hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
齧歯類による虫害種子の選好性機構の実証：CTスキャンと揮発性成分分析を駆使して

成果を学会やシンポジウムで発表した。予定していた、1調査地の環境特性、2野ネズミの生息状況、3種子食昆虫の加害様式については、十分な成果を得た。一方、3に合わせて実施する予定であったマイクロフォーカスX線CT装置による解析、4ガスクロマトグラフ質量分析計(GCMS)による種子の揮発成分分析、5野ネズミへの種子の供試実験の再現性は、サンプルの採集状況や労力の関係から確かめられなかった。愛知県、鹿児島県(屋久島)で選定した固定プロットで、齧歯類(野ネズミ)の生息状況や種子食昆虫の加害様式を調査した。各プロットに金属製箱ワナ(シャーマントラップ)を仕掛けた。捕獲した野ネズミは、種(アカネズミ、ヒメネズミ、スミスネズミ)、性別、体重、繁殖サイン等を記録した後、指切り法によって個体識別して放逐した。野ネズミの密度、体重、繁殖時期などを、季節や各プロットの環境特性(樹種構成、下層植生、樹冠開放(ギャップ)の程度、傾斜、水系分布、標高)を考慮して吟味した。とくに、標高については、体重との関連性(高い標高ほど軽くなる)が見出された。また、下層植生については、ササ類の一斉開花・結実・枯死現象に着目し、野ネズミの個体群動態や生活様式に与える影響を検討した。調査木の樹冠下に設置した種子トラップを定期的に巡回し、落下時期に種子を回収した。まず外観から、とくにゾウムシ類の微小な産卵痕の有無に注意して類別した。重さやサイズも計測した。種子を「“真の"健全」、「ゾウムシ類の加害」、「ガ類の加害」等に分類し、虫害種子については切開して内部状態を確認するとともに、幼虫の飼育を試み、羽化成虫を同定した。同様の調査を、林外の孤立木でも実施し、種子の落下消長・生産パターンや種子食昆虫の種構成・加害頻度の季節的変遷などについて、林内木の結果と比較考察した。そして、マイクロフォーカスX線CT装置でスキャンし、撮影後、3D画像展示ソフトで立体視し、幼虫の数やサイズ(体長、体幅)、摂食部(空隙)の体積を定量化した。また、種子をバイアル瓶に入れて、揮発ガスをサンプリングし、ガスクロマトグラフ質量分析計で測定した。これらの種子を様々に組み合わせで餌台に並べ、林床に静置した。自動撮影カメラ・ビデオを用いて、野ネズミがどのカテゴリーの種子を好むのか(持ち去り率、持ち去り順位等)を判定した。再現性を確かめるため、2野ネズミの生息状況、3種子食昆虫の加害様式・CTスキャン解析、4種子の揮発成分分析、5種子の供試実験を継続する。また、可能であれば、7種子の栄養分析を実施する。2野ネズミの生息状況、3種子食昆虫の加害様式・CTスキャン解析、4種子の揮発成分分析、5種子の供試実験などを再度試みるとともに、最終年度であるため、成果の取りまとめに注力する。予定していた消耗品の一部が購入できなかったため。(理由)予定していた消耗品の一部が購入できなかったため。(使用計画)1万円弱の繰り越しであり、予定通りの使用計画で問題ないと思われる。約2万円の繰り越しであり、予定通りの使用計画で問題ないと思われる。
マイクロバブルを利用した液体燃料の予混合燃焼

液体燃料(灯油)の入った容器にマイクロバブル発生器を取付け,液内部から液面に向け空気を微細気泡の形で供給する,蒸発・混合器が不要な液体燃料用予混合燃焼器を製作し,これの特性を調べた.液面上部の気泡層近くに置かれた保炎板上には,条件により5タイプの火炎が観察されたが,この中の保炎板が均質に赤熱する場合については,保炎板からの熱放射が強く,また排気のNOx特性も良好なことから,熱放射バーナとして有望であることが示された.液体燃料(灯油)の入った容器にマイクロバブル発生器を取付け,液内部から液面に向け空気を微細気泡の形で供給する,蒸発・混合器が不要な液体燃料用予混合燃焼器を製作し,これの特性を調べた.液面上部の気泡層近くに置かれた保炎板上には,条件により5タイプの火炎が観察されたが,この中の保炎板が均質に赤熱する場合については,保炎板からの熱放射が強く,また排気のNOx特性も良好なことから,熱放射バーナとして有望であることが示された.マイクロバブル発生器の構造上の問題からバブル発生用空気の流量を自由に調整できなかったので,これを改善するための装置を新たに設計・製作することとし,装置が完成するまでマイクロバブル発生器代用品として焼結金属板(公称ろ過径20μmm)を利用しての実験を行った.用いた燃料は灯油である.発泡部下流に置く保炎板として発泡金属と発泡セラミックの2種を比較したところ,条件(当量比)によっては火炎が保炎板内部に進入することがあるため,金属製保炎板は,熱伝導率が大きく温度均一化の効果に優れているものの耐熱性の面から不適であることが分かった.これより発泡セラミック保炎板を用いることとし,空気流速(空筒速度)Vが1.821.2cm/s,当量比φが0.51.7の範囲で実験を行い,次のような結果を得た.(1)燃焼状態は,Vおよびφにより4つのタイプ(均一赤熱燃焼,拡散火炎を伴う均一赤熱燃焼,局所的に赤熱し同時に赤熱箇所が時間的に変動する燃焼,赤熱のない燃焼)に分類される.(2)燃焼状態として最適な均一赤熱燃焼領域は,Vの増加とともに希薄側に移り,測定範囲内ではφ=0.6程度まで安定に燃焼させることができる.(3)φ=0.9一定としたときの中心軸下流方向の温度分布は,Vの増大とともに増加する傾向にあり,また,V=10.6cm/s一定としたときの温度分布は,0.81.1の範囲のφに対して,φの増大とともに増加する傾向にある.(4)上記(3)の条件に対するNOxの排出濃度は温度分布と良い対応を示し,温度が高温になるときにNOx濃度も増大する.マイクロバブル発生器の改善後は,これを燒結金属板に換えて上記(1)(4)に対応する実験を行い,本研究で意図したような性能が得られるかの確認を行う.マイクロバブル発生器の構造上の問題からバブル発生用空気の流量を自由に調整できなかった前年度の反省に立って,これを改善するための装置を新たに設計・製作したが,非燃焼時においてもかなり高い当量比(φ>13.8)の混合気しか形成されなかったので, 2次空気を別途供給することで対応した.用いた燃料は灯油である.当初計画したメタノールは,マイクロバブル発生器の耐腐食性の問題から使用しなかった液相上部の気泡層下流に耐熱性のある発泡セラミック製の保炎板を置き,ここに安定した火炎からの熱を上流に環流し灯油の蒸発促進と生成混合気の均質化を図った.2次空気流量Qaが200500cm^3/s,当量比φが0.41.0の範囲で実験を行い,次のような結果を得た.(1)灯油中において200μm程度以下の気泡が得られた.(2)燃焼状態は, Qaおよびφにより4つのタイプ(均一赤熱燃焼,拡散火炎を伴う均一赤熱燃焼,局所的に赤熱し同時に赤熱箇所が時間的に変動する燃焼,赤熱のない燃焼)に分類される.(3)燃焼状態として最適な均一赤熱燃焼領域は, Qaの増加とともに希薄側に移り,測定範囲内ではφ=0.5程度まで安定に燃焼させることができる. (4)φ=1.0一定としたときの中心軸上下流方向の温度分布は, Qaの増大とともに増加する傾向にあり,また, Qa=200cm^3/s一定としたときの温度分布は, 0.71.0の範囲のφに対して, φの増大とともに増加する傾向にある.(5)上記(4)の条件に対するNOxの排出濃度は温度分布と良い対応を示し,温度が高温になるときにNOx濃度も増大する.なお, NOx濃度は60ppm程度以下であった.
規制異相界面メタマテリアル

メタマテリアルの物性制御には金属ナノ構造と媒体界面に原子レベルでの幾何構造と電子状態制御が重要である。本研究では、まず電気化学in-situ表面プラズモン共鳴全反射分光顕微鏡(SPR)システムを構築し、電気化学電位が制御された環境下で表面の原子配列が規制された金属表面のプラズモンイメージングを取得する基礎を築く。また、構造が制御された金属ナノ構造によるプラズモンと分子の励起子の結合状態を評価し電子状態制御に関する知見を得る。初めに、金属薄膜電極表面を用いたSPRイメージング技術の基礎開発を行った。全反射顕微鏡を改造した光学系でSPR曲線を取得したところ、表面プラズモンの励起に由来する反射光強度の減少を確認し、SPRイメージングのための最適条件を明らかとした。また、金属超薄膜基板を用いた系では長距離伝播プラズモンモードを利用したイメージングが可能となることも明らかとした。これらの系を用いて、基板のSPRイメージングを試みた結果、従来よりも明瞭なSPRイメージング像の取得に成功し、さらにサブナノメートルオーダーでの金属表面の溶解プロセスがイメージング像のコントラスト変化として評価可能となることを示した。次に、在表面プラズモン共鳴(LSPR)と有機分子励起子間の強結合状態の形成について評価を行った。LSPR共鳴エネルギーを有するAg基板を作成し、色素分子を担持すると担持量の増加に伴いスペクトルが分裂し、新しい吸収帯が生じるのを観測した。さらに種々のLSPR共鳴エネルギーを有する金属ナノ構造基板を作成し、担持色素量を制御することでLSPRと色素励起子が強く相互作用し強結合状態が形成する系の創出に成功した。当該の系において特徴的な光散乱が強く増強されることが明らかとなった。以上の検討により金属/分子の異相界面の幾何構造を原子・分子レベルで制御し、系の光学特性を変調する手法を確立した。26年度が最終年度であるため、記入しない。これまで我々は、表面増強ラマン散乱(SERS)をプローブとして分子の光励起プロセスの検討を行ってきた。これにより分子の電子系と局在プラズモンの分極方位が特定の位置関係にある際に、高度に局在した空間異方的な電子分極が誘起されることを実験的に明らかとしている。本研究においては、ギャップ幅数nm以下のAuナノダイマー構造にSWNTを担持し、その近赤外ラマン応答(785 nm(1.58 eV)励起)について検討した。直径0.61nm (カイラル数(5, 4))から直径1.70 nm (19, 4)までの単一の金属・半導体SWNTがそれぞれの観測サイトにて明瞭に観測された。ラマンスペクトルにはG-bandのA, E1, E2モードが明瞭に分離して観測され、ギャップ部における異方電場に対するSWNTの長軸方位の角度を正確に見積もることが可能となった。SWNT長軸と並行な分極時にはE11もしくはE22遷移が、SWNT長軸に対し垂直な分極時にはE12遷移が誘起されることが明らかとなった。さらにこの垂直分極時において、近赤外励起では本来観測されない直径1.5 nm程度の半導体SWNTが観測された。これは禁制E14遷移が誘起されたこと示しており、局在光励起における光学選択則変調の初めての実験的観測例である可能性がある。

本研究では、光分極を高度に局在させることによって単層カーボンナノチューブ(SWNT)の電子選択則が破綻することを見出した。この単一分子分光技術により、金属/媒体界面の光学特性変化を原子レベルで検証可能であることが明らかとなり、今後、メタマテリアル設計に重要な指針がえられるものと期待される。今後は、構造規制界面である金属単結晶上にSWNTなどの分子をのせ、電気化学制御をおこなうことで、プラズモンと物質の相互作用の検証評価を行う。
鉄アルミナイドにおける空孔導入型構造相転移の検証とそのメカニズムの解明

多量の熱空孔を内包するとされるFeーAl合金を主な研究対象とし、高温から焼き入れした試料のミクロ組織観察および電子線ホログラフィーによる空孔濃度偏析の可視化を試みた。その結果、ある組成域においては従来の相平衡では説明できないミクロ組織の存在が確認されたが、空孔量の変化に伴う内部ポテンシャルの変化は有意には認められなかった。これは空孔量そのものが非常にわずかであるために検出精度限界以下の内部電位差であった、もしくは観察中に電子線によるノックアウトや経時減衰により内在空孔量が減ってしまったためと考えられる。多量の熱空孔の内包するとされるFe-Al合金を主な研究対象として、高温から焼入れした材料のミクロ組織観察および電子線ホログラフィーによる空孔濃度偏析の可視化を試みた。その結果、ある組成域においては従来の状態図では説明できない相分離の存在が確認されたが、この組織の詳細な組成分析および電子線ホログラフィーによる内部電位解析の結果、1at.%程度の組成分配が確認されたが、空孔量の変化に伴う内部電位の変化は有意には確認されなかった。これは空孔量の再分配が非常にわずかであるために検出精度限界以下の内部電位差であった、もしくは観察中の電子線によるノックアウトや経時減衰により内在空孔量が減ってしまったためと考えられる。この現象については理論ベースで可能性を検証するため、第一原理計算をはじめとした熱力学計算に基づき空孔量と相安定性について引き続き調査している。他方、bcc-baseのFe-Al合金系の面白い点として、原子配列規則度が小さくなるほど磁性が強くなるという、一般的な磁性体とは逆の傾向を示す特徴がある。本研究課題においては、熱処理を工夫することにより原子配列規則度を変化させた種々の合金に対し磁性を測定した。この結果、規則度が変調する内部欠陥(逆位相界面)を内包する試料においては複数のキュリー温度を有することが明らかになった。この結果から、従来知り得ることのできなかった不規則状態の磁性を推測することができるようになった。当初の計画をおおむね達成することができた。知り得た知見を元に、理論計算や新規な機能性の探索を行っている。研究内容を理論ベースで検証するため、第一原理計算に基づく熱力学解析を行っていく。併せて、磁性と欠陥の相互作用を応用した機能性の創出を目指し新たな実験を行っていく。27年度が最終年度であるため、記入しない。材料科学27年度が最終年度であるため、記入しない。
発光性イリジウム錯体ＬＢ膜を用いた多機能性センシングデバイスの開発

シクロメタレート型イリジウム錯体を発光素子に用いて酸素を検知する膜の開発を行った。膜の製造には、イリジウム錯体と層状無機物質(粘土鉱物:合成サポナイトやモンモリロナイトなど)とのハイブリッド化によるLB膜製造方法を適用し、膜製造の最適化を検討した。ナノメートルオーダーの堅固な膜の製造に成功し、イリジウム錯体は単一膜でも十分高い発光性や酸素に対する応答性を示すことがわかった。さらに人工積層法の開発によって、3種のイリジウム錯体の積層順番を変えた多層膜を用いることにより、酸素分圧の大きさによって発光波長の変換が起こる多色発光センシングに成功した。シクロメタレート型イリジウム(III)錯体は有機EL素子などの燐光型発光材料として注目されている。本申請者はこれまでに長鎖アルキル基を有する中性の両親媒性Ir(III)錯体のラングミュア・プロジェット(LB)膜を製造し、それを気体センサー膜として用いることに成功した。今回この発展として、より長寿命で堅固な層構造をもつ発光性薄膜をめざして種々の陽イオン性Ir(III)錯体と剥離化した粘土鉱物(無機ナノシート)とのハイブリッド化の検討を行っている。(1)Ir(III)体([Ir(ppy)_2(dc18bpy)]^<2+>)とのハイブリッド化に用いる最適な粘土鉱物の最適化:LB膜製造時の下相中の粘土濃度、引き上げ時の表面圧、トラフ温度、ひきあげ速度などの条件を変えて膜製造を行い最適化条件を決定した。下相にモンモリロナイト分散液を用いると、п-A曲線は下相が純水のと、きと比べて立ち上がり面積や崩壊圧に違いが見られた。浮遊膜を固体基板上に移し取って作製したハイブリッドLB膜の原子間力顕微鏡観察により、モンモリロナイト粒子が均一にIr(III)錯体膜に吸着した薄膜の生成を確認した。このことにより、気液界面において錯体と粘土との複合化が起こっていることがわかった。(2)気体分子との相互作用を高めるためのIr(III)体の合成およびLB膜の製造:今まで用いて来たもの(炭素数12)よりも短いアルキル鎖(炭素数9)を有する3種の陽イオン性のイリジウム錯体を合成した。これらは異なる配位子のために赤、黄、青色発光を示す。これらのIr(III)錯体を用いた膜では、430nmの励起下での発先のピーク波長がそれぞれ600nm,566nm,510nmと異なり、発光の色調変化もできることがわかった。酸素分子との応答性では、青色発光を示す[Ir(dfppy)_2-(dc9bpy)]+(dfppyH=2-(2',4'-difluorophenyl)pyridine, ppyH=2-phenylpyridine)の感度が最もよいことがわかった。本申請者はこれまでに長鎖アルキル基を有する中性の両親媒性Ir(III)錯体のラングミュア・ブロジェット(LB)膜を製造し、それを気体センサー膜として用いることに成功した。今回この発展として、より長寿命で堅固な層構造をもつ発光性薄膜をめざして種々の陽イオン性Ir(III)錯体と剥離化した粘土鉱物(無機ナノシート)とのハイブリッド化の検討をおこない、多色化をめざした酸素センシングデバイスのための研究をおこなった。今年度は色調変化のためのlayer-by-layer人工積層方法の検討をおこなった。今年度搬入した有機合成装置を用いて、3種(赤、青、黄)のIr(III)錯体を合成した。次に3種類のIr(III)錯体を用いた交互積層LB膜の製造と、それらの積層順番による色調変化の可能性について検討した。特に、2種のIr(III)錯体を用いた交互積層LB膜の製造と、それらによる色調変化の可能性について検討した。まずは単独の錯体と粘土鉱物とのハイブリッドLB膜を用いて積層数と発光強度が比例する条件を確立した。次に異種の錯体が一定の順序で配列した複合膜を製造するために、layer-by-layer人工積層膜を製造した。このとき、積層後のLB膜が基板から剥離しないように積層方法の技術開発をおこない、2種類の錯体の人工積層法に成功した。2種類の錯体の積層順序の可能な組み合わせを試み、錯体間のエネルギー移動効率を検討した。また、それらのLB膜による酸素センシングによる多色化を試みた。これらの主な成果はNew. J. of Chem. 36, 2467-2471 (2012)において報告し、hot articleおよび裏表紙に採用された。科学技術振興機構主催のイノベーションジャパンに採択された。

本申請者はこれまでに長鎖アルキル基を有する中性の両親媒性Ir(III)錯体のラングミュア・ブロジェット(LB)膜を製造し、それを気体センサー膜として用いることに成功した。本研究ではこの発展として、より長寿命で堅固な層構造をもつ発光性薄膜をめざして種々の陽イオン性Ir(III)錯体と剥離化した粘土鉱物(無機ナノシート)とのハイブリッド化を目的に研究をおこなってきた。本年度は発光波長の異なる2種のIr(III)錯体をコロイド状合成サポナイトに吸着させ、それらの間で起こるエネルギー移動反応について検討を行った。特にエネルギー移動効率にキラリティの影響が現れるかに着目した。2種のIr(III)錯体として[Ir(dfppy)2dmbpy]ClO4(dfppy=difluoro-2-phenylpyridyl, dmbpy= 4,4'-dimethyl-2,2-bipyridyl;DFPPY)および[Ir(piq)2dC9bpy]ClO4 (piq=phenylisoquinoline;PIQ)を取り上げた。これらの錯体を合成し、キラルカラムを用いて光学分割に成功した。合成サポナイトとのハイブリッド化をおこない、合成サポナイト上では、DFPPY(donor)からPIQ(acceptor)への効率的な光エネルギー移動が起っていることが解った。粘土(合成差ナイト)が無い場合、エネルギー移動はほとんど起こらなかった。また、donorとacceptorを別々の粘土粒子に吸着させた場合もエネルギー移動が起こらなかった。エネルギー移動効率をエナンチオマー)ラセミ対の組み合わせで比較し、エナンチオ選択性の有無などキラル分子認識とエネルギー移動の関係を明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。無機化学26年度が最終年度であるため、記入しない。計画通り、人工積層法の開発を行い、研究成果の特許化をおこなった。特許化が終了したら、論文化にむけておこなう予定である。昨年に続き計画通り、人工積層法の開発を行い、研究成果を論文、学会、著書などにより報告した。発表した論文の中で、分担者2名と共同で執筆した王立化学会のNew J. Chemにおいて発表した2重発光特性に関する論文が、hot articleおよび裏表紙に採択され、世界的にも高い評価を得ることができた。雑誌の裏表紙として、この研究を大きく宣伝することができ、愛媛大学全学、理学部、研究室のそれぞれのホームページにおいても掲載し、世間に公表をおこなった。さらには、学会発表(分担者と共同)、著書(2件)、総説(1件)など社会にむけての発信をおこなった。本研究内容の産業シーズは、科学技術振興機構主催のイノベーションジャパンに採択されて発表をおこない、多くの企業関係者がブースを訪問して説明をおこなった。産業シーズの芽もはぐぐまれ、実用化にむけての取り組みも開始した。多種のIr(III)錯体を用いた交互積層LB膜の製造と、それらによる色調変化の可能性について検討する。まずは単独の錯体と粘土鉱物とのハイブリッドLB膜を用いて、積層数と発光強度が比例する条件を確立する。次に異種の錯体が一定の順序で配列した複合膜を製造するために、layepr-by-layer人工積層膜を製造する。
超臨界二酸化炭素中で有効に機能する界面活性剤型分子の設計

医薬品を始めとする高付加価値化成品の化学合成において有機溶媒の使用は必須であるが、有害性、発火性のみならず環境汚染の問題が指摘されている近年、有機溶媒を用いない化学合成プロセスの開発は急務である。有機溶媒に替わる安全かつクリーンな溶媒として、回収、再利用の可能な超臨界二酸化炭素が考えられるが、反応に供する基質が溶解しにくいため用いることのできる反応が限定されるいう問題があった。これに対して申請者らは、新規に界面活性剤型分子を設計、合成し、これを用いることにより、超臨界二酸化炭素中に様々な反応に適用可能な新しい反応場を構築することで上記問題の解決を図ることを考えた。以下に得られた成果をまとめる。1.超臨界二酸化炭素中で有効に機能する界面活性剤型分子として、ポリエチレングリコール誘導体を見出した。ポリエチレングリコールまたはポリエチレングリコールメチルエーテル体存在下、超臨界二酸化炭素中、希土類金属トリフラートを用いるマンニッヒ反応およびアルドール反応が円滑に進行し、対応する付加体が高収率をもって得られることを明らかにした。また、反応系中を詳細に観察することにより、ポリエチレングリコール誘導体を加えない場合は反応系が不均一なのに対して、ポリエチレングリコール誘導体を加えた場合は反応系がエマルション様になっていることが確認され、ポリエチレングリコール誘導体の界面活性剤としての働きを明らかにした。2.超臨界二酸化炭素中で有効に機能する新規な界面活性剤型分子として、1-ドデシルオキシー4-パーフルオロペンゼンを設計、合成した。また、これを用いるアルドール反応、フリーデル・クラフツアルキル化反応を開発することができた。ここでも反応系はエマルション様になっていることが確認され、界面活性剤型分子によって超臨界二酸化炭素中で有効反応場が形成されていることが明らかになった。
マイクロ・ナノサイズの流れにおける複雑流体の流動挙動の解明

本研究では,代表長さが1.0マイクロメートル以下の流れ場における複雑流体の流動特性を圧力損失測定により明らかにすることを目的とし,微小孔を通過する流れ場を対象とした.その結果,水の場合,100マイクロメート以下において(50マイクロメートルから0.90マイクロメートルの範囲),Navier-Stokes方程式により予測される値よりも大幅に減少した.次に,球状ミセル界面活性剤水溶液の場合,極性により異なる結果となった.また,棒状ミセル界面活性剤水溶液の場合,特定のモル濃度比において,圧力損失が上昇した,以上のような特異流動特性を明らかにした.本研究では,マイクロサイズ・ナノサイズの微小孔を通過する複雑流体の流動特性を精密に検討することを目的とする.初年度(平成26年度)の主目的は,実験装置作製と水を用いた実験である.実験装置の作製に関しては,先行研究で使用した実験装置(アクリル流路,シリンジポンプからアクリル流路への液体輸送のためのビニールチューブ,微小孔など)に高圧力の測定のために耐圧処理を施した.特に,最大で20気圧程度の圧力を測定する必要があるため,アクリルやビニールチューブなどの部分を金属や耐圧チューブなどに置き換え,圧力計も高圧測定範囲に変更した.次に,微小孔の作製には,エッチング処理(化学処理)を用いて金属箔への開孔を行った.作製した微小孔は,電子顕微鏡により,内径の精密測定を行った.次に,水を使用した実験により,改良した実験装置,測定機器の校正を行った.校正のための実験では,100マイクロメートルの10マイクロメートルまでのサイズの作製した微小孔を使用した.また,比較用として,市販の100マイクロメートルの微小孔も使用した.100マイクロメートルの微小孔における実験結果は,数値計算による予測値と実験誤差の範囲で一致し,実験装置,測定手法の妥当性が検討できた.また,100マイクロメートルの微小孔の場合は,予測値とは一致せず予測値を大きく下回る結果を得た.しかしながら,本実験結果は,従来の報告とほぼ同様の結果であり,実験結果は妥当であると考えられる.本研究では,マイクロサイズ・ナノサイズの微小孔を通過する複雑流体の流動特性を精密に検討することを目的としている.2年目となる今年度(平成27年度)は,昨年度までに完了していない実験(1マイクロメートルオーダーの微小孔を通過する水の流動特性)の実施,および,複雑流体を用いた実験(1マイクロメートルオーダーの微小孔を通過する界面活性剤水溶液・希薄高分子水溶液の流動特性)を実施した.水を用いた実験では,昨年度,実験を行った10マイクロメートルオーダーの微小孔と同様の傾向を示し,1マイクロメートルの微小孔においても予測値から大きく外れる実験結果を得た.また,10マイクロメートルオーダーの微小孔と比較し,予測値からの減少率も大きくなり,特異挙動が強く発現していることを確かめることができた.また,流量検定や圧力計の検定を頻繁に行い,実験結果の信頼性も確かめた.一方,界面活性剤水溶液の場合,添加する対イオンとのモル濃度比により流動挙動が異なり,高分子水溶液の場合,比較的濃度の高い水溶液において,圧力変動が大きくなる不安定挙動を確認することができた.また,染料を混合した試験流体による可視化実験を行い,微小孔上流部に生じる不安定渦を確認することができ,この渦挙動と圧力波形挙動がおおむね対応することから,本現象が上流部に不安定挙動に起因する可能性を考察した.以上の結果を基に,査読付き論文発表(3報),国際会議発表(1件),国内学会発表(8件,関連内容を含む)を行った.昨年度,作製・校正を行った実験装置に問題は見られず,試験流体を水から複雑流体(界面活性剤水溶液,希薄高分子水溶液)に変更しても正常に動作している.また,今年度は1マイクロメートルオーダーの微小サイズの流れ場を使用しているが,定期的に,流量検定・圧力検定を行い,測定データが正しいことも確認している.本研究は,マイクロサイズ(1マイクロメートルオーダー)・ナノサイズ(サブマイクロメートルオーダー)の微小孔を通過する複雑流体の流動特性を圧力損失測定により精密に検討することが目的である.計画の最終年となる平成28年度は,これまでに完了していない複雑流体を用いた実験(1マイクロメートルオーダーの微小孔を通過する界面活性剤水溶液,高分子水溶液)を実施した.界面活性剤水溶液の場合,添加する対イオンとのモル濃度比により流動挙動が異なり,界面活性剤の種類により大きく異なることを明らかにした.一方,高分子水溶液の場合,比較的濃度の高い水溶液において,圧力変動が大きくなる不安定挙動を確認することができた.染料を混合した試験流体による可視化実験を行い,微小孔上流部に生じる不安定渦を確認することができ,試験流体の種類により大きく異なることも明らかにした.この特異挙動と圧力挙動がおおむね対応することから,本現象が上流部の不安定挙動に起因する可能性を考察した.また,希薄濃度の場合であっても,不安定挙動が発現し,マクロサイズの流れ場とは異なる現象を確認することができ,代表長さが1マイクロメートルオーダー,もしくは,サブマイクロメートルオーダーになると,弱い粘弾性であっても流れに強く影響する可能性を考察した.なお,計画の最終年であるため,研究成果の発表も重点的に行った.これまでに得られた結果を基にして,査読付き論文発表(6報),国際会議発表(1件),国内学会発表(9件,関連内容を含む)を行った.特に,国際雑誌への論文投稿を積極的に行った.

本研究では,代表長さが1.0マイクロメートル以下の流れ場における複雑流体の流動特性を圧力損失測定により明らかにすることを目的とし,微小孔を通過する流れ場を対象とした.その結果,水の場合,100マイクロメート以下において(50マイクロメートルから0.90マイクロメートルの範囲),Navier-Stokes方程式により予測される値よりも大幅に減少した.次に,球状ミセル界面活性剤水溶液の場合,極性により異なる結果となった.また,棒状ミセル界面活性剤水溶液の場合,特定のモル濃度比において,圧力損失が上昇した,以上のような特異流動特性を明らかにした.微小孔の作製,電子顕微鏡による精密測定は,問題なく進んでいる.実験装置の改良も順調に進み,装置の校正も完了した.また,水を用いた実験により,数値計算による予測値・従来の研究による実験結果とおおむね一致する結果を得ることが出来た.サイズが小さいため,ホコリなどの不純物により,微小孔が目詰まりなどを起こし,再度作製が必要になる場合もあるが,その場合も問題なく作製できている.今後はこれまでの実験結果を踏まえ,新規性の伴う結果を積極的に発表していく.また,現時点で行っていないナノサイズ(1マイクロメートル以下)の微小孔を通過する流れについても検討する.流体工学今後は,水の実験結果を踏まえ,複雑流体(界面活性剤水溶液,高分子水溶液,微細気泡混合液)を用いた実験を行い,複雑流体の場合の流動特性を検討し,新規性を伴う内容による学会発表を行っていく.また,現時点では,10マイクロメートルのサイズをさらにスケールダウンした場合(特に,ナノサイズの検討を行う.)の実験も行う.実験に使用する消耗品が計画よりも安価であったこと.本余剰金は,実験装置改良に関する材料費が比較的抑えられたこと,論文の英文校正に関する費用が割安であったことによる.次年度に実施する実験に使用する.微小孔作製のための予算に使用する.
種々の環境下における作物体諸器官の相互関係

作物は種々の環境に適応しながら、各器官が相互に密接な関係を保ちつつ生育している。したがって、作物の生育を合目的的に制御することを目的とする作物栽培技術をより高度に発展させるためには、whole plant physiologyの観点から種々の環境下における諸器官相互の関係を追究し、明らかにすることが重要であると考えた。このような問題意識を基礎に総合研究をすすめた研究成果の要点は以下の通りである。1.個体、葉身の老化と出液速度、出液中のサイトカイニン濃度とは密接な関係があり、品種、生育条件によって老化が遅れるときには、根が発達しており、出液速度、サイトカイニン濃度の低下も遅れた。2.栄養生長期のエスレル散布によって、ダイズの主茎、分枝の相対生長が変化し、受光態勢がよくなり、根が発達し、とくに生育後期の純同化率、光合成速度が高く維持された。3.コムギには、生長相関的器官と環境条件によって生長相関が変化する器官とがあり、個体全体の葉数と1次根数との関係は前者に、茎軸に沿った1次根の形態の推移は後者に属した。4.ラッカセイでは胚軸径と根重との間に密接な関係があり、イネも含め根重が小さいと葉面積の減少,乾物生産の低下、莢数、もみ数の減少によって収量は減少するが、根の乾物生産効率は高まった。5.イネの登熟過程において、米粒肥大が抑制される条件では、根の活性とも関係して、玄米中の高いアンモニア濃度が阻害的に作用し、トリアコンタノ-ルの葉面散布によって蛋白質分解が抑制され、米粒の窒素含量が低下した。またサツマイモの塊根への澱粉蓄積には、カリ、窒素比が葉身の光合成速度を通じて重要な役割を果たした。イネの葉身、葉鞘、茎ではそれぞれ光合成関連組織・細胞・細胞器官の特徴が異なった。各研究者が従来手掛けてきた各種作物を使用し,種々な環境条件下で研究を進め以下の結果を得た.ダイズの出液速度は,生育に伴って変化し根の老化と関係し生育後半に著しく減少すること,また根粒形成の有無と直接関係がないことを認めた(石原).水稲の葉および根系の量的関係の生育時期別変化を解析し,出葉転換期以降根系の生長が葉に比較して旺盛になることを見出した(山崎).ダイズの栄養生長期における連続エスレル散布によって,茎葉の形態,分枝の発達,群落構造および形態が著しく変化し,これらの変化は生育パターンや収量の多少と密接に関連していることを明らかにした(中世古).イネの節間における維管束の微細構造を電子顕微鏡によって観察し,光合成産物の長距離転流の主体は木部寄りの小型節管・伴細胞複合体が担っており,大型

節部・伴細胞複合体は節間伸長停止後スクロースの貯留所になっているものと推察した(長南).ラッカセイの下胚軸径の発達を制限すると,根量が減少し地上部の生育が著しく抑制されることを見出した(渡辺).緻密度の異なる土壌中でのリクトウ,ハトムギ,トウモロコシ,モロコシの種子根の伸長速度は,単純に土壌孔隙の大きさと根径との大きさとの対応関係で律せられるのではなく,種間差があり,地上部の生育もそれに対応していることを認めた(河野).日本と中国の多収性品種の乾物生産過程の比較を行い,多収性品種は穎花数が多いことに加えて,乾物生産能力が高く,この性質は,葉の光合成能力だけでなく,受光態勢,茎葉根の発達の相互関係に密接に関連していることを見出した(県).根と地上部の生長の相互関係を植物ホルモン,出液中のアミノ酸組成などから検討した(折谷).ダイズにおける蒸散速度,光合成速度およびその相互関係を温度,湿度を変えて追究し,これらの変化は根部の呼吸速度と密接に関連することを認めた(津野).昭和62年度に得られた研究成果を基礎に、研究分担者の興味、関心が集中してきた根と地上部の関係を中心にして研究をすすめ以下の結果を得た。ダイズでは、根から地上部へ送られるサイトカイニン量は結莢期以降減少するが、根群が発達し、葉の老化のおそい植物体では、その減少程度が小さいことを認めた(石原)。エスレル散布によってダイズの根系の発達が抑制され、主茎長は短く、葉が小型化し、分枝の生長はよくなったが、収量に対する影響は品種によって、土壌水分の相違によって異なった(中世古)。ダイズの葉は調位運動を行うが、この運動には葉の水ポテンシャルが関係すると同時に、根の呼吸が関与し、根の呼吸速度が大きいと、運動量が大きく葉が立ち、個体群内への光の透入が良好となった(津野)。サツマイモの一葉挿し法、砂耕法で根と葉のシンク・ソースの関係を検討し、葉身のカリ濃度が高まると光合成速度が大きくなるとともに、塊根への物質分配率が大きくなり、塊根肥大が著しく促進された。塊根への物質分配率が最大となる葉身のカリ濃度はチッ素濃度と関連して変化した(県)。イネ科作物を用いた研究では、コムギの葉数と1次根数との間には、一本の直線で示される密接な関係があり、この関係は土壌水分が変化するなど栽培条件が違っても、個体レベルでみれば変化しなかった(山崎)。リクトウ、ハトムギ、トウモロコシ、モロコシを高い緻密度の土壌で生育させると、L型1次根の出現率が高まり、側根は短くなり、肥大は小さくなったが、この抑制程度には種間差があり、リクトウ、ハトムギで大きかった(河野)。ダイズと同様イネの葉の老化は地上部へ送られるサイトカイニンと関係があるが、Free型よりBound型とより密接であった(折谷)。イネのデンプン粒は葉肉と胚乳の細胞で形態が異なった(長南)、下胚軸制御によって根量が減少し、茎葉、莢実の老化が早まった(渡辺)。本年度は本総合研究の最終年度であるので、昭和62,63年度に得られた成果を基礎に、作物体諸器官の相互関係のうちとくに根と地上部の関係を中心にして研究を行うと同時に、研究分担者独自の問題の展開も計り以下の結果を得た。老化と密接に関係することが明らかとなった出液中のサイトカイニンを、光合成からみて葉身の老化の異なる水稲2品種で比較したところ、出穂期以降老化のおそい品種の出液中のサイトカイニン濃度および出液を通じて地上部へ送られるサイトカイニン量が明らかに高いことを認めた(石原)。エスレル処理によってダイズの根群の分布には大きな相違はなかったが、水ストレス下の光合成速度はエスレル無処理に比べて低下程度が小さい傾向があった。しかし、この影響は子実収量にプラスの影響は与えず、むしろエスレル処理の収量がやや低くなった(中世古)。土壌水分の異なる条件で生育したコムギの地上部諸器官の相互関係は著しく異なったが、1次根数と分げつを含めた個体全体の葉数との関係は生育条件に関係なく一定であることを認めた(山崎)。サツマイモの地上部・地下部関係はチッ素、カリ施用量によって著しく変化するが、光合成速度を高く維持するにはカリとチッ素の比率が重要で、このことが塊根重の増加とも密接に関係していた(県)。ラッカセイの根重の発達は胚軸径の大小によって、イネの根は土壌水分およびその管理の方法によって著しく影響を受け、根と地上部の相互関係も変化することを認めた(渡辺・河野)。この他、イネの登熱過程が高低夜温下の影響を受ける時、粒重の増加に対して玄米中のアンモニア濃度が阻害的に作用すること(津野);トリアコンタノ-
エピゲノム調節を介したアルドステロン合成制御機構の解明と創薬標的分子の探索

原発性アルドステロン症(PA)は,最も頻度の高い二次性高血圧症であり,アルドステロン産生腺腫(APA)と特発性アルドステロン症に分類され,いずれの病型においても,高アルドステロン血症が高血圧をもたらすのみならず,心血管疾患や腎障害を高率に発症する.近年,プロモーター領域のDNAメチル化は,細胞内シグナルを介さずとも,ホルモン合成に関与する遺伝子発現を調節することが報告された.そこで,DNA脱メチル化と転写因子の相互作用で発現調節され,アルドステロン合成酵素(CYP11B2)発現を調節する因子が複数存在し,その標的因子または転写因子を介したCYP11B2発現調節機構を解明できると考えられる.当院で手術により採取されたAPAの遺伝子メチル化について、非機能腺腫と比較した解析を行うと,APAではそのDNAプロモーター領域に多数のメチル化変化が生じていることが示された.Bioinfomaticsによる解析により,低メチル化が起きている領域と,関係する遺伝子についてピックアップを行い,実際に発現が増加している因子について同定した.また,低メチル化がおきているDNA配列のモチーフ検索を行い,それに結合する転写因子について絞り込みを行った.候補としてあがった転写因子についてChIP-qPCRをもちいて,該当する遺伝子の低メチル化配列との結合について検討を行い,実際に両者が結合していることを証明し,標的因子の同定を行った.これにより標的である転写因子が低メチル化を介してアルドステロン合成に関与していることが示された.また遺伝子発現調節に関わるGPCRの遺伝子にも低メチル化が生じていることが,メチル化解析より明らかとなり,その発現増加がqPCRにより示された.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。原発性アルドステロン症(PA)は,最も頻度の高い二次性高血圧症であり,アルドステロン産生腺腫(APA)と特発性アルドステロン症に分類され,いずれの病型においても,高アルドステロン血症が高血圧をもたらすのみならず,心血管疾患や腎障害を高率に発症する.よって,RAA系を介さないアルドステロン合成制御機構の解明は,極めて重要な臨床的課題である.アルドステロン合成は,複数のステロイド合成酵素を必要とするが,中でもアルドステロン合成酵素(CYP11B2)が律速酵素として知られている.近年,プロモーター領域のDNAメチル化は,細胞内シグナルを介さずとも,ホルモン合成に関与する遺伝子発現を調節することが報告された.そこで,DNA脱メチル化と転写因子の相互作用で発現調節され,CYP11B2発現を調節する因子が複数存在し,その標的因子または転写因子を介したCYP11B2発現調節機構を解明できると考えられ,本研究では,DNA脱メチル化と転写因子の相互作用による新規アルドステロン合成機構を明らかにし,PAや高血圧の新たな創薬基盤をつくることを目的とした.当院で手術により採取されたAPAの遺伝子メチル化について、非機能腺腫と比較した解析を行うと、APAではそのDNAプロモーター領域に多数のメチル化変化が生じていることが示された。Bioinfomaticsによる解析により、低メチル化が起きている領域と、関係する遺伝子についてピックアップを行い、実際に発現が増加している因子について同定した。また、低メチル化がおきているDNA配列のモチーフ検索を行い、それに結合する転写因子について絞り込みを行った。候補としてあがった転写因子についてChIP-qPCRをもちいて、該当する遺伝子の低メチル化配列との結合について検討を行い、実際に両者が結合していることを証明し、標的因子の同定を行った。副腎皮質球状層に存在する、アルドステロン合成に関わる因子のうち、PCP4の発現が、アルドステロン合成酵素(CYP11B2)の発現に関与し、PCP4の発現レベルが、CYP11B2遺伝子のプロモーター領域のメチル化に関わることを明らかにした。さらに、転写因子CEBPAが低メチル化したCYP11B2のプロモーター領域にインタラクションすることを、ChIP assayにより明らかにした。原発性アルドステロン症(PA)は,最も頻度の高い二次性高血圧症であり,アルドステロン産生腺腫(APA)と特発性アルドステロン症に分類され,いずれの病型においても,高アルドステロン血症が高血圧をもたらすのみならず,心血管疾患や腎障害を高率に発症する.近年,プロモーター領域のDNAメチル化は,細胞内シグナルを介さずとも,ホルモン合成に関与する遺伝子発現を調節することが報告された.そこで,DNA脱メチル化と転写因子の相互作用で発現調節され,アルドステロン合成酵素(CYP11B2)発現を調節する因子が複数存在し,その標的因子または転写因子を介したCYP11B2発現調節機構を解明できると考えられる.当院で手術により採取されたAPAの遺伝子メチル化について、非機能腺腫と比較した解析を行うと,APAではそのDNAプロモーター領域に多数のメチル化変化が生じていることが示された.Bioinfomaticsによる解析により,低メチル化が起きている領域と,関係する遺伝子についてピックアップを行い,実際に発現が増加している因子について同定した.また,低メチル化がおきているDNA配列のモチーフ検索を行い,それに結合する転写因子について絞り込みを行った.候補としてあがった転写因子についてChIP-qPCRをもちいて,該当する遺伝子の低メチル化配列との結合について検討を行い,実際に両者が結合していることを証明し,標的因子の同定を行った.これにより標的である転写因子が低メチル化を介してアルドステロン合成に関与していることが示された.

また遺伝子発現調節に関わるGPCRの遺伝子にも低メチル化が生じていることが,メチル化解析より明らかとなり,その発現増加がqPCRにより示された.転写因子の発現調節によるアルドステロン合成の変化について検討する。培養細胞を用いた特異的阻害や拮抗による効果について確認をする。実験動物での同因子の発現調節によりモデル動物の確立や、それによる新規薬剤探索への応用を試みる。高アルドステロン血症を呈する高血圧モデル動物を用いて阻害剤の効果等について検討を行う。副腎皮質球状体特異的に転写活性化因子を発現するモデル動物などを用いたノックアウトモデルでの標的因子調節による表現型について観察を行う。標的因子の発現が困難な場合には、コンディショナルノックアウトマウスの購入も可能である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
悪条件連立一次方程式対する高精度な精度保証付き数値計算技術の開発

今年度は本研究の目的の一つであった反復型の誤差評価式を提案した.昨年度に開発した誤差評価式を基礎として,反復改良が出来る誤差評価式を提案し,国際学会で発表を行い,post-conference proceedingに投稿した.提案手法は様々な特異値分布を持つHighamのテスト行列の5種およびRumpの悪条件なテスト行列において従来の誤差評価式と同等か精度の良い誤差評価式となっている.特に1つの小さな特異値を持つ行列や算術的に分布する特異値を持つ行列において提案手法は精度の良い誤差評価式となっていた.また,この結果は精度保証付き数値計算ライブラリのINTLABVersion 11における精度保証付き連立一次方程式ソルバーに実装され,組み込まれた.これにより多数のユーザに研究結果を還元できていると考える.また,連立一次方程式の誤差評価に関連してNull spaceを用いた鞍点型の係数行列を持つ連立一次方程式の誤差評価法の共同研究を行い,国際会議で発表を行った.提案手法はNull spaceを用いることで行列の(1,1)ブロックが半正定値行列でも扱えるだけでなく,より小さな行列として解くことが出来るため高速である.また,その過程でNull spaceの精度保証付き数値計算が必要となり,3種類のNull spaceの精度保証付き数値計算法を開発した.直交性が保たれている方法や直交性は持たないが高速性を重視した方法を開発し,用途に応じて方法を選択できる.この結果は査読付きの国際論文誌に投稿した.計画とは多少異なっているが,関連分野への波及効果があり様々な結果が得られた.今後は得られた成果を論文として執筆し,順次投稿する.また,開発した誤差評価式を様々なソフトウェア上に実装し,より多くのユーザに使用してもらえるように努める.次元数の大きい悪条件連立一次方程式に対しての高精度に精度保証付き数値計算を行う場合には二つの難しさがある。それは次元数と悪条件性により近似解と真の解の誤差を過大に評価してしまうことである。平成29年度は従来の誤差評価アルゴリズムで次元数が原因で過大評価している箇所を特定し、次元数の高い問題でも高精度に誤差評価を行うアルゴリズムの構築を行い、その評価を行った。具体的には従来法ではrank-one行列で上限を見積もっていた箇所をH行列の判定を行うベクトルに適した誤差評価式で定式化を行った。その結果として一万次元程度の悪条件連立一次方程式において、従来法に比べて十倍以上も小さく誤差が見積もれる誤差評価のアルゴリズムが構築できた。また、この誤差評価アルゴリズムを応用して、行列積の有効丸めと事前誤差評価式を用いた精度保証付き数値計算法に対しても改良法を提案した。行列積の有効丸めと事前誤差評価式を用いた場合、区間の中心が単位行列から離れることに着目して、誤差評価式を構築し、平成29年度に開発したアルゴリズムを適用することで、従来の誤差評価のアルゴリズムよりも1.6倍も小さく誤差が見積もれる誤差評価のアルゴリズムが構築できた。さらに、悪条件な連立一次方程式の研究に関連して、単精度作成された近似逆行列がどの程度の条件数を下げる効果があるのかについての研究を行った。理論解析と数値実験結果よりある条件数を境目に次元数の影響が大きくなり、条件数を下げる効果が低減することを示した。研究計画は順調に進んでいる。当初予想していた大規模向けの誤差評価のアルゴリズムに加えて、特別な場合の誤差評価のアルゴリズムの構築にも成功している。また、研究計画に関連して悪条件な連立一次方程式に関しても新しい研究結果を得られており、研究計画は順調に進んでいると言える。今年度は本研究の目的の一つであった反復型の誤差評価式を提案した.昨年度に開発した誤差評価式を基礎として,反復改良が出来る誤差評価式を提案し,国際学会で発表を行い,post-conference proceedingに投稿した.提案手法は様々な特異値分布を持つHighamのテスト行列の5種およびRumpの悪条件なテスト行列において従来の誤差評価式と同等か精度の良い誤差評価式となっている.特に1つの小さな特異値を持つ行列や算術的に分布する特異値を持つ行列において提案手法は精度の良い誤差評価式となっていた.また,この結果は精度保証付き数値計算ライブラリのINTLABVersion 11における精度保証付き連立一次方程式ソルバーに実装され,組み込まれた.これにより多数のユーザに研究結果を還元できていると考える.また,連立一次方程式の誤差評価に関連してNull spaceを用いた鞍点型の係数行列を持つ連立一次方程式の誤差評価法の共同研究を行い,国際会議で発表を行った.提案手法はNull spaceを用いることで行列の(1,1)ブロックが半正定値行列でも扱えるだけでなく,より小さな行列として解くことが出来るため高速である.また,その過程でNull spaceの精度保証付き数値計算が必要となり,3種類のNull spaceの精度保証付き数値計算法を開発した.直交性が保たれている方法や直交性は持たないが高速性を重視した方法を開発し,用途に応じて方法を選択できる.この結果は査読付きの国際論文誌に投稿した.計画とは多少異なっているが,関連分野への波及効果があり様々な結果が得られた.今後は研究計画通りに高精度な内積アルゴリズムの構築を行う。また共同研究者や精度保証付き数値計算のソフトウェア開発者と活発に議論を行い、研究を遂行する。今後は得られた成果を論文として執筆し,順次投稿する.また,開発した誤差評価式を様々なソフトウェア上に実装し,より多くのユーザに使用してもらえるように努める.アルゴリズムの構築などの理論研究を優先したため、今年度は実験用のPCの購入が必要がなかった。

次年度は構築した様々なアルゴリズムの実験を行うため、繰り越した費用をPCの購入費用として使用する。今年度は日本で国際会議があり、場所が関東であったために想定よりも旅費を必要とせず旅費が余っている.また,本課題に関係した研究結果が得られているため,課題の延長申請を行い,その研究発表のために使用をする.また残りは投稿している論文に関する費用とする予定である.
生体内におけるバーシカンの機能:ノックインマウスを用いた研究

1.バーシカン/PG-MのG1ドメイン内のAサブドメインを欠失したノックインマウスの解析を行い、同マウスが胎生期10.5-出生までの問に心形成不全によって死亡することを見出した。バーシカン完全欠損マウスと異なり、同マウスでは心臓の基本構造の形成に異常はないが、心室壁の拡張が観察され、これに伴う心不全が死因と考えられた。心拡張発症機構に関しては、細胞外マトリックス内のBMPとTGFbの貯留量およびこれら分子のシグナル伝達の異常にもとつく心筋細胞の分化障害が原因と考えられた(論文投稿中)。3.バーシカン/PG-Mは軟骨発生期のみならず軟骨に微量に存在することが知られている。関節軟骨のバーシカンを精製し性状解析を行ったところ、同分子がリンクタンパク質、ピアルロン酸とともに会合体を形成していること、同分子が持つCSはアグリカンと比較して硫酸修飾の程度が低いことを明らかにした(Matsumoto, K., et al., J Biol Chem, 2006)。4.軟骨は多量のコンドロイチン硫酸プロテオグリカンを含む。軟骨細胞のCS合成を司る糖転移酵素群に関して検討し、CSN一アセチルガラクトサミン転移酵素-1(CSGalNAcT-1)がCS合成の鍵を握る酵素であることを明らかにした(Sakai, K., et al., J Biol Chem, 2007)。バーシカンは発生期の心臓、軟骨原基等に一過性に高発現して遊走、接着、分化、増殖等の細胞挙動を制御する。一方、成獣においては心血管系、皮膚、脳等のマトリックスの構成成分として安定的に発現している。バーシカンの遺伝子欠損マウスはジーントラップ法によってすでに作製されているが同マウスは胎生10.5日に心形成不全によって死亡するため、心形成後期あるいは心臓以外の臓器における同分子の機能は解明されていない。本研究では、N-末端G1ドメイン内のAサブドメインを欠失するバーシカンのノックインマウスを作製しその解析を行った。ヘテロ接合体は異常を示さず正常に繁殖したが、ホモ接合体は胎生18.5日までに全例死亡した。生化学的機能解析から、同変異バーシカンはヒアルロン酸との結合能の低下を示しマトリックスへの沈着が低下すると推測されるが、事実、同ホモ接合体においてバーシカンの沈着は低下していた。同マウスの心臓は拡大し、心室壁の菲薄化を伴う線維化および心筋細胞分化の遅延が観察された。大動脈壁は形成不全を呈し動脈平滑筋細胞の分化も遅延していた。皮膚では真皮膠原繊維幅の低下が認められた。胎生期線維芽細胞培養系を用いて、これらの表現型の発症機構を検討したところ、バーシカンがコラーゲン線維の形成と十分な沈着に必要なこと、また、フィブリリン1と結合してLatency-associated peptide(LAP)-TGFβ複合体を細胞外マトリックスに沈着させ、同成長因子のシグナル伝達調節を通じて細胞分化を制御していることが明らかとなった。これらの研究結果はバーシカンがマトリックス形成の中心的役割を果たしていること、および同分子がTGFβの機能を細胞外マトリックスにおいて制御していることを示している(論文投稿中)。1.バーシカン/PG-MのG1ドメイン内のAサブドメインを欠失したノックインマウスの解析を行い、同マウスが胎生期10.5-出生までの間に心形成不全によって死亡することを見出した。

関節軟骨のバーシカンを精製し性状解析を行ったところ、同分子がリンクタンパク質、ヒアルロン酸とともに会合体を形成していること、同分子が持つCSはアグリカンと比較して硫酸修飾の程度が低いことを明らかにした(Matsumoto, K, et al., J Biol Chem, 2006)。4.軟骨は多量のコンドロイチン硫酸プロテオグリカンを含む。軟骨細胞のCS合成を司る糖転移酵素群に関して検討し、CSN-アセチルガラクトサミン転移酵素-1(CSGalNAcT-1)がCS合成の鍵を握る酵素であることを明らかにした(Sakai, K., et al., J Biol Chem., 2007)。