hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超音波画像を用いたびまん性肝疾患の定量診断システムの開発

平成29年度は,世界的にも先進的な振幅分布関数モデルとして提案されたマルチレイリーモデルを基本として,実際の組織構造が未知の臨床超音波画像に対して肝線維化を高精度に評価する手法を開発した。マルチレイリーモデルを用いることで,与えられた肝超音波画像から正常組織,線維組織,低エコー組織などの各組織を個別かつ定量的に抽出・可視化できるが,マルチレイリーモデルにより各組織を正しく評価するためには実際の肝組織の構成要素数に合わせた成分数のマルチレイリーモデルを用いる必要がある。しかし,実際の肝組織の構成要素数は肝線維化の進行度や解析領域の位置に応じて変化するため,組織構造が未知の臨床超音波画像に対してマルチレイリーモデルを用いた肝線維化評価を正しく行うためには解析領域内の組織構成要素数をあらかじめ推定する必要がある。解析領域内の組織の構成要素数を推定するため,マルチレイリーモデル推定の入力値であるエコー振幅統計量に着目した。エコー振幅統計量の分布領域が組織の構成要素数に応じて変化することに着目し,エコー振幅統計量に対する閾値処理で組織の構成要素数を推定する新たな手法を提案した。閾値の決定法としてマハラノビス距離を導入することで,組織の構成要素数を正しく判定する統計的な確率を制御することが可能になり,定量的に組織の構成要素数を推定できた。推定した組織構成要素数に応じた成分数のマルチレイリーモデルを用いることで,実際の組織構造が未知の臨床超音波画像に対して肝線維化を正しく定量的に評価することが可能になった。本成果は,臨床的に十分な精度をもつ定量診断システムを実現する上で重要な成果であり,その意義は学術集会での受賞や学術論文への採択により認められた。29年度が最終年度であるため、記入しない。年間数万人が死亡する肝疾患は我が国の医療分野における主要な対象である。超音波による医用画像は,安全かつリアルタイムな診断手法として大きな地位を占めているが,肝疾患を定量的に精度良く診断することは現在でも難しい。そこで,超音波画像を用いたびまん性肝疾患の定量診断システムの開発を目的とし,肝線維化定量評価手法に関する研究に従事した。平成28年度は,世界的にも先進的な超音波エコー振幅分布モデルとして提案されたマルチレイリーモデルを基本として,主に2つの課題に対して検討を加え,以下のような成果が得られた。まず,先行研究で提案したマルチレイリーモデルに基づく種々の定量評価手法に,新たに発案した実時間処理のためのアルゴリズムを組み合わせ,腹部超音波画像から自動で肝組織部を抽出した上で定量的な肝線維化情報を可視化する手法を確立した。これにより,臨床現場で超音波画像を取得した後,使用者の特別な知識や操作を必要とすることなく,肝線維化進行度に関する定量的かつ視覚的にもわかりやすい診断情報を提示できる見通しを得た。本成果の一部は国内主要学会から奨励賞を受賞した。つぎに,生体組織から得られる超音波エコー信号の振幅分布を表現するために提案されている種々の数学モデルを比較し,線維性の肝組織を表現するための最適な数学モデルを検討した。正常肝から重度の線維性肝まで,様々な線維化進行度の肝超音波画像120例に対し種々の数学モデルによる近似精度を比較した。その結果,本研究で提案しているマルチレイリーモデルは他の数学モデルに比べて線維性肝組織のエコー振幅分布を高精度に近似できることが明らかになった。これにより,本研究で提案するマルチレイリーモデルに基づく肝線維化定量評価手法は精度良く定量診断できることが確認された。本成果の価値は超音波医用計測分野で最高峰の国際学会の会議論文に採択されたことで認められている。本年度は当初の研究計画と実施順序を変更し,2017年度に予定していた研究課題の一部である,肝線維化定量診断システムの構築を先行して行うこととし,研究に取り組んだ。これは,研究を進めていたところ,提案する肝線維化定量診断システムの実時間処理の新たなアルゴリズムを発案することができ,この手法が有効に機能することが確認できたためである。本年度の成果により,臨床現場で得られた腹部超音波画像から肝臓組織を抽出し,肝線維化により生じる線維組織を定量的に可視化するまでの一連の処理を自動で行うことが可能になった。本年度の成果では診断システムの超音波診断装置への実装は達成できていないため,2017年度に予定していた研究課題のすべてを達成したとは言えない。また,当初は本年度行う予定だった計算機シミュレーションや生体模擬ファントムを用いた検討も十分ではなかった。しかし,本年度の成果は定量診断システムの臨床応用を目指す上で必要不可欠な成果であり,大きな進歩である。本成果の一部は,多くの臨床医が参加する日本超音波医学会で発表し,日本超音波医学会第17回奨励賞を受賞するなど高く評価されている。以上から,本年度の研究により,当初予定していた本年度の研究計画と比較して十分な成果が得られたと評価できる。

しかし,実際の肝組織の構成要素数は肝線維化の進行度や解析領域の位置に応じて変化するため,組織構造が未知の臨床超音波画像に対してマルチレイリーモデルを用いた肝線維化評価を正しく行うためには解析領域内の組織構成要素数をあらかじめ推定する必要がある。解析領域内の組織の構成要素数を推定するため,マルチレイリーモデル推定の入力値であるエコー振幅統計量に着目した。エコー振幅統計量の分布領域が組織の構成要素数に応じて変化することに着目し,エコー振幅統計量に対する閾値処理で組織の構成要素数を推定する新たな手法を提案した。閾値の決定法としてマハラノビス距離を導入することで,組織の構成要素数を正しく判定する統計的な確率を制御することが可能になり,定量的に組織の構成要素数を推定できた。推定した組織構成要素数に応じた成分数のマルチレイリーモデルを用いることで,実際の組織構造が未知の臨床超音波画像に対して肝線維化を正しく定量的に評価することが可能になった。本成果は,臨床的に十分な精度をもつ定量診断システムを実現する上で重要な成果であり,その意義は学術集会での受賞や学術論文への採択により認められた。今後の研究の推進方策としては,超音波画像を用いた肝線維化定量診断システムにおける臨床的に十分な精度の達成に向けた検討に取り組む。2016年度の研究により,臨床現場で得られた超音波画像に対し定量的かつ自動的に肝線維化を評価する診断システムの基礎を確立できた。しかし,提案手法における診断システムでは病変の進行による肝臓組織の構成要素数の変化を考慮していないため,一定の条件下で診断精度が低下することが明らかになっている。そこで,2017年度は超音波画像における解析窓に含まれる肝臓組織の構成要素を定量的かつ自動で判定する手法の検討を行う。また,検討結果に基づき,組織の構成要素を考慮した肝線維化定量診断システムを構築し,病変肝を模擬した組織構造モデルを用いた計算機シミュレーションや生体模擬ファントムを用いた実験により診断システムの精度検証を行う。以上の方針により,臨床的に十分な精度を持つ肝線維化定量診断システムを確立し,本研究課題の完了を目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。
音響を用いた感覚代行のための動的知覚トレーニング

本研究は,義肢装置の時空間情報(手の位置・移動の速さ)及び触覚情報をその使用者に伝えること(バイオフィードバック)が義肢の使用にどのような作用を及ぼすか調べること、及びそれらの情報を伝える手段として音響効果の有効性を検証することを主な目的としています.本実験では,義肢装置を操作する際に音響効果に変換された義肢の時空間情報のバイオフィードバックがある場合とない場合でのパフォーマンスの違いを比較します.また,その過程での認知負荷(Cognitive Burden)を評価します.そのため,次の3条件でそれぞれ実験を行います.視覚フィードバックのみ:被験者は装置を直接見て義手としてのロボットハンドのリーチング(Reaching)動作・把持(Grasping)動作を制御します.これはこれまでの義手の制御とバイオフィードバック主流的方法です.音響フィードバックのみ:被験者は目隠しし,音を聞き分けることで義手としてのロボットハンドのリーチング動作・把持動作を制御します.音響・視覚フィードバック:視覚と聴覚の両方使い,義手としてのロボットハンドのリーチング動作・把持動作を制御します.様々な実験行い、よい結果が得られました。その結果からこれまでに論文を2件書いており、現在も新たな論文を書いているところです。・これまでと異なる聴覚フィードバック方式を探索する予定です。・本研究で開発した音響フィードバックシステムを他の感覚フィードバック方法(例えば「電子刺激フィードバックや振動フィードバックなど」)と比較する予定です。・今までは前腕義手を対象として音響フィードバックを使用してきましたが、今後は肩義手への対応も考慮して音響フィードバック使用することを考えています。現在、義手におけるフィードバックの方法には電気刺激と振動刺激が使われているか、これらの方法には多くの情報を得ることが難しいという問題がある。また、それらの情報を活用し、学習することが難しいことも問題点としてあげられる。本研究では、それらの代替案として人の聴覚系を利用する方法に注目した。聴覚系は音または音楽から多く情報を処理できる。さらに、人工的に物理的変数を音に関連させることは簡単であるという利点がある。しかし、聴覚系を利用するオーディオフィードバックはリハビリテーションや外科治療に利用されているが、義手には未だ適用されていない。そこで本研究では、オーディオフィードバックの義手適用に向けて、音を用いたトレーニングが新たな動的知覚の学習および新たな内部モデルを作るのに役立つかどうかを調査することを目的とする。当該年度に、オーディオフィードバック方式を作成するために人間の上肢の感覚運動ダイナミックスについて勉強した。そして、ロボットの時空間的情報や触覚情報などを音に関連させるために様々な方法を調査した。結果として、フィードバックシステムの開発に成功した。続いて、このシステムを使用して予備的に実験を行った。この実験の結果は今年の6月に国際学会で提示する予定である。また、電気刺激装置の設計と開発をするといった他の研究テーマにも参加した。今後の計画としては、作ったシステムとともに異なる方法での実験を行うつもりである。実験では、心理生理的な変数と被験者のパフォーマンスを計測し、オーディオフィードバックと電子刺激フィードバックの比較を行うことで、精神的な努力や負荷を調査する。また、フィードバックシステムとフィドフォワードシステムの統合を行い、健常者と上肢切断者に対し実用時に近い環境下での実験も今後実施する予定である。そして、この実験の結果を随時論文と会議に提示していく。
膵の多段階発癌に対する制御機構に関する研究

ハムスターにおけるニトロサミンによる膵発癌系において、アルピリンとソマトスタチンのアナログの膵外分泌抑制物質は膵発癌を促進し、ニトロサミンの硫酸拘合反応阻害剤であるdehydroepiandrosterone-salfate(DHAS)と3〓-phosphoadenosine-5-phosphate(PAP)と蛋白分解酵素であるcamostatは膵発癌を抑制した。(小西、高橋)ヒト膵癌に関与する遺伝子について変異ras遺伝子の全てがK-rasであり、しかも変異がコドン12に高頻度に存在することが特徴で、又、K-ras遺伝子に変異をもつ腫瘍がさらにp53遺伝子異常を示す割合は63%であり、膵癌発生にはK-ras遺伝子とp53遺伝子双方の異常の蓄積の関与することが明らかにされた。(関谷、石川)膵液中の細胞に対するK-ras遺伝子の変異の検出は、膵癌の確定診断に適したものではなく、(三輪)非膵癌症例の同一膵内の正常膵管上皮と粘液過形成上皮に対する詳細な検索にて、K-rasの点突然変異は多中心性に起る変化であることが判明した。(柳沢)膵のpapillarycystic(solid cystic)tumorにおいて2/5例にK-rasの点突然変異が検出された。(三輪)膵発癌性ニトロサミンであるBOPとその代謝関連物質をハムスターに投与すると、胆汁中と膵液中でBOP,BHPとHPOPが検出され、膵液は突然変異原性を示すことより膵管癌の発生に対する膵液の関与が強く示唆された。(森)糖尿病と慢性肝炎の病態を兼ねる膵石症の膵癌り患の危険率は、大阪府癌登録による性、年令階級別り患率から膵癌発生数/期待値を算出すると非膵石症に較べて52倍高値であった。(石川)ラットに銅欠乏食を投与すると腺房細胞のアポプトーシスにより腺房は萎縮して線維の増生が見られ、この実験系の膵発癌への影響を検討して行く意義が見い出された。(石川)雑種成犬に対するERCPの手法が開発され、ERCPよりENNGを投与すると膵管癌が発生し、その早期膵管像とERCP所見の対比が可能となった。(鎌野)ハムスターにおけるニトロサミンによる膵発癌系において、アルピリンとソマトスタチンのアナログの膵外分泌抑制物質は膵発癌を促進し、ニトロサミンの硫酸拘合反応阻害剤であるdehydroepiandrosterone-salfate(DHAS)と3〓-phosphoadenosine-5-phosphate(PAP)と蛋白分解酵素であるcamostatは膵発癌を抑制した。(鎌野)
新規リボソームディスプレー法によるプロテインネットワークの研究

リボソームディスプレー法(RD法)を行う場合、リボソーム三者複合体の形成効率が極めて重要なポイントとなる。そこでまず、形成効率に影響するC末端側コンストラクトの検討を行った。HyHEL10scFv(リソチーム特異的抗体)の下流のスペーサー配列Gene[]のC末端側に、リボソーム内部で翻訳アレストを起こすと報告されているSecMのアレスト配列FXXXXWIXXXXGIRAGPを導入することで、RDにおけるmRNAの効率が上昇するという新しい知見を得るに至った。これはSecM導入によるリボソーム複合体の形成効率向上によるものであると考えられ、特にPURESYSTEMではSecMのストールを不安定化するtmRNAなどが存在しないため有効な方法であると推測された。また、PURESYSTEMは因子の有無など環境を自由に設計できるため、これまでの細胞抽出系を用いた場合では不可能であったシステムの詳細な素過程解析を行うことが可能である。「mRNA-リボソームー蛋白質複合体」の形成に必須な各因子(EF、リボソーム、mRNA)をRD系中から出し入れし、HyHEL10とDHFRとの1:30からのセレクション(リガンドとしてリソチームを使用)を行ったところ全ての因子が存在する場合にのみ、HyHEL10の特異的選択がみられ、「mRNA-リボソームー蛋白質複合体による目的分子の特異的選択」というRD法の基本概念を、PURESYSTEMを用いることで実験的に確認することが出来た。さらに、scFvの特異的選択系において、細胞抽出液の無細胞蛋白質合成系を用いた場合よりもPURESYSTEMを用いた場合の方が、高効率に選択されることを実験的に確認した。また、本方法では1ラウンドのセレクションにおいて、目的分子を12000倍以上に濃縮できることを確認してる。これまで報告されているRD法では1000倍以下の濃縮効率であるので、これは本方法の有効性を示すものであると考えられる。すでに、私達の研究室では、精製された因子からなる生体外蛋白質合成系PUREシステムを構築している。本年度は、PUREシステムの合成効率の向上を目指し、さまざまな基礎的な解析を行った。まず、mRNAの二次構造の翻訳効率への影響について検討し、SD配列にステム構造を導入した場合は、著しい合成効率の低下が観察されたものの、ORF内部の二次構造は翻訳効率にそれほど大きな影響を与えないことが示された。また、開始コドンに近接したコドンが、翻訳効率に影響を与えることが報告されているが、その点について2番目のコドンの影響について、PUREシステムを用いて解析を行った。その結果、tRNAのAサイトへの結合には影響がなく、むしろmRNAの30Sへのエントリー、もしくは50Sの会合が、影響を受けることが示された。また、PUREシステムの合成後のリボソーム画分の解析から、ポリソームを形成していないモノソームでは、IF2の結合が観察され、過剰量のIF2はなんらかの阻害的な効果を持っていることが示された。こうした点を改良することによって、より合成能の高いPUREシステムの構築が可能になるものと期待される。また、PUREシステムによるribosome-display法の構築を行い、10^8の効率で一段階の選抜で濃縮が可能であることが示された。こうしたribosome-display法を用いることが、蛋白質の相互作用や、細胞内でのネットワーク解析が簡便に行えるようになることが期待される。基盤Aすでに、私達の研究室では、精製された因子からなる生体外蛋白質合成系PUREシステムを構築している。

まず、mRNAの二次構造の翻訳効率への影響について検討し、SD配列にステム構造を導入した場合は、著しい合成効率の低下が観察されたものの、ORF内部の二次構造は翻訳効率にそれほど大きな影響を与えないことが示された。また、開始コドンに近接したコドンが、翻訳効率に影響を与えることが報告されているが、その点について2番目のコドンの影響について、PUREシステムを用いて解析を行った。その結果、tRNAのAサイトヘの結合には影響がなく、むしろmRNAの30Sへのエントリー、もしくは50Sの会合が、影響を受けることが示された。また、PUREシステムの合成後のリボソーム画分の解析から、ポリソームを形成していないモノソームでは、IF2の結合が観察され、過剰量のIF2はなんらかの阻害的な効果を持っていることが示された。こうした点を改良することによって、より合成能の高いPUREシステムの構築が可能になるものと期待される。また、PUREシステムによるribosome-display法の構築を行い、10^8の効率で一段階の選抜で濃縮が可能であることが示された。こうしたribosome-display法を用いることが、蛋白質の相互作用や、細胞内でのネットワーク解析が簡便に行えるようになることが期待される。すでに、私達の研究室では、精製された因子からなる生体外蛋白質合成系PUREシステムを構築している。本年度は、PUREシステムの合成効率の向上を目指し、さまざまな基礎的な解析を行った。その結果、tRNAのAサイトヘの結合には影響がなく、むしろmRNAの3OSへのエントリー、もしくは5OSの会合が、影響を受けることが示された。
重金属に同時暴露された人間集団における複合健康影響の解析

本年度は主に,鉄鋼関連企業の労働現場においてFe,Cr,Ni等の粉じん又はフュ-ムに同時暴露される労働者の間で,DNAの構成々分であるチミンの代謝に対する影響が認められるか否かを,対照群と対比させながら解析した。チミン代謝に及ぼす影響の把握は,その最終代謝産物であるβーアミノイソ酪酸(AIBA)の尿中排泄量を蛍光HPLCを用いて定量することにより行った。暴露レベルの指標である,Cr,Ni,Feに尿中排泄動態に関しては,暴露群の方が対照群に比べて有意に高値を示した。特にCr及びNiの尿中排泄量は,暴露群のうちでもステンレス鋼材を取扱う作業グル-プにおいて予想通り高値を示した。暴露群全体において,尿中AIBA排泄量と尿中Cr,Ni又はFe排泄量との間の相関々係(r)を求めたところ,いずれの場合においてもrに有意性を認めることは出来なかった。ところが,暴露群のうちでも,尿中Cr及びNiの排泄量の多かった作業グル-プのみに注目したところ,このグル-プにおける尿中AIBA量は対照群のそれに比べて軽度ではあるが有意の増加が認められた。この結果は,特にCr,Niを中心とした粉じん又はフュ-ムへの暴露が,ヒトにおけるチミンの代謝に何等かの影響を及ぼす可能性を示唆するものと思われる。今後は,労働現場における実態調査を重ねて暴露群(対象者)の例数を増やし,より詳細な検討を行いたい。一方,昨年度より継続して行っている上記労働者に対する腎機能への影響評価に関しては,特に尿中酵素,NAGの活性を測定して昨年度の値と比較したが有意の活性上昇はみられなかった。それ故,腎機能に対する早期影響は現段階ではないものと思われる。
ダイオキシンの生体影響に対する化学物質の修飾効果の検討

近年、環境中に放出された2,3,7,8-四塩化ジベンゾ-p-ダイオキシン(TCDD)の生体影響が強く懸念されており、さらに複合汚染下では他の化学物質との相互作用による生体影響作用の修飾も考えられている。そこで、ヒト培養細胞を用いた簡便で精度の高いスクリーニング法を検討し、TCDDの細胞に対する作用に影響(干渉)する物質の検索を行った。TCDDの生体影響は、アリルハイドロカーボン受容体が媒介して誘導されるチトクロームP450_<1A1>(CYP1A1)に基づくエトキシレゾルフィンO-脱エチル化酵素(EROD)活性を指標として評価した。また、細胞生存率の判定は昨年度検討した培養ウェルに生着した細胞由来のタンパク質の量を基礎とする比色法を用いた。なお、ヒト培養細胞として、肝がん由来のHepG2細胞および乳がん由来のT47D細胞を用いた。まず、36種の環境汚染に関わる化学物質について単独での効果を検討した。従来報告されている様にTCDDや多環式芳香族化合物はEROD活性を上昇させた。一方、亜ヒ酸ナトリウム(NaAsO_2)やエチニルエストラジオール(EE_2)はベイサルレベルのEROD活性を抑制した。そこで、TCDDにより誘導されたEROD活性に対するこれら抑制効果を示した化合物の効果を検討した。その結果、いずれの化合物もTCDDにより誘導されたEROD活性を濃度依存的に抑制することが判明した。なお、NaAsO_2の抑制効果は両細胞間で差異は観察されなかったが、EE_2の抑制効果はHepG2細胞に比べてT47D細胞により顕著に観察された。また、NaAsO_2処理時におけるCYP1A1mRNA量を検討したところ、EROD活性の抑制とよく相関するmRNA量の減少が観察され、NaAsO_2の作用は転写の抑制であることが明らかになった。以上、十数種の化学物質がエストロゲン生合成過程に影響を与えることが判明した。これらの内、bisphenol Aと4-nonylphenolは、既にエストロゲン受容体への親和性が報告されており、今後血中や濾胞中のこれら化合物の濃度等を参考に受容体への親和定数および今回算定したエストロゲン生合成酵素に対する阻害定数や基質となるアンドロゲン濃度などを基に生体内への影響を考慮する必要があるものと考えられる。近年、環境中に放出された2,3,7,8-四塩化-p-ダイオキシン(TCDD)の生体影響が強く懸念されており、その毒性軽減法の開発が望まれている。TCDDの毒性発現機構は未だ不明な点が多いが、TCDDの生体作用の一つとして多環式芳香族化合物に対する受容体(AhR)に結合して、チトクロームP4501A (CYP1A)分子種を強く誘導する作用が知られている。本研究ではCYP1Aの酵素活性を指標とした。現在使われている哺乳類細胞を用いるアッセイ系は、技術的な問題から細胞応答と細胞生存率を別々に測定するものであり、精度的に不利である。一方、TCDDや他の化学物質のAhR結合能を検討するツールとして、レポーター遺伝子を組込んだ酵母を用いるアッセイ法が開発され繁用されている。しかし、物質の透過性において酵母細胞の細胞壁は哺乳類細胞のそれとは異なり、また細胞本来の機能への影響も異なることから、その結果から直接哺乳類への影響を推定することは精度・確度の面から十分とは言い切れない。そこで、本研究では、まず同一ウェルの細胞のチトクロームP4501Aに基づく酵素活性と細胞生存率を連続的に測定できるアッセイ方法を構築した。次いで、確立したアッセイ法を用いてTCDDや他の化学物質のヒト培養細胞に対する影響の検討を行い、細胞生存率に影響しない濃度範囲においてsodium arseniteとethinylestradiolはTCDDの生体影響を抑制することを見いだした。さらに、最近報告された内因性AhRリガンド候補であるindirubinの誘導体を種々合成し、その細胞影響を検討したところ、いくつかの誘導体において高濃度域でTCDDの影響を減弱することを見いだした。

そこで、TCDDにより誘導されたEROD活性に対するこれら抑制効果を示した化合物の効果を検討した。その結果、いずれの化合物もTCDDにより誘導されたEROD活性を濃度依存的に抑制することが判明した。なお、NaAsO_2の抑制効果は両細胞間で差異は観察されなかったが、EE_2の抑制効果はHepG2細胞に比べてT47D細胞により顕著に観察された。また、NaAsO_2処理時におけるCYP1A1mRNA量を検討したところ、EROD活性の抑制とよく相関するmRNA量の減少が観察され、NaAsO_2の作用は転写の抑制であることが明らかになった。
ステロイドホルモンの生合成調節に関する研究

ステロイドホルモンの生合成の律速段階はコレステロールからプログネノロンへの転換過程であるが、この過程にはコレステロール側鎖切断酵素(P450scc)ばかりでなく、ミトコンドリア内外の多くの因子が関わっている。Stroidogenic Acute Regulatory Protein(StAR)はステロイド産生細胞においてtropic hormoneの刺激に反応して、急速に増加する蛋白であり、ミトコンドリア内へのコレステロール輸送に携わり、ステロイドホルモンの生合成を調節しているとされている。本研究では先天性副腎リポイド過形成症11例で、StAR遺伝子の解析を行い、全例で遺伝子変異を同定した。これらの変異のうち、S195A変異とR217T変異はこれまでに報告のない新しい変異であった。昨年、R217T変異はminigeneとCOS-1細胞を用いた実験系でスプライシング異常を起こすことを明らかにした。しかし、生体内では一部正常にスプライシングされる可能性も否定できなかったので、R217T置換を有する変異StAR蛋白をCOS-1細胞で発見し、変異蛋白がステロイド産生増強作用を全く示さないことを明らかにした。また、思春期年齢に達した本症女児の卵巣機能を検討し、本症女児の卵巣はエストラジオールを産生するが、排卵とプロゲステロンの産生が障害されていることを明らかにした。ステロイドホルモンの生合成の律速段階はコレステロールからプロゲステロンへの転換過程であるが、この過程にはコレステロールからプロゲステロンへ転換反応を触媒するコレステロール側鎖切断酵素(P450scc)ばかりでなく、ミトコンドリア内外の多くの因子が関わっている。本研究では先天性副腎リポイド過形成症11例で、StAR遺伝子の解析を行い、遺伝子変異を同定した。エクソン7のナンセンス変異Q258Xが22 alleles中12allelesで認められ、頻度が最も高かった。エクソン2のフレームシフト変異42insG、エクソン6のミスセンス変異A218V、フレームシフト変異238de1Aは、それぞれ2 allelesで見いだされた。エクソン1のフレームシフト変異22de1A、エクソン5のミスセンス変異S195A、R217T、エクソン6のミスセンス変異M225Tは、それぞれ1 alleleで見いだされた。R217T変異はエクソン5とイントロン5の境界に位置し、splice donor siteのconsensus sequenceを破壊するするために、アミノ酸置換を起こすのではなく、スプライシング異常を起こすことか予想された。そこで、StAR遺伝子のエクソン4-6を含む領域を、発現ベクターに組込みminigeneを作成して、COS-1細胞で発現し、スプライシングパターンを検討し、R217T変異はエクソン5をスキップするスプライシング異常を起こすことをが明らかにした。ステロイドホルモンの生合成の律速段階はコレステロールからプログネノロンヘの転換過程であるが、この過程にはコレステロール側鎖切断酵素(P450scc)ばかりでなく、ミトコンドリア内外の多くの因子が関わっている。

しかし、生体内では一部正常にスプライシングされる可能性も否定できなかったので、R217T置換を有する変異StAR蛋白をCOS-1細胞で発現し、変異蛋白がステロイド産生増強作用を全く示さないことを明らかにした。また、思春期年齢に達した本症女児の卵巣機能を検討し、本症女児の卵巣はエストラジオールを産生するが、排卵とプロゲステロンの産生が障害されていることを明らかにした。
環境探査衛星データと気象観測資料等の解析によるアフリカ熱帯雨林の科学的評価

本研究は、主としてアフリカのザイールとその周辺地域の熱帯雨林を調査して、この地域に関する科学評価データベースを作成するとともに、気候変動のほか、植生の空間的な分布や季節変化・年々変動を系統的に解析することをめざしたものである。1991年以来、研究代表者がザイール気象庁から入手した地上気象観測データや、アフリカ現地における野外調査で得た植生・環境・文化等に関する資料を整理し、本研究だけでなく今後の調査・研究に融合的に有効活用が可能なデータベースを作成してきた。このデータベースの解析により、熱帯雨林気候とそこからサバンナ気候に遷移する気候帯において、以下の新たな知見を得た。1.25年スケールの顕著な気温の振動が存在し、これはENSOと密接に関係している。2.約10年の周期的振動も存在し、太陽黒点数の変化と高い相関を示す。3.どの地点においても、全球平均の昇温率に比べてかなり高い、永年的な気温の増加(30年で約0.51.5°C)が認められた。4.ほとんどの観測点で、相対湿度・降水日数・降水量が、緩やかであるが継続的に減少している。地域によっては、乾期が長くなるとともに、雨期における降水量が減少している。5.こうした長期的な気候変動(地域的な乾燥化と温暖化)と、現地の人々の生活活動(焼き畑農業、山焼き、燃料用薪等)による森林伐採との関係が明らかになった。・ザイール気象庁から入手した地上気象観測資料を数値統計解析し、本調査地域における気象・気候に関する基本データベースを作成してきた。この解析により以下のような新たな知見を得た。1.熱帯雨林気候や、それからサバンナ気候に遷移する気候帯では、顕著な気温の25年の振動が存在し、ENSOと密接に関係している。3.どの地点においても、解析期間の全球平均の昇温率に比べてかなり高い、永年的な気温の増加(30年で約0.51.5°C)が認められた。4.ほとんどの観測点で、緩やかであるが継続的に相対湿度・降水日数・降水量が減少している。地域によっては、乾期が長くなるとともに雨期における降水量が減少している。・地球環境探査衛星NOAA搭載の超高感度放射計による測定データや、ヨーロッパ連合の気象衛星Meteosatによる気象観測データを入手し、地理情報システム(GIS)に基づく画像処理解析を開始した。・研究代表者が1991年以来実施してきたアフリカ現地における植生・環境・文化等の野外調査で得られた数多くの資料を整理し、本研究および今後の調査・研究に融合的に有効活用が可能なデータベースを作成してきた。本研究は主としてアフリカのザイール及びその周辺地域の熱帯雨林を調査し、その地域に関する科学評価データベースを作成し、気候変動の他、植生の空間的な分布・季節変化や年々変動を系統的に解析することを研究目的として行ってきた。1991年以来、研究代表者がザイール気象庁から入手した地上気象観測データや、アフリカ現地における野外調査で得た植生・環境・文化等資料などの整理を行い、本研究および今後の調査・研究に融合的に有効的活用が可能なデータベースを作成してきた。これらのデ-夕の数値統計解析に関しては、かなりの部分が達成でき、多くの成果を得た。現在、世界に唯一の貴重なデータベースとして注目を浴びている。このデータベースの解析により、熱帯雨林気候とそこからサバンナ気候に遷移する気候帯において、以下のような新たな知見を得た。1.顕著な気温の2-5年の振動が存在し、ENSOと密接に関係している。3.どの地点においても、解析期間の全球平均の昇温率に比べてかなり高い、永年的な気温の増加(30年で約0.5-1.5C)が認められた。地域によっては、乾季が長くなるとともに雨期における降水量が減少している。

5.こうした長期的な気候変動(地域的な乾操化・温暖化)と現地の人々の生活活動(焼き畑農業、山焼き、燃料等)による森林伐採との関係が明らかになった。地球環境探査衛星NOAA搭載の超高感度放射計による測定データ(植物分布)や、ヨーロッパ連合の気象衛星Meteosatによる気象観測データ(雲・水蒸気分布)を入手し、地理情報システム(GIS)に基づく画像処理解析を開始し、これらと現場観測データの解析により、熱帯雨林域環境の総合調査研究としてきわめて実り多いものがあった。また、熱帯雨林の合理的な開発や、環境・気候変動の研究に将来有効利用が可能なデータベースをはじめとして、さまざまな分野から融合的かつ有効的に作成されたこのデータベースは、今後も、本研究や各方面の研究者との共同研究を通じて多大な研究成果を生み出すことを確信する。
蛇紋石鉱物の鉱物学的研究

Ortho-typeが最も多くみられる産地である下岳にて、蛇紋岩中の脈の及びその周囲の蛇紋岩の分析を行い形成過程の推察を行った。下岳では、暗緑色の片状蛇紋岩中に多くの幅2、3 mm程度の直線的な黄緑色-緑白色蛇紋石の細脈がみられた。黄緑色の脈の多くがほぼ純粋なortho-type PSに富み、まれにclinochrysotileとorthochrysotileからなる厚さ5 -10mm程の鱗片状の欠片からなる太脈がみられる。これらの組織の観察結果より、下岳では現在の位置に衝上する前に蛇紋石脈の形成が行われ、その後破砕を受けたと考えられる。主となる蛇紋石種は形成段階に応じて変化しており、過飽和度等の環境の変化を反映していると考えられる。ortho-type及びclino-typeの形成条件については、衝上前の蛇紋石脈の形成や、本産地のすぐ近くで低温高圧型の変成岩がみられる(斎藤・宮崎、2006)ことも合わせて考えると、通常より高圧環境下での形成によりortho-typeに著しく富む産状となった可能性があるが、さらなる検証が必要である。29年度が最終年度であるため、記入しない。九州黒瀬川帯全域におけるchrysotile及びpolygonal serpentine (PS)に対してXRD、TEM、EPMAによる分析を行い、露頭スケールnmスケールにおける産状や分布、組織、化学組成などを明らかにした。繊維状蛇紋石は結晶構造よりclinochrysotile、orthochrysotile、clino-type PS、ortho-type PSの4タイプに分類した。九州黒瀬川帯の繊維状蛇紋石を主要構成鉱物とする試料はclinochrysotileに富むもの、またはortho-type PSに富むものの大きく2タイプに分けられた。前者は総じてAlに乏しい(<0.02 apfu)のに対し、後者は産地ごとに様々なAl量を示した(0.01-0.09 apfu)ことから、ortho-type PSはAlを含みやすくはあるが、必ずしもAlによっていずれのタイプが形成されるか決定されているわけではないことが分かった。薄膜試料のTEM観察ではortho-type PSの結晶構造や微細組織の詳細な観察を行い、これまで多く観察されてきたclino-type PSとは異なる特徴を持つことを明らかにした。産地によってPSとchrysotileの量比や微細組織は異なっていたがortho-type PSの性質は共通していた。また、カナダSir R. Bond's鉱山のorthochrysotileの薄膜試料のTEM観察を行った。試料は繊維軸のそろった直径1050 nm程度の繊維により構成されており、直径50 nm以下でも一部のセクターが形成されているものもみられた。この結果は様々な先行研究にて議論されている直径の増加に伴う多角柱状化モデルとは異なるプロセスの存在を示唆している。九州黒瀬川帯のサンプルについての主な分析は完了しており、次年度の内容であった海外他産地の分析にも着手している。蛇紋石は電子ビームによるダメージが入りやすいため本年度は試行錯誤しつつ、TEMやEPMAにおける蛇紋石の分析条件の検討を行い、見出した測定条件における分析を行った。ただ、後述する今後の研究の推進方針でも述べているようにTEMの薄膜試料における元素マッピングの条件は現在も検討中である。XRDやTEMデータなどで得られたデータの解釈がまだ追い付いていないところも多少あるが、全体としておおむね順調に進展しているといえる。まだ分析できていないタイプの繊維状蛇紋石を含む他産地の試料の分析を進めつつ、九州黒瀬川帯の試料についても追加分析やより詳細なデータを得るための分析を行う。特にTEMの薄膜試料における元素マッピングは試料にダメージが入りやすいため現在測定条件の検討を行っている。また、現在までの分析結果から、一部の試料では数cm数μmスケールにおける組織内において複数のタイプの繊維状蛇紋石が共存しており、不均質な分布をもつ可能性があることが分かった。そのためラマンスペクトルを用いた同定やマッピングにも着手する予定である。
高齢者の異時性口腔癌制御を目的とした血管新生阻害剤局所注入療法の確立

癌の増殖や転移の過程において血管新生は重要な役割を果たしている。ベバシズマブは血管内皮増殖因子の働きを阻害する。ベバシズマブ静脈内投与は副作用を増強するとされるが、抗癌剤の局所投与により全身の副作用は軽減する。今回、口腔扁平上皮癌移植マウスモデルを用いてベバシズマブ局所投与の効果を検討した。腫瘍血管に対する免疫組織化学的検討、腫瘍細胞のアポトーシスの検討を行った。ベバシズマブ投与群では腫瘍体積が有意に抑制された。また、ベバシズマブ投与群では腫瘍血管の密度が減少するとともに、アポトーシス細胞数は有意に増加した。これらの結果より、口腔扁平上皮癌周囲へのベバシズマブ局所投与の有用性が示唆された。高齢者の異時性口腔癌制御を目的として、血管新生阻害剤を用いた局所注入療法についてヌードマウス口腔扁平上皮癌背部皮下移植モデルを用いた実験的検討を行った。平成26年度には、まず、九州大学口腔病理学教室より供与を受けた口腔扁平上皮癌細胞株の細胞培養、細胞の分子生物学的特徴の解析を行った。ベバシズマブはVEGF-Aに結合して血管新生を抑制するため、ヌードマウスに口腔扁平上皮癌細胞株を移植前に、移植する口腔扁平上皮癌細胞株にVEGF-Aが発現しているか、mRNAレベルで口腔扁平上皮癌細胞株におけるVEGF-Aの発現量をreal-time PCRにより解析した。ヒト角化細胞HakaTをコントロールとして使用し、口腔扁平上皮癌細胞株として、HSC-2,HSC-3, HSC-4, MISK81-5, SASを用いた。すべての細胞でVEGF-Aの発現が確認できた。その中でも、HSC-3においてVEGF-Aの発現量が最も高かった。そこで、HSC-3をヌードマウスに移植し、ベバシズマブ投与前の予備実験を開始した。ヌードマウス癌背部移植モデルを作成し、HE染色による組織学的評価、Ki-67免疫染色による腫瘍細胞の増殖率の検討を行ったところ、腫瘍細胞の密度が予期したものより低いため、以降、細胞密度を高める目的で詳細な検討を行う必要性が生じた。一方、腫瘍周囲への局所注入療法薬の分布を調べるため、インジゴカルミンを腫瘍周囲に局所注入した。その結果、腫瘍基部が特に青染したため、局所注入療法が有効であることが示唆された。今後、細胞密度の高い癌背部皮下移植モデルを確立後、血管新生阻害剤局所注入療法を行い、腫瘍制御効果の組織学的検討を行うこととした。さらに、舌への癌移植モデルにおいても検討を行う予定である。ベバシズマブはVEGF-Aに結合して血管新生を抑制するため、ヌードマウスに口腔扁平上皮癌株を移植する前に、移植する口腔扁平上皮癌細胞株にVEGF-Aが発現しているか、mRNAレベルで口腔扁平上皮癌細胞株におけるVEGF-Aの発現量をreal-time PCRにより解析した。ヒト角化細胞HakaTをコントロールとして使用し、口腔扁平上皮癌細胞株としてHSC-2、HSC-3、HSC-4、MISK81-5、SASを用いた。その中でもHSC-3においてVEGF-Aの発現量が最も高かった。ヌードマウス癌背部移植モデルを作製し、HE染色による組織学的評価、Ki-67免疫染色による腫瘍細胞の検討を行ったところ、腫瘍細胞の密度が予期したものより低いため、以降、細胞密度を高める目的で詳細な検討を行う必要が生じた。一方、腫瘍周囲への局所注入療法薬の分布を調べるため、インジゴカルミンを腫瘍周囲に注入した。平成27年度には、細胞密度の高い癌背部移植モデルを確立し、実験を行った。現在、標本をパラフィン包埋し、今後、切片作製、免疫染色の予定である。舌への癌移植モデルについては、予備実験で50%の生着率であったため、100%にすべく再度予備実験を行う予定である。また、舌において実験に適した移植部位の検討も行う予定である。ベバシズマブはVEGF-Aに結合して血管新生を抑制するため、ヌードマウスに口腔扁平上皮癌株を移植する前に、移植する口腔扁平上皮癌細胞株にVEGF-Aが発現しているか、mRNAレベルで口腔扁平上皮癌細胞株におけるVEGF-Aの発現量の解析を行った。そこで、HSC-3をヌードマウスに移植することとした。平成27年度にはヌードマウス背部皮下に口腔扁平上皮癌を移植した。

しかしながら、初回実験では腫瘍細胞の密度が低かったため、腫瘍細胞の密度を高める目的で種々の背部皮下移植法を検討した。その結果、腫瘍細胞密度の高いモデルを作製することができた。そこで、このヌードマウス背部皮下口腔扁平上皮癌移植モデルを用いて、抗腫瘍効果を有し、正常組織への副作用が少ないベバシズマブの濃度を決定したうえで、ベバシズマブの局所注入療法を行い、腫瘍体積測定を行った。血管新生阻害剤の投与スケジュール終了後、周囲組織とともに腫瘍を摘出し、パラフィン包埋を行った。今後、組織学、免疫組織学的検討を行う予定である。一方、ヌードマウス舌への口腔扁平上皮癌移植については、舌への癌生着率が50%であったため、生着率を100%にできるよう手法を検討する必要が生じた。高齢者の異時性口腔癌制御を目的として、血管新生阻害剤を用いた局所注入療法について口腔扁平上皮癌ヌードマウス背部皮下移植モデルを用いた実験的検討を行った。まず、九州大学口腔病理学教室より供与を受けた口腔扁平上皮癌細胞株の細胞培養、細胞の分子生物学的特徴の解析を行った。ベバシズマブはVEGF-Aに結合して血管新生を抑制するため、ヌードマウスに口腔扁平上皮癌株を移植する前に、移植する口腔扁平上皮癌細胞株にVEGF-Aが発現しているか、mRNAレベルで口腔扁平上皮癌細胞株におけるVEGF-Aの発現量をreal-time PCRにより解析した。ヒト角化細胞HakaTをコントロールとして使用し、口腔扁平上皮癌細胞株としてHSC-2、HSC-3、HSC-4、MISK81-5、SASを用いた。すべての細胞でVEGF-Aの発現が確認できた。その中でもHSC-3においてVEGF-Aの発現量が最も高かった。そこで、HSC-3をヌードマウスに移植し、ベバシズマブ投与前の予備実験を開始した。ヌードマウス癌背部移植モデルを作製し、HE染色による組織学的評価、Ki-67免疫染色による腫瘍細胞の検討を行ったところ、腫瘍細胞の密度が予期したものより低いため、以降、細胞密度を高める目的で詳細な検討を行う必要が生じた。平成28年度には腫瘍細胞密度の高いヌードマウス癌背部移植モデルを作製できたため、対照群、血管新生阻害剤局所注入療法群を含めた実験を行った。標本摘出後、パラフィン切片を作製し、CD31による微小血管の免疫染色、TUNNEL法による染色を行った。舌への癌移植モデルについては、予備実験で50%の生着率であったため、100%にすべく再度予備実験を行う予定である。また、舌において実験に適した移植部位の検討も行う予定である。ベバシズマブはVEGF-Aに結合して血管新生を抑制するため、ヌードマウスに口腔扁平上皮癌株を移植する前に、移植する口腔扁平上皮癌細胞株にVEGF-Aが発現しているか、mRNAレベルで口腔扁平上皮癌細胞株におけるVEGF-Aの発現量の解析を行った。そこで、HSC-3をヌードマウスに移植することとした。ヌードマウス癌
界面分離型薬物捕捉場の設計と低環境負荷・持続可能型水環境保全技術の開発

現在までの研究から、固液、気液界面により水中の微量薬物、色素の迅速除去が可能であることが明らかになっている。本研究では、固液、気液界面を中心に、界面で起こる捕捉・分解の化学を明らかにする。また、得られた知見をもとに、近年問題視されている環境水中の微量薬物、色素に対し、界面を用いる低環境負荷かつ高効率な除去方法の検討、開発をおこなう。
細胞内を伝播する信号とその伝達機構の解析

本研究では、葉緑体集合反応において、光受容体から葉緑体まで伝達される信号の性質を明らかにし、信号が物資として移動しているのか、移動を伴わない情報の伝達であるのか、どのような現象であるのかを推察することを目的としている。初年度は、信号伝達の速度が温度依存性があり、10度上昇すると信号の伝達が約2倍になることから、化学反応を経ながら進行していると考えられた。しかしその実態を解明するには至らなかった。実際にどのような実験をすれば信号伝達の解明につながるのかはわかっていないが、光受容体からの信号を受信すると考えられるのは葉緑体アクチン繊維の重合に携わるCHUP1である。そこでこの2年間は葉緑体膜上に存在するCHUP1の複合体を単離し、その構成因子の中に信号受容因子があると考え、阪大タンパク研との共同研究によりその複合体の解析を行った。いくつかの候補遺伝子が見つかり、その欠損株の入手により、葉緑体運動の状態を観察した。残念ながら、まだ確実に因子と考えられるものは見つかっていない。一方、葉緑体光定位運動には、光合成に必須な二酸化炭素の関与が以前から考えられている。そこで九大の共同研究者と、ゼニゴケの若い葉状体や、タンポポの葉を使用し、二酸化炭素の存在下と非存在下での葉緑体の光定位運動を観察した。その結果、二酸化炭素の影響は光信号よりも上位にあり、二酸化炭素不在の状態では光定位運動は全く起こらないことが確認された。このことは、二酸化炭素への走性における信号および信号伝達機構は光定位運動における信号、および信号伝達機構とは異なっており、しかも光の信号伝達機構を規制する、いわゆる上位に位置していることがわかった。そこで現在二酸化炭素走性に関する実験を行っている。本研究では、葉緑体集合反応において、光受容体から葉緑体まで伝達される信号の性質を明らかにし、信号が物質として移動しているのか、移動を伴わない情報の伝達であるのか、どのような現象であるのかを推察することを目的としている。光受容体(phot)から発せられる集合反応の信号は、25°Cでは1分間に1マイクロメーターという遅い速度で伝達されるが、15°C、20°C、25°C、30°Cでの信号伝達速度を計測した結果、信号伝達速度は温度が10°C上昇するとほぼ2倍となり、物質の単なる拡散ではなく、化学反応を介した伝達であることを示唆した。また信号は細胞膜に密着している葉緑体と細胞膜の間を時間的な遅延もなく通過すること、微小管の阻害剤オリザリンを投与しても信号伝達速度には影響のないこと、細胞の極性には無関係であることが明らかになった。これらの結果はJournal of Plant Researchに受理され、現在印刷中である。信号伝達因子を明らかにする目的で行った、信号伝達を阻害する物質の探索(ケミカルスクリーング)では、理化学研究所環境資源科学研究センター化合物リソース開発研究ユニットからNPDepo標準化合物ライブラリーセットを提供していただき、ホウライシダ前葉体の暗黒定位、集合反応、逃避反応に対する影響を調べた。その結果、数種類の物質が候補として選抜され、さらに詳しい影響を調べるため、シロイヌナズナでも影響を調べている。申請時には予想もつかなかった新たな研究課題が見つかったことも大きな成果である。従来葉緑体運動に炭酸ガスが影響することはわかっていたが、集合反応の信号伝達に優先的な影響を持つことが示唆され、来年度の重要な課題となった。本年度の予定であった3実験に対して、下記の結果を得た。1の低温下における信号伝達速度の解析、2の細胞骨格系の信号伝達速度の対する影響については、結果をまとめた論文が受理され、現在印刷中である。3のケミカルスクリーングはシダの胞子から発達した前葉体を材料に、暗黒定位、集合反応、逃避反応に対する影響のある物質の探索を行った。特に集合反応を阻害する物質数種が見つかり、現在さらにその影響をシダ、およびシロイヌナズナを使って検証中である。さらに、申請時の予定にはなかったが、非常に重要な新たな研究課題(葉緑体運動における炭酸ガスの影響)が発見され、28年度には集中的な実験を行う予定である。昨年度は、信号伝達の速度が温度依存性があり、10度上昇すると信号の伝達が約2倍になることから、化学反応を経ながら進行していると考えられた。実際にどのような実験をすれば信号伝達の解明につながるのかはわかっていない。そうする中、葉緑体運動を詳細に観察した結果、光誘導による葉緑体運動より重要な要素として二酸化炭素の関与が考えられた。葉緑体の二酸化炭素への走性は20世紀初頭に記載されたまま、いまだに解決されていない。そこでゼニゴケの若い葉状体を使用し、二酸化炭素の存在下と非存在下での葉緑体の光定位運動を観察した。

従って、二酸化炭素走性の信号伝達機構が解明されれば、光信号がいかなるものかを推測できる可能性が出てきた。現在二酸化炭素走性に関する実験を開始した段階である。葉緑体光定位運動の信号伝達機構、および伝達される信号については、世界中の葉緑体運動の研究者が解明に挑戦してきたにも関わらず、いまだに解決できていない。それは考えられる従来型の信号伝達機構とは桁違いに遅い、全く新規であり、特殊な伝達機構によるためであるからだと思われる。初年度では、その温度依存性が示され、単なる物質の拡散ではないことが明らかになったが、その後の具体的な解決への方策が見つかっていない。一方で、信号を発する基である光受容体フォトトロピン、および信号を受容すると考えられるCHUP1の複合体を精製し、その構成因子の解析を共同研究で行なっているが、現時点では信号を推定できるような因子は見つかっていない。本研究では、葉緑体集合反応において、光受容体から葉緑体まで伝達される信号の性質を明らかにし、信号が物資として移動しているのか、移動を伴わない情報の伝達であるのか、どのような現象であるのかを推察することを目的としている。初年度は、信号伝達の速度が温度依存性があり、10度上昇すると信号の伝達が約2倍になることから、化学反応を経ながら進行していると考えられた。しかしその実態を解明するには至らなかった。実際にどのような実験をすれば信号伝達の解明につながるのかはわかっていないが、光受容体からの信号を受信すると考えられるのは葉緑体アクチン繊維の重合に携わるCHUP1である。そこでこの2年間は葉緑体膜上に存在するCHUP1の複合体を単離し、その構成因子の中に信号受容因子があると考え、阪大タンパク研との共同研究によりその複合体の解析を行った。いくつかの候補遺伝子が見つかり、その欠損株の入手により、葉緑体運動の状態を観察した。残念ながら、まだ確実に因子と考えられるものは見つかっていない。一方、葉緑体光定位運動には、光合成に必須な二酸化炭素の関与が以前から考えられている。そこで九大の共同研究者と、ゼニゴケの若い葉状体や、タンポポの葉を使用し、二酸化炭素の存在下と非存在下での葉緑体の光定位運動を観察した。その結果、二酸化炭素の影響は光信号よりも上位にあり、二酸化炭素不在の状態では光定位運動は全く起こらないことが確認された。このことは、二酸化炭素への走性における信号および信号伝達機構は光定位運動における信号、および信号伝達機構とは異なっており、しかも光の信号伝達機構を規制する、いわゆる上位に位置していることがわかった。そこで現在二酸化炭素走性に関する実験を行っている。ケミカルスクリーングについてはさらに詳しく影響を調べる。特に検証したケミカルのうち、約半数は細胞が死亡しており、詳しい解析ができていない。投与した濃度が高すぎたと思われ、今後さらに希釈してその効果を調べる。今年度炭酸ガスが葉緑体運動の信号伝達に大きな影響を与えていることが判明し、29年度の研究計画に加えて、この研究を主要な1課題とする。炭酸ガスが葉緑体運動の一連の流れのどの部分に影響を与えているかが、最初に見極めるべき課題となる。
メカニカルアロイング法を応用したセメンタイトバルク材の創製と物性研究

本研究ではメカニカルアロイング法とプラズマ焼結法を用いて世界で初めてセメンタイトバルク材を作製しその特性を評価した。セメンタイトは鉄鋼材料における最も基本的な構成相の一つであるにもかかわらず、準安定であるためその特性がほとんど不明であった。本研究では純鉄とグラファイトを適当な時間ボールミルした粉末をプラズマ焼結することによって任意の大きさのセメンタイトバルク材を作製すること、それの機械的、物理的特性を評価することを目的に行った。純鉄とグラファイトをMAした粉末を焼結すると、相対密度は約98%の純セメンタイトの焼結体が創製できた。焼結体は純鉄に似た金属光沢をし、硬さは10GPaと純鉄の10倍であり,ヤング率は190GPaと純鉄より10%程度小さい値であった。熱膨張係数は210°C以下では6.8x10^<-6>/K,以上では16.2x10^<-6>/K,電気伝導率は100/μΩ・cmであった。Mn, Cr, Mo, Vを添加するとそれらが鉄原子と置換した合金セメンタイトが作製できた。しかし、Si, Ni, Ti, Al, CuではFeの5%を置換した場合でも焼結体は大半がセメンタイト以外の相になった。合金セメンタイトは熱的に安定で、1273Kまで分解が起こらなくなった。合金を添加することによって硬さは増加するが、その傾向はCr, Mn, Moの順で顕著であった。CrやMnの添加によって室温でのヤング率の上昇、熱膨張率の増加、比熱の減少などが観察された。以上本研究により、これまでその特性がほとんど不明であったセメンタイトの物性を世界で初めて直接測定することができた。この結果は鉄鋼材料の特性の制御のみならず、磁気記録材料としてのセメンタイトや地球物理(地球の内殻はセメンタイトとされている)、宇宙空間物質の研究にとって重要な知見を与えるものである。1.緒言セメンタイトは鉄鋼材料において最も基本的な構成相であるにもかかわらず、準安定であるため、これまで限られた研究しか行われていない。本研究では純鉄、合金元素とグラファイトをメカニカルアロイング(MA)した粉末を焼結することによって、純粋および合金セメンタイトバルク材を作製し、熱的安定性、機械的・物理的特性を調べた。2.実験方法純鉄、合金元素M(M=Si,Ni,Ti,Cr,Mn,Moなど)とグラファイト原料粉末を(Fe,M)_<75>C_<25>の組成で100時間MAした。得られたMA粉末を放電プラズマ焼結機(SPS)により1173K,50MPa,900sの条件で焼結した。焼結体の特性をXRD,DSC,SEM,熱膨張測定機、ヤング率測定機、マイクロビッカース硬度計、圧縮特性試験機により測定した。3.実験結果MAした粉末を焼結すると、セメンタイトを主相とする焼結体が作製できた。焼結体の相対密度は約98%であり、フェライト相を約10%含み純鉄に似た金属光沢をしていた。焼結体の硬さは10GPa,圧縮強度は2.8GPa,熱膨張係数は210°C以下では6.8×10^<-6>/K,以上では16.2×10^<-6>/K,電気伝導率は13/Ωcmであった。