hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子間インタラクションに基づく細菌種に特異的な創薬基盤の開発

A群レンサ球菌の表層にあり、ヘモグロビンからのヘム鉄の取り込みを行うShrのsNTDドメインとヘモグロビンの結合を阻害する低分子化合物のスクリーニングを行ったところ、sNTDに結合する1種の低分子化合物を見いだした。この低分子化合物は、A群レンサ球菌の培養に添加すると、菌の増殖をほぼ完全に抑制した。この低分子化合物は、黄色ブドウ球菌や大腸菌、サルモネラ菌など他菌種の増殖抑制効果は全く示さず、A群レンサ球菌とそのごく近縁種のみ増殖を阻害した。この結果から、菌種に極めて特異的な、既存の抗菌剤とは全くことなる新たな増殖阻害薬のシーズとなる化合物を得ることができた。平成29年度では、主にヘモグロビンからの鉄の獲得系の分子を中心に解析を進めたが、現在これ以外にA群レンサ球菌の表層にのみ存在しており、菌株間で保存されている分子として12種類の分子について同様の解析を進めている。これらの分子は、これまでの報告の結果から、A群レンサ球菌感染症の回復期血清で抗体価の上昇が認められる分子も含まれているため、これらの分子についても、特異的に結合する低分子化合物のスクリーニング、および単分子抗体の分離を行う予定としている。また、単分子抗体については、現在ヒトIgGを基本骨格とした合成ライブラリーを用いているが、菌体表層分子は、旧来よりウサギに免疫したときに抗体が取れやすい、ということが報告されているため、免疫ウサギの脾臓からcDNA単離を行ってウサギ単分子抗体の作成も予定している。ウサギ抗体での結合部位(CDR1-3)領域が決定できれば、上記のヒト化ライブラリーにウサギCDR領域を組み込んだ人工抗体も作成可能であるため、さらに特異性をあげる抗体の作成を目指していきたい。
マグマのガス浸透性の実験的研究に基づく噴火発性の制御過程の解明

最終年度である本年度は、これまでの研究成果の論文投稿に重きを置いた。マグマの浸透性の実験的研究の方法論なブレークスルーである透気試験装置の概要、実験試料の浸透率測定方法、その火山学的応用に関する研究をまとめ、Journal of Volcanology and Geothermal Researchへと投稿し、平成20年3月末現在、査読中である。前年度までに得られた減圧発泡過程におけるマグマの浸透性変化に関する研究をより精密にするために減圧発泡実験と透気試験を追加的に行った。前年度までの実験では、低圧まで減圧した時に起こるカプセルの破裂が試料の浸透率に及ぼす影響を評価することが懸案となっていた。破裂を伴わない試料を回収することは困難を極めたが、再実験によっていくつかの試料が得られ、透気試験を行うことにより、破裂が浸透率に与える影響は大きくはないことが確かめられた。本研究テーマの中で開発された真空含浸法による連結空隙率測定(Yokoyama and Takeuchi, in prep.)を実験試料に適用することにより重要な新しい知見が得られた。減圧発泡過程ではマグマの発泡度(全空隙率)が80%以下の範囲では気泡同士の連結が悪く、10%前後の低い連結空隙率(試料の外に開いている空隙の体積分率)であるのに対し、発泡度が80%を超えると全空隙率と連続空隙率が近い値となり、大半の気泡が合体し、外に開いた状態であることが分かった。そして、発泡度80%前後での気泡の全合体とガス浸透性の発現が対応していることも判明した。この実験結果は、マグマ上昇中にマグマの中で起こる気泡の合体過程と浸透率の獲得に関する理解を深めるための重要な発見である。以上の研究は、早急に論文として出版を目指す。1.高温高圧発生装置によって噴火時の減圧過程を模擬した実験を行い,竹内・中嶋(2005)の透気試験装置を用いて急冷生成物の浸透率を測定し,減圧発泡過程におけるマグマの浸透率と発泡度の関係を世界で初めて実験的に調べた.その結果,減圧に伴う気泡成長過程では,特に低発泡度領域での浸透率が,これまで天然の噴出物から知られていた関係に比べ桁で低いことが分かった.今年度,この研究はGeophysical Research Lettersに公表された(Takeuchi et al.,2005).2.竹内・中嶋(2005)の透気試験装置を産総研内に構築するとともに,浸透率測定可能範囲の拡大・測定操作の簡便化を目指して装置の改良を行った.改良により,ガス流の慣性の効果が浸透率に与える影響などの評価が可能となった。3.発泡した火山噴出物のガス浸透率は,全空隙率が高いほど高くなると大雑把には理解されている.しかし必ずしも全空隙率とガス浸透率が正の相関を持っているとは限らず,浸透率を最もうまく表現する空隙尺度は未だ不明である。本研究では,真空含浸処理によって試料空隙のほぼすべてを水で飽和させた状態で透気試験を行うことにより,試料内の空隙の内,流体の輸送を担っている"輸送空隙"を定量化する方法の開発を行った.この方法を,全空隙率などでは浸透率との相関が全く見出せていなかった試料群に適用した結果,浸透率と輸送空隙の最大くびれ径という尺度の間に強い相関があることを見出した.すなわち,輸送空隙の最大くびれ径という空隙構造はガス浸透率と関連付けるのに有効であることを意味する.この研究は横山・竹内(2005,2006)にて学会発表された.現在,方法論開発に関する論文を投稿のため準備中である.発泡した珪長質マグマの中で合体した気泡群を通じて生じるマグマの浸透性は,火山噴火における脱ガス過程のモデル化のためには重要な物性と考えられている.昨年度の本研究により,減圧発泡実験による急冷試料の浸透率測定が可能となり,噴火時に起こり得る様々な減圧条件の変化がマグマの浸透性に及ぼす影響を世界で初めて実験的に調べられるようになった.これまでの実験の減圧過程は,急減圧(数MPa/s)後に一定圧力で保持し,急冷するという様式であったが,これは必ずしも噴火過程を再現したものとはいえない.今年度は噴火時の減圧履歴に近い,一定速度(0.05,0.005,0.0016MPa/s)での減圧実験の試料について浸透率測定を行い,減圧発泡過程における発泡組織の発達に伴うガス浸透率の変化を調べた.その結果,発泡度が約80%に満たない試料は検出限界以下の浸透率(<10^-16m^2)である一方で,発泡度が約80%を越えると,透気が検出され,浸透率の値が得られた.同程度の発泡度でも減圧速度が遅いほど浸透率は大きくなる傾向があった.実験結果からの火山学的示唆として以下のことが挙げられる.火道上昇過程において珪長質マグマは発泡度が80%を越えないと十分大きな浸透率が獲得できず,効果的に脱ガスが起こる条件に入ってこない.脱ガスが起こりえる10^<-12-13>m^2以上の浸透率に達するのは本実験の条件では10MPa以下の圧力である.この圧力は地殻静水圧に換算するとおよそ500m以下の深さに相当する.

このことは,珪長質マグマの脱ガスは500m深度より浅い火道極浅部で起こることを示唆する.また本研究が対象としている火道浅部での脱ガス過程は,ブルカノ式噴火の発生要因となっている火道浅部での増圧過程と密接に関係がある.火道浅部の増圧過程に関し,様々な分野での観察・観測から物理モデルまでをレビューし,脱ガスを支配するマグマの浸透率という物性の重要性を述べた総説を本年度は発表した.最終年度である本年度は、これまでの研究成果の論文投稿に重きを置いた。マグマの浸透性の実験的研究の方法論なブレークスルーである透気試験装置の概要、実験試料の浸透率測定方法、その火山学的応用に関する研究をまとめ、Journal of Volcanology and Geothermal Researchへと投稿し、平成20年3月末現在、査読中である。前年度までに得られた減圧発泡過程におけるマグマの浸透性変化に関する研究をより精密にするために減圧発泡実験と透気試験を追加的に行った。前年度までの実験では、低圧まで減圧した時に起こるカプセルの破裂が試料の浸透率に及ぼす影響を評価することが懸案となっていた。破裂を伴わない試料を回収することは困難を極めたが、再実験によっていくつかの試料が得られ、透気試験を行うことにより、破裂が浸透率に与える影響は大きくはないことが確かめられた。本研究テーマの中で開発された真空含浸法による連結空隙率測定(Yokoyama and Takeuchi, in prep.)を実験試料に適用することにより重要な新しい知見が得られた。減圧発泡過程ではマグマの発泡度(全空隙率)が80%以下の範囲では気泡同士の連結が悪く、10%前後の低い連結空隙率(試料の外に開いている空隙の体積分率)であるのに対し、発泡度が80%を超えると全空隙率と連続空隙率が近い値となり、大半の気泡が合体し、外に開いた状態であることが分かった。そして、発泡度80%前後での気泡の全合体とガス浸透性の発現が対応していることも判明した。この実験結果は、マグマ上昇中にマグマの中で起こる気泡の合体過程と浸透率の獲得に関する理解を深めるための重要な発見である。以上の研究は、早急に論文として出版を目指す。
堤体材料の不確実性を考慮した破堤リスク評価手法の開発

H30年度は堤防の破堤リスクを把握するため,H29年度に開発した越流水および堤体侵食過程を評価できる計算モデルを用いて,透水係数,細粒分含有率,土壌の乾燥密度といった,越流侵食に大きな影響を及ぼすパラメータの感度分析を実施した.本モデルの特色は,(1)砂等の非粘着性材料に細粒分が含有した,粘着性を有する土壌の移動限界を考慮している点,(2)堤体表層の浸潤状態に応じたサクションのせん断抵抗増分を考慮している点,にある上記の3つのパラメータは本モデルで侵食量を評価する際に,重要なパラメータである.感度分析の実施にあたって,それぞれのパラメータは,実堤防のボーリングデータを活用し,切断正規分布に基づく乱数によって設定を行った.解析ケースは計675ケース実施した.本検討から,(1)透水係数が破堤リスク(破堤時間)に最も影響が高い,(2)特に透水係数が0.0001m/sよりも小さくなると急激に破堤時間が増加(破堤までのタイムラグが大きくなる)する,(3)細粒分含有率と乾燥密度は破堤時間に対して同程度の感度を有している,ことを明らかにした.従来の堤防越流侵食に関する検討では,非粘着性土で堤体が構成されていること,浸透が生じないという仮定のもと実施されている場合が多い.本検討で得られた結果より,浸透現象とそれに伴う堤体土壌の耐侵食性の変化を考慮することの重要性が示唆された.なお,今年度実施した解析では,設定した越流継続時間(約3600秒)内に全てのケースで破堤するという計算結果が得られたため,破堤時間の検討にとどまった.実際の堤防越流現象よりも強度の大きな越流を想定している可能性がある.破堤リスクを見積もるため,現実的な越流条件の設定は今後の課題としたい.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。H29年度は堤防の破堤リスクを把握するための前段階として,越流水および堤体侵食過程を高精度で評価できる計算モデルの構築した.本モデルは,越流流れ解析(鉛直2次元),浸透流解析(Richards式およびvan Genuchten式),堤体の浸食解析および簡易な滑り破壊を考慮したものから構成される.本モデルの特色は,(1)砂等の非粘着性材料に細粒分が含有した“粘着土"の移動限界を考慮している点,(2)堤体表層の浸潤状態に応じたサクションのせん断抵抗増分を考慮している点,にある.これらの影響を含めたモデルの妥当性を検証するため,堤体モデルの侵食実験を実施した.実験は長さ300cm,幅40cm,深さ50cmの開水路に,水路中央部に模型堤体(堤体高20cm,基礎高10cm,表・裏法面勾配1:2,細砂・細粒分で構成される建設改良土)を設置し,越流水深が6cmとなる状態で160秒間通水し,堤体の侵食量を計測した.実験条件を再現した数値解析により得られる侵食量と実際の侵食量を比較することでモデルの妥当性を確認した.解析は3種類実施し,それぞれ,(1)従来より非粘着性材料に用いられているpick-up rate式を適用,(2)サクションによるせん断抵抗増分を考慮,(3) (2)に加えて細粒分が含有することによる細砂の移動限界の影響を考慮,である.それぞれのモデル化に応じた侵食量を比較した結果,細粒分混じりの堤体材料に対しては,サクションによるせん断抵抗増加の効果,粘性土の侵食耐性の効果をモデル化することで,従来用いられている非粘着性材料を対象とした地形変動解析手法に比べ,侵食量の精度が大幅に改善されることを明らかにした.H29年度の目標として掲げていた項目は,(1)異なる飽和度条件下における侵食特性の検討,(2)サクションによるせん断強度増分の既存モデルへの組み込み,である.(1)については,実験室スケールでの堤体侵食実験により,越流前の堤外側の水位条件を変化させることで,越流時の裏法面表層の浸潤状態を変化させた侵食実験を複数実施している.結果としては,裏法面まで飽和したケースの方が,不飽和状態で越流するケースと比較して侵食量・速度が大幅に増加することを明らかにしており,概ね計画通り進行している.一方(2)については,モデル化にやや時間を要したため,(1)で実施した実験ケースの全てを解析するには至っていない.しかしながら,主なモデル化(サクションによるせん断抵抗増分)の効果が最も浮き彫りとなると考えられる,裏法面が不飽和な状態で越流した実験ケースに改良した解析モデルを適用した.その結果,サクションによるせん断抵抗増加の効果をモデル化することで,従来用いられている非粘着性材料を対象とした地形変動解析手法に比べ,侵食量の精度が大幅に改善されることを明らかにし,本モデル化の重要性を示唆する結果が得られている.上記のように,モデル化の妥当性を判断するため、実施した全ての実験の検証はできていない状況ではあるものの,最もモデル化の影響が強いと考えられる実験ケースについては,サクションによるせん断抵抗増加の効果をモデル化が有効であることは確認できていることから,現状では計画に対する進捗状況としては概ね良好であると判断した.

H30年度は堤防の破堤リスクを把握するため,H29年度に開発した越流水および堤体侵食過程を評価できる計算モデルを用いて,透水係数,細粒分含有率,土壌の乾燥密度といった,越流侵食に大きな影響を及ぼすパラメータの感度分析を実施した.本モデルの特色は,(1)砂等の非粘着性材料に細粒分が含有した,粘着性を有する土壌の移動限界を考慮している点,(2)堤体表層の浸潤状態に応じたサクションのせん断抵抗増分を考慮している点,にある上記の3つのパラメータは本モデルで侵食量を評価する際に,重要なパラメータである.感度分析の実施にあたって,それぞれのパラメータは,実堤防のボーリングデータを活用し,切断正規分布に基づく乱数によって設定を行った.解析ケースは計675ケース実施した.本検討から,(1)透水係数が破堤リスク(破堤時間)に最も影響が高い,(2)特に透水係数が0.0001m/sよりも小さくなると急激に破堤時間が増加(破堤までのタイムラグが大きくなる)する,(3)細粒分含有率と乾燥密度は破堤時間に対して同程度の感度を有している,ことを明らかにした.従来の堤防越流侵食に関する検討では,非粘着性土で堤体が構成されていること,浸透が生じないという仮定のもと実施されている場合が多い.本検討で得られた結果より,浸透現象とそれに伴う堤体土壌の耐侵食性の変化を考慮することの重要性が示唆された.なお,今年度実施した解析では,設定した越流継続時間(約3600秒)内に全てのケースで破堤するという計算結果が得られたため,破堤時間の検討にとどまった.実際の堤防越流現象よりも強度の大きな越流を想定している可能性がある.破堤リスクを見積もるため,現実的な越流条件の設定は今後の課題としたい.H30年度は,H29年度に改良した解析モデルを用い,河川堤防の破堤確率評価を試みる.その際,水位上昇率,透水係数,粘着力,内部摩擦角等の不確実性の強いパラメータを系統的に変化させ,河川の各断面の境界条件に対応した破堤確率を求める.対象河川として,2015年9月に実際に破堤が生じた鬼怒川を想定しており,対象断面の抽出には,LPデータから作成されたDEMをもとに,越流が生じる可能性が高い箇所を縦断的に複数選定して解析を実施する.それらの解析を通じて,各パラメータの発生確率に,その事象が破堤確率に与えるインパクトを掛け合わせ,リスクとする.各リスクを求め,横軸をインパクト,縦軸を発生確率としたリスクマップを作成し,河川の各断面における破堤リスク評価を行う.最も危険性の高いリスク,さらには全体的なリスクを低減させるため抑制すべき事象を解析によるパラメトリック解析を通じて同定し,破堤リスクの抑制に効果的な堤防強化手法を提案する予定である.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
高品質サイレージ調製のための添加物利用とその作用機序

平成9年度平成10年度に実施した課題についてのまとめは次のようである。北海道における高品質サイレージを調製するための技術体系をつくることを目的に一連の実験を行った。すなわち,北海道の主要品種であるチモシー,オーチャードグラスおよびアルファルファを基本草種に生育ステージ,刈り取り回次および予乾程度(水分含量)が異なった場合,それぞれに対応できる添加物の種類を調べるとともに,添加サイレージの微生物相,好気的安定性および消化性を調べサイレージ貯蔵技術を体系付けた。ギ酸,乳酸菌製剤および乳酸菌製剤と酵素剤の混合物のサイレージ発酵品質に対する改善効果は,草種,生育ステージ,刈り取り回次および予乾程度により異なり,それぞれの添加物が適合する条件が明らかになった。これらの研究成果により,材料草の草種や刈り取り回次などの調製条件に適合した添加物を使用することが可能となり,失敗の極めて少ないサイレージ作りに貢献できるものと期待される。一方,発酵品質を改善する効果が高い添加物であっても,材料草の水分含量によってはサイロ開封後の好気的安定性が不十分である場合があり,サイロ開封後のサイレージ管理に留意する必要がある。添加物の利用により発酵品質が改善されたサイレージにおいて,in vitro乾物消化率が向上する場合と向上しない場合があった。また,ギ酸や乳酸菌製剤などの添加物を利用したサイレージに分布する乳酸菌種は,明らかに異なり,乳酸菌製剤を添加したサイレージの発酵品質が改善された場合には,添加菌種が優勢であった。平成9年度は、主要となる実験を実施した。1.研究実施計画通りに36種類の材料牧草にギ酸,乳酸菌製剤,酵素剤を添加して,サイレ-ジの発酵品質を評価し,添加物の適合性を調べた。2.1.で調製したサイレ-ジ288点をすべて人工消化試験により乾物消化率を測定し,添加物利用による発酵品質の改善度との関係を明らかにした。1.無予乾と予乾サイレ-ジの発酵品質は,生育期日の違いにより変動した。その程度は草種,生育期日,刈り取り回次および添加物処理によって異なった。無予乾サイレ-ジと予乾サイレ-ジともに,ギ酸添加区ではすべての材料牧草において例外なく無添加区よりも発酵品質が向上した。乳酸菌製剤添加区ではオ-チャードグラス2番草が1番草よりも改善度が少なく,アルファルファ1番草と2番草は無添加区よりも向上しなかった。乳酸菌製剤と酵素剤の混合添加区はオ-チャードグラス2番草では,乳酸菌製剤のみを添加した発酵品質よりも向上した。アルファルファ1番草と2番草ではわずかに向上したが,無添加区との間に有意差が認められなかった。添加物を利用してサイレ-ジを調製する場合,材料牧草の種類,生育期日および刈り取り回次により添加効果が変動することが明らかとなり,それらの条件を考慮して適合する添加物を選択することが望ましいと考えられた。2.ギ酸添加区のオ-チャードグラスとチモシーそれぞれの無予乾および予乾1番草サイレ-ジ,アルファルファの無予乾1番草サイレ-ジは,いずれも無添加区よりも乾物消化率が向上した。乳酸菌添加区ではオ-チャードグラス無予乾1番草サイレ-ジ無添加区よりも乾物消化率が向上した。乳酸菌製剤と酵素剤の混合添加区ではオ-チャードグラス予乾1番草とチモシー無予乾1番草サイレ-ジが無添加区よりも乾物消化率が向上した。乾物消化率の高いサイレ-ジは発酵品質が高い傾向があったが,発酵品質が高くても必ずしも乾物消化率が高いとは限らなかった。平成10年度に実施した2課題についての概要は次のようである。1.ギ酸,乳酸菌製剤および乳酸菌製剤と酵素剤の混合物を添加したサイレージの乳酸菌種を調べ,添加物との関連性ならびに材料草に付着する乳酸菌種との関係を調べた。材料草に付着する乳酸菌種は草種によって異なった。

これらの材料草から調製されたサイレージの乳酸菌種は,草種によって材料草に付着する菌種と大きく異なった。オーチャードグラスサイレージとチモシーサイレージの対照区およびギ酸添加区では,Lactobacilus plantarumが優勢になり77.4%以上を占めた。これらのサイレージの発酵品質は中程度あるいは良質であった。両草種サイレージの乳酸菌製剤および乳酸菌製剤と酵素剤の混合添加区では,添加菌種と同一であるLactobacillus casei subsp.rhamnosusが優勢になり83.9%以上を占めた。2.ギ酸,乳酸菌製剤および乳酸菌製剤と酵素剤の混合物を添加した軽予乾サイレージの好気的変敗を調べ,添加物との関連性ならびにサイレージの微生物相との関係を調べた。これらの添加物によりチモシーとオーチャードグラスサイレージの発酵品質は改善されたが,ギ酸添加サイレージはサイロ開封後に好気性細菌数,酵母菌数および糸状菌数が著しく増殖し,好気的変敗が発生した。乳酸菌製剤あるいは乳酸菌製剤と酵素剤の混合添加サイレージにおいても,好気的変敗が発生したが軽度であった。その後,材料草の水分含量を変えて同様の実験を継続し,ギ酸添加による好気的変敗の発生は材料草の水分含量が70%程度の場合に著しいことが明らかになった。また,乳酸菌製剤の添加による好気的変敗の軽減は,どの市販製剤においても当てはまるものではなかった。
マルチバンチビームエネルギー補正システムの開発研究

次世代リニアコライダーのためのマルチバンチビームエネルギー差補正方法に関する開発研究が高エネルギー加速器研究機構内のATF(Accelerator Test Facility)において行われている。本研究では、最近特に有望視されている位相変調方式マルチバンチエネルギー補正システムについて開発研究を行った。このエネルギー補正方法は各加速管でマルチバンチビームのエネルギー差を補正できるため、dispersionやchromaticな効果から生じるエミッタンス増大を最小限に抑えることが可能である。平成9年度、クライストロン出力の高周波を合成する結合器などを製作し、ATFリニアック上流部の高周波ユニットの導波管構成を組み変え、2本のクライストロンを用いた位相変調方式のハイパワー試験を行った。平成10年度、位相変調器のコントロールパルスに任意波形生成器を用いるなどのローレベル系の改良などを行った後、6月にATFリニアック中流にビームエネルギー診断用のシケインを設置しマルチバンチビーム実験を行った。クライストロン出力の位相変調速度を変化させ、加速管入力の高周波を振幅変調することによって、加速管でのマルチバンチビーム(20バンチ)のエネルギー利得を変化させることに成功した。これにより、位相変調方式によるマルチバンチビームエネルギー補正が可能であることを実際にビームを用いて実証することができた。本研究より、将来のリニアコライダー建設において位相変調方式がエネルギー補正システムとして利用可能である事や今後開発が必要である構成要素などを示すことができた。線形加速器でマルチバンチビームを加速するとき、ビームのエネルギー分布はビーム・ロ-ディングの結果10%ぐらいまで拡がる。これを補正する方法の一つとしてこれまでにATF(加速器試験装置)で行われた±ΔF方式は、線形加速器の一部に補正セクションを分布させて配置するものであるが、電荷量に対してフレキシブルで、かつ高い安定度が得られることが実証された。本研究目的はSELD-1を用いた位相変調方式によるマルチバンチビームのエネルギー補正方法で、2台のクライストロンから出力されるそれぞれのRFの位相を変化させながら合成して、SLED-1でパルス圧縮したのち加速管に供給する。この方式では加速管の中で加速と補正を同時に行うので、加速器すべての場所において通過するマルチバンチのエネルギー幅は0.05%以下に補正される。次世代リニアコライダーでは線形加速器でのビームエミッタンスの増大をできるだけ抑制しなければならない。この方式ではエネルギー補正されたマルチバンチがすべての収束系を通過するので、エミッタンス増加を抑制できる収束系の設計が容易となる。リニアコライダーの主線形加速器におけるマルチバンチビームエネルギー補正方法として最有力候補の一つである。平成9年度は位相変調用回路の設計および全体設計を行ったのちに、合成のための3cB結合器の設計製作を行いハイパワー試験を行った。平成10年度にはRF位相器等回路の高速化をはかりマルチバンチビームを加速してそのエネルギー補正の実験を行う。現在、次世代リニアコライダーのためのマルチバンチビームエネルギー差補正方法に関する開発研究が高エネルギー加速器研究機構内のATF(Accelerator Test Facility)において行われている。これまでに、ΔF方式と呼ばれるエネルギー補正システムの実証実験が、ATFリニアックにおいて実際にマルチバンチビームを用いて行われた。本研究では、このΔF方式に加え、最近特に有望視されている位相変調方式について開発研究を行った。この方式は2本のクライストロン出力の高周波(RF)を合成し、かつ位相変調を行うものである。これにより、加速管に供給されるRFは振幅変調され、マルチバンチエネルギー補正が可能となる。このエネルギー補正方法は各加速管でマルチバンチビームのエネルギー差を補正できるため、dispersionやchromaticな効果から生じるエミッタンス増大をΔF方式に比べ抑えることが可能である。そのため、リニアコライダーの低エネルギーリニアックおよび主リニアックでは、この位相変調方式がマルチパンチエネルギー補正方法として採用される可能性が高い。本研究では、平成10年度6月にATFのSバンドリニアック上流部において、2本のクライストロン出力を合成するために導波管構成を組み変え、その下流にビームエネルギー診断部を設置し実験を行った。

ビーム実験では、RFの位相変調する速度を変化させ、その時のマルチバンチビーム(20バンチ)のエネルギー分布をビーム位置モニターを使い測定した。そして、この測定と計算から求まる位相変調方式によるエネルギー補正の効果は、ほぼ一致する結果が得られた。本ビーム実験が、2本のクライストロンを合成して行った世界で最初の実際にマルチバンチビームを用いた、位相変調方式によるエネルギー補正の実証実験であった。
微小共振器のキラリティ制御による偏光量子もつれ光子対発生の研究

半導体ピラーを透明な絶縁膜を介して金属に埋め込んだ共振器において、高いQ値が発生するメカニズムを数値計算および解析的に調べた。共振器のQ値に関して数値シミュレーションを用いて評価し、共振器の特性を調べた。実際に金属埋め込み型半導体ピラー共振器を、電子線描画とドライエッチング技術を使って作製して、n型GaAsの不純物発光をプローブとしてそのQ値を評価した。共振器に卍型のカイラリティーを導入して、その共振器特性を探索した。初年度はまず、量子もつれ光子対を発生させるための金属埋込み型半導体ピラー共振器の作製とそのQ値(Q value)の評価を行った。数値シミュレーションを用いて、高いQ値が得られるような金属埋め込み型微小光共振器の設計を行い、電子線描画とドライエッチングを用いて微小光共振器を実際に作製した。共振器からの発光を測定し、その線幅からQ値の評価を行ったところ、通信波長帯にて11,000という金属埋め込み型共振器としては世界最高値となるQ値を得た。以上のような数値計算による手法に加え、本研究では、金属埋め込み型微小光共振器において、これまでに報告されていなかった高いQ値が得られる物理的な機構を明らかするために電磁場の波動方程式による解析を行った。円筒対称性を持つ系の波動方程式を式変形していくと、一次元のシュレディンガー方程式と等価な形に式変形できる事がこれまでに分かっている。これは、円筒対称性を有する系における電磁場の問題は、有効ポテンシャル中におかれた量子力学的粒子の運動と等価である事を意味する。この結果を金属埋め込み型微小光共振器に適用した結果、半導体ナノピラーと金属層の間の絶縁膜の膜厚が高Q値を得るための重要なパラメータであることが明らかとなった。絶縁膜が薄い場合、半導体ナノピラー中の光場は金属層との重なりが大きく、金属のジュール損失によってQ値が低下してしまう。一方、絶縁膜の厚さを厚くしても、半導体ナノピラーから光がトンネル効果によって漏れだし、Q値が低下してしまう事が分かった。すなわち、トンネル効果を起こさない程度に絶縁膜の厚さを厚くする事が高Q値を得る重要なパラメータであることが明らかとなった。この解析結果を共振器の設計にフィードバックしたところ、Q値を63万程度まで上げる事が可能であることが分かった。この結果は現在学術論文としてまとめている途中である。本年度は、金属埋込み型半導体微小光共振器のQ値を更に上昇させるための解析を進めた。解析においては、有限要素法を用いて数値計算を行った。まず、Q値を半導体のディスク共振器と自由空間との距離(共振器が金属に埋め込まれている深さ)の関数としてプロットしたところ、距離の増大に依存してQ値が指数関数的に増大し、ある一定の距離以上では飽和する特徴を持っていることが分かった。自由空間との結合の強さは共振器からの光取り出し効率に対応しているので、この埋め込み深さを制御することで光取り出し効率とQ値の両方を制御できることが分かった。また、昨年度に行った波動方程式を用いた解析を進めた結果、半導体共振器と金属との間に挿入する透明絶縁膜の誘電率が低い方がQ値の増大が見込めることが分かった。これは誘電率が低いとポテンシャルバリアが増大することに起因している。以上のような、共振器の埋め込み深さと透明絶縁膜の誘電率をQ値が増大するように最適化させたところ、Q値400万を得た。金属埋込み型半導体微小光共振器のQ値の特性を明らかにすることができたので、共振器にカイラル構造を導入してそのQ値と輻射場の特性の解析を進めた。これまでは半導体共振器の形状はディスク型であったが、卍型に変更した。卍型として左卍と右卍の構造を設計して、その共振器特性を数値計算で評価した。金属埋込み型卍構造半導体微小光共振器では、共振器のQ値としては最高で3000程度であった。ディスク型共振器と比較すると低い値ではあるが、金属を用いた共振器としては大きな値であることを確認した。また、輻射場に関してはディスク型共振器では右回りと左回りとでモードが縮退していたが、卍型共振器ではその縮退が解けてエネルギー的に分裂し、カイラリティーを持った輻射場を有することが分かった。右卍を左卍に変更すると、輻射場のカイラリティーが反転することも確認した。26年度が最終年度であるため、記入しない。量子もつれ光子対26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度では、数値シミュレーションに基づいた金属埋め込み型半導体ナノピラー共振器の作製に成功し、通信波長帯にて金属埋め込み型共振器としては世界最高値となるQ値11,000を達成した。

本研究の目標である量子もつれ光子対の発生には、高いQ値と高い光取り出し効率を有することが必須である。それらの要素の内、高いQ値を実証でき、初年度の目標としては達成できたと言える。また、これまでに我々の研究グループでは波長900 nm、Q値9000という値を得ていたが、20Kという低温下であった。本研究で得られた通信波長帯におけるQ値は室温で観測された。室温にて高Q値が観測された事は、金属埋込み型光共振器において、低温下で金属によるジュール損失が抑制されたのではなく、金属損失そのものが抑制できている事を示している。量子もつれ光子対への応用・実用を考えた場合、室温動作することは重要な要件であり、室温動作可能である事を示した意義は大きいと言える。本研究では、電磁場の波動方程式を解析することにより、高いQ値を得るための物理的な指針を得た。これまでは数値シミュレーションによって共振器の構造および材料パラメータを系統的に変換させる事によって高いQ値を有する金属埋込み型光共振器を設計してきた。本研究によって、高いQ値を得るための設計指針を得ることができ、今後の共振器の設計および作製が効率的に行えるようになり、次年度の課題である高い光取り出し効率を有する共振器の研究基盤が達成できたと言える。今後は、数値シミュレーションで得られた高いQ値63万程度を実際に観測する事を目指す。これまで行ってきたような共振器からの発光の線幅を評価する手法では、分光器の波長分解能による制限を受け、このような高いQ値を測定することはできない。この問題を解決するために、波長可変レーザーを掃引して共振器からの散乱を測定する光学系を構築する。この光学系では、分解能は波長可変レーザーの波長ステップによって決定され、本研究で観測を目指す63万という値を観測するに十分な分解能を有する。実際に量子ドットを共振器内に導入して、共振器効果によって増強された量子もつれ光子対の観測を行う。これまでに、量子ドットを含む半導体基板をドライエッチングした際に、量子ドットが光らなくなる事があり、ドライエッチングの強度に関しての最適化が必要になると思われ、その条件出しを行う予定である。また、量子もつれ光子対においては、その発光効率は取り出し効率の2乗に比例するために、共振器に高い光取り出し効率がある事が重要である。基本的に高いQ値と取り出し効率はトレードオフの関係にあるが、量子もつれ光子対を発生させるにあたり、最適なQ値と光取り出し効率の関係を明らかにする必要がある。最終的に共振器にキラリティーを導入して、キラリティーに依存した応答があることを確認する予定である。その際にキラル、アキラル、逆キラルの3種類のキラリティーを有する構造を作製し、比較・検討を行う。
血管内膜肥厚巣における細胞増殖制御シグナルの研究-臨床的血管障害に近似した再障害モデルによる検討

近年のインターベンション技術の進歩に伴い単にバルーン血管形成術が行われることは少なくなり、むしろステント留置などのより高度な治療が施行されることが増えてきた。従って、当初予定していたバルーン拡張術を念頭においた再障害モデルを用いて研究するより、ステント留置による再障害モデルを使用した方が実戦的と考え、まずステント留置による再障害モデル(ウサギ頚動脈を使用)を確立した。そしてこのモデルを用いた検討により、再狭窄巣での細胞増殖は炎症の機転と深く関連しているという所見が得られた。そのため炎症機転を司るシグナル伝達経路においてkeyコンポネントであると考えられているTRAF-6のdominant negative(DN)体をin vivo electroporation法で遺伝子導入することにより、再狭窄巣における細胞増殖制御シグナルのメカニズムを検討することとした。その結果、TRAF-6DNの遺伝子導入により、血管壁中膜細胞と内膜細胞の細胞増殖が有意に抑制されるとともに中膜細胞のアポトーシスが亢進することが明らかになった。また、血管壁中膜から内膜に向けての平滑筋細胞の遊走も有意に抑制された。そして細胞増殖を抑制するメカニズムとしては、TRAF-6の下流においてNF-kB活性による経路と、ERK-1/2の経路の二つが関与していることを示す所見が得られた。以上よりTRAFシグナルが内膜肥厚巣発生において重要な役割をはたしていることが明らかになったが、この結果は炎症機転と内膜肥厚発生との間の密接な関係を示唆すものであることに加え、ステント内再狭窄など内膜肥厚を原因とする病態の治療法開発において重要なヒントとなるものと思われる。今年度は(1)ラット頸動脈バルーン障害後の血管壁平滑筋細胞増殖におけるPhosphatidylinositol 3-kinase(PI3K)の役割についてProtein kinaseB(PKB)に注目して検討し、また(2)同様の内容についてProtein kinase C(PKC)活性の役割についても検討した。PKBはPI3Kを含むシグナルカスケードの下流にあるとされている。そのためPKBのリン酸化を観察することによってPI3Kの活性化を間接的に検知することができた。まず我々は抗リン酸化PKB抗体を用いたwestern blot法をもちいて、ラット頚動脈バルーン障害後の動脈壁におけるPKBリン酸化のタイムコースを調べてみた。PKBのリン酸化はバルーン障害直後に亢進し、その後数時間でピークをむかえ6時間以降は次第に低下し、障害後7日目で完全にもとのレベルに戻っていた。即ち、バルーン障害後に発生する内膜肥厚巣における細胞増殖が活発化する時期(4日から14日目)におけるPKBのリン酸化は促進されていないことが明らかになった。実際、障害直後にPI3Kの阻害剤であるWortmaninを経静脈的に投与した場合、中膜細胞の増殖は有意に抑制できたが、7日目以降に投与しても内膜細胞の増殖は抑制できなかった。(裏面発表論文参照)一方、PKCに関してはその阻害剤であるCalphostinとGF109203Xを、バルーン障害後のラット頸動脈に投与する実験を施行した。二剤とも障害後2日目にピークをむかえる中膜細胞増殖を有意に抑制し、PKCの活性化は中膜平滑筋細胞の増殖に重要な役割を演じている可能性が示唆された。また血管壁のERK活性を抗リン酸化ERK抗体を用いたwestern blot法で解析したところ、両薬剤ともバルーン障害後の中膜におけるERK活性を抑制することが明らかになった。本研究は血管内膜肥厚巣における細胞増殖シグナルを、ラット再障害モデルを用いて研究することが目的であった。しかし、このモデルにおける障害は単純なバルーン拡張術に近似したものであり、血管内ステントやその他のインターベンション技法が頻用されるようになってきた現状を鑑みるとやや時代に逆行した研究となっていることが否めない。

そのため我々は血管内ステントをこの再障害モデルにあてはめて新しい動物実験モデルを確立し、そこにおいて細胞増殖シグナルの研究を継続することにした。ステントを留置するため動物種はラットからラビットへ変更したが、基本的な実験操作は再障害モデルをそのまま踏襲した。ラビットの外頸動脈の枝から2FのFogartyカテーテルを総頸動脈内に挿入しバルーン障害を施行し、その28日後、肥厚内膜が形成されたところで外頸動脈から径3mmの冠動脈用のPalmazステントを留置した。ステント留置後、経時的にBrdUをもちいて細胞増殖の変化を観察したところ、留置後2日目を最高とする細胞増殖の増加を認めた。この細胞増殖の増加は留置後14日まで対照と比較して有意なものであり、単純なバルーン拡張より遷延することがわかった。この新しいモデルではステントがまさに内膜肥厚巣にあるため、さまざまな薬物(シグナル伝達の特異的阻害薬など)をステントにコーティングすることによって局所にデリバリーしてシグナル経路の検討をすすめている。薬物に関しては当初の予定どおり、PI3Kの阻害薬であるWortomanin、p70S6Kの阻害薬であるRapamycin、PKC阻害薬のCalphostin, GF10920Xを計画している。特にRapamycinをコーティングしたステントは企業に交渉することによって提供が受けられる見通しがついている。昨年度の研究で開発した血管内ステント留置モデルによる検討では、内膜細胞の細胞分裂と炎症機転との関連性を示唆する所見が得られた。従って、本年度は炎症を司るシグナル伝達において重要な役割を果たすと考えられているTRAFと内膜細胞の増殖メカニズムとの関連について検討した。ステント留置モデルでの実験の前段階としてラビット頚動脈を用いたバルーン障害モデルで実験を施行した。まず頚動脈内腔にTRAF-2,5,6のdominant negative (DN)を組み込んだ発現プラスミドベクターを充填しインキュベーションの後、既に確立したin vivo electroporation法を用いて動脈壁に遺伝子導入した。その2日後、TRAFのDNが細胞内で作られていることを確認の後、2F Fogartyカテーテルで障害を加えた。障害後2日目に標本を採取してBrdU取り込み率を用いて中膜平滑筋細胞の増殖を検索した所、TRAF-DN導入群では対照群と比べ有意に取り込みが減少していることが明らかになった。また障害後14日後の組織切片上での内膜層の面積を測定したところ、TRAFのDN導入群での有意な抑制が認められた。次の実験として、まず頚動脈にバルーン障害を加えて1週間経過させて予め内膜肥厚を誘導した後にTRAF-DNを遺伝子導入した。同様に2日後に標本を採取して内膜細胞の増殖をBrdUで調べたところ、やはりTRAF-DN導入群でのBrdU取り込み率の低下が観察できた。以上の所見よりTRAFを含む炎症に関わるシグナル伝達経路は、動脈内膜及び中膜細胞の細胞分裂機転を制御しており、内膜肥厚巣形成に深く関わっている可能性が示唆された。
日本における書籍再販制度と返品制度の理論研究と書籍電子化の影響

本研究の研究実績に関しては主に以下の三点に要約できる。第一に、再販売価格維持行為の前提となるプライシング理論に関して、既存の支配的理論の問題点を明らかにしたうえで、それを改善する新たなモデルを提示した点にある。この「問題点」とは主に二点、すなわち第一にプライシングの分類、及び第二にプライシング・プロセスである。これらは、これまで再販売維持行為との関連が指摘されることはなかったが、理論的には、どのようなプロセスを経由して価格付けされたものかは再販売価格維持行為の前提条件を変え得る要素である。本研究では、こうした議論の理論的前提を整備・提供する役割を果たしている。第二に、プライシング(理論)に付随する価格変更の理論的枠組みの構築を行った。これは、本来は再販売価格維持行為と対をなす(なぜならば、価格を維持しないことは、すなわち価格を変更することと同義であるからである)概念であるが、これまで、価格維持との関連は元より、それ自体の研究及び理論化・定式化が十分でないトピックであった。このテーマに関して本研究は「包括的価格変更理論」を提案・定式化することによって価格変更の様々なタイプと企業に価格変更の前提条件の整理を行った。第三に、引き続き再販売価格維持行為自体の学説研究を進めることで、現在の理論の基礎を成している基本原理(垂直的外部性及び水平的外部性)の妥当性を吟味し、現今の再販売価格維持行為理論が必ずしも現象として未だ見られる価格維持行為に十分に対応していないことを確認した。こうした理論的停滞を脱却するには、先に述べたように、そもそも維持されるべき価格がどのようなプロセスで決定され、なおかつ価格変更を免れたのか、という理論的洞察が不可欠である。これらの視座はこれまでのプライシング研究で全く言及されてこなかったものであり、本研究を通じて、その新たなスタートラインが明確に構築された。昨年度は、主に二つの方向性で研究を進めた。第一に、本研究テーマの理論的バックボーンを形成する目的でプライシングモデル全般に関する日判定再検討を行った。その成果は、岩本明憲、「プライシングの分類枠組みに関する批判的考察」(単著)、『關西大學商學論集』、第61巻、第1号、2016年6月、pp.1-23にまとめられ、2016年12月10日に近畿大学で開催された第58回マーケティング史研究会秋季例会での発表を通じてさらに洗練化された。この研究は、再販売価格維持理論においてしばしば批判的材料として議論される小売段階での価格調整の経済的合理性を検討するうえで重要な知見を与えるものであった。第二に、インターネット時代におけるメディア広告戦略、コンテンツマーケティングの新たな理論的枠組みを構築するための理論研究を行った。その成果の一部は、2016年10月16日に早稲田大学で開催された日本マーケティング学会、マーケティングカンファレンス「マーケティングは科学か感性か?」(マーケティングと新市場創造研究会)において「オムニチャネル時代のNew AIDAモデル」(単著)として、そして2016年10月21日に北京大学で開催された2016 International Conference of Asian Marketing Associations in Beijing Universityにおいて"New AIDA Model in the Ara of Omni Channel"として報告された。この研究内容は現在も継続して追跡中であり、電子書籍を含むデジタルコンテンツのプロモーション戦略の理論的枠組みの構築により、再販売価格維持行為とオンライン広告との関係を明らかにする途上である。研究課題は概ね順調に進展しているが、現在取り組んでいるプロモーション理論の構築に際して必要な資料が国内に所蔵がなく、米国に集中しているため、資料収集が想定外に進まなかったことが懸念材料として挙げられる。国内であらゆる手段を通じて取得できなかった資料については、今年度中に米国出張を行うことで、まとめて取得する予定であり、現在の問題は解決すると考えている。その他の研究スケジュールは概ね順調である。今年の秋には、我が国における再販売価格維持行為に関する数理モデルの再検討に関する学説研究を行う予定であり、そのための準備も順調に進んでいる。平成29年度は主に価格維持戦略に関連したプロモーション戦略に関して近年のオムニチャネル化(より具体的にはオンラインtoオフライン及びオフラインtoオンラインの消費者行動)を踏まえた新たなモデルの構築を実施した。それはコミュニケーション・ポートフォリオ・マネジメント(CPM)に結実した。このモデルは、既存の広告効果モデル(AIDAモデル)に関する学説史研究及び、Marshall (1919)を端緒とする広告分類理論という伝統的プロモーション理論によって支えられ、オンラインとオフラインを盛んに往来する消費者行動及びそれを踏まえた企業のコミュニケーション戦略を説明する上で極めて有用な理論的枠組みであると考えられる。これまでの「情報提供型(informative)」及び「説得型(persuasive)」が主流のプロモーション戦略を前提とした場合に有効な低価格戦略が、Bagwell (2001)で提唱された「補完型(complementary)」コミュニケーション戦略を新たに想定した場合には高価格戦略が有効である可能性を示唆している。こうした研究成果は「オムニチャネル時代のNew AIDAモデルとその理論的展開:コミュニケーション・ポートフォリオ・マネジメント」(日本マーケティング学会アニュアル・カンファレンス・プロシーディングングス第6巻pp.362-374、10月)にまとめられ、平成29年10月22日の日本マーケティング学会において発表された。

また、この枠組みを使用し実際の企業のプロモーション/コミュニケーション戦略を分析(CPM分析)したケーススタディ研究が2018年4月にタイ王国バンコクで実施のICAMA(International Conference of Asian Marketing Association)の口頭研究発表テーマとして採択された。近年、電子書籍業界に限らずあらゆる業界においてオムニチャネル化(オンラインとオフラインの融合)が進展し、それに伴いマーケティング戦略(より具体的にはプライシング戦略、チャネル(の構築・維持)戦略、プロモーション/コミュニケーション戦略)は極めて多様化している。価格維持戦略を考察する場合、こうした各要素に影響を及ぼすデジタル化の効果をモデルに採り入れることが不可避であり、価格戦略に関連した新たなプロモーション/コミュニケーション・モデルが存在しない状況において、理論史的・学説史背景及びアプローチを踏まえた新たなモデル(コミュニケーション・ポートフォリオ・マネジメント)の構築に多くの時間を要したことは否定しようもない。とはいえ、前年度のプライシングに関連する静学的及び動学的なモデル構築を済ませ、更に、今年度においてオムニチャネル時代における新たなコミュニケーション戦略の枠組みを構築したことは、研究計画策定当初には完全には想定・確信が難しかった大きな研究成果であったとも言える。また当初は想定していなかったICAMAでの研究報告も可能となり、研究成果を広く国内外に発信できたことは想定外の成果であったと言える。本研究の研究実績に関しては主に以下の三点に要約できる。第一に、再販売価格維持行為の前提となるプライシング理論に関して、既存の支配的理論の問題点を明らかにしたうえで、それを改善する新たなモデルを提示した点にある。この「問題点」とは主に二点、すなわち第一にプライシングの分類、及び第二にプライシング・プロセスである。これらは、これまで再販売維持行為との関連が指摘されることはなかったが、理論的には、どのようなプロセスを経由して価格付けされたものかは再販売価格維持行為の前提条件を変え得る要素である。本研究では、こうした議論の理論的前提を整備・提供する役割を果たしている。第二に、プライシング(理論)に付随する価格変更の理論的枠組みの構築を行った。これは、本来は再販売価格維持行為と対をなす(なぜならば、価格を維持しないことは、すなわち価格を変更することと同義であるからである)概念であるが、これまで、価格維持との関連は元より、それ自体の研究及び理論化・定式化が十分でないトピックであった。このテーマに関して本研究は「包括的価格変更理論」を提案・定式化することによって価格変更の様々なタイプと企業に価格変更の前提条件の整理を行った。第三に、引き続き再販売価格維持行為自体の学説研究を進めることで、現在の理論の基礎を成している基本原理(垂直的外部性及び水平的外部性)の妥当性を吟味し、現今の再販売価格維持行為理論が必ずしも現象として未だ見られる価格維持行為に十分に対応していないことを確認した。
物理学的・生理学的実験手法を融合した植物個体の力学刺激応答メカニズムの解明

植物の外力に対する応答は、植物生理学の重要かつ興味深いテーマであり、重力屈性や木本における「当て材」の形成はそのよい例である。しかしながら、植物細胞にコントロールされた力学刺激を加えながら細胞応答を観察するような研究はまだ少ない。本研究では、高精度Z軸ステージを用いた実験系を開発し、シロイナズナ芽生えの表皮細胞において、圧迫により可逆的に細胞質の流動性が低下することを示した。また、外液の浸透圧を変化させる実験を行い、この応答が細胞壁や細胞膜にかかる応力の変化によって生じるのではなく、細胞の変形に対する応答であることを見出した。これは新奇の細胞応答であり、今後の研究の進展が期待される。植物が外力に応答することは古くより知られるが、定義された力を加えた細胞を直接観察することは困難であった。本研究では、我々が開発した細胞圧迫装置を用いて、生理学的手法に物理学的手法を組み合わせることで、植物細胞が継続的に与えられた中程度の外力に応答する原理の解明をめざす。1)細胞圧迫実験系の確立:我々は、簡単な細胞圧迫装置を開発し、表皮細胞の表面が平らになるまで細胞を圧迫すると細胞質タンパク質の流動性が著しく低下することを見出した。本研究では、この装置にマイクロ圧力センサーを組み合わせて圧力を読み取る計画であったが、現状の装置では装置自体にたわみが生じるため、安定した圧力の読み取りが困難であることが分かった。そこで方針を転換し、細胞の一点に力をかけ、そこで生じた変形から力を推定することとし、この実現に向け、マイクロビーズを張り付けたガラス基板による細胞圧迫法の開発を進めた。2)細胞圧迫応答の植物生理学的解析:我々が見出した細胞質タンパク質の流動性低下について、FRAP解析によって見かけの拡散速度(原形質流動を含む)を測定したところ、圧迫により流動速度が数分の1に低下することが確認された。また、当初の計画には無かったが、研究対象とするタンパク質を光受容体であるフィトクロムに広げ、その流動性と光吸収型の関係について解析を開始した。Yellow Chameleonを指示タンパク質として利用したカルシウム応答についても観察を行ったが、力学的刺激に対するカルシウム応答は検出できなかった。3)計算機シミュレーションを利用した外力応答の解析:まず、圧迫による細胞の変形に注目し、それが圧迫に応じてどのように変形するかを、共焦点顕微鏡によるZ-軸スキャンを詳細に行い、多数の細胞について圧迫前後の形状を計測した。今後は、このデータをもとにモデル化の手法を検討する計画である。まず細胞圧迫実験系については、我々が開発したような簡易装置では、どうしても10 μmオーダーの歪がおこり、この装置を通じて定義した力をかけることは非常に困難であることが判明した。また、圧迫装置自体を作り直してこの問題を解決するには、本予算では困難であった。そこで、方針を転換し、細胞に局所的に力を加え、変形の様子を詳しく測定するとともに、シミュレーションによる解析も組み合わせ、力を間接的に推定する方法に切り替えることとした。FRAP解析については、既存の技術を利用することにより測定に成功した。今後は、様々な条件(部分圧迫を含む)でFRAP法による流動性解析を進める予定である。計算機シミュレーションのついては、細胞変形が共焦点顕微鏡で詳細に観察できることが確認され、実際、我々の装置によって細胞列によって異なるパターンの変形が生じていることが明らかにされた。今後は、さらなるデータ収集に努めるとともに、この結果を理解するための計算機シミュレーションを行う計画である。1)細胞圧迫実験系の確立:本年度は、我々が開発した細胞圧迫装置を用いて、圧迫の前後の細胞形状を、共焦点レーザー顕微鏡で連続光学切片観察を行うことにより詳しく調べ、組織内での細胞の位置や圧迫前の細胞形状と、圧迫後の変形の仕方の関係や、タンパク質流動性低下との関係を明らかにした。さらに、フェムト秒レーザー刺激によって細胞に局所的な傷をつけることで細胞質の状態が局所的に変化することを見出した。2)細胞圧迫応答の植物生理学的解析:細胞を圧迫された状況が長らく続いた場合に細胞にどのような変化が起こるかを観察した。その結果、細胞質タンパク質の流動性が数時間後には回復する例が多いことがわかり、刺激に対する応答は一過的であることが示唆された。また、圧迫に対する応答に、植物が傷害を受けた時に出るとされる植物ホルモンであるジャスモン酸応答の有無を、マーカータンパク質の挙動を観察することによって行ったが、圧迫しない対照試料でもジャスモン酸応答が観察され、圧迫に対する応答があるかどうかは不明であった。3)計算機シミュレーションを利用した外力応答の解析:昨年に引き続き、共焦点顕微鏡によるZ-軸スキャンを詳細に行い、多数の細胞について圧迫前後の形状を計測した。また、観察の結果、胚軸の表皮の細胞列の違いによって圧迫前後の形状が異なることが分かった。この結果により、このような細胞列による変形応答の違いをモデル化することが有効であることが示唆された。1)細胞圧迫実験系の確立昨年度の実験結果から、本研究の予算で外から加えている圧力を必要とされる精度で測定することは困難なことが判明した。そこで、本年度は方針を転換し、細胞に局所的に力を加え、変形の様子を詳しく測定することを実施した。