hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
柔軟な輸送システムのための3自由度電磁石の浮上制御と二次元駆動の研究

平成13年度は、平成12年度の研究成果に基づき、一次元のリニアモータとの組み合わせで駆動を行う場合の駆動系・浮上系の干渉や、浮上の信頼性を理論的に解明する作業を中心に行った。浮上と駆動を同時に行うことで、磁束あるいは浮上力に対して持続的、周期的な外乱が入ることを想定し、そのような外乱により強い、外乱オブザーバを活用したセミゼロパワー浮上方式を提案し、この方式がギャップ長一定制御とゼロパワー制御の中間的な特性を持つことで、浮上、駆動の相互干渉がある場合に有効な浮上制御の方法となることを計算・実験の両者から示すことが出来た。研究の前半の総括として、この内容を対外論文の形で公表し、内外の研究者からも批判や助言を受けることができた。その結果、ゆっくりとしたゼロパワー制御と、本年度考案したセミゼロパワー制御の比較検討を最終年度に行うことにした。実験的検討としては、比較的長ストロークの一次元駆動実験の準備が整いつつある。この駆動試験では、軽量化された磁石に、センサ、演算部および浮上制御用の駆動電源も搭載し、独立した磁気浮上システムを実際に構成することを想定し、そのためのハードウェア設計と製作を進めている。さらに、磁石寸法にあわせた二次元モータの準備も同時に行っている。この作業の中では、駆動制御において大事な情報となる可動子位置検知方法を、複数案用意し、比較検討している。すなわち、最終年度にこれらの試験装置を用いて本研究で提案する浮上電磁石の駆動制御および基本的分岐性能の検証を行う予定が具体化されている。平成14年度は、平成13年度までの研究成果に基づき、一次元のリニアモータとの組み合わせで駆動を行う場合の駆動系・浮上系の干渉や、浮上の信頼性を実験で検証し、さらに、二次元駆動の基礎的な検討および実証試験を中心に行った。浮上と駆動を同時に行うことで、磁束あるいは浮上力に対して持続的、周期的な外乱が入ることを想定し、そのような外乱により強い、外乱オブザーバを活用したセミゼロパワー浮上方式を昨年度考案した。それをゆっくりとしたゼロパワー制御と理論・実験の両面から比較した。その結果、提案手法はギャップ長制御方式とゼロパワー制御の中間的周波数特性を設計者の意図により任意に調整することが可能であることが明確化され、提案手法の有用性を、説得力を持って示すことができた。実験としては、まず比較的長ストロークの一次元駆動実験を行った。リニア同期モータにおいて位置検知を行い、駆動方向の位置、速度情報をフィードバックすることで、浮上・リニア駆動共に精度良くフィードバック制御できることを実験で確認した。さらに、日本大学の大平教授・乾講師の協力を経て、同グループの開発した二次元リニアモータとの組み合わせによる浮上電磁石の駆動制御および基本的分岐性能の検証を行う実験を行った。二次元駆動においては、平面内における駆動方向の位置検知を実用的に簡単に行うことが難しく、今回の試験では駆動方向には開ループ制御の形で駆動試験を行った。駆動が開ループ制御であること、ヨーイング方向には制御の手段を持たないことから、駆動時に若干のふらつきを生じる問題は残ったが、与える駆動電流のパターンにより、浮上制御を安定に保ったまま二次元平面内を任意の軌跡で円滑に駆動できることが確認された。
マウス心筋梗塞モデルにおける単球遊走因子およびCCケモカイン受容体の役割

CCケモカイン受容体2(CCR2)欠損マウスとWild type(WT)マウスに対し、開胸下に冠状動脈左前下行枝を結紮し、1、3、7、14、28日後に梗塞部の炎症細胞浸潤度を免疫組織化学にて検討した。WTマウスでは、梗塞後1週間以内にマクロファージの密な浸潤がみられたが、CCR2欠損マウスではそれらの変化が有意に抑制されていた。心臓超音波では、7、28日目に拡張期左心室内径の拡大と収縮率の増悪を認めたが、CCR2欠損マウスではそれらの変化が軽減していた。梗塞組織内の線維化の程度は、CCR2欠損マウスにて有意に抑制されていた。梗塞局所でのゼラチン分解活性をIn situ zymographyにて検討したところ、WTマウスでは、ゼラチン分解活性の増強を示すのに対し、CCR2欠損マウスでのゼラチン分解活性は有意に抑制されていた。さらにリモデリングに関与するマーカーとしてMatrix metalloproteinases(MMPs)、これらの阻害因子(TIMPs)、および炎症性サイトカインTNF-αの遺伝子発現をReal-time PCRにて検討した。WTマウスでは、MMPs(MMP-8,-9,-13)、TNF-αの発現増強とTIMP-4の発現低下を認め、梗塞後リモデリングの増悪が示唆されたが、CCR2欠損マウスではMMPsの発現が抑制され、TIMP-4の発現は保たれていた。また、CCR2欠損マウスではTNF-αの発現もWTマウスに比べ抑制されていた。これらの結果より、CCR2欠損マウスでは梗塞後急性期にマクロファージ浸潤とMMPs、TNF-αの産生が抑制され、また、TIMPsの発現は保たれており、これらにより心筋梗塞後の組織リモデリングが軽減されることが示唆された。CCR2を選択的に抑制することが、心筋梗塞後の将来的な治療戦略の一端となる可能性が示唆された。CCケモカイン受容体2(CCR2)欠損マウスとWild type<WT)マウスに対し、開胸下に冠状動脈左前下行枝を結紮し、1、3、7、14、28日後に梗塞部の炎症細胞浸潤度を免疫組織化学にて検討したところ、WTマウスでは、梗塞後1週間以内にマクロファージの密な浸潤がみられたが、CCR2欠損マウスではそれらの変化が有意に抑制されていた。さらにリモデリングに関与するマーカーとしてMatrix metalloproteinases(MMPs)、これらの阻害因子(TIMPs)、および炎症性サイトカインTNF-αの遺伝子発現をReal-time PCRにて検討したところ、WTマウスでは、MMPs、TNF-αの発現増強とTIMP-4の発現低下を認め、梗塞後リモデリングの増悪が示唆されたが、CCR2欠損マウスではMMPs/TIMP-4のimbalanceは軽減しており、TNF-αの発現も抑制されていた。梗塞局所でのゼラチン分解活性をIn situ zymographyにて検討したところ、WTマウスでは、活性増強を示すのに対し、CCR2欠損マウスでのゼラチン分解活性は有意に抑制されていた。これらの結果より、CCR2欠損マウスでは梗塞後急性期にマクロファージ浸潤とMMPs、TNF-αの産生が抑制されることにより心筋梗塞後の組織リモデリングが軽減されることが示唆された。
ナノ細胞工学：ナノ材料の細胞内精密配置と機能発現

近年のナノテクノロジーの進歩により開発された多様な光応答性材料の中には、光照射されると、発熱したり活性酸素種を生成したりする材料があります。これらの光応答性は、医療・細胞生物学分野で有効利用できます。このためには、光応答性材料を生体環境に馴染ませる、すなわち材料表面を生体適合化することが必須です。本申請課題では、光応答性材料の新しい光応答性を探索するとともに、その生体適合化技術を開発することを目的としました。この結果、生体にとって最も影響の少ない近赤外光を照射しても活性酸素種を効率良く生成する材料を発見し、神経細胞の細胞膜を選択的かつ安全に加熱するための表面修飾方法を開発することができました。本申請課題では、神経変性疾患原因蛋白質の線維状凝集体(アミロイド)に特異的に集積する単層カーボンナノチューブ(SWNT)あるいは金ナノロッド(AuNR)を用いて、アミロイドを光分解することを目指している。ハンチントン病の原因タンパク質であるポリグルタミン含有ハンチンチンが蓄積する細胞を用いて、SWNTあるいはAuNRによる神経変性疾患の光治療の可能性を見いだす。蛋白質は活性酸素種であるスーパーオキシドアニオンとヒドロキシラジカルによって分解されることが知られている。申請者らは、SWNTに含まれる半導体性SWNTのみを分離濃縮することにより、細胞・生体への影響の少ない近赤外光の照射下、スーパーオキシドアニオンが半導体性SWNTから効率良く産生することを見いだした。次のステップとして、半導体性SWNTを細胞実験に用いるため、生体適合性分散剤を物理吸着させて半導体性SWNTを分散化することを目指した。これは分離濃縮後の半導体性SWNTの分散剤であるデオキシコール酸ナトリウムが強い細胞毒性を示すこと、SWNTを化学修飾すると活性酸素種産生が低下するためである。我々は高比重リポ蛋白質(HDL)を用いて、生理的条件下で半導体性SWNTを分散化し、かつデオキシコール酸ナトリウムの毒性をほぼ消失させることに成功した。このHDL-半導体性SWNT複合体が、近赤外光照射下、活性酸素種を産生できることも確認した。さらに細胞膜透過活性を有するHDL変異体(cpHDL)を用いると、AuNRは分散安定化されるだけでなく、その細胞取り込みが促進されることも見いだした。現在、細胞内アミロイドに集積させるべく、アミロイド結合活性を有するチオフラビンSでcpHDLを修飾することを検討しており、良好な結果が予備的に得られつつある。昨年度は、半導体性の単層カーボンナノチューブ(semiconducting single-walled carbonnanotube, s-SWNT)の物性評価について顕著な進展が見られた。一方、s-SWNTのアミロイドターゲティングに関しては明確な成果は得られなかった。以下、具体的に説明する。s-SWNTは多数のカイラリティ成分からなり、これまでは混合物として評価を行ってきた。しかしレーザー強度軽減、レーザー照射時間短縮、s-SWNT使用濃度軽減、という観点から、高い光線力学効果を示すs-SWNTカイラリティ成分の同定が必要である。そこで近赤外領域(650-1100 nm)に強い吸収を持つ(6,4)-SWNT, (6,5)-SWNT, (12,1)-SWNTの3つのs-SWNTを分離濃縮する技術を研究室内で確立した。各カイラリティ成分の近赤外ピーク波長でレーザー照射すると、(6,4)-SWNTが顕著な一重項酸素産生能を示し、(6,4)-SWNTと(12,1)-SWNTが高いスーパーオキシドアニオン産生能を示すことを見いだした。(6,4)-SWNTは高比重リポ蛋白質(HDL)で分散化・生体適合化され、活性酸素種依存的な殺細胞活性を示した。さらにカイラリティ濃縮によりSWNT使用量を減らすことができた結果、光線温熱効果は未濃縮s-SWNTに比べて低下し、細胞に対してより安全にレーザー照射が行えることもわかった。一方、アミロイドターゲティングのためにアミロイド染色剤として知られるチオフラビンS(チオフラビンTと異なり、誘導体化に利用できる1級アミンを有する)でHDL化学修飾することを試みたが、目的物は得られなかった。上手くいかなかった原因の1つに、チオフラビンSが数種の化合物の混合物であることが考えられる。そこで単一成分であり、芳香族1級アミンを有するチオフラビンS誘導体(BTA-0)に変更し、HDLモデル化合物を用いて化学修飾を試みたところ、質量分析で目的物に相当するピークが検出された。単層カーボンナノチューブ(SWNTs)は多数の成分(カイラリティ)の混合物であり、金属性成分と半導体性成分(semiconducting SWNTs, s-SWNTs)に大別される。s-SWNTsを精製し、単一カイラリティ成分からなるs-SWNTsを3種取得した。それぞれに近赤外光を照射すると、ある1つのカイラリティ成分は、近赤外光色素(インドシアニングリーン, ICG)に匹敵する活性酸素種(一重項酸素)産生効率を示すことがわかった。さらにこの成分の光安定性は、ICGのそれよりも顕著に高かった。一方、このカイラリティ成分の他の活性酸素種(スーパーオキシドアニオン)産生能は高くなかった。引き続き、スーパーオキシドアニオンを産生する他のカイラリティ成分を探索するとともに、表面修飾による活性増強についても検討する必要がある。金ナノロッドの分散剤としてHDLが機能することがわかり、金ナノロッドの細胞取り込みを既存の分散剤に比べて20倍以上増強することに成功した。

変異型HDLを用いると、その取り込み増強度は80倍になった。また変異型HDLの脂質組成を調節すると、多量の金ナノロッドを細胞膜に毒性なく接着・滞留させることにも成功した。(1)昨年度までに独自に見出した、安全性の高い近赤外光照射下で高い光線力学効果を示す(殺細胞活性や蛋白質分解活性を示す活性酸素種を生成できる)単層カーボンナノチューブ(SWNT)成分((6,4)-SWNT)について、分光学的解析を行った。(6,4)-SWNTの三重項励起状態を過渡吸収スペクトル測定により調べたところ、励起三重項状態に由来すると思われる吸収を検出することができた。この寿命は、別途分離取得した光線力学効果を示さない成分((6,5)-SWNT)同程度の寿命であった。しかしこれは両者の光線力学効果の活性差を反映していない。この理由として、三重項励起状態の生成効率が活性の決定因子となっていること、SWNTの不安定な水分散性がその励起状態に悪影響を与えていること、不純物として含まれる他のSWNT成分が失活を促進していること、などが考えられる。引き続き検討を進めるために、より高純度かつ大量の(6,4)-SWNTを精製取得する必要があると思われる。(2)昨年度までに独自に作製に成功していた、生細胞膜に安全かつ多量に接着できる金ナノロッド(AuNR)を用いて、近赤外光照射により細胞膜局所を加熱することを試みた。波長可変の近赤外レーザーを導入した顕微鏡システムを独自に立ち上げ、神経細胞の細胞膜に存在する熱感受性イオンチャネル(TRPV1)を用いてコンセプト検証した。この結果、近赤外レーザー照射依存的なカルシウム流入が観察された。細胞膜近傍のみが加熱されていることも確認できた。一方で、既存の細胞親和性合成高分子で被覆したAuNRを用いた場合、熱による細胞膜破壊が生じた。この結果は我々が独自に開発した、生体材料由来のAuNR表面修飾剤の優位性を示している。本手法は、対象の神経細胞の遺伝子改変を必要としない、革新的な光遺伝学的手法である。近年のナノテクノロジーの進歩により開発された多様な光応答性材料の中には、光照射されると、発熱したり活性酸素種を生成したりする材料があります。これらの光応答性は、医療・細胞生物学分野で有効利用できます。このためには、光応答性材料を生体環境に馴染ませる、すなわち材料表面を生体適合化することが必須です。本申請課題では、光応答性材料の新しい光応答性を探索するとともに、その生体適合化技術を開発することを目的としました。この結果、生体にとって最も影響の少ない近赤外光を照射しても活性酸素種を効率良く生成する材料を発見し、神経細胞の細胞膜を選択的かつ安全に加熱するための表面修飾方法を開発することができました。高い一重項酸素産生能を有するカイラリティ成分を安定して分取する方法を確立できた。HDLは金ナノロッドを細胞内、あるいは細胞膜表面に多量に毒性なく輸送できることがわかった。27年度が最終年度であるため、記入しない。生物化学、薬物送達学スーパーオキシドアニオンとヒドロキシルラジカルを効率良く産生するs-
老化、酸化ストレスで誘発される現代的疾患の分子的病因解明と分子標的創薬

本研究では糖尿病、肥満、動脈硬化などの代表的生活習慣病、脳梗塞による神経細胞傷害、およびADなどの神経変性疾患について、(1)病因と密接に関わる分子機構の詳細を明らかにし、(2)その分子メカニズム上で作用する有効な活性化または阻害物質の開発、すなわち分子標的創薬をめざすことを目的にした。平成15年度から3年間の研究で得られた知見の要約は以下の通りである。1.酸化LDL刺激下の脂肪細胞のアディポサイトカイン放出制御:動脈硬化のモデル系として標記の実験を行ったところ、数種のアディポサイトカイン放出はいずれも病態増悪方向への変化であった。中でも産生・分泌の増大が著明であったレジスチンでは、転写ではなく、翻訳レベルでの亢進であることを見いだした。2.ミクログリアによる新規なAβクリアランス機構の解析:抗炎症性サイトカインIL-4で刺激したミクログリアにAβクリアランス能が誘導され、それにはスカベンジャー受容体とAβ分解プロテアーゼが関与すること、さらにこの斬新なクリアランス機構は2型ミクログリアに特異的であることも明らかにした。3.新規Aβクリアランス機構のin vivoでの検証:アルツハイマー病モデル動物APP23マウスを用いて、上記の新規Aβクリアランスのin vivoでの検証を行った。その結果、IL-4の脳内微量注入によって記憶学習能の改善が認められたAPP23マウスでは、Aβの脳内蓄積の減少と相関することがわかった。ある種の薬物にはこのAβクリアランス能を誘導できることも判明した。4.1型、2型ミクログリアを識別する単クローン抗体の作製:このような単クローン抗体としてKM9F5が作製できた。本抗体は、マクロファージとは反応しない点でも従来の抗ミクログリア抗体とは異なる特性をもつ(特許出願中)。我々は、老化および酸化ストレスが引き金と考えられる現代的疾患のいくつかについて、病態の発症・増悪の分子メカニズムの解析と、その機構を制御する化合物の探索を進めている。本研究では糖尿病、肥満、動脈硬化などの代表的生活習慣病、脳梗塞による神経細胞傷害、およびADなどの神経変性疾患について、(1)病因と密接に関わる分子機構の詳細を明らかにし、(2)その分子メカニズム上で作用する有効な活性化または阻害物質の開発、すなわち分子標的創薬をめざす。この目標達成のため、脂肪細胞、マクロファージ、および神経細胞、ミクログリアに絞って検討している。本年度得られた成果を以下に記す。(1)酸化LDLまたは高グルコース刺激下の脂肪細胞のアディポサイトカイン放出制御:動脈硬化または糖尿病のモデルとして、酸化LDLまたは高グルコースを負荷した時の脂肪細胞から放出される数種のアディポサイトカイン量の変化、および酸化LDLまたは高グルコースの取り入れ口であるCD36またはGLUT-4の発現量がどのように変化するかを調べたところ、いずれも病態をさらに増悪させる方向への変化であることがわかった。(2)神経細胞-ミクログリア共培養系におけるAβクリアランス機構の解析:ある種のサイトカインで刺激したミクログリアにはAβのクリアランス作用が誘導され、それにはスカベンジャー受容体とプロテアーゼが関与していることを明らかにし、さらにこのクリアランス作用が神経細胞死に対し有効であることを、共培養系において検証できた。これらの成果は、次年度以降の研究に大いに弾みをつけるものであり、これらの成果をふまえ、本研究の更なる展開と深化をめざす。

本研究では糖尿病、肥満、動脈硬化などの代表的生活習慣病、脳梗塞による神経細胞傷害、およびADなどの神経変性疾患について、(1)病因と密接に関わる分子機構の詳細を明らかにし、(2)その分子メカニズム上で作用する有効な活性化または阻害物質の開発、すなわち分子標的創薬をめざす。この目標達成のため、脂肪細胞、マクロファージ、および神経細胞、ミクログリアに絞って検討している。本年度得られた成果を以下に記す。(1)酸化LDL刺激下の脂肪細胞のアディポサイトカイン放出制御:動脈硬化のモデル系として、酸化LDL負荷した時の脂肪細胞から放出される数種のアディポサイトカイン量の変化を調べた結果、いずれも病態を増悪させる方向への変化であることがわかった。中でも産生・分泌の増大が著明であったレジスチンについてさらに調べたところ、転写ではなく、翻訳レベルでの亢進であることを見い出した。その分子機構の詳細を明らかにし、これをブロックできる化合物を探索する。(2)ミクログリアによる新規なAβクリアランス機構の解析:ある種のサイトカインで刺激したミクログリアにAβのクリアランス能が誘導され、それにはスカベンジャー受容体とプロテアーゼが関与することを既に明らかにしたが、本年度はこれがミクログリアの1つのサブタイプ(2型)に特異的な斬新な機構であること、また1型と2型を識別する単クローン抗体の作製にも成功した。これらの成果は、次年度以降の研究に大いに弾みをつけるものであり、これらの成果をふまえ、本研究の更なる展開と深化をめざす。老化や酸化ストレスが引き金となる現代的疾患の中から、本研究では糖尿病、肥満、動脈硬化などの生活習慣病、および代表的神経変性疾患であるアルツハイマー病(AD)について、(1)病因と密接に関わる分子機構の解明、(2)その分子メカニズム上に作用する有効な物質の開発、すなわち分子標的創薬をめざすことを目標とした。最終の本年度得られた成果を、以下に記す。中でも産生・分泌の増大が著明であったレジスチンは、転写ではなく、翻訳レベルが亢進する制御機構であり、3'-UTR領域が重要であった。脂肪細胞にもマクロファージが侵入できるとの最近の注目すべき知見を考慮すると、肥満と動脈硬化との連関には、我々が見出した酸化LDLによる脂肪細胞のアディポサイトカイン放出制御が重要な役割を果すことが明らかになった。(2)ミクログリアによる新規なAβクリアランス機構の解析:ある種のサイトカインで刺激した2型ミクログリアには選択的にオリゴマー状Aβのクリアランス能が誘導され、それにはスカベンジャー受容体とプロテアーゼが関与することを既に明らかにしたが、本年度はADモデル動物の一つ、APP23マウスを用いてin vivoでの検証を行った。
多数のトリプチセンが秩序配列した化合物の合成と回転伝達

本研究では,直径10億分の1メートル(1ナノメートル)の歯車の形をした分子が6個以上噛み合った有機化合物を合成し,この回転伝達の様子を解析する.「分子の間で力がどのように伝達していくのか」は未だ研究が進んでいない領域である.さらにブレーキ部位が組み込まれた分子ギアを合成し,光照射による歯車の回転運動の可逆なオンオフ制御も達成する.本研究の内容は,将来の分子機械の開発に大きく寄与するものである.本研究では,直径10億分の1メートル(1ナノメートル)の歯車の形をした分子が6個以上噛み合った有機化合物を合成し,この回転伝達の様子を解析する.「分子の間で力がどのように伝達していくのか」は未だ研究が進んでいない領域である.さらにブレーキ部位が組み込まれた分子ギアを合成し,光照射による歯車の回転運動の可逆なオンオフ制御も達成する.本研究の内容は,将来の分子機械の開発に大きく寄与するものである.
加齢黄斑変性症(AMD)は,年齢を重ねるに従って網膜の中心に位置し視力の中核的機能を担う黄斑に異常が生じ,見え方の質が著しく低下する病気である.本研究では,老齢者でも患者自らが身近なPC・携帯端末等を用いて自身の症状を手軽に検査でき,その結果に基づいて,日常生活の場面ごとに個人の視覚特性に合致したコンテンツを提示することにより,視野の歪みを軽減し,中心暗点で消失した情報を補い,患者の見え方の質,ひいては生活の質まで大幅に改善させられるような情報工学技術として,CR(Corrected/Complemented Reality)を提案する.加齢黄斑変性症(AMD)は,年齢を重ねるに従って網膜の中心に位置し視力の中核的機能を担う黄斑に異常が生じ,見え方の質が著しく低下する病気である.本研究では,老齢者でも患者自らが身近なPC・携帯端末等を用いて自身の症状を手軽に検査でき,その結果に基づいて,日常生活の場面ごとに個人の視覚特性に合致したコンテンツを提示することにより,視野の歪みを軽減し,中心暗点で消失した情報を補い,患者の見え方の質,ひいては生活の質まで大幅に改善させられるような情報工学技術として,CR(Corrected/Complemented Reality)を提案する.
Roothaan-Hartree-Fock原子波動関数の改良

基底関数展開を用いるRoothaan-Hartree-Fock近似の原子波動関数は、それ自身、原子の電子状態の解明に基本的情報を与えるだけでなく、分子系への応用における基底関数を提供するという重要な役割を持つ。1974年、ClementiとRoettiによって発表されたHeからXe原子までのRoothaan-Hartree-Fock(RHF)波動関数は、Slater型基底関数(STF)を用いた標準的な原子波動関数として、様々な研究に利用されている。しかしながら、Clementi-Roetti波動関数には種々の問題点がある事も知られている。前回、我々は必要な基底の大きさを検討した上で、STFの主量子数{n}と軌道指数{ζ}の同時最適化を行い、改良されたRHF波動関数を中性原子He-Xe、一価のカオチンLi^+-Cs^+およびアニオンH^--I^-に対して開発した。これらの波動関数の全エネルギーは数値的Hartree-Fock(NHF)法のそれをほとんど再現している。しかし、波動関数の性質を詳細に調べてみると、例えば、軌道動径関数の原子核近傍での挙動(カスプ挙動)や原子核から離れた点での挙動(遠距離漸近挙動)などに正しいHartree-Fock原子軌道の振る舞いからの誤差が見られた。本研究では、真のHF原子軌道が満たすべきいくつかの性質を制約条件として、STFの{n}と{ζ}の最適化をやり直し、真にnear-Hartree-Fockと呼べるRHF原子波動関数の開発を行った。以下に、中性原子He-Xeについての結果をまとめる。全エネルギーのNHF値に対する絶対誤差は極めて小さく、その最大値は第一、二、三、四周期原子について、それぞれ、0.02、0.1、3、8μhartreesである。ビリアル比の真の値(-2)からの誤差は、53個の全ての原子を通して、1×10^<-9>以下であった。次に、軌道エネルギーの精度を、基底関数の影響を最も受け安い最外殻について調べると、最大の誤差は、s軌道で3.0μhartrees、p軌道で1.4μhartrees、d軌道で3.3μhartreesであった。開発した波動関数が表現する電子分布の正確さは、位置空間および運動量空間のモーメントを解析することによって確認した。遠距離漸近挙動に対しては、最小の軌道指数が最高被占軌道の軌道エネルギーと矛盾しないよう基底関数系を設計した。最も困難なカスプについても、全ての占有軌道のカスプ値の真の値(+1)からの誤差が0.001以下である。本研究で開発した一連の高精度な原子波動関数は、今後の原子・分子の電子構造の研究に基本的な情報を提供する重要な研究成果といえる。
パラジウムエノラートの極性転換を活用するカルボニル化合物の新規合成法

有機化合物は炭素原子間の連結を基本骨格としており、分子に存在する官能基の種類や数によって様々な性質を示す。とりわけカルボニル化合物は、カルボニル基の持つ特徴的な反応性とそれに基づいた官能基変換の容易さが相俟って有機合成化学の中心的役割を担っている。カルボニル基のα位が官能基化された化合物も数多く知られ、なかには生物活性を示す物質も少なくないことから医薬品などへの応用研究が進められている。そのため、有機合成において最も重要な変換である炭素ー炭素結合の形成とカルボニルα位の官能基化を一段階でかつ触媒的に達成できれば、有用な化合物群の効率的供給が可能になる。そこで本研究では、パラジウム触媒を活用し、通常は求核剤として振る舞う「パラジウムエノラート」中間体を求電子的性質へと逆転させる「極性転換」を基軸に据え、炭素ー炭素結合形成による骨格構築とカルボニルα位の官能基化を一挙に行うカルボニル化合物の新規合成技術の確立を目指している。平成30年度では、以前に開発した「極性転換型環化的ヒドロアミノ化」の基質適用範囲の拡張を行った。また、本パラジウム触媒反応における配位子効果を検討したところ、ホスフィン配位子を添加すると反応の選択性が変化し異なる生成物が得られることを見出した。すなわち、トリフェニルホスフィンを反応系に加えると、触媒サイクル初期段階がヒドロパラデーションからアミノパラデーションにスイッチすると共にエノラートの極性転換が完全に抑制されエナミン型生成物を良好な収率で与えた。さらに、電子不足なトリアリールホスフィンを用いると、このアミノパラデーションよりもオキシパラデーションが優勢になることも併せて見出した。生物活性を示す物質には、カルボニル基のα位に官能基をもつ化合物が数多く存在する。炭素ー炭素結合形成による骨格構築とカルボニルα位の官能基化を同時に達成できれば、精密有機合成における革新的な手法になり得る。そこで本研究では、通常は求核剤として振る舞う「エノラート」の反応性を求電子的性質へと逆転させることで、有機化学において重要な役割を担っているカルボニル化合物の新規合成技術の確立を目指し、骨格構築過程で生成したパラジウムエノラートを求核剤で捕捉する「極性転換プロセス」に立脚した革新的パラジウム触媒反応の創出を図っている。平成27年度では、研究代表者が見出したパラジウム触媒によるアルキニルシクロヘキサジエノン基質の環化的ジアセトキシ化を基に、パラジウムエノラートの極性転換を伴う新規反応の開発を行った。その結果、ハロゲン求核剤存在下で上記基質にパラジウム触媒を作用させると、アルキン部位へのハライドアニオンの求核攻撃を契機として反応が進行する新しい触媒的極性転換プロセスの開発に成功した。本反応では、1つの触媒サイクルで2種類の異なる求核種が化学選択的に基質に取り込まれ、更なる分子変換が期待できるクロロビニル基あるいはブロモビニル基とカルボニルα位にアセトキシ基を併せ持つ多官能性二環式生成物が効率的に得られた。また、スピロ型キラル配位子を用いると中程度ながらもエナンチオ選択性が発現し触媒的不斉合成への応用も確認できた。さらに、この極性転換プロセスの高エナンチオ選択的促進が期待できるキラル配位子の探索研究も行い、新規スピロ型キラル配位子の開発にも成功した。当初予定していた通り、アルキニルシクロヘキサジエノン基質にあるアルキン部位とエノラート部位の求電子性の違いを利用した多官能性カルボニル化合物の高効率合成に成功した上に、予備的な検討ながら酢酸以外のカルボン酸の求核剤としての適用も見込めるようになったため、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。平成28年度ではカルボニルα位に導入される求核剤の適用範囲の拡張に成功した。すなわち、これまでに研究代表者が開発した触媒的パラジウムエノラート極性転換反応では求核剤がアセテートに限られていたのに対し、今回見出したアルキニルシクロヘキサジエノン基質の環化的ヒドロアシルオキシ化では、様々なカルボキシレートをカルボニル基のα位に取り込むことができた。本反応はスピロ型配位子を使用せずとも円滑に進行し、炭素ー水素結合、炭素ー炭素結合、炭素ー酸素結合が一つの触媒サイクルで連続して形成され、三置換オレフィンを有する二環式生成物を高収率で与えた。

さらに、重水素ラベル実験などの反応機構解析も行い、この変換プロセスでは以前の反応とは異なり、パラジウム0価種にカルボン酸が酸化的付加して生じたパラジウムヒドリド種へのアルキン挿入を経て進行していることを明らかにした。当初の予定通り、酢酸(アセテート)だけではなく他のカルボン酸(カルボキシレート)を求核剤として適用することに成功した。また、特別な配位子の非存在下条件や以前の反応とは異なる機構でもエノラートの極性転換が起きることを突き止めた。その上、予備的な検討ながらカルボン酸以外の求核剤の適用にも目途がついたため、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。カルボニル化合物は、カルボニル基の持つ特徴的な反応性とそれに基づいた官能基変換の容易さから有機合成化学の中心的役割を担っている。なかでもα位に官能基を有するカルボニル化合物は、生物活性を示すものも多く医薬品などに応用されている。有機合成において最も重要な変換である炭素ー炭素結合の形成とカルボニルα位の官能基化を一段階でかつ触媒的に達成できれば、有用な化合物群の効率的供給が可能になる。本研究では、パラジウム触媒を活用し、通常は求核剤として振る舞う「パラジウムエノラート」中間体を求電子的性質へと逆転させる「極性転換」を基軸に据え、炭素ー炭素結合形成による骨格構築とカルボニルα位の官能基化を一挙に行うカルボニル化合物の新規合成技術の確立を目指している。平成29年度は、パラジウムエノラート極性転換手法を活用して、工業的にも生物学的にも重要性の高いα-アミノカルボニル化合物の合成を行った。これまで研究代表者が開発してきた反応では、カルボニルα位に導入できる官能基はカルボン酸由来の酸素求核剤(カルボキシラート)に限定されていた。そこで求核剤の適用範囲を拡張すべく、アミンやアミド、イミドなど様々な窒素化合物をアルキニルシクロヘキサジエノン基質の触媒的パラジウムエノラート極性転換反応に求核剤として適用した。その結果、サッカリンのようなスルホニルカルボキシイミドが良好な反応性を示すことを見出した。今回開発に成功した環化的ヒドロアミノ化反応では、炭素ー水素結合、炭素ー炭素結合、炭素ー窒素結合が一つの触媒サイクルで連続して形成され、多官能性二環式α-アミノカルボニル化合物を効率よく与えた。研究代表者が以前に見出したアルキニルシクロヘキサジエノンを基質とする「環化的ジアセトキシ化」反応の知見を基に、パラジウムエノラートの極性転換に立脚した新規触媒的分子変換プロセス「環化的ハロアセトキシ化」・「環化的ヒドロアシルオキシ化」・「環化的ヒドロアミノ化」を開発することに成功した。データ収集に多少の遅れは生じているものの、本研究はおおむね順調に進展していると思われる。有機化合物は炭素原子間の連結を基本骨格としており、分子に存在する官能基の種類や数によって様々な性質を示す。とりわけカルボニル化合物は、カルボニル基の持つ特徴的な反応性とそれに基づいた官能基変換の容易さが相俟って有機合成化学の中心的役割を担っている。カルボニル基のα位が官能基化された化合物も数多く知られ、なかには生物活性を示す物質も少なくないことから医薬品などへの応用研究が進められている。そのため、有機合成において最も重要な変換である炭素ー炭素結合の形成とカルボニルα位の官能基化を一段階でかつ触媒的に達成できれば、有用な化合物群の効率的供給が可能になる。
トリチウム水の近赤外分光による高感度検出技術の開発

水素の放射性同位体であるトリチウム(3H,T)が放出された際には水分子の水素を容易に置換しトリチウム水として拡散することが期待される。本研究では昨年度に引き続き、このリチウム水の新たな検出手段として近赤外領域の高感度・高分解能分光を行うことを目指した。ノートパソコンによるLabVIEWを用いたレーザー制御・データ入出力システムが完成し、ブランク実験として放射性のトリチウムの代わりに重水素を含んだ水分子であるHDOの分光を行った。観測した振動遷移はトリチウム水の場合と同様にトリチウム水の振動遷移(O-H結合の倍音(2_<v3>))の観測を行った。水分子と同様にHDOの場合でも水分子と同様に強い吸収強度で観測されることが確認された。1.38ミクロン帯はこのように他種類の水分子の同時検出には優れていると考えられるが、トリチウム水が実際にフィールドで観測される場合には、通常の水分子に比較してずっと少ないことが期待される。そこで、通常の水の吸収が小さいことが期待される1.6ミクロン帯の外部共振器型半導体レーザー(科研費による購入品)を導入し、その動作確認を行った。富山大学水素同位体科学研究センターの施設へ移設し、トリチウム水を用いた高分解能分光測定を行う予定である。水素の放射性同位体であるトリチウム(^3H, T)は原子炉由来の核反応により生成されるため、その検出には常に高い関心がもたれている。本研究ではトリチウムの有力な化学形態であるトリチウム水の新たな検出手段として近赤外領域の高感度・高分解能分光を行う。トリチウム水の振動遷移(O-H結合の倍音(2_<V3>))の観測のために、これまでと異なる周波数である1.38ミクロン帯の外部共振器型半導体レーザー(科研費による購入品)を導入し、その動作確認を行った。この新しいレーザーの導入に合わせて移動が容易なノートパソコンによるLabVIEW(科研費による購入品)を用いたレーザー制御・データ入出力システムも作成中である。必要なトリチウム水はトリチウムを含有する水素ガスを酸化銅雰囲気下で反応させて生成させる。トリチウムの放射性を考慮してトリチウム水を作る反応系からレーザー光と相互作用させるセル、さらに実験終了時のトリチウム水回収まで考慮した高密閉型の容器を準備する必要がある。これを窓材以外はステンレスで作成し、近赤外光に適したパイレックスの窓を取り付けた。軸方向に長く直径の小さな円筒形とすることで光路長を稼ぎトリチウムの使用量を少なくした。HDOによるシステム動作再確認後に富山大学水素同位体科学研究センターの施設へ移設し、トリチウム水を用いた高分解能分光測定を行う予定である。
高速点火レーザー核融合におけるコア加熱の最適化

大阪大学レーザー科学研究所で実施されたFIREX統合実験では,加熱により達成されたコア温度は2 keV程度であり,更に高温まで加熱するためには加熱エネルギーの増大が必須である.そこで,当初の研究計画を変更し,加熱レーザーのエネルギーを増強する方法とそれを利用して得られる効果についての先行研究に注力した.加熱レーザーのエネルギーを増強する方法として,1)レーザー強度の増加,2)パルス長の延伸,3)照射スポット径の拡大が考えられる.1)については,高速電子が現状より高温化して平均自由行程が長くなり,効率的にコアを加熱できなくなることが懸念される.まず,現実的な手法である2)について,パルス長延伸の効果を簡易的に評価するため,統合シミュレーションにより燃料コアの加熱特性を評価する際,2次元粒子コードのデータを半径方向に2倍引き延ばし,時間軸方向にも2,4,6倍引き延ばして粒子ビームの全エネルギーを増やした.この結果,温度上昇により衝突周波数が小さくなるため,粒子ビームがデポジットするエネルギーの割合は,粒子ビームエネルギーが増加する割合より悪くなることがわかった.一方,高密度コアの方が温度上昇は小さく衝突周波数の低下も小さいので,コア内にデポジットするエネルギーの割合は良くなり,密度で平均したコア温度も同様であることもわかった.次に,3)については,生成面が広くなるため,高速電子をコアまでガイドするだけではなく,コアの大きさにまで集束させる必要があり,ミラー比20程度の強収束磁場を考えて統合シミュレーションを行った結果,加熱の高効率化が可能であることを示した.また,急峻な温度勾配が含まれるレーザープラズマの輻射流体シミュレーションでは,熱平衡分布から外れる高速電子成分が熱輸送へ及ぼす影響が無視できなくなるため,非局所電子熱伝導モデルの改良を行った.2次元相対論的粒子コードと2次元加熱燃焼コードを結合した2次元統合シミュレーションを定常的に実施して,コア加熱特性を詳細に評価しているが,当初の研究計画にあったダブル加熱レーザービームおよび自己生成縦磁場による高速電子ガイディングを導入した場合における加熱効率の向上効果の評価については,緊急性が高い加熱レーザーエネルギー増強についての先行研究に注力したため,研究が遅れている.なお,注力した研究の成果については研究実績の概要で述べた通り,パルス長延伸の効果を簡易的に評価して加熱効率が維持されること,照射スポット径を拡大してもミラー比20程度の強収束磁場を用いれば高効率の加熱が可能であることを示した.しかし,実験で使用する大阪大学レーザー科学研究所の加熱レーザーは,大阪北部地震の影響のため不調となり,実験との比較研究は実施できなかった.2次元輻射流体コードについては,非局所電子熱伝導モデルを改良し,レーザープラズマ相互作用で発生する高速電子の非局所加熱も考慮したモデルを構築するため,粒子シミュレーションを行い,誘導ラマン散乱によって発生する高速電子のエネルギースペクトル分布データを取得した.また,イオンと電子の二温度プラズマモデルおよび全エネルギーの保存性の双方を両立したスキームを開発し,新たな2次元輻射流体コードを開発した.そして,その輻射流体コードに2次元レーザー光線追跡モジュールを実装し,レーザーのプラスチックへの照射問題の解析を行った.さらに,数十キロテスラの磁場環境における高強度レーザープラズマ相互作用の粒子シミュレーション研究を引き続き実施し,レーザー生成ホイッスラー波の高密度プラズマ中での伝播が阻害される現象について詳細に調べ,その阻害機構を明らかにした.2019年度には,大阪大学レーザー科学研究所の加熱レーザーの再調整が完了する見込みであり,パルス長を10ピコ秒にすることが計画されている.このため,パルス長延伸の効果を詳細に解析するため,10ピコ秒のレーザーパルスとプラズマの相互作用を高精度にシミュレーションしなければならない.これは,2次元相対論的粒子コードにとって,非常に大規模かつ長時間のシミュレーションになる未踏の領域である.そこで,2次元相対論的粒子コードについて,動的負荷分散を実装した並列計算手法を更に改良し,粒子および電磁波の境界条件を改善すると共に,生成された高速電子および高エネルギーイオンがシミュレーションシステムに充満する問題についても,解決方法を実装する.そして,パルス長延伸による効果について,実験との比較研究を進め,当初の目的をより精緻に達成する.現在のFIREX統合実験では,外部生成磁場による高速電子のガイディングを想定しているが,繰り返しが必須であるレーザー核融合炉レベルを考慮すると工学的な困難さに直面する.そこで,外部生成磁場ではなく,積極的に磁場が自己生成されるターゲット構造を設計し,その磁場で高速電子をガイディングすることが期待される.この磁場の自己生成には,異なった材質による導電率の差を利用する機構が考えられるため,2次元相対論的粒子コードによる詳細な解析を行い,その磁場の時間発展を評価する.2次元輻射流体コードについては,誘導ラマン散乱によって発生する高速電子のエネルギースペクトル分布データを用いて非局所加熱も考慮したモデルを構築し,コードへ実装する.その他,各コードのシミュレーションモデルを改良しながら高速化も図り,統合シミュレーションの精度を上げて,FIREX統合実験を先導できるデータを供給する.まず,磁場生成用のキャパシターコイルを含むコーン付き中実球ターゲットを設計し,コーン外側から過渡的に印加した磁場のコーン内部への拡散を評価した結果,金(Au)の導電率によっては磁場の拡散が遅く,コーン内部に十分浸透しないことがわかった.また,磁場による熱伝導の非等方性についてはBraginskiiのモデルを用いているが,運動論に基づくシミュレーション解析によってモデルの妥当性を検証した結果,アブレーションにより最大15%程度の差異のあることが明らかになった.

一方,強磁場下における超高強度レーザーとプラズマの相互作用については,磁場がレーザーフィラメント内から排斥され,フィラメント周囲で圧縮されることが明らかになったが,生成される高速電子のスペクトル特性は大きく変化しないこともわかった.次に,外部磁場による高速電子ガイディングの効果を統合シミュレーションにより総合的に評価した結果,磁場生成用レーザーの照射タイミングは最大圧縮時より早い時刻の方が,コア加熱効率の良いことがわかり,最大1.8倍向上することを明らかにした.更に,高エネルギーイオンによる補助加熱については,光圧によるイオンの直接加速を用いるためコーンチップを低密度CHフォームで単にコーティングしただけでは,イオンビームの発散が大きく,コア加熱に適さないことがわかった.そこで,まず,コーン壁面に沿った電子密度増加に伴う静電場の誘起を抑止するためターゲット構造をテーパーなしとし,CHフォームの凹面変形による発散を補償するためCHフォームを凸面にした.この結果,イオンによる加熱効率は約2倍向上したが,電子による加熱効率がおよそ半分に減少したため,総合的なコア加熱は向上せず,ターゲット構造の最適設計が必要であることがわかった.コア加熱効率に大きな影響を与える高速電子の燃料コアへの外部磁場によるガイディングについて,キャパシターコイルのコイル電流による磁場生成の過渡応答を計算した結果,十分な磁場強度が得られることはわかったが,磁場のコーン外側から内側への拡散スピードは,コーン材である金(Au)の導電率によっては遅すぎることがわかり,定量的な評価のためにはWarm Dense Matter領域における金(Au)の導電率を実験的に測定する必要のあることがわかった.磁場による電子熱伝導の非等方性が輻射流体運動に与える効果は,概ねBraginskiiモデルでシミュレーションできており,強磁場下におけるレーザープラズマ相互作用の粒子コードによるシミュレーションでは,磁場が高速電子のスペクトル特性に大きな影響を与えないことがわかった.また,2次元加熱燃焼コードの開発が進んだため,高速電子ガイディングの効果について2次元統合シミュレーションが可能となり,加熱レーザーの入射タイミングとコア加熱の効率向上の関係が示され,大阪大学におけるFIREX統合実験の結果と比較でき,両者は定性的に一致していた.一方,高エネルギーイオンによる補助加熱については,ターゲット構造の最適化が当初の予定より進展し,2次元統合シミュレーションによる解析も先行して実施できた.しかし,2次元加熱燃焼コードの高速化が十分ではないため,統合シミュレーションには極めて長い時間を要し,シミュレーション研究の効率が悪く,この改善が今後の課題である.2次元相対論的粒子コードと2次元加熱燃焼コードによる2次元統合シミュレーションが実施でき,詳細なコア加熱特性の評価が可能になった.
高性能太陽光発電素子の設計と製作

1.Si基板上に歪超格子と熱サイクルアニ-ルを用いて10^6cm^<-2>の低転位密度のGaAsを成長する方法を明らかにした。拡敬によって作製したSi太陽電池の上にGaAs太陽電池を形成することにより、GaAs/Si2端子タンデム型太陽電池を作製し、11%の変換効率を得た。2.CuInSe_2薄膜太陽電池を作製するためのCuInSe_2薄膜形成技術の開発を行ない。ラマン散乱により、Cu/In/SeからCuInSe_2が合成される前にCuSe_2などの相が形成される様子が明らかになった。CaS/CuInSe_2薄膜太陽電池を作製し、4%の効率を得た。3.長波長用InAlAs/InGaAlAs及びInAlAs/InGaAs構造の太陽電池の層構造、不純物密度の最適設計を行った。これらの構造の太陽電池を作製し、前者の効率はモデル計算より少なかったが、後者は3.9%の効率が得られ、理論値に近い値であった。4.アルモファス太陽電池の特性を向上させるためにランブ-体化装置を用い、aーSi:Hを作製し、光励起効果を調べた。放電ガスとして水素ーヘリウム混合により高速堆積が可能となった。なた、水銀増感光CVD法でaーSiCHを作製し、水素希釈率を高めることにより膜質か向上した。5.シルコンの表面に超微細金属アイランドを施した新型太陽電池の特性を改善するために金属アイランドの大きさ、密度、均一性を精密に制御する方法を検討し、湿式太陽電池で14.9%という高い効率を得た。6.水銀増感光CVD法における膜表面反応に及ぼす光の効果を明らかにした。7.(VPF/TrFE)共重合体の強誘電性有機薄膜の通常の金属、半導体結合やPn接合とは異なる異常光起電力効果の発現機構を明らかにした。
中性K中間子を用いたCP非保存の研究

KTeV実験は1996-1997年に一回目のデータを収集し、次の結果を得た。*CPの破れがK^0とK^^-^0間の混合だけではなく、Kの崩壊自身でも起こっている(直接的CPの破れ)が起こっていることを確立した。これは、K_<L,S>→π^+π^-,π^0π^0の4つの崩壊の分岐比の二重比が1から7シグマでずれていることからわかった。これにより、Super WeakモデルはCPの破れの原因であることは否定した。*K_L→ππee崩壊において、eeとππの面の間の角度分布に非対称性を発見した。これは、運動力学的な分布としてCPの破れが見えた初めての例である。*その他にも、種々のKの稀崩壊やハイペロンの崩壊の分岐比や構造関数を測定した。1999-2000年には2回目のデータ収集を行い、K_<L,S>→ππについては同量のデータを、稀崩壊については2-3倍のデータを収集した。現在、CP非保存のパラメータをK_L→π^0ννを用いて測る新しい実験を計画している。そのために必要な、KLと中性子の量とエネルギー分布を、150GeVの陽子を標的に当てて測定した。1996-1997年に収集したデータの解析を行った結果、次の主な結果を得た。K_L,K_S→π^+π^-,π^0π^0の4種類の崩壊の分岐比の二重比を測定した結果、この比が1から約7シグマで有為にずれている事がわかった。これにより、CPの破れはK^0とK^^-^0の間の混合だけで起きているのではなく、K^0→ππの崩壊の過程においても起きていることが確定した。これにより、CPの破れを説明していたSuperweakモデルは否定された。また、K_L→ππeeの崩壊において、ππの作る平面とeeの作る平面の間の角度の分布がCPの対象性を破っていることをはじめて発見した。これは、運動力学的な変数の分布としてCPの破れが観測された初めての例である。さらに、この崩壊における構造関数を測定し、ベクターメソンの寄与があることを示した。また約1500事象を用いてその分岐比を測定した。また、1999-2000年に二回目のデータ収集を行い、統計量を約2-3倍に増やした。KTeVは1996年10月から1997年9月まで一回目のデータ収集を行った。そこで得たデータから、今年度は次の結果を得た。これでKTeVからの発表論文は16編になるが、一回目のデータ収集からさらに10編以上の論文が予定されている。また、1999年5月より2000年1月まで、2回目のデータ収集を行った。これにより、E799は稀崩壊の感度を約3倍に上げた。またE832はε′/εについては1回目と同じ統計量のデータを得、また低いビーム強度など様々なsystematic studiesを行った。また、800GeVの陽子による実験の終了後、150GeVの陽子を現在の標的に当て、中性子とK中間子のレートとエネルギースペクトルを調べるデータを収集した。
CW型細胞質雄性不稔イネにおける稔性回復機構および雄性不稔性発現機構の解析

昨年度に見出したCW型細胞質雄性不稔イネに対する稔性回復遺伝子Rf17は、RMSと命名した遺伝子の発現抑制アリルであることを明らかにした.RMSプロモーターにmRFPを融合して発現させたところ、Rf17アリルでは発現が見られないのに対し、稔性回復能を持たないrf17では発現が見られた事がらRMSはプロモーター領域のSNPによって制御されていることが明らかになった.RMSタンパク質の機能は不明であるが、ミトコンドリアに局在していた.CW細胞質雄性不稔性の原因であると考えられるCW-ORF307とRMSが同時にミトコンドリアに局在する事が雄性不稔性の原因であることが考えられた.一方、昨年度までの解析で、DCW11というミトコンドリア局在のprotein phosphatase 2C(PP2C)タンパク質がCW細胞質雄性不稔性に深く関わっていることを見出していた、今年度の解析でDCW11は実際にPP2C活性を持ち、DCW11-binding ADP-ribosylation factor(DBA)という因子と結合することが明らかとなった.また、DCW11の抑制は核コードのAOX1a遺伝子の発現を増加させ、CW細胞質雄性不稔系統におけるDCW11過剰発現はAOX1aを抑制した従ってDCW11はCW細胞質雄性不稔性に深く関連しており、AOX1aの発現制御メカニズムに関してはミトコンドリア-核間の新規シグナリングが関連しているものと考えられた.CW型細胞質雄性不稔性における稔性回復遺伝子Rf17は-遺伝子で稔性回復を支配する因子である.ポジショナルクローニング法を用いてRf17をイネの第4染色体77kb内に絞り込んだ.相補実験を試みた結果,Rf17に座乗していたPPR遺伝子を含むゲノム断片を雄性不稔系統に導入することによって稔性回復が起こることを示した。このPPR遺伝子をCWPPR2とした.相補したゲノム断片にはCWPPR2の他に機能未知の遺伝子も座乗していたが,機能未知遺伝子には塩基配列の変異が見られず,CWPPR2はRf17の候補として有力であると考えられた.プロテオミクス解析によるスクリーニングを行い,稔性回復系統と雄性不稔系統がアミノ酸配列の異なるミトコンドリアALDH2bタンパク質を保持していることを明らかにした.同時に,ノーザンプロットを用いて,稔性回復系統と雄性不稔系統との問で発現パターンが異なるミトコンドリア遺伝子orf284,rp15を見い出した.これらの遺伝子は細胞質雄性不稔性の起因に関わっている可能性が示唆された.マイクロアレイ解析を用いた遺伝子発現解析で,雄性不稔系統で発現が変動している遺伝子を約150個見い出した.RNAi法を用いたノックダウンで,実際にこれらの遺伝子の発現減少が雄性不稔性を引き起こすことを確認した.そのうちにはprotein kinase遺伝子や,protein phosphatase 2C遺伝子も存在し,これらの遺伝子は雄1生器官発達におけるミトコンドリアシグナルに関連している可能性も考えられた.CW型細胞質雄性不稔性における稔性回復遺伝子Rf17は一遺伝子で稔性回復を支配する因子である.ポジショナルクローニング法を用いてRf17が機能不明の遺伝子Retrograde-regulated Male Sterility(RMS)の発現低下によって説明されることを証明した.RMSタンパク質の機能は不明であるが、Yeast-two-hybrid法により、Keto-acyl-acyl-carrier protein synthase(KAS)のイネオルソログosKAS IIと結合することを証明した.また、CW型細胞質雄性不稔系統の全ミトコンドリア塩基配列を決定した所、雄性不稔系統特異的なORF、ORF309を見出した.この遺伝子産物が雄性不稔性の原因になると考えられた.さらに、マイクロアレイ解析を用いた遺伝子発現解析で,雄性不稔系統で発現が変動している遺伝子を約150個見い出した.そのうちprotein phosphatase2CをコードするDCW11をノックダウンすると、CW細胞質雄性不稔系統様の表現型を示したため、DCW11は細胞質雄性不稔性に深く関わっていると考えた.また、DCW11はミトコンドリア局在であり、同じくミトコンドリア局在のCalcium-dependent protein kinaseとYeast内で結合した.このことから、DCW11はカルシウムイオンを介したミトコンドリアシグナリングに関わっている可能性が考えられた.昨年度に見出したCW型細胞質雄性不稔イネに対する稔性回復遺伝子Rf17は、RMSと命名した遺伝子の発現抑制アリルであることを明らかにした.RMSプロモーターにmRFPを融合して発現させたところ、Rf17アリルでは発現が見られないのに対し、稔性回復能を持たないrf17では発現が見られた事がらRMSはプロモーター領域のSNPによって制御されていることが明らかになった.RMSタンパク質の機能は不明であるが、ミトコンドリアに局在していた.CW細胞質雄性不稔性の原因であると考えられるCW-ORF307とRMSが同時にミトコンドリアに局在する事が雄性不稔性の原因であることが考えられた.一方、昨年度までの解析で、DCW11というミトコンドリア局在のprotein phosphatase 2C(PP2C)タンパク質がCW細胞質雄性不稔性に深く関わっていることを見出していた、今年度の解析でDCW

11は実際にPP2C活性を持ち、DCW11-binding ADP-ribosylation factor(DBA)という因子と結合することが明らかとなった.また、DCW11の抑制は核コードのAOX1a遺伝子の発現を増加させ、CW細胞質雄性不稔系統におけるDCW11過剰発現はAOX1aを抑制した従ってDCW11はCW細胞質雄性不稔性に深く関連しており、AOX1aの発現制御メカニズムに関してはミトコンドリア-核間の新規シグナリングが関連しているものと考えられた.