hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
変動するヒエラルキーに着目した消化器癌治療法～マウスからヒト可視化モデルへ～

癌の進展過程では、癌幹細胞を頂点とする階層性と分化・脱分化を生じる可塑性が併存し、癌組織のヒエラルキーがダイナミックに変動する。これまでに研究代表者らは、癌幹細胞特異的マーカーとしてDclk1を報告し、消化器癌の分化・脱分化の制御因子としてSWI/SNF複合体の意義を示してきた。そこで本研究では、(1)階層性を活かし癌幹細胞を標的とする消化器癌治療、(2)可塑性を活かし分化を誘導する消化器癌治療を検討し、(3)両者の意義を生体外培養系と可視化技術を用いたヒト消化器癌で検証することとした。そのために平成30年度は、(1)申請者らが独自に同定したDclk1陽性の癌幹細胞特異的な因子XおよびYのノックアウトマウスを腸腫瘍モデルマウス等と交配した。マウス腸腫瘍の数はXの欠失により有意な変動を示さなかったが、Yの欠失により少数例の検討ではあるが、有意な減少を認めた。(2)腸腫瘍モデルマウス、膵腫瘍モデルマウス等の消化器癌モデルにおいてSWI/SNF複合体のノックアウトを行い、Brg1やArid1aなどのSWI/SNF複合体の構成因子の機能喪失が、消化器癌幹細胞に与える影響を解析した。その結果、Brg1のノックアウトによりマウスPanIN由来膵腫瘍の形成が抑制されることを示した。(3)大腸癌や膵臓癌など様々なヒト消化器癌臨床検体から、ヒト消化器癌由来3次元スフェロイド培養系を樹立し、バンキングを進めた。さらに癌幹細胞からの細胞系譜解析を可視化するため、様々なcreおよびレポーター遺伝子の導入を進めた。これらの検討により、消化器癌の癌幹細胞動態と可塑性の本態に迫るとともに、ヒト消化器癌のヒエラルキーに着目した新規治療法の開発を目指す基盤が整備された。本研究計画では、(1)階層性を活かし癌幹細胞を標的とする消化器癌治療、(2)可塑性を活かし分化を誘導する消化器癌治療を検討し、(3)両者の意義を生体外培養系と可視化技術を用いたヒト消化器癌での検証することを予定していた。平成30年度には、(1)申請者らが独自に同定したDclk1陽性の癌幹細胞特異的な因子XおよびYのノックアウトマウスを、腸腫瘍モデルマウス等と交配することができた。(2)腸腫瘍モデルマウス、膵腫瘍モデルマウス等の消化器癌モデルにおいてSWI/SNF複合体のノックアウトを行い、Brg1やArid1aなどSWI/SNF複合体の構成因子の変異や機能喪失が消化器癌幹細胞に与える影響の解析を行い、Brg1の欠失がPanIN由来膵癌を抑制することを示すことができた。(3)大腸癌、膵臓癌など様々なヒト消化器癌臨床検体から、ヒト消化器癌由来3次元スフェロイド培養系を樹立し、バンキングを進めることができた。さらに癌幹細胞からの細胞系譜解析を可視化するため、様々なcreおよびレポーター遺伝子の導入も順調に推移している。したがって、当初計画のタイムテーブルに沿うかたちで、研究はおおむね順調に進展しているものと考える。平成30年度の研究進展に引き続き、(1)階層性を活かし癌幹細胞を標的とする消化器癌治療の検討を、Dclk1陽性癌幹細胞特異的な因子XおよびYのノックアウトマウスにおける腫瘍形成能を解析することで完遂する。(2)可塑性を活かし分化を誘導する消化器癌治療の検証を進めるために、SWI/SNF複合体構成因子ノックアウトマウスの解析を完了する。さらに、Brg1の転写を指標として、Brg1阻害による新規消化器癌治療の具体化を図る。(3)ヒト消化器癌由来3次元スフェロイド培養系バンキングを進めるとともにPDX化を展開し、マウスモデルで得られた消化器癌治療シーズのヒト消化器癌生体外モデルでの薬理薬効評価を目指す。これら一連の研究を通じて、消化器癌の階層性と可塑性を標的とし、ダイナミックに変動するヒエラルキーに着目した新規消化器癌治療戦略の確立を目指す。そのために平成29年度は、(1)申請者らが独自に同定したDclk1陽性の癌幹細胞特異的な因子のノックアウトマウスを腸腫瘍モデルマウス等と交配した。これにより、次年度以降の解析に備えたマテリアルを準備した。(3)大腸癌や膵臓癌など様々なヒト消化器癌臨床検体から、ヒト消化器癌由来3次元スフェロイド培養系を樹立し、バンキング化を進めた。

これらの検討により、消化器癌の癌幹細胞動態と可塑性の本態に迫るとともに、ヒト消化器癌に対する臓器横断的な新規治療法の実現を目指す基礎を構築しつつある。本研究計画では、(1)階層性を活かし癌幹細胞を標的とする消化器癌治療、(2)可塑性を活かし分化を誘導する消化器癌治療を検討し、(3)両者の意義を生体外培養系と可視化技術を用いたヒト消化器癌での検証することを予定していた。平成29年度には、(1)申請者らが独自に同定したDclk1陽性の癌幹細胞特異的な因子のノックアウトマウスを、腸腫瘍モデルマウス等と交配することができた。(2)腸腫瘍モデルマウス、膵腫瘍モデルマウス等の消化器癌モデルにおいてSWI/SNF複合体のノックアウトを行い、Brg1やArid1aなどSWI/SNF複合体の構成因子の変異や機能喪失が消化器癌幹細胞に与える影響の解析を開始することができた。(3)大腸癌、膵臓癌など様々なヒト消化器癌臨床検体から、ヒト消化器癌由来3次元スフェロイド培養系を樹立し、バンキング化を進めることができた。さらに癌幹細胞からの細胞系譜解析を可視化するため、様々なcreおよびレポーター遺伝子の導入も順調である。したがって、当初予定した計画のタイムテーブルに沿って、研究はおおむね順調に進展しているものと考える。癌の進展過程では、癌幹細胞を頂点とする階層性と分化・脱分化を生じる可塑性が併存し、癌組織のヒエラルキーがダイナミックに変動する。これまでに研究代表者らは、癌幹細胞特異的マーカーとしてDclk1を報告し、消化器癌の分化・脱分化の制御因子としてSWI/SNF複合体の意義を示してきた。そこで本研究では、(1)階層性を活かし癌幹細胞を標的とする消化器癌治療、(2)可塑性を活かし分化を誘導する消化器癌治療を検討し、(3)両者の意義を生体外培養系と可視化技術を用いたヒト消化器癌で検証することとした。そのために平成30年度は、(1)申請者らが独自に同定したDclk1陽性の癌幹細胞特異的な因子XおよびYのノックアウトマウスを腸腫瘍モデルマウス等と交配した。マウス腸腫瘍の数はXの欠失により有意な変動を示さなかったが、Yの欠失により少数例の検討ではあるが、有意な減少を認めた。(2)腸腫瘍モデルマウス、膵腫瘍モデルマウス等の消化器癌モデルにおいてSWI/SNF複合体のノックアウトを行い、Brg1やArid1aなどのSWI/SNF複合体の構成因子の機能喪失が、消化器癌幹細胞に与える影響を解析した。その結果、Brg1のノックアウトによりマウスPanIN由来膵腫瘍の形成が抑制されることを示した。(3)大腸癌や膵臓癌など様々なヒト消化器癌臨床検体から、ヒト消化器癌由来3次元スフェロイド培養系を樹立し、バンキングを進めた。さらに癌幹細胞からの細胞系譜解析を可視化するため、様々なcreおよびレポーター遺伝子の導入を進めた。これらの検討により、消化器癌の癌幹細胞動態と可塑性の本態に迫るとともに、ヒト消化器癌のヒエラルキーに着目した新規治療法の開発を目指す基盤が整備された。平成30年度には、(1)申請者らが独自に同定したDclk1陽性の癌幹細胞特異的な因子XおよびYのノックアウトマウスを、腸腫瘍モデルマウス等と交配することができた。
脳の形態形成と神経回路形成におけるFGFシグナルの役割

マウスElectroporation法と最新のTet-Onのシステムを組み合わせることにより、大脳皮質の錐体細胞などの様々な神経細胞において、発生後期や成体の任意の時期に遺伝子発現を制御することに成功した。また、Fgf8発現細胞の系譜の解析を行ったところ、Fgf8発現細胞は小脳へと分化し、早い発生段階で標識すればするほど、より後方部/側方部の広い範囲にわたって小脳が標識されることがわかった。マウスElectroporation法と最新のTet-onのシステムを組み合わせることにより、大脳皮質錐体細胞や、小脳のプルキンエ細胞、脊髄神経細胞において、発生後期や成体の任意の時期に遺伝子発現を制御することに成功した。ホメオボックス遺伝子Mbh1は胎生期の脊髄交連神経細胞で発現し、その運命を制御することが知られているが、本研究で開発した新手法を用いてMbh1を発現させたところ、恒常的プロモーターを用いて発現させた場合と同様に、交連繊維の数の増加が認められた。新手法は、分化した神経細胞において遺伝子の機能を調べるのに有用であると思われる。以上の結果を論文にまとめ、国際誌であるJournal of Neuroscience Methodsに掲載した。また、Fgf8発現細胞の系譜の解析を行った。Fgf8-CreERノックインマウスとR26Rリポータマウスを用い、発生初期の様々なステージで薬剤Tamoxifenを与えることにより、Fgf8発現細胞を標識した。すると、Fgf8発現細胞は小脳へ分化することが明らかとなった。早い発生段階で標識すればするほど、より後方部/側方部の広い範囲にわたって小脳が標識された。各種マーカーを用いた解析により、Fgf8発現細胞は、小脳を構成する多様な細胞種に分化することがわかった。さらに、Fgf8aもしくはFgf8b cDNAをFgf8遺伝子座にノックインしたマウスを用いて、Fgf8aまたはbのアイソフォームだけを発現させたところ、中脳および小脳が欠損することを組織学的に確認した。ホモ変異マウス、ダブルへテロ変異マウスの表現型を解析しようとしたが、遺伝子型を決定するためのPCRがうまく機能せず、解析ができなかった。現在、PCRの条件の改善を試みている。Fgf8発現細胞の発生運命を明らかにするため、Fgf8-CreERノックインマウスとR26RlacZリポータマウスを用い、発生初期の様々なステージで薬剤Tamoxifenを与えることにより、Fgf8発現細胞を標識した。この結果は、より前方部/正中部の領域ほどその分化には長い時間のFgf8シグナルが必要であるというloss of functionの結果に符号する。次に、Fgf8aもしくはFgf8b cDNAをFgf8遺伝子座にノックインしたマウスを用いて、Fgf8aまたはbのアイソフォームだけを発現させたところ(Fgf8 flox/a;En1-Cre embryos、またはFgf8 flox/b;En1-Cre embryos)、中脳および小脳が欠損することを組織学的に確認した。Fgf8およびEn1、En2の発現をwhole mount in situ hybridization法で調べたところ、これらの遺伝子発現は正常に開始するが、維持されず、通常よりはやく消失することがわかった。また、Fgf8aまたはFgf8bのヘテロマウスの中脳/小脳の形態は、正常胚のそれと変わらなかった。現在、ホモ変異マウス、ダブルへテロ変異マウスの表現型を解析している。本年度は、当初の計画通り、Fgf8を発現した細胞の系譜やFgf8のアイソフォームの存在意義を明らかにすることに成功した。次年度は本年度に引き続き、Fgf8発現細胞の系譜と、Fgf8アイソフォームの存在意義について、計画通りに研究課題を推進する。本年度は、極めて効率よく研究が進んだため、少額の研究費を次年度に繰り越すことができた。また、次年度は、解析用に高価な試薬などの購入が見込まれるため、繰り越し分を含めて使用する。一般的な分子生物学的実験に必要な酵素類、キット、試薬類、免疫組織化学的実験のための各種抗体、プラスチック類、ガラス類を購入する。また、エレクトロポレーションするための多くのマウスを購入する。さらに、学会に参加するための旅費、および、成果を発表するための論文投稿料に使用する。
近現代日本におけるスポーツ・ナショナルズムの研究

研究実施期間の5ケ月間、a東京オリンピックのナショナルな統合に関する検討、b植民地朝鮮におけるスポーツを通した統制・同和動向の検証、c朝鮮人の運動会、体育・スポーツイベントを通した抵抗ナショナリズムの検討を行ってきた。課題aに関しては、高度成長期のただ中で開催された東京オリンピックが、国民統合の強力な装置であったことを検証し、戦後日本のナショナルな民国統合にとってオリンピックという国際的スポーツイベントがきわめて重要な役割を果たしていたことを、当時の資料検討にもとづいてあきらかにすることができた。課題b,cに関しては、朝鮮総督府学務局などの史料にもとづき、同化政策が謳われていたにもかかわらず、現実には植民地朝鮮における体育政策が兵式体操を中心とし、日本人と朝鮮人との競技が禁止されていたこと、「教練」が抵抗の温床になるとして行われなかったことなど、植民地統制の一環としての性格を帯びていたことを確認した。また、そうした統制政策に抵抗して植民地下においても民族主義体育の運動が継続していたこともあわせてあきらかになった。戦前と戦後のスポーツ・ナショナリズムには言うまでもなく性格の相違が看取されるが、スポーツ史にそくした検証をつうじ、スポーツイベントを手段とする国民統合の継承・連続と断絶という両様の位相をあきらかにする展望が開けてくる。上記の研究をつうじて、日本における近現代スポーツ・ナショナリズムのそうした位相を解明する有益な手がかりをえることができた。
エンドテリンによる二相性眼圧変動に関する実験的研究

(1)エンドテリンは硝子体内投与後に眼圧下降が生ずることが報告されているが,投与直後から長期にわたる詳細な観察成績はなく,エンドテリン投与量と眼圧反応に関する用量作用関数については不明の点が多い.今回,一眼に種々の濃度(10^<-4>,10^<-5>,3×10^<-6>,10^<-6>,10^<-7>M)のエンドテリン-1 20μlを硝子体内に注入し,その後の眼圧変動を最短72時間観察した.10^<-4>,10^<-5>Mエンドテリン-1を硝子体内注入後の眼圧は0.52時間にわたり一過性に上昇し,その後,4日目までに持続的に有意に下降する二相性変化を示した.3×10^<-6>,10^<-6>M注入では,眼圧下降のみが認められた.10^<-7>Mでは,有意の眼圧変動を認めなかった.エンドテリン投与眼の眼圧反応は,一過性の眼圧上昇および持続性の眼圧下降とともに曲線下面積法により有意の用量依存性を認めた.(2)ET_A受容体拮抗剤である97-139前処置が、ET-1硝子体内投与後の眼圧変動および前房内PGE_2濃度に及ぼす影響について白色家兎を用いて検討した。10^<-5>M(20μl)ET-1を硝子体投与後の眼圧は、一過性に上昇し、その後持続的に有意に下降する二相性変動を示した。10^<-6>Mでは、眼圧下降のみ認めた。次に、97-139(10^<-2>M,20μl)の単独投与では眼圧に有意の変化を認めなかった。そこで、97-139(10^<-2>M,20μl)を投与後30分でET-1(10^<-5>,20μl)を投与したところ、眼圧の下降が有意に抑制された。同様に97-139(10^<-3>M)とET-1(10^<-6>M)を投与しても、眼圧下降の有意の抑制が認められた。前房内PGE_2濃度は、ET-1(10^<-5>M)投与後1,24時間で著明に上昇したが、97-139(10^<-2>M)前投与により有意に抑制された。以上の結果より、ET-1硝子体内投与後に生じる眼圧変動と前房内PGE_2の上昇には、少なくともET_A受容体が関与していることが示唆された。
ダビガトランの出血リスクにおよぼすP-糖蛋白阻害剤の併用および腎機能の影響

【研究目的】ダビガトラン(プラザキサ®)は、心房細動患者における虚血性脳卒中および全身性塞栓症の発症抑制を目的として広く使用されている。プラザキサ®カプセルの添付文書によると、中等度腎障害(クレアチニンクリアランス30-50mL/分)のある患者あるいはP-糖蛋白阻害剤を併用している患者では、ダビガトランの血中濃度が上昇し、出血のリスクが高まるおそれがあるため1回110mg1日2回投与へ減量する。しかし、中等度腎障害のある患者に対してP-糖蛋白阻害剤を併用する場合の適切な投与量は明らかとなっていない。そこで本研究では、ダビガトランを服用している患者における出血等の有害事象の発現や、P-糖蛋白阻害剤の併用および腎機能が血液凝固能におよぼす影響を調査し、出血リスクの観点から適切な用量選択を検討することを目的とした。【研究方法】筑波大学附属病院においてダビガトランとP-糖蛋白阻害剤(アミオダロン、ベラパミル)を併用していた患者97名を対象とし、中等度腎障害患者(腎障害群、14名)と腎機能正常患者(正常群、83名)におけるダビガトランの投与量や活性化部分トロンボプラスチン時間(aPTT)を比較した。【研究成果】ダビガトランとP-糖蛋白阻害剤を併用している患者のうち220mg/日以下に減量されていた患者は、腎障害群と正常群でそれぞれ13名(93%)と57名(69%)であった。減量患者の割合が高いにもかかわらず、腎障害群のaPTTは正常群と比較して有意に延長していた(53.1±14.9vs42.3±10.3秒, P=0.03)。aPTT延長による出血リスクの高い患者は腎障害群で多くみられたことから、これらの患者ではさらなるダビガトランの用量調節が必要と考えられた。
アンダーソン局在ファイバによる高解像度赤外イメージ伝送

現在,可視光イメージファイバを用いた内視鏡によって体内を直接的に観察し,患者への負担の少ない検査・手術が広く行われている.高解像度の赤外イメージ伝送が可能になれば,血管内の画像や人体内のサーモグラフィーが実現し,新たな診断・治療方法を提供することができる.既存のイメージファイバは赤外透過性の低い材料を使用していることと周期的な構造を有するために波長の長い赤外光を高解像度で伝送することはできない.本研究課題では赤外光透過性の高い新規なガラス材料と断面方向にランダムな構造を有するファイバによるアンダーソン局在を用いて,極めて高い解像度の赤外イメージ伝送を実現することを目指す.現在,可視光イメージファイバを用いた内視鏡によって体内を直接的に観察し,患者への負担の少ない検査・手術が広く行われている.高解像度の赤外イメージ伝送が可能になれば,血管内の画像や人体内のサーモグラフィーが実現し,新たな診断・治療方法を提供することができる.既存のイメージファイバは赤外透過性の低い材料を使用していることと周期的な構造を有するために波長の長い赤外光を高解像度で伝送することはできない.本研究課題では赤外光透過性の高い新規なガラス材料と断面方向にランダムな構造を有するファイバによるアンダーソン局在を用いて,極めて高い解像度の赤外イメージ伝送を実現することを目指す.
植物性食用タンパク質の生物工学的研究

近年における畜肉の摂取量の増大は、これに伴う動物性脂質の取り過ぎを招来し、高血圧、脳卒中などの成人病の主因の一つとなっている。本研究は、成人病予防効果のある植物性タンパク質を生物工学的手法を用いて改変し、畜肉に匹敵する物性、栄養性をもつ高品質タンパク質を創製することを目的とした。タンパク質構造学、タンパク質物性学および植物分子生物学などの異なる観点から解析し、以下の結果を得た。1.大豆タンパク質の主成分であるグリシニンがオ-トアシル化能を持つことを発見し、この現象を利用して機能特性の優れたアシル化グリニシンを創製した。小麦の製パン性を支配する成分であるグルテニンの分子間、分子内SS結合の位置を同定し、生物工学的改変への道を拓いた。米アレルゲンタンパク質の構造を決定し、低アレルゲン性米の開発を可能にした。2.小麦粉ドウの特性に対するリン脂質の効果を解明し、その改善を可能にした。大豆タンパク質ゲルの物性を理論的に制御する可能性を示した。ゴマグロブリンの機能特性・構造相関を解明し、その改善を可能にした。有害物質を含まないナタネタンパク質の調整法を確立した。3.大豆グリシニンcDNAの大腸菌および酵母における大量発現系を確立するとともに、本系をタンパク質工学的研究に応用できることを示した。米グルテリンとプロラミンのシグナルペプチドをタンパク質工学的に交換することにより、米タンパク質を改良できることを示した。サツマイモスポラミンおよびヒマ種子カタラ-ゼ遺伝子の構造を解明するとともに、発現特異性を示した。植物体改変に対するRiプラスミドの利用性を示した。以上のように、植物性食用タンパク質の生物工学的改変のための基盤を確立するとともに、具体的成果も挙げた。日本人の三大死因は癌、脳卒中、心臓病である。これらはかなりの部分が食事性因子に由来している。近年における畜肉の摂取量の増加は、これに伴う飽和脂肪及びコレステロールの取り過ぎを招来し、動脈硬化症などの主因の一つとなっている。本研究は成人病予防効果のある植物性タンパク質を生物工学的手法を用いて改変し、畜肉に匹敵する物性、栄養性を持つ高品質タンパク質を創製することを目的としている。本年度は、植物タンパク質構造学、食品タンパク質物性学および植物分子生物学などの全く異なる観点から解析し、以下の結果を得た。1.小麦の製パン性を決定する成分であるグルテニンの分子間S-S結合の位置を同定するのに成功した。小麦および米のアレルゲンタンパク質を単離精製し、そのタンパク質化学的性質を明らかにした。大豆タンパク質の主要成分であるグリシニンが自己アシル化能を有していること、そしてそれがグリシニンの構造的特徴に基づいていることを発見した。2.小麦粉ドウ物性に対するタンパク質、脂質、水分の影響を明らかにした。大豆タンパク質がゼラチンと卵白タンパク質の中間の加工特性を具えていることを示した。ゴマグロブリンを各種化学修飾することにより機能特性を改善できることを見い出した。3.大豆グリシニンcDNAの微生物細胞における大量発現系の確立に成功し、タンパク質工学の応用への道を拓いた。また、米タンパク質のシグナルペプチドを遺伝子操作の手法により変換し、プロティンボディー組成の改善の可能性を示唆した。さらに、サツマイモスポラミンおよびヒマ種子カタラーゼの遺伝子発現調節に関与している遺伝子領域の同定に成功した。以上の結果の総合的理解に基づき、研究者間の情報交換を密に行うことにより目的を達成する。日本人の3大死因、癌、脳卒中,心臓病である。

近年における畜肉の摂取量の増加は、これに伴う飽和脂肪及びコレステロ-ルの取り過ぎを招来し、動脈硬化症などの主因の1つとなっている。本研究は成人病予防効果のある植物性タンパク資を生物工学的手法を用いて改変し、畜肉に匹敵する物性、栄養性をもつ高品質タンパク質を創製することを目的としている。タンパク質構造学、タンパク質物性学および植物分子生物学などの全く異なる観点から解析し、以下の結果を得た。1.大豆タンパク質の主成分であるグリシニンのオ-トアシル化能を利用して、機能特性の優れたアシル化グリシニンを創製した。ゴマ13Sグロブリンの機能特性と構造との関係を示した。小麦の製パン性を支配するグルテニンの分子内S-S結合の位置を同定した。米アレルゲンタンパク質の一次構造を決定し、その性質を構造レベルで解明した。2.小麦粉ドウの特性に対するリン脂質の影響がタンパク質との相互作用にあることを示唆した。大豆タンパク資ゲルのテクスチャ-評価は物性付与能の予測とコントロ-ルの手掛りを与えることを示した。3.リボキシゲナ-ゼ完全欠失大豆の作出の可能性を示唆した。大豆グリシニンの生物工学的改変のための遺伝子工学的基盤を確立した。米グルテリンとプロラミンのシグナルペプチド交換による米タンパク質改良の可能性を示唆した。サツマイモスポラミン遺伝子プロモ-タ-の機能の特異性を解明した。カタラ-ゼ遺伝子の進化的関係を明らかにするとともに、ヒマ種子カタラ-ゼ遺伝子の発現特異性を示した。以上のように、異なる学際的領域からの研究を行なうことにより、植物性食用タンパク質の生物工学的改変のための基盤を確立するとともに、具体的成果も挙げた。
超高強度レーザーの偏光制御による高速電子のコヒーレンス向上とプラズ加熱への展開

レーザー技術の進展により、日本の総電力パワー(テラワット)に相当するパワーを瞬間的かつ局所的につぎ込むことが可能となった。結果、物質を構成する電子が瞬時に光速に加速され、究極のエネルギー源とされる核融合プラズマを加熱することが期待されている。しかし、電子の運動がはやすぎるため、プラズマが加熱されない状況が続いていた。今回、レーザーの電場の向き(偏光)を、従来の直線偏光から円偏光とすることで、高速電子のコヒーレンス向上による低温度化とプラズマ加熱への展開を試みた。結果、円偏光の場合、エネルギー0.3 MeV以下の低エネルギー成分が増大しており、プラズマを効率よく加熱できる可能性が見出された。本研究の目的は、超高強度レーザー電磁場を円偏光にすることでクイーバー運動を抑制し、レーザー照射により発生する高速電子のコヒーレンス向上(低温度化)を試みることである。具体的には、円偏光/直線偏光レーザーを固体/プリプラズマに照射した際の高速電子スペクトルを計測し、相対論的な強度を有するレーザー強度での円偏光電磁場に対する新たな高速電子温度の実験スケーリングを見出すとしている。レーザー偏光を調整することで、プリプラズマがある状態でも高速電子温度を抑制できる方法を探り、高速電子の飛程を短くすることで、プラズマ加熱の高効率化につなげることを意図している。従来の高速電子による高速点火研究は、高速電子の温度を下げるためにプリプラズマの除去とレーザープリパルス制御に注力されてきたが、今回、偏光を制御することでその効果をめざす。偏光制御された相対論的強度レーザーとプラズマとの相互作用は、クイーバー運動に起因する熱運動を制御できるので、電子へのコヒーレントなエネルギー変換が実現できる。本年度は、本研究の主となる高速電子計測のためのインライン電子スペクトロメータの設計とその制作をおこなった。インライン電子スペクトロメータは、磁気ヨーク、高速電子受光面、光学系、筐体、冷却CCDカメラよりなる。まず、16bitの冷却CCDカメラを選定し、その動作を確認した。次に、磁束密度1.0Tの磁気ヨークの設計および制作をおこない、電子エネルギー分析の際に重要となる磁場強度の2次元空間分布を磁場解析シミュレーションで抑えた。この制作した磁気ヨークにあわせて、現有のレーザー照射容器へ装着できるような筐体の設計と制作をおこなった。具体的には、円偏光/直線偏光レーザーを固体/プリプラズマターゲットに照射した際の高速電子スペクトルを計測し、相対論的な強度を有するレーザー強度での円偏光電磁場に対する新たな高速電子温度のスケーリングを見出すとしている。レーザー偏光を調整することで、プリプラズマがある状態でも高速電子温度を抑制できる方法を探り、高速電子の飛程を短くすることで、プラズマ加熱の高効率化をめざす。将来的には、高速電子の低温度化による高速イオンへの変換効率の向上と高速イオンによるプラズマ加熱を視野にいれている。本年度は、昨年度製作した高速電子スペクトルを据え付けし、ショットを行った。結果、電子スペクトルメーターからの漏れ光が顕著であり、高速電子が励起する蛍光板からの発光との分別が困難であることから、電子スペクトロメータの改造に着手した。さらに、偏光光学素子を新たに購入し、真空中で偏光を制御できるシステム構築に着手した。超高強度レーザーについては、別予算で、パルス発振器の広帯域化と短パルス化を実施し、パルス幅を従来110fsから62fsまで短縮し、レーザー出力10TW 0.66J/62fsを達成した。改良後のレーザーを固体ターゲットへ照射することで、高速電子が発生することを現有のプラスチックシンチレータで確認した。偏光制御レーザーによるプラズマ実験がまだ実施できていない状況にある。一方、電子エネルギー分光計測器および偏光制御光学素子は入荷済みであり、レーザー性能も昨年度の短パルス化により出力が10TWに達し、当初の研究計画よりもより高強度での実験が可能となっていることから、偏光制御光学素子導入後に高速電子発生実験に着手可能と判断している。本研究の目的は、超高強度レーザー電磁場を円偏光にすることで、レーザー照射により発生する高速電子がレーザー伝搬方向に振動する運動:クイーバー運動を抑制し、高速電子の低温度化(コヒーレンス向上)を試みることである。具体的には、円偏光/直線偏光レーザーをターゲットに照射した際の高速電子スペクトルを計測し、相対論的な強度を有するレーザー強度における円偏光電磁場に対する新たな高速電子温度のスケーリングを見出すとした。最終年度である本年度は、円偏光光学素子で超高強度レーザーの偏光を制御し、レーザーを固体金属へ照射する実験を行い、偏光の違いによる高速電子スペクトル実験結果の取得をおこなった。具体的には、新たに導入した電動回転機構に入荷済みであった円偏光制御素子を装着し、真空環境課において、レーザーの偏光制御をおこなった。また、昨年度までに整備した高速電子スペクトロメータを用いて100ショット積算における高速電子スペクトルを得た。実験結果は以下のとおりであった。(1)波長板の導入により、高速電子信号をあらわすPSLのslopeは、0.9 MeVから0.25 MeVに低下し、slopeについては、偏光の違いは現れていない。

(2)一方、円偏光では、低エネルギー(0.3 MeV付近)の高速電子成分が増大しており、これは、波長板導入前と比べても顕著であった。円偏光により、低エネルギーの電子成分が増えた結果は、プラズマを効率よく加熱できることを示唆している。レーザー技術の進展により、日本の総電力パワー(テラワット)に相当するパワーを瞬間的かつ局所的につぎ込むことが可能となった。結果、物質を構成する電子が瞬時に光速に加速され、究極のエネルギー源とされる核融合プラズマを加熱することが期待されている。しかし、電子の運動がはやすぎるため、プラズマが加熱されない状況が続いていた。今回、レーザーの電場の向き(偏光)を、従来の直線偏光から円偏光とすることで、高速電子のコヒーレンス向上による低温度化とプラズマ加熱への展開を試みた。結果、円偏光の場合、エネルギー0.3 MeV以下の低エネルギー成分が増大しており、プラズマを効率よく加熱できる可能性が見出された。本年度の研究実施計画は以下のとおりであった。1.偏光可変素子の導入、2.インライン電子スペクトロメータの導入、3.固体ターゲットへのレーザー照射実験この中で、2.インラインESMの設計と製造が当初予定よりもおくれたため、3.レーザープラズマ実験は2年次へ先送りとした。さらに、インライン電子スペクトロメータを重点的に整備したため、予算の関係上、1.偏光可変素子の導入は2年次購入するとした。電子エネルギー分光計測器の改修が6月中に完了する。偏光制御光学システムを真空パルス圧縮器へ導入後に、高速電子発生実験に着手可能と判断している。プラズマ科学まず、偏光可変素子を導入し、その性能を評価する。その後、平成26年度に整備したインライン電子スペクトロメータを用いて、超高強度レーザーによる高速電子発生実験を行い、インライン電子スペクトロメータの立ち上げを行う。超高強度チタンサファイアレーザーは定常的に稼働中であるため、本計測器の性能確認後は、申請時の研究計画にそって実験スケジュールを遂行していく。
線虫C.elegansにおけるカベオラを介したエンドサイトーシスの分子メカニズム

我々は線虫のカベオリンホモログであるCAV-1の生殖腺における細胞内動態に注目し,緑色蛍光タンパク質(GFP)とCAV-1の融合タンパク質(CAV-1-GFP)を発現する形質転換体を作製し,解析を行っている.その結果,卵母細胞においてCAV-1-GFPが受精後に同調的に細胞膜に輸送され,その後,卵割開始前に再び細胞内に取り込まれ,分解されることを見いだしている.本年度はこの受精後におきる細胞内へのエンドサイトーシスのメカニズムに注目し,解析を行った.その結果,CAV-1-GFPと同様に細胞膜へと輸送されるシンタキシンは受精後も細胞膜にとどまり分解されないことから,受精後に起きる膜タンパク質の分解には明確な選択性があることが判明した.また,その他の卵母細胞膜タンパク質であるRME-2,CHS-1についてもGFPの融合タンパク質を生殖腺において発現させ,これらの細胞内動態について解析したところ,これらも受精後に選択的に分解された.そこで,エンドサイトーシスにおいて中心的な役割を担っているrab-5遺伝子に対するRNAiノックダウンを行い解析したところ,CAV-1-GFPは受精後に細胞内に取り込まれず細胞膜上に蓄積したが,GFP-RME-2は細胞膜には蓄積せず細胞内の小さな小胞に局在化した.一方,GFP-CHS-1は細胞膜と細胞内の小胞の両者に局在化した.いずれの場合も受精後の分解がブロックされた.これらの結果から受精が完了すると減数分裂期に働く一群の膜タンパク質が複数のメカニズムによる選択的な輸送方向の制御により分解され,細胞内環境が再編成されることが初めて明らかとなった.本年度はまずカベオラを構成するタンパク質(カベオリン,GPIアンカータンパク質)に焦点をあて,緑色蛍光タンパク質(GFP)との融合タンパク質を発現する形質転換体の作成を行った。生殖腺特異的に発現を誘導するpie-1プロモーター下流に目的遺伝子を結合し,Microparticle Bombardment法により形質転換体の作成を行った。得られた形質転換体について卵母細胞の成熟過程,受精,そして胚発生の過程における各種オルガネラマーカータンパク質の挙動の解析を行ったところ,カベオリンが初期発生の段階で非常にダイナミックにふるまうことが明らかとなった。興味深いことにカベオリンは卵母細胞の成熟とともに新規の細胞内コンパートメント(CAV-1 bodyと命名)に蓄積することが明らかとなった。これらの構造体は受精直前に細胞膜近傍へと輸送され,受精と時を同じくして細胞膜と融合することが判明した。このことから,CAV-1 bodyは受精前後に劇的に変化する細胞膜へ物質を輸送する調節性分泌顆粒の一種であることが示唆された。一方,受精後に細胞膜にターゲットされたカベオリンは受精卵が細胞分裂を開始する前にすみやかに細胞内に取り込まれ,分解されることが判明した。この過程はエンドサイトーシスに働くクラスリン,Rab5などのRNAi干渉法による遺伝子ノックダウンによって阻害されることから,受精後のカベオリンの細胞内への取込みにはクラスリン依存的な経路が働くことが明らかとなった。現在,タンパク質小胞輸送に関わる低分子量GTPase, sar1,arf, rabのすべての線虫遺伝子に関してRNAiライブラリーを作成し,発生初期段階におけるカベオリンの動態に関与する遺伝子の分離を試みている。我々はC.elegansの生殖腺で発現しているカベオリンホモログCAV-1に注目し、生殖腺におけるその役割と細胞内動態について解析を行っている.昨年度に生殖腺においてCAV-1とGFPの融合タンパク質(CAV-1-GFP)を発現させ、その細胞内動態を解析した結果,カベオリンは卵母細胞の成熟とともに新規の細胞内膜区画(CAV-1 bodyと命名)に徐々に蓄積し、受精直前に細胞膜近傍へと輸送され,受精直後に一斉に細胞膜と融合することを見いだした.本年度はこのCAV-1 bodyの形成メカニズムについて解析を行った.まずタンパク質の小胞輸送に関わる低分子量GTPase,sar1,arf,rabの線虫遺伝子に関してRNAiライブラリーを作成し,発生初期段階におけるカベオリンの動態に関与する因子の同定を試みた.RNAi法による遺伝子ノックダウン解析の結果、CAV-1は低分子量GTPase SAR-1,RAB-1依存的に小胞体からゴルジ体へと輸送され、その後、卵母細胞の成熟に伴いARF-1依存的にCAV-1 bodyへとターゲットされることが明らかとなった.また卵母細胞がコレステロールを取り込む事のできないrme-2変異株では、CAV-1-GFPがCAV-1 bodyに正しくターゲットされず、細胞膜に蓄積してしまうことから、この過程にはコレステロールが関与していることが示唆された.一方、このCAV-1 bodyの分泌は受精できないspe-9変異体においても起きる事から、受精自体とは非依存的に起きることが判明した.しかしながら、減数分裂のMetaphaseからAnaphaseへの進行に働く因子の一つであるEMB-27をノックダウンするとCAV-1 bodyの分泌は抑制されることから、このプロセスは減数分裂の進行に連動しておこる現象であることが示唆された.我々は線虫のカベオリンホモログであるCAV-1の生殖腺における細胞内動態に注目し,緑色蛍光タンパク質(GFP)とCAV-1の融合タンパク質(CAV-1-GFP)を発現する形質転換体を作製し,解析を行っている.その結果,卵母細胞においてCAV-1-GFPが受精後に同調的に細胞膜に輸送され,その後,卵割開始前に再び細胞内に取り込まれ,分解されることを見いだしている.

本年度はこの受精後におきる細胞内へのエンドサイトーシスのメカニズムに注目し,解析を行った.その結果,CAV-1-GFPと同様に細胞膜へと輸送されるシンタキシンは受精後も細胞膜にとどまり分解されないことから,受精後に起きる膜タンパク質の分解には明確な選択性があることが判明した.また,その他の卵母細胞膜タンパク質であるRME-2,CHS-1についてもGFPの融合タンパク質を生殖腺において発現させ,これらの細胞内動態について解析したところ,これらも受精後に選択的に分解された.そこで,エンドサイトーシスにおいて中心的な役割を担っているrab-5遺伝子に対するRNAiノックダウンを行い解析したところ,CAV-1-GFPは受精後に細胞内に取り込まれず細胞膜上に蓄積したが,GFP-RME-2は細胞膜には蓄積せず細胞内の小さな小胞に局在化した.一方,GFP-CHS-1は細胞膜と細胞内の小胞の両者に局在化した.いずれの場合も受精後の分解がブロックされた.これらの結果から受精が完了すると減数分裂期に働く一群の膜タンパク質が複数のメカニズムによる選択的な輸送方向の制御により分解され,細胞内環境が再編成されることが初めて明らかとなった.
強親核性トリフェニルホスフィンの反応

トリフェニルホスフィンのフェニル基の2,6-位にメトキシ基を導入した化合物{2,4,6-【(MeO)_3】【C_6】【H_2】}【_3P】[以下、(2,4,6)【_3P】と略記する〕や{2,6-【(MeO)_2】【C_6】【H_3】}【_3】P[以下、(2,6)【_3P】と略記]がpiperidine(pka11.2)やtriethylamine(pka10.75)に匹敵する強い塩基性を示すのみならず、中性試薬としてはこれまでに例を見ぬ強い親核性を示すことが判明した。すなわち、【CH_2】【Cl_2】や、Cl【CH_2】【CH_2】Clとは常温付近で短時間で反応して4級塩になるし、【C_4】【H_9】Clや2-【C_3】【H_7】Clの様な活性の低いアルキルハライドとも穏やかな条件で反応する。また、(2,4,6)【_3P】は【CH_2】=CHCNや【CH_2】=CHCOO【C_2】【H_5】、【CH_2】=CHC(0)【CH_3】などとニトロアルカンとのMichael付加の簡便で有効な触媒(開始剤)となることも判明した。すなわち、(2,4,6)【_3P】のニトロアルカン(MeN【O_2】,EtN【O_2】,2-PrN【O_2】)溶液にこれらオレフィンを滴下すると激しく発熱し、1:11:3付加物が好収率で得られた。(2,6)【_3P】を【H_2】【O_2】で酸化して得られる(2,6)【_3P】=0が水溶性であること、過塩素酸と1:1付加物〔(2,6)【_3P】-OH〕Cl【O_4】を形成すること、各種アンモニウム塩と安定な1:1付加物〔(2,6)【_3P】=O・HN【R_3】〕Xを形成することなども判明した。
不均一放射線場における放射線影響推定へ向けたモデル開発

電離放射線照射時の細胞応答として,非照射細胞が照射細胞と同様の生物学的効果を示す細胞間シグナリングが近年注目されている。一方で,非照射細胞から照射細胞へのシグナル伝達によって誘発する放射線抵抗性(防御効果)も近年報告されているが,照射細胞と非照射細胞間の双方向のシグナル効果が放射線感受性へ与える影響に対する研究は不十分である。そこで本研究では,細胞実験とモデル研究を組合せた研究により,双方向の細胞間シグナルのメカニズム解明を試みる。本研究が完遂すれば,放射線防護や強度変調放射線治療(分割照射)時のより正確な正常組織へのダメージと治療効果を評価が可能となる。
多層カーボンナノチューブを有する木質系炭素材料からの新規リチウムイオン電池の開発

本研究では、木質廃棄物を含む、木質から直パルス式急速熱分解装置により焼結した炭素複合材料を作製後その電気化学的性質を評価し、優れた充放電特性をもつリチウムイオン二次電池用炭素負極材料を開発した。木質炭素とSi、カーボンナノチューブ・フィラメントをバランス良く複合化することにより、充・放電に伴うSiの膨張・収縮によるひびの発生を防ぎ、高性能なリチウムイオン二次電池用炭素負極材料開発が可能である。本研究は木質廃棄物などを含む木質バイオマスからカ-ボンナノチュ-ブなどを含む木質炭素複合材料から、リチウムイオン二次電池の負極用炭素電極の開発を目指す。リチウムイオン二次電池は、携帯電話やノ-トパソコンなどに用いられているモバイルツ-ルに必要不可欠の駆動用電源であるが、軽量化と大容量化がますます求められている。申請者等が世界に先駆けて開発した木質系炭素複合材料は、Liを吸蔵できしかも負の一定電位を与えられるので、リチウムイオン二次電池の負極として理想的な材料である。また、木質系炭素が多層カ-ボンナノチュ-ブを含む場合は、リチウムが結晶子の層間にド-プされても面間隔の増大が起こりにくく、負極変形を抑えることができるので優れたサイクル特性を得ることができる。木質炭素化物は材料の組織構造により特性が決定される。ナノおよびミクロスケールの微細構造を制御したハイブリッドマルチスケール材料を創製することが新規用途開発のために重要となる。本研究は、再生可能な木質資源から直パルス式急速熱分解装置によって焼結したカーボンナノチューブ複合炭素化物基板材料を作製後その電気化学的性質を評価し、高効率な充放電特性をもつリチウムイオン二次電池用炭素負極材料を開発することを目的とする。窒素ガス気流下で700°C、1時間でスギチップの炭素化を行ってから、木質系炭素にアルミニウムトリイソプロポキシド溶液を処理した。乾燥後、パルス通電加熱法によって1300°C,5分間の条件で焼結して木質系炭素基板材料を焼結した。触媒CVD装置を用いて650°C,N_2/H_2,N_2/C_2H_4の条件で、直径50nmの多層カーボンナノチューブが基板材料表面に成長させたハイブリッドマルチスケール木質炭素材料を調製し、多層カーボンナノチューブ複合炭素材料の走査電子顕微鏡および高解像度電子顕微鏡による分析を行った。カーボンナノチューブの形成には、それに適した表面化学構造をもつ木質炭素化物の設計が重要であることがわかった。アルミナによる触媒黒鉛化によって得られたサンプルでは適切な温度・圧力下におけるプレート状Al_4C_3の分解により、配向性の良好な黒鉛化炭素が形成された。特に1300°C下での部分黒鉛化が生じたサンプルにおいてMWNTの形成が見られた。MWNTは木質炭素化物上でランダムに分布していることを電子顕微鏡によって観察した。Liイオンバッテリー用電極材料への応用を考え、多層カーボンナノチューブを含まない木質炭素化物をLiイオン電池の負極に用いて充放電特性を調べたところ、良好なヒステリスシスと可逆容量が得られた。電気化学的用途への展開が期待される。木質廃棄物から作られる炭素化物は組織構造により特性が決定されるが、ナノ・ミクロスケールの微細構造を制御したハイブリッドマルチスケール材料を創製することが新規用途開発のために重要となる。これまでの研究の結果木質炭素化物表面にナノチューブ成長させた場合と木質炭素化物中にナノチューブを均一に混合した場合とでは、得られた炭素複合材料の電気化学的特性に違いが無いことが明らかとなった。本年度はナノチューブ複合木質炭素化物の作製のために混合法を採用することとし、その電気化学的性質評価によって、高効率なリチウムイオン二次電池用炭素負極材料の開発を行なった。スギ小片を電気炉内で加熱温度500°Cと700°C、アルゴンガス雰囲気下で炭素化を行った。得られた木質炭素化物に2wt%の多層カーボンナノチューブを加えた処理試験体と無処理試験体に対して、1050°CのHTTで反応時間15min、50MPa、真空下で炭素化を行った。電解液1mol/LiPF_6,EC/DEC=1:1の組み合わせで2電極セル-金属リチウムセルを作製し、0.1Cレート・測定電位幅5mV-2Vの条件で炭素化された試験体の充放電試験を実施した。700°Cで予備加熱した焼結炭は不可逆・可逆容量が向上した。原料木炭粉末の粒度を(1)25μm以下,(2)25-32μm,(3)45-63μmに変化させて700°Cで予備炭化の後1050°Cで焼結させて作製した作用電極ガルバノスタティク充放電試験を行ったところ、32μmまでの大きさの粒度で高い可逆容量が得られたのに対し、45μmから63μmの大きさのパーティクルでcyclabilityが向上した。

同じ処理条件でMWNTを加えたところ、可逆容量とcyclabilityは向上したものの、不可逆性容量の増加が見られた。これらの事より、材料の構造解析から材料調製の最適化を行う必要性が示唆された。低価格化と大容量化の目標をかかげ木質炭素からの電極材料の開発を試みた。木質廃棄物のうち安全廃棄がきわめて難しいCCA(銅・クロム・ヒ素)処理廃棄木材でも、申請者等が開発した方法を用いることによって、銅、クロム、ヒ素を回収しつつ、毒性元素を含まない木質材料を準備するエコシステムを開発できることがわかった。さらに粒度を変化させたリチウムイオン二次電池の負極用木質炭素材料の開発した。スギ小片を電気炉内で加熱温度500°Cと700°C、アルゴンガス雰囲気下で炭素化を行いHTTで反応時間15min、50MPa、真空下で炭素化を行った。電解液1mol/LiPF6, EC/DEC=1:1の組み合わせで2電極セル-金属リチウムセルを作製し、0.1Cレート・測定電位幅5mV-2Vの条件で炭素化された試験体の充放電試験を実施した。700°Cで予備加熱した焼結炭45-63μmという比較的大きな粒子からなる炭素電極で作用電極ガルバノスタティク充放電試験を行ったところ、、優れた電気化学特性を得ることができた。これらの事より、他元素を含む液体を含侵することにより、高性能の炭素負極材料を調製できる可能性が示唆された。本研究は、木質炭素とカーボンナノチューブ・ナノフィラメントリチウムイオン二次電池用炭素負極材料を開発し、木材の高付加価値化をめざすことを目的とする。さらなる高容量化とサイクル寿命の向上を図るため、本年度はSiをドープして炭素複合負極材料を合成する研究を行った。Siと木材より分離されたオルガノソルブリグニンの混合粉末から、通電加熱法を用いて高圧下でSi/木質炭素負極用材料合成し,LiのドープによるSiの変形を抑えつつ,木質からメタルフリーの大容量LIB負極材料を作製し電気化学的性質を評価した。オルガノソルブリグニンを炭素化し,ケイ素と混合したあと焼結,ケイ素/炭素材料を作成し耐酸化特性を評価した。さらに、オルガノソルブリグニンから木質炭素化物(昇温速度4°C/minで,反応温度700°C、反応時間1時間)にグラファイトと10wt%のSiを加えた混合粉末にパルス通電加熱処理を施し、1050°C、反応時間15min、50MPaの条件で焼結を行って直径10mm,厚さ0.01mmの試験体を得、分析を行った。最後に、電解液1mol/LiPF6,EC/DEC=1:1の組み合わせで2電極セルー金属リチウムセルを作製し、0.1Cレート・測定電位幅5mV-2Vの条件で充放電試験を実施した。従来の方法では充放電が繰り返されるたびにSiの膨張・分解が生じ電気容量が低下するが、本研究の手法では,木質炭素の保護膜によりSiの分解を防ぎ、Grにより電子イオンの移動がスムーズになりサイクル寿命も向上する。X線回折から本合成方法ではサンプル内にsiのピークが現れた。si10%、木質炭素90%含むLIB負極材料を作製して充放電特性を調べた結果、グラファイトを含まない条件で420mAh/gの可逆容量を得ることができた。木質炭素とSi、カーボンナノチューブ・ナノフィラメントの最適な組み合わせにより、より高性能なリチウムイオン二次電池用炭素負極材料の開発が可能となるであろう。
植物細胞のカドミウム耐性機構特にフィトケラチン合成遺伝子の解明

高等植物におけるCd解毒機構の鍵を握る酵素と予想される(r-EC)nG合成酵素がカルボキシペプチダーゼ(CPase)である可能性が、当研究室におけるこれまでの研究で分かってきた。本研究では、これをさらに確実なものとするため、外来(CPase)遺伝子を植物に導入し、それによる(r-EC)nG合成能および重金属耐性能の付与について検討した。方法イネのCPaseI遺伝子をpEGIのCaMV35Spromoter下流域に組み込み(pEGI-CPase)、これをE.Coliに導入した。この形質転換E.Coliは、pEGIの選択マーカーであるアンピシリン耐性を用いて選抜した。また、pEGI-CPaseをエレクトロポレーションによりタバコ培養細胞BY-2のプロトプラストに導入した。この形質転換植物体はpEGIの選択マーカーであるカナマイシン耐性を用いて選抜した。この遺伝子導入BY-2をpH8.50.1MTris-HCIで抽出し、これに10mMGSHを添加して30°Cで2時間インキュベートした。その後、その反応液中における(r-EC)nGをDTNBポストカラムラベル法により測定した。結果遺伝子導入タバコにおいて(r-EC)nGの生成が確認された。非導入E.Coliでは(r-EC)nGは全く生成されないか、生成されてもごくわずかであった。以上の結果から、CPaseが植物体内において(r-EC)nG合成に寄与していることが認められた。今後得られた形質転換植物を用いてカドミウム耐性を検討すると同時に、これらの植物を用いたファイトリメディエーションについて検討を進める必要がある。
作物の三次元形状認識に関する研究

この研究は,農作業ロボットの視覚部として,三次元視覚センサを用いて作物を認識しようとするものである。生食用のキュウリ収穫は人手により行われているが,果実の生長が速いため,適期収穫のためには頻繁に収穫作業を行う必要があり,収穫の自動化が要望されている.キュウリ収穫作業をロボットにより行うため,果実認識用の三次元視覚センサを試作し,ロボットに取り付けて認識実験を行った.この三次元視覚センサは,近赤外線のレーザビームを走査して対象物の形状を計測するものである.レーザビームは走査用鏡を用いて走査し,対象物からの反射光をPSD(位置検出素子)で受けた.そして各走査点までの距離は,PSDの2つのアノードからの信号を演算して求めた.画素数は,7500画素(左右方向に60画素,上下方向に125画素)である.実際のキュウリ栽培をもとに市販のキュウリを用いて作成した模型を走査,認識したところ,果実の位置やサイズをほぼ正確に認識することが可能であった.果柄位置も認識可能であり,この三次元視覚センサはキュウリ収穫ロボットの視覚部として適していると考えられた.ネットを用いた傾斜棚栽培,支柱を傾斜させた傾斜棚栽培,つる下げ栽培を試み,果実がロボット側からどの程度見えるかの調査を行った.つる下げ栽培では,ほとんどの果実がロボット側から見え,視認性が良く,ロボット収穫に適していると考えられた.三次元視覚セイサにより,結球レタスの認識を行った結果,三次元形状から結球部の大きさを認識することが可能であった.三次元視覚センサをミニトマト収穫ロボットのマニピュレータの先端に取り付けて実験を行った.マニピュレータの先端に取り付けることにより,視点を変えて走査することが可能となり,茎葉に隠れた果実の認識も可能であった.この研究は,農作業ロボットの視覚部として,三次元視覚センサを用いて作物を認識しようとするものである。生食用のキュウリ収穫は人手により行われているが,果実の生長が速いため,適期収穫のためには頻繁に収穫作業を行う必要があり,収穫の自動化が要望されている.キュウリ収穫作業をロボットにより行うため,果実認識用の三次元視覚センサを試作し,ロボットに取り付けて認識実験を行った.この三次元視覚センサは,近赤外線のレーザビームを走査して対象物の形状を計測するものである.レーザビームは走査用鏡を用いて走査し,対象物からの反射光をPSD(位置検出素子)で受けた.そして各走査点までの距離は,PSDの2つのアノードからの信号を演算して求めた.画素数は,7500画素(左右方向に60画素,上下方向に125画素)である.実際のキュウリ栽培をもとに市販のキュウリを用いて作成した模型を走査,認識したところ,果実の位置やサイズをほぼ正確に認識することが可能であった.果柄位置も認識可能であり,この三次元視覚センサはキュウリ収穫ロボットの視覚部として適していると考えられた.ネットを用いた傾斜棚栽培,支柱を傾斜させた傾斜棚栽培,つる下げ栽培を試み,果実がロボット側からどの程度見えるかの調査を行った.つる下げ栽培では,ほとんどの果実がロボット側から見え,視認性が良く,ロボット収穫に適していると考えられた.三次元視覚セイサにより,結球レタスの認識を行った結果,三次元形状から結球部の大きさを認識することが可能であった.三次元視覚センサをミニトマト収穫ロボットのマニピュレータの先端に取り付けて実験を行った.マニピュレータの先端に取り付けることにより,視点を変えて走査することが可能となり,茎葉に隠れた果実の認識も可能であった.1.この研究は,農作業ロボットの視覚部として,ビデオカメラに代わって三次元視覚センサを用いて作物を認識しようとするものである。2.発光ダイオードからスポット光を照射して,作物からの反射光をレンズでPSD(位置検出素子)で受けて光電変換を行い,スポット光を機械的に走査することにより三次元形状を計測する三次元視覚センサを試作した。この三次元視覚センサは,赤色と近赤外の発光ダイオードを使用し,対象物と背景の分光反射特性の違いから赤と近赤外の受光電圧の大きさが違うことを利用して,対象物と背景の識別を行う機能も持っている。この三次元視覚センサは,マニピュレータに取り付けることができるよう小型とし,マニピュレータの動きも利用して走査するようにした。3.ミニトマトを走査する実験を行った結果,センサから近い対象物の三次元形状を計測できること,分光反射特性の違いから赤熟果実を茎や葉と区別できることがわかった。またマニピュレータに取り付けることにより,いろいろな位置と方向から走査することが可能で,一部が茎葉に隠れた果実でも見やすい方から走査することで認識しやすいと考えられた。なお,発光ダイオードのスポット光は径がやや大きいので遠距離にある細い果梗などを計測しにくい。このため,レーザ光を用いて細いスポット光を投光する三次元視覚センサも試作中である。4.近赤外のレーザ光を走査して,結球レタスの三次元形状を計測し,収穫適期のレタスを認識する実験も行った。走査はレタスの上方から行い,100×100画素の三次元画像から認識を試みた。認識方法は,遺伝的アルゴリズムを用いて画像を前処理したあと高さによる2値化を行い,2値画像処理により位置と大きさを認識するものである。