hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
IncIプラスミドに存在する多元逆位領域の解析

多元逆位領域(シャフロン)は、我々がプラスミドR64で発見した新種のDNA再編成領域である。この領域では、4種のDNAセグメントが7個の19bp反復配列により区分されている。領域下流に位置するrci遺伝子産物の作用により、任意の逆向き反復配列間で部位特異的組換え反応が起き、各セグメントは単独あるいは連合して逆位を行う。オ-プンリ-ディングフレ-ム(ORF)の解析から、本領域はN末端部が一定でC末端部が異なる7種のpilV遺伝子の切換えスイッチであると考えられる。プラスミドR64の接合伝達領域の決定を最初に行った。一連のR64欠失プラスミドを作成した結果、R64の接合伝達領域は複製領域の右側54.0kb内の領域に存在することが明らかになった。接合伝達領域の左端から多元逆位領域までの約19kbの塩基配列を決定した。この領域には合計18個のORFが存在した。各ORFに欠失や挿入を導入して変異株を作成したところ、多くのORFは線毛形成および接合伝達に関与することが明らかになった。多元逆位領域は性線毛形成遺伝子群の最後尾に位置する。pilV遺伝子のC末端が7種の各々に固定化したR64誘導体を作成し、受容菌を大腸菌Kー12,B,C株、サルモネラ菌、赤痢菌に変えて、液体内での接合伝達の頻度を測定した。pilVのC末端部の種類と受容菌の組合せによって接合伝達頻度は著しく変化した。一方、表面接合伝達の頻度は変化しなかった。この結果は、R64の多元逆位領域は、pilVのC末端を換えることにより、液体内での接合伝達において受容菌の特異性を決定するのに機能していることを示す。接合伝達領域の他端に存在するoriT領域についても解析を加え、この領域にnikA,nikBと名付けた2種の遺伝子が存在し、共同してoriT特異的ニッケ-スとして作用していることを明らかにした。オ-プンリ-ディングフレ-ム(ORF)の解析から、本領域はN末端部が一定でC末端部が異なる7種のタンパク産生の切換えスイッチであると考えられる。一連のR64欠失プラスミドを作成した結果、56.7kbのR64配列を持つプラスミドが接合伝達可能な最小のプラスミドであった。このうちの2.7kbは複製領域であるので、R64の接合伝達領域は複製領域の右側54.0kb内の領域に存在することが明らかになった。この領域をクロ-ン化したプラスミドを持つ大腸菌は、IncI特異的ファ-ジIα、PR64に感受性になることから、この領域は性線毛の形成に関与することを推定した。

各ORFに欠失や挿入を導入して変異株を作成したところ、多くのORFは線毛形成及び接合伝達に関与することが明らかになった。多元逆位領域は性線毛形成遺伝子群の最後尾に位置する。多元逆位領域によってそのC末端を変化させる遺伝子をpilVと命名し、C末端が7種の各々に固定化したR64を作成し、受容菌を変えて接合伝達の頻度を測定した。pilVのC末端部の種類と受容菌の組合せによって液体内での接合伝達頻度は著しく変化した。この結果は、R64の多元逆位領域が液体内での接合伝達において受容菌の特異性を決定するのに機能していることを示す。多元逆位領域(シャフロン)は、我々がプラスミドR64で発見した新種のDNA再編成領域である。この領域では、4種のDNAセグメントが7個の19bp反復配列により区分されている。領域下流に位置するrci遺伝子産物の作用により、任意の逆向き反復配列間で部位特異的組換え反応が起き、各セグメントは単独あるいは連合して逆位を行う。オ-プンリ-ディングフレ-ム(ORF)の解析から、本領域はN末端部が一定でC末端部が異なる7種のpilV遺伝子の切換えスイッチであると考えられる。前年度の研究により、多元逆位領域は性線毛形成遺伝子群の最後尾に位置することが明らかになった。本年度は多元逆位領域の生物学的意義を解明する研究を主に行った。pilV遺伝子のC末端が7種の各々に固定化したR64誘導体を作成し、受容菌を大腸菌Kー12,B,C株、サルモネラ菌、赤痢菌に変えて、液体内での接合伝達の頻度を測定した。pilVのC末端部の種類と受容菌の組合せによって接合伝達頻度は著しく変化した。一方、表面接合伝達の頻度は変化しなかった。この結果は、R64の多元逆位領域は、pilVのC末端を換えることにより、液体内での接合伝達において受容菌の特異性を決定するのに機能していることを示す。多元逆位位領域におけるDNA逆位の機構を解析する第一歩として、19bp反復配列に相当する2種のDNA配列を化学的に合成し、pBR322の2種の制限酵素部位にいずれかの向きで挿入し、rciプラスミドの存在下で逆位の有無を調べた。反復配列が逆向であれば、逆位が認められた。この結果は、逆向き反復配列がrci産物の認識配列であることを示す。接合伝達領域の他端に存在するoriT領域についても解析を加え、この領域にnikA,nikBと名付けた2種の遺伝子が存在し、共同してoriT特異的ニッケ-スとして作用していることを明らかにした。
スチールチップ補強ポリマーセメント系複合材料の開発と構造部材への適用

1.研究目的:本研究は,省資源,環境負荷物質低減,長寿命を基本概念とした環境配慮型鉄筋コンクリート構造物を実現するための研究である。本研究の目的は,スチールチップ補強セメント系複合材料にセメント混和用ポリマーを適用してこの問題を解決することである。この新しく開発したセメント系材料について各種材料実験の結果を踏まえ,最終的にはスチールチップ補強セメント系複合材料の構造部材への適用を提案する。2.3年度目研究目標:3年目には, 2年目に行った拘束壁乾燥収縮試験体のひび割れ本数の数値解析により示した予測に続いて、スチールチップ補強ポリマーセメント系複合材料の設計と長期性能の予測に必要な評価モデルを構築することである。3.研究進行状況:2年目に行った拘束壁乾燥収縮試験体のひび割れ本数の数値解析により示した予測に続いて、スチールチップ補強ポリマーセメント系複合材料の設計と長期性能の予測に必要な評価モデルを構築するため、追加解析を行った。当初の解析においては、去年の実験結果から得られた付着性状を考慮する一方、クリープの影響は無視して解析した。その結果、実験によるひび割れ本数を過大評価することが確認された。そこで、この過大評価を解決するために、クリープ実験に基づいて、CEB-FIP Model Code 1990のクリープ係数算定式を修正したクリープ係数モデルを提案し、乾燥収縮ひび割れの本数予測を行った。その結果,実験によるひび割れ本数をほぼ正確に予測することを確認した。最終的に3年目の研究成果は1年間学会論文集と国内学会で発表した。そして、すべての結果をまとめて、国際ジャーナルに英語論文を投稿した。27年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画段階の時には本年度の目標として,スチールチップ補強セメント系複合材料の耐久性を明らかにするためにSCRCCの耐久性全般的な検討を考慮したが、本研究の目標を修正してSCRPCCの乾燥収縮とクリープ特性について集中的に検討することにした。まず、1年目にはSCRCCに対して実験研究を中心的に乾燥収縮とクリープ特性を把握することにした。SCRCCの長期性能を検証するため,壁を模擬した試験体を製作し、乾燥収縮特性とひび割れ特性に対して検討した。スチールチップ補強の有無,および内部の鉄筋量を実験変数として収縮乾燥収縮ひび割れを長期観測した。特に自由収縮量のみではひび割れ調節のためのスチールチップ補強の真の可能性を追求できないため,実部材に近い拘束条件,配筋条件のもとで検討した。その結果として、実験から得られた知見は次の通りである。1)無補強モルタルに比べ, SCRCCの乾燥収縮ひずみは減少した。2)拘束試験体の乾燥収縮はスチールチップの補強と鉄筋量の増加によって減少した。SCRCCの乾燥収縮の計測とひび割れ発生状況に対する観測は長期的な材料特性を把握するため、現在、1年以上のデータを収集している。1.研究目的2.2年度目研究目標2年目には, 1年目にSCRCCで行った乾燥収縮とクリープ実験に対して、SCRPCCに材料を変更して実験研究を中心的に乾燥収縮とクリープ特性を把握する。これと共に乾燥収縮ひび割れ予測のため、SCRCCとSCRPCCの付着特性を検討することである。本年度は,鉄筋の付着特性を実験的に検証した。円柱形及び角柱形のセメント系複合材料試験体に鉄筋を埋め込み、片引き試験と両引き試験を行った。平行して、去年に行った拘束壁乾燥収縮試験体のひび割れ本数の数値解析による予測を示した。この解析はセメント系複合材料と鉄筋の付着応力ーすべり関係を考慮して材料内の応力変化を逐次計算し、ひび割れ発生を予測した。これらの1年間のデータをまとめて学術論文誌上および国内外の学会で発表している。またスチールチップ補強ポリマーセメント系複合材料の設計と長期性能の予測に必要な評価モデルの構築に着手しており,基本骨格が固まりつつある。以上の成果は,当初の期待通りの進捗状況である。

27年度が最終年度であるため、記入しない。現在、これらのSCRCCとSCRPCCの乾燥収縮とクリープ実験、付着実験結果に基づき、SCRCCとSCRPCCの乾燥収縮ひび割れの発生について解析し、モデル化をするための解析作業を中心的に行っている。1年目の研究成果は今年度1年間学会論文集と国内∙外学会で発表した。そして、今、行っている解析作業が終わったらすべての結果をまとめて、国際ジャーナルに英語論文を投稿するのを計画している。本年度は,大型両端拘束乾燥収縮試験体8体の作成とひずみ計測を中心に実験的作業を進めた。平行して自由収縮試験体の観測,曲げクリープ試験体の製作・観測を実施し,収縮ひび割れ幅の予測に必要な各種データを採取した。これらの実験は現在も計測を続行中であるが, 1年間のデータをまとめて学術論文誌上および国内外の学会で発表している。スチールチップ補強セメント系複合材料(SCRCC)の設計と長期性能の予測に必要な評価モデルの構築に着手しており,基本骨格が固まりつつある。それから、スチールチップ補強ポリマーセメント系複合材料(SCRPCC)に関する実験データも採取している。その次にはSCRPCCの予測ための評価モデルの構築に着手する。
IL-1レセプターアンタゴニストノックアウトによる慢性関節リウマチモデルの作製

代表者らが作製したIL-1レセプターアンタゴニスト(IL-lRa)遺伝子欠損(KO)マウスは、BALB/c背景において、滑膜増殖、細胞浸潤、骨・軟骨破壊を伴う自己免疫性の慢性関節炎を発症する。昨年度までの解析から、このマウスの骨髄細胞、T細胞を移植することにより、正常マウスに関節炎を誘導できること、関節局所で炎症性サイトカインが過剰発現していること、関節炎の発症には遺伝的背景が影響することがわかった。本研究では、関節炎発症機構を解明することを目的とし、T細胞の活性化に関わる副シグナル分子の関与、炎症性サイトカインの役割について検討した。T細胞の活性化に関わる副シグナル分子の関与IL-lRa欠損による自己免疫起因性の免疫担当細胞、炎症性サイトカインを同定し、これらのシグナルを中和することによる自己免疫抑制効果を検討した。まず、骨髄細胞の移入実験、T細胞の移入実験により、骨髄由来細胞のうち、T細胞におけるIL-lRaの欠損が関節炎発症に深く関わることを明らかにした。また、IL-1によるT細胞の活性化には、CD40-CD40L、OX40-OX40L経路が関与することが示唆されたので、IL-lRaKOマウスにこれらの副シグナル経路を中和する抗体投与を行い、関節炎の発症が遅延、抑制されることを明らかにした。炎症性サイトカインの役割IL-6及びTNFα欠損IL-lRaKOマウスを作製し、関節炎の発症率を検討した。IL-6の欠損はIL-lRaKOマウスの関節炎の発症に影響しなかったが、TNFαを欠損させると関節炎を強く抑制することがわかった。以上の結果から、IL-lRaKOマウスにおける関節炎は、IL-1依存的なT細胞の活性化に関わるCD40及びOX40の系、TNFαの産生を抑えることで、発症を遅延、抑制できることが示唆された。代表者らが作製したIL-1レセプターアンタゴニスト(IL-1ra)ノックアウト(KO)マウスは、自己免疫性の慢性関節炎を自然発症する。このことは、IL-1システムの制御が破綻することにより自己免疫疾患が誘導されることを示唆する。本研究では、IL-1ra KOマウスの慢性関節炎発症機構を解明することを目的とし、免疫担当細胞、炎症性サイトカイン、遺伝的因子の役割について検討した。1.自己免疫起因性免疫担当細胞の同定骨髄細胞の移入実験により、IL-1ra KOマウスの骨髄由来細胞が関節炎の発症に関与すること、正常マウスの骨髄由来細胞が発症を抑制することがわかった。また、ヌードマウスヘのIL-1ra欠損T細胞の移入実験により、T細胞の異常が関節炎の発症の原因となると考えられた。2.炎症性サイトカインの役割IL-1ra KOマウスの関節で発現が亢進しているTNFα、IL-6について、それぞれを欠損するIL-1ra KOマウスを作製し、TNFα欠損が関節炎を強く抑制することがわかった。3.遺伝因子の解析IL-1ra KOマウスの関節炎はBALB/cとC57BL/6の背景において発症率が異なることから、遺伝背景の影響を検討した。主要組織適合性複合体(MHC)の関与について、MHC遺伝子部分のみが異なるBALB.B及びB10.D2/nに戻し交配し、発症率への影響を調べた結果、このマウスにおける関節炎の発症はMHCに依存しないことが示唆された。以上の結果から、IL-1ra KOマウスの慢性関節炎は、T細胞性自己免疫であり、発症にはTNFα等の炎症性サイトカインが深く関わることが示唆された。

以上の結果から、IL-lRaKOマウスにおける関節炎は、IL-1依存的なT細胞の活性化に関わるCD40及びOX40の系、TNFαの産生を抑えることで、発症を遅延、抑制できることが示唆された。
シアル酸による細胞機能制御の分子機構の解明

がん化に伴い、細胞表面のタンパク質や脂質上の糖鎖構造は変化することがよく知られている。特に、酸性糖であるシアル酸の異常はがん細胞の浸潤・転移と密接に関連すると言われてきた。しかし、その実体についてはいまだに不明な点が多い。これまでには、インテグリンを介したがん細胞の増殖・移動の制御にα2,6シアル酸の修飾も重要であることを明らかした(Hang, et al. JBC. 2015;Sci Rep. 2016;MCB. 2017; Hou, et al. Sci Rep. 2016; FASEB J. 2016; Lu, et al., JBC. 2016)。本年度では、複数のα2,3シアル酸転移酵素の中にある特定なα2,3シアル酸転移酵素が選択的にインテグリンを修飾し、機能制御に関わることが明らかとなった(投稿準備中)。さらに、そのシアリル化の制御には、PI4キナーゼIIαとインテグリンα3の複合体形成が重要であることを明らかにした(Isaji, et al., JBC. 2019)。これらの結果はシアル酸に関連する次世代抗がん剤の開発に新たな知見を与えることになると思われる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。生体内のシアル酸の多くは細胞表面から外に突き出す糖鎖の末端に見出されている。そのシアル酸糖鎖は、周囲に位置する細胞や細胞外からのシグナルを最初に感知する場であり、環境の変化に鋭敏に対応する場とも考えられる。細胞膜タンパク質のシアル酸増加は、がん転移浸潤に関連する現象とされ、細胞表面のシアル酸含量が転移能と相関するという報告も多くなされている。しかし近年、必ずしもシアル酸の量とがん浸潤転移能が相関するとは限らない例も見出されたことによって、シアル酸の機能に関する研究は下火になりつつある。これまで、シアル酸の機能に関する研究では、主にα2,3とα2,6結合様式を区別せずにその解析がなされてきた。従って一見矛盾に見える結果が多く報告されてきた。我々は、がん細胞の転移浸潤と深く関わるN型糖鎖分岐構造の主な糖鎖遺伝子であるGnT-IIIとGnT-Vの発現とシアル酸発現との関連性に注目し解析した。その結果、GnT-IIIの発現はα2,3シアル酸の発現を著しく抑制したが、逆にα2,6シアリル化を促進した。面白いことに、α2,6シアル酸転移酵素(ST6Gal-I)の欠損または低発現する細胞では、GnT-IIIはがん転移抑制を示すが、ST6Gal-Iの高発現または強制発現細胞ではGnT-IIIは逆にがん転移促進に働く。それによって、これまでに一連一見矛盾に見える結果を解釈することができるようになった。がん細胞のα2,3とα2,6シアル酸の異なる機能に注目し、シアル酸による細胞機能制御の分子機構の解明を目指すため、がん細胞の転移浸潤、EMT (epithelial mesenchymal transition:上皮間葉移行)と深く関わるN型糖鎖分岐構造の主な糖鎖遺伝子であるGnT-IIIとGnT-Vの発現とシアル酸発現との関連性を明らかにし、機能を解明した。がん化に伴い細胞表面のタンパク質や脂質上の糖鎖構造が変化することがよく知られている。特に、酸性糖鎖であるシアル酸の異常はがん細胞の浸潤転移と密接に関連すると言われてきた。我々は、「シアル酸による細胞機能制御の分子機構の解明」という課題を掲げ、申請者らの知見を踏まえ、ほとんど知られていない細胞接着による糖鎖発現の変化とその意義に加え、シアル酸によるがん細胞の浸潤・転移・生存の制御機構を解明し、今後のがん研究、がんの予防や治療に貢献する新知見の提示を目指す。ここでは、がん細胞の転移・浸潤・生存に深く関わる細胞接着分子インテグリンα5β1に注目して研究を行った。インテグリンα5β1の様々な糖鎖変異体を用い、β1鎖の膜近傍糖鎖付加部位のα2,6シアリル化やα5鎖の膜近傍糖鎖付加部位のN型糖鎖の分岐化は、がん細胞の増殖移動および分子間複合体形成に重要であることを明らかにした。また、大腸がんの進行の過程においては、シアリル化が動態的に変動する現象を発見した。それらの研究結果は学術論文として発表した。がん細胞の転移浸潤と深く関わるN型糖鎖分岐構造とシアル酸の発現に注目し、標的分子であるインテグリンα5β1の特異的な部位にそれぞれのα2,6シアル酸と分岐糖鎖構造の付加の意義を解析した。特にそれらの糖鎖発現とがん細胞の機能制御との関連性およびその分子メカニズムが解明されつつである。細胞膜タンパク質のシアル酸増加は、がん転移・浸潤に関連する現象とされ、細胞表面のシアル酸含量が転移能と相関するという報告も多くなされている。例えば、私達は、α2,6シアル酸の修飾によるインテグリンα5β1の機能を正に制御することを明らかにした。一方で、近年、必ずしもシアル酸の量とがん浸潤・転移能が相関するとは限らない例も見出された。その一つの原因は、包括的にシアル酸に関する研究が欠けていると考えられる。

特にがんやインフルエンザウイルスと深く関わるα2,3シアル酸(Siaα2,3Gal)に関しては、α2,6とα2,8シアル酸に比べ、機能が曖昧でそれに関する研究報告も少ない。また、糖タンパク質のSiaα2,3Galエピトープの生合成には、少なくとも三つの糖転移酵素(ST3Gal3, ST3Gal4とST3Gal6)が関与することが知られている。私達は、CRISP/Cas9システムを利用して上皮がん細胞に発現するその三つ酵素をそれぞれ欠失させたところ、全く異なる生物活性を見出した。特に細胞ー細胞間接着や細胞外マトリクスを介した細胞移動は細胞株間に明らかに異なっている。また、細胞接着や細胞増殖に関わる複数の糖タンパク質上のα2,3シアリル化レベルもかなり異なっている。現在、詳細的に標的分子の同定や分子メカニズムの解析を行っている。1) α2,6シアル酸の修飾によるインテグリンα5β1などの機能制御を解明した。また、インテグリンβ1の活性化にα2,6シアル酸が重要であることも明らかにしている。2) α2,3シアル酸の機能は、α2,6シアル酸のと異なっている。3) α2,3とα2,6シアル酸の修飾は互いに制御するが、標的分子によってその制御が異なることを示している。がん化に伴い、細胞表面のタンパク質や脂質上の糖鎖構造は変化することがよく知られている。特に、酸性糖であるシアル酸の異常はがん細胞の浸潤・転移と密接に関連すると言われてきた。しかし、その実体についてはいまだに不明な点が多い。これまでには、インテグリンを介したがん細胞の増殖・移動の制御にα2,6シアル酸の修飾も重要であることを明らかした(Hang, et al. JBC. 2015;Sci Rep. 2016;MCB. 2017; Hou, et al. Sci Rep. 2016; FASEB J. 2016; Lu, et al., JBC. 2016)。本年度では、複数のα2,3シアル酸転移酵素の中にある特定なα2,3シアル酸転移酵素が選択的にインテグリンを修飾し、機能制御に関わることが明らかとなった(投稿準備中)。さらに、そのシアリル化の制御には、PI4キナーゼIIαとインテグリンα3の複合体形成が重要であることを明らかにした(Isaji, et al., JBC. 2019)。これらの結果はシアル酸に関連する次世代抗がん剤の開発に新たな知見を与えることになると思われる。シアル酸によるEMT獲得やがん細胞の転移・浸潤・生存への影響およびその分子メカニズムを解析し、特にα2,3とα2,6シアル酸による複合体形成の制御に注目して解明する。本研究では、乳がん細胞の転移浸潤に重要とされているインテグリンα3β1、α5β1とα6β4などに焦点を絞り、α2,3またはα2,6シアル酸の修飾の有無で、それによる細胞機能および複合体形成への影響を調べる。特に、α2,3またはα2,6シアル酸を付加した受容体と、βガラクトシド特異的に結合する動物レクチンであるガレクチンとの結合にも注目する。シアル酸によるEMT獲得やがん細胞の転移・浸潤・生存への影響およびその分子メカニズムを解析し、特にα2,3とα2,6シアル酸による異なる複合体形成、機能制御の解明を目指している。今後α2,6のみならず、α2,3シアル酸生合成に関わる複数の遺伝子を操作し、α2,3とα2,6シアル酸を含有する糖鎖の機能を明らかにする。1) HPLCや質量分析法を用いて、異なるα2,3シアル酸糖転移酵素の特異的な標的分子を同定すると共に、機能解析を行う。2)実験モデルマウスにおいて腫瘍形成・転移能の変化を調べ、α2,3とα2,6シアル酸の発現と腫瘍形成・転移能との関連性を検討する。
樹皮組織のイオノミクス

樹皮組織に含まれる無機元素に関する基礎情報を得ることを目的として、前年度よりもさらに対象樹種を増やし、ICP-MSによる26元素(Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Ni、P、Rb、S、Se、Sr、V、Zn)の一斉分析を行った。本年度はとくに樹皮型に着目して樹種を選定・比較し、内樹皮と外樹皮で含有量の違いが生じる原因を検討した。その結果、樹皮型による違いは明らかで、外樹皮を形成するコルク形成層が短命で師部組織中に次々と再生することによりリチドームを発達させる樹種では、内樹皮・外樹皮間で各元素の含有量に大きな違いは認められなかった。これに対して、コルク形成層が長命でリチドームが発達せず、外樹皮が単一の周皮で校正される樹種では、外樹皮の方が内樹皮よりも一部の元素が桁違いに少なかった。これらの結果から、外樹皮に含有される26種の無機成分は内樹皮(師部組織)中に蓄積されたものが外樹皮形成の際に取り込まれたもので、ピュアな周皮あるいはコルク組織には決して多く蓄積するものではないものと推察された。着葉期に採取した樹種については同時に採取した葉の分析も行った。前年度までに調べた樹種と同様に、どの元素も葉の方が樹皮組織よりも含有量(乾重量比)が多い傾向があった。また、葉と樹皮組織のCa塩の結晶形についても走査電子顕微鏡により比較観察を行った。両組織に含まれるCa塩結晶の形態は樹種毎に特徴があること、葉には樹皮組織よりも多くのタイプの結晶を含む傾向があることが明らかになった。本研究の目的は、高度利用のための基礎情報が不足している樹皮を対象として、無機成分の集積現象に関する知見を得ることである。大きく以下の3項目について検討した。(1)樹皮組織における無機成分の組成や含有量に関するデータベースを構築するための基礎として、多樹種を対象に網羅的な情報を得る。(2)その無機成分の集積機構や機能について知見を得るため、樹皮組織における様々な無機成分の分布・存在状態を可視化する。(3)土壌の無機元素組成により樹皮の無機成分がどのように異なるかを調べる。平成28年度に得られた成果の概要は次の通りである。(1)に関しては、15科23属25樹種より外樹皮・内樹皮別に試料採取し、ICP-MSにより26元素(Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Ni、P、Rb、S、Se、Sr、V、Zn)の網羅的分析を行った。全体に材組織に比べると含有量ははるかに高く、葉に比べるとCaが多い一方でK、Pが低いなどの一般的傾向が明らかであった。また、葉にMnを超集積することが知られていたコシアブラは樹皮組織にも同様にMnを多量に集積すること、ミズナラの外樹皮にCuが多量に検出されることなど、特異な集積を示す樹種が身近に存在することを示す結果も得られた。(2)に関しては、ヤチダモでCaのマッピングを行うとともに、コシアブラのMn、ミズナラのCuが組織内のどこに局在するのかを解析した。Caは結晶の形で随所に集積していることが明らかであったが、MnやCuについてはそのような局所的な集積は認められなかった。(3)に関しては、(1)で調べた25種中6種を対象に蛇紋岩土壌と褐色森林土での比較を行った。土壌の組成と同様な多寡の傾向を示す樹種、土壌の違いを反映しない樹種が認められた。計画した3項目の調査とも着々と成果が得られており、概ね順調に進展していると判断される。樹木の主たる利用対象である材組織に比べて、樹皮に関しては高度利用のための基礎情報が不足している。これまで、樹皮には材組織よりも灰分が桁違いに多く含まれることは知られていたが、その中身について詳しいことは明らかではなかった。そのような背景から、本課題では、(1)樹皮組織における無機成分の組成や含有量に関する基礎情報を得ること、(2)樹皮組織における様々な無機成分の分布・存在状態を可視化すること、(3)土壌の無機元素組成により樹皮の無機成分がどのように異なるかを明らかにすることを目的にして、研究を実施している。平成29年度には、新たに5樹種についてICP-MSにより26元素(Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Ni、P、Rb、S、Se、Sr、V、Zn)の一斉分析を行った。前年度に調べた多くの樹種と同様な一般的傾向を示すものばかりで、特定元素の超集積植物は認められなかった。さらに、どの樹種でも他の元素に比べて圧倒的に多く含まれ、結晶として存在するCa塩について知見を得るため、軟X線透視によるCa塩結晶のマクロなマッピング、および細胞内におけるCa塩の存在状態と形態解析のためSEM観察を行った。深い亀裂を生じる樹皮では、裂け目の底部に皮目が集中し、そこにCa塩結晶が集積し、中には肉眼ルーペで認めることのできる巨大な結晶を形成する樹種があることが明らかになった。

また、すべての放射柔細胞に形成後ただちに舟形結晶を細胞内に充満するほど蓄積する樹種(モクセイ科の一部)があることなど、樹皮組織におけるCa塩結晶の形態や形成、蓄積パターンの多様性について新知見を得ることができた。元素の一斉分析に関して新たな追加データが得られたうえ、最も多量に含まれるカルシウムに関する分析も進めることができたことから、順調に進展していると判断される。樹皮組織に含まれる無機元素に関する基礎情報を得ることを目的として、前年度よりもさらに対象樹種を増やし、ICP-MSによる26元素(Al、As、B、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Ni、P、Rb、S、Se、Sr、V、Zn)の一斉分析を行った。本年度はとくに樹皮型に着目して樹種を選定・比較し、内樹皮と外樹皮で含有量の違いが生じる原因を検討した。その結果、樹皮型による違いは明らかで、外樹皮を形成するコルク形成層が短命で師部組織中に次々と再生することによりリチドームを発達させる樹種では、内樹皮・外樹皮間で各元素の含有量に大きな違いは認められなかった。これに対して、コルク形成層が長命でリチドームが発達せず、外樹皮が単一の周皮で校正される樹種では、外樹皮の方が内樹皮よりも一部の元素が桁違いに少なかった。これらの結果から、外樹皮に含有される26種の無機成分は内樹皮(師部組織)中に蓄積されたものが外樹皮形成の際に取り込まれたもので、ピュアな周皮あるいはコルク組織には決して多く蓄積するものではないものと推察された。着葉期に採取した樹種については同時に採取した葉の分析も行った。前年度までに調べた樹種と同様に、どの元素も葉の方が樹皮組織よりも含有量(乾重量比)が多い傾向があった。また、葉と樹皮組織のCa塩の結晶形についても走査電子顕微鏡により比較観察を行った。両組織に含まれるCa塩結晶の形態は樹種毎に特徴があること、葉には樹皮組織よりも多くのタイプの結晶を含む傾向があることが明らかになった。さらに樹種数を増やして網羅的な解析をいっそう進める。樹皮組織内に置ける無機元素のマッピングについては、さらに感度の高い別の研究手法による解析も試みる。土壌の影響についても、特異土壌に成育する種を対象に分析を進める。さらに樹種数を増やして一斉分析を進める。多量、普遍的に含まれるカルシウム結晶について知見を増やすとともに、特定樹種に集積する特異な元素に関する分析を進める。分析試料調製用の粉砕機が当初予定していたものよりもかなり廉価で性能十分な装置で代替できたこと、分析に必要な高純度・高価な試薬が値引きキャンペーン期間中に購入するなどして、余剰が出たため。(生じた理由)高価な試薬を値引きキャンペーン期間中に購入したこと、試料粉砕用の刃物等の消耗品が意外なほど耐久性があり追加購入をせずに済んだことなどにより、余剰が出たため。(次年度計画)電子顕微鏡解析のサンプル調製に必要なダイヤモンドナイフなど高額消耗品を充実させたい。組織における無機元素のマッピングをより高感度且つ使用料金が高額の装置で行うことに充てる計画である。
モチーフの数論的性質の研究

代数体上の代数的サイクルを調べる手段の一つに1-進Abel-Jacobi写像がある。複素数体上の場合と違い、1-進の場合は高次Abel-Jacobi写像も存在する。M.Noriのモチーフの圏の構成をもとに、高次Abel-Jacobi写像のガロア表現の拡大としての簡明な表示を得た。また、2次のAbel-Jacobi写像についてのJannsenの定理の別証明を得た。また、混合楕円モチーフの圏の構成に着手し、大枠の構成を完了した。今年度は混合楕円モチーフの研究を行った。最終的な目標はBloch-Krizによる淡中圏としての混合Tateモチーフの構成を楕円モチーフに拡張することであるが、今年度はその準備段階としてGoncharovによるBloch群の楕円版の定義および楕円曲線の積のL関数についての予想について研究を行った。得られた結果は、楕円曲線の積の関数体のK群からコホモロジー群へのregulator写像の単射性に関する結果である。具体的には、Beilinson予想を仮定して、GoncharovによるBloch群の楕円版からできる複体のホモロジー群からDeligneコホモロジーへのregulator写像が単射になることを示した。Beilinson予想を仮定する必要がある点においてこれはまだ不十分な結果である。Goncharovの構成は、L関数の特殊値に焦点を置いたものであるが、淡中圏としての楕円モチーフを構成することで、より包括的な視点が得られ、より自然なBloch群の定義が得られるものと思われる。今年度のもう一つの研究テーマはモチーフのゼータ関数の有理性に関するものである。これは広島大学の木村俊一氏、高橋宣能氏との共同研究である。モチーフのゼータ関数は、そのモチーフが木村俊一氏の定義した意味において有限次元であれば有利関数になる。純粋モチーフは木村氏の意味で有限次元であると予想されるが、混合モチーフには木村氏の意味で有限次元にならないものがある。この研究では、混合モチーフがSchur-finiteというある種の有限次元性を持つ場合にゼータ関数が有理関数であるかを研究した。結果は、ある意味で有理関数になる、というものである。しかし、最も強い意味(``一様に"有理的)にはならない例も見つけた。本年度は、Bloch-Krizによる混合Tateモチーフの圏の構成を一般化し、楕円曲線Eを固定したとき、Eを含む最小の混合モチーフの圏、混合楕円モチーフの圏の構成を行った。Bloch-Krizの場合と同様に、楕円曲線とアフィン直線のいくつかの積を考え、その上の代数的サイクルの空間から次数付き微分代数を構成した。そのコホモロジー群は予想されるものと一致し、混合楕円モチーフの圏での拡大の群となっている。その代数に対しbar構成を行い、得ら瓦たホップ代数上の余加群の圏として混合楕円モチーフの圏を定義した。次の課題は、Hodge,1-進などの実現化関手の構成である。また、混合楕円モチーフの重要な例として、Beilinson-Levinが定義した楕円ポリログを考察した。いくつかの問題点があり、主要なものは、楕円ポリログを上で定義したホップ代数上の余加群とみなす自然な方法が得られていないことである。これは本質的なものではなく、今後の研究で克服できるものと考えられる。またBloch-Krizは、通常の(楕円でない)ポリログに対応する代数的サイクルを構成し、そのHodge実現を計算している。その類似を辿り、楕円ポリログのHodge実現を計算するときに使われるべき位相チェインの族が、ある条件のもとに構成できることを示した。その条件は、与えられたチェインをバウンダリーを足すことにより調整し、考えている空間(楕円曲線とアフィン直線のいくつかの積)の中のある超平面の族と横断的に交わる、というものである。この条件を除くため、幾何的測度論の応用を考えている。本年度は混合楕円モチーフの圏の構成を寺杣友秀氏との共同研定により進めた。具体的には、ある種の群の表現の圏の構成の類似としてDG圏と呼ばれるものの構成を行った。Bloch-Krizの構成に習い、楕円曲線の積の上の代数的サイクルから次数付き擬微分代数(quasi-DGA(differential graded algebra))を構成し、その上のbar-comoduleの圏として混合楕円モチーフの圏を定義した。当初の目標の一つであった、楕円ポリログを我々の定義による混合楕円モチーフとして解釈することに成功した。残る課題はこの圏に対応るHopf代数の構成である。そのためには々のDGAのbar構成である複体のコホモロジー群に、可換な積と余積を定義する必要がある。余積の定義に大きな問題は無いが、積の定義には、我々の定義した混合楕円モチーフの圏に結合律を満たすテンソル積の構造を定義しする必要がある。現在対称群の表現論を使ってその構成を進あている。また、定義した積が可換てある必要もある。

今の定義で期待てきることは、ホモトピーを除いて積が可換なことを示すことである。これによりコホモロジー群には可換な積が入ることが分かる。現在寺杣氏と共同でこの証明に取り組んでいる。以上が完了したら次はホッジ、エタールの実現関手の構成、および我々の圏からVoevodskyのモチーフの圏への自然な関手の構成を行う。また、代数体のゼータ関数の値が多重Log関数で表わされるというZagier予想の楕円版(楕円曲線のゼータ関数の値は楕円多重Logを使って表わされる)への応用について研究する。
商集合におけるデルサルト理論の構築

須田庄氏(愛知教育大学)と共同で執筆した「Complex spherical codes with three inner products」が,査読付き専門雑誌「Discrete and Computational Geometry」に受理された.本論文では,複素球面上の有限集合Xで,Xの任意の異なる2つの元の標準内積の個数が3であるもの(3-code)のなかで,頂点数が最大なXを決定することを題材にしている.そのようなXの元の個数には,ある意味で自然な上界が知られており,その上界を達成する集合はアソシエーションスキームの構造を持つことが知られている.アソシエーションスキームの議論を用いて,その上界を達成する集合が次元2のときを除いては存在しないことを示した.また,3-codeは自然に有向グラフの構造を持つ.有向グラフを出来るだけ小さい次元に埋め込む手法を確立し,最大3-codeの分類を与えるアルゴリズムを与えた.そのアルゴリズムを用いたコンピュータによる計算により,次元3までの最大3-codeを分類することに成功している.3-codeの議論は,これまでユークリッド空間上の2距離集合でしか確立できていなかったグラフの埋め込みの理論の3距離集合での類似を得るヒントになり得る.研究はおおむね順調に進んでいるが,研究成果発表のための国際研究集会での発表を,次年度(2019年度)に延期したことで研究期間を延長したため,やや遅れているとした.Cioaba--Koolen--Nozaki--Vermette(2016)の正則グラフでの結果をハイパーグラフに拡張でき,その論文の執筆が進んでいる.正則グラフGの次数kと第二固有値(二番目に大きい固有値)を固定したとき,Gの頂点数の上界を与えた,Cioaba氏,Koolen氏, Vermette氏との共著論文「Maximizing the order of a regular graph of given valency and second eigenvalue」がSIAM Journal on Discrete Mathematicsに掲載された.第二固有値が小さいグラフは良い連結性を持つことが知られており,第二固有値を固定した状態で,頂点数を最大にすることは古典的な問題に対する成果であると言える.証明に用いられた道具は,正則グラフに対する線形計画限界と呼ばれる上界であり,デルサルト理論における中心的な役割を果たす道具の一つである.本研究は,球面有限集合と正則グラフの類似を統一的な視点で見ることがテーマのひとつであり,今回得られた第二固有値を与えたときの正則グラフの上界については,球面有限集合ではLevenshteinの上界として類似物が知られていることも興味深い.球面有限集合と正則グラフでのデルサルト理論の統一において重要な成果であると言える.第二固有値と次数を固定した時の,連結正則グラフの頂点数に対して,線形計画限界に基づく上界が得られことは,本研究課題のデルサルト理論のさらなる拡張への重要な具体例である.同様の手法が,他の関連の対象にも適応できると考えられることが理由の一つである.また,極大なs-距離集合が得られたが,この構成法で,本研究課題のひとつであるコヒアラント配置の新しい例を得られる可能性があることが二つ目の理由である.正則グラフGの次数kと第二固有値r(二番目に大きい固有値)を固定したとき,Gの頂点数の上界を与えた,Cioaba氏,Koolen氏, Vermette氏との共著論文の結果を、正則二部グラフにおいて類似物を与えることに成功した。その上界を達成する正則二部グラフはあるパラメーターを持つ距離正則グラフになり、無限系列を含む具体例が存在する。kとrの差をスペクトルギャップといい、スペクトルギャップが大きいグラフは、ある種の良い連結性を持つことが知られれている。この結果の本質的な部分は、既存の線形計画限界を二部正則グラフにおいて改善したことにある。また上界を達成する距離正則二部グラフは直径が大きいとき存在しないことも示すことに成功した。その他、この結果を用いて、Hoholdt--Justesen(Discrete Math. 325 (2014))の第二固有値に対するある上界の改善や、Teranishi--Yasuno(Kyushu J. Math. 54 (2000))のある上界の改善、Li and Sole(European J. Combin. 17 (1996))による第二固有値の下界の一般化が自然に得られる。これら一連の結果は、Cioaba氏(University of Delaware),Koolen氏(University of Science and Technology of China)との共著論文としてまとめられ、近く公開する予定である。篠原雅史氏(滋賀大学)と正則単体を含む大きな2距離集合の分類にも取り組んだ。次元に対してある程度大きな2距離集合の距離の比は整数比になることが知られている。その比を固定すると、ある程度大きな2距離集合と次元の組合せは有限個に抑えられることを示すことが出来た。Cioaba--Koolen--Nozaki--Vermette(2016)の結果の二部グラフでの類似物を得ることに成功した。これを足掛かりに、ハイパーグラフ、biregular graphなどにも同様の結果が期待でき、本研究課題への貢献が十分に期待できる。須田庄氏(愛知教育大学)と共同で執筆した「Complex spherical codes with three inner products」が,査読付き専門雑誌「Discrete and Computational Geometry」に受理された.本論文では,複素球面上の有限集合Xで,Xの任意の異なる2つの元の標準内積の個数が3であるもの(3-code)のなかで,頂点数が最大なXを決定することを題材にしている.

そのようなXの元の個数には,ある意味で自然な上界が知られており,その上界を達成する集合はアソシエーションスキームの構造を持つことが知られている.アソシエーションスキームの議論を用いて,その上界を達成する集合が次元2のときを除いては存在しないことを示した.また,3-codeは自然に有向グラフの構造を持つ.有向グラフを出来るだけ小さい次元に埋め込む手法を確立し,最大3-codeの分類を与えるアルゴリズムを与えた.そのアルゴリズムを用いたコンピュータによる計算により,次元3までの最大3-codeを分類することに成功している.3-codeの議論は,これまでユークリッド空間上の2距離集合でしか確立できていなかったグラフの埋め込みの理論の3距離集合での類似を得るヒントになり得る.研究はおおむね順調に進んでいるが,研究成果発表のための国際研究集会での発表を,次年度(2019年度)に延期したことで研究期間を延長したため,やや遅れているとした.Cioaba--Koolen--Nozaki--Vermette(2016)の正則グラフでの結果をハイパーグラフに拡張でき,その論文の執筆が進んでいる.共著論文「Maximizing the order of a regular graph of given valency and second eigenvalue」の類似として,正則二部グラフにおいて,次数と第二固有値を固定したときの頂点数に対する上界を得たい.共著論文では,上界を達成する集合について,直径の種類が有限であることが知られているが,二部グラフにおいては知られていないようだ.しかし,既存の方法の応用が十分に期待できる.2距離集合の距離の比をいくつか固定し、正則単体を含む大きな2距離集合の分類を行う。また、そこで得られた2距離集合について、代数的構造やデザインなどの性質を考察する。本研究課題の中心的な題材である商集合に対するデルサルト理論について、ハイパーグラフ、biregular graphを含むクラスで考察を行う。予定していた国内出張を次年度に延期したため.計画していた国内出張を来年度に延期したため。計画通り、国内出張旅費として使用する。計画通り,計算実験のためのノートパソコンとソフトウェア(Mathematica)を購入する.また,研究発表・情報収集のための国内出張・海外出張を行う.そして,必要な書籍の購入も行う.
虚血内皮細胞における低酸素誘導分子ADAMTS1の重要性

我々のこれまでの研究から低酸素におけるADAMTS1の発現ならびにADAMTS1プロモーター領域の解析を行ってきた過程で、低酸素によりADAMTS1が誘導されることは明らかとなった。しかし、リコンビナントADAMTS1タンパクを投与した実験からADAMTS1は血管新生を阻害する方向に働くことが示されているので、何故血管新生阻害分子が低酸素状況で必要なのかという疑問が起こってきた。そこで、低酸素状態における内皮細胞におけるADAMTS1の発現誘導がどのような生物学的役割を持っているか明らかにするためノックアウトマウス(以下KOマウス)を作成して、分子機能の解明を行うこととした。ADAMTS1 KOマウスを作成し、下肢虚血モデルにおけるADAMTS1役割を検討した。まず、ADAMTS1 KOヘテロマウスをかけあわせてホモマウスを作成した。ホモマウスは生後24時間以内で高率に死亡するため、実験に供するホモマウスがなかなか得られなかった。平成23年3月時点でホモマウスは4匹生存。死亡の原因を探るため、胎生18.5日のembryoを摘出し遺伝子型を探索したところ、野生型:ヘテロ:ホモ=およそ1:2:1となりメンデル遺伝に合致したので、少なくとも胎生後期までは生存していることが示された。本年度の研究結果よりADAMTS1 KOマウスは生後まもなく死亡する可能性が高く、そのメカニズムについては体色が蒼白であることより、血液・循環器系に異常があることが示された。組織学的検索では肺には異常は見られず呼吸機能には影響がない可能性が考えられた。(1)ADAMTS1の低酸素誘導システムにGFP(緑色蛍光タンパク)を付加したベクターによる急性期虚血組織の診断の可能性について検討した。麻酔下にマウス下肢虚血モデルを作成し、ADAMTS1 GFPベクターの発現を検討したところ、GFPシグナルが認められた。この結果より、虚血・低酸素により、GFPタンパクの発現が誘導されたと考えられた。ADAMTS1 KOマウスの胎児腹部皮膚における血管系構築に関して検討した。CD31陽性細胞領域を検討したが、野生型と比較して有意な差は認められなかった。さらに、舌におけるCD31陽性細胞数を検討したが、こちらにも両者間に差は認めなかった。これらの検討過程において、新生児は死亡するが胎児には大きな発生学的異常は認められないことが明らかとなった。これまでの研究から低酸素におけるADAMTS1の発現ならびにADAMTS1プロモーター領域の解析を行ってきた過程で、低酸素によりADAMTS1が誘導されることは明らかとなった。そこで、低酸素状態における内皮細胞におけるADAMTS1の発現誘導溝どのような生物学的役割を持っているか明らかにするためノックアウトマウス(以下KOマウス)を作成して、分子機能の解明を行うこととした。本年度の研究結果よりADAMTS1KOマウスは生後まもなく死亡する可能性が高く、そのメカニズムについては体色が蒼白であることより、血液・循環器系に異常があることが示された。マウスの下肢大腿動脈を結さつした虚血モデルの観察は引き続き次年度に予定している。

本年度の研究結果よりADAMTS1 KOマウスは生後まもなく死亡する可能性が高く、そのメカニズムについては体色が蒼白であることより、血液・循環器系に異常があることが示された。組織学的検索では肺には異常は見られず呼吸機能には影響がない可能性が考えられた。(1)ADAMTS1の低酸素誘導システムにGFP(緑色蛍光タンパク)を付加したベクターによる急性期虚血組織の診断の可能性について検討した。麻酔下にマウス下肢虚血モデルを作成し、ADAMTS1 GFPベクターの発現を検討したところ、GFPシグナルが認められた。この結果より、虚血・低酸素により、GFPタンパクの発現が誘導されたと考えられた。ADAMTS1 KOマウスの胎児腹部皮膚における血管系構築に関して検討した。CD31陽性細胞領域を検討したが、野生型と比較して有意な差は認められなかった。さらに、舌におけるCD31陽性細胞数を検討したが、こちらにも両者間に差は認めなかった。これらの検討過程において、新生児は死亡するが胎児には大きな発生学的異常は認められないことが明らかとなった。
大出力テラヘルツ電磁パルスを用いた超高速分光

まず,昨年までに製作した,テラヘルツ電磁パルス発生装置および,電気光学サンプリングによる波形測定装置を用いて,テラヘルツパルスの集光ならびに空間伝搬に関する研究を行った。これは,パルス波形を制御しながら光電場出力を達成するために必要なことである。また,より短い焦点距離を持つ軸外し放物面鏡を用いた光学系を新たに作成し,これを用いて,集光特性に関する実験を行った。これらの研究により,以下のことが明らかとなった。i)これまで多くの研究グループで観測されており,我々も観測していたパルスピーク直後の負極性部分は,低周波成分が,電気光学結晶のホルダーなどの金属構造物によって,導波路効果によりカットオフを受けることが原因で起きることが,始めて明らかになった。ii)焦点面でのナイフエッジ測定によって,周波数成分ごとの集光特性が明らかになり,その結果,テラヘルツビームを各周波数ごとにガウスビームと仮定した理論が:実験結果を非常によく説明することがわかった。iii)テラヘルツパルス発生器に改良を加えることにより,現在までに,最高で11kV/cmの電場を実現しており,これは,電気光学サンプリングによって正確に測定されているものとしては,世界最高であると思われる。なお,本課題の最終的な目的であった,テラヘルツ領域の非線形光学過程に基づく超高速分光については,n型にドープされたガリウム砒素試料を用いた実験を始めたが,現在のところ,キャリア密度を適切に制御することが困難なため,意味のある結果を得るに至っていない。これについては,さらに研究を続けたい。本研究課題の最終的な目標である、大出力テラヘルツ電磁パルスを用いた超高速分光の達成に向けて、大出力テラヘルツパルスの発生装置の製作と、その出力パルスの強度、波形の測定を、本年度の目標として、研究を行ってきたが、その目標をほぼ達成することができ、さらに、大出力テラヘルツパルスの発生機構に関する新しい知見を得ることもできた。製作したテラヘルツパルス発生装置の概要は以下の通りである。テラヘルツパルス発生部は、直径5cm,厚さ350μmのガリウム砒素基板からなる。これに、3cmの間隔を空けて二つの電極を接触させ、これを、数kVのパルス電圧によってバイアスする。それと同時に、増幅されたフェムト秒レーザーパルスを照射する。それによって発生した電荷担体により、ガリウム砒素基板表面に急激に電流が流れ、そこから、大出力テラヘルツパルスが発生する。発生したテラヘルツパルスを、放物面鏡で集光し、その波形と、ピーク電場を、電気光学サンプリングの手法を用いて測定した。電気光学結晶として厚さ約1mmテルル化亜鉛を用い、テラヘルツ電場により誘起される屈折率の異方性を、フェムト秒光パルスでプローブすることにより、テラヘルツパルスの電場強度を、時間分解して測定した。その結果、パルス幅約600フェムト秒、最大ピーク電場約4kV/cmのテラヘルツパルスが発生できることが観測された。また、ピーク電場は、バイアス電圧にはほぼ比例し、入射レーザーパルスエネルギーに対しては、顕著な飽和を示すことが分かった。これらの振る舞いは、一般に受け入れられている電流サージモデルに、過渡的な電子の加速の効果を入れたモデルで、説明できることが分かった。また、達成可能なピーク電場を表す簡単な表式を導出することにより、現在の装置を改良することで、現在より、10倍から100倍の電場を得ることが可能であることが分かった。

また,より短い焦点距離を持つ軸外し放物面鏡を用いた光学系を新たに作成し,これを用いて,集光特性に関する実験を行った。これらの研究により,以下のことが明らかとなった。i)これまで多くの研究グループで観測されており,我々も観測していたパルスピーク直後の負極性部分は,低周波成分が,電気光学結晶のホルダーなどの金属構造物によって,導波路効果によりカットオフを受けることが原因で起きることが,始めて明らかになった。特に,数ミリメーターと非常に大きな金属開口を透過することにより,テラヘルツパルスの波形に大きなひずみが生ずることが,初めてはっきりした。ii)焦点面でのナイフエッジ測定によって,周波数成分ごとの集光特性が明らかになり,その結果,テラヘルツビームを各周波数ごとにガウスビームと仮定した理論が,実験結果を非常によく説明することがわかった。また,我々の実験装置において,テラヘルツパルスが,ほぼ理論的限界まで集光できていることが確認された。iii)テラヘルツパルス発生器に改良を加えることにより,現在までに,最高で11kV/cmの電場を実現しており,これは,電気光学サンプリングによって正確に測定されているものとしては,世界最高であると思われる。
扁緑脳皮質における頻度増強(促進)現象の単シナプス成分と多シナプス成分の強化の相違点

スライス標本ではなく実際の生体脳での頻回活動中のシプナル伝達の頻度増強作用あるいは促進現象の長期強化についてはスライス標本の場合と相違があるのか全く解っていない。この研究では麻酔下で数回以内のトレイン刺激の繰り返しによって生じる興奮性シナプス強度の頻度増強作用(frequency potentiation:FP)の数量的解析を反応面積(mV-msec)を測定する事によって行い、FPの長期増強の特性を明らかにするとともに、NMDA受容体やGABA伝達のantagonistsによりその量的変化が如何に変化するかについても調べ、FPの長期増強とLTPの関係を明らかにした。1手術創の回復後、無麻酔・無拘束の状態で10Hz,100発のトレイン刺激を慢性的に加え、毎回のトレイン刺激中の全ての嗅内野誘発反応について興奮性シナプス活動に由来する陰性波成分の振幅と面積の変化を調べたところ、促進(頻度増強)現象はまず最初に単シナプス性興奮伝達成分に生じ、それに引き続いて多シプナル性成分の増大が生じることが明らかにされた。更にトレイン刺激回数の増加につれ、単シナプス性成分の増大よりも多シナプス性成分の増大がより著明になった。2各トレイン刺激の前後に単発テストパルス(0.3Hz)を与えて単発性シプナル伝達の興奮性成分の長期増強作用LTPの変化も同時に調べたが、促進現象の反応面積のトレイン刺激回数に応じた増大とテスト反応の反応面積として調べられたLTPの発達の間には統計学的に有意な相関関係がみられ、促進現象の活動に応じた増大がLTPの電気生理学的原因と考えられた。3各トレイン刺激中の加算平均された促進現象の反応から各トレイン刺激直前の加算平均されたテスト反応を差し引きする事によって実際の促進現象の波形と大きさを調べると促進現象には単シナプスのみならず多シナプス活動のNMDA受容体の活性化によるslow potentialの成分をふくむことがわかった。4腹腔内注射で脳内に作用するNMDA受容体のアンタゴニストであるCPP投与下でトレイン刺激を加え、促進現象の増大の時間経過の変化を数量的に調べた結果、non-NMDA受容体とNMDA受容体にそれぞれ依存した促進(頻度増強)現象の成分があり、ともに頻回活動中の促進現象やテスト刺激によるLTPのトレイン刺激回数の増加によるlong-lasting enhancementに関わりを有する事が明白になった。5以上の結果より、回路網の限られたスライス標本ではなくニューロン回路網の複雑な生体脳にあって、日時のオーダーでシナプス伝達の頻回活動を起こさせると、促進現象は単シナプス活動のみならず多シナプス活動的にも長期増強を生じ、それがテスト刺激で調べられるLTP原因となっている事が明らかになった。