hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細菌べん毛モーターのトルク発生部位ラべリングによる動態解析

バクテリアべん毛モーターは,大きさが約50nmの回転ナノマシンである.この回転モーターは高速回転や回転方向制御など人工ナノマシンへの知見が詰まっている.我々は,この小さなモーターの回転機構を調べるために,モーターが回転力を発生している部位を観察することを目指した.その結果,回転機能を保持したままモーターを蛍光色素で標識することに成功した.バクテリアべん毛モーターは,大きさが約50nmの回転ナノマシンである.この回転モーターは高速回転や回転方向制御など人工ナノマシンへの知見が詰まっている.我々は,この小さなモーターの回転機構を調べるために,モーターが回転力を発生している部位を観察することを目指した.その結果,回転機能を保持したままモーターを蛍光色素で標識することに成功した.バクテリアべん毛モーターは,運動器官であるフィラメントを回転させる回転子とイオンチャネルとして機能する固定子から構成される超分子回転ナノマシンである.モーター本体はバクテリアの細胞膜に埋まっており,共役イオンが固定子の中を流れる際に得られるエネルギーを変換することで回転トルクを発生する.モーターの回転は,細胞外構造物体であるフィラメントなどにマーカーを結合させて1分子計測技術により精緻に解析され,その力学特性が明らかになりつつある.本研究では,細胞外構造物を介した間接的な計測方法ではなく,モーター本体に直接的にラベリングし,その回転を検出する手法の開発を目的としている.細胞外構造物はタンパク質が重合したものであるので,構造自体の弾性が回転計測の結果に影響を与えていることが否定できない.直接的なラベリングでは,その懸念は大きく減少させることができ,ナノマシンの回転メカニズム解明に大きく近づくことが期待できる.本年度は,以下の2点について研究を行った.1.細胞内ラベリング手法の開発通常,細胞内で分子をラベリングする際は,GFP(緑色蛍光タンパク質)が多く用いられる.すでにGFPと融合させたモータータンパク質が機能を保持していることが知られている.この系と並行して,より安定なRhodamineなどの蛍光色素で染色するために,Halo-tagやテトラシステインタグのモーターへの導入を試みている.2.蛍光1分子の動きを観察する顕微鏡の開発1分子レベルの蛍光色素の動きを観察するために,対物レンズ型全反射照明システムの蛍光顕微鏡への導入を現在行っている.また,微細な動きを安定に計測するためのステージシステムは導入が完了した.バクテリアべん毛モーターは,運動器官であるフィラメントを回転させる超分子回転ナノマシンである.回転トルクを発生するモーター本体は細胞膜に埋まっており,従来の研究では,細胞外構造物であるフィラメントやフックにマーカーを付けるなどして,モーター回転の観察がおこなわれてきた.本研究では,細胞外構造物を介した間接的な計測方法ではなく,モーター本体に直接的にラベリングし,その回転を蛍光観察によって検出する手法の開発を目的としている.本年度は,以下の2点について研究を行った.1.細胞内ラベリング手法の開発・評価べん毛モーターの細胞質側を構成するタンパク質を蛍光ラベルする手法の開発をおこなった,特に,蛍光タンパク質(GFPなど)よりも安定に蛍光を発するRhodamineなどの蛍光色素を用いて染色する系の構築を目指した-本研究では,Halo-tagとモータータンパク質の融合体を構築し,この融合タンパク質が大腸菌内においてトルク発生機能を保持していることを確認した.また,細胞外からRhodamineリガンドを導入して,Halo-tagを介してモータータンパク質が蛍光標識されることを確認した.モーター回転計測と蛍光観察を実現できたのだが,光照射による細胞へのダメージが大きいため,蛍光観察可能な時間が非常に短いことが課題であることも明らかとなった.2.蛍光1分子の動きを観察する顕微鏡の開発蛍光分子の動きを追跡する顕微鏡の構築を昨年度に引き続いておこなった.特にレーザー照明による干渉模様を,ミラーを回転駆動することで解消する手法を導入し,その効果を確認することができた.
乳歯象牙質の特性を考慮した接着性レジンシステムの開発

永久歯と比較し、乳歯象牙質の物性は低く、化学的に反応しやすいとみなされている。そこで、マイルドな脱灰能を有し、齲蝕象牙質第2層に十分浸透し、操作性が簡便な乳歯の齲蝕処置に適したレジンシステムを開発する事を目的に研究を行った。研究内容と結果:§試験1:nano-indentation testにより、接着界面周囲の超微小硬さ(H)と弾性率<ヤング率>(Y)を測定した。(1).接着界面より10-70mm下方の象牙質と比較し、接着界面部象牙質のHとYが有意な低下を示さなかったのは、AQBP応用時の齲蝕下象牙質群のみであった。(2).健全象牙質群では、両レジン材ともに接着界面のHが接着界面より10-70mm下方の象牙質よりも有意に低下した。(3).両レジン材ともに健全象牙質と比較すると、Hは約1/2、Yは約1/3の値であった。(4).hybrid層の厚さは、両レジン材ともに1mm以下の部位が多かった。(5).健全象牙質群では両レジン材ともに、接着界面に添ってsilver nanoleakageが観察された。(6).齲蝕下象牙質群では、両レジン材ともに、象牙細管第2層のporousな組織内に銀粒子が侵入していた。両レジン材ともに、健全象牙質の接着界面とporousな齲蝕象牙質第2層中にsilver nanoleakageが観察され、修復物の予後に不利に働くと思われる。ワンステップ型接着性レジン材については、使用方法や成分にさらなる改善が望まれる。そこで、マイルドな脱灰能を有し、齲蝕象牙質第2層に十分浸透し、操作性が簡便な乳歯の齲蝕処置に適した試作レジンシステムを開発する事を目的に研究を開始した。平成18年度に実施した研究内容と結果:§試作レジンの開発:新しいレジン材を開発中である。§試験1:既存の接着性レジンであるAQ Bond Plus(サンメディカル社)を健全ならびに齲蝕下乳歯象牙質に応用し、試料を作製した。(1)健全象牙質の接着界面のHとYは、接着界面より下方ゐ象牙質のHとYよりも有意に低かった。(2)齲蝕象牙質(齲蝕象牙質第2層)の接着界面のHとY及び接着界面より下方の象牙質のHとYの間には、有意差がみられなかった。(3)齲蝕歯、健全歯ともにhybrid層の厚みは約1μmであった。(4)健全歯では、接着界面に著明なsilver nanoleakageが観察されたが、齲蝕歯の接着界面におけるsilver nanoleakageはごくわずかであった。(5)EDXにより接着界面を分析中である。§試験2:健全乳歯象牙質と健全永久歯象牙質にAQ Bond Plusを応用し、微小引張り接着強さを測定すると共に破断面をFE-SEMで観察した。(1)微小引張り接着強さは、乳歯と永久歯間で有意差がなかった。(2)破壊形態は、乳歯も永久歯もすべての試料が界面破壊であった。平成19年度の研究計画:健全乳歯象牙質接着界面部における物性の低下とnanoleakageを防止できる新しいレジン材を開発すると共に、AQ Bond Plusの欠点を補うとされている新規レジン材を使用して研究を続行する。

永久歯と比較し、乳歯象身質の物性は低く、化学的に反応しやすいとみなされている。そこで、マイルドな脱灰能を有し、齲蝕象牙質第2層に十分浸透し、操作性が簡便な乳歯の齲蝕処置に適したレジンシステムを開発する事を目的に研究を行った。平成19年度に実施した研究内容と結果: 4-META系ワンステップセルフエッチ接着性レジンであるサンメディカル社製の既存のAQ Bond Plus(AQBP)と新規開発したHybrid Bond(HB)を健全並びに齲蝕下乳歯象牙質に応用し、試料を作成した。(1).接着界面より10-70μm下方の象牙質と比較し、接着界面部象牙質の硬さと弾性率が有意な低下を示さなかったのは、AQBP応用時の齲蝕下象牙質群のみであった。(2).健全象牙質群では、両レジン材ともに接着界面の硬さが接着界面より10-70μm下方の象牙質よりも看意に低下した。(3).両レジン材ともに健全象牙質と比較すると、硬さは約1/2、弾性率は約1/3の値であった。(4).hybrid層の厚さは、両レジン材ともに1μm以下の部位が多かった。(6).齲蝕下象牙質群では、両レジン材ともに、象牙細管の多くがミネラルで閉鎖されており、hybrid層内へのSilver nanoleakageを防止していた。しかし、齲蝕象牙質第2層のporousな組織内に銀粒子が侵入していた。両レジン材ともに、健全象牙質の接着界面とporousな齲蝕象牙質第2層中にsilver nanoleakageが観察され、修復物の予後に不利に働くと思われる。ワンスデップ型接着性レジン材については、使用方法や成分にさらなる改善が望まれる。ワンスデップ型棲着性レジン材については、使用方法や成分にさらなる改善が望まれる。
「モデル」の変容―ブルゴーニュ公の祈祷者像と初期フランドル絵画―

本研究は、ブルゴーニュ公の祈祷者像が初期フランドル絵画の祈祷者像の「モデル」として担った役割を、自己称揚と均衡の観点から検討した。作例のリスト化、および図像・機能の分析からは、(1)フィリップ善良公の祈祷者像では公の権威が強調されるのに対して、後継者シャルル突進公の祈祷者像では均衡の表現も重視されていたこと、(2)初期フランドル絵画の祈祷者像表現にも、自己称揚から均衡へと至る変容が見られること、(3)とくに15世紀後半の初期フランドル絵画の祈祷者像がブルゴーニュ公の祈祷者像表現を取り入れていることが明らかになった。本研究は、初期フランドル絵画の祈祷者像の「モデル」としてブルゴーニュ公の祈祷者像が担った役割を、自己称揚と均衡の観点から明らかにすることを目的としている。本年度は、基礎作業として(1)四代目ブルゴーニュ公シャルル突進公の祈祷者像を表わした美術作品のリスト・アップと図像分析、(2)シャルル突進公が理想とした支配者像、(3)ブルゴーニュ公の祈祷者像と初期フランドル絵画の祈祷者像の通時的な比較分析、という3点についての調査・研究を行った。(1)については、まず、写本挿絵などに表わされたシャルル突進公の祈祷者像をリスト・アップしたうえで、図像分析を開始した。その結果、祈祷者シャルルには祈祷対象と均衡をはかるような伝統的で控えめな表現が認められた。他方で、シャルルのまとう衣服は、先代のブルゴーニュ公フィリップ善良公が描かせたような黒色の衣服と比べると多様であり、装飾も多いことが明らかになった。(2)については、ヴィエランなどの当時の年代記作者の報告、およびシャルル突進公が所蔵した書物や美術作品の題材の検討から、シャルルが歴史上の支配者を自身の「モデル」としていたことを確認した。さらに、シャルルの所蔵したタペストリーが、1468年のシャルルの結婚の祝宴において担った機能を調査し、美術史学会で報告を行った。報告の際に示唆を受けた「モデル」に関する重要な視点は、年度末に発表した論文において検討した。(3)については、とくに15世紀中頃後半にかけて制作されたフィリップ善良公とシャルル突進公の祈祷者像が、初期フランドル絵画の表現に大きく影響したことを確認した。ブルゴーニュ公の祈祷者像と初期フランドル絵画の祈祷者像の比較分析をおさめた単著(『聖母子への祈り』)を出版できたことも、本年度の研究の大きな成果である。本年度は、前年度に行った作業を踏まえ、1.四代目ブルゴーニュ公シャルル突進公の祈祷者像リストの補完作業、2.シャルル突進公の祈祷者像の具体的な図像分析、3.シャルル突進公の祈祷者像と三代目ブルゴーニュ公フィリップ善良公の祈祷者像の比較分析、という三点についての調査・研究を行った。1.については、シャルル突進公の祈祷者像のみならず、奉献像・擬装肖像・献呈図像など、祈祷者像に類似する参考作例を含めたリストを作成した。とくに、シャルルの容貌で表わされた聖人ゲオルギウスやアンドレの描写は、本研究にとって重要なものであることを示した。さらに、シャルル突進公の実際の外観や性格を確認するために、15世紀当時の年代記作者たちによるシャルル評を確認・整理した。2.については、シャルルの姿が、作品ごとに異なる華やかな衣服を身につけている点に、自己称揚の要素を見いだした。これはシャルルの装いが「とても仰々しい」と記した15世紀当時の評価と一致するものである。他方で、構図分析からは、祈祷者を目立たせない控えめな表現も見いだした。3.については、肖像も含めて比較分析を行った。その結果、フィリップ善良公の肖像・祈祷者像には、構図に占める位置や天幕・紋章などのモティーフ、そして登場回数などに自己称揚の要素が顕著に認められた。それに対して、シャルル突進公の祈祷者像は、フィリップの自己称揚の表現を踏まえつつも、祈祷対象に従属するという祈祷者像本来の役割を考慮し祈祷対象と均衡をはかるような表現がうかがえた。同時に、シャルルの自己称揚の意図が、服飾と二重肖像にあらわれていることを見いだした。以上の研究成果は、共著書・雑誌論文等で公表した。本年度は、ブルゴーニュ公シャルル突進公の祈祷者像分析を中心に実施した。とくに、先代のフィリップ善良公との比較を通して、シャルル突進公の祈祷者像において均衡の表現がより重視されたという点を明らかにしようと試みた。まず、前年度に作成したシャルル突進公の祈祷者像リストを補完する作業を行った。その結果、祈祷者像に類似する参考作例を加えることができ、充実したリストとなった。また、15世紀当時のシャルル評を確認・整理し、シャルル突進公の自己称揚と均衡の意識を分析する際の基盤とすることができた。つぎに、シャルル突進公の祈祷者像の図像分析を、フィリップ善良公の祈祷者像と比較しつつ行うことができた。その結果、当初の予測どおり、フィリップ善良公の祈祷者像には自己称揚の要素が、シャルル突進公の祈祷者像には均衡の要素が強く認められることを確認できた。

同時に、シャルル突進公の描写には、均衡をはかる表現ばかりでなく、とくに服飾と二重肖像の表現に独自の自己称揚があらわれていることも見いだした。この発見は、本研究の視点を深めることとなった大きな成果である。以上に挙げた本年度の研究内容は、本務校の紀要や報告書等、複数の論考で検討し、公表した。また、初期フランドル絵画の「モデル」としてブルゴーニュ公の祈祷者像が担った役割を明らかにするという本研究の最終目的は、昨年度から部分的に前倒して進めている。その成果をおさめた拙著(『聖母子への祈り』国書刊行会、2015年)は、花王芸術・科学財団の「平成27年度第10回美術に関する研究奨励賞」を受賞した。以上のように、本研究は当初の計画以上に進捗している。本研究は、初期フランドル絵画の祈祷者像の「モデル」として、ブルゴーニュ公の祈祷者像が担った役割を、自己称揚と均衡の観点から明らかにすることを目的としている。最終年度は、これまでの調査成果を発表しつつ、1)ブルゴーニュ公の祈祷者像と初期フランドル絵画との比較検討、および、2)ブルゴーニュ公の美術作品の利用とフランドル地域への影響をめぐる考察を行った。1)については、祈祷者像の通時的な比較を行った。それにより、ブルゴーニュ公フィリップ善良公から後継者シャルル突進公へと至る祈祷者像が、祈祷対象との均衡をはかりながら変容していくという過程が、15世紀後半のハンス・メムリンクの作品などにおいて多様に展開する初期フランドル絵画の祈祷者像の方向性と対応していることを確認した。2)については、《カエサルのタペストリー》(ベルン歴史博物館)の図像と機能を検討し、古代の英雄カエサルをシャルル突進公と重ねる表象が、フランドル地域に留まらず、ヨーロッパ全体に影響を及ぼした可能性があることを指摘した。この研究成果は学会誌『西洋中世研究』に論文として公表した。1)についても部分的に図書・雑誌に公表したが、今後さらに学会発表・学会誌論文として発信していく計画である。研究期間全体を通しては、(1)フィリップ善良公の祈祷者像では公の権威が強調されるのに対して、シャルル突進公の祈祷者像では均衡の表現も重視されていたこと、(2)初期フランドル絵画の祈祷者像表現にも、自己称揚から均衡へと至る変容が見られること、(3)とくに15世紀後半の初期フランドル絵画の祈祷者像にブルゴーニュ公の祈祷者像表現が取り入れられていることが明らかになった。以上の成果により、本研究は、中世末期のヨーロッパの支配者が、美術の図像表現と機能に大きな影響を及ぼした一例と位置づけることができる。本研究は、ブルゴーニュ公の祈祷者像が初期フランドル絵画の祈祷者像の「モデル」として担った役割を、自己称揚と均衡の観点から検討した。作例のリスト化、および図像・機能の分析からは、(1)フィリップ善良公の祈祷者像では公の権威が強調されるのに対して、後継者シャルル突進公の祈祷者像では均衡の表現も重視されていたこと、(2)初期フランドル絵画の祈祷者像表現にも、自己称揚から均衡へと至る変容が見られること、(3)とくに15世紀後半の初期フランドル絵画の祈祷者像がブルゴーニュ公の祈祷者像表現を取り入れていることが明らかになった。本研究は、初期フランドル絵画の祈祷者像の「モデル」としてブルゴーニュ公の祈祷者像が担った役割を、自己称揚と均衡の観点から明らかにすることを目的としている。
Ti,V酸化物における軌道自由度付フラストレーション系の物質開発と物性

A2V13022におけるスピンシングレット三量体形成:A2V13022(A=Ba,Sr)は、Vが規則的に欠損した擬V三角格子が3層、fcc格子的に積層した構造をとる。Ti酸化物で同様の構造をとる物質は知られていたが、この物質は本研究で初めて合成されたものである。この物質の電気抵抗と帯磁率を測定した結果、Ba2V13022では290Kで、SrV13022では380Kで、それぞれ電気抵抗は上昇し、帯磁率は現象するという異常が観測されることが分かった。さらに、放射光x線粉末回折実験を行った結果、この温度以下でVが三量体を形成する構造相転移が起こることが分かった。この構造相転移において、13個のVが4つの三量体と1つの孤立Vイオンに分離する。さらに帯磁率の振る舞いとNMR測定の結果から、この三量体はスピンシングレット状態であり、孤立VイオンはS=1/2のスピンを持つことが明らかとなった。BaV10015の三量体構造相転移とSrV10015のスピンフラストレーション:AV10015(A=Ba,Sr)は、Vが規則的に欠損した擬V三角格子が2層積層した構造をとる。この物質の単結晶を初めて作製し、BaV10015は130Kの構造相転移で電気抵抗が3桁跳ぶこと、また光学伝導度スペクトルに0.2eV程度のギャップが開くこと、37K以下では、a軸方向にスピンの向く反強磁性を見出してきた。本年は、SrV10015の測定をした結果、電気抵抗は異常がなくvariable range hoppingの振る舞いを示すこと、光学スペクトルにはギャップは開かず、温度低下とともに連続的にウェイトが減少する振る舞いを示すこと、また低温には磁気転移に対応する比熱の異常は見られないが、NMRの1/T1に長距離秩序を示唆する異常が30K付近に見られることを明らかにした。magnetoplumbite構造V酸化物の軌道自由度とスピンフラストレーションmagnetoplumbite構造をとるSrCrxGa12-x019は、Cr3+(3d3)のカゴメ格子を持つ幾何学的スピンフラストレーションの系として知られているが、このCr3+をV3+(3d2)で置き換えたSrVxGa12-x019の合成に世界で初めて成功した。この系は3重縮退したt2g軌道に軌道自由度があり、それがスピンフラストレーションにどのように影響を与えているかに興味がある。磁化測定の結果、この系は、スピンギャップ成分とキュリーワイス成分の双方を含んでいることがわかった。さらに、比熱の測定から、Cr酸化物では低温で観測されていた磁気比熱がV酸化物では大きく抑制されていることを見出した。さらに、放射光x線回折実験の結果から、カゴメ格子上でVの三量体化が起こっていることがわかり、これがスピンシングレット状態を形成していることを明らかにした。三角形を基にしたV格子を持つBaV10015の金属-絶縁体転移BaV10015は、V三角格子から、V三角形を規則的に欠損させた格子構造をとる。この物質では130K付近で構造相転移を起こし、そこで電気伝導に異常が起こることが知られている。我々はこの物質の単結晶を作製した結果、構造相転移で電気抵抗が3桁も跳ぶ金属-絶縁体転移であることを見出した。さらに、光学反射率測定の結果から、低温で0.2eV程度のギャップの開いた絶縁体であること、さらにスペクトルに大きな異方性があることを見出した。

本年は、SrV10015の測定をした結果、電気抵抗は異常がなくvariable range hoppingの振る舞いを示すこと、光学スペクトルにはギャップは開かず、温度低下とともに連続的にウェイトが減少する振る舞いを示すこと、また低温には磁気転移に対応する比熱の異常は見られないが、NMRの1/T1に長距離秩序を示唆する異常が30K付近に見られることを明らかにした。
定量的蝸牛神経損傷モデルによる蝸牛神経損傷病態の解析

定量的に評価可能な蝸牛神経損傷モデルの確立を目指して,本年度も実験研究を継続している.ラット小脳橋角部の狭小さを克服するために,多数例において試行錯誤を繰り返えした.その結果,ラット小脳橋角部において,蝸牛神経を確実に確保できるようになった.次に,種々の蝸牛神経圧迫方法を試行した.まず,各種の神経圧迫子を試作し,それぞれの圧迫子について,数十例ずつ検討を重ねた.その一方で,圧迫の仕方についても同様に試行検討を繰り返した.これらの検討の結果,電気生理学的に良好な再現性を示しつつ蝸牛神経を圧迫しうる方法を確立することができた.現在は,神経圧迫方法は確立したと考えており,今後変更しうるパラメーターは,圧迫持続時間のみとしうると考えている.現在は,そのようにして作成した蝸牛神経損傷ラットを2週間生存させた後,側頭骨を摘出し,組織学的検討を行っているところである。現在までに得られているデータから言えることは,上述した方法によって負荷した神経損傷の程度に相関して、蝸牛神経及びラセン神経節細胞が変性脱落する傾向を示しているということである.このことは,このモデルが定量的蝸牛神経損傷モデルとしてして,さらに検討を深めていく意義があることを確信させるものである.現在は,統計的に処理を行えるように,さらに個体数を増やしているところである.また,これらの検討と平行して,各種神経栄養因子を含む薬剤によってラセン神経節細胞の脱落,蝸牛神経変性がどのように修飾されるかという問題にも取り組みを始めている.定量的に評価可能な蝸牛神経損傷モデルの確立を目指して,本年度も実験研究を継続している.ラット小脳橋角部の狭小さを克服するために,多数例において試行錯誤を繰り返えした.その結果,ラット小脳橋角部において,蝸牛神経を確実に確保できるようになった.次に,種々の蝸牛神経圧迫方法を試行した.まず,各種の神経圧迫子を試作し,それぞれの圧迫子について,数十例ずつ検討を重ねた.その一方で,圧迫の仕方についても同様に試行検討を繰り返した.これらの検討の結果,電気生理学的に良好な再現性を示しつつ蝸牛神経を圧迫しうる方法を確立することができた.現在は,神経圧迫方法は確立したと考えており,今後変更しうるパラメーターは,圧迫持続時間のみとしうると考えている.現在は,そのようにして作成した蝸牛神経損傷ラットを2週間生存させた後,側頭骨を摘出し,組織学的検討を行っているところである。現在までに得られているデータから言えることは,上述した方法によって負荷した神経損傷の程度に相関して、蝸牛神経及びラセン神経節細胞が変性脱落する傾向を示しているということである.このことは,このモデルが定量的蝸牛神経損傷モデルとしてして,さらに検討を深めていく意義があることを確信させるものである.現在は,統計的に処理を行えるように,さらに個体数を増やしているところである.また,これらの検討と平行して,各種神経栄養因子を含む薬剤によってラセン神経節細胞の脱落,蝸牛神経変性がどのように修飾されるかという問題にも取り組みを始めている.
ケモカインCXCL12及びCXCL12発現細胞による生理的細胞外環境の形成

造血幹細胞は、すべての血液細胞を生涯にわたり産生し、骨の中心部の骨髄で維持されている。造血幹細胞や造血は、局在場所であるニッチと呼ばれる特別な微小環境によって制御されていると推定されているがニッチの実体は不明である。私たちは、ケモカインCXCL12とその受容体CXCR4が、造血幹細胞の維持とBリンパ球の産生に必須であることを明らかにし、CXCL12を高発現するCAR細胞がこれらの細胞のニッチであることを示唆した。CAR細胞は造血幹細胞・前駆細胞と接着する長い突起を持ち、細胞突起による信号の供給という新しい細胞間相互作用を担っている可能性がある。この成果は、幹細胞・前駆細胞を制御する細胞外環境の理解を大きく進めることが期待される。骨髄などの造血臓器は、多種類の血液細胞を継続して産生し、生体の形成を制御する細胞外環境の研究対象として最も適した臓器のひとつである。我々は、これまで、ケモカインCXCL12がBリンパ球の生成、発生過程における血球のホーミングに必須であることを明らかにし、骨髄内のBリンパ球前駆細胞や形質細胞に加え、多能性前駆細胞のニッチ細胞(CXCL12発現細胞)を同定した。本研究では、造血臓器の細胞外環境の本態を明らかにするため、CXCL12発現細胞の細胞外環境構成成分としての機能、これらの細胞が時間空間的な制御のもとに形成する機能的細胞外環境の分子基盤、その中におけるCXCL12の役割を解明することを目的としている。本年度の成果は以下の通りである。1.血液系細胞の発生を制御する細胞外環境のin vitroでの再構築と解析ニッチ細胞や前駆細胞の局在と移動、更には、それらの細胞における細胞外環境構成分子の局在の変化をリアルタイムで捉えたり、前駆細胞の局在や移動の分子機構を明らかにするため、CXCL12発現細胞を試験管内でニッチとして機能させる培養系の樹立を進めている。2.造血を支持するニッチであるCXCL12発現細胞の発生制御に関与する細胞外環境構成分子の解析CXCL12発現細胞の機能に重要な細胞外環境構成分子を同定するため、これらの細胞を効率よく分離する方法を確立した。3.造血を支持するニッチであるCXCL12発現細胞の血液系細胞の発生、再生における機能の解析CXCL12発現細胞の機能を明らかにするため、この細胞を特異的に欠損したマウスの作製を試みている。ターゲッティングベクターの作製を完了した。我々は、これまで、ケモカインCXCL12がBリンパ球の生成、発生過程における血球のホーミングに必須であることを明らかにし、骨髄内のBリンパ球前駆細胞や形質細胞に加え、多能性前駆細胞のニッチ(特別な微小環境)を構成する細胞の候補(CXCL12高発現細胞)を同定した。本研究では、造血臓器の細胞外環境の本態を明らかにするため、CXCL12高発現細胞の細胞外環境構成成分としての機能、これらの細胞が時間空間的な制御のもとに形成する機能的細胞外環境の分子基盤、その中におけるCXCL12の役割を解明することを目的としている。はじめに、骨髄でCXCL12を高発現する細網細胞の他に、骨表面に局在する成熟骨芽細胞の一部に低発現する細胞を認めたので、CXCL12を高発現する細胞をCXCL12-abundant reticular(CAR)cellsと命名した。CAR細胞の成体骨髄におけるニッチ細胞としての機能を理解するため、インターフェロン反応性プロモーターの制御下でCre遺伝子を発現し、pIpC投与によりCXCR4遺伝子を欠損するマウスを作製し、成体骨髄におけるCXCL12-CXCR4シグナルの役割を解析した。骨髄のBリンパ球前駆細胞、Bリンパ球の細胞数は著減していたが、赤血球系細胞数は少し減少するにとどまっていた。興味深いことに造血幹細胞分画の細胞数は、著減しており、成体骨髄においてCXCL12-CXCR4シグナルは、静止期の造血幹細胞の維持、Bリンパ球の産生に必須であることが明らかとなった。免疫染色によると、骨髄のほぼすべての洞様毛細血管の周囲はCAR細胞に取り囲まれており、造血幹細胞を濃縮する細胞分画の細胞の大部分は洞様毛細血管の周囲、骨表面付近いずれにおいてもCAR細胞に接着していた。以上より、CAR細胞は、造血幹細胞とBリンパ球のニッチとして働いている可能性が示唆された。(1)血液系細胞の発生を制御する細胞外環境のin vitroでの再構築と解析。私たちは、以前、骨髄の造血幹細胞やBリンパ球のニッチ細胞の候補としてCXCL12高発現細網細胞(CAR細胞)を同定した。

ニッチ細胞や幹細胞・前駆細胞の局在や動態をリアルタイムで捉えたり、その分子機構を明らかにするための、CAR細胞を試験管内で培養する系の樹立が進んだ。(2)CAR細胞の発生制御に関与する細胞外環境構成分子の解析。CAR細胞が蛍光標識されるCXCL12/GFPノックインマウスの骨髄よりCAR細胞を分離し、既知の細胞外環境の構成分子を中心に機能遺伝子の発現を解析した。また、骨髄におけるCAR細胞以外の細網細胞分画を分離することができた。次に、CAR細胞と遺伝子プロフィールを比較し、CAR細胞が特異的に発現する細胞外環境関連遺伝子を複数同定した。(3)CAR細胞の発生制御に関与する細胞外環境の構築における機能とその分子基盤の解析。1.CAR細胞を特異的に欠損したマウスを作製するため、ターゲティングベクターをES細胞に導入して得られた相同組み換え体を用いてキメラマウスを作製し、組み換えされた染色体をヘテロに持つへテロ変異マウスを作製した。2.造血幹細胞を末梢血に動員するG-CSFなどの造血制御刺激の付与またはCXCR4遺伝子の欠損により造血幹細胞の増幅が促進または抑制されているマウスと正常マウスのCAR細胞を分離して、種々の遺伝子の発現量を比較し、差がある分子を複数同定した。私たちは、昨年度までに、造血幹細胞やBリンパ球のニッチ細胞の候補として成体骨髄でCXCL12高発現細網細胞(CAR細胞)を同定した。CAR細胞は、骨髄での造血を支持する機能的細胞外環境の最も重要な構成細胞である可能性がある。(1) CAR細胞と造血幹細胞との相互作用の解明。世界的に造血幹細胞の可視化が未だ十分でないため、造血幹細胞の局在は証明されるに至っていないが、私たちは、既知のマーカーの中から造血幹細胞の約40%を可視化できるマーカーを確認し、当該マーカー陽性細胞の大部分がCAR細胞の突起と接着すること、SNO細胞と接着する細胞はほとんど存在しないことを確認した。(2) CAR細胞の血液系細胞の発生、再生における役割の解析。ヒトジフテリア毒素投与により、CAR細胞を除去することができるCXCL12遺伝子座をヒトジフテリア毒素受容体遺伝子に置換したノックインマウスの作製に成功した。このマウスはCAR細胞の生理的役割の解明に大変有用であることが期待される。(3)骨髄でニッチを形成する支持細胞による造血制御の全貌の解明。CAR細胞以外で造血細胞のニッチとなる可能性のある大部分の付着細胞細胞が含まれるよう骨髄細胞を分画化し、既知の細胞外環境の構成分子を中心に機能遺伝子の発現量をCAR細胞と比較した。その結果、CAR細胞が特異的に発現する細胞外環境構成遺伝子を複数同定し、今後の骨髄の付着系細胞の機能の解明に有用な知見であると考えられる。(4)血液系細胞の発生を制御する細胞外環境のin vitroでの再構築。従来の試験管内骨髄ストローマ細胞培養法ではCAR細胞を培養することはできなかったが、全骨髄細胞からCAR細胞を試験管内で培養する方法を開発した。私たちは、昨年度までに造血幹細胞やBリンパ球のニッチ細胞の候補として成体骨髄でCXCL12高発現細網細胞(CAR細胞)を同定した。本年度、CAR細胞は骨髄での造血を支持する機能的細胞外環境を形成する重要な細胞であることを示唆した。
上皮間葉相互転換システムを利用した細胞極性の形成と消失の可逆的制御機構の解析

上皮細胞に由来するがん細胞は、上皮間葉転換によって間葉化することで血管・リンパ管へと移行して全身を巡り、転移先で再び上皮化することによって、遠隔転移を起こすことが考えられている。しかし、上皮と間葉の可塑性を制御する分子機構や上皮状態と間葉状態の細胞の特性は今だに不明な点が多く、さらなる研究によって、がんの転移を抑制するポイントを発見できる可能性がある。申請者は、乳腺上皮細胞MCF10Aの解析から、増殖因子の使い分けによって上皮状態と間葉状態を相互に転換できる実験系を構築し、MCF10Aの間葉としての特性発揮にリン酸化酵素RSK2が重要な役割を果たすという結果を得ている。昨年度はRSK2と相互作用する分子群の同定を試みたが、キナーゼという特性から、他の因子との相互作用が一過的な可能性があり、相互作用因子の同定に至らなかったため、本年度は近傍標識酵素が利用できる実験系の確立を行なった。これまでに近傍酵素BirA, APEXをRSK2のC末に融合したコンストラクトを構築した。これら酵素は近傍20nmに存在するタンパク質をビオチン化する活性を持つが、実際に実験を行なったところ、ビオチン化効率が予想より低かった。そこで2018年に発表されたTurboIDというBirA改変酵素を用いて同様の実験を行なったところ、短時間のラベルで十分なビオチン化が検出できた。現在、レンチウイルスベクターでTurboIDを発現する細胞の樹立を行なっており、今後、RSK2と相互作用する分子の同定を元に、機能解析を進めることが可能になった。ヒト乳腺上皮細胞株MCF10Aを用いて、増殖因子EGF, Amphiregulin (AREG)、およびその受容体EGF受容体(EGFR)が果たす役割を解析した。本課題は2012-15年に交付を受けた基盤研究Cをさらに発展させるものであり、本年度は引き続き、昨年度に投稿した論文の採択に向けた実験を行った。具体的には、EGF/AREGシグナルとTGFbシグナルとの関係性、ERKの活性化強度の検討である。注目すべき点として、TGFbは上皮間葉転換の制御因子であるSnailの発現を変動させるのに対し、EGF/AREGシグナルはZEB1の発現変動を誘導することが分かった。即ち、TGFbとEGFによる上皮間葉特性の制御は、関与する転写因子そのものが異なることが分かった。また濃度の異なるEGFはERKの活性化強度を変え、乳腺細胞特性に影響を与えることも明らかにした。最終的に、これらの成果は、申請者が筆頭著者兼責任共著者として、Scientific Reportsに掲載された。一方、上記とは別に、乳腺上皮細胞の極性を制御し得る因子の解析として、低分子GTPaseであるRab31の研究を行った。その結果、Rab31は(1) EGF刺激で間葉化させた細胞集団で発現が高い、(2)恒常活性化型変異Rab31は初期エンドソームの肥大化を引き起こす、ことを明らかにした。現在、Rab31の活性が上皮間葉特性の制御に関与するか否かについて検討を行っている。EGF受容体経路の解析については、当初の目的通り、論文の採択まで到達することができた。Rab31については学内で共同研究を始めたところである。リボソームS6キナーゼ(RSK)ファミリーに属するリン酸化酵素は、細胞増殖、及びその異常によるがん化において、重要な役割を果たすことが知られている。ただし、RSKが作用する分子基盤の詳細は依然として不明である。申請者はこれまでにヒト不死化乳腺細胞株MCF10Aにおいて、同メンバーのRSK2を発現抑制すると、細胞の特性が間葉様から上皮様に変換することを見出している。本研究では、遺伝子改変技術であるCRISPR/Cas9システムを用いて、RSK2を可視化できる乳腺細胞株を樹立し、RSK2の機能解析を行うことを目的とした。当初、Vanderbilt大学の所属研究室にて樹立されたMCF10Aを用いて、RSK2遺伝子座に緑色蛍光タンパク質super folderGFP遺伝子を挿入する実験を行なっていた。しかし、MCF10Aの遺伝子導入効率が低いため、樹立することができなかった。そこで、遺伝子導入効率が高いMCF7へ細胞株を変更し、核移行シグナルを複数持つCas9を発現するレンチウイルスの構築も行なった。その結果、RSK2-GFP融合タンパク質を発現するMCF7の樹立に成功した。今後は共焦点顕微鏡によるライブイメージングを行い、増殖因子刺激後のRSK2の挙動を解析する予定である。合わせて、免疫沈降産物の質量分析によって、RSK2と相互作用する因子のスクリーニングを行い、細胞増殖制御の分子機構を明らかにする予定である。細胞株の樹立のために予想以上の時間を費やしたため。上皮細胞に由来するがん細胞は、上皮間葉転換と間葉上皮転換によって、遠隔転移を起こすと考えられている。上皮と間葉の可塑性を制御する分子機構は、がんの転移を抑制するために重要なポイントであるが、詳細は不明である。ヒト乳腺上皮細胞株MCF10Aを使った実験から、EGF受容体下流のキナーゼRSK2は細胞間接着や運動など、間葉の特性を正に制御する因子であることが分かった。本年度は、RSK2が関与する分子ネットワークを明らかにすることを目的に研究を行った。

RSK2は他のRSKファミリーと高度に保存されていることから細胞内局在を免疫染色で解析することが難しいため、CRISPR-Cas9システムを使ったGFPノックイン細胞の樹立を試みた。核移行シグナルを付加したCas9をレンチウイルスベクターで強制発現させることによって、RSK2-GFP発現細胞を樹立した。GFP抗体を用いた免疫染色によって、EGF刺激後にRSK2の核移行が観察されたことから、機能的なタンパク質が作られていると判断した。この細胞を用いてGFP抗体を使った免疫沈降を行い、質量分析による相互作用因子の同定を試みた。免疫沈降物の中にRSK2及びGFPは十分検出できたため、免疫沈降そのものは問題ないことがわかった。一方で、数個の結合因子候補を見出すのみに留まり、SILACラベルによる定量と合わせると、現時点で有力な結合因子候補は得られていない。現在、RSK2と物理的に近距離に存在するタンパク質を同定する方法へ切り替え、実験を進めている。RSK2結合タンパク質の同定が通常の免疫沈降-質量分析実験では困難であったため。これに関しては、キナーゼと相互作用因子の結合がリン酸化反応依存的な一過的なものであることに起因する可能性が考えられた。上皮細胞に由来するがん細胞は、上皮間葉転換によって間葉化することで血管・リンパ管へと移行して全身を巡り、転移先で再び上皮化することによって、遠隔転移を起こすことが考えられている。しかし、上皮と間葉の可塑性を制御する分子機構や上皮状態と間葉状態の細胞の特性は今だに不明な点が多く、さらなる研究によって、がんの転移を抑制するポイントを発見できる可能性がある。申請者は、乳腺上皮細胞MCF10Aの解析から、増殖因子の使い分けによって上皮状態と間葉状態を相互に転換できる実験系を構築し、MCF10Aの間葉としての特性発揮にリン酸化酵素RSK2が重要な役割を果たすという結果を得ている。昨年度はRSK2と相互作用する分子群の同定を試みたが、キナーゼという特性から、他の因子との相互作用が一過的な可能性があり、相互作用因子の同定に至らなかったため、本年度は近傍標識酵素が利用できる実験系の確立を行なった。これまでに近傍酵素BirA, APEXをRSK2のC末に融合したコンストラクトを構築した。これら酵素は近傍20nmに存在するタンパク質をビオチン化する活性を持つが、実際に実験を行なったところ、ビオチン化効率が予想より低かった。そこで2018年に発表されたTurboIDというBirA改変酵素を用いて同様の実験を行なったところ、短時間のラベルで十分なビオチン化が検出できた。現在、レンチウイルスベクターでTurboIDを発現する細胞の樹立を行なっており、今後、RSK2と相互作用する分子の同定を元に、機能解析を進めることが可能になった。2016年1月より米国Vanderbilt大学に滞在し、ヒト乳腺細胞の初代培養に関する技術を習得している。また滞在先の研究室のプロジェクトに参加し、EGF受容体経路下流のキナーゼの解析、その阻害剤の開発に関わっている。今後はヒト乳がん及び抗がん剤開発という2つのプロジェクトを進める予定である。共焦点顕微鏡によるライブイメージングにより、増殖因子刺激後のRSK2の細胞内局在の解析を行う。またGFP抗体による免疫沈降を行い、共免疫沈降される因子の質量分析を行い、RSK2と相互作用する因子を同定する。
視床下部神経による積極的記憶消去のメカニズム解明

視床下部のメラニン凝集ホルモン(MCH)産生神経細胞の生理的役割については十分分かっていない。生理的役割を明らかにするために、MCH神経特異的にチャネルロドプシン2(ChR2)を発現する遺伝子改変動物を作成し、光遺伝学をMCH神経に適用して活性化すると、ノンレム睡眠がレ睡眠に変換されることが明らかになった。さらに、MCH神経特異的にカルシウムインジケータタンパク質であるGCaMP6を発現させ、ファイバーフォトメトリーを用いて睡眠覚醒状態変化時のMCH神経活動を記録したところ、MCH神経がレム睡眠中に活性化されることを見いだした。MCH神経軸索末端が海馬に密に投射していることから、海馬が担う記憶をMCH神経がレム睡眠中に制御している可能性について行動実験を用いて検討した。MCH神経を光遺伝学、もしくは薬理遺伝学を用いて活性化したところ、記憶が抑制されることが明らかとなった。これらのことは、MCH神経活動が、記憶の抑制に関わっていることを示している。そのメカニズムを明らかにするために、脳スライス標本を用いて、海馬神経細胞から活動記録しながら、MCH神経軸索末端を光遺伝学にて活性化させたところ、神経活動の抑制が観察された。このことは、レム睡眠中のMCH神経活動が海馬神経活動を抑制し、それによって記憶が抑制される可能性を示唆している。そこで、海馬のMCH神経軸索末端だけを光刺激したマウスを用いて記憶テストを行ったところ、記憶の低下を認めた。これらの一連の結果からMCH神経がレム睡眠中に活性化され、記憶の低下に関わっている事を示した。29年度が最終年度であるため、記入しない。MCH神経特異的脱落マウスでは、新奇物体認識試験において、MCH神経非脱落マウスと比較して有意に記憶力が上昇していることを見いだしている。そこで、他の記憶を評価するテストにおいても同様に記憶が良くなっているのかについて検討した。記憶テストとして、恐怖条件付け-フリーズテストによって恐怖記憶への影響、モリス水迷路において空間学習記憶など様々な記憶への影響について詳細に検討した。その結果、MCH神経脱落マウスは、いずれの記憶テストにおいても記憶が向上していることが明らかになった。そこで、次に薬理遺伝学や光遺伝学を用いてMCH神経特異的な活性化を行い、記憶への影響を検討した。MCH神経特異的にCreリコンビナーゼを発現するMCH-Creマウスを用いて、Cre依存的にチャネルロドプシン2(ChR2)や改変型Gタンパク質共役型受容体(hM3Dq)を発現するアデノ随伴ウイルス(AAV-CMV-FLEX-ChR2もしくはAAV-CMV-FLEX-hM3Dq)をMCH-Creマウスの視床下部外側野に局所感染させると、Cre依存的に外来遺伝子を発現させることができる。MCH神経特異的にChR2を発現させたマウスの視床下部両側に光ファイバーを留置し、青色光(470 nm, 4 mW)を照射することでMCH神経の活性化を行った。新奇物体認識試験において、MCH神経を活性化させると記憶が抑制されることを見いだした。また、薬理遺伝学を用いたMCH神経活動操作が記憶に与える影響の評価も同時に行った。MCH神経特異的にhM3Dqを発現させ、hM3Dqの特異的リガンドであるクロザピンNオキサイド(CNO)を腹腔内投与(1mg/kg)して、MCH神経を薬理遺伝学を用いて持続的に活性化させ、記憶の評価を行ったところ、光遺伝学と同様に記憶が抑制されることを確認した。MCH神経が睡眠覚醒調節だけでなく、記憶の制御に関わっている事を、様々な行動テストで明らかにすることが出来ている。また、光遺伝学や薬理遺伝学などを用いてMCH神経活性化が記憶に影響を与えることも、行動実験で示すことが出来ており、計画以上に進展している。

MCH神経特異的にChR2を発現するマウスを用いて脳スライス標本を作製し、海馬錐体細胞から活動記録を行いながら、MCH神経終末を光で活性化させ海馬錐体細胞膜電位への影響を解析する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
1分子時系列情報に基づく生体分子の構造転移パスウェイの多重性・多型性解析

ケンブリッジ大のDavid J.Walesらと共同で「ファネル型エネルギー地形は(非ファネル型エネルギー地形に比べて)どれくらいの少数自由度に縮約可能であろうか」ということを主成分解析とエネルギー停留点解析により調べた。その結果、ファネル型エネルギー地形では、非ファネル型に比べて、より少数自由度に縮約可能であること、ならびに、ファネル型では非ファネル型に比べて最安定構造近傍のエネルギー地形のトポロジーは"摂動の下"保存しやすい傾向があることを明らかにした。エネルギー地形上の凸凹(ruggedness)が存在することで、反応が加速される現象が理論・実験の両面から近年指摘されているが、その理論的な解釈は充分与えられていない。我々は純粋なRuggednessに起因するキネテックスの変化のみを抽出する単純なモデルを構築し、ガウス定常過程を仮定したmean first passage time解析よりruggednessの存在による蛋白質の折れ畳み過程の加速効果に対する物理的な解釈を与えた。その結果、窪みが存在することで始原系から窪みへ到達する過程は(窪みの深さがある程度の深さまで)反応は加速し、窪みから生成系へ至る過程は減速されること、前者で反応が加速するのは、窪んだ中間状態から始原系へ逆流することが抑制されるため実効的反応速度は増大するためであること、また、窪みは生成系よりにあるほうが始原系よりにあるよりも反応は加速されることなどを明らかにした。このほか、蛋白質ダイナミックスの主成分空間の多重エルゴード性や溶媒自由度の動的効果に関する研究を行った。研究成果に関しては、国際会議4件(うち、2件は招待講演)および日本蛋白質科学会、日本物理学会、分子構造総合討論会などで発表し、学術雑誌Adv.Chem.Phys.の編集と総説執筆を行った(2004年度以内に出版される予定)。
分子内カスケード同位体分離法の研究

分子の内部自由度をカスケード的に励起し同位体選択性を飛躍的に高めるというアイデアを理論的及び実験的に検証することを目的として研究を開始した。理論的研究では、光周波数コムを用いた回転カスケード励起に基づく同位体選択的加熱の概念を提案できたことは予想を上回る成果であった。一方、実験的研究では回転カスケード励起の実証は達成したが、同位体選択性については期間終了時までに確認することはできなかった。波形整形赤外光パルスを用いて分子振動準位もしくは回転準位の間の遷移を複数回繰り返すことにより同位体選択性を飛躍的に高める、という新しい同位体選択スキームの概念(分子内カスケード同位体分離法)の実現可能性を探る。計算機シミュレーションによりカスケード効果の理論的検証及び最適パルス波形の探索を行う。また、赤外光パルスの代替として可視光パルスを用いたラマン散乱による同位体選択的多段階励起実験を行い、分子内カスケード同位体分離法の基礎過程の原理実証を目指す。平成20年度、理論的研究では、中赤外波長領域の波形整形パルスによる振動状態分布の変化をシミュレートするために、計算手法の検討及びモデルの選定を行った。計算手法としては、振動固有状態を基底とする密度行列法を用いる方法と実空間のグリッド上の値として波束を表現してシュレディンガー方程式を解く方法を採用することにした。モデルとしては、実際の放射性廃棄物として多く存在するヨウ化セシウム分子を選定した。さらに、これらを取り込んだプログラムの開発に着手した。予備的に得られた計算結果を国際会議で発表した。平成21年度以降、このプログラムに適宜改良を加えつつ計算機シミュレーションによりカスケード効果の理論的検証及び最適波形制御、潜在的問題点や制限因子の有無を調べる。一方実験的研究では、ラマン散乱許容な窒素分子N2(実験1)及びハロゲン分子Br2またはI2(実験2)を実験対象系として光源開発及び測定系の整備を行った。実験1では窒素分子のコヒーレントアンチストークス分光に用いる光源整備として、空気中でのフィラメンテーションによるポンプ光発生実験を行った。帯域650-900nm、パルス幅100fs程度のチャープした白色光が得られた。今後CARS法による振動励起測定実験を行う。実験2では、誘導ラマン散乱過程による振動励起後の振動状態分布測定のために、既存の飛行時間質量分析装置を改造して光分解画像分光分析装置を整備した。デモンストレーションとして1mJ、50fs、780nmのチタンサファイアレーザーパルスを照射することにより真空容器内残留ガスのクーロン爆発における運動量分布のイメージを測定した。それと共に、振動状態分布の概略を簡便に計測するためのレーザー誘起蛍光(LIF)分光をヨウ素分子を対象に実施した。その成果を国際会議などで発表した。今後、誘導ラマン散乱による振動準位の多段階励起をめざす。理論的研究では、中赤外波長領域の波形整形パルスによる振動状態分布の変化をシミュレートするためのシミュレーションプログラムを完成させた。それを用いてCsI分子の同位体選択的振動励起におけるカスケード効果を検証し、学術雑誌に投稿した。これにより、単純化した系では、カスケード機構により完全な同位体選択励起に要する時間を短くできることがわかった。今後、より現実的な系に近づけるため回転状態などを考慮した計算への発展を検討する。実験的研究では、空気中でのフィラメンテーションから発生する670nmの光をポンプ光としたCARS分光法により窒素分子の振動状態を測定した。さらに、瞬時周波数差を利用した選択的振動励起を行い、空気中の窒素分子と酸素分子を例として選択励起が起こることを実証した。この成果を学術雑誌に投稿した。ヨウ素分子を用いたレーザー誘起蛍光分光実験では、フーリエ限界パルスによるインパルシブラマン遷移により振動の多段階励起が起きることを確認した。また、ヨウ素分子B状態からのラマン過程を初めて確認した。それらの成果を学術雑誌に投稿した。また、本研究申請時には予想していなかったが、分子振動ではなく分子回転状態のカスケード励起を利用した分子内カスケード同位体分離法が当初計画を変更してでも検討に値する優位性を持つものであることを発見し、量子論に基づく数値計算により原理的優位性を検証した。また、実用化に必要な各種パラメータを見積もった。これを特許出願するとともに数値計算結果を国際会議の招待講演で発表した。理論的研究では、波形整形パルスによる振動状態分布の変化を予測するシミュレーション並びに最適制御理論に基づく最適波形及び同位体選択性の予測を行い、同位体選択におけるカスケードの効果をより詳細に検討した。その結果、CsI分子では倍音励起の寄与が大きくなることを見いだした。この成果を学術雑誌に投稿し掲載された。また分子内回転カスケード励起に関して出願した特許の科学的側面について理論的に調べた結果、分布移動に関して量子論的拡散の効果が重要な役割を演じていることが明らかになった。この成果を国際会議で発表すると共にプレプリントサーバに投稿した。

実験的研究では、可視光を使った誘導ラマン散乱による回転準位の多段階励起実験に向け、前年度までに整備したCARS測定系を用いて窒素分子N_2の回転分布測定法を確立した。その成果を国際会議等で発表した。さらに、多段階励起実験に着手し、空気中酸素分子のイオン化によると思われるフィラメンテーションが多段励起測定の妨げになることを見いだした。得られた知見に基づいて装置の改良点を検討し、次年度に備えた。また、前年度までに整備した光分解画像分光分析装置を使って、リチウム分子Li_2の回転準位分布測定法開発試験を開始した。具体的には、ヘリウムガスにシードされたLi_2分子線を発生させるための高温分子線ノズルを製作し、Li_2分子線発生を確認した。また、Li_2光分解画像分光に用いる狭帯域再生増幅レーザーシステムを構築し、設計通りの性能を達成した。同位体選択理論的研究では、ヨウ化セシウム分子(CsI)を対象として同位体選択的な振動励起に関する最適制御理論計算を継続した。昨年度は空間配向の影響評価に取り組み、ランダム配向分子集団に対しても同位体選択性を持つ光波形が存在することを見いだした。これはより現実的な系に適用可能なことを示唆する結果であり、この成果を学術雑誌に投稿し掲載された。一方、分子内カスケード回転励起の理論的研究では、物理的背景に関する考察及びCsI同位体分離に適用した場合の数値計算を実施した。これらの成果を2件の国際会議において発表した。また、振動を考慮した振動回転励起挙動計算コードを完成させ、カスケード回転励起による同位体選択に振動励起を考慮しなくても良い条件の一部を明らかにした。実験的研究では、可視光を使った誘導ラマン散乱によりカスケード回転励起試験を行った。具体的には、フェムト秒チタンサファイアレーザーの8連パルス列を空気中の窒素分子に照射し、コヒーレントアンチストークスラマン散乱(CARS)により回転分布を測定した。昨年度は特にパルス列間隔の校正に回転コヒーレンス分光を適用し精度を高めた結果、回転分布移動の兆候を捉えることに成功した。一方、光分解画像分光を用いた実証実験では、上述のCARS+N2分子での実証可能性が高まったため、作業分子を軽元素のLi2分子からより難度の高い重元素を含むハロゲン化アルカリ分子に変更した。前年度整備したLi2のシード分子線発生技術を応用してハロゲン化アルカリ分子の超音速分子線発生に取り組み、発生を確認した。また、画像分光用狭帯域再生増幅レーザーシステムの開発に関する成果をまとめて国際会議で発表した。理論的研究では、実験的研究の作業分子であるハロゲン化アルカリ分子の例としてLiCl及びCsI+の精密ポテンシャルエネルギー曲線を計算し、実験に有効な指針を提供した。一方、高回転準位にある分子の結合解離プロセスについての理論的研究では、前年度までに開発した振動と回転を同等に扱えるコードを用いて、同位体選択的分解のシミュレーションを実施した。その結果、選択的解離が可能であることを示し、分子内カスケード同位体分離スキームを完結させることが出来た。