hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大角度スケールCMB偏光パターンの地上観測実験によるインフレーション宇宙の解明

本研究の目的は、時空の加速膨張「インフレーション」が種火となって生み出されたビッグバン時に生じたとされる原始重力波の存在の観測的証拠を得ることにより、このインフレーションの存在を実験的に証明することである。この目的のために、本研究では、ミリ波帯の観測システムであるGroundBIRD望遠鏡システム、及び、超伝導体を用いたアレイ型検出器である超伝導マイクロ波力学インダクタンス検出器(MKID)を開発し、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)に刻まれているとされる原子重力波起源特有の偏光成分(偏光Bモード)の検出を目指す。平成29年度は、平成28年度に引き続いてGroundBIRD望遠鏡開発を進めた。特に、冷却性能を向上させるために熱流路の分析を行って冷却期間を短縮することに成功した。これにより、冷却温度のさらなる低下、冷却試験時の待ち時間の短縮などが図られ、より効率的な運用が可能で、かつ、低雑音環境を実現するシステムを実現した。また、観測用デバイスであるMKID素子の開発・作製を進めるとともに、そのデータ解析法についても新たな手法を考案した。さらに、観測用のインフラとなる開閉式観測ドームを導入して現地での設置を行うとともに、信号読み出し用エレクトロニクス導入を進めた。さらに、現地でのドーム設置や観測実験の円滑な推進のために、サイトの地元自治体から建築許可を受けるなど様々な手続的な問題もクリアして実際の観測に必要な環境を整備するとともに、現地への物品の輸送も進めた。本課題では、最終目標の達成に向けて、以下の4つの項目を軸に研究開発を推進してきた。1地上実験で広視野観測を実現する回転型望遠鏡を開発する。2天体由来の系統誤差「前景放射」の除去を可能とする複数周波数を網羅する。3冷却光学系を搭載するとともに最先端の超伝導検出器MKIDを開発し焦点面に搭載する。4高精度の検出器較正のために、ワイヤーグリッドによる較正を採用する。1では、図1のように回転型望遠鏡の開発に成功した。2では、2バンドの検出器開発を進めるとともに、JSPS・頭脳循環プログラムを活用して、望遠鏡の設置サイトで観測を進めるスペインのQUIJOTE実験と密接な協力関係を構築し、世界最多の計8バンドで観測できる体制を確立した。これにより、Bモード信号発見で最重要な前景放射除去に対して他実験にはない大きなアドバンテージを獲得した。3では、冷却望遠鏡とMKID検出器の開発に成功し、望遠鏡設置に向けた準備を進めている。4では、望遠鏡設置後にワイヤーグリッドを設置して実験を行う予定である。一方、望遠鏡の設置については、国立天文台の共用露光装置のハードディスク故障やドーム製作会社内での不測の事態によって購入も遅れたため、当初の予定より計画が遅れている。このため、課題期間内の観測データの誤差は当初予定より大きくなると予想される。一方、北天をカバーする望遠鏡はGBとQUIJOTE実験しかなく、その観測データの重要性は依然として極めて大きい。また、近年の理論研究の進展により、広視野のEモード偏光観測により宇宙晴れ上がり後の光学的深さτの測定精度が高まり、ニュートリノ質量和に対して従来の小角度スケールBモードのみの観測よりも強い制限が得られることがわかってきた。従って、QUIJOTE実験との連携による強固な前景放射対策と相まって、新たな学術的な成果としてτの精度向上が見込める。本課題では、他の地上観測と異なり大角度測定を最大の特徴としているが、そのことが新たな科学的成果を生む可能性が拓かれてきた。ここ2, 3年で、Bモードのみならず大角度スケールのEモード観測の重要性が急速に見直されてきている。その観測により宇宙晴れ上がり後の光学的深さτの測定精度が高まると、ニュートリノ質量和に対して、従来の小角度スケールBモードのみより強い制限が付けられるためである。上記のトラブルのために本課題の観測期間は当初予定より短くなる見込みだが、QUIJOTE実験との連携により強固なフォアグランド対策ができるため、比較的小統計でも求まるτの測定精度向上が見込める。また、北天をカバーする望遠鏡はGBとQUIJOTEしかなく、その観測データの重要性は極めて大きく、その観測自体に依然として大きな意義があり、引き続き、研究開発と観測を進めて成果の最大化を目指すとともに、望遠鏡の運用も継続して行い、強い意志を持って目標達成を目指す。本研究の目的は、独自の先駆的技術を駆使して広範囲に渡るBモードの空間スペクトル測定を行うCMB偏光観測実験「GroundBIRD」を行うことである。平成27年度は、以下の項目について研究を進めた。(1)望遠鏡システムの開発。まず、回転型の冷凍機の開発を進め、視野方向の窓を開けた状態で、かつ、回転した状態において、0.28K以下で24時間以上の冷却時間が実現することを確認した。また、光学系の設計を行い、製作を行った。(2)焦点面検出器の設計とシミュレーションを進め、効率・クロストークが要求性能を満たすデザインを見出した。また、これを元に実際の素子作製のプロトコルを定め、素子作製を開始した。また、焦点面の超伝導検出器に光を導入するコルゲートホーンの設計と試作を行い、製作を開始した。(3)望遠鏡を設置する予定のスペイン・カナリア天体物理学研究所と議論を重ね、望遠鏡の設置について合意を得た。また、平成28年度に研究協力の覚書(MoU)、及び、金銭の支払いや安全の確保等も含めた研究協力のための実施契約(Agreement)を締結する準備を進めた。

なお、当初は試験観測を平成27年度に開始する予定であったが、全体のシミュレーションを元にしたデザインの検証が必須であることから、それらを優先して平成27年度は作業を進めた。その結果、望遠鏡を構成するそれぞれのコンポーネントの特性について十分な理解を得たうえで製作作業を進めることが可能となった。なお、試験観測については平成28年度に実施し、性能検証を行っていく予定である。研究実績の概要で述べたように、望遠鏡システムについては、焦点面を除く部分はほぼ完成した。残る焦点面製作についても設計が終わり、実際の製作を進めており、おおむね順調に進展している。また、海外サイトでの観測となるため、観測サイトとの連携が不可欠であるが、良好な信頼関係を築くことができ、MoU、Agreementとも草案はでき上がってきている。このうち、MoUについては、カナリア天体物理学研究所のロペス所長が来日する機会を捉えて、平成28年5月13日に締結式を理研和光にて実施する予定である。また、Agreementについてはすでに文案はできあがっているが金銭の支払いの取り決めや望遠鏡運用における安全上の注意点などデリケートな項目も多数あるため、半年程度の検討期間を経たうえで、平成28年度夏(8-9月を想定)に締結を行う予定である。本研究の目的は、時空の加速膨張「インフレーション」が種火となって生み出されたビッグバン時に生じたとされる原始重力波の存在の実験的証拠を得ることによって、そのインフレーションの存在す証明することである。この目的のために、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の特徴的な偏光成分(Bモード)の観測を行うことにある。この目的のために、本研究では、GroundBIRD望遠鏡システム、及び、超伝導マイクロ波力学インダクタンス検出器(MKID)を開発し、その観測を実施することを目指している。平成28年度においては、GroundBIRD望遠鏡開発に加えて、MKID素子の開発を進めていた。ところが、素子作製に使用していた国立天文台の露光装置の記憶装置が故障し、装置そのものはすぐに復旧したものの、作製用パラメータの復旧に時間を要し、デバイス作製作業がストップし、それに伴って素子作製に関する研究の実施を繰越していた。その後、平成28年度末から平成29年度初頭について、本研究も主体的にデータ復旧に貢献することによって作製用パラメータの早期復旧を実現し、作製作業を再開した。この繰越分について、H29年度にMKID検出器の開発を再開し、素子作製作業を行うとともに、作製した検出器の性能評価を行った。その結果、GroundBIRD望遠鏡搭載時の感度としてNEP=2×10^{-16} W/√Hzを達成し、GrounndBIRD望遠鏡に搭載する検出器について、目標とする性能達成の目処を得ることができた。国立天文台の露光装置の故障によって素子作製に遅れを生じたものの、その後の復旧を受けてデバイス作製を再開するとともに性能評価を実施し、良好な感度が実現されていることを確認できた。このことから、概ね順調に進展していると考えている。
黒曜石の地質・岩石学的特質からみた北方圏先史時代人の動態に関する国際共同研究

北海道白滝,神津島,カムチャツカ半島の黒曜石溶岩の内部構造を明らかにした。黒曜石と流紋岩の層構造と岩石組織・組成から,高粘性マグマの発泡・脱ガス・冷却の過程を通じて,脱ガスが促進されると黒曜石に,気泡を残すと流紋岩になる形成モデルを提示した。北海道における体系的な考古学的黒曜石研究を構築した。蛍光X線分析と放射化分析法を組み合わせた最も実践的で精度が高い黒曜石石器の産地判別を可能とした。後期旧石器時代遺跡の3400点以上の黒曜石を分析した結果,最終氷期最盛期(約2万年前)を境として狩猟採集民集団の行動パターンとそれに付随する黒曜石調達行動が通時的変化を生じていることが明確になった。1.黒曜石の産状や溶岩内部構造の記載及び岩石採取のため,国内3地点(北海道白滝の幌加湧別カルデラ内に噴出した黒曜石溶岩,北海道屈斜路カルデラ内に噴出したリシリ黒曜石溶岩,伊豆諸島神津島の砂糠山黒曜石溶岩)での地質調査を行った。神津島砂糠山黒曜石溶岩の内部構造に関する調査結果については日本火山学会において研究発表を行った。黒曜石溶岩の形成・噴出とカルデラの形成や構造とが密接に関連している。第5回国際カルデラ学会(ニュージーランド,タウポにて開催)にて,カルデラの内部構造に関する研究発表を行った。また洞爺カルデラのデイサイト溶岩,クッタラカルデラの内部構造に関する研究論文を公表した。さらに白滝黒曜石溶岩の内部構造に関する論文を日本火山学会誌に投稿した。2.北海道埋蔵文化財センター,千歳市埋蔵文化財センター,帯広市埋蔵文化財センターに保管されている上部旧石器時代中期から後期の黒曜石遺物合計約2000点の蛍光X線分析,およびサハリン国立総合大学博物館所蔵上部旧石器時代後期の黒曜石遺物の石器分析と蛍光X線分析のための準備作業をそれぞれ現地で実施した。上部旧石器時代中期の黒曜石調達行動を明らかにするため,嶋木遺跡の発掘調査を通じて黒曜石遺物を回収し,合計1500点の蛍光X線分析を実施した。3.北海道の黒曜石産地同定分析用サンプルの補充のための野外調査を実施した。米国ミズーリ大学のジェフ・ファーガソン博士らと共に北海道東部の15箇所の黒曜石産地において,産地同定分析用の試料採取を行い,蛍光X線分析を実施した。放射化分析はミズーリ大学実験原子炉において現在継続中である。(1)黒曜石の産状や溶岩内部構造の記載及び岩石採取のため,国内2地点(北海道白滝の黒曜石溶岩,伊豆諸島神津島の砂糠山黒曜石溶岩)での地質調査を行い,柱状図の作成,球顆の岩石組織記載,含水量分析を行い,内部構造と含水量の関係を調べて岩石学的検討を行った。この研究成果の一部は第10回International Symposium on Knappable Materials(スペイン・バルセロナ大学)において「日本列島の代表的黒曜石原産地における黒曜石微細組織の特徴」と題して口頭発表した。さらに白滝黒曜石溶岩の内部構造に関する論文が日本火山学会誌に掲載された。(2)ロシア科学アカデミー極東地質研究所の協力の下,複雑な内部構造を示すロシア・カムチャツカ半島の黒曜石溶岩の地質調査を行い,黒曜石試料を採取し,黒曜石のガラス組成の分析を行った。(3)火山噴火によって黒曜石が形成される条件を明らかにするため,熱力学計算ソフトRhyolite-MELTsを用いたマグマ溜りの温度・圧力・含水量条件の推定,TTT図を用いたガラス形成条件の推定を行った。(4)千歳市埋蔵文化財センター,釧路市埋蔵文化財センター,およびサハリン国立総合大学博物館に保管されている上部旧石器時代の黒曜石遺物合計約1000点の蛍光X線分析を実施した。また,上部旧石器時代中期および後期の黒曜石調達行動を詳細に検討するため,上士幌町嶋木遺跡と北見市吉井沢遺跡の発掘調査で黒曜石遺物の蛍光X線分析を実施した。成果の一部はアメリカ考古学学会及び国際第四紀学会で発表された。(5)北海道および東北の黒曜石産地同定分析用サンプル採取のための野外調査を実施した。採取した250点の試料の蛍光X線分析をまず実施し,その後米国ミズーリ大学実験原子炉を利用して放射化分析(長時間照射)を実施中である。(1)平成27年度の研究計画の実施は概ね順調に進んだと思われる。黒曜石溶岩の内部構造に関する地質調査では北海道白滝で球顆の分布を記載に追加し,伊豆諸島神津島では火砕脈や流理構造の走行傾斜の記載を追加した。カールフィッシャー水分計による水分量の測定は白滝と神津島,カムチャッカ半島の試料で進めた。SEMによる微細組織観察も黒曜石の加熱実験試料で進めることができた。黒曜石の形成過程についてその定量的モデル化を順調に進めている。(2)海外の共同研究者と連絡調整して平成27年度に調査する事項については,ロシア・カムチャッカ半島の黒曜石調査研究においてはロシア科学アカデミー極東地質研究所長のグレバニコフ氏の協力を得て実施することができたが,一部計画を断念した項目もあった。噴出年代の新しいアメリカの黒曜石溶岩の現地調査はアメリカ・オレゴン州立大学の共同研究者との日程調整が合致せず,断念した。今後の黒曜石の海外調査研究ではリパリ島の黒曜石溶岩を対象にしていく計画である。黒曜石遺物の産地同定に関わる蛍光X線分析も多数行われ,アメリカ・ミズーリ大学のファーガソン博士においてはINAA分析を進めている。

(3)黒曜石のデータベース作成に関わるシステム作りについては,研究支援者の雇用を予算面で確保できず,平成27年度も本格的に着手されていない状況である。研究成果報告集会の実施については地質・岩石研究班が合同調査や学会で研究打ち合わせや成果を発表したことや考古班も東京において成果報告を個別に実施したため,全体の成果報告集会の開催時期については平成28年度後半または平成29年度に開催することとした。(1)北海道白滝やリシリ溶岩,神津島の黒曜石溶岩について,黒曜石の産状や溶岩内部構造の記載,柱状図の作成,球顆の岩石組織記載,全岩化学分析,含水量分析を行い,流紋岩マグマの火道上昇から噴出定置過程に至る岩石学的モデルを考察した.これらの研究成果は国際黒曜石会議(リパリ島,イタリア)にて2件の発表,ゴールドシュミット国際会議(横浜)において2件の発表,アメリカ地球物理学連合会議(サンフランシスコ)にて発表された.また日本地球惑星科学連合大会(千葉幕張)及び日本火山学会秋季大会(富士吉田市)でも発表された.さらに黒曜石を形成する流紋岩マグマの生成条件や噴出場について考察を進め,カルデラ形成と深い関連性がある可能性を示し,北海道屈斜路カルデラと洞爺カルデラを実例として共同研究を進めた.研究成果の一部は陥没カルデラに関する国際ワークショップ(北海道伊達市)で発表された.(2)黒曜石の加熱実験,カールフィッシャー水分計装置による黒曜石の水分量測定,ラマン分光分析による黒曜石の微細組織・マイクロライト同定の実験的研究を実施した.これらの研究成果の一部は日本地球惑星科学連合大会で発表された.(3)帯広市埋蔵文化財センター,美幌町博物館,陸別町教育委員会,下川町教育委員会,名寄市北国博物館に所蔵されている後期旧石器時代遺跡出土の黒曜石製石器の蛍光X線分析を実施した.また,上部旧石器時代中期の黒曜石調達行動を明らかにするため,上士幌町嶋木遺跡の発掘調査と出土資料の分析,およびロシア・アルタイ共和国の上部旧石器時代遺跡の行動論的石器分析を行い,北海道の分析データとの比較検討を実施した.また,東北地方の黒曜石産地データベースの作成とともに黒曜石を採取した.これらの試料については蛍光X線分析を完了し,現在,米国ミズーリ大学実験原子炉で放射化分析を実施中である.(1)平成28年度の研究計画の実施は概ね順調に進んだと思われる.黒曜石溶岩の内部構造に関する研究では北海道白滝の球顆沢において,1枚の溶岩の完全な断面露頭を記載し,流紋岩マグマの火道上昇・噴出定置過程の定性的なモデルを考察することができた.カールフィッシャー水分計による水分量の測定方法を確立し,またラマン分光分析による研究を始めることができた.(2)海外の共同研究者と連絡調整して平成28年度に調査する事項について,計画していたロシア・ウラジオストック北方にある玄武岩質黒曜石の調査研究は,ロシア科学アカデミー極東地質研究所長のグレバニコフ氏の協力を得て実施する予定であったが,ロシアと日本の二国間研究交流プロジェクトによる調査研究申請の提案が彼からあり,共同で申請書を提出したものの不採択となり,資金不足のため計画を断念した.しかしイタリア・リパリ島の黒曜石溶岩を調査することができ,現地で行われた学会ではロシアのKuzmin博士と研究打ち合わせを行った。黒曜石遺物の産地同定に関わる蛍光X線分析も多数行われ,アメリカ・ミズーリ大学のファーガソン博士によるINAA分析を引き続き進めている。
中性子応力測定法による残留応力分布の高精度測定システムの開発

1.日本原子力研究所の原子炉(URR-3M)の熱中性子導管T2-1に設置された残留応力測定用中性子回折装置(RESA)を使用した残留応力測定を可能にした。2.フェライト鋼に負荷応力を加え、中性子で測定したひずみと負荷応力との関係から、回折弾性定数を実験的に求め、Kronerモデルと比較した結果よい一致が得られた。3.窒化ケイ素セラミックスに4点曲げを負荷したときの、曲げ応力分布の中性子測定が可能であった。4.炭化ケイ素粒子強化アルミニウム合金(SiC(p)/A12024-T6)について、負荷応力下で各相の応力を中性子およびX線法で測定した結果、両者は大略一致し、かつマイクロメカニックスによる予測ともほぼ一致した。炭素鋼厚板の塑性曲げ後の残留応力分布の中性子測定結果は、材料力学的計算に定性的には一致した。6.ソケット溶接継手および配管突合わせ溶接部について、残留応力分布を測定した。溶接部の残留応力分布の特徴より、残留応力の発生のメカニズムについて検討した。また残留応力分布測定の問題点が抽出できた。(1)日本原子力研究所の原子炉(JRR-3)の現有の中性子回折装置(T2-1ポート)の試料台に搭載可能な引張負荷治具および応力勾配を負荷するための曲げ治具を製作した.(2)炭素鋼(STPT42)を材料として,(211)回折に対する中性子回折弾性定数を求める.データ計測での装置誤差の検討を行うとともに,データ解析では回帰曲線法により高精度化をはかる検討をした.(3)複合材料炭化ケイ素粒子強化アルミニウム合金(SiC(p)/A12024-T6)および炭化ケイ素長繊維強化チタン合金(SiC(CVD)/Ti15-3)に対して,負荷応力下での各相の応力を分離して測定するとともに,複合則の確認を行った.(4)ソケット溶接継手の残留応力分布の測定に,中性子応力測定法を利用し溶接残留応力分布の特徴を明かにした.窒化ケイ素セラミックスの内部の応力測定に対して中性子法が充分の精度を有していることが明らかとなった.(6)材料内部の三軸応力の三次元マップ測定のために,二軸(χ,φ)回転および三方向(X,Y,Z軸)移動の可能な試料台を試作した.装置誤差,試料の位置移動,データ計測法,データ解析の検討を行い,最適プログラムを作成した.(7)高速データ処理および中性子,X線応力測定のためのデータベースの基礎をワークステーションを使用して構築した.1.日本原子力研究所の原子炉(URR-3M)の熱中性子導管T2-1に設置された残留応力測定用中性子回折装置(RESA)を使用した残留応力測定を可能にした。1.日本原子力研究所の原子炉(JRR-3M)の熱中性子導管T2-1の残留応力測定用中性子回折装置(RESA)に,3軸応力の3軸マップ測定のための試料台の設置を行い,残留応力分布測定プログラムを作成した.2.炭素鋼を用いて110,220,112,222,200の5つの回折面に関して,回折弾性定数を測定した.測定値はKronerモデルによる予測とよい一致を示した.3.複合材料炭ケイ素粒子強化アルミニウム合金(SiC(p)/Al2024-T6)に対して,負荷応力下で各相の応力を中性子測定し,X線測定の結果と比較した.応力の分配則はセルフコンシステントモデルによる予測と一致した.4.塑性曲げを施した炭素鋼厚板に関して3軸応力の3次元分布の測定を行い,測定精度を検討した.測定された残留応力分布は材料力学をもとにした予測と大体において一致するが,さらなる精度工場のためのいくつかの問題点が抽出できた.5.炭素鋼配管突合わせ継手の残留応力分布を中性子測定した.表面の測定値はX線測定の結果と定性的に一致した.
芳香環酸素添加酵素の機能改変とコンビナトリアルケミストリーへの利用

細菌による芳香族炭化水素の初期酸化に関与する芳香環二酸素添加酵素(ジオキシゲナーゼ)は、芳香環に水酸基を位置選択的かつ立体選択的に導入できることから、化学合成が困難な化合物の合成に利用することが可能である。本研究課題では、非天然基質である1-フェニルピラゾール(1PP)及びインダンに多数の変異型ビフェニルジオキシゲナーゼ(BphA)を網羅的に作用させて生成した化合物を検出、同定した。進化分子工学的手法によって既に構築されている20種類のキメラBphAのうち、7種は基質1PPに部位特異的に水酸基が導入されたモノヒドロキシ体ならびにジヒドロキシ体を野生型BphAよりも効率良く生成した。キメラ酵素BphA(2039)による触媒反応で生成した2種の生成物をHRMS分析ならびにNMRによる構造解析により同定した。すべてのキメラBphAによる1PPの変換において、同定された2種の生成物の比はキメラBphA毎に異なっており、特にBphA(2029)及びBphA(2030)はモノヒドロキシ体を多く生成した。さらに、ホモロジーモデリングによって構築したこれらのキメラBphAの立体構造と1PPとの複合体について分子動力学的計算に基づく分子シミュレーションを実施した結果、各々のキメラBphA間の1PPとの反応特異性の違いはBphAのキメラ化に伴う1PPの活性部位への結合様式の変化に起因することが示唆された。同様にして、別の基質インダンに変異型BphAを作用させ、反応生成物1-インダノールを光学異性体分離用カラムを用いたHPLCで分析した。その結果、多くの変異型BphAは、野生型BphAとは異なるエナンチオマー過剰率を与えることを明らかにした。以上のように、変異型BphAを使用することにより、コンビナトリアルな合成の素材となるような希少な芳香族モノヒドロキシ体およびジヒドロキシ体をより効率的に取得できることを実証した。芳香族炭化水素の初期酸化に関与する芳香環酸素添加酵素(オキシゲナーゼ)は、基質特異性が広く、多くの化合物を酸化する。ビフェニルジオキシゲナーゼ(BDO)が触媒する反応を利用してコンビナトリアルな合成の組み合わせ素材となるようなモノ及びジヒドロキシ化合物を取得することを最終目的として、DNAシャフリングによって既に構築されている20種類のキメラBDOを使用した以下の研究を行った。1.医薬中間体として市販されている6種類の芳香族化合物に対するキメラBDOの変換能を網羅的に調査した。調べた化合物のうち、1-phenylpyrazole並びindanに対する変換能を示すBDO変異体を選抜した。さらに、キメラBDOを発現している組換え大腸菌を培養するための培養条件を再検討し、従来よりも4倍の高効率で芳香族化合物を変換できる菌体を得ることができた。2.BDOのヒドロキシル基導入の位置選択性及びエナンチオ選択性の改変を目的としてBDOへの部位特異的変異導入を試行した。indanに対する高い活性示すキメラBDOをコードすbphA1(1039)を鋳型として、Phe377をAlaまたはGlyに置換した変異体を取得した。3.部位特異的変異導入によるBDOの機能改変を行う場合に、立体構造に関する情報は有用である。7種類のキメラBDOの立体構造をナフタレンジオキシゲナーゼ及びRhodococcus由来のBDOの結晶構造データーを基にして、ホモロジーモデリングによって構築した。

これに基質ビフェニルを導入したBDO-基質複合体について分子動力学的計算に基づく分子シミュレーションを実施し、活性ポケットの基質近傍に存在すると推定されるアミノ酸残基の動的挙動を観察した。細菌による芳香族炭化水素の初期酸化に関与する芳香環二酸素添加酵素(ジオキシゲナーゼ)は、芳香環に水酸基を位置選択的かつ立体選択的に導入できることから、化学合成が困難な化合物の合成に利用することが可能である。本研究課題では、非天然基質である1-フェニルピラゾール(1PP)及びインダンに多数の変異型ビフェニルジオキシゲナーゼ(BphA)を網羅的に作用させて生成した化合物を検出、同定した。進化分子工学的手法によって既に構築されている20種類のキメラBphAのうち、7種は基質1PPに部位特異的に水酸基が導入されたモノヒドロキシ体ならびにジヒドロキシ体を野生型BphAよりも効率良く生成した。キメラ酵素BphA(2039)による触媒反応で生成した2種の生成物をHRMS分析ならびにNMRによる構造解析により同定した。すべてのキメラBphAによる1PPの変換において、同定された2種の生成物の比はキメラBphA毎に異なっており、特にBphA(2029)及びBphA(2030)はモノヒドロキシ体を多く生成した。さらに、ホモロジーモデリングによって構築したこれらのキメラBphAの立体構造と1PPとの複合体について分子動力学的計算に基づく分子シミュレーションを実施した結果、各々のキメラBphA間の1PPとの反応特異性の違いはBphAのキメラ化に伴う1PPの活性部位への結合様式の変化に起因することが示唆された。同様にして、別の基質インダンに変異型BphAを作用させ、反応生成物1-インダノールを光学異性体分離用カラムを用いたHPLCで分析した。その結果、多くの変異型BphAは、野生型BphAとは異なるエナンチオマー過剰率を与えることを明らかにした。以上のように、変異型BphAを使用することにより、コンビナトリアルな合成の素材となるような希少な芳香族モノヒドロキシ体をより効率的に取得できることを実証した。
NOにより形成されるDNA-タンパク質クロスリンクの遺伝的影響と修復

NOおよびこれに由来する窒素酸化物の遺伝子レベルでの毒性や発がんへの関与については未知の部分が多い.生物学的に意味のある低濃度のNOの暴露では,オキザニンとシトシンジアゾエートが主にDNA損傷として生成することを明らかにされている.両損傷の構造と反応性を考慮すると,DNAの近傍に存在する低分子アミン類やDNA結合タンパク質と損傷がクロスリンクし,二次的に形成されたDNA損傷が細胞致死や突然変異を誘発する可能性が高い.本研究では,NOおよび窒素酸化物により生成するDNA損傷とアミン類・DNA結合タンパク質の間でクロスリンクが形成されるか検討した.アミノ酸との反応ではデオキシオキザノシンの7位,デオキシシチジンジアゾエートの4位にアミノ酸のαアミノ基が付加した生成物が生じた.リジンでは側鎖のεアミノ基が付加した生成物も確認された.オキザニン・シトシンジアゾエートを部位特異的に導入したオリゴヌクレオチドを用いて,同様な反応が進行するか検討した.生成物をHPLCならびに電気泳動により分析した結果,DNA中のオキザニン・シトシンジアゾエートもアミノ酸,スペルミン,スペルミジンとクロスリンク形成することが明らかとなった.オキザニン・シトシンジアゾエートを含むDNAを用い,これらの損傷に対する種々の塩基除去修復酵素の修復活性を調べたが,明確な活性を示す酵素はなかった.したがって,DNAに生じたオキザニンやシトシンジアゾエートは修復されることなく細胞内分子(アミン類,DNA結合タンパク質)とクロスリンクを形成すると考えられ,今後,バルキーなDNA損傷を認識するヌクレオチド除去修復機構によるクロスリンク生成物の修復を検討する必要があると考えられる.NOおよびこれに由来する窒素酸化物の遺伝子レベルでの毒性や発がんへの関与については未知の部分が多い.生物学的に意味のある低濃度のNOの暴露では,オキザニンとシトシンジアゾエートが主にDNA損傷として生成することを明らかにされている.両損傷の構造と反応性を考慮すると,DNAの近傍に存在する低分子アミン類やDNA結合タンパク質と損傷がクロスリンクし,二次的に形成されたDNA損傷が細胞致死や突然変異を誘発する可能性が高い.本研究では,NOおよび窒素酸化物により生成するDNA損傷とアミン類・DNA結合タンパク質の間でクロスリンクが形成されるか検討した.アミノ酸との反応ではデオキシオキザノシンの7位,デオキシシチジンジアゾエートの4位にアミノ酸のαアミノ基が付加した生成物が生じた.リジンでは側鎖のεアミノ基が付加した生成物も確認された.オキザニン・シトシンジアゾエートを部位特異的に導入したオリゴヌクレオチドを用いて,同様な反応が進行するか検討した.生成物をHPLCならびに電気泳動により分析した結果,DNA中のオキザニン・シトシンジアゾエートもアミノ酸,スペルミン,スペルミジンとクロスリンク形成することが明らかとなった.オキザニン・シトシンジアゾエートを含むDNAを用い,これらの損傷に対する種々の塩基除去修復酵素の修復活性を調べたが,明確な活性を示す酵素はなかった.したがって,DNAに生じたオキザニンやシトシンジアゾエートは修復されることなく細胞内分子(アミン類,DNA結合タンパク質)とクロスリンクを形成すると考えられ,今後,バルキーなDNA損傷を認識するヌクレオチド除去修復機構によるクロスリンク生成物の修復を検討する必要があると考えられる.
マラリア感染、増殖過程における脂質輸送系の役割

我々の研究室は動物細胞における脂質代謝の研究を主に行っており、本研究の目的はマラリア感染の機構およびその予防について「脂質」という側面から解析を試みることである。我々は本年度の研究の過程で、ある種の餌を与えたマウスが全くマラリアに感染しなくなるという興味深い事実に遭遇した。すなわち、ビタミンE欠乏飼料を約30日間与えたマウスに対してマラリア原虫を注入しても全く原虫が増殖しないことを発見した。さらにこの飼料にビタミンEを添加してもマラリア原虫の感染が全く起こらないことから、マラリア耐性の原因はビタミンEが欠乏することにあるのではなく、むしろビタミンE欠乏飼料にあると考えられた。この意外な発見は、ビタミンE欠乏飼料の成分中にマラリア感染に対して防御的にはたらく因子が存在する可能性、あるいはマラリア感染にとって必要な因子が欠けている可能性などを示唆する。そこで今後は、ビタミンE欠乏飼料のそのような因子について様々な分析手段を駆使して検討し、活性因子の同定を目指す。さらにこれらの研究成果を足がかりに、将来的にはマラリア増殖の抑制機構を分子レベルで解明し、抗マラリア薬の新たなターゲットを世の中に提供していきたいと考えている。
標的指向性を付与したウイルス様超分子集合体によるアンチセンスDNAターゲティング

(1)アンチセンスDNA内包高分子ミセル型ベクターの物理化学的特性評価及び核酸分解酵素に対する安定性評価:ポリ-L-リシン重合度の異なるポリエチレングリコール-ポリ-L-リシンブロック共重合体を合成し、アンチセンスDNAを内包したポリイオンコンプレックス(PIC)ミセルを調製した。得られたPICミセルの粒径は、antisense DNAの長さには影響されないが、ポリ-L-リシン連鎖鎖長に依存して変化することが確認された。また、PICミセル内核に250本程度のアンチセンスDNAは保持していることが確認された。さらに、物理化学的諸特性の明らかとなったPICミセルについてアンチセンスDNAベクターとしての機能評価のために核酸分解酵素に対する耐性をキャピラリーゲル電気泳動により評価した。その結果、物理化学特性と同様ブロック共重合体のポリ-L-リシン重合度によって核酸分解酵素耐性が制御可能であることが示唆された。(2)標的指向性分子を導入可能な末端官能基を有するブロック共重合体の合成及び標的指向性分子の導入:標的指向性分子導入可能なカチオン性ブロック共重合体として、PEG末端に反応性可能基(アルデヒド基)を有するアルデヒド-PEG-ポリジメチルアミノエチルメタクリレートブロック共重合体の合成し、このブロック共重合体末端のアルデヒド基とp-aminophenyl一β,D-lactopyranosideを反応させることによって、末端アルデヒド基に標的指向性分子としてラクトース誘導体を共有結合を介して導入することに成功した。
発達障害の診断前の児の親の養育レジリエンス向上-基本的生活習慣の習得を目指して-

【目的】本研究は発達障がいの診断がつく前の児の親の養育レジリンスを高め、発達障がい児への効果的な養育が行われることを目的とする。初年度は行政、医療、保育園、子育て支援センターおよび家庭教育支援チームとの連携を図り、ポピュレーションアプローチとしてのトリプルP導入時期および内容について検討を行う。【方法】発達障がいの診断がつく前の親へトリプルPを活用した家庭教育支援の導入について検討会議を行う。試行的に、出産後の検診時に子どもとの感情や行動と効果的なかかわり方についてミニ講演会を開催し、参加した親から感想をもらう(自由記載方式)。【結果と考察】導入時期については、親子の状況や子どもの感情や行動に伴い出現する親の精神的健康や困難感等も異なることから産前、産後1年未満、2歳就学前の子どもの親が受講できることを可能にする。開催については行政や医療機関の事業等を活用し連携を図る。産前は母親学級に組み込み、産後は訪問事業および1歳までの検診時、それ以降は定期的に開催するセミナー等によって、親の養育レジリエンスの向上と効果的に基本的生活習慣を身につけるための家庭教育支援を行う。2018年9月から2019年3月までの試行的に産後から産後1年までの親を対象に検診に組み込み(1回/月)に、親子関係の形成と子どもの自己肯定感を高めながら成長を促すかかわり方についてミニ講演会(30分)を実施した。参加者からは、「子どもは勝手に成長できると思っていた。」「親子関係のつくり方、子どもの感情や行動への前向きな励ましの必要性等について学んだ」という意見が聞かれた。また、兄弟児との喧嘩や夫の育児への協力、発達が遅れている児へのかかわり方についてミニ講演会終了後に相談を受けた。子育てについて学びたいという意欲がある一方で、子どもの困った行動へのかかわり方や夫の育児協力が課題となっっており、これらを含めた支援が必要である。予定していた研究協力地域を研究実現可能性の点から変更した。これにより、当初予定をしていた計画が3ヶ月ほど遅れている。開催場所や対象者については包括支援連動会議メンバーとの調整会議を行う。ポピュレーションアプローチとして、産前、産後から産後1年、産後1年から就学前の子どもの親を対象に、トリプルPを開催する。トリプルP受講者にはアンケートを実施する(受講前、受講後、3ヵ月後)。予定していた研究協力地域を研究実現可能性の点から変更したために、当初予定していた2018年10月からの調査及び介入のための旅費及び謝金が残額として発生した。翌年度は計画している予定と今年度できなかった計画を遂行し、3ヶ月ほど遅れている計画を軌道修正する予定である。
嗅覚受容体を用いた匂いの記録再生システムの萌芽研究

本研究では昆虫の嗅覚受容体を匂いセンシングに用いて、香りを記録する基礎的な研究を行った。その中で匂いのセンシングに用いるセンサ素子はシステムの性能を左右し重要である。本研究では哺乳類に比べて仕組みが簡素な昆虫の嗅覚受容体を用いた。キイロショウジョウバエの触角で機能する嗅覚受容体遺伝子を、カルシウム感受性蛍光タンパク質遺伝子とともにSf21細胞に遺伝子導入し、抗生物質でスクリーニングすることで、5種類の嗅覚受容体を安定に発現する細胞系統(安定発現系統)を樹立した。光学イメージングによりこれら細胞系統はそれぞれ異なる匂い物質を異なる蛍光強度変化量で検出できることを示した。また、各濃度の匂い物質に対する細胞系統の蛍光応答を測定し、匂い物質の濃度情報を蛍光強度変化量として検出できることを示した。これにより、樹立した細胞系統が一般臭の種類及び濃度情報を蛍光強度の変化量として検出可能な匂いセンサ素子として利用できることを示した。また、蛍光強度の簡便な測定システムを検討した。測定セルを製作しパワーLEDから励起光を細胞に照射し、光学フィルタを介してフォトディテクタで蛍光を検出する実験系を作成し、蛍光ビーズや細胞で実験を行った。その結果、パワーLEDでは十分な光量を確保できなかったが、レーザを用い照射方法を工夫すれば励起光から分離されて大きな蛍光強度が得られることがわかった。また、ショウジョウバエの匂い応答のデータベースを用いて少数の要素臭を調合することにより嗅覚受容体のセンサアレイの応答パターンを近似できるかをシミュレーションにより検討した。キイロショウジョウバエ生体の触角で機能する嗅覚受容体遺伝子を、カルシウム感受性蛍光タンパク質遺伝子とともにSf21細胞に遺伝子導入し、抗生物質でスクリーニングすることで、5種類の嗅覚受容体を安定に発現する細胞系統(安定発現系統)を樹立した。
ブラックホール蒸発とブラックホール統計力学

ブラックホール(BH)とは,重力が異常に強くて何も逃げられない時空領域である。このBHの研究を通してミクロスケールでの重力の理解を深めるために,次の2つの問題を考えた:(1)BHが蒸発して小さくなっていくと最後はどうなるか?(2)BHが一つだけの場合,BHのエントロピーはBHの面積で与えられる(エントロピー=面積則)。この法則はBHが複数ある場合でも正しいと予想されているが,その予想は正しいか?そして次の結果を得た。(1)の結果;BHは(エントロピー増大則から)完全には蒸発しきらずプランスケールの残存物が残らなければならない。(2)の結果:BHが複数ある場合,エントロピー=面積則は成立しない(BHが複数ある場合の予想は間違っていた)。さらに,重力ポテンシャルは,プランク長程度の短い距離では(従来の、負の無限大に発散、という予想とは違って)有限の値になることも示された。本研究の最終目標は、ブラックホールを構成する重力のミクロ状態が従う統計性(統計力学)を明らかにすることである。そのために、ブラックホールをマクロ系とみなした熱力学、特にエントロピーの表式を精密に確立することが必要である。ところで従来、あらゆる事象の地平面に対して、それを熱力学系とみなした場合のエントロピーは常にその面積の4分の1倍で与えられると考えられてきた(Bekenstein-Hawking則)。このBekenstein-Hawking則は厳密にはブラックホール地平面だけが存在する場合のみで証明されており、宇宙論的な事象の地平面も存在する場合では証明されていない。しかし宇宙論的地平面がある場合にも正しい仮説として大部分の研究者に信じられてきた。そこで平成19年度の本研究では、ブラックホール地平面と宇宙論的地平面が共存する場合(Schwarzschild-de Sitter時空)の熱力学形式の確立を試みた。具体的なテクニックとしてはユークリッド化した作用積分の方法(有限温度の場の理論を単純に曲がった時空に拡張した方法論)を用いた。また理論構成における指針として、Yorkが構成したSchwarzschildブラックホール熱力学とめ整合性を保持することを最優先方針とした。その結果、宇宙論的地平面に対してはBekenstein-Hawking則が成立しないことが結論された。この結果が物理的に正しければ、従来信じられていた仮説と正反対であり、ブラッリホール研究においてそれなりのインパクトはあると考える。現在、専門雑誌に論文を投稿中であり、査読者の報告を待っている途中である。本研究ではブラックホール(BH)を構成する重力のミクロ状態が従う統計性(統計力学)を明らかにしたい。そのためにBHを熱力学系とみなした場合の状態方程式を精密に確立する必要がある。その状態方程式を再現する統計性を探ることで重力のミクロ状態の統計性を研究できる。ところで従来、宇宙にBHが一つだけある時空で、BHエントロピーが事象の地平面の面積の1/4倍に等しいという状態方程式(エントロピー=面積則)が得られていた。そして前の07年度に、地平面が2つある場合でBHエントロピーを見積もると、エントロピー=面積則が破れている可能性があることに気づいた。この計算にはBH時空の幾何学と熱・統計力学での分配関数の定義という2つの要素がある。当該の08年度には熱・統計力学の基礎論にまで踏み込んでBHの分配関数の定義を研究し、エントロピー=面積則が地平面の数によらない普遍性を持つかどうかを調べた。しかしBHの研究分野では、地平面の数に関わらずエントロピー=面積則が成立するだろうという予想が長年の共通認識だったので、これに反する結論が受け入れられるには時間がかかる。08年度には論文にまとめられなかった。一方、仮に地平面の2つの場合でエントロピー=面積則が正しいと仮定した場合に何が結論されるか、という研究も行った。何か矛盾が示せれば「エントロピー=面積則の破れ」のサポートになるからである。その研究成果は従来のBH蒸発現象に関する予想とは異なるものであった:従来、地平面が1つの場合の研究で、BH蒸発を熱力学的に無矛盾に理解するには蒸発過程で放出される物質のエントロピーまで考慮しなければならない、ということが知られていた、しかし地平面が2つの場合にエントロピー=面積則を仮定すると、放出される物質は考慮せずともBH蒸発現象を熱力学的に無矛盾に理解できる可能性が得られた(09年に査読付論文として発表)。

この結果が、地平面が2つの場合のエントロピー=面積則の敗れをサポートするのかどうかは、まだ判断できていない。この判断がつけば、先の本研究の示唆「地平面が2つの場合でのエントロピー=面積則の破れ」の妥当性が評価できると考える。本研究ではブラックホール(BH)を構成する重力のミクロ状態が従う統計性(統計力学)を明らかにしたい。そのためにBHを熱力学系とみなした場合の状態方程式を精密に確立する必要がある。その状態方程式を再現する統計性を探ることで重力のミクロ状態の統計性を研究できる。これに関して従来、宇宙にBHが一つだけある時空で、BHエントロピーが事象の地平面の面積の1/4倍に等しいという状態方程式(エントロピー=面積則)が得られていた。その延長で、宇宙に事象の地平面が複数あっても、それぞれの地平面に対してエントロピー=面積則が成立しているだろうと、ほとんどの研究者が考えてきた。しかし本研究では、地平面が2つある場合でBHエントロピーを見積もると、エントロピー=面積則が破れていることを発見した。さらにこの結果は、事象の地平面が複数共存する系を必ずしも熱平衡状態とはみなせないことも意味する。以上の研究から、エントロピー=面積則を通して重力のミクロ状態を研究するには、BH一つが単独で存在する系を考えなければならない、と分かる。そこで、一つのBHが熱浴の中に置かれて熱平衡状態になっている場合を考えて、この熱平衡系が存在するために必要な「重力のミクロ状態が満たすべき条件」の研究を始めた。参考にしたのは、通常の実験室系での量子統計力学の成立条件である。通常の量子系のどんな性質によって熱平衡状態が実現できる(量子統計力学で記述される)のか?これを調べるのにそれなりの時間がかかったが、幸いに素晴らしい参考文献を見つけたことで、答えを得た:「ミクロ状態の間の相互作用ポテンシャルは下に有界でなければならない」。これは、古典論で得られている重力ポテンシャルの理解「粒子の位置で負の無限大に発散」とは合わず、重力の量子効果(少なくともミクロ状態の統計性)の結果として重力ポテンシャルに重要な変更(下限の発生)が必要なことを意味する。また、量子重力のモデルに依存しない非常に普遍的すな性質だという点でも重要である。(現在論文を執筆中)
環境優先型アルミニウム化学研磨法による表面皮膜のナノ構造解析

I)環境優先型アルミニウム化学研磨法の最適化およびその表面皮膜のナノ構造解析を行った結果、次のようなことが分かった。1)研磨組成と研磨条件の最適化については、ある程度研磨効果が得ることができる研磨組成と研磨条件を確立することができた。2)酸性溶液とアルカリ性溶液の研磨機構の相違についてXPSによる分析の結果は、アルカリ研磨皮膜は酸性研磨皮膜より密度が低く、XPSとGDOES、TEM等の結果から皮膜厚さは酸性研磨皮膜(610nm前後)よりアルカリ研磨皮膜(1016nm前後)の方が厚くなることがわかった。4)両試料とも研磨皮膜は、Al(OH)_3-Al_2O_3-Al(OH)_3の三層構造であることがわかった。5)研磨表面に出現する網目状組織はFIBによる深さ方向のSIM像のその場観察、TEMおよび電子線回折の結果から素地の結晶粒とは直接関係がないことがわかった。II)皮膜のナノ構造と反射光波長特性の関係解明のための測定方法の検討について1)波長が1902500nmの光に対する試料の絶対反射率角度を測定の結果、アルカリ性溶液の研磨面は角度依存が少なく、酸性溶液の研磨面は角度依存が大きく角度が低くなるにつれて反射率は低くなった。2)拡散反射率はアルカリ性溶液の研磨面は酸性溶液の研磨面より1/2以下の値となった。I)環壕優先型アルミニウム化学研磨法による表面皮膜のナノ構造解析を行った結果、以下のことがわかった。1.研磨液組成および研磨条件の最適化の検討に関する成果アルミニウム(A1050)材を用いて研磨液組成および研磨条件等を検討した結果、水酸化ナトリウム:1.5wt%、過硫酸ナトリウム:32wt%、純水:残り、液温度:70度、研磨時間:360秒等で一般に使用されている酸性研磨液と同等の高い光沢度が得られたことから、研磨液組成および研磨条件のほぼ最適化が行われたと推察された。2.酸性溶液とアルカリ性溶液の研磨機構の相違と皮膜のナノ構造解析のための分析・解析それぞれの研磨溶液による試料表面のX線光電子分光分析(XPS)による分析の結果からアルカリ研磨皮膜は酸性研磨皮膜より密度が低く、XPSとグロー放電発光分光分析(GDOES)、TEM等の結果から皮膜厚さは酸性研磨被膜(7nm前後)よりアルカリ研磨被膜(14nm前後)の方が厚かった。さらに、XPSとGDOES、フーリエ変換赤外分光光度計の結果からアルカリ研磨皮膜は酸性研磨皮膜より水酸基が多く存在した。また、研磨表面に出現する網目状組織はSEMとEBSDの結果から素地の結晶粒とは直接関係がないことがわかった。3.皮膜のナノ構造と反射光波長特性の関係解明のための測定方法の検討波長が1902500nmの光に対する試料の絶対反射率(入反射角10°、40°、60°)測定の結果、アルカリ性溶液の研磨面は角度依存が少なく、酸性溶液の研磨面は角度依存が大きく角度が低くなるにつれて反射率は低くなった。逆に拡散反射率はアルカリ性溶液の研磨面は酸性溶液の研磨面より1/2以下の値となり、ナノオーダーの凹凸が増加すると短波長の光ほど拡散反射率が低くなった。これらのことは、皮膜表面のナノ構造、網目状組織の大きさ、凹凸の状態、凹凸の高低差、皮膜厚さなどが関係すると考えられる。このことより各反射率の測定により被膜のナノ構造の解明に有効であることがわかった。17年度の結果からそれぞれの研磨溶液によるアルミニウム表面皮膜はアルカリ研磨皮膜が酸性研磨皮膜より厚く、密度は低いが水酸基が多く存在すると解釈した。また研磨表面に出現する網目状組織は、素地の結晶粒とは直接関係がないことがわかった。

さらに研磨皮膜表面の網目状組織の大きさ、凹凸の状態、凹凸の高低差などが、光学反射特性(周波数)に大きく関係することがわかった。○酸性溶液とアルカリ性溶液の研磨機構の相違と皮膜のナノ構造解析のための分析・解析18年度はさらに詳しく酸性溶液とアルカリ溶液の研磨機構の相違と皮膜のナノ構造解析のために、主にEELS(電子線エネルギー損失分光)およびナノインデンテーション法等を用いた解析を行った。TEMに搭載された軽元素に対して高感度で位置分解能が高いEELS(電子線エネルギー損失分光)を用い皮膜の組成を分析した結果、両皮膜ともにAl_2O_3-Al(OH)_3-Al_2O_3の3層ナノ構造であることがわかった。さらに酸性研磨皮膜は表面層から3nm程度より約6nm前後の厚さでAl(OH)_3が存在し、その割合は皮膜厚さの半分程度のあることが確認された。一方、アルカリ研磨皮膜はAl(OH)_3が表面層から8nm程度から奥に存在し、その厚さは酸性研磨の皮膜の場合より薄く約23nm程度の厚さしかなかった。これら皮膜の3層ナノ構造は最新のEELS法による世界初の結果である。ナノインデンテーション法により、皮膜の硬さやヤング率の違いを検証することを試みた。その結果、皮膜はアルミニウム素地より硬く、研磨法により皮膜の厚さが異なることは今までの結果と一致するが、17年度のXPSの測定結果で得られた両皮膜の硬さの差は、ナノインデンテーション法では得られなかったことから、さらなる検討が必要である。○皮膜のナノ構造解析と反射光波長特性の関係の検討研磨表面の光学反射特性(周波数)は研磨面の網目状組織の大きさや凹凸の状態などが関係するとが、これまでにわかっているが、紫外線領域の反射率特性が3層ナノ構造や皮膜厚さに関係する特性であるかは現在検討中である。今年度は,17年度から19年度までのデータの整理と解析を行った。○従来型研磨液(酸性溶液)と環境優先型研磨液(アルカリ性溶液)の表面皮膜分析の解析を行った結果,それぞれの研磨溶液による試料表面のX線光電子分光分析(XPS)による分析の結果からアルカリ性研磨皮膜は酸性研磨皮膜より密度が低く,皮膜厚さはXPS,グロー放電発光分光分析(GDOES)からアルカリ研磨皮膜の方が1.3倍程度厚いと判断されていたが,透過電子顕微鏡(TEM)の結果から酸性研磨皮膜(10nm前後)よりアルカリ研磨皮膜(15nm前後)と1.5倍程度厚さが異なることがわかった。これはXPSの膜厚計算式に単にAl_2O_3の係数を用いたためとわかった。また,TEMに搭載された電子線エネルギー損失分光器を用いて皮膜の組成を分析した結果,両皮膜ともにAl_2O_3-Al(OH)_3-Al_2O_3の3層ナノ構造をなし,酸性研磨皮膜は表面層から2.5nm程度より約4nm前後の厚さでAl(OH)_3が存在し,一方,アルカリ性研磨皮膜のAl(OH)_3層は表面から8nm程度奥から約23nm程度の厚さしか無いことがわかった。このことは,GDOESの結果から得られた酸性皮膜の表面近傍に水酸基が多く存在する結果と一致した。○皮膜のナノ構造解析と反射光波長特性の関係を検討した結果,波長が1902500nmの光に対する試料の絶対反射率の角度依存は,アルカリ性研磨面は少ないが酸性研磨面は角度依存が大きく,角度が低くなるにつれて反射率は低くなった。逆にアルカリ性研磨面の拡散反射率は酸性研磨面より1/2以下の値となり,ナノオーダーの凹凸が増加すると短波長の光ほど拡散反射率が低くなることがわかった。これらのことから特に紫外線領域の光学特性は,表面皮膜のナノ構造,網目状組織の大きさ,凹凸の状態や高低差,皮膜厚さや組成などに大きく関係することがわかった。
癌細胞の浸潤突起形成におけるアクチン細胞骨格制御機構の解析

浸潤突起は癌細胞により形成される細胞膜構造であり、束化されたアクチン繊維を基本骨格に持ち、細胞外基質を分解することにより癌浸潤を促進する。本研究では、癌悪性化に関わるアクチン束化タンパク質アクチニン-4の機能を解析した。アクチニン-4は浸潤突起に局在し、アクチン構造の形成と細胞外基質分解に必要であることが分かった。またアクチニン-4の過剰発現により浸潤突起形成が促進されたが、この作用にはアクチン束化活性を担うアクチン結合ドメインが必要であった。従って、アクチニン-4は浸潤突起においてアクチン繊維を束化するタンパク質であり、癌浸潤・転移において重要な役割を果たすことが示唆された。浸潤突起は浸潤性癌細胞により形成されるアクチン繊維に富む細胞膜構造であり、周囲の細胞外基質を局所的に分解することにより癌浸潤・転移を促進する。本研究では、多くの転移癌で高発現するアクチン繊維束化タンパク質であるアクチニン-4の浸潤突起における機能、また正常細胞に普遍的に発現するアイソフォームであるアクチニン-1との機能の違いを明らかにすることを目的とした。本年度は、浸潤突起を形成するヒト乳癌、メラノーマ、頭頸部癌細胞株を用いて主に浸潤突起におけるアクチニンの局在や機能について分子細胞生物学的な解析を行った。具体的には間接蛍光抗体法やGFP-コンストラクトの発現によりアクチニンアイソフォームの浸潤突起における局在を観察し、浸潤突起に局在する他のアクチン結合タンパク質との局在の比較を行った。機能ドメインを欠失した各種変異体を作成し、浸潤突起への局在や機能に対する影響を検討した。またsiRNAによるアクチニンの発現抑制、発現コンストラクトを用いた過剰発現を行い、浸潤突起形成及びゼラチン分解活性への影響を検討した。その結果、アクチニン-1、アクチニン-4共に浸潤突起に局在し、発現抑制による解析から浸潤突起形成に必要であることが示された。一方過剰発現においては、アクチニン-4のみが浸潤突起形成及びゼラチン分解活性を促進することが明らかになった。以上の結果から、アクチニン-4は浸潤突起形成においてユニークな機能を持ち、これが癌の悪性化に寄与する可能性が示唆された。浸潤突起は浸潤性癌細胞により形成されるアクチン繊維に富む細胞膜構造であり、細胞周囲の細胞外基質を局所的に分解することにより癌浸潤・転移を促進する。浸潤突起を形成するヒト乳癌、メラノーマ、頭頸部癌細胞株を用いて主に浸潤突起におけるアクチニンの局在や機能について分子細胞生物学的な解析を行った。前年度までに、アクチニン-1、アクチニン-4共に浸潤突起に局在すること、siRNAを用いた発現抑制により両者が浸潤突起形成に必要であることを明らかにした。また過剰発現による機能解析から、アクチニン-4のみが浸潤突起形成及びゼラチン分解活性を促進することが分かった。本年度はさらに、アクチニン-1とアクチニン-4が細胞内でヘテロダイマーを形成すること、またアクチニン-4の浸潤突起形成の亢進にはアクチン結合活性とN末端部のユニークなアミノ酸モチーフが必要であることを明らかにした。以上の結果から、アクチニン-1とアクチニン-4は共に浸潤突起の必須構成分子であり、ヘテロダイマーの形成が重要な役割を担うこと、またアクチニン-4の構造的な特徴が癌浸潤転移の促進に寄与する可能性があることが示唆された。癌細胞が浸潤し転移するためには、周囲の基底膜や間質に存在し物理的障害となる細胞外基質を分解する必要がある。浸潤突起は癌細胞により形成される細胞膜構造であり、束化されたアクチン繊維を基本骨格に持ち、細胞外基質分解酵素を集積して周囲の細胞外基質を局所的に分解することにより、癌細胞が浸潤遊走する経路を作る。アクチニン-4は癌特異的抗原として同定されたアクチン束化タンパク質である。癌浸潤先端部に発現し、癌の転移や予後悪化と相関すること、細胞運動に関わることが報告されているが、その詳細な機能は不明である。そこで本研究では、浸潤突起におけるアクチニン-4の機能とアクチン束化メカニズムを明らかにすることを目的とした。先ず、アクチニン-4の特異抗体を作製して細胞染色を行った結果、癌細胞においてアクチニン-4は浸潤突起に局在することが分かった。次に、siRNAによるアクチニン-4発現抑制を行ったところ、浸潤突起におけるアクチン構造の形成と細胞外基質分解活性が顕著に低下した。一方、アクチニン-4の過剰発現を行うと浸潤突起形成が促進されることが分かった。この浸潤突起形成の促進作用には、アクチニン-4のアクチン束化活性を担うアクチン結合ドメインが必要であった。以上の結果から、アクチニン-4は浸潤突起においてアクチン繊維を束化するタンパク質であり、この機能が癌浸潤・転移において重要な役割を果たしていることが示唆された。