hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁性金属を使ったトランジスタ構造のスピン依存伝導

まず始めに,TMR部を作製する部分を独立させ,酸素導入したときに他のターゲットに影響が出ないようにした。次に,MOMOM構造では,最も重要であるTMR部の作製法を検討した。その結果,DCプラズマ酸化の方が,RFプラズマ酸化に比べて再現性が良いことや,トンネル接合を2重にした時の作製条件を明確にすることが出来た。これらの結果を基に,MOMOM型の3端子素子(MTT)を作製し,コレクタ電流のベース電圧依存性から電流透過率,電流変化率を比較検討した。また,従来からの金属膜を使った3端子構造の素子では,歩留まり良くショットキー接合を作製することができるようになり定量的にデータを取ることが可能となった。そのため,ホットエレクトロン伝導特性も定量的に取れるようになり,ベース層の材料の違い,厚さの違いがどのように反映されるかを検討した。特に,CPP-GMRでは,bcc構造を持つFeCo合金,さらにそれにCuやAlを添加するとMR効果が高くなると報告されているが,それがホットエレクトロンに対して適用できるかということを現在検討中である。19年度には新たにグラニュラTMR膜をベース部に使ったトランジスタ構造を試みるために,積層構造で大きなMRを示すMgOを使い,Fe-MgOグラニュラ膜を作製し磁気抵抗効果の基礎的データを検討した。その結果,Fe-MgO膜は値は小さいが,膜厚が10nm以下でも比較的容易にMRが得られることが分った。また,試料の構造をTEMで詳細に評価したところ,グラニュラ膜でもMgOは結晶化しており,結晶性の良い試料で大きなMR比が得られることが分かった。まず,既存の装置に酸化膜を作製できるチャンバーを増設した。これは,試料加工行程で絶縁膜を形成する行程が有るが,現有の装置では時間が長くかかるため,試料のショットキー特性の劣化が生じている可能性が考えられたためである。そのため,基板冷却の方法と基板-ターゲット間を可変出来るようにし,スパッタレートをコントロール出来るようにした。また,TMR部を作製する部分を独立させ,酸素を導入した時に他のターゲットに影響を与えないようにするためでもある。即ち,DCとRFプラズマ酸化でTMR部を作製し,特性を評価した。2重トンネル接合を持つMTTでは,ショットキー障壁を持つSVTより高い電流透過率を示すことが確認できた。さらに,19年度に新たにグラニュラTMR膜をベース部に使ったトランジスタ構造を試みるために,積層構造で大きなMRを示すMgOを使い,Fe-MgOグラニュラ膜を作製し磁気抵抗効果の基礎的データを検討した。Fe-MgO膜は値は小さいが,膜厚が10nm以下でも比較的容易にMRが得られることが分った。昨年度に引き続き,グラニュラ膜のTMR効果を検討した。昨年度は,複合ターゲットを用いて作製したが,今年度は基盤公転機構を持つスパッタ装置を立ち上げ,磁性層と絶縁層を多層にした試料を作製してTMR特性を検討した。検討した内容は,作製方法の違いによるTMR比,抵抗率,粒径の大きさ,結晶構造等である。その結果,複合ターゲットを用いて作製した試料より多層構造で作製した試料の方が抵抗率が高く,またより広範囲の抵抗率に対して大きなMR比が得られることが分かった。さらに,試料の構造をTEMで詳細に評価したところ,グラニュラ膜でもMg0は結晶化しており,結晶性の良い試料で大きなMR比が得られることが分かった。

また,従来からの金属膜を使った3端子構造の素子では,歩留まり良くショットキー接合を作製することができるようになり定量的にデータを取ることが可能となった。そのため,ホットエレクトロン伝導特性も定量的に取れるようになり,べース層の材料の違い,厚さの違いがどのように反映されるかを検討した。特に,CCP-GMRでは,bcc構造を持つFeCo合金,さらにそれにCuやA1を添加するとMR効果が高くなると報告されているが,それがホットエレクトロンに対して適用できるかということを現在検討中である。また,微小な金属/半導体界面でのスピン依存伝導を調べるために微小な金属/半導体界面の作製法を考慮中である。
マウスの始原生殖細胞の欠損をおこすter遺伝子産物の分子的解析

単一の劣性突然変異による生殖細胞欠損に起因する不妊のモデルとして、マウスのter(teratoma)突然変異の発現機構を知るために、本研究においてterコンジェニック系B6-ter、LTXBJ-terおよびC3H-terを樹立し、その胚のter遺伝子型をGrl-1遺伝子座(Chr.18)のDNAマーカーのSSLP多型から推定し、次の知見を得た。1)ter遺伝子は単一の始原生殖細胞(PGC)欠損遺伝子であり、遺伝的背景によらずter/ter雌雄にPGCの移動期からその欠損をもたらし不妊にさせる。2)PGC欠損はter/ter精細管内に起因し、さらにter/ter胎仔精巣体細胞と+/+PGCから成る再構成精巣では生殖細胞が死滅したので、ter遺伝子は精細管内の体細胞において機能していると判明した。3)+/+および+/ter型胎仔のPGCを含む部域を細胞培養すると、PGCは増殖したが、ter/ter型ではアポトーシスをおこし、既知のPGC増殖因子はこれを回復できなかった。4)+/+型胎仔精巣体細胞は接触している+/+およびter/ter型PGCの生存を支持したが、ter/ter型体細胞は支持しなかった。PGCと体細胞の膜を介した因子の関わりがあること、及びter/terPGCは正常であることが判明した。5)+/+および+/ter型胎仔生殖単体細胞のコンデイションドメデイウム(CM)は培養系における+/+PGC数を増加させ、ter/ter型CMはPGCのアポトーシスを引き起こした。いずれのCMもPGCのS期には影響せず、PGCの生存を制御していた。6)これらの結果から、ter遺伝子座の正常遺伝子は生殖単体細胞において分泌型および膜結合型の新規PGC増殖因子(TER Factor、TERFと命名)を産出してPGCの生存を支持し、変異遺伝子はter/ter型生殖単体細胞においてその因子を欠き、PGCのアポトーシスによるPGC欠損をおこすことが明らかとなった。分泌型TERFは分子量30,000-100,000、蛋白質成分を含む。マウスのter(teratoma)突然変異は、ter/ter雌雄に始原生殖細胞(PGC)の移動期からPGC欠損をもたらし、且つ精巣性テラトーマを高発症させる。再構成精巣法によると、ter/ter胎仔精巣のPGC欠損は体細胞の欠陥により起こる。ter遺伝子座はGrl-1遺伝子座に連鎖し、そのDNAマーカーのSSLP多型から各胚のter遺伝子型が簡単に判定できる。そこで、PGC欠損をおこすter/ter体細胞の成分及びその機能を分子的に解明することを目的にし、本年度は次の成果を得た。1).樹立できたterコンジェニック系統3種、B6-ter,LTXBJ-ter,C3H-terのter/ter型は生殖細胞欠損のみ示し、ter遺伝子は単一では生殖細胞欠損遺伝子であることが確定した。これらの系統は、PGCの生存、増殖或いは欠損の解析に適切な材料となった。2).B6-ter系統の各胚のter遺伝子型を上記のSSLP

多型から判定し、移動期のPGCを含む部域を3日間細胞培養すると、PGCは+/+および+/ter型では増殖したが、ter/ter型では増殖しなかった。この結果は、in vivoの現象を再現しており、in vitroアッセイ系ができたといえる。そこで、既知の細胞増殖因子4種を添加すると、前者には増殖促進効果があったが、後者にはなかった。さらに、DNA合成には3遺伝子型間に差はなく、ter遺伝子は、細胞周期のS期には関係していないことが判明した。3).+/+型胎仔生殖巣の細胞培養の培地に、+/ter型胎仔卵巣体細胞のコンデイションドメデイウムを加えると、対照と同じ生殖細胞の増殖活性を示したが、ter/ter型からのメデイウムは増殖を抑えた。この結果、ter/ter型生殖巣体細胞からPGCの生存か増殖に障害を与える分泌性の何らかの成分がでていることが示唆された。1。ter遺伝子は単一の始原生殖細胞(PGC)欠損遺伝子であり、遺伝的背景によらずter/ter雌雄にPGCの移動期からその欠損をもたらし不妊にさせる。2。各胚のter遺伝子型は連鎖するGrl-1遺伝子座(Chr.18)のDNAマーカーのSSLP多型から容易に推定でき、ter/ter胎仔精巣体細胞と+/+PGCの再構成精巣の結果から、ter遺伝子は体細胞において機能していることが判明した。3。+/+および+/ter型胎仔のPGCを含む部域を細胞培養すると、PGCは増殖したが、ter/ter型では増殖せず、ter遺伝子の発現の培養系によるアッセイが可能となった。既知の4種のPGC増殖因子は前者の増殖を促進したが、後者にはなかった。PGCの細胞周期のS期にはter遺伝子型間の差はなかった。4。胎仔生殖巣体細胞を培養して得られた+/+および+/ter型コンデイションドメデイウム(CM)は培養系における+/+PGC数を増加させ、ter/ter型CMはPGCのアポトーシスを引き起こしその数を減少させた。いずれのCMもPGCのS期には影響せず、CMはPGCの生存を制御していた。5。体細胞とPGCのter遺伝子型間の交換培養では、+/+および+/ter型胎仔精巣体細胞は接触している+/+およびter/ter型PGCの生存を支持したが、ter/ter型体細胞は減少させた。これらの結果から、ter遺伝子座の正常遺伝子は生殖巣体細胞において分泌型および膜結合型産物を産出してPGCの生存を支持し、変異遺伝子はter/ter型生殖巣体細胞においてその欠陥因子を産生してPGCのアポトーシスによるPGC欠損をおこすことが明らかとなった。この新規のPGC増殖因子はTER Factor(TERF)と命名した。
学習に基づく多次元無線環境認識によるスマートスペクトラム

スマート社会の実現には、周波数資源を柔軟かつダイナミックに共用して活用する周波数資源管理法が必要となる。高効率な周波数共用には、周囲の周波数利用の詳細な把握が必要であるが、現在のモデリング技術ではその精度が大幅に不足していた。本研究課題では、各端末での周波数利用観測結果に対し、パラメトリックとノンパラメトリック型学習法を連携させることで多次元の無線物理量(受信電力、周波数利用率等)及び通信品質メトリック(パケットエラーレート、スループット等)を効率的に認識する手法を確立する。加えて、観測及び認識で得た情報を基に、適切な周波数資源管理法と、高効率な無線通信ネットワークの運用(スペクトラム活用法)の検討に取り組む。このために3つの課題(課題1:スペクトラム利用の認識法の確立、課題2:効率的な周波数資源管理及び活用法の確立、課題3:複数周波数共用シナリオにおける実証実験)を具体的に取り上げた。2018年度は、将来の周波数の管理のアーキテクチャとしてスマートスペクトラムのコンセプト及びアーキテクチャの検討を行った。課題1に関しては周波数利用のモデル化に取り組んだ。そこでディープラーニングを用いたアプローチとAR過程を用いたアプローチの比較を行ない比較検証を行った。観測したスペクトラムデータの不確実性を考慮した時系列予測を行うディープラーニングモデルの設計に取り組んだ。また、共同研究者らとオウル大学を訪問し、上記の内容に関する技術討論を行った。フィランド訪問時にオウル大学の研究者とローカル5Gにおける周波数共用手法について議論を行い、今後欧州と日本の研究および政策動向の意見交換を行うことで、実用性の高い共用手法の検討を行うことで一致した。さらに、最終年度以降に実証実験を目指しているオウルの実証実験設備である5GTNを見学し、実証実験の課題を明らかにした。2018年度に設定した課題に取り組み、それぞれの課題に対してしっかりとした結果を出していることから「おおむね順調に進展している」と判断した。また、共同研究先であるオウル大学との打ち合わせも順調に進んでいる。課題1:スペクトラム利用の認識法の確立では、観測情報として周波数利用率を用いて周波数利用率の時間モデルの確立をディープラーニングを用いたアプローチとAR過程を用いたアプローチを組み合わせて行い、手法によらず周波数利用率の時間変動のみを用いて利用率の予測を行うには限界があることが明らかとなった。よって、周波数利用率のみならず、周波数利用者の行動を把握するための多様な情報を取り組んだ形で情報を取り込み、ディープラーニングを用いた周波数利用認識法のさらなる発展に取り組む。さらに、課題2:効率的な周波数資源管理及び活用法の確立、課題3:複数周波数共用シナリオにおける実証実験に関しても今年度から取り組みを開始する。また、今年度は、スマートスペクトラムのアーキテクチャのみならず、その実現に向けた必要な取り組みをオウル大学のメンバーと議論をしながら明確にすることに取り組む。この取り組みを通じて、技術的な課題を明らかにする。今年度も国内及びオウル大学と定期的に打ち合わせを行いながら、研究を進めて行きたい。

また、今年度は、スマートスペクトラムのアーキテクチャのみならず、その実現に向けた必要な取り組みをオウル大学のメンバーと議論をしながら明確にすることに取り組む。この取り組みを通じて、技術的な課題を明らかにする。今年度も国内及びオウル大学と定期的に打ち合わせを行いながら、研究を進めて行きたい。2018年度に購入予定であったソフトウェアは、2018年度の周波数利用観測結果と観測方法に応じて製品を決定する予定であった。2018年は周波数利用観測実験、観測データの解析、観測方式の設計に堅実に取り組んだ。以上の取り組みに時間がかかったことから製品を早急に購入することにせず、次年度(2019年度)にソフトウェアの購入を行うこととした。
高分子の結晶化誘導期における構造形成

結晶性高分子の高次構造の格骨を支配するのは、一次結晶核生成であることを指摘してきたが、今年度はようやくその全体像が明らかになってきた。すなわち、従来高分子の一次結晶核はメルト(融体)から直接生成する機構しか存在しないと考えられてきた。しかし、それは高温領域で起こる一つのタイプであり、ある臨界温度を境にして全く異なる核生成機構が存在することが明らかになった。すなわち、我々が世界で初めて発見したスピノダル分解後に起こる核生成を含む機構がそれで、分子鎖中の剛直セグメントの配向揺らぎによるミクロ相分離が起こった後、配向領域から結晶核が生成するという機構である。これには、スピノダル分解以外にバイノダル分解の2つのタイプがある。工業的に最も重要なのは、スピノダル支援結晶核生成であることが判明した。この場合、メルトから直接所定温度で結晶化させるメルト結晶化を一度急冷してガラス状態とし、その後温度を上げて結晶化させるガラス結晶化の二通りの結晶化法があるが、工業的には後者がより重要であることが判明した。これらの結果は、目下特許申請中である。さらに、スピノダル支援結晶核生成に対する結晶化誘導期の機構を種々の温度で、小角X線散乱および光散乱を用いて詳細に検討し、剛直セグメントが伸長する段階、スピノダル分解の初期段階および後期段階の3つの段階からなることを示した。結晶性高分子は、汎用材料として広く利用されているが、その物性は内部の高次構造に大きく依存する。この高次構造の骨格を支配するのは、結晶化誘導期に起こるミクロ相分離構造であることが我々の研究から明らかになりつつある。このミクロ相分離構造は、高分子鎖セグメントの部分平行配向化に伴う配向揺らぎによって生じることが確かめられたが、ミクロ相分離の特性波長が結晶化温度によってどのように変化するかは、未だ明らかにされていない。我々は、ガラスからの結晶化では、この値はが数10nmであることを確認したが融体からの直接結晶化では数ないし数10μmになることが予想された。今回、本科研費で購入した超小角X線カメラは、このような予想を確かめるのに適した装置であり、この装置の据え付け、調整を完了した。入射強度を上げるための工夫および試料加熱装置の作製・設置など多くの時間を割いたがようやく測定が可能となり、標準試料による装置の性能チェックなども済ませた。目下、融体からの結晶化(熱結晶化)について特性波長を決める実験を行っているが、ガラスからの結晶化の場合に比べて特性波長を与えるピーク強度が著しく弱いが、数μmの大きさを持つことが明らかになってきた。強度の弱い原因は、種々考えられるが一つには特性波長が数μm以上であるため散乱への寄与が桁違いに減少するためと思われる。今後は、特性波長の温度依存性を定量的に測定する。結晶性高分子の高次構造制御は、その物性との関係において非常に重要である。しかし、これまで高次構造の発現構造が十分理解されておらず、その解明が切望されていた。われわれは、小角X線散乱などを用いて、従来、大きな構造変化が起こっていないと考えられていた結晶化誘導期にスピノーダル分解型のミクロ相分離が起こっていることを発見し、その起源と成長過程を詳細に研究してきた。その結果、ガラス状態から低温で結晶化したときとメルト状態から比較的高温で結晶化させたときとでは、スピノーダル分解の特性波長(高分子鎖セグメントの配向領域と非配向領域の周期)が数10nmおよび数Μmと2桁も異なることを発見し、そのことが球晶サイズに大きく関係していることが示唆された。本年度は、いくつかの大きな発見があった。その最も重要なのは、散乱結果から結論されたスピノーダル分解パターンを実際に光学顕微鏡で直接観察することに成功したのである。もう1つは、結晶化温度が高くなるとバイノーダル分解型(配向領域の核生成成長)のミクロ相分離に変化するという証拠が得られたことである。

さらには、フーリエ変換赤外による実時間測定から、高分子鎖が結晶化誘導期で結晶形態(剛直セグメント)を取り始め、その長さの増大が配向化を誘起することを発見した。本科研費で購入した超小角X線散乱装置を用いた結果は、以下の通りである。メルト結晶化の場合、実測特性波長は顕微鏡の結果と良く一致した。ガラス結晶化の場合、2種類の特性波長が存在した。1つは、本研究の端緒となった数10nmの特性波長であり、もう1つは意外にもメルト結晶化に対応する数Μmの特性波長である。ただし、ガラス結晶化の場合にはこの波長分布が著しく広いという特徴をもっている。今後は、これらの新たな発見に基づいて研究を進め、結晶化初期の構造形成機構の全貌の解明を目指す。結晶性高分子の高次構造制御は、その物性との関係において非常に重要である。しかし、これまで高次構造の発現構造が十分理解されておらず、その解明が切望されていた。われわれは、小角X線散乱などを用いて、従来、大きな構造変化が起こっていないと考えられていた結晶化誘導期にスピノーダル分解型のミクロ相分離が起こっていることを発見し、その起源と成長過程を詳細に研究してきた。その結果、ガラス状態から低温で結晶化したときとメルト状態から比較的高温で結晶化させたときとでは、スピノーダル分解の特性波長(高分子鎖セグメントの配向領域と非配向領域の周期)が数10nmおよび数μmと2桁も異なることを発見し、そのことが球晶サイズに大きく関係していることが示唆された。本年度は、ポリエチレンナフタレート(PEN)のガラス状態からの結晶化誘導期においてもスピノーダル分解型のミクロ相分離が起こっていることを、時間分割小角X線散乱測定により明らかにするとともに、スピノーダル分解パターンの光学顕微鏡観察をいくつかの高分子で成功させた。それにより結晶化温度の上昇に伴い、特性波長が増大していき、ある温度(スピノーダル温度)以上で発散することが明らかになった。さらに結晶化温度がスピノーダル温度を超えると、バイノーダル分解型(配向領域の核生成成長)のミクロ相分離に変化するということを光散乱と光学顕微鏡観測により明らかにした。また、フーリエ変換赤外による実時間測定から、高分子鎖が結晶化誘導期で結晶形態(剛直セグメント)を取り始め、その長さの増大が配向化を誘起することを発見した。1つは、本研究の端緒となった数10nmの特性波長であり、もう1つは意外にもメルト結晶化に対応する数μmの特性波長である。結晶性高分子の高次構造の格骨を支配するのは、一次結晶核生成であることを指摘してきたが、今年度はようやくその全体像が明らかになってきた。すなわち、従来高分子の一次結晶核はメルト(融体)から直接生成する機構しか存在しないと考えられてきた。しかし、それは高温領域で起こる一つのタイプであり、ある臨界温度を境にして全く異なる核生成機構が存在することが明らかになった。
冷戦後の核戦略論と核兵器全廃レジームの可能性

本研究課題の目標は二つである。第一に、冷戦の終焉後の核戦略をめぐる議論および核軍縮にかんする国際社会の動向を踏まえた上で、幾つかの武器禁止レジームの比較を通じて、核不拡散レジームの特徴を明らかにすることである。第二に、核兵器の全廃は、どのような条件で可能であるのかを明らかにすることである。第一の課題に関しては、以下を明らかにした。(1)核兵器は防御不能の究極の兵器として、世界の核兵器保有国は、自国の安全保障上の要と位置づけていること、(1)核抑止論の下、核兵器は、「平和を維持するための究極の兵器」と位置づけられていること、(2)核不拡散レジームは、核兵器の廃絶を目指すものではなく、核兵器の不拡散をめざすにすぎない、などである。核兵器廃絶のための条件を探るという第二の研究目的に対しては、以下の点を明らかにした。第一に、核兵器の廃絶への道を考察するに当たっては、核抑止論および核抑止信仰を再検討し、批判を加えることが必要であるということである。本研究では、核抑止論の基本的前提に対して、論理的にも、実証的にも、いろいろな角度から反証を提示し、批判を加えた。第二に、核兵器の廃絶に関しては、既に、様々な政策案が存在し、そのうちのいくつは、実際に試みられていることを明らかにした。即ち、既存の核不拡散レジームに代え、たとえ核兵器保有国が参加しなくても、普遍的な核兵器禁止レジームを形成するという案のもつ国際政治上の意義を明らかにした。また実際的アプローチとして、核兵器限定論を取り上げ、特に「仮想核兵器庫」という考えの利点を明らかにした。第三に、核兵器廃絶のためには、既存の核抑止にかわる国際平和の代替案だけではなく、国際社会において、米国等の主要国が核廃絶のためのイニシャチブをとるような政治的条件が熟成するかどうかが重要であることを明らかにした。本研究は、冷戦後の核戦略論を踏まえつつ、核兵器全廃レジームの可能性を探ろうとするものである。平成13年度の研究計画は、以下のとおりであった。(1)実証的な著書及び関係資料の収集。(2)理論的文献の収集。(3)論点の整理。(4)対人地雷禁止レジーム、化学兵器禁止レジーム及び核不拡散レジームを比較した論文の執筆。(1)及び(2)に関して言うと、これまで、数十冊の文献や資料を収集し、整理した。(4)に関し、科学研究費申請以降、核兵器、対人地雷、化学兵器にかんするレジームの比較を行い、核兵器の特殊性を明らかにした論文を執筆した(「軍備管理レジームの比較と核兵器禁止レジームの将来展望」『新防衛論集』第28巻、第4号)。この論文を更に発展させるべく、現在、核兵器に焦点を絞った武器全廃レジームの可能性を探求している。(3)の論点の整理であるが、以下の発見に基づき、焦点をいくつかに絞り、考察を進めている。○米国は、CTBTの批准拒否、ABM制限条約の破棄と全米ミサイル防衛構想の推進といった一連の動きを示している。これらの動きは、核兵器全廃レジームの形成に重要な意味合いをもっている。現在、その意味を更に検討中である。○国際司法裁判所の勧告的意見等の法的アプローチは有効であることが判明した。なぜなら職業軍人は、犯罪者やテロリストと異なり、合法性を重んじるからである。法的アプローチの可能性と限界を更に追求している。○核抑止論に批判的であるのは退役軍人や政府の元高官が多い。それに対し、現役の軍人は寡黙である。なぜこのような違いが生じるのかを政治学的・心理学的に探求した。○唯一の被爆国・日本は、世論のレベルでは核廃絶を支持しているが、政府レベルでは、米国の拡大抑止による安全保障政策を採用してきた。米国及び日本にとって、拡大抑止政策は、正と負の両側面をもっている。

第三に、核兵器廃絶のためには、既存の核抑止にかわる国際平和の代替案だけではなく、国際社会において、米国等の主要国が核廃絶のためのイニシャチブをとるような政治的条件が熟成するかどうかが重要であることを明らかにした。本研究の目的は、冷戦後の核戦略論を検討し、核兵器廃絶レジームが形成されうるための条件は何かを探ることにある。研究の結果、以下が明らかになった。まず分析の大枠組として、「政策の窓」概念による意思決定モデルが有用であることである。核兵器廃絶の意思決定がなされるためには「政策課題の流れ」と「政策案の流れ」と「政治の流れ」の全てがうまく合流しなければならない。「政策課題の流れ」では、既存の核政策の転換を促す重要な出来事があった。即ち、(1)冷戦の終焉、(2)インドとパキスタンの核実験、(3)イラクや北朝鮮による核兵器開発疑惑、(4)米国の9.11同時多発テロである。(1)は核兵器廃絶という政策課題を提起する契機であったが、(2)、(3)、(4)により、核兵器の拡散防止や拡散対抗という政策課題の方が注目を集め、核兵器廃絶が後景に退いてしまった。「政策案の流れ」では、核抑止論に対する批判並びに既存の核抑止体系に代わる代替案は、既に多数存在している。しかし冷戦の終焉以降も圧倒的支持を集めているのは核抑止論であり、また米国では近年、核兵器廃絶よりも核不拡散と拡散対抗政策の議論が盛んになった。「政治の流れ」では、クリントン政権の頃は、核兵器廃絶に向けて政治の流れが好都合であったが、指導者の理解とリーダーシップを欠いていたために、狭い軍事的思考を克服できなかった。ブッシュ共和党政権の誕生以降は、核兵器廃絶を支持する政治の流れは途絶え、米国の軍事的優位の確保と核不拡散及び拡散対抗の方へと政治の関心が向くようになってしまった。核抑止論を相対化し、核廃絶への道を描いた政策案は実際には多数存在している。しかしそれが実際に採用されないのは、核廃絶が喫緊の政策課題として認識されなかったこと、そして核兵器問題についての政治レベルでの深い理解とイニシャチブの欠如である。その克服こそが核兵器廃絶のための条件である。
泌尿器科進行癌における血管内皮細胞特異的な抗血管新生治療の分子標的の同定

難治性進行癌治療に対する延命治療の1つ、抗血管新生療法の新しい分子ターゲットを見いだすため、マウス脳毛細血管内皮細胞株であるIBE細胞を中心に、血管新生に関わる生物学的反応を制御するシグナル伝達経路の解析を行った.血管内皮細胞と血球系細胞に特異的に発現しているチロシンキナーゼc-Fesの役割を検討したところ、angiopoietin2 (Ang2)刺激によるフォスファチジルインシタイド3-キナーゼ(PI3-kinase)の活性化と細胞運動に関与していることがわかった。管腔形成は、血管内皮細胞と起源が同じ血球系細胞では認められない現象であり、管腔形成を制御するシグナル伝達経路は血管内皮細胞特異的である可能性が高い。従って、今後c-FesやPI3-kinaseの下流のシグナル伝達分子を詳細に調べていけば、幅広いスペクトラムを持った、血管内皮細胞特異的な治療薬の開発につながると考えられる。1.血管内皮細胞特異的な分子標的同定のためのストラテジー癌の増殖は血管新生依存性であり、血管新生の主役は血管内皮細胞である。血管新生には血管基底膜の酵素による消化、血管内皮細胞の遊走、増殖、管腔形成のステップがあるが、前3者が癌細胞や血球系細胞でも認められるのに比べ、管腔形成は血管内皮細胞に比較的特異的である。そこで、管腔形成を制御するシグナル伝達経路をまず検討した。その結果、(a)強力な血管新生分子である繊維芽細胞増殖因子-2(FGF-2)による管腔形成は、FGF受容体1を介したシグナルで制御され、FGF受容体2ではシグナルが入らないこと、(b)管腔形成にはc-Fynチロシンキナーゼ活性が必要であること、(c)Tie2受容体のシグナルでも管腔形成を生じるが、この場合もc-Fynキナーゼ活性が必要であること、つまり増殖因子受容体チロシンキナーゼの下流ではc-Fynが共通の分子として管腔形成に関与していることが示唆された。2.血管内皮細胞特異的な、c-Fyn結合蛋白の検索3.c-Fyn以外の、管腔形成制御に関するシグナル伝達経路の同定FGFやTie2受容体以外に、管腔形成を制御する受容体を2つ同定したので、そのメカニズムについても分子レベルで検討中である。この因子の受容体はチロシンキナーゼではないため、c-Fynが共通分子として作用するのか、別の分子が重要なのかを検討したい。難治性進行癌治療に対する延命治療の1つ、抗血管新生療法の新しい分子ターゲットを見いだすため、マウス脳毛細血管内皮細胞株であるIBE細胞を中心に、血管新生に関わる生物学的反応を制御するシグナル伝達経路の解析を行った。血管内皮細胞と血球系細胞に特異的に発現しているチロシンキナーゼc-Fesの役割を検討したところ、angiopoietin2(Ang2)刺激によるフォスファチジルインシタイド3-キナーゼ(PI3-kinase)の活性化と細胞運動に関与していることがわかった。
ヒト胚性幹細胞由来血管前駆細胞を用いた血管発生分化機構の解明と血管再生医学応用

1.ヒトES細胞からの血管前駆細胞の同定:ストローマ細胞株(OP9細胞)と共培養することで、Flk1^+TRA1^-VEcadherin^-PDGFRβ^+の細胞が分化誘導され、この細胞群が血管前駆細胞(VPC)の特性を有していた。2.血管ホルモンの血管再生作用の発現とその分子機構の解析-血管再生への応用2-a.発生工学的手法によるナトリウム利尿ペプチドの血管再生作用の発見と遺伝子治療への応用:ナトリウム利尿ペプチド(NP)システムの種々の遺伝子変異動物およびアデノウィルスを用いた遺伝子導入により、NPの血管再生作用を発見した。2-b.アドレノメジュリンの障害内皮再生作用及び血管再生作用の発見とその分子機構の解析:NPと同様に血管拡張作用を有するアドレノメジュリン(AM)がcAMP/プロテインキナーゼAの活性化と、PI_3キナーゼ/Akt系の活性化により血管再生作用を発揮することを明らかにした。また、AM単独過剰発現トランスジェニックマウスを開発し、in vivoでのAMの血管再生作用を証明した。2-c.アドレノメジュリンによるES細胞由来血管前駆細胞からの内皮細胞分化誘導作用の発見:AMがVEGFと協調し、マウスES細胞由来VPCの内皮細胞への分化を強力に促進することを明らかにした。3.ヒトES細胞由来血管前駆細胞の生体移植とその治療応用の検討:ヒトES細胞由来VPCより分化された発生初期内皮細胞および血管平滑筋細胞の生体移植により、皮膚潰瘍モデルおよび閉塞性動脈硬化モデルにおいてヒト血管が効率よく構築され血流回復治療効果が認められた。4.ヒトES細胞由来血管前駆細胞を用いたヒト血管発生分化関連遺伝子発現のジーンプロファイリングとデータベース構築:ヒトES細胞由来VPCを用いて、マイクロアレイ法にてヒト血管発生分化誘導に関与する遺伝子群を網羅的に解析し、データベースを構築することを試みた。5.マウスES細胞由来VPCの人工血管への播種と拍動流負荷による血管細胞への分化誘導の試み:ポリウレタン性多孔性の生体移植用の人工基材を開発し、マウスES細胞由来VPCを回転培養にて播種し、拍動流負荷装置で還流刺激を加えたところ、VPCはずり応力により内皮細胞が分化し、さらに伸展刺激により血管平滑筋細胞が分化増殖した。最近我々は、"全能性"と無限の増殖能を有するマウス胚性幹細胞(Embryonic Stem Cells ; ES細胞)より内皮細胞と血管平滑筋細胞の双方への分化が可能な、"血管前駆細胞(幹細胞)"と我々が命名した細胞の単離同定に成功した(Nature 40:92-96,2000)。そこで本研究課題においては、この我々の発見したES細胞由来血管前駆細胞(ES cell-derived Vascular Progenitor Cells : ES-VPC)のノウハウに基づき、ヒトES細胞由来血管前駆細胞(human ES-VPC ; hES-VPC)を同定し、このhES-VPCを用いてヒト血管発生分化の分子機構を明らかにし、その知見をもとに生体において血管再生を試み虚血壊死に至りつつある心筋細胞や神経細胞を保護し再生させることで、新しい再生医療を開発するトランスレーショナルリサーチを行うことを目的とする。

1.ヒトES細胞からの血管前駆細胞の同定とin vitroでの血管構築マウスES細胞においては、VPCはVEGF受容体の一つであるFlk-1陽性の細胞である。一方、我々はサルES細胞を用いた血管系細胞分化の検討を行った。その結果、サルES細胞では未分化な段階で既にFlk-1が陽性であり、この細胞からは血管系細胞は分化誘導できなかった。一方、未分化サルES細胞とOP9フィーダー細胞上培養することで、Flk-1が一時陰性化し、その後Flk-1の発現を認めるようになる。このFlk-1細胞からは、内皮細胞と血管平滑筋細胞の双方が分化し、霊長類ES細胞のVPCの分化動態がマウスとは明らかに異なることを明らかにした。そこで同様の検討を、文部科学省により認可を受けた海外樹立ヒトES細胞を用いて検討した結果、OP9フィーダー細胞上で培養を行うことで、未分化マーカーであるTRA-1が陰性化したFlk-1陽性の細胞がVPCとしての性状を有することを明らかにした。2.血管ホルモンを用いた血管前駆細胞の体外セルプロセッシング我々は、強力な血管平滑筋弛緩作用を有するナトリウム利尿ペプチド(ANP、BNP及びCNP)が、その受容体である膜型グアニル酸シクラーゼに結合し、cGMP産生の亢進に引き続くcGMP依存性プロテインキナーゼ(Gキナーゼ)の活性化により血管再生を促進することを、我々の開発したBNP、Gキナーゼトランスジェニックマウス、Gキナーゼノックアウトマウス及びCNPの生体への遺伝子導入により明らかにした。更に、同じく血管で産生される血管拡張ペプチドであるアドレノメジュリン(AM)も、cAMP依存性キナーゼ(Aキナーゼ)、PI3キナーゼ/Aktキナーゼの活性化により血管再生を促進することを報告した。この知見を基に、AMがマウスES細胞由来VPCから高率に内皮細胞を分化誘導し得ることを見いだした。更に、AMを用いin vitroで分化誘導大量培養した霊長類ES細胞由来VPCをヌードマウスに移植することにより、有効な血管再生を実現し得ることを明らかにした。我々は、"全能性"と無限の増殖能を有するマウス胚性幹細胞(Embryonic Stem Cells ; ES細胞)より、内皮細胞と血管平滑筋細胞の双方への分化が可能な"血管前駆細胞(vascular progenitor cells;VPC)"の単離同定に成功した(Nature 40:92-96,2000)。本研究課題においては、ヒトES細胞由来血管前駆細胞(human ES-VPC;hES-VPC)を同定し、ヒト血管発生分化の分子機構を明らかにし、生体において血管再生を試み虚血壊死に至りつつある心筋細胞や神経細胞を保護し再生させることで新しい再生医療を開発する。本年度は以下の研究成果を得た。1.ヒトES細胞由来血管前駆細胞の同定とin vitroでの血管細胞の分化誘導:未分化ヒトES細胞は、アルカリフォスファターゼ、SSEA-4、TRA-1陽性を示したが、多くの細胞がFlk-1陽性であった。OP-9との共培養分化誘導法により、共培養開始8日からTRA-1陰性、Flk-1陽性の細胞群が出現した。この細胞は、Flk-1+/TRA-1-/VEカドヘリン
ＧｅｎＢａｎｋデータに基づく全球スケールでの微生物多様性分布の解明

地球規模での微生物群集(assemblages)多様性に対する、分散制限の存在と局所的な環境の相対的な効果を解明することを目的として、データベースの探索と野外調査を行った。対象としたのは、湖沼における微生物群集、および、雪氷環境における藻類群集である。解析の結果、それぞれの群集において、地球規模での広範な移動分散が観察された。一方で、局所的に種分化した系統も同時に見られ、微生物の戦略として、広範な移動分散を行う系統と、局所に留まってその場に適応する系統が共に存在することが明らかになった。本研究では、各種微生物の地球規模での分布を、Genbank等のデータベースを利用して収集し、地域(local)における微生物多様性の制限要因を探索することを目的とした。2年の研究期間中に、土壌微生物系および雪氷上の藻類群集について、全球的な分布の概要を把握することができた。特に、藻類群集については、世界的に移動分散するグループと地域的な集中を示すグループの両方が同じ系統内に散在していることが示され、分散により分布を広げる戦略とその場に留まりそこで継続的に繁殖する戦略がそれぞれとられていることが分かった。この結果は、生物の群集形成機構において注目を集めている、移動分散とその場の環境(ニッチ)の相対的な重要性を検討する上で、非常に重要な発見になるだろう。つまり、近縁な藻類群集に属する類似した種であっても、移動分散能力に差が見られ、これが、群集形成に大きな影響を与えている可能性を示唆するからである。これらの成果は、生態学会で発表すると共に、現在、学術論文として投稿の準備を進めており、2014年の5月中にMicrobial Ecology誌に投稿予定である。今後、本研究で培ったノウハウを活用し、その他微生物群集についても、データベースの探索と現地調査を組み合わせ、地域における生物群集の形成機構についてのデータを集積し、それらの間に、どのような共通性と異質性が見られるかについて、より広い分類学的なスケールにおいて、検討を進める基盤が整ったと言えるだろう。本計画では、微生物に関する、既存の膨大なデータベース上の塩基配列情報を用いて、地球規模での群集の構造化に関して解析を行うことを目的としている。現状において、個別の努力で配列を解読する作業はこれらのデータベースの存在から考えて、ほぼ無意味であり、これらの情報をいかに活用し、さらに、そこで不足する情報を確認し補完することが重要である。本年度は、これらを考慮して、以下の3つの項目について、計画を進めている。1.水界微生物群集について、全地球規模でのデータ探索2.土壌微生物における、標高経度に沿った組成変化のT-RFLPによる解析3.雪氷微生物(藻類)群集における、日本列島スケールでの系統生物地理、およびデータベースによる、全球規模でのデータ収集これらについては、それぞれ、データの収集を順調に進めた。ここでは、それぞれ収集したデータに対して、その場の環境および地理的な位置が、群集構造にどのような影響を与えるかを検討している。これらの結果、微生物のような分散が容易と考えられる生物においても、比較的追良い分散の制限が見られることが一般的な事象として現れている。今後は、これらのデータを元に、解析を進めて、論文を作成することを課題とする。特に、上記の3番目の課題について、既存の配列情報と独自のデータを組み合わせて、微生物の群集集合についての一般的な理解に貢献する様なモデルケースとして、詳細に検討していきたい。本課題について、それぞれのテーマに関して、学会およびいくつかの研究集会において、成果を報告している。GenBankからのデータの収集は順調に進展しており、既に、論文としてまとめることが出来るだけのデータを収集している。ただし、今後、これらの大量のデータを解析し、群集構造とその機能を説明するモデルの構築を進めることが課題である。現在、この課題については、まだ、決定的な成果(モデル)を見いだしていないので、今年度この課題を克服することが、本課題の成功のカギとなる。次年度は、最終年度であるので、研究成果を論文として発表することを進める。具体的には、1.土壌微生物における、標高経度に沿った組成変化、2.雪氷微生物(藻類)群集における、日本列島スケールでの系統生物地理については、次年度中に国際学術誌に論文を投稿する。そのために、それぞれ、群集間の生息環境の変異と、機能の変異の対応について、また、微生物個体群の遺伝構造について、解析を進める。期間の最後に、少額の経費が残ったので、帳尻を合わせることはせず、次年度の経費と併せて使うことにした。残額はわずかであるので、次年度計画を進める中で、消化する予定である。次年度は、これまでのデータベース探索で十分ではないサンプルについて、解析を進めるために、実験のための経費として研究費を使用する。また、分担者との意見交換のために、旅費を用いる予定である。
整凸多面体とトーリック多様体に関する研究

研究代表者尾形庄悦は、射影的トーリック多様体の定義イデアルを研究した。射影多様体の定義イデアルがどの程度良い性質を持つかの指標として、性質(Np)がある。これは、イデアルの自由分解が次数pまで単純であることを示す。我々は、このpについて、アンプル直線束のテンソル積の回数と多様体の次元による最良の評価式を得た。また、非特異トーリック曲面上のアンプル因子とnef因子の和である因子の完全線形系が元のふたつの因子の和として表せることの代数幾何的証明を与えた。証明の過程で使われた手法を用いて、3次元非特異トーリック多様体上のアンプル因子がある条件下で単生成的になることも示した。研究分担者石田正典は、トーリック多様体の扇の理論から出発して、正則関数の実数ベキまでを許す代数幾何の世界が存在するのか否かを、実扇を例として解明を試みた。特に、実扇も含めた扇の完備化が可能であることの証明がエバルト氏との共同研究により得られた。また、石田弘隆により定義されたCCI曲面のモジュライ変数を、楕円曲線の不分岐3重被覆とヘッセの3次曲線族の観点から考察し、決定した。研究分担者原伸生は、非特異曲面とその上の有効因子の組(X,D)に対して定まる対数的標準閾値の正標数における類似概念であるF純閾値fpt(X,D)について研究し、monsky氏によるp-fractalの方法を用いて、(X,D)が有限体上で定義される場合に、F純閾値fpt(X,D)が有理数であることを示し、さらに、これを組の判定イデアルのF跳躍指数の離散性と有理性に拡張した。研究分担者梶原健は、トロピカル超曲面が定める多面体分割から得られる射影的トーリック多様体の退化を、Alexeev氏が導入した安定トーリック多様体に自然な対数構造を用いることで、特徴づけた。また、これまで知られていたトロピカル幾何学の定式化をトーリック多様体論の観点から、より代数幾何的に定式化し、トロピカル・トーリック多様体を定義した。ひとつの応用として、トロピカル非特異トーリック曲面上の交叉理論を完成させた。研究代表者尾形庄悦は、重み付き射影空間に代表される、ピカール数が1である分解型トーリック多様体について、その上のアンプル直線束が埋め込みを与えるときに何回テンソル積すれば射影正規的になるかの回数の新しい評価を与えた。特に、3次元では、アンプル直線束が埋め込みを与えるならば、射影正規的であることが解った。それを素に、埋め込まれている射影空間の線形系をトーリック多様体に制限した線形系がどの次数以上で完備になるかの次数の評価を与えた。一般の非特異射影多様体では、埋め込みの余次元と多様体の次数による評価であるが、我々の場合多様体の次元のみによる評価を得た。研究分担者石田正典は、トーリック多様体の理論に関連して有理的とは限らない多角錐からなる扇の研究を行った。

特に、代数幾何学における代数多様体の分数イデアルを中心としたブローアップや、代数多様体¢ザリスキ・リーマン空間の理論を扇の幾何学の中で整備する研究を行った。研究分担者原伸生は、モンスキとテクセラによるp-フラクタルの方法を用いて、有限体上定義された非特異曲面とその上の有効因子の組に対するF-純敷居値が有理数であることを示した。さらに、組に対するF-跳躍係数の離散性と有理性に拡張した。研究分担者梶原健は、加藤和也氏、中山能力氏と共に、対数アーベル多様体論の解析的理論を完成させ、群多様体としてのアーベル多様体のモジュライ空間のコンパクト化に成功した。また、トロピカル幾何とトーリック幾何の関係について調べ、代数的トーラスの超曲面に伴うトロピカル超曲面が、ニュートン多面体を通して射影的トーリック多様体の退化を記述することが解った。研究代表者尾形庄悦は、非特異射影的トーリック曲面上のアンプル因子とnef因子の完備線形系の積写像が全射であることの代数幾何学的証明を与え、更に、3次元の非特異トーリック多様体上のアンプル直線束が単生成的であることを証明した。その成果をいくつかの研究集会で発表した。研究分担者石田正典は、以前から続けている有理扇上のザリスキー・リーマン空間の研究から、永田の完備化定理を有理扇上のザリスキー・リーマン空間へ応用する方法を確立し、論文を書いている。研究分担者原伸生は、有理数体上定義された孤立特異点の特異点解消対の標数p>0への還元のF純閾値と元の対の対数的標準閾値との関係を調べて、pを無限大にしたときの極限値の有理性を証明した。国内外でその成果を発表した。研究分担者梶原健は、トーリック多様体の射影的退化をも記述できるトロピカル幾何学を研究し、ベズーの定理に対応する公式を得た。その成果を研究集会で発表した。研究代表者尾形庄悦は、非特異トーリック曲面の場合のFakhruddinの定理の拡張として、特異点も許す射影的トーリック曲面上のアンプル因子とnef因子の和である因子の完全線形系が元のふたつの因子の和として表せることを証明した。この研究成果をスペインでの国際研究集会で発表した。また、3次元非特異トーリック多様体上のアンプル因子が標準因子の2倍を加えたら正因子にならないとき、単生成的になることも示した。応用として、4次元非特異トーリック・ファノ多様体の反標準因子が単生成的になることを証明した。研究分担者石田正典は、トーリック多様体の扇の理論から出発して、正則関数の実数ベキまでを許す代数幾何の世界が存在するのか否かを、実扇を例として解明を試みた。特に、実扇も含めた扇の完備化が可能であることの証明がエバルト氏との共同研究により得られた。研究分担者原伸生は、非特異曲面とその上の有効因子の組(X, D)に対して定まる対数的標準閾値の正標数における類似概念であるF純閾値fpt(X, D)について研究した。(X, D)が有理数体上で定義される場合に、標数p還元で対応する(Xp, Dp)についてF純閾値fpt(Xp, Dp)のpへの依存度を研究した。さらに、これを組の判定イデアルのF跳躍指数の離散性と有理性に拡張した。この研究成果をアメリカでの国際研究集会で発表した。研究分担者梶原健は、トロピカル幾何とトーリック幾何の関係を研究した。これまで知られていたトロピカル幾何学の定式化をトーリック多様体論の観点から、より代数幾何的に定式化し、トロピカル・トーリック多様体を定義した。ひとつの応用として、トロピカル非特異トーリック曲面上の交叉理論を完成させた。
磁場によるタンパク質の高品位結晶育成

1.結晶の「磁場配向」についてリゾチーム結晶は,溶液中を沈降しながら成長するに伴いより大きな磁気エネルギーを得ることができるようになるため,成長と共に徐々に磁場配向しやすくなる.そのため,磁場による結晶の配向率は,磁場の強さのみならず,結晶の成長速度および容器の深さに大きく依存することがわかった.2.結晶の「成長速度」に及ぼす磁場効果について強磁場下用の透過光型光学顕微鏡を設計・作製し,11Tの磁場下でリゾチーム正方晶系結晶の成長過程を0.5μm解像度でその場観察することに成功した.その結果,強磁場下では結晶の成長速度が明らかに減少することを明らかにした.3.NaCl水溶液中の「対流」の抑制について10Tの均一磁場下でNaCl水溶液中の密度対流をその場観察した.その結果,「水溶液」の場合においても均一磁場によって対流が顕著に減少することを世界で初めて見出した.4.磁場によるタンパク質結晶の「品質」の向上について10Tの均一・定常磁場下で育成したリゾチーム斜方晶系結晶のロッキングカーブを測定した.その結果,強磁場下で結晶を育成すると,結晶の「品質」が格段に向上し高分解能の回折データが得られること,X線損傷をうけにくくなること,などを世界で初めて明らかにした.5.「高圧力」という磁場以外の外場が及ぼす影響について高圧力下でリゾチーム正方晶および斜方晶系結晶の溶解度を測定し,水和・脱水和の体積変化を求めた.また,高圧力下では結晶の表面エネルギーが増加するために成長速度が減少することを見出した.6.「微小重力」という磁場以外の外場が及ぼす影響について微小重力下での密度対流の発生がグラスホップ数で適切に予測できること,および水のマランゴニ流の流速は,気液界面形成後110-15分で汚染のために1/10以下に減少することを見出した.1.結晶の「磁場配向」についてリゾチーム結晶は,溶液中を沈降しながら成長するに伴いより大きな磁気エネルギーを得ることができるようになるため,成長と共に徐々に磁場配向しやすくなる.そのため,磁場による結晶の配向率は,磁場の強さのみならず,結晶の成長速度および容器の深さに大きく依存することがわかった.2.結晶の「成長速度」に及ぼす磁場効果について強磁場下用の透過光型光学顕微鏡を設計・作製し,11Tの磁場下でリゾチーム正方晶系結晶の成長過程を0.5μm解像度でその場観察することに成功した.その結果,強磁場下では結晶の成長速度が明らかに減少することを明らかにした.3.NaCl水溶液中の「対流」の抑制について10Tの均一磁場下でNaCl水溶液中の密度対流をその場観察した.その結果,「水溶液」の場合においても均一磁場によって対流が顕著に減少することを世界で初めて見出した.4.磁場によるタンパク質結晶の「品質」の向上について10Tの均一・定常磁場下で育成したリゾチーム斜方晶系結晶のロッキングカーブを測定した.その結果,強磁場下で結晶を育成すると,結晶の「品質」が格段に向上し高分解能の回折データが得られること,X線損傷をうけにくくなること,などを世界で初めて明らかにした.5.「高圧力」という磁場以外の外場が及ぼす影響について高圧力下でリゾチーム正方晶および斜方晶系結晶の溶解度を測定し,水和・脱水和の体積変化を求めた.また,高圧力下では結晶の表面エネルギーが増加するために成長速度が減少することを見出した.6.「微小重力」という磁場以外の外場が及ぼす影響について微小重力下での密度対流の発生がグラスホップ数で適切に予測できること,および水のマランゴニ流の流速は,気液界面形成後110-15分で汚染のために1/10以下に減少することを見出した.磁場を用いてタンパク質の高品質単結晶を育成するべく,結晶化に磁場が及ぼす影響およびそのメカニズムを解明するために,以下の研究を行った.([*]印分については論文投稿済み)1. 5T超伝導磁石の立ち上げ平成11年1月に表記の磁石を立ち上げた.2.磁場中で使用可能な無限焦点型顕微鏡の強磁場下で結晶が成長している過程をその場観察するために、光ファイバーおよびCCDカメラを用いて強磁場下用の透過光型光学顕微鏡を設計・作製し,11Tの磁場下でリゾチーム正方晶系結晶の成長過程を0.5μm解像度でその場観察することに成功した.その結果,強磁場下では結晶の成長速度が明らかに減少することを明らかにした.3.磁場中でタンパク質の結晶化学実験[*]タンパク質結晶の磁場配向現象を定量的に理解するためのモデルを提案した.リゾチーム分子は帯磁率の異方性が非常に小さいため,1分子ではもちろん臨界核を超える程度の大きさの凝集体であっても,それらに働く磁場配向効果は非常に小さく無視できる.しかし,結晶は,溶液中を沈降しながら成長するに伴いより大きな磁気エネルギーを得ることができるようになるため,徐々に磁場配向しやすくなる.そのため,磁場による結晶の配向率は,磁場の強さのみならず,結晶の成長速度および容器の深さに大きく依存することがわかった.4.磁場中で育成した結晶の評価リゾチーム正方晶を用いて実験したが,無磁場下で既に非常に高解像度の結晶が得られる系で実験したため,磁場の有効性は確認できなかった.H11年度に,放射光を用いた精密解析を予定している.

5.「高圧力・微小重力」という磁場以外の外場が及ぼす影響について[*,*]高圧力下で溶解度を測定し,タンパク質分子が水和・脱水和する際の体積変化を計算した.また,微小重力下での密度対流の発生がグラスホッフ数で適切に予測できることを明らかにした.磁場を用いてタンパク質の高品質単結晶を育成するべく,結晶化に磁場が及ぼす影響およびそのメカニズムを解明するために,以下の研究を行った.([*]印分については論文投稿済み)1.NaCl水溶液中の「対流」の抑制について[*]温度差を利用して,NaCl水溶液中に定常的な密度対流を誘起させた.そして,平成11年度に作成した強磁場下用光学顕微鏡を用いて,10Tの均一・定常磁場下で対流をその場観察した.その結果,これまで半導体融液などの金属液体の場合には磁場が対流を抑制することが知られていたが,「水溶液」の場合においても均一磁場によって対流が顕著に減少することを世界で初めて見出した.2.磁場によるタンパク質結晶の「品質」の向上について[*]リゾチーム斜方晶系結晶を10Tの均一・定常磁場下で育成し,高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所にてロッキングカーブを測定した.その結果,強磁場下で結晶を育成することにより,結晶の「品質」が格段に向上すること,高分解能の回折デー夕が得られること,X線損傷をうけにくくなること,などを世界で初めて明らかにした.3.「高圧力」という磁場以外の外場が及ぼす影響について[*]高圧力下でリゾチーム正方晶および斜方晶系結晶の溶解度を測定し,タンパク質分子の水和・脱水和の体積変化を求めた.また,高圧力下では結晶の表面エネルギーが増加するために成長速度が減少することを見出した.4.「微小重カ」という磁場以外の外場が及ぼす影響について微小重力下で,水の温度差マランゴニ流のその場測定に成功した.その結果,空気-水の界面形成後10-15分で界面は汚染され,マランゴニ流の流速が1/10以下に減少することを見出した.
１＋１＝１、２つの生物がどのように１つの生物になったかをゲノムで読み解く

近年、原生生物が真核藻類を細胞内に取り込んで葉緑体を獲得したクロララクニオン藻の起源生物の特定が進み、二次共生による葉緑体獲得に伴う細胞進化を詳細に明らかにする環境が整った。本研究では、宿主と共生藻にそれぞれ最も近縁な現生の系統群とクロララクニオン藻の全ゲノムを比較することにより、2つの異なる生物が共生により1つの生物に進化(1+1=1の進化)した過程で、具体的にどんな遺伝子がどのように再構成されて1つの光合成真核細胞が生まれたのか、を明らかにする。これにより、二次共生によって多様な藻類のグループが生まれた具体的な進化の理解を深めることができる。