hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
代謝型グルタミレ酸受容体が細胞外αCa^<2+>によっても活性化されることの生理的意義

代謝型グルタミン酸受容体(metabotropic glutamate receptor:mGluR)1α型が,細胞外Ca^<2+>によって活性化されることから考えられる生理的意義として,グルタミン酸応答を増強する可能性と,細胞外に常在するCa^<2+>によってmGluR1αが恒常的に活性化している可能性の2点が考えられる。これらの可能性を明らかにする目的で、mGluR1α遺伝子を導入したCHO細胞を用い以下の実験を行った。1)mGluR1α発現CHO細胞の細胞外Ca^<2+>の存在下および非存在下における,グルタミン酸に対する応答持続時間について検討した。その結果,グルタミン酸に対する応答持続時間は細胞外Ca^<2+>存在下で著明に延長することが認められた。このことから,グルタミン酸応答に対するmGluR1αの細胞外Ca^<2+>の感知機能の生理的意義は,mGluR1αのグルタミン酸応答を脱感作することなく持続させることにあると示唆された。2)mGluR1α遺伝子導入CHO細胞の細胞応答を形態変化の面から追究し、細胞外に常在する生理的濃度のCa^<2+>が、恒常的にmGluR1αを活性化していることを明らかにした。さらに種々の薬物を用いて、形態変化の基礎にある細胞内情報伝達系について解析した。その結果,(a)mGluR1αが活性化することによリGs蛋白質に機能的に結合し,adenylate cyclaseを活性化した結果,cAMP濃度の基礎値を上昇させることを見いだした。(b)上記の結果としてadenylate cyclase→cAMP→PKA→MAPKK→MAPKが活性化され,この活性化がCHO細胞の形態変化として現れることを明らかにした。このことから、細胞外に常在するCa^<2+>に対するmGluR1αの細胞外Ca^<2+>の感知機能の生理的意義は、細胞内情報伝達系活性の基礎値を上昇させることにあると示唆された。これらの可能性を明らかにする目的で,mGluR1α遺伝子を導入したCHO細胞を用い以下の実験を行った。2)mGluR1α遺伝子導入CHO細胞の細胞応答を形態変化の面から追究し,細胞外に常在する生理的濃度のCa^<2+>が,恒常的にmGluR1αを活性化していることを明らかにした。さらに種々の薬物を用いて,形態変化の基礎にある細胞内情報伝達系について解析した。その結果,(a)mGluR1αが活性化することによりGs蛋白質に機能的に結合し,adenylate cyclaseを活性化した結果,cAMP濃度の基礎値を上昇させることを見いだした。(b)上記の結果としてadenylate cyclase→cAMP→PKA→MAPKK→MAPKが活性化され、この活性化がCHO細胞の形態変化として現れることを明らかにした。2)mGluR1α遺伝子導入

CHO細胞の細胞応答を形態変化の面から追究し、細胞外に常在する生理的濃度のCa^<2+>が、恒常的にmGluR1αを活性化していることを明らかにした。さらに種々の薬物を用いて、形態変化の基礎にある細胞内情報伝達系について解析した。その結果,(a)mGluR1αが活性化することによリGs蛋白質に機能的に結合し,adenylate cyclaseを活性化した結果,cAMP濃度の基礎値を上昇させることを見いだした。(b)上記の結果としてadenylate cyclase→cAMP→PKA→MAPKK→MAPKが活性化され,この活性化がCHO細胞の形態変化として現れることを明らかにした。このことから、細胞外に常在するCa^<2+>に対するmGluR1αの細胞外Ca^<2+>の感知機能の生理的意義は、細胞内情報伝達系活性の基礎値を上昇させることにあると示唆された。
科学技術分野における専門的知識の加工・伝達方法に関する研究

科学技術にかかわる専門的な知識,なかでも,情報処理技術に関連する知識をとりあげ,そうした知識を一般の人びとに対して,わかりやすく加工・提示する方法を探った.とりわけ,文書の形式によって情報を提示するときに,そのわかりやすさを規定する要因について研究した.具体的には,文書の視覚的なデザインが,内容理解にあたえる影響について,実験的に研究をおこなった.たとえば,箇条書き形式のレイアウトを採用すると,読み手が文章の構造を把握するのを助け,ポイントへのアクセスを促進し,スムーズな読解を可能にすることが明らかになった.同様に,適切な段落づけを文章にほどこすと,内容理解,とくに要旨の把握を促進することが示された.これらの結果は,印刷された文書だけでなく,オンライン上の電子テキストについても,適用可能であることが確認された.また,電子テキストのひとつとしての電子メールを対象にして,そこで特徴的に使われる,メッセージの引用という技法が,メール・コミュニケーションのなかで果たす役割についても検討した.くわえて現在,関連するテーマで研究をおこなっている,英・米の研究者とコミュニケーションをとっている.これから,彼らとともに,言語文化の差異という要因も加味したうえで,さらに研究を発展させる予定である.そこでは,文章の読解だけでなく,文章の作成過程にも着目し,文章作成にコンピュータの利用がおよぼす影響といった点についても,検討する計画である.科学技術に関連する専門的な知識、そのなかでも、近年急速に普及しているコンピュータにかかわる知識をとりあげ、そうした知識を一般の人びとに対して、わかりやすく加工・提示する方法を探った。具体的な事別として、コンピュータの応用ソフトのひとつである統計解析ソフトを対象に、その機能や操作方法を、初心者が理解できるように、図書で説明することを試みた。統計解析ソフトを対象としたのは、利用するために、ある程度の専門的な知識を必要とするからである。作業は以下の手順でおこなった。1.専門家の協力を受けながら、統計解析ソフトの利用にさいして、必要となる知識を分析した。2.初心者にとって、どのうような点が理解しにくいかを、じっさいの意見をもとに分析した。3.以上を前提にして、ソフトを利用するための知識を、わかりやすい形に加工し、図書を作成した。4.作成した図書を、じっさいに活用してもらい、内容へのフィードバックを収集した。この結果、以下の点が明らかになった。1.文書のレイアウトを工夫することが、利用者の動機づけを高めるため、また、理解しやすくするために、きわめて重要である。2.具体的な操作の説明については、じっさいの操作画面の図(スクリーン・キャプチャー)を豊富に活用することが有効である。3.ソフトの操作説明書では、索引項目をひきやすく選定することが必要である。なお、作成した、統計解析ソフトの解説書は一般的に市販され、現在、利用者のフィードバックを広く収集している。科学技術にかかわる専門的な知識,なかでも,情報処理技術に関連する知識をとりあげ,そうした知識を一般の人びとに対して,わかりやすく加工・提示する方法を探った.とりわけ,文書の形式によって情報を提示するときに,そのわかりやすさを規定する要因について研究した.具体的には,文書の視覚的なデザインが,内容理解にあたえる影響について,実験的に研究をおこなった.たとえば,箇条書き形式のレイアウトを採用すると,読み手が文章の構造を把握するのを助け,ポイントへのアクセスを促進し,スムーズな読解を可能にすることが明らかになった.同様に,適切な段落づけを文章にほどこすと,内容理解,とくに要旨の把握を促進することが示された.これらの結果は,印刷された文書だけでなく,オンライン上の電子テキストについても,適用可能であることが確認された.また,電子テキストのひとつとしての電子メールを対象にして,そこで特徴的に使われる,メッセージの引用という技法が,メール・コミュニケーションのなかで果たす役割についても検討した.くわえて現在,関連するテーマで研究をおこなっている,英・米の研究者とコミュニケーションをとっている.これから,彼らとともに,言語文化の差異という要因も加味したうえで,さらに研究を発展させる予定である.そこでは,文章の読解だけでなく,文章の作成過程にも着目し,文章作成にコンピュータの利用がおよぼす影響といった点についても,検討する計画である.
ワイドバンドギャップ半導体光デバイス用超格子共鳴トンネル電極の実用開発

ZnSe系II-VI族ワイドギャップ半導体による新光デバイス(青-緑レーザ/発光ダイオード,青-紫外線光検出器など)は、次世代マルチメディアシステムで必須となる高速大容量光ディスクシステム構築のキーデバイスとして期待されている。しかしながら、基板とZnSe系成長層との組み合わせから上記光デバイスの基板はn型GaAs, ZnSeに制約されており,上部電極コンタクト層にトンネル効果を利用した「超格子電極」を設ける必要がある。このような現在のデバイス構造においては、超格子電極に起因したレーザの素子劣化、光センサーの吸収損失といった重要な問題を抱えている。本研究の基盤技術である「超格子電極」は、表面電極金属からの電子・正孔注入時の大きなショットキ障壁を避けることができない材料系にいおいて、半導体超格子の共鳴トンネル現象を利用して電子・正孔の高密度注入を可能とするものである。本研究代表者は、分子線エピタキシー(MBE)による原子層レベルの結晶成長技術と有限要素法による理論シミュレーション技術を組み合わせることにより、実用レベルの最適電極構造を開発した。さらに本研究では、新たにp型GaAs基板結晶からp型ZnSe成長層への正孔注入障壁低減を目的として、成長界面に「共鳴トンネル超格子層」を導入する。本技術の確立により、現在までp型基板上では実現し得なかった新規デバイス構造の採用が可能となった。その結果ZnSSe系PIN型光検出器、ZnSSe系アバランシェフォトダイオード、およびZnSSe : Te/ZnMgSSeダブルヘテロ構造発光ダイオードにおいて、デバイス上部の光吸収損失を低減することができ、受光感度の向上および発光効率の向上を実現した。II-VI族化合物ワイドバンドギャップ半導体光デバイス用の超格子トンネル電極の実用化を目的として、ZnTe/ZnSe超格子の理論設計および分子線エピタキシー(MBE)による超格子トンネル電極の作製を行った。以下に、主要な成果を記述する。(1)超格子の各層(ZnTe, ZnSe)の幅、ドーパント(窒素)添加密度をパラメータとし、有限要素法による自己無撞着シミュレーション技術を確立した。この結果、光デバイスへの応用に必須の課題となる接触抵抗および光吸収損失の低減のための指針を得た。(2)MBE成長条件を最適化することにより、原子層レベルでZnTe/ZnSeヘテロ界面の制御を行った。その結果、上記シミュレーション結果と実際に作製した超格子トンネル電極の特性との比較を正確に行うことが可能となり、最適超格子構造のひとつが得られた。(3)以上の結果を基に、超格子トンネル電極を光検出器、発光ダイオードなどの光デバイスへ適応し、電極の実用性を検証した。しかしながら、発光ダイオードの電流通電による素子劣化、光検出器の吸収損失など、デバイス実用化へ向けた克服すべき課題が顕在化した。今後、超格子の周期数を含めた超格子構造の最適化により、上記光デバイスおよび大電流密度が必要となるレーザダイオードの実用化へ向けて、更なる接触抵抗、吸収損失の低減を目指す。II-VI族化合物ワイドバンドギャップ半導体光デバイス用の超格子トンネル電極の実用化を目的として、ZnTe/ZnSe超格子の理論設計および分子線エピタキシー(MBE)による超格子トンネル電極の作製、および各種光デバイスへの応用を行った。(1)昨年度までに得られた超格子トンネル電極構造をレーザダイオードへ適用し、10kA/cm^2以上の大電流密度を実現した。しかしながら、電極接触抵抗(10^<-2>Ωcm^2)によるジュール熱が原因となる素子劣化などの問題も顕在化し、今後更なる低接触抵抗化が必要であることが判明した。(2)超格子トンネル電極を、基板であるGaAsとエピタキシャル成長層であるZnSeの間に挿入することにより、今まで実現が困難であったp型GaAs-p型ZnSe間の障壁を解消することが可能となった。その結果、p型GaAs基板を用いた光検出素子の実現により表面吸収損失の主要因を取り除くことができ、特に短波長紫外線領域での感度が大きく向上した。(波長300nmにおいて量子効率40%)今後、電流注入時の理論解析を詳細に行うことで、超格子各層(ZnSe・ZnTe)の膜厚、周期数を含めた超格子構造の最適化を行い、大電流密度が必要となるレーザダイオードの実用化へ向けて、更なる低接触抵抗化を目指す。また、p型GaAs基板上のデバイス作製技術をレーザダイオード・発光ダイオードなどの発光デバイスへ展開していく。

本研究代表者は、分子線エピタキシー(MBE)による原子層レベルの結晶成長技術と有限要素法による理論シミュレーション技術を組み合わせることにより、実用レベルの最適電極構造を開発した。さらに本研究では、新たにp型GaAs基板結晶からp型ZnSe成長層への正孔注入障壁低減を目的として、成長界面に「共鳴トンネル超格子層」を導入する。本技術の確立により、現在までp型基板上では実現し得なかった新規デバイス構造の採用が可能となった。その結果ZnSSe系PIN型光検出器、ZnSSe系アバランシェフォトダイオード、およびZnSSe : Te/ZnMgSSeダブルヘテロ構造発光ダイオードにおいて、デバイス上部の光吸収損失を低減することができ、受光感度の向上および発光効率の向上を実現した。
多荷微粒子ビームによるイオン散乱過程の研究

本研究はイオンビームと超微粒子との間の衝突素過程を調べる事により、メゾスコピック領域における微粒子の物理化学的性質に対する知見を得る事を目的としている。当初の研究計画では、(1)良質の微粒子イオン源の作成、(2)散乱用真空槽の製作、(3)二次イオン等の衝突生成粒子検出器の製作、(4)励起・解離等の衝突断面積の測定、の4段階に分けて進める予定であった。科研費配当(対申請額60%)予算内での平成5年度実績を以下の様に報告する。(1)微粒子イオン源:従来の直下型イオン源を作成しイオン引き出し実験を行った結果、この型のものでは粒子の価数および質量の分離がうまく行えないことが判明した。重力作用をより効果的に利用するために、直上型、即ち「鉛直方向下から上にイオンを引き出す方式」に変更し、実験を試みた。価数・質量の分離には45度の静電偏向板を用い、イオンの検出は2重シールドの電流計を用いた。また、引き出されたイオンの空間分布を測定するために粘着液を塗布した濾紙をビーム軸に設置し、付着粒子の濃淡からビームの方向、集束性をモニターした。特定の価数・質量を選別することはこの方法により大幅に改善されることが判った。但し、イオン源としての寿命が約10分間程度と短いため、衝突実験の様に一回の測定に数時間を要する実験にはこのままでは不適当である。そのため、寿命を長くするための改良を現在行っており、従来の静電気型イオン源方式に替えて、坩堝加熱による微粒子蒸発方式を採用し、坩堝の温度を外部から制御できる方式に変更している段階である。(2)散乱真空槽:限られた予算内での製作は無理であったため、既存の類似品を改造して作成している。但し、超高真空型にすることは不可能であるため、真空度にあまり影響されない衝突過程(散乱角度分布など)を対象とする予定である。(3)二次イオン分析器:既存の電磁石を改良し組み込んでいる。本研究は次年度以降も引き続き行い、(1)(3)の組立後、実際の衝突実験(4)に入る予定である。
積層InAs量子ドット間の波動関数カップリングの制御と長波長帯レーザへの応用

積層InAs量子ドットの特殊な場合として、量子ドット間の障壁層がなく量子ドットがコラム型に直接接合した構造(コラム型InAs量子ドット)の成長が報告されている。この結果を解釈するために、コラム型量子ドットの偏光特性の積層数依存性(積層数19)を、Valence-Force-Field法による歪分布の計算とそれに基づく8バンドk・p法による電子構造の計算により理論解析した。その結果、コラム型量子ドットの遷移強度スペクトルでは、積層数増加に伴いTM成分の増大とTE成分の低下が起き、積層数が7から9に増加するときにTE/TM>1からTE/TM<1に変化することが明らかになった。これは実験結果を非常によく再現しており、理論計算の結果からも、積層数が8に近い場合に偏波無依存(TE/TM=1)の特性が得られると予測される。この結果より、コラム型量子ドットを活性層に用いることにより、偏波無依存特性を有する半導体光増幅器が実現出来ることが明らかになった。また、波動関数を解析した結果、TM成分の増加は、正孔状態中のlight-hole成分の増加に起因することがわかった。このことは、コラム型ドット中央部における2軸性歪の低下に起因する。また、圧電効果によりTE、TM成分共に遷移強度が低下することもわかった。励起子の束縛エネルギーは、積層数の増加に伴いほぼ線形に低下する。このような、励起子効果による遷移強度スペクトルの補正も行った。1.積層InAs量子ドット構造中の歪み分布の計算InAs/GaAs量子ドット構造中の格子歪をValence-Force-Field(VFF)法を用いて計算するプログラムを完成した。VFF法では、InAsとGaAs中のボンド長とボンド角の関数として歪みエネルギーが計算出来るので、量子ドットの大きさの1原子層程度の揺らぎや欠陥の効果を取り入れることが可能である。本研究では、ボンド伸縮定数αとボンド変角定数βをパラメータとするKeating型のVFFポテンシャル[Phys.Rev.145,637(1966)]を用いた。このVFFポテンシャルに基づいてInAs/GaAs量子ドット構造の歪みエネルギーの緩和を行い、歪みエネルギーが極小となる原子位置を計算した。解析領域の大きさは、475Å×475Å×475Å(全原子数4741632個)で、計算時間は約10時間(日立SR11000で1ノード8プロセッサ並列演算時)である。このVFF法による計算プログラムを用いて、まず単一InAs/GaAs量子ドットの歪みエネルギーの計算を行い、妥当な静水圧歪みと2軸性歪みの分布を得た。さらに、高さ17ÅのInAsドットを9層積層したコラム型ドットの歪み分布の計算を行った。この歪み分布に基づいて電子構造を計算し、コラム型ドットの発光の偏光依存性を求めることが可能である。また、本計算プログラムを用いて、不均一なIn組成の分布を有するInGaAs/GaAs量子ドットの歪み分布を計算することも可能で、In組成の分布が光学的性質に及ぼす影響を調べることが可能である。2.ピエゾ(圧電)効果による分極ポテンシャルの計算VFF法で計算した歪み分布に基づいて、ピエゾ効果による分極・分極電荷・ポテンシャルを順次計算するプログラムを完成した。3.多バンドk・p法による電子構造の理論計算8バンドのk・p法を用いて、積層InAs/GaAs量子ドットの電子構造を計算するプログラムを作成し、コラム型積層ドットの電子構造の計算に着手した。今後、エネルギー準位、波動関数、遷移の振動子強度などの積層数依存性を計算することが可能となっている。

その結果、コラム型量子ドットの遷移強度スペクトルでは、積層数増加に伴いTM成分の増大とTE成分の低下が起き、積層数が7から9に増加するときにTE/TM>1からTE/TM<1に変化することが明らかになった。これは実験結果を非常によく再現しており、理論計算の結果からも、積層数が8に近い場合に偏波無依存(TE/TM=1)の特性が得られると予測される。この結果より、コラム型量子ドットを活性層に用いることにより、偏波無依存特性を有する半導体光増幅器が実現出来ることが明らかになった。また、波動関数を解析した結果、TM成分の増加は、正孔状態中のlight-hole成分の増加に起因することがわかった。このことは、コラム型ドット中央部における2軸性歪の低下に起因する。また、圧電効果によりTE、TM成分共に遷移強度が低下することもわかった。励起子の束縛エネルギーは、積層数の増加に伴いほぼ線形に低下する。このような、励起子効果による遷移強度スペクトルの補正も行った。
テーラーメイド薬剤カプセル　-自己集合体の特性に基づく薬剤カプセルのデザイン-

本研究では自己集合体のミセルやベシクルといった構造の違いに基づいた特性と,自己集合体を薬剤カプセルとして応用した場合の薬剤封入効率や細胞への送達効率といった機能との関係性について検討した.Span系およびTween系界面活性剤を種々の割合で混合することで球状ミセルや球状ベシクル,レンズ型ベシクルといった様々な自己集合体を調製に成功した.それらの自己集合体の構造依存的な特性を解析し,薬剤封入効率や血中安定性といった薬剤カプセルとしての機能評価を行うことで,目的に即した自己集合体を選択して薬剤カプセルへと応用する,所謂,テーラーメイド薬剤カプセルの可能性を議論した.本年度においては,自己集合体の構造依存的な特性を明らかにした.界面活性剤は溶液中においてミセルやベシクルといった自己集合体を形成することが知られている.これらの自己集合体は薬剤カプセルとして応用が検討されており,一定の成果を示している.しかしこれらの自己集合体は個別に議論されており,体系的な議論がなされていない.そこで本研究では,構造の類似するSpan系,Tween系界面活性剤を用いて様々な自己集合体を調製し,これら自己集合体の構造依存的な特性を解析することで,各疾患に適した薬剤カプセルを設計・選択する,所謂テーラーメイド薬剤カプセルへのアプローチを行うことを目的としている.本年度においては,下記の進捗状況で述べる通り,研究は概ね順調に進展している.これまでミセルとベシクルの違いに関しては議論されているが,これら自己集合体を構成する界面活性剤の構造は大きく異なる場合が多い.これは,界面活性剤の構造が自己組織化により形成する自己集合体の構造と大きく関係しているためである.しかし本研究では構造の類似するSpan系,およびTween系界面活性剤により自己集合体を形成することで,構成する界面活性剤の構造の違いによる影響をできる限り排除した.その場合においても,従来の知見通りミセルの方がベシクルより動的な構造を有していることが明らかとなった.つまり,ミセルの動的な構造は構成される界面活性剤の種類に依存しないのではないかと考えられる.このようにより一般的な構造依存的特性を議論することで,更なる応用へと議論を展開することができる.本年度での結果ではその可能性が示された.申請書に記載した通り,概ね順調に推移している.その最も大きな要因は自己集合体の構造の同定が進んだことに起因する.申請時に進めていたcryo-TEMによる観察の結果(平成26年度JSTナノテク試行的利用),Span,Tween系界面活性剤の各混合比をコントロールすることで,容易に様々な自己集合体が調製可能であるということが示された.既に報告済みであるレンズ型ベシクルをはじめ,棒状ミセルのような構造やバイセル,多角ベシクルなどのような構造が観察された.これらの知見をもとに,蛍光プローブ(Laurdan),DSCおよびNMRによる解析を行った.一般的にベシクルと比較し,ミセルの方が,非常に動的な構造を有していることが明らかとなった.この違いにより,ミセルの方が疎水性領域に水分子が容易に侵入しやすく,疎水的ではあるが,ベシクルと比較して親水的な領域を提供することが明らかとなった.また,短いアシル鎖(C12)を有するSpan 20/Tween 20系の場合,ミセルの場合でもベシクルの場合でも相転移温度は観察されなかった.長いアシル鎖(C16)を有するSpan 40/Tween 40系では,球状ミセルの場合では相転移温度は観察されなかったが,その他の構造,特にベシクルにおいては40 °C付近において相転移が観察された.これは従来,薬剤カプセルとして応用されているリポソームと類似しているが,分子レベルで議論したところ,その特性は異なることを報告した(K. Hayashi et al., ColloidsSurf. B, 144, 33-37 (2016)).このように,申請書に示した通り,平成27年度においてSpan/Tween系界面活性剤から構成される自己集合体の構造依存的な特性を明らかにすることが出来た.本年度においては,Span/Tween系自己集合体の薬剤カプセルへの応用に向けた検討を行った.昨年の報告で,この2種類の界面活性剤を種々の割合で混合すると,ミセルからベシクルまで様々な自己集合体が調製可能であり,これらは構造依存的な特性を示すことを報告している(Colloids Surf. B, 152, 269-276 (2017)).この構造依存的な特性を基に薬剤カプセルへの応用を検討した.薬剤封入についてはモデル薬剤としてRhodamine 6Gを用いた.疎水的な分子であるRhodamine 6Gはミセル内部,またはベシクル膜内部へ移行する.各自己集合体と固体状態のRhodamine 6Gを撹拌して各時間における封入量を測定したところ,ミセルや液晶相を有するベシクルの場合では速やかに封入されたのに対してゲル相を有するベシクルの場合では,封入速度は非常に遅いことが明らかとなった.また,封入量を比較したところ,ミセルの方が多く封入されていることが明らかとなった.これはRhodamine 6G分子がミセル内部にまで容易に侵入できるのに対し,ベシクルの場合では,その規則的な構造からRhodamine 6G分子が膜内部にまで侵入することが出来ないためであると考えられる.また,自己集合体の血中での安定性を議論するため,Albuminとの相互作用を検討した.

各自己集合体とAlbuminを撹拌して各時間におけるトリプトファン蛍光を測定したところ,Albuminはミセルよりベシクルと相互作用しやすいという可能性が示唆された.一方,NBD-PE,Rho-PEを用いたFRET法により自己集合体の安定性を検討したところ,ベシクルの方がミセルより安定であるという結果となった.つまり,血中においてミセルの方が様々な物質との相互作用を抑制できるが,ベシクルの方がより長い血中滞留時間が期待できる.薬剤封入に関してはモデル薬剤であるRhodamine 6Gを用いた検討ではあるが,ベシクルとミセルでの封入の挙動の違いが明らかとなった.この議論を実際の抗がん剤である塩酸ドキソルビシンやパクリタキセルまで発展させていく予定である.また,血中での安定性もAlbuminとの相互作用に関して議論することである程度予想することが可能である.ただし,現在のところ,その差がわずかである点や血中に含まれるその他多くのタンパク質との相互作用も自己集合体の血中安定性に影響するため,慎重に議論していく必要がある.また,最も問題となるのがTween系界面活性剤におけるpolyethylene glycol (PEG)の存在である.Tween系界面活性剤のヘッドグループにはPEGが付加されており,PEGはAlbuminを初めとしたタンパク質の吸着を抑制することが知られている.従って,本研究で得られた知見であるAlbuminのミセルとベシクルに対する吸着の違いは自己集合体構造の特性に起因するものか,PEGによるものかについて,更なる検討が必要である.しかし,主に薬剤カプセルとして用いるための基本物性に関する検討は終了したため,これらの結果を踏まえて予定通りにがん細胞への応用を試みる.本研究では自己集合体のミセルやベシクルといった構造の違いに基づいた特性と,自己集合体を薬剤カプセルとして応用した場合の薬剤封入効率や細胞への送達効率といった機能との関係性に関して明らかにすることで,目的に即した自己集合体の選択を可能にする,所謂,テーラーメイド薬剤カプセルの可能性を議論した.従来,各自己集合体の特性の違いは議論されているが,それらは化学構造の大きく異なる界面活性剤を用いて行われている場合が多く,自己集合体の特性が界面活性剤の構造の違いに起因するか,自己集合体の構造に起因するかという議論が困難であった.一方で我々は構造の類似する2種類の非イオン界面活性剤を種々の割合で混合することで様々な構造の自己集合体が調製可能であることを明らかにした.その結果,ミセルは非常に運動性が高く,親水・疎水界面にも水分子を多く含んでいるが,ベシクル,特にゲル相を有する場合は水分子の侵入が抑制されていることが明らかとなった.また,この特性は薬剤にも当てはまり,疎水性薬剤を自己集合体に封入しようとした場合,ミセルの場合では薬剤は容易に疎水性領域に入り込むことが出来るがベシクルの場合では疎水性領域に入り込むことが出来ず親水・疎水界面に存在する可能性が示された.また,細胞への送達効率をフローサイトメーターにより測定したところ,ミセルよりもベシクルの方がより効率的に薬剤が送達可能であることが明らかとなった.これまでの報告では,動的な薬剤カプセルの方がより細胞と相互作用しやすいために効率的に薬剤が送達可能であると考えていたが,異なる結果となった.この原因としては,粒子サイズや親水基の構造など他の要因が起因していると考えられる.
高品質結晶によるアミノ基転移酵素の反応中間体の高分解能構造解析

アスパラギン酸アミノ基転移酵素(AspAT)は同じサブユニット2個からなる2量体である。サブユニットは大小2つのドメインからなり、基質結合時に小ドメインがコンホメーション変化を伴って、大きく動き活性部位を閉じる。これはopen⇔closed変化と呼ばれるもので、大腸菌から高等動物に至るまで、これまで高次構造の決定されたすべてのAspATにおいて見られる現象である。またこの変化が触媒反応にとって極めて重要である。我々の研究している大腸菌AspATは結晶状態を維持したままこの変化(反応)を起こすことがわかり、ラウエ法による触媒反応の動的解析の可能性が示された。AspATの触媒反応の動的X線構造解析を行うには、反応の各段階を基質類似体を用いてトラップし、それらの高次構造を明らかにしておくことが重要である。これまでPLP型AspATの高次構造を明らかにしてきたが、今回はPMP型AspATおよびPMP型AspATと基質阻害剤との複合体(2個)の高次構造を決定した。その結果に基づいて、PMP型AspATからPLP型AspATへ向かう数ステップの反応機構を提案した。特に重要な点は、基質類似体であるglutarateがopen型AspATに結合していたことである。分光学的研究より、AspATと基質類似体との複合体はopen型とclosed型との間の平衡にあることが推定されていたが、今回直接このことが証明された。基質はopen型AspATの活性部位に結合し、続いてclosed型への変化により、溶媒領域から隔離され疎水環境に置かれるのである。これまで、一部の変異型AspATの結晶しか良質のラウエ回折パターンを与えなかった。酵素の精製法と結晶化法を改良し、野生型およびいくつかの変異型AspATについて、動的解析が可能な結晶の作製に成功した。今後、反応の遅い基質類似物を利用して、フローセルによる動的解析を行う予定である。
左右半球の独立した処理資源を前提とした選択的注意に関する認知心理学的研究

本研究の目的は各半球の処理資源の多寡が選択的注意に及ぼす影響を検討することであった。これまでのラテラリティ研究から,左右各半球は独立した処理資源を保持することが主張されている(Friedman & Polson,1981)。この知見を前提とし,近年発表された選択的注意に関する注意の負荷理論(Lavie,2005)を再考することによって,刺激が両半球に分割呈示された状況での選択的注意の変動を予測した。本研究では"ディストラクターは相対的に負荷の低い半球で処理される"という新たな作業仮説を導出し,その検討をおこなった。初年度に上記の目的に基づいて,4つの実験を実施し,データを収集することができた。そこで本年度は,初年度実施された実験データをまとめることによって,非注意刺激の選択的注意に関するモデルを提唱した。このモデルでは,非注意刺激は2段階の選択機構を通じて意味処理を受けるか否かが決定されるが,その2段階の選択機構が左右各半球で独立,並列的に行われることを提唱した。これまで,非注意刺激の選択的注意に関してはいくつかのモデルが提唱されていたものの,左右各半球が独立,並列的な選択機構を保持することを明らか旨にしたモデルは存在していない。つまり,非注意刺激の選択過程についてラテラリティの視点から検討したことによって,選択的注意研究に新たな知見を供給できたことは意義深いと考えられる。また,このモデルは博士学位論文として認められた。さらに,初年度に実施した実験は,2つの海外雑誌に投稿され,そのうち1本は受理され掲載された。本研究の目的は,Lavie(1995)によって提唱された「注意の負荷理論」に対して,ラテラリティ研究が主張してきた左右各半球が保持する独立した処理資源の視点を加えることによって,非注意刺激の選択的注意システムに迫ることであった。しかしながら,これまで非注意刺激の処理過程に注目した選択的注意研究は,処理資源を単一のものとして捉え議論を進めてきた。そこで,本研究では左右各半球が独立した処理資源を保持することを前提とし,左右各半球に異なる課題負荷を課す実験パラダイムを考案し,非注意刺激が入力される半球の課題負荷の高低に応じて非注意刺激に対する選択的注意は変動するのか否かを検討した。その結果,刺激画面全体の課題負荷はすべての条件間で一定(刺激画面上に呈示された刺激個数が一定)であったにもかかわらず,非注意刺激が高負荷視野(半球)に呈示された条件で,低負荷視野(半球)に呈示された条件では生じていた適合性効果が消失することが明らかとなった。つまり,非注意刺激の選択的注意は入力される半球に課せられた課題負荷に応じて決定されることが示唆された。本研究で実施された実験では刺激呈示画面全体の課題負荷が実験条件間で一定であった。そのため,Lavieの負荷理論に依拠すれば適合性効果量は非注意刺激の呈示視野(半球)にかかわらず同程度確認されると予測された。しかしながら,その予測に反し非注意刺激が入力される半球の課題負荷に依存して適合性効果量が変動することが示されたことは,非注意刺激の選択的注意が左右各半球に課せられた課題負荷に影響を受けることを明らかにし,選択的注意研究に対して,ラテラリティの視点を加えることの重要性を示唆できたと考える。
一酸化窒素は緊縛性ショックの病態に関与しているか?

【目的】緊縛性ショックにおける一酸化窒素(NO)の役割を明らかにすること。【方法】(1)下肢虚血モデルの作成;ウィスター系雄ラット(250-300g)を使用した。一側の大腿起部をtight gun(プラスチック製ベルト)で8時間駆血した。(2)測定項目;駆血解除後に血清中の、挫滅筋から放出されるmioglobin濃度(RIA PEG法)と筋中酵素のcreatine phosphokinase(UV(NAC)法)およびaldolase活性(UV法)を経時的に測定した。さらに、誘導型NO合成酵素阻害薬aminoguanidine、NO合成酵素誘導阻害薬dexamethasoneの駆血前投与の影響を観察した。統計学的検定はANOVA(Kruskal-Wallis test)を用いて行い、0.05以下を有意とした。【結果】8時間の駆血解除直後より、mioglobin濃度と筋中酵素のcreatine phosphokinaseおよびaldolase活性は有意に上昇したが、解除3時間後には低下を示した。しかし、さらに6時間後には有意な再上昇が観察された。aminoguanidineの前投与は解除直後のmioglobin濃度と筋中酵素活性上昇には影響を及ぼさなかったが、遅発性の再上昇を有意に抑制した。一方、dexamethasoneは解除直後の上昇および遅発性の再上昇を有意に抑制した。【結論】虚血再潅流後にNO合成酵素が誘導され、産生されるNOは骨格筋の障害に寄与していると考えられる。dexamethasoneはNO合成酵素誘導阻害以外の作用で、虚血再潅流後の細胞障害を予防しているのかも知れない。
農地の賃借料設定への地域的関与のあり方―参考賃借料制度の効果に着目して―

標準小作料制度廃止後における農地の賃借料設定への地域的関与について、1全国的な動向のデータベース化および分析、2経済理論からの考察を行った。1全国的な動向については、全農業委員会のホームページを調査し、公表されている賃借料の情報をデータベース化し、統計分析を行った。2経済理論からの考察については、暫定的な結果(仮説)を「農政調査時報」に発表した。農地市場において市場メカニズムが機能しない場合における、参考賃借料制度の効果をまとめた。全国の賃借料情報について、欠損データが多く、有益な情報を得ることが難しかったため、研究の進捗が遅れた。統計分析を進め、参考賃借料制度の効果を検証する。また、先進的な事例への調査を進め、参考賃借料制度の効果と要因、運営上の課題を考察する。これらの結果をまとめ、学会報告、学会誌投稿などを行い、学術的及び社会的貢献を行う。標準小作料制度廃止後における、農地の賃借料設定への地域的関与について、地域実態調査を進めた。具体的には、米価下落対応して参考賃借料制度を導入した新潟県村上市と石川県珠洲市である。新潟県村上市については、当制度が導入された要因としては、1地代負担が過重だったこと、2特に深刻な地域で制度導入の実績をつくり、それを他地域に波及したこと、3行政による支援があったことが明らかとなった。また、当参考賃借料制度の導入の効果については、地代の低下と、地代の統一による担い手間の借地交換や畦畔除去による圃場大区画化が確認された。これらの点について、学会報告および学術論文として発表した。そのほか、農協が積極的に関与している事例、水田ではなく、樹園地の事例などの情報収集を行った。また、農地中間管理事業における妥当な水準での賃借料の設定について、想定される課題について検討した。実態調査については、特徴的な事例である2地域の調査を進めており、計画通り進捗している。全国的な動向の統計分析を行うためのデータベースの作成については、検討を進めているが、具体的な作業には入っていない。当初の計画通り、2017年度に行う予定である。研究成果の公表については、当初の予定よりも早く、学会報告、学術論文による公表を進めている。標準小作料制度廃止後における農地の賃借料設定への地域的関与について、1全国的な動向の調査および分析、2先進的な事例調査および分析を進めた。1全国的な動向については、全国の全農業委員会のホームページを調査し、公表されている賃借料の情報を整理するとともに、農業委員会等の公的機関が賃借料の目安を出している例を探索し、50程度の例を発見した。公的機関が参考賃借料を公表している場合の、公表方法、公表資料を整理した。2先進的な事例については、山形県鶴岡市、山形県酒田市、青森県西目屋村、北海道農業公社、北海道深川市、北海道当麻町の調査を実施した。北海道および山形県は、多くの農業委員会が、標準小作料制度廃止後も参考賃借料を公表している数少ない道県である。また、青森県西目屋村は、農地の地域的な管理について、先進的な取り組みを行っている。それぞれの地域における参考賃借料を定めるに至った経緯、具体的な算定方法、賃借料への影響を考察した。参考賃借料水準の算定については、客観的な水準とするために多くの苦労が見られた。標準小作料制度開始時と異なり、米生産者の販路や規模が多様となる中で、経営情報から妥当な水準を導き出すのは容易ではないからである。また、米生産費調査について、市町村レベルで多くの標本数があるわけではないことと、独自に経営調査を行うことも困難なためである。そのため、参考賃借料の算定においては、経営の個別要素の積み上げよりも、経営環境の経年変化と、近隣市町村との比較が重要な検討素材となっている。全国的な動向については、ホームページの情報から、データベースの作成を進めている。標準小作料制度廃止直後の情報については、機関調査を通じて今後入手する。実態調査については、先進的な事例について概ね概要を把握できた。研究成果の公表については、投稿していた論文が掲載された。上記の事例調査、データベースの作成、分析を進め、来年度行う。実態調査については、標準小作料制度を継続させている山形県の鶴岡市や酒田市、北海道の水田地帯の調査を進める予定である。また、当初の見込みとは異なり、農協が積極的に関与している事例が見つかったことから(山形県JAさがえ西村山)、リサーチデザインの再検討を行い、明確に位置づけることができるようであれば、当事例についても実態調査を行う。賃借料および参考賃借料制度の導入状況に関するデータベースの作成については、既存統計の入力作業を進めるとともに、農業委員会系統組織と相談しながら実施する。

全国的な動向については、標準小作料制度廃止直後の情報と、廃止前の情報を入力する。廃止前の情報は、紙ベースの調査結果が利用可能である。米価や労働市場のデータと合わせて、計量的な分析を行う。標準小作料制度廃止直後の情報については、機関調査を通じて入手する予定であるが、交渉中である。事例分析では、先進地域の詳細な調査を行う。特に、設定された参考賃借料が、実際の賃借料設定にどの程度影響を与えているか、検討する。上記の結果について、学会報告、学会誌投稿を実施する。統計分析を進め、参考賃借料制度の効果を検証する。また、先進的な事例への調査を進め、参考賃借料制度の効果と要因、運営上の課題を考察する。これらの結果をまとめ、学会報告、学会誌投稿などを行い、学術的及び社会的貢献を行う。データベースの構築が遅れたため。データ入力と処理に使用する予定だった費用について、データの入手が遅くなったため、次年度使用額が生じた。次年度に予定通りの額を執行する計画である。全国の動向の統計分析が遅れたため、事例調査地が決定せず、研究の進捗が遅くなったため。現地調査および調査結果のとりまとめ、学会報告に使用する予定である。当初の計画内容の通りに進めていく。
アデノシンによるTSH情報伝達系の切り替え機構とその生理的意義

甲状腺株細胞FRTLー5にアデノシンレセプタ-が存在すること、その活性化は百日咳毒素(PTX)感受性G蛋白質を介し、他のアゴニストによるアデニル酸シクラ-ゼの促進によるcAMP情報伝達系(A系)の活性化を抑制し、ホスホリパ-ゼC活性化に始まるリン脂質ーCa^<2+>情報伝達系(P系)の活性化を著しく増強することを発見した。一方、初歩的実験ながら、アデノシンがTSHによるDNA合成促進効果を抑制するにもかかわらず、ヨウ素イオンの放出は著しく促進するとの結果を得た。本研究ではこのようなアデノシンによるTSH作用切り替え機構とその生理的意味を明らかにすることを試みた。ラット株細胞FRTLー5におけるA系活性化の指標として、cAMPの蓄積及びDNA合成をP系活性化の指標として、細胞内Ca^<2+>濃度上昇、イノシト-ルリン酸の生成促進及びヨウ素イオン放出の変動を対照群及びPTX処理群について検討した。100nMPIA(アデノシンの誘導体)の添加はTSH依存性cAMP蓄積及びDNA合成を阻害し、イノシト-ルリン酸生成、細胞内Ca^<2+>濃度上昇及びヨウ素イオン放出を著しく増強した。これらのPIA効果はともに細胞のPTX処理により消失した。TSH依存性cAMP蓄積はむしろ増強された。次に0.5U/mlのアデノシンデアミナ-ゼを添加して内在性アデノシンの作用を抑えるとTSH依存性cAMP蓄積がPTX処理後と同程度に増加した。このことは外因性のアデノシンと同様に内在性アデノシンがオ-トクライン因子として作用している可能性を示唆している。以上のことよりFRTLー5細胞においてアデノシンがPTX感受性G蛋白質を介してTSHシグナルをA系からP系へ切り替える働きを持っている可能性が示された。更にこのようなモジュレ-ションが同一の細胞内で起こる現象なのか検討中である。またTSH様作用を持つグレ-ブス病患者血清等の作用に対するアデノシンの影響についても予備的な検討を始めた。
雲仙普賢岳の火砕流とその災害評価

本研究の目的は次の4項目であった。◎火砕流の発生前に溶岩円頂丘ではどのような事象が起こるか画像記録に捕らえること。◎噴火開始当初からの火砕流発生機構の長期的な変動を解析すること。◎研究機関において実施可能な範囲で堆積物の堆積構造・層序と分布について地質学的な調査をすること。普賢岳の先史時代の火砕流及び他の活火山の同じ型の火砕流との比較研究を行い、溶岩円頂丘崩落型の火砕流発生と分布の特性を明らかにして災害の評価に資すること。以下に各項目の研究実績の概要を記す。1.画像記録:合計28回の火砕流について、その発生前後に発生源で起こる事象を精度の良いズ-ム画像に捕らえた。この画像を解析することにより、ドーム崩落型の火砕流の発生機構について従来より詳しい精度でモデルを構築した。2.長期的な変動:九州大学島原地震火山観測所から火砕流発生に伴う震動波形のデータベースの提供を受けて、溶岩ドームの成長過程と火砕流発生機構との対応を検討した。3.堆積構造・層序と分布:研究期間内には火山活動が依然継続中であり、危険性を伴うため、この項目については一部に予察を行ったのみであり、特に実績はない。比較研究・災害の評価:主に文献評価によって日本の第四紀火山の小規模火砕流のデータベースの構築を試みた。最近1万年の間に0.1km^3以上の規模の火砕流は1000年に約2回起こっていること、0.01km^3未満の規模の火砕流で、2000年前以前に発生したものは地質記載から欠落していると見られることが判明した。1.観測の経過研究計画調書作成当時は普賢岳の噴火がなお継続している場合と噴火活動が終息に向かいつつある場合の2通りを考えて計画を立てたが,実際は噴火が継続しているため現地での火砕流発生観測を実施した.年度後半になって溶岩円頂丘の内成的成長が卓越するようになって火砕流の発生状況も変化してきたが,その状況は計画通りビデオ画像に集録することができた.また,長期的な発生状況の推移を把握するため,九州大学島原地震火山観測所の観測データの提供を受けて解析を開始した.2.火砕流発生状況のモデル化噴火開始当初から現在に至るまでの火砕流発生機構を今のところ次の様に考えている.(1)91年6月頃,溶岩円頂丘の爆発に伴うプレー型火砕流の発生期(2)93年夏頃まで?,溶岩円頂丘の崩落によるメラピ型火砕流の発生期(3)92年12月以降,溶岩円頂丘の内成的成長に伴う溶岩と火砕物斜面の崩落3.研究発表研究の途中経過は随時日本火山学会及び国際火山学会議等において発表している.本研究の目的は次の4項目であった。◎研究期間において実施可能な範囲で堆積物の堆積構造・層序と分布について地質学的な調査をすること。◎普賢岳の先史時代の火砕流及び他の活火山の同じ型の火砕流との比較研究を行い、溶岩円頂丘崩落型の火砕流発生と分布の特性を明らかにして災害の評価に資すること。以下の各項目の研究実績の概要を記す。2.長期的な変動:九州大学

島原地震火山観測所から火砕流発生に伴う震動波形のデータベースの提供を受けて、溶岩ドームの成長過程と火砕流発生機構との対応を検討した。3.堆積構造・層序と分布:研究期間内には火山活動が依然継続中であり、危険性を伴うため、この項目については一部に予察を行ったのみであり、特に実績はない。4.比較研究・災害の評価:主に文献調査によって日本の第四紀火山の小規模火砕流のデータベースの構築を試みた。最近1万年の間に0.1km^3以上の規模の火砕流は1000年に約2回起こっていること、0.01km^3未満の規模の火砕流で、2000年前以前に発生したものは地質記載から欠落していると見られることが判明した。
DISC1/Neuregulin-1とシナプス形成

Neuregulin-1は中枢神経系細胞、末梢神経系細胞のみならず、心筋細胞、上皮細胞、線維芽細胞、血管内皮細胞などさまざまな組織で発現し、恒常性の維持と初期発生の両方に深く関与していることが知られている。前駆体型Neuregulin-1は細胞膜上で剪断され、EGFドメインを含む細胞外領域ペプチドがリガンドとして、EGFR/ErbB受容体に結合し、下流のシグナルを活性化する。前駆体型Neuregulin-1の適切なプロセッシングの調節機構は、下流のシグナル伝達に強い影響を与えるために非常に厳密に制御されていると考えられているが、その前段階であるゴルジ体から細胞膜までの輸送制御についてはほとんど調べられていない。Neuregulin-1は発現量が非常に低く、さらに多種多様なアイソフォームが存在するために、その正確な分泌量を測定する系は存在していなかった。本研究では、細胞内局在と分泌量が同時に検出できるように、Neuregulin-1遺伝子の細胞外領域にV5タグ配列をタンデムに挿入したプラスミドベクターを作成し、改良を重ねた。さらに、Neureulin-1はゴルジ体を起点に細胞内輸送、分泌のプロセスを辿るため、遺伝子の上流にFM4ドメインを融合させたプラスミドベクターの改良版を作成した。この改良版によるV5-Neuregulin1の発現はShield-1化合物の添加により、FM4ドメインが小胞体およびゴルジ体膜より解離した。つまり、V5-Neruegulin-1の分泌制御をコントロールすることが出来た。この系を用いることにより、Neuregulin-1の分泌制御の定量的な測定が可能になり、DISC1ノックアウトマウス由来の神経細胞でその分泌量が減少していることを明らかにした。さらに、ARFタンパク質によってもこの輸送が制御されていることをこの系を用いて証明した。26年度が最終年度であるため、記入しない。1. DISC1とNRG1両方の分子に相互作用する細胞内膜輸送調節分子の役割の解明DISC1と前駆体型Neuregulin-1は分子間で相互作用することをこれまでに明らかにしている。さらに、DISC1は細胞内ではゴルジ体に強く局在し、前駆体型Neuregulin-1はゴルジ体からベジクルを形成して細胞膜へと輸送される。このプロセスにDISC1が関与していると考えている。その分子機構を解明するために、DISC1分子、Neuregulin1分子についてそれぞれアフィニティクロマトグラフィーを行い、網羅的に結合分子をスクリーニングした。その結果、DISC1とNeuregulin-1の細胞内小胞輸送に関与する、共通のアダプタータンパク質の同定に成功した。今年度は、Neuregulin-1のゴルジ体からの出芽、細胞膜への輸送、細胞膜でのプロセッシングの過程におけるDISC1の役割を解明するために、アダプタータンパク質、およびその活性を制御する低分子量G蛋白質がNeuregulin-1の細胞内輸送に及ぼす効果を、Neuregulin-1の分泌定量システム系を用いて解析する。前駆体型Neuregulin-1遺伝子の細胞外領域内、EGF様ドメインのN末端側にV5タグ配列を挿入した遺伝子を作成し、さらに遺伝子の上流にFMドメインを4つタンデムに連結した融合遺伝子を作成した。FM4ユニットの存在により、Shield1化合物を添加するとその小胞体やゴルジ体膜への結合が解離し、細胞内分泌系に移転することが出来るようになった。この工夫により、Neuregulin-1分泌量の定量的な解析が可能になった。今年度は、ニューレグリンの分泌制御機構についてより詳細に解析する。