hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規誘導体化分析法を利用する高精度ペプチドミクス

質量分析計を用いたペプチドの配列決定は難しい場合があるが、N末端を化学修飾することによってその信頼性を高めることができる。しかし、N末端選択的な修飾反応や、ロイシンとイソロイシンの判別が課題であった。そこで本研究では、酸化的アミド結合形成反応を用いることによってN末端選択的な修飾を達成し、高エネルギーCID条件下での側鎖開裂を促進する化学修飾構造についても明らかにした。さらにこれらの手法を用いて、サソリ毒液中に含まれる3種の抗菌性ペプチドの構造決定に成功した。配列情報がデータベースに存在しない未知タンパク質・ペプチドの配列解析を、質量分析計を用いて行う(de novo sequencing)には、信頼性の高いMS/MSフラグメントの帰属が重要である。しかしながら多くの場合、ペプチドのフラグメント化は不完全かつ複雑におこるため、スペクトルの解釈が難しい。このような問題点を克服する一つの手段として化学修飾法がある。化学修飾をペプチドに施すことにより、フラグメント化を促進することが可能であるだけでなく、解釈の容易なスペクトルを得ることができる。これまでの研究により、プロトン親和力の高いアミジノ安息香酸をペプチドのN末端アミノ基に導入することによって、この目的を達成できることを明らかにしている。しかしながら、これまで用いてきた導入反応(スクシンイミド法)ではリジン側鎖のアミノ基にも導入されてしまい、その場合修飾による効果が失われてしまう問題があった。そこで、当該年度の研究では、アミジノ安息香酸をN末端アミノ基に選択的に導入する手法について検討した。ペプチドのN末端アミノ基に選択的に導入する方法として、ポルフィリン触媒の存在下でアルキン成分とアミノ基との間で酸化的にアミド結合を形成する反応が知られている。本研究においてはこの反応を適用するため、アミジノ安息香酸と4-エチニルアニリンを縮合させ、これをアルキン成分として用いた。この試薬を上記の酸化的アミド化反応に供したところ、N末端アミノ基選択的に導入されることが分かり、de novo sequencingにおいて有用な修飾試薬となりうることが示された。配列情報がデータベースに存在しない未知タンパク質・ペプチドの配列決定を、質量分析計を用いて行う(de novo sequencing)には、信頼性の高いMS/MSスペクトルの帰属が重要である。しかしながら、多くの場合、スペクトルは複雑であるために帰属が容易ではなく、質量分析だけで完全に配列決定をおこなうことが難しい。このようなde novo sequencing法のもつ問題点を克服することを目的として、ペプチドのフラグメント化を促進させ、解釈の容易なスペクトルを得るための新たな化学修飾法の開発をおこなってきた。しかしながらこれまでの研究では、低エネルギーCIDをフラグメント化の手法として用いてきたため、ロイシンとイソロイシンの区別は不可能であった。これは、両者が同じ質量を持つためであり、その区別には側鎖部分が開裂したフラグメントまで観測する必要がある。このような開裂を引き起こすには高エネルギーCIDが必要であるが、この条件下においても常に起こるわけではなく、N末端側に高い塩基性をもつアミノ酸残基の存在が必要とされている。そこで、当該年度においては、ペプチド中に含まれるロイシンとイソロイシンの区別を目的として、それらの側鎖開裂を促進する化学修飾構造について検討した。種々の塩基性基を持つ構造をペプチドN末端に導入し、高エネルギーCIDによるロイシンとイソロイシンの判別が可能であるか調べた。その結果、グアニジノ基をもつ構造が、判別に必要なフラグメントを最も強く与えることが分かった。さらに、この構造は低エネルギーCID条件においても、主鎖のフラグメント化を促進する効果もあることから、両方のCID条件下で併用できることが明らかとなった。配列情報がデータベースに存在しない未知タンパク質・ペプチドの配列決定を、質量分析計を用いて行う(de novo sequencing)には、信頼性の高いMS/MSフラグメントの帰属が重要である。しかしながら、MS/MSスペクトルは複雑であるためにその解釈が難しく、完全な配列決定ができない場合が多い。申請者はこのようなde novo sequencingの問題点を克服するため、ペプチドのN末端アミノ基を化学修飾することによってフラグメンテーションを変化させ、解釈の容易なスペクトルを得ることに成功している。しかし、ペプチドのN末端アミノ基への選択的な化学修飾、同じ質量をもつロイシンとイソロイシンの判別が課題として残されていた。そこで本研究ではこの二つの課題の解決に取り組んだ。まず、フラグメンテーション改善効果のある化学修飾構造であるアミジノ安息香酸を、N末端アミノ基に選択的に導入する手法について検討した。ポルフィリン触媒存在下でアルキン成分とアミノ基との間で酸化的にアミド結合を形成する反応は、ペプチドのN末端アミノ基選択的に起こることが報告されている。そこで、この反応を用いてアミジノ安息香酸を含むアルキン化合物の導入を試みたところ、N末端アミノ基選択的に導入されることが分かった。また、強力な縮合試薬を用いることによってもN末端選択的導入が達成できることを見出した。続いて、ロイシンとイソロイシンの判別を目的として、高エネルギーCID条件下での側鎖開裂を促進する化学修飾構造について検討した。その結果、グアニジノ基をもつ構造が、判別に必要な側鎖開裂由来のフラグメントを最も強く生じさせることが分かった。これらの手法を用いて、マダラサソリ毒液中に含まれる抗菌性ペプチドのde novo sequencing法による配列決定を試みたところ、3種のペプチドの構造決定に成功した。

しかし、N末端選択的な修飾反応や、ロイシンとイソロイシンの判別が課題であった。そこで本研究では、酸化的アミド結合形成反応を用いることによってN末端選択的な修飾を達成し、高エネルギーCID条件下での側鎖開裂を促進する化学修飾構造についても明らかにした。さらにこれらの手法を用いて、サソリ毒液中に含まれる3種の抗菌性ペプチドの構造決定に成功した。当該年度の目標は、高エネルギーCIDを用いたロイシンとイソロイシンの判別を可能とする新たな化学修飾法の開発であった。種々の検討をおこなった結果、その判別を十分に可能とする修飾構造が見いだされたことから、目標はある程度達成できているものと考える。生物有機化学初年度におこなったN末端アミノ基への選択的導入方法の開発において、当初の目標は十分達成できていたものの、ペプチドの配列によっては副反応が起こる問題があることが新たに判明した。そこで、新たなN末端アミノ基への選択的導入方法の開発に着手するとともに、サソリ毒液中の生理活性ペプチドの効率的構造解析をおこなう予定である。当該年度の目標の一つは、ペプチドN末端アミノ基への選択的なアミジノ安息香酸の導入法の確立であった。この課題については、上記の通りほぼ計画通りに進展している。一方、もう一つの目標であった、N末端側フラグメントの効率的な帰属方法の確立については、安定同位体を導入した修飾試薬の合成によって達成できると考え、現在のところテストスケールではあるが、上記のアミジノ安息香酸を含むアルキン成分に安定同位体を導入することに成功している。この試薬を併用することでN末端フラグメントの効率的な帰属が可能であるものと思われる。これらのことから、現在までの達成度はおおむね順調に進展していると考えている。上記の通り、本研究課題は現在のところ計画通り進展している。次の課題となるのは、ペプチド中に含まれるロイシンとイソロイシンの判別である。当初の計画では、一般的にはその判別が難しいとされる低エネルギーCIDを用いて区別が可能な手法の開発を目指す予定であった。しかしながら、ロイシンとイソロイシンの判別がより容易である高エネルギーCIDによるフラグメント化が可能である質量分析装置を使用できる状況になったため、当初の目的に加えて、高エネルギーCID条件下で、さらに効率的にロイシンとイソロイシンの判別を可能にするような化学修飾法の開発を目指す予定にしている。
cRNAを使ってゲノムインプリンティング遺伝子の発生ステージ特異的発現を解明する

近交系マウス(C57BL/6J♂)およびコマーシャル産卵鶏(White Leghorn♂)を用い、脳・肝臓・腎臓・精巣の5つの発生ステージ(胚14日、胚17日、生後1日齢、1週齢、8週齢)ごとに5つのDnmt(Dnmt1/Dnmt2/Dnmt3a/Dnmt3b/Dnmt3L)遺伝子の発現量の変化をマウスおよびニワトリ間で比較しながら調べDNAメチル化酵素関連遺伝子の発現時期、発現場所および発現動態を解析した。解析は、各発生ステージにおける各遺伝子の発現量を、リアルタイムPCRを行い調べた。また、マウスにおけるCGRP遺伝子およびCT遺伝子についても同様に実施し、さらにin situ hybridizationにより発現部位の同定を試みた。(1)Dnmt3L遺伝子がニワトリにはないとの報告があり、このためニワトリDnmt3Lの解析は実施できなかった。(2)Dnmt遺伝子の発現パターンは、肝臓と腎臓では発生および成長に伴って減少する傾向にあったが、脳と精巣ではそのパターンは異なっていた。ニワトリの精巣での発現は肝臓と腎臓のパターンに似て、発生および成長に伴って減少する傾向にあった。(3)ニワトリにはインプリンティング機能が備わっていないとする論文があるが、本研究でニワトリDnmt遺伝子発現が確認でき、その発現量はマウスとほぼ同程度であった。以上から、マウスおよびニワトリにおけるDnmt遺伝子の使われ方が種、臓器間で異なっているものと考えられた。一方、マウスおけるCGRPおよびCT遺伝子の発現は脳で高い傾向にあり、肝臓および心臓では低かった。この結果はこれまでの報告と一致した。これらのcRNAをプローブとしたin situ hybridizationの結果、甲状腺での発現が高く、Sense・Antisense鎖ともに強い発現が観察された。以上より、遺伝子発現の定量および発現の局在をcRNAプローブを用いることで、これまで明確ではなかったAnti-sense鎖RNAの発現様式を正確に解析できる可能性が広がった。本年度は近交系のマウス(C57BL/6J♂)を用い、脳、胸腺、心臓肺、肝臓、脾臓、腎臓、精巣の5つの発生ステージ(胚14日〔E14〕、胚17日〔E17〕、1日齢〔1D〕、1週齢〔1W〕、8週齢〔Adult〕)ごとに3つのDumt(Dnmt1、Dnmt3a、Dnmt3b)遺伝子の発現量の変化を調べDNAメチル化酵素関連遺伝子の発現時期、発現場所および発現動態を解析した。解析は、各発生ステージにおけるDnmt遺伝子の発現量を、リアルタイムPCRを行い調べた。RT-PCRで全てのサンプルについて各臓器における発現パターンを調べ、それを基に特徴的な脳、肝臓、精巣の3つの臓器についてリアルタイムPCRを行った。(1)Adultの脳でDnmt1とDnmt3aの発現量は、他の遺伝子と比較して顕著に高かった。このことはマウス成体でDnmt1とDnmt3aが、神経システムの調節と成体中枢神経系でシナプス可塑性を調節する役割を担っている(Jonathan et al.,2005)ことに起因する結果となった。(2)Dnmt1の発現は、脳と肝臓では1Dが最も高く、1WAdultで減少する傾向にあった。(3)Dnmt3aの発現は、3つの臓器でDnmt1と同様なパターンを示した。(4)Dnmt3bの発現は、脳と肝臓においてDnmt1およびDnmt3aと同様なパターンを示した。しかし、精巣では発生ステージ間に大きな変化は見られなかった。このことから、Dnmt遺伝子は脳と肝臓における発現と精巣における発現の動態が異なるものと考えられ、Dnmt遺伝子の使われ方が臓器間で異なっているものと考えられた。このような解析の結果をもとに最終年度となる来年度は、各臓器の発現部位の特定をin situ hybridization法を用い、さらにDnmt遺伝子のセンスおよびアンチセンスcRNAをプローブにしてさらに詳細に検討を進める計画である。

以上から、マウスおよびニワトリにおけるDnmt遺伝子の使われ方が種、臓器間で異なっているものと考えられた。一方、マウスおけるCGRPおよびCT遺伝子の発現は脳で高い傾向にあり、肝臓および心臓では低かった。この結果はこれまでの報告と一致した。これらのcRNAをプローブとしたin situ hybridizationの結果、甲状腺での発現が高く、Sense・Antisense鎖ともに強い発現が観察された。以上より、遺伝子発現の定量および発現の局在をcRNAプローブを用いることで、これまで明確ではなかったAnti-sense鎖RNAの発現様式を正確に解析できる可能性が広がった。
中枢神経系における補体の役割についての研究

日本学術振興会の研究費支援により、この2年間、我々は補体(C)の活性/調節、そして脳における補体の役割に焦点を当てて研究した。まず、我々は、種特異的補体制御膜因子であるCD59が重要な機能をもつことを発見した。それは、巨大な膜攻撃複合体(MAC)の形成を制御する役割の他に、未熟なサイズのMACによって形成されるイオンチャネルをブロックする作用を持っているということである。この結果、「CD59をMACの表面に注入すると、なぜCD59を発現する脳内細胞の代謝が阻害されないか」を明らかにした。また、C5aレセプター分子(C5aR)が錐体細胞と脳の海馬領域のような脳内各部の神経系で見られた。しかし、錐体細胞内におけるC5aRの発現は、アルツハイマー病の脳内では認められなかった。この結果、C5aR発現細胞は壊れやすいことをがわかった。また、分子レベルでの実験において、C5aRの異常発現によるラット脳の錐体細胞で、アポトーシスを誘因するのに成功した。この活性はまた強いカルシウム・インフラックスをともなった。さらに、C5aの機能を特異的に阻害するペプチドの抑制作用を解析した。試験管内実験で、C5a投与による好中球内カルシウム・インフラックスを濃度依存的に抑制した。また、そのペプチドは神経芽細胞腫中のC5aRの異常活性化を濃度依存的に起こした。生体内での実験では、そのペプチドが敗血症のラットモデルにおいて、C5a発生の有害な影響を効果的に阻害した。すなわち、ペプチド治療を受けていないラットは全滅したが、治療をうけたすべてのラットが生存した。
モノクロ-ナル抗体を用いた画像診断法:各種心疾患における臨床応用

【目的】我々は、心筋ミオシン重鎖に対するモノクロ-ナル抗体を用いた画像診断法を開発し、実験的心筋梗塞にて、その有用性を示してきた。今年度は、心筋梗塞、心筋症、心筋炎など心筋壊死を伴う諸疾患を中心に、臨床例における本法の有用性を検討した。【方法】上記疾患の症例において、抗ミオシン抗体(インジウム標識:2mCi)を投与後、経過を追って、48時間後まで、シンチグラムを撮像した。【結果】皮内反応陽性例(発赤のみ)を稀に認めたが、それ以外には抗体投与に伴うは認めなかった。発症2週以内の急性心筋梗塞例では、約80%の例で、臨床的に推定される梗塞部に一致した抗体の取り込みを認めた。陰性例は、心内膜下梗塞など梗塞サイズが小さい例や、下壁梗塞例に認められた。陽性例では、静注後6時間では、血中に残存するインジウム活性が障害となり、判読困難であったが、24、48時間目には、梗塞部に明かな取り込みを認めた。冠血栓溶解療法や、冠動脈拡張術を施行し、再灌流が得られた例では、抗体の取り込みが強い傾向があった。梗塞後2週を越えた亜急性慢性梗塞例では、全例、陰性であった。不安定狭心症や、拡張型心筋症、心筋炎などは、いずれも少数制だが、全例陰性だった。【考案】本法にて、急性心筋梗塞を高率に陽性像として抽出できた。今回の抗体は標識法を改良し、血中排泄率を促進したもので、抗体投与後24時間から、良好な陽性像が得られた(米国セントコア社の抗体では、48時間後でないと良好な像が得られない)。また、米国の抗体を用いた報告では、発症後数カ月から9カ月程度の慢性梗塞例でも、抗体の取り込みを認めているが、今回の検討では、慢性例では、陽性例はなく、その解釈については今後の問題である。以上、本検査法は、特に心筋梗塞の画像診断法として有用と考えられた。更に、梗塞サイズの定量評価、梗塞以外の疾患における有用性など、今後の課題と考えられる。
インユーテロ幹細胞移植による動物体内を利用したヒト血液・臓器作出

臓器不全症の治療には臓器移植が有効であるが、ドナー不足や生体適合性の問題などを解決できていないのが現状である。そこで、移植可能な臓器を患者自身の細胞から作ることは再生医療の重要な目標の1つである。研究代表者が参加している研究チームでは、臓器欠損動物の胚盤胞期胚に正常多能性幹細胞をインジェクションし臓器を作出する方法「胚盤胞補完法」で、キメラ動物体内に膵臓・腎臓などを生産することに成功している。しかしながら、この方法をヒトへ応用するにあたって課題が二つある。一つは、キメラ形成能のあるヒトiPS細胞が樹立できていない。また、ヒト細胞が動物の神経や生殖腺に寄与してしまうことを懸念する倫理的問題のため、倫理問題をクリアにしながらの実験が求められ、ヒトの臓器作出にすぐに応用できないのが現状である。そこで、本研究では、血液あるいは臓器欠損マウス胎仔に分化運命の決定している前駆細胞を局所的に移植する方法で動物体内での臓器作出が可能かどうかを検証する。この方法であれば、上述の二つの課題の解決を待つことなくヒト血液あるいは臓器の作出を試みることが可能である。マウス胎仔への細胞移植の報告例はあまりなかったが、受精後12日以降の胎仔に細胞を移植したとしても正常に発生させることが可能であることがわかった。そして、血液欠損マウスに異系統(GFP系統)由来の造血幹細胞を移植したところ、移植が成功していない場合は、胎仔は出生直後に発生停止したが、移植が成功していた胎仔は2ヶ月後でも生存していた。また、そのマウスの血液を調べたところ、GFP蛍光を示しており、異系統由来の血液を補完することに成功した。これから、異系統由来の血液について、詳細な解析をすすめることで、血液だけではなく免疫系も産生することができているかどうかを確認する予定である。マウスにおいてインユーテロ移植による異系統血液の補完が成功しており、現在血液の詳細な解析をすすめながら、異種(ラット)由来血液でも補完が可能かを検証しているため。血液欠損マウス胎仔に異系統由来あるいは異種(ラットあるいはヒト)由来の造血幹細胞を移植することで、マウス体内に異系統由来あるいは異種由来の血液を生産することが可能かどうかを検証する。異系統由来の血液については、詳細な解析をすすめることで、血液だけではなく免疫系も産生することができているかどうかを確認する予定である。学内の海外派遣事業を利用して、スタンフォード大学にて本研究課題の実験サンプル解析を実施することが可能になったため。帰国後に次年度使用額の予算を使用した実験を実施する。
ゲノム情報に基づくシアノバクテリアの立体的構造パターン形成の研究

生物が作る構造は基本的には動的なもので、ある意味では一過性のものである。細胞が動きながら分裂を繰り返すことで、生物体全体としての構造が作られる過程は、創発と考えることができる。本研究では、シアノバクテリアの一種が前後に規則的な運動を行いながら、寒天培地上で渦巻き構造を生ずることを超細胞構造と考え、生物構造の創発の単純なモデル系として解析した。電子顕微鏡観察、タイムラプス観察、ゲノム解析の結果、この細胞の運動は粘液銃モデルで説明できると考えられ、前後運動の際に、細胞体が回転していることもわかった。これらの結果に基づき、細胞と寒天との相互作用に依存した渦巻き形成モデルを提案した。本研究は,生物の「生物らしさ」の本質を理解するため,創発的な現象の代表例として,シアノバクテリアのフィラメントが集団で形成する2次元・3次元の構造形成に関わる遺伝子の解明とともに,運動の力学的解析を通じて,構造形成の数理的な解明を目指している。本年度は,<i>Phormidium</i> sp. strain KSのゲノム解析を中心に行った。昨年度に454によって得たリードのアセンブル結果を元に,scaffold間をPCRで増幅し,Sanger法によるシーケンスによって接続する作業を繰り返した。その結果,5.2 Mbpのメインゲノム,0.5 Mbp,0.25 Mbp, 87 kbp, 32 kbp, 14 kbpの環状プラスミドの配列を得た。さらにIllumina MySeqによる150塩基長ペアエンドの5000万リードを得て,これについてvelvetを用いてアセンブルを行い,平均カバレッジ26程度のコンティグを得た。今後は,これら両者を会わせて,配列の補正を行い,最終的な塩基配列を完成する。さらに,遺伝子の推定とアノテーションを行う。なお,今の段階で,運動に関わる遺伝子として,Type IV piliに関わる遺伝子を同定した。これに加えて,電子顕微鏡による観察を行い,このシアノバクテリアは,薄いディスク上の細胞が多数積み重なって,一つのフィラメントを構成していること,細胞の外側には,多糖類と思われる繊維状のものでできたさや状構造体が形成され,細胞が移動したあとには,さやが残されることなどを確認した。今後は,これらの情報を総合して,細胞運動によるマクロな構造形成のしくみを解明する。そのため,Phormidium sp. strain KSのゲノム配列の解析と,細胞運動と増殖の時間経過を記録する手法の開発をおこなった。1.ゲノム解析:KS株の細胞を大量培養し,塩化セシウム超遠心により,ゲノムDNAを調製した。これを,共同研究先に送付し,Rocheの454シーケンサーによる配列解読を行った。第1回目の解析では,13Mbp以上,250個あまりのscaffoldが得られたが,詳しく見ると,シアノバクテリアの配列の他に,明らかに異なる2種類の細菌の配列が混ざっていた。この理由は,KS株に大きな運動性があるためにコロニーができず,そのために純化が難しかったことがある。そのため,trimethoprim存在下での培養を繰り返し,細菌を除去する処理を行った。再度DNAを調製し,シーケンスを行った。この結果,80万リード,2億塩基対の配列から,32個のscaffoldを含む合計9.7Mbpのゲノム配列(平均の厚さ23)を得た。2.運動解析:KS株は,数十個の細胞が連なったフィラメントが,数分の周期で前後運動を繰り返す。この運動を記録するため,観点培地上の比較的短いフィラメントを用いて,顕微鏡観察を行い,CCDカメラで経時的に記録した。方向転換の後,最初の速度が最も速く,その後,速度が低下するという特徴があった。往復周期は,片道,300-400秒であり,その間に約100マイクロメートル進んだ。フィラメントが長いほど,速度は大きかった。渦巻き形成は,フィラメントが潜り込まない1.5%以上の寒天培地上で見られた。本研究で対象としたのは、シアノバクテリアの一種<i>Phormidium</i> sp. KS株である。

この株を含むOscillatoriaの仲間は、円盤状の細胞が多数積み重なったフィラメント状構造を持ち、前後に規則的な運動を行っている。寒天培地上で培養すると、やがて渦巻き構造を生ずる。これを超細胞構造と考え、生物構造の創発の単純なモデル系として解析した。この株の運動の仕組みを知るため、電子顕微鏡観察を行ったところ、細胞隔壁の両側に小さな穴が多数一列に並んでいることがわかった。さらに細胞体本体とそれを包むシースの間の間隙が、細胞隔壁のところで拡がっていることも確認された。これらの結果は、すでに近縁の<i>Phormidium</i>で知られているslime gun model(粘液銃モデル)による運動機構を示唆している。次に前後往復運動のタイムラプス観察を行い、方向転換直後の速度が最も速く、その後の速度が指数関数的に減少することがわかった。この結果も、粘液銃モデルで説明できると考えられた。また、前後運動の際に、細胞体が回転していることもわかった。次にゲノム解析を行い、すでに<i>Nostoc punctiforme</i>で知られている粘液産生に関わるhps遺伝子群とシグナル伝達に関わるhmp遺伝子群のすべてがそろっていることを確認した。渦巻き形成が1.1%以上の寒天でしか起こらないことから、細胞と寒天との相互作用に依存していることを考慮して、細胞の運動に基づく渦巻き形成モデルを提案した。生命基礎論ゲノム解析が,二通りの方法で進み,ゲノムの全体像がほぼ明らかになってきたので,当初目指していたことは達成できていると評価できる。ゲノム解析は,ゲノムサイズが大きいために時間がかかっているが,概ね,予想通りの進行状況である。細胞を再度純化したことにより,きれいなゲノム配列を得ることができている。その後,通常はシアノバクテリアの培養に用いない別の培地を用いた培養条件では,コンタミのない培養ができることもわかり,こうした,コロニーを作らない細菌の扱い方として,他の細菌の扱いにも応用できる可能性があり,大きな進歩が得られたと評価できる。細胞運動の解析については,CCDカメラを用いて記録した連続画像を解析し,さまざまな基礎的な運動パラメータを得ることができた。これをもとにして,次の解析に臨むことができる。さらに,培地濃度が構造形成に影響を与えることが分かったことも,大きな進歩である。以上,まとめると,概ね順調に進展していると言うことができる。今後は,ゲノム配列の完成に向けた,配列のブラッシュアップとアノテーションを進める。アノテーションに関しては,従来から開発してきたGclustによる多種シアノバクテリアを用いた遺伝子クラスタリングを利用することにより,効率よく進めることができると考えられる。7 Mbpのゲノムは,シアノバクテリアとしてはかなり大型であるが,今の技術であれば,問題なく完成することができると思われる。これに加えて,当初の全体目的である,動く細胞が作る動的な構造について,その形成に関するモデルを構築する。ゲノム情報から得られる運動装置のセット,電子顕微鏡観察から得られる細胞周囲の構造,細胞フィラメントの運動解析,そしてマクロな構造形成経過などの,異なるレベルでのデータを階層的に組み上げて,ミクロからマクロにいたる構造の階層を明らかにする。これに基づいて,最終的に観察されるマクロな構造のしくみを提案する。
大脳皮質における歯根膜機械受容の遅順応性ニューロンの存在に関する研究

歯根膜機械受容紀器からの感覚情報は、一次求心神経においてはほとんどが遅順応性の応答を示している。しかしながら、それが大脳皮質体性感覚野まで投射していくまでに、どのような修飾を受けるかについて、いまだに不明の点が多かった。その点を明らかにする目的で、中継部位である視床VPM核における情報処理機構も含めて研究を行った。その結果次のことが明らかとなった。1)大脳皮質体性感覚野にも、確実に遅順応性歯根膜機械受容ニューロンが存在していること。2)三叉神経核から視床後内側腹側核(VPM)への投射の時点で、歯根流機械受容の感覚情報は大きく修飾を受けることと。即ち、一次求心神経及び三叉神経知覚核群においてはユニットの80%が遅順応性応答を示すのに対し、視床VPM核では、その比率は44%に低下していた。その他、受容野については、視床投射までは、ほとんど(90%)が一歯にしか受容野を持たないのに反し、視床では、一歯の受容野も持つものは13%しかなく、他は一歯以上の広さを持っていた。これらは、三叉神経核から視床へ投射時点、あるいは、投射内で、収束が強くなされてきていることを示している。3)視床から大脳皮質体性感覚野への投射では、前者のような大きな変化は生じていないこと。即ち、遅順応性ユニットの比率は大きく低下(44%→8%)してはいるが、受容野の広がりについては、視床ユニットとあまり変化がなかった。これらの結果から、大脳皮質体性感覚野ニューロンは、いままで報告されていなかった遅順応性ニューロンが存在していることから、歯の機械刺激に対して持続的な触感覚を持ち得るものと考えられた。咀嚼運動の中枢機序を知る上で重要な歯根膜機械受容の大脳皮質体性感覚野レベルでの情報処理機構についてすでに知られている末梢での結果と比較しながらネコを用いて電気生理学的に明らかにした.今年度は,大脳皮質に投射する前の情報処理の場である視床について集中的に調べ,次年度における大脳皮質体性感覚野での応答の性質を調べるための準備とした.その結果, 1)視床での歯根膜機械受容ニュートロンは,視床VPM核の内腹側に局在すること, 2)全ニュートロン(354個)中,遅順応性ユニットが全体の44%(155個)残っていた.3)体幹の体性感覚情報と異なり同側支配および両側支配のニュートロンが少なからず存在していた.それぞれ全体の25%, 23%であった.4)末梢でのユニットの受容野は,ほとんどが一歯支配のみであった(95%)が,視床ニュートロンでは1歯のみのものは少なく(13%),ほとんどが多歯支配であった.5)全歯を同側上顎,同側下顎,対側上顎,対側下顎に4分割して受容野の広がり方を調べてみると4分割中, 1分割にのみ限局するもの, 2分割, 3分割, 4分割に広がるものはそれぞれ53%, 36%, 10%, 16%であった.これらのユニットは,収束が進むものほど(受容野が広いものほど)視床VPL中の歯根膜応答領域の尾側部に移っていた.即ち, 1分割の収束の少いものは吻側部に集中し,収束の最も強い4分割ニュートロンは最尾〓〓局〓在していた.

6)収束のやり方は,決してランダムではなく,法則性のあるものであった.即ち, 2分割のニュートロンでいえば咀嚼に必要な上下顎の咬み合わせになる対のものが最も多く,咀嚼運動に意味をもたない上下顎対側どうしの組み合わせは全く存在しなかった.7)これらの結果から視床レベルでの情報処理がかなり行われているが,遅順応性ユニットの大脳皮質での存在の可能性はかなり高いものと考えられた.前年度に視床VPM核において調べたところ、歯根膜遅順応性機械受容ユニットが43.8存在していた。これらのニューロンから大脳皮質への投射によって、全てが速順応性となる可能性は少いと考えられたことから、大脳レベルでの遅順応性ユニットの存在が考えられた。実験はネコをアルファクロラロース麻酔し、大脳皮質体性感覚野より、タングステン微小電楹によりユニットを記録した。記録できたユニットは62個であった。その中で5ユニット(8%)が遅順応性であり、57ユニット(91.9%)が遅順応性であった。その中で方向特異性のあるものが3ユニット(7.5%)、ないものが37ユニット(92.5%)であった。受容野については、歯列を四分割して、それのどれくらいの数まで広がっているかについて調べたところ、1Quadrant(四分割)ユニットが27(43.5%)、2Quadrantユニットが20(32.3%)、3Quadrantは0、4Quadrantが7(17.5%)であった。その結果、次のことが結論できる。1)数は少なかった(8.0%)が、大脳皮質体性感覚野には遅順応性ユニットが存在していることが明らかとなった。いままで、遅順応性ユニットが報告されていなかったのは、研究の目標が順応性を問題にしなかったためとも考えられる。2)遅順応性ユニットは視床VPM柱で43.8%もあるのに対し、大脳皮質体性感覚野では80%であり、大きくその比率を下げている。同時に方向特異性も視床では19.8%で、大脳皮質では7.5%と、これも比率が下がっている。しかしながら、受容野については、視床での広がりと大脳皮質での広がりとそれほど変わりがないことから、三●神経核から視床への投射の時の変化よりも、視床から大脳皮質への投射のときの変化が少いと思われた。
葉緑体の転写後制御を司るRNA結合性PPRタンパク質の機能解明

葉緑体遺伝子の発現制御におけるペンタトリコペプチドリピート(PPR)タンパク質ファミリーの分子機能を解明することを目的として、ヒメツリガネゴケを用いて研究を行った。今年度の主要な成果は下記の通りである。(1) PpPPR_21遺伝子ノックアウト変異株(KO株)で、光化学系II (PSII)機能の顕著な低下とPSII複合体の形成不全が観察された。その原因について詳細に解析した結果、KO株ではPSIIの低分子サブユニットをコードするpsbI遺伝子とPSII複合体形成に関わるycf12遺伝子の共転写物が全く蓄積していないことを明らかにした。さらに、in vitroのRNA結合実験を行い、PpPPR_21がpsbI mRNAの5'非翻訳領域および翻訳領域に特異的に結合することを明らかにした。PpPPR_21はpsbI-ycf12 mRNAの安定性に働いていることが強く示唆される。本成果をPlant J.に発表した。(2)当研究室で作製したPpPPR遺伝子KO株ライブラリーの中から、野生株と同程度の原糸体の生育速度を示し、かつ葉緑体NADH dehydrogenase-like (NDH)活性を欠く2種類のKO株を取得した。葉緑体NDH複合体サブユニットをコードする11種の葉緑体ndh遺伝子の発現レベルが野生株とKO株とでほぼ同程度であった。(3)シチジン(C)からウリジン(U)へのRNA編集にPPR-DYWタンパク質が働いている。PPR領域が特定のRNA編集部位の認識に働くことが分かっていたが、DYWドメインの役割は不明であった。そこで、RNA編集におけるDYWドメインの役割を明らかにするため、特定のRNA編集だけが起こらない変異株に、様々なアミノ酸変異をDYWドメインに導入した変異PPR-DYWをRNA編集欠損変異株で発現させ、RNA編集の回復レベルを調べた。その結果、DYWドメインの37番目から42番目のアミノ酸領域がRNA編集部位特異的認識に寄与していることを初めて明らかにした。本成果をPlant & Cell Physiol.に発表した。PpPPR_21の分子機能を解明しその成果をPlant Journal誌に発表した。さらに、これまで取得した多数のPPR遺伝子ノックアウト株をスクリーニングした結果、葉緑体NDH複合体の形成に関与すると予想される2種の候補PPRタンパク質を絞り込むことができたのは大きな前進である。以上の理由から、概ね順調に進展していると判断した。最終年度は当研究室で保有している多くのPPR遺伝子ノックアウト株の分子的特徴付けを進める。そのため、葉緑体とミトコンドリアのゲノム全域をカバーするタイリングオリゴアレイを用いた解析を行い、遺伝子発現レベルの僅かな影響を見逃さないよう最新の注意を払いながら進める。しかし、本解析はRNAの蓄積レベルやRNAスプライシング、RNAプロセシングの異常を検出するには有効であるが、mRNAの翻訳レベルでの影響を検出できないのが難点である。そこで、RNA-Seq解析を取り入れたリボソームプロファイリングを行い、mRNAの翻訳レベルでの制御の可能性も調べていく。葉緑体遺伝子の発現制御におけるペンタトリコペプチドリピート(PPR)タンパク質ファミリーの分子機能を解明することを目的として、PPR遺伝子ノックアウト株の作製と機能解析、標的RNA分子の同定と結合RNA領域の決定を行った。本年度は2種のPPRタンパク質(PpPPR_66とPpPPR_21)の機能解明について大きな進展があった。(1)ヒメツリガネゴケのPpPPR_66をノックアウトした変異株(KO株)を作製しその特性を調べた。KO株は野生株と同程度の原糸体の生育速度を示したが、葉緑体NADH dehydrogenase-like (NDH)活性の欠失と葉緑体NDH複合体が形成されていないことを明らかにした。KO株において葉緑体ndh遺伝子の発現に影響が出ている可能性を探るため、葉緑体ゲノムに存在する11種のndh遺伝子の発現レベルを調べた。その結果、ndhA pre-mRNAのスプライシングが全く起っていないことを見いだした。シロイヌナズナのPPR66ホモログ(At2g35130)のT-DNA挿入変異株でも、ndhAのスプライシングが起っていないことを明らかにした。以上の結果は、PpPPR_66とPPR66ホモログ(At2g35130)が機能的に相同であり、コケ植物から種子植物まで進化的に保存されていることを示している。さらに、組換えPpPPR_66を用いたin vitroのRNA結合実験を行い、PpPPR_66がイントロンの5'末端側領域に特異的に結合することを明らかにした。(2)PpPPR_21 KO株を取得し解析を行った。KO株では光化学系II(PSII)機能低下とPSII複合体形成不全が観察された。葉緑体ゲノム全域をカバーするタイリングマイクロアレイ解析を行い、KO株における葉緑体遺伝子の発現レベルを野生株のものと比較した。その結果、PSIIの小サブユニットをコードするpsbI遺伝子の発現レベルが顕著に低下していることを見いだした。PpPPR_66の機能を解明しその成果をPlant Journal誌に発表した。さらに、PPRタンパク質の標的RNAを迅速に同定する実験系として、今年度新たに導入した葉緑体ゲノムタイリングマイクロアレイを用いて、PpPPR_21が作用する標的RNA分子候補を迅速に絞り込むことができた。

他にも多数のPPR遺伝子ノックアウト株を取得できたので、進捗状況としてはおおむね順調に進展しているとした。葉緑体遺伝子の発現制御におけるペンタトリコペプチドリピート(PPR)タンパク質ファミリーの分子機能を解明することを目的として、ヒメツリガネゴケを用いて研究を行った。今年度の主要な成果は下記の通りである。(1) PpPPR_21遺伝子ノックアウト変異株(KO株)で、光化学系II (PSII)機能の顕著な低下とPSII複合体の形成不全が観察された。その原因について詳細に解析した結果、KO株ではPSIIの低分子サブユニットをコードするpsbI遺伝子とPSII複合体形成に関わるycf12遺伝子の共転写物が全く蓄積していないことを明らかにした。さらに、in vitroのRNA結合実験を行い、PpPPR_21がpsbI mRNAの5'非翻訳領域および翻訳領域に特異的に結合することを明らかにした。PpPPR_21はpsbI-ycf12 mRNAの安定性に働いていることが強く示唆される。本成果をPlant J.に発表した。(2)当研究室で作製したPpPPR遺伝子KO株ライブラリーの中から、野生株と同程度の原糸体の生育速度を示し、かつ葉緑体NADH dehydrogenase-like (NDH)活性を欠く2種類のKO株を取得した。葉緑体NDH複合体サブユニットをコードする11種の葉緑体ndh遺伝子の発現レベルが野生株とKO株とでほぼ同程度であった。(3)シチジン(C)からウリジン(U)へのRNA編集にPPR-DYWタンパク質が働いている。PPR領域が特定のRNA編集部位の認識に働くことが分かっていたが、DYWドメインの役割は不明であった。そこで、RNA編集におけるDYWドメインの役割を明らかにするため、特定のRNA編集だけが起こらない変異株に、様々なアミノ酸変異をDYWドメインに導入した変異PPR-DYWをRNA編集欠損変異株で発現させ、RNA編集の回復レベルを調べた。その結果、DYWドメインの37番目から42番目のアミノ酸領域がRNA編集部位特異的認識に寄与していることを初めて明らかにした。本成果をPlant & Cell Physiol.に発表した。PpPPR_21の分子機能を解明しその成果をPlant Journal誌に発表した。さらに、これまで取得した多数のPPR遺伝子ノックアウト株をスクリーニングした結果、葉緑体NDH複合体の形成に関与すると予想される2種の候補PPRタンパク質を絞り込むことができたのは大きな前進である。以上の理由から、概ね順調に進展していると判断した。(1)これまでに取得した多数のPPR遺伝子ノックアウト株の中には、植物体の生長や外部形態、光合成能が野生株のものと違いが見られないものがある。これらの中にはNDH活性が異常となっているノックアウト株が含まれている可能性があるので、次年度NDH活性を検出するためのクロロフィル蛍光強度測定を行う予定である。
介護ロボット用非接触電力供給システムの開発に関する研究

介護ロボット用非接触電力供給システムを構成する送電コイル群の形状や配置についてまず検討を加え、逆並列となる接続法において、通常の円形コイルを用いた場合に比べコイル群近傍においてのみ1桁近く強い磁界強度が得られること、また、コイルを埋め込んだ床面から上方にコイル直径程度以上離れれば磁界強度は速やかに減衰し、周囲の電磁機器に対するノイズ源とはなりにくい構造となる事を実験並びに計算によって示した。これは、基本的に開磁路構造とならざるを得ない非接触給電システムにおいても、構成の工夫により周囲への電磁的影響を低減できる事を示している。ついで、受電側を構成するカップリングトランスの構造について検討し、伝送電力量の値毎に適当な条件をみいだし、その条件に基づいて200Wをこえる電力伝送が可能であることを実証した。さらに、ロボット直下位置検出法として送電コイルの漏れ磁界を検出するセンサコイルとリレーを組み合わせた方法を考案し、ロボット直下にある送電コイルのみ励磁するシステムを製作、その動作について確認した。これらの検討結果を踏まえ、低速走行電気自動車を模擬負荷として用いた介護ロボット用非接触電力供給システムにおいて、実際に連続電力伝送が最高時速20km/hで可能であることを実証した。このことにより、同電力伝送システムの実現に関する基本的な技術的課題は概ね達成されたと考えられ、今後は具体的な適用事例毎に開発を展開することが必要と思われる。
LED光源とサーモビューアによる手掌多汗症・胸部交感神経焼灼術の医療工学的検討

3色LEDチップを用いた手術中の胸腔内照射に関する臨床応用に関して、京都府立医科大学の研究倫理委員会に諮り臨床研究を行ううえでの承諾を得た。3色LEDチップの滅菌方法について検討した。エチレンオキサイドガスが容易であるが、発癌性が指摘されており、今回、ステラッド低温プラズマ滅菌法を使用した。低温プラズマ滅菌後、LED性能をチェックした。LEDの性能に関しては,プラズマ滅菌することにより,著名な低下を認めなかった。LEDチップを装着可能なアルミ製開胸器を制作した.LEDチップまでの電源供給方法について、医療用に使用できるだけの品質が必要であり、安定した電圧・電流を供給できる電源回路、電源ケーブルを作成した。LEDダイスを10個並べた3色のLED(緑・青・赤)チップを2個並列に並ぶように,手術用開胸器の内側に装着し,開胸手術患者に臨床応用した。この3色のLEDチップを自由自在にコントロールすることで、対象とする物体の反射光を、我々に都合の良い色彩に変えることが可能となる。実際の手術において,3色LEDの光量を調整し,術者の違いにより,縦隔・肺門部の血管,神経,リンパ節に対する最適な視認性を得るための光量を測定した。3色のLEDをそれぞれ光量を変え,視認性について検討した。適切な光量の調整について,3人の術者について測定したが,ばらつきが大きく,全体の光量の問題なのか,3色LEDの混合比率の問題なのか,個人差が大きく,症例数も少ないため定量的な検討は今後の課題である。大型動物として、ブタを用いた研究を行った。全身麻酔、分離肺換気とし、第4肋間で開胸を行った。肺を脱転し、胸部交感神経幹を露出した。3色LEDチップにより光を胸腔内に照射し、胸膜を透見して観察される交感神経と周辺の組織(筋肉、骨)を比較して、最も交感神経幹が際立つような波長の組み合わせ、光の強度について測定し、最適なものを決定した。アルミ製開胸器に3色LEDチップを取り付け、胸壁に接する部位の温度の変化を測定した。LEDチップを点灯し、胸腔内を実際に照らしたとき、3時間にわたって開胸器の周辺の皮膚表面温度をサーモビューアを用いて測定し、37度程度で一定したことを確認した。実際の臨床応用に当たって、LEDチップの滅菌法の検討、専用のアルミ製開胸器の開発・製作に費用を要した。また、LEDチップまでの電源供給方法について、医療用に使用できるだけの品質が必要であり、安定した電圧・電流を供給できる電源回路、電源ケーブルを開発中である。実際の手術において,3色LEDの光量を調整し,術者の違いにより,縦隔・肺門部の血管,神経リンパ節に対する最適な視認性を得るための光量を測定した。

3色のLEDをそれぞれ光量を変え,視認性について検討した。適切な光量の調整について,3人の術者について測定したが,ばらつきが大きく,全体の光量の問題なのか,3色LEDの混合比率の問題なのか,個人差が大きく,症例数も少ないため定量的な検討は今後の課題である。
ニッケルフリーステンレス鋼の高耐食化：リチウムイオン二次電池材料への展開

5 V級リチウムイオン二次電池に用いる正極の集電体材料として,高耐食性を有するニッケルフリーステンレス鋼の開発を進めた。これまで,ニッケルフリーステンレス鋼に窒素熱処理を施すことで表面特性が変化し,固体高分子形燃料電池用のセパレータ材料として優れた耐食特性を有することを見出してきた。そこで,本研究課題ではこれまでの研究をさらに発展させ,大型化および高電圧化が求められてきているリチウムイオン二次電池の正極側の集電体材料として開発を行うことを目的とた。平成30年度は前年度に耐食性の向上が見られた試料のメカニズム解析のため反応性スパッタリング法を用いて,ステンレス鋼上に窒化クロム層を作製した。作製した窒化クロム層はスパッタリング後のポストアニーリング温度が高いほど,高い耐食性を有することが見出された。また,急速加熱が可能なIRイメージ炉を用いたニッケルフリーステンレス鋼への窒素熱処理も実施した。その窒素熱処理時の,雰囲気ガスである窒素ガスの圧力条件を再検討することで,耐食性がさらに向上することがわかった。この作製試料の元素分析を行ったところ,窒化クロムとは異なる要因で耐食性が向上した可能性がある結果が得られた。この耐食性の向上メカニズム解析には,さらなる研究が必要であることがわかった。5 V級リチウムイオン二次電池に用いる正極の集電体材料として,高耐食性を有するNiフリーステンレス鋼の開発を進めてきている。これまで,Niフリーステンレス鋼に窒素熱処理を施すことで表面特性が変化し,固体高分子形燃料電池用のセパレータ材料として優れた耐食特性を有することを見出してきた。そこで,本研究課題ではこれまでの研究をさらに発展させ,大型化および高電圧化が求められてきているリチウムイオン二次電池の正極集電体の開発を行うことが目的としている。平成28年度は試料にNiフリーステンレス鋼を用い,管状型熱処理炉における窒素熱処理の温度条件を変更しながら試料作製を行った。同時に,熱処理炉内の温度分布についても計測を行い検討した。次年度、窒素熱処理時の加熱速度の検討を行うため,その準備として急速過熱が可能なIRイメージ炉の導入と立ち上げを行った。窒素熱処理した試料を電池材料部材として特性評価を行うには,不活性ガス雰囲気で評価する必要があり,その準備のためグローブボックスおよび付帯設備の導入と立ち上げ準備を進めている。耐食性評価の第一段階として,酸性溶液中におけるサイクリックボルタモグラム測定およびアノード分極曲線測定を行った結果,窒素熱処理炉での処理温度によって耐食性が大きく変化することを見出した。以上のように,本研究課題の遂行により,窒素熱処理における管状型熱処理炉の温度条件に関する研究が進展した。研究目的達成の前提となる酸性溶液中における耐食性試験の結果,未処理品よりも溶解速度が1/20を達成する試料の作製に成功した。温度分布が狭く急速過熱が可能なIRイメージ炉の導入および立ち上げも順調に進んでおり,研究実施計画に従っておおむね順調に進展している。そこで,本研究課題ではこれまでの研究をさらに発展させ,大型化および高電圧化が求められてきているリチウムイオン二次電池の正極集電体の開発を行うことを目的として遂行している。平成29年度は試料にNiフリーフェライト系ステンレス鋼を用い,窒素熱処理前後の試料において,昨年度導入および立ち上げしたグローブボックス内にて電気化学測定により耐食性の評価を行った。リチウムイオン二次電池用の正極の集電体材料としての評価を行うため,電解液には1 mol dm-3 LiPF6/EC:DMC(1:1 v/v%)を用いて,1-6 V vs. Li/Li+の電位範囲で,サイクリックボルタモグラム測定を行った。3サイクル目までは,特に3.5-5 V vs. Li/Li+付近にどちらの試料においても酸化電流が観測されたが,その後,30分間の電位掃引を行うと,窒素熱処理を行った試料の方が,窒素熱処理前の試料に比べて,1-5.5 V vs. Li/Li+の電位領域において酸化および還元電流が小さく,非常に高い耐食性を有していることがわかった。以上のように,本研究課題の遂行により,窒素熱処理における耐食性の向上が有機溶媒中においても確認された。研究目的達成の前提となる有機溶媒中における耐食性試験の結果,未処理品よりも高い耐食性を有していることが見出された。より高耐食性を有する窒素熱処理条件の検討も昨年度導入したIRイメージ炉においても進めており,研究実施計画に従っておおむね順調に進展している。

作製した窒化クロム層はスパッタリング後のポストアニーリング温度が高いほど,高い耐食性を有することが見出された。また,急速加熱が可能なIRイメージ炉を用いたニッケルフリーステンレス鋼への窒素熱処理も実施した。その窒素熱処理時の,雰囲気ガスである窒素ガスの圧力条件を再検討することで,耐食性がさらに向上することがわかった。この作製試料の元素分析を行ったところ,窒化クロムとは異なる要因で耐食性が向上した可能性がある結果が得られた。この耐食性の向上メカニズム解析には,さらなる研究が必要であることがわかった。平成29年度は研究実施計画に沿い,熱処理時の温度条件に加え圧力条件を検討する。その他のパラメーターとして,加熱昇温速度・降温速度・加熱時間などの検討も考えている。平成30年度は研究実施計画に沿い,窒素熱処理によって形成されているCr-N層をスパッタリング法によっても作製し,耐食性向上のメカニズムについても解析を進めていく予定である。採択された予算では計画していたIRイメージ炉の購入ができなかったため,IRイメージ炉は研究協力者の装置を借りて実験することにした。そのため,当該予算の一部を繰り越しした。(理由)耐食性の向上メカニズムの検討のためには、結晶構造解析よりも不働態被膜に注目した実験の方が有効な手段である可能性が出てきたため。(使用計画)不働態被膜に関する実験を行うために必要なインピーダンス測定はグローブボックス内での計測が困難であり、この測定を行うための環境を整備する。繰り越し分はX線回折装置に回転試料ステージを薄膜試料測定のアタッチメントとして購入・設置する。
部分的コヒーレント光アレイイルミネータの実現と光並列処理への応用

本研究により、部分的コヒーレント光から光源アレイを生成する、いわゆる部分的コヒーレント光アレイイルミネータにおいて、従来の半分のサイズで設計可能であることが明らかにされた。具体的には、各々の開口の振幅透過率がガウス分布で、隣り合う開口の位相が互いに反転した、ガウス型振幅・π位相回折格子を用いることにより、回折格子に照射する部分的コヒーレント光の伝播方向に対するアレイイルミネータのサイズを従来の半分にできることが示された。この成果は、光並列処理システムのコンパクト化に大きく貢献するため、工学的に重要である。さらに、この最小化された部分的コヒーレント光アレイイルミネータにより生成された光源アレイの特性を解析した結果、生成された各々の光源の平均強度およびコヒーレンス度は、互いに等価になることが明らかにされた。この結果は、コヒーレンス関数を利用した光並列処理システムの構築が可能であることを示唆している。一方、フーリエ変換の一般化した概念である非整数次フーリエ変換を導入し、部分的コヒーレント光が非整数次フーリエ面に形成する光の場の特性を平均強度の広がり、波面の曲率半径、およびスペクトル偏移現象の観点から解析した。本解析により、非整数次フーリエ場の特性は従来のフーリエ場の特性とは顕著に異なることが明らかにされ、新たな光情報処理システム構築の可能性が示された。今後は、部分的コヒーレント光および非整数次フーリエ変換を利用した光並列処理システムの構築を目指す。