hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ニュートリノ崩壊光子検出器較正用超低エネルギー光子パルス照射システムの開発

本研究の目的は、福井大学の「遠赤外分子レーザー装置」を用いて、そのような検出器を較正するための「超低エネルギー光子パルス照射システム」を開発することである。このレーザー装置は、CO2レーザーを1次電磁波源として、様々な種類のアルコール気体分子(CH3OH、CH3ODなど)を励起させ、様々な波長の単色遠赤外線をレーザー発振させることができるようになっている。今年度、まずこのレーザー装置を稼働させ、本研究で目標とする波長領域付近の発振線を探索したところ、波長43.7μm、52.9μm、57.2μm、86.4μm、118.8μm、184.3μm、245.0μm、253.7μm、264.4μm、447.2μm、453.4μm、545.2μm、715.4μmと、多数の発振線を確認することができた。この内、本研究にとって特に重要となる波長57.2μmと118.8μmの発振線について、そのビーム強度やビームプロファイルなどの基本特性を測定した。また、このレーザー装置は連続波を発振するが、ニュートリノ崩壊光子検出器の較正を行う際には、検出器の応答速度(数μs)以下の時間幅を持つパルス波に変換する必要がある。本研究では、連続波を高速回転するミラーに反射させることによってパルス波に変換する方式と、通常型の2.5倍以上の高速で回転する高速チョッパーに極細スリットを持つ特注のディスクを取り付けてパルス化する方式の二つの方式を検討し、どちらの方式でも時間幅2μs程度の速いパルスが得られることを見出した。当初の計画通り、遠赤外分子レーザー装置を稼働させ、本研究で目標とする波長5090μm付近の発振線を数多く確認し、そのビーム強度の測定、ビームプロファイル(ビーム径および広がり角)の測定などを行うことによって、このレーザー装置の基本特性を把握することができた。また、このレーザー装置が発振する連続波をパルス波に変換する課題も、昨年度の重要な課題の一つであったが、これについても、回転ミラーや高速チョッパーなどを用いて時間幅2μs程度のパルス波に変換する方法を見出すことができた。できれば1μs程度まで時間幅を縮めたかったが、そのためにはレーザー光の光路長を非現実的なほど長く取る必要が生じたり、途中に挿入する集光用の凹面鏡などを市販品では賄えないほど大きなものに取り換える必要が生じたりすることが分かり、当面断念することにした。もちろん、パルス時間幅2μs程度でも、本研究の当初の目的は十分達成することができる。近年、ニュートリノに質量があることが確定し、質量の大きいニュートリノが1025meV(波長5090μm)程度の遠赤外線領域の低エネルギー光子を放出することによって質量の小さいニュートリノに崩壊することが理論的に予言されており、そのような光子を探索するための検出器開発が推進されている。目的の達成に向けて、今年度は以下のような研究を行った。1まず、遠赤外分子レーザーの連続波をパルス波に変換する方法の改良を行った。前年度、高速回転するミラーを用いてパルス時間幅を2μsまで縮められることを示したが、今年度、レーザービームの伝播を波動光学的に追跡することができる高度なシミュレーターを導入して再検討したところ、パルス時間幅をさらに検出器の応答速度以下の1.6μsまで短くする方法を見出すことができた。
エンベロープウイルスに対する抗ウイルスペプチド薬の新戦略

エンベロープウイルスの膜融合蛋白質のheptad-repeat(HR)領域を標的とした抗ウイルスペプチド薬(HRP)は、ウイルスの膜融合活性を阻害する事で、ウイルス感染を抑制する。しかしながら、HRPは、細胞表面から直接侵入するウイルス※には高い抗ウイルス活性を示すが、エンドソームには取り込まれにくいため、エンドサイトーシスで細胞に侵入するエンベロープウイルスにはほとんど効果がない。本研究では、HRPにコレステロール(Chol)を結合することでエンドソーム指向性に改変したHRPを作製し、細胞表面経路又はエンドサイトーシス経路で細胞侵入する各種コロナウイルス(CoV)を用いて抗ウイルス活性を評価した。この結果、HRP-cholは、CoVの細胞表面経路だけでなくエンドサイトーシス経路も効率良く阻止する事を明らかにした。これらの結果から、エンドサイトーシス経路を主な細胞侵入経路とするその他のエンベロープウイルス(インフルエンザウイルス・エボラウイルス等)にも、HRP-cholが応用可能であることが示唆された。※最近の研究では、これまで細胞表面で膜融合を起こし細胞表面から侵入すると考えられてきたHIVやRSVなども、エンドサイトーシスを利用して感染する事が報告されている。ここでは、従来の「エンドサイトーシス侵入経路」と区別するためこれらの細胞侵入方法を「細胞表面侵入経路」とした。ウイルスの膜融合蛋白質のheptad-repeat(HR)領域を標的とした抗ウイルスペプチド薬(HRP)は、ウイルスの膜融合活性を阻害する事で、ウイルス感染を抑制する。しかしながら、このHRPは、エンドソームに取り込まれにくいため、エンドサイトーシスで細胞に侵入するエンベロープウイルスにはほとんど効果がない。本研究では、HRPをエンドソーム指向性に改変することでこれらのウイルスの感染を効率よく阻止する抗ウイルス薬の開発を目的とする。コレステロール(Chol)を結合したHRP(Chol-HRP)はCholを介して細胞膜に結合し、エンドソーム膜に取り込まれると考えられる。昨年度は、このChol-HRPを作製し、細胞表面経路又はエンドサイトーシス経路で細胞侵入するサーズ(SARS)コロナウイルス(CoV)を用いて抗ウイルス活性を評価した。この結果、Cholを付加していないHRPは細胞表面侵入経路だけにしか抗ウイルス活性を示さなかったが、Chol-HRPは細胞表面侵入経路だけでなく、エンドサイトーシス経路に対しても高い抗ウイルス活性(IC90%=1μM)を示した。本年度は、229EやNL63などの異なるヒトCoVに対しても同様の効果が得られるか評価を行った。この結果、Chol-HRPはこれらウイルスの両侵入経路に対しても、高い抗ウイルス活性を示した。これらの事からChol-HRPは、幅広いCoVの細胞表面経路及びエンドサイトーシス経路の両方に対して高い抗ウイルス活性を示す事が分かった。今後は、エンドサイトーシス経路を主な細胞侵入とするインフルエンザウイルス等を用いて、Chol-HRPが他のウイルス科に対しても抗ウイルス活性を示すか検討していきたい。本研究は、ウイルスの膜融合蛋白質のheptad-repeat(HR)領域を標的とした抗ウイルスペプチド薬(HRP)をエンドソーム指向性(eHRP)に改変することで、エンドサイトーシスで細胞に侵入するエンベロープウイルスの感染を効率よく阻止する抗ウイルス薬の開発を目的とする。本年度は、eHRPのデザインとその抗ウイルス活性の評価系の構築を行い、以下の成果を得た。1) eHRPの作製:コレステロール(Chol)を結合したHRP(Chol-HRP)は、Cholを介して細胞膜に結合し、エンドソーム膜に取り込まれると考えられる。従って、eHRPの候補としてChol-HRPの作製を行った。2) eHRPの抗ウイルス活性の評価:サーズコロナウイルス(SCoV)のS蛋白質は膜融合活性を持つが、この活性にはプロテアーゼを必要とするため、プロテアーゼの局在に依存して、細胞質膜と融合し細胞表面から直接侵入する経路と、エンドサイトーシスによって取り込まれエンドソーム膜と融合し侵入する2つの感染経路を使い分ける。

上記で作製したChol-HRPを、SCoVと同様の細胞侵入様式をもつSCoVpp[VSVの粒子表面にSCoV-S蛋白質を持つシュードタイプウイルス]を用い2つの経路で評価した結果、Chol-HRPは、SCoVppの細胞表面経路とエンドソームを介した経路の両侵入経路に対して高い抗ウイルス活性を示した。一方、コントロールペプチドのHRPは細胞表面経路しか抑える事が出来なかった。これらのことから、エンドソーム親和性のChol-HRPは、SCoVppの細胞表面からの侵入経路だけでなくエンドソームからの侵入経路に対しても高い抗ウイルス活性を持つことが示唆された。今後は、新たなタイプのeHRPを作製する共に、Chol-HRPがどの部位でどのタイミングで抗ウイルス活性を示すか詳細な解析を行う。研究計画は、大きく分けると平成23年度にはエンドソーム親和性ペプチド(eHRP)のデザイン、平成24年度にはeHRPの抗ウイルス活性の評価を行う予定であった。平成23年度中にeHRPの作製と抗ウイルス活性の評価を行う事が出来たものの、作製したeHRPは計画していた4つのeHPRの内1つしか作製出来ていないため、達成度を(2)とした。現在作製したChol-HRPは、細胞表面経路及びエンドソームを介した経路の2つの侵入経路で高い抗ウイルス活性を示しており、これらの結果は、エンドソーム親和性のeHRPが細胞表面侵入経路だけでなく、エンドソームの侵入経路に対しても高い抗ウイルス活性を示すことを示唆している。この一方で、今回デザインしたChol-HRPが本当にエンドソームに取り込まれているのか、取り込まれていたとするとどのタイミングで抗ウイルス活性を発揮するのか、詳細なメカニズムは不明なままである。これらを明らかにするため、Chol-HRPが、どの部位でどのタイミングで抗ウイルス活性を示すかさらに詳細な解析を行う。また、研究計画にて候補に挙げていたほかのタイプのeHRPのデザインも試みる。次年度は、合成ペプチドの作製とその抗ウイルス活性の評価を行う。合成ペプチドの作製には、タンパク質精製キット、コレステロール付加試薬に加え一般的な遺伝子組み換え関連試薬(発現ベクター・PCR関連・シーケンス等)を必要とする(計66万)。ウイルスのエントリーアッセイに使用する試薬として各種プロテアーゼ及び阻害薬で計30万、ペプチド解析に用いる蛍光試薬類で30万、細胞培養器具/プラスチック器具類で20万使用する予定である。旅費については、大高教授(徳島大学)との打ち合わせに10万、国内研究成果発表(日本ウイルス学会または日本獣医学会)として10万。謝金等として、外国論文への投稿費・校閲費として20万使用する予定である。従って、次年度の見積もりは、物品費が計146万円、旅費が計20万円、謝金・その他で計20万円、合計186万円(本年度持ち越し含む)となる。
原形質流動の軌道としてのマイクロフィラメント束の配列安定化機構

本研究は、淡水産単子葉植物オオセキショウモの葉肉細胞で、原形質流動の軌道として働いているF-アクチンを主成分とするマイクロフィラメント(MF)束が細胞壁関与のもとに、細胞内所定の位置に安定して配列している機構を知ることを目的としている。平成5年度には安定化の場の同定を行った。この実験では、MF束が細胞質内で他の分子種の共在下に安定化を受けている部位では長時間のサイトカラシンB(CB)処理によってMF束は破壊されずに残り、これらがMF束の再構築に際しては種として働くと考えた。葉の切片を切り出し、更に、葉肉細胞の長軸に垂直な面(side wall)、及び長軸端に垂直な面(end wall)がそれぞれ露出するように切片を切断した。MF束は、FITC-ファロイジンで染色した後、螢光顕微鏡で観察した。CB(100μg/ml)で一定時間(6,12,・・・・・48時間)処理した後、MF束の変化を追跡した。sidewallでは6時間処理でMF束は破壊されはじめ、24時間処理でMF束は完全に消失した。しかし、endwallでは48時間処理でもMF束の断片化は起こるものの消滅せずに残った。これらの結果よりMF束はend wallでより安定化を受けていることが明らかになった。CBで24時間処理後、CBを除去しMF束の再構築の過程を観察したところ、side wall、endwallで共に複雑な過程を経て2448時間後には正常なMF束の配列が再形成され、正常な原形質流動の誘発も観察された。CB処理前後に各細胞にみられる流動の方向を調べ、48時間処理後でも流動方向を転換した細胞の数が全観察細胞数の32%であることを確認した。このことは48時間CB処理後にもend wallに残存するMF束が再構築の種として働き、再構築されたMF束の極性決定に貢献していることを示している。平成6年度は、MF束の安定化に関与する細胞壁中の因子がどのようなものであるかについて検討した。動物細胞の細胞外基質蛋白質であるビトロネクチンやフィブロネクチンは分子内にRGDというアミノ酸配列をもっている。膜貫通型蛋白質であるヒドロネクチン受容体は細胞外でこの配列を介してビトロネクチンに結合し、細胞内でのF-アクチンの構築を支配するというモデルが提出されている。高等植物からもビトロメクチン様蛋白質が精製されている。この蛋白質は恐らく細胞壁に存在するものと思われる。そこでRGD配列に競争的に働くと思われる合成ペプチドGRGDSPを細胞外から与え、流動のパターン、MF束の配列への影響を調べたところ、両者はペプチド濃度(130mM)に依存して著しく乱された。対照ペプチドGRGESPによる影響は見られなかった。平成7年度にも上記の研究を続行した。RGD配列と免疫的にも機能的にも同等であるとされている配列RYDを含むペプチドARYDEIを合成し細胞外から与えたところ、130mMの濃度範囲で流動のパターン、MF束の配列は濃度依存的に乱された。対照ペプチドARYEEIは影響しなかった。一方、ARYDEIの抗体を作製し、間接螢光抗体法により細胞壁が染色されることを確認した。またウエスタン法により54kDペプチドがこの抗体と免疫交差することを示した。これらの結果はRGD配列あるいはRYD配列をもつ蛋白質が細胞壁中に存在し、受容体を介してMF束の配列安定化がなされていることを示唆している。細胞壁中のこれら蛋白質の抽出精製、及び受容体存在の確認とその同定が必要であることがこの研究の結果明らかになった。

このことは48時間CB処理後にもend wallに残存するMF束が再構築の種として働き、再構築されたMF束の極性決定に貢献していることを示している。平成6年度は、MF束の安定化に関与する細胞壁中の因子がどのようなものであるかについて検討した。動物細胞の細胞外基質蛋白質であるビトロネクチンやフィブロネクチンは分子内にRGDというアミノ酸配列をもっている。膜貫通型蛋白質であるヒドロネクチン受容体は細胞外でこの配列を介してビトロネクチンに結合し、細胞内でのF-アクチンの構築を支配するというモデルが提出されている。高等植物からもビトロメクチン様蛋白質が精製されている。この蛋白質は恐らく細胞壁に存在するものと思われる。そこでRGD配列に競争的に働くと思われる合成ペプチドGRGDSPを細胞外から与え、流動のパターン、MF束の配列への影響を調べたところ、両者はペプチド濃度(130mM)に依存して著しく乱された。対照ペプチドGRGESPによる影響は見られなかった。平成7年度にも上記の研究を続行した。RGD配列と免疫的にも機能的にも同等であるとされている配列RYDを含むペプチドARYDEIを合成し細胞外から与えたところ、130mMの濃度範囲で流動のパターン、MF束の配列は濃度依存的に乱された。対照ペプチドARYEEIは影響しなかった。一方、ARYDEIの抗体を作製し、間接螢光抗体法により細胞壁が染色されることを確認した。またウエスタン法により54kDペプチドがこの抗体と免疫交差することを示した。これらの結果はRGD配列あるいはRYD配列をもつ蛋白質が細胞壁中に存在し、受容体を介してMF束の配列安定化がなされていることを示唆している。細胞壁中のこれら蛋白質の抽出精製、及び受容体存在の確認とその同定が必要であることがこの研究の結果明らかになった。本研究は、淡水産単子葉植物オオセキショウモの葉肉細胞で、原形質流動の軌道として働いているF-アクチンを主成分とするマイクロフィラメント(MF)束が細胞壁関与のもとに細胞内所定の位置に安定して配列されている機構を知ることを目的としている。本年度は安定化の場を同定する実験を行った。この実験では先に得た観察に基づき、MF束が安定化を受けている部位では長時間のサイトカラシンB(CB)処理によってもMF束は破壊されずに残り、これらがMF束の再構築に際しては種として働くと考えた。実験の手順と結果1)葉肉細胞の長軸に垂直な面(side wall)、及び長軸端に垂直な面(end wall)が露出するように葉の切片を切り出し、FITC-ファロイジンで染色した後、蛍光顕微鏡で観察し、数本のMF束が長軸を揃えて各面に平行に配列していることを認めた。2)CB(100μg/ml)で一定時間(6、12、・・・・48時間)処理した後、MF束の変化を追跡した。sidewallでは6時間処理でMF束の破壊が始まり、24時間処理でMF束は完全に消失した。しかし、endwallでは48時間処理でもMF束の断面化は起こるものの消失せずに残った。このことからMF束はendwallで安定化を受けていると結論した。3)24時間CB処理後、CBを除去しMF束の再構築の過程を観察した。sidewall、end wallで共に複雑な過程を経て2448時間後に正常なFM束の配列が再形成された。これに伴って光照射による正常な原形質流動の誘発が観察された。
ロバスト最適化問題に対する数理計画アプローチ

現実の応用に現れる多くの問題を組合せ最適化問題として定式化できる.その多くがNP困難と呼ばれる難しい問題であるにも関わらず,良質な解を得る実践的手法が多数存在する.しかしそれら最適化手法のほとんどは,入力データが既知のものであるという前提のもとにアルゴリズムが設計されている.一方,多くの現実問題において入力データには曖昧さや不確定要素が内在している.そのような不確実性に対してロバストな解を得る手法を,代表的な組合せ最適化問題である0-1ナップサック問題に対して提案し,多くの問題例に対して最適解あるいは良質な解を得ることに成功した.情報技術が急速に発展し,大量の情報を高速に入手することが可能になった.このような技術革新に伴って,得られる情報を有効に利用する必要性が高まってきた.この目的において重要な問題として種々の数理情報学的問題が挙げられるが,その多くは組合せ最適化問題として定式化できる.応用上重要な問題はますます大規模化してきているが,NP困難性に代表されるように,多くの組合せ最適化問題に対し,問題の規模が大きい場合,厳密な最適解を求めることが極めて困難であることが認知されている.このような問題に現実的に対処するための手法としてさまざまな最適化手法が提案されてきている.最適化手法のほとんどは,入力データが既知のものであるという前提のもとにアルゴリズムが設計されている.しかし,多くの現実問題において入力データには曖昧さや不確定要素が内在している.たとえば,生産計画を立てるために最適化問題を解く段階では,需要が確定しておらず,需要予測に基づいて計画を行わなければならない.このような例では,計画の実行が終了した時点では需要は定まっており,確定した需要に基づいた実績によって計画の善し悪しが判断される.したがって,「計画段階で別の判断をしていればもっと利益が上がったのに」と後悔することのないような計画が望まれる.このような不確定要素を深く考慮せず,たとえば予測値をそのまま入力データとして既存の最適化手法を適用して得られた解を用いたのでは,入力データの変動に大きく影響されないような解を与える機能がないため,大きな後悔を招く恐れがある.このような問題を解決するため,後悔の度合いを最適化問題を解くことによって評価するという枠組みを代表的な組合せ最適化問題に対して適用し,効率的な解法の設計を目指した.本年度は具体的な対象として0-1ナップサック問題と一般化割当問題を取り上げ,一定の成果を得た.情報技術が急速に発展し,大量の情報を高速に入手することが可能になった.このような技術革新に伴って,得られる情報を有効に利用する必要性が高まってきた.この目的において重要な問題として種々の数理情報学的問題が挙げられるが,その多くは組合せ最適化問題として定式化できる.応用上重要な問題はますます大規模化してきているが,NP困難性に代表されるように,多くの組合せ最適化問題に対し,問題の規模が大きい場合,厳密な最適解を求めることが極めて困難であることが認知されている.このような問題に現実的に対処するための手法としてさまざまな最適化手法が提案されてきている.最適化手法のほとんどは,入力データが既知のものであるという前提のもとにアルゴリズムが設計されている.しかし,多くの現実問題において入力データには曖昧さや不確定要素が内在している.たとえば,生産計画を立てるために最適化問題を解く段階では,需要が確定しておらず,需要予測に基づいて計画を行わなければならない.このような例では,計画の実行が終了した時点では需要は定まっており,確定した需要に基づいた実績によって計画の善し悪しが判断される.したがって,「計画段階で別の判断をしていればもっと利益が上がったのに」と後悔することのないような計画が望まれる.このような不確定要素を深く考慮せず,たとえば予測値をそのまま入力データとして既存の最適化手法を適用して得られた解を用いたのでは,入力データの変動に大きく影響されないような解を与える機能がないため,大きな後悔を招く恐れがある.このような問題を解決するため,後悔の度合いを最適化問題を解くことによって評価するという枠組みを代表的な組合せ最適化問題に対して適用し,効率的な解法の設計を目指した.初年度は具体的な対象として0-1ナップサック問題を取り上げ,理論的性質の解明を試み,一定の成果を得た.情報技術が急速に発展し,大量の情報を高速に入手することが可能になった.このような技術革新に伴って,得られる情報を有効に利用する必要性が高まってきた.この目的において重要な問題として種々の数理情報学的問題が挙げられるが,その多くは組合せ最適化問題として定式化できる.応用上重要な問題はますます大規模化してきているが,NP困難性に代表されるように,多くの組合せ最適化問題に対し,問題の規模が大きい場合,厳密な最適解を求めることが極めて困難であることが認知されている.このような問題に現実的に対処するための手法としてさまざまな最適化手法が提案されてきている.最適化手法のほとんどは,入力データが既知のものであるという前提のもとにアルゴリズムが設計されている.しかし,多くの現実問題において入力データには曖昧さや不確定要素が内在している.たとえば,生産計画を立てるために最適化問題を解く段階では,需要が確定しておらず,需要予測に基づいて計画を行わなければならない.このような例では,計画の実行が終了した時点では需要は定まっており,確定した需要に基づいた実績によって計画の善し悪しが判断される.

したがって,「計画段階で別の判断をしていればもっと利益が上がったのに」と後悔することのないような計画が望まれる.このような不確定要素を深く考慮せず,たとえば予測値をそのまま入力データとして既存の最適化手法を適用して得られた解を用いたのでは,入力データの変動に大きく影響されないような解を与える機能がないため,大きな後悔を招く恐れがある.このような問題を解決するため,後悔の度合いを最適化問題を解くことによって評価するという枠組みを代表的な組合せ最適化問題に対して適用し,効率的な解法の設計を目指した.本年度は具体的な対象として一般化割当問題と多次元ナップサック問題を取り上げ,一定の成果を得た.情報技術が急速に発展し,大量の情報を高速に入手することが可能になった.このような技術革新に伴って,得られる情報を有効に利用する必要性が高まってきた.この目的において重要な問題として種々の数理情報学的問題が挙げられるが,その多くは組合せ最適化問題として定式化できる.応用上重要な問題はますます大規模化してきているが,NP困難性に代表されるように,多くの組合せ最適化問題に対し,問題の規模が大きい場合,厳密な最適解を求めることが極めて困難であることが認知されている.このような問題に現実的に対処するための手法としてさまざまな最適化手法が提案されてきている.最適化手法のほとんどは,入力データが既知のものであるという前提のもとにアルゴリズムが設計されている.しかし,多くの現実問題において入力データには曖昧さや不確定要素が内在している.たとえば,生産計画を立てるために最適化問題を解く段階では,需要が確定しておらず,需要予測に基づいて計画を行わなければならない.このような例では,計画の実行が終了した時点では需要は定まっており,確定した需要に基づいた実績によって計画の善し悪しが判断される.したがって,「計画段階で別の判断をしていればもっと利益が上がったのに」と後悔することのないような計画が望まれる.このような不確定要素を深く考慮せず,たとえば予測値をそのまま入力データとして既存の最適化手法を適用して得られた解を用いたのでは,入力データの変動に大きく影響されないような解を与える機能がないため,大きな後悔を招く恐れがある.このような問題を解決するため,後悔の度合いを最適化問題を解くことによって評価するという枠組みを代表的な組合せ最適化問題に対して適用し,効率的な解法の設計を目指した.本年度は近似解法の開発を主な研究対象として研究を進め,一定の成果を得た.現実の応用に現れる多くの問題を組合せ最適化問題として定式化できる.その多くがNP困難と呼ばれる難しい問題であるにも関わらず,良質な解を得る実践的手法が多数存在する.しかしそれら最適化手法のほとんどは,入力データが既知のものであるという前提のもとにアルゴリズムが設計されている.
心血管疾患におけるSDF-1/CXCR4システムの役割の解明と治療への応用

我々は、自己骨髄細胞を用いて重症下肢虚血や心筋虚血患者を対象に血管再生療法を行い、その有効性と安全性を報告してきたが、本治療法では全身麻酔下で骨髄細胞を採取する必要があり侵襲が大きいことや、治療を行ってもその効果が十分ではない症例があることを経験してきた。そこで、治療の有効性を高め、かつ患者への侵襲の少ない新たな心血管再生療法の確立を目的として、ケモカインSDF-1とその受容体であるCXCR4(SDF-1/CXCR4システム)に着目して研究を行ってきた。心血管疾患におけるケモカインStromalcell-derived factor-1(SDF-1)とその受容体CXCR4の役割を検討するため、マウスにマクロファージ・コロニー刺激因子(M-CSF)を投与することによりCXCR4陽性細胞を骨髄から末梢血中へと動員させ、血管傷害モデルおよび心筋梗塞モデルを作製して検討を行った。血管傷害モデルでは、傷害血管中膜のSDF-1発現が亢進し、骨髄由来のCXCR4陽性細胞が傷害部位へと集積することで、傷害後早期(7日)の新生内膜形成が有意に促進されることが示された。M-CSFの投与は傷害血管における再内皮化や末梢血中のCD34陽性/Flk-1陽性細胞の数には影響を与えなかったが、CXCR4阻害薬であるAMD3100を持続皮下投与すると、傷害血管へのCXCR4陽性細胞の集積および新生内膜形成は有意に抑制された。このことから、傷害血管における新生内膜形成の機序にSDF-1/CXCR4システムが寄与していることを明らかとした。一方、心筋梗塞モデルでは、梗塞部位においてSDF-1の著明な発現亢進が認められた。このモデルにM-CSFを投与すると、心機能と心モデリングが有意に改善することを見出した。この機序として、M-CSFによって骨髄から動員されたCXCR4陽性細胞が心筋梗塞部位に集積して血管新生を誘導することを明らかとした。これらの研究結果は、心血管疾患の病態によってSDF-1/CXCR4システムの果たす役割が異なっていることを示唆している。動脈硬化や心血管インターベンション後の再狭窄、心筋梗塞といった病態にSDF-1/CXCR4システムが大きく関与していることは疑う余地もないが、SDF-1/CXCR4システムを利用した治療法の開発のためにはより詳細な機序の解明や条件の検討が必要である。今後、SDF-1/CXCR4システムのさらなる検討により、動脈硬化や血管新生を標的とした新たな治療法が開発されることが期待される。我々は、自己骨髄細胞を用いて重症下肢虚血や心筋虚血患者を対象に血管再生療法を施行している。そこで、治療の有効性を高め、かつ患者への侵襲の少ない新たな心血管再生療法の確立を目的として、SDF-1/CXCR4システムに着目して研究を行った。培養により骨髄細胞のCXCR4発現が有意に増加することを見出し、この発現増加作用には、マウス血清に骨髄細胞が暴露されなくなることが、その機序の一部として関与していることを明らかとした。このCXCR4発現の増強された培養骨髄細胞は新鮮骨髄細胞と比較してマウス下肢虚血モデルにおける血流改善並びに毛細血管形成を有意に促進することが示された。この血流改善機序として、虚血部位へと移植した骨髄細胞がそこで発現しているSDF-1(CXCR4リガンド)と相互作用してより局所に留まりやすくなることと、CXCR4高発現の骨髄細胞がIL-1βやVEGFなどの血管新生因子をより多く産生することを明らかとした。今後、SDF-1/CXCR4システムの役割と血管新生における詳細な機序が解明されることにより、これを標的としたより効果の高い血管新生療法が開発されることが期待される。
子宮内膜症における制御性T細胞による免疫制御機構と病因病態への関与の解明

子宮内膜症の進展には腹腔内の免疫学的局所環境が関与していると考えられているが詳細はわかっていない。制御性T細胞(Treg)は免疫応答を抑制するT細胞として知られている。研究代表者は、ヒトにおいてFoxp3とCD45RAで分画されるactivated Tregこそが真の免疫能を有するという概念に基づき、子宮内膜症におけるその役割を解析したところ、病巣局所ではactivated Tregが減少していることを見出した(業績#1, JCEM 2017)。本研究ではTregによる免疫異常が子宮内膜症に及ぼす影響を検証することで、本疾患の免疫学的病態機序を明らかにすることを目的とした。Tregを一時的に減少させることができるFoxp3/DTRマウスを用いて子宮内膜症モデルマウスを作成した。Tregが正常であるコントロールマウスでも子宮内膜症モデルマウスを作成した。Foxp3/DTRマウスにジフテリアトキシンを投与することで、実際にTregが減少していることをフローサイトメトリーを用いて確認した。Tregを減少させたマウスではコントロールと比較し、子宮内膜症病変の病巣数が増加していた。子宮内膜症性病変の免疫染色を行ったところ、増殖能の指標となるKi-67の染色が増強していた。子宮内膜症が悪化していた原因として、Tregが減少しエフェクターT細胞などの免疫細胞が活性化し、炎症性サイトカインの産生が増加したためではないかと推測される。今後、エフェクターT細胞などの免疫細胞や炎症性サイトカインについて、すでに採取してある検体を用いて解析する予定である。当初予定していたFoxp3/DTRマウスで子宮内膜症モデルマウスを作成することは問題なく完遂した。ジフテリアトキシンの投与により予定通りFoxp3/DTRマウスではTregが減少していることも確認している。Tregを減少させたFoxp3/DTR/DTマウスでは子宮内膜症の病巣が増加していることが確認された。その際に採取した血液・腹水・病巣などの検体をもちいて今後さらに詳細に検討を行う予定である。Tregを減少させた子宮内膜症モデルマウスでは病巣数・病巣の重量がコントロールと比較し増加していることが確認できたので、今後は採取した病変での免疫細胞の変化を免疫染色を用いて解析し、またリアルタイムPCRを用いて炎症性サイトカインの変化を検討する予定である。また、すでに採取した血液・腹水を用いてELISAを行い、IL-8, IL-6などの炎症性サイトカインの測定を行う予定である。31年1月に出産し、30年12月31年3月まで産休・育休を取得していたため、その期間物品の購入を行わなかったため。また、採取した検体を検討するために今年度に使用額が増加する見込みである。
11Liのペアリング、ソフトダイポール、クラスター励起機構の解明

11Li核は、近年注目されている中性子過剰核の典型的な原子核として、多くの研究が集中している。本研究は、その励起状態にあらわれる励起構造(ペアリング、ソフトダイポール、クラスター)の理解を目指すものである。11Liと同様の構造を持つ原子核として6Heと10Heも注目を浴びており、それら3種の核の同時理解が重要である。今年度の大きな研究実績としては、11Liの「クラスター励起状態」を理解する上で重要な、基底状態に含まれるクラスターα+t構造のアナロジー(t+t構造)が、ヘリウム同位体でも現れることを世界で初めて示した。本成果については、ベルギーのブリュッセルで行われた「第21回宇宙物理核物理会議」(2004年12月)において「Systematic analysis on cluster structures in He-isotopes by using a new AMD approach」という表題の発表を行った。また、「日本物理学会第60回年次大会」(2005年3月)において、発表予定である。更に、東京で行われた「原子核相関国際会議」(2005年2月)では、11Liと6Heの「ソフトダイポール共鳴」に重要な「ペアリング相関」に関する研究発表を行い、キューバのハバナで行われた「第10回核物理会議」(2005年2月)では、11Liと10Heの「ペアリング励起」のアナロジーについて発表を行った。11Li核は、9Liコアのまわりに過剰な2中性子がハロー構造を持つ原子核として注目されている。このようなハロー構造の形成には、過剰2中性子間のペアリング相関が重要であることが指摘されている。低エネルギー領域の励起状態としては、基底状態のペアリング状態のパートナーとして、3体共鳴状態が考えられる。複素座標スケーリング法を適用することにより、9Li+n+nの3体共鳴状態として、初めて予言した。また、基底状態の束縛機構の理解には、過剰中性子間の相関だけではなく、9Liコアのペアリング励起が重要であることを始めて指摘した。10He核は、11Li核よりコア核の陽子がひとつ少ない原子核であり、中性子数は同じである。この原子核の定量的な理解が、11Liの中性子の励起機構の理解に重要であることを指摘し、アナロジーをもとに分析した。その結果、これまで実験で見つかっていない状態が理論的には、予言可能であることを示した。この状態の分析には、結合定数解析接続法(ACCC)を用いたが、従来用いられてきた共鳴状態を解くための複素座標スケーリング法では解析条件のためにもとめることが出来ないので、ACCCの有用性を示した。ハローをもつ中性子過剰核の最も典型的な核として、11Li核があげられる。ソフトダイポール巨大共鳴など、その励起機構については、基底状態と同様に注目されている。本研究では、いわゆる反対象化分子動力学(AMD)をもとに、統計的変分法(SVM)と組み合わせたAMD triple-Sという名の新しい方法の提案を行った。これにより、従来は解析や分析が不可能であった微視的な立場からの11Liの研究が可能になった。本年度は、11Liの試験的計算を試みながら、より軽い水素やヘリウム同位体などの中性子過剰核の系統的分析を行った。この結果については、平成15年11月下旬に行われた国際会議「クラスター8」において、報告を行った。また、中性子過剰核は、過剰中性子の束縛エネルギーが非常に小さいため、励起状態は全て共鳴状態と考えられる。そのため、多体の共鳴状態を取り扱う定量的枠組みが必要不可欠となるが、その中の一つとして注目される結合定数解析接続法(ACCC)を今回の枠組みに組み合わせ、6He核の分析を行った。結果は良好であり、今後の11Li核の励起状態の分析に適用を行っていく予定である。
ハドロニックアトムとミュオニックアトムのダイナミクス理論

1.ポジトロニウムが低エネルギー反陽子と衝突すると最も簡単な反物質である反水素原子を生成できる。このとき強いレーザー場をかけると、レーザー強度、波長、偏極方向、衝突エネルギー等により反水素原子生成確率が増加することを見いだした。2.諸原子がハドロンやミュオンを捕獲してハドロニック(ミュオニック)アトムを生成する断面積を計算する透熱イオン化模型を提案した。プロトニウム生成の詳細な量子論計算をよく再現した。他の原子では詳細計算は不可能だが、この模型では簡単に計算できる。3.エキゾティックアトムの異常長寿命状態はHeの、それも3%ほどにしか見つかっていないが、アルカリ原子ならば異常長寿命状態の生成が可能であることを見いだし、とくに長寿命反陽子リチウム生成につき研究した。4.ミュオン原子と陽子同位体との衝突によるスピン変換やミュオン移行の断面積はミュオン触媒核融合研究に不可欠なので、超球座標チャネル結合法により精密計算を行った。5.ポジトロンが原子や分子と衝突して原子(分子)内電子と対消滅する過程の新理論を展開し、衝突中の直接消滅過程とポジトロニウム生成後にその内部で起こる間接消滅過程には干渉効果があることや、有名なWigner則と全く違う対消滅断面積の閾値則を説明した。6.ポジトロンとヘリウムイオンとの衝突で共鳴散乱が頻繁に起こるが、あるエネルギー領域で報告された非常に幅の広い共鳴が実は間違いであることを超球座標結合チャネル法による精密計算で証明し、さらに共鳴の新理論を導き、この解析に理論的基盤を与えた。7.ポジトロニウム負イオンは非常に弱く束縛された特異な3体束縛状態で、その光電離断面積の計算は非常に難しいが、超球座標結合チャネル法により精密計算し、非常に豊富な細かい共鳴構造を確認、多くの状態の共鳴パラメータを精密計算した。数テーマにつき研究を開始し、第1段階の準備を終えたもの、論文執筆中のもの、投稿中のもの、発表済みのものもある。1)希ガス原子による反陽子捕獲断面積の低エネルギー依存性は、比較的単純な理論モデルによって良い近似で記述できる。これに必要なdiabatic(透熱)エネルギー曲線を、反陽子と標的原子原子核との距離Rの関数として描くための計算機プログラムを完成した。2)水素原子による反陽子捕獲を歪曲波近似で計算するための理論的準備と予備的計算を開始した。歪曲ポテンシャルとしての適切な選択につき考察した。3)反陽子衝撃による水素原子のイオン化断面積を半古典論で精密計算するコードを開発し、予備計算を行い、確からしい値が得られることを確認した。4)水素型ミュオン原子と陽子同位体との衝突によるスピン変換の断面積を、超球座標法に基づく結合チャネル法(HSCC法)により精密計算した。ミュオン触媒核融合研究に不可欠な断面積で、現在論文を執筆中である。5)励起状態にある水素型ミュオン原子と陽子同位体との衝突によるミュオン移行反応の断面積を、HSCC法により精密計算した。7)ポジトロニウムと反陽子との衝突により、最も簡単な反物質である反水素原子を生成できるが、このとき同時に強いレーザー場をかけるとそれがどう影響するかを、古典軌道モンテカルロ法により計算した。少なからず生成確率を上げられることが判明した。すでに論文を投稿済みである。1)諸原子による反陽子捕獲断面積の低エネルギー依存性につき比較的単純な理論モデル"diabatic ionization model"を提唱し、各原子についてこれに必要なdiabatic(透熱)エネルギー曲線に関するパラメータを、配置間相互作用法を用いて計算した。結果は日本物理学会や研究会で発表し、現在論文執筆中。

2)水素原子による反陽子捕獲を歪曲波近似で計算するための計算機コードを完成した。歪曲ポテンシャルとしての適切な選択につき考察した。3)水素型ミュオン原子と陽子同位体との衝突によるミュオン移行反応の断面積はミュオン触媒核融合研究に不可欠で、基底状態から基底状熊への移行についてはいくつか研究があるが、励起状態から励起状態への移行は、それよりはるかに大きな断面積のためはるかに重要なのに、数グループで研究が数年前に始まったが、いまだ結果が報告されていない。そこで超球座標close-coupling法による精密計算を行い、論文を執筆した。4)ポジトロニウムと反陽子との衝突で最も簡単な反物質「反水素原子」を生成できるが、同時に強いレーザー場をかけるとどう変わるかを、レーザー強度、波長、偏極方向、衝突エネルギー等のパラメータの特定の値について、古典軌道モンテカルロ法により昨年度に計算し、今年度に論文発表した。これらパラメータの範囲をさらに広げてダイナミクスの系統性を詳細に調べた。少なからず生成確率が上がることが判明した。5)ポジトロンが分子に捕獲された束縛状態ができるか否かは、ポジトロンと分子との相互作用についての情報を与え、両者の衝突に共鳴が起こるか否か、ひいては電子・陽電子対消滅確率にも強く影響する。そこで束縛状態の計算を、数十の極性分子について行い、傾向を調べた。双極子モーメントが束縛エネルギーに大きく影響することがわかった。1.反陽子原子は生成後、10^<-12>秒(ピコ秒)ほどで反陽子が原子核に吸収され崩壊してしまうことが知られていたが、10年ほど前に日本のチームが、Heに反陽子を捕獲させたときだけ、その3%ほどは6桁も長いマイクロ秒ほどの寿命をもつことを見いだした。実験はHe以外の希ガス、水素分子、酸素分子、窒素分子にも拡張されたが、これらでは異常長寿命反陽子原子は全く見つかっていない。本研究では、Li原子による反陽子捕獲断面積を古典軌道モンテカルロ法で計算し、主量子数も角運動量も高い、近サーキュラー状態の反陽子Liが効率よく生成されることを見いだした。これらの反陽子Liはオージェ電子放出に対して寿命が長いことから、He以外では初めての異常長寿命反陽子原子が生成可能であることが結論された。2.陽電子を原子にぶつけると原子内電子と対消滅を起こす。その断面積を従来の理論で計算すると、ポジトロニウム(Ps)生成のしきいエネルギーE_<th>に近づくにつれて急激に増大し発散してしまう。これは従来の理論の、Psが有限寿命で消滅する効果を正しく取り入れていない欠陥のためである。Schroedinger方程式の範囲内でこのQED効果を正しく考慮するため、虚数ポテンシャルによるポジトロンフラックスの吸収との技術により、新たな陽電子衝突理論の定式化を行い、H原子標的の場合に応用し、超球座標結合方程式法で数値計算した。E_<th>の十分下では従来の陽電子消滅断面積に近づき、E_<th>でも発散せず、E_<th>の十分上では従来のPs生成断面積に近づく、滑らかな断面積を得た。
強相関系及びメゾスコピック系における低次元電子系の場の理論的研究

1.強相関電子系における非磁性不純物と近藤効果的振舞......酸化物高温超伝導体のような強相関系に、非磁性不純物を導入すると、その周りに局在磁気モーメントが誘起され、近藤効果的な振舞があらわれることが実験的によく知られている。その磁気的性質を理論的に調べるため、1個の非磁性不純物を含む、空間次元D=1,2,3のハバードモデルを調べた。1次元の場合には、不純物近傍で、スピン帯磁率と局所状態密度に発散的振舞があらわれることが示された。このことは、誘起された局所磁気モーメントは完全にはスクリーンされないことを意味している。他方、それにも関わらず、スピン格子緩和率はコリンハ則を満足することが示される。つまり、バルクで優勢な反強磁性的揺らぎが、非磁性不純物近傍で抑制されて、局所的なスピン相関によって、磁気的性質が決まるようになる。3次元の場合には、反強磁性スピン揺らぎが強い場合のフェルミ液体論を適用して解析を行なうことにより、非磁性不純物近傍において、バルクで発達している反強磁性スピン揺らぎが抑えられ、局所的なスピン相関が重要になり、コリンハ則が成立することが示された。2.パイロクロア型ハバードモデルにおけるモット転移と重い電子系的振舞......幾何学的フラストレーションのある格子上で定義された電子系の強相関効果について、理論的に研究するため、パイロクロア格子上のハバードモデルを取り上げ、そのモット転移について考察した。3次元のパイロクロア型ハバードモデルについて、half-fillingの場合に、電子相関についての摂動計算を行うと、自己エネルギーの3次の項に発散異常があらわれる。この低エネルギーでの自己エネルギーの発散は、摂動計算の出発点である金属状態が不安定であることを意味し、1粒子のスペクトルにギャップが生じる。すなわち、系は無限小の相互作用によってモット転移を起こし、また、このモット絶縁体状態では、磁気秩序を伴わないspin singlet状態が実現していることが示される。1.ハルディンギャップ系のスピン輸送.....最近、S=1のハルディンギャップスピン系と考えられているAgVP_2S_6においてスピン格子緩和率の磁場依存性からスピン拡散的な振舞が、Takigawa等によって実験で観測され(Takigawa et al.,Phys.Rev.Lett.76,2173)、これに対するとしてSachdev等によってO(3)非線形シグマモデルにもとづいた半古典的理論が出された。しかし、O(3)非線形シグマモデルは厳密可解モデルであることから、これのスピン輸送特性を特徴づけるドルーテ重みは有限温度で0でなく、従って、バリスティックな伝導を示すと期待される。私はこれを厳密解を用いて有限温度で計算し、実際に、有限温度でも0ではなく、また、高温においてもスピン輸送がバリスティックであることを示した。また、現実に実験で観測されているスピン拡散については、フォノンなどの他の自由度との結合を考えることによって、よく説明することができ、特に実験で観測されている、温度に依存したカットオフ振動数の存在も、その温度依存性も含めて、フォノンモデルで説明できることを示した。2.擬1次元系における金属絶縁体転移近傍における異常な性質.....無限個の1次元ハバード・モデルを横ホッピングで結合したモデルにおける、フィリング・コントロールによるモット転移について調べた。電子相関の効果については、1次元ハバードモデルの厳密解の結果を用いて非摂動的に扱い、長距離の横ホッピングを導入して、横ホッピングの及ぶ距離の逆数を展開パラメーターにして、モット転移を特徴づける、種々の物理量の計算を行なった。この展開は、横方向のCoordinate numberが十分、大きい場合に正当化される。ハーフフィリング近傍のフェルミ液体相における電荷感受率、ドルーデ重み、比熱、状態密度を計算し、物理量のホールドーピング依存性にハーフフィリングに近付くにしたがって、モット転移を特徴づける巾異常があらわれ、そららの巾が非普遍的であることを示した。

2.パイロクロア型ハバードモデルにおけるモット転移と重い電子系的振舞......幾何学的フラストレーションのある格子上で定義された電子系の強相関効果について、理論的に研究するため、パイロクロア格子上のハバードモデルを取り上げ、そのモット転移について考察した。3次元のパイロクロア型ハバードモデルについて、half-fillingの場合に、電子相関についての摂動計算を行うと、自己エネルギーの3次の項に発散異常があらわれる。この低エネルギーでの自己エネルギーの発散は、摂動計算の出発点である金属状態が不安定であることを意味し、1粒子のスペクトルにギャップが生じる。すなわち、系は無限小の相互作用によってモット転移を起こし、また、このモット絶縁体状態では、磁気秩序を伴わないspin singlet状態が実現していることが示される。
植物の自律分散型情報ネットワークを支える維管束シグナル伝達の解析

植物にも個体全体を統合する情報ネットワークが存在すると考えられるが、その実体はほとんど明らかになっていない。本年度は、CLEペプチドシグナルの局所的なシグナル伝達と長距離シグナル伝達の解析、環境応答シグナルの役割について以下の解析を行った。1.CLE1-CLE7ペプチドの下流シグナルの解析: CLE1-CLE7遺伝子の誘導系を用いたRNA-seqを行い、CLEペプチド下流因子の同定を試みた結果、いずれもABAのシグナル伝達系が存在することが明らかとなった。2.CLE1-CLE7ペプチドの乾燥応答に関する生理学的解析: CLE1-CLE7機能欠損植物体を用い、乾燥応答CLE1-CLE7機能を解析した結果、複数のペプチドが乾燥シグナル応答に関連することが明らかとなった。3.CLE1-CLE7機能欠損型遺伝子の多重変異体の作成:機能重複の可能性を考え、CLE1-CLE7機能欠損型遺伝子の多重変異体をCRISPER/CAS9および交配で作成することを試みた結果、全ての単独の機能欠損型植物体を作成収集すること、CLE5を中心に複数の2重変異体の作成に成功した。4. CLE1-CLE7ペプチドの環境応答に関する生理学的解析: CLE1-CLE7の機能を欠損した植物体を用いて、環境応答および微生物感染におけるCLE1-CLE7ペプチド機能を解析した。5.乾燥応答に関するCLEペプチド受容体の同定:乾燥応答CLEペプチド受容体の同定を試みた結果、2つの受容体候補が同定された。6.CLEペプチドの長距離輸送の解析:昨年度開発した可視化手法を用いて解析した。また、このときの細胞壁の役割について、すでに同定した輸送が異常になる変異体を用いて解析した結果、1アミノ酸の違いがCLEペプチドの輸送パターンを変えること、この輸送パターンに細胞壁が関与することが明らかとなった。当初目標であった、CLE1-CLE7の欠損変異体を用いたペプチドの環境応答機能についての研究から、乾燥ストレスなどにおけるCLEペプチドの働きを明らかにすることに成功した。また、網羅的な遺伝子発現解析から、CLEペプチドの下流にABAシグナルが存在することが明らかとなり、機能解析の結果と対応することが示された。さらに、CLEペプチドの受容体候補者の同定に成功した。また、昨年開発した蛍光色素フルオロセインを用いた木部輸送経路の可視化技術を用いて、ペプチドの長距離輸送の観察に成功した。さらに、道管の二次細胞壁を改変した変異体を用いてのペプチド長距離輸送の解析から、それぞれ異なるCLEペプチドの長距離輸送が、細胞壁の改変により異なる影響を受けることが明らかとなった。以上、当初計画した全ての研究を実行し、それらを通して新規の知見を得たことから、研究は順調に進展していると判断する。CLE1-CLE7のうち、とりわけCLE5が環境応答を仲介する機能を持つことが示されたので、CLE5による環境応答機能の分子機構について解析を進める。同様に、CLE3, CLE2における機能についても解析を進める。また、VISUALを用いて、維管束組織におけるシグナル伝達の解析を進めると同時に、開発した長距離輸送解析系を用いて、ペプチドなどの長距離シグナル伝達の仕組みを解析する。これらの研究を通して、環境シグナルを仲介するシグナルの機能と輸送の全体像を明らかにする。また、細胞壁とCLEペプチド長距離輸送の関係についてさらに詳細に研究を進める。以上の研究を通して、環境シグナルを仲介するペプチドシグナルの機能と輸送の全体像を明らかにする。植物には脳に相当する器官はないものの、個体全体を統合する情報ネットワークが存在すると考えられているが、その実体は明らかになっていない。私たちの発見から、植物の自律分散型情報ネットワークは維管束に支えられていると予測された。そこで、本研究ではCLEペプチドと概日時計を指標に、維管束を介した局所的なシグナル伝達機構とその働き、長距離伝搬のしくみと植物個体としての情報統合の場の解明を目指している。本年は、以下の研究を行った。1.【長距離シグナルとしてのCLEペプチドの作用機構】(1)環境とCLEペプチド作用の関係の解析から、CLE41が関与する維管束幹細胞誘導には、光が必要であり、ホルモン関係のシグナル伝達系が関与することが示された。(2) CLE1-7遺伝子のレポーター融合コンストラクトを作成し、その発現場所を詳しく調査した。その結果、様々な場所での発現が観察され、少なくとも多様な場所での局所的なシグナル伝達に関与している可能性が示された。また、これらCLEペプチドの長距離シグナル伝達を明らかにする目的で、発現誘導型のコンストラクトを持つ植物を作成し、CLE2とCLE3植物の作出に成功した。2.【長距離シグナル伝達機構研究のための基盤手法の開発】木部と篩部を介したシグナルの輸送のモデルとして、蛍光試薬を用いた可視化とそのモニタリングに成功した。3.【概日時計による常温刺激の処理に関わる組織の探索を通じたネットワーク構造の推定】時間情報の同調の仕組みを明らかにするために、Tissue-Specific Luciferase Assay-3(TSLA3)と名付けた新たな測定系の開発を行い、これを導入した植物体で、機能することを確認した。当初目指していたCLEペプチドの長距離輸送を解析するための植物体の作成やその基本的な性質の理解について、予定通りの成果が得られている。また、概日時計の解析では、その肝になる時間情報の同量をモニタリングする系の目処のついたことで、今後の詳細な解析が可能になった。以上の点を踏まえ、概ね順調に進展していると判断される。植物には脳に相当する器官はないものの、個体全体を統合する情報ネットワークが存在すると考えられているが、その実体はほとんど明らかになっていない。本研究では、CLEペプチドと時間情報を中心にシグナル伝達を解析している。本年度は、次の研究を行った。

CLE1-CLE7遺伝子のプロモーターとGUS遺伝子の融合遺伝子を作成し、これらをシロイヌナズナに導入して、その発現部位を調査した。その結果、それぞれ特徴的な発現パターンを示すことが明らかとなった。また、CLE1-CLE7の発現は、窒素やバイオティックシグナルにより影響を受けることが明らかとなった。CLE2遺伝子の発現誘導系を持つシロイヌナズナを作成し、根で遺伝子誘導をした後に、根と地上部で発現する遺伝子をDNAチップで解析した。その結果、根と地上部では異なる遺伝子が発現することが明らかとなった。この結果から、CLE2遺伝子の根での発現の後、根から何らかのシグナルが地上部に伝達されることが明らかとなった。維管束を介した長距離シグナルを解析する目的で、木部運搬シグナルのモデルとして、蛍光試薬を用いた可視化系を開発した。この系を、維管束変異体、さらには私たちの研究室で開発した木部細胞壁改変変異体ラインに適用し、木部輸送における維管束の関与、蒸散の関与、また木部細胞壁の関与を解析した。その結果、特定の細胞壁成分が木部輸送に関与する可能性が示された。また、地上部と地下部の間でどのような時間情報の共有機構が存在するかを明らかにするため、様々な刺激を根に与えた時に地上部の概日リズムがどのように影響を受けるかを確認した。その結果、カリウムイオンを根に投与すると、1-2時間以内に地上部の概日リズムの位相前進が起こったことから、根からの栄養シグナルが地下部から地上部への時間情報の伝達に関わっている可能性が示された。当初目指していたCLE1-CLE7の発現解析は予定通り進行し、これまで知られていなかった部位での発現も明らかにすることができた。また、CLE2遺伝子の局所的遺伝子発現による、地上部での新たな遺伝子発現など、長距離シグナル伝達の存在が示唆された。加えて、地上部と地下部の間でどのような時間情報の共有機構にカリウムイオンが関与するなどの新たな知見が得られた。以上の点から、概ね順調に進展していると判断される。植物にも個体全体を統合する情報ネットワークが存在すると考えられるが、その実体はほとんど明らかになっていない。本研究では、CLEペプチドシグナルの局所的なシグナル伝達と長距離シグナル伝達の解析、環境応答のシグナルとしての役割を解析している。本年度は次の3課題を研究した。1.CLE1-CLE7ペプチドの機能解析: CLE1-CLE7遺伝子の欠損変異体を収集し、これら変異体を用いて、植物の成長、維管束形成、環境応答、シグナル伝達に対する影響を解析した。また、エストロジェン誘導体を用い、根及び地上部での遺伝子発現の変化をマイクロアレイで解析した。その結果、CLE1-CLE7ペプチドは、環境ストレス、特に乾燥ストレスと密接な関連を持つことが明らかとなった。