鍾乳石の非平衡沈澱を考慮し,滴下水の水温と鍾乳石の同位体比の関係を表す「鍾乳石同位体温度計」を作成する,ことを目的としている.平成20年度は,上記目的を達成するために,平成18・19年度の調査結果を踏まえ,日本列島に点在する鍾乳洞の中から,鹿児島県沖永良部島の水蓮洞・クリンジョフキ,ならびに山口県美東市の長登銅山跡を重点検討対象の鍾乳洞として,鍾乳石の産状の観察,四季を通じての滴下水の水温・pHなどの現地測定,ならびに滴下水試料の採取を実施した.また各鍾乳洞においては,滴下水と対応した地点から鍾乳石試料の採取を実施した.また得られた滴下水試料について,水質イオン分析と炭素・酸素同位体比分析を行った.その結果,長登銅山跡から得られた鍾乳石には,銅山開発に伴う近隣地域での植生変化が記録されていることが明らかになり,銅製錬による酸性雨が,森林植生から草原植生へと変化させた重要な要因である可能性が指摘された.これらの成果の一部は,平成20年9月の日本地質学会において公表された.現在これらの成果をまとめ,公表論文の準備中である.
太陽光誘発クロロフィル蛍光による森林生態系内光合成量の時空間分布観測

森林などの生態系は光合成により、温室効果ガスであるCO2を大気から吸収しており、その量を正確に把握することは、将来の地球の気候変化を予測する上で非常に重要である。その光合成は太陽光を利用するが、利用されなかった光エネルギーの一部(2%まで)は、クロロフィル蛍光として放出される。本研究では、光合成の直接的な指標であり、非接触で測定可能な太陽光誘発クロロフィル蛍光(SIF)を新たに活用し、岐阜県高山市の落葉広葉樹林の光合成量の空間分布を明らかにすることを目的とし、既存分光放射データによる鉛直方向の分割観測と、新規の高精度分光放射計による鉛直分布観測を行った。本研究では、光合成の直接的な指標であり、非接触で測定可能な太陽光誘発クロロフィル蛍光(SIF)を新たに活用し、森林生態系の光合成量の空間分布を明らかにすることを目的としている。本年度は、岐阜県高山市の岐阜大学高山試験地の落葉広葉樹林(TKYサイト)において現地観測を3回(6月、8月、10月)行い、個葉レベルでのクロロフィル蛍光パラメータ(量子収率、NPQ、ETR等)や、その他各種生態学的変数(葉面積指数、比葉面積、クロロフィル農度、カロテノイド農度等)の鉛直設置場所・樹種・季節間の変化についてのデータを取得した。また追加的に、当該サイトの過去の生態系上面における分光放射データ(PEN, HSSRセンサーによるもの)を利用し、FLD法によってSIFを計算した。その結果、当該森林生態系全体のSIFと渦相関法による生態系光合成(GPP)との間に強い正の相関関係があることを確認した。またについても調べた。それらの結果を、現在まとめている。予定されていた二つの研究テーマについて個別に説明する。1. SIFの鉛直分布を連続測定するシステムの構築岐阜県高山市の落葉広葉林(岐阜大学高山試験地内)において、既存18mの観測タワーに、当初は鉛直方向に光ファイバを複数設置し、観測小屋の分光放射計等で、すべての高度のスペクトルを測定する予定であった。しかしながら、予定の観測方法では技術的な問題があることが分かったため、方式を変更し、特定波長の放射輝度を測定するセンサーを開発し、それを鉛直方向に複数設置することにした。センサーは本年度中にプロトタイプが完成したが、現地への設置には至らなかった。2.個葉のクロロフィル蛍光・光合成機能の鉛直分布の定期観測優占種であるミズナラ・ダケカンバについて、個葉のクロロフィル蛍光およびそこから計算される光合成機能(量子収率・電子伝達速度・Non Photochemical Quenchingなど)を、パルス変調クロロフィル蛍光測定装置にて測定した。また葉面積を、魚眼レンズデジカメによる半天球写真から測定した。観測は、展葉期・生長最盛期・紅葉期である、6・8・10月に行った。個葉のクロロフィル蛍光は、各月の晴天日に、日の出から日没まで5回行った。このように現地での定期観測はほぼ予定どおり行われた。本年度は、高山落葉広葉林TKYサイトでPEN(Phenology Eyes Network)観測網にも登録されているHSSR分光放射計による長期的な既存の観測データ(2006ー2008年)を利用して、林冠・林床の2層の上下方向別SIFの計算を試みた。その結果は、年間の平均では、林冠から上向き、林冠から下向き、林床から上むきの順でSIF絶対値が大きかった。また林床ササが光合成を盛んに行っているであろう5月の雪解け時期には、林床のSIFが林冠のものより大きく見積もられた。さらに年間の林冠・林床上むきのSIF放出量と、既存生物量測定によるNPP及び、観測APARの林冠・林床の比が、おおよそ80:20%になるという一致をみせた。これらのことは、SIFによって森林光合成量の鉛直方向の分布を推定できるかもしれない可能性が高いことを示唆した。また一方で、並行して行っている新規センサーによる新たな現地観測については、当初想定していた観測方式の変更を行った。そのための新センサーの試作に時間がかかり、結果として本年度中のセンサー感度検証ができなかった。そこで来年度の現地観測スタートを目指すことになった。しかしながらその過程で、新センサー作成に関わる特許申請ができたことは、非常に大きな成果であると言える。当該センサーが完成すれば、比較的安価に多点でのSIF観測が可能になり、野外における森林光合成量の空間分布に関する研究の発展に寄与できると思われる。当初予定していた新規観測装置では精度の高い測定ができないことが判明したため、さらに設計をし直し、本年度はプロトタイプのセンサーを試作するところまで行った。残念ながら現地への設置が本年度中には間に合わなかったが、次年度には観測開始が可能なように努力している。一方で、既存スペクトルデータによるSIFの層別上下方向の分割は進んでおり、今後モデル等の導入を目指した解析を施していく予定である。SIFは、酸素分子によるエネルギー吸収帯(O2-A, O2-Bバンド(中心波長がそれぞれ760, 686 nm付近))における太陽光と地面反射光のスペクトルから、FLD法やスペクトラルフィッティング法で計算される。そのためには、O2-AとBバンドを対象とした非常に分解能の高い分光放射計による観測システムと測定されたデータの検証が必要である。そこで本研究では、以下を行った。1.高精度・全天候型分光放射の観測システムの開発

室内実験用の高精度分光放射計(HR4000, OceanOptics社)と、そこから伸ばした光ファイバ(径600μm、シリカクラッド、NA0.22、ステンレスジャケット)を入射・反射光向けに切り替えするためのスイッチを用意した。さらにスペクトルに温度変化の影響を与えないためにヒーター付きの発泡スチロール箱を備えたからなるシステムを作成した。また、スイッチ切り替え・データ取得を制御するためのプログラムをOctaveソフトにて作成し、ノートパソコンにデータを記録する装置を構築した。2. TKYサイトで実験生態系観測やぐらの高さ18m, 14m, 8m, 0mに上下(0mは上向きのみ)方向の光ファイバをやぐらから南側に突き出すように設置した。6月初旬から11月下旬まで、1分間隔で、計8ch(光ファイバ7ch +ダークカレント1ch)のスペクトルを測定した。スペクトルデータは、毎日22時に北海道大学のLinuxサーバーにアップロードした。現在までデータ処理を行なっているが、露光時間不足であるデータがほとんどであり、次シーズンへの課題として指摘された。森林などの生態系は光合成により、温室効果ガスであるCO2を大気から吸収しており、その量を正確に把握することは、将来の地球の気候変化を予測する上で非常に重要である。その光合成は太陽光を利用するが、利用されなかった光エネルギーの一部(2%まで)は、クロロフィル蛍光として放出される。本研究では、光合成の直接的な指標であり、非接触で測定可能な太陽光誘発クロロフィル蛍光(SIF)を新たに活用し、岐阜県高山市の落葉広葉樹林の光合成量の空間分布を明らかにすることを目的とし、既存分光放射データによる鉛直方向の分割観測と、新規の高精度分光放射計による鉛直分布観測を行った。テーマ1と2については、次年度も継続する。また、テーマ3「SIFから森林内光合成量の時空間分布を解明」については、テーマ1の観測体制が整い次第、解析を行う。テーマ4「衛星・航空機および渦相関法によるSIF・生態系光合成量の検証」については、次年度後半に着手する予定である。次年度は新規センサーの設置を行い、オリジナルなデータの取得を目指す。層別のSIF観測が可能であれば、これまで衛星では見ていなかった林冠から下の光合成鉛直分布を観察することが可能になるため、非常に重要である。それに加えて、既存スペクトルデータからの、林冠・林床の上下方向のSIF放出量の日・季節・年々変化の推定をさらに進める。これによりモデルの開発や衛星精度の検証が進むことと考えられる。植物生態学、微気象学岐阜県高山市の落葉広葉林(岐阜大学高山試験地内)において、既存18mの観測タワーに、当初は鉛直方向に光ファイバを複数設置し、観測小屋の分光放射計等で、すべての高度のスペクトルを測定する予定であった。しかしながら、予定の観測方法では技術的な問題があることが分かったため、方式を変更し、特定波長のみの放射輝度を測定するセンサーを開発し、それを鉛直方向に複数設置することにした。センサーは本年度中にプロトタイプが完成したが、現地への設置には至らなかった。本年度は、新センサーの作成に時間がかかり、結果として1セット分のみの試作品しか作成できなかったために、次年度使用額が発生した。
イオン蓄積リングを用いた冷イオン分子分光と輻射冷却過程の分光学的追跡

静電型イオン蓄積リングを用いて、孤立イオンの輻射冷却過程の観察を行った。自動電子脱離/解離およびレーザー励起により生成した中性粒子を検出し、その減衰曲線や収率を解析することにより、フラーレンイオンの冷却速度測定やフタロシアニンイオンの温度変化の追跡を行った。その他、色素分子イオンの内部温度のイオン源依存性や酸素分子、金クラスターの冷却過程の観察を行った。また、エレクトロスプレー型イオン源を用いて、比較的冷えた色素分子イオンの分光を行った。孤立巨大分子研究の強力なツールとして注目されているイオン蓄積リングを用いてフラーレンやクラスターイオンのレーザー分光を行い、クラスターの電子、振動構造の詳細を明らかにするとともに、分子構造を決めている温度履歴を微視的に追跡することを目的とする。分子の構造や性質が温度の関数であることは当然であるが、対象がクラスターの場合、それは温度履歴の関数でもある。多くの場合クラスターの生成場は高温であり、衝突、輻射、蒸発(解離)による多様な冷却過程が最終生成物の構造を決定している。このうち蒸発や衝突による冷却過程はクラスター源における支配的な過程で、比較的急速にクラスターを冷やすため複数の異性体が生成する。一方、輻射冷却過程は遥かに遅く、従って高温クラスターは除冷により最安定構造に至ると期待される。このような輻射冷却過程を微視的に追跡することは、クラスターの生成過程を解明する直接的な情報を与えるものである。また最終的に十分に冷えたクラスターが得られれば、その分光学的情報は分子の安定構造の詳細を知る上で非常に重要である。本年度は主として、レーザー脱着で生成した負イオンを静電型イオン蓄積リング(E-ring)に入射、蓄積して分光実験を行った。蓄積イオンにOPOレーザーを照射し、遅延過程で生成した中性種の収率め波長依存性を測定することにより電子スペクトルを得ている。C60負イオンのレーザー分光では、蓄積時間の関数として電子スペクトルを得た。スペクトルの形状はIh対称のC60のものとほぼ一致したが、立ち上がりが一致しないことから、ヤーンテラー分裂における異性体の存在が示唆されたが、詳細は検討中である。またイエテボリ大学との共同研究で、高温C60負イオンについて、自動電子脱離の速度とレーザー誘起電子脱離の速度を比較することにより、輻射冷却速度の絶対値測定を行った。さらに高温のフタロシアニン亜鉛負イオンをE-ringに蓄積してレーザー分光を行い、レーザー脱着過程によりイオンの構造が破壊されていないことを確認した。このイオンでは蓄積時間25-175msの間で、励起スペクトルに輻射冷却によるピークの先鋭化が明確に観測された。その他のE-ring実験としては、炭素クラスター負イオンの励起状態の寿命測定を行った。先行研究では炭素数4,6,8の負イオンについては準安定励起状態が存在しないとされていたが、今回、それらのイオンについても準安定イオンの存在を確認した。またE-ringを冷却することによりE-ring内壁からの黒体輻射を低減し、準安定イオンの長寿命化を観測した。イオン源に関しては、E-ring入射用のESI/イオントラップの性能評価を行った。またESIを大気圧レーザー脱着型イオン源に換えてフラーレンの蓄積を行った。以上の結果については内外の学会で報告するとともに、一部を論文として発表した。本年度は多種の分子イオンを対象として実験を行った。主な成果を以下に示す。高温のフタロシアニン亜鉛負イオンを静電リングに蓄積し、レーザー合流実験を行ったところ、遅延電子脱離による中性化の励起スペクトルに、イオン冷却に伴う蓄積時間依存性を見出し、多光子吸収の蓄積時間依存性から冷却速度が求められることを示した。一方、一光子吸収過程による中性化における励起波長依存性を詳細に調べることにより、フラーレン負イオンの輻射冷却速度を求めた。また、レーザー脱着イオン化法(LDI)およびマトリクス支援レーザー脱着(MALDI)法で生成した色素分子正イオンの蓄積、レーザー合流実験を行い、解離の励起スペクトルが溶液における正イオンの吸収スペクトルとよく一致すること、マトリクスの有無により負イオンの内部温度が異なることを見出した。さらにセシウムスパッタ型イオン源で生成した直鎖炭素分子イオンについてミリ秒領域の準安定状態が存在することを明らかにし、寿命の鎖長依存性について検討を行った。新たな試みとして、2原子分子の準安定状態について高分解能分光実験により回転状態を分離した寿命測定を行った。イオン源開発については、ガス中レーザー脱着により生成したイオンをガス流と電場によって制御し、イオンガイドを利用したトラップを用いることにより十分に冷えたイオンを得ることに成功した。以上の結果は内外の学会で報告するとともに論文として公表した。本年度も昨年度に引き続き、多種のイオンの蓄積実験を行うとともに、イオン源開発を進めた。主な成果は以下のとおりである。

静電リングに蓄積した巨大分子イオンのレーザー誘起遅延反応実験により、分子の内部エネルギーの絶対値を求める手法を開発した。「詳細なつり合いの原理」を適用して、この反応の速度定数から光吸収後の内部エネルギー分布を求め、実験から得られた多光子吸収エネルギーを再現する内部温度を得た。イオン蓄積時の輻射冷却速度についても妥当な値が得られている。以上の結果は内外の学会で報告するとともに、論文として投稿準備中である。またフラーレンの輻射冷却速度の絶対値測定結果をまとめ、論文として発表した。その内容はNature Nanotechnologyでも紹介されている。また、直鎖炭素クラスター(炭素分子)について種々の実験を行った。炭素分子負イオンをリングに蓄積して、レーザー合流実験により輻射冷却の観察を行った。結果については解析中である。末端に水素原子が一つついた炭素分子負イオンについては、前年度見出していた寿命が数ミリ秒に及ぶ準安定励起状態について、低温における寿命測定を行った。その寿命は環境温度に依存せず、準安定イオンの減衰が自動電子脱離によるものであることが分かった。また、両端に水素原子がついた炭素分子(ポリイン)の生成実験を行った。一方イオン源に関しては、長年の課題であったエレクトロスプレー型イオン源の立ち上げが大きく進展し、種々のイオンが孤立または水和した状態で得られるようになった。また、金クラスターの輻射冷却を観察することを目指して、イオン源の開発を始めた。現時点では長時間安定性に問題があるものの、金微粒子のLDIにより15量体までの高温金クラスター負イオンの発生が確認されている。本年度も首都大の静電リング(TMU E-ring)に様々』なイオンを周回させ、冷却過程の研究を行った。静電リング実験に関係する実験技術として、イオン源、位置有感飛行時間計測・解析技術の開発や高感度イオン検出器の開発も継続して行っている。高温の直鎖炭素分子負イオンを蓄積し、レーザー分光を行ったところ、スペクトルには輻射による冷却の効果が明確に観測された。片方が水素で終端した直鎖炭素分子イオンの結果とともに2011年の国際学会で発表予定である。直鎖炭素分子に関しては、その生成過程を調べるために、高エネルギーイオンビーム照射の実験も行った。また金クラスター負イオン(2量体から7量体)を蓄積し、励起状態の寿命測定を行った。一方、リング入射用のイオン源の開発としては、エレクトロスプレー型イオン源が完成し、リング入射が可能になったことが大きな前進であった。現時点ではプリトラップからパルス引き出しされるイオン数が10^2個前後と少ないことが問題として残っているが、メチレンブルー正イオンをリングに周回させることにより、蓄積寿命の測定やレーザー分光が可能であることを確認した。分光測定には時間がかかったが、イオンは比較的冷えているという結果が得られている。また、イオン源の温度を制御することにより、メチレンブルー正イオンに付着した水分子のサイズ(n)依存性に特異的な魔法数(n=1-3が存在せず、n=24個が特異的に強い)が出現することを見出し、分子軌道計算を参照して水和構造及び水クラスターの蒸発過程に関する知見を得た。
原子間力顕微鏡によるTiO2(110)表面の触媒反応場の制御と評価

AFMを用いた新しい計測法である、化学結合力/トンネル電流の同時測定法、局所表面電位の精密測定法、化学結合力空間マッピング法及びそれを利用した元素同定法を開発した。それに加えて、室温原子操作に現れる確率的な原子移動の計測による機構の解明を行い、さらに、交換型垂直原子操作と名づけた新しい原子操作法を見出した。そして、TiO2表面の画像化とフォーススペクトロスコピー測定によって、従来とは異なるAFMの画像化機構であることを提唱した。1.イオンスパッタとアニールのサイクルを繰り返すことによってルチル型TiO2(110)表面を再現性よく作製する条件を解明し、原子間力顕微鏡で表面観察を行った。そして、探針先端の状態によって、少なくとも3種類の画像コントラストが得られた。また、表面には水酸基が多く存在し、室温において熱拡散することが分かった。2.原子間力顕微鏡の探針先端の原子と試料原子との交換に基づく新しい原子操作である交換型垂直原子操作の機構解明を行った具体的には、第1原理計算で理論シミュレーションを行い、実験との比較研究を行った。その結果、探針先端と試料表面原子が交換する瞬間にダイマー状態になることや、熱によるダイマーのフリップフロップ運動が原子交換に影響を与えることなどについて重要な知見が得られた。3. Si(111)-(7×7)表面のSiアドアトムを隣接する空孔へ水平原子操作する際の確率を定量的に測定した。これにより、室温で行う水平原子操作の温度効果の検証を行った。さらに、この実験により、探針先端の非対称性が原子操作の確率に影響を与えること、Siアドアトムの吸着サイトが原子操作の行いやすさに関連していることを明らかにした。4. Si, Sn, Pbが混在した半導体表面で、原子間力顕微鏡のフォース・マッピング法によって、相互作用力場を測定し、原子識別する技術を開発した。さらに、この技術を発展させ、表面原子の区別を効率的に高速に行える方法の開発に成功した。・金属コートされたSiカンチレバーを用いて、AFMとSTMの同時測定を室温で行う技術を開発した。表面をAFMとSTM同時に高さ一定モードでイメージングし、両者が異なる物理量を測定していることを実証した。そして、原子上に探針を固定し、相互作用力とトンネル電流の距離依存性を測定し、また、同じ探針で、走査型トンネル分光測定を行い、局所状態密度を測定した。本技術により、同一探針を用いて、表面の同一原子上の相互作用力、トンネル電流、局所状態密度を測定できることを初めて示した。・相互作用力とは独立の物理量である局所表面電位をAFMをベースとしたケルビンプローブ力顕微鏡法(KPFM)により原子分解能で測定した。KPFMと周波数シフトのバイアス依存性を測定することにより、探針-試料間距離が小さくなるにつれて、局所表面電位が減少することを見出した。そして、表面電位像が得られるメカニズムとして、原子の電気双極子モーメントが探針で誘起されるという現象に基づいた新しいモデルを提唱した。・二酸化チタン表面で原子分解能フォーススペクトロスコピーを行った。Ti原子上、O原子上で共に引力の化学結合力が検出され、これまでのAFMの画像化機構の問題点を明らかにした。さらに、水酸基が画像化されないパターンのAFM画像が得られることを示し、画像化のモデルを示した。・二酸化チタン表面上にK原子を吸着し、K原子の吸着サイトを明らかにした。また、K原子間に斥力が働いている様子を観察した。さらに、AFMの探針を用いてK原子を操作できることを示した。
ＨＳＶ－１感染細胞の核膜において膜融合を引き起こす実行因子の同定

採用初年度である2018年度は、研究計画通り遺伝子欠損細胞ライブラリーにHSV-1を感染させ、イメージング技術により目的の宿主因子を探索するスクリーニング系の構築および実施を行った。(1)Cas9発現細胞に対して、UL31/UL34と相互作用する宿主因子を対象としたgRNAを発現するレンチウイルスベクターライブラリーを感染させ、蛍光タンパク質によるセレクションを行うことで、UL31/UL34と相互作用する宿主因子を欠損させた細胞ライブラリーを作製した。(2)先行研究から核膜間にウイルス粒子が蓄積した細胞では、特定の核内膜タンパク質の局在が変化することが報告されていた。そこで、蛍光タンパク質を付与した核内膜タンパク質を発現することにより、蛍光タンパク質の局在変化を核膜間におけるウイルス粒子の蓄積の指標としてアッセイを行う実験系を構想し、構築することに成功した。(3)作製した遺伝子欠損ライブラリーに対し、構築したイメージング技術を利用したアッセイを行うことで、核膜間のウイルス粒子と核外膜の膜融合を引き起こす宿主因子の探索を行った。スクリーニングを行った結果、核膜間のウイルス粒子と核外膜の膜融合への関与が示唆される候補として複数の宿主タンパク質が明らかとなった。(4)スクリーニングの結果から明らかになった宿主因子を欠損させた細胞にHSV-1を感染させ、電子顕微鏡法を用いて感染細胞を解析したところ、核膜間においてウイルス粒子の異常蓄積が確認されたことから欠損させた宿主因子は核膜間におけるウイルス粒子と核外膜の膜融合に関与すると考えられる。今後、膜融合への関与について詳細な解析を進めていく予定である。遺伝子欠損ライブラリーの作製、イメージングを利用したアッセイ系の構築およびスクリーニングの実施を研究計画通り実施し、またスクリーニングの結果、核膜間のウイルス粒子と核外膜の膜融合への関与が示唆される候補として複数の宿主タンパク質が明らかとなったため。スクリーニングの結果から明らかとなった宿主因子を詳細に解析することにより、核外膜とウイルス粒子の膜融合の機序に関する研究を進める。
遺伝子発現調節としてのmRNA分解:G蛋白質Ski7と脱キャップ酵素による制御

真核生物には、転写・複製中のエラーや不適切なスプライシングにより生じた未成熟な翻訳終結(ナンセンス変異)を含むmRNAを選択的かつ積極的に分解する監視機構として、NMD(nonesense-mediated mRNA decay)経路が存在する。この機構により、ナンセンス変異をもつmRNAは急速に分解されて、C末端側が欠失した蛋白質が生成されることはない。近年、出芽酵母において、NMD経路にトランスに機能する因子(UPF因子群)が同定され、その理解が進んだが、ナンセンス変異の存在が急速なmRNA分解をどのように引き起こすのかといった分子機構については不明であった。申請者は先に、新規G蛋白質であるSki7の機能及びその分子機構を解析した結果、Ski7は細胞質におけるmRNA分解の基本的因子であることを見出した(EMBO J.20:4684-4693)。このG蛋白質を中心に、mRNA分解とNMD経路の関連について、酵母を用いた解析から検討を進めた結果、Ski7破壊株においてナンセンス変異を含むmRNAの蓄積が観察され、これまではNMD経路に介在しないとされていた3'→5'末端からの分解経路の寄与を明らかにした。また、この経路には、mRNA分解酵素の本体であるエキソソームとその補助因子のSki複合体、そして両複合体の共役因子であるSki7が必要であること、ナンセンス変異を含むmRNAの3'末端からの分解がUpf因子群に依存して促進していること、Ski7蛋白質とUpf因子群が相互作用し、その相互作用部位の過剰発現によりNMD経路が抑制されることを示し、Ski7とUpf因子群間の相互作用がNMD特異的な分解促進に必要であることを明らかにした(EMBO J.22:3951-395)。真核細胞には、転写・複製中のエラーや不適切なスプライシングにより生じる未成熟な翻訳終結コドン(ナンセンス変異)を含むmRNAを選択的に分解するNMD(Nonsense-mediated mRNA decay)と呼ばれる監視機構が存在している。この作用により、ナンセンス変異をもつ転写産物からC末端側が欠失したタンパク質は生成されない。これまでNMD経路では、通常のmRNA分解と異なり、3'→5'方向の分解は介在しないと考えられていた。先に我々は、新規G蛋白質Ski7が真核細胞の3'からのmRNA分解に寄与することを示した。平成15年度は、このG蛋白質を中心に、3'からのmRNA分解とNMD経路の関連について、酵母を用いた解析から検討を進め、以下の知見を得た。1、3'→5'方向の分解関連因子の破壊株において、ナンセンス変異を含むmRNAが蓄積することを見出し、NMD経路においても3'→5'方向の分解が寄与することを明らかにした。さらにNMDの3'→5'方向のmRNA分解には、通常のmRNA分解における3'→5'分解機構、すなわち、mRNA分解酵素の本体であるエキソソーム、その補助因子のSki複合体、そして両複合体の共役因子であるSki7が必要であった。2、ナンセンス変異を含むmRNAの3'→5'方向の分解が促進しており、この活性化には、NMD経路で機能するUpf因子群が寄与していることを見出した。3、Upf因子群と3',からの分解関連因子との相互作用の有無を検討したところ、Ski7との相互作用を見出した。さらにSki7上のUpf因子相互作用部位を同定し、野生株に過剰発現することにより、ナンセンス変異を含んだmRNAの3'→5'方向の分解が特異的に阻害された。以上の結果から、Ski7G蛋白質とUpf因子群間の相互作用が、NMD経路の分解促進に必要であることが示された。