hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電子線照射その場観察‐３次元アトムプローブ法による転位バイアス機構の解明

Al-Mg-Si合金を用いて、熱時効下における拡張した刃状転位に対する鈴木偏析を調べた。熱時効下においては、積層欠陥部分およびショックレー部分転位へのSiの濃化が認められた。MgについてもSiよりも低濃度の偏析が同じ領域で認められており、定性的にはオーステナイト系ステンレスを重照射した場合と同様の傾向を示すことが明らかとなった。転位の構造に対して、照射下と熱時効下での定性的な偏析の傾向に大きな違いは無いものと考えられるが、照射下では転位の運動や増殖が照射により継続的に起こっている事や、照射促進の偏析が起こることにより熱時効下よりも容易に偏析が起こることが示唆された。本年度は、試料作製と針状試料の光学顕微鏡観察などによりその形状の最適化などを行った。一方、所属機関の移動にともない、実験設備や主要な実験装置の利用環境が変わったため、そのための対策を行った。転位は電解研磨の際にアノード反応の起点として働き、溶質原子の偏析によって合金元素の溶解反応が変化すると予測される。各種金属材料の電気化学的な実験をおこない試料作製(電解研磨やエッチング)の予備的な実験とした。前年度作製した、3次元アトムプローブ(3DAP)測定用針状試料を固定する一軸可動の3DAP試料専用TEMホルダーにて転位と溶質原子の化学組成分析をAl-Mg合金試料で実施した。一軸(X軸)可動の専用TEMホルダーでは、電解研磨法により簡便に試料作製が出来る一方、Y軸傾斜については、試料を脱着して±2度程度の傾斜を銅パイプの変形で行うため、電子線入射方向の精密な調整が困難であることから、本年度は、新たに一般的なΦ3mmのホルダー内に針状試料とその土台となる半円状の金属片を一体化した試料形状に変更し、観察を行った。それにより、通常の試料観察と同程度の傾斜角を一般的な全てのTEMにおいて得ることが可能になった。Al-1.0wt.%Mg合金について、先ず、刃状転位の照射を実施し、その後STEMーEDSによる分析を行ったが、転位への有意な偏析は見いだせなかった。その原因として、転位の構造解析が出来る領域が、針の太さが100 nm前後の領域となるが、EDS分析を行う場合、その試料厚さであると母相の固溶Mgの影響が大きく、バックグラウンドが上昇するためであることや、本研究の実験系で捉えるには、Mgの刃状転位への偏析量が少なかったことが考えられる。現在、針の幅をTEM観察にも適しており、かつ3DAP観察に耐えるよう、50nm100nmの幅の領域を大きくするため、上記2軸傾斜用試料の針先形状最適化のための集束イオンビームによる加工の最適化も併せて実施し、実験条件の最適化を進めている。観察方法以外に、用いる試料の時効条件の最適化と、観察対象の合金系をCu-Si系、PNC316など他の合金にも広げることで、TEMによる転位への偏析元素の化学分析と3DAPによる3次元的な溶質分布の観察を進めている。各種の合金試料について、3次元アトムプローブによる予備測定を行い、3次元元素マッピング上で十分な可視化が行えるかを確認し、その結果を基に電子線照射条件の検討や、照射前の試料の熱処理条件の最適化を行った。本年度は、主にアルミ合金をもちいて、母材に対してオーバーサイズの溶質原子としてMg、アンダーサイズの溶質原子としてSiを添加した試料について、熱時効下における拡張した刃状転位に対する鈴木偏析を調べた。Al-Mg-Si合金を溶体化後、24時間程度200°Cで熱時効することで溶質原子を転位に偏析させることを狙ったが、溶体化処理によって低くなった転位密度では、3DAP測定の視野に転位が含まれる確率が低いため、200°C時効の途中で10%程度の加工を行うことで、転位密度を高くした後、再度昇温して偏析を促進する手法により、初めて熱時効下での鈴木偏析を3DAPにより観察することに成功した。これまで鈴木偏析を観察するためには転位密度の低い溶体化処理後の試料を、融点の1/2程度の温度から徐々に温度を下げながら炉冷する方法が用いられてきたが、過飽和固溶体を熱時効途中で加工し一定の温度による時効で導入する新しい手法を開発した。これらの結果、転位の構造に対して、照射下と熱時効下での定性的な偏析の傾向に大きな違いは無いものと考えられるが、照射下では転位の運動や増殖が照射により継続的に起こっている事や、照射促進の偏析が起こることにより熱時効下よりも容易に偏析が起こることが示唆された。平成27年度は、アルミ合金を用いた転位-溶質原子相互作用について実験を行った。20%程度の試料について3DAPの視野内に転位が含まれており、熱時効下における拡張した刃状転位の積層欠陥部分および両端のショックレー部分転位が含まれた3次元アトムマップを初めて取得することに成功した。主にアルミ合金をもちいて、母材に対してオーバーサイズの溶質原子としてMg、アンダーサイズの溶質原子としてSiを添加した試料について、熱時効下における拡張した刃状転位に対する鈴木偏析を調べた。

Al-Mg-Si合金を溶体化後、24時間程度200°Cで熱時効することで溶質原子を転位に偏析させることを狙ったが、溶体化処理によって低くなった転位密度では、DAP測定の視野に転位が含まれる確率が低いため、200°C時効の途中で10%程度の加工を行うことで、転位密度を高くした後、再度昇温して偏析を促進する手法により、初めて熱時効下での鈴木偏析を3DAPにより観察することに成功した。これまで鈴木偏析を観察するためには転位密度の低い溶体化処理後の試料を、融点の1/2程度の温度から徐々に温度を下げながら炉冷する方法が用いられてきたが、過飽和固溶体を熱時効途中で加工し一定の温度による時効で導入する新しい手法を開発した。熱時効下においては、積層欠陥部分およびショックレー部分転位へのSiの濃化が認められた。MgについてもSiよりも低濃度の偏析が同じ領域で認められており、定性的にはオーステナイト系ステンレスを重照射した場合と同様の傾向を示すことが明らかとなった。これらの結果、転位の構造に対して、照射下と熱時効下での定性的な偏析の傾向に大きな違いは無いものと考えられるが、照射下では転位の運動や増殖が照射により継続的に起こっている事や、照射促進の偏析が起こることにより熱時効下よりも容易に偏析が起こることが示唆された。Al-Mg-Si合金を用いて、熱時効下における拡張した刃状転位に対する鈴木偏析を調べた。転位の構造に対して、照射下と熱時効下での定性的な偏析の傾向に大きな違いは無いものと考えられるが、照射下では転位の運動や増殖が照射により継続的に起こっている事や、照射促進の偏析が起こることにより熱時効下よりも容易に偏析が起こることが示唆された。平成26年4月に現職に移動となり、それに伴い、共同利用の再申請などの都合上、主要な実験装置の利用が一時的に困難となった。試料作製や、3DAPとHVEM共通で観察可能な試料形状の開発については準備を進めており、それらの達成度は予定通りである。測定環境が構築出来次第平成27年度よりその場観察実験を進めるする予定である。未照射試料の作製については、概ね計画通り準備が進んでおり、電解研磨と必要に応じて集束イオンビーム装置による針状試料の先端形状の最適化を行った後、3次元アトムプローブ観察を進める。転位近傍の溶質原子分布取得は一部のfcc合金で取得されつつあり、今後は、測定データの充実と、bcc,hcpの測定を進める予定である。3DAP測定の試行回数を増やすことで、アトムマップのサンプル数を増やし、転位の拡張幅による偏析の傾向の違いが無いかを調べ、より詳細に転位-溶質原子の相互作用を理解するとともに、既に取得済みのデータより得られた知見を論文などにより公表する。金属材料未照射試料作製については、熱処理を行うための設備の準備を行っており、その後熱処理、電解研磨、必要に応じて集束イオンビーム装置による加工を行った後、3次元アトムプローブ観察を行い、転位近傍の溶質原子分布を取得する予定である。所属機関変更により、利用可能な設備が変化したため、それに対応した予算配分を行った。熱処理については、低温のものから実験を進めており、本研究費で整備する計画である高温用の炉の導入を次年度に変更したため、次年度使用額が生じた。成果発表のための旅費や投稿費用を賄うために研究期間の延長を行った。
コンディショナルノックアウトマウスを用いた多動性疾患原因分子の検索

<目的>本研究の目的は、AMPA型グルタミン酸受容体の活性調節補助サブユニットγ-8(TARP γ-8)ノックアウトマウスが示す注意欠陥・多動性障害(AD/HD)様表現型、すなわち抗不安・多動行動の分子機序を解明することである。この目的のために、脳部位・細胞種特異的にγ-8を欠損させたコンディショナルノックアウトマウスを作出し、この表現型の責任脳部位を同定する。<結果>TARP γ-8 nullノックアウトマウスの行動解析を行ったところ、新規環境において多動症状と抗不安行動を呈した。D2ドーパミン受容体ブロッカーであるハロペリドールを腹腔内投与すると有意に多動行動が減少した。多動症状の原因として脳内ドーパミン量の上昇が考えられたため、γ-8 nullノックアウトマウスの線条体ホモジネートを用いてドーパミン、セロトニンとその代謝産物量を測定したが、野生型と比較して有意な差は得られなかった。Nullノックアウトマウスでは脳内のすべてのγ-8が欠損しているため、多動の責任脳領域を同定するために脳部位特異的ノックアウトマウスを作成した。これまでにGrik4-Cre,Emx1-Cre,CaMKII-Cre,GAD67-Cre,Pva1b-Creマウスとγ-8-floxマウスを交配させ、それぞれ皮質/CA3/線条体領域ノックアウト、興奮性ニューロンノックアウト、CA1領域ノックアウト、GAD67陽性抑制性ニューロンノックアウト、パルブアルブミン陽性抑制性ニューロンノックアウトマウスを作成し、それぞれ行動解析を行った。その結果、皮質興奮性ニューロンでγ-8の発現が除去されると多動症状が引き起こされることが分かった。そのときのAMPA型受容体タンパク量をウエスタンブロットにて測定したところ、γ-8の発現減少に付随してAMPA型グルタミン酸受容体GluA1およびGluA2サブユニットの発現量も減少していることが分かった。
生理活性セラミドおよびスフィンゴシンリン酸プローブの開発と細胞死機能解明への応用

これまで脂質は単に細胞膜の構成要素とのみ考えられてきた。しかしスフィンゴシンー1-リン酸(S1P)の細胞間情報伝達物質として機能が大きく注目されてきた。われわれはS1Pの細胎内での役割を明らかにするため、生理活性セラミド・スフィンゴシン誘導体を新規合成し、それらをプローブとして細胞死あるいは生存のメカニズムを探索し、新たな選択的細胞死保護剤又は促進剤の開発を目的として研究を行った。光学活性ガーナーアルデヒドを出発原料としブロモフェニル化、2級アルコールの酸化、ジアステレオ選択的還元を経て光学活性2-アミノー3-フェニルプロパンー1,3-ジオール誘導体を合成した。続いてブロモフェニル基に対し種々のカップリング反応を行い炭素鎖長の異なるアルキル、アルケニル、アルキニル鎖を導入した。最後に1位水酸基をリン酸エステルとし活性評価した。新規合成した各スフィンゴシン-1-リン酸誘導体の薬効評価を培養神経細胞PC12細胞を用いて行った。その結果、側鎖長が長いものの方がアラキドン酸放出活性が強い事、アルケニル体は活性を示さずアルカン及びアルキン側鎖を有する化合物が活性を示した。一方、1位リン酸誘導体は全く活性を示さなかった。またPLA2alphaサブタイプのうち分泌型PLA2を選択的に活性化しアラキドン酸放出を促進することを見出した。これらの発見は、これまで明確ではなかったスフィンゴシン-1-リン酸とアラキドン酸放出の関係を解明する有用なツールが開発できた事を意味し、今後さちに脂質誘導体の細胞内における役割の解明に役立つ事が期待される。しかしスフィンゴシン-1-リン酸(S1P)の細胞間情報伝達物質として機能が大きく注目されてきた。われわれはS1Pの細胞内での役割を明らかにするため、生理活性セラミド・スフィンゴシン誘導体を新規合成し、それらをプローブとして細胞死あるいは生存のメカニズムを探索し、新たな選択的細胞死保護剤又は促進剤の開発を目的として研究を行った。光学活性ガーナーアルデヒドを出発原料としフェニル化、2級アルコールの酸化、自明日テレを選択的還元を経て光学活性2-アミノ-3-フェニルプロパン-1,3-ジオール誘導体を合成した。1位水酸基をスルファミン酸とした誘導体およびリン酸エステルとした誘導体の合成に成功した。S1Pに比較して、より低濃度で神経細胞死を促進する化合物を見出した。この細胞死にはクロマチン凝集やDNA断片化を伴ったアポトーシスも観察された。また,この化合物によるアポトーシスは「S1P受容体-p38 MAP kinase-シトクロムc放出-カスパーゼ活性化」のシグナル系を介していることを明らかにした。また内在性にも生成される,セラミドのリン酸化代謝物セラミド-1-リン酸が直接的にcytosolic PLA2alphaを活性化しアラキドン酸放出を促進すること、またプロテインキナーゼCを活性化する経路によってもアラキドン酸放出を促進することを見出した。これらの結果は、スフィンゴシン、セラミドの誘導体が神経細胞死やアラキドン酸代謝すなわち炎症などを制御する物質となりうることを示している。現在、さらに各種の誘導体合成研究とその細胞レベル薬効評価を行っている。
電子・陽子衝突における未知の相互作用の探求

ドイツDESY研究所の衝突型加速器HERAにおいて超高エネルギー電子・陽子散乱実験を行い、標準模型を超える相互作用の探索を行った。初年度と次年度には、国際協力により汎用測定器ZEUSの建設を進め、カロリメータの較正、実験ホールへの搬入を完了し、宇宙線を用いてデータ取得試験を行った。またデータ取得のためのパイプライン方式の初段トリガー回路を完成させた。その一方、本計画遂行のために高速ワークステーションを導入し、物理解析の準備として、シミュレーションソフトウェア、解析ソフトウェア表示用ソフトウェアの整備を開始した。HERAは初めての電子・陽子測定器のため、バックグランド状況が動き出すまでわからない点もあったが、導入したワークステーションを用いて疑似事象を生成し、効率よいトリガー条件を探索した。最終年度には、衝突装置が稼動した。建設したトリガーシステムが柔軟かつ確実に稼動することを示すことができた。カロリメータ設計値通りの性能を発揮した。年度中に取得した積算ルミノシティは約50nb^<-1>と最終設計値の千分の一程度であるが、深非弾性散乱の解析を行い、今まで未知の領域で陽子の構造関数を測定できた。陽子全体の運動量と比べて非常に小さい運動量を担ったクォークが陽子内部にかなり多く存在することを示した。高い運動量移行を伴う事象の解析から、レプトクォーク等の標準模型を超える新粒子を探索した。電弱相互作用と結合定数が同程度として、質量170GeV以下にレプトクォークが存在しないことを示すことができた。国際協力によって汎用測定器ZEUSの建設を進める一方、本年度の研究計画に沿って、高速RISC機を導入し、物理解析の準備を開始した。具体的な実績は以下のとおりである。1)測定器の主要検出器であるカロリ-メ-タ-を較正し、実験ホ-ルへ搬入設置する作業がほぼ完了した。2)ワ-クステ-ションDEC5000を導入し、これまで汎用大型計算機を用いて開発してきたシミュレ-ション用ソフト、解析用ソフトの移植を始めた。この作業は今後も継続する。3)従来どうりの手法によって、新たに諸々の反応のシミュレ-ション用プログラムを作成した。超対称性電子や励起電子について、完成。4)デ-タ取得用オンラインソフトウェアのうち、初段トリガ-にかかわる部分を担当しているが、トリガ-用論理回路を計算機を用いてオンライン制御するシステムを完成した。これは、トランスピュ-タ-を多数利用したもので、パイプライン方式の高速デ-タ処理を行なう新らしいシステムである。ハ-ドウェアの技術革新と合わせて、これをオンラインで計算機制御するのは、ソフトウェアの新技術である。1昨年設置したRISC機ワ-クステ-ションに、外部記憶装置のディスク、8mm磁気テ-プ装置を加え、デ-タ取得後に予想される大量デ-タの処理に備えた。併せて、基本的ソフトウェアの整備を続け、RISC型計算機のための、ZEUS測定器のイベント表示、シミュレ-ション、イベント再構成等の基本的ソフトウェアを整備した。2昨年度完成した、パイプライン方式のトリガ-回路を、実験現場で各検出器読みだし回路系と接続し、試験、調整を行った。宇宙線デ-タを取得して、オンラインとオフラインの両方で解析し、測定器、トリガ-と読みだしが正常に稼働することを確かめた。3トリガ-に関し、ビ-ム状況等に即して迅速に条件を変え、且つその記録を正確に残すためのソフトウェアを開発した。また、シミュレ-ションでも実際のトリガ-条件を再現するために、同様のソフトウェアを開発している。4物理反応を想定して、得られるであろうデ-タのシミュレ-ションを行った。ことに、デ-タ取得開始後のルミノシティ-で比較的早い時期に検出できると期待される、励起電子やレプトクォ-クに関して、測定器の状態に即したシミュレ-ションを行った。5未知の相互作用の探求に重要な影響を持つ輻射補正について、理論家の協力が得られているので、ソフトウェアを応用して、測定器等の実験条件に即した補正計算を進めている。

今年度は、ビーム衝突によるデータ取得を行い、レプトクォークの探索など未知の相互作用を探る解析を行った。1)昨年度までに測定器の衝突領域への移動と、宇宙線によるデータ取得系の試験を完了しており、5月からの衝突装置HERAの調整を機会に、一部の時間を用いて夏までに最初のデータ取得運転が行われた。2)そのデータを用いてバックグランドの判別方法が検討され、カロリーメーター等の時間情報により分離できることが分かった。深非弾性散乱の観測と、重心系エネルギー210GeVでの陽子とQ^20のガンマ線の全断面積測定を行った。従来20GeV程度まで測定されていたが、この測定で測定範囲が十倍に拡大し、陽子の光反応に関する新しい知見が得られた。3)夏の運転休止期間に加速器の改良がなされた後、9月から11月にかけて、2回目のデータ取得運転で約10倍のデータが取得された。このデータを用いてさらに詳しい深非弾性散乱の解析を行い、レプトクォークの探索を行なった。従行のLEPやFNALでの実験と違って、HERAでは直接的な観測ができる。このデータではレプトクォーク生成の信号はみられず、スカラー粒子の場合、質量の限度が170GeV程度以上であることが分かった。この限度は、値もこれまでのものを上回っている。4)こうした解析のために、ワークステーションと磁気記録装置が設置され、反応の図形表示、シミュレーションを含む解析用ソフトウェアが整備された。データ処理は順調に行われ、上記の結果を得た。
ロタキサン連結高分子系超分子における組織化制御

高分子の形(トポロジー)とその物性・機能には密接な関係がある。しかしながら、同一の分子でその形を大きく変化させることは通常困難である。本研究では、高分子の連結点にロタキサン結合を組み込むことで各高分子鎖の相対位置を変化させることにより、そのトポロジーを自在に変換できる新たな刺激応答性高分子の創成を目指した。28年度までに、(1)動的な結合点を有する高分子量トリブロック共重合体の合成とそのトポロジー変換、(2)酸-塩基スイッチングによる可逆的な線状-分岐上トポロジー変換を行った。(1)では動的な結合点を有するポリバレロラクトン、PEG、ポリスチレンからなるトリブロック共重合体の合成と線状-分岐型トポロジー変換を達成し、これをもとに29年度はトポロジーの違いが及ぼす相分離構造の評価に注力した。各種測定および動的粘弾性試験等の結果から、確かにトポロジーの違いは相分離構造に表れており、物性の結果と合わせて議論した。トポロジー変換前後での相分離構造と物性との関連性について精査した結果、高分子連結点はロタキサン構造により動的であるにもかかわらず、様々な測定条件においてその連結点は設計通り固定されており、トポロジーがバルク条件においても維持された特徴的な物性を示すと結論づけた。また、(2)では環状と線状のポリマートポロジーの変換について、酸・塩基刺激に応答して可逆的にトポロジー変換するよう設計した。高分子中に3級アミノ基を導入することで、酸・塩基に対する応答性を改善し、実際に塩基性では環状、酸性条件では線状トポロジーへと可逆的に変換されることをSEC, NMRから評価した。29年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、(i)動的な結合点を有する高分子量トリブロック共重合体の合成とそのトポロジー変換、(ii)酸-塩基スイッチングによる可逆的な線状-分岐上トポロジー変換を行った。(i)では動的な結合点を有するポリバレロラクトン、PEG、ポリスチレンからなるトリブロック共重合体の合成と線状-分岐型トポロジー変換を行った。トポロジー変換はポリスチレン鎖を有するクラウンエーテルと相互作用するアンモニウム部位をN-アセチル化することによりその相互作用を切断し、同一高分子鎖上の異なる末端に導入したウレタン部位へと移動させることにより達成した。トリブロック共重合体の合成とそのトポロジー変換はSEC、NMR、MALDI TOF MS測定から確認した。(ii)では相互作用点として働くアンモニウム塩部位をN-メチル化することにより、可逆的に線状-分岐上トポロジー変換可能な高分子を合成した。トポロジー変換前後でその粘弾性挙動が変化することも明らかとした。本研究の目的の一つである可動な連結点を有するトリブロック共重合体の合成とそのトポロジー変換を達成し、これまでは不可逆であったトポロジー変換システム系に可逆性を付与することに成功したことから、研究は概ね順調に進行していると言える。研究計画に大きな変更点はない。昨年度に合成したロタキサン連結トリブロック共重合体は各成分が比較的高い分子量を有しており、トポロジー変換前後で異なるモルホロジーをとることが期待されるため、これをAFM、TEM測定により明らかにする。また、クラウンエーテルとアンモニウム塩部位を有する分子が形成する自己二量体構造及びロタキサンの動的特性を活用した環状高分子の効率的合成を行う。
生体内薬物濃度制御システムの開発研究、薬物代謝酵素の遺伝的多型性の解析を基礎として

(1)P4502D6について、スパルテインのin vivo代謝試験の結果、poor metabolizer(PM)を一例見いだした。このPMのゲノムDNAについて、塩基配列を解析した結果、エクソン9のヘム結合領域近くに、9塩基のインサーションを見いだした。このPMの家族解析の結果、父親はヘテロの欠損型(D型)、母親はヘテロで9塩基のインサーションを持つことが明らかになった。また、PM本人は、欠損型とインサーションの両方を併せ持つことが明らかとなった。(2)P4501A2はフェナセチンやカフェインの代謝にかかわり、代謝能に多型性があることが示唆されている。そこで、1)カフェインを225人のボランティアに投与し代謝試験を行なった。その結果、約15%のヒトがPMと考えられるプロビットプロットの変曲点が得られた。次に2)10家族の2世代についてin vivo代謝試験を行い、PMが常染色体劣勢遺伝をすると、矛盾無く説明出来る結果が得られた。そこで3)in vivo試験において典型的なPMとextensive metabolizer(EM)であった2名について、ゲノムDNAの塩基配列を、PCR法を用いて検討した。その結果、エクソンまたは、エクソン-イントロジャンクション部分に、PMとEMでの差異は認められなかった。(3)N-アセチル転移酵素について、カフェインin vivo代謝試験の結果、2相性のプロビットプロットが得られた。同一人からゲノムDNAを抽出し、PCR-RFLP法で判定を行なった。in vivo代謝試験でのPMはhomo変異型であった。また、hetero変異型の群とwild型の群との代謝能に明らかな有為差があることを見いだした。(4)ヒトS-メフェニトイン代謝型チトクロームP450(P450IIC)のPMとEMについて、遺伝的代謝能の差異を遺伝子レベルで検討した。CYP2C9とCYP2C18について、cDNAレベルでの配列の差異を、比較検討した。その結果PM、EMで塩基配列に差は認められなかった。さらにヒト肝試料を用いて、in vitroでS-メフェニトイン代謝のPMとEMの判定を行なった。これらのヒト肝からRNAを調製し、CYP2C9とCYP2C18の発現量をRT-PCRで測定した。この値とS-メフェニトイン代謝能の相関を調べたところ、CYP2C18が高い相関を示した。1)P-450IID6遺伝子の変異部位について、1991年度既に他のグル-プから85%の白人についてpoor metabolizerの判定ができたと報告された。我々は、50人の日本人について、PCR法でこの部位に関して検討したが、poor metabolizerを識別することはできなかった。よって、最近中国人で報告されたように、日本人でも白人とは異なる変異部位に起因していることも考えられた。2)P-450IIC遺伝子の変異部位の検索については、poor metabolizerと判定された個体のgenomic DNAライブラリ-を作製し、P-450IIC18

遺伝子クロ-ンを得た。現在、その塩基配列の解析は進行中である。また、P-450IIC18遺伝子の5′上流配列を約1.2kbにわたり塩基配列を決定した。今後extensive metabolizerとの比較検討を行う。3)P-450IA2遺伝子の検討にも新たに着手し、カフェインを用いた25人のボランティアによるin vivo代謝試験を行った。このうち、poor metabolizerの個体についてゲノムDNAを調製し、引き続いてgenomicライブラリ-を作製した。現在、数個の陽性クロ-ンを単離しており、今後poor metabolizerに特異的変異の検討を行う。(1)ヒトS-メフェニトイン代謝型チトクロームP-450(P-450llC)のpoor metabolizer(PM)とextensive metabolizer(EM)について、遺伝的代謝能の差異を遺伝子レベルで検討を行った。第一にCYP2C8,2C9,2C18のcDNAを酵母で発現させ、S-メフェニトイン代謝活性を測定した。その結果いずれの分子種でも活性が認められたが、CYP2C18と2C9で比較的高い活性が得られた。第2にCYP2C9とCYP2C18について、cDNAレベルでの配列の差異を、比較検討した。その結果PM、EMで塩基配列に差は認められなかった。第3に、ヒト肝試料を用いて、in vitroでS-メフェニトイン代謝のPMとEMの判定を行なった。これらのヒト肝からRNAを調製し、CYP2C9とCYP2C18の発現量をRT-PCRで測定した。この値とS-メフェニトイン代謝能の相関を調べたところ、CYP2C18が高い相関を示した。第4に、CYP2C18に焦点を絞って、PMとEMからCYP2C18のゲノムDNAを単離し、その5'上流領域を-1500塩基まで検討した。しかし、PM特異的な配列は解読した範囲内では見い出されなかった。(2)P-4501A2はフェナセチンやカフェインの代謝にかかわり、代謝能に多型性があることが示唆されている。第1に、カフェインを225人のボランティアに投与し代謝試験を行なった。その結果、約15%のヒトがPMと考えられるプロビットプロットの変曲点が得られた。第2に、10家族の2世代についてin vivo代謝試験を行い、PMが常染色体劣勢遺伝をすると、矛盾無く説明出来る結果が得られた。第3に、in vivo試験で典型的なPMとEMについて、ゲノムDNAの塩基配列を、PCR法を用いて検討した。その結果、エクソンまたは、エクソン-イントロンジャンクション部分に、PMとEMでの差異は認められなかった。(3)N-アセチル転移酵素について、カフェインin vivo代謝試験の結果、2相性のプロビットプロットが得られた。同一人からゲノムDNAを抽出し、PCR-RFLP法で判定を行なった。In vivo代謝試験でのPMはhomo変異型であった。また、hetero変異型の群とwild型の群との代謝能に明らかな有為差を見いだした。
癌細胞と破骨細胞をcotargetにした、イプリフラボンによる溶骨性骨転移の抑制

(目的)ipriflavone(以下Ipr)は、isoflavone誘導体で骨吸収系と骨形成系とに作用する経口摂取可能な骨粗鬆症治療薬として使用されている。またIprの構造類似体であるgenisteinやquercetin、更にはIprの代謝産物であるdaidzeinには抗腫瘍効果が報告されている。以上の事から、Iprは骨破壊抑制と抗腫瘍効果により癌の溶骨性骨転移を抑制する可能性がある。我々は、ヒト乳癌細胞(MDA-231細胞)を用いたヌードマウスの溶骨性骨転移の実験系を用いてIprの効果を検討した。(方法)MDA細胞をヌードマウスの左心室に注入し、翌日からまたは2週間後からIprを連日経口投与した。そのマウスのX線写真を撮り溶骨性転移巣の数、面積を検討するとともに溶骨性骨転移巣でのmitotic indexを検討した。更に、溶骨性転移巣での癌、骨境界面単位当たりの破骨細胞数を調べた。又Iprのin vitro及びin vivoでのMDA細胞の増殖に及ぼす効果、MDA細胞の増殖を促進するEGFによるEGF受容体のチロシンリン酸化に及ぼす効果を調べた。(結果)Iprは、投与開始時期とは無関係にMDA細胞の溶骨性骨転移を抑制するとともに溶骨性骨転移巣でのmitotic indexを減少させた。また、Iprは癌、骨境界面単位長さ当たりの破骨細胞数を減少させた。更に、Iprはin vitro及びin vivoでのMDA細胞の増殖を抑制し、EGFによるEGF受容体のチロシンリン酸化を抑制した。(考察)以上の様に、Iprはin vivoで乳癌細胞の増殖抑制、破骨細胞数の減少作用を示し乳癌細胞による溶骨を抑制したので、Iprは乳癌の溶骨性骨転移治療に有用であると推測される。
細胞外マトリックス（テネイシンC）による放射線肺障害の病態解明とその臨床応用

肺癌に対する放射線治療においては、照射後数か月で放射線肺臓炎:RPや肺線維症:PFが発生する事があるが、その重症度の予測は困難である。この病態をより詳細に解明していく事は、社会的・医学的にも重要である。一方、細胞外マトリックス分子の一つテネイシンC(TNC)は、組織傷害とその後の組織リモデリングに大きく関与し、その血中濃度が心筋梗塞などの心室リモデリングの評価因子として有用であることが明らかにされている。本研究では、RP/PFを組織リモデリングとして捉え、TNCの血中濃度とRP/PFの程度との相関を明らかにし、放射線性肺傷害に対する早期治療介入の指標として用いる事が可能であるか検証する。
マルチDSPを用いたカラー画像並列処理方式高速魚種識別システムの開発

魚種選別作業の自動化を目的として,複数個のディジタル・シグナル・プロセッサすなわちマルチDSPを用いたカラー画像並列処理方式高速魚種識別システムを設計,構築した。本システムは,画像入力としてのCCDカメラ,一画面中の任意の画素をピクセルプロセッサユニットへ送るためのインタフェースユニット,局所並列処理方式の画像専用DSPを複数個並列に並べたピクセルプロセッサユニット,複数個の汎用DSPより成るシステムコントローラおよびホストコンピュータとしてのパーソナルコンピュータより構成されている。各ユニットを構成するDSPはマルチバスとシリアル通信網により結合され,その結合方式に柔軟性を持たせることで制御方式を変更できるようになっている。これにより,処理対象あるいは処理内容に応じて各プロセッサに割り当てられる処理領域を適切に変化させ,システムの処理効率を高めている。また,魚の特徴が良く現われる魚体中の3箇所の小領域に対して,三原色毎に同時生起行列によるコントラスト,モーメント,相関等により特徴量を抽出し,合計128個のパラメータにマルチレベルスライス法を適用することにより,形状が似通った同科の魚種の識別が行えることを示した。そして,パラメータ数の最適化を図るアルゴリズムを示し,システムの設計基準を確立した。その結果,代表的な大衆魚であるサバ科のマサバ,ゴマサバ,アジ科のマアジ,ムロアジ,ニシン科のマイワシ,ウルメイワシを対象として,8個のパラメータを選択し,並列処理を行うことにより一尾当り55ms以下の高速で魚種の認識が良好に行えることを確認した。今後,フィールド実験を行うことにより,実用化を図る上での問題点を明らかにしたい。1.魚種選別作業の自動化を目的として,複数個のディジタルプロセッサすなわちマルチDSPを用いたカラー画像並列処理方式高速魚種識別システムを設計,構築した。2.1のシステムを用いて魚種の高速識別アルゴリズムを確立した。このアルゴリズムは3つのステップに分かれている。ステップ1では画面中の任意の間隔毎の画素のみを取り出し,対象物の位置および形状を大まかに調べる。ステップ2ではこの結果を用いて必要最小限の領域を対象として詳細な形状特徴抽出を行う。さらにステップ3では得られた形状特徴を用いて魚の色特徴を抽出する小領域を指定し,その小領域に対してテクスチャ解析を行い,色特徴を抽出する。この提案したアルゴリズムによれば,画像の特徴抽出に必要なプレーンメモリ容量を一画面全てを使用する従来の方式に比べ1/(10)以下に減少できる。また,ゴマサバ,マサバ,マアジ,ムロアジ,マイワシおよびウルメイワシの6種に対して一尾当り250ms以下の高速で識別が良好に行えることが明らかになった。1.昨年度に設計,試作したマルチDSPを用いたカラー画像並列処理方式高速魚種識別システムは,魚体の形状および色特徴が良く現れる幾つかの小領域をハードウェアの工夫により任意に指定し,それぞれの小領域に画像処理専用のプロセッサを適切に割り振り,並列処理を行えるという特徴を持ったマルチプロセッサシステムである。この方式によれば必要な情報のみを抽出できるため,使用する画像メモリ容量を大幅に削減でき,システムの小形化が実現できる。また、小領域毎に処理を行うため,高速化が図れるという並列処理方式の特徴を十分に生かすことができる。本年度は,この高速カラー画像識別システムを用いて,魚類の識別に同時生起行列によるテクスチャ解析を適用した場合の認識アルゴリズムの最適化とそれに適したマルチプロセッサシステムの構成方式について検討した。これにより,システムの小形化および処理速度の向上を図ることができる。

2.魚の特徴が良く現れる魚体中の3箇所の小領域に対して,三原色毎に同時生起行列によるコントラスト,モーメントおよび相関により特徴量を抽出し,合計27個のパラメータにマルチレベルスライス法を適用することにより,形状が似通った同科の魚種の識別が行えることを示した。そして,パラメータ数の最適化を図るアルゴリズムを示し,システムの設計基準を確立した。その結果,代表的な大衆魚であるサバ科のマサバ,ゴマサバ,アジ科のマアジ,ムロアジ,ニシン科のマイワシ,ウルメイワシを対象として,12個の特徴量を選択し,並列処理を行うことにより一尾当たり60ms以下の高速で魚種の認識が良好に行えることを確認した。今後,フィールド実験を行うことにより,実用化を図る上の問題点を明らかにしたい。
組織学的インビボ観察が可能な高解像度光トモグラフィの開発と早期・表在癌の診断

本研究では、これまでの光コヒーレンストモグラフィ(OCT)の問題点を克服して、生体組織の切片の顕微鏡写真に匹敵する高解像度光トモグラフィ(Hi-OCT)が得られる手法を提案・実現、装置化し、早期癌・食道癌を始め表在癌診断におけるHi-OCTの有用性を示唆した。(1)フェムト秒チタンサファイアレーザを用いた超低コヒーレンス干渉光学系を整備し、空間分解能3.1μmの高解像度光トモグラフィを構築した。(2)照射レンズの集光効果を利用して、断層面内で全て焦点の合うイメージを得るインフォーカスOCTを提案・試作した。生体組織をサンプルとして、断面内の空間分解能の向上とともに到達深度も従来の約3倍向上することを確認した。(3)サンプルの屈折率を仮定し、一度のステージ走査でインフォーカスOCTイメージを取得する手法を提案した。この手法を用いて、到達深度3mmの高速のインフォーカスOCTを実現した。(4)OCT光学系の光遅延系に光ファイバPZT位相変調器を用いて高速OCTシステムを試作した。PZT変調周波数100Hz、イメージサイズ1×1mm^2、400×400ピクセルでのOCTデータ取り込み時間4秒を達成した。(5)これらのイメージング光学系を用いて、線維肉腫を埋め込んだヌードマウス腹部の断層イメージを取得した。癌組織では正常組織に比べて光散乱が大きく、反射光強度の増加することを確認した。さらに、表皮下での腫瘍の浸潤の様子を観察することができた。(6)ヒト胃壁のin vitro断層イメージを取得し、組織切片の顕微鏡写真とを対比し、胃癌の早期診断への有用性を検討した。とくに、癌の早期診断に重要な粘膜下12mmにある厚さ数10μmの粘膜筋板を鮮明にイメージングできることを確認した。本年度は、超低コヒーレンス光源を整備し、高速OCTデータ取り込みを実現して、軸方向分解能3μmの高解像度光トモグラフィ(Hi-OCT)およびインフォーカスOCTを取得した。これらのHi-OCTを組織切片の顕微鏡写真と比較し、その解像度・画質を評価した。(3)OCT光学系の光遅延系に光ファイバPZT位相変調器を用いて高速OCTシステムを試作した。(4)これらのイメージング光学系を用いて、線維肉腫を埋め込んだヌードマウス腹部の断層イメージを取得した。(5)ヒト胃壁のin vitro断層イメージを取得し、組織切片の顕微鏡写真とを対比し、胃癌の早期診断への有用性を検討した。(6)上記4、5の実験を通して、Hi-OCTの解像度・画質が顕微鏡写真に匹敵することを確認した。本年度は空間分解能3μmで高速データ取得可能なプロトタイプのHi-OCT

実用装置を試作した。この装置で取得したOCTと組織切片の顕微鏡写真を比較して、早期表在癌の診断における装置の有用性を示唆した。(1)OCT光学系の光遅延系に光ファイバPZT位相変調器を用いて高速OCTシステムを試作した。PZT変調周波数100Hz、イメージサイズ1×1mm^2、400×400ピクセルでのOCTデータ取り込み時間4秒を達成した。(2)光源にフェムト秒レーザを用いて全光ファイバHi-OCT実用装置を試作し、空間分解能4.5μmでOCTデータ取り込み時間4秒で高解像度OCTイメージを取得した。(3)試作したHi-OCT装置にサンプル照射レンズ移動機構を取り付け、焦点位置を一定距離づつシフトして510枚のOCTを取得、これらを重ね合わせて到達深度3mmのインフォーカスOCTを実現した。(4)サンプルの屈折率を仮定し、一度のステージ走査でインフォーカスOCTイメージを取得する手法を提案した。この手法を用いて、到達深度3mmの高速のインフォーカスOCTを実現した。(5)上述のイメージング手法を用いて、マウス腹部の線維肉腫のHi-OCTを取得して、これを切片の顕微鏡写真と比較した。(6)ヒト胃壁のin vitroでインフォーカスOCTイメージを取得し、組織切片の顕微鏡写真とを対比し、胃癌の早期診断への有用性を検討した。とくに、癌の早期診断に重要な粘膜下12mmにある厚さ数10μmの粘膜筋板を鮮明にイメージングできることを確認した。
東南アジアにおける稲作生産力構造変化のメカニズムと農村社会の変容に関する比較研究

本研究は、東南アジアにおける稲作技術変化が生産力構造と農村社会に与える影響を、圃場および個別農家の多様な条件を踏まえて解明することを目的として、昭和62年度から3カ年計画で実施してきたものである。昭和62年度にはマレ-シアおよび南タイ、63年度にはフィリピンで稲作農家調査を実施し、平成元年度には補足調査とデ-タのとりまとめを行った。本研究の特徴は詳細な個別農家にある。各国の主要な稲作地帯で典型的な村落を選出し、非農家を含む全戸の悉皆調査を行った。調査地は、マレ-シアがタンジョンカラン(2村落)とスブランプライ(1村落)、南タイがサトゥン(2村落)、フィリピンがラグナ(1村落)とヌエバ・エシハ(2村落)である。総調査戸数はマレ-シアで166戸、タイで142戸、フィリピンで394戸に達した。本研究の主要な成果は次の諸点に要約できる。1.マレ-シアのタンジョンカラン地区ではマレ-農民と華人農民が隣接して稲作に従事しているが、著しい生産力格差が存在する。圃場整備、水管理、肥培管理のいずれにおいても華人農民の方が水準が高く、経営的に優れている。2.マレ-農民の技術水準も高くなってきている。たとえば、スブランプライ農村の過去10年の変化を検討すると、労働節約的技術体系が確立された。トラクタ-、通播、除草剤、コンバインの体系である。稲作補助金制度と技術革新によって収益性が改善され、経営規模拡大が進んでいる。3.南タイのサトゥン県はイスラム・タイ人が支配的である。天然ゴムと稲作を中心とする経済構造になっているが、かんがいと技術革新によって米の増産を図っている。しかし、技術水準は低く、生産力も低い。農家は、稲作、天然ゴム、農外就業から収入を得るので、農家所得のバラツキは比較的小さい。4.フィリピンではラグナとヌエバ・エシハとの間に際立った技術上の相異が存在する。前者はダポと呼ばれる稚苗植えと徹底した除草、後者は直播栽培を特徴とする。5.フィリピン農村では農地改革の影響が現われている。以前の小作農は「見なし自作農」として土地保有権が保障されているが、土地なし農民が小作地を入手できなくなるなど農民間の階層が固定化されてきている。恵まれた者とそうでない者との格差が拡大する可能性が大きい。以上、調査国別に重要な調査結果を概略した。東南アジアにおける稲作技術革新と生産力構造については、全体として、次のように総括できる。1.稲作技術革新は新品種、化学肥料、農薬、機械など近代的生産要因の普及であり、とくに生物・化学的要因はパッケ-ジとして導入されている。しかし、生態系、自然条件の相違を反映して、国別地域別にパッケ-ジの中味に格差が存在し、さらに、同一パッケ-ジの普及を図っても必ずしも一律に導入されていない。各農家が自然条件のみならず自己条件を踏まえて自由に選択できる多様な技術の普及を図ることが必要である。2.個別農家は技術選択あるいは生産力の発現過程において必ずしも稲作のみを考慮しない。農家の行動原理は、土地、労働、資本への報酬を混合した農家所得の極大化である。したがって、稲作が支配的な地域・農家では稲作生産力の向上に努力するので技術革新も進むが、収入源が多様な地域・農家では稲作は一部門に過ぎず必ずしも技術向上・生産性向上につながらない。稲作技術革新は稲作専作地帯で成功する可能性が高く、生産性の向上と所得の増大につながる。稲作専作地帯以外では技術革新の誘因は弱く、限られた資源をより有効に利用する方策を考案することが重要である。農業開発政策の立案においては、稲作生産性向上あるいは収益性改善というような作目別接近を見なおす必要がある。個別農家の行動原理を踏まえ、多様な選択幅を提供し、実際の展開方向は各農家の選択に任す方が効果的と考えられる。

たとえば、スブランプライ農村の過去10年の変化を検討すると、労働節約的技術体系が確立された。トラクタ-、通播、除草剤、コンバインの体系である。稲作補助金制度と技術革新によって収益性が改善され、経営規模拡大が進んでいる。3.南タイのサトゥン県はイスラム・タイ人が支配的である。天然ゴムと稲作を中心とする経済構造になっているが、かんがいと技術革新によって米の増産を図っている。しかし、技術水準は低く、生産力も低い。農家は、稲作、天然ゴム、農外就業から収入を得るので、農家所得のバラツキは比較的小さい。4.フィリピンではラグナとヌエバ・エシハとの間に際立った技術上の相異が存在する。前者はダポと呼ばれる稚苗植えと徹底した除草、後者は直播栽培を特徴とする。5.フィリピン農村では農地改革の影響が現われている。以前の小作農は「見なし自作農」として土地保有権が保障されているが、土地なし農民が小作地を入手できなくなるなど農民間の階層が固定化されてきている。恵まれた者とそうでない者との格差が拡大する可能性が大きい。以上、調査国別に重要な調査結果を概略した。東南アジアにおける稲作技術革新と生産力構造については、全体として、次のように総括できる。1.稲作技術革新は新品種、化学肥料、農薬、機械など近代的生産要因の普及であり、とくに生物・化学的要因はパッケ-ジとして導入されている。しかし、生態系、自然条件の相違を反映して、国別地域別にパッケ-ジの中味に格差が存在し、さらに、同一パッケ-ジの普及を図っても必ずしも一律に導入されていない。各農家が自然条件のみならず自己条件を踏まえて自由に選択できる多様な技術の普及を図ることが必要である。2.個別農家は技術選択あるいは生産力の発現過程において必ずしも稲作のみを考慮しない。農家の行動原理は、土地、労働、資本への報酬を混合した農家所得の極大化である。したがって、稲作が支配的な地域・農家では稲作生産力の向上に努力するので技術革新も進むが、収入源が多様な地域・農家では稲作は一部門に過ぎず必ずしも技術向上・生産性向上につながらない。稲作技術革新は稲作専作地帯で成功する可能性が高く、生産性の向上と所得の増大につながる。稲作専作地帯以外では技術革新の誘因は弱く、限られた資源をより有効に利用する方策を考案することが重要である。農業開発政策の立案においては、稲作生産性向上あるいは収益性改善というような作目別接近を見なおす必要がある。個別農家の行動原理を踏まえ、多様な選択幅を提供し、実際の展開方向は各農家の選択に任す方が効果的と考えられる。
変数係数偏微分方程式の解の漸近解析とその応用

本補助金による研究成果は、時間に依存する係数を持つ双曲型偏微分方程式の初期値問の解の漸近挙動に関するものである。本研究の中で新たに導入した漸近解の構成に関する技術を応用することによって、係数の滑らかさの特性を考慮した、より精密な解の漸近挙動の解析が可能となり、波動方程式、消散型波動方程式などのエネルギー評価に関して、従来の研究結果を大きく改善することができた。伝播速度が時間に依存する波動方程式や、変数係数の消散項を持つ弱消散型波動方程式等の、変数係数偏微分方程式に対して、特に、係数の振動と滑らかさが解の漸近挙動に及ぼす影響について研究を行った。これらに対する平成19年度の研究実績は、主に以下の2点である。[1]波動方程式において、波の伝播速度を記述する係数が時間に関して振動する場合、それ自身が外力と立ってエネルギーを増減させる効果を持つため、方程式の解のエネルギーの漸近安定性は非常にデリケートな問題となる。従来の研究では、係数の振動量の小ささを一階導関数に対する条件のみで記述する、定数係数の摂動という立場からの考察がほとんであった。それに対して本研究では、従来は省みられなかった振動によるエネルギー増減の相殺効果を取り出すため、係数に対する′′2回連続的微分可能′′以上の滑らかさの仮定と、その効果を取り出す新たな手法を導入することによって、従来の手法では解析できなかった方程式の解の安定性も議論することが可能となった。この結果は、学術雑誌Math. Ann.に掲載された。[2]弱消散型波動方程式の初期値問題のエネルギー減衰評価の問題に関して、従来の研究では、消散係数の滑らかさに関してはほとんど考慮されることがなかったが、本研究により、解析が比較的容易な単調な係数の摂動という立場から、係数の高階導関数のオーダーと、単調な係数との差のリーマン積分量で記述される摂動のオーダーが、減衰評価の記述に本質的な意味を持つことがわかった。この研究結果は、共同研究者のJ. Wirthとの共著論文として、学術雑誌J. Math. Anal. Appl.に掲載予定である。本年度の研究成果は、変数係数消散型波動方程式のエネルギー減衰評価、非線形波動方程式の大域可解性への応用を意識した、時間に関して特異性を持つ波動方程式の初期値問題のジェブレイ適切性、および変数係数のp-型発展方程式のC-無限適切性に関するものである。1)消散型波動方程式のエネルギーは、消散係数が正の場合は減少、負の場合は増加する。方程式を変数係数に一般化し、その符号が変化するモデルの場合、その漸近挙動は非常に複雑になり、従来のエネルギー法による議論では精密な評価を得ることは難しい。本研究では、特定の相空間上において、係数の滑らかさを利用した精密な解析方法を導入することにより、従来の手法では評価することができなかった、係数の符号変化に伴うエネルギーの流入出を考慮したエネルギーの減衰評価を得ることができた。2)キルヒホフ型非線形波動方程式の大域可解性の問題への応用のため、時間に関して微分可能でない係数を持つ波動方程式の適切性の問題を研究した。係数の振動量を規定する新たな性質の導入と、微分可能性のオーダーを考慮した特定の相空間上における対角化の議論により、係数の滑らかさ・特異性・適切となるジェブレイ空間の関係を明らかにした。3) p-型発展方程式とよばれる時間に依存する係数を持つ高階発展方程式の適切性と、係数に対する仮定の最適性に関する結果を証明した。比較的標準的な手法で証明される適切性の結果に対して、具体的な反例の構成によってなされる最適性の証明は、異なるタイプの問題に用いられてきた幾つかの手法を更に発展させたものである。波動方程式をはじめとする双曲型偏微分方程式の研究において、変数係数モデルは理論面でも応用面でも重要な問題である。しかし、その解析は一般に困難であり、特に係数が時間に依存するモデルでは、変数係数が解の漸近挙動に致命的な影響を与える可能性があることがわかっている。過去の変数係数の方程式に関する研究は、定数係数の摂動という立場からの解析が主であったが、変数係数本来の困難と面白さ、更に非線形波動方程式への応用を想定した場合、それでは不十分であった。本研究の目的は、漸近解の構成に係数の滑らかさの特性を利用する新たな手法を導入することによって、従来の定数係数の摂動という立場からでは解析できなかった双曲型方程式の初期値問題に対してより精密なエネルギー評価を行うことであった。昨年度までは、双曲型方程式としては最も単純な「波動方程式」に対して、波の伝播速度を与える係数の「m回微分可能」な特性を用いた解析を中心として行ってきた。一方、今年度は「消散型波動方程式」や「クライン・ゴルドン型方程式」などの、より一般の双曲型方程式に対して、摩擦係数やポテンシャルを与える係数のより精密な特性(「無限回微分可能」な係数に対する「Gevrey指数」)を取り出すことが可能な新たな手法を開発し、それを適用することによって、更に精密な漸近解を構成することが可能になった。その結果、これらの方程式のエネルギー評価に関して、幾つかのより精密な結果を得ることができた。
ウイルスキャプシドの骨格構造を構造基盤とした機能性人工ペプチドナノカプセルの創成

最近、決まったサイズのナノ空間を有する植物ウイルスの殻(キャプシド)をナノテクノロジーに応用する研究が注目を集めている。しかし、人工的なウイルスキャプシドを合理的に設計するのは、未発達である。本研究で我々は、ウイルス由来のβ-アニュラスペプチド(24残基)を合成し、それが水中で自己集合することで30-50 nmの中空ナノカプセル(合成ウイルスキャプシド)を形成することを見出した。さらに、その内部での酸化鉄合成や、DNAの内包にも成功した。本研究課題では、天然ウイルスの構築原理に学び、大きさ・形態だけでなく機能的にも天然ウイルスに近い人工ウイルスキャプシドを構築する化学的戦略を確立し、表面に規則的に機能性官能基を提示する方法論や、高分子・ナノ粒子を内包する方法論を確立することを目標としている。本年度は、人工ウイルスキャプシドとタンパク質との複合化のための化学的方法論の確立を検討した。N末端にCys残基を有するβ-Annulusペプチド(25残基)CINHVGGTGGAIMAPVAVTRQLVGSを合成し、このCys残基のSH基に、マレイミド基を有するニトリロ三酢酸(Maleimide-C3-NTA)をマイケル付加反応により導入したコンジュゲート(2-NTA)を合成した。NTAに一等量のNi^<2+>を配位させ、Ni-NTA-β-Annulusペプチドとした。このペプチドの水中での自己集合により、40-50nmのナノカプセルを形成することが、動的光散乱測定からわかった。このペプチドナノカプセルと、Hisタグ(Hisの6連続配列)を有する緑色蛍光タンパク質(His-tag GFP)との相互作用を、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)を用いて検討したところ、ほぼ90%のHis-tag GFPがNi-NTA-β-Annulusペプチドナノカプセルと複合化していることが明らかとなった。一方、Ni-NTAを持たないペプチドナノカフ.セルに対しては、His-tag GFPは殆ど相互作用しなかった。よって、本研究では、Ni-NTAとHis-tagの相互作用を介して、人工ウイルスキャプシドにタンパク質を複合化することに成功し、機能性ナノカプセルの構築のための方法論を切り開いたと言える。本年度は、人工ウイルスキャプシドへの蛍光ラベル化の検討ならびにナノカプセル構造の安定化を検討した。蛍光色素導入部位として、Cys残基をN末端側に有するβ-Annulusペプチド(25残基)CINHVGGTGGAIMAPVAVTRQLVGSを固相合成し、マレイミド基を有する蛍光色素(BODIPY-maleimide)で修飾することで、蛍光ラベルβ-Annulusペプチドを調製した。このBODIPYラベルβ-Annulusペプチドは、未修飾ペプチドと同様に、水中で30-50nmのナノカプセルを形成することが動的光散乱および走査型電子顕微鏡観察からわかった。興味深いことに、蛍光色素BODIPYの発光強度は、フリーのペプチドの場合よりも集合体を形成した方が高いことがわかった。これを利用して、β-Annulusペプチド集合体におけるペプチド交換過程を追跡することにも成功した。また、光散乱を利用して臨界会合濃度を見積もることにより、このペプチドナノカプセル構造は、Cys残基により安定化していることが示唆された。さらに、Cys残基をNi-NTA錯体で修飾することにより、臨界会合濃度が未修飾の場合の約1/500の濃度となり、非常に安定化することを見出した。ラマンスペクトル測定により、Ni錯体がペプチド中のHis残基と配位していることが示され、分子間架橋によりナノカプセルが安定化していることが示唆された。本年度は、人工ウイルスキャプシドの配列依存性を検討した。まず、トマトブッシースタントウイルス由来のβ-Annulusペプチド(24残基)INHVGGTGGAIMAPVAVTRQLVGSの屈曲部に存在するプロリン(Pro)残基に着目し、これをアラニン(Ala)残基に置換したペプチドINHVGGTGGAIMAAVAVTRQLVGSを合成し、その自己集合挙動を検討した。本来のβ-Annulusペプチドは、ウイルス様のナノカプセル構造を形成するが、興味深いことに、Pro→Ala置換したβ-Annulusペプチドは、線維状集合体のみを形成した。つまり、β-Annulusペプチドの自己集合によるナノカプセル形成には、Pro残基の屈曲構造が必須であり、アミノ酸残基の親水性疎水性のバランスだけでカプセル形成しているのではないことがわかった。