hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肺動脈性肺高血圧症の新規原因遺伝子の同定と機能解析

PAH患者が複数名存在し、既知の原因遺伝子変異が同定されなかった1家系においてエクソーム解析を実施したところ、X遺伝子変異を検出した。機能解析を行った結果、Xタンパクはp53と結合しうること、同定したX遺伝子変異は機能獲得型変異であることがあきらかになった。さらに、ヒト肺動脈平滑筋細胞においてX遺伝子変異はp53伝達経路の活性低下を惹起し、これによりヒト肺動脈平滑筋細胞が異常増殖すること、さらにヒト肺動脈平滑筋細胞のアポトーシスを抑制すること、この2つの機序からPAHの発症をもたらす可能性を示すことができた。本研究の結果はPAHの新たな治療法の創出に寄与しうるものと考えられる。本研究の目的は、肺動脈性肺高血圧症(PAH)の新規疾患遺伝子を同定し、PAHの発症機序を解明することである。既知の疾患原因遺伝子が同定されていない家族性PAHの患者等において、エクソーム解析によって検出したX遺伝子変異がもたらす、ヒト肺動脈平滑筋細胞(PASMC)におけるp53シグナル伝達経路への影響および細胞増殖能への影響を解析した。real time PCRを用いて、野生型、変異型それぞれのX遺伝子発現ベクターを導入されたPASMCにおけるp53およびそのターゲット物質のメッセンジャーRNAの発現量を比較したところ、変異型が導入されたPASMCでは、野生型が導入されたPASMCよりもp53およびMDM2の発現量が低下していることがあきらかになった。また、ルシフェラーゼアッセイでも、変異型が導入されたPASMCではp53シグナル伝達経路の活性が低下していることがあきらかになった。さらにテトラゾリウム塩を用いて細胞増殖能を比較したところ、変異型が導入されたPASMCは、野生型が導入されたPASMCと比較して、細胞増殖能が亢進していることが示された。ここまでの結果から、変異型X遺伝子はp53シグナル伝達経路の活性を低下させ、さらにp53の分解等に関わるMDM2の発現量を低下させることで、PASMCの増殖能力を亢進させている可能性があるといえる。これはX遺伝子変異がPAHの発症メカニズムに大きく関与している可能性を示唆している。real time PCRを用いた研究を実施し、成果を上げることができ、また、次年度以降に予定していたルシフェラーゼアッセイおよびテトラゾリウム塩を用いた評価を行うことができたのは非常に良好な点と言えるが、細胞数の計測による、PASMCの増殖能評価を十分に行えていないため、上記の区分とした。X遺伝子ベクターの導入がもたらす細胞毒性が強く、導入から数日後の細胞数を正確に評価するのが困難であることが、原因としてあげられる。また、western blottingによるp53およびそのターゲットタンパクの発現量の比較、CRISPR/Cas9による、iPS細胞のゲノム編集もまだ不十分な状況にある。既知の疾患原因遺伝子が同定されていない家族性PAHの患者等において、エクソーム解析によって検出したX遺伝子変異がもたらす、ヒト肺動脈平滑筋細胞(PASMC)におけるp53シグナル伝達経路への影響および細胞増殖能への影響を解析していた。その結果、変異型X遺伝子がp53シグナル伝達経路の活性を低下させ、PASMCの増殖能力を亢進させている可能性があると考えられたが、いずれも影響が軽微であり、また、再現性が不十分であった。このため、エクソーム解析結果から疾患原因候補遺伝子として考えていたもうひとつの遺伝子、Y遺伝子について、あらためてPASMCを用いて機能解析を行うこととした。変異型Y遺伝子のプラスミドを作成し、PASMCに導入してその増殖能を評価したところ、野生型Y遺伝子を導入したPASMCよりも細胞増殖能が向上していることがわかった。Y遺伝子はNFκBシグナリングを調節することが知られており、さらにこのNFκBは肺動脈リモデリングに重要な役割を果たしていることが既にあきらかとなっている。今後はwestern blottingやアポトーシス解析等によって、Y遺伝子変異が単独でPAH発症に関わっている可能性、およびX遺伝子変異とリンクしている可能性について、さらなる解析をすすめる予定である。X遺伝子変異およびY遺伝子変異が、肺動脈平滑筋細胞(PASMC)の増殖能を亢進させる可能性を見いだすという成果は挙げられているが、Y遺伝子変異についての機能解析はまだ端緒についたところであるため、上記の区分とした。本研究の目的は、肺動脈性肺高血圧症(pulmonary arterial hypertension:PAH)の新規疾患遺伝子を同定し、PAHの発症機序を解明することである。PAH患者が複数名存在する家系においてエクソーム解析を実施したところ、Y遺伝子の変異を検出した。このY遺伝子がPAHの新規疾患原因遺伝子である可能性を考え、機能解析を行うこととした。はじめに、siRNAを利用してこのY遺伝子をノックダウンしたところ、ヒト肺動脈平滑筋細胞(human pulmonary arterial smooth muscle cells :hPASMCs)の増殖能が低下すること、hPASMCsの核内p53およびp21の発現量が増加し、p53リン酸化が亢進することがあきらかになった。次に、変異Y遺伝子コンストラクトをhPASMCsに導入したところ、野生型Y遺伝子と比較して増殖能を亢進させ、核内p53およびp21の発現量を減少させ、p53リン酸化を減弱させることがあきらかになり、機能獲得型変異であることが示された。

さらに、変異Y遺伝子はhPASMCsにおいて、アポトーシス細胞を有意に減少させることがあきらかになった。また、抗Y抗体を用いて免疫沈降を行ったところ、Yタンパクは野生型、変異型共にp53と結合しうることが示された。以上から、変異Y遺伝子はp53伝達経路の活性低下を惹起し、これによりhPASMCsが異常増殖すること、さらにhPASMCsのアポトーシスを抑制すること、この2つの機序からPAH発症を惹起する可能性を示すことができた。PAH患者が複数名存在し、既知の原因遺伝子変異が同定されなかった1家系においてエクソーム解析を実施したところ、X遺伝子変異を検出した。機能解析を行った結果、Xタンパクはp53と結合しうること、同定したX遺伝子変異は機能獲得型変異であることがあきらかになった。さらに、ヒト肺動脈平滑筋細胞においてX遺伝子変異はp53伝達経路の活性低下を惹起し、これによりヒト肺動脈平滑筋細胞が異常増殖すること、さらにヒト肺動脈平滑筋細胞のアポトーシスを抑制すること、この2つの機序からPAHの発症をもたらす可能性を示すことができた。本研究の結果はPAHの新たな治療法の創出に寄与しうるものと考えられる。(1)変異型もしくは野生型のX遺伝子ベクターを導入した、PASMCの増殖能の評価を行う。(2)変異型もしくは野生型のX遺伝子ベクターを導入したPASMCにおいて、western blottingを用いて、p53およびそのターゲット蛋白の発現量の比較を行う。(3)CRISPR/Cas9による、iPS細胞のゲノム編集をすすめる。28年度は27年度以上に、より本研究の遂行に専念できる環境を整え、引き続きX遺伝子の機能解析をすすめていくこととする。(1)変異型もしくは野生型のY遺伝子ベクターを導入したPASMCで、western blotting法を用いて、NFκB蛋白およびそのリン酸化蛋白の発現量を評価する。(2)変異型もしくは野生型のY遺伝子ベクターを導入したPASMCで、フローサイトメトリーを用いて、アポトーシス誘導能の変化を評価する。異動によって、28年度後期からはより本研究の遂行に専念できる環境が整ったため、さらに積極的に機能解析を進めていくこととする。小児循環器分野
オークションの収益均等定理の崩壊:理論・実験アプローチ-Allais Paradox型選択行動の再考察とオークションの収益性-

本研究の対象は,個人の持つ情報が個人間で独立であるという条件の下で,現在まで同値だとされてきた4タイプのオークションにおいて,参加者の選好が期待効用であるとは限らない時,同一の対象物に対して一定の方向性を持って異なる価格が生じる現象を,理論と実験の両側面から捕らえようとするものである。実験経済学の分野ではこれまで,不確実性下の選択行動と市場の実験研究は独立な研究テーマであったが,本研究ではその直接的関係を理論的に抽出するのみならず,選択行動と市場での価格提示行動との両側面を,同一被験者を使って実験することにより,その関係を直接検証しようという新しい試みである。本研究の理論面においては,単調性のみを要求する程度の一般性の高い非期待効用環境においても,Allais型を十分条件として特徴付けることが知られているHypothesis II(Machina(1982))が,同値とされるオークションルール間で異なる価格を生み出す十分条件でもあることを示した。しかし選好実験研究によれば,Hypothesis IIから含意される選択行動より高い実証性を持つ,選択行動があることが確認されている。本研究では選好がBetweennnessを満たすという条件下では,そのような選択行動を導くHypothesis IIより弱く実証性の高い条件でも説明できることを明らかにした。理論分析を受けて行ったオークション実験ではまず,被験者人口の約1/4がEU保持者であり,残りの大多数をAllais型が占めることを確認した。その上で,Allais型とEU型ではオークションにおける入札行動に明らかに差があること,更にその差は理論仮説に対応することを確認した。しかし新たな発見として,Allais型の被験者の中に,Hypothesis IIの理論的帰結である行動とは異なり,かつ定性的な行動をする無視できない一群の存在が,特定の実験環境で確認された。これはHypothesis IIがAllais型行動の十分条件であり,必要条件でないことから起因すると考え,本研究は異なる十分条件を提示する最初の一歩を踏み出した。今後一層の精緻化を追求したい。本研究は,個人のもつリスク選択行動パターンと,オークション市場による合成結果との直接的な関係を明らかにすることを目的とする。今まで実験経済学の分野では選択行動と市場の実験研究は独立な研究対象であったが,本研究ではその直接的関係を理論的に抽出するのみならず,同じ被験者を使って選択行動と市場との両方の側面を実験することによって,その関係を直接検証しようという新しい試みである。本年度では,個人の持つ情報が個人間で独立であるという条件の下で,現在まで同値だとされてきた4タイプのオークションにおいて,その価格付けパフォーマンスが異なる結果を生み出す要因が人々のリスク選択行動パターン(Allais型)にある可能性を指摘し,そのパターンを効用関数を使いより一般的且つ実験実績結果と適合するように定式化することを目的とした。現在本研究では,今までAllais型リスク選択行動を特徴づけるとされてきた条件よりも,弱い条件で特定できることが判明し,またより一般的な効用環境にもその性質は拡大できる見通しがついた。また本年度中訪問したシンガポールにおける資料収集やディスカッションの結果,この目的のためにより適した実験方法の目処をたてることができた。一方その成果を踏まえて選択行動についての予備実験を行い,本研究のベースになるAllais型選択行動の存在を確認することができた。

来年度は理論面の精緻化をはかるとともに,本格的な実験を行う予定である。そのために本年度から実験用プログラム作成の準備を始めている。引き続きこの分野の実験に関する文献と既存研究でのデータの収集や,研究補助要員の確保,更なる実験環境の人的物的整備を進める必要がある。本研究の対象は,個人の持つ情報が個人間で独立であるという条件の下で,現在まで同値だとされてきた4タイプのオークションにおいて,同一の対象物に対して一定の方向性を持って異なる価格が生じる現象を,理論と実験の両側面から捕らえようとするものである。今まで実験経済学の分野では選択行動と市場の実験研究は独立な研究テーマであったが,本研究ではその直接的関係を理論的に抽出するのみならず,選択行動と市場での価格提示行動との両側面を,同一被験者を使って実験することにより,その関係を直接検証しようという新しい試みである。理論面においては,本研究代表者やNeilsonの研究などではBetweennnessを満たしている特定の効用関数を使っての分析が行われたのに対して,本研究では単調性のみを要求する程度の一般性の高い効用環境においても,Allais型を十分条件として特徴付けることが知られているHypothesisII(Machina(1982))が,同値とされるオークションルール間で異なる価格を生み出す十分条件でもあることを示した。また一方,Neilsonの研究とは異なり,Betweennnessを満たす効用関数環境においては,HypothesisIIより弱い条件でも説明できることを明らかにした。理論分析を受けて行ったオークション実験ではまず,被験者人口の約1/4がEU保持者であり,残りの大多数をAllais型が占めることを確認した。その上で,Allais型とEU型ではオークションにおける入札行動に明らかに差があること,更にその差は理論仮説に対応することを確認した。しかし新たな発見として,Allais型の被験者の中に,HypothesisIIの理論的帰結である行動とは異なり,かつ定性的な行動をする無視できない一群の存在が,特定の実験環境で確認された。これはHypothesisIIがAllais型行動の十分条件であり,必要条件でないことから起因すると考え,本研究は異なる十分条件を提示する最初の一歩を踏み出した。今後一層の精緻化を追求したい。
がん遺伝子の検出と機能解析

1.c-yes関連遺伝子では, c-farの5末端側のCDNAクローニングに成功し,全構造を明らかにした. c-yes fynについてはプロモーター領域の構造解析を行った.lynについては,特異抗体を作用して, lyn蛋白質がチロシンキナーゼ活性を有していることを示し,更にB-リンパ球で発現していることを見い出した.抗yesモノクロナール抗体の作成にも成功し,抗fyn,抗fgr抗体の作成ももう一歩の所まできている.これら抗体を用いて, yes関連遺伝子物産の組織での発現検索が可能となってきた.2.c-erbB2が分化度の高い胃癌(管状腺癌)や進行度の乳癌で偏って増幅していることを見い出した.腺癌以外では脳腫瘍(星状細胞腫)で遺伝子増幅を見い出した.特異抗体を用いた研究からc-erbB2蛋白質が胃癌細胞の微械毛に局在していることやEGFレセプターによって,そのチロシン残基がリン酸化されることを見い出した.更にc-erbB2の転写プロモーター領域を解析した.3.NIH13T3細胞への遺伝子導入実験から得られた新たなトランスフォーミング遺伝子が, c-rofに類似した遺伝子であることを見い出し,これをB-rafと命名した.C-raf同様, B-rofも5側での組み換えによって活性化されることを示唆する結果を得た.更に, B-rafが種々のヒト癌細胞で発現していることから癌との係わりが示唆された.4.erbAに関連する細胞遺伝子4種(ear-1, ear-2, ear-3, ear-7)を見い出しそのCDNAクローンの構造解析を完了した. ear-1とear-2が酷似した蛋白質をコードすこと又ear-1とear-7が染色体上極めて近い位置に存在し,可成りの胃癌で増幅していることを見い出した.5.癌遺伝子と癌原遺伝子の構造解析から,特異抗体を用いた機能解析に重点が移ってきた.更に転写支配因子や発現ベクタを用いた新種癌原遺伝子の腫瘍形成能の解析が可能となってきた.1.c-yes関連遺伝子では, c-farの5末端側のCDNAクローニングに成功し,全構造を明らかにした. c-yes fynについてはプロモーター領域の構造解析を行った.lynについては,特異抗体を作用して, lyn蛋白質がチロシンキナーゼ活性を有していることを示し,更にB-リンパ球で発現していることを見い出した.抗yesモノクロナール抗体の作成にも成功し,抗fyn,抗fgr抗体の作成ももう一歩の所まできている.これら抗体を用いて, yes関連遺伝子物産の組織での発現検索が可能となってきた.2.c-erbB2が分化度の高い胃癌(管状腺癌)や進行度の乳癌で偏って増幅していることを見い出した.腺癌以外では脳腫瘍(星状細胞腫)で遺伝子増幅を見い出した.特異抗体を用いた研究からc-erbB2蛋白質が胃癌細胞の微械毛に局在していることやEGFレセプターによって,そのチロシン残基がリン酸化されることを見い出した.更にc-erbB2の転写プロモーター領域を解析した.3.NIH13T3細胞への遺伝子導入実験から得られた新たなトランスフォーミング遺伝子が, c-rofに類似した遺伝子であることを見い出し,これをB-rafと命名した.C-raf同様, B-rofも5側での組み換えによって活性化されることを示唆する結果を得た.更に, B-rafが種々のヒト癌細胞で発現していることから癌との係わりが示唆された.4.erbAに関連する細胞遺伝子4種(ear-1, ear-2, ear-3, ear-7)を見い出しそのCDNAクローンの構造解析を完了した. ear-1とear-2が酷似した蛋白質をコードすこと又ear-1とear-7が染色体上極めて近い位置に存在し,可成りの胃癌で増幅していることを見い出した.5.癌遺伝子と癌原遺伝子の構造解析から,特異抗体を用いた機能解析に重点が移ってきた.更に転写支配因子や発現ベクタを用いた新種癌原遺伝子の腫瘍形成能の解析が可能となってきた.
移民受け入れ国となったスペイン：「後発性の利益」と「地域主義」の間で

本件研究では、ヨーロッパ地域におけるスペインの移民政策の位置付けとともに、スペイン国内の各自治州の例を取り上げながら国内の空間的な比較を含む分析を試みている。1990年代末から2000年代にかけて移民受け入れ国に転換したスペインでは、短期間に大規模な移民流入(2000年代前半)や深刻な経済危機(2008年以降)を経験した。本研究では、縦軸に移民受け入れ後発国として周辺諸国の経験を取り込んだ移民政策を実施することが可能となった「後発性の利益」を、横軸にカタルーニャ州に代表されるような「地域主義」が国政やスペイン・ナショナリズムに与えてきた状況を置き、その間で移民政策がどのように策定されてきたのかを検討している。国内政治における「地域主義」と「反ポピュリスト規範」の相関構造を探るという政治学的試みに加えて、中央政府及び地方政府における移民政策の決定者、受け入れ社会の市民社会組織や、移民による自助団体といった移民政策に携わってきたアクターに聞き取り調査をおこなう社会学的調査を行っている。これまでは、移民排斥を掲げるグループは存在するものの、国内の地域主義が国家ナショナリズムを凌駕している状況や、独裁時代の記憶や国際人権レジームの浸透から「反ポピュリスト規範」が作用して移民とは別の要素により「排除」が向いてきた傾向を分析してきた。2019年には、その移民排斥を掲げる勢力が初めて国政に参入することとなり、今後は、これまでのスペイン独自の政治的バランスを伴った移民受け入れが形成されてきた状況にどのような要素が加わったのか、その構造的な特徴を明らかにすることも研究課題となった。2018年度中には、2019年度に始める予定であった調査の一部を開始することができた。具体的には、2019年度に開始予定であった5つの自治州の比較の事例調査について、2018年度の現地出張の際に現地の研究者及び研究機関の協力を得られる機会に恵まれ、すでに1州での調査を始めているだけではなく、さらにもう1州についても研究を進めることができた。ただ、2018年末から2019年前半にかけてのスペイン政局では、移民排斥などを掲げる極右政党が民主化以来初めて国政に参入するなど、新しい現象が目立つようになった。こうしたことから、この現象における後発性の利益や地域主義とのバランスについても探るという課題も発生した。2019年度には、引き続き各自治州の比較研究を進めるとともに、2018年度に前倒しして進めることができた調査で得られた結果を取りまとめ、スペインにおけるラテンアメリカ地域出身移民についての成果発表を行う予定である。現地滞在の機会には、一次史料のさらなる収集を行い、各自治州の移民統合政策における地域主義の要素を抽出する調査を進めたい。さらに、2019年スペイン総選挙において、移民排斥を掲げる極右政党が国政に参入することとなったため、この点にも留意しつつ研究を進めたい。2020年度には、前年度の調査による比較要素をまとめ、地域主義やポピュリズムの視点を加えた分析を行い、研究成果の発表を行う予定である。

現地滞在の機会には、一次史料のさらなる収集を行い、各自治州の移民統合政策における地域主義の要素を抽出する調査を進めたい。さらに、2019年スペイン総選挙において、移民排斥を掲げる極右政党が国政に参入することとなったため、この点にも留意しつつ研究を進めたい。2020年度には、前年度の調査による比較要素をまとめ、地域主義やポピュリズムの視点を加えた分析を行い、研究成果の発表を行う予定である。
気道過分泌を起こしている慢性閉塞性肺疾患患者の看護と去痰に関する研究

気道過分泌を起こしている慢性閉塞性肺疾患患者51例を対象に,その看護と去痰に関する問題点を明らかにするために,患者の自覚的な痰の喀出状態と,痰の生化学的な性状や曵糸性および線毛による移送速度との関連性について検討を行った。痰は,末梢気道から中枢気道,中枢気道から口腔へと2段階に移送されて喀出され,粘性痰喀出症例(以下粘性痰)では喀出困難度が軽度な検体が40%,高度な検体が60%であるのに対して,膿性痰喀出症例(以下膿性痰)ではすべての検体が塊状で切れがよく,痰の喀出が容易であるという結果を得た。自覚的な痰の喀出状態は,曵糸性との間に正の相関関係がみられ,大部分の膿性痰は,15mm以下と低値で,粘性痰においても,喀出困難度が高度な検体に比し,軽度な検体の方が,明らかに低い傾向を示した。痰の末梢気道から中枢気道における線毛による移送状態の判定のために,線毛による移送速度(MTR)を測定した。MTRは両群ともに個体差が大きく,有意差はみられず,痰の喀出困難度との間にも一定の関連性はみられなかった。これらから,痰の喀出困難度と線毛による移送速度に関係する物理学的性状は必ずしも同じではないことが推定された。また,生化学的分析により,粘性痰と膿性痰では,その物理学的性状に関与する物質が異なることが示唆され,これらのことを考慮して去痰療法を行う必要があると考えられた。痰のような流動体の曵糸性には,粘性や弾性と同様にRMPのような高分子性物質が関与するが,この性質が膿性痰で粘性痰より低いことから,分子量の大きさや化学構造以外に構造の安定性が曵糸性に密接に関与しているとも考えられた。曵糸性の測定は粘性や弾性などの他の物理学的性状の測定に比し簡便に実施できるために,ベッドサイドにおける痰の喀出状態を判定する指標としては有用と考えられ,この臨床的応用については今後さらに検討する予定である。
三宅島2000年噴火火山灰堆積物上の初期炭素蓄積過程

火山灰堆積物上の初期炭素蓄積過程を明らかにすることを目的とした。植生の発達程度の異なる3調査区を設定した。噴火後11年間の植物体、リター、土壌の炭素蓄積量は132-4502、19-1067、212-1047gm^<-2>となった。土壌に比べ、植物の炭素蓄積速度が速いこと、分解系が未発達なためリター蓄積量が多いことが示された。推定された土壌呼吸速度は、植生発達と対応した。土壌断面調査では、11年間で低木林化した地点でA層の形成が確認された。伊豆諸島三宅島は2000年に大噴火した。本研究は、噴火により生態系が破壊された場所において、植生と土壌がどのように発達してゆくかについて、明らかにすることを目的とした。中心とした調査対象地は2000年噴火直後には無植生化したが、2010年現在は、火口からの距離に応じた発達段階の差がみられる。平成19年から継続して植生調査を行っている3ヶ所の固定調査区において、植生調査と毎木調査を行った。その結果、3年間の植生の変化を直接把握することができた。最も植生発達が悪い山頂付近の調査区においても、ハチジョウススキ、キリシマノガリヤス、ハチジョウイタドリなどが増加しているのが確認された。調査開始時点でハチジョウススキが優占していた残りの2地点においては、先駆樹種であるオオバヤシャブシの増加が確認された。一方、ハチジョウススキについては、減少傾向がみられるようになった。これらのことから、今後、ハチジョウススキの草原からオオバヤシャブシの低木林に遷移することが予測された。同一の調査区において、土壌呼吸の測定と、土壌微生物の分析のための資料採集を行った。これらのサンプルについては、現在分析中である。噴火跡地に侵入するハチジョウススキによる土壌生成作用を明らかにするために、新たな調査区を設定し、土壌断面調査と土壌資料の採取を行った。その他、8年間継続モニタリングしている噴火被害林において、毎木調査と植生調査を行った。前述の調査区に比べ被害が軽度であったこれらの調査区では、ヒサカキが量的に多く、今後、増加するものと考えられた。以上の調査を継続してモニタリングできるように、調査ルートの整備等を行った。本研究は、噴火により生態系が破壊された場所において、植生と土壌がどのように発達し、生態系の骨格を形成する炭素が蓄積してゆくかについて、明らかにすることを目的とした。中心とした調査対象地では2000年噴火直後には無植生化したが、2010年現在は、火口からの距離に応じた発達段階の差がみられる。平成19年から継続して植生調査を行っている3ヶ所の固定調査区において、植生調査と毎木調査を行った結果、最も植生発達が悪い山頂付近の調査区においても、ハチジョウススキ、キリシマノガリヤス、シマタヌキランなどが増加しているのが確認された。調査開始時点でハチジョウススキが優占していた残りの2地点においては、窒素固定植物であるオオバヤシャブシが増加した。同一の調査区において、土壌呼吸の測定、土壌微生物の分析のための試料採取、土壌動物であるミミズの調査、リターバック法によるリターの分解速度の測定を行った。土壌動物であるミミズの量、リターバックによる分解速度は、上述の植生の発達傾度と対応しており、植生発達と炭素蓄積量増加に伴い土壌の分解系が発達すると考えられた。土壌呼吸と土壌微生物については、現在分析中である。噴火跡地に侵入するハチジョウススキによる土壌生成作用を空間的に明らかにするために、土壌断面調査と土壌資料の採取と分析を行った。その他、9年間継続モニタリングしている噴火被害林において、毎木調査と植生調査を行った。本研究は、噴火により形成された火山灰堆積地において、植生と土壌の発達様式を炭素蓄積量の面から明らかにすることを目的とした。三宅島の2000年噴火直後には火山灰堆積により無植生化した地域を調査対象とした。2008年から継続調査を行っている3ケ所の固定調査区(IG1、IG2、IG3)において、植生調査、毎木調査、土壌調査、土壌呼吸測定、現存量調査、リター分解速度の測定を行った。噴火後11年経過時点での地上部現存量は、126g/m^2(IGI)、5530g/m^2(IG2)、7388g/m^2(IG3)であり、そのうちの77.789.7%をハチジョウススキが占めていた。

土壌炭素量は、0-5cmと5-10cmの合計で、212g/m^2(IG1)、814g/m^2(IG2)、1047g/m^2(IG3)であり、各調査区とも表層ほど土壌炭素量が多くなった。各調査区における3年間の炭素集積速度は、地上部は12g/m^2(IG1)、714g/m^2(IG2)、775g/m^2(IG3)であり、土壌部は-14g/m^2(IGI)、108g/m^2(IG2)、118g/m^2(IG3)であった。この結果から、遷移初期の炭素蓄積は土壌を植生が上回ることが明らかとなった。また、リター蓄積量は73g/m^2(IG1)、2170g/m^2(IG2)、2133g/m^2(IG3)であった。リターの分解速度は、オオバヤシャブシが0.009(IG1)、0.007(IG2)、0.020(IG3)であり、ハチジョウススキが0.001(IG1)、0.005(IG2)、0.012(IG3)であった(但し、単位は全て%/day)。植生の発達した調査区ほど分解速度が大きくなる傾向がみられた。以上のことから、分解系の発達に伴うリター蓄積量増加の抑制が考えられた。
貯蔵脂質と貯蔵多糖合成の代謝スイッチングの仕組み

本研究では、ハプト藻5種のみで報告されている脂質アルケノンに着目し、その中の1種であるTisochrysis luteaとその変異体を用い、多糖合成と脂質合成の代謝調節について調べた。まず、窒素欠乏またはリン欠乏時の細胞内炭素分配の変化を調べた。どちらの場合もTAGの合成スイッチがオンになり、窒素欠乏時にはTAG蓄積量に変化は見られなかったが、リン欠乏時はTAG蓄積量が増加し、その炭素分配率が増加する一方で多糖の炭素分配率が減少していた。この時、両条件下でTAG合成遺伝子の発現解析をしたところ、2種のDGAT1の発現量が上昇していた。一方、アルケノン蓄積量については両条件で変化は見られず、生育に依存していた。次に、エネルギー源としてどの貯蔵物を利用しているか暗条件下で調べたところ、主に多糖とTAGを分解しており、アルケノンの分解速度は遅かった。変異体解析では、アルケノン非産生株、アルケノン低産生株とアルケノン高産生株を用いた。ゲノム比較解析から、アルケノン非産生株、アルケノン低産生株の両変異体で共通してPKSに変異が見られ、アルケノン合成への関与が示唆された。アルケノン高産生株2株では、野生株と比較して最大光合成活性が1.5倍ほど上昇していた。そこで、強光や高CO2条件で培養したところ、すべての条件でアルケノン高産生株は1.21.5倍のアルケノン蓄積量を示した。特に5%CO2通気では、野生株と異なりアルケノンとTAGへの炭素分配率の増加が見られ多糖の炭素分配率が減少していた。今回、リン欠乏時に多糖からTAGへ、5%CO2通気で野生株では見られない多糖から両中性脂質への炭素フローの切り替えが見られた。さらなる解析により炭素フローを切り替える仕組みが明らかになることが期待される。また、今回初めて見つかったPKSがアルケノン合成系解明への糸口となることが期待される。本研究では、ハプト藻5種のみが産生する脂質アルケノンに着目し、その代謝調節の仕組みを阻害剤や変異体を用いて解析した。5種の内、既に変異体を所得しているTisochrysis luteaを本研究では用いた。ハプト藻Emilianiahuxleyiでは、貯蔵物質と考えられた中性多糖ではなく脂質アルケノンが貯蔵物質として機能していることが示されている。そこで基礎的情報を得たところ、E. huxleyiとT. luteaで中性多糖は全有機炭素の約5%及び15%を占め、アルケノンは約18%及び9%であった。更に、暗条件に移すことでエネルギー源として主にどちらを利用しているか調べた。その結果、E. huxleyiでは報告の通りアルケノンが主に利用されていたが、T. luteaでは中性多糖が利用されており、同じアルケノン産生種でもその代謝調節が異なる事が明らかになった。続いて、アルケノンを産生しなくなった変異体について解析したところ、生育、炭素固定量及び中性多糖量に差は見られなかったが、GC/MS分析からアルケノンの代わりにトリグリセリド(TAG)を蓄積していることが示唆された。このことは、TAGとアルケノン合成系が同じ炭素フローを利用していることを示唆し、TAG合成が促進する条件でTAG合成を阻害することにより、アルケノン合成量の促進が見込める新たな知見である。また、アルケノン合成量の増加した変異体をFT-IRで分析したところ、全有機炭素内のアルケノンが増加した代わりにタンパク質の割合が減少していた。同様の現象が、アルケノン産生種であるがTAGをほとんど合成しないE. huxleyiで窒素欠乏条件時に報告されている。そのため、変異体におけるアルケノンとTAG蓄積が通常時と窒素欠乏時でどの様に変化するのかを調べることで、アルケノンとTAG合成の関係を解明する糸口となることが期待される。現在、アルケノンを産生する野生株と産生しない変異株で、アルケノン生産の温度依存性や脂質組成や多糖の挙動といった基礎的情報を整えることができた。また、平成28年度に予定していた「多糖及び脂質の蓄積量変化と14C放射性同位体ラベルによるその合成量変化を測定」の内、いくつかの代表的な変異体で脂質及び多糖の分析を行ったが、放射性同位体を用いた合成速度解析が行なえていない。本研究では、ハプト藻5種のみが産生する脂質アルケノンに着目し、その中の1種であるTisochrysis luteaを用いた。これまでの結果より、T. luteaではTAGとアルケノン合成系が同じ炭素フローを利用していて、窒素欠乏などのストレス条件下でTAG(トリグリセリド)合成にその炭素フローが切り替わることが示唆された。そこで、窒素欠乏とリン欠乏時にTAGとアルケノンの合成がどの様に変化するかを調べた。その結果、リン欠乏ではTAG合成が、窒素欠乏ではアルケノン合成が促進されることが示唆された。異なる欠乏条件下でのアルケノンとTAG合成のスイッチングは、これら合成系の制御機構解明の手掛かりとなることが期待できる。変異体解析では、アルケノン高産生株からアルケノン高生産の要因を、アルケノン非産生株からアルケノン合成系を探った。アルケノン高産生2株についてTAG蓄積量を調べたところ、1株では減少していたが、もう1株ではアルケノン蓄積量の増加率と同程度増加していた。

興味深い事に、アルケノン高産生2株では野生株と比較して最大光合成活性が1.5倍ほど上昇していた。そこで、光合成増加によるアルケノン合成量の増加を期待し3倍の光強度で培養したが、アルケノン合成量に変化は見られなかった。次に、野生株とアルケノン非産生株のゲノムを比較解析した。この際、アルケノン低産生株も同時に比較解析したところ、野生株に対して両変異体で併せて151箇所、遺伝子に影響しそうなもの4箇所の変異が見つかった。その中でも両変異体で共通の遺伝子に変異が合ったものが1つあった。これまでアルケノン合成系についてはほとんど解明されておらず、この遺伝子がアルケノン合成系を解明する糸口となることが期待される。現在まで、様々な条件で培養を行いTAGやアルケノン合成の促進される条件を探ってきた。その結果いくつもの条件を見つけたが、ほとんどが中性脂質の分析のみで極性脂質や多糖画分の分析が滞っている。本研究では、ハプト藻5種のみで報告されている脂質アルケノンに着目し、その中の1種であるTisochrysis luteaとその変異体を用い、多糖合成と脂質合成の代謝調節について調べた。まず、窒素欠乏またはリン欠乏時の細胞内炭素分配の変化を調べた。どちらの場合もTAGの合成スイッチがオンになり、窒素欠乏時にはTAG蓄積量に変化は見られなかったが、リン欠乏時はTAG蓄積量が増加し、その炭素分配率が増加する一方で多糖の炭素分配率が減少していた。この時、両条件下でTAG合成遺伝子の発現解析をしたところ、2種のDGAT1の発現量が上昇していた。一方、アルケノン蓄積量については両条件で変化は見られず、生育に依存していた。次に、エネルギー源としてどの貯蔵物を利用しているか暗条件下で調べたところ、主に多糖とTAGを分解しており、アルケノンの分解速度は遅かった。変異体解析では、アルケノン非産生株、アルケノン低産生株とアルケノン高産生株を用いた。ゲノム比較解析から、アルケノン非産生株、アルケノン低産生株の両変異体で共通してPKSに変異が見られ、アルケノン合成への関与が示唆された。アルケノン高産生株2株では、野生株と比較して最大光合成活性が1.5倍ほど上昇していた。そこで、強光や高CO2条件で培養したところ、すべての条件でアルケノン高産生株は1.21.5倍のアルケノン蓄積量を示した。特に5%CO2通気では、野生株と異なりアルケノンとTAGへの炭素分配率の増加が見られ多糖の炭素分配率が減少していた。今回、リン欠乏時に多糖からTAGへ、5%CO2通気で野生株では見られない多糖から両中性脂質への炭素フローの切り替えが見られた。さらなる解析により炭素フローを切り替える仕組みが明らかになることが期待される。また、今回初めて見つかったPKSがアルケノン合成系解明への糸口となることが期待される。まず、アルケノンを産生する株と産生しない株の基礎的情報が得られたので、ゲノム比較解析を行なう。これについては、既にデータを取得済みである。続いて、進捗の遅れている変異体の多糖及び脂質量の分析と放射性同位体を用いた合成速度の解析を行なう。この際に、新たに明らかになったTAGとアルケノンの関係も同時に測定し、アルケノン量の減少に対する細胞内成分の影響も評価する。その後、予定にある阻害剤による多糖と脂質の変化を測定し、有用株についてトランスクリプトーム解析を行う。まず、進捗の遅れている多糖及び脂肪酸の分析を行なう。
高品質・高精度なメタボロームのデータ解析を可能とするアルゴリズムの研究

質量分析装置を用いたメタボローム解析を対象とし、全てのシグナルの検出や解釈を行うノンターゲット解析を自動的に行う環境構築に取り組む。特に測定間で再現性がする部分の補正と、これまではユーザがGUI等で品質を評価して精査(キュレーション)してきたようなデータ解析を人工知能に置き換えて自動化することを目標とする。再現性が低下する可能性のある部分として、キャピラリー電気泳動・質量分析装置(CE-MS)における移動時間や、各質量分析装置における定量値の値などを対象とする。これまでに蓄積してきた多数のキュレーション済のデータを用いて、精査の評価関数を設計し、解析結果を制御する変数を自動的に変動させる。本年度は、制御すべき変数の感度解析や、人工知能を組み込むためのソフトウェアの改良などを行った。これまでは液体クロマトグラフィー(LC)とキャピラリー電気泳動(CE)を分離装置として、質量分析装置(MS)としては飛行時間型(TOF-MS)や三連四重極型(QQQ-MS)を用いてきたが、解析対象とする質量分析装置のデータも近年高密度になるために、これらに対応したデータ変換モジュールの開発も実施した。従来通り測定データを全て抽出して後続する解析をすると非効率であるために、測定データのデータ変換時に一定のデータのフィルタリングを行う機能を実装した。更に、ノンターゲット解析をコホート研究などの大規模な検体数で行うための実験とアルゴリズムを融合させたアプローチとして、品質制御用検体(QC検体)を用いて、定量性の再現性が高く、代謝物由来のピークだけを絞り込み、残りの実験体のデータ解析をターゲット解析することによって、既知ピークだけでなく未知ピークも含めた解析が行えるセミノンターゲット解析の方法を開発し、検証した。約20セットのデータ(各セットには約100検体が含まれる)を用いて自動処理の内容と、その後GUIでユーザがキュレーションした差分を様々なピーク形状のパターン(ピークの左端や右端などのエッジの位置や、ピークの面積等)にて計算を行った。ピークのエッジの検出に関しては、(1)個々のサンプルにおけるユーザが形状から判断する、(2)移動時間や溶出時間の補正後の複数のサンプルデータの重ね合わせによって判断する、という二つの要素の重ね合わせとなる。データの重ね合わせ後にQCサンプル、または、多くのピークが重なるピークの端を答えとして、これらから大きく外れているピークの端を自動的に調整する機能を開発した。人工知能の外部ライブラリに対応するためにデータ解析ソフトのAPIとAPIをコントロールするスクリプトもPython2.0から3.0系列にアップグレードした。また、高密度な測定データとしてOrbitrap Q Exactive Plusのデータを対象としたデータ変換モジュールも開発した。低濃度の標準物質のmixtureの測定データを利用して、拾うべきピークを含むクロマトグラムを抽出し、TOF-MSと同じプロファイルデータでもQQQ-MSと同等の一部のm/zのデータだけを選別して得られる仕組みを開発した。また、QCサンプルの希釈系列を変えて測定したデータからサンプル中のピークで濃度とのピーク面積の間に直線性が得られるピークだけを抽出し、m/z等の関係から代謝物由来と考えられるピークだけを絞り、残りの検体に関しては該当サンプルだけを測定すればよい仕組みを作り、LC-TOFMSにて血漿データを使い、脂質を中心として400物質程度を効率的にデータ解析抽出する方法を検証した。臨床検体における腫瘍組織や脂肪組織の解析も行い、Pathwayにマッピングする一連のフローの実施も行った。APIと、APIを制御するPythonのバージョンをアップグレードしたことにより多数の人工知能のライブラリを結合することができるようになった。ニューラルネットワーク等を使ってLC-MSのピーク処理(エッジを決める積分)を自動化する試み(Woldegebried M et al, Anal Chem, 2017)などが報告されており、このような機械学習のライブラリを結合して、同様のアプローチを試みる。しかし、CE-MSの場合、LC-MSよりも更にデータの質は悪く、スタッキングコンディション(分子の分離の原則がLCと異なりサンプルとその周りのバッファーの電気抵抗の違いを利用している)に依存して、ピークの形状がガウス上にもならない。更に測定サンプルごとの移動時間の再現性が低い。後者を、ダイナミックプログラムを利用して補正関数を自動的に作成し、補正する方法は開発した(Sugimoto et al, Metabolomics, 2010)。しかし、大規模なデータの検証ではまだ不十分な点がみられ、ユーザがデータごとにキュレーションをしている。品質制御パラメータの感度解析を継続し、感度の高い変数から自動的に機械学習に修正させ、ユーザのキュレーションの基準を再現した目的関数を最大化する最適化問題に今後は取り組む。ピークの検出部分だけでなく、同様の手法は未知物質の同定(Allen et al, Anal Chem, 2016, Samaraweera et al, Anal Chem, 2018)などにも展開できる。データのプロセッシングだけでなく、その後の解釈部分も引き続き開発を進める。メタボロームの研究において分析装置から得られるデータを自動的に解析して、客観的で再現性のある環境を整えることは急務である。現実的に多くのソフトでは自動処理が不十分であるためにユーザがデータごとにパラメータを調整しながら最適化してゆくことが一般的である。申請者は、質量分析装置の中でも特にイオン性代謝物を一斉に測定できるキャピラリー電気泳動・質量分析装置(CE-MS)を対象として、半自動でピーク検出・アライメント・ピーク同定・定量を行いつつ、GUIで品質を確認し、パラメータを調整するソフトウェアを開発し、多くのユーザにマニュアルで最適化したデータを蓄積してきた。

本研究では、これら蓄積された多くのデータからユーザがどのような意思決定でパラメータを調整したかのルールを自動学習し、完全自動化を進めることを目的とする。また、その成果を測定装置に依存する部分とアルゴリズム部分に分離して、他のメタボローム解析ソフトでも利用できる汎用的なライブラリとして公開することを目標としている。CE-MSのデータは、液体クロマトグラフィー(LC)-MSやガスクロマトグラフィー(GC)-MSと比べて、サンプル間でイオンの移動がより不規則に非線形に発生し、ピークの形状も正規分布ではなく、サンプルの状態で複雑に変化するために、自動解析が最も難しいと考えられる。このため、CE-MSにて開発するアルゴリズムは、汎用的に他の装置のデータにも汎用化できると考えられる。また飛行時間型(Time-of-flight)-MSの検出器の特徴としてピークのサイズとm/zの絶対値のズレなども発生するため、予め試薬を利用して基礎的なデータも取得し、測定データに発生する歪みを予測してその影響を差し引き、より自動処理の精度を上げるという戦略も同時に取る。本年度はこれらのデータの収集と整理とともに、ソフトウェアを既存の機械学習のライブラリと結合させるために、ソフトウェアの改修を行って、外からコントロールできる口を実装した。ユーザがパラメータを調整した、いわゆるゴールとなるデータと、その前のデフォルトパラメータでのデータを集積し、試験的に少数のパラメータで誤差を最小化する試験に取り組んだ。しかし現状ではまだ簡単な評価関数を使っており、今後精度を上げるための工夫が必要である。また、長期的な検体測定では、測定装置の感度や、定量のための試薬のロット感誤差など、様々な要因によりその値が変化する。そこで外れ値がどのようにそのあとの統計解析に影響するか(1)、品質を制御するためのサンプルを入れて、これらのばらつきを補正することで、そのばらつきの影響を減らす方法の検討を行ってきた(2)。質量分析装置を用いたメタボローム解析を対象とし、全てのシグナルの検出や解釈を行うノンターゲット解析を自動的に行う環境構築に取り組む。特に測定間で再現性がする部分の補正と、これまではユーザがGUI等で品質を評価して精査(キュレーション)してきたようなデータ解析を人工知能に置き換えて自動化することを目標とする。再現性が低下する可能性のある部分として、キャピラリー電気泳動・質量分析装置(CE-MS)における移動時間や、各質量分析装置における定量値の値などを対象とする。これまでに蓄積してきた多数のキュレーション済のデータを用いて、精査の評価関数を設計し、解析結果を制御する変数を自動的に変動させる。本年度は、制御すべき変数の感度解析や、人工知能を組み込むためのソフトウェアの改良などを行った。
電場誘起顕微ラマン分光装置の開発と太陽電池及び微生物燃料電池への応用

本研究ではエネルギー問題の解決に向けて,有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト太陽電池や微生物燃料電池といった次世代電池に注目し,起電力源の外部電場応答を明らかにすることで,動作機序を解明することを目的としている。初年度は,本研究で最も重要である電場応答を観測するための装置開発を行った。超低振動数領域(>10 cm-1)のラマンスペクトルが観測可能な共焦点顕微ラマン分光装置(励起波長532 nm)を完成させた。また,電場を印加するための装置を導入し,装置制御ソフトを利用して自動で電場のON-OFFを繰り返すプログラムを作成した。さらに前述の共焦点顕微ラマン分光装置と組み合わせ,電場のON-OFFに同期してラマンスペクトルを測定するためのシステムを構築した。電場応答の観測を行う対象として,完全にイオンから構成されているにも拘わらず常温で液体として存在するイオン液体に注目した。イオン液体の電場応答の理解はイオン液体を電解質として用いた電池の応用において極めて重要である。構築した装置を用いてイオン液体の低振動数領域から指紋領域までのラマンスペクトルを測定した結果,電場(20 V/cm)印加によるラマン散乱強度変化を観測することに成功した。また,信号強度の増減が電位の符号と関係していることも明らかとなった。分子の集団振動や分子間相互作用に由来する低振動数領域にも強度の増減が観測され,外部電場がイオン液体の巨視的な性質(密度など)に影響を与えることが示唆された。二年目に実施予定である有機無機ハイブリッド型ペロブスカイトの電場応答観測の予備実験として,既存の電場変調赤外分光装置を用いたペロブスカイト薄膜の成膜条件の検討及び電場応答の観測を行った。得られた結果からペロブスカイト構造を構成する有機カチオンの電場応答が主に電子状態の変化に由来していることが示唆された。超低振動数領域(>10 cm-1)のラマンスペクトルが観測可能な共焦点顕微ラマン分光装置(励起波長532 nm)が完成した。電場を印加するためのシステムを構築し,ラマン分光装置を組み合わせることで,初年度に構築予定であった電場誘起顕微ラマン分光装置を完成させた。イオン液体を対象とし,電場印加に由来する信号の変化も観測することに成功し,電場印加によってイオン液体の巨視的な性質(密度など)が変化する可能性を見出した。2年目に行う予定である有機無機ハイブリッド型ペロブスカイトの電場応答の観測も,既存の電場変調赤外分光装置を用いることで成功した。成膜方法の最適化や薄膜の評価方法の検討を含めて,十分な予備実験を行うことができたといえる。また,既存の共焦点顕微ラマン分光装置(励起波長632.8 nm)を用いて,2次元型有機無機ハイブリッド型ペロブスカイトの低振動数ラマンスペクトルを測定したところ,薄膜を構成する微結晶によって低振動数領域に観測されるラマンバンドの強度比が異なることを示唆する結果が得られた。以上のことから初年度はおおむね順調に進展しているといえる。しかしながら,構築した共焦点顕微ラマン分光装置に関しては空間分解能の評価が未だ行えていない。評価するために必要な装置(ピエゾステージ)は既に所属研究室が所有しているため,空間分解能の見積もりは可能である。また現状として,他の手法(シュタルク分光法など)により電場応答が既知である試料を対象とした比較は行えていない。当初は共鳴ラマン効果による信号強度の増大が期待できるβ-カロテンを標準試料として実験を行う予定であったが,長時間露光する際に光照射による退色が確認されたため,電場印加によるラマン散乱強度変化は観測できなかった。そこで現在は高分子フィルムを用いて電場応答の観測に取り組んでいる。構築した共焦点顕微ラマン分光装置の性能を評価するために空間分解能を見積もる。計画では平面方向の分解能は300 nmを目標としているため,達成していない場合は光学系の最適化を行う。また,高分子フィルムを対象として電場応答の観測を行い,シュタルク分光法などによって得られている既存の結果と比較する。電場応答が観測できれば二年目に計画している有機無機ハイブリッド型ペロブスカイトの測定に着手できる。しかしながら,現在の手法では電場ON-OFFを数千回繰り返し,12時間以上かけて電場応答を観測しており,長い時間スケールで変化する室温やレーザー照射部の熱による影響を受けやすい。また生体系(3年目に予定している集団微生物)への応用を視野に入れた際に測定時間の短縮は必須である。そこで非線形光学効果(コヒーレント反ストークスラマン散乱(CARS)あるいは誘導ラマン散乱)を利用した測定に向けて光学系の改良を行う。非線形光学効果を利用することで,通常のラマン分光法で得られるラマン散乱強度と比較して大きな信号強度を獲得することができ,測定時間の大幅な短縮が可能となる。ポンプ光およびストークス光の発生には所属研究室が所有している広い周波数領域の光を発生可能なスーパーコンティニューム光源を利用し,初年度に構築した光学系を基にCARS測定が可能な光学系を構築する。電場印加によるCARS信号の変化については純液体のn-アルカンを対象に既に行われている(ただし,セルの構造が本研究で設計したものと全く異なる)ため,同様の分子種を用いて装置の性能評価及び最適化を行う。

装置の改良,評価ができれば有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト薄膜の測定に着手する。ペロブスカイト薄膜に対しては計画通り,指紋領域と低振動数領域の両方に注目し,有機カチオンやハロゲンの種類による電場効果の違いや電場が誘起する格子振動の変化を観測する。本研究ではエネルギー問題の解決に向けて,有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト太陽電池や微生物燃料電池といった次世代電池に注目し,起電力源の外部電場応答を明らかにすることで,動作機序を解明することを目的としている。初年度は,本研究で最も重要である電場応答を観測するための装置開発を行った。超低振動数領域(>10 cm-1)のラマンスペクトルが観測可能な共焦点顕微ラマン分光装置(励起波長532 nm)を完成させた。また,電場を印加するための装置を導入し,装置制御ソフトを利用して自動で電場のON-OFFを繰り返すプログラムを作成した。さらに前述の共焦点顕微ラマン分光装置と組み合わせ,電場のON-OFFに同期してラマンスペクトルを測定するためのシステムを構築した。電場応答の観測を行う対象として,完全にイオンから構成されているにも拘わらず常温で液体として存在するイオン液体に注目した。イオン液体の電場応答の理解はイオン液体を電解質として用いた電池の応用において極めて重要である。構築した装置を用いてイオン液体の低振動数領域から指紋領域までのラマンスペクトルを測定した結果,電場(20 V/cm)印加によるラマン散乱強度変化を観測することに成功した。また,信号強度の増減が電位の符号と関係していることも明らかとなった。分子の集団振動や分子間相互作用に由来する低振動数領域にも強度の増減が観測され,外部電場がイオン液体の巨視的な性質(密度など)に影響を与えることが示唆された。二年目に実施予定である有機無機ハイブリッド型ペロブスカイトの電場応答観測の予備実験として,既存の電場変調赤外分光装置を用いたペロブスカイト薄膜の成膜条件の検討及び電場応答の観測を行った。得られた結果からペロブスカイト構造を構成する有機カチオンの電場応答が主に電子状態の変化に由来していることが示唆された。超低振動数領域(>10 cm-1)のラマンスペクトルが観測可能な共焦点顕微ラマン分光装置(励起波長532 nm)が完成した。電場を印加するためのシステムを構築し,ラマン分光装置を組み合わせることで,初年度に構築予定であった電場誘起顕微ラマン分光装置を完成させた。イオン液体を対象とし,電場印加に由来する信号の変化も観測することに成功し,電場印加によってイオン液体の巨視的な性質(密度など)が変化する可能性を見出した。2年目に行う予定である有機無機ハイブリッド型ペロブスカイトの電場応答の観測も,既存の電場変調赤外分光装置を用いることで成功した。成膜方法の最適化や薄膜の評価方法の検討を含めて,十分な予備実験を行うことができたといえる。また,既存の共焦点顕微ラマン分光装置(励起波長632.8 nm)を用いて,2次元型有機無機ハイブリッド型ペロブスカイトの低振動数ラマンスペクトルを測定したところ,薄膜を構成する微結晶によって低振動数領域に観測されるラマンバンドの強度比が異なることを示唆する結果が得られた。以上のことから初年度はおおむね順調に進展しているといえる。しかしながら,構築した共焦点顕微ラマン分光装置に関しては空間分解能の評価が未だ行えていない。