hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ゲノム情報を基盤とした次世代アレルギー戦略

これら解析よりT細胞におけるTh2特異的IL-4遺伝子の発現は、哺乳類間でよく保存されている3'下流に位置するConserved Non-cording Sequence (CNS-2)と呼ばれる領域が関与していることが明らかにされた。本年度の解析から、IL-4遺伝子の下流に位置するCNS-2エンハンサーは、Notchシグナルを介して、メモリー型CD4T細胞やNKT細胞等ユニークなT細胞サブセットにおけるTh2サイトカインの産生を制御していた。今回のGFP Tgマウスを用いた解析により、Th2分化におけるNotchシグナルの本質的働きを明らかにすることが可能となった。また、GFPを指標としてメモリー型CD4T細胞を生体内から取り除いてしまうと、IgE産生や機動性過敏反応が顕著に抑制されることから、このIL-4を産生するメモリー型CD4T細胞は、アレルギー疾患を制御する上で、重要な働きを持つT細胞サブセットであることが明らかにされた。次に我々はこのCNS-2領域を欠失させたマウスを作製し、そのマウスにおける免疫反応を観察したところ、このマウスでは抗原刺激に伴うTh2反応が顕著に抑制された。ところが、このマウスはIL-4の存在下ではTh2反応を示すことから、メモリー型CD4T細胞によるIL-4産生の重要性が確認された。また、同様のGFP Tgマウスを用いた解析では、Th2サイトカインを産生する肥満細胞と好塩基球では、Th2細胞とは異なる特定のHS領域が、異なるメカニズムを介して特異的にIL-4産生を制御している事を明らかにした。
空中映像を使った非接触多感覚インタラクションに関する基礎研究

空中映像との多感覚インタラクションとして、空中触覚刺激、空中聴覚刺激を融合した操作を可能とした実験装置を開発し、操作実験を行った。空気ジェットによる触覚刺激の最適パラメーター設定を調査し、有効な使い方について研究した。アミューズメントへの応用についてゲームを使った心理実験を行い、一定の知見が得られた。また空中映像を使った医療情報可視化システムにおいて、触覚刺激を与える装置を開発し、その効果を確認した。空中映像を操作するための指先検出方式も確立させた。結果は国際会議で数回発表し、2回最優秀賞をもらった。開発した基礎技術は今後アミューズメントや医療データ可視化分野で事業化できると期待される。1.空中映像と組み合わせて使うための以下のインターフェース装置の開発を行った:a.素手で操作する時、手の位置・形状・姿勢を正確に認識するための画像処理システムに手の動的モデルを組み込み、性能を改良した、b.ポインターで空中映像を操作する時、触覚提示装置と組み合わせ、空中映像の位置を正確に認識出来る様にした、c.将来の商品化に向けて、指先で空中映像が操作でき、より低コストで実現できる操作用インターフェースを開発した。2.空中映像の多感覚システムに関する基礎研究を進め、空中音源と空中触覚を同時に使った心理実験のための装置開発や心理実験の計画・準備を進めた(継続中)。3.空中映像と触覚インターフェースおよび各種センサーを使った医療用可視化システムについて、医療関係者の立会実験を実施し、評価をいただいた。空中映像との多感覚インタラクションにおいて、空中音響刺激(パラメトリックスピーカーによる「空中音源」)および空中触覚刺激(空気ジェットによる「空中タッチ」)を用いた実験装置を開発し、視覚・聴覚・触覚を同時に刺激する時の相乗効果や注意すべき事項を心理実験により調査した。利用者が空中映像に指先で触れる事を赤外線タッチスクリーン、または赤外線カメラにより感知し、捜査時のフィードバックに空中音源や空中タッチを利用した実験を行い、空気ジェットの噴射時間等の適切な設定を調べた。多感覚空中映像システムの一つの用途として想定しているアミューズメント(ゲーム等)において、刺激の組み合わせについて幾つかの知見が得られ、HCI研究会にて報告している。これらを踏まえ、臨場感の高いゲーム環境の設計が可能となった。多感覚インタラクションのもう一つの応用分野として、三次元に分布した複雑な医療情報(CT、MRI等のデータ)の可視化システムを提案している。空中映像により医療情報領域を走査し、計測された情報を空間的に正しい位置で表示するシステムにおいて、空中映像に空中タッチ等を追加し、利用者により自然な感覚で情報の探索を可能とする事を目指している。この場合、触覚によって映像に質感をもたらす事が目的となるが、空気ジェットに変わって、機械的な接触を行う機構を提案し、共同研究者と試作している。本機構は空中映像に触れた指先の位置を検出し、触れた場所の「材質」(個体か空洞か等)に合わせてロボットアームの先端に付けたポインターを差し出し、指先の前に置く。これに触れたら、その場所は個体である事が触覚により感知され、視覚情報と融合した自然な体験が得られる。本研究成果について、国際会議「CME2014」(台湾、2014年6月2629)にて報告する。1.空中映像と空中触覚提示を組み合わせた多感覚実験装置を開発し、基礎実験を行い、その成果を「第147回ヒューマンコンピュータインタラクション研究会」にて発表し、評価を得た。触覚を提示するために必要な最適な刺激時間やその他の物理的なパラメーターが判明し、今後の研究の基礎的なデータとなる。2.空中映像と空中音源を組み合わせた多感覚実験装置を開発し、基礎実験を行い、その成果を同研究会にて発表し、評価を得た。パラメトリックスピーカーを使って、非接触でありながらヘッドホンと同等な音響刺激を得る事が出来る事が明らかになり、今後の研究に必要な基本方式が定まった。3.空中映像と温度提示について、基礎研究を行い、基本方式を検討したが、実験装置の開発は次年度に行う。4.空中映像との新しいインタラクションとして、医療データ(MRIやCT等)を空中映像による積層の形で可視化するための実験装置を開発し、その成果発表は国際会議「ICME CME2012 Kobe」にて受理され、2012年7月に発表される事が決まった。5.センサー関連の基礎研究を行い、次年度は実験装置開発ができるようになった。空中映像と空中音源(パラメトリックスピーカー)と空中触覚(空気ジェットによる刺激)を組み合わせた実験装置を開発し、主にエンターテインメントへの応用において実証実験を行った。幾つかの簡易ゲーム場面を用いて、それぞれに対し3種類の刺激の最適組み合わせを調査し、一定の規則性を見つけ、現在研究会発表を準備している。空中映像と空中触覚を医療情報可視化システムにおいても調査し、実験装置を開発した。

この装置では空中触覚の実現にロボットアームによる機械的な触覚方式を用いた。空中映像を一定空間に走査させ、立体的に分布しているMRIやCTスキャンのような医療情報を分かりやすく表示し、それに触れた時にタッチされた領域の骨・筋肉等の材質を触覚による補助的に表している。本研究をCME2014国際会議(台湾)にて発表し、論文は評価され、最優秀賞を獲得した。空中映像と空中触覚を組み合わせた空間走査式医療情報可視化装置について、さらに発展し、空中映像の走査をリニアモーターを用いて自動化する等の改善を加え、CME2015国際会議(岡山・本年6月開催)へ論文を投稿し、受理され、発表が確定している。空中映像における多感覚刺激について、本研究で得られた知見を元に産業応用を試みる予定である。情報通信技術空中映像とのインタラクションに関する研究課題の内、予定以上にインターフェース関連の成果があり、学会等で評価されてる。特に触覚と空中映像との同時利用により、空中映像単独の利用より明らかな改善が見られ、それを使ったシステムで実験を行った医療関係者よりも評価が得られた。一方、空中映像における多感覚の基礎研究は予定より若干遅れており、空中映像に空中音源と空中触覚を同時に組み合わせた時の心理実験が25年度に実施される事になった。その一つの理由は、実験装置を柔軟に構築できるために手配した3Dプリンター等の器具の入荷、および大型光学素子の入荷が大幅に遅れたことにある。空中映像を医療情報可視化に用いた時に、共同研究者(トルコ・サバンジ大学・オナト准教授)より臨場感の高い多感覚インタラクションを実現する方法として、機械的に稼働するポインターによる触覚フィードバック機構が提案された。この可能性を探るために2014年1月にサバンジ大学へ訪問し、ワークショップ形式で原理確認の実験を行った。その結果、より性能の高い機構を実現するために、日本で別の目的に使っていたロボットアームを用いた実験を企画し、共同研究者を日本に招聘した。これらの実験の成果を発表する最適な場として、2014年6月に台湾で開催される「CME2014 Complex Medical Engineering」学会を選択し、論文を投稿し、受理された。したがって、最終成果の発表は当初の終了時期(2014年3月)より遅れて実施され、終了時期を延期する事になった。当初予定していない、今回追加となった触覚刺激方法は他の実験等を踏まえ、検討結果として提案されたが、本質的な改善として期待できる成果であると認識している。予定していた基礎研究項目の内、空中映像を別のモーダリティーと組み合わした2つの実験が完了し、もう一つ(温度刺激)について基礎検討が進み、次年度は実験装置開発・実証に進める。当初の計画で想定していなかった新しい発想により、医療応用が期待できるインタラクション系の基礎実験ができ、展示会等で好評であった。センサー系の研究はおおむね予定通り進み、次年度は複数の実験装置の開発と実証実験ができるようになっている。
東南アジアモンスーン域における気候と水循環の変動に関する国際共同研究の企画調査

世界の安定的な発展のためには、必要な質の充分な量の水を必要な地域に供給できるかどうかを的確にモニタリングし、あらかじめ知ることが極めて重要である。そのためには、降水、蒸発散、浸透、流出等各流域における水循環の的確なモニタリングとデータ解析によるその変動メカニズムの解明、そしてモデル化による将来予測など、自然科学的な観測と理解が欠かせない。これに対し、大陸スケールの水とエネルギー循環の観測研究を主な目的として、文部省科学研究費特定領域研究(B)「アジアモンスーン地域におけるエネルギー・水循環(通称GAME)」(代表:安成哲三、筑波大学教授)が実施され、アジアモンスーン領域全体での広域スケールにおけるエネルギー・水循環過程のこれまでにない詳細な観測と実態解明が行なわれ、本研究計画のメンバーの多くはその成果に貢献してきた。しかしながら、そうした観測や実態解明とアジアモンスーンの季節変化や経年変動の予測、あるいは水資源・水災害に関わる季節予報のためのモデリングとの間には依然として断絶がある。この溝を埋めるためには、地域スケールにおける人間社会と自然との相互作用環の解明に焦点を絞り、上記プロジェクトに限らず、IGBP-BAHC(世界地球圏生物圏プログラム/植生に関わる水循環研究プロジェクト)等によって得られた観測データや成果等を生かしつつ、新たな国際共同研究プロジェクトを行なう必要があると考えられる。また一方で、従来の日本とアジア諸外国との間での国際共同研究プロジェクトは、主に日本側の科学的興味によって提案、実施されることが多かったのに対し、上記のような共同研究の積み重ねにより、インドシナ半島諸国をはじめとする東南アジアモンスーン地域の国々の研究者が、はじめに述べたような水危機研究に対する社会的意義と科学的興味とを認め、自発的に研究テーマを日本側に提案する様になりつつある。相手国によってはこれは極めて画期的なことであり、日本のみならずアジアにおける水循環研究の学問的発展のためにも新たな国際共同研究プロジェクトの確立は意義深いと考えられる。こうした状況に鑑みて、従来大陸スケールで行なわれしてきたアジアモンスーン地域のエネルギー・水循環観測研究とは一線を画し、東南アジアモンスーン域における気候と水循環の変動に関する観測調査研究を、計画の初期段階から東南アジア諸国の研究者と真の共同研究として新たに立案をすることが本研究の目的であった、GAMEを母体とした、日本・東南アジア両方の、数多くの若手研究者による熱心な討論の数々と、その成果としての特定領域研究への申請、報告書として提出される東南アジア気候・水循環データ資料集の作成によって、本研究の目的はほぼ達成されたといえる。
ファゴソーム形成、成熟過程における細胞内情報伝達と形態変化の相互的解析

ファゴサイトーシスは、生体防御や発生において非常に重要である。本研究課題では、多色蛍光ライブセルイメージング解析等を用い、Fc-gamma受容体依存的なファゴサイトーシスに特異的にRab35が寄与していることを見出した。Rab35は、ファゴサイトーシスの初期および後期の2面的に関与していた。さらに、後期過程であるファゴソーム成熟における物質輸送にRab35およびそそのエフェクター分子であるMICAL-L1が寄与することを明らかにした。これらの結果は、Fc-gamma依存的ファゴサイトーシスにおける受容体のリサイクリングあるいは抗原提示にRab35/MICAL-L1が関与することを示唆している。病原菌やアポトーシス細胞の食細胞による貪食(ファゴサイトーシス)は、生体防御や発生において非常に重要である。本研究課題では、異なる貪食ターゲット受容体を介した細胞内情報伝達活性化と、それに伴う形態的、機能的に異なる貪食小胞(ファゴソーム)の形成、成熟過程の相関関係を、多色蛍光イブセルイメージング解析等を用いて明らかにすることを目的として研究を行った。上記のイメージング解析を行うためには、様々な貪食ターゲットを安定的にファゴサイトーシスする実験系が必要となる。そこで、本年度では、まず、マクロファージ由来の培養細胞であるRAW264細胞を用いた安定的な貪食実験の確立を行った。その結果、RAW264細胞に各種シグナル伝達マーカーを安定的に導入し、各種貪食ターゲットをファゴサイトーシスさせることができた。この実験系を用い、これまでにファゴサイトーシスに関与することが知られている小胞輸送を担う分子のRab35について、各種貪食ターゲットによるファゴソームへの局在性の違いについて調べた。その結果、酵母由来Zymosan粒子(TLR2介在性自然免疫貪食モデル)、C3オプソニン化したZymozan粒子(補体受容体介在貪食モデル)、IgGコートしたラテックスビーズ(Fc受容体介在貪食モデル)では、カップの形成時およびファゴソーム成熟時にRab35の局在が見られたが、非コートのラッテクスビーズ(アポトーシス細胞の貪食モデル)では、Rab35はカップおよびファゴソームに局在しなかった。さらに、Rab35の阻害実験から、Rab35が非コートのラッテクスビーズの取り込みには関与しないことが明らかとなった。このような、異なる貪食ターゲットのファゴサイトーシスによる分子的メカニズムの違いは、様々な感染症や自己免疫疾患といった免疫異常の分子メカニズムの解明につながる成果となることが期待される。本研究課題では、異なる貪食ターゲット受容体を介した細胞内情報伝達活性化と、それに伴う形態的、機能的に異なる貪食小胞(ファゴソーム)の形成、成熟過程の相関関係を、多色蛍光ライブセルイメージング解析等を用いて明らかにした。前年度までの研究成果により、Fc-gamma受容体依存的なファゴサイトーシス特異的に、低分子量GTPaseの一つであるRab35が寄与することを見出した。本年度では、Rab35のFc-gamma受容体依存的なファゴサイトーシスへの関与の詳細を解析した。その結果、以下の点について明らかとなった。(1)Rab35は、ファゴサイトーシスの初期過程であるファゴサイトカップおよび後期課程である成熟過程のファゴソームに強く局在した。(2)Rab35の成熟過程のファゴソーム上の局在は、ファゴソームの周囲に一様ではなくドット状の偏りを示した。(3)ファゴソームに局在したRab35は、管状の構造物として、細胞中央付近に連続的に移動した。(4)Rab35のエフェクター分子であるMICAL1およびMICAL-L1のうちMICAL-L1のみファゴソーム上のRab35と共局在し、さらに、Rab35と同様の管状の構造物として移動が見られた。以上のことからFc-gamma受容体依存的なファゴサイトーシスにおいてRab35が、初期および後期の二重に役割を果たしていること、さらに、MICAL-L1を介し成熟過程のファゴソームからの物質輸送に関わることが示唆された。このことは、Fc-gamma依存的ファゴサイトーシスにおける受容体のリサイクリングあるいは抗原提示にRab35/MICAL-L1が関与することが考えられる。マクロファージ由来の培養細胞RAW264細胞への安定的な遺伝子導入および様々な貪食ターゲットに対するファゴサイトーシスの実験系の確立に時間を費やしたため、ファゴソーム形成時におけるシグナル分子マーカーの局在の解析およびファゴソームの形態的解析に至らなかった。25年度が最終年度であるため、記入しない。

RAW264細胞への各種貪食ターゲットのファゴサイトーシスの確立した条件において、準備した各種シグナル伝達マーカーのファゴサイトーシス時の局在解析およびファゴソームの形態的解析を進めていく。とくに、ファゴソームの成熟過程の局所的な形態的変化に注目して解析を行う。25年度が最終年度であるため、記入しない。
超高層建築におけるFRP付きアンボンドブレース材の開発・研究

目的は、静的な載荷状態下におけるこの合成材の材間の伝達機構を画像法で確認する事であった。筆者らは、従来よりの一連の研究からこの合成材の破壊メカニズムと耐力、更に弾塑性領域での力の流れを実物大の1/21/3の試験体での実験結果とFEM理論解より扱い国際学会等で発表してきた。しかしこれらの解明は、表面で観察される二次元的な破壊メカニズムとこの現象と矛盾しない範囲での仮定下で解析し明らかにしてきた。しかし急激に発生する座屈現象と破壊に至る応力の再配分についての完壁な理論解は得られない。その為には当モアレ法によってこの合成材を三次元で直視し、裏付け出来れば一層正解が得られる。研究成果としては、この材が不安定、座屈するまでの鉄骨ブレースとR.C.被覆材間の力の伝達機構をモデル化した光弾性手法によりリアルタイム的に捉え画像で示す事が出来た点であり、一部国際学会(*1)で公表した。その結果、この材が不安定、座屈するときの内部応力の挙動特性としてR.C.被覆材の圧縮強度、耐力が左右される事が確認され、FEM解析に導入した仮定条件の妥当性を裏付ける事が出来た。即ちこの合成材にあっての大きな特性は二次応力が作用する事である。一般論として鉄骨ブレースの場合、オイラーの座屈荷重後は撓みが急増し不安定となる。この合成材の場合、R.C.被覆材が撓みの急増を防止すると同時に二次応力として軸力が働く事である。この力がこの材の特性であり、この二次応力を無視して耐力と応力の伝達機構を正確に把握できない。これをモアレ法と光弾性により確認しFEM解析に導入できた事が大きな成果である。これら画像演算より得た二次応力の値、及びFEM解の結果より、筆者らはこの材の耐力等を明確にし実用式としての画期的な式を展開、発展する事となった(*2)。本研究は、静的な加力状態下におけるこの合成材の材間の伝達機構を画像法で確認する事であった。筆者らは、従来よりの一連の研究からこの合成材の破壊メカニズム耐力、更に弾塑性領域での力の流れを実物大の1/21/3の試験体での実験結果とFEM理論解より扱ってきた。しかし従来よりのこの方法は、表面で観察される二次元での破壊メカニズムとこの現象と矛盾しない範囲での仮定下で解析し明らかにしてきた。しかし座屈現象と途中の応力の再配分についてはある条件なしでは完壁な理論解は得られない。その為には当モアレ方によってこの合成材を三次元で直視し、裏付けすれば尚一層正解が得られる。研究結果としては、この材が不安定、座屈するまでの鉄骨ブレ-スとR.C.被覆材間の力の伝達機構をリアルタイム的に捉え画像で示す事が出来た点であり、一部国際学会(*1)で公表した。その結果、この材が不安定、座屈するときの内部応力の挙動としてR.C.被覆材の圧縮強度、及びこの被覆材の回転性能によって耐力が左右される事が確認され、FEM解析に導入した仮定条件の妥当性を裏付ける事が出来た。即ちこの合成材にあっての大きな特注は以下に示す二次応力を作用する事である。一般論として鉄骨ブレ-スの場合、オイラ-の座屈荷重後は撓みが急増し不安定となる。ひの合成材の場合、R.C.被覆材が撓みの急増を防止すると同時に二次応力として軸力が働く事である。

この力がこの材の特注であり、この二次応力を無視して耐力と応力の伝達機構を正確に把握できない。これをモアレ法で確認しFEM解析に導入できた事が大きな成果である。これら画像演算より売た二次応力の値、及びFEM解の結果より、筆者らはこの材の耐力等を明確に実用式としての画期的な式を展開、発展する事となった(*2)。目的は、静的な載荷状態下におけるこの合成材の材間の伝達機構を画像法で確認する事であった。筆者らは、従来よりの一連の研究からこの合成材の破壊メカニズムと耐力、更に弾塑性領域での力の流れを実物大の1/21/3の試験体での実験結果とFEM理論解より扱い国際学会等で発表してきた。しかしこれらの解明は、表面で観察される二次元的な破壊メカニズムとこの現象と矛盾しない範囲での仮定下で解析し明らかにしてきた。しかし急激に発生する座屈現象と破壊に至る応力の再配分についての完璧な理論解は得られない。その為には当モアレ法によってこの合成材を三次元で直視し、裏付け出来れば一層正解が得られる。研究成果としては、この材が不安定、座屈するまでの鉄骨ブレースとR.C.被覆材間の力の伝達機構をモデル化した光弾性手法によりリアルタイム的に捉え画像で示す事が出来た点であり、一部国際学会(*1)で公表した。その結果、この材が不安定、座屈するときの内部応力の挙動特性としてR.C.被覆材の圧縮強度、耐力が左右される事が確認され、FEM解析に導入した仮定条件の妥当性を裏付ける事が出来た。即ちこの合成材にあっての大きな特性は二次応力が作用する事である。一般論として鉄骨ブレースの場合、オイラーの座屈荷重後は撓みが急増し不安定となる。この合成材の場合、R.C.被覆材が撓みの急増を防止すると同時に二次応力として軸力が働く事である。この力がこの材の特性であり、この二次応力を無視して耐力と応力の伝達機構を正確に把握できない。これをモアレ法と光弾性により確認しFEM解析に導入できた事が大きな成果である。これら画像演算より得た二次応力の値、及びFEM解の結果より、筆者らはこの材の耐力等を明確にし実用式としての画期的な式を展開、発展する事となった(*2)。
重症・難治性脂肪肝に対する新しい遺伝子治療戦略の開発

我々は、上記研究課題のもとに脂肪肝について研究を行ってきた。モデル動物としては、レプチン欠損マウスなどの肥満マウスの使用も当初検討したが、遺伝的に欠損があるマウスを使用した際には、本当の臨床モデルになりうるのかという疑問、また、そのような肥満マウスにおいて欠損している蛋白はいずれも脂質代謝・糖代謝に重大な影響を与える為にその解析が困難になりうる可能性があり、それらマウスを使用しなかった。そこで我々は、絶食後のラットに糖負荷を加えるモデルを用いて脂肪肝を作製し、特に脂肪肝における肝障害(トランスアミナーゼ上昇)のメカニズムを中心に検討した。すなわち、4週齢の雄ラットに72時間絶食させた後、経口的に糖負荷を行い、肝障害を惹起させ、投与24時後に、大豆油・オレイン酸・リノール酸を各々投与する亜群を作成し、糖単独投与群と比較した。糖単独投与では、肝組織に門脈域を中心とした胞体の淡明化があり、トランスアミナーゼの著明な上昇を認めた。しかしながら一方、大豆油を併せて投与すると胞体の淡明化は組織全域に拡大していたものの、トランスアミナーゼの上昇は逆に抑制された。次に、大豆油の主成分であるオレイン酸またはリノール酸を単独で糖と共に投与すると、肝細胞の淡明化は、両者ともに著しく認められたが、リノール酸投与群ではトランスアミナーゼの上昇抑制は全く認められず、オレイン酸投与群では有意にその上昇が抑制された。また、血中のインスリンは、糖単独投与群で上昇しており、大豆油・オレイン酸・リノール酸投与群では、インスリン値の上昇は抑制されていた。以上の結果は、肝障害を伴う脂肪肝の病態に、脂肪酸代謝と糖代謝が密接に関連していることが強く示唆された。また、脂肪肝における肝細胞胞体内の脂肪滴の形態が肝障害に強い関連がある点に興味がもたれた。現在Adipocyte Differentiation Related Protein(ADRP)遺伝子のセンス及びアンチセンスを組み込んだアデノウイルスを使用し、これら脂肪肝モデルに対する影響を検討している。更に、肝障害のメカニズムを解明するために、in vitroの実験を行った。ラット肝から単離培養したIto cellは、任意のグルコース濃度下においてもviabilityに変化は見られなかった。また、一定時間(48hrs)無グルコースの状態においた後で、任意のグルコース濃度に戻した場合でも同様であった。このことは、高分化肝細胞癌のcell lineであるHepG2でも変わらない。ところが、HepG2をIto cellとco-cultureした場合、Ito cellには、viabilityの変化は見られないが、HepG2はco-cultureすることによってviabilityの低下が認められた。さらに、一定時間無グルコースの状態においた後では、グルコース濃度を上げるほど、HepG2のviabilityは強く障害された。以上の結果は、肝障害に対して肝伊東細胞(肝星細胞)より何らかの液性因子が関与し可能性が示唆された。現在、更に検討中である。

ところが、HepG2をIto cellとco-cultureした場合、Ito cellには、viabilityの変化は見られないが、HepG2はco-cultureすることによってviabilityの低下が認められた。さらに、一定時間無グルコースの状態においた後では、グルコース濃度を上げるほど、HepG2のviabilityは強く障害された。以上の結果は、肝障害に対して肝伊東細胞(肝星細胞)より何らかの液性因子が関与し可能性が示唆された。現在、更に検討中である。4週齢の雄ラットに。72時間絶食させた後、経口的に糖負荷を行い、肝障害を惹起させた。24時間の糖投与の間に、大豆油・オレイン酸・リノール酸・カテキンを各々投与する亜群を作成し、糖単独投与群と比較した。摂食24時間後に血清を採取し、AST・ALT・インスリン・過酸化脂質を測定した。また、肝の組織学的検討を併せて行った。糖単独投与では、肝組織に門脈域を中心とした胞体の淡明化があり、transaminaseの著明な上昇を認めたが、大豆油を併せて投与すると、胞体の淡明化は組織全域に拡大していたものの、transaminaseの上昇は逆に抑制された。大豆油の主成分であるオレイン酸・リノール酸を糖と共に投与すると、肝細胞の淡明化は、両者ともに著しく認められたが、リノール酸投与群ではtransaminaseの上昇抑制は全く認められず、オレイン酸投与群では有意にその上昇が抑制された。血中のインスリンは、糖単独投与群で上昇しており、大豆油・オレイン酸・リノール酸投与群では、インスリン値の上昇は抑制されていた。現在、アデノウイルスベクターを用いたアンチセンスADRP遺伝子導入を試みている。なお、センスADRP遺伝子を培養肝細胞や培養肝星細胞に導入し細胞質内に脂肪滴が形成されることを確認している。我々は、上記研究課題のもとに脂肪肝について研究を行ってきた。モデル動物としては、レプチン欠損マウスなどの肥満マウスの使用も当初検討したが、遺伝的に欠損があるマウスを使用した際には、本当の臨床モデルになりうるのかという疑問、また、そのような肥満マウスにおいて欠損している蛋白はいずれも脂質代謝・糖代謝に重大な影響を与える為にその解析が困難になりうる可能性があり、それらマウスを使用しなかった。そこで我々は、絶食後のラットに糖負荷を加えるモデルを用いて脂肪肝を作製し、特に脂肪肝における肝障害(トランスアミナーゼ上昇)のメカニズムを中心に検討した。すなわち、4週齢の雄ラットに72時間絶食させた後、経口的に糖負荷を行い、肝障害を惹起させ、投与24時後に、大豆油・オレイン酸・リノール酸を各々投与する亜群を作成し、糖単独投与群と比較した。糖単独投与では、肝紺臓に門脈域を中心とした胞体の淡明化があり、トランスアミナーゼの著明な上昇を認めた。しかしながら一方、大豆油を併せて投与すると胞体の淡明化は組織全域に拡大していたものの、トランスアミナーゼの上昇は逆に抑制された。
高次脳領域におけるシナプス伝達制御機構の分子形態学的研究

シナプス伝達の「重み」は一様ではなく、入力選択的・標的選択的・活動依存的・状況依存的に制御されている。本研究課題では、この多層的伝達制御機構の分子解剖学的基盤を追求した。その結果、シナプス後部のTARPとGluDが入力・標的・活動依存的なAMPARの発現制御に関わり、シナプス前部にVGluT3を発現するCCK陽性の抑制性介在ニューロンがが特異な陥入型シナプスを形成し、そこにカンナビノイドを介する強力な逆行性脱抑制機構を構築していることを解明した。さらに、状況依存的行動制御に重要なドパミン投射が、GABA作動性シナプス後部分子を介して係留接着を形成するという、神経調節の新たな動作原理も発見した。H24年度において以下の研究成果が得られた。1)AMPARの入力および標的選択的な海馬シナプス発現の定量的評価:錐体細胞および抑制性介在ニューロン上の非対称性シナプスにおいて、4種のAMPARサブユニットの発現量を定量的に解析した。その結果、錐体細胞にはGluA1-3の3種のサブユニットが発現したのに対し、抑制性介在ニューロンは高いGluA4を発現した。しかし、介在ニューロンの種類により、発現するサブユニットの組み合わせや量が変化した。2)GluD1によるAMPARの入力選択性および標的選択性の制御機構:小脳プルキンエ細胞シナプスのGluD2に相当する分子は、大脳領域ではGluD1である。そこで、GluD1の特異抗体を作成し、海馬CA1における発現分布を明らかにした。CA1領域への苔状線維の投射領域である網状分子層において豊富なGluD1の発現が観察され、貫通線維シナプス膜およびシナプス外膜に分布していた。3)小脳平行線維シナプスにおけるVGluTスイッチングによる活動依存的なLTD誘発制御:小脳平行線維シナプスにおけるVGluT2→VGluT1スイッチングが遅延するモデルマウスを作成した。4)黒質線状体ドーパミン投射系の係留接着とボリューム伝達による状況依存的伝達制御:ドーパミン作動性軸索による接着装置の分布を、線条体の各種ニューロンマーカーとドーパミン軸索マーカーとの二重に免疫電顕解析を行い、黒質線状体ドーパミン投射系の標的ニューロンを調べた。その結果、ドーパミン軸索との接着装置はドーパミン受容体を発現する中型有棘細胞に豊富に形成されていた。しかし、その接着装置にドーパミン受容体D1,D2の集積傾向は認められず、この接着がシナプス伝達のための装置とは考えにくいことがわかった。平成25年度における研究実施により以下の成果が得られた。A.海馬におけるAMPA受容体発現の入力選択的・標識選択性とその制御機構:海馬錐体細胞が形成する興奮性シナプスには、通常のnon-perforatedシナプスに加え、シナプス後膜肥厚部に穴の開いた大型のperforatedシナプスがあり、活動性や可塑性発現の違いを反映しているのではと想定されている。本研究では、perforatedシナプスやパルブアルブミン陽性細胞上の興奮性シナプスにAMPA受容体が豊富に発現し、それがシナプスにおけるTARPg-2の発現量と相関し、その分子欠損により受容体の発現選択性が失われることを明らかにした。B.線条体中型有棘細胞におけるVGluTサブクラスによるシナプス後部のAMPA受容体発現制御:海馬と異なり、線条体中型有棘細胞に入力するVGluT1陽性の皮質性シナプスとVGluT2陽性の視床性シナプスには、入力選択的なAMPA受容体の発現量比の違いがないことが判明した。今後、TARPg-2の発現量を検討する予定である。C.黒質線条体ドーパミン投射系の係留接着とボリューム伝達による状況依存的伝達制御:ドーパミン投射系は、線条体中型有棘細胞上に発現するGABA作動性シナプス分子を足場として係留性接着を形成し、ドーパミンによるボリューム伝達の足場として機能していることが判明した。D. VGluT3による扁桃体陥入型シナプス伝達の活動依存的制御と恐怖記憶における役割:扁桃体基底核の錐体細胞上に形成されるVGluT3陽性終末はGABAとCCKを共放出する入力線維であり、錐体細胞の細胞体上に特異な陥入型シナプスを形成することが明らかとなった。平成26年度における研究実施により、以下の成果が得られた。海馬シナプスにおけるAMPAR発現には、顕著な入力選択性と標的選択性が存在する。この選択的発現にはTARPg-2の選択的発現が関与し、その分子のノックアウトにより入力選択性と標的選択性が失われた。対照的に、TARPg-8のシナプス発現には選択性が乏しく、そのノックアウトにより海馬シナプスの基盤的AMPAR発現が低下した。線条体の主要なニューロンである中型有棘細胞は、皮質由来のVGluT1陽性シナプスと視床由来のVGluT2陽性シナプスを形成する。この両者のシナプスにおけるAMPARの入力選択性は無いため、その原因を追求した。その結果、海馬とは異なり、線条体ではARPg-2発現の入力選択性はないことが判明した。黒質のドーパミン投射線維は線条体中型有棘細胞に対して対称性シナプスを形成することが知られている。このシナプス伝達に関わる分子の発現を追求した所、シナプス前部はドーパミンの合成と放出・再取り込みに関わるドーパミン作動性を有するのに対して、シナプス後部はGABA

作動性でGABAの伝達のGABAシナプスの接着分子を発現していた。この接着分子のノックダウンによりドーパミンシナプスは有意に減少した。一方、ドーパミン受容体は中型有棘細胞のシナプス外領域に広く発現していた。よって、ドーパミン投射線維はGABA作動性シナプスの接着分子を利用して係留接着を行ない、これを起点としてボリューム伝達に標的選択性を与えていることが考えられた。扁桃体基底核には、内在性カンナビノイド伝達分子が高密度に集積し、陥入型シナプスを形成している。今回、VGluT3を発現するCCK陽性バスケット細胞がこのシナプスを選択的に形成することを明らかにした。平成27年度における研究実施により、以下の成果が得られた。海馬におけるAMPARの標的選択的制御について、シャーファー側枝が標的とする錐体細胞(有孔シナプスと無孔シナプス)、パルブアルブミン陽性介在ニューロン(PVシナプス)、パルブアルブミン陰性ニューロン(nonPVシナプス)のAMPARの発現密度を比較した。その結果、AMPARの発現密度は有孔シナプス>無孔シナプス、PVシナプス>nonPVシナプスの順に標的選択性が観察された。この発現密度の違いは、AMPARの調節分子であるTARPg-2とg-8のシナプス発現密度と相関していた。さらに、これらのTARPを欠損するマウスでは、これらのシャーファー側枝シナプスのAMPARの発現密度は均一となり、標的選択性が失われた。以上の結果は、TARPg-2とg-8が海馬CA1におけるAMAPRの標的選択性を決定する分子であることを示し、これらの研究成果はJournal of Neuroscienceに受理された。黒質線条体ドパミン投射系の伝達様式を追求した所、このドパミンシナプスのシナプス後部にGABA受容体が発現する伝達物資と受容体がミスマッチした異種結合であることを発見した。ドパミンシナプスは,GABAシナプス選択的な接着分子ニューロリギン2が存在し,この分子を培養細胞で発現させると黒質ドパミンニューロンとの接触部位がドパミンシナプスへと分化した。反対に,中型有棘ニューロンでこの分子発現を抑制すると,ドパミンシナプスは減少した。以上の結果は,中型有棘ニューロンはGABAシナプスの接着分子であるニューロリギン2を利用してドパミンシナプス形成を促進し,このニューロンに対するドパミンによる調節の選択性や効率性を賦与していることを示唆する。この研究成果はProceedings of the National Academy of Sciences of the United States of Americaの電子版に2016年3月に公表された。当初の研究計画の項目それぞれについて、着実にデータを集積し、論文投稿が受理されている為。情報処理が高度に発達した高次脳領域の中心的ニューロンは、莫大な数の神経入力を、シナプスを介した配線伝達により受け取っている。個々のシナプス伝達の重み(比重)は、入力選択的および標的選択的に異なるように設定され、さらにそれぞれのシナプス伝達効率は活動依存的および状況依存的に変化する。本研究は、シナプス伝達の入力依存性、標的依存性、状況依存性の各階層に焦点を当て、その制御機構と機能的意義を分子形態学的視点から解明することが目的である。
ショウジョウバエを用いた遺伝子機能解析

様々な生体高次機能の解析には、分子生物学的解析のみでなく、遺伝学的手法や発生生物学的手法などの良く発達したショウジョウバエ・線虫などのモデル生物を用いた先導的な研究の推進が重要である。本重点領域研究は、我が国でのショウジョウバエを中心としたモデル生物による個体レベルでの遺伝子機能研究の質的・量的発展を目指して平成46年度にに実施され、本年度はその成果の取りまとめを中心に行なった。Medlineを検索し、全国におけるショウジュバエを用いた分子生物研究に関する論文の統計の結果、我が国では1987年以後急速な発展が見られ、1991年には英国・ドイツと肩を並べて、首位の米国に次いで世界をリ-ドするまでに至ったことが明かであり、また、研究内容も優れたものが多く、本重点領域研究の当初の目標が充分達成できたと考える。今後は、より独創性の高い研究を目指して、相互の研究支援・強力体制を引き続き維持すること、若手研究者の育成にも勤めることの必要性などが討議された。また、平成8年1月22日に愛知県がんセンター国際医学交流センターにおいてシンポジウム「モデル生物による生体高次機能解析」を開催すると共に、本重点領域研究実施期間中の主要な成果を収録した報告書を作製し、関係者に配布した。多細胞生物における遺伝子の高次機能を解析する上で、ショウジョウバエなどより研究に適したモデル系を利用した効率的、先端的な研究の推進が重要である。総括班による少数の研究と、26班の公募研究によって、ショウジョウバエとそれに関連したモデル系での研究を進めた。11月2021日に愛知県瀬戸市において第1回班会議を公開で開催し、約110名が参加した。ここでの班員および班員外からの合計42演題の発表から、個々の研究が順調に進めらるつつあること、そして、わが国でもショウジョウバエ分子生物学が本格化しつつあることが窺えた。総括班では、希望者に遺伝子ライブラリーなどの配布を行なうと共に、最近発足した日本ショウジョウバエ研究会と協力して、ストックリストやプロトコール集の作成を進めつつある。総括班における計画研究では、以下のような成果を上げた。西田は、D-raf(Ser/Thrキナーゼ)の下流因子を遺伝学的に3遺伝子座同定し、その内の1つのクローン化に成功した。その塩基配列から、MAPキナーゼキナーゼ(MAPKK)に相同な蛋白を同定し、また、この進化上極めて保存されたキナーゼカスケードが、複数の受容体Tyrキナーゼに共通のカスケードとして機能することを明かにした。ショウジョウバエにおいて光受容情報変換にはrgdA遺伝子産物などによるリン脂質の代謝が重要であるが、堀田はジアシルグリセリドキナーゼ遺伝子を2種クローン化してその1つDGK2をrgdAと同定した、また、中枢神経系の突然変異を検索し、成虫型神経芽細胞の増殖に異常のある突然変異を分離した。三宅は末梢神経系の分化を解析するために機械刺激感覚毛である剛毛形成異常突然変異を検索し、剛毛母細胞が異常に増殖するtam突然変異と、反対に、母細胞の増殖は正常だが子孫細胞の分化に異常のあるboseの2種を分離した。多細胞生物における遺伝子の高次機能を解析する上で、ショウジョウバエなどのモデル系を利用した効率的、先端的な研究の推進が重要である。総括班による少数の研究と、36班の公募研究によって、ショウジョウバエと関連したモデル系を用いた研究を進めた。7月911日に八王子大学セミナーハウスにおいて第1回班会議を日本ショウジョウバエ研究会と合同で、また、2月15日に第2回斑会議を開催した。ここでの班員および班員外からの発表から、個々の研究が順調に進められつつあること、そして、わが国でもショウジョウバエ分子生物学が本格化しつつあることが窺えた。総括班では、希望者に遺伝子ライブラリーなどの配布を行なうと共に、日本ショウジョウバエ研究会と協力して、ストックリストやプロトコール集の作成を進めつつある。西田は、D-raf(Ser/Thrキナーゼ)の下流因子

遺伝子を3種遺伝学的に同定し、その内の2つがMAPKキナーゼ(MAPKK)およびMAPキナーゼ(MAPK)をコードすることを明らかにした。また、これらの優性突然変異により表現型が影響を受けるP因子挿入突然変異の検索により、新しいシグナル伝達因子の同定を進めつつある。堀田は網膜変性遺伝子(rdgA)がアンキリン反復配列を持つジアシルグリセドキナーゼをコードすることを示した。また、中枢神経系形成の突然変異の検索や、ファシクリンIIIの異所性発現などにより、神経系構築の分子機構の解析を進めた。三宅は感覚器形成におけるproneural遺伝子E(spl)m7のエンハンサートラップ系統を用い、そのAS-C産物による発現調節にはDelta,Notchを介した細胞間相互作用が関与することを明らかにした。本年度は、総括班7名(内計画研究4名)と公募班A01「ショウジョウバエを用いた研究」16名、A02「関連した他生物実験系を用いた研究」9名からなる組織で、領域全体の運営を行なった。11月17日19日に公開班会議を瀬戸市にある愛知県労働者研修センターで開催し、42題の発表と約120名の参加者があった。また、12月16日には神戸国際展示場で国際シンポジウム"Model Organisms in the Study of Higher Biological Functions"を開催し、スイス・バ-ゼル大のGehring博士始め5名の演者による講演が行なわれ多数の参加者があった。我が国でもショウジョウバエ分子生物学が確実に定着し、また、各研究者における研究のレベルも極めて高いものとなりつつあり、本年度で終了する本重点領域研究は、一応の成果を得たと言える。計画研究においては、西田はショウジョウバエMAPキナーゼキナーゼ(Dsor1)の優性活性化型突然変異をDNAレベルで明らかにすると共に、この突然変異によって表現型が回復または増強されるP因子挿入突然変異の検索から未知のシグナル伝達因子の同定を進めつつある。そして、既に明らかにしたものに新たな細胞周期因子やホメオボックスタンパク質などがある。また、Rafの温度感受性突然変異体の解析から、全発生過程を通じてのRafの多機能性を明らかにした。堀田は、エンハンサートラップ系統の検索から、中枢神経系形成に関連した新たな遺伝子を単離した。また、ファシクリンIIIの強制発現から筋・神経間のシナプス形成の特異性に関する新しい知見を得た。岡田は、初期胚での生殖細胞分化における極顆粒の構成要素ミトコンドリアrRNAの重要性を明確にしたが、その作用の分子機構の解明は今後の課題である。三宅は、機械刺激受容器形成に関するエンハンサートラップ系統によって規定されるtam遺伝子のcDNAクローンを分離し、tight junctionタンパク質をコードすることを明らかにした。様々な生体高次機能の解析には、分子生物学的解析のみでなく、遺伝学的手法や発生生物学的手法などの良く発達したショウジョウバエ・線虫などのモデル生物を用いた先導的な研究の推進が重要である。本重点領域研究は、我が国でのショウジョウバエを中心としたモデル生物による個体レベルでの遺伝子機能研究の質的・量的発展を目指して平成46年度にに実施され、本年度はその成果の取りまとめを中心に行なった。
AlN系へテロ構造の結晶成長と紫外発光デバイス応用に関する研究

AlN系半導体の結晶成長機構、電気伝導機構、発光機構を研究し、高品質単結晶成長技術、高効率ドーピング技術、発光制御構造、デバイス作製技術を開発した。これらの学術的知見、基盤技術をベースに、AlN系深紫外LEDの高効率化、光励起による深紫外レーザ発振を達成した。さらに、新規材料として立方晶窒化ボロン(c-BN)の単結晶薄膜成長を世界に先駆け実現した。本研究成果は、AlN系材料・デバイス応用分野を進展させるともに、新規材料・構造の創出に繋がる結晶成長技術の開発に貢献することが期待される。高品質AlN系ヘテロ構造の成長に向けて高温MOCVDの開発に取り組んだ。AlN系のMOCVDでは原料ガスの気相反応が問題であるが、反応炉内のノズル形状の最適化を行うことで原料ガスの気相反応を抑制し、原料の供給効率を高めた。その結果、1400°C以上の高温下においても、デバイス構造の作製が可能なまでに成長速度を高速化することができた。AlGaN系量子井戸の発光特性の結晶面方位依存性を評価した。非極性M面AlGaN量子井戸では、異方性歪に由来する強い偏光性と内部電場が発生しないため、従来の極性C面AlGaN量子井戸よりも強く発光することをフォトルミネッセンス測定により示した。さらに、デバイス化を進め、非極性M面AlGaN量子井戸LEDからの深紫外発光を実現した。また、非極性M面AlGaN量子井戸LEDはデバイス応用に適した等方的な放射特性を有し、その放射特性はAlGaNの偏光性から説明できることを示した。立方晶BN(c-BN)の単結晶成長に取り組んだ。窒化物半導体の薄膜成長に広く用いられているMOCVDやラジカルソースMBEでは、sp2結合からなる層状BN(h-BN)が優先的に形成する。そこで、イオンビームアシストMBEを開発し、sp3結合からなるc-BNのMBE成長に成功した。そして、イオンビームアシストMBEにおけるc-BNの成長相図を作成し、単結晶c-BN成長の指針を与えるとともにsp3結合相の優先的形成には加速イオンによるsp2結合相の選択的エッチングが重要であることを明らかにした。また、MBE装置の高温化改造を行い、高温成長によりc-BNの結晶性が向上することを確認した。c-BNはAlN系半導体と同じ結合構造を持つため、新規AlN/BN系ヘテロ構造デバイスの創出が期待される。AlN系ヘテロ構造の高温MOCVD成長を系統的に調査した。非極性面では、原料V/III比を下げることにより、比較的平坦な成長表面が得られた。同じ非極性面でも、M面成長の方がA面よりも、AlGaNの組成制御性が良好であることがわかった。また、成長温度の高温化により、残留不純物濃度を低減できることを示した。ワイドギャップ半導体の共通課題であるドーピングの困難性に対して、点欠陥制御の観点からp型AlGaNのMOCVD成長条件を最適化することで正孔濃度を増加させることに成功し、LEDの発光強度を高めた。AlGaNの発光機構の解明に向けて、AlGaN混晶のバンド端発光の組成依存性を系統的に調べた。励起子ーフォノン相互作用はGaNやAlNよりもAlGaN混晶の方が大きくなることがわかった。特に、組成揺らぎが大きくなる組成域において、励起子ーフォノン相互作用が最大化することを示した。AlN系デバイスプロセスの確立に向けて、これまで報告例がほとんどなかったp型電極材料・プロセスを検討した。Ni系半透明電極を酸化することで、良好なオーミック特性と高い紫外透光性が得られた。イオンビームアシストMBE成長における立方晶BN(c-BN)薄膜の成長機構の解明に取り組んだ。ダイヤモンド基板上へのBN成長においては、ダイヤモンド表面が酸素終端されているとsp2相のBNが形成しやすいことを明らかにし、ダイヤモンド表面を清浄化することで、sp3相のc-BNを優先的に形成できることを示した。また、成長温度の高温化により双晶の発生が抑制されてc-BN薄膜の結晶性が向上することがわかった。一方、c-BN上へのダイヤモンド薄膜のCVD成長を試みた。ダイヤモンドの安定面と成長条件の関係をもとに、ダイヤモンドの成長初期過程を意図的に制御することで、c-BN薄膜上への単結晶ダイヤモンド薄膜の成長に成功した。AlN系深紫外発光ダイオード(LED)において、これまで用いられている極性面よりは非極性面の方が発光効率を高くできることを計算により示した。しかしながら、AlNのMOCVD成長において、非極性面の成長表面平坦性は極性面よりも悪く、デバイス作製時の課題であった。非極性面AlN成長時に、III族とV族原料を交互に供給する流量変調エピタキシを適用することで、原子レベルで平坦な成長表面を得ることに成功した。また、AlN系レーザダイオード(LD)の実現に向けて、AlGaN量子井戸の高品質化を図り、波長約260nmの深紫外域において光励起によるレーザ発振を確認するに至った。イオンビームアシストMBEにおける立方晶BN(c-BN)薄膜の成長制御に取り組んだ。ダイヤモンド(111)基板上のc-BN成長においては、そのヘテロ界面ではC-B結合が形成していることを実験的に示し、c-BN薄膜はN極性で成長していることを明らかした。また、成長中のイオン照射の加速電圧が高いほど、面内の圧縮歪みが大きくなることが分かった。

大きな歪みはヘテロ構造デバイス時の問題となるが、イオン種を変えることで圧縮歪みを低減できることを見出した。AlNの高温MOCVD成長において、流量変調エピタキシを適用し、結晶成長機構に関する知見を得るととともに、デバイス作製に向けて課題であった表面平坦性を向上することができた。深紫外領域の光学評価は技術的に困難であるが、深紫外用の近視野像(NFP)/遠視野像(FFP)計測装置を構築することができた。AlN系深紫外LEDの高発光効率化、さらにはAlN系深紫外LDの実現に向けて、AlNおよびAlGaNのp型ドーピングが大きな課題であるが、結晶性の向上が進み、p型ドーピングの制御性を高めることができた。立方晶BN(c-BN)の結晶性は向上してきたが、c-BNのドーピング制御、新規BN系混晶の成長、デバイス化に向けては、c-BNの成長速度を高める必要がある。その解決策として、大出力・低加速のイオンソース源をMBEに導入することができた。イオン照射によりc-BNに歪が導入される問題が発生したが、イオン種により歪を低減できることを早期に見出すことができた。以上、全体としては計画通りにおおむね順調に進展している。AlGaN系深紫外発光デバイスでは、デバイス構造の結晶成長時、極性面であるC面成長が用いられているが、無極性であるM面成長を用いることで、AlGaN量子井戸発光層の内部電場抑制による内部量子効率の増加、AlGaN系特有の光学異方性に由来する光取り出し効率の向上が期待できる。そこで、M面AlGaN/AlNヘテロ成長において、デバイス特性に大きな影響を及ぼす格子緩和(転位)の発生機構について調べたところ、ヘテロ界面と交差するM面に沿った結晶面すべりにより転位が発生することを明らかにした。また、AlGaN成長中にSiをドーピングすることにより、転位発生が抑制される興味深い現象を発見するとともに、デバイス構造の設計に有用な知見を得た。AlGaNのデバイス応用に向けた大きな課題はp型伝導性制御である。従来のp型AlGaN単層に代わり、p型AlN/AlGaN超格子構造を用いることで、正孔濃度の増加を図り、p型伝導性の向上に成功した。また、AlN/AlGaN超格子はコヒーレントに成長し、良質な結晶性を有することを確認した。そして、AlN/AlGaN超格子をp型層に用いた深紫外発光ダイオード(LED)を作製し、従来のAlGaN単層をp型層に用いるLEDよりも、発光強度を増加、素子抵抗ならびに動作電圧を低減できることを実証した。また、新規ワイドバンドギャップ半導体の創製に向けて、立方晶BN(c-BN)のイオンビームアシストMBE成長に取り組んだ。BN薄膜成長表面に照射するイオンの運動量がBN薄膜の結晶構造、成長機構に大きな影響を与えることを明らかにした。c-BN薄膜成長時のイオン運動量を精密に制御することにより、c-BN薄膜の結晶性の向上、成長効率の増加に成功した。高品質c-BN薄膜成長の指針を示すとともに、c-BN半導体デバイスの創出に向けた基盤技術を確立した。AlN系半導体の結晶成長機構、電気伝導機構、発光機構を研究し、高品質単結晶成長技術、高効率ドーピング技術、発光制御構造、デバイス作製技術を開発した。これらの学術的知見、基盤技術をベースに、AlN系深紫外LEDの高効率化、光励起による深紫外レーザ発振を達成した。