hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
対称空間の双対性に基づくケーラー・アインシュタイン計量の構成とその漸近解析

1.Biliotti-GhigiはBourguignon-Yau写像を用いて余随伴軌道の凸包を記述した.これはあるタイプの非コンパクト型対称空間の自然なコンパクト化を与える.これはあるタイプのコンパクト対称空間を複素化して得られるアファイン代数多様体(対称多様体とよぶ)の標準的なexhaustionを定義する.このように考えると,Biliotti-Ghigiの構成は任意のタイプの非コンパクト型対称空間のコンパクト化に拡張されることが分かり,canonical exhaustionは標準的なexhaustion関数を定義することが分かる.これは,非コンパクト対称空間の不変計量を拡大することによって得られるstrictly psh exhaustion functionのscaling limitである.こうして対称多様体のcanonical exhaustion functionが定義されるが,これが完備リッチフラットケーラー計量になると予想する.この予想が得られたことが,この研究の最大の成果である.研究1.代数的極小曲面のCohn-Vossen不等式は代数幾何的で説明されるが,これ普遍被覆面と被覆変換群の組に対して定式化しようとすると代数幾何では説明できない現象が現れる.それは被覆変換群の作用がユークリッド幾何をどのように歪めるかという問題である.この観点から集団的Cohn-Vossen不等式を証明した.この応用として代数的極小曲面のガウス写像を普遍被覆面に持ち上げたものの最良の誤差項評価の対数微分の補題を証明することができた.研究2.代数的極小曲面のWeierstrassデータは周期条件を満たす.周期条件は代数幾何の枠組みに乗らない.筆者は普遍被覆面と被覆変換群の組に対するNevanlinnam理論の立場からの研究を追求した.アイディアは,筆者が開発した幾何的対数微分の補題である.周期条件の情報を含む対数的1形式をリーマン球面上に考えてそれに幾何的対数微分の補題を適用することによって,周期条件からNevanlinna理論的な等式を導くことができた.研究1,2の応用として「代数的極小曲面のガウス写像に対する第2主要定理を示すことができた.研究3.Einstein計量の拡張概念としてRicci流の古代解を使うというアイディアを正の四元数Kaehler空間のtwistor空間の自然な崩壊に適用するという実験的研究を行った.この試みはtwistor空間では実現できないが,ホロノミー束に持ち上げれば実現可能である.この試行錯誤で構成したのは横断的Einstein計量を中心とする横断的Ricci流の古代解というべきもので,佐々木多様体の横断的ケーラーアインシュタイン計量と類似した概念である.この方法論は余次元1のアインシュタイン計量たとえば3次元射影空間上の新しい余次元1のアインシュタイン計量の構成に使える.また,正の4元数Kaehler多様体はWolf空間に限る,というLeBrun-Salamon予想の解決に繋がっていく.本課題は群作用を使って特殊計量を求める問題と考えられる.まず余等質次元が1の場合を大学院生に問題提起し,3次元可解リィ群の左不変計量の空間にリッチフローとそのある変形による2種類軌道分解から対応する4次元時空に超ケーラー構造が入ることが分かった.ひとつはデルペゾ曲面の有理曲線のサイクル状の反標準因子の補集合に入る超ケーラー構造の漸近解を与え,もうひとつは双曲型井上曲面の2つの有理曲線のサイクルの補集合に入る反自己双対ケーラー構造を与えるものであることが分かった.このうちの一部は恩田健介君の学位論文となった.次に本研究の課題で階数2のコンパクト対称空間G/Kの場合を考えた.5次元のときは等方表現としてSO(3)の5次元表現が現れ,4次元球面の余等質1作用を得る.7次元球面からのホップ束の水平分布を変形して4次元球面に落としたときに対称性がSO(3)に下がる計量族を構成してリッチフローの特異点を誘導することによって新しいアインシュタイン計量を得るプログラムを作った.まだ成功はしてないが高次元の正の4元数ケーラー構造の一意化問題へのリッチフローからのアプローチのプログラムを作ることが出来た.次にこの等方表現の特殊軌道と複素化された階数2の対称空間上のリッチ平坦ケーラー計量の構成との関連を考察した.その結果複素化対称空間のワンダフルコンパクト化の閉軌道の法束の特殊軌道に由来する群に関するウェイト分解から2次元非コンパクトトーラス上に力学系を構成できて,その等位面が凸曲面になることが分かる.この凸曲面を複素化対称空間にG同変的に拡張してできる擬凸領域の定義関数にチェン・ヤウの方法を適用して構成される負のケーラーアインシュタイン計量の族を考え,これらの擬凸領域の包含関係に関して然るべきスケール極限をとることによって所要のリッチ平坦計量が得られるだろう,というプログラムを作ることができた.1.Biliotti-GhigiはBourguignon-Yau写像を用いて余随伴軌道の凸包を記述した.これはあるタイプの非コンパクト型対称空間の自然なコンパクト化を与える.これはあるタイプのコンパクト対称空間を複素化して得られるアファイン代数多様体(対称多様体とよぶ)の標準的なexhaustionを定義する.このように考えると,Biliotti-Ghigiの構成は任意のタイプの非コンパクト型対称空間のコンパクト化に拡張されることが分かり,canonical exhaustionは標準的なexhaustion関数を定義することが分かる.これは,非コンパクト対称空間の不変計量を拡大することによって得られるstrictly psh exhaustion functionのscaling limitである.こうして対称多様体のcanonical exhaustion functionが定義されるが,これが完備リッチフラットケーラー計量になると予想する.
近世ヨーロッパにおけるキリスト教的ストア主義の生成と展開に関する人間学的研究

古代ストア主義は16世紀ヨーロッパにおいて、とりわけセネカの思想を中心に、リプシウス、デュ・ヴェール、シャロンらによって受容された。しかし、そのプロセスは無償ではなく、キリスト教的な観点から修正され、キリスト教的ストア主義と呼称しうる新思潮を形成した。本研究はこの新思潮について、人間学という主題から切り込んだときに見えてくる特徴(その全体像は何か、三者のあいだに共通点はあるか、相違点はあるか)を明らかにする。その成果をもって、デカルトを中心とした次世代による人間学的考察における、キリスト教的ストア主義への応答について、一定の見通しを立て、従来の西洋哲学史モデルの再検討を目指す。
Well-being(福祉・いい暮らし・幸福)概念の再検討とその実践的適用

本研究は、規範概念である<幸福>の具体的内実を、人間についての自然科学的・社会科学的諸事実から「導出」し得るとは考えないが、他方で、人間存在の成立諸条件の考察を通じて幸福の所在を或る程度まで突き止める余地のあることを認める。実際、人間存在の生物学的基底に人間のネオテニー性が存し、これが文化のマトリクスとして機能し続けていることが解明されたのは、本研究にとって大きな一歩であった。現代社会において広く共有されている幸福観・幸福感の多くが、それぞれ、それを抱いているひと自身が深くコミットしている態度・立場に照らしても、実は問題含みであることが明らかになった。それは一つには、「生を物語る」という視点が鍛え上げられていないからである。本研究によって、well-beingに関わる情緒とことばを研ぎ澄ませるためのモラリスト的考察が豊かに結実した。哲学史的には、プラトン、アリストテレスが「このひとの生」をいかに問題化したか、フィヒテ、ヘーゲルの説く、普遍性への志向が人間の完成の課題遂行の要であること、レヴィナスの<享受>と<傷つきやすさ>の概念が新たな倫理学の地平を拓きつつあることが明らかになった。本研究の具体的・実践的場面への適用は多岐にわたるが、そこで明らかになった主なことは以下の通り。第一に、医療の倫理の現場で、患者の意向の把握は、患者の生の物語りの総体的理解を実は背景にせざるを得ないこと、そして患者の生の物語りが患者を取りまく人々の生の物語りと絡み合っていること。第二に、農村風景をいかに修景するかを考える上で、農村風景を一種の物語りとして捉え、<享受>と<傷つきやすさ>を考慮する必要性。第三に、科学技術はこれに直接は携わらない人々を含む社会全体のwell-beingに深く関わるが、それは技術がもつ見えにくい政治性によってであること。「現代における倫理の混乱は種々に論じられてゐるが、倫理の本から幸福論が喪失したといふことはこの混乱を代表する事実である。新たに幸福論が設定されるまでは倫理の混乱は救はれないであらう」(『人生論ノート』1941年)と三木清が説いてから、60年以上が経過した。今も通俗的な人生論・心理学の書物やマスメディアでは、「幸福」や「幸せ」をめぐる言説や映像が大量に生産・消費され続け、政治や経済の世界でも「福祉」の見直しや「豊かな暮らし」の問い直しが叫ばれている。だが肝心の倫理学の世界では「幸福」が正面切って論じられる動きは、現在もなお乏しい。そうしたギャップを埋めるためにも、「福祉」、「いい暮らし」、「幸福」を包括したWell-being概念に注目し、これを倫理学の観点から再考する作業が必要ではないか。本プロジェクトはこうした問題意識に発したものである。したがって、研究の基本的なねらいは、Well-being概念を多角的・総合的に解明することを通じて、「よく生きること」の内実を吟味するとともに、そこで得られた知見を社会生活や保健医療の現場にどれほど適用可能かを追究するところに絞られている。1一年目の今年度は、チームワークづくりとWell-being概念を再検討する方法論の探究に主力を費やした。2分担者の清水、野家、川本は科学技術振興調整費による共同研究「臨床コミュニケーションのモデル開発と実践」(代表大阪大学鷲田清一,平成14年度15年度)の分担者も務め、本プロジェクトとの連携を進めた。

さらに清水は日本学術振興会による「人文・社会科学の振興のためのプロジェクト研究事業」の交付を受けた共同研究「医療システムと倫理」のリーダーとして、研究集会《医療の質の向上を目指して》(2004年1月2425日:ホテルサンルート仙台)を主催し、臨床倫理の観点からWell-being概念の再検討と実践的適用を考察した。3各分担者は研究実施計画に沿って、携帯用端末ツールやノートパソコンを購入し、相互の連携や情報処理の効率化を推進した。また課題に関わる基本図書を揃えることが出来たため、2年目からの研究の基礎固めがほぼ完了した。1.前年度に確立された研究体制に則り、研究メンバーは班ごとの研究を継続しこれを発展させた。2.2004年6月11日イギリスのケンブリッジ大学ニーダム研究所にて、「東北大学ケンブリッジフォーラム」の一部として、清水が同研究所のChristopher Cullenと共同で組織したワークショップ「西洋・東洋の思想史・医学史における生・病・死」が開催され、清水・荻原がこれに参加した。同研究所のGeoffrey Lloydが司会を務めた。3.10月16日東北大学にて若桑みどり(川村学園大学)の講演会(題目「男女共同参画とWell-being-男性支配型社会の危機と男女協調型社会の未来-」)を、東北大学文学部・東北大学文学部同窓会と共同で開催した。ジェンダー論の視点から現代日本社会のwell-beingの可能性について討議した。4.10月23日桜の聖母短期大学にて川本が「電脳兎はwell-beingの夢を見るか」と題する講演を行ない、研究成果の中間報告がなされ、今後の研究の展望が語られた。5.10月24日桜の聖母短期大学にてシンポジウム「Well-beingの現在」を開催した。清水が司会し、長谷部が「規範としての農村風景-Well-beingと関連づけて-」という題で、直江清隆(山形大学)が「技術と善き生」という題で提題を行ない、フロアを交えた討議なされ、研究の中間報告と、今後の研究展望のための議論がなされた。6.研究資料(主に図書)を選定・購入した。7.研究資料調査、意見交換のため、東京都立大学、南山大学、立命館大学、聖心女子大学、東京大学、北海道大学に出張を行なった。8.大学院生の助けを借り、研究資料の整理を行なった。1.初年度に確立された研究体制に則り、研究メンバーは班ごとの研究を継続し、これを発展させ、最終的成果に結実させた。その際、各班内、諸班間で連絡を取り合い、意見交換を行なった。2.平成17年10月26日東北大学にて、「Well-beingとフィヒテ哲学の射程-絶対主観と普遍道徳-」と題するシンポジウムを行なった。伊坂青司教授(神奈川大学)が司会、山内廣隆教授(広島大学)と座小田豊が提題を行ない、活発かつ有意義な討議が行なわれた。3.平成18年2月18日仙台ガーデンパレスにて、本研究の総括シンポジウムを開催した。直江清隆助教授(東北大学)と荻原理が提題を行ない、篠憲二が本研究の代表者として総括的発言を行なった。他、研究分担者として座小田豊が、そして研究協力者としては野家伸也教授(東北工業大学)、小松恵一助教授(仙台大学)、後藤嘉也教授(北海道教育大学)、千葉胤久教授(北海道教育大学)、小熊正久教授(山形大学)、清塚邦彦助教授(山形大学)、中村文郎教授(岩手大学)、宇佐美公正助教授(岩手大学)、小林睦助教授(岩手大学)、佐藤英明助教授(中央学院大学)、遠藤寿一助教授(岩手医科大学)、宮島光志助教授(福井大学)、音喜多信博助教授(椙山女学院大学)が参加し、活発かつ有意義な討議を行なった。
移動体間の協調を考慮したユビキタスアドホックセンサネットワークの構築法

いつでも,どこでも,何にでもつながるユビキタスなネットワーク環境において,モノとモノとの実物系センサネットワークとインターネットとを相互接続し,複合現実感技術を用いて実空間と仮想空間とを融合した新たなユビキタス環境内で,移動体が協調しながら作業をしていくことを可能にするためのアドホックセンサネットワークの構築法を考案した。移動体を含む対象間のコミュニケーションや協調行動,無線ICタグが付けられた対象と仮想空間との接続を容易にする複合現実感が創る新たなユビキタス環境を構成するためのアドホックセンサネットワークの構築法について,平成20年度は下記の研究を行った。1.IPv6インタネットとアドホックセンサネットワークとのデータ転送方式の開発IPv6プロトコルを用いて,種々のセンサから収集された現地データをサーバに送り,処理結果や情報を送り返す状況適応可能な信頼性の高いデータ転送方式について検討した。2.移動体間のコミュニケーションモデルおよびセンサデータ統合・検索方式の開発(1)移動体が連携しながら協調行動するためのコミュニケーションモデルを設計した。(2)多数のセンサから収集される大量データを統合管理し,状況変化により設定条件を満たす事象が発生した場合,ペトリネット駆動によりリアルタイムに所定の動作を起動する機構と膨大なセンサデータのマイニングを行える手法とそのわかりやすい利用者インタフェースを考案した。3.実空間と仮想空間の3次元重畳表示法の開発センサの実測データを仮想空間で直観的・視覚的に表示できる利用者インタフェースを考案した。4.基本機能の開発と研究の中間まとめ各基本機能を設計し,大学の実験室内・室外に構築したプロトタイプ環境で試作した。本研究の成果を韓国および福岡で開催されたシンポジウムで発表し,今後の研究の展開に反映することとした。移動体を含む対象間のコミュニケーションや協調行動,無線ICタグが付けられた対象と仮想空間との接続を容易にする複合現実感が創る新たなユビキタス環境を構球するためのアドホックセンサネットワークの構築法について,平成21年度は下記の研究を行った。1.システムの試作.屋内環境での実験および改善(1)前年度設計・開発した基本的な機能単位を実装し,ユビキタス・アドホック・センサネットワークシステム(UASN : Ubiquitous Adhoc Sensor Network)のプロトタイプの基本機能を試作した。また,前年度の学会で出された意見やコメントに基づいて,必要な改善を行った。(2) IPv6ネットワークとセンサネットワークとの接続部分,センサネットワーク内の膨大な数のセンサから時々刻々と収集される大量のセンサ情報の視覚化部分,利用者が端末から膨大なセンサデータを処理するデータマイニング部および移動体間の協調機構を設計・開発した。(3) U-ASNの試作版を屋内環境で動作させ,問題点を洗い出し,必要な改善を行うとともに,提案したシステムの有効性・有用性について,事前評価を行った。2.研究成果の考察と中間まとめ屋内予備実験の結果を検証し,システムとその事前評価結果をまとめて,本研究の成果を北海道および宮崎で開催された国際セミナおよびシンポジウムで発表し,今後の研究の展開に反映させることとした。移動体を含む対象間のコミュニケーションや協調行動,無線ICタグが付けられた対象と仮想空間との接続を容易にする複合現実感が創る新たなユビキタス環境を構成するためのアドホックセンサネットワークの構築法について,平成22年度は下記の研究を実施した。1.システムの統合,屋外環境での実証実験,評価および改善(1)前年度試作したU-ASN (Ubiquitous Adhoc Sensor Network)のプロトタイプをIPv6ネットワーク等で接続した実験環境により,考案したシステムの機能性・操作性・ユビキタス性などに関する評価・検証を行い,目標としたU-ASNとしての試作版を完成させた。(2)移動体間の協調も考慮したアドホックセンサネットワークと地域の「豊の国ハイパーネットワーク」とをIPv6インターネット等により相互接続するユビキタス環境の提供が,条件不利地域における屋外環境でのIT化へどのように貢献するかについて考察した。さらに,本研究成果で得られた技術が,鳥獣被害対策など農林業のIT化につながることも検討を深めた。2.研究成果の考察と総括1.での実験結果を検証し,評価と考察結果をまとめた。本研究の成果は,2010年9月に韓国で開催された日韓拠点大学研究セミナーおよび2011年3月に開催された情報処理学会九州支部主催「火の国情報シンポジウム」で発表し,本研究を総括した。
細胞形態からマウス初期胚を考える

マウスの発生は、卵管のなかで受精がおこりやがて卵割が進み、受精後約3.5日目には胚盤胞と呼ばれる段階に到達する。胚盤胞においては、将来体に寄与する内部細胞塊(Inner Cell Mass; ICM)と胎盤を含む胚体外外胚葉に寄与する栄養外胚葉(Trophectoderm;TE)の2種類の細胞が見られる。これはマウス胚における最初の細胞分化である。胚盤胞にいたるまでの胚の中で細胞の存在様式と、細胞の分化との関連を固定サンプルを用いて調べた。ICMの未分化性を維持するには、Oct4遺伝子が重要であり、一方TEの分化にはCdx2が重要であるということが知られており、これらの遺伝子産物の発現と、細胞の位置の解析を行った。その結果、1)胚の表面に面していない細胞は8細胞期までにはほとんど存在しておらず、それ以降の時期に徐々に数を増す、2)Cdx2の発現は8細胞期で弱く開始し、その初期の発現は細胞の相対的な位置によらないこと、3)16細胞期以降のCdx2の発現は胚の外側に面する細胞で増強され、胚盤胞ではTE細胞に限局する、4)一方でOct4は胚盤胞の初期までほぼ一様に存在し、その発現は細胞の相対的位置にあまり依存していないことが明らかになった。これらの結果から、初期のTEの分化は細胞の相対的位置より、発生のタイミングの違いを反映しており、後に外側の細胞でCdx2の発現が上昇することでTEへの分化が進むであろうと推測した。これらの結果の一部は論文として投稿中である。更に連続して、胚の中での細胞の存在様式を探る為のトランスジェニックマウスを作製、連続撮影の条件検討を進めている。細胞の形態の観察を通して特に着床前のマウス初期胚についての理解を進める為に、以下の実験を行った。細胞の形態を可視化する為に、緑色の蛍光を発するVenusと、橙色の蛍光を発するKusabira Orangeの2種類の蛍光タンパク質を使い分ける。Lynの膜局在シグナルと融合した蛍光タンパク質、モエシンのアクチン結合位と融合した蛍光タンパク質をコードする遺伝子をRosa26遺伝子座に相同組み換えにより挿入したES細胞を樹立し、これらのES細胞を用いて、キメラマウスを経てノックインマウスの系統を得た。まず、得られたノックインマウス雄と野生型雌マウスとを交配し、胚盤胞の段階である受精後3.5日目胚を回収し、回収した胚盤胞をレーザー共焦点顕微鏡で観察し、蛍光融合タンパク質の発現、局在を調べ、作製したノックインマウスにおいて、胚の中の全ての細胞で細胞の形態が可視化できるかを確認した。その結果、Lyn-Venus, Moesin-Venusでは細胞の形態が比較的良く可視化されることがわかった。なおKusabiraOrangeとの融合タンパク質は蛍光が弱いこと、波長が狙った物と異なることなどから実用には向かないと判断した。8細胞期から胚盤胞の時期までの連続撮影条件の検討蛍光融合タンパク質を発現する8細胞期胚を回収し、レーザー共焦点顕微鏡装置を用いて胚盤胞に至る時期の連続的撮影を行う為の、ダメージを最小限にして十分な時間的連続画像を得られるようなタイムラプスの撮影条件の検討を行った。その結果Lyn-Venusにおいては比較的弱い光に露光することで、蛍光タンパク質の挙動に変化が見られたため、より感度の高い撮影方法を使う、あるいは撮影頻度を少なくする必要があると判断された。次年度も引き続きこの検討を進める。ライブイメージングに先立ち、固定したサンプルをファロイジン染色することで細胞の形態を可視化した。現在発生の各段階で詳しく解析を進めており、次年度も引き続いてこの解析を進める。

細胞の形態の観察を通して特に着床前のマウス初期胚についての理解を進める為に、昨年度に引き続き以下の実験を行った。8細胞期から胚盤胞の時期までの連続撮影条件の検討細胞の形態を可視化する為に作製した、Lynの膜局在シグナルと融合した蛍光タンパク質、モエシンのアクチン結合部位と融合した蛍光タンパク質をコードする遺伝子をRosa26遺伝子座にノックインしたマウス胚を用い、8細胞期から胚盤胞の間細胞の形、胚の中での相互的位置関係を連続観察する条件だしを行った。Lyn-Venusは長時間撮影を続けると、細胞内局在が不安定になり膜を十分に観察することが難しいこと、Moesin-Venusは胚の表面は良く標識できるのに対し、細胞間の可視化に難点がみられた。今後更に撮影条件の最適化を行う必要がある。ファロイジン染色と、分化マーカー染色による細胞の位置関係と分化様式の解析8細胞期から胚盤胞までの間の各段階で野生型の胚を固定し、Cdx2,Oct4抗体で染色し、同時にファロイジン染色により細胞の形態を可視化した。ファロイジン染色から胚の表面に露出している細胞を外側、露出していない細胞を内側の細胞と定義した。内側の細胞は8細胞期では見えず、その後少しずつ増えた。Cdx2の発現は8細胞期では非常に弱く、その後段階が進むにつれて強くなった。また、Cdx2の発現は胚盤胞に至る時期まで外側の細胞で強くなった。これに対してOct4の発現は内側、外側問わず強く発現が見られ、胚盤胞の後期になり内側に限局していくことが明らかになった。今後他の分化マーカーの発現様式、またこの時期の細胞の動きと併せてこれらの解析を進める。
第一原理統計熱力学に基づくMg基合金LPSO構造の熱力学的安定性の理論計算

Mg基3元系合金LPSO相の熱力学的安定性を,第一原理計算に基づいて明らかにする.その際,合金の原子配置や積層の自由度を定量的に考慮し,微視的な観点からの考察を行う.研究初年度においては,LPSO相は同組成の不規則相に対して熱力学的に安定であること,格子振動の効果はLPSO相の熱力学的安定性に対して定性的に無視できること,積層欠陥を導入した不規則相の熱力学的安定性や原子配置の短範囲の規則化の傾向とLPSO構造の形成の間に密接な関連が示唆されること,などを明らかにし,不規則相に基づく熱力学的安定性の議論の重要性が示唆された.これをふまえ,第二年度は,原子配置の短範囲の規則化を陽に考慮した不規則相の構造とその温度依存性,およびその積層依存性を様々な構成元素に対して第一原理計算から系統的に定量評価し, LPSO構造やL12クラスター形成の可否との関連性について吟味した.その結果,Mg-RE-Zn合金において,不規則相の最稠密面内の短範囲の規則化,特に最近接のRE-ZnペアとLPSO構造形成の可否に密接な関連が示唆されることを種々の希土類元素に対して系統的に確認した.さらに,LPSO構造において,積層欠陥近傍への溶質原子Y , Znの濃化とL12クラスター形成が,不規則相の積層欠陥導入に伴う原子配置の短範囲の規則化の変化の観点から説明可能である,という結論を得た.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。Mg基3元系合金LPSO相の熱力学的安定性を第一原理計算に基づいて明らかにする.その際,合金の原子配置や組成,積層の自由度を定量的に考慮した上で原子スケールの微視的な観点からの考察を行った.従来研究ではLPSO相の安定性に対する電子系のエネルギーの寄与のみが考慮されていたが,本研究では格子系のエネルギーの寄与についても第一原理から定量的に評価した.その結果は以下の通りである.まず不規則相とLPSO相の形成自由エネルギーを定量的に評価した,その結果,LPSO相は不規則相に対して熱力学的に安定であり,同じ積層構造の下では規則不規則相転移温度が900K程度になることを確認した.次に,熱力学的安定性に対する格子系の寄与の影響を,弾性定数に基づいて吟味した.その結果,同じ組成において不規則相とLPSO相の体積弾性率に有意な差はなく,格子系のエネルギーは熱力学的安定性に対して定性的には無視できることを明らかにした.さらに,積層欠陥が熱力学的安定性に及ぼす影響を,不規則相の形成エネルギーに基づいて吟味した結果,fccとhcp積層の平均よりも積層欠陥を導入した方が不規則相は熱力学的に安定であり,したがってMg-Y-Zn合金においてはL12クラスターを形成していなくても相分離した場合には積層欠陥を複数導入する方が安定であることを明らかにした.最後に,L12クラスター形成について不規則相の原子配置の短範囲の規則化の観点から検証した.その結果,不規則相は完全に不規則な原子配置と比較して特にMg-Mg, Y-Zn,Zn-Zn最近接ペアを好む傾向にあり,これはL12クラスターを有するLPSO構造の傾向と定性的に一致することを確認した.以上のことから,LPSO相の熱力学的安定性は,競合する不規則相の熱力学的安定性や構造と密接に関連していることを明らかにした.Mg基3元系合金LPSO相の熱力学的安定性を,第一原理計算に基づいて明らかにする.その際,合金の原子配置や積層の自由度を定量的に考慮し,微視的な観点からの考察を行う.研究初年度においては,LPSO相は同組成の不規則相に対して熱力学的に安定であること,格子振動の効果はLPSO相の熱力学的安定性に対して定性的に無視できること,積層欠陥を導入した不規則相の熱力学的安定性や原子配置の短範囲の規則化の傾向とLPSO構造の形成の間に密接な関連が示唆されること,などを明らかにし,不規則相に基づく熱力学的安定性の議論の重要性が示唆された.これをふまえ,第二年度は,原子配置の短範囲の規則化を陽に考慮した不規則相の構造とその温度依存性,およびその積層依存性を様々な構成元素に対して第一原理計算から系統的に定量評価し, LPSO構造やL12クラスター形成の可否との関連性について吟味した.その結果,Mg-RE-Zn合金において,不規則相の最稠密面内の短範囲の規則化,特に最近接のRE-ZnペアとLPSO構造形成の可否に密接な関連が示唆されることを種々の希土類元素に対して系統的に確認した.さらに,LPSO構造において,積層欠陥近傍への溶質原子Y , Znの濃化とL12クラスター形成が,不規則相の積層欠陥導入に伴う原子配置の短範囲の規則化の変化の観点から説明可能である,という結論を得た.第一原理計算とクラスター展開法を組み合わせた,可能な全ての微視的状態に対するエネルギーの包括的計算を平成26年度に完了する予定であったが,Mg基合金の精確な多体相互作用の抽出に必要な第一原理の計算量が膨大であり計算時間も当初の予想を上回っているため,本年度の前期も引き続き計算を行って上記研究を遂行する.

一方で,不規則相に基づいたLPSO相の熱力学的安定性の研究が当初の予想を遥かに上回る形で成功しており,本年度は26年度に実施していない,他のMg基合金系についても系統的に計算し,体系的な理解を目指す予定である.27年度が最終年度であるため、記入しない。前年度の研究実施状況を踏まえると,積層構造の自由度を考慮した不規則相の熱力学的安定性や原子配置の短範囲の規則化から,構成元素の違いによるLPSO構造の熱力学的安定性や原子スケールでの構造の違いに対する系統的な知見を得ることが期待できるため,優先的に実施する.より詳細な熱力学的安定性については,上記で得られた比較的安定な複数の積層構造に対して第一原理計算とクラスター展開法の組み合わせを適用することで定量的に評価する.一方,濃度と構造変調の同期の原因については明らかになっていないため,当研究グループでは,電子状態,特にフェルミ面のネスティングに起因したcharge density waveの可能性について検証を進める予定である.27年度が最終年度であるため、記入しない。
発癌と癌進展におけるvasohibin2の機能に関する研究

ヒト卵巣癌細胞のVASH2ノックダウン細胞は敷石状のコロニーを形成してE-cadherinの発現が増強し、ZEB2, SNAI2, TWIST1の発現は顕著に低下、さらに細胞浸潤能の有意に低下した。胃癌を自然発症するGanマウスとGan・Vash2(-/-)マウスについて比較したところ、Gan・Vash2(-/-)マウスでは胃癌の発育と、血管新生およびがん随伴線維芽細胞が顕著に低下していた。His-VASH2カラムにマウス脳抽出物をapplyし、VASH2の結合する複数の膜蛋白をVASH受容体の候補として選出した。ヒトの家族性大腸ポリポーシスのマウスモデルで、自然発癌マウスモデルでもあるApc(min/+)マウスに高脂肪食を付加し、小腸に癌の早期までのポリープ病変を惹起させ、腺腫から腺癌に至る過程での血管の変化を解析すると共に、VASH2の発現を代表的な血管新生因子であるVEGF-Aと比較した。血管は、腺腫から腺癌に至る過程で増成し、未熟な形態に変化した。VASH2の発現は腺腫から腺癌に至る過程で上昇し、その発現細胞は腫瘍細胞であった。一方、VEGF-Aの発現には変化はなく、上昇は確認されなかった。Apc(min/+)マウスとVASH2(lacZ/lacZ)マウスを交配してApc(min/+)・VASH2(lacZ/lacZ)マウスを作成し、ポリープ病変を惹起させ、病変部位をβ-galactosidase染色したところ、腫瘍細胞が強く染色したことから、VASH2発現細胞は腫瘍細胞が主体であることが確認された。もう一つの胃がんの自然発症マウスモデルであるGanマウスにおいても胃がん部位のVASH2の発現を正常胃粘膜と比較したところ、上昇している事が確認された。また、GanマウスとVASH2(lacZ/lacZ)マウスを交配してGan・VASH2(lacZ/lacZ)マウスを作成した。一方、VASH2(lacZ/lacZ)マウスにルイス肺癌細胞を移植したところ、野生型マウスと比較して、腫瘍の発育と腫瘍血管新生の有意な抑制が観察された。Ganマウスの胃癌組織におけるVASH2の発現は正常胃粘膜と比較して亢進していることを観察した。次にGanマウスとVASH2ノックアウトマウスとを交配してGanマウス・VASH2(-/-)マウスを作成し、胃癌発生をGanマウスと比較したところ、Ganマウス・VASH2(-/-)マウスでは胃癌の発生頻度と腫瘍サイズが、何れも有意に低下していることが明らかとなった。また、培養癌細胞を用いた解析から、VASH2は癌細胞のstemnessやepithelial to mesenchymal transition(EMT)に関与することが明らかとなった。ヒト卵巣癌細胞の親株とVASH2ノックダウン細胞を比較したところ、VASH2ノックダウン細胞では敷石状のコロニーを形成してE-cadherinの発現が増強し、ZEB2, SNAI2, TWIST1の発現は顕著に低下、さらに細胞浸潤能の有意に低下した。胃癌を自然発症するGanマウスとGan・Vash2(-/-)マウスについて胃癌組織を比較したところ、Gan・Vash2(-/-)マウスでは胃癌の発生・発育および胃癌細胞のKi-67陽性率は顕著に抑制されており、癌間質では血管新生が抑制されるとともに、αSMA陽性のがん随伴線維芽細胞(cancer associated fibroblast:CAF)の数が顕著に低下していた。以上より、VASH2はがん細胞にオートクリン的に作用して上皮間葉転換を惹起すると共に、がん間質に対してパラクリン的に作用して腫瘍血管新生やCAFの増勢を促進するなど、多彩な作用を発揮してがん進展を促進することが明らかとなった。His-VASH2カラムを作成し、正常組織では脳にVASH2が比較的発現していることからマウス脳抽出物をapply、pull down法によりそれぞれのカラムに結合する蛋白を単離し、MS解析で蛋白を同定して、VASH2のいずれにも結合する複数の膜蛋白をVASH受容体の候補として選出した。自然発がんモデルの一つであるGanマウスを用いて、VASH2が胃癌の発生に関与していることを証明することに成功した。また、VASH2の新たな機能の一つとして癌細胞のstemnessやEMTに関与するとの結果を得ることができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。実験病理APCminマウスとGanマウスを用いてEMTのの組織レベルでの解析を行うとともに、VASH2の特にstemnessやEMTに関わる分子機序を明らかにする。

2つの自然発癌マウスモデルを用いて、発癌の過程でVASH2が癌細胞に発現することを証明した。また、VASH2(lacZ/lacZ)マウスにVASH2を発現するルイス肺癌細胞を移植した実験から、宿主の発現するVASH2も癌の進展に関与することを示すことができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。Apc(min/+)・VASH2(lacZ/lacZ)マウスおよびGan・VASH2(lacZ/lacZ)マウスの発癌と癌進展を、それぞれApc(min/+)マウスおよびGanマウスと比較し、VASH2の発癌・癌進展における機能の詳細を明らかにする。ほぼ予定通りに執行できたが、少額の残額を生じた。次年度の試薬費に当てる。
分子遺伝学的手法を用いたパニックディスオーダーの成因解明

パニックディスオーダーは臨床遺伝学的見地から遺伝素因が強く関与していると考えられており、またその特異な薬剤反応性からその発症に生物学的異常が存在することが示唆されている。ことに、セロトニン受容体遮断作用のあるイミプラミン等の抗うつ剤が治療において有効であることから、パニックディスオーダーの発症にセロトニン受容体が関与している可能性が示唆される。今回、DSM IVにてパニックディスオーダーと診断された患者と正常対照群の末梢血からフェノール法によりDNAを抽出し、パニックディスオーダーの候補遺伝子としてセロトニン1A、2A、2Cレセプター遺伝子ならびにノルアドレナリン遺伝子を想定し、それぞれの候補遺伝子について分子生物学的手法を用い、その多型性を検討し相関を検討した。その結果、パニックディスオーダーと正常対照群において両候補遺伝子との間にセロトニン2Aレセプター遺伝子を除く遺伝子には遺伝子型、遺伝子頻度ともに有意な差はなく、それらとの相関は否定された。セロトニン2A受容体遺伝子においては有意な相関を示し、さらに下位分類を行い、広場恐怖を持つものではより強い相関を認めた。セロトニン受容体との相関研究については現在投稿中、ノルアドレナリン受容体の結果については現在投稿準備中である。パニックティスオーダーは臨床遺伝学的見地から遺伝素因が強く関与していると考えられており、またその特異な薬剤反応性からその発症に生物学的異常が存在することが示唆されている。今回、DSMIVにてパニックディスオーダーと診断された患者と正常対照群の末梢血からフェノール法によりDNAを抽出し、パニックディスオーダーの候補遺伝子としてセロトニン1A、2A、2Cレセプター遺伝子ならびにノルアドレナリン遺伝子を想定し、それぞれの候補遺伝子について分子生物学的手法を用い、その多型性を検討し相関を検討した。セロトニン受容体との相関研究については現在投稿準備中、ノルアドレナリン受容体の結果について2001WORLDC ONGRESS ON PSYCHIATRIC GENETICSにおいて報告した。今後セロトニン受容体の他の亜型や、他に生物学的病因と考えられているコレシストキニン受容体、GABA受容体の遺伝子、もしくはその近傍のDNAマーカーなどとの相関を検討する。
中性K中間子検出による原子核中でのハイペロン生成の研究

本研究の目的は、1.中性K中間子の測定によるハイペロン生成機構2.原子核中でのハイペロンの役割3.ハイパー核構造を通じてのハイペロ・核子間相互作用の解明にある。特に、光子による生成敷値近傍でのΛおよび中性K中間子生成の測定は、始・終状態に電荷が無いこと、反応に関与する共鳴状態の数が少ないことから電磁相互作月もよるストレンジネス生成機構を探るうえで重要である。そこで、光子による中性K中間子生成反応の測定に焦点をあて、研究を進めた。本研究の目的は中性K中間子の高分解能運動量測定を実現することで、ハイペロン生成反応を調べ、ハイパー核の構造を通じて原子核中のs=-1ハイペロンの役割、ラムダ・核子相互作用を明らかにすることにある。本年度は,最高の運動量分解能を持つK0中間子スペクトロメータに関する検討を行った。特に,実際に入手可能な磁石を仮定して,モンテカルロシミュレーションを実行し,運動量分解能、検出効率等の最適化を試みた。その結果,2MeV(FWHM)を持つスペクトロメータが実現可能であることを示した。高分解能中性K中間子スペクトロメータによって,高精度かつ高純度のデータ収集への道が開かれた。これらの検討結果に基づき、最高性能を持つK0スペクトロメータの建設が開始された。その中でも最も重要な役割を果たす,物質量を最小に押さえつつ高位置分解能を実現するカソード読み出しチェンバーを設計し,その製作を行った。またトリガー検出器として、磁場中に設置するホドスコープの概念設計を完成し,その詳細設計を進めている。一方、光子による中性K中間子生成過程についての理論的な解析を進め,現在手には入りうる電磁相互作用によるK中間子生成素過程についての模型では,荷電K中間子に対してはよく再現するものの中性K中間子についてはその角度分布が模型に大きく依存することが明らかとなった。中性K中間子測定は光子によるストレンジネス生成過程を明らかにするするうえで大きな役割を果たすので、上記中性K中間子スペクトロメータを用いた実験の検討も同時に進行した。本年度は,初年度のK0中間子スベクトロメータに関する検討に基づき、直径1mの円形磁極を持つ双極磁石をベースとしたスペクトロメータの建設が開始された。特に、昨年来検討を進めてきた光子ビームによる中性K中間子検出を第一目標に実験準備が進められている。特に、具体的に中性K中間子スベクトロメータを東北大学原子核理学研究センターに設置するため、関連する実験室に於ける配置、データ収集システムに関する検討が進められ、順次準備が進められている。その中でも最も重要な役割を果たす,物質量を最小に押さえつつ高位置分解能を実現するカソード読み出しチェンバーは昨年度完成したが、その性能テストが既存の読み出し回路を用いて進められた。さらに、本チェンバーに最適化されたカソード読み出し回路の設計に基づき、読み出し回路システムの政策が進んでいる。本年度の研究経費の多くがこの読み出し回路に関連するものである。一方、トリガー検出器として、磁場中に設置するホドスコープのブロトタイブも完成し、その宇宙線によるテストが進行している。最終的な性能確認を行った上で、実際の製作を行う予定である。昨年度来、光子による中性K中間子生成過程についての理論的な解析を進め,現在手には入りうる電磁相互作用によるK中間子生成素過程についての模型では,荷電K中間子に対してはよく再現するものの中性K中間子についてはよその角度分布が模型に大きく依存することが明らかとなった。中性K中間子測定は光子によるストレンジネス生成過程を明らかにするするうえで大きな役割を果たすことが明らかとなり、具体的な上記実験計画が進行した。本研究の目的は中性K中間子検出を実現することで、ハイペロン生成反応を調ベ、ハイパー核の構造を通じて原子核中のs=-1ハイペロンの役割、ラムダ・核子相互作用を明らかにすることにある。本年度は、昨年来検討を進めてきた光子ビームによる中性K中間子検出を第一目標に実験準備が進められた。具体的には、旧東京大学原子核研究所電子シンクロトロン施設のTAGXスペクトロメータの磁石等を中性K中間子スペクトロメータの一部として活用するためまず東北大学原子核理学研究センターに大型磁石を移設した。また、関連して実験室に於ける配置、データ収集システムに関する検討が進められ、順次準備が進められた。本研究の目的は、中性K中間子を検出する事により、ハイペロン生成機構を調べ、ハイパー核の構造を通じて、原子核中のS=-1ハイペロンの役割、A・核子相互作用を明らかにすることである。

特に、光子による素過程反応では、中性K中間子生成チャンネルは、荷電K中間子生成チャンネルと比較して、電荷が無いこと、敷値付近では、反応に寄与する共鳴状態の数がすくないことから、光子のよる中性K中間子生成反応測定は、電磁相互作用によるストレンジネス生成反応を明らかにするうえで、大きな役割を果たすと思われる。本年度は、昨年度から検討を進めてきたGeV光子による中性K中間子生成反応の測定の実験準備が進められた。具体的には、、東北大学原子核理学研究施設1.2GeVブースターでの実験「Quasi Free Photoproduction of Neutral Kaons on 12C near Threshold Region」を提案し、認められた。また、検出器である中性K中間子スペクトロメータの電磁石の励磁テストやデータ収集系の開発・整備など、実験施設側の準備が進められた。さらに、スペクトロメータの主要検出器である粒子飛跡検出用ドリフトチェンバーを宇宙線を用いてテストを行い、充分な性能がでていることを確認した。実験は平成13年度に行われる予定であり、その準備は完了した。さらに、次の実験となる素過程反応の直接測定のための重陽子標的の検討を行った。
ラット海馬培養細胞と小型ロボットの反応・制御系でのニューロモデル構成と知識獲得

ラット海馬の分散培養神経細胞の活動信号によりロボットを制御する反応・制御系モデルを構成した.また,培養神経細胞に内在している反応の論理性と学習性について,その構造を知識化することに成功した.このモデルは学習型であるので,神経細胞と知能モデルによる協調的な相互学習が可能となり,環境変化に適応できるブレイン・コンピュータ・インタフェースの基礎技術として極めて有用である.ラット海馬の分散培養神経細胞の活動信号によりロボットを制御する反応・制御系モデルを構成した.また,培養神経細胞に内在している反応の論理性と学習性について,その構造を知識化することに成功した.このモデルは学習型であるので,神経細胞と知能モデルによる協調的な相互学習が可能となり,環境変化に適応できるブレイン・コンピュータ・インタフェースの基礎技術として極めて有用である.海馬の培養神経細胞への刺激と小型ロボットへの反応によるトップダウン・ボトムアップ反応のニューロモデル構築とその構造からの知識獲得を研究目的とし,今年度は,ラット海馬から抽出した培養神経細胞と小型ロボット(ケペラ)とを接続して,トップダウン・ボトムアップ処理の入出力関係を学習型神経回路モデルで構築するための基礎検討を行った.検討内容は次の通りである.(1)ラット培養細胞とケペラとの接続経路の整備・ラットの海馬からの神経細胞を培養する培養装置,活動電位を測定する多点電極装置,ケペラ,コンピュータ,制御ソフト(LabVIEW8),接続経路等の整備を林と工藤が行った.(2)ケペラ走行用迷路コースの整備・工藤がケペラ走行用迷路コースを工作した.また,林がwebカメラでのケペラ検出画像用の画像処理アルゴリズムを確認した.(3)画像検出用プログラムの整備・林と福島が学習型神経回路モデルを提案し,webカメラを用いたケペラ画像検出用プログラムを作成して,ケペラの運動エッジの方位選択成分を抽出した.(4)トップダウン・ボトムアップ処理アルゴリズムの基礎検討・林と工藤,馬野でトップダウン・ボトムアップ処理アルゴリズムの基礎検討を行った.・全体システムの推論機能には,ファジィ推論による培養神経細胞の反応規則性の同定手法を用いた.これらの基礎的検討実験から,培養神経細胞による自発的活性電位でのケペラ走行が可能となった.また,ファジィ推論によるケペラの障害物回避制御が可能となった.さらに,ファジィ推論ルールの前件部適合度から培養神経細胞の反応規則的な学習性を確認できた.本年度は,ラット海馬の培養神経細胞と小型ロボット(ケペラ)とを接続して,学習型ファジィモデルによるケペラの制御とその評価について検討した.1.ラット培養細胞とケペラとの接続経路の確保(林,工藤,馬野,福島)・培養神経細胞とケペラとの接続を確保し,画像処理によりケペラの走行軌跡を記録した.2.トップダウン・ボトムアップ処理アルゴリズムによるケペラ実験・走行壁からケペラまでの距離信号を培養神経細胞に刺激として与える実験設備を整備した.(工藤)・培養神経細胞からの反応パターンを入力として,ケペラの直線走行の駆動回転数出力を得るファジィモデルの定式化を提案した.(林)・パターン画像データ等が不足した場合でも精度を確保するニューロ内挿ベクトル法を提案した,(林,福島)3.ケペラ実験の評価と検討・カメラ画像から走行軌跡を評価する走行評価システムを構築し,マグネシウム量の変化に対する培養細胞の初期学習での可塑性を議論した,(林,工藤)・学習型ファジィルール適合度から培養神経細胞の適応学習性について議論した.(林,工藤,馬野,福島)以上から,ファジィ推論によるケペラの直線走行とその評価が可能となった,また,マグネシウム量の変化から培養細胞の初期学習での可塑性を議論し,学習性ファジィ推論により培養神経細胞の反応規則的な学習性を確認できた.本年度は,本研究の最終年度として,ラット海馬の培養神経細胞と小型ロボット(ケペラ)とを接続して,環境変化と状況変化の両学習での可塑性を評価し,学習の多層性を検討した.1.培養細胞への刺激・発火反応による細胞関係の解析(林,福島)・培養細胞への刺激に応答する細胞の発火率の分散状況を解析し,細胞が有する法則性や知識的ルール性を議論した.2.学習型ファジィ制御によるトップダウン・ボトムアップ処理アルゴリズムの解析・学習型ファジィ制御の各種パラメータによる環境変化に対するルール適合性から,環境変化に対する適応学習性を議論した.また,状況変化に対する培養神経細胞の適応学習性についても議論した.(林,工藤)・環境変化に対する適応学習性と状況変化に対する適応学習性の2つの適応学習性の相補関係について,法則性や知識的ルール性を議論した.(馬野)3.成果発表(林,馬野,福島,工藤)・実験から得た結果や成果を国内外で開催される学会で発表し,論文投稿した.なお,本研究を推進するにあたり,工藤卓氏から培養細胞の生成と信号検出方法に関して多くの議論と助言を得て,全体の成果としてまとめた.
オートファゴソーム形成中間体の隔離膜凹面によるカーゴ集積機構についての解析

オートファゴソーム形成過程では、隔離膜と呼ばれる御椀型のオートファゴソーム形成中間体膜上のホスファチジルエタノールアミンにAtg8が共有結合する(Atg8-PE)。選択的オートファジーにおいてカーゴを認識したカーゴ受容体はAtg8-PEに結合することでオートファゴソームに取り込まれる。Atg8-PEは隔離膜の凹面凸面の両面に局在するにも関わらず、カーゴ受容体は凹面に効率よく局在化すると考えられている。本研究では選択的オートファジー経路のモデルとして出芽酵母Cvt経路を用い、カーゴ受容体Atg19とカーゴApe1およびAms1が隔離膜凹面に局在化するメカニズムの解明を目的としている。本年度は前年度に引き続き、隔離膜のモデル系として単一巨大リポソーム(GUV)を用いたin vitroでの隔離膜局在の可視化を試みた。コレステロールを含まないGUVを用いてAtg8が共有結合したAtg8-GUVを調製し、Atg19が結合したApe1を加えた。Atg19が結合したApe1がAtg8-GUVにテザリングし、時間経過とともに内部に陥入していく様子が観察された。一方でApe1の表面に十分量局在できないAtg19変異体を用いると、Atg8-GUVにテザリングは行うものの内部への陥入は観察されなかった。実際に細胞内でのオートファゴソームへの取り込みを調べると、形成される隔離膜のサイズが小さいときにはAtg19の表面局在が必須であり、隔離膜が大きいときにはAtg19の表面局在は必要ではなくテザリング能だけで十分であった。この結果は、隔離膜に対して対等な大きさを持つカーゴがその表面で受容体と結合している場合、自発的に膜を変形させることを示唆している。前年度、選択的オートファジー受容体のみを用いた小さな分子の凹面局在化機構について明らかにしたが、本年度は大きな分子の局在化機構を明らかにすることができた。来年度には、これらの研究成果をまとめて報告が可能になるように実験を継続したい。平成31年度以降の推進方策としては、これまでに得られたin vitroでの実験結果が、実際の酵母を用いた生体内でも反映されるかどうかについて、検証を行いたい。具体的には光学顕微鏡、電子顕微鏡観察による可視化、生化学実験による輸送分析を行い、隔離膜凹面への局在がオートファゴソーム取り込みの鍵になるかどうかを検証する。オートファゴソーム形成過程では、隔離膜と呼ばれる御椀型の形成中間体上のホスファチジルエタノールアミンにAtg8が共有結合する(Atg8-PE)。本年度は隔離膜のモデル系として単一巨大リポソーム(GUV)を用いたin vitroでの隔離膜局在の可視化を試みた。一般的に用いられるGUVはエレクトロポレーションによって調製されることが多い。この場合コレステロールが必須であり、コレステロールを含むGUVはrigidで球形から形を変化させない。我々の研究室で用いられるGUV作製法ではコレステロールを用いないため、凹凸面を持つGUVが調製できる。この手法を用いて作られたGUV上のPEにAtg8を共有結合させ、凹凸面を持つAtg8-PE含有GUVの形成に成功した。Atg19を加えると、Atg8結合能依存的にGUV表面に局在し、さらに野生型のAtg19はGUVの凹面に特異的に局在した。Atg19の変異体を用いた解析により、GUV凹面への局在にはAtg19のコイルドコイル領域とAtg8結合領域を持つことが必要十分であることが明らかとなった。Atg19はコイルドコイル領域を介して多量体を形成することが示唆されている。そのためAtg19がどのように多量体を形成するかをコイルドコイル領域のX線結晶構造解析を行うことにより調べ、結晶中で多量体を形成していることを見出した。平成29年度の計画では、in vivoでの免疫電子顕微鏡や生化学的解析による隔離膜凹面へのカーゴ集積の検出、in vitroではAtg8-PEナノディスクを用いた生化学的解析を中心に予定していたが、これらは未達成である。しかしながら、in vitroでのAtg8-PE GUVを用いた解析でAtg19のGUV凹面への選択的集積が観察されたこと、Atg19コイルドコイルのX線結晶構造解析が成功し多量体形成機構が判明したことを考えると、目的達成度としては当初の予定通りではないかと考えられる。

本研究では選択的オートファジー経路のモデルとして出芽酵母Cvt経路を用い、カーゴ受容体Atg19とカーゴApe1およびAms1が隔離膜凹面に局在化するメカニズムの解明を目的としている。本年度は前年度に引き続き、隔離膜のモデル系として単一巨大リポソーム(GUV)を用いたin vitroでの隔離膜局在の可視化を試みた。コレステロールを含まないGUVを用いてAtg8が共有結合したAtg8-GUVを調製し、Atg19が結合したApe1を加えた。Atg19が結合したApe1がAtg8-GUVにテザリングし、時間経過とともに内部に陥入していく様子が観察された。一方でApe1の表面に十分量局在できないAtg19変異体を用いると、Atg8-GUVにテザリングは行うものの内部への陥入は観察されなかった。実際に細胞内でのオートファゴソームへの取り込みを調べると、形成される隔離膜のサイズが小さいときにはAtg19の表面局在が必須であり、隔離膜が大きいときにはAtg19の表面局在は必要ではなくテザリング能だけで十分であった。この結果は、隔離膜に対して対等な大きさを持つカーゴがその表面で受容体と結合している場合、自発的に膜を変形させることを示唆している。前年度、選択的オートファジー受容体のみを用いた小さな分子の凹面局在化機構について明らかにしたが、本年度は大きな分子の局在化機構を明らかにすることができた。来年度には、これらの研究成果をまとめて報告が可能になるように実験を継続したい。平成30年度以降の推進方策としては、Atg8-PE GUVを用いた実験を中心に、特に実際のカーゴも凹面に局在するかを検討する。更にAtg19が実際に溶液中でも結晶中と同様の多量体を形成しているかどうかをSEC-MALSなどを用いて検討する。カーゴ受容体の多量体形成が凹面局在性に必須かどうかを調べるために、多量体化ドメインとAIMを持つ人工的な蛋白質を設計し、この蛋白質でもAtg19と同様の局在を示すかどうかを検討する。平成31年度以降の推進方策としては、これまでに得られたin vitroでの実験結果が、実際の酵母を用いた生体内でも反映されるかどうかについて、検証を行いたい。具体的には光学顕微鏡、電子顕微鏡観察による可視化、生化学実験による輸送分析を行い、隔離膜凹面への局在がオートファゴソーム取り込みの鍵になるかどうかを検証する。当該年度は主に所属研究室で備えられている備品および消耗品で研究し徹底的な節約を行ったため次年度使用額が生じた。本年度以降に積極的な論文出版および海外での研究報告を計画していること、適切な消耗品購入あるいは備品導入を行うことにより次年度使用額を利用する予定である。本年度に論文出版および海外での研究報告を計画していること、適切な消耗品購入あるいは備品導入を行うことにより次年度使用額を利用する予定である。