hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非数値処理の高速化を支援するプログラム実行制御方式に関する研究

本研究では、非数値計算処理分野のプログラムを高速に実行する次世代のマイクロプロセッサアーキテクチャを開発した。非数値計算処理分野のプログラムでは、並列性の検出・抽出が比較的容易な配列だけでなく、データ構造上、並列性の検出が困難な連結リストが多用される。コンパイラによる解析では、対象プログラムの広い範囲での解析が可能である反面、プログラム実行時の動的な状況に柔軟に対応することは不可能である。また、一方のハードウェア設計の立場からは、プログラム実行制御に関する何らかの知能をハードウェア機構に組み込もうとしても、実現性の観点から極めて単純なものしか組み込むことができない。本研究で高速化の対象とする連結リストの場合、リスト構造が動的に作成・変更されるため、コンパイラによる最適化には自ずと限界がある。また、実際の実用プログラムでは、線形リストや2分木などの単純かつ基本的なデータ構造がそのままの形で用いられることはまれで、これらを組み合わせた複雑なグラフ構造が用いられるため、ハードウェア機構のみでは充分な高速化の戦略を実装することはできない。そこで、本研究では、コンパイラやハードウェア設計の閉じた範疇での解決を試みるのではなく、両技術を含む領域で新たな方式を開発すること、および、ユーザプログラムと並列に実行し、ユーザプログラム実行のプロファイリングおよび制御を行うための小さな制御プログラムをファームウェアとして導入すること、の2点により、上記のようなデータ構造に対する高速化を統合的に実現する方式を開発した。本研究では、コンパイラやハードウェア設計の閉じた範ちゅうでの解決を試みるのではなく、両技術を含む領域で新たな方式を開発すること、及び、ユーザプログラムと並列に実行し、ユーザプログラム実行のプロファイリングおよび制御を行うための小さな制御プログラムをファームウェアとして導入することとで、並列性の検出が困難な連結リストをデータ構造として多用する非数値処理プログラム実行の高速化を図った。1.プログラム実行制御方式の設計:非数値処理分野のプログラムを高速に実行するための動的プログラム実行制御方式について詳細に検討した。具体的には、コンパイラ/制御プログラム/ハードウェア機構の機能分担方式とそのインタフェースについて検討し、定性的な比較・評価を通して仕様を確定した。また、定量的評価のためのシミュレーションモデルやプログラム実行制御のアルゴリズムについても検討した。2.定量的評価環境の構築:1で決定したシミュレーションモデルに従い、マシンのクロックサイクル単位でプログラムの実行時間を計測するシミュレータを開発した。ハードウェア機構で担当する部分はすべてこのシミュレータにおいて実現し、コンパイラについては、ソースプログラムが利用できるフリーのコンパイラを改良して用いている。3.制御プログラムの設計:1で検討したアルゴリズムに従い、実際に動的プログラム実行制御のための制御プログラムを設計・開発した。ここで作成した制御プログラムでは,実際に2のシミュレータ上で実行して処理時間を計測するので、本研究成果に有利な条件とはならないよう公正な性能評価を行うことができた。本研究では、コンパイラやハードウェア設計の閉じた範疇での解決を試みるのではなく、両技術を含む領域で新たな方式を開発すること、および、ユーザプログラムと並列に実行し、ユーザプログラム実行のプロファイリングおよび制御を行うための小さな制御プログラムをファームウェアとして導入すること、の2点により、上記のようなデータ構造に対する高速化を統合的に実現する方式を開発した。(1)ハードウェア機構の論理設計:プログラム実行制御方式を実現するハードウェア機構について、実際に論理設計を行った。スタンダードセル方式の設計手法を用いながら、本研究に関連するハードウェア機構とその周辺部分のみを巧みに切り出して設計を行い、論理回路図レベルでのクリティカルパスの評価を通して、本方式の実装がプロセッサ全体の動作周波数に与える影響を検証した。その結果、本方式を実現するハードウェア機構が全体の動作周波数に悪影響を与える可能性は極めて低いことを確認した。(2)プログラム実行制御方式の性能評価:本研究で提案する方式の有効性について、精緻なシミュレーションによる定量的な性能評価を行った。その結果、並列実行の効果に比べて制御プログラム実行のオーバヘッドは僅かであり、高速化に関する十分な有効性を確認した。
ヒストン化学修飾ネットワークの構築及び作動の仕組みの解明

多種多様なヒストン化学修飾の相互制御が、複雑なヒストン化学修飾ネットワークを形成するという我々の理論に基づき、このネットワークが生体内でどのように構築され、作動しているのかを解明することを目的とした。全439種から成る出芽酵母ヒストン点変異株ライブラリーを用いて、化学修飾残基の変異により生じるヒストン化学修飾ネットワークの異常を、表現型の変化として観察した。その結果、ヒストンH3のLys4、Lys36やヒストンH4のLys12,Lys16といった化学修飾残基が、生体機能の維持に重要な役割を果たす「機能的ハブ化学修飾」であることを明らかにした。研究の成果:本研究の目的は、多種多様なヒストン化学修飾が相互に制御し合うことで生じた複雑システムであるヒストン化学修飾ネットワークが、どのような原理に基づいて構築され作動しているのか、を明らかにすることであった。研究材料として、申請者の所属研究室が独自に保有する、出芽酵母のヒストンのアミノ酸一つ一つに点変異を導入した全439種から成るヒストン点変異株ライブラリーを用いて、化学修飾残基に変異が導入された場合に生じるヒストン化学修飾ネットワークの異常を、表現型の変化として観察した。その結果、ヒストンH3のLys4、Lys36やヒストンH4のLys12,Lys16といった化学修飾残基が、ピストン化学修飾ネットワーク及び生体機能の維持に重要な役割を果たすことを明らかにし、論文発表した。そして、これら機能的に重要な役割を担う化学修飾(機能的ハブ化学修飾)が、ヒストン化学修飾ネットワーク上の他のピストン化学修飾に対して、どのような影響を及ぼすか、を機能的ハブ化学修飾残基の点変異体を用いた化学修飾解析により明らかにする実験を進めた。意義・重要性等:ヒストンの化学修飾が相互制御を基盤とした複雑ネットワークを形成することを初めて提唱した我々の理論を更に発展させるため、ネットワーク中で機能的に核となる化学修飾の特定に成功した。これにより、従来の研究では説明できなかったヒストン化学修飾システムの環境変化に対する抵抗性の高さ(頑強性)を支える仕組みの解析が可能となった。今後の、ヒストン化学修飾ネットワークの精緻化及び全容解明の端緒となる研究であり、ヒストン化学修飾研究分野にシステム論的解析を導入し、新たな方向性を示した点で意義深い。
同位体希釈プラズマ質量分析法による生体試料中微量元素の精密分析

プラズマイオン源質量分析法を用いた安定同位体希釈分析による、生体試料中微量元素の高精度・高確度分析手法の確立を行った。用いた装置は誘導結合アルゴンプラズマ質量分析装置(ICP-MS)、マイクロ波誘導窒素プラズマ質量分析装置(MIP-MS)である。試料としては微量元素濃度が既知の頭髪・血清・尿・臓器などの標準試料を用い、測定元素はICP-MSの場合、水銀・亜鉛・カドミウム・鉛、MIP-MSの場合はセレンである。それぞれの元素について、安定同位体組成を人工的に変えた安定同位体スパイクを購入し、硝酸に溶解してスパイク標準液を作製した。試料をテフロン製バイアル(7ml容)に適当量(固体試料の場合50-100mg、血清・尿の場合1ml)採取して精秤し、スパイク標準液を適当量添加してから、テフロン2重容器分解法により分解した。測定元素濃度が10-20ppbになるように希釈し(MIP-MSの場合100ppb)、亜鉛(68/66)、セレン(80/78)、カドミウム(114/112)、水銀(202/200)、および鉛(208/206)の安定同位体比を測定した。ICP-MS、MIP-MSによる同位体比測定精度はどの元素についてもおおむね0.2-0.5%であった。標準試料の分析結果は、どの元素についても保証値とよく一致したばかりでなく、平行分析の精度は1%以下であり、本分析法がきわめて高精度かつ高確度であることが判明した。一方で、高い濃度のイオウやケイ素をふくむ試料の場合、亜鉛、セレンなどにスペクトル干渉があり、精度の良い結果が得られないことも判明した。この場合、キレート抽出などによる干渉元素からの分離が必須であった。本法は、これまで安定同位体希釈分析が困難であったセレン・水銀などにも適用でき、しかも操作が簡便であるという点で、実用的価値の高い方法であると結論できる。
ウイルス天然変性蛋白質の多形構造形成とＮＭＲ解析

ウイルス天然変性蛋白質に焦点を当て、NMRによる実験結果と一次配列から予測される天然変性部位を比較した。はしかウイルスNtail蛋白質とアルファーシヌクレインでは、僅かな残存多形構造が実験から観測された。Ntailには一本のへリックスと若干のベータ構造が存在し、シヌクレインにはN端とC端ドメインにかすかな2次構造が観測された。これらの残存構造が機能発現に関連すると思われる。HIV-1のp17マトリックスとp24カプシド蛋白質では、1次配列から予測されるほど天然変性は実験で観測されなかった。カプシド蛋白質では生理的条件下での不安定化を試み、新たに検出された揺らぎ構造が予測天然変性部位と一致した。前年度は、p17マトリックス蛋白質、p24カプシド蛋白質の発現、R1、R2、異核NOEなどの緩和実験、CLEANEX-PMやHD交換を用いた溶媒への露出度の測定を行ってきた。本年度は研究をまとめるために、まずp24カプシド蛋白質においては、C端にタグのある蛋白質、N端にタグのある蛋白質の化学シフト値の違いを調べた。化学シフト値の違いは、主にN端とC端のアミノ酸残基、さらにDヘリックス近傍の60-80においてのみ、変化が見られた。タグの影響が配列上真ん中の60-80に伝わっているのは興味深い。また、p24は通常のタグのない条件では2量体構造をとる。我々はタグをつけてp24蛋白質を発現させたが、そのタグがあるために単量体状態で存在しているように思われる。さらにpHによる化学シフト値の変化を調べた。pHを変化させたときには、N端の残基ほど化学シフト変化がみられ、C端の残基ほど化学シフト変化が少なかった。またp24と遺伝子配列上並んで存在するp17マトリックス蛋白質においても、同様にpHの化学シフトへの影響を調べた。p17の場合には、それぞれABCDEヘリックスの領域において化学シフト変化が観測されたが、C端の構造のない部分では、pHが変化してもほとんど化学シフトは変化しなかった。今後は、前年度のデータとまとめて、柔軟な揺らぎ構造の存在に関して議論していく。また本年度から、他のウイルス由来天然変性蛋白質の解析を始めるために、牛に感染するウイルス融合蛋白質と、はしかウイルス蛋白質の発現を始めた。本年度は風疹が日本中に流行する傾向にあり、はしかウイルス蛋白質の研究が急がれている。すでに、シグナル帰属用の3DNMRスペクトルの測定と、CLEANEX-PM実験の一部は終了している。HIV-1のGag polyproteinにおいて、連続に合成され最終段階でプロテアーゼによって切断されるp17とp24蛋白質が存在する。この2つのウイルスの形とパッケージに関連する蛋白質を用いて動的な構造解析を行った。p24-NTD(N端ドメイン)はアミノ酸配列より、天然変性部位が存在する可能性が考えられた。生理的な条件下においても尿素などの変性剤を用いると、蛋白質を変性させることはできるが、そのような非特異的な結合によって変性させる変性剤の使用とは異なる方法として、柔軟に動くことが可能な延長させたタグ配列をN端やC端に残すことによって、生理的な条件下での蛋白質の変性と不安定化を試みた。C端に12残基のタグを付けると、へリックス6や3-4ループに揺らぎ構造がさらに生じた。またN端に27残基のタグを付けると、今述べたへリックス6と3-4ループの柔軟性増加に加えて、新たにへリックス4での柔軟な運動が観測された。この蛋白質はX線結晶構造解析やNMRによっても、通常の球状蛋白質のように構造決定されてはいるが、実際にはとても柔軟になってしまう構造を含んでいた。特に野生株でも柔軟な構造を呈する4-5ループ領域は分子の中心領域であるにも関わらず、かなり柔軟な構造をしていた。p17蛋白質も同様に、アミノ酸配列から天然変性部位が存在すると考えられるが、p24と比較して明らかに実際の構造がしっかりとしていた。そこで球状蛋白質構造を仮定し、緩和実験の結果から、オーダーパラメータを計算して求め、揺らぎ構造部分を評価した。最もC端のへリックス5と3-4ループの領域にやや柔軟な構造が存在した。このようにこれら二つの蛋白質が協奏して、HIV-1の人体への感染力を高めるための蛋白質の柔軟性が機能していると結論した。HIVタンパク質のp17マトリックスタンパク質とp24カプシドタンパク質は、アミノ酸配列より天然変性領域を持つと予想される。HIVウイルスのgag遺伝子に含まれるこれら二つのタンパク質遺伝子は連続して並んで存在する。動的多形構造解析のために種々の3次元NMRスペクトルを用いて、シグナル帰属をおこなった。

次に溶液中のタンパク質の動的構造を異なる時間領域で解析した。1)R2とR1の緩和実験、異核NOEを測定し、ナノ秒からピコ秒オーダーの動的構造を解析した。2)遅い時間軸の解析のために、HD交換実験によって重水素溶媒と主鎖アミドプロトンの交換を調べた。CLEANEX実験を行い水分子のプロトンとアミドプロトンのNMR法による交換を調べた。これらの結果より、溶媒への露出度、水素結合や2次構造形成を解析した。HD交換は、交換の遅い埋もれた構造部位を、CLEANEXは交換の速い分子表面の部位を特定するのに有用であった。二つのタンパク質は、動的構造に関して全く異なる挙動を示した。p17においては、通常のタンパク質と同様にN端とC端において、t2とt1緩和実験や異核NOE実験で示される速い時間スケールの揺らぎ構造が見られたが、p24においては、N端とC端のみならず配列上中央部の領域においても、速い時間スケールの揺らぎ構造が存在していた。p24では中性のpHにおいても、シグナルが中央部に集まる重なりあいが多く観測されたが、これらのシグナルが天然変性部分に対応すると考えられ、揺らぎ運動を起こしていると考えられた。p24のHSQC上では、一部のアミノ酸残基に対して二つの相関ピークが見られた。したがって2つの安定な構造状態が存在し、その構造間で遅い交換をしている可能性が考えられた。この遅い交換は天然変性蛋白質に多く存在するプロリン残基のシスとトランスの異性化に関連する可能性があると思われる。天然変性度の異なる蛋白質がNMRスペクトル上でどのような相違を持って観測されるかを明らかにするために、種々の異なる天然変性度の蛋白質のNMR解析を行ってきた。天然変性度が高いアルファーシヌクレインは、ミリ秒オーダーのアミドプロトン交換によって解析し、一方、天然変性部位が配列から予測されるが球状構造が決定されているHIV-1蛋白質のp17とp24では、ナノ秒オーダーの緩和実験で解析してきた。それぞれ蛋白質の残存構造や揺らぎ部位を明らかにできた。最終年度の本研究では中程度の天然変性度のペリフェリン2と、さらに天然変性度が高いと予測される、はしかウイルス蛋白質Ntailを用いて解析を行った。両蛋白質ともに化学シフト値に基づいて考えると、2次構造的には中央部に一本のへリックス構造が観測されるのみだった。delta2D法によって詳細に化学シフトから解析すると、へリックス構造のみならず、若干のベータ構造も存在していることが観測された。シグナル強度を解析すると、天然変性度が高いNtailでは、配列に関係なく分子全体に渡ってランダムなシグナル強度を示したが、ペリフェリン2の場合は、中央のへリックス部分においてシグナル強度が低く、配列に依存して強度が連続的に変化していた。溶媒への露出度を反映する水プロトンと主鎖アミドプロトンのミリ秒オーダーの交換を観測できるCLEANEX-PM法を用いて観測すると、ペリフェリン2ではN端領域に、Ntail蛋白質では中央のへリックス構造直後のベータ構造の付近で、アミドプロトン交換の遅い領域が存在した。この領域において水素結合が形成され、弱い2次構造が形成される可能性がある。
肺腺癌進展におけるnon-coding RNAの解析

本研究の目的は、肺非小細胞癌(主に腺癌)の上皮間葉転換において重要なlong non-coding RNA(lnc RNA)を同定する事である。まず肺非小細胞癌株パネル(大部分が腺癌で、その多彩さをよく反映した40株からなり上皮型と間葉型に大別できる)から上皮型5株と間葉型10株を選出し、次世代シーケンサーで網羅的発現解析を行った。その結果、上皮型と間葉型で差があったlnc RNAから有望な12個に絞り、40株全てでTaqman RT-PCR法により検証した。現在、凍結手術検体からtotal RNAを抽出し同様の定量解析を行っている。今後は有望なlncRNAの機能解析を行う予定である。本研究では、まずこれらの細胞株を用いてnon-coding RNAの網羅的解析を行った。具体的には上述した肺腺癌細胞株のうち、Group1(高分化群)腺癌細胞株8株と、Group2(低分化群)腺癌細胞株7株から抽出したtotalRNAを、並列型シーケンサーを用いてncRNA分画のトランスクリプトームシーケンシング行い、網羅的発現解析を行った。これは、共同研究者の東京医科歯科大学ゲノム病理学分野教授の石川俊平氏に依頼した。昨年度までは、当研究室の保有する肺腺癌細胞株を用いて、EMT形質を示さない高分化群とEMT形質を示す低分化群の網羅的発現解析を行った。使用した肺腺癌細胞株は、高分化群(Bronchial epithelial phenotype)腺癌細胞株8株と、低分化群(EMT phenotype )腺癌細胞株7株である。これらの細胞株から抽出したtotal RNAを、並列型シーケンサーを用いてncRNA分画のトランスクリプトームシーケンシング行い、網羅的に発現を解析した(これは、共同研究者の東京医科歯科大学ゲノム病理学分野教授の石川俊平氏に依頼した)。その結果、高分化群で(低分化群と比較して)2倍以上高発現していたncRNAが約250個、10倍以上高発現していたncRNAは約50個みられた。逆に低分化群で(高分化群と比較して)2倍以上高発現していたncRNAが約240個、10倍以上高発現していたncRNAは約50個みられた。現在これら両群で発現に差がみられたncRNAのうち、重要度の高いncRNAをその生物学的な働きに着目し、20個程度に絞り込み中である。最終年度は、絞り込んだncRNAについて、shRNAによるKnock Down、あるいはベクターを用いた強制発現により、以下のような機能解析を行う予定である。昨年度までは、肺腺癌細胞15株(上皮型細胞株10株、間葉型細胞株5株)から抽出したtotal RNAを、並列型シーケンサーによりncRNA分画のトランスクリプトームシーケンシングを行い、網羅的に発現を解析した(これは、共同研究者の東京医科歯科大学ゲノム病理学分野教授の石川俊平氏に依頼した)。その結果、上皮型細胞株で間葉型細胞株よりも2倍以上高発現していたncRNAが約250個、10倍以上高発現していたncRNAは約50個みられた。逆に間葉型細胞株で上皮上皮型細胞株よりも2倍以上高発現していたncRNAが約240個、10倍以上高発現していたncRNAは約50個みられた。さらにこれらの中から、ある程度の発現量が期待でき、かつ、細胞株間であまり偏りのないncRNAを一定の基準で絞り込んだ。その結果、上皮型で高発現しているncRNAが8個、間葉型で高発現しているncRNAが6個みられた。これらの中には、現在までにその機能がよく知られていないncRNAや、近年注目されているncRNAなども含まれている。最終年度に当たる今年度では、まずTaqMan Real-Time PCR法により、各細胞株におけるこれらのncRNAの発現量を測定する。この結果、有力な候補と思われるncRNAについてはRNAiによるKnock Down、あるいはベクターを用いた強制発現により、細胞増殖、apoptosis, invasion assay等の機能解析を行う予定である。肺腺癌細胞株を用いたnon-coding RNAの発現解析は、順調に進んだが、その結果得られたデータの解析に時間がかかってしまった。その理由としては、解析の結果絞り込んだnon-coding RNAの数が想定よりも多く、個々のnon-coding RNAについて、既報の機能解析情報を把握する作業に時間がかかったためである。本研究の目的は、肺腺癌進展、特に上皮間葉転換(Epithelial-Mesenchymal transition,以下EMT)におけるnon-coding RNA (以下ncRNA)の役割を解析することである。当研究室では肺腺癌の多彩な形質をよく反映した細胞株40株のパネル(代表的なdriver mutationを網羅し、発現形質の違いに基づいて上皮型と間葉型に大別できる)を用いてこれまで研究を展開してきた。昨年度までに、これらの細胞株のうち15株(上皮型細胞株5株、間葉型細胞株10株)から抽出したtotal RNAを並列型シーケンサーによりncRNA分画のトランスクリプトームシーケンシングを行い、網羅的に発現を解析した(これは共同研究者の東京医科歯科大学ゲノム病理学分野石川俊平教授に依頼した)。その結果、上皮型細胞株と間葉型細胞株で差が見られたncRNAのうち、現在まで有望な12個のncRNAに候補を絞った。

これらを40株のパネルすべてを用いてTaqman RT-PCR法で定量的発現解析を行った。その結果、12個のうち大半のncRNAは網羅的発現解析と同様、上皮型と間葉型で発現に差が見られた。現在はさらなる検証のため、実際のヒト肺腺癌切除症例(凍結検体)を用いて、これらncRNAの発現量の解析の準備を行っている。それにより有力な候補と思われるncRNAについては、今後、機能解析(RNAiによるknock down,あるいはベクターを用いた強制発現により細胞形態や発現形質、細胞増殖能、apoptosis、浸潤能などに影響がでるか)を進める予定である。本研究の目的は、肺非小細胞癌(主に腺癌)の上皮間葉転換において重要なlong non-coding RNA(lnc RNA)を同定する事である。まず肺非小細胞癌株パネル(大部分が腺癌で、その多彩さをよく反映した40株からなり上皮型と間葉型に大別できる)から上皮型5株と間葉型10株を選出し、次世代シーケンサーで網羅的発現解析を行った。その結果、上皮型と間葉型で差があったlnc RNAから有望な12個に絞り、40株全てでTaqman RT-PCR法により検証した。現在、凍結手術検体からtotal RNAを抽出し同様の定量解析を行っている。今後は有望なlncRNAの機能解析を行う予定である。肺腺癌細胞株を用いたnon-coding RNAの発現解析は、順調に進んだが、その結果得られたデータの解析に時間がかかっている。理由としては、解析の結果絞り込んだnon-coding RNAの数が想定よりも多く、個々のnon-coding RNAについて、既報の機能解析情報を把握する作業に時間がかかっているためである。さらに、外科切除検体数十例をE-cadherin, Vimentin, CK7, Muc1, TTF-1などのマーカーで免疫組織化学的に解析し、これらを上皮型と間葉型に分類する。当研究室でストックされたこられの凍結肺腺癌組織を用いて、候補non-coding RNAの発現に差があるか解析を進めたい。また、予後や組織亜型との相関など臨床病理学的な解析も併せて行いたい。病理学今後は、解析結果をもとに、有望なnon-coding RNAについて、shRNAによるKnock Down、あるいはベクターを用いた強制発現により、以下のような機能解析を行う予定である。さらに、凍結肺腺癌組織についても、これらのnon-coding RNAの発現に実際に差があるか解析を進める。この際、組織亜型、分化度、核異型などの組織学的解析も併せて行う予定である。また、肺腺癌組織でのEMT形質はE-cadherinの免疫染色により評価する予定である(CK7, MUC1の染色も行い参考にする)。さらに、長鎖non-coding RNAの発現に差が見られた場合は、それらがこれまで報告されてきたようにヒストン修飾により起こっているものであるのか、Dlx2family、HOX familyのpromoter領域のヒストン修飾をCHIP法により部位特異的に検討する予定である。肺腺癌細胞株を用いたnon-coding RNAの発現解析は、概ね順調に進んだが、その結果得られたデータの解析に若干時間がかかっている。
細胞外核酸取り込みとシグナル伝達の時空間的制御

核酸認識TLRs 3,7,8,9はウイルスや自己由来の核酸をエンドソームで認識し自然免疫と獲得免疫応答を誘導するが、実際のウイルス感染や炎症の場でどのような核酸が取り込まれTLRを活性化するか不明である。本研究では、細胞外からTLR3を活性化するRNAの構造解析を行い、不完全なステム領域をもつ安定な構造の一本鎖RNA(structured RNA)がpoly(I:C)と同様な機序で細胞内に取り込まれTLR3で認識されることを明らかにした。更に、TLR3のリガンド認識とRNAの取り込み機構に基づきTLR3のみ活性化する新規リガンドを開発した。また、TLR8によるRNA認識機構を明らかにした。微生物特有の分子パターンを認識するレセプターであるToll-like receptor 3 (TLR3)は、細胞外に存在するウイルス由来のdouble-stranded (ds) RNAをエンドソームで認識し、type I IFNや炎症性サイトカイン産生などの抗ウイルス応答を誘導する。一方TLR3は、dsRNAを生じないウイルス感染や非感染性のネクローシス細胞も検知し炎症応答を誘導することが報告されているが、どのようなRNAを認識するか不明である。本研究において、TLR3は安定な構造をとるウイルス由来のsingle-stranded RNA(structured RNA)を認識することを明らかにした。ポリオウイルス(PV)ゲノム断片のcDNAをもとに、ds/ssRNAsをin vitro転写合成しTLR3活性化能を調べた結果、TLR3はdsRNA以外にいくつかのPV由来のssRNA (PV-ssRNA)を認識することが判明した。これらPV-ssRNAsは、ヌクレアーゼ抵抗性の安定な構造をとっており、dsRNA同様にRaftlin依存的エンドサイトーシスで細胞内に取り込まれ、ヒト繊維芽細胞や上皮細胞、マウスマクロファージや樹状細胞のTLR3を活性化しタイプIインターフェロンや炎症性サイトカイン産生を誘導した。コンピューター解析によるRNA二次構造予測とdsRNA領域のマッピング実験から、PV-ssRNAは不完全なdsRNA領域を有することがわかり、TLR3はこの領域を認識することで多様なウイルス感染に対応すると考えられた。Structured RNAはウイルス感染細胞のみでなく非感染性のネクローシス細胞からも放出され炎症応答を誘導すると考えられ、取り込み機構とTLR3シグナル制御機構の解明が重要である。核酸認識Toll-like receptors (TLRs) 3, 7, 8, 9は細胞特異的に発現し、外来あるいは自己由来の核酸を認識して自然免疫応答を惹起する。いずれも細胞内オルガネラに局在するため通常は自己核酸を認識しないが、感染や炎症で細胞外に放出された核酸をアラーミンとして認識し炎症応答を誘発する。TLRsによって認識される核酸の構造は、二本鎖RNAのようにウイルス特有の構造やCpGモチーフなどあるが配列には依存せず、いずれのTLRも自己の核酸を認識できるしくみを有していると考えられる。B細胞と形質細胞様樹状細胞に発現するTLR7とTLR9は、エンドリソソームで細胞外領域が切断され機能的レセプターとなる。一方、TLR7,9と同じサブファミリーに属するTLR8は、ヒトにおいて単球、マクロファージ、骨髄系樹状細胞に発現しており、ウイルス由来のssRNAや自己のmicroRNAなどを認識し炎症性サイトカイン産生を誘導するが、核酸認識のしくみは不明である。本研究では、ヒトTLR8によるssRNA認識機構を明らかにした。TLR8は単球、マクロファージにおいて切断されており、N末側断片とC末側断片が非共有結合で会合した形で存在することが判明した。細胞外ドメインを構成する26個のLRRのなかでLRR14とLRR15の間のloop構造が切断に必須であり、リガンドであるssRNAはN末側断片とC末側断片の両方に結合することが明らかとなった。TLR8の切断はN末側断片で2段階におこり、C末側断片がトリミングされるTLR7,9と異なっていた。TLR8は初期/後期エンドソームに局在し、エンドリソソームに局在するTLR7,9と異なる様式で切断されssRNA認識能を獲得し炎症性サイトカイン産生のシグナル伝達をすると考えられ、シグナル伝達の場としてのエンドソームの機能解明が重要な課題である。骨髄系樹状細胞のTLR3を介したシグナルは、IFN-α/βやIL-12p70産生、NK細胞活性化、CTL誘導などの細胞応答を誘起することから、TLR3リガンドのdsRNAはがんや感染症ワクチンにおける有望なアジュバント候補となっている。しかし合成dsRNAのpoly(I:C)は、細胞外からエンドソームTLR3と細胞質MDA5の両経路を活性化しシグナルを伝達することから、dsRNAの細胞内への運搬とシグナルは時空間的制御を受けると考えられる。

本研究では、細胞外のdsRNAの取り込みと細胞内dsRNAセンサーへの配送機構およびシグナル伝達の時空間的制御を明らかにするため、TLR3経路のみ活性化する新規TLR3リガンドの開発を行った。TLR3のリガンド認識機構を考慮し、28種類のRNA誘導体を合成した。In vitro assayとして、1. HEK293細胞を用いてのTLR3を介したIFN-βpromoterの活性化、2.細胞質内MDA5経路の活性化、3.マウス骨髄系樹状細胞によるサイトカイン産生について検討した。その結果、以下の特徴を有するRNA誘導体(RNA X)を得ることに成功した。1. poly(I:C)同様、Raftlin依存的エンドサイトーシスで細胞外からエンドソームTLR3に運ばれる。2. TLR3ーTICAM-1を介してIFN-β産生を誘導する。3.細胞質RIG-I,MDA5経路を活性化しない。4.マウス生体内投与での炎症性サイトカイン産生量はpoly(I:C)投与より少ない。細胞外からTLR3のみを活性化できるRNA誘導体はこれまで報告がなく、今回の化合物がはじめてである。RNA Xはアジュバント研究のみならず、シグナル解析においても有用なツールとなる。1.申請者らは種々のウイルス感染系、TLR3リガンドのスクリーニング系、細胞外核酸の取り込み経路の解析方法、in vitro RNA転写合成技術などを保有し方法を確立しているため、TLR3を活性化するウイルスRNA構造の同定に成功したと考えられる。2.他の研究部門あるいは研究機関の研究者からの協力を得ることができた。1.新規RNA誘導体の構築が、申請者らのこれまでの研究成果を基に行われている。2.TLR3リガンドをスクリーニングするための知識、材料を保有しており、方法を確立している。3.申請者らの研究室で、アジュバント効果の評価系の確立を行っている。4.申請者らの研究室で独自にTICAM-1 KO, IPS-1 KOを作製し維持している。細胞外RNAの取り込みレセプターを同定し、取り込みとエンドソームTLR3への輸送機構を明らかにする。Poly(I:C), structured RNA,新規RNAアジュバントRNA Xは共通の取り込みレセプターを介してRaftlin依存的にエンドサイトーシスされることから、Raftlinを用いた共免疫免疫沈降法あるいは核酸を用いたタンデムアフィニティー精製により、取り込みレセプターを精製する。CD14とSR-Aを発現していないヒト細胞の細胞膜画分を出発材料とする。質量分析は北大先端生命科学研究院の小布施研究室と共同で行う。また、Raftlinの機能解析のためにRaftlin-2のノックアウトマウス作製を進め、Raftlin/Raftlin-2ダブルノックアウトも作製し、個体レベルでの細胞外RNA取り込みとTLR3を介した応答を解析する。今後の研究の推進方策は以下の2点に集約される。1. dsRNAによるアジュバント効果に必須のシグナル経路を同定する。
日韓の相互理解をめざした歴史教育の基礎的総合的研究

本年度の研究成果は,次の5点である。(1)日本と韓国の歴史教育担当教員の歴史意識や歴史教育の内容と方法についてアンケート調査を実施した。その結果,次の歴史教育実践上の諸課題を明らかにした。(1)日本の歴史教育担当教師の方が,受験学力を意識し,歴史的事象を覚えさせる学習を重視している。(2)韓国の歴史教育担当者の方が,歴史の特性や歴史を学ぶ意義を大切にして,歴史教育実践に取り組んでいる。(2)歴史学の研究成果と日韓学生の歴史意識・歴史認識の実態を踏まえた日韓歴史教科書叙述の比較検討をした。検討箇所は,古代史全般から近現代史まで行った。この研究成果については,研究報告書及び出版物にて公表する予定。(3)韓国において歴史的史跡の現地調査と博物館(資料館)等での資料収集を行い,教材開発のための基礎的調査を行った。(4)(1)(3)までの研究成果を受け,日韓の相互理解をめざした授業計画書を立案し,日本の中学校において授業実践を行った。その結果,「(1)生徒に歴史は多角的な視座からとらえる必要があることを具体的な学習活動を通じて学ばせること。(2)日本と韓国の現在と過去を取り結ぶことの意義について学ぶ場を設定すること」を講じることが,日韓相互理解のための歴史教育実践では有効であるという手応えを得た。(5)平成19年度の研究成果の公表平成20年2月に大宮で日韓歴史教育シンポジウムを開催した。2年間の研究成果を総括すると共に,今後の研究の見通しを確認した。今後については,これまで以上に「臨床」と「協働」に研究の重点を置く必要があることが確認された。その他,2年間の研究成果を研究報告書及び各種研究出版物として公表した。平成18年度は,次の3点について研究成果を得た。(1)日韓双方の研究分担者,研究協力者で,中学校歴史的分野における日韓関係史の取り扱いについて,古代史から近現代史までの記述内容の比較検討を行った。その結果,倭寇や朝鮮通信使,江華島事件(雲揚号事件),あるいは近現代史に関する教科書記述で歴史認識上の課題が確認された。特に,江華島事件関連の記述では,通信使外交から,江華島事件までの日韓関係史の記述内容について,丁寧な記述が必要であるとの共通理解を得た。(2)教材開発のための現地調査を行った。日本:朝鮮通信使関連(岡山県牛窓,広島県靹の浦)韓国:ソウル市(三・一独立運動関連施設,江華島他)日韓双方で,教材開発に不可欠な史跡調査及び資料収集を行った。通信使関連史跡と三・一独立運動関連の史跡に関する映像資料を撮影し文献資料を収集した。岡山県牛窓では,本蓮寺や海遊文化館を訪問し,資料収集を行った。広島県靹の浦では,対潮楼・福禅寺と靹の浦歴史民俗資料館を訪問し資料収集を行った。ソウル市では,西大門刑務所や梨花女子大学を訪問し,三・一独立運動や柳寛順関連の資料収集を行った。それぞれの現地調査の結果,日韓の中学生用の写真資料や文献資料等を入手することができた。現在,教材化に向けて研究を進めているところである。(3)日韓歴史教育担当者用の質問紙調査の作成教科書分析と現地調査,これまでの先行研究と照らし合わせ,日韓の歴史教育担当者(中学校)を対象とした質問紙調査用紙を作成した。平成19年度春に日韓双方で実施予定。上記(1)(2)の研究成果については,日本社会科教育学会課題研究発表や鹿児島大学研究紀要において発表した。

本年度の研究成果は,次の5点である。(1)日本と韓国の歴史教育担当教員の歴史意識や歴史教育の内容と方法についてアンケート調査を実施した。その結果,次の歴史教育実践上の諸課題を明らかにした。(1)日本の歴史教育担当教師の方が,受験学力を意識し,歴史的事象を覚えさせる学習を重視している。(2)韓国の歴史教育担当者の方が,歴史の特性や歴史を学ぶ意義を大切にして,歴史教育実践に取り組んでいる。(2)歴史学の研究成果と日韓学生の歴史意識・歴史認識の実態を踏まえた日韓歴史教科書叙述の比較検討をした。検討箇所は,古代史全般から近現代史まで行った。この研究成果については,研究報告書及び出版物にて公表する予定。(3)韓国において歴史的史跡の現地調査と博物館(資料館)等での資料収集を行い,教材開発のための基礎的調査を行った。(4)(1)(3)までの研究成果を受け,日韓の相互理解をめざした授業計画書を立案し,日本の中学校において授業実践を行った。その結果,「(1)生徒に歴史は多角的な視座からとらえる必要があることを具体的な学習活動を通じて学ばせること。(2)日本と韓国の現在と過去を取り結ぶことの意義について学ぶ場を設定すること」を講じることが,日韓相互理解のための歴史教育実践では有効であるという手応えを得た。(5)平成19年度の研究成果の公表平成20年2月に大宮で日韓歴史教育シンポジウムを開催した。2年間の研究成果を総括すると共に,今後の研究の見通しを確認した。今後については,これまで以上に「臨床」と「協働」に研究の重点を置く必要があることが確認された。その他,2年間の研究成果を研究報告書及び各種研究出版物として公表した。
甲殻類のCHH族ペプチドをプローブとした昆虫前胸腺抑制ホルモンの検索

甲殻類の眼柄中のX器官-サイナス腺系からは、血糖上昇、Y器官からのエクジソン放出の抑制、卵黄形成抑制等の活性を持つ構造的に類似した一群の神経ペプチド(CHH族ペプチド)が分泌される。CHH族ペプチドはクモ、バッタでも近年見つかっており、節足動物一般に広く存在すると予想されている。本研究は、完全変態を行う昆虫(ここではカイコ)においてCHH族ペプチドを分子生物学的手法を用いて検索し、その作用とりわけ前胸腺からのエクジソン放出の抑制活性の有無を調べることを目的としている。既知のCHH族ペプチドにおいて比較的良く保存された2つの領域のペプチド配列をもとに2つの縮重オリゴヌクレオチドプライマーを作成し、カイコのゲノムDNAをテンプレートとしたPCRを行い、CHH族ペプチドをコードする遺伝子配列の一部と思われる配列を得た。その配列の一部を用いて、5齢幼虫の中枢神経系およびそれに付随した内分泌器官より調製したcDNAをテンプレートとして5'RACE法を行い、5'側の配列を含むcDNA断片を得た。この断片(281ヌクレオチド)中には既知のCHH族ペプチドに類似した翻訳アミノ酸配列が含まれていることから、カイコのCHH族ペプチド前駆体をコードするmRNAの一部であると考えられた。今後はこのcDNAおよびそれがコードするペプチドの全構造の解析を行い、さらに産生細胞の同定およびペプチドの機能の解析を行う予定である。
電界刺激エキソ電子放射(FSEE)の研究

エキソ電子放射は原子力プラント等における新しい探傷技術として注目されているが、その放射特性と固体表面との関連性(放射メカニズム)が十分明確化されていないことから実用化には至っていない。一方、電界電子放射の分野においては電界イオン顕微鏡(FIM)や電界電子顕微鏡(FEM)を用いた原子オーダーでの表面解析が行われてきたが、試料がTipに限定されるため、今日までこれらの表面解析手法をエキソ電子放射に応用しようとする試みはなされていなかった。本研究は申請者らが世界で初めて実験的検証を行った金属からのトンネル効果によるエキソ電子放射(電界刺激エキソ電子放射:FSEE)を用いることにより、これら2つの技術の融合を図り、エキソ電子のトンネリング過程による放射メカニズムを解明するとともに、従来法では得られなかったエキソ電子放射の基礎情報を原子スケールの実空間分解能と共に直接得ることを目的としたものである。本年度は当初の研究計画に従い研究室現有のFSEE実験装置にimage intensifiersystem(Hamamatsu Photonics V2697U)を組み込み、CCDカメラあるいは35mmカメラでFSEE像を撮影し、パーソナルコンピューター(Macintosh 660AV)上のPhoto shopにより画像処理を行うことにより、微弱なFSEE信号を増幅しFSEE像の直接観察を可能とするシステムを製作した。W-Tipを試料とした実験の結果、本装置は十分な空間分解能を持つことが確認され、同一TipのFSEE像、FIM像、FEM像を撮影することに成功した。これらの一連の実験の結果、AlならびにW-TipからのFSEEには二過程モデルが適用できること、Tip上に吸着した酸素、水素がエキソ電子のトラップサイトを形成していること、FSEE放出量は仕事関数の変化にリニアには対応しないこと、通常の電界放射とは逆の温度特性を持つこと等が確認され、従来のトンネル効果のみでは説明がつかないことが明らかとなった。しかしながら、FSEEの放射確率には明らかにトンネリング過程の寄与と思われる挙動が見られることから、今後吸着ガス分子の影響等も考慮した新たなエキソ電子放射モデルの構築が必要であると思われる。
炎症性サイトカイン・ケモカインを標的とした大腸がん予防の基礎的検討

潰瘍性大腸炎患者では、持続する炎症の結果、大腸がんの発生頻度が正常人に比べて高い。慢性炎症を基盤とする、このようながん化過程における、炎症性サイトカイン・ケモカインの役割を解明することを目的に、Azoxymethaneをマウスの腹腔内に投与5日後から、デキストラン硫酸塩(DSS)を飲料水に加えて5日間飲用させることを3回間欺的に反復させる、大腸がんモデルを検討した。昨年度に、腫瘍壊死因子が発症過程のみならず進展過程に密接に関与していることを報告した。さらに、腫瘍壊死因子の作用を抑制すると、大腸病変部でのCCL2の発現が減弱していたことから、CCL2に対するレセプターCCR2を欠損しているマウスでの大腸がん発症過程を検討した。CCR2欠損マウスでは、サイクロオキグナーゼ(COX)-2を発現しているマクロファージの浸潤が減弱し、AOM/DSSによる大腸がん発症が軽減した。さらに、腫瘍が多発した段階でCCL2に対する阻害剤を投与すると、COX-2発現細胞の浸潤が軽減されるとともに、腫瘍血管形成が抑制されるとともに、腫瘍の数・大きさが軽減した。これらの結果は、CCL2-CCR2系が、COX-2発現細胞の浸潤を制御することによって、大腸がんの発症のみならず進展過程にも深く関与していることを示唆していると考えられた。アゾキシメタン(AOM)をマウスの腹腔内に投与した5日後から、デキストラン硫酸塩(DSS)を飲料水た加えて5日間飲用させることを3回間歇的に反復させて生じさせる、大腸がん発症モデルについて検討を加えた。野生型マウスでは、サイクロオキゲナーゼ(COX)-2の発現亢進とともに、全例でβカテニンの核染を伴う腺がんが多発した。腫瘍壊死因子レセプター(TNF-R)p55欠損マウスでは、全経過を通してCOX-2発現充進が減弱している上に、腫瘍の発生数が著明に低下した。骨髄キメラマウスの解析から、COX-2を発現している骨髄由来細胞である顆粒球・マクロファージが、TNFの作用によって、腸管内に浸潤することによって大腸がんの発症・進展が起きることが判明した。さらに、すでに大腸がんが発症している段階で、TNFに対する阻害剤を野生型マウズに投与しても、発生した腫瘍の数と大きさとが減少し、βカテニンの遺伝子変異の頻度も減少することが明らかとした。これらの結果を、Journal of Clinical Investigationに発表した。この結果は、TNFを標的とした大腸がん治療の可能性を強く示唆する結果であると考えられる。TNF-Rp55欠損マウスでは、野生型マウスに比べて、種々のケモカインの発現が亢進しておらず、これらのケモカインに対するレセプターを欠損しているマウスでは、AOM/DSSによる大腸がん発症が軽減するという予備的な結果も得られた。
藻場・干潟が震災により受けたダメージとその回復，および後背地の津波堆積物の特性

東日本大震災によるアマモ類場・干潟生態系の撹乱とその後の回復過程,ならびに後背地に集積した津波堆積物の性状と環境修復材としての利用性の検討を目的として,研究を行った。アマモ類藻場に関しては,震災により大幅に減少したが,その後,アマモに比べてタチアマモにおいて若干の密度回復が認められた。干潟に関しては,震災に伴う底質の泥化と汚濁化が観測され,生物相は未だ遷移過程にあると判断された。津波堆積物中の金属含有量に関しては,土壌汚染対策法の基準を下回っており,その有害性は低いと推定された。津波堆積物を加えた底質を用いてアサリ浮遊幼生着底実験を行ったところ、アサリ幼生の着底率の上昇を確認した。東日本大震災による藻場・干潟生態系の撹乱とその後の回復過程,および後背地に集積した津波堆積物の性状の理解を目的として,研究を行った。調査対象として,地震・津波の来襲を受けた石巻沿岸のアマモ類藻場(鮫浦湾),干潟(波津々浦湾)とその後背地,ならびに東松島市矢本地区を選定した。1.藻場・干潟が震災により受けた撹乱とその後の回復過程アマモ類藻場:湾西側に位置する当該ラインでは,震災に伴う地盤沈下については比較的軽微であると考えられたが,底質中のシルト分の大幅な流出を確認しており,津波による物理的撹乱の影響は甚大であったことが推察された。またアマモ類に関しては,震災前に比べて著しく減少しており,津波による草体流出が示唆された。2013年春には若干とはなるが,タチアマモ群落の広がりが認められ,藻場の回復が期待された。干潟:震災により,最大で0.8mの地盤低下が認められた。これら地盤高の低下した場所では,底質の泥化と汚濁化が観察された。干潟生物相の個体密度に関しては,2006年時に比べて,2011年には25%減となったが,その後,腹足綱の増加により,震災前のレベルまで回復していた。一方,アサリ密度に関しては,震災以降,減少傾向となった。2.津波堆積物の性状評価津波堆積物中の金属含有量に関しては,土壌汚染対策法の基準を下回っており,その有害性は低いと推定された。地点間の変動があるが,概ね矢本地区に集積した津波堆積物に含まれる金属含有量は,他地点に比べて高い傾向を示した。市街地を擁する矢本地区では,震災以前には海域への多量の負荷があったと推察され,このことが津波堆積物の性状の差に反映したものと考えられた。藻場・干潟生態系が東日本大震災により受けたダメージとその初期回復過程,および後背地に集積した津波堆積物の性状の理解を目的として,研究を行った。1.藻場・干潟が震災により受けたダメージとその初期回復過程アマモ類藻場:湾西側に位置する当該ラインでは,震災に伴う地盤沈下については比較的軽微であると考えられたが,底質中のシルト分の大幅な流出を確認しており,津波による物理的撹乱の影響は甚大であったと推察された。2013年冬には残存したアマモ類藻場の沖側において,若干の群落の広がりも認められ,回復の兆しが期待された。一因として,地盤高低下により,流動が静穏化した結果,堆積物が集積しやすくなっていることが推察された。また震災直後のこれらの場所では,生物相が著しく減少していた。2012年に関しては,現在解析中となるため定性評価とはなるが,生物相の回復が観察されている。2.津波堆積物の特性評価鮫浦湾後背地に比べて,矢本地区では多量の津波堆積物が集積していた。また矢本地区の幾つかの場所の津波堆積物は,鮫浦湾後背地に比べて,多くのシルト分と有機物を含み,ヘドロ状を呈していた。後背地が漁農村となる鮫浦湾に比べて,市街地を擁する矢本地区では,震災以前には海域への多量の有機物負荷があったと推察され,このことが津波堆積物の性状の差に反映したものと考えられた。

矢本地区の津波堆積物に関しては,震災から10ヶ月程度経過しているにもかかわらず塩害が認められた。東日本大震災による藻場・干潟生態系の撹乱とその後の回復過程,ならびに後背地に集積した津波堆積物の性状と環境修復材としての利用性の検討を目的として,研究を行った。調査対象として,地震・津波の来襲を受けたアマモ類藻場(鮫浦湾),干潟(波津々浦湾)とその後背地,および東松島市矢本地区を選定した。1.藻場・干潟が震災により受けた撹乱とその後の回復過程アマモ類藻場:地震と津波により草体が流出し、湾内のアマモ,タチアマモが大幅に減少した。その後,アマモに比べてタチアマモにおいて,震災前のレベルには達していないが,株密度の増加が認められた。震災後のアマモが増加しきれない一因として,地盤高低下に伴う水中光量減少の影響が推察された。干潟:震災により,最大で0.8mの地盤高低下が認められた。これら地盤の低下した場所では,底質の泥化と汚濁化が観察された。2011年8月の干潟生物の個体密度に関しては,2006年時に比べて25%減となった。その後,腹足綱の増加により一旦増えたが,2013年には再び減少しており,未だ遷移過程にあることが示唆された。一方,アサリ密度に関しては,震災以降も減少しており,震災後にみられた底質中のシルト分増加がその回復を妨げている可能性が推察された。2.津波堆積物の性状評価と環境修復材としての利用津波堆積物中の金属含有量に関しては,土壌汚染対策法の基準を下回っており,その有害性は低いと推定された。地点間の変動があるが,概ね矢本地区に集積した津波堆積物中の金属含有量は,他地点に比べて高い傾向を示した。市街地を擁する矢本地区では,震災以前には海域への多量の負荷があったと推察され,このことが津波堆積物の性状の差に反映したものと考えられた。また津波堆積物を加えた底質を用いてアマモ出芽試験とアサリ浮遊幼生着底実験を行ったところ、アサリ幼生の着底において着底率の上昇を確認した。玉置仁.「激震に揺るがず地域と共に歩む自然は回復する!!」,石巻日日新聞生態工学東日本大震災により撹乱を受けた藻場・干潟生態系の回復過程,および後背地に集積した津波堆積物中の金属含有量を把握することを本研究の平成25年度の到達目標とした。震災前後の藻場・干潟生態系の状態を比較することにより,これらの生態系が東日本大震災により受けた撹乱の程度とその後の初期回復過程を明らかにした。藻場については現場での回復が未だ明瞭とはならない,また干潟に関しては,アサリが減少傾向とはなるが,これらに関しては次年度も継続調査を行うことにより,その後の回復過程を明らかにしていきたいと考えている。後背地に集積した津波堆積物の性状評価に関しては,堆積物中の金属含有量の把握,ならびにこれら全てが土壌汚染対策法の基準を下回っており,有害性が低いことを明らかにした。以上の理由から,本研究の進行状況を概ね順調であると判断した。藻場・干潟生態系が東日本大震災により受けたダメージの程度とその初期回復過程,および後背地に集積した津波堆積物の基礎的な性状を理解することを平成24年度の本研究の到達目標とした。震災前後の藻場・干潟生態系の状態を比較することにより,これらの生態系の東日本大震災により受けたダメージの程度を把握した。また震災からの初期回復過程に関しては,藻場については現場での回復が未だあまり見られない,干潟に関しては2012年分の一部データが解析途中となり不明瞭な点も残るが,これらに関しては2013年度も継続調査を行うことにより,明らかにしていきたいと考えている。後背地に集積した津波堆積物の性状理解に関しては,調査対象となる場所での津波堆積物量の推定,ならびにその物理化学的な特性(粒度組成,強熱減量,含水比,電気伝導度等)を明らかにした。
センサ用光コンポーネント・光回路の一体・集積化

当初計画通り、各役割分担に従って研究を進め、以下の結果を得た。1.熱伝達現象を光波利用センシングに適用し、光導波路構造をもつ流体計測用トランスデューサの可能性を考察し、実験的に動作を確かめた。信号伝送路として光ファイバを利用する際に、ファイバが受ける外乱の影響を、原理的には完全に打消すことのできるセンサ構成法を考案した。偏波保存ファイバを使用し、偏向回転反射法を適用することによってシステムを構成し、基礎実験によって、計測動作の安定性を確認した。2.LiNb【O_3】基板上に速度計測に必要なヘテロダイン光学系を集積化し、これに偏波保存ファイバを接続して光集積ファイバLVDを試作した。この光ICを用いて、S/N比>20dBで速度検出が行えることを実証した。3.Ti拡散およびプロトン交換LiNb【O_3】光導波路に関して新しい軸方向を利用する等作成法を研究し、基本的な特性を明らかにした。イオン交換膜と干渉計形光変調器からなる光導波路型pHセンサを考案し、マイケルソン干渉計構造の素子をLiNb【O_3】基板上に試作した。室温連続発振の閾値電流が12mAと短波長帯としては極めて低い0.8μm帯GaAlAs1GaAsDFBレーザを開発した。4.被測定高周波電磁界によって変調した光をファイバによって光検出器に導き、変調波ヘテロダインおよび変調波ホモダイン検波する方式を考え、モデル実験を行った。その結果、高周波電界の振幅と位相を同時にかなりの精度で測定できることが分った。今後の方針として、被測定高周波の周波数を高めるとともに、光検波方式を平衡型にすることを考えている。5.光学超薄膜の膜厚・膜質のin-situモニターと複素振幅反射率の新しい表式による新設計法を開発し、各種光コンポーネントの開発の基礎となる、軟X線領域用の多層膜反射鏡の制作技術の向上を図り、波長100A付近でピーク反射率17.531%を達成した。