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哺乳類ミトコンドリアにおけるタンパク質合成系の分子機構

本研究では哺乳類ミトコンドリア(mt)における翻訳系の分子機構を解明することを目指し、申請者自身が構築した生体外mt蛋白質合成系を利用し、特に『リボソーム再生機構』を解析した。mt翻訳終結後リボソーム複合体はRRF1mtとRRF2mtにより解離されることを明らかにした。RRF2mtはリボソーム再生過程に特化した新規翻訳因子として発見したため、新しく命名した。また『mt翻訳因子の病的変異による疾患の発症機構』についても解析を行った。近年、ミトコンドリア蛋白質合成系に異常をもたらすミトコンドリア翻訳因子の病的変異が相次いで同定されている。また、ある種の抗がん剤や抗生物質が、ミトコンドリアリボソームに作用して誤翻訳や翻訳抑制を誘発して副作用をもたらすことが問題となっている。ミトコンドリアにおける蛋白質合成の分子機構の詳細、ミトコンドリアリボソームの機能構造相関に関する知見を得る重要性が高まっている。このような背景をふまえ、本研究では哺乳類ミトコンドリアにおける蛋白質合成系の分子機構の詳細を解明することを目指し、特に当該年度は『翻訳終結機構の解明』に取り組んだ。まず、生化学的手法と遺伝学的手法を用いることにより、哺乳類ミトコンドリアにおける翻訳終結後リボソーム複合体が、RRFmt(mitochondrial Ribosome RecycIing Factor)とEF-G2mtにより解離されることを明らかにした。EF-G2mtは、機能未知なバクテリアEF-Gのミトコンドリアホモログとして知られていたが、申請者らがはじめてリボソームリサイクリングに関与することを示したものである。さらに、EF-G2mtの機能に必須な領域の同定や、EF-G2mtによるGTP加水分解の役割の解明も行った。EF-G2mtは哺乳類ミトコンドリアにユニークなリボソームリサイクリングに関与する新規翻訳因子であり、名称をRRF2mt(mitochondrial Ribosome Recycling Factor 2)として改めることを提案している。本研究では哺乳類ミトコンドリアにおける蛋白質合成系の分子機構の詳細を解明することを目指し、特に当該年度は『リボソーム再生機構の解明』『ミトコンドリア翻訳因子の病的変異による疾患の発症機構』に取り組んだ。昨年までに、哺乳類ミトコンドリアにおける翻訳終結後リボソーム複合体は、RRF1mt(mitochondrial Ribosome Recycling Factor1)とRRF2mtにより解離されることを明らかにした。RRF2mtは、リボソーム再生過程に特化した新規の翻訳因子であり、新しく命名した。当該年度は、RRF2mtの機能特異性決定領域の同定、EF-G2mtによるGTP加水分解の役割の解析を行った。さらにWatanabe Y.博士らとの共同研究により、系統樹解析からバクテリアにもRRF2が存在することが示唆されたため、その生化学的検証を行った。ミトコンドリア翻訳伸長因子(EF-Tu_<mt>, EF-Ts_<mt>)の病的変異による疾患の発症機構について調べた。EF-Tu_<mt>はアミノアシルtRNAとの親和性、EF-Ts_<mt>はEF-Tu_<mt>、との親和性、がそれぞれ低下しているために、ミトコンドリアにおけるタンパク質合成能が低下していることが明らかとなった。またEF-Tu_<mt>の病的変異体の解析から、EF-Tu_<mt>はアミノアシルtRNAの5'リン酸基を強く認識ことが明らかとなり、原核生物EF-Tuとは異なるアミノアシルtRNAの認識様式をもつことが分かった。
内部組成勾配を考慮したスーパーアースの内部構造と熱進化の理論的研究

採用第2年度目では,惑星大気中における組成の勾配,特に惑星大気における凝結を考慮した際,巨大氷惑星がどのような内部構造・熱進化をたどるかを検討した.本年度では,惑星大気構造および惑星内部構造計算手法の改良を行い,系外惑星だけでなく,太陽系内惑星にも応用可能なモデルを作成した.本研究では大気中の凝縮による影響を惑星熱進化モデルに取り入れ,太陽系内の巨大氷惑星の熱進化計算に応用した.計算の結果,凝縮物の効果を考慮することで,大気中の温度が上昇し,熱進化の時間スケールが短縮されることがわかった.これによって,惑星の熱進化による冷却が促進される効果が確認され,天王星の放射強度を説明可能となった.私が行った計算の結果では,天王星大気中に多量の氷成分の存在が示唆されたため,天王星は形成初期に大気中に多量な氷成分を持つようなイベント,例えば巨大衝突のような大規模なイベントを経験していたことを示唆している.このような巨大衝突イベントがあったことは,天王星に見られる他の要素(自転軸傾斜角,衛星の軌道面)を説明する上でも整合性がとれている.これらの研究成果は,今後惑星形成理論,とくに観測から形成直後の状態を制約するための手法を確立することができた.今後は形成直後に過程した状態が,実際にどのように起こるのか,隕石や大気組成など他の物質化学的な状態にどのような影響を残すのかを多角的に議論する必要がある.本研究の成果は,今後系外惑星および太陽系内惑星の起源と観測を結びつける上で重要な役割を果たし,これらの研究を軸にして惑星形成論を検証する枠組みを提案していきたいと考えている.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。ケプラー衛星に続き,中心星近傍惑星の高精度探査計画(K2ミッション,TESS)が計画されるなど,スーパーアースの発見数・質量半径測定例は今後飛躍的に増大することが期待される.スーパーアースの組成構造には,大まかに海王星のような氷成分主体の惑星(以下,海王星型惑星)や岩石惑星が分厚い大気をまとったような惑星(以下,地球型惑星)の二種類が考えられる.しかし,これらの内部構造・組成・熱進化・形成プロセスには多くの未知な部分が残されていて,これまでは単純な仮定が用いられてきた.その中でも特に,組成が一様な層構造を取ると仮定した内部構造・熱進化のモデル(以下,分化後モデル)が単純化のため使われてきた.一方で惑星内部の組成の不均質性(以下,組成勾配モデル)が太陽系内の巨大惑星の内部構造や進化に大きな影響を与えうることかが指摘されている(Leconte & Chabrier 2012).組成勾配は対流を安定化させるため,熱輸送を鈍化させ熱進化を遅くすることが予想される.このことは系外惑星の質量半径関係にも重大な影響を及ぼすことが予想され,系外惑星においても組成勾配を考慮した熱進化を解くことが必要となるだろう.またより正確に熱進化を理論化することで,実際に観測される質量・半径・年齢関係と透過光分光による分子種同定に適用し,その惑星の過去の状態をより正確に予言を行うことが可能になる.これを用いてスーパーアースの形成理論モデルの検証につなげていきたいと考えている.採用第2年度目では,惑星大気中における組成の勾配,特に惑星大気における凝結を考慮した際,巨大氷惑星がどのような内部構造・熱進化をたどるかを検討した.本年度では,惑星大気構造および惑星内部構造計算手法の改良を行い,系外惑星だけでなく,太陽系内惑星にも応用可能なモデルを作成した.本研究では大気中の凝縮による影響を惑星熱進化モデルに取り入れ,太陽系内の巨大氷惑星の熱進化計算に応用した.計算の結果,凝縮物の効果を考慮することで,大気中の温度が上昇し,熱進化の時間スケールが短縮されることがわかった.これによって,惑星の熱進化による冷却が促進される効果が確認され,天王星の放射強度を説明可能となった.私が行った計算の結果では,天王星大気中に多量の氷成分の存在が示唆されたため,天王星は形成初期に大気中に多量な氷成分を持つようなイベント,例えば巨大衝突のような大規模なイベントを経験していたことを示唆している.このような巨大衝突イベントがあったことは,天王星に見られる他の要素(自転軸傾斜角,衛星の軌道面)を説明する上でも整合性がとれている.これらの研究成果は,今後惑星形成理論,とくに観測から形成直後の状態を制約するための手法を確立することができた.今後は形成直後に過程した状態が,実際にどのように起こるのか,隕石や大気組成など他の物質化学的な状態にどのような影響を残すのかを多角的に議論する必要がある.本研究の成果は,今後系外惑星および太陽系内惑星の起源と観測を結びつける上で重要な役割を果たし,これらの研究を軸にして惑星形成論を検証する枠組みを提案していきたいと考えている.1年次の計画では,組成勾配を考慮した計算コードの開発,及び海王星型惑星の構造計算と進化計算を行う計画であった.私は計算コードの開発に先立って,内部に非一様な組成勾配を持つ惑星の内部構造および熱進化計算を行うために,基礎方程式,状態方程式の妥当性を検討した.特に組成勾配をもった惑星内部での熱輸送に関して重点的に検討する.そして,内部組成勾配をもった惑星の構造計算および熱進化計算を行い,惑星の水素ヘリウム質量比へどれだけの影響があるかを調べ,分化後モデルと組成勾配モデルで比較する.

その結果,惑星内部組成勾配と温度勾配のオーダーを同じ程度にすると水素量は少なくなり,冷却を遅くする傾向があることがわかった.このことは従来の理論モデルに基づいたすいてが水素大気量を過大評価していることを明らかにした.惑星の水素大気量は,惑星の形成過程に依存するため,水素大気量の決定法の改良は惑星形成論の観点でも極めて重要である.27年度が最終年度であるため、記入しない。近年では観測データの蓄積に伴い,比較的低温度環境下にある惑星の発見数も増えてきた.特にハビタブルゾーンと呼ばれる,水が凝縮するような領域では,氷成分が多い海王星型惑星の場合,惑星の大気構造と熱進化に大きな影響を与える可能性がある.しかし,水を初めとする氷成分が凝縮するような大気をもった惑星の熱進化は,まだよくわかっておらず,先行研究もまだない状態である.したがって氷成分が凝縮するような大気を持った天体の熱進化を議論するためには,凝縮物を含んだ大気構造を解き,その大気構造と内部構造を組み合わせて検討しなくてはならないため,大気構造の定式化・モデル化とコード作成が新たに必要となることがわかった.現在は大気と内部構造の相互作用を考慮した計算コードを開発している.内部構造の計算コードはこれまで使用していたものと同様であるが,大気構造のコードについては改良しなくてはならない.大気構造は放射対流平衡構造を解くための計算手法を用い,凝縮が起こる場合の温度構造(擬湿潤断熱温度勾配に従うことが知られている)と放射層の温度構造を求めるようにする.これら計算コードを改良しテスト計算をした結果,大気中で凝縮が起こるような状況だと,冷却が早く進行する傾向があることがわかった.これは惑星内部で組成勾配がある状況と対照的であると言える.二年次は大気と内部構造の相互作用,特に凝縮による大気構造の変化とそれに伴う熱進化への影響に注目し,比較的低温度環境下にあるスーパーアースの内部構造と熱進化を議論し,その結果を国際誌の投稿論文にまとめたいと考えている.27年度が最終年度であるため、記入しない。
赤潮ラフィド藻のシスト形成条件の解明

海産赤潮ラフィド藻には,養殖魚類を大量斃死させる種が多く,また多くが生活史の中で越冬シストの時期を持つ。シストは赤潮の発生源となり,分布域の拡大にも寄与している。従って,シストの形成条件の解明により,赤潮の発生消滅に至る個体群動態がより正確に把握できると期待される。しかしながら,シストの形成条件は殆どの種で不明である。本研究では,他のChattonella属のものやHeterosigma akashiwo等の有害種について,シストの形成過程と条件を検討した。得られた研究成果の概要は以下の通りである。(1)現場海域で発生したH.akashiwo赤潮の末期の細胞を,現場水温(20°C)で暗黒条件下に置いた場合,まず通常の栄養細胞よりも小さい「シスト形成小型細胞」と判断される細胞が観察され,そしてシストが形成された。シストは,発芽が可能になるまで約2週間の休眠・成熟期間を必要とした。(2)H.akashiwo赤潮の末期に,シストが相当大量に(>10^3/cm^2)形成され,実際に海底へ補給される事が判明した。形成直後のシストは現場の海底で発芽出来ず,2週間程後より発芽が可能な状態になった。(3)H.akashiwo,C.ovata,C.verruculosaの3種について,培養条件下で栄養条件を変化させてシスト形成実験を行った。その結果,硝酸塩とアンモニウム塩のどちらの場合でも窒素欠乏条件下で,H.akashiwoとC.ovataのシスト形成小型細胞と判断される細胞が形成された。C.antiquaとC.marinaではこの条件下で良好にシストが形成されるのに対し,これら2種は健常なシストの大量形成には至らなかった。また,C.ovataの場合,窒素欠乏を経験した細胞は温度22°Cの暗黒条件下で4週間以上生存するという,暗黒下での長期生存能力を獲得することが判明した。海産ラフィド藻類には,養殖魚類の大量斃死を招く有害赤潮を引き起こす種類が多い。赤潮ラフィド藻においては,多くの種が越冬形態として生活史の中でシストの時期を持つことが知られるようになってきた。そしてシストは赤潮の発生源となり,分布域の拡大にも寄与していると考えられる。またシストの形成条件を明らかにすることにより,赤潮の発生消滅に至る個体群動態がより正確に把握できることが期待される。しかしながら,シストの形成条件が判明しているのは,Chattonella antiquaとC.marinaの2種だけであり,他の種類においては依然としてシストの形成条件は不明である。本研究においては,他のChattonella属のものをはじめとしてHeterosigma akashiwo等の有害種について,シストの形成条件を明らかにすることを目的としている。本年度得られた成果は以下の通りである。(1)現場海域で発生したHeterosigma akashiwo赤潮の末期の細胞を,現場水温(20°C)で暗黒条件下に置いた時,まず通常の栄養細胞よりも小さい「シスト形成小型細胞」と判断される小型の細胞が観察され,そしてシストが形成された。(2)Heterosigma akashiwo,Chattonella ovata,Chattonella verruculosaの3種について,培養条件下で栄養条件を変化させてシスト形成実験を行った。

その結果,窒素欠乏条件下で,H.akashiwoとC.ovataのシスト形成小型細胞と判断される小型の細胞が形成された。しかし健常なシストの大量形成には至らなかった。またC.ovataの場合,窒素欠乏を経験した細胞は温度22°Cの暗黒条件下で4週間以上生存するという,暗黒下での長期生存能力を獲得することが判明した。海産ラフィド藻類には,養殖魚類の大量斃死を招く有害赤潮を引き起こす種類が多い。赤潮ラフィド藻においては,多くの種が越冬形態として生活史の中でシストの時期を持つことが知られるようになってきた。そしてシストは赤潮の発生源となり,分布域の拡大にも寄与していると考えられる。またシストの形成条件を明らかにすることにより,赤潮の発生消滅に至る固体群動態がより正確に把握できることが期待される。しかしながら,シストの形成条件が判明しているのは,Chattonella antiquaとC.marinaの2種だけであり,他の種類においては依然としてシストの形成条件は不明である。本研究においては,他のChattonella属のものをはじめとしてHeterosigma akashiwo等の有害種について,シストの形成過程と条件を明らかにすることを目的としている。本年度得られた成果は以下の通りである。(1)ラフィド藻Heterosigma akashiwo,Chattonella ovata,Chattonella verruculoseの3種を用いて,培養条件下で栄養条件を変化させてシフト形成実験を行った。窒素源として硝酸塩ではなく,アンモニウム塩を用いた場合,C.antiquaとC.marinaでは良好にシストが形成されるのに対し,H.akashiwoとC.ovataではシスト形成小型細胞と判断される細胞が形成されたものの,建常なシストは形成されなかった。しかしながら,硝酸塩の実験の場合と同様に,暗黒下で細胞は長期生存できた。(2)現場海域で発生したHeterosigma akashiwo赤潮の末期に,シストが相当大量に(>10^3/cm^2)実際に形成され,海底へと補給されることが判明した。形成直後のシフトは,現場の海底で発芽出来ず,2週間程度後より発芽が可能な状態になった。
犬および猫のリンパ流路に関する臨床解剖学的研究

本研究では正常な犬の腹腔内臓器及び猫の胸管へのリンパ流路を明らかにすること、また、臨床的な応用を目指して、非侵襲的にリンパ流路を可視化するCT撮像及び腹腔鏡による観察条件の設定など、その有用性を調べた。平成24年度は犬の前立腺および乳腺腫瘍症例でのリンパ流路を検討し平成25年度は犬の腹腔内主要臓器からのリンパ流路を検討した。平成26年度は猫の乳ビ槽及び胸管の可視化について検討した。その結果、乳腺、腹腔内の胃噴門部、膵臓及び前立腺等からのリンパ流路では各臓器特有のリンパ流路が立体的に観察され、各個体においてそれらはほぼ共通の走り方を示した。猫では胸管の走行のCTによる可視化に一定の目処が立った。本年度では犬および猫の体腔内のリンパ流路の検索のために2つの研究に着手した。ひとつは犬の腹腔内主要臓器(食道・胃噴門部、膵臓および前立腺)からのリンパ流路について解剖学的手法で検索しそのデータを蓄積させ、さらに臨床応用として、それらの臓器に付属するセンチネルリンパ節(SNL)の可視化について検討した。もうひとつは、犬に比べ研究が遅れていた猫での胸管造影の手技について検討した。【結果】食道・胃噴門部組織からのリンパは胃リンパ節群と脾リンパ節群に流入し、そこから肝リンパ節に入り、その後、腸リンパ本幹から乳糜槽に至る。膵臓からのリンパも隣接の左右肝リンパ節群に流入するが、その他、脾リンパ節に流入するものも見られた。これらも最終的には腸リンパ本幹から乳糜槽に至る。胃に比べ膵臓からのリンパ流路のコースにはあまり個体差は見られなかった。前立腺からのリンパは周囲の脂肪組織、外側膀胱間膜を経て内側腸骨リンパ節に直接注ぐもの、下腹リンパ節を介して内側腸骨リンパ節に注ぐもの、仙骨リンパ節から下腹リンパ節を介して内側腸骨リンパ節に注ぐものの3通りあった。胃、膵臓および前立腺にインドシアニングリーン(ICG)を投与した後に、腹腔鏡でSNLを観察した結果、前立腺投与例で比較的明瞭な結果が得られたが、今後はさらなる条件検討が課題となった。猫の肛門・直腸粘膜下に、非イオン性ヨード系尿・血管造影剤のイオヘキソール(オムニパーク)と同じく血管造影剤のイオパミドール(オイパロミン)を1.8ml/kgまたは1.2mg/kg投与し、マッサージ後、CT撮影をして乳糜槽および胸管を観察した。猫では犬と異なりイオヘキソール(オムニパーク350)を1.2ml/kg投与した例で明瞭なリンパ節、乳糜槽および胸管が造影された。このデータは犬や猫で発生する乳糜胸の原発部位の確認のための胸管造影手技として有用な情報となる。犬の前立腺からのリンパ排導について解剖学的手法で検索し、そのデータを蓄積させた。また犬の正常乳腺組織からの経路と比較するため、動物病院での乳腺腫瘍症例のリンパ経路についてCTを用いて検討した。【結果1】犬の前立腺では実質内の精管周囲の結合組織内、前立腺体部の被膜内および周囲の脂肪組織内に発達したリンパ管網が見られた。また前立腺腹側の脂肪組織内にもリンパ管網が見られ、頭側のリンパ節を経て、内側腸骨リンパ節から腰リンパ本幹、乳糜槽へリンパ流路は連続していた。【結果2】犬の乳腺腫瘍10症例13部位に造影剤を投与しCTで観察した結果、腫瘍が後胸部にあった例では、全例で腋窩部を通り胸腔内へ至るリンパ流路が確認された。前腹部にあった例では、1例が腋窩リンパ節へ、3例が浅鼠径リンパ節へ、2例で腋窩リンパ節、浅鼠径リンパ節両方へ向かう流路が観察された。浅鼠径リンパ節への流路が見られた5例中、2例において反対側の浅鼠径リンパ節への流路も認められた。このうち1例では、腋窩リンパ節および浅鼠径リンパ節への流路、浅鼠径リンパ節から反対側への流路が同時に観察された。さらに後腹部からは、いずれも投与側の浅鼠径リンパ節から腹腔内への流路および反対側の浅鼠径リンパ節への流路が観察された。鼠径部では、同側浅鼠径リンパ節から腹腔内へのリンパ流路が観察された。【考察】今回の研究では犬の前立腺からのリンパ排導のパターンが明らかになった。

またCTリンパグラフィーによる腫瘍発生部位からのリンパ流路は、おおよそ正常時の乳腺からの経路に同じであるが、個体によっては、あるいは腫瘍の発生が単発か多発かによってルートの変異が見られるなど有益な知見が得られた。これらの検査は手術前に簡便に短時間で行うことができ、症例ごとで確認することができるため、テイラーメイド療法としてリンパ節を含めた摘出手術には有用であると考えられた。平成26年度研究では、猫の乳糜槽・胸管の走行、描出法について臨床応用可能な安全かつ簡便な方法を開発することを目的に墨汁および血管造影剤の投与実験を行った。その結果、投与部位の肛門周囲皮下組織からのリンパ流路は、そこのリンパ網から内腸骨リンパ節へ続き、さらに腰リンパ本幹から乳糜槽、胸管へ連続することが明らかになった。それらの走行はさまざまな走行パターンが得られ、猫の胸腔内における胸管の走行については、今まで報告のある走行とは異なる胸管の走行が明らかとなった。血管造影剤である非イオン性ヨード系尿路・血管造影剤イオヘキソールの投与を行い、リンパ流路の可視化に加え、臨床応用を踏まえ、投与後の肛門周囲のマッサージ時間や投与量などの投与方法についても精査した。その結果、乳糜槽はおおよそ第2、第3腰椎レベルで背側槽と腹側小嚢に分かれ、また、胸管の走行は、1本のものから、途中複数本に細かく分岐するもの、分岐吻合を繰り返すものなどものなど、3次元CT画像下で明らかになった。また、造影剤の粘性を低くするために、投与前にそれを38°C加温することに効果があること、また投与後のマッサージ時間は3分間で十分であり、投与から時間が経過するとリンパ系から泌尿系へ移行することが明らかになったため、撮影はマッサージ直後に行うことで良好な結果が得られることが判明した。投与量に関しては、1.8ml/kgの投与量が適していることを明らかにした。本研究により、手技的に容易にアプローチできる肛門周囲組織内に、日常的に臨床現場で使用されるイオヘキソール(38°C)を投与し、投与部位の5分間のマッサージを行った直後にCT撮影を行うことで、一連のリンパ流路が立体的かつ明瞭に描出されるため、有用な手法であることを明らかにした。以上より、獣医療で難しいとされてきた猫の胸管造影を簡単かつ非侵襲的に実施できることが明らかになった。解剖学平成25年度の計画では、体腔内臓器からのリンパ流路の検索の他、正常乳腺および乳腺腫瘍時のリンパ流路の検索を予定していたが、乳腺腫瘍例の検体が思うように集まらず、ほとんど実施できなかった。一方、平成24年度から26年度を通して実施する予定である、体腔内主要臓器からのリンパ流の検索を続け、それらの生体下でのセンチネルリンパ節の可視化について、インドシアニングリーン(ICG)投与と腹腔鏡による検索の可能性について検討した。これにより体腔内主要臓器からのリンパ流路の情報を蓄積させることが出来、またICG投与による生体下でのセンチネルリンパ節の検索の基礎情報は得られた。もう一つの研究では、以前の研究で成果を得た犬の胸管造影法とCTによる画像観察に比べ、これまで有用なデータの得られていない猫の胸管造影法について、犬と同様に検討し、いくつかの知見を得た。これについては臨床的に有用なデーターとなるため、平成26年度に開催される、いずれかの学会あるいは研究会にて発表するつもりである。平成24年度での実験計画の大きな目標は、平成23年度までに蓄積された犬の正常乳腺からのリンパ排導パターンが、乳腺腫瘍が発症した場合にはどのようになるか、新しい経路が出来てくるのか等のパターンの比較であった。これを実施するには動物病院の協力が必要であったが、この点、CT画像診断装置を現有する動物病院の協力が得られ、そこで13症例を検討することが出来た点が順調な進展の理由である。また従来から続けている体腔内での臓器からのリンパ排導についての検討についても、平成24年度では、墨汁注入によって前立腺に絞ったことで、そのパターンを整理できたことも進展したと判断した点である。
干渉合成法を用いた自由長周期波の伝播・増幅メカニズムの解明

本研究では,長周期波浪系に短周期波浪が外力として作用する確率論的ゆらぎモデルを開発し,それを理論的に解析することによって,長周期波高と短周期波浪のスペクトルや波浪諸元との関係が見出された.また,2地点の相互相関関数がGreen関数に相当することが示され,このGreen関数と沖合いの長周期波の波形を用いて,港湾内の長周期波の波形の推定を行ったところ,かなりの精度で波形予測ができることが示された.さらに,波形推定の精度を上げるために,Convolution法を適用してその精度を実測値との比較により検証した.本研究では,長周期波浪系に短周期波浪が外力として作用する確率論的ゆらぎモデルを開発し,それを理論的に解析することによって,長周期波高と短周期波浪のスペクトルや波浪諸元との関係が見出された.また,2地点の相互相関関数がGreen関数に相当することが示され,このGreen関数と沖合いの長周期波の波形を用いて,港湾内の長周期波の波形の推定を行ったところ,かなりの精度で波形予測ができることが示された.さらに,波形推定の精度を上げるために,Convolution法を適用してその精度を実測値との比較により検証した.平成20年度の研究では,自由長周期波と見なされている長周期波が,自然界に存在する風速変動や気圧変動により共鳴して生じているのではないかとの仮説に立って,自然風の気圧と風速変動の観測を行い,その特性を明らかにすると共に,風洞水槽において風波の有義波周期の数倍の変動風速を発生させて,長周期波が気圧と風速変動のどちらに共鳴して発生・発達しているかを調べた.その結果,自然風の観測では,気圧および風速変動のスペクトルは,1/fに近いほぼ相似的な関係で減衰していることが分った.このことより,風速変動の低周波数に大きな振幅を有していることが分った.また,長周期波と風速変動とはほぼ同位相であり,波形も類似していることが分った.また,風速変動と気圧変動は逆位相に近いことも明らかとなった.風波および長周期波へのエネルギー供給を詳しく調べるために,気圧変動と水位変動のクオドスペクトルを算定したところ,風波成分には気流からエネルギーが輸送されているのに対して,長周期波成分では逆に気流に対して仕事をしていることが分った.このことは他の変動風速の場合においても同様であり,長周期波は気圧変動に共鳴して発達しているのではなく,変動風速に共鳴して発生・発達していることが分った,すなわち,変動風速により海面摩擦応力が変化し,それに伴って長周期波の水位勾配が共鳴して変化するために,長周期波の運動量が増大することによって発達しているものであると考えられた.平成20年度の後半には,長周期波浪系に短周期波浪が外力として作用する確率論的ゆらぎモデルを開発し,それを理論的に解析することによって,長周期波高と短周期波浪のスペクトルや波浪諸元との関係を見出すことに成功している.その結果,長周期波のパワーは,短周期波浪のスペクトルモーメントm_<-2>に比例し,m_<-2>=m_0m_<-2>/m_0なる関係を用いると,有義波高H_<1/3>および卓越周期T_pとの関係が得られた.本研究では,長周期波の特性を明らかにすべく,近年地震学や物理探査の分野で用いられている地震波干渉法を海洋の長周期波の場に適用するための理論をまず構築している.用いた基礎方程式は,source波源を含む連続式および運動方程式である.これらの方程式とGaussの定理を用いてRayleighの相反定理が得られ,source波源がランダムに分布したホワイトノイズ波源であれば,2地点で観測された長周期波の相互相関関数は,2地点間のGreen関数G(x_A,x_B,t)になることが示されている.また,ある地点で観測された長周期波に自己相関関数は,その地点にsource波源を置いた時の観測波形即ち「エコー」を示すことも理論的に示された.これらの理論的結果が正しいかを実証するために,新潟県直江津港の沖合いおよび港湾内の4地点において,2009年12月9日より1ヶ月間の長期波浪観測実施した.波浪の現地観測により,長周期波の反射・伝播特性を明らかにし,以下の事柄が明らかとなった.(1)Source波源を含む連続式および運動方程式を用いて,2地点間の相互干渉項を空間積分することにより,2地点x_Aとx_Bとの相互相関関数がGreen関数に相当することが示された.(2)理論の妥当性を検証するために,直江津港内外の4地点において波浪観測を実施し,スペクトル,長周期波(30s300s)の時系列および自己相関関数を算定した.その結果,50s以上の長周期波はほぼホワイトノイズ的な性質を有しており,自己相関関数もほぼδ関数に近い結果が得られた.(3)港湾内のP4地点では.自己相関関数から周期50sの共振が生じており,1月3日には周期130s程度の共振が発達している.このことは,長周期波の伝播時間が共振周期の半分であることから反射位置を同定できる.(4)P_1とP_2地点の長周期波の相互相関関数の約100s前後のピークは,長周期波がP_1からP_2に伝播するに要する時間であり,500s前後のピークは長周期波がP_1から汀線で反射し,P_2に達するまでの時間に相当する.

(5)相互相関関数(Green関数)を用いて,P_2地点の長周期波の水位を予測した結果は,水位の変化はかなり類似しており,本手法は長周期波の波形を推定するのに有効な方法であることが確認された.平成22年度の研究では,前年度の現地観測で得られた長周期波の予測精度を高めるために,Deconvolution法を用いた干渉合成法により長周期波の水位波形推定を行い,相互相関法によるものと比較・検討し,水位波形推定の高精度化を目指した.その結果,以下の事柄が明らかとなった.(1)相互相関関数とDeconvolution関数を比較すると,Deconvolution関数の方が波源関数の影響を除去でき,2地点間の長周期波の伝播経路および反射位置を同定しやすいことが示された.(2)Deconvolution法により,長周期波の水位波形を推定した結果,観測波形と比較的良く一致し,本手法は長周期波の推定に有効な手法であることが示された,(3)相互相関法およびDeconvolution法を比較したところ,Deconvolution法の方がより細かく長周期波の波形を推定することができていることが確認され,Deconvolution法はより精度の良い長周期波の水位波形を推定することが示された平成22年度より新たに津波干渉合成法による遠地津波の波形予測に関する研究を行った.津波波源域により近い観測点の波形データを用いて,所用の沿岸域の地点での津波波形をリアルタイムに推定する手法を開発し,その手法を実際に発生した遠地津波に適用し,その精度を検証した.その結果,以下の事柄が明らかとなった.(1)任意の地点の津波波形は,インパルスの重ね合わせで表現され,2地点間の津波波形の相互相関関数は2地点間のGreen関数に比例することが示された.(2)2010年チリ津波に対して,Hawaii諸島のHonolulu,KahuluiおよびNawiliwiliの3地点の津波波形とそれぞれの地点と花咲,御前崎および土佐清水との相互相関関数のConvolutionを用いて,それらの地点の津波波形を推定した.いずれの地点も津波波形の一致度は非常に高く,中継地点の津波波形を用いて,日本の沿岸域の津波波形を合成できることが示された
刺激応答性ポリマーのメゾ構造とマクロ機能の関係

本研究では、相分離などのポリマーの特性を精査し、将来的な応用分野に役立てることにある。ポリマーとしては、相分離特性を有するポリアクリルアミド系ポリマーを主として用い、ミクロ的・マクロ的見地から解析を進める。これらの解析により、ポリマー構造と相分離構造の相関、ポリマーと溶媒との相互作用、構造の時間変化、ポリマーのダイナミクス、マクロ的なパターン形成などの知見が得られる。本研究では、従来研究に加えて原子間力顕微鏡を駆使することにより、より詳細な情報を得る。また、液晶分子やポルフィリン会合体の研究においても新しい知見が得られつつあり、研究を並行して進めていた。不斉化合物の認識研究などにおいても顕著な成果が出つつある。具体的には、温度官能性ポリマーの研究では、ポリ(ビニルメチルエーテル)の挙動を水/エタノール混合溶媒系で検討した。得られた結果は、溶媒系が温度感応性ポリマーの相分離挙動に対する影響に対する一般指針を与えるものとなった。同様な試みは、ポリマーだけではなく小分子の集合体の熱挙動にも適用された。その他、キラル中心のない指示薬によって、検体の光学純度を定量化する世界で始めての手法の開発にも成功した。初年度は、短期間に今後の方針を定めるべく、探索的な研究を行う。当研究で用いる技法の確立を目指して、ポリアクリルアミドなどの既存のポリマーを用いた予備実験を中心に進める。その上で、poly(N-isopropylacrylamide)(PIPAAm),poly(N-isopropylmethacrylamide)(PIPMAAm),poly(vinyl methyl ether)(PVME)の誘導体開発も行う。その一方で、液晶分子やポルフィリン会合体の研究においても新しい知見が得られつつあり、研究を並行して進めている。研究は初期段階であり、外部発表には至っていないが、論文作成を進めている段階に来ている。不斉化合物の認識研究などにおいても顕著な成果が出つつあり、いくつかの研究が論文発表尾に結びついている。
手描き風画像生成のための非透視投影設計システムに関する研究

本研究の目的は,静的な3次元シーンにおいて,全体として不自然にならないような非透視投影図を半自動的に生成するシステムを作成することである.この非透視投影図の歪みの知覚は,人間の投影図中の奥行き手がかりの知覚と関連性が深い.なぜならば,人間は奥行き手がかりを元に3次元シーンを復元し情報を読み取っているからである.そこで,本研究では,3次元シーン中の奥行き手がかりの配置と非透視投影図の歪みの知覚との関係性を,視覚心理学実験を通して調べて行き,その結果から得られた知見を利用した非透視投影図設計システムを作成した.昨年度は,相対的大きさ手がかりが線遠近法手がかりの配置に与える制限を調べる実験を行ってきた.本年度では,その実験の測定精度を上げるため,実験方法,解析方法の改良を行ってきた.さらに,線遠近法手がかりの配置から投影図の歪みを生成するアルゴリズムの改良を行い,より複雑なシーンについても適切な歪みが生成されるようになった.また,本システムによって生成された画像の注視点分布を計測することにより,その有効性を検証した.本システムを用いて生成した歪みを全体として不自然にならないように補正した画像の注視点分布は,補正を行わない画像と比べて,透視投影図に近い注視点分布が得られていることが確認できた.また,この評価実験を通して,逆に注視点分布からその注視点分布に見合った非透視投影図の歪みを推定するという新たな方向性を見出している.本研究の目的は,静的な3次元シーンにおいて,全体として不自然にならないような非透視投影図を半自動的に生成するシステムを作成することである.この非透視投影図の歪みの知覚は,人間の投影図中の奥行き手がかりの知覚と関連性が深い,なぜならば,人間は奥行き手がかりを元に3次元シーンを復元し情報を読み取っているからである.そこで,本研究では,3次元シーン中の奥行き手がかりの配置と非透視投影図の歪みの知覚との関係性を,視覚心理学実験を通して調べて行き,その結果から得られた知見を利用した非透視投影図設計システムを作成した.本研究では特に,奥行き手がかりの中でも,オブジェクトの大きさの知覚に重要な役割を果たす線遠近法手がかりと相対的大きさに注目し,以下のような2つの実験を行った.1点透視の投影図において,相対的大きさ手がかりが,線遠近法手がかりの配置に与える制限を調べる実験を行い,その関係性の定式化を行った.さらに,1点透視で行っていた上記実験のモデルを,複数組み合わせることにより複数の消失点を持つ透視図に適用可能にするための実験と定式化を行った.これらの実験から得られたモデルを元に,以下のようなシーン全体の歪みを半自動的に制御するシステムを作成した.本システムは,2次元投影図上でいくつかのオブジェクトの位置と大きさが与えられると,その制約を満たしつつ,全体として不自然さが感じられないように,実験から得られたモデルを元に,線遠近法手がかりの配置を計算し,その配置を元にシーン全体の投影図の歪みを生成する.また,副産物として,非透視投影で取り扱うカメラパラメータなどの操作に欠かせない,幾何変換や投影変換で用いられる行列の補間の知見を生かして,群集隊形制御のプロジェクトにも参加し,論文発表を行うことができた.本研究の目的は,静的な3次元シーンにおいて,全体として不自然にならないような非透視投影図を半自動的に生成するシステムを作成することである.この非透視投影図の歪みの知覚は,人間の投影図中の奥行き手がかりの知覚と関連性が深い.なぜならば,人間は奥行き手がかりを元に3次元シーンを復元し情報を読み取っているからである.そこで,本研究では,3次元シーン中の奥行き手がかりの配置と非透視投影図の歪みの知覚との関係性を,視覚心理学実験を通して調べて行き,その結果から得られた知見を利用した非透視投影図設計システムを作成した.昨年度は,相対的大きさ手がかりが線遠近法手がかりの配置に与える制限を調べる実験を行ってきた.本年度では,その実験の測定精度を上げるため,実験方法,解析方法の改良を行ってきた.さらに,線遠近法手がかりの配置から投影図の歪みを生成するアルゴリズムの改良を行い,より複雑なシーンについても適切な歪みが生成されるようになった.また,本システムによって生成された画像の注視点分布を計測することにより,その有効性を検証した.本システムを用いて生成した歪みを全体として不自然にならないように補正した画像の注視点分布は,補正を行わない画像と比べて,透視投影図に近い注視点分布が得られていることが確認できた.また,この評価実験を通して,逆に注視点分布からその注視点分布に見合った非透視投影図の歪みを推定するという新たな方向性を見出している.
様々なゼータ関数の解析的性質の研究

この研究課題では,ゼータ関数の対称性,すなわち関数等式をモデュラー関係式を通して一般的に捉えることにより,従来の数多くの研究を高い見地から見直し,更なる一般化を試みることが目的としていた.この研究において,モデュラー関係式を,メイヤーのG-関数やフォックスのH-関数を積分核とすることにより,最も一般的な形で定式化することができたことは大きな成果である.これにより従来の多くの研究の意味がより明確に理解できるようになった.たとえばダヴェンポート-セガルに始まる数論的フーリエ級数の公式を,モデュラー関係式の観点から一般化し,多くの新しい例を与えることができた.またフルウィッツゼータ関数に対しても関数等式の新証明を与えることができたし,エスピノザ-モル,ミコラシュに触発され,関数等式をフーリエ級数展開とみなすことで,数論的に興味深い多くの積分公式を得た.これらの成果は現在,本にまとめるべく執筆中である.多重ゼータ関数も当研究の大きな研究対象であった.特にオイラー・ザギヤー型の2重ゼータ関数の,いわゆる「臨界領域」における虚軸方向の大きさの評価において,クラッツェルの2重指数和の理論を駆使することにより,非自明な結果を得,従来知られていた結果を大きく改良することができた.これは今後数論的関数の和の研究などにおいて多くの応用をもつと期待される.また3重ゼータ関数に対しても同様の研究を進め論文としてまとめた.上記以外のゼータ関数として,多変数の多項式ゼータ関数を扱った.ある種のクラスの多項式について,対応するゼータ関数の解析接続可能な判定条件を与えるとともに,自然境界を持つような例を構成した.この研究課題では,ゼータ関数の対称性,すなわち関数等式をモデュラー関係式を通して一般的に捉えることにより,従来の数多くの研究を高い見地から見直し,更なる一般化を試みることが目的としていた.この研究において,モデュラー関係式を,メイヤーのG-関数やフォックスのH-関数を積分核とすることにより,最も一般的な形で定式化することができたことは大きな成果である.これにより従来の多くの研究の意味がより明確に理解できるようになった.たとえばダヴェンポート-セガルに始まる数論的フーリエ級数の公式を,モデュラー関係式の観点から一般化し,多くの新しい例を与えることができた.またフルウィッツゼータ関数に対しても関数等式の新証明を与えることができたし,エスピノザ-モル,ミコラシュに触発され,関数等式をフーリエ級数展開とみなすことで,数論的に興味深い多くの積分公式を得た.これらの成果は現在,本にまとめるべく執筆中である.多重ゼータ関数も当研究の大きな研究対象であった.特にオイラー・ザギヤー型の2重ゼータ関数の,いわゆる「臨界領域」における虚軸方向の大きさの評価において,クラッツェルの2重指数和の理論を駆使することにより,非自明な結果を得,従来知られていた結果を大きく改良することができた.これは今後数論的関数の和の研究などにおいて多くの応用をもつと期待される.また3重ゼータ関数に対しても同様の研究を進め論文としてまとめた.上記以外のゼータ関数として,多変数の多項式ゼータ関数を扱った.ある種のクラスの多項式について,対応するゼータ関数の解析接続可能な判定条件を与えるとともに,自然境界を持つような例を構成した.関数等式を持つ一般のゼータ関数に対して,対応するモデュラー関係式を,G-関数やH-関数を係数とする形で研究し,非常に一般的に定式化することができた.これは金光-塚田と共に論文としてまとめた.そこでは,1954年のコシリャコフの画期的な仕事や,バーント,ヴィッガート-ベルマンのなどの結果が我々の定理の特殊な場合として定式化できることが示されている.リーマンゼータ関数の関数等式の証明に,cot-関数の部分分数展開を用いるものがある.簡単なことであるが,これら2つのことが同値であることに気づいた.cot関数の部分分数展開のようなベーシックで易しいものから関数等式のような深いものを出すというのが常識的な考え方であるが,実は同じ深さを持つものである.更に,リーマンゼータ関数の関数等式からフルヴィッツゼータ関数の関数等式を導く新しい証明方法を発見し,後者から直接cot-関数の部分分数展開を導いた.またlogΓ(x)の,0<x<1におけるフーリエ展開として有名なクンマーの公式も,リーマンゼータ関数の関数等式と同値であることがわかった.昨年に続いて木内氏,秋山氏と共に,オイラーザギヤー型のダブルゼータ関数の,所謂臨界領域におけるオーダー評価を共同研究をした.以前は指数対を用いて,松本-石川の結果の改良を得ていたが,今回はティッチュマルシュやクラッツェルの二重ワイルシフトの考え方を取り入れ,以前の我々の結果を更に改良することに成功した.一例を挙げれば、ダブルゼータ関数の,2つの変数の実部が1/2で,かつ虚部が漸近的に等しい場合には,大きさは虚部の絶対値の1/3乗になる.これは現在論文にまとめているところである.またトリプルの場合も彼らの結果を改良することができた.本研究課題の大きな目標の1つに,一般モデュラー関係式の確立がある.

IJNTより出版された論文では,一般processing gamma因子を持つものを,数論においてよく現れる形に合わせ,使いやすいように整備した.また従来よく知られていたコシリャコフ,バーント,ヴィッガート-ベルマンらの結果を,われわれの一般モデュラー関係式の立場から見直すことも行った.現在,当研究課題の集大成として,H-関数を用いて,極限まで一般化したモデュラー関係式の理論の本を,研究分担者の金光滋,塚田春雄両氏と共に執筆中である.上の研究内容は,その一部として本の中に取り入れる予定である.オイラー-ザギヤー型の多重ゼータ関数の解析的性質も本研究課題の一つである.特に2重ゼータ関数の虚軸方向の大きさについて研究を行った.従来知られていた結果は,石川秀明-松本耕二氏らによるζ_2(it,iαt)≪|t|^<3/2+ε>であったが,われわれはゼータ関数の有限和による近似の誤差項の精密化,クラッツェルの二重指数和の理論,二重ワイル変換等を用いて,ζ_2(it_1,it_2)≪|t_1|^<1+ε>,(|t_1|〓|t_2|)を得、彼らの結果を大幅に改良することができた.同時にζ_2(s_1,s_2),0【less than or equal】Res_j<1についても満足できる評価を得た.この研究は,Ann.Scuola Norm.Sup.Pisaから出版された.また2006年12月にHarish Chandra Research Instituteにおいて開催された整数論の国際会議でこの結果を発表し好評を得た.3重ゼータ関数についても同様の研究をし,たとえばζ_3(it_1,it_2,it_3)≪|t_1|^<2+ε>(ただしt_jは同じオーダーをもつもの)を得た.その論文は現在投稿中である.ζ_2(s_1,s_2)はアトキンソンの研究で明らかにされたように,リーマンゼータ関数の平均値の研究に非常に有用であり,更なる研究によって応用が期待できる.この研究課題では,ゼータ関数の対称性,すなわち関数等式をモデュラー関係式を通して一般的に捉えることにより,従来の数多くの研究を高い見地から見直し,更なる一般化を試みることが目的としていた.この研究において,モデュラー関係式を,メイヤーのG-関数やフォックスのH-関数を積分核とすることにより,最も一般的な形で定式化することができたことは大きな成果である.これにより従来の多くの研究の意味がより明確に理解できるようになった.たとえばダヴェンポート-セガルに始まる数論的フーリエ級数の公式を,モデュラー関係式の観点から一般化し,多くの新しい例を与えることができた.それ以外に,フルウィッツゼータ関数に対しても関数等式の新証明や,エスピノザーモル,あるいはミコラシュに触発され,それをフーリエ級数展開とみなすことで,数論的に興味深い多くの積分公式を得た.これらの成果は現在,本にまとめるべく執筆中である.多重ゼータ関数も当研究の大きな研究対象であった.特にオイラー・ザギヤー型の2重ゼータ関数の,いわゆる「臨界領域」における虚軸方向の大きさの評価において,クラツェルの2重指数和の理論を駆使することにより,非自明な結果を得,従来知られていた結果を大きく改良することができた.これは今後数論的関数の和の研究などにおいて多くの応用をもつと期待される.また3重ゼータ関数に対しても同様の研究を進め論文としてまとめ,すでに掲載が決定している.上記以外のゼータ関数として,多変数の多項式ゼータ関数を扱った.ある種のクラスの多項式について,対応するゼータ関数の解析接続可能な判定条件を与えるとともに,自然境界を持つような例を構成した.
タイ農村女性グループの社会経済的発展における役割と意義

タイの農村女性グループは、「官僚組織型」と「起業・企業型」に大分でき、活動の意義は、1、出身村での収入獲得、2、相互扶助、3、伝統的技能の復興・維持、4、地域産業の活性化、5、女性の政治参加促進、6、女性の自己実現の6項目に分類できる。リーダーの負担が大きいこと、外部への依存が大きいこと、現地材料を活かしきれないことなどが課題となっている。活動を活発化させる最大の要因は、現金需要の高まりである。活動には、グループの存在する地域の政治的、社会的な状況がグループの活動に深く影響を与えている。平成19年4月7月には、これまで南タイ、東北タイで収集した聞き取りデータの中での「女性グループの意義・類型」「女性の役割」に関する言説の分析を実施した。グループは組織面での特徴別に「官僚組織型」と「起業・企業型」に大分でき、活動の意義については、1、出身村を離れずに自由な時間帯で収入を獲得、2、相互扶助の場をつくる、3、伝統的技能の復興・維持、4、地域産業の活性化、5、女性の政治参加促進、6、女性の自己実現という6項目が見出された。さらに、1、リーダーの負担が大きすぎること、2、外部への依存が大きすぎること、3、現地調達材料を活かしていないことが課題として挙げられる。これら関して、国際ジェンダー学会「開発とジェンダー」分科会の月例研究会、および、平成1820年度科学研究費基盤研究(B)「ローカルセンシティブな『ジェンダーと開発』研究の構築をめざして」(研究分担者として参加)の研究会(7月)、日本文化人類学会(6月)で報告した。平成19年8月には、北部タイにおける農村女性グループに関する調査を実施し、チェンマイ大学で資料収集を行った。調査実施グループは、チェンマイ県で4か所、チェンライ県で1か所、ラムパーン県で2か所、ラムプーン県で1か所である。この調査の結果、上記の類型・意義・課題について再確認するとともに以下のような事実が確認された。すなわち、農村女性グループをアクティブにする要因には、特に女性たちの間に、現金の需要に関する認識の高まりがある。山間部にあって市街地との移動が不便で、食糧自給度の高い少数民族の居住地では、工芸品などの生産物があっても販売を組織化する動きは低調であった。さらに、農村女性グループの活動には、グループの存在する地域の政治的、社会的な状況がグループの活動に深く影響を与えている。タイの農村女性グループは、組織面での特徴別に「官僚組織型」と「起業・企業型」に大分でき、活動の意義については、1、出身村を離れずに自由な時間帯で収入を獲得、2、相互扶助の場をつくる、3、伝統的技能の復興・維持、4、地域産業の活性化、5、女性の政治参加促進、6、女性の自己実現という6項目が見出された。さらに、1、リーダーの負担が大きいこと、2、地方の普及員、NGOsなど外部への依存が大きいこと、3、現地調達材料を活かしていないことが課題として挙げられる。また、農村女性グループの活動を活発化させる要因には、特に女性たちの間に、現金の需要に関する認識の高まりがある。子どもの教育費、消費財の購入欲求が需要を作り出す主たる要因である。他に現金需要を満たす手段がある場合、つまり工場などの就業先がある場合にもグループ活動が活発化している。したがって市街地へのアクセスが容易であることもグループ活動を促進する条件となる。逆に山間部にあって市街地との移動が不便で、食糧自給度の高い少数民族の居住地では、工芸品などの生産物があっても販売を組織化する動きは低調であった。また、宗教団体が支援する事例として、行き過ぎた消費主義の抑制(充足経済)を理念とする活動も見られた。農村女性グループの活動には、グループの存在する地域の政治的、社会的な状況がグループの活動に深く影響を与えている。村長、村議会議員など地域内部の有力者やその家族、国会議員など外部の有力者やその家族などが活動に影響を与えている事例は少なくない。
Mn-57ビームによる鉄の新化合物のミクロ合成の研究

本研究は多くの価数を示すマンガンに注目し、理研のリングサイクロトロンを用いてマンガン-52(半減期:5.6日)およびマンガン-56(半減期:2.6時間)を種々のマンガン化合物にインプラントし、核化学的手法によりインプランテーション後のマンガンの価数を決定し、ついで、理研のリングサイクロトロンとRIPSを用いて、マンガン-57(半減期:1.45分)を同様に一連のマンガン化合物にインプラントし、マンガン-57からベータ壊変で生成する鉄-57の発光メスバウアースペクトルを測定してその化学状態を明らかにすることを最終の目的としている。本年度は第1年度として、照射法、分離法の確立、および鉄-57の発光メスバウアースペクトルを測定するための散乱槽の設計、製作およびテストをおこなった。鉄ターゲットを理研リングサイロトロンで加速した重イオンで照射し、ターゲットフラグメンテーションで生成するマンガン-52(半減期:56日)をキャッチャーフォイルに捕捉し、ガンマ線スペクトロメトリーにより同定した。さらに、化学的にマンガンを分離し、そのの価数を決定するためのイオン交換法を確立した。一方、鉄-57の発光メスバウアースペクトルを測定するための散乱槽の製作は順調に進み、オフラインのテストも終了した。近日中に理研の加速器施設に搬入し、ビームラインに設置する予定である。設置後はまずクーロン励起メスバウアー分光でオンラインのテストを行ない、ついでマンガン-57を用いる実験に進む予定である。
足場依存増殖センサーの研究

癌の本質は、「足場非依存増殖」にある。本研究は、v-Src癌化細胞を用いて、足場非依存増殖センサーであるSHPS-1と変異型caveolin-1の機能、足場非依存増殖制御系を明らかにするものである。近年、細胞増殖機構の研究は長足の進歩を見せたが、癌の本質である「足場非依存増殖」の機構は、殆ど明らかでない。何故か。それは、増殖機構の研究が、正常細胞のそれに収束してしまった事、そして「足場依存増殖」を制御するセンサーが同定されなかった事による。我々は独自の実験系で、2種の足場非依存増殖制御系を初めて発見した。即ち、v-Src癌化細胞より足場非依存増殖を選択的に阻害するSHPS-1を、ヒト乳癌組織より足場非依存増殖と浸潤を同時に活性化する変異型caveolin-1を発見した。本年は、足場依存シグナルの詳細を明らかにする事を目指し、SR3Y1のフィブロネクチン状への接着の、SHPS-1の有無による変化を解析した。まず,SHPS-1発現をTet induciblesystemによって可逆的に制御できるSR3Y1株を樹立した。この細胞を用いて、接着の変化を解析したところ、SHPS-1の発現により劇的に接着が回復する事、この時細胞はruffling構造を回復する事、focal contact様構造が回復する事が明らかになった。更に我々は、SHPS-1依存シグナルを探索し、炎症性サイトカインのシグナルにはSHPS-1,SHP-2が重要な役割を担う事を発見した。現在更に詳細な解析を進めている。近年、細胞増殖機構の研究は長足の進歩を見せたが、「足場非依存増殖」の機構は、殆ど明らかでない。何故か。それは、癌細胞増殖機構の研究が、正常細胞のそれに収束してしまった事、そして「足場依存増殖」を制御するセンサーが同定されなかった事による。本研究は、v-Src癌化細胞及び、Srcキナーゼが活性化されたヒト乳癌細胞を用いて、我々の発見した足場非依存増殖センサーであるSHPS-1の機能、足場非依存増殖制御系を明らかにするものである。本年は、SHPS-1の発現が個体レベルで癌細胞の播種を抑制する事、Srcキナーゼの活性化されたひと乳癌組織で腫瘍特異的にSHPS-1の発現抑制が起きる事を明らかにした。更に、MEK癌化細胞におけるSHPS-1の機能を調べた結果、MEK癌化細胞でも同様にSHPS-1の発現低下が起きている事、その強制発現は足場非依存増殖を抑制する事を見い出した。この結果は、SHPS-1が既知のRas-MAPKシグナル伝達系の阻害を介して細胞増殖を抑制するのではなく、これら既知のシグナル伝達系とは独立した系を介して、足場非依存増殖を選択的に阻害する事を示している。我々はまた、SHPS-1の正常細胞における機能を検索した結果、炎症性サイトカインのIL-1β,TNFα刺激下にSHPS-1のリン酸化とそのSHP-2への結合、Ras-MAPK系、PI3K-Akt系の活性化が起きる事、またSHPS-1はIL-1の受容体であるIL-1RacPと結合する事を見い出した。この結果は、正常細胞の増殖と癌細胞の足場依存増殖において、SHPS-1はアンビバレンツな機能を持つ特異的な増殖制御因子であることを示す。何故か。