hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁気圏尾部の磁気リコネクションの3次元構造

地球磁気圏尾部では、地球半径の20ー30倍程度の位置で起きる磁気リコネクションによって磁場エネルギーがプラズマのエネルギーに変換している。この磁気リコネクションが、地球半径40倍の幅をもつ磁気圏尾部で、どのような規模で起きているかを、人工衛星Geotailによる20年以上の観測をもとに確立した。磁気リコネクションのX-lineは、イオン慣性長より狭い領域に形成され、その周辺には、ion-electron decoupling regionが10倍のイオン慣性長領域(一般に1地球半径以下)に形成され、朝夕方向に6倍の地球半径以上の長さを持つという3次元規模とその内部構造を明らかにした。磁気リコネクションの3次元構造を調べるために、第一に、人工衛星Geotailにより1996年より2012年に観測された磁気圏尾部の30例の磁気リコネクションについて、磁場とプラズマ運動のマクロの構造について解析した。マクロ構造については東西方向について有意な差異は認められないため、磁気リコネクションのマクロ構造が、磁気圏尾部の地球半径の8倍程度の規模の東西方向について一様であるとみなされる。次に、ミクロ構造についてのイオンの速度分布関数を解析し、明らかな東西方向での差異があることを明らかにした。イオンは、磁気リコネクションの電場で加速されるために、東向き(夕方の方向)に運動しているが、夕方側でのイベントでは、反対に西向き(磁気圏尾部の中央向き)に運動している。これらの解析より、磁気圏尾部での磁気リコネクションは、夕方端に明確な境界に持ち、ほぼ8倍に地球半径の東西幅を持ち、磁気圏部尾部の中心である真夜中から夕方側に位置して起きることが確立できた。本研究の最大の課題は、磁気リコネクションの3次元構造の解明である。これまでに、磁気圏尾部の軸方向の鉛直2次元平面内(地球を中心として太陽方向をx、北方向をzとしたときにxz断面)について解析していた。前年度の解析で、磁気圏尾部の赤道2次元平面内(これまでに解析されてきた面に垂直な、先の座標系のxy断面)についての解析が行われた。そこでは、磁気リコネクションの3次元構造は、イオンのミクロな構造として、+y方向の境界の効果が見つけられた。この構造をさらに追及するために、X-line近傍について、速度分布関数を用いて、赤道面と赤道面から離れた場所でのイオンの加速過程を解析した。イオンは、インフローの段階で赤道面に向かうz方向のホール電場により10 keV程度まで加速され、アウトフローの段階で、+y方向のリコネクション電場により40keV程度まで加速されることを示した。これにより、イオンの加速過程がわかったので、この東西方向での加速過程の違いを明確化すべきであるという次の研究方針を得ることができた。磁気圏尾部での磁気リコネクションのX-lineの朝夕方向の長さについて、人工衛星Geotailの1994年から2014年末までの期間の観測を総合解析し、ほぼ6Reであることを示した。電子電流層(イオンと電子の運動に差異ができる領域ion-electron decoupling region)の特徴である電子の加速から、71例の磁気リコネクションを同定し、さらに、地球半径の20-30倍の磁気圏尾部で起きた44例の磁気リコネクションをもとに解析を進めた。ここで、地球方向にX軸、朝夕方向をY軸とする。磁気リコネクションにともなうX-lineの観測は、Y= +15 Re(Reは1地球半径)からY = -10 Reまでに分布するが、比較的小さなサブストーム(地磁気活動度指数Kp < 2+)の時には、Y= +3 to +9 Reのほぼ6Reの範囲に集中する。この外側では、磁気リコネクションにともなう電子の加速は観測されるが、X-lineを横切った時の観測がまれになっている。より大きなサブストーム(Kp > 3-)の時は、X-lineのY方向の長さが、特に朝方側に広がっていくことがわかる。Y= +9 Re付近では、磁気リコネクション領域に流れ込む-Y方向のMHD的なインフローが観測される。これは、プラズマの運動の観測から夕方側に端の効果ができ、X-lineが孤立の「点」の集まりではなく、「線」を形成していることを示している。以上の研究から、X-lineそれ自身は、イオンの1倍の慣性長より狭い領域に形成され、その周辺には、ion-electron decoupling regionが10倍の地球半径の領域(一般に1 Re以下)にできる。X-lineは、朝夕方向に6Re以上の長さを持つ。したがって、X-lineはマクロ的に「X-line」として存在していることがわかる。今年度の解析により、磁気リコネクションのX-line近傍でのイオンの加速過程が解明でき、アメリカ地球物理学会の論文としてまとめることができた。

さらに、今までの研究のまとめとして、一般的な概説をまとめることも行えた。これらの成果をもとに、X-lineの東西方向の長さを推定できる方法が見つかったので、次年度の研究の方針もまとまった。宇宙空間物理学過去2年間の研究から、磁気リコネクションのx方向(太陽と磁気圏尾部)では、イオンと電子の結合が解ける領域(ホール物理が優勢な領域)は、イオンの慣性長の10倍程度であることが分かり、その中での領域区分もできるようになった。この領域の中でのイオンの加速過程についてもわかってきた。つぎには、X-lineの東西方向の長さの推定を、イオンの加速効率等から見積もることをおこなう。現時点では、X-lineの東西方向の長さは4倍の地球半径程度であり、磁気圏尾部の幅の40倍の地球半径よりかなり小さいことが推定できている。この点を確認して、この研究のまとめを行う。本研究の最大の課題は、磁気リコネクションの3次元構造の解明である。これまでの解析は、磁気圏尾部の軸方向の鉛直2次元平面内(地球を中心として太陽方向をx、北方向をzとしたときにxz断面)についてが、おもな解析であった。本年度の解析は、磁気圏尾部の赤道2次元平面内(これまでに解析されてきた面に垂直の、先の座標系のxy断面)についての解析が行われ、マクロ構造の変化よりミクロ構造の変化が、決定的であることが示せた。このことを前提に、もう1度、3次元的な構造をミクロ的な視点から解析する重要性が示せたので、今後の研究方向を固めることができる有意義な成果を得ることができた。個々の現象の解析とともに、磁場とプラズマ観測からのデータの校正も順調に進めることができた。アメリカ地球物理学会へ投稿した論文の投稿料の確定が2015年3月にずれたために、一部の予算をとっておいたが、結果として、この予算で支払いができなかったため、次年度へ使用額を繰越することとなった。磁気リコネクションの3次元構造は、マクロな構造の変化を見つけることが難しく、しかし、ミクロな構造については、東西方向に明らかな差異があることが解明できた。今後の方針は、従来予想していたことではあるが、よりミクロな構造の解析から解明していくことが、重要であるという認識が生まれた。したがって、イオンと電子の速度分布関数の解析を中心として行っていく。前年度までの解析では、赤道面内でのイオンと電子の運動について中心に解析を行ったが、今年度は、赤道面から離れた場所での解析を進めることにより、より3次元性を明確にすることを目標とする。このためには、磁場とプラズマの観測データの正確な校正が欠かせないため、このことについても、従来と同じく進めていく。論文投稿料がやや上昇しているので、当初の予算額に追加できることで、円滑に論文を投稿できる見込みである。2つの論文を発表したが、かかる経費については、共著者の所属機関からの経費となり、論文発表に伴う経費がかからなかった。さらに、研究を進めていくうえでの消耗品も、特に経費として計上する必要のない中で、やりくりすることができた。したがって、物品費として計上していた部分について、倹約できた。
超低温極限環境電子状態分光による電子正孔系の量子秩序形成の研究

A.光励起半導体励起子・電子正孔系における量子凝縮相の解明と制御希釈冷凍機を用いて励起子温度100mK付近まで冷却された亜酸化銅結晶中の1sパラ励起子について、安定な自発的BECを観測する実験の解析を進めた。具体的には、本研究で実現した亜酸化銅励起子における1s-2p遷移を用いたライマン分光法による系統的実験の解析を行った。この結果で導き出された定量的な知見と、従来進めてきた発光測定実験の相互比較を系統的に行い、バルク励起子BECの特徴抽出のためのデータ整理を行った。時間分解測定についても解析を継続し、本研究で到達した前人未到の温度領域にて初めて、寿命、移動度、拡散係数などの励起子ダイナミクスに関わるパラメータを抽出した。また、トラップポテンシャル中の励起子が理想的なボース粒子と同様の空間分布を実現するには1K以下の極低温環境が必要ということも明らかにした。この知見は、上記のBECに関わる結果の解析の上でも重要である。B.レーザー角度分解光電子分光による光励起状態の新検出法開拓昨年度までに、高い波数分解能0.0038Å^-1を有する時間分解角度分解光電子分光装置の開発に成功している。また帯電抑制用の光を試料に照射することで測定可能な試料の範囲を半導体にまで拡張している。現在我々の光電子分光装置は、電子励起状態の観測法として非常に効率のよい測定手法となっていることが分かってきた。そこで今年度は半導体の光励起状態の光電子観測実験を行った。この際、室温から温度を低下させつつ光電子信号の変化を系統的に捉えることで、光物性で広く知られる電子正孔系と光電子信号との関係を注意深く解析した。またストリークカメラによる発光観測を光電子分光と同時に行うシステムを立ち上げ、光物性分野で蓄積されてきた、時間分解発光スペクトルの意味について光電子分光の側面から新たな知見を得る可能性を広げた。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。A.光励起半導体励起子・電子正孔系における量子凝縮相の解明と制御(A-1)準熱平衡状態励起子系の安定化された自発的BECの観測:希釈冷凍温度において歪トラップした亜酸化銅1sパラ励起子の空間分解発光スペクトルの温度依存性を系統的に測定し、直接発光過程の運動量保存則に起因して量子縮退状態が発光に寄与しないことを実験的に検証した。そこで、この問題点を解決する励起子Lyman分光法の希釈冷凍機での実施を試みた。室温の熱輻射が冷凍機内へ流入し系を加熱しないよう中赤外光導入用の窓の帯域や開口を設計した。その結果、実際に希釈冷凍機温度での励起子Lyman分光法を実現した。また同温度領域で発光の時間分解を行い、パラ励起子がトラップに蓄積される様子を精細に観測した。(A-2)非平衡励起子系の量子凝縮:亜酸化銅における1sオルソ励起子の低温高密度状態の、光位相を制御したフェムト秒2光子励起による直接生成法について、加熱をもたらす3光子吸収を抑える適切な位相変調の検討を進めた。また、ダイヤモンドにおけるフェルミ縮退した電子正孔液滴相に対して中赤外域の過渡吸収スペクトルについて、電子正孔散乱の観点からスペクトル形状の定量的な考察を行った。B.レーザー角度分解光電子分光による光励起状態の新検出法開拓飛行時間型角度分解光電子分光装置の分解能向上のため、磁気シールド内の微弱な磁場発生源を注意深く除去し、また電子レンズの最適化を行った。試料として蒸着Auを6 Kに冷却し、ピコ秒モード同期Ti:Sレーザーの四倍波を入射した際の光電子を観測して装置の分解能を評価した。その結果、エネルギー分解能は3.6meV、角度分解能は±15度の範囲で0.33度となり、同等の装置での世界最高性能を実現した。また、トポロジカル絶縁体Bi2Se3を試料とし、室温かつ定常状態においてこの系特有の表面状態を明瞭に観測した。A.光励起半導体励起子・電子正孔系における量子凝縮相の解明と制御(A-1)準熱平衡状態励起子系の安定化された自発的BECの観測:希釈冷凍機温度において歪トラップした亜酸化銅1sパラ励起子のLyman分光法を実現した。具体的には、室温の熱輻射の流入を抑えるために希釈冷凍機に取り付ける窓の最適化を完成させ、本手法を用いたイメージングの設計・実現をした。一方、同温度領域で発光の時間分解を行い、パラ励起子がトラップに蓄積される様子を精細に観測した結果から移動度や拡散係数を算出するシミュレーションも構築した。(A-2)非平衡励起子系の量子縮退:ダイヤモンドにおけるフェルミ縮退した電子正孔液滴相の中赤外域の誘電応答の解析を進めた。結果、特徴的な緩和パラメータの原因について突き止めることができ、2光子生成許容な亜酸化銅1sオルソ励起子の極低温高密度状態の瞬時生成のための、フェムト秒パルスの光位相の最適化を進めた。

B.レーザー角度分解光電子分光による光励起状態のの新検出手法開拓レーザー光源を用いた角度分解光電子分光測定において、低い運動エネルギーの光電子を取り扱うことで高精度な測定を達成できる一方で、試料まわりの物質の仕事関数の分布に起因して生じる静電場が光電子の放出角度の正確な把握を阻害することを見出し、静電場による光電子放出角度の変化を注意深く観察した。試料としてバンド分散形状のよく知られたトポロジカル絶縁体Bi2Se3を用い、ピコ秒モード同期Ti:Sレーザーの四倍波を入射して角度分解光電子分光を行い、試料の側面や基板による静電場の影響を議論した。さらに、同レーザーの第二高調波をBi2Se3に照射して光励起し、直後に光電子放出用の第四高調波を照射することで、光励起に由来した過渡的な励起電子状態の角度分解光電子分光を室温で行うことに成功し、その表面状態の分散関係の観測を実証した。項目A-1については、目標としていた励起子Lyman分光法による吸収イメージングを実現することができた。また、励起子発光の時間積算測定と合わせた評価により、励起子間の非弾性散乱の散乱断面積の大きさの評価もできるようになった。また、発光ダイナミクスの解析も移動度・拡散係数の抽出のみならず非弾性散乱の評価に寄与できる段階となり、凝縮体の安定的な生成に向けた重要な知見となっている。項目A-2についても順調に進み、ダイヤモンドにおける電子正孔液滴の誘電応答についての解析について新たな知見が得られるなど進展があった。項目Bについては、試料周りの仕事関数分布に着目することで低エネルギー光電子分光のさらなる高精度化の方法を見出したこと、及び常温のトポロジカル絶縁体を対象にして光励起由来の状態のバンド分散を観察できることを実証したことは重要な進捗である。また、劈開が困難な試料について真空中で清浄表面を形成するための準備が進み、半導体試料一般の測定が可能な状況となった。以上の点を総合して、当初の計画通りすすめられているものと判断する。A.光励起半導体励起子・電子正孔系における量子凝縮相の解明と制御(A-1)準熱平衡状態励起子系の安定化された自発的BECの観測:希釈冷凍機温度において歪トラップした亜酸化銅1sパラ励起子の中赤外誘導吸収イメージングを実現し、更に励起子発光の精密分光を両立する実験系を組み立てた。精密分光による励起子温度評価に基づき、励起子温度を100mK台に保ちながらBEC転移密度を超える高密度領域での吸収イメージングを実行した。更に励起子発光の時間分解実験も進め、注目している低温高密度下の特異な発光の振る舞いに関わる重要な知見が得られている。(A-2)非平衡励起子系の量子縮退:一般化されたドルーデ応答モデルに基づく理論計算から、ダイヤモンド高密度電子正孔系における誘電応答の緩和レートの周波数依存性を明らかにした。緩和レートは低周波側で減少し、極低温で発現が予測されている電子正孔BCS状態のギャップ周波数においては、ギャップエネルギーのレート尺度より十分に小さくなることを明らかにした。この結果は、フェルミ縮退した電子正孔系における量子多体現象を誘電応答測定で探索可能であることを示唆している。B.レーザー角度分解光電子分光による光励起状態のの新検出手法開拓光電子分光測定において、試料まわりの物質に起因した静電場を低減することで低い運動エネルギーを持つ光電子の放出角度をより正確に把握することに成功した。試料としてトポロジカル絶縁体Bi2Se3を用い、ピコ秒モード同期Ti:Sレーザーの四倍波を入射して角度分解光電子分光を行った。次に、同レーザーの第二高調波を半導体GaSeに照射して光励起し、直後に光電子放出用の第四高調波を照射することで、GaSeのバンド間励起に由来した伝導帯の電子分布を低温下9Kにおいて観察することに成功した。このとき連続光を試料に照射し続けることで試料の帯電を抑制した。
マメ科植物における共生特異的代謝系遺伝子群の形質転換ミヤコグサを用いた機能解析

ダイズ根粒バクテロイド発現タンパク質の経時的変化を調べるため、ダイズに根粒菌を感染後3週間、7週間目の根粒からバクテロイドを抽出し二次元電気泳動後、PMF法によりタンパク質の同定を行い、発現時期に応じてクラスター化を行った。根粒細胞内オルガネラへのタンパク輸送を司るSNARE(Solble NSF attachment protein receptor)遺伝子解析を行った。この遺伝子の発現を抑制させた形質転換体は、非形質転換体に比べ根粒数が減少していた。根粒の形態を観察するとアンチセンス形質転換体の根粒は皮層細胞部分で互いに連結した根粒がみられた。In situハイブリダイゼーションの結果、Sn6遺伝子は根粒原基先端あるいは根粒を取り囲む皮層周辺の細胞で発現していた。根粒で発現している炭素代謝関連酵素(PEPC:ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ)を欠損させた形質転換体(Asppc)を作製した。Asppc個体は根粒を着生したが窒素固定能の減少がみられた。バクテロイドの呼吸基質として知られているリンゴ酸・コハク酸の蓄積量が非形質転換体に比べAsppc個体で減少しており、PEPC酵素がバクテロイドへの炭素代謝に重要な機能をしていることを示唆している。さらにAsppc根粒ではAsn,Gln,Aspの蓄積量が減少していた。ミヤコグサは固定窒素をAsn,Glnというアミドの形で地上部へ転流していることから、根粒内のCNバランスを保つためにも重要な酵素であると考えられる。ラット由来6種類のプロテインキナーゼ(PK)を認識する特異抗体を用いてタンパク質ミヤコグサ根粒cDNAライブラリーから8種のPKをスクリーニングした。これら遺伝子の機能を調べるためにRNAi手法を用いた形質転換体の作成を行いT1種子を採取することができた。マメ科植物の共生窒素固定系は植物と根粒菌の相互作用の上に成り立っている。この根粒形成過程には新しい細胞小器官(シンビオゾーム)が作り出されることも知られている。マメ科植物ダイズ、ミヤコグサ根粒形成に関与する特異的遺伝子の機能解析、発現調節機構をオルガネラ分化の視点から解析するために根粒オルガネラプロテオーム解析の手法で共生特異的タンパク質の発現を網羅的に調べた。ダイズ根粒バクテロイド発現タンパク質の経時的変化を調べるため、ダイズに根粒菌を感染後10日、3週間、7週間目の根粒からバクテロイドを抽出し二次元電気泳動後、PMF法によりタンパク質の同定を行った。その結果、現在までに約200個のタンパク質の同定に成功した。これらのタンパク質は、発現時期に応じてクラスター化を行った。また。ダイズ根粒菌freelivingと比較して感染後3週目バクテロイドで強く発現しているタンパク質に対する遺伝子破壊を試み、現在までに15種類の遺伝子を破壊した根粒菌の作成に成功した。モデルマメ科植物として知られるミヤコグサFix6突然変異体根粒バクテロイドのプロテオーム解析も同様に行った。Fix6突然変異体は根粒は形成するが窒素固定能を示さない突然変異体である。この変異体のタンパク質レベルでの変動を調べるために二次元電気泳動を行った。野生株と比較して減少した約100個のバクテロイドタンパク質の同定を行った。根粒細胞内オルガネラへのタンパク輸送を司るSNARE (Solble NSF attachment protein receptor)遺伝子解析を行った。Sn6遺伝子は根粒形成過程で発現が増加する遺伝子として着目している。

根粒の形態を観察するとアンチセンス形質転換体の根粒は皮層細胞部分で互いに連結した根粒がみられた。In situハイブリダイゼーションの結果、Sn6遺伝子は根粒原基先端あるいは根粒を取り囲む皮層周辺の細胞で発現していた。以上の結果、Sn6タンパク質は根粒皮層形成に重要な働きをしていることを示唆する。根粒で発現している炭素代謝関連酵素(PEPC:ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ)を欠損させた形質転換体(Asppc)を作製した。Asppc個体は根粒を着生したが窒素固定能の減少がみられた。バクテロイドの呼吸基質として知られているリンゴ酸・コハク酸の蓄積量が非形質転換体に比べAsppc個体で減少しており、PEPC酵素がバクテロイドへの炭素代謝に重要な機能をしていることを示唆している。さらにAsppc根粒ではAsn, Gln, Aspの蓄積量が減少していた。ミヤコグサは固定窒素をAsn, Glnというアミドの形で地上部へ転流していることから、根粒内のCNバランスを保つためにも重要な酵素であると考えられる。ラット由来6種類のプロテインキナーゼ(PK)を認識する特異抗体を用いてタンパク質ミヤコグサ根粒cDNAライブラリーから8種のPKをスクリーニングした。これら遺伝子の機能を調べるためにRNAi手法を用いた形質転換体の作成を行った。その結果、8種類のコンストラクトのうち、5種類のコンストラクトで平均20ラインの植物においてT1種子を採取することができた。
プロトンポンプが関与するオルガネラ輸送の原理の解明

これまでに我々は、V(液胞型)-ATPaseのプロトン輸送路を形成するa3イソフォームが、破骨細胞への分化に伴い、GDP型Rab7と結合することでRab7をリソソームへリクルートすることを示唆した。その後GDP型Rab7はGEF(GTP/GDP交換因子)により活性化され、微小管に沿ったリソソームの輸送が開始すると考えられる。Rab7を後期エンドソームへ回収するGEFとしてMon1/Ccz1が知られている。そこで、a3とGDP型Rab7の結合に対するMon1やCcz1の影響を検討するために、HEK293T細胞にMon1あるいはCcz1をFLAG-a3、V5-Rab7と共発現させ、FLAG抗体で免疫沈降した。免疫沈降されるRab7の量は、Ccz1の共発現では変わらなかったが、Mon1の発現により増加した。また、a3とRab7の結合複合体には、Mon1やCcz1が含まれていることを明らかにした。破骨細胞の分泌リソソームにおいて、Mon1/Ccz1がa3と結合することによりリクルートされている可能性がある。現在、a3を欠損した破骨細胞を用いて、Mon1やCcz1の分泌リソソームへのリクルートにa3が関与しているか否かを検討している。さらに、分泌リソソームの輸送において、V-ATPaseが形成する酸性環境が果たす役割について検討した。V-ATPaseの阻害剤であるバフィロマイシンA1の存在下では、分泌リソソームの輸送は起きなかった。この阻害剤は、GDP型Rab7とa3の結合や、Rab7の活性化には影響しなかったが、GTP型Rab7のリソソームへの局在を阻害した。V-ATPaseが形成する酸性環境は、活性型Rab7が安定してリソソームへ局在するために必要であると考えられる。こうした研究により、V-ATPaseが関与する分泌リソソームの機構の全容解明に近づきつつある。本研究課題の目的の1つは、破骨細胞における分泌リソソームの細胞内輸送の機構解明である。H30年度の我々の研究成果は、分泌リソソームの輸送におけるMon1/Ccz1や酸性環境の関与を示唆するものであり、分泌リソソームのメカニズムの全容解明に大きく近づいたと考えている。一方で、破骨細胞での知見をもとに、オルガネラ輸送におけるV-ATPaseの普遍的機能の解明を目指しているが、H30年度はそこまで研究を発展させることはできなかった。以上の状況により、おおむね順調な進展とした。破骨細胞における分泌リソソームの分子機構の解明を目指して、Mon1/Ccz1が分泌リソソームに局在するか否か、局在するのであれば、その局在にa3が必要であるかを検討する。また、Mon1/Ccz1やa3の変異体を作製して、結合様式を解析する。転移能の高いがん細胞において、a3が形質膜に高発現していることが報告されており、分泌リソソームと同様の機構が機能している可能性がある。メラノーマや乳がん細胞などについて、この可能性を検討する。オルガネラ輸送におけるV-ATPaseの普遍的機能の解明を目指して、a1やa2イソフォームもa3と同様にRabファミリーと結合してオルガネラ輸送に関与するのか、具体的にどのような現象において関与するのかを検討する。

H30年度の我々の研究成果は、分泌リソソームの輸送におけるMon1/Ccz1や酸性環境の関与を示唆するものであり、分泌リソソームのメカニズムの全容解明に大きく近づいたと考えている。一方で、破骨細胞での知見をもとに、オルガネラ輸送におけるV-ATPaseの普遍的機能の解明を目指しているが、H30年度はそこまで研究を発展させることはできなかった。以上の状況により、おおむね順調な進展とした。破骨細胞における分泌リソソームの分子機構の解明を目指して、Mon1/Ccz1が分泌リソソームに局在するか否か、局在するのであれば、その局在にa3が必要であるかを検討する。また、Mon1/Ccz1やa3の変異体を作製して、結合様式を解析する。転移能の高いがん細胞において、a3が形質膜に高発現していることが報告されており、分泌リソソームと同様の機構が機能している可能性がある。メラノーマや乳がん細胞などについて、この可能性を検討する。オルガネラ輸送におけるV-ATPaseの普遍的機能の解明を目指して、a1やa2イソフォームもa3と同様にRabファミリーと結合してオルガネラ輸送に関与するのか、具体的にどのような現象において関与するのかを検討する。H30年度は、a3とGEFが結合することを免疫沈降実験により発見したため、結合関連の実験を精力的に進めた。それに伴い、高価な分化誘導試薬を必要とする破骨細胞への分化誘導実験が予定より少なくなり、研究費の繰り越しが生じた。今年度は、H30年度に実施できなかった分化誘導実験も併せて行う予定なので、繰り越し分の研究費も併せて使用する。
新しい神経特異的カルシウム結合蛋白質(NVP遺伝子ファミリー)の構造と機能

カルシウムはサイクリックヌクレオチドとともに細胞内情報伝達系の主軸をなすセカンドメッセンジャーである。カルシウム受容蛋白質には多くの種類がある事が知られているが、その中でも代表的なものはカルモジュリン等のEF-hand構造を持つカルシウム結合蛋白質である。EF-hand蛋白質はカルシウムが結合するとその立体構造が変化し、引き続いて標的蛋白質との反応性に変化が生じることで、各種機能蛋白質の制御に重要な役割をはたしていると考えられている。本研究では、研究代表者等が発見した新しいEF-handカルシウム結合蛋白質(neural visinin-like protein,NVP)の構造と機能を明らかにすることを目的とし、以下の結果を得た。(1)既に得られているNVP cDNAをプローブとして用い、ラット脳cDNAライブラリーを低ストリンジェントと高ストリンジェントの2つの条件でスクリーニングし、低ストリンジェントな条件でのみNVP cDNAとハイブリダイズする、NVPに似て非なる蛋白質をコードする遺伝子由来のcDNAをクローニングした。得られたcDNAの配列を決定し、一次構造を推定した。この結果、NVPにはNVP-1,NVP-2,NVP-3の三種のサブタイプが存在することが明らかとなった。NVP-1に対するアミノ酸配列の相同性は、NVP-2が89%、NVP-3が68.6%であった。(2)ノザン解析により、mRNAの組織分布及び脳内分布を検討した。その結果、いずれのサブタイプも脳において最も高い発現を示していたが、それぞれの脳内分布のパターンは異なっていた。以上の結果はNVPが一種の遺伝子ファミリーを形成し、神経機能において重要な役割を果たしていることを示唆している。
DNA複製因子RPAのテロメアにおける新しい機能の解明

テロメア構造の維持は染色体安定性、細胞分裂寿命の制御に際して重要な役割を担っている。分裂酵母Tazlは、テロメアニ本鎖DNA結合タンパク質であり、tazl破壊株のテロメア長は野生型に比べ約10倍に伸びることが知られている。生育必須因子RPAタンパク質は、DNA複製、DNAダメージの相同組換え修復、チェックポイントなど様々な機能を持つ一本鎖DNA結合タンパク質である。RPAはテロメア長の制御に関わっており、今までの当研究室の研究によりtazl RPA二重変異株はテロメア配列が維持できないことを明らかにしている。しかし、このテロメア消失の機構は解明されておらず、私はこの消失機構を明らかにしようと試みた。まず変異型タンパク質RPAは、野生型RPAよりも強くテロメアに結合すること、野生型Rad11のテロメアへの結合はtazl破壊株でも強くなることを明らかにした。これらのことからtail RPA二重変異株では、RPAのテロメアへの過剰な集積がtazl RPA二重変異株のテロメアDNA消失を引き起こす原因と考え、変異型RPAの過剰なテロメア結合を抑圧する変異株の探索を行なった。その結果、RPAの過剰なテロメア結合とtazlRPA二重変異株のテロメアDNAの消失の両方ともが、rhqlの破壊によって抑圧されることがわかった。tazlRPA二重変異株では、RPAのテロメアへの過剰な集積が本来テロメアで機能すべきタンパク質を阻害している可能性がある。Pot1は一本鎖テロメアDNAに結合することから、tazl RPA二重変異株ではPot1が機能していない可能性を考えた。そこでtazlRPA二重変異株にPot1を過剰発現させたところ、tazlRPA二重変異株のテロメアDNAの消失は抑圧された。さらにRPA単独変異株のテロメア短小化もPot1の過剰発現によって抑制できることがわかった。このことから、RPAとPot1が協同的にテロメア長の維持に関与していることが示唆された。その機能はテロメアDNAに結合するタンパク質によるものが大きい。分裂酵母Taz1は、ヒトのテロメア二本鎖DNA結合タンパク質TRF1、TRF2ホモログとして発見され、taz1破壊株のテロメア長は野生型に比べ約10倍に伸びることが知られている。当研究室はテロメア長に変化のあるRPA変異株rad11-D223Y(rad11はRPAのラージサブユニットをコードする遺伝子)を取得しており、今までの研究からtaz1 rad11-D223Y二重変異株はテロメア配列が維持できないことを明らかにしている。しかし、このテロメア消失の機構を明らかにできていない。そこでどのようなタンパク質がこの機構に関与しているのかを明らかにすることで、taz1 rad11-D223Y二重変異株のテロメアDNAの消失機構を明らかにしようと試みた。まず変異型タンパク質Rad11-D223Yのテロメア結合が細胞周期を通じて野生型Rad11よりも強くテロメアに結合すること、野生型Rad11のテロメアへの結合はtaz1を破壊することでも強くなることを明らかにした。これらのことからtaz1 rad11-D223Y二重変異株では、変異型タンパク質Rad11-D223Yのテロメアへの過剰な集積が予想され、それがテロメアDNA消失を引き起こす原因と考え、変異型Rad11-D223Yの過剰なテロメア結合を抑圧する変異株の探索を行なった。その結果、Rad11-D223Yの過剰なテロメア結合とtaz1rad11D223Y二重変異株のテロメアDNAの消失の両方ともが、rqh1の破壊によって抑圧された。Pot1は一本鎖テロメアDNAに結合することから、taz1 rad11-D223Y二重変異株ではPot1が機能していない可能性を考えた。そこでtaz1 rad11-D223Y二重変異株にPot1を過剰発現させたところ、テロメアDNA消失は抑圧された。このことから、taz1 rad11- D223Y二重変異株では、Pot1がテロメアに結合できないか、あるいは結合できても正常に機能できないことが示唆された。

これらのことからtail RPA二重変異株では、RPAのテロメアへの過剰な集積がtazl RPA二重変異株のテロメアDNA消失を引き起こす原因と考え、変異型RPAの過剰なテロメア結合を抑圧する変異株の探索を行なった。その結果、RPAの過剰なテロメア結合とtazlRPA二重変異株のテロメアDNAの消失の両方ともが、rhqlの破壊によって抑圧されることがわかった。tazlRPA二重変異株では、RPAのテロメアへの過剰な集積が本来テロメアで機能すべきタンパク質を阻害している可能性がある。Pot1は一本鎖テロメアDNAに結合することから、tazl RPA二重変異株ではPot1が機能していない可能性を考えた。そこでtazlRPA二重変異株にPot1を過剰発現させたところ、tazlRPA二重変異株のテロメアDNAの消失は抑圧された。さらにRPA単独変異株のテロメア短小化もPot1の過剰発現によって抑制できることがわかった。このことから、RPAとPot1が協同的にテロメア長の維持に関与していることが示唆された。
ニューラルネットワークを用いたPCグラウトの現場における品質管理手法の研究

本研究のPCグラウトの充填性能を改善するために検討を行った結果、本研究の範囲内で以下のことが明らかとなった。PCグラウトの材料および配合の要因・水準を約180種類変化させた場合のグラウトの配合の変化とグラウトの要求性能との関係が明らかとなった。また、材料および配合の要因・水準を約180種類変化させたグラウトの回転粘度計を用いたレオロジー特性(粘度、降伏応力等)とフレッシュ性状との関係についての検討を行った結果、PCグラウトのレオロジー特性が明らかとなった。この実験結果を基に、入力項目を配合要因・水準とし、出力項目をグラウトの要求性能およびレオロジー特性としたニューラルネットワークによる解析を行い、学習精度、要因分析等の検討した結果、ニューラルネットワークによる解析値は、実験値との比較において比較的高い精度を示し、この結果からPCグラウトの実験室レベルでの適正配合の選定の可能性が示された。実構造物を想定したグラウト注入実験に関しては、ニューラルネットワークによる解析から得られた適正配合範囲の中から5種類以上の異なった配合を選定し、フレッシュ性能評価および細孔径分布等による硬化性状評価を行ったが、適正配合の選定の可能性が示された。実際の建設現場等における管理システムの提案を行った。本年度は、PCグラウトの充填性能を改善するために、以下に示す検討を行った。1.PCグラウトの材料および配合の要因・水準を約180種類変化させた場合のグラウト特性と要求性能(充填性、材料分離抵抗性、流動性、膨張・収縮性、強度、耐久性等)との実験的な検討。2.同様に、PCグラウトの材料および配合の要因・水準を約180種類変化させたグラウトの回転粘度計を用いたレオロジー特性(粘度、降伏応力等)とフレッシュ性状との関係についての検討。3.実験結果を基に、入力項目を配合要因・水準とし、出力項目をグラウトの要求性能およびレオロジー特性としたニューラルネットワークによる解析を行い、学習精度、要因分析等の検討。以上の本年度の検討結果に関しては、ニューラルネットワークによる解析結果は、実験値との比較において比較的高い精度(例;流動性の相関係数=0.984、材料分離抵抗性の相関係数=O.986等)を示し、この結果からPCグラウトの実験室レベルでの適正配合の選定の可能性が示された。今後の研究の展開としては、ニューラルネットワークによる解析から得られた適正配合範囲の中から5種類以上の異なった配合を選定し、実構造物を想定したグラウト注入実験を行い、フレッシュ性能評価および細孔径分布等による硬化性状評価を行う。また、実際の建設現場等における管理システムの提案および検証を行う予定である。本研究のPCグラウトの充填性能を改善するために検討を行った結果、本研究の範囲内で以下のとが明らかとなった。◎PCグラウトの材料および配合の要因・水準を約180種類変化させた場合のグラウト特性と要求性能(充填性、材料分離抵抗性、流動性、膨張・収縮性、強度、耐久性等)との実験的な検討を行った結果それらの関係が明らかとなった。◎同様に、PCグラウトの材料および配合の要因・水準を約180種類変化させたグラウトの回転粘度計を用いたレオロジー特性(粘度、降伏応力等)とフレッシュ性状との関係についての検討を行った結果、PCグラウトのレオロジー特性が明らかとなった。◎実験結果を基に、入力項目を配合要因・水準とし、出力項目をグラウトの要求性能およびレオロジー特性としたニューラルネットワークによる解析を行い、学習精度、要因分析等の検討した結果、ニューラルネットワークによる解析値は、実験値との比較において比較的高い精度を示し、この結果からPCグラウトの実験室レベルでの適正配合の選定の可能性が示された。◎ニューラルネットワークによる解析から得られた適正配合範囲の中から5種類以上の異なった配合を選定し、実構造物を想定したグラウト注入実験を行い、フレッシュ性能評価および細孔径分布等による硬化性状評価を行った結果、適正配合の選定の可能性が示された。◎実際の建設現場等における管理システムの提案を行った。
臨床展開へ向けた動体追尾回転照射の確立、ジンバル機構を用いた新照射法の開発

1.臨床展開へ向けた動体追尾回転照射の確立動体追尾回転照射の技術をDynamic WaveArc(DWA)技術へ応用した。DWAはO-リング回転並びに旋回運動を行い、さらにマルチリーフコリメータ(MLC)により強度変調を行う技術であり、通常回転原体照射と比較し、煩雑な動きとなる。動体ファントムを用いてサイン波形(振幅:20mm,周期4秒)を再現した。水等価ファントムにフィルムを挿入し、その動きに合わせて動体追尾を行った。DWAは動体追尾中にガントリー往復2回転するプランを用いた。静止時と比較した際の線量分布ならびに線量プロファイルは良好な一致を示し、DWA動体追尾照射は精度良く線量分布を形成することを確認した。2.X線ヘッド部ジンバル機構を用いた新規照射法の開発X線ヘッド部ジンバル機構を用いてVero4DRTの最大照射野(150×150mm2)を230×230mm2へ拡大する照射法を開発し、それを強度変調放射線(IMRT)へと展開し、実測分布と高い一致を示すことを昨年度報告した。本研究をさらに発展させ、ジンバル機構とMLCの動作を最適にコントロールし拡大照射IMRT分布を再現する照射法を開発した。作成した照射法の検証を行うため、水等価ファントム内にフィルムを挿入して、実測分布と治療計画上で再現した分布を比較した。線量指標としてガンマ解析(3%/3mm)で93.7%、線量差分(5%)で94.9%の一致精度を示した。本手法は従来法と比較し、ジンバル機構、MLC動作の最適化により効率的な照射を可能とし、ジンバル機構を駆使した新規照射法を実現した。27年度が最終年度であるため、記入しない。研究課題に掲げた項目について下記の通り示す。1.臨床展開へ向けた動体追尾回転照射の確立動体追尾回転照射時における放射線治療機器(Vero4DRT)のガントリー、X線ヘッド部ジンバル機構の指示値と実測値との差を解析し、定量的に評価した。ターゲットの運動を振幅:10ー40mm、周期を2-6秒、ガントリー回転速度を4-6度/秒と条件を変えたところ0.1mm以下の誤差で制御可能であることを確認した。また、動体追尾照射中における照射野中心とターゲット中心の位置誤差をEPID上の画像で解析し、0.4mm以下の位置精度で一致したことを確認した。上記内容は論文として報告している(Med.Phys.41(3) 2014)。また動体追尾回転照射時における品質管理(QC)項目として、装置制御精度と照射位置精度を包括的に確認することのできるEPIDを用いた解析法が有用であることを示した。2.X線ヘッド部ジンバル機構を用いた新照射法の開発X線ヘッド部ジンバル機構を用いてVero4DRTの最大照射野(150×150mm2)を230×230mm2へ拡大する照射法を開発した。アイソセンター面上で4つの照射野が互いに接するようにX線ヘッド部の回転角度を設定し、拡大照射野を形成した。また、本手法を強度変調放射線治療(IMRT)へと展開した。実臨床で用いられた頭頸部IMRTプラン(照射野サイズ21.3×21.3cm2、放射線治療装置:Varian Clinac iX)を再現し、実測線量分布と計算線量分布を比較した。ガンマ法を用いて定量的に評価したところ、ガンマ3%/3mmの条件で96.4%のパス率を示し、実測と計算が高い精度で一致していることを示した。上記内容は論文として報告している(Med.Phys.41(10) 2014)。照射野拡大法の基礎的な特性とその有用性を示した。

本手法は従来法と比較し、ジンバル機構、MLC動作の最適化により効率的な照射を可能とし、ジンバル機構を駆使した新規照射法を実現した。1.臨床展開へ向けた動体追尾回転照射の確立動体追尾回転照射における機械的位置精度に関する論文が受理され(Med.Phys.41(3) 2014)、また2年目に計画していた実臨床へ向けたQA・QC項目の確立を達成した。臨床的有用性の検討も進めており、順調に成果を上げている。2. X線ヘッド部ジンバル機構を用いた新照射法の開発照射野拡大の基礎的研究について論文が受理され、現在、2年目に計画していたX線ヘッド部のジンバル機構を用いた新照射法の開発に着手しており、現在国際学会発表並びに論文執筆に向け準備を進めている。27年度が最終年度であるため、記入しない。1.臨床展開へ向けた動体追尾回転照射の確立申請書記載の年次計画に従い、現在実臨床で行われている品質管理項目との連携を確立する。また、動体追尾回転照射に、Vero4DRTの垂直方向の回転軸であるリング回転機構を加えた照射法の基礎検討を行い、より自由度の高い照射法の開発も進めていく。2.X線ヘッド部ジンバル機構を用いた新照射法の開発新照射法を強度変調放射線治療に展開し、治療部位の適応範囲を広げ、その手法を確立する。また実臨床へ展開するため、新照射法の時間効率、照射効率等も定量的に評価し、従来法との比較を行う。同時に臨床のニーズも把握し、統合的なシステム開発を進める。
核内レセプターと基本転写装置をつなぐコアクチベーターネットワークの解析

ステロイドホルモン等の脂溶性生理活性物質はそれぞれの標的器官の細胞内に存在する特異的なレセプターを介して、その作用を発揮する。これらのレセプターは、それ自身がDNA結合性の転写調節因子であり、それぞれのリガンド刺激に応じて標的遺伝子の発現を転写レベルで調節する。ここ数年の研究により、これら核内レセプターのリガンド依存的な転写活性化には、コアクチベーターと呼ばれるタンパク質群が関わっていることが明らかとなってきた。これまでに、コアクチベーターと思われるタンパク質は多数クローニングされているが、細胞内に普遍的に存在するため、その機能の解析が難しかった。そこで、我々は、ニワトリBリンパ細胞株DT40の遺伝子ノックアウトの系を用い、ヒストンアセチル化酵素活性(HAT)を持つ3種のコアクチベーター(TIF2、SRC1、ACTR)のノックアウト細胞の作成を行い、その性状の解析を行った。ノックアウト細胞の作成にニワトリ由来の細胞を使用するため、最初に、TIF2、SRC1、ACTRのニワトリホモログのクローニングを行った。これらのコアクチベーターは鳥類においても高度に保存されており、核内レセプターと相互作用する領域やHATドメインが存在することが分かった。このcDNA配列をもとにプライマーを設計し、ゲノムDNAをPCRにより増幅し、PASドメインをコードする領域を薬剤耐性遺伝子に置換した。こうして作成したノックアウトコンストラクトをDT40細胞に導入することにより、TIF2とACTRのノックアウト細胞及びTIF2とSRC-1のダブルノックアウト細胞株を樹立した。その結果、TIF2のノックアウトによりエストロゲンやグルココルチコイド等のステロイドホルモンによる転写活性化は大きく影響を受けるが、ビタミンAやDなどの非ステロイド系の情報伝達への影響は小さいこと、ACTRやSRC-1の核内レセプターの転写活性化に対する寄与は小さいこと等を明らかにした。
ブラッシングに対するイヌ歯周組織の細胞応答性

ブラッシングに対する機械的刺激の効果を観察し,ブラッシング力とブラッシング頻度を検討した。コラーゲン検索方法の確立(平成11年度):イヌと交差のある市販の抗procollagen type I C-peptide抗体(宝酒造,京都)を用いて免疫染色を行うこととした。ブラッシング力の決定(平成12年度):100,200,250gfのブラッシング力で20秒間ブラッシングを行った結果200gf,20秒間でブラッシングした群で上皮基底細胞および線維芽細胞の細胞増殖能,コラーゲン産生能が歯垢除去群に対して最も亢進していた。ブラッシング頻度の違いによる歯肉の細胞応答の変化(平成13年度:)2日1回,1日1回,1日2回の間隔で200gf,20秒間ブラッシングを行った。その結果,ブラッシング頻度が1日1回,1日2回では,線維芽細胞の増殖能の亢進は,4週目から歯垢除去群より有意にみられた。一方、2日1回ブラッシングは,12週目で対照群よりも有意に高くなった。上皮基底細胞の増殖能についても同じ傾向を認めた。コラーゲン合成能の亢進は,ブラッシング頻度の多さに従って大きくなり,いずれのブラッシング群も8週目にピークがみられた。上皮基底細胞の増殖,線維芽細胞の増殖,コラーゲン産生能は組織の修復過程にみられる現象である。歯周病の予防や治療において歯肉に対する適切なブラッシング力で機械的刺激を与えることにより,組織修復が行われることが示唆された。ブラッシングの頻度の違いにより歯肉組織の修復の速さが違うことが示唆された。また,ブラッシング頻度が多いほど早くその効果が現れることがわかった。そして,歯周組織の修復には,1回1日のブラッシング頻度で十分であることが推論できた。本研究の目的は,イヌ歯肉にブラッシングの機械的刺激を与えた場合,歯肉上皮基底細胞数や上皮下結合組織線維芽細胞の細胞数とコラーゲン産生能がどのように変化するのかを組織学的・免疫組織化学的に検討することである。本年度の研究計画は,線維芽細胞のI型コラーゲン産生の検索方法を確立することであった。当初は,イヌプロコラーゲンα1Type1cDNAプローブをPCR法で作成し,in situハイブリダイゼーション法によりコラーゲン産生細胞の検索を行う予定であった。ところが,イヌと交差反応があるヒトI型プロコラーゲンCペプチドのモノクローナル抗体を入手できた。この抗体による免疫染色はin situハイブリダイゼーション法よりも簡便でその代用となるため,免疫染色でコラーゲン産生細胞を同定することに決定し,イヌ歯肉を用いて染色条件を検討した。その結果,4%パラホルムアルデヒド固定,10%EDTA脱灰の後,パラフィン包埋した標本に対して,20mg/l proteinase Kを室温で15分作用させて前処理した後,抗体の希釈倍率を150倍にして免疫染色をした場合,最も染色性のよい標本が得られた。平成12年度はこの染色条件でコラーゲン合成の評価を行う。本研究の目的は,イヌ歯肉にブラッシングの機械的刺激を与えた場合,歯肉上皮基底細胞数や上皮下結合組織線維芽細胞の数とコラーゲン産生能がどのように変化するかを組織学的に検討することである。平成11年度はI型コラーゲンを産生する線維芽細胞を免疫染色で識別する方法を確立した。本年度の目的はこの方法を用いて,コラーゲン合成を促す最適なブラッシング力を決定することである。雑種犬3頭の上顎

第2,第3,第4小臼歯と下顎第3,第4小臼歯および第1大臼歯を用いた。口腔内を上下左右の4ブロックに分け,その内の3ブロックを100gf,200gf,250gfの力でブラッシングし,キュレットで歯肉縁上歯垢の除去を行った。残りの1ブロックは歯垢除去のみを行い,対照とした。ブラッシング力はひずみ増幅器・変換器で調節し,時間は20秒に統一した。1日1回の処置を3週間続け,全身麻酔薬の静脈内大量投与によりイヌを安楽死させた。昨年度に確立したコラーゲンの免疫染色を行い,歯肉接合上皮下のI型コラーゲン陽性線維芽細胞を計数した。その結果,単位面積(0.1mm×0.1mm)あたりのコラーゲン合成細胞は,100gf,200gf,250gfのブラッシング力に対して,それぞれ平均2.3,3.1,2.3個であった。すなわち,200gfがコラーゲン合成を促す最適なブラッシング力であることが示された。来年度は,ブラッシング力を200gfに統一し,歯肉の細胞活性に及ぼすブラッシング頻度の影響を評価する。ブラッシングの頻度と期間の違いによる歯肉の細胞応答の変化を検討することを目的とした。雑種成犬12頭を用いた。頻度(1回/2日,1回/1日,2/1日)によるブラッシング及び対照(歯垢除去)に対し200gfの力で20秒間ブラッシングを0,4,8,12週間行った。イヌを安楽死させた後,歯肉を固定,脱灰,包埋を行い,厚さ4μmの連続切片を作成した。免疫染色には1次抗体として抗proliferating cell ear antigen(PCNA)モノクローナル抗体と抗procollagen type I-C peptide(PIP)モノクローナル抗体を用いた。上皮下の線維芽細胞数,PCNA陽性線維芽細胞数,PIP陽性線維芽細胞数、内縁上皮基底細胞を数えた。そして,線維芽細胞でPCNA陽性率,PIP陽性率,内縁上皮基底細胞でPCNA陽性率を求めた。統計分析として一元配置の分散分析とTukey法による多重比較を行った。ブラッシング頻度が1回/1日,2回/1日では、線維芽細胞の増殖能の亢進は、4週目から対照群より有意にみられた。一方、1回/2日ブラッシングは、12週目で対照群よりも有意に高くなった。上皮基底細胞の増殖能についても同じ傾向を認めた。コラーゲン合成能の亢進は,ブラッシング頻度の多さに従って大きくなり,いずれのブラッシング群も8週目にピークがみられた。上皮基底細胞の増殖,線維芽細胞の増殖,コラーゲン産生能は組織の修復過程にみられる現象であり,ブラッシングの頻度の違いにより歯肉組織の修復の速さが違うことが示唆された。また,ブラツッング頻度が多いほど早くその効果が現れることがわかった。そして,歯周組織の修復には,1日/1回のブラッシング頻度で十分であることが推論できた。
間葉系幹細胞シートを用いた神経束移植における新規治療法の確立

臨床では、採取可能な自家神経は比較的細く、重要な機能を担う主幹神経を再建する場合には、細い自家神経を35本ほど束ねて移植する『神経束移植(cable graft法)』が必要である。血流の豊富な組織と組み合わせることで、再生軸索の径が増大し、ミエリン髄鞘の厚さが改善したとの報告があるものの、単独で『血管柄付き筋膜脂肪弁』を自家神経周囲に組み合わせる方法では、移植片内部の血流再開に疑問が残る。移植片内部でどのように血管新生が促され、シュワン細胞の生存率や、脱分化、増殖が起きるかを詳細に示すことを研究の目的としている。
気候変動下の樹木の乾燥・熱ストレス反応に関する研究

1.光合成過程への影響ナツツバキ、ヒメシャラ、ユリノキ、ハナミズキ、コナラの熱・水ストレス反応をしらべた。ナツツバキでは40°C強の気温で、炭酸同化効率や量子収率が低下し、葉力体に損傷が生じた。ユリノキとハナミズキでは気孔コンダクタンスが低下したが、後に回復がみられた。コナラではストレスの影響が見られなかった。ヒメシャラとハナミズキの実験では、熱・水ストレスの複合的影響により、単独の場合より軽微な条件で光合成過程の阻害がみられた。2.生殖器官への高温影響トウガラシを日中40°Cまでの高温条件で育成した場合、栄養器官への影響は見られなかったが、果実の個数や重量は減少した。その機構について、光合成や転流・分配などの違いから分析した。3.干ばつ被害発生モデル蒸発散と気孔開閉、樹木の吸・通水、土壌水分変化、葉の熱収支のサブモデルからなるモデルを作成した。被害としては葉の高温と脱水による障害を仮定し、土壌は多層を仮定した。対象をギンドロと仮定した場合、38°C以上の気温で葉の熱傷害が発生しやすいこと、葉面積指数が6、有効土層厚が50cmの林分では、無降雨期間が夏期に2週間以上続くと干ばつ害が発生しやすいことなどが予測された。4.ストレスモニタリング高空間/波長分解能衛星データの利用を踏まえた樹木のストレスモニタリングの手法を検討した。水・熱ストレスを付与したナツツバキ苗の分光反射率分布より求めたレッドエッジは、ストレスにより約15nm程度短波長側に移動した(ブルーシフト)。ストレス指数が大きいほど光合成速度・気孔コンダクタンスが小さいという関係がえられた。これまでに干ばつ被害が報告されているハナミズキ、ナツツバキとそうでないコナラ、ユリノキの4樹種に人工的な高温および乾燥処理を行い、可視障害や成長反応、生理的反応を調べ、次のような結果をえた。以下の結果のほか、ストレスをもたたす葉温や樹幹温度の形成機構に関する実験を行い、熱・放射収支を解析した。1.可視害の発生状況ナツツバキでは高温および乾燥処理によってすみやかな葉の褐変が観察された。ハナミズキとユリノキでは、おもに高温処理によって、葉の脱水が観察された。コナラでは、いずれの処理区においても、可視害はほとんど観察されなかった。2.光合成パラメータに対する高温・乾燥処理の影響ナツツバキ、ハナミズキ、ユリノキでは光合成量の顕著な低下が観察された。光合成を制御するパラメータのうちわけをみると、ナツツバキではCO^2同化効率と最大光合成速度が低下し、回復しなかった。葉緑体が破壊され不可逆的過程が進行したことを示す。ハナミズキとユリノキの光合成量の低下は主として気孔の閉鎖によるもので、ストレスの緩和とともに光合成は回復した。コナラでは光合成量の低下はあまり認められなかった。3.分光反射特性によるストレス・モニタリングナツツバキとユリノキで分光反射特性の変化をしらべた。植物の葉では、赤色域から近赤色域にかけての分光反射率の急激な増加が見られ、その波長域をレッドエッジという。両樹種とも、処理によって、レッドエッジの短波長側への移動が見られ、光合成量の低下と相関が見られた。一方、赤色域と近赤色域の分光反射率の相対的違いからえられるNDVI値の変化は、ナツツバキで若干見られたにとどまった。昨年度からの継続研究として、高温・乾燥に対する光合成過程の反応様式の検討、高温・乾燥耐性の樹種特性をしらべた。それらの研究をもとに、樹木の干ばつ被害発生予測のための数理モデルを作成した。

さらに植物の生殖成長への高温影響について文献をレビューした。1.光合成過程の反応高温の影響はまず炭酸同化効率の低下にあらわれ酵素活性が低下した。乾燥の影響は気孔開度と炭酸同化効率の低下にあらわれた。光量子収率の低下はそれらより遅れてあらわれ、チラコイド膜の損傷には強光による障害が考えられた。2.樹種特性18樹種の高温・乾燥耐性をしらべた。コナラ・ケヤキを除き、全体に落葉樹の高温耐性は低く43°C以下だった。Eucalyptus globulus・コナラの耐熱性はきわめて高かった。ヤマザクラ・コナラ・ギンドロを除いて、全体に落葉樹の耐乾性は低かった。常緑樹では、ウバメガシを除く低木種およびヒノキの耐乾性が低かった。3.干ばつ被害発生モデル蒸発散と気孔開閉、樹木の吸・通水、土壌水分変化、葉の熱収支のサブモデルからなるモデルを作成した。被害としては葉の高温と脱水による被害を仮定し、土壌は多層を仮定した。必要なパラメーターはギンドロ苗木の実験や過去の文献から求めた。気象条件等を操作して計算機実験を行った結果、38°C以上の気温で葉の熱障害が発生しやすいこと、葉面積指数が6、有効土層厚が50cmの林分では、無降雨期間が夏期に2週間以上続くと干ばつ害が発生しやすいことなどが予測された。4.生殖成長の高温影響植物の生殖成長は、栄養成長よりも高温に敏感である。また生殖器官のサイズによる影響の程度や機構の違いが検討された。