hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞移入による誘導型腸炎モデルにおけるIELの機能解析

炎症性腸疾患の背景には本来異物を認識する免疫系の異常が存在し、典型T細胞だけでなくTreg、IEL等の非典型T細胞が重要な役割を有すると考えられている。本研究では、炎症性腸疾患におけるT細胞の作用を解明する目的で、T細胞特異的遺伝子群(ISC113)の機能解明を行なった。その結果、T細胞特異的遺伝子ISC4とT細胞内で結合することが推定される新規タンパク質を同定することができた。炎症性腸疾患の背景には、本来異物や異常な自己成分を認識、排除する免疫系の異常が存在すると推定されており、免疫応答の司令塔であるT細胞の分化及び機能の機構解明は急務である。T細胞のうちTCRαβ陽性CD8αα陽性腸管上皮内リンパ球(以下IEL)は胸腺で自己抗原に強く反応して分化し、末梢組織においては誘導型腸炎を抑制することが知られているものの、その分化および作用の機序については未知な点が多い。本研究ではIELの分化および活性化の機構を、遺伝子発現の変化に着目して解明することを目的とする。研究計画【1】IELによる腸炎抑制の機構解明について、免疫不全マウスへのIEL移植の予備実験および腸炎誘導の予備実験を行った。腸炎誘導実験については、細胞移入の約2ヶ月後に20%の体重減少と腸炎を発症することを確認した。IEL移植については、既報と同様の手法を用いたが腸管への生着率が低かったため、移植前のIEL精製方法の条件検討が必要となった。具体的にはセルソーターを用いたIEL精製時の細胞生存率の改善、in vitroにおけるIELの増幅およびIEL前駆細胞の分化条件の検討を行ない、現在良好な成績を得つつある。研究計画【2】IELの分化・活性化に重要な分子の探索典型T細胞分化が著しく阻害される新奇低分子量G蛋白質RhoHノックアウトマウスにおいて、IEL分化は正常におこる。しかしながら、RhoHノックアウトIELをin vitroで刺激してサイトカイン産生を検討したところ、RhoHはIELの分化には必要ないが、活性化IELのサイトカイン産生には必要な分子であるという結果を得た。次にIELの分化に重要な遺伝子の網羅的な発現解析を行うために、IEL前駆細胞およびIELの精製を行った。T細胞には典型的T細胞(CD8陽性キラー/CD4陽性ヘルパー)に加えて、非典型的T細胞(制御性T細胞、NKT細胞および腸管上皮内リンパ球)が存在し、その免疫制御活性が近年注目されている。腸管上皮内リンパ球のうち、TCRαβCD8ααIEL(以下IEL)は胸腺で自己抗原に強く反応して分化し(アゴニストセレクション)、誘導型腸炎の抑制能を有することが知られているものの、分化・活性化の機序については未知な点が多い。本研究では、IELの分化・活性化機構の解明を目的とし、以下の2つの課題に取り組んだ。課題1腸炎抑制の機構解明に関して、26年度は免疫不全マウスにおけるIEL移植の手法確立がほぼ終了した。またin vitroにおいてIELとエフェクター細胞とを共培養した時、エフェクターの増殖抑制能を有するという予備的な実験結果を得た。抑制活性の詳細を解析するために、その細胞学的解析すなわちサイトカイン産生や、細胞表面マーカーの解析を進めている。課題2分化・活性化に重要な分子に関して、ISC1はIELの分化に関与しないが、サイトカイン産生に必須であることが明らかになった。また、IEL前駆細胞(TP細胞)の解析に関しては、TP細胞を用いる代わりに本年度他のグループから報告されたDP(lo) PD1(hi)細胞を用いることとし、現在解析を進めている。疾患のコントロールに向けたT細胞の分化・活性化機構の解明には、その細胞内シグナル伝達の全貌の解明が必要である。我々は、T細胞のシグナル伝達を明らかにするためには、胸腺に特異的に発現する機能未知遺伝子の抽出と、候補遺伝子の胸腺細胞および成熟T細胞における機能の解明が有効であると考えた。まず、新規T細胞特異的遺伝子群の、非典型T細胞分化・活性化および腸炎発症における機能解析を行った。すなわち、それぞれの遺伝子の欠損変異体マウスを作成し、T細胞分化および活性化における機能、特に腸炎発症における当該遺伝子の寄与を検討した。その結果、ISC1(RhoH)は典型T細胞およびTregの分化に重要であるがIELの分化には必要ないこと、ISC13はT細胞の分化・活性化に必要ないことが明らかになった。ISC4(Themis)は、典型T細胞の分化に必須の遺伝子であるが、変異ラットにおいて自己免疫性の腸炎を発症することが報告されている。そこでTreg特異的ISC4欠損マウスを作成し、腸炎発症を検討したがいずれも正常であった。次にISC4の結合パートナーの探索を行った。胸腺細胞を用い、抗ISC4抗体を用いた免疫沈降並びにプロテオミクス解析を行った。その結果、新規結合タンパク質を4つ同定することができた。

さらにこれらのうち一部については培養細胞を用いた検討において、当該タンパク質とThemisとの相互作用がTCR刺激依存的に増強することを示唆する結果を得た。今後は胸腺細胞内におけるこれらタンパク質の動態およびT細胞分化における機能について解析を進める。炎症性腸疾患の背景には本来異物を認識する免疫系の異常が存在し、典型T細胞だけでなくTreg、IEL等の非典型T細胞が重要な役割を有すると考えられている。本研究では、炎症性腸疾患におけるT細胞の作用を解明する目的で、T細胞特異的遺伝子群(ISC113)の機能解明を行なった。その結果、T細胞特異的遺伝子ISC4とT細胞内で結合することが推定される新規タンパク質を同定することができた。課題【1】に関して、前年度はIEL精製が技術的に難航したが、今年度は精製法の向上をはかることができた。また、in vitroにおけるエフェクターT細胞とIELとの共培養実験から、IELがエフェクター抑制活性を有するという予備的な実験結果を得ることができた。課題【2】に関して、ISC1KOIELの解析を行った。また、IEL前駆細胞とIELの遺伝子発現解析については、今年度他のグループにより新たなIEL前駆細胞(DPlo PD1hi)が報告されたため、DPlo細胞を用いた生化学的解析を開始した。免疫学課題【1】に関しては、活性化IELの細胞学的および生化学的表現型の解析を行う。具体的には、細胞表面マーカー、細胞死率、細胞内サイトカイン産生について検討するとともに、発現する遺伝子の違いについて検討を行う。課題【2】に関して、26年に他の研究グループから、IEL前駆細胞はTriple positive(TP)細胞ではなくDP(lo)-PD1 hi細胞であることを示唆する発表がなされた。そのため、これまでに計画していたTP細胞の解析ではなく、DP(lo)-PD1細胞に着目し、IELとの差異を比較検討する。研究計画【1】に関して、免疫不全マウスの維持のため、戻し交配によるマウス作製が必要となった。また、IEL移植に関しては、既報の通りIEL移植を行ったが腸管上皮内への生着の確認が困難であり、腸管上皮以外のリンパ系組織(腸間膜リンパ節、鼠径部リンパ節および脾臓)への生着も確認されなかったため、移植後に細胞が死滅したことをまず疑った。移植細胞の生存率を向上する目的で、セルソーターを用いた精製時にウシ血清濃度を上げた他、研究計画のトラブルシューティングに記したとおり、IELをIL-15を用いてin vitroで分化、増殖させる手法の条件検討を行い、良好な結果を得つつある。これと並行して、IEL前駆細胞の移入実験も進行中である。計画【2】については、おおむね順調に進んでいる。第二子出産のため、26年度に産休を取得し研究中断したため。研究計画【1】に関しては、IELの腸管上皮内への生着率が低く、過去の文献においても移植直後にIELの上皮内生着を確認したものが存在しないことから、IELが腸炎を抑制する場が腸管上皮内以外の場所である可能性も視野にいれて解析を行う。IELによる腸炎抑制を確認したら、研究計画に沿って、その遺伝子発現の変化を解析する。計画【2】に関しては、25年度に精製したIEL前駆細胞およびIELを用いて、遺伝子発現解析を行い、重要な遺伝子のリストアップを行う。
脂質分布ナノスケール解析技術確立による生体膜脂質トポロジー形成の生物学的意義解明

酵母細胞でのホスファチジルイノシトール4リン酸(PtdIns(4)P)を標識する技術を開発し,哺乳類培養細胞におけるオートファゴソームでのPtdIns(4)Pのナノスケールでの分布解析を行った.哺乳類培養細胞には,Huh7細胞を用いた.オートファジーの誘導には,オートファゴソームと後期エンドソームの融合を抑制するBafilomycin A1存在下に,オートファジー誘導を制御しているmTOR蛋白質の抑制剤であるTorin1を処置することにより行なった.BafilomycinA1存在下にTorin1を処置することにより,オートファジー誘導のマーカーであるLC3の発現が有意に促進されていることがわかる.Torin1とBafilomycin A1処置Huh7細胞を急速凍結し,細胞のレプリカを電子顕微鏡で観察すると,オートファゴソームの特徴である膜内粒子のない二重膜が多数観察された.抗PtdIns(4)P抗体で標識すると,オートファゴソームの二重膜のうち,内膜,外膜共に内葉(細胞質側)にPtdIns(4)Pが局在することがわかった.また,オートファゴソームのマーカーであるLC3B, GABARAPL1, GABARAPL2, Rab7との二重標識を行った.LC3B, GABARAPL1, GABARAPL2およびRab7はPtdIns(4)Pと同様にオートファゴソームの外膜,内膜共に内葉に局在が確認できた.しかしながら,予想に反し,PtdIns(4)Pの標識はLC3B,GABALAPL1およびGABALAPL2とは共局在しなかった.これに反し,Rab7の標識はPtdIns(4)Pとオートファゴソーム上で共局在した.Rab7はオートファゴソームの形成の後期に局在することが知られており,PtdIns(4)Pはオートファゴソームの形成後期に発現することが示唆された.イノシトールリン脂質のPtdIns(4)Pを標識し,哺乳類細胞のオートファゴソームでの微細局在について検討を行うことができた.ホスファチジルセリンやコレステロールなど,他の脂質の標識プローブを作成し,哺乳類培養細胞の細胞膜や細胞内小器官の生体膜での微細局在を検討する方法の確立を進める.酵母細胞でのホスファチジルイノシトール4リン酸(PtdIns(4)P)を標識する技術を開発し,哺乳類培養細胞におけるオートファゴソームでのPtdIns(4)Pのナノスケールでの分布解析を行った.哺乳類培養細胞には,Huh7細胞を用いた.オートファジーの誘導には,オートファゴソームと後期エンドソームの融合を抑制するBafilomycin A1存在下に,オートファジー誘導を制御しているmTOR蛋白質の抑制剤であるTorin1を処置することにより行なった.BafilomycinA1存在下にTorin1を処置することにより,オートファジー誘導のマーカーであるLC3の発現が有意に促進されていることがわかる.Torin1とBafilomycin A1処置Huh7細胞を急速凍結し,細胞のレプリカを電子顕微鏡で観察すると,オートファゴソームの特徴である膜内粒子のない二重膜が多数観察された.抗PtdIns(4)P抗体で標識すると,オートファゴソームの二重膜のうち,内膜,外膜共に内葉(細胞質側)にPtdIns(4)Pが局在することがわかった.また,オートファゴソームのマーカーであるLC3B, GABARAPL1, GABARAPL2, Rab7との二重標識を行った.LC3B, GABARAPL1, GABARAPL2およびRab7はPtdIns(4)Pと同様にオートファゴソームの外膜,内膜共に内葉に局在が確認できた.しかしながら,予想に反し,PtdIns(4)Pの標識はLC3B,GABALAPL1およびGABALAPL2とは共局在しなかった.これに反し,Rab7の標識はPtdIns(4)Pとオートファゴソーム上で共局在した.Rab7はオートファゴソームの形成の後期に局在することが知られており,PtdIns(4)Pはオートファゴソームの形成後期に発現することが示唆された.イノシトールリン脂質のPtdIns(4)Pを標識し,哺乳類細胞のオートファゴソームでの微細局在について検討を行うことができた.ホスファチジルセリンやコレステロールなど,他の脂質の標識プローブを作成し,哺乳類培養細胞の細胞膜や細胞内小器官の生体膜での微細局在を検討する方法の確立を進める.
セルロース系多糖の特性担持型ネットワークを活用した無機とのニューハイブリッド創製

セルロース及び関連多糖の分子集合特性を担持させたポリマーネットワークの場で無機成分との新規なハイブリッド化を試み、先進機能材料の開発に寄与しうる基盤研究を遂行した。層状複水酸化物がセルロースアセテートの相溶ポリマーブレンド中に層剥離してナノ分散した無機強化型複合材料、および磁性酸化鉄が多糖ベースのポリマーゲルにナノ充填し且つ変形軸に沿って配列した磁気異方性材料の各創製に成功した。さらに、セルロース誘導体のコレステリック液晶を固定化したポリマーフィルムへのアパタイトハイブリッドや、同液晶系でのアルコキシシランのゾルーゲル反応を介したキラルなシリカモノリスの創製についても成功例を提示しえた。セルロース及び関連多糖のナノメゾ領域の分子集合特性を担持させたネットワークの場で「無機物を有機相に取り込む包埋型ハイブリッド」と「有機相の構造・機能を無機相成長に反映させる転換型ハイブリッド」の各創製を目指した試料調製と測定・解析を行い、以下の成果を得た。1.包埋型ハイブリッドに関して(1)セルロースアセテート(CA;置換度(DS)>1,80)とポリアクロイルモルホリン(PACMO)のブレンドは相溶系であり、固体^<13>C NR測定により混合スケールは約2mm以下であると評価した。無機フィラーとしてMg-Al型層状複水酸化物(LDH)を合成し、種々の官能基をもつ脂肪族オリゴマーで層間修飾を施した。修飾LDH共存下でのACMOモノマーの重合を介してLDHのナノ層剥離を達成し、無機フィラーで強化されたPACMO/CA相溶ブレンドフィルムの作製に成功した。(2)セルロース/ポリビニルアルコール(PVA)およびカラギーナン/PVAの複合ゲルの両マトリックスに酸化鉄のin situ合成法を適用し、常温超磁性体を得た。後者の系は延伸配向によって明確な磁気異方性を示すことが判った。2.転換型ハイブリッドに関して(1)アクリル酸(AA)を溶媒としたエチルセルロース(EC)の液晶溶液から重合硬化法によりEC/PAA液晶複合フィルムを調製しえた。当該フィルムをカルシウムイオンとリン酸イオンをそれぞれ含む各水溶液に交互浸漬し、ヒドロキシアパタイトの沈着生成を検討した。pH=12-13の条件下で液晶フィルム内部にまで無機成長が進行することが判った。(2)セルロース4-クロロフェニルカルバメートがテトラメトキシシラン(TMOS)/ジメチルホルムアミド中でコレステリック液晶を形成すること、およびTMOSのゾルーゲル反応を経て選択反射色を示す複合固体が得られることが判った。3.上記1と2に関連した相溶ブレンド系(含グラフトポリマー)と液晶複合系の構造および熱・光学特性を評価した。セルロースおよび関連多糖のナノメゾ領域の分子集合特性を担持させたネットワークの場で「無機物を有機相に取り込む包埋型ハイブリッド」と「有機相の構造・機能を無機相形成に反映させる転換型ハイブリッド」の各創製を目指した研究を行い、以下の成果を得た。1.包埋型ハイブリッド(1)アクリロイルモルホリン(ACMO)とメタクリル酸メチル(MMA)のランダム共重合体P(ACMO-co-MMA)とセルローストリアセテート(CTA)との相溶性を、共重合組成の関数として評価した。相溶フィルムの高透明性と延伸配向性を確認した。該フィルムへの層状クレイのナノ配合に伴い力学強度は向上し、光学異方性もある程度までは制御可能となった。(2)カラギーナン(Car)/セルロースナノクリスタル(CNC)系に磁性酸化鉄をナノ充填したゲル状試料から、延伸配向処理して磁気異方性を示すフィルムを作製しえた。2.転換型ハイブリッド(1)ヒドロキシプロピルセルロース/ポリアクリル酸から成るコレステリック液晶固定化フィルムを調製した。該フィルムの膨潤ゲルにアパタイトを取り込み、長波長側に呈色移動した無機ハイブリッドフィルムを作製しえた。(2)セルロース4ークロロフェニルカルバメートの左巻きコレステリック液晶構造およびセルロース3ークロロフェニルカルバメートの右巻きコレステリック液晶構造がそれぞれ固定化されたシリカモノリスを作製し、円偏光に対するキラル分離能を実証しえた。該シリカモノリスを粒状にして充填しキラル物質分離用カラムを試作したが、今後さらに粒径分布を揃えて分離能を向上させる必要がある。3.上記1と2に関連して、セルロースおよび類縁多糖の各種複合体の調製と物性解析、および多糖誘導体の液晶相挙動と光学特性の評価を行った。セルロース及び関連多糖のナノメゾ領域の分子集合特性を担持させたネットワークの場で「無機物を有機相に取り込む包埋型ハイブリッド」と「有機相の構造・機能を無機相形成に反映させる転換型ハイブリッド」の各創製を目指した研究を行い、以下の成果を得た。

1.包埋型ハイブリッド(1)置換度が2.9以上のセルローストリアセテートがポリアクリロイルモルホリン(PACMO)およびACMOを50mol%以上含有するビニル共重合体と相溶することを見出した。層状クレイをナノフィラーとして取り込める光学機能薄膜として活用しうる。(2)酸化鉄含有のカラギーナン/ポリビニルアルコール(PVA)複合体について、その延伸フィルムが磁場刺激に対して特徴的な回転・屈曲の動的応答を示すことを見出した。PVA/セルロースナノクリスタル系に酸化鉄微粒子をナノ充填し、超常磁性フィルムを合成することにも成功した。2.転換型ハイブリッド(1)エチルセルロース/ポリアクリル酸から成る液晶ゲルを調製し、そのコレステリック相にリン酸カルシウムを取り込むことによって、呈色を放つ無機強化複合フィルムを作製しえた。また、生医学材料への応用を意図してキチン/ヒドロキシアパタイト複合ゲルの調製も行った。(2)溶媒としてのアルコキシシランのゾルーゲル反応を利用してセルロース4ークロロフェニルカルバメート(Cell4ClPC)の液晶相が固定化されたシリカモノリスを作製し、各種光学測定を行った。左巻きコレステリック構造の固定化を確認した。4-クロロを3-クロロに変えたCell3ClPCを用いると右巻きコレステリック構造のシリカモノリスが得られることも判った。3.上記1と2に関連して、セルロース系多糖の各種複合フィルムの熱物性と配向特性、および多糖誘導体のキラル液晶の構造と光学特性を評価した。本課題では、セルロース及び関連多糖の特性を担持させた複合ネットワークを対象に、「無機物を有機相に取り込む包埋型ハイブリッド」と「有機相の構造・機能を無機相成長に反映させる転換型ハイブリッド」の各創製を目指した先進的機能材料の開拓を推進している。前者の包埋型については、無機強化型複合材料ならびに磁性フェライトナノ分散材料の設計に幾つか成功し成果発表も数多く為し得ていることから、きわめて順調に進展しているといえる。後者の転換型については、母体となるセルロース誘導体の液晶形成に時間を要したものの、二系において無機成長を確認できたのは大きな収穫である。よって、本研究課題は総じておおむね順調に進展している。25年度が最終年度であるため、記入しない。本課題では、生物有機素材であるセルロース及び関連多糖を基盤とした先進機能材料の新規開拓として、「無機物を有機相に取り込む包埋型ハイブリッド」と「有機相の構造・機能を無機相形成に反映させる転換型ハイブリッド」の各創製を行っている。前者の包埋型については、特に磁気異方性とアクチュエーター機能を有する酸化鉄含有多糖ハイブリッド材料を作製しえたことから、大目標の1つは達成できたといえる。後者の転換型についても、液晶構造をもった多糖/アパタイトのハイブリッドゲル・フィルム、および左右円偏光を分離する多糖ベースのシリカモノリスを作製できたことなどから、順調に進展しているといえる。包埋型ハイブリッドの創製に関しては、既に調製が成功した系について予定通り性能・機能の精密評価を行うとともに、特に酸化鉄in situ包埋の磁気異方性材料の設計において、より高い異方性と迅速な磁場応答性を示す新規複合系の構築を目指す。
自動採譜システムに関する研究

平成22年度は、以下の内容を実施した。1、サポートベクターマシン(SVM)を用いた多重音高推定の理論的検証提案の主たる部分は、サポートベクターマシンで単音だけを学習し、和音を識別することである。この提案に対して、音楽音響的な立場から考察した。この結果、提案法の妥当性を示し、多少の制約を加えればその仮説が数学的に成立することを示した。この妥当性は、実験でも示されている。学習と認識を大幅に向上させ、3和音以下で93.4%以上、4和音で88、1%の正解率という、現存する手法とほぼ同等の精度を得た。2、SVMを用いた多重音高推定における同時発音数の推定理論的な検証を行ったことにより、評価値の振る舞いが明瞭になった。この結果を利用して、選択する評価値を決定するための閾値を同時発音数によって変更させることを提案した。閾値を決めるためには目的である同時発音数が必要となるが、これは評価値の分布の統計量から暫定的に決定する。以上の閾値を導入したSVMによる多重音高推定は、閾値導入前よりも正解率が3%程度向上した。3、ヒトの感覚に基づいた周波数解析の検討ヒトの感覚の特性を利用した新しい周波数解析手法を検討した。聴覚;フーリエ変換は些細な成分も見逃すことなく分析するが、ヒトは弱すぎる周波数成分を感じられないため,そのような弱い成分は無視できるとした。視覚:ヒトは、紙面に印刷された周波数スペクトルを見て、調波構造に対応する大まかな特徴を見極めることができる。これと同じことをするために、本手法ではスペクトル密度を混合正規分布とみなし、EMアルゴリズムを用いてパラメータの推定を試みた。この手法を定量的に評価するために、推定したパラメータを用いた3和音の多重音高推定を試みた結果、98%前後の精度が得られた。このことから、主要なピーク周波数を適切に推定できていることがわかる。さらに、推定したパラメータを用いた結合音のパワーの推定を試みた結果、該当する周波数のパワーを得ることができた。平成21年度は、以下の内容を実施した。1.提案法の理論的検証提案の主たる部分は、サポートベクターマシンで単音だけを学習し、和音を識別することである。この提案に対して、数学的な裏付けを試みた。学習と認識を大幅に向上させ、3和音以下で93.4%以上、4和音で88.1%の正解率という、現存する手法とほぼ同等の精度を得た。2.ヒトの感覚に基づいた周波数解析の検討ヒトの聴覚と視覚の特性を利用した新しい周波数解析手法を検討した。聴覚:フーリエ変換は些細な成分も見逃すことなく分析するが、ヒトは弱すぎる周波数成分を感じることはできないため,そのような弱い成分は無視できるとした。パラメータの一つは、スペクトル密度の主要なピーク周波数を表わしている。
複数円柱状構造物の流体・構造体連成振動現象の発現機構の解明とその制御

本研究は「流体関連振動」の分野で現在最も未解決で、かつ重要な研究課題として位置付けられている複数円柱状構造体の流力振動現象の発現機構の解明を行い、あわせて複数円柱状構造体の流力振動を防止するための制御手法の確立を図るものである。本研究では、まず複数円柱の代表配列である直列2円柱および並列2円柱の各種空力特性値、後流渦特性並びにフローパターンの観測を行い、2円柱の流力振動を励起する各種特性量を評価した。つぎに流力振動を発現させる各種流体力の制御を試み、最適と考えられる制御手法の確立を図った。本研究で得られた知見を要約すると以下のようになる。(1)2円柱を種々に配列して、それぞれに作用する定常並びに非定常空気力及び後流渦特性を調べ、とくに流力振動を発現させる非定常流体力と2円柱の配列形態との関係を明らかにした。(2)直列配列された2円柱の上流側に円柱径の1/10の大きさを有する垂直平板を設置し、2円柱への近寄り流れをパッシブ制御した結果、流力振動の発現要因である非定常流体力並びに後流渦の発生は大幅に抑制される。(3)並列配列された2円柱表面に円柱直径の1/10程度のトリッピングロッドを設置して、流れの制御を行った結果、流力振動の発現要因である非定常流体力並びに後流渦の発生は完全に抑制される。(4)今回の研究では実施しなかった2円柱に発現する流力振動あ制御に関しても、本研究で得られた制御手法を適用することによって、その発現を十分に抑制できるものと考えられ、今後の研究の見通しを立てることができた。(5)複数円柱の流体・構造体連成振動を解析する上で必要な各種流体力の特性を求めることができ、数値解析による流力振動の評価に対しての貴重なデータの蓄積を図ることができた。本研究は「流体関連振動」の分野で現在最も未解決で、かつ重要な研究課題として位置付けられているところの複数円柱状構造体の流力振動現象の発現機構の解明を行い、あわせて複数円柱状構造体の流力振動を防止するための有効な制御手法の確立を図るものである。本研究は平成12年から13年度の2年間に渡る研究を予定しているが、本年度は、まず種々に配列された複数円柱である2円柱の空力特性を詳細に調べ、あわせて空力振動を発現させる各種空気力の制御を行い、最適と考えられる制御手法の確立を図った。本年度における研究で得られた成果を要約すると以下のようになる。(1)2円柱を種々に配列して、それぞれに作用する定常並びに非定常空気力及び渦放出周波数を調べた結果、2円柱の配列形態によって空力特性、及び渦形成の形態並びに放出周波数を明らかにすることができた。(2)2円柱の上流側に円柱の1/10の大きさの制御用平板を設置し、近寄り流れをパッシブ制御することによって、空気力及び渦放出の抑制を行った結果、2円柱の空気力並びに渦放出を完全に制御できることがわかった。(3)2円柱のある配列で、空気力が急変する現象が発生するが、本手法で確立した制御手法を適用することによって、それを完全に抑制できるできることがわかった。(4)次年度で実施する予定である2円柱の流力振動現象も、本制御手法を適用することによって、それを抑制できる見通しが立った。

本研究は「流体関連振動」の分野で現在最も未解決で、かつ重要な研究課題として位置付けられている複数円柱状構造体の流力振動現象の発現機構の解明を行い、あわせて複数円柱状構造体の流力振動を防止するための制御手法の確立を図るものである。本研究では、まず複数円柱の代表配列である直列2円柱および並列2円柱の各種空力特性値、後流渦特性並びにフローパターンの観測を行い、2円柱の流力振動を励起する各種特性量を評価した。つぎに流力振動を発現させる各種流体力の制御を試み、最適と考えられる制御手法の確立を図った。本研究で得られた知見を要約すると以下のようになる。(1)2円柱を種々に配列して、それぞれに作用する定常並びに非定常空気力及び後流渦特性を調べ、とくに流力振動を発現させる非定常流体力と2円柱の配列形態との関係を明らかにした。(2)直列配列された2円柱の上流側に円柱径の1/10の大きさを有する垂直平板を設置し、2円柱への近寄り流れをパッシブ制御した結果、流力振動の発現要因である非定常流体力並びに後流渦の発生は大幅に抑制される。(3)並列配列された2円柱表面に円柱直径の1/10程度のトリッピングロッドを設置して、流れの制御を行った結果、流力振動の発現要因である非定常流体力並びに後流渦の発生は完全に抑制される。(4)今回の研究では実施しなかった2円柱に発現する流力振動の制御に関しても、本研究で得られた制御手法を適用することによって、その発現を十分に抑制できるものと考えられ、今後の研究の見通しを立てることができた。(5)複数円柱の流体・構造体連成振動を解析する上で必要な各種流体力の特性を求めることができ、数値解析による流力振動の評価に対しての貴重なデータの蓄積を図ることができた。
時間的vs化学的防衛―餌資源転換を行う種子捕食者に対する樹木の被食防衛戦略の解明

捕食者飽食仮説が成り立つための前提として種子食昆虫が餌資源を種子に依存していることがあげられるが、ヤマモモMyrica rubraの種子捕食者であるヤマモモキバガThiotricha pancratiastisは非果実期には新葉を利用して年多化の生活史をもつことがわかっている。そこで本研究では、照葉樹林の主要構成樹種の一つであるヤマモモとその「種子-葉利用型」植食昆虫の相互作用系に注目して捕食者飽食仮説の検証を行うとともに、「種子-葉利用型」植食昆虫ヤマモモキバガの個体群動態に影響を及ぼす原因を明らかにすることを目的とした。2005年から2011年の果実登熟期に、屋久島半山地域のヤマモモ樹冠下にリタートラップを設置し落下果実を採集した。また、2008年から2011年には通年リタートラップを設置し、蛹化のために落下したヤマモモキバガの終齢幼虫を計数した。展葉パターンを調べるため、ヤマモモのシュート上の果実数と新葉数を2ヵ月に一度記録した。屋久島においてヤマモモは弱い隔年結実習性を示した。捕食者飽食仮説が成立している場合、結実量と種子食害率の間に負の相関がみられるはずである。しかし、ヤマモモキバガ-ヤマモモ相互作用系においては負の相関は検出されず、豊凶による捕食者飽食が成り立っていないことが示唆された。一方で、ヤマモモキバガの個体数は豊作年に急激に増加したがヤマモモの果実を食べ尽くすまでには至らず、調査期間を通して食害率は低く保たれていた。この原因としてヤマモモキバガの葉を利用する第二世代以降の個体群密度が低く、果実食世代の親世代の産卵数が利用可能な果実量に対してはるかに少ないこがあげられる。年多化性の「種子-葉利用型」植食昆虫の場合、前年の結実量だけでなく、生活史や異なる資源を利用する世代間での個体数の増減が種子加害率に影響を及ぼしていることが示唆された。ヤマモモの種子捕食者であるヤマモモキバガは、果実だけでなく新葉も利用する「種子-葉利用型」植食昆虫である。屋久島においては非果実期に新葉を利用して年多化の生活史をもつことがわかっているが、新葉を利用できる時期や量が地域間で変化するならば、ヤマモモキバガの資源利用も地理的に変化する可能性がある。そこで本研究では仮説「被食防衛戦略は緯度勾配によって変化し、低緯度地域では新葉への化学的防衛、高緯度地域では豊凶による時間的逃避戦略が発達する」の検証の前段階として(1)これまで調査を行った屋久島以外でもヤマモモキバガの餌資源転換は見られるのか、(2)地域によってヤマモモキバガの発生回数や資源利用に変化はあるのか、について調査を行った。沖縄県、屋久島、大阪の3地点においてヤマモモの登熟・展葉フェノロジーとヤマモモキバガ個体数の季節消長を調べ比較したところ、ヤマモモの主要な種子捕食者はいずれの地域でもヤマモモキバガであった。全ての調査地においてヤマモモキバガは年数回発生しており、非果実期に出現する幼虫は新葉を餌資源として利用していた。このことから、ヤマモモキバガの餌資源転換は地域間で普遍的にみられる形質であると考えられる。樹冠での展葉が見られた期間は沖縄で最も長く、410月まで少量ながらも新葉が確認できた。その一方、沖縄では46月に展葉した新葉の多くがヤマモモキバガ以外の昆虫によって加害されていた。沖縄では葉を利用するヤマモモキバガ幼虫が他の地域よりも少数であったが、この原因として他の昆虫との競争が考えられる。本研究より、(1)ヤマモモキバガの餌資源転換という性質が地域間で普遍的に見られる形質であること、(2)ヤマモモキバガの個体数の変動には餌資源である新葉の展葉頻度だけでなく、葉植昆虫間での競争も影響を与えている可能性が示された。

しかし、ヤマモモキバガ-ヤマモモ相互作用系においては負の相関は検出されず、豊凶による捕食者飽食が成り立っていないことが示唆された。一方で、ヤマモモキバガの個体数は豊作年に急激に増加したがヤマモモの果実を食べ尽くすまでには至らず、調査期間を通して食害率は低く保たれていた。この原因としてヤマモモキバガの葉を利用する第二世代以降の個体群密度が低く、果実食世代の親世代の産卵数が利用可能な果実量に対してはるかに少ないこがあげられる。年多化性の「種子-葉利用型」植食昆虫の場合、前年の結実量だけでなく、生活史や異なる資源を利用する世代間での個体数の増減が種子加害率に影響を及ぼしていることが示唆された。
ERストレス誘導性細胞死の制御を標的としたNSAIDs起因性小腸潰瘍治療戦略

本研究は、NSAIDs起因性小腸障害におけるERストレス、オートファジー、及びアポトーシスの関与を明らかにし、小腸潰瘍治療の新たな分子標的を見出す事を目的とした。課題期間中に、オートファジーやコラーゲンの分解がNSAIDs起因性小腸障害に関連する事を申請者の所属する研究室が報告しているが、そのメカニズムとして、ERストレスに関連したユビキチン化反応を触媒するE3リガーゼ、Von Hippel Lindau (pVHL)が関与している事を報告した。これらを元に最終年度(平成29年)には研究成果を総説として発表することができた。加えて、実際にヒトでの治療を最適化するための臨床的知見も報告した。NSAIDsは頻繁に処方される藥物であるが、出血を伴う上部及び下部消化管障害を引き起こすことが以前より大きな社会的及び医学的問題となっている。原因が過剰な酸分泌である上部消化管障害と違い、NSAIDs起因性小腸障害は酸が関与せず、酸化ストレス等に対する過剰な生体反応の結果として引き起こされると考えられている。本研究はオートファジー、ERストレス反応及びアポトーシス(細胞死)に関与する分子がどの様に本障害に関与しているかを明らかにする事を目的としている。平成27年度はオートファジーの関与について成果を上げる事が出来た。小腸特異的オートファジー欠損マウス(Atg5小腸特異的欠損マウス)において、インドメタシン経口投与により小腸障害をマウスに誘引した所、予想に反して、小腸障害が抑制される事を当該研究室が報告した(Harada S et al., 2015,JPET)。これは軽度な酸化ストレスの上昇が、NSAIDs誘引性障害を保護する事を見出した研究であるが、当研究の妥当性を後押しする論文であると考えられる。NSAIDs起因性小腸障害では結合組織中コラーゲンの分解が起こりこれが、粘膜の保護力低下の一因となっていることを以前に報告しているが(Edogawa S et al., 2014, J. Proteomics)、このコラーゲンの分解にVHL(Von Hippel-Lindau)タンパク質が関与している事を明らかにした(Yokoe S., Kojima Y et al.,2015, BBRC)。VHLはVon Hippel-Lindau病の原因タンパク質であり、虚血ストレス応答やがん細胞の増殖等の機能を有し、NSAIDs起因性障害との関連性を見出した事は今後の治療を考える上で非常に有用なことであると考えられる。研究計画では、平成27年度中にERストレス関連タンパク質の関与をラット小腸細胞(IEC6細胞)及び遺伝子欠損マウスを用いて明らかにする予定であったが、ERストレス関連タンパク質(IRE-α,IRE-β)の遺伝子発現を低下させた細胞を樹立する過程で技術的な困難が有り、計画に比べ、弱冠の遅れが生じている。また、遺伝子改変マウスを使用した計画においても、技術的及び経済的な理由により、遅れが生じている。今後、この遅れを取り戻すべく研究を加速させていく所存である。NSAIDsは、出血を伴う上部及び下部消化管障害を引き起こす。過剰な酸分泌が原因の上部消化管障害と違い、NSAIDs起因性小腸障害は酸化ストレス等に対する過剰な生体反応の結果として引き起こされる。小腸特異的オートファジー欠損マウス(Atg5小腸特異的欠損マウス)において、インドメタシン経口投与により小腸障害をマウスに誘引した所、予想に反して、小腸障害が抑制される事を当該研究室が報告した(Harada S et al., 2015,JP ET)。平成28年度は、論文こそ発表することはできなかったが、酸化ストレス応答及びオートファジー両機能を欠損したマウスの作製の目処をつけることができ最終年度への礎を築くことができた。研究計画では、平成27年度中にERストレス関連タンパク質の関与をラット小腸細胞(IEC6細胞)及び遺伝子欠損マウスを用いて明らかにする予定であった。昨年度の中間報告ではERストレス関連タンパク質(IRE-α,IRE-β)の遺伝子発現を低下させた細胞を樹立する過程が技術的な困難により遅れが生じていると報告したが、平成28年度は遺伝子導入及び遺伝子発現低下法の変更により、困難を突破することができた。しかし、計画からの若干の遅れを完全に取り戻すことはできなかった。

ERストレス応答は、酸化ストレス等小胞体ストレスに対する生体の応答反応であり、その破綻は癌、神経変性疾患のみならず、クローン病等消化管粘膜傷害の原因となることが報告されている。本研究は、NSAIDs起因性小腸障害におけるERストレス、オートファジー、及びアポトーシスの発生機序及び関係性を分子レベルで明らかにし、小腸潰瘍治療の新たな分子標的を明らかにすることを目的としてきた。本課題期間中に、申請者らのグループからラット小腸細胞IEC6及び同細胞のオートファジー関連遺伝子Atg5発現抑制細胞、そしてAtg5小腸特異的ノックアウトマウスを用いて、オートファジーの欠損は適度な活性酸素種の増加を介して、迅速なNSAIDsに対する適応反応NRF/HO-1を引き起こすことによってNSAIDs起因性小腸障害に対する抵抗性に関連する事を報告した。また、NSAIDs起因性小腸障害の機序としてコラーゲン分解が関わっていることを申請者の所属する研究室が以前に報告しているが、そのメカニズムとしてERストレス応答及びオートファジーに関わる反応、ユビキチン反応に関わるE3リガーゼ、Von Hippel Lindau (VHL)が関与している事を発表した。適度な酸化ストレスがNSAIDs起因性小腸障害に抵抗性を付与するという知見は、ERストレス応答反応においても予め弱いストレスに晒しておけば、より迅速なERストレス応答反応が期待できることを強く示唆した。これについては平成29年度に総説として発表することができた。本研究期間中にすべての成果を発表することは叶わなかったが、迅速なERストレス応答がNSAIDs起因性小腸障害の軽減につながる可能性を明らかにすることができた。本研究は、NSAIDs起因性小腸障害におけるERストレス、オートファジー、及びアポトーシスの関与を明らかにし、小腸潰瘍治療の新たな分子標的を見出す事を目的とした。課題期間中に、オートファジーやコラーゲンの分解がNSAIDs起因性小腸障害に関連する事を申請者の所属する研究室が報告しているが、そのメカニズムとして、ERストレスに関連したユビキチン化反応を触媒するE3リガーゼ、Von Hippel Lindau (pVHL)が関与している事を報告した。これらを元に最終年度(平成29年)には研究成果を総説として発表することができた。加えて、実際にヒトでの治療を最適化するための臨床的知見も報告した。ERストレス応答反応のNSAIDs起因性小腸障害に関する影響を明らかにする。一刻も早く、ERストレス応答欠損細胞(IEC6shIRE-α/IRE-β)及び小腸特異的IRE-α/IRE-β欠損動物を樹立し、計画に基づいて研究計画を遂行していく所存である。ERストレス応答欠損細胞(IEC6shIRE-α/IRE -β)については樹立の目処がついたため、最終年度はスピード感を持って計画遂行に邁進する所存である。下部消化管疾患論文をいくつか投稿していますが、その費用を別の研究費から支出しましたため、使用予定額よりも少額になったと考えられます。(理由)主には、学会参加のための予算を計上していたが、都合により不参加となったため使用予定額よりも少額になったと考えられる。その他、計画の若干の遅れに伴い、予算執行が遅れたことが考えられる。
大豆アレルゲン（Gly m Bd 30K）分解酵素の同定と、改変型酵素の開発

我々は、発芽・生育させたダイズ個体から調製した総タンパク質溶液を用いた免疫学的手法により、主要な大豆アレルゲンであるGly m Bd 30Kが他の大豆タンパク質とは異なる生育時期に減少・消失することを明らかにした。さらに、播種後15日間生育させたダイズ個体から温和な条件で調製した可溶性タンパク質溶液に、Gly m Bd 30Kを分解する活性があることを見出した。また、その分解活性は腐敗やユビキチン・プロテアソーム系が関与するものではなく、内在性のアスパラギン酸プロテアーゼが関与するものであることを明らかにした。ダイズ種子(大豆)は植物性の良質なタンパク質源であり、その加工特性や栄養価値を活かして様々な特定保健用食品や加工食品の製造に頻用されている。しかし、大豆にはアレルギーを誘発するタンパク質(アレルゲン)が含まれており、その除去や低減化が求められている。一方、植物種子に含まれるタンパク質は芽生えの成長を支えるための窒素源として貯蔵されており、それらは発芽に伴って活性化するプロテアーゼにより分解されると考えられている。そこで我々は、大豆アレルゲンのなかでも最もアレルゲン性が強いことが知られているGly m Bd 30Kに着目し、それを特異的に分解するダイズ内在性プロテアーゼを単離して同定することとした。最初に我々は、人工気象機内で発芽・生育させた様々な生育日数のダイズ個体からタンパク質を抽出して種々の解析を行った。その結果、ダイズ種子に含まれている貯蔵タンパク質は種子が発芽した後、播種後経過日数にして3日目から6日目にかけて分解することが明らかとなった。このことから、種子貯蔵タンパク質は芽生え個体の成長を支えるために発芽後に速やかに分解されることが証明された。次に我々は、様々な生育日数のダイズ個体から抽出したタンパク質溶液に含まれるGly m Bd 30Kをイムノブロット法により検出した。その結果、Gly m Bd 30Kは播種後14日目から16日目にかけて顕著に減少することが明らかとなった。このことから、Gly m Bd 30Kを分解するプロテアーゼは播種後14日から16日目の個体に含まれていることが示唆された。また、ダイズ種子に含まれている主要な貯蔵タンパク質が減少する時期とは異なる時期にGly m Bd 30Kが減少していたことから、主要な貯蔵タンパク質の分解に作用するプロテアーゼとは異なる特有のプロテアーゼがGly m Bd 30Kの分解に作用することも示唆された。大豆タンパク質は、優れた加工特性や栄養価値を備えていることから、様々な特定保健用食品や加工食品の製造に頻用されている。しかし、大豆タンパク質にはアレルギーを誘発するタンパク質(アレルゲン)が含まれており、その除去や低減化が求められている。一方、植物種子に含まれるタンパク質は芽生えの生長を支えるための窒素源として貯蔵されており、それらは発芽と芽生え個体の生長に伴って活性化するプロテアーゼにより分解されると考えられている。そこで我々は、大豆アレルゲンの中で最もアレルゲン性が強いことが知られているGly m Bd 30Kに着目し、それを特異的に分解するダイズ内在性プロテアーゼを単離して同定することとした。前年度までの結果から、Gly m Bd 30Kは播種後13日目から減少し始め、播種後17日間生育させたダイズ個体からは検出されないことが明らかになった。したがって、播種後14日目から16日目のダイズ個体にはGly m Bd 30Kを特異的に分解するプロテアーゼが含まれていると考えられた。そこで次に、播種後15日経過したダイズ芽生え個体から温和な条件で調製した可溶性タンパク質溶液を試験管内(in vitro)にて30°Cに保持(インキュベート)したところ、Gly m Bd 30Kの経時的な減少が観察された。このことから、Gly m Bd 30Kを分解するプロテアーゼの存在が示唆された。しかし、播種後15日経過したダイズ芽生え個体から温和な条件で調製した可溶性タンパク質溶液にアスパラギン酸プロテアーゼの阻害剤であるペプスタチンAを加えてインキュベートするとGly m Bd 30Kの減少が観察されなかった。このことから、Gly m Bd 30Kを分解するプロテアーゼはアスパラギン酸プロテアーゼの一種であることも示唆された。交付申請書においては本年度のうちにGly m Bd 30Kを分解するプロテアーゼを単離・精製する予定であったが、実際にはそれに至らなかった。その理由は、研究計画調書において初年度の研究経費として336万円を申請していたものの実際に交付された金額は190万円であり、研究半ばにして経費が底をついてしまったためである。植物分子・生理科学

平成26年度の研究により、Gly m Bd 30Kを分解するプロテアーゼが発現・活性化しているダイズの生育時期が明らかとなった。プロテアーゼは、その活性発現機構に応じて4つの種類(セリンプロテアーゼ、システインプロテアーゼ、アスパラギン酸プロテアーゼ、金属プロテアーゼ)に分類され、それぞれ特定の阻害剤(インヒビター)によって活性が阻害される。そこで次に、Gly m Bd 30Kを分解するプロテアーゼが発現・活性化している生育時期のダイズ個体より調製したタンパク質溶液と精製Gly m Bd 30Kとを混合した溶液に、市販の種々のプロテアーゼ阻害剤を添加した際のプロテアーゼ活性を測定することとする。これにより、Gly m Bd 30Kを分解するプロテアーゼの活性を阻害するインヒビターが特定できると見込まれる。Gly m Bd 30Kを分解するプロテアーゼの活性を阻害するインヒビターは、高い特異性と親和性でそのプロテアーゼに結合すると考えられる。そこで次に、そのインヒビターを担体に結合させたアフィニティーカラムを作成して、Gly m Bd 30Kを分解するプロテアーゼが発現・活性化している生育時期のダイズ個体より調製したタンパク質溶液からGly m Bd 30Kを分解するプロテアーゼの単離・精製を試みる。Gly m Bd 30Kを分解するプロテアーゼとして単離・精製されたタンパク質を質量分析に供し、その遺伝子を同定する。次に、そのcDNAを適切なタグ(GSTやHisなど)を持つ発現ベクターに導入する。そして、その発現ベクターを大腸菌に導入して、組換えタンパク質を作成させる。それにより得られた組換えタンパク質と精製Gly m Bd 30Kとを混合してプロテアーゼ活性を測定し、同定された遺伝子がGly m Bd 30Kを分解するプロテアーゼをコードするものであることを確認する。平成27年度の研究においてゲル撮影システムとオートクレーブが必要となる予定であり、その購入に要する経費を確保するため、平成26年度の経費の使用を制限した。・ゲル撮影装置およびオートクレーブの購入・薬品類、ガラス器具類、質量分析やシークエンスなどの外注費用
植物生体膜の亜鉛輸送システムの分子機構

本研究は、液胞膜亜鉛輸送体AtMTP1(m__-etal t__-olerance p__-rotein 1)に注目し、輸送機構と亜鉛濃度センシング機構を支える分子構造の解明、そしてAtMTP1遺伝子を欠失した植物変異株を利用した過剰亜鉛障害の機構解明の2点について研究を推進した。シロイヌナズナのAtMTP1は、液胞膜に局在し過剰亜鉛の毒性回避に重要である。そこで液胞の亜鉛輸送体を欠失した酵母変異体(亜鉛感受性株)を作製し、この酵母より液胞膜を単離し、^<65>Znを用いて膜小胞への亜鉛取込み活性を測定した。AtMTP1はZn^<2+>/H^+交換輸送体であることを初めて実証した。さらに、亜鉛選択性が高いことを明らかにした。また、細胞質側のヒスチジン残基ループ(Hisループ)を欠失した変異型AtMTP1を作製して機能を測定したところ、亜鉛輸送速度が11倍に増大していることを発見した。結論として、Hisループの意義は、細胞質に一定濃度以上の亜鉛が存在するときにのみAtMTP1は亜鉛を液胞に輸送し、細胞質亜鉛濃度の極端な低下と過剰を防ぎ、適切な濃度範囲に調節する機能を果たしている点にあるという機能モデルを提案した。さらに、AtMTP1を欠失した植物体を作製し、亜鉛耐性を詳細に検討したところ、0.5mM亜鉛により根の伸長が著しく抑制されるが、これは組織の壊死ではなく、亜鉛ホメオスタシスに関連遺伝子の発現調節により、亜鉛障害を回避していることを明らかにした。液胞膜亜鉛輸送体AtMTP1の輸送機能と濃度センシング機能の解明Arahidopsis thalianのmetal tolerance proteinl(AtMTP1,43kDa,膜貫通領域推定6個)は液胞膜に局在し、過剰亜鉛の毒性回避に重要であることが強く示唆されていた。これを受け,酵母に発現させたAtMTP1の機能を詳細に検討した。AtMTP1はH^+との交換輸送によりZn^<2+>を液胞へ輸送しているZn^<2+>/H^+ exchangerであることを明らかにした。さらに、His残基を25個持つHis-rich regionに着目し、その機能を解析したところ、His-richregionを欠く分子は,輸送最大速度が顕著に増大することが明確になった。細胞質側のHis-rich loopは亜鉛輸送に寄与するのではなく,輸送前段階としてのイオン集積機能をもち,かつ細胞質亜鉛濃度センサーとして機能していると推定される。液胞膜亜鉛輸送体AtMTP1の遺伝子欠損株を用いた亜鉛障害機構の解析AtMTP1欠損株と野生株との比較により,亜鉛障害の機構、亜鉛恒常性維持におけるAtMTP1の役割を解析した。欠損株では根端で活性酸素種が発生しており、それを除去するための酵素SOD1遺伝子の発現量が増加している事を明らかにした。また、AtMTP1は根全体とくに、根端で強く発見しており、細胞分裂領域である根端の細胞質亜鉛を液胞へ排出することで亜鉛障害を回避する重要な役割を果たしている事が明らかと成った。また欠損株は亜鉛ストレスにより成長が抑制されるが、このプロセスにはエチレンやグルタチオンが関与しており、亜鉛による成長抑制は植物が亜鉛障害を最低限に留めるためのシステムと推定した。
効率的スピン流生成とスピンホール角制御のための界面制御とバンドエンジニアリング

・筑波大学黒田眞司教授および東京大学理学部秋山了太助教と共同で、分子線エピタキシー法によりGaAs基板上に高品質な単結晶トポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜を成長し、スピンポンピングを用いることにより単結晶FeからSnTeのバルク状態へのスピン注入に世界で初めて成功した。起電力の温度依存性の系統的な測定から、0.01というPdやバルクBi2Se3と並ぶ比較的大きなスピンホール角が得られ、SnTeが応用上有望であることを明らかにした。(S. Ohya et al., submitted.)・東京大学物性研究所岡本博教授と共同で、単結晶強磁性半導体GaMnAsにおけるTHzパルスを利用したコヒーレント磁化制御に初めて成功した。THzの超高速のスピンダイナミクスにおいては、物質はダンピングの影響をほとんど受けないため、超高速磁化制御や磁化反転が可能であることが期待されている。(T. Ishii, S.Ohya et al., in preparation.)・新学術研究領域A02班の東京大学物性研究所勝本信吾教授との共同研究で、Nb狭ギャップ構造における強磁性半導体InFeAsへの超伝導近接効果の実現に初めて成功した。臨界電流の磁場依存性に特異な振動パターンが観測された。この結果は三重項クーパー対の形成を示唆しているものと考えられる。(T. Nakamura, S. Ohya et al.,to be submitted.]・フルエピタキシャル単結晶LaSrMnO3/LaAlO3/SrTiO3へテロ構造を用いて、LaSrMnO3からLaAlO3/SrTiO32次元電子ガス界面への、スピンポンピングを用いたスピン注入とスピン電荷変換に、本材料系で初めて成功した。基板に印加した電界の大きさにより変換効率を変調することに成功した。[S. Ohya et al., to be submitted.]28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度は、下記の材料系を用いて縦型素子を作製し、スピンポンピングを用いたスピン注入の研究を進めることを予定しており、計画通り研究を進めてきたが、想定外の結果も得られた。(材料系: IV族系:注入源GeFe,チャネル層Ge or Si,絶縁体障壁SiO2やMgOなど。III-V族系:注入源GaMnAs,チャネル層GaAs,絶縁体障壁AlAsなど。酸化物系:注入源LaSrMnO3,チャネル層n型La:SrTiO3やSrTiO3/LaAlO32次元電子ガス領域)<本年度の実績>強磁性半導体GeFeの強磁性共鳴を得ることに成功した。強磁性共鳴が発現する磁場強度は磁場印加角度にほとんどよらず、磁気異方性が小さいことが明らかになった。また、ボロンをドーピングすることによって、キャリア濃度を大きく制御できることを明らかにした。ドーピング濃度の増加とともに、強磁性共鳴が強くなる現象を初めて観測した。酸化物分子線エピタキシー法によるLaSrMnO3/SrTiO3構造の作製技術を確立した。製膜した薄膜の表面では原子ステップが観測され、極めて品質の高い薄膜が形成できることを示した。Pt/LaSrMnO3縦型デバイスを作製しスピンポンピングによる起電力を観測することに成功した。想定外の成果として、筑波大学黒田研究室との共同研究として行っているスピンポンピングを用いたトポロジカル結晶絶縁体SnTeへのFeからのスピン注入に成功した。本研究は縦型デバイスを用いたスピン注入の研究の一環として行った。また、東京大学物性研究所の勝本研究室との共同研究成果として、強磁性半導体InFeAs上の1ミクロンのギャップを持つNb電極を配置した素子で、InFeAsに対する超伝導近接効果を観測した。三重項ジョセフソン電流を観測できている可能性があり、今後更なる追求が必要である。強磁性半導体を用いた研究については、計画に基づき研究を進めている。様々な作製条件で作製したGeFeで強磁性共鳴が系統的に得られた。ボロンをドーピングしてキャリア濃度を変えたGeFe試料においては、強磁性共鳴信号がボロンドーピングに依存するという新たな知見が得られた。材料自体を変えずにキャリア濃度を変えることができるのは強磁性半導体の大きな強みであり、このような研究は他の材料系では難しいため、今後この原理を解明することが重要である。さらに、酸化物分子線エピタキシー法によるLaSrMnO3/SrTiO3構造の作製技術を予定通り確立することができた。実際にPt/LaSrMnO3縦型デバイスを作製し、スピンポンピングによる起電力を観測することに成功した。起電力の起源については、今後更なる追求が必要である。一方で想定外の成果も得られた。本研究は縦型デバイスを用いたスピン注入の研究の一環として、筑波大学黒田研究室との共同研究でスピンポンピングを用いたトポロジカル結晶絶縁体SnTeへのスピン注入の実験を行った。本素子はすべて単結晶で作製されており、スピンの散乱を最小限に抑えることができるものと期待される。磁場角度依存性、温度特性の系統的な測定により、様々なアーティファクトを除外した結果、SnTeにFeからスピン注入されていることを支持する結論が得られた。また、東京大学物性研究所の勝本研究室との共同研究成果として、強磁性半導体InFeAs