hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代多波長観測と理論シミュレーションの連携で解明する銀河団の非熱的現象

このように、これまではどちらかというと観測結果を理論的研究にフィードバックしていくサイクルが順調にすすみつつある。すざくkey projectで得られた電波レリック銀河団の解析を行っている。RXC J1053.7+5452銀河団について主に西側電波レリック周辺を中心にすざく衛星およびとチャンドラ衛星の観測データの解析を行った。その結果、本天体で中心部も含めて初めて高温ガスの温度を測定した。その結果電波レリック周辺では衝撃波があるとしても比較的低マッハ数(1.5程度)であることを示した。また、新たにX線表面輝度分布に特徴的な構造を発見し、周囲の温度、密度構造から接触不連続面である可能性が高いことを示した。この結果は学会発表等をへて、現在論文として投稿準備中である。またAbell2255銀河団についてもすざく衛星とXMM衛星のデータ解析をおこない、電波レリックの位置に衝撃波に対応する構造を発見した。この結果はAkamatsu et al.(2017)としてA&A誌より出版された。ALMAによるRX J1347.5-1145銀河団のSunyaev-Zel'dovich(SZ)効果の観測データの解析を行った。5秒角というこれまでにない高空間分解能のSZ効果マップが得られた。チャンドラ衛星によるX線データと比較したところ、両者で得られる高温ガスの圧力分布は矛盾のないことを確認した。今回の結果はALMAによるSZ効果の高空間分解能観測としては初めてのもので、X線と相補的に有用な情報を得られることを示したものである。この結果はKitayama et al.(2016)としてPASJ誌に出版された。2016年10月27-29日に山形蔵王のルーセントタカミヤにて日本SKA合同サイエンス会議「宇宙磁場:銀河系内現象から大規模構造へ」を世話人兼LOCとして開催した。本研究会の主要な財源は国立天文台からの研究集会助成であるが、本科研費からも運営院生の旅費やアルバイト代などに出費している。重力レンズ、低周波電波観測、SZ効果観測についてはアクセスできる観測データが順調に増えている。一方、X線観測データについてはすざく衛星がミッションを終えた一方で、ひとみ衛星が共同観測利用をはじめる前に寿命を終えてしまったことからしばらくは日本が主導権を持つミッションで新しいデータを取得することはできなくなってしまった。ただ、幸いにしてこれまでに我々が観測提案して得たデータおよび興味深いアーカイブデータが豊富にあり、本科研費期間(平成29年度まで)に関していえば全く問題ないと思われる。X線および重力レンズについては、指導する大学院生や共同研究者に恵まれたこともあってデータ解析および論文出版が順調にすすんでいる。この調子を継続して最終年度も成果をあげていきたい。SZ効果については観測提案の段階から困難をきわめてきたが、なんとか最初の論文を出版するところまでたどり着けた。今回のデータはまだ多波長のジョイント解析で新たな結果を得られる可能性があり、すでにデータ取得済みの次の天体(Phoenix Cluster)もあり大きな発展が今後望める。
スパッタプロセスにおける多元素同時モニタリング技術

スパッタプロセスは,非常に幅広い薄膜プロセスに用いられている.本研究では,高機能薄膜を高品質に形成するために,スパッタプラズマ中の数種類の金属原子密度を同時にモニタリングする技術の開発を目的とした.具体的には,金属原子密度測定用の吸収分光用光源の開発し,透明導電膜製膜スパッタプラズマ中のInとZn原子密度の同時モニタリングを行い,金属原子の絶対密度計測に成功した.スパッタプロセスは,非常に幅広い薄膜プロセスに用いられている.本研究では,高機能薄膜を高品質に形成するために,スパッタプラズマ中の数種類の金属原子密度を同時にモニタリングする技術の開発を目的とした.具体的には,金属原子密度測定用の吸収分光用光源の開発し,透明導電膜製膜スパッタプラズマ中のInとZn原子密度の同時モニタリングを行い,金属原子の絶対密度計測に成功した.スパッタプロセスは,半導体のCu配線やゲート電極,ZnOなどの蛍光体や透明電極など非常に幅広い薄膜プロセスに用いられている.高機能薄膜を高品質に形成するためには,プロセスの気相・薄膜表面反応過程に基づいてスパッタプロセスを高精度に制御する必要がある.本研究では,多元素スパッタプロセスにおける気相中の数種類の金属原子密度を同時モニタリングするための吸収分光用光源の開発し,その光源を用いて実スパッタプロセスの気相診断技術の確立を目的としている.本年度は,数種類の金属原子密度を同時モニタリングするための吸収分光用光源を,マイクロホローカソードプラズマを用いて開発し,その発光特性について研究を実施した.1.測定可能な金属元素の調査マイクロホローカソードプラズマを用いた本光源では,スパッタプロセス等のデバイス作製プロセスで重要なIn,Zn,Cu,Zn,Fe,Ti,Al,Ga原子の発光を確認した.これらの発光線は原子吸光分光法における分析線であり、金属原子密度が測定可能であることを示唆する.2.マルチマイクロホローカソードプラズマのプラズマ特性の調査各金属原子の発光強度が最も強くなるような条件の調査と,窒素分子の回転スペクトルから光源内のガス温度を調査した.カソード径は小さく,カソード長は短いほど発光が強くなることを見出した.また,スパッタ効果の影響から圧力が小さくなるほど発光強度が大きくなり,0.01MPaにおいて吸収分光用光源として充分な強度を得られることがわかった.3.金属原子密度測定本光源をスパッタリング装置に適用し,スパッタ堆積プロセス中の金属原子の絶対密度計測を行った.Cu,Mo,In,Zn原子の絶対密度を10^810^<10>cm_-3オーダーで絶対密度計測ができることを確認した.また,異なる金属原子の密度を同時に測定することが可能であることを確認した.スパッタプロセスは,非常に幅広い薄膜プロセスに用いられている.本研究では,高機能薄膜を高品質に形成するためには,多元素スパッタプロセスにおける気相中の数種類の金属原子密度を同時モニタリングするための吸収分光用光源の開発し,その光源を用いて実スパッタプロセスの気相診断技術の確立を目的としている.前年度は,複数の金属原子密度を同時モニタリングするための光源を開発し,金属原子の絶対密度計測に成功した.本年度は,透明導電膜Indium-zinc-oxcide(IZO)膜の製膜と,スパッタプロセス中のInとZn原子密度の同時モニタリングを行い,反応過程の解明を目指した.(1)マイクロホローカソード光源の安定性調査本吸収分光用光源の発光強度及び光源の温度安定性の調査を行った.光源の点灯時間とともに発光強度は小さくなる一方で光源の温度は上昇した.また,パルス放電及び放電ガスを流し続けて放電を行った結果,共に発光強度の低下を抑えることができた.このことから,光源の発光強度はプラズマのガス温度の影響が大きいことが示唆された.(2)IZOスパッタ装置での吸収分光計測主に有機ELディスプレイ用の透明電極として期待されているIZO膜薄膜スパッタプロセスにおいて, In及びZn原子の絶対密度同時測定を行った.その結果,本実験条件では, RF電力あるいは圧力を大きくするにつれてそれぞれの原子密度は増加し, 10^9-10^<10>cm^<-3>であることがわかった.また, In及びZn原子密度の比率は,ほぼスパッタターゲットの含有量に等しいことが明らかにされた.(3)IZOスパッタの気相・薄膜表面反応過程の解明IZO薄膜を製作したところ,可視光領域である波長400-800nmの領域で光透過率85%以上,比抵抗10^<-4>-10^<-5>cm・Ωの特性を得た.また, In及びZn原子密度が低い条件で高品質の薄膜が製膜できることが示唆された.
鉄砲水の発生、流下機構に関する研究

土石流は山地河川における土砂災害の原因の代表である。典型的な土石流は、土砂粒子が流れ全体に分散したもので、かなり研究されてきた。土石流危険渓流の判定方法は前述の典型的な土石流に関する結果成果を基礎としている。典型的でない土石流、いわゆる土砂流(掃流状集合流動)は、水の層が表面の近くに見られる。ここでは、この典型的でない土石流を鉄砲水と呼ぶことにする。土石流災害は典型的な土石流よりも鉄砲水によるものの方が多いのではないかと考えられる。まず、いくつかの鉄砲水による災害事例を分析した。つぎに鉄砲水の発生条件、流動機構を、水路実験によって研究した。その結果、鉄砲水の発生領域は、掃流状集合流動の領域と一致することがわかった。鉄砲水は、段波状の先頭部を持ち、その流れは土石流と類似している。しかし、先頭部以外は、いわゆる、掃流状集合流動となっている。次に、鉄砲水が、河床勾配の変化に伴って変形する様子を、やはり実験水路で観測した。土砂濃度の変化を計測し、河床勾配の変化に遅れて連続的に減少する傾向を把握した。これらの結果は、扇状地上での土石流の堆積過程を検討する際に重要な情報である。土石流災害の多くは典型的な土石流というよりも、先頭部付近のみが土石流でその後は掃流状態の鉄砲水によって引き起こされると考えられる。本研究は、鉄砲水の水理学的な特性と発生機構を解明することを目的としている。鉄砲水の急激な流量供給形態としては、崩壊発生と小規模な天然ダムの決壊が考えられる。そこでこの2つについて現地観測、室内実験、水路実験、現地実験をおこないそれぞれの場合の鉄砲水発生機構を明らかにする。抵抗則、土砂輸送機構など、鉄砲水の水理学的な特性を水路実験で検討した。とくに勾配の変化に伴って土砂濃度がどのように変化するかを系統的に調べた。勾配が変化しても土砂濃度はすぐには追随できず、時間的に遅れて平衡土砂濃度に達することが分かった。この結果は土石流の氾濫予測計算に反映されることが期待される。過去の災害の新聞記事を調査し直し、鉄砲水の発生頻度とその特徴を明らかにしようとした。しかし、現象について適切に記述している例は少なく、良い資料は得られなかった。実験と平行して、山地小渓流の詳細な流量観測により鉄砲水への流量供給機構を明らかにしようとした。また、これに関連して実験室で、地下のパイプを含む土の流出機構を詳細に追跡し、パイプの影響を調べた。その結果、パイプの位置や長さによって地下水面の形成状況が変化し、流出ハイドログラフに差が現れた。理論的な説明は今後検討したい。かつて山地渓流から急激に水、土砂が流出してくる現象は、鉄砲水と呼ばれたが、最近では土石流に関する研究の進展とともにこれらは土石流であるとされている。しかし、災害調査をおこなっていると土砂濃度が低くく、鉄砲水と呼ぶほがふさわしいと思われる現象に遭遇する。そこでこの2つについて現地観測、室内実験、水路実験、現地実験とおこないそれぞれの場合の鉄砲水発生機構を明らかにする。当該年度においては・平成6年度に実施した基礎的な水路実験について、補足的な実験と、解析を行った。・平成7年7月長野県において発生した土石流災害および,10月に和歌山県新宮市で発生した土石流、鉄砲水災害の資料の分析を行った。・芦生演習林に設定している試験流域における流量観測を継続した。・実験により、崩壊に伴う流量供給機構をモデル化して鉄砲水発生を説明した。・また、崩壊によって形成され、短時間の内に決壊する天然ダムによる鉄砲水発生の機構を水路実験で明らかにした。

しかし、災害調査をおこなっていると土砂濃度が低くく、鉄砲水と呼ぶほうがふさわしいと思われる現象に遭遇する。本研究は、鉄砲水の水理学的な特性と発生機構を解明することを目的としている。鉄砲水の急激な流量供給形態としては、崩壊発生と小規模な天然ダムの決壊が考えられる。そこでこの2つについて現地観測、室内実験、水路実験、現地実験をおこないそれぞれの場合の鉄砲水発生機構を明らかにする。当該年度においては・基礎的な水路実験を行い流動機構を検討した。・平成7年7月長野県において発生した土石流災害および、平成8年12月に蒲原沢で発生した土石流、鉄砲水災害の資料の分析を行った。・芦生演習林に設定している試験流域における流量観測を継続した。・実験により、崩壊に伴う流量供給機構をモデル化して鉄砲水発生を説明した。・また、崩壊によって形成され、短時間の内に決壊する天然ダムによる鉄砲水発生の機構を水路実験で明らかにした。
PP2C調節物質を用いた真核細胞におけるシグナル伝達経路の解析

本研究では、PP2C機能研究のためのPP2C阻害剤と活性化剤を提供することと、その分子メカニズムを明らかにし、真核細胞におけるPP2Cの機能を解明することを目的とした。昨年度ではPP2Cを活性化するPisiferdiol(1)と阻害するSanguinarine(2)を見出し、そのin vitroにおける各種ホスファターゼに対する作用とHL60細胞に対するアポトーシス誘導活性を調べたが、今年度では、それらを論文としてまとめるとともに、1のカルシウムシグナル伝達に関わる遺伝子変異酵母(zds1 Δerg3Δpdr1/3Δ)に対する生育円活性について調べた。1は、0.3M CaCl_2を含むYPD培地での遺伝子変異酵母株に対してCa^<2+>依存的、濃度依存的に生育円活性を示した(0,5μg/disc,11.0mm)。また、FACS解析により、1のCa^<2+>によるG_2期遅延の抑圧が観察された。さらに、cnb1Δ株とmpk1Δ株に対する合成致死作用でmpk1Δに特異的に作用し、WT株に対するLi感受性の増大を示すことから、カルシニューリン経路に作用することが示唆されたが、直接の酵素阻害は300μMでも認められなかった。そこで、遺伝子変異酵母株におけるCa^<2+>シグナル伝達に関わるタンパク質のリン酸化状態と発現を調べたところ、1は0.1M CaCl_2によって亢進されたリン酸化Cdc28を脱リン酸化すると同時に、Cdc28pのチロシンキナーゼSwelpとカルシニューリンCnblpの減少を引き起こした。これまでに、酵母のPP2CホモログPtc1の抑制がカルシニューリンの活性化に関わると推定されており、1は遺伝子変異酵母株においてPP2Cを活性化させることで、カルシニューリンを抑制することが示唆される。本研究では、PP2C機能研究のためのPP2C阻害剤と活性化剤を提供すること、また、その分子メカニズムを明らかにし、真核細胞におけるPP2Cの機能を解明することを目的とした。まず、PP2Cを活性化するPisiferdiol(1)の各種ホスファターゼに対する作用と、HL60細胞に対する作用を調べた。また、化学情報基盤支援斑(班長:矢守隆夫先生)より恵与された標準阻害剤キットからSanguinarine(2)をPP2C阻害剤として見出し、そのPP2CとHL60細胞に対する作用を調べた。In vitroにおいて、(1)は、PP1、PP2A並びにPP2Bには作用せず、PP2C特異的に活性化作用を示した。一方、(2)は基質のα-Caseinに対して拮抗的にKi値=0.68μMでPP2Cαを阻害した。次に、(1)と(2)のHL60細胞に対する作用を調べたところ、IC_<50>値=18.25と0.35μMでアポトーシス誘導による細胞毒性を示した。活性化作用を示す(1)では、PP2Cαの基質で、アポトーシス誘導に関わるBadとp38を脱リン酸化した。一方、阻害活性を示す(2)はその脱リン酸化を抑制した。脱リン酸化によりBadは活性化し、リン酸化によりp38は活性化され、Badとp38に対する活性のバランスにより、それぞれがアポトーシス誘導に関わることが考えられる。さらに(1)は、カルシニューリン経路を抑制することで、カルシウムシグナル伝達に関わる遺伝子変異酵母株に対して作用していると考えられる一方で、破骨細胞の分化誘導を抑制した。今後、(1)と新たに見出した阻害剤(2)の遺伝子変異酵母株と破骨細胞に対する作用を調べることで、PP2Cとカルシウムシグナル伝達や破骨細胞分化誘導の関連性を明らかにし、PP2C調節物質を提供できると考えられる。
マイクログリアからみた統合失調症の覚せい剤動物モデルにおける病態解明と治療法研究

統合失調症の精神刺激薬動物モデルを用い、血清と前頭前野の免疫炎症因子変動を同時にモニターして、末梢免疫炎症因子を指標とした脳内治療という新たな治療法を模索した。Methamphetamine急性投与後と反復投与後のIL-6、IL1β、TNFα、IFNγ、マイクログリアの活性化に着目し、本モデルの免疫炎症の関係を追求した。我々の動物モデルが免疫炎症異常の特徴も網羅することが示され、新たな治療法として、末梢免疫・炎症因子を改善する(中枢移行性のない薬剤も含まれる)、マイクログリアの活動性を抑える(神経細胞に直接働かない薬剤)、ターゲット因子を直接抑える(新たな作用をもつ薬剤)を提案した。Methamphetamine (METH)2 mg/kgを隔日に5回投与し、1週間の休薬期間をもうけ、METH1 mg/kg再投与後1時間の時点で、マウスに麻酔をし、心臓からPBSを還流して洗い流した後4%ホルムアルデヒド(PFA)で還流固定して12匹抜脳した。また別の12匹に同じprotocolで還流固定せずに脳を取り出し、部位分けして、ー80度に保存した。さらに上記2回の実験において同時に血清を作成し、合計24匹分のサンプリングが終了した。その後PFA後脳から切片を作成し、免疫組織化学法のprotocol確立を行った。最終的にIba-1抗体がきちんとワークすることを顕微鏡下で確かめた。また当初、活性型マイクログリアに関してはc-fosで評価する予定であった。しかし、近年これを評価するにあたり、人のPET画像研究でperipheral benzodiazepine receptor抗体(PBR)が多く使用されるようになったことが判明し、本実験でも同抗体を用いることとした。現在、この抗体の情報収集を行っている。これらと同時に、PFAで固定しない脳組織の蛋白測定用の調整を始めた。本研究で一番大切と思われる蛋白測定アレイを購入し、そのキットの中で使用される溶液を使用して、脳組織を粉砕、溶液化を始めた。また全蛋白量を測定する為のBCAアッセイ法に必要な各機械の調整、確保を行った。さらに蛋白測定アレイで標的分子候補が挙がってきた後に、別にウェスタンブロッチングにて蛋白量の差の検出を再確認する必要がでてくることから、このprotocolも合わせて確立した。本期間ではサンプリングが大きく進み、抗体によって多少の修飾は必要であるが、免疫組織化学法の手法確立、蛋白調整法の確立とアッセイキット用への適応、その後のウェスタンブロッティング法の手技の確立と多くのことを検討した。活性型マイクログリアの評価に使用する予定であったc-fos抗体をperipheral benzodiazepine receptor抗体(PBR)に変更した。それ以外は順調に経過していると考えられる。Methamphetamine (METH)急性投与の1時間後に血清とprefrontal cortex (PFC)での免疫・炎症に関する40因子を測定した。多くの因子が変動していたので、次にどの因子に着目すべきかを決めるため、統合失調症の血清および死後脳研究を調べ、メタアナリシスなどで報告されているIL-6, IL1β, TNFα, IFNγから解析することとした。その結果血清INFγは不変だったが、他の3因子は1.22倍に上昇した。一方PFCではMETH投与群でIL-6が1.2倍程度に軽度上昇する他は変化していなかった。この時点でマイクログリアの活性化をIba-1抗体を用いて形態学的に検討したところ、METH投与群では形態的変化が確認された。これを再確認するため、活性型マイクログリアにだけ発現するperipheral benzodiazepine receptor (PBR)の淡白量を調べた。その結果、METH投与群で増加していた。次にこのMETH注射を5回反復し、1週間の休薬期間をもうけ、定常状態、METHを再注射したときの上記4因子の血清・PFCでの淡白量、同時にマイクログリアの活性化を形態学的に評価した。その結果、METH-saline群(定常状態)では、血清での4因子は全て低下し、その一方でPFCではIL-6は正常であったものの、他の3因子は1.52.2倍になっていた。またMETH-METH群では血清の促進性炎症因子は数倍となったが正常値の範囲内で、PFCではIL-6とTNFαはさらに上昇した。さらにMETHを再投与したときのPFCのマイクログリアは活性化していなかった。これらの結果から我々の統合失調症の病態進行モデルが免疫・炎症の特徴も網羅することが示された。これまでと同様、休まずに継続して研究を行う。リサーチの途中で予定の変更があれば、きちんと根拠を明確にした上で実験計画を変更する。

平成27年度に作成した覚醒剤モデルマウスのホルマリン固定脳を用いて平成28年度4月から免疫組織化学法により、マイクログリアの抗体であるIba-1抗体と活性型マイクログリアの抗体であるperipheral benzodiazepine受容体抗体により脳の切片を染め、活性型のマイクログリアの多く分布する脳部位を検索する。次に昨年度作成した脳組織と血液サンプルを用いて40種類同時に測定できるpro-inflammatory factorの定量アレイキットにより、覚醒剤投与群で炎症促進因子タンパク量の多いもしくは少ない因子を見つけ出す。ここで標的となった因子に関して、同じサンプルを用いてウエスタンブロッテイング法でタンパク量に差があるかを再確認する。その後、標的因子を調整する薬剤を選択し、動物モデルラットに投与し、覚醒剤反復投与によって形成される異常行動の発現が阻止できるかを検討する。同時に血液中と脳での標的因子のタンパク量をモニターし、血液ー脳の関連をみる。これらにより覚醒剤特有の分子標的の探索と統合失調症の新たな治療法を模索する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
柔軟指によるロボットマニピュレーションと文字手書きにおける人体補助具への応用

ロボットマニュピレーションの最も実用的な応用のひとつは,障害者のリハビリテーションのための補助具である.我々は,指の補助具に関して,簡単で実用的な手法を提案した.特に,親指の損失に関するリハビリテーション用のメカニズムを構築した.この補助具は,残った指と失った指を代行するメカニカルな指の巧みな連動動作を実現する.これにより,最も日常的な作業を行う能力,たとえば文字を書く動作を実行することができる.この補助具は一部の指を失った手にグローブとして着用することができる.また安価でシンプルであり,障害者が簡単に装着することができる.本年度はコンセプト,デザイン,モデリング,シミュレーション,義指のメカニズムの開発を,体系的に統合した.ボンドグラフの技術は義指のモデルやメカニズムのダイナミクスのシミュレーションに使われてきた.特に,関節における動作や柔軟指による物体把持,相互接触に有効である.腱駆動やそのダンピング,また関節における摩擦をモデル化しシミュレーションを行った.我々はベクトルボンドグラフを使って人の骨格ダイナミクスをモデル化した.提案手法は手の補助具のメカニズムだけでなく,人の体の他の部分にも応用できる.補助具システムにおいて,駆動関節から受動関節への動作の伝達は,関節軸の位置関係が固定されていないため,モデリングが困難であった.ベクトルボンドグラフを使うことにより,このメカニズムを表すことに成功した.さらに,ボンドグラフオブジェクトモジュールのコンセプトを発展させ,補助具システムのモデリングを容易にした.これにより,数値シミュレーションを実現すること,システムを深く理解することが,容易になる.2002年11月から2003年3月までは,文字手書きの補助具の基本設計を行なうこと,補助具の動特性をボンドグラフによりモデリングすること,ならびに,補助具のプロトタイプを試作することを行なった.文字手書きの補助具の基本設計においては,指を失った人を対象とし,失った指の部分に人工的な指を取り付け,残された指に駆動部を装着することで,人の残された機能を用いて,失った機能を回復する構成を提案した.さらに,物体を安定に操作するために,柔らかい指先を装着すること構成とした.次に,基本設計を基に,補助具システムのボンドグラフを導き,補助具システムの動特性をモデリングした.ボンドグラフによるモデリングでは,システムの要素ごとにモデルを導き,最後にそれらを合成すればよい.指機構はリンク機構としてモデルを導いた.駆動指と人工的な指の間で力の伝達機構が必要になるので,伝達機構としてワイヤ機構と流体伝達を想定し,ボンドグラフを導いた.さらに,人との力の伝達をモデリシグし,補助具システムの動特性のシミュレーションを行なった.シミュレーションは,購入したPC上のMATLABで行なった.その結果,文字書きが可能なレベルの動特性を有していることが確認できた.そこで,ワイヤ機構を用いた補助具のプロトタイプを試作した.ワイヤを二重に張ることで指の剛性を高め,安定な物体把持と物体操作が可能であることを確認した.ただし,リンク部分の動作範囲のため,人の指の動きが制約されることが判明した.人工的な指の部分と駆動部が分離された補助具を提案すること,接触を伴う文字手書きそのものの動特性をボンドグラフによりモデリングすることが課題である.なお,期間が5ヶ月と短く,今年度は発表には至っていないが,2003年4月から2003年10月までの期間で,国際学会での発表を行なう予定である.ロボットマニュピレーションの最も実用的な応用のひとつは,障害者のリハビリテーションのための補助具である.我々は,指の補助具に関して,簡単で実用的な手法を提案した.特に,親指の損失に関するリハビリテーション用のメカニズムを構築した.この補助具は,残った指と失った指を代行するメカニカルな指の巧みな連動動作を実現する.これにより,最も日常的な作業を行う能力,たとえば文字を書く動作を実行することができる.この補助具は一部の指を失った手にグローブとして着用することができる.また安価でシンプルであり,障害者が簡単に装着することができる.本年度はコンセプト,デザイン,モデリング,シミュレーション,義指のメカニズムの開発を,体系的に統合した.ボンドグラフの技術は義指のモデルやメカニズムのダイナミクスのシミュレーションに使われてきた.特に,関節における動作や柔軟指による物体把持,相互接触に有効である.腱駆動やそのダンピング,また関節における摩擦をモデル化しシミュレーションを行った.我々はベクトルボンドグラフを使って人の骨格ダイナミクスをモデル化した.提案手法は手の補助具のメカニズムだけでなく,人の体の他の部分にも応用できる.補助具システムにおいて,駆動関節から受動関節への動作の伝達は,関節軸の位置関係が固定されていないため,モデリングが困難であった.ベクトルボンドグラフを使うことにより,このメカニズムを表すことに成功した.さらに,ボンドグラフオブジェクトモジュールのコンセプトを発展させ,補助具システムのモデリングを容易にした.これにより,数値シミュレーションを実現すること,システムを深く理解することが,容易になる.
準結晶-近似結晶相変態に関する研究

1.正20面体準結晶-近似結晶非可逆相変態に関する研究:ある組成の4元系合金のMg-(Al,Ga)-Znについて、急冷によって得られる準安定正20面体相から、昇温過程で中間相の1/1近似結晶を経て安定相の2/1近似結晶に相変態し、それぞれの相変態過程で電気抵抗が変化することを見いだした。等温焼鈍過程での電気抵抗変化を測定するシステムを完成し、変態温度近辺での電気抵抗変化から変態のカイネティックスを明らかにする実験が進行中である。2.正10角形相における規則-不規則変態過程の直接観察:Al-Co-Ni正10角形準結晶が、低温の規則相から高温の不規則相に可逆的相変し、その変態が原子クラスターの配列の変化によるトポロジカルな規則化であることを、数年前に枝川と竹内が発見した。その変態過程を高温ステージを用いて電子顕微鏡内で直接観察すべく、徐冷法え単準結晶を作成し、10回軸に垂直な面で試料を切り出して薄膜試料を作成した。東京大学総合試験所の共同利用設備である高温ステージを持つ高分解能電子顕微鏡が平成10年1月から利用できるようになったので、実験を開始した。3.新しい準結晶-近似結晶相の開発:従来のAl-Pd-(TM)(TM:遷移金属)3元系の準結晶合金のTMを2種類の遷移金属に置き換えた4元系の新しい準結晶を探索している。その中で、Al_<70>Pd_<20>Cr_5Fe_64元系合金で、高温で正10角形準結晶相、低温領域でその高次近似結晶相が安定となることを見いだした。この新しい準結晶-近似結晶可逆的相変態をする形についても、その変態過程の詳細を研究する計画である。
日韓共同理工系学部留学生の日本留学意識と日本語学習心理に関する基礎研究

本研究においては,日韓共同理工系学部留学生受入事業計画という現実的課題に応えるため,本研究の代表者及び協力者は,平成14-15年度において,韓国の慶煕大学国際教育院を始め,東京学芸大学と国際学術学生交流協定を締結する韓国および諸外国の大学や,その他の中等教育機関の協力を得て,日本留学を前提とした日韓共同理工系学部留学生候補者に対する留学に関わる不安意識調査,日本語学習ストラテジー調査,言語学習に関するビリーフ調査を行い,日韓共同理工系学部留学生323名,韓国の高校生656名,韓国の大学生172名,台湾の大学生76名,タイの大学生73名,ドイツの大学生70名,フランスの高校生40名,から有効回答を得た。得られた回答をもとに,データの統計処理,留学ないし学習意識に関する分析・考察を行い,研究成果報告書にとりまとめた。同報告者に収録された様々な学生の留学意識や言語学習に係る信念や学習ストラテジーの分析結果は,今後,理科系の外国人留学生のための教育課程構築,あるいは,教材開発研究のための貴重な資料となることが予想される。また,韓国の慶煕大学国際教育院の予備教育担当関係者の協力により,第1期生から第5期生までの渡日前の予備教育について,日本語教育,専門基礎教育,日本文化理解,また,その他の学生指導に係る基礎資料を得た。同資料は,日韓共同理工系学部留学生の受け入れ大学,留学生センター等において,同学生のレディネスを調査し,カリキュラムデザインを考える上で,貴重な資料となると思われる。本研究は,日韓共同理工系学部留学生を主な調査対象とするが,その周辺にいる日本留学を志す高校生あるいは大学生,また,日本留学から韓国に帰国した学生等も対象とすることにより,日本語留学を契機とする学習者の意識が,留学前・留学中・留学後とどのように変容していくのかを短期間に測定することを目的としている。研究方法としては,質問紙によるアンケート調査及び対面ないしインターネットを活用したフォローアップ調査などを方法として採用し,(1)日本留学に関する意識(不安)調査,(2)日本語学習のためのビリーフ(信念)調査,(3)日本語学習のストラテジー(方略)に関する調査を統合して行っている。平成14年度における調査は,韓国語版の意識調査票を作成,韓国に出張し,韓国内の協力大学・中等教育機関を中心に意識調査及びフォローアップ調査を行った。同調査から得られた基礎データは,現在,集計中である。また,日韓共同理工系学部留学生の学習意識の素性を比較国際教育の観点から検討するために,韓国人以外の学習者に対する意識調査をパイロットとして行った。タイ語とドイツ語による意識調査票を作成,タイについては出張調査により,ドイツについては協定校の協力を得て郵送調査により,調査票を回収,現在,パイロット・データの入力・集計中である。また,以上の調査により収集したデータを集計・分類・分析するためのフォーマット及び調査結果を統合的にまとめるためのデータベースの設計を行った。

また,韓国の慶煕大学国際教育院の予備教育担当関係者の協力により,第1期生から第5期生までの渡日前の予備教育について,日本語教育,専門基礎教育,日本文化理解,また,その他の学生指導に係る基礎資料を得た。同資料は,日韓共同理工系学部留学生の受け入れ大学,留学生センター等において,同学生のレディネスを調査し,カリキュラムデザインを考える上で,貴重な資料となると思われる。
感圧塗料を用いた混合流動系における瞬時壁面濃度分布計測法の開発と非定常特性の解明

本研究では,まず壁面濃度分布計測の検証データベースを作成するために,主にT字合流管においてPIV, LIFおよび可視化により合流部における詳細な速度場・濃度場の計測を行い,壁面近傍における大規模変動場の構造を明らかにした.次に,同種の流路系において感圧塗料により壁面上の濃度場の計測を試み,定量的計測における問題点を抽出した.本研究では,まず壁面濃度分布計測の検証データベースを作成するために,主にT字合流管においてPIV, LIFおよび可視化により合流部における詳細な速度場・濃度場の計測を行い,壁面近傍における大規模変動場の構造を明らかにした.次に,同種の流路系において感圧塗料により壁面上の濃度場の計測を試み,定量的計測における問題点を抽出した.平成19年度は,感圧塗料を用いた壁面濃度分布計測の検証データベースを作成するために,対向形T字合流管ならびに直交型T字合流管においてPIV,LIFおよび可視化により合流部たおける詳細な速度場、濃度場の計測を行った。前者については,2流体の合流により誘起される壁面近傍の温度(濃度)変動の生成メカニズムに注目し,ハイスピードビデオと連続発振レーザを用いたPIVとPLIFによる速度、温度の時系列同時計測を実施した。得られた速度場と濃度場のデータを正規直交関数展開法(POD)により解析することにより,壁面近傍における濃度変動が流れ場の2次元的揺動と回転的振動の組み合わせにより生成されていることが明らかになった。後者の直交型T字合流管については,特に2流体の混合界面における渦の状態に注目し,PIVによる速度場計測に加えて界面形状の時系列変化を可視化により計測した。測定された濃度場のデータをPODにより解析し,速度場の解析結果を併せて検討することにより,混合界面に特徴的に現れるキノコ上渦の発生機構や変動速度による物質輸送のメカニズムについて明らかにした。さらに,2流体の混合促進、制御を目的として,ジェットを主管流中に噴出させた場合についても実験を行った。この流動系については,ジェットが混合に与える影響について把握するために流れの可視化を中心に実験を行い,ジェットが主流と干渉しながら壁面上に分布していく様子や,枝管流体を主管流中に引き込む効果などについて明らかにした。平成20年度は,前年度に引き続き壁面濃度分布計測の検証データベースを作成するために,主に直交型T字合流管においてPIVおよび可視化により合流部における詳細な速度場・濃度場の計測を行った.とくに,合流部において主管流中に微細なジェットを噴出させ,それが合流後の流れ場・濃度場に及ぼす影響について明らかにした.具体的には,ジェットの付加により誘起される壁面近傍の変動速度場の詳細と,それにより混合界面に誘起される大規模な濃度変動に注目し,高速度カメラとレーザを用いた混合界面の時系列計測を実施した.得られた濃度場をPOD解析することにより,壁面近傍における濃度変動の大規模構造を明らかにすることが出来た.さらに,混合直前にデルタ翼を設置した場合についても同様の実験を行い,2流体の混合界面と壁面近傍における渦構造を明らかにした.時系列計測された濃度場のデータをPOD解析することで,デルタ翼からは周期的に渦が放出され,それが枝管流と干渉することで混合界面と壁面における濃度場の大規模構造を形成していることを明らかにした.次に,感圧塗料を壁面に塗布し,壁面近傍の濃度変動を可視化により捉えることを試みた.その結果,肉眼では濃度差による明るさの違いが確認出来るものの,その差は僅かであり高速度カメラを用いた定量的計測を行うためには不十分であること,また十分なコントラストを得るためには塗料の選択やその担持方法に改善の余地があることを見いだした.
分子生物学的微生物群集構造解析ツールを用いたテトラクロロエチレン汚染サイトの診断

テトラクロロエチレンおよび関連物質による土壌地下水汚染は、全体の汚染件数の約37%を占め、その汚染浄化が必要である。その方法として微生物学的浄化(バイオレメディエーション)が効率的で経済的な手段であるが、汚染サイトに分解微生物が存在している必要がある。そのため、分解微生物の網羅的検出方法(DNAマイクロアレイ法)を開発し、合わせて汚染サイトの微生物相を分子生物学的方法で解析した。PCEおよびその関連物質分解菌の網羅的検出方法としてDNAマイクロアレイを作製して実際の汚染サイトに適応した。検出対象細菌は、PCEを完全にエテンまで脱塩素化するDehaloccoides ethenogenes195はじめPCE部分分解細菌22株と2種類のPCEデハロゲナーゼ遺伝子である。細菌検出用アレイは、ITS領域を用いてプローブを設計した。ハイブリダイゼーションは競合ハイブリダイゼーションにて行い、必要に応じてLATE-PCRを応用した。検出限界は10コピーである。このDNAマイクロアレイを用いてPCE汚染サイト22箇所、87サンプルを分析した結果、D. ethenogenes195は11汚染サイト18サンプルから検出された。一番多く検出されたのはPCEをDCEに脱塩素化するClostridium formicoaceticumで、13汚染サイト25サンプルから検出された。あるサイトでのバイオレメディエーション前後の解析では、土壌地下水とも同じ傾向を示し、栄養源注入後PCE分解菌群は飛躍的に増加した。特にPCEをDCEに脱塩素化するSulfurospirillum multivorans, Desulfovibrio baculatus, Cl. formicoaceticum, Dehalobacter restricusの増加が著しかった。また、DGGEによる汚染サイト微生物群集解析では特定の門に属する微生物が栄養源注入で優占する傾向が見られた。現在は、PCEデハロゲナーゼ遺伝子の検出も行いつつあり、これらのDNAマイクロアレイ技術等を利用したバイオレメディエーションの普及を望んでいる。テトラクロロエチレン(PCE)分解菌であるDesulfitobacterium hafniense TCE1株、D. hafniense Y51株、Dehalobacterrestrictus PER-K23やSulfurospirillum multivoransなどが比較的共通して保有するPCE脱塩素化酵素遺伝子pceAを検出するDNAマイクロアレイの作成を行った。pceAを検出するためのプルーブの設計は、40merと30merの2種類について行った。同じ塩基または、A-T、G-Cが5つ以上連続しないこと、プルーブが自己プライミングしないこと、目的外の微生物野と相同性を持たないこと、プローブ同士の配列が重複していないことなどの条件を設定し、非相同領域におけるミスマッチも考慮した。ターゲットの増幅には1本鎖DNAを増幅できるLATE(linear After The Exponential)-PCR法を用いた。DNAマイクロアレイでの検出限界試験を行った結果、検出限界値は10,000コピーであることが示された。シグナル強度は40merと30merのプローブで大差はなかった。pceA遺伝子を用いたTCE1株とY51株の識別は、プローブに対して100%相同性のあるリファレンスDNAを用いる競合ハイブリダイゼーションによって区別できた。さらに、対象の菌を混同した模擬土壌を用いてpceA遺伝子の検出の作動確認を行った。その結果、検出限界はコピー数に換算して600,000,000コピーとなり、土壌中に含まれるフミン酸などの有機物などが遺伝子増幅を阻害していることやターゲット以外の生物由来のDNAの影響などが考えられ、遺伝子抽出におけるバイアスの解除の必要性が示された。
拡散方程式に基づく領域形状の推定問題に関する研究

本研究の目的は、領域の境界の一部分の形状が未知であるとき、その形状を推定する逆問題の考察である。ただし推定のためのデータとして、この領域における熱方程式の初期値・境界値問題の解の部分的データを用いる。本研究に先立つBryan-Caudill [BC](Inverse Problems、1998)はノイマン境界条件下で問題を考えたが、Y.Moriyama(守山)[M](金沢大学自然科学研究科修士論文、2002)はより現実的な混合型境界条件下で問題を考えた。本研究でも混合型境界条件を採用しているが、さらに領域をリプシッツ有界領域と区間の直積とし、熱方程式は変数係数(その滑らかさは概ねリプシッツ連続)とした([BC]、[M]ともに領域は一般次元の直方体で熱方程式は定数係数である)。この問題に対し、本研究では以下に述べる結果を得た。1.[M]における考察を基に、リプシッツ領域上の混合型境界条件をもつ2階放物型方程式の弱解のエネルギー評価を得た。2.[BC]、[M]も行っているように、問題を変数変換し一つの基準領域で考え、所与の方程式を線型化をするという方針を採用した。ただし、それを全て弱解としての枠組みで統一的に行った。これによりリプシッツ領域の場合を取り扱うことが出来た。線型化はGateaux微分をとることで行い、その際上記のエネルギー評価を用いた。3.上記2で得られた線型化問題に対して一意復元定理(データから領域の未知形状を一意的に推定出来ることを示す定理)を示した。この一意復元定理を示す際には、熱方程式に関わるDirichlet to Neumann写像の値域の稠密性を示し、それを用いた。4.未知形状に対するある条件下で,最小2乗法によりデータから未知形状を近似的に再構成することが出来ることを示し,誤差評価式を導いた。証明には上記の一意復元定理を用いた。本研究の研究代表者(河上)と研究分担者(土谷)は、この目的に関して以下に述べる結果を得た。ただし、証明の一部は未完である。また、日本数学会年会(平成16年3月29日)にて、これらの結果を守山氏と共同で発表する予定である。1.Bryan-Caudill[BC](Inverse Problems、1998)はノイマン境界条件下で問題を考えたが、Y.Moriyama(守山)[M](金沢大学自然科学研究科修士論文、2002)はより現実的な混合型境界条件下で問題を考えた。本研究でも混合型境界条件を採用しているが、さらに領域をリプシッツ有界領域と区間の直積とし、熱方程式は変数係数とした([BC]、[M]ともに領域は一般次元の直方体で熱方程式は定数係数である)。2.研究実施計画に従い、[M]における考察を基に、リプシッツ領域上の混合型境界条件をもつ2階放物型方程式の弱解のエネルギー評価を得た。3.[BC]、[M]も行っているように、問題を変数変換し一つの基準領域で考え、所与の方程式を線型化をするという方針を採用した。ただし、研究実施計画通りそれを全て弱解としての枠組みで統一的に行った。

線型化はGateaux微分をとることで行い、その際上記のエネルギー評価を用いた。4.拡散係数を与えるテンソルに条件を追加すれば、データから領域の未知形状を一意的に推定出来ることを示した。以上の結果を得たが、項目4の証明の一部が未完なのでその完成を急ぎたい。本研究の目的は、領域の境界の一部分の形状が未知であるとき、その形状を推定する逆問題の考察である。ただし推定のためのデータとして、この領域における熱方程式の初期値・境界値問題の解の部分的データを用いる。本研究に先立つBryan-Caudill[BC](Inverse Problems、1998)は、ノイマン境界条件下で問題を考えた。これに対し、Y.Moriyama(守山)[M](金沢大学自然科学研究科修士論文、2002)はより現実的な混合型境界条件下で問題を考えた。本研究でも混合型境界条件を採用しているが、さらに領域をリプシッツ有界領域と区間の直積とし、熱方程式は変数係数(その滑らかさは概ねリプシッツ連続)とした([BC]、[M]ともに領域は一般次元の直方体で熱方程式は定数係数である)。本研究では、[BC]、[M]も行っているように、問題を変数変換し一つの基準領域で考え、所与の方程式を線型化をするという方針を採用した。昨年度中に、弱形式のGateaux微分という枠組でこの部分の研究を完成させることが出来たが、得られた線型化問題から一意復元定理(データから領域の未知形状を一意的に推定出来ることを示す定理)を示す部分が未完であった。昨年度は、これを示すためには、拡散係数を与えるテンソルに条件を追加することが必要であろうと予測していた。しかし、今年度の研究において、そのような条件を追加することなく一意復元定理を示すことができた。なお、この一意復元定理を示す際には、熱方程式に関わるDirichlet to Neumann写像の値域の稠密性を示し、それを用いた。現在、以上の研究結果のノートを英文にまとめ、河上・土谷と守山氏の共著論文として投稿する作業を進めているところである。また、研究の途中経過を日本数学会年会(平成16年3月29日)にて、河上・土谷と守山氏が共同で発表した。
最近の計算代数の進展に付随する微分幾何学への応用

本研究では、計算代数の最新の研究成果を元に微分幾何学への応用と新たな研究手法の展開をはかった.本研究の成果として,複素空間型内の正則接分布が可積分な*-アインシュタイン実超曲面を決定した.また,複素2次元複素空間型内のホップ擬対称実超曲面を決定した.研究対象を階数1コンパクト対称空間内の実超曲面に拡張し,測地線の大域的な挙動により,主曲率が特定の条件を満たす完備実超曲面が測地球に限ることを示した.計算代数分野との交流により,最新の計算機代数システムおよび可視化ソフトウェアを収録したDVD起動型LinuxシステムKNOPPIX/Mathの開発,公開を行った.本研究では、計算代数の最新の研究成果を元に微分幾何学への応用と新たな研究手法の展開をはかった.本研究の成果として,複素空間型内の正則接分布が可積分な*-アインシュタイン実超曲面を決定した.また,複素2次元複素空間型内のホップ擬対称実超曲面を決定した.研究対象を階数1コンパクト対称空間内の実超曲面に拡張し,測地線の大域的な挙動により,主曲率が特定の条件を満たす完備実超曲面が測地球に限ることを示した.計算代数分野との交流により,最新の計算機代数システムおよび可視化ソフトウェアを収録したDVD起動型LinuxシステムKNOPPIX/Mathの開発,公開を行った.初年度である本年度は、最新の計算代数の成果について調査を行い、以下の研究集会、ワークショップ等において、微分幾何学への応用について議論を行った。2006年9月18日に大阪市立大学にてワークショップ「数学ソフトウェアとフリードキュメントIII」を行った。このワークショップにおいて、研究代表者がKNOPPIX/Mathについて講演し、また、研究協力者の中川義行がPDA上の数学ソフトウェアについて、横田博史が数式処理システムMaximaと他の数学ソフトウェアとの連携について講演を行った。2007年3月26日には、埼玉大学でワークショップ「数学ソフトウェアとフリードキュメントIV」を行った。最新の可視化システムについて、九州大学の藤森祥一氏と東京電機大学の小林真平氏に講演を依頼し、Konrad Polthier氏作成のJavaviewとNick Schmitt氏作成のCMCLabについて解説を受けた。離散幾何学の最新の研究成果と計算機代数の組み合わせについて可視化の視点からの議論を行った。研究代表者は1年間の調査研究の成果として、100以上の数学ソフトウェアを手軽に試すことができるKNOPPIX/Math/2007を作成した。KNOPPIX/Mathは、研究プロジェクトKNOPPIX/Math Projectの研究成果物として公開され、2007年3月27日から3月30日にかけて800枚以上のDVDを配布した。計算機代数の研究利用と、数学的なオブジェクトの表現方法について、様々な分野の数学者から意見をいただき、議論を深めることができた。一方、宇都宮大学の井ノ口順一氏との共同研究として、複素空間型内の*-アインシュタイン実超曲面のうち、正則接分布が可積分なものを分類した。現在、学術論文として執筆中であり、近日中に投稿する予定である。研究期間2年目である本年度は,計算代数の最近の成果について,さらに調査を行い,以下の研究集会,ワークショップ等において,微分幾何学への応用について議論を行った。2007年12月5日から7日にかけて,行われた第7回「代数学と計算」研究集会(AC2007)において招待講演者として招かれ,「数学ソフトウェアの森KNOPPIXgMath」という講演を行い,代数学の専門家との研究交流を行った。2007年9月20日に東北大学にてワークショップ「数学ソフトウェアとフリードキュメントV」,2008年3月22日には,近畿大学でワークショップ「数学ソフトウェアとフリードキュメントVI」を開催。代数,統計,数値計算,トポロジー等,様々な分野の専門家の方にご講演いただき,研究交流を行うことができた。研究代表者は1年間の調査研究の成果として,100以上の数学ソフトウェアを手軽に試すことができるKNOPPIX/Math/2008を作成した。KNOPPIX/Mathは,応用数理学会「春の研究部会連合発表会」,日本数学会年会等において,あわせて約900枚のDVDを配布した。計算機代数の研究利用と,数学的なオブジェクトの表現方法について,様々な分野の数学者から意見をいただき,議論を深めることができた。一方,最近になって,広島大学の田丸博士氏,星川祐次氏との共同研究として,複素空間型内のLie実超曲面について注目し,現在,学術論文として準備中である。研究期間最終年度である本年度は,計算代数の最新の成果についての調査を元に,以下の研究集会,ワークショップ等において,微分幾何学への応用について議論を行った.2008年9月23日に東京工業大学にてワークショップ「数学ソフトウェアとフリードキュメントVII」,2009年3月25日には,東京大学でワークショップ「数学ソフトウェアとフリードキュメントVIII」を開催.幾何学,代数,解析,トポロジー,数値計算,画像処理等,様々な分野の専門家の方にご講演いただき,研究交流を行うことができた.研究代表者は1年間の調査研究の成果として,数学ソフトウェアを手軽に試すことができるKNOPPIX/Math/2009を作成した.また,複素空間型内の実超曲面についてJong-Taek Cho氏,井ノロ順一氏との共同研究の成果がTokyo J.Mathに掲載が予定されている.塩濱勝博氏と行った階数1コンパクト対称空間内の完備実超曲面についての共同研究についてはProc.Amer.Math.Soc.に掲載が予定されている.
軟骨由来成長因子(CDF)およびその前駆体の単離・同定

申請者らは、軟骨基質中に未知の成長因子(軟骨由来因子、CDF)が存在することを明らかにしてきた。本研究において、我々は、ウシ胎仔軟骨1Mグアニジン塩酸抽出物を出発材料として、アセトン分画・限外瀘過・分子篩クロマトグラフィ-・ヘパリンアフィニティ-クロマトグラフィ-・逆相クロマトグラフィ-の手法を駆使して、分子量約25kDaの生物活性因子(chondromodulinーI,ChMーI)の完全精製に成功した。精製ChMーIは、CDFに期待されるすベての生物活性を保持していた。つぎに、気相シ-クエンサ-により、ChMーIのNー末端27残基のアミノ酸配列を明らかにし、ChMーIのリジルエンドペプチダ-ゼ消化断片から、さらに21酸基のアミノ酸配列を明らかにした。これらのアミノ酸配列をもとに、ウシ胎仔軟骨cDNAからPCR法によりChMーIのNー末端部分に相当するcDNA断片(293bp)をクロ-ニングした。これをプロ-ブにしてノ-ザンブロットを行ない、ウシ骨端軟骨RNA中にChMーImRNA(約1.7kb)を同定した。興味深いことに、ChMーImRNAの発現は軟骨組織に特異的で、他の組織では全く発現されていなかった。次に、λgt10に組み込んだウシ胎仔骨端軟骨cDNAライブラリ-をスクリ-ニングして、完全長ChMーIcDNAをクロ-ニングして塩基配列を決定した。その結果、ChMーIは、121残基のアミノ酸よりなる糖蛋白質で2個のOー結合糖鎖と1個のNー結合糖鎖を有する。また、ChMーIは、335残基のアミノ酸より成る前駆蛋白質のCー末端部分として生合成され、ChMーI部分に先立つプロセシングシグナル(ArgーGluーArgーArg)部分で切断されて細胞外に分泌されるものと考えられる。ウシ胎児軟骨組織抽出物中には培養軟骨細胞の増殖及び分化機能の発現を促進する蛋白質性の因子(CDF)が存在する。また、CDFは、互いに分子量のことなる複数の蛋白質として存在することが判明している。そこで、本年度は軟骨に含まれるすべてのCDF活性物質の完全精製を目指して、大量の新鮮なウシ胎児軟骨組織の採集から研究を開始した。その結果、約7kgの軟骨組織を確保することが出来た。これをIMグアニジン塩酸(pH6.0)にて抽出した後、アセトン分画(45ー60%)した。さらに、限外濾過により分子量1万から5万の画分を得た。ウサギ肋軟骨細胞培養系を用いた生物検定の結果、本画分に強いCDF活性を検出した。次に、ヘパリンセファロ-スカラムにかけ0.5Mー1.2MNaClで溶出される画分に全てのCDF活性が回収されていることを確認した。さらに、陽イオン交換クロマトグラフィ-により溶出される活性画分を0.1%トリフロロ酢酸に溶解して逆相クロマトグラフィ-を行なったところ、分子量16kDaを示す活性物質(16kCDF)を単離することに成功した。そこで、気相シ-クエンサ-により16kCDFと思われる蛋白質のN末端21残基のアミノ酸配列を明らかにした(ただし、7番目と12番目のアミノ酸残基は不明であった)。そこで、ウシ胎児肋軟骨組織から常法によりRNAを単離してcDNAを調整した。先に決定した16kCDFのN末端21残基のアミノ酸配列の内、N末端側とC末端側のアミノ酸

配列順序から想定されるDNAを合成し、これをプライマ-として先に調整したcDNAからPCR(polymerase chain reaction)法により16kCDFのN末端部分をコ-ドするcDNA断片を同定することに成功した。この結果、16kCDFのN末端21残基の全アミノ酸配列が明かとなった。現在、他のCDF分子種の精製と今回得られたcDNA断片を利用して16kCDFの全長cDNAのクロ-ニングを行なっている。前年度までに、培養軟骨細胞のDNA合成促進作用を指標にして、ウシ胎仔軟骨の1Mグアニジン塩酸抽出物からポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDSーPAGE)上で単一バンドを示す活性標品の精製に成功した。我々は、これをChondromodulinーI(ChMーI)と命名した。ChMーIは、SDSーPAGEによる分析から見かけの分子量約25kDaの糖蛋白質であると考えられ、気相シ-クエンサ-により、ChMーIのNー末端27残基のアミノ酸配列を明らかにした。本年度は、ChMーIのリジルエンドペプチダ-ゼ消化により得られたペプチド断片から、さらに21酸基のアミノ酸配列を明らかにした。これらのアミノ酸配列をもとにDNAプライマ-を合成し、ウシ胎仔軟骨から調制したcDNAをテンプレ-トとしてPolymerase Chain Reaction(PCR)法によりChMーIのNー末端部分をコ-ドするcDNA断片(293bp)をクロ-ニングすることに成功した。このcDNA断片をプロ-ブにしてノ-ザンブロットを行ない、ウシ骨端軟骨ポリARNA中にChMーI mRNA(約1.7kb)を同定した。興味深いことに、ChMーI mRNAの発現は軟骨組織に特異的で、他の組織では全く発現されていなかった。次に、λgt10に組み込んだウシ胎仔骨端軟骨cDNAライブラリ-をスクリ-ニングして、完全長ChMーI cDNAをクロ-ニングして塩基配列を決定した。その結果、ChMーIは、121残基のアミノ酸より成る糖蛋白質で2個のOー結合糖鎖と1個のNー結合糖鎖を有する。また、ChMーIは、335残基のアミノ酸より成る前駆蛋白質のCー末端部分として生合成され、ChMーI部分に先立つプロセシングシグナル(ArgーGluーArgーArg)部分で切断されて細胞外に分泌されるものと考えられた。