hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
昆虫の生体防御系に関する遺伝子群の分子進化学的研究

今年度の研究成果昆虫の生体防御系の進化を、ショウジョウバエの抗菌タンパク質セクロピン遺伝子群及びアンドロピン遺伝子をモデルとし、DNA塩基配列に基づいた分子進化・集団遺伝学的解析から考察を行っている。(1)セクロピン遺伝子座の進化機構を集団遺伝学的に議論するために、キイロショウジョウバエにおけるセクロピン遺伝子座の種内変異について検証を試みた。セクロピン遺伝子座では脊椎動物の免疫関連遺伝子で観察されるような平衡選択が働いていないことが明らかとなった。一方でセクロピン遺伝子座は、既知であるキイロショウジョウバエの中で最も高い中立的塩基多様度(約3%)が観察され、その原因は種内での組換えおよび近縁種オナジショウジョウバエからの配列の移入(introgression)によるものであることが分かった。これはショウジョウバエの近縁種間において不完全な生殖的隔離が存在する可能性を指摘し、集団遺伝学的見地からも今後究明に値する問題である。(2)ショウジョウバエにおいて、セクロピンと共通祖先遺伝子から進化してきたと思われる雄特異的抗菌タンパクのアンドロピン遺伝子の起源を探るため、キイロショウジョウバエ近縁数種についてアンドロピン遺伝子のクローニングを行った。現在まで、約1000万年前に共通祖先が分岐したmelanogaster species subgroup8種についてアンドロピン遺伝子の存在を確認した。しかし約6000万年前に分岐したD.virilisでは遺伝子は存在せず、アンドロピン遺伝子が最近になって形成された可能性が示された。一方近縁種間でクローニングしたアンドロピン遺伝子は、アミノ酸置換が多く観察され、更に非同義置換と同義置換の比が1に近い値を示した。これらのことは、アンドロピン遺伝子での正の自然選択の働きあるいは機能的制約が緩いことを示唆している。この原因特定には更に種内変異を調べる必要があると考えている。アンドロピンとセクロピン遺伝子は非常に近接して連鎖しているにも関わらず、変異の維持機構は2遺伝子間で大きく異なる。これら遺伝子の進化の様相を更に究明することで、昆虫における抗菌タンパク質遺伝子の多様化の議論が可能であろう。1.今年度の実施結果無脊椎動物の生体防御系の進化を、ジョウジョウバエの抗菌タンパク質セクロビン多重遺伝子族をモデルとして考察を行っている。現在まで、自然集団から採集されたキイロショウジョウバエ(D.melanogaster)6系統及び近縁種であるD.simulans,D.yakuba各々1系統について、PCR法を用いてセクロビン遺伝子群の塩基配列を決定した。得られた配列から遺伝子の系統樹及び進化速度を決定した。得られた配列から遺伝子の系統樹及び進化速度を推定し、更にキイロショウジョウバエのゲノム上の遺伝子配置を考慮しつつ、ショウジョウバエにおけるセクロピン遺伝子群の多重化に関する進化経路を推定した。それによると、この遺伝子群は約2000万年の間に最低4回の遺伝子重複と2度の染色体再配置を経て形成されたことが示唆された。これら遺伝子がコードする各々のセクロピンタンパクは明確な抗原特異性を持たないため、おそらく菌などの感染から短時間で多くのペプチドをつくり出す適応的な経緯から、遺伝子の量的反復が行われたと推測される。2.今後の研究展開(1)今年度で得られた進化過程を検証する為、D.yakubaをはじめとした近縁数種からセクロピン遺伝子群全長のクローニングを行う。(2)セクロピンの起源を探るため、海産無脊椎動物を中心とし、セクロピンタンパクの単離及び遺伝子のクローニングを試みる。(3)ショウジョウバエにおいて、セクロピンと共通祖先遺伝子から進化してきたと思われる雄特異的抗菌タンパクのアンドロピン遺伝子をキイロショウジョウバエ近縁数種についてクローニングし、その起源と進化を調べる。昆虫における抗菌タンパク質遺伝子の多様化について考察する。

これらのことは、アンドロピン遺伝子での正の自然選択の働きあるいは機能的制約が緩いことを示唆している。この原因特定には更に種内変異を調べる必要があると考えている。アンドロピンとセクロピン遺伝子は非常に近接して連鎖しているにも関わらず、変異の維持機構は2遺伝子間で大きく異なる。これら遺伝子の進化の様相を更に究明することで、昆虫における抗菌タンパク質遺伝子の多様化の議論が可能であろう。
Ti(II)試薬による実用的な炭素-炭素多重結合の環化-応用と不斉合成への展開-

1.ジアルコキシチタナサイクルのアルデヒドへの不斉付加の試み1,6-ジインとTi(O-i-Pr)_4と2当量のi-PrMgClから発生したチタナシクロペンタジエンに1当量の光学活性ビナフトール塩を添加したのち、アルデヒドを付加したが、付加体に不斉誘起は全くみられなかった。反応系中の夾雑Mg塩の影響が無視できず、光学活性チタン反応種の発生がきれいに進行しないと結論づけられる。そこで、次に基質コントロールの不斉合成手法に切り替えた。2.分子内アレン・アセチレン不斉環化反応前年度の研究で、光学活性5,6-ジエン-1-インを同様に環化すると、アリルチタン部位を有するチタナサイクルを与え、これをアルデヒド、ケトン、イミンでトラップすると、位置、立体、ジアステレオ選択的に、かつ出発物質の鏡像体過剰値(ee)を保持して対応する付加体が収率良く得られた。この際の不斉誘起の立体化学を明らかにするため、出発物質の絶対構造と、標品に導き決定した生成物のそれを比較した。この考察により、アルデヒド付加がチタナサイクルを形成するアリルチタン部位につき、厳密にSyn-S_E2'の形式で進行していることを明らかにした。α,β-不飽和エステルを基質とする不斉環化反応と光学活性テルペン合成への応用前年度の研究で、共役エステル部位を有するオレフィンまたはアセチレンのダンデム環化反応により、ビシクロ[3.3.0]オクタノンやビシクロ[3.1.0]ヘキサン骨格が収率良く構築できた。この反応において、アリル位の置換基が環化の立体化学制御を効率よく行うことを見出した。そこでこの位置に光学活性な置換基を有する基質を不斉環化し、シクロプロパン部位を有するモノテルペン・サビネンを光学活性体として合成した。本研究により、所期の低原子価チタンに基づく不斉環化反応の開発目標を、以上述べた通り達成することができた。1)1,3-ジエン・アセチレンを基質とする環化6,8-ジエン-1-イル(1 equiv)をTi(O-i-Pr)_4(1.25equiv)とi-PrMgCl(2.75 equiv)でエーテル中処理することにより、アリルチタン部位を有するチタナサイクルが収率良く生成した。ひき続くアルデヒドとの反応では、アリルチタン部位の末端で位置選択的に、かつジエン由来の2置換オレフィンの立体化学もE体に決まった付加体が得られた。2)1,2-ジエン(アレン)・アセチレンを基質とする環化光学活性な6,7-ジエン-1-イル類は、同様の条件下環化し、加水分解を経て光学純度を損なうことなく2-アルケニル-1-アルキリデンシクロペンタン類を与えた。中間のチタナサイクルの一酸化炭素によるカルボニル化は、光学活性ビシクロ[3.3.0]オクテノンを与えた。5,6-ジエン-1-インでは、アレン部位について上と異なる位置選択性で反応が進行し、アリルチタン部位を有するチタナサイクルを与えた。光学活性アレンインから出発して、中間体のチタナサイクルをアルデヒド、ケトン、イミンでトラップすると、位置、立体、ジアステレオ選択的に、かつ出発物質の鏡像体過剰値(ee)を保持して対応する付加体が収率良く得られた。

3)α,β-不飽和エステルを基質とする環化共役エステル部位を有するオレフィンまたはアセチレンの環化も進行するが、この場合反応性の高い炭素-チタン結合が、分子内の求電子部位をさらに攻撃し、タンデム環化反応が進行する。すなわち、2-エン-7-イノアートや2,7-ジエノアートからはビシクロ[3.3.0]オクタン骨格が、2-イン-7-エノアートからはビシクロ[3.1.0]ヘキサン骨格が収率良く得られた。本研究により、所期の低原子価チタンに基づく環化反応の開発目標を、以上述べたとうり達成することができた。1.ジアルコキシチタナサイクルのアルデヒドへの不斉付加の試み1,6-ジインとTi(O-i-Pr)_4と当量のi-PrMgClから発生したチタナシクロペンタジエンに1当量の光学活性ビナフトール塩を添加したのち、アルデヒドを付加したが、付加体に不斉誘起は全くみられなかった。反応系中の夾雑Mg塩の影響が無視できず、光学活性チタン反応種の発生がきれいに進行しないと結論づけられる。そこで、次に基質コントロールの不斉合成手法に切り替えた。2.分子内アレン・アセチレン不斉環化反応前年度の研究で、光学活性5,6-ジエン-1-インを同様に環化すると、アリルチタン部位を有するチタナサイクルを与え、これをアルデヒド、ケトン、イミンでトラップすると、位置、立体、ジアステレオ選択的に、かつ出発物質の鏡像体過剰値(ee)を保持して対応する付加体が収率良く得られた。この際の不斉誘起の立体化学を明らかにするため、出発物質の絶対構造と標品に導き決定した生成物のそれを比較した。この考察により、アルデヒド付加がチタナサイクルを形成するアリルチタン部位につき、厳密にSyn-S_E2′の形式で進行していることを明らかにした。3.α,β-不飽和エステルを基質とする不斉環化反応と光学活性テルペン合成への応用前年度の研究で、共役エステル部位を有するオレフィンまたはアセチレンのタンデム環化反応により、ビシクロ[3.3.0]オクタノンやビシクロ[3.1.0]ヘキサン骨格が収率良く構築できた。この反応において、アリル位の置換基が環化の立体化学制御を効率よく行うことを見出した。そこでこの位置に光学活性な置換基を有する基質を不斉環化し、シクロプロパン部位を有するモノテルペン・サビネンを光学活性体として合成した。本研究により、所期の低原子価チタンに基づく不斉環化反応の開発目標を、以上述べた通り達成することができた。
交通規制および交通安全施設が交通災害防止に与える効果に関する研究

1.これまでの交通事故分析において見過ごされていた物損事故に焦点をあて,都道府県・警察署管内・小学校区・信号交差点を分析対象として,その発生規模,事故特性を把握し,交通安全対策に対する物損事故データ活用の有効性と限界について研究した.2.錯綜手法を用いて道路交通の危険性を評価するにあたり,従来の研究をもとにその特性を把握した.さらに,自転車横断帯について自転車利用者が受ける危険性を軽減するための方策について,実測調査等から検討した.また,山岳道路における信号機の設置について,交通特性と運転者の意識の両面から調査を行ってその効果について分析した.3.高速道路では追突事故の多発が大きな問題となっている.高速度での接近追従をおこなうドライバーの心理要素,車間距離と追い上げられ感の関係,接近追従走行時の危険に対する補償行動およびトンネル内速度感を解析し,発生の背景を論じた.4.漢字視認における輪郭の役割について検討し,輪郭の図形保存率がきわめて高いことを示した.また,路面表示に対して台形アナモルフォシスの適用を試み,その有用性を明らかにした.さらに,漢字視認における文脈情報の役割を実験的に測定し,その役割の大きいことを明らかにした.5.鉄道駅周辺の主要な放置自転車,バイク対策として,有料駐車場の整備,並びに放置禁止区域の設置が考えられる.本研究では,これらの対策の効果を需要抑制の観点から検討し,更に需要予測方法も提案した.6.地区交通計画は対象地区の特性に応じて,計画課題,計画手法等が異なってくるが,本研究では住宅地区と都心商業業務地区を取り上げた.前者については各交通手段への街路空間の適切な割当手法を提案し,後者については都心部の路上駐車対策について論じた.1.これまでの交通事故分析において見過ごされていた物損事故に焦点をあて,都道府県・警察署管内・小学校区・信号交差点を分析対象として,その発生規模,事故特性を把握し,交通安全対策に対する物損事故データ活用の有効性と限界について研究した.2.錯綜手法を用いて道路交通の危険性を評価するにあたり,従来の研究をもとにその特性を把握した.さらに,自転車横断帯について自転車利用者が受ける危険性を軽減するための方策について,実測調査等から検討した.また,山岳道路における信号機の設置について,交通特性と運転者の意識の両面から調査を行ってその効果について分析した.3.高速道路では追突事故の多発が大きな問題となっている.高速度での接近追従をおこなうドライバーの心理要素,車間距離と追い上げられ感の関係,接近追従走行時の危険に対する補償行動およびトンネル内速度感を解析し,発生の背景を論じた.4.漢字視認における輪郭の役割について検討し,輪郭の図形保存率がきわめて高いことを示した.また,路面表示に対して台形アナモルフォシスの適用を試み,その有用性を明らかにした.さらに,漢字視認における文脈情報の役割を実験的に測定し,その役割の大きいことを明らかにした.5.鉄道駅周辺の主要な放置自転車,バイク対策として,有料駐車場の整備,並びに放置禁止区域の設置が考えられる.本研究では,これらの対策の効果を需要抑制の観点から検討し,更に需要予測方法も提案した.6.地区交通計画は対象地区の特性に応じて,計画課題,計画手法等が異なってくるが,本研究では住宅地区と都心商業業務地区を取り上げた.前者については各交通手段への街路空間の適切な割当手法を提案し,後者については都心部の路上駐車対策について論じた.交通規制および交通安全施設が交通災害防止に与える効果を明らかにするためにつぎのような調査研究を行なった。1.急カーブ、急勾配の連続する阪奈道路を対象に、カーブ区間と直線区間での事故発生上の特徴を分析した。つぎに、カーブ開始地点ならびにカーブ中間地点における速度を調査し路側環境および中央分離帯タイプがカーブでの速度に及ぼす影響を分析するとともに、それらの速度抑制効果を明らかにした。2.下り勾配と曲線の組み合わさった区間にある交差点を対象に、信号設置前後における走行速度の調査を行い、信号機や予告信号の見通しや勾配・平面線形の速度への影響を分析した。また、先行車の影響を追従モデルを用いて定式化し、信号設置前後の差異を予告信号機等が運転者の速度決定に与える影響と信号待ちの停止車両の与える影響とに分離することを試みた。3.ドライバーの視環境における文字および図形表示の新しい設計法の検討をおこなった。台形アナモルフォシスの視環境を座標変換式として定式化し、路面表示設計への適用を試み従来の路面表示との対比を行った。現在、その実用性について検討中である。4.交通事故の危険度評価や交通安全対策の効果判定の尺度として用いられている交通事故率を検討し、利用主体(警察、道路管理者等)にとってより実用性に富み、信頼性の高い指標への改良を試みている。5.高速道路利用ドライバーへのヒアリング調査をおこない、接近追従する理由の多様さと速く行きたいという速度欲求の存在を明らかにした。また、実験的に、車間距離に対するドライバーの速度欲求伝達反応を調査し、前車へ速度欲求を伝えるためには20m程度の短かい車間距離になるまで前車に接近しなければならないことが判明した。交通規制および交通安全施設が交通災害防止に与える効果を明らかにするためにつぎのような調査研究を行なった。1.安全対策の効果的な実施計画を作成する上での基準指標である事故率を各種作成するとともに地域の大きさを変化させた場合の事故率の変動特性の分析をおこなった。その結果、地域の事故危険度の高低差を判別するおおよその基準事故率を求めることができた。

信号交差点における右折専用車線の設置効果に関しては過去3箇年にビデオ撮影した交通流データをもとに、交通量,速度,錯綜発生率等について解析中である。2.大阪と奈良を結ぶ生駒山系を横断する大阪府道大阪生駒線において、交差点に信号機が設置され、これによって付近の走行速度は低下し車間距離は減少した。本年度はこの様な交通流変化に対する道路利用者の意識を明らかにするため、アンケート調査を実施した。この結果追突しそうになる事態を目撃・経験する利用者が相当数おり、このため全体では危険感が増大しているこのが明らかになった。3.高速道路における追突事故発生の素因となっているのは接近した危険な追従走行の出現である。本年度は接近追従走行時の運転者の危険補償行動に着目し、前車の制動灯点灯に対する反応時間および注視挙動に関する解析をおこなった。その結果、車間距離が短かくなると反応時間は小さくなることおよび制動灯を認知できない注視点の比率が低下することが明らかになり、危険に対する補償行動がとられていることが判明した。4.放置禁止区域の半径を組み込んだ自転車の発生位置と徒歩選択率の関係を表わすモデル式を作成し、さらに、この式を取り入れた放置禁止区域の大きさと自転車削減量を推定する方法を開発した。
二核ロジウム錯体上での無機硫黄の循環の化学

この一連の二核ロジウム錯体中で、S-S結合はRh-Rh結合に対して平行にサイドオンし、その結果、二つの硫黄原子と二つのロジウム原子からなるメタラサイクル骨格を形成している。錯体中のCp^*Rh-RhCp^*基の強い電子供与性により、高次に酸素化されたジスルフィド種も配位子として二核ロジウム錯体中に組込まれている。単離したこれらの二核ロジウム硫黄酸化物錯体の反応性について明らかにするとともに錯体6の還元により錯体3が生成することを見いだした。なお錯体3の錯体1への還元には成功していないが、錯体3とI_2(あるいは、ICH_2CH_2I)との反応で一部、[{(RhCp^*)_2(μ-CH_2)_2}_2(μ_4-S_4)]^<2+>が生成することを見いだし、Rh-Rh結合上で人工的な硫黄の循環を達成した。自然界の硫黄循環において、α-ジスルフォンより亜硫酸イオンや硫酸イオンが生成する過程も硫黄酸化の最終過程のひとつと予想される。我々は、ジチアジローダのメタラサイクル型Rh_2S_2骨格をもつジスルフィド錯体[(RhCp^*)_2(μ-CH_2)_2(μ-S_2)](1)の酸素化よりα-ジスルフォン錯体[(RhCp^*)_2(μ-CH_2)_2(μ-S(O)_2S(O)_2)](2)が生成すること、そして錯体2は、光照射によって[{(RhCp^*)_2(μ-CH_2)_2(μ-S(O)_2S(O)_2)}_2(O_2)](3)に異性化することを見いだした。この3が酸素あるいは酸素と水と反応して、それぞれスルファト錯体[(RhCp^*)_2(μ-CH_2)_2(μ-SO_4)](4)やスルフィト錯体[(RhCp^*)_2(μ-CH_2)_2(μ-SO_3)](5)が生成することを明らかにした。また錯体2から3への光異性化と暗下での、その逆反応の両方が、結晶相でおこる、興味ある可逆結晶相異性化反応であることを見いだした。さらに本研究で、チオールスルフォナート錯体[(RhCp^*)_2(μ-CH_2)_2(μ-SS(O)_2)](6)と求電子試薬、CH_3Iとの反応を試み、[(RhCp^*)_2(μ-SCH_2)_2(μ-SCH_3)](BPh_4)(7)を単離し、SO_2ガスの発生を確認した。そしてこの反応がCH_3IのCH_3基によるμ-SS(O)_2のS原子(S(O)_2の硫黄原子ではない)への求電子反応により進行し、C-S結合生成とともにμ-SS(O)_2、のS(O)_2部分からSO_2ガスが発生することを見いだした。他のアルキルハライドとの反応も試み、錯体7に対応する生成物を単離し、単結晶X線解析により構造決定した。本年度は、合成した錯体[(RhCp^*)_2(μ-CH_2)_2(μ-SO_2SO_2)](1)中のSO_2SO_2配位子の還元と酸化を試みた。この配位子は、弱いS-S共有結合(結合次数が0.321)と高次に酸化された硫黄原子をもっている。SO_2SO_2配位子が、どの様な酸化還元挙動を示すのか明らかにすることは金属原子上で、無機硫黄の循環を実現する上で大切なことである。今回、我々は錯体1に対して、還元剤であるNa_2S_2O_4や酸化剤であるNOがどの様な反応性を示すか調べた。また反応に対する光の影響についても調べた。メタノール中、暗所で、錯体1に対して、大過剰のNa_2S_2O_4を反応させたところ、μ-SO_2SO_2配位子は還元され[(RhCp^*)_2(μ-CH_2)_2(μ-SSO_2)](2)が生成した。一方、光照射下では、錯体2と[(RhCp^*)_2(μ-CH_2)_2(μ-SO_3)](3)が2:1で生成することを見いだした。

光反応の反応経路を検証するため、[(RhCp^*)_2(μ-CH_2)_2(μ-SO_2SO_2)]の光反応で生成する[(RhCp^*)_2(μ-CH_2)_2(μ-OSOSO_2)](4)を合成し、それに大過剰のNa_2S_2O_4を、N_2ガス下で反応させた。その結果、錯体4はNa_2S_2O_4と反応して錯体2に還元されることを見いだした。錯体1と大過剰のNa_2S_2O_4との光反応時に生成する錯体3は、光反応で生成した錯体4と反応系に存在する酸素や水との反応で生成したものと結論づけた。錯体1のジクロロメタン溶液にNOを反応させると、光化学反応でも暗反応でも錯体[(RhCp^*)_2(μ-CH_2)_2(μ-NO_2)]SO_4が生成した。この反応では、μ-SO_2SO_2配位子が酸化されて硫酸イオンが生成することを確認している。空気中光照射下、錯体1は固体反応でも錯体4を経て錯体3に酸化されることを見いだした。昨年度は,α-ジスルフォン錯体[Rh_2Cp*_2(μ-CH_2)_2(O_2SSO_2)](1a*,Cp*=η^5-C_5Me_5)と[Rh_2Cp*_2(μ-CH_2)_2(O_2SOSO)](2a*)との間の結晶相可逆的異性化(1a*から2a*への異性化は結晶相光反応,その逆の異性化反応は,結晶相熱反応)の機構を実験及び理論の両面から明らかにした。本年度は,1.Cp*配位子のMe基一つをEt基に置換したCp'=η^5-C_5Me_4Etを有する[Rh_2Cp'_2(μ-CH_2)_2(O_2SSO_2)](1a')及び[Rh_2Cp*_2(μ-CH_2)_2(O_2SOSO)](2a')を合成し,1a*や2a*との応答機能性等を比較検討した。その結果1a'の結晶相光応答速度(蛍光灯照射下)は1a*に比べて極めて遅いことが分かった。現在その応答速度と結晶空間の相関関係をさぐっているところである。また逆反応である熱反応の比較を行っている。2.対応するIr錯体[Ir_2Cp*_2(μ-CH_2)_2(O_2SSO_2)](1b*)を合成し,結晶相光異性化速度を比較検討した。その結果,蛍光灯下,淡黄色結晶の1b*が,橙色結晶の[Ir_2Cp*_2(μ-CH_2)_2(O_2SOSO)](2b*)に1a*とほぼ同じ速度で異性化すること,そして色の変化は,Rh錯体の場合に較べて鮮やかであることを見いだした。3.ジスルフィド錯体[M_2Cp*_2(μ-CH_2)_2(S_2)](M=Rh(3a),Ir(3b))の強い求核性を利用したクロロ炭化水素の新規脱クロロ化反応の開発を行った。モノ、ジ、トリクロロメチルベンゼンとの反応では,後者二つは,室温の温和な条件で,二つのC-Clと一つC-H結合あるいはを三つのC-Cl結合を同時に切断してC-C_6H_6基がジスルフィドのS-S結合に挿入したジチオカルボキシラト錯体が生成することを見いだした。モノクロロメチルベンゼンではS原子がベンジル化されたジスルフィド錯体が生成することが分かった。
歯種特異的な歯胚消失メカニズムの解明と臨床応用について

EL/seaマウスにみられる歯種特異的な歯胚消失は、上皮と間葉の間に存在する基底膜分子であるインテグリンα3β1あるいはα6β1を介するラミニンα5への接着異常が原因と考えられた。その作用機序としては、インテグリンβ1とラミニンα5の相互作用が働かないためアポトーシスの抑制に異常が生じ、結果として歯胚の発育に関与する遺伝子群の細胞活性の低下を招き、歯胚の発育が停止し、最終的には消失する可能性が示唆された。1.Lef1遺伝子の発現について:in situ hybridization (ISH)の結果より、EL/seaマウスの生後5日では内エナメル上皮の一部に発現が認められたが、コントロールであるEL/Kwに比べその発現は抑制され、7日以降では発現が消失していた。さらに、免疫染色の結果から、5日と10日齢ではLef1の発現はみられず、7日齢で歯胚(形態異常)の基底細胞部にタンパクの発現がわずかに認められた。2.Shh遺伝子の発現について:ISHの結果より、EL/seaマウスでは、いずれの日齢でも発現は認められず、EL/Kwマウスと大きく異なっていた。しかし、免疫染色結果では、5日齢の歯胚の遠心側の一部で発現が疑われたが、不明瞭であった。また、7日齢では歯胚の基底細胞でわずかに発現していた。10日齢では歯胚の一部に発現が疑われたが、不明瞭であった。3.LAMA5の発現について:EL/Kwマウスでは、5日齢において内エナメル上皮に強い明瞭な発現が免染により確認できたが、EL/seaマウスでは歯胚全体に発現がみられ、コントロールとは全く違う発現パターンであった。一方、EL/ Kwマウスの7日齢、10日齢では内エナメル上皮から歯乳頭のエナメル結節付近に発現が移り、さらにはエナメル芽細胞、象牙前質に発現が認められた。しかし、EL/seaマウスでは、7日齢、10日齢で発現は見られなかった。すなわち、EL/seaマウスでは、コントロールとは全く違い発現パターンや消失がみられた。内エナメル上皮にはLAMA5の上皮側の受容体であるインテグリンα3β1あるいはα6β1が存在している。そのため、EL/seaマウスの5日齢でみられた歯胚全体のLAMA5の異常な発現パターンは、受容体であるインテグリンα3β1あるいはα6β1に何らかの異常が生じたためと考えられる。これまでの研究成果から、EL/seaマウスの第三臼歯(M3)は5日齢から発育異常が認められ、その後10日齢で歯胚が消失することが知られ、その消失メカニズムには上皮側から間葉側へのシグナル伝達の異常が示唆されている。上皮と間葉の間に存在する基底膜分子としてインテグリンα3β1あるいはα6β1とラミニンα5が知られているが、とくに、上皮のインテグリンβ1とラミニンα5は、内エナメル上皮の極性化に重要であることが報告されている。本研究においてラミニンα5の免疫染色結果では、EL/Kwマウスでは正常に発現するのに対して、EL/seaマウスの5日齢において、本来内エナメル上皮に発現が限局するはずのものが、歯胚全体に異常発現していた。さらに、7日齢および10日齢では、発現は消失していた。さらに、インテグリンβ1における免疫染色でも発現異常が見られた。そこで、EL/seaマウスにみられる歯種特異的な歯胚の消失がラミニンα5とインテグリンβ1の相互作用の異常によって、どのような影響を受けるのかを検討するため、EL/KwおよびEL/seaマウスのM1およびM2の臼歯を試料に、マイクロアレイ解析を実施した。その結果としてApoptosis pathway、Hedgehog pathwayの関与が示唆された。以上の結果から、ELマウスにみられるM3の歯胚消失には、基底膜分子であるインテグリンβ1とラミニンα5が強く関与し、同時にアポトーシスシグナルに影響を与え、歯胚の発育に関与する遺伝子群の細胞活性を低下させている可能性が示唆された。EL/KwとEL/seaマウスの生後5日、7日、10日のin situ hybridization (ISH)と免染結果より、生後5日でLef1遺伝子発現に抑制がみられ、7日以降発現が消失する。この結果に呼応するように、生後7日ではLef1タンパクの発現が認められるものの10日では発現が消失する。上記の結果は、H.E.染色をもとにした組織学的所見(7日で歯胚の発育停止、10日で消失)と合致することから、Lef1遺伝子がELマウス第3臼歯の消失に関与していることは間違いないことを裏付けている。そこで、ISHと免疫染色(免染)の結果から、Lef1mRNAの発現制御に関わる項目の確認を優先することを目的に。(1)Lef

1遺伝子のプロモーター領域の構造解析と(2)上流因子であるWnt10、Bmp4遺伝子の発現および局在(ISHおよび免染)について検討を始めている。さらに、Shhについても、免染結果においてEL/KwとEL/seaとの間で有意差あることから。Shh遺伝子の発現および局在を確認するためのISHを行い、現在解析中である。一方で、ラミニンαは歯原性上皮細胞の細胞増殖や細胞伸展に促進することがわかっており、ラミニンα5-/-マウスでは、円形の歯胚となることが知られている。ELマウスにみられる歯胚の消失過程は、上皮細胞のわずかな増殖がみられるものの、間葉組織の細胞増殖には至っていない。このことから上皮細胞の増殖に問題が生じていると考えるのが妥当である。そこで、ラミニンα5を標的遺伝子し、その受容体であるインテグリンα6およびβ4などを含む網羅的解析が必要と考え、マイクロアレイによる網羅的解析を進行中である。平成23年度では、Lef1遺伝子およびShh遺伝子を標的遺伝子として、免疫染色による発現の局在を検討する中で、インテグリン遺伝子を介するラミニンα5遺伝子への接着異常が歯胚消失の主な原因となっている可能性を見出し、平成24年度には、Lef1遺伝子およびShh遺伝子のin situ hybridizationを実施し、同時にラミニンα5の免疫染色を行ったところ、発現の異常が認められた。以上から、歯胚の消失にはインテグリン遺伝子を介するラミニンα5遺伝子への接着異常が重要な役割を演じている可能性を示唆する研究データが得られているため、おおむね順調に進展している。コントロールであるEL/Kwマウスについて、生後5、7、10日齢の試料の採取が容易であるが、EL/seaマウスについては、交配が難しく生後5、7、10日齢の試料の準備が遅れている。歯胚の消失にはインテグリン遺伝子を介するラミニンα5遺伝子への接着異常が重要な役割を演じている可能性を示唆する研究データが得られているため、平成25年度にはラミニンα5のISHならびにインテグリンα3β1あるいはα6β1の免疫染色およびISHを行う。さらに、歯胚消失部位である第三臼歯ではなく、第一および第二臼歯を試料としたマイクロアレー解析により、網羅的な解析を行い、ELマウスにみられる歯胚の消失に関与するシグナルパスウェイの特定を行っていく予定である。EL/seaマウスの交配ならびに試料採取が困難なため、Shh遺伝子のISHならびにマイクロアレイ解析の進捗状況に遅れが出ている。現在、交配環境の整備を改善し、交配が進んでいる状況にあるため、試料採取は円滑に進むと考えられる。そこで、今後は標的遺伝子の免疫染色ならびにISHとマイクロアレイによる網羅的解析を同時進行で進めていく。当初は平成23年度中に試料採取を終了し、Shh遺伝子ならびに関連遺伝子のISH解析、そしてマイクアレイ解析の経費として896,812円を予定していたが、実験交配が順調に行かず、平成23年度中には試料採取が困難となったため、896,812円を平成24年度に繰り越すこととした。平成24年度の繰越金と平成25円年度の研究費を併せ、マイクロアレー解析ならびにシグナルパスウェイの抽出を行う。抽出されたパスウェイ解析結果から、インテグリン遺伝子を介するラミニンα5遺伝子への接着異常が歯胚の消失の原因であることを特定し、さらに、接着異常に伴って生じるアポトーシスの影響を受ける歯の形態形成に関与する遺伝子群の相互作用についても検討を加える予定であり、上記の実験を遂行するために研究費を使用する計画である。
唾液腺Ca2+応答の低侵襲的長期間イメージング技術の確立と機能・再生研究

本研究の目的は、我々が開発した顎下腺腺房細胞に超高感度Ca2+センサー(YC-Nano 50)遺伝子を発現させたラットを使ったin vivo Ca2+イメージング解析技術を発展させて、より侵襲性が低く、長期間の解析ができる実験系を開発することである。前年度までの研究で、アデノ随伴ウイルス・ベクター(AAV)およびレンチウイルス・ベクター(LVV)に、YC-Nano50, G-GECO, GCaMPなどのCa2+センサー遺伝子を組込んだウイルスベクターを作成し、1ヶ月以上の長期間にわたって唾液腺に蛍光タンパク質を発現させることに成功した。またそれらの蛍光タンパク質を発現する安定発現細胞の作成に成功した。今年度は、この方法を使って蛍光タンパク質を安定発現する唾液細胞を作成するために、ヒトテロメラーゼ(hTER)遺伝子を用いて細胞を不死化する方法を確立した。この技術を使用することによって、唾液腺由来の幹細胞等を用いた再生研究が可能になると期待される。さらに低侵襲イメージング法の確立をめざして、3種類の光ファイバーを使ったイメージング装置を比較した。Cellvisioとdoricを使った実験では、GCaMPを発現させたラット唾液腺においてAChによる蛍光強度の変化を解析した。特にCellvisioを使った実験では、in vivo Ca2+イメージングで初めてCa2+ waveの観察に成功した。一方、これらの装置ではFRET解析ができないため、高感度Ca2+センサー(YC-Nano50)を使うことができない。そこで蛍光顕微鏡とファイバースコープを組み合わせた装置を試作した。この装置では、唾液腺に発現させたYC-Nano50蛍光の検出が可能であったが、ノイズレベルを下げて信頼性を高める必要性が明らかになった。これらの問題は、より太いファイバーを使用することで解決できると考えられた。研究協力者:蓑輪英里佳、郷賢治、石田成美、Azmeree Jahan唾液腺の水・電解質分泌は細胞内Ca2+濃度の上昇によるイオンチャネルの活性化がトリガーとなることから、腺房細胞のCa2+シグナルが精力的に調べられてきた。我々はアデノウイルスベクターを使って生きたラットの顎下腺腺房細胞にCa2+センサー(YC-Nano 50)遺伝子を発現させることによって、生きた動物において唾液腺Ca2+シグナルを解析する技術を確立した。本研究の目的は、これらの解析法を発展させて唾液腺のCa2+応答を長期間観察できる低侵襲的なin vivo解析法を確立することである。口腔乾燥症の進行、薬物治療による唾液腺機能の回復、代償性肥大などによる唾液腺の機能亢進など1ヶ月以上の長い時間経過で進行する病態や再生の過程の解析には、持続的な遺伝子発現が必要である。また侵襲性が低いin vivoイメージング技術によって、意識レベルが保たれた状態を必要とする味覚などの口腔感覚による生理的な唾液分泌の調節機構の解析が可能になる。そレらを実現するためにレンチウイルスあるいはゲノム編集技術を使ってラット唾液腺にCa2+センサー遺伝子を安定的に発現させる。また低侵襲的な外科的手法や光ファイバーを使った低侵襲的解析によって、無麻酔下および長期間のin vivo Ca2+測定を可能にする。このCa2+応答の低侵襲的長期間イメージング技術と、微小圧力センサーを使ったリルタイム唾液分泌測定法や、レーザースペックル血流計を使った血流イメージング法を組み合わせる事によって、唾液分泌の制御機構を解析する。この実験法を用いて生理的刺激や薬物などによる唾液分泌刺激によるCa2+応答、および唾液腺の片側結紮に伴う反対側の代症性肥大や再解放による再生過程のおけるCa2+応答と分泌や血流の変化を明らかにする。ウイルスベクターを使った長期イメージング法の開発:長期間イメージングを実現するために、Ca2+センサー遺伝子をアデノ随伴ウイルス・ベクター(AAV)およびレンチウイルス・ベクター(LVV)に挿入してCa2+センサー発現ウイルスを作製した。これらをHSY細胞に感染させて発現効率を比較すると、AAV5と比較してAAVDJの方が2倍から7倍の高い発現を示した。また、その発現量は3日で最大になり、5日目から減少した。AAVDJ-YCnano50をこれらの細胞に感染させ多細胞から恒常発現細胞を作製したところ、低濃度のATP刺激でカルシウム・オシレーション反応が起こることが確認された。同様にしてLVVにYC-Nano50, G-GECO, R-GECOなどのCa2+センサー遺伝子を挿入したウイルスベクターを作製した。LVVによるYC-Nano50の発現は、3日頃に最大となりそのまま高い蛍光強度が維持され、は1ヶ月以上経代しても維持された。AAVDJ-YC-Nano50およびLVVにYC-Nano50を使ってラット顎下腺へのYC-Nano50の発現を試みた。LVVにYC-Nano50を逆行性に注入した顎下腺において蛍光タンパク質の発現が観察された。その蛍光は遺伝子導入後3ヶ月を経過したラットでも認められ、アセチルコリン刺激による蛍光比の変化も確認された。これらの事から、LVV-YC-Nano50を使ってCa2+センサー遺伝子を持続的に発現させる事ができることが明らかになった。顎下腺の導管結紮・再解放による唾液腺の再生と反対側の代償性肥大に伴う機能変化の解析:片側の顎下腺導管を結紮し、反対側にAVVを使ってCa2+センサーを発現させ、in vivo Ca2+イメージングと唾液分泌の同時解析を行った。この実験で、導管結紮後一週間程度で反対側の機能亢進が起こることが確認された。

唾液腺の水・電解質分泌は細胞内Ca2+濃度の上昇によるイオンチャネルの活性化がトリガーとなることから、腺房細胞のCa2+シグナルが精力的に調べられてきた。我々はアデノウイルスベクターを使って生きたラットの顎下腺腺房細胞にCa2+センサー(YC-Nano 50)遺伝子を発現させることによって、生きた動物において唾液腺Ca2+シグナルを解析する技術を確立した。またこの技術を使った解析によって、唾液線の組織レベルで同調するCa2+オシレーションが発生することに加えて、Ca2+オシレーションが波の様に広がるCa2+ウェーブが起こることが明らかになった。また平成28年度の研究において、従来用いていたアデノウイルスベクターに加えて、アデノ随伴ウイルスベクターやレンチウイルスベクターを用いることによって、1ヶ月以上の長期間にわたってCa2+センサーを発現させることに成功した。さらに、このin vivo Ca2+イメージング技術と、微小圧力センサーを使ったリルタイム唾液分泌測定法や、レーザースペックル血流計を使った血流イメージング法を組み合わせる事によって、唾液分泌における唾液腺腺房細胞のCa2+応答と血流の関係を解析している。これまで行ってきた薬物刺激による唾液分泌をさらに発展させて、神経刺激や感覚刺激などより生理的な唾液分泌機構を解明するために、平成29年度は低侵襲的なin vivo Ca2+イメージング技術の開発を重点的に行った。従来の計画は、光ファイバーと光電子増倍管を使った光計測によるin vivo Ca2+測定法の開発であった。しかし、組織レベルのCa2+ウェーブなどの現象が明らかになった事から、光ファイバーを使った「低侵襲性in vivo Ca2+イメージング法」の開発に計画を変更した。低侵襲的in vivoイメージングシステムを開発するために、ヒト唾液腺用の内視鏡を蛍光顕微鏡に装着したイメージングシステムの構築を試みている。基本システムとしてニコンインステック社製の電動顕微鏡(Ti2E)に、既存のEM-CCDカメラとフィルター切換装置を装着し、新しいソフトウェアで制御するイメージング・システムをセットアップした。この実験システムでは、CFPとYFPを使ったFRET測定や、GFPやRFPを使った蛍光測定を同時に測定できる事を確認している。またヒト唾液腺用の内視鏡で、唾液腺などの組織を可視化できることを確認した。この内視鏡を顕微鏡に連結することによって、低侵襲的in vivoイメージング・システムが完成すると考えられる。予備実験では内視鏡からの蛍光測定には成功したが、明瞭が画像を取得するには至っていないと言う点で「やや遅れている」と判断した。現在、アダプターの改良を行っており、平成30年度中には使用可能になると予測される。顎下腺の導管結紮・再解放によって唾液腺の萎縮と機能再生が起こることが知られているが、我々は顎下腺の導管結紮によって反対側唾液腺の機能亢進が起こる事を明らかにしている。平成29年度までの研究から、この機能更新は反対側唾液腺の肥大ではなく、アセチルコリンに対する感受性の増大であることが示されている。
密閉空間自由対流熱伝達の過度応答に対する渦形成の効果

実験に用いる作動流体が空気であるところから伝熱面表面となるアルミ箔の放射率を測定して、この値を0.44と決定できた。高さ=1m,幅=0.5m,伝熱面間隔=0.050.25m可変とする密閉空間をもちいて冷却側の条件(空冷)を考虜した熱輸送における渦形成の効果を検討した。ビデオ録画の解析によって渦および脈動の属性を示す、大きさ振巾,周期,波長のデータを得た。境界層外縁の速度変動を圧力変動に転換させるモデルは特性曲線法に対して、緩やかな境界層の発達は期待できないことを数値的に見いだし、これは伝熱面に向かう流れが考虜できないためであることを結論した。これに加えて、境界層外からの渦流れの干渉が境界層内の温度分布の発達に影響をおよぼしていると考える必要があるという結論を得た。特性曲線法をもちいる計算法を採用するためには、この2点がパラメタとして含まれる工夫を要するであろうと考えている。渦形成の前駆現象となる境界層外縁の脈動については、自由対流における層流から乱流への遷移を考察した藤井の理論を踏襲して、実験データによる脈動の属性を用いる解析によってその発生エネルギーの説明ができることを見いだした。熱伝達係数の無次元整理に用いられる代表寸法は流れの領域の類別が簡明にできる方策の採り方によって決まるものであるべきものと考えているが、この類別はプラントル数によって異なるのではないかと考えている。定常状態に対する計算機シュミレーションの結果のなかに、空気を作動流体とする場合、伝熱面間隔が代表寸法として適切であるという結論が得られる見通しが示されていることを指適しておきたい。
上皮細胞のイオン代謝応答による魚類の体液調節と環境適応

魚類が淡水や海水の中で体液を人とほぼ同じ組成に保つ仕組みを,エラ,腎臓,腸によるイオン輸送の結果として理解することを目標に,トラフグ(ゲノム配列が公開)の近縁種で淡水・海水の両環境で生息できるメフグのイオン輸送体遺伝子を解析した。淡水魚が尿から水を排泄する仕組み,海水魚が糞からカルシウムを排泄する仕組み,及び海水魚が尿から硫酸イオンを排泄する仕組みに関わる遺伝子を明らかにした。魚類の高い体液ホメオスタシスの能力を3種類の輸送上皮細胞(エラの塩類細胞,腎の尿細管,腸の粘膜上皮細胞)の振る舞いとして理解するため,メフグの上皮細胞に発現するイオン輸送体を同定して電気生理学的な特性を明らかにし,組織・細胞レベルでの局在を特定した。【炭酸カルシウムの白い糞の形成メカニズムの解明】海水魚は腸から重炭酸イオンを活発に分泌してカルシウムイオンを沈殿させて糞として排出することが知られるが,その分子機構は明らかでない。網羅的な発現解析によりメフグ腸の重炭酸輸送体を特定し,アフリカツメガエル卵母細胞を用いた電気生理学的解析によりそれらの起電性の重炭酸輸送活性を明らかにした。さらに免疫染色により局在部位を決定した結果,近位尿細管頭頂膜のSlc26a6A, Slc26a6Bと側底膜のNBCelによる重炭酸分泌の分子機構を解明した。【2価イオンの排泄機構の解明】海水魚はMgSO_4を腎臓で尿中に濃縮して排泄するが,その分子機構は明らかでない。網羅的な硫酸輸送体の発現解析によりメフグのSlc26a6Aはメフグの腎臓で海水適応に伴い発現が強く上昇する事,またアフリカツメガエル卵母細胞を用いた電気生理学的解析によりSlc26a6Aは他の類似輸送体やマウスSlc26a6に比べ100倍強い起電性のSO_4O/CI^-交換輸送活性を有する事を見出した。またSlc26a6Aが近位尿細管の頭頂膜に局在していたことから, Slc26a6Aが尿中にSO_4Oを分泌・濃縮している可能性が示された。また海水魚は活性の強い硫酸輸送体を進化の過程で獲得した可能性が示唆された。魚類の淡水・海水適応における体液ホメオスタシスを3種類の輸送上皮細胞(エラの塩類細胞,腎の尿細管,腸の粘膜上皮細胞)の振る舞いとして集約し理解することを目標に,トラフグ近縁種で淡水・海水の両環境で生息できるメフグの上皮細胞に発現するイオン輸送体を同定し,電気生理学的な特性を明らかにし,さらに組織・細胞レベルでの局在を特定した。【海水魚のカルシウム排泄機構の解明】海水魚は腸から重炭酸イオンを活発に分泌してカルシウムイオンを形成し糞として排出する。メフグを用いて腸Slc26a6A, Slc26a6BとNBCe1による重炭酸分泌の分子機構を解明した(AJP 2008)。【海水魚の硫酸排泄機構の解明】海水魚は海水のにがり成分MgSO_4を尿中に濃縮して排泄する。網羅的な硫酸輸送体の発現解析とアフリカツメガエル卵母細胞を用いた電気生理学的な解析により, Slc26a6Aがこれまで知られる硫酸トランスポーターの中で最も強い輸送活性を示すことを見出し, Slc26a6Aによる硫酸の腎排出の分子モデルを提唱した(論文投稿準備中)。【淡水魚の水排泄機構の解析】近縁種て淡水適応能が大きく異なるトラフグ(海水魚)とメフグ(淡水・海水両方で生息)の腎臓に於けるNaCl輸送体の発現解析の結果, NCCの腎臓に於ける発現と淡水適応能に強い相関があることを見出した。免疫組織染色によりNCCの腎臓の発現部位を同定し,淡水魚の尿希釈及び水排泄の分子モデルを構築した。
身近な非線形現象に対するマルチスケール的手法の確立と応用

期間全体を通して、身近に見られる非線形現象の実験的な解析と、計算機シミュレーションによる再現、および、メカニズムの解明を実施した。特に、ミルク表面のコーヒーフラクタルパターン形成の現象に関しては、その初期過程がビスカスフィンガリングであるという明確な解析結果を得ることが出来た。本研究では、観察される現象を出来るだけそのまま解析することを目指したため、通常とは異なるマルチスケール的なアプローチの開発が必要となった。この領域では、時間方向マルチスケール解析の有効性を明らかにし、今後の研究へとつながる成果を得た。本年度の研究では、重力により沈降している液滴の分裂現象の解析と、樹状フラクタル形成現象の再現と定量的な解析に関連した研究を実施した。シミュレーション担当では、いくつかの方法で樹状フラクタル形成のシミュレーションを開始し、最終的にDiffusion Limited Aggregation (DLA)の考え方を応用した新しいパターン形成のモデルを提案した。また、これによりミルク表面のコーヒーパターンに似た樹状フラクタル図形が形成できることを示した。このランダムパターン形成モデルは、ちょうど従来のDLAモデルを裏返しにした形のもので、逆DLAと呼ぶべき形成過程であり、シミュレーションにより測定されるフラクタル次元1.95は、これまでに知られていないものである。実験担当では、これらのシミュレーション結果と定量的に比較可能なデータを、物質の粘度などを調整することにより様々なパラメータで取得し整理した。マルチスケール担当は、パスサンプリング法によるマルチスケールアプローチについて研究を進め、さらに、シミュレーション担当と共同で、本研究課題で扱うシミュレーションへの応用を見越して、時空間シミュレーション手法の実装技術に関する研究を進めた。最終年度は、これまでに得られた実験データを整理し、特に、樹状フラクタルパターン形成の初期メカニズムを明らかにするための解析を実施した。研究分担者の下川氏による実験データを詳細に検討し、コーヒーフラクタルパターン形成の初期過程では、一定の周期構造が見られることを発見した。この結果は、Hele-Shawセルの実験で良く知られたビスカスフィンガリング機構に特徴的であることから、パターン形成の初期メカニズムがビスカスフィンガリングであると結論づけた。ただし、このパターン形成は時間発展の向きとしては、通常の向きとちょうど逆の、内側に向かってパターンが形成されるものとなっている。マルチスケール手法のアルゴリズム研究では、時間方向並列化法の効率化を実施し、これまでに知られた手法と比べてより高速な実装方法を開発した。この結果を計算科学の時間発展問題に適用し、時間方向マルチスケール手法として有力なアルゴリズムになることを確認した。物理現象を単一のスケールで記述されるように分割したうえで解析する手法は、通常の研究アプローチとしてよく使われるが、本研究では、観察される現象を出来るだけそのまま解析することを目指したため、通常とは異なるマルチスケール的なアプローチの開発が必要となった。期間全体を通じた研究の結果から、このアプローチの困難さも明らかになり、今後の研究へとつながる成果を得たと考える。本研究課題では、平成23年度は流体中を沈降する液滴の分裂現象と、二成分流体の表面パターン形成現象を研究対象としている。このうち、前者の液滴の分裂に関しては、実験担当により二次元、および、三次元での現象に関して詳細に測定を行い、分裂前後の液滴の沈降速度変化、分裂モードの分布などについてのデータを取得した。シミュレーション担当は、分裂現象を再現するための計算機シミュレーションを実施し、アダプティブメッシュを利用して高精度化を図った。後者の表面パターン形成現象に関しては、実験担当によりフラクタルパターンの出現とセルパターンの出現に関する境界条件を調べるため、実験条件を変えて繰り返し測定を行った。この結果、液体内に誘起される対流現象との関連が明らかになった。シミュレーション担当は、この現象を数値シミュレーションで再現するための手法として、粒子法的なアプローチと、動的メッシュを利用した数値流体力学的なアプローチに関して計算量等を検討し、これらのシミュレーション手法を利用した研究の有効性が明らかになった。本研究の目的は、これらの現象の詳細を明らかにするとともに、動力学を扱うためのマルチスケール数値計算手法を確立することである。マルチスケール担当とシミュレーション担当が共同で、このための検討を実施した。空間マルチスケール手法として、パスサンプリング手法と動的メッシュ法を検討し、時間マルチスケール手法として、パラリアル法(Parareal-in-Time法)による時間方向並列化計算の可能性を検討した。本年の研究によって新たに逆DLAモデルを提出し、樹状フラクタル形成現象の原因の一端を明らかにすることができた。本研究は、シミュレーション的な解析を通して物理現象の背後にある論理を明らかにすることが目的であるため、対象としている3種類の現象のうち一つで、現象のメカニズムに関する理解が深まったことは、達成度の進展について非常に大きな貢献である。これだけでなく、定量的な解析のための実験データの蓄積も進んでいることから、本研究は当初の計画通り順調に進展していると判断する。

本研究の目的は、液滴分裂現象、樹状フラクタル形成現象、コーヒードロップレットの運動現象など日常的に見られる興味深い現象に対して、その動力学の非線形性に注目して実験とシミュレーションから研究し、マルチスケール的な観点から現象を理解することであった。初年度は、研究実施計画に従って、液滴の分裂と表面パターン形成の双方について研究に着手し、既に数値データや測定データの取得を実施しており、次年度以降に実施する予定のマルチスケール解析のための基礎データの収集が予定通りに進んでいるという意味で、順調に進展している。最終年度として、研究のまとめを実施する。今年度までの研究成果をまとめて論文の形で公開することを中心に実施するとともに、新たにコーヒードロップレットのシミュレーションおよび実験を実施する。この実施にあたっては、これまでよりいっそう動力学的な観点からの解析を行うために、二成分流体の高精度シミュレーションと高速度カメラを利用した実験により、時系列データを取得し、これらを比較しながら精度の検証、および、現象のより深い理解を目指す。平成24年度は、前年度の実験とシミュレーションによる研究を引き続き実施するとともに、これらの結果に対するマルチスケール解析を開始する。マルチスケール解析に関しては、タンパク質の運動や古典・量子結合系など様々な系に対して開発されて来た手法の導入を検討する。さらに、初年度に扱った現象に加えて、研究計画に従い、新たにコーヒードロップレットの運動現象の研究に着手する。研究の進め方は他の現象と同様で、実験的な測定、および、計算機シミュレーションにより、マルチスケール的な解析を実施するための基礎データの収集を開始する。計算機シミュレーションを実施するための設備は、研究代表者が所属する九州大学情報基盤研究開発センターに平成24年度中に導入される大規模並列クラスターを利用する。最終年度であることより、予定通り成果発表などの旅費を中心に使用する。その他には、動力学的な過程を記録・蓄積するための機器についても必要に応じて使用する。研究分担者(下川)が年度途中の異動により研究費の使用を遅らせたため、当該分担者の研究費は主に平成24年度に使用することとなった。また、平成23年度に研究代表者が導入する予定だった計算機設備は、平成24年度中に導入を予定している。次年度の研究費の使用計画は、上記二点の設備導入に関する部分以外では変更はなく、これらに関しても、研究の進捗に影響がない範囲の変更である。また、平成25年度の研究計画についても、変更は考えていない。当初計画で次年度に使用する予定の研究費は、研究打ち合わせ、および、成果発表旅費として、予定通り利用する計画である。
偽ニュース：誰が信じ，広めるのか？

偽ニュースは,社会に与える影響が極めて大きいにも関わらず,その受容と伝達の背景にある認知過程の検討が十分に行われていない。本研究では,1)実証的信念との関連が指摘されている,認知的内省性,パターン錯覚,擬人観等の個人の認知特性が,同様に偽ニュースの受容と関連するかどうか,2)文化伝達の領域で提唱されている最小反直観性(MCI)説が偽ニュースの受容と伝達に対しても適用可能か,同様に信念の文化伝達への関与が指摘されている,3)権威に対する信頼,議論に対する適切な理解,主張者の信念-行動間の一致が偽ニュースの伝達にも関与するかどうかという3つの観点から検討を行う。