hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
記憶ナチュラルキラー細胞分化におけるマスター制御因子の同定

ナチュラルキラー(NK)細胞はウイルス感染細胞やがん細胞の排除に必須の免疫細胞である。NK細胞は標的を傷害して死滅する短寿命の細胞だと考えられていた。しかし近年、マウスサイトメガロウイルス(MCMV)の感染後、活性化受容体Ly49Hを発現するNK細胞は長期生存出来る記憶NK細胞に分化する事が示された。しかし記憶NK細胞分化におけるマスター制御因子は同定されていない。本研究では、研究代表者が作出したNK細胞特異的・時期特異的YFP発現(NKp46-CreERT2-Tg-Rosa26-YFP)マウスを用い、記憶NK細胞の分化と機能のマスター制御因子を同定する事を目的とした。上記マウスにMCMVを感染させた後タモキシフェンを投与し、MCMVに応答するNK細胞をYFPにて標識した。感染マウスの脾臓に於いて、活性化Ly49H+ NK細胞及び活性化Ly49H- NK細胞、Ly49H+記憶NK細胞及びLy49H-記憶様NK細胞を可視化した。これらMCMVに応答したNK細胞サブセットと、未感染マウス由来ナイーブLy49H+ NK細胞及びLy49H-NK細胞をフローサイトメーターを用いて高度に純化した後、RNA-seqデータを取得した。その後、バイオインフォマティクス解析によってマスター制御因子候補として遺伝子Xを特定した。海外共同研究者から遺伝子X欠損マウスを入手した。遺伝子X欠損マウスとNKp46-CreERT2-Tg-Rosa26-YFPマウスを交配して遺伝子X欠損NKp46-CreERT2-Tg-Rosa26-YFPマウスを作出した。更に、野生型及び遺伝子X欠損マウスからLy49H+ NK細胞を単離し、DAP12欠損マウスへ共移入した後にMCMV感染を行い、遺伝子XがMCMV特異的Ly49H+ NK細胞の増殖及び記憶NK細胞分化を制御する事を確認した。当該研究課題の年次計画に沿って、NKp46-CreERT2-Tg-Rosa26-YFPマウスと各NK細胞サブセットのRNA-seqデータを用い、記憶NK細胞の分化と機能のマスター制御因子候補Xを特定することに成功した。NK細胞に於ける遺伝子Xの機能は全く未知である。これまでに、バイオインフォマティクス解析によって遺伝子Xは以下の特徴を持つことが示された。(1)核内移行シグナルを持ち、細胞質と核内に存在し、刺激によって細胞活性化にて核内移行する可能性がある。(2) Ly49H活性化シグナルを担うシグナル伝達分子DAP12及びDAP10の下流のシグナル伝達分子と結合する。(3)記憶NK細胞分化に重要な役割を果たす活性化受容体DNAM-1の下流シグナル伝達分子によりリン酸化される。(4)パスウェイ解析に於いてNK細胞機能への寄与が強く示唆される。また、定量的RT-PCRにて、遺伝子Xは活性化Ly49H+ NK細胞にてナイーブLy49H+ NK細胞と比較して発現が上昇し、Ly49H+記憶NK細胞にて高発現が維持されることが発現が確認された。遺伝子X欠損マウスのNK細胞は、定常状態では野生型NK細胞と同様の正常な発生や表現型を示した。しかしながら、MCMV感染後の野生型及び遺伝子X欠損マウス由来Ly49H+ NK細胞の比較から、遺伝子XがMCMV特異的Ly49H+ NK細胞の増殖及び記憶NK細胞分化を制御する事を確認した。従って、遺伝子Xは記憶NK細胞の分化と機能を制御するマスター制御因子である可能性が強く示唆された。前年度までの研究成果にて選択された記憶NK細胞分化のマスター制御因子候補遺伝子Xに関し、当該研究計画の年次計画に従って、以下の実験計画を試みる。1.遺伝子X欠損記憶NK細胞の分化実験:遺伝子X欠損及び野生型NKp46-CreERT2-Tg-Rosa26-YFPマウスに対し、マウスサイトメガロウイルス(MCMV)感染後にタモキシフェンを投与し、記憶NK細胞の存在比率と表現型解析から、遺伝子Xの記憶NK細胞分化における影響を評価する。2.遺伝子X欠損記憶NK細胞のin vivoアッセイ:MCMV感染遺伝子X欠損及び野生型NKp46-CreERT2-Tg-Rosa26-YFPマウスから記憶NK細胞を単離する。その後、記憶NK細胞をLy49H欠損マウスへ移入後にMCMVを感染させ、記憶NK細胞の二次増殖能を評価する。更に、記憶NK細胞をRag1欠損マウスへ移入し、MCMV未感染環境での生存と細胞死を評価する。3.遺伝子X欠損記憶NK細胞のin vitroアッセイ:MCMV感染遺伝子X欠損及び野生型NKp46-CreERT2-Tg-Rosa26-YFPマウスから記憶NK細胞を単離する。その後、腫瘍細胞株と共培養後、細胞傷害活性とインターフェロンγ産生能を評価する。更にIL-15培養下による細胞分裂・生存・細胞死を評価する。4.マスター制御因子Xが制御する下流遺伝子の解析:MCMV感染野生型NKp46-CreERT2-Tg-Rosa26-YFPマウスから記憶NK細胞を単離し、マスター制御因子Xの細胞内局在を確認する。記憶

NK細胞に於いてマスター制御因子Xが核内に局在する場合、MCMV感染遺伝子X欠損及び野生型NKp46-CreERT2-Tg-Rosa26-YFPマウスから記憶NK細胞を単離し、ATAC-seqデータを取得し、Themis2の有無によるエピゲノム変化を確認する。ナチュラルキラー(NK)細胞はウイルス感染細胞やがん細胞の排除に必須の免疫細胞である。NK細胞は標的を傷害して死滅する短寿命の細胞だと考えられていた。しかし近年、マウスサイトメガロウイルス(MCMV)感染後、活性化受容体Ly49Hを発現するNK細胞は長期生存型記憶NK細胞に分化する事が示された。しかし記憶NK細胞分化のマスター制御因子は同定されていない。本研究では、研究代表者が作出したNK細胞時期特異的YFP発現(NKp46-CreERT2-Tg-Rosa26-YFP)マウスを用い、記憶NK細胞分化のマスター制御因子の同定を試みる。上記マウスにMCMVを感染させた後タモキシフェンを投与し、MCMVに応答するNK細胞をYFPにて標識した。感染10日目に活性化Ly49H+ NK細胞及びLy49H-NK細胞を、感染28日目にLy49H+記憶NK細胞及びLy49H-記憶様NK細胞を可視化した。これらNK細胞サブセットとナイーブLy49H+ NK細胞及びLy49H-NK細胞をセルソーターを用いて純化した。純化したNK細胞サブセットに於けるRNA-seqデータを筑波大学NGS解析プラットフォームにて取得し、標準化した遺伝子発現データを得、以下の条件にて記憶NK細胞分化のマスター制御因子の候補を抽出した。その中で既知の機能及び生命情報科学的アプローチから最も有望な遺伝子(遺伝子X)を記憶NK細胞分化のマスター制御因子の候補を選択した。1.活性化Ly49H+ NK細胞でナイーブLy49H+NK細胞よりも発現が上昇する。2.Ly49H+記憶NK細胞で高発現が維持される。3.Ly49H+記憶NK細胞にて他のLy49H-NK細胞サブセットよりも高発現である。4.核移行シグナルを持つ5.DNA結合ドメインを持つか、或いはパスウェイ解析にてNK細胞機能への寄与が示唆される。RNA-seqデータ取得のために抽出したRNAの品質管理の結果から、各NK細胞サブセットの高度な純化が成功し高品質のRNA-seqデータが取得出来た事が確認された。RNA-seqデータ解析によるマスター制御因子の候補を抽出する際、上記「研究実績の概要」の絞り込み条件に於ける発現上昇及び高発現の定義を標準化遺伝子発現に於いて2倍とし、DNA結合ドメインと転写因子結合ドメインを持つ分子を抽出したが、既知或いは機能が推測される転写因子が該当しなかった。従って、発現上昇及び高発現の定義を標準化遺伝子発現に於いて1.5倍として再解析し、更に条件を「DNA結合ドメインと転写因子結合ドメインを持つか、パスウェイ解析にてNK細胞機能への寄与が示唆される遺伝子」とし、マスター制御因子の候補を抽出した。抽出された遺伝子のうちの1つ(遺伝子X)が、過去の報告にて以下の特徴を持つ事を見出した。1.細胞質と核内に存在し、細胞活性化にて核内移行する2. Ly49H活性化シグナルを担うシグナル伝達分子DAP12及びDAP10の下流シグナル伝達分子と結合する事が実験的に示されている、或いは生命情報科学的に相互作用が示唆される3.記憶
児童生徒の言語発達に基づく作文技術の系統化と作文カリキュラムの開発

本研究は、申請者がこれまでに研究してきた作文カリキュラムの再検討及び有効性の検証を行い、その作文評価法を開発することを目的とする。具体的には、1言語発達を基盤とした作文技術の明確化・系統化を図り、2それに基づいて再検討した作文カリキュラムの検証、3作文評価法の開発、という手順で行う。1については、表現能力の発達に関する国内外の諸研究を検討し、コミュニケーション方略という観点から作文技術の習得過程について理論的基盤を得る。レトリック研究の知見を援用して作文技術の系統性に関する検討も行う。2では作文カリキュラムの再検討を行い、実地調査を通して有効性の検証を行う。3作文評価法の開発についても試みる。
TLE3に着目した新規骨再生療法の分子基盤形成

申請者はこれまでに転写コファクターのTLE3がPPARγに作用して脂肪細胞分化を促進し、それとは逆にRunx2の転写活性を抑制して骨芽細胞分化を抑制することを報告した(Kokabu S et al., 2013)。今回、生理的条件下で脂肪細胞分化を抑制し、さらに骨芽細胞分化を促進することで骨量を増加させるWntシグナルによってTLE3の発現が調節されることを見出した(Kokabu S et al., 2014)。さらにTLE3は骨格筋の組織幹細胞であるサテライト細胞に発現し、骨格筋分化のマスターレギュレーターであるMyoDの転写活性を抑制することで筋分化を制御する可能性を見出した。骨を形成する骨芽細胞と骨髄の脂肪細胞は共通の前駆細胞である骨髄の間葉系幹細胞から分化する。加齢や骨粗しょう症などの病態では、骨髄の間葉系幹細胞から骨芽細胞への分化が抑制され、その代わりに脂肪細胞分化が亢進する。その結果、海綿骨が脂肪組織に置換される黄色骨髄となり、この黄色骨髄化が進行すると骨量が低下し骨折が起こりやすくなるが、黄色骨髄化のメカニズムには不明な点が多い。本研究課題は、転写共益因子であるTLE3の間葉系幹細胞の運命決定メカニズムにおける役割を検討することで、骨をはじめとする間葉系幹細胞由来組織の再生を目指すものである。申請者らはこれまでにTLE3が脂肪細胞分化のマスターレギュレーターであるPPAR gammaに作用することで骨髄の間葉系幹細胞の脂肪細胞分化を亢進し、それとは逆に、骨芽細胞分化のマスターレギュレーターであるRunx2に作用することで骨芽細胞分化を抑制するメカニズムを見出したが(Kokabu S et al., 2013)、しかしながらTLE3の機能には未だに不明な点が多い。そこで、今年度われわれはTLE3の間葉系幹細胞の運命決定に対するTLE3の機能をさらに検討したところ、このTLE3が間葉系幹細胞において、生理的条件下で脂肪分化を抑制し骨芽細胞分化を促進する古典的Wntシグナルを抑制し、さらにWntシグナルはTLE3の発現を誘導することを明らかにした(Kokabu S et al., 2014)。すなわち、TLE3はRunx2やPPAR gammaに直接作用するだけでなく、Wntシグナルを介した経路でも脂肪分化促進と骨芽細胞分化を抑制し黄色骨髄化に関与している可能性があり、TLE3の発現や機能を抑制する方法が確立できれば、黄色骨髄化を防ぎ、質の高い骨を維持したり再生したりする方法の開発に寄与できるかもしれない。昨年度までの研究成果から、TLE3は間葉系幹細胞から脂肪細胞と骨芽細胞への運命決定を司ることが明らかになった。骨や骨格筋などの機能低下は運動能力低下に直結し、日常生活動作や生活の質が低下する。とりわけ骨格筋は体重の約40%を占め、老化によって劇的にその量と機能低下を示すため、超高齢社会の我が国ではいかに骨格筋の量・質を維持するかが重要である。TLE3はGroucho/TLEファミリーに属する転写調節共益因子であり、bHLH転写因子を含む様々な転写因子に作用することが知られ、TLE1からTLE4の4種類が存在する。そして、そのいずれもが発生や細胞分化に重要な役割を果たすと考えられている。この4つのTLEのうち、TLE3はもっとも多く筋組織に発現し、さらに筋細胞は脂肪細胞や骨芽細胞と同様に間葉系幹細胞から分化するため、本年度は筋分化におけるTLE3の作用を検討した。多能性間葉系細胞株10T1/2を用いて筋分化のマスターレギュレーターであるbHLH転写因子MyoDが誘導する筋分化に対するTLE3の作用をReal time PCR法と免疫染色法で検討した。すると、TLE3の過剰発現はMyoDにより誘導された筋分化マーカーのMyogeninやMyosin Heavy Chainの発現を抑制した。それとは逆にTLE3のノックダウンによりこれらの筋分化マーカーの発現が亢進した。また、免疫沈降法によりMyoDとTLE3は会合し、さらにTLE3はMyoDが誘導するMyogeninのプロモーター活性を抑制することが明らかとなった。以上より、TLE3はマスターレギュレーターであるMyoDに作用しその転写活性を抑制することで、筋分化を制御している可能性が明らかとなった。交付申請書提出以降TLE3の間葉系幹細胞における新たな作用を見出し、論文として既に報告することができたため。骨・骨格筋代謝間葉系幹細胞特異的TLE3ノックアウトマウスを用いて大腿骨骨折モデルおよび頭蓋骨欠損モデルを作製し、骨折修復および骨欠損修復におけるTLE3の役割を検討する。申請者らは骨折および骨欠損モデルマウスを用いた実験のノウハウが豊富にあり、さらに形態計測やIn situ hybridization法,免疫染色法などを用いた骨組織の解析技法にも習熟している。そのため、これらの実験は十分に遂行可能と考える。
機能的人工培養神経回路網の形成と神経信号伝達計測

本研究では,基板表面に細胞の接着領域をパターニングすることにより神経細胞の配置と軸索の伸長方向を制御し,脳の機能を発現する最小パターン神経細胞ネットワークを構築することを目的としている.脳内の神経細胞の電気的特性において,個々の細胞は異なる周波数特性を持ち特定の周波数信号により強く応答することで信号を効率よく処理している。本年度は軸索方向を制御したパターンを用いて神経細胞の形状を制御し,神経細胞の膜インピーダンスの強度変化を試た.昨年度と同様に軸索と樹状突起の極性制御パターン上に培養した神経細胞と,パターンを施していない基板上に培養した神経細胞の膜インピーダンスとを比較した。神経細胞の膜インピーダンスの周波数特性を調べるために,刺入した電極から周波数が0.1 Hzから100 Hzに変化するChirp電流信号を入力し,その時の膜電位の変化を測定した。これらの入出力信号をフーリエ変換することで膜インピーダンスの周波数特性を計算した。培養7日目ではパターン神経細胞と非パターン神経細胞ともにlow-pass特性を示し,膜インピーダンスは同程度であった。より形状に差が出た培養16日目ではパターン神経細胞が10-40 Hzの低周波数帯において,高いインピーダンス示した。シミュレーション結果においてもパッチクランプ実験で得られた結果と同様にlow-pass特性が見られた。実験結果と計算結果において膜インピーダンスはlow-pass特性を示したが,形状の制限によるインピーダンス強度の変化は大きく異なった。以上より,神経細胞の電気的素子特性である膜インピーダンスを制御できるようになった。この技術により機能的な神経活動を有する最小の神経回路の構築が現実的となった.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,基板表面に細胞の接着領域をパターニングすることにより神経細胞の配置と軸索の伸長方向を制御し,脳の機能を発現する最小パターン神経細胞ネットワークを構築することを目的としている.神経細胞の活動計測の一つとして既存の集積化電極アレイ(MEA)を用いることを検討していたが,MEAでの測定には神経細胞の電極への被覆状況によっては測定信号が微弱になってしまう問題があった.この問題を,神経細胞の上から抵抗性シートを用いて被覆することで,間接的に神経細胞ー電極間のインピーダンスを上げて信号を増強させる新しい手法を考案し解決した(Appl. Phys. Lett., 108, 023701 (2016).).抵抗性シートとして物質透過性を有し栄養素や酸素などを供給できるグリア細胞をシート状に形成して用いることで,神経細胞に非侵襲でありながらノイズに埋もれない強靱な信号を高効率に取得できる手法を確立した.グリア細胞シートのインピーダンスを計測し,その値を用いた等価回路シミュレーションを行ったところ,さらにインピーダンスが高い細胞シートを使用することでさらなる信号増強が期待できることが分かった.この手法は神経細胞の上から被覆するという簡便な方法であり,また電極基板を加工して信号増強させるなどの別手法と組み合わせることができる.これらのMEAを用いた測定が脳機能の評価系として発展し,脳研究に貢献していくと期待される.以上のように,今年度は神経活動を高効率で測定できる実験系の構築まで進めることができた.来年度は形成した神経回路の測定へと展開していく予定である.形成した神経回路の評価手段として検討していたMEAを用いた測定法において,高効率に神経信号を取得できる手法を確立できた.また別に細胞内電位計測が可能なパッチクランプによる計測系を立ち上げた.神経回路の評価系として十分な準備ができた.本研究では,基板表面に細胞の接着領域をパターニングすることにより神経細胞の配置と軸索の伸長方向を制御し,脳の機能を発現する最小の神経細胞ネットワークを構築することを目的としている.パターン基板はガラス基板にオクタデシルシランを修飾して非接着領域とし,マイクロコンタクトプリンティング法を用いて細胞接着支持分子を転写して作製する手法を用いた.まず回路構築の前段階として,非対称な形状の接着領域パターンを2つ連続させた単純な直線回路を構築した.その際,パターンの間に,樹状突起は伸長できないが軸索は超えられる間隔10 umを設けた.このようにして構築した2細胞回路内のシナプス形成について蛍光免疫染色による観察を行った結果,シナプスは樹状突起だけでなく細胞体や軸索にも確認でき,シナプスの密度が培養日数を経ていくほどに多くなっていくことが分かった.さらに,信号伝達機能を電気生理的に調べるために去年立ち上げたパッチクランプ計測法を用いて,2細胞への刺激と細胞内電位測定を行った.片方の細胞を刺激し,もう片方の細胞への後シナプス電位発生の有無を調べると,信号伝達の起こっていたペアの77%において,設計パターンの方向への信号伝達が起きていた.これらの結果は,非対称パターンを用いることで信号の伝達方向を制御した2細胞接続回路が形成できたことを意味する.今年度までで単純な直線回路の形成まで進めることができたため,今後このパターンを基本にし,より複雑な構造のモデルの構築へと発展させていく予定である.パターン基板により軸索の方向を制御した2細胞単純直線回路を形成し,去年立ち上げたパッチクランプ計測系を用いてパターン通りに信号伝達方向の制御ができているかを調べ,パターン方向に沿って信号が伝達されていることを確認した.これにより単細胞の非対称パターンを用いることで信号伝達方向を制御した回路の形成が可能であることが確認され,より複雑な神経回路構築への準備ができた.

本研究では,基板表面に細胞の接着領域をパターニングすることにより神経細胞の配置と軸索の伸長方向を制御し,脳の機能を発現する最小パターン神経細胞ネットワークを構築することを目的としている.脳内の神経細胞の電気的特性において,個々の細胞は異なる周波数特性を持ち特定の周波数信号により強く応答することで信号を効率よく処理している。本年度は軸索方向を制御したパターンを用いて神経細胞の形状を制御し,神経細胞の膜インピーダンスの強度変化を試た.昨年度と同様に軸索と樹状突起の極性制御パターン上に培養した神経細胞と,パターンを施していない基板上に培養した神経細胞の膜インピーダンスとを比較した。神経細胞の膜インピーダンスの周波数特性を調べるために,刺入した電極から周波数が0.1 Hzから100 Hzに変化するChirp電流信号を入力し,その時の膜電位の変化を測定した。これらの入出力信号をフーリエ変換することで膜インピーダンスの周波数特性を計算した。培養7日目ではパターン神経細胞と非パターン神経細胞ともにlow-pass特性を示し,膜インピーダンスは同程度であった。より形状に差が出た培養16日目ではパターン神経細胞が10-40 Hzの低周波数帯において,高いインピーダンス示した。シミュレーション結果においてもパッチクランプ実験で得られた結果と同様にlow-pass特性が見られた。実験結果と計算結果において膜インピーダンスはlow-pass特性を示したが,形状の制限によるインピーダンス強度の変化は大きく異なった。以上より,神経細胞の電気的素子特性である膜インピーダンスを制御できるようになった。この技術により機能的な神経活動を有する最小の神経回路の構築が現実的となった.神経活動の測定系の立ち上げまで進捗したため,今後は神経回路を構築しその機能評価へと展開する.さらに神経回路の評価系として最適なパターン電極基板の作製も検討していく.単純な神経回路の構築とその神経活動の測定系の立ち上げまで進捗したため,今後は神経回路の機能評価へと展開する.さらに神経回路の評価系として最適なパターン電極基板の作製も検討していく.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。
バクテリアコンデンシンMukBEFの染色体DNAへの結合の分子機構

本研究では、(1)rDNAの転写と共役したMukBの染色体への結合モデルの検証、(2)トポロジカル結合の分子機構の解明を通して、コンデンシンが染色体に「いつ、どこで、どのように」結合するのかを明らかにすることを目標とする。(2)トポロジカル結合の分子機構の解明では、(A)主なDNA結合部位であるヘッドドメインに変異を導入したMukBを用いたゲルシフトアッセイ、(B)部位特異的光架橋法を用いたMukBとDNAの相互作用の検出、という2通りのアプローチによってバクテリアコンデンシンMukBの一本鎖DNA結合部位及び二本鎖DNA結合領域を同定することを目指す。2017年度はこれらの実験に本格的に取り組むための準備を行った。MukBの正電荷とDNAの負電荷による電気的な相互作用を想定し、正電荷を持つ残基を、負電荷を持つ残基或いは電気的に中性な残基に置換した変異体を計22種類作製し、精製した。2018年度はこれらの精製タンパク質のDNA結合能を評価する。変異型MukBを用いた実験に先立ち、野生型MukBを用いてゲルシフトアッセイ(電気泳動法を利用したDNA結合実験)を実施した。その際、MukBが「どのようにDNAと結合するのかを調べる」という本研究の目的を達成する為にはゲルシフトアッセイだけでは不完全であると考えた。そこでこの問題を解決すべく、MukBによるDNA結合の観察に原子間力顕微鏡を用いることを計画した。2017年度は原子間力顕微鏡の取り扱い手法を習得した。これと並行して、部位特異的光架橋実験の実施のための環境を整えた。この実験の肝となる標的タンパク質への非天然アミノ酸アナログpBPAの導入が成功していることをウエスタンブロッティングにより確認した。2018年度はMukBヘッドドメインにpBPAを導入し、DNAとの相互作用の検出を試みる。本年度の当初計画は、本研究の遂行に必要な材料を作製し、実験系を構築することであった。MukB変異体の作製と精製が完了したこと、部位特異的光架橋実験に必要な機器等を所属研究室に導入したことから、おおむね順調に進展していると言える。以下では具体的な進捗状況を述べる。DNAの負電荷とMukBの正電荷による電気的な相互作用を想定し、ヘッドドメイン内の正電荷を帯びた側鎖を持つアミノ酸残基に変異を導入した。ホモログ間でよく保存された11箇所のリジン残基及びアルギニン残基を対象とし、負電荷を帯びた側鎖を持つグルタミン酸残基、又は電気的に中性な側鎖を持つグルタミン残基に置換した変異体を計22種類作製した。これらの変異体をプラスミドから過剰発現し、ヒスチジンタグを用いて精製した。また、変異体によるDNA結合の評価法として、従来計画していたゲルシフトアッセイ以外に、原子間力顕微鏡を用いた実験を新たに計画に加えた。原子間力顕微鏡の取り扱い手法は速やかに習得した。部位特異的光架橋法では、「標的タンパク質の任意のアミノ酸残基への非天然アミノ酸アナログpBPAの導入」、「紫外光照射によるpBPAと近接因子との架橋形成」の2点が実験系を確立する上での鍵となる。紫外光照射装置B100-APを購入することで実験に必要な設備を整えた。モデル実験系を用いることで、標的タンパク質のpBPAの導入と紫外光照射による架橋形成がいずれも成功していることウエスタンブロッティング法により確認した。当初の計画通りに研究を進める。まず、(1)rDNAの転写と共役したMukBの染色体への結合モデルの検証について述べる。rDNA配列を持つプラスミドDNAにRNAポリメラーゼを添加することでin vitroでの転写を行い、そこにMukBを添加しローディングさせる。転写反応の有無によるローディング効率を比較することで、rDNA領域がMukBのローディングサイトであるという仮説を検証する。より単純な実験系として、一部分を強制的に開裂させることで転写中のrDNA領域を模したDNAを基質として用いることも試みる。次に、(2)トポロジカル結合の分子機構の解明について述べる。変異型MukBによる一本鎖DNA結合及び二本鎖DNA結合を、ゲルシフトアッセイ法(電気泳動法)及び原子間力顕微鏡を用いた実験により評価する。これと並行して、部位特異的光架橋法によるMukBのDNA結合部位の同定を行う。この方法では、pBPAを導入したMukBを精製し、オリゴDNA(一本鎖又は二本鎖)と混合した後に紫外光を照射し架橋を形成させる。架橋形成はウエスタンブロッティングで確認する。これらの実験により、一本鎖DNAとの結合に必要な部位と二本鎖DNAとの結合に必要な部位をそれぞれアミノ酸残基レベルで同定する。

MukBの正電荷とDNAの負電荷による電気的な相互作用を想定し、正電荷を持つ残基を、負電荷を持つ残基或いは電気的に中性な残基に置換した変異体を計22種類作製し、精製した。2018年度はこれらの精製タンパク質のDNA結合能を評価する。変異型MukBを用いた実験に先立ち、野生型MukBを用いてゲルシフトアッセイ(電気泳動法を利用したDNA結合実験)を実施した。その際、MukBが「どのようにDNAと結合するのかを調べる」という本研究の目的を達成する為にはゲルシフトアッセイだけでは不完全であると考えた。そこでこの問題を解決すべく、MukBによるDNA結合の観察に原子間力顕微鏡を用いることを計画した。2017年度は原子間力顕微鏡の取り扱い手法を習得した。これと並行して、部位特異的光架橋実験の実施のための環境を整えた。この実験の肝となる標的タンパク質への非天然アミノ酸アナログpBPAの導入が成功していることをウエスタンブロッティングにより確認した。2018年度はMukBヘッドドメインにpBPAを導入し、DNAとの相互作用の検出を試みる。本年度の当初計画は、本研究の遂行に必要な材料を作製し、実験系を構築することであった。MukB変異体の作製と精製が完了したこと、部位特異的光架橋実験に必要な機器等を所属研究室に導入したことから、おおむね順調に進展していると言える。以下では具体的な進捗状況を述べる。DNAの負電荷とMukBの正電荷による電気的な相互作用を想定し、ヘッドドメイン内の正電荷を帯びた側鎖を持つアミノ酸残基に変異を導入した。ホモログ間でよく保存された11箇所のリジン残基及びアルギニン残基を対象とし、負電荷を帯びた側鎖を持つグルタミン酸残基、又は電気的に中性な側鎖を持つグルタミン残基に置換した変異体を計22種類作製した。これらの変異体をプラスミドから過剰発現し、ヒスチジンタグを用いて精製した。また、変異体によるDNA結合の評価法として、従来計画していたゲルシフトアッセイ以外に、原子間力顕微鏡を用いた実験を新たに計画に加えた。原子間力顕微鏡の取り扱い手法は速やかに習得した。部位特異的光架橋法では、「標的タンパク質の任意のアミノ酸残基への非天然アミノ酸アナログpBPAの導入」、「紫外光照射によるpBPAと近接因子との架橋形成」の2点が実験系を確立する上での鍵となる。紫外光照射装置B100-APを購入することで実験に必要な設備を整えた。モデル実験系を用いることで、標的タンパク質のpBPAの導入と紫外光照射による架橋形成がいずれも成功していることウエスタンブロッティング法により確認した。当初の計画通りに研究を進める。まず、(1)rDNAの転写と共役したMukBの染色体への結合モデルの検証について述べる。rDNA配列を持つプラスミドDNAにRNAポリメラーゼを添加することでin vitroでの転写を行い、そこにMukBを添加しローディングさせる。転写反応の有無によるローディング効率を比較することで、rDNA領域がMukBのローディングサイトであるという仮説を検証する。より単純な実験系として、一部分を強制的に開裂させることで転写中のrDNA領域を模したDNAを基質として用いることも試みる。次に、
歯周病細菌の熱ショックタンパク質の病因論的役割に関する研究

本研究では、全身の健康における口腔環境の果たす役割について明らかにするために、口腔細菌の熱ショックタンパク質と慢性関節リュウマチとの関連性について検討した。1)先ず、既知のDNA配列の左右に位置する未知のDNA断片をクローニングできるInverse PCR法で、歯周病細菌の一つと考えられているActinobacillus actinomycetemcomitans(Aa)Y4株から熱ショックタンパク質であるDnaK/Hsp 70とDnaJ/Hsp 40をコードする遺伝子群をクローニングした。クローニングした遺伝子のDNA配列から推定されるAaのDnaKは633個のアミノ酸からなり、分子量は68,390であった。一方、AaのDnaJは386個のアミノ酸からなり、分子量は42,788であると推定された。さらに、AaのDnaKのアミノ酸配列はEcherichia coliと84.2%、ヒトHsp70と48.4%の相同性を示した。また、AaのDnaJのアミノ酸配列はE.coliと65.1%、ヒトHsp70と31.6%の相同性を示した。2)AaのDnaJのアミノ酸配列中にはヒトHLA-DRBl 0401分子とE.coliDnaJに共通なアミノ酸配列(KRAA-D-Y)が存在していたことから、AaのDnaJがヒトにおける自己免疫様疾患の発病に関与する可能性が示唆された。そこで、28名の慢性関節リュウマチ患者血清と7名の健康者血清中の抗Aa DnaJ抗体価をエライサ法で調べた。その結果、1/100希釈慢性関節リュウマチ患者血清のエライサ値(OD_<405>)は0.65±0.27であったのに対し、1/100希釈健康者血清では0.46±0.25であった。
熱帯雨林の保全と開発に関する学際共同研究

本研究の目的は、学際的国際共同研究「ペルー・アマゾンの農村生計・貧困(Peruvian Amazon Rural Livelihoods and Poverty (PARLAP))」を強化することである。大規模ミクロデータ(流域全村調査、農村標本調査、家計標本調査、国勢調査)とリモートセンシング分析を統合する。1年目の今年度は、主に次を実施した。1.マクギル大学において、研究代表者と海外共同研究者との間の研究打合せを行い、研究計画を作成した。また、新しい共同研究者との研究体制を構築した。2.次のミクロデータ作業を行った。1)流域全村調査データをもとにした汎用的変数(生物資源指標、農村厚生指標等)の作成と分析。2)農村・家計標本調査データの校正、汎用的変数(所得、土地、資産指標等)の作成、データベースの整備。3)交通機関の所要時間・費用についての都市部での追加フィールド調査。4)過去の交通機関についての歴史書調査。5)ペルー国勢調査データの整備、特に、異なるセンサス年の間の農村のマッチング作業。3.リモートセンシング分析による、農村(バッファー)レベル・グリッドセルレベルのGISデータベース(氾濫原の河川地形特性、洪水脆弱性、森林被覆、地質等)を作成した。4.若手研究者が主体となり「市場アクセスと環境」についての分析を進めた。同じく、若手研究者が主体となり超学際的研究テーマについての探索的検討を行った。博士課程大学院生が主体となり、「農村ネットワークと市場」について分析を行った。「生物資源の枯渇」、「洪水脆弱性」について国際学会発表を行った。歴史要因データの収集に当初の計画に較べ多くの時間を要したものの、ミクロデータ整備、リモートセンシング分析、各テーマ研究が、比較的順調に進んでいる。1.ミクロデータ作業を継続して行い、データベースを拡張する。2.リモートセンシング分析を継続して行い、GISデータベースを拡張する。3.各個別テーマごとに分析を行い、成果発表を行う。研究代表者の個別テーマ研究の進捗が遅れたため。主に研究補助謝金に使用する。
アフリカ地域研究の手法

アフリカをふくんだ現代の第三世界は、南北問題や地域開発に象徴されるような矛盾をかかえている。今年度の研究は、こうした「地域」に対して、地域研究者はどのような立場をとりうるのかを検討することにより、ほかの地域の研究者とも共同で議論できるような視点を模索することを目的とした。すなわち、単にアフリカ地域研究の現状をレヴュ-するのではなく、他地域の地域研究の方法論と批判的にわたりあえるような枠組をつくる試みをおこなった。具体的には、近年、地域研究、とりわけアジア・アフリカ・ラテンアメリカ地域の研究に対してなされている一つの方法論的批判、すなわちサイ-ドが『オリエンタリズム』などを通して投げかけたような「地域研究における言説の問題」や、「ヨーロッパの認識支配の問題」にこたえようという指向のもとに研究を進めた。第1回の研究会(1995年7月16日)では、16世紀以降の奴隷交易、19世紀の帝国主義と植民地主義、20世紀の冷戦構造を通して、アフリカの場合はヨーロッパとの関係において、一方的な被支配社会でありつはづけた歴史があること、そして地域研究が、国際政治支配の力学の中でつくりだされ成長してきたこと、さらに、この直接的な権力作用の深層には、他者をつくりだし、認識を支配しようとする言説の力学と権力作用も働いていたことを明らかにした。第2回の研究会(1995年2月21日)では、ボツワナに住むブッシュマン社会に焦点をあてて、地域研究者がどのようなアプローチの方法をとりうるのかについての議論を具体的に深める試みをおこなった。そこでは、地域研究の対象を思いきって場面行動などにまでミクロ化し、他方では人類進化などの焦点にまでマクロ化するという方法論が有効ではないかという議論がおこなわれた。
ニフェジピン性歯肉肥大の発症に関する細胞学的ならびに薬物代謝学的研究

1.東京医科歯科大学歯学部附属病院に来院したニフェジピン性歯肉肥大患者responder群12名ならびに歯肉肥大の認められないnon-responder群4名について、ニフェジピン服用6時間後に血液を採取し、高速液体クロマトグラフィーで血中ニフェジピン濃度を測定した。その結果、GHIと血中ニフェジピン濃度に正の相関を示す傾向がみられたが、有意ではなかった。2.responder群および健常者群の歯肉組織からoutgrowth法により得られた歯肉線維芽細胞を用いて、ニフェジピンならびに代謝産物を添加し、プロテオグリカン産生量を比較した。responder群の歯肉線維芽細胞においては、ニフェジピン添加により、濃度依存性にプロテオグリカン産生量が増加した。健常者群の歯肉線維芽細胞では濃度依存性にプロテオグリカン産生量が減少した。ニフェジピン代謝産物によっても同様の傾向が認められた。3.健常者由来培養歯肉線維芽細胞を用いて、P.gingivalisおよびA.actinomycetemcomitansのLPSのプロテオグリカン産生能への影響を検討したが、プロテオグリカン産生に有意な変化を及ぼさなかった。4.健常者由来培養歯肉線維芽細胞を用いて、各種サイトカイン(IL-4,IL-13,IFN-gamma,TNFalpha)のプロテオグリカン産生への影響を検討した。IL-4とIL-13はそれぞれ総プロテオグリカン産生を有意に増加したが、FN-gammaは減少させた。TNFalphaは培養上清中では増加させたが、細胞画分では減少させた。IL-4とTNFalpha、あるいはIL-13とTNFalphaを同時に添加すると培養上清中では相乗的に、細胞画分ではわずかに増加させた。(1)血中ニフェジピン濃度の測定(2)培養歯肉線維芽細胞のプロテオグリカン(以下PGと略す)合成へのニフェジピンならびに代謝産物の影響健常者ならびにresponderの歯肉組織からoutgrouth法により得られた歯肉線維芽細胞を培養し、ニフェジピンならびに代謝産物を加え、48時間後、[3H]-glucosamineと[35S]-sulfateとで標識したPG量を測定した。その結果、健常者細胞に対してはニフェジピン、代謝産物ともに濃度依存的にPG合成は減少した。しかし、responderの歯肉線維芽細胞においては、ニフェジピンによりPGは増加した。代謝産物によっても同様の傾向が見られた。このことから、歯肉組織局所でニフェジピンならびに代謝産物がPG合成を増加させることにより、歯肉肥大が起こる可能性か示唆された。健常者細胞に歯周病原性細菌(Actinobacillus actinomycetemcomitans,Porphyromonas gingivalis)のLPSを添加刺激し、ここにニフェジピンを加え、PG代謝に与える影響を調べた。LPS刺激によって、PG代謝は特に変化は見られず、ここにニフェジピンを加えた場合も有為差は見られなかった。今後は各種サイトカインとの関連も検討する予定である。健康歯肉を有する被検者より歯肉を採取し、outgrouth法により歯肉線維芽細胞(HGF)を得た。HGFを^3H-glycosaminoglycanおよび^<35>S-sulphateを添加のもとで培養し、培養上清および細胞画分におけるプロテオグリカン産生を標識物質の取り込み、あるいはFPLCにより調べた。その結果、プロテオグリカン産生は無刺激下でも時間依存性に増加した。

この産生されたプロテオグリカンはコンドロイチナーゼABCおよびヘパリチナーゼによる分解による分解率を解析した結果から、培養上清中では、コンドロイチン硫酸プロテオグリカン(CSPG)とヘパラン硫酸プロテオグリカン(HSPG)の産生比率(CS/HS比)は2.5であり、細胞画分では0.7であった。次にTh2サイトカインであるインターロイキン-4(IL-4)のプロテオグリカン産生の影響を検討した。HGFは抗IL-4レセプター抗体を用いて免疫染色により、IL-4レセプターを有していることが示された。プロテオグリカン産生への影響に関しては、濃度依存性にプロテオグリカン産生を亢進した。CS/HS比は培養上生中で2.2であり、細胞画分では1.1であり、コントロールと幾分違いが認められた。これらのことより、IL-4はIL-4レセプターを介してプロテオグリカン産生を調節していると考えられる。IL-4の歯根膜細胞への影響を検討中、IL-4はプロスタグランジン産生を抑制することが明らかとなった。そこでIL-4によるHGFのプロテオグリカン産生調節がプロスタグランジンによるものであるかどうかを検討したところ、プロスタグランジンはHGFのプロテオグリカン産生に影響を与えなかった。HSPGは塩基性FGF等のサイトカインの作用調節機構に関与しているとされ、さらに歯周病変部及び歯肉増殖におけるプロテオグリカンの役割を検討する予定である。健常者由来培養歯肉線維芽細胞を用いて、各種サイトカイン(IL-4,IL-13,IFN-gamma,TNFalpha)のプロテオグリカン産生への影響を検討した。プロテオグリカン産生を^3H-glucosamineおよび^<35>S-sulfateの2重標識法を用いて培養上清および細胞画分において測定した。IL-4とIL-13はそれぞれ総プロテオグリカン産生を有意に増加したが、IFN-gammaは減少させた。TNFalphaは培養上清中では増加させたが、細胞画分では減少させた。IL-4とTNFalphaを同時に添加すると培養上清中では相乗的に、細胞画分ではわずかに増加させた。3H-glucosamineおよび35S-sulfateで標識したプロテオグリカン産生を培養上清および細胞画分で測定し、その生化学的性状を調べた。IL-13とTNFalphaを添加した場合には、IL-4とTNFalphaの場合と同様な結果が得られた。IFN-gammaとTNFalphaでは、培養上清中では増加するものの、細胞画分では減少した。歯肉線維芽細胞産生プロテオグリカンを精製し、酵素あるいはアルカリ処理し、生化学的性状を調べたところ、分子量や構成糖鎖から、pearlcan/versican(PG1)とdecorin/biglycan(PG2)の2つのグループに分けられた。IL-4添加により、PG1/PG2比が変化し、PG1が相対的に増加した。またコンドロイチン硫酸プロテオグリカンとヘパラン硫酸プロテオグリカンの比も変化した。
高活性、高選択的水素移動触媒としての分子状水素錯体

分子状水素錯体が最もその特徴を発揮すると考えられる触媒反応として水素移動反応に着目し、従来の遷移金属錯体が効果的な触媒となりえなかった反応分野への活用を計ることを目指して研究を開始したが、研究の進展と共にその重点は5配位ルテニウム錯体[RuH(P-P)_2]^+(1)を触媒とするシランHSiR_3とアルコールROHの反応に移った。すなわち、分子状水素錯体は一般的に配位飽和であり、また水素分子が反応を抑制する方向に作用するため、不飽和化合物の水素化の触媒としてはその活性の面で限界があるが、一方、分子状水素錯体から配位水素分子が脱離して生成する配位不飽和種である1はHSiR_3と反応して非常に反応しやすい錯体である[RuH(H-SiR_3)(P-P)_2]^+を生成することが判明した。2は分子状水素錯体と同様にSi-H結合がη^2型配位しており、また錯体自身がカチオンであることによりSi中心は系中に存在する求核試薬と非常に反応しやすい状態にある。最終的には2とシランと水分子から分子状水素錯体[RuH(H_2)(P-P)_2]^+(3)が生成する。中間体としてジヒドリド錯体[Ru(H)_2(P-P)_2]^+(4)が存在することを含め、反応の詳細を明らかにした。また、シランとアルコールの脱水素カップリング反応が5配位錯体1により触媒されることを見いだした。この反応は、その触媒サイクル中に分子状水素錯体からの水素分子の脱離の過程を含むと考えられる。実際、分子状水素錯体3を触媒としても、同様のカップリング反応が進行することを見いだした。各種シランと各種アルコールの組み合わせを検討し、上記の反応がかなり一般性を持つことを明らかにした。
柔な構造の生成法及びその非線形力学的特性に関する研究

研究課題「柔な構造の生成法及びその非線形力学的特性に関する研究」について,本年度は以下のような研究に取り組んだ。(a)釣合い経路を指定したコンプライアントメカニズムの生成法の開発(b)柔な構造の建築免震構造への利用(a)については,代表的な柔な構造であるコンプライアントメカニズムについて,大変形を伴うことで非線形な荷重変形関係(釣合い経路)を呈する特徴に着目し,指定した釣合い経路を有するような新しい構造物を設計する手法を提案した。グランドストラクチャ法に基づくトラス構造のトポロジー最適化問題として,全部材体積最小化問題と指定経路への誤差総和最小化問題の2種類を定式化し,それを解くことで指定定釣合い経路を有する構造を生成できることを示した。(b)については,上記の研究によって得られた指定釣合い経路を有するような建築構造における利用例として、免震システムへの適用を検討した。メカニズムを支承部に配置したせん断型構造モデルとアーチ状トラス構造に対して、ホワイトノイズあるいは記録地震波を入力して時刻歴応答解析を行い、水平方向および鉛直方向の地震動に対する応答加速度を低減するために、コンプライアントメカニズムを有効に利用できることを明らかにした。従来の免震構造は、上下方向入力に対する利用が困難であったため、本手法は、上下動に対する応答低減が重要となる大空間構造や精密機器の免震のために有効に利用できることを示した。本年度は,研究課題である「柔な構造の生成法及びその非線形力学的特性に関する研究」について,柔な構造であるコンプライアントメカニズムの一般的・効率的な生成手法の開発に重点を置いて研究を行った。コンプライアントメカニズムの新しい生成手法として,以下の2つの手法を開発し,発表した。1.静定トラス列挙アルゴリズムを利用した生成法2.最適化を利用したトラスメカニズムから梁要素メカニズムへの変換法1.は,トラス型コンプライアントメカニズムが,静定トラスとなることに着目し,基準構造のトポロジーを列挙アルゴリズムを用いてあらかじめ列挙する手法を提案したものである。高速な列挙アルゴリズムを利用することでトポロジーの列挙に必要な計算量を削減することができた。列挙された解に対して単純な最適化問題を解くことで,容易にメカニズムを得ることが可能となった。2.は,コンプライアントメカニズムの利用にあたり,トラス型メカニズムが持つ回転接合部を,力学的に等価な梁要素に変換することが必要となったため,トラス型メカニズムとして生成されたメカニズムを,梁要素メカニズムに変換する手法を提案したものである。回転ヒンジ部分を細い梁要素に置き換えるための最適化問題を定式化し,これを解くことで,スナップスルーを利用するトラス型コンプライアントメカニズムの利点を残したまま,1部材型のメカニズムを生成することが可能となった。また上記の研究と並行して,柔な構造の模型を製作し,その力学的性能・特徴について考察した。本年度は,研究課題である「柔な構造の生成法及びその非線形力学的特性に関する研究」について,(a)コンプライアントメカニズムの生成法の開発(b)柔な構造の建築構造への利用に重点を置いて研究を行った。(a)については,部材の弾性変形性能を利用したコンプライアントメカニズムのような柔な構造が,大変形を伴うことで非線形な荷重変形関係(釣合い経路)を呈することに着目し,指定した釣合い経路を有するような構造物を設計する手法を提案した。(b)については,上記の指定釣合い経路を有するような構造系を免震構造の支承として利用することを考え,新しい免震システムとして提案した。柔な構造による免震システムは設置方向に依存しないため,現状の免震構造の課題となっている上下方向の地震動に対する免震に効果が期待できる。柔な構造による免震デバイスを大スパンアーチ構造と連成させ,複数の記録地震波に対する地震応答解析によって,免震効果が得られることを確かめた。また(b)について,トラスを用いたコンプライアントメカニズムのデバイスを建築物の制振構造に適用することを検討した。メカニズムのデバイスを速度依存型の粘性制振ダンパーに付加することで,ダンパーに入力される速度を増大させ,より大きな制振効果を得ることができた。メカニズムを支承部に配置したせん断型構造モデルとアーチ状

トラス構造に対して、ホワイトノイズあるいは記録地震波を入力して時刻歴応答解析を行い、水平方向および鉛直方向の地震動に対する応答加速度を低減するために、コンプライアントメカニズムを有効に利用できることを明らかにした。従来の免震構造は、上下方向入力に対する利用が困難であったため、本手法は、上下動に対する応答低減が重要となる大空間構造や精密機器の免震のために有効に利用できることを示した。
方法としての近代陽明学―日本・東アジア近代思想史の再検討

本研究は、東アジアとりわけ中国における近代陽明学の展開、及び近代西洋諸思想の陽明学に基づく受容という動向を参照系とする。そして、それらの参照系と確実に共振関係にあった日本の近代陽明学の動向を検討・分析する。その検証・分析に基づいて、社会主義運動、キリスト教とも結び付けられた、幅広い近代諸思想の受け皿ともなった近代陽明学にアプローチし、やがては近代日本の儒学思想像を刷新することを企図している。
相転移温度以上における強誘電体ドメイン構造の記憶

Mg添加定比組成タンタル酸リチウム(Mg-doped Near-Stoichiometric composition LiTaO_3:MgSLT)結晶を用いた周期ドメイン反転構造を有した波長変換デバイスにより20Wクラス級の高出力グリーン光源が報告され、レーザーシアター等への実用化が期待されている。しかし、高出力用途のレーザー材料として見た場合、基礎的なデータはほとんど報告されていなかった。そこで、本研究において、MgSLT結晶における熱処理による周期ドメイン反転構造の挙動とレーザー材料として最も重要なデータである熱伝導率について調べた。本年度は、研究対象として強誘電体材料の一つであるMg添加定比組成タンタル酸リチウム(Mg-doped Near-Stoichiometric composition LiTaO_3:Mg:SLT)を選択した。この強誘電体材料は擬似位相整合(Quasi Phase Matching:QPM)による波長変換デバイスとして、とりわけ第二高調波発生(Second Harmonic Generation:SHG)を利用した10Wクラス級の高出力グリーン光源が報告され、にわかに期待が高まっている。周期的なドメイン反転構造を作製することによって、初めて、QPM波長変換デバイスとして用いられる。よって、ドメイン構造の挙動について調べることは、実用上においても重要である。育成したMg:SLT単結晶は、分極方向がプラス方向の全ドメイン領域とマイナス方向の全ドメイン領域の面積が、ほぼ同程度であるマルチ・ドメイン構造であった。このマルチ・ドメイン構造有した試料を強誘電-常誘電相転移温度(キュリー温度)以上に温度を上げて、そこで電圧を印加しながら試料を除冷する方法(フィールド・クーリング法)により、シングル・ドメイン構造が得られることを確認した。一方、一度シングル・ドメイン化したMg:SLT単結晶試料をキュリー温度Tc以上の温度へ上げた後、電圧印加を行わず室温まで戻った時、結晶育成後のMg:SLT単結晶に見られたマルチ・ドメイン構造とは、まったく異なったドメイン構造が観察された。このことは、表面のエッチング、焦電効果、断面観察により、確認した。しかし、この現象については、これまで報告されておらず、また、強誘電体の常識では、にわかに理解しにくいものであった。よって、この現象を解明することが出来れば、強誘電-常誘電相転移温度に伴うドメイン構造の挙動について、新たな一石を投じる可能性がある。本年度も、強誘電体材料の一つであるMg添加定比組成タンタル酸リチウム(Mg-doped Near-Stoichiometric composition LiTaO_3:Mg:SLT)を研究対象材料とした。このMg:SLT単結晶は擬似位相整合(Quasi Phase Matching:QPM)技術を用いた波長変換デバイス用途として注目されている。とりわけ第二高調波発生(Second Harmonic Generation:SHG)を利用した10Wクラス級の高出力グリーン光源が報告され、にわかにレーザー加工等への応用が期待されている。QPM波長変換デバイスは周期的なドメイン反転構造を作製することによって、初めて、デバイスとなりうる。よって、周期分極反転ドメイン構造の挙動について調べることは、実用上においても重要である。本年度は、実際にMg:SLT単結晶を用い、周期分極反転ドメイン構造を作製した。この試料をキュリー温度(Tc=694°C)以上の熱処理(740°C、4時間)を行った。その結果、周期分極反転ドメイン構造の面影は、まったくなくなっており、結晶育成直後のマルチ・ドメイン構造に戻ることが判明した。今後は、種々の熱処理条件を行い、その時の周期分極反転ドメイン構造の振る舞いについて、さらに詳細に調べる予定である。一方、上記のような高出力レーザー用途における重要な情報の一つとして熱伝導率があるが、基礎的な物性値にもかかわらず、これまでほとんど報告例がなかった。そこでマルチ・ドメイン構造のMg:SLT単結晶試料とシングル・ドメイン構造試料の熱伝導率を測定した。その結果、マルチ・ドメイン構造試料の熱伝導率はシングル・ドメイン構造のそれと違いが無いことが明らかにした。近年、Mg添加定比組成LiTaO_3(Mg:SLT)結晶を用いた擬似位相整合・波長変換デバイスにより、20W級の高出力CW緑色レーザーが報告され、加工用レーザー等への応用が期待される。このような高出力レーザーにおいては、熱の問題が大きな懸案になってくる。この問題を解決するためには熱伝導率の情報が重要である。しかし、これまではMg:SLT結晶の熱伝導率の報告例はZ軸方向のみであった。しかしZ軸方向以外の熱伝導率のデータも、熱の問題を解決するためには重要である。そこで今年度は、Mg:SLT結晶のX軸、Y軸、Z軸方向における熱伝導率を調べた。レーザー・フラッシュ法により熱拡散率αを測定し、熱伝導率κを決定した。比較のため、溶融一致組成LiTaO_3(CLT)についても熱伝導率を決定した。

その結果、下記に示されるように、CLTとMg:SLT結晶において、熱伝導率の異方性が明らかになった。すなわち、Z軸方向の熱伝導率がX及びY軸方向に比べて大きく、X軸とY軸方向とでは差がないことが分かった。また、Mg:SLTの熱伝導率はCLTに比べて2倍程度大きいことが判明した。●CLTとMg:SLT結晶のX軸-,Y軸-,Z軸方向における熱伝導率CLT(Z軸):熱拡散率α[m^2/s];(1.5±0.1)×10^<-6>,熱伝導度κ[W/(m・K)];4.4±0.4