hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高温環境の生命活動に必須であるRNA耐熱化機構の解明

今回、さらに様々なアプローチにより研究を進めたところ、trm11遺伝子破壊株におけるtRNATrpの存在量、他の種類のtRNAの存在量も変化がなく、Trm11酵素量も変動がなかった。これらの結果から、おそらく、m2G10/m22G10修飾が欠損したtRNATrpは、アミノアシル化、あるいはリボソーム上におけるコドン-アンチコドン対合が高温環境下で正確に働かないことが考えられた。tRNAのG34の2'-O-リボースのメチル化を触媒するtRNAメチル化酵素Trm7-Trm734の結晶構造を決定し、酵母Trm7-Trm734のtRNA認識を推定することができた。超好熱性アーキアThermococcous kodakarensis (Tko)のtRNATrpにおける化学修飾を完全に同定することができた。また、Tko trm11遺伝子がなぜTkoの高温生育に重要かを推測することができた。現在、これらの研究成果をまとめた論文を国際的な学術雑誌に投稿準備中である。また、アーキアと真核生物のtRNAメチル化酵素の基質認識機構を比較することで、両者のtRNAメチル化酵素の作用原理に共通性があるかどうか検証することができる。そこで、酵母Trm7-Trm734の構造機能解析から、Trm7-Trm734の基質認識機構を推定することができた。tRNAの34番目の2'-O-リボースをメチル化する酵素は、基質認識において、アーキアと真核生物に共通する原理がないことが判明した。現在、その研究成果を論文として、国際的な学術雑誌に投稿している。また、前駆体tRNAからイントロンを除去し、耐熱化tRNAに導くRNAスプライシングエンドヌクレアーゼの総説を執筆した。今後は、Thermococcous kodakarensis (Tko)のtRNATrpの結晶構造を決定し、分子レベルによるtRNAの耐熱化機構を解明していく予定である。そのためにも、Tko tRNATrpを大量調製し、結晶化を行い、作成した結晶を放射光施設SPring-8に持ち込み、結晶のX線回折データを収集する。おそらく、既知のtRNA分子構造を用いて、分子置換法により、Tko tRNATrpの位相を決定することができるはずである。また、trm11遺伝子破壊株からもtRNATrpも大量調製し、結晶構造を決定する。野生株とtrm11欠損株のtRNATrpの結晶構造を比較することで、耐熱性の違いの原因が明らかになるかもしれない。場合によっては、NMRを利用して、動的な耐熱化機構についても検証する予定である。一方で、Trm14がtRNATrpの責任酵素であるかどうか調べるために、レコンビナントTrm14、tRNATrp転写産物、S-アデノシルメチオニンを反応させて、実際にTko tRNATrpのG67をメチル化するかを確認する。さらに、tRNATrpの化学修飾に関わる未同定の酵素遺伝子も遺伝学解析によって同定していく。今年度は、tRNAの結晶化に割く労力と時間があまりなかったため、予想以上に物品費の支出がなく、逆に旅費の経費がかさんだ。両者の支出を差し引きしても、物品費の支出が少なかった。次年度にtRNAの結晶化を集中的に行なっていくため、繰越し予算は、高価な結晶化試薬等の購入に当てる予定である。
自然免疫系から見た間質性肺炎新規治療法の開発

間質性肺炎/肺線維症やその急性増悪は治療薬が十分になく、しばしば致命的と成り得る呼吸器病である。外界から人間に侵入する病原体を駆除するのに重要な自然免疫と呼ばれるシステムは、一方で様々な病気に関わっている事が明らかになってきている。そこで本研究では自然免疫が間質性肺炎/肺線維症の原因や悪化の一部をなしている可能性があると考え、その関係を明らかにし、新規治療法の探索を目指す事を目標とする。
新規細胞選別技術による細胞間コミュニケーションの解析

実際の細胞を使い人工的神経細胞回路を構築することで複雑すぎて理解できなった神経のネットワークレベルでの基本動作原理、記憶形成機構、情報処理機構の解明を目的とする。そのために「神経細胞特異的表面結合性DNAアプタマーの作製技術」、「神経発火を指標とした一細胞回収技術」、「アガロースマイクロ加工技術を用いた細胞配置技術」の3つの技術開発を軸に人工神経回路の作製を目指した。結果としてモデル細胞を利用して神経細胞特異的表面結合性DNAアプタマーの作製に成功した。また。特定の細胞を回収し神経ネットワークを作製する事でネットワーク構造依存的な発火パターンを示すことを明らかにした。初代神経細胞を用い、一細胞毎に伝達方向・細胞の種類を制御した人工的神経細胞回路を構築することで従来の分散培養や脳スライスカルチャーでは複雑すぎて理解できなった神経のネットワークレベルでの基本動作原理、記憶形成機構、情報処理機構の解明を目的としている。本年度は、様々な種類の細胞が存在する初代培養から特定の神経細胞のみを回収して人工神経ネットワークを構築する事を目的として、神経細胞表面特異的結合性アプタマーを作製することを目標とした。アプタマーは抗体と異なり、DNA分解酵素により分解できるため、細胞標識しても脱標識が簡便に出来るという意味で抗体とはまた別の利点をもつ。この利点を利用する事により、一度回収した神経細胞を回収の影響のないまま神経ネットワークを構築し、機能解析することを目標にしている。アプタマーの作製方法として、SELEX法と呼ばれる単鎖DNAから神経細胞、特に細胞表面に結合性のDNA配列を精製するCell-SELEX法に独自の技術を組み込むことに開発を行った。さらに最終的に回収したDNAを次世代シーケンサーで読み取らせることで、回収してきたDNA配列を網羅的に解析した。通常、大腸菌を用いたサブクローニング法では一度に数十個程度の遺伝子配列しか解析する事が出来ないが、次世代シークエンス法を用いることで莫大な量の解析結果を得ることができ、得られた配列には特徴的にクラスタリングできる事がわかった。さらに、バイオインフォマティクス技術を用いてクラスターを解析する事により、特徴的な配列を絞り込むことが出来た。昨年度に引き続き、細胞表面結合性アプタマーを作製する事を目標とした。Cell-SELEX法を独自に改良したアプタマー選別法を用いて細胞表面に結合するアプタマーの精製を行った。その結果、本手法はターゲットとなる細胞はより多くの細胞数で行わないとノイズ成分が多く特定のDNAアプタマーを選別できないことを明らかにした。そこで、対象を少数でしか確保できない初代海馬神経細胞ではなく簡便に細胞数が確保できる細胞株HUVEC細胞に変更し、引き続きCell-SELEXを行った。前回同様に次世代シーケンサーを用いて網羅的に解析した。バイオインフォマティクスを用いた解析の結果、大腸菌でのサブクローニングではわからなかったSELEXならではの特徴を見いだすことができた。本結果より単純に高頻度に出現する配列が結合しやすい配列ではないことを明らかにした。本結果を用いて現在アプタマーの選定を行っている。また、計画書に記載している「形態学的・電気生理学的な特徴を同定した一細胞回収技術の開発」も高分子のアルギン酸を用いて研究を進めている。神経細胞の細胞外電位を測定できる多電極アレイディッシュ上にアルギン酸のゲルを5um程度の厚みで薄く層を作り、細胞接着基質をコートすることにより、アルギン酸上での神経活動の検出に成功した。アルギン酸シートはキレート剤であるEDTAを加える事により容易にゾルかする事に成功している。そこで、多電極ーアルギン酸シート上に配置した神経細胞を回収できるか検討した結果、トリプシンなどの侵襲性の高い試薬を使うことなく回収する事に成功した。新規細胞選択技術としてDNAアプタマーを利用した細胞選別方法の開発を昨年度に引き続き行った。昨年度、初代培養細胞は様々な細胞が混在する事から、モデル細胞である株化細胞を用いての細胞表面結合性DNAアプタマーの選別法の開発を行った。従来報告されている方法と異なる点として、Cell-SELEX法で選別されたDNAアプタマー候補を磁性マイクロビーズに結合させ、顕微鏡下においてマイクロビーズが結合した細胞のみを選り分け、DNA配列を読み取ることによりDNAアプタマーを同定したところが新規の方法である。これを行うことにより、確実に細胞表面結合性DNAアプタマーを回収する事に成功した。なお本内容は論文化した。確立した方法を元に今度は実際に様々な細胞が混在する初代神経細胞でも可能か現在検討中である。また、細胞選別技術においては、細胞非接着性のシリコンゴムを用いて神経一細胞毎を一時的に孤立培養できるマイクロチャンバーをアレイ上に構築する事で簡便に目的の神経細胞を選別する技術の構築に成功した。この方法により、アガロースマイクロ加工システムによる神経細胞の人工回路を作製する時間が格段に上昇した。本手法を用いて、直線上に配列させた簡便な構造から神経伝達を循環されるような構造まで、様々な神経細胞回路をデザインすることに成功した。神経細胞の活動を一細胞単位で計測できるマイクロ電極アレイディッシュ上にこれらの人工神経回路を構築し、電気的な刺激を行うことで、特徴的な可塑的変化を捉える予備的な結果を得られることに成功した。

そのために「神経細胞特異的表面結合性DNAアプタマーの作製技術」、「神経発火を指標とした一細胞回収技術」、「アガロースマイクロ加工技術を用いた細胞配置技術」の3つの技術開発を軸に人工神経回路の作製を目指した。結果としてモデル細胞を利用して神経細胞特異的表面結合性DNAアプタマーの作製に成功した。また。特定の細胞を回収し神経ネットワークを作製する事でネットワーク構造依存的な発火パターンを示すことを明らかにした。昨年度の目標として、一細胞回収技術の応用として多電極アレイディッシュ上にアルギン酸を加工して、電位計測しながらもEDTAによる細胞回収できるかどうかの検討を行った結果、うまく両立させる技術の開発に成功した。また、細胞表面アプタマーの精製に関しては次世代シークエンスの結果から、当初計画していた対象の神経細胞から細胞株であるHUVEC細胞に移行したが、次世代シークエンス結果より手法自体の確立に向けて前進できる結果を出すことできた。そのため、当初予定している計画におおむね順調に進展している。生物物理引き続き細胞表面アプタマーの作製について検討を進め、特異的に結合できるアプタマーを簡便に決定できる手法の確立に向けて研究を進める。また、アルギン酸を用いた細胞形態や細胞外電位を指標とした細胞選択法により、特定の細胞を選択し、神経細胞のパターニングを試みる。様々なパターンを作り出すことにより、様々なパターンをにより特定の発火パターンを示すかどうか検討を進める。また、アプタマーによる細胞選別以外にも特定の細胞を選ぶ、例えばRNAイメージングや、遺伝子導入動物を用いてより特定の細胞を選択し、それにより細胞パターニングを行う事で神経細胞同士が行う細胞間コミュニケーションの理解を目指す。昨年度の目標として、初代神経細胞を用いた細胞表面特異的DNAアプタマーの回収技術の開発を目指した。その結果、通常のSELEX法に改変を加える事で、神経細胞表面に結合性のDNAアプタマー配列候補を次世代シークエンスを用いて解析する事に成功した。当初予定している計画通りに進んでいる。改変SELEX法には改良の余地もあるが、おおむね順調に進展していると考えている。当初の計画通り、今年度は前年度得られた神経細胞表面特異的結合性アプタマー配列候補の中から適切なものを選び細胞回収の検討を引き続き進める。また、計画書に記載内容の「形態学的・電気生理学的な特徴を同定した一細胞回収技術の開発」も順次進める。その中では、海馬初代神経細胞を形態学的・細胞外電位を指標とした一細胞毎回収・再配置する技術の開発を行う。方法として、細胞外電位を多チャンネルで記録できるチップ上にアルギン酸処理を行うことで解決を試みる。アルギン酸による細胞の形態を指標とした一細胞回収・配置技術には成功し論文化もされている。課題としては、アルギン酸の厚さによりアルギン酸層下部にある電位計測用の電極で計測できるか、困難な課題が存在する下もしれない。その際はアルギン酸層の厚さを変えることにより、機能を損なわずに電位計測が出来る条件を検討する。
核融合炉用セラミックス中の水素の平衡存在状態に関する研究

(1)セラミックス中の水素溶解度の測定セラミックス中の微量の溶解(放出)水素を定量するための装置を新たに設計・製作した.これを用いて,重水素を溶解させたZrO_2-8mol%Y_2O_3単結晶(溶解条件:100kPa,1773K,3h)を真空中で等時焼鈍して,重水素の放出量を温度(時間)の関数として測定した.得られた放出曲線は1400K付近にピークを示したが,このピークはかなり鋭く,放出が拡散律速であるとするモデルでは説明できない.また,放出されたDの総量は,金属原子(Zr+Y)の10^<-6>程度であり,純ZrO_2中の重水素の溶解量の文献値と比べると,1桁以上小さかった.ZrO_2-8mol%Y_2O_3中には多量のイットリウム(異種原子価陽イオン)および酸素空孔が存在するが,それにも関わらず水素溶解量が小さいということは,それらの欠陥と水素との相互作用があまりないということを示唆している.(2)ペロブスカイト酸化物プロトン伝導体の中性子回折SrTi_<0.97>Sc_<0.03>O_<2.985>粉末試料およびこれを重水蒸気雰囲気で加熱して重水(素)を溶解させた試料について,中性子回折実験を行った.両者の回折ピーク強度の差(比)を,種々の重水素占有位置(O-O間,O-Sr間,O-O-O三角形の中心,O-Ti間など)を仮定して計算した構造因子の変化と比較検討した.単結晶を用いた中性子回折実験の結果からは,O-O間からわずかにずれた位置を水素が占めると結論されているが,このモデルを含めていずれのモデルでも,今回の結果を十分説明することはできていない.また,SrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<2.975>の粉末中性子回折を行い,結果をRietveld解析して構造パラメタを決定した.(1)セラミックス中の水素溶解度の測定セラミックス中の微量の溶解(放出)水素を定量するための装置を新たに設計・製作した.これを用いて,重水素を溶解させたZrO_2-8mol%Y_2O_3単結晶(溶解条件:100kPa,1773K,3h)を真空中で等時焼鈍して,重水素の放出量を温度(時間)の関数として測定した.得られた放出曲線は1400K付近にピークを示したが,このピークはかなり鋭く,放出が拡散律速であるとするモデルでは説明できない.また,放出されたDの総量は,金属原子(Zr+Y)の10^<-6>程度であり,純ZrO_2中の重水素の溶解量の文献値と比べると,1桁以上小さかった.ZrO_2-8mol%Y_2O_3中には多量のイットリウム(異種原子価陽イオン)および酸素空孔が存在するが,それにも関わらず水素溶解量が小さいということは,それらの欠陥と水素との相互作用があまりないということを示唆している.(2)ペロブスカイト酸化物プロトン伝導体の中性子回折SrTi_<0.97>Sc_<0.03>O_<2.985>粉末試料およびこれを重水蒸気雰囲気で加熱して重水(素)を溶解させた試料について,中性子回折実験を行った.両者の回折ピーク強度の差(比)を,種々の重水素占有位置(O-O間,O-Sr間,O-O-O三角形の中心,O-Ti間など)を仮定して計算した構造因子の変化と比較検討した.単結晶を用いた中性子回折実験の結果からは,O-O間からわずかにずれた位置を水素が占めると結論されているが,このモデルを含めていずれのモデルでも,今回の結果を十分説明することはできていない.また,SrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<2.975>の粉末中性子回折を行い,結果をRietveld解析して構造パラメタを決定した.1.中性子回折によるプロトン導電性セラミックス中の水素占有位置の研究核融合炉排ガス中のトリチウムとヘリウムとの分離などへの応用が考えられる、SrCeO_3系プロトン導電性セラミックスに対して、中性子回折実験を行い、水素占有位置の決定を試みた。試料は、SrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<2.975>粉末、およびこれを飽和重水蒸気流中800°Cで10h加熱したものの2種類である。実際の重水素溶解量はまだ測定できていないが、文献によれば上記条件で2-3mol%の重水素原子が溶解するはずである。また、中性子回折実験には日本原子力研究所のJRR-3Mに設置されている高分解能粉末中性子回折装置(HRPD)を用い、測定結果の解析にはRietveld法解析プログラムRietanを用いた。重水素未溶解のSrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<2.975>については、粉末X線回折で決定した構造パラメーターがすでに報告されているが、本実験の結果から求めた構造パラメーターはそれらと大きな違いはなかった。ただし、軽元素である酸素の位置については、本実験の値の方が信頼性が高いと思われる。一方、重水素溶解試料と未溶解試料の回折パターンの違いは極わずかであり、まだ重水素占有位置を決定するには至っていない。

今後、溶解重水素の定量も含め、より詳細な測定・解析を行い、重水素占有位置に関する情報を得たい。2.試料高温加熱炉の整備赤外吸収測定用の水素溶解試料を調整したり、水素溶解度を測定したりするための、真空・水素雰囲気高温炉の組立、整備を進めた。来年度は、中性子回折に加えて、赤外吸収、溶解度の測定を行い、得られた結果を総合的に解析して、セラミックス中の水素の存在状態を明らかにしていきたい。(1)ZrO_2-8mo1%Y_2O_3の重水素溶解・放出実験ZrO_2-8mo1%Y_2O_3単結晶を1atm,1773Kの重水素ガス中で3h加熱したのち,真空中で等時焼鈍して重水素の放出量を温度(時間)の関数として測定した.得られた放出曲線は1400K付近にピークを示したが,このピークはかなり鋭く,放出が拡散律速であるとするモデルでは説明できない.また,放出されたDの総量は,金属原子(Zr+Y)の10^<-6>程度であり,純ZrO_2中の重水素の溶解量の文献値と比べると,1桁以上小さかった.ZrO_2-8mo1%Y_2O_3中には多量のイットリウム(異種原子価陽イオン)および酸素空孔が存在するが,それにも関わらず水素溶解量が小さいということは,それらの欠陥と水素との相互作用があまりないということを示唆している.(2)ペロブスカイト酸化物プロトン伝導体の中性子回折Sr(Ti_<0.97>Sc_<0.03>)O_<2.985>粉末試料およびこれを重水蒸気雰囲気で加熱して重水(素)を溶解させた試料について,中性子回折実験を行った.両者の回折ピーク強度には,計数値の統計的誤差より大きな差が見られた.この差(比)を,種々の重水素占有位置(O-O間,O-Sr間,O-O-O平面上,O-Ti間など)を仮定して行った計算と比較検討した.単結晶を用いた中性子回折実験の結果からは,O-O間からわずかにずれた位置を水素が占めると結論されているが,このモデルでは今回の結果をうまく説明できない.
自己抗体が認識する新規tRNA結合蛋白(Wa抗原/NEFA/Nucb-2)の解析

抗Wa抗体は強皮症に特異的に検出されるまれな自己抗体として研究者らが報告し,その対応抗原は4-5種類のtRNAと結合する48kDa蛋白であることを明らかにしていた.Wa抗原の実体は長く不明であったが,Wa抗原の遺伝子クローニングにより,NEFAまたはNucleobindin-2 (Nucb-2)として報告された分子と一致することが判明した.NEFA/Nucb-2はその構造上DNA結合蛋白と考えられるが,これまでのところDNAあるいはtRNAを結合したという報告はない.しかし,Wa抗原が一定の種類のtRNAを結合しNEFA/Nucb-2と一致することは,同分子が新たなtRNA結合蛋白であり,tRNAが関与する蛋白翻訳系あるいはtRNAの代謝などで未知の機能を持つRNPマシーンである可能性が高い.本研究では我々が見出した抗Wa抗体の対応抗原(Wa/NEFA/Nucb-2)の機能を追求することを目的とした.1.Wa抗原に結合するtRNAの同定:すべてのアミノ酸をカバーする既知の22種類のヒトtRNA塩基配列よりプライマーを合成し,RT-PCRによりtRNAの種類を同定するシステムを開発した.抗Wa抗体プロトタイプ血清が免疫沈降したtRNAを鋳型としてRT-PCRを行ったところ,His, Lys, Met, Pro, Valの5種類のアミノ酸に対応するtRNAが同定された.2.Wa抗原全長cDNAの分離:Wa抗原をコードする全長cDNAを既知のNEFA/Nucb-2の塩基配列からRT-PCR法により合成した.既知の全長cDNAとともに,Exon 11のスキップによると考えられる90bp (30アミノ酸)が欠失した短鎖cDNAが分離された.両者から大腸菌に発現させた蛋白はともに抗Wa抗体陽性血清と反応することが確認された.3.Wa抗原とtRNAの結合:大腸菌発現Wa抗原とHeLa細胞抽出tRNA同士の直接の結合は確認できなかった.そこでHis-tagを結合したWa-cDNAをHeLa細胞に導入して発現させ,in vivoでのtRNA結合能を検討している.抗Wa抗体は強皮症に特異的に検出されるまれな自己抗体として報告し,その対応抗原は4-5種類のtRNAと結合する48kDa蛋白であることを明らかにしていた.Wa抗原の実体は長く不明であったが,Wa抗原の遺伝子クローニングにより,NEFAまたはNucleobindin-2 (Nucb-2)として報告された分子と一致することが判明した.NEFA/Nucb-2はその構造上DNA結合蛋白と考えられるが,これまでのところDNAあるいはtRNAを結合したという報告はない.しかし,Wa抗原が一定の種類のtRNAと関連しNEFA/Nucb-2と一致したことは,同分子が新たなtRNA結合蛋白であり,tRNAが関与する蛋白翻訳系あるいはtRNAの代謝などで未知の機能を持つRNPマシーンである可能性が高い.本研究では我々が見出した抗Wa抗体の対応抗原(Wa/NEFA/Nucb-2)の機能を追求することを目的とした.1.Wa抗原に結合するtRNAの同定:すべてのアミノ酸をカバーする既知の22種類のヒトtRNA塩基配列よりプライマーを合成し,RT-PCRによりtRNAの種類を同定するシステムを開発した.抗Wa抗体プロトタイプ血清が免疫沈降したtRNAを鋳型としてRT-PCRを行ったところ,His,Lys,Met,Pro,Valの5種類のアミノ酸に対応するtRNAが同定された.2.Wa抗原全長cDNAの分離:Wa抗原をコードする全長cDNAを既知のNEFA/Nucb-2の塩基配列からRT-PCR法により合成した.既知の全長cDNAとともに,Exon 11のスキップによると考えられる90bp(30アミノ酸)が欠失した短鎖cDNAが分離された.両者から大腸菌に発現させた蛋白はともに抗Wa抗体陽性血清と反応することが確認された.今後このcDNAと発現蛋白を用いてtRNAとの結合能を検討する予定である.抗Wa抗体は強皮症に特異的に検出されるまれな自己抗体として研究者らが報告し,その対応抗原は4-5種類のtRNAと結合する48kDa蛋白であることを明らかにしていた.Wa抗原の実体は長く不明であったが,Wa抗原の遺伝子クローニングにより,NEFAまたはNucleobindin-2 (Nucb-2)として報告された分子と一致することが判明した.NEFA/Nucb-2はその構造上DNA結合蛋白と考えられるが,これまでのところDNAあるいはtRNAを結合したという報告はない.しかし,Wa抗原が一定の種類のtRNAを結合しNEFA/Nucb-2と一致することは,同分子が新たなtRNA結合蛋白であり,tRNAが関与する蛋白翻訳系あるいはtRNAの代謝などで未知の機能を持つRNPマシーンである可能性が高い.本研究では我々が見出した抗Wa抗体の対応抗原(Wa/NEFA/Nucb-2)の機能を追求することを目的とした.1.Wa抗原に結合するtRNAの同定:すべてのアミノ酸をカバーする既知の22種類のヒトtRNA塩基配列よりプライマーを合成し,RT-PCRによりtRNAの種類を同定するシステムを開発した.抗Wa抗体プロトタイプ血清が免疫沈降したtRNAを鋳型としてRT-PCRを行ったところ,His, Lys, Met, Pro, Valの5種類のアミノ酸に対応するtRNAが同定された.2.Wa抗原全長cDNAの分離:Wa抗原をコードする全長cDNAを既知のNEFA/Nucb-2の塩基配列からRT-PCR法により合成した.

既知の全長cDNAとともに,Exon 11のスキップによると考えられる90bp (30アミノ酸)が欠失した短鎖cDNAが分離された.両者から大腸菌に発現させた蛋白はともに抗Wa抗体陽性血清と反応することが確認された.3.Wa抗原とtRNAの結合:大腸菌発現Wa抗原とHeLa細胞抽出tRNA同士の直接の結合は確認できなかった.そこでHis-tagを結合したWa-cDNAをHeLa細胞に導入して発現させ,in vivoでのtRNA結合能を検討している.
前立腺癌ホルモン療法抵抗性におけるグルココルチコイド受容体の関与

グルココルチコイド受容体(GR)がアンドロゲン応答遺伝子の発現を誘導することが、アンドロゲン依存性前立腺癌に対するホルモン療法の耐性機構となることを示した。ヒト前立腺癌細胞株LNCapにおけるGR発現をウェスタンブロットで示した。続いて、恒常的GR発現とデキサメサゾン(DEX)刺激によりアンドロゲン応答配列が活性化されることをレポーターアッセイにて示した。また同時にこの刺激はアンドロゲン標的分子であるPSA発現を上昇させた。GRを恒常的に発現させたLNCap-GRは低濃度DEXで増殖が亢進した。またLNCap-GRは精巣除去によるアンドロゲン欠乏マウスの皮下に生着可能であった。アンドロゲン依存性前立腺がん細胞株LNCap, Vcapについて、グルココルチコイド受容体の発現をウェスタンブロット法にて確認した。これら細胞株をデキサメサゾンにて刺激することで、アンドロゲン応答遺伝子であるPSAの発現が誘導された。しかしながら、VCapについてはアンドロゲン受容体遺伝子変異のためデキサメサゾンに応答するとの報告が過去になされていたことから、今後の検討はLNCapを中心に実施することとした。LNCapはデキサメサゾン刺激により増殖が亢進することが明らかにされた。さらにLNCapにグルココルチコイド受容体を発現させたところ、アンドロゲン非存在下においても、デキサメサゾン存在下で、増殖を維持できることを明らかにできた。マウス移植系において、精巣摘出した除睾マウスにおいて、LNCapは腫瘍を形成することができなかった。一方、ぐる子コルチコイドを恒常的に発現するLNCapは移植後比較的早期に腫瘍の生着を確認できたが、その増殖は精巣を摘出していないマウスに比べ緩徐であり、また長期間の維持は困難であった。現在、マウス移植実験の再現性の確認を行っているところである。アンドロゲン感受性前立腺癌細胞株LNCapの除睾マウスへの移植系を用いて、前立腺癌に対する内分泌療法への抵抗性獲得の分子機構について検討した。昨年度の検討では、グルココルチコイド受容体を恒常的に発現させたLNCap(LNCap-GR)は除睾マウスへの生着率がコントロールに比べて上昇したが、その腫瘍増殖速度はコントロールを非除睾マウスに比べて緩徐であった。このため、本年度は前年度の実験結果の再現性を確認するとともに、LNCapを非除睾マウスに移植・生着させた後に除睾術を実施し、生着腫瘍の縮小率による検討をあわせて行った。その結果、非除睾マウスにおけるLNCap-GRの増殖速度はコントロールと同様(有意差なし)であった。一方、除睾マウスにおけるLNCap-GRの増殖速度は非除睾マウスでのものにくらべ減少していた。これは昨年度の実験結果と同様であり、GRの発現が前立腺癌に対する内分泌療法への抵抗性に関与している可能性が示された。一方で、GRの恒常的発現でも増殖速度が完全には回復させられなかったことから、腫瘍細胞の増殖速度には生着とはことなる他の因子が関与している可能性が示唆された。一方、LNCapを非除睾マウスに移植・生着させた後に除睾術を実施する検討では、コントロールに比べ除睾後の腫瘍体積の減少率が低い傾向が見られたが、コントロールにおいても除睾後一過性に腫瘍体積が減少した後に再増殖をきたし、特に除睾術時の腫瘍体積が大きなものでこの傾向はより顕著であった。よって、移植腫瘍が比較的小さい(200mm^3)段階で除睾術を実施する必要があると考えられた。また、腫瘍体積の増大とともに、腫瘍のheterogeneityや間質との相互作用により内分泌療法への耐性を獲得する可能性も示唆された。前立腺癌細胞株LNCapはチャコール処理胎児ウシ血清下で増殖とアンドロゲン受容体(AR)標的遺伝子PSA発現が抑制される。アンドロゲン、グルココルチコイド(DEX)およびエストロゲン添加はいずれも細胞増殖とPSA発現を誘導するが、DEXが最も強力であった。一方DEXはGR発現を抑制し、ネガティブフィードバックが存在している可能性が示された。LNCapにおいてshRNAによるGR発現抑制クローンの樹立はできなかった。MSKCCの報告ではshRNAによるGR発現抑制には異なる細胞株を用いており、LNCapの増殖にはGR発現が必須である可能性がある。また恒常的GR発現LNCap細胞の除睾マウスへの生着に関して匹数を増やして再現性を検討した。GRを恒常的に発現するLNCapは除睾マウスで腫瘍形成を示すことは確認できたが、その増殖は極めて緩徐であり、移植後10週より腫瘍サイズは減少した。この原因として1)血清中グルココルチコイド濃度、2)GR発現へのネガティブフィードバック、3)GR単独ではARの機能を完全には相補できない、などの可能性が示唆された。免疫組織学的に、ヒト前立腺癌におけるGR発現頻度は10%でMSKCCの報告と同等であったが、抗アンドロゲン治療後での陽性頻度上昇は認められず、50%以上の前立腺癌組織でGR発現が認めたMSKCCの報告とは異なった。これは抗アンドロゲン薬や対象臓器(原発巣と転移巣)の違いなどが関係している可能性が考えられた。ヒト

前立腺癌細胞株LNCapにおけるGR発現をウェスタンブロットで示した。続いて、恒常的GR発現とデキサメサゾン(DEX)刺激によりアンドロゲン応答配列が活性化されることをレポーターアッセイにて示した。また同時にこの刺激はアンドロゲン標的分子であるPSA発現を上昇させた。GRを恒常的に発現させたLNCap-GRは低濃度DEXで増殖が亢進した。またLNCap-GRは精巣除去によるアンドロゲン欠乏マウスの皮下に生着可能であった。細胞株を用いた検討はおおむね順調に実施できているが、ヒト前立腺癌組織を用いた検討がやや遅れている。これは内分泌治療前後での形質の変化をペア病理組織標本で検討する予定であったが、利用可能な治療前の病理組織標本が当初の予定よりも少なかったことによるものである。今後、対象症例の再抽出を行い検討する。病理学これまでの前立腺癌細胞株を用いた検討をもとに、実際のヒト前立腺癌病理組織標本を用いて、グルココルチコイド受容体の発現と内分泌療法への治療感受性・耐性までの期間に相関がみられるかどうかを検討する。また治療前後でのグルココルチコイド受容体発現状態およびアンドロゲン受容体標的遺伝子発現状態の変化についてもあわせて検討する。概ね順調に進展しているが、前立腺癌組織におけるグルココルチコイド受容体発現についての解析が抗体の特異性の検討を行ってるため若干遅れている。マウス移植実験についての再現性の確認を行うとともに、前立腺癌組織におけるグルココルチコイド受容体発現と臨床病理学的因子との関係を明らかにする。またグルココルチコイド受容体を介したアンドロゲン応答遺伝子発現の分子機構についての検討を開始する。
顎運動の各種パラメーターにおける咬合および顎顔面形態との関連性について

顎運動計測における種々のパラメーターに影響を与える因子として咬合異常や顎関節機能異常などが指摘されている.しかし,本来咬合形態や顎顔面形態,顎関節形態はバリエーションに富むものであり,これらの形態の違いと顎運動との関連は余り研究されてこなかった.本研究の目的は,各種顎運動パラメータにおいて咬合および顎顔面形態がそれぞれどのように関連しているかを調査することである.矯正治療の方法によっては咬合形態,特に幅径やアーチフォームが大きく変化する場合がある.特に,幅径の変化は矯正治療後の安定性に影響するという報告があるが(Vanalsdal R.,2000),これらの咬合形態の変化と顎運動の関連が機能時の力学的バランスに変化をもたらし,咬合の安定性が得られているのかもしれない.そこでまず,長期安定性が臨床的に示されているCetlinの方法に従ってリップバンパーによって筋の再教育を行った結果,歯列がどのように変化するかを調べた.その結果,幅径の拡大,特に小臼歯部における幅径の拡大が著しく,受動的な歯列の発達が得られることがわかった.さらに,これら歯列の発達が,どのような歯の動きでもたらされているのかについて調査したところ,臼歯部の頬舌的,近遠心的製直と遠心への回転が互いに関連しながら起こっていることが明らかとなった.これらの歯列の変化は約1年以内に達成されており,顔面幅径の成長変化よりもはるかに大きな変化が得られている.つまり,顎運動に影響すると思われる顎関節・顎顔面形態・咬合のうち,咬合だけが短期間に変化していると言うことである.しかも,幅径が大きくなっていると言うことは,関節に対する相対的な位置づけが変わるということであり,顎運動は歯軸に対してより垂直的に行われるようになり,このことが咬合安定の一助となっている可能性があることが示唆された.また,さらにこれらのデータをデータベース化し,様々な形態計測値と顎運動の関連を調べる予定である.顎運動計測における種々のパラメーターに影響を与える因子として咬合異常や顎関節機能異常など指摘されている.しかし,咬合や関節以外にも顎運動パラメーターに影響を与えているであろう因子として,顎顔面形態があげられる.本研究の目的は,各種顎運動パラメータにおいて咬合および顎顔面形態がそれぞれどのように関連しているかを調査することであり,本年度は資料採取を開始し,計測システムの確立を目指した.資料として,大阪歯科大学附属病院矯正歯科を受診する不正咬合患者について,初診時に,模型・正側貌セファロ・顎運動を採得した.計測システムの確立としては,3Dオクルゾグラムソフトウェアの開発と,顎連動データトランスファーシステムの開発に着手した.3Dオクルゾグラムソフトウェアは顎顔面形態の中で咬合の占める位置を評価するものである.咬合面観写真をスキャニングし,コンピューター内に取り込み,これをセファロトレースと切歯の位置を基準として重ね合わせる.モニター上で,各歯の位置をポイントし,それぞれの座標値から歯の位置を算出する.こうすることにより,歯の移動様相を3次元的に比較することが出来るようになった。顎運動データトランスファーシステムは,顎運動計測装置(ナソヘキサグラフ)のデータを任意の計測ポイントで表示できるように変換するシステムである.特に,咬合器上に装着した各歯の動きを表示できるように変換するシステムについて,上記3Dオクルゾグラムと統合し,矯正学的に歯を移動させたときの顎運動の変化について計測できるようにする.また,これらのデータ保管方法として,画像を含むデータベースシステムの開発に着手した.データ保管場所とインターフェース部分を独立させたもので,様々なデータの組み合わせを分析できるようにする予定である.顎運動計測における種々のパラメーターに影響を与える因子として咬合異常や顎関節機能異常などが指摘されている.しかし,本来咬合形態や顎顔面形態,顎関節形態はバリエーションに富むものであり,これらの形態の違いと顎運動との関連は余り研究されてこなかった.本研究の目的は,各種顎運動パラメータにおいて咬合および顎顔面形態がそれぞれどのように関連しているかを調査することである.矯正治療の方法によっては咬合形態,特に幅径やアーチフォームが大きく変化する場合がある.特に,幅径の変化は矯正治療後の安定性に影響するという報告があるが(Vanalsdal R.,2000),これらの咬合形態の変化と顎運動の関連が機能時の力学的バランスに変化をもたらし,咬合の安定性が得られているのかもしれない.そこでまず,長期安定性が臨床的に示されているCetlinの方法に従ってリップバンパーによって筋の再教育を行った結果,歯列がどのように変化するかを調べた.その結果,幅径の拡大,特に小臼歯部における幅径の拡大が著しく,受動的な歯列の発達が得られることがわかった.さらに,これら歯列の発達が,どのような歯の動きでもたらされているのかについて調査したところ,臼歯部の頬舌的,近遠心的製直と遠心への回転が互いに関連しながら起こっていることが明らかとなった.これらの歯列の変化は約1年以内に達成されており,顔面幅径の成長変化よりもはるかに大きな変化が得られている.つまり,顎運動に影響すると思われる顎関節・顎顔面形態・咬合のうち,咬合だけが短期間に変化していると言うことである.しかも,幅径が大きくなっていると言うことは,関節に対する相対的な位置づけが変わるということであり,顎運動は歯軸に対してより垂直的に行われるようになり,このことが咬合安定の一助となっている可能性があることが示唆された.
大学生の経験学習と人生の見通しの形成の関係構造についての理論的・実証的研究

本研究の目的は、大学生の〈経験学習〉と〈人生の見通しの形成〉との関係構造を解明することにある。1.理論研究として、人生の見通しの形成の基礎となるアイデンティティ形成と学習との関係の構造を究明した。社会的・個人的・自我という3対からなるアイデンティティ形成モデルと学習理論の関係について、理論的に説明する課題に取り組み、「大学生の学習とアイデンティティはどのような関係にあるのかー学習とアイデンティティ形成の3対モデルの縫合ー」『京都大学高等教育研究』(単著)および「アクティブラーニングおよび主体的・対話的で深い学びと学生の成長のあいだにはどのような関係があるのか」『社会システム研究』(単著)を公刊した。2.実践研究として、大学生の成長理論の概念を用いて学生の経験からの学びと成長を明らかにする研究を進め、「大学生の成長理論を通してみるー長期インターンシップ経験学生の成長とその要因」『京都大学高等教育研究』(第二著者)が公刊された。長期インターンシップ・プログラムを運営し、学生の追跡インタビューを行う第一著者とともに、学生の語りから見えてくる学びと成長と学生の成長理論を接合した。また、「課外自主活動における学生の成長ーワークショップによる成長調査を通じて」『立命館高等教育研究』(第二著者)では、大学生の成長支援を進める第一著者の職員と教職共同でプロジェクトに取り組み、学生支援型ワークショップを開発した。「『体験の言語化』の多分野への展開とその可能性」『第25回大学教育研究フォーラム発表論文集』の発表では、体験の言語化手法の広がりとそこにある陥穽と契機について自己前提の批判的検討を行う議論を整理した。大学生の〈経験学習〉と〈人生の見通しの形成〉との関係構造を解明するという研究課題に対し、今年度は、理論研究の点での前進が見られた。経験学習については、概念的な定義の曖昧さがこれまでも指摘されており、学習理論やアクティブラーニングといったより広い脈絡から経験学習を位置づける必要性が指摘されていた。今年度の研究では、より広い脈絡から学習を捉えつつ、アイデンティティ理論として社会的・個人的・自我という3対からなるアイデンティティ形成モデルを成長の軸として措定することで、両者の関係性の明確化という課題に取り組んできた。その結果、学習研究の諸概念、大学生の成長理論の諸概念、構造とエージェンシーをめぐるトランジション研究およびライフコース研究の諸概念を同一の理論平面に並べて結びつけることができた。この到達点は、今後の実践研究と実証研究に対する枠組みを提供するものである。並行して、実践研究では、そのような理論的アイデアと呼応する実践のあり方および実践研究のあり方を検討した。実践研究としては、大学生の成長理論およびアイデンティティ形成理論の諸概念と実際の学生の成長の実態(学生が語る成長のナラティブ)と関連づける作業を行なった。長期インタビューの結果により見出された「時間をかけて自分が変化していくことを信じられるマインドセット」という成長の姿は、既存の理論概念に基づきつつ、新たな学生の姿を複合的に捉える見方として創出されており、理論と実践が相互に形成しあう可能性の実現の1つである。また、学生の成長支援型ワークショプの方法論は、「結果のための道具の方法論」を拒否して「結果と道具の方法論」の体現ととらえうるものであり、実際に学生の成長支援につながっている点で有意義である。以上を踏まえ、本研究課題は、おおむね順調に進行していると判断した。〈経験学習〉と〈将来の人生展望の形成〉における関係構造の基礎をなす学習とアイデンティティ形成の関連性についての理論研究が一定進んできたことで、大学生の成長理論の諸概念をそれらに位置づけていくという課題が見出された。具体的には、大学生のリーダーシップ発達およびセルフ・オーサーシップ発達の概念を位置づけること、また大学生の成長理論の展開を跡づけ、今後の研究課題を展望することが課題となる。理論研究を踏まえた実践および実践研究をさらに推進することが課題である。理論の役割はデータの解釈を可能にするとこにある。したがって、大学生の成長理論だけでなく、学習とアイデンティティ形成の関係性を踏まえた学生の成長実態の解釈に生かしていくことが実践研究の課題である。また、学習とアイデンティティ形成の関連性の検討から見出されてきたアイデアをもとに実践の中の学びと成長の実態を把捉する実証研究も課題となる。具体的には、課外活動を通じた学生の成長の実態把握の実証研究が次の研究課題として設定される。さらに、これまでに取り組まれている学生の成長を実態把握する実証研究の知見を理論に関連づけて再総合することも研究課題として見据えている。

長期インターンシップ・プログラムを運営し、学生の追跡インタビューを行う第一著者とともに、学生の語りから見えてくる学びと成長と学生の成長理論を接合した。また、「課外自主活動における学生の成長ーワークショップによる成長調査を通じて」『立命館高等教育研究』(第二著者)では、大学生の成長支援を進める第一著者の職員と教職共同でプロジェクトに取り組み、学生支援型ワークショップを開発した。「『体験の言語化』の多分野への展開とその可能性」『第25回大学教育研究フォーラム発表論文集』の発表では、体験の言語化手法の広がりとそこにある陥穽と契機について自己前提の批判的検討を行う議論を整理した。大学生の〈経験学習〉と〈人生の見通しの形成〉との関係構造を解明するという研究課題に対し、今年度は、理論研究の点での前進が見られた。経験学習については、概念的な定義の曖昧さがこれまでも指摘されており、学習理論やアクティブラーニングといったより広い脈絡から経験学習を位置づける必要性が指摘されていた。今年度の研究では、より広い脈絡から学習を捉えつつ、アイデンティティ理論として社会的・個人的・自我という3対からなるアイデンティティ形成モデルを成長の軸として措定することで、両者の関係性の明確化という課題に取り組んできた。その結果、学習研究の諸概念、大学生の成長理論の諸概念、構造とエージェンシーをめぐるトランジション研究およびライフコース研究の諸概念を同一の理論平面に並べて結びつけることができた。この到達点は、今後の実践研究と実証研究に対する枠組みを提供するものである。並行して、実践研究では、そのような理論的アイデアと呼応する実践のあり方および実践研究のあり方を検討した。実践研究としては、大学生の成長理論およびアイデンティティ形成理論の諸概念と実際の学生の成長の実態(学生が語る成長のナラティブ)と関連づける作業を行なった。長期インタビューの結果により見出された「時間をかけて自分が変化していくことを信じられるマインドセット」という成長の姿は、既存の理論概念に基づきつつ、新たな学生の姿を複合的に捉える見方として創出されており、理論と実践が相互に形成しあう可能性の実現の1つである。また、学生の成長支援型ワークショプの方法論は、「結果のための道具の方法論」を拒否して「結果と道具の方法論」の体現ととらえうるものであり、実際に学生の成長支援につながっている点で有意義である。以上を踏まえ、本研究課題は、おおむね順調に進行していると判断した。〈経験学習〉と〈将来の人生展望の形成〉における関係構造の基礎をなす学習とアイデンティティ形成の関連性についての理論研究が一定進んできたことで、大学生の成長理論の諸概念をそれらに位置づけていくという課題が見出された。具体的には、大学生のリーダーシップ発達およびセルフ・オーサーシップ発達の概念を位置づけること、また大学生の成長理論の展開を跡づけ、今後の研究課題を展望することが課題となる。
大腸菌呼吸鎖電子伝達酵素複合体の構造生物学による全体像の解明

1)酸化還元中心を結合するサブユニットの構造ドメインに着目し、好気的呼吸鎖電子伝達系の4つの超分子複合体、すなわち、NADH脱水素酵素(複合体I)、コハク酸脱水素酵素(複合体II)、チトクロムbc_1複合体(複合体III)、末端酸化酵素(複合体IV)が分子共生と呼ぶべきダイナミックな再編成過程を経て進化してきたことを明らかにした。2)大腸菌チトクロムbo型ユビキノール酸化酵素を末端酸化酵素のモデル系として、サブユニットIの高スピンヘムーCu_B複核中心で、高スピンヘムに結合した酸素分子の0=0結合が解裂してオキシ中間体からフェリル中間体ができる過程で、Tyr288残基が酸塩基触媒として働いて自らはプロトンと電子を供給して中性ラジカルになったパーフェリル中間体を経由することを明らかにした。更に、1-^<13>C-Tyrや4-^<13>C-Tyrで標識した酵素標品を用い、酸素還元反応場での蛋白微細構造変化を解析し、完全酸化型から完全還元型への変換過程で、チロシン残基側鎖のプロトン化は観察されず、Kチャネル末端にあるTyr288残基の主鎖構造がGlu286側鎖の水素結合変化と平行して変化することを明らかにし、サブユニットIのヘリックスVIの構造変化が酵素の還元に伴うチャネルの機能制御に重要な役割を果していることを示唆する結果を得た。3)X線構造解析では同定できないチトクロムbo型ユビキノール酸化酵素の2つのキノン酸化還元部位の構造を解明するために2種類のアジドユビキノンを合成し、光親和性標識実験系を構築した。4)パルスラジオリシス法で、Cu_B中心がヘム間の電子移動に重要な役割を果すことを示した。5)グリセロール密度平衡遠心やヒドロキシアパタイトHPLCステップを従来の精製法に加え、結晶化条件の改善に不可欠な無傷の複合体純度を向上させることが可能になった。大腸菌細胞膜は、好気的呼吸鎖電子伝達系のNADH脱水素酵素、コハク酸脱水素酵素(SDH)、2種類の末端酸化酵素(チトクロムboおよびbd型ユビキノール酸化酵素)を過剰発現させる系がそれぞれ確立されており、「膜結合型マシーナリー」研究の優れた材料である。本年度は、SDHをポリオキシエチレン系のC_<12>E_8で、末端酸化酵素をオクチルチオグルコシドまたはシュクロースモノラウレートで可溶化し陰イオン交換HPLCで精製する従来の手法を改良しグリセロール密度平衡遠心法およびヒドロキシアパタイトHPLCによって無傷の複合体純度を向上させることが可能になった。次年度は、構造生物学的研究に発展させるため、これらの標品を用いた結晶化条件の検討を行なう。また、結晶構造からは同定できない低親和性基質酸化部位の構造特性を、基質アナログ耐性変異、^<13>C-ユビキノン2や阻害剤aurachinCアナログの結合反応、チトクロムc酸化酵素とのドメインキメラの解析によって、チトクロムboを用いて明らかにした。更に、各酵素複合体の固有な立体構造と特異機能を対応付けるため、末端酸化酵素の酸素分子還元部位へのシアン、アザイド、ふっ素の結合機作を解析し、パルスラジオリシス法やフローフラッシュ法などの過渡吸収法を用いて分子内電子移動を明らかにした。反応中心の動態に関しては、末端酸化酵素の酸化型から完全還元型への変換過程での酵素タンパク質の微細構造変化をアミノ酸置換変異体や^<13>C-Tyr標識酵素などを用いて明らかにした反応過程の連続的な追跡は、新たに開発した分子内電荷移動を時間分解測定できる実験系や時間分解FTIR分光器の適用によって可能となった。

5)グリセロール密度平衡遠心やヒドロキシアパタイトHPLCステップを従来の精製法に加え、結晶化条件の改善に不可欠な無傷の複合体純度を向上させることが可能になった。
メタマテリアルによるテラヘルツ電磁波の制御

本年度では、以下の研究成果を得た。(1)フラックス法及びイメージ炉による強誘電体単結晶の育成と試料作製昨年度に引き続き、フラックス法による強誘電体単結晶Bi_4Ti_3O_<12>および,Bi_<4-x>La_xTi_3O_<12>混晶を育成した。誘電率測定,示差熱分析および偏光顕微鏡観察により、Bi_<4-x>La_xTi_3O_<12>混晶の温度濃度相図を明らかにした。Bi_4Ti_3O_<12>の分極反転可過程のその場観察により、90°ドメインを有する系の分極反転機構についてランダウ・ギンツブルグ理論に基づき考察した。(2) H字型フラクタルアンテナの作製とテラヘルツ波発振特性の評価自己相似構造であるH字型フラクタルによりテラヘルツ電磁波が局在することに着目し、高抵抗GaAs基板上にH字フラクタル構造を持つアンテナを金蒸着法に作製した。その発振特性をテラヘルツ時間領域分光により測定し、共鳴効果による増強の程度を見積った。共鳴効果により、発振を大きく制御できることを実証した。(3)電子バンド理論による負の透磁率を持つ可能性をある物質の物性パラメーターの探索メタマテリアルのバンド構造解明のためには、磁化と電気分極を同時に再現する理論が必要である。それを実現する第一原理計算理論の開発には、われわれの「拡張された制限つき探索理論」が不可欠である。本年度は、昨年度整備を行った磁化を扱うための理論(電流・スピン密度汎関数理論)にさらに電気分極を取り込む試みを行った。電気分極は波動関数のベリー位相と密接に関連しており、「拡張された制限つき探索理論」で扱うことが可能であることがわかった。煩雑な定式化は完了し、数値計算可能であることを確認した。本研究では、極性ファノンをもつある種の強誘電体では、テラヘルツ領域においてその振動数の近傍において誘電率が0を切って負の値を示すことに着目した。特に誘電率が0に極めて近い振動数を持つ電磁波をこの強誘電体内部で発生させると外部に放射される電磁波は境界面にほとんど垂直に放射される。一般の極性フォノンは中赤外より短い波長(高い振動数)領域にあり誘電率が負となることは実際には極めて稀である。ところが、幾つかの強誘電体の強誘電相転移に関与するソフトフォノンでは、テラヘルツ領域において実際に誘電率が負となる。本研究はこの誘電率が極めて0に近いもしくは負となる領域における物質中の電磁波伝播特性を理論的に解明しかつテラヘルツ電磁波の制御を実証することを目的とする。(1)フラックス法及びイメージ炉による強誘電体単結晶の育成と試料作製現有の単結晶育成装置により、強誘電体単結晶(Bi_4Ti_3O_<12>)を育成した。Bi_4Ti_3O_<12>及び既に育成していた強誘電体Li_2Ge_7O_<15>の平行平板試料を作製した。(2)フォノン・ポラリトン分散関係及び複素誘電関数の決定現有のテラヘルツ時間領域分光システム(THz-TDS)を用いBi_4Ti_3O_<12>及びLi_2Ge_7O_<15>平行平板試料の透過スペクトルを測定し、フォノン・ポラリトン分散関係及び複素誘電関数を決定した。(3)強誘電体ホールアレイの作製とTHz透過特性の測定超音波加工により、厚さ0.5mmのLi_2Ge_7O_<15>平行平板試料に直径0.2mmの穴を正方格子状に20×20個開けて強誘電体ホールアレイを作製した。THz-TDSにより、透過スペクトルを測定し、振動数5cm-1のソフトフォノンモードと50cm-1の極性フォノンモードの様子を考察中である。(4)H字型フラクタルの作製とTHz透過特性の測定高抵抗シリコン基板にH字型自己相似パターンを金蒸着し、H字型フラクタル試料を作製した。THz-TDSにより透過スペクトルを測定し、共鳴モードのステージ数、線幅、角度依存性を調べた。(5)電子バンド理論により、負の透磁率を持つ可能性をある物質の物性パラメーターを探索中である。(1)フラックス法及びイメージ炉による強誘電体単結晶の育成と試料作製フラックス法による強誘電体単結晶Bi_4Ti_30_<12>および,Bi_<4-x>La_xTi_30_<12>

混晶を育成した。誘電率測定,DTA測定およ偏光顕微鏡観察により,Bi_<4-x>La_xTi_30_<12>混晶の温度濃度相図を明らかにした.Bi_4Ti_30_<12>の分極反転可過程のその場観察により,90°ドメインを有する系の分極反転カイネチクスを明らかにした.(2)H宇型フラクタルの作製とTHz透過特性の測定自己相似構造であるH字型フラクタルによりテラヘルツ電磁波が局在することを実験及び数値解析により検証し、論文とした。高抵抗シリコン基板上にH字パターンを自己相似的に描き、その透過特性をテラヘルツ時間領域分光により測定し、共鳴モードの存在を確認し、その局在モードパターンを数値解析により特定した。共鳴波長のステージ数およびライン幅依存性を詳細に調べ、ステージ数を上げることにより構造体自身の面積をさほど変えることなしに共鳴波長を大きく制御できることを実証した。(3)電子バンド理論による負の透磁率を持つ可能性をある物質の物性パラメーターの探索メタマテリアルのバンド構造解明のためには,磁化と電気分極を同時に再現する理論が必要である。「拡張された制限つき探索理論」を適用すれば可能と思われるが,本年度はまず磁化を扱うための理論の整備を行った。すなわち、電流密度汎関数理論(CDFT)の交換相関エネルギー汎関数の構築である。開発した汎関数はその有効性が一様系で確認され,磁化を取り込む準備は整ったと言える。電気分極の取り込みについての考察も始まった。本年度では、以下の研究成果を得た。(1)フラックス法及びイメージ炉による強誘電体単結晶の育成と試料作製昨年度に引き続き、フラックス法による強誘電体単結晶Bi_4Ti_3O_<12>および,Bi_<4-x>La_xTi_3O_<12>混晶を育成した。誘電率測定,示差熱分析および偏光顕微鏡観察により、Bi_<4-x>La_xTi_3O_<12>混晶の温度濃度相図を明らかにした。Bi_4Ti_3O_<12>の分極反転可過程のその場観察により、90°ドメインを有する系の分極反転機構についてランダウ・ギンツブルグ理論に基づき考察した。(2) H字型フラクタルアンテナの作製とテラヘルツ波発振特性の評価自己相似構造であるH字型フラクタルによりテラヘルツ電磁波が局在することに着目し、高抵抗GaAs基板上にH字フラクタル構造を持つアンテナを金蒸着法に作製した。その発振特性をテラヘルツ時間領域分光により測定し、共鳴効果による増強の程度を見積った。共鳴効果により、発振を大きく制御できることを実証した。(3)電子バンド理論による負の透磁率を持つ可能性をある物質の物性パラメーターの探索メタマテリアルのバンド構造解明のためには、磁化と電気分極を同時に再現する理論が必要である。それを実現する第一原理計算理論の開発には、われわれの「拡張された制限つき探索理論」が不可欠である。本年度は、昨年度整備を行った磁化を扱うための理論(電流・スピン密度汎関数理論)にさらに電気分極を取り込む試みを行った。電気分極は波動関数のベリー位相と密接に関連しており、「拡張された制限つき探索理論」で扱うことが可能であることがわかった。煩雑な定式化は完了し、数値計算可能であることを確認した。