hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ムシ歯成因多糖とエナメル質表面相互作用の多面的解析

そこで、検出感度の高い蛍光(FL)測定をおこなったが、Glu分子の立体構造を損なわないよう還元生末端のみに2-Aminopyridineを結合させて蛍光標識化したGluを用いて、HAPとの相互作用を検討した結果、定量は可能となったが、HAPに対しての重量比は0.2%前後であり、またその再現性はよくなかった。次にHAPを酸溶液に溶解し、Gluのアルカリ溶液を加えて中和し、生成した沈殿物のIRとFLをおこなったが、上記と同様の結果が得られた。試料のアルカリ溶液での洗浄に問題があると考え、Gluに替わるモデル化合物の一つとしてIsomaltose(IM)を用い、中性水溶液でのHAPとの吸着を検討したがこの場合も強い相互作用はみられなかった。一方、歯のプラークは細菌を介して生成するといわれている。そこで、細菌のモデル化合物として、水溶性のPhenylalanineあるいはそのアミノ基をブロックしたBoc-PheとGluとの相互作用、さらに水溶性タンパクである卵白アルブミンとIMとの相互作用を、円偏光二色性を用いて測定したが、強い相互作用の存在を示すようなスペクトルの変化は見られなかった。以上のことより、虫歯成因のプラークには歯の表面との間には水素結合のような強い相互作用は存在しないと考えられた。今後は歯の脱灰の主要原因とされている乳酸とHAPの反応とそれに対するキチンやキトサンの誘導体などの虫歯防止剤の添加効果を検討する。平成9年度までの研究から,歯の表面のエナメル質のモデルである疑似六方晶系の結晶構造を持つハイドロオキシアパタイト(HAP)と虫歯成因のプラークの成分であるα-Glucanとの間には水素結合のような強い相互作用は存在しないと考えられた.従来,キチン誘導体などの虫歯予防物質の効果は,虫歯成因である唾液細菌Streptococcus sobrinusに対する阻害作用で測られてきた.一方,虫歯形成の直接の原因はS.sobrinusによるショ糖分解生成物の乳酸が歯の表面を構成しているエナメル質のHAPを溶解する,いわゆるエナメル質の脱灰であるとされている.そこで,虫歯予防剤として使用されているカルボキシメチルキチン(CMキチン),エチレングリコールキチン(EGキチン)とキシリトールについて,疑似六方晶系のHAPの乳酸溶解性に対するそれぞれの添加効果を検討した.その結果,HAPの乳酸溶解性に対するキシリトール添加効果は見られなかったが,CMキチンとEGキチンの添加では溶解性が低下した.この効果がキチン誘導体の高分子性によるものであるかどうかを調べるため,カルボキシメチルセルロース,キトサン,水溶液の部分脱アヤチル化キチン,デキストランの添加効果を調べたが,いずれもHAPの乳酸溶解性に対する阻害効果は認められなかった.以上のことからある種の虫歯予防剤ではS.sobrinusに対する阻害効果以外にHAPに対する乳酸の溶解性を低下させることにより,虫歯予防に寄与するのではないかと考えられた.今後はこの乳酸溶解性に対するキチン誘導体の阻害効果の機構を探求する.
円筒形表面ウェイクポテンシャルによる分子軸配向制御ビームの生成に関する研究

本研究では、高速分子イオンのナノキャピラリー透過による表面ウェイク効果を実験的に研究し、キャピラリー内壁表面との相互作用によって発生する電子分極効果による分子軸配向に関する情報を得ることを目的とした。加速器から得られた高い平行度を持つ高速HeH+イオンをナノキャピラリーに入射し、出射する粒子のエネルギーを高分解能に分析することで、表面ウェイク効果の発生を調べた。出射する粒子のうちH+イオンのエネルギー分布を詳細に調べると、表面ウェイクが発生した際に見られる特徴が現れた。この結果から、高速分子イオンがナノキャピラリーを透過する際に、表面ウェイクによる分子軸配向が起こるを見出すことができた。ナノキャピラリーを用いた高速分子イオンの分子軸配向現象を調べるため、分子とキャピラリー内壁との相互作用の詳細について実験的研究を行った。実施した具体的な内容は、1.高速2原子分子イオンビームを用いて、分子がキャピラリー内を透過する際表面相互作用の影響を受ける「相互作用長」を実験的に求め、得られた結果により、分子配向制御を実現させるために用いるキャピラリーの幾何学的設計条件を決定することができた。2.高速分子のキャピラリー内壁相互作用によって生じる表面ウェイクポテンシャルの有無を調べるため、分子がウェイクポテンシャルに捕獲されたのち分子分解した粒子のエネルギースペクトルを高分解能磁場分析器によって測定した。その結果、ウェイク効果による分子配向現象が観測された。以上の研究成果は、国内会議で招待講演を行い、また、国際会議での口頭発表講演として採択された。現在、投稿論文としてまとめる作業を行っている。次に、キャピラリーから出射した分子の幾何学的構造を調べる測定法において、レーザー照射法を取り入れた独自の測定システムの構築を行った。この方法は、従来までに行われている測定法に比べて、正確な分子構造決定が可能になると期待できる。最後に、多原子分子イオンに対する配向ビーム生成を実現するため、新たな方法を考案し予備的な実験を実施した。具体的には、3原子から成る高速分子イオンを用い、その分子イオンを非常に薄い炭素膜に透過させ、透過した粒子のうち固体内のウェイク効果で配向したものだけをナノキャピラリーで選別する方法である。その結果、3原子の分子軸がビームの進行方向に整列したものを選別できることが明らかとなり、多原子分子イオンにも適応可能である手がかりを掴むことができた。ナノキャピラリーを用いた高速分子・クラスターの配向法の開発を行うため、分子とキャピラリー内壁との相互作用の解明に焦点を絞り研究を実施した。実施した具体的な内容は、MeVエネルギー領域のクラスターイオン(C2、C3、C4イオン)を入射ビームとして用いて、キャピラリーから出射したクラスターの生存率について、1クラスターサイズ、2イオン速度、3キャピラリー孔径に対する依存性を系統的に調べた。また、出射した粒子の荷電分布についても研究した。さらに、数百keV領域のC60クラスターイオンを入射ビームとして用いて、その透過特性についても調べた。これらの研究で得られた成果をRegular paper2編および国際会議Proceedings paper1編の合計3編の論文にまとめ公表した。次に、高速重イオントラックエッチング法により多孔膜を作製した。具体的には、500MeV程度のOsイオンビームをKapton膜(厚さ数十マイクロ程度)に照射し、化学エッチングにより多孔膜を作製する。多孔膜の孔径および孔密度を制御する基礎パラメータの取得を行った。最後に、本研究の最終目的であるキャピラリー内で発生する円筒形表面ウェイクポテンシャルによる分子配向制御について、その予備実験を行った。具体的には、キャピラリー内壁相互作用における表面ウェイク効果の有無を調べるため、高速非等核2原子分子イオン(HeH+ビーム)を用いて、キャピラリー透過によって解離した粒子の高分解能エネルギー分析実験を実施した。その結果、解離したH+のエネルギースペクトルにおいてウェイク効果を受けたことを裏付ける実験結果を得た。さらに、得られたエネルギースペクトルには、固体薄膜透過による結果と異なる部分があることが明らかになり、キャピラリー透過の特異性を示唆する結果であると考えている。ナノキャピラリーを用いた高速分子・クラスターイオンの分子軸配向制御とキャピラリー表面相互作用を多角的に調べるため、1高速分子・クラスターの発生方法の確立、2イオントラックエッチング法によるナノキャピラリーの作製における基礎研究、および3ナノキャピラリー表面の帯電現象に関する研究を実施した。まず、高速分子・クラスターの発生方法に関する研究では、静電型タンデム加速器を用い、固体スパッタ型イオン源から得られる分子・クラスターイオンにおいて、実用上の観点からその構成原子数がどの程度まで得られるかを実験的に調べた。その結果、炭素クラスターの場合最大構成原子数は8個程度、アルミニウムクラスターの場合は6個程度であることが分かり、様々な幾何学的構造を有する分子ビームの利用が可能となった。

次に、ナノキャピラリーの作製における基礎研究では、絶縁体ナノキャピラリー製作におけるイオンビーム損傷効果に関する研究を行い、イオントラック形成においてビームの最適照射量を見出すことができた。最後に、ナノキャピラリー表面の帯電現象に関する研究では、クラスターイオンと固体表面との相互作用において2次電子発生機構が単原子イオンとは異なることが分かり、キャピラリー内壁表面の帯電現象を調べる上で有益な結果を得ることができた。また、キャピラリー内壁帯電効果により、炭素原子60個から成るC60イオンビームの軌道偏向に関する研究を実施した。その結果、低速C60ビームにおいて帯電効果によりビーム軌道偏向が生じることを初めて観測した。以上の研究成果は、国内学会発表および査読付投稿論文(2件)にまとめた。現在、キャピラリー帯電効果によるC60ビームの軌道偏向に関する成果を投稿論文にまとめる作業を行っている。原子分子物理学本年度の研究実施計画は、1.キャピラリー内でのウェイク効果の有無を実験的に明らかにすること、2.キャピラリーから出射した分子の幾何学的構造を決定する測定法を構築することに大別できる。1の計画の達成度については、2原子分子イオンを用いたキャピラリー透過実験を実施し、キャピラリー内に発生する表面ウェイク効果により分子軸配向現象が起こるといった有益な結果を得ることが出来ている。これは、本研究課題の最終目標において重要な成果であり、本研究の計画が順調に進んでいる理由である。2の計画の達成度については、配向ビーム生成を実験的に実証するための測定システムの構築として位置づけられ、本計画においてそのシステムの構築を行うことができたが、その有用性を調べる十分な実験を実施することが今後の課題として残されている。本年度の研究実施計画は、1クラスターイオンのキャピラリー透過特性の基礎データを取得すること、および2イオントラックエッチング法によるナノキャピラリー(多孔膜)の作製・開発と行うことに大別される。1についての計画は、数MeVの2原子イオンにおけるキャピラリーの透過特性(分子イオンの生存率)について、イオン速度およびキャピラリー形状(孔径やアスペクト比)に対する依存性を取得し、本研究の目的である分子配向実験に用いるキャピラリーの最適条件を抽出することであった。これらの基礎的なデータをおおむね取得することができ、査読付き投稿論文(3編)にまとめることができた。2についての計画は、高速重イオンによるイオントラックエッチング法によりナノキャピラリーの作製・開発を行うことであった。作製するにあたり基本パラメータを取得することが目的であり、イオントラック法におけるイオン種およびエネルギーの選択、化学エッチングにおける最適条件(エッチング液の濃度および温度、エッチング時間)を見出すことができた。一方、作製した孔の互いの平行性を制御する手法を確立するまでには至らず、今後の課題として挙げられる。
腎障害進展における腎カテコラミンの意義

虚血性腎障害の発症に腎ノルエピネフリン(NE)が重要な役割を果たす. NEの代謝代謝酵素であるmonoamine oxidase(MAO)の内因性阻害因子isatinおよびMAO_A阻害薬moclobemideは、腎静脈血漿中NE量を増加させ、腎障害をさらに悪化させたが、MAO_B阻害薬selegilineは影響を及ぼさなかった.いずれの阻害薬もO_2^-産生量増加を抑制した.以上、isatinによる腎障害の悪化は、MAO_A阻害を介した腎静脈血漿中NE濃度の増大が寄与すると考えられる.虚血性腎障害の発症に腎ノルエピネフリン(NE)が重要な役割を果たす. NEの代謝代謝酵素であるmonoamine oxidase(MAO)の内因性阻害因子isatinおよびMAO_A阻害薬moclobemideは、腎静脈血漿中NE量を増加させ、腎障害をさらに悪化させたが、MAO_B阻害薬selegilineは影響を及ぼさなかった.いずれの阻害薬もO_2^-産生量増加を抑制した.以上、isatinによる腎障害の悪化は、MAO_A阻害を介した腎静脈血漿中NE濃度の増大が寄与すると考えられる.isatinはヒトの尿やラットの体内から発見された分子量約147の小分子物質で、カテコラミンの代謝を担うmonoamine oxidase(MAO)の内因性阻害因子として知られている。また、脳や心臓の虚血再灌流障害では、MAOの酵素活性に由来する活性酸素種が大きく寄与していると考えられている。一方、これまでに我々は、虚血性急性腎障害の病態発症に腎交感神経系の過剰な亢進が関与していることを明らかにしている。そこで本年度は、isatinを用いて腎虚血再灌流障害における腎内ノルエピネフリン(NE)と活性酸素種の関係あるいは腎内NEと炎症マーカーの遺伝子発現の関係を検討した。その結果、溶媒を投与した対照群では虚血再灌流処置1日後において血中尿素窒素あるいは血清クレアチニンの顕著な上昇とクレアチニンクリアランスの有意な減少などの腎機能の低下や、蛋白円柱、鬱血・出血、尿細管壊死などの組織障害が観察され、isatinはそれらの腎機能低下あるいは腎組織障害を用量依存的かつ顕著に悪化した。また、isatinは対照群で見られた再灌流1日後の腎組織中O_2-産生量の増加を有意に抑制したが、対照群で見られた腎静脈血漿中NE量の増加をisatinはさらに増大させた。一方、isatinはマクロファージの浸潤マーカーとして知られるmonocyte chemoattractant protein 1(MCP-1)や、細胞障害性サイトカインであるTumor necrosis factor α(TNF-α)の腎組織中mRNA発現量に影響を及ぼさなかった。以上の結果より、isatinは腎虚血再灌流障害をさらに悪化させた。その腎障害の悪化には、炎症反応の増強というよりはむしろ腎内NE濃度が上昇したことによる、局所の血流不全時間の延長が増悪因子のひとつであると考えられる。これまでの研究で、カテコラミンの代謝を担うmonoamine oxidase (MAO)の内因性阻害因子として知られているイサチンが腎内ノルエピネフリン濃度を上昇させることにより腎虚血再灌流障害をさらに悪化させることを報告した。そこで、慢性腎臓病(CKD)においても同様に腎内NE濃度の上昇が病態の発症進展に深く関与しているのではないかと考え、CKDモデルラットを用いて経時的に腎静脈血漿中ノルエピネフリン濃度の測定を行った。実験動物には8週齢の雄性SD系ラットを用いた。CKDモデルとして5/6腎臓切除モデルを使用した。左腎を2/3切除した後、回復期間を1週間置き、右腎を摘出することによりCKDモデルを作製し、これをCKD群とした。なお、5/6腎臓切除しないものをsham群とした。また右腎を摘出した時点を0週目とし、ラットを12週間飼育した。0、2、4、8、12週目においてtail-cuff法により血圧測定、採尿・採血で得られた血液・尿より腎機能パラメーターを測定した。12週目においては腎静脈、腹部大動脈より採血を行い、得られた血液より腎静脈、大動脈血漿中NE濃度を測定した。また別のラットを用いて2週目の腎静脈、大動脈血漿中ノルエピネフリン濃度を測定した。その結果、CKD群ではsham群と比較して、有意な血圧の上昇がみられた。またCKD群では血中尿素窒素、血漿中クレアチニン、尿中たんぱく排泄量の有意な増加が認められた。腎静脈血漿中ノルエピネフリン濃度はOwから2wにおいてsham群と比べCKD群では有意に高い値を示し、その後低下したものの12wまで高い値を維持した。以上の結果より、病態発症初期における腎内ノルエピネフリン濃度や血圧の上昇がCKDの病態進行に関与している可能性が示唆された。今後はα_1受容体拮抗薬プラゾシン、α_2受容体拮抗薬ヨビンビン、β受容体拮抗薬プロプラノロール、MAOの内因性阻害因子イサチン、COMT阻害薬エンタカポンや血管拡張型降圧薬であるヒドララジンを用いて検討する。これまでの研究で、カテコラミンの代謝を担うmonoamine oxidase(MAO)の内因性阻害因子として知られているイサチンが腎組織中活性酸素種(ROS)産生増加を抑制するにもかかわらず、腎内ノルエピネフリン濃度を上昇させることにより腎虚血再灌流障害をさらに悪化させることを報告した。

そこで、腎虚血再灌流障害に対するイサチンの作用がMAOAあるいはMAO_Bのどちらを介したものかを検討するため、選択的MAO_A阻害薬モクロベミド、選択的MAO_B阻害薬セレギリンを用いて検討した。その結果、虚血再灌流障害に対して選択的MAO_A阻害薬モクロベミドは、イサチンの効果と同様、再灌流後の腎内ノルエピネフリン濃度を上昇させることにより腎虚血再灌流障害をさらに悪化させたが、選択的MAO_B阻害薬セレギリンは腎内ノルエピネフリン濃度あるいは腎障害に対して影響を及ぼさなかった。したがって、イサチンはMAO_Aを阻害することにより腎虚血再灌流障害に対して増悪作用を示すことが明らかとなった。次いで、イサチンの腎内ノルエピネフリン濃度上昇を介した腎障害のさらなる悪化にはアドレナリンα受容体が関与しているのではないかと考え、イサチンによる腎障害増悪作用に対する非選択的α受容体拮抗薬フェントラミンの影響を検討した。その結果、非選択的α受容体拮抗薬フェントラミンはイサチンによる腎障害のさらなる悪化を抑制した。以上の結果より、イサチンはMAO_Aを阻害することにより、腎内ノルエピネフリン濃度を上昇させ、アドレナリンα受容体を介して腎虚血再灌流障害をさらに悪化させたと考えられる。慢性腎臓病においても同様に、腎障害の発症・進展に腎内ノルエピネフリン濃度の上昇が関与していることを明らかにしており、現在、腎部分摘除(5/6腎摘除)慢性腎不全モデルを用いてアドレナリンα受容体拮抗薬の効果を検討中である。
石炭の架橋構造の解明と新しい石炭変換プロセスの設計

本研究は新たな展開をみせている石炭の架橋構造(石炭の三次元構造)の分子レベルでの解明と新しい高効率変換プロセスの設計を目的として平成4年,5年度の2年間研究を行い,次のような研究成果を得た。1.溶媒抽出および膨潤からの架橋構造研究架橋構造が石炭中の溶媒可溶成分を除くことによりどのように変化するか,又,溶媒可溶成分自身はどのような架橋構造をしているのかを検討した。日本側(東北大)で調整した溶媒抽出物および残渣を米国(ブラウン大学)で主として示差走査熱量測定(DSC)を用いてその架橋構造を調べ,抽出率により構造が大きく変わることを見出した。又,膨潤特性測定装置を用いた膨潤現象の動力学的検討を行い,ファンデルワールス相互作用,水素結合等の非共有結合による架橋構造の重要性について明らかにした。2.石炭の水分量による石炭構造の変化褐炭中の水分量の変化による石炭構造,特に非共有結合による架橋構造の変化について共同研究を行った。種々の手法で水分量を調整した石炭を試料とし,流通式微少熱量計を用いて溶媒(水・プロパノール)との混合熱,吸着・脱着熱等を測定した。その結果,水分量の違いにより混合熱等の熱量が変化することが確認された。流通式微少熱量計より得られるデータおよび北大で行っている電子常磁性共鳴測定(EPR),DSC,膨潤度測定等のデータと,コンピュータシミュレーションによる水分量による石炭構造変化とをあわせて考察することによって,水分量が変化することにより石炭中の水素結合などの非共有結合による架橋構造が変化することが推定された。3.石炭中の分子間相互作用に関する研究石炭中の分子間相互作用としては水素結合,芳香環同士のπ電子間相互作用,電荷移動相互作用,イオン間相互作用などが重要であるが,ここではテトラシアノエチレン(TCNE)と石炭分子との間の電荷移動相互作用を溶媒抽出物の溶解性におよぼすTCNEの効果(TCNEの存在下で溶解性は大きく増大した)と石炭-TCNE系の電気伝導度測定の研究を行い,高ランクの石炭とTCNEとは強い相互作用をもつことを明らかにした。又,石炭-TCNE系のフーリエ変換赤外吸収測定(FT-IR)を行い,石炭とTCNE間の相互作用により石炭からTCNEへ電荷の移動が起きていることを確認した。この結果から石炭中の分子間相互作用の解放による石炭の低分子化が考えられ,新たな石炭の高効率変換法の一つとして有効であることを明らかにした。4.石炭構造モデルのコンピュータシミュレーション石炭構造モデルのコンピュータシミュレーションをCAMD(計算機支援分子設計法)で行い,そのモデルの妥当性を実際の石炭の密度をモデルのそれと比較することにより検討し,ほぼ満足のいくモデルを構築した。又,非共有結合による架橋構造モデルとして石炭の溶媒抽出物の会合構造のCAMDによるコンピュータシミュレーションを行い,会合構造をとりやすいことを示した。ここで構築された石炭構造モデルと本研究で明らかにした石炭の架橋構造についての情報をもとにして,新たな高効率石炭変換プロセスの設計の指針に関して日米両国の研究者で討論され,その方向が示された。この研究分野の研究者は世界各国において着実に増加しており,今後のエネルギー源の担い手である石炭の画期的な無公害高効率利用プロセスの開発を最終ターゲットとしてこの共同研究をさらに展開していきたいと考えている。又,石炭-TCNE系のフーリエ変換

赤外吸収測定(FT-IR)を行い,石炭とTCNE間の相互作用により石炭からTCNEへ電荷の移動が起きていることを確認した。この結果から石炭中の分子間相互作用の解放による石炭の低分子化が考えられ,新たな石炭の高効率変換法の一つとして有効であることを明らかにした。4.石炭構造モデルのコンピュータシミュレーション石炭構造モデルのコンピュータシミュレーションをCAMD(計算機支援分子設計法)で行い,そのモデルの妥当性を実際の石炭の密度をモデルのそれと比較することにより検討し,ほぼ満足のいくモデルを構築した。又,非共有結合による架橋構造モデルとして石炭の溶媒抽出物の会合構造のCAMDによるコンピュータシミュレーションを行い,会合構造をとりやすいことを示した。ここで構築された石炭構造モデルと本研究で明らかにした石炭の架橋構造についての情報をもとにして,新たな高効率石炭変換プロセスの設計の指針に関して日米両国の研究者で討論され,その方向が示された。この研究分野の研究者は世界各国において着実に増加しており,今後のエネルギー源の担い手である石炭の画期的な無公害高効率利用プロセスの開発を最終ターゲットとしてこの共同研究をさらに展開していきたいと考えている。本研究は新たな展開をみせている石炭の架橋構造(石炭の三次元構造)の分子レベルでの解明と新しい高効率変換プロセスの設計を目的としている。本年度は研究代表者(飯野教授)および米国側代表者(ラーセン教授)が相手国を訪問し、研究方針の打ち合わせと石炭研究施設を視察した後、日本側2人、米国側1人の若手研究者が中心となり共同研究を行い、次のような研究成果を得た。石炭中の水分の量の変化による石炭架橋構造(特に非共有結合による架橋構造)の変化について共同研究を行った。種々の手法で水分量を調整した石炭を試料とし、流通式微少熱量計を用いて溶媒(水・プロパノール)との混合熱、吸着・脱着熱等を測定した。その結果、水分量の違いにより混合熱等の熱量が変化することが確認された。この変化は、水分量が変化することによる石炭中の架橋構造が変化した結果と考えられる。流通式微少熱量計より得られるデーダを北大で行っているEPR、DSC、膨潤度測定等のデータとあわせて考察することによって石炭の架橋構造に関するよる有益な知見を得られるものと孝え、今後も実験を継続して行くことにした。架橋構造が石炭中の溶媒可溶成分を除くことによりどのように変化するか、又、溶媒可溶成分自身はどのような架橋構造をしているのかを検討した。日本側(東北大)で調整した溶媒抽出物および残渣を米国(ブラウン大学)で主としてDSCを用いてその架橋構造を調べ、抽出率による構造が大きく変わることを見出した。日本側でコンピュータを用いる石炭構造の構築を行っており、その結果についての米国側と討論および評価を行った。推定構造の妥当性の検討には密度と孔隙構造を用いるのが良いなどの結果を得た。なお、この結果の一部はハワイで開催されたGordon会議で発表した。
基本形状配置による機械部品の製造性・安全性などの高速な評価

日本の製造業は,機械製品を低コストで供給する必要に迫られている.多種多様な製品を迅速に市場に投入するためには,製品の製造性などをできるだけ早い時期に評価し,製造が容易な製品を,手戻りの無駄なく設計する仕組みが重要となる.製品の製造性に関する条件の多くは,球や円筒などの基本形状を,製品の立体モデルの内部や周囲に配置する問題として統一的に評価できる.本研究では,この考え方に基づいて製品の製造性などを高速に評価する並列処理アルゴリズムの開発と,GPU(Graphics Processing Unit)を用いた処理プログラムの実装を行った.開発したプログラムを企業に提供し,実際的な性能評価も行った.平成25年度は,基本形状の配置により製造性や安全性を評価できる事例の収集と,各事例について,基本図形を配置する並列処理アルゴリズムの開発とGPUを用いて処理を行うプログラムの実装を中心に研究を行った.過去数年間の研究の過程で,切削加工性,プラスチック部品の成形性,自動車内装部品の安全性など,種類も用途も異なる様々な機械製品の性質が,部品の立体モデル内外への球や円筒,円錐などの基本形状の配置という統一的な手法で解析できることが分かってきた.そこで平成25年度前半には,企業の研究アドバイザの力を借りて,さらに徹底した聞き取り調査を実施し,同様の手法で解析可能な性質の収集を行った.具体的には,工程設計における工具選択,機械部品の組み立て性評価,切削シミュレーション中の切削負荷の解析が,同一形状を多数配置する手法やその拡張で処理可能なことが判明した.平成25年度後半には,配置アルゴリズムの開発とプログラムの実装を行った.既に定式化の終了している切削加工性評価(円錐の配置),成形性評価(球の配置),安全性評価(球の配置)から,アルゴリズム開発とプログラミングを開始した.本研究の提案する手法は,球や円錐などの単純な形状を多数配置するというものであり,本質的に並列処理と相性がよい.特に近年発展と普及が目覚ましいGPUを利用して並列処理を行うと,通常のCPUを用いる場合よりも処理を格段に高速化できる.実際に幾つかの事例について実装を行い性能評価したところ,処理速度を10倍向上させることに成功した.平成26年度は,基本形状の配置により製造性や安全性を評価するプログラムの開発と,それらを企業に持ち込んでの実用性評価を中心に研究を行った.昨年度開発したアルゴリズムに基づいて,以下のプログラムの実装を行った.(1)機械部品内部の厚みや外部の隙間を評価するプログラム:立体の内部や外部に球を配置.球の培地場所の決定にはボクセルモデルと距離場を利用(2)機械部品のフィレット半径を評価するプログラム:立体表面を微細なポリゴン群に変換し,各ポリゴンを長田パッチと呼ばれる三角形状の自由曲面パッチに置き換えることで各ポリゴンにおける「曲率」を評価.(3)機械部品のシャープなエッジを検出するプログラム:立体の各辺に微小な楔形状の配置を試み,配置の可否に基づいてシャープエッジを判別.(4)自動車内装部品の安全性基準の一つであるECE-21を評価するプログラム:立体表面に球や円筒形,正三角形を配置しそれらの和形状を算出.この処理を安定的に実現するために,立体モデルを直方体群に置換.開発したプログラムは研究室内でテストするだけでなく,研究成果に興味を持つ企業に積極的に貸し出し,実務の場において性能評価を行った.その結果(1)(3)については,性能は十分だがユーザインターフェイスに問題があり,そのままでは企業内での利用が困難との評価だったが,(4)については従来技術と比較して10倍を超える高速性を高く評価され,多少の手直しだけで実務での利用が可能,積極的に利用したいとの評価であった.この要望に応えるために現在プログラムの改修を行っている.またこれらの成果については,論文投稿や国際会議での発表を行い,雑誌論文2編掲載,国際会議論文2編の結果となった.平成27年度は,昨年度に引き続き,基本形状の配置により製造性や安全性を評価するアルゴリズムの開発とGPUによる並列処理を用いたプログラム化,そしてそれらを企業に持ち込んでの実用性評価を中心に研究を行った.具体的には以下のアルゴリズムを実現した.(1)自動車の安全性評価.インスツルメントパネルの表面において,ドライバーの膝が衝突する部分を高速に検出するアルゴリズムを開発した.(2)立体内部の厚み解析.立体内部に多数の最大内接球を配置する問題を高速に解決するアルゴリズムを開発した.またこの手法を改良し立体モデルの薄肉部を可視化するアルゴリズムを開発した.(3)金型形状における薄壁形状の検出.プラスチック部品の成形では,材料を高圧で金型内部に射出するため,薄い壁は変形して成型不良を起こしてしまう.部品形状の外部の距離場を解析することで,金型の薄壁に相当する部品上の狭い溝を検出するアルゴリズムを開発した.(4)砥粒加工のシミュレーション.砥粒加工は多数の微小な球が部品表面を削りとる処理と見なすことができる.この考え方に基づいて,ウェハー表面の研削結果を高速に可視化するアルゴリズムを開発した.開発したアルゴリズムはプログラム化し,研究室内でテストするだけでなく,研究成果に興味を持つ企業や研究所に貸し出し,実務の場において性能評価を行った.その結果(1)と(2)については企業において早速利用が決まり,特に(1)については既に実務における利用が始まっている.また(4)については,従来技術と比較して10倍を超える高速性が高く評価されている.これらの研究成果については,現在専門誌と国際会議に投稿中である.また今年度は雑誌論文2本,国際会議1本の新たな掲載が決まった.

日本の製造業は,機械製品を低コストで供給する必要に迫られている.多種多様な製品を迅速に市場に投入するためには,製品の製造性などをできるだけ早い時期に評価し,製造が容易な製品を,手戻りの無駄なく設計する仕組みが重要となる.製品の製造性に関する条件の多くは,球や円筒などの基本形状を,製品の立体モデルの内部や周囲に配置する問題として統一的に評価できる.本研究では,この考え方に基づいて製品の製造性などを高速に評価する並列処理アルゴリズムの開発と,GPU(Graphics Processing Unit)を用いた処理プログラムの実装を行った.開発したプログラムを企業に提供し,実際的な性能評価も行った.平成26年度は研究代表者が入試業務の責任者だったため,研究時間確保がかなり困難であったが,予定通りの成果をあげることができたと評価している.具体的には機械部品の製造性にかかわる幾何的な特徴量をGPUの並列処理により抽出するプログラムを3種類,また安全性評価に関する特徴量を抽出するプログラムを1種類実現し,それらを企業に持ち込み実務の観点から評価を受けたこと,特に安全性評価については実務で利用したい,との評価を受けたことは,生産支援の研究においては最大限の成果と考えている.これらの成果は学術誌論文や国際会議論文の形でも発表されており,学術的な観点からも十分な成果を上げることができたと自己評価している(これら以外にも学術誌論文を3編投稿しており1編が採択となっている).研究の過程では,GPUを用いた並列図形処理について様々な知見を得ることができた.これらは大学院向けの講義を通して学生教育にも反映されている.平成27年度は本研究の最終年度となるが,これまで行ってきた機械製品の製造性や安全性評価のアルゴリズム設計やプログラム開発を継続して行う.プログラムを試用した企業へのインタビューを通して,新たな製造評価についての課題も明らかになってきている.特に機械部品に関する空間的な特徴量,具体的には特定の図形的性質を有する部品間の隙間の抽出や,厚み変化に特定の性質を有する部分の抽出などが要望されている.これらの隙間や厚み変化はプラスチック部品の成型性に大きな影響を与えることが知られているが,これまでこのような特徴形状を抽出するアルゴリズムが存在せず,経験者の目視による判断で処理を行っていた.このような判断を自動化し,積極的に設計者を支援するツールの開発を行いたいと考えている.また設計者を支援するためには,計算機による評価結果を分かりやすく可視化する技術が欠かせない.このような設計支援のための可視化については,これまで全く研究が行われていない.われわれは最終年度に,このような可視化技術についても成果を上げたいと考えている.当初は年度後半にアルゴリズム設計を行いプログラミングを開始することだけを目標としていたが,プログラミング作業が予想以上に順調に進み,幾つかの製造性,安全性評価の課題について,実行性能の評価まで行うことができた.作成されたプログラムを企業所属のアドバイザの方々に見ていただいたところ,非常に実用性が高いと好意的な評価を得ることができた.
造血肝細胞移植を受ける患者の心的世界の変遷への理解とその支援に関する研究

造血幹細胞移植を受けた患者および移植患者・家族を支援している臨床心理士を対象に、質問紙調査を実施した。移植患者は、心理士に対して気持ちを変えるための具体的な方法を教えてほしい、身近な人には吐露できない心情を聞いてほしい等の要望を抱いていた。また、患者の中には退院後も疾患や治療、生活に関連した不安や悩みを抱えている者がいた。心理士は、移植患者の体調や治療状況をとらえ、心理士自身の関わりが患者にとって侵襲的な体験にならないように配慮していた。造血器腫瘍の治療において唯一治癒が望める治療法である造血幹細胞移植(以下、移植とする)は、移植は化学療法の有害事象や移植片対宿主病(graft versus host disease:GVHD)などによる身体機能への影響、行動制限、社会的不利などの様々な障害を抱えることになる。そのため、患者は移植前から社会復帰後の長期にわたり心理的な苦痛を抱え続けるが、造血器腫瘍患者の一般的な特徴として忍耐強く抑制的な傾向が強いことが指摘されており、一人で心理的な苦痛を抱えている可能性は高い。これらのことから、臨床心理士が積極的かつ継続的に介入する必要があると考える。本研究の目的は、多職種からなる医療チームの一員として臨床心理士が果たすべき役割を明確にし、移植前から社会復帰後までの継続した心理的な支援の在り方を見出すことである。平成26年度の計画は、1.先行研究の収集と分析、2.質問紙およびインタビューガイドの作成、3.研究協力者の選出、4.調査協力施設の選出と依頼(移植医療に携わっている臨床心理士への協力依頼も含む)であった。1.先行研究の収集と分析については、国内外で発表された先行研究の整理を進めているが、臨床心理学分野の学術誌等で公表された論文少ないようであり、医学および看護学分野に範囲を広げて収集して分析を行っている。先行研究の分析結果については、平成27年度内に公表できるようにしたいと考えている。2.については、1.の内容を踏まえながら、質問紙およびインタビューガイドの内容について検討している。3.については、臨床心理士としての経験が豊富な協力者を選出しているが、さらに数名の協力者を募る予定である。そして、協力してもらう内容と方法についての調整も同時に行っていく。4.については、正式な依頼はこれから行う予定である。造血幹細胞移植治療(以下、移植)は、白血病や悪性リンパ腫、再生不良性貧血などの造血器疾患に治癒をもたらすことのできる唯一の治療法として確立されてきた。しかし、移植は大きなリスクを伴う治療法であるうえ、移植後も化学療法による有害事象や移植片対宿主病(graft versus host disease :GVHD)などによる身体機能への影響、行動制限、社会的不利などの様々な障害が出現しやすい。そのため、移植を受ける患者は、移植前から社会復帰後の長期にわたって様々な苦痛を体験するが、造血器腫瘍患者の一般的な特徴として忍耐強く抑圧的な傾向が強いという指摘があり、患者が一人で苦痛を抱え込んでいる可能性は高い。海外の報告ではあるが、移植を受けた患者の自殺および事故死の割合は、一般の人口のそれらと比べて高いという。したがって、移植医療にかかわる臨床心理士も、社会復帰後も含めて積極的かつ継続的に支援する必要があると考える。我が国でも、移植患者への長期フォローアップに取り組む施設が認められるようになったが、臨床心理士の支援の実態については不明な部分が多い。本研究の目的は、多職種からなる医療チームの一員として臨床心理士が果たすべき役割を明確にし、移植前から社会復帰後までの継続的な心理支援のありかたを見出すことである。平成27年度の計画は、移植患者への質問紙調査とインタビュー調査、移植医療チームの一員として活動している臨床心理士への質問紙調査の実施であった。計画の進行が遅れているが、現在、調査に向けて準備を進めているところである。平成26年度より計画が遅れており、加えて平成27年度は、調査方法(調査対象施設の選定、質問紙調査およびインタビュー調査の内容等)の検討に時間を要した。それにより、平成27年度に調査を実施する予定であったが、平成28年度に持ち越しとなってしまった。造血幹細胞移植(移植)は、白血病や悪性リンパ腫、再生不良性貧血などの造血器疾患の治癒を目的として行われる治療であり、「治癒」が見込める唯一の治療法である。しかし、移植には大きなリスクを伴ううえ、移植後も化学療法による有害事象や移植片対宿主病(graft versus host disease:GVHD)などによる身体の影響、行動制限、社会的不利などの様々な障害が出現しやすい。こういった様々な障害は、患者の心理的な側面ならびにスピリチュアルな側面にも大きく影響する。さらに、有害事象やGVHDによる影響は、長年にわたって続くものも少なくない。罹患や治療を乗り越える経験は、患者にプラスの体験をもたらすこともあるが、心理的・スピリチュアル的な問題が生涯にわたって続く可能性もある。そのため、“こころの専門職"である臨床心理士が継続的に患者を支援することは、非常に重要である。現在、上述のようなことから移植医療チームに臨床心理士が加わることは多いと思われるが、移植前から移植後の継続的な心理的支援を考えたときに、その活動の実際や、臨床心理士から支援を受ける患者のニーズについて不明な点が多い。そのため、移植患者と臨床心理士の双方に調査を行い、臨床心理士が移植医療チームの一員として果たすべき役割を明確にし、移植前から社会復帰後までの継続した心理的な支援のありかたを見出したいと考えている。

これまでに、調査を依頼する医療機関を選定するとともに、調査項目を再度見直し修正するなど、調査の実施に向けて準備を進めている。補助事業期間の延長を認めていただいており、平成29年度内に調査を完成する予定である。事業開始当初より、先行研究の分析や協力者の選出、質問項目の検討などに時間がかかり計画が遅れていたが、少しずつ進めて平成28年度には調査を実施する予定であった。しかし、平成27年度より産休・育休により休職している者の業務を兼務していたうえに、平成28年度からは病気により通常業務が困難になった者の業務も兼務することになり、研究のための十分な時間が確保できなかった。造血幹細胞移植(移植)を受ける患者・家族に対する心理的支援の実態を明らかにするために、調査を実施している。【研究1】移植を受ける患者・家族の心理的支援を行うスタッフを対象に、活動状況、活動に際し配慮していること等について、自記式質問紙を用いて調査した。54名の対象者に調査票を配布し36名から回答を得た(有効回答率66.7%)。80%以上の対象者が、移植前および移植後から退院するまでの間に何らかの心理的支援を行っていたが、退院後の支援は63.9%にとどまっていた。支援の際は、患者の体調や治療状況をとらえ、自身の関わりが患者にとって侵襲的な体験にならないように配慮しながら気持ちを傾聴していた。くわえて、治療や生活、心理過程等についての説明をしたり対人関係の相談に応じたりして、主体的に治療や療養生活に取り組めるよう支援していた。そして、患者を支える医療チームの一員として、医師や看護師をはじめとする多職種との連携を常に意識しながら活動していた。移植患者が、移植前から退院後まで継続的に、心理士による支援を得やすい環境を整えることが重要である。造血幹細胞移植を受けた患者および移植患者・家族を支援している臨床心理士を対象に、質問紙調査を実施した。移植患者は、心理士に対して気持ちを変えるための具体的な方法を教えてほしい、身近な人には吐露できない心情を聞いてほしい等の要望を抱いていた。また、患者の中には退院後も疾患や治療、生活に関連した不安や悩みを抱えている者がいた。心理士は、移植患者の体調や治療状況をとらえ、心理士自身の関わりが患者にとって侵襲的な体験にならないように配慮していた。先行研究の収集と分析に時間を要し、質問紙およびインタビューガイドの作成が遅れている。さらに、研究代表者の所属研究機関の異動に伴い、調査協力を依頼する施設の選出の見直し、異動先の所属研究機関の規定にのっとって倫理審査の受審手続きを進める必要性がでてきた。そのため、平成27年度4月より患者および臨床心理士への質問紙並びにインタビュー調査を実施することが難しくなっている。研究者が所属する研究機関での倫理審査の受審準備を進め、承認後、移植患者への質問紙調査とインタビュー調査、移植医療チームの一員として活動している臨床心理士への質問紙調査を行う。調査によって得られたデータを分析し、移植患者のたどる心理的体験のプロセスを明らかにするとともに、移植医療チームにおける臨床心理士の活動の実態を踏まえてその役割と課題を見出す。
多変数超幾何関数によるランダム行列理論の新展開と量子エンタングルメントの解明

結合量子系で動力学による時間発展により生成される量子エンタングルメントは動力学が強くカオス的である場合には系の詳細によらない強い普遍性を示す。量子エンタングルメントを計量する特性量はシュミット固有値に関する種々の分布関数である。我々はシュミット固有値の1体分布関数と最大シュミット固有値の分布関数について解析的な公式を理論予想として導出することに成功した。1体分布関数の理論公式を計算する主要な道具は我々が定義したシンプレックス型セルバーグ-金子積分を表す多変数超幾何関数である。最大固有値の理論公式を計算する主要な道具は多変数超幾何関数の特別な場合から導かれるある非線形特殊関数である。結合量子系のエンタングルメントを定量化するために、理論的な確率模型として固定跡アンサンブルを用いてシュミット固有値の1体分布関数の理論式を既に計算していた。当該年度においては、実際の結合量子カオス系としてkicked rotatorを用いた数値シュミレーションを長時間にわたり行った。この系の時間発展する波動関数を時間に沿ってサンプリングを行い、対角化により、シュミット固有値を求めて、シュミット固有値の1体分布関数を精密に計測した。このようにして求めたkicked rotator系のシュミット固有値の1体分布関数を、我々の理論計算による1体分布関数と精密に比較した。kicked rotator系の動力学が十分にカオス的な場合には実測分布が理論分布にたいへん良く一致することが確かめられた。ただし、そのような場合でも、超精密な統計的検定を用いて、実測分布の統計的揺らぎの中に埋もれている情報まで引き出すと、シュミット固有値の1体分布関数の最大固有値とそれに近い固有値の領域で、極わずかな理論分布との違いあることが示唆された。これは、シュミット固有値のうちで最大固有値の分布関数が、結合量子系の動力学的性質を敏感に検出する道具に使える可能性を意味する。以上の結果は、論文として、Phys.Rev.E.87 (2013)062921に報告している。さらに、上述の研究により重要性が示唆された、最大シュミット固有値の分布関数の理論計算を行った。既に、理論分布関数の計算には成功した。現在、結合kicked rotator系における数値シュミレーションにより最大シュミット固有値の分布関数を計測して、理論分布関数と比較する作業を実行中である。数学者の金子譲一氏によりブレイクスルーがあった多変数超幾何関数の理論を我々は更に拡張した。それにより、結合量子系の絡まり合いの統計性を特徴付けるシュミット固有値の1体分布関数に対する厳密な解析的表式と最低次を超える漸近評価式を入手することに我々は初めて成功している。この1体分布関数の理論式を、現実の量子カオス系での数値実験による精密な測定結果と、定量的かつ徹底的な比較を行った。その結果、我々の理論式は数値実験の結果とたいへん精密に一致することが確かめられた。加えて、良く発達した量子カオス系においても、完全なランダム行列による予言からはごくわずかなずれが、分布関数のある一部に、存在することも観察された。これは、予想されていなかったことである。これは、かなり発達した量子カオス系においても、完全なランダム行列理論では記述できない力学的残余がごくわずか存在することを示している。さらに、この力学的残余を感度良く検出するためには、シュミット固有値に関する統計量のどこを見れば良いのかをも示唆している。以上の成果は既に論文としてまとめて、Phys.Rev.Eへ既に投稿している。現在、査読を受けている段階である。加えて、上述の数値実験により示唆された、発達した量子カオス系の持つ力学的残余を検出するための大変敏感な特性量に対する理論を現在構築中である。この新しい特性量は間もなく理論的解析が終わり、数値実験との比較にかけられる。我々がこの前に出版した論文"Measuring dynamical randomness of quantum chaos by statistics of Schmidt eigenvalues",Phys.Rev.E87,062921により、量子カオス系におけるエンタングルメントの動力学による生成において、エンタングルメントの生成に動力学的なズレが残っているか否かを調べるためには、最大Schmidt固有値の分布が最も敏感な指標になっていることが示唆された。そこで、我々は多変数超幾何関数の理論を発展させて、最大Schmidt固有値の分布関数の解析計算を行った。厳密解の計算はすでに終わり、現在、漸近解析を進めている。さらに、加えて、結合量子カオス系の模型として、結合kicked-rotator系を用いて、量子力学による時間発展を数値的に行い、Schmidt固有値を対角化により計算して、量子カオス系における最大Schmidt固有値の分布関数を数値的に計算している。現在、このようにして得た大規模な数値データと解析計算による理論の予言を比較しつつある。この厳密解の計算と漸近解析により、多変数超幾何関数の理論において、物理学からの要請により、数学的にどこを発展させたら有益な結果が得られるかが明らかになり、実際に計算が行われた。近い将来に、この数学的な発展について、論文を執筆する予定である。これは物理学から数学への貢献と言える。また、大規模数値計算の結果と理論的な予言の比較からは、Schmidt固有値の分布関数のどこを見れば、背後の物理系の性質を引き出せるかが明らかになりつつある。これは、将来、本物の実験により、Schmidt固有値の分布が測定できるようになったときに、実験において、どこに注意を集中すればよいかを教えてくれる。

2つの部分系からなる結合量子カオス系における部分系の間の量子エンタングルメントはシュミット特異値の分布関数により統計的性質が記述される。その中でも、系の動力学の性質を最も敏感に反映するのは最大特異値の分布関数である。最大特異値の理論的な分布関数を固定跡アンサンブルにもとづき解析的に計算することに成功した。現在、この理論分布関数と比較するために、結合蹴られたコマ模型を用いた大規模な量子力学による時間発展の数値的シミュレーションが進行中である。理論分関数と模型における数値的分布関数の予備的な比較の結果として、模型の動力学が強いカオス的な場合には、両者の非常に精度良い一致が得られている。今後、模型のパラメータを走査して比較を体系的に進めて、最大特異値の分布関数から系の動力学の性質を引き出す相図を作成する予定である。一方、固定跡アンサンブルによる最大特異値の理論分布関数を解析的に計算するために、多変数超幾何関数に対する金子理論をある場合にそれまで得られていた結果を大きく超えて深化させる必要があった。この数理物理学としての成果を論文にまとめる作業が現在進行中である。結合量子系で動力学による時間発展により生成される量子エンタングルメントは動力学が強くカオス的である場合には系の詳細によらない強い普遍性を示す。量子エンタングルメントを計量する特性量はシュミット固有値に関する種々の分布関数である。我々はシュミット固有値の1体分布関数と最大シュミット固有値の分布関数について解析的な公式を理論予想として導出することに成功した。1体分布関数の理論公式を計算する主要な道具は我々が定義したシンプレックス型セルバーグ-金子積分を表す多変数超幾何関数である。最大固有値の理論公式を計算する主要な道具は多変数超幾何関数の特別な場合から導かれるある非線形特殊関数である。現代数学の成果を物理学に輸入して、物理学において今まで計算できなかった量を計算できるようにするスタイルでの我々の研究は大変うまく進展している。数学における多変数超幾何関数の理論と数学における他のサブフィールドにおける理論(これから論文を書くのでまだ具体的に述べられない。)の関連が、物理からの光によって、明らかになりつつある。このことにより物理学のみならず、数学にも貢献できると考えている。非線形物理学理論計算としては、最大Schmidt固有値の分布関数の漸近解析をまず完成させる。理論予想と数値実験によるデータの精密な比較を行う。さらに、動力学のカオス性が完全でない場合のエンタングルメントを説明する理論を構築して、数値データとの比較を行う。シュミット固有値の1体分布関数については、理論分布と実測分布の比較により、理論分布の正しさ、正確さが確かめられた。最大シュミット固有値の分布関数については、多変数超幾何関数の理論を全面的に利用することにより、理論分布関数を計算することに成功した。量子絡まり合いの統計量に対する我々の理論式と、量子カオス系における大規模数値実験による実測の比較は、成功裏に行われた。
希少糖に誘導されるイネ耐病性シグナル伝達機構の解明

自然界に大量に存在する単糖に対して,微量にしか存在しない単糖を希少糖という.希少糖の1つであるD-alloseを処理したイネでは無処理のイネと比べて菌接種後の白色病斑長が短くなり,D-alloseを処理したイネでは病害抵抗性が誘導されていることが明らかとなった.さらに,1}-alloseを処理したイネ葉では処理後24時間以内にROSの蓄積が認められ,D-alloseにより誘導されるイネの病害抵抗性はNADPHoxidaseをコードするOsrbohCに依存したROSの蓄積によって誘導されていることが明らかになった.また,D-allose処理後からROS蓄積や病害抵抗性誘導に至るまでのイネのシグナル伝達経路を検討した.細胞中における単糖の最初の修飾はリン酸化であることが知られている.そこで,単糖リン酸化酵素であるHexokinase(HXK)の阻害剤であるN-acetyl-D-glucosamineをD-alloseと同時に処理すると,D-alloseの誘導するROSの蓄積や病害抵抗性が消失した.さらに,D-alloseを処理したイネ葉細胞にはD-allose-6-phosphate(A6P)が蓄積することが明らかになった.そこで次に,D-alloseのリン酸化と病害1抵抗性誘導との関係を明らかにするため,D-alloseを特異的にリン酸化する大腸菌ゲノム由来のD-allose kinase(AlsK)をイネで過剰発現させた.その結果,AlsK過剰発現イネではD-alloseにより誘導される白葉枯病抵抗性がより強くなった事より,イネ病害抵抗性誘導にはD-alloseの6位のリン酸化物であるA6P生産が重要であることが明らかになった.予想していた新規の結果を多く獲る事ができたのに加え、それらの結果を論文化し投稿する事ができた。しかし、受理までは辿りつく事ができなかったため、今後所属していた研究室で得られる結果により受理されるレベルにまではたどり着くことができたと考えられるため。研究自体は当初の目的通り完結し、D-alloseのシグナル経路についておおよその解明は終わったと考えられる。今後はD-alloseのリン酸化物がどのようにG6PDH等の他のタンパク質と関わるのかについての研究が進められるのかが課題となると考えられる。自然界に極微量にしか存在しない単糖は希少糖と定義されている。希少糖の1つであるD-alloseはイネにおいて白葉枯病に対する抵抗性を付与し、この抵抗性には活性酸素種の蓄積に起因する細胞死が関与していることが示唆されてきた。そこで本研究ではイネにおけるD-alloseのシグナル伝達機構の解析を行った。植物細胞における活性酸素種の蓄積の原因の1つとしてNADPHオキシダーゼの活性化が挙げられる。そこでイネに対し、D-alloseとNADPHオキシダーゼの阻害剤を同時に処理すると、D-alloseによって誘導される活性酸素種の蓄積が著しく抑制された。この結果より、D-alloseはNADPHオキシダーゼに依存した活性酸素種の蓄積を誘導していることが示唆された。また、単糖のリン酸化を主に行うHexokinase(HXK)の阻害剤をD-alloseと同時に処理すると、D-alloseの付与する耐病性が認められなかった。そこでD-alloseを処理したイネからリン酸化されたD-alloseの検出を試みた。検出の方法としては糖のABEE化によるHPLC解析を行った。その結果、ABEE化を行ったD-allose処理イネの抽出物からリン酸化されたD-alloseが検出された。さらに、D-alloseのリン酸化を行うことが知られている大腸菌由来のAllose kinase (AlsK)を過剰発現させた組換えイネを作出した。Alsk過剰発現イネはD-alloseに対し、高感受性の形質を示したことから、D-alloseはリン酸化されることによりイネに耐病性を付与していることが明らかとなった。そこで本研究ではイネにおけるD-alloseのシグナル伝達機構の解析を行っている。また、これまでにD-alloseがイネの植物体内でリン酸化されることにより耐病性を付与することを報告し、そのリン酸化するダンパク質としてイネのHexokinase5とHexokinase6を同定した。植物の病害抵抗性機構の中で活性酸素種の役割は重要であり、特にその病害感染時における活性酸素種の産出の場として最も研究が進められているのがNADPHオキシダーゼである。NADPHオキシダーゼの阻害剤であるDPIをD-alloseと同時に処理したイネはD-alloseによって誘導される活性酸素種の蓄積を抑制することが認められた。植物のNADPHオキシダーゼをコードする遺伝子はrbohと呼ばれ、イネでも複数同定されている。そこでイネにおける6つのrboh遺伝子の発現挙動解析をD-allose処理イネを用いて解析した結果、rboh遺伝子群の中でrbohCのみが有意に発現誘導されていた。そこで、rbohC過剰発現イネの作出を目的としたバイナリーベクターを作成し、rbohCの過剰発現イネを作出した。次に得られた種子を用いてrbohCの過剰発現体を用いた解析を試みた。